JP2003283220A - 高周波装置、共振器、フィルタ、導波管、および通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超伝導体膜による電極を形成した複数の部材
を組み合わせて構成可能な高周波装置、共振器、フィル
タ、導波管、およびそれらを用いた通信装置を構成す
る。 【解決手段】 接合すべき基材１ｂ，１ｆの表面に超伝
導体膜２ｂ，２ｆを形成し、更にその表面の所定箇所に
金属膜３ｂ，３ｆを形成する。この金属膜同士を金属製
の骨組み４の所定の面に接合することによって、金属膜
および骨組みを介して、２つの基材表面の超伝導体膜の
電気的接続を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、超伝導体を電極
材料に用いた高周波装置、共振器、フィルタ、導波管、
およびそれらを用いた通信装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、誘電体基材の表面に電極膜を形成
して成る誘電体共振器や、その誘電体共振器を備えたフ
ィルタなどにおいて、電極膜の導体損を低減するため
に、電極材料として超伝導体膜を用いたものが提案され
ている。このような超伝導体膜を電極材料として用いた
共振器やフィルタは、基本的に従来の金属膜の成膜に代
えて超伝導体膜を成膜することによって電極を設けたも
のである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の金属
膜の電極を超伝導体膜に置き換えるだけでは装置を構成
できない場合があった。例えば導電体材料や電極で囲ま
れた空間を備えた高周波装置を構成する場合に、複数の
部材の接合部に超伝導体膜による電極同士の接合が必要
となる。ところが、超伝導体膜の材料として酸化物高温
超電導体を用いれば、超伝導体膜同士の電気的な接合が
出来ず、所定の電気的特性が得られない。

【０００４】この発明の目的は、超伝導体膜による電極
を形成した複数の部材を組み合わせて構成可能な高周波
装置、共振器、フィルタ、導波管、およびそれらを用い
た通信装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の高周波装置
は、それぞれ基材表面に超伝導体膜を形成した複数の部
材を組み合わせた構造において、金属製の骨組みに、部
材の超伝導体膜を接合することにより、骨組みを介し
て、複数の部材を組み合わせる。

【０００６】また、この発明の高周波装置は、部材表面
の超伝導体膜と骨組みとの間に金属箔を挟んで接合した
構造とする。

【０００７】また、この発明の高周波装置は、上記金属
製の骨組みを用いないで、超伝導体膜の表面に金属膜を
設けて、その金属膜部分で部材同士を接合した構造とす
る。

【０００８】また、この発明の高周波装置は、上記金属
膜部分で金属箔を挟んで部材同士を接合した構造とす
る。

【０００９】また、この発明の共振器は、上記の高周波
装置の構造を採り、超伝導体膜で囲まれた空間を共振空
間とした構造とする。

【００１０】また、この発明のフィルタは、上記共振器
と、それに結合して外部との間で信号の入出力を行う結
合手段とによって構成する。

【００１１】この発明の導波管は、上記構造の高周波装
置による、超伝導体膜で囲んだ管状の空間を導波路とし
た構造とする。

【００１２】また、この発明の通信装置は、上記共振
器、フィルタまたは導波管を備えて、通信信号の信号処
理部または伝送部として設けることにより構成する。

【００１３】

【発明の実施の形態】第１の実施形態に係る共振器の構
成を図１〜図４を参照して説明する。図１は共振器の分
解斜視図、図２はその組み立て後の斜視図、図３は電極
を形成した基材の斜視図および主要部の断面図である。
図４は共振器の主要部の拡大断面図である。

【００１４】図１において、１ａ〜１ｆはそれぞれ角板
状の基材である。これらの基材は絶縁体セラミックを板
状に成形することによって製造する。これらの基材の表
面には、後述するように電極を形成している。４は金属
製の骨組みであり、六面体形状の稜線部分を枠として残
したような形状にしている。この骨組み４は、基材１ａ
〜１ｆと同じ熱膨張係数であることが望ましく、例え
ば、低炭素鋼などの金属材料の角柱状の棒材を組み合わ
せ、表面にＡｇやＡｕなどをメッキすることにより形成
する。

【００１５】この例では、それぞれの基材１ａ〜１ｆに
電極を形成してなる複数の部材と、金属製の骨組み４と
が、共振器の構成部品である。

【００１６】上記骨組み４により構成される６つの面
に、基材１ａ〜１ｆに形成した面の電極を接合する。こ
れにより、図２に示すように基材１ａ〜１ｆのそれぞれ
の電極が内側を向いた構造となる。この構造により、内
部の空間を共振空間とする共振器を構成する。

