(57)【要約】【課題】電力特性の向上を再現性よく実現し、ないしは容易に小型化しうる超伝導フィルタを提供する。【解決手段】誘電体基板１０の一の面に形成された入出力フィーダ線路１４ａ、１４ｂと、誘電体基板１０の一の面に形成された共振素子パターン１６ａ〜１６ｅと、誘電体基板１０の一の面上に複数のスペーサ２０、２２を介して載置された誘電体板２４とを有し、誘電体板２４は、共振素子パターン１６ａ〜１６ｅを含む領域と、入出力フィーダ線路１４ａ、１４ｂのうち共振素子パターン側の１／４実効波長の正の整数倍の±２０パーセント以内の長さの部分とを覆っている。【選択図】  図１
2005333357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、
前記誘電体基板の一の面に形成され、超伝導体膜よりなり、高周波信号を入力する第１の入出力フィーダ線路と、
前記誘電体基板の前記一の面に形成され、超伝導体膜よりなり、前記第１の入出力フィーダ線路から入力される高周波信号をフィルタリングする共振素子パターンと、
前記誘電体基板の前記一の面に形成され、超伝導体膜よりなり、前記共振素子パターンによりフィルタリングされた高周波信号が出力される第２の入出力フィーダ線路と、
前記誘電体基板の前記一の面上に複数のスペーサを介して載置された誘電体とを有し、
前記誘電体は、前記共振素子パターンを含む領域と、前記第１の入出力フィーダ線路のうち前記共振素子パターン側の１／４実効波長の正の整数倍の±２０パーセント以内の長さの部分と、前記第２の入出力フィーダ線路のうち前記共振素子パターン側の１／４実効波長の正の整数倍の±２０パーセント以内の長さの部分とを覆っている
ことを特徴とする超伝導フィルタ。
【請求項２】
請求項１記載の超伝導フィルタにおいて、
前記複数のスペーサは、前記誘電体基板の前記一の面上に載置された前記誘電体を固定する塑性変形が可能な第１のスペーサと、前記誘電体基板と前記誘電体との間の間隙の幅を規定する第２のスペーサである
ことを特徴とする超伝導フィルタ。
【請求項３】
請求項２記載の超伝導フィルタにおいて、
前記第１のスペーサは、インジウム、インジウム−銀合金、インジウム−錫合金、インジウム−亜鉛合金、又はインジウム−ビスマス合金よりなる
ことを特徴とする超伝導フィルタ。
【請求項４】
請求項２記載の超伝導フィルタにおいて、
前記第１のスペーサは、前記誘電体基板の前記一の面に形成された第１の金属パッドと、前記誘電体の前記誘電体基板に対向する面に形成された第２の金属パッドと、前記第１の金属パッドと前記第２の金属パッドとにより挟まれ、インジウム、インジウム−銀合金、インジウム−錫合金、インジウム−亜鉛合金、又はインジウム−ビスマス合金よりなるバンプとを有する
ことを特徴とする超伝導フィルタ。
【請求項５】
請求項２記載の超伝導フィルタにおいて、
前記第１のスペーサは、前記誘電体基板の前記一の面又は前記誘電体の前記誘電体基板に対向する面に形成された金属パッドと、前記金属パッドに接触し、インジウム、インジウム−銀合金、インジウム−錫合金、インジウム−亜鉛合金、又はインジウム−ビスマス合金よりなるバンプとを有する
ことを特徴とする超伝導フィルタ。
【請求項６】
請求項４又は５記載の超伝導フィルタにおいて、
前記金属パッドは、ニッケル又はチタンよりなる下地金属層と、前記下地金属層上に形成され、金、銀、又は銅よりなる金属層とを有する
ことを特徴とする超伝導フィルタ。
【請求項７】
請求項２乃至６のいずれか１項に記載の超伝導フィルタにおいて、
前記第２のスペーサは、ポリイミド、ＰＭＭＡ、ノボラック樹脂、環化ゴム系樹脂よりなる
ことを特徴とする超伝導フィルタ。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の超伝導フィルタにおいて、
前記誘電体基板の他の面に形成されたグランドプレーンを更に有し、
前記第１の入出力フィーダ線路、前記第２の入出力フィーダ線路、前記共振素子パターン、及び前記グランドプレーンを有するマイクロストリップ型の平面回路が構成されている
ことを特徴とする超伝導フィルタ。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の超伝導フィルタにおいて、
前記誘電体基板の前記一の面に形成されたグランドプレーンを更に有し、
前記第１の入出力フィーダ線路、前記第２の入出力フィーダ線路、前記共振素子パターン、及び前記グランドプレーンを有するコプレーナ型の平面回路が構成されている
ことを特徴とする超伝導フィルタ。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の超伝導フィルタにおいて、
前記超伝導体膜は、酸化物高温超伝導体膜である
ことを特徴とする超伝導フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波信号を扱う超伝導フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
数ＧＨｚ以下の周波数領域の信号を扱う移動通信基地局等には、種々の高周波フィルタが用いられている。移動通信基地局等に用いられる高周波フィルタのうち受信用フィルタとしては、同軸共振器型、誘電体共振器型、超伝導共振器型等が知られている。このような受信用フィルタには、小型化、より高い周波数選択性の実現が要請されている。
【０００３】
回路導体として酸化物高温超伝導体等の超伝導体を用いた超伝導型の受信用フィルタは、高無負荷Ｑを得ることができ、高い周波数選択性を有する点で有利である。一方、扱う電力の大きい送信用フィルタは、超伝導体型の場合、小型化と耐電力性等の良好な電力特性の実現との両立が容易ではなく、これらの両立が大きな課題となっている。
【０００４】
小型化の点では、平面回路型のフィルタは、誘電体共振器型、同軸共振器型等のフィルタと比較して優れている。さらには、移動通信が比較的有利な数ＧＨｚ以下の周波数領域において、良質なＹＢＣＯ等の超伝導体膜を用いて平面回路型のフィルタを構成した場合、金、銀、銅等の常伝導体膜を用いた通常の共振器に比べて桁違いに高い無負荷Ｑが得ることができ、高い周波数選択性を確保することができる。
【０００５】
平面回路型の超伝導フィルタの小型化に対する試みとしては、これまで次のような方法について検討が進められてきた。例えば、超伝導体膜ライン状パターンを屈曲変形させることにより、共振器パターンを形成する領域の面積を低減する方法が検討されてきた。また、共振器パターン導体を配する基板として高い誘電率を有するものを用い、実効誘電率を増す方法が検討されてきた。
【０００６】
また、平面回路型の超伝導フィルタについて、電力応用として、小型化、電力特性の向上を図る試みとしては、次のような方法について検討が進められてきた。例えば、共振器回路の超伝導導体パターンを円形、多角形などのパッチ形状にして、ＴＭモード等で電流密度集中を緩和する方法が検討されてきた。また、酸化物高温超伝導体膜における粒界、不純物等の制御を試み、より良質な酸化物高温超伝導体膜を開発し、回路導体として用いる方法が検討されてきた。
【０００７】
さらには、平面回路型と基板以外の誘電体との混成構造ではあるが、超伝導体への電流密度の集中を緩和する方法も検討が進められてきた。
【０００８】
なお、非特許文献１〜３には、銅酸化物高温超伝導体膜等の酸化物高温超伝導体膜を用いて、マイクロストリップライン型回路、コプレーナ型回路等の平面型回路を形成し、高周波フィルタ等の受動回路を構成する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−  ５７５０６号公報
