【発明の詳細な説明】
信号をフィルタリングする装置およびそれに関連する方法
技術分野
本発明は、超電導フィルタ装置に関し、特に超電導誘電共振器と導波装置、例
えばマイクロストリップラインとを備えたノッチフィルタまたはバンド除去フィ
ルタに関する。
ノッチフィルタまたはバンド除去フィルタの用途の１つは通信システムにある
。かかる特定の用途は部品の大きさが極めて重要となる高周波バンドで作動する
マルチチャンネルマイクロウェーブ通信システムに関する。
本発明はマルチチャンネル通信システムにおける受信装置への入進信号をフィ
ルタリングするための方法にも関する。
技術の状態
例えば周波数マルチプレクサ、バンド除去フィルタ等は、特にマルチチャンネ
ル通信システムにおけるキーとなる素子であるので、これら部品の挿入損失を少
なくし、寸法を小さくする方法を探す努力がこれまでなされてきた。１〜３ＧＨ
ｚの周波数バンドで作動するマルチチャンネルマイクロウェーブ通信システムに
おいて、現在使用されているデバイスの挿入損失はかなりの値となっている。
間欠的な妨害信号を消去するためにマイクロウェーブ受信機のフロントエンド
でＹＩＧ（イットリウム鉄ガーネット）ノッチフィルタを使用することが知られ
ている。しかしながら挿入損失が大きい上に、かかるフィルタの寸法は大きい。
シェン氏著、「高温超電導マイクロウェーブデバイス」、アーテックハウス（１
９９４年）には、マイクロウェーブ部品、例えばフィルタのサイズを小さくし、
性能を改善するための新しい可能性を提供するために高温超電導体を使用するこ
とが検討されている。
欧州特許出願第EP-A-0567407号は主高温超電導マイクロストリップラインに並
列に半波長高温超電導マイクロストリップ共振器を結合する、周波数固定式超電
導ノッチフィルタを開示している。これら共振器の基板は１〜３ＧＨｚの間の周
波数で約１０〜２５の誘電率を有する。これらフィルタの間の長さは約２〜６ｃ
ｍであり、よってこれらフィルタは極めて大きく、かつ高価である。
一部の通信システムでは、例えばシステムのフレキシビリティを大きくするた
めに、周波数固定式ノッチフィルイタの代わりに同調可能な（切り換え可能な）
ノッチフィルイタが必要とされる。米国特許第4,834,498号は簡単な誘電共振器
を示している。この共振器は受動的であり、それ自身では同調できない。同調で
きるようにするには、例えばダイオードまたは同等デバイスのような同調手段を
増設しなければならない。換言すれば、別個のバイアス回路が必要である。この
ため装置の寸法はかなり大きくなっている。またデバイスは複雑となり、その性
能は充分高いとは言えない。国際特許出願第WO93/00720号では、それ自信では同
調できないマイクロストリップ共振器を備えた超電導ノッチフィルイタが示され
ている。このケースでは、同調するのに光学的手段が使用され、この光学的手段
は主超電導マイクロストリップに結合された超電導マイクロストリップリング内
で半導体結晶を使用している。しかしながらこれら装置の寸法は大きい上に、周
波数同調レンジは過度に狭い。上記文献のいずれも、受動的な共振器およびデバ
イスを示しており、これら同じように主マイクロストリップラインに結合された
別の同調手段および特殊なバイアスネットワークを必要とする。共振器は主マイ
クロストリップラインと機械的または電気的に接触できない。もし結合しなけれ
ばフィルタとはならない。
要約すればこれらデバイスのいずれも別個のバイア回路と共に増設される同調
手段を必要とし、これにより構造が大きくなるだけでなく、複雑でもある。更に
フィルタの電気的性能は、これにより否定的な影響を受け、更に望ましい程度に
高い性能とは言えない。例えば約１〜３ＧＨｚの周波数に対し、これら文献に開
示されたデバイスは過度に大きく、例えば通信用には使用できない。
高誘電率の非線形誘電材料、例えばストロンチウムチタネート（ＳＴＯ）を超
電導体、例えばＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ（ＹＢＣＯ）でコーティングすると、マイク
ロウェーブデバイスをより小さくできることも判っている。国際特許出願第WO94
/13028号は、高温超電導体と組み合わせて単結晶の誘電体の薄膜を使用すること
を開示している。しかしながら高温超電導体は過度に大きいマイクロウェーブ損
失を生じさせると共に、更にかかるデバイスを充分小さくすることができない。
発明の概要
従って、求められているものは、挿入損失が少なく、寸法が小さく、同調可能
な超電導ノッチフィルタ装置である。特に広い周波数レンジ内で同調可能な装置
が必要とされている。更に製造が容易で、かつ安価な装置が求められている。更
に上記のように高性能であり、損失が少なく、特にマイクロウェーブ損失（マイ
クロウェーブの場合）の損失が少なく、ミリ波に対しても使用できる装置が求め
られている。
間欠的な妨害信号を効率的かつ信頼できる状態で消去できる、高周波で作動す
る、例えばマルチチャンネルマイクロウェーブ通信システムにおける受信装置に
入進する信号をフィルタリングするための方法が望まれている。
従って、マイクロストリップライン上に配置された共振器を備えた、超電導ノ
ッチフィルタ装置が提供される。この共振器は非線形の誘電材料から成るチップ
を備えたパラレルプレート共振器であり、この共振器上に超電導体が配置される
。この共振器はオーミック接触が得られるようにマイクロストリップラインの接
続手段すなわちマイクロストリップラインのストリップに接続される。パラレル
プレート共振器を使用することにより、この共振器をマイクロストリップライン
の頂部に配置でき、結合を行い、寸法を縮小できる。特殊なバイアスネットワー
クは不要であり、同調手段を増設する必要もない。この装置は特に誘電率を変え
ることができる非線形の誘電体に直流バイアス電圧をかけることにより特に電子
的に同調可能である。特定の実施例では共振器の誘電体上に配置された超電導体
上に配置できる通常の導電体に直流電圧を印加する。共振器とマイクロストリッ
プラインとの誘電接触をさせるように、結合手段とも称される接触手段を配置す
ることが好ましい。有利な実施例ではマイクロストリップラインの中心ストリッ
プにより、この接触手段が形成される。
特定の実施例では、共振器は長方形（またはその他の形状）のチップを備え、
このチップはマイクロストリップラインと共振器の磁力線がほぼ一致し、よって
最大の誘導結合が生じるように、マイクロストリップラインに対して配置される
。
この誘導結合は共振器とマイクロストリップラインとの間の関係により、特に
制御すなわち決定される。特にこの誘導結合の強度は中心マイクロストリップの
幅によって決定され、従って所望する強度の結合を得るように、所望する結合を
生じさせる値の幅とする。
特定の実施例によれば、パラレルプレート共振器の下方プレートの少なくとも
一部および／またはマイクロストリップ接続手段、例えば中心ストリップは、誘
導結合を大きくするように第２の幅よりも狭い第１の幅を有する。
一実施例によれば、共振器はデュアルモード共振器、特にマルチモード共振器
である。
しかしながら共振器を非対称とすることによりデュアルモード作動を生じさせ
ることが好ましい。このような非対称性は、例えば切り欠かれたコーナーまたは
突起その他の部分によって生じさせることができる。別の実施例によれば、共振
器は主マイクロストリップラインと所定の角度をなすように配置できる。この角
度は、例えば約４５度の値をとることができる。
更に別の実施例によれば、導波装置は共通平面導波管を含むことができる。こ
の結合強度は中心ストリップの幅および共通平面導波スロットの幅によって制御
され、すなわち決定される。
共振器の上方プレートと結合手段、例えばマイクロストリップラインの中心ス
トリップの間に直流バイアス電圧をかけることによって（すべての実施例に関連
する）同調を行うことが好ましい。
有利な実施例によれば、共振器の約１ｍｍ2〜１ｃｍ2の面積を有することがで
きる。しかしながらこれらの値は単に例示のために示したにすぎないので、共振
器は、この値より小さいか、または多少大きい他の比率を有していてもよい。
更に、例えばマルチチャンネル通信システムまたは同様なシステムの受信装置
に入進する信号をフィルタリングするための方法が提供される。この方法は、導
波管、例えばマイクロストリップライン上に配置され、超電導プレートを支持す
る非線形誘電体から成るパラレルプレート共振器を備えたフィルタを受信装置の
入力側に配置する工程を含む。この共振器および導波装置は結合手段を使用する
ことにより電気的に直列に接続され、結合強度は共振器と結合手段とを互いにど
のように配置するかによって決定される。周波数の同調をするために、共振器お
よび結合手段に直流バイアス電圧がかけられる。これら工程は間欠的な妨害信号
を消去できるように実行される。
本発明の利点は、特にこれまで知られているフィルタよりもかなり小さく、よ
りコンパクトな寸法を有するノッチすなわちバンド除去フィルタを製造できるこ
