超電導フィルタ
【課題】コンパクトで、周波数特性の調整が容易で、高い耐電力特性を有する超電導フィルタを提供する。
【解決手段】給電部を有する誘電体材料からなる誘電体基板２と、誘電体基板２内に配置されたバルク状の超電導体１と、誘電体材料からなる誘電体ロッド４と、超電導体１と誘電体ロッド４との間の相対的位置を変化させるロッド上下用トリマー５とを有する超電導フィルタである。
【解決手段】給電部を有する誘電体材料からなる誘電体基板２と、誘電体基板２内に配置されたバルク状の超電導体１と、誘電体材料からなる誘電体ロッド４と、超電導体１と誘電体ロッド４との間の相対的位置を変化させるロッド上下用トリマー５とを有する超電導フィルタである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体通信システムにおける周波数資源を有効利用するための超電導体を用いた高出力な送信フィルタ等の超電導フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の移動体通信システムの送受信フィルタには、誘電体フィルタが主として使われているが、今後、移動体通信量及び通信速度が増加することにより、限られた周波数領域をいかに有効に利用するかという課題がある。即ち、現状フィルタのスカート特性レベルでは、隣り合う帯域間同士の干渉を避けるためのガードバンド領域が広くなってしまい、限られた周波数領域の有効利用が十分できない。ここで、スカート特性とは、通過帯域内から外へどの程度急峻に減衰するかという特性のことであり、送受信フィルタの性能を評価する重要な指標の１つである。
【０００３】
この問題を解決するために、損失が非常に小さいためスカート特性が優れている超電導体を利用したフィルタが提案されている（例えば、特許文献１、非特許文献１を参照）。送受信フィルタにおいては、設計通りの通過帯域中心周波数や帯域幅を実現させるために、素子の形状やサイズ、配置を精密に制御する必要があるので、リソグラフィー技術で精密なパターン形成が可能な超電導薄膜が一般に利用される。
【０００４】
既に、比較的電力が小さい受信用フィルタにおいては、超電導薄膜を用いたフィルタが一部実用化されているものの、大きな電力が印加される送信用フィルタでは、薄膜では超電導体の臨界温度を超えてしまい、超電導状態を維持できなくなってしまうおそれがある。送信用フィルタも超電導化できれば、受信用フィルタと送信用フィルタとの両方に冷却設備を兼用でき、システム全体の効率改善が図れるので、耐電力性の優れた送信用フィルタの開発が期待されている。
【０００５】
送受信フィルタの重要な特性として、前述したスカート特性以外に、チューニング特性とトリミング特性とがある。チューニングとは、フィルタの通過帯域の中心周波数をシフトさせることである。現実のフィルタでは、サイズや形状のずれ、あるいは基板の誘電率や温度の変動等の原因で、フィルタの通過帯域の中心周波数がずれることがあり、チューニング機構により所望の値に調整することが求められる。特許文献１には、超電導薄膜を用いたフィルタにおいて、超電導薄膜が形成された基板に平行に対向させた誘電体板を移動させることによりチューニングすることが提案されており、約２０ＭＨｚのチューニング特性を示したことが記載されている。
【０００６】
また、トリミングとは、フィルタの通過帯域内に発生するリップルを改善することである。超電導薄膜を用いたフィルタの場合、超電導薄膜は基板上に形成され、その上は自由空間である。その自由空間を利用して、前述したチューニング機構だけでなく、トリミング機構を設置してフィルタにトリミング特性を持たせ、通過帯域のリップルを抑制している。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１４１７０６号公報
【非特許文献１】応用物理 第７２巻 第２号 （２００３） ２１０−２１３頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
耐電力性の優れた送信用フィルタを実現する手段の１つとして、超電導薄膜ではなく、超電導バルク体を用いることが考えられる。超電導バルク体は、超電導薄膜に比べて超電導体の厚さが非常に厚いので、仮に臨界電流密度特性が多少低くても、超電導体全体を流れる電流を大きくすることができ、大きな電力が印加されても超電導状態を維持できる。その結果、耐電力性の優れた送信用フィルタを実現することが期待できる。
【０００９】
しかしながら、超電導バルク体は、薄膜に比べて厚さが非常に厚いので、超電導バルク体を用いてフィルタを製作した場合、超電導バルク体表面からの電力放射が大きくＱ値が低くなり易いという問題点があった。ここでＱ値とは、共振器に蓄積されているエネルギー／損失エネルギーで定義されており、放射の少ない共振器ほど高いＱ値を実現できる。このＱ値が大きいほどフィルタを多段化でき、スカート特性を急峻にすることが可能となる。さらに、超電導バルク体は、薄膜に比べて微細な加工が難しいので、超電導バルク体を用いてフィルタを製作した場合、周波数特性がずれ易いという問題点があった。また、超電導バルク体を用いて超電導フィルタを製作した場合、素子サイズが大きくなり易いという問題点もあった。
【００１０】
また、特許文献１に記載されているように、超電導バルク体の上方の自由空間に、誘電体板を設置して移動させることによって、通過帯域のチューニングは可能になるが、そのままでは超電導バルク体表面からの電力放射が大きく、低いＱ値しか得られず、スカート特性が低くなってしまうという問題点がある。
【００１１】
そこで、超電導バルク体表面からの電力放射を抑制するためには、超電導バルク体を基板上に配置するのでなく、基板内に配置することが考えられる。即ち、超電導バルク体の上方にも誘電体基板を設けることになる。ところが、この場合、超電導バルク体の上方に自由空間がなくなり、チューニング特性を行う誘電体板を設置することができないという問題点がある。仮に誘電体基板上にチューニング用誘電体板を設置して、チューニング用誘電体板を移動させたとしても、超電導バルク体上方に誘電体基板があることにより、チューニングの効果は殆ど無い。さらに、同様に理由で、トリミング機構を設置することもできない。
【００１２】
本発明は前述の問題点に鑑み、コンパクトで、周波数特性の調整が容易で、高い耐電力特性を有する超電導フィルタを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の超電導フィルタは、以下のとおりである。
（１）給電部を有する誘電体材料からなる誘電体基板と、前記誘電体基板内に配置されたバルク状超電導体と、誘電体材料からなる誘電体ロッド状部材と、前記バルク状超電導体と前記誘電体ロッド状部材との間の相対的位置を変化させる位置調整機構とを有することを特徴とする超電導フィルタ。
（２）前記バルク状超電導体が、リング形状であることを特徴とする（１）に記載の超電導フィルタ。
（３）前記誘電体ロッド状部材は、前記リング形状のバルク状超電導体のリング内に挿入可能な形状であることを特徴とする（２）に記載の超電導フィルタ。
（４）前記バルク状超電導体が、円板形状であることを特徴とする（１）に記載の超電導フィルタ。
