(57)【要約】【課題】  従来のマイクロ波ローパスフィルターに比べて小型でありながら減衰率が大きく、且つ作製が容易なマイクロ波ローパスフィルターを提供する【解決手段】  導体線路と導体線路間に配置する誘電体とからなる高周波伝送線路の減衰定数は導体線路間のコンダクタンスの増加関数である。導体線路間のコンダクタンスは、導体線路間に配置する誘電体のｔａｎδと周波数に比例する。ｔａｎδを大きくすれば減衰定数を大きくでき、又、周波数に比例するのでローパスフィルターとして使用できる。ジュール熱の発生が少なく、極低温環境の量子素子の信号伝送線路として最適である。【選択図】  図１
2006042144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸線路、マイクロストリップ線路又はマイクロコプラナー線路等の導体線路と導体線路間に配置する誘電体とからなる高周波伝送線路において、上記誘電体に誘電損失の大きな物質を用いることを特徴とする、マイクロ波ローパスフィルター。
【請求項２】
同軸線路、マイクロストリップ線路又はマイクロコプラナー線路等の導体線路と導体線路間に配置する誘電体とからなる高周波伝送線路において、上記導体線路の導体に高比抵抗の非金属導体を用いることを特徴とする、マイクロ波ローパスフィルター。
【請求項３】
同軸線路、マイクロストリップ線路又はマイクロコプラナー線路等の導体線路と導体線路間に配置する誘電体とからなる高周波伝送線路において、上記誘電体に誘電損失の大きな物質を用い、且つ、上記導体線路の導体に高比抵抗の非金属導体を用いることを特徴とする、マイクロ波ローパスフィルター。
【請求項４】
前記同軸線路が、内部導体と、この内部導体を覆って配置する誘電体と、この誘電体を覆って配置する外部導体と、この外部導体を覆って配置する金属ジャケットとからなり、上記外部導体及び／又は上記内部導体は前記高比抵抗の非金属導体からなり、上記外部導体の厚みは減衰させるノイズの最低周波数における表皮深さであることを特徴とする、請求項２に記載のマイクロ波ローパスフィルター。
【請求項５】
前記同軸線路が、内部導体と、この内部導体を覆って配置する誘電体と、この誘電体を覆って配置する外部導体と、この外部導体を覆って配置する金属ジャケットとからなり、上記外部導体及び／又は上記内部導体は前記高比抵抗の非金属導体からなり、上記外部導体の厚みは減衰させるノイズの最低周波数における表皮深さであり、上記誘電体が前記誘電損失の大きな物質からなることを特徴とする、請求項３に記載のマイクロ波ローパスフィルター。
【請求項６】
マイクロストリップ線路の側壁に絶縁被膜を介して高比抵抗の非金属導体を配置したことを特徴とする、マイクロ波ローパスフィルター。
【請求項７】
前記誘電損失の大きな物質は、スチロール、又は、エポキシ等の誘電損失の大きさが電界強度依存性を有する合成樹脂にカーボングラファイトの微粉末を分散して形成した物質であることを特徴とする、請求項１、３、５の何れかに記載のマイクロ波ローパスフィルター。
【請求項８】
前記高比抵抗の非金属導体は、カーボングラファイト微粉末を導電性プラスチック接着剤で固めた導体であることを特徴とする、請求項２、４、５、６の何れかに記載のマイクロ波ローパスフィルター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型で減衰率が大きく、且つ、作製しやすいマイクロ波ローパスフィルターに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、量子情報や量子計算を目的としたデバイスの開発が目覚しい勢いで繰り広げられているが、多くの場合、その開発には単一電子素子や単一光子検出器等の量子素子による高速かつ精密な電気的測定を必要とする。これらの量子素子の動作エネルギーは極めて小さいため、高速かつ精密な電気的測定を可能にするには、極低温の測定環境が必要であると共に、１ＧＨｚ以上数百ＧＨｚのマイクロ波帯域の電気的ノイズが徹底的に除去された測定環境が必要である。