(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空断熱容器中に、一方の主面に超電導配線による共振回路を含む第１配線導体層を、他方の主面に第１接地導体層を形成した第１誘電体基板をコールドヘッドとヒータとの組合せにより構成された温度制御可能な支持台に前記第１接地導体層側で接するように取着するとともに、一方の主面に超電導配線による共振回路を含む第２配線導体層を、他方の主面に第２接地導体層を形成した第２誘電体基板をコールドヘッドとヒータとの組合せにより構成された温度制御可能な第２の支持台に前記第２接地導体層側で接するように取着し、前記第１配線導体層と前記第２配線導体層とを、所定の間隔を開けて対向させるかまたは所定の間隔を開けて横に並べて配置して電磁結合により電気的に接続し、前記第１配線導体層と前記第２配線導体層とにより超電導フィルタ回路を構成したことを特徴とする超電導フィルタモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空断熱容器中において室温よりも低温、例えば150 Ｋ以下の温度に冷却して動作させる、情報通信用高周波装置に用いられる超電導フィルタ回路を構成する超電導フィルタモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、大容量・高速での情報通信（画像・動画・音声・コンピュータデータ等）装置の開発が進められており、そのために高周波信号で駆動・動作する情報通信用装置が開発されている。高周波信号は従来の回路配線に金属導体を用いた情報通信用装置では導体損失が大きいため、導体損失の小さい超電導導体の配線を用いた各種電子デバイスや電子回路の開発が進められている。特に、フィルタは損失の低減化が求められており、各研究機関で開発が盛んに進められている。
【０００３】
従来、内部に超電導フィルタ回路を構成した超電導フィルタモジュールにおいては、超電導フィルタ回路は通常は１枚の基板で構成され、その回路基板は真空断熱構造になっている真空容器を筐体として、その中で室温よりも低温、例えば超電導状態を得るため150 Ｋ以下の温度に冷却されていた。そのため、超電導フィルタ回路を構成する１枚の基板の面内はほぼ同一温度であり、基板の各所を独立に温度管理することができなかった。従って、超電導フィルタ回路を構成する基板と温度とをある仕様に選択すると、フィルタの電気特性も一義的に決定されることとなっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする問題点】
このような従来の真空断熱容器中に超電導フィルタ回路の基板を配置した超電導フィルタモジュールにおいては、モジュールを一旦組み立てた上で使用環境の真空状態および温度での電気特性を確認した結果、フィルタの電気特性が目標仕様と異なっている場合には、基板温度を室温に戻して真空になっている筐体から超電導フィルタ回路基板を取り出し、回路基板の加工を行なって電気特性を調整しなければならなかった。そして、調整した回路基板を再び筐体に入れてから真空にして使用温度まで冷却し、再測定をして調整結果の確認をしなければならなかった。
【０００５】
このように、従来の超電導フィルタモジュールにおいては、超電導フィルタ回路基板の電気特性の測定と調整が大きく違う環境で行なわれるため、仕様通りの電気特性の超電導フィルタを得るには大変な手間と時間がかかってしまうという問題点があった。
【０００６】
本発明の超電導フィルタモジュールは上記事情に鑑みて案出されたものであり、その目的は、超電導フィルタ回路を構成する基板を真空断熱容器中で本来の使用環境に維持したままフィルタの電気特性の測定と調整を行なうことができる超電導フィルタモジュールを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の超電導フィルタモジュールは、真空断熱容器中に、一方の主面に超電導配線による共振回路を含む第１配線導体層を、他方の主面に第１接地導体層を形成した第１誘電体基板をコールドヘッドとヒータとの組合せにより構成された温度制御可能な支持台に前記第１接地導体層側で接するように取着するとともに、一方の主面に超電導配線による共振回路を含む第２配線導体層を、他方の主面に第２接地導体層を形成した第２誘電体基板をコールドヘッドとヒータとの組合せにより構成された温度制御可能な第２の支持台に前記第２接地導体層側で接するように取着し、前記第１配線導体層と前記第２配線導体層とを、所定の間隔を開けて対向させるかまたは所定の間隔を開けて横に並べて配置して電磁結合により電気的に接続し、前記第１配線導体層と前記第２配線導体層とにより超電導フィルタ回路を構成したことを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の超電導フィルタモジュールによれば、一方の主面に超電導配線による共振回路を含む第１配線導体層を形成し、他方の主面に第１接地導体層を形成した第１誘電体基板を真空断熱容器中においてコールドヘッドとヒータとの組合せにより構成された温度制御可能な支持台に第１接地導体層側で接するように取着し、一方の主面に超電導配線による共振回路を含む第２配線導体層を形成し、他方の主面に第２接地導体層を形成した第２誘電体基板を、コールドヘッドとヒータとの組合せにより構成された温度制御可能な第２の支持台に前記第２接地導体層側で接するように取着し、その第２配線導体層と第１誘電体基板上の第１配線導体層とを、所定の間隔を開けて対向させるかまたは所定の間隔を開けて横に並べて配置して電磁結合により電気的に接続して、それら第１配線導体層と第２配線導体層とにより超電導フィルタ回路を構成するものとしたことから、超電導フィルタを構成する第１配線導体層と第２配線導体層とを真空断熱容器中で熱的に独立させてそれぞれ異なった温度に設定することができる。