(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数にて共振する２以上の共振器と、
前記２以上の共振器のうち２つの共振器を結合する結合線路と、を備え、
前記結合線路は、一端と他端との間にループ形状の線路を含み、前記ループ形状の線路に、前記結合線路の電気長を変化させる電気長可変部が設けられており、
前記ループ形状の線路は、前記結合線路の一端から他端に至るまでに二方向に分岐して合流する第１の線路および第２の線路を含み、
前記電気長可変部は、前記第１の線路に設けられ、前記第１の線路の電気長を変化させる第１の電気長可変部と、前記第２の線路に設けられ、前記第２の線路の電気長を変化させる第２の電気長可変部とを含む、
フィルタ装置。
【請求項２】
前記第１の線路の電気長と前記第２の線路の電気長との関係を変更することで、前記フィルタ装置の通過帯域の帯域幅および／または通過帯域の中心周波数を変化させる制御部を備える、
請求項１に記載のフィルタ装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１の線路の電気長と前記第２の線路の電気長との和が前記２以上の共振器の共振周波数に関係する周波数において波長の１／２の電気長に維持した状態で、前記第１の線路の電気長と前記第２の線路の電気長とを変更することで、前記フィルタ装置の通過帯域の中心周波数を変化させずに、前記フィルタ装置の通過帯域の帯域幅を変化させる、
請求項２に記載のフィルタ装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記第１の線路の電気長と前記第２の線路の電気長とを所定の制御ライン上で変更することで、前記フィルタ装置の通過帯域の帯域幅を変化させずに、前記フィルタ装置の通過帯域の中心周波数を変化させる、
請求項２に記載のフィルタ装置。
【請求項５】
所定の周波数にて共振する２以上の共振器と、
前記２以上の共振器のうち２つの共振器を結合する結合線路と、を備え、
前記結合線路は、一端と他端との間にループ形状の線路を含み、前記ループ形状の線路に、前記結合線路の電気長を変化させる電気長可変部が設けられており、
前記電気長可変部は、信号入力端と信号出力端との間に接続された第１の１／４波長線路と、前記第１の１／４波長線路から分岐した２本の第２の１／４波長線路および第３の１／４波長線路と、前記第２の１／４波長線路と前記第３の１／４波長線路とを接続する第４の１／４波長線路とを含み、前記第２の１／４波長線路と前記第４の１／４波長線路の接続点に接続された第１の容量可変素子と、前記第３の１／４波長線路と前記第４の１／４波長線路の接続点に接続された第２の容量可変素子と、を含み、前記第１の容量可変素子の静電容量および前記第２の容量可変素子の静電容量を変化させる、
フィルタ装置。
【請求項６】
前記電気長可変部は、静電容量を変更可能な容量可変素子を含み、前記静電容量が変更されることで電気長が変更される、
請求項１から５のうちいずれか１項に記載のフィルタ装置。
【請求項７】
所定の周波数にて共振する２以上の共振器と、
前記２以上の共振器のうち２つの共振器を結合する結合線路と、を備え、
前記結合線路は、一端と他端との間にループ形状の線路を含み、前記ループ形状の線路に、前記結合線路の電気長を変化させる電気長可変部が設けられており、
前記ループ形状の線路は、前記結合線路の一端から他端に至るまでに二方向に分岐して合流する第１の線路および第２の線路を含み、
前記電気長可変部は、前記第１の線路に設けられ、前記第１の線路の電気長を変化させる第１の電気長可変部と、前記第２の線路に設けられ、前記第２の線路の電気長を変化させる第２の電気長可変部とを含む、
移相器。
【請求項８】
前記電気長可変部の電気長が変更されることで、前記移相器に入力された信号の位相と前記移相器から出力する信号の位相との差が変化する、
請求項７に記載の移相器。
【請求項９】
アンテナ素子に電磁波を搬送させる送信信号を供給する送信回路と、前記アンテナ素子に到来した電磁波に基づいて生成された受信信号を処理する受信回路と、の少なくとも一つの信号処理回路と、
前記信号処理回路に備えられるフィルタ回路と、を備え、
前記フィルタ回路は、
所定の周波数にて共振する２以上の共振器と、
前記２以上の共振器のうち２つの共振器を結合する結合線路と、を備え、
前記結合線路は、一端と他端との間にループ形状の線路を含み、前記ループ形状の線路に、前記結合線路の電気長を変化させる電気長可変部が設けられており、
前記ループ形状の線路は、前記結合線路の一端から他端に至るまでに二方向に分岐して合流する第１の線路および第２の線路を含み、
前記電気長可変部は、前記第１の線路に設けられ、前記第１の線路の電気長を変化させる第１の電気長可変部と、前記第２の線路に設けられ、前記第２の線路の電気長を変化させる第２の電気長可変部とを含む、
アンテナ装置。
【請求項１０】
アンテナ素子に電磁波を搬送させる送信信号を供給する送信回路と、前記アンテナ素子に到来した電磁波に基づいて生成された受信信号を処理する受信回路と、の少なくとも一つの信号処理回路と、
前記信号処理回路に備えられる移相器とを備え、
前記移相器は、
所定の周波数にて共振する２以上の共振器と、
前記２以上の共振器のうち２つの共振器を結合する結合線路と、を備え、
前記結合線路は、一端と他端との間にループ形状の線路を含み、前記ループ形状の線路に、前記結合線路の電気長を変化させる電気長可変部が設けられており、
前記ループ形状の線路は、前記結合線路の一端から他端に至るまでに二方向に分岐して合流する第１の線路および第２の線路を含み、
前記電気長可変部は、前記第１の線路に設けられ、前記第１の線路の電気長を変化させる第１の電気長可変部と、前記第２の線路に設けられ、前記第２の線路の電気長を変化させる第２の電気長可変部とを含む、
アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、フィルタ装置、移相器、およびアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
信号のうち所望の周波数帯域の信号を通過させるフィルタ装置が知られている。フィルタ装置には、複数の共振器と、共振器同士を結合する線路とを備えるものがある。この種のフィルタ装置では、当該フィルタ装置の通過帯域の帯域幅または通過帯域の中心周波数などのフィルタ特性を変化させる場合、信号の損失が大きくなる場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１４４３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、信号の損失を抑制することができるフィルタ装置、移相器、およびアンテナ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態のフィルタ装置は、２以上の共振器と、結合線路と、を持つ。前記２以上の共振器は、高周波で励振された場合に所定の周波数にて共振する。前記結合線路は、前記２以上の共振器のうち２つの共振器を電磁界結合させる。実施形態のフィルタ装置において、前記結合線路は、一端と他端との間にループ形状の線路を含み、前記ループ形状の線路に、前記結合線路の電気長を変化させる電気長可変部が設けられている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態のフィルタ装置１の一例を示す図。