とである。更に周波数同調レンジが広いことも利点となっている。更に共振器は
、それ自身で同調可能であるので、別個の同調手段を増設する必要がないことも
利点である。
更に、公知の装置よりも複雑でなく、かつ通信システムで使用するのに充分小
さく製造できることも利点である。
図面の簡単な説明
添付図面を参照し、本発明を限定することなく、次に本発明について更に説明
する。
図１は、パラレルプレート共振器の一例を示す。
図２は、同調可能なノッチマイクロストリップフィルタの第１実施例を略図で
示す。
図３は、図２のノッチフィルタの横断面図である。
図４は、図２のノッチフィルタの等価回路を示す。
図５は、特定のノッチフィルタの中心周波数の、温度依存性を示すグラフであ
る。
図６ａは、ノッチフィルタの第２実施例の横断面を略図で示す。
図６ｂは、共振器の下方プレートの長手方向横断面図である。
図６ｃは、図６ａのフィルタの中心マイクロストリップラインの長手方向横断
面図である。
図７は、２極ノッチフィルタの実施例を示す。
図８は、２極ノッチフィルタに関連した別の実施例である。
図９は、共通平面導波ノッチフィルタを略図で示す。
発明の詳細な説明
本発明によれば、導波装置に共振器が配置される。図１は使用可能なパラレル
−プレート共振器の第１例を示す。この共振器１１は非線形の誘電体からなる長
方形のチップ状をした誘電体１２を備え、その双方の表面には高温超電導ＨＴＳ
膜１３ａ、１３ｂが配置されている。共振器のプレーとの一方は直流（Ｒ＝０)
的にマイクロストリップラインに接続されており、フィルタの除去バンドおよび
中心周波数を電気的に制御できるように磁気結合手段またはＤＣ接触手段が配置
されている。これら超電導膜すなわちプレート１３ａ、１３ｂは、例えばＡｕか
ら成る通常の電導性膜１４、１４により一部を、また全体を被覆し、よってＤＣ
バイアスのためのオーミック接触を形成すると有利である。有利な実施例によれ
ば、バルク材料に対するマイクロウェーブの損失が少なく、誘電率が例えば薄い
誘電膜に対するよりも高いので、誘電体材料は非線形の誘電体バルク材料を含む
。このような非線形の誘電材料を使用することにより電気的な制御が可能となっ
ている。
例えばストロンチウムチタネート（以下、ＳＴＯと称す）のマイクロウェーブ
の損失は液体窒素Ｎliqの温度で最小点近くとなる。このことは、ＩＥＥＥトラ
ンザクションのマイクロウェーブ理論技術、１９９４年第４２巻、１８８６〜１
８９０ページのクループカ外著論文「極低温におけるＡｌ2Ｏ3、ＬａＡｌＯ3、
ＮｄＧａＯ3、ＳｒＴｉＯ3およびＭｇＯの単結晶の誘電特性」に記載されている
。ＳＴＯの誘電率はＮliqの温度で約２０００であり、この誘電率は温度および
加えられる静電界に大きく依存する。このことはエレクトロンレターズ、１９９
５年、第３１巻、第８号、６５４〜６５６ページのＯ．ベンディック著、「ＹＢ
ａ2Ｃｕ3Ｏ7-c膜でコーティングされたバルク単結晶ＳｒＴｉＯ3上の１ＧＨｚに
同調可能な共振器」に記載されている。この誘電率は極めて大きいので周波数バ
ンド１〜３ＧＨｚにおけるＮliqの温度におけるＳＴＯをベースとするマイクロ
ウェーブ伝送ラインにおける波長は約０．２〜０．６ｃｍである。ＨＴＳ、例え
ばＹＢＣＯの超電導過渡温度Ｔcは、Ｎliqの温度よりもかなり高く、ＳＴＯ基板
上で成長したＨＴＳ膜は表面抵抗が低いことは周知である。このことは、シェン
による上記引用論文に記載されている。共振器は、例えばＳＴＯによる非線形の
バルク誘電材料１２を有利に含むことができ、このＳＴＯは、例えばＹＢＣＯの
ＨＴＳ膜で被覆されている。当然ながら他の方法で共振器を作成することも可能
であるが、このことは特に有利な実施例と関連している。例えばＳＴ
Ｏおよび超電導体を使用する場合、マイクロウェーブの損失は極めて少ない。パ
ラレルプレーと共振器の超電導膜すなわちプレート１３a、１３ｂは、機械的な
公差および共振周波数を制御する改良された能力を設けることを考慮するように
、誘電体チップ１２よりも若干小さく製造される。これら超電導プレート１３ａ
、１３ｂの厚みは電界が表面における値のｅ分の１まで減少する深さと定義され
るロンドン透過深さを越えている。
図２は、本発明に係わる同調可能なノッチフィルタ１０の第１実施例を示す。
図１の共振器１１はマイクロストリップライン状をした導波装置１５に配置され
る。この共振器１１は本実施例ではマイクロストリップライン１５の中心ストリ
ップ１８に接続または取り付けられ、このラインでは中心ストリップ１８はパラ
レルプレート共振器１１の下方プレート１３ｂとマイクロストリップライン１５
との間のオーミック接触をする接触手段または結合手段として働く。特殊なバイ
アスネットワークの増設される同調手段も不要である。マイクロストリップライ
ン１５はμｗ−ストリップのためのＡｌまたはその他公知の誘電体から成る基板
を含む。アース平面１７は、例えばＣｕ、Ａｕまたは通常の電導度を有する同様
な材料から成る。しかしながら極めて有利な実施例では、アース平面１７および
中心ストリップ１８はＨＴＳ膜を含む。パラレルプレートの共振チップ１１はマ
イクロストリップ１８の磁力線および共振器１１の磁力線が実質的に一致（図３
参照）し、よって高度の誘導結合、すなわちより正確には最大の誘導結合を保証
するよう、マイクロストリップライン１５に対して配置されている。中心マイク
ロストリップ１８の幅は共振器１１とマイクロストリップライン１５との間の結
合強度を決定するので、適当な幅を選択することにより結合強度を制御できる。
この幅は、有利な実施例ではほぼ０．５〜１ｍｍの範囲内とすることができるが
、これよりも狭い幅または広い幅でもよい。従って、このようにマイクロストリ
ップライン１５内に一連の共振回路を導入すると、マイクロストリップラインは
バンド除去フィルタ、すなわち入力マイクロウェーブ信号に対するノッチフィル
タとして作動する。接続手段１９、１９が設けられ、この接続手段を介し、マイ
クロストリップとパラレルプレート共振器１１の上方プレート１３ａとの間にＤ
Ｃバイアス電圧を加えることができる。このように電気的な同調を行い、非線形
の
誘電体１２に加えられるＤＣバイアス電圧により誘電体の誘電率を変え、よって
パラレルプレート共振器１１の共振周波数を変える。
共振器のプレートの一方は主マイクロストリップラインと機械的または電気的
に接触することが好ましい。この主マイクロストリップはＤＣバイアスのための
バイアスターミナルとして使用することが好ましい。このことは、共振器が主マ
イクロストリップラインと接触できないようになっている、例えば米国特許第4,
835,498 号および国際特許出願第93/00720号と対照的である。
別の実施例（以下、説明せず）によれば、電気同調に加えて、または別の手段
として温度制御同調を実施することもできる。当然ながら光学的または機械的（
例えばピエゾ電気手段による）同調も使用できる。
図３は図２に示されたノッチフィルタ１０の横断面図である。この図はマイク
ロストリップライン１５の中心マイクロストリップ１８にどのように共振器１１
を配置するかを示している。Ｈは共振器およびマイクロストリップラインの磁力
線を示している。上記のように、これら磁力線は実質的に一致するので、共振器
１１とマイクロストリップライン１５を高度に結合している。
図４は、上記図２および３に示されたノッチフィルタ１０の等価的回路を略図
で示す。Ｚ0はマイクロストリップのインピーダンスを示し、一方、点線は共振
器１１の回路を表示している。特定の実施例では、共振器は上記のようにＹＢＣ
Ｏ膜でコーテイングされたＳＴＯ共振器であり、この特定の実施例における誘電
体は、２．５×２．５×０．５ｍｍ3の寸法を有する。本実施例では導波装置は
０．５ｍｍのアルミニウム基板上に設けられた５０オームの銅マイクロストリッ
プを含む。当然、このような構造は一例にすぎず、他の材料を使用したり、寸法
を変えることもできる。更にパラレルプレート共振器は長方形でなくてもよく、
他の形状、例えば正方形、楕円形等でもよい。しかしながら図５は上記寸法を有
するノッチフィルタの中心周波数の温度依存性を示すグラフを示し、ここではバ
イアス電圧はかけられていない。
図６ａには、ノッチフィルタ２０での別の実施例が示されている。本例では、
超電導薄膜２３ａ、２３ｂによりコーティングされた非線形の絶縁バルク材料２
２をも含む共振器２１が、マイクロストリップライン２５上に配置されており、
超電導薄膜２３ａ、２３ｂは、例えばＡｕから成る通常の電導層２４ａ、２４ｂ
によって被覆されている。このマイクロストリップライン２５は、例えばＡｌか
ら成る基板を含む。この基板の表面の一方において、例えば銅製のマイクロスト
リップ２７が配置されているが、基板の反対側には中心マイクロストリップ２８
が配置されている。この中心マイクロストリップ２８は、接触手段、すなわち共
振器２１とマイクロストリップライン２５との間の接続手段を形成している。本
実施例では第１部分２３ｂ1よりも幅の狭い下方共振プレート２３ｂの第２部分
