JP3880785B2 - 超伝導フィルタ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、準マイクロ波や、マイクロ波、ミリ波等の高周波電気信号を扱う超伝導フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
酸化物高温超伝導体を回路導体とした平面型回路のフィルタでは、酸化マグネシウムやランタンアルミネート等の誘導体基板の片面ないしは両面に酸化物高温超伝導体膜の回路パターンを形成することが行われている。
【０００３】
平面型回路のフィルタの伝送線路構造としては、例えば、誘電体基板の一方の面にストリップ導体を、他方の面に接地導体を設けて、これら二つの導体間に電界を加えて電磁波を伝搬するマイクロストリップライン（microstrip line）が知られている。その他に、トリプレートストリップライン（triplate strip line）、コプレーナライン（coplanar line）等が知られている。これらの伝送線路構造が、フィルタの使用目的等に応じて使い分けられている。
【０００４】
上述の平面型回路からなる酸化物高温超伝導フィルタは、準マイクロ波や、マイクロ波、ミリ波等の高周波電気信号を扱うことができる。このように、フィルタの回路導体として酸化物高温超伝導体膜を用いた場合、電気良導体である金や、銀、銅、アルミニウム等を回路導体として用いた場合に比べてエネルギー損失を低減することができる。したがって、酸化物高温超伝導フィルタ回路は、最小挿入損失が小さく、かつ周波数遮断特性が急峻な高無負荷Ｑのフィルタを構成するのに有効なものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
同じ無負荷Ｑを有する共振器を用いて、より急峻な周波数遮断特性を有するフィルタを構成するためには、共振器の数、すなわち段数を増すことが必要となる。平面型回路のフィルタの段数を増すためには、共振器回路を形成する基板面積を大きくする必要がある。しかしながら、基板面積が大きくなるにつれて、回路導体となる酸化物高温超伝導膜を基板上に均質に成膜した基板を作製することが次第に容易でなくなり、該フィルタ製作のコストアップの一因となっていた。
【０００６】
また、一般に、電磁場の共振を利用した高周波フィルタにおいて、周波数遮断などの伝送特性は、段間の信号結合度が変わることによって変化する。このため、調整ネジを設けるなどして信号の結合度を調整することが必要に応じて行われている。設計に基づく所要の精度の伝送特性は、調整ネジによる信号の結合度の調整によって近似される。しかしながら、調整ネジによって信号の結合度を調整する場合、段数が増加するにつれて最適でない解が一般に増す傾向にある。このために、各段間の信号結合度の調整が、段数を増すにつれて困難になることが経験的に知られている。同じ通過帯域幅のバンドパスフィルタを構成する場合、高い無負荷Ｑを有する酸化物高温超伝導フィルタでは、低い無負荷Ｑを有するフィルタに比べて、相対的に段間の信号の結合を弱める必要がある。このためには段間の距離を離し信号結合度を調整することが有効である。しかしながら、段間の距離を離した場合、通常の調整ネジを用いた方法では、段間の結合度を充分に調整することが困難なものになってしまっていた。
【０００７】
本発明の目的は、多段化を容易に行うことができ、また、各段間の信号の結合度を容易に調整することのできる超伝導フィルタを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、内部に電気伝導性の載置面を有し、電磁波を遮蔽する容器と、誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体の入力フィーダ用回路パターンと、前記誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、前記接地層が前記載置面に接触するように前記載置面上に配置された入力フィーダ用基板と、誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体の出力フィーダ用回路パターンと、前記誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、前記接地層が前記載置面に接触するように前記載置面上に配置された出力フィーダ用基板と、別々に形成され、位置を移動させることで周波数特性を調整できる誘電体基板と、前記誘電体基板のそれぞれの一面に形成された酸化物高温超伝導体の多段共振器用回路パターンと、前記誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、前記入力フィーダ用基板と前記出力フィーダ用基板との間の前記載置面上に、前記接地層が前記載置面に接触するように配置された複数の共振器用基板とを有することを特徴とする超伝導フィルタにより達成される。
【０００９】
また、上記目的は、内部に電気伝導性の載置面を有し、電磁波を遮蔽する容器と、誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体の入力フィーダ用回路パターンと、前記誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、前記接地層が前記載置面に接触するように前記載置面上に配置された入力フィーダ用基板と、誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体の出力フィーダ用回路パターンと、前記誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、前記接地層が前記載置面に接触するように前記載置面上に配置された出力フィーダ用基板と、別々に形成され、位置を移動させることで周波数特性を調整できる誘電体基板と、前記誘電体基板のそれぞれの一面に形成された酸化物高温超伝導体の多段共振器用回路パターンと、前記誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、前記入力フィーダ用基板と前記出力フィーダ用基板との間の前記載置面上に、前記接地層が前記載置面に接触するように配置された複数の共振器用基板と、一面に接地層を有した誘電体基板の他面が、前記入力フィーダ用回路パターンと、前記出力フィーダ用回路パターンと、前記多段共振器用回路パターンとに接触するように、前記入力フィーダ用基板と、前記出力フィーダ用基板と、前記共振器用基板の誘電体基板の一面上にそれぞれ配置された複数の回路カバー用基板とを有することを特徴とする超伝導フィルタにより達成される。
【００１０】
また、上記の超伝導フィルタにおいて、板状体を前記容器の底面に配置し、前記板状体の一面を前記載置面としてもよい。
【００１１】
また、上記の超伝導フィルタにおいて、前記板状体は、誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体膜とを有し、前記誘電体基板の前記一面を前記載置面としてもよい。
【００１２】
また、上記の超伝導フィルタにおいて、前記共振器用基板を、前記載置面上で、前記共振器用基板の配置方向に対して略垂直に移動し、前記共振器用基板間の相対的位置関係を変化する位置調整機構を更に有するようにしてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による超伝導フィルタについて図１乃至図４を用いて説明する。図１は、本実施形態による超伝導フィルタの構造を示す概略図、図２は、超伝導フィルタの伝送線路構造を示す斜視図、図３は、共振器位置調整機構を設けた超伝導フィルタの構造を示す上面図、図４は、誘電体のブリッジングによる信号結合調整を示す概略図である。
【００１４】
まず、本実施形態による超伝導フィルタの構造について図１及び図２を用いて説明する。図１（ａ）は、超伝導フィルタの構造を示す上面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ′断面図である。
【００１５】
本実施形態による超伝導フィルタは、マイクロストリップライン伝送線路構造で、１／２波長型ヘアピン型共振器１０からなる１１段のバンドパスフィルタである。
【００１６】
本実施形態による超伝導フィルタでは、図１に示すように、外部電磁波を遮蔽する金属製容器１６底部に導体板１４が固定されている。導体板１４上には、入出力フィーダ用基板１２が両端に、それらの間に１／２波長型ヘアピン型共振器１０が一列に配置されている。また、金属製容器１６には、その両端に外部機器との接続のための同軸コネクタ２８が取り付けられ、上蓋３４によって開口が閉じられている。
【００１７】
１／２波長型ヘアピン型共振器１０及び入出力フィーダ用基板１２は、誘電体基板２０からなるものであり、図２に示すように、誘電体基板２０の導体板１４と接触する側に酸化物高温超伝導体膜であるグランドプレーン１８が形成されている。１／２波長型ヘアピン型共振器１０の誘電体基板２０の上面には酸化物高温超伝導体からなる１／２波長型のヘアピン型パターン２２が形成されている。入出力フィーダ用基板１２の誘電体基板２０上面には、酸化物高温超伝導体膜からなる１／４波長型のフィーダラインパターン２４と、その端部に電極２６とが形成されている。
【００１８】
金属製容器１６両端に取り付けられた同軸コネクタ２８のピン３０は、図１に示すように、入出力フィーダ用基板１２の電極２６にはんだ、導体ペースト等により固定されている。また、金属製容器１６を閉鎖する上蓋３４には、必要に応じて信号結合度調整用ネジ３２が取り付けられている。
【００１９】
以下に、本実施形態による超伝導フィルタの各構成部分について詳述する。
【００２０】
