JP6235315B2 - チューナブルフィルタ装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、フィルタの周波数特性を高速でかつ高精度に調整できるチューナブルフィルタ装置に関する。

通信機器システム等で用いられるフィルタ装置、特に、バンドパスフィルタでは、所望の周波数帯域のみを通過させ、隣接する周波数帯域間で干渉が起こらないように極めて急峻なスカート特性を有する周波数特性が求められる。また、システムの変更に柔軟に対応できるインフラの構築には、中心周波数や帯域幅などの周波数特性を可変できるバンドパスフィルタが必要不可欠である。

このような状況を鑑みて、従来から、フィルタ基板と誘電体のギャップ長を変更して周波数特性を可変にするチューナブルフィルタ装置が提案されている。

特開２００８−１７２６５２号公報 特開２００１−２１１００４号公報

上記提案されているチューナブルフィルタ装置にあっては、圧電素子を用いて誘電体を駆動するように構成しているが、圧電素子の特徴である高速高精度位置決めを十分に活かしたチューナブル機構とは言えず、また、誘電体の温度影響に起因した超伝導フィルタ特性の劣化または不安定化に課題があり、十分に満足した特性とは言えない。

目的は、温度影響を抑えてフィルタ特性の安定化と可変ギャップ長の高速高精度制御に対応し得るチューナブルフィルタ装置を提供することにある。

実施形態によれば、チューナブルフィルタ装置は、基板固定部と、フィルタ基板と、部材と、第一支持手段と、駆動要素と、第二支持手段とを備える。フィルタ基板は、基板固定部の一部に導体膜によって形成された共振素子を含む回路を有する。部材は、回路に対向する対向面を有し、誘電体または磁性体または導体材料で形成される。第一支持手段は、上記回路に対し、上記対向面が接近する第一状態と、上記対向面が第一状態より回路から離れた第二状態との間で、上記部材を可動自在に支持する。駆動要素は、上記第一支持手段に駆動力を付与する。第二支持手段は、上記第一支持手段と上記駆動要素を連結する。上記第一支持手段は、上記基板固定部に配置される。上記駆動要素は、上記基板固定部を支持する装置基台に配置される。

第１の実施形態によるチューナブルフィルタ装置の構成を示す斜視図。 第１の実施形態によるチューナブルフィルタ装置１の正面図。 第１の実施形態によるチューナブル機構の動作を説明するための図。 第１の実施形態において、歪センサを用いて構成したチューナブル機構の制御システムを示す構成図。 第１の実施形態の変形例によるチューナブルフィルタ装置の構成を示す斜視図。 第１の実施形態の変形例によるチューナブルフィルタ装置の正面図。 第２の実施形態におけるチューナブルフィルタ装置の構成を示す斜視図。 第２の実施形態におけるチューナブルフィルタ装置の正面図。 第２の実施形態によるチューナブルフィルタ装置に用いるチューナブル機構の動作を説明するための図。 第２の実施形態の変形例であるチューナブルフィルタ装置の構成を示す斜視図。 第２の実施形態の変形例であるチューナブルフィルタ装置の正面図。 第３の実施形態であるチューナブル機構の構成を示す図。 第４の実施形態であるチューナブル機構の構成を示す図。 第４の実施形態の多層部材の具体的な接続例を示す図。 第５の実施形態であるチューナブル機構の構成を示す図。 第６の実施形態であるチューナブル機構の構成を示す図。 第７の実施形態であるチューナブル機構の構成を示す図。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態を説明するに先立ち、一般的なチューナブルフィルタ装置について説明する。

本実施形態は、フィルタ基板と誘電体のギャップ長を変更して周波数特性を可変にするチューナブルフィルタ装置について提案するものである。基本は、特許文献１（特開２００８−１７２６５２号公報）及び特許文献２（特開２００１−２１１００４号公報）を代表例として参考とする。
特許文献１及び特許文献２に示すチューナブルフィルタ装置は、主に駆動要素として圧電素子を用い、誘電体を駆動するように構成されているので、チューナブル機構の小型化と位置決めの高精度化が比較的容易に実現できる。

