(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイアＲ面を一主面に有する基板と、前記基板の他主面上に形成された接地導体と、前記一主面上に形成されたヘアピン型共振部と、前記共振部を挟む入出力部とを備え、前記一主面上において、サファイア＜１−１０１＞方向と前記共振部長辺部がなす角ψが、０度≦ψ≦２０度であることを特徴とする高周波部材。
【請求項２】
前記接地導体、前記共振部、及び前記入出力部が超伝導体であることを特徴とする請求項１記載の高周波部材。
【請求項３】
前記基板と前記超伝導体との間にバッファ層が設けられていることを特徴とする請求項２記載の高周波部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信機器などに用いられる高周波部材に関し、特に、所望の信号周波数帯域のみ通過させる高周波部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線または有線で情報通信を行う通信機器は、アンプ、ミキサ、フィルタなどの各種の高周波部材から構成されている。この中には、共振特性を利用した高周波部材が多く含まれている。例えば、バンドパスフィルタは、共振素子を複数個並べて特定の周波数帯の信号のみを通過させる機能を有する。
【０００３】
通信システムにおいては、各通信会社の使用する周波数帯域が分散して存在する場合がある。例えば、米国のAMPSシステムでは、図１６に示すように、通信会社Aが８２４−８３５MHｚ（帯域幅１１ＭＨｚ）および８４５−８４６．５MHｚ（帯域幅１．５ＭＨｚ）を使用し、通信会社Bが８３５−８４５MHｚ（帯域幅１０ＭＨｚ）および８４６．５−８４９MHｚ（帯域幅２．５ＭＨｚ）を使用している。従って、「ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  第９巻（１９９９年）、第４０１８頁」に述べられているように、通信会社Ｂは８３５−８４９ＭＨｚを通過帯域とするバンドパスフィルタと、前記通過帯域中の８４５−８４６．５MHｚを通過阻止帯域とするバンドストップフィルタを直列に接続したフィルタ回路を用意する必要がある。
【０００４】
このように、複数のフィルタを用いると、素子が大型化するという問題点がある。導体に超伝導体を用いた場合、大型の素子では温度分布が生じやすくなり、また冷却コストも増大するという問題点がある。
【０００５】
従って、１つのフィルタで、通過帯域内に通過阻止帯域をもたせることができれば、素子の小型化が可能となる。しかし、従来、通過帯域内に通過阻止帯域をもつ単独のフィルタを実現することはできなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、従来技術では、通過帯域内に通過阻止帯域をもつ単独のフィルタを実現することはできなかった。従って、通信システムにおいて使用する周波数帯が分散して存在する場合、各々の周波数帯に相当する複数のフィルタを用意しなければならないため、素子が大型化するという問題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面は、サファイアＲ面を一主面に有する基板と、前記基板の他主面上に形成された接地導体と、前記一主面上に形成されたヘアピン型共振部と、前記共振部を挟む入出力部とを備え、前記一主面上において、サファイア＜１−１０１＞方向と前記共振部長辺部がなす角ψが、０度≦ψ≦２０度であることを特徴とする高周波部材を提供する。
【０００８】
ここで、接地導体及び共振部及び入出力部が超伝導体であってもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１０】
本発明の高周波部材は、サファイアＲ面上に形成される。ここで、サファイアＲ面とは、サファイア六方晶の（１−１０２）面である（図１参照）。また、サファイアＲ面基板とは、サファイアＲ面を主面に露出させた基板である。この基板は、サファイア単体の基板であっても、サファイア層を露出させた複合体であってもよい。無論、実際に用いる基板は、厳密にＲ面が露出しているものに限られず、Ｒ面近傍を用いることも可能である。即ち、面方位の角度誤差は通常の工業的基板加工で実現される精度で含まれていればよい。
【００１１】
図１中の矢印が、＜１−１０１＞方向を示す。
【００１２】
本発明に係る高周波部材の基本的な構成の例をまず説明する。
【００１３】
図２に示すように、サファイアＲ面を切り出した基板３０の一主面に接地導体３１を設け、他主面３０ａ上には共振素子３２が配置されている。
