TW477110B - Planar filter an filter system - Google Patents

Description

477110 A7 ___B7__ 五、發明說明（i ) 發明背景 本發明與一種將一濾波器組件配置在調諧組件對面而 構成之平面濾波器有關，尤其是與一種使用超導體爲濾波 器材質，使用在通信裝置之類者中之技術有關。 相關背景技術 在一利用無線電或纜線實施資訊通信之通信裝置中， · •用.於只抽解一預期頻帶之濾波器爲一重要構成組件。爲實 . 現有效使用頻率及能源節約，需.要一衰減特性優良且插入 ，損耗小之濾波器。 爲滿足這種滿求，需要以高Q·値之共振元件爲濾波器 構成元件。作爲一實現高Q値之共振元件技術，已經提出 一·種技術，利用超導體作爲構成共振元件之導體，以及利 用具非常低損耗之材質，如基底中之藍寶石或氧化鎂（

M g 0 )。在這技術中，可得到大或等於1 0 0 0 0之Q 値，且共振特性變成非常敏銳。另一方面，當設計與製造 濾波器時有一問題爲必須以高度準確性調整共振特性。

那就是，以處理時基底介電常數之輕微散佈或導體之 I I 輕微處理錯誤，會大大改變共振特性，而無法得到預期之 σ I 濾波器特性。而且，甚至當得到預期濾波器特性時，也有 才 ^ 一問題爲，隨著時間或周圍溫度變化會產生濾波器特性之

I ^ 偏差。 ί 另一方面，爲了省略一轉頻器並實現成本之降低，建 議使用上述高Q値與直接過濾1 G Η ζ頻帶高頻訊號之技 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21(^ 297公釐） ~ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 鬌 I I I I I I I ^^ 1111111 ^^ I · 477110 A7 ___J7___ 五、發明說明（2) 術。而且在這情況下，不用說，必須高度精確調整共振元 件之共振特性，但如果利用確實地改變共振頻率而能以一 濾波器選取任意頻率，則可簡化瀘波器構造，並能達到成 本之降低。 而且，由於消除上述濾波器特性偏差之技術，例如， 有一種技術在共振元件上配置一介電常數會依電壓而變之 介電體並配置一電壓施加在介電體附近之電極上。 : 在這種技術上，以可變化地控制一個地方，用於安排 ’一' 人 ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ .·· ♦ , · Λ .常數。結果，這可個別並獨立調整（1 )共振元件之共振 % 頻率，（2 )共振元件間之耦合，以及（3 )共振元件與 輸入/輸出部份間之耦合，這些調整在調諧濾波器之頻通 頻帶上經常是必要的。明確地說，能可變化地控制頻通頻 帶，並可調整裙邊特性與漣波而得到預期特性。在此，裙 邊特性表示頻通帶兩邊之上升與下降特性而漣波表示頻通 頻帶中之特性凹陷度。通常，最好裙邊特性爲陡峭且漣波 爲小。 然而，在傳統技術中，改變介電常數之介電體與施加 I 電壓之電極爲必要構成元件，介電體與電極之損漏會降低 〇 \ 共振元件之Q値至數百或更小，且要得到優良衰減特性之 I 小插入損耗之共振元件與濾波器是困難的。

I ^ 另一種技術爲在一微條構造之共振器上配置一介電常 I 數會根據所施加磁場而改變之磁（Υ I G )板且爲了改變 ρ 共振頻率而從外界均勻施加磁場至這板上。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -5 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 鬌 -------訂------- —線—. 477110 A7 __ B7____ 五、發明說明（3) 與上述介電控制系統比較，在這技術中，不需電極， Y I G損耗小於介電體，並可因此改善共振元件之q値爲 -倍因數。然而，當應用這種技術調諧濾波器特性時，只 能施加均勻磁場至個別共振元件及共振元件之間或至輸入 /輸出部份，調諧濾波器頻通頻帶所需之上述（1 )至（ 3 )之個別與獨立調整因此不可能，且有一問題爲改變頻 通頻帶會惡化裙邊特性與漣波。 ::士:..--... ·*·· ·； 發明摘要. ^ ^ ^ 本發明已考慮到上述問題而加以發展，且其一項目的 在提供一種平面濾波器，該濾波器可以一高精確度可變化 地控制一頻通頻帶並在裙邊特性與是優良的並幾無漣波。 本發明另一項目的在提供一種平面濾波器，該濾波器 可個別並獨立調整作爲濾波器構成組件之共振元件的共振 頻率，共振元件間之耦合，及共振元件與輸入/輸出部份 間之耦合。 本發明還一目的在提供一種平面濾波器，該濾波器可 以一簡單組成，在一高速下與一寬廣範圍內調諧一頻通頻 ί 帶而不致犧牲超導體之低損耗特性。 j 爲達成上述目的，提供一種平面濾波器，包含： ΐ 一濾波器組件，其中，配置在共振元件兩邊之眾多超 ? ： 導體薄膜共振元件與輸入/輸出部份是經由介電基底上之 ： 間隙形成的；以及 ； 一電磁性材質形成之調諧組件，該調諧組件經由一預 -6 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） t齊平，？'日_ 讨 in5JwrIl肖費ίνη 乍i.f w^ 477110 A7 B7 五、發明說明（4 ) 定間隙，配置在濾波器組件對面並對該調諧組件施加一直 流磁場。 調諧組件包含一介電常數調整部份’該調整部份可調 整共振元件間間隙外圍及輸入/輸出部份與共振元件間間 隙外圍中至少一間隙外圍之有效介電常數。 根據本發明，濾波器組件配置在調諧組件對面，且調 諧組件可調整濾波器組件中共振元件間間隙外圍，及輸入 //輸出部份與共振元件間間隙外圍中至少一間隙外圍之有 .. 效介電常數。由此之故，當改變濾波器頻通頻帶時，能改 ’善裙邊特性，並消除漣波。 而且，有提供一種平面濾波器，包含： 一濾波器組件，其中，配置在共振元件兩邊之眾多超 導體薄膜共振元件與輸入/輸出部份是經由介電基底上之 間隙形成的；以及 一經由一預定間隙，配置在濾波器組件對面之調諧組 件。. 調諧組件包含： 一第一磁性材質，該磁性材質配置在輸入/輸出部份 與共振元件間一間隙之對面； 一第二磁性材質，該磁性材質配置在各共振元件對面 j 一第三磁性材質，該磁性材質配置在共振元件間一間 隙之對面；以及 磁場產生裝置，該裝置用於調整第一至第三磁性材質 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱) Γ7Ί <請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁)

