JP4707650B2 - 超伝導フィルタデバイス - Google Patents

Description

本発明は、超伝導フィルタデバイスに関し、特に、移動通信基地局の極低温ＲＦフロントエンドの送信系に適用される超伝導送信フィルタに関する。

近年、携帯電話の普及、発展に伴い、高速・大容量の伝送技術が不可欠になってきている。超伝導体は、高周波領域においても、通常の電気的良導体に比べて表面抵抗が非常に小さいので、低損失、高Ｑ値の共振器が期待でき、移動通信の基地局用のフィルタとして有望視されている。

たとえば、図１に示すように、アンテナ１５１を介して受信されたＲＦ信号は、受信系フロントエンドを構成する帯域フィルタ（ＢＰＦ）１５２Ｒ、低ノイズアンプ（ＬＮＡ）１５３、ダウンコンバータ（Ｄ／Ｃ）１５４、復調器（ＤＥＭＯＤ）１５５を経て、ベースバンド部１５６でベースバンド処理される。

送信系では、ベースバンド部１５６で処理された信号は、変調器（ＭＯＤ）１５７、アップコンバータ（Ｕ／Ｃ）１５８、ハイパワーアンプ（ＨＰＡ）１５９、帯域フィルタ（ＢＰＦ）１５２Ｔを経て、ＲＦ信号としてアンテナ１５１から放射される。

超伝導フィルタを、受信側の帯域フィルタ１５２Ｒに適用する場合、伝送ロスが少なく、急峻な周波数遮断特性が期待される。一方、送信側の帯域フィルタ１５２Ｔに適用する場合は、ハイパワーアンプ１５９によって発生する歪を取り除く効果が期待できるが、高周波信号を送信するために大電力を要し、小型化と良好な電力特性の両立が、目下の課題となっている。

超伝導フィルタを移動通信の用途で用いる場合、周波数のチューニング（同調）能力が要求される。超伝導フィルタを同調可能とするために、超伝導の共振器パターンの上方に、空間を介して導体層が形成されたプレートを導体層が共振器パターンと向き合うように配置し、共振器パターンとプレートの間に圧電素子を挿入することで、共振器パターンと導体層との間の距離を調整する方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

しかし、この方法は、アクチュエータによる機械的な機構によるため、振動に弱い、応答速度が遅い等の問題がある。

また、フィルタパターン上に、誘電率のバイアス依存性の大きい誘電体膜を形成し、この誘電体膜に電圧を印加して誘電率を変化させる方法が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。この方法は、横方向に電圧を印加しており、変化率が小さいという問題がある。また、耐電力性が低く、受信用フィルタにしか適用できない。

さらに、マイクロストリップライン上にパラレルプレート型の超伝導誘電体共振器を配置した超伝導フィルタにおいて、誘電体の誘電率のバイアス電圧依存性を利用して、周波数チューニングを行う方法が提案されている（たとえば、特許文献３参照）。

図２は、従来の同調可能な超伝導フィルタデバイスの構成例である。図２（ａ）の共振器１１１は、非線形特性の誘電体１１２の両面に、導体膜１１４で被覆された高温超伝導ＨＴＳプレート１３ａ、１３ｂが配置されている。図２（ｂ）に示すように、超伝導膜の一方（１３ｂ）は、マイクロストリップライン１１５の中心ストリップ１１８に接続されている。電圧印加手段１１９を介して、共振器１１１の上方の超伝導プレート１１３ａとマイクロストリップライン１１５との間に、ＤＣバイアス電圧が印加される。印加電圧により、非線形特性の誘電体１１２の誘電率を変化させて、共振器１１１の共振周波数を変える。

しかし、この方法も、耐電力性が低く、受信用フィルタにしか適用できない。従来方法における耐電力性の低さは、超伝導フィルタパターンのコーナー部分やエッジ部分への電流集中に起因すると考えられる。
特表２００３−５１６０７９号公報 特開平９−３０７３０７号公報 特表２０００−５０２２３１号公報

