JP5115314B2 - 立体フィルタ及びチューナブルフィルタ装置 - Google Patents

Description

本発明は、立体フィルタとこれを用いたチューナブルフィルタ装置に関し、特に高周波信号の伝送に適した立体フィルタ及びチューナブルフィルタ装置の構成に関する。

従来の電力レベル用に構成されたバンドパスフィルタを、コグニティブ無線の基地局のマイクロ波帯の高周波（ＲＦ）送信系に応用するには、大電力に耐え、高Ｑ値を有し、かつ通過域の中心周波数が広範囲にわたって可変であることが望まれる。これらのすべての条件を同時に向上させることは容易ではない。

数ＧＨｚ以下の基地局用ＲＦフィルタのうち、数ワット（Ｗ）以下の小さい信号電力を扱う受信用には、同軸共振器型、誘電体共振器型、超伝導共振器型などの種類が用いられている。これらの受信側フィルタには、小型化よりは、むしろ高い周波数選択性が望まれる。高い周波数選択性の点で、酸化物高温超伝導体膜を用いた共振回路を備える受信フィルタは、高い無負荷Ｑ値が得られ、有利である。

一方、大電力を扱う送信用のフィルタでは、超伝導型の場合、小型化と電力特性（耐電力等）の両立が容易ではなく、大きな課題となっている。

超伝導フィルタのうち、平面回路型の構造では、誘電体基板上に超伝導材料で共振器パターンが形成されている。このような平面回路型の超伝導フィルタにおいて、小型化と電力向上を図る試みとして、
（ａ）共振器回路の超伝導膜のパターンを円形、多角形などのパッチ形状にして、ＴＭモードなどで電流密度集中を緩和する、或いは、
（ｂ）粒界、不純物などの制御を試み、より良質な酸化物高温超伝導体膜を開発して用いる、という手法が提案されている。

平面回路型共振器上に、共振器パターンが形成された誘電体基板以外の誘電体ブロックを配置することによって、超伝導体への電流密度の集中をある程度緩和できることも知られている。

一方、超伝導フィルタの立体構造においては、その基本構造として、共振器を中心とした検討や、加速空洞への応用検討が行われてきた。酸化物高温超伝導体を用いた共振器では、誘電体ブロックの上下に超伝導膜を配置する構造で数十万〜百万以上の高い無負荷Ｑの報告が見られる（たとえば、非特許文献１及び２参照）。

酸化物超伝導体を用いた共振器フィルタでチューナブル化を検討した報告も見られる。たとえば、酸化物超伝導体膜で形成された平面共振器パターンの上方に誘電体板を配置し、上方の誘電体板の上下位置を調整する構成が知られている（たとえば、特許文献１参照）。この構成では、圧電素子に電圧を印加して変位させることによって、誘電体板の上下位置を調整している。
特開２００２−２０４１０２号公報 T.Hashimoto andY.Kobayashi, "Frequency dependence measurements of surfaceresistance of superconductors using four modes in a sapphire rodresonator," IEICE Trans. Electron., VOL. E86-C, No. 8, pp.1721 -1728, Aug. 2003. T. Hashimoto andY. Kobayashi, "Two-Sapphire-Rod-Resonator Method to Measure theSurface Resistance of High-Tc Superconductor Films," IEICE Trans. Electron.,Vol. E87-C, No. 5, pp.681-688, May. 2004

しかし、公知例の超伝導チューナブルフィルタの構成では、Ｑ特性の劣化を招きやすい。また、実用性の高い急峻な周波数遮断特性を実現にするのに必要な多段動作で、数十Ｗ以上の大電力動作させることは、課題として残されている。

そこで、本発明は、高周波フィルタにおいて、上述した問題を改善できるチューナブルなフィルタ構造を実現することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の側面では、立体フィルタを提供する。立体フィルタは、
互いに対向する一対の超伝導膜と、
誘電体からなり、前記一対の超伝導膜の間に位置する立体共振器と、
を含み、前記一対の超伝導膜の一方は、前記立体共振器に対して可動に構成される。

第２の側面では、立体フィルタを採用したチューナブルフィルタ装置を提供する。チューナブルフィルタ装置は、
導体容器と、
前記導体容器内に配置され、互いに対向する一対の超伝導膜と前記一対の超伝導膜の間に位置する立体共振器とを含む立体フィルタであって、前記一対の超伝導膜の一方は、前記導体容器内で可動に保持される立体フィルタと、
前記一方の超伝導膜の可動方向と直交する方向で、前記導体容器に接続される第１及び第２の導波管と、
を含む。