しかしながら、特許文献１や特許文献２に代表されるようなチューナブルフィルタ装置にあっては、圧電素子の発熱に伴う温度影響でフィルタ特性が不安定化する恐れがある。

（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態におけるチューナブルフィルタ装置１について、図１〜図４を参照して説明する。図１は本実施形態によるチューナブルフィルタ装置１の構成を示す斜視図、図２はチューナブルフィルタ装置１の正面図である。

チューナブルフィルタ装置１は、コールドプレート２と、このコールドプレート２の一部に接触固定された超伝導フィルタ基板３と、例えば、アルミナ、サファイアといった誘電体４と、チューナブル機構（＃１，＃２，＃３）５と、装置基台６と、冷凍機７と、を備える。誘電体４は、超伝導フィルタ基板３の表面に超伝導膜によって形成された共振素子を含む図示しない回路に対向するように、チューナブル機構（＃１，＃２，＃３）５に取り付けられる。

チューナブル機構（＃１，＃２，＃３）５は、超伝導フィルタ基板３の図示しない回路に対し、誘電体４を接近させた第一状態と、この第一状態より誘電体４を回路から離した第二状態との間で、誘電体４を可動自在に駆動する。なお、本実施形態では、チューナブル機構（＃１，＃２，＃３）５は、超伝導フィルタ基板３の表面に略垂直な方向（矢印Ａ）に誘電体４を駆動するものとする。

装置基台６は、例えば冷凍機７を介して、コールドプレート２を支持する。冷凍機７は、コールドプレート２を低温状態に維持する。ここでの低温状態とは、超伝導フィルタ基板３（超伝導膜）を超伝導状態に維持することができる範囲の温度まで冷却した状態のことである。

さらに、チューナブル機構５は、２つの圧電素子８,９と、誘電体４を矢印Ａの方向に可動自在に支持し駆動する誘電体駆動レバー１０と、この誘電体駆動レバー１０と連結し圧電素子８,９の駆動力を誘電体駆動レバー１０に伝達する圧電駆動力伝達レバー１１と、を備える。

圧電素子８,９は、一端が装置基台６に固定され、他端が円弧状の切欠き構造からなる弾性ヒンジ１２,１３を介して圧電駆動力伝達レバー１１に連結固定されている。このため、圧電駆動力伝達レバー１１は、圧電素子８，９の少なくとも一部に接近する第一状態と、この第一状態より圧電素子８，９から離れる第二状態との間で可動自在となる。本第１の実施形態では、圧電駆動力伝達レバー１１は、圧電素子８，９に対し矢印Ａ１または矢印Ａ２の方向に可動自在となる。

また、誘電体駆動レバー１０は、一端が誘電体４に固定され、他端が弾性ヒンジ１４を介してコールドプレート２に接触固定されている。そして、誘電体駆動レバー１０と圧電駆動力伝達レバー１１は、直列に連結配置した２つの弾性ヒンジ１５,１６を介して機械的に結合されている。

図１に示すチューナブルフィルタ装置１では、３台のチューナブル機構（＃１，＃２，＃３）５を配置した構成となっている。これに限らず、チューナブル機構５の台数と設置位置は超伝導フィルタ基板３に形成される図示しない共振素子の回路条件で定まり、フィルタの設計に依存する。ギャップ長Ｇは、超伝導フィルタ基板３と誘電体４との初期空隙長で、圧電素子８,９の作動に伴い矢印Ａの方向に可変する。

次に、チューナブルフィルタ装置１の動作について説明する。図３はチューナブル機構５の動作を説明するための図で、図３（ａ）が圧電素子８,９に駆動電圧を印加していない初期状態を示す図、図３（ｂ）が圧電素子９に駆動電圧を印加して駆動変位ｘ２を付与した時の全体変形を示す解析例、図３（ｃ）が圧電素子８に駆動電圧を印加して駆動変位ｘ１を付与した時の変形を示す解析例である。また、図３（ａ）に点ａ〜点ｇを定義し、変位拡大の動作概念を以下に説明する。

図３（ｂ）の動作例では、誘電体駆動レバー１０と圧電駆動力伝達レバー１１の変位拡大機能によって、圧電素子９の駆動変位ｘ２が所定の変位拡大率に基づいて拡大され、誘電体４は概ね矢印Ａ１の方向に移動する。これにより、ギャップ長Ｇが可変する。