477110 A7 __B7 五、發明說明（5 ) 之磁透率。 根據本發明，利用將含第一至第三磁性材質之調諧組 件配置在濾波器組件對面，並調整第一至第三磁性材質之 磁透率，則可變化地控制共振頻率，共振元件間之耦合’ 及共振元件與輸入/輸出部份間之耦合，並能改善裙邊特 性’漣波，及其它濾波器特性。 :圖式簡述 '. •第1圖表示根據本發明平面濾波器之第實施例構造 .. 圖。 -.. ..... · *'-··'· 第2圖爲第1圖中在A—A方向之切面圖。· •第3圖表示第1圖中濾波器之使用狀態圖。 第4圖表示根據本發明平面濾波器之第二實施例圖： 第4 A圖爲一濾波器組件之透視圖；而第4 B圖爲一調諧 組件之透視圖。 第5圖爲調諧組件之平面圖。 第6圖表示濾波器組件被倒置並配置在調諧組件對面 之圖示。 第7圖表示其中一磁性材質也被配置在調諧組件背面 上加以形成一磁性閉路電路之實例圖。 第8圖表示本實施例濾波器之頻通特性圖。 第9圖表示其中一電極是形成一相互數位形之實例圖 〇 第1 0圖表示一濾波器頻通特性圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -ϋ n n H ϋ ϋ · I ! ϋ ϋ 線丨·

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L A7 B7 五、發明說明（6 ) 第11圖表示平面濾波器一第二實例之構造圖：第 1 1 A圖爲濾波器組件之平面圖；第1 1 B圖爲調諧組件 之平面圖；且第1 1 C圖爲第1 1圖中平面濾波器之切面 圖。 第1 2圖表示其中電極是形成一相互數位形之實例圖 Ο ' 第1 3圖表示Y I G之磁透率圖。 二^- . 第1 4圖表示永遠設定磁性材質切面積爲固定之說明 圖， ....· 主要元件對照表 1 濾波器組件 2 調諧組件 3 接地表面. 4 基底 5 輸入/輸出部份 6 共振元件 8 介電薄膜 9 電極 7 磁性板 11 容器 12 真空隔熱容器 13 冷藏室 14 冷頭 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -9 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

477110 A7 B7 五、發明說明（7 ) 1 5,5 1,5 2,5 3 -線圈 2 1,22,23,3 1,32,33,4 1,42,43 磁性材質 價選實施例詳述 此後參考圖示將明確說明本發明之平面濾波器。 第1圖表示根據本發明平面濾波器之第一實施例構造 圖，且第2圖爲第1圖在A — A方向之切面圖。 : 如第2圖中所示，本實施例平面濃波器之構造方式爲 一平面濾波器組件1經由一預定間隙配置在類似平面之調 諧器組件2對面。 第1圖表示濾波器組件1配置在調諧組件2對面前之 狀態，而第1圖之虛線表示當濾波器組件配置在調諧組件 對面時之垂直重疊位置。 第1圖之濾波器組件1爲一種微條線構造之帶通濾波 器’在這構造中，由超導體形成之一對輸入/輸出部份5 ’及由超導體類似形成之眾多共振元件6是配置在基底4 上，基底4背面爲一接地表面3。 第1圖中調諧組件2之構造方式爲眾多介電薄膜8及 用於施加一電場至介電薄膜8之眾多電極9是配置在一磁 性板7之表面上（第1圖之下表面），磁性板7之磁透率 隨施加磁場改變。各介電薄膜8所配置位置在濾波器組件 1之共振元件6間一間隙，或濾波器組件1之共振元件6 與輸入/輸出部份5間一間隙之對面。 在第1圖中，介電薄膜8與電極9相當於一介電常數 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） -10- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -1 -------—訂-------- -線 1·----------------------- 477110 A7 ________B7__ 五、發明說明（8 ) 調整部份’介電薄膜8相當於一介電體部份，而電極9相 當於一電場產生部份。 如第2圖中所示，將作爲濾波標的之微波輸入至濾波 器組件1輸入/輸出部份5之一輸入端。而且，將由第2 圖之箭頭Y 1所示之直流磁場從輸入/輸出部份5 —邊朝 向輸入/輸出部份5另一邊施加。這磁場可變化地控制一 濾波器頻通頻帶。 如第3圖中所示，第1圖之平面濾波器是容納在一銅 (Cu)容器11中。容器11更配置在一真空隔熱容器 1 2中。容器1 1保持與冷藏室1 3之冷頭1 4熱接觸。 以第2圖中箭頭Y 1方向產生磁場之線圈1 5纏繞在容器 1 1之外壁。 而且，如第3圖中所省略的，施加電源用於施加電壓 至第1圖之電極9之一電壓以及用以激化線圈能量之一線 圈激能電源是配置在真空隔熱容器1 2外面。利用可變化 地控制供應至電源之電壓，可控制第1圖中濾波器之頻通 頻率，裙邊特性或漣波。 第3圖表不其中在滅波器後繪級之放大器（未不出） 未容納在真空隔熱容器1 2內，但放大器可容納在真空隔 熱容器1 2內部之實例。而且，爲簡化起見，第3圖表示 其中只有一平面濾波器配置在真空隔熱容器1 2內部，但 眾多濾波器可如第3圖中虛線所示加以容納之一實例。 接著將說明第1圖中所示平面濾波器第一實施例之操 作。決定第1圖中平面濾波器之頻通頻帶因素的是共振元 本紙張尺度適用中_家標準（CNS)A4規格（21G X 297公- 11 -" (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

