JPH05299712A - マイクロ波部品 - Google Patents
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- JPH05299712A JPH05299712A JP4129525A JP12952592A JPH05299712A JP H05299712 A JPH05299712 A JP H05299712A JP 4129525 A JP4129525 A JP 4129525A JP 12952592 A JP12952592 A JP 12952592A JP H05299712 A JPH05299712 A JP H05299712A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 超電導導体線路10および超電導接地導体30
が、導入されたマイクロ波の発生する磁場Ｈの変化する
方向に結晶のｃ面が平行である酸化物超電導体の薄膜で
構成されたマイクロ波共振器。 【効果】 酸化物超電導体の結晶のｃ面に平行な方向の
磁場侵入長は極めて短いので、共振周波数の温度依存性
が無視し得る程度に小さくなる。
が、導入されたマイクロ波の発生する磁場Ｈの変化する
方向に結晶のｃ面が平行である酸化物超電導体の薄膜で
構成されたマイクロ波共振器。 【効果】 酸化物超電導体の結晶のｃ面に平行な方向の
磁場侵入長は極めて短いので、共振周波数の温度依存性
が無視し得る程度に小さくなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波部品に関す
る。より詳細には、本発明は、複合酸化物超電導体薄膜
により形成された導体線路を含むマイクロ波部品の新規
な構成に関する。
る。より詳細には、本発明は、複合酸化物超電導体薄膜
により形成された導体線路を含むマイクロ波部品の新規
な構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】数十cmから数mmまでの波長を有し、マイ
クロ波あるいはミリ波等と呼ばれる電磁波は、理論的に
は電磁波スペクトルの一部の範囲に過ぎないが、波長が
短いことから光に似た挙動を示し、これを取り扱うため
の独特の手法や部品が開発されていることから、工学的
には特に独立して検討される場合が多い。この帯域の電
磁波を誘導するマイクロ波線路は、誘電体を介して配置
された一方を接地された１対の導体線路により形成され
る。
クロ波あるいはミリ波等と呼ばれる電磁波は、理論的に
は電磁波スペクトルの一部の範囲に過ぎないが、波長が
短いことから光に似た挙動を示し、これを取り扱うため
の独特の手法や部品が開発されていることから、工学的
には特に独立して検討される場合が多い。この帯域の電
磁波を誘導するマイクロ波線路は、誘電体を介して配置
された一方を接地された１対の導体線路により形成され
る。
【０００３】上記のマイクロ波線路としては、一般にス
トリップ線路が使用される。ストリップ線路では、周波
数の平方根に比例して、導体の抵抗による減衰定数が増
大する。また、周波数の増大に比例して誘電体損も増加
する。近年のストリップ線路における伝播損失は、誘電
体材料の改良により、特に10ＧHz以下の領域では専ら導
体層の抵抗に起因するものが大部分を占めている。従っ
て、ストリップ線路における導体層の抵抗を低減するこ
とは、ストリップ線路の性能を著しく向上することにな
る。即ち、導体線路を超電導化することにより、伝播損
失が著しく低減すると共に適用可能な周波数帯域が高周
波数側に拡張される。
トリップ線路が使用される。ストリップ線路では、周波
数の平方根に比例して、導体の抵抗による減衰定数が増
大する。また、周波数の増大に比例して誘電体損も増加
する。近年のストリップ線路における伝播損失は、誘電
体材料の改良により、特に10ＧHz以下の領域では専ら導
体層の抵抗に起因するものが大部分を占めている。従っ
て、ストリップ線路における導体層の抵抗を低減するこ
とは、ストリップ線路の性能を著しく向上することにな
る。即ち、導体線路を超電導化することにより、伝播損
失が著しく低減すると共に適用可能な周波数帯域が高周
波数側に拡張される。
【０００４】また、マイクロ波用ストリップ線路は、単
純な伝送路としての用途の他に、適切なパターニングを
行うことによって、インダクタ、フィルタ、共振器、デ
ィレイライン、方向性結合器等のマイクロ波部品を構成
することができる。従って、ストリップ線路の改良はそ
