(57)【要約】【目的】超伝導体による送・受信フィルタを一体化させることにより極めて低損失・高性能が得られる超伝導デュプレクサ装置の提供を課題とする。【構成】送受信兼用アンテナ１０に接続して高周波の送／受信信号を分離するための超伝導デュプレクサ装置において、背面に接地層２２を有する共通の誘電体基板２１上に形成された超伝導マイクロストリップ線路によるフィルタ回路であって、所要送信帯域幅の送信信号成分を通過させる送信フィルタ３と、所要受信帯域幅の受信信号成分を通過させる受信フィルタ５と、前記受信フィルタ５の前段に設けられ、前記送信フィルタ３から受信フィルタ５への信号の回り込み成分を抑制するための抑制フィルタ４とを備え、これらの全体を臨界温度以下に保持するよう構成した。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送受信兼用アンテナに接続して高周波の送／受信信号を分離するための超伝導デュプレクサ装置において、背面に接地層を有する共通の誘電体基板上に形成された超伝導マイクロストリップ線路によるフィルタ回路であって、所要送信帯域幅の送信信号成分を通過させる送信フィルタと、所要受信帯域幅の受信信号成分を通過させる受信フィルタと、前記受信フィルタの前段に設けられ、前記送信フィルタから受信フィルタへの信号の回り込み成分を抑制するための抑制フィルタとを備え、これらの全体を臨界温度以下に保持するよう構成したことを特徴とする超伝導デュプレクサ装置。
【請求項２】
抑制フィルタは、受信ストリップ線上に１又は２以上の平面型共振器を介在させた大面積型の帯域通過フィルタよりなり、その通過特性は受信フィルタの通過帯域幅よりも広く、かつ緩やかな減衰特性を有することを特徴とする請求項１記載の超伝導デュプレクサ装置。
【請求項３】
抑制フィルタは、受信ストリップ線に沿って１又は２以上の平面型共振器を結合させた大面積型の帯域阻止フィルタよりなり、その阻止帯域幅は前記所要送信帯域幅よりも広いことを特徴とする請求項１記載の超伝導デュプレクサ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超伝導デュプレクサ装置に関し、更に詳しくは、送受信兼用アンテナに接続して高周波の送／受信信号を分離するためのフィルタ回路を備える超伝導デュプレクサ装置に関する。この種のデュプレクサ装置は移動体通信における基地局の送受信部に用いて好適なるものである。
【０００２】
【従来の技術】
移動体通信では、送／受信用アンテナを共用する場合が多く、高周波の送／受信信号をフィルタ回路により分離するところのデュプレクサ装置が必要となる。不要な周波数帯の信号を除去し、必要な周波数帯の信号のみを通過させるフィルタ特性は通過特性（Ｓ２１）が急峻であるほど理想的な特性であり、そのためには、フィルタを構成する共振器の段数ｎを大きくする必要がある。
【０００３】
この点、フィルタを超伝導体で構成すれば、通常の金属よりも導体損失をはるかに小さくでき、例えばｎ＝１５でも損失は０．１５ｄＢの如く、損失を極めて小さくできるが、しかし、基地局では、送信波から数十Ｗ程度のパワーが受信フィルタ側に回り込もうとするため、超伝導体フィルタでは耐電力性に欠けるという欠点がある。
【０００４】
係る状況の下、従来は、常温タイプのデュプレクサ２０により送／受信波を分離して後、受信側に超伝導フィルタ１０を設けるデュプレクサ装置が知られている（特許文献１）。しかし、事前に常温デュプレクサ２０や接続ケーブルの損失が加わるため、超伝導フィルタ１０による低損失のメリットが失われてしまう。
【０００５】
また、従来は、ｎ個の共振器を超伝導マイクロストリップ線路で構成した受信フィルタであって、共有アンテナ側の１又はｍ個（ｎ＞ｍ）の共振器の幅を共有アンテナ側からの送信電力に対して十分な耐性が得られるように太くしたもの、が知られている（特許文献２）。しかし、共有アンテナ側からの送信電力があまり大きくない場合はよいが、例えば基地局における如く、共有アンテナ側から数十Ｗ程度の大きな送信電力が回り込む用途には到底耐えられない。
【０００６】
