(57)【要約】【課題】簡単な構成でデュアルモードを発生させることができ、かつ安定してフィルタ特性を調整することが可能なバンドパスフィルタを提供する。【解決手段】バンドパスフィルタは、誘電体ベース基板（１１）と、前記誘電体ベース基板上に形成されるディスク型共振器（１２）と、前記誘電体ベース基板上の一部に、前記ディスク型共振器と同じ平面内で配置される誘電体ブロック（１５）と、を有する。【選択図】図１
2008278225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体ベース基板と、
前記誘電体ベース基板上に形成されるディスク型共振器と、
前記誘電体ベース基板上の一部に、前記ディスク型共振器と同じ平面内で配置される誘電体ブロックと、
を備えることを特徴とするバンドパスフィルタ。
【請求項２】
前記ディスク型共振器に対して互いに９０°の角度を成す位置に配置され、前記ディスク型共振器と電磁気的に結合する入力ポートおよび出力ポート、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のバンドパスフィルタ。
【請求項３】
前記誘電体ブロックは、前記ディスク型共振器の中心に対して前記入力ポートおよび出力ポートと反対側の位置で、前記入力ポートと前記ディスク型共振器の中心を結ぶ線分の延長線上と、前記出力ポートと前記中心とを結ぶ線分の延長線上とを除く位置に配置されることを特徴とする請求項２に記載のバンドパスフィルタ。
【請求項４】
前記誘電体ブロックは、前記ディスク共振器と一部オーバラップするように配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載のバンドパスフィルタ。
【請求項５】
前記誘電体ブロックの膜厚は、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のバンドパスフィルタ。
【請求項６】
前記誘電体ブロックの形状は、四角形のブロックであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のバンドパスフィルタ。
【請求項７】
前記誘電体ブロックは、ＳｒＴｉＯ3、ＴｉＯ2、ＣａＴｉＯ3、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3、又はＢｉ1.5Ｚｎ1Ｎｂ1.5Ｏ7で構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のバンドパスフィルタ。
【請求項８】
前記ディスク共振器は、超伝導材料で形成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のバンドパスフィルタ。
【請求項９】
前記入力ポートと出力ポートにそれぞれ接続される入力フィーダと出力フィーダをさらに有し、前記バンドパスフィルタは、前記入力フィーダおよび出力フィーダが同軸コネクタを介して外部に接続されるようにパッケージ内に収容されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のバンドパスフィルタ。
【請求項１０】
誘電体基板上に、ディスク共振器と、前記ディスク共振器に対して互いに９０°の角度を成して延びる入出力信号線路を形成し、
前記誘電体基板の一部を覆うサイズの誘電体ブロックを、前記ディスク共振器の中心に対して前記入力フィーダおよび出力フィーダと反対側で、かつ前記入出力信号線路の延長線以外の位置に配置する、
工程を含むことを特徴とするバンドパスフィルタの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信等の分野で用いられる高周波回路素子に関し、特に、所望の周波数のみを通過させる共振器を用いたバンドパスフィルタの構造と、その作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話の普及、発展に伴い、高速・大容量の伝送技術が不可欠になってきている。高速・大容量の通信を実現するために、広い周波数帯域を確保する必要があり、無線通信で用いる周波数帯が高周波の方向にシフトしている。そのため、移動通信の基地局用のフィルタとしても、高周波帯域において所望の周波数のみを効率よく通過させるバンドパスフィルタが必要となる。超伝導体は、高周波領域においても、通常の電気的良導体に比べて表面抵抗が非常に小さいので、低損失、高Ｑ値の共振器が期待でき、移動通信の基地局用のフィルタとして有望視されている。
