WO2003105271A1 - Filtre a resonateur supraconducteur ayant une frequence de resonance reglable - Google Patents

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WO2003105271A1
WO2003105271A1 PCT/FR2003/001693 FR0301693W WO03105271A1 WO 2003105271 A1 WO2003105271 A1 WO 2003105271A1 FR 0301693 W FR0301693 W FR 0301693W WO 03105271 A1 WO03105271 A1 WO 03105271A1
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WO
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superconductive
active
active element
line
zone
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Application number
PCT/FR2003/001693
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English (en)
Inventor
Jacques Lewiner
Luc Bauer
Michel Lagues
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WINTICI SA
Original Assignee
WINTICI SA
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/203—Strip line filters

Definitions

  • the present invention relates to filters with superconductive resonators having adjustable resonant frequencies.
  • document US-A-6,360,112 describes a known filter of this type which uses moving mechanical parts to tune the resonant frequency.
  • adjustment means are not very reliable and can be unstable over time, especially when the device to which the filter belongs is subjected to vibrations or to temperature variations. In addition, they are tedious and slow to implement, which excludes any dynamic adjustment of the resonant frequency.
  • the object of the present invention is in particular to propose a filter comprising at least one superconductive resonator the resonance frequency of which can be easily and very quickly adjusted, in a reliable and stable manner, without appreciably increasing the size and the mass of the filter and without introducing any additional electromagnetic losses.
  • a filter of the kind in question is characterized in that the resonator includes at least one active element which comprises at least one switchable part adapted to be controlled by field effect, by means of a field. electric, to be either superconductive or non-superconductive under predetermined temperature conditions, the resonator having a first resonant frequency when the switchable part of said active element is superconductive and a second resonant frequency when said switchable part of the active element is non-superconductive, and the filter further comprising at least one electronic control device with field effect adapted to apply a switchable part in electric field, to make said switchable part of the active element either superconductive or non-superconductive.
  • the resonant frequency of the resonator is adjustable in a precise, reliable, fast, easy and stable manner. This adjustment can be made during the manufacture or installation of the filter in an installation, and / or dynamically during use.
  • the filter according to the invention can be used in particular: - in cell phone base stations, in very high selectivity radio receivers, in all applications requiring frequency agility, in particular to ensure a reduction in sensitivity to electromagnetic noise or to ensure discretion or immunity to countermeasures, in radar or radio technique.
  • the resonator includes a number n at least equal to 2 of active elements controlled by n electronic control devices making it possible to obtain at least n + 1 different resonant frequencies;
  • the resonator includes superconductive lines electromagnetically coupled to each other, said superconductive lines including at least one active line which comprises at least one active element adapted to vary a superconductive length of said active line; said active line is coupled to an adjacent superconductive line by a certain coupling zone, said active element belonging to said coupling zone and being adapted to vary a length of superconductive coupling between said active line and said adjacent superconductive line; said coupling zone of the active line comprises several active elements adapted to vary in increments the length of superconductive coupling of said coupling zone; the resonator comprises several active lines; the switchable part of said active element belongs to the active line; the active line comprises at least one zone of permanent superconductivity under said conditions of predetermined temperature and the
  • FIG. 1 is a schematic view of an example of a superconductive resonator filter according to an embodiment of the invention, the resonator of this filter comprising a series of superconductive lines coupled to each other electromagnetically
  • the figure 2 is an enlarged sectional view of one of the superconductive lines belonging to the filter resonator of FIG. 1
  • FIG. 3 is a view similar to the FIG. 2, in a second embodiment of the invention.
  • the electronic filter 1 represented in FIG. 1 comprises at least one resonator 2 (or several resonators, similar or not, making it possible to obtain a desired filter template) which is constituted by a series of superconductive lines 3 electromagnetically coupled to each other , these superconductive lines being deposited on a dielectric substrate 4 of thickness d and of relative dielectric permittivity ⁇ .
  • the thickness d can be for example between 10 ⁇ m and 1 mm, in particular of the order of 300 ⁇ m, and the relative permittivity ⁇ can be for example between 2 and 100, in particular between 2 and 10.
  • all the superconductive lines 3 are substantially of the same length L, these lines extend are all parallel and arranged at regular intervals e, being successively offset one relative to the other by length L 'substantially equal to L / 2 in their longitudinal direction, always in the same direction X.
  • Each superconductive line 3 extends in the direction X between a first end situated opposite the preceding superconductive line 3 (except for the first superconductive line), and a second end situated opposite the next superconductive line 3 (except for the last superconductive line).
  • the superconductive length of the lines 3 is adjustable around an average length L0, between a minimum superconductive length and a maximum superconductive length equal to L.
  • the filter is a narrow band bandpass filter centered on a frequency fO when the superconductive lines 3 are superconductive over the length L0.