【００１７】図３は上記基材１ａ〜１ｆのうち、いずれ
か１つを代表して示した図であり、（Ａ）はその斜視
図、（Ｂ）は端部の拡大断面図である。基材１の一方の
主面（図３に示した上面）の全面に超伝導体膜２を形成
している。この超伝導体膜２の表面の、基材１の周囲
（図１に示した骨組み４に接合する領域）に金属膜３を
形成している。

【００１８】超伝導体膜２は、イットリウム系 (YBaCu
O) 、ビスマス系 (BiSrCaCuO)、タリウム系(TlBaCaCuO)
など、液体窒素温度（77K ）を越える臨界温度を持つ
酸化物高温超伝導体を成膜したものである。成膜法とし
ては真空蒸着法、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、
スパッタリング法などの薄膜形成法や、材料の塗布焼成
による厚膜形成法を用いる。

【００１９】また、金属膜３としては、ＡｇやＡｕなど
の導電率の高い金属材料を用い、これを真空蒸着法また
はスパッタリング法により成膜する。

【００２０】図４は、骨組み４に対する基材の接合部分
の２つの例について示した拡大断面図である。（Ａ）に
示す例では、基材１ｂの超伝導体膜２ｂに形成した金属
膜３ｂを金属製の骨組み４の所定の面に接合している。
また、基材１ｆの超伝導体膜２ｆの表面に形成した金属
膜３ｆを骨組み４の他の面に接合している。この金属膜
３ｂ，３ｆと骨組み４とは、ネジ止めにより圧着接合し
てもよいが、導電性ペーストの塗布・乾燥・焼成により
接合するか、半田付けにより接合すれば、製造性および
信頼性の点で、より好ましい。

【００２１】図４の（Ｂ）に示す例では、基材１ｂ側の
金属膜３ｂおよび基材１ｆ側の金属膜３ｆと、骨組み４
との間に、金属箔５を挟みこんでいる。この金属箔５と
しては、Ｉｎ，Ａｇ，Ａｕなどの柔らかい金属材料を用
いる。このように、金属膜３ｂ，３ｆと骨組み４との間
に金属箔５を挟みこんで加圧することによって、金属箔
５を介して金属膜３ｂ，３ｆと骨組み４とを接合する。

【００２２】このように、超伝導体膜２と金属膜３とに
よる電極を形成した基材１を組み立てる際、接合部は、
金属膜３と骨組み４との金属同士の接合となるので、超
伝導体膜を電極とする基材同士の接合が容易となる。
尚、超伝導体膜２上の金属膜３は真空蒸着やスパッタリ
ングにより形成した薄膜であるので、超伝導体膜２と金
属膜３との界面は強固に接合できる。

【００２３】以上に述べた例では、図２に示したよう
に、超伝導体膜で囲まれた空間が空洞共振器として作用
するが、この空間内に所定の誘電体コアを配置して、誘
電体共振器を構成してもよい。

【００２４】次に、第２の実施形態に係る共振器の構成
を、図５および図６を参照して説明する。図５は共振器
の一部分解斜視図、図６はその主要部の拡大断面図であ
る。図５において、１ａ〜１ｆは図３に示したものと同
様の基材であり、各基材の一方の主面に、図３に示した
ものと同様に、超伝導体膜２および金属膜３を形成して
いる。この共振器は、基材１に超伝導体膜２および金属
膜３を形成して成る部材を構成部品としている。すなわ
ち、第１の実施形態と異なり、金属製の骨組み４を用い
ないで各構成部品を組み立てる。

【００２５】図６は、上述の構成部品同士の接合部の構
造を、２つの例について示している。（Ａ）に示す例で
は、基材１ｂの一方の主面に超伝導体膜２ｂを形成し、
更にその表面の基材の周囲となる領域に金属膜３ｂを形
成している。もう１つの基材１ｆにも、その主面に超伝
導体膜２ｆを形成している。この基材１ｆには、超伝導
体膜２ｆ表面で、且つ基材１の周囲の領域から基材１ｆ
の端面にかけて、金属膜３ｆを形成している。そして、
この基材１ｆ側の金属膜３ｆと基材１ｂ側の金属膜３ｂ
とを接合している。この金属膜３ｂ，３ｆ同士の接合
は、第１の実施形態の場合と同様に、ネジ止めによる圧
着接合や導電体ペーストの塗布・乾燥・焼成による方法
や半田付け等により行う。

