JPH08186415A - マイクロウェーブシステム用共振器 - Google Patents

マイクロウェーブシステム用共振器

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JPH08186415A
JPH08186415A JP6317056A JP31705694A JPH08186415A JP H08186415 A JPH08186415 A JP H08186415A JP 6317056 A JP6317056 A JP 6317056A JP 31705694 A JP31705694 A JP 31705694A JP H08186415 A JPH08186415 A JP H08186415A
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JP
Japan
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resonator
microwave
single crystal
crystal substrate
microwave system
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JP6317056A
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English (en)
Inventor
Soretsu Ri
相烈 李
Koyon Kyo
光▲ヨン▼ 姜
Sekikichi Kan
石吉 韓
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KANKOKU DENSHI TSUSHIN KENKYUSHO
Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Original Assignee
KANKOKU DENSHI TSUSHIN KENKYUSHO
Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 既存のマイクロウェーブ共振器素子に比べて
周波数使用要求に対処することができる性能及び良好度
が向上し、大きさを縮少させることができるマイクロウ
ェーブ共振器を提供する。 【構成】 マイクロウェーブシステム用共振器は、マイ
クロウェーブ用単結晶基板4と;上記単結晶基板4の主
表面上に二重モード構造で各々形成される入出力端用二
つの結合軸1,1と;上記単結晶基板4の上記主表面上
に、上記結合軸1,1各々から所定の間隔を置いて形成
され、共振周波数の分割位相を誘導する所定形態の摂動
領域3aを有する中心導体3と;接地平面6とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロウェーブシス
テムで用いられることのできる共振器(resonator)に関
するもので、より具体的には、優秀な性能と信頼度を有
する高温超伝導二重モード共振器(High Temperature S
uperconducting Dual Mode Resonator)に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】移動通信(Mobile Radio Communicatio
n)、衛星通信(Satellite Communication Service)及
び衛星放送(Direct Broadcasting Satellite)等で、電
波を利用するサービスの要求が輻輳し、大容量の高級情
報に対する要求が、多様化、高度化、個人化の趨勢に引
き続けられている。これに能動的に対応するためには、
マイクロウェーブ通信システムを構成する多種核心部品
の特性向上と大きさの縮少等が先決課題として台頭して
いる。又、限定された電波資源を効率的に活用するため
には、非常に優秀な特性のマイクロウェーブ部品の開発
が要求される。
【0003】高い良好度(Q-factor)を発揮することの
できる無損失、無抵抗の高温超伝導体の応用は、マイク
ロウェーブ通信部品の特性向上に非常に有利である。従
って、マイクロウェーブ特性が優れた単結晶基板に良質
の高温超伝導薄膜を形成して、その上にマイクロウェー
ブ素子及び回路を具現すれば、マイクロウェーブ部品の
小型化と高性能化を達成することができることと期待さ
れる(E Belohoubek et al, “Advanced High-Temperat
ure Superconducting Components for Microwave Syste
m", Journal of Superconductivity, Vol.5, No. 4,
pp. 424−429(1992)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】マイクロウェーブ通信