477110 A7 B7 五、發明說明（9 ) 件6長度，與圍繞共振元件6介質之有效介電常數ε及有 效磁透率。而且’以共振元件6之卸載Q値’共振元件δ 間之稱合，及共振元件6與輸入/輸出部份5間之耦合加 以定義裙邊特性與漣波。 以間隙長度，及圍繞間隙介質之有效介電常數ε與有 效磁透率//加以決定共振元件6間之耦合’及共振元件6 與輸入/輸出部份5間之耦合。當以第3圖中所示之外部 線圈1 5施加直流磁場到第1圖之調諧組件2時’有效磁 透率//則全然改變，且能均勻位移所有共振元件6之共振 頻率。 在此，共振元件6之共振頻率f以利用共振元件6有 效介電常數ε ，有效磁透率//，長度L ’以及光速C之方 程式（1 )表示。 f ~ c y 2 τι L ^ ε β 從方程式（1 )看出當有效磁透率//變化時，共振頻 率f根據有效磁透率之變化而變化。當共振頻率f變化時 ，濾波器頻通頻帶亦變化。 如上述，當以箭頭Y i方向施加直流磁場至第1圖之 濾波器時，濾通特性在頻率軸上移動，但共振元件6間之 耦合，及共振元件6與輸入/輸出部份5間之電磁耦合亦 變化，且濾波裙邊特性，漣波，及其它濾波特性則以不同 方式加以設計。 未紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） —_ 12 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

