複数の共振器を備えた装置および共振器の共振周波数調整方法

【課題】共振器の無負荷Ｑの低下を最低限に留めたままで共振周波数の調整を行う。
【解決手段】基板１上にキャパシタ部１１、１２とインダクタ部１３が形成されてなる共振器１０において、基板１上にキャパシタ部１１、１２と容量結合する容量素子１８、１９を形成し、その面積を調整することにより共振周波数を調整する。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、共振器の共振周波数調整方法およびその方法を用いて周波数調整された共振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、共振器の周波数を調整する方法としては、共振器のパターンをレーザトリミングする方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、共振器のパターンをレーザトリミングすると、トリミング近辺の導電率が悪化し、共振器の無負荷Ｑが低下する。特に、超伝導材料を用いて構成された共振器のように高い無負荷Ｑを有する場合には、その最大の利点を失うことになる。
【０００４】本発明は上記問題を解決できる共振器の共振周波数調整方法およびその方法を用いて周波数調整された共振器を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、基板上にキャパシタ部とインダクタ部が形成されてなる共振器の共振周波数を調整する調整方法であって、基板上にキャパシタ部と容量結合する調整用キャパシタ部を形成し、その面積を調整することにより共振周波数を調整することを特徴としている。
【０００６】このようにキャパシタ部と容量結合する調整用キャパシタ部の面積を調整することによって、調整用キャパシタ部とグランドプレーン間の容量が変化し、共振器の共振周波数を調整することができる。また、調整用キャパシタ部に流れる電流が小さいため、例えばトリミングによって調整用キャパシタ部の面積調整を行いトリミング近辺の導電率が悪化したとしても、共振器の無負荷Ｑの低下を少なくすることができる。
【０００７】なお、調整用キャパシタ部の面積の調整は、調整用キャパシタ部を削ることによって行うことができる。この場合、請求項２に記載したレーザトリミングあるいは請求項３に記載したフォトリソグラフィ技術を用いて調整用キャパシタ部を削ることができる。前者のようにレーザトリミングを用いた場合には、共振周波数を測定しながらトリミングの調整を行うことができるというメリットがある。
【０００８】また、調整用キャパシタ部の面積の調整は、請求項４に記載の発明のように、調整用キャパシタ部に新たに導電材料を付加して行うこともできる。請求項５に記載の発明においては、上記した方法によって共振器の共振周波数が調整された共振器を提供することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１に、本発明の一実施形態に係る共振器を用いた集中定数型フィルタの平面構成を示す。この集中定数型フィルタは、誘電体基板（以下、単に基板という）１の表面に共振器１０を構成するパターンが形成され、基板１の裏面にグランドプレーンが形成されたマイクロストリップライン型の構造となっている。
【００１０】共振器１０は、キャパシタ部１１、１２、およびインダクタ部１３を有しており、キャパシタ部１１は、入力配線１４に接続された入力側のキャパシタ部１５と容量結合し、キャパシタ部１２は、出力配線１６に接続された出力側のキャパシタ部１７と容量結合している。この実施形態においては、上記したキャパシタ部１１、１２、インダクタ部１３、入力配線１４、キャパシタ部１５、出力配線１６、キャパシタ部１７、およびグランドプレーンを構成する膜は、いずれも超伝導材料を用いて形成されている。
【００１１】ここで、キャパシタ部１１、１２の近傍には、図に示すように、共振周波数を調整するための調整用キャパシタ部１８、１９がぞれぞれ形成されている。調整用キャパシタ部１８、１９は、金などの常伝導材料、あるいは超伝導材料を用いて形成されており、キャパシタ部１１、１２とそれぞれ容量結合している。このような集中定数型フィルタにおいて、共振器１０の共振周波数を調整する場合、例えばプローブを用いて共振器１０の共振周波数を測定し、その共振周波数が所望の値になるように調整用キャパシタ部１８、１９の面積を調整する。
【００１２】例えば、調整用キャパシタ部１８、１９を削って面積を小さくすると、グランドプレーンとの間の容量が小さくなり、共振周波数が高い方にシフトするため、共振周波数を所望の値に調整することができる。ここで、調整用キャパシタ部１８、１９を削る場合、キャパシタ部１１、１２と対向する領域はそのままにして他の領域を削るようにするのが好ましい。これは、調整用キャパシタ部１８、１９とキャパシタ部１１、１２間のそれぞれの結合容量に影響を与えないようにするためである。この場合、具体的には、キャパシタ部１１、１２と対向する側と反対側から、すなわち図１に示す矢印方向からレーザトリミングを用いて削るようにする。このようにレーザトリミングを用いて調整用キャパシタ部１８、１９を削るようにすると、共振周波数を測定しながらトリミングの調整を行うことができ、精度よく共振周波数の調整を行うことができる。
