(57)【要約】【課題】入力交流電力に対する非線形効果が小さい超伝導高周波バンドパスフィルタを提供する。【解決手段】誘電体基板１の表面に形成されたマイクロストリップ線路の線路導体２と誘電体基板１の裏面に形成されたマイクロストリップ線路の接地導体３とから構成されるマイクロストリップ共振器を複数結合してなる超伝導高周波バンドパスフィルタにおいて、線路導体２を、第１の超伝導体薄膜１１と、超伝導体薄膜１１と少なくとも一部が接するように配置した、超伝導体薄膜１１よりも表面抵抗の高い第２の超伝導体薄膜又は非超伝導金属薄膜１２とから構成する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板の表面に形成されたマイクロストリップ線路の線路導体と前記誘電体基板の裏面に形成されたマイクロストリップ線路の接地導体とから構成されるマイクロストリップ共振器を複数結合してなる超伝導高周波バンドパスフィルタにおいて、
前記線路導体が、第１の超伝導体薄膜と、この第１の超伝導体薄膜と少なくとも一部が接するように配置された、前記第１の超伝導体薄膜よりも表面抵抗の高い第２の超伝導体薄膜又は非超伝導金属薄膜とから構成されることを特徴とする超伝導高周波バンドパスフィルタ。
【請求項２】
請求項１記載の超伝導高周波バンドパスフィルタにおいて、
前記第２の超伝導体薄膜又は非超伝導金属薄膜は、前記第１の超伝導体薄膜の上に積層されることを特徴とする超伝導高周波バンドパスフィルタ。
【請求項３】
誘電体基板の表面に形成されたマイクロストリップ線路の線路導体と前記誘電体基板の裏面に形成されたマイクロストリップ線路の接地導体とから構成されるマイクロストリップ共振器を複数結合してなる超伝導高周波バンドパスフィルタにおいて、
前記接地導体が、前記線路導体を構成する第１の超伝導体薄膜よりも表面抵抗の高い第２の超伝導体薄膜又は非超伝導金属薄膜から構成されることを特徴とする超伝導高周波バンドパスフィルタ。
【請求項４】
誘電体基板の表面に形成されたマイクロストリップ線路の線路導体と前記誘電体基板の裏面に形成されたマイクロストリップ線路の接地導体とから構成されるマイクロストリップ共振器を複数結合してなる超伝導高周波バンドパスフィルタにおいて、
前記誘電体基板が、不純物を加えて誘電正接を大きくした誘電体から構成されることを特徴とする超伝導高周波バンドパスフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導体を用いた超伝導高周波バンドパスフィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超伝導体を用いた高周波バンドパスフィルタ回路は、損失が低いことを利点として、実用化が進んでいる（例えば、非特許文献１参照）。ところが、超伝導体は、非超伝導金属に比べて複素伝導度の非線形性が著しく大きい。そのために、超伝導体部分を通過する交流電力が大きい場合、その超伝導体部分での複素伝導度の非線形効果が回路特性の劣化を招く。この非線形効果には、超伝導体部分の表面抵抗の増大と、超伝導体部分からの高調波および相互変調波の発生が含まれる（例えば、非特許文献２参照）。特に、この非線形性のために発生する相互変調波の強度は、バンドパスフィルタの通過帯域内の挿入損失が低い周波数において特に大きくなる。そのために、共振器の無負荷Ｑ値が高く、通過帯域内での挿入損失が低い超伝導高周波バンドパスフィルタは、通過帯域内での挿入損失が高い同種フィルタに較べて、入力可能な交流電力の上限値が著しく小さくなるという問題があった。
【０００３】
このような従来の超伝導高周波バンドパスフィルタは、それぞれＱ２１，Ｑ２２，・・・・，Ｑ２ｎという無負荷Ｑ値をもつｎ個の共振器から構成される。このとき、Ｑ２１，Ｑ２２，・・・・，Ｑ２ｎのうち最小値がＱ２０であるとすると、バンドパスフィルタの通過帯域内での挿入損失ＩＬ２は、ＩＬ２＜Ａ／Ｑ２０、またはＩＬ２＝Ａ／Ｑ２０となる（例えば、非特許文献３、非特許文献４参照）。ここで、Ａはフィルタの構造から決まる定数である。この超伝導高周波フィルタでは挿入損失がＡ／Ｑ２０より小さいか又は等しいために、相互変調波の強度が大きすぎて実際の応用に適さない。
【０００４】
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【非特許文献１】Ｂ．Ａ．ウイレムセン（B.A.Willemsen ），「ＨＴＳフィルタサブシステムズフォアワイヤレステレコミュニケーションズ（HTS Filter Subsystems for Wireless Telecommunications ）」，アイイーイーイートランザクションズオンアプライドスーパーコンダクティビティ（IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY），２００１年３月，第１１巻，第１号，ｐ．６０−６７
