JP4140403B2 - 誘電体共振器およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信機装置のＲＦ回路などに用いられる誘電体フィルタを構成する誘電体共振器に関し、詳しくは、超伝導電極を備えた誘電体共振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、超伝導デバイス技術の急速な進展に伴って、通信機器などの応用分野への適用が研究されている。中でも、超伝導電極を有する誘電体共振器を用いたフィルタは、通過信号の低損失性や周波数帯域のシャープカット性を実現することができるため、携帯電話の基地局用のフィルタとして今後の需要が期待される。
【０００３】
図１１は、従来の誘電体共振器を示す断面図である。図１１に示すように、誘電体共振器７０は、Ｂａ（Ｓｎ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3系セラミックからなる誘電体基板７１と、誘電体基板７１の両主面上に形成されたＢｉ系２２２３相酸化物からなる超伝導層７２と、超伝導層７２上に形成されたＡｇ層７３と、からなる。また、超伝導層７２およびＡｇ層７３により超伝導電極７４が構成されている。
【０００４】
誘電体共振器７０は、例えば、誘電体基板７１の両主面上に、焼き付け後に超伝導層７２となる超伝導ペースト、焼き付け後にＡｇ層７３となるＡｇペーストを順に塗布し、焼き付けることにより作製される。この焼き付けの際に、Ｂｉ系２２２３相酸化物とＡｇとが反応し、Ｂｉ系２２２３相酸化物の粒成長およびｃ軸配向が促進され、誘電体共振器７０の超伝導特性が向上する。
【０００５】
図１２は、誘電体共振器７０における共振周波数の温度特性を示すグラフである。図１２において、Ｔ（Ｋ）は誘電体共振器７０の使用温度、Ｔｃ（Ｋ）は超伝導層７２を構成する超伝導体の臨界温度を示す。また、ｆT（ＭＨｚ），ｆTc（ＭＨｚ），ｆ295（ＭＨｚ）は、それぞれ使用温度Ｔ、臨界温度Ｔｃ、２９５Ｋにおける誘電体共振器７０の共振周波数である。以下、誘電体共振器７０における共振周波数変化のメカニズムについて説明する。
【０００６】
まず、超伝導体の臨界温度Ｔｃ以下では、超伝導層７２の導電率がＡｇ層７３の導電率よりも大きくなるため、超伝導層７２に電流が集中する。また、超伝導層７２の導電率が大きくなればなるほど、誘電体基板７１と超伝導層７２の界面に電流が集中するため、臨界温度Ｔｃから温度が下がるにつれて、実効的な共振空間が狭まり、共振周波数が大きくなる。
【０００７】
一方、超伝導体の臨界温度Ｔｃ以上では、超伝導層７２の導電率がＡｇ層７３の導電率よりも小さくなるため、Ａｇ層７３に電流が集中する。Ａｇ層７３の導電率は温度変化に対してほぼ一定であるため、超伝導体の臨界温度Ｔｃ以上における誘電体共振器７０の共振周波数は、誘電体基板７１を構成する誘電体の共振周波数の温度特性に左右される。誘電体共振器７０では、臨界温度Ｔｃから温度が上がるにつれて、共振周波数が徐々に大きくなっている。（例えば、特許文献１参照。）
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−１９６１５５号公報（図１０、段落番号００２７）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
誘電体共振器７０は、超伝導現象を利用するものであるため、７０Ｋ前後という低温で動作することを前提としたものである。したがって、誘電体共振器７０を使用する際には、使用温度Ｔまで誘電体共振器７０を冷却するための冷凍機が必要になる。
【００１０】
ところで、この冷凍機が停止した場合、誘電体共振器７０は常温で動作することになる。しかし、誘電体共振器７０においては、使用温度Ｔにおける共振周波数と、常温における共振周波数とが異なるため、誘電体共振器７０を用いたフィルタでは、冷凍機停止時に通過信号の帯域周波数が変わってしまうという問題があった。
【００１１】
また、次世代（第３世代）ディジタル移動体通信の世界標準方式ＩＭＴ−２０００（International Mobile Telecommunication 2000）の有力候補であるＷ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）方式では、１事業者あたりに２０ＭＨｚの周波数帯域が割り当てられており、この帯域を５ＭＨｚ幅の４つのキャリアに分割して使用している。
【００１２】
ここで、フィルタの通過信号の帯域周波数が目的周波数からずれてしまうと、隣接するキャリアとの間に信号の干渉が生じるため、使用できるキャリアが減少する。キャリアの幅は５ＭＨｚであるため、帯域周波数のズレが３ＭＨｚまでなら１つのキャリアが減少するだけなので許容できる。しかし、帯域周波数のズレが３ＭＨｚを超えると２つ以上のキャリアが使用できなくなる可能性が生じる。このように、通過信号の帯域周波数が大きくずれることによる影響は深刻である。
【００１３】
本発明は、使用温度と常温とで通過信号の帯域周波数のズレが少ない誘電体共振器を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る誘電体共振器は、誘電体基体と、前記誘電体基体の外表面上に形成された超伝導層と、前記超伝導層上に形成された金属層と、を備え、前記超伝導層および前記金属層により共振器用の電極を構成する誘電体共振器であって、前記超伝導層の平均厚みをｄ（μｍ）、前記超伝導層を構成する超伝導体の転移温度以下での誘電体共振器の使用温度をＴ（Ｋ）、前記使用温度Ｔにおける誘電体共振器の共振周波数をｆT（ＭＨｚ）、前記誘電体基体を構成する誘電体の共振周波数の温度係数をτf（ｐｐｍ／Ｋ）、としたとき、
｜ｄ−２｛τf×ｆT×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜≦６（ただし、ｄ＞０）
を満足することを特徴とする。
【００１５】
前記誘電体共振器において、前記誘電体基体を構成する誘電体は、Ｂａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3系セラミック、またはＢａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ3系セラミックであることが好ましい。また、前記誘電体共振器において、前記超伝導層の平均厚みｄは、２≦ｄ≦１２の範囲にあることが好ましい。
【００１６】
本発明に係る誘電体フィルタは、前記誘電体共振器と、前記誘電体共振器に接続された外部結合手段と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る誘電体デュプレクサは、少なくとも二つの誘電体フィルタと、前記誘電体フィルタに接続される入出力手段と、前記誘電体フィルタに共通に接続されるアンテナ接続手段と、を備え、前記誘電体フィルタの少なくとも一つが前記誘電体フィルタであることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る通信機装置は、前記誘電体フィルタと、前記誘電体フィルタに接続された増幅器と、前記誘電体フィルタおよび前記増幅器にそれぞれ接続された外部結合手段と、前記誘電体フィルタを冷却する冷凍機と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る通信機装置は、前記誘電体デュプレクサと、前記誘電体デュプレクサの少なくとも一つの入出力手段に接続される送信回路と、前記送信回路に接続される前記入出力手段と異なる少なくとも一つの入出力手段に接続される受信回路と、前記誘電体デュプレクサのアンテナ接続手段に接続されるアンテナと、を備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る誘電体共振器の製造方法は、誘電体基体と、前記誘電体基体の外表面上に形成された超伝導層と、前記超伝導層上に形成された金属層と、を備え、前記超伝導層および前記金属層により共振器用の電極を構成する誘電体共振器の製造方法であって、前記超伝導層を構成する超伝導体の転移温度以下での誘電体共振器の使用温度Ｔ（Ｋ）における、誘電体共振器の共振周波数の目標値ｆTG（ＭＨｚ）を設定し、前記誘電体基体を構成する誘電体の共振周波数の温度係数τf（ｐｐｍ／Ｋ）を測定し、
｜ｄ−２｛τf×ｆTG×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜≦６（ただし、ｄ＞０）
で表される関係式にｆTG，τfの値を代入して、前記超伝導層の平均厚みｄ（μｍ）の最適範囲を特定する工程と、前記超伝導層の平均厚みが前記最適範囲に収まるように、前記誘電体基体の外表面上に、加熱後に前記超伝導層となる超伝導膜を形成する工程と、前記超伝導膜上に、加熱後に前記金属層となる金属膜を形成する工程と、前記超伝導膜および前記金属層を加熱する工程と、を備えることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係る誘電体共振器の製造方法は、誘電体基体と、前記誘電体基体の外表面上に形成された超伝導層と、前記超伝導層上に形成された金属層と、を備え、前記超伝導層および前記金属層により共振器用の電極を構成する誘電体共振器の製造方法であって、前記超伝導層を構成する超伝導体の転移温度以下での誘電体共振器の使用温度Ｔ（Ｋ）における、誘電体共振器の共振周波数の目標値ｆTG（ＭＨｚ）を設定し、前記超伝導層の平均厚みの目標値ｄG（μｍ）を設定し、
｜ｄG−２｛τf×ｆTG×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜≦６（ただし、ｄG＞０）
で表される関係式にｆTG，ｄGの値を代入して、前記誘電体基体を構成する誘電体の共振周波数の温度係数τf（ｐｐｍ／Ｋ）の最適範囲を特定する工程と、前記最適範囲に収まる共振周波数の温度係数を有する誘電体からなる誘電体基体を準備する工程と、前記誘電体基体の外表面上に、加熱後に前記超伝導層の平均厚みがｄGとなるように超伝導膜を形成する工程と、前記超伝導膜上に、加熱後に前記金属層となる金属膜を形成する工程と、前記超伝導膜および前記金属層を加熱する工程と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は、本発明に係る誘電体共振器の一実施形態を示す断面図である。図１に示すように、誘電体共振器１０は、誘電体基体となる誘電体基板１１と、誘電体基板１１の両主面上に形成された超伝導層１２と、超伝導層１２上に形成された金属層１３と、を備える。また、超伝導層１２および金属層１３により超伝導電極１４が構成されており、この超伝導電極１４が共振器用の電極として機能する。
【００２３】
誘電体基板１１を構成する誘電体としては、例えば、Ｂａ（Ｓｎ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3系セラミックなどの多結晶誘電体を用いることができる。中でも、Ｂａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3系セラミックや、Ｂａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ3系セラミックは、Ｚｒの置換量を調整することにより後述する共振周波数の温度係数τfを調整することができるため、使い勝手がよい。具体的には、Ｚｒの置換量を多くすればするほど、それだけτfの絶対値が大きくなる。
【００２４】
超伝導層１２は、例えば、Ｂｉ系２２２３相酸化物、Ｂｉ系２２１２相酸化物、Ｔｌ系２２２３相酸化物などの超伝導体により構成される。金属層１３は、例えば、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔなどの金属により構成される。
【００２５】
誘電体共振器１０は、
｜ｄ−２｛τf×ｆ295×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜≦６（ただし、ｄ＞０）
を満足する。この関係式において、ｄ（μｍ）は超伝導層１２の平均厚み、ｆ295（ＭＨｚ）は２９５Ｋにおける誘電体共振器１０の共振周波数、Ｔ（Ｋ）は誘電体共振器１０の使用温度、τf（ｐｐｍ／Ｋ）は誘電体基板１１を構成する誘電体の共振周波数の温度係数、を表す。以下、この関係式について説明する。
【００２６】