【図２】電気長可変部２６の一例を示す図。
【図３】電気長可変部２６の他の一例を示す図。
【図４】第１の実施形態のフィルタ装置１において各部同士を電磁界結合させた結合部の一例を示す図。
【図５】第１の実施形態のフィルタ装置１の一例を示す図。
【図６】第１の実施形態のフィルタ装置１の他の一例を示す図。
【図７】第１の実施形態のフィルタ装置１における通過特性および反射特性の一例を示す図。
【図８】第１の実施形態において、電気長可変部２６により変化させた線路部２２の電気長と第１の半波長共振器１０Ａと第２の半波長共振器１０Ｂとの間の結合係数との関係の一例を示す図。
【図９】第１の実施形態において、電気長可変部２６により変化させた線路部２２の電気長とフィルタ装置１の通過帯域の中心周波数の変化量との関係の一例を示す図。
【図１０】第１の比較例のチューナブルフィルタを示す図。
【図１１】第１の比較例のチューナブルフィルタにおける通過特性および反射特性の一例を示す図。
【図１２】第２の比較例のチューナブルフィルタを示す図。
【図１３】第２の比較例のチューナブルフィルタにおいて、電気長可変部ＰＳにより変化させた線路部Ｌ１１の電気長と第１の半波長共振器Ｒ１１と第２の半波長共振器Ｒ１２との間の結合係数との関係を示す図。
【図１４】第２の比較例のチューナブルフィルタにおいて、電気長可変部ＰＳにより変化させた線路部Ｌ１１の電気長とフィルタ装置の通過帯域の中心周波数の変化量との関係を示す図。
【図１５】第２の実施形態のフィルタ装置１Ａの一例を示す図。
【図１６】第２の実施形態において、第１の線路部２２の電気長Ｌ−１と、第２の線路部２４の電気長Ｌ−２と、第１の半波長共振器１０Ａと第２の半波長共振器１０Ｂとの間の結合係数との関係を示す図。
【図１７】第２の実施形態において、第１の線路部２２の電気長Ｌ−１と、第２の線路部２４の電気長Ｌ−２と、フィルタ装置１における通過帯域の中心周波数との関係を示す図。
【図１８】第２の実施形態において、第１の線路部２２の電気長Ｌ−１を変化させた場合の第１の半波長共振器１０Ａと第２の半波長共振器１０Ｂとの間の結合係数の変化を示す図。
【図１９】第２の実施形態において、第１の電気長可変部２６Ａにより変化させた線路部２２の電気長とフィルタ装置１Ａの通過帯域の中心周波数の変化量との関係の一例を示す図。
【図２０】第１の変形例における電気長可変部を示す図。
【図２１】第１の変形例のフィルタ装置１における周波数と通過特性との関係を示す図。
【図２２】第２の変形例における電気長可変部を示す図。
【図２３】第２の変形例のフィルタ装置１における周波数と通過特性との関係を示す図。
【図２４】第３の実施形態の移相器３００の一例を示す図。
【図２５】第３の実施形態において、線路部２２の電気長を１８０度とした場合の周波数に対するフィルタの通過特性およびフィルタの入出力間の位相差を表す図。
【図２６】第３の実施形態において、線路部２２の電気長を０度とした場合の周波数に対するフィルタの通過特性およびフィルタの入出力間の位相差を表す図。
【図２７】第４の実施形態のアンテナ装置４００の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態のフィルタ装置、移相器、およびアンテナ装置を、図面を参照して説明する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態のフィルタ装置１の一例を示す図である。フィルタ装置１は、例えば、第１の半波長共振器１０Ａおよび第２の半波長共振器１０Ｂと、結合線路２０と、第１の結合部３０Ａおよび第２の結合部３０Ｂと、入力側結合部４０と、出力側結合部５０と、入力ポート６０と、出力ポート７０と、制御部８０とを含む。図１に示したフィルタ装置１は、２個の共振器を備える２段のバンドパスフィルタである。
【０００９】
第１の半波長共振器１０Ａは、所定の共振周波数の信号が供給された場合に共振する。第２の半波長共振器１０Ｂは、第２の半波長共振器１０Ｂと同じ共振周波数に設定されている。第１の半波長共振器１０Ａおよび第２の半波長共振器１０Ｂの共振周波数は、フィルタ装置１の中心周波数と関係する。
【００１０】
第１の半波長共振器１０Ａは、第１の結合部３０Ａ、結合線路２０、および第２の結合部３０Ｂを介して、第２の半波長共振器１０Ｂと結合している。このように電磁界結合した第１の半波長共振器１０Ａと第２の半波長共振器１０Ｂから成る共振器対は、入力結合部４０を介して入力ポート６０に接続されている、また、第１の半波長共振器１０Ａと第２の半波長共振器１０Ｂから成る共振器対は、出力結合部５０を介して出力ポート７０に接続されている。それぞれの結合部（３０Ａ，３０Ｂ、４０、５０）の結合強度、共振器（１０Ａ，１０Ｂ）の共振周波数、結合線路（２０）の電気長に応じて、フィルタ装置１のフィルタ周波数特性が決まる。入力ポート６０から出力ポート７０へは、このフィルタ周波数特性に従って信号が伝搬される。
【００１１】
結合線路２０は、例えば、第１の線路部２２と、第２の線路部２４とを含む。第１の線路部２２は、第１の線路２２ａと、電気長可変部２６とを含む。
【００１２】
第１の線路２２ａおよび第２の線路部２４は、結合線路２０の一端から他端に至るまでに二方向に分岐して合流する２本の線路である。第１の線路２２ａは、一方の端部が第１の結合部３０Ａに接続されている。第１の線路２２ａは、他方の端部が第２の結合部３０Ｂに接続されている。また、第２の線路部２４は、一方の端部が第１の結合部３０Ａに接続されている。第２の線路部２４は、他方の端部が第２の結合部３０Ｂに接続されている。これにより、第１の線路２２ａおよび第２の線路部２４は、結合線路２０の一端と他端との間にループ形状の線路を形成している。
【００１３】
なお、第１の実施形態において、結合線路２０は、第１の線路２２ａおよび第２の線路部２４から成る２本の線路を備えるが、これに限定されない。結合線路２０は、第１の結合部３０Ａから分岐すると共に第２の結合部３０Ｂに対して１つに接続される３本以上の線路を備えてよい。
【００１４】
電気長可変部２６は、第１の線路２２ａの途中に設けられている。図２および図３は、電気長可変部２６の一例を示す図である。図２に示す電気長可変部２６は、第１の線路２２ａの一方端および他方端にそれぞれ接続されたスイッチ２６ａおよび２６ｂと、スイッチ２６ａおよび２６ｂの間に設けられた長さの異なる複数の線路２６ｃ、２６ｄ、および２６ｅとを含む。図３に示す電気長可変部２６は、第１の線路２２ａの一方端に接続された長さの異なる複数の線路２６ｆ、２６ｇ、および２６ｈと、線路２６ｆ、２６ｇ、および２６ｈおよび第１の線路２２ａの他方端に接続されたスイッチ２６ｉとを含む。
【００１５】
電気長可変部２６には、制御部８０から制御信号が供給されることでスイッチを制御し、線路部２２を長さの異なる複数の線路のいずれかに接続させることで、第１の線路部２２の電気長を制御する。これにより、電気長可変部２６は、第１の線路部２２の一方の端部と他方の端部と間の位相差を変化させる。第２の線路部２４には、電気長可変部２６が設けられていない。したがって、第２の線路部２４の電気長は固定されている。
【００１６】
なお、電気長可変部２６は、図２および図３に示したように、長さの異なる複数の線路およびスイッチを備えるものであってよいが、これに限定されない。電気長可変部２６は、機械的スイッチに代えて半導体スイッチ等の電気的なスイッチを用いてもよく、複数の物理長の異なる線路を切り替える代わりに、誘電率の異なる複数の基板上に設けた物理長の同じ線路を切り替えることで電気長を変化させても良い。