より詳細には、点ａを支点，点ｂを力点，点ｄを作用点とする圧電駆動力伝達レバー１１の第一の変位拡大機能と、点ｅを支点，点ｆを力点，点ｇを作用点とする誘電体駆動レバー１０の第二の変位拡大機能からなる２段構成の変位拡大機構を形成しているので、仮に、点ａを支点，点ｂを力点，点ｇを作用点とする仮想レバーの１段変位拡大機構に比べて大きな変位量が得られる。

本図寸法条件では、約２倍の変位量が得られる。圧電駆動力伝達レバー１１の変位拡大率は約３．８、誘電体駆動レバー１０の変位拡大率は約２．７であり、２段構成の変位拡大率としては約１０となる。一方、仮想レバーの１段変位拡大率は５であるので、約２倍の変位量が得られる。

この結果、大きな変位量が得やすい機構の特徴から、チューナブル機構の小型化が期待できる。なお、上記内容は変位拡大機構の機能概念を説明したものであって、正確な移動量を示すものではない。誘電体３の実際の移動量は、先に述べた支点と力点および作用点間の距離だけでは決まらず、誘電体駆動レバー１０と圧電駆動力伝達レバー１１および弾性ヒンジ１２〜１６の機械剛性や駆動周波数に大きく影響を受けるので、構造解析等による詳細な設計評価を行って移動量を見積る必要がある。

図３(ｃ)の動作例では、圧電素子８の駆動変位ｘ１が所定の変位拡大率に基づいて拡大され、誘電体４は概ね矢印Ａ２の方向に移動する。これにより、ギャップ長Ｇが可変する。この時の変位拡大機構概念では、点ｂを支点，点ａを力点，点ｄを作用点とする圧電駆動力伝達レバー１１の第一の変位拡大機能を形成している。

他の動作例としては、圧電素子８,９を同時に駆動する場合があり、いわゆるプッシュプル駆動を行った場合の変位拡大機構概念では、点ｃを支点，点ａ,ｂを力点，点ｄを作用点とする圧電駆動力伝達レバー１１の第一の変位拡大機能を形成している。

なお、弾性ヒンジ１２〜１６は、少なくとも誘電体４の可動方向（矢印Ａ１またはＡ２の方向）の剛性が低く、可動方向以外の方向には剛性が高い。

図４は、歪センサ１７を用いて構成したチューナブル機構５の制御システム１８を示す構成図である。

弾性ヒンジ１４の位置近傍には、歪センサ１７が貼付けられる。歪センサ１７は、弾性ヒンジ１４の弾性変形に伴って発生する歪量を測定する。この測定された歪情報は制御システム１８に供給される。

より具体的には、歪センサ１７のセンサ信号は、歪センサ信号処理回路１９に供給される。この歪センサ信号処理回路１９は、入力されたセンサ信号に対し、所定の信号処理を施し、出力信号をコントローラ２１に出力する。コントローラ２１は、歪センサ信号処理回路１９の出力信号、及びオペレータにより入力される指令値に基づいて、圧電素子８,９の操作信号２２を得る。

そして、圧電素子駆動回路２３は、操作信号２２に基づいて、圧電素子８の駆動電圧２４ａと圧電素子９の駆動電圧２４ｂを生成してそれぞれの圧電素子８，９に印加する。これにより、歪センサ１７による歪量で誘電体位置を間接的に測定（推定）するチューナブル機構５の誘電体位置フィードバック制御を構築することができる。

従って、誘電体駆動レバー１０と圧電駆動力伝達レバー１１および弾性ヒンジ１２〜１６の機械剛性に起因した影響や非線形特性を補正して可変ギャップ長の高精度化を実現すると共に、振動影響や環境温度変化および長期駆動や高速駆動に伴う圧電素子８,９の発熱等に起因した温度影響（熱膨張）によるギャップ長変化に対応でき更なる可変ギャップ長の位置決め安定性向上が期待できる。

（第１の実施形態の変形例）
図５及び図６は、第１の実施形態の変形例であるチューナブルフィルタ装置１００について示したものである。図５はチューナブルフィルタ装置１００の構成を示す斜視図、図６はチューナブルフィルタ装置１００の正面図である。なお、チューナブルフィルタ装置１００は図１〜図４に示したチューナブルフィルタ装置１と共通する部分を有する。よって、既に説明した細部の内容については割愛し、異なる部分のみ説明する。図７以降についても同様である。

