WO1995035584A1

WO1995035584A1 - Element de circuit h.f.

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Publication number: WO1995035584A1
Application number: PCT/JP1995/001168
Authority: WO
Inventors: Koichi Mizuno; Akira Enokihara; Hidetaka Higashino; Kentaro Setsune
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 1994-06-17
Filing date: 1995-06-09
Publication date: 1995-12-28
Also published as: EP0769823A1; DE69530133T2; US6360111B1; EP0769823B1; DE69529985T2; CN1113424C; CN1507104A; CN1151224A; EP0769823A4; US6016434A; DE69529985D1; CN1228883C; CN1421957A; EP1026772A1; EP1026773A1; EP1026772B1; CN1280943C; US6360112B1; JP3165445B2; DE69530133D1

Description

明細書高周波回路素子技術分野

本発明は、通信システムなどの高周波信号処理装置に用いられるフィルター、分波器などをはじめとする共振器を基本構成される高周波回路素子に関する。背景技術

高周波通信システムにおいては、フィルタ一、分波器などをはじめとする共振器を基本に構成される高周波回路素子は不可欠の要素である。特に、移動体通信システムなどにおいては、周波数帯域の有効利用のために、狭帯域なフィルターが要求される。また、移動体通信の基地局や通信衛星などにおいては、狭帯域で低損失でかつ小型で、大きな電力に耐えることのできるフィルターが強く要望されている。

現在用いられている共振器フィルターなどの高周波回路素子としては、誘電体共振器を用いたもの、伝送線路構造を用いたもの、表面弾性波素子を用いたものなどが主流となっている。このうち、伝送線路構造を用いたものは、小型で、マイクロ波、ミリ波領域の高周波まで適用することができ、さらに、基板上に形成する 2次元的な構造であり、他の回路ゃ素子との組み合わせが容易であるため、広く利用されている。従来、このタイプの共振器としては、伝送線路による 1 Z 2波長共振器が最も一般的に利用されており、さらに、この 1 / 2波長共振器を複数個結合させることにより、フィルターなどの高周波回路素子が構成されている（特開平 5— 2 6 7 9 0 8号公報）。しかし、 1 Z 2波長共振器などの伝送線路構造の共振器では、導体中における高周波電流が部分的に集中するため、導体の抵抗による損失が比較的大きく、共振器では Q値の劣化を招き、フィルターを構成した場合には損失の増加を招いてしまう。また、通常よく利用されているマイクロストリツプ線路構造の 1 / 2波長共振器を用いた場合には、回路から空間への放射による損失の影響も問題となる。

これらの影響は、構造を小型化したり、動作周波数を高くすると、さらに顕著になる。損失が比較的小さく、耐電力性に優れた共振器としては、誘電体共振器が利用されている。しかし、誘電体共振器は立体構造を有しており、かつ、サイズが大きいため、高周波回路素子の小型化にとつては問題である。

また、伝送線路構造を用いた高周波回路素子の導体に、直流抵抗がゼ口の超伝導体を用いることにより、高周波回路の低損失化及び高周波特性の向上を図ることも可能である。従来の金属系超伝導体の場合には 1 0ケルビン程度の極低温環境が必要であつたが、高温酸化物超伝導体の発見に伴って比較的高い温度（7 7ケルビン程度）で超伝導現象を利用することが可能となり、これら高温超伝導材料を用いた伝送線路構造の素子が検討されるようになってきた。しかし、上記した従来の構造のものでは、電流の過度の集中によって超伝導性が失われるため、大きな電力の信号を利用することは困難である。

そこで、本発明者等は、基板上に形成された導体からなり、縮退していない直交する 2つのダイポールモードを共振モードとして有する共振器を用いることにより、導体の抵抗による損失が小さく、 Q値の高い小型の伝送線路型高周波回路素子を実現した。

ここで、「縮退していない直交する 2つのダイポールモード」について説明する。通常の円板型共振器において、円板の周辺に一箇所ずつ正、負の電荷が分布する共振モードは、「ダイポールモード」と呼ばれるものであるが、ここでも同様の呼び方をする。 2次元的な形状を考えた場合、この任意のダイポールモードは、電流の流れる方向が直交した互いに独立な 2つのダイポールモードに分解される。共振器の形状が完全な円形の場合には、直交した 2つのダイポールモードの共振周波数は同一である。この場合、 2つのダイポールモードのエネルギーは同一であり、エネルギーは縮退している。一般に、任意の形状を有する共振器の場合には、これら独立なモードの共振周波数は異なるため、エネルギーは縮退していない。例えば、楕円形状の共振器を考えた場合、直交した互いに独立な 2つのダイポールモードは、各々楕円の長軸と短軸の方向を向いている。そして、両モードの共振周波数は、各々楕円の長軸と短軸の長さによって決定される。「縮退していない直交する 2つのダイポールモード」とは、例えば楕円形状の共振器におけるこのような共振モードのことである。このように縮退していない直交する 2つのダイポールモ一ドを共振モードとして有する共振器を用いれば、両モードを別々に利用することにより、 1つの共振器でありながら、共振周波数の異なる 2つの共振器として機能させることができるので、共振器回路の面積の有効利用、すなわち、共振器の小型化を図ることができる。また、この共振器を用いれば、 2つのダイポールモードの共振周波数が異なるため、両モード間の結合が生じることはほとんどなく、共振動作の不安定性や Q値の劣化などを招くことは少ない。また、このように高い Q値を有することから、導体の抵抗による損失も小さい。