【非特許文献２】Ｄ．Ｅ．オーテス（D.E.Oates ），「ノンリニアビヘイビアオブスーパーコンダクティングデバイスズ（NONLINEAR BEHAVIOR OF SUPERCONDUCTING DEVICES ）」，マイクロウエーブスーパーコンダクティビティ（Microwave Superconductivity ），クルワーアカデミックパブリシャーズ（Kluwer Academic Publishers），２００１年，ｐ．１１７−１４８
【非特許文献３】真田他，「ハイテンパラチュアスーパーコンダクティングＣＰＷバンドパスフィルターズユージングミンダーラインパラレルサーキットレゾネーターズ（High-Temperature Superconducting CPW Bandpass Filtrs Using Meander-Line Parallel-Circuited Resonators）」，IEICE  TRANS.ELECTRON，２００３年８月，Ｖｏｌ．Ｅ８６−Ｃ，ＮＯ．８
【非特許文献４】ジョージ．Ｌ．マタエイ（GEORGE L.MATTHAEI）他，「マイクロウエーブフィルターズ，インピーダンスマッチングネットワークス，アンドカップリングストラクチャーズ（MICROWAVE  FILTRS,IMPEDANCE-MATCHING NETWORKS,AND COUPLING STRUCTURES）」，マクグローヒル（McGraw-Hill），１９６４年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように、従来の超伝導高周波バンドパスフィルタでは、入力交流電力に対する非線形効果が大きく、この非線形効果のために発生する相互変調波の強度が大きいので、入力可能な交流電力の上限値が小さくなり、実際の応用に適していないという問題点があった。
本発明の目的は、入力交流電力に対する非線形効果が小さい超伝導高周波バンドパス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】
【０００６】
本発明は、誘電体基板の表面に形成されたマイクロストリップ線路の線路導体と前記誘電体基板の裏面に形成されたマイクロストリップ線路の接地導体とから構成されるマイクロストリップ共振器を複数結合してなる超伝導高周波バンドパスフィルタにおいて、前記線路導体が、第１の超伝導体薄膜と、この第１の超伝導体薄膜と少なくとも一部が接するように配置された、前記第１の超伝導体薄膜よりも表面抵抗の高い第２の超伝導体薄膜又は非超伝導金属薄膜とから構成されるものである。
また、本発明の超伝導高周波バンドパスフィルタの１構成例において、前記第２の超伝導体薄膜又は非超伝導金属薄膜は、前記第１の超伝導体薄膜の上に積層されるものである。
また、本発明の超伝導高周波バンドパスフィルタは、前記接地導体が、前記線路導体を構成する第１の超伝導体薄膜よりも表面抵抗の高い第２の超伝導体薄膜又は非超伝導金属薄膜から構成されるものである。
また、本発明の超伝導高周波バンドパスフィルタは、前記誘電体基板が、不純物を加えて誘電正接を大きくした誘電体から構成されるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、従来の超伝導高周波バンドパスフィルタを構成する共振器よりも無負荷Ｑ値の低い共振器を用いることにより、入力交流電力に対する非線形効果が小さい超伝導高周波バンドパスフィルタを実現することができ、より大きな交流電力を扱う用途への超伝導高周波バンドパスフィルタの利用を可能にすることができる。これにより、種々の高周波装置の損失の低減が期待できる。一例としては、近年急速に普及が拡大している携帯電話機や無線ＬＡＮなどに代表される種々の無線通信システムの送信部の部品としての利用が可能になることが予想される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、超伝導高周波バンドパスフィルタを、無負荷Ｑ値の低い共振器で構成することを最も主要な特徴とする。本発明の超伝導高周波バンドパスフィルタがそれぞれＱ１１，Ｑ１２，・・・・，Ｑ１ｎの無負荷Ｑ値をもつｎ個の共振器から構成され、これらの無負荷Ｑ値のうち最大値がＱ１０であるとし、一方、従来の超伝導高周波バンドパスフィルタを構成するｎ個の共振器の各無負荷Ｑ値のうち最小値がＱ２０であるとすると、Ｑ１０＜Ｑ２０が成り立つ。
【０００９】
このとき、本発明の超伝導高周波バンドパスフィルタの通過帯域内での挿入損失ＩＬ１は、ＩＬ１＞Ａ／Ｑ１０＞Ａ／Ｑ２０、又はＩＬ１＝Ａ／Ｑ１０＞Ａ／Ｑ２０となる（非特許文献３、非特許文献４参照）。ここで、Ａはフィルタの構造から決まる定数である。本発明の超伝導高周波バンドパスフィルタの挿入損失ＩＬ１はＡ／Ｑ２０よりは大きい。したがって、本発明の超伝導高周波バンドパスフィルタの挿入損失ＩＬ１は、従来の超伝導高周波バンドパスフィルタの挿入損失ＩＬ２よりも大きい。故に相互変調波の強度が従来よりも小さく、実際の応用に適する。
