JP3998602B2

JP3998602B2 - 超伝導フィルタ

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Publication number: JP3998602B2
Application number: JP2003143868A
Authority: JP
Inventors: 浩之福家; 喜昭寺島; 史彦相賀; 六月山崎; 博幸加屋野; 龍典橋本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-05-21
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2023-05-21
Also published as: JP2004349966A; US20050007210A1; US7215225B2; US7411475B2; US20070241842A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超伝導フィルタに係り、特に、超伝導高周波フィルタにおける共振素子の結合の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線または有線で情報を通信する通信機器には、主要部品として高周波フィルタが組み込まれている。この高周波フィルタは、所望の周波数帯のみを取り出すとの機能を有することから、通信機器にとっては、機能上重要な構成要素とされている。通信機器において、周波数を有効に利用し、省エネルギーで通信機器を動作させるためには、このフィルタには、減衰特性に優れ、挿入損失が小さいことが要求されている。このような要求に応えるフィルタを構成するためには、高いＱ値の共振素子が必要とされる。近年、高いＱ値の共振素子を実現する一つの方法として、共振素子を構成する導体に、表面抵抗のきわめて小さい材料である高温超電導体を用いることが提案されている。
【０００３】
超伝導薄膜で作られる高周波フィルタの構造では、基板上にマイクロストリップラインなどの分布定数回路で半波長共振素子等が形成されている。これら共振素子は、通常、多段に配置され、空間的に互いに結合されている。
【０００４】
高周波フィルタにおいては、互いに共振素子が空間的に電磁界結合されてフィルタ特性が定まることから、共振素子が配置される相対位置を定めることがフィルタの一般的な設計方法とされている。即ち、強い結合が必要な場合には共振素子間が狭くなるように、また、弱い結合が必要とされる場合には共振素子間が広くなるように共振素子が配置されるようにフィルタが設計されている。
【０００５】
典型的なフィルタ構造として知られるチェビシェフ関数型フィルタは、互いに隣接する共振素子間の電磁界結合のみを利用してフィルタが構成されている。このチェビシェフ関数型フィルタでは、各共振素子が直線状に配置される等の構造が採用され、各共振素子は、互いに隣接する共振素子以外の共振素子に対して比較的大きな距離に保たれ、不必要な結合が比較的発生し難い構造に形成されている。
【０００６】
他方、減衰極によってスカート特性を急峻化し、また、群遅延特性を平坦化するために、ある共振素子が隣接する共振素子以外の共振素子に意図的に結合（飛び越し結合と称する。）させた構造の疑似楕円関数型のフィルタが非特許文献１で知られている。この非特許文献１には、空間的な結合を用いる隣接結合及び飛び越し結合を形成する方法が開示されている。
【０００７】
非特許文献２には、隣接する共振素子の結合には空間的な結合が用いられ、飛び越し結合には、結合用伝送線路が用いられる方法が開示されている。この文献２に開示された従来技術では、共振素子が直線状に配列され、隣接する共振素子以外の共振素子は、比較的離れて配置されている。
【０００８】
【非特許文献１】
IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques、第４７巻（１９９９年）、第１６５６頁
【０００９】
【非特許文献２】
IEEE Microwave Theory and Techniques Symposium Digest （２０００年）、第６６１頁
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