超伝導の共振器パターン上での電流の集中を緩和するために、コーナー部分やエッジ部分の少ない平面図形形状（円形、楕円形、多角形など）の共振器パターンを形成して、送信フィルタとしての大電力応答を実現することが考えられる。また、平面図形型の超伝導共振器パターンの上方に、積層誘電体を介して所定の形状の導体パターンを配置することで、所望の帯域幅に対応するカップリングを生じさせることが考えられる。この手法では、１つの共振器で互いに直交する２つの共振モード（いわゆる"デュアルモード"）を発生させ、電流集中を防止して電力特性や周波数特性を良好に維持するとともに、小型化にも寄与できる。

しかし、これだけでは、周波数特性を変化させる機能はない。つまり、製造ばらつきによる特性のズレを補正する、あるいは積極的に特性を変化させる等のチューナブルな構成には対応できていない。

そこで、本発明は、簡単な構成で、電力特性を維持しつつ、超伝導共振器フィルタの中心周波数と帯域幅をそれぞれ独立して、または同時に調整することのできる送信用フィルタの構成を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、デュアルモード発生用の導体パターンが形成される積層誘電体として誘電率の電界依存性を持つ誘電体を用い、デュアルモード発生用導体と平面図形形状（ディスク状等）の超伝導共振器パターンとの間にバイアス電圧を印加し、積層誘電体の誘電率を変化させて、フィルタ特性をチューナブルにする。

より具体的には、第１の側面では、超伝導フィルタデバイスは、
（ａ）誘電体ベース基板と、
（ｂ）前記誘電体ベース基板上に超伝導材料で形成された平面図形形状の共振器パターンと、
（ｃ）前記共振器パターンの上方に位置し、非線形の誘電率の電界依存特性を有する材料で構成される積層誘電体と、
（ｄ）前記積層誘電体の表面に形成され、所定の帯域幅に対応するカップリングを発生させる導体パターンと、
（ｅ） 前記積層誘電体にバイアス電圧を印加する手段と
を備える。

このような構成により、デュアルモード型フィルタにおいて、積層誘電体にバイアス電圧を印加することによって、誘電率を制御し、誘電率の制御によりフィルタデバイスの中心周波数と帯域幅を調整することが可能になる。

一つの構成例として、バイアス電圧印加手段は、導体パターンと超伝導共振器パターンのそれぞれに接続され、高周波成分を除去するインダクタンス成分を含むバイアス印加用配線を含む。好ましい例として、バイアス印加用配線は、ヘアピンライン状のパターンとして形成される。

積層誘電体は、たとえば、ペロブスカイト型酸化物またはパイロクロア型酸化物であるのが望ましい。

第２の側面では、超伝導フィルタデバイスは、
（ａ）誘電体ベース基板と、
（ｂ）前記誘電体ベース基板上に超伝導材料で形成された平面図形形状の共振器パターンと、
（ｃ）前記共振器パターン上の所定の箇所に局所的に配置され、誘電率の電界依存特性を有する材料で構成される積層誘電体と、
（ｄ）前記積層誘電体の表面に形成される導体膜と、
（ｅ）前記積層誘電体上の導体膜と、前記共振器パターンとの間にバイアス電圧を印加する手段と
を備える。

良好な構成例では、超伝導フィルタデバイスは、前記共振器パターンに信号を供給する入力フィーダと、前記共振器から信号を出力する出力フィーダと、
をさらに有し、前記積層誘電体は、前記共振器パターンの中心に対して、前記入力フィーダおよび出力フィーダと対称となるライン上に位置する。

また、別の例では、記バイアス印加手段は、前記誘電体ベース基板上に形成され、前記共振器パターンに接続される第１バイアス印加用配線と、前記誘電体ベース基板上に形成され、前記積層誘電体上の導体膜に接続される第２バイアス印加用配線とを含む。

