DE60311476T2

DE60311476T2 - Signalschaltvorrichtung

Info

Publication number: DE60311476T2
Application number: DE60311476T
Authority: DE
Inventors: Kunihiro Kawai; Diasuke Koizumi; Kei Satoh; Shoichi Narahashi; Tetsuo Hirota
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2002-11-07
Filing date: 2003-11-06
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2023-11-07
Also published as: EP1533862B1; US20040097379A1; DE60311476D1; CN1262128C; US7307045B2; EP1533862A1; EP1418639A2; DE60310853T2; EP1418639B1; CN1499858A; DE60310853D1; US20070230450A1; EP1418639A3; US7774034B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Hochfrequenzschaltung, insbesondere eine Signalschaltvorrichtung, die einen Übertragungsweg schaltet, zu dem ein Eingangssignal läuft.
2. Beschreibung des Standes der Technik
In Funkbasisstationen, Transpondern oder anderen Kommunikationsgeräten, die in Mobilfunkkommunikationen oder Satellitenkommunikationen verwendet werden, werden Signalschaltvorrichtungen zum richtigen Schalten von Übertragungswegen von Eingangssignalen benutzt. Eine solche Signalschaltvorrichtung empfängt Hochfrequenzsignale von einer Eingangsschaltung, wählt einen gewünschten Übertragungsweg aus einer Anzahl zur Verfügung stehender Übertragungswege aus und gibt die Signale durch den ausgewählten Übertragungsweg aus.
Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 9-275302 offenbart einen Mikrowellenschalter, in dem jeder einer Anzahl von mit einem Schaltabschnitt verbundener Mikrostreifenpfade einen Teil aus einem supraleitenden Oxidmaterial hat, und ein Gleichstromelement ist zwischen dem Schaltabschnitt und dem supraleitenden Oxidabschnitt vorgesehen, um den supraleitenden Oxidteil von einem supraleitenden Zustand zu einem nicht-supraleitenden Zustand (z.B. einem normal leitenden Zustand) oder umgekehrt zu ändern. Aufgrund einer solchen Konstruktion ist ein Austritt der Mikrowelle zu den nicht ausgewählten Pfaden reduziert, was die Isolationseigenschaft des Mikrowellenschalters verbessert.
Wenn jedoch die obige Technik benutzt wird, um die Isolationseigenschaft zu verbessern, werden eine Verschlechterung von in den gewünschten Übertragungsweg eintretenden Signalen und ein Pegelverlust der Signale nicht immer verringert. In manchen Fällen werden, selbst wenn der Austritt von den Eingangssignalen zu den nicht ausgewählten Übertragungswegen (speziell spätere Stufen der Pfade) Null ist, die in den ausgewählten Übertragungsweg eindringenden Signale wegen der Länge des Übertragungsweges oder aus anderen Gründe im Vergleich zu den Eingangssignalen stark verschlechtert. Deshalb sollte für eine gute Qualität des Signalschaltens nicht nur die Isolationseigenschaft, sondern auch die Signalverschlechterung berücksichtigt werden. Der Stand der Technik kann diese Anforderung nicht erfüllen.
In der obigen Signalschaltvorrichtung ist ein Schaltelement, beispielsweise ein mechanischer Schalter oder ein Halbleiterschalter, am Ausgang jedes Übertragungsweges, d.h. jedem Ausgang der Schaltvorrichtung vorgesehen. Diese Elemente dienen auch dazu, das Eindringen von Signalen in die Schaltungen der späteren Stufe zu verhindern, um so die Isolationseigenschaft zu verbessern. Die Zuverlässigkeit eines mechanischen Schalters nimmt jedoch wegen seines Schaltmechanismus ab. Obwohl das Problem in Bezug auf den mechanischen Schalter durch Verwenden eines Halbleiterschalters vermeidbar ist, ist die Isolationseigenschaft eines Halbleiterschalters nicht so gut wie jene des mechanischen Schalters. Außerdem muss die Zuverlässigkeit des Betriebs des Halbleiterschalters selbst berücksichtigt werden. Weiter müssen beim Verwenden der obigen Schalter geeignete Signale zum Steuern ihrer Schaltvorgänge erzeugt werden, und es müssen Vorrichtungen konstruiert werden, welche zu Schaltvorgängen entsprechend den Steuersignalen in der Lage sind, was eine Signalschaltvorrichtung kompliziert macht.