２３ｂ2を介して誘導負荷が加えられ、更にマイクロストリップ２８には第１部
分２８ａよりも幅の狭い第２部分２８ｂが設けられている。マイクロストリップ
２８には第２部分２８ｂも設けられ、この第２部分の幅は第１部分２８ｂよりも
狭くなっている。図６ｂおよび６ｃは共振器の下方プレートおよびマイクロスト
リップをそれぞれ上から見た長手方向図であり、図６ａに示された構造はそれぞ
れ幅の狭い部分２３ｂ2および２８ｂを示す。
図７は、２極ノッチフィルタを極めて略した状態で示している。マイクロスト
リップライン３５には（例えば先の実施例を参照して説明したような）共振器3
１が配置されている。上方超電導膜３３ａのコーナーの１つは切り欠かれており
、共振器を非対称にしている。番号３２は誘電体を示す。上方超電導膜３３ａの
コーナーの１つはカットオフされているので、共振器３１はデュアルモードで作
動できるようになっている。リジェクションバンドの幅およびそのスカートを現
在の要求量に合わせることができる。
図８は２極ノッチフィルタ４０の別の実施例を更に示す。この場合、共振器４
１（上記参照）がマイクロストリップライン４５と所定の角度をなすように、マ
イクロストリップライン４５上に共振器４１が配置されている。この特定のケー
スではパラレルプレート共振器４１はメインマイクロストリップと３４度の角度
をなす。非対称となっているので、このケースの共振器もデュアルモードで作動
する。当然ながら角度は４５度にする必要はないが、これよりも大きい角度また
は小さい角度とすることができるが、基本的には９０度を除く任意の角度にでき
る。
本発明は基本的には例えば３モードで作動するマルチモードフィルタにも適用
できる。かかる構造は本願出願人と同じ出願人により同時に出願された「多重化
／スイッチングに関する装置および方法」を発明の名称とするスウェーデン特許
出願に示されており、このスウェーデン特許出願の要旨をここで参考例として引
用する。
図９は、共通平面導波（ＣＰＷ）同調可能なノッチフィルタ５０を含む更に別
の実施例を略図で示し、このノッチフィルタ５０はデュアルモード動作すること
もできる。設計上高度のフレキシビリティを与えるように、共通平面導波管（Ｃ
ＰＷ）５５の中心ストリップ５８に超電導パラレルプレート共振器５１が取り付
けられている。この共通平面導波管５５の結合強度および波インピーダンスは、
中心ストリップ５８の幅およびＣＰＷのスロット５９によって決まる一般的に中
心ストリップの幅は図２を参照して先に説明したような値（この値は他の実施例
にも適用される）をとることができるが、このケースではフレキシビリティさえ
もより大きくなっている。ストリップの幅は一般に基板の厚みに応じて選択され
る。
本発明は図示した実施例のみに限定されるものでなく、他の材料も使用できる
。例えばこの材料はバルク誘電材料でなくてもよく、あるケースでは薄い誘電材
料を使用することもできる。更に共振器の形態は別の種類でもよく、導波手段は
別の多数の形状でもよく、必ずしも結合手段を形成するようなマイクロストリッ
プラインの中心ストリップとする必要はない。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a superconducting filter device, in particular a notch filter or band comprising a superconducting dielectric resonator and a waveguide device, for example a microstrip line. It relates to a removal filter. One application for notch filters or band reject filters is in communication systems. Such a particular application relates to a multi-channel microwave communication system operating in the high frequency band where component size is critical. The invention also relates to a method for filtering an incoming signal to a receiving device in a multi-channel communication system. State of the Art Efforts have been made to find ways to reduce the insertion loss and size of these components, for example frequency multiplexers, band elimination filters, etc., as these are key elements, especially in multi-channel communication systems. . In multi-channel microwave communication systems operating in the 1-3 GHz frequency band, the insertion loss of currently used devices is considerable. It is known to use a YIG (yttrium iron garnet) notch filter at the front end of a microwave receiver to cancel intermittent interfering signals. However, in addition to high insertion loss, the size of such filters is large. Shen, High-Temperature Superconducting Microwave Devices, Artec House (1994), adds high-temperature superconductivity to provide new possibilities for reducing the size of microwave components, such as filters, and improving performance. The use of the body is being considered. European Patent Application No. EP-A-0567407 discloses a fixed frequency superconducting notch filter that couples a half-wavelength high-temperature superconducting microstrip resonator in parallel with a main high-temperature superconducting microstrip line. The substrates of these resonators have a dielectric constant of about 10 to 25 at frequencies between 1 and 3 GHz. The length between these filters is about 2-6 cm, so they are very large and expensive. In some communication systems, a tunable (switchable) notch filter is required instead of a fixed frequency notch filter, for example, to increase system flexibility. U.S. Pat. No. 4,834,498 shows a simple dielectric resonator. This resonator is passive and cannot be tuned by itself. In order to be able to tune, additional tuning means must be added, for example a diode or equivalent device. In other words, a separate bias circuit is required. For this reason, the size of the device is considerably increased. Also, the device becomes complicated, and its performance is not sufficiently