i I 1才 £ 477110 A7 ____J7____一 五、發明說明（10) 本實施例在這情況下，在配置在第1圖中介電薄膜8 附近之電極9間施加電壓，可變化地控制共振元件6間間 隙或共振元件6與輸入/輸出部份5間間隙之有效介電常 數ε，並調整裙邊特性與漣波。 而且，在本實施例中，因只在配置於共振元件6間間 隙或共振元件6與輸入/輸出部份5間間隙對面之部份使 用介電常數隨電場而變，並具大介電損耗之介電體’而未 嚴重犠牲共振元件6之卸載Q値，濾波器插入損耗’與裙 /邊特性。 ‘ 第二實施例之特徵爲可個別與獨立地調整共振元件6 之共振頻率，共振元件6間之耦合，及共振元件6與輸入 /輸出部份5間之f禹合。 第4圖表示根據本發明平面濾波器之第二實施例圖。 第4 A圖爲濾波器組件1之透視圖；且第4 B圖爲調諧組 件2之透視圖。而且，第5圖爲調諧組件2之平面圖。 第4圖之平面濾波器特徵爲調諧組件2構造與第一實 施例（第1圖）不同，而濾波器組件1之構造與第1圖類 類似於第1圖，第4 A圖之濾波器組件1特徵爲超導 體形成在基底1兩表面上，利用一表面爲接地導體，處理 另一面上之超導體’並分開形成一對輸入/輸出部份5與 眾多共振元件6 ° 第4 B圖之調諧組件2具配置在輸入/輸出部份5與共 振元件6間間隙對面之一第一磁性材質2 1 ’配置在共振 本紙張尺度適用中國國家標準（cns)a4規格（210 x 297公爱） -13- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------tr---------線—·--------------------- 477110 A7 齊 ί I 丨才 i h f 土 ____ B7_ _五、發明說明（n) 元件6對面之一第二磁性材質2 2，配置在共振元件6間 間隙對面之一第三磁性材質2 3，配置在磁性材質2 1兩 邊上之第四與第七磁性材質3 1與4 1，配置在磁性材質 2 2兩邊上之第五與第八磁性材質3 2與4 2，配置在磁 性材質2 3兩邊上之第六與第九磁性材質3 3與4 3 -，以 及各連接至各磁性材質3 1，3 2與3 3 —端之線圈5 1 ，5 2 與 5 3 〇 類似於第3圖，第4圖之平面濾波器容納在銅（C u .容器1 1中並配置在真空隔熱容器1 2內部。 濾波器組件1或調諧組件2之一被倒置並配置在另一. 組件對面。第6圖表示濾波器姐件1被倒置並配置在調諧 組件2對面。如圖中所示，磁性材質2 2配置在共振元件 6之對面，磁性材質2 3配置在共振元件6間間隙之對面 ，且磁性材質2 1配置在共振元件6與輸入/輸出部份5 間間隙之對面。 此外，在第4 B圖中，藉斜線表示磁性材質2 1至 2 3與磁性材質3 1至3 3，4 1至4 3分開，但這材質 可由不同組件或相同組件形成。 磁性材質4 1至4 3是配置成這種方式，使得施加至 磁性材質2 1至2 3之磁場以空間擴散在離開濾波器組件 1上超導體5與6之地方，且並不需對稱地經由磁性材質 2 1至2 3加以配置磁性材質3 1至3 3及磁性材質4 1 至4 3。 而且，如第7圖中所示，也可將磁性材質配置在調諧 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ·!!訂---------線丨· 紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 14- 477110 A7 _ B7 五、發明說明（12) 組件2之背面，形成一磁性閉路電路，使得線圈產生之磁 場不會對外洩漏。利用這種構造，降低漏損之磁通，防止 超導體特性因磁場造成之惡化，且能降低供應至線圈5 1 至5 3之電力。 如上述方程式（1 )中所示，決定濾被器頻通頻率之 主要因素爲共振元件6長度，及共振元件6附近之有效介 電常數ε與有效磁透率"。而且，決定裙邊特性與漣波之 / 主要因素爲共振元件6之Q値，共振元件6間之耦合量， Ί及共振元件6與輸入1輸出部份.5間之耦合量。 第8圖表示本實施例濾波器之頻通特性圖。如實線a 所示，在中心頻率f i處，當第4 B圖之線圏5 1，5 2， 5 3未產生磁場時，則無漣波，且裙邊特性處於令人滿意 狀態。 在這狀態中，當第4 B圖之線圈5 2產生磁場時，共 振元件6附近之磁透率即變化，且濾波器頻通頻帶可位移 至ί 2。然而，在第4 b圖之線圈5 2產生磁場前，設定共 振元件6間之耦合及共振元件6與輸入/輸出部份5間之 耦合爲配合頻通頻帶之値，只要以線圈5 2產生磁場，如 第8圖之實線b所示，則產生漣波，且裙邊特性即惡化。 因此，在第二實施例中，以第4 B圖之線圈5 2與 5 3產生磁場，並改變磁性材質2 1與2 3之磁透率爲一 預期値。結果，設定共振元件6間之耦合及共振元件6與 輸入/輸出部份5間之耦合爲預期値，且如第8圖中實線 C所示，可得到令人滿意之頻率特性。‘ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .!訂 -------f ♦----------— ——--------- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -15- 477110 A7 B7 五、發明說明（13) 而 維持利 在 器爲一 波器。 本發明 波器及 :形狀爲 傺鍋合 件6長 可應用 此 且，因 用超導 上述第 實例加 而且， 於其它 高通濾 端末耦 。亦不 度與間 本發明 後將說 磁性材質2 1至2 3之損耗夠小，而可一貫 體特徵之低損耗與去除尖銳濾波特性。 一與第二實施例中，已經以兩汲之帶通濾波 以說明，但也可 濾波器型式不限 型式之濾波器， 波器。而且，不 合型。且亦可應 需限制構造爲微 隙決定特性，則 於，例如 共 明本發明之具體 應用本發明在其它汲數之濾 於帶通濾波器，且亦可應用 如頻帶捨棄濾波器，低通濾 需限制耦合方式特徵之濾波 用本發明於其它型式，如邊 條,線構造，且只要是共振元 可使用任何其它構造，且亦 平面構造。 實例。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 着 £ 聲 4 !才 i (第一具體實例） 此後說明之第一具體實例爲在第一實施例中所說明之 第1屬濾波器之一具體實例，並將說明一 4 · 8 G Η z之 微條線構造的帶通濾波器。 在本實施例中，使用0 · 5 m m厚之L a A 1〇3爲濾 波器組件1之基底4。以濺射法在基底4兩表面上形成 5〇0 nm之Y式超導體薄膜，利用在一表面上之超導體 薄膜爲接地表面3，利用離子硏磨法處理另一表面之超導 體薄膜，形成輸入/輸出部份5與具一預期共振頻率之眾 多共振元件6，並備置微條線構造之濾波器組件1。 各共振元件6得到1 7 0 之寬度，8mm長度， !訂---------線丨一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -16· 477110 A7 ___B7___ 五、發明說明（14) 及4.· 8GHz之共振頻率。而且，一 l〇〇#m之間隙 配置在共振元件件6之間，且一 7 0 V m之間隙配置在共 振元件6與輸入/輸出部份5之間。 另一方面，如調諧組件2，首先，利用濺射法，以 7 5 0高斯之飽和磁化在0.5〇1111厚之丫3?65〇12( YIG)磁化板7上形成一7mm厚之氧化導電膜 3 1尺11〇3(此後稱爲3110膜）。 接著利用離子硏磨法處理S R〇膜，並在瀘波器組件 广j之共振元件6間-間隙部份以及共振元件6與輸入/輸 出部份5間-間隙部份對面部份上形成線性長度1 〇 # πι 且間隙4 0 // m之一對電極9。 隨後，使用一金屬罩，利用濺射法將介電常數隨施加 電場而定之S r T i〇3介電薄膜8 (此後稱爲STO膜） 積層在上述5 0 0 n m間隙部份對面之部份上。電極9形 狀可爲如第1圖中所示兩線形以外之形狀’或爲第9圖中 所示之相互數位形（梳形）。 實施濾波器特性之評估如下。如第3圖中所示，組合 上述程序中所配置，彼此以0 · 3 m m間隙相對位在容器 1 1內之濾波器組件1與調諧組件2後，將線圈1 5纏繞 在容器1 1之外壁。 隨後，容器1 1配置在真空隔熱容器1 2中，連接至 可冷卻至4 0K之冷藏室1 3，實施冷卻可得到6 0K， 並以一向量式網路分析儀測量微波電力之濾通特性與反射 特性。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) • ·1 ϋ -ϋ ϋ 1 n ^OJ· ϋ n 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -17- 477110 A7 B7 五、發明說明（θ 在施加8 Ο V至施壓電極9且無電流通過磁場施加線 圈1 5之狀態下，那就是，在零磁場狀態下，如第1 0圖 之曲線d所示，在頻通帶中，濾波器頻通特性爲平直的， 插入耗損爲小或等於1 d B，兩端上之上升與下降陡峭， 而表示出一令人滿意之濾波特性。 隨後，當電流通過到第3圖之磁場施加線圈1 5，並 施加3 0 0 oersteds ( 〇 e )之磁場，如曲線e所示，頻 通帶中心頻率位移Δί = 3 8MH z至一高頻邊，但在頻 通帶中不規則性（漣波）增加_，且裙邊特性惡化。 在這狀態中，當設定施加至第1圖中施壓電極9之電 壓爲4 0 V時，如曲線f所示，漣波下降而頻通帶中心頻 率爲（f+Δί)，並改善裙邊特性，且表示令人滿意之 濾波器特性。 在本實例中，爲簡化說明起見，如曲線d所示之初始 狀態，在零磁場處，施加電壓爲8 0 V，但當在零磁場處 施加電壓爲0 V時，頻通帶中心頻率ί與曲線d所示類似 ，但如曲線e所示得到一大漣波之特性。 當將濾波器組件1配置得接近調諧組件2時，假如施 加磁場爲3 0 0 oersteds (〇e )，則頻率位移1 4 9 Μ Η z ，這約爲上述位移之四倍，且插入耗損增加，但爲 2 d Β。而且，與上述類似，利用頻率調諧之濾波器特性 變化可以施壓電極9施加電壓給介電體而可以調整的。 如上述，因本實例之濾波器可以施壓電極9任意調整 裙邊特性與漣波，可在一寬廣範圍內可變化地控制頻通頻 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） -18 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