ところで、一般に、超伝導体を用いるか否かに関わらず、薄膜状の電極パターンを用いた伝送線路構造の共振器は、基板上に形成される 2次元的な構造であるため、伝送線路構造をパターニングする際のパターン寸法誤差等による素子特性のばらつき（例えば、中心周波数のずれ等）が生じてしまう。また、超伝導体を用いた伝送線路構造の共振器の場合には、このパターン寸法誤差等による素子特性のばらつきの問題に加え、超伝導体特有の課題として温度変化及び入力電力によって素子特性が変化するといつた問題がある。このため、パターン寸法誤差等による素子特性のばらつきや、温度変化及び入力電力による素子特性の変化を調整することが必要となる。

素子特性を調整する機構としては、特開平 5— 1 9 9 0 2 4号公報に開示されたものが知られている。この公報に開示された調整機構は、超伝導共振器と超伝導接地電極とを備えた高周波回路素子において、共振回路を流れる高周波が発生させる電磁界内へ侵入可能な状態で、導体片、誘電体片又は磁性体片が配置された構成を備えたものである。この構成によれば、導体片、誘電体片又は磁性体片を超伝導共振器に対して近づけたり遠ざけたりすることにより、素子特性の 1つである共振周波数を容易に調整することができる。

しかし、上記特開平 5 - 1 9 9 0 2 4号公報に開示された高周波回路素子に'おいては、超伝導共振器の形状が完全な円形であるため、直交した 2つのダイポールモードの共振周波数は同一である。従って、両モ一ドを別々に利用することはできず、超伝導共振器、ひいては高周波回路素子の小型化を同時に図ることはできない。

■ 本発明は、従来 S術における前記課題を解決するため、導体の抵抗による損失が小さく、 Q値の高い小型の伝送線路型高周波回路素子において、パターン寸法誤差等を補正し、素子特性を調整することが可能な高周波回路素子を提供することを目的とする。また、本発明は、共振器として超伝導体を用いた場合に、温度変化及び入力電力による素子特性のゆらぎを抑え、又は素子特性を調整することが可能な高周波回路素子を提供することを目的とする。発明の開示

前記目的を達成するため、本発明に係る高周波回路素子の第 1の構成は、電気伝導体からなり、縮退していない直交する 2つのダイポールモ一ドを共振モードとして有する共振器と、入出力端子とを備えた高周波回路素子であって、前記共振器と、前記入出力端子の少なくとも一方とは別々の基板上に形成されていることを特徴とする。

また、前記本発明の第 1の構成においては、共振器が形成された基板と入出力端子が形成された基板とが、前記共振器が形成された基板面と前記入出力端子が形成された基板面とを対向させて平行に配置されているのが好ましい。

また、前記本発明の第 1の構成においては、共振器が形成された基板は円板状に成形され、前記共振器が形成された基板は、入出力端子が形成された基板に設けられた断面円形の孔に嵌め合わされているのが好ましい。

また、前記本発明の第 1の構成においては、共振器が形成された基板と入出力端子が形成された基板との相対位置を変化させる機構がさらに備わっているのが好ましい。

また、前記本発明の第 1の構成においては、入出力端子が形成された基板を、共振器が形成された基板に垂直な回転軸の回りに相対的に回転させる機構がさらに備わっているのが好ましい。

また、前記本発明の第 1の構成においては、電気伝導体が滑らかな輪郭形状を有するのが好ましい。

また、前記本発明の第 1の構成においては、電気伝導体が楕円形状を有するのが好ましい。

また、前記本発明の第 1の構成においては、マイクロストリツプ線路構造、ストリツプ線路構造及びコプレナ一導波路構造から選ばれる構造を有するのが好ましい。

また、本発明に係る高周波回路素子の第 2の構成は、基板上に形成された電気伝導体からなり、縮退していない直交する 2つのダイポールモ一ドを共振モードとして有する共振器と、前記共振器の外周上において結合する入出力端子とを備えた高周波回路素子であって、前記共振器との対向位置に誘電体、磁性体又は導体が配置されていることを特徴とする

また、前記本発明の第 2の構成においては、共振器と誘電体、磁性体又は導体との相対位置を変化させる機構がさらに備わっているのが好ましい。

また、前記本発明の第 2の構成においては、誘電体の表面に共振器が形成されているのが好ましい。

また、前記本発明の第 2の構成においては、電気伝導体が滑らかな輪郭形状を有するのが好ましい。

また、前記本発明の第 2の構成においては、電気伝導体が楕円形状を有するのが好ましい。

また、前記本発明の第 2の構成においては、マイクロストリップ線路構造、ストリツプ線路構造及びコプレナ一導波路構造から選ばれる構造を有するのが好ましい。

また、本発明に係る高周波回路素子の第 3の構成は、基板上に形成された超伝導体からなり、縮退していない直交する 2つのダイポールモードを共振モ一ドとして有する共振器と、前記共振器の外周上において結合する入出力端子とを備えた高周波回路素子であって、前記共振器の周縁部に接触した状態で電気伝導性薄膜が設けられていることを特徴とする。

また、前記本発明の第 3の構成においては、電気伝導性薄膜が、 A u 、 A g、 P t、 P d、 C u及び A 1から選ばれる少なくとも 1つの金属を含む材料、又は A u、 A g、 P t、 P d、 C u及び A 1から選ばれる少なくとも 2つの金属を積層して形成した材料からなるのが好ましい。

