JP6426506B2 - フィルタ特性調整装置、チューナブルフィルタ装置およびチューナブルフィルタ装置の制御方法 - Google Patents

Description

実施形態は、フィルタ特性の調整に関する。

無線または有線で情報通信を行う通信装置は、例えば、増幅器、ミキサ、フィルタなどの種々の信号処理デバイスを備えている。フィルタの一種であるバンドパスフィルタは、通過帯域内の周波数を持つ信号を通過させる一方で当該通過帯域外（阻止帯域内）の周波数を持つ信号を遮断する（減衰させる）。例えば、通過帯域の中心周波数、通過帯域幅などのバンドパスフィルタの特性は、当該バンドパスフィルタが適用される通信システムの仕様に従って設計されることになる。

例えば、バンドパスフィルタのスカート特性（すなわち、通過帯域と阻止帯域との間の境界近傍における遮断特性）が急峻であるほど、必要なガードバンド幅は狭くなるので、周波数の利用効率を高めることができる。バンドパスフィルタは、例えば、マイクロストリップライン型フィルタなどの平面回路フィルタによって実装可能である。平面回路フィルタは、共振器をカスケード接続することで、急峻なスカート特性を達成することができる。

但し、通常の導体材料を用いて共振器を形成する場合には、共振器をカスケード接続することによる伝送ロスの増加が問題となる。たとえ、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）などの電気的良導体材料を用いて共振器を形成したとしても、カスケード接続可能な共振器の段数には限界がある。多数の共振器をカスケード接続するためには、超伝導材料を用いて共振器を形成することが有効である。超伝導材料は、電気的良導体材料と比べても、高周波領域において表面抵抗が非常に小さくカスケード接続による伝送ロスの増加を抑制することができる。すなわち、超伝導材料を用いた共振器をカスケード接続することによって、急峻なスカート特性を持つバンドパスフィルタを実現することができる。

また、例えば使用帯域の変更などに適応できるようにするために、フィルタ特性（すなわち、周波数特性）が可変であるチューナブルフィルタが必要とされることもある。ある種のチューナブルフィルタは通過帯域の中心周波数が可変であり、当該中心周波数の変化に追従して通過帯域および阻止帯域も変化する。通過帯域の中心周波数を変化させた場合に、フィルタ特性の形状が理想的な形状と乖離することは好ましくない。従って、チューナブルフィルタには、通過帯域の中心周波数の変化時におけるフィルタ特性の形状の乱れを抑制することも求められる。

チューナブルフィルタの一般的な要求仕様として、帯域の可変範囲が広いこと、帯域変化が連続的であること、挿入損失が小さいこと、遮断特性が急峻である（すなわち、Ｑ値が高いこと）こと、調整機構を含むフィルタ全体が小型軽量であること、動作の信頼性および再現性に優れていることなどが挙げられる。

バンドパスフィルタの通過帯域の中心周波数、通過帯域幅、遮断特性、帯域外抑圧特性などのフィルタ特性は、各共振器の共振周波数、共振器間の結合係数、外部Ｑ値などによって決まる。従って、各共振器の共振周波数および共振器間の結合係数を変化させることができれば、チューナブルフィルタを実現することができる。すなわち、材料物性学によってチューナブルフィルタの原理を説明するとすれば、チューナブルフィルタは、実効比誘電率および実効比透磁率の少なくとも一方を何らかの手段で変化させることでフィルタ特性を変化させる。他方、回路学によってチューナブルフィルタの原理を説明するとすれば、チューナブルフィルタは、キャパシタンスおよびインダクタンスの少なくとも一方を何らかの手段で変化させることでフィルタ特性を変化させる。

現在、チューナブルフィルタを実現するための方式は、電界制御、磁界制御および機械的制御の３種類に大別される。高いＱ値を維持するためには、損失の小さい調整機構が好ましい。機械的制御型のチューナブルフィルタは、帯域の可変範囲が最大であって損失が小さいという特徴がある。機械的制御型のチューナブルフィルタは、（超伝導）フィルタ基板と特性調整用部材（典型的には、誘電体または磁性体）との間のギャップ長を変化させることで、フィルタ特性を変化させる。

機械的制御型のチューナブルフィルタは、例えば製造ばらつきによるフィルタ特性のずれを微修正するために、動作開始前に初期ギャップ長を調整されることがある。初期ギャップ長を手動で調整することも可能であるが、速度および精度の観点から好ましくない。特に、超伝導フィルタの場合には、初期ギャップ長の調整作業／フィルタ特性の確認作業の度に真空低温環境を解除／設定する必要があるため、作業が完了するまでに長時間を要することになる。

特開２００２−１４１７０５号公報

実施形態は、機械的制御型のチューナブルフィルタにおいてフィルタ基板と特性調整用部材との間の初期ギャップ長を高速かつ高精度に調整することを目的とする。

実施形態によれば、フィルタ特性調整装置は、特性調整用部材と、弾性部材と、第１の駆動機構と、第１の可動部材と、第２の可動部材と、第２の駆動機構とを含む。特性調整用部材は、チューナブルフィルタ装置における基板の第１の面上の共振器と対向している。弾性部材は、変形することで特性調整用部材に接触し、復元力によって当該特性調整用部材から非接触となる。第１の駆動機構は、弾性部材を回転駆動する。第１の可動部材は、閉動作により弾性部材の外側から当該弾性部材に接触して変形させ、開動作により当該弾性部材に復元力を生じさせる。第２の可動部材は、第１の可動部材を開閉させる突起を有する。第２の駆動機構は、突起が第１の可動部材を開閉させるように第２の可動部材を変位させる。弾性部材は、特性調整用部材に接触することで第１の駆動機構の回転駆動力を伝達する。特性調整用部材は、伝達された回転駆動力を変換した直動力により共振器とのギャップを変化させる。

実施形態によれば、チューナブルフィルタ装置は、基板と、１つ以上の共振器と、１つ以上の特性調整用部材と、支持部材と、１つ以上の弾性部材と、第１の駆動機構と、１つ以上の切替用部材と、溝部材と、第２の駆動機構とを含む。共振器は、基板の第１の面に導体材料を用いてパターン形成される。特性調整用部材は、誘電体材料、磁性体材料または導体材料をそれぞれ含みそれぞれの少なくとも一部分がネジ部に相当する。支持部材は、特性調整用部材を、共振器とそれぞれ対向した状態で支持する。弾性部材は、第１の外力に応じて変形することで特性調整用部材の各々の側壁に接触し、当該第１の外力の非作用時に復元力によって当該特性調整用部材の側壁から分離する。第１の駆動機構は、弾性部材を回転駆動する。切替用部材は、第２の外力に応じて変位することで弾性部材の１つの外壁に接触して当該弾性部材に第１の外力を作用させる１つ以上の可動部材と、第２の外力の非作用時に復元力によって当該可動部材を変位させることで当該弾性部材の外壁から分離する弾性体とをそれぞれ含む。溝部材は、特性調整用部材、弾性部材および切替用部材を少なくとも１組それぞれ収容する１つ以上の溝が形成され、当該溝の各々の第１の内壁に突起を持つ。第２の駆動機構は、溝の少なくとも１つに収容された切替用部材の少なくとも１つの外壁を当該溝の突起と第１の内壁に対向する第２の内壁とで挟み込むことにより第２の外力が当該切替用部材に作用するように溝部材を変位させる。弾性部材の各々は、特性調整用部材の各々の側壁に接触している間に、第１の駆動機構から受ける回転駆動力を摩擦力を介して当該特性調整用部材に伝達する。特性調整用部材の各々は、弾性部材の各々から伝達された回転駆動力をネジ部によって変換した直動力に応じて変位して当該特性調整用部材と共振器の各々との間のギャップ長を変化させる。

