(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導転移温度以下に冷却する冷凍機ヘッドと、
この冷凍機ヘッドにより冷却される電気絶縁基板と、
この電気絶縁基板上に設けられた短冊状超伝導体共振器と、
この超伝導体共振器近傍に配設され、１５０K以下の温度領域にて、温度変化によりその誘電率が変化するＳｒＴｉＯ３量子常誘電体と、
このＳｒＴｉＯ３量子常誘電体を加熱或いは冷却するように設けられた温度制御素子と、
を具備することを特徴とする高周波フィルタ。
【請求項２】
前記超伝導体共振器が短冊状に複数形成され、
前記量子常誘電体及び前記温度制御素子が、前記超伝導体共振器毎に個別に配設されることを特徴とする請求項１記載の高周波フィルタ。
【請求項３】
前記温度制御素子が、超伝導体の前記共振器及び前記量子常誘電体との間に配設されることを特徴とする請求項１記載の高周波フィルタ。
【請求項４】
前記温度制御素子は、ペルチェ素子であることを特徴とする請求項１記載の高周波フィルタ。
【請求項５】
前記温度制御素子に入力する温度制御の電気信号は、前記量子常誘電体に対する時間平均熱量が、超伝導体の前記共振器に対する時間平均熱量よりも、加熱側に大きくなるように設定することを特徴とする請求項１記載の高周波フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波フィルタに関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報通信を行う通信システムでは、所望の周波数帯のみを取り出すフィルタは重要な構成要素の一つである。周波数の有効利用及び省エネルギー化のためには、この種のフィルタには、減衰特性に優れ、挿入損失が小さいことが要求される。
【０００３】
このようなフィルタを実現する方法として、共振器を構成する金属導体に超伝導体を用い、誘電体基板にサファイアやＭｇＯなどの非常に低損失な材料を用いる方法がある。
【０００４】
また、通信システムでは、濾波するための高周波の波長を変調可能な変調高周波フィルタの実現を求められている。このような変調高周波フィルタを上記した超伝導体を用いたもので実現したものが特開平１１−２７０１５号公報に記載されている。これは誘電体に電場を加えることで誘電率を変化させ、フィルタ周波数を変化させる方法である。
【０００５】
この方法は電場強度変化に対する誘電体の誘電率変化が大きい誘電体が必要であり今のところ十分に大きい誘電率変化を示す誘電体がない。また、誘電率を電場強度によって変化させるために金属電極を超伝導体の共振器近傍に形成しなければならず、我々の実験の結果、フィルタ通過周波数帯の両端部に広がりを持ってしまうことが分かった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みて成されたものであり、フィルタ周波数の端部の広がりを抑制し、できるだけ方形波形を達成する変調可能な高周波フィルタを提供することを目的とする。
【０００７】
また、周波数変調のための誘電体に対して誘電率を大きくかつ高速に変化させることによって、周波数変調を高速に行い、かつ周波数特性の劣化を低減することが可能な高周波フィルタを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、超伝導転移温度以下に冷却する冷凍機ヘッドと、この冷凍機ヘッドにより冷却される電気絶縁基板と、この電気絶縁基板上に設けられた短冊状超伝導体共振器と、この超伝導体共振器近傍に配設され、１５０K以下の温度領域にて、温度変化によりその誘電率が変化するＳｒＴｉＯ３量子常誘電体と、このＳｒＴｉＯ３量子常誘電体を加熱或いは冷却するように設けられた温度制御素子とを具備することを特徴とする高周波フィルタを提供する。
【００１０】
また、前記共振器と前記誘電体間との距離が１ｃｍ以下であることが好ましい。