また、前記本発明の第 3の構成においては、超伝導体が滑らかな輪郭形状を有するのが好ましい。

また、前記本発明の第 3の構成においては、超伝導体が楕円形状を有するのが好ましい。

また、前記本発明の第 3の構成においては、マイクロストリップ線路構造、ストリツプ線路構造及びコプレナ一導波路構造から選ばれる構造を有するのが好ましい。

前記本発明の第 1の構成によれば、電気伝導体からなり、縮退していない直交する 2つのダイポールモ一ドを共振モードとして有する共振器と、入出力端子とを備えた高周波回路素子であって、前記共振器と、前記入出力端子の少なくとも一方とは別々の基板上に形成されていることを特徴とするため、共振器が形成された基板と他方の基板との相対位置を変化させることにより、入出力端子と共振器とを高周波的に最適に結合させることができる。また、共振器に対する各々の入出力端子の結合位置を相対的に変化させることにより、一対の入出力端子と各々 2つの直交するモードとの結合強さを変化させて、共振器としての動作における中心周波数を調整することができる。その結果、伝送線路構造をバタ —ニングする際のパターン寸法誤差等による素子特性のばらつき（例えば、中心周波数のずれ等）を、高周波回路素子の作製後に調整して、高性能な高周波回路素子を実現することができる。この場合、素子特性の調整は機械的な位置補正によって行うことができるので、高周波回路素子として動作させながら、同時に素子特性の調整を行うことができる。その結果、共振器パターンのトリミングなどに比べて、実用的な調整が可能となる。また、入出力端子の一方を共振器が形成された基板の上に形成すれば、一方の入出力端子の入出力結合点と他方の入出力端子の入出力結合点との間隔を変化させて、素子特性を調整することができる。また、前記本発明の第 1の構成において、共振器が形成された基板と入出力端子が形成された基板とが、前記共振器が形成された基板面と前記入出力端子が形成された基板面とを対向させて平行に配置されているという好ましい例によれば、入出力端子と共振器との結合が良好になる ο

また、前記本発明の第 1の構成において、共振器が形成された基板は円板状に成形され、前記共振器が形成された基板は、入出力端子が形成された基板に設けられた断面円形の孔に嵌め合わされているという好ましい例によれば、素子の小型化が図られる。

また、前記本発明の第 1の構成において、電気伝導体が滑らかな輪郭形状を有するという好ましい例によれば、高周波電流が部分的に過度に集中して、信号波が空間へ放射することはないので、放射損失の増大による Q値の低下が抑えられ、その結果、高い Q (無負荷 Q ) が得られる。また、高周波電流が 2次元的に広がって分布するため、同じ電力の高周波信号によって共振動作を行わせたときの最大電流密度を低く抑えることができるので、大きな電力の高周波信号を扱う場合にも、発熱等による導体材料の劣化などの、高周波電流の過度の集中による悪影響を防止することができ、その結果、さらに大きな電力の高周波信号を扱うことが可能となる。

また、前記本発明の第 1の構成において、電気伝導体が楕円形状を有するという好ましい例によれば、縮退していない直交する 2つのダイポ —ルモードを共振モードとして有する共振器を容易に実現することができるまた、前記本発明の第 1の構成において、マイクロストリツプ線路構造、ストリップ線路構造及びコプレナ一導波路構造から選ばれる構造を有するという好ましい例によれば、以下のような利点がある。すなわち、マイクロストリツプ線路構造は、構造が簡単で、かつ、他の回路との整合性も良い。また、ストリップ線路構造は、放射損失が極めて小さいため、損失の小さい高周波回路素子が得られる。また、コプレナ一導波路構造は、基板片面に接地面を含めた全ての構造を作製することができるので、作製プロセスを簡略化することができると共に、基板両面に形成することが困難な高温超伝導薄膜を導体材料として用いる場合に特に有効である。

また、前記本発明の第 2の構成によれば、基板上に形成された電気伝導体からなり、縮退していない直交する 2つのダイポールモードを共振モードとして有する共振器と、前記共振器の外周上において結合する入出力端子とを備えた高周波回路素子であって、前記共振器との対向位置に誘電体、磁性体又は導体が配置されていることを特徵とするので、以下のような作用を奏することができる。すなわち、共振器の近傍に誘電体又は磁性体を配置すれば、共振器の周りの電磁界分布が変化する。従つて、誘電体又は磁性体と基板との相対位置を変化させることにより、共振器としての動作における中心周波数などの周波数特性を調整することができる。その結果、前記本発明の第 1の構成の場合と同様に、伝送線路構造をパターニングする際のパターン寸法誤差等による素子特性のばらつきを、高周波回路素子の作製後に調整して、高性能な高周波回路素子を実現することができる。

また、前記本発明の第 2の構成において、誘電体の表面に共振器が形成されているという好ましい例によれば、各々の共振器が入出力端子に電気的に結合するので、ノッチフィルターやバンドバスフィルターとして機能させることができる。

また、前記本発明の第 3の構成によれば、基板上に形成された超伝導体からなり、縮退していない直交する 2つのダイポールモードを共振モ一ドとして有する共振器と、前記共振器の外周上において結合する入出力端子とを備えた高周波回路素子であって、前記共振器の周縁部に接触した状態で電気伝導性薄膜が設けられていることを特徴とするので、以下のような作用を奏することができる。すなわち、磁場侵入長、力イネテイツクインダクタンス等の超伝導体の種々の特性は温度の関数であり、これらの特性は、特に転移温度近傍の温度領域ではわずかな温度

