JP3926291B2 - 帯域通過フィルタ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信機器に用いられる帯域通過フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線または有線で情報通信を行う通信機器は、アンプ、ミキサ、フィルタなどの各種の高周波部品から構成されている。この中で、帯域通過フィルタは、特定の周波数帯の信号のみを通過させる機能を有する。帯域通過フィルタとして、共振器を複数個並べたものがある。
【０００３】
マイクロストリップ線路、ストリップ線路、コプレーナ線路などで構成される平面回路において、フィルタを構成する各共振器間の結合は、通常、共振器どうしの位置関係のみで定められ、共振器以外に結合用素子を付加することなく実現される。この結合方法は、通常のチェビシェフ関数型フィルタのように隣接する共振器間の結合のみで構成されるフィルタに適している。しかし、減衰極によるスカート特性の急峻化や、群遅延時間平坦化のための飛越結合をもつフィルタ回路を実現する場合は、この結合方法では、所望の共振器間の結合以外に、不要な結合が発生しやすいという問題点がある。
【０００４】
一方、非特許文献１〜５では、スカート特性の急峻化のための飛越結合を、結合用線路を付加することにより実現している。この結合方法では、結合用線路の両端をそれぞれ共振器から近い位置に、ある距離をもって配置することにより２つの共振器間の結合を実現している。また非特許文献６では、結合用線路の電気長を種々変化させることにより、群遅延時間平坦化や、減衰極によるスカート特性の急峻化を実現している。また特許文献１〜３では、１／４波長の結合用線路が用いられている。しかし、結合用線路の端部と共振器の間に寄生容量が発生しやすく、共振器の共振周波数が実効的にずれてしまうという問題点があった。さらに、強い結合をつくりたい場合、結合用線路と共振器の距離が極めて小さくなるため、安定した結合が得られないという問題点があった。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１７４０５号公報
【特許文献２】
特開２００１−３１３５０２公報
【特許文献３】
特開２００２−７６７０３公報
【０００６】
【非特許文献１】
ＩＥＥＥ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓＳｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｄｉｇｅｓｔ (１９９９年) 第１５４７頁
【非特許文献２】
ＩＥＥＥ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓＳｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｄｉｇｅｓｔ (２０００年) 第６６１頁
【非特許文献３】
ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ、第４８巻（２０００年）、第１２４０頁
【非特許文献４】
ＩＥＥＥ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓＳｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｄｉｇｅｓｔ (２００２年) 第１９６３頁
【非特許文献５】
ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ、第５０巻（２００２年）、第２９２４頁
【非特許文献６】
ＩＥＥＥ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓＳｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｄｉｇｅｓｔ (２０００年) 第３１９頁
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、フィルタ回路における結合用線路を用いた共振器間結合において、共振器の共振周波数のずれが生じなくすることは極めて困難であった。また、強い結合を安定して実現することはできなかった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の実施の形態は、通過帯域の中心周波数で共振する第１半波長共振器と、前記中心周波数で共振する第２半波長共振器と、前記第１半波長共振器と前記第２半波長共振器を結線結合する伝送線路とを備え、前記第１半波長共振器と前記伝送線路の第１接続位置が前記第１半波長共振器の中心とは異なり、かつ前記第２半波長共振器と前記伝送線路の第２接続位置が前記第２半波長共振器の中心とは異なることを特徴とする帯域通過フィルタである。
【０００９】
ここで、前記伝送線路が、前記中心周波数の２倍または２／３倍の周波数で共振するようにしてもよい。
【００１０】
また、前記第１接続位置または前記第２接続位置を変化させて、電気的結合または磁気的結合を実現してもよい。
【００１１】
前記第１半波長共振器の中心と前記第１接続位置との距離に応じて結合強度を変化させてもよい。
【００１２】
前記第１半波長共振器と前記第２半波長共振器とが前記伝送路のみで結合していてもよい。
【００１３】
前記第１半波長共振器は超電導体により形成されていてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の作用を、図面を参照して説明する。
【００１５】
まず、本発明に係るフィルタの基本的な構成の例を説明する。
【００１６】
図１は、基本的な構成を説明するための第１のパターン図である。
【００１７】
厚さ約０．４３ｍｍ、比誘電率約１０のＭｇＯ基板（図示略）上に超伝導マイクロストリップ線路を形成する。ここで、マイクロストリップ線路の超伝導体は、厚さ約５００ｎｍのＹ系銅酸化物高温超伝導薄膜を用い、ストリップ導体の線路幅は約０．４ｍｍである。超伝導薄膜は、レーザー蒸着法、スパッタ法あるいは共蒸着法などにより形成することができる。
【００１８】
共振器１および共振器２は、ヘアピン型半波長共振器であり、ここでの共振周波数は約１．９３GHｚである。伝送線路３によって共振器１と共振器２は結線結合されている。
【００１９】
本明細書においては、結線結合とは分岐がなく、導通の取れた直接連結を意味する。
【００２０】
また、本明細書においては、結線結合の導通点の位置を表す表現として、内側、外側という表現を用いる。これは、結線結合された1組の共振器を共振器A、共振器Bとしたとき、共振器A、共振器Bの間側を「内側」、共振器Aの入出力端側、共振器Bの入出力側を「外側」という。
【００２１】
図１の例でいえば、共振器１と共振器２が結線結合されており、共振器１と共振器２の間が内側である。また、共振器１の励振線４側が外側、共振器２の励振線５側がそれぞれ外側である。即ち、共振器１の中心１Cよりも入出力端に近い方、即ち、図１で中心１Cの左側が外側、中心１Cの右側が内側である。図１では、共振器１と伝送線路３の接続位置は、共振器１の中心１Cよりも右側、即ち、内側に寄っている。一方、共振器２について見ると、共振器２の中心２Cよりも入出力端に近い方、即ち、図１で中心２Cの左側が内側、中心２Cの右側が外側である。図1では、共振器２と伝送線路３の接続位置は、共振器２の中心２Cよりも左側、即ち、内側に寄っている。
【００２２】
ここでは、伝送線路３の共振周波数は、約３．８６GHｚである。これは、共振器１及び共振器２の共振周波数１．９３GHｚの約2倍である。
【００２３】
励振部４および励振部５は外部に接続されている。すなわち、図１の回路は、共振器１と共振器２の結合を測定することができる。
【００２４】
図２に、図１の回路の通過振幅特性を示す。ここで、横軸は通過信号の周波数（GHｚ）、縦軸は振幅（ｄB）を示す。
【００２５】
２つの共振器の結合を示す２本のピークが見られる。この２本のピークを示す周波数をｆ１、ｆ２とすると、２本のピークの中心ｆ０、すなわち、
ｆ０＝（ｆ２＋ｆ１）／２は、
約１．９３ＧＨｚであり、共振器１及び共振器２の共振周波数と一致している。従来、結合用線路を用いた共振器間結合において、共振器の共振周波数のずれが生じなくすることは極めて困難であったのに対し、本発明では共振器どうしを結線結合することにより、共振周波数のずれを生じさせることなく、結合を実現している。なお、共振器１と共振器２の結合係数Ｍは、
Ｍ＝２（ｆ２−ｆ１）／（ｆ１＋ｆ２）
で与えられる。
【００２６】
図３に、図１の回路の通過位相特性を示す。ここで、横軸は通過信号の周波数（GHｚ）、縦軸は位相のずれを角度表示している。
【００２７】
図３では、図２の２つのピークの間に相当する周波数領域で位相が下がっている。これより、図１の回路において、伝送線路３による共振器１と共振器２の結合が電気的結合であることがわかる。
【００２８】
図４に、図１の伝送線路３の共振周波数を測定するための回路図を示す。ここで、励振部４および励振部５は外部に接続されている。
【００２９】
図５に、図４に示した回路の共振周波数の測定結果を示す。共振周波数は約３．８６GHｚである。これは、共振器１および共振器２の共振周波数約１．９３GHｚの2倍である。
【００３０】
以上を整理すると、共振器１と共振器２を、共振器１および２の共振周波数の2倍で共振する伝送線路３で結線結合すると、共振周波数のずれを生じさせずに結合させることができる。また、共振器１と伝送線路３の接続位置を、共振器１の中心１Cよりも内側に寄らせ、共振器２と伝送線路３の接続位置を共振器２の中心２Cよりも内側に寄らせた場合は、電気的結合が得られる。
【００３１】
図６は、基本的な構成を説明するための第２のパターン図である。
【００３２】
厚さ約０．４３ｍｍ、比誘電率約１０のＭｇＯ基板（図示略）上に超伝導マイクロストリップ線路を形成する。ここで、マイクロストリップ線路の超伝導体は、厚さ約５００ｎｍのＹ系銅酸化物高温超伝導薄膜を用い、ストリップ導体の線路幅は約０．４ｍｍである。超伝導薄膜は、レーザー蒸着法、スパッタ法あるいは共蒸着法などにより形成することができる。
【００３３】
共振器１および共振器２は、ヘアピン型半波長共振器であり、ここでの共振周波数は約１．９３GHｚである。伝送線路３によって共振器１と共振器２は結線結合されている。また、ここでは、共振器１と伝送線路３の接続位置は共振器１の中心１Cよりも内側に寄っており、共振器２と伝送線路３の接続位置は共振器２の中心２Cよりも外側に寄っている。
【００３４】
また、ここでも伝送線路３の共振周波数は約３．８６GHｚである。即ち、共振器の共振周波数約１．９３GHｚの2倍となっている。
【００３５】
励振部４および励振部５は外部に接続されている。したがって、図６の回路は、共振器１と共振器２の結合を測定することができる。
【００３６】
図７に、図６の回路の通過強度特性を示す。２つの共振器の結合を示す２本のピークが見られる。これらのピークを示す周波数をｆ１、ｆ２とすると、２本のピークの中心ｆ０、
すなわち、
ｆ０＝（ｆ２＋ｆ１）／２
は約１．９３ＧＨｚであり、共振器１および共振器２の共振周波数と一致していることがわかる。従来、結合用線路を用いた共振器間結合において、共振器の共振周波数のずれが生じなくすることは極めて困難であったのに対し、本発明では共振器どうしを結線結合することにより、共振周波数のずれを生じさせずに結合を実現している。
【００３７】
図８に、図６の回路の通過位相特性を示す。図８では、図７の２つのピークの間に相当する周波数領域で位相が上がっている。これより、図６の回路において共振器１と共振器２の結合が磁気的結合であることがわかる。