（５）前記バルク状超電導体及び前記誘電体ロッド状部材の対が複数あり、前記対と同数の複数個の前記位置調整機構が独立に相対的位置を変化させることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の超電導フィルタ。
（６）前記バルク状超電導体の厚さが、０．０１〜１０ｍｍであることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の超電導フィルタ。
（７）前記バルク状超電導体が、単結晶状のＲＥＢａ2Ｃｕ3Ｏx相（ＲＥはＹ又は希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）中にＲＥ2ＢａＣｕＯ5相が微細分散した酸化物超電導体であることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の超電導フィルタ。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、超電導バルク体を用いても素子サイズを小さくすることができ、簡便な手段で超電導バルク体のサイズや配置のずれに伴うフィルタの周波数特性のずれが調整可能になるので、コンパクトで、周波数特性の調整が容易で、高い耐電力特性を有する超電導フィルタを提供することができる。さらに、複数対のリング形状の超電導体と誘電体ロッド状部材との相対的位置を独立に変化させることより、従来以上に中心周波数を変化させることができる。加えて、誘電体ロッド状部材の相対的位置を変化させるだけで、素子全体の周波数シフトさせるチューニングだけでなく、各共振器の中心周波数を微調整し通過帯域内での特性や帯域幅を調整するトリミングも可能な超電導フィルタを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明における超電導フィルタの構造の一例を示す断面図である。図１では、超電導バルク体から切り出された３個のリング形状の超電導体１が誘電体基板２内に配置されている。超電導体１の上方にも誘電体基板２が存在することで、超電導バルク体１の表面からの電力放射を抑制している。
【００１６】
誘電体基板２の両端には、高周波の入出力を行う給電部である高周波同軸コネクタ（ＳＭＡコネクタ）３が付いている。誘電体基板２は、高周波同軸コネクタ３の導入面以外の上下面、側面を導電率の高い金属（例えばＡｕ等）でコーティングし、グランド面としている。誘電体基板２内に超電導体１を配置するには、誘電体基板２を上下２分割したものを作製しておき、下側の誘電体基板上に超電導体１を配置してから、上側の誘電体基板を被せればよい。上側の誘電体基板には、予め超電導リング内径と同径の穴を開けている。
【００１７】
それぞれのリング形状の超電導体１の上方に、超電導リングの内径に挿入可能な形状を有する誘電体材料からなるロッド状部材（誘電体ロッド）４があり、これらの誘電体ロッド４をそれぞれ独立に上下方向に移動させるロッド上下用トリマー（位置調整機構）５がついている。素子全体は、銅やアルミ等の金属製パッケージ中に収納されている。ロッド上下用トリマー５は、金属製パッケージ上部蓋面のロッドの位置に単にねじ穴を作製し、ねじ先端に誘電体ロッド４を取り付けることによっても容易に実現できる。図１では、リング形状の超電導体１と誘電体ロッド４の対として３対の例を示したが、２対以上の複数対であればよい。図２は、図１の斜視図であり、ロッド上下用トリマー５は省略して記載されている。
【００１８】
１つの超電導体は１つの共振器となり、複数個の共振器を配列することでフィルタが構成される。超電導バルク体から所定の形状・サイズの超電導体を切り出してフィルタを構成する場合には、超電導バルク体の微細な加工が難しいので、個々の超電導体のサイズが数μｍから数十μｍ程度ばらつくことがあり、個々の共振器の共振周波数が所望の値からずれてしまうことが考えられる。
【００１９】
本発明の超電導フィルタであれば、個々の超電導体１対して上下方向に移動する誘電体ロッド４があり、誘電体ロッド４が上下方向に移動して超電導体１との相対的位置が変化することによって実効的な誘電率が変化する。その結果、個々の超電導体１のサイズのずれによる個々の共振器における共振周波数のずれを調整することができる。このように、各共振器の共振周波数を微調整し、フィルタの通過帯域内での特性や帯域幅を調整することをトリミング特性という。
【００２０】
さらに、個々の共振器の共振周波数を調整した後に、各誘電体ロッドをお互いに相関を持たせながら全体的に上下方向に移動させることによって、フィルタの通過帯域の中心周波数を大きく変化させ、フィルタ特性全体を周波数シフトさせることもできる。このように、フィルタの中心周波数を大きく変化させ、フィルタ特性全体を周波数シフトさせることをチューニング特性という。本発明の超電導フィルタであれば、トリミング特性とチューニング特性との両方を行うことができる。
【００２１】
また、図１では、超電導体１の形状はリング形状となっているが、円板形状でもよい。しかし、より大きなチューニング特性が得られる点や素子サイズを小型化できる点では、超電導体１の形状をリング形状とする方が好ましい。そして、誘電体ロッド４の直径をリング内径に入る大きさにすることにより、単に誘電体ロッド４の移動可能距離が大きくなるだけでなく、誘電体ロッド４がリング形状の超電導体１内に入ることになるため、共振器の実効的な誘電率の変化が非常に大きくなり、各共振器の共振周波数のシフト量が５０ＭＨｚ以上にすることができ、さらに形状やサイズを最適化することにより、従来の１０倍以上である２００ＭＨｚ以上、さらには５００ＭＨｚ以上も可能になる。その結果、超電導フィルタとしての中心周波数のチューニングも５０ＭＨｚ以上、２００ＭＨｚ以上、５００ＭＨｚ以上になり、非常に大きなチューニング特性が得られる。ただし、チューニング周波数が大き過ぎても、誘電体ロッド４での損失が大きくなるので、１０００ＭＨｚ以下に設計することが好ましい。
【００２２】
さらに、超電導バルク体を加工した超電導体１を用いて超電導フィルタを形成すると、超電導薄膜を用いた超電導フィルタに比べて、素子全体のサイズが大きくなるが、超電導体１の形状をリング形状にすることで、リング内部に誘電体が存在することによって同じ外形のディスク状（非リング）共振器と比べて管内波長が長くなるため、単純なディスク形状の超電導バルク体の場合に比べて、個々の共振器のサイズを小型化でき、その結果、フィルタサイズも小型化できるのでリング形状の超電導体１であることがより好ましい。
【００２３】
本発明の超電導フィルタに用いる超電導材料としては、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の酸化物超電導体、ＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系（ＲＥはＹ又は希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）の酸化物超電導体、Ｍｇ−Ｂ2系の金属超電導体等の臨界温度が高い超電導体が、冷却の負担を小さくできるので好ましい。さらに、送信用フィルタのように大電力の高周波を取り扱うフィルタの場合には、超電導バルク体の中でも液体窒素温度（７７Ｋ）での臨界電流密度が大きい、単結晶状のＲＥＢａ2Ｃｕ3Ｏx相（１２３相）（ＲＥはＹ又は希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）中にＲＥ2ＢａＣｕＯ5相（２１１相）が微細分散した酸化物超電導体がより好ましい。