この両者間の温度差は、真空層の厚さや真空度の調整、あるいは第１誘電体基板に対する第２誘電体基板の設置方法の変更等により所望の範囲で変えることができる。
【００１０】
一方、超電導フィルタの共振周波数は温度依存性を有しており、その使用温度とともに変化することが信学技報SCE97-3, MW97-3(1997-04), P13 〜P18 に報告されている。これは、超電導配線に流れる高周波電流は磁場侵入深さと呼ばれる深さだけ配線の表層より内部を流れるが、この磁場侵入深さは温度によって変化し、磁場侵入深さが変化すると配線のインダクタンスが変化するため高周波電流の伝送速度が変化するので、温度によって超電導フィルタの共振（中心）周波数が変化することによる。従って、超電導フィルタの温度を制御することにより超電導フィルタの共振周波数を制御することが可能である。
【００１１】
しかしながら、１枚の基板上に形成された超電導フィルタ回路については、温度制御によって共振周波数を制御することができても、共振周波数と共にフィルタの重要なスペックである通過帯域を温度制御によって別個に制御することはできない。従って、従来の方法では、フィルタ全体の温度しか設定できないためフィルタの共振周波数と通過帯域幅を別個に調整することができず、超電導フィルタ回路基板を直接加工しなければならなかった。
【００１２】
これに対して本発明の超電導フィルタモジュールでは、真空断熱容器中に温度制御可能な支持台に第１接地導体層側で接するように取着した第１誘電体基板と第２誘電体基板とを配置し、それらに形成した第１配線導体層と第２配線導体層とを、所定の間隔を開けて対向させるかまたは所定の間隔を開けて横に並べて配置して電磁結合により電気的に接続して超電導フィルタ回路を構成したことから、各誘電体基板は互いに接触する必要がなく熱的に独立させて異なる温度に制御することができ、超電導フィルタ回路を構成する各配線導体層の温度を所望の任意の温度に設定することができる。
【００１３】
従って、各配線導体層に含まれる超電導配線による共振回路の共振周波数を別個に変化させることができ、それに応じて通過帯域についても別個に変化させることができるものとなり、これにより、各配線導体層の共振回路の共振特性の積算結果として得られる超電導フィルタの共振周波数と通過帯域幅とを別個に調整することができる。
【００１４】
また、上記構成において、第２誘電体基板を第１誘電体基板が取着された支持台とは独立して温度制御可能な第２の支持台に第２接地導体層側で接するように取着した場合には、超電導フィルタ回路を構成する各配線導体層の温度をより精密にかつ広い温度範囲で制御することができ、それにより、超電導フィルタの中心周波数と通過帯域幅の調整可能範囲をより大きくし、調整をより精密に行なうことができる。
【００１５】
以下、図面に基づいて本発明の超電導フィルタモジュールにつき詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の超電導フィルタモジュールの実施の形態の一例を示す斜視図であり、図２はその断面図である。
【００１７】
これらの図において、１は第１誘電体基板、２は第２誘電体基板である。３は第１誘電体基板１の一方の主面（図においては上面）に被着形成した、超電導配線による共振回路を含む第１配線導体層であり、４は第２誘電体基板２の一方の主面（図においては下面）に被着形成した、超電導配線による共振回路を含む第２配線導体層、５は第１誘電体基板１の他方の主面（図においては下面）のほぼ全面に被着形成した第１接地導体層、６は第２誘電体基板２の他方の主面（図においては上面）のほぼ全面に被着形成した第２接地導体層である。
【００１８】
７は超電導フィルタ回路を動作させるのに適当な低温に温度制御可能な支持台であり、この支持台７に第１誘電体基板１が第１接地導体層５側で接するように取着される。この支持台７は例えば冷凍機８のコールドヘッドやコールドヘッドとヒータとの組合せ等により構成される。また、９は支持台７とは独立に温度制御可能な、第２誘電体基板２が取着される第２の支持台であり、例えばヒータやヒータとコールドヘッドとの組合せ等により構成され、第２誘電体基板２が第２接地導体層６側で接するように取着される。第２誘電体基板２をこのような第２の支持台９に取着した場合には、第１誘電体基板１と第２誘電体基板２とをそれぞれ独立に精度よく温度制御することができる。
【００１９】