Zum Hintergrund offenbart das US-Patent 5,116,807 einen Phasenschieber, der ein Signal in zwei parallele Pfade teilt, die jeweils supraleitende Schalter in der Form von Stichleitungen haben.
Die Erfindung sieht eine Signalschaltvorrichtung vor, wie sie in Anspruch 1 definiert ist.
Die vorliegende Erfindung kann Signale mit weniger Signalverlust übertragen lassen, während eine gute Isolationseigenschaft beibehalten wird. Dies kann erfolgen, ohne mit einem Schaltelement, wie beispielsweise einem mechanischen Schalter oder einem Halbleiterschalter, verbunden zu werden.
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Länge des zweiten Abschnitts so eingestellt, dass eine Eingangsimpedanz vom zweiten Übertragungsweg zum zweiten Abschnitt ausreichend klein ist, wenn der zweite Abschnitt in einem supraleitenden Zustand ist. Zum Beispiel ist die Länge des zweiten Abschnitts gleich einer halben Wellenlänge des Eingangssignals oder einem Vielfachen der halben Wellenlänge des Signals. Alternativ ist die Länge des zweiten Abschnitts gleich einem Viertel einer Wellenlänge des Signals oder einem ungeradzahligen Vielfachen eines Viertels der Wellenlänge des Signals.
Die Signalschaltvorrichtung kann ferner eine Auswahleinheit zum Auswählen des gewünschten Übertragungsweges aufweisen. Zum Beispiel wählt die Auswahleinheit den ersten Übertragungsweg oder den zweiten Übertragungsweg als den gewünschten Übertragungsweg durch Verändern von Leitungszuständen des supraleitenden Materials des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts aus.
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Signalschaltvorrichtung ferner eine dritte Einheit variabler Impedanz, die zu einem dritten Übertragungsweg in Reihe geschaltet ist, und eine vierte Einheit variabler Impedanz, die an dem dritten Übertragungsweg parallel zu einer Signalleitung des dritten Übertragungsweges vorgesehen ist, aufweisen. Die dritte Einheit variabler Impedanz enthält einen dritten Abschnitt, der aus einem supraleitenden Material gebildet ist, und die vierte Einheit variabler Impedanz enthält einen vierten Abschnitt, der aus einem supraleitenden Material gebildet ist. Eine Querschnittsfläche des vierten Abschnitts ist kleiner als die Querschnittsfläche der Signalleitung des dritten Übertragungsweges, und die Länge der Signalleitung des dritten Übertragungsweges ist in einer solchen Weise bestimmt, dass eine Eingangsimpedanz des dritten Übertragungsweges ausreichend groß ist, wenn der vierte Abschnitt in einem supraleitenden Zustand ist.
Vorzugsweise ist, wenn der vierte Abschnitt in einem supraleitenden Zustand ist, die Länge des vierten Abschnitts so eingestellt, dass eine Eingangsimpedanz vom dritten Übertragungsweg zum vierten Abschnitt ausreichend klein ist. Zum Beispiel ist ein Ende des vierten Abschnitts mit dem dritten Übertragungsweg verbunden, und ein anderes Ende des vierten Abschnitts ist geerdet, und die Länge des vierten Abschnitts ist gleich einer halben Wellenlänge des Signals oder einem Vielfachen der halben Wellenlänge des Signals. Alternativ ist ein Ende des vierten Abschnitts mit dem dritten Übertragungsweg verbunden, und ein anderes Ende des vierten Abschnitts ist offen, und die Länge des vierten Abschnitts ist gleich einem Viertel einer Wellenlänge des Signals oder einem ungeradzahligen Vielfachen eines Viertels der Wellenlänge des Signals.
Die Signalschaltvorrichtung kann weiter eine Auswahleinheit aufweisen, um durch Verändern von Leitungszuständen der supraleitenden Materialien des ersten Abschnitts, des zweiten Abschnitts, des dritten Abschnitts und des vierten Abschnitts den gewünschten Übertragungsweg zum Beispiel aus dem ersten, dem zweiten und dem dritten Übertragungsweg auszuwählen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es durch paralleles Vorsehen eines aus einem supraleitenden Material gebildeten zweiten Abschnitts auf dem zweiten Übertragungsweg möglich, eine Signalübertragung auf die nachfolgenden Schaltungen, die mit dem zweiten Übertragungsweg verbunden sind, in geeigneter Weise ohne Verwendung von mechanischen Schaltern oder Halbleiterschaltern zu steuern.