【００１０】
本発明は、無負荷Ｑ値の大きな共振器を用いない点が従来の技術とは異なる。その結果、従来の超伝導高周波バンドパスフィルタの通過帯域内の最小挿入損失よりも、本発明の超伝導高周波バンドパスフィルタの通過帯域内の最小挿入損失が大きくなる。これにより、従来の超伝導高周波バンドパスフィルタで入力可能な交流電力の上限値よりも、本発明の超伝導高周波バンドパスフィルタで入力可能な交流電力の上限値が大きくなる。したがって、本発明によれば、従来よりも入力可能な交流電力の上限値が大きい超伝導高周波バンドパスフィルタを実現できる。
【００１１】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態となる超伝導高周波バンドパスフィルタの構成を示す平面図である。
図１に示す超伝導高周波バンドパスフィルタは、マイクロストリップ線路で形成されている。マイクロストリップ線路は、誘電体基板１と、誘電体基板１の表面に選択的に形成された超伝導体薄膜（または超伝導体薄膜と非超伝導金属薄膜）からなる線路導体２と、誘電体基板１の裏面全体に形成された超伝導体薄膜からなる接地導体（不図示）とから構成されている。線路導体２を平面視コの字型に形成することにより、共振器が構成されている。図１の例では、共振器を９個容量結合することで、超伝導高周波バンドパスフィルタを構成している。
【００１２】
９個の共振器のうち一端（図１では左端）の共振器には、給電線路の線路導体４が容量結合され、他端（図１では右端）の共振器には、給電線路の線路導体５が容量結合されている。一方の線路導体４（または５）から入力された高周波信号のうち、超伝導高周波バンドパスフィルタの通過帯域内の周波数成分だけがバンドパスフィルタを通過して、他方の線路導体５（または４）から出力される。通過帯域外の周波数成分は、入力側の線路導体４（または５）に反射される。
【００１３】
図２は図１の超伝導高周波バンドパスフィルタの共振器の構成を示す断面図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。図２において、３は超伝導体薄膜からなる接地導体である。本実施の形態の線路導体２は、誘電体基板１上に形成された第１の超伝導体薄膜１１と、同じく誘電体基板１上に形成された、超伝導体薄膜１１よりも表面抵抗の高い第２の超伝導体薄膜又は非超伝導金属薄膜１２とからなる。第１の超伝導体薄膜１１の表面抵抗は２０μΩ程度である。また、第１の超伝導体薄膜１１と接地導体３とは同材料である。
図３は従来の超伝導高周波バンドパスフィルタの共振器の構成を示す断面図であり、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。従来の共振器の線路導体２ａは、超伝導体薄膜１１のみから構成される。
【００１４】
本実施の形態の特徴を表わしている図２の構造において、第２の超伝導体薄膜又は非超伝導金属薄膜１２は、第１の超伝導体薄膜１１と少なくとも一部が接するように配置される。本実施の形態では、第２の超伝導体薄膜又は非超伝導金属薄膜１２において高周波電力の損失が生じるため、図２に示すマイクロストリップ線路から構成した共振器の無負荷Ｑ値は、図３に示すマイクロストリップ線路から構成した共振器の無負荷Ｑ値よりも小さくなる。したがって、本実施の形態の超伝導高周波バンドパスフィルタの挿入損失は、従来の超伝導高周波バンドパスフィルタの挿入損失よりも大きい。故に交流電流が線路導体２を通過することによって発生する相互変調波の強度を従来よりも小さくすることができるので、実際の応用に適した超伝導高周波バンドパスフィルタを実現することができる。
【００１５】
［第２の実施の形態］
図４は本発明の第２の実施の形態となる超伝導高周波バンドパスフィルタの共振器の構成を示す断面図であり、図２、図３と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の超伝導高周波バンドパスフィルタは、図４に示す断面構造をもつマイクロストリップ線路から構成される共振器を、図１に示した平面配置図に従って配置したものである。
【００１６】
本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、マイクロストリップ線路の線路導体２ｂを第１の超伝導体薄膜１１と第２の超伝導体薄膜又は非超伝導金属薄膜１２とから構成しているが、第１の超伝導体薄膜１１の上に第２の超伝導体薄膜又は非超伝導金属薄膜１２を積層している。このような構成により、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００１７】