high. International Patent Application No. WO 93/00720 shows a superconducting notch filter with a microstrip resonator which cannot be tuned by itself. In this case, an optical means is used to tune, which uses semiconductor crystals in a superconducting microstrip ring coupled to the main superconducting microstrip. However, the size of these devices is large and the frequency tuning range is too narrow. Both of the above references show passive resonators and devices, which require separate tuning means and special bias networks, also coupled to the main microstrip line. The resonator cannot make mechanical or electrical contact with the main microstrip line. If not combined, it will not be a filter. In summary, each of these devices requires tuning means added with a separate via circuit, which not only adds to the size of the structure, but is also complex. In addition, the electrical performance of the filter is thereby negatively affected, and may not be as high as desired. For frequencies of, for example, about 1-3 GHz, the devices disclosed in these documents are excessively large and cannot be used, for example, for communication. It has also been found that coating a high dielectric non-linear dielectric material, such as strontium titanate (STO), with a superconductor, such as Y-Ba-Cu-O (YBCO), can make the microwave device smaller. International Patent Application No. WO 94/13028 discloses the use of a single crystal dielectric thin film in combination with a high temperature superconductor. However, high-temperature superconductors cause excessive microwave loss, and furthermore, such devices cannot be made sufficiently small. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, what is needed is a tunable superconducting notch filter device with low insertion loss, small dimensions. In particular, there is a need for a device that can be tuned over a wide frequency range. Further, there is a need for an inexpensive device that is easy to manufacture. Further, there is a demand for an apparatus which has high performance as described above, has a small loss, and particularly has a small loss of microwave loss (in the case of microwave), and which can be used for a millimeter wave. There is a need for a method for filtering signals entering a receiver in a multi-channel microwave communication system that operates at high frequencies, for example, that can efficiently and reliably cancel intermittent interfering signals. Therefore, a superconducting notch filter device having a resonator arranged on a microstrip line is provided. This resonator is a parallel plate resonator having a chip made of a non-linear dielectric material, on which a superconductor is arranged. This resonator is connected to the connecting means of the microstrip line, that is, to the strip of the microstrip line so as to obtain an ohmic contact. By using a parallel plate resonator, this resonator can be placed at the top of the microstrip line, providing coupling and reducing size. No special bias network is required and no additional tuning means is required. The device is particularly electronically tunable by applying a DC bias voltage to a non-linear dielectric whose dielectric constant can be varied. In a specific embodiment, a DC voltage is applied to a conventional conductor that can be placed on a superconductor placed on the dielectric of the resonator. Preferably, contact means, also called coupling means, are arranged so as to make a dielectric contact between the resonator and the microstrip line. In a preferred embodiment, this contact means is formed by the central strip of the microstrip line. In a particular embodiment, the resonator comprises a rectangular (or other shaped) chip, which is a microstrip line such that the magnetic field lines of the microstrip line and the resonator are substantially aligned, and thus maximum inductive coupling occurs. Placed against. This inductive coupling