  • the offset L ′ between two successive superconductive bands 3 is around ⁇ O / 4, so that the overlap length between two successive superconductive lines 3 is also of the order of ⁇ O / 4, when the lines 3 are superconductive over their entire length, the spacing e between two successive superconductive lines 3 can in particular be between 10 ⁇ m and 1 mm and for example of the order of 150 ⁇ m, and the width 1 of the superconductive lines can be in particular between 10 ⁇ m and 1 mm and for example of the order of 150 ⁇ m.
  • the spacing e between two superconductive lines 3 and the width 1 of the superconductive lines 3 could vary from one superconductive line to another.
  • the first end of the first superconductive line 3 is electrically connected to an input connection terminal 5a, while the second end of the last superconductive line 3 is connected to an output connection terminal 5b.
  • the filter In operation, the filter is maintained at a certain temperature T0, by known means.
  • the superconductive line 3 which is connected to the output terminal 5b may consist entirely of an area S which is doped chemically and / or by field effect permanently, so that all of this line 3 is in the superconductive state when the filter 1 is maintained at said temperature T0.
  • the number n is an integer at least equal to 1 and preferably at least equal to 2, advantageously greater than 10 and even more preferably greater than 100.
  • the n active elements of each active line constitute successive zones all having the same length ⁇ in the direction X (but these zones could have lengths ⁇ different).
  • the active elements Ai-An can for example be controlled all in the same way and in synchronism on all the active lines.
  • This adjustment is carried out in a simple, precise and very fast manner.
  • the length L0 can be of the order of 25 mm for a filter working at frequencies of the order of 2 GHz
  • the length ⁇ can be of the order of 1 ⁇ m to 1 mm for these frequencies (for example approximately 10 to 200 ⁇ m.
  • each active element Ai-An could if necessary include, in series, a zone of superconductive material which only passes into the superconductive state at temperature T0 by field effect, and a zone similar to the zones S mentioned above, which remains permanently in the superconductive state at temperature T0.
  • the active elements Ai-An could be arranged at the first ends of the lines 3 (except the first) rather than at the second ends.
  • This superconductive line 3 can advantageously be a thin layer deposited on the substrate 4 by molecular beam epitaxy ("MBE"), over a thickness h which can for example be of the order of a few nanometers, for example 1 to 100 nm.
  • MBE molecular beam epitaxy
  • the material constituting the superconductive line 3 may for example be the material disclosed in French patent application No. 02 00936 filed on January 25, 2002 in the name of the Company INTICI, this material being chemically doped differently in the aforementioned zone S which remains permanently in the superconductive state at the temperature T0 and in the zone 3a which corresponds to the active elements Ai-An (FIG. 2).
  • the substrate 2 can consist for example of oriented strontium titanate SrTi0 3 (100) or of magnesium oxide (MgO), while the layer of active material 10 can consist in particular of a cuprate phase of calcium CaCu0 2 called infinite phase, in which charge reservoirs are included, homogeneously distributed and made for example of strontium oxide SrO and bismuth oxide BiO.
  • the charge reservoirs provide charges, electrons or holes, capable of doping the conductive phase of the material constituting the superconductive lines 3.
  • the level of this doping depends in particular: on the concentration of charge reservoirs in the material constituting the superconductive lines 3
  • the transition temperature between the superconductive and non-superconductive states of the cuprate phase varies according to its level of doping by charge carriers, electrons or holes.
  • the level of chemical doping in the zones S is chosen so that these zones S are in the superconductive state at the temperature T0 at which the filter 1 is maintained, as already indicated above, and in the zones 3a ( said switchable zones) of the active elements Ai-An, the level of chemical doping is adapted so that the material is normally, at temperature T0, non-superconductive but close to the transition from the non-superconductive state to the superconductive state: a additional doping by field effect in these zones 3a therefore causes the transition of the material from its non-superconductive state to its superconductive state.
  • the material of zones S can be chemically doped with 0.1 charge carrier per mesh Cu0 2 so as to be permanently superconductive, while the material of zones 3a can be chemically doped at a doping level of 0.05 charge carrier per mesh Cu0 2 , the application of an electric field (for example of the order of 10 6 to 10 9 Volts / m) makes it possible to increase the doping level up to 0.1 charge carrier per Cu0 2 mesh, passing from the non-superconductive state to the superconductive state.
  • an electric field for example of the order of 10 6 to 10 9 Volts / m
  • the electric field is applied in each zone Al, A2, ... Ai, ... An by a field effect control device 6 which comprises two electrodes 7, 8.
  • Each of these two electrodes 7, 8 may consist, for example, of a thin layer of gold or other conductive material deposited in particular by molecular beam epitaxy on the superconductive line 3, over a thickness which can typically be for example between 10 and 1000 nm, in particular of the order of 100 nm.
  • the electrode 7 is deposited directly on the corresponding superconductive line 3, while the electrode 8 is isolated from said superconductive line and from the other electrode 7 by a thin layer of insulating material, for example of alumina AL 2 0 3 or strontium titanate SrTi0 3 , or other, deposited in particular by molecular beam epitaxy.
  • a thin layer of insulating material for example of alumina AL 2 0 3 or strontium titanate SrTi0 3 , or other, deposited in particular by molecular beam epitaxy.
