(57)【要約】非対称共振器を創成することよって電波放送信号をろ波するための回路における相互変調を制御する方法および装置が開示される。非対称共振器を創成することによって、フィルタサイズを相対的に変わらずに保ちつつ、帯域外信号からの相互変調は低減される。一般に、相互変調は、（例えば、共振器の電気的特性の線形性を維持するために）共振器における電流密度を低下させることによって、より詳細には、共振器における誘導素子が最も大きい電流変化を被るという原理を利用することによって、低減される。それゆえ、インダクタのサイズは、より大きい電力に対応するために変更される。本発明の付加的な特徴は、フィルタの必ずしもすべての誘導素子が大きくされる必要はないということである。一般に、第１の（または代替的に第１および第２の）共振器だけがサイズを増大される必要がある。本発明の別の特徴は、フィルタがレイアウトされる物理的順序である。帯域フィルタを最初にして構成要素をレイアウトすることにより、帯域外干渉信号のためにそれらの構成要素によって発生する相互変調を防止する（または著しく低減する）ことができる。
2005518697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号のためのフィルタにおいて、
ａ．第１の共振器であって、
ｉ．第１の導電路幅を有する第１の誘導素子と、
ｉｉ．第１の容量素子を備える第１の共振器と、を含む第１の共振器と、
ｂ．第１の共振器と電気的に接続された第２の共振器であって、
ｉ．第１の導電路幅より小さい第２の導電路幅を有する第２の誘導素子と、
ｉｉ．第２の容量素子を備える第２の共振器と、を含む第２の共振器と、から成り、
ｃ．第１の導電路幅は、第１の誘導素子における電流のための付加的な表面積を付与し第１の誘導素子の電流密度を低減するように配列および機器構成されている、フィルタ。
【請求項２】
素子の各々はマイクロストリップトポロジーでレイアウトされている請求項１に記載のフィルタ。
【請求項３】
マイクロストリップトポロジーは、ＭｇＯ、ＬａＡｌＯ３、Ａｌ２Ｏ３またはＹＳＺのうちのいずれかの誘電基板を含む請求項２に記載のフィルタ。
【請求項４】
素子の各々は誘電基板上に導電性材料で形成される請求項３に記載のフィルタ。
【請求項５】
ａ．第１の誘導素子の端に接続された第１の対の分路キャパシタと、
ｂ．第２の誘導素子の端に接続された第２の対の分路キャパシタと、を更に含む請求項１に記載のフィルタ。
【請求項６】
第１および第２の共振器を結合するための結合キャパシタと、入力結合キャパシタとを更に含む請求項５に記載のフィルタ。
【請求項７】
第１の共振器は、入り信号経路において物理的に最初に配置されている請求項１に記載のフィルタ。
【請求項８】
第２の誘導素子は、第３の共振器の第３の誘導素子より大きい線路幅を有する請求項１に記載のフィルタ。
【請求項９】
第１および第２の容量素子は、概ね等価なレイアウト構造を有する請求項１に記載のフィルタ。
【請求項１０】
電波放送信号をろ波するためのＨＴＳフィルタ装置であって、
ａ．インダクタと、インダクタと並列なキャパシタをそれぞれ含む複数のＬＣフィルタ素子と、
ｂ．ＬＣフィルタ素子間に間挿された複数のπ容量素子と、から成り、
ｃ．インダクタ素子のうちの少なくとも１つは、臨界電流を最小にするために他のインダクタ素子より大きい表面積を有するように配列および機器構成されており、もってＨＴＳフィルタ装置の線形性が維持される、ＨＴＳフィルタ装置。
【請求項１１】
少なくとも１つのインダクタ素子は、入り電波放送信号を受信するために物理的に最初に配置されている請求項１０に記載のフィルタ。
【請求項１２】
最初の２つのインダクタ素子は、入り信号の下流のインダクタ素子より大きい断面表面積を有する請求項１０に記載のフィルタ。
【請求項１３】
表面積がインダクタ素子の断面を増大することによって増大する請求項１２に記載のフィルタ。
【請求項１４】
断面は厚さおよび幅を備えており、幅は少なくとも２倍分増大されている請求項１３に記載のフィルタ。
【請求項１５】
帯域外信号にさらされるＨＴＳフィルタの線形性を維持する方法であって、
ａ．第１の共振器を形成するために第１のインダクタおよび第１のキャパシタを並列に接続する工程と、
ｂ．第２の共振器を形成するために第２のインダクタおよび第２のキャパシタを並列に接続する工程と、
ｃ．第１および第２の共振器を直列に電気的に接続する工程と、
ｄ．第１のインダクタを選定し、臨界電流を最小にするために第１のインダクタの導電路の表面積を増大させる工程と、から成り、もってＨＴＳフィルタ装置の線形性が維持される、方法。
【請求項１６】
ａ．第３の共振器を形成するために第３のインダクタおよび第３のキャパシタを並列に接続する工程と、
ｂ．第２の共振器の下流に直列に第３の共振器を電気的に接続する工程と、
ｃ．第２のインダクタを選定し、臨界電流を最小にするために第２のインダクタの導電路の表面積を増大させる工程と、を更に含み、もってＨＴＳフィルタ装置の線形性が維持される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
電気信号のための縦続素子フィルタにおいて、
ａ．第１の帯域フィルタであって、この帯域フィルタが電気信号を受信するために物理的に最初であるように配列および機器構成され、帯域外信号が伝送される前にその帯域外信号を反射する、第１の帯域フィルタと、
ｂ．帯域フィルタの下流で、第１の帯域フィルタに電気的に接続された第２の縦続素子と、から成り、第２の縦続素子に到達する帯域外信号が最小限にされる、縦続素子フィルタ。
【請求項１８】
第２の縦続素子は帯域消去フィルタである請求項１７に記載のフィルタ。
【請求項１９】
素子の各々は、マイクロストリップトポロジーでレイアウトされている請求項１８に記載のフィルタ。
【請求項２０】
マイクロストリップトポロジーは、ＭｇＯ、ＬａＡｌＯ３、Ａｌ２Ｏ３またはＹＳＺのうちのいずれかの誘電基板を含み、素子の各々は誘電基板上に導電性材料で形成される、請求項１９に記載のフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００３年２月１９日、米国以外の全部の国を指定して出願人である米国国内企業、コンダクタス・インコーポレーテッド（Conductus,Inc.）社の名義でＰＣＴ国際特許出願として出願されている。
本発明は、一般に電気信号のためのフィルタ、より詳細には狭帯域フィルタにおける相互変調を最小限にすること、さらに詳細には非対称共振器により電波放送信号からの相互変調を制御するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
狭帯域フィルタは、通信産業において、特にマイクロ波信号を利用する無線通信システムにとって特に有用である。時として、無線通信は、同じ地理区域内に別個の帯域で運用する２つ以上のサービスプロバイダを有する。そのような場合、１つのプロバイダからの信号が他のプロバイダの信号に干渉しないことが不可欠である。同時に、割り当てられた周波数範囲内での信号スループットは、極めて小さい損失を有していなければならない。
【０００３】
単一プロバイダの割り当て周波数内で、通信システムが複数の信号を処理できることが望ましい。周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）および広帯域ＣＤＭＡ（ｂ−ＣＤＭＡ）を含む、いくつかのそうしたシステムが利用可能である。初めの２つの多元接続方法を使用するプロバイダは、各自の割り当て周波数を複数の帯域に分割するためにフィルタを必要とする。代替的に、ＣＤＭＡ運用者もまた、周波数範囲を帯域に分割することから利点を得られるかもしれない。そうした場合、フィルタの帯域幅が狭くなればなるほど、チャネルはともに１つに近くなり得る。従って、好ましくは０．０５％未満の部分帯域幅を備える、超狭帯域フィルタを製作する努力がこれまでなされてきた。
【０００４】
