(57)【要約】【課題】ピエゾ素子を用いた超伝導チューナブルフィルターに関し、ピエゾ素子の特性に影響されることなく、広範囲に共振周波数を制御できるようにしようとする。【解決手段】誘電体ベース基板１上に超伝導材料で形成された２次元図形からなる共振器パターン２と、共振器パターン２の上方に対向して位置する誘電体３と、先端に誘電体３を保持した支持棒４をピエゾ素子７の変位で上下させる機構とを備える。【選択図】        図１
2008172652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体ベース基板上に超伝導材料で形成された２次元図形からなる共振器パターンと、  前記共振器パターンの上方に対向して位置する誘電体と、
先端に前記誘電体を保持した支持棒をピエゾ素子の変位で上下させる機構と
を備えてなることを特徴とするピエゾ素子を用いた超伝導チューナブルフィルター。
【請求項２】
誘電体ベース基板上に超伝導材料で形成された２次元図形からなる共振器パターンと、  前記共振器パターンの上方に対向して位置する誘電体と、
先端に前記誘電体を保持した複数の支持棒を対応する複数のピエゾ素子の変位で上下させる複数の機構と
を備えてなることを特徴とするピエゾ素子を用いた超伝導チューナブルフィルター。
【請求項３】
誘電体ベース基板上に超伝導材料で形成された２次元図形からなる共振器パターンと、  前記共振器パターンの上方に対向して位置する誘電体と、
先端に前記誘電体を保持した複数の支持棒を対応する複数のピエゾ素子の各々独立した変位で独立に上下させる複数の機構と
を備えてなることを特徴とするピエゾ素子を用いた超伝導チューナブルフィルター。
【請求項４】
誘電体が単結晶のＬａＡｌＯ3 、ＳｒＴｉＯ3 、ＭｇＯ、ＮｄＧａＯ3 、ＬａＳｒＡｌＯ4 、ＬａＳｒＧａＯ4 、ＹＡｌＯ3 、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 、ＢａＢ2 Ｏ4 、ＹｂＯ4 、ＴｉＯ2 、ＣａＣＯ3 、ＫＴｉＯＰＯ4 、ＬｉＢ3 Ｏ5 、ＫＨ2 ＰＯ4 、ＬｉＩＯ3 、サファイアから選択されたものであること
を特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１記載のピエゾ素子を用いた超伝導チューナブルフィルター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピエゾ素子の特性に依存することなく、共振周波数を制御することが可能なピエゾ素子を用いた超伝導チューナブルフィルターに関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導配線によるマイクロ波のフィルターは古くから開発が行われてきたが、近年、携帯電話の普及してきたことから、カットオフ周波数を制御できるマイクロ波フィルターが必要とされている。
【０００３】
そのようなマイクロ波フィルターに於けるカットオフ周波数の制御では、超伝導配線の実効透磁率または実効誘電率を制御する方法が主流になっている。
【０００４】
その実効誘電率を制御する方法としては、超伝導配線の上に誘電体を配置し、誘電体の位置を変える方法が知られている。
【０００５】
近年、この誘電体にピエゾ素子を取り付け、精密に位置を制御して、実効誘電率を正確に制御する方法が考えられている（例えば、特許文献１、特許文献２などを参照。）。
【０００６】
然しながら、これら公知の方法に依った場合、ピエゾ素子の特性により、制御できる共振周波数が決まってしまう旨の問題がある。
【０００７】
また、一般にピエゾ素子は低温になると特性が１／３〜１／１０まで低下するため、広範囲に共振周波数の制御をすることができない。
【特許文献１】特開２００１−２１１００４号公報
【特許文献２】特開２００２−２０４１０２号公報
【非特許文献１】大道英二、「Ｓｔｉｃｋ  ａｎｄ  ｓｌｉｐ法」、固体物理、Ｖｏｌ．３７  Ｎｏ．１  １１（２００２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、ピエゾ素子の特性に影響されることなく、広範囲に共振周波数を制御できるようにしようとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に依るピエゾ素子を用いた超伝導チューナブルフィルターに於いては、誘電体ベース基板上に超伝導材料で形成された２次元図形からなる共振器パターンと、前記共振器パターンの上方に対向して位置する誘電体と、先端に前記誘電体を保持した支持棒をピエゾ素子の変位で上下させる機構とを備えてなることを基本とする。
【発明の効果】
【００１０】