  • the two electrodes 7, 8 of each control device 6 are connected to external control means (not shown) by conductive lines
  • the electrodes 7, 8 of the successive active elements must be connected so that the potentials of the successive electrodes 7, 8, 7, etc. are alternated over the entire length Li of line 3 which must be in the superconductive state (in other words all the electrodes 7 are at a first potential and all the electrodes 8 are at a second potential over this entire superconductive length Li, going from the first end of line 3 to the active element Ai).
  • each active element Ai could comprise, in series in the direction X mentioned above: - a switchable zone 3a of the line superconductive 3 which is normally in the non-superconductive state at temperature T0 in the absence of an applied electric field, as already explained above with reference to FIG. 2, - and a permanent superconducting zone 3b of the superconductive line 3 which is similar to the aforementioned zone S and which is permanently in the superconductive state at the temperature T0.
  • the electrodes 12, 13, 14 and the insulating layer 15 are similar to the electrodes 7, 8 and to the insulating layer 9 described above with reference to FIG. 2, and are connected in a similar manner to an external electronic control device (not shown).
  • the control device 11 constitutes, with the corresponding zone 3a, a superconductive field effect transistor whose source is constituted for example by the electrode 12, whose drain is constituted for example by the electrode 13 and whose gate is constituted by the electrode 14, the channel of this field effect transistor being constituted by the above-mentioned switchable zone 3a.
  • the switchable zone 3a remains in the non-superconductive state and the active element Ai behaves like a cut-off of the superconductive line 3.
  • the zone of material 3A becomes superconductive and the superconductive field effect transistor constituted by the control device 11 and the zone of material 3a becomes conducting, so that the the active element Ai becomes superconductive as a whole and no longer behaves like a cut in the superconductive line 3.
  • the superconductive field effect transistors in question could be constituted by layers of material distinct from the layer constituting the line 3, in which case the zones S and 3B of each superconductive line 3 would be separated from each other and connected to each other by the superconductive field effect transistors.
  • the superconductive material could possibly be in the superconductive state in the absence of an electric field, and non-superconductive in the presence of the electric control field.
  • the order in which the various aforementioned layers are deposited could be modified without departing from the scope of the invention: in particular, the electrodes 7, 8, 12, 13 and 14 could be deposited on the substrate 4, the superconductive lines 3 then being deposited above these electrodes, with the interposition of the insulating layers 9, 15, as the case may be.
  • the invention is not limited to a particular example of a resonator shown in the drawings.
  • the invention is also applicable to a resonator consisting of superconductive lines electromagnetically coupled to one another, but having shapes other than rectilinear. More generally, the invention would also apply to any other superconductive resonator which could be selectively connected to components such as capacitors, inductors or the like by active superconductive elements similar to those described above in order to modify its resonant frequency.

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Abstract

Filtre comprenant au moins un résonateur supraconducteur (2), caractérisé en ce que le résonateur inclut au moins un élément actif (A1-An) qui comprend au moins une partie commutable adaptée pour être commandée par effet de champ pour être soit supraconductrice, soit non supraconductrice dans des conditions de température prédéterminées, le résonateur ayant une première fréquence de résonance lorsque la partie commutable dudit élément actif est supraconductrice et une deuxième fréquence de résonance lorsque ladite partie commutable de l'élément actif est non supraconductrice, et le filtre comportant en outre au moins un dispositif de commande électronique à effet de champ adapté pour rendre ladite partie commutable de l'élément actif soit supraconductrice, soit non supraconductrice.

Description

Filtre à résonateur supraconducteur ayant une fréquence de résonance réglable.
La présente invention est relative aux filtres à résonateurs supraconducteurs ayant des fréquences de résonance réglables.
On connaît dans l'art antérieur de nombreux filtres de ce type, dont les résonateurs présentent l'avantage d'avoir un coefficient de qualité très élevé du fait de l'utilisation de matériaux supraconducteurs, ce qui permet notamment d'obtenir de très fortes pentes de coupure en fréquence et donc des filtres très sélectifs.
Toutefois, le problème du réglage de la fréquence centrale de résonance de tels filtres et de leur bande passante n'a jamais été résolu de façon satisfaisante.
Ainsi, par exemple, le document US-A-6 360 112 décrit un filtre connu de ce type qui fait appel à des pièces mécaniques mobiles pour accorder la fréquence de résonance. De tels moyens de réglage sont toutefois peu fiables et peuvent être instables dans le temps notamment lorsque le dispositif auquel appartient le filtre est soumis à des vibrations ou à des variations de température. En outre, ils sont fastidieux et lents à mettre en œuvre, ce qui exclut tout réglage dynamique de la fréquence de résonance.
D'autres solutions tout aussi peu satisfaisantes ont également été essayées dans l'art antérieur pour régler la fréquence de résonance de filtres à résonateurs supraconducteurs, notamment l'utilisation de matériaux ferroélectriques dont on fait changer la permittivité par application d'un champ électrique réglable (voir par exemple le document US-A-5 935 910) , mais toutes les solutions proposées souffrent de graves problèmes (en particulier l'utilisation de tels matériaux augmente les pertes par absorption des ondes électromagnétiques de haute fréquence, ce qui a pour effet de réduire le coefficient de surtension du résonateur, en allant ainsi à l' encontre des avantages procurés par l'emploi du matériau supraconducteur .