チェビシェフ関数型フィルタでは、互いに隣接する共振素子以外の共振素子に対して比較的大きな距離に保たれ、不必要な結合が比較的発生し難い構造を有している。しかし、共振素子間の距離は、有限の値であり、隣接する共振素子以外の素子間の結合は、ゼロにはなり得ず、隣接する共振素子以外の素子間の結合によって、実際のフィルタ特性が所望のフィルタ特性からずれた特性となってしまう問題がある。即ち、本来の所望の特性を得るために設計された共振素子の配置は、再度の設計或いは調整が必要であるとされている。
【００１１】
非特許文献１に開示された空間的な結合を用いて隣接結合及び飛び越し結合を形成する方法では、飛び越し結合を作ろうとするために、本来は無関係な共振素子同士が接近し、その結果、それらの間に不必要な結合が発生するという問題がある。
【００１２】
非特許文献２に開示される隣接する共振素子の結合には、空間的な結合が用いられ、飛び越し結合には、結合用伝送線路が用いられる。この方法においては、互いに隣接する共振素子以外の共振素子に対して比較的大きな距離に保たれ、不必要な結合が比較的発生し難い構造を有している。しかし，隣接する共振素子以外の共振素子間の距離は、なお有限の値であり、隣接する共振素子以外の素子間の結合は、ゼロにはなり得えない。従って、このような構造のフィルタにおいては、実際のフィルタ特性が所望のフィルタ特性からずれた特性となってしまう問題がある。即ち、本来の所望の特性を得るために設計された共振素子の配置は、再度の設計或いは調整が必要であるとされている。
【００１３】
この発明は、上述したような事情に鑑みなされたものであって、その目的は、超電導フィルタにおいて、共振素子間での不必要な結合を遮断し、所望の結合のみを得ることが可能な超電導フィルタを提供するにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、
基板と、
前記基板上に設けられた入出力用線路と、
前記入出力用線路間に配置され、空間結合又は直接結合によって互いに結合する共振素子と、
前記基板上に設けられ、直接結合する共振器間に直接結合を発生させるための結合用伝送路と、
前記基板上に設けられ、いかなる任意の３つの前記共振素子間における空間的結合を２つ以下に限定する金属導体部と，
を具備し、前記金属導体部が前記基板の厚さの１０乃至２０倍の高さを有することを特徴とする超電導フィルタが提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、この発明の実施の形態に係る超伝導フィルタを説明する。
【００１６】
図１は、この発明の実施形態に係る超伝導フィルタの基本的な構造を概略的に示す断面図である。
【００１７】
この図１に示される共振器は、超伝導マイクロストリップ線路共振器であって、基板２の上面にその共振器のパターン４及び共振器のパターン４の両側に励振線８−１、８−２が設けられ、この基板２の下面には、薄膜６、例えば、Ｙ系銅酸化物超伝導膜のＹＢＣＯ薄膜が形成されている。この基板２は、例えば、その直径が約５０ｍｍ、その厚さが０．４３ｍｍで、その比誘電率が例えば、約１０のＭｇＯで作られている。共振器のパターン４は、励振線８−１、８−２間の領域に配置されている。この共振器のパターン４及び励振線８−１、８−２等も同様に薄膜、例えば、Ｙ系銅酸化物超伝導膜のＹＢＣＯ薄膜で形成されている。基板２の下面薄膜６は、接地されている。
【００１８】
ここでは、マイクロストリップ線路構造におけるストリップ線路が所定の形状に形成されている共振器を例にして説明するが、平面型伝送線路構造であれば何れの形態にあっても良く、下記構造を適用することができる。例えば、ストリップ構造及びコプレーナ構造等におけるストリップ線路にあっても下記に述べるような共振器のパターン構造を採用することができる。
【００１９】
図２は、図１に示される超伝導フィルタの基本的な回路パターンの一例を示している。この図２に示される回路パターンは、基板２上に形成された入出力用線路３１，３２、共振素子１１〜１６、結合用伝送線路２１、２２、２３、２４及び隔壁４１，４２から構成されている。隔壁４１，４２は、入出力用線路３１，３２、共振素子１１〜１６及び結合用伝送線路２１、２２、２３、２４が薄膜として形成されるに対して隔壁４１，４２は、これらに比べて十分な厚みを有し、これら入出力用線路３１，３２、共振素子１１〜１６及び結合用伝送線路２１、２２、２３、２４に比べてある程度の高さを有して仕切板としての機能を有することとなる。この仕切板（隔壁）の高さは、通常は基板の厚さの１０倍ないし２０倍である。尚、図１では、この隔壁は、図面を簡略化するために省略していることに注意されたい。