第１誘電体基板１と第２誘電体基板２とは、その主面に形成した第１配線導体層３と第２配線導体層４とが電磁結合により電気的に接続されるように配置されており、これにより第１配線導体層３と第２配線導体層４とで超電導フィルタ回路が構成される。この例は第１誘電体基板１と第２誘電体基板２とは各配線導体層３・４が形成された主面同士を対向させて配置した例であり、10はこのように第１配線導体層３と第２配線導体層４とを電磁結合により電気的に接続するために誘電体基板１・２間に介在させた、第１誘電体基板１と第２誘電体基板２の主面間の真空層の間隔を決定するスペーサである。
【００２０】
また、11は第１配線導体層３の給電回路と電気的に接続された同軸ケーブル用コネクタであり、12は同軸ケーブル用コネクタ11を介して外部回路との高周波信号の入出力を行なう同軸ケーブル、13は第２配線導体層４の給電回路と電気的に接続された同軸ケーブル用コネクタ、14は同軸ケーブル用コネクタ13を介して外部回路との高周波信号の入出力を行なう同軸ケーブルである。
【００２１】
15は第２の支持台９としてヒータを用いた場合のヒータの電源線である。ここで、この例に対して、支持台７にヒータを用い、第２の支持台９に冷凍機のコールドヘッドを用いても問題ない。
【００２２】
これら図１・２に示したような構成のものが真空断熱容器（図示せず）中に配置されることにより、本発明の超電導フィルタモジュールが構成される。
【００２３】
次に、図３は本発明の超電導フィルタモジュールの実施の形態の他の例を示す図２と同様の断面図である。
【００２４】
図３において、21は第１誘電体基板、22は第２誘電体基板である。23は第１誘電体基板21の一方の主面（図においては上面）に被着形成した、超電導配線による共振回路を含む第１配線導体層であり、24は第２誘電体基板22の一方の主面（図においては上面）に被着形成した、超電導配線による共振回路を含む第２配線導体層、25は第１誘電体基板21の他方の主面（図においては下面）のほぼ全面に被着形成した第１接地導体層、26は第２誘電体基板22の他方の主面（図においては下面）のほぼ全面に被着形成した第２接地導体層である。
【００２５】
27は温度制御可能な支持台であり、この支持台27に第１誘電体基板１が取着される。この支持台27も例えば冷凍機28のコールドヘッドやコールドヘッドとヒータとの組合せ等により構成される。また、29は支持台27とは独立に温度制御可能な、第２誘電体基板22が取着される第２の支持台であり、この例では支持台27と同様に冷凍機30のコールドヘッドやコールドヘッドとヒータとの組合せ等により構成され、第２誘電体基板22が取着されている。第２誘電体基板22をこのような温度制御可能な第２の支持台29に取着した場合には、第１誘電体基板21と第２誘電体基板22とを同じ温度範囲においてそれぞれ独立に精度よく温度制御することができる。
【００２６】
第１誘電体基板21と第２誘電体基板22とは、その主面に形成した第１配線導体層23と第２配線導体層24とが電磁結合により電気的に接続されるように、この例では所定の間隔を開けて横に並べて配置されており、これにより第１配線導体層23と第２配線導体層24とで超電導フィルタ回路が構成される。
【００２７】
また、31は第１配線導体層23の給電回路と電気的に接続された同軸ケーブル用コネクタであり、32は同軸ケーブル用コネクタ31を介して外部回路との高周波信号の入出力を行なう同軸ケーブル、33は第２配線導体層24の給電回路と電気的に接続された同軸ケーブル用コネクタ、34は同軸ケーブル用コネクタ33を介して外部回路との高周波信号の入出力を行なう同軸ケーブルである。
【００２８】
このような図３に示したような構成のものが真空断熱容器（図示せず）中に配置されることによっても、本発明の超電導フィルタモジュールが構成される。
【００２９】
次に、本発明の超電導フィルタモジュールの実施の形態のさらに他の例を図２および図３と同様の断面図で図４に示す。
【００３０】
図４において、41は第１誘電体基板、42は第２誘電体基板である。43は第１誘電体基板41の一方の主面（図においては上面）に被着形成した、超電導配線による共振回路を含む第１配線導体層であり、44は第２誘電体基板42の一方の主面（図においては上面）に被着形成した、超電導配線による共振回路を含む第２配線導体層、45は第１誘電体基板41の他方の主面（図においては下面）のほぼ全面に被着形成した第１接地導体層、46は第２誘電体基板42の他方の主面（図においては下面）のほぼ全面に被着形成した第２接地導体層である。
【００３１】
47は温度制御可能な支持台であり、この支持台47に第１誘電体基板１が取着される。この支持台47も例えば冷凍機48のコールドヘッドやコールドヘッドとヒータとの組合せ等により構成される。また、49は支持台47とは独立に温度制御可能な、第２誘電体基板42が取着される第２の支持台であり、この例では図２に示した第２の支持台９と同様に例えばヒータやヒータとコールドヘッドとの組合せ等により構成され、第２誘電体基板42が取着されている。第２誘電体基板42をこのような温度制御可能な第２の支持台49に取着した場合には、第１誘電体基板41と第２誘電体基板42とをそれぞれ独立に精度よく温度制御することができる。
【００３２】