【００１７】
第１の結合部３０Ａは、第１の半波長共振器１０Ａと結合線路２０とを結合する。第１の結合部３０Ａは、第１の半波長共振器１０Ａと結合線路２０とを直接接続、電界結合、磁界結合、または電磁界結合させる回路を含む。
【００１８】
第２の結合部３０Ｂは、結合線路２０と第２の半波長共振器１０Ｂとを結合する。第２の結合部３０Ｂは、結合線路２０と第２の半波長共振器１０Ｂとを直接接続、電界結合、磁界結合、または電磁界結合させる回路を含む。
【００１９】
入力側結合部４０は、入力ポート６０と第１の半波長共振器１０Ａとを結合する。入力側結合部４０は、入力ポート６０と第１の半波長共振器１０Ａとを直接接続、電界結合、磁界結合、または電磁界結合させる回路を含む。
【００２０】
出力側結合部５０は、第２の半波長共振器１０Ｂと出力ポート７０とを結合する。出力側結合部５０は、第２の半波長共振器１０Ｂと出力ポート７０とを直接接続、電界結合、磁界結合、または電磁界結合させる回路を含む。
【００２１】
図４は、第１の実施形態のフィルタ装置１において各部同士を電界結合させた結合部の一例を示す図である。電界結合部３２Ａ、３２Ｂ、４２、および５２は、例えば、キャパシタをπ型に配置したπ型回路で表される。電界結合部３２Ａ、３２Ｂ、４２、および５２は、π型回路を介して各部同士を電界結合させる。図４に示したフィルタ装置１は、それぞれの結合部（３２Ａ，３２Ｂ、４２、５２）の結合強度、共振器（１０Ａ，１０Ｂ）の共振周波数、結合線路２０の電気長に応じて、フィルタ装置１のフィルタ周波数特性が決まる。この結果、入力ポート６０から出力ポート７０へは、決められたフィルタ周波数特性に従って信号が伝搬される。
【００２２】
制御部８０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサがプログラムメモリに格納されたプログラムを実行することにより実現される。また、制御部８０のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアにより実現されてもよい。制御部８０は、電気長可変部２６に制御信号を出力することで、第１の線路部２２の電気長を変化させる。
【００２３】
図５は、第１の実施形態のフィルタ装置１の一例を示す図である。フィルタ装置１は、誘電体基板１００上に、第１の半波長共振器１０Ａと、第２の半波長共振器１０Ｂと、結合線路２０と、電磁界結合部３２Ａ、３２Ｂ、４２、および５２と、入力線路６０ａと、出力線路７０ａとが形成されている。図５は、フィルタ装置１の一例として、マイクロストリップライン構造の平面フィルタを示す。
【００２４】
誘電体基板１００の上面（＋Ｚ方向側）には、平面フィルタを形成するための線路パターンが導体材料で形成される。誘電体基板１００の下面（−Ｚ方向側）には、下面全体に導体材料でグランドプレーン（不図示）が形成されている。線路パターンは、例えば、薄膜の導電体である。線路パターンの全部または一部は、例えば、所定温度以下において超伝導状態となる超伝導材料を含んでいてもよい。
【００２５】
第１の半波長共振器１０Ａは、所定の共振周波数で共振するヘアピン型の半波長共振器を実現する薄膜導体のパターンである。所定の共振周波数は、例えば、１０ＧＨｚである。第２の半波長共振器１０Ｂは、第１の半波長共振器１０Ａと同じ共振周波数で共振するヘアピン型の半波長共振器を実現する薄膜導体のパターンである。
【００２６】
第１の半波長共振器１０Ａと第２の半波長共振器１０ＢとのＸ方向における間には、結合線路２０として、電気長可変部２６が途中に設けられた第１の線路部２２および第２の線路部２４が形成されている。第１の線路部２２は、Ｘ方向に延伸した線路と、Ｘ方向に延伸した線路の両端部から−Ｙ方向に延伸して第２の線路部２４に接続する線路とを含む。これにより、第１の線路部２２と第２の線路部２４とは、Ｙ方向において並列して接続されている。これにより、結合線路２０は、第１の線路部２２における第１の線路２２ａおよび第２の線路部２４を含むループ形状の線路を形成している。
【００２７】
第１の線路部２２および第２の線路部２４の第１の半波長共振器１０Ａ側の端部が接続された点Ｐ１には、電界結合形成用導体３２ａが接続されている。電界結合形成用導体３２ａは、Ｘ方向において第１の半波長共振器１０Ａとの間のギャップを介して対向するＬ字型の線路である。ギャップ形成用導体３２ａと第１の半波長共振器１０Ａとの間のギャップを介した結合により、電磁界結合部３２Ａが実現される。半波長共振器１０Ａと電界結合形成用導体３２ａがギャップを介して対向することでキャパシタを形成し、第１の半波長共振器１０Ａと結合線路２０とは所定の強さで電界結合する。
【００２８】
第１の線路部２２および第２の線路部２４の第２の半波長共振器１０Ｂ側の端部が接続された点Ｐ２には、電界結合形成用導体３２ｂが接続されている。電界結合形成用導体３２ｂは、Ｘ方向において第２の半波長共振器１０Ｂとの間のギャップを介して対向するＬ字型の線路である。ギャップ形成用導体３２ｂと第２の半波長共振器１０Ｂとの間のギャップを介した結合により、電磁界結合部３２Ｂが実現される。半波長共振器１０Ａと電界結合形成用導体３２ａがギャップを介して対向することでキャパシタを形成し、結合線路２０と第２の半波長共振器１０Ｂとは所定の強さで電界結合する。
【００２９】
第１の半波長共振器１０Ａと電界結合形成用導体３２ａとの間のギャップの広さおよび対向しているＹ方向の長さにより、第１の半波長共振器１０Ａと結合線路２０との間の結合係数が決まる。第１の半波長共振器１０Ａと電界結合形成用導体３２ａとの間のギャップの広さおよび対向しているＹ方向の長さを調整することにより、第１の半波長共振器１０Ａと結合線路２０との間の結合係数を調整することができる。電界結合形成用導体３２ｂと第２の半波長共振器１０Ｂとの間のギャップの広さおよび対向しているＹ方向の長さにより、結合線路２０と第２の半波長共振器１０Ｂとの間の結合係数が決まる。電界結合形成用導体３２ｂと第２の半波長共振器１０Ｂとの間のギャップの広さおよび対向しているＹ方向の長さを調整することにより、結合線路２０と第２の半波長共振器１０Ｂとの間の結合係数を調整することができる。
【００３０】
第１の半波長共振器１０Ａと第２の半波長共振器１０Ｂとの間の結合係数は、第１の半波長共振器１０Ａと結合線路２０との間の結合係数と、結合線路２０と第２の半波長共振器１０Ｂとの間の結合係数と、結合線路２０の電気長とにより決まる。第１の半波長共振器１０Ａと結合線路２０との間の結合係数と、結合線路２０と第２の半波長共振器１０Ｂとの間の結合係数と、結合線路２０の電気長とを調整することで、第１の半波長共振器１０Ａと第２の半波長共振器１０Ｂとの間の結合係数を調整することができる。
【００３１】
入力線路６０ａは、例えば、５０Ωの線路である。なお、入力線路６０ａは、フィルタ装置１に信号を供給する外部装置とインピーダンスの整合がとれていることが望ましい。入力側線路６０ａは、一方（−Ｘ側）の端部が入力ポート６０に相当する。入力線路６０ａは、誘電体基板１００の端部から延伸して、ギャップ形成用導体４２ａと接続されている。
【００３２】
ギャップ形成用導体４２ａは、Ｘ方向において第１の半波長共振器１０Ａとの間のギャップを介して対向するＬ字型の線路である。ギャップ形成用導体４２ａと第１の半波長共振器１０Ａとの間のギャップにより、電界結合部４２が実現される。半波長共振器１０Ａと電界結合形成用導体４２ａがギャップを介して対向することでキャパシタを形成し、入力ポート６０と第１の半波長共振器１０Ａとは所定の強さで電界結合する。