【００２０】
これら，隔壁を除く，回路パターンを構成する各部は、上述したように基板３上で厚みを有して形成されるが、基板３の厚みに比べて十分に小さいことから、この回路パターンは、実質的には平面的な空間内に実質上平面的に形成されているとみなすことができる。
【００２１】
図２に示す回路パターンにおいては、基板２上に入出力用線路３１，３２が対向して形成され、この間に略コ字形（丸みのないＵ字形）に形成された第１〜第６の共振素子（所謂ヘアピン型半波長共振素子）１１〜１６がその開口部を同一方向に向けて互いに略平行に配列されている。これら共振素子１１〜１６は、例えば、共振周波数が１．９３ＧＨｚであり、各共振素子の線路幅は、例えば、約０．４ｍｍで、その全長が約３０ｍｍで形成される。
【００２２】
共振素子１１〜１６は、各共振素子１１〜１６に対して結合されるべき被結合共振素子１１〜１６が定められ、また、この被結合共振素子１１〜１６は、直接結合される直接結合共振素子１１〜１６及び空間的に結合されるべき共振素子１１〜１６に分類されている。また、共振素子１１〜１６は、各共振素子１１〜１６に対して隣接する共振素子１１〜１６であっても空間的な結合が阻止されるべき共振素子１１〜１６が定められている。
【００２３】
即ち、図２に示すように第２及び第３の共振素子１２、１３間及び第４及び第５の共振素子１４、１５間には、互いに隣接するこれらの共振素子１２、１３及び共振素子１４、１５が空間的に結合することを阻止する金属導体の隔壁４１，４２が夫々設けられ、隔壁４１，４２は、これら共振素子１２、１３及び共振素子１４、１５の空間的結合を阻止する為にこれら共振素子１２、１３、１４、１５が基板２上の平面内においてには互いに直接対向されないようにこれらの全長よりも長く延出されている。ここで、平面内において直接対向されないとは、素子の大きさに比較して十分に小さい共振素子の厚み程度である略平面と見なされる基板２上の平面的空間が介在物、即ち、金属導体の隔壁４１，４２によって分離され、その夫々の分離された平面的空間内に配置されていることを意味している。これら共振素子１１〜１６は、隔壁４１，４２によって隔てられた互いに空間的に結合する第１グループの第１及び第２の共振素子１１、１２、第２グループの第３及び第４の共振素子１３、１４及び第３グループの第５及び第６の共振素子１５、１６に区分されている。
【００２４】
ここで、金属導体の隔壁を設けずに空間的な電磁界結合を無視できるほど小さくするためには、共振素子間の距離を、共振素子の線路幅の５０倍以上あける必要がある。着目した共振素子から共振素子の線路幅の５０倍以上離れた共振素子と、着目する共振素子との間では、実質的な電磁界結合が生じていないと見なすことができることが実験的に確認されている。従って、各共振素子に着目すると、空間的に電磁界結合されるべき共振素子以外の共振素子であって空間的電磁界結合が阻止されるべき共振素子は、着目する共振素子から共振素子の線路幅（Ｗ）の５０倍以内の範囲（Ｌ＝５０Ｗ）内にあるものに限られ、この共振素子を対象とし着目する共振素子から空間的な電磁界結合を阻害するように金属導体の隔壁を設けることが必要とされる。
【００２５】
互いに空間的結合が阻止されている第２の共振素子１２及び第３の共振素子１３、第４及び第５の共振素子１４及び共振素子１５、第２の共振素子１２及び第５の共振素子１５、並びに第１の共振素子１１及び第６の共振素子１６は、それぞれ結合用伝送線路２１、２２、２３、２４で連結されている。ここで、連結とは、伝送線路による連結に限られず、連結された２個の共振素子間に電磁界結合が生ずるような構造であれば何れの構造が採用されても良く、結合用伝送線路と共振素子とが必ずしも連続している必要はなく、その間に結合用の要素が介在されても良い。線路３１及び３２は、入出力用の線路であって、外部の素子又は線路と接続される。
【００２６】