第３の側面では、立体フィルタを多段にしたチューナブルフィルタ装置を提供する。この多段チューナブルフィルタ装置は、
隣接して配置される第１及び第２の導体容器と、
前記第１及び第２の導体容器の隣接面に形成された開口部と、
前記第１及び第２の導体容器内にそれぞれ配置される第１及び第２の立体フィルタと、
前記第１の導体容器と前記第２の導体容器の間に挿入されて、前記開口部の面積を可変にするシャッターと、
を備える。

上述した構成により、マイクロ波電力に適し、かつ周波数特性をチューナブルにできる立体フィルタと、チューナブルフィルタ装置が実現する。

添付図面を参照して、本発明の良好な実施形態を説明する前に、本発明の基本構成について説明する。実施例において、立体共振器として誘電体ブロックを用いて、立体フィルタを構成する。誘電体ブロック（又は立体共振器）の信号伝搬方向に垂直な方向の両側、たとえば上方と下方に、それぞれ超伝導膜を配置し、一方の超伝導膜の誘電体ブロックに対する相対位置を変化させて、共振周波数を可変にする。

図１は、本発明の実施例１によるチューナブルフィルタ装置１の概略構成図である。チューナブルフィルタ装置１は、立体共振器としての誘電体ブロック１１と、誘電体ブロック１１の下方に配置される超伝導膜１２と、誘電体ブロック１１の上方に移動可能に配置される超伝導膜１３ｂとを含む。図１の例では、誘電体ブロック１１に対する超伝導膜１３ｂの位置は、駆動メカニズム２９を用いて可変にする。

可動の超伝導膜１３ｂは、誘電体基板１３ａの誘電体ブロック１１に対向する側の面（対向面）に形成されている。誘電体基板１３ａと超伝導膜１３ｂとで、超伝導膜付きの誘電体基板１３とする。誘電体ブロック１１の下方に位置する超伝導膜１２は、誘電体基板１０の裏面に形成され、固定されている。一対の超伝導膜１２、１３ｂと、誘電体ブロック１１とで、立体フィルタ５を構成する。立体フィルタ５は、銅、アルミニウム、これらの合金等で形成された導体容器２２内に配置されている。導体容器２２の内側の側壁も、超伝導膜付き基板で覆われていることが望ましい。なお、図１の例では、信号（電磁波）の伝搬方向は、矢印で示すように紙面の水平方向、左側から右側方向である。

超伝導膜付き誘電体基板１３は、駆動メカニズム２９に接続されている。駆動メカニズム２９は、たとえば、導体容器２２を貫通して超伝導膜付き誘電体基板１３に連結する可動軸２４と、バネ２５と、アクチュエータ２７と、アクチュエータ可動部（変位部）２６と、ボールジョイント２３を含む。アクチュエータ２７は、ＰＺＴ等の材料を用いたオイルレスの圧電アクチュエータ（回転式、リニア式）を構成する。ボールジョイント２３は、アクチュエータ２７と可動軸２４との相互の軸向きのずれによる動きを補償する。アクチュエータ２７と可動軸の２４を直結する方式を用いる場合は、ボールジョイント２３とバネ２５を省くことができる。

図１の立体フィルタ５は、送信用フィルタへの適用が可能であり、立体フィルタ５への信号の入出力に導波管３０Ａ、３０Ｂを用いる。導波管３０Ａを伝搬してきた信号（電磁波）は、導体容器２２の開口３１Ａを通って、誘電体ブロック１１に入射し、誘電体ブロック１１の固有共振周波数に対応する成分が取り出される。誘電体ブロック１１を通過した信号は、反対側の開口３１Ｂから導波管３０Ｂへと出力される。

導波管３０Ａ、３０Ｂは、たとえば方形導波管であり、信号はＴＥモードで進行する。開口３１Ａから導体容器３３内に侵入した電磁場は、誘電体ブロック１１においてＴＭモードになり、共振電界は誘電体ブロック１１に集中する。これにより、超伝導膜１３ｂへの局所的な電界集中を抑制することができるので、平面回路型の超伝導共振器に比べて、耐電力の点で有利である。