従って、これらの量子素子に接続される信号線には、１ＧＨｚ未満の信号を伝送でき、１ＧＨｚ以上のノイズ信号をカットできるマイクロ波ローパスフィルターが必要であり、具体的には１００ＧＨｚで１００ｄＢ程度の減衰が必要である（非特許文献１参照）。また、大きな空間を極低温にするには膨大なコストを要するので、これらの量子素子による電気的測定装置はできるだけ小型にし、必要とする極低温空間をできるだけ小さくする必要がある。このため、マイクロ波ローパスフィルターは空間的に限られた極低温スペースに収納させるために小型であることが必要であり、また、小型化が可能な構成であることが必要である。
【０００３】
従来、一般に広く用いられているマイクロ波ローパスフィルターは、分布定数回路のインダクタンスＬとキャパシタンスＣとから定まる遮断周波数を用いたものである。しかしながら、このマイクロ波ローパスフィルターは高次モードの発生が避けられず、例えば、１ＧＨｚ未満の信号を伝送するマイクロ波ローパスフィルターは、高次モードの発生によって５０ＧＨｚ以上の帯域のノイズ減衰率が急激に低下する。分布定数回路の遮断周波数を用いたマイクロ波ローパスフィルターで５０ＧＨｚ以上の周波数帯域のマイクロ波を十分に減衰することは原理的に困難である。
【０００４】
上記の欠点を解消するマイクロ波ローパスフィルターとしては、高次モード発生による減衰率の低下を避けるべく、伝送線路の近傍空間に漏れ出る電磁波を吸収体によって吸収させるものがある。また、伝送線路を構成する導体部分の抵抗成分によってマイクロ波を吸収させるものがある。
【０００５】
前者のフィルターとして、ジクザグ状のストリップ線路の外側や、コイル状に巻いた中心導体と外側導体との間隙に数ミクロン径の微細金属粉（銅やステンレス）を充填する構造がある（非特許文献２，３参照）。微細金属粉の表面酸化膜が金属粉間の電気伝導を阻むことで等価的に誘電体物質として作用し、個々の金属粉内部に誘起される交流電流を金属の抵抗損失、すなわち、抵抗によるエネルギー散逸により減衰させるものである。しかしながら、このフィルターは金属の比抵抗が小さいために減衰率が低く、１００ＧＨｚにおいて１００ｄＢ程度の減衰率を得るためには、径１ｃｍ以上、長さ２０ｃｍ以上の大きな体積のフィルターを必要とし、空間的に限られた極低温スペースに収納させるためには大きすぎると言う課題がある。
【０００６】
後者のフィルターとして高比抵抗金属導体を使用した同軸線路型のフィルターがある。このフィルターは同軸線路の導体を構成する材料に比抵抗の高いステンレス鋼やＮｉＣｒを用い、かつ小さな径の導体を用いたものである（非特許文献４参照）。図７はこのフィルターの断面構造を示すもので、斜線ハッチ部は電流通路を示す。図７（ａ）は信号を伝送する場合、すなわち、周波数が低く表皮効果が無視できる信号を伝送する場合を示しており、信号は誘電体部７１を電磁波として、また、内部導体７２及び外部導体７３の斜線ハッチで示した全断面積にわたって電流として流れる。図７（ｂ）は周波数の高いノイズ信号の場合を示しており、この場合には、表皮効果によって電磁波は内部導体７２の表面近傍の斜線ハッチ部７４、及び外部導体７３の内側表面近傍の斜線ハッチ部７５だけにしか侵入できなくなり、その結果、電流通路は斜線ハッチ部７４及び斜線ハッチ部７５のみとなり、電流路が狭窄されて抵抗値が増大し、抵抗によるエネルギー散逸によりノイズが減衰する。
【０００７】
このフィルターは、導体に比抵抗の高い材料を用いるので減衰率が高く、また、高次モードの周波数帯域が数ＴＨｚ以上となるように内部導体の外形及び外部導体の外形を小さくしているので、ＴＨｚ以下のマイクロ波帯域の減衰率が極めて高いという特徴を有している。しかしながら、ステンレス鋼やＮｉＣｒの比抵抗は金属の中では比抵抗が高いとはいえ、銅のような良導体に比べて１桁程度大きいにすぎず、１００ＧＨｚにおいて１００ｄＢ程度の減衰を実現するためには数十ｃｍの長さを必要とし、小型化することができない。また、ステンレス鋼やＮｉＣｒ等の材料は真鍮や銅などの金属に比べて機械的に硬くもろいために微細加工が難しく、また、ＳＭＡ等のコネクター部への半田付け等による接続が容易でない。このことは、インピーダンス整合やピックアップノイズの抑制などを考慮したフィルター製作上のネックとなり製造コストが極めて高い原因となっている。
