１００Ｗ超級送信用超伝導フィルタの開発

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24560393
• 研究機関: 山形大学
• 研究代表者: 齊藤 敦 山形大学, 理工学研究科, 准教授 (70313567)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 高温超伝導 / バルク / マイクロ波 / フィルタ / 耐電力特性

研究実績の概要

平成26年度はマイクロ波帯送信用超伝導フィルタの性能向上を目標として，超伝導単結晶バルク共振器を用いた飛越結合型4段フィルタ、および同8段超伝導バルクフィルタの設計を行った。その結果、飛越結合4段フィルタの3次元モデルの最適化と8段フィルタの構造を明らかにすることができた。また、昨年度までに 100 W以上の耐電力を得た5段ストレート型フィルタについて再現性を調査し、良好な再現性と最大126 W の耐電力特性が得られた。
実施期間を通じての主な研究成果は、以下の①～⑤である。①超伝導バルクを用いた共振器形状がリング型よりもディスク型の方が高い耐電力が得られることを明らかにした。②フィルタの構造は共振器独立構造とトリミング構造が有効であることを明らかにした。③100 W 超の耐電力特性、及び相互変調歪を評価可能なシステムを構築できた。④3段ストレート型フィルタの耐電力特性は最大で 41 Wを得た。また、5段ストレート型フィルタの耐電力特性は最大で 126 Wを得ることができた。⑤5段フィルタの耐電力特性は3段フィルタより高く、この傾向が一般的な薄膜フィルタと異なることを初めて示した。具体的な数値目標として最も重要な耐電力特性100W 以上を達成することができ、その他の数値目標に関してもほぼ達成できたといえる。
以上の研究成果から、申請者が提案する超伝導バルク共振器フィルタは低損失、高耐電力、急峻なスカート特性を併せ持つ次世代送信用超伝導フィルタとして非常に有望であることを明らかにできた。さらに応用的な有効性のみならず、多段化による諸特性の傾向が一般的な薄膜型と異なる点は物理的にも興味深く、今後も更なる研究が望まれる。

研究成果

• [雑誌論文] 100-W-class superconducting transmit bandpass filter using thick disk resonator (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Saito, R. Tsurui, T. Kato, K. Nakajima, H. Teshima, and S. Ohshima
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 8 ページ: 043101
  • DOI: 10.7567/APEX.8.043101
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Power-Handling Capability of Superconducting Filters Using Disk- and Ring-Type Bulk Resonators (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Kato, A. Saito, R. Tsurui, H. Teshima, and S. Ohshima
  • 雑誌名: IEEE Trans. Appl. Supercond. 巻: Vol. 25 ページ: 1501105
  • DOI: 10.1109/TASC.2014.2377251
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Relationship between Loaded Quality Factor and Responsivity for NbN-Based MKIDs using Dual-Function Spiral Strip (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Saito, K. Nakajima, K. Hayashi, Y. Ogawa, Y. Okuyama, D. Oka, S. Ariyoshi, H. Yamada, T. Taino, C. Otani, J. Bae, and S. Ohshima
  • 雑誌名: IEEE Trans. Appl. Supercond. 巻: Vol. 25 ページ: 2401204
  • DOI: 10.1109/TASC.2014.2367459
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Design and Fabrication of Compact HTS Duplexers Using a CQ Structure With a High Q_{u} Resonator (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Kuroda, A. Saito, and S. Ohshima
  • 雑誌名: IEEE Trans. Appl. Supercond. 巻: Vol. 25 ページ: 1500304
  • DOI: 10.1109/TASC.2014.2364456
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Improvement of power-handing capability of superconducting filters using 3D-matrix microstrip lines (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Ohshima, S. Takahashi, M. Endo, and A. Saito
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 507 ページ: 042027-042030
  • DOI: 10.1088/1742-6596/507/4/042027
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Design and Fabrication of Microwave Kinetic Inductance Detectors using NbN Symmetric Spiral Resonator Array (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Hayashi, A. Saito, Y. Ogawa, M. Murata, T. Sawada, K. Nakajima, H. Yamada, S. Ariyoshi, T. Taino, H. Tanoue, C. Otani, and S. Ohshima
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 507 ページ: 42015-42018
  • DOI: 10.1088/1742-6596/507/4/042015
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dependences of microwave surface resistance of HTS thin films on applied dc magnetic fields parallel and normal to the substrate (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Sato, S. Sato, K. Ichikawa, M. Watanabe, T. Honma, Y. Tanaka, S. Oikawa, A. Saito, and S. Ohshima
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 507 ページ: 012045-042048
  • DOI: 10.1088/1742-6596/507/1/012045
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] スタブ装荷ヘアピン共振器を用いた超伝導デュアルバンド帯域通過フィルタの設計 (2014)
  • 著者名/発表者名: 杉山俊輔，齊藤 敦，大嶋重利，關谷尚人
  • 雑誌名: 低温工学学会誌 巻: 49 ページ: 534-540
  • DOI: 10.2221/jcsj.49.534
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 超伝導バルク共振器を用いた 100 Wクラス送信用フィルタの開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 鶴井椋太、齊藤 敦、加藤知己、齋藤大暉、手嶋英一、大嶋重利
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 2015-03-15 – 2015-03-15
• [学会発表] 超伝導単結晶バルク共振器を用いた100W級送信用フィルタの開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 鶴井椋太、齊藤 敦、加藤知己、齋藤大暉、手嶋英一、大嶋重利
  • 学会等名: 超伝導エレクトロニクス研究会
  • 発表場所: 機械振興会館地下3F会議室
  • 年月日: 2015-01-14 – 2015-01-14
• [学会発表] 超伝導CQフィルタを用いたデュプレクサの設計と評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 黒田晃弘、齊藤 敦、大嶋重利
  • 学会等名: 超伝導エレクトロニクス研究会
  • 発表場所: 機械振興会館地下3F会議室
  • 年月日: 2014-04-17 – 2014-04-17
• [備考] 山形大学大嶋・齊藤研究室
  • URL: http://www.ohshima-lab.yz.yamagata-u.ac.jp/