（１）１／２波長型ヘアピン型共振器１０、入出力フィーダ用基板１２
１／２波長型ヘアピン型共振器１０及び入出力フィーダ用基板１２の誘電体基板２０としては、例えば、ＭｇＯ単結晶基板が用いられる。このとき、ヘアピン型パターン２２またはフィーダラインパターン２４と、グランドプレーン１８とが形成されるＭｇＯ単結晶基板の面は（１００）面となっている。
【００２１】
１／２波長型ヘアピン型共振器１０及び入出力フィーダ用基板１２のグランドプレーン１８は、酸化物高温超伝導体膜、例えば、０．４μｍ〜１μｍの厚さのＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-δ超伝導体膜によって形成される。
【００２２】
ヘアピン型パターン２２及びフィーダラインパターン２４は、共に酸化物高温超伝導体膜、例えば、０．２μｍ〜１μｍの厚さのＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-δ超伝導体膜によって形成される。
【００２３】
フィーダラインパターン２４の端部には、入出力用の電極２６が設けられており、例えばＡｇ膜等で形成される。これらの電極２６には、金属製容器１６に取り付けられる同軸コネクタ２８のピン３０がはんだ、導体ペースト等により固定される。
【００２４】
上述の１／２波長型ヘアピン型共振器１０及び入出力フィーダ用基板１２は、例えば、ＭｇＯ（１００）基板の両面にレーザー蒸着法によりＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-δを成膜した後、設計に基づくヘアピン型パターン２２及びフィーダラインパターン２４の形成工程、電極２６の形成工程、基板を所要寸法にカットするダイシング工程等を経て作製される。
【００２５】
このように、本実施形態による超伝導フィルタを構成する各１／２波長型ヘアピン型共振器１０及び入出力フィーダ用基板１２が、それぞれ分割されて作製されるので、酸化物高温超伝導体膜の不良領域に形成された粗悪品を除外し、良品のみを選別して超伝導フィルタを構成することができる。
【００２６】
従来までの、同一基板上に伝送線路となる回路パターンの全てを形成する平面型回路のフィルタでは、多段するためには基板を大面積にする必要があった。しかし、基板を大面積にした場合、基板全領域にわたり回路パターンとして使用できる状態で酸化物高温超伝導体膜を形成することは困難であった。このため、多段化したフィルタを歩留まり良く製造することは困難であった。
【００２７】
しかしながら、本実施形態による超伝導フィルタは、上述のように作製された１／２波長型ヘアピン型共振器１０及び入出力フィーダ用基板１２の中から良品のみを選別して伝送線路を構成することができるので、容易に多段化を行うことができる。
【００２８】
また、本実施形態による超伝導フィルタでは、伝送線路を構成するヘアピン型パターン２２及びフィーダラインパターン２４それぞれが、別々の誘電体基板２０上に形成されている。このため、各誘電体基板２０を導体板１４に配置する位置を調整することにより、超伝導フィルタとしての周波数特性の調整を容易に行うことができる。
【００２９】
（２）導体板１４
導体板１４は、例えば、インバー合金にＮｉ下地のＡｕメッキまたはＡｇメッキを３μｍの厚さで施したものである。
【００３０】
このような導体板１４上に、上述の１／２波長型ヘアピン型共振器１０と入出力フィーダ用基板１２とがグランドプレーン１８を下にしてインジウム−錫合金等により融着される。これにより、各１／２波長型ヘアピン型共振器１０と入出力フィーダ用基板１２とが同一電位となっている。
【００３１】
また、１／２波長型ヘアピン型共振器１０と入出力フィーダ用基板１２の、グランドプレーン１８が形成された底面に、さらにＡｇまたはＡｕ薄膜を形成して導体板１４に配置してもよい。この場合、導体板１４との密着性が良好であり、かつ滑りが良好であるため、インジウム−錫合金による融着の場合と比べて１／２波長型ヘアピン型共振器１０の位置の微調整を行うことができる。このような微調整後に、インジウム−鉛合金等により融着して導体板１４に固定してもよい。その他、銀ペースト等の導体ペーストにより固定してもよいし、板バネを介して導体板１４にネジ止めしてもよい。
【００３２】
１／２波長型ヘアピン型共振器１０と入出力フィーダ用基板１２との導体板１４への配置は、通常、計算機シュミレーション等により予め所望のフィルタ特性が得られるように設計されている。
【００３３】
（３）金属製容器１６、上蓋３４
金属製容器１６の底部には、１／２波長型ヘアピン型共振器１０と入出力フィーダ用基板１２との配列が接着された導体板１４が固定される。金属製容器１６の側面には同軸コネクタ２８が取り付けられる。同軸コネクタ２８のピン３０は、入出力フィーダ用基板１２の電極２６にはんだ、導体ペースト等により固定される。
【００３４】
上蓋３４は、導体板１４の固定された金属製容器１６を閉鎖するものである。上蓋３４には、必要に応じて信号結合度調整用ネジ３２を取り付けることができる。
【００３５】
このように、１／２波長型ヘアピン型共振器１０と入出力フィーダ用基板１２とが配置された導体板１４を金属製容器１６内に収容し、金属製容器１６の開口を上蓋３４で閉じることにより、外部電磁波による信号への干渉が遮蔽される。
【００３６】
（４）信号結合度調整ネジ３２
信号結合度調整用ネジ３２は、必要に応じて上蓋３４に取り付けられる。信号結合度調整用ネジ３２の端部は、１／２波長型ヘアピン型共振器１０と入出力フィーダ用基板１２との配列の上方の空間で上下移動することができる。これにより、各１／２波長型ヘアピン型共振器１０間及び１／２波長型ヘアピン型共振器１０と入出力フィーダ用基板１２との間の信号の結合度を調整することができる。信号結合度調整用ネジ３２としては、金属製や樹脂製のものを用いることができる。また、複数の信号結合度調整ネジを上蓋３４に取り付けてもよい。
【００３７】
（５）信号結合度の調整
本実施形態による超伝導フィルタでは、信号結合調整ネジ３２による信号結合度の調整だけでなく、以下に述べる各種方法によって信号結合度の調整を行うことができる。
【００３８】
（ａ）ブリッジングによる信号結合度の調整
図３に示すように、１／２波長型ヘアピン型共振器１０間や１／２波長型ヘアピン型共振器１０と入出力フィーダ用基板１２間に誘電体２９を配置する、すなわち、ブリッジングすることにより、各１／２波長型ヘアピン型共振器１０間及び１／２波長型ヘアピン型共振器１０と入出力フィーダ用基板１２との間の信号の結合度を調整することが可能である。図３の点線楕円内は、１／２波長型ヘアピン型共振器１０間に誘電体２９をブリッジングした状態の断面図を示している。この目的には、酸化マグネシウム、酸化チタン、ランタンアルミネート、サファイア、アルミナ、チタン酸ストロンチウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、石英ガラス、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）等の誘電体を用いることができる。
【００３９】
また、図３に示すように、上述のブリッジングされた誘電体２９の位置を移動する誘電体位置調整機構３１を設けてもよい。
【００４０】
誘電体位置調整機構３１は、金属製容器１６の内壁近傍に設けられ、ブリッジングされた誘電体２９にシャフト３３を介して接続されている。
【００４１】
誘電体位置調整機構３１は、例えばピエゾ素子のような圧電素子から構成されている。この誘電体位置調整機構３１に電圧を印加することにより、１／２波長型ヘアピン型共振器１０の配列の方向に対して誘電体位置調整機構３１を垂直に伸縮する。これにより、シャフト３３を介して誘電体位置調整機構３５に接続された誘電体２９の位置を移動して、信号の結合度を調整することが可能である。
【００４２】
なお、誘電体２９の代わりに、図４に示すように、酸化物高温超伝導体３５を１／２波長型ヘアピン型共振器１０間や１／２波長型ヘアピン型共振器１０と入出力フィーダ用基板１２との間にブリッジングすることによっても、信号の結合度を調整することが可能である。
【００４３】
（ｂ）共振器位置調整機構３６による信号結合度の調整
１／２波長型ヘアピン型共振器１０を導体板１４上に固定せず、図５に示すように、１／２波長型ヘアピン型共振器１０に共振器位置調整機構３６を設けることにより、各１／２波長型ヘアピン型共振器１０間の信号結合度を調整することができる。
【００４４】
共振器位置調整機構３６が接続される１／２波長型ヘアピン型共振器１０は、例えば、前述のように、その底面にＡｇまたはＡｕ薄膜が形成されて導体板１４に配置される。これにより、共振器位置調整機構３６が接続される１／２波長型ヘアピン型共振器１０は、導体板１４上でスライドすることができる。
【００４５】
共振器位置調整機構３６は、金属製容器１６の内壁近傍に設けられ、導体板１４に固定されていない１／２波長型ヘアピン型共振器１０端部にシャフト３７を介して接続されている。図５は、共振器位置調整機構３６が、配列された１／２波長型ヘアピン型共振器１０の一つおきに接続されている場合を示したものである。
【００４６】
共振器位置調整機構３６は、例えばピエゾ素子のような圧電素子から構成されている。この共振器位置調整機構３６に電圧を印加することにより、１／２波長型ヘアピン型共振器１０の配列の方向に対して共振器位置調整機構３６を垂直に伸縮することができる。これにより、シャフト３７を介して共振器位置調整機構３６に接続された１／２波長型ヘアピン型共振器１０の、隣接する１／２波長型ヘアピン型共振器１０との位置関係を変化することができる。
【００４７】
なお、共振器位置調整機構３６に接続された１／２波長型ヘアピン型共振器１０の移動方向にずれが生じないように、スライド用ガイド５０等を導体板１４に設けることが望ましい。