【０００８】
【非特許文献１】J.M.Martinis and M.Nabum, Phys. Rev. B. 48, 18316(1993)
【非特許文献２】D. Vion, P.F. Orfila, P.Joyet, D. Estev, and M.H. Devoret, J.Appl.Phys. 77, 2519(1995)
【非特許文献３】J.M.Martinis, M.H. Devoret, and J.Clark, Phys. Rev. B. 35, 4682(1987)
【非特許文献４】Review of Science Instrument 66(8), August 4296(1995)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のマイクロ波ローパスフィルターの減衰メカニズムは、金属や金属粉末の抵抗成分によるエネルギー散逸に基づくものである。しかしながら、これらのフィルターで、単一電子素子や単一光子検出器等の量子素子を安定に動作させるのに必要な減衰率を得るためには、長さまたは体積が大きくなり、空間的に限られた極低温スペースに収納させるための小型化が困難であるという課題がある。
また、比抵抗の大きな金属を導体に用いた従来のマイクロ波ローパスフィルターは、比抵抗の大きな金属が加工性や接続性に乏しいために加工、組立が容易でないと言う課題がある。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑み、従来のマイクロ波ローパスフィルターに比べて小型でありながら減衰率が大きく、且つ、作製が容易なマイクロ波ローパスフィルターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の第１のマイクロ波ローパスフィルターは、同軸線路、マイクロストリップ線路又はマイクロコプラナー線路等の導体線路と導体線路間に配置する誘電体とからなる高周波伝送線路において、この誘電体に誘電損失の大きな材料を用いることを特徴とする。
導体線路と導体線路間に配置する誘電体とからなる高周波伝送線路の減衰定数は導体線路間のコンダクタンスの増加関数である。導体線路間のコンダクタンスは、導体線路間に配置する誘電体の誘電損失の大きさ、すなわち、ｔａｎδと周波数に比例する。従って、ｔａｎδを大きくすれば減衰定数を大きくでき、又、周波数に比例するのでローパスフィルターとして使用できる。この構成によれば、比抵抗の大きな金属導体、例えば、ステンレスやＮｉＣｒ合金を使用しなくてよく、加工性や接続性に優れた通常の金属を使用できるので、製作が容易である。また、減衰メカニズムが、抵抗によるエネルギー散逸によらないのでジュール熱の発熱が少なく、極低温環境で使用するマイクロ波ローパスフィルターとして最適である。
【００１２】
また、ｔａｎδの大きな誘電体として、スチロールやエポキシ等の誘電損失の大きさが電界強度依存性を有する合成樹脂にカーボングラファイトの微粉末を分散して形成した誘電体を用いれば好ましい。カーボングラファイトの微粉末濃度を選択することによって、所望のｔａｎδを実現でき、また、所望のキャパシタンスを実現できるので、高い信号伝送効率と高い減衰特性を両立させたマイクロ波ローパスフィルターが実現できる。また、カーボングラファイトは比抵抗の高い導体であるので、抵抗によるエネルギー散逸効果も加わり、さらに小型化できる。
【００１３】
本発明の第２のマイクロ波ローパスフィルターは、同軸線路、マイクロストリップ線路又はマイクロコプラナー線路等の導体線路と導体線路間に配置する誘電体とからなる高周波伝送線路において、導体線路の導体に高比抵抗の非金属導体を用いることを特徴とするものである。