Wegen des zum ersten Übertragungsweg in Reihe geschalteten ersten Abschnitts und des parallel zum zweiten Übertragungsweg geschalteten zweiten Abschnitts befinden sich beim Schalten der Eingangssignale auf den ersten Übertragungsweg der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt beide in den supraleitenden Zuständen. Weil die Länge des zweiten Übertragungsweges so bestimmt ist, dass die Eingangsimpedanz zum zweiten Übertragungsweg ausreichend groß ist, laufen die Eingangssignale zum ersten Übertragungsweg, wobei nur wenige Signale zum zweiten Übertragungsweg abgezweigt werden.
Beim Schalten der Eingangssignale auf den zweiten Übertragungsweg sind der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt beide im supraleitenden Zustand. Deshalb ist die Impedanz des ersten Übertragungsweges sehr groß, und die Eingangssignale laufen zum zweiten Übertragungsweg, wobei nur wenige Signale zum ersten Übertragungsweg abgezweigt werden. Ferner ist, weil der Querschnitt des zum zweiten Über tragungsweg parallel geschalteten zweiten Abschnitts sehr groß ist, die Impedanz zum zweiten Abschnitt sehr groß, weshalb die im zweiten Übertragungsweg laufenden Signale weiter zu den mit dem zweiten Übertragungsweg verbundenen Schaltungen laufen, wobei nur wenige Signale durch den zweiten Abschnitt abgezweigt werden. Folglich kann eine gute Isolationseigenschaft erzielt werden, und ein in irgendeinem Übertragungsweg auftretender Signalverlust kann effektiv reduziert werden.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine Draufsicht einer Signalschaltvorrichtung;
1B ist eine Querschnittsseitenansicht der in 1A dargestellten Signalschaltvorrichtung;
2 zeigt ein Smith-Diagramm, das eine Veränderung der Eingangimpedanz darstellt;
3 zeigt Diagramme, die Simulationsergebnisse von Signalübertragungsfaktoren (Signalverlust) darstellen;
4A ist eine Draufsicht einer Signalschaltvorrichtung als ein zweites Beispiel;
4B ist eine Querschnittsseitenansicht der in 4A dargestellten Signalschaltvorrichtung;
5A und 5B sind eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsseitenansicht einer Signalschaltvorrichtung als eine Modifikation der in 4A und 4B gezeigten Signalschaltvorrichtung;
6A ist eine Draufsicht einer Signalschaltvorrichtung als ein drittes Beispiel;
6B ist eine Querschnittsseitenansicht der in 6A dargestellten Signalschaltvorrichtung;
7 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Modifikation der in 6A dargestellten Signalschaltvorrichtung;
8A und 8B sind eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsseitenansicht einer Signalschaltvorrichtung als eine Modifikation der in 6A und 6B dargestellten Signalschaltvorrichtung;
9 ist eine Draufsicht einer Signalschaltvorrichtung als ein viertes Beispiel;
10A ist eine Draufsicht einer Signalschaltvorrichtung als ein fünftes Beispiel;
10B ist eine Querschnittsseitenansicht der Signalschaltvorrichtung in 10A;
11 ist eine Draufsicht einer Signalschaltvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
12 ist eine Querschnittsseitenansicht der Signalschaltvorrichtung entlang der Linie AA in 11;
13 ist eine Querschnittsseitenansicht der Signalschaltvorrichtung entlang der Linie BB in 11;
14 zeigt ein Smith-Diagramm, das eine Veränderung der Eingangsimpedanz darstellt;
15 ist eine schematische Darstellung eines Gesamtaufbaus der Signalschaltvorrichtung, wie sie in 1 dargestellt ist;
16 ist eine Draufsicht einer Signalschaltvorrichtung als eine Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
17 ist eine Querschnittsseitenansicht der Signalschaltvorrichtung entlang der Linie AA in 16;
18 ist eine Querschnittsseitenansicht der Signalschaltvorrichtung entlang der Linie BB in 16;
19 ist eine Draufsicht einer Signalschaltvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
20 ist eine Querschnittsseitenansicht der Signalschaltvorrichtung entlang der Linie AA in 19;
21 ist eine Querschnittsseitenansicht der Signalschaltvorrichtung entlang der Linie BB in 19;
22 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Modifikation der Signalschaltvorrichtung in 19;
23 ist eine Draufsicht einer Signalschaltvorrichtung als eine Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
24 ist eine Querschnittsseitenansicht der Signalschaltvorrichtung entlang der Linie AA in 23;
25 ist eine Querschnittsseitenansicht der Signalschaltvorrichtung entlang der Linie BB in 23;
26 ist eine Draufsicht einer Signalschaltvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
27 ist eine Draufsicht einer Signalschaltvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
28 ist eine Draufsicht eines Teils einer Signalschaltvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
29 ist eine Draufsicht eines Teils einer Signalschaltvorrichtung als eine Modifikation des fünften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Es werden nun bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert.