【特許文献２】特開２００３−３３２８１２号公報
【特許文献３】特開２０００−２６９７０４号公報
【特許文献４】特開平１１−２６１３０７号公報
【特許文献５】特開２００２−１４１７０６号公報
【特許文献６】特開２００１−２６７８０６号公報
【特許文献７】特開２０００−２１２０００号公報
【特許文献８】特開平１０−２２４１１０号公報
【非特許文献１】M.Hein, High-Temperature-superconductor Thin films  at Microwave Frequencies, Springer,1999
【非特許文献２】Alan M Portis, Electrodynamics of High-Temperature Superconductors,  World Scientific, 1992
【非特許文献３】Zhi-Yuan She, High-Temperature Superconducting Microwave Circuits,  Artech House, 1994
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
酸化物超伝導体を用いた超伝導フィルタのうち、受信用高周波フィルタでは、極力小型化することが重要な課題となっている。また、大きな電力を扱う送信用高周波フィルタでは、小型化することに加え、極力電力特性の向上を図ることが重要な課題となっている。
【００１０】
本発明の目的は、電力特性の向上を再現性よく実現し、ないしは容易に小型化しうる超伝導フィルタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一観点によれば、前記誘電体基板の一の面に形成され、超伝導体膜よりなり、高周波信号を入力する第１の入出力フィーダ線路と、前記誘電体基板の前記一の面に形成され、超伝導体膜よりなり、前記第１の入出力フィーダ線路から入力される高周波信号をフィルタリングする共振素子パターンと、前記誘電体基板の前記一の面に形成され、超伝導体膜よりなり、前記共振素子パターンによりフィルタリングされた高周波信号が出力される第２の入出力フィーダ線路と、前記誘電体基板の前記一の面上に複数のスペーサを介して載置された誘電体とを有し、前記誘電体は、前記共振素子パターンを含む領域と、前記第１の入出力フィーダ線路のうち前記共振素子パターン側の１／４実効波長の正の整数倍の±２０パーセント以内の長さの部分と、前記第２の入出力フィーダ線路のうち前記共振素子パターン側の１／４実効波長の正の整数倍の±２０パーセント以内の長さの部分とを覆っていることを特徴とする超伝導フィルタが提供される。
【発明の効果】
【００１２】
以上の通り、本発明によれば、誘電体基板と、誘電体基板の一の面に形成され、超伝導体膜よりなり、高周波信号を入力する第１の入出力フィーダ線路と、誘電体基板の一の面に形成され、超伝導体膜よりなり、第１の入出力フィーダ線路から入力される高周波信号をフィルタリングする共振素子パターンと、誘電体基板の一の面に形成され、超伝導体膜よりなり、共振素子パターンによりフィルタリングされた高周波信号が出力される第２の入出力フィーダ線路と、誘電体基板の一の面上に複数のスペーサを介して載置された誘電体とを有する超伝導フィルタにおいて、誘電体が、共振素子パターンを含む領域と、第１の入出力フィーダ線路のうち共振素子パターン側の１／４実効波長の正の整数倍の±２０パーセント以内の長さの部分と、第２の入出力フィーダ線路のうち共振素子パターン側の１／４実効波長の正の整数倍の±２０パーセント以内の長さの部分とを覆っているので、超伝導フィルタの小型化を図ることができる。また、高周波信号の反射を抑制することができ、回路パターン間のインピーダンス整合を容易に取ることができる。したがって、超伝導フィルタに入出力される高周波信号の無効電力を低減することができ、電力特性を向上することができる。
【００１３】
また、本発明によれば、誘電体基板の一の面上に載置された誘電体を固定する塑性変形が可能な第１のスペーサと、誘電体基板と誘電体との間の間隙の幅を規定する第２のスペーサを介して誘電体基板の一の面上に誘電体が載置されているので、高い再現性で電力特性の向上を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による超伝導フィルタについて図１及び図２を用いて説明する。図１は本実施形態による超伝導フィルタの構造を示す斜視図、図２は本実施形態による超伝導フィルタにおけるスペーサ付近の構造を示す拡大断面図である。
【００１５】
本実施形態による超伝導フィルタは、マイクロストリップライン伝送線路構造を有する平面回路型のバンドパスフィルタであり、動作温度が例えば１００Ｋ以下のものである。
【００１６】
図１に示すように、酸化マグネシウム（１００）単結晶よりなる誘電体基板１０の下面には、例えばエピタキシャル成長法により堆積されたＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ（ＹＢＣＯ）超伝導体膜よりなるグランドプレーン１２が形成されている。
【００１７】
誘電体基板１０の上面には、一方に高周波信号が入力され、他方からフィルタリングされた高周波信号が出力される入出力フィーダ線路１４ａ、１４ｂが形成されている。また、誘電体基板１０の上面には、入出力フィーダ線路１４ａ、１４ｂの一方から入力された高周波信号をフィルタリングして入出力フィーダ線路１４ａ、１４ｂの他方に出力する矩形状の１／２波長型の共振素子パターン１６ａ〜１６ｅが形成されている。入出力フィーダ線路１４ａ、１４ｂ及び共振素子パターン１６ａ〜１６ｅは、例えばエピタキシャル成長法により堆積された例えば膜厚０．４〜１μｍのＹＢＣＯ超伝導体膜により構成されている。
【００１８】
入出力フィーダ線路１４ａ、１４ｂは、所定の方向に沿って、誘電体基板１０上面の対向する端辺近傍にそれぞれ形成されている。入出力フィーダ線路１４ａ、１４ｂの誘電体基板１０周縁部側の端部には、それぞれ銀膜よりなる電極１８ａ、１８ｂが形成されている。
【００１９】
超伝導フィルタにおける伝送線路での高周波信号の実効的な波長である実効波長の１／２（１／２実効波長）の長さを有する共振素子パターン１６ａ〜１６ｅは、入出力フィーダ線路１４ａ、１４ｂの方向に沿って、超伝導フィルタにおける伝送線路での高周波信号の実効的な波長である実効波長の１／４（１／４実効波長）の長さずつずれながら階段状に配列されている。共振素子パターン１６ａ〜１６ｅのうち配列両端の共振素子パターン１６ａ、１６ｅは、１／４実効波長の長さの部分がそれぞれ入出力フィーダ線路１４ａ、１４ｂに対向している。
【００２０】
こうして、誘電体基板１０に、ＹＢＣＯ超伝導体を回路導体として用いたマイクロストリップ伝送線路構造を有する共振回路が形成されている。
【００２１】
入出力フィーダ線路１４ａ、１４ｂ及び共振素子パターン１６ａ〜１６ｅが形成された誘電体基板１０の上面上には、ポリイミドよりなるスペーサ２０及びインジウムバンプよりなるスペーサ２２を介して、酸化マグネシウムよりなる誘電体板２４が載置されている。ポリイミドよりなるスペーサ２０は、誘電体板２４の４つの角部近傍の位置に設けられている。インジウムバンプよりなるスペーサ２２は、誘電体板２４の４つの角部近傍の位置及び誘電体板２４の対向する一対の端辺の中点付近の位置に設けられている。
【００２２】
スペーサ２２を構成するインジウムバンプは、室温のみならず例えば１００Ｋ以下の低温においても容易に塑性変形しうるとともに粘着性を有している。このようなインジウムバンプよりなるスペーサ２２により、誘電体板２４は、誘電体基板１０の上面に固定されている。