【００１１】
また、誘電体が量子常誘電体であり、その誘電率を変化させることによって濾波するための高周波の周波数を変調することが好ましい。
【００１２】
また、前記誘電体が強誘電体であり、その誘電率を変化させることによって濾波するための高周波の周波数を変調することが好ましい。
【００１３】
また、前記誘電体が前記共振器の上或いは下或いは横に位置することが好ましい。
【００１４】
また、前記共振器が短冊状に複数形成され、前記誘電体を前記共振器の端部に形成されていることが好ましい。
【００１５】
また、前記共振器が短冊状に複数形成され、前記誘電体が前記共振器間に形成されていることが好ましい。
【００１６】
また、前記温度制御素子が、前記誘電体或いは前記超伝導体と直接接しないことが好ましい。
【００１７】
また、前記温度制御素子が抵抗体或いはペルチェ素子であることが好ましい。
【００１８】
また、前記温度制御素子がペルチェ素子であり、前記ペルチェ素子が前記共振器及び前記誘電体間に設置されていることが好ましい。
【００１９】
また、前記温度制御素子に入力する温度制御の電気信号は、前記誘電体を加熱或いは冷却した時間的平均熱量が、前記共振器を加熱或いは冷却した時間的平均熱量に対し、加熱側に大きくなるように設定することが好ましい。
【００２０】
なお、低温においては誘電体などの比熱が減少するため、低電力で容易に温度変化を生じ得る。誘電体として例えばＳＴＯ（ストロンチウムチタンオキサイド）などの量子常誘電体を用いれば、５０Ｋ程度の温度にて誘電率の温度変化が急峻となる。これによって超伝導体共振器の周波数特性を高速に変調させることが可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を示しながら発明の実施の形態を示す。
【００２３】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る高周波フィルタの断面図を示す。
【００２４】
図１に示すように、冷凍機のヘッド３１上に、電気絶縁体かつ熱伝導体である物質、例えばサファイア（Ａｌ２Ｏ３）からなる基板３２が配置されている。
【００２５】
この基板３２上には、超伝導体からなる共振器３３が形成されている。また、基板３２の下部には超伝導体からなるグランド３７が形成されている。この共振器３３は、基板３２上に短冊状に少なくとも２個以上形成されている。図２はこの様子を上面から見たものであり、図１の共振器３３が符号４３として示されている。これらの共振器３３（４３）は、お互いに電気的に絶縁され、ある共振器３３（４３）から他の共振器３３（４３）に高周波信号を流すと特定の周波数帯域の信号通過率が高くなる。
【００２６】
共振器として用いる超伝導体として ＬＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ（６≦ｘ≦７、Ｌ はＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのいずれか１種類以上を含む）が挙げられる。また、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ（ｎ−１）ＣｕｎＯ（２ｎ−４）（ｎ＝１、２、３）が挙げられる。また、ＴｌＭ２Ｃａ（ｎ−１）ＣｕｎＯ（２ｎ＋２．５）（ｎ＝１、２、３、４、５、ＭはＢａ或いはＳｒのいずれか１種類以上を含む）が挙げられる。また、Ｔｌ２Ｍ２Ｃａ（ｎ−１）ＣｕｎＯ（２ｎ＋４）（ｎ＝１、２、３、ＭはＢａ或いはＳｒのいずれか１種類以上を含む）が挙げられる。また、ＨｇＢａ２Ｃａ（ｎ−１）ＣｕｎＯ（２ｎ＋２）（ｎ＝１、２、３）が挙げられる。また、ＭｇＢ２が挙げられる。超伝導体としてこれらに限定されず、他の物質を用いても本発明を実施することが可能である。
【００２７】
図１に示すように、共振器３３上には、誘電体３４が共振器３３に接して形成されている。誘電体３４は、図１に示すように共振器３３に接して形成しても良いし、接していなくても共振器３３近傍に形成していれば良い。