尚、図２に示される回路パターンにおいては、ヘアピン型半波長共振素子１１〜１６が直線状に並列されているが、共振素子１１〜１６は、必ずしも一直線上に並んでいる必要はなく、また、開口部を一方向に揃える必要もない．
図３は、この超伝導フィルタが所望の特性を示すために必要な共振素子間の結合を表した概念図である。共振素子１１、１２、１５、及び１６は、隣接配置に伴う空間的結合以外に飛び越し結合され、共振素子１２及び１５は、夫々３箇所の結合先である共振器１１，１３，１５及び共振器１２，１４，１６に結合されている。
【００２７】
図１の回路パターンにおいては、共振素子１１と共振素子１２、共振素子１３と共振素子１４、共振素子１５と共振素子１６はそれぞれ空間的な電磁界結合によって結合されている。共振素子１２と共振素子１３、共振素子１４と共振素子１５、共振素子１２と共振素子１５、共振素子１１と共振素子１６は、結合用伝送線路２１，２２，２３によって結合されている。結合用伝送線路２１，２２，２３は、夫々連結した二つの共振素子間のみに結合を生じさせ、伝送線路２１，２２，２３によって連結されない他の共振素子には結合を生じさせない。また、各共振素子は、隔壁によって２個一組に隔離されているために、ある共振素子が空間的に直接対向される共振素子は１個しかなく、共振素子１１と共振素子１２、共振素子１３と共振素子１４、共振素子１５と共振素子１６のような直接的に隣接している共振素子結合以外には空間的な電磁界結合は発生されない。
【００２８】
さらに、共振素子１２は、結合用伝送線路２１、２３によって夫々共振素子１３，１５に接続される。二つの共振素子間を結合用伝送線路を用いて結合させる場合、結合の強さは、主として伝送線路を共振素子に接続する場所によって決まる。伝送線路の両端をそれぞれの共振素子の全長の中央部に接続した場合に結合がゼロとなり、端部へ接続点をずらすに従い結合量は大きくなる。即ち、特定の値の結合量を得る場所は、共振素子の中央点からある特定の距離だけ離れた点であり、中央から両側にあって合計２点存在する。共振素子１２が共振素子１３と所望の結合を得るための結合用伝送線路を接続する位置（すなわち共振素子１２の全長の中央点ＣＰから接続点までの距離）は、共振素子１２が共振素子１５と所望の結合を得るための結合用伝送線路を接続する位置とほとんど同じであったが、それぞれの接続位置を共振素子の中央点ＣＰから左右に振り分けることで結合用伝送線路が重なることなく配置可能である。共振素子１５についても同様に結合用伝送線路が重なることなく配置可能である。従って、結合用伝送線路２２、２３が交差したり，接続点が重なったりすることがないように配置することができる。
【００２９】
このように、１つの共振素子に関しては、結合用伝送線路を用いた結合では，その結合の強さが同程度であっても、最大２つを接続することができ、回路パターンの構成に応じて１つの共振素子に２個以内（０個を含む。）の結合用伝送線路２２、２３を接続することができる。
【００３０】
このように、図２に示される回路パターンを有する超伝導フィルタにおいては、図３に示す所望の結合を理想的に実現することができる。この超伝導フィルタを７０Ｋに冷却してマイクロは特性を測定したところ、中心周波数１．９３ＧＨｚ、通過バンド幅２０ＭＨｚ、リップル０．１ｄＢ以下、挿入損失０．１ｄＢ以下となり、所望のフィルタ特性が得られることが確認されている。
【００３１】
尚、図１及び図２は、マイクロストリップライン構造のフィルタを示しているが、平面型伝送線路構造であればどのような構造に適用されても良く、既に述べたように、例えば、ストリップライン構造或いはコプレーナ構造などにも適用可能である。
【００３２】
また、共振素子は半波長共振素子を例示しているが、必ずしも半波長共振素子にかぎられるものでないことは明らかである。
【００３３】
さらにまた、基板は、ＭｇＯに限らず、ＬａＡｌＯ３基板、サファイア基板等があげられる。また、良質なＹ系銅酸化物超伝導膜を得るために、基板と超伝導膜の間にはバッファ層を設けても良い。バッファ層としては、ＣｅＯ_２あるいはＹＳＺ等がある。
【００３４】
Ｙ系銅酸化物超伝導膜の形成法としては、スパッタリング法、レーザー蒸着法、ＣＶＤ法などがある。超伝導膜の厚さは、約５００ｎｍが適当であり、リソグラフィー法を用いて、形成した超電導膜の片面を加工して超伝導フィルタとすることができる。また、裏面は超電導膜のまま、接地面としても良い。超伝導フィルタは、金メッキした銅製の台に固定して入出力線に接続される。電気的接触をよくするために接地面や入出力線を接続する箇所に金薄膜を形成してもよい。