減衰メカニズムは従来技術と同様に抵抗によるエネルギー散逸によるものであるが、非金属の導体を用いることを特徴としている。非金属導体は、一般に、金属導体に比べて、１００倍以上比抵抗が大きい。従って、抵抗によるエネルギー散逸を利用する従来のマイクロ波ローパスフィルターに比べて飛躍的に減衰率を大きくできるので、小型でありながら減衰率が大きいマイクロ波ローパスフィルターが実現できる。
非金属導体としてカーボングラファイト微粉末を導電性プラスチック接着剤で固めた導体を用いれば好ましい。カーボングラファイトは３０μΩ・ｍの比抵抗を有し金属導体では得られない高比抵抗を有するので、飛躍的に減衰率を高めることができる。また、カーボングラファイト微粉末を導電性プラスチック接着剤で固めたものなので、展性、延性に優れ加工しやすい。また、コネクター等との接続は導電性プラスチック接着剤で容易に行える。
【００１４】
本発明の第３のマイクロ波ローパスフィルターは、同軸線路、マイクロストリップ線路又はマイクロコプラナー線路等の導体線路と導体線路間に配置する誘電体とからなる高周波伝送線路において、誘電体に誘電損失の大きな物質を用い、且つ、導体線路の導体に高比抵抗の非金属導体を用いることを特徴とする。
この構成によれば、上記に説明した誘電損失の効果と、上記に説明した非金属導体の高比抵抗効果が重畳し、さらに小型、且つ、高減衰率のマイクロ波ローパスフィルターが得られる。
【００１５】
本発明の第４のマイクロ波ローパスフィルターは、同軸線路が、内部導体と、内部導体を覆って配置する誘電体と、誘電体を覆って配置する外部導体と、外部導体を覆って配置する金属ジャケットとからなり、外部導体及び／又は内部導体は高比抵抗の非金属導体からなり、外部導体の厚みは減衰させるノイズの最低周波数における表皮深さ（ｓｋｉｎ  ｄｅｐｔｈ）であることを特徴とする。この構成によれば、外部導体に高比抵抗の非金属導体を用いたことによる外部導体の表皮深さの増大を低比抵抗導体である金属ジャケットで吸収するので、同軸線路の径を大きくしなくてもよい。
【００１６】
本発明の第５のマイクロ波ローパスフィルターは、上記第４の構成に加えて、誘電損失の大きい誘電体を使用するものである。この構成によれば、同軸線路の径を大きくすることなく、さらに大きな減衰が得られ、さらに小型且つ高減衰率のマイクロ波ローパスフィルターが得られる。
【００１７】
本発明の第６のマイクロ波ローパスフィルターは、マイクロストリップ線路の側壁に絶縁被膜を介して高比抵抗の非金属導体を配置したことを特徴とする。マイクロストリップ線路の側壁から漏れる電磁波強度は、周波数が高いほど大きくなるので、側壁に電磁波吸収媒体を配置することにより、ローパスフィルターとして作用する。電磁波吸収媒体に高比抵抗の非金属導体を使用するので、小型且つ減衰率が高いマイクロ波ローパスフィルターが実現する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、従来のマイクロ波ローパスフィルターに比べて小型でありながら減衰率が大きく、且つ、作製が容易なマイクロ波ローパスフィルターを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
初めに、本発明の第１の実施の形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態のマイクロ波ローパスフィルターの動作原理を説明するための図である。図１（ａ）は、分布定数線路の等価回路を示す図であり、Ｒ及びＬは分布定数線路の単位長さ当たりの抵抗及びインダクタンスであり、Ｃ及びＧは分布定数線路間の単位長さ当たりの、キャパシタンス及びコンダクタンスである。よく知られているように、この分布定数回路の減衰定数αは次式（１）で表される。
【数１】
2006042144.tif 000003
図に示したノード１と２間の正弦波電圧をｖとすると、ノード１と２間に流れる電流ｉは次式（２）で表される。
【数２】
2006042144.tif 000004
ただし、ｊは複素数単位、ωは正弦波の角周波数である。
【００２０】