【００４８】
こうして各１／２波長型ヘアピン型共振器１０の位置関係を変化することにより、各１／２波長型ヘアピン型共振器１０間の信号の結合度を調整することができる。
【００４９】
なお、共振器位置調整機構３６の接続は、配列された１／２波長型ヘアピン型共振器１０の一つおきのものに限定されるものではない。例えば、全ての１／２波長型ヘアピン型共振器１０に共振器位置調整機構３６を設けてもよい。
【００５０】
また、共振器位置調整機構３６は、ネジ等を用いた機械的手段によって１／２波長型ヘアピン型共振器１０をそれらの配列に対して垂直に移動するものであってもよい。
【００５１】
このように本実施形態によれば、１／２波長型ヘアピン型共振器及び入出力フィーダ用基板といった平面型回路の超伝導フィルタを構成する基板を分割することにより、相対的に大面積の回路を同一基板上に形成する必要がない。このため、製造欠陥部分を回避することが容易となり、フィルタの多段化を容易に行うことができる。さらに、平面型回路でありながら、超伝導フィルタを構成する各１／２波長型ヘアピン型共振器及び入出力フィーダ用基板の配置に自由度があるため、周波数特性を容易に調整することができる。
【００５２】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による超伝導フィルタについて図６を用いて説明する。図６は、本実施形態による超伝導フィルタの伝送線路構造を示す斜視図である。なお、第１実施形態による超伝導フィルタと同一の構成要素については同一の符号を付与し説明を省略或いは簡略にする。
【００５３】
本実施形態による超伝導フィルタは、トリプレートストリップライン型の伝送線路構造で１／２波長型共振器３８からなる９段のバンドパスフィルタであり、第１実施形態とは、伝送線路の構造が異なる点を除いてほぼ同一である。
【００５４】
図６（ａ）に示すように、本実施形態による超伝導フィルタの伝送線路では、導体板１４上に入出力フィーダ用基板１２が両端に配置され、それらの間に１／２波長型共振器３８が配置されている。
【００５５】
入出力フィーダ用基板１２の誘電体基板２０の下面には、グランドプレーン１８が形成され、上面には、１／２波長型のフィーダラインパターン２４とその端部に電極２６とが設けられている。電極２６には、導体薄片シート４０が接着されている。
【００５６】
１／２波長型共振器３８の誘電体基板２０の下面には、グランドプレーン１８が形成され、上面には、１／２波長型のラインパターン４２が形成されている。
【００５７】
上述の１／２波長型共振器３８と、入出力フィーダ用基板１２の上部にそれぞれには、図６（ｂ）に示すように、上面にグランドプレーン４４が形成された複数の誘電体基板４６が配置される。さらに、これらの上から導体板４８によって挟まれ、機械的に固定されたものが本実施形態による超伝導フィルタのトリプレートストリップライン型の伝送線路構造である。
【００５８】
導体板１４及び導体板４８は、例えば、インバー合金にＮｉ下地のＡｕメッキまたはＡｇメッキを３μｍの厚さで施したものである。また、導体板１４として、ＭｇＯ単結晶基板の（１００）面上に酸化物高温超伝導体膜を形成したものなどを用いてもよい。この場合、導体板１４による信号のエネルギー損失を低減することができ、超伝導フィルタの高無負荷Ｑ化に有効である。
【００５９】
誘電体基板２０及び誘電体基板４６には、例えばＭｇＯ単結晶基板が用いられる。このとき、酸化物高温超伝導体膜であるグランドプレーン１８及びフィーダラインパターン２４またはラインパターン３８が形成される誘電体基板２０の上下両面が（１００）面となっている。また、グランドプレーン４４が形成される誘電体基板４６の上面が（１００）面となっている。
【００６０】
グランドプレーン１８、フィーダラインパターン２４、ラインパターン４２、グランドプレーン４４は、酸化物高温超伝導体膜、例えば０．４μｍ〜１μｍの厚さのＳｍＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-δ超伝導体膜によって形成される。
【００６１】
フィーダラインパターン２４端部に設けられる入出力用の電極２６は、例えばＡｇ膜で形成される。電極２６には、例えばＡｕのリボン状の導体薄片シート４０が接着されている。
【００６２】
上記の回路パターンが形成される入出力フィーダ用基板１２及び１／２波長型共振器３８と、上面にグランドプレーン４４が形成された誘電体基板４６とについては、第１実施形態と同様の方法を用いて作製することができる。
【００６３】
上述した伝送線路構造は、第１実施形態と同様に金属製容器等の中に固定され、入出力用の電極２６に接着されている導体薄片シート４０には、金属製容器に取り付けられた同軸コネクタのピンに接続される。
【００６４】
なお、本実施形態による超伝導フィルタは、伝送線路構造を金属製容器内に収容しなくても、フィルタとして動作することができる。
【００６５】
また、第１実施形態と同様に、ラインパターン４２、フィーダラインパターン２４が形成されている誘電体基板２０間に、誘電体或いは酸化物高温超伝導体をブリッジングすることにより、各１／２波長型共振器３８間及び１／２波長型共振器３８と入出力フィーダ用基板１２との間の信号の結合度の調整を行うことができる。
【００６６】
また、第１実施形態と同様の共振器位置調整機構を１／２波長型共振器３８に接続することによっても信号の結合度を調整することが可能である。
【００６７】
このように本実施形態によれば、１／２波長型共振器及び入出力フィーダ用基板といった平面型回路の超伝導フィルタを構成する基板を分割することにより、相対的に大面積の回路を同一基板上に形成する必要がない。このため、製造欠陥部分を回避することが容易となり、フィルタの多段化を容易に行うことができる。さらに、平面型回路でありながら、超伝導フィルタを構成する各１／２波長型共振器及び入出力フィーダ用基板の配置に自由度があるため、周波数特性を容易に調整することができる。
【００６８】
［変形実施形態］
本発明の上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００６９】
例えば、上記実施形態では、グランドプレーン１８、ヘアピン型パターン２２、フィーダラインパターン２４、ラインパターン４２、グランドプレーン４４を形成する酸化物高温超伝導体膜として、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-δ超伝導体膜及びＳｍＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-δ超伝導体膜を用いているが、これらに限定されるものではない。例えば、Ｂｉn1Ｓｒn2Ｃａn3Ｃｕn4Ｏn5（１．８≦ｎ１≦２．２、１．８≦ｎ２≦２．２、０．９≦ｎ３≦１．２、１．８≦ｎ４≦２．２、７．８≦ｎ５≦８．４）、Ｐｂk1Ｂｉk2Ｓｒk3Ｃａk4Ｃｕk5Ｏk6（１．８≦ｋ１＋ｋ２≦２．２、０≦ｋ１≦０．６、１．８≦ｋ３≦２．２、１．８≦ｋ４≦２．２、１．８≦ｋ５≦２．９．５≦ｋ６≦１０．８）、Ｙm1Ｂａm2Ｃｕm3Ｏm4（０．５≦ｍ１≦１．２、１．８≦ｍ２≦２．２、２．５≦ｍ３≦３．５、６．６≦ｍ４≦７．０）、Ｎｄp1Ｂａp2Ｃｕp3Ｏp4（０．５≦ｐ１≦１．２、１．８≦ｐ２≦２．２、２．５≦ｐ３≦３．５、６．６≦ｐ４≦７．０）、Ｎｄq1Ｙq2Ｂａq3Ｃｕq4Ｏq5（０≦ｑ１≦１．２、０≦ｑ２≦１．２、０．５≦ｑ１＋ｑ２≦１．２、１．８≦ｑ２≦２．２、２．５≦ｑ３≦３．５、６．６≦ｑ４≦７．０）、Ｓｍp1Ｂａp2Ｃｕp3Ｏp4（０．５≦ｐ１≦１．２、１．８≦ｐ２≦２．２、２．５≦ｐ３≦３．５、６．６≦ｐ４≦７．０）、Ｈｏp1Ｂａp2Ｃｕp3Ｏp4（０．５≦ｐ１≦１．２、１．８≦ｐ２≦２．２、２．５≦ｐ３≦３．５、６．６≦ｐ４≦７．０）等のような酸化物高温超伝導体のうちいずれか１種類以上のものを用いることができる。
【００７０】
また、上記実施形態では、誘電体基板２０として、酸化マグネシウム単結晶基板を用いているが、これに限定されるものではない。例えば、誘電体基板２０として、酸化チタン、ランタンアルミネート、酸化セリウムコートサファイア、チタン酸ストロンチウム、チタン酸マグネシウム等の基板を用いてもよい。
【００７１】
また、上記実施形態では、超伝導フィルタに関し、バンドパスフィルタについて記述したが、ローパスフィルタや、ハイパスフィルタ、バンドストップフィルタを構成することも可能である。
【００７２】
また、上記実施形態では、共振器の酸化物高温超伝導体膜のパターンとして、ヘアピン型パターン２２及びラインパターン４２を用いているが、酸化物高温超伝導体膜のパターンの形状はこれらに限定されるものではない。例えば、円形やＳ字型のパターンであってもよい。ただし、所望のフィルタ特性に応じて、例えば、円形パターンの場合はその直径が１／２波長、あるいは、Ｓ字型パターンの場合はその全長が１／２波長となるように設計される。
【００７３】
また、上記実施形態では、１／２波長型ヘアピン型共振器１０又は１／２波長型共振器３８と入出力フィーダ用基板１２とを、導体板１４上に配置してから金属製容器１６の底面に固定しているが、伝送線路を構成する各１／２波長型ヘアピン型共振器１０又は１／２波長型共振器３８と入出力フィーダ用基板１２とが同一電位となるようにできればこの限りではない。例えば、金属製容器１６の底面に、１／２波長型ヘアピン型共振器１０又は１／２波長型共振器３８と入出力フィーダ用基板１２とを直接配置してもよい。
【００７４】
［付記］