なお、導波管３０Ａを伝搬してきた信号を共振させて導体容器２２内に通すために、導体容器２２の開口３１Ａは、導波管３０Ａの断面（伝搬方向に垂直な断面）よりも狭められている。すなわち、開口３１Ａを通して、共振条件を満たす特定の周波数をもったマイクロ波のみが金属容器２２内に入射する。同様のことが、出力側の開口３１Ｂと導波管３０Ｂに当てはまる。

チューナブルフィルタ装置１の全体は、冷却容器内に配置される。超伝導の臨界温度Ｔｃよりも十分低い温度では、高い無負荷Ｑ値を有した電磁界共振器として動作する。

図２は、立体フィルタ５構成例を示す。図２（ａ）の例では、固定側の超伝導膜１２は、ＭｇＯ（１００）結晶、ＬａＡｌＯ₃（１００）結晶などの誘電体基板１０の裏面に、ＹＢＣＯ（YBa₂Cu₃O_X, ｘ=6.90〜6.99）等の超伝導材料を用いて形成されている。誘電体基板１０は、立体フィルタ５の基部として機能する。誘電体ブロック１１は、誘電体基板１０から突出する円柱状のブロックであり、アルミナ、サファイア、チタニアなどを用いる。なお、誘電体ブロック１１に用いられる「ブロック」という用語は、「立体的なかたまり」という程度の意味である。誘電体ブロック１１上には、上述のように、超伝導膜１３ｂが形成された誘電体基板１３ａが配置され、駆動メカニズム２９に接続されている。

図２（ｂ）に立体フィルタ５の組み立て例を示す。ＭｇＯ、ＬａＡｌＯ₃等の単結晶誘電体基板１０の超伝導膜１２と反対側の面に、超音波ミリング等で、窪み１５を形成する。窪み１５の直径は、円柱形の誘電体ブロック１１の直径と同程度である。窪み１５に誘電体ブロック１１をはめ込むことで、基部と突出部を有する立体フィルタ５の本体形状が出来上がる。

或いは、図２（ｃ）に示すように、アルミナ焼結した誘電体ブロック４１をＭｇＯ（１００）基板４２に貼り付ける構成としてもよい。ＭｇＯ基板４２の裏面は、超伝導膜３９で覆われている。誘電体ブロック４１は、フランジ４１ｂを有し、ＭｇＯ基板４２と、フランジ４１ｂとで、立体フィルタの基部を構成する。なお、ＭｇＯ（１００）基板４２に代えて、ＬａＡｌＯ3（１００）基板を用いてもよい。また、ＹＢＣＯ／ＣｅＯ2／Ａｌ2Ｏ3の積層構造からＡＬ2Ｏ3を加工して、超伝導膜付きの立体フィルタ構成を作製してもよい。この場合、ＣｅＯ2膜の膜厚は５０ｎｍ程度である。

図３は、図１の構成を有するチューナブルフィルタ装置１の周波数特性測定用のシミュレーションサンプル（モデル）の概略図である。図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、導体容器２２内に、直径８ｍｍ、高さ８ｍｍの円柱状の誘電体ブロック１１が配置され、誘電体ブロック上に、直径８ｍｍの超伝導膜１３ｂが可動に配置される。誘電体ブロック１１の底面には超伝導膜１２が形成されている。導体容器２２のサイズは２０×１１ｍｍ×１０ｍｍ（ｈ＝１０）である。導体容器２２の両側に、導波管３０Ａ、３０Ｂが位置する。各導波管３０は、４０×１９．５mm×２０mm（ｈ＝２０）である。

誘電体ブロック１１を、誘電率９．８の高純度のＡｌ2Ｏ3とし、超伝導膜１３ｂを良質なｃ軸配向ＹＢＣＯエピタキシャル膜とし、損失は無いものと仮定する。導体容器２２の開口３１Ａ、３１Ｂは、１×１×１０ｍｍのスリット２５により伝搬幅が両側から１ｍｍずつ、狭められている。実際のデバイスでは、スリット２５に代えて、伝搬路内に挿入されるスライド板（不図示）を用いて、開口３１Ａ、３１Ｂの幅を可変にしてもよい。

このような条件で、超伝導膜１３ｂの高さ位置を変えて、誘電体ブロック１１と超伝導膜１３ｂとの間の距離Ｌup（uptune）を可変にする。超伝導膜１３ｂが、導体容器２２の天井にある場合、Ｌup＝２ｍｍである。この位置から、超伝導膜１３ｂを徐々に誘電体ブロック１１に近づけて、その周波数特性を測定する。