【００３８】
以上を整理すると、共振器１と共振器２を、共振器１および共振器２の共振周波数の2倍で共振する伝送線路３で結線結合すると、共振周波数のずれを生じさせずに結合させることができる。また、共振器１と伝送線路３の接続位置を共振器１の中心１Cよりも内側に寄せ、共振器２と伝送線路３の接続位置を共振器２の中心２Cよりも外側に寄せた場合は、磁気的結合が得られる。
【００３９】
図９は、基本的な構成を説明するための第３のパターン図である。
【００４０】
厚さ約０．４３ｍｍ、比誘電率約１０のＭｇＯ基板（図示略）上に超伝導マイクロストリップ線路を形成する。ここで、マイクロストリップ線路の超伝導体は、厚さ約５００ｎｍのＹ系銅酸化物高温超伝導薄膜を用い、ストリップ導体の線路幅は約０．４ｍｍである。超伝導薄膜は、レーザー蒸着法、スパッタ法あるいは共蒸着法などにより形成することができる。
【００４１】
共振器１および共振器２は、ヘアピン型半波長共振器であり、共振周波数は約１．９３GHｚである。伝送線路６によって共振器１と共振器２は結線結合されている。また、共振器１と伝送線路６の接続位置は、共振器１の中心１Cよりも内側に寄っており、共振器２と伝送線路３の接続位置も、共振器２の中心２Cよりも内側に寄っている。
【００４２】
ここでは、伝送線路６の共振周波数は、共振器の共振周波数約１．９３GHｚの2／３倍の約１．２８７GHｚである。
【００４３】
励振部４および励振部５は外部に接続されている。したがって、図９の回路は、共振器１と共振器２の結合を測定できる。
【００４４】
図１０に、図９の回路の通過強度特性を示す。２つの共振器の結合を示す２本のピークが見られる。これらのピークを示す周波数をｆ１、ｆ２とすると、２本のピークの中心、すなわち、
ｆ０＝（ｆ２＋ｆ１）／２
は約１．９３ＧＨｚであり、共振器１および共振器２の共振周波数と一致していることがわかる。従来、結合用線路を用いた共振器間結合において、共振器の共振周波数のずれが生じなくすることは極めて困難であったのに対し、本発明では共振器どうしを結線結合することにより、共振周波数のずれを生じさせずに結合を実現している。
【００４５】
図１１に、図９の回路の通過位相特性を示す。これより、図９の回路において共振器１と共振器２の結合が磁気的結合であることがわかる。
【００４６】
以上を整理すると、共振器１と共振器２を、共振器１および共振器２の共振周波数の2／３倍で共振する伝送線路６で結線結合すると、共振周波数のずれを生じさせずに結合させることができる。また、共振器１と伝送線路６の接続位置を、共振器１の中心１Cよりも内側に寄せ、共振器２と伝送線路６の接続位置を、共振器２の中心２Cよりも内側に寄せた場合は、磁気的結合が得られる。
【００４７】
図１２は、基本的な構成を説明するための第４のパターン図である。
【００４８】
厚さ約０．４３ｍｍ、比誘電率約１０のＭｇＯ基板（図示略）上に超伝導マイクロストリップ線路を形成する。ここで、マイクロストリップ線路の超伝導体は、厚さ約５００ｎｍのＹ系銅酸化物高温超伝導薄膜を用い、ストリップ導体の線路幅は約０．４ｍｍである。超伝導薄膜は、レーザー蒸着法、スパッタ法あるいは共蒸着法などにより形成することができる。
【００４９】
共振器１および共振器２は、ヘアピン型半波長共振器であり、共振周波数は約１．９３GHｚである。伝送線路６によって共振器１と共振器２は結線結合されている。また、共振器１と伝送線路６の接続位置は、共振器１の中心１Cよりも内側に寄っており、共振器２と伝送線路３の接続位置は、共振器２の中心２Cよりも外側に寄っている。
【００５０】
ここでは、伝送線路６の共振周波数は、共振器の共振周波数約１．９３GHｚの2／３倍の約１．２８７GHｚである。
【００５１】
励振部４および励振部５は外部に接続されている。したがって、図１２の回路は、共振器１と共振器２の結合を測定することができる。
【００５２】
図１３に、図１２の回路の通過強度特性を示す。２つの共振器の結合を示す２本のピークが見られる。これらのピークを示す周波数をｆ１、ｆ２とすると、２本のピークの中心すなわち、
ｆ０＝（ｆ２＋ｆ１）／２
は約１．９３ＧＨｚであり、共振器１および２の共振周波数と一致していることがわかる。従来、結合用線路を用いた共振器間結合において、共振器の共振周波数のずれが生じなくすることは極めて困難であったのに対し、本発明では共振器どうしを結線結合することにより、共振周波数のずれを生じさせずに結合を実現している。
【００５３】
図１４に、図１２の回路の通過位相特性を示す。これより、図１２の回路において共振器１と共振器２の結合が電気的結合であることがわかる。
【００５４】
以上を整理すると、共振器１と共振器２を、共振器１および共振器２の共振周波数の2／３倍で共振する伝送線路６で結線結合すると、共振周波数のずれを生じさせずに結合させることができる。また、共振器１と伝送線路６の接続位置を共振器１の中心１Cよりも内側に寄せ、共振器２と伝送線路６の接続位置を共振器２の中心２Cよりも外側に寄せた場合は、電気的結合が得られる。
【００５５】
伝送線路の結線結合の接続点位置により、電気的結合となるか、磁気的結合になるかについては、表1のようになる。
【００５６】
【表１】
【００５７】
ここで、伝送線路が2倍とは、図１等に示したように、伝送線路３自身の共振周波数がフィルタの通過帯域の中心周波数の2倍である場合を示し、伝送線路が2／3倍とは、図９等に示したように、伝送線路６自身の共振周波数が中心周波数の2／3倍である場合を示している。また、「内側・内側」とは、伝送線路によって結合される２つの共振器の各々の中心から、伝送線路の接続点位置を示しており、内側と内側側を伝送線路が結合していることを示す。「外側・外側」等の表現も同様である。
【００５８】
表中の符号「X」、「Y」は、結合の種類（電気的結合または磁気的結合）を示している。ただし、符号Xが電気的結合か、磁気的結合かは、使用する共振器のパターンに依存する。実際には、パターンごとに符号XまたはYの結合種を特定する必要があるが、表1の1箇所の結合種を定めることができれば、表1を完成することができる。
【００５９】
例えば、図１は、共振器１について内側結合であり、共振器２について内側結合で、表中の「内側・内側」にあたる。また、伝送線路は2倍の共振周波数を持つ。従って、表1中で第1行第2列であり、結合種はXである。図3から、結合種は電気的であることがわかるので、X＝電気的結合であり、Yは磁気的結合と定まる。
【００６０】
図１５に、図１の回路を再び示す。ここで、共振器と伝送線路の接続位置と、共振器の中心１Cとの距離をLとする。
【００６１】
Lを種々変化させたときの結合係数Mの値を図１６に示す。ここで、横軸はL（ｍｍ）を示し、縦軸は結合係数Mを示す。この図からわかるように、共振器と伝送線路の接続位置を調節することにより、所望の結合を実現することが可能となる。この例では、共振器１、共振器２の両方を同量ずつ、ずらしているが、共振器１、共振器２のずれをそれぞれ異なる値にすることも可能である。
（実施形態１）
図１７は、本実施形態のフィルタの１パターンを説明する図である。
【００６２】
厚さ約０．４３ｍｍ、比誘電率約１０のＭｇＯ基板（図示略）上に超伝導マイクロストリップ線路を形成している。ここで、マイクロストリップ線路の超電導体は、厚さ約５００ｎｍのＹ系銅酸化物高温超伝導薄膜を用い、ストリップ導体の線路幅は約０．４ｍｍである。超伝導薄膜は、レーザー蒸着法、スパッタ法あるいは共蒸着法などにより作製することができる。
【００６３】
本実施形態は、４つのヘアピン型共振器１、１０１、１０２、２で構成される４段フィルタである。共振器の共振周波数は約１．９３GHzである。
【００６４】
共振器１、１０１、１０２、２はこの順番に電気的に結合し、４つの共振器でブロックを構成している。共振器１及び共振器２は、ブロックの端共振器となる。
【００６５】
伝送線路６の共振周波数は、共振器の共振周波数約１．９３GHｚの2／３倍の約１．２８７GHｚである。伝送線路６によって共振器１と共振器２は結線結合されている。また、共振器１と伝送線路６の接続位置は、共振器１の中心１Cよりも内側に寄っており、共振器２と伝送線路６の接続位置は、共振器２の中心２Cよりも内側に寄っている。従って、伝送線路６による共振器１と共振器２の結合は磁気的である。
【００６６】
従って、共振器１０１と共振器１０２の結合と、共振器１と共振器２の結合は逆相であり、伝達関数の純虚数零点を実現している。
【００６７】
図１８に、図１７に示したフィルタの通過振幅特性を示す。ここでは、伝達関数の零点を±１．７ｊ、にもつ、基準化低域通過フィルタを用いた例を示す。ここに、ｊは虚数単位である。
【００６８】
中心周波数約１．９３ＧＨｚ、帯域幅約２０ＭＨｚである。通過帯域内で通過強度がほぼ一定であり、周波数約１．９２ＧＨｚ及び約１．９４ＧＨｚ程度で通過強度が減衰し始める。
【００６９】
ここでは、伝達関数の純虚数零点による減衰極が通過帯域の両側に１個ずつ存在し、急峻なスカート特性を実現している。
【００７０】
本実施形態では、共振器はヘアピン型であるが、オープンループ型やメアンダオープンループ型など、種々の共振器を用いることが可能である。
【００７１】
なお、本実施形態は、マイクロストリップラインで回路を構成したが、ストリップ線路で回路を構成することも可能である。
【００７２】
図１９は、本実施形態のフィルタの他のパターンを説明する図である。
【００７３】
厚さ約０．４３ｍｍ、比誘電率約１０のＭｇＯ基板（図示略）上に超伝導マイクロストリップ線路を形成している。ここで、マイクロストリップ線路の超電導体は、厚さ約５００ｎｍのＹ系銅酸化物高温超伝導薄膜を用い、ストリップ導体の線路幅は約０．４ｍｍである。超伝導薄膜は、レーザー蒸着法、スパッタ法あるいは共蒸着法などにより作製することができる。
【００７４】
本実施形態は、４つのヘアピン型共振器１、１０１、１０２、２で構成される４段フィルタである。各共振器の共振周波数は約１．９３GHzである。
【００７５】
共振器１、１０１、１０２、２はこの順番に電気的に結合し、４つの共振器でブロックを構成している。共振器１及び共振器２は、ブロックの端共振器となる。
【００７６】
図１９では、共振器１０１と共振器１０２の結合は電気的である。
【００７７】
伝送線路６の共振周波数は、共振器の共振周波数約１．９３GHｚの2／３倍の約１．２８７GHｚである。
【００７８】
伝送線路６によって共振器１と共振器２は結線結合されている。また、共振器１と伝送線路６の接続位置は、共振器１の中心１Cよりも内側に寄っており、共振器２と伝送線路６の接続位置は、共振器２の中心２Cよりも外側に寄っている。従って、伝送線路６による共振器１と共振器２の結合は電気的である。
【００７９】
従って、共振器１０１と共振器１０２の結合と、共振器１と共振器２の結合は同相であり、伝達関数の実数零点を実現している。
【００８０】
図２０に、図１９に示したフィルタの通過振幅特性を示す。ここでは、伝達関数の零点を±１．４にもつ、基準化低域通過フィルタの例を示す。
【００８１】
中心周波数約１．９３ＧＨｚ、帯域幅約２０ＭＨｚである。通過帯域内で通過強度がほぼ一定であり、周波数約１．９２ＧＨｚ及び約１．９４ＧＨｚ程度で通過強度が減衰し始める。
【００８２】
図２１にその群遅延特性を示す。伝達関数の実数零点により、通過帯域内で平坦な群遅延特性が実現されている。
【００８３】
本実施形態では、共振器はヘアピン型であるが、オープンループ型やメアンダオープンループ型など、種々の共振器を用いることが可能である。
【００８４】
なお、本実施形態は、マイクロストリップラインで回路を構成したが、ストリップ線路で回路を構成することも可能である。
（実施形態２）
図２２は、本実施形態のフィルタの１パターンを説明する図である。
【００８５】