Zuerst werden fünf Beispiele außerhalb des Schutzumfangs der Erfindung unter Bezug auf 1 bis 10 zum Hintergrund und zum besseren Verständnis der Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
(Erstes Beispiel)
1A ist eine Draufsicht einer Signalschaltvorrichtung 3100, und 1B ist eine Querschnittsseitenansicht der in 1A dargestellten Signalschaltvorrichtung 3100.
Die Signalschaltvorrichtung 3100 enthält einen Schaltabschnitt 3102, der Hochfrequenz-Eingangssignale auf einen ersten Übertragungsweg oder einen zweiten Übertragungsweg schaltet, wie nachfolgend beschrieben, einen ersten Übertragungsabschnitt 3104, der mit dem Schaltabschnitt 3102 verbunden ist und den ersten Übertragungsweg bildet, einen Reihenübertragungsabschnitt 3106, der mit dem ersten Übertragungsabschnitt 3104 verbunden ist, einen zweiten Übertragungsabschnitt 3108, der mit dem Schaltabschnitt 3102 verbunden ist und den zweiten Übertragungsweg bildet, und einen Schalter 3110, der mit dem zweiten Übertragungsabschnitt 3108 verbunden ist. Diese Übertragungsabschnitte sind durch einen koplanaren Hohlleiter gebildet. Streifenleiter 3112 und 3114 sind in den Zentren des ersten Übertragungsabschnitts 3104 und des Reihenübertragungsabschnitts 3106 vorgesehen, und Masseleiter 3116, 3118, 3120, 3122 und 3124 sind auf den zwei Seiten der und in Abständen von den Streifenleitern 3112 und 3114 vorgesehen.
Der Reihenübertragungsabschnitt 3106 ist aus einem supraleitenden Material gemacht; der Schaltabschnitt 3102, der erste Übertragungsabschnitt 3104 und der zweite Übertragungsabschnitt 3108 sind aus normal leitenden Materialien gemacht. Wie in 1B dargestellt, ist die in 1A dargestellte Struktur auf einem dielektrischen Material 3126 gebildet.
Der Reihenübertragungsabschnitt 3106, der aus einem supraleitenden Material gemacht ist, hat bei einer Temperatur höher als eine kritische Temperatur (z.B. 70K) einen hohen elektrischen Widerstand und nimmt einen supraleitenden Zustand mit einem extrem niedrigen elektrischen Widerstand an, wenn er auf eine Temperatur niedriger als die kritische Temperatur gekühlt wird. Das für den Reihenübertragungsabschnitt 3106 verwendete supraleitende Material wird unter Berücksichtigung der kritischen Temperatur, des spezifischen elektrischen Widerstandes im nicht-supraleitenden Zustand und der Längen der oben genannten Abschnitte ausgewählt. Insbesondere kann das supraleitende Material ein Metall, ein Metalloxid oder eine Keramik aufweisen und kann NB-Ti, Nb₃Sn, V₃Ga, YBCO (Yttriumbariumkupferoxid), RE-BCO (RE-Bariumkupferoxid), BSCCO (Wismutstrontiumkalziumkupferoxid), BPSCCO (Wismutbleistrontiumkalziumkupferoxid), HBCCO (Quecksilberbariumkalziumkupferoxid) oder TBCCO (Thalliumbariumkalziumkupferoxid) enthalten. Hierbei stellt RE ein Element aus La (Lanthan), Nd (Neodym), Sm (Samarium), Eu (Europium), Gd (Gadolinium), Dy (Dysprosium), Er (Erbium), Tm (Thulium), Yb (Ytterbium) oder Lu (Lutetium) dar.