実施形態によれば、チューナブルフィルタ装置の制御方法が提供される。チューナブルフィルタ装置は、基板と、１つ以上の共振器と、１つ以上の特性調整用部材と、支持部材と、１つ以上の弾性部材と、第１の駆動機構と、１つ以上の切替用部材と、溝部材と、第２の駆動機構とを含む。共振器は、基板の第１の面に導体材料を用いてパターン形成される。特性調整用部材は、誘電体材料、磁性体材料または導体材料をそれぞれ含みそれぞれの少なくとも一部分がネジ部に相当する。支持部材は、特性調整用部材を、共振器とそれぞれ対向した状態で支持する。弾性部材は、第１の外力に応じて変形することで特性調整用部材の各々の側壁に接触し、当該第１の外力の非作用時に復元力によって当該特性調整用部材の側壁から分離する。第１の駆動機構は、弾性部材に連結される。切替用部材は、第２の外力に応じて変位することで弾性部材の１つの外壁に接触して当該弾性部材に第１の外力を作用させる１つ以上の可動部材と、第２の外力の非作用時に復元力によって当該可動部材を変位させることで当該弾性部材の外壁から分離する弾性体とをそれぞれ含む。溝部材は、特性調整用部材、弾性部材および切替用部材を少なくとも１組それぞれ収容する１つ以上の溝が形成され、当該溝の各々の第１の内壁に突起を持つ。第２の駆動機構は、溝部材に連結される。制御方法は、第１の駆動機構に、弾性部材を回転駆動させることを含む。方法は、第２の駆動機構に、溝の少なくとも１つに収容された切替用部材の少なくとも１つの外壁を当該溝の突起と第１の内壁に対向する第２の内壁とで挟み込むことにより第２の外力が当該切替用部材に作用するように溝部材を変位させることとを含む。弾性部材の各々は、特性調整用部材の各々の側壁に接触している間に、第１の駆動機構から受ける回転駆動力を摩擦力を介して当該特性調整用部材に伝達する。特性調整用部材の各々は、弾性部材の各々から伝達された回転駆動力をネジ部によって変換した直動力に応じて変位して当該特性調整用部材と共振器の各々との間のギャップ長を変化させる。

第１の実施形態に係るチューナブルフィルタ装置の一例を部分的に示す斜視図。 図１の誘電体基板の第１の面上にパターン形成される共振器を例示する平面図。 図１のチューナブルフィルタ装置の周波数特性を例示する図。 図１の変形例を示す斜視図。 図１中に示される特性調整用部材の一例を示す斜視図。 図１中に示される特性調整用部材の一例を示す斜視図。 第１の実施形態に係るチューナブルフィルタ装置の一例を部分的に示す断面図。 図６中に示される特性調整用部材、支持部材、回転駆動機構および弾性部材の運動方向を例示する図。 図６中に示される弾性部材を例示する斜視図。 第１の実施形態に係るチューナブルフィルタ装置に含まれる切替用部材を例示する斜視図。 図６中に示される可動溝機構を例示する斜視図。 図６中に示される特性調整用部材、回転駆動機構および弾性部材と図９中に示される切替用部材との組み合わせ構造を例示する斜視図。 図１１中に示される特性調整用部材、弾性部材および切替用部材と、図１０中に示される可動溝機構との組み合わせ構造を例示する平面図。 図１２に示される組み合わせ構造の動作例を示す図。 図１２に示される組み合わせ構造の動作例を示す図。 第１の実施形態に係るチューナブルフィルタ装置の一例を部分的に示す斜視図。 図１２の変形例を示す平面図。 第２の実施形態に係るチューナブルフィルタ装置の一例を部分的に示す断面図。 第３の実施形態に係るチューナブルフィルタ装置を例示するブロック図。 第４の実施形態に係るチューナブルフィルタ装置を例示するブロック図。 図１２の変形例を示す平面図。 図２０に示される組み合わせ構造の動作例を示す図。

以下、図面を参照しながら実施形態の説明が述べられる。尚、以降、説明済みの要素と同一または類似の要素には同一または類似の符号が付され、重複する説明は基本的に省略される。

（第１の実施形態）
第１の実施形態に係るチューナブルフィルタ装置は、図１に例示されるマイクロストリップライン型バンドパスフィルタであってもよい。図１のチューナブルフィルタ装置１００は、誘電体基板１０１と、共振器１０２と、信号入力線路１０３と、信号出力線路１０４と、特性調整用部材１０５と、金属パッケージ１０６と、接続電極１０７と、同軸コネクタ１０８と、接続電極１０９とを含む。なお、誘電体基板１０１の第１の面上の回路要素（共振器１０２、信号入力線路１０３および信号出力線路１０４を含む）、特性調整用部材１０５および金属パッケージ１０６をまとめてフィルタ装置と称することもできる。

誘電体基板１０１は、例えば、Ａｌ２Ｏ３（サファイア）、ＭｇＯ、ＬａＡｌＯ３などの誘電正接の小さな低損失材料を用いて略板状に形成される。誘電体基板１０１の第１の面には共振器１０２が超伝導材料を用いてパターン形成されている。誘電体基板１０１の第１の面には、さらに、信号入力線路１０３および信号出力線路１０４が超伝導材料を用いてパターン形成されている。共振器１０２は、信号入力線路１０３および信号出力線路１０４と電気的に接続される。

具体的には、誘電体基板１０１の第１の面上に配置される回路要素（共振器１０２、信号入力線路１０３および信号出力線路１０４を含む）は、例えばＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系超伝導材料（以下、ＹＢＣＯと称される）を用いて当該第１の面上に超伝導体膜を形成し、フォトリソグラフィ技術を用いて当該超伝導体膜を加工することでパターン形成することができる。

なお、超伝導材料として、ＹＢＣＯに代えて、例えば、Ｒ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系材料（Ｒは、Ｎｂ、Ｙｍ、ＳｍまたはＨｏである）、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系材料、Ｐｂ−Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系材料、ＣｕＢａｐＣａｑＣｕｒＯｘ系材料（１．５＜ｐ＜２．５、２．５＜ｑ＜３．５、かつ、３．５＜ｒ＜４．５）などの他の酸化物超伝導材料を採用することが可能であるし、例えばニオブ、ニオブスズなどの金属超伝導材料などを採用することも可能である。また、回路要素の材料としては、必ずしも超伝導材料を採用する必要はなく、他の導体材料を採用することもできる。

共振器１０２は、図１に例示されるヘアピン型共振器であってもよいし、例えば、スパイラル型共振器、Ｓ字型共振器などであってもよい。なお、図１の例では、共振器１０２の総数は１つであるが、図４に例示されるチューナブルフィルタ装置４００のように、複数の共振器１０２がカスケード接続されてもよい。複数の共振器１０２を結合させることで、チューナブルフィルタ装置４００は急峻なスカート特性を得ることができる。

また、誘電体基板１０１の第２の面には、グランド膜が超伝導材料を用いて形成されている。第２の面は、上記第１の面の裏面である。このグランド膜は、グランド電極として使用することができる。或いは、グランド膜に例えばＡｇ膜を蒸着することによってグランド電極を形成することもできる。

金属パッケージ１０６は、前述の誘電体基板１０１、共振器１０２、信号入力線路１０３、信号出力線路１０４などを収容する。金属パッケージ１０６は、収容物を高周波から遮蔽する。金属パッケージ１０６は、例えば、熱伝導性に優れる無酸素銅を用いて略箱状に形成されてよい。なお、金属パッケージ１０６の材料は、純アルミニウム、アルミニウム合金、銅合金などに代えられてもよいし、誘電体基板１０１に近い熱収縮率を持つ材料（具体的には、コバール、インバー、４２アロイ）などに代えられてもよい。

略箱状の金属パッケージ１０６は頂部、底部および側壁部によって閉じた内部空間を形成する。なお、図１では、金属パッケージ１０６の底部および側壁部の一部が示されているものの、残部は示されていない。図１において、金属パッケージ１０６の底部内面は、誘電体基板１０１の第２の面に形成されたグランド電極に接触している。他方、金属パッケージ１０６の頂部内面は、誘電体基板１０１の第１の面に対向している。

金属パッケージ１０６は、当該金属パッケージ１０６の底部および側壁部に相当し当該底部の反対側に開口面を有するパッケージ本体と、当該金属パッケージ１０６の頂部に相当する蓋とに分離可能であってもよい。この場合には、パッケージ本体の開口面を蓋で閉塞することにより内部空間を形成することができる。