また、従来は、高周波信号の所望の帯域に隣接する周波数帯域ｆ１，ｆ２の信号の通過を制限するバンドリジェクションフィルタであって、発熱によって導電率が低下しない非超伝導材料により形成された第１のライン２０と、超伝導材料により形成され隣接する周波数に対して共振する共振器用の第２のライン２１，２２とを有するもの、が知られている（特許文献３）。しかし、非超伝導材料のライン２０による損失が常時加わるため、超伝導フィルタ２１，２２による低損失のメリットが失われてしまう。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２５２８５３号公報（要約、図）。
【０００８】
【特許文献２】
特開平１１−６８４０４号公報（要約、図）。
【０００９】
【特許文献３】
特開２０００−２６９７５４号公報（要約、図９）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如く、従来は、超伝導体の耐電力性が低いことに鑑み、特に大きな送信電力が加わる基地局の様な用途では、送・受信フィルタを一体化させて１つの超伝導デュプレクサ装置として構成することは考えられていなかった。
【００１１】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたもので、その目的とする所は、超伝導体による送・受信フィルタを一体化させることにより極めて低損失・高性能が得られる超伝導デュプレクサ装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は例えば図１の構成により解決される。即ち、本発明（１）の超伝導デュプレクサ装置は、送受信兼用アンテナ１０に接続して高周波の送／受信信号を分離するための超伝導デュプレクサ装置において、背面に接地層２２を有する共通の誘電体基板２１上に形成された超伝導マイクロストリップ線路によるフィルタ回路であって、所要送信帯域幅の送信信号成分を通過させる送信フィルタ３と、所要受信帯域幅の受信信号成分を通過させる受信フィルタ５と、前記受信フィルタ５の前段に設けられ、前記送信フィルタ３から受信フィルタ５への信号の回り込み成分を抑制するための抑制フィルタ４とを備え、これらの全体を臨界温度以下に保持するよう構成したものである。
【００１３】
本発明（１）によれば、送信フィルタ３から受信フィルタ５への信号の回り込み成分を抑制するための抑制フィルタ４を、受信フィルタ５の前段に設けたことにより、受信側に比較的大きな送信電力が回り込んでも、これを低い発熱で十分に抑圧できる。従って、受信フィルタ５が超伝導状態を崩すことなく受信フィルタとしての本来の機能を十分に果たせる。また、抑制フィルタ４は超伝導体であるため、受信帯域での損失が極めて小さく、デュプレクサ装置全体としての損失も十分に小さい。
【００１４】
本発明（２）では、上記本発明（１）において、例えば図２に示す如く、抑制フィルタ３２（図１の４に相当）は、受信ストリップ線上に１又は２以上の平面型共振器３２ａ，３２ｂを介在させた大面積型の帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）よりなり、その通過特性は受信フィルタ３３（図１の５に相当）の通過帯域幅よりも広く、かつ緩やかな減衰特性を有するものである。従って、受信側に比較的大きな送信電力が回り込んでも、不要成分を大面積型共振器３２ａ，３２ｂにより電流分散させた状態で十分に反射させることが可能となり、よって不要成分の通過を低い発熱で十分に抑圧できる。
【００１５】
本発明（３）では、上記本発明（１）において、例えば図６に示す如く、抑制フィルタ３５（図１の４に相当）は、受信ストリップ線に沿って１又は２以上の平面型共振器３５ａ、３５ｂを結合させた大面積型の帯域阻止フィルタ（ＢＲＦ）よりなり、その阻止帯域幅は前記所要送信帯域幅よりも広いものである。従って、受信側に比較的大きな送信電力が回り込んでも、不要成分を大面積型共振器３５ａ，３５ｂにより電流分散させた状態で十分に吸収することが可能となり、よって不要成分の通過を低い発熱で十分に抑圧できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に好適なる複数の実施の形態を詳細に説明する。なお  、全図を通して同一符号は同一又は相当部分を示すものとする。また、この超伝導デュプレクサ装置は移動通信システムの基地局装置に適用して好適である。
