JP3848051B2

JP3848051B2 - 共振器の共振周波数測定方法および共振周波数測定装置

Info

Publication number: JP3848051B2
Application number: JP2000130811A
Authority: JP
Inventors: 正信鈴木; 玄一都築
Original assignee: Alps Electric Co Ltd; Denso Corp
Current assignee: Denso Corp; Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2020-04-28
Also published as: US6450034B1; JP2001313503A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、共振器の共振周波数測定方法および共振周波数測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、フィルタを構成する各共振器の共振周波数を調整する方法としては、誘電体により各共振器の共振周波数を調整する方法、あるいはレーザ等で共振器のパターンをトリミングして共振周波数を調整する方法が知られている。前者の方法は、先端に誘電体を装着したスクリューによって各共振器の実効誘電率を変化させて共振周波数を調整する。また後者の方法は、レーザ等により共振器のパターンを削ることで共振周波数を調整する。何れの方法も、測定器でフィルタ特性を見ながら調整するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の方法では、フィルタ特性を見ながら調整するものであるため、どの共振器をどれだけ調整したら良いのかの判断が難しく、共振器の数が多くなって調整個所が多くなると、調整が技術的に困難になるという問題がある。
【０００４】
この場合、例えばプローブを用いて個別に共振器の共振周波数を測定することが考えられるが、基板上に複数の共振器が形成されている場合、共振周波数を測定しようとする被測定共振器とそれ以外の共振器とが電磁結合によって干渉するため、単にプローブを用いただけでは個別に共振器の共振周波数を正確に測定することができない。
【０００５】
本発明は上記問題に鑑みたもので、複数の共振器の共振周波数を個別に測定できる共振周波数測定方法および共振周波数測定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【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、基板上に形成された複数の共振器のうち共振周波数を測定しようとする被測定共振器以外の共振器を非接触で覆って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導体板を配置し、被測定共振器の共振周波数を測定することを特徴としている。
【０００７】
このように被測定共振器以外の共振器を導体板で覆うことにより、被測定共振器とそれ以外の共振器の干渉をなくして各共振器の共振周波数を測定することができる。
【０００８】
なお、本明細書でいう「導体板」とは、少なくとも基板と対向する面が導体になっているものをいい、全体が導体になっているものの他、基板と対向する面が導体になっているものを含む。
【０００９】
請求項１に記載の発明において、請求項２に記載の発明のように、導体板の開口部に被測定共振器を開口させた状態で被測定共振器の共振周波数を測定するようにするのが好ましい。
【００１０】
この場合、請求項３に記載の発明のように、導体板を回転させて複数の共振器のうちの１つを被測定共振器として開口部に開口させるようにすれば、導体板を回転させるだけで複数の共振器の共振周波数を順に測定することができる。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明のように、入力プローブと出力プローブを導体板の回転とともに移動させるようにすれば、共振器ごとに入力プローブと出力プローブを設置する操作をなくし、容易に共振周波数の測定を行うことができる。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明のように、超伝導材料で形成された複数の共振器を真空チャンバ内で冷却した状態で、導体板を回転させるようにすれば、真空チャンバ内に配置したままで複数の共振器の共振周波数を測定することができる。
【００１３】
請求項６に記載の発明では、超伝導材料で形成された複数の共振器によって構成されるフィルタと、複数の共振器のうち共振周波数を測定しようとする被測定共振器以外の共振器を非接触で覆って前記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導体板とを、真空チャンバ内に配置し、真空チャンバ内でフィルタを冷却した状態で、導体板とフィルタとを相対的に移動させて、複数の共振器の共振周波数をそれぞれ測定することを特徴としている。
【００１４】