電気信号のフィルタに関する付加的な考慮事項は、全体サイズである。例えば、無線通信技術の発展に伴い、セルサイズ（例えば、単一の基地局が運用する範囲の区域）はかなり小さくなっており、ひょっとすると１街区のみ、または１つの建物だけさえも範囲とするであろう。その結果、基地局プロバイダは、局のために空間を購入または賃借することが必要になるであろう。各局が多くの別個のフィルタを必要とするので、フィルタのサイズはそのような環境においてますます重要になる。従って、極めて狭い部分帯域幅および高Ｑを備えるフィルタを実現しつつ、フィルタサイズを最小限にすることが望ましい。
【０００５】
しかし、フィルタサイズがより小さくなるにつれて、不利益も生じる。例えば、回路が処理できる電力の量は減少する。また、周波数が増すにつれて、（電流搬送導体における）断面電流密度の一様性は表皮効果のために減少する。平面マイクロストリップ形回路の場合、（例えば、直流電流において生じる）均一な電流密度に代わり、電流は導体の縁端において最も大きい。導体が限られた断面を有するので、これもまた導体における平均電流を高める傾向がある。
【０００６】
高温超伝導体（ＨＴＳ）環境では、その臨界電流密度の近くに達する電流密度がＨＴＳ装置に存在した場合、そのＨＴＳ装置は非線形性を呈する。従って、電流密度を臨界電流レベルより十分に低く保つことが望ましい。しかし、小フィルタサイズが望まれるこの種の環境において、かつ帯域外干渉信号が強い場合、ＨＴＳの非線形特性は、帯域内で高レベルの相互変調信号を発生させてチャネルを使用不能にさせ得る。この非線形性は、ＨＴＳ装置において極めて大きい電流密度を生じる干渉信号に由来する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、大きな帯域外干渉信号をろ波できるフィルタを創成することによって相互変調を制御するための方法および装置の必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、非対称共振器を創成することよって電波放送信号をろ波するための回路における相互変調を制御する方法および装置を提供する。非対称共振器を創成することによって、フィルタサイズを相対的に変わらずに保ちつつ、帯域外信号からの相互変調は低減される。一般に、相互変調は、（例えば、共振器の電気的特性の線形性を維持するために）共振器における電流密度を低下させることによって低減される。電流密度を低下させることは、より大きい共振器を創成することによって達成され得る。しかし、本発明は、共振器の誘導素子が最も大きい電流変化を被るという原理を利用する。それゆえ、本発明では、より大きい共振器が増大した電力信号を処理するために創成され得ながら、インダクタのサイズはより大きい電力に対応するために変更される。
【０００９】
本発明の付加的な特徴は、フィルタの必ずしもすべての誘導素子が大きくされる必要はないということである。帯域外信号の場合、これらの信号のほとんどが最初の２つの共振器によって反射され、第１のものが大部分を反射する、ということが理解されるはずである。ごくわずかな電力しか最初の２つの共振器を越えて到達しない。それゆえ、第１の（または代替的に第１および第２の）共振器だけがサイズを増大される必要がある。
【００１０】
本発明の別の特徴は、フィルタがレイアウトされる物理的順序である。一般的に言って、帯域フィルタ（バンドパスフィルタ）を含む複数の構成要素が一体に縦続された通信またはマイクロ波システムの場合、帯域フィルタは最初に配置されなければならない。この配列は、あらゆる帯域外干渉信号を阻止してそれらがシステムの他の構成要素（例えば、帯域消去フィルタ）に到達するのを防ぐことができる。従って、帯域フィルタを最初にして構成要素をレイアウトすることは、帯域外干渉信号のためにそれらの構成要素によって発生する相互変調を防止する（または著しく低減する）ことができる。
【００１１】
このレイアウトが使用され得る好ましい実施形態が、ノッチフィルタ装置の場合である。先行技術において、信号は、最初にノッチフィルタに、その後、帯域フィルタに適用されていた。しかし、帯域フィルタが信号の大部分をノッチフィルタを通じて反射するので、この物理的順序は、ノッチフィルタにおける高電流密度および、結果的な非線形性をもたらしていた。それゆえ、本発明は好ましくは、帯域フィルタが第１のものであり帯域消去フィルタが第２のものである、フィルタの物理的配列を含む。
【００１２】
好ましい実施形態において、本発明は、ＬＣ成分を使用する狭帯域フィルタに関して使用される。例えば、分路キャパシタを備えるインダクタが、インダクタの各端に接続される。このフィルタ環境およびそのトポロジーは本発明を説明するために使用され、そのような環境が例証として使用されているが、本発明は他の環境（例えば、集中または分布装置を備える他のフィルタ装置）においても利用されよう。さらに、通信および無線技術の環境が例証としてここで使用されている。本発明の原理は、他の環境においても同様に使用され得る。従って、本発明は、そのような実例によって限定されるものとして解釈してはならない。
【００１３】
従って、本発明の１態様によれば、電気信号のためのフィルタであって、第１の共振器であり、第１の導電路幅を有する第１の誘導素子および、第１の容量素子を備える第１の共振器と、第１の共振器と電気的に接続された第２の共振器であり、第１の導電路幅より小さい第２の導電路幅を有する第２の誘導素子および、第２の容量素子を備える第２の共振器とを含み、第１の導電路幅は、第１の誘導素子における電流のための付加的な表面積を付与し第１の誘導素子の電流密度を低減するように配列および機器構成されている、フィルタが提供される。
【００１４】
本発明の別の態様によれば、電波放送信号をろ波するためのＨＴＳフィルタ装置であって、複数のＬＣフィルタ素子と、前記ＬＣフィルタ素子の各々はインダクタおよびインダクタと並列にキャパシタを含んでおり、ＬＣフィルタ素子間に挿入された複数のπ容量素子とを含み、インダクタ素子のうちの少なくとも１つは、臨界電流を最小にするために他のインダクタ素子より大きい表面積を有するように配列および機器構成されており、それによってＨＴＳフィルタ装置の線形性が維持される、ＨＴＳフィルタ装置が提供される。
【００１５】
本発明のさらに別の態様によれば、帯域外信号にさらされるＨＴＳフィルタの線形性を維持する方法であって、第１の共振器を形成するために第１のインダクタおよび第１のキャパシタを並列に接続する工程と、第２の共振器を形成するために第２のインダクタおよび第２のキャパシタを並列に接続する工程と、第１および第２の共振器を直列に電気的に接続する工程と、第１のインダクタを選定し、臨界電流を最小にするために第１のインダクタの導電路の表面積を増大させる工程とを含み、それによってＨＴＳフィルタ装置の線形性が維持される、方法が提供される。
【００１６】
本発明はまた、先行段落に記載の通り具体化され得て、第３の共振器を形成するために第３のインダクタおよび第３のキャパシタを並列に接続する工程と、第２の共振器の下流に直列に第３の共振器を電気的に接続する工程と、第２のインダクタを選定し、臨界電流を最小にするために第２のインダクタの導電路の表面積を増大させる工程とをさらに含み、それによってＨＴＳフィルタ装置の線形性が維持される。
【００１７】
本発明のさらに別の態様は、電気信号のための縦続素子フィルタであって、第１の帯域フィルタと、帯域フィルタは電気信号を受信するために物理的に最初であるように配列および機器構成されており、帯域フィルタは帯域外信号がフィルタに伝送される前に帯域外信号を反射し、帯域フィルタの下流で、第１の帯域フィルタに電気的に接続された第２の縦続素子とを含み、第２の縦続素子に到達する帯域外信号が最小限にされる、縦続素子フィルタを提供する。
【００１８】
本発明を特徴づける上記および他の利益および特徴は、本書に添付されそのさらなる一部をなす特許請求の範囲において詳細に示されている。しかし、本発明、その使用によって達成される利益および目的のより良好な理解のために、そのさらなる一部を形成する図面および、本発明の好ましい実施形態が例示説明されている添付記述物件について言及しなければならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図面において、同じ参照数字および文字は複数の図にわたり対応する要素を示す。