【０００３】
送信フロントエンドで送信フィルタに超伝導共振器を用いる場合、高いＲＦパワーの入力に伴う損失の増大を防止するために、ストリップ型の共振器パターンに代えて、円形（ディスク）の共振器パターンを用いることが提案されている。円形パターンでは、マイクロストリップラインのエッジやコーナー部分に生じやすい電流密度の集中を緩和することができるからである。
【０００４】
ディスク共振器へ信号を供給して、共振周波数に応じた信号を取り出す際に、入出力ポート（信号入出力線路）をディスク共振器に対して直交するように配置し、デュアルモードを発生させると、ディスク共振器に対して１８０°に配置する場合と比較して、急峻なフィルタ特性が得られる。ディスク共振器にノッチを入れることで、共振器をデュアルモードで動作させることができるが、ノッチ部分への電流密度の集中が増大するために、フィルタの耐電力が低下するという問題があった。
【０００５】
この問題を解決するために、ディスク共振器に円形（アーチ状）のノッチを設けることによって電流集中を抑制する方法や（たとえば、特許文献１参照）、ディスク共振器上に誘電体を配置し、さらに誘電体上にデュアルモード発生用の導体パターンを配置して、電流集中を回避しつつデュアルモードを発生させる方法（たとえば、特許文献２参照）が提案されている。
【特許文献１】特開２００６−１０１１８７号公報
【特許文献２】特開２００６−１１５４１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２の方法では、ディスク共振器上の全面に誘電体を配置する必要があるが、誘電体を配置する際に、誘電体とディスク型の共振器パターンとの間にわずかなギャップがあってもフィルタ特性に変動が生じるため、調整が複雑になるという問題がある。
【０００７】
そこで、簡単な構成でデュアルモードを発生させることができ、かつ安定してフィルタ特性を調整することが可能なバンドパスフィルタを提供することを課題とする。また、そのようなバンドパスフィルタの調整方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を実現するために、本発明の第１の側面では、バンドパスフィルタは、
（ａ）誘電体ベース基板と、
（ｂ）前記誘電体ベース基板上に形成されるディスク型共振器と、
（ｃ）前記誘電体ベース基板上の一部に、前記ディスク型共振器と同じ平面内で配置される誘電体ブロックと、
を備える。
【０００９】
好ましい構成例として、バンドパスフィルタは、前記ディスク型共振器に対して互いに９０°の角度を成す位置に配置され、ディスク型共振器と電磁気的に結合する入力ポートおよび出力ポート、をさらに備える。
【００１０】
前記誘電体ブロックは、たとえば、ディスク型共振器の中心に対して入力ポートおよび出力ポートの反対側で、かつ入力ポートとディスク型共振器の中心を結ぶ線分の延長線上および出力ポートとディスク型共振器の中心を結ぶ線分の延長線上を除く位置に配置される。好ましい構成例では、誘電体ブロックは、ディスク共振器と一部オーバラップするように配置される。
【００１１】
第２の側面では、バンドパスフィルタの作製方法を提供する。この方法は、
（ａ）誘電体基板上に、ディスク共振器と、前記ディスク共振器に対して互いに９０°の角度を成して延びる入出力線路を形成し、
（ｂ）前記誘電体基板の一部を覆うサイズの誘電体ブロックを、前記ディスク型共振器の中心に対して前記入出力線路と反対側、かつ入出力線路の延長線以外の位置に配置する、
工程を含む。
【発明の効果】
【００１２】