本発明の目的は、誘電体共振器において、使用温度と常温とで通過信号の帯域周波数のズレを少なくすることである。この目的を達成するためには、使用温度における誘電体共振器の共振周波数と、常温における誘電体共振器の共振周波数と、を近づけてやればよい。しかし、常温といっても、季節の変化により様々であるため、常温における誘電体共振器の共振周波数を特定することは困難である。そこで、本発明者は、使用温度における誘電体共振器の共振周波数と、室温２９５Ｋにおける誘電体共振器の共振周波数と、をほぼ同じにすることとした。すなわち、室温２９５Ｋにおける共振周波数であれば、その前後の温度における共振周波数とそれほど変わりがなく、実質的に常温における共振周波数と言える。
【００２７】
つまり、誘電体共振器１０における共振周波数の温度特性は、図２に示すグラフのようになればよい。図２において、Ｔ（Ｋ）は誘電体共振器１０の使用温度、Ｔｃ（Ｋ）は超伝導層１２を構成する超伝導体の臨界温度を表す。また、ｆTは使用温度Ｔにおける誘電体共振器１０の共振周波数、ｆTcは臨界温度Ｔｃにおける誘電体共振器１０の共振周波数、ｆTc+10は臨界温度Ｔｃより１０Ｋ高い温度における誘電体共振器１０の共振周波数、ｆ295は２９５Ｋにおける誘電体共振器１０の共振周波数を表す。図２に示すように、誘電体共振器１０では、使用温度における共振周波数ｆTと、２９５Ｋにおける共振周波数ｆ295とが等しい、すなわち、ｆT＝ｆ295となっている。
【００２８】
誘電体共振器１０の共振周波数は、臨界温度Ｔｃ以上では、主に誘電体基板１１を構成する誘電体の共振周波数の変化に影響され、臨界温度Ｔｃ以下では、誘電体の共振周波数の変化と、超伝導層１２を構成する超伝導体の超伝導転移による共振周波数の変化と、に影響される。
【００２９】
ここで、誘電体共振器１０において、超伝導転移による共振周波数の変化がないと仮定した場合、誘電体共振器１０の共振周波数は、使用温度Ｔから２９５Ｋにかけて、主に誘電体の温度周波数特性の影響を受けることになる。この場合、使用温度Ｔにおける誘電体共振器１０の共振周波数は、図２中に示すｆSとなる。すなわち、（ｆT−ｆS）が超伝導転移による共振周波数の変化量に相当する。図２では、これをδｆ1（ＭＨｚ）として表している。一方、使用温度Ｔから２９５Ｋにかけて、誘電体の共振周波数の変化量は（ｆ295−ｆS）である。図２では、これをδｆ2（ＭＨｚ）として表している。
【００３０】
ところで、δｆ1と超伝導層１２の平均厚みｄとの間には、
δｆ1≒ｄ×０．５
という関係が成り立つ。この関係は、本発明者が実験を行った結果導き出されたものであり、その実験については後述する実施例８において説明する。
【００３１】
一方、δｆ2＝（ｆ295−ｆS）であるが、ｆSは仮定値であるため実測することができない。しかし、図２に示すグラフの直線部分の傾きを求め、その傾きに温度差（２９５−Ｋ）をかければ、δｆ2を求めることができる。この傾きをａとすると、傾きａはグラフの直線部分に存在する任意の２点から求めることができるから、
ａ＝（ｆ295−ｆTc+10）／｛２９５−（Ｔｃ＋１０）｝
と表すことができる。
【００３２】
ここで、任意の２点の１つとして点（Ｔｃ＋１０，ｆTc+10）を選んだ理由は、臨界温度Ｔｃ付近では超伝導転移による共振周波数の変化の影響を受けるが、臨界温度Ｔｃより１０Ｋ高い温度であればその可能性がないためである。なお、傾きａを求めるためには、グラフの直線部分において、超伝導転移の影響を実質的に受けない温度に存在する点から任意に２点を選択すればよく、その２点は、点（Ｔｃ＋１０，ｆTc+10）、点（２９５，ｆ295）に限られるものではない。
【００３３】
以上から、
δｆ2＝ａ×（２９５−Ｔ）
＝（ｆ295−ｆTc+10）／｛２９５−（Ｔｃ＋１０）｝×（２９５−Ｔ）
と表すことができる。
【００３４】
また、基準温度を２９５Ｋとすると、誘電体の共振周波数の温度係数τf（ｐｐｍ／Ｋ）は、
τf＝（ｆ295−ｆTc+10）／｛２９５−（Ｔｃ＋１０）｝／ｆ295×１０-6
＝ａ／ｆ295×１０-6
と表すことができるため、
δｆ2＝τf×ｆ295×（２９５−Ｔ）×１０-6
と表すことができる。
【００３５】
以上のようにして、δｆ1，δｆ2の関係式をそれぞれ定めることができる。図２のグラフから明らかなように、ｆT＝ｆ295の場合、δｆ1＝δｆ2が成り立つから、
δｆ1＝δｆ2
⇔ｄ×０．５≒τf×ｆ295×（２９５−Ｔ）×１０-6
⇔ｄ≒２｛τf×ｆT×（２９５−Ｔ）×１０-6｝
となる。ただし、上述した通り、本発明では、使用温度における誘電体共振器の共振周波数と、室温２９５Ｋにおける誘電体共振器の共振周波数とのズレを小さく抑えられればよいから、厳密にｆT＝ｆ295でなくてもよく、若干のズレも許容範囲として含まれる。本発明では、Ｗ−ＣＤＭＡ方式における５ＭＨｚのチャネル幅を考慮して、このズレの許容範囲を±３ＭＨｚとし、このズレを超伝導層１２の平均厚みｄに反映させ、
２｛τf×ｆT×（２９５−Ｔ）×１０-6｝−６≦ｄ≦２｛τf×ｆT×（２９５−Ｔ）×１０-6｝＋６
⇔｜ｄ−２｛τf×ｆT×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜≦６
としている。
【００３６】
また、超伝導層１２の平均厚みｄは、２≦ｄ≦１２の範囲にあることが好ましい。ｄ＜２の場合、均一な厚みの超伝導層１２が形成できなかったり、高周波電磁界が金属層１３にまで届いてしまい、使用温度Ｔにおける高周波特性が低下することがある。一方、ｄ＞１２の場合、室温２９５Ｋにおいて高周波電磁界が金属層１３まで届きにくくなり、高周波特性が劣化することがある。
【００３７】
以下、誘電体共振器１０の製造方法について説明する。まず、図３（ａ）に示すように、誘電体基板１１の両主面上に、超伝導体の前駆体粉末および有機ビヒクルからなる超伝導ペーストを塗布し、厚膜の超伝導膜１２ａを形成する。なお、超伝導膜１２ａの形成方法はこれに限られず、例えば、超伝導体の前駆体粉末に有機ビヒクルを混合してなるスラリーをシート状に成形したグリーンシートを誘電体基板１１上に配置する方法や、上記スラリーを誘電体基板１１上に噴霧する方法などを用いることができる。また、上述したように超伝導膜１２ａを形成するのではなく、蒸着やスパッタリングにより超伝導体の前駆体を誘電体基板１１上に堆積させ、薄膜の超伝導膜１２ａを形成してもよい。
【００３８】
次に、図３（ｂ）に示すように、超伝導膜１２ａ上に、金属粉末および有機ビヒクルからなる金属ペーストを塗布し、厚膜の金属膜１３ａを形成する。超伝導膜１２ａと同様に、金属膜１３ａは、その他の厚膜形成方法により形成されたものでもよいし、薄膜であってもよい。
【００３９】
次に、超伝導厚１２ａおよび金属膜１３ａを加熱し、超伝導の前駆体粉末および金属粉末を焼結させる。これにより、図３（ｃ）に示すように、誘電体基板１１上に、超伝導層１２および金属層１３からなる超伝導電極１４を形成し、誘電体共振器１０を完成させる。なお、超伝導膜１２ａを単独で加熱して、超伝導体の前駆体の一部を合成した上で、超伝導膜１２ａ上に金属膜１３ａを形成して加熱してもよい。
【００４０】
ところで、誘電体共振器１０を設計する際には、まず、その使用温度Ｔと、使用温度Ｔにおける共振周波数ｆTとが考慮される。使用温度Ｔは、超伝導層１２を構成する超伝導体の臨界温度Ｔｃよりも低い温度で、任意に設定されるものである。また、共振周波数ｆTについては、誘電体共振器１０を用いたフィルタの通過周波数帯域に応じて、その目標値ｆTG（ＭＨｚ）を設定することができる。ここで、上記関係式にｆT＝ｆTGを代入すると、
｜ｄ−２｛τf×ｆTG×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜≦６（ただし、ｄ＞０）
となる。
【００４１】
次に、誘電体基板１１を構成する誘電体の共振周波数の温度係数τfは、
τf＝−１／２τεr−α（τεr：誘電体の比誘電率の温度係数、α：誘電体の熱膨張係数）
で表されるものであり、誘電体共振器１１の共振周波数から求めなくてもその値を知ることができる。つまり、上記関係式にτfの測定値を代入すれば、超伝導層１２の平均厚みｄの最適範囲を特定することができる。
【００４２】
したがって、加熱後の超伝導層１２の平均厚みが上記最適範囲に収まるように、超伝導膜１２ａを形成すればよい。超伝導膜１２ａの平均厚みは、例えば、超伝導ペーストの塗布厚を調整するなどして制御することができる。超伝導膜１２ａの平均厚みは、加熱による収縮を考慮して、目標とする超伝導層１２の平均厚みよりも若干大きく設定される。あらかじめ、加熱条件と超伝導膜１２ａの収縮との関係を調べておけば、目標通りの超伝導層１２の平均厚みを実現することができる。
【００４３】
一方、超伝導層１２の平均厚みの目標値ｄG（μｍ）をあらかじめ設定し、
｜ｄG−２｛τf×ｆTG×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜≦６（ただし、ｄG＞０）
で表される関係式にｆTG，ｄGの値を代入すれば、誘電体基板１１を構成する誘電体の共振周波数の温度係数τf（ｐｐｍ／Ｋ）の最適範囲を特定することができる。
【００４４】
この場合、上記最適範囲に収まる共振周波数の温度係数を有する誘電体からなる誘電体基板１１を準備すればよい。誘電体の共振周波数の温度係数は、誘電体の組成を変えることにより制御することができる。例えば、Ｂａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3系セラミックにおいては、Ｚｒの置換量を変化させることにより、共振周波数の温度係数を調整することができる。
【００４５】
そして、最適範囲に収まる共振周波数の温度係数を有する誘電体基板１１の両主面上に、加熱後に超伝導層１２の平均厚みがｄGとなるように超伝導膜１２ａを形成すればよい。
【００４６】
（実施形態２）
本発明に係る誘電体共振器は、基本的には、図１に示したような構成を備えている。本実施形態においては、本発明に係る誘電体共振器の変形例について説明する。なお、以下に示す変形例も、｜ｄ−２｛τf×平均厚み×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜≦６の関係式を満足するものである。
【００４７】
図４（ａ）は、本実施形態の誘電体共振器を示す斜視図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、誘電体共振器２０は、誘電体基体である誘電体ブロック２１と、誘電体ブロック２１の側面上、および誘電体ブロック２１の長手方向に形成された貫通孔２１ａの内周面上に形成された超伝導層２２ａ，２２ｂと、超伝導層２２ａ，２２ｂ上にそれぞれ形成された金属層２３ａ，２３ｂと、を備えるλ／２ＴＥＭモード共振器である。また、超伝導層２２ａおよび金属層２３ａにより超伝導電極２４ａが構成され、超伝導層２２ｂおよび金属層２３ｂにより超伝導電極２４ｂが構成されており、超伝導電極２４ａ，２４ｂが共振器用の電極として機能する。
【００４８】
図５は、図４（ａ）、（ｂ）に示した誘電体共振器２０の変形例を示す斜視図である。この誘電体共振器２０ａにおいては、金属層２３ａ，２３ｂ上にさらに超伝導層２２ｃ，２２ｄが形成されている。ただし、超伝導層２２ｃ，２２ｄは共振器用の電極としてはほとんど機能しない。この超伝導層２２ｃ，２２ｄはＢｉ，Ｐｂ，Ｔｌなどの揮発成分を含有しており、誘電体共振器２０ａを作製する段階で、超伝導層２２ａ，２２ｂから同種の揮発成分が揮発するのを抑制する目的で形成されるものである。
【００４９】
（実施形態３）
図６は、本発明に係る誘電体フィルタを示す斜視図である。図６に示すように、誘電体フィルタ３５は、長手方向に複数の貫通孔３１ａ〜３１ｃおよび複数の結合孔３６ａ，３６ｂが形成された誘電体ブロック３１と、誘電体ブロック３１の側面上に形成された超伝導層３２ａおよび金属層３３ａからなる超伝導電極３４ａと、貫通孔３１ａ〜３１ｃの内周面上に形成された超伝導層３２ｂ〜３２ｄおよび金属層３３ｂ〜３３ｄからなる超伝導電極３４ｂ〜３４ｄと、を備える。また、超伝導電極３４ａの一部を切り欠いて、入出力電極（外部結合手段）３７ａ，３７ｂが形成されている。
【００５０】
誘電体フィルタ３５は、誘電体ブロック３１を構成する誘電体と、超伝導電極３４ａ〜３４ｄと、で構成される複数の誘電体共振器が、結合孔３６ａ，３６ｂにより電磁界結合し、超伝導電極３４ｂ，３４ｄを含む共振器が入出力電極３７ａ，３７ｂに結合することにより、フィルタとして機能する。
【００５１】
また、超伝導電極３４ａの一部をさらに切り欠いて、アンテナ接続手段としての電極を形成すれば、誘電体デュプレクサを作製することができる。
【００５２】
（実施形態４）