厚さ約０．４３ｍｍ、比誘電率約１０のＭｇＯ基板（図示略）上に超伝導マイクロストリップ線路を形成している。ここで、マイクロストリップ線路の超電導体は、厚さ約５００ｎｍのＹ系銅酸化物高温超伝導薄膜を用い、ストリップ導体の線路幅は約０．４ｍｍである。超伝導薄膜は、レーザー蒸着法、スパッタ法あるいは共蒸着法などにより作製することができる。
【００８６】
本実施形態は、６つのヘアピン型共振器１、７、１０１、１０２、８、２で構成される６段フィルタである。各共振器の共振周波数は約１．９３GHzである。
【００８７】
共振器１、７、１０１、１０２、８、２はこの順番に電気的に結合し、６つの共振器でブロックを構成している。共振器１及び共振器２は、ブロックの端共振器となる。
【００８８】
伝送線路６の共振周波数は、共振器の共振周波数約１．９３GHｚの2／３倍の約１．２８７GHｚである。
【００８９】
伝送線路６によって共振器１と共振器２は結線結合されている。共振器１と伝送線路６の接続位置は共振器１の中心１Cよりも内側に寄っており、共振器２と伝送線路６の接続位置は共振器２の中心２Cよりも外側に寄っている。従って、伝送線路６による共振器１と共振器２の結合は電気的である。
【００９０】
伝送線路９の共振周波数は、共振器の共振周波数約１．９３GHｚの2／３倍の約１．２８７GHｚである。伝送線路９によって共振器７と８は結線結合されている。また、共振器７と伝送線路９の接続位置は、共振器７の中心７Cよりも内側に寄っており、共振器８と伝送線路９の接続位置は、共振器８の中心８Cよりも外側に寄っている。従って、伝送線路９による共振器７と共振器８の結合は電気的である。
【００９１】
従って、共振器１０１と共振器１０２の結合と、共振器７と共振器８の結合と、共振器１と共振器２の結合はすべて同相であり、伝達関数の複素数零点を実現している。
【００９２】
図２３に、図２２に示したフィルタの通過振幅特性を示す。ここでは、伝達関数の零点を±（１±０．４ｊ）にもつ、基準化低域通過フィルタの例を示す。ここに、ｊは虚数単位である。
【００９３】
中心周波数約１．９３ＧＨｚ、帯域幅約２０ＭＨｚである。通過帯域内で通過強度がほぼ一定であり、周波数約１．９２ＧＨｚ及び約１．９４ＧＨｚ程度で通過強度が減衰し始める。
【００９４】
図２４にその群遅延特性を示す。伝達関数の複素数零点により、通過帯域内で平坦な群遅延特性が実現されている。
【００９５】
本実施形態では、共振器はヘアピン型であるが、オープンループ型やメアンダオープンループ型など、種々の共振器を用いることが可能である。
【００９６】
なお、本実施形態は、マイクロストリップラインで回路を構成したが、ストリップ線路で回路を構成することも可能である。
【００９７】
図２５は、本実施形態のフィルタに係る他のパターンを説明する図である。
【００９８】
厚さ約０．４３ｍｍ、比誘電率約１０のＭｇＯ基板（図示略）上に超伝導マイクロストリップ線路を形成している。ここで、マイクロストリップ線路の超電導体は、厚さ約５００ｎｍのＹ系銅酸化物高温超伝導薄膜を用い、ストリップ導体の線路幅は約０．４ｍｍである。超伝導薄膜は、レーザー蒸着法、スパッタ法あるいは共蒸着法などにより作製することができる。
【００９９】
本実施形態は、６つのヘアピン型共振器１、７、１０１、１０２、８、２で構成される６段フィルタである。各共振器の共振周波数は約１．９３GHzである。
【０１００】
共振器１、７、１０１、１０２、８、２はこの順番に電気的に結合し、６つの共振器でブロックを構成している。共振器１及び共振器２は、ブロックの端共振器となる。
【０１０１】
伝送線路６の共振周波数は、共振器の共振周波数約１．９３GHｚの2／３倍の約１．２８７GHｚである。伝送線路６によって共振器１と共振器２は結線結合されている。また、共振器１と伝送線路６の接続位置は、共振器１の中心１Cよりも内側に寄っており、共振器２と伝送線路６の接続位置は、共振器２の中心２Cよりも内側に寄っている。従って、伝送線路６による共振器１と共振器２の結合は磁気的である。
【０１０２】
伝送線路９の共振周波数は、共振器の共振周波数約１．９３GHｚの2／３倍の約１．２８７GHｚである。伝送線路９によって共振器７と共振器８は結線結合されている。また、共振器７と伝送線路９の接続位置は、共振器７の中心７Cよりも内側に寄っており、共振器８と伝送線路９の接続位置は、共振器８の中心８Cよりも外側に寄っている。従って、伝送線路９による共振器７と共振器８の結合は電気的である。
【０１０３】
従って、共振器１０１と共振器１０２の結合と、共振器７と共振器８の結合は同相の関係にあり、共振器７と共振器８の結合と、共振器１と共振器２の結合は逆相の関係にある。よって、伝達関数の純虚数零点を１組と、実数零点を１組実現している。
【０１０４】
図２６に、図２５に示したフィルタの通過振幅特性を示す。ここでは、伝達関数の零点を±１．５ｊ、±１．２にもつ、基準化低域通過フィルタの例を示す。ここに、ｊは虚数単位である。
【０１０５】
このフィルタは、中心周波数約１．９３ＧＨｚ、帯域幅約２０ＭＨｚである。通過帯域内で通過強度がほぼ一定であり、周波数約１．９２ＧＨｚ及び約１．９４ＧＨｚ程度で通過強度が減衰し始める。ここでは、伝達関数の純虚数零点による減衰極が通過帯域の両側に１個ずつ存在し、急峻なスカート特性を実現している。
【０１０６】
図２７にその群遅延特性を示す。伝達関数の実数零点により、通過帯域内で平坦な群遅延特性が実現されている。
【０１０７】
本実施形態では、共振器はヘアピン型であるが、オープンループ型やメアンダオープンループ型など、種々の共振器を用いることが可能である。
【０１０８】
なお、本実施形態は、マイクロストリップラインで回路を構成したが、ストリップ線路で回路を構成することも可能である。
【０１０９】
図２８は、本実施形態のフィルタの他のパターンを説明する図である。
【０１１０】
厚さ約０．４３ｍｍ、比誘電率約１０のＭｇＯ基板（図示略）上に超伝導マイクロストリップ線路を形成している。ここで、マイクロストリップ線路の超電導体は、厚さ約５００ｎｍのＹ系銅酸化物高温超伝導薄膜を用い、ストリップ導体の線路幅は約０．４ｍｍである。超伝導薄膜は、レーザー蒸着法、スパッタ法あるいは共蒸着法などにより作製することができる。
【０１１１】
本実施形態は、６つのヘアピン型共振器１、７、１０１、１０２、８、２で構成される６段フィルタである。各共振器の共振周波数は約１．９３GHzである。
【０１１２】
共振器１、７、１０１、１０２、８、２はこの順番に電気的に結合し、６つの共振器でブロックを構成している。共振器１及び共振器２は、ブロックの端共振器となる。
【０１１３】
伝送線路６の共振周波数は、共振器の共振周波数約１．９３GHｚの2／３倍の約１．２８７GHｚである。伝送線路６によって共振器１と共振器２は結線結合されている。また、共振器１と伝送線路６の接続位置は、共振器１の中心１Cよりも内側に寄っており、共振器２と伝送線路６の接続位置は、共振器２の中心２Cよりも外側に寄っている。従って、伝送線路６による共振器１と共振器２の結合は電気的である。
【０１１４】
伝送線路９の共振周波数は、共振器の共振周波数約１．９３GHｚの2／３倍の約１．２８７GHｚである。伝送線路９によって共振器７と共振器８は結線結合されている。また、共振器７と伝送線路９の接続位置は、共振器７の中心７Cよりも内側に寄っており、共振器８と伝送線路９の接続位置は、共振器８の中心８Cよりも内側に寄っている。従って、伝送線路９による共振器７と共振器８の結合は磁気的である。
【０１１５】
従って、共振器１０１と共振器１０２の結合と、共振器７と共振器８の結合は逆相の関係にあり、共振器７と共振器８の結合と、共振器１と共振器２の結合もまた逆相の関係にある。よって、伝達関数の純虚数零点を２組実現している。
【０１１６】
図２９に、図２８に示したフィルタの通過振幅特性を示す。ここでは、伝達関数の零点を±１．４ｊ、±１．７ｊにもつ、基準化低域通過フィルタの例を示す。ここに、ｊは虚数単位である。
【０１１７】
中心周波数約１．９３ＧＨｚ、帯域幅約２０ＭＨｚである。通過帯域内で通過強度がほぼ一定であり、周波数約１．９２ＧＨｚ及び約１．９４ＧＨｚ程度で通過強度が減衰し始める。ここでは、伝達関数の純虚数零点による減衰極が通過帯域の両側に２個ずつ存在し、急峻なスカート特性を実現している。
【０１１８】
本実施形態では、共振器はヘアピン型であるが、オープンループ型やメアンダオープンループ型など、種々の共振器を用いることが可能である。
【０１１９】
なお、本実施形態は、マイクロストリップラインで回路を構成したが、ストリップ線路で回路を構成することも可能である。
（実施形態３）
図３０は、本実施形態のフィルタのパターンを説明する図である。
【０１２０】
厚さ約０．４３ｍｍ、比誘電率約１０のＭｇＯ基板（図示略）上に超伝導マイクロストリップ線路を形成している。ここで、マイクロストリップ線路の超電導体は、厚さ約５００ｎｍのＹ系銅酸化物高温超伝導薄膜を用い、ストリップ導体の線路幅は約０．４ｍｍである。超伝導薄膜は、レーザー蒸着法、スパッタ法あるいは共蒸着法などにより作製することができる。
【０１２１】
本実施形態は、１４個のヘアピン型共振器１、１０１、１０２、２、７、１０３、１０４、８、１０、１３、１０５、１０６、１４、１１で構成される１４段フィルタである。各共振器の共振周波数は約１．９３GHzである。
【０１２２】
共振器１、１０１、１０２、２、７、１０３、１０４、８、１０、１３、１０５、１０６、１４、１１はこの順番に電気的に結合している。ここで、共振器１、１０１、１０２、２の４つの共振器でブロックを構成し、共振器７、１０３、１０４、８の４つの共振器でブロックを構成し、共振器１０、１３、１０５、１０６、１４、１１の６つの共振器でブロックを構成している。共振器１及び共振器２は、ブロックの端共振器となる。
【０１２３】
伝送線路６の共振周波数は、共振器の共振周波数約１．９３GHｚの2／３倍の約１．２８７GHｚである。伝送線路６によって共振器１と共振器２は結線結合されている。また、共振器１と伝送線路６の接続位置は、共振器１の中心１Cよりも内側に寄っており、共振器２と伝送線路６の接続位置は、共振器２の中心２Cよりも内側に寄っている。従って、伝送線路６による共振器１と共振器２の結合は磁気的である。
【０１２４】
従って、共振器１０１と共振器１０２の結合と、共振器１と共振器２の結合は逆相の関係にあり、伝達関数の純虚数零点を１組実現している。
【０１２５】
共振器７及び共振器８は、ブロックの端共振器となる。図３０では、共振器１０３と共振器１０４の結合は電気的である。
【０１２６】
伝送線路９の共振周波数は、共振器の共振周波数約１．９３GHｚの2／３倍の約１．２８７GHｚである。伝送線路９によって共振器７と共振器８は結線結合されている。また、共振器７と伝送線路９の接続位置は、共振器７の中心７Cよりも内側に寄っており、共振器８と伝送線路９の接続位置は、共振器８の中心８Cよりも外側に寄っている。従って、伝送線路９による共振器７と共振器８の結合は電気的である。
【０１２７】
従って、共振器１０３と共振器１０４の結合と、共振器７と共振器８の結合は同相の関係にあり、伝達関数の実数零点を１組実現している。
【０１２８】
共振器１０及び共振器１１は、ブロックの端共振器となる。図３０では、共振器１０５と共振器１０６の結合は電気的である。
【０１２９】
伝送線路１２の共振周波数は、共振器の共振周波数約１．９３GHｚの2／３倍の約１．２８７GHｚである。伝送線路１２によって共振器１０と共振器１１は結線結合されている。また、共振器１０と伝送線路１２の接続位置は、共振器１０の中心１０Cよりも内側に寄っており、共振器１１と伝送線路１２の接続位置は、共振器１１の中心１１Cよりも外側に寄っている。従って、伝送線路１２による共振器１０と共振器１１の結合は電気的である。