この発明によれば、超伝導フィルタを構成する複数の共振器において、被測定共振器以外の共振器を導体板で覆うことにより、被測定共振器とそれ以外の共振器の干渉をなくし、かつ超伝導フィルタを構成する複数の共振器を真空チャンバ内に配置したままでそれぞれの共振周波数を測定することができる。
【００１５】
この場合、請求項７に記載の発明のように、導体板を回転させて複数の共振器のうちの１つを被測定共振器として導体板の開口部に開口させるようにすれば、導体板を回転させるだけで複数の共振器の共振周波数を順に測定することができる。
【００１６】
請求項８に記載の発明では、真空チャンバと、真空チャンバ内に冷却ステージが配置される冷却手段と、超伝導材料で形成された複数の共振器によって構成されるフィルタを冷却ステージに保持する保持部材と、複数の共振器のうち共振周波数を測定しようとする被測定共振器を開口させ、被測定共振器以外の共振器を非接触で覆って前記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導体板と、真空チャンバ内で導体板を回転させるための手段とを備えた共振器の共振周波数測定装置を特徴としている。
【００１７】
この場合、請求項９に記載の発明のように、導体板を固定する固定部材に入力プローブと出力プローブを取り付けるようにすれば、共振器ごとに入力プローブと出力プローブを設置する操作をなくし、容易に共振周波数の測定を行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図３に、本発明の一実施形態に用いるフィルタ１０の共振周波数調整前の平面構成を示す。
【００１９】
このフィルタ１０は、分布定数型のフィルタであって、誘電体基板（以下、単に基板という）１１の上に複数の共振器１２ａ〜１２ｓが形成され、基板１１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。
【００２０】
共振器１２ａ〜１２ｓは、円形状の基板１１上に円周方向に配列されている。共振器１２ａ〜１２ｓのそれぞれは、長さ（ループ長）が波長（λ）の１／２に設定されており、図に示すように一部が開放された形状となっている。
【００２１】
共振器１２ａ〜１２ｓのうち共振器１２ａ、１２ｓには、配線１２ａ₁、１２ｓ₁がタップ接続されている。配線１２ａ₁は信号入力（ＩＮ）として用いられ、配線１２ｓ₁は信号出力（ＯＵＴ）として用いられる。
【００２２】
なお、共振器１２ａ〜１２ｓ、配線１２ａ₁、１２ｓ₁、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おり、図３に示すフィルタ１０は、いわゆる超伝導フィルタとなっている。
【００２３】
次に、共振器１２ａ〜１２ｓのそれぞれの共振周波数を測定する測定方法について説明する。
【００２４】
この測定を行う場合、図１に示すように、共振周波数を測定しようとする被測定共振器以外の共振器の全てを金属板２０で覆った状態で、被測定共振器の共振周波数を測定する。具体的には、スリット（開口部）２１を有する円板状の金属板２０を基板１１の上に配置し、被測定共振器以外を金属板２０で覆い、被測定共振器のみを金属板２０のスリット２１で開口させ、この状態で入力プローブ３１、出力プローブ３２により被測定共振器の共振周波数を測定する。共振器の上に金属板等の導体が配置されると、その共振器の共振周波数がずれる（シフトする）ため、被測定共振器とそれ以外の共振器の干渉がなくなり、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ことができる。
【００２５】
なお、図１では、被測定共振器を共振器１２ｊとし、入力プローブ３１、出力プローブ３２の先端をスリット２１に臨ませて、共振器１２ｊの共振周波数を測定する状態を示している。また、図２に、図１に示すものの断面（図１のＡ−Ａ矢視断面）構成を示す。金属板２０は、基板１１から所定のギャップを隔てて基板表面と平行に配置される。
【００２６】
共振器１２ａ〜１２ｓは、円形状の基板１１上に円周方向に並んで配置されているため、金属板２０を回転可能にすることで、他の共振器を金属板２０のスリット２１に順に開口させ、入力プローブ３１、出力プローブ３２を用いてそれぞれの共振器の共振周波数を測定することができる。
【００２７】
この場合、金属板２０に入力プローブ３１、出力プローブ３２が固定（直接若しくは他の部材を介して固定）され、金属板２０の回転とともに入力プローブ３１、出力プローブ３２も移動するようになっていれば、金属板２０を図１の矢印方向に回転させるだけで、それぞれの共振器の共振周波数を容易に順に測定することができる。
【００２８】
図４に、共振器の共振周波数を測定する測定装置の具体的な構成を示す。図３に示すフィルタは断熱用真空チャンバ４０内に配置され、冷却手段としての冷却器５０により冷却された状態で、共振器それぞれの共振周波数が測定される。
【００２９】
図４に示す測定装置において、冷却器５０のコールドヘッド５１に冷却ステージ（熱拡散板）５２が固定され、冷却ステージ５２の上にフィルタ１０を保持する金属製の保持部材６１が固定されている。この保持部材６１にフィルタ１０が設置される。