【００１７】
図２は第１の実施の形態による超伝導デュプレクサ装置を説明する図で、単一の誘電体基板上に形成される各超伝導フィルタ回路を帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）で構成した場合を示している。
【００１８】
図において、２０ａは第１の実施の形態による超伝導デュプレクサ装置、１０は送受信兼用アンテナ（ＡＮＴ）、２１は酸化マグネシウムＭｇＯ等による共通（１枚）の誘電体基板、２２はその背面一面に成膜された接地層、２４は基板２１の表面に形成された超伝導マイクロストリップ線路による伝送線、３１は所要送信帯域幅の送信信号成分Ｔｘを通過させる送信フィルタ（ＢＰＦ）、３３は所要受信帯域幅の受信信号成分Ｒｘを通過させる受信フィルタ（ＢＰＦ）、３２は受信フィルタ３３の前段に設けられ、送信フィルタ３１から受信フィルタ３３への信号の回り込み成分を抑制するための抑制フィルタ（ＢＰＦ）、４０は超伝導デュプレクサ回路の全体を超伝導の臨界温度（９３Ｋ）以下に保持するための冷凍機である。
【００１９】
例えばＭｇＯ（εｒ＝９．７）基板２１に、膜厚３００〜１０００ｎｍ程度のＹＢＣＯ系酸化物超伝導膜をスパッタリング法などにより成膜し、裏面を接地層となし、表面に各種平面回路のフィルタパターンを形成する。
【００２０】
一例の送信フィルタ３１は、送信ストリップ線路上に円盤（ディスク）型の共振器３１ａ，３１ｂ等を介在させた大面積型の帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）よりなっている。送信波Ｔｘの電力は最大で５０ｄＢｍ（１００Ｗ）程度になるが、各共振器３１ａ，３１ｂでは、その大面積により電流密度が十分に分散されるため、動作中に臨界電流や臨界温度を逸脱することはなく、超伝導状態は十分に保たれる。
【００２１】
なお、円盤型の共振器３１ａ，３１ｂに代えて、正方形型の共振器３１ａ，３１ｂとしても良い。また、大面積型であるなら、上記以外にも公知の様々な帯域通過フィルタ回路のパターンを採用できる。更にまた、送信フィルタ３１の段数も必要な帯域通過特性に応じて様々な段数を選択できる。
【００２２】
一例の抑制フィルタ３２は、受信ストリップ線上に正方形型の共振器３２ａ，３２ｂ等を介在させた大面積型の帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）よりなっている。受信系に回り込む送信電力が数十Ｗ程度になっても、各共振器３２ａ，３２ｂでは、その大面積により電流密度が十分に分散されるため、動作中に臨界電流や臨界温度を逸脱することはなく、超伝導状態は十分に保たれる。
【００２３】
なお、正方形型の共振器３２ａ，３２ｂに代えて、円盤（ディスク）型の共振器３２ａ，３２ｂとしても良い。また、大面積型であるなら、上記以外にも公知の様々な帯域通過フィルタ回路のパターンを採用できる。また、受信系に回り込む送信電力が送信系に比べて相対的に小さいことを考慮すると、この抑制フィルタ３２には、より小さな型の様々な帯域通過フィルタ回路パターンも採用できる。更にまた、抑制フィルタ３２の段数も必要な帯域通過特性に応じて様々な段数を選択できるが、本実施の形態では、前段における通過損失をできるだけ小さくするため、２段としている。
【００２４】
一例の受信フィルタ３３は、受信ストリップ線上にλ／２波長の複数のヘアピン共振器を配列したものよりなっている。図は段数ｎ＝９の場合を示しているが、ｎ＝１５でも損失は０．１５ｄＢの如く、損失を極めて小さくできると共に、極めてシャープな帯域通過特性が得られる。ヘアピン共振器３３では電流が各共振器中央部分のλ／４波長付近に集中するため、その部分で熱が発生するが、受信波のパワーは最大でも０ｄＢｍ（１ｍＷ）程度と十分に小さいため、超伝導状態が保たれる。なお、受信フィルタ３３は、上記ヘアピン型の共振器に限らず、例えばスパイラル形状の小型化した共振器でもよい。
【００２５】