この例においても図３の例と同様に、第１誘電体基板41と第２誘電体基板42とは、その主面に形成した第１配線導体層43と第２配線導体層44とが電磁結合により電気的に接続されるように、所定の間隔を開けて横に並べて配置されており、これにより第１配線導体層43と第２配線導体層44とで超電導フィルタ回路が構成される。ここで、50は支持台47と第２の支持台49とを所定の間隔を開けて接続する接続治具である。なお、この接続治具50の代わりに他の手段を用いて支持台47と第２の支持台49とを所定位置に配置しても構わない。
【００３３】
また、51は第１配線導体層43の給電回路と電気的に接続された同軸ケーブル用コネクタであり、52は同軸ケーブル用コネクタ51を介して外部回路との高周波信号の入出力を行なう同軸ケーブル、53は第２配線導体層44の給電回路と電気的に接続された同軸ケーブル用コネクタ、54は同軸ケーブル用コネクタ53を介して外部回路との高周波信号の入出力を行なう同軸ケーブルである。
【００３４】
55は第２の支持台49としてヒータを用いた場合のヒータの電源線である。ここで、この例に対しても、支持台45にヒータを用い、第２の支持台49に冷凍機のコールドヘッドを用いても問題ない。
【００３５】
このような図４に示したような構成のものが真空断熱容器（図示せず）中に配置されることによっても、本発明の超電導フィルタモジュールが構成される。
【００３６】
次に、図１および図２に示した本発明の超電導フィルタモジュールについて、その温度制御システムを含めた実施の形態の例を図５に断面図で示す。
【００３７】
図５において、図１および図２と同様の箇所には同じ符号を付してあり、１は第１誘電体基板、２は第２誘電体基板、３は第１配線導体層、４は第２配線導体層、５は第１接地導体層、６は第２接地導体層、７は第１誘電体基板１が取着された支持台、８は冷凍機、９は第２誘電体基板が取着された第２の支持台、11は同軸ケーブル用コネクタで、12は同軸ケーブル、13は同軸ケーブル用コネクタ、14は同軸ケーブル、15はヒータの電源線である。
【００３８】
また、60は真空断熱容器であり、冷凍機８と超電導フィルタモジュールを構成する第１誘電体基板１とは、真空断熱容器60内に配置されている支持台７（コールドヘッド）を介して機械的に接続されている。
【００３９】
61は真空ポンプであり、真空断熱容器60の内部を真空にすることができる。62はリークバルブであり、真空ポンプ61とリークバルブ62とにより真空断熱容器60中の真空度を調整することができる。
【００４０】
63は真空断熱容器60の容器壁を貫通して設置された真空封止した容器側入出力コネクタであり、それぞれ同軸ケーブル12と同軸ケーブル用コネクタ11とを介して超電導フィルタモジュールの第１誘電体基板１と、また同軸ケーブル14と同軸ケーブル用コネクタ13とを介して第２誘電体基板２と電気的に接続される。64は外部電気回路と容器側入出力コネクタ63とを電気的に接続する同軸ケーブルである。
【００４１】
65は真空断熱容器60の容器壁を貫通して設置された真空封止した直流用入出力コネクタであり、外部からのヒータの電源からのケーブル66により供給される直流の電気を電源線15を介して第２の支持台９のヒータに供給する。
【００４２】
なお、67は支持台７の下面に取着された熱電対、68は第２の支持台９の上面に取着された熱電対であり、これらは真空断熱容器60の容器壁を貫通して設置された真空封止した熱電対用貫通孔部品69を貫通して外部の温度測定装置と接続されており、これにより第１誘電体基板１および第２誘電体基板２の温度を測定することができるようになっている。
【００４３】
このようにして、本発明の超電導フィルタモジュールは、真空断熱容器60中に、一方の主面に超電導配線による共振回路を含む第１配線導体層３を、他方の主面に第１接地導体層５を形成した第１誘電体基板１を温度制御可能な支持台７に取着するとともに、一方の主面に超電導配線による共振回路を含む第２配線導体層４を、他方の主面に第２接地導体層６を形成した第２誘電体基板２を第１配線導体層３と第２配線導体層４とを電磁結合により電気的に接続して配置し、第１配線導体層３と第２配線導体層４とにより超電導フィルタ回路を構成したものとして構成される。
【００４４】
また、第２誘電体基板２を支持台７とは独立して温度制御可能な第２の支持台９に取着した場合には、超電導フィルタ回路を構成する各配線導体層３・４の温度をより精密にかつ広い温度範囲で制御することができるものとなる。
【００４５】
本発明の超電導フィルタモジュールにおいて、第１誘電体基板の第１配線導体層に含まれる共振回路および第２誘電体基板の第２配線導体層に含まれる共振回路は超電導体薄膜等の超電導配線により構成されている必要があるが、その部分以外の第１配線導体層および第２配線導体層ならびに第１接地導体層および第２接地導体層は、高周波用電子回路に使用される種々の電気伝導性物質・酸化物・窒化物・炭化物・有機物等のいずれを用いても良い。
【００４６】
なお、第１配線導体層・第２配線導体層・第１接地導体層・第２接地導体層の全てを超電導体薄膜で構成した場合には、高周波信号に対する超電導体の表面抵抗が非常に小さいため、極めて低損失な超電導フィルタモジュールを構成することができる。