図１において、金属パッケージ１０６の側壁部には出力コネクタとしての同軸コネクタ１０８が取り付けられている。前述の信号出力線路１０４は、接続電極１０９を介して同軸コネクタ１０８の中心導線に電気的に接続されている。同様に、図１には示されていないが、金属パッケージ１０６の側壁部には入力コネクタとしての同軸コネクタが取り付けられているものとする。前述の信号入力線路１０３は、接続電極１０７を介して図示されない同軸コネクタの中心導線に電気的に接続されている。電気的な接続は、例えば、超音波熱圧着によるワイヤボンディング、または、テープボンディング若しくははんだ接合などの種々の技法を用いて実現可能である。

接続電極１０７および接続電極１０９は、例えば、接触抵抗を低減させる観点から、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）などの金属材料を用いて、蒸着法、スパッタリングなどによって形成されてよい。具体的には、接続電極１０７および接続電極１０９は、金および銀の少なくとも一方を含む積層膜であってよい。

特性調整用部材１０５は、典型的には、アルミナなどの誘電体材料、若しくは磁性体材料を含む。或いは、特性調整用部材１０５は、金属などの導体材料を含んでもよい。さらに、特性調整用部材１０５は、その少なくとも一部分がネジ部に相当する。

特性調整用部材１０５は、前述の誘電体基板１０１、共振器１０２、信号入力線路１０３、信号出力線路１０４と同様に金属パッケージ１０６に収容される。特性調整用部材１０５は、そのネジ部によって図１には示されない支持部材に固定され、誘電体基板１０１の第１の面にギャップを隔てて対向するように当該支持部材によって支持されている。

具体的には、特性調整用部材１０５は共振器１０２に対向した状態で配置されており、当該特性調整用部材１０５を誘電体基板１０１の第１の面に略垂直な方向に投影することで図１および図２に例示される投影１１０が得られる。この投影１１０において共振器１０２を覆う面積が大きくなるように、特性調整用部材１０５の水平位置（誘電体基板１０１の第１の面に略平行な平面上の位置）を定めることが好ましい。

特性調整用部材１０５は、典型的には、円柱、角柱などの柱状に形成される。特性調整用部材１０５は、その底面が誘電体基板１０１の第１の面に対して略平行となるように支持されてもよい。共振器１０２の短手方向の寸法に応じて、特性調整用部材１０５の底面の寸法が設計されてもよい。ここで、共振器１０２の短手方向および長手方向は、いずれも誘電体基板１０１の第１の面に略平行であるとする。

ここで、特性調整用部材１０５の底面（すなわち、誘電体基板１０１との対向面）と投影１１０との間に規定される空間の体積（以降、空間体積と称される）は、当該投影１１０の面積を底面積とし、誘電体基板１０１と特性調整用部材１０５の底面との間のギャップ長を高さとすれば、底面積×高さで計算できる。

特性調整用部材１０５が誘電体基板１０１の第１の面に対して例えば垂直に変位すれば、投影１１０と当該特性調整用部材１０５の底面との間のギャップ長は変化する。故に、特性調整用部材１０５の変位に伴うギャップ長の増減に応じて空間体積も増減する。なお、特性調整用部材１０５は、誘電体基板１０１の第１の面に対して厳密に垂直に変位する必要はなく、例えば回転運動を通じてギャップ長を変化させることもできる。

空間体積が増減すると、共振器１０２の共振周波数は変化する。この結果、特性調整用部材１０５を僅かに変位させることで、図３に例示されるように、チューナブルフィルタ装置１００のフィルタ特性（例えば、透過特性および反射特性）は急激に変化することになる。具体的には、空間体積が増加する（すなわち、ギャップ長が増加する）と、チューナブルフィルタ装置１００の通過帯域の中心周波数は高くなる。他方、空間体積が減少する（すなわち、ギャップ長が減少する）と、チューナブルフィルタ装置１００の通過帯域の中心周波数は低くなる。図３の例では、通過帯域の中心周波数の高低に関わらず通過帯域幅は略不変であり、フィルタ特性の形状は殆ど乱れていない。

特性調整用部材１０５は、初期ギャップ長の調整時には後述される回転駆動機構からの回転駆動力を利用して高精度に変位し、ギャップ長の通常調整時には当該特性調整用部材１０５を支持する支持部材の運動に連動して高速かつ広範囲に変位する。なお、特性調整用部材１０５を無制限に変位できるようにすると、当該特性調整用部材１０５が誘電体基板１０１に接触して当該誘電体基板１０１を損傷させるおそれがある。故に、好ましくは、特性調整用部材１０５の可動範囲は、誘電体基板１０１の損傷が生じない程度に制限される。

初期ギャップ長の調整は、チューナブルフィルタ装置１００の動作開始前に、初期フィルタ特性が所望特性に近づくように各共振器の共振周波数を微修正するために行われてよい。具体的には、誘電体基板１０１の厚さまたは材料特性のばらつき、共振器１０２のパターニング寸法のずれなどの種々の要因により、共振器１０２の初期共振周波数が設計値に対してずれることがある。この結果、チューナブルフィルタ装置１００の初期フィルタ特性は所望特性から乖離する。さらに、チューナブルフィルタ装置１００を小型化するために、誘電体基板１０１が高い誘電率を持つように設計することがある。この場合に、所望の配線インピーダンスを得るために複雑な配線パターンを採用すると、上記種々の要因による初期フィルタ特性への影響はより大きくなる。

なお、図４に例示されるチューナブルフィルタ装置４００のように複数の共振器１０２が誘電体基板１０１の第１の面上に配置されている場合には、当該共振器１０２と同数の特性調整用部材１０５が用意されてもよい。複数の特性調整用部材１０５の各々は、対応する共振器１０２に対向するように支持部材によって支持される。各特性調整用部材１０５と対応する共振器１０２との間のギャップ長は、個別に調整可能であってもよいし、一括して調整可能であってもよい。

図５Ａおよび図５Ｂは、特性調整用部材１０５の具体例を示している。図５Ａおよび図５Ｂに示される特性調整用部材１０５は、略円柱状であって、その頂部側に位置するネジ部５０１は雄ネジに相当し、その底部側に位置する誘電体部５０２は誘電体材料を用いて形成されている。ネジ部５０１は、回転駆動力を与えられると、当該回転駆動力を直動力へと変換し、当該直動力によって直線運動する。誘電体部５０２は、ネジ部５０１に連動して直線運動する。なお、特性調整用部材１０５は、それぞれ別個の材料を用いて形成されたネジ部５０１および誘電体部５０２を連動して変位するように連結したものであってもよいし、略柱状の誘電体材料の側壁の少なくとも一部をネジ部５０１として加工することで一体成形したものであってもよい。

第１の実施形態に係るチューナブルフィルタ装置は、図６に例示されるように、誘電体基板１０１と、特性調整用部材１０５と、リニアアクチュエータ６０１と、支持部材６０２と、回転駆動機構６０３と、弾性部材６０４と、可動溝機構６０５と、支持部材６０６と、断熱支持部材６０７と、コールドプレート６０８とを含む。なお、リニアアクチュエータ６０１、支持部材６０２、回転駆動機構６０３、弾性部材６０４、可動溝機構６０５および後述される切替用部材をまとめてフィルタ特性調整装置と称することもできる。

図６の例では、誘電体基板１０１は、その第１の面に回路要素が超伝導材料を用いて形成されており、コールドプレート６０８の上に配置されている。コールドプレート６０８は、図６には示されない冷凍機によって冷却され、これらの回路要素が超伝導特性を示すように誘電体基板１０１を低温状態に維持する。

断熱支持部材６０７は、コールドプレート６０８への熱の伝導を抑制するために、当該コールドプレート６０８を図６のチューナブルフィルタ装置の種々の構成要素から離間した状態で支持する。また、断熱支持部材６０７は、当該断熱支持部材６０７を介したコールドプレート６０８への熱の伝導を抑制するために、高い断熱性を持つことが好ましい。