【００２４】
また、本発明の誘電体基板に用いられる誘電体材料としては、サファイア、アルミナ、ＭｇＯ、ＬａＡｌＯ3、等の誘電損失の小さい誘電体材料が好ましい。そして、誘電体基板の誘電損失は１０-5以下が好ましい。基板材料の誘電損失が１０-5超の場合、共振器のＱ値は大きく低下し、その結果、通過特性が劣化してしまう。
【００２５】
また、本発明の誘電体ロッドに用いられる誘電体材料としては、比誘電率２０以上９０以下の比誘電率が比較的大きい誘電体材料（例えば京セラ製セラミックスＳＢ３５０、ＳＶ４３０等）が好ましい。誘電率が小さい場合、共振器の周波数シフト量が小さくなってしまう。また、誘電率が大きい場合は一般的に誘電損失も増加し、通過特性が劣化してしまう。トリミング用の誘電体ロッド４の誘電損失は、誘電体基板２の誘電損失よりも通過特性に対する影響が少ないが、１０-4以下が好ましい。
【００２６】
本発明の超電導フィルタに用いる超電導材料としては、バルク状の超電導体を電気炉等で作製し、超電導バルク体を所望の形状に加工する方が、超電導薄膜のように高価で煩雑な薄膜成膜装置を必要としないので好ましい。超電導体１の厚さが薄過ぎると超電導バルク体の加工が難しくなり、厚さも薄膜と違いがなくなるので、本発明の超電導体の厚さとしては０．０１ｍｍ以上が好ましい。また、超電導体１の厚さが厚過ぎても、素子が大きくなり過ぎ、冷却効率も悪くなるので、１０ｍｍ以下が好ましい。加工性や冷却効率を考慮すると、超電導体１の厚さが０．１〜１ｍｍがより好ましい。
【実施例】
【００２７】
（実施例１）
溶融法で作製した直径４６ｍｍ、厚さ１５ｍｍで、２５ｍｏｌ％の２１１相が１２３相中に微細分散したＤｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系単結晶状酸化物超電導バルク体から外径８．２ｍｍ、内径５．０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのリング形状の超電導体を切り出し、４５０℃で１００時間酸素気流中において熱処理を実施した。誘電体ロッドは、比誘電率３９のセラミックス（京セラ製誘電体セラミックスＳＧ３９０）で直径４．８ｍｍ、高さ４．４ｍｍの円柱形状とし、リング形状の超電導体１内に入る大きさにした。３個のリング形状の超電導体１を図１のように、アルミナ製の誘電体基板２内に配置し、両端に給電線を取り付け、全体を銅製のパッケージに収納した。
【００２８】
図３に、この３段リング形状の超電導体１を用いたフィルタの周波数特性を示す。実線は電力の通過特性を示し、点線は反射特性を示している。設計仕様では、中心周波数５ＧＨｚ、帯域幅１００ＭＨｚ、通過帯域リップル幅０．１ｄＢであったが、図３に示すように、本実施例で作成した超電導フィルタは、中心周波数５．０１６ＧＨｚ、帯域幅９２．３ＭＨｚ、通過帯域リップル幅０．００４ｄＢ、であり、ほぼ設計仕様と同様であった。
【００２９】
比較例として、図４に示すような、ヘアピン型の超電導薄膜フィルタを設計・作製した。設計仕様は、本実施例と同じく、中心周波数５ＧＨｚ、帯域幅１００ＭＨｚ、通過帯域リップル幅０．１ｄＢとした。また、薄膜フィルタのサイズは２０ｍｍ角基板を想定し、フィルタ構造は３段共振器構造である。本実施例と比較例との最大電流密度を比較すると、本実施例の超電導フィルタの最大電流密度は薄膜フィルタの約１４％であった。耐電力特性は最大電流密度の２乗に比例するので、本実施例では比較例に比べて耐電力特性が約５０倍に改善した。この比較により、本実施例の超電導フィルタの耐電力特性は、薄膜フィルタの耐電力特性より優れていることが確認できた。
【００３０】
（実施例２）
超電導体をリング形状にすることによる小型化の効果を調べるために、３次元電磁界シミュレータＭＷ−ＳＴＵＤＩＯ（ＡＥＴ社製）を用いて、共振周波数５ＧＨｚ、誘電体基板２の厚さ５．９ｍｍ、誘電体基板２の誘電率９．９で、有限積分法及び完全境界近似の条件において、ディスク形状及びリング形状の共振器サイズについて検討した。その結果を図５に示す。
【００３１】
図５において、横軸はリング形状の超電導体１の内径（２ｒ）／外径（２Ｒ）比を示し、縦軸は共振周波数５．０ＧＨｚとなるリング形状の超電導体１の外径／２（Ｒ）を示している。内径／外径比が０である点が、ディスク形状の超電導体１に対応している。図５に示すように、同じ共振周波数に対して、内径／外径比を大きくするにつれて、超電導体サイズが小さくなることが分かる。したがって、超電導体をリング形状にし、かつ、リング内径を大きくすることにより、フィルタサイズを小型化することが可能になる。実用上、超電導リング外径と内径の差を１．０ｍｍ以下にすることは、超電導リングの強度上問題がある。よって、共振周波数５ＧＨｚの場合、内径／外径比が約７０％程度までが実用上最小の共振器を実現可能である。
【００３２】
さらに、ディスク形状超電導体を用いて中心周波数５ＧＨｚ、帯域幅１００ＭＨｚのトリミングロッドなしの３段フィルタを作製したところ、図６に示すように、両端の給電線間は３９．２４ｍｍであった。一方、リング形状の超電導体１を用いた３段フィルタでの両端の給電線間は、図７に示すように、３５．９８ｍｍであった。なお、図６及び図７のフィルタ内の詳細な部分のサイズについては、表１に示す。以上により、ディスク形状からリング形状とすることによってフィルタサイズが１０％程度小型化できることが確認できた。
【００３３】
【表１】
【００３４】
（実施例３）
誘電体ロッドのチューニング特性の効果を調べるために、リング形状の超電導体を用いた単一共振器において、誘電体ロッドを上下方向に移動させて共振周波数の変化について調べた。モデルの周波数特性の解析には、３次元電磁界シミュレータＭＷ−ＳＴＵＤＩＯ（ＡＥＴ社製）を用いた。リング形状の超電導体１のサイズは、外径８．２ｍｍ、内径４．８ｍｍ、厚さ１．０ｍｍであった。誘電体基板２はアルミナ基板で、その誘電率は８．１であった。また、誘電体ロッド４のサイズは超電導体１の内径と同径で、その誘電率は３９であった。給電線の先端と共振器との距離は、疎結合となる条件で計算を行った。その結果を図８（ｂ）に示す。実線は電力の通過特性を示し、点線は反射特性を示している。図８（ａ）に示すように、誘電体ロッド４を３ｍｍ下方に移動させ、リング形状の超電導体１の内径内に入れることにより、共振周波数は５６０ＭＨｚシフトした。以上により、本実施例においては５００ＭＨｚ以上のチューニング特性が得られることが確認できた。
【００３５】
比較例として、超電導薄膜を用いた、本実施例と同じ構造の単一共振器を設計し、本実施例の超電導フィルタとチューニング特性について比較した。なお、薄膜リング形状超電導体のサイズは、外径８．８ｍｍ、内径４．８ｍｍ、厚さ１．０μｍであり、誘電体基板は厚さ２．０ｍｍのアルミナ基板で、その誘電率は８．１であり、誘電体ロッドのサイズは内径と同径で、その誘電率は３９であった。
【００３６】