し

変化に対しても大きく変化し、高周波応用においては、これらの値が周波数特性を変化させる要因となる。磁場侵入長は、共振器の周縁部の電流分布を決定するため、温度変化を抑えるか、又は温度ゆらぎに対する周縁部での電流分布変化を小さくすることが必要となる。ここで問題としている温度ゆらぎ程度の温度変化に対しては、金属などの電気伝導性材料の特性変化はほとんど無視することができる。従って、共振器の周縁部に接触した状態で電気伝導性薄膜を設ければ、温度ゆらぎに対する高周波特性への影響が小さくなる。また、大きな電力の高周波信号を扱う場合には、大きな電流が共振器の周縁部を流れるが、このように共振器の周縁部に電気伝導性薄膜を形成すれば、共振器（超伝導体）の周縁部を流れる電流の一部が電気伝導性薄膜を流れるため、超伝導体の超伝導性が失われて常伝導状態に戻る電力条件を緩和することができる。超伝導体の上に電気伝導性の材料を接触させて形成すると、高周波損失が増大するが、共振器の中心部分には電気伝導性材料が存在しないため、その影響は最小限に抑えられる。また、何らかの要因によって超伝導体の超伝導性が失われて、常伝導状態となった場合にも、高周波電力が電気伝導性薄膜を流れるために、極端な特性劣化は抑えられる。また、前記本発明の第 3の構成において、電気伝導性薄膜が、 Au、 A g、 P t、 P d、 C u及び A 1から選ばれる少なくとも 1つの金属を含む材料、又は Au、 A g、 P t、 P d、 C u及び A 1から選ばれる少なくとも 2つの金属を積層して形成した材料からなるという好ましい例によれば、良好な伝導性が得られ、高周波への応用に有利である。また、化学的に安定で反応性が低く、他の材料に対する影響が小さいため、種々の材料、特に超伝導材料と接触させて形成する場合に有利である。図面の簡単な説明

図 1は本発明に係る高周波回路素子の第 1の実施例を示す断面図であり、図 2 (a) は本発明に係る高周波回路素子の第 2の実施例を示す平面図であり、図 2 (b) は図 2 (a) の断面図であり、図 2 (c) は図 2 (a) の分解斜視図であり、図 3は本発明に係る高周波回路素子の第 3の実施例を示す断面図であり、図 4は本発明に係る高周波回路素子の第 4の実施例を示す断面図であり、図 5は本発明に係る高周波回路素子の第 5の実施例を示す概念図であり、図 6 (a) は本発明に係る高周波回路素子の第 5の実施例を示す平面図であり、図 6 (b) は図 6 (a) の断面図であり、図 7は本発明に係る高周波回路素子の第 7の実施例の一つの構成を示す断面図であり、図 8は本発明に係る高周波回路素子の第 7の実施例の他の構成を示す断面図である。発明を実施するための最良の形態

以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。

<第 1の実施例〉

図 1は本発明に係る高周波回路素子の第 1の実施例を示す断面図である。図 1に示すように、誘電体単結晶などからなる基板 1 1 aの上には、その中央に例えば真空蒸着法とエツチングなどを用いて電気伝導体からなる楕円形状の共振器 1 2が形成されている。一方、誘電体単結晶などからなる基板 1 1 bの上には、例えば真空蒸着法とエッチングなどを用いて一対の入出力端子 1 3が形成されている。そして、共振器 1 2が形成された基板 1 1 aと入出力端子 1 3が形成された基板 1 1 bとは、共振器 1 2が形成された面と入出力端子 1 3が形成された面とを対向させて平行に配置されている。このように、共振器 1 2が形成された基板面と入出力端子 1 3が形成された基板面とを対向させて平行に配置すれば、入出力端子 1 3と共振器 1 2との結合が良好になる。この場合、基板 1 1 aと基板 1 1 bとの間に空隙が存在していても原理的には問題はないが、高周波回路素子の特性を向上させるために、基板 1 1 aと基板 1 1 bとは接触した状態にされている。これにより、入出力端子 1 3の一端は共振器 1 2の外周部に容量結合されている。また、基板 1 1 a、 1 1 bの裏面には、その全面に接地面 1 4が形成されており、全体としてストリップ線路構造を有する高周波回路素子が実現されている。このようにストリップ線路構造を採用すれば、放射損失が極めて小さくなるため、損失の小さい高周波回路素子が得られる。以上のように構成された高周波回路素子において、高周波信号を結合させれば、共振動作を行わせることができる。

本実施例のように楕円形状の共振器を考えた場合、直交した互いに独立な 2つのダイポールモードは、各々楕円の長軸と短軸の方向を向いている。そして、両モードの共振周波数は、各々楕円の長軸と短軸の長さによって決定される。従って、この場合、 2つのダイポールモードのェネルギ一は異なり、エネルギーは縮退していない。このような、縮退していない直交する 2つのダイポールモードを共振モードとして有する共振器を用いれば、両モードを別々に利用することができるので、 1つの共振器でありながら、共振周波数の異なる 2つの共振器として機能させることができる。その結果、共振器回路の面積の有効利用、すなわち、共振器の小型化を図ることができる。また、この共振器を用いれば、 2 つのダイポールモードの共振周波数が異なるために、両モード間の結合が生じることはほとんどなく、共振動作の不安定性や Q値の劣化などを招くことは少ない。また、このように高い Q値を有することから、導体の抵抗による損失も小さい。

平行に配置された基板 1 1 a、 1 1 bは、ネジを用いた機械的な微動機構によって相対的に移動することができるようにされている。これにより、共振器 1 2と入出力端子 1 3とを、高周波的に最適に結合するように調整することができる。また、基板 1 1 aは、共振器（楕円） 1 2 の中心軸（垂直方向）を回転軸 1 8としてネジを用いた機械的な微動機構によって回転することができるようにされている。これにより、一対の入出力端子 1 3と共振器 1 2の外周部との結合位置を変えることができるので、一対の入出力端子 1 3と各々 2つの直交するモ一ドとの結合強さを変化させて、共振器としての動作における中心周波数を調整することができる。従って、この 2つの微動機構によって基板 1 1 aと基板 1 1 bとの相対位置、及び共振器 1 2と入出力端子 1 3との結合位置を適宜調整すれば、素子特性を調整して高性能な高周波回路素子を実現することができる。このように、本実施例の構成によれば、伝送線路構造をパターニングする際のパターン寸法誤差等による素子特性のばらつき