La présente invention a notamment pour but de proposer un filtre comprenant au moins un résonateur supraconducteur dont la fréquence de résonance soit réglable aisément et très rapidement, de façon fiable et stable, sans augmenter sensiblement l'encombrement et la masse du filtre et sans introduire de pertes électromagnétiques supplémentaires.
A cet effet, selon l'invention, un filtre du genre en question est caractérisé en ce que le résonateur inclut au moins un élément actif qui comprend au moins une partie commutable adaptée pour être commandée par effet de champ, au moyen d'un champ électrique, pour être soit supraconductrice, soit non supraconductrice dans des conditions de température prédéterminées, le résonateur ayant une première fréquence de résonance lorsque la partie commutable dudit élément actif est supraconductrice et une deuxième fréquence de résonance lorsque ladite partie commutable de l'élément actif est non supraconductrice, et le filtre comportant en outre au moins un dispositif de commande électronique à effet de champ adapté pour appliquer une partie commutable en champ électrique, pour rendre ladite partie commutable de l'élément actif soit supraconductrice, soit non supraconductrice.
Grâce à ces dispositions, la fréquence de résonance du résonateur est réglable de façon précise, fiable, rapide, aisée et stable. Ce réglage peut être effectué lors de la fabrication ou de la mise en place du filtre dans une installation, et/ou de façon dynamique en cours d' utilisation.
Le filtre selon l'invention peut être utilisé notamment : - dans les stations de base de téléphonie cellulaire, dans les récepteurs radio à très haute sélectivité, dans toutes les applications nécessitant une agilité en fréquence, notamment pour assurer une réduction de la sensibilité au bruits électromagnétiques ou pour assurer une discrétion ou une immunité aux contre-mesures, en technique radar ou radio.
Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : le résonateur inclut un nombre n au moins égal à 2 d'éléments actifs commandés par n dispositifs électroniques de commande permettant d'obtenir au moins n+1 fréquences de résonance différentes ; - le résonateur inclut des lignes supraconductrices couplées électromagnétiquement les unes aux autres, lesdites lignes supraconductrices incluant au moins une ligne active qui comprend au moins un élément actif adapté pour faire varier une longueur supraconductrice de ladite ligne active ; ladite ligne active est couplée à une ligne supraconductrice adjacente par une certaine zone de couplage, ledit élément actif appartenant à ladite zone de couplage et étant adapté pour faire varier une longueur de couplage supraconductrice entre ladite ligne active et ladite ligne supraconductrice adjacente ; ladite zone de couplage de la ligne active comprend plusieurs éléments actifs adaptés pour faire varier par incréments la longueur de couplage supraconductrice de ladite zone de couplage ; le résonateur comprend plusieurs lignes actives ; la partie commutable dudit élément actif appartient à la ligne active ; - la ligne active comprend au moins une zone de supraconductivité permanente dans lesdites conditions de température prédéterminées et la partie commutable dudit élément actif est dopée chimiquement de façon différente de ladite zone de supraconductivité permanente pour ne pas être à l'état supraconducteur en l'absence de champ appliqué par le dispositif de commande dans lesdites conditions de température prédéterminées ; le dispositif de commande dudit élément actif comprend une première électrode en contact avec ladite partie commutable et une deuxième électrode isolée de ladite partie commutable, pour pouvoir sélectivement doper ou non la partie commutable par effet de champ lorsqu'une différence de potentiel électrique est appliquée entre les première et deuxième électrodes ; le dispositif de commande dudit élément actif comporte en outre une troisième électrode en contact avec la zone commutable de l'élément actif, les première et deuxième électrodes étant en contact avec deux zones de supraconductivité permanente de la ligne active qui sont reliées entre elles par ladite partie commutable (cette zone commutable constitue alors avec les première, deuxième et troisième électrodes un transistor supraconducteur à effet de champ) .
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'une de ses formes de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints. Sur les dessins : la figure 1 est une vue schématique d'un exemple de filtre à résonateur supraconducteur selon une forme de réalisation de l'invention, le résonateur de ce filtre comprenant une série de lignes supraconductrices couplées les unes aux autres électromagnétiquement, la figure 2 est une vue en coupe agrandie d'une des lignes supraconductrices appartenant au résonateur du filtre de la figure 1, et la figure 3 est une vue similaire à la figure 2, dans une deuxième forme de réalisation de l'invention.
Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires.