【００１４】
共振素子３２は基板３０上にパターニングされた導体により形成されている。共振素子３２は入出力部３５、３６と、その間の共振部３７によって構成される。共振部３７の長さは、フィルタの所望通過帯域波長の１／２に対応している。ここに、共振部３７の長さとは、パターニングされた導体の長さである。
【００１５】
この共振素子３２の両端には、同軸線３３、３４が接続されている。同軸線３３から信号が供給され、同軸線３４から信号が出力される。
【００１６】
共振素子３２と同軸線３３、３４との間で、同軸−マイクロストリップ変換が行われている。
（実施形態１）
図３は、第１の実施形態に係る高周波部材の共振素子を示すレイアウト図を示したものである。以下、高周波とは、百MHｚからGHｚ帯の周波数帯をいう。
【００１７】
厚さ約０．４３ｍｍのサファイアＲ面を切り出した基板（図示せず）の一主面に接地導体（図示せず）を設け、他主面に図３で示されるストリップ導体を設ける。
【００１８】
導体には厚さ約５００ｎｍのＹ系超伝導薄膜を用い、ストリップ導体の線路幅は約０．４ｍｍである。超伝導体としては、レーザー蒸着法、スパッタ法あるいは共蒸着法などを用いることができる。また、良質な超伝導薄膜を得るために、基板と超伝導薄膜との間にバッファ層を設けることができる。バッファ層としては、CeO2あるいはYSZなどがある。
【００１９】
本実施形態においては、Ｌ字型の入出力部の間に、図３に示すように、共振部４１を配置している。各々の共振部４１は対称なヘアピン形状をしている。ヘアピンは、２つの長辺部と接続部を備える。ここでは、角部を有するヘアピン形状の例を挙げているが、接続部を円弧形状にするなどした角部のないヘアピン形であってもよい。本明細書では、角部があるものもないものも含めて、このような形をヘアピン型という。
【００２０】
ここで、共振部４１の長辺部がサファイア基板上の＜１−１０１＞方向４２に一致するか、または、なす角ψが、０°≦ψ≦２０°を満足するように配置する。ここで、方位＜１−１０１＞は図中の矢印４２方向をもつベクトルだが、長辺部は向きを持たないので、方位＜１−１０１＞と長辺部がなす角ψは０°から９０°で定義される。
【００２１】
サファイアには誘電率に異方性があるため、ヘアピン型共振素子をR面上に配置した場合、ヘアピン型共振素子の配置する方位を選択することにより、通過帯域内に通過阻止帯域を設けることが可能であることを我々は実験により見出した。
【００２２】
角ψを０°にしたときの、通過特性を図４に示す。ここで、横軸は周波数、縦軸は通過強度を相対的に表す。また、通過帯域幅とは、通過強度が３ｄＢ下がる周波数幅をいう。中心周波数約１．９GHz、帯域幅約２０MHzの通過帯域中に、中心周波数約１．９GHz、帯域幅約２MHzの通過阻止帯域が実現できる。このとき阻止域の減衰量は約１５ｄBである。
【００２３】
角ψを０°から９０°まで変化させていったときの、阻止域の減衰量の変化を図５に示す。ここで横軸は角ψ、縦軸が阻止域の減衰量である。図中、点線がψ＝２０°である。すなわち、０°≦ψ≦２０°では、阻止域の減衰量は１３〜１５ｄB程度確保されるのに対し、ψが２０°を超えると急激に阻止域の減衰量が減少することを実験によって見出した。よって、０°≦ψ≦２０°とすることにより、阻止域の減衰量を確保できることが明らかである。ただし、角ψが０°であるときが最も減衰量が大きいので好ましい。
（実施形態２）
図６は、第２の実施形態に係る高周波部材の共振素子を示すレイアウト図を示したものである。
【００２４】
厚さ約０．４３ｍｍのサファイアＲ面を切り出した基板（図示せず）の一主面に接地導体（図示せず）を設け、他主面に図６で示されるストリップ導体を設ける。
【００２５】
導体には厚さ約５００ｎｍのＹ系超伝導薄膜を用い、ストリップ導体の線路幅は約０．４ｍｍである。このような形状の共振部を用い、第１の実施形態と同様にして、高周波部材を構成する。
【００２６】
本実施形態においては、Ｌ字型の入出力部の間に、図６に示すように、共振部７１を配置している。各々の共振部７１は角部を有するヘアピン型である。各共振部の全長は実施形態１の共振部のものと同一であるが、長辺の長さは実施形態１のものより短くしている。また実施形態１においては、ヘアピンの長辺部をそろえて配置しているが、本実施例においては各共振部７１の長辺部の一部が重なるように配置している。これにより、共振素子をずらせて配置することにより、素子間の結合を弱くして、小型化を実現している。
【００２７】