図９は、誘電体ロッドと共振器との間の高さｈに対する共振器の共振周波数の変化を示す図である。実線は、バルクリング形状共振器の結果を示し、点線は薄膜リング形状共振器の結果を示している。なお、給電線の先端と共振器との距離は、０．２ｍｍで計算を行った。図９に示す結果から、バルクリング形状共振器の方が共振周波数の変化が大きいことが分かる。薄膜の場合でも、リング形状にすると、誘電体ロッドを薄膜表面に接する程度にまで近づけると、共振周波数は急激に変化し、シフト量を数百ＭＨｚ程度にすることは理論上可能であるが、この領域では誘電体ロッドの僅かな変化で共振周波数が大きく変化するので、チューニングが難しい。以上の結果より、本実施例のバルクリング形状フィルタは、薄膜リング形状フィルタよりチューニングし易く、大きなチューニング特性は得られることが確認できた。
【００３７】
（実施例４）
誘電体ロッドのトリミング特性の効果を調べるために、リング形状の超電導体を用いて、中心周波数が５ＧＨｚ、帯域幅１００ＭＨｚの３段フィルタを設計・作製した。リング形状の超電導体１のサイズは、外径８．２ｍｍ、内径５．０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍであり、誘電体基板２はアルミナ基板で、その誘電率は８．１であった。また、誘電体ロッド４のサイズは４．８ｍｍで、その誘電率は３９であった。
【００３８】
まず、各共振器上の誘電体ロッド４の高さを、それぞれｈ1＝ｈ2＝ｈ3＝２．２５ｍｍとした場合のフィルタモデルを図１０に示す。また、図１１は、図１０のモデルの周波数特性を示している。中心周波数は５．０４１ＧＨｚ、帯域幅は９３．２ＭＨｚであり、ほぼ設計通りのものが作製できたが、帯域幅に０．９９４ｄＢ程度の比較的大きなリップルが見られた。この３段フィルタは超電導バルクフィルタのサイズが同じで、誘電体ロッドの高さも同じ高さを仮定している。本来の３段フィルタ設計においては中央の共振器サイズを数１０μｍ大きく設計することにより良好な特性を得ることが判っている。しかしながら、実際の試作では、１０μｍの精度で外径及び内径を制御することが困難である。したがって、この外径のずれを補正することが必要となる。本実施例では、誘電体ロッド４を用いてこの調整を行う。
【００３９】
図１２は、周波数特性を調整するためにｈ1＝ｈ3＝１．５２ｍｍ、ｈ2＝０．９６ｍｍとした場合のフィルタモデルを示している。また、図１３は、図１２のモデルの周波数特性を示している。中心周波数は５．０１６ＧＨｚ、帯域幅は９２.３ＭＨｚと図１０の場合とほぼ同じ特性であったが、帯域通過リップルが０．００４ｄＢと大幅に低減し、ほぼフラットな通過帯域特性が得られた。
【００４０】
以上により、本実施例によってトリミングにより周波数特性が改善されることが確認できた。また、図９から、バルクリング形状の場合、ｈの変化に対してほぼ線形的に共振周波数が変化していることが分かる。このことは、本実施例のバルクリング形状フィルタは、薄膜リング形状フィルタよりも共振周波数をトリミングし易い優れた構造であることを示している。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明によれば、コンパクトで、周波数特性の調整が容易で、高い耐電力特性を有する超電導フィルタを提供することができるので、酸化物超電導体の工業上の利用範囲が拡大する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態の超電導フィルタの一例を示す構造断面図である。
【図２】図１の超電導フィルタの斜視図である。
【図３】本発明の３段リング形状の超電導体を用いた超電導フィルタのフィルタ特性を示す図である。
【図４】比較例の薄膜型３段ヘアピンフィルタの構造を示す図である。
【図５】本発明の超電導フィルタの単一共振器構造シミュレーションモデルと、内径／外径の比とリング共振器との大きさの関係のシミュレーション結果とを示す図である。
【図６】本発明の実施例の円板形状の超電導体を用いたフィルタ構造を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施例のリング形状の超電導体を用いたフィルタ構造を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施例の超電導フィルタの単一共振器構造における周波数チューニングシミュレーションモデルと単一共振器において誘電体ロッドを上下させた場合の周波数特性のシミュレーション結果とを示す図である。
【図９】本発明の実施例の超電導フィルタ、及び比較例の薄膜型共振器フィルタの単一共振器構造における誘電体ロッド高さと共振周波数との関係のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】本発明の実施例において、共振器、誘電体ロッドの大きさが同じ場合の超電導フィルタのフィルタ構造のシミュレーションモデルを示す図である。
【図１１】本発明の実施例の超電導フィルタのフィルタ構造で、共振器、誘電体ロッドの大きさが同じ場合の周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図１２】本発明の実施例において、共振器の大きさは同じで誘電体ロッドの位置を周波数特性が向上するように調整した場合の超電導フィルタのフィルタ構造のシミュレーションモデルを示す図である。
【図１３】本発明の実施例の超電導フィルタのフィルタ構造で、共振器の大きさが同じで、誘電体ロッドの高さを調整した場合の周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 超電導体
２ 誘電体基板
３ ＳＭＡコネクタ
４ 誘電体ロッド
５ ロッド上下用トリマー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体通信システムにおける周波数資源を有効利用するための超電導体を用いた高出力な送信フィルタ等の超電導フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の移動体通信システムの送受信フィルタには、誘電体フィルタが主として使われているが、今後、移動体通信量及び通信速度が増加することにより、限られた周波数領域をいかに有効に利用するかという課題がある。即ち、現状フィルタのスカート特性レベルでは、隣り合う帯域間同士の干渉を避けるためのガードバンド領域が広くなってしまい、限られた周波数領域の有効利用が十分できない。ここで、スカート特性とは、通過帯域内から外へどの程度急峻に減衰するかという特性のことであり、送受信フィルタの性能を評価する重要な指標の１つである。
【０００３】
この問題を解決するために、損失が非常に小さいためスカート特性が優れている超電導体を利用したフィルタが提案されている（例えば、特許文献１、非特許文献１を参照）。送受信フィルタにおいては、設計通りの通過帯域中心周波数や帯域幅を実現させるために、素子の形状やサイズ、配置を精密に制御する必要があるので、リソグラフィー技術で精密なパターン形成が可能な超電導薄膜が一般に利用される。
【０００４】
既に、比較的電力が小さい受信用フィルタにおいては、超電導薄膜を用いたフィルタが一部実用化されているものの、大きな電力が印加される送信用フィルタでは、薄膜では超電導体の臨界温度を超えてしまい、超電導状態を維持できなくなってしまうおそれがある。送信用フィルタも超電導化できれば、受信用フィルタと送信用フィルタとの両方に冷却設備を兼用でき、システム全体の効率改善が図れるので、耐電力性の優れた送信用フィルタの開発が期待されている。