図７は、本発明に係る通信機装置の一実施例を示す概要図である。図７に示すように、通信機装置（受信装置）４０は、誘電体フィルタ４１、ＬＮＡ（低雑音増幅器）４２、断熱高周波ケーブル４３、冷凍機４４、冷却ステージ４５、真空断熱ケース４６、およびハーメチックコネクタ（外部結合手段）４７ａ，４７ｂを備える。誘電体フィルタ４１としては、例えば、図６に示した誘電体フィルタを用いることができる。
【００５３】
誘電体フィルタ４１およびＬＮＡ４２は、互いに断熱高周波ケーブル４３により接続された状態で、冷却ステージ４５上に設置されている。冷凍機４４は冷却ステージ４５に接続され、冷却ステージ４５を所定の温度に冷却する。また、誘電体フィルタ４１、ＬＮＡ４２、および冷却ステージ４５は、真空断熱ケース４６内に設置されているため、誘電体フィルタ４１およびＬＮＡ４２を、一定の低温下で動作させることができる。
【００５４】
また、誘電体フィルタ４１はハーメチックコネクタ４７ａに、ＬＮＡ４２はハーメチックコネクタ４７ｂに、それぞれ断熱高周波ケーブル４３で接続され、ハーメチックコネクタ４７ａ，４７ｂを介して、外部回路に接続されている。
【００５５】
ハーメチックコネクタ４７ａを介して外部回路から受信した信号は、断熱高周波ケーブル４３を介して、誘電体フィルタ４１に伝送される。誘電体フィルタ４１を通過した特定帯域周波数の信号は、断熱高周波ケーブル４３を介してＬＮＡ４２に伝送される。ＬＮＡ４２で増幅された信号は、断熱高周波ケーブル４３とハーメチックコネクタ４７ｂを介して、次の外部回路に出力される。
【００５６】
（実施形態５）
図８は、本発明に係る誘電体共振器を用いた通信機装置の一例を示すブロック図である。図８に示すように、通信機装置５０は、誘電体デュプレクサ５１と、送信回路５２と、受信回路５３と、アンテナ５４と、を備える。送信回路５２は誘電体デュプレクサ５１の入力手段５１ａに接続され、受信回路５３は誘電体デュプレクサ５１の出力手段５１ｂに接続され、アンテナ５４は誘電体デュプレクサ３１のアンテナ接続手段５１ｃに接続される。
【００５７】
誘電体デュプレクサ５１は、２つの誘電体フィルタ５５ａ，５５ｂを備える。誘電体フィルタ５５ａ，５５ｂは、本発明の構成を備える誘電体共振器５０に、外部結合手段５７を接続してなるものである。
【００５８】
誘電体フィルタ５５ａは、入力手段５１ａとアンテナ接続手段５１ｃとの間に接続される。一方、誘電体フィルタ５５ｂは、出力手段５１ｂとアンテナ接続手段５１ｃとの間に接続される。
【００５９】
【実施例】
以下のようにして、誘電体共振器の試料を作製し、これらの高周波特性を評価した。
【００６０】
（実施例１）
本実施例では、誘電体基体として、寸法１２ｍｍ×１２ｍｍ×１５．３ｍｍのＢａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ）系セラミックからなり、長手方向に直径４ｍｍの貫通孔が形成された誘電体ブロックを準備した。
【００６１】
次に、超伝導ペースト用の原料粉末として、Ｂｉ2Ｏ3，ＰｂＯ，ＳｒＣＯ3，ＢａＣＯ3，ＣａＣＯ3，ＣｕＯの各粉末を準備した。次に、各原料粉末を、焼結後の組成がＢｉ1.85Ｐｂ0.35Ｓｒ1.90Ｂａ0.20Ｃａ2.05Ｃｕ3.35Ｏ10.625（Ｂｉ系２２２３相酸化物）となるように調合した。なお、このＢｉ系２２２３相酸化物の臨界温度Ｔｃは１１０Ｋである。次に、このようにして得られた調合物を、エタノールおよびイソプロピルアルコールの混合溶媒中でボールミル粉砕した後、７８０℃で１２時間仮焼、粉砕し、得られた仮焼粉末にテルピネオールおよびアルキッド樹脂を混合して、超伝導ペーストを作製した。
【００６２】
一方、金属ペーストの原料粉末としてＡｇ粉末を準備し、このＡｇ粉末にテルピネオールおよびアルキッド樹脂を混合して金属ペーストを作成した。
【００６３】
次に、スクリーン印刷により誘電体ブロックの側面上に超伝導ペーストを塗布し、超伝導ペーストを付着させたブラシにより誘電体ブロックに形成された貫通孔内周面上に超伝導ペーストを塗布して、誘電体ブロックの側面上および誘電体ブロックに形成された貫通孔内周面上に、超伝導膜を形成した。次に、４００℃で加熱して有機成分を揮発させ、静水圧プレスにより２００ＭＰａの加圧処理を施した後、８％酸素雰囲気中において８３５℃で５０時間焼き付けを行った。
【００６４】
次に、超伝導ペーストを塗布したときと同様の手段を用いて超伝導膜上に金属ペーストを塗布し、４００℃で加熱して有機成分を揮発させ、静水圧プレスにより２００ＭＰａの加圧処理を施した後、８％酸素雰囲気中において８３５℃で５０時間焼き付けを行った。
【００６５】
本実施例では、超伝導ペーストの塗布厚を変化させ、超伝導層の平均厚みｄが１μｍ，２μｍ，５μｍ，９μｍ，１０μｍである誘電体共振器の試料１〜５を作製した。なお、各試料における超伝導層の平均厚みは、超伝導層の断面を電子顕微鏡で観察することにより測定した。
【００６６】
次に、試料１〜５の使用温度を７５Ｋとし、各試料について、７５Ｋにおける共振周波数ｆ75（ＭＨｚ）を測定したところ、いずれの試料においてもｆ75＝１９００であった。また、各試料について、１２０Ｋ，２９５Ｋにおける共振周波数をそれぞれ測定し、誘電体ブロックを構成する誘電体の共振周波数の温度係数τf（ｐｐｍ／Ｋ）を求めたところ、τf＝４であった。
【００６７】
次に、各試料について、Ｘ＝｜ｄ−２｛τf×ｆT×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜の値を求めた。次に、各試料について、７５Ｋ，２９５Ｋにおける共振周波数の差δｆ0＝（ｆ75−ｆ295）（ＭＨｚ）を求めた。さらに、各試料について、７５Ｋにおける無負荷Ｑ（Ｑｕ ａｔ ７５Ｋ）、２９５Ｋにおける無負荷Ｑ（Ｑｕａｔ ２９５Ｋ）を測定した。その結果を下記の表１に示す。
【００６８】
【表１】
【００６９】
表１からわかるように、Ｘの値が６より大きくなっている試料５については、δｆ0の値が±３ＭＨｚの許容範囲を超えている。また、超伝導層１２の平均厚みｄが２μｍより薄くなっている試料１については、７５Ｋにおける無負荷Ｑが２００００を下回っている。
【００７０】
なお、各試料の共振周波数、無負荷Ｑを測定する際には、図９に示すような金属ケースに各試料を収納して測定した。この金属ケース６１は、無酸素銅からなる金属キャビティ６２と、その開口部を覆うように載置された無酸素銅からなる金属蓋６３と、からなる。金属蓋６３には励振ケーブル６４ａ，６４ｂが設けられており、励振ケーブル６４ａ，６４ｂは、ネットワークアナライザ（図示せず）に接続されている。誘電体共振器６０（各試料）は、樹脂シート６５を介して金属キャビティ６２の底面に載置される。後述する実施例２〜８においても、同様にして各試料の共振周波数、無負荷Ｑを測定した。
【００７１】
（実施例２）
本実施例では、実施例１と同じ寸法、形状であり、同じＢａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3系セラミックからなるが、実施例１よりもＺｒの置換量を多くした誘電体ブロックを準備した。この誘電体ブロックを用いて、実施例１と同様にして、超伝導層の平均厚みｄが１μｍ，２μｍ，５μｍ，１０μｍ，１２μｍ，１３μｍである誘電体共振器の試料６〜１１を作製した。
【００７２】
次に、試料６〜１１の使用温度を７５Ｋとし、各試料について、７５Ｋにおける共振周波数ｆ75（ＭＨｚ）を測定したところ、いずれの試料においてもｆ75＝１９００であった。また、各試料について、１２０Ｋ，２９５Ｋにおける共振周波数をそれぞれ測定し、誘電体ブロックを構成する誘電体の共振周波数の温度係数τf（ｐｐｍ／Ｋ）を求めたところ、τf＝８であった。
【００７３】
次に、各試料について、Ｘ＝｜ｄ−２｛τf×ｆT×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜の値を求めた。次に、各試料について、７５Ｋ，２９５Ｋにおける共振周波数の差δｆ0＝（ｆ75−ｆ295）（ＭＨｚ）を求めた。さらに、各試料について、７５Ｋにおける無負荷Ｑ（Ｑｕ ａｔ ７５Ｋ）、２９５Ｋにおける無負荷Ｑ（Ｑｕａｔ ２９５Ｋ）を測定した。その結果を下記の表２に示す。
【００７４】
【表２】
【００７５】
表２からわかるように、Ｘの値が６より大きくなっている試料１１については、δｆ0の値が±３ＭＨｚの許容範囲を超えている。また、超伝導層１２の平均厚みｄが２μｍより薄くなっている試料６については、７５Ｋにおける無負荷Ｑが２００００を下回っている。一方、超伝導層１２の平均厚みｄが１２μｍより厚くなっている試料１１については、２９５Ｋにおける無負荷Ｑが１０００を下回っている。
【００７６】
（実施例３）
本実施例では、実施例１と同じ寸法、形状であり、同じＢａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3系セラミックからなるが、実施例１よりもＺｒの置換量を多くした誘電体ブロックを準備した。この誘電体ブロックを用いて、実施例１と同様にして、超伝導層の平均厚みｄが３μｍ，４μｍ，１０μｍ，１２μｍ，１３μｍ，１６μｍ，１７μｍである誘電体共振器の試料１２〜１８を作製した。
【００７７】
次に、試料１２〜１８の使用温度を７５Ｋとし、各試料について、７５Ｋにおける共振周波数ｆ75（ＭＨｚ）を測定したところ、いずれの試料においてもｆ75＝１９００であった。また、各試料について、１２０Ｋ，２９５Ｋにおける共振周波数をそれぞれ測定し、誘電体ブロックを構成する誘電体の共振周波数の温度係数τf（ｐｐｍ／Ｋ）を求めたところ、τf＝１２であった。
【００７８】
次に、各試料について、Ｘ＝｜ｄ−２｛τf×ｆT×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜の値を求めた。次に、各試料について、７５Ｋ，２９５Ｋにおける共振周波数の差δｆ0＝（ｆ75−ｆ295）（ＭＨｚ）を求めた。さらに、各試料について、７５Ｋにおける無負荷Ｑ（Ｑｕ ａｔ ７５Ｋ）、２９５Ｋにおける無負荷Ｑ（Ｑｕａｔ ２９５Ｋ）を測定した。その結果を下記の表３に示す。
【００７９】
【表３】
【００８０】
表３からわかるように、Ｘの値が６より大きくなっている試料１２，１８については、δｆ0の値が±３ＭＨｚの許容範囲を超えている。また、超伝導層１２の平均厚みｄが１２μｍより厚くなっている試料１６〜１８については、２９５Ｋにおける無負荷Ｑが１０００を下回っている。
【００８１】
（実施例４）
本実施例では、実施例１と同じ寸法、形状であり、同じＢａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ3系セラミックからなるが、セラミックからなる誘電体ブロックを準備した。この誘電体ブロックを用いて、実施例１と同様にして、超伝導層の平均厚みｄが１μｍ，２μｍ，５μｍ，１０μｍ，１２μｍ，１３μｍである誘電体共振器の試料１９〜２４を作製した。
【００８２】
次に、試料１９〜２４の使用温度を７５Ｋとし、各試料について、７５Ｋにおける共振周波数ｆ75（ＭＨｚ）を測定したところ、いずれの試料においてもｆ75＝１９００であった。また、各試料について、１２０Ｋ，２９５Ｋにおける共振周波数をそれぞれ測定し、誘電体ブロックを構成する誘電体の共振周波数の温度係数τf（ｐｐｍ／Ｋ）を求めたところ、τf＝８であった。
【００８３】
次に、各試料について、Ｘ＝｜ｄ−２｛τf×ｆT×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜の値を求めた。次に、各試料について、７５Ｋ，２９５Ｋにおける共振周波数の差δｆ0＝（ｆ75−ｆ295）（ＭＨｚ）を求めた。さらに、各試料について、７５Ｋにおける無負荷Ｑ（Ｑｕ ａｔ ７５Ｋ）、２９５Ｋにおける無負荷Ｑ（Ｑｕａｔ ２９５Ｋ）を測定した。その結果を下記の表４に示す。
【００８４】
【表４】
【００８５】
表４からわかるように、Ｘの値が６より大きくなっている試料２４については、δｆ0の値が±３ＭＨｚの許容範囲を超えている。また、超伝導層１２の平均厚みｄが２μｍより薄くなっている試料１９については、７５Ｋにおける無負荷Ｑが２００００を下回っている。一方、超伝導層１２の平均厚みｄが１２μｍより厚くなっている試料２４については、２９５Ｋにおける無負荷Ｑが１０００を下回っている。
【００８６】
（実施例５）
本実施例では、実施例４と同じ寸法、形状であり、同じＢａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ3系セラミックからなるが、実施例４よりＺｒおよびＮｂの置換量を多くした誘電体ブロックを準備した。この誘電体ブロックを用いて、実施例１と同様にして、超伝導層の平均厚みｄが３μｍ，４μｍ，１０μｍ，１２μｍ，１３μｍ，１６μｍ，１７μｍである誘電体共振器の試料２５〜３１を作製した。