図１（ｂ）は分布定数線路間の容量を平板コンデンサーで近似した図であり、媒質の誘電率が複素誘電率ε＝ε’−ｊε”で表され、電極面積がＳ、電極間距離がｄである場合を示している。このコンデンサの容量をＣ’とし、時間をｔとすると、このコンデンサに正弦波電圧をｖを印加した場合に流れる電流は次式（３）で表される。
【数３】
2006042144.tif 000005
（２）式と（３）式の比較から、Ｇとωε”Ｓ／ｄが対応し、Ｃとε’Ｓ／ｄが対応することがわかり、従って次式（４）が成り立つ。
【数４】
2006042144.tif 000006
ε”／ε’を誘電損失角δを用いてｔａｎδで表すと、Ｇは次式（５）で表される。
【数５】
2006042144.tif 000007
（５）式を（１）式に代入することによって、減衰定数αは次式（６）で表される。
【数６】
2006042144.tif 000008
【００２１】
この式から、減衰定数αを大きくするには、ｔａｎδの大きな誘電物質を選べばよいことがわかる。本発明のマイクロ波ローパスフィルターは、上記に説明したように、誘電体物質として、誘電損失が大きい、すなわち、ｔａｎδが大きい物質を使用することを特徴としている。
【００２２】
図２は、本発明の第１の実施の形態のマイクロ波ローパスフィルターの減衰率の計算結果を示す図である。
計算に用いたマイクロ波ローパスフィルターの構造は、図３（ａ）に示すように、径０．１ｍｍの内部導体３１と、内径０．３ｍｍの外部導体３２と、比誘電率の実部ε’＝１．３，ｔａｎδ＝ε' ／ε" ＝０．４の誘電物質３３を使用した長さ１０ｃｍの同軸線路型のマイクロ波ローパスフィルターである。計算に用いた式は（６）式において、Ｒ＝０とした次式（７）において、Ｌ＝０．２μＨ／ｍ、Ｃ＝６６ｐＦ／ｍとして計算した。
【数７】
2006042144.tif 000009
【００２３】
図からわかるように、マイクロ波の減衰率は周波数に比例して増大し、１００ＧＨｚにおいて４００ｄＢの減衰率を実現することができる。上記の計算においては同軸導体の単位長さ当たりの抵抗Ｒをゼロとしているが、高比抵抗導体を使用すればさらに減衰率は大きくなる。また、誘電損失による減衰は抵抗によるエネルギー散逸による減衰と比べてジュール熱の発生が少なく、極低温環境で使用するマイクロ波ローパスフィルターとして最適である。
【００２４】
比誘電率の実部ε’＝１．３，ｔａｎδ＝ε' ／ε" ＝０．４の誘電物質は、合成樹脂中にカーボングラファイト等の導電性微粉末の濃度を制御して分散させることによって得られる。スチロールやエポキシ等の樹脂は、電界強度に依存して誘電損失の大きさが変化する物質であり、導体中では電界がゼロであるので、これらの樹脂中に導体粉末を分散させることによって、樹脂に印加される電界強度が実効的に変化する。すなわち、分散させる導体粉末の量を制御することによって、所望のｔａｎδを実現できる。
【００２５】
上記の計算は、同軸線路についての計算結果であるが、これに限らず、本発明の方法をさまざまな高周波伝送路に応用することが可能なことは明らかである。例えば、図３（ｂ）に示すようにマイクロストリップ線路３４とグランド線路３５とで挟む誘電体物質３６や、図３（ｃ）に示すコプラナー線路３７とグランド線路３８，３８を搭載する誘電体物質３９に損失角ｔａｎδの大きな誘電物質を用いれば、上記計算結果と同様な減衰率が得られることは明かである。
【００２６】
次に、本発明の第２の実施形態のマイクロ波ローパスフィルターを説明する。
本発明の第２の実施形態のマイクロ波ローパスフィルターは、同軸線路、マイクロストリップ線路又はマイクロコプラナー線路等の導体線路と導体線路間に配置する誘電体とからなる高周波伝送線路において、導体線路の導体に高比抵抗の非金属導体を用いるものである。
減衰メカニズムは従来技術と同様に抵抗によるエネルギー散逸によるものであるが、非金属の導体を用いることを特徴としている。非金属導体は、一般に、金属導体に比べて、１００倍以上比抵抗が大きい。従って、抵抗によるエネルギー散逸を利用する従来のマイクロ波ローパスフィルターに比べて飛躍的に減衰率を大きくできるので、小型でありながら減衰率が大きいマイクロ波ローパスフィルターが実現できる。