【００２０】
本発明の原理は、電気信号のろ波に適用される。本発明の好ましい装置および方法は、非対称共振器を創成することによって電波放送信号をろ波するための回路における相互変調を制御する方法および装置を提供する。「非対称」によって意味するところは、共振器の誘導素子がサイズに関して互いに対称ではないということである。共振器の第１の誘導素子、または代替的に第１および第２の誘導素子のどちらか一方をより大きくすることによって、電流密度は低減される。より詳細には、本発明が使用され得る高周波環境において電流の多くは導電路の縁端付近で搬送されるので、より大きな縁端領域を備えるより大きい誘導素子は電流密度を低減させる。それゆえ、非対称共振器を創成することによって、フィルタサイズを相対的に変わらずに保ちつつ、帯域外信号からの相互変調は低減される。
【００２１】
上述の通り、共振器における誘導素子が最も大きい電流変化を被るので、第１の誘導素子かまたは第１および第２の誘導素子だけのサイズを変えることが好ましい。しかし、フィルタの設計上の考慮事項および／またはフットプリントが許すならば、１つ以上のキャパシタを大きくすることも可能である。
【００２２】
限られた数の誘導素子を変化させる別の考慮事項は、ほとんどの帯域外信号が最初の２つの共振器によって反射され、第１のものが大部分を反射する、ということである。ごくわずかな電力しか最初の２つの共振器から先の共振器に到達しないので、第１の（または代替的に第１および第２の）共振器だけがサイズを増大される必要がある。
【００２３】
本発明の好ましいレイアウトおよびモデリングの検討の前に、導体の増大した断面積に関係する増大した表面積の簡単な検討を提示する。
【００２４】
まず図６ａおよび６ｂを参照するに、異なる誘導素子（図２〜４において最善に見られる）の導体６００および６００’の概略断面が示されている。図６ａの導体６００は、“ｙ”の高さおよび“２ｘ”の幅を有する。図６ｂの導体６００’は、“ｙ”の高さおよび“ｘ”の幅を有する。当業者は、図６ａの導体が付加的な“ｘ”の幅に関係するより大きな表面積を備えることを理解するであろう。第２のインダクタもサイズが増大された場合、第２のインダクタ６０１’は６０１に拡大されるであろう。
【００２５】
共振器におけるある特定のインダクタに必要とされる付加的な表面積は、インダクタを形成する導電路の付加的な表面積を付与するために経験的に計算することができる（または理論的に求められる）。例えば、寸法は、帯域外信号の信号強度を決定するために種々の場所で得ることができる。誘導素子の幅はその後、帯域外信号から誘導素子に到達する臨界電流密度の公算を制限するために決定され得る。代替的に、これは理論的に行うことができる。考慮され得る他の要因は、ＨＴＳ装置のタイプ、ある時限の間に非線形モードにあるＨＴＳフィルタの臨界、およびフィルタに使用可能なフットプリントを含む。
【００２６】
図７において、マイクロストリップ伝送線路断面が７００で示されている。代表的な導体７０１が基板７０２上に図示されている。導体７０１は、幅（Ｗ）および厚さ（Ｔ）を有する。厚さ（Ｔ）の一定の導体ストリップが与えられた場合、ストリップ幅（Ｗ）の増大は電流密度を低減させるはずである。直流の場合、ストリップ幅を２倍にすると、電流密度は半減される。これは、電力が抵抗×電流の二乗に等しい、すなわち、
電力＝Ｒ＊Ｉ２
であるので、電力処理能力を４倍増大させる効果を有する。しかし、高周波数では、電流密度は縁効果または表皮効果のために一様には低減されないであろう。この場合、結果として得られる電流密度は、ストリップ幅（Ｗ）の増大によって全般的には低減されるが、正確な電磁気シミュレータによって決定され得る。
【００２７】
フィルタの線路幅（Ｗ）を決定するための例示的方法論を次に説明する。最初に、帯域外干渉信号が選定され、信号は帯域フィルタに入力される。その後、入力側から第１の共振器の電流密度がシミュレートされる。インダクタのストリップ幅（Ｗ）が最も大きい電流密度を備えるインダクタについて増大される（または、共振器サイズが増大される）。サイズのさらなる増大は、電流密度が共振器間で等しいレベルになる（または等しいレベルに近くなる）まで実行される。帯域外干渉信号からの相互変調の低減量はその後、設計修正の前後に電流密度の低減によって推定され得る。電流密度シミュレーションを含め、フィルタの設計およびシミュレーションに関連して使用され得る１つのソフトウェアツールは、カリフォルニア州フリーモントのゼランド・ソフトウェア（Zeland Software）社からＩＥ３Ｄの名称で販売されているツールである。
【００２８】
ここで図１を参照するに、２つのフィルタ１０１および１０２が、４インチプレート上にレイアウトされて図示されている。誘導素子は全体として１０３で図示され、キャパシタは１０４で図示されている。相互結合は１０５で与えられている。１０６で図示された装置は、試験目的で使用される。フィルタ１０１および１０２における各個全部の装置が指示されているわけではないことが了解されるはずであり、しかしそのような装置が、図示および説明された装置に一般的に等価であることも理解されるはずである。フィルタ１０１および１０２は、セル方式通信環境において有用であり、特に、均一な共振器を備えるセル方式ＨＴＳ  Ｂバンドフィルタ（８３５〜８４９ＭＨｚ）の実例を例証する。
【００２９】
図８は、図２〜４にシミュレーションで示された装置の概略図である。２つの共振器は全体として８００で指示される。第１の共振器は８０１で指示され、第２の共振器は８０２で指示されている。キャパシタおよびインダクタの配列および相互接続は、第１の共振器８０１と第２の共振器８０２との間で類似である。それゆえ、装置は第１の共振器８０１に関して説明するにすぎない。しかし、設計は共振器間で異なることができ、かつ／または異なる値を備える装置がフィルタ設計において使用され得ることも理解されるはずである。入力ポート８０３は、結合キャパシタ８０４を介して共振器８０１に結合されている。インダクタ２０３は、第１の共振器８０１の誘導素子である。キャパシタ２０５は、第１の共振器８０１の容量素子である。端分路キャパシタ８０５および８０６は、インダクタ２０３およびキャパシタ２０５の共振器対の各端に接続されている。端ギャップ結合キャパシタ８０７は、以降のまたは第２の共振器８０２との結合を付与する。
【００３０】
図２は、８６５ＭＨｚの帯域外信号による図１のフィルタの電流密度シミュレーションを例示している。図２〜４では、図１に例示されたフィルタの最初の２つの共振器（例えば、図８に示された共振器８０１および８０２）だけがシミュレートされている。色の変化は、装置の電流密度レベルを示している。電流密度は、その幾何学形状における場所、断面積などに基づき装置において変化する。第１の共振器のインダクタ部分２０３は、最も大きい電流密度を有する。その電流密度は、第２の共振器２０４のそれよりも著しく大きい。第１のインダクタ２０３における最大電流密度は約１１７０Ａ／ｍであり、第２のインダクタ２０４における最大電流密度は約４８７Ａ／ｍである。インダクタ素子２０３および２０４の幅は、図２では両方とも４ミルである。
【００３１】
図３は、図１のフィルタの第２の電流密度シミュレーションを示すが、第１の共振器８０１の拡大されたインダクタ部分２０３’を備える。インダクタ２０３’のカラーマッピングは、電流密度が効果的に低減されたことを実証している。第１の共振器８０１のインダクタ２０３’における最大電流密度は約６８３Ａ／ｍであり、第２の共振器８０２のインダクタ２０４における最大電流密度は約４８７Ａ／ｍである（すなわち、第１のインダクタ２０３’に調整がなされた前のほぼ同じ電流密度）。従って、（キャパシタ２０６およびインダクタ２０４よりなる）第２の共振器８０２における電流密度は変わっていない。キャパシタ素子２０５および２０６は、インダクタ２０３’の幅（Ｗ）を大きくすることによって変更されない。インダクタ２０３’の幅は、図３では７ミルである。