Obwohl in 1A nicht dargestellt, ist eine Schaltung mit dem Ausgang der Reihenübertragungsschaltung 3106 verbunden und ist passend zum Reihenübertragungsabschnitt 3106 eingestellt, wenn sich der Reihenübertragungsabschnitt 3106 im supraleitenden Zustand befindet; analog ist eine Schaltung mit dem Schalter 3110 verbunden, die passend zum Schalter 3110 eingestellt ist, wenn der Schalter 3110 eingeschaltet ist.
Damit die Eingangsimpedanz Z_XO1 von einem Verzweigungspunkt X des ersten Übertragungsweges und des zweiten Übertragungsweges zum ersten Übertragungsweg zum Kennwiderstand des ersten Übertragungsabschnitts 3104 passt, wenn sich der Reihenübertragungsabschnitt 3106 im supraleitenden Zustand befindet, werden die Längen und Breiten des ersten Übertragungsabschnitts 3104 und des zweiten Übertragungsabschnitts 3106, die Elektrizitätskonstante und die Dicke des dielektrischen Materials 3126 und die Größen der Spalte zwischen dem ersten Übertragungsabschnitt 3104 und dem Reihenübertragungsabschnitt 3106 zu den Masseleitern 3116, 3118, 3120, 3122 und 3124 eingestellt.
In einem Abschnitt einer Länge L2 am Eingangsende des Reihenübertragungsabschnitts 3106 beträgt die Breite des Streifenleiters 3114 W1, viel weniger als die Breite W2 des Streifenleiters 3114 am Ausgangsende. Wie nachfolgend beschrieben, liegt der Zweck, das Eingangsende des Streifenleiters 3114 dünner zu machen, in der Erhöhung des elektrischen Widerstands des Streifenleiters 3114, wenn der Reihenübertragungsabschnitt 3106 im nicht-supraleitenden Zustand ist. Im vorliegenden Beispiel hat der Streifenleiter 3114 eine Form eines Konus, dessen Breite sich von einem kleinen Wert W1 zu einem großen Wert W2 fortlaufend verändert. Die vorliegende Erfindung ist nicht hierauf beschränkt, und es kann jede andere Form verwendet werden. Zum Beispiel kann der Streifenleiter 3114 eine stufenweise Form haben. Aber beim Verändern der Breite des Streifenleiters 3114 ist es notwendig, den Kennwiderstand des Übertragungsweges unverändert zu lassen. Wenn ein koplanarer Hohlleiter verwendet wird, ist es notwendig, die Breite des Streifenleiters 3114 und die Größen der Spalte richtig einzustellen. Das heißt, jeder Spalt wird so eingestellt, dass er in Zusammenhang mit der Breite des Streifenleiters 3114 weit oder eng ist, um den Kennwiderstand des ersten Übertragungsweges konstant zu halten. Deshalb ist, wie in 1 dargestellt, der Spalt im Bereich einschließlich des dünneren Teils des Streifenleiters 3114 enger als jener des dickeren Teils des Streifenleiters 3114.
Die Längen L1, L2 und L3 der Übertragungswege können auf die passendsten Werte eingestellt werden, zum Beispiel im Bereich von 0,1 bis einige mm. Die Breiten der Übertragungswege können ebenfalls verschiedene Werte annehmen, zum Beispiel kann W1 auf 3 μm gesetzt werden, und W2 kann auf 10 μm gesetzt werden.
Es wird nun die Funktionsweise der Schaltvorrichtung 3100 erläutert. Zuerst wird gezeigt, wie dem Schaltabschnitt 3102 eingegebene Hochfrequenzsignale auf den zweiten Übertragungsweg geschaltet werden. In diesem Fall wird der Schalter 3110 eingeschaltet und der Reihenübertragungsabschnitt 3106 wird in den nicht-supraleitenden Zustand gesetzt. Wenn der Schalter 3110 eingeschaltet ist, passt der zweite Übertragungsabschnitt 3108, der den zweiten Übertragungsweg bildet, zum Schalter 3110 und den damit verbundenen Schaltungen.
Dagegen passt im ersten Übertragungsweg der erste Übertragungsabschnitt 3104 nicht zum Reihenübertragungsabschnitt 3106, der sich im nicht-supraleitenden Zustand befindet. Falls die Eingangsimpedanz Z_XO1 vom Verzweigungspunkt X des ersten Übertragungsweges und des zweiten Übertragungsweges zum ersten Übertragungsweg sehr groß ist (idealerweise unendlich), laufen die Eingangssignale zum zweiten Übertragungsweg mit einem geringen Signalverlust. Im vorliegenden Beispiel ist die Übertragungsweglänge L1 so eingestellt, dass die Eingangsimpedanz Z_XO1 größer als ein ausreichend großer Wert ist.