【００３５】
以下、種々の回路パターンの実施例について説明する。
【００３６】
実施例１
図３に示されるような共振素子間の結合を実現するためのパターンとして、図４に示されるような形態であっても良い。この実施例では、共振素子１３と共振素子１４の間にも金属導体の隔壁４３が設けられ、共振素子１３と共振素子１４とは、空間的な結合に関しては孤立され、結合用伝送線路２５によって互いに結合されている。既に述べたように隔壁４３は、共振素子１３及び共振素子１４が互いに基板平面上で直接対向されないようにその全長よりも長く延出されている。
【００３７】
この実施例１にあっても、ある共振素子が直接空間を介して対向される共振素子は、少なくとも１個、即ち、１個又は０個であり、不必要な空間的な電磁界結合は発生されない。また、共振素子に接続される結合用伝送線路の数は、２個以下であるので、結合用伝送線路の接続点が重なるような問題もない。このように、図４のパターンの超伝導フィルタにおいては、図３に示す所望の結合が理想的に実現される。このような構成の超伝導フィルタを７０Ｋに冷却してマイクロは特性を測定したところ、中心周波数１．９３ＧＨｚ、通過バンド幅２０ＭＨｚ、リップル０．１ｄＢ以下、挿入損失０．１ｄＢ以下となり、所望のフィルタ特性が得られることが確認されている。
【００３８】
実施例２
図３に示すような共振素子間の結合を実現するためのパターンとして、図５に示されるような形態が採用されても良い。第２の共振素子１２は、線路幅の５０倍以内の範囲内において、この第２の共振素子１２に隣接する第１の共振素子１１及び第３の共振素子１３に基板平面上で直接対向され、第２の共振素子１２と第１の共振素子１１及び第２の共振素子１２と第３の共振素子１３とは、空間的な電磁界結合によって結合されている。しかし、互いに隣接する第１の共振素子１１及び第３の共振素子１３については、その間に金属の隔壁４１が設けられ、第１の共振素子１１と第３の共振素子１３とは、空間的に結合されない。第４から第６の共振素子１４、１５、１６についても同様に第５の共振素子１５は、線路幅の５０倍以内の範囲内において、この第５の共振素子１５に隣接する第４の共振素子１４及び第６の共振素子１６に基板平面上で直接対向され、第５の共振素子１５と第４の共振素子１４及び第５の共振素子１５と第６の共振素子１６とは、空間的な電磁界結合によって結合されている。しかし、互いに隣接する第４の共振素子１４及び第６の共振素子１６については、その間に金属の隔壁４２が設けられ、第４の共振素子１４と第６の共振素子１６とは、空間的に結合されない。
【００３９】
さらに、第１から第３の共振素子１１、１２、１３の群（グループ）及び第４から第６の共振素子１４、１５、１６の群（グループ）の間には、金属の隔壁４３が設けられ、互いにて基板平面上においては、直接対向されず、空間的に結合されない。
【００４０】
共振素子１１と共振素子１６、共振素子１２と共振素子１５、共振素子１３と共振素子１４とは、それぞれ結合用伝送線路２４、２３、２５によって結合されている。図５に示すように何れの共振素子１１〜１６においても、接続されている結合用伝送線路は、既に述べた実施例と同様に２個以下であって接続位置に関する問題は生じない。このように、図５に示すパターンの超伝導フィルタにおいては、図３に示す所望の結合が理想的に実現され、所望のフィルタ特性が得られる。
【００４１】
ところで、図５に示すパターンでは、結合用伝送線路が共振素子に接続する接続部が左右で対称になっているパターン（共振素子１３と共振素子１４との結合）と、非対称になっているパターン（共振素子１２と共振素子１５との結合など）がある。一般に、結合には、容量的な結合と磁気的な結合の２種類があり、必要に応じて使い分ける場合がある。結合用伝送線路を用いて結合をとる場合、共振素子に接続する位置が左右で対称か非対称かで容量的な結合と磁気的な結合を作り分けることができる。図５に示されるパターンにあっては、何れの共振素子においても、接続されている結合用伝送線路は１個であり、共振素子に接続する位置を対称または非対称のいずれにすることも可能である。このように、共振素子に接続されている結合用伝送線路が１個の場合には、容量的な結合と磁気的な結合とを作り分ける必要がある場合に有用である。