【００２８】
誘電体３４としては量子常誘電体或いは量子強誘電体或いは強誘電体を用いることが望ましい。これらの誘電体は、１５０Ｋ以下の低温で、温度が低下するにしたがって誘電率が大きく変化するので好ましい。量子常誘電体は、誘電損失が小さいという有利な点がある。強誘電体は、誘電率の温度変化の多きいいところを組成比を変えることによって任意に設定することができる。
【００２９】
このような誘電体として、例えばＡＴｉＯ３（ＡはＣａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂ、Ｍｇのいずれか一種類以上を含む）が挙げられる。また、ＡＢＯ３（ＡはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｐｂ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｈｏ、ＮＨ４のいずれか一種類以上を含み、ＢはＶ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｗ、Ｍｎ、Ｙｂ、Ｌｕのいずれか一種類以上を含む）が挙げられる。また、ＡＨ２ＰＯ４（ＡはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、ＮＨ４のいずれか一種類以上を含む）が挙げられる。また、ＢａＢＯ３（ＢはＺｒ、Ｚｎ、Ｔａのいずれか一種類以上を含む）が挙げられる。また、Ａ３Ｂ（ＡはＮｂ、Ｖのいずれか一種類以上を含む、ＢはＳｎやＳｉのいずれか一種類以上含む）が挙げられる。また、ＡＢＯ４（ＡはＢｉ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｂａ、Ｓｒのいずれか一種類以上を含み、ＢはＶ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｗのいずれか一種類以上を含む）が挙げられる。
【００３０】
また、誘電体３４として、複数の誘電体の積層薄膜を用いることも可能である。すなわちＣａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３のいずれか一種類以上を複数層積層した積層薄膜を用いることができる。また、ＫＴａＯ３、ＫＮｂＯ３、ＫＶＯ３のいずれか一種類以上を複数層積層した積層薄膜を用いることができる。
【００３１】
また、ＬｉＨ２ＰＯ４、ＮａＨ２ＰＯ４、ＫＨ２ＰＯ４、ＲｂＨ２ＰＯ４、ＣｓＨ２ＰＯ４、ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４のいずれか一種類以上を複数層積層した積層薄膜などを用いることが可能である。また、誘電体３４は単結晶或いは多結晶体或いはアモルファス体のいずれであっても良い。
【００３２】
誘電体として、ここに挙げたものにかかわらず、いかなる組成のものでも量子常誘電体、量子強誘電体、強誘電体に属するものであれば用いることができる。
【００３３】
誘電体３４として、例えばＳＴＯを使った場合、ＳＴＯの誘電率の温度依存性は図１４のようになる。したがって仮に５０Ｋ付近で温度変化させる場合、ｄε／ｄＴ＝２００程度が得られる。
【００３４】
ＳＴＯの比熱の温度依存性を図１５に示す。仮に５０Ｋ付近で温度変化させた場合、比熱は４．０ｃａｌ／ｍｏｌとなる。仮に誘電体として、１μｍ厚のＳＴＯを用いた場合、０．３Ｗの電力で誘電率を４００程度の振幅、１ｍｓｅｃ周期で変化させることが可能となる。 さらに高周波となって１μｓｅｃ周期で変化させる場合、３００Ｗの電力が必要となる。誘電率変化に対するフィルタリング周波数変化の例を図１６に示す。１．８ＧＨｚの帯域において、周波数変動は０．０２ＧＨｚ程度となる。
【００３５】