【００８７】
次に、試料２５〜３１の使用温度を７５Ｋとし、各試料について、７５Ｋにおける共振周波数ｆ75（ＭＨｚ）を測定したところ、いずれの試料においてもｆ75＝１９００であった。また、各試料について、１２０Ｋ，２９５Ｋにおける共振周波数をそれぞれ測定し、誘電体ブロックを構成する誘電体の共振周波数の温度係数τf（ｐｐｍ／Ｋ）を求めたところ、τf＝１２であった。
【００８８】
次に、各試料について、Ｘ＝｜ｄ−２｛τf×ｆT×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜の値を求めた。次に、各試料について、７５Ｋ，２９５Ｋにおける共振周波数の差δｆ0＝（ｆ75−ｆ295）（ＭＨｚ）を求めた。さらに、各試料について、７５Ｋにおける無負荷Ｑ（Ｑｕ ａｔ ７５Ｋ）、２９５Ｋにおける無負荷Ｑ（Ｑｕａｔ ２９５Ｋ）を測定した。その結果を下記の表５に示す。
【００８９】
【表５】
【００９０】
表５からわかるように、Ｘの値が６より大きくなっている試料２５，３１については、δｆ0の値が±３ＭＨｚの許容範囲を超えている。また、超伝導層１２の平均厚みｄが１２μｍより厚くなっている試料２９〜３１については、２９５Ｋにおける無負荷Ｑが１０００を下回っている。
【００９１】
（実施例６）
本実施例では、誘電体基体として、直径３９ｍｍ、厚さ３ｍｍのＢａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ）系セラミックからなる円板状の誘電体基板を準備した。
【００９２】
次に、実施例１で用いたのと同じ超伝導ペーストを、スクリーン印刷により誘電体基板の両主面上に塗布し、超伝導膜を形成した。次に、４００℃で加熱して有機成分を揮発させ、静水圧プレスにより２００ＭＰａの加圧処理を施した後、８％酸素雰囲気中において８３５℃で５０時間焼き付けを行った。
【００９３】
次に、実施例１で用いたのと同じ金属ペーストを、スクリーン印刷により超伝導膜上に塗布し、４００℃で加熱して有機成分を揮発させ、静水圧プレスにより２００ＭＰａの加圧処理を施した後、８％酸素雰囲気中において８３５℃で５０時間焼き付けを行った。
【００９４】
本実施例では、超伝導ペーストの塗布厚を変化させ、超伝導層の平均厚みｄが１μｍ，２μｍ，５μｍ，９μｍ，１０μｍである誘電体共振器の試料３２〜３６を作製した。
【００９５】
次に、試料３２〜３６の使用温度を７５Ｋとし、各試料について、７５Ｋにおける共振周波数ｆ75（ＭＨｚ）を測定したところ、いずれの試料においてもｆ75＝１９００であった。また、各試料について、１２０Ｋ，２９５Ｋにおける共振周波数をそれぞれ測定し、誘電体ブロックを構成する誘電体の共振周波数の温度係数τf（ｐｐｍ／Ｋ）を求めたところ、τf＝４であった。
【００９６】
次に、各試料について、Ｘ＝｜ｄ−２｛τf×ｆT×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜の値を求めた。次に、各試料について、７５Ｋ，２９５Ｋにおける共振周波数の差δｆ0＝（ｆ75−ｆ295）（ＭＨｚ）を求めた。さらに、各試料について、７５Ｋにおける無負荷Ｑ（Ｑｕ ａｔ ７５Ｋ）、２９５Ｋにおける無負荷Ｑ（Ｑｕａｔ ２９５Ｋ）を測定した。その結果を下記の表６に示す。
【００９７】
【表６】
【００９８】
表６からわかるように、Ｘの値が６より大きくなっている試料３６については、δｆ0の値が±３ＭＨｚの許容範囲を超えている。また、超伝導層１２の平均厚みｄが２μｍより薄くなっている試料３２については、７５Ｋにおける無負荷Ｑが２００００を下回っている。
【００９９】
（実施例７）
本実施例では、実施例６と同じ寸法、形状であり、同じＢａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3系セラミックからなるが、実施例１よりもＺｒの置換量を多くした誘電体基板を準備した。この誘電体基板を用いて、実施例６と同様にして、超伝導層の平均厚みｄが１μｍ，２μｍ，５μｍ，１０μｍ，１２μｍ，１３μｍである誘電体共振器の試料３７〜４２を作製した。また、実施例６と同様にして、試料３７〜４２を用いてＴＭ010モードの誘電体共振器を作製した。
【０１００】
次に、試料３７〜４２の使用温度を７５Ｋとし、各試料について、７５Ｋにおける共振周波数ｆ75（ＭＨｚ）を測定したところ、いずれの試料においてもｆ75＝１９００であった。また、各試料について、１２０Ｋ，２９５Ｋにおける共振周波数をそれぞれ測定し、誘電体ブロックを構成する誘電体の共振周波数の温度係数τf（ｐｐｍ／Ｋ）を求めたところ、τf＝８であった。
【０１０１】
次に、各試料について、Ｘ＝｜ｄ−２｛τf×ｆT×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜の値を求めた。次に、各試料について、７５Ｋ，２９５Ｋにおける共振周波数の差δｆ0＝（ｆ75−ｆ295）（ＭＨｚ）を求めた。さらに、各試料について、７５Ｋにおける無負荷Ｑ（Ｑｕ ａｔ ７５Ｋ）、２９５Ｋにおける無負荷Ｑ（Ｑｕａｔ ２９５Ｋ）を測定した。その結果を下記の表７に示す。
【０１０２】
【表７】
【０１０３】
表７からわかるように、Ｘの値が６より大きくなっている試料４２については、δｆ0の値が±３ＭＨｚの許容範囲を超えている。また、超伝導層１２の平均厚みｄが２μｍより薄くなっている試料３７については、７５Ｋにおける無負荷Ｑが２００００を下回っている。一方、超伝導層１２の平均厚みｄが１２μｍより厚くなっている試料４２については、２９５Ｋにおける無負荷Ｑが１０００を下回っている。
【０１０４】
（実施例８）
本実施例では、実施例６と同じ寸法、形状であるが、Ｂａ（Ｓｎ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3系セラミックからなり、共振周波数の温度係数τfを０ｐｐｍ／Ｋに調整した誘電体基板を準備した。この誘電体基板を用いて、実施例６と同様にして、超伝導層の平均厚みｄが５μｍ，１０μｍ，２０μｍである誘電体共振器の試料４３〜４５を作製した。また、実施例６と同様にして、試料４３〜４５を用いてＴＭ010モードの誘電体共振器を作製した。次に、各試料について、７５Ｋ，２９５Ｋにおける共振周波数の差δｆ0＝（ｆ75−ｆ295）（ＭＨｚ）を求めた。その結果を下記の表８に示す。
【０１０５】
【表８】
【０１０６】
試料４３〜４５では、誘電体基板を構成する誘電体の共振周波数の温度係数τfが０ｐｐｍ／Ｋである。この場合、誘電体共振器の共振周波数の温度特性は、図１０に示すグラフのようになる。図１０からわかるように、この誘電体共振器においてはｆTc＝ｆS＝ｆ295となるため、超伝導転移による共振周波数の変化量δｆ1は、
δｆ1＝ｆT−ｆS
＝ｆT−ｆ295
となる。すなわち、本実施例においては、δｆ0＝（ｆ75−ｆ295）がδｆ1に相当する。ここで、表８の試料４３〜４５からは、
δｆ0≒ｄ×０．５
という比例関係が読み取れるため、
δｆ1≒ｄ×０．５
が成り立つ。
【０１０７】
【発明の効果】
本発明に係る誘電体共振器によれば、使用温度における誘電体共振器の共振周波数と、室温２９５Ｋにおける誘電体共振器の共振周波数とのズレを小さく抑えることができる。したがって、この誘電体共振器を用いてなる誘電体フィルタでは、冷凍機停止時においても、低温時と同じ帯域特性を実現することができる。
【０１０８】
また、本発明に係る誘電体共振器の製造方法によれば、
｜ｄ−２｛τf×ｆTG×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜≦６（ただし、ｄ＞０）
の関係式から、超伝導層の厚みｄの最適範囲を特定することにより、使用温度における誘電体共振器の共振周波数と、室温２９５Ｋにおける誘電体共振器の共振周波数とのズレを小さく抑えることができる。
【０１０９】
また、本発明に係る誘電体共振器の製造方法によれば、
｜ｄG−２｛τf×ｆTG×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜≦６（ただし、ｄ＞０）
の関係式から、誘電体の共振周波数の温度係数τfの最適範囲を特定することにより、使用温度における誘電体共振器の共振周波数と、室温２９５Ｋにおける誘電体共振器の共振周波数とのズレを小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の誘電体共振器を示す断面図である。
【図２】実施形態１の誘電体共振器における共振周波数の温度特性を示すグラフである。
【図３】実施形態１の誘電体共振器の製造方法を示す工程断面図である。
【図４】実施形態２の誘電体共振器を示し、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は斜視図（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図５】実施形態２の誘電体共振器の変形例を示す斜視図である。
【図６】実施形態３の誘電体フィルタを示す斜視図である。
【図７】実施形態４の通信機装置を示す概要図である。
【図８】実施形態５の通信機装置を示すブロック図である。
【図９】実施例１〜８で用いられた金属ケースを示す断面図である。
【図１０】実施例８の誘電体共振器における共振周波数の温度特性を示すグラフである。
【図１１】従来の誘電体共振器を示す断面図である。
【図１２】従来の誘電体共振器における共振周波数の温度特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０，２０ 誘電体共振器
１１，２１ 誘電体基板（誘電体基体）
１２，２２ａ，２２ｂ 超伝導層
１２ａ 超伝導膜
１３，２３ａ，２３ｂ 金属層
１３ａ 金属膜
１４，２４ａ，２４ｂ 超伝導電極
３５ 誘電体フィルタ
３７ａ，３７ｂ 入出力電極（外部結合手段）
４０ 通信機装置
４１ 誘電体フィルタ
４２ ＬＮＡ（増幅器）
４４ 冷凍機
４７ａ，４７ｂ ハーメチックコネクタ（外部結合手段）
５０ 通信機装置
５１ 誘電体デュプレクサ
５１ａ 入力手段
５１ｂ 出力手段
５１ｃ アンテナ接続手段
５２ 送信回路
５３ 受信回路
５４ アンテナ
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信機装置のＲＦ回路などに用いられる誘電体フィルタを構成する誘電体共振器に関し、詳しくは、超伝導電極を備えた誘電体共振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、超伝導デバイス技術の急速な進展に伴って、通信機器などの応用分野への適用が研究されている。中でも、超伝導電極を有する誘電体共振器を用いたフィルタは、通過信号の低損失性や周波数帯域のシャープカット性を実現することができるため、携帯電話の基地局用のフィルタとして今後の需要が期待される。
【０００３】
図１１は、従来の誘電体共振器を示す断面図である。図１１に示すように、誘電体共振器７０は、Ｂａ（Ｓｎ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3系セラミックからなる誘電体基板７１と、誘電体基板７１の両主面上に形成されたＢｉ系２２２３相酸化物からなる超伝導層７２と、超伝導層７２上に形成されたＡｇ層７３と、からなる。また、超伝導層７２およびＡｇ層７３により超伝導電極７４が構成されている。
【０００４】
誘電体共振器７０は、例えば、誘電体基板７１の両主面上に、焼き付け後に超伝導層７２となる超伝導ペースト、焼き付け後にＡｇ層７３となるＡｇペーストを順に塗布し、焼き付けることにより作製される。この焼き付けの際に、Ｂｉ系２２２３相酸化物とＡｇとが反応し、Ｂｉ系２２２３相酸化物の粒成長およびｃ軸配向が促進され、誘電体共振器７０の超伝導特性が向上する。
【０００５】
図１２は、誘電体共振器７０における共振周波数の温度特性を示すグラフである。図１２において、Ｔ（Ｋ）は誘電体共振器７０の使用温度、Ｔｃ（Ｋ）は超伝導層７２を構成する超伝導体の臨界温度を示す。また、ｆT（ＭＨｚ），ｆTc（ＭＨｚ），ｆ295（ＭＨｚ）は、それぞれ使用温度Ｔ、臨界温度Ｔｃ、２９５Ｋにおける誘電体共振器７０の共振周波数である。以下、誘電体共振器７０における共振周波数変化のメカニズムについて説明する。
【０００６】
まず、超伝導体の臨界温度Ｔｃ以下では、超伝導層７２の導電率がＡｇ層７３の導電率よりも大きくなるため、超伝導層７２に電流が集中する。また、超伝導層７２の導電率が大きくなればなるほど、誘電体基板７１と超伝導層７２の界面に電流が集中するため、臨界温度Ｔｃから温度が下がるにつれて、実効的な共振空間が狭まり、共振周波数が大きくなる。