チューナブルフィルタ装置１００は、コールドプレート２と装置基台６を機械的に結合する支柱（＃１，＃２）１０１を複数本備えている。これにより、コールドプレート２の支持剛性を高め、冷凍手段で発生する有害な機械振動に起因したコールドプレート２の振動振幅を低減して可変ギャップ長の高精度化を実現できる。
なお、コールドプレート２は、超伝導フィルタ基板３を超伝導状態に維持するため所定の低温状態となっているが、低温状態ではない常温の装置基台６とは熱的に十分隔離するため支柱１０１は所定の断熱特性を更に備えている。つまり、支柱１０１は、その材質や形状および寸法等が所定の機械特性と十分な断熱特性を兼ね備えた通常の機械強度設計および熱設計によって構成されている。

（第２の実施形態）
図７〜図９は、第２の実施形態におけるチューナブルフィルタ装置２００について示したものである。図７はチューナブルフィルタ装置２００の構成を示す斜視図、図８はチューナブルフィルタ装置２００の正面図である。
チューナブルフィルタ装置２００は、コールドプレート２と、このコールドプレート２上に接触固定された超伝導フィルタ基板３と、誘電体４と、チューナブル機構（＃１，＃２，＃３）２０５と、装置基台６と、冷凍機７と、を備える。誘電体４は、超伝導フィルタ基板３の表面に超伝導膜によって形成された共振素子を含む図示しない回路に対向するように、チューナブル機構（＃１，＃２，＃３）２０５に取り付けられる。

チューナブル機構（＃１，＃２，＃３）２０５は、超伝導フィルタ基板３の図示しない回路に対し、誘電体４を接近させた第一状態と、この第一状態より誘電体４を回路から離した第二状態との間で、誘電体４を可動自在に駆動する。なお、本第２の実施形態では、チューナブル機構（＃１，＃２，＃３）２０５は、超伝導フィルタ基板３の表面に略垂直な方向（矢印Ａ）に誘電体４を駆動するものとする。

装置基台６は、例えば冷凍機７を介して、コールドプレート２を支持する。冷凍機７は、コールドプレート２を低温状態に維持する。
さらに、チューナブル機構２０５は、２つの圧電素子８,９と、誘電体４を矢印Ａの方向に可動自在に支持し駆動する誘電体駆動レバー２１０と、この誘電体駆動レバー２１０と連結し圧電素子８,９の駆動力を誘電体駆動レバー２１０に伝達する圧電駆動力伝達レバー２１１と、を備える。

圧電素子８,９は、一端が装置基台６に固定され、他端が円弧状の切欠き構造からなる弾性ヒンジ２１２,２１３を介して圧電駆動力伝達レバー２１１に連結固定されている。また、誘電体駆動レバー２１０は、一端が直列に連結配置した２つの弾性ヒンジ２１５,２１６を介して圧電駆動力伝達レバー２１１に連結され、他端が弾性ヒンジ２１４を介してコールドプレート２に接触固定されている。そして、誘電体４は、誘電体駆動レバー２１０に対して弾性ヒンジ２１４と弾性ヒンジ２１５との間の位置で接触固定されている。

図９は、チューナブルフィルタ装置２００に用いるチューナブル機構２０５の動作を説明するための図で、図９（ａ）が圧電素子８,９に駆動電圧を印加していない初期状態を示す図、図９（ｂ）が圧電素子９に駆動電圧を印加して駆動変位ｘ４を付与した時の全体変形を示す解析例、図９（ｃ）が圧電素子８に駆動電圧を印加して駆動変位ｘ３を付与した時の変形を示す解析例である。

また、図９（ａ）に点ａ〜点ｇを定義し、変位拡大および変位縮小の動作概念を以下に説明する。図９（ｂ）の動作例では、誘電体駆動レバー２１０の変位縮小機能（変位縮小レバー）と圧電駆動力伝達レバー２１１の変位拡大機能（変位拡大レバー）によって、圧電素子９の駆動変位ｘ４が所定の変位拡大率に基づいて拡大され、誘電体４は概ね矢印Ａ３の方向に移動する。これにより、ギャップ長Ｇが可変する。
より詳細には、点ａを支点，点ｂを力点，点ｄを作用点とする圧電駆動力伝達レバー２１１の変位拡大機能と、点ｅを支点，点ｆを力点，点ｇを作用点とする誘電体駆動レバー２１０の変位縮小機能からなる２段構成の変位変換機構を形成している。