非金属導体としてカーボングラファイト微粉末を導電性プラスチック接着剤で固めた導体を用いれば好ましい。カーボングラファイトは３０μΩｍの比抵抗を有し金属導体では得られない高比抵抗を有するので、飛躍的に減衰率を高めることができる。また、カーボングラファイト微粉末を導電性プラスチック接着剤で固めたものであるので、展性、延性に優れ加工しやすい。またコネクター等との接続は導電性プラスチック接着剤で容易に行うことができる。
【００２７】
本発明の第３の実施形態のマイクロ波ローパスフィルターは、同軸線路、マイクロストリップ線路又はマイクロコプラナー線路等の導体線路と導体線路間に配置する誘電体とからなる高周波伝送線路において、誘電体に誘電損失の大きな物質を用い、且つ、導体線路の導体に高比抵抗の非金属導体を用いるものである。この構成によれば、上記に説明した誘電損失の効果と、上記に説明した非金属導体の高抵抗効果が重畳し、さらに小型、且つ、高減衰率のマイクロ波ローパスフィルターが得られる。
【００２８】
次に、本発明の第４の実施形態のマイクロ波ローパスフィルターを説明する。
本発明の第４の実施形態のマイクロ波ローパスフィルターは同軸線路において、導体に非金属の高抵抗物質を用い、また、外部導体の外側に信号伝送用の金属ジャケットを有するものである。
図４（ａ）は、本発明の第４の実施形態のマイクロ波ローパスフィルターの断面構造を示す図である。マイクロ波ローパスフィルター４０は、非金属の高抵抗物質からなる内部導体４１と、内部導体４１を覆って形成される誘電物質からなる誘電体４２と、誘電体４２を覆って形成される非金属の高抵抗物質からなる外部導体４３と、外部導体４３を覆って形成される金属ジャケット４４とからなる。非金属の高抵抗物質は、例えば、カーボングラファイトを導電性プラスチック接着剤で固めた物質である。
【００２９】
本発明の第４の実施形態のマイクロ波ローパスフィルターの作用、効果を説明する。本発明のマイクロ波ローパスフィルターの高周波ノイズを減衰させるメカニズムは、図７で説明した同軸線路型のマイクロ波ローパスフィルターと同様である。すなわち、図４（ｂ）に示すように、電磁波成分は誘電体部分４２を電磁波として伝搬するが、周波数が高いために表皮効果が大きくなり、内部導体４１及び外部導体４３に侵入できる電磁波の深さが減少し、電流成分は斜線ハッチで示した、内部導体４１の表皮深さ部分４５、及び外部導体４３の表皮深さ部分４６にしか流れなくなり、その結果、電流路が狭窄されて抵抗値が増大し、抵抗によるエネルギー散逸が増大し、高周波ノイズが減衰する。
内部導体の表皮深さδ1(ω）、及び外部導体の表皮深さδ2(ω）は、導体物質の比抵抗をρ、μ0 を真空透磁率、μを導体物質の透磁率として、次式（８）で表される。
【数８】
2006042144.tif 000010
この式から、表皮深さδ1(ω）及びδ2(ω）が、内部導体及び外部導体の厚みよりも小さくなる周波数領域における電流路の単位長さあたりの抵抗ｒ（ω）は、内部導体の外径をｄ1 、外部導体の内径をｄ2 として、次式（９）で表される。
【数９】
2006042144.tif 000011
この式から、ｒ（ω）はρ0.5 に比例することがわかる。本発明のマイクロ波ローパスフィルターは、金属物質に比べて比抵抗ρが大きい非金属物質を用いるので、金属物質を用いた従来の同軸型マイクロ波ローパスフィルターに比べてｒ（ω）が大きく、同一の減衰率を得る場合に、従来の同軸型マイクロ波ローパスフィルターの長さに比べて短くてよい。例えば、非金属の高抵抗物質としてカーボングラファイトを使用した場合には、カーボングラファイトの電気比抵抗ρが約３０μΩ・ｍであり、ステンレスやＮｉＣｒ合金の約百倍の大きさであるので、従来の同軸型マイクロ波ローパスフィルターの長さの約１／１０にできる。
【００３０】