【０００５】
送受信フィルタの重要な特性として、前述したスカート特性以外に、チューニング特性とトリミング特性とがある。チューニングとは、フィルタの通過帯域の中心周波数をシフトさせることである。現実のフィルタでは、サイズや形状のずれ、あるいは基板の誘電率や温度の変動等の原因で、フィルタの通過帯域の中心周波数がずれることがあり、チューニング機構により所望の値に調整することが求められる。特許文献１には、超電導薄膜を用いたフィルタにおいて、超電導薄膜が形成された基板に平行に対向させた誘電体板を移動させることによりチューニングすることが提案されており、約２０ＭＨｚのチューニング特性を示したことが記載されている。
【０００６】
また、トリミングとは、フィルタの通過帯域内に発生するリップルを改善することである。超電導薄膜を用いたフィルタの場合、超電導薄膜は基板上に形成され、その上は自由空間である。その自由空間を利用して、前述したチューニング機構だけでなく、トリミング機構を設置してフィルタにトリミング特性を持たせ、通過帯域のリップルを抑制している。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１４１７０６号公報
【非特許文献１】応用物理 第７２巻 第２号 （２００３） ２１０−２１３頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
耐電力性の優れた送信用フィルタを実現する手段の１つとして、超電導薄膜ではなく、超電導バルク体を用いることが考えられる。超電導バルク体は、超電導薄膜に比べて超電導体の厚さが非常に厚いので、仮に臨界電流密度特性が多少低くても、超電導体全体を流れる電流を大きくすることができ、大きな電力が印加されても超電導状態を維持できる。その結果、耐電力性の優れた送信用フィルタを実現することが期待できる。
【０００９】
しかしながら、超電導バルク体は、薄膜に比べて厚さが非常に厚いので、超電導バルク体を用いてフィルタを製作した場合、超電導バルク体表面からの電力放射が大きくＱ値が低くなり易いという問題点があった。ここでＱ値とは、共振器に蓄積されているエネルギー／損失エネルギーで定義されており、放射の少ない共振器ほど高いＱ値を実現できる。このＱ値が大きいほどフィルタを多段化でき、スカート特性を急峻にすることが可能となる。さらに、超電導バルク体は、薄膜に比べて微細な加工が難しいので、超電導バルク体を用いてフィルタを製作した場合、周波数特性がずれ易いという問題点があった。また、超電導バルク体を用いて超電導フィルタを製作した場合、素子サイズが大きくなり易いという問題点もあった。
【００１０】
また、特許文献１に記載されているように、超電導バルク体の上方の自由空間に、誘電体板を設置して移動させることによって、通過帯域のチューニングは可能になるが、そのままでは超電導バルク体表面からの電力放射が大きく、低いＱ値しか得られず、スカート特性が低くなってしまうという問題点がある。
【００１１】
そこで、超電導バルク体表面からの電力放射を抑制するためには、超電導バルク体を基板上に配置するのでなく、基板内に配置することが考えられる。即ち、超電導バルク体の上方にも誘電体基板を設けることになる。ところが、この場合、超電導バルク体の上方に自由空間がなくなり、チューニング特性を行う誘電体板を設置することができないという問題点がある。仮に誘電体基板上にチューニング用誘電体板を設置して、チューニング用誘電体板を移動させたとしても、超電導バルク体上方に誘電体基板があることにより、チューニングの効果は殆ど無い。さらに、同様に理由で、トリミング機構を設置することもできない。
【００１２】
本発明は前述の問題点に鑑み、コンパクトで、周波数特性の調整が容易で、高い耐電力特性を有する超電導フィルタを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の超電導フィルタは、以下のとおりである。
（１）給電部を有する誘電体材料からなる誘電体基板と、前記誘電体基板内に配置されたバルク状超電導体と、誘電体材料からなる誘電体ロッド状部材と、前記バルク状超電導体と前記誘電体ロッド状部材との間の相対的位置を変化させる位置調整機構とを有することを特徴とする超電導フィルタ。
（２）前記バルク状超電導体が、リング形状であることを特徴とする（１）に記載の超電導フィルタ。
（３）前記誘電体ロッド状部材は、前記リング形状のバルク状超電導体のリング内に挿入可能な形状であることを特徴とする（２）に記載の超電導フィルタ。
（４）前記バルク状超電導体が、円板形状であることを特徴とする（１）に記載の超電導フィルタ。
（５）前記バルク状超電導体及び前記誘電体ロッド状部材の対が複数あり、前記対と同数の複数個の前記位置調整機構が独立に相対的位置を変化させることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の超電導フィルタ。
（６）前記バルク状超電導体の厚さが、０．０１〜１０ｍｍであることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の超電導フィルタ。
（７）前記バルク状超電導体が、単結晶状のＲＥＢａ2Ｃｕ3Ｏx相（ＲＥはＹ又は希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）中にＲＥ2ＢａＣｕＯ5相が微細分散した酸化物超電導体であることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の超電導フィルタ。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、超電導バルク体を用いても素子サイズを小さくすることができ、簡便な手段で超電導バルク体のサイズや配置のずれに伴うフィルタの周波数特性のずれが調整可能になるので、コンパクトで、周波数特性の調整が容易で、高い耐電力特性を有する超電導フィルタを提供することができる。さらに、複数対のリング形状の超電導体と誘電体ロッド状部材との相対的位置を独立に変化させることより、従来以上に中心周波数を変化させることができる。加えて、誘電体ロッド状部材の相対的位置を変化させるだけで、素子全体の周波数シフトさせるチューニングだけでなく、各共振器の中心周波数を微調整し通過帯域内での特性や帯域幅を調整するトリミングも可能な超電導フィルタを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明における超電導フィルタの構造の一例を示す断面図である。図１では、超電導バルク体から切り出された３個のリング形状の超電導体１が誘電体基板２内に配置されている。超電導体１の上方にも誘電体基板２が存在することで、超電導バルク体１の表面からの電力放射を抑制している。
【００１６】
誘電体基板２の両端には、高周波の入出力を行う給電部である高周波同軸コネクタ（ＳＭＡコネクタ）３が付いている。誘電体基板２は、高周波同軸コネクタ３の導入面以外の上下面、側面を導電率の高い金属（例えばＡｕ等）でコーティングし、グランド面としている。誘電体基板２内に超電導体１を配置するには、誘電体基板２を上下２分割したものを作製しておき、下側の誘電体基板上に超電導体１を配置してから、上側の誘電体基板を被せればよい。上側の誘電体基板には、予め超電導リング内径と同径の穴を開けている。