【００４７】
例えば、一般的に使用されるマイクロ波の周波数である１ＧＨｚ〜10ＧＨｚ程度においては、表面抵抗が小さいＣｕに比べても超電導体、例えばＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx の表面抵抗は１／1000から１／100 である。
【００４８】
なお、超電導フィルタ回路の仕様に応じて、第１接地導体層および第２接地導体層の他にも、超電導フィルタ回路を構成する第１配線導体層または第２配線導体層と同一主面上に接地導体層を混在させて形成してもよい。
【００４９】
第１配線導体層・第２配線導体層・第１接地導体層・第２接地導体層の厚みは特に限定されるものではないが、超電導配線を構成する超電導薄膜からなる導体層は、１ｎｍ以上の厚みがなければ電子の数が少なく超電導の性質をほとんど示さなくなる傾向がある。また、超電導体薄膜からなる導体層の厚みの上限としては、第１接地導体層・第２接地導体層に対しては特にないものの、第１配線導体層・第２配線導体層に対しては、超電導フィルタのメリットがある１ＧＨｚ以上の周波数で使用する場合、１ＧＨｚの周波数の波長の１／２の長さである15ｃｍを超えると、第１誘電体基板と第２誘電体基板とを図１および図２に示したように対向させて配置した場合に、誘電体基板と真空層とを含む誘電体層の厚み（第１接地導体層と第２接地導体層との距離）が15ｃｍを超えるようになるため、誘電体層内に通常の高周波伝送波であるＴＥＭ（準ＴＥＭ）波以外のＴＥ波あるいはＴＭ波が存在するようになり、損失の増大もしくは位相歪の問題が発生するため、15ｃｍ以下にすることが好ましい。
【００５０】
また、第１配線導体層・第２配線導体層は、高周波伝送波であるＴＥＭ（準ＴＥＭ）波を安定に伝送させるためには、配線導体層の幅が配線導体層の厚みより大きくなければならない。
【００５１】
また、第１配線導体層および第２配線導体層に含まれる超電導配線による共振回路はそれぞれ複数あっても良い。この場合、互いに電磁結合をした複数個の共振回路を並べることにより、フィルタの周波数に対する透過特性が急峻になり、高性能な超電導フィルタにすることができる。
【００５２】
第１誘電体基板および第２誘電体基板としては、高周波用電子回路に使用される種々の誘電体・酸化物・窒化物・炭化物・有機物等のいずれを用いても良い。
【００５３】
中でも、多結晶基板より誘電損失が小さく熱伝導率が大きい単結晶基板、例えば酸化マグネシウム・サファイア（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）・スピネル・チタン酸ストロンチウム・ランタンアルミネート・シリコン・ガリウム砒素等を用いることにより、超電導フィルタの低損失化を図ることができるとともに、第１誘電体基板および第２誘電体基板内の温度分布を低減することができ、超電導フィルタの信頼性を向上させることができる。
【００５４】
第１誘電体基板および第２誘電体基板のサイズは、基板の長さと幅は使用する高周波信号の波長の１／２以上であることが好ましく、これより短いとフィルタの設計が困難となる。また、基板の合計の厚みは、１ＧＨｚ以上の周波数で使用する場合、0.1 μｍ〜15ｃｍの範囲が望ましく、厚みが0.1 μｍ未満では配線導体層の特性インピーダンスを50Ωに合わせるための線幅が0.1 μｍ以下となって（配線導体層の厚みも0.1 ｍｍ以下とする必要がある。）線幅加工が不可能となり、15ｃｍを超える厚みでは誘電体層内に通常の高周波伝送波であるＴＥＭ（準ＴＥＭ）波以外のＴＥ波あるいはＴＭ波が存在するようになり、損失の増大もしくは位相歪の問題が発生する傾向がある。
【００５５】
図１および図２に示したように、第１配線導体層３と第２配線導体層４とを電磁結合により電気的に接続する際にそれらの間隔を設定するのにスペーサ10を仕様する場合、その材質に特に限定はないが、第１配線導体層と第２配線導体層との温度差を大きくしたい場合には有機物等の熱伝導率の小さい材料を用い、第１配線導体層と第２配線導体層の温度差を小さくしたい場合には金属・酸化物・窒化物・炭化物等の熱伝導率の大きい材料を用いると良い。
【００５６】
図１および図２に示したようにスペーサ10を使用した場合は、スペーサ10の厚みは、ほぼそのまま第１配線導体層３と第２配線導体層４間の真空層の厚みに相当する。ここで、第１誘電体基板１および第２誘電体基板２に用いられる誘電体基板には一般に５μｍ程度の反りがあるため、基板の反りや配線厚みを考慮して、第１誘電体基板１と第２誘電体基板２とがスペーサ10以外で接触しないように、スペーサの厚みとしては５μｍ以上としておくことが好ましい。他方、スペーサ10の厚みを大きくし過ぎると、第１配線導体層３と第２配線導体層４とがＴＥＭ波・ＴＥ波・ＴＭ波の混在した複雑な電磁結合をするため超電導フィルタ回路を設計できなくなるので、スペーサ10の厚みは、超電導フィルタのメリットがある１ＧＨｚ以上の周波数で使用する場合、１ＧＨｚの周波数の波長の１／２の長さである15ｃｍ以下にする必要がある。
【００５７】
