JPH05206705A - 高周波フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、良好な通過阻止特性を発揮し得る
と共に、簡単な操作で該通過阻止作用を選択的に可能又
は不能にし得る高周波フィルタを提供することを目的と
する。 【構成】 基板５上の中心導体である半波長共振器９を
超伝導薄膜にて形成し、前記半波長共振器９の全部ある
いは一部に磁界印加素子１０を対向するように設けるこ
とにより、表面抵抗が小さく、信号減衰力が大きく、抵
抗損失が小さく、小型化を実現できる等となる一方、磁
界印加素子１０の磁界を印加させると、前記半波長共振
器９の超伝導性が減退又は喪失し、該共振器は、特定周
波数に対する通過阻止作用が不能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波領域の特定
の周波数帯域の通過阻止（帯域除去）作用を有するフィ
ルタ又は複数の周波数帯域の通過阻止作用を有するフィ
ルタバンク、より詳細には高周波信号の通過阻止作用を
選択的に可能又は不能にする操作機能を備えたデバイス
構成の高周波フィルタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、マイクロ波領域で使用される受動
部品たる各種フィルタ（低域通過フィルタ、帯域通過フ
ィルタ、高域通過フィルタ、通過阻止フィルタ等）は、
無酸素銅あるいは金等の表面抵抗の低い常伝導金属によ
り構成されていた。

【０００３】一方、近年、Ｙ系、Ｂｉ系、Ｔｌ系等の酸
化物超伝導材料が発見され、また、これらの材料の薄膜
化技術が飛躍的に向上したことから、該超伝導材料によ
り前記フィルタを構成する研究開発が進められている。

【０００４】他方、マイクロ波領域では、基本的には中
心導体たる共振器を中核としてフィルタ動作が行なわれ
るので、前記超伝導材料によりフィルタの共振器を構成
した場合、該共振器は、常伝導薄膜で構成する場合に比
べて著しく大きなＱ値を有する（これは表面抵抗が小さ
いことと等価である）ために、著しく低い挿入損失、狭
い帯域幅、良好なスカート特性を実現できる。

【０００５】図８は上記観点から構成された従来の通過
阻止型の高周波フィルタの中心導体のパターン例を示す
ものである。本例では、基板ｌは中心導体たる信号伝搬
線路２及び半波長共振器３を支持し、該基板１の裏面に
はグランドプレーンが形成されている。

【０００６】図９は図８に示す構成の通過阻止型フィル
タの特性を示すものであり、７７Ｋ雰囲気下で測定した
ものである。これによると、フィルタの共振器３が常伝
導薄膜（Ａｕ）又は超伝導薄膜（Ｔｌ系）のいずれから
成る場合も、周波数が９．５５ＧＨｚ付近の信号のみを
阻止する機能を有している。

【０００７】常伝導薄膜から成る共振器を有するフィル
タにおいては、Ｑ値が低いために９．５５ＧＨｚの信号
減衰量が−２０ｄＢであり、かつ、阻止帯域も広がって
いるのに対し、超伝導薄膜から成る共振器では、Ｑ値が
大きいため、信号減衰量が−４５ｄＢであり、阻止帯域
も狭く、良好な通過阻止フィルタとなっていることが理
解できる。

【０００８】かかる特性を有するフィルタは、例えばパ
ーソナル通信や衛星通信において、増幅器などの信号処
理系に流入する不要な大振幅信号を抑制するために用い
られており、単独で用いられることもあるが、一般に
は、周波数の異なる複数の不要な信号の各々の流入抑制
を図るために、複数の周波数に対応した通過阻止作用を
有するフィルタから成るフィルタバンクの構成部品とし
て重用されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の通過阻止型フィルタの構成では、単なる通過阻止作
用を発揮できるにとどまるので、例えば上記フィルタバ
ンクとして用いられた場合、無線信号の環境によって
は、限られた周波数帯域に極めて多くのチャネルが必要
なことがあると共に、特定周波数の不要信号は別の時点
では必要信号となる可能性があり、この場合外部信号に
より通過阻止作用を選択的に維持又は停止させることが
必要となるが、かかる選択的な通過阻止作用の実現の問
題に対処することはできない。

【００１０】本発明は、大きなＱ値を有する等良好な通
過阻止特性を発揮し得ると共に、簡単な操作で該通過阻
止作用を選択的に可能又は不能にし得る高周波フィルタ
を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するべ
く、請求項１の発明は、基板上の中心導体である半波長
共振器を超伝導薄膜で形成する一方、該半波長共振器の
全部あるいは一部に外部磁気印加手段を対向させ、もっ
て該外部磁気印加手段による磁界の印加又は停止により
超伝導性の減退又は喪失を可逆的に行なわせるようにし
たことを特徴とする。

【００１２】請求項２の発明は、前記中心導体が、第１
及び第２のグランドプレーンの間に介在したストリップ
ライン構造又は１面側にグランドプレーンを有するマイ
クロストリップ構造に構成され、前記ストリップライン
構造の少なくとも一方のグランドプレーン又は前記マイ
クロストリップ構造のグランドプレーンを常伝導金属薄
膜で形成したことを特徴とする。