図４Ａ及び図４Ｂは、測定結果を示すグラフであり、それぞれＳ２１（透過）特性と、Ｓ１１（反射）特性を示す。図中、３．７５ＧＨｚ辺りで特性プロファイル）が著しく落ち込んでいるのは、サンプルの超伝導チューナブルフィルタ装置が、５ＧＨｚ帯の高周波用に設計されており、断面が４０×１９．５ｍｍの導波管３０の特性として、３．７５ＧＨｚ以下の周波数の電磁波を伝搬させないからである。

グラフにおいて、超伝導膜１３ｂと誘電体ブロック１１との間の間隔Ｌupを２ｍｍから、１．５ｍｍ、１．０ｍｍ、０．５ｍｍ、０．４ｍｍ、０．３mmと変化させて、超伝導膜１３ｂを誘電体ブロック１１に近づけていくと、中心周波数ｆ₀は、低い側へシフトし、バンドパスの中心周波数を広範囲に可変（チューナブル）にできることがわかる。特に、４．２〜４．５ＧＨｚあたりでは、特性を維持したまま、中心周波数を微調整することができる。

図３、図4Ａ及び図４Ｂに示すサンプルの条件で、共振周波数を５ＧＨｚ帯とした設計では、無負荷Ｑ値（Ｑu）が数万以上の高い値を達成できる。さらに材料を高品質化し、構造寸法や条件を最適化すれば、１００万以上のＱuを得ることができる。

次に、図５を参照して、実施例１の立体共振フィルタを多段に構成した、実施例２のチューナブルフィルタ装置５０について説明する。図５の例では、二段バンドパスフィルタとする。チューナブルフィルタ装置５０は、導体容器５２Ａ、５２Ｂを有し、それぞれの導体容器５２Ａ、５２Ｂ内に立体フィルタ５５Ａ、５５Ｂが配置されている。

各立体フィルタ５５Ａ（又は５５Ｂ）は、実施例１と同様に、誘電体ブロック６１Ａ（又は６１Ｂ）と、底面側の誘電体板６０Ａ（又は６０Ｂ）の裏面に形成される超伝導膜６２Ａ（又は６２Ｂ）と、上方で上下移動可能に保持される誘電体基板５３ａ（又は５３ａ’）に形成された超伝導膜５３ｂ（又は５３ｂ’）を含む。誘電体基板５３ａと超伝導膜５３ｂを合わせて、超伝導膜付き誘電体基板５３Ａ（又は５３Ｂ）とする。誘電体ブロック６１の素材や構成、超伝導膜の素材については、実施例１と同様なので、説明を省略する。

２つの導体容器５２Ａと５２Ｂの隣接面には、それぞれオリフィス（開口）１１４Ａ、１１４Ｂが設けられている。導体容器５２Ａと５２Ｂの間はスリット１１５が設けられ、スリット１１５内にシャッター１１３が挿入されて、オリフィス１１４Ａ，１１４Ｂの面積を調整する。シャッター１１３はこの例では両面が超伝導膜で覆われた誘電体基板である。

シャッター１１３の駆動機構として、たとえば、ＰＺＴ等のオイルレス圧電アクチュエータ１０２と、可動軸１２６と、可動軸１２６の上下運動を案内するガイド１１４と、バネ１２５とを用いることができる。シャッター１１３を上下動することで、左右の立体フィルタ（具体的には、共振器としての誘電体ブロック６１Ａ、６１Ｂ）の電磁界の結合量を調整することができる。なお、調整機構としては、シャッター１１３や駆動機構の使用に限定されず、オリフィス１１４Ａ，１１４Ｂでの電磁界結合を変化させることができる任意の調整機構を用いることができる。また、図５の例では、シャッター１１３は上下方向に移動してオリフィス１１４Ａ、１１４Ｂでの結合を調整するように構成されているが、シャッターを水平方向に移動可能にしてオリフィス１１４Ａ、１１４Ｂの面積を変化させる構成にしてもよい。

実施例１と同様に、各導体容器５２Ａ、５２Ｂ内に保持される超伝導膜付き誘電体基板５３Ａ、５３Ｂは、対応する駆動メカニズム６９Ａ、６９Ｂに接続され、それぞれ誘電体ブロック６１Ａ、６１Ｂに対する垂直位置が可変に制御される。これにより、各立体フィルタの共振周波数を調整して揃えることができる。駆動メカニズム６９Ａ、６９Ｂの構成は、実施例１と同様であり、詳細は省略するが、主要素として、それぞれ可動軸６４Ａ、６４Ｂ、バネ６５Ａ、６５Ｂ、ボールジョイント６３Ａ、６３Ｂ、圧電アクチュエータ６７Ａ、６７Ｂとその可動部（変位部）６６Ａ、６６Ｂを含む。