リニアアクチュエータ６０１は、支持部材６０２の第１の端部に連結され、ギャップ長の通常調整時に当該支持部材６０２の第１の端部に直動力を与える。リニアアクチュエータ６０１は、例えば圧電素子、磁歪素子、電動モータなどを用いて実現されてよい。具体的には、リニアアクチュエータ６０１には、制御電圧を印加するために図示されないリード線が接続される。リニアアクチュエータ６０１は、制御電圧に応じて伸長または収縮することで誘電体基板１０１の第１の面に対して略垂直な直動力を生み出す。

支持部材６０２は、略柱状または略板状に形成され、第１の端部に連結されたリニアアクチュエータ６０１から直動力を受ける。支持部材６０２の第１の端部とは反対側の第２の端部には、特性調整用部材１０５を固定するためのネジ部（雌ねじに相当する）が形成されている。支持部材６０２は、その第１の端部で直動力を受けると、当該第１の端部とその第２の端部との間に設けられた支点を中心に回転運動する。例えば、直動力の減少により支持部材６０２の第１の端部が垂れ下がると、当該支持部材６０２の第２の端部に固定された特性調整用部材１０５は持ち上がり、ギャップ長が増加する。他方、直動力の増加により支持部材６０２の第２の端部が持ち上がると、当該支持部材６０２の第２の端部に固定された特性調整用部材１０５は垂れ下がり、ギャップ長が減少する。

回転駆動機構６０３は、支持部材６０６によって支持され、弾性部材６０４に連結される。回転駆動機構６０３は、初期ギャップ長の調整時に、弾性部材６０４に回転駆動力を与える。回転駆動機構６０３は、後述されるように、弾性部材６０４と同数のロータリーアクチュエータであってもよいし、弾性部材６０４よりも少数のロータリーアクチュエータと当該ロータリーアクチュエータの生み出す回転駆動力を各弾性部材６０４に伝達する伝達機構（例えば、複数の歯車）との組み合わせであってもよい。

弾性部材６０４は、略筒状であって、その空洞部に特性調整用部材１０５を収容する。弾性部材６０４は、回転駆動機構６０３に連結され、当該回転駆動機構６０３から受ける回転駆動力によって回転運動する。なお、弾性部材６０４は、１つの特性調整用部材１０５につき１つ用意される。

さらに、弾性部材６０４は、図６に示されない切替用部材から外力を受けると当該外力に応じて変形し、その内壁が特性調整用部材１０５の側壁に接触する。弾性部材６０４の内壁が特性調整用部材１０５の側壁に十分に接触しているときに、両者の間に生じる摩擦力を介して回転駆動機構６０３からの回転駆動力は特性調整用部材１０５へと伝達する。特性調整用部材１０５は、図７に例示されるように、そのネジ部によってこの回転駆動力を直動力へと変換し、当該直動力に応じて誘電体基板１０１の第１の面に対して略垂直に変位する。

他方、切替用部材から十分な大きさの外力を受けなければ、弾性部材６０４の内壁は自己の復元力によりその特性調整用部材１０５の側壁から分離する。弾性部材６０４の内壁が特性調整用部材１０５の側壁に十分に接触していなければ、回転駆動機構６０３からの回転駆動力は特性調整用部材１０５へと伝達しない。すなわち、弾性部材６０４は回転運動するもの、特性調整用部材１０５は静止し続ける。

弾性部材６０４は、その内壁と特性調整用部材１０５の側壁との間の摩擦力を利用して当該特性調整用部材１０５に力を伝達するので、摩擦係数の高い内壁を持つように設計されることが好ましい。例えば、弾性部材６０４の内壁の材料は、ゴム素材であってもよいし、高摩擦テープを貼付したアルミ材であってもよい。

弾性部材６０４の形状は、図８に例示されるように、側壁部に切れ目のある円筒状であってもよい。図８の弾性部材６０４は、外力の作用時に当該弾性部材６０４の軸へと向かって収縮することで特性調整用部材１０５の側壁を包み込み、回転駆動力を効率的に伝達できる。

弾性部材６０４に外力を与える切替用部材は、略筒状であって、その空洞部に弾性部材６０４を収容する。なお、切替用部材は、１つの弾性部材６０４につき１つ用意される。より具体的には、切替用部材は、１つ以上の可動部材と、当該可動部材に連結された弾性体とを含む。可動部材は、可動溝機構６０５から外力を受けることがある。可動部材は、外力に応じて変位し、弾性部材６０４の外壁に接触して当該弾性部材６０４に当該外力を伝達する。この結果、弾性部材６０４は変形して特性調整用部材１０５の側壁に接触することができる。他方、可動部材は、可動溝機構６０５から十分な大きさの外力を受けなければ、弾性体の復元力によって変位し、弾性部材６０４の外壁から分離する。この結果、弾性部材６０４は、自己の復元力によって特性調整用部材１０５の側壁から分離することができる。

なお、１つ以上の可動部材は、例えば、外力の作用時に当該外力を弾性部材６０４へと効率的に伝達するために、当該弾性部材６０４の外壁との接触面積が大きく確保することが望まれる。具体的には、１つ以上の可動部材は、弾性部材６０４の外壁に沿って（例えば円弧状に）湾曲した形状の側壁を持っていてもよい。さらに、この可動部材の側壁が第１の端部と第２の端部との間で湾曲させた形状を持っているとすると、当該第１の端部は上記弾性体に連結され、当該第２の端部は回転軸に固定される。この可動部材は、可動溝機構６０５から受ける外力または弾性体の復元力に応じて回転軸を中心に回転運動することができる。

より具体的には、図９に例示される切替用部材９００が本実施形態において採用可能である。切替用部材９００は、回転軸９０１と、可動部材９０２−１と、可動部材９０２−２と、弾性体９０３とを含む。

可動部材９０２−１および可動部材９０２−２は、それぞれ、（略円筒状の）弾性部材６０４の外壁に沿って略半円状に湾曲した側壁を持つ。可動部材９０２−１および可動部材９０２−２は、その側壁の第１の端部同士ならびに第２の端部同士がそれぞれ対向した状態で配置される。可動部材９０２−１および可動部材９０２−２の各々の側壁の第１の端部は、共通の弾性体９０３に連結される。他方、可動部材９０２−１および可動部材９０２−２の各々の側壁の第２の端部は共通の回転軸９０１に固定される。

図１１に例示されるように、回転軸９０１、可動部材９０２−１の側壁、可動部材９０２−２の側壁および弾性体９０３によって形成される略円柱状の空洞に弾性部材６０４（および特性調整用部材１０５）が収容される。

可動溝機構６０５から外力を受けると、弾性体９０３は収縮し、可動部材９０２−１および可動部材９０２−２の各々の側壁の第１の端部は当該弾性体９０３に引っ張られる。この結果、可動部材９０２−１および可動部材９０２−２は、それぞれ、回転軸９０１を中心に受動的に回転運動して弾性部材６０４を挟み込む。他方、可動溝機構６０５から十分な大きさの外力を受けなければ、可動部材９０２−１および可動部材９０２−２の各々の側壁の第１の端部は当該弾性体９０３の復元力によって押し戻される。この結果、可動部材９０２−１および可動部材９０２−２は、それぞれ、回転軸９０１を中心に受動的に回転運動して弾性部材６０４を解放する。

可動溝機構６０５は、１つ以上の溝が形成された溝部材と、当該溝部材を所定の運動方向に沿って駆動する駆動機構と、当該駆動機構を固定する固定部とを含む。駆動機構は、溝部材を直動してもよいし、回転駆動させてもよい。誘電体基板１０１を断熱真空容器に収容する場合には、当該真空断熱容器を低背化する観点から、当該誘電体基板１０１の第１の面と略平行に溝部材を運動させることが好ましい。