【０００７】
一方、超伝導体の臨界温度Ｔｃ以上では、超伝導層７２の導電率がＡｇ層７３の導電率よりも小さくなるため、Ａｇ層７３に電流が集中する。Ａｇ層７３の導電率は温度変化に対してほぼ一定であるため、超伝導体の臨界温度Ｔｃ以上における誘電体共振器７０の共振周波数は、誘電体基板７１を構成する誘電体の共振周波数の温度特性に左右される。誘電体共振器７０では、臨界温度Ｔｃから温度が上がるにつれて、共振周波数が徐々に大きくなっている。（例えば、特許文献１参照。）
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−１９６１５５号公報（図１０、段落番号００２７）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
誘電体共振器７０は、超伝導現象を利用するものであるため、７０Ｋ前後という低温で動作することを前提としたものである。したがって、誘電体共振器７０を使用する際には、使用温度Ｔまで誘電体共振器７０を冷却するための冷凍機が必要になる。
【００１０】
ところで、この冷凍機が停止した場合、誘電体共振器７０は常温で動作することになる。しかし、誘電体共振器７０においては、使用温度Ｔにおける共振周波数と、常温における共振周波数とが異なるため、誘電体共振器７０を用いたフィルタでは、冷凍機停止時に通過信号の帯域周波数が変わってしまうという問題があった。
【００１１】
また、次世代（第３世代）ディジタル移動体通信の世界標準方式ＩＭＴ−２０００（International Mobile Telecommunication 2000）の有力候補であるＷ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）方式では、１事業者あたりに２０ＭＨｚの周波数帯域が割り当てられており、この帯域を５ＭＨｚ幅の４つのキャリアに分割して使用している。
【００１２】
ここで、フィルタの通過信号の帯域周波数が目的周波数からずれてしまうと、隣接するキャリアとの間に信号の干渉が生じるため、使用できるキャリアが減少する。キャリアの幅は５ＭＨｚであるため、帯域周波数のズレが３ＭＨｚまでなら１つのキャリアが減少するだけなので許容できる。しかし、帯域周波数のズレが３ＭＨｚを超えると２つ以上のキャリアが使用できなくなる可能性が生じる。このように、通過信号の帯域周波数が大きくずれることによる影響は深刻である。
【００１３】
本発明は、使用温度と常温とで通過信号の帯域周波数のズレが少ない誘電体共振器を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る誘電体共振器は、誘電体基体と、前記誘電体基体の外表面上に形成された超伝導層と、前記超伝導層上に形成された金属層と、を備え、前記超伝導層および前記金属層により共振器用の電極を構成する誘電体共振器であって、前記超伝導層の平均厚みをｄ（μｍ）、前記超伝導層を構成する超伝導体の転移温度以下での誘電体共振器の使用温度をＴ（Ｋ）、前記使用温度Ｔにおける誘電体共振器の共振周波数をｆT（ＭＨｚ）、前記誘電体基体を構成する誘電体の共振周波数の温度係数をτf（ｐｐｍ／Ｋ）、としたとき、
｜ｄ−２｛τf×ｆT×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜≦６（ただし、ｄ＞０）
を満足することを特徴とする。
【００１５】
前記誘電体共振器において、前記誘電体基体を構成する誘電体は、Ｂａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3系セラミック、またはＢａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ3系セラミックであることが好ましい。また、前記誘電体共振器において、前記超伝導層の平均厚みｄは、２≦ｄ≦１２の範囲にあることが好ましい。
【００１６】
本発明に係る誘電体フィルタは、前記誘電体共振器と、前記誘電体共振器に接続された外部結合手段と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る誘電体デュプレクサは、少なくとも二つの誘電体フィルタと、前記誘電体フィルタに接続される入出力手段と、前記誘電体フィルタに共通に接続されるアンテナ接続手段と、を備え、前記誘電体フィルタの少なくとも一つが前記誘電体フィルタであることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る通信機装置は、前記誘電体フィルタと、前記誘電体フィルタに接続された増幅器と、前記誘電体フィルタおよび前記増幅器にそれぞれ接続された外部結合手段と、前記誘電体フィルタを冷却する冷凍機と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る通信機装置は、前記誘電体デュプレクサと、前記誘電体デュプレクサの少なくとも一つの入出力手段に接続される送信回路と、前記送信回路に接続される前記入出力手段と異なる少なくとも一つの入出力手段に接続される受信回路と、前記誘電体デュプレクサのアンテナ接続手段に接続されるアンテナと、を備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る誘電体共振器の製造方法は、誘電体基体と、前記誘電体基体の外表面上に形成された超伝導層と、前記超伝導層上に形成された金属層と、を備え、前記超伝導層および前記金属層により共振器用の電極を構成する誘電体共振器の製造方法であって、前記超伝導層を構成する超伝導体の転移温度以下での誘電体共振器の使用温度Ｔ（Ｋ）における、誘電体共振器の共振周波数の目標値ｆTG（ＭＨｚ）を設定し、前記誘電体基体を構成する誘電体の共振周波数の温度係数τf（ｐｐｍ／Ｋ）を測定し、
｜ｄ−２｛τf×ｆTG×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜≦６（ただし、ｄ＞０）
で表される関係式にｆTG，τfの値を代入して、前記超伝導層の平均厚みｄ（μｍ）の最適範囲を特定する工程と、前記超伝導層の平均厚みが前記最適範囲に収まるように、前記誘電体基体の外表面上に、加熱後に前記超伝導層となる超伝導膜を形成する工程と、前記超伝導膜上に、加熱後に前記金属層となる金属膜を形成する工程と、前記超伝導膜および前記金属層を加熱する工程と、を備えることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係る誘電体共振器の製造方法は、誘電体基体と、前記誘電体基体の外表面上に形成された超伝導層と、前記超伝導層上に形成された金属層と、を備え、前記超伝導層および前記金属層により共振器用の電極を構成する誘電体共振器の製造方法であって、前記超伝導層を構成する超伝導体の転移温度以下での誘電体共振器の使用温度Ｔ（Ｋ）における、誘電体共振器の共振周波数の目標値ｆTG（ＭＨｚ）を設定し、前記超伝導層の平均厚みの目標値ｄG（μｍ）を設定し、
｜ｄG−２｛τf×ｆTG×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜≦６（ただし、ｄG＞０）
で表される関係式にｆTG，ｄGの値を代入して、前記誘電体基体を構成する誘電体の共振周波数の温度係数τf（ｐｐｍ／Ｋ）の最適範囲を特定する工程と、前記最適範囲に収まる共振周波数の温度係数を有する誘電体からなる誘電体基体を準備する工程と、前記誘電体基体の外表面上に、加熱後に前記超伝導層の平均厚みがｄGとなるように超伝導膜を形成する工程と、前記超伝導膜上に、加熱後に前記金属層となる金属膜を形成する工程と、前記超伝導膜および前記金属層を加熱する工程と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は、本発明に係る誘電体共振器の一実施形態を示す断面図である。図１に示すように、誘電体共振器１０は、誘電体基体となる誘電体基板１１と、誘電体基板１１の両主面上に形成された超伝導層１２と、超伝導層１２上に形成された金属層１３と、を備える。また、超伝導層１２および金属層１３により超伝導電極１４が構成されており、この超伝導電極１４が共振器用の電極として機能する。
【００２３】
誘電体基板１１を構成する誘電体としては、例えば、Ｂａ（Ｓｎ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3系セラミックなどの多結晶誘電体を用いることができる。中でも、Ｂａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3系セラミックや、Ｂａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ3系セラミックは、Ｚｒの置換量を調整することにより後述する共振周波数の温度係数τfを調整することができるため、使い勝手がよい。具体的には、Ｚｒの置換量を多くすればするほど、それだけτfの絶対値が大きくなる。
【００２４】
超伝導層１２は、例えば、Ｂｉ系２２２３相酸化物、Ｂｉ系２２１２相酸化物、Ｔｌ系２２２３相酸化物などの超伝導体により構成される。金属層１３は、例えば、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔなどの金属により構成される。
【００２５】
誘電体共振器１０は、
｜ｄ−２｛τf×ｆ295×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜≦６（ただし、ｄ＞０）
を満足する。この関係式において、ｄ（μｍ）は超伝導層１２の平均厚み、ｆ295（ＭＨｚ）は２９５Ｋにおける誘電体共振器１０の共振周波数、Ｔ（Ｋ）は誘電体共振器１０の使用温度、τf（ｐｐｍ／Ｋ）は誘電体基板１１を構成する誘電体の共振周波数の温度係数、を表す。以下、この関係式について説明する。
【００２６】
本発明の目的は、誘電体共振器において、使用温度と常温とで通過信号の帯域周波数のズレを少なくすることである。この目的を達成するためには、使用温度における誘電体共振器の共振周波数と、常温における誘電体共振器の共振周波数と、を近づけてやればよい。しかし、常温といっても、季節の変化により様々であるため、常温における誘電体共振器の共振周波数を特定することは困難である。そこで、本発明者は、使用温度における誘電体共振器の共振周波数と、室温２９５Ｋにおける誘電体共振器の共振周波数と、をほぼ同じにすることとした。すなわち、室温２９５Ｋにおける共振周波数であれば、その前後の温度における共振周波数とそれほど変わりがなく、実質的に常温における共振周波数と言える。
【００２７】
つまり、誘電体共振器１０における共振周波数の温度特性は、図２に示すグラフのようになればよい。図２において、Ｔ（Ｋ）は誘電体共振器１０の使用温度、Ｔｃ（Ｋ）は超伝導層１２を構成する超伝導体の臨界温度を表す。また、ｆTは使用温度Ｔにおける誘電体共振器１０の共振周波数、ｆTcは臨界温度Ｔｃにおける誘電体共振器１０の共振周波数、ｆTc+10は臨界温度Ｔｃより１０Ｋ高い温度における誘電体共振器１０の共振周波数、ｆ295は２９５Ｋにおける誘電体共振器１０の共振周波数を表す。図２に示すように、誘電体共振器１０では、使用温度における共振周波数ｆTと、２９５Ｋにおける共振周波数ｆ295とが等しい、すなわち、ｆT＝ｆ295となっている。
【００２８】
誘電体共振器１０の共振周波数は、臨界温度Ｔｃ以上では、主に誘電体基板１１を構成する誘電体の共振周波数の変化に影響され、臨界温度Ｔｃ以下では、誘電体の共振周波数の変化と、超伝導層１２を構成する超伝導体の超伝導転移による共振周波数の変化と、に影響される。
【００２９】
ここで、誘電体共振器１０において、超伝導転移による共振周波数の変化がないと仮定した場合、誘電体共振器１０の共振周波数は、使用温度Ｔから２９５Ｋにかけて、主に誘電体の温度周波数特性の影響を受けることになる。この場合、使用温度Ｔにおける誘電体共振器１０の共振周波数は、図２中に示すｆSとなる。すなわち、（ｆT−ｆS）が超伝導転移による共振周波数の変化量に相当する。図２では、これをδｆ1（ＭＨｚ）として表している。一方、使用温度Ｔから２９５Ｋにかけて、誘電体の共振周波数の変化量は（ｆ295−ｆS）である。図２では、これをδｆ2（ＭＨｚ）として表している。
【００３０】
ところで、δｆ1と超伝導層１２の平均厚みｄとの間には、
δｆ1≒ｄ×０．５