(例えば、中心周波数のずれ等）を、高周波回路素子の作製後に調整することができるので、共振器パターンのトリミングなどに比べて、実用的な調整が可能となる。

尚、本実施例においては、基板 1 1 aの上に共振器 1 2が形成され、基板 1 1 bの上に一対の入出力端子 1 3が形成されているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、一方の入出力端子 1 3を共振器 1 2が形成された基板 1 1 aの上に形成してもよい。このように構成すれば、一方の入出力端子 1 3の入出力結合点と他方の入出力端子 1 3の入出力結合点との間隔を変化させて、素子特性を調整することができる。

<第 2の実施例〉

図 2は本発明に係る高周波回路素子の第 2の実施例を示す構成図である。図 2に示すように、誘電体単結晶などからなる基板 1 9には、その中央に断面円形の孔 1 9 aが設けられている。基板 1 9の上には、孔 1 9 aを挟んで例えば真空蒸着法とエッチングなどを用いて一対の入出力端子 1 3が形成されている。一方、基板 1 9と同一の材料からなる基板 2 0は、基板 1 9の孔 1 9 aに嵌め合わせることができるように円板状に成形されている。基板 2 0の上には、その中央に例えば真空蒸着法とエツチングなどを用いて電気伝導体からなる楕円形状の共振器 1 2が形成されている。そして、基板 2 0は、基板 1 9の孔 1 9 aに嵌め合わされて一体化されている。これにより、入出力端子 1 3の一端は共振器 1 2の外周部に容量結合されている。また、基板 1 9、 2 0の裏面には、その全面に各々接地面 1 4 a、 1 4 bが形成されており、全体としてマイクロストリツプ線路構造を有する高周波回路素子が実現されている。このマイクロストリツプ線路構造は、構造が簡単で、かつ、他の回路との整合性も良い。

基板 2 0は、共振器（楕円） 1 2の中心軸（垂直方向）を回転軸 1 8 としてネジを用いた機械的な微動機構によって回転することができるようにされている。これにより、一対の入出力端子 1 3と共振器 1 2の外周部との結合位置を変えることができるので、一対の入出力端子 1 3と各々 2つの直交するモードとの結合強さを変化させて、上記第 1の実施例と同様に共振器としての動作における中心周波数を調整することがでさる。

尚、本実施例においては、マイクロストリツプ線路構造を有する高周波回路素子を例に挙げて説明しているが、必ずしもこの構成に限定されるものではない。この高周波回路素子の共振器 1 2に対向させて接地面を有する基板を配置することにより、ストリップ線路構造としてもよい。また、基板の片面に接地面を含めた全ての構造を作製することにより、コプレナ一導波路構造としてもよい。このコプレナ一導波路構造を採用すれば、作製プロセスを簡略化することができると共に、基板両面に形成することが困難な高温超伝導薄膜を導体材料として用いる場合に特に有効である。

<第 3の実施例〉

図 3は本発明に係る高周波回路素子の第 3の実施例を示す断面図である。図 3に示すように、誘電体単結晶などからなる基板 1 1の上には、その中央に超伝導体からなる楕円形状の共振器 1 2が形成されている。また、基板 1 1の上には、共振器 1 2を挟んで一対の入出力端子 1 3が形成されており、入出力端子 1 3の一端は共振器 1 2の外周部に容量結合されている。また、基板 1 1の近傍には、共振器 1 2と対向する位置に誘電体 2 2が配置されている。誘電体 2 2は任意の形状でよいが、誘電体 2 2は共振器 1 2に対して相対的に変位することができるように独立に保持されている。誘電体 2 2の変位はネジを用いた機械的な微動機構によって達成される。基板 1 1の裏面には、その全体に接地面 1 4が形成されており、全体としてマイクロストリツプ線路構造を有する高周波回路素子が実現されている。ここで、接地面 1 4は、超伝導体層 1 4 aと A u層 1 4 bとの 2層構造を有している。

上記のように共振器 1 2の近傍に誘電体 2 2を配置すれば、共振器 1 2の周りの電磁界分布が変化する。従って、上記のようにして誘電体 2 2と基板 1 1 との相対位置を変化させることにより、共振器としての動作における中心周波数などの周波数特性を調整することができる。すなわち、この微動機構によって共振器 1 2と誘電体 2 2との相対位置を適宜調整すれば、高性能な高周波回路素子が得られる。

尚、本実施例においては、共振器 1 2に対向する位置に誘電体 2 2を配置しているが、必ずしもこの構成に限定されるものではない。誘電体 2 2の代わりに磁性体又は導体を配置し、その相対位置を変化させても、共振器としての動作における中心周波数などの周波数特性を調整することができる。また、誘電体 2 2の共振器 1 2との対向面に共振器を形成すれば、各々の共振器が入出力端子 1 3に電気的に結合し、ノッチフィルターやバンドパスフィルターを構成することができる。そして、この場合にも、共振器 1 2と誘電体 2 2との相対位置を変位させることにより、各フィルターの特性を調整することができる。

また、本実施例においては、入出力端子 1 3の一端と共振器 1 2の外周部との結合を容量性結合としているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、誘導性結合であってもよい。

<第 4の実施例〉

図 4は本発明に係る高周波回路素子の第 4の実施例を示す断面図である。図 4に示すように、誘電体単結晶などからなる基板 1 1 aの上には、その中央に超伝導体からなる楕円形状の共振器 1 2が形成されている。また、基板 1 1 aの上には、共振器 1 2を挟んで一対の入出力端子 1 3が形成されており、入出力端子 1 3の一端は共振器 1 2の外周部に容量結合されている。一方、基板 1 1 aと同一の材料からなる基板 1 1 b の上には、その中央に超伝導体からなる楕円形状の共振器 2 5が形成されている。そして、基板 1 1 aと基板 1 1 bとは、共振器 1 2が形成された面と共振器 2 5が形成された面とを対向させて平行に配置されている。また、基板 1 1 a、 1 1 bの裏面には、その全面に接地面 1 4が形成されており、全体としてストリップ線路構造を有する高周波回路素子が実現されている。ここで、接地面 1 4は、超伝導層 1 4 aと A u層 1 4 bとの 2層構造を有している。