のままこれらのマイクロ波部品の特性改善となる。
純な伝送路としての用途の他に、適切なパターニングを
行うことによって、インダクタ、フィルタ、共振器、デ
ィレイライン、方向性結合器等のマイクロ波部品を構成
することができる。従って、ストリップ線路の改良はそ
のままこれらのマイクロ波部品の特性改善となる。
【０００５】さらに、超電導材料として近年研究が進ん
でいるいわゆる高温酸化物超電導材料を使用することに
よって廉価な液体窒素で超電導状態を実現することがで
きる。そこで、導体線路を酸化物超電導体により形成し
た種々のマイクロ波デバイスが提案されている。
でいるいわゆる高温酸化物超電導材料を使用することに
よって廉価な液体窒素で超電導状態を実現することがで
きる。そこで、導体線路を酸化物超電導体により形成し
た種々のマイクロ波デバイスが提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、酸化物
超電導体は、既に超電導体としての挙動を示す臨界温度
以下の温度領域においても、温度の変化に対応して超電
導電子密度ｎs と常伝導電子密度ｎn との割合が変化す
る。このため、超電導体に対する磁場侵入長λが温度変
化と共に変化するので、酸化物超電導体を使用して構成
された、フィルタ、共振器等のマイクロ波部品では、臨
界温度以下の温度範囲においても共振周波数に温度特性
が生じる。
超電導体は、既に超電導体としての挙動を示す臨界温度
以下の温度領域においても、温度の変化に対応して超電
導電子密度ｎs と常伝導電子密度ｎn との割合が変化す
る。このため、超電導体に対する磁場侵入長λが温度変
化と共に変化するので、酸化物超電導体を使用して構成
された、フィルタ、共振器等のマイクロ波部品では、臨
界温度以下の温度範囲においても共振周波数に温度特性
が生じる。
【０００７】一方、上記の酸化物超電導体を使用したマ
イクロ波部品は、液体窒素等で冷却されて使用されるの
で、元来温度変化は小さく保たれている。しかしなが
ら、共振周波数の変化を抑えるためには、マイクロ波部
品の動作中の温度をさらに正確に維持しなければならな
い。これを実用的に実現することは非常に困難である。
イクロ波部品は、液体窒素等で冷却されて使用されるの
で、元来温度変化は小さく保たれている。しかしなが
ら、共振周波数の変化を抑えるためには、マイクロ波部
品の動作中の温度をさらに正確に維持しなければならな
い。これを実用的に実現することは非常に困難である。
【０００８】そこで、本発明の目的は、上記従来技術の
問題点を解決し、共振周波数の温度変化が極めて小さ
い、新規な構成の酸化物超電導体を使用したマイクロ波
部品を提供することにある。
問題点を解決し、共振周波数の温度変化が極めて小さ
い、新規な構成の酸化物超電導体を使用したマイクロ波
部品を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に従うと、酸化物
超電導体薄膜で形成された超電導導体線路および超電導
接地導体により構成された所定の形状の共振導体を含む
マイクロ波部品において、前記超電導導体線路および前
記超電導接地導体をそれぞれ構成する酸化物超電導体結
晶のｃ面が、該マイクロ波部品に導入されるマイクロ波
の電磁場の変化する方向にほぼ平行であることを特徴と
するマイクロ波部品が提供される。
超電導体薄膜で形成された超電導導体線路および超電導
接地導体により構成された所定の形状の共振導体を含む
マイクロ波部品において、前記超電導導体線路および前
記超電導接地導体をそれぞれ構成する酸化物超電導体結
晶のｃ面が、該マイクロ波部品に導入されるマイクロ波
の電磁場の変化する方向にほぼ平行であることを特徴と
するマイクロ波部品が提供される。
【００１０】
【作用】本発明のマイクロ波部品は、超電導導体線路お
よび超電導接地導体をそれぞれ構成する酸化物超電導体
結晶のｃ面が、導入されるマイクロ波の電磁場の変化す
る方向にほぼ平行であるところにその主要な特徴があ
る。本発明のマイクロ波部品は、酸化物超電導体独特の
性質を利用したものである。即ち、酸化物超電導体の磁
場侵入長λには結晶異方性があり、酸化物超電導体結晶
のｃ面に平行な方向の磁場侵入長λcが最小となってい
る。
よび超電導接地導体をそれぞれ構成する酸化物超電導体
結晶のｃ面が、導入されるマイクロ波の電磁場の変化す
る方向にほぼ平行であるところにその主要な特徴があ
る。本発明のマイクロ波部品は、酸化物超電導体独特の