Als nächstes wird unter Bezug auf das Smith-Diagramm in 2 beschrieben, wie die Übertragungsweglänge L1 einzustellen ist.
2 zeigt ein Smith-Diagramm, das eine Veränderung der Eingangsimpedanz darstellt.
Der Ursprung O des Smith-Diagramms in 2 entspricht dem Kennwiderstand des ersten Übertragungsweges. Zuerst passen, wenn der Reihenübertragungsabschnitt 3106 im supraleitenden Zustand ist, wie oben beschrieben, der erste Übertragungsabschnitt 3104 und der Reihenübertragungsabschnitt 3106 zueinander, und die Eingangsimpedanz Z_XO1 des ersten Übertragungsweges ist gleich dem Kennwiderstand. Daher liegt im Smith-Diagramm die Eingangsimpedanz Z_XO1 am Ursprung O oder an einem Punkt Q nahe dem Ursprung O, und auch die Eingangsimpedanz Z_O1 des Reihenübertragungsabschnitts 3106. Wenn dann der Reihenübertragungsabschnitt 3106 in den nicht-supraleitenden Zustand geschaltet wird, passen, weil die Eingangsimpedanz des Reihenübertragungsabschnitts 3106 sich vom Kennwider stand unterscheidet, der erste Übertragungsabschnitt 3104 und der Reihenübertragungsabschnitt 3106 (sowie die folgenden Schaltungen) nicht zueinander. In diesem Fall liegt die Eingangsimpedanz zum Beispiel an einem Punkt R in einem Abstand vom Ursprung O.
Daher bewegt sich der Punkt R, wenn die Länge L1 des ersten Übertragungsabschnitts 3104 geändert wird, entlang eines Kreises I im Smith-Diagramm. Falls die Länge L1 des ersten Übertragungsabschnitts von 0 auf eine halbe Wellenlänge des Eingangssignals verändert wird, bildet die entsprechende Ortskurve im Smith-Diagramm den Kreis I. Dann bewegt sich, selbst wenn die Länge L1 noch größer wird, der entsprechende Punkt im Smith-Diagramm nur entlang des Kreises I. Im Smith-Diagramm stellt der Punkt P am rechten Ende der waagerechten Geraden K durch den Ursprung O eine unendliche Impedanz dar, und der Punkt T am linken Ende der Geraden Q stellt eine Impedanz von 0 dar. Folglich ist es zum Erhöhen der Eingangsimpedanz Z_XO1 ausreichend, die Länge L1 einzustellen, um den die Impedanz Z darstellenden Punkt zum Kreuzungspunkt R' des Kreises I und der Geraden K zu bewegen. Hierdurch kann die Impedanz Z_XO1 den Punkt P (Unendlichkeit) so nahe wie möglich erreichen.
Im vorliegenden Beispiel ist der Teil des Reihenübertragungsabschnitts 3106 mit einer Länge L2 so ausgebildet, dass er eine Pfadbreite W1 am Eingangsende viel kleiner als die Pfadbreite W2 am Ausgangsende besitzt. Deshalb hat der Reihenübertragungsabschnitt 3106 im nicht-supraleitenden Zustand im Vergleich zu einem Übertragungsweg mit einer großen und konstanten Breite einen sehr großen Widerstand. Obwohl die Impedanz Z_O1 des Reihenübertragungsabschnitts 3106 im supraleitenden Zustand sehr klein ist, wird sie im nicht-supraleitenden Zustand sehr groß. Daher ändert sich die Impedanz Z_O1 beim Schalten des Reihenübertragungsabschnitts 3106 vom nicht-supraleitenden Zustand zum supraleitenden Zustand oder umgekehrt im Vergleich zu einem Übertragungsweg mit einer großen und konstanten Breite (z.B. mit einer Übertragungswegbreite im gesamten Reihenübertragungsabschnitt 3106 von W2) stark. Demgemäß entsprechen im Smith-Diagramm die Impedanzen der zwei Zustände den zwei Kreisen relativ zum Ursprung O, einer von ihnen mit einem sehr kleinen Radius (im Wesentlichen Null) und der andere mit einem sehr großen Radius, zum Beispiel der Kreis I in 2. Mit einem großen Kreis ist es möglich, die Eingangsimpedanz Z_XO1 oder Z_O1