ところで、（８）式から明らかなように、同一の角周波数ωに対して表皮深さは、比抵抗ρが大きいほど厚いので、周波数の低い信号を低損失で伝送するために必要な導体の厚みは増大する。従って、同軸型マイクロ波ローパスフィルターが、内部導体と外部導体のみから形成されている場合には、信号を低損失で伝送するために、従来の同軸型マイクロ波ローパスフィルターの径に比べてより大きな径を必要とし、小型化できない。
【００３１】
本発明のマイクロ波ローパスフィルターは、フィルターの径を増大させること無しに、周波数の低い信号を低損失で伝送する手段として、外部導体４３を覆って、低比抵抗の金属からなる金属ジャケット４４を有していることを特徴とする。すなわち、非金属の高抵抗物質からなる外部導体４３の厚みをノイズ成分のの最低周波数における表皮深さδ0 とし、その外側に低比抵抗の金属物質からなる金属ジャケット４４で覆う構成としている。すなわち、図４（ｃ）に斜線ハッチで示すように、信号の表皮深さは、厚みδ0 の外部導体４３を越えて金属ジャケット４４内に侵入するが、金属ジャケット４４の比抵抗が小さいので侵入深さΔは極めて小さく、金属ジャケット４４の厚みは薄くてよい。この構成により、マイクロ波ローパスフィルターのサイズを大きくすること無しに、信号を低損失で伝搬させることができる。
【００３２】
また、非金属の高抵抗物質からなる外部導体４３は、カーボングラファイト微粉末を導電性プラスチック接着剤で固めることによって作製するので展性、延性に優れ容易に加工でき、また、導電性プラスチック接着剤を用いて容易にＳＭＡコネクタ等に接続することができる。
【００３３】
本発明の第５の実施形態のマイクロ波ローパスフィルターは、上記第４の構成に加えて、誘電損失の大きい誘電体を使用するものである。この構成によれば、同軸線路の径を大きくせずに、さらに大きな減衰が得られ、さらに小型且つ高減衰率のマイクロ波ローパスフィルターが得られる。
【００３４】
本発明の第６のマイクロ波ローパスフィルターは、マイクロストリップ線路の側壁に絶縁被膜を介して高比抵抗の非金属導体を配置したものである。
図５は本発明の第６の実施の形態のマイクロ波ローパスフィルターの構成を示す斜視図である。本発明のマイクロ波ローパスフィルター５０は、マイクロストリップ線路５１とグランド線路５２と、マイクロストリップ線路５１とグランド線路５２で挟まれた誘電体５３とからなるマイクロストリップ線路の側壁に、絶縁被膜５４を介して非金属の高比抵抗非金属導体５５を配置した構成である。非金属高比抵抗導体５５は、例えば、カーボングラファイト微粉末を導電性プラスチック接着剤で固めた導体であれば好ましい。
この構成によれば、マイクロストリップ線路のマイクロ波の側壁から漏れる電磁波強度は、周波数が高いほど大きくなるので、ノイズ成分が非金属高比抵抗導体５５に侵入して電流に変換される。抵抗によるエネルギー散逸は抵抗に比例するので、高抵抗の非金属導体であれば減衰率が高くなり、小型且つ高減衰率のマイクロ波ローパスフィルターが実現する。
【実施例】
【００３５】
この実施例は、実施の形態２，３に関する。
作製したマイクロ波ローパスフィルターは、外径０．１ｍｍの銅線からなる内部導体、比誘電率ε＝５の厚さ１０μｍの誘電体、内径が１ｍｍで外径が２ｍｍの銅パイプからなる金属ジャケット、及び、誘電体と金属ジャケットとの間に、カーボングラファイトと導電性プラスチック接着剤とを混合したグラファイトペースト（商品名：ＡＲＥＭＣＯパイロダクト５９９  ρ＝２８μΩ・ｍ）を充填して作製した内径が０．１１ｍｍで外径が１ｍｍの外部導体とからなる。フィルターの長さは２ｃｍである。減衰率の測定はスカラーネットワークアナライザーを用いた。
図６（ａ）は、作製したマイクロ波ローパスフィルターの減衰特性を示す図であり、横軸は対数スケールで示した周波数、縦軸は減衰率（ｄＢ）である。図の実線は測定値であり、２０ＧＨｚを越える周波数領域の減衰率は、測定器の測定限界により測定できていない。点線は理論計算値である。
この図から、１ＧＨｚ以下の周波数領域の減衰率は十分低く、信号を低損失で伝送できることがわかる。これは、外部導体をはみ出した表皮深さが金属ジャケット内に収容されるためである。また、約２０ＧＨｚで４５ｄＢの減衰が得られることがわかる。また、実測値は理論計算曲線とほぼ一致することがわかる。