上記の構成および方法によれば、簡易な構成でデュアルモードを発生させ、帯域遮断特性の良いバンドパスフィルタを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下で、添付図面を参照して、本発明の良好な実施形態を説明する。図１（ａ）および図１（ｂ）は、それぞれ本発明の一実施形態に係るバンドパスフィルタ１０の上面図と側面図である。バンドパスフィルタ１０は、誘電体ベース基板１１上に配置されるディスク共振器１２と、ディスク共振器１２に対して互いに９０°の角度を成して配置される入力ポート１４ａおよび出力ポート１４ｂと、これらの入出力ポート１４ａ、１４ｂにそれぞれ接続される入力フィーダ１３ａおよび出力フィーダ１３ｂと、誘電体ベース基板１１の上面の一部のみに配置される誘電体ブロック１５を含む。入出力ポート１４ａ、１４ｂはラッパ状に拡がって、ディスク共振器１２と対向し、ディスク共振器１２と電磁気的に結合する。入力フィーダ１３ａと入力ポート１４ａで入力信号線路１７ａを構成し、出力フィーダ１３ａと出力ポート１４ａで出力信号線路１７ｂを構成する。ディスク共振器１２と入出力信号線路１７ａ、１７ｂは、たとえば超伝導材料で形成されるが、良導体で形成されてもよい。
【００１４】
誘電体ベース基板１１は、たとえばＭｇＯ基板であり、裏面には、全面にグランド膜１６が形成されている。誘電体ベース基板１１の上面の一部に置かれる誘電体ブロック１５は、たとえばＳＴＯブロックである。
【００１５】
このようなバンドパスフィルタを作製するには、例えば、厚さ０．５ｍｍのＭｇＯ（１００）基板１１の両面に、膜厚５００ｎｍのＹＢＣＯ薄膜（組成はＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ6+X）をＰＬＤ（pulsed laser deposition）法等により形成する。一方の面をグランド膜１６とする。もう一方の面に、フォトリソグラフィーにより所定のパターンのレジスト膜（不図示）を形成し、Ａｒミリング（ドライエッチング）により、ＹＢＣＯ膜をディスク共振器１２と、入出力信号線路１７ａ、１７ｂの形状にパターニングした後、レジストをリムーバにより除去する。一例として、５ＧＨｚ帯のバンドパスフィルタを作製する場合には、ディスク共振器１２の直径は１１ｍｍとなる。入出力ポート１４ａ、１４ｂの端部と、ディスク共振器１２との間の距離は、たとえば、１００μｍである。
【００１６】
一方、厚さ０．５ｍｍのＳＴＯ（１００）基板を、ダイシングソーを用いて２．１ｍｍ角に切断して、ＳＴＯブロック１５を作製する。ＳＴＯブロック１５を、入出力フィーダ１３ａ、１３ｂの延長線の各々から４５度回転した位置で、ディスク共振器１２の円周近傍に配置する。図１の例では、ＳＴＯブロック１５は、ディスク共振器１２のやや外側に位置するが、作製例では、ディスク共振器１２の円周上に、０．１ｍｍオーバラップして配置する。
【００１７】
図２に、図１のバンドパスフィルタの実装例を示す。図２（ａ）はパッケージ内に収容されたバンドパスフィルタの斜視図、図２（ｂ）は、パッケージを冷却装置の断熱真空容器内にセットした状態を示す概略図である。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、バンドパスフィルタ１０をフィルタパッケージ４０に入れ、入出力フィーダ１３ａ、１３ｂが接続される接続電極４５と、同軸コネクタ４１の中心導体（不図示）とを接続する。フィルタパッケージ４０は、たとえば、表面を金めっきされた銅シールドケースである。この際の接合方法は、超音波熱圧着によるワイヤボンディング、テープボンディング、はんだ接合等、任意の方法を用いることができる。同軸コネクタ４１と接続電極４５の接続がとれると、パッケージ蓋（不図示）をかぶせて密閉する。フィルタリングされる信号は、同軸コネクタ４１に接続される同軸ケーブル（図２（ｂ）参照）からバンドパスフィルタ１０に入力され、フィルタ出力は、出力側の同軸ケーブルへと取り出される。
【００１９】
バンドパスフィルタの共振器１２を超伝導材料で形成する場合は、パッケージされたバンドパスフィルタを、図２（ｂ）に示すように冷却装置内に保持する。より具体的には、冷却装置の断熱真空容器５０内のコールドプレート５１上にパッケージ４０をセットし、１０Ｐａ〜３Ｐａまで真空引きした後、所定の温度（たとえば７０Ｋ）まで冷却する。冷却は、冷凍機膨張部５５と冷凍機圧縮部５６を組み合わせて行う。
【００２０】
パッケージ４０の同軸コネクタ４１と、断熱真空容器５０のハーメチック同軸コネクタ５８との間を、同軸ケーブル５４で接続して、断熱真空容器５０の外部と信号の入出力を行う。