部品の基本になる共振器(resonator)の設計及び製造に
おいて、最も重要な点は、高い良好度を有しなければな
らないということで、このためには、親機能新構造の平
面形素子(回路)構造が有利である(J. A. Curtis and
S. J. Fiedziuszko, “Miciature dual mode microstr
ip filters,"1991 IEEE MTT-S Int. Microwave Sy
mp. Digest No.N−1, pp.443−446)。
【0005】本発明の目的は、既存のマイクロウェーブ
共振器素子に比べて周波数使用要求に対処することがで
きる性能及び良好度が向上し、大きさを縮少させること
ができるマイクロウェーブ共振器を提供することであ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明は、高温超伝導薄膜を利用してマイクロ
ウェーブ帯域で用いられることのできる新たな概念を有
する摂動された二重モード円板形共振器を提供する。す
なわち、高温超伝導エピタキシャル薄膜とシミュレーシ
ョンから求めた最適回路パターンを転写させた電子線マ
スクを利用したフォトリソグラフィック工程と、エッチ
ング工程とを通じて、YBa2Cu37−δ/MgO/
Ti(又はCr)/Ag構造の摂動された高温超伝導二
重モード円板形共振器を提供する。
【0007】より具体的には、本発明の共振器は、マイ
クロウェーブ用単結晶基板と;この単結晶基板の主表面
の上に二重モード構造に各々形成される入出力端用二つ
の結合軸(coupling axis)と;上記単結晶基板の上記主
表面上に上記結合軸各々から所定の間隔(gap)を置いて
形成され、共振周波数の分割位相(splitting phase)を
誘導する所定形態の摂動領域(perturbed geometric re
gion)を有する中心導体と;接地平面とを含む。
【0008】本発明の共振器において、上記中心導体
は、円板形に形成されることができる。
【0009】また、本発明の共振器において、上記中心
導体は、環状に形成されることができる。
【0010】本発明の共振器において、上記中心導軸
は、相互間0°から180°未満の角度をなすように各
々形成されることができる。
【0011】本発明の共振器において、上記中心軸及び
上記中心導体は、高温超伝導物質で各々形成される。
【0012】本発明の共振器において、上記摂動領域
は、四角形の形態を有することができる。
【0013】
【作用】限定された電波資源を効率的に活用するために
は、非常に優秀な特性のマイクロウェーブ部品開発が要
求されるので、ここに、高い良好度を発揮することので
きる無損失無抵抗の高温超伝導体の応用は、マイクロウ
ェーブ部品の特性向上に非常に有利である。
【0014】本発明により、マイクロウェーブ特性が優
秀な高温超伝導薄膜と、共振周波数の分割位相を誘導す
ることのできる摂動された二重モード構造を結合すれ
ば、優秀なマイクロウェーブ特性を有する共振器を得る
ことができるようになる。
【0015】
【実施例】以下、添付された図面を参照しながら、本発
明に対して詳細に説明する。
【0016】本発明の共振器は、優秀なマイクロウェー
ブ特性を有する単結晶基板と;単結晶基板の主面上に高
温超伝導物質で各々構成され、二重モード構造の入出力
端用二つの結合軸及びこの結合軸から所定の間隔(gap)
を置いて形成され、摂動領域を有する中心導体を含む上
部層(top layer)と;単結晶基板の背面に形成される金
属薄膜と;金属薄膜の上に形成され、、マイクロウェー
ブハウジング(jig)の内部底との優秀な接触及び整合を
有する接地平面から構成される。
【0017】<第1実施例>図1及び図2は、本発明の
一実施例による摂動された高温超伝導二重モード円板形
マイクロウェーブ共振器(Perturbed High Temperature
Superconducting Dual Mode Disk Resonator)の平面図
及び断面図である。
【0018】次に、図1を参照して、本実施例による共
振器の構造に対して説明する。
【0019】単結晶基板4上に、高温超伝導物質で形成
される円板形二重モード共振器の上部層(top layer)
は、約50Ωの特性インピーダンス(characteristic i
mpedance)を維持し、相互に90°の角度で形成され二
重モード信号を発生させるマイクロストリップ形態(mi
crostrip type)の二つの結合軸1と、この結合軸1に対
して所定の間隔2を置いて形成され、四角形の摂動領域
3aが形成された円板形の中心導体3とを含んでいる。
二つの結合軸1と円板形の中心導体3との間の間隔2
は、それらの間で共振が発生するようにする。
【0020】単結晶基板4としては、MgO,LaAl
3,Al23基板等が用いられることができる。
【0021】ここで、50Ωの特性インピーダンスを有
する結合軸は、高温超伝導薄膜製造用基板4の厚さと誘