溝部材に形成される溝の各々は、その第１の内壁に突起を持つように形成されており、特性調整用部材１０５、弾性部材６０４および切替用部材９００を少なくとも１組収容する。溝部材は、駆動機構によって所定の位置まで移動させられると、上記突起と第１の内壁に対向する第２の内壁とによって切替用部材の外壁を挟み込むことで当該切替用部材に外力（垂直抗力）を作用させる。この結果、弾性部材６０４が特性調整用部材１０５に一時的に連結する。他方、この切替用部材に作用する外力は、溝部材が上記所定の位置から離れることで消滅または十分に（弾性部材６０４と特性調整用部材１０５との間の連結が解消する程度に）減少する。

さらに、第２の内壁のうち上記突起と対向する箇所にも突起が設けられてもよい。また、複数の切替用部材に同時に外力を作用させることができるように、第１の内壁に複数の突起が設けられてもよい。

より具体的には、図１０に例示される可動溝機構６０５が本実施形態において採用可能である。図１０の可動溝機構６０５は、直動機構固定部１００１と、直動機構１００２と、溝部材１００３とを含む。

直動機構固定部１００１は、直動機構１００２の第１の端部を固定する。直動機構固定部１００１として、例えば支持部材６０６の一部が利用されてもよい。直動機構１００２は、その第１の端部が直動機構固定部１００１に固定され、その第１の端部とは反対側の第２の端部が溝部材１００３に連結される。直動機構１００２は、当該溝部材１００３に直動力を与え、任意の位置まで直動させて停止させることができる。直動機構１００２は、例えば、リニアアクチュエータであってもよいし、電動回転モータおよび送りねじの組み合わせであってもよい。

溝部材１００３は、第１の内壁と当該第１の内壁に対向する第２の内壁とを持つ１つの溝が形成されている。第１の内壁および第２の内壁は、互いに対向する突起をそれぞれ持つ。そして、第１の内壁および第２の内壁の壁面は、突起を除き溝部材１００３の運動方向によって規定される柱面に略平行である。

図１０の可動溝機構６０５は、図１２に例示されるように、特性調整用部材１０５、弾性部材６０４および切替用部材９００を溝部材１００３に形成された溝に収容することができる。図１２の例では、切替用部材９００は溝の内壁に接触していないので、当該内壁から外力を受けない。故に、特性調整用部材１０５は、弾性部材６０４とは連結されていない。

特性調整用部材１０５に関する初期ギャップ長の調整を開始する場合には、直動機構１００２は、溝部材１００３を図１３Ａに例示されるように駆動すればよい。図１３Ａの例では、切替用部材９００は、溝部材１００３の第１の内壁の突起と第２の内壁の突起との間に挟み込まれ、これらの突起から外力を受ける。この外力によって弾性体９０３が収縮し、切替用部材９００は弾性部材６０４を挟み込む。弾性部材６０４は、切替用部材９００からの外力に応じて変形し、特性調整用部材１０５と連結する。故に、特性調整用部材１０５は、回転駆動機構６０３からの回転駆動力を弾性部材６０４を介して受けて、回転運動しながら誘電体基板１０１の第１の面に略垂直に直動できる。この結果、特性調整用部材１０５と共振器１０２との間の初期ギャップ長を変化させることができる。

他方、特性調整用部材１０５に関する初期ギャップ長の調整を終了する場合には、直動機構１００２は、溝部材１００３を図１３Ｂに例示されるように駆動すればよい。図１３Ｂの例では、切替用部材９００は、溝部材１００３の第１の内壁の突起および第２の内壁の突起から離れており、溝の内壁に接触していない。切替用部材９００は溝の内壁から外力を受けないので、弾性体９０３は図１３Ａの例に比べて伸長し、弾性部材６０４は切替用部材９００から解放される。弾性部材６０４は、自己の復元力によって特性調整用部材１０５の側壁から分離し、当該特性調整用部材１０５との連結を解除する。故に、特性調整用部材１０５は弾性部材６０４の回転運動中であっても静止することになる。

溝部材１００３の溝には、図１４に例示されるように、複数組の特性調整用部材１０５、弾性部材６０４および切替用部材９００が収容されていてもよい。図１４の直動機構１００２は、所望の特性調整用部材１０５に対応する切替用部材９００が溝の第１の内壁の突起および第２の内壁の突起に挟み込まれるように溝部材１００３を移動させる。溝部材１００３が適切な位置に移動すれば、回転駆動機構６０３からの回転駆動力は、所望の特性調整用部材１０５に伝達するものの残余の特性調整用部材１０５には伝達しない。故に、残余の特性調整用部材１０５を静止させたまま、所望の特性調整用部材１０５と対応する共振器１０２との間の初期ギャップ長を調整することができる。

図１４の回転駆動機構６０３は、ロータリーアクチュエータ１４０１と、伝達機構１４０２とを含む。伝達機構１４０２は、複数の歯車を含み、各歯車は１つ以上の他の歯車と噛み合うように配置されている。複数の歯車のうち１つは、ロータリーアクチュエータ１４０１に連結されており、当該ロータリーアクチュエータ１４０１からの回転駆動力を受けて回転し、当該回転駆動力は他の歯車へと伝達する。複数の弾性部材６０４の各々は、上記複数の歯車のいずれかに連結され、回転駆動力を受ける。

図１４に例示されるように、弾性部材６０４よりも少数のロータリーアクチュエータ１４０１によって回転駆動力を生み出し、伝達機構１４０２を介して当該回転駆動力を各弾性部材６０４へと伝達することで、回転駆動機構６０３を簡略化することができる。

具体的には、回転駆動機構６０３を少数のロータリーアクチュエータを用いて実現すれば、コストおよび質量を削減することができる。さらに、（断熱）真空容器内部に収められているロータリーアクチュエータ１４０１の個数が減ることにより、配線数が低減し、それに伴い真空容器の配線外部取り出し用の接続ポート数が減少するので、チューナブルフィルタ装置全体の小型化につながる。

なお、複数組の特性調整用部材１０５、弾性部材６０４および切替用部材９００が散らばって配置されている場合には、これらを収容するために複数の溝が利用されてもよい。複数の溝は、図１５に例示されるように１つの溝部材１５０３に形成されてもよいし、複数の溝部材に分散して形成されてもよい。

溝部材１５０３は、第１の内壁と当該第１の内壁に対向する第２の内壁とをそれぞれ持つ複数の溝が形成されている。第１の内壁および第２の内壁は、互いに対向する突起をそれぞれ持つ。そして、第１の内壁および第２の内壁の壁面は、突起を除き溝部材１５０３の運動方向によって規定される柱面に略平行である。

図１５の直動機構１００２は、所望の特性調整用部材１０５に対応する切替用部材９００が当該特性調整用部材１０５を収容する溝の第１の内壁の突起および第２の内壁の突起に挟み込まれるように溝部材１５０３を移動させる。溝部材１５０３が適切な位置に移動すれば、回転駆動機構６０３からの回転駆動力は、所望の特性調整用部材１０５に伝達するものの残余の特性調整用部材１０５には伝達しない。故に、残余の特性調整用部材１０５を静止させたまま、所望の特性調整用部材１０５と対応する共振器１０２との間の初期ギャップ長を調整することができる。

なお、溝部材に形成される溝の本数および形状（突起の位置を含む）は、例えば特性調整用部材１０５の配置に基づいて設計することができる。また、特性調整用部材１０５の配置は、共振器１０２の配置に依存する。

或いは、図１９に例示される可動溝機構６０５が本実施形態において採用されてもよい。図１９の可動溝機構６０５は、回転駆動機構１９０２と、溝部材１９０３とを含む。

回転駆動機構１９０２は、溝部材１９０３に連結される。回転駆動機構１９０２は、当該溝部材１９０３に回転駆動力を与え、図２０に例示されるように、任意の位置まで回転駆動して停止させることができる。回転駆動機構１９０２は、例えばロータリーアクチュエータであってもよい。

溝部材１９０３は、第１の内壁と当該第１の内壁に対向する第２の内壁とをそれぞれ持つ２つの溝が形成されている。第１の内壁および第２の内壁は、互いに対向する突起をそれぞれ持つ。そして、第１の内壁および第２の内壁の壁面は、突起を除き溝部材１９０３の運動方向によって規定される柱面に略平行である。