好ましくは、第１及び第２のバイアス印加用配線は、インダクタンス成分を含むように反復パターンで形成されている。

デュアルモード型の超伝導フィルタにおいて、中心周波数および帯域幅を高精度に調整することができる。

図３に、本発明の第１実施形態に係る超伝導フィルタデバイス１０の構成を示す。図３（ａ）は上部から見た図、図３（ｂ）は断面模式図である。

超伝導デバイス１０は、ＭｇＯ単結晶基板などの誘電体ベース基板１１と、誘電体ベース基板１１の表面に超伝導材料で形成されたディスク形状の超伝導共振器パターン１２と、超伝導共振器パターン１２の近傍に延びる信号入出力線（フィーダ）１３と、誘電体基板１１に搭載される積層誘電体１４と、積層誘電体１４上に形成された円形または楕円形の導体パターン１５と、積層誘電体にバイアス電圧を印加するための配線１６を含む。積層誘電体１４上の導体パターン１５は、所望の帯域幅に対応するカップリングを生じさせる、いわゆるデュアルモード発生用の導体である。

ベース基板１１は、高周波における損失が小さい誘電体が適しており、ＭｇＯの他、サファイア、ＬａＡｌＯ3 （以下"ＬＡＯ"と称する）、ＴｉＯ3などの誘電体材料が良い。多結晶体よりも単結晶の方が、一般に損失が小さく適している。
超伝導材料としては、Ｎｂなどの金属、ＮｂＮなどの窒化物、ＹＢＣＯ （Ｙ、Ｂａ、Ｃｕの複合酸化物） などの酸化物など、任意の材料を適用できるが、臨界温度が高いＹＢＣＯなどの酸化物系超伝導材料が好ましい。酸化物系超伝導材料としては、ＹＢＣＯ以外にも、たとえば、ＲＢＣＯ（Ｒ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ）系材料、すなわち、Ｒ元素としてＹ（イットリウム）に代えて、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏを用いた超伝導材料を用いてもよい。また、ＢＳＣＣＯ（Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ）系、ＰＢＳＣＣＯ（Ｐｂ−Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ）系、ＣＢＣＣＯ（Ｃｕ−Ｂａp−Ｃａq−Ｃｕr−Ｏx、1.5<ｐ<2.5、2.5<ｑ<3.5、3.5<ｒ<4.5）を超伝導材料に用いてもよい。
超伝導共振器パターン１２としては円形が好ましいが、耐電力性に優れる平面図形型のパターンとして、円形の他にも楕円形、多角形、リング状などのパターンも適用できる。本明細書および特許請求の範囲において「平面図形型パターン」あるいは「平面図形形状のパターン」という場合は、ストリップ状あるいはライン状（１次元）のパターンとは区別され、円形、楕円形、多角形、リングなどの２次元図形形状のパターンを意味するものとする。
積層誘電体１４は、誘電率の電界依存性が大きく（非線形の誘電率の電界依存性を有し）、高周波での損失が小さい材料で構成される。たとえば、ＳｒＴｉＯ3、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3などのペロブスカイト系酸化物やＢＺＮ（Ｂｉ、Ｚｎ，Ｎｂの複合酸化物) などのパイロクロア系酸化物などが適している。また、積層誘電体１４の設置形態としては、多結晶または単結晶の板を超伝導共振器パターン１２上に搭載する方法、多結晶または単結晶の薄膜または厚膜を超伝導共振器パターン１２上に成長させる方法がある。

入出力用のフィーダ１３の一方は、信号入力として用いられ、他方は信号出力として用いられる。なお、図示はしないが、誘電体ベース基板１１の裏面には、超伝導材料または導体材料で、グランド用電極（グランド膜）が形成されている。

誘電率の電界依存性を持つ積層誘電体１４にバイアス電圧を印加するために、積層誘電体１４のデュアルモード発生用導体１５と、超伝導共振器パターン１２のそれぞれに、バイアス印加用配線１６が接続されている。バイアス電圧を印加することで、積層誘電体１４の誘電率を変化させて、フィルタ特性をチューナブルにするものである。この意味で、積層誘電体１４を、「誘電率可変誘電体１４」とも称する。

図３の例では、バイアス印加用配線１６は、高周波信号成分が電源側に入り込まないように、高周波成分をカットするインダクタンス成分を含むパターンに形成されている。これにより、バイアス印加用配線１６による高周波ロスを回避することができる。バイアス印加用配線１６の形状は、図３のようなＵ字が反復するヘアピンパターンでもよいし、折り返し部分が角張ったコの字が反復するパターンでもよい。また、Ｖ字が反復するジグザグパターンであってもよい。