（付記１） 内部に電気伝導性の載置面を有し、電磁波を遮蔽する容器と、誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体の入力フィーダ用回路パターンと、前記誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、前記接地層が前記載置面に接触するように前記載置面上に配置された入力フィーダ用基板と、誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体の出力フィーダ用回路パターンと、前記誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、前記接地層が前記載置面に接触するように前記載置面上に配置された出力フィーダ用基板と、誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体の共振器用回路パターンと、前記誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、前記入力フィーダ用基板と前記出力フィーダ用基板との間の前記載置面上に、前記接地層が前記載置面に接触するように配置された複数の共振器用基板とを有することを特徴とする超伝導フィルタ。
【００７５】
（付記２） 内部に電気伝導性の載置面を有し、電磁波を遮蔽する容器と、
誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体の入力フィーダ用回路パターンと、前記誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、前記接地層が前記載置面に接触するように前記載置面上に配置された入力フィーダ用基板と、誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体の出力フィーダ用回路パターンと、前記誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、前記接地層が前記載置面に接触するように前記載置面上に配置された出力フィーダ用基板と、誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体の共振器用回路パターンと、前記誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、前記入力フィーダ用基板と前記出力フィーダ用基板との間の前記載置面上に、前記接地層が前記載置面に接触するように配置された複数の共振器用基板と、誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された接地層とを有し、前記誘電体基板の他面が、前記入力フィーダ用回路パターンと、前記出力フィーダ用回路パターンと、前記共振器用回路パターンとに接触するように、前記入力フィーダ用基板と、前記出力フィーダ用基板と、前記共振器用基板の誘電体基板の一面上にそれぞれ配置された複数の回路カバー用基板とを有することを特徴とする超伝導フィルタ。
【００７６】
（付記３） 付記１又は２記載の超伝導フィルタにおいて、前記入力フィーダ用基板と、前記出力用フィーダ基板と、前記共振器用基板の接地層は酸化物高温超伝導体により形成されていることを特徴とする超伝導フィルタ。
【００７７】
（付記４） 付記１乃至３のいずれかに記載の超伝導フィルタにおいて、複数の前記共振器用基板と、前記入力フィーダ用基板と、前記出力フィーダ用基板の隣接する基板間の少なくとも一対の基板間に橋渡しされ、その基板間の信号の結合を調整する誘電体を更に有することを特徴とする超伝導フィルタ。
【００７８】
（付記５） 付記１乃至３のいずれかに記載の超伝導フィルタにおいて、複数の前記共振器用基板と、前記入力フィーダ用基板と、前記出力フィーダ用基板の隣接する基板間の少なくとも一対の基板間に橋渡しされ、その基板間の信号の結合を調整する酸化物高温超伝導体を更に有することを特徴とする超伝導フィルタ。
【００７９】
（付記６） 付記１乃至５のいずれかに記載の超伝導フィルタにおいて、板状体を前記容器の底面に配置し、前記板状体の一面を前記載置面としたことを特徴とする超伝導フィルタ。
【００８０】
（付記７） 付記６記載の超伝導フィルタにおいて、前記板状体は、誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体膜とを有し、前記誘電体基板の前記一面を前記載置面としたことを特徴とする超伝導フィルタ。
【００８１】
（付記８） 付記１乃至８のいずれかに記載の超伝導フィルタにおいて、前記共振器用基板を、前記載置面上で、前記共振器用基板の配置方向に対して略垂直に移動し、前記共振器用基板間の相対的位置関係を変化する位置調整機構を更に有することを特徴とする超伝導フィルタ。
【００８２】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、内部に電気伝導性の載置面を有し、電磁波を遮蔽する容器と、誘電体基板と、誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体の入力フィーダ用回路パターンと、誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、接地層が載置面に接触するように載置面上に配置された入力フィーダ用基板と、誘電体基板と、誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体の出力フィーダ用回路パターンと、誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、接地層が載置面に接触するように載置面上に配置された出力フィーダ用基板と、別々に形成され、位置を移動させることで周波数特性を調整できる誘電体基板と、誘電体基板のそれぞれの一面に形成された酸化物高温超伝導体の多段共振器用回路パターンと、誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、入力フィーダ用基板と出力フィーダ用基板との間の載置面上に、接地層が載置面に接触するように配置された複数の共振器用基板とを有するので、多段化を容易に行うことができ、また、各段間の信号の結合度を容易に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による超伝導フィルタの構造を示す概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態による超伝導フィルタの伝送線路構造を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態による超伝導フィルタにおける誘電体のブリッジングによる信号結合度の調整を示す概略図である。
【図４】本発明の第１実施形態による超伝導フィルタにおける酸化物高温超伝導体のブリッジングによる信号結合度の調整を示す概略図である。
【図５】本発明の第１実施形態による超伝導フィルタの共振器位置調整機構を設けた場合の構造を示す上面図である。
【図６】本発明の第２実施形態による超伝導フィルタの伝送線路構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０…１／２波長型ヘアピン型共振器
１２…入出力フィーダ用基板
１４…導体板
１６…金属製容器
１８…グランドプレーン
２０…誘電体基板
２２…ヘアピン型パターン
２４…フィーダラインパターン
２６…電極
２８…同軸コネクタ
２９…誘電体
３０…ピン
３１…誘電体位置調整機構
３２…信号結合度調整用ネジ
３３…シャフト
３４…上蓋
３５…酸化物高温超伝導体
３６…共振器位置調整機構
３７…シャフト
３８…１／２波長型共振器
４０…導体薄片シート
４２…ラインパターン
４４…グランドプレーン
４６…誘電体基板
４８…導体板
５０…スライド用ガイド
【発明の属する技術分野】
本発明は、準マイクロ波や、マイクロ波、ミリ波等の高周波電気信号を扱う超伝導フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
酸化物高温超伝導体を回路導体とした平面型回路のフィルタでは、酸化マグネシウムやランタンアルミネート等の誘導体基板の片面ないしは両面に酸化物高温超伝導体膜の回路パターンを形成することが行われている。
【０００３】
平面型回路のフィルタの伝送線路構造としては、例えば、誘電体基板の一方の面にストリップ導体を、他方の面に接地導体を設けて、これら二つの導体間に電界を加えて電磁波を伝搬するマイクロストリップライン（microstrip line）が知られている。その他に、トリプレートストリップライン（triplate strip line）、コプレーナライン（coplanar line）等が知られている。これらの伝送線路構造が、フィルタの使用目的等に応じて使い分けられている。
【０００４】
上述の平面型回路からなる酸化物高温超伝導フィルタは、準マイクロ波や、マイクロ波、ミリ波等の高周波電気信号を扱うことができる。このように、フィルタの回路導体として酸化物高温超伝導体膜を用いた場合、電気良導体である金や、銀、銅、アルミニウム等を回路導体として用いた場合に比べてエネルギー損失を低減することができる。したがって、酸化物高温超伝導フィルタ回路は、最小挿入損失が小さく、かつ周波数遮断特性が急峻な高無負荷Ｑのフィルタを構成するのに有効なものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
同じ無負荷Ｑを有する共振器を用いて、より急峻な周波数遮断特性を有するフィルタを構成するためには、共振器の数、すなわち段数を増すことが必要となる。平面型回路のフィルタの段数を増すためには、共振器回路を形成する基板面積を大きくする必要がある。しかしながら、基板面積が大きくなるにつれて、回路導体となる酸化物高温超伝導膜を基板上に均質に成膜した基板を作製することが次第に容易でなくなり、該フィルタ製作のコストアップの一因となっていた。