このように温度制御により誘電率を変化させて周波数変動を行うことができる。温度制御をするための電極は共振器から離れた位置に形成できるので、金属電極の存在による波形の乱れは生じない。
【００３６】
また、図１に示すように、共振器３３上に接して誘電体３４が形成されている。こうすることで誘電体の誘電率変化に応じて効率的に周波数変換することができる。接していなくても共振器３３近傍に誘電体３４が形成していれば良い。この際共振器３３と誘電体３４との距離が１ｃｍ以下であることが好ましい。これは誘電体３４の誘電率の変化によって共振器３３の濾波する高周波の周波数を良好に制御できるためである。このとき共振器３３と誘電体３４の間に他の物質があっても良いし、空隙になっていてもよい。
【００３７】
図２は、前述したように共振器３３を上面から見た図である。図２に示すように、共振器３３は、基板３２上に、符号４３で示すように超伝導体が短冊状に整形されている。符号４２で示すものは、超伝導体からできた励振線である。励振線４２から高周波信号４１が入力され、共振器４３の長さに応じた周波数のみが通過することになる。
【００３８】
図３は、基板３２上に超伝導体からなる共振器４３及び励振線４２が長方形長手方向に一列に形成されている例である。共振器４３及び励振線４２の両側には、超伝導体からなるグランド４７が形成されている。このように基板上に共振器及びグランドが形成されるプレナー型のものでもよい。この場合図１に示す基板３２の裏面に形成されたグランド３７は必要ない。
【００３９】
図１に示すように、誘電体３４上に接するように発熱体３５を配置する。この発熱体３５は、接する代わりに誘電体３４近傍に設置してもよい。このとき誘電体３４と発熱体３５との最短距離が１ｃｍ以下であることが好ましい。これは発熱体３５により誘電率を制御性よく温度変化させるための最適な範囲である。発熱体３５として、例えば電気抵抗体が挙げられる。電気抵抗体に電流を流すことによって発熱し誘電体３４の誘電率を変化させることが可能となる。
【００４０】
また、発熱体３５によって誘電体３４を加熱する一方で冷凍機３１によって冷却することが可能である。これら発熱体３５と冷凍機３１からの熱伝導により、誘電体３４の温度調節を行うことで誘電率を変化させることができる。この実施形態では発熱体３５という簡単な構成によって本発明を達成できる。
【００４１】
図１では、誘電体３４は、共振器３３上に均一に覆うように形成されている。図２の符号４４に示す共振器４３の端部或いは符号４５に示すエッジ部上に形成しても良い。こうすることで共振器４３から発生する電気力線が効率的に誘電体中を横切ることが可能となり周波数変調も大きい。
【００４２】
また、誘電体を短冊状の共振器間に形成することで、フィルタ波形を方形状にするための調整ができる。
【００４３】
また、図１に示すように、基板３２と、基板３２上に形成された超伝導体からなる共振器３３と、共振器３３上に形成された誘電体３４と、誘電体３４上に形成された発熱体３５からなる構造を断熱シールド３６の内部に収納することは、冷凍機の能力を有効利用するために有用である。
【００４４】
（実施形態２）
図４は、本発明の実施形態２に係る高周波フィルタの断面図である。
【００４５】
図４に示すように、冷凍機のヘッド８１上に、電気絶縁体かつ熱伝導体である物質、例えばサファイア（Ａｌ２Ｏ３）からなる基板８２が配置されている。
【００４６】
この基板８２上には、超伝導体からなる励振線８３Ａ及びこの励振線８３Ａに対向する位置に共振器８３Ｂが形成されている。基板８２の裏面には超伝導体からなるグランド８７が形成されている。この共振器８３Ｂは、基板８２上に短冊状に少なくとも２個以上形成されている。これらの励振線８３Ａ及び共振器８３Ｂは、お互いに電気的に絶縁され、励振線８３Ａから共振器８３Ｂに高周波信号を流すと特定の周波数帯域の信号通過率が高くなる。
【００４７】
超伝導体としては実施形態１で示したものを用いればよい。また、発熱体８５及び冷凍機８１の用い方も実施形態１で示した方法を用いればよい。