電率とにより計算及び設計される線幅を各々有する。例
えば、0.5mm厚さを有するマイクロウェーブ用単結
晶基板4としてMgO(誘電率:9.6)基板を用いる
場合、高温超伝導YBa2Cu37-x薄膜から具現され
た入出力端用マイクロストリップ結合軸1各々の線幅
は、0.56mmである。
【0022】二重モード共振器においては、入力端用結
合軸と出力端用結合軸が相互間に180°の角度を形成
しないようにしなければならない。しかし、本例では、
入力端用結合軸と出力端用結合軸が相互直角をなすよう
に形成する。このように、入力端用結合軸と直角をなす
ように出力端用結合軸を位置させると、共振(resonanc
e)と反共振(anti-band)特性とを実現することができる
ので、マイクロウェーブ共振器の特性を大いに向上させ
るこができる。
【0023】一方、結合軸1と円板形中心導体3との間
の間隔2は、キャパシタンス(capacitance)を発生させ
て共振が生じるようにし、共振周波数は、円板形中心導
体3の直径に比例して決定される。
【0024】本発明の技術要旨中の一つは、円板形の中
心導体3に摂動(perturbation)を導入して、基本高周
波共振から周波数分割(splitting)特性を発生させるこ
とにより、2極フィルタと同様な効果を一つの共振器か
ら得られるようにすることにある。この円板形の中心導
体3に形成される摂動領域3aの位置及び大きさを変化
させることにより、共振器特性の向上及び変造が可能に
なる。
【0025】図2は図1の断面図を示したものである。
図2において、参照番号1乃至3は、各々結合軸、間
隔、中心導体を示す。参照番号4乃至6は、各々単結晶
基板、金属薄膜、接地平面を示す。図2を参照して、上
部層1,3は、87Kの限界温度を有し、そして300
〜500nmの厚さでエピタキシャルに成長したYBa
2Cu37-x高温超伝導薄膜である。単結晶基板4は、
100方向に約0.5mmの厚さで成長された、誘電率
9.6を有するMgO基板である。
【0026】金属薄膜5は、基板4とマイクロウェーブ
ハウジングとの優秀な接触及び整合のための接地平面6
との良好な接合のためのもので、Cr又はTi層から形
成される。
【0027】接地平面6は、マイクロウェーブ特性の向
上と電子長さの減衰を最大限減少させるため、99.9
9%の純度を有する銀薄膜から形成される。
【0028】次に、図1及び図2のような構造を有する
共振器の製造方法について説明する。
【0029】優秀な高温超伝導転送線素子を製作するた
めには、良質のエピタキシャル薄膜が要求されるので、
本実施例では、優秀性が立証されたパルスレーザ蒸着装
備を利用して、高温超伝導エピタキシャル薄膜を製造す
る。高温超伝導エピタキシャル薄膜の製造のため、Xe
Clエキシマーレーザ(波長;308nm)を用いる。
【0030】薄膜の蒸着は、750℃の基板温度、20
0mTorrの酸素分圧で行なわれる。そして、基板材
料は、マイクロウェーブ特性が優秀なMgO基板が用い
られる。蒸着後には、約550℃で酸素を注入しながら
熱処理する。
【0031】良識の薄膜と最適素子パターンを転写させ
て製作した電子線マスクを準備し、リソグラフィック工
程とエッチング工程とを通じて、高温超伝導マイクロウ
ェーブ二重モード共振器をMgO基板4上に具現する。
【0032】本発明の一実施例によるマイクロウェーブ
共振器の製造方法について詳細に説明すれば次の通りで
ある。
【0033】(a)パルスレーザ蒸着(PLD)により
MgO基板4上に高温超伝導YBa2Cu37-x薄膜を
形成する。
【0034】(b)シミュレーション(EEsof)か
ら求めた、最適の回路パターン(例えば、図1に図示さ
れたような回路パターン)が転写されている電子線マス
クと半導体素子製造時利用するフォトリソグラフィック
により、回路パターンをYBa2Cu37-x薄膜の上に
移す。この時、フォトレジストとしては、AZ4500
を用いることができる。フォトレジストは、4000R
PMの速度で30秒間回転塗布(spin-coating)され
る。又、ソフトベーキング(soft-baking)(85℃)に
続いて、スピンコーティングされた試料を紫外線光源に
5分間露出させて、露光させた試料をAZ350現像液
(developer)で5分程度処理した後、ハードベーキング
(hard baking)(5分程度)を行なう。
【0035】(c)回路パターンの鋭利度を高めて不要
な(感光されていない)フォトレジストを除去するた
め、蒸留水とアセトンで洗浄した後、EDTA溶液の中
に浸して湿式エッチングを行なう。もう一度、回路パタ
ーンの突出部を除去するため、高純度のアセトンで洗浄
すれば、図1に図示されたような回路パターンが得られ
る。
【0036】(d)接地平面を製造するため、高温超伝
導回路パターンが形成された基板4の背面に電子線蒸発
器を用いて、Ti又はCrを蒸着して金属薄膜5を形成
した後、その上にAgを蒸着して接地平面6を形成す