【００２３】
誘電体基板１０と誘電体板２４との間には、図２に示すように、ポリイミドよりなるスペーサ２０及びインジウムバンプよりなるスペーサ２２により、例えば幅０．５〜４μｍの間隙２３が設けられている。間隙２３の幅は、ポリイミドよりなるスペーサ２０の厚さにより規定されている。
【００２４】
スペーサ２０、２２を介して誘電体基板１０上に載置された誘電体板２４は、図１に示すように、共振素子パターン１６ａ〜１６ｅを含む領域を覆っている。さらに、誘電体板２４は、入出力フィーダ線路１４ａに沿って、入出力フィーダ線路１４ａのうち共振素子パターン１６ａ側から１／４実効波長の正の整数倍の長さの部分を覆っている。同様に、誘電体板２４は、入出力フィーダ線路１４ｂに沿って、入出力フィーダ線路１４ｂのうち共振素子パターン１６ｅ側から１／４実効波長の正の整数倍の長さの部分を覆っている。
【００２５】
本実施形態による超伝導フィルタは、ＹＢＣＯ超伝導体膜よりなる平面回路型の共振回路が形成された誘電体基板１０の上面上に、スペーサ２０、２２を介して誘電体板２４が載置されており、誘電体板２４により、共振素子パターン１６ａ〜１６ｅを含む領域と、入出力フィーダ線路１４ａ、１４ｂのうち共振素子パターン１６ａ、１６ｅ側の１／４実効波長の正の整数倍の長さの部分とが覆われていることに特徴がある。
【００２６】
誘電体板２４により共振素子パターン１６ａ〜１６ｅを含む領域が覆われているため、誘電体板２４により覆われていない場合と比較して、共振素子パターン１６ａ〜１６ｅの周囲の実効誘電率が大きくなっている。したがって、共振器パターン１６ａ〜１６ｅのサイズを小さくすることができ、超伝導フィルタの小型化を図ることができる。例えば、誘電体基板２４を載置しない場合と比較して共振回路が形成される領域の面積を例えば約２割削減することができる。
【００２７】
また、誘電体板２４により入出力フィーダ線路１４ａ、１４ｂのうち共振素子パターン１６ａ、１６ｅ側の１／４実効波長の正の整数倍の長さの部分が覆われているため、高周波信号の反射を抑制することができ、回路パターン間のインピーダンス整合を容易に取ることができる。したがって、超伝導フィルタに入出力される高周波信号の無効電力を低減することができ、電力特性を向上することができる。
【００２８】
入出力フィーダ線路１４ａ、１４ｂのうち誘電体板２４により覆われる部分の長さを規定する実効波長は、誘電体基板１０の厚さ、誘電体基板１０と誘電体板２４との間の間隙２３の幅、誘電体板２４の厚さ、誘電体基板１０の比誘電率、誘電体基板１０と誘電体板２４との間の間隙２３（空気）の比誘電率、及び誘電体板２４の比誘電率により決定される。
【００２９】
ここで、通過中心周波数が４ＧＨｚのバンドパスフィルタを本実施形態による超伝導フィルタにより構成する場合について、誘電体板２４により入出力フィーダ線路１４ａ、１４ｂが覆われる部分の長さである１／４実効波長は、次のように見積もることができる。数十Ｋの動作温度において、誘電体基板１０及び誘電体板２４を構成する酸化マグネシウムの比誘電率は約９．７である。したがって、４ＧＨｚの周波数では、誘電体基板１０と誘電体板２４とに挟まれた空間では、誘電体基板１０と誘電体板２４との間の間隙２３の幅を０．５〜４μｍとした場合、この間隙２３の幅に依存して、１／２実効波長は、約１．１〜１．２ｃｍとなる。したがって、この場合、入出力フィーダ線路１４ａ、１４ｂのうち誘電体板２４により覆われている部分の長さは、１／４実効波長である約０．５５〜０．６ｃｍとする。一方、誘電体基板１０と誘電体板２４とに挟まれていない空間では、１／２実効波長は、約１．５ｃｍとなる。
【００３０】
なお、入出力フィーダ線路１４ａ、１４ｂのうち誘電体板２４により覆われている部分の長さは、必ずしも正確に１／４実効波長の正の整数倍である必要はなく、例えば、１／４実効波長の正の整数倍の±２０％以内であればよい。
【００３１】
また、本実施形態による超伝導フィルタは、室温のみならず例えば１００Ｋ以下の低温においても容易に塑性変形しうるインジウムバンプよりなるスペーサ２２を介して誘電体板２４が誘電体基板１０上面に固定されていることにも特徴がある。
【００３２】
これにより、室温から動作温度への冷却等に起因する温度変化による応力や機械的な応力が超伝導フィルタに加わった場合に、インジウムバンプよりなるスペーサ２２が塑性変形して応力が緩和される。
【００３３】
さらに、塑性変形することにより応力を緩和するインジウムバンプよりなるスペーサ２２とともに、ポリイミドよりなるスペーサ２０を介して誘電体基板１０上面上に誘電体板２４が載置されている。このため、温度変化による応力や機械的な応力が超伝導フィルタに加わった場合に、誘電体基板１０と誘電体板２４との間の間隙２３の幅をほぼ一定に維持することができる。また、ポリイミドよりなるスペーサ２０の厚さを適宜設定することにより、誘電体基板１０と誘電体板２４との間の間隙２３の幅を所望の値に容易に調整することができる。
【００３４】
このように、本実施形態による超伝導フィルタでは、誘電体基板１０と誘電体板２４との間の間隙２３の幅を規定するスペーサ２０と、誘電体基板１０の上面上に載置された誘電体板１０を固定する塑性変形が可能なスペーサ２２との２種類のスペーサを介して誘電体基板１０の上面上に誘電体板２４が載置されている。このため、誘電体基板１０と誘電体板２４との相互間のずれや、誘電体基板１０と誘電体板２４との間の間隙２３の幅の変化を抑制することができる。例えば、誘電体基板１０と誘電体板２４との間の間隙２３の幅を２μｍに設定した場合、間隙２３の幅の変化を０．０２μｍ以下に抑制することができる。したがって、高い再現性で電力特性の向上を実現することができる。例えば、入出力フィーダ線路１４ａ、１４ｂ、共振素子パターン１６ａ〜１６ｅの端部における電流密度の集中を緩和する効果を安定して得ることができる。また、入出力フィーダ線路１４ａと共振素子パターン１６ａとの間、及び入出力フィーダ線路１４ｂと共振素子パターン１６ｅとの間の電磁界結合を強化し、入出力フィーダ線路１４ａ、１４ｂと外部回路との電磁界結合を強化する効果も安定して得ることができる。
【００３５】
誘電体基板１０と誘電体板２４との間に配置されるスペーサ２０、２２は、以下のように形成される。
【００３６】
ポリイミドよりなるスペーサ２０は、誘電体基板１０の上面上に誘電体板２４を載置するに先立って、フォトリソグラフィー、電子線を用いたリソグラフィー等により、誘電体基板１０上面又は誘電体板２４の誘電体基板１０に対向する面の所定の位置に形成される。ポリイミドよりなるスペーサ２０の厚さは、入出力フィーダ線路１４ａ、１４ｂ及び共振素子パターン１６ａ〜１６ｂを構成するＹＢＣＯ超伝導体膜の膜厚と同等又はそれ以上とし、具体的には、例えば０．５〜１０μｍとする。
【００３７】
インジウムバンプよりなるスペーサ２２は、誘電体基板１０の上面上に誘電体板２４を載置するに先立って、マスクを用いた蒸着法により、誘電体基板１０上面又は誘電体板２４の誘電体基板１０に対向する面の所定の位置に形成される。或いは、誘電体基板１０上面又は誘電体板２４の誘電体基板１０に対向する面の所定の位置にインジウムボールを加熱融着することにより形成される。インジウムバンプよりなるスペーサ２２の厚さは、ポリイミドよりなるスペーサ２０の厚さよりも厚くしておく。
【００３８】