【０１３０】
伝送線路１５の共振周波数は、共振器の共振周波数約１．９３GHｚの2／３倍の約１．２８７GHｚである。伝送線路１５によって共振器１３と共振器１４は結線結合されている。また、共振器１３と伝送線路１５の接続位置は、共振器１３の中心１３Cよりも内側に寄っており、共振器１４と伝送線路１５の接続位置は、共振器１４の中心１４Cよりも外側に寄っている。従って、伝送線路１５による共振器１３と共振器１４の結合は電気的である。
【０１３１】
従って、共振器１０５と共振器１０６の結合と、共振器１３と共振器１４の結合と、共振器１０と共振器１１の結合はすべて同相の関係にあり、伝達関数の複素数零点を１組実現している。
【０１３２】
図３１に、図３０に示したフィルタの通過振幅特性を示す。ここでは、伝達関数の零点を±（０．７±０．７ｊ）、±１．１ｊ、±０．６５にもつ、基準化低域通過フィルタの例を示した。ここに、ｊは虚数単位である。
【０１３３】
このフィルタは、中心周波数約１．９３ＧＨｚ、帯域幅約２０ＭＨｚである。通過帯域内で通過強度がほぼ一定であり、周波数約１．９２ＧＨｚ及び約１．９４ＧＨｚ程度で通過強度が減衰し始める。ここでは、伝達関数の純虚数零点による減衰極が通過帯域の両側に１個ずつ存在し、急峻なスカート特性を実現している。
【０１３４】
図３２にその群遅延特性を示す。伝達関数の複素数零点および実数零点により、通過帯域内で平坦な群遅延特性が実現されている。
【０１３５】
本実施形態では、共振器はヘアピン型であるが、オープンループ型やメアンダオープンループ型など、種々の共振器を用いることが可能である。
【０１３６】
なお、本実施形態は、マイクロストリップラインで回路を構成したが、ストリップ線路で回路を構成することも可能である。
（実施形態４）
図３３は、本実施形態のフィルタのパターンを説明する図である。
【０１３７】
厚さ約０．４３ｍｍ、比誘電率約１０のＭｇＯ基板（図示略）上に超伝導マイクロストリップ線路を形成している。ここで、マイクロストリップ線路の超電導体は、厚さ約５００ｎｍのＹ系銅酸化物高温超伝導薄膜を用い、ストリップ導体の線路幅は約０．４ｍｍである。超伝導薄膜は、レーザー蒸着法、スパッタ法あるいは共蒸着法などにより作製することができる。
【０１３８】
本実施形態は、６個のヘアピン型共振器１、２、３１、３２、３３、３４で構成される６段フィルタである。各共振器の共振周波数は約１．９３GHzである。
【０１３９】
共振器１、２、３１、３２、３３、３４はこの順番に伝送線路３、４１、４２、４３、４４により結合している。
【０１４０】
伝送線路３、４１、４２、４３、４４の共振周波数は、共振器の共振周波数である約１．９３GHｚの2倍の約３．８６GHｚである。
【０１４１】
伝送線路３によって共振器１と共振器２は結線結合されており、伝送線路４１によって共振器２と共振器３１は結線結合されており、伝送線路４２によって共振器３１と共振器３２は結線結合されており、伝送線路４３によって共振器３２と共振器３３は結線結合されており、伝送線路４４によって共振器３３と共振器３４は結線結合されている。
【０１４２】
隔壁５１、５２、５３、５４、５５は、電気的に接地された銅製の板であり、不要な共振器間結合を発生させない。
【０１４３】
すなわち、共振器間結合はすべて伝送線路で実現されており、不要な共振器間結合は隔壁によって生じないようになっている。
【０１４４】
図３４に、図３３に示したフィルタの通過振幅特性を示す。中心周波数約１．９３ＧＨｚ、帯域幅約２０ＭＨｚである。通過帯域内で通過強度がほぼ一定であり、周波数約１．９２９ＧＨｚ及び約１．９３１ＧＨｚ程度で通過強度が減衰し始める。
【０１４５】
このような狭帯域を実現するには、非常に小さい共振器間結合を安定して実現させる必要があり、伝送線路を用いない共振器間結合では実現が困難である。また、従来の伝送線路による結合方法では、共振器の共振周波数のずれが生じるため、すべての共振器間結合を伝送線路で実現することは困難であった。すなわち、このような狭帯域フィルタは、本発明によってはじめて実現可能となった。
【０１４６】
図３５に、本実施形態の他のパターン図を示す。図３５のパターンは、６個のヘアピン型共振器１、２、３１、３２、３３、３４で構成される６段フィルタである。各共振器の共振周波数は約１．９３GHzである。
【０１４７】
共振器１、２、３１、３２、３３、３４はこの順番に伝送線路３、４１、４５、４３、４４により結合している。
【０１４８】
伝送線路３、４１、４３、４４の共振周波数は、共振器の共振周波数である約１．９３GHｚの2倍の約３．８６GHｚである。伝送線路４５の共振周波数は、共振器の共振周波数である約１．９３ＧＨｚの２／３倍の１．２８７GHｚである。
【０１４９】
伝送線路３によって共振器１と共振器２は結線結合されており、伝送線路４１によって共振器２と共振器３１は結線結合されており、伝送線路４３によって共振器３２と共振器３３は結線結合されており、伝送線路４４によって共振器３３と共振器３４は結線結合されている。
【０１５０】
一方、伝送線路４５は、共振器３１および共振器３２とは結線結合しておらず、ギャップをもつ。すなわち、共振器３１と共振器３２は、従来型の、ギャップをもつ結合線路により結合されている。
【０１５１】
隔壁５１、５２、５３、５４、５５は、電気的に接地された銅製の板であり、不要な共振器間結合を発生させない。
【０１５２】
すなわち、共振器間結合はすべて伝送線路で実現されており、不要な共振器間結合は隔壁によって生じないようになっている。
【０１５３】
また、図３５では、励振部４、５はギャップではなく、直接結線されたタップで共振器と結合されている。励振方法がタップであってもギャップであっても、伝送線路による共振器間結合は全く同様に実現することができる。
【０１５４】
図３５のフィルタは、図３４と同様の特性を示す。
【０１５５】
図３６に、本実施形態の他のパターン図を示す。図３６のパターンは、６個のヘアピン型共振器１、２、３１、３２、３３、３４で構成される６段フィルタである。各共振器の共振周波数は約１．９３GHzである。
【０１５６】
共振器１、２、３１、３２、３３、３４はこの順番に伝送線路３、４１、４６および４７、４３、４４により結合している。
【０１５７】
伝送線路３、４１、４３、４４の共振周波数は、共振器の共振周波数である約１．９３GHｚの2倍の約３．８６GHｚである。伝送線路４６、４７の共振周波数は、共振器の共振周波数である約１．９３ＧＨｚと同一である。
【０１５８】
伝送線路３によって共振器１と共振器２は結線結合されており、伝送線路４１によって共振器２と共振器３１は結線結合されており、伝送線路４３によって共振器３２と共振器３３は結線結合されており、伝送線路４４によって共振器３３と共振器３４は結線結合されている。
【０１５９】
伝送線路４６の一端は、共振器３１と結線結合しており、伝送線路４６の他の一端は開放になっており、伝送線路４７とギャップを介して側結合している。 伝送線路４７の一端は、共振器３２と結線結合しており、伝送線路４７の他の一端は開放になっており、伝送線路４６とギャップを介して側結合している。すなわち、伝送線路４６、４７により、共振器３１と共振器３２は結合を実現している。
【０１６０】
隔壁５１、５２、５３、５４、５５は、電気的に接地された銅製の板であり、不要な共振器間結合を発生させない。
【０１６１】
すなわち、共振器間結合はすべて伝送線路で実現されており、不要な共振器間結合は隔壁によって生じないようになっている。
【０１６２】
また、図３６では、励振部４、５はギャップではなく、直接結線されたタップで共振器と結合されている。
【０１６３】
図３６のフィルタは、図３４と同様の特性を示す。 本実施形態では、共振器はヘアピン型であるが、オープンループ型やメアンダオープンループ型など、種々の共振器を用いることが可能である。
【０１６４】
なお、本実施形態は、マイクロストリップラインで回路を構成したが、ストリップ線路で回路を構成することも可能である。
【０１６５】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明によれば、共振器の共振周波数のずれが生じることなく、また強い結合をも安定して実現できる結合用線路を用いたフィルタ回路を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成を説明するためのパターン図。
【図２】本発明の基本構成を説明するためのパターンの通過振幅特性。
【図３】本発明の基本構成を説明するためのパターンの通過位相特性。
【図４】伝送線路の共振周波数測定用回路パターン図。
【図５】伝送線路の共振周波数測定結果。
【図６】本発明の基本構成を説明するためのパターン図。
【図７】本発明の基本構成を説明するためのパターンの通過振幅特性。
【図８】本発明の基本構成を説明するためのパターンの通過位相特性。
【図９】本発明の基本構成を説明するためのパターン図。
【図１０】本発明の基本構成を説明するためのパターンの通過振幅特性。
【図１１】本発明の基本構成を説明するためのパターンの通過位相特性。
【図１２】本発明の基本構成を説明するためのパターン図。
【図１３】本発明の基本構成を説明するためのパターンの通過振幅特性。
【図１４】本発明の基本構成を説明するためのパターンの通過位相特性。
【図１５】本発明の基本構成を説明するためのパターン図。
【図１６】伝送線路と共振器の接続位置と結合係数の関係
【図１７】本発明の第１の実施形態に係るフィルタ回路のパターン図。
【図１８】本発明の第１の実施形態に係るフィルタ回路の通過振幅特性図。
【図１９】本発明の第１の実施形態に係る第２のフィルタ回路のパターン図。
【図２０】本発明の第１の実施形態に係る第２のフィルタ回路の通過振幅特性図。
【図２１】本発明の第１の実施形態に係る第２のフィルタ回路の群遅延特性図。
【図２２】本発明の第２の実施形態に係るフィルタ回路のパターン図。
【図２３】本発明の第２の実施形態に係るのフィルタ回路の通過振幅特性図。
【図２４】本発明の第２の実施形態に係るのフィルタ回路の群遅延特性図。
【図２５】本発明の第２の実施形態に係る第２のフィルタ回路のパターン図。
【図２６】本発明の第２の実施形態に係るの第２のフィルタ回路の通過振幅特性図。
【図２７】本発明の第２の実施形態に係るの第２のフィルタ回路の群遅延特性図。
【図２８】本発明の第２の実施形態に係る第３のフィルタ回路のパターン図。
【図２９】本発明の第２の実施形態に係るの第３のフィルタ回路の通過振幅特性図。
【図３０】本発明の第３の実施形態に係るフィルタ回路のパターン図。
【図３１】本発明の第３の実施形態に係るのフィルタ回路の通過振幅特性図。
【図３２】本発明の第３の実施形態に係るのフィルタ回路の群遅延特性図。
【図３３】本発明の第４の実施形態に係るフィルタ回路のパターン図。
【図３４】本発明の第４の実施形態に係るのフィルタ回路の通過振幅特性図。
【図３５】本発明の第４の実施形態に係るフィルタ回路の他のパターン図。
【図３６】本発明の第４の実施形態に係るフィルタ回路の他のパターン図。
【符号の説明】
１、２・・・共振器
３、６・・・伝送線路
４、５・・・励振線
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信機器に用いられる帯域通過フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線または有線で情報通信を行う通信機器は、アンプ、ミキサ、フィルタなどの各種の高周波部品から構成されている。この中で、帯域通過フィルタは、特定の周波数帯の信号のみを通過させる機能を有する。帯域通過フィルタとして、共振器を複数個並べたものがある。
【０００３】