ここで、共振部７１の長辺部がサファイア基板上の＜１−１０１＞方向となす角ψが、ψ＝０°を満足するように配置する。
【００２８】
図７にこのフィルタ回路の通過特性を示す。中心周波数約１．９GHz、帯域幅約２０MHzの通過帯域中に、中心周波数約１．９０５GHz、帯域幅約２MHzの通過阻止帯域を実現している。このとき阻止域の減衰量は約１５ｄBである。すなわち、実施形態１の場合と比較して、阻止域の中心周波数が約５MHz高周波側に移動させることができる。このように、ヘアピンの長辺の長さを調節することにより、阻止域の中心周波数を制御することが可能である。
（実施形態３）
図８は、第３の実施形態に係る高周波部材の共振素子を示すレイアウト図を示したものである。
【００２９】
厚さ約０．４３ｍｍのサファイアＲ面を切り出した基板（図示せず）の一主面に接地導体（図示せず）を設け、他主面に図８で示されるストリップ導体を設ける。
【００３０】
導体には厚さ約５００ｎｍのＹ系超伝導薄膜を用い、ストリップ導体の線路幅は約０．４ｍｍである。このような形状の共振部を用い、第１の実施形態と同様にして、高周波部材を構成する。
【００３１】
本実施形態においては、Ｌ字型の入出力部の間に、図８に示すように、共振部９１を配置している。各々の共振部９１は角部を有するヘアピン型である。各共振部は実施形態１のものと同一であるが、総数のより大きい多段フィルタにしている。また、実施形態２と同様に、各共振部７１の長辺部の一部が重なるように配置し、小型化を実現している。
【００３２】
ここで、共振部７１の長辺部がサファイア基板上の＜１−１０１＞方向となす角ψが、ψ＝０°を満足するように配置する。
【００３３】
図９にこのフィルタ回路の通過特性を示す。中心周波数約１．９GHz、帯域幅約２０MHzの通過帯域中に、中心周波数約１．９GHz、帯域幅約２MHzの通過阻止帯域を実現している。このとき阻止域の減衰量は約２０ｄBである。すなわち、実施形態１の場合と比較して、阻止域の減衰量が約５ｄB増大した。このように、フィルタの段数を調節することにより、阻止域の減衰量を制御することが可能である。
（実施形態４）
図１０は、第４の実施形態に係る高周波部材の共振素子を示すレイアウト図を示したものである。
【００３４】
厚さ約０．４３ｍｍのサファイアＲ面を切り出した基板（図示せず）の一主面に接地導体（図示せず）を設け、他主面に図１０で示されるストリップ導体を設ける。
【００３５】
導体には厚さ約５００ｎｍのＹ系超伝導薄膜を用い、ストリップ導体の線路幅は約０．４ｍｍである。このような形状の共振部を用い、第１の実施形態と同様にして、高周波部材を構成する。
【００３６】
本実施形態においては、入出力部をL字型に曲げず、図１０に示すように直線形の入出力部１１１を設けている。各々の共振部１１２は角部を有するヘアピン型である。共振部は実施形態３と同一であり、共振部１１２の長辺部がサファイア基板上の＜１−１０１＞方向となす角ψが、ψ＝０°を満足するように配置する。
【００３７】
図１１にこのフィルタ回路の通過特性を示す。中心周波数約１．９GHz、帯域幅約２０MHzの通過帯域中に、中心周波数約１．９GHz、帯域幅約２MHzの通過阻止帯域を実現している。このとき阻止域の減衰量は約２０ｄBである。
（実施形態５）
図１２は、第５の実施形態に係る高周波部材の共振素子を示すレイアウト図を示したものである。
【００３８】
厚さ約０．４３ｍｍのサファイアＲ面を切り出した基板（図示せず）の一主面に接地導体（図示せず）を設け、他主面に図１２で示されるストリップ導体を設ける。
【００３９】
導体には厚さ約５００ｎｍのＹ系超伝導薄膜を用い、ストリップ導体の線路幅は約０．４ｍｍである。このような形状の共振部を用い、第１の実施形態と同様にして、高周波部材を構成する。
【００４０】
本実施形態においては、ギャップ励振ではなく図１２に示すようにタップ励振による入出力部１３１を設けている。各々の共振部１３２は角部を有するヘアピン型である。共振部は実施形態３と同一であり、共振部１１２の長辺部がサファイア基板上の＜１−１０１＞方向となす角ψが、ψ＝０°を満足するように配置する。
【００４１】
図１３にこのフィルタ回路の通過特性を示す。中心周波数約１．９GHz、帯域幅約２０MHzの通過帯域中に、中心周波数約１．９GHz、帯域幅約２MHzの通過阻止帯域を実現している。このとき阻止域の減衰量は約２０ｄBである。
（実施形態６）
図１４は、第６の実施形態に係る高周波部材の共振素子を示すレイアウト図を示したものである。
【００４２】