回転駆動機構１９０２は、所望の特性調整用部材１０５に対応する切替用部材９００が当該特性調整用部材１０５を収容する溝の第１の内壁の突起および第２の内壁の突起に挟み込まれるように溝部材１９０３を移動させる。溝部材１９０３が適切な位置に移動すれば、回転駆動機構６０３からの回転駆動力は、所望の特性調整用部材１０５に伝達するものの残余の特性調整用部材１０５には伝達しない。故に、残余の特性調整用部材１０５を静止させたまま、所望の特性調整用部材１０５と対応する共振器１０２との間の初期ギャップ長を調整することができる。

以上説明したように、第１の実施形態に係るチューナブルフィルタ装置は、少なくとも一部分がネジ部に相当する特性調整用部材に回転駆動機構から回転駆動力を与え、当該回転駆動力を利用して当該特性調整用部材を直線方向に変位させることで、当該特性調整用部材と対応する共振器との間の初期ギャップ長を調整する。故に、このチューナブルフィルタ装置によれば、手動調整に比べて、高速かつ高精度に初期ギャップ長を調整することができる。特に、チューナブルフィルタ装置が超伝導フィルタに相当する場合には、真空低温環境を維持した状態で、所望の初期フィルタ特性が得られるまで初期ギャップ長を繰り返し調整することができる。

さらに、回転駆動機構からの回転駆動力は、外力／復元力によって当該特性調整用部材の側壁に一時的に接触／分離可能な弾性部材に与えられる。弾性部材が特性調整用部材の側壁に接触していれば回転駆動力は当該特性調整用部材へもさらに伝達し、弾性部材が特性調整用部材の側壁から分離していれば回転駆動力は当該特性調整用部材へは伝達しない。故に、このフィルタ装置によれば、複数の弾性部材に回転駆動力を一斉に与えたとしても、非所望の特性調整用部材を静止させたまま、所望の特性調整用部に関する初期ギャップ長を調整することができる。すなわち、多数の特性調整用部材が配置される場合であっても、少数のアクチュエータを時分割で共有することで、当該特性調整用部材に関する初期ギャップ長を個別に調整することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係るチューナブルフィルタ装置は、支持部材６０２の駆動原理において、第１の実施形態に係るチューナブルフィルタ装置（図６）とは異なる。

具体的には、図１６に例示されるように、本実施形態に係るチューナブルフィルタ装置に含まれる支持部材６０２は、第１の端部に連結されたリニアアクチュエータ１６０１−１と、当該第１の端部とは反対側の第２の端部に連結されたリニアアクチュエータ１６０１−２から直動力を受ける。支持部材６０２は、両端部で受ける直動力によって、誘電体基板１０１の第１の面に対する傾きを維持したまま当該第１の面に対して略垂直に変位できる。

リニアアクチュエータ１６０１−１およびリニアアクチュエータ１６０１−２は、それぞれ圧電アクチュエータであってもよい。この場合には、圧電アクチュエータに予圧を与えるために、バネ１６０２−１およびバネ１６０２−２が、それぞれ支持部材６０２と土台との間に連結される。圧電アクチュエータには制御電圧を印加するために図示されないリード線が接続される。圧電アクチュエータは、制御電圧に応じて誘電体基板１０１の第１の面に対して略垂直に伸縮する。支持部材６０２に支持された特性調整用部材１０５は、圧電アクチュエータの伸縮に連動して変位する。

以上説明したように、第２の実施形態に係るチューナブルフィルタ装置において、特性調整用部材を支持する支持部材は、その両端部に連結されたリニアアクチュエータからの直動力によって、誘電体基板の回路配置面に対する傾きを維持したまま当該回路配置面に略垂直に変位する。故に、このチューナブルフィルタ装置によれば、特性調整用部材は、その底面が誘電体基板の回路配置面に対して略平行な状態を維持したまま変位するので、ギャップ長を高精度に調整することが可能である。

（第３の実施形態）
前述の第１の実施形態または第２の実施形態に係るチューナブルフィルタ装置は、図６および図１６には示されていないものの、種々の駆動機構を制御するためのドライバ、ならびに、調整後のフィルタ特性を確認するための測定器を必要とする。さらに、チューナブルフィルタ装置が超伝導フィルタに相当する場合には、当該チューナブルフィルタ装置は真空低温環境を設定するための種々の周辺装置も必要とする。

図１７に例示されるように、第３の実施形態に係るチューナブルフィルタシステムは、断熱真空容器１７０１と、真空ポンプ１７０２と、冷凍機１７０３と、コールドヘッド１７０４と、コールドプレート１７０５と、チューナブルフィルタ装置１７０６と、コネクタ１７０７と、コネクタ１７０８と、コネクタ１７０９と、入力コネクタ１７１０と、同軸ケーブル１７１１と、同軸ケーブル１７１２と、出力コネクタ１７１３と、同軸ケーブル１７１４と、同軸ケーブル１７１５と、配線ケーブル１７１６と、配線ケーブル１７１７と、周波数特性測定器１７１８と、ドライバ１７１９とを含む。

チューナブルフィルタ装置１７０６は、前述の第１の実施形態または第２の実施形態に係るチューナブルフィルタ装置に相当する。但し、チューナブルフィルタ装置１７０６の回路要素（例えば、共振器、信号入力線路、信号出力線路など）の少なくとも一部は超伝導材料を用いて形成されている。

断熱真空容器１７０１は、略箱状であって、チューナブルフィルタ装置１７０６を収容する。後述される真空ポンプ１７０２および冷凍機１７０３の作用により、チューナブルフィルタ装置１７０６の周囲に真空低温環境が設定される。断熱真空容器１７０１は、設定された真空低温環境を維持するために、外界からの熱および空気の侵入を防止する。

例えば、断熱真空容器１７０１は、当該断熱真空容器１７０１の底部および側壁部に相当し当該底部の反対側に開口面を有する下側容器と、当該断熱真空容器１７０１の頂部および側壁部に相当し当該頂部の反対側に開口面を有する上側容器とに分離可能であってもよい。この場合には、上側容器および下側容器を両者の開口面を対向させた状態で結合することにより内部空間を形成することができる。例えばＯリングを介して上側容器および下側容器を結合することで断熱真空容器１７０１の内部空間の真空度を維持することができる。

真空ポンプ１７０２は、断熱真空容器１７０１の内部空間を真空排気する。冷凍機１７０３はコールドヘッド１７０４を備えており、断熱真空容器１７０１の内部空間が略真空状態になった後に当該コールドヘッド１７０４を冷却する。

コールドヘッド１７０４は、コールドプレート１７０５を支持する。さらに、コールドプレート１７０５は、チューナブルフィルタ装置１７０６を支持する。冷凍機１７０３がコールドヘッド１７０４を冷却してその温度が低下すると、コールドプレート１７０５からコールドヘッド１７０４への熱伝導が生じるので当該コールドプレート１７０５も冷却される。さらに、コールドプレート１７０５の温度が低下すると、チューナブルフィルタ装置１７０６からコールドプレート１７０５への熱伝導が生じるので当該チューナブルフィルタ装置１７０６も冷却される。

冷凍機１７０３は、チューナブルフィルタ装置１７０６に含まれる超伝導材料が超伝導特性を示す温度までチューナブルフィルタ装置１７０６を冷却する必要がある。なお、環境温度が低いほど超伝導特性の向上が期待できるので、チューナブルフィルタ装置１７０６はより低い温度に設定されることが好ましい。冷凍機１７０３は、チューナブルフィルタ装置１７０６を十分に冷却する機能があればよく、例えば、パルスチューブ冷凍機、スターリング冷凍機、または、ＧＭ（Ｇｉｆｆｏｒｄ−ＭｃＭａｈｏｎ）冷凍機などの種々の冷凍機であってよい。

冷凍機１７０３は、冷却運転時に振動を伴う。この振動は、コールドヘッド１７０４およびコールドプレート１７０５を介してチューナブルフィルタ装置１７０６にも伝わる。この振動により、チューナブルフィルタ装置１７０６に含まれる特性調整用部材の固定が緩んで位置がずれるかもしれない。