図３に第１の実施の形態による超伝導デュプレクサ装置の帯域特性を示す。図において、送信フィルタ３１の特性３１Ｃは通過帯域幅ｆＴ１〜ｆＴ２、抑制フィルタ３２の特性３２Ｃは通過帯域幅ｆＲ１〜ｆＲ２、受信フィルタ３３の特性３３Ｃは通過帯域幅ｆＲ３〜ｆＲ４となっている。好ましくは、抑制フィルタ３２の通過帯域幅ｆＲ１〜ｆＲ２を受信フィルタ３３の通過帯域幅ｆＲ３〜ｆＲ４よりも広く、かつ緩やかな減衰特性を有するように設ける。従って、抑制フィルタ３２を少ない段数で構成できると共に、送信波からの回り込みを十分に抑圧できる。
【００２６】
このような構成では、送信フィルタ３１を通過した送信波が抑制フィルタ３２に流れ込もうとするが、ｆＴ１〜ｆＴ２は抑制フィルタ３２からみれば減衰域にあるので、抑制フィルタ３２を通過して受信フィルタ３３に流れ込むパワーは十分に抑えられる。このとき、抑制フィルタ３２は、大面積型の共振器であるので、超伝導状態が崩れることはない。一方、受信フィルタ３３は、通過帯域幅をｆＲ３〜ｆＲ４としており、この帯域がシステム上の受信帯域である。受信フィルタ３３は、小型でフィルタ段数を多くできるヘアピン型としたため、急峻な減衰特性３３Ｃが得られている。
【００２７】
図４は第２の実施の形態による超伝導デュプレクサ装置２０ｂを説明する図で、図２の送信フィルタ３１に代えて、帯域阻止型の送信フィルタ３４を採用した場合を示している。この例の送信フィルタ３４は、送信ストリップ線に沿って平面型の共振器３４ａ，３４ｂを各λ／４波長で結合させた大面積型の帯域阻止フィルタ（ＢＪＦ）よりなっている。送信波Ｔｘの電力は最大で１００Ｗ程度になるが、各共振器３４ａ，３４ｂでは、その大面積により電流密度が十分に分散されるため、動作中に臨界電流や臨界温度を逸脱することはなく、超伝導状態は十分に保たれる。
【００２８】
なお、大面積型であるなら、上記以外にも公知の様々な帯域阻止フィルタ回路のパターンを採用できる。通常、送信波Ｔｘに含まれる不要波成分は、送信レベルよりも３０〜５０ｄＢ程度小さいので、共振器３４ａ，３４ｂは特に大面積化して電流を分散させる必要もない。また、送信フィルタ３４の段数も必要な帯域阻止特性に応じて様々な段数を選択できる。
【００２９】
図５に第２の実施の形態による超伝導デュプレクサ装置の帯域特性を示す。図において、送信フィルタ３４は共振器素片３４ａ，３４ｂを備えており、共振器３４ａの帯域阻止特性は３４Ｃａ、共振器３４ｂの帯域阻止特性は３４Ｃｂとなっている。従って、送信フィルタ３４の実質的な通過特性は通過帯域幅ｆＴ１〜ｆＴ２である。他の抑制フィルタ３２と受信フィルタ３３の各通過特性は上記図３で述べたものと同様で良い。
【００３０】
このような構成では、送信フィルタ３４を通過した送信波が抑制フィルタ３２に流れ込もうとするが、実質的な通過帯域幅ｆＴ１〜ｆＴ２は抑制フィルタ３２からみれば減衰域にあるので、抑制フィルタ３２を通過して受信フィルタ３３に流れ込むパワーは十分に抑えられる。このとき、抑制フィルタ３２は、大面積型の共振器であるので、超伝導状態が崩れることはない。一方、受信フィルタ３３は、小型でフィルタ段数を多くできるヘアピン型としたため、急峻な減衰特性３３Ｃが得られている。
【００３１】
図６は第３の実施の形態による超伝導デュプレクサ装置２０ｃを説明する図で、図２の抑制フィルタ３２に代えて、帯域阻止型の抑制フィルタ３５を採用した場合を示している。この例の抑制フィルタ３５は、受信ストリップ線に沿って１又は２以上の平面型共振器３５ａ，３５ｂを結合させた大面積型の帯域阻止フィルタ（ＢＲＦ）よりなっている。図６の例では、適当な面積のヘヤピン型共振器３５ａ，３５ｂを使用した例を示している。また、抑制フィルタ３５の段数も必要な帯域阻止特性に応じて様々な段数を選択できる。
【００３２】
なお、この例の抑制フィルタ３５は送信波回り込み電力の大部分を抑制する必要があるため、大面積型のものを使用する。但し、大面積型であるなら、上記以外にも公知の様々な帯域阻止フィルタ回路のパターンを採用できる。例えば他の例の帯域阻止フィルタ３６を図８に示す。
【００３３】
図７に第３の実施の形態による超伝導デュプレクサ装置の帯域特性を示す。図において、抑制フィルタ３５の通過特性３５Ｃは阻止帯域幅ｆＴ３〜ｆＴ４でり、所要の送信帯域幅ｆＴ１〜ｆＴ２よりも広くなっている。他の送信フィルタ３１と受信フィルタ３３の各通過特性は上記図３で述べたものと同様で良い。