という関係が成り立つ。この関係は、本発明者が実験を行った結果導き出されたものであり、その実験については後述する実施例８において説明する。
【００３１】
一方、δｆ2＝（ｆ295−ｆS）であるが、ｆSは仮定値であるため実測することができない。しかし、図２に示すグラフの直線部分の傾きを求め、その傾きに温度差（２９５−Ｋ）をかければ、δｆ2を求めることができる。この傾きをａとすると、傾きａはグラフの直線部分に存在する任意の２点から求めることができるから、
ａ＝（ｆ295−ｆTc+10）／｛２９５−（Ｔｃ＋１０）｝
と表すことができる。
【００３２】
ここで、任意の２点の１つとして点（Ｔｃ＋１０，ｆTc+10）を選んだ理由は、臨界温度Ｔｃ付近では超伝導転移による共振周波数の変化の影響を受けるが、臨界温度Ｔｃより１０Ｋ高い温度であればその可能性がないためである。なお、傾きａを求めるためには、グラフの直線部分において、超伝導転移の影響を実質的に受けない温度に存在する点から任意に２点を選択すればよく、その２点は、点（Ｔｃ＋１０，ｆTc+10）、点（２９５，ｆ295）に限られるものではない。
【００３３】
以上から、
δｆ2＝ａ×（２９５−Ｔ）
＝（ｆ295−ｆTc+10）／｛２９５−（Ｔｃ＋１０）｝×（２９５−Ｔ）
と表すことができる。
【００３４】
また、基準温度を２９５Ｋとすると、誘電体の共振周波数の温度係数τf（ｐｐｍ／Ｋ）は、
τf＝（ｆ295−ｆTc+10）／｛２９５−（Ｔｃ＋１０）｝／ｆ295×１０-6
＝ａ／ｆ295×１０-6
と表すことができるため、
δｆ2＝τf×ｆ295×（２９５−Ｔ）×１０-6
と表すことができる。
【００３５】
以上のようにして、δｆ1，δｆ2の関係式をそれぞれ定めることができる。図２のグラフから明らかなように、ｆT＝ｆ295の場合、δｆ1＝δｆ2が成り立つから、
δｆ1＝δｆ2
⇔ｄ×０．５≒τf×ｆ295×（２９５−Ｔ）×１０-6
⇔ｄ≒２｛τf×ｆT×（２９５−Ｔ）×１０-6｝
となる。ただし、上述した通り、本発明では、使用温度における誘電体共振器の共振周波数と、室温２９５Ｋにおける誘電体共振器の共振周波数とのズレを小さく抑えられればよいから、厳密にｆT＝ｆ295でなくてもよく、若干のズレも許容範囲として含まれる。本発明では、Ｗ−ＣＤＭＡ方式における５ＭＨｚのチャネル幅を考慮して、このズレの許容範囲を±３ＭＨｚとし、このズレを超伝導層１２の平均厚みｄに反映させ、
２｛τf×ｆT×（２９５−Ｔ）×１０-6｝−６≦ｄ≦２｛τf×ｆT×（２９５−Ｔ）×１０-6｝＋６
⇔｜ｄ−２｛τf×ｆT×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜≦６
としている。
【００３６】
また、超伝導層１２の平均厚みｄは、２≦ｄ≦１２の範囲にあることが好ましい。ｄ＜２の場合、均一な厚みの超伝導層１２が形成できなかったり、高周波電磁界が金属層１３にまで届いてしまい、使用温度Ｔにおける高周波特性が低下することがある。一方、ｄ＞１２の場合、室温２９５Ｋにおいて高周波電磁界が金属層１３まで届きにくくなり、高周波特性が劣化することがある。
【００３７】
以下、誘電体共振器１０の製造方法について説明する。まず、図３（ａ）に示すように、誘電体基板１１の両主面上に、超伝導体の前駆体粉末および有機ビヒクルからなる超伝導ペーストを塗布し、厚膜の超伝導膜１２ａを形成する。なお、超伝導膜１２ａの形成方法はこれに限られず、例えば、超伝導体の前駆体粉末に有機ビヒクルを混合してなるスラリーをシート状に成形したグリーンシートを誘電体基板１１上に配置する方法や、上記スラリーを誘電体基板１１上に噴霧する方法などを用いることができる。また、上述したように超伝導膜１２ａを形成するのではなく、蒸着やスパッタリングにより超伝導体の前駆体を誘電体基板１１上に堆積させ、薄膜の超伝導膜１２ａを形成してもよい。
【００３８】
次に、図３（ｂ）に示すように、超伝導膜１２ａ上に、金属粉末および有機ビヒクルからなる金属ペーストを塗布し、厚膜の金属膜１３ａを形成する。超伝導膜１２ａと同様に、金属膜１３ａは、その他の厚膜形成方法により形成されたものでもよいし、薄膜であってもよい。
【００３９】
次に、超伝導厚１２ａおよび金属膜１３ａを加熱し、超伝導の前駆体粉末および金属粉末を焼結させる。これにより、図３（ｃ）に示すように、誘電体基板１１上に、超伝導層１２および金属層１３からなる超伝導電極１４を形成し、誘電体共振器１０を完成させる。なお、超伝導膜１２ａを単独で加熱して、超伝導体の前駆体の一部を合成した上で、超伝導膜１２ａ上に金属膜１３ａを形成して加熱してもよい。
【００４０】
ところで、誘電体共振器１０を設計する際には、まず、その使用温度Ｔと、使用温度Ｔにおける共振周波数ｆTとが考慮される。使用温度Ｔは、超伝導層１２を構成する超伝導体の臨界温度Ｔｃよりも低い温度で、任意に設定されるものである。また、共振周波数ｆTについては、誘電体共振器１０を用いたフィルタの通過周波数帯域に応じて、その目標値ｆTG（ＭＨｚ）を設定することができる。ここで、上記関係式にｆT＝ｆTGを代入すると、
｜ｄ−２｛τf×ｆTG×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜≦６（ただし、ｄ＞０）
となる。
【００４１】
次に、誘電体基板１１を構成する誘電体の共振周波数の温度係数τfは、
τf＝−１／２τεr−α（τεr：誘電体の比誘電率の温度係数、α：誘電体の熱膨張係数）
で表されるものであり、誘電体共振器１１の共振周波数から求めなくてもその値を知ることができる。つまり、上記関係式にτfの測定値を代入すれば、超伝導層１２の平均厚みｄの最適範囲を特定することができる。
【００４２】
したがって、加熱後の超伝導層１２の平均厚みが上記最適範囲に収まるように、超伝導膜１２ａを形成すればよい。超伝導膜１２ａの平均厚みは、例えば、超伝導ペーストの塗布厚を調整するなどして制御することができる。超伝導膜１２ａの平均厚みは、加熱による収縮を考慮して、目標とする超伝導層１２の平均厚みよりも若干大きく設定される。あらかじめ、加熱条件と超伝導膜１２ａの収縮との関係を調べておけば、目標通りの超伝導層１２の平均厚みを実現することができる。
【００４３】
一方、超伝導層１２の平均厚みの目標値ｄG（μｍ）をあらかじめ設定し、
｜ｄG−２｛τf×ｆTG×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜≦６（ただし、ｄG＞０）
で表される関係式にｆTG，ｄGの値を代入すれば、誘電体基板１１を構成する誘電体の共振周波数の温度係数τf（ｐｐｍ／Ｋ）の最適範囲を特定することができる。
【００４４】
この場合、上記最適範囲に収まる共振周波数の温度係数を有する誘電体からなる誘電体基板１１を準備すればよい。誘電体の共振周波数の温度係数は、誘電体の組成を変えることにより制御することができる。例えば、Ｂａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3系セラミックにおいては、Ｚｒの置換量を変化させることにより、共振周波数の温度係数を調整することができる。
【００４５】
そして、最適範囲に収まる共振周波数の温度係数を有する誘電体基板１１の両主面上に、加熱後に超伝導層１２の平均厚みがｄGとなるように超伝導膜１２ａを形成すればよい。
【００４６】
（実施形態２）
本発明に係る誘電体共振器は、基本的には、図１に示したような構成を備えている。本実施形態においては、本発明に係る誘電体共振器の変形例について説明する。なお、以下に示す変形例も、｜ｄ−２｛τf×平均厚み×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜≦６の関係式を満足するものである。
【００４７】
図４（ａ）は、本実施形態の誘電体共振器を示す斜視図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、誘電体共振器２０は、誘電体基体である誘電体ブロック２１と、誘電体ブロック２１の側面上、および誘電体ブロック２１の長手方向に形成された貫通孔２１ａの内周面上に形成された超伝導層２２ａ，２２ｂと、超伝導層２２ａ，２２ｂ上にそれぞれ形成された金属層２３ａ，２３ｂと、を備えるλ／２ＴＥＭモード共振器である。また、超伝導層２２ａおよび金属層２３ａにより超伝導電極２４ａが構成され、超伝導層２２ｂおよび金属層２３ｂにより超伝導電極２４ｂが構成されており、超伝導電極２４ａ，２４ｂが共振器用の電極として機能する。
【００４８】
図５は、図４（ａ）、（ｂ）に示した誘電体共振器２０の変形例を示す斜視図である。この誘電体共振器２０ａにおいては、金属層２３ａ，２３ｂ上にさらに超伝導層２２ｃ，２２ｄが形成されている。ただし、超伝導層２２ｃ，２２ｄは共振器用の電極としてはほとんど機能しない。この超伝導層２２ｃ，２２ｄはＢｉ，Ｐｂ，Ｔｌなどの揮発成分を含有しており、誘電体共振器２０ａを作製する段階で、超伝導層２２ａ，２２ｂから同種の揮発成分が揮発するのを抑制する目的で形成されるものである。
【００４９】
（実施形態３）
図６は、本発明に係る誘電体フィルタを示す斜視図である。図６に示すように、誘電体フィルタ３５は、長手方向に複数の貫通孔３１ａ〜３１ｃおよび複数の結合孔３６ａ，３６ｂが形成された誘電体ブロック３１と、誘電体ブロック３１の側面上に形成された超伝導層３２ａおよび金属層３３ａからなる超伝導電極３４ａと、貫通孔３１ａ〜３１ｃの内周面上に形成された超伝導層３２ｂ〜３２ｄおよび金属層３３ｂ〜３３ｄからなる超伝導電極３４ｂ〜３４ｄと、を備える。また、超伝導電極３４ａの一部を切り欠いて、入出力電極（外部結合手段）３７ａ，３７ｂが形成されている。
【００５０】
誘電体フィルタ３５は、誘電体ブロック３１を構成する誘電体と、超伝導電極３４ａ〜３４ｄと、で構成される複数の誘電体共振器が、結合孔３６ａ，３６ｂにより電磁界結合し、超伝導電極３４ｂ，３４ｄを含む共振器が入出力電極３７ａ，３７ｂに結合することにより、フィルタとして機能する。
【００５１】
また、超伝導電極３４ａの一部をさらに切り欠いて、アンテナ接続手段としての電極を形成すれば、誘電体デュプレクサを作製することができる。
【００５２】
（実施形態４）
図７は、本発明に係る通信機装置の一実施例を示す概要図である。図７に示すように、通信機装置（受信装置）４０は、誘電体フィルタ４１、ＬＮＡ（低雑音増幅器）４２、断熱高周波ケーブル４３、冷凍機４４、冷却ステージ４５、真空断熱ケース４６、およびハーメチックコネクタ（外部結合手段）４７ａ，４７ｂを備える。誘電体フィルタ４１としては、例えば、図６に示した誘電体フィルタを用いることができる。
【００５３】
誘電体フィルタ４１およびＬＮＡ４２は、互いに断熱高周波ケーブル４３により接続された状態で、冷却ステージ４５上に設置されている。冷凍機４４は冷却ステージ４５に接続され、冷却ステージ４５を所定の温度に冷却する。また、誘電体フィルタ４１、ＬＮＡ４２、および冷却ステージ４５は、真空断熱ケース４６内に設置されているため、誘電体フィルタ４１およびＬＮＡ４２を、一定の低温下で動作させることができる。
【００５４】
また、誘電体フィルタ４１はハーメチックコネクタ４７ａに、ＬＮＡ４２はハーメチックコネクタ４７ｂに、それぞれ断熱高周波ケーブル４３で接続され、ハーメチックコネクタ４７ａ，４７ｂを介して、外部回路に接続されている。
【００５５】
ハーメチックコネクタ４７ａを介して外部回路から受信した信号は、断熱高周波ケーブル４３を介して、誘電体フィルタ４１に伝送される。誘電体フィルタ４１を通過した特定帯域周波数の信号は、断熱高周波ケーブル４３を介してＬＮＡ４２に伝送される。ＬＮＡ４２で増幅された信号は、断熱高周波ケーブル４３とハーメチックコネクタ４７ｂを介して、次の外部回路に出力される。
【００５６】
（実施形態５）
図８は、本発明に係る誘電体共振器を用いた通信機装置の一例を示すブロック図である。図８に示すように、通信機装置５０は、誘電体デュプレクサ５１と、送信回路５２と、受信回路５３と、アンテナ５４と、を備える。送信回路５２は誘電体デュプレクサ５１の入力手段５１ａに接続され、受信回路５３は誘電体デュプレクサ５１の出力手段５１ｂに接続され、アンテナ５４は誘電体デュプレクサ３１のアンテナ接続手段５１ｃに接続される。
【００５７】
誘電体デュプレクサ５１は、２つの誘電体フィルタ５５ａ，５５ｂを備える。誘電体フィルタ５５ａ，５５ｂは、本発明の構成を備える誘電体共振器５０に、外部結合手段５７を接続してなるものである。
【００５８】
誘電体フィルタ５５ａは、入力手段５１ａとアンテナ接続手段５１ｃとの間に接続される。一方、誘電体フィルタ５５ｂは、出力手段５１ｂとアンテナ接続手段５１ｃとの間に接続される。
【００５９】