477110 A7 ____B7____ 五、發明說明（16) 而不會惡化濾波器特性，如裙邊特性與漣波。 而且，在本實例中，因惡化卸載Q値原因之介電薄膜 只使用在有限部份，如共振元件6間之間隙，故不會犠牲 作爲超導體特徵之耗損減降。 此外，對於上述第一具體實例，如第1圖中所示’已 經說明其中平面濾波器組件1與調諧組件2彼此平行配置 之一實例，但也遭受到其中濃波組件1與調諧組件2非平 ^ 行配置之情況。結果，與平行佈置比較，濾波器之插入損 耗增加，且得不到陡峭之裙邊特性。 二： 而且，在上述第一具體實例·構造中，配置在濾波器組 件1上方（或下方）之調諧組件2中之磁性材質需覆蓋濾 波器組件1超導體部份之整個表面，且只覆蓋一部份濾波 器之構造中的濾波器插入損耗增加且得不到陡峭之裙邊特 性。 (第二具體實例） 類似於第一具體實例，此後說明之第二具體實例爲第 一實施例之一具體實例，並表示一具約2 GH ζ頻通帶之 I 實例。 σ I 第1 1圖表示平面濾波器第二具體實例之構造圖。第 才 \ 1 1 Α圖爲濾波器組件1之平面圖，第1 1 Β圖爲調諧組

I - 件2之平面圖，而第1 1 C圖爲第1 1圖平面濾、波器之切 > 面圖。

F ^ 除了濾波器組件1上之共振元件6形狀不同外，第 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) -19-一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --I----訂---------I 一 477110 A7 ______B7___ 五、發明說明（17) 1 1圖之平面濾波器在構造與製法與第1圖之平面濾波器 類似。 如方程式（1 )中所示，當降低共振頻率時，則加長 共振元件6之長度L。因此在第1 1圖之濾波器組件1中 ，利用折疊與處理共振元件6加長共振元件6。 在本實例中，設定濾波器組件1上之共振元件寬度爲 1 7 0 // m，長度爲2 0 · 2 m m，共振元.件6間之間隙 爲1 · 2 m m，而共振元件6與輸入/輸出部份5間之間 隙爲3 4 0 // m。結果，得到相同特性。 •申請者實驗之條件如第1 2圖中所示爲調諧組件2之 電極9形成相互數位形狀，設定電極9線線寬度爲1 0 β m，線性間隙爲4 0 // m，共振元件6間之電極9數爲 2 4片，共振元件6與輸入/輸出部份5間之電極9數爲 6片，並設定濾波器組件1與調諧組件2間之間隙爲 〇.3 m m 〇 如帶通濾波器爲2 G Η z頻帶，類似於4 · 8 G Η z 之濾波器，當設定磁性材質之飽和磁化爲7 5。高斯時， 插入損耗爲大或等於2 0 d Β，且濾波器可能不堪使用。 I 對於2 G Η Z頻帶之帶通濾波器，藉設定磁性材質之飽和 a \ 磁化爲小或等於3 0 0高斯則得到實際位準小或等於1 t \ d Β之插入損耗。 ： 以施加至電極9電壓與施加磁場之變化，濾波器特性