【００３３】
出力側線路７０ａは、例えば、５０Ωの線路である。なお、出力側線路７０ａは、フィルタ装置１から信号を取り出す外部装置とインピーダンスの整合がとれていることが望ましい。出力側線路７０ａは、一方（＋Ｘ側）の端部が出力ポート７０に相当する。出力側線路７０ａは、誘電体基板１００の端部から延伸して、ギャップ形成用導体５２ａと接続されている。
【００３４】
ギャップ形成用導体５２ａは、Ｘ方向において第２の半波長共振器１０Ｂとの間のギャップを介して対向するＬ字型の線路である。ギャップ形成用導体５２ａと第２の半波長共振器１０Ｂとの間のギャップにより、電界結合部５２が実現される。半波長共振器１０Ｂと電界結合形成用導体５２ａがギャップを介して対向することでキャパシタを形成し、出力ポート７０と第２の半波長共振器１０Ｂとは所定の強さで電界結合する。
【００３５】
電界結合形成用導体４２ａと第１の半波長共振器１０Ａとの間のギャップの広さおよび対向しているＹ方向の長さにより、入力ポート６０と第１の半波長共振器１０Ａとの間の結合係数が決まる。電界結合形成用導体４２ａと第１の半波長共振器１０Ａとの間のギャップの広さおよび対向しているＹ方向の長さを調整することで、入力ポート６０と第１の半波長共振器１０Ａとの間の結合係数を調整することができる。第２の半波長共振器１０Ｂと電界結合形成用導体５２ａとの間のギャップの広さおよび対向しているＹ方向の長さにより、第２の半波長共振器１０Ｂと出力ポート７０との間の結合係数が決まる。第２の半波長共振器１０Ｂと電界結合形成用導体５２ａとの間のギャップの広さおよび対向しているＹ方向の長さを調整することで、第２の半波長共振器１０Ｂと出力ポート７０との間の結合係数を調整することができる。
【００３６】
フィルタ装置１の周波数特性における通過帯域幅は、入力ポート６０と第１の半波長共振器１０Ａとの間の結合係数と、第１の半波長共振器１０Ａと第２の半波長共振器１０Ｂとの間の結合係数と、第２の半波長共振器１０Ｂと出力ポート７０との間の結合係数とにより決まる。入力ポート６０と第１の半波長共振器１０Ａとの間の結合係数と、第１の半波長共振器１０Ａと第２の半波長共振器１０Ｂとの間の結合係数と、第２の半波長共振器１０Ｂと出力ポート７０との間の結合係数を調整することで、フィルタ装置１の周波数特性における通過帯域幅を調整することができる。
【００３７】
制御部８０は、制御用線路８０ａを介して制御信号を電気長可変部２６に供給する。制御部８０は、線路部２２を長さの異なる複数の線路のいずれかに接続させることで、第１の線路部２２の電気長を制御する。
【００３８】
図６は、第１の実施形態のフィルタ装置１の他の一例を示す図である。フィルタ装置１の誘電体基板１００は、コールドヘッド２１０上に接触して配置され、真空容器２００に収容される。また、誘電体基板１００の出力線路７０ａおよび入力線路６０ａは、真空容器２００の入出力部２０２を介して外部装置と接続される。入出力部２０２は、例えば、有線の同軸導波路により真空容器の内外を繋ぐことで実現することができるが、これに限定されない。入出力部２０２は、非接触で信号を伝搬する導波路により実現してもよい。非接触の経路は、例えば、電磁的な結合を利用して信号を伝達する構成であり、例えば、マイクロストリップ構造を利用した構成を含む。これにより、フィルタ装置１は、信号経路による熱の伝達を抑制できる。
【００３９】
コールドヘッド２１０は、スターリング冷却機等の冷却機２２０に接続されている。冷却機２２０は、誘電体基板１００を冷却することで、フィルタ装置１を所定温度以下まで冷却させる。所定温度は、例えば超伝導材料が超伝導状態となる温度である。また、フィルタ装置１は、冷却機に限らず液体窒素や液体ヘリウム等の極低温液体を用いて冷却されても良い。これにより、フィルタ装置１を構成する線路パターンの損失を抑制することができる。
【００４０】
図７は、第１の実施形態のフィルタ装置１における通過特性および反射特性の一例を示す図である。図７は、第１の実施形態のフィルタ装置１の構成によって、フィルタ装置１の中心周波数を１０ＧＨｚ、通過帯域の帯域幅を２０ＭＨｚ、フィルタ関数をチェビシェフ関数とした場合の通過特性および反射特性の計算結果である。図７の横軸は周波数［ＧＨｚ］を表し、図７の縦軸は通過特性としての信号通過量［ｄＢ］および反射特性としての信号反射量［ｄＢ］を表す。図７の計算結果を得る前提として、第１の半波長共振器１０Ａおよび第２の半波長共振器１０ＢのＱ値は２００００とし、結合線路２０のＱ値を１００とするものとする。Ｑ値は、共振器が共振する周波数帯域における共振周波数の先鋭度を表す共振器の指標である。この場合、フィルタ装置１の通過帯域の中央付近の周波数における挿入損失は約０．３ｄＢである。
【００４１】
図８は、第１の実施形態において、電気長可変部２６により線路部２２の電気長を変化させた場合の線路部２２の電気長の変化と第１の半波長共振器１０Ａと第２の半波長共振器１０Ｂとの間の結合係数との関係の一例を示す図である。図９は、第１の実施形態において、電気長可変部２６により線路部２２の電気長を変化させた場合の線路部２２の電気長の変化とフィルタ装置１の通過帯域における中心周波数の変化量との関係の一例を示す図である。なお、図８における第１の半波長共振器１０Ａと第２の半波長共振器１０Ｂとの間の結合係数の変化、および図９におけるフィルタ装置１の通過帯域における中心周波数の変化量は、第２の線路部２４の電気長は、第１の半波長共振器１０Ａおよび第２の半波長共振器１０Ｂの共振周波数において波長の１／４（９０度）に固定した場合の計算結果である。
【００４２】
図８によれば、電気長可変部２６により線路部２２の電気長を変化させた場合、第１の半波長共振器１０Ａと第２の半波長共振器１０Ｂとの間の結合係数は、約５％の変化があり、略一定になっていることが分かる。第１の半波長共振器１０Ａと第２の半波長共振器１０Ｂとの間の結合係数は、フィルタ装置１の通過帯域幅に関係している。したがって、電気長可変部２６により電気長をさせても、フィルタ装置１の通過帯域幅は略一定であることが分かる。一方、図９によれば、電気長可変部２６により線路部２２の電気長を変化させることで、フィルタ装置１における通過帯域の中心周波数は、約１０ＭＨｚの変化量があることが分かる。
【００４３】
以上より、第１の実施形態のフィルタ装置１は、第２の線路部２４の電気長を、第１の半波長共振器１０Ａおよび第２の半波長共振器１０Ｂの共振周波数において波長の１／４とし、第１の線路部２２の電気長を変更することで、第１の半波長共振器１０Ａと第２の半波長共振器１０Ｂとの間の結合係数を変化させずに、フィルタ装置１における通過帯域の中心周波数を変化させる。すなわち、第１の実施形態のフィルタ装置１によれば、フィルタ装置１の結合係数とは独立して、フィルタ装置１における通過帯域の中心周波数を制御することができる。この結果、第１の実施形態のフィルタ装置１によれば、フィルタ装置１の通過帯域の帯域幅から独立して、フィルタ装置１の中心周波数を変化させることができる。
【００４４】