【実施例】
以下のようにして、誘電体共振器の試料を作製し、これらの高周波特性を評価した。
【００６０】
（実施例１）
本実施例では、誘電体基体として、寸法１２ｍｍ×１２ｍｍ×１５．３ｍｍのＢａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ）系セラミックからなり、長手方向に直径４ｍｍの貫通孔が形成された誘電体ブロックを準備した。
【００６１】
次に、超伝導ペースト用の原料粉末として、Ｂｉ2Ｏ3，ＰｂＯ，ＳｒＣＯ3，ＢａＣＯ3，ＣａＣＯ3，ＣｕＯの各粉末を準備した。次に、各原料粉末を、焼結後の組成がＢｉ1.85Ｐｂ0.35Ｓｒ1.90Ｂａ0.20Ｃａ2.05Ｃｕ3.35Ｏ10.625（Ｂｉ系２２２３相酸化物）となるように調合した。なお、このＢｉ系２２２３相酸化物の臨界温度Ｔｃは１１０Ｋである。次に、このようにして得られた調合物を、エタノールおよびイソプロピルアルコールの混合溶媒中でボールミル粉砕した後、７８０℃で１２時間仮焼、粉砕し、得られた仮焼粉末にテルピネオールおよびアルキッド樹脂を混合して、超伝導ペーストを作製した。
【００６２】
一方、金属ペーストの原料粉末としてＡｇ粉末を準備し、このＡｇ粉末にテルピネオールおよびアルキッド樹脂を混合して金属ペーストを作成した。
【００６３】
次に、スクリーン印刷により誘電体ブロックの側面上に超伝導ペーストを塗布し、超伝導ペーストを付着させたブラシにより誘電体ブロックに形成された貫通孔内周面上に超伝導ペーストを塗布して、誘電体ブロックの側面上および誘電体ブロックに形成された貫通孔内周面上に、超伝導膜を形成した。次に、４００℃で加熱して有機成分を揮発させ、静水圧プレスにより２００ＭＰａの加圧処理を施した後、８％酸素雰囲気中において８３５℃で５０時間焼き付けを行った。
【００６４】
次に、超伝導ペーストを塗布したときと同様の手段を用いて超伝導膜上に金属ペーストを塗布し、４００℃で加熱して有機成分を揮発させ、静水圧プレスにより２００ＭＰａの加圧処理を施した後、８％酸素雰囲気中において８３５℃で５０時間焼き付けを行った。
【００６５】
本実施例では、超伝導ペーストの塗布厚を変化させ、超伝導層の平均厚みｄが１μｍ，２μｍ，５μｍ，９μｍ，１０μｍである誘電体共振器の試料１〜５を作製した。なお、各試料における超伝導層の平均厚みは、超伝導層の断面を電子顕微鏡で観察することにより測定した。
【００６６】
次に、試料１〜５の使用温度を７５Ｋとし、各試料について、７５Ｋにおける共振周波数ｆ75（ＭＨｚ）を測定したところ、いずれの試料においてもｆ75＝１９００であった。また、各試料について、１２０Ｋ，２９５Ｋにおける共振周波数をそれぞれ測定し、誘電体ブロックを構成する誘電体の共振周波数の温度係数τf（ｐｐｍ／Ｋ）を求めたところ、τf＝４であった。
【００６７】
次に、各試料について、Ｘ＝｜ｄ−２｛τf×ｆT×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜の値を求めた。次に、各試料について、７５Ｋ，２９５Ｋにおける共振周波数の差δｆ0＝（ｆ75−ｆ295）（ＭＨｚ）を求めた。さらに、各試料について、７５Ｋにおける無負荷Ｑ（Ｑｕ ａｔ ７５Ｋ）、２９５Ｋにおける無負荷Ｑ（Ｑｕａｔ ２９５Ｋ）を測定した。その結果を下記の表１に示す。
【００６８】
【表１】
表１からわかるように、Ｘの値が６より大きくなっている試料５については、δｆ0の値が±３ＭＨｚの許容範囲を超えている。また、超伝導層１２の平均厚みｄが２μｍより薄くなっている試料１については、７５Ｋにおける無負荷Ｑが２００００を下回っている。
【００７０】
なお、各試料の共振周波数、無負荷Ｑを測定する際には、図９に示すような金属ケースに各試料を収納して測定した。この金属ケース６１は、無酸素銅からなる金属キャビティ６２と、その開口部を覆うように載置された無酸素銅からなる金属蓋６３と、からなる。金属蓋６３には励振ケーブル６４ａ，６４ｂが設けられており、励振ケーブル６４ａ，６４ｂは、ネットワークアナライザ（図示せず）に接続されている。誘電体共振器６０（各試料）は、樹脂シート６５を介して金属キャビティ６２の底面に載置される。後述する実施例２〜８においても、同様にして各試料の共振周波数、無負荷Ｑを測定した。
【００７１】
（実施例２）
本実施例では、実施例１と同じ寸法、形状であり、同じＢａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3系セラミックからなるが、実施例１よりもＺｒの置換量を多くした誘電体ブロックを準備した。この誘電体ブロックを用いて、実施例１と同様にして、超伝導層の平均厚みｄが１μｍ，２μｍ，５μｍ，１０μｍ，１２μｍ，１３μｍである誘電体共振器の試料６〜１１を作製した。
【００７２】
次に、試料６〜１１の使用温度を７５Ｋとし、各試料について、７５Ｋにおける共振周波数ｆ75（ＭＨｚ）を測定したところ、いずれの試料においてもｆ75＝１９００であった。また、各試料について、１２０Ｋ，２９５Ｋにおける共振周波数をそれぞれ測定し、誘電体ブロックを構成する誘電体の共振周波数の温度係数τf（ｐｐｍ／Ｋ）を求めたところ、τf＝８であった。
【００７３】
次に、各試料について、Ｘ＝｜ｄ−２｛τf×ｆT×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜の値を求めた。次に、各試料について、７５Ｋ，２９５Ｋにおける共振周波数の差δｆ0＝（ｆ75−ｆ295）（ＭＨｚ）を求めた。さらに、各試料について、７５Ｋにおける無負荷Ｑ（Ｑｕ ａｔ ７５Ｋ）、２９５Ｋにおける無負荷Ｑ（Ｑｕａｔ ２９５Ｋ）を測定した。その結果を下記の表２に示す。
【００７４】
【表２】
表２からわかるように、Ｘの値が６より大きくなっている試料１１については、δｆ0の値が±３ＭＨｚの許容範囲を超えている。また、超伝導層１２の平均厚みｄが２μｍより薄くなっている試料６については、７５Ｋにおける無負荷Ｑが２００００を下回っている。一方、超伝導層１２の平均厚みｄが１２μｍより厚くなっている試料１１については、２９５Ｋにおける無負荷Ｑが１０００を下回っている。
【００７６】
（実施例３）
本実施例では、実施例１と同じ寸法、形状であり、同じＢａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3系セラミックからなるが、実施例１よりもＺｒの置換量を多くした誘電体ブロックを準備した。この誘電体ブロックを用いて、実施例１と同様にして、超伝導層の平均厚みｄが３μｍ，４μｍ，１０μｍ，１２μｍ，１３μｍ，１６μｍ，１７μｍである誘電体共振器の試料１２〜１８を作製した。
【００７７】
次に、試料１２〜１８の使用温度を７５Ｋとし、各試料について、７５Ｋにおける共振周波数ｆ75（ＭＨｚ）を測定したところ、いずれの試料においてもｆ75＝１９００であった。また、各試料について、１２０Ｋ，２９５Ｋにおける共振周波数をそれぞれ測定し、誘電体ブロックを構成する誘電体の共振周波数の温度係数τf（ｐｐｍ／Ｋ）を求めたところ、τf＝１２であった。
【００７８】
次に、各試料について、Ｘ＝｜ｄ−２｛τf×ｆT×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜の値を求めた。次に、各試料について、７５Ｋ，２９５Ｋにおける共振周波数の差δｆ0＝（ｆ75−ｆ295）（ＭＨｚ）を求めた。さらに、各試料について、７５Ｋにおける無負荷Ｑ（Ｑｕ ａｔ ７５Ｋ）、２９５Ｋにおける無負荷Ｑ（Ｑｕａｔ ２９５Ｋ）を測定した。その結果を下記の表３に示す。
【００７９】
【表３】
表３からわかるように、Ｘの値が６より大きくなっている試料１２，１８については、δｆ0の値が±３ＭＨｚの許容範囲を超えている。また、超伝導層１２の平均厚みｄが１２μｍより厚くなっている試料１６〜１８については、２９５Ｋにおける無負荷Ｑが１０００を下回っている。
【００８１】
（実施例４）
本実施例では、実施例１と同じ寸法、形状であり、同じＢａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ3系セラミックからなるが、セラミックからなる誘電体ブロックを準備した。この誘電体ブロックを用いて、実施例１と同様にして、超伝導層の平均厚みｄが１μｍ，２μｍ，５μｍ，１０μｍ，１２μｍ，１３μｍである誘電体共振器の試料１９〜２４を作製した。
【００８２】
次に、試料１９〜２４の使用温度を７５Ｋとし、各試料について、７５Ｋにおける共振周波数ｆ75（ＭＨｚ）を測定したところ、いずれの試料においてもｆ75＝１９００であった。また、各試料について、１２０Ｋ，２９５Ｋにおける共振周波数をそれぞれ測定し、誘電体ブロックを構成する誘電体の共振周波数の温度係数τf（ｐｐｍ／Ｋ）を求めたところ、τf＝８であった。
【００８３】
次に、各試料について、Ｘ＝｜ｄ−２｛τf×ｆT×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜の値を求めた。次に、各試料について、７５Ｋ，２９５Ｋにおける共振周波数の差δｆ0＝（ｆ75−ｆ295）（ＭＨｚ）を求めた。さらに、各試料について、７５Ｋにおける無負荷Ｑ（Ｑｕ ａｔ ７５Ｋ）、２９５Ｋにおける無負荷Ｑ（Ｑｕａｔ ２９５Ｋ）を測定した。その結果を下記の表４に示す。
【００８４】
【表４】
表４からわかるように、Ｘの値が６より大きくなっている試料２４については、δｆ0の値が±３ＭＨｚの許容範囲を超えている。また、超伝導層１２の平均厚みｄが２μｍより薄くなっている試料１９については、７５Ｋにおける無負荷Ｑが２００００を下回っている。一方、超伝導層１２の平均厚みｄが１２μｍより厚くなっている試料２４については、２９５Ｋにおける無負荷Ｑが１０００を下回っている。
【００８６】
（実施例５）
本実施例では、実施例４と同じ寸法、形状であり、同じＢａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ3系セラミックからなるが、実施例４よりＺｒおよびＮｂの置換量を多くした誘電体ブロックを準備した。この誘電体ブロックを用いて、実施例１と同様にして、超伝導層の平均厚みｄが３μｍ，４μｍ，１０μｍ，１２μｍ，１３μｍ，１６μｍ，１７μｍである誘電体共振器の試料２５〜３１を作製した。
【００８７】
次に、試料２５〜３１の使用温度を７５Ｋとし、各試料について、７５Ｋにおける共振周波数ｆ75（ＭＨｚ）を測定したところ、いずれの試料においてもｆ75＝１９００であった。また、各試料について、１２０Ｋ，２９５Ｋにおける共振周波数をそれぞれ測定し、誘電体ブロックを構成する誘電体の共振周波数の温度係数τf（ｐｐｍ／Ｋ）を求めたところ、τf＝１２であった。
【００８８】
次に、各試料について、Ｘ＝｜ｄ−２｛τf×ｆT×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜の値を求めた。次に、各試料について、７５Ｋ，２９５Ｋにおける共振周波数の差δｆ0＝（ｆ75−ｆ295）（ＭＨｚ）を求めた。さらに、各試料について、７５Ｋにおける無負荷Ｑ（Ｑｕ ａｔ ７５Ｋ）、２９５Ｋにおける無負荷Ｑ（Ｑｕａｔ ２９５Ｋ）を測定した。その結果を下記の表５に示す。
【００８９】
【表５】
表５からわかるように、Ｘの値が６より大きくなっている試料２５，３１については、δｆ0の値が±３ＭＨｚの許容範囲を超えている。また、超伝導層１２の平均厚みｄが１２μｍより厚くなっている試料２９〜３１については、２９５Ｋにおける無負荷Ｑが１０００を下回っている。
【００９１】
（実施例６）
本実施例では、誘電体基体として、直径３９ｍｍ、厚さ３ｍｍのＢａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ）系セラミックからなる円板状の誘電体基板を準備した。
【００９２】
次に、実施例１で用いたのと同じ超伝導ペーストを、スクリーン印刷により誘電体基板の両主面上に塗布し、超伝導膜を形成した。次に、４００℃で加熱して有機成分を揮発させ、静水圧プレスにより２００ＭＰａの加圧処理を施した後、８％酸素雰囲気中において８３５℃で５０時間焼き付けを行った。
【００９３】
次に、実施例１で用いたのと同じ金属ペーストを、スクリーン印刷により超伝導膜上に塗布し、４００℃で加熱して有機成分を揮発させ、静水圧プレスにより２００ＭＰａの加圧処理を施した後、８％酸素雰囲気中において８３５℃で５０時間焼き付けを行った。
【００９４】
本実施例では、超伝導ペーストの塗布厚を変化させ、超伝導層の平均厚みｄが１μｍ，２μｍ，５μｍ，９μｍ，１０μｍである誘電体共振器の試料３２〜３６を作製した。
【００９５】