【００２１】
図３は、このようにして作製されたバンドパスフィルタのフィルタ特性の電磁界シミュレーション結果のグラフである。点線は、ＳＴＯブロック１５を置かない場合のＳ１１特性とＳ２１特性、実線は、ＳＴＯブロック１５をディスク共振器１２の円周に一部オーバラップさせて配置したときのＳ１１特性とＳ２１特性である。
【００２２】
ＳＴＯブロック１５がない場合には、入出力間の結合が得られていないが、ＳＴＯブロック１５を配置することによって、デュアルモードが生じ、良好なバンドパスフィルタ特性が得られることが分かる。
【００２３】
次に、誘電体ブロック１５の形状と配置について説明する。図４は、ディスク共振器１２と誘電体ブロック１５の位置関係を示す図である。ディスク共振器１２の入出力フィーダ１３ａ、１３ｂの各延長線から４５度回転した線分上で、誘電体ブロック１５の位置を半径方向に変化させる。ディスク共振器１２の端面（円周）への接線位置を０として、この接線位置に対して、誘電体ブロック１５のディスク共振器１２と対向する端面１５ｓの距離を変えて、各位置でのフィルタ特性を測定する。ディスク共振器１２から離れる方向を正の方向とし、ディスク共振器１２の内部にオーバラップする方向を負の方向とする。
【００２４】
図５は、誘電体ブロック１５の配置位置に応じたフィルタ特性の変化を示すグラフである。グラフでは、ディスク共振器１２の端部から０．７４ｍｍ外側に離れた位置からスタートし、接線上の位置（０ｍｍ）を経て、共振器１２の内側へ徐々にオーバラップ量を増大させている。この測定結果から、誘電体ブロック１５の配置位置を変えると、基本の共振周波数を変化させずに、もう一方の共振周波数を低周波側へシフトさせることができるとわかる。したがって、設計で誘電体ブロック１５の配置位置を制御することにより、所望のデュアルモードフィルタ特性が得られる。たとえば、図５の実線で示すように、誘電体ブロック１５とディスク共振器１２のオーバラップ量が−０．１ｍｍのときに、帯域内が約−１ｄＢで平坦な特性が得られる。
【００２５】
図６は、誘電体ブロック１５の膜厚とフィルタ特性の関係を示すグラフである。誘電体ブロック１５の厚さを１ｍｍから０．１ｍｍまで変化させたところ、膜厚が０．１ｍｍで多少特性の変化が見られるが、誘電体ブロック１５の膜厚の変化に対するフィルタ特性の変化は小さい。すなわち、ＭｇＯベース基板１１上に置かれる誘電体ブロック１５の厚さは、フィルタ特性にさほど影響しないことがわかる。
【００２６】
図７は、誘電体ブロック１５の誘電率とフィルタ特性の関係を示すグラフである。誘電体ブロック１５の配置位置を−０．１ｍｍとし（０．１ｍｍだけディスク共振器１２の内側へオーバラップする位置）、誘電体ブロックの誘電率を３００から１０まで変化させたところ、誘電率の変化に応じて、帯域幅や中心周波数はある程度変化するが、デュアルモード発生状態には、ほとんど影響しない。すなわち、デュアルモード発生状態は、誘電率への依存性が小さく、誘電率が３００から１００の間の任意の誘電体ブロックを配置して、デュアルモードを発生させることができる。
【００２７】
図８（ａ）および図８（ｂ）は、誘電体ブロック１５のサイズとフィルタ特性の関係を示すグラフである。誘電体ブロック１５の厚さを０．５ｍｍとし、その配置位置を−０．１ｍｍの位置に設定して、誘電体ブロック１５のサイズを（1.0 mm）×（1.0 mm）から（3.0 mm）×（3.0 mm）へ変化させたときの、フィルタ特性の変化を示す。図８（ｂ）は、図８（ａ）のグラフのサークルで囲んだ領域Ａの拡大図である。誘電体ブロックのサイズが大きくなるにつれ、結合が強くなることがわかる。すなわち、誘電体ブロック１５のサイズによって、デュアルモードの結合係数を調整できることがわかる。
【００２８】
図９は、誘電体ブロック１５の形状とフィルタ特性の関係を示すグラフである。点線が平面形状円形（直径２．１ｍｍ）の誘電体ブロックのフィルタ特性、実線が、平面形状が正方形（一辺２．１ｍｍ）の誘電体ブロックのフィルタ特性である。誘電体ブロック１５としては、円形ブロックよりも正方形ブロックのほうが良好なフィルタ特性が得られる。
【００２９】