性質を利用したものである。即ち、酸化物超電導体の磁
場侵入長λには結晶異方性があり、酸化物超電導体結晶
のｃ面に平行な方向の磁場侵入長λcが最小となってい
る。
【００１１】本発明のマイクロ波部品では、マイクロ波
の電磁場の変化する方向と超電導導体線路および超電導
接地導体の酸化物超電導体結晶のｃ面の方向とが一致し
ているので、マイクロ波の電磁場が酸化物超電導体結晶
中に侵入する長さの絶対値が小さい。従って、温度変化
に伴う磁場侵入長の変化の絶対値も小さいので共振周波
数の変化が極めて小さくなる。
の電磁場の変化する方向と超電導導体線路および超電導
接地導体の酸化物超電導体結晶のｃ面の方向とが一致し
ているので、マイクロ波の電磁場が酸化物超電導体結晶
中に侵入する長さの絶対値が小さい。従って、温度変化
に伴う磁場侵入長の変化の絶対値も小さいので共振周波
数の変化が極めて小さくなる。
【００１２】本発明のマイクロ波部品の超電導導体線路
および超電導接地導体は、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X、Bi2Sr2Ca2C
u3Ｏx 、Tl2Ba2Ca2Cu3Ｏx 等の薄膜で構成することが好
ましい。また、その成膜方法としては、スパッタリング
法、ＭＢＥ法、レーザアブレーション法等を例示するこ
とができる。
および超電導接地導体は、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X、Bi2Sr2Ca2C
u3Ｏx 、Tl2Ba2Ca2Cu3Ｏx 等の薄膜で構成することが好
ましい。また、その成膜方法としては、スパッタリング
法、ＭＢＥ法、レーザアブレーション法等を例示するこ
とができる。
【００１３】以下、本発明を実施例によりさらに詳しく
説明するが、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲をなんら制限するものではな
い。
説明するが、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲をなんら制限するものではな
い。
【００１４】
【実施例】図１(a)に、本発明のマイクロ波部品の一例
のマイクロ波共振器を示す。図１(a)のマイクロ波共振
器は、後述する所定のパターンのｃ軸が基板に平行な配
向性を有する酸化物超電導体薄膜で形成された超電導導
体線路10を搭載した第１の基板20と、やはりｃ軸が基板
に平行な配向性を有する酸化物超電導体薄膜により形成
された超電導接地導体30を全面に搭載した第２の基板40
とを、パッケージ50ａ内に重ねて収容した後、カバー50
ｂおよび50ｃによってパッケージ50ａを封止して構成さ
れている。
のマイクロ波共振器を示す。図１(a)のマイクロ波共振
器は、後述する所定のパターンのｃ軸が基板に平行な配
向性を有する酸化物超電導体薄膜で形成された超電導導
体線路10を搭載した第１の基板20と、やはりｃ軸が基板
に平行な配向性を有する酸化物超電導体薄膜により形成
された超電導接地導体30を全面に搭載した第２の基板40
とを、パッケージ50ａ内に重ねて収容した後、カバー50
ｂおよび50ｃによってパッケージ50ａを封止して構成さ
れている。
【００１５】上記のマイクロ波共振器では、第１の基板
20と第２の基板40との寸法が互いに異なっており、これ
に対応してパッケージ50ａの内面に段差51が形成されて
いる。また、第２の基板40は第１の基板20よりも寸法が
大きくなっている。従って、第２の基板40上に搭載され
た超電導接地導体30は、その周縁部でパッケージ50ａの
段差51と接触している。
20と第２の基板40との寸法が互いに異なっており、これ
に対応してパッケージ50ａの内面に段差51が形成されて
いる。また、第２の基板40は第１の基板20よりも寸法が
大きくなっている。従って、第２の基板40上に搭載され
た超電導接地導体30は、その周縁部でパッケージ50ａの
段差51と接触している。
【００１６】尚、図示されていないが、実際には、超電
導導体線路10に対してマイクロ波を導入するためのリー
ド線等がパッケージ50ａまたはカバー50ｂを貫通して設
けられている。
導導体線路10に対してマイクロ波を導入するためのリー
ド線等がパッケージ50ａまたはカバー50ｂを貫通して設
けられている。
【００１７】上記本発明のマイクロ波共振器において
は、超電導導体線路10に導入されたマイクロ波は、矢印