平行に配置された基板 1 1 a、 1 1 bは、微動機構によって相対的に移動することができるようにされている。この微動機構は、ネジを用いた機械的な手段によつて達成され、 3軸方向の平行移動と回転移動が可能である。

以上の構成は、ある種のノッチフィルタ一として用いることができるが、共振器（楕円） 1 2又は共振器（楕円） 2 5の中心軸を回転軸として一方の基板 1 1 a (又は l i b ) を他方の基板 1 1 b (又は 1 1 a ) に対して回転させ、 2つの共振器 1 2、 2 5のそれぞれの 2つのモードと入出力端子 1 3の結合位置を変えることにより、共振器としての動作における中心周波数などの周波数特性を調整することができる。すなわち、この微動機構によって基板 1 1 aと基板 1 1 bとの相対位置を適宜調整すれば、中心周波数を最適化することができる。

<第 5の実施例 >

図 5に、上記第 4の実施例と同様に 2つの基板を対向させて配置した高周波回路素子の概念図を示す。図 5において、実線は一方の基板の上に形成された共振器パターン（ここでは、超伝導体からなる楕円型共振器 1 2 ) と一対の入出力端子 1 3を示しており、破線は他方の基板の上に形成された共振器パターン（ここでは、超伝導体からなる楕円型共振器 2 5 ) を示している。各基板間には空隙が設けられており、互いに高周波的に結合させることによって多段のバンドバスフィルターが実現されている。対向して平行に配置された各基板は相対的に平行移動することができるので、各基板の相対位置を変化させて、各基板間の高周波的な結合を変化させることにより、多段のバンドバスフィルターの周波数特性を調整することができる。

尚、本実施例においては、各基板の上に形成した 1つずつのフィルタ

—を結合させているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、複数個のフィルターを結合させてもよい。また、本実施例においては、 —対の入出力端子 1 3を一方の基板に形成しているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、一対の入出力端子 1 3を両方の基板に分けて形成してもよい。そして、これらの構成を組み合わせれば、種々の特性を有する高周波回路素子が得られる。

また、上記第 3〜第 5の実施例においては、共振器の材料として超伝導体を用いて低損失化を図っているが、原理的には電気伝導体であればよい。

また、上記第 3〜第 5の実施例においては、微動機構としてネジを用いた機械的な手段を採用しているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、他の手段を採用しても何ら差し支えない。微動機構として機械的な手段を採用すれば、高周波回路素子としての動作を行わせながら、同時に素子特性の調整を行うことができるので、共振器パターンのトリミングなどに比べて実用的な調整が可能となる。

<第 6の実施例〉

図 6は本発明に係る高周波回路素子の第 6の実施例を示す構成図である。図 6に示すように、誘電体単結晶などからなる基板 1 1の上には、その中央に超伝導体からなる楕円形状の共振器 1 2が形成されている。また、基板 1 1の上には、共振器 1 2を挟んで一対の入出力端子 1 3が形成されており、入出力端子 1 3の一端は共振器 1 2の外周部に容量結合されている。また、基板 1 1の裏面には、その全面に接地面 1 4が形成されており、全体としてマイクロストリツプ線路構造を有する高周波回路素子が実現されている。

共振器（超伝導体） 1 2の上には、その周縁部に円環状の電気伝導性薄膜 2 3が形成されている。

ところで、磁場侵入長、力イネティックインダクタンス等の超伝導体の種々の特性は温度の関数であり、これらの特性は、特に転移温度 T

し近傍の温度領域ではわずかな温度変化に対しても大きく変化し、高周波応用においては、これらの値が周波数特性を変化させる要因となる。磁場侵入長は、共振器 1 2の周縁部の電流分布を決定するため、温度変化を抑えるか、又は温度ゆらぎに対する周縁部での電流分布変化を小さくすることが必要となる。ここで問題としている温度ゆらぎ程度の温度変化に対しては、金属などの電気伝導性材料の特性変化はほとんど無視することができる。従って、共振器 1 2の周縁部に円環状の電気伝導性薄膜 2 3を形成すれば、温度ゆらぎに対する高周波特性への影響が小さくなる。また、大きな電力の高周波信号を扱う場合には、大きな電流が共振器 1 2の周縁部を流れるが、本実施例のように共振器 1 2の周縁部に電気伝導性薄膜 2 3を形成しておけば、共振器（超伝導体） 1 2の周縁部を流れる電流の一部が電気伝導性薄膜 2 3を流れるため、超伝導体の超伝導性が失われて常伝導状態に戻る電力条件を緩和することができる。超伝導体の上に電気伝導性の材料を接触させて形成すると、高周波損失が増大するが、楕円型共振器 1 2の中心部分には電気伝導性材料が存在しないため、その影響は最小限に抑えられる。すなわち、本実施例の構成によれば、超伝導体からなる共振器の全面に電気伝導性薄膜を接触させて形成したものに比べて低損失の高周波回路素子が得られる。また、何らかの要因によって超伝導体の超伝導性が失われ、常伝導状態となつた場合でも、高周波電力が電気伝導性薄膜 2 3を流れることにより、極端な特性劣化は抑えられる。本実施例で説明した高周波回路素子においては、電気伝導性薄膜 2 3 として金属薄膜を用いることができる。金属材料としては、良好な電気伝導性を有する材料が望ましい。特に、 A u、 A g、 P t、 P d、 C u 及び A 1から選ばれる少なくとも 1つの金属を含む材料、又は A u、 A g、 P t、 P d、 C u及び A 1から選ばれる少なくとも 2つの金属を積層して形成した材料を用いれば、良好な電気伝導性が得られ、高周波への応用に有利である。また、これらの材料は化学的に安定で反応性が低く、他の材料に対する影響が小さいため、種々の材料、特に超伝導材料と接触させて形成する場合に有利である。