【００１３】また、調整用キャパシタ部１８、１９が超伝導材料で形成されている場合、レーザトリミングを用いると超伝導材料にダメージを与えるため、半導体のフォトリソグラフィ技術を用いたトリミングによりキャパシタ部１１、１２と対向する側と反対側の領域を削るようにするのが好ましい。このようにフォトリソグラフィ技術を用いて調整用キャパシタ部１８、１９を削るようにすると、高精度で一度に周波数調整を行うことができる。
【００１４】また、共振周波数が所望の値より高いときには、調整用キャパシタ部１８、１９に常伝導材料（導電材料）を新たに付加して面積を大きくする。この場合、調整用キャパシタ部１８、１９とグランドプレーン間の容量が大きくなって、共振周波数が低い方にシフトするため、共振周波数を所望の値に調整することができる。
【００１５】図２に、図１に示す集中定数型フィルタの等価回路を示す。図において、Ｃ１はキャパシタ部１５とキャパシタ部１１間に形成されるキャパシタ、Ｃ２はキャパシタ部１１とグランドプレーン間に形成されるキャパシタ、Ｃ３はキャパシタ部１２とグランドプレーン間に形成されるキャパシタ、Ｃ４はキャパシタ部１２とキャパシタ部１７間に形成されるキャパシタ、Ｃ５はキャパシタ部１１と調整用キャパシタ部１８間に形成されるキャパシタ、Ｃ６はキャパシタ部１２と調整用キャパシタ部１９間に形成されるキャパシタ、Ｃ７は調整用キャパシタ部１８とグランドプレーン間に形成されるキャパシタ、Ｃ８は調整用キャパシタ部１９とグランドプレーン間に形成されるキャパシタを示している。また、Ｌはインダクタ部１３、Ｒ１はキャパシタ部１１の抵抗成分、Ｒ２はキャパシタ部１２の抵抗成分、Ｒ３は調整用キャパシタ部１８の抵抗成分、Ｒ４は調整用キャパシタ部１９の抵抗成分を示している。
【００１６】上記したように調整用キャパシタ部１８、１９の面積を変えると、キャパシタＣ７、Ｃ８の容量がそれぞれ変化する。ここで、図２に示す等価回路を用い、キャパシタＣ７、Ｃ８の容量を変化させた場合の共振周波数の変化の一例を図３に示す。この図３は、キャパシタＣ７、Ｃ８の容量（両者とも同じ値）を、５ｐＦ、４ｐＦ、３ｐＦ、２ｐＦ、１ｐＦに変化させたときの共振周波数の変化を示している。この図３から、キャパシタＣ７、Ｃ８の容量が小さくなると、共振周波数が高い方にシフトしていくことが分かる。なお、キャパシタＣ７、Ｃ８の容量を小さくしていくことは、調整用キャパシタ部１８、１９の面積を小さくしていくこと意味する。
【００１７】図４に、共振器１０を構成するキャパシタ部１１、１２を削った場合と、調整用キャパシタ部１８、１９を削った場合における、それぞれの抵抗成分の抵抗値と無負荷Ｑとの関係を示す。キャパシタ部１１、１２を削った場合には、図４中の黒四角で示すように、その抵抗成分（図２に示すＲ１、Ｒ２）の抵抗値変化に伴って、無負荷Ｑが大きく低下する。しかし、調整用キャパシタ部１８、１９を削った場合には、図４中の黒丸で示すように、その抵抗成分（図２に示すＲ３、Ｒ４）の抵抗値変化に対し、無負荷Ｑはほとんど変化しない。これは、調整用キャパシタ部１８、１９に流れる電流が小さいため、調整用キャパシタ部１８、１９の抵抗値変化に対し無負荷Ｑへの影響が小さいためである。
【００１８】従って、調整用キャパシタ部１８、１９をトリミングし、トリミング付近の導電率が悪化したとしても、共振器１０の無負荷Ｑの低下を最低限に留めたままで共振周波数の調整を行うことができる。なお、上記した実施形態においては、１つの共振器１０により集中定数型フィルタを構成するものを示したが、共振器１０を複数形成して集中定数型フィルタを構成するようにしてもよい。この場合の集中定数型フィルタの平面構成を図５に示す。
【００１９】この実施形態においては、基板１の表面に複数の共振器１０、入力配線１４、キャパシタ部１５、出力配線１６、キャパシタ部１７が形成され、基板１の裏面の全面にグランドプレーンが形成されたマイクロストリップライン型構造の集中定数型フィルタとなっている。また、個々の共振器１０におけるキャパシタ部１１、１２の近傍には図１に示したのと同様の調整用キャパシタ部１８、１９がそれぞれ形成されている。
【００２０】このように構成された集中定数型フィルタにおいて、複数の共振器１０の共振周波数を、それぞれに設けた調整用キャパシタ部１８、１９の面積を調整することによって独立して調整する。この場合、複数の共振器１０の共振周波数を個々に測定する必要があるが、図５に示すように複数の共振器１０が並んで配置されていると、測定しようとする共振器（以下、被測定共振器という）とそれ以外の共振器が電磁結合によって干渉するため、個々の共振器の共振周波数を正確に測定することができない。