【００１３】請求項３の発明は、前記外部磁気印加手段
が、前記常伝導金属から成るグランドプレーン上に配置
され、コイル若しくは磁性体、又は磁気へッドであるこ
とを特徴とする。

【００１４】

【作用】基板上の中心導体である半波長共振器を超伝導
薄膜で形成されているので、表面抵抗が小さく、信号減
衰力が大きく、抵抗損失が小さく、小型化を実現できる
等となる一方、前記半波長共振器の全部あるいは一部に
外部磁気印加手段を対向させているので、該半波長共振
器の超伝導性の減退又は喪失が該外部磁気印加手段によ
る磁界の印加により可逆的に発現することになり、もっ
て、該半波長共振器は、前記磁界の印加停止時である超
伝導性の帯有時には特定周波数に対する通過阻止作用を
可能にし、前記磁界の印加時である超伝導性の減退ない
し喪失時には前記通過阻止作用を不能にする。

【００１５】

【実施例】図１は本発明の第１実施例の構成を示すもの
であり、本実施例は中心導体がストリップライン構造に
係る場合である。

【００１６】同図に示すように、本実施例に係るフィル
タは、銅、金薄膜等から成る第１グランドプレーン４、
絶縁膜から成る基板５、超伝導薄膜（常伝導薄膜でもよ
い）から成る第２グランドプレーン６により大略構成さ
れている。

【００１７】ここで、前記基板５上には、高周波信号伝
搬線路８、該線路８を挟むように配された半波長の電気
長を有する半波長共振器９が設けられている一方、前記
第１グランドプレーン４上であって前記半波長共振器９
の上方には外部磁気印加手段たる磁界印加素子１０が設
けられている。

【００１８】なお、前記基板５は、例えば厚みが０．５
［ｍｍ］であるＬａＡｌＯ₃ から成り、共振器９は略１
［ｃｍ］の電気長で共振周波数は１．５［ＧＨｚ］であ
り、信号伝搬線路８は線路幅が０．１６［ｍｍ］でその
長手方向の両端部には信号入出力部７が形成されてい
る。また、磁界印加素子１０は、コイル、磁性体、磁気
ヘッド等により構成される。

【００１９】次に、上記のように構成された本実施例の
作用につき図５、６を参照しながら説明する。

【００２０】超伝導薄膜が、磁界の印加により超伝導性
が減退ないし喪失されることは知られているが、図５は
磁界印加による超伝導性の変化を示すものであり、前記
共振器９を形成する超伝導薄膜の表面抵抗［μΩ］と外
部から印加される交流印加磁界強度［Ｏｅ］との関係を
示すものである。

【００２１】同図に示すように、例えば１．５［ＧＨ
ｚ］の高周波領域での超伝導薄膜の表面抵抗は、微弱な
磁界の範囲内では磁界の強さに応じて緩やかに増加する
が、この高周波領域の超伝導性の減退は磁界印加に伴っ
た磁束の導入によって説明することができる。ただし、
磁界強度を増加させると、薄膜の品質、形状等に依存は
するが、特定の磁界強度２０［Ｏｅ］付近で急激に表面
抵抗が増大することが理解できる。

【００２２】前記印加磁界領域では超伝導性は可逆的で
はあるが部分的に喪失し、表面抵抗が増大し磁場侵入長
も長くなる。すなわち、このような磁界を信号伝搬線路
８に印加すると導体損失を増大させ、ひいては通過帯域
の挿入損失の増加を招く結果となる。換言すれば、磁界
印加素子１０は、少なくとも信号伝搬線路８に影響を及
ぼさないように配置する必要がある。

【００２３】一方、超伝導薄膜から成る共振器９の全体
に磁界を印加すると、共振器９におけるＱ値の低下と帯
域の広がりを生じ、さらに強い磁界を印加すると、共振
器９は信号阻止作用が不能となる。

【００２４】図６は、フィルタ構成要素の共振器９に供
給される信号周波数［ＧＨｚ］と透過係数［ｄＢ］との
関係を示すものである。同図に示すように、磁界を印加
しない状態（実線で示すＯＦＦ状態）では周波数がｌ０
［ＧＨｚ］、１５［ＧＨｚ］の信号の通過を阻止してお
り、磁界印加状態（破線で示すＯＮ状態）では通過阻止
能力が減退していることが理解できる。

【００２５】なお、第１のグランドプレーン４は常伝導
薄膜で形成され、かつ、磁界印加素子１０は共振器９の
直上位置に設けられているので、磁界印加素子１０によ
る磁界印加の悪影響はなく（マイスナ効果を生じさせな
い）、また、信号伝搬線路８を伝搬する高周波信号にも
影響はない。

【００２６】このように、本実施例では、第１のグラン
ドプレーン４を介して半波長共振器９の上方に磁界印加
素子１０が配置されているので、当該半波長共振器９に
ついてその超伝導性を可逆的に減退又は喪失させること
ができ、特定周波数信号の通過阻止作用を選択的に可能
又は不能にするフィルタ作用を実現できる。