各導体容器５２Ａ、５２Ｂのオリフィス１１４側と反対側に、開口５１Ａ、５２Ｂが設けられ、それぞれ導波管３０Ａ、３０Ｂに接続されている。なお、実施例１と同様に、導体容器５２Ａ、５２Ｂの内側の側壁は、超伝導膜付き誘電体基板１１２で覆われている。

実施例２の多段フィルタでの信号の流れは以下の通りである。導波管３０Ａにより導入された信号は、第１の立体共振器としての誘電体ブロック６１Ａに入射する。誘電体ブロック６１Ａの固有共振周波数に対応する信号が誘電体ブロック６１Ａを通過する。通過信号の一部は、シャッター１１３により面積が調整されたオリフィス１１４Ａ、１１４Ｂを通過し、残りは反射される。オリフィス１１４Ａ、１１４Ｂを通過した信号は、第２の立体共振器としての誘電体ブロック６１Ｂに入射する。誘電体ブロック６１Ｂの固有共振周波数に対応する信号は、開口５１Ｂから導波管３０Ｂに取り出される。

上述のように、第１及び第２の立体共振器（誘電体ブロック）６１Ａ、６１Ｂの共振周波数は、超伝導膜５３ｂ、５３ｂ’の位置を調整することによって、互いに一致するように調整されている。また、シャッター１１３の位置を調整してオリフィス１１４Ａ、１１４Ｂの面積を調整することで、誘電体ブロック６１Ａと６１Ｂの間の共振電磁界の結合を変化させ、帯域幅を可変にする。すなわち、実施例２では、中心周波数と帯域幅の双方がチューナブルな二段バンドパスフィルタとして動作させることができる。

このような二段バンドパスフィルタの全体は、真空冷却室（不図示）に入れられる。超伝導の臨界温度Ｔｃより十分低い温度では、誘電体ブロック６１Ａ、６１Ｂの各々が、高い無負荷Ｑ値を有する電磁界共振器として動作する。また、誘電体ブロック６１Ａ、６１Ｂを円柱形にした場合は、伝搬してきた電磁波の電界を集中させることができ、超伝導膜への局所的な電界集中を防止することができる。

図６は、実施例２のチューナブルフィルタ装置５０のチューニング効果を示す模式図である。オリフィス１１４Ａ、１１４Ｂの結合調整をしないで、第１及び第２の立体共振器（誘電体ブロック）６１Ａ、６１Ｂの上方で、超伝導膜付き基板５３Ａ、５３Ｂを上限位置から同じ量だけ下げていくと、ピークが分かれて破線のような双峰のカーブとなる。しかし、この場合、オリフィス１１４Ａ、１１４Ｂの結合開口部を広げるように調整し（実施例２ではシャッター１１３を上げることによって）、誘電体ブロック６１Ａ、６１Ｂ間の結合を強くしていくと、破線の双峰カーブから、実線のように、単峰に近いカーブを得ることができる。

図７Ａ、図７Ｂ、及び図７Ｃは、実施例２の立体型の２段フィルタのシミュレーションサンプル（モデル）を示す図である。導体容器５２Ａの入力側と、導体容器５２Ｂの出力側に、40×19.5×20（ｍｍ）の導波管７０Ａ、７０Ｂがそれぞれ接続される。導波管７０Ａの開口７１Ａは、入力ポートとなり、導波管７０Ｂの開口７１Ｂは、出力ポートとなる。

導体容器５２Ａ、５２Ｂの中に、直径８ｍｍ、高さ８ｍｍの円柱形の誘電体ブロック６１Ａ、６１Ｂがそれぞれ配置されている。導体容器５２Ａ、５２Ｂの高さは１５mmであり、誘電体ブロック６１Ａ、６１Ｂの上方に、超伝導膜付きの誘電体基板５３Ａ、５３Ｂがそれぞれ配置されている。誘電体ブロック６１Ａ、６１Ｂの底面には超伝導膜６２Ａ、６２Ｂが形成されている。