図４は、図３の超伝導フィルタデバイス１０を、移動通信基地局の送信フィルタに適用するために金属パッケージ２１内に収容した状態を示す上面図、図５は、その概略断面図である。実際の使用では、金属パッケージ２１内に収納した超伝導フィルタデバイス１０を、冷凍機や真空断熱容器などを含む冷凍器内に設置する
超伝導共振器パターン１２へ高周波信号を入出力するためのフィーダ１３は、金属パッケージ２１に設けられた入力コネクタおよび出力コネクタ２２にそれぞれ接続されている。一方、バイアス印加用配線１６は、金属パッケージ２１に設けられたバイアス用コネクタ２４にそれぞれ接続されている。バイアス印加用配線１６を介して、金属パッケージ外部の直流電源から、バイアス電圧が、デュアルモード発生用導体１５と超伝導共振器パターン１２の間に印加される。

図６および図７は、本発明の効果を示すシミュレーション結果を示すグラフである。図３の超伝導フィルタデバイス１０において、バイアス電圧を印加することにより、積層誘電体１４の誘電率εを１００から６２０まで変化させた場合のフィルタ特性を示す。グラフ中、点線が入力反射特性（Ｓ１１）、実線が伝送特性（Ｓ２１）である。

中心周波数はε＝１００で４．１６ＧＨｚ、ε＝２５０で３．９２ＧＨｚ、ε＝６２０で３．５７ＧＨｚまで変化することが分かる。また、誘電率の変化に応じて，帯域幅も変化することがわかる。誘電率６２０のシミュレーション結果は、バイアス電圧の印加なしの状態であり、そこから徐々に印加電圧を上げることによって、誘電率が低くなっていく。

このような中心周波数や帯域幅の変化率は、積層誘電体の材料によって異なる。一例として、図８（ａ）にＢＳＴ薄膜の印加電圧による誘電率の変化状態を、図８（ｂ）にＢＺＮ板の印加電圧による誘電率の変化状態を示す。中心周波数や帯域幅をより効果的に変化させたい場合は、積層誘電体１４にＢＳＴ薄膜を用いるのが効果的であり、一方、中心周波数や帯域幅の微調整を主要目的とする場合は、積層誘電体１４にＢＺＮ板を用いるのが望ましい。

なお、印加電圧による誘電率の変化は、同じ材料であっても、その作製方法によって異なる。たとえばＢＳＴ薄膜は、成長方法によっては、電圧の非印加時で誘電率６００以上となる。

以下に、実際に作製した超伝導フィルタデバイス１０にバイアス電圧を印加して中心周波数を測定し、フィルタ特性のバイアス電圧依存性を評価した結果を記す。

超伝導フィルタデバイス１０の誘電体ベース基板１１に、２０×２０×０．５ｍｍのＭｇＯ単結晶基板を用い、ＭｇＯ誘電体ベース基板１１の表面に、ＹＢＣＯエピタキシャル薄膜による直径１２８ｍｍ、膜厚０．５μｍのディスク状の超伝導共振器パターン１２と、ヘアピンライン状のバイアス印加用配線１６と、超伝導共振器パターン１２の近傍に延びる信号入出力線（フィーダ）１３を形成した。また、ＭｇＯ誘電体ベース基板１１の裏面にＹＢＣＯエピタキシャル薄膜によるグランド用電極（グランド膜）を形成した。

この誘電体ベース基板１１上に、積層誘電体１４として、ＢＺＮ板を搭載した。ＢＺＮ板の表面には、直径３８ｍｍのデュアルモード発生用導体パターン１５とヘアピンライン状のバイアス印加用配線１６をあらかじめ形成しておいた。

この超伝導フィルタデバイス１０は、バイアス電圧の印加なしで３．９５ＧＨｚに中心周波数を有しているが、６０Ｖの印加で中心周波数は４．０５ＧＨｚに移行し、０．１ＧＨｚの変化が見られる。