Le filtre électronique 1 représenté sur la figure 1 comprend au moins un résonateur 2 (ou plusieurs résonateurs, similaires ou non, permettant d'obtenir un gabarit de filtre souhaité) qui est constitué par une série de lignes supraconductrices 3 couplées électromagnétiquement les unes aux autres, ces lignes supraconductrices étant déposées sur un substrat diélectrique 4 d'épaisseur d et de permittivité diélectrique relative ε. L'épaisseur d peut être comprise par exemple entre 10 μm et 1 mm, notamment de l'ordre de 300 μm, et la permittivité relative ε peut être comprise par exemple entre 2 et 100, notamment entre 2 et 10.
Dans l'exemple particulier considéré ici, toutes les lignes supraconductrices 3 sont sensiblement de même longueur L, ces lignes s'étendent sont toutes parallèles et disposées à espacements réguliers e en étant décalées successivement l'une par rapport à l'autre d'une longueur L' sensiblement égale à L/2 dans leur direction longitudinale, toujours dans le même sens X. Chaque ligne supraconductrice 3 s'étend dans le sens X entre une première extrémité située en regard de la ligne supraconductrice 3 précédente (sauf pour la première ligne supraconductrice) , et une deuxième extrémité située en regard de la ligne supraconductrice 3 suivante (sauf pour la dernière ligne supraconductrice) .
Comme il sera expliqué ci-après, la longueur supraconductrice des lignes 3 est réglable autour d'une longueur L0 moyenne, entre une longueur supraconductrice minimale et une longueur supraconductrice maximale égale à L.
Dans l'exemple considéré, le filtre est un filtre passe-bande à bande étroite centrée sur une fréquence fO lorsque les lignes supraconductrices 3 sont supraconductrices sur la longueur L0. La longueur L0 de chaque ligne supraconductrice 3 vaut par exemple λ0/2, où λO est la longueur d'onde correspondant à la fréquence fO susmentionnée (λO = v/fO, où v est la célérité des ondes électromagnétiques dans le substrat diélectrique 4, célérité qui dépend en particulier de la permittivité ε du substrat) .
Toujours dans l'exemple considéré : - le décalage L' entre deux bandes supraconductrices 3 successives est d'environ λO/4, de sorte que la longueur de recouvrement entre deux lignes supraconductrices successives 3 est également de l'ordre de λO/4, lorsque les lignes 3 sont supraconductrices sur toute leur longueur, l'espacement e entre deux lignes supraconductrices 3 successives peut être notamment compris entre 10 μm et 1 mm et par exemple de l'ordre 150 μm, et la largeur 1 des lignes supraconductrices peut être notamment compris entre 10 μm et 1 mm et par exemple de l'ordre de 150 μm.
Bien entendu, l'espacement e entre deux lignes supraconductrices 3 et la largeur 1 des lignes supraconductrices 3 pourrait varier d'une ligne supraconductrice à l'autre.
La première extrémité de la première ligne supraconductrice 3 est reliée électriquement à une borne de connexion d'entrée 5a, tandis que la deuxième extrémité de dernière ligne supraconductrice 3 est reliée à une borne de connexion de sortie 5b.
En fonctionnement, le filtre est maintenu à une certaine température T0, par des moyens connus.
La ligne supraconductrice 3 qui est reliée à la borne de sortie 5b peut être constituée entièrement d'une zone S qui est dopée chimiquement et/ou par effet de champ en permanence, de façon que toute cette ligne 3 soit à l'état supraconducteur lorsque le filtre 1 est maintenu à ladite température T0.
Les autres lignes supraconductrices 3, appelées ci- après "lignes actives" par souci de clarté, comprennent également une zone S qui est en permanence à 1 ' état supraconducteur à la température T0 et qui s ' étend dans le sens X depuis leur première extrémité, mais cette zone S s'interrompt avant la deuxième extrémité de la ligne 3. Entre la fin de cette zone S et la deuxième extrémité de la ligne 3 considérée, lesdites lignes actives comprennent également des zones successives Al, A2... An qui constituent des éléments actifs pouvant être commandés électriquement par dopage par effet de champ pour être soit à l'état non supraconducteur, soit à l'état supraconducteur à la température T0 à laquelle est maintenue le filtre 1. Ces éléments actifs Ai-An sont disposés en regard de la zone S de la ligne supraconductrice 3 suivante. Le nombre n est un entier au moins égal à 1 et de préférence au moins égal à 2, avantageusement supérieur à 10 et encore plus préférentiellement supérieur à 100.
Dans l'exemple considéré, les n éléments actifs de chaque ligne active constituent des zones successives ayant toutes une même longueur δ dans la direction X (mais ces zones pourraient avoir des longueurs δ différentes) . Les éléments actifs Ai-An peuvent être par exemple commandés tous de la même façon et en synchronisme sur l'ensemble des lignes actives.
On peut ainsi faire varier à volonté la longueur supraconductrice effective Li des lignes actives 3 par incréments de δ à partir de leur première extrémité et par voie de conséquence leur fréquence de résonance fi. On peut aussi faire varier la longueur de couplage Ci (c'est-à-dire la longueur de recouvrement supraconductrice) entre deux lignes supraconductrices successives, par incréments de δ. Ces variations permettent de régler la fréquence de résonance fi du résonateur 2 (à une valeur éventuellement différente de fO) , et également la bande passante du filtre
1. Ce réglage est effectué de façon simple, précise et très rapide.
A titre d'exemple, la longueur L0 peut être de l'ordre de 25 mm pour un filtre travaillant à des fréquences de l'ordre de 2 GHz, et la longueur δ peut être de l'ordre de 1 μm à 1 mm pour ces fréquences (par exemple environ 10 à 200 μm.