【００４８】
本実施形態では短冊状に整形された共振器８３Ｂ上に、誘電体８４が個別に形成されている。そしてこの誘電体８４上に、発熱体８５が個別に形成されている。このように各共振器に個別に誘電体及び発熱体を形成し、それぞれ独立に温度制御することによって、シフト後の高周波信号の波形を調整し良好な方形にすることも可能である。
【００４９】
また、本実施形態においても実施形態１と同様の効果を示す。
【００５０】
（実施形態３）
図５は、本発明の実施形態３に係る高周波フィルタの断面図である。
【００５１】
図５に示すように、冷凍機のヘッド７１上に、電気絶縁体かつ熱伝導体である物質、例えばサファイア（Ａｌ２Ｏ３）からなる基板７２が配置されている。
【００５２】
この基板７２上には、超伝導体からなる共振器７３が形成されている。基板７２の裏面には超伝導体からなるグランド７７が形成されている。この共振器７３は、基板７２上に短冊状に少なくとも２個以上形成されている。これらの共振器７３は、お互いに電気的に絶縁され、ある共振器７３から他の共振器７３に高周波信号を流すと特定の周波数帯域の信号通過率が高くなる。超伝導体としては、実施形態１と同じ物を用いればよい。
【００５３】
この共振器７３上には、誘電体７４が共振器７３を覆うように形成されている。誘電体７３上には、ニクロム線或いは抵抗加熱体或いはペルチェ素子或いは発光ダイオード（ＬＥＤ）或いは半導体レーザ或いは光ファイバー端より発する加熱光等の、線状或いは点状或いは面状の発熱体７５が設けられている。この発熱体７５の周辺には熱を反射させるための熱反射鏡７６が形成され放射熱によって誘電体７４を加熱可能としている。
【００５４】
本実施例では、熱伝導ではなく放射熱或いは光エネルギーを利用して誘電体７４を加熱しているので、発熱体を超伝導体から離間して形成できる。したがって超伝導体から発生する電気力線に対する発熱体の影響を少なくするという効果がある。こうして周波数変調したときの高周波濾波特性の補正が容易になる。
【００５５】
また、レーザを用いて誘電体７４を過熱してもよい。こうすることでレーザスポットを誘電体上の任意の場所にあてることができるので、個別に誘電率の調整が可能となり濾波特性の調整が容易となる。
【００５６】
また、本実施形態においても実施形態１と同様の効果を示す。
【００５７】
（実施形態４）
図６は、本発明の実施形態４に係る高周波フィルタの断面図である。
【００５８】
図６に示すように、冷凍機のヘッド９１上に、電気絶縁体かつ熱伝導体である物質、例えばサファイア（Ａｌ２Ｏ３）からなる基板９２が配置されている。
【００５９】
この基板９２上には、超伝導体からなる励振線９３Ａ及びこの励振線９３Ａに対向する位置に共振器９３Ｂが形成されている。基板９２の裏面には超伝導体からなるグランド９７が形成されている。この共振器９３Ｂは、基板９２上に短冊状に少なくとも２個以上形成されている。これらの励振線９３Ａ及び共振器９３Ｂは、お互いに電気的に絶縁され、励振線９３Ａから共振器９３Ｂに高周波信号を流すと特定の周波数帯域の信号通過率が高くなる。
【００６０】
超伝導体としては実施形態１で示したものを用いればよい。
【００６１】
本実施形態では短冊状に整形された共振器９３Ｂ上に、誘電体９４が形成されている。そしてこの誘電体９４上に、誘電体９４を覆うように発熱体９５が形成されている。この実施形態では発熱体９５は誘電体及び共振器を覆うように形成されている。このような単純な構造でも本発明による効果を発揮する。この実施形態のような単純な構造では、波長のシフト量が比較的小さいものに用いることが好ましい。
【００６２】
また、本実施形態においても実施形態１と同様の効果を示す。
【００６３】
（実施形態５）
図７は、本発明の実施形態５に係る高周波フィルタの断面図である。
【００６４】
図７に示すように、冷凍機のヘッド１１１上に、電気絶縁体かつ熱伝導体である物質、例えばサファイア（Ａｌ２Ｏ３）からなる基板１１２が配置されている。