is particularly controlled or determined by the relationship between the resonator and the microstrip line. In particular, the strength of this inductive coupling is determined by the width of the central microstrip, and is thus of a value that produces the desired coupling so as to obtain the coupling of the desired strength. According to a particular embodiment, at least a part of the lower plate of the parallel plate resonator and / or the microstrip connection means, for example the center strip, has a first width smaller than the second width to increase the inductive coupling. Having. According to one embodiment, the resonator is a dual mode resonator, in particular a multimode resonator. However, it is preferred to have dual mode operation by making the resonator asymmetric. Such asymmetry can be caused, for example, by notched corners or protrusions or other parts. According to another embodiment, the resonator can be arranged at a predetermined angle with the main microstrip line. This angle can have a value of, for example, about 45 degrees. According to yet another embodiment, the waveguide device can include a common planar waveguide. This coupling strength is controlled or determined by the width of the central strip and the width of the common plane waveguide slot. Tuning (related to all embodiments) is preferably performed by applying a DC bias voltage between the upper plate of the resonator and the coupling means, for example the center strip of the microstrip line. According to an advantageous embodiment, the resonator can have an area of about 1 mm 2 to 1 cm 2 . However, the resonators may have other ratios that are less than or slightly greater than these values, since these values are shown for illustrative purposes only. Further, a method is provided for filtering a signal entering a receiver of, for example, a multi-channel communication system or similar system. The method comprises the steps of placing a filter on a waveguide, for example a microstrip line, with a parallel plate resonator consisting of a non-linear dielectric supporting a superconducting plate at the input of the receiver. The resonator and the waveguide device are electrically connected in series by using coupling means, and the coupling strength is determined by how the resonator and the coupling means are arranged with respect to each other. A DC bias voltage is applied to the resonator and the coupling means to tune the frequency. These steps are performed so that intermittent interfering signals can be eliminated. An advantage of the present invention is that a notch or band rejection filter can be manufactured which has significantly smaller dimensions and more compact dimensions than previously known filters. A further advantage is that the frequency tuning range is wide. It is also an advantage that the resonator can be tuned by itself, so that no additional tuning means need be added. It is also an advantage that the device is less complex than known devices and can be manufactured small enough to be used in communication systems. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will now be further described, without limiting the invention, with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. FIG. 1 shows an example of a parallel plate resonator. FIG. 2 schematically shows a first embodiment of a tunable notch microstrip filter. FIG. 3 is a cross-sectional view of the notch filter of FIG. FIG. 4 shows an equivalent circuit of the notch filter of FIG. FIG. 5 is a graph showing the temperature dependence of the center frequency of a specific notch filter. FIG. 6a schematically shows a cross section of a second embodiment of the notch filter. FIG. 6b is a longitudinal cross-sectional view of the lower plate of the resonator. FIG. 6c is a longitudinal cross-sectional view of the center microstrip line of the filter of FIG. 6a. FIG. 7 shows an embodiment of a two-pole notch filter. FIG. 8 is another embodiment related to a two-pole notch filter. FIG. 9 schematically illustrates a common planar waveguide notch filter. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION According to the invention, a resonator is arranged in a waveguide device. FIG. 1 shows a first example of a usable parallel-plate resonator. This resonator 11 has a rectangular chip-shaped dielectric 12 made of a non-linear dielectric, and high-temperature superconducting HTS films 13a and 13b are arranged on both surfaces thereof. One of the resonators is connected to the microstrip line in a direct current (R = 0) manner, and a magnetic coupling means or a DC contact means is arranged so that the removal band and the center frequency of the filter can be electrically controlled. ing. Advantageously, these superconducting films or plates 13a, 13b are partly and entirely covered by a conventional conductive film 14, 14, for example made of Au, thus forming an ohmic contact for DC bias. According to an advantageous embodiment, the dielectric material comprises a non-linear dielectric bulk material, because the microwave loss for the bulk material is low and the dielectric constant is higher than for a thin dielectric film, for example. By using such a non-linear dielectric material, electrical control is possible. For example, the loss of microwave of strontium titanate (hereinafter, referred to as STO) becomes near the minimum point at the temperature of liquid nitrogen N liq . This microwave theory techniques IEEE Transactions, Vol. 42, 1994, Al 2 O 3 in Kurupuka outside al article "cryogenic 1886-1 890 pages, LaAlO 3, NdGaO 3, SrTiO 3 and MgO single crystal Dielectric properties ". The dielectric constant of an STO is about 2000 at a temperature of N liq , which is highly dependent on temperature and applied electrostatic field. This is described in Electron Letters, 1995, Vol. 31, No. 8, pp. 654-656. Ben Dick al, is described in "YB a 2 Cu 3 O 7- c film tuneable the coated 1GHz on bulk single crystal SrTiO 3 at the resonator". This dielectric constant is so large that the wavelength in an STO based microwave transmission line at a temperature of N liq in the frequency band 1-3 GHz is about 0.2-0.6 cm. HTS, for example, a superconducting transition temperature T c of YBCO, considerably higher than the temperature of N liq, HTS films grown on STO substrates it is well known low surface resistivity. This is described in the above cited article by Shen. The resonator may advantageously comprise a non-linear bulk dielectric material 12, for example by means of an STO, which is coated, for example, with a HTS film of YBCO. Of course, it is possible to create the resonator in other ways, but this is associated with a particularly advantageous embodiment. For example, when using STO and superconductors, microwave loss is very low. The superconducting films or plates 13a, 13b of the parallel play and the resonator are made slightly smaller than the dielectric chip 12 to allow for improved mechanical tolerances and improved ability to control the resonant frequency. The thickness of these superconducting plates 13a, 13b exceeds the London penetration depth, defined as the depth at which the electric field decreases to 1 / e of the value at the surface. FIG. 2 shows a first embodiment of a tunable notch filter 10 according to the present invention. The resonator 11 of FIG. 1 is arranged in a waveguide device 15 having a microstrip line shape. This resonator 11 is in this embodiment connected or attached to the central strip 18 of the microstrip line 15, in which the central strip 18 is in ohmic contact between the lower plate 13 b of the parallel plate resonator 11 and the microstrip line 15. Acting as a contact or coupling means for There is no need for an additional tuning means of a special bias network. The microstrip line 15 includes a substrate of Al or other known dielectric for the μw-strip. The ground plane 17 is