マイクロストリップ線路、ストリップ線路、コプレーナ線路などで構成される平面回路において、フィルタを構成する各共振器間の結合は、通常、共振器どうしの位置関係のみで定められ、共振器以外に結合用素子を付加することなく実現される。この結合方法は、通常のチェビシェフ関数型フィルタのように隣接する共振器間の結合のみで構成されるフィルタに適している。しかし、減衰極によるスカート特性の急峻化や、群遅延時間平坦化のための飛越結合をもつフィルタ回路を実現する場合は、この結合方法では、所望の共振器間の結合以外に、不要な結合が発生しやすいという問題点がある。
【０００４】
一方、非特許文献１〜５では、スカート特性の急峻化のための飛越結合を、結合用線路を付加することにより実現している。この結合方法では、結合用線路の両端をそれぞれ共振器から近い位置に、ある距離をもって配置することにより２つの共振器間の結合を実現している。また非特許文献６では、結合用線路の電気長を種々変化させることにより、群遅延時間平坦化や、減衰極によるスカート特性の急峻化を実現している。また特許文献１〜３では、１／４波長の結合用線路が用いられている。しかし、結合用線路の端部と共振器の間に寄生容量が発生しやすく、共振器の共振周波数が実効的にずれてしまうという問題点があった。さらに、強い結合をつくりたい場合、結合用線路と共振器の距離が極めて小さくなるため、安定した結合が得られないという問題点があった。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１７４０５号公報
【特許文献２】
特開２００１−３１３５０２公報
【特許文献３】
特開２００２−７６７０３公報
【０００６】
【非特許文献１】
ＩＥＥＥ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓＳｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｄｉｇｅｓｔ (１９９９年) 第１５４７頁
【非特許文献２】
ＩＥＥＥ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓＳｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｄｉｇｅｓｔ (２０００年) 第６６１頁
【非特許文献３】
ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ、第４８巻（２０００年）、第１２４０頁
【非特許文献４】
ＩＥＥＥ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓＳｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｄｉｇｅｓｔ (２００２年) 第１９６３頁
【非特許文献５】
ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ、第５０巻（２００２年）、第２９２４頁
【非特許文献６】
ＩＥＥＥ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓＳｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｄｉｇｅｓｔ (２０００年) 第３１９頁
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、フィルタ回路における結合用線路を用いた共振器間結合において、共振器の共振周波数のずれが生じなくすることは極めて困難であった。また、強い結合を安定して実現することはできなかった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の実施の形態は、通過帯域の中心周波数で共振する第１半波長共振器と、前記中心周波数で共振する第２半波長共振器と、前記第１半波長共振器と前記第２半波長共振器を結線結合する伝送線路とを備え、前記第１半波長共振器と前記伝送線路の第１接続位置が前記第１半波長共振器の中心とは異なり、かつ前記第２半波長共振器と前記伝送線路の第２接続位置が前記第２半波長共振器の中心とは異なることを特徴とする帯域通過フィルタである。
【０００９】
ここで、前記伝送線路が、前記中心周波数の２倍または２／３倍の周波数で共振するようにしてもよい。
【００１０】
また、前記第１接続位置または前記第２接続位置を変化させて、電気的結合または磁気的結合を実現してもよい。
【００１１】
前記第１半波長共振器の中心と前記第１接続位置との距離に応じて結合強度を変化させてもよい。
【００１２】
前記第１半波長共振器と前記第２半波長共振器とが前記伝送路のみで結合していてもよい。
【００１３】
前記第１半波長共振器は超電導体により形成されていてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の作用を、図面を参照して説明する。
【００１５】
まず、本発明に係るフィルタの基本的な構成の例を説明する。
【００１６】
図１は、基本的な構成を説明するための第１のパターン図である。
【００１７】
厚さ約０．４３ｍｍ、比誘電率約１０のＭｇＯ基板（図示略）上に超伝導マイクロストリップ線路を形成する。ここで、マイクロストリップ線路の超伝導体は、厚さ約５００ｎｍのＹ系銅酸化物高温超伝導薄膜を用い、ストリップ導体の線路幅は約０．４ｍｍである。超伝導薄膜は、レーザー蒸着法、スパッタ法あるいは共蒸着法などにより形成することができる。
【００１８】
共振器１および共振器２は、ヘアピン型半波長共振器であり、ここでの共振周波数は約１．９３GHｚである。伝送線路３によって共振器１と共振器２は結線結合されている。
【００１９】
本明細書においては、結線結合とは分岐がなく、導通の取れた直接連結を意味する。
【００２０】
また、本明細書においては、結線結合の導通点の位置を表す表現として、内側、外側という表現を用いる。これは、結線結合された1組の共振器を共振器A、共振器Bとしたとき、共振器A、共振器Bの間側を「内側」、共振器Aの入出力端側、共振器Bの入出力側を「外側」という。
【００２１】
図１の例でいえば、共振器１と共振器２が結線結合されており、共振器１と共振器２の間が内側である。また、共振器１の励振線４側が外側、共振器２の励振線５側がそれぞれ外側である。即ち、共振器１の中心１Cよりも入出力端に近い方、即ち、図１で中心１Cの左側が外側、中心１Cの右側が内側である。図１では、共振器１と伝送線路３の接続位置は、共振器１の中心１Cよりも右側、即ち、内側に寄っている。一方、共振器２について見ると、共振器２の中心２Cよりも入出力端に近い方、即ち、図１で中心２Cの左側が内側、中心２Cの右側が外側である。図1では、共振器２と伝送線路３の接続位置は、共振器２の中心２Cよりも左側、即ち、内側に寄っている。
【００２２】
ここでは、伝送線路３の共振周波数は、約３．８６GHｚである。これは、共振器１及び共振器２の共振周波数１．９３GHｚの約2倍である。
【００２３】
励振部４および励振部５は外部に接続されている。すなわち、図１の回路は、共振器１と共振器２の結合を測定することができる。
【００２４】
図２に、図１の回路の通過振幅特性を示す。ここで、横軸は通過信号の周波数（GHｚ）、縦軸は振幅（ｄB）を示す。
【００２５】
２つの共振器の結合を示す２本のピークが見られる。この２本のピークを示す周波数をｆ１、ｆ２とすると、２本のピークの中心ｆ０、すなわち、
ｆ０＝（ｆ２＋ｆ１）／２は、
約１．９３ＧＨｚであり、共振器１及び共振器２の共振周波数と一致している。従来、結合用線路を用いた共振器間結合において、共振器の共振周波数のずれが生じなくすることは極めて困難であったのに対し、本発明では共振器どうしを結線結合することにより、共振周波数のずれを生じさせることなく、結合を実現している。なお、共振器１と共振器２の結合係数Ｍは、
Ｍ＝２（ｆ２−ｆ１）／（ｆ１＋ｆ２）
で与えられる。
【００２６】
図３に、図１の回路の通過位相特性を示す。ここで、横軸は通過信号の周波数（GHｚ）、縦軸は位相のずれを角度表示している。
【００２７】
図３では、図２の２つのピークの間に相当する周波数領域で位相が下がっている。これより、図１の回路において、伝送線路３による共振器１と共振器２の結合が電気的結合であることがわかる。
【００２８】
図４に、図１の伝送線路３の共振周波数を測定するための回路図を示す。ここで、励振部４および励振部５は外部に接続されている。
【００２９】
図５に、図４に示した回路の共振周波数の測定結果を示す。共振周波数は約３．８６GHｚである。これは、共振器１および共振器２の共振周波数約１．９３GHｚの2倍である。
【００３０】
以上を整理すると、共振器１と共振器２を、共振器１および２の共振周波数の2倍で共振する伝送線路３で結線結合すると、共振周波数のずれを生じさせずに結合させることができる。また、共振器１と伝送線路３の接続位置を、共振器１の中心１Cよりも内側に寄らせ、共振器２と伝送線路３の接続位置を共振器２の中心２Cよりも内側に寄らせた場合は、電気的結合が得られる。
【００３１】
図６は、基本的な構成を説明するための第２のパターン図である。
【００３２】
厚さ約０．４３ｍｍ、比誘電率約１０のＭｇＯ基板（図示略）上に超伝導マイクロストリップ線路を形成する。ここで、マイクロストリップ線路の超伝導体は、厚さ約５００ｎｍのＹ系銅酸化物高温超伝導薄膜を用い、ストリップ導体の線路幅は約０．４ｍｍである。超伝導薄膜は、レーザー蒸着法、スパッタ法あるいは共蒸着法などにより形成することができる。
【００３３】
共振器１および共振器２は、ヘアピン型半波長共振器であり、ここでの共振周波数は約１．９３GHｚである。伝送線路３によって共振器１と共振器２は結線結合されている。また、ここでは、共振器１と伝送線路３の接続位置は共振器１の中心１Cよりも内側に寄っており、共振器２と伝送線路３の接続位置は共振器２の中心２Cよりも外側に寄っている。
【００３４】
また、ここでも伝送線路３の共振周波数は約３．８６GHｚである。即ち、共振器の共振周波数約１．９３GHｚの2倍となっている。
【００３５】
励振部４および励振部５は外部に接続されている。したがって、図６の回路は、共振器１と共振器２の結合を測定することができる。
【００３６】
図７に、図６の回路の通過強度特性を示す。２つの共振器の結合を示す２本のピークが見られる。これらのピークを示す周波数をｆ１、ｆ２とすると、２本のピークの中心ｆ０、
すなわち、
ｆ０＝（ｆ２＋ｆ１）／２
は約１．９３ＧＨｚであり、共振器１および共振器２の共振周波数と一致していることがわかる。従来、結合用線路を用いた共振器間結合において、共振器の共振周波数のずれが生じなくすることは極めて困難であったのに対し、本発明では共振器どうしを結線結合することにより、共振周波数のずれを生じさせずに結合を実現している。
【００３７】
図８に、図６の回路の通過位相特性を示す。図８では、図７の２つのピークの間に相当する周波数領域で位相が上がっている。これより、図６の回路において共振器１と共振器２の結合が磁気的結合であることがわかる。
【００３８】
以上を整理すると、共振器１と共振器２を、共振器１および共振器２の共振周波数の2倍で共振する伝送線路３で結線結合すると、共振周波数のずれを生じさせずに結合させることができる。また、共振器１と伝送線路３の接続位置を共振器１の中心１Cよりも内側に寄せ、共振器２と伝送線路３の接続位置を共振器２の中心２Cよりも外側に寄せた場合は、磁気的結合が得られる。
【００３９】
図９は、基本的な構成を説明するための第３のパターン図である。
【００４０】