I I 之變化與第一具體實例類似，但施加磁場爲3 0 0 〇e之

E ; 中心頻率變化3 8 Μ Η z。 j (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -20 - 一 477110 A7 B7 五、發明說明（18) 當檢查濾波器頻通頻率f ( Μ Η z )與磁性材質飽和 磁化4 T1 M s (高斯）間關係，及插入損耗與濾波器特性 ，且當頻通頻率爲f之濾波器中所使用磁性材質之飽和磁 化4ttMs偏離4tt Ms<f/6 · 3之條件時，本發 明之平面帶通濾波器之插入損耗即快速增加，並亦鬆緩裙. 邊特性。 (第三具體實例） / 此後說明之第三具體實例—在第二實施例中說明之 第4圖濾波器之具體實例。 在第三具體實例中，以下列·方法備置第4圖中所示之 平面濾波器。在縱長4 0 m m，邊長2 0 m m且厚度 〇 . 5 m m之L a A 1〇3單晶基底4之兩表面上，以濺射 法，雷射蒸氣沈積法，C V D法或諸如此類方法形成一 5 Ο Ο n m厚之Y B C〇超導體膜。接著，以蝕刻法處理 -表面形成輸入/輸出部份5與共振元件6，且然後使用 背表面1 3作爲接地表面3並備置一微條構造之兩汲帶通 濾波器。 設定共振元件6寬度爲1 7 0 //m，其長度爲8mm ，共振元件6間之間隙爲1 0 0 // m，且共振元件6與輸 入/輸出部份5間之間隙爲5 0 // m。 而且，以下列方法備置第4 B圖中所示之調諧組件2 。在縱長3 5 m m，邊長3 0 m m，厚度1 m m之非磁性 陶瓷基底4之整個上表面，以申請案之方法形成一含 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -21 - 477110 A7 __B7___ 五、發明說明（19) γ 3 F e 5〇i 2 ( Y I G )之磁性材質，得到1 0 〇 // m之 厚度。 隨後，使用一雷射光束處理器處理尺寸如第5圖中所 示之γ I G厚膜，得到第4 B圖之形式。在本實例中，以 相同材質連續形成磁性組件2 1至2 3，3 1至3 3， 4 1至4 3，但可以不同材質加以形成。 隨後，利用一固定機架（未示出）將如第4 B圖中所 .·示之磁場產生線圈5 1至5 3配置在磁性材質3 1至3 2 附近。對於線圈5 1，5 3，設定內徑爲2 m m，外徑爲 4 m m，長度爲5 m m。對於線圈5 2，設定內徑爲3 m m，外徑爲1 0 m m·，且長度爲1 0 m m。 對於這些分別線圈5 1至5 3，每一 c m纏繞直徑 〇.1 m m之導體8 0 0次，故以1 0 0 m A之直流激能 產生約1 0 0 〇e之磁場。 通常，當施加磁場至Y I G磁性材質時’ Y I G磁透 率如第1 3圖所示變化。明確地說，零磁場之磁透率隨施 加磁場單調地下降。 隨後，第4 A圖中所示之濾波器組件1以上面形成共 振元件6之表面與上面形成磁性材質2 1至2 3之表面相 對之方式重疊在第4 B圖中所示之調諧組件2上。 明確地說，磁性材質2 1配置在共振元件6與輸入/ 輸出部份5間之間隙對面，磁性材質2 2配置在共振元件 6對面，且磁性材質2 3配置在共振元件6間之間隙對面 。依此方式備置本實例之平面濾波器。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -22 - _ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

477110 A7 ___B7___ 五、發明說明（20) 第8圖表示當本實例之濾波器冷卻至4 0 K時之頻通 特性圖。當未施加磁場時’頻通頻帶之中心頻率f 1爲 4 · 8GHz ，且頻寬爲 15MHz。 在這情況下，頻通頻帶爲平直的且實質上無漣波，且 插入損耗爲小或等於1 d B。而且’在頻通頻帶兩邊上之 上升與下降部份之特性（裙邊特性）是陡峭的。由此之故 ，表示出一相當令人滿意之帶通濃波器特性。 .、:· 隨後，以1 0 0 m A之電流通過線圈5 2 *並產生 ; 1 〇 0 Ο e之磁場，施加至磁性材質2 2。結果，如第 ·:·二^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ Μ Η z至高頻邊，但在頻通頻帶中產生2 d B之漣波（凹 陷部份），且亦惡化裙邊特性。 而且，在這狀態中，以3 0 m A之電流通過線圈5 1 及4 0 m A之電流通過線圈5 3，施加磁場至磁性材質 2 1與2 3。結果由第8圖中之實線C表示。頻通頻帶之 中心頻率ί 2未變，消除漣波，改善裙邊特性，並獲得令人 滿意之帶通濾波器特性。 此外，在本實施例中，已經說明其中濾波器特性在爲 I 零之所有磁場是令人滿意之初始狀態，但亦可以這種方式 I 設計組成，使得當某些線圈產生磁場時，濾波器特性是處 才 | 於令人滿意之初始狀態。

I 七 通常，對於第1 3圖所示之磁場，Υ I G之磁通率是 ί 單調地下降。因此，事先設計一個有對那施加一中間磁場 £ (例如，如第1 3圖中Η 2所示之磁場値）之初始狀態也 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -23- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