なお、ポリイミドよりなるスペーサ２０及びインジウムバンプよりなるスペーサ２２を予め形成しておくのは、誘電体基板１０及び誘電体板２４のいずれでもよい。但し、これらスペーサ２０、２２を誘電体基板１０に形成する場合には、スペーサ２０、２２を形成するためのプロセスにより誘電体基板１０の上面に形成された共振回路がダメージを受けてしまう虞がある。このため、スペーサ２０、２２は、誘電体板２４に予め形成しておくことが望ましい。
【００３９】
こうしてスペーサ２０、２２が所定の位置に形成された状態で、誘電体基板１０の上面上に誘電体板２４を載置することにより、誘電体基板１０と誘電体板２４との間に所定の幅の間隙２３が設けられる。このとき、ポリイミドよりなるスペーサ２０の厚さよりも厚く形成されたインジウムバンプよりなるスペーサ２２は、ポリイミドよりなるスペーサ２０の厚さと同程度の厚さになるまで塑性変形する。このインジウムバンプよりなるスペーサ２２の粘着性により、誘電体基板１０の上面に、誘電体板２４が固定される。
【００４０】
なお、誘電体基板１０の上面でのスペーサ２２の寸法が大きすぎると、共振回路と干渉してしまう場合がある。このため、誘電体基板１０上面でのスペーサ２２の最大寸法は、１ｍｍ以下であることが望ましい。
【００４１】
また、スペーサ２０、２２を配置する位置、配置するスペーサ２０、２２の数は、誘電体板２４の大きさ等に応じて、適宜設計変更することができる。
【００４２】
このように、本実施形態によれば、誘電体基板１０上にポリイミドよりなるスペーサ２０及びインジウムバンプよりなるスペーサ２２を介して載置された誘電体板２４により、共振素子パターン１６ａ〜１６ｅを含む領域と、入出力フィーダ線路１４ａ、１４ｂのうち共振素子パターン１６ａ、１６ｅ側の１／４実効波長の正の整数倍の長さの部分とが覆われているので、超伝導フィルタの小型化を実現することができるとともに、高い再現性で電力特性の向上を実現することができる。
【００４３】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による超伝導フィルタについて図３を用いて説明する。図３は本実施形態による超伝導フィルタにおけるスペーサ付近の構造を示す拡大断面図である。なお、第１実施形態による超伝導フィルタと同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
【００４４】
本実施形態による超伝導フィルタの基本的構造は、第１実施形態による超伝導フィルタとほぼ同様である。本実施形態による超伝導フィルタは、誘電体基板１０上面及び誘電体板２４の誘電体基板１０に対向する面のそれぞれに形成された金属パッドにより、インジウムバンプよりなるスペーサ２２が挟まれている点で、第１実施形態による超伝導フィルタと異なっている。
【００４５】
図３に示すように、互いに対向する誘電体基板１０上面及び誘電体板２４下面のそれぞれにおいて、インジウムバンプよりなるスペーサ２２が配置される位置に金属パッド２６ａ、２６ｂが形成されている。金属パッド２６ａ、２６ｂ間には、インジウムバンプよりなるスペーサ２２が挟まれている。
【００４６】
金属パッド２６ａ、２６ｂは、例えば、下地金属層２８と、下地金属層２８上に形成され、インジウムバンプよりなるスペーサ２２が接する金属層３０との積層構造を有している。この場合、下地金属層２８の材料としては、例えばニッケル、チタン等を用いることができる。また、スペーサ２２が接する金属層３０の材料としては、例えば金、銀、銅等を用いることができる。なお、電極１８ａ、１８ｂを構成する金属膜と同じ金属膜を用いて金属パッド２６ａ、２６ｂを構成してもよい。
【００４７】
このように、本実施形態による超伝導フィルタは、互いに対向する誘電体基板１０上面及び誘電体板２４下面のそれぞれに形成された金属パッド２６ａ、２６ｂによりインジウムバンプよりなるスペーサ２２が挟まれていることに特徴がある。互いに対向する誘電体基板１０上面及び誘電体板２４下面のそれぞれにおいて、インジウムバンプよりなるスペーサ２２が配置される位置に金属パッド２６ａ、２６ｂが形成されているため、誘電体基板１０上に誘電体板２４を高い位置精度で載置することができる。また、本実施形態による超伝導フィルタでは、金属であるインジウムバンプよりなるスペーサ２２が金属面に接触しているため、インジウムバンプよりなるスペーサ２２が誘電体基板１０及び誘電体板２４に直接接触する場合と比較して、より確実に誘電体基板１０と誘電体板２４との間を固定することができる。これにより、更に高い再現性で電力特性の向上を実現することができる。
【００４８】
本実施形態による超伝導フィルタでは、互いに対向する誘電体基板１０上面及び誘電体板２４下面のそれぞれにおいて所定の位置に金属パッド２６ａ、２６ｂを形成した後、誘電体板２４を誘電体基板１０の上面上に載置するに先立ち、金属パッド２６ａ、２６ｂのいずれかに、インジウムバンプよりなるスペーサ２２を加熱融着しておく。なお、ポリイミドよりなるスペーサ２０は、第１実施形態による超伝導フィルタの場合と同様にして形成しておく。この状態で、誘電体基板１０上面の金属パッド２６ａの位置と誘電体板２４下面の金属パッド２６ｂの位置とを合わせて、誘電体基板１０の上面上に誘電体板２４を載置する。
【００４９】
なお、本実施形態では、互いに対向する誘電体基板１０上面及び誘電体板２４下面のそれぞれに金属パッド２６ａ、２６ｂを形成したが、必ずしも金属パッド２６ａ、２６ｂの両方を形成する必要はなく、誘電体基板１０上面及び誘電体板２４下面のいずれかに金属パッドを形成してもよい。この場合、誘電体板２４を誘電体基板１０の上面上に載置するに先立ち、誘電体基板１０上面及び誘電体板２４下面のいずれかに形成された金属パッドにインジウムバンプよりなるスペーサ２２を加熱融着しておく。
【００５０】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による超伝導フィルタについて図４及び図５を用いて説明する。図４は本実施形態による超伝導フィルタの構造を示す斜視図、図５は本実施形態による超伝導フィルタにおけるスペーサ付近の構造を示す拡大断面図である。
【００５１】
本実施形態による超伝導フィルタは、コプレーナ伝送線路構造を有する平面回路型のバンドパスフィルタであり、動作温度が例えば１００Ｋ以下のものである。
【００５２】
図４に示すように、酸化マグネシウムよりなる誘電体基板４０の上面には、一対のグランドプレーン４２ａ、４２ｂが所定の間隔を空けて形成されている。グランドプレーン４２ａ、４２ｂは、例えばエピタキシャル成長法により堆積されたＤｙＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ（ＤｙＢＣＯ）超伝導体膜により構成されている。
【００５３】
誘電体基板４０の上面のグランドプレーン４２ａ、４２ｂ間の領域には、一方に高周波信号が入力され、他方からフィルタリングされた高周波信号が出力される入出力フィーダ線路４４ａ、４４ｂが形成されている。また、誘電体基板４０の上面のグランドプレーン４２ａ、４２ｂ間の領域には、入出力フィーダ線路４４ａ、４４ｂの一方から入力された高周波信号をフィルタリングして入出力フィーダ線路４４ａ、４４ｂの他方に出力する矩形状の１／２波長型の共振素子パターン４６ａ〜４６ｅが形成されている。入出力フィーダ線路４４ａ、４４ｂ及び共振素子パターン４６ａ〜４６ｅは、例えばエピタキシャル成長法により堆積された例えば膜厚０．４〜１μｍのＤｙＢＣＯ超伝導体膜により構成されている。
【００５４】
入出力フィーダ線路４４ａ、４４ｂは、所定の方向に沿って、誘電体基板４０上面の対向する端辺近傍にそれぞれ形成されている。入出力フィーダ線路４４ａ、４４ｂの誘電体基板４０周縁部側の端部には、それぞれニッケル膜よりなる電極４８ａ、４８ｂが形成されている。
【００５５】