厚さ約０．４３ｍｍ、比誘電率約１０のＭｇＯ基板（図示略）上に超伝導マイクロストリップ線路を形成する。ここで、マイクロストリップ線路の超伝導体は、厚さ約５００ｎｍのＹ系銅酸化物高温超伝導薄膜を用い、ストリップ導体の線路幅は約０．４ｍｍである。超伝導薄膜は、レーザー蒸着法、スパッタ法あるいは共蒸着法などにより形成することができる。
【００４１】
共振器１および共振器２は、ヘアピン型半波長共振器であり、共振周波数は約１．９３GHｚである。伝送線路６によって共振器１と共振器２は結線結合されている。また、共振器１と伝送線路６の接続位置は、共振器１の中心１Cよりも内側に寄っており、共振器２と伝送線路３の接続位置も、共振器２の中心２Cよりも内側に寄っている。
【００４２】
ここでは、伝送線路６の共振周波数は、共振器の共振周波数約１．９３GHｚの2／３倍の約１．２８７GHｚである。
【００４３】
励振部４および励振部５は外部に接続されている。したがって、図９の回路は、共振器１と共振器２の結合を測定できる。
【００４４】
図１０に、図９の回路の通過強度特性を示す。２つの共振器の結合を示す２本のピークが見られる。これらのピークを示す周波数をｆ１、ｆ２とすると、２本のピークの中心、すなわち、
ｆ０＝（ｆ２＋ｆ１）／２
は約１．９３ＧＨｚであり、共振器１および共振器２の共振周波数と一致していることがわかる。従来、結合用線路を用いた共振器間結合において、共振器の共振周波数のずれが生じなくすることは極めて困難であったのに対し、本発明では共振器どうしを結線結合することにより、共振周波数のずれを生じさせずに結合を実現している。
【００４５】
図１１に、図９の回路の通過位相特性を示す。これより、図９の回路において共振器１と共振器２の結合が磁気的結合であることがわかる。
【００４６】
以上を整理すると、共振器１と共振器２を、共振器１および共振器２の共振周波数の2／３倍で共振する伝送線路６で結線結合すると、共振周波数のずれを生じさせずに結合させることができる。また、共振器１と伝送線路６の接続位置を、共振器１の中心１Cよりも内側に寄せ、共振器２と伝送線路６の接続位置を、共振器２の中心２Cよりも内側に寄せた場合は、磁気的結合が得られる。
【００４７】
図１２は、基本的な構成を説明するための第４のパターン図である。
【００４８】
厚さ約０．４３ｍｍ、比誘電率約１０のＭｇＯ基板（図示略）上に超伝導マイクロストリップ線路を形成する。ここで、マイクロストリップ線路の超伝導体は、厚さ約５００ｎｍのＹ系銅酸化物高温超伝導薄膜を用い、ストリップ導体の線路幅は約０．４ｍｍである。超伝導薄膜は、レーザー蒸着法、スパッタ法あるいは共蒸着法などにより形成することができる。
【００４９】
共振器１および共振器２は、ヘアピン型半波長共振器であり、共振周波数は約１．９３GHｚである。伝送線路６によって共振器１と共振器２は結線結合されている。また、共振器１と伝送線路６の接続位置は、共振器１の中心１Cよりも内側に寄っており、共振器２と伝送線路３の接続位置は、共振器２の中心２Cよりも外側に寄っている。
【００５０】
ここでは、伝送線路６の共振周波数は、共振器の共振周波数約１．９３GHｚの2／３倍の約１．２８７GHｚである。
【００５１】
励振部４および励振部５は外部に接続されている。したがって、図１２の回路は、共振器１と共振器２の結合を測定することができる。
【００５２】
図１３に、図１２の回路の通過強度特性を示す。２つの共振器の結合を示す２本のピークが見られる。これらのピークを示す周波数をｆ１、ｆ２とすると、２本のピークの中心すなわち、
ｆ０＝（ｆ２＋ｆ１）／２
は約１．９３ＧＨｚであり、共振器１および２の共振周波数と一致していることがわかる。従来、結合用線路を用いた共振器間結合において、共振器の共振周波数のずれが生じなくすることは極めて困難であったのに対し、本発明では共振器どうしを結線結合することにより、共振周波数のずれを生じさせずに結合を実現している。
【００５３】
図１４に、図１２の回路の通過位相特性を示す。これより、図１２の回路において共振器１と共振器２の結合が電気的結合であることがわかる。
【００５４】
以上を整理すると、共振器１と共振器２を、共振器１および共振器２の共振周波数の2／３倍で共振する伝送線路６で結線結合すると、共振周波数のずれを生じさせずに結合させることができる。また、共振器１と伝送線路６の接続位置を共振器１の中心１Cよりも内側に寄せ、共振器２と伝送線路６の接続位置を共振器２の中心２Cよりも外側に寄せた場合は、電気的結合が得られる。
【００５５】
伝送線路の結線結合の接続点位置により、電気的結合となるか、磁気的結合になるかについては、表1のようになる。
【００５６】
【表１】
ここで、伝送線路が2倍とは、図１等に示したように、伝送線路３自身の共振周波数がフィルタの通過帯域の中心周波数の2倍である場合を示し、伝送線路が2／3倍とは、図９等に示したように、伝送線路６自身の共振周波数が中心周波数の2／3倍である場合を示している。また、「内側・内側」とは、伝送線路によって結合される２つの共振器の各々の中心から、伝送線路の接続点位置を示しており、内側と内側側を伝送線路が結合していることを示す。「外側・外側」等の表現も同様である。
【００５８】
表中の符号「X」、「Y」は、結合の種類（電気的結合または磁気的結合）を示している。ただし、符号Xが電気的結合か、磁気的結合かは、使用する共振器のパターンに依存する。実際には、パターンごとに符号XまたはYの結合種を特定する必要があるが、表1の1箇所の結合種を定めることができれば、表1を完成することができる。
【００５９】
例えば、図１は、共振器１について内側結合であり、共振器２について内側結合で、表中の「内側・内側」にあたる。また、伝送線路は2倍の共振周波数を持つ。従って、表1中で第1行第2列であり、結合種はXである。図3から、結合種は電気的であることがわかるので、X＝電気的結合であり、Yは磁気的結合と定まる。
【００６０】
図１５に、図１の回路を再び示す。ここで、共振器と伝送線路の接続位置と、共振器の中心１Cとの距離をLとする。
【００６１】
Lを種々変化させたときの結合係数Mの値を図１６に示す。ここで、横軸はL（ｍｍ）を示し、縦軸は結合係数Mを示す。この図からわかるように、共振器と伝送線路の接続位置を調節することにより、所望の結合を実現することが可能となる。この例では、共振器１、共振器２の両方を同量ずつ、ずらしているが、共振器１、共振器２のずれをそれぞれ異なる値にすることも可能である。
（実施形態１）
図１７は、本実施形態のフィルタの１パターンを説明する図である。
【００６２】
厚さ約０．４３ｍｍ、比誘電率約１０のＭｇＯ基板（図示略）上に超伝導マイクロストリップ線路を形成している。ここで、マイクロストリップ線路の超電導体は、厚さ約５００ｎｍのＹ系銅酸化物高温超伝導薄膜を用い、ストリップ導体の線路幅は約０．４ｍｍである。超伝導薄膜は、レーザー蒸着法、スパッタ法あるいは共蒸着法などにより作製することができる。
【００６３】
本実施形態は、４つのヘアピン型共振器１、１０１、１０２、２で構成される４段フィルタである。共振器の共振周波数は約１．９３GHzである。
【００６４】
共振器１、１０１、１０２、２はこの順番に電気的に結合し、４つの共振器でブロックを構成している。共振器１及び共振器２は、ブロックの端共振器となる。
【００６５】
伝送線路６の共振周波数は、共振器の共振周波数約１．９３GHｚの2／３倍の約１．２８７GHｚである。伝送線路６によって共振器１と共振器２は結線結合されている。また、共振器１と伝送線路６の接続位置は、共振器１の中心１Cよりも内側に寄っており、共振器２と伝送線路６の接続位置は、共振器２の中心２Cよりも内側に寄っている。従って、伝送線路６による共振器１と共振器２の結合は磁気的である。
【００６６】
従って、共振器１０１と共振器１０２の結合と、共振器１と共振器２の結合は逆相であり、伝達関数の純虚数零点を実現している。
【００６７】
図１８に、図１７に示したフィルタの通過振幅特性を示す。ここでは、伝達関数の零点を±１．７ｊ、にもつ、基準化低域通過フィルタを用いた例を示す。ここに、ｊは虚数単位である。
【００６８】
中心周波数約１．９３ＧＨｚ、帯域幅約２０ＭＨｚである。通過帯域内で通過強度がほぼ一定であり、周波数約１．９２ＧＨｚ及び約１．９４ＧＨｚ程度で通過強度が減衰し始める。
【００６９】
ここでは、伝達関数の純虚数零点による減衰極が通過帯域の両側に１個ずつ存在し、急峻なスカート特性を実現している。
【００７０】
本実施形態では、共振器はヘアピン型であるが、オープンループ型やメアンダオープンループ型など、種々の共振器を用いることが可能である。
【００７１】
なお、本実施形態は、マイクロストリップラインで回路を構成したが、ストリップ線路で回路を構成することも可能である。
【００７２】
図１９は、本実施形態のフィルタの他のパターンを説明する図である。
【００７３】
厚さ約０．４３ｍｍ、比誘電率約１０のＭｇＯ基板（図示略）上に超伝導マイクロストリップ線路を形成している。ここで、マイクロストリップ線路の超電導体は、厚さ約５００ｎｍのＹ系銅酸化物高温超伝導薄膜を用い、ストリップ導体の線路幅は約０．４ｍｍである。超伝導薄膜は、レーザー蒸着法、スパッタ法あるいは共蒸着法などにより作製することができる。
【００７４】
本実施形態は、４つのヘアピン型共振器１、１０１、１０２、２で構成される４段フィルタである。各共振器の共振周波数は約１．９３GHzである。
【００７５】
共振器１、１０１、１０２、２はこの順番に電気的に結合し、４つの共振器でブロックを構成している。共振器１及び共振器２は、ブロックの端共振器となる。
【００７６】
図１９では、共振器１０１と共振器１０２の結合は電気的である。
【００７７】
伝送線路６の共振周波数は、共振器の共振周波数約１．９３GHｚの2／３倍の約１．２８７GHｚである。
【００７８】
伝送線路６によって共振器１と共振器２は結線結合されている。また、共振器１と伝送線路６の接続位置は、共振器１の中心１Cよりも内側に寄っており、共振器２と伝送線路６の接続位置は、共振器２の中心２Cよりも外側に寄っている。従って、伝送線路６による共振器１と共振器２の結合は電気的である。
【００７９】
従って、共振器１０１と共振器１０２の結合と、共振器１と共振器２の結合は同相であり、伝達関数の実数零点を実現している。
【００８０】
図２０に、図１９に示したフィルタの通過振幅特性を示す。ここでは、伝達関数の零点を±１．４にもつ、基準化低域通過フィルタの例を示す。
【００８１】
中心周波数約１．９３ＧＨｚ、帯域幅約２０ＭＨｚである。通過帯域内で通過強度がほぼ一定であり、周波数約１．９２ＧＨｚ及び約１．９４ＧＨｚ程度で通過強度が減衰し始める。
【００８２】
図２１にその群遅延特性を示す。伝達関数の実数零点により、通過帯域内で平坦な群遅延特性が実現されている。
【００８３】
本実施形態では、共振器はヘアピン型であるが、オープンループ型やメアンダオープンループ型など、種々の共振器を用いることが可能である。
【００８４】
なお、本実施形態は、マイクロストリップラインで回路を構成したが、ストリップ線路で回路を構成することも可能である。
（実施形態２）
図２２は、本実施形態のフィルタの１パターンを説明する図である。
【００８５】
厚さ約０．４３ｍｍ、比誘電率約１０のＭｇＯ基板（図示略）上に超伝導マイクロストリップ線路を形成している。ここで、マイクロストリップ線路の超電導体は、厚さ約５００ｎｍのＹ系銅酸化物高温超伝導薄膜を用い、ストリップ導体の線路幅は約０．４ｍｍである。超伝導薄膜は、レーザー蒸着法、スパッタ法あるいは共蒸着法などにより作製することができる。
【００８６】
本実施形態は、６つのヘアピン型共振器１、７、１０１、１０２、８、２で構成される６段フィルタである。各共振器の共振周波数は約１．９３GHzである。
【００８７】