厚さ約０．４３ｍｍのサファイアＲ面を切り出した基板（図示せず）の一主面に接地導体（図示せず）を設け、他主面に図１５で示されるストリップ導体を設ける。
【００４３】
導体には厚さ約５００ｎｍのＹ系超伝導薄膜を用い、ストリップ導体の線路幅は約０．４ｍｍである。このような形状の共振部を用い、第１の実施形態と同様にして、高周波部材を構成する。
【００４４】
本実施形態においては、Ｌ字型の入出力部の間に、図１４に示すように、共振部１５１を配置している。各々の共振部１５１は角部を有するヘアピン型である。各共振部の全長は実施形態１の共振部のものと同一であるが、長辺の長さは実施形態２のものよりもさらに短くしている。
【００４５】
ここで、共振部１５１の長辺部がサファイア基板上の＜１−１０１＞方向となす角ψが、ψ＝０°を満足するように配置する。
【００４６】
図１５にこのフィルタ回路の通過特性を示す。中心周波数約１．９GHz、帯域幅約２０MHzのバンドパスフィルタを実現している。また通過帯域の高周波側１６１に極が存在することにより、３０ｄB/1MHzの急峻なスカート特性を実現している。このように、共振部の長辺の長さを調節することにより阻止域を通過帯域端に設けることも可能であり、急峻なスカート特性を実現することが可能である。
【００４７】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明によれば、通過帯域内に通過阻止帯域をもつ単独のフィルタを実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】サファイアR面を示す図
【図２】本発明に係る高周波部材の構成を説明する例。
【図３】本発明の第1の実施形態に係る高周波部材のレイアウト図。
【図４】本発明の第1の実施形態に係る高周波部材の周波数特性図。
【図５】サファイアR面上で、＜１−１０１＞方向と共振部の長辺部の方向とがなす角ψを０度から９０度まで変化させたときの阻止域の減衰量変化を説明する図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る高周波部材のレイアウト図。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る高周波部材の周波数特性図。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る高周波部材のレイアウト図。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る高周波部材の周波数特性図。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る高周波部材のレイアウト図。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る高周波部材の周波数特性図。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る高周波部材のレイアウト図。
【図１３】本発明の第５の実施形態に係る高周波部材の周波数特性図。
【図１４】本発明の第６の実施形態に係る高周波部材のレイアウト図。
【図１５】本発明の第６の実施形態に係る高周波部材の周波数特性図。
【図１６】米国AMPSシステムの周波数割り当てを示す図
【符号の説明】
３０  サファイアR面基板
３１  接地導体
３２  共振素子
３３  ３４  同軸線
３５  ３６  入出力部
３７  共振部
４１  共振部
４２  サファイア結晶＜１−１０１＞方向
【図１】
0003771164.tif 000002
【図２】
0003771164.tif 000003
【図３】
0003771164.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003771164.tif 000006
【図６】
0003771164.tif 000007
【図７】
0003771164.tif 000008
【図８】
0003771164.tif 000009
【図９】
0003771164.tif 000010
【図１０】
0003771164.tif 000011
【図１１】
0003771164.tif 000012
【図１２】
0003771164.tif 000013
【図１３】
0003771164.tif 000014
【図１４】
0003771164.tif 000015
【図１５】
0003771164.tif 000016
【図１６】
0003771164.tif 000017