made of, for example, Cu, Au or similar material having normal conductivity. However, in a highly advantageous embodiment, ground plane 17 and center strip 18 include an HTS membrane. The parallel plate resonant chip 11 ensures that the magnetic field lines of the microstrip 18 and the resonator 11 are substantially coincident (see FIG. 3), thus ensuring a high degree of inductive coupling, or more precisely, maximum inductive coupling. It is arranged for the microstrip line 15. Since the width of the central microstrip 18 determines the coupling strength between the resonator 11 and the microstrip line 15, the coupling strength can be controlled by selecting an appropriate width. This width can be in the range of approximately 0.5 to 1 mm in a preferred embodiment, but can be smaller or larger. Thus, by introducing a series of resonant circuits into the microstrip line 15 in this manner, the microstrip line operates as a band rejection filter, ie, a notch filter for the input microwave signal. Connection means 19, 19 are provided, through which DC bias voltage can be applied between the microstrip and the upper plate 13a of the parallel plate resonator 11. The electric tuning is performed in this manner, and the dielectric constant of the dielectric is changed by the DC bias voltage applied to the nonlinear dielectric 12, thereby changing the resonance frequency of the parallel plate resonator 11. Preferably, one of the resonator plates is in mechanical or electrical contact with the main microstrip line. This main microstrip is preferably used as a bias terminal for DC bias. This is in contrast to, for example, U.S. Pat. No. 4,835,498 and International Patent Application No. 93/00720, in which the resonator is prevented from contacting the main microstrip line. According to another embodiment (not described below), temperature control tuning may be performed in addition to or as an alternative to electrical tuning. Of course, optical or mechanical tuning (eg, by piezoelectric means) can also be used. FIG. 3 is a cross-sectional view of the notch filter 10 shown in FIG. This figure shows how the resonator 11 is arranged on the center microstrip 18 of the microstrip line 15. H indicates the magnetic field lines of the resonator and the microstrip line. As described above, since these lines of magnetic force substantially coincide with each other, the resonator 11 and the microstrip line 15 are highly coupled. FIG. 4 schematically shows an equivalent circuit of the notch filter 10 shown in FIGS. 2 and 3 above. Z 0 indicates the impedance of the microstrip, while the dashed line indicates the circuit of the resonator 11. In a particular embodiment, the resonator is an STO resonator coated with a YBCO film as described above, and the dielectric in this particular embodiment has dimensions of 2.5 × 2.5 × 0.5 mm 3 . Having. In this embodiment, the waveguide device includes a 50 ohm copper microstrip provided on a 0.5 mm aluminum substrate. Of course, such a structure is merely an example, and other materials and dimensions can be used. Further, the parallel plate resonator need not be rectangular, but may have another shape, for example, a square or an ellipse. However, FIG. 5 shows a graph illustrating the temperature dependence of the center frequency of a notch filter having the above dimensions, wherein no bias voltage is applied. FIG. 6 a shows another embodiment of the notch filter 20. In this example, the resonator 21 including the non-linear insulating bulk material 22 coated with the superconducting thin films 23a and 23b is arranged on the microstrip line 25, and the superconducting thin films 23a and 23b are made of, for example, Au. It is covered with normal conductive layers 24a and 24b. The microstrip line 25 includes a substrate made of, for example, Al. A microstrip 27, for example made of copper, is arranged on one of the surfaces of the substrate, while a central microstrip 28 is arranged