実施例１と同様に、２０×２０×０．５ｍｍのＭｇＯベース基板１１の表面に、ＹＢＣＯエピタキシャル薄膜による直径１２８ｍｍ、膜厚０．５μｍのディスク状の超伝導共振器パターン１２と、ヘアピンライン状のバイアス印加用配線１６と、超伝導共振器パターン１２の近傍に延びる信号入出力線（フィーダ）１３を形成した。
この誘電体ベース基板１１上に、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3の薄膜をエピタキシャル成長した。（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3薄膜上に、ＹＢＣＯエピタキシャル薄膜からなる直径３８ｍｍのデュアルモード発生用導体パターン１５とヘアピンライン状のバイアス印加用配線１６を形成した。
このようにして作成した超伝導フィルタデバイス１０は、バイアス印加なしで３．９０ＧＨｚに中心周波数を有するが、３０Ｖの電圧印加で４．１０ＧＨｚと、０．２ＧＨｚ変化した。

以上述べたように、第１実施形態では、デュアルモード発生用導体パターン１５が形成された積層誘電体１４の誘電率を可変とすることで、共振器をデュアルモードとしつつ、中心周波数、帯域幅も高精度に調整することが可能となる。

次に、本発明の第２実施形態の超伝導フィルタデバイスについて説明する。第１実施形態では、超伝導共振器パターン１２の全体を覆って積層誘電体１４が配置され、積層誘電体１４上に配置されたデュアルモード発生用の導体１５と共振器パターン１２との間に電圧を印加することで、効果的に中心周波数をシフトさせていた。

第２実施形態では、共振器パターン１２の一部上に、局所的に誘電率可変誘電体４０を配置し、誘電率可変誘電体４０の表面に形成された導体３５と共振器パターン１２との間に電圧を印加することで、通過帯域幅を第１実施形態よりもさらに効果的に調整するものである。

図９は第２実施形態の超伝導フィルタ３０の上面図、図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、それぞれ斜視図と断面図である。図９の例では、直径１１ｍｍのディスク形状の共振器パターン１２上に、３ｍｍ×２ｍｍの大きさの誘電率可変誘電体４０を配置している。誘電率可変誘電体４０の位置は、ディスク共振器パターン１２の中心点を基準として、入出力フィーダ１３に対して点対称となる位置に配置される。第１実施形態と同様に、誘電体ベース基板１１上に形成された超伝導の共振器パターン１２の近傍に、入出力フィーダ１３が互いに９０°の角度を成して延びているので、誘電率可変誘電体４０は、入力用フィーダ１３と出力用フィーダ１３の２本の延長線の、ちょうど中間（中心線Ｃ上）に位置する。

図９および図１０に示す例では、誘電率可変誘電体４０は、共振器パターン１２の端部に一致して配置されているが、直交するフィーダ１３の延長線の中心線Ｃに沿って、共振器パターン１２の中心寄りに配置されてもよい。中心線Ｃに沿った位置、すなわち入出力フィーダ１３と対称を成す位置に配置すると、電流密度低減の効果を良好に維持できるからである。だたし、入出力フィーダ１３の近傍や、これらの延長線上には、配置しないのが望ましい。

誘電率可変誘電体４０は、ＳｒＴｉＯ3（以下、「ＳＴＯ」と省略する）などの積層誘電体３４と、積層誘電体３４の表面に形成された導体膜３５とで構成される。図１０の例では導体膜３５は、超伝導材料で形成されているが、超伝導膜上にＡｕ膜を積層したものであってもよい。

誘電率可変誘電体４０は、バラクタ（可変容量素子）として機能する。すなわち、バイアス電圧の印加によって積層誘電体３４の誘電率を変化させることによって、超伝導フィルタ３０（たとえばバンドパスフィルタとして使用される）を通過する信号の中心周波数および／または通過帯域幅を制御する。