第１配線導体層３と第２配線導体層４とを電磁結合により電気的に接続する場合、それら電磁結合させる配線導体層間の距離は特に制限はない。ただし、第１配線導体層３と第２配線導体層４とにより構成される超電導フィルタの仕様特性（透過中心周波数や帯域等）と共振回路の形状やサイズが決定されると、電磁結合間の電気容量は共振回路間の電磁結合の距離・共振回路間の誘電率・共振回路の形状等によって決まることから、その電気容量が決定されることとなる。このとき、第１配線導体層３と第２配線導体層４との電磁結合の距離を決定された値より大きくした場合、すなわち電気容量が小さくなった場合には、共振回路のインピーダンスを増加させなければ要求特性は達成できないこととなる。また、第１配線導体層３と第２配線導体層４との電磁結合の距離を決定された値より大きくしても、共振回路間の誘電率を大きくすることによって電気容量を一定にすることにより、インピーダンスを増加させることなく要求特性を達成することもできる。
【００５８】
また、低損失に電磁結合をさせる場合には、第１配線導体層３の表面と第２配線導体層４の表面とが平行になるように配置することが好ましい。
【００５９】
同軸ケーブル用コネクタおよび同軸ケーブル用コネクタは、高周波に用いる同軸ケーブルに接続できるものであれば、種々のコネクタを使用することができる。その規格としては、例えばＳＭＢ・ＳＭＣ・ＯＳＸ・ＢＮＣ・ＴＮＣ・ＯＳＳＣ・ＴｙｐｅＮ・ＯＳ・ＯＳＰ・ＯＳＳＰ・ＳＳＭＡ・ＳＭＡ・Ｋ・Ｖ・Ｗ等のものが好適に用いられる。
【００６０】
また、容器側入出力コネクタも、真空封止ができて同軸ケーブルに接続できるものであれば種々のコネクタを使用することができる。その規格としては、例えばＳＭＢ・ＳＭＣ・ＯＳＸ・ＢＮＣ・ＴＮＣ・ＯＳＳＣ・ＴｙｐｅＮ・ＯＳ・ＯＳＰ・ＯＳＳＰ・ＳＳＭＡ・ＳＭＡ等のものが好適に用いられる。
【００６１】
同軸ケーブルは同軸ケーブル用コネクタ・同軸ケーブル用コネクタと容器側入出力コネクタの両方に接続することができるものであれば種々の同軸ケーブルを使用することができる。中でも、低損失のセミリジッド同軸ケーブル等が好適に用いられる。
【００６２】
直流用入出力コネクタは真空封止ができて直流用のケーブルと接続できるものであれば種々のコネクタを使用することができる。その規格としては、容易に真空断熱容器の容器壁に接続できるフランジ型コネクタ等が好適に用いられる。
【００６３】
熱電対の貫通孔部品は、真空封止ができて熱電対を貫通できる構造であればどのようなものでも使用できる。その材質としては、熱電対の貫通部分が弾性のある有機材料で構成されるものが好適に用いられる。
【００６４】
第１誘電体基板が取着される温度制御可能な支持台、または第２誘電体基板が取着される第２の支持台は、どちらか一方は冷凍機のコールドヘッドを用いることが好ましい。両方の支持台にコールドヘッドを用いた場合ならびに一方にヒータを用いた場合、いずれも超電導状態を得るための温度範囲において各誘電体基板の温度制御を正確に行なうことができる。
【００６５】
冷凍機のコールドヘッドの材質は熱伝導が高く機械的強度の強い金属が最適であるが、熱伝導が高く機械的強度が強ければ特に材質は問わない。冷凍機は、現在最高の超電導臨界温度である150 Ｋ以下に冷却できるものであれば、種々の冷却方式の冷凍機を使用して良い。その方式としては、例えばＧＭ方式・スターリング方式・パルスチューブ管方式等が好適に用いられる。また、ヒータは高抵抗の電気伝導性物質に電流を流すことにより発熱するもので真空中で支障なく使用できるものであれば、種々の形式のものを用いることができる。
【００６６】
真空断熱容器は、真空による断熱を有効に行なうために10-2Ｔｏｒｒ以下の真空度を保つ機密性を有し、高真空でもその構造を保つ強度を有するものであれば、種々の真空容器を使用することができる。その材質としては、機密性が高く加工しやすい金属として特にＳＵＳ等が好適に用いられる。
【００６７】
熱電対を用いる場合、それらは超電導フィルタモジュールの使用温度（150 Ｋ以下）まで測定できるものであれば種々のものを使用することができる。その種類としては、150 Ｋ以下の温度を正確に測定できる金＋鉄／クロメル熱電対・金＋コバルト／銅熱電対・コンスタンタン／銅熱電対・アルメル／クロメル熱電対・コンスタンタン／鉄熱電対・銀＋金／銅熱電対等が好適に用いられる。
【００６８】
真空ポンプは、10-2Ｔｏｒｒ以下の真空度を達成できる装置であればどうようなものでも構わないが、10-2Ｔｏｒｒ以下の真空度を安定に維持するためには、油を使用しないドライ真空ポンプ等が好適に用いられる。また、真空断熱容器が真空ポンプを取り除いても10-2Ｔｏｒｒ以下の真空度を安定に維持できる場合、10-2Ｔｏｒｒ以下の真空度まで真空引きした後、真空ポンプを真空断熱容器より取り除いても構わない。
【００６９】
リークバルブは、10-2Ｔｏｒｒ以下の真空度を保つ機密性を持つものであれば種々の真空バルブを使用することができる。その材質としては、機密性が高く加工しやすい金属として特にＳＵＳや真ちゅう等が好適に用いられる。
【００７０】
【実施例】
以下、本発明の超電導フィルタモジュールについて具体例を示す。
【００７１】
〔実施例１〕
次のような構造ならびに条件により、図５に示した構成の本発明の超電導フィルタモジュールを作製し、その超電導フィルタの特性を評価した。