従って、圧電駆動力伝達レバー２１１のレバー長で所定の断熱特性を確保すると共に、圧電駆動力伝達レバー２１１の変位拡大機能によって拡大された変位量を誘電体駆動レバー２１０の変位縮小機能によって駆動範囲の最適化および所定の駆動分解能を実現することができ、断熱特性と駆動特性を概ね独立して個別に設計が可能となる。圧電駆動力伝達レバー２１１の変位拡大率は５、誘電体駆動レバー２１０の変位拡大率は約０．６であり、２段構成の変位拡大率として約３となる。この結果、機能の最適化が実現できる。

図９（ｃ）の動作例では、圧電素子８の駆動変位ｘ３が所定の変位拡大率に基づいて拡大され、誘電体４は概ね矢印Ａ４の方向に移動する。これにより、ギャップ長Ｇが可変する。この時の変位拡大機構概念では、点ｂを支点，点ａを力点，点ｄを作用点とする圧電駆動力伝達レバー２１１の変位拡大機能を形成している。他の動作例としては、圧電素子８,９を同時に駆動するプッシュプル駆動を行った場合の変位拡大機構概念では、点ｃを支点，点ａ,ｂを力点，点ｄを作用点とする圧電駆動力伝達レバー２１１の変位拡大機能を形成している。

（第２の実施形態の変形例）
図１０及び図１１は、第２実施形態の変形例であるチューナブルフィルタ装置３００について示したものである。図１０はチューナブルフィルタ装置３００の構成を示す斜視図、図１１はチューナブルフィルタ装置３００の正面図である。
チューナブルフィルタ装置３００は、コールドプレート２と装置基台６を機械的に結合する支柱（＃１，＃２）３０１を複数本備えている。これにより、コールドプレート２の支持剛性を高め、冷凍手段で発生する有害な機械振動に起因したコールドプレート２の振動振幅を低減して可変ギャップ長の高精度化を実現できる。なお、支柱３０１は支柱１０１と同様に、その材質や形状および寸法等が所定の機械特性と十分な断熱特性を兼ね備えた通常の機械強度設計および熱設計によって構成されている。

（第３の実施形態）
図１２は、第３の実施形態であるチューナブル機構４０５の構成を示す図である。
チューナブル機構４０５は、第一材質で一体形成された第一部材４５０と、第二材質で一体形成された第二部材４５１と、を備え、第一部材４５０の熱伝導率が第二部材４５１の熱伝導率よりも大きいように構成されている。

第一部材４５０は誘電体駆動レバー４１０と弾性ヒンジ４１４,４１５,４１６を含む構成部材からなり、第二部材４５１は圧電駆動力伝達レバー４１１と弾性ヒンジ４１２,４１３を含む構成部材から構成され、接触固定面４５２で連結されている。

上記第３の実施形態によれば、第一部材４５０を第二部材４５１よりも大きな熱伝導率の材質からなる構成としているので、圧電素子８,９の駆動に伴う発熱に起因した誘電体４の温度変化を第二部材４５１の高い断熱特性によって低減すると共に、コールドプレート２ａに配置され熱的に結合された第一部材４５０の高い熱伝導性によって誘電体４を低温状態に安定維持でき、フィルタ特性の更なる温度安定性向上が期待できる。

なお、図示しない下記の構成でも良く、第一部材４５０は誘電体駆動レバー４１０と弾性ヒンジ４１４を含む構成部材からなり、第二部材４５１は圧電駆動力伝達レバー４１１と弾性ヒンジ４１２,４１３,４１５,４１６を含む構成部材から構成され、接触固定面で連結されている。あるいは、本願構成の趣旨を逸脱しない範囲において、その構成部材の入れ替えが可能である。