誘電体ベース基板１１上に、ディスク型の共振器パターン１２に接続されるバイアス印加用配線１６ａと、積層誘電体３４上の導体膜３５にワイヤボンディング４２で接続されるバイアス印加用配線１６ｂが形成されている。第１実施形態と同様に、バイアス印加用配線１６ａ、１６ｂは、高周波成分をカットするインダクタンス成分を構成するような、ヘアピンパターンの配線である。もちろん、ヘアピンパターンに限定されず、コの字が反復するパターンでもよいし、Ｖ字が反復するジグザグパターンであってもよい。

誘電率可変誘電体４０の導体膜３５を、超伝導膜とＡｕ膜の積層体で構成した場合は、導体膜３５は、デュアルモード発生用の導体として機能すると同時に、ワイヤボンディング用の電極パッドとしても機能する。バイアス印加用配線１６ａ、１６ｂは、外部の直流電源に接続されている。

図１０（ｂ）の概略断面図に示すように、誘電体ベース基板（たとえばＭｇＯ基板）１１の裏面には、グランド膜１９としての超伝導膜（たとえばＹＢＣＯ膜）１９が形成されている。グランド面と逆の面には、ＹＢＣＯなどの超伝導膜で共振器パターン１２が形成され、この共振器パターン１２上の一部に、誘電率可変誘電体４０が置かれ、誘電陸可変誘電体４０の表面の超伝導ＹＢＣＯ膜（あるいは図示しないＹＢＣＯ膜上のＡｕ膜）と、共振器パターン１２との間に、ＤＣ電源からバイアス電圧を印加することによって、ＳＴＯ基板３４の誘電率を変化させる。

一般に、誘電率が大きいほど、ＤＣバイアスをかけたときの誘電損失が大きくなる。従って、共振器パターン１２上の全体に置く代わりに、局所的に配置することで、誘電損失を低減するとともに、デュアルモードを維持して、帯域幅の調整を可能にする。

図１１は、第２実施形態の超伝導フィルタデバイスの作製工程図である。図１１（ａ）に示すように、厚さ０．５ｍｍのペース基板１１の両面に、たとえばＰＬＤ法により、ＹＢＣＯ等の超伝導膜４１を膜厚５００ｎｍで形成する。ベース基板１１は、第１実施形態と同様に、高周波における損失が小さい誘電体材料、たとえば、ＭｇＯ、サファイア、ＬＡＯなどである。 超伝導膜４１は、ＹＢＣＯ以外にも、たとえば、ＲＢＣＯ（Ｒ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ）系材料、ＢＳＣＣＯ（Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ）系、ＰＢＳＣＣＯ（Ｐｂ−Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ）系、ＣＢＣＣＯ（Ｃｕ−Ｂａp−Ｃａq−Ｃｕr−Ｏx、1.5<ｐ<2.5、2.5<ｑ<3.5、3.5<ｒ<4.5）を超伝導材料に用いてもよい。

次に、図１１（ｂ）に示すように、誘電体ベース基板１１の表側の超伝導膜４１をパターニングして、ディスク形状の共振器パターン１２、バイアス印加用配線１６ａね１６ｂ（図９参照）、および信号入出力フィーダ１３を形成する。パターニングは、通常のフォトリソグラフィ法によりレジストマスク（不図示）を形成し、このレジストマスクを用いて、Ａｒミリングなどのドライエッチングを行う。このとき、バイアス印加用配線１６ａ、１６ｂは、インダクタンスが大きくなるように線幅を狭く、配線長を長く形成する。裏面の超伝導膜４１は、そのままグランド膜１９として用いる。

一方、図１１（ｃ）に示すように、厚さ０．５ｍｍのＳＴＯ（１００）基板３４の片面に、膜厚５００ｎｍのＹＢＣＯ膜をＰＬＤ法により形成し、その上にＡｕ膜を膜厚５００ｎｍで形成して、導体膜３５を設け、図１１（ｄ）に示すように、導体膜３５付きＳＴＯ基板３４を、超音波加工機を用いて３ｍｍ×２ｍｍ角に切断する。これを誘電率可変誘電体４０とする。誘電率可変誘電体４０に用いる誘電体基板３４としては、ＳＴＯ以外にも、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3、Ｂｉ_1.5Ｚｎ_1.0Ｎｂ_1.5Ｏ₇、ＣａＴｉＯ3を用いることができる。