【００１７】
それぞれのリング形状の超電導体１の上方に、超電導リングの内径に挿入可能な形状を有する誘電体材料からなるロッド状部材（誘電体ロッド）４があり、これらの誘電体ロッド４をそれぞれ独立に上下方向に移動させるロッド上下用トリマー（位置調整機構）５がついている。素子全体は、銅やアルミ等の金属製パッケージ中に収納されている。ロッド上下用トリマー５は、金属製パッケージ上部蓋面のロッドの位置に単にねじ穴を作製し、ねじ先端に誘電体ロッド４を取り付けることによっても容易に実現できる。図１では、リング形状の超電導体１と誘電体ロッド４の対として３対の例を示したが、２対以上の複数対であればよい。図２は、図１の斜視図であり、ロッド上下用トリマー５は省略して記載されている。
【００１８】
１つの超電導体は１つの共振器となり、複数個の共振器を配列することでフィルタが構成される。超電導バルク体から所定の形状・サイズの超電導体を切り出してフィルタを構成する場合には、超電導バルク体の微細な加工が難しいので、個々の超電導体のサイズが数μｍから数十μｍ程度ばらつくことがあり、個々の共振器の共振周波数が所望の値からずれてしまうことが考えられる。
【００１９】
本発明の超電導フィルタであれば、個々の超電導体１対して上下方向に移動する誘電体ロッド４があり、誘電体ロッド４が上下方向に移動して超電導体１との相対的位置が変化することによって実効的な誘電率が変化する。その結果、個々の超電導体１のサイズのずれによる個々の共振器における共振周波数のずれを調整することができる。このように、各共振器の共振周波数を微調整し、フィルタの通過帯域内での特性や帯域幅を調整することをトリミング特性という。
【００２０】
さらに、個々の共振器の共振周波数を調整した後に、各誘電体ロッドをお互いに相関を持たせながら全体的に上下方向に移動させることによって、フィルタの通過帯域の中心周波数を大きく変化させ、フィルタ特性全体を周波数シフトさせることもできる。このように、フィルタの中心周波数を大きく変化させ、フィルタ特性全体を周波数シフトさせることをチューニング特性という。本発明の超電導フィルタであれば、トリミング特性とチューニング特性との両方を行うことができる。
【００２１】
また、図１では、超電導体１の形状はリング形状となっているが、円板形状でもよい。しかし、より大きなチューニング特性が得られる点や素子サイズを小型化できる点では、超電導体１の形状をリング形状とする方が好ましい。そして、誘電体ロッド４の直径をリング内径に入る大きさにすることにより、単に誘電体ロッド４の移動可能距離が大きくなるだけでなく、誘電体ロッド４がリング形状の超電導体１内に入ることになるため、共振器の実効的な誘電率の変化が非常に大きくなり、各共振器の共振周波数のシフト量が５０ＭＨｚ以上にすることができ、さらに形状やサイズを最適化することにより、従来の１０倍以上である２００ＭＨｚ以上、さらには５００ＭＨｚ以上も可能になる。その結果、超電導フィルタとしての中心周波数のチューニングも５０ＭＨｚ以上、２００ＭＨｚ以上、５００ＭＨｚ以上になり、非常に大きなチューニング特性が得られる。ただし、チューニング周波数が大き過ぎても、誘電体ロッド４での損失が大きくなるので、１０００ＭＨｚ以下に設計することが好ましい。
【００２２】
さらに、超電導バルク体を加工した超電導体１を用いて超電導フィルタを形成すると、超電導薄膜を用いた超電導フィルタに比べて、素子全体のサイズが大きくなるが、超電導体１の形状をリング形状にすることで、リング内部に誘電体が存在することによって同じ外形のディスク状（非リング）共振器と比べて管内波長が長くなるため、単純なディスク形状の超電導バルク体の場合に比べて、個々の共振器のサイズを小型化でき、その結果、フィルタサイズも小型化できるのでリング形状の超電導体１であることがより好ましい。
【００２３】
本発明の超電導フィルタに用いる超電導材料としては、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の酸化物超電導体、ＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系（ＲＥはＹ又は希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）の酸化物超電導体、Ｍｇ−Ｂ2系の金属超電導体等の臨界温度が高い超電導体が、冷却の負担を小さくできるので好ましい。さらに、送信用フィルタのように大電力の高周波を取り扱うフィルタの場合には、超電導バルク体の中でも液体窒素温度（７７Ｋ）での臨界電流密度が大きい、単結晶状のＲＥＢａ2Ｃｕ3Ｏx相（１２３相）（ＲＥはＹ又は希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）中にＲＥ2ＢａＣｕＯ5相（２１１相）が微細分散した酸化物超電導体がより好ましい。
【００２４】
また、本発明の誘電体基板に用いられる誘電体材料としては、サファイア、アルミナ、ＭｇＯ、ＬａＡｌＯ3、等の誘電損失の小さい誘電体材料が好ましい。そして、誘電体基板の誘電損失は１０-5以下が好ましい。基板材料の誘電損失が１０-5超の場合、共振器のＱ値は大きく低下し、その結果、通過特性が劣化してしまう。
【００２５】
また、本発明の誘電体ロッドに用いられる誘電体材料としては、比誘電率２０以上９０以下の比誘電率が比較的大きい誘電体材料（例えば京セラ製セラミックスＳＢ３５０、ＳＶ４３０等）が好ましい。誘電率が小さい場合、共振器の周波数シフト量が小さくなってしまう。また、誘電率が大きい場合は一般的に誘電損失も増加し、通過特性が劣化してしまう。トリミング用の誘電体ロッド４の誘電損失は、誘電体基板２の誘電損失よりも通過特性に対する影響が少ないが、１０-4以下が好ましい。
【００２６】
本発明の超電導フィルタに用いる超電導材料としては、バルク状の超電導体を電気炉等で作製し、超電導バルク体を所望の形状に加工する方が、超電導薄膜のように高価で煩雑な薄膜成膜装置を必要としないので好ましい。超電導体１の厚さが薄過ぎると超電導バルク体の加工が難しくなり、厚さも薄膜と違いがなくなるので、本発明の超電導体の厚さとしては０．０１ｍｍ以上が好ましい。また、超電導体１の厚さが厚過ぎても、素子が大きくなり過ぎ、冷却効率も悪くなるので、１０ｍｍ以下が好ましい。加工性や冷却効率を考慮すると、超電導体１の厚さが０．１〜１ｍｍがより好ましい。
【実施例】
【００２７】
（実施例１）
溶融法で作製した直径４６ｍｍ、厚さ１５ｍｍで、２５ｍｏｌ％の２１１相が１２３相中に微細分散したＤｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系単結晶状酸化物超電導バルク体から外径８．２ｍｍ、内径５．０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのリング形状の超電導体を切り出し、４５０℃で１００時間酸素気流中において熱処理を実施した。誘電体ロッドは、比誘電率３９のセラミックス（京セラ製誘電体セラミックスＳＧ３９０）で直径４．８ｍｍ、高さ４．４ｍｍの円柱形状とし、リング形状の超電導体１内に入る大きさにした。３個のリング形状の超電導体１を図１のように、アルミナ製の誘電体基板２内に配置し、両端に給電線を取り付け、全体を銅製のパッケージに収納した。