共振器１、７、１０１、１０２、８、２はこの順番に電気的に結合し、６つの共振器でブロックを構成している。共振器１及び共振器２は、ブロックの端共振器となる。
【００８８】
伝送線路６の共振周波数は、共振器の共振周波数約１．９３GHｚの2／３倍の約１．２８７GHｚである。
【００８９】
伝送線路６によって共振器１と共振器２は結線結合されている。共振器１と伝送線路６の接続位置は共振器１の中心１Cよりも内側に寄っており、共振器２と伝送線路６の接続位置は共振器２の中心２Cよりも外側に寄っている。従って、伝送線路６による共振器１と共振器２の結合は電気的である。
【００９０】
伝送線路９の共振周波数は、共振器の共振周波数約１．９３GHｚの2／３倍の約１．２８７GHｚである。伝送線路９によって共振器７と８は結線結合されている。また、共振器７と伝送線路９の接続位置は、共振器７の中心７Cよりも内側に寄っており、共振器８と伝送線路９の接続位置は、共振器８の中心８Cよりも外側に寄っている。従って、伝送線路９による共振器７と共振器８の結合は電気的である。
【００９１】
従って、共振器１０１と共振器１０２の結合と、共振器７と共振器８の結合と、共振器１と共振器２の結合はすべて同相であり、伝達関数の複素数零点を実現している。
【００９２】
図２３に、図２２に示したフィルタの通過振幅特性を示す。ここでは、伝達関数の零点を±（１±０．４ｊ）にもつ、基準化低域通過フィルタの例を示す。ここに、ｊは虚数単位である。
【００９３】
中心周波数約１．９３ＧＨｚ、帯域幅約２０ＭＨｚである。通過帯域内で通過強度がほぼ一定であり、周波数約１．９２ＧＨｚ及び約１．９４ＧＨｚ程度で通過強度が減衰し始める。
【００９４】
図２４にその群遅延特性を示す。伝達関数の複素数零点により、通過帯域内で平坦な群遅延特性が実現されている。
【００９５】
本実施形態では、共振器はヘアピン型であるが、オープンループ型やメアンダオープンループ型など、種々の共振器を用いることが可能である。
【００９６】
なお、本実施形態は、マイクロストリップラインで回路を構成したが、ストリップ線路で回路を構成することも可能である。
【００９７】
図２５は、本実施形態のフィルタに係る他のパターンを説明する図である。
【００９８】
厚さ約０．４３ｍｍ、比誘電率約１０のＭｇＯ基板（図示略）上に超伝導マイクロストリップ線路を形成している。ここで、マイクロストリップ線路の超電導体は、厚さ約５００ｎｍのＹ系銅酸化物高温超伝導薄膜を用い、ストリップ導体の線路幅は約０．４ｍｍである。超伝導薄膜は、レーザー蒸着法、スパッタ法あるいは共蒸着法などにより作製することができる。
【００９９】
本実施形態は、６つのヘアピン型共振器１、７、１０１、１０２、８、２で構成される６段フィルタである。各共振器の共振周波数は約１．９３GHzである。
【０１００】
共振器１、７、１０１、１０２、８、２はこの順番に電気的に結合し、６つの共振器でブロックを構成している。共振器１及び共振器２は、ブロックの端共振器となる。
【０１０１】
伝送線路６の共振周波数は、共振器の共振周波数約１．９３GHｚの2／３倍の約１．２８７GHｚである。伝送線路６によって共振器１と共振器２は結線結合されている。また、共振器１と伝送線路６の接続位置は、共振器１の中心１Cよりも内側に寄っており、共振器２と伝送線路６の接続位置は、共振器２の中心２Cよりも内側に寄っている。従って、伝送線路６による共振器１と共振器２の結合は磁気的である。
【０１０２】
伝送線路９の共振周波数は、共振器の共振周波数約１．９３GHｚの2／３倍の約１．２８７GHｚである。伝送線路９によって共振器７と共振器８は結線結合されている。また、共振器７と伝送線路９の接続位置は、共振器７の中心７Cよりも内側に寄っており、共振器８と伝送線路９の接続位置は、共振器８の中心８Cよりも外側に寄っている。従って、伝送線路９による共振器７と共振器８の結合は電気的である。
【０１０３】
従って、共振器１０１と共振器１０２の結合と、共振器７と共振器８の結合は同相の関係にあり、共振器７と共振器８の結合と、共振器１と共振器２の結合は逆相の関係にある。よって、伝達関数の純虚数零点を１組と、実数零点を１組実現している。
【０１０４】
図２６に、図２５に示したフィルタの通過振幅特性を示す。ここでは、伝達関数の零点を±１．５ｊ、±１．２にもつ、基準化低域通過フィルタの例を示す。ここに、ｊは虚数単位である。
【０１０５】
このフィルタは、中心周波数約１．９３ＧＨｚ、帯域幅約２０ＭＨｚである。通過帯域内で通過強度がほぼ一定であり、周波数約１．９２ＧＨｚ及び約１．９４ＧＨｚ程度で通過強度が減衰し始める。ここでは、伝達関数の純虚数零点による減衰極が通過帯域の両側に１個ずつ存在し、急峻なスカート特性を実現している。
【０１０６】
図２７にその群遅延特性を示す。伝達関数の実数零点により、通過帯域内で平坦な群遅延特性が実現されている。
【０１０７】
本実施形態では、共振器はヘアピン型であるが、オープンループ型やメアンダオープンループ型など、種々の共振器を用いることが可能である。
【０１０８】
なお、本実施形態は、マイクロストリップラインで回路を構成したが、ストリップ線路で回路を構成することも可能である。
【０１０９】
図２８は、本実施形態のフィルタの他のパターンを説明する図である。
【０１１０】
厚さ約０．４３ｍｍ、比誘電率約１０のＭｇＯ基板（図示略）上に超伝導マイクロストリップ線路を形成している。ここで、マイクロストリップ線路の超電導体は、厚さ約５００ｎｍのＹ系銅酸化物高温超伝導薄膜を用い、ストリップ導体の線路幅は約０．４ｍｍである。超伝導薄膜は、レーザー蒸着法、スパッタ法あるいは共蒸着法などにより作製することができる。
【０１１１】
本実施形態は、６つのヘアピン型共振器１、７、１０１、１０２、８、２で構成される６段フィルタである。各共振器の共振周波数は約１．９３GHzである。
【０１１２】
共振器１、７、１０１、１０２、８、２はこの順番に電気的に結合し、６つの共振器でブロックを構成している。共振器１及び共振器２は、ブロックの端共振器となる。
【０１１３】
伝送線路６の共振周波数は、共振器の共振周波数約１．９３GHｚの2／３倍の約１．２８７GHｚである。伝送線路６によって共振器１と共振器２は結線結合されている。また、共振器１と伝送線路６の接続位置は、共振器１の中心１Cよりも内側に寄っており、共振器２と伝送線路６の接続位置は、共振器２の中心２Cよりも外側に寄っている。従って、伝送線路６による共振器１と共振器２の結合は電気的である。
【０１１４】
伝送線路９の共振周波数は、共振器の共振周波数約１．９３GHｚの2／３倍の約１．２８７GHｚである。伝送線路９によって共振器７と共振器８は結線結合されている。また、共振器７と伝送線路９の接続位置は、共振器７の中心７Cよりも内側に寄っており、共振器８と伝送線路９の接続位置は、共振器８の中心８Cよりも内側に寄っている。従って、伝送線路９による共振器７と共振器８の結合は磁気的である。
【０１１５】
従って、共振器１０１と共振器１０２の結合と、共振器７と共振器８の結合は逆相の関係にあり、共振器７と共振器８の結合と、共振器１と共振器２の結合もまた逆相の関係にある。よって、伝達関数の純虚数零点を２組実現している。
【０１１６】
図２９に、図２８に示したフィルタの通過振幅特性を示す。ここでは、伝達関数の零点を±１．４ｊ、±１．７ｊにもつ、基準化低域通過フィルタの例を示す。ここに、ｊは虚数単位である。
【０１１７】
中心周波数約１．９３ＧＨｚ、帯域幅約２０ＭＨｚである。通過帯域内で通過強度がほぼ一定であり、周波数約１．９２ＧＨｚ及び約１．９４ＧＨｚ程度で通過強度が減衰し始める。ここでは、伝達関数の純虚数零点による減衰極が通過帯域の両側に２個ずつ存在し、急峻なスカート特性を実現している。
【０１１８】
本実施形態では、共振器はヘアピン型であるが、オープンループ型やメアンダオープンループ型など、種々の共振器を用いることが可能である。
【０１１９】
なお、本実施形態は、マイクロストリップラインで回路を構成したが、ストリップ線路で回路を構成することも可能である。
（実施形態３）
図３０は、本実施形態のフィルタのパターンを説明する図である。
【０１２０】
厚さ約０．４３ｍｍ、比誘電率約１０のＭｇＯ基板（図示略）上に超伝導マイクロストリップ線路を形成している。ここで、マイクロストリップ線路の超電導体は、厚さ約５００ｎｍのＹ系銅酸化物高温超伝導薄膜を用い、ストリップ導体の線路幅は約０．４ｍｍである。超伝導薄膜は、レーザー蒸着法、スパッタ法あるいは共蒸着法などにより作製することができる。
【０１２１】
本実施形態は、１４個のヘアピン型共振器１、１０１、１０２、２、７、１０３、１０４、８、１０、１３、１０５、１０６、１４、１１で構成される１４段フィルタである。各共振器の共振周波数は約１．９３GHzである。
【０１２２】
共振器１、１０１、１０２、２、７、１０３、１０４、８、１０、１３、１０５、１０６、１４、１１はこの順番に電気的に結合している。ここで、共振器１、１０１、１０２、２の４つの共振器でブロックを構成し、共振器７、１０３、１０４、８の４つの共振器でブロックを構成し、共振器１０、１３、１０５、１０６、１４、１１の６つの共振器でブロックを構成している。共振器１及び共振器２は、ブロックの端共振器となる。
【０１２３】
伝送線路６の共振周波数は、共振器の共振周波数約１．９３GHｚの2／３倍の約１．２８７GHｚである。伝送線路６によって共振器１と共振器２は結線結合されている。また、共振器１と伝送線路６の接続位置は、共振器１の中心１Cよりも内側に寄っており、共振器２と伝送線路６の接続位置は、共振器２の中心２Cよりも内側に寄っている。従って、伝送線路６による共振器１と共振器２の結合は磁気的である。
【０１２４】
従って、共振器１０１と共振器１０２の結合と、共振器１と共振器２の結合は逆相の関係にあり、伝達関数の純虚数零点を１組実現している。
【０１２５】
共振器７及び共振器８は、ブロックの端共振器となる。図３０では、共振器１０３と共振器１０４の結合は電気的である。
【０１２６】
伝送線路９の共振周波数は、共振器の共振周波数約１．９３GHｚの2／３倍の約１．２８７GHｚである。伝送線路９によって共振器７と共振器８は結線結合されている。また、共振器７と伝送線路９の接続位置は、共振器７の中心７Cよりも内側に寄っており、共振器８と伝送線路９の接続位置は、共振器８の中心８Cよりも外側に寄っている。従って、伝送線路９による共振器７と共振器８の結合は電気的である。
【０１２７】
従って、共振器１０３と共振器１０４の結合と、共振器７と共振器８の結合は同相の関係にあり、伝達関数の実数零点を１組実現している。
【０１２８】
共振器１０及び共振器１１は、ブロックの端共振器となる。図３０では、共振器１０５と共振器１０６の結合は電気的である。
【０１２９】
伝送線路１２の共振周波数は、共振器の共振周波数約１．９３GHｚの2／３倍の約１．２８７GHｚである。伝送線路１２によって共振器１０と共振器１１は結線結合されている。また、共振器１０と伝送線路１２の接続位置は、共振器１０の中心１０Cよりも内側に寄っており、共振器１１と伝送線路１２の接続位置は、共振器１１の中心１１Cよりも外側に寄っている。従って、伝送線路１２による共振器１０と共振器１１の結合は電気的である。
【０１３０】
伝送線路１５の共振周波数は、共振器の共振周波数約１．９３GHｚの2／３倍の約１．２８７GHｚである。伝送線路１５によって共振器１３と共振器１４は結線結合されている。また、共振器１３と伝送線路１５の接続位置は、共振器１３の中心１３Cよりも内側に寄っており、共振器１４と伝送線路１５の接続位置は、共振器１４の中心１４Cよりも外側に寄っている。従って、伝送線路１５による共振器１３と共振器１４の結合は電気的である。
【０１３１】