次に、試料３２〜３６の使用温度を７５Ｋとし、各試料について、７５Ｋにおける共振周波数ｆ75（ＭＨｚ）を測定したところ、いずれの試料においてもｆ75＝１９００であった。また、各試料について、１２０Ｋ，２９５Ｋにおける共振周波数をそれぞれ測定し、誘電体ブロックを構成する誘電体の共振周波数の温度係数τf（ｐｐｍ／Ｋ）を求めたところ、τf＝４であった。
【００９６】
次に、各試料について、Ｘ＝｜ｄ−２｛τf×ｆT×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜の値を求めた。次に、各試料について、７５Ｋ，２９５Ｋにおける共振周波数の差δｆ0＝（ｆ75−ｆ295）（ＭＨｚ）を求めた。さらに、各試料について、７５Ｋにおける無負荷Ｑ（Ｑｕ ａｔ ７５Ｋ）、２９５Ｋにおける無負荷Ｑ（Ｑｕａｔ ２９５Ｋ）を測定した。その結果を下記の表６に示す。
【００９７】
【表６】
表６からわかるように、Ｘの値が６より大きくなっている試料３６については、δｆ0の値が±３ＭＨｚの許容範囲を超えている。また、超伝導層１２の平均厚みｄが２μｍより薄くなっている試料３２については、７５Ｋにおける無負荷Ｑが２００００を下回っている。
【００９９】
（実施例７）
本実施例では、実施例６と同じ寸法、形状であり、同じＢａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3系セラミックからなるが、実施例１よりもＺｒの置換量を多くした誘電体基板を準備した。この誘電体基板を用いて、実施例６と同様にして、超伝導層の平均厚みｄが１μｍ，２μｍ，５μｍ，１０μｍ，１２μｍ，１３μｍである誘電体共振器の試料３７〜４２を作製した。また、実施例６と同様にして、試料３７〜４２を用いてＴＭ010モードの誘電体共振器を作製した。
【０１００】
次に、試料３７〜４２の使用温度を７５Ｋとし、各試料について、７５Ｋにおける共振周波数ｆ75（ＭＨｚ）を測定したところ、いずれの試料においてもｆ75＝１９００であった。また、各試料について、１２０Ｋ，２９５Ｋにおける共振周波数をそれぞれ測定し、誘電体ブロックを構成する誘電体の共振周波数の温度係数τf（ｐｐｍ／Ｋ）を求めたところ、τf＝８であった。
【０１０１】
次に、各試料について、Ｘ＝｜ｄ−２｛τf×ｆT×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜の値を求めた。次に、各試料について、７５Ｋ，２９５Ｋにおける共振周波数の差δｆ0＝（ｆ75−ｆ295）（ＭＨｚ）を求めた。さらに、各試料について、７５Ｋにおける無負荷Ｑ（Ｑｕ ａｔ ７５Ｋ）、２９５Ｋにおける無負荷Ｑ（Ｑｕａｔ ２９５Ｋ）を測定した。その結果を下記の表７に示す。
【０１０２】
【表７】
表７からわかるように、Ｘの値が６より大きくなっている試料４２については、δｆ0の値が±３ＭＨｚの許容範囲を超えている。また、超伝導層１２の平均厚みｄが２μｍより薄くなっている試料３７については、７５Ｋにおける無負荷Ｑが２００００を下回っている。一方、超伝導層１２の平均厚みｄが１２μｍより厚くなっている試料４２については、２９５Ｋにおける無負荷Ｑが１０００を下回っている。
【０１０４】
（実施例８）
本実施例では、実施例６と同じ寸法、形状であるが、Ｂａ（Ｓｎ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3系セラミックからなり、共振周波数の温度係数τfを０ｐｐｍ／Ｋに調整した誘電体基板を準備した。この誘電体基板を用いて、実施例６と同様にして、超伝導層の平均厚みｄが５μｍ，１０μｍ，２０μｍである誘電体共振器の試料４３〜４５を作製した。また、実施例６と同様にして、試料４３〜４５を用いてＴＭ010モードの誘電体共振器を作製した。次に、各試料について、７５Ｋ，２９５Ｋにおける共振周波数の差δｆ0＝（ｆ75−ｆ295）（ＭＨｚ）を求めた。その結果を下記の表８に示す。
【０１０５】
【表８】
試料４３〜４５では、誘電体基板を構成する誘電体の共振周波数の温度係数τfが０ｐｐｍ／Ｋである。この場合、誘電体共振器の共振周波数の温度特性は、図１０に示すグラフのようになる。図１０からわかるように、この誘電体共振器においてはｆTc＝ｆS＝ｆ295となるため、超伝導転移による共振周波数の変化量δｆ1は、
δｆ1＝ｆT−ｆS
＝ｆT−ｆ295
となる。すなわち、本実施例においては、δｆ0＝（ｆ75−ｆ295）がδｆ1に相当する。ここで、表８の試料４３〜４５からは、
δｆ0≒ｄ×０．５
という比例関係が読み取れるため、
δｆ1≒ｄ×０．５
が成り立つ。
【０１０７】
【発明の効果】
本発明に係る誘電体共振器によれば、使用温度における誘電体共振器の共振周波数と、室温２９５Ｋにおける誘電体共振器の共振周波数とのズレを小さく抑えることができる。したがって、この誘電体共振器を用いてなる誘電体フィルタでは、冷凍機停止時においても、低温時と同じ帯域特性を実現することができる。
【０１０８】
また、本発明に係る誘電体共振器の製造方法によれば、
｜ｄ−２｛τf×ｆTG×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜≦６（ただし、ｄ＞０）
の関係式から、超伝導層の厚みｄの最適範囲を特定することにより、使用温度における誘電体共振器の共振周波数と、室温２９５Ｋにおける誘電体共振器の共振周波数とのズレを小さく抑えることができる。
【０１０９】
また、本発明に係る誘電体共振器の製造方法によれば、
｜ｄG−２｛τf×ｆTG×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜≦６（ただし、ｄ＞０）
の関係式から、誘電体の共振周波数の温度係数τfの最適範囲を特定することにより、使用温度における誘電体共振器の共振周波数と、室温２９５Ｋにおける誘電体共振器の共振周波数とのズレを小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の誘電体共振器を示す断面図である。
【図２】実施形態１の誘電体共振器における共振周波数の温度特性を示すグラフである。
【図３】実施形態１の誘電体共振器の製造方法を示す工程断面図である。
【図４】実施形態２の誘電体共振器を示し、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は斜視図（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図５】実施形態２の誘電体共振器の変形例を示す斜視図である。
【図６】実施形態３の誘電体フィルタを示す斜視図である。
【図７】実施形態４の通信機装置を示す概要図である。
【図８】実施形態５の通信機装置を示すブロック図である。
【図９】実施例１〜８で用いられた金属ケースを示す断面図である。
【図１０】実施例８の誘電体共振器における共振周波数の温度特性を示すグラフである。
【図１１】従来の誘電体共振器を示す断面図である。
【図１２】従来の誘電体共振器における共振周波数の温度特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０，２０ 誘電体共振器
１１，２１ 誘電体基板（誘電体基体）
１２，２２ａ，２２ｂ 超伝導層
１２ａ 超伝導膜
１３，２３ａ，２３ｂ 金属層
１３ａ 金属膜
１４，２４ａ，２４ｂ 超伝導電極
３５ 誘電体フィルタ
３７ａ，３７ｂ 入出力電極（外部結合手段）
４０ 通信機装置
４１ 誘電体フィルタ
４２ ＬＮＡ（増幅器）
４４ 冷凍機
４７ａ，４７ｂ ハーメチックコネクタ（外部結合手段）
５０ 通信機装置
５１ 誘電体デュプレクサ
５１ａ 入力手段
５１ｂ 出力手段
５１ｃ アンテナ接続手段
５２ 送信回路
５３ 受信回路
５４ アンテナ
Claims (9)
- 誘電体基体と、前記誘電体基体の外表面上に形成された超伝導層と、前記超伝導層上に形成された金属層と、を備え、
前記超伝導層および前記金属層により共振器用の電極を構成する誘電体共振器であって、
前記超伝導層の平均厚みをｄ（μｍ）、
前記超伝導層を構成する超伝導体の転移温度以下での誘電体共振器の使用温度をＴ（Ｋ）、
前記使用温度Ｔにおける誘電体共振器の共振周波数をｆT（ＭＨｚ）、
前記誘電体基体を構成する誘電体の共振周波数の温度係数をτf（ｐｐｍ／Ｋ）、
としたとき、
｜ｄ−２｛τf×ｆT×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜≦６（ただし、ｄ＞０）
を満足することを特徴とする誘電体共振器。 - 前記誘電体基体を構成する誘電体は、Ｂａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3系セラミック、またはＢａ（Ｓｎ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ3系セラミックであることを特徴とする、請求項１に記載の誘電体共振器。
- 前記超伝導層の平均厚みｄは、２≦ｄ≦１２の範囲にあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の誘電体共振器。
- 請求項１から請求項３のいずれかに記載の誘電体共振器と、前記誘電体共振器に接続された外部結合手段と、を備えることを特徴とする、誘電体フィルタ。
- 少なくとも二つの誘電体フィルタと、
前記誘電体フィルタに接続される入出力手段と、
前記誘電体フィルタに共通に接続されるアンテナ接続手段と、
を備え、
前記誘電体フィルタの少なくとも一つが請求項４に記載の誘電体フィルタであることを特徴とする誘電体デュプレクサ。 - 請求項４に記載の誘電体フィルタと、
前記誘電体フィルタに接続された増幅器と、
前記誘電体フィルタおよび前記増幅器にそれぞれ接続された外部結合手段と、
前記誘電体フィルタを冷却する冷凍機と、
を備えることを特徴とする通信機装置。 - 請求項５に記載の誘電体デュプレクサと、
前記誘電体デュプレクサの少なくとも一つの入出力手段に接続される送信回路と、
前記送信回路に接続される前記入出力手段と異なる少なくとも一つの入出力手段に接続される受信回路と、
前記誘電体デュプレクサのアンテナ接続手段に接続されるアンテナと、
を備えることを特徴とする通信機装置。 - 誘電体基体と、前記誘電体基体の外表面上に形成された超伝導層と、前記超伝導層上に形成された金属層と、を備え、
前記超伝導層および前記金属層により共振器用の電極を構成する誘電体共振器の製造方法であって、
前記超伝導層を構成する超伝導体の転移温度以下での誘電体共振器の使用温度Ｔ（Ｋ）における、誘電体共振器の共振周波数の目標値ｆTG（ＭＨｚ）を設定し、
前記誘電体基体を構成する誘電体の共振周波数の温度係数τf（ｐｐｍ／Ｋ）を測定し、
｜ｄ−２｛τf×ｆTG×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜≦６（ただし、ｄ＞０）
で表される関係式にｆTG，τfの値を代入して、前記超伝導層の平均厚みｄ（μｍ）の最適範囲を特定する工程と、
前記超伝導層の平均厚みが前記最適範囲に収まるように、前記誘電体基体の外表面上に、加熱後に前記超伝導層となる超伝導膜を形成する工程と、
前記超伝導膜上に、加熱後に前記金属層となる金属膜を形成する工程と、
前記超伝導膜および前記金属層を加熱する工程と、
を備えることを特徴とする、誘電体共振器の製造方法。 - 誘電体基体と、前記誘電体基体の外表面上に形成された超伝導層と、前記超伝導層上に形成された金属層と、を備え、
前記超伝導層および前記金属層により共振器用の電極を構成する誘電体共振器の製造方法であって、
前記超伝導層を構成する超伝導体の転移温度以下での誘電体共振器の使用温度Ｔ（Ｋ）における、誘電体共振器の共振周波数の目標値ｆTG（ＭＨｚ）を設定し、
前記超伝導層の平均厚みの目標値ｄG（μｍ）を設定し、
｜ｄG−２｛τf×ｆTG×（２９５−Ｔ）×１０-6｝｜≦６（ただし、ｄG＞０）
で表される関係式にｆTG，ｄGの値を代入して、前記誘電体基体を構成する誘電体の共振周波数の温度係数τf（ｐｐｍ／Ｋ）の最適範囲を特定する工程と、
前記最適範囲に収まる共振周波数の温度係数を有する誘電体からなる誘電体基体を準備する工程と、
前記誘電体基体の外表面上に、加熱後に前記超伝導層の平均厚みがｄGとなるように超伝導膜を形成する工程と、
前記超伝導膜上に、加熱後に前記金属層となる金属膜を形成する工程と、
前記超伝導膜および前記金属層を加熱する工程と、
を備えることを特徴とする、誘電体共振器の製造方法。
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