【００３４】
このような構成では、送信フィルタ３１を通過した送信波の一部が抑制フィルタ３５の側に回り込もうとするが、該回り込み成分は抑制フィルタ３５で十分に減衰されるため、受信フィルタ３３に流れ込むパワーは十分に抑えられる。このとき、抑制フィルタ３５は、大面積型の共振器であるので、超伝導状態が崩れることはない。一方、受信フィルタ３３は、小型でフィルタ段数を多くできるヘアピン型としたため、急峻な減衰特性３３Ｃが得られている。
【００３５】
なお、上記本発明に好適なる複数の実施の形態を述べたが、本発明思想を逸脱しない範囲内で各部の構成及びこれらの組み合わせの様々な変更が行えることは言うまでも無い。
【００３６】
（付記１）  送受信兼用アンテナに接続して高周波の送／受信信号を分離するための超伝導デュプレクサ装置において、背面に接地層を有する共通の誘電体基板上に形成された超伝導マイクロストリップ線路によるフィルタ回路であって、所要送信帯域幅の送信信号成分を通過させる送信フィルタと、所要受信帯域幅の受信信号成分を通過させる受信フィルタと、前記受信フィルタの前段に設けられ、前記送信フィルタから受信フィルタへの信号の回り込み成分を抑制するための抑制フィルタとを備え、これらの全体を臨界温度以下に保持するよう構成したことを特徴とする超伝導デュプレクサ装置。
【００３７】
（付記２）  送信フィルタは、送信ストリップ線路上に１又は２以上の平面型共振器を介在させた大面積型の帯域通過フィルタよりなることを特徴とする付記１記載の超伝導デュプレクサ装置。
【００３８】
（付記３）  送信フィルタは、送信ストリップ線に沿って複数の平面型共振器を結合させた大面積型の帯域阻止フィルタよりなることを特徴とする付記１記載の超伝導デュプレクサ装置。
【００３９】
（付記４）  抑制フィルタは、受信ストリップ線路上に１又は２以上の平面型共振器を介在させた大面積型の帯域通過フィルタよりなり、その通過特性は受信フィルタの通過帯域幅よりも広く、かつ緩やかな減衰特性を有することを特徴とする付記１記載の超伝導デュプレクサ装置。
【００４０】
（付記５）  抑制フィルタは、受信ストリップ線に沿って１又は２以上の平面型共振器を結合させた大面積型の帯域阻止フィルタよりなり、その阻止帯域幅は前記所要送信帯域幅よりも広いことを特徴とする付記１記載の超伝導デュプレクサ装置。
【００４１】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、超伝導体による送・受信フィルタを一体化させて１つの超伝導デュプレクサ装置として構成することが可能となり、超伝導デュプレクサ装置の性能向上に寄与する所が極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明する図である。
【図２】第１の実施の形態による超伝導デュプレクサ装置を説明する図である。
【図３】第１の実施の形態による超伝導デュプレクサ装置の帯域特性を説明する図である。
【図４】第２の実施の形態による超伝導デュプレクサ装置を説明する図である。
【図５】第２の実施の形態による超伝導デュプレクサ装置の帯域特性を説明する図である。
【図６】第３の実施の形態による超伝導デュプレクサ装置を説明する図である。
【図７】第３の実施の形態による超伝導デュプレクサ装置の帯域特性を説明する図である。
【図８】他の実施の形態による帯域阻止フィルタを説明する図である。
【符号の説明】
２０  超伝導デュプレクサ装置
１０  送受信兼用アンテナ（ＡＮＴ）
２１  誘電体基板
２２  接地層
２４  伝送線
３１，３４  送信フィルタ
３３  受信フィルタ
３２，３５  抑制フィルタ
４０  冷凍機
【図１】
2005033264.tif 000003
【図２】
2005033264.tif 000004
【図３】
2005033264.tif 000005
【図４】
2005033264.tif 000006
【図５】
2005033264.tif 000007
【図６】
2005033264.tif 000008
【図７】
2005033264.tif 000009
【図８】
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