（第４の実施形態）
図１３は、第４の実施形態であるチューナブル機構５０５の構成を示す図である。
チューナブル機構５０５は、圧電駆動力伝達レバー５１１の一部が熱貫流方向に対して多層部材５１１ａを備える。熱貫流方向は、圧電素子８，９が駆動することにより発生する熱が、弾性ヒンジ５１２,５１３を介して圧電駆動力伝達レバー５１１に伝わり、弾性ヒンジ５１５,５１６を介して誘電体駆動レバー５１０に流れる方向とする。誘電体駆動レバー５１０は、弾性ヒンジ５１４を介してコールドプレート２ａに接続される。多層部材５１１ａは、同種材質の多層化構造あるいは異種材質の多層化構造またはその組合せ構造で良く、多層化による高い接触熱抵抗を形成している。

例えば、図１４では、多層部材５１１ａは、複数の分割部材となる材料Ａと、材料Ａとは材質が異なる材料Ｂと、材料Ａと、材料Ａと、材料Ａとにより構成されている。異なる材料Ａと材料Ｂとの組み合わせであれば、接触熱抵抗を得ることができる。また、同じ材質である材料Ａと材料Ａとの組み合わせであっても、接触熱抵抗を得ることができる。

以上のように上記第４の実施形態によれば、圧電駆動力伝達レバー５１１の断熱特性（熱隔離性能）が更に向上し、圧電素子８,９の駆動に伴う発熱に起因した誘電体４の温度変化を高いレベルで低減できるので、フィルタ特性の更なる温度安定性向上が期待できる。

（第５の実施形態）
図１５は、第５の実施形態であるチューナブル機構６０５の構成を示す図である。チューナブル機構６０５は、円弧状の弾性ヒンジに代えて、板状のバネ構造からなる弾性ヒンジ６１２,６１３,６１４,６１５,６１６を備える。
第５の実施形態によれば、円弧状の弾性ヒンジに比べて、回転バネ剛性を低く設計し易いので、ギャップ長Ｇの可変幅を大きくできる。

（第６の実施形態）
図１６は、第６の実施形態であるチューナブル機構７０５の構成を示す図である。
チューナブル機構７０５は、板状のバネ構造からなる弾性ヒンジ７１２,７１３,７１４,７１５,７１６を形成する板バネ部材７１２ａ,７１３ａ,７１４ａ,７１５ａ,７１６ａを備える。板バネ部材７１２ａ,７１３ａは一端が圧電素子８,９に設けられた台座７２０,７２１に、他端が圧電駆動力伝達レバー７１１に接触固定されている。

また、板バネ部材７１４ａは一端がコールドプレート２ａに設けられた台座７２２に、他端が誘電体駆動レバー７１０に接触固定されている。さらに、板バネ部材７１５ａ,７１６ａは連結部材７２３を介して直列に配置され、一端が誘電体駆動レバー７１０に、他端が圧電駆動力伝達レバー７１１に接触固定されている。

以上のように第６の実施形態では、誘電体駆動レバー７１０と圧電駆動力伝達レバー７１１および板バネ部材７１２ａ,７１３ａ,７１４ａ,７１５ａ,７１６ａが独立した部材で形成されているので、それぞれの役割に適した材質を選択することができ、チューナブル機構７０５の高性能化を実現することができる。

つまり、誘電体駆動レバー７１０の熱伝導率は圧電駆動力伝達レバー７１１の熱伝導率よりも大きいように構成され、圧電素子８,９の駆動に伴う発熱に起因した誘電体４の温度変化を圧電駆動力伝達レバー７１１の高い断熱特性によって低減すると共に、コールドプレート２ａに配置され熱的に結合された誘電体駆動レバー７１０の高い熱伝導性によって誘電体４を低温状態に安定維持でき、フィルタ特性の更なる温度安定性向上が期待できる。

板バネ部材７１２ａ,７１３ａ,７１４ａ,７１５ａ,７１６ａは、誘電体駆動レバー７１０と圧電駆動力伝達レバー７１１の材質選定に影響を受けることなく、弾性ヒンジ７１２,７１３,７１４,７１５,７１６に適した材質を選択することができるので、弾性ヒンジ７１２,７１３,７１４,７１５,７１６の変形動作に伴う強度信頼性を向上または最適化でき、結果として、フィルタ装置の動作信頼性向上が期待できる。

（第７の実施形態）
図１７は、第７の実施形態であるチューナブル機構８０５の構成を示す図である。なお、図１７において、上記図３と同一部分には同一符号を付して、詳細な説明を省略する。