【００２１】そこで、この実施形態においては、図６に示すように、被測定共振器のキャパシタ部以外において、キャパシタ部が容量結合している個所に導電部材（導電性テープなどのように容易に着脱できるもの）２１、２２、２３、２４を設け、被測定共振器以外の共振器の共振周波数をシフトさせて、被測定共振器とそれ以外の共振器が干渉しないようにする。そして、入力プローブ３１、出力プローブ３２を用いて被測定共振器の共振周波数を測定する。
【００２２】この場合、調整用キャパシタ部１８、１９が金などの常伝導材料で形成されているときには、共振周波数を測定しながら調整用キャパシタ部１８、１９をレーザトリミングする、あるいは調整用キャパシタ部１８、１９に新たに導電材料を付加して、被測定共振器の共振周波数を調整する。他の共振器においても同様に、共振周波数を測定して、その共振周波数の調整を行う。
【００２３】なお、調整用キャパシタ部１８、１９が超伝導材料で形成されているときには、複数の共振器１０の共振周波数を個々に測定し、その測定結果に基づいてそれぞれの共振器１０に設けられた調整用キャパシタ部１８、１９をフォトリソグラフィ技術を用いてトリミングする。この場合、調整用キャパシタ部１８、１９の面積が小さくなる、すなわち共振器１０の共振周波数が高い方にシフトすることになるため、予め複数の共振器１０のそれぞれの共振周波数を所望の値より若干低めに設計しておけば、上記した調整によって複数の共振器の共振周波数を所望の値にそれぞれ調整することができる。
【００２４】図６に示す測定方法においては、キャパシタ部が容量結合している個所に導電部材２１〜２４を設けるものを示したが、図７に示すように、被測定共振器以外の共振器のインダクタ部に、上記と同様の導電部材２５、２６、２７、２８を設けても、被測定共振器以外の共振器の共振周波数をシフトさせることができるため、被測定共振器とそれ以外の共振器の干渉をなくして被測定共振器の共振周波数を測定することができる。
【００２５】なお、上記した実施形態においては、１つの共振器に対し２つの調整用キャパシタ部１８、１９を形成するものを示したが、そのいずれか一方のみでもよい。また、上記した実施形態においては、グランドプレーンを構成する膜を基板１の裏面に形成するものを示したが、基板１とは別の基板にグランドプレーンを構成する膜を形成し、そのグランドプレーンを構成する膜と共振器を構成するパターンが空間を隔てて対向するように、基板１と別の基板を対向配置した構成としてもよい。
【００２６】また、集中定数型フィルタは、超伝導材料を用いて構成されているものに限らず、常伝導材料を用いて構成されていてもよい。さらに、本発明に係る共振器は、集中定数型フィルタに用いるものに限らず、例えば発振器を構成するものに用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る共振器を用いた集中定数型フィルタの平面構成を示す図である。
【図２】図１に示す集中定数型フィルタの等価回路である。
【図３】図２に示す等価回路を用い、キャパシタＣ７、Ｃ８の容量を変化させた場合の共振周波数の変化の一例を示す図である。
【図４】共振器１０を構成するキャパシタ部１１、１２を削った場合と、調整用キャパシタ部１８、１９を削った場合における、それぞれの抵抗成分の抵抗値と無負荷Ｑとの関係を示す図である。
【図５】共振器１０を複数形成した集中定数型フィルタの平面構成を示す図である。
【図６】図５に示す構成において、キャパシタ部が容量結合している個所に導電部材を設けて被測定共振器の共振周波数を測定する状態を示す図である。
【図７】図５に示す構成において、インダクタ部に導電部材を設けて被測定共振器の共振周波数を測定する状態を示す図である。
【符号の説明】
１…基板、１０…共振器、１１、１２…キャパシタ部、１３…インダクタ部、１４…入力配線、１５…入力側のキャパシタ部、１６…出力配線、１７…出力側のキャパシタ部、１８、１９…調整用キャパシタ部。

【特許請求の範囲】
【請求項１】基板上にキャパシタ部とインダクタ部が形成されてなる共振器の共振周波数を調整する調整方法であって、前記基板上に前記キャパシタ部と容量結合する調整用キャパシタ部を形成し、その面積を調整することによって共振周波数を調整することを特徴とする共振器の共振周波数調整方法。
【請求項２】レーザトリミングにより前記調整用キャパシタ部を削って前記調整用キャパシタ部の面積を調整することを特徴とする請求項１に記載の共振器の共振周波数調整方法。
【請求項３】フォトリソグラフィ技術により前記調整用キャパシタ部を削って前記調整用キャパシタ部の面積を調整することを特徴とする請求項１に記載の共振器の共振周波数調整方法。
【請求項４】前記調整用キャパシタ部に新たに導電材料を付加して前記調整用キャパシタ部の面積を調整することを特徴とする請求項１に記載の共振器の共振周波数調整方法。
【請求項５】基板上にキャパシタ部とインダクタ部が形成されてなる共振器において、前記基板上に前記キャパシタ部と容量結合する調整用キャパシタ部が形成されており、その面積が共振周波数を調整するために調整されていることを特徴とする共振器。

【図１】