［第３の実施の形態］
図５は本発明の第３の実施の形態となる超伝導高周波バンドパスフィルタの共振器の構成を示す断面図であり、図２、図３と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の超伝導高周波バンドパスフィルタは、図５に示す断面構造をもつマイクロストリップ線路から構成される共振器を、図１に示した平面配置図に従って配置したものである。
【００１８】
本実施の形態では、マイクロストリップ線路の線路導体２ｃを第１の超伝導体薄膜１１のみから構成し、接地導体３の代わりに、超伝導体薄膜１１（接地導体３）よりも表面抵抗の高い第２の超伝導体薄膜又は非超伝導金属薄膜からなる接地導体３ｃを用いている。
接地導体３ｃで生じる高周波電力の損失が接地導体３で生じる高周波電力の損失よりも大きいために、図５に示すマイクロストリップ線路から構成した共振器の無負荷Ｑ値は、図３に示すマイクロストリップ線路から構成した共振器の無負荷Ｑ値よりも小さくなる。したがって、本実施の形態の超伝導高周波バンドパスフィルタの挿入損失は、従来の超伝導高周波バンドパスフィルタの挿入損失よりも大きい。故に交流電流が線路導体２ｃを通過することによって発生する相互変調波の強度を従来よりも小さくすることができるので、実際の応用に適した超伝導高周波バンドパスフィルタを実現することができる。
【００１９】
［第４の実施の形態］
図６は本発明の第４の実施の形態となる超伝導高周波バンドパスフィルタの共振器の構成を示す断面図であり、図２、図３と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の超伝導高周波バンドパスフィルタは、図６に示す断面構造をもつマイクロストリップ線路から構成される共振器を、図１に示した平面配置図に従って配置したものである。
【００２０】
本実施の形態では、マイクロストリップ線路の線路導体２ｄを第１の超伝導体薄膜１１のみから構成し、誘電体基板１ｄを誘電体基板１を構成する誘電体よりも大きな誘電正接を有する誘電体から構成している。誘電正接を大きくするには、誘電体に不純物を印加すればよい。誘電体基板１の誘電正接は１０-6程度である。
【００２１】
誘電体基板１ｄで生じる高周波電力の損失が誘電体基板１で生じる高周波電力の損失よりも大きいために、図６に示すマイクロストリップ線路から構成した共振器の無負荷Ｑ値は、図３に示すマイクロストリップ線路から構成した共振器の無負荷Ｑ値よりも小さくなる。したがって、本実施の形態の超伝導高周波バンドパスフィルタの挿入損失は、従来の超伝導高周波バンドパスフィルタの挿入損失よりも大きい。故に交流電流が線路導体２ｄを通過することによって発生する相互変調波の強度を従来よりも小さくすることができるので、実際の応用に適した超伝導高周波バンドパスフィルタを実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、比較的大きな交流電力を扱う用途に利用できる。一例としては、近年急速に普及が拡大している携帯電話や無線ＬＡＮなどに代表される種々の無線通信システムの送信部の部品としての利用が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態となる超伝導高周波バンドパスフィルタの構成を示す平面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の超伝導高周波バンドパスフィルタにおける共振器の構成を示す断面図である。
【図３】従来の超伝導高周波バンドパスフィルタにおける共振器の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態となる超伝導高周波バンドパスフィルタの共振器の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態となる超伝導高周波バンドパスフィルタの共振器の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態となる超伝導高周波バンドパスフィルタの共振器の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１、１ｄ…誘電体基板、２、２ｂ、２ｃ、２ｄ…マイクロストリップ線路の線路導体、３、３ｃ…接地導体、４、５…給電線路の線路導体、１１…第１の超伝導体薄膜、１２…第２の超伝導体薄膜又は非超伝導金属薄膜。
【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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