超伝導膜付き誘電体基板５３Ａ，５３Ｂの厚さ、すなわち誘電体基板５３ａ、５３ａ’の上面から超伝導膜５３ｂ、５３ｂ’の下面（誘電体ブロック６１Ａ、６１Ｂに対する対向面）までの距離をＤupとし、Ｄupを変化させることによって、超伝導膜５３ｂ、５３ｂ’と、誘電体ブロック６１Ａ、６１Ｂとの間の距離を調整する。

また、２つの導体容器５２Ａ、５２Ｂの間に、結合調整板（シャッター１１３、図５参照）が両側から水平に挿入して、オリフィス１１４の幅（又は面積）を調整する。このときの結合調整板の片側の突出量を、結合調整板長さＬｓとする。

図８Ａ〜図８Ｃは、図７のシミュレーションモデルで、結合調整板長さＬｓを６ｍｍに固定し、超伝導膜付き誘電体基板５３Ａ、５３Ｂの厚さＤupを、４mm、５ｍｍ、６ｍｍと変化させた、すなわち、超伝導膜５３ｂ、５３ｂ’を誘電体ブロック６１Ａ、６１Ｂに近づけていったときの特性の変化を示すグラフである。超伝導膜５３ｂ、５３ｂ’を近づけることによって、フィルタとしての特性が発現し、中心周波数は低い方へシフトし、所望帯域（この例では５ＧＨｚ帯）での反射を小さくすることができる。

一方、図９Ａ〜図９Ｃは、図７のシミュレーションモデルで、超伝導膜付き誘電体基板５３Ａ、５３Ｂの厚さＤupを６ｍｍに固定し、結合調整板長さＬｓを、６．５ｍｍ、９．７ｍｍ、７．０ｍｍと変化させた、すなわち、オリフィス１１４の幅を狭くしていったときの特性の変化を示すグラフである。結合調整板長さＬｓを６．５ｍｍから６．７ｍｍに増やしてオリフィス１１４の幅を狭めると、信号帯域幅が小さくなるが、狭めすぎると、図９Ｃのようにフィルタとしての特性が得られなくなる。

なお、図９ＢのグラフのＳ２１特性の低周波部分が落ち込んでいるのは、シミュレーションサンプルが５ＧＨｚ帯の高周波用に設計されており、断面が４０×１９．５ｍｍの導波管７０Ａ、７０Ｂの特性として、３．７５ＧＨｚ以下の周波数の電磁波を伝搬させないからである。

このように、立体フィルタを２段に構成した場合でも、誘電体ブロック６１Ａ、６１Ｂに対する超伝導膜５３ｂ、５３ｂ’の位置と、立体フィルタ間のオリフィスの幅の少なくとも一方を調整することによって、チューナブルフィルタ装置５０の実際の使用中に、中心周波数と帯域幅の少なくとも一方を調整することができる。 以上、特定の構成例に基づいて実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されない。たとえば、誘電体ブロック１１、６１Ａ、６１Ｂは、円柱形に限定されず直方体であってもよい。超伝導膜としては、ＹＢＣＯに限定されず、Ｎｂ、Ｎｂ-Ｔｉ、ＮｂＳｎ3、Ｐｂ、Ｐｂ合金などの金属系超伝導体や、ＲＢＣＯ（Ｒ：Ｎｄ、Ｓｍ、Ｈｏ、Ｇｄ）、ＢＳＣＣＯなどの酸化物高温超伝導体を用いることができる。また、共振器として用いられる誘電体ブロックも、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｒの１種類以上の酸化物を含有した結晶や、セラミックス材料を用いることができる。

上述した実施例の構成では、以下の効果が得られる。
・導体損失が小さい超伝導膜と、誘電損失の小さい誘電体ブロック共振器で構成される立体フィルタを用いるので、高い無負荷Ｑ（Ｑｕ）を得ることができる。
・誘電体ブロックに共振電界が集中する構造なので、超伝導膜への電磁界集中を抑制することができ、平面回路型の超伝導共振器に比べ、耐電力の点で有利である。
・通過域の中心周波数と帯域を調整できるチューナブルバンドパス特性を得ることができる。

このような立体フィルタとチューナブルフィルタ装置は、無線通信システムにおいて実現化されつつある電波の共同利用、すなわち空いている周波数を積極的に利用する無線リソースの効率利用に適する。