【００２８】
図３に、この３段リング形状の超電導体１を用いたフィルタの周波数特性を示す。実線は電力の通過特性を示し、点線は反射特性を示している。設計仕様では、中心周波数５ＧＨｚ、帯域幅１００ＭＨｚ、通過帯域リップル幅０．１ｄＢであったが、図３に示すように、本実施例で作成した超電導フィルタは、中心周波数５．０１６ＧＨｚ、帯域幅９２．３ＭＨｚ、通過帯域リップル幅０．００４ｄＢ、であり、ほぼ設計仕様と同様であった。
【００２９】
比較例として、図４に示すような、ヘアピン型の超電導薄膜フィルタを設計・作製した。設計仕様は、本実施例と同じく、中心周波数５ＧＨｚ、帯域幅１００ＭＨｚ、通過帯域リップル幅０．１ｄＢとした。また、薄膜フィルタのサイズは２０ｍｍ角基板を想定し、フィルタ構造は３段共振器構造である。本実施例と比較例との最大電流密度を比較すると、本実施例の超電導フィルタの最大電流密度は薄膜フィルタの約１４％であった。耐電力特性は最大電流密度の２乗に比例するので、本実施例では比較例に比べて耐電力特性が約５０倍に改善した。この比較により、本実施例の超電導フィルタの耐電力特性は、薄膜フィルタの耐電力特性より優れていることが確認できた。
【００３０】
（実施例２）
超電導体をリング形状にすることによる小型化の効果を調べるために、３次元電磁界シミュレータＭＷ−ＳＴＵＤＩＯ（ＡＥＴ社製）を用いて、共振周波数５ＧＨｚ、誘電体基板２の厚さ５．９ｍｍ、誘電体基板２の誘電率９．９で、有限積分法及び完全境界近似の条件において、ディスク形状及びリング形状の共振器サイズについて検討した。その結果を図５に示す。
【００３１】
図５において、横軸はリング形状の超電導体１の内径（２ｒ）／外径（２Ｒ）比を示し、縦軸は共振周波数５．０ＧＨｚとなるリング形状の超電導体１の外径／２（Ｒ）を示している。内径／外径比が０である点が、ディスク形状の超電導体１に対応している。図５に示すように、同じ共振周波数に対して、内径／外径比を大きくするにつれて、超電導体サイズが小さくなることが分かる。したがって、超電導体をリング形状にし、かつ、リング内径を大きくすることにより、フィルタサイズを小型化することが可能になる。実用上、超電導リング外径と内径の差を１．０ｍｍ以下にすることは、超電導リングの強度上問題がある。よって、共振周波数５ＧＨｚの場合、内径／外径比が約７０％程度までが実用上最小の共振器を実現可能である。
【００３２】
さらに、ディスク形状超電導体を用いて中心周波数５ＧＨｚ、帯域幅１００ＭＨｚのトリミングロッドなしの３段フィルタを作製したところ、図６に示すように、両端の給電線間は３９．２４ｍｍであった。一方、リング形状の超電導体１を用いた３段フィルタでの両端の給電線間は、図７に示すように、３５．９８ｍｍであった。なお、図６及び図７のフィルタ内の詳細な部分のサイズについては、表１に示す。以上により、ディスク形状からリング形状とすることによってフィルタサイズが１０％程度小型化できることが確認できた。
【００３３】
【表１】
【００３４】
（実施例３）
誘電体ロッドのチューニング特性の効果を調べるために、リング形状の超電導体を用いた単一共振器において、誘電体ロッドを上下方向に移動させて共振周波数の変化について調べた。モデルの周波数特性の解析には、３次元電磁界シミュレータＭＷ−ＳＴＵＤＩＯ（ＡＥＴ社製）を用いた。リング形状の超電導体１のサイズは、外径８．２ｍｍ、内径４．８ｍｍ、厚さ１．０ｍｍであった。誘電体基板２はアルミナ基板で、その誘電率は８．１であった。また、誘電体ロッド４のサイズは超電導体１の内径と同径で、その誘電率は３９であった。給電線の先端と共振器との距離は、疎結合となる条件で計算を行った。その結果を図８（ｂ）に示す。実線は電力の通過特性を示し、点線は反射特性を示している。図８（ａ）に示すように、誘電体ロッド４を３ｍｍ下方に移動させ、リング形状の超電導体１の内径内に入れることにより、共振周波数は５６０ＭＨｚシフトした。以上により、本実施例においては５００ＭＨｚ以上のチューニング特性が得られることが確認できた。
【００３５】
比較例として、超電導薄膜を用いた、本実施例と同じ構造の単一共振器を設計し、本実施例の超電導フィルタとチューニング特性について比較した。なお、薄膜リング形状超電導体のサイズは、外径８．８ｍｍ、内径４．８ｍｍ、厚さ１．０μｍであり、誘電体基板は厚さ２．０ｍｍのアルミナ基板で、その誘電率は８．１であり、誘電体ロッドのサイズは内径と同径で、その誘電率は３９であった。
【００３６】
図９は、誘電体ロッドと共振器との間の高さｈに対する共振器の共振周波数の変化を示す図である。実線は、バルクリング形状共振器の結果を示し、点線は薄膜リング形状共振器の結果を示している。なお、給電線の先端と共振器との距離は、０．２ｍｍで計算を行った。図９に示す結果から、バルクリング形状共振器の方が共振周波数の変化が大きいことが分かる。薄膜の場合でも、リング形状にすると、誘電体ロッドを薄膜表面に接する程度にまで近づけると、共振周波数は急激に変化し、シフト量を数百ＭＨｚ程度にすることは理論上可能であるが、この領域では誘電体ロッドの僅かな変化で共振周波数が大きく変化するので、チューニングが難しい。以上の結果より、本実施例のバルクリング形状フィルタは、薄膜リング形状フィルタよりチューニングし易く、大きなチューニング特性は得られることが確認できた。
【００３７】
（実施例４）
誘電体ロッドのトリミング特性の効果を調べるために、リング形状の超電導体を用いて、中心周波数が５ＧＨｚ、帯域幅１００ＭＨｚの３段フィルタを設計・作製した。リング形状の超電導体１のサイズは、外径８．２ｍｍ、内径５．０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍであり、誘電体基板２はアルミナ基板で、その誘電率は８．１であった。また、誘電体ロッド４のサイズは４．８ｍｍで、その誘電率は３９であった。
【００３８】
まず、各共振器上の誘電体ロッド４の高さを、それぞれｈ1＝ｈ2＝ｈ3＝２．２５ｍｍとした場合のフィルタモデルを図１０に示す。また、図１１は、図１０のモデルの周波数特性を示している。中心周波数は５．０４１ＧＨｚ、帯域幅は９３．２ＭＨｚであり、ほぼ設計通りのものが作製できたが、帯域幅に０．９９４ｄＢ程度の比較的大きなリップルが見られた。この３段フィルタは超電導バルクフィルタのサイズが同じで、誘電体ロッドの高さも同じ高さを仮定している。本来の３段フィルタ設計においては中央の共振器サイズを数１０μｍ大きく設計することにより良好な特性を得ることが判っている。しかしながら、実際の試作では、１０μｍの精度で外径及び内径を制御することが困難である。したがって、この外径のずれを補正することが必要となる。本実施例では、誘電体ロッド４を用いてこの調整を行う。
【００３９】
図１２は、周波数特性を調整するためにｈ1＝ｈ3＝１．５２ｍｍ、ｈ2＝０．９６ｍｍとした場合のフィルタモデルを示している。また、図１３は、図１２のモデルの周波数特性を示している。中心周波数は５．０１６ＧＨｚ、帯域幅は９２.３ＭＨｚと図１０の場合とほぼ同じ特性であったが、帯域通過リップルが０．００４ｄＢと大幅に低減し、ほぼフラットな通過帯域特性が得られた。