以上のことから、誘電体ブロック１５の厚さと誘電率は、デュアルモード発生状態（結合の強弱）にさほど影響はしないが、誘電体ブロック１５の配置位置、サイズ、形状によって、デュアルモードの結合係数を所望の値に調整することが可能となる。
【００３０】
特に、５ＧＨｚ帯用に直径１１ｍｍのディスク共振器１２を用い、入出力ポート１４ａ、１４ｂを９０°の角度で配置したバンドパスフィルタでは、誘電率が５０〜３００、膜厚が０．１ｍｍ〜１ｍｍ、サイズが2.0mm角〜2.4mm角の誘電体ブロック１５を、ディスク共振器に一部オーバラップするように配置することで、デュアルモードを発生させ、帯域遮断特性の良好なバンドパスフィルタが実現される。
【００３１】
なお、実施形態では、誘電体ブロック１５を入出力フィーダ１３ａ、１３ｂのそれぞれの延長線の間の中心線（すなわち、各延長線から４５°回転した位置）に誘電体ブロック１５を配置したが、ディスク共振器１２に対して入出力ポート１４ａ、１４ｂと反対側、かつ入出力フィーダ１３ａ、１３ｂの延長線上（入力ポート１４ａおよび出力ポート１４ｂとディスク中心とを結ぶ各線分の延長線上）を除く位置であれば、任意の位置に配置することができる。
【００３２】
実施形態では、誘電体ブロック１５にＳＴＯ（すなわちＳｒＴｉＯ3）を用いたが、、ＴｉＯ2、ＣａＴｉＯ3、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3（「ＢＳＴ」と称する）、Ｂｉ1.5Ｚｎ1Ｎｂ1.5Ｏ7（「ＢＺＮ」と称する）等を好適に用いることができる。
【００３３】
また、ディスク共振器１２は、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ6+Xに代えて、ＲＢＣＯ（Ｒ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ；Ｒ元素としてＮｄ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｈｏを用いる）、ＢＳＣＣＯ（Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ）、ＰＢＳＣＣＯ（Ｐｂ−Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ）、ＣＢＣＣＯ（Ｃｕ−Ｂａp−Ｃａq−Ｃｕr−Ｏx、1.5<ｐ<2.5、2.5<ｑ<3.5、3.5<ｒ<4.5）等で形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係るバンドパスフィルタの概略構成図である。
【図２】図１のバンドパスフィルタの実装例を示す概略図である。
【図３】誘電体ブロックを配置した実施形態のバンドパスフィルタのフィルタ特性を、誘電体ブロックを配置しないバンドパスフィルタのフィルタ特性と比較して示すグラフである。
【図４】ディスク共振器と誘電体ブロックの位置関係を説明するための図である。
【図５】誘電体ブロックの配置位置とフィルタ特性の関係を示すグラフである。
【図６】誘電体ブロックの膜厚とフィルタ特性の関係を示すグラフである。
【図７】誘電体ブロックの誘電率とフィルタ特性の関係を示すグラフである。
【図８】誘電体ブロックのサイズとフィルタ特性の関係を示すグラフである。
【図９】誘電体ブロックの形状とフィルタ特性の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１０  バンドパスフィルタ
１１  誘電体ベース基板
１２  ディスク共振器
１３ａ  入力フィーダ
１３ｂ  出力フィーダ
１４ａ  入力ポート
１４ｂ  出力ポート
１５  誘電体ブロック
１６  グランド膜
１７ａ、１７ｂ  入出力信号線路
【図１】
2008278225.tif 000003
【図２】
2008278225.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008278225.tif 000008
【図７】
2008278225.tif 000009
【図８】
2008278225.tif 000010
【図９】
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