On notera que chaque élément actif Ai-An pourrait le cas échéant comprendre, en série, une zone de matériau supraconducteur qui ne passe à l'état supraconducteur à la température T0 que par effet de champ, et une zone similaire aux zones S susmentionnées, qui reste en permanence à l'état supraconducteur à la température T0.
On notera également que les éléments actifs Ai-An pourraient être disposés aux premières extrémités des lignes 3 (sauf de la première) plutôt qu'aux deuxièmes extrémités.
La structure d'une ligne supraconductrice 3 est représentée plus en détails sur la figure 2. Cette ligne supraconductrice 3 peut avantageusement être une couche mince déposée sur le substrat 4 par épitaxie par jet moléculaire ("MBE"), sur une épaisseur h qui peut par exemple être de l'ordre de quelques nanomètres, par exemple 1 à 100 nm.
Le matériau constitutif de la ligne supraconductrice 3 peut être par exemple le matériau divulgué dans la demande de brevet français n° 02 00936 déposée le 25 janvier 2002 au nom de la Société INTICI, ce matériau étant dopé chimiquement de façon différente dans la zone S susmentionnée qui reste en permanence à l'état supraconducteur à la température T0 et dans la zone 3a qui correspond aux éléments actifs Ai-An (figure 2) . Dans cet exemple, le substrat 2 peut être constitué par exemple de titanate de strontium SrTi03 orienté (100) ou d'oxyde de magnésium (MgO) , tandis que la couche de matériau actif 10 peut être constituée notamment d'une phase de cuprate de calcium CaCu02 dite phase infinie, dans laquelle sont inclus des réservoirs de charges, répartis de façon homogène et constitués par exemple d'oxyde de strontium SrO et d'oxyde de bismuth BiO.
Pour plus de détails sur la phase de cuprate de calcium CaCu02 dite phase infinie, on se reportera par exemple à l'article de revue "The infinité layer family of superconducting cuprates" [M. Laguës, CF. Beuran, C. Coussot, C. Deville Cavellin, B. Eustache, C. Hatterer, P. Laffez, V. airet, X.M. Xie and X.Z. Xu, Cohérence in superconductors, p70, Ed. G. Deutscher & A. Revcoleschi (World Scientific 1996)].
Les réservoirs de charges fournissent des charges, électrons ou trous, susceptibles de doper la phase conductrice du matériau constituant les lignes supraconductrices 3.
Le niveau de ce dopage dépend notamment : de la concentration en réservoirs de charges dans le matériau constituant les lignes supraconductrices 3
(il s'agit d'un dopage que l'on peut appeler dopage chimique, puisque dépendant de la constitution du matériau) , et de l'application éventuelle d'un champ notamment électrique dans le matériau (dopage par effet de champ), comme décrit notamment par J.H. Schon et al. ("Superconductivity in CaCu02 as a resuit of field-effect doping", Nature, Vol.414, page 434, Nov. 2001 et "Field- Induced Superconductivity in a Spin-Ladder Cuprate", Science, Vol. 293, pages 2430-2432, Sept. 2001).
La température de transition entre les états supraconducteur et non supraconducteur de la phase cuprate varie en fonction de son niveau de dopage par des porteurs de charges, électrons ou trous. Ainsi : le niveau de dopage chimique dans les zones S est choisi de façon que ces zones S soient à l'état supraconducteur à la température T0 à laquelle est maintenu le filtre 1, comme déjà indiqué ci-dessus, et dans les zones 3a (dites zones commutables) des éléments actifs Ai-An, le niveau de dopage chimique est adapté pour que le matériau soit normalement, à la température T0, non supraconducteur mais proche de la transition de l'état non supraconducteur à l'état supraconducteur : un dopage additionnel par effet de champ dans ces zones 3a provoque donc la transition du matériau de son état non supraconducteur à son état supraconducteur.
A titre d'exemple, pour une température T0=40K, le matériau des zones S peut être dopé chimiquement à 0,1 porteur de charges par maille Cu02 de façon à être en permanence supraconducteur, tandis que le matériau des zones 3a peut être dopé chimiquement à un niveau de dopage de 0,05 porteur de charges par maille Cu02, l'application d'un champ électrique (par exemple de l'ordre de quelques 106 à 109 Volts/m) permet d'augmenter le niveau de dopage jusqu'à 0,1 porteur de charges par maille Cu02, en passant de l'état non supraconducteur à l'état supraconducteur.