図１０は、第１の比較例のチューナブルフィルタを示す図である。第１の比較例のチューナブルフィルタは、結合部ＣＬ１により電界結合される半波長共振器Ｒ１およびＲ２と、半波長共振器Ｒ１に接続されるダイオードＤ１と、結合部ＣＬ２により電界結合される半波長共振器Ｒ３およびＲ４と、半波長共振器Ｒ３に接続されるダイオードＤ２とを含む。半波長共振器Ｒ１、Ｒ２、結合部ＣＬ１およびダイオードＤ１は、フィルタ構成において１段分の共振器に相当する。半波長共振器Ｒ２は、結合部ＣＬ４を介して、入力ポートＬ１と電界結合されている。半波長共振器Ｒ３、Ｒ４、結合部ＣＬ２およびダイオードＤ２は、フィルタ構成において１段分の共振器に相当する。半波長共振器Ｒ４は、結合部ＣＬ５を介して、出力ポートＬ２と電界結合されている。半波長共振器Ｒ２と、半波長共振器Ｒ４とは、フィルタを構成するために必要な所定の結合係数に設定された結合部ＣＬ３を介して、電界結合されている。
【００４５】
ダイオードＤ１およびＤ２は、半波長共振器Ｒ１およびＲ３に電磁的摂動を与える電磁界摂動素子として機能する。ダイオードＤ１およびＤ２は、外部装置から供給される電圧により静電容量が変化する容量可変素子である。第１の比較例のフィルタ装置は、ダイオードＤ１およびＤ２の容量を制御することで、半波長共振器Ｒ１およびＲ３の共振周波数を変化させる。この結果、第１の比較例のフィルタ装置は、間接的に、半波長共振器Ｒ２およびＲ４の共振周波数を変化させる。
【００４６】
図１１は、第１の比較例のチューナブルフィルタにおける通過特性および反射特性の一例を示す図である。図１１は、第１の比較例のチューナブルフィルタの構成によって、チューナブルフィルタの中心周波数を１０ＧＨｚ、チューナブルフィルタの通過帯域の帯域幅を２０ＭＨｚ、フィルタ関数をチェビシェフ関数とした場合の通過特性および反射特性の計算結果である。図１１の横軸は周波数［ＧＨｚ］を表し、図１１の縦軸は通過特性としての信号通過量［ｄＢ］および反射特性としての信号反射量［ｄＢ］を表す。図１１によれば、第１の半波長共振器Ｒ２および第２の半波長共振器Ｒ４のＱ値は２００００とし、半波長共振器Ｒ１とダイオードＤ１との結合系、および半波長共振器Ｒ３とダイオードＤ２との結合系、のＱ値を１００とするものとする。この場合、第１の比較例のチューナブルフィルタの通過帯域の中央付近の周波数における挿入損失は約１．３ｄＢである。以上より、第１の実施形態のフィルタ装置１によれば、フィルタ装置１における通過帯域の中心周波数における信号の損失を、１．３ｄＢから０．３ｄＢにまで低減することができることが分かる。
【００４７】
また、第１の実施形態のフィルタ装置１によれば、フィルタ装置１における通過帯域の中心周波数を制御するための構成として、第１の比較例のチューナブルフィルタではダイオードＤ１およびダイオードＤ２により２つの半波長共振器Ｒ１およびＲ３の中心周波数を制御していたのに代えて、第１の半波長共振器１０Ａおよび第２の半波長共振器１０Ｂを結合させる結合線路の電気長を制御することにより、低いＱ値で構成された部分が第１の半波長共振器１０Ａおよび第２の半波長共振器１０ＢのＱ値に与える影響を軽減している。このために第１の半波長共振器１０Ａおよび第２の半波長共振器１０Ｂが有する高いＱ値を生かした低損失のフィルタ装置を実現することができる。
【００４８】
さらに、第１の比較例のチューナブルフィルタにおいて４個の共振器が必要であったのに対し、第１の実施形態によれば、第１の半波長共振器１０Ａおよび第２の半波長共振器１０Ｂで中心周波数を制御するフィルタ装置１を実現することができる。このように、第１の実施形態のフィルタ装置１によれば、装置の小型にも寄与することができる。
【００４９】
図１２は、第２の比較例のチューナブルフィルタを示す図である。第２の比較例のチューナブルフィルタは、第１の実施形態の結合線路２０に代えて、電気長可変部ＰＳを有する線路Ｌ１１を備える。線路Ｌ１１は結合部ＣＬ１１およびＣＬ１２を介して共振器Ｒ１１およびＲ１２と電磁界結合されている。すなわち、第２の比較例のチューナブルフィルタは、結合線路２０のようにループ形状の線路ではない１本の線路Ｌ１１で半波長共振器Ｒ１１とＲ１２とを結合させている。
【００５０】
図１３は、第２の比較例のチューナブルフィルタにおいて、電気長可変部ＰＳにより線路Ｌ１１の電気長を変化させた場合の線路Ｌ１１の電気長の変化と、半波長共振器Ｒ１１とＲ１２との間の結合係数との関係を示す図である。図１４は、第２の比較例のチューナブルフィルタにおいて、電気長可変部ＰＳにより線路Ｌ１１の電気長を変化させた場合の線路Ｌ１１の電気長の変化と、フィルタ装置における通過帯域の中心周波数の変化量との関係を示す図である。
【００５１】
図１３によれば、電気長可変部ＰＳにより線路Ｌ１１の電気長を変化させた場合、半波長共振器Ｒ１１とＲ１２との間の結合係数は、線路Ｌ１１の電気長位相が９０ｄｅｇの値に対して、線路Ｌ１１の電気長位相が０ｄｅｇ付近および１８０ｄｅｇ付近において約５０％大きくなっていることが分かる。図１４によれば、電気長可変部ＰＳにより電気長を変化させた場合、フィルタ装置における通過帯域の中心周波数は、約２０ＭＨｚの変化量があることが分かる。以上より、第２の比較例のチューナブルフィルタは、半波長共振器Ｒ１１とＲ１２との間の結合係数、およびフィルタ装置における通過帯域の中心周波数のそれぞれを独立して制御できないことが分かる。
【００５２】
以上より、第１の実施形態のフィルタ装置１は、結合線路２０にループ形状の線路を含め、且つループ形状の線路に電気長可変部２６を設けることで、第１の半波長共振器１０Ａと第２の半波長共振器１０Ｂとの間の結合係数を変化させずに、フィルタ装置１における通過帯域の中心周波数を変化させることができることが分かる。また、第１の実施形態のフィルタ装置１において第１の半波長共振器１０Ａと第２の半波長共振器１０Ｂとの間の結合係数がフィルタ装置１の周波数特性における通過帯域幅に関係する。このことから、第１の実施形態のフィルタ装置１は、通過帯域の通過帯域幅と通過帯域の中心周波数を独立して制御することができる。
【００５３】
なお、上述したフィルタ装置１は、２つの半波長共振器を有するものとして説明したが、これに限らず、２つより多い数の半波長共振器を有していてもよい。フィルタ装置１は、半波長共振器の数を増加させるほど、フィルタ装置１の帯域外減衰量を大きくすることができる。
【００５４】
以上説明した第１の実施形態のフィルタ装置１は、２以上の半波長共振器と、２つの半波長共振器を結合する結合線路２０とを備え、結合線路２０がループ形状の線路を含み、ループ形状の線路に、結合線路２０の電気長を変化させる電気長可変部（２６）が設けられている。このフィルタ装置１によれば、結合線路２０におけるループ形状の線路の電気長を変化させることで、半波長共振器間の結合係数を略一定にした状態で、フィルタ装置１の通過帯域の中心周波数を変化させることができ、フィルタ装置１の通過帯域の帯域幅とは独立に中心周波数を制御することができる。更に、フィルタ装置１によれば、半波長共振器の共振周波数を直接的または間接的に変化させることなく、半波長共振器のＱ値を劣化させることがないので、挿入損失の小さいチューナブルフィルタを実現することができる。
【００５５】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について説明する。図１５は、第２の実施形態のフィルタ装置１Ａの一例を示す図である。第２の実施形態のフィルタ装置１Ａは、第１の線路２２ａに設けられた第１の電気長可変部２６Ａと、第２の線路２４ａに設けられた第２の電気長可変部２６Ｂとを備える点で、第１の実施形態のフィルタ装置１とは相違する。以下、この相違点を中心に説明する。
【００５６】
第２の実施形態の第２の線路部２４は、第２の線路２４ａと、第２の電気長可変部２６Ｂと、を含む。
【００５７】