図１７の例では、チューナブルフィルタ装置１７０６は重力方向に振動し、コールドプレート１７０５は誘電体基板の回路配置面が重力方向に対して略水平になるようにチューナブルフィルタ装置１７０６を支持しているので、振動方向は特性調整用部材の可動方向と一致する。故に、特性調整用部材に関する初期ギャップ長を事前に最適化したとしても、真空低温環境の設定中に特性調整用部材の位置がずれるかもしれない。前述の第１の実施形態または第２の実施形態に係るチューナブルフィルタ装置は、真空低温環境の設定後に初期ギャップ長を調整することで当該環境を解除することなく特性調整用部材の位置のずれを解消することができる。

断熱真空容器１７０１の側壁、頂部または底部には、チューナブルフィルタ装置１７０６と周辺装置（具体的には、周波数特性測定器１７１８およびドライバ１７１９）との間のインターフェースとして、コネクタ１７０７、コネクタ１７０８およびコネクタ１７０９が取り付けられている。

周波数特性測定器１７１８は、例えば、ネットワークアナライザであって、チューナブルフィルタ装置１７０６に様々な周波数を持つテスト信号を与え、その応答を測定する。チューナブルフィルタ装置１７０６の入力コネクタ１７１０は、同軸ケーブル１７１１、コネクタ１７０７および同軸ケーブル１７１２を介して周波数特性測定器１７１８の出力端子に接続される。チューナブルフィルタ装置１７０６の出力コネクタ１７１３は、同軸ケーブル１７１４、コネクタ１７０８および同軸ケーブル１７１５を介して周波数特性測定器１７１８の入力端子に接続される。

ドライバ１７１９は、チューナブルフィルタ装置１７０６に含まれる種々の駆動機構（例えば、前述のリニアアクチュエータ６０１、回転駆動機構６０３、可動溝機構６０５、直動機構１００２、ロータリーアクチュエータ１４０１、リニアアクチュエータ１６０１−１、リニアアクチュエータ１６０１−２、回転駆動機構１９０２など）に制御信号（制御電圧）を与え、当該駆動機構の動作（すなわち、駆動力の大きさおよび方向）を制御する。チューナブルフィルタ装置１７０６の図示されない制御端子は、配線ケーブル１７１６、コネクタ１７０９および配線ケーブル１７１７を介してドライバ１７１９の出力端子に接続される。

以上説明したように、第３の実施形態に係るチューナブルフィルタシステムは、超伝導特性のための真空低温環境の設定中に冷凍機からの振動によって生じる特性調整用部材の位置のずれを、当該環境の設定後に初期ギャップ長の調整を通じて解消する。従って、このチューナブルフィルタシステムは、振動の比較的大きな冷凍機を利用することが可能である。

（第４の実施形態）
前述の第１の実施形態または第２の実施形態に係るチューナブルフィルタ装置のフィルタ特性は、自動調整することも可能である。具体的には、図１８に例示されるように、第４の実施形態に係るチューナブルフィルタシステムは、制御装置１８００と、フィルタ回路１８１０と、入力コネクタ１８１１と、出力コネクタ１８１２と、駆動機構１８２０とを含む。

制御装置１８００は、フィルタ回路１８１０のフィルタ特性を解析し、このフィルタ特性と所望フィルタ特性とを比較し、両者の差分を示す差分信号を生成し、当該差分信号に応じて駆動機構１８２０を負帰還制御することで、上記フィルタ特性を自動的に改善する。具体的には、制御装置１８００は、周波数特性測定器１８０１と、演算回路１８０２と、ドライバ１８０３とを含む。

周波数特性測定器１８０１は、出力コネクタ１８１２を介してフィルタ回路１８１０の出力信号（ｓｉｇ．２）を受け取る。周波数特性測定器１８０１は、フィルタ回路１８１０の出力信号のスペクトル波形（例えば、中心周波数、通過特性および反射特性）を測定する。周波数特性測定器１８０１は、このスペクトル波形を示す測定信号を演算回路１８０２へと出力する。

演算回路１８０２は、測定信号を周波数特性測定器１８０１から受け取る。演算回路１８０２は、測定信号の示すスペクトル波形を所望スペクトル波形と比較し、両者の差分を示す差分信号を生成する。演算回路１８０２は、差分信号をドライバ１８０３へと出力する。

ドライバ１８０３は、演算回路１８０２から差分信号を受け取り、差分信号に応じて駆動機構１８２０の動作（すなわち、駆動力の大きさおよび方向）を制御するための制御信号（制御電圧）を生成する。ドライバ１８０３は、制御信号を駆動機構１８２０へと出力する。

フィルタ回路１８１０、入力コネクタ１８１１、出力コネクタ１８１２および駆動機構１８２０は、前述の第１の実施形態または第２の実施形態に係るチューナブルフィルタ装置に相当する。

フィルタ回路１８１０は、例えば、前述の誘電体基板１０１、共振器１０２、信号入力線路１０３、信号出力線路１０４および特性調整用部材１０５の一部または全部を含むことができる。フィルタ回路１８１０は、入力コネクタ１８１１を介して入力信号（ｓｉｇ．１）を受け取る。フィルタ回路１８１０は、入力信号にフィルタ処理を行うことで出力信号を得る。フィルタ回路１８１０は、出力信号を出力コネクタ１８１２を介して制御装置１８００および図示されない外部装置に供給する。

駆動機構１８２０は、例えば、前述のリニアアクチュエータ６０１、回転駆動機構６０３、可動溝機構６０５、直動機構１００２、ロータリーアクチュエータ１４０１、リニアアクチュエータ１６０１−１、リニアアクチュエータ１６０１−２、回転駆動機構１９０２の一部または全部を含むことができる。駆動機構１８２０は、制御装置１８００から制御信号を受け取り、当該制御信号に従って動作する。

以上説明したように、第４の実施形態に係るチューナブルフィルタシステムは、測定したフィルタ特性の所望フィルタ特性に対する差分に応じて種々の駆動機構を負帰還制御する。従って、このチューナブルフィルタシステムによれば、フィルタ特性を自動的に改善することができる。

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。

１００，４００・・・チューナブルフィルタ装置
１０１・・・誘電体基板
１０２・・・共振器
１０３・・・信号入力線路
１０４・・・信号出力線路
１０５・・・特性調整用部材
１０６・・・金属パッケージ
１０７，１０９・・・接続電極
１０８・・・同軸コネクタ
５０１・・・ネジ部
５０２・・・誘電体部
６０１，１６０１・・・リニアアクチュエータ
６０２，６０６・・・支持部材
６０３，１９０２・・・回転駆動機構
６０４・・・弾性部材
６０５・・・可動溝機構
６０７・・・断熱支持部材
９００・・・切替用部材
９０１・・・回転軸
９０２・・・可動部材
９０３・・・弾性体
１００１・・・直動機構固定部
１００２・・・直動機構
１００３，１５０３，１９０３・・・溝部材
１４０１・・・ロータリーアクチュエータ
１４０２・・・伝達機構
１６０２・・・バネ
１７０１・・・断熱真空容器
１７０２・・・真空ポンプ
１７０３・・・冷凍機
１７０４・・・コールドヘッド
１７０５・・・コールドプレート
１７０６・・・チューナブルフィルタ装置
１７０７，１７０８，１７０９・・・コネクタ
１７１０，１８１１・・・入力コネクタ
１７１１，１７１２，１７１４，１７１５・・・同軸ケーブル
１７１３，１８１２・・・出力コネクタ
１７１６，１７１７・・・配線ケーブル
１７１８，１８０１・・・周波数特性測定器
１７１９，１８０３・・・ドライバ
１８００・・・制御装置
１８０２・・・演算回路
１８１０・・・フィルタ回路
１８２０・・・駆動機構

Claims (11)