共振素子パターン４６ａ〜４６ｅは、誘電体基板１０上面の入出力フィーダ線路４４ａ、４４ｂに挟まれた領域に形成されている。共振素子パターン４６ａ〜４６ｅは、入出力フィーダ線路４４ａ、４４ｂと同様の方向に沿って、等間隔に配置されている。
【００５６】
こうして、誘電体基板４０に、ＤｙＢＣＯ超伝導体を回路導体として用いたコプレーナ伝送線路構造を有する共振回路が形成されている。
【００５７】
グランドプレーン４２ａ、４２ｂ、入出力フィーダ線路４４ａ、４４ｂ及び共振素子パターン４６ａ〜４６ｅが形成された誘電体基板４０の上面上には、環化ゴム系樹脂よりなるスペーサ５０及びインジウム−銀合金バンプよりなるスペーサ５２を介して、ルチル型酸化チタンよりなる誘電体板５４が載置されている。スペーサ５２を構成するインジウム−銀合金バンプの銀の含有率は、例えば１ｗｔ％である。環化ゴム系樹脂よりなるスペーサ５０は、誘電体板５４の４つの角部近傍の位置に設けられている。インジウム−銀合金バンプよりなるスペーサ５２は、誘電体板５４の対向する一対の端辺近傍の位置にほぼ等間隔に設けられている。
【００５８】
スペーサ５２を構成するインジウム−銀合金バンプは、インジウムバンプと同様に、室温のみならず例えば１００Ｋ以下の低温においても容易に塑性変形しうるとともに粘着性を有している。このようなインジウム−銀合金バンプよりなるスペーサ５２により、誘電体板５４は、誘電体基板４０の上面に固定されている。
【００５９】
誘電体基板４０と誘電体板５４との間には、図５に示すように、環化ゴム系樹脂よりなるスペーサ５０及びインジウム−銀合金バンプよりなるスペーサ５２により、例えば幅０．７〜１０μｍの間隙５３が設けられている。間隙５３の幅は、環化ゴム系樹脂よりなるスペーサ２０の厚さにより規定されている。
【００６０】
誘電体板５４は、図４に示すように、共振素子パターン４６ａ〜４６ｅを含む領域を覆っている。さらに、誘電体板５４は、入出力フィーダ線路４４ａに沿って、入出力フィーダ線路４４ａのうち共振素子パターン４６ａ側から１／４実効波長の正の整数倍の長さの部分を覆っている。同様に、誘電体板５４は、入出力フィーダ線路４４ｂに沿って、入出力フィーダ線路４４ｂのうち共振素子パターン４６ｅ側から１／４実効波長の正の整数倍の長さの部分を覆っている。
【００６１】
本実施形態による超伝導フィルタは、ＤｙＢＣＯ超伝導体膜よりなる平面回路型の共振回路が形成された誘電体基板４０の上面上に、スペーサ５０、５２を介して誘電体板５４が載置されており、誘電体板５４により、共振素子パターン４６ａ〜４６ｅを含む領域と、入出力フィーダ線路４４ａ、４４ｂのうち共振素子パターン４６ａ、４６ｅ側の１／４実効波長の正の整数倍の長さの部分とが覆われていることに特徴がある。
【００６２】
誘電体板５４により共振素子パターン４６ａ〜４６ｅを含む領域が覆われているため、誘電体板５４により覆われていない場合と比較して、共振素子パターン４６ａ〜４６ｅの周囲の実効誘電率が大きくなっている。したがって、共振器パターン４６ａ〜４６ｅのサイズを小さくすることができ、超伝導フィルタの小型化を図ることができる。例えば、誘電体基板５４を載置しない場合と比較して共振回路が形成される領域の面積を例えば約６割削減することができる。
【００６３】
また、誘電体板５４により入出力フィーダ線路４４ａ、４４ｂのうち共振素子パターン４６ａ、４６ｅ側の１／４実効波長の正の整数倍の長さの部分が覆われているため、高周波信号の反射を抑制することができ、回路パターン間のインピーダンス整合を容易に取ることができる。したがって、超伝導フィルタに入出力される高周波信号の無効電力を低減することができ、電力特性を向上することができる。
【００６４】
入出力フィーダ線路４４ａ、４４ｂのうち誘電体板５４により覆われる部分の長さを規定する実効波長は、誘電体基板４０の厚さ、誘電体基板４０と誘電体板５４との間の間隙５３の幅、誘電体板５４の厚さ、誘電体基板４０の比誘電率、誘電体基板４０と誘電体板５４との間の間隙５３（空気）の比誘電率、及び誘電体板５４の比誘電率により決定される。
【００６５】
ここで、通過中心周波数が４ＧＨｚのバンドパスフィルタを本実施形態による超伝導フィルタにより構成する場合について、誘電体板５４により入出力フィーダ線路４４ａ、４４ｂが覆われる部分の長さである１／４実効波長は、次のように見積もることができる。なお、誘電体基板４０の厚さを１．０ｍｍ、誘電体板５４の厚さを１．０ｍｍ、グランドプレーン４２ａとグランドプレーン４２ｂとの間隔の幅を０．４ｍｍとする。数十Ｋの動作温度において、誘電体基板４０を構成する酸化マグネシウムの比誘電率は約９．７あり、誘電体板５４を構成するルチル型酸化チタンの比誘電率は約１００である。したがって、４ＧＨｚの周波数では、誘電体基板４０と誘電体板５４とに挟まれた空間では、誘電体基板４０と誘電体板５４との間の間隙５３の幅を０．７〜１０μｍとした場合、この間隙５３の幅に依存して、１／２実効波長は、約０．４〜０．６ｃｍとなる。したがって、この場合、入出力フィーダ線路４４ａ、４４ｂのうち誘電体板５４により覆われている部分の長さは、１／４実効波長である約０．２〜０．３ｃｍとする。一方、誘電体基板４０と誘電体板５４とに挟まれていない空間では、１／２実効波長は、約１．６ｃｍとなる。
【００６６】
なお、入出力フィーダ線路４４ａ、４４ｂのうち誘電体板５４により覆われている部分の長さは、必ずしも正確に１／４実効波長の正の整数倍である必要はなく、１／４実効波長の正の整数倍の±２０％以内であればよい。
【００６７】
また、本実施形態による超伝導フィルタは、室温のみならず例えば１００Ｋ以下の低温においても容易に塑性変形しうるインジウム−銀合金バンプよりなるスペーサ５２を介して誘電体板５４が誘電体基板４０上面に固定されていることにも特徴がある。
【００６８】
これにより、室温から動作温度への冷却等に起因する温度変化による応力や機械的な応力が超伝導フィルタに加わった場合に、インジウム−銀合金バンプよりなるスペーサ５２が塑性変形して応力が緩和される。
【００６９】
さらに、塑性変形しうることにより応力を緩和するインジウム−銀合金バンプよりなるスペーサ５２とともに、環化ゴム系樹脂よりなるスペーサ５０を介して誘電体基板４０の上面上に誘電体板５４が載置されている。このため、温度変化による応力や機械的な応力が超伝導フィルタに加わった場合に、誘電体基板４０と誘電体板５４との間の間隙５３の幅をほぼ一定に維持することができる。また、環化ゴム系樹脂よりなるスペーサ５０の厚さを適宜設定することにより、誘電体基板４０と誘電体板５４との間の間隙５３の幅を所望の値に容易に調整することができる。
【００７０】
このように、本実施形態による超伝導フィルタでは、誘電体基板４０と誘電体板５４との間の間隙５３の幅を規定するスペーサ５０と、誘電体基板４０の上面上に載置された誘電体板５４を固定する塑性変形が可能なスペーサ５２との２種類のスペーサを介して誘電体基板４０の上面上に誘電体板５４が載置されている。このため、誘電体基板４０と誘電体板５４との相互間のずれや、誘電体基板４０と誘電体板５４との間の間隙５３の幅の変化を抑制することができる。例えば、誘電体基板４０と誘電体板５４との間の間隙５３の幅を２μｍに設定した場合、間隙５３の幅の変化を０．０２μｍ以下に抑制することができる。したがって、高い再現性で電力特性の向上を実現することができる。例えば、入出力フィーダ線路４４ａ、４４ｂ、共振素子パターン４６ａ〜４６ｅの端部における電流密度の集中を緩和する効果を安定して得ることができる。また、入出力フィーダ線路４４ａと共振素子パターン４６ａとの間、及び入出力フィーダ線路４４ｂと共振素子パターン４６ｅとの間の電磁界結合を強化し、入出力フィーダ線路４４ａ、４４ｂと外部回路との電磁界結合を強化する効果も安定して得ることができる。