【００６５】
この基板１１２上には、超伝導体からなる共振器１１３が形成されている。基板１１２の裏面には超伝導体からなるグランド１１７が形成されている。この共振器１１８は、基板１１２上に短冊状に少なくとも２個以上形成されている。これらの共振器１１３は、お互いに電気的に絶縁され、高周波信号を流すと特定の周波数帯域の信号通過率が高くなる。超伝導体としては実施形態１で示したものを用いればよい。
【００６６】
共振器１１３上には誘電体１１４が、共振器１１３を覆うように形成されている。誘電体１１４上には、ペルチェ素子が形成されている。符号１１５Ａがペルチェ素子の熱電物質Ａであり、符号１１５Ｂが熱電物質Ｂである。このように温度制御素子としてペルチェ素子を用いることが可能である。ペルチェ素子を用いると細かい温度制御が容易となる。
【００６７】
また、これらのペルチェ素子を所望の箇所、例えば共振器と共振器との間及び共振器上に形成し、それぞれ別の制御によって温度を調整しても良い。こうすることで誘電体１１４を局所的に加熱冷却することができ、フィルタ波形を調整することができる。
【００６８】
図９は、ペルチェ素子の変わりに発熱体２５を、誘電体１１４上に局所的に形成した例である。このように発熱体２５を局所的に形成してそれぞれ別々に電流を流すことで図８に示したものと同様の効果がある。
【００６９】
本実施形態においても実施形態１と同様の効果を示す。
【００７０】
（実施形態６）
図９は、本発明の実施形態６に係る高周波フィルタの断面図である。
【００７１】
図９に示すように、冷凍機のヘッド１１上に、電気絶縁体かつ熱伝導体である物質、例えばサファイア（Ａｌ２Ｏ３）からなる基板１２が配置されている。
【００７２】
この基板１２上には、超伝導体からなる励振線１３Ａ及び共振器１３Ｂが形成されている。基板１２の裏面には超伝導体からなるグランド１７が形成されている。この共振器１３Ｂは、基板１２上に短冊状に少なくとも２個以上形成されている。これら励振線１３Ａ及び共振器１３Ｂは、お互いに電気的に絶縁され、高周波信号を流すと特定の周波数帯域の信号通過率が高くなる。超伝導体としては実施形態１で示したものを用いればよい。
【００７３】
励振線１３Ａ及び共振器１３Ｂ上には誘電体１４が、それぞれ励振線１３Ａ及び共振器１３Ｂを覆うように形成されている。誘電体１４上には、共振器１３Ｂに対応する位置に発熱体１５が形成されている。符号１５で示す部分である共振器１３Ｂや励振線１３Ａの間は絶縁体或いは空隙となっている。
【００７４】
このように各個の共振器１３Ｂに対応して発熱体１５を形成しているので、特性のばらつきに応じて、各個の発熱体１５ごとに加熱冷却電力を微調整することも可能である。こうすることでシフト後の高周波信号の波形を角型に保つための最適な温度微調整をすることができる。
【００７５】
本実施形態においても実施形態１と同様の効果を示す。
【００７６】
（実施形態７）
図１０は、本発明の実施形態７に係る高周波フィルタの断面図である。
【００７７】
図１０に示すように、冷凍機のヘッド１２１上に、電気絶縁体かつ熱伝導体である物質、例えばサファイア（Ａｌ２Ｏ３）からなる基板１２２が配置されている。
【００７８】
この基板１２２上には、超伝導体からなる励振線１２３Ａ及び共振器１２３Ｂが形成されている。基板１２２の裏面には超伝導体からなるグランド１２７が形成されている。この共振器１２３Ｂは、基板１２２上に短冊状に少なくとも２個以上形成されている。これら励振線１２３Ａ及び共振器１２３Ｂは、お互いに電気的に絶縁され、高周波信号を流すと特定の周波数帯域の信号通過率が高くなる。超伝導体としては実施形態１で示したものを用いればよい。
【００７９】