1. チューナブルフィルタ装置における基板の第１の面上の共振器と対向した特性調整用部材と、
   変形することで前記特性調整用部材に接触し、復元力によって当該特性調整用部材から非接触となる弾性部材と、
   前記弾性部材を回転駆動する第１の駆動機構と、
   閉動作により前記弾性部材の外側から当該弾性部材に接触して変形させ、開動作により当該弾性部材に復元力を生じさせる第１の可動部材と、
   前記第１の可動部材を開閉させる突起を有する第２の可動部材と、
   前記突起が前記第１の可動部材を開閉させるように前記第２の可動部材を変位させる第２の駆動機構と
   を具備し、
   前記弾性部材は、前記特性調整用部材に接触することで前記第１の駆動機構の回転駆動力を伝達し、
   前記特性調整用部材は、伝達された回転駆動力を変換した直動力により前記共振器とのギャップを変化させる、
   フィルタ特性調整装置。
2. 前記弾性部材の総数および前記第１の可動部材の総数が、それぞれ２以上であって、
   前記第１の駆動機構は、ロータリーアクチュエータと、当該ロータリーアクチュエータによって生み出された回転駆動力を前記弾性部材の各々に伝達する伝達機構とを含む、
   請求項１記載のフィルタ特性調整装置。
3. 前記伝達機構は、複数の歯車を含み、
   前記歯車の各々は、１つ以上の他の歯車と噛み合うように配置され、
   前記歯車のいずれかは、前記ロータリーアクチュエータに連結され、当該ロータリーアクチュエータの回転駆動力を１つ以上の他の歯車に伝達し、
   前記弾性部材の各々は、前記歯車のいずれかに連結され、当該歯車を介して前記回転駆動力を受ける、
   請求項２記載のフィルタ特性調整装置。
4. 前記第１の可動部材は、外力に応じて変位することで前記弾性部材の外壁に接触して当該弾性部材を変形させる１つ以上の第３の可動部材と、復元力によって当該第３の可動部材を変位させることで当該弾性部材の外壁から分離する弾性体とを含み、
   前記第３の可動部材の各々は、前記弾性体に連結された第１の端部および回転軸に固定された第２の端部を含む側壁を持ち、当該弾性体の復元力または前記外力に応じて当該回転軸を中心に回転運動し、
   前記第３の可動部材の各々の側壁は、前記第１の端部と前記第２の端部との間を前記弾性部材の外壁に沿って湾曲させた形状を持つ、
   請求項１記載のフィルタ特性調整装置。
5. 前記第２の駆動機構は、前記第２の可動部材を前記基板の第１の面に対して略平行に直線運動または回転駆動する、請求項１記載のフィルタ特性調整装置。
6. 前記第２の駆動機構は、前記第２の可動部材を直動し、
   前記第２の可動部材は、前記特性調整用部材、前記弾性部材および前記第１の可動部材を収容する溝が形成され、当該溝の第１の内壁に前記突起を持ち、
   前記溝の前記第１の内壁の壁面は、前記突起を除き前記第２の可動部材の運動方向によって規定される柱面に略平行である、
   請求項１記載のフィルタ特性調整装置。
7. 前記第２の駆動機構は、前記第２の可動部材を回転駆動し、
   前記第２の可動部材は、前記特性調整用部材、前記弾性部材および前記第１の可動部材を収容する溝が形成され、当該溝の第１の内壁に前記突起を持ち、
   前記溝の前記第１の内壁の壁面は、前記突起を除き前記第２の可動部材の運動方向によって規定される柱面に略平行である、
   請求項１記載のフィルタ特性調整装置。
8. 前記特性調整用部材を、前記共振器と対向した状態で支持する支持部材と、
   前記支持部材を変位させることにより、前記特性調整用部材と前記共振器との間のギャップを変化させる第３の駆動機構をさらに具備する、請求項１記載のフィルタ特性調整装置。
9. 前記共振器は、前記基板の第１の面に超伝導材料を用いてパターン形成されている、請求項１記載のフィルタ特性調整装置。
10. 基板と、
    前記基板の第１の面に導体材料を用いてパターン形成された１つ以上の共振器と、
    誘電体材料、磁性体材料または導体材料をそれぞれ含みそれぞれの少なくとも一部分がネジ部に相当する１つ以上の特性調整用部材と、
    前記特性調整用部材を、前記共振器とそれぞれ対向した状態で支持する支持部材と、
    第１の外力に応じて変形することで前記特性調整用部材の各々の側壁に接触し、当該第１の外力の非作用時に復元力によって当該特性調整用部材の側壁から分離する１つ以上の弾性部材と、
    前記弾性部材を回転駆動する第１の駆動機構と、
    第２の外力に応じて変位することで前記弾性部材の１つの外壁に接触して当該弾性部材に前記第１の外力を作用させる１つ以上の可動部材と、前記第２の外力の非作用時に復元力によって当該可動部材を変位させることで当該弾性部材の外壁から分離する弾性体とをそれぞれ含む１つ以上の切替用部材と、
    前記特性調整用部材、前記弾性部材および前記切替用部材を少なくとも１組それぞれ収容する１つ以上の溝が形成され、当該溝の各々の第１の内壁に突起を持つ溝部材と、
    前記溝の少なくとも１つに収容された前記切替用部材の少なくとも１つの外壁を当該溝の前記突起と前記第１の内壁に対向する第２の内壁とで挟み込むことにより前記第２の外力が当該切替用部材に作用するように前記溝部材を変位させる第２の駆動機構と
    を具備し、
    前記弾性部材の各々は、前記特性調整用部材の各々の側壁に接触している間に、前記第１の駆動機構から受ける回転駆動力を摩擦力を介して当該特性調整用部材に伝達し、
    前記特性調整用部材の各々は、前記弾性部材の各々から伝達された回転駆動力を前記ネジ部によって変換した直動力に応じて変位して当該特性調整用部材と前記共振器の各々との間のギャップ長を変化させる、
    チューナブルフィルタ装置。
11. チューナブルフィルタ装置の制御方法であって、
    前記チューナブルフィルタ装置は、
    基板と、
    前記基板の第１の面に導体材料を用いてパターン形成された１つ以上の共振器と、
    誘電体材料、磁性体材料または導体材料をそれぞれ含みそれぞれの少なくとも一部分がネジ部に相当する１つ以上の特性調整用部材と、
    前記特性調整用部材を、前記共振器とそれぞれ対向した状態で支持する支持部材と、
    第１の外力に応じて変形することで前記特性調整用部材の各々の側壁に接触し、当該第１の外力の非作用時に復元力によって当該特性調整用部材の側壁から分離する１つ以上の弾性部材と、
    前記弾性部材に連結された第１の駆動機構と、
    第２の外力に応じて変位することで前記弾性部材の１つの外壁に接触して当該弾性部材に前記第１の外力を作用させる１つ以上の可動部材と、前記第２の外力の非作用時に復元力によって当該可動部材を変位させることで当該弾性部材の外壁から分離する弾性体とをそれぞれ含む１つ以上の切替用部材と、
    前記特性調整用部材、前記弾性部材および前記切替用部材を少なくとも１組それぞれ収容する１つ以上の溝が形成され、当該溝の各々の第１の内壁に突起を持つ溝部材と、
    前記溝部材に連結された第２の駆動機構と
    を具備し、
    前記制御方法は、
    前記第１の駆動機構に、前記弾性部材を回転駆動させることと、
    前記第２の駆動機構に、前記溝の少なくとも１つに収容された前記切替用部材の少なくとも１つの外壁を当該溝の前記突起と前記第１の内壁に対向する第２の内壁とで挟み込むことにより前記第２の外力が当該切替用部材に作用するように前記溝部材を変位させることと
    を具備し、
    前記弾性部材の各々は、前記特性調整用部材の各々の側壁に接触している間に、前記第１の駆動機構から受ける回転駆動力を摩擦力を介して当該特性調整用部材に伝達し、
    前記特性調整用部材の各々は、前記弾性部材の各々から伝達された回転駆動力を前記ネジ部によって変換した直動力に応じて変位して当該特性調整用部材と前記共振器の各々との間のギャップ長を変化させる、
    制御方法。