る。この時、金属薄膜5は、MgO基板4と接地平面6
との接触を良好にし、そして基板4の背面の平滑度を向
上させるために蒸着される。金属薄膜5は、約10nm
程度の厚さに形成される。接地平面6としてAg薄膜を
用いる理由は、マイクロウェーブ特性をよく発揮し、マ
イクロウェーブハウジング(jig)の内部底との優秀な接
触と整合を得るためである。
【0037】以上の工程(a)〜(d)を経由すれば、
回路パターンの鋭利度が優れたマイクロウェーブ用高温
超伝導二重モード円板形共振器が製作される。
【0038】<第2実施例>図3及び図4は、本発明の
第2実施例による摂動された高温超伝導二重モード環状
マイクロウェーブ共振器(Perturbed High Temperature
Superconducting Dual Mode Ring Resonator)の平面図
及び断面図である。
【0039】本例の共振器は、図3に図示されたよう
に、先に説明された第1実施例とは異なり、環状の中心
導体3を有することを除いては第1実施例の構成と同一
な構成を有し、その製造方法も又同一である。
【0040】以上に詳細に説明された本発明の摂動され
た高温超伝導二重モード円板形共振器は、良質の高温超
伝導薄膜上に具現したマイクロストリップ型転送線素子
であるので、製作が簡単で、高温超伝導体の無損失、無
抵抗特性を利用するので、優秀な性能及び信頼度を有す
るマイクロウェーブ素子である。
【0041】本発明の共振器は、電波の高度利用技術と
関連したマイクロウェーブ帯域通過フィルター及び低域
通過フィルター、ミキサー(mixer)、マルチプレクサー
のようなサブシステム(部品)に基本的に用いられるこ
とがでるので、情報、通信システムの性能を向上させる
ことができる。
【0042】一方、高温超伝導薄膜と二重モード方式を
利用した核心素子の使用に因り共振器の小型化のみなら
ず、高性能を備えた通信部品を製作することができるた
めに、次の世代の移動通信、衛星通信、衛星放送用に所
要される新機能、新構造の核心素子及び回路研究に大い
に効果を与えることができ、急増する電波サービスの需
要に対処する効果が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例により共振器の平面図。
【図2】第1図の共振器の断面図。
【図3】本発明の他の実施例による共振器の平面図。
【図4】第3図の共振器の断面図。
【符号の説明】
1 結合軸 2 間隔 3 中心導体 3a 摂動領域 4 単結晶基板 5 金属薄膜 6 接地平面

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マイクロウェーブ用単結晶基板と;上記
    単結晶基板の主表面上に二重モード構造で各々形成され
    る入出力端用二つの結合軸と;上記単結晶基板の上記主
    表面上に、上記結合軸各々から所定の間隔を置いて形成
    され、共振周波数の分割位相を誘導する所定形態の摂動
    領域を有する中心導体と;接地平面とを含むマイクロウ
    ェーブシステム用共振器。
  2. 【請求項2】 請求項1において、上記中心導体は、円
    板形に形成されるマイクロウェーブシステム用共振器。
  3. 【請求項3】 請求項1において、上記中心導体は、環
    状に形成されるマイクロウェーブシステム用共振器。
  4. 【請求項4】 請求項1において、上記中心軸は、相互
    間0°から180°未満の角度をなすように形成される
    マイクロウェーブシステム用共振器。
  5. 【請求項5】 請求項1において、上記中心軸及び上記
    中心導体は、高温超伝導物質で各々形成されるマイクロ
    ウェーブシステム用共振器。
  6. 【請求項6】 請求項1において、上記中心軸は、相互
    間90°の角度をなすように形成されるマイクロウェー
    ブシステム用共振器。
  7. 【請求項7】 請求項1において、上記単結晶基板は、
    MgO,LaAlO3,Al23中のいずれか一つであ
    るマイクロウェーブシステム用共振器。
  8. 【請求項8】 請求項1において、上記摂動領域は、四
    角形の形態を有するマイクロウェーブシステム用共振
    器。
  9. 【請求項9】 請求項1において、上記中心軸及び上記
    中心導体は、YBa2Cu37-x薄膜から形成されるマ
    イクロウェーブシステム用共振器。
JP6317056A 1994-12-20 1994-12-20 マイクロウェーブシステム用共振器 Pending JPH08186415A (ja)

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Date Code Title Description
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Effective date: 19970506