【００３２】
図４は、図１のフィルタの電流密度シミュレーションを示すが、第１の共振器のさらに拡大されたインダクタ部分２０３”を備える。図２と比較して、電流密度は著しく低減されており、それはこの時、第２のインダクタ２０４のそれとほとんど同じである。第１の共振器のインダクタ２０３”における電流密度は約５５２Ａ／ｍであるのに対し、インダクタ２０４における最大電流密度は約４８７Ａ／ｍのままである。図４において、線路幅は１０ミル、つまりインダクタ２０３の幅の２．５倍である。
【００３３】
図５は、拡大された第１のインダクタ２０３’を備えるレイアウトを示している。フィルタ全体として、そのサイズはほとんど変わっていない。しかし、第１の共振器のより大きいインダクタ部分２０３’により、フィルタの帯域外干渉阻止性能は、著しく改善される。
【００３４】
図９を参照するに、概略的バンドパス、ノッチの物理的レイアウトが示されている。ここで、信号ＩＮがフィルタ９００に適用される。帯域フィルタ９０１は、入力信号を受信するように配列および機器構成されている（すなわち、それが信号経路における物理的に最初のものである）。先行技術では、帯域フィルタが最初に配置されていなければ、帯域外干渉信号は、第１のフィルタ（例えば帯域消去フィルタ）内を進行し、帯域フィルタに遭遇し、その後、帯域消去フィルタ内を反射されるであろう。従って、先行技術の物理的順序は、ノッチフィルタにおける高電流密度をもたらし、不要な非線形性をもたらし得る。それゆえ、本発明は好ましくは、帯域フィルタが第１のものであり帯域消去フィルタが第２のものである、フィルタの物理的配列を含む。
【００３５】
さらに、帯域消去フィルタおよび帯域フィルタとの相互接続を通り抜ける強い帯域外干渉信号の場合、それが、帯域フィルタを通り抜ける帯域内相互変調信号を生成することが起こり得る。しかし、信号経路において帯域フィルタを最初に配置することによって、帯域外干渉信号は、フィルタ内へさらに伝搬される前に反射される。従って、他のフィルタ素子の前に帯域フィルタを物理的に最初に配置することは、利益を提供する。
【００３６】
また、帯域フィルタを最初に配置することは、帯域フィルタを含む複数の構成要素が一体に縦続される通信システムまたはマイクロ波システムについてさらに一般化され得る。これらの他の環境において、帯域フィルタを最初に配置することは、帯域外信号を反射させるという利益を提供し得る。より詳細には、この配列は、あらゆる帯域外干渉信号を阻止してそれらがシステムの他の構成要素（例えば、帯域消去フィルタ）に到達するのを防ぐことができる。従って、帯域フィルタを最初にして構成要素をレイアウトすることは、帯域外干渉信号のためにそれらの構成要素によって発生する相互変調を防止する（または著しく低減する）ことができる。
【００３７】
本発明のフィルタ装置は、高回路Ｑフィルタを、好ましくは少なくとも１０，０００の回路Ｑを、より好ましくは少なくとも４０，０００の回路Ｑを得ることができる材料で好適に組立てられる。超伝導材料が高Ｑ回路に適する。超伝導体は、ニオブといった特定の金属および金属合金のほか、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−＊（ＹＢＣＯ）といった特定のペロブスカイト型酸化物を含む。基板上の超伝導体の堆積および装置の製作方法は、当業において周知であり、半導体産業で使用される方法と類似である。
【００３８】
ペロブスカイト型の高温酸化物超伝導体の場合、堆積は、スパッタリング、レーザーアブレーション、化学蒸着または共蒸着を含む、いずれかの既知の方法によって行い得る。基板は好ましくは、超伝導体と格子整合している単結晶材料である。酸化物超伝導体と基板との間の中間緩衝層が、膜の品質を改善するために使用され得る。そのような緩衝層は、当業で周知であり、例えばニューマン（Newman）らに交付された米国特許第５１３２２８２号に記載されており、これは参照によってここに採り入れられる。酸化物超伝導体に適格な誘電性基板は、サファイヤ（単結晶のＡｌ２Ｏ３）、アルミン酸ランタン（ＬａＡｌＯ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）およびイットリウム安定化ジルコニウム（ＹＳＺ）を含む。
【００３９】
ＹＢＣＯは一般に、反応性共蒸着を用いて基板上に堆積されるが、スパッタリングおよびレーザーアブレーションもまた使用できよう。緩衝層が、特にサファイヤが基板である場合、基板とＹＢＣＯ層との間に使用され得る。フォトリソグラフィーは、フィルタ構造をパターン形成するために使用される。
【００４０】
好ましい実施形態において、本発明は、ＬＣ成分を使用する狭帯域フィルタに関して使用される。例えば、分路キャパシタを備えるインダクタが、インダクタの各端に接続される。このフィルタ環境およびそのトポロジーは本発明を説明するために使用され、そのような環境が例証として使用されているが、本発明は他の環境（例えば、集中または分布装置を備える他のフィルタ装置）においても利用されよう。さらに、通信および無線技術の環境が例証としてここで使用されている。本発明の原理は、他の環境においても同様に使用され得る。従って、本発明は、そのような実例によって限定されるものとして解釈してはならない。
【００４１】
上述の通り、本発明の好ましい用途は、通信システム、より詳細には無線通信システムにある。しかし、そのような用途は、本発明の原理に従って組立てられたフィルタが使用され得る態様を例示しているにすぎない。
【００４２】
たとえ本発明の多数の特徴および利益が、本発明の構造および機能の詳細とともに、前述の説明において述べられているとしても、その開示は例示的であるにすぎず、細部において変更が行われ得ることを理解しなければならない。他の修正および変更は、十分に当業者の知識の範囲内であり、添付特許請求の範囲の広範な範囲に包含されるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】セル方式通信環境において有用なフィルタを例示しており、詳細には、均一な共振器を備えるセル方式ＨＴＳ  Ｂバンドフィルタ（８３５〜８４９ＭＨｚ）の一例を例示している。
【図２】８６５ＭＨｚの帯域外信号による図１のフィルタの電流密度シミュレーションを例示している。第１の共振器のインダクタ部分は、第２の共振器のそれよりも著しく高い最大電流密度を有する。
【図３】第１の共振器の拡大されたインダクタ部分を備える図１のフィルタの電流密度シミュレーションを示す。電流密度は効果的に低減されているのに対し、第２の共振器の電流密度は変わらない。
【図４】第１の共振器のさらに拡大されたインダクタ部分を備える図１のフィルタの電流密度シミュレーションを示す。図２と比較して、電流密度は著しく低減されており、この時、第２の共振器のそれとほとんど同じである。
【図５】拡大された第１のインダクタを備えるレイアウトを示している。フィルタ全体として、そのサイズはほとんど変わっていない。しかし、第１の共振器のより大きいインダクタ部分により、フィルタの帯域外干渉阻止性能は著しく改善されている。
【図６ａ】誘導素子の導体の概略断面図である。
【図６ｂ】誘導素子の導体の概略断面図である。
【図７】レイアウトのストリップ幅（Ｗ）を決定する際に有用となり得る、導体を備えるマイクロストリップ伝送線路断面を例示している。
【図８】図２〜４のフィルタを図式的に例示している。
【図９】帯域フィルタが第１であり、帯域消去フィルタが第２である、物理的レイアウトを示している。
【図１】
2005518697.tif 000003
【図２】
2005518697.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005518697.tif 000007
【図６ａ】
2005518697.tif 000008
【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年4月12日(2004.4.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号のためのＨＴＳフィルタにおいて、