【００４２】
実施例３
図３に示すような共振素子間の結合を実現するためのパターンとして、図６に示されるような形態であっても良い。共振素子１１〜１６において、線路幅の５０倍以内の範囲内において、空間的な電磁界結合によって結合されている互いに隣接する共振素子の組を形成している。共振素子１２及び共振素子１５は、空間を介して基板２上の平面内において互いに直接対向される共振素子がそれぞれ２個ずつ存在する。しかし、隔壁４１、４２、４３が基板上の平面内に設けられることによって、隣接する共振素子は、基板上で互いに分離され、空間的な電磁界結合が実質的に阻害される。即ち、共振素子１１及び共振素子１３は、基板上で互いに隣接する関係に配置されているが、隔壁４１によって基板２上の平面的空間内において互いに分離され、空間的な電磁界結合が実質的に阻害される。同様に、共振素子１４及び共振素子１６は、基板上で互いに隣接する関係に配置されているが、隔壁４２によって基板２上の平面的空間内において互いに分離され、空間的な電磁界結合が実質的に阻害されている。また、共振素子１１〜１３の群（グループ）と共振素子１４〜１６の群（グループ）とは、隔壁４３によって基板２上の平面的空間内において互いに分離され、空間的な電磁界結合が実質的に阻害されている。尚、共振素子１３及び共振素子１４についても、空間を介して基板２上の平面内において互いに直接対向される共振素子がそれぞれ２個ずつ存在（夫々共振素子１２及び共振素子１４が相当し、共振素子１３及び共振素子１５が相当する。）する。
【００４３】
共振素子１１と共振素子１６、共振素子１２と共振素子１５間は、結合用伝送線路２３、２４によっての飛び越し結合されている。何れの共振素子においても、接続されている結合用伝送線路は、２個以下であって接続位置に関する問題は生じない。このように、図６に示されるパターンの超伝導フィルタにおいては、図２に示す所望の結合が理想的に実現され、所望のフィルタ特性が得られる。
【００４４】
この実施例では、結合用伝送線路の数が２個と少なくなっている。結合用伝送線路の長さは、共振素子の共振周波数に相当する波長λの１／４または３／４の長さに定められることが好ましい。所望の超伝導フィルタの中心周波数が低くなると波長は長くなり、中心周波数が１ＧＨｚになると、ＭｇＯ基板上での共振素子の共振周波数に相当する波長は１００ｍｍ以上にもなる。このとき結合用伝送線路の長さも、１／４の場合で２５ｍｍ、３／４の場合では７５ｍｍにもなる。超伝導フィルタは、低温に冷却して機能させることを考えると、素子サイズはコンパクトであるほど都合が良い。また、製造コストの観点でもコンパクトなほうが有利である。図３に示されるような共振素子間の結合を実現するためのパターンは、図２〜図６などに例示されている。特に、図６のように結合用伝送線路の数が少ないパターンでは、素子サイズはコンパクトになり冷却効率や製造コストの観点で有効である。
【００４５】
また、所望の超伝導フィルタの中心周波数が低くなると波長は長くなるため、共振素子の長さは長くなる。共振素子を細かく折り曲げた方が、コンパクトにレイアウトできるため、冷却効率や製造コストの点で有利である。一般に、結合用伝送線路を共振素子に接続する位置は、共振素子の全長の中央点から全長の数％程度の距離である。従って、素子を細かく折り曲げる場合は、結合用伝送線路を接続しやすくするために、共振素子の全長の中央点から左右に全長の数％程度の距離の部分を外側に露出させるように折り曲げることが好ましい。即ち、共振素子には、結合用伝送線路に接続する為にその全長の中央点から互いに反対方向に全長の数％程度の延出部が設けられ、この延出部に結合用伝送線路が接続されることが好ましい。
【００４６】