【０００６】
また、一般に、電磁場の共振を利用した高周波フィルタにおいて、周波数遮断などの伝送特性は、段間の信号結合度が変わることによって変化する。このため、調整ネジを設けるなどして信号の結合度を調整することが必要に応じて行われている。設計に基づく所要の精度の伝送特性は、調整ネジによる信号の結合度の調整によって近似される。しかしながら、調整ネジによって信号の結合度を調整する場合、段数が増加するにつれて最適でない解が一般に増す傾向にある。このために、各段間の信号結合度の調整が、段数を増すにつれて困難になることが経験的に知られている。同じ通過帯域幅のバンドパスフィルタを構成する場合、高い無負荷Ｑを有する酸化物高温超伝導フィルタでは、低い無負荷Ｑを有するフィルタに比べて、相対的に段間の信号の結合を弱める必要がある。このためには段間の距離を離し信号結合度を調整することが有効である。しかしながら、段間の距離を離した場合、通常の調整ネジを用いた方法では、段間の結合度を充分に調整することが困難なものになってしまっていた。
【０００７】
本発明の目的は、多段化を容易に行うことができ、また、各段間の信号の結合度を容易に調整することのできる超伝導フィルタを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、内部に電気伝導性の載置面を有し、電磁波を遮蔽する容器と、誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体の入力フィーダ用回路パターンと、前記誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、前記接地層が前記載置面に接触するように前記載置面上に配置された入力フィーダ用基板と、誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体の出力フィーダ用回路パターンと、前記誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、前記接地層が前記載置面に接触するように前記載置面上に配置された出力フィーダ用基板と、別々に形成され、位置を移動させることで周波数特性を調整できる誘電体基板と、前記誘電体基板のそれぞれの一面に形成された酸化物高温超伝導体の多段共振器用回路パターンと、前記誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、前記入力フィーダ用基板と前記出力フィーダ用基板との間の前記載置面上に、前記接地層が前記載置面に接触するように配置された複数の共振器用基板とを有することを特徴とする超伝導フィルタにより達成される。
【０００９】
また、上記目的は、内部に電気伝導性の載置面を有し、電磁波を遮蔽する容器と、誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体の入力フィーダ用回路パターンと、前記誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、前記接地層が前記載置面に接触するように前記載置面上に配置された入力フィーダ用基板と、誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体の出力フィーダ用回路パターンと、前記誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、前記接地層が前記載置面に接触するように前記載置面上に配置された出力フィーダ用基板と、別々に形成され、位置を移動させることで周波数特性を調整できる誘電体基板と、前記誘電体基板のそれぞれの一面に形成された酸化物高温超伝導体の多段共振器用回路パターンと、前記誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、前記入力フィーダ用基板と前記出力フィーダ用基板との間の前記載置面上に、前記接地層が前記載置面に接触するように配置された複数の共振器用基板と、一面に接地層を有した誘電体基板の他面が、前記入力フィーダ用回路パターンと、前記出力フィーダ用回路パターンと、前記多段共振器用回路パターンとに接触するように、前記入力フィーダ用基板と、前記出力フィーダ用基板と、前記共振器用基板の誘電体基板の一面上にそれぞれ配置された複数の回路カバー用基板とを有することを特徴とする超伝導フィルタにより達成される。
【００１０】
また、上記の超伝導フィルタにおいて、板状体を前記容器の底面に配置し、前記板状体の一面を前記載置面としてもよい。
【００１１】
また、上記の超伝導フィルタにおいて、前記板状体は、誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体膜とを有し、前記誘電体基板の前記一面を前記載置面としてもよい。
【００１２】
また、上記の超伝導フィルタにおいて、前記共振器用基板を、前記載置面上で、前記共振器用基板の配置方向に対して略垂直に移動し、前記共振器用基板間の相対的位置関係を変化する位置調整機構を更に有するようにしてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による超伝導フィルタについて図１乃至図４を用いて説明する。図１は、本実施形態による超伝導フィルタの構造を示す概略図、図２は、超伝導フィルタの伝送線路構造を示す斜視図、図３は、共振器位置調整機構を設けた超伝導フィルタの構造を示す上面図、図４は、誘電体のブリッジングによる信号結合調整を示す概略図である。
【００１４】
まず、本実施形態による超伝導フィルタの構造について図１及び図２を用いて説明する。図１（ａ）は、超伝導フィルタの構造を示す上面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ′断面図である。
【００１５】
本実施形態による超伝導フィルタは、マイクロストリップライン伝送線路構造で、１／２波長型ヘアピン型共振器１０からなる１１段のバンドパスフィルタである。
【００１６】
本実施形態による超伝導フィルタでは、図１に示すように、外部電磁波を遮蔽する金属製容器１６底部に導体板１４が固定されている。導体板１４上には、入出力フィーダ用基板１２が両端に、それらの間に１／２波長型ヘアピン型共振器１０が一列に配置されている。また、金属製容器１６には、その両端に外部機器との接続のための同軸コネクタ２８が取り付けられ、上蓋３４によって開口が閉じられている。
【００１７】
１／２波長型ヘアピン型共振器１０及び入出力フィーダ用基板１２は、誘電体基板２０からなるものであり、図２に示すように、誘電体基板２０の導体板１４と接触する側に酸化物高温超伝導体膜であるグランドプレーン１８が形成されている。１／２波長型ヘアピン型共振器１０の誘電体基板２０の上面には酸化物高温超伝導体からなる１／２波長型のヘアピン型パターン２２が形成されている。入出力フィーダ用基板１２の誘電体基板２０上面には、酸化物高温超伝導体膜からなる１／４波長型のフィーダラインパターン２４と、その端部に電極２６とが形成されている。
【００１８】
金属製容器１６両端に取り付けられた同軸コネクタ２８のピン３０は、図１に示すように、入出力フィーダ用基板１２の電極２６にはんだ、導体ペースト等により固定されている。また、金属製容器１６を閉鎖する上蓋３４には、必要に応じて信号結合度調整用ネジ３２が取り付けられている。
【００１９】
以下に、本実施形態による超伝導フィルタの各構成部分について詳述する。
【００２０】
（１）１／２波長型ヘアピン型共振器１０、入出力フィーダ用基板１２
１／２波長型ヘアピン型共振器１０及び入出力フィーダ用基板１２の誘電体基板２０としては、例えば、ＭｇＯ単結晶基板が用いられる。このとき、ヘアピン型パターン２２またはフィーダラインパターン２４と、グランドプレーン１８とが形成されるＭｇＯ単結晶基板の面は（１００）面となっている。
【００２１】
１／２波長型ヘアピン型共振器１０及び入出力フィーダ用基板１２のグランドプレーン１８は、酸化物高温超伝導体膜、例えば、０．４μｍ〜１μｍの厚さのＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-δ超伝導体膜によって形成される。
【００２２】
ヘアピン型パターン２２及びフィーダラインパターン２４は、共に酸化物高温超伝導体膜、例えば、０．２μｍ〜１μｍの厚さのＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-δ超伝導体膜によって形成される。
【００２３】
フィーダラインパターン２４の端部には、入出力用の電極２６が設けられており、例えばＡｇ膜等で形成される。これらの電極２６には、金属製容器１６に取り付けられる同軸コネクタ２８のピン３０がはんだ、導体ペースト等により固定される。
【００２４】
上述の１／２波長型ヘアピン型共振器１０及び入出力フィーダ用基板１２は、例えば、ＭｇＯ（１００）基板の両面にレーザー蒸着法によりＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-δを成膜した後、設計に基づくヘアピン型パターン２２及びフィーダラインパターン２４の形成工程、電極２６の形成工程、基板を所要寸法にカットするダイシング工程等を経て作製される。
【００２５】
このように、本実施形態による超伝導フィルタを構成する各１／２波長型ヘアピン型共振器１０及び入出力フィーダ用基板１２が、それぞれ分割されて作製されるので、酸化物高温超伝導体膜の不良領域に形成された粗悪品を除外し、良品のみを選別して超伝導フィルタを構成することができる。