ａ．第１の共振器（８０１）であって、
ｉ．第１の導電路幅を有する第１の誘導素子（２０３）と、
ｉｉ．第１の容量素子（２０５）と、を含む第１の共振器（８０１）と、
ｂ．第１の共振器（８０１）と電気的に接続された第２の共振器（８０２）であって、
ｉ．第１の導電路幅より小さい第２の導電路幅を有する第２の誘導素子（２０４）と、
ｉｉ．第２の容量素子（２０６）と、を含む第２の共振器（８０２）と、から成り、
ｃ．第１の導電路幅は、第１の誘導素子における電流のための付加的な表面積を付与し第１の誘導素子の電流密度を低減するように配列および機器構成されている、ＨＴＳフィルタ。
【請求項２】
素子の各々はマイクロストリップトポロジーでレイアウトされている請求項１に記載のフィルタ。
【請求項３】
マイクロストリップトポロジーは、ＭｇＯ、ＬａＡｌＯ３、Ａｌ２Ｏ３またはＹＳＺのうちのいずれかの誘電基板を含む請求項２に記載のフィルタ。
【請求項４】
素子の各々は誘電基板上に導電性材料で形成される請求項３に記載のフィルタ。
【請求項５】
ａ．第１の誘導素子（２０３）の端に接続された第１の対の分路キャパシタ（８０５，８０６）と、
ｂ．第２の誘導素子（２０４）の端に接続された第２の対の分路キャパシタ（Ｃ２０，Ｃ２１）と、を更に含む請求項１に記載のフィルタ。
【請求項６】
第１および第２の共振器（８０１，８０２）を結合するための結合キャパシタ（８０７）と、入力結合キャパシタ（８０４）とを更に含む請求項５に記載のフィルタ。
【請求項７】
第１の共振器（８０１）は、入り信号経路において物理的に最初に配置されている請求項１に記載のフィルタ。
【請求項８】
第２の誘導素子（２０４）は、第３の共振器の第３の誘導素子より大きい線路幅を有する請求項１に記載のフィルタ。
【請求項９】
第１および第２の容量素子（２０５，２０６）は、概ね等価なレイアウト構造を有する請求項１に記載のフィルタ。
【請求項１０】
電波放送信号をろ波するためのＨＴＳフィルタ装置であって、
ａ．インダクタ（２０３，２０４）と、インダクタと並列なキャパシタ（２０５，２０６）をそれぞれ含む複数のＬＣフィルタ素子（８０１，８０２）と、
ｂ．ＬＣフィルタ素子（８０１，８０２）間に間挿された複数のπ容量素子（８０６，８０７，Ｃ２０）と、から成り、
ｃ．インダクタ素子（２０３，２０４）のうちの少なくとも１つは、臨界電流を最小にするために他のインダクタ素子より大きい表面積を有するように配列および機器構成されており、もってＨＴＳフィルタ装置の線形性が維持される、ＨＴＳフィルタ装置。
【請求項１１】
少なくとも１つのインダクタ素子（２０３，２０４）は、入り電波放送信号を受信するために物理的に最初に配置されている請求項１０に記載のフィルタ。
【請求項１２】
最初の２つのインダクタ素子（２０３，２０４）は、入り信号の下流のインダクタ素子より大きい断面表面積を有する請求項１０に記載のフィルタ。
【請求項１３】
表面積がインダクタ素子の断面を増大することによって増大する請求項１２に記載のフィルタ。
【請求項１４】
断面は厚さおよび幅を備えており、幅は少なくとも２倍分増大されている請求項１３に記載のフィルタ。
【請求項１５】
帯域外信号にさらされるＨＴＳフィルタの線形性を維持する方法であって、
ａ．第１の共振器（８０１）を形成するために第１のインダクタ（２０３）および第１のキャパシタ（２０５）を並列に接続する工程と、
ｂ．第２の共振器（８０２）を形成するために第２のインダクタ（２０４）および第２のキャパシタ（２０６）を並列に接続する工程と、
ｃ．第１および第２の共振器（８０１，８０２）を直列に電気的に接続する工程と、
ｄ．第１のインダクタ（２０３）を選定し、臨界電流を最小にするために第１のインダクタ（２０３）の導電路の表面積を増大させる工程と、から成り、もってＨＴＳフィルタ装置の線形性が維持される、方法。
【請求項１６】
ａ．第３の共振器を形成するために第３のインダクタおよび第３のキャパシタを並列に接続する工程と、
ｂ．第２の共振器の下流に直列に第３の共振器を電気的に接続する工程と、
ｃ．第２のインダクタ（２０４）を選定し、臨界電流を最小にするために第２のインダクタの導電路の表面積を増大させる工程と、を更に含み、もってＨＴＳフィルタ装置の線形性が維持される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
第１および第２の共振器（８０１，８０２）が、第１の帯域フィルタ（９０１）の一部であり、この帯域フィルタが、電気信号を物理的に最初に受信する構造および配列とされていつとともに、帯域外信号が送信される前に反射するようなされており、更に、帯域フィルタ（９０２）の下流にあって第１の帯域フィルタ（９０１）に電気的に接続された第２の縦続素子（９０２）を含み、第２の縦続素子に到達する帯域外信号が最小化される、請求項１に器のフィルタ。
【請求項１８】
第２の縦続素子（９０２）は帯域消去フィルタである請求項１７に記載のフィルタ。
【請求項１９】
素子の各々は、マイクロストリップトポロジーでレイアウトされている請求項１８に記載のフィルタ。
【請求項２０】
マイクロストリップトポロジーは、ＭｇＯ、ＬａＡｌＯ３、Ａｌ２Ｏ３またはＹＳＺのうちのいずれかの誘電基板を含み、素子の各々は誘電基板上に導電性材料で形成される、請求項１９に記載のフィルタ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００３年２月１９日、米国以外の全部の国を指定して出願人である米国国内企業、コンダクタス・インコーポレーテッド（Conductus,Inc.）社の名義でＰＣＴ国際特許出願として出願されている。
本発明は、一般に電気信号のためのフィルタ、より詳細には狭帯域フィルタにおける相互変調を最小限にすること、さらに詳細には非対称共振器により電波放送信号からの相互変調を制御するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
狭帯域フィルタは、通信産業において、特にマイクロ波信号を利用する無線通信システムにとって特に有用である。時として、無線通信は、同じ地理区域内に別個の帯域で運用する２つ以上のサービスプロバイダを有する。そのような場合、１つのプロバイダからの信号が他のプロバイダの信号に干渉しないことが不可欠である。同時に、割り当てられた周波数範囲内での信号スループットは、極めて小さい損失を有していなければならない。
【０００３】
単一プロバイダの割り当て周波数内で、通信システムが複数の信号を処理できることが望ましい。周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）および広帯域ＣＤＭＡ（ｂ−ＣＤＭＡ）を含む、いくつかのそうしたシステムが利用可能である。初めの２つの多元接続方法を使用するプロバイダは、各自の割り当て周波数を複数の帯域に分割するためにフィルタを必要とする。代替的に、ＣＤＭＡ運用者もまた、周波数範囲を帯域に分割することから利点を得られるかもしれない。そうした場合、フィルタの帯域幅が狭くなればなるほど、チャネルはともに１つに近くなり得る。従って、好ましくは０．０５％未満の部分帯域幅を備える、超狭帯域フィルタを製作する努力がこれまでなされてきた。
【０００４】
電気信号のフィルタに関する付加的な考慮事項は、全体サイズである。例えば、無線通信技術の発展に伴い、セルサイズ（例えば、単一の基地局が運用する範囲の区域）はかなり小さくなっており、ひょっとすると１街区のみ、または１つの建物だけさえも範囲とするであろう。その結果、基地局プロバイダは、局のために空間を購入または賃借することが必要になるであろう。各局が多くの別個のフィルタを必要とするので、フィルタのサイズはそのような環境においてますます重要になる。従って、極めて狭い部分帯域幅および高Ｑを備えるフィルタを実現しつつ、フィルタサイズを最小限にすることが望ましい。
【０００５】