本実施例において共振器 1 2として用いられる超伝導材料は、金属材料に比べてはるかに損失が小さいため、非常に高い Q値を有する共振器が実現される。従って、本発明の高周波回路素子において、超伝導体の利用は有効である。この超伝導体としては、金属系材料（例えば、 P b 、 P b I n等の P b系材料、 N b、 N b N、 N b _g G e等の N b系材料 ) でもよいが、実用的には、温度条件の比較的緩やかな'高温酸化物超伝導体（例えば、 B a。 Y C u ₃ 0 ₇ ) を用いるのが望ましい。

尚、本実施例においては、入出力端子 1 3の一端と共振器 1 2の外周部との結合を容量性結合としているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、誘導性結合であってもよい。

また、上記第 1〜第 6の実施例においては、共振器として楕円形状の電気伝導体又は超伝導体を用いているが、必ずしもこの構成に限定されるものではない。任意形状の平面回路共振器であっても、共振モードとして縮退していない 2つの直交するダイポールモードを有していれば、基本的には同様の動作を行わせることができる。但し、電気伝導体又は超伝導体の輪郭形状が滑らかでない場合には、高周波電流が部分的に過度に集中し、損失の増大によって Q値が低下したり、大きな電力の高周波信号を扱う場合に問題が生じる可能性がある。従って、楕円型以外の形状の場合には、滑らかな輪郭形状を有する電気伝導体又は超伝導体によって共振器を構成することにより、有効性をさらに高めることができる

また、上記第 1〜第 6の実施例においては、共振器 1 2に一対の入出力端子 1 3を結合させているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、共振器 1 2に結合させる入出力端子 1 3は少なくとも 1個であればよい。

<第 7の実施例〉

図 7に、本実施例で作製した高周波回路素子の構成を示す。共振器 1 2は楕円型導体板である。共振器 1 2の直径は約 7 m mであり、楕円率と入出力結合の間隙は帯域幅が約 2 %となるように設定されている。高周波回路素子の作製方法は以下のとおりである。まず、ランタンアルミナ（L a A 1 0₃ ) 単結晶からなる基板 1 1 a、 1 1 bの両面に、厚さ 1 の高温酸化物超伝導薄膜を形成した。ここで使用した高温酸化物超伝導体は通常 H g系酸化物超伝導体と言われるものであり、主として H g B a ₂ C u Ο _χ ( 1 2 0 1相）薄膜を用いた。この薄膜は 9 0ゲルビン以上で超伝導転移を示した。次いで、両基板 1 1 a、 1 1 bの裏面に、真空蒸着法によって厚さ 1 mの A u薄膜を堆積し、高温酸化物超伝導薄膜と A u薄膜とからなる接地面 1 4を形成した。次いで、フォトリソグラフィ一とアルゴンイオンビームエッチングの手法により、一方の基板 1 1 aの接地面 1 4が形成された面と反対の面に、高温酸化物超伝導薄膜からなる共振器 1 2をパターン形成し、他方の基板 1 1 bの接地面 1 4が形成された面と反対の面に、同じく高温酸化物超伝導薄膜からなる一対の入出力端子 1 3をパターン形成した。次いで、表面に A u がメツキされた銅製のパッケージ 2 1の中に、基板 1 1 aと基板 1 1 b を、共振器 1 2が形成された面と入出力端子 1 3が形成された面を対向させて平行に配置した。これにより、全体としてストリップ線路構造を有する高周波回路素子が実現された。ここで、パッケージ 2 1と接地面 1 4とは導電ペースト（本実施例では A gペーストを用いた） 2 6によつて接着されており、熱伝導性と電気的接地とが確保されている。尚、図 7においては、基板 1 1 aと基板 1 1 bとの間に若干の空隙が存在しているが、実際には両基板 1 1 a、 l i bは重ね合わされている。

ノ、。ッケージ 2 1に A u F e—クロメル熱電対を接触させ、熱起電力を測定して温度モニターを行った。そして、パッケージ 2 1の全体を小型の出力を電気的に制御することができる冷凍器（図示せず）によって冷却し、その冷凍器に対して熱起電力に対応する制御信号をフィ一ドバックすることにより、温度調節を行った。

パッケージ 2 1には微動機構 2 7が設けられており、この微動機構 2 7を調整することにより、共振器 1 2を、入出力端子 1 3が形成された基板面に対して水平方向に変位させることができると共に、共振器 1 2 の中心軸（垂直方向）を回転軸として回転方向に変位させることができる。これにより、共振器 1 2と入出力端子 1 3を最適な入出力結合が得られる位置に調整することが可能となる。