【００２６】
従来までの、同一基板上に伝送線路となる回路パターンの全てを形成する平面型回路のフィルタでは、多段するためには基板を大面積にする必要があった。しかし、基板を大面積にした場合、基板全領域にわたり回路パターンとして使用できる状態で酸化物高温超伝導体膜を形成することは困難であった。このため、多段化したフィルタを歩留まり良く製造することは困難であった。
【００２７】
しかしながら、本実施形態による超伝導フィルタは、上述のように作製された１／２波長型ヘアピン型共振器１０及び入出力フィーダ用基板１２の中から良品のみを選別して伝送線路を構成することができるので、容易に多段化を行うことができる。
【００２８】
また、本実施形態による超伝導フィルタでは、伝送線路を構成するヘアピン型パターン２２及びフィーダラインパターン２４それぞれが、別々の誘電体基板２０上に形成されている。このため、各誘電体基板２０を導体板１４に配置する位置を調整することにより、超伝導フィルタとしての周波数特性の調整を容易に行うことができる。
【００２９】
（２）導体板１４
導体板１４は、例えば、インバー合金にＮｉ下地のＡｕメッキまたはＡｇメッキを３μｍの厚さで施したものである。
【００３０】
このような導体板１４上に、上述の１／２波長型ヘアピン型共振器１０と入出力フィーダ用基板１２とがグランドプレーン１８を下にしてインジウム−錫合金等により融着される。これにより、各１／２波長型ヘアピン型共振器１０と入出力フィーダ用基板１２とが同一電位となっている。
【００３１】
また、１／２波長型ヘアピン型共振器１０と入出力フィーダ用基板１２の、グランドプレーン１８が形成された底面に、さらにＡｇまたはＡｕ薄膜を形成して導体板１４に配置してもよい。この場合、導体板１４との密着性が良好であり、かつ滑りが良好であるため、インジウム−錫合金による融着の場合と比べて１／２波長型ヘアピン型共振器１０の位置の微調整を行うことができる。このような微調整後に、インジウム−鉛合金等により融着して導体板１４に固定してもよい。その他、銀ペースト等の導体ペーストにより固定してもよいし、板バネを介して導体板１４にネジ止めしてもよい。
【００３２】
１／２波長型ヘアピン型共振器１０と入出力フィーダ用基板１２との導体板１４への配置は、通常、計算機シュミレーション等により予め所望のフィルタ特性が得られるように設計されている。
【００３３】
（３）金属製容器１６、上蓋３４
金属製容器１６の底部には、１／２波長型ヘアピン型共振器１０と入出力フィーダ用基板１２との配列が接着された導体板１４が固定される。金属製容器１６の側面には同軸コネクタ２８が取り付けられる。同軸コネクタ２８のピン３０は、入出力フィーダ用基板１２の電極２６にはんだ、導体ペースト等により固定される。
【００３４】
上蓋３４は、導体板１４の固定された金属製容器１６を閉鎖するものである。上蓋３４には、必要に応じて信号結合度調整用ネジ３２を取り付けることができる。
【００３５】
このように、１／２波長型ヘアピン型共振器１０と入出力フィーダ用基板１２とが配置された導体板１４を金属製容器１６内に収容し、金属製容器１６の開口を上蓋３４で閉じることにより、外部電磁波による信号への干渉が遮蔽される。
【００３６】
（４）信号結合度調整ネジ３２
信号結合度調整用ネジ３２は、必要に応じて上蓋３４に取り付けられる。信号結合度調整用ネジ３２の端部は、１／２波長型ヘアピン型共振器１０と入出力フィーダ用基板１２との配列の上方の空間で上下移動することができる。これにより、各１／２波長型ヘアピン型共振器１０間及び１／２波長型ヘアピン型共振器１０と入出力フィーダ用基板１２との間の信号の結合度を調整することができる。信号結合度調整用ネジ３２としては、金属製や樹脂製のものを用いることができる。また、複数の信号結合度調整ネジを上蓋３４に取り付けてもよい。
【００３７】
（５）信号結合度の調整
本実施形態による超伝導フィルタでは、信号結合調整ネジ３２による信号結合度の調整だけでなく、以下に述べる各種方法によって信号結合度の調整を行うことができる。
【００３８】
（ａ）ブリッジングによる信号結合度の調整
図３に示すように、１／２波長型ヘアピン型共振器１０間や１／２波長型ヘアピン型共振器１０と入出力フィーダ用基板１２間に誘電体２９を配置する、すなわち、ブリッジングすることにより、各１／２波長型ヘアピン型共振器１０間及び１／２波長型ヘアピン型共振器１０と入出力フィーダ用基板１２との間の信号の結合度を調整することが可能である。図３の点線楕円内は、１／２波長型ヘアピン型共振器１０間に誘電体２９をブリッジングした状態の断面図を示している。この目的には、酸化マグネシウム、酸化チタン、ランタンアルミネート、サファイア、アルミナ、チタン酸ストロンチウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、石英ガラス、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）等の誘電体を用いることができる。
【００３９】
また、図３に示すように、上述のブリッジングされた誘電体２９の位置を移動する誘電体位置調整機構３１を設けてもよい。
【００４０】
誘電体位置調整機構３１は、金属製容器１６の内壁近傍に設けられ、ブリッジングされた誘電体２９にシャフト３３を介して接続されている。
【００４１】
誘電体位置調整機構３１は、例えばピエゾ素子のような圧電素子から構成されている。この誘電体位置調整機構３１に電圧を印加することにより、１／２波長型ヘアピン型共振器１０の配列の方向に対して誘電体位置調整機構３１を垂直に伸縮する。これにより、シャフト３３を介して誘電体位置調整機構３５に接続された誘電体２９の位置を移動して、信号の結合度を調整することが可能である。
【００４２】
なお、誘電体２９の代わりに、図４に示すように、酸化物高温超伝導体３５を１／２波長型ヘアピン型共振器１０間や１／２波長型ヘアピン型共振器１０と入出力フィーダ用基板１２との間にブリッジングすることによっても、信号の結合度を調整することが可能である。
【００４３】
（ｂ）共振器位置調整機構３６による信号結合度の調整
１／２波長型ヘアピン型共振器１０を導体板１４上に固定せず、図５に示すように、１／２波長型ヘアピン型共振器１０に共振器位置調整機構３６を設けることにより、各１／２波長型ヘアピン型共振器１０間の信号結合度を調整することができる。
【００４４】
共振器位置調整機構３６が接続される１／２波長型ヘアピン型共振器１０は、例えば、前述のように、その底面にＡｇまたはＡｕ薄膜が形成されて導体板１４に配置される。これにより、共振器位置調整機構３６が接続される１／２波長型ヘアピン型共振器１０は、導体板１４上でスライドすることができる。
【００４５】
共振器位置調整機構３６は、金属製容器１６の内壁近傍に設けられ、導体板１４に固定されていない１／２波長型ヘアピン型共振器１０端部にシャフト３７を介して接続されている。図５は、共振器位置調整機構３６が、配列された１／２波長型ヘアピン型共振器１０の一つおきに接続されている場合を示したものである。
【００４６】
共振器位置調整機構３６は、例えばピエゾ素子のような圧電素子から構成されている。この共振器位置調整機構３６に電圧を印加することにより、１／２波長型ヘアピン型共振器１０の配列の方向に対して共振器位置調整機構３６を垂直に伸縮することができる。これにより、シャフト３７を介して共振器位置調整機構３６に接続された１／２波長型ヘアピン型共振器１０の、隣接する１／２波長型ヘアピン型共振器１０との位置関係を変化することができる。
【００４７】
なお、共振器位置調整機構３６に接続された１／２波長型ヘアピン型共振器１０の移動方向にずれが生じないように、スライド用ガイド５０等を導体板１４に設けることが望ましい。
【００４８】
こうして各１／２波長型ヘアピン型共振器１０の位置関係を変化することにより、各１／２波長型ヘアピン型共振器１０間の信号の結合度を調整することができる。
【００４９】
なお、共振器位置調整機構３６の接続は、配列された１／２波長型ヘアピン型共振器１０の一つおきのものに限定されるものではない。例えば、全ての１／２波長型ヘアピン型共振器１０に共振器位置調整機構３６を設けてもよい。
【００５０】
また、共振器位置調整機構３６は、ネジ等を用いた機械的手段によって１／２波長型ヘアピン型共振器１０をそれらの配列に対して垂直に移動するものであってもよい。
【００５１】
このように本実施形態によれば、１／２波長型ヘアピン型共振器及び入出力フィーダ用基板といった平面型回路の超伝導フィルタを構成する基板を分割することにより、相対的に大面積の回路を同一基板上に形成する必要がない。このため、製造欠陥部分を回避することが容易となり、フィルタの多段化を容易に行うことができる。さらに、平面型回路でありながら、超伝導フィルタを構成する各１／２波長型ヘアピン型共振器及び入出力フィーダ用基板の配置に自由度があるため、周波数特性を容易に調整することができる。
【００５２】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による超伝導フィルタについて図６を用いて説明する。図６は、本実施形態による超伝導フィルタの伝送線路構造を示す斜視図である。なお、第１実施形態による超伝導フィルタと同一の構成要素については同一の符号を付与し説明を省略或いは簡略にする。
【００５３】
本実施形態による超伝導フィルタは、トリプレートストリップライン型の伝送線路構造で１／２波長型共振器３８からなる９段のバンドパスフィルタであり、第１実施形態とは、伝送線路の構造が異なる点を除いてほぼ同一である。
【００５４】
図６（ａ）に示すように、本実施形態による超伝導フィルタの伝送線路では、導体板１４上に入出力フィーダ用基板１２が両端に配置され、それらの間に１／２波長型共振器３８が配置されている。