第１の電気長可変部２６Ａおよび第２の電気長可変部２６Ｂは、第１の実施形態における電気長可変部２６と同様の構成を有する。第１の電気長可変部２６Ａは、制御部８０Ａから供給された制御信号に基づいて、第１の線路部２２の電気長を制御する。第２の電気長可変部２６Ｂは、制御部８０Ａから供給された制御信号に基づいて、第２の線路部２４の電気長を制御する。
【００５８】
制御部８０Ａは、第１の電気長可変部２６Ａに制御信号を出力することで、第１の線路部２２の電気長を変化させる。制御部８０Ａは、第２の電気長可変部２６Ｂに制御信号を出力することで、第２の線路部２４の電気長を変化させる。制御部８０Ａは、第１の線路部２２の電気長と第２の線路部２４の電気長とを、それぞれ独立して変化させる。すなわち、制御部８０Ａは、第１の線路部２２の電気長と第２の線路部２４の電気長との関係を変更することで、フィルタ装置１Ａの通過帯域の帯域幅および／または通過帯域の中心周波数を変化させる。
【００５９】
図１６は、第２の実施形態において、第１の線路部２２の電気長Ｌ−１と、第２の線路部２４の電気長Ｌ−２と、第１の半波長共振器１０Ａと第２の半波長共振器１０Ｂとの間の結合係数との関係を示す図である。すなわち、第２の実施形態のフィルタ装置１Ａの構成において、第１の線路部２２の電気長をＬ−１、第２の線路部２４の電気長をＬ−２とした場合に、第１の電気長可変部２６Ａおよび第２の電気長可変部２６Ｂにより線路の電気長をそれぞれ変化させた場合、第１の半波長共振器１０Ａと第２の半波長共振器１０Ｂとの間の結合係数の計算結果は、図１６のようになる。なお、図１６は、０．００１から０．００６までの結合係数の変化を０．０００５ごとに段階的に区切り、図１６中の矢印の向かう方向に沿って結合係数が高くなることを表している。
【００６０】
図１７は、第２の実施形態において、第１の線路部２２の電気長Ｌ−１と、第２の線路部２４の電気長Ｌ−２と、フィルタ装置１Ａにおける通過帯域の中心周波数との関係を示す図である。第２の実施形態のフィルタ装置１Ａの構成において、第１の線路部２２の電気長をＬ−１とし、第２の線路部２４の電気長をＬ−２とした場合に、第１の電気長可変部２６Ａおよび第２の電気長可変部２６Ｂにより電気長をそれぞれ変化させた場合、フィルタ装置１Ａにおける通過帯域の中心周波数の計算結果は、図１７に示すようになる。なお、図１７は、１０ＭＨｚから−１０ＭＨｚまでの中心周波数の変化を２ＭＨｚごとに段階的に区切り、図１７中の矢印の向かう方向に沿って中心周波数が低くなることを表している。
【００６１】
制御部８０Ａは、第１の線路部２２の電気長Ｌ−１と第２の線路部２４の電気長Ｌ−２との和が共振器の共振周波数において波長の１／２の電気長に維持してもよい。この状態において、制御部８０Ａは、第１の線路部２２の電気長Ｌ−１と第２の線路部２４の電気長Ｌ−２とを変更することで、フィルタ装置１Ａの通過帯域の中心周波数を変化させずに、フィルタ装置１Ａの通過帯域の帯域幅を変化させる。この場合、制御部８０Ａは、電気長Ｌ−１と電気長Ｌ−２とを加算の値を１８０度（１／２の電気長）に固定した状態で、第１の線路部２２の電気長Ｌ−１を変化させる。すなわち、制御部８０Ａは、第２の線路部２４の電気長Ｌ−２を、１８０度から電気長Ｌ−１を差し引いた値に変化させる。これにより、制御部８０Ａは、図１６の線２００Ａおよび図１７の線２００Ｂに沿って電気長Ｌ−１およびＬ−２を変化させる。これにより、フィルタ装置１Ａは、フィルタ装置１Ａの中心周波数とは独立して、フィルタ装置１Ａの通過帯域の帯域幅を制御することができる。
【００６２】
図１８は、第２の実施形態において、第１の線路部２２の電気長Ｌ−１と第２の線路部２４の電気長Ｌ−２を変化させた場合の第１の半波長共振器１０Ａと第２の半波長共振器１０Ｂとの間の結合係数の変化を示す図である。第１の電気長可変部２６Ａにより第１の線路部２２の電気長を変化させた場合、第１の半波長共振器１０Ａと第２の半波長共振器１０Ｂとの間の結合係数の計算結果は、図１８のようになる。図１９は、第２の実施形態において、第１の線路部２２の電気長Ｌ−１と第２の線路部２４の電気長Ｌ−２を変化させた場合の通過帯域における中心周波数の変化を示す図である。第１の電気長可変部２６Ａにより第１の線路部２２の電気長を変化させた場合、フィルタ装置１Ａにおける通過帯域の中心周波数の計算結果は、図１９のようになる。また、図１８および図１９の計算において、第２の線路部２４の電気長Ｌ−２は、１８０度から電気長Ｌ−１を差し引いた値で固定するものとする。
【００６３】
図１８によれば、第１の線路部２２の電気長Ｌ−１を変化させた場合、第１の半波長共振器１０Ａと第２の半波長共振器１０Ｂとの間の結合係数は、大きく変化する。これに対し、図１９によれば、第１の線路部２２の電気長Ｌ−１を変化させた場合、フィルタ装置１Ａにおける通過帯域の中心周波数は、略一定であることが分かる。すなわち、フィルタ装置１Ａは、フィルタ装置１Ａの中心周波数とは独立して、フィルタ装置１Ａの通過帯域の帯域幅を制御することができる。
【００６４】
制御部８０Ａは、第１の線路部２２の電気長Ｌ−１と第２の線路部２４の電気長Ｌ−２とを所定の制御ライン上で変更することで、フィルタ装置１Ａの通過帯域の帯域幅を変化させずに、フィルタ装置１Ａの通過帯域の中心周波数を変化させる。所定の制御ラインは、図１６における線２１０Ａおよび図１７における線２１０Ｂである。すなわち、所定の制御ラインは、図１６における線２１０Ａおよび図１７における線２１０Ｂにより特定される第１の線路部２２の電気長Ｌ−１と第２の線路部２４の電気長Ｌ−２の関係を表す。制御部８０Ａは、制御ラインにより特定される第１の線路部２２の電気長Ｌ−１と第２の線路部２４の電気長Ｌ−２の関係に基づいて、第１の半波長共振器１０Ａと第２の半波長共振器１０Ｂとの間の結合係数を変化させずに、フィルタ装置１Ａにおける通過帯域の中心周波数を変化させることができる。すなわち、フィルタ装置１Ａは、フィルタ装置１Ａの通過帯域の帯域幅とは独立して、フィルタ装置１Ａの中心周波数を制御することができる。
【００６５】
また、制御部８０Ａは、図１６の線２１０Ａに沿って第１の線路部２２の電気長Ｌ−１および第２の線路部２４の電気長Ｌ−２を調整することで、図８に示した結合係数の変化と比較して、第１の半波長共振器１０Ａと第２の半波長共振器１０Ｂとの間の結合係数の変化を抑制することができる。さらに制御部８０Ａは、図９に示した中心周波数の変化量よりも広い範囲で中心周波数を制御することができる。
【００６６】
以上説明したように、第２の実施形態のフィルタ装置１Ａは、第１の線路部２２の電気長Ｌ−１と第２の線路部２４の電気長Ｌ−２との関係を変更することで、フィルタ装置１Ａの通過帯域の帯域幅および／または通過帯域の中心周波数を変化させることができる。すなわち、第２の実施形態のフィルタ装置１Ａによれば、第１の線路部２２の電気長Ｌ−１と第２の線路部２４の電気長Ｌ−２との双方を制御することで、第１の半波長共振器１０Ａと第２の半波長共振器１０Ｂとの間の結合係数を略一定としつつ、フィルタ装置１Ａにおける通過帯域の中心周波数を変化させることができる。また、第２の実施形態のフィルタ装置１Ａによれば、第１の線路部２２の電気長Ｌ−１と第２の線路部２４の電気長Ｌ−２との双方を制御することで、フィルタ装置１Ａにおける通過帯域の中心周波数を略一定としつつ、第１の半波長共振器１０Ａと第２の半波長共振器１０Ｂとの間の結合係数を変化させることができる。
【００６７】
（第１の変形例）