【００７２】
超電導フィルタ
中心周波数：約２ＧＨｚ、２段フィルタ
第１配線導体層および第２配線導体層
共振回路：超電導体薄膜ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy （厚み３ｍｍ）
給電回路：超電導体薄膜ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy （厚み３ｍｍ）
第１接地導体層および第２接地導体層
超電導体薄膜ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy （厚み３ｍｍ）
第１誘電体基板および第２誘電体基板
ＭｇＯ（１００）単結晶基板（長さ40ｍｍ×幅40ｍｍ×厚み１ｍｍ）
スペーサ
ポリイミド（長さ５ｍｍ×幅５ｍｍ×厚み１ｍｍ）
冷凍機
スターリング冷凍機（最低到達可能温度：40Ｋ）
ヒータ：なし
（代わりにＭｇＯ（１００）単結晶基板（長さ40ｍｍ×幅40ｍｍ×厚み１ｍｍ）を第２の支持台として使用）
真空断熱容器の外部環境温度：300 Ｋ
真空断熱容器の真空度は、リークバルブを調整することにより１×10-3Ｔｏｒｒ・３×10-3Ｔｏｒｒ・６×10-3Ｔｏｒｒの３段階に制御した。また、真空度の変化に伴って冷凍機のコールドヘッドの温度を測定する熱電対の温度が変化することから、インバータで冷凍機の実効入力電力を変化させることにより、第１誘電体基板および第２誘電体基板の温度を表１に示すように制御した。
【００７３】
そして、各真空度と各温度条件下で、ネットワークアナライザを用いて超電導フィルタの通過特性を測定した。測定周波数は1.7 〜2.3 ＧＨｚで行なった。その結果より、通過特性が最も高い値を原点として、その値から−３ｄＢより大きい通過特性の周波数帯を通過帯域幅とした。そして、通過帯域の中心の周波数を共振（中心）周波数とした。その結果を表１に示す。
【００７４】
【表１】
0003638435.tif 000002
【００７５】
表１の結果より分かるように、本発明の超電導フィルタモジュールによれば、誘電体基板や配線導体層について組立後の加工を行なわずに共振周波数を変化させ、さらに同じ共振周波数でも通過帯域幅を変化させることができた。
【００７６】
〔実施例２〕
次のような構造ならびに条件により、図５に示した構成の本発明の超電導フィルタモジュールを作製し、その超電導フィルタの特性を評価した。
【００７７】
超電導フィルタ
中心周波数：約２ＧＨｚ、２段フィルタ
第１配線導体層および第２配線導体層
共振回路：超電導体薄膜ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy （厚み３ｍｍ）
給電回路：超電導体薄膜ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy （厚み３ｍｍ）
第１接地導体層および第２接地導体層
超電導体薄膜ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy （厚み３ｍｍ）
第１誘電体基板および第２誘電体基板
ＭｇＯ（１００）単結晶基板（長さ40ｍｍ×幅40ｍｍ×厚み１ｍｍ）
スペーサ
ポリイミド（長さ５ｍｍ×幅５ｍｍ×厚み１ｍｍ）
冷凍機
スターリング冷凍機（最低到達可能温度：40Ｋ）
ヒータ
0.1 φマンガニン線ヒータ
真空断熱容器の外部環境温度：300 Ｋ
真空度：１×10-3Ｔｏｒｒ
ヒータ電力の制御と冷凍機の実効入力電力の制御により、第１誘電体基板および第２誘電体基板の温度を表２に示すように制御した。
【００７８】
そして、各真空度と各温度条件下で、ネットワークアナライザを用いて超電導フィルタの通過特性を測定した。測定周波数は1.7 〜2.3 ＧＨｚで行なった。その結果より、通過特性が最も高い値を原点として、その値から−３ｄＢより大きい通過特性の周波数帯を通過帯域幅とした。そして、通過帯域の中心の周波数を共振（中心）周波数とした。その結果を表２に示す。
【００７９】
【表２】
0003638435.tif 000003
【００８０】
表２の結果より分かるように、本発明の超電導フィルタモジュールによれば、誘電体基板や配線導体層について組立後の加工を行なわずに共振周波数を大きく変化させ、さらに同じ共振周波数でも通過帯域幅を大きく変化させることができた。
【００８１】
〔比較例１〕
次に、比較例として、実施例１と同じような構成で、第１誘電体基板と第２誘電体基板とを第１配線導体層と第２配線導体層とを対向させて全面をエポキシ系接着剤で接着し、第１配線導体層と第２配線導体層とを直接に電気的に接続して超電導フィルタ回路を構成した。
【００８２】
この比較例に対し、実施例１と同じ真空度で、インバータで冷凍機の実効入力電力を変化させることにより、第１誘電体基板の温度を表３に示すように制御した。このとき、第２誘電体基板の温度は独立には制御できず、表３に示すように、第１誘電体基板の温度に対応するように変化した。
【００８３】
そして、実施例１と同様に超電導フィルタの通過特性を測定した。その結果を表３に示す。
【００８４】
【表３】
0003638435.tif 000004
【００８５】