Ｈで示すような磁場と、矢印Ｅで示すような電場とを発
生する。従って、超電導導体線路10および超電導接地導
体30をｃ軸が基板に平行な配向性を有する酸化物超電導
薄膜で構成すると、磁場は超電導導体線路10および超電
導接地導体30に対して、酸化物超電導体結晶のｃ面に平
行、即ち、ｃ軸に垂直な方向から侵入することになり、
侵入深さは極めて小さくなる。従って、共振周波数の温
度による変化もほとんど無視し得る程度に小さくなる。
は、超電導導体線路10に導入されたマイクロ波は、矢印
Ｈで示すような磁場と、矢印Ｅで示すような電場とを発
生する。従って、超電導導体線路10および超電導接地導
体30をｃ軸が基板に平行な配向性を有する酸化物超電導
薄膜で構成すると、磁場は超電導導体線路10および超電
導接地導体30に対して、酸化物超電導体結晶のｃ面に平
行、即ち、ｃ軸に垂直な方向から侵入することになり、
侵入深さは極めて小さくなる。従って、共振周波数の温
度による変化もほとんど無視し得る程度に小さくなる。
【００１８】図１(b)は、図１(a)に示したマイクロ波共
振器において使用している第１の基板20上に形成された
超電導導体線路10のパターンを示す図である。同図に示
すように、第１の基板20上には、共振器となる直径12mm
の円形の超電導導体線路11と、この超電導導体線路11に
対してマイクロ波を導入あるいは導出するための１対の
超電導導体線路12、13とが形成されている。これらの超
電導導体線路11、12、13および第２基板40上の超電導接
地導体30は、例えばｃ軸が基板に平行な配向性を有する
Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体薄膜により形成すること
ができる。
振器において使用している第１の基板20上に形成された
超電導導体線路10のパターンを示す図である。同図に示
すように、第１の基板20上には、共振器となる直径12mm
の円形の超電導導体線路11と、この超電導導体線路11に
対してマイクロ波を導入あるいは導出するための１対の
超電導導体線路12、13とが形成されている。これらの超
電導導体線路11、12、13および第２基板40上の超電導接
地導体30は、例えばｃ軸が基板に平行な配向性を有する
Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体薄膜により形成すること
ができる。
【００１９】上記本発明のマイクロ波共振器を以下のよ
うに作製した。第１の基板20として、１辺が18mmの正方
形で厚さが１mmのMgＯ基板を使用し、導体線路10は、厚
さ500 nmのＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜により形成
した。また、共振器となる超電導導体線路10は、直径12
mmの円形の超電導導体線路11とし、１対の超電導導体線
路12、13は、幅 0.4mm、長さ2.0 mmとした。尚、各導波
路12、13と共振器11との間隔は、最も近いところで1.0
mmとした。
うに作製した。第１の基板20として、１辺が18mmの正方
形で厚さが１mmのMgＯ基板を使用し、導体線路10は、厚
さ500 nmのＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜により形成
した。また、共振器となる超電導導体線路10は、直径12
mmの円形の超電導導体線路11とし、１対の超電導導体線
路12、13は、幅 0.4mm、長さ2.0 mmとした。尚、各導波
路12、13と共振器11との間隔は、最も近いところで1.0
mmとした。
【００２０】一方、第２の基板40には、１辺が20mmの正
方形で厚さが１mmのMgＯ基板を使用し、厚さ500 nmのＹ
1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜により接地導体30を形成
した。以上のような２枚の基板20、40を、真鍮製のパッ
ケージ50ａに収容し、やはり真鍮製のカバー50ｂ、50ｃ
によってパッケージ50ａを封止した。
方形で厚さが１mmのMgＯ基板を使用し、厚さ500 nmのＹ
1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜により接地導体30を形成
した。以上のような２枚の基板20、40を、真鍮製のパッ
ケージ50ａに収容し、やはり真鍮製のカバー50ｂ、50ｃ
によってパッケージ50ａを封止した。