チューナブル機構８０５は、一端がコールドプレート２ａに連結され、他端が誘電体駆動レバー８１０と一体的に形成された弾性ヒンジ８１４を備える。ここで、フィルタ基板に対向配置される誘電体４の対向面４ａが弾性ヒンジ８１４の回転中心と概ね一致するように配置されている。これにより、点ｅを支点，点ｆを力点，点ｇを作用点とする誘電体駆動レバー８１０の変位拡大機構が形成され、圧電素子８,９の駆動に伴って誘電体４は矢印Ａの方向に移動する。この時、誘電体４の対向面４ａは弾性ヒンジ８１４の回転中心と概ね一致するように配置されているので、圧電素子８,９の駆動に伴う誘電体４の対向面４ａは、誘電体４の対向面が弾性ヒンジ１４,２１４,４１４の回転中心と一致するように配置されていない上述のチューナブル機構５,２０５,４０５,５０５に比べて、超伝導フィルタ基板３とより平行を保った状態でギャップ長Ｇを可変できる。これにより、超伝導フィルタ基板３上の回路と誘電体４の横ずれを低減し、より安定したフィルタ特性を提供できる。

（他の実施形態）
図１〜図１７に示す第１乃至第７の実施形態で説明したチューナブル機構５,２０５,４０５,５０５，６０５，７０５，８０５では、２つの圧電素子８,９を用いた構成を示したが、圧電素子はどちらか一方の１個でも良い。この場合、他方は圧電素子に代えて別部材を配置して弾性ヒンジと装置基台を連結固定するか、または、弾性ヒンジ若しくは装置基台と一体的に形成された部材で連結固定しても良い。圧電素子の個数は、駆動周波数などの設計仕様や圧電素子の機械強度などの設計条件から決定される。

また、弾性ヒンジ１２,１３,１４,１５,１６,２１２,２１３,２１４,２１５,２１６,４１２,４１３,４１４,４１５,４１６，６１２，６１３，６１４，６１５，６１６，７１２，７１３，７１４，７１５，７１６，８１４は円弧状の切欠き構造や板バネ構造の弾性ヒンジとしたが、例えば、円錐状の切欠き構造でもよく、少なくとも誘電体の可動方向の剛性が、それ以外の方向の剛性より低い弾性要素、および、少なくとも圧電素子の駆動力を伝達する動作変位方向の剛性が、それ以外の方向の剛性より高い弾性要素から構成され、本願構成の趣旨を逸脱しない範囲において、適宜変形しても良い。このような構成であっても、誘電体に接触固定し基板固定部に第一弾性要素を介して連結する第一連結部材を備えた構成としているので、駆動要素の作動に伴う誘電体の運動は機械的摺動を伴わないため、静止摩擦力に起因した強い非線形特性を排除して可変ギャップ長の高精度化を実現すると共に、高速駆動時における摺動摩擦熱に起因した発熱の発生を低減できフィルタ特性の温度安定性向上が期待できる。

上記各実施形態によれば、誘電体の低温化、誘電体と駆動要素の断熱特性（熱隔離性能）向上，駆動要素の動作変位を拡大または縮小して所定の速度と精度でギャップ長を調整することができ、温度影響を抑えてフィルタ特性の安定化と可変ギャップ長の高速高精度制御に対応したチューナブルフィルタ装置を提供できる。

このように、高速チューナブルが可能なフィルタ装置の提供により、情報通信機器システムに必要なバンドパスフィルタの周波数特性（中心周波数，帯域幅，スカート特性など）を各種応用スペックに応じて柔軟に対応可能となるばかりが、とくに超伝導フィルタ装置の高速チューナブル化にあっては、周波数干渉を解決する技術として次世代の高速大容量データ通信システムでの利用が期待できる。