図２０は、第１の変形例における電気長可変部を示す図である。上述した実施形態のフィルタ装置１は、図２および図３に示した電気長可変部に代えて、第１の変形例の電気長可変部を備えてよい。第１の変形例の電気長可変部は、バラクタダイオード２６０を含む。バラクタダイオード２６０は、容量可変素子の一例である。バラクタダイオード２６０は、第１の線路２２ａの途中に設けられている。バラクタダイオード２６０は、制御部８０の制御により、カソード側の線路２６０ａに与えられる電位によって、内部の静電容量が変化する。すなわち、バラクタダイオード２６０は、その静電容量変化によって、第１の線路部２２の電気長を変化させる。
【００６８】
図２１は、第１の変形例のフィルタ装置１における周波数と通過特性との関係を示す図である。第１の変形例のフィルタ装置１において、バラクタダイオード２６０の静電容量を変化させた場合、周波数に対する信号の通過量を計算した結果は、図２１のようになる。図２１において、横軸は周波数［ＧＨｚ］を表し、縦軸は通過特性としての信号通過量［ｄＢ］を表す。
【００６９】
図２１に示すように、バラクタダイオード２６０における静電容量を０．４５ｐＦに調整した場合、フィルタ装置１の通過帯域における中心周波数は、約１０ＧＨｚである。バラクタダイオード２６０における静電容量を０．１５ｐＦに調整した場合、フィルタ装置１の通過帯域のおける中心周波数は、約１０ＧＨｚから５ＭＨｚだけ高周波数側にシフトしていることが分かる。これにより、制御部８０は、バラクタダイオード２６０に印加する電圧を制御することで、フィルタ装置１の通過帯域における中心周波数のシフト量を調整することができる。
【００７０】
以上より、第１の変形例のフィルタ装置１によれば、バラクタダイオード２６０における静電容量を制御することで、フィルタ装置１の通過帯域における中心周波数をシフトさせることができる。また、第１の変形例のフィルタ装置１によれば、機械的なスイッチにより信号の位相を変化させることなく、第１の線路部２２の静電容量を変化させているので、電気的な制御で第１の線路部２２の電気長を制御することができる。この結果、第１の変形例のフィルタ装置１によれば、フィルタ特性を短時間で変化させることができる。また、第１の変形例のフィルタ装置１によれば、フィルタ装置１の小型化を図ることができる。
【００７１】
なお、第１の変形例において、容量可変素子としてバラクタダイオード２６０を説明したが、これに限定されない。容量可変素子は、バリキャップなどの制御部８０の制御によって静電容量が変化するものであればよい。
【００７２】
（第２の変形例）
図２２は、第２の変形例における電気長可変部を示す図である。上述した実施形態のフィルタ装置１は、図２および図３に示した電気長可変部に代えて、第２の変形例の電気長可変部を備えてよい。第２の変形例の電気長可変部は、ハイブリッドカプラ２６２と、バラクタダイオード２６４および２６６とを含む。を含む。ハイブリッドカプラ２６２は、第１の線路２２ａの途中に設けられている。
【００７３】
ハイブリッドカプラ２６２は、第１から第４の１／４波長線路２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃ、および２６２ｄを含む。例えば、第１の１／４波長線路２６２ａおよび第４の１／４波長線路２６２ｄの抵抗値は５０Ωであり、第２の１／４波長線路２６２ｂおよび第３の１／４波長線路２６２ｃの抵抗値は３５．３Ωである。
【００７４】
第１の１／４波長線路２６２ａは、第１の半波長共振器１０Ａ側の第１の線路２２ａと、第２の半波長共振器１０Ｂ側の第１の線路２２ａとの間に接続される。第２の１／４波長線路２６２ｂおよび第３の１／４波長線路２６２ｃは、第１の１／４波長線路２６２ａから分岐した２本の線路である。第４の１／４波長線路２６２ｄは、第２の１／４波長線路２６２ｂおよび第３の１／４波長線路２６２ｃを接続する。バラクタダイオード２６４（第１の容量可変素子）は、第２の１／４波長線路２６２ｂと第４の１／４波長線路２６２ｄとの接続点に接続されている。バラクタダイオード２６６（第２の容量可変素子）は、第３の１／４波長線路２６２ｃと第４の１／４波長線路２６２ｄとの接続点に接続されている。
【００７５】
バラクタダイオード２６４および２６６は、制御部８０の制御により、カソード側の線路に与えられる電位によって、内部の静電容量が変化する。これにより、バラクタダイオード２６４および２６６は、その静電容量変化によって、第１の線路部２２の電気長を変化させる。
【００７６】
図２３は、第２の変形例におけるフィルタ装置１の中心周波数と通過特性との関係を示す図である。第２の変形例のフィルタ装置１において、バラクタダイオード２６４および２６６の静電容量を変化させた場合、周波数に対する信号の通過量を計算した結果は、図２１のようになる。図２３において、横軸は周波数［ＧＨｚ］を表し、縦軸は通過特性としての信号通過量［ｄＢ］を表す。
【００７７】
図２３に示すように、バラクタダイオード２６４および２６６における静電容量を０．４５ｐＦに調整した場合、フィルタ装置１の通過帯域の中心周波数は、約１０ＧＨｚである。バラクタダイオード２６４および２６６における静電容量を０．１５ｐＦに調整した場合、フィルタ装置１の通過帯域の中心周波数は、約１０ＧＨｚから２０ＭＨｚだけ高周波数側にシフトしていることが分かる。これにより、制御部８０は、バラクタダイオード２６４および２６６に印加する電圧を制御することで、フィルタ装置１における通過帯域の中心周波数のシフト量を調整することができる。
【００７８】
以上より、第２の変形例のフィルタ装置１によれば、バラクタダイオード２６４および２６６における静電容量を制御することで、フィルタ装置１の通過帯域における中心周波数をシフトさせることができる。第２の変形例のフィルタ装置１によれば、第１の変形例と同様に、フィルタ特性を短時間で変化させることができる。さらに、第２の変形例のフィルタ装置１によれば、第１の変形例のフィルタ装置１よりも広い範囲でフィルタ装置１の通過帯域における中心周波数を調整することできるので、フィルタ装置１の制御範囲を広げることができる。この結果、第２の変形例のフィルタ装置１によれば、フィルタ装置としての応用性を高くすることができる。
【００７９】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態の移相器３００について説明する。なお、第３の実施形態の説明において、上述した実施形態と同様の部分については同一符号を付することで、詳細な説明を省略する。図２４は、第３の実施形態の移相器３００の一例を示す図である。
【００８０】
移相器３００は、第１のフィルタ回路３１０と、第２のフィルタ回路３２０と、結合部３３０とを含む。第１のフィルタ回路３１０および第２のフィルタ回路３２０は、例えば、上述した第１の半波長共振器１０Ａと第２の半波長共振器１０Ｂとを結合線路２０で電磁界結合させた２段フィルタである。結合部３３０は、例えば、電界結合を介して、第１のフィルタ回路３１０と第２のフィルタ回路３２０とを電磁界結合する。これにより、移相器３００は、４段フィルタの構成を含む。
【００８１】
図２５は、第３の実施形態において、電気長可変部２６によって第１の線路部２２の電気長を変化させ、線路部２２の電気長を１８０度とした場合の周波数に対するフィルタの通過特性およびフィルタの入出力間の位相差を表す図である。図２６は、第３の実施形態において、電気長可変部２６によって第１の線路部２２の電気長を変化させ、線路部２２の電気長を０度とした場合の周波数に対するフィルタの通過特性およびフィルタの入出力間の位相差を表す図である。フィルタの入出間の位相差は、第１のフィルタ回路３１０の入力ポート６０に供給された信号の位相と、第２のフィルタ回路３２０の出力ポート７０から出力された信号の位相との差である。