しかし、フィルタサイズがより小さくなるにつれて、不利益も生じる。例えば、回路が処理できる電力の量は減少する。また、周波数が増すにつれて、（電流搬送導体における）断面電流密度の一様性は表皮効果のために減少する。平面マイクロストリップ形回路の場合、（例えば、直流電流において生じる）均一な電流密度に代わり、電流は導体の縁端において最も大きい。導体が限られた断面を有するので、これもまた導体における平均電流を高める傾向がある。
【０００６】
高温超伝導体（ＨＴＳ）環境では、その臨界電流密度の近くに達する電流密度がＨＴＳ装置に存在した場合、そのＨＴＳ装置は非線形性を呈する。従って、電流密度を臨界電流レベルより十分に低く保つことが望ましい。しかし、小フィルタサイズが望まれるこの種の環境において、かつ帯域外干渉信号が強い場合、ＨＴＳの非線形特性は、帯域内で高レベルの相互変調信号を発生させてチャネルを使用不能にさせ得る。この非線形性は、ＨＴＳ装置において極めて大きい電流密度を生じる干渉信号に由来する。
【０００７】
ウィレムセン・コルテス他に付与された米国特許第6,026,311号は、ＨＴＳ構造に関し、例えば、キャパシタ及びインダクタを形成するマイクロストリップによって実現される共振器における電圧及び電流の分布の問題を処理する。このような構造における共振時の電流分布は、共振器（つまり、インダクタ）の中心で最大となる。電流密度を低減するため、ウィレムセン・コルテス他は、折曲ＨＴＳ共振器の中心線の線幅を増大させることを提案する。
【０００８】
国際公開WO99/52208Aは、ＨＴＳフィルタに用いられる共振器構造を開示する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、大きな帯域外干渉信号をろ波できるフィルタを創成することによって相互変調を制御するための方法および装置の必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、非対称共振器を創成することよって電波放送信号をろ波するための回路における相互変調を制御する方法および装置を提供する。非対称共振器を創成することによって、フィルタサイズを相対的に変わらずに保ちつつ、帯域外信号からの相互変調は低減される。一般に、相互変調は、（例えば、共振器の電気的特性の線形性を維持するために）共振器における電流密度を低下させることによって低減される。電流密度を低下させることは、より大きい共振器を創成することによって達成され得る。しかし、本発明は、共振器の誘導素子が最も大きい電流変化を被るという原理を利用する。それゆえ、本発明では、より大きい共振器が増大した電力信号を処理するために創成され得ながら、インダクタのサイズはより大きい電力に対応するために変更される。
【００１１】
本発明の付加的な特徴は、フィルタの必ずしもすべての誘導素子が大きくされる必要はないということである。帯域外信号の場合、これらの信号のほとんどが最初の２つの共振器によって反射され、第１のものが大部分を反射する、ということが理解されるはずである。ごくわずかな電力しか最初の２つの共振器を越えて到達しない。それゆえ、第１の（または代替的に第１および第２の）共振器だけがサイズを増大される必要がある。
【００１２】
本発明の別の特徴は、フィルタがレイアウトされる物理的順序である。一般的に言って、帯域フィルタ（バンドパスフィルタ）を含む複数の構成要素が一体に縦続された通信またはマイクロ波システムの場合、帯域フィルタは最初に配置されなければならない。この配列は、あらゆる帯域外干渉信号を阻止してそれらがシステムの他の構成要素（例えば、帯域消去フィルタ）に到達するのを防ぐことができる。従って、帯域フィルタを最初にして構成要素をレイアウトすることは、帯域外干渉信号のためにそれらの構成要素によって発生する相互変調を防止する（または著しく低減する）ことができる。
【００１３】
このレイアウトが使用され得る好ましい実施形態が、ノッチフィルタ装置の場合である。先行技術において、信号は、最初にノッチフィルタに、その後、帯域フィルタに適用されていた。しかし、帯域フィルタが信号の大部分をノッチフィルタを通じて反射するので、この物理的順序は、ノッチフィルタにおける高電流密度および、結果的な非線形性をもたらしていた。それゆえ、本発明は好ましくは、帯域フィルタが第１のものであり帯域消去フィルタが第２のものである、フィルタの物理的配列を含む。
【００１４】
好ましい実施形態において、本発明は、ＬＣ成分を使用する狭帯域フィルタに関して使用される。例えば、分路キャパシタを備えるインダクタが、インダクタの各端に接続される。このフィルタ環境およびそのトポロジーは本発明を説明するために使用され、そのような環境が例証として使用されているが、本発明は他の環境（例えば、集中または分布装置を備える他のフィルタ装置）においても利用されよう。さらに、通信および無線技術の環境が例証としてここで使用されている。本発明の原理は、他の環境においても同様に使用され得る。従って、本発明は、そのような実例によって限定されるものとして解釈してはならない。
【００１５】
従って、本発明の１態様によれば、電気信号のためのＨＴＳフィルタであって、第１の共振器であり、第１の導電路幅を有する第１の誘導素子および、第１の容量素子を備える第１の共振器と、第１の共振器と電気的に接続された第２の共振器であり、第１の導電路幅より小さい第２の導電路幅を有する第２の誘導素子および、第２の容量素子を備える第２の共振器とを含み、第１の導電路幅は、第１の誘導素子における電流のための付加的な表面積を付与し第１の誘導素子の電流密度を低減するように配列および機器構成されている、フィルタが提供される。
【００１６】
本発明の別の態様によれば、電波放送信号をろ波するためのＨＴＳフィルタ装置であって、複数のＬＣフィルタ素子と、前記ＬＣフィルタ素子の各々はインダクタおよびインダクタと並列にキャパシタを含んでおり、ＬＣフィルタ素子間に挿入された複数のπ容量素子とを含み、インダクタ素子のうちの少なくとも１つは、臨界電流を最小にするために他のインダクタ素子より大きい表面積を有するように配列および機器構成されており、それによってＨＴＳフィルタ装置の線形性が維持される、ＨＴＳフィルタ装置が提供される。
【００１７】
本発明のさらに別の態様によれば、帯域外信号にさらされるＨＴＳフィルタの線形性を維持する方法であって、第１の共振器を形成するために第１のインダクタおよび第１のキャパシタを並列に接続する工程と、第２の共振器を形成するために第２のインダクタおよび第２のキャパシタを並列に接続する工程と、第１および第２の共振器を直列に電気的に接続する工程と、第１のインダクタを選定し、臨界電流を最小にするために第１のインダクタの導電路の表面積を増大させる工程とを含み、それによってＨＴＳフィルタ装置の線形性が維持される、方法が提供される。
【００１８】
本発明はまた、先行段落に記載の通り具体化され得て、第３の共振器を形成するために第３のインダクタおよび第３のキャパシタを並列に接続する工程と、第２の共振器の下流に直列に第３の共振器を電気的に接続する工程と、第２のインダクタを選定し、臨界電流を最小にするために第２のインダクタの導電路の表面積を増大させる工程とをさらに含み、それによってＨＴＳフィルタ装置の線形性が維持される。
【００１９】
本発明のさらに別の態様は、電気信号のための縦続素子フィルタであって、第１の帯域フィルタと、帯域フィルタは電気信号を受信するために物理的に最初であるように配列および機器構成されており、帯域フィルタは帯域外信号がフィルタに伝送される前に帯域外信号を反射し、帯域フィルタの下流で、第１の帯域フィルタに電気的に接続された第２の縦続素子とを含み、第２の縦続素子に到達する帯域外信号が最小限にされる、縦続素子フィルタを提供する。
【００２０】
本発明のさらに別の態様は、上記電気信号のためのＨＴＳフィルタであって、第１及び第２共振器が第１の帯域フィルタの一部であり、この帯域フィルタが、電気信号を物理的に最初に受信する構造及び配列とされるとともに、帯域外信号をフィルタに送信される前に反射するようなされており、更に第１の帯域フィルタの下流にあってこの帯域フィルタに電気的に接続された第２の縦続素子を含み、この第２の縦続素子に到達する帯域外信号が最小とされる、ＨＴＳフィルタを提供する。