最後に、図１１（ｅ）に示すように、ＳＴＯ基板３４の導体３５が形成されていない面が共振器パターン１２と接するように、誘電率可変誘電体４０を共振器パターン１２上の所定の場所に配置する。そして、ＳＴＯ基板３４上の導体膜３５を、Ａｕワイヤボンディングにより、誘電体ベース基板１１上のバイアス印加用配線１６ｂ（図９参照）に接続する。

図１２は、第２実施形態の超伝導フィルタのバンドパスフィルタ特性を示すシミュレーショングラフである。点線は、ＤＣバイアスを印加する前の透過特性、実線は、ＤＣバイアスを印加したときの透過特性である。ＤＣバイアス印加前はε＝３００であり、バイアス電圧印加によって、積層誘電体３４の誘電率をε＝２００に変化させた。この結果、グラフに示すように、中心周波数をほぼ一定に維持したまま、帯域幅を効果的に変化させることができる。第２実施形態では、誘電率可変誘電体４０を、超伝導共振器パターン１２上の所定の位置に局所的に配置しており、誘電率変化の応答が早いという効果もある。

最後に、以上の説明に関して、以下の付記を開示する。
（付記１） 誘電体ベース基板と、
前記誘電体ベース基板上に超伝導材料で形成された２次元回路型の共振器パターンと、
前記共振器パターンの上方に位置し、非線形の誘電率の電界依存特性を有する材料で構成される積層誘電体と、
前記積層誘電体の表面に形成され、所定の帯域幅に対応するカップリングを発生させる導体パターンと、
前記積層誘電体にバイアス電圧を印加する手段と
を備えることを特徴とする超伝導フィルタデバイス。
（付記２） 前記バイアス電圧印加手段は、前記導体パターンと超伝導共振器パターンのそれぞれに接続され、高周波成分を除去するインダクタンス成分を含むバイアス印加用配線を含むことを特徴とする付記１に記載の超伝導フィルタデバイス。
（付記３） 前記バイアス印加用配線は、ヘアピンライン状のパターンを有することを特徴とする付記２に記載の超伝導フィルタデバイス。
（付記４） 前記積層誘電体は、ペロブスカイト型酸化物またはパイロクロア型酸化物であることを特徴とする付記１に記載の超伝導フィルタデバイス。
（付記５） 前記積層誘電体は、前記超伝導共振器パターンが形成された誘電体ベース基板上に搭載される板状の誘電体であることを特徴とする付記１に記載の超伝導フィルタデバイス。
（付記６） 前記積層誘電体は、前記超伝導共振器パターンが形成された誘電体ベース基板上に結晶成長で成膜される誘電体膜であることを特徴とする付記１に記載の超伝導フィルタデバイス。
（付記７） 前記カップリングを生じさせる導体パターンは超伝導体であることを特徴とする付記１に記載の超伝導フィルタデバイス。
（付記８） 前記カップリングを生じさせる導体パターンは円形または楕円形であることを特徴とする付記１に記載の超伝導フィルタデバイス。
（付記９）誘電体ベース基板と、
前記誘電体ベース基板上に超伝導材料で形成された平面図形形状の共振器パターンと、
前記共振器パターン上の所定の箇所に局所的に配置され、誘電率の電界依存特性を有する材料で構成される積層誘電体と、
前記積層誘電体の表面に形成される導体膜と、
前記積層誘電体上の導体膜と、前記共振器パターンとの間にバイアス電圧を印加する手段と
を備えることを特徴とする超伝導フィルタデバイス。
（付記１０）前記共振器パターンに信号を供給する入力フィーダと、前記共振器から信号を出力する出力フィーダと、
をさらに有し、前記積層誘電体は、前記共振器パターンの中心に対して、前記入力フィーダおよび出力フィーダと対称となるライン上に位置することを特徴とする付記９に記載の超伝導フィルタデバイス。
（付記１１）前記入力フィーダと出力フィーダは、互いに９０°の角度を成して配置されることを特徴とする付記１０に記載の超伝導フィルタデバイス。
（付記１２）前記バイアス印加手段は、
前記誘電体ベース基板上に形成され、前記共振器パターンに接続される第１バイアス印加用配線と、
前記誘電体ベース基板上に形成され、前記積層誘電体上の導体膜に接続される第２バイアス印加用配線と
を含むことを特徴とする付記９に記載の超伝導フィルタデバイス。
（付記１３）前記第１及び第２のバイアス印加用配線は、インダクタンス成分を含むように反復パターンで形成されていることを特徴とする付記１２に記載の超伝導フィルタイス。
（付記１４）前記誘電体ベース基板上の第２バイアス印加用配線は、ワイヤボンディングにより前記積層誘電体上の導体膜に接続されていることを特徴とする付記１２に記載の超伝導フィルタデバイス。
（付記１５）前記積層誘電体は、前記共振器パターンの外側へ出ないように配置されることを特徴とする付記１０に記載の超伝導フィルタデバイス。