共振器１２３Ｂ上には誘電体１２４が、共振器１２３Ｂと同じパターンになる用に形成されている。誘電体１２４上には、それぞれ共振器１２３Ｂに対応するようにペルチェ素子が形成されている。符号１２５Ａがペルチェ素子の熱電物質Ａであり、符号１２５Ｂが熱電物質Ｂである。このように温度制御素子としてペルチェ素子を用いることが可能である。ペルチェ素子を用いると細かい温度制御が容易となる。
【００８０】
このように各個の共振器１２３Ｂに対応してペルチェ素子を形成しているので、特性のばらつきに応じて、各個のペルチェ素子ごとに加熱冷却電力を微調整することも可能である。こうすることでシフト後の高周波信号の波形を角型に保つための最適な温度微調整をすることができる。
【００８１】
本実施形態においても実施形態１と同様の効果を示す。
【００８２】
（実施形態８）
図１１は、本発明の実施形態８に係る高周波フィルタの断面図である。
【００８３】
図１１に示すように、冷凍機のヘッド１３１上に、電気絶縁体かつ熱伝導体である物質、例えばサファイア（Ａｌ２Ｏ３）からなる基板１３２が配置されている。
【００８４】
この基板１３２上には、超伝導体からなる共振器１３３が形成されている。基板１３２の裏面には超伝導体からなるグランド１３７が形成されている。この共振器１３３は、基板１３２上に短冊状に少なくとも２個以上形成されている。共振器１３３は、お互いに電気的に絶縁され、高周波信号を流すと特定の周波数帯域の信号通過率が高くなる。超伝導体としては実施形態１で示したものを用いればよい。
【００８５】
共振器１３３上には絶縁体１３４が形成されている。この絶縁体１３４は空隙でもかまわない。
【００８６】
絶縁体１３４上には、ペルチェ素子が形成されている。符号１３５Ａで示されているのがペルチェ素子の熱電物質Ａであり、符号１３５Ｂで示されているのがペルチェ素子の熱電物質Ｂである。
【００８７】
ペルチェ素子上には、ペルチェ素子を覆うように誘電体１３６が、形成されている。このように共振器１３３と誘電体１３６との間にペルチェ素子を形成してもかまわない。ただし誘電体１３６及び共振器１３３との距離は１ｃｍいないであることが好ましい。ペルチェ素子の熱電物質Ａ１３５Ａ及び熱電物質Ｂ１３５Ｂは入力電力の向きに対する加熱冷却特性が、共振器１３３側と誘電体１３６側とで逆になるように接点を配置する。ここでは熱電物質Ａ１３５Ａが共振器１３３側に、熱電物質Ｂ１３５Ｂが誘電体１３６側になるようにしている。
【００８８】
ペルチェ素子による誘電体の温度変化の効率は、性能指数によって定まる。ペルチェ素子としてＢｉ２Ｔｅ３系の物質を選んだ場合、５０Ｋ付近における熱伝導度は６Ｗ／ｍＫ程度である。共振器１３３の面積を５ｃｍ×５ｃｍ、ペルチェ素子の厚さを１ｍｍと仮定する。誘電体１３６と共振器１３３の間の温度差を２Ｋであると仮定した場合、ペルチェ素子を流れる熱量は３０Ｗ／Ｋになる。これはペルチェ素子を５ｃｍ×５ｃｍの範囲に充分密に配置した場合の仮定であり、９０％の間隙と１０％の柱状ペルチェ素子からなる層を仮定すれば、実効的な熱伝導率が１／１０になり、３Ｗの電力にて温度差を維持できる。
【００８９】
ただしこの見積もりは充分ゆっくりした周波数変調を得るための温度変化の場合に限るものであり、ｍｓｅｃ以下の短時間で周波数変調を行うための温度変化の場合は、断熱変化で近似できるためこの制限は問題にならない。
【００９０】
本実施形態では、ペルチェ素子１３５Ａ、１３５Ｂを共振器１３３と誘電体１３６の間に挿入し、発熱側の金属１３５Ｂを誘電体１３６側に、冷却側の金属１３５Ａを共振器１３３側に設けている。こうすることで誘電体１３６を加熱しながら共振器１３３を冷却することが可能となる。
【００９１】
また、ペルチェ素子１３５Ａ、１３５Ｂに対して、図１２のようにペルチェ素子の誘電体１３６側を加熱または冷却した熱量の時間平均値が、ペルチェ素子の共振器１３３側を冷却または加熱した熱量の時間平均値と比較して、加熱側に多くなるようにペルチェ素子に入力する電力信号を設定すれば効果が高い。
【００９２】
本実施形態では、ペルチェ素子１３５Ａ、１３５Ｂと共振器１３３中の超伝導体を電気的に分離するために、絶縁体１３４を挿入した。絶縁体１３４の代わりに空隙を挿入しても良い。