【００３０】
図５に、保持部材６１にフィルタ１０が設置されている状態を示す。フィルタ１０は、保持部材６１に配置され、基板押さえ部材６２で保持部材６１に固定されている。この保持部材６１の上に金属板２０が配置される。図６に、金属板２０が保持部材６１の上に配置されている状態を示す。金属板２０には、凹部２２が形成され、その凹部２２にスリット２１が形成されている。このスリット２１によって、被測定共振器が開口するようになっている。
【００３１】
この金属板２０は、図６のように単独で保持部材６１の上に配置されるのではなく、リング状の側壁部材（固定部材）６３にネジ等の固定手段によって固定されている。そして、側壁部材６３を保持部材６１の上に設置することで、金属板２０が、基板１１から所定のギャップを隔てて基板表面と平行に配置される。
【００３２】
図７に、金属板２０を側壁部材６３に固定し、それを保持部材６１の上に設置した状態を示す。側壁部材６３には、コネクタ６４ａ、６４ｂが取り付けられ、コネクタ６４ａ、６４ｂに入力プローブ３１、出力プローブ３２がそれぞれ接続されている。従って、金属板２０が取り付けられた側壁部材６３をフィルタ１０の回りに回転させることで、複数の共振器のうちの１つを金属板２０のスリット２１に順に開口させ、入力プローブ３１、出力プローブ３２によりその共振周波数を測定することができる。
【００３３】
また、側壁部材６３の上には、図４に示すように、蓋部材６５が取り付けられている。蓋部材６５には、金属製（例えばＳＵＳ）の筒状部材６６が取り付けられている。この筒状部材６６には、コネクタ６４ａ、６４ｂに接続されたケーブル６７ａ、６７ｂを内部に通すための穴６６ａ、６６ｂが設けられている。筒状部材６６は、上部に口径の大きい開口部６６ｃを有しており、その上端に蓋部材６８が取り付けられている。この蓋部材６８には、コネクタ６９ａ、６９ｂが取り付けられており、ケーブル６７ａ、６７ｂがコネクタ６９ａ、６９ｂを介して外部のケーブル７０ａ、７０ｂにそれぞれ接続される。また、筒状部材６６は、真空チャンバ４０の蓋部材４２に固定された筒状のガイド部材７１によって回転可能に保持されている。また、図中に示すＯリング７２ａ〜７２ｈによって真空チャンバ４０内の気密性が保たれるようになっている。なお、上記した側壁部材６３、筒状部材６６および蓋部材６８により、導体板としての金属板２０を回転させるための手段を構成している。
【００３４】
上記した構成において、筒状部材６６（具体的にはその開口部６６ｃ）を手動で回転させることにより、金属板２０が取り付けられたリング状の側壁部材６３が回転するため、フィルタ１０を真空チャンバ４０内にて冷却した状態で、フィルタ１０を構成する複数の共振器１２ａ〜１２ｓのそれぞれの共振周波数を測定することができる。なお、筒状部材６６の開口部６６ｃには、図示しない回転角調整ネジが設けられており、その回転角調整ネジを用いて、筒状部材６６の回転角を微調整することができる。
【００３５】
上記した測定方法を用いて共振器１２ａ〜１２ｓの共振周波数を全て測定すると、設定された共振周波数とのずれを考慮して、それぞれの共振器の共振周波数を調整する。この場合、個々の共振器のパターンをトリミングすることにより共振周波数を調整することができる。なお、共振器１２ａ〜１２ｓは超伝導材料で形成されているため、レーザを用いたトリミングでは、超伝導材料にダメージを与える可能性がある。この場合には、半導体のフォトリソグラフィ技術を用いてトリミングを行えば、超伝導材料にダメージを与えることはない。
【００３６】
また、共振器１２ａ〜１２ｓに誘電体膜（誘電体被膜）を堆積し、その堆積量を調整することによっても共振周波数を調整することができる。この場合の調整方法について説明する。
【００３７】
図８に、共振器の上に誘電体膜を堆積して周波数調整を行った状態を示す。この図８に示すものにおいては、共振器１２ａ〜１２ｓのうち共振器１２ａ、１１２ｃ〜１２ｓの周波数調整を行うために、共振器１２ａ、１２ｃ〜１２ｓの上にのみ誘電体膜８０ａ、８０ｃ〜８０ｓを堆積している。この場合、誘電体膜８０ａ、８０ｃ〜８０ｓの膜厚を一定とし、堆積面積を変えることで共振周波数の調整を行うことができる。なお、誘電体膜８０ａ、８０ｃ〜８０ｓは、半導体のフォトリソグラフィ技術を利用し、例えばリフトオフを用いて共振器１２ａ、１１２ｃ〜１２ｓの上に堆積することができる。このような誘電体膜８０ａ、８０ｃ〜８０ｓとしては、ＣｅＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ₂などを用いることができる。
【００３８】
なお、フィルタを構成する共振器としては、図３に示す形状のものに限らず、図９（ａ）〜（ｄ）に示すような種々の形状のものを用いることができる。
【００３９】
また、本発明における共振器としては、超伝導材料を用いて構成したものに限らず、常伝導材料を用いて構成したものにも適用することができる。
【００４０】
また、金属板２０は、側壁部材６３と一体的に構成されていてもよい。また、金属板２０は、フィルタに対して相対的に移動（回転）できるようになっていればよく、金属板２０を移動させるものの他、フィルタを移動させるように構成されていてもよい。