477110 A7 ____B7____ 五、發明說明（21) 是有用的，故可能在磁透率增加或減少之方向上調整。 爲了調整頻通頻率特性，對於在各線圈5 1至5 3中 所產生之磁場大小’可考慮一嘗試錯誤之控制方法，例如 在這方法中，以網路分析儀即時監控頻通特性。 然而，對於所請求之濾波器特性，如果事先測試加以. 設定個別線圈5 1至5 3之激能電流値並備置一種型式之 校正表，則根據校正表可能在下次迅速調整濾波器特性。 . 而且，當使用正常導電金屬爲線圈5 1至5 3之材質 時，激化能量期間會消耗功率，且因此備置一種超導體接 線線圏並抑制功率消耗之方法是有效的。在本實施例中， 設定YI G厚度爲1 0 〇 //m，但實際上假定厚度在數十 n m至數m m之範圍內。 而且，爲了降低損耗，最好將磁性材質2 1至2 3， 3 1至3 3，4 1至4 3根據必要之磁通率變化量，形成 儘可能的薄。薄膜形成方法不限於申請之方法，且具一小 或等於數μ m之小厚度，可以濺射法，雷射蒸氣沈積，或 C V D法形成薄膜。 此外，當各磁性材質2 1至2 3，3 1至3 3，4 1 i I 至43形成大或等於100//m之厚度時，可將大量材質 〇 | 放在基底4上。而且，磁性材質本身具足夠剛性，材質未 τ \ 必要形成在基底4上，且可單獨加以備置。 ^ 在本實例中，使用相同厚度之相同材質連續備置磁性 I 材質21至23，31至33，41至43，但可改變厚 f ^ 度。例如，爲了在精巧內徑之線圈內形成磁性材質3 2， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -24- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

477110 Α7 Β7 五、發明說明（22) 提議降低線圏附近部份之寬度。在這情況中，當厚度與磁 性材質2 2相同時，線圈5 1至5 3附近中之磁性材質截 面積變成小於磁性材質2 2之截面積。 因第4圖中所示之濾波+器經由磁性材+質2 1至2 3， 3 1至3 3，4 1至4 3傳導磁場，故永遠保持磁通線數 固定。而且，因磁通密度與截面積成反比，故磁性材質 2 2之截面積大於線圈5 1至5 3附近之:截面積時」磁通 .密度即下降，且可能無法得到充份的破'透率變化。 因此，對於磁性材質3 1至3 3，如第1 3圖所示， 要得到充份之磁透率變化，增加麗圏丨:駐1至5 3附近厚度 ，使結果未改變截面積之一種技術是有效的。而且，爲得 到較大之磁透率變化，可放大線圈5 1至5 3附近之截面 積。 而且，在上述第一至第三具體實例中，已經以一磁性 材質實例說明Y I G，但磁性材質未限於Y I G。Y I G 以外之磁性材質實例包含Y 3 F e 5〇i 2， P r〇.85C a〇.i5Mn〇3，及

Nd〇.67S Γ 0.33Mn〇3 〇 此外，利用大塊板已經說明磁性材質，但可使用以各 種薄膜形成方法在適當基底4得到之薄膜或形成在濾波器 組件1上之薄膜。 ' 而且，並未特別限制以上述濾波器要過濾之訊號頻率 ，可過濾高達約數十G Η z之訊號，且因此可應用本濾波 器至蜂巢式電話之類者所利用之頻帶。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ίφ._______訂_________線丨·__________·_____________ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -25-

Claims (1)