【００２７】一般に、超伝導薄膜は、磁界の印加の他、
温度、電流の過剰な印加等により超伝導性を減退ないし
喪失させ得ることが知られているが、本実施例のように
磁界印加による場合が最も簡便である。

【００２８】図２は本発明の第２実施例を示すものであ
り、本実施例は、中心導体がマイクロストリップ構造に
係る場合であり、上記第１実施例における第２のグラン
ドプレーン６が省略され、構成が簡略されたものとなっ
ている。

【００２９】本マイクロストリップ構造の場合、基板５
の１面側にのみ常伝導薄膜から成るグランドプレーン４
０を有するが、磁界印加素子１０の磁界印加又は印加停
止により共振器９の超伝導性が可逆的に減退又は喪失す
ることは、上記ストリップライン構造の場合と同様であ
る。

【００３０】図３は、磁界印加素子１０をワンターンコ
イル１１にて構成するようにした場合であり、簡単な構
成で共振器９の略全体に略一様な磁界を印加できる。

【００３１】図４は、磁界印加素子１０を磁気ヘッド１
２にて構成し、かつ、該磁気ヘッド１２を共振器９の一
部上に偏在的に配置するようにしたものである。かかる
構成にすると、共振器９への磁界印加が局所的に行われ
るので、超伝導性の減退の周波数特性に変化が生じる。

【００３２】図７は、かかる周波数特性の変化を示すも
のであり、フィルタ構成要素の共振器９に供給される信
号周波数［ＧＨｚ］と透過係数［ｄＢ］との関係を示す
ものである。同図に示すように、磁界を印加しない状態
（実線で示すＯＦＦ状態）では周波数がｌ０［ＧＨｚ］
及び１５［ＧＨｚ］の信号の通過を阻止しているが、磁
界印加状態（破線で示すＯＮ状態）では、通過阻止作用
は当該周波数（ｌ０［ＧＨｚ］及び１５［ＧＨｚ］）か
ら夫々若干高い周波数にシフトした周波数で行われるこ
とが理解できる。

【００３３】なお、前記周波数のシフト量は磁気ヘッド
１２の位置によってほぼ決定されることが実験により解
った。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、通過阻
止型の高周波フィルタにおいて、該通過阻止作用を選択
的に可能又は不能にすることができ、信号処理系の負荷
を軽減できる一方、特定の帯域幅の通過阻止を複数の信
号に対して行うことができ、チャネルの増加や帯域の有
効利用に対処可能なフィルタバンクを有する通信システ
ムを提供できる等の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す概略斜視図
である。

【図２】本発明の第２の実施例の構成を示す概略斜視図
である。

【図３】磁界印加素子の実施例を示す概略斜視図であ
る。

【図４】磁界印加素子の他の実施例を示す概略斜視図で
ある。

【図５】超伝導薄膜の表面抵抗の磁界依存性を示すグラ
フである。

【図６】コイルによる磁界印加における透過係数の周波
数依存性を示すグラフである。

【図７】磁気ヘッドを共振器に局在させた場合の透過係
数の周波数依存性を示すグラフである。

【図８】従来の通過阻止型高周波フィルタの構成を示す
要部平面図である。

【図９】図８に示す高周波フィルタの周波数特性を示す
グラフである。

【符号の説明】

４ 第１グランドプレーン基板、 ５ 中心導体基板、 ６ 第２グランドプレーン基板、 ７ 入出力部、 ８ 信号伝搬線路、 ９ 半波長共振器、 １０ 磁界印加素子（外部磁気印加手段）、 １１ コイル、 １２ 磁気ヘッド、 ４０ グランドプレーン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 道上 修 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本 電信電話株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波信号の伝搬線路及び該高周波信号
   の通過阻止用半波長共振器を含む導体を超伝導性を有す
   る薄膜にて形成し、前記導体を絶縁膜から成る基板上に
   設けて成る高周波フィルタにおいて、前記半波長共振器
   の少なくとも一部に対して、前記超伝導性を可逆的に減
   退又は喪失させる磁界を印加する外部磁気印加手段を設
   けたことを特徴とする通過阻止型高周波フィルタ。
2. 【請求項２】 前記導体は、第１及び第２のグランドプ
   レーンの間に介在したストリップライン構造又は１面側
   にグランドプレーンを有するマイクロストリップ構造に
   構成され、前記ストリップライン構造の少なくとも一方
   のグランドプレーン又は前記マイクロストリップ構造の
   グランドプレーンを常伝導金属薄膜で形成したことを特
   徴とする請求項１に記載の通過阻止型高周波フィルタ。
3. 【請求項３】 前記外部磁気印加手段は、前記常伝導金
   属薄膜から成るグランドプレーン上に配置された、コイ
   ル若しくは磁性体、又は磁気へッドであることを特徴と
   する請求項１又は請求項２に記載の通過阻止型高周波フ
   ィルタ。