【００４１】
また、導体板は、金属板２０に限らず、少なくとも基板と対向する面が導体（金属、超伝導など）になっていればよい。
【００４２】
また、本発明は、上記実施形態で示した分布定数型のフィルタに限らず、集中定数型のフィルタにも同様に適用することができる。
【００４３】
また、本発明は、基板上に複数の共振器が形成されたものに適用することができ、複数の共振器によりフィルタを構成するものの他、例えば複数の共振器により発振器を構成するものにも適用することができる。
【００４４】
さらに、本発明に係る共振周波数の測定方法は、製造工程の中の１つの工程として用いられる場合は、共振周波数の測定方を含む法製造方法として把握できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】フィルタを構成する共振器１２ａ〜１２ｓの共振周波数を測定する状態を示す図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図３】フィルタの共振周波数調整前の平面構成を示す図である。
【図４】共振器の共振周波数を測定する測定装置の構成を示す図である。
【図５】保持部材６１にフィルタ１０を設置した状態を示す図である。
【図６】金属板２０を保持部材６１の上に配置した状態を示す図である。
【図７】金属板２０を側壁部材６３に固定し、それを保持部材６１の上に設置した状態を示す図である。
【図８】共振器の上に誘電体膜を堆積して共振周波数の調整を行った状態を示す図である。
【図９】共振器のその他の形状を示す図である。
【符号の説明】
１０…フィルタ、１２ａ〜１２ｓ…共振器、２０…金属板、
２１…スリット（開口部）、２２…凹部、３１…入力プローブ、
３２…出力プローブ、４０…真空チャンバ、５０…冷却器、
５１…コールドヘッド、５２…冷却ステージ（熱拡散板）、
６１…保持部材、６２…基板押さえ部材、６３…側壁部材、
６４ａ、６４ｂ…コネクタ、６５…蓋部材、６６…筒状部材、
６７ａ、６７ｂ…ケーブル、６８…蓋部材、６９ａ、６９ｂ…コネクタ、
７０ａ、７０ｂ…ケーブル、７１…ガイド部材、
７２ａ〜７２ｈ…Ｏリング。

Claims

基板上に形成された複数の共振器のうち共振周波数を測定しようとする被測定共振器以外の共振器を非接触で覆って前記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導体板を配置し、前記被測定共振器の共振周波数を測定することを特徴とする共振器の共振周波数測定方法。
前記導体板は開口部を有するものであって、前記開口部に前記被測定共振器を開口させた状態で前記被測定共振器の共振周波数を測定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測定方法。
前記導体板を回転させて前記複数の共振器のうちの１つを前記被測定共振器として前記開口部に開口させることを特徴とする請求項２に記載の共振器の共振周波数測定方法。
前記被測定共振器の共振周波数を測定するための入力プローブと出力プローブを前記導体板の回転とともに移動させることを特徴とする請求項３に記載の共振器の共振周波数測定方法。
前記複数の共振器は超伝導材料で形成されており、真空チャンバ内で冷却された状態で、前記導体板を回転させることを特徴とする請求項３または４に記載の共振器の共振周波数測定方法。
超伝導材料で形成された複数の共振器によって構成されるフィルタと、前記複数の共振器のうち共振周波数を測定しようとする被測定共振器以外の共振器を非接触で覆って前記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導体板とを、真空チャンバ内に配置し、
前記真空チャンバ内で前記フィルタを冷却した状態で、前記導体板と前記フィルタとを相対的に移動させて、前記複数の共振器の共振周波数をそれぞれ測定することを特徴とする共振器の共振周波数測定方法。
前記導体板は開口部を有するものであり、前記導体板を回転させて前記複数の共振器のうちの１つを前記被測定共振器として前記開口部に開口させることを特徴とする請求項６に記載の共振器の共振周波数測定方法。
真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に冷却ステージが配置される冷却手段と、
超伝導材料で形成された複数の共振器によって構成されるフィルタを、前記冷却ステージに保持する保持部材と、
前記複数の共振器のうち共振周波数を測定しようとする被測定共振器を開口させ、前記被測定共振器以外の共振器を非接触で覆って前記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導体板と、
前記真空チャンバ内で前記導体板を回転させるための手段と
を備えた共振器の共振周波数測定装置。
前記導体板を回転させるための手段は、前記導体板を固定する固定部材を有し、この固定部材に前記被測定共振器の共振周波数を測定するための入力プローブと出力プローブが取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の共振器の共振周波数測定方法。