【００２１】以上のように作製した本発明のマイクロ波
共振器と、従来のマイクロ波共振器の透過電力の周波数
特性をネットワークアナライザによって測定した。それ
ぞれの共振器を液体窒素により冷却しながら、77Ｋ、79
Ｋ、81Ｋのそれぞれの温度で測定したところ、下記の表
１に示すように、本発明の共振器では共振周波数はほと
んど変化しなかったが、従来の共振器では、温度の上昇
と共に共振周波数が低下していることが判った。
共振器と、従来のマイクロ波共振器の透過電力の周波数
特性をネットワークアナライザによって測定した。それ
ぞれの共振器を液体窒素により冷却しながら、77Ｋ、79
Ｋ、81Ｋのそれぞれの温度で測定したところ、下記の表
１に示すように、本発明の共振器では共振周波数はほと
んど変化しなかったが、従来の共振器では、温度の上昇
と共に共振周波数が低下していることが判った。
【００２２】
【表１】
【００２３】本実施例では、マイクロ波共振器について
のみ説明したが、本発明の効果はフィルタについても同
様である。即ち、本実施例のマイクロ波共振器の超電導
導体線路11のパターンを変更することにより、フィルタ
を作製することが可能であるが、この場合にも、この超
電導導体線路をｃ軸が基板に平行な配向性を有するＹ1B
a2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体薄膜で構成することにより、
遮断周波数ｆcの温度依存性が極めて小さいフィルタを
得ることができる。
のみ説明したが、本発明の効果はフィルタについても同
様である。即ち、本実施例のマイクロ波共振器の超電導
導体線路11のパターンを変更することにより、フィルタ
を作製することが可能であるが、この場合にも、この超
電導導体線路をｃ軸が基板に平行な配向性を有するＹ1B
a2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体薄膜で構成することにより、
遮断周波数ｆcの温度依存性が極めて小さいフィルタを
得ることができる。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のマイクロ
波部品は、マイクロ波共振器とした場合にはその共振周
波数ｆ0の温度依存性がほとんど無視し得る程度に小さ
く、フィルタとした場合にはその遮断周波数ｆcの温度
依存性がほとんど無視し得る程度に小さい。従って、動
作が安定しており、調整もほとんど不要である。本発明
のマイクロ波部品は、例えば、マイクロ波通信機の局部
発振器等に極めて有利に使用することができる。
波部品は、マイクロ波共振器とした場合にはその共振周
波数ｆ0の温度依存性がほとんど無視し得る程度に小さ
く、フィルタとした場合にはその遮断周波数ｆcの温度
依存性がほとんど無視し得る程度に小さい。従って、動
作が安定しており、調整もほとんど不要である。本発明
のマイクロ波部品は、例えば、マイクロ波通信機の局部
発振器等に極めて有利に使用することができる。
【図１】本発明のマイクロ波部品の一例のマイクロ波共
振器の具体的な構成例を示す図である。
振器の具体的な構成例を示す図である。
10 超電導導体線路 20 第１の基板 30 超電導接地導体 40 第２の基板 50ａ パッケージ 60 ヒータ Ｈ 磁場 Ｅ 電場
Claims (1)
- 【請求項１】 酸化物超電導体薄膜で形成された超電導
導体線路および超電導接地導体により構成された所定の
形状の共振導体を含むマイクロ波部品において、前記超
電導導体線路および前記超電導接地導体をそれぞれ構成
する酸化物超電導体結晶のｃ面が、該マイクロ波部品に
導入されるマイクロ波の電磁場の変化する方向にほぼ平
行であることを特徴とするマイクロ波部品。
Priority Applications (4)
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| JP4129525A JPH05299712A (ja) | 1992-04-22 | 1992-04-22 | マイクロ波部品 |
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| JP4129525A JPH05299712A (ja) | 1992-04-22 | 1992-04-22 | マイクロ波部品 |
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