【００８２】
第１のフィルタ回路３１０の線路部２２の電気長および第２のフィルタ回路３２０の線路部２２の電気長を１８０度とした場合、図２５に示すように、約１０ＧＨｚにおける位相差は、約−６０［ｄｅｇ］である。なお、線路部２２の電気長が１８０度である場合、約１０ＧＨｚの周波数はフィルタの通過特性における高周波側のカットオフ周波数付近であり、フィルタの挿入損失は０．３ｄＢ程度である。一方、第１のフィルタ回路３１０の線路部２２の電気長および第２のフィルタ回路３２０の線路部２２の電気長を０度とした場合、図２６に示すように、約１０［ＧＨｚ］における位相差は、約−１４０［ｄｅｇ］である。なお、線路部２２の電気長が０度である場合、約１０ＧＨｚの周波数はフィルタの通過特性における低周波側のカットオフ周波数付近であり、フィルタの挿入損失は０．３ｄＢ程度である。
【００８３】
以上より、移相器３００は、第１のフィルタ回路３１０の電気長可変部２６および第２のフィルタ回路３２０の電気長可変部２６によって線路部２２の電気長を１８０度から０度まで変化させることで、約−６０［ｄｅｇ］から約−１４０［ｄｅｇ］までの約２８０［ｄｅｇ］の範囲で位相差を制御することができる。また、移相器３００は、０．３［ｄＢ］という小さい挿入損失で信号の位相をずらすことができ、低損失の移相器を実現することができる。
【００８４】
なお、上述した移相器３００は、４段のフィルタを用いたものであるが、これに限定されない。移相器３００は、２段の半波長共振器を用いたものであってもよく、４段よりも多い段数のフィルタを用いたものであってもよい。
【００８５】
（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態のアンテナ装置４００について説明する。なお、第４の実施形態の説明において、上述した実施形態と同様の部分については同一符号を付することで、詳細な説明を省略する。図２７は、第４の実施形態のアンテナ装置４００の一例を示す図である。
【００８６】
アンテナ装置４００は、例えば、アンテナ素子４１０と、送受切替部４２０と、送信回路４３０と、受信回路４４０とを含む。なお、アンテナ装置４００は、送受切替部４２０と、送信回路４３０と、受信回路４４０とを含んでよいが、これに限定されない。アンテナ装置４００は、送受切替部４２０を備えず、送信回路４３０と受信回路４４０との一方の信号処理回路を含んでいればよい。
【００８７】
アンテナ素子４１０は、アンテナ装置４００に電磁波が到来した場合に、電磁波に基づく受信信号を生成する。アンテナ素子４１０は、生成した受信信号を送受切替部４２０に出力する。アンテナ素子４１０は、送受切替部４２０から送信信号が供給された場合、送信信号に応じて電波を放出する。
【００８８】
送受切替部４２０は、アンテナ素子４１０、送信回路４３０、および受信回路４４０に接続されている。送受切替部４２０は、所定の規則に従って、送信信号をアンテナ素子４１０に供給する期間と、受信信号を受信回路４４０に供給する期間とを切り替える。
【００８９】
送信回路４３０は、外部から入力した送信信号に所定の処理を施して、送受切替部４２０に出力する。送信回路４３０は、例えば、送信用移相器３００（Ｔｘ）と、送信アンプ４３２と、送信フィルタ１（Ｔｘ）とを含む。送信用移相器３００（Ｔｘ）は、アンテナ素子４１０から放射させる送信ビームの方向に基づいて、送信信号の位相を調整する。送信アンプ４３２は、送信信号の振幅を増幅する。送信フィルタ１（Ｔｘ）は、送信信号のうち不要な周波数の信号を抑圧することで送信信号の帯域を制限する。送信フィルタ１（Ｔｘ）を通過した信号は、送受切替部４２０を介して、アンテナ素子４１０に供給される。
【００９０】
受信回路４４０は、送受切替部４２０から入力された受信信号に所定の処理を施して、外部に出力する。受信回路４４０は、例えば、リミッタ４４４と、受信フィルタ１（Ｒｘ）と、ＬＮＡ（ローノイズアンプ）４４２と、受信用移相器３００（Ｒｘ）とを含む。送受切替部４２０は、アンテナ素子４１０から供給された受信信号を、リミッタ４４４に出力する。リミッタ４４４は、送受切替部４２０から入力された受信信号の振幅を制限する。受信フィルタ１（Ｒｘ）は、受信信号のうち不要な周波数の信号を取り除く。ＬＮＡ４４２は、受信信号の振幅を増幅する。受信用移相器３００（Ｒｘ）は、電磁波を受信するビームの方向に基づいて、受信信号の位相を調整する。
【００９１】
送信フィルタ１（Ｔｘ）および受信フィルタ１（Ｒｘ）のうち少なくとも一方は、第１の実施形態のフィルタ装置１、または第２の実施形態のフィルタ装置１Ａを含む。受信用移相器３００（Ｒｘ）および受信用移相器３００（Ｒｘ）のうち少なくとも一方は、第３の実施形態の移相器３００を含む。これにより、アンテナ装置４００によれば、小さい挿入損失のフィルタまたは移相器を用いることで、電波の受信感度などのアンテナ特性を向上させることができる。
【００９２】
このアンテナ装置４００において、送信フィルタ１（Ｔｘ）、受信フィルタ１（Ｒｘ）、受信用移相器３００（Ｒｘ）、および受信用移相器３００（Ｒｘ）のうち少なくとも一つは、超伝導材料を含む線路を有していてもよい。この場合、アンテナ装置４００は、超伝導材料を含む線路を有するフィルタまたは移相器を真空容器２００に収容すると共に、超伝導材料を含む線路を有するフィルタまたは移相器をコールドヘッド２１０上に配置して超伝導材料が超伝導状態となる温度以下に冷却する。これにより、アンテナ装置４００によれば、更にフィルタまたは移相器の挿入損失を抑制することができ、更にアンテナ特性を高くすることができる。
【００９３】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、所定の周波数にて共振する２以上の共振器と、２つの共振器を結合する結合線路２０とを持ち、結合線路２０が、一端と他端との間にループ形状の線路を含み、ループ形状の線路に、結合線路２０の電気長を変化させる電気長可変部（２６）が設けられていることにより、共振器の共振周波数を変更することなくフィルタ装置の特性を変化させることができ、フィルタ装置の特性を変化させるために信号が損失することを抑制することができる。
【００９４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００９５】
１、１Ａ…フィルタ装置、１０Ａ…第１の半波長共振器、１０Ｂ…第２の半波長共振器、２０…結合線路、２２…第１の線路部、２２ａ…第１の線路、２４…第２の線路部、２４ａ…第２の線路部、２４ａ…第２の線路、２６…電気長可変部、２６Ａ…第１の電気長可変部、２６Ｂ…第２の電気長可変部、３０Ａ…第１の結合部、３０Ｂ…第２の結合部、４０…入力側結合部、４２…電磁界結合部、５０…出力側結合部、５２…電磁界結合部、６０…入力ポート、７０…出力ポート、８０、８０Ａ…制御部、１００…誘電体基板、２６０、２６４、２６６…バラクタダイオード、２６２…ハイブリッドカプラ、３００…移相器、３１０…第１のフィルタ回路、３２０…第２のフィルタ回路、３３０…結合部、４００…アンテナ装置、４１０…アンテナ素子、４２０…送受切替部、４３０…送信回路、４３２…送信アンプ、４４０…受信回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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