Dans l'exemple représenté sur la figure 2, le champ électrique est appliqué dans chaque zone Al, A2, ... Ai, ... An par un dispositif de commande 6 à effet de champ qui comprend deux électrodes 7, 8. Chacune de ces deux électrodes 7, 8 peut être constituée par exemple par une couche mince d'or ou autre matériau conducteur déposé notamment par épitaxie par jet moléculaire sur la ligne supraconductrice 3, sur une épaisseur qui peut typiquement être comprise par exemple entre 10 et 1000 nm, notamment de l'ordre de 100 nm. Dans l'exemple considéré, l'électrode 7 est déposée directement sur la ligne supraconductrice 3 correspondante, tandis que l'électrode 8 est isolée de ladite ligne supraconductrice et de l'autre électrode 7 par une couche mince de matériau isolant, par exemple de l'alumine AL203 ou du titanate de strontium SrTi03, ou autre, déposé notamment par épitaxie par jet moléculaire.
Les deux électrodes 7, 8 de chaque dispositif de commande 6 sont reliées à des moyens de commandes extérieurs (non représentés) par des lignes conductrices
(également non représentées) qui sont déposées sur le substrat 4 selon des techniques connues dans la réalisation de circuits électroniques. Ces moyens de commandes extérieurs permettent de mettre les électrodes 7, 8 de chaque dispositif de commande 6, soit au même potentiel électrique, auquel cas la zone de matériau 3a de l'élément actif Ai correspondant est à l'état non supraconducteur, soit à des potentiels électriques différents permettant d'appliquer au matériau de la zone commutable 3a correspondante un champ électrique faisant passer cette zone de l'état non supraconducteur à l'état supraconducteur .
On notera que les électrodes 7, 8 des éléments actifs successifs doivent être connectées de façon que les potentiels des électrodes successives 7, 8 , 7, etc. soient alternés sur toute la longueur Li de la ligne 3 qui doit être à l'état supraconducteur (autrement dit toutes les électrodes 7 sont à un premier potentiel et toutes les électrodes 8 sont à un deuxième potentiel sur toute cette longueur supraconductrice Li, allant de la première extrémité de la ligne 3 à l'élément actif Ai).
En variante, comme représenté sur la figure 3, chaque élément actif Ai pourrait comprendre, en série dans le sens X susmentionné : - une zone commutable 3a de la ligne supraconductrice 3 qui est normalement à 1 ' état non supraconducteur à la température T0 en l'absence de champ électrique appliqué, comme déjà explicité ci-dessus en regard de la figure 2, - et une zone de supraconductivité permanente 3b de la ligne supraconductrice 3 qui est similaire à la zone S susmentionnée et qui est en permanence à l'état supraconducteur à la température T0.
De plus, chaque élément actif Ai de ce deuxième mode de réalisation comporte un dispositif de commande 11 qui comprend : une première électrode 12, déposée directement sur la ligne supraconductrice 3, à cheval sur la zone 3a de l'élément actif Ai considéré et sur la zone 3b de l'élément actif précédent Ai-1 (ou, lorsque i=l, à cheval sur la zone 3a de l'élément actif Al et sur la zone S de la ligne supraconductrice) , une électrode 13 déposée directement sur la ligne supraconductrice 3 à cheval sur les zones 3a et 3b de l'élément actif Ai, et une électrode 14 déposée entre les électrodes 12 et 13 mais isolée desdites électrodes et de la ligne supraconductrice 3 par une couche isolante 15.
Les électrodes 12, 13, 14 et la couche isolante 15 sont similaires aux électrodes 7, 8 et à la couche isolante 9 décrites ci-dessus en regard de la figure 2, et sont reliées de façon analogue à un dispositif de commande électronique extérieur (non représenté) .
Le dispositif de commande 11 constitue, avec la zone 3a correspondante, un transistor supraconducteur à effet de champ dont la source est constituée par exemple par l'électrode 12, dont le drain est constitué par exemple par l'électrode 13 et dont la grille est constituée par l'électrode 14, le canal de ce transistor à effet de champ étant constitué par la zone commutable 3a susmentionnée. Ainsi, à la température T0, tant que les électrodes 12 et 14 sont au même potentiel, la zone commutable 3a reste à l'état non supraconducteur et l'élément actif Ai se comporte comme une coupure de la ligne supraconductrice 3. En revanche, lorsqu'une différence de potentiel est appliquée entre les électrodes 12 et 14, la zone de matériau 3A devient supraconductrice et le transistor supraconducteur à effet de champ constitué par le dispositif de commande 11 et la zone de matériau 3a devient passant, de sorte que l'élément actif Ai devient supraconducteur dans son ensemble et ne se comporte plus comme une coupure de la ligne supraconductrice 3.
On notera que, dans la deuxième forme de réalisation de l'invention représentée sur la figure 3, il serait possible de réaliser des transistors supraconducteurs à effet de champ qui relient entre elles la zone S et les différentes zones 3b d'une même ligne supraconductrice 3 active, autrement que par des zones de la ligne 3 ayant un dopage chimique différent du reste de la ligne 3. En particulier, les transistors supraconducteurs à effet de champ en question pourraient être constitués par des couches de matériau distinctes de la couche constituant la ligne 3, auquel cas les zones S et 3B de chaque ligne supraconductrice 3 serait séparée les unes des autres et reliées les unes aux autres par les transistors supraconducteurs à effet de champ.