【００７１】
誘電体基板４０と誘電体板５４との間に設けられるスペーサ５０、５２は、第１実施形態による超伝導フィルタにおけるスペーサ２０、２２と同様に、以下のように形成される。
【００７２】
環化ゴム系樹脂よりなるスペーサ５０は、誘電体基板４０の上面上に誘電体板２４を載置するに先立って、フォトリソグラフィー、電子線を用いたリソグラフィー等により、誘電体基板１０上面又は誘電体板２４の誘電体基板４０に対向する面の所定の位置に形成される。環化ゴム系樹脂よりなるスペーサ５０の厚さは、グランドプレーン４２ａ、４２ｂ、入出力フィーダ線路４４ａ、４４ｂ及び共振素子パターン４６ａ〜４６ｂを構成するＤｙＢＣＯ超伝導体膜の膜厚と同等又はそれ以上とし、具体的には、例えば０．５〜１０μｍとする。
【００７３】
インジウム−銀合金バンプよりなるスペーサ２２は、誘電体基板４０の上面上に誘電体板５４を載置するに先立って、マスクを用いた蒸着法により、誘電体基板４０上面又は誘電体板５４の誘電体基板４０に対向する面の所定の位置に形成される。或いは、誘電体基板４０上面又は誘電体板５４の誘電体基板４０に対向する面の所定の位置にインジウム−銀合金ボールを加熱融着することにより形成される。インジウム−銀合金バンプよりなるスペーサ５２の厚さは、環化ゴム系樹脂よりなるスペーサ５０の厚さよりも厚くしておく。
【００７４】
なお、環化ゴム系樹脂よりなるスペーサ５０及びインジウム−銀合金バンプよりなるスペーサ５２を予め形成しておくのは、誘電体基板４０及び誘電体板５４のいずれでもよい。但し、これらスペーサ５０、５２を誘電体基板４０に形成する場合には、スペーサ５０、５２を形成するためのプロセスにより誘電体基板４０の上面に形成された共振回路がダメージを受けてしまう虞がある。このため、スペーサ５０、５２は、誘電体板５４に予め形成しておくことが望ましい。
【００７５】
こうしてスペーサ５０、５２が所定の位置に形成された状態で、誘電体基板４０の上面上に誘電体板５４を載置することにより、誘電体基板４０と誘電体板５４との間に所定の幅の間隙５３が設けられる。このとき、環化ゴム系樹脂よりなるスペーサ５０の厚さよりも厚く形成されたインジウム−銀合金バンプよりなるスペーサ５２は、環化ゴム系樹脂よりなるスペーサ５０の厚さと同程度の厚さになるまで塑性変形する。このインジウム−銀合金バンプよりなるスペーサ５２の粘着性により、誘電体基板４０の上面に、誘電体板５４が固定される。
【００７６】
なお、誘電体基板４０の上面でのスペーサ５２の寸法が大きすぎると、共振回路と干渉してしまう場合がある。このため、誘電体基板４０上面でのスペーサ５２の最大寸法は、１ｍｍ以下であることが望ましい。
【００７７】
また、スペーサ５０、５２を配置する位置、配置するスペーサ５０、５２の数は、誘電体板２４の大きさ等に応じて、適宜設計変更することができる。
【００７８】
このように、本実施形態によれば、誘電体基板４０上に環化ゴム系樹脂よりなるスペーサ４０及びインジウム−銀合金バンプよりなるスペーサ４２を介して載置された誘電体板５４により、共振素子パターン４６ａ〜４６ｅを含む領域と、入出力フィーダ線路４４ａ、４４ｂのうち共振素子パターン４６ａ、４６ｅ側の１／４実効波長の正の整数倍の長さの部分とが覆われているので、超伝導フィルタの小型化を実現することができるとともに、高い再現性で電力特性の向上を実現することができる。
【００７９】
なお、本実施形態による超伝導フィルタについても、第２実施形態による超伝導フィルタの場合と同様にして、誘電体基板４０上面、誘電体板２４下面において、インジウム−銀合金バンプよりなるスペーサ５２が配置される位置に金属パッドを形成してもよい。
【００８０】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による超伝導フィルタについて図６乃至８を用いて説明する。図６は本実施形態による超伝導フィルタの構造を示す平面図、図７は本実施形態による超伝導フィルタの特性を示すグラフ、図８はスペーサを介さずに誘電体板が誘電体基板上に直接載置された超伝導フィルタの特性を示すグラフである。
【００８１】
本実施形態による超伝導フィルタは、ディスクパターンを共振素子パターンとして用い、通過域の共振点を４個有するバンドパスフィルタである。通過域の中心周波数は、例えば約４ＧＨｚである。また、帯域は、例えば約０．１ＧＨｚである。
【００８２】
図６に示すように、酸化マグネシウム（１００）単結晶よりなる誘電体基板５６の上面には、円形のディスクパターンよりなる共振素子パターン６０ａ、６０ｂが形成されている。共振素子パターン６０ｂの周縁部には、切り欠き凹状パターン６１が形成されている。共振素子パターン６０ａの近傍には、高周波信号が入力される入力フィーダ線路５８ａ、及びフィルタリングされた高周波信号が出力される出力フィーダ線路５８ｂが形成されている。誘電体基板５６の下面には、グランドプレーン（図示せず）が形成されている。こうして、マイクロストリップ型の伝送線路構造が誘電体基板５６に形成されている。入力フィーダ線路５８ａ、出力フィーダ線路５８ｂ、共振素子パターン６０ａ、６０ｂ、及びグランドプレーンは、例えばエピタキシャル成長法により堆積されたＹＢＣＯ超伝導体膜により構成されている。また、誘電体基板５６の厚さは、例えば０．５ｍｍである。入力フィーダ線路５８ａの幅は、例えば０．５ｍｍである。共振素子パターン６０ａ、６０ｂの直径は、例えば１２．８ｍｍである。
【００８３】
入力フィーダ線路５８ａ、出力フィーダ線路５８ｂ、及び共振素子パターン６０ａ、６０ｂが形成された誘電体基板５６の上面上には、ランタンアルミネート（ＬａＡｌＯ３）よりなる誘電体板６２が、第１乃至第３実施形態による超伝導フィルタと同様に２種類のスペーサ（図示せず）を介して載置されている。誘電体板６２の厚さは、例えば０．５ｍｍである。
【００８４】
誘電体板６２は、第１乃至第３実施形態による超伝導フィルタと同様に、入力フィーダ線路５８ａに沿って、入力フィーダ線路５８ａのうち共振素子パターン６０ａ側から１／４実効波長の正の整数倍の長さの部分を覆っている。同様に、誘電体板６２は、出力フィーダ線路５８ｂに沿って、出力フィーダ線路５８ｂのうち共振素子パターン６０ａ側から１／４実効波長の正の整数倍の長さの部分を覆っている。
【００８５】
本実施形態による超伝導フィルタは、平面回路型の共振回路が形成された誘電体基板５６の上面上に、２種類のスペーサを介して誘電体板６２が載置されており、誘電体板６２により、共振素子パターン６０ａ、６０ｂを含む領域と、入力フィーダ線路５８ａ及び出力フィーダ線路５８ｂのうち共振素子パターン６０ａ側の１／４実効波長の正の整数倍の長さの部分とが覆われていることに特徴がある。これにより、第１乃至第３実施形態による超伝導フィルタと同様に、高周波信号の反射を抑制することができ、回路パターン間のインピーダンス整合を容易に取ることができる。したがって、超伝導フィルタに入出力される高周波信号の無効電力を低減することができ、電力特性を向上することができる。
【００８６】
なお、入力フィーダ線路５８ａ及び出力フィーダ線路５８ｂのうち誘電体板６２により覆われている部分の長さは、必ずしも正確に１／４実効波長の正の整数倍である必要はなく、１／４実効波長の正の整数倍の±２０％以内であればよい。
【００８７】