【００２６】図６の（Ｂ）に示す例では、（Ａ）に示し
た金属膜３ｂと３ｆとの間に金属箔５を挟みこんでい
る。この金属箔５としては、第１の実施形態の場合と同
様に、Ｉｎ，Ａｇ，Ａｕなどの柔らかい金属材料を用い
る。

【００２７】図７は、他の構成からなる共振器の分解斜
視図である。図５に示した例では、それぞれに電極を形
成した６枚の基材を組み立てて直方体形状の共振器を構
成したが、この図７に示すように、予め筒状を成す部材
と、その開口面を覆う部材とによって共振器を構成する
こともできる。

【００２８】図７に示す例では、円筒形の基材１ｈの内
面に超伝導体膜２ｈを形成していて、更に両開口面から
円筒内面の一部にかけて金属膜３ｈを形成している。円
板状の基材１ｇの上面には、超伝導体膜２ｇおよび超伝
導体膜２ｇの上面で且つ基材１ｇの縁部分に金属膜３ｇ
を形成している。同様に、基材１ｉの図における下面に
超伝導体膜および金属膜を形成している。

【００２９】このような３つの部材を組み合わせて、円
筒形の共振器を構成する。それらの互いの接合部の断面
構造は、図６の（Ａ）または（Ｂ）に示したものと同様
となる。

【００３０】次に、第３の実施形態に係るフィルタの構
造を図８を参照して説明する。図８はフィルタの内部構
造を示す断面図である。ここで、１ｊはフィルタの底面
となる基材、１ｋはフィルタの天面となる基材、１ｍ，
１ｐは同軸コネクタ９ａ，９ｂを取り付ける面の基材で
ある。１ｎは２つの共振空間を仕切る壁となる基材であ
る。紙面に平行な面にも、共振空間を構成するための２
つの基材を更に備えている。これにより、２つの直方体
形状の共振空間を構成している。

【００３１】各基材の共振空間の内面となる面には、超
伝導体膜および金属膜を形成している。基材１ｎには、
その両面に超伝導体膜および金属膜を形成している。こ
のように、それぞれ超伝導体膜および金属膜を形成した
板状の基材を組み合わせて共振空間を構成する構造は、
図５および図６に示した構造と同様である。

【００３２】２つの共振空間の内部には、円柱形状の誘
電体コア６ａ，６ｂおよびそれらを支持する支持台７
ａ，７ｂを設けている。また、基材１ｍの内面に形成し
た電極と同軸コネクタ９ａの中心導体との間に結合ルー
プ８ａを接続している。同様に、基材１ｐの内面に形成
した電極と同軸コネクタ９ｂの中心導体との間に結合ル
ープ８ｂを接続している。これらの結合ループが接続さ
れる電極部分は、超伝導体膜を下地とし、その表面に金
属膜を形成した構造としている。この電極構造により、
結合ループの端部を上記金属膜に半田付け等により接合
可能としている。

【００３３】このようにして、ＴＥ０１δモードの２段
の共振器を備えた、帯域通過特性を示す誘電体フィルタ
を構成する。

【００３４】次に、第４の実施形態に係る導波管の構成
を、図９を参照して説明する。図９において、１ｑ，１
ｒ，１ｓ，１ｔは、それぞれ所定の面に超伝導体膜およ
び金属膜を形成した基材である。これらの基材同士の接
合部の断面構造は、図６の（Ａ）または（Ｂ）に示した
構造と同様である。すなわち、金属膜同士を直接接合す
るか、間に金属箔５を介して金属膜同士を接合してい
る。これにより超伝導体膜による矩形導波管を構成す
る。

【００３５】次に、第５の実施形態に係る通信装置の構
成をブロック図として図１０に示す。ここで、デュプレ
クサは送信フィルタと受信フィルタとから構成してい
る。この送信フィルタと受信フィルタは、いずれも、前
述した構成のフィルタである。送信フィルタの出力ポー
トと受信フィルタの入力ポートとの間は、送信信号が受
信フィルタ側へ回り込まないように、また、受信信号が
送信フィルタ側へ回り込まないように、位相調整を行っ
ている。このデュプレクサの送信信号入力ポートには送
信回路を、受信信号出力ポートには受信回路をそれぞれ
接続している。また、アンテナポートにはアンテナを接
続している。