【００２１】
本発明を特徴づける上記および他の利益および特徴は、本書に添付されそのさらなる一部をなす特許請求の範囲において詳細に示されている。しかし、本発明、その使用によって達成される利益および目的のより良好な理解のために、そのさらなる一部を形成する図面および、本発明の好ましい実施形態が例示説明されている添付記述物件について言及しなければならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図面において、同じ参照数字および文字は複数の図にわたり対応する要素を示す。
【００２３】
本発明の原理は、電気信号のろ波に適用される。本発明の好ましい装置および方法は、非対称共振器を創成することによって電波放送信号をろ波するための回路における相互変調を制御する方法および装置を提供する。「非対称」によって意味するところは、共振器の誘導素子がサイズに関して互いに対称ではないということである。共振器の第１の誘導素子、または代替的に第１および第２の誘導素子のどちらか一方をより大きくすることによって、電流密度は低減される。より詳細には、本発明が使用され得る高周波環境において電流の多くは導電路の縁端付近で搬送されるので、より大きな縁端領域を備えるより大きい誘導素子は電流密度を低減させる。それゆえ、非対称共振器を創成することによって、フィルタサイズを相対的に変わらずに保ちつつ、帯域外信号からの相互変調は低減される。
【００２４】
上述の通り、共振器における誘導素子が最も大きい電流変化を被るので、第１の誘導素子かまたは第１および第２の誘導素子だけのサイズを変えることが好ましい。しかし、フィルタの設計上の考慮事項および／またはフットプリントが許すならば、１つ以上のキャパシタを大きくすることも可能である。
【００２５】
限られた数の誘導素子を変化させる別の考慮事項は、ほとんどの帯域外信号が最初の２つの共振器によって反射され、第１のものが大部分を反射する、ということである。ごくわずかな電力しか最初の２つの共振器から先の共振器に到達しないので、第１の（または代替的に第１および第２の）共振器だけがサイズを増大される必要がある。
【００２６】
本発明の好ましいレイアウトおよびモデリングの検討の前に、導体の増大した断面積に関係する増大した表面積の簡単な検討を提示する。
【００２７】
まず図６ａおよび６ｂを参照するに、異なる誘導素子（図２〜４において最善に見られる）の導体６００および６００’の概略断面が示されている。図６ａの導体６００は、“ｙ”の高さおよび“２ｘ”の幅を有する。図６ｂの導体６００’は、“ｙ”の高さおよび“ｘ”の幅を有する。当業者は、図６ａの導体が付加的な“ｘ”の幅に関係するより大きな表面積を備えることを理解するであろう。第２のインダクタもサイズが増大された場合、第２のインダクタ６０１’は６０１に拡大されるであろう。
【００２８】
共振器におけるある特定のインダクタに必要とされる付加的な表面積は、インダクタを形成する導電路の付加的な表面積を付与するために経験的に計算することができる（または理論的に求められる）。例えば、寸法は、帯域外信号の信号強度を決定するために種々の場所で得ることができる。誘導素子の幅はその後、帯域外信号から誘導素子に到達する臨界電流密度の公算を制限するために決定され得る。代替的に、これは理論的に行うことができる。考慮され得る他の要因は、ＨＴＳ装置のタイプ、ある時限の間に非線形モードにあるＨＴＳフィルタの臨界、およびフィルタに使用可能なフットプリントを含む。
【００２９】
図７において、マイクロストリップ伝送線路断面が７００で示されている。代表的な導体７０１が基板７０２上に図示されている。導体７０１は、幅（Ｗ）および厚さ（Ｔ）を有する。厚さ（Ｔ）の一定の導体ストリップが与えられた場合、ストリップ幅（Ｗ）の増大は電流密度を低減させるはずである。直流の場合、ストリップ幅を２倍にすると、電流密度は半減される。これは、電力が抵抗×電流の二乗に等しい、すなわち、
電力＝Ｒ＊Ｉ２
であるので、電力処理能力を４倍増大させる効果を有する。しかし、高周波数では、電流密度は縁効果または表皮効果のために一様には低減されないであろう。この場合、結果として得られる電流密度は、ストリップ幅（Ｗ）の増大によって全般的には低減されるが、正確な電磁気シミュレータによって決定され得る。
【００３０】
フィルタの線路幅（Ｗ）を決定するための例示的方法論を次に説明する。最初に、帯域外干渉信号が選定され、信号は帯域フィルタに入力される。その後、入力側から第１の共振器の電流密度がシミュレートされる。インダクタのストリップ幅（Ｗ）が最も大きい電流密度を備えるインダクタについて増大される（または、共振器サイズが増大される）。サイズのさらなる増大は、電流密度が共振器間で等しいレベルになる（または等しいレベルに近くなる）まで実行される。帯域外干渉信号からの相互変調の低減量はその後、設計修正の前後に電流密度の低減によって推定され得る。電流密度シミュレーションを含め、フィルタの設計およびシミュレーションに関連して使用され得る１つのソフトウェアツールは、カリフォルニア州フリーモントのゼランド・ソフトウェア（Zeland Software）社からＩＥ３Ｄの名称で販売されているツールである。
【００３１】
ここで図１を参照するに、２つのフィルタ１０１および１０２が、４インチプレート上にレイアウトされて図示されている。誘導素子は全体として１０３で図示され、キャパシタは１０４で図示されている。相互結合は１０５で与えられている。１０６で図示された装置は、試験目的で使用される。フィルタ１０１および１０２における各個全部の装置が指示されているわけではないことが了解されるはずであり、しかしそのような装置が、図示および説明された装置に一般的に等価であることも理解されるはずである。フィルタ１０１および１０２は、セル方式通信環境において有用であり、特に、均一な共振器を備えるセル方式ＨＴＳ  Ｂバンドフィルタ（８３５〜８４９ＭＨｚ）の実例を例証する。
【００３２】
図８は、図２〜４にシミュレーションで示された装置の概略図である。２つの共振器は全体として８００で指示される。第１の共振器は８０１で指示され、第２の共振器は８０２で指示されている。キャパシタおよびインダクタの配列および相互接続は、第１の共振器８０１と第２の共振器８０２との間で類似である。それゆえ、装置は第１の共振器８０１に関して説明するにすぎない。しかし、設計は共振器間で異なることができ、かつ／または異なる値を備える装置がフィルタ設計において使用され得ることも理解されるはずである。入力ポート８０３は、結合キャパシタ８０４を介して共振器８０１に結合されている。インダクタ２０３は、第１の共振器８０１の誘導素子である。キャパシタ２０５は、第１の共振器８０１の容量素子である。端分路キャパシタ８０５および８０６は、インダクタ２０３およびキャパシタ２０５の共振器対の各端に接続されている。端ギャップ結合キャパシタ８０７は、以降のまたは第２の共振器８０２との結合を付与する。
【００３３】
図２は、８６５ＭＨｚの帯域外信号による図１のフィルタの電流密度シミュレーションを例示している。図２〜４では、図１に例示されたフィルタの最初の２つの共振器（例えば、図８に示された共振器８０１および８０２）だけがシミュレートされている。色の変化は、装置の電流密度レベルを示している。電流密度は、その幾何学形状における場所、断面積などに基づき装置において変化する。第１の共振器のインダクタ部分２０３は、最も大きい電流密度を有する。その電流密度は、第２の共振器２０４のそれよりも著しく大きい。第１のインダクタ２０３における最大電流密度は約１１７０Ａ／ｍであり、第２のインダクタ２０４における最大電流密度は約４８７Ａ／ｍである。インダクタ素子２０３および２０４の幅は、図２では両方とも４ミルである。
【００３４】