図 8に、本実施例で作製した高周波回路素子の他の構成を示す。共振器 1 2は楕円型導体板である。共振器 1 2の直径は約 7 m mであり、精円'率と入出力結合の間隙は帯域幅が約 2 %となるように設定されている。本高周波回路素子の作製方法は以下のとおりである。まず、ランタンアルミナ（L a A 1 0₃ ) 単結晶からなる基板 1 1の両面に、厚さ 1 mの高温酸化物超伝導薄膜を形成した。ここで使用した高温酸化物超伝導体は通常 H g系酸化物超伝導体と言われるものであり、主として H g B a ₂ C u 0 ( 1 2 0 1相）薄膜を用いた。この薄膜は 9 0ケルビン以上で超伝導転移を示した。次いで、基板 1 1の裏面に、真空蒸着法によって厚さ 1 mの A u薄膜を形成し、高温酸化物超伝導薄膜と A u薄膜とからなる接地面 1 4を形成した。次いで、フォトリソグラフィ一とアルゴンイオンビームエッチングの手法により、基板 1 1の接地面 1 4 が形成された面と反対の面に、高温酸化物超伝導薄膜からなる共振器 1 2と一対の入出力端子 1 3とをパターン形成した。これにより、全体としてマイクロストリツプ線路構造を有する高周波回路素子が実現された。次いで、表面に A uがメツキされた銅製のパッケージ 2 1の中に基板 1 1を配置し、さらに共振器 1 2との対向位置にポリテトラフルォロェチレン製の円板状誘電体 2 2を配置した。パッケージ 2 1 と接地面 1 4 とは導電ペースト（本実施例では A gペーストを用いた） 2 6によって接着されており、熱伝導性と電気的接地とが確保されている。

ノッケージ 2 1に A u F e—クロメル熱電対を接触させ、熱起電力を測定して温度モニターを行った。そして、パッケージ 2 1の全体を小型の出力を電気的に制御することができる冷凍器によって冷却し、その冷凍器に対して熱起電力に対応する制御信号をフィ一ドバックすることにより、温度調節を行った。

パッケージ 2 1には微動機構 2 7が設けられており、この微動機構 2 7を調整することにより、誘電体 2 2と共振器 1 2との間隔を若干変化させて、共振器 1 2の特性を調整することができる。

'尚、本実施例においては、誘電体 2 2としてポリテトラフルォロェチレン製の誘電体を用いているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、他の誘電体材料であっても何ら差し支えない。産業上の利用可能性

以上のように、本発明に係る高周波回路素子によれば、 Q値の高い小型の伝送線路型高周波回路素子において、パターン寸法誤差等を補正し、素子特性を調整することが可能になると共に、共振器として超伝導体を用いた場合に、温度変化及び入力電力による素子特性のゆらぎを抑え、又は素子特性を調整することが可能となるため、狭帯域で低損失でかつ小型で、大きな電力に耐えることのできるフィルターが必要な移動体通信の基地局や通信衛星などに利用可能である。

Claims

求の範囲

1 . 電気伝導体からなり、縮退していない直交する 2つのダイポ一ルモ一ドを共振モードとして有する共振器と、入出力端子とを備えた高周波回路素子であって、前記共振器と、前記入出力端子の少なくとも一方とは別々の基板上に形成されていることを特徵とする高周波回路素子。

2 . 共振器が形成された基板と入出力端子が形成された基板とが、前記共振器が形成された基板面と前記入出力端子が形成された基板面とを対向させて平行に配置された請求の範囲第 1項記載の高周波回路素子。

3 . 共振器が形成された基板は円板状に成形され、前記共振器が形成された基板は、入出力端子が形成された基板に設けられた断面円形の孔に嵌め合わされている請求の範囲第 1項記載の高周波回路素子。

4 . 共振器が形成された基板と入出力端子が形成された基板との相対位置を変化させる機構がさらに備わった請求の範囲第 1項記載の高周波回路素子。

5 . 入出力端子が形成された基板を、共振器が形成された基板に垂直な回転軸の回りに相対的に回転させる機構がさらに備わった請求の範囲第 1項記載の高周波回路素子。

6 . 電気伝導体が滑らかな輪郭形状を有する請求の範囲第 1項記載の高周波回路素子。

Τ. 電気伝導体が楕円形状を有する請求の範囲第 1項記載の高周波回路素子。

8 . マイクロストリツプ線路構造、ストリツプ線路構造及びコプレナ一導波路構造から選ばれる構造を有する請求の範囲第 1項記載の高周波回路素子。

9 . 基板上に形成された電気伝導体からなり、縮退していない直交する 2つのダイポールモードを共振モ一ドとして有する共振器と、前記共振器の外周上において結合する入出力端子とを備えた高周波回路素子であつて、前記共振器との対向位置に誘電体、磁性体又は導体が配置されていることを特徵とする高周波回路素子。

1 0. 共振器と誘電体、磁性体又は導体との相対位置を変化させる機構がさらに備わつた請求の範囲第 9項記載の高周波回路素子。

1 1. 誘電体の表面に共振器が形成された請求の範囲第 9項記載の高周波回路素子。

12. 電気伝導体が滑らかな輪郭形状を有する請求の範囲第 9項記載の高周波回路素子。

13. 電気伝導体が楕円形状を有する請求の範囲第 9項記載の高周波回路素子。

14. マイクロストリツプ線路構造、ストリツプ線路構造及びコプレナ一導波路構造から選ばれる構造を有する請求の範囲第 9項記載の高周波回路素子。

15. 基板上に形成された超伝導体からなり、縮退していない直交する 2つのダイポールモードを共振モードとして有する共振器と、前記共振器の外周上において結合する入出力端子とを備えた高周波回路素子であつて、前記共振器の周縁部に接触した状態で電気伝導性薄膜が設けられていることを特徵とする高周波回路素子。

ί 6. 電気伝導性薄膜が、 Au、 A g、 P t、 P d、じ 1!及び八 1から選ばれる少なくとも 1つの金属を含む材料、又は A u、 A g、 P t、 P d、 C u及び A 1から選ばれる少なくとも 2つの金属を積層して形成した材料からなる請求の範囲第 15項記載の高周波回路素子。

17. 超伝導体が滑らかな輪郭形状を有する請求の範囲第 15項記載の高周波回路素子。

18. 超伝導体が楕円形状を有する請求の範囲第 15項記載の高周波回路素子。

19. マイクロストリツプ線路構造、ストリツプ線路構造及びコプレナ一導波路構造から選ばれる構造を有する請求の範囲第 15項記載の高周波回路素子。