さらに、上記各実施形態では、誘電体４を用いる例について説明したが、超伝導フィルタ基板３近傍の空間上の磁界分布や電界分布を変化させる部材であればよく、材料としては例えばフェライト等の磁性体や、銅などの導体を用いることができる。また、上記各実施形態では、超伝導フィルタ基板３を例に説明したが、超伝導フィルタ基板３以外のフィルタ基板であってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１,１００,２００,３００…チューナブルフィルタ装置、２,２ａ…コールドプレート、３…フィルタ基板、４…誘電体、５,２０５,４０５,５０５，６０５，７０５，８０５…チューナブル機構、６,６ａ…装置基台、７…冷凍機、８,９…圧電素子、１０,２１０,４１０…誘電体駆動レバー、１１,２１１,４１１,５１１…圧電駆動力伝達レバー、１２,１３,１４,１５,１６,２１２,２１３,２１４,２１５,２１６,４１２,４１３,４１４,４１５,４１６…弾性ヒンジ、１７…歪センサ、１８…制御システム、１９…歪センサ信号処理回路、２０…歪センサ信号処理回路の出力信号、２１…コントローラ、２２…圧電素子の操作信号、２３…圧電素子駆動回路、２４ａ，２４ｂ…圧電素子の駆動電圧、１０１,３０１…支柱、Ｇ…ギャップ長、４５０…第一部材、４５１…第二部材、４５２…接触固定面、５１１ａ…多層部材。

Claims (10)

1. 基板固定部と、
   この基板固定部の一部に導体膜によって形成された共振素子を含む回路を有するフィルタ基板と、
   前記回路に対向する対向面を有し、誘電体または磁性体または導体材料で形成された部材と、
   前記回路に対し、前記対向面が接近する第一状態と、前記対向面が前記第一状態より前記回路から離れた第二状態との間で、前記部材を可動自在に支持する第一支持手段と、
   この第一支持手段に駆動力を付与する駆動要素と、
   前記第一支持手段と前記駆動要素を連結する第二支持手段と、を備え、
   前記第一支持手段が前記基板固定部に配置され、前記駆動要素が前記基板固定部を支持する装置基台に配置されるチューナブルフィルタ装置。
2. 前記第一支持手段は、前記部材に接触固定し前記基板固定部に第一弾性要素を介して連結する第一連結部材を更に備え、
   前記第一弾性要素は、少なくとも前記部材の可動方向の剛性が、前記可動方向以外の方向の剛性よりも低い請求項１に記載のチューナブルフィルタ装置。
3. 前記第一弾性要素の弾性変位に伴って発生する歪量を測定する歪センサを有するもので、この歪センサの歪情報に基づいて前記駆動要素の駆動力あるいは駆動変位を決定する制御ドライバを更に備える請求項２に記載のチューナブルフィルタ装置。
4. 前記第二支持手段は、前記第一支持手段と連結する連結部と、前記駆動要素に対し、前記駆動要素の少なくとも一部に接近する第一状態と、前記第一状態より前記駆動要素から離れる第二状態との間で可動自在に連結する第二連結部材を更に備え、
   前記第二連結部材は、前記部材の動作変位を前記駆動要素の駆動変位に対して拡大する変位拡大レバー、または縮小する変位縮小レバーを有する請求項１に記載のチューナブルフィルタ装置。
5. 前記連結部は、前記第一連結部材に接触固定し前記第二連結部材と第二弾性要素を介して連結し、
   前記第二弾性要素は、少なくとも前記駆動要素の駆動力を伝達する前記連結部の動作変位方向の剛性が、前記動作変位方向以外の方向の剛性よりも高い請求項４に記載のチューナブルフィルタ装置。
6. 前記導体膜は超伝導体で形成され、かつ、前記基板固定部はコールドプレートである請求項１に記載のチューナブルフィルタ装置。
7. 前記第一連結部材の少なくとも一部の部材の熱伝導率は、前記第二連結部材の少なくとも一部の部材の熱伝導率よりも大きい請求項２に記載のチューナブルフィルタ装置。
8. 前記第二連結部材は、一端側に供給される熱が他端側に流れる熱貫流方向に配列された複数の分割部材を有する請求項４に記載のチューナブルフィルタ装置。
9. 前記複数の分割部材の少なくとも一部が、前記熱貫流方向に同じ種類となる第一分割部材と第二分割部材の組み合わせとなる第一組み合わせ、異なる種類の第一分割部材と第三分割部材の組合せとなる第二組み合わせ、前記第一組み合わせと前記第二組み合わせとを組み合わせた第三組み合わせのいずれかを含む請求項８に記載のチューナブルフィルタ装置。
10. 前記コールドプレートは、前記装置基台に接触固定する第三連結部材を介して連結される請求項６に記載のチューナブルフィルタ装置。

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