以上の説明に対して以下の付記を提示する。
（付記１）互いに対向する一対の超伝導膜と、
誘電体からなり、前記一対の超伝導膜の間に位置する立体共振器と、
を含み、
前記一対の超伝導膜の一方は、前記立体共振器に対して可動であることを特徴とする立体フィルタ。
（付記２）前記一対の超伝導膜は、前記立体共振器に対する信号伝搬経路を挟んで両側に配置されることを特徴とする付記１に記載の立体フィルタ。
（付記３）前記立体共振器の上方に位置する第１の誘電体基板と、
前記立体共振器の下方に位置する第２の誘電体基板と、
をさらに含み、
前記一方の超伝導膜は、前記第１の誘電体基板の、前記立体共振器との対向面に形成され、
他方の超伝導膜は、前記第２の誘電体基板の前記立体共振器と反対側の面に形成されていることを特徴とする付記１又は２に記載の立体フィルタ。
（付記４）前記第２の誘電体基板は窪みを有し、前記立体共振器は、前記窪みに嵌合されることを特徴とする請求項３に記載の立体フィルタ。
（付記５）前記第１の誘電体基板に連結される駆動メカニズム、
をさらに含むことを特徴とする付記３又は４に記載の立体フィルタ。
（付記６）前記立体共振器は、円柱形又は直方体の誘電体ブロックであることを特徴とする付記１〜５のいずれかに記載の立体フィルタ。
（付記７）導体容器と、
前記導体容器内に配置され、互いに対向する一対の超伝導膜と前記一対の超伝導膜の間に位置する立体共振器とを含む立体フィルタであって、前記一対の超伝導膜の一方は、前記立体共振器に対して可動に保持される立体フィルタと、
前記一方の超伝導膜の可動方向と直交する方向で、前記導体容器に接続される第１及び第２の導波管と、
を含むチューナブルフィルタ装置。
（付記８）前記導体容器は、前記第１及び第２の導波管との接続面に開口部を有し、
前記開口部に対して水平方向に挿入可能なスライド板をさらに有することを特徴とする付記７に記載のチューナブルフィルタ装置。
（付記９）前記立体共振器に対する前記一方の超伝導膜の位置を変化させる駆動メカニズム、
をさらに有することを特徴とする付記７又は８に記載のチューナブルフィルタ装置。
（付記尾１０）隣接して配置される第１及び第２の導体容器と、
前記第１及び第２の導体容器の隣接面に形成された開口部と、
前記第１及び第２の導体容器内にそれぞれ配置される第１及び第２の立体フィルタと、
前記第１及び第２の導体容器の間に挿入されて、前記開口部の面積を可変にするシャッターと、
を備えるチューナブルフィルタ装置。
（付記１１）前記第１及び第２の立体フィルタの各々は、一対の超伝導膜と、前記一対の超伝導膜の間に位置する立体共振器とを含み、
前記一対の超伝導膜の一方は、前記立体共振器に対して可動に保持されることを特徴とする付記１０に記載のチューナブルフィルタ装置。
（付記１２）前記開口部と反対側で前記第１の導体容器に接続される第１の導波管と、
前記隣接側と反対側で前記第２の導体容器に接続される第２の導波管と、
をさらに含み、
前記各立体フィルタの前記一方の超伝導膜の可動範囲は、前記第１及び第２の導波管の延びる方向と垂直であることを特徴とする付記１０又は１１に記載のチューナブルフィルタ装置。

本発明の実施例１のチューナブルフィルタ装置の概略構成図である。 図１のチューナブルフィルタ装置で用いられる立体フィルタの構成例である。 実施例１のチューナブルフィルタの周波数特性を測定するシミュレーションサンプルの概略図である。 実施例１のチューナブルフィルタの特性（Ｓ２１）のグラフである。 実施例１のチューナブルフィルタの特性（Ｓ１１）のグラフである。 本発明の実施例２の二段チューナブルフィルタ装置の概略構成図である。 図５の二段チューナブルフィルタ装置のチューニング効果を説明するための模式図である。 実施例２の二段チューナブルフィルタ装置のシミュレーションモデルサンプルの図である。 実施例２の二段チューナブルフィルタ装置のシミュレーションサンプルの図である。 実施例２の二段チューナブルフィルタ装置のシミュレーションサンプルの図である。 結合調整板長さＬｓを一定にし、超伝導膜付き誘電体基板の厚さＤupを変化させたときの特性グラフである。 結合調整板長さＬｓを一定にし、超伝導膜付き誘電体基板の厚さＤupを変化させたときの特性グラフである。 結合調整板長さＬｓを一定にし、超伝導膜付き誘電体基板の厚さＤupを変化させたときの特性グラフである。 超伝導膜付き誘電体基板の厚さＤupを一定にし、結合調整板長さＬｓを変化させたときの特性グラフである。 超伝導膜付き誘電体基板の厚さＤupを一定にし、結合調整板長さＬｓを変化させたときの特性グラフである。 超伝導膜付き誘電体基板の厚さＤupを一定にし、結合調整板長さＬｓを変化させたときの特性グラフである。