1. 477110 _§__ 六、申請專利範圍 1 · 一種平面濾波器，包含： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一濾波器組件，該組件具由超導體膜所形成之眾多共 振元件及經由介電基底上之間隙，配置在該共振元件兩邊 上之輸入/輸出部份部份；以及 一由磁性材質形成之調諧組件，該調諧組件經由一預 定間隙，配置在該濾波器組件對面並對該調諧組件施加一 直流磁場， 該調諧組件包含一介電常數調整部.份，該調整部份調 整該共振元件間之間隙外圍及該輸"文7輸出部份與該共振 元件間之間隙外圍中至少一 P f味Μ之有效介電常數。 2 ·如申請專利範圍第1項之耳面濾波器，其中之該 介電常數調整部份包含： ^ _ 一介電部份，該介電部份配置在該共振元件間之該間 隙及該輸入/輸出部份與該共振元件間之該間隙中至少一 間隙之對面；以及 ~ 一電場產生部份，用於在該介電部份產生一電場。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3 ·如申請專利範圍第2項之平面濾波器，其中之該 介電常數調整部份可變化地控制一施加至該電場產生部份 之電壓，可變化地控制該共振元件間之該間隙及該共振元 件與該輸入/輸出部份間之該間隙中至少一間隙之有效介 電常數。 4 ·如申請專利範圍第1項之平面濾波器，其中，從 該輸入/輸出部份之一端上，在該輸入/輸出部份之另一 端上方向施加一直流磁場。 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制π 477110 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 5 ·如申請專利範圍第1項之平面濾波器，其中之該 濾波器組件爲一微條線構造之帶通濾波器，在該構造中， 由超導體形成之一對該輸入/輸出部份及由超導體形成之 該眾多共振兀件是佈置在以背表面側爲一接地表面之基底 上。 6 ·如申請專利範圍第1項之平面濾波器，其中，將 一微波訊號輸入至該輸入/輸出部份之一輸入端。 7 ·如申請專利範圍第1項之平面濾波器，甚中，利 用 Y 3 F e 5 〇 1 2，P r 0 . 8 5 C a 0 . 1 5 Μ η 〇 3 與“ Ν d。· 6 7 S r。· 3 3 Μ η Ό 3中至少之一形成該調諧組件 〇 8 · —種濾波器系統，包含： 一容納如申請專利範圍第1項平面瀘波器之容器； 一纏繞該容器外壁之線圈， 該線圈沿著該濾波器組件與該調諧組件間之該間隙施 加一直流磁場；以及 一用於冷卻該容器之冷藏室。 - 一 9 · 一種平面濾波器，包含： 一濾波器組件，該組件具由超導體膜所形成之眾多共 振元件及經由介電基底上之間隙，配置在該共振元件兩邊一 上之輸入/輸出部份；以及 一經由一預定間隙配置在該濾波器組件對面之調旨皆Μ 件， 該調諧組件包含： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------^--------- <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 477110 A8B8C8D8 六、申請專利範圍 一第一磁性材質，該磁性材質配置在該輸入/輸出部 份與該共振元件間之一間隙對面； 一第二磁性材質，該磁性材質配置在各該共振元件之 對面； 一第三磁性材質，該磁性材質配置在該共振元件間-. .-二， 間隙之對面；以及 該第一，該第二及第三磁性材質之磁場產生構造調整 1 0 ·如申請專利範圍第9項之平面濾波器，其中之 該磁場產生構造具第一，第二與第三線圈加以獨立施加磁 場至該第一，第二與第三磁性材質。 · 1 1 ·如申請專利範圍第1 〇項之平面濾波器，其中 之該磁場產生構造個別控制電流加以對該第一、第二與第 三線圈激化能量，調整濾波器漣波，裙邊特性與中心頻率 0 1 2 .如申請專利範圍第1. 0項之平面濾波器，其中 之該濾波器組件具η ( η爲大或等於2之整數）片共振元 件，以及 i 該調諧組件具該第三磁性材質及相當於這些第三磁性 材質之該第三線圈，其中，該第三磁性材質配置在該鄰近 共振元件間（η - 1 )間隙之對面。 1 3 .如申請專利範圍第1 〇項之平面濾波器，其中 之該調諧組件包含： 一第四磁性材質，該磁性材質配置在該第一線圈與該 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21G X 297公爱一） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _ n n mmm§ ·ϋ n 一δ,- · n 1 —Bi Bn tamm ·ϋ I I 線—I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 477110 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 第一磁性材質之間，並連接至該第一線圈與該第一磁性材 質兩者； 一第五磁性材質，該磁性材賢配置在該第二線圈與該 第二磁性材質之間，並連接~至該第二線圈與該第二磁性材 質兩者； 〜 _· 一 _ 一第六磁性材質，該磁性材質配置在該第三線圈與該 第三磁性材質之間，並連接至該第三線圈與該第三磁性材 .'質兩者； _ — 一第七磁性材質，該磁性材質包夾該第一磁性材質’ .配置在面對該第四磁性材質之邊上，並連接至該第一磁性 材質； 一第八磁性材質，該磁性材質經由該第二磁性材質配 置在面對該第五磁性材質之邊上，並連接至該第二磁性材 _質 '以及 一第九磁性材質，該磁性材質包夾該第三磁性材質’ 配置在面對該第六磁性材質之邊上，並連接至該第三磁性 材質。 i 4 .如申請專利範.圍第1 3項之平面濾波器，其中 ，連接至各線圈之該第一，第二與第三線圈，該第四，第 五與第六磁性材質，連接至該第四，第五與第六磁性材質 之該第一，第二與第三磁性材質，以及連接至該第一，第 二與第三磁性材質之該第七，第八與第九磁性材質分別形 成閉路電路。 丄5 .如申請專利範圍第1 3項之平面濾波器，其中 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------鐮--------訂------------------!|----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 477110 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 之各該第四，第五，第六，第七，第八與第九磁性材質具 一固定截面積。 1 6 ·如申請專利範圍第1 5項之平面濾波器，其中 之該第五磁性材質從該第二磁性材質之遠側邊上比該第二 磁性材質之近側邊上具一更窄寬度及一更大厚度。 1 7 ·如申請專利範圍第1 5項之平面濾波器，其中 之該第四與第六磁性材質從該第一與第三磁性材質之遠側 邊上比該第一與第三磁性材質之近側邊上具一更寬寬度及 ·更小厚度。 1 8 ·如申請專利範圍第9項之平面濾波器，其中之 該濾波器組件爲一微條線構造之帶通濾波器，該微條線構 造具由超導體形成之一對該輸入/輸出部份且由超導體形 成之該眾多共振元件是佈置在其背表面上固定一接地電位 之基底上。 1 9 ·如申請專利範圍第9項之平面濾波器，其中， 將一作爲濾波標的之微波訊號輸入至該輸入/輸出部份之 一輸入端。 2 〇 ·如申請專利範圍第9項之平面濾波器，其中， 利用 Υ3ΊΓ e5〇i2 ， P r〇.85Ca〇.i5Mn〇3 與 N d Q . 6 7 S r 〇 . 3 3 Μ η 0 3中至少之一形成該調諧組件 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ΙΙΙΙΙΙΙ1— — — — · I 1 I I I I I ^ 11111111 —A (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -I — L Μ. MM I I — I 服 I