また、本実施形態による超伝導フィルタは、誘電体基板５６の上面上に、第１乃至第３実施形態による超伝導フィルタと同様に、誘電体基板５６と誘電体板６２との間の間隙の幅を規定するスペーサと、誘電体基板５６の上面上に載置された誘電体板６２を固定する塑性変形可能なスペーサとの２種類のスペーサを介して誘電体板６２が載置されていることに特徴がある。これにより、第１乃至第３実施形態による超伝導フィルタと同様に、誘電体基板５６と誘電体板６２との相互間のずれや、誘電体基板５６と誘電体板６２との間の間隙の幅の変化を抑制することができる。したがって、高い再現性で電力特性の向上を実現することができる。
【００８８】
本実施形態による超伝導フィルタにおいて、入力フィーダ線路５８ａに入力された高周波信号は、共振素子パターン６０ａで共振を起こす。高周波信号のエネルギーの一部は、共振素子パターン６０ｂに伝達されて同様に共振を起こす。この共振状態は、共振素子パターン６０ａにより共振している信号と重畳され、出力フィーダ線路５８ｂから取り出すことができる。ここで、共振素子パターン６０ｂにおける切り欠き凹状パターン６１により２重共振モードを発生させることができ、例えば、図６に示す切り欠き凹状パターン６１の幅ａ及び深さｂの寸法を適宜設定することにより２重共振点の周波数間隔を変更することができる。また、図６に示す入力フィーダ線路５８ａが誘電体板６２により覆われた部分の長さＬａを通過域周波数に対応した実効波長の１／４付近の長さに設定することにより、誘電体板６２を積層したことによる高周波信号の反射を抑制することができる。出力フィーダ線路５８ｂが誘電体板６２により覆われた部分の長さについても同様に設定することにより、誘電体板６２を積層したことによる高周波信号の反射を抑制することができる。こうして、誘電体板６２を載置することにより、超伝導体膜よりなるパターンの端部等において発生しやすい電界集中を緩和することができ、大電力動作にも有利な超伝導フィルタを実現することができる。
【００８９】
図７は、本実施形態による超伝導フィルタの特性を示すグラフである。一方、図８はスペーサを介さずに誘電体板が誘電体基板上に直接載置された超伝導フィルタの特性を示すグラフである。両グラフでは、伝送特性（Ｓ２１）及び反射特性（Ｓ１１）を示している。なお、図７は、本実施形態による超伝導フィルタにおいて誘電体基板５６と誘電体板６２との間の間隙を４μｍに設定した場合に得られた特性を示している。図８に示す特性が得られた超伝導フィルタは、２種類のスペーサを介さずに誘電体板が誘電体基板上に直接載置されている点を除いては、本実施形態による超伝導フィルタと同様の構造を有している。
【００９０】
図８に示すように、スペーサを介さずに誘電体板が誘電体基板上に直接載置されている場合には、通過中心周波数付近において、入力された高周波信号のほぼすべてが反射されてしまい、フィルタとして機能していないことが分かる。これに対し、図７に示すように、本実施形態による超伝導フィルタは、スペーサを介さずに誘電体板を載置した場合と比較して、優れたフィルタ特性を有していることが分かる。
【００９１】
このように、本実施形態によれば、第１乃至第３実施形態による超伝導フィルタと同様に２種類のスペーサを介して誘電体基板５６上に載置された誘電体板５４により、共振素子パターン６０ａ、６０ｂを含む領域と、入力フィーダ線路５８ａ及び出力フィーダ線路５８ｂのうち共振素子パターン６０ａ側の１／４実効波長の正の整数倍の長さの部分とが覆われているので、超伝導フィルタの小型化を実現することができるとともに、高い再現性で電力特性の向上を実現することができる。
【００９２】
［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００９３】
例えば、上記実施形態による超伝導フィルタは、電気導体パッケージ内に収容してもよい。これにより、外来電磁による高周波信号への干渉を遮蔽することができる。
【００９４】
また、上記実施形態では、誘電体基板に形成された共振回路の回路導体材料として、ＹＢＣＯ超伝導体、ＤｙＢＣＯ超伝導体を用いる場合について説明したが、回路導体材料は、これらに限定されるものではなく、種々の超伝導体材料を用いることができる。共振回路の回路導体材料としては、例えば、Ｂｉｎ１Ｓｒｎ２Ｃａｎ３Ｃｕｎ４Ｏｎ５（但し、１．８≦ｎ１≦２．２、１．８≦ｎ２≦２．２、０．９≦ｎ３≦１．２、１．８≦ｎ４≦２．２、７．８≦ｎ５≦８．４）で示されるＢＳＣＣＯ系、Ｐｂｋ１Ｂｉｋ２Ｓｒｋ３Ｃａｋ４Ｃｕｋ５Ｏｋ６（但し、１．８≦ｋ１＋ｋ２≦２．２、０≦ｋ１≦０．６、１．８≦ｋ３≦２．２、１．８≦ｋ４≦２．２、１．８≦ｋ５≦２．２、９．５≦ｋ６≦１０．８）で示されるＰＢＳＣＣＯ系、ＲｐＢａｑＣｕｒＯ７−δ（但し、Ｒは、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｎｄのいずれかであり、０．５≦ｐ≦１．２、１．８≦ｑ≦２．２、２．５≦ｒ≦３．５、０≦δ≦０．４）で示されるＲＢＣＯ系等の酸化物高温超伝導体を用いることができる。ＲＢＣＯ系酸化物高温超伝導体において、Ｒ＝Ｙ、ｐ＝１、ｑ＝２、ｒ＝３の場合は第１及び第２実施形態による超伝導フィルタの回路導体材料に相当し、Ｒ＝Ｄｙ、ｐ＝１、ｑ＝２、ｒ＝３の場合は第３実施形態による超伝導フィルタの回路導体材料に相当する。なお、ＲＢＣＯ系酸化物高温超伝導体については、δの値が０．１以下と小さくなっている組成の方が高い臨界温度Ｔｃを有する。したがって、δの値は、０．１以下であることが望ましい。また、共振回路の回路導体材料として、例えば、ＭｇＢ２、Ｎｂ、Ｎｂ−Ｔｉ合金（Ｔｉの含有率が例えば５０ａｔ％程度）等の超伝導体材料を用いることができる。
【００９５】
また、上記実施形態では、誘電体基板材料、誘電体板材料として、酸化マグネシウム、ルチル型酸化チタンを用いる場合について説明したが、誘電体基板材料、誘電体板材料は、これらに限定されるものではない。誘電体基板材料、誘電体板材料としては、例えば、酸化マグネシウム、ルチル型酸化チタンのほか、アルミナ、サファイア、ランタンアルミネート等の誘電体材料を用いることができる。
【００９６】
また、上記実施形態では、スペーサ２０、５０の材料として、ポリイミド、環化ゴム系樹脂を用いる場合に付いて説明したが、スペーサ２０、５０の材料は、これらに限定されるものではない。スペーサ２０、５０の材料としては、ポリイミド、環化ゴム系樹脂のほか、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ノボラック樹脂等の樹脂を用いることができる。
【００９７】
また、上記実施形態では、スペーサ２２、５２の材料として、インジウム、インジウム−銀合金を用いる場合について説明したが、スペーサ２２、５２の材料は、これらに限定されるものではない。スペーサ２２、５２の材料としては、インジウム、インジウム−銀合金のほか、インジウム−錫合金、インジウム−亜鉛合金、インジウム−ビスマス合金等の合金を用いることができる。なお、インジウムと合金を構成する金属の合金中の割合は、例えば１０ａｔ％（原子百分率）以下とする。
【００９８】
また、上記実施形態では、５つの共振素子パターンを有する共振回路の場合について説明したが、共振素子パターンの数はこれに限定されるものではない。必要とされる周波数特性等に応じて、共振素子パターンの数は、適宜変更することができる。
【００９９】
また、上記実施形態では、入出力フィーダ線路１４ａ、１４ｂ、４４ａ、４４ｂ、共振素子パターン１６ａ〜１６ｅ、４６ａ〜４６ｅの回路導体パターンとして、ライン形状の分布定数型（波長共振型）パターンを用いる場合について説明したが、回路導体パターンは、これに限定されるものではない。回路導体パターンとしては、ライン形状の分布定数型パターンのほか、例えば、ライン形状のパターンを分岐又は屈曲させた変形ライン形状、円形等のパッチ形状の分布定数型パターンを用いることができる。