符号の説明

１、５０ チューナブルフィルタ装置
１０、６０Ａ、６０Ｂ 誘電体基板（第２の誘電体基板）
１１、６１Ａ、６１Ｂ 誘電体ブロック（立体共振器）
１２、６２Ａ、６２Ｂ 超伝導膜
１３、５３Ａ、５３Ｂ 超伝導膜付き誘電体基板
１３ａ、５３ａ、５３ａ’ 誘電体基板（第１の誘電体基板）
１３ｂ、５３ｂ、５３ｂ’ 超伝導膜
２９、６９Ａ、６９Ｂ 駆動メカニズム
２２、５２Ａ、５２Ｂ 導体容器
３０Ａ、３０Ｂ、７０Ａ、７０Ｂ 導波管
３１Ａ、３１Ｂ、５１Ａ、５１Ｂ 開口
１１３ シャッター
１１４、１１４Ａ、１１４Ｂ オリフィス（開口部）

Claims (8)

1. 互いに対向する一対の超伝導膜と、
   前記一対の超伝導膜の間に位置する誘電体ブロックと、
   を含み、
   前記誘電体ブロックはフランジを有し、前記フランジと同じ大きさの第１の誘電体基板上に支持され、前記一対の超伝導膜の一方は、前記第１の誘電体基板の裏面に形成され、前記一対の超伝導膜の他方は、前記誘電体ブロックの上方に可動に位置する第２の誘電体基板の前記誘電体ブロックとの対向面に形成されていることを特徴とする立体フィルタ。
2. 前記一対の超伝導膜は、前記誘電体ブロックに対する信号伝搬経路を挟んで両側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の立体フィルタ。
3. 前記第２の誘電体基板に連結される駆動メカニズム、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の立体フィルタ。
4. 導体容器と、
   前記導体容器内に配置され、互いに対向する一対の超伝導膜と前記一対の超伝導膜の間に位置する誘電体ブロックとを含む立体フィルタと、
   前記一方の超伝導膜の可動方向と直交する方向で、前記導体容器に接続される第１及び第２の導波管と、
   を含み、前記誘電体ブロックはフランジを有し、前記フランジと同じ大きさの第１の誘電体基板上に支持され、前記一対の超伝導膜の一方は、前記第１の誘電体基板の裏面に形成され、前記一対の超伝導膜の他方は、前記誘電体ブロックの上方に可動に位置する第２の誘電体基板の前記誘電体ブロックとの対向面に形成されていることを特徴とするチューナブルフィルタ装置。
5. 前記導体容器は、前記第１及び第２の導波管との接続面に開口部を有し、
   前記開口部に対して水平方向に挿入可能なスライド板をさらに有することを特徴とする請求項４に記載のチューナブルフィルタ装置。
6. 前記誘電体ブロックに対する前記一方の超伝導膜の位置を変化させる駆動メカニズム、
   をさらに有することを特徴とする請求項４又は５に記載のチューナブルフィルタ装置。
7. 隣接して配置される第１及び第２の導体容器と、
   前記第１及び第２の導体容器の隣接面に形成された開口部と、
   前記第１及び第２の導体容器内にそれぞれ配置される第１及び第２の立体フィルタと、
   前記第１及び第２の導体容器の間に挿入されて、前記開口部の面積を可変にするシャッターと、
   を備え、
   前記第１及び第２の立体フィルタの各々は、一対の超伝導膜と、前記一対の超伝導膜の間に位置する誘電体ブロックとを含み、
   前記誘電体ブロックはフランジを有し、前記フランジと同じ大きさの第１の誘電体基板上に支持され、前記一対の超伝導膜の一方は、前記第１の誘電体基板の裏面に形成され、前記一対の超伝導膜の他方は、前記誘電体ブロックの上方に可動に位置する第２の誘電体基板の前記誘電体ブロックとの対向面に形成されていることを特徴とするチューナブルフィルタ装置。
8. 前記シャッターの両面に超伝導膜が形成されていることを特徴とする請求項７に記載のチューナブルフィルタ装置。

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