on the opposite side of the substrate. This central microstrip 28 forms the contact means, ie the connecting means between the resonator 21 and the microstrip line 25. The second through the portion 23b 2 inductive load narrow lower resonance plate 23b also in width than the first portion 23b 1 is added in the present embodiment, further a second narrower width than the first portion 28a to the microstrip 28 A portion 28b is provided. The microstrip 28 is also provided with a second portion 28b, the width of which is smaller than the first portion 28b. Figure 6b and 6c are longitudinal view of the lower plate and the microstrip resonator from the respective, shown in Figure 6a structure shows the narrow portion 23b 2 and 28b, respectively. FIG. 7 shows the two-pole notch filter in a very simplified state. A resonator 31 (for example, as described with reference to the previous embodiment) is arranged in the microstrip line 35. One of the corners of the upper superconducting film 33a is cut out to make the resonator asymmetric. Numeral 32 indicates a dielectric. One of the corners of the upper superconducting film 33a is cut off, so that the resonator 31 can operate in the dual mode. The width of the rejection band and its skirt can be adapted to the current requirements. FIG. 8 further shows another embodiment of the two-pole notch filter 40. In this case, the resonator 41 is arranged on the microstrip line 45 so that the resonator 41 (see above) forms a predetermined angle with the microstrip line 45. In this particular case, the parallel plate resonator 41 makes an angle of 34 degrees with the main microstrip. Due to the asymmetry, the resonator in this case also operates in dual mode. Of course, the angle need not be 45 degrees, but can be larger or smaller, but can be basically any angle except 90 degrees. The present invention is basically applicable to, for example, a multi-mode filter operating in three modes. Such a structure is shown in the Swedish patent application entitled "Apparatus and method relating to multiplexing / switching" filed simultaneously by the same applicant as the present applicant, the contents of which are hereby incorporated by reference. Quote as an example. FIG. 9 schematically illustrates yet another embodiment including a common plane waveguide (CPW) tunable notch filter 50, which can also operate in dual mode. A superconducting parallel plate resonator 51 is mounted on the center strip 58 of the common planar waveguide (CPW) 55 to provide a high degree of flexibility in design. The coupling strength and wave impedance of the common plane waveguide 55 are determined by the width of the center strip 58 and the slot 59 of the CPW. Generally, the width of the center strip is a value as described above with reference to FIG. (The values also apply to other embodiments), but in this case even greater flexibility. The width of the strip is generally selected according to the thickness of the substrate. The present invention is not limited to the illustrated embodiment, but other materials can be used. For example, this material may not be a bulk dielectric material, but in some cases a thin dielectric material may be used. Further, the form of the resonator may be of another type, the waveguide means may be of many other shapes, and need not necessarily be the center strip of the microstrip line forming the coupling means.
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フロントページの続き
(72)発明者 リンネル，ペテル
スウェーデン国 エス―431 38 モルン
ダル，クロクスラッツ パルクガタ 23
(72)発明者 カールソン，エリック
スウェーデン国 エス―431 39 モルン
ダル，トルトルプスガタン 39シー
(72)発明者 ウィクボルグ，エルランド
スウェーデン国 エス―182 33 ダンデ
リド，ルンドブラドス ベーグ ３────────────────────────────────────────────────── ───
Continuation of front page
(72) Inventor Linnell, Peter
Sweden S-431 38 Morn
Dar, Croxslats Parcgata 23
(72) Inventor Carlson, Eric
Sweden S-431 39 Morn
Dal, Tortorpsgatan 39 Sea
(72) Inventor Wickborg, Erland
Sweden S-182 33 Dande
Lido, Lundbrados Beeg 3