【００５５】
入出力フィーダ用基板１２の誘電体基板２０の下面には、グランドプレーン１８が形成され、上面には、１／２波長型のフィーダラインパターン２４とその端部に電極２６とが設けられている。電極２６には、導体薄片シート４０が接着されている。
【００５６】
１／２波長型共振器３８の誘電体基板２０の下面には、グランドプレーン１８が形成され、上面には、１／２波長型のラインパターン４２が形成されている。
【００５７】
上述の１／２波長型共振器３８と、入出力フィーダ用基板１２の上部にそれぞれには、図６（ｂ）に示すように、上面にグランドプレーン４４が形成された複数の誘電体基板４６が配置される。さらに、これらの上から導体板４８によって挟まれ、機械的に固定されたものが本実施形態による超伝導フィルタのトリプレートストリップライン型の伝送線路構造である。
【００５８】
導体板１４及び導体板４８は、例えば、インバー合金にＮｉ下地のＡｕメッキまたはＡｇメッキを３μｍの厚さで施したものである。また、導体板１４として、ＭｇＯ単結晶基板の（１００）面上に酸化物高温超伝導体膜を形成したものなどを用いてもよい。この場合、導体板１４による信号のエネルギー損失を低減することができ、超伝導フィルタの高無負荷Ｑ化に有効である。
【００５９】
誘電体基板２０及び誘電体基板４６には、例えばＭｇＯ単結晶基板が用いられる。このとき、酸化物高温超伝導体膜であるグランドプレーン１８及びフィーダラインパターン２４またはラインパターン３８が形成される誘電体基板２０の上下両面が（１００）面となっている。また、グランドプレーン４４が形成される誘電体基板４６の上面が（１００）面となっている。
【００６０】
グランドプレーン１８、フィーダラインパターン２４、ラインパターン４２、グランドプレーン４４は、酸化物高温超伝導体膜、例えば０．４μｍ〜１μｍの厚さのＳｍＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-δ超伝導体膜によって形成される。
【００６１】
フィーダラインパターン２４端部に設けられる入出力用の電極２６は、例えばＡｇ膜で形成される。電極２６には、例えばＡｕのリボン状の導体薄片シート４０が接着されている。
【００６２】
上記の回路パターンが形成される入出力フィーダ用基板１２及び１／２波長型共振器３８と、上面にグランドプレーン４４が形成された誘電体基板４６とについては、第１実施形態と同様の方法を用いて作製することができる。
【００６３】
上述した伝送線路構造は、第１実施形態と同様に金属製容器等の中に固定され、入出力用の電極２６に接着されている導体薄片シート４０には、金属製容器に取り付けられた同軸コネクタのピンに接続される。
【００６４】
なお、本実施形態による超伝導フィルタは、伝送線路構造を金属製容器内に収容しなくても、フィルタとして動作することができる。
【００６５】
また、第１実施形態と同様に、ラインパターン４２、フィーダラインパターン２４が形成されている誘電体基板２０間に、誘電体或いは酸化物高温超伝導体をブリッジングすることにより、各１／２波長型共振器３８間及び１／２波長型共振器３８と入出力フィーダ用基板１２との間の信号の結合度の調整を行うことができる。
【００６６】
また、第１実施形態と同様の共振器位置調整機構を１／２波長型共振器３８に接続することによっても信号の結合度を調整することが可能である。
【００６７】
このように本実施形態によれば、１／２波長型共振器及び入出力フィーダ用基板といった平面型回路の超伝導フィルタを構成する基板を分割することにより、相対的に大面積の回路を同一基板上に形成する必要がない。このため、製造欠陥部分を回避することが容易となり、フィルタの多段化を容易に行うことができる。さらに、平面型回路でありながら、超伝導フィルタを構成する各１／２波長型共振器及び入出力フィーダ用基板の配置に自由度があるため、周波数特性を容易に調整することができる。
【００６８】
［変形実施形態］
本発明の上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００６９】
例えば、上記実施形態では、グランドプレーン１８、ヘアピン型パターン２２、フィーダラインパターン２４、ラインパターン４２、グランドプレーン４４を形成する酸化物高温超伝導体膜として、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-δ超伝導体膜及びＳｍＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-δ超伝導体膜を用いているが、これらに限定されるものではない。例えば、Ｂｉn1Ｓｒn2Ｃａn3Ｃｕn4Ｏn5（１．８≦ｎ１≦２．２、１．８≦ｎ２≦２．２、０．９≦ｎ３≦１．２、１．８≦ｎ４≦２．２、７．８≦ｎ５≦８．４）、Ｐｂk1Ｂｉk2Ｓｒk3Ｃａk4Ｃｕk5Ｏk6（１．８≦ｋ１＋ｋ２≦２．２、０≦ｋ１≦０．６、１．８≦ｋ３≦２．２、１．８≦ｋ４≦２．２、１．８≦ｋ５≦２．９．５≦ｋ６≦１０．８）、Ｙm1Ｂａm2Ｃｕm3Ｏm4（０．５≦ｍ１≦１．２、１．８≦ｍ２≦２．２、２．５≦ｍ３≦３．５、６．６≦ｍ４≦７．０）、Ｎｄp1Ｂａp2Ｃｕp3Ｏp4（０．５≦ｐ１≦１．２、１．８≦ｐ２≦２．２、２．５≦ｐ３≦３．５、６．６≦ｐ４≦７．０）、Ｎｄq1Ｙq2Ｂａq3Ｃｕq4Ｏq5（０≦ｑ１≦１．２、０≦ｑ２≦１．２、０．５≦ｑ１＋ｑ２≦１．２、１．８≦ｑ２≦２．２、２．５≦ｑ３≦３．５、６．６≦ｑ４≦７．０）、Ｓｍp1Ｂａp2Ｃｕp3Ｏp4（０．５≦ｐ１≦１．２、１．８≦ｐ２≦２．２、２．５≦ｐ３≦３．５、６．６≦ｐ４≦７．０）、Ｈｏp1Ｂａp2Ｃｕp3Ｏp4（０．５≦ｐ１≦１．２、１．８≦ｐ２≦２．２、２．５≦ｐ３≦３．５、６．６≦ｐ４≦７．０）等のような酸化物高温超伝導体のうちいずれか１種類以上のものを用いることができる。
【００７０】
また、上記実施形態では、誘電体基板２０として、酸化マグネシウム単結晶基板を用いているが、これに限定されるものではない。例えば、誘電体基板２０として、酸化チタン、ランタンアルミネート、酸化セリウムコートサファイア、チタン酸ストロンチウム、チタン酸マグネシウム等の基板を用いてもよい。
【００７１】
また、上記実施形態では、超伝導フィルタに関し、バンドパスフィルタについて記述したが、ローパスフィルタや、ハイパスフィルタ、バンドストップフィルタを構成することも可能である。
【００７２】
また、上記実施形態では、共振器の酸化物高温超伝導体膜のパターンとして、ヘアピン型パターン２２及びラインパターン４２を用いているが、酸化物高温超伝導体膜のパターンの形状はこれらに限定されるものではない。例えば、円形やＳ字型のパターンであってもよい。ただし、所望のフィルタ特性に応じて、例えば、円形パターンの場合はその直径が１／２波長、あるいは、Ｓ字型パターンの場合はその全長が１／２波長となるように設計される。
【００７３】
また、上記実施形態では、１／２波長型ヘアピン型共振器１０又は１／２波長型共振器３８と入出力フィーダ用基板１２とを、導体板１４上に配置してから金属製容器１６の底面に固定しているが、伝送線路を構成する各１／２波長型ヘアピン型共振器１０又は１／２波長型共振器３８と入出力フィーダ用基板１２とが同一電位となるようにできればこの限りではない。例えば、金属製容器１６の底面に、１／２波長型ヘアピン型共振器１０又は１／２波長型共振器３８と入出力フィーダ用基板１２とを直接配置してもよい。
【００７４】
［付記］
（付記１） 内部に電気伝導性の載置面を有し、電磁波を遮蔽する容器と、誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体の入力フィーダ用回路パターンと、前記誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、前記接地層が前記載置面に接触するように前記載置面上に配置された入力フィーダ用基板と、誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体の出力フィーダ用回路パターンと、前記誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、前記接地層が前記載置面に接触するように前記載置面上に配置された出力フィーダ用基板と、誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体の共振器用回路パターンと、前記誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、前記入力フィーダ用基板と前記出力フィーダ用基板との間の前記載置面上に、前記接地層が前記載置面に接触するように配置された複数の共振器用基板とを有することを特徴とする超伝導フィルタ。
【００７５】
（付記２） 内部に電気伝導性の載置面を有し、電磁波を遮蔽する容器と、
誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体の入力フィーダ用回路パターンと、前記誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、前記接地層が前記載置面に接触するように前記載置面上に配置された入力フィーダ用基板と、誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体の出力フィーダ用回路パターンと、前記誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、前記接地層が前記載置面に接触するように前記載置面上に配置された出力フィーダ用基板と、誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体の共振器用回路パターンと、前記誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、前記入力フィーダ用基板と前記出力フィーダ用基板との間の前記載置面上に、前記接地層が前記載置面に接触するように配置された複数の共振器用基板と、誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された接地層とを有し、前記誘電体基板の他面が、前記入力フィーダ用回路パターンと、前記出力フィーダ用回路パターンと、前記共振器用回路パターンとに接触するように、前記入力フィーダ用基板と、前記出力フィーダ用基板と、前記共振器用基板の誘電体基板の一面上にそれぞれ配置された複数の回路カバー用基板とを有することを特徴とする超伝導フィルタ。
【００７６】
（付記３） 付記１又は２記載の超伝導フィルタにおいて、前記入力フィーダ用基板と、前記出力用フィーダ基板と、前記共振器用基板の接地層は酸化物高温超伝導体により形成されていることを特徴とする超伝導フィルタ。
【００７７】
（付記４） 付記１乃至３のいずれかに記載の超伝導フィルタにおいて、複数の前記共振器用基板と、前記入力フィーダ用基板と、前記出力フィーダ用基板の隣接する基板間の少なくとも一対の基板間に橋渡しされ、その基板間の信号の結合を調整する誘電体を更に有することを特徴とする超伝導フィルタ。
【００７８】
（付記５） 付記１乃至３のいずれかに記載の超伝導フィルタにおいて、複数の前記共振器用基板と、前記入力フィーダ用基板と、前記出力フィーダ用基板の隣接する基板間の少なくとも一対の基板間に橋渡しされ、その基板間の信号の結合を調整する酸化物高温超伝導体を更に有することを特徴とする超伝導フィルタ。
【００７９】
（付記６） 付記１乃至５のいずれかに記載の超伝導フィルタにおいて、板状体を前記容器の底面に配置し、前記板状体の一面を前記載置面としたことを特徴とする超伝導フィルタ。
【００８０】
（付記７） 付記６記載の超伝導フィルタにおいて、前記板状体は、誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体膜とを有し、前記誘電体基板の前記一面を前記載置面としたことを特徴とする超伝導フィルタ。
【００８１】
（付記８） 付記１乃至８のいずれかに記載の超伝導フィルタにおいて、前記共振器用基板を、前記載置面上で、前記共振器用基板の配置方向に対して略垂直に移動し、前記共振器用基板間の相対的位置関係を変化する位置調整機構を更に有することを特徴とする超伝導フィルタ。
【００８２】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、内部に電気伝導性の載置面を有し、電磁波を遮蔽する容器と、誘電体基板と、誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体の入力フィーダ用回路パターンと、誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、接地層が載置面に接触するように載置面上に配置された入力フィーダ用基板と、誘電体基板と、誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体の出力フィーダ用回路パターンと、誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、接地層が載置面に接触するように載置面上に配置された出力フィーダ用基板と、別々に形成され、位置を移動させることで周波数特性を調整できる誘電体基板と、誘電体基板のそれぞれの一面に形成された酸化物高温超伝導体の多段共振器用回路パターンと、誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、入力フィーダ用基板と出力フィーダ用基板との間の載置面上に、接地層が載置面に接触するように配置された複数の共振器用基板とを有するので、多段化を容易に行うことができ、また、各段間の信号の結合度を容易に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による超伝導フィルタの構造を示す概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態による超伝導フィルタの伝送線路構造を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態による超伝導フィルタにおける誘電体のブリッジングによる信号結合度の調整を示す概略図である。
【図４】本発明の第１実施形態による超伝導フィルタにおける酸化物高温超伝導体のブリッジングによる信号結合度の調整を示す概略図である。
【図５】本発明の第１実施形態による超伝導フィルタの共振器位置調整機構を設けた場合の構造を示す上面図である。
【図６】本発明の第２実施形態による超伝導フィルタの伝送線路構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０…１／２波長型ヘアピン型共振器
１２…入出力フィーダ用基板
１４…導体板
１６…金属製容器
１８…グランドプレーン
２０…誘電体基板
２２…ヘアピン型パターン
２４…フィーダラインパターン
２６…電極
２８…同軸コネクタ
２９…誘電体
３０…ピン
３１…誘電体位置調整機構
３２…信号結合度調整用ネジ
３３…シャフト
３４…上蓋
３５…酸化物高温超伝導体
３６…共振器位置調整機構
３７…シャフト
３８…１／２波長型共振器
４０…導体薄片シート
４２…ラインパターン
４４…グランドプレーン
４６…誘電体基板
４８…導体板
５０…スライド用ガイド
Claims (5)
- 内部に電気伝導性の載置面を有し、電磁波を遮蔽する容器と、
誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体の入力フィーダ用回路パターンと、前記誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、前記接地層が前記載置面に接触するように前記載置面上に配置された入力フィーダ用基板と、
誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体の出力フィーダ用回路パターンと、前記誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、前記接地層が前記載置面に接触するように前記載置面上に配置された出力フィーダ用基板と、
別々に形成され、位置を移動させることで周波数特性を調整できる誘電体基板と、前記誘電体基板のそれぞれの一面に形成された酸化物高温超伝導体の多段共振器用回路パターンと、前記誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、前記入力フィーダ用基板と前記出力フィーダ用基板との間の前記載置面上に、前記接地層が前記載置面に接触するように配置された複数の共振器用基板と
を有することを特徴とする超伝導フィルタ。 - 内部に電気伝導性の載置面を有し、電磁波を遮蔽する容器と、
誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体の入力フィーダ用回路パターンと、前記誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、前記接地層が前記載置面に接触するように前記載置面上に配置された入力フィーダ用基板と、
誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体の出力フィーダ用回路パターンと、前記誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、前記接地層が前記載置面に接触するように前記載置面上に配置された出力フィーダ用基板と、
別々に形成され、位置を移動させることで周波数特性を調整できる誘電体基板と、前記誘電体基板のそれぞれの一面に形成された酸化物高温超伝導体の多段共振器用回路パターンと、前記誘電体基板の他面に形成された接地層とを有し、前記入力フィーダ用基板と前記出力フィーダ用基板との間の前記載置面上に、前記接地層が前記載置面に接触するように配置された複数の共振器用基板と、
一面に接地面を有した誘電体基板の他面が、前記入力フィーダ用回路パターンと、前記出力フィーダ用回路パターンと、前記多段共振器用回路パターンとに接触するように、前記入力フィーダ用基板と、前記出力フィーダ用基板と、前記共振器用基板の誘電体基板の一面上にそれぞれ配置された複数の回路カバー用基板と
を有することを特徴とする超伝導フィルタ。 - 請求項１又は２記載の超伝導フィルタにおいて、
板状体を前記容器の底面に配置し、前記板状体の一面を前記載置面とした
ことを特徴とする超伝導フィルタ。 - 請求項３記載の超伝導フィルタにおいて、
前記板状体は、誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に形成された酸化物高温超伝導体膜とを有し、前記誘電体基板の前記一面を前記載置面とした
ことを特徴とする超伝導フィルタ。 - 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超伝導フィルタにおいて、
前記共振器用基板を、前記載置面上で、前記共振器用基板の配置方向に対して略垂直に移動し、前記共振器用基板間の相対的位置関係を変化する位置調整機構を更に有する
ことを特徴とする超伝導フィルタ。
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