移動通信基地局のＲＦフロントエンドの概略構成図である。 従来のチューナブル超伝導フィルタの構成図である。 本発明の第１実施形態に係る超伝導フィルタデバイスの概略構成図である。 図３の超伝導フィルタデバイスを金属パッケージに収容した状態を示す上面図である。 図３の超伝導フィルタデバイスを金属パッケージに収容した状態を示す概略断面図である。 超伝導共振器パターンとデュアルモード発生用導体との間にバイアス電圧を印加して積層誘電体の誘電率を変化させたときのフィルタ特性を示すグラフである。 超伝導共振器パターンとデュアルモード発生用導体との間にバイアス電圧を印加して積層誘電体の誘電率を変化させたときのフィルタ特性を示すグラフである。 誘電体材料の誘電率の印加電圧依存性を示すグラフである。 本発明の第２実施形態の超伝導フィルタデバイスの上面図である。 第２実施形態の超伝導フィルタデバイスの概略斜視図および概略断面図である。 第２実施形態の超伝導フィルタデバイスの作製工程図である。 第２実施形態の超伝導フィルタデバイスのバンドバス特性を示すグラフである。

符号の説明

１０、３０ 超伝導フィルタデバイス
１１ 誘電体ベース基板
１２ 超伝導共振器パターン
１３ フィーダ（信号入出力線）
１４、３４ 積層誘電体
１５ デュアルモード発生用導体パターン
１６、１６ａ、１６ｂ バイアス印加用配線
３５ 導体膜
４０ 誘電率可変誘電体
４２ ワイヤボンディング

Claims (5)

1. 誘電体ベース基板と、
   前記誘電体ベース基板上に超伝導材料で形成された平面図形形状の共振器パターンと、
   前記共振器パターン上の所定の箇所に局所的に配置され、誘電率の電界依存特性を有する材料で構成される積層誘電体と、
   前記積層誘電体の表面に形成される導体膜と、
   前記積層誘電体上の導体膜と、前記共振器パターンとの間にバイアス電圧を印加する手段と
   を備えることを特徴とする超伝導フィルタデバイス。
2. 前記共振器パターンに信号を供給する入力フィーダと、前記共振器から信号を出力する出力フィーダと、
   をさらに有し、前記積層誘電体は、前記共振器パターンの中心に対して、前記入力フィーダおよび出力フィーダと対称となるライン上に位置することを特徴とする請求項１に記載の超伝導フィルタデバイス。
3. 前記バイアス印加手段は、
   前記誘電体ベース基板上に形成され、前記共振器パターンに接続される第１バイアス印加用配線と、
   前記誘電体ベース基板上に形成され、前記積層誘電体上の導体膜に接続される第２バイアス印加用配線と
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の超伝導フィルタデバイス。
4. 前記第１及び第２のバイアス印加用配線は、インダクタンス成分を含むように反復パターンで形成されていることを特徴とする請求項３に記載の超伝導フィルタデバイス。
5. 前記誘電体ベース基板上の第２バイアス印加用配線は、ワイヤボンディングにより前記積層誘電体上の導体膜に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の超伝導フィルタデバイス。

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