前記手段を採ることに依り、誘電体の精密な位置制御、及び、広範囲な移動距離が実現され、そして、ピエゾ素子の特性に依存することなく、共振周波数を広範囲に制御することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の超伝導チューナブルフィルターは、超伝導共振器の上に配置した誘電体の位置を変え、超伝導の共振周波数を制御するものの範疇に入るのであるが、誘電体の位置を精密に制御する為、ピエゾ素子の変位を利用し、その変位を誘電体を上下させる機構を介して誘電体に伝えることで位置を変化させている。
【００１２】
この場合のピエゾ素子は、例えばスティック・アンド・スリップ（ｓｔｉｃｋ  ａｎｄ  ｓｌｉｐ）法（例えば、非特許文献１を参照。）を適用して駆動することで、精密な位置制御と広範囲な移動距離を実現することができる。
【００１３】
図１は本発明に依る超伝導チューナブルフィルターの一例を表す説明図であり、（Ａ）は要部平面を、（Ｂ）は要部切断側面、（Ｃ）は（Ｂ）と直交する方向を右側から見た要部切断側面をそれぞれ示している。
【００１４】
図に於いて、１はＭｇＯからなる誘電体ベース基板、２は超伝導共振器パターン、３は誘電体、４は支持棒、５は信号入出力線、６は螺子、６Ａはバネ、７はピエゾ素子、８は金属パッケージ、９はグランド電極をそれぞれ示している。尚、誘電体３は磁性体に代替しても良い。
【００１５】
超伝導チューナブルフィルターは、例えば移動通信システムの基地局に於ける送信用フィルタとして用いる為、ノイズの除去或いは低減は重要課題であることから、金属パッケージ８に実装されている。
【００１６】
超伝導チューナブルフィルターは、例えばＭｇＯ単結晶基板からなる誘電体ベース基板１と、誘電体ベース基板１の表面に超伝導材料で所定の形状に形成された超伝導共振器パターン２と、超伝導共振器パターン２の近傍に延びる信号入出力線５と、誘電体ベース基板１に搭載される誘電体３と、誘電体３をピエゾ素子７により上下する機構を備え、ピエゾ素子７の変位は支持棒４を介して誘電体３に伝えられる。尚、バネ６Ａは支持棒４を抑える役割を果たしている。
【００１７】
ピエゾ素子７は室温で使用することを前提に作製されているが、低温で使用した場合、特性は低下するが、動作することは確認されている（例えば、非特許文献１を参照）。
【００１８】
図１に示した超伝導チューナブルフィルターでは、超伝導材料としてＹＢＣＯ（Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系）材料を用い、超伝導共振器パターン２を２次元回路パターンとして形成している。
【００１９】
誘電体ベース基板１としては、ＭｇＯ単結晶基板以外に３〜５ＧＨｚの周波数に於いて８〜１０の誘電率を有する任意の誘電体材料からなる基板を用いることができる。
【００２０】
信号入出力線５の一方は信号入力用として使用され、他方は信号出力用として用いられる。また、誘電体ベース基板１の裏面には、グランド電極９が形成されている。
【００２１】
図２は超伝導チューナブルフィルターに於ける共振周波数の調整についてシミュレーションする場合のモデルを表す要部斜面図であり、図１に於いて用いた記号と同じ記号で指示した部分は同一或いは同効の部分を表すものとする。
【００２２】
モデルに於ける誘電体３としては、単結晶ＬａＡｌＯ3 を用い、その誘電体３を上下方向に移動した際の伝送特性（Ｓ２１）についてシミュレーションを行った。
【００２３】
図３はピエゾ素子と支持棒との動きを説明する為の超伝導チューナブルフィルターを表す要部説明図であり、（Ａ）はピエゾ素子に印加する電圧の波形を、また、（Ｂ）はピエゾ素子の支持棒に対する作用を説明する要部切断側面をそれぞれ示している。
【００２４】
（Ａ）に見られるように、ピエゾ素子を変位させる電圧の波形は一種の鋸歯状波であって、この波形の電圧をピエゾ素子７に印加した場合、ピエゾ素子７と摩擦結合されている支持棒４は（Ｂ）及び（Ｃ）に見られるような動作を行う。
【００２５】
即ち、鋸歯状波がＡ→Ｂのように立ち上がった場合、ピエゾ素子７は（Ｂ）に破線で示してあるように変位し、ピエゾ素子７と摩擦結合されている支持棒４も破線で示してあるようにピエゾ素子７の変位に相当する長さＬだけ移動する。
【００２６】
次いで、鋸歯状波がＢ→Ｃのように立ち下がった場合、ピエゾ素子７は（Ｃ）に実線で示してあるように復位するのであるが、ピエゾ素子７と摩擦結合している支持棒４はスリップして、長さＬだけ移動した位置に留まることとなり、結局、その分だけ誘電体３を移動させたことになる。尚、支持棒４の動作方向を逆にするには、ピエゾ素子に印加する電圧を逆にすれば良い。
【００２７】
図４はシミュレーションを行った結果を表す線図であり、縦軸に共振周波数（ＧＨｚ）を、また、横軸に距離（ｍｍ）をそれぞれ採ってあり、誘電体ベース基板１から誘電体３までの距離を変えたときの共振周波数の変化を示している。