【００３６】
図６（ｂ）は、図６（ａ）の理論計算値曲線と、図７で説明した従来技術の同軸線路型マイクロ波ローパスフィルターの特性とを比較した図であり、横軸は対数スケールで示した周波数、縦軸は２ｃｍあたりの減衰率（ｄＢ）である。実線は従来技術の同軸線路型マイクロ波ローパスフィルターの特性であり、点線は本発明のマイクロ波ローパスフィルターの理論計算値曲線である。
図から、本発明のマイクロ波ローパスフィルターの減衰特性は、１ＧＨｚから１００ＧＨｚの周波数帯域において、同一の長さで比べた場合に、従来の同軸線路型マイクロ波ローパスフィルターに比べて約１０倍、減衰率が大きいことがわかる。
本発明のマイクロ波ローパスフィルターは従来のマイクロ波ローパスフィルターに比べて、単位長さあたりの減衰率が大きく、従って、従来のマイクロ波ローパスフィルターに比べて小型且つ大きな減衰率を実現できる。また、銅線、銅パイプ、グラファイトペースト等の展性、延性に優れた材料から作製できるので、加工性、接続性に優れ、作製が容易である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明のマイクロ波ローパスフィルターによれば、従来のマイクロ波ローパスフィルターに比べて小型且つ大きな減衰率を実現できるので、空間的に限られた極低温スペースに収納することが必要で、且つ、１ＧＨｚ以上数百ＧＨｚのマイクロ波帯域の電気的ノイズが徹底的に除去されることが必要な技術分野に使用すれば極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施の形態のマイクロ波ローパスフィルターの動作原理を説明するための図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態のマイクロ波ローパスフィルターの減衰率の計算結果を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態のマイクロ波ローパスフィルターの他の形態を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施形態のマイクロ波ローパスフィルターの構造及び動作を示す図である。
【図５】本発明の第６の実施の形態のマイクロ波ローパスフィルターの構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態２及び同３の実施例による減衰率の測定値を示す図である。
【図７】従来技術の高比抵抗金属導体を使用した同軸線路型のフィルターの動作を説明する図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  ノード
２  ノード
３１  誘電体
３２  外部導体
３３  内部導体
３４  マイクロストリップ線路
３５  グランド線路
３６  誘電体
３７  マイクロコプラナー線路
３８  グランド線路
３９  誘電体
４０  第４の実施形態のマイクロ波ローパスフィルター
４１  内部導体
４２  誘電体
４３  外部導体
４４  金属ジャケット
４５  表皮深さ
４６  表皮深さ
５０  第６の実施の形態のマイクロ波ローパスフィルター
５１  マイクロストリップ線路
５２  グランド線路
５３  誘電体
５４  絶縁被膜
５５  高比抵抗の非金属導体
７１  内部導体
７２  誘電体
７３  外部導体
７４  電流路
７５  電流路
【図１】
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【図２】
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【図６】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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