【００３６】

【発明の効果】この発明によれば、金属製の骨組みに、
部材の金属膜を接合することによって、骨組みを介し
て、複数の部材を組み合わせるようにしたことにより、
複数の部材の超伝導体膜同士を接続することなく、超伝
導体膜同士の電気的な接合ができ、所定の電気的特性が
得られる。その結果、超伝導体膜による電極を形成した
複数の部材を組み合わせて構成可能な高周波装置、共振
器、フィルタ、導波管、およびそれらを用いた通信装置
が得られる。

【００３７】また、この発明によれば、部材表面の金属
膜と骨組みとの間に金属箔を挟んで接合した構造とする
ことにより、骨組みに対する部材の接合が容易となる。

【００３８】また、この発明によれば、金属製の骨組み
を用いないで、超伝導体膜の表面に金属膜を設けて、そ
の金属膜部分で部材同士を接合した構造とすることによ
り、部品点数が削減され、低コスト化が図れる。また、
共振空間内に無用な金属材料が存在しないため、高い無
負荷Ｑが維持できる。

【００３９】また、この発明によれば、上記金属膜部分
で金属箔を挟んで部材同士を接合した構造とすることに
より、部材同士の接合が容易となる。

【００４０】また、この発明によれば、上記の高周波装
置の構造を採り、超伝導体膜で囲んだ空間を共振空間と
して構成することにより、無負荷Ｑの極めて高い共振器
が得られる。

【００４１】また、この発明によれば、上記共振器と、
それに結合して外部との間で信号の入出力を行う結合手
段とによってフィルタを構成したことにより、挿入損失
の極めて小さなフィルタが得られる。

【００４２】また、この発明によれば、上記構造の高周
波装置による、超伝導体膜で囲んだ管状の空間を導波路
として構成することにより、伝送損失の極めて低い導波
管が得られる。

【００４３】また、この発明によれば、上記共振器、フ
ィルタまたは導波管を備えて、通信信号の信号処理部ま
たは伝送部として設けて通信装置を構成したことによ
り、Ｓ／Ｎ特性に優れ、データ誤りの低い通信装置が構
成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る共振器の分解斜視図

【図２】同共振器の外観斜視図

【図３】同共振器で用いる基材に電極を形成した部材の
構成を示す図

【図４】部材同士の接合部の構造を示す断面図

【図５】第２の実施形態に係る共振器の構成を示す分解
斜視図

【図６】同共振器の構成部品同士の接合部の構造を示す
断面図

【図７】他の構造の共振器の分解斜視図

【図８】第３の実施形態に係るフィルタの構成を示す断
面図

【図９】第４の実施形態に係る導波管の部分斜視図

【図１０】第５の実施形態に係る通信装置の構成を示す
ブロック図

【符号の説明】

１−基材 ２−超伝導体膜 ３−金属膜 ４−骨組み ５−金属箔 ６−誘電体コア ７−支持台 ８−結合ループ ９−同軸コネクタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M113 AC44 BA04 BA11 BA14 BA23 CA34 CA35 CA36 5J006 HC01 HC03 HC12 HC21 JA01 NA01 5J014 DA01 DA05

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれ基材表面に超伝導体膜を形成し
   た複数の部材を組み合わせてなる高周波装置において、 前記超伝導体膜表面の所定領域に金属膜を設け、金属製
   の骨組みに、前記部材の金属膜を接合することにより、
   前記骨組みを介して、前記複数の部材を組み合わせたこ
   とを特徴とする高周波装置。
2. 【請求項２】 前記超伝導体膜と前記骨組みとの間に金
   属箔を挟んで、前記部材を前記骨組みに接合したことを
   特徴とする請求項１に記載の高周波装置。
3. 【請求項３】 それぞれ基材表面に超伝導体膜を形成し
   た複数の部材を組み合わせてなる高周波装置において、 前記超伝導体膜の表面に金属膜を設け、当該金属膜部分
   で前記部材同士を接合したことを特徴とする高周波装
   置。
4. 【請求項４】 前記金属膜部分で金属箔を挟んで前記部
   材同士を接合したことを特徴とする請求項３に記載の高
   周波装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の高周波
   装置において、前記超伝導体膜で囲んだ空間を共振空間
   として構成した共振器。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の共振器と、該共振器に
   結合して外部との間で信号の入出力を行う結合手段とで
   構成したフィルタ。
7. 【請求項７】 請求項１〜４のいずれかに記載の高周波
   装置において、前記超伝導体膜で囲んだ管状の空間を導
   波路として構成した導波管。
8. 【請求項８】 請求項５に記載の共振器、請求項６に記
   載のフィルタ、または請求項７に記載の導波管を備えた
   通信装置。