表３の結果より分かるように、比較例の超電導フィルタモジュールにおいては、第１誘電体基板の第１配線導体層と第２誘電体基板の第２配線導体層とが電磁結合により接続されておらず、真空層を挟んで対面していないため、第２誘電体基板の温度は第１誘電体基板の温度によって決定されるので、共振周波数と透過帯域幅を独立して制御することはできなかった。この場合、超電導フィルタモジュールの組立後にフィルタの通過特性を調整するためには、真空断熱容器から第１誘電体基板と第２誘電体基板を取り出し、加工して所望の特性に調整する必要があった。
【００８６】
以上により、本発明の超電導フィルタモジュールによれば、真空断熱容器中に配置した第１誘電体基板および第２誘電体基板ならびにそれらに形成した第１配線導体層および第２配線導体層を熱的に独立させて異なる温度に制御することができ、超電導フィルタ回路を構成する各配線導体層の温度を所望の任意の温度に設定することができて、超電導フィルタの共振周波数と通過帯域幅とを別個に調整することができることが確認できた。
【００８７】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更や改良を加えることは何ら差し支えない。例えば、フィルタ内の全ての配線導体層を誘電体基板に被着した接地導体層以外の接地導体層（導電性箔等）も用いて覆うようにしても構わない。また、誘電体基板に被着した接地導体層は、誘電体基板の上面もしくは下面だけでなく、側面にあってもよい。
【００８８】
【発明の効果】
本発明の超電導フィルタモジュールによれば、一方の主面に超電導配線による共振回路を含む第１配線導体層を形成し、他方の主面に第１接地導体層を形成した第１誘電体基板を真空断熱容器中においてコールドヘッドとヒータとの組合せにより構成された温度制御可能な支持台に第１接地導体層側で接するように取着し、一方の主面に超電導配線による共振回路を含む第２配線導体層を形成し、他方の主面に第２接地導体層を形成した第２誘電体基板を、コールドヘッドとヒータとの組合せにより構成された温度制御可能な第２の支持台に前記第２接地導体層側で接するように取着し、その第２配線導体層と第１誘電体基板上の第１配線導体層とを、所定の間隔を開けて対向させるかまたは所定の間隔を開けて横に並べて配置して電磁結合により電気的に接続して、それら第１配線導体層と第２配線導体層とにより超電導フィルタ回路を構成するものとしたことから、超電導フィルタを構成する第１配線導体層と第２配線導体層とを真空断熱容器中において熱的に独立させて所望の範囲でそれぞれ異なった温度に設定することができた。その結果、各配線導体層に含まれる超電導配線による共振回路の共振周波数を別個に変化させることができ、それに応じて通過帯域についても別個に変化させることができて、超電導フィルタの共振周波数と通過帯域幅とを別個に調整することができた。
【００８９】
また、第２誘電体基板を第１誘電体基板が取着された支持台とは独立して温度制御可能な第２の支持台に第２接地導体層側で接するように取着しているので、超電導フィルタ回路を構成する各配線導体層の温度を熱的に独立させて所望の範囲でそれぞれより精密にかつ広い温度範囲で制御することができ、それにより、超電導フィルタの中心周波数と通過帯域幅の調整可能範囲をより大きくし、調整をより精密に行なうことができる。
【００９０】
従って、本発明の超電導フィルタモジュールによれば、モジュールの組立後に真空になっている筐体から超電導フィルタ回路が構成されている誘電体基板を取り出して加工することなしに、本来の使用環境を維持したまま共振周波数と通過帯域幅の調整を行なうことができる超電導フィルタモジュールを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超電導フィルタモジュールの実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示した超電導フィルタモジュールの断面図である。
【図３】本発明の超電導フィルタモジュールの実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図４】本発明の超電導フィルタモジュールの実施の形態のさらに他の例を示す断面図である。
【図５】図１および図２に示した例に温度制御システムを含めた、本発明の超電導フィルタモジュールの実施の形態の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１、21、41・・・・・第１誘電体基板
２、22、42・・・・・第２誘電体基板
３、23、43・・・・・第１配線導体層
４、24、44・・・・・第２配線導体層
５、25、45・・・・・第１接地導体層
６、26、46・・・・・第２接地導体層
７、27、47・・・・・支持台
９、29、49・・・・・第２の支持台
60・・・・・・・・・真空断熱容器
【図１】
0003638435.tif 000005
【図２】
0003638435.tif 000006
【図３】
0003638435.tif 000007
【図４】
0003638435.tif 000008
【図５】
0003638435.tif 000009