各共振素子１１〜１６は、図２及び図４に示すようにコ字形状或いは図５及び図６に示すような開口部を有する多角形状に限らず、図７〜図１０に示すように様々な形状で形成されても良い。図７においては、共振素子の線路セグメントが折り曲げられて逆Ｔ字形状に形成され、図８においては、共振素子の線路セグメントが折り曲げられて梯子形状に形成されている。図７及び図８に示す形状は、中心線に関して左右対称であることから、その共振素子の線路セグメント長の中心位置ＣＰは、中心線上に設けられる。これに対して、図９及び図１０に示す形状は、中心線に関して左右非対称であることから、その共振素子の線路セグメント長の中心位置ＣＰは、中心線上から偏奇して設けられる。対称な形状の共振素子においては、２つの結合用伝送線路を接続することができるように結合用伝送線路が接続される延出部は、中央点から左右に全長の数％程度の距離で延出され、その延出部が結合用伝送線路に接続する為に共振素子の外方に配置されていれば良いこととなる。これに対して、非対称な形状の共振素子においては、１つの結合用伝送線路を接続することができれば良いように結合用伝送線路が接続される延出部は、中央点から左右の一方に延出され、その距離が全長の数％程度で、その延出部が結合用伝送線路に接続する為に共振素子の外方に配置されていれば良いこととなる
以上の実施例では、共振素子を６個並べた超伝導フィルタを例に挙げたが、他の段数のフィルタついても適用できることはいうまでもない。もちろん、共振素子の数は偶数個或いは奇数個のいずれであっても良い。図１１には、第１〜第１１の共振素子１１〜２０で構成される超伝導フィルタの例が示されている。このフィルタにおいては、１０個の共振素子１１〜２０は、５つの群（グループ）の共振素子１１〜２０に分けられ、これらの群（グループ）の共振素子１１〜２０は、金属製の隔壁４３〜４６によって分離され、各群（グループ）の共振素子１１〜２０は、互いに空間的に結合され、異なる群（グループ）の共振素子１１〜２０は、結合用伝送線路２４〜２８によって結合されている。
【００４７】
以上の実施例では、図３、図５及び図６に示されるように共振素子間の結合の概念図が中央を対称軸として左右に対称になるように構成されているが、必ずしも対称でなくとも良い。また、入出力部分と共振素子との結合は、両者が離れて結合しているいわゆるギャップ励振と呼ばれる結合の方式をとっているが、この方法に限定されることはなく、両者が直接つながっているいわゆるタップ励振などの方式でもよい。
【００４８】
実施例４
図１２に示されるように、４つの結合先を持つ共振素子１３を含むような共振素子間の結合を実現するためのパターンとして、図１３に示すような共振素子の配置例がある。共振素子１３は、共振素子１２及び共振素子１４に空間的に結合されると共に共振素子１１及び共振素子１５に結合用伝送線路２１、２２によって結合されている。図１３に示される配置では、前述した実施例と同様に、本来不必要な空間的な電磁界結合は、金属製の隔壁４１、４２、４３によって遮断され、また結合用伝送線路２１、２２は、１つの共振素子１１、１３、１５には２個以下しか接続されず、接続に関する問題も生じない。このように図１３に示されるパターンの超伝導フィルタにおいても、図１２に示す所望の結合が理想的に実現されて、所望のフィルタ特性が得られる。
【００４９】
同様に、５つ以上の結合先を持つ共振素子を含むような場合でも、共振素子に接続される結合用伝送線路は、２個以下であって、ある共振素子に隣接する共振素子が複数ある場合でも、その共振素子は、基板上の平面空間で分離して配置することができ、所望の結合を理想的に実現することが可能であり、所望のフィルタ特性を実現することができる。
【００５０】
実施例５
図１４は、ある共振素子１２の周囲に３個の共振素子１１が隣接し、これらが空間的結合されているパターンの例を示している。このパターンは、図１５に示す結合の概念図を実現するためのパターンに相当している。図１４に示されるように、共振素子１２の周囲に３個の共振素子１１，１３，１４が隣接し、これらが空間的結合されている場合にあっても、共振素子１２以外の他の共振素子１１，１３，１４は、金属製の隔壁４１、４２、４３によって互いに空間的に結合されず、不必要な空間的な電磁界結合が阻止されている。また、共振素子１１，１３は、結合用伝送線路２１によって結合され、共振素子１３，１４は、結合用伝送線路２２によって結合され、共振素子１１，１４は、結合用伝送線路２３によって結合されている。このような回路パターンにあっても、各共振素子に接続されている結合用伝送線路は２個以下であり、接続点に関する問題は生ぜず、所望の結合が理想的に実現可能であり、所望のフィルタ特性が実現できる。
【００５１】