【００９３】
本実施形態においても実施形態１と同様の効果を示す。
【００９４】
（実施形態９）
図１３は、本発明の実施形態９に係る高周波フィルタの断面図である。
【００９５】
図１３に示すように、冷凍機のヘッド１４１上に、電気絶縁体かつ熱伝導体である物質、例えばサファイア（Ａｌ２Ｏ３）からなる基板１４２が配置されている。
【００９６】
この基板１４２上には、超伝導体からなる共振器１４３が形成されている。基板１４２の裏面には超伝導体からなるグランド１４７が形成されている。この共振器１４３は、基板１４２上に短冊状に少なくとも２個以上形成されている。共振器１４３は、お互いに電気的に絶縁され、高周波信号を流すと特定の周波数帯域の信号通過率が高くなる。超伝導体としては実施形態１で示したものを用いればよい。
【００９７】
共振器１４３上には絶縁体１４４が形成されている。この絶縁体１４４は空隙でもかまわないし、単一種類或いは複数種類の絶縁物質の積層物でもかまわない。
【００９８】
絶縁体１４４上には、ペルチェ素子が形成されている。符号１４５Ａで示されているのがペルチェ素子の熱電物質Ａであり、符号１４５Ｂで示されているのがペルチェ素子の熱電物質Ｂである。本実施形態では絶縁体１４４表面に凹凸が形成され、熱電物質Ａ１４５Ａ及び熱電物質Ｂ１４５Ｂが、凹部上及び凸部上に基板面方向で接触するように形成されている。
【００９９】
ペルチェ素子上の共振器１４３に対応する位置には、誘電体１４６が形成されている。本実施形態ではペルチェ素子を薄く形成できる。ただし誘電体１４６及び共振器１４３との距離は１ｃｍ以内であることが好ましい。
【０１００】
本実施形態においても実施形態１と同様の効果を示す。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明では、誘電体の誘電率の制御を温度によって行うため波形の形状を乱していた金属電極を共振器から離して形成できるので、波形を良好に保つことができる。また、周波数変調を高速で行い、かつフィルタ特性の劣化を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態１に係る高周波フィルタの断面図。
【図２】  本発明の実施形態１に係る高周波フィルタの基板上に形成された共振器のレイアウトを示す上面図。
【図３】  本発明の実施形態１に係る高周波フィルタの変形例を示す断面図。
【図４】  本発明の実施形態２に係る高周波フィルタの断面図。
【図５】  本発明の実施形態３に係る高周波フィルタの断面図。
【図６】  本発明の実施形態４に係る高周波フィルタの断面図。
【図７】  本発明の実施形態５に係る高周波フィルタの断面図。
【図８】  本発明の実施形態５に係る高周波フィルタの変形例を示す断面図。
【図９】  本発明の実施形態６に係る高周波フィルタの断面図。
【図１０】  本発明の実施形態７に係る高周波フィルタの断面図。
【図１１】  本発明の実施形態８に係る高周波フィルタの断面図。
【図１２】  本発明の実施形態８に係る高周波フィルタのペルチェ素子に加える信号の波形、縦軸は電流、電圧、電力のいずれかひとつ、横軸は時間経過を示す。
【図１３】  本発明の実施形態９に係る高周波フィルタの断面図。
【図１４】  ＳＴＯの誘電率の温度依存性を示す図。
【図１５】  ＳＴＯの比熱の温度依存性を示す図。
【図１６】  誘電率変化に対するフィルタリング周波数の変化を示す図。
【符号の説明】
３１・・・冷凍機のヘッド
３２・・・基板
３３・・・共振器
３４・・・誘電体
３５・・・発熱体
３６・・・断熱シールド
３７・・・グランド
【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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