従って、共振器１０５と共振器１０６の結合と、共振器１３と共振器１４の結合と、共振器１０と共振器１１の結合はすべて同相の関係にあり、伝達関数の複素数零点を１組実現している。
【０１３２】
図３１に、図３０に示したフィルタの通過振幅特性を示す。ここでは、伝達関数の零点を±（０．７±０．７ｊ）、±１．１ｊ、±０．６５にもつ、基準化低域通過フィルタの例を示した。ここに、ｊは虚数単位である。
【０１３３】
このフィルタは、中心周波数約１．９３ＧＨｚ、帯域幅約２０ＭＨｚである。通過帯域内で通過強度がほぼ一定であり、周波数約１．９２ＧＨｚ及び約１．９４ＧＨｚ程度で通過強度が減衰し始める。ここでは、伝達関数の純虚数零点による減衰極が通過帯域の両側に１個ずつ存在し、急峻なスカート特性を実現している。
【０１３４】
図３２にその群遅延特性を示す。伝達関数の複素数零点および実数零点により、通過帯域内で平坦な群遅延特性が実現されている。
【０１３５】
本実施形態では、共振器はヘアピン型であるが、オープンループ型やメアンダオープンループ型など、種々の共振器を用いることが可能である。
【０１３６】
なお、本実施形態は、マイクロストリップラインで回路を構成したが、ストリップ線路で回路を構成することも可能である。
（実施形態４）
図３３は、本実施形態のフィルタのパターンを説明する図である。
【０１３７】
厚さ約０．４３ｍｍ、比誘電率約１０のＭｇＯ基板（図示略）上に超伝導マイクロストリップ線路を形成している。ここで、マイクロストリップ線路の超電導体は、厚さ約５００ｎｍのＹ系銅酸化物高温超伝導薄膜を用い、ストリップ導体の線路幅は約０．４ｍｍである。超伝導薄膜は、レーザー蒸着法、スパッタ法あるいは共蒸着法などにより作製することができる。
【０１３８】
本実施形態は、６個のヘアピン型共振器１、２、３１、３２、３３、３４で構成される６段フィルタである。各共振器の共振周波数は約１．９３GHzである。
【０１３９】
共振器１、２、３１、３２、３３、３４はこの順番に伝送線路３、４１、４２、４３、４４により結合している。
【０１４０】
伝送線路３、４１、４２、４３、４４の共振周波数は、共振器の共振周波数である約１．９３GHｚの2倍の約３．８６GHｚである。
【０１４１】
伝送線路３によって共振器１と共振器２は結線結合されており、伝送線路４１によって共振器２と共振器３１は結線結合されており、伝送線路４２によって共振器３１と共振器３２は結線結合されており、伝送線路４３によって共振器３２と共振器３３は結線結合されており、伝送線路４４によって共振器３３と共振器３４は結線結合されている。
【０１４２】
隔壁５１、５２、５３、５４、５５は、電気的に接地された銅製の板であり、不要な共振器間結合を発生させない。
【０１４３】
すなわち、共振器間結合はすべて伝送線路で実現されており、不要な共振器間結合は隔壁によって生じないようになっている。
【０１４４】
図３４に、図３３に示したフィルタの通過振幅特性を示す。中心周波数約１．９３ＧＨｚ、帯域幅約２０ＭＨｚである。通過帯域内で通過強度がほぼ一定であり、周波数約１．９２９ＧＨｚ及び約１．９３１ＧＨｚ程度で通過強度が減衰し始める。
【０１４５】
このような狭帯域を実現するには、非常に小さい共振器間結合を安定して実現させる必要があり、伝送線路を用いない共振器間結合では実現が困難である。また、従来の伝送線路による結合方法では、共振器の共振周波数のずれが生じるため、すべての共振器間結合を伝送線路で実現することは困難であった。すなわち、このような狭帯域フィルタは、本発明によってはじめて実現可能となった。
【０１４６】
図３５に、本実施形態の他のパターン図を示す。図３５のパターンは、６個のヘアピン型共振器１、２、３１、３２、３３、３４で構成される６段フィルタである。各共振器の共振周波数は約１．９３GHzである。
【０１４７】
共振器１、２、３１、３２、３３、３４はこの順番に伝送線路３、４１、４５、４３、４４により結合している。
【０１４８】
伝送線路３、４１、４３、４４の共振周波数は、共振器の共振周波数である約１．９３GHｚの2倍の約３．８６GHｚである。伝送線路４５の共振周波数は、共振器の共振周波数である約１．９３ＧＨｚの２／３倍の１．２８７GHｚである。
【０１４９】
伝送線路３によって共振器１と共振器２は結線結合されており、伝送線路４１によって共振器２と共振器３１は結線結合されており、伝送線路４３によって共振器３２と共振器３３は結線結合されており、伝送線路４４によって共振器３３と共振器３４は結線結合されている。
【０１５０】
一方、伝送線路４５は、共振器３１および共振器３２とは結線結合しておらず、ギャップをもつ。すなわち、共振器３１と共振器３２は、従来型の、ギャップをもつ結合線路により結合されている。
【０１５１】
隔壁５１、５２、５３、５４、５５は、電気的に接地された銅製の板であり、不要な共振器間結合を発生させない。
【０１５２】
すなわち、共振器間結合はすべて伝送線路で実現されており、不要な共振器間結合は隔壁によって生じないようになっている。
【０１５３】
また、図３５では、励振部４、５はギャップではなく、直接結線されたタップで共振器と結合されている。励振方法がタップであってもギャップであっても、伝送線路による共振器間結合は全く同様に実現することができる。
【０１５４】
図３５のフィルタは、図３４と同様の特性を示す。
【０１５５】
図３６に、本実施形態の他のパターン図を示す。図３６のパターンは、６個のヘアピン型共振器１、２、３１、３２、３３、３４で構成される６段フィルタである。各共振器の共振周波数は約１．９３GHzである。
【０１５６】
共振器１、２、３１、３２、３３、３４はこの順番に伝送線路３、４１、４６および４７、４３、４４により結合している。
【０１５７】
伝送線路３、４１、４３、４４の共振周波数は、共振器の共振周波数である約１．９３GHｚの2倍の約３．８６GHｚである。伝送線路４６、４７の共振周波数は、共振器の共振周波数である約１．９３ＧＨｚと同一である。
【０１５８】
伝送線路３によって共振器１と共振器２は結線結合されており、伝送線路４１によって共振器２と共振器３１は結線結合されており、伝送線路４３によって共振器３２と共振器３３は結線結合されており、伝送線路４４によって共振器３３と共振器３４は結線結合されている。
【０１５９】
伝送線路４６の一端は、共振器３１と結線結合しており、伝送線路４６の他の一端は開放になっており、伝送線路４７とギャップを介して側結合している。 伝送線路４７の一端は、共振器３２と結線結合しており、伝送線路４７の他の一端は開放になっており、伝送線路４６とギャップを介して側結合している。すなわち、伝送線路４６、４７により、共振器３１と共振器３２は結合を実現している。
【０１６０】
隔壁５１、５２、５３、５４、５５は、電気的に接地された銅製の板であり、不要な共振器間結合を発生させない。
【０１６１】
すなわち、共振器間結合はすべて伝送線路で実現されており、不要な共振器間結合は隔壁によって生じないようになっている。
【０１６２】
また、図３６では、励振部４、５はギャップではなく、直接結線されたタップで共振器と結合されている。
【０１６３】
図３６のフィルタは、図３４と同様の特性を示す。 本実施形態では、共振器はヘアピン型であるが、オープンループ型やメアンダオープンループ型など、種々の共振器を用いることが可能である。
【０１６４】
なお、本実施形態は、マイクロストリップラインで回路を構成したが、ストリップ線路で回路を構成することも可能である。
【０１６５】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明によれば、共振器の共振周波数のずれが生じることなく、また強い結合をも安定して実現できる結合用線路を用いたフィルタ回路を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成を説明するためのパターン図。
【図２】本発明の基本構成を説明するためのパターンの通過振幅特性。
【図３】本発明の基本構成を説明するためのパターンの通過位相特性。
【図４】伝送線路の共振周波数測定用回路パターン図。
【図５】伝送線路の共振周波数測定結果。
【図６】本発明の基本構成を説明するためのパターン図。
【図７】本発明の基本構成を説明するためのパターンの通過振幅特性。
【図８】本発明の基本構成を説明するためのパターンの通過位相特性。
【図９】本発明の基本構成を説明するためのパターン図。
【図１０】本発明の基本構成を説明するためのパターンの通過振幅特性。
【図１１】本発明の基本構成を説明するためのパターンの通過位相特性。
【図１２】本発明の基本構成を説明するためのパターン図。
【図１３】本発明の基本構成を説明するためのパターンの通過振幅特性。
【図１４】本発明の基本構成を説明するためのパターンの通過位相特性。
【図１５】本発明の基本構成を説明するためのパターン図。
【図１６】伝送線路と共振器の接続位置と結合係数の関係
【図１７】本発明の第１の実施形態に係るフィルタ回路のパターン図。
【図１８】本発明の第１の実施形態に係るフィルタ回路の通過振幅特性図。
【図１９】本発明の第１の実施形態に係る第２のフィルタ回路のパターン図。
【図２０】本発明の第１の実施形態に係る第２のフィルタ回路の通過振幅特性図。
【図２１】本発明の第１の実施形態に係る第２のフィルタ回路の群遅延特性図。
【図２２】本発明の第２の実施形態に係るフィルタ回路のパターン図。
【図２３】本発明の第２の実施形態に係るのフィルタ回路の通過振幅特性図。
【図２４】本発明の第２の実施形態に係るのフィルタ回路の群遅延特性図。
【図２５】本発明の第２の実施形態に係る第２のフィルタ回路のパターン図。
【図２６】本発明の第２の実施形態に係るの第２のフィルタ回路の通過振幅特性図。
【図２７】本発明の第２の実施形態に係るの第２のフィルタ回路の群遅延特性図。
【図２８】本発明の第２の実施形態に係る第３のフィルタ回路のパターン図。
【図２９】本発明の第２の実施形態に係るの第３のフィルタ回路の通過振幅特性図。
【図３０】本発明の第３の実施形態に係るフィルタ回路のパターン図。
【図３１】本発明の第３の実施形態に係るのフィルタ回路の通過振幅特性図。
【図３２】本発明の第３の実施形態に係るのフィルタ回路の群遅延特性図。
【図３３】本発明の第４の実施形態に係るフィルタ回路のパターン図。
【図３４】本発明の第４の実施形態に係るのフィルタ回路の通過振幅特性図。
【図３５】本発明の第４の実施形態に係るフィルタ回路の他のパターン図。
【図３６】本発明の第４の実施形態に係るフィルタ回路の他のパターン図。
【符号の説明】
１、２・・・共振器
３、６・・・伝送線路
４、５・・・励振線
Claims (5)
- 通過帯域の中心周波数で共振する第１半波長共振器と、前記中心周波数で共振する第２半波長共振器とが、前記中心周波数の２倍または２／３倍の周波数で共振する伝送線路によって結線結合された帯域通過フィルタであって、
前記第１半波長共振器と前記伝送線路の第１接続位置が前記第１半波長共振器の中心とは異なり、かつ前記第２半波長共振器と前記伝送線路の第２接続位置が前記第２半波長共振器の中心とは異なることを特徴とする帯域通過フィルタ。 - 前記第１接続位置または前記第２接続位置を変化させて、電気的結合または磁気的結合を実現することを特徴とする請求項１記載の帯域通過フィルタ。
- 前記第１半波長共振器の中心と前記第１接続位置との距離に応じて結合強度を変化させることを特徴とする請求項１記載の帯域通過フィルタ。
- 前記第１半波長共振器と前記第２半波長共振器とが前記伝送路のみで結合していることを特徴とする請求項１記載の帯域通過フィルタ。
- 前記第１半波長共振器は超電導体により形成されていることを特徴とする請求項１記載の帯域通過フィルタ。
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