【００２８】
図からすると、誘電体３に単結晶ＬａＡｌＯ3 を用いた場合、共振周波数の約４％を制御可能であることを看取できよう。
【００２９】
図５は図１について説明した誘電体の上下機構の複数組を用いた超伝導チューナブルフィルターを表す要部切断側面図であり、図１に於いて用いた記号と同じ記号で指示した部分は同一或いは同効の部分を表すものとする。
【００３０】
図５に見られるように、誘電体３の上下機構を複数箇所に設置し、それぞれを独立に制御することで、誘電体３の高さ方向の角度ずれを精密に補正することができるので、共振周波数の制御を更に精密に実施することが可能になって、所望のフィルター特性を実現することができる。
【００３１】
前記各実施の形態に於いては、誘電体を上下させる機構として、ピエゾ素子に依るスティック・アンド・スリップ法を適用する場合について説明したが、これに限られず、例えば、ピエゾアクチュエータやピエゾモーターを用いることで、ピエゾ素子の変位を上下方向の運動に変えて誘電体を上下させても良い。
【００３２】
また、超伝導共振器パターン２の材料としてＹＢＣＯ薄膜を用いたが、この他に任意の酸化物超伝導材料を用いることができる。例えば、ＲＢＣＯ（Ｒ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ）系薄膜、即ち、Ｒ元素としてＹ（イットリウム）をＮｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏなどに代替した超伝導材料を用いたり、或いは、ＢＳＣＣＯ（Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ）系、ＰＢＳＣＣＯ（Ｐｂ−Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ）系、ＣＢＣＣＯ（Ｃｕ−Ｂａｐ−Ｃａｑ−Ｃｕｒ−Ｏｘ、１．５＜ｐ＜２．５、２．５＜ｑ＜３．５、３．５＜ｒ＜４．５）を超伝導材料に用いても良い。
【００３３】
更に、誘電体ベース基板１は、ＭｇＯ単結晶基板に限定されず、例えば、ＬａＡｌＯ3 基板、サファイア基板などを用いてもよい。
【００３４】
更にまた、誘電体３は、ＬａＡｌＯ3 単結晶に限定されず、単結晶のＳｒＴｉＯ3 、ＭｇＯ、ＮｄＧａＯ3 、ＬａＳｒＡｌＯ4 、ＬａＳｒＧａＯ4 、ＹＡｌＯ3 、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 、ＢａＢ2 Ｏ4 、ＹｂＯ4 、ＴｉＯ2 、ＣａＣＯ3 、ＫＴｉＯＰＯ4 、ＬｉＢ3 Ｏ5 、ＫＨ2 ＰＯ4 、ＬｉＩＯ3 、サファイアなどを用いることができ、また、多結晶材料を用いることもできる。
【００３５】
一般に、高周波フィルターに於けるフィルター帯域は、電極パターンの誤差、或いは、フィルタ実装方法の如何、などに依ってシフトすることが知られていて、通常、１０個のフィルタを製造して、そのうち９個は目標とする帯域のものが得られるが１個は外れてしまう。
【００３６】
そこで、前記説明した本発明のチューナブル機構を用いればフィルター帯域を補正することができるので、製造した高周波フィルターは、全て目標通りのフィルター帯域に於いて正常に使用することができ、また、フィルター帯域の選択のみでなく、通常のフィルターの補正にも有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ピエゾ素子を用いた超伝導チューナブルフィルターの一例を表す説明図である。
【図２】シミュレーションする場合のモデルを表す要部斜面図である。
【図３】ピエゾ素子と支持棒との動きを説明する為の超伝導チューナブルフィルターを表す要部説明図である。
【図４】シミュレーションを行った結果を表す線図である。
【図５】ピエゾ素子を用いた超伝導チューナブルフィルターの一例を表す説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  ＭｇＯからなる誘電体ベース基板
２  超伝導共振器パターン
３  誘電体
４  支持棒
５  信号入出力線
６  螺子
６Ａ  バネ
７  ピエゾ素子
８  金属パッケージ
９  グランド電極
【図１】
2008172652.tif 000003
【図２】
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【図３】
2008172652.tif 000005
【図４】
2008172652.tif 000006
【図５】
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