Dans tous les exemples décrits ci-dessus, le matériau supraconducteur pourrait éventuellement être à l'état supraconducteur en l'absence de champ électrique, et non supraconducteur en présence du champ électrique de commande .
Par ailleurs, on notera également que l'ordre de dépôt des différentes couches susmentionnées pourrait être modifié sans pour autant sortir du cadre de l'invention : en particulier, les électrodes 7, 8, 12, 13 et 14 pourraient être déposées sur le substrat 4, les lignes supraconductrices 3 étant alors déposées au dessus de ces électrodes, avec interposition des couches isolantes 9, 15, selon le cas. Enfin, on notera que l'invention n'est pas limitée à exemple particulier de résonateur représenté sur les dessins. En particulier, l'invention est également applicable à un résonateur constitué de lignes supraconductrices couplées électromagnétiquement les unes aux autres, mais présentant des formes autres que rectilignes. Plus généralement, l'invention s'appliquerait également à tout autre résonateur supraconducteur qui pourrait être raccordé sélectivement à des composants tels que capacités, selfs ou autres par des éléments actifs supraconducteurs similaires à ceux décrits ci-dessus afin de modifier sa fréquence de résonance.

Claims

REVENDICATIONS
1. Filtre comprenant au moins un résonateur supraconducteur (2), caractérisé en ce que le résonateur inclut au moins un élément actif (Ai-An) qui comprend au moins une partie commutable (3a) adaptée pour être commandée par effet de champ, au moyen d'un champ électrique, pour être soit supraconductrice, soit non supraconductrice dans des conditions de température prédéterminées, le résonateur (2) ayant une première fréquence de résonance lorsque la partie commutable (3a) dudit élément actif est supraconductrice et une deuxième fréquence de résonance lorsque ladite partie commutable de l'élément actif est non supraconductrice, et le filtre comportant en outre au moins un dispositif de commande électronique (6, 11) à effet de champ adapté pour appliquer à la partie commutable un champ électrique, pour rendre ladite partie commutable de l'élément actif soit supraconductrice, soit non supraconductrice.
2. Filtre selon la revendication 1, dans lequel le résonateur (2) inclut un nombre n au moins égal à 2 d'éléments actifs (Al-An) commandés par n dispositifs électroniques de commande (6, 11) permettant d'obtenir au moins n+1 fréquences de résonance différentes.
3. Filtre selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le résonateur inclut des lignes supraconductrices (3) couplées électromagnétiquement les unes aux autres, lesdites lignes supraconductrices incluant au moins une ligne active (3) qui comprend au moins un élément actif (Ai-An) adapté pour faire varier une longueur supraconductrice (Li) de ladite ligne active.
4. Filtre selon la revendication 3, dans lequel ladite ligne active (3) est couplée à une ligne supraconductrice adjacente (3) par une certaine zone de couplage, ledit élément actif appartenant à ladite zone de couplage et étant adapté pour faire varier une longueur de couplage supraconductrice (Ci) entre ladite ligne active et ladite ligne supraconductrice adjacente.
5. Filtre selon la revendication 4, dans lequel ladite zone de couplage de la ligne active (3) comprend plusieurs éléments actifs (Ai-An) adaptés pour faire varier par incréments (δ) la longueur de couplage supraconductrice (Ci) de ladite zone de couplage.
6. Filtre selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel le résonateur (2) comprend plusieurs lignes actives (3) .
7. Filtre selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel la partie commutable (3a) dudit élément actif appartient à la ligne active (3) .
8. Filtre selon l'une quelconque des revendications
3 à 7, dans lequel la ligne active (3) comprend au moins une zone de supraconductivité permanente (S ; S, 3b) dans lesdites conditions de température prédéterminées et la partie commutable (3a) dudit élément actif est dopée chimiquement de façon différente de ladite zone de supraconductivité permanente pour ne pas être à l'état supraconducteur en l'absence de champ appliqué par le dispositif de commande, dans lesdites conditions de température prédéterminées.
9. Filtre selon l'une quelconque des revendications
3 à 8, dans lequel le dispositif de commande (6, 11) dudit élément actif (Ai-An) comprend une première électrode (7 ; 12) en contact avec ladite partie commutable (3a) et une deuxième électrode (8 ; 14) isolée de ladite partie commutable, pour pouvoir sélectivement doper ou non la partie commutable par effet de champ lorsqu'une différence de potentiel électrique est appliquée entre les première et deuxième électrodes.
10. Filtre selon la revendication 8 et la revendication 9, dans lequel le dispositif de commande (11) dudit élément actif comporte en outre une troisième électrode (13) en contact avec la partie commutable (3a) de l'élément actif, les première et deuxième électrodes (12, 14) étant en contact avec deux zones de supraconductivité permanente (S, 3b) de la ligne active qui sont reliées entre elles par ladite zone commutable (3a) .
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