【００４０】
以上により、本実施例によってトリミングにより周波数特性が改善されることが確認できた。また、図９から、バルクリング形状の場合、ｈの変化に対してほぼ線形的に共振周波数が変化していることが分かる。このことは、本実施例のバルクリング形状フィルタは、薄膜リング形状フィルタよりも共振周波数をトリミングし易い優れた構造であることを示している。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明によれば、コンパクトで、周波数特性の調整が容易で、高い耐電力特性を有する超電導フィルタを提供することができるので、酸化物超電導体の工業上の利用範囲が拡大する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態の超電導フィルタの一例を示す構造断面図である。
【図２】図１の超電導フィルタの斜視図である。
【図３】本発明の３段リング形状の超電導体を用いた超電導フィルタのフィルタ特性を示す図である。
【図４】比較例の薄膜型３段ヘアピンフィルタの構造を示す図である。
【図５】本発明の超電導フィルタの単一共振器構造シミュレーションモデルと、内径／外径の比とリング共振器との大きさの関係のシミュレーション結果とを示す図である。
【図６】本発明の実施例の円板形状の超電導体を用いたフィルタ構造を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施例のリング形状の超電導体を用いたフィルタ構造を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施例の超電導フィルタの単一共振器構造における周波数チューニングシミュレーションモデルと単一共振器において誘電体ロッドを上下させた場合の周波数特性のシミュレーション結果とを示す図である。
【図９】本発明の実施例の超電導フィルタ、及び比較例の薄膜型共振器フィルタの単一共振器構造における誘電体ロッド高さと共振周波数との関係のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】本発明の実施例において、共振器、誘電体ロッドの大きさが同じ場合の超電導フィルタのフィルタ構造のシミュレーションモデルを示す図である。
【図１１】本発明の実施例の超電導フィルタのフィルタ構造で、共振器、誘電体ロッドの大きさが同じ場合の周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図１２】本発明の実施例において、共振器の大きさは同じで誘電体ロッドの位置を周波数特性が向上するように調整した場合の超電導フィルタのフィルタ構造のシミュレーションモデルを示す図である。
【図１３】本発明の実施例の超電導フィルタのフィルタ構造で、共振器の大きさが同じで、誘電体ロッドの高さを調整した場合の周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 超電導体
２ 誘電体基板
３ ＳＭＡコネクタ
４ 誘電体ロッド
５ ロッド上下用トリマー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電部を有する誘電体材料からなる誘電体基板と、前記誘電体基板内に配置されたバルク状超電導体と、誘電体材料からなる誘電体ロッド状部材と、前記バルク状超電導体と前記誘電体ロッド状部材との間の相対的位置を変化させる位置調整機構とを有することを特徴とする超電導フィルタ。
【請求項２】
前記バルク状超電導体が、リング形状であることを特徴とする請求項１に記載の超電導フィルタ。
【請求項３】
前記誘電体ロッド状部材は、前記リング形状のバルク状超電導体のリング内に挿入可能な形状であることを特徴とする請求項２に記載の超電導フィルタ。
【請求項４】
前記バルク状超電導体が、円板形状であることを特徴とする請求項１に記載の超電導フィルタ。
【請求項５】
前記バルク状超電導体及び前記誘電体ロッド状部材の対が複数あり、前記対と同数の複数個の前記位置調整機構が独立に相対的位置を変化させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の超電導フィルタ。
【請求項６】
前記バルク状超電導体の厚さが、０．０１〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の超電導フィルタ。
【請求項７】
前記バルク状超電導体が、単結晶状のＲＥＢａ2Ｃｕ3Ｏx相（ＲＥはＹ又は希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）中にＲＥ2ＢａＣｕＯ5相が微細分散した酸化物超電導体であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の超電導フィルタ。
【請求項１】
給電部を有する誘電体材料からなる誘電体基板と、前記誘電体基板内に配置されたバルク状超電導体と、誘電体材料からなる誘電体ロッド状部材と、前記バルク状超電導体と前記誘電体ロッド状部材との間の相対的位置を変化させる位置調整機構とを有することを特徴とする超電導フィルタ。
【請求項２】
前記バルク状超電導体が、リング形状であることを特徴とする請求項１に記載の超電導フィルタ。
【請求項３】
前記誘電体ロッド状部材は、前記リング形状のバルク状超電導体のリング内に挿入可能な形状であることを特徴とする請求項２に記載の超電導フィルタ。
【請求項４】
前記バルク状超電導体が、円板形状であることを特徴とする請求項１に記載の超電導フィルタ。
【請求項５】
前記バルク状超電導体及び前記誘電体ロッド状部材の対が複数あり、前記対と同数の複数個の前記位置調整機構が独立に相対的位置を変化させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の超電導フィルタ。
【請求項６】
前記バルク状超電導体の厚さが、０．０１〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の超電導フィルタ。
【請求項７】
前記バルク状超電導体が、単結晶状のＲＥＢａ2Ｃｕ3Ｏx相（ＲＥはＹ又は希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）中にＲＥ2ＢａＣｕＯ5相が微細分散した酸化物超電導体であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の超電導フィルタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−３０６５２６（Ｐ２００８−３０６５２６Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５２３９８（Ｐ２００７−１５２３９８）
【出願日】平成１９年６月８日（２００７．６．８）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月８日（２００７．６．８）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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