同様に、ある共振素子に対して空間的に結合先とされる共振素子が４個以上ある場合においても、共振素子に接続される結合用伝送線路は２個以下となる。このように、ある共振素子が空間的に結合される共振素子が複数ある場合にあっても、その共振素子同士が互いに空間的に結合することができない配置が可能で、所望の結合が理想的に実現可能であり、所望のフィルタ特性を実現することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明によれば、共振素子間での不必要な結合を遮断し、所望の結合のみを得ることが可能な超電導フィルタが提供される。また、この発明の実施例に係る超電導フィルタによれば、共振素子における結合用伝送線路の接続点が重複することのないように設定でき、且つ、このような超電導フィルタにおいては、所望の結合を理想的に実現することができ、所望のフィルタ特性を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態に係る超伝導フィルタの基本的な構造を概略的に示す断面図である。
【図２】この発明の実施形態に係る超伝導フィルタにおける共振素子並びに隔壁の配置及びその結合状態を示す概略的平面図である。
【図３】図２に示した超伝導フィルタにおいて所望の特性を得るために必要な共振素子間の結合を概念的に示す結線図である。
【図４】この発明の他の実施形態に係る超伝導フィルタにおける共振素子並びに隔壁の配置及びその結合状態を示す概略的平面図である。
【図５】図４に示した超伝導フィルタにおいて所望の特性を得るために必要な共振素子間の結合を概念的に示す結線図である。
【図６】この発明の更に他の実施形態に係る超伝導フィルタにおける共振素子並びに隔壁の配置及びその結合状態を示す概略的平面図である。
【図７】この発明の実施形態に係る超伝導フィルタにおける共振素子の形態の一例を概略的に示す平面図である。
【図８】この発明の実施形態に係る超伝導フィルタにおける共振素子の形態の変形例を概略的に示す平面図である。
【図９】この発明の実施形態に係る超伝導フィルタにおける共振素子の形態の他の変形例を概略的に示す平面図である。
【図１０】この発明の実施形態に係る超伝導フィルタにおける共振素子の形態の更に他の変形例を概略的に示す平面図である。
【図１１】この発明の更にまた他の実施形態に係る超伝導フィルタにおける共振素子並びに隔壁の配置及びその結合状態を概略的に示す平面図である。
【図１２】この発明の変形実施形態に係る超伝導フィルタであって、４つの共振素子と結合している共振素子を有する超伝導フィルタにおいて、所望の特性を得るために必要な共振素子間の結合を概念的に示す結線図である。
【図１３】図１２に示した結線を実現する超伝導フィルタにおける共振素子並びに隔壁の配置及びその結合状態の一例を概略的に示す平面図である。
【図１４】この発明の他の変形実施形態に係る超伝導フィルタであって、３つの共振素子と空間的に電磁結合している共振素子を有する超伝導フィルタにおける共振素子並びに隔壁の配置及びその結合状態を概略的に示す平面図である。
【図１５】図１４に示した超伝導フィルタにおいて所望の特性を得るために必要な共振素子間の結合を概念的に示す結線図である。
【符号の説明】
２．．．基板、４．．．共振器のパターン、６．．．薄膜、１１〜２０．．．共振素子、２１〜２８．．．結合用伝送線路、３１、３２．．．入出力用線路、４１〜４６．．．隔壁

Claims

基板と、
前記基板上に設けられた入出力用線路と、
前記入出力用線路間に配置され、空間結合又は直接結合によって互いに結合する共振素子と、
前記基板上に設けられ、直接結合する共振器間に直接結合を発生させるための結合用伝送路と、
前記基板上に設けられ、いかなる任意の３つの前記共振素子間における空間的結合を２つ以下に限定する金属導体部と，
を具備し、前記金属導体部が前記基板の厚さの１０乃至２０倍の高さを有することを特徴とする超電導フィルタ。
前記各共振素子に接続する結合用伝送路は２つ以下であることを特徴とする請求項１の超電導フィルタ。
前記共振素子は、マイクロストリップ線路或いはストリップ線路から形成されていることを特徴とする請求項１の超電導フィルタ。
前記共振素子の少なくとも１つは、前記結合用伝送路によってのみ他の共振素子と結合されていることを特徴とする請求項１の超電導フィルタ。