【０１００】
また、上記実施形態では、誘電体基板１０、４０の上面上に誘電体板２４、５４を載置する場合について説明したが、誘電体基板１０、４０上には誘電体を載置すればよく、その形状は必ずしも板状である必要はない。
【０１０１】
以上詳述したとおり、本発明の特徴をまとめると以下の通りとなる。
【０１０２】
（付記１）  誘電体基板と、
前記誘電体基板の一の面に形成され、超伝導体膜よりなり、高周波信号を入力する第１の入出力フィーダ線路と、
前記誘電体基板の前記一の面に形成され、超伝導体膜よりなり、前記第１の入出力フィーダ線路から入力される高周波信号をフィルタリングする共振素子パターンと、
前記誘電体基板の前記一の面に形成され、超伝導体膜よりなり、前記共振素子パターンによりフィルタリングされた高周波信号が出力される第２の入出力フィーダ線路と、
前記誘電体基板の前記一の面上に複数のスペーサを介して載置された誘電体とを有し、
前記誘電体は、前記共振素子パターンを含む領域と、前記第１の入出力フィーダ線路のうち前記共振素子パターン側の１／４実効波長の正の整数倍の±２０パーセント以内の長さの部分と、前記第２の入出力フィーダ線路のうち前記共振素子パターン側の１／４実効波長の正の整数倍の±２０パーセント以内の長さの部分とを覆っている
ことを特徴とする超伝導フィルタ。
【０１０３】
（付記２）  付記１記載の超伝導フィルタにおいて、
前記複数のスペーサは、前記誘電体基板の前記一の面上に載置された前記誘電体を固定する塑性変形が可能な第１のスペーサと、前記誘電体基板と前記誘電体との間の間隙の幅を規定する第２のスペーサである
ことを特徴とする超伝導フィルタ。
【０１０４】
（付記３）  付記２記載の超伝導フィルタにおいて、
前記第１のスペーサは、インジウム、インジウム−銀合金、インジウム−錫合金、インジウム−亜鉛合金、又はインジウム−ビスマス合金よりなる
ことを特徴とする超伝導フィルタ。
【０１０５】
（付記４）  付記２記載の超伝導フィルタにおいて、
前記第１のスペーサは、前記誘電体基板の前記一の面に形成された第１の金属パッドと、前記誘電体の前記誘電体基板に対向する面に形成された第２の金属パッドと、前記第１の金属パッドと前記第２の金属パッドとにより挟まれ、インジウム、インジウム−銀合金、インジウム−錫合金、インジウム−亜鉛合金、又はインジウム−ビスマス合金よりなるバンプとを有する
ことを特徴とする超伝導フィルタ。
【０１０６】
（付記５）  付記２記載の超伝導フィルタにおいて、
前記第１のスペーサは、前記誘電体基板の前記一の面又は前記誘電体の前記誘電体基板に対向する面に形成された金属パッドと、前記金属パッドに接触し、インジウム、インジウム−銀合金、インジウム−錫合金、インジウム−亜鉛合金、又はインジウム−ビスマス合金よりなるバンプとを有する
ことを特徴とする超伝導フィルタ。
【０１０７】
（付記６）  付記４又は５記載の超伝導フィルタにおいて、
前記金属パッドは、ニッケル又はチタンよりなる下地金属層と、前記下地金属層上に形成され、金、銀、又は銅よりなる金属層とを有する
ことを特徴とする超伝導フィルタ。
【０１０８】
（付記７）  付記２乃至６のいずれかに記載の超伝導フィルタにおいて、
前記第２のスペーサは、ポリイミド、ＰＭＭＡ、ノボラック樹脂、環化ゴム系樹脂よりなる
ことを特徴とする超伝導フィルタ。
【０１０９】
（付記８）  付記１乃至７のいずれかに記載の超伝導フィルタにおいて、
前記誘電体基板の他の面に形成されたグランドプレーンを更に有し、
前記第１の入出力フィーダ線路、前記第２の入出力フィーダ線路、前記共振素子パターン、及び前記グランドプレーンを有するマイクロストリップ型の平面回路が構成されている
ことを特徴とする超伝導フィルタ。
【０１１０】
（付記９）  付記１乃至７のいずれかに記載の超伝導フィルタにおいて、
前記誘電体基板の前記一の面に形成されたグランドプレーンを更に有し、
前記第１の入出力フィーダ線路、前記第２の入出力フィーダ線路、前記共振素子パターン、及び前記グランドプレーンを有するコプレーナ型の平面回路が構成されている
ことを特徴とする超伝導フィルタ。
【０１１１】
（付記１０）  付記１乃至９のいずれかに記載の超伝導フィルタにおいて、
前記超伝導体膜は、酸化物高温超伝導体膜である
ことを特徴とする超伝導フィルタ。
【０１１２】
（付記１１）  付記１乃至９のいずれかに記載の超伝導フィルタにおいて、
前記誘電体は、アルミナ、サファイア、酸化マグネシウム、ランタンアルミネート、又はルチル型酸化チタンよりなる
ことを特徴とする超伝導フィルタ。
【０１１３】
（付記１２）  付記１乃至１１のいずれかに記載の超伝導フィルタにおいて、
前記入出力フィーダ線路及び／又は共振素子パターンの回路導体パターンは、ライン形状、変形ライン形状、又はパッチ形状である
ことを特徴とする超伝導フィルタ。
【０１１４】
（付記１３）  付記１乃至１２のいずれかに記載の超伝導フィルタにおいて、
前記誘電体が載置された前記誘電体基板を収容する電気導体パッケージを更に有する
ことを特徴とする超伝導フィルタ。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明の第１実施形態による超伝導フィルタの構造を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態による超伝導フィルタにおけるスペーサ付近の構造を示す拡大断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態による超伝導フィルタにおけるスペーサ付近の構造を示す拡大断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態による超伝導フィルタの構造を示す斜視図である。
【図５】本発明の第３実施形態による超伝導フィルタにおけるスペーサ付近の構造を示す拡大断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態による超伝導フィルタの構造を示す平面図である。
【図７】本発明の第４実施形態による超伝導フィルタの特性を示すグラフである。
【図８】スペーサを介さずに誘電体板が誘電体基板上に直接載置された超伝導フィルタの特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１１６】
１０…誘電体基板
１２…グランドプレーン
１４ａ、１４ｂ…入出力フィーダ線路
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ…共振素子パターン
１８ａ、１８ｂ…電極
２０…スペーサ
２２…スペーサ
２３…間隙
２４…誘電体板
２６ａ、２６ｂ…金属パッド
２８…下地金属層
３０…金属層
４０…誘電体基板
４２…グランドプレーン
４４ａ、４４ｂ…入出力フィーダ線路
４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ、４６ｅ…共振素子パターン
４８ａ、４８ｂ…電極
５０…スペーサ
５２…スペーサ
５３…間隙
５４…誘電体板
５６…誘電体基板
５８ａ…入力フィーダ線路
５８ｂ…出力フィーダ線路
６０ａ、６０ｂ…共振素子パターン
６１…切り欠き凹状パターン
６２…誘電体基板
【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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