図３は、図１のフィルタの第２の電流密度シミュレーションを示すが、第１の共振器８０１の拡大されたインダクタ部分２０３’を備える。インダクタ２０３’のカラーマッピングは、電流密度が効果的に低減されたことを実証している。第１の共振器８０１のインダクタ２０３’における最大電流密度は約６８３Ａ／ｍであり、第２の共振器８０２のインダクタ２０４における最大電流密度は約４８７Ａ／ｍである（すなわち、第１のインダクタ２０３’に調整がなされた前のほぼ同じ電流密度）。従って、（キャパシタ２０６およびインダクタ２０４よりなる）第２の共振器８０２における電流密度は変わっていない。キャパシタ素子２０５および２０６は、インダクタ２０３’の幅（Ｗ）を大きくすることによって変更されない。インダクタ２０３’の幅は、図３では７ミルである。
【００３５】
図４は、図１のフィルタの電流密度シミュレーションを示すが、第１の共振器のさらに拡大されたインダクタ部分２０３”を備える。図２と比較して、電流密度は著しく低減されており、それはこの時、第２のインダクタ２０４のそれとほとんど同じである。第１の共振器のインダクタ２０３”における電流密度は約５５２Ａ／ｍであるのに対し、インダクタ２０４における最大電流密度は約４８７Ａ／ｍのままである。図４において、線路幅は１０ミル、つまりインダクタ２０３の幅の２．５倍である。
【００３６】
図５は、拡大された第１のインダクタ２０３’を備えるレイアウトを示している。フィルタ全体として、そのサイズはほとんど変わっていない。しかし、第１の共振器のより大きいインダクタ部分２０３’により、フィルタの帯域外干渉阻止性能は、著しく改善される。
【００３７】
図９を参照するに、概略的バンドパス、ノッチの物理的レイアウトが示されている。ここで、信号ＩＮがフィルタ９００に適用される。帯域フィルタ９０１は、入力信号を受信するように配列および機器構成されている（すなわち、それが信号経路における物理的に最初のものである）。先行技術では、帯域フィルタが最初に配置されていなければ、帯域外干渉信号は、第１のフィルタ（例えば帯域消去フィルタ）内を進行し、帯域フィルタに遭遇し、その後、帯域消去フィルタ内を反射されるであろう。従って、先行技術の物理的順序は、ノッチフィルタにおける高電流密度をもたらし、不要な非線形性をもたらし得る。それゆえ、本発明は好ましくは、帯域フィルタが第１のものであり帯域消去フィルタが第２のものである、フィルタの物理的配列を含む。
【００３８】
さらに、帯域消去フィルタおよび帯域フィルタとの相互接続を通り抜ける強い帯域外干渉信号の場合、それが、帯域フィルタを通り抜ける帯域内相互変調信号を生成することが起こり得る。しかし、信号経路において帯域フィルタを最初に配置することによって、帯域外干渉信号は、フィルタ内へさらに伝搬される前に反射される。従って、他のフィルタ素子の前に帯域フィルタを物理的に最初に配置することは、利益を提供する。
【００３９】
また、帯域フィルタを最初に配置することは、帯域フィルタを含む複数の構成要素が一体に縦続される通信システムまたはマイクロ波システムについてさらに一般化され得る。これらの他の環境において、帯域フィルタを最初に配置することは、帯域外信号を反射させるという利益を提供し得る。より詳細には、この配列は、あらゆる帯域外干渉信号を阻止してそれらがシステムの他の構成要素（例えば、帯域消去フィルタ）に到達するのを防ぐことができる。従って、帯域フィルタを最初にして構成要素をレイアウトすることは、帯域外干渉信号のためにそれらの構成要素によって発生する相互変調を防止する（または著しく低減する）ことができる。
【００４０】
本発明のフィルタ装置は、高回路Ｑフィルタを、好ましくは少なくとも１０，０００の回路Ｑを、より好ましくは少なくとも４０，０００の回路Ｑを得ることができる材料で好適に組立てられる。超伝導材料が高Ｑ回路に適する。超伝導体は、ニオブといった特定の金属および金属合金のほか、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−＊（ＹＢＣＯ）といった特定のペロブスカイト型酸化物を含む。基板上の超伝導体の堆積および装置の製作方法は、当業において周知であり、半導体産業で使用される方法と類似である。
【００４１】
ペロブスカイト型の高温酸化物超伝導体の場合、堆積は、スパッタリング、レーザーアブレーション、化学蒸着または共蒸着を含む、いずれかの既知の方法によって行い得る。基板は好ましくは、超伝導体と格子整合している単結晶材料である。酸化物超伝導体と基板との間の中間緩衝層が、膜の品質を改善するために使用され得る。そのような緩衝層は、当業で周知であり、例えばニューマン（Newman）らに交付された米国特許第５１３２２８２号に記載されている。酸化物超伝導体に適格な誘電性基板は、サファイヤ（単結晶のＡｌ２Ｏ３）、アルミン酸ランタン（ＬａＡｌＯ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）およびイットリウム安定化ジルコニウム（ＹＳＺ）を含む。
【００４２】
ＹＢＣＯは一般に、反応性共蒸着を用いて基板上に堆積されるが、スパッタリングおよびレーザーアブレーションもまた使用できよう。緩衝層が、特にサファイヤが基板である場合、基板とＹＢＣＯ層との間に使用され得る。フォトリソグラフィーは、フィルタ構造をパターン形成するために使用される。
【００４３】
好ましい実施形態において、本発明は、ＬＣ成分を使用する狭帯域フィルタに関して使用される。例えば、分路キャパシタを備えるインダクタが、インダクタの各端に接続される。このフィルタ環境およびそのトポロジーは本発明を説明するために使用され、そのような環境が例証として使用されているが、本発明は他の環境（例えば、集中または分布装置を備える他のフィルタ装置）においても利用されよう。さらに、通信および無線技術の環境が例証としてここで使用されている。本発明の原理は、他の環境においても同様に使用され得る。従って、本発明は、そのような実例によって限定されるものとして解釈してはならない。
【００４４】
上述の通り、本発明の好ましい用途は、通信システム、より詳細には無線通信システムにある。しかし、そのような用途は、本発明の原理に従って組立てられたフィルタが使用され得る態様を例示しているにすぎない。
【００４５】
たとえ本発明の多数の特徴および利益が、本発明の構造および機能の詳細とともに、前述の説明において述べられているとしても、その開示は例示的であるにすぎず、細部において変更が行われ得ることを理解しなければならない。他の修正および変更は、十分に当業者の知識の範囲内であり、添付特許請求の範囲の広範な範囲に包含されるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】セル方式通信環境において有用なフィルタを例示しており、詳細には、均一な共振器を備えるセル方式ＨＴＳ  Ｂバンドフィルタ（８３５〜８４９ＭＨｚ）の一例を例示している。
【図２】８６５ＭＨｚの帯域外信号による図１のフィルタの電流密度シミュレーションを例示している。第１の共振器のインダクタ部分は、第２の共振器のそれよりも著しく高い最大電流密度を有する。
【図３】第１の共振器の拡大されたインダクタ部分を備える図１のフィルタの電流密度シミュレーションを示す。電流密度は効果的に低減されているのに対し、第２の共振器の電流密度は変わらない。
【図４】第１の共振器のさらに拡大されたインダクタ部分を備える図１のフィルタの電流密度シミュレーションを示す。図２と比較して、電流密度は著しく低減されており、この時、第２の共振器のそれとほとんど同じである。
【図５】拡大された第１のインダクタを備えるレイアウトを示している。フィルタ全体として、そのサイズはほとんど変わっていない。しかし、第１の共振器のより大きいインダクタ部分により、フィルタの帯域外干渉阻止性能は著しく改善されている。
【図６ａ】誘導素子の導体の概略断面図である。
【図６ｂ】誘導素子の導体の概略断面図である。
【図７】レイアウトのストリップ幅（Ｗ）を決定する際に有用となり得る、導体を備えるマイクロストリップ伝送線路断面を例示している。
【図８】図２〜４のフィルタを図式的に例示している。
【図９】帯域フィルタが第１であり、帯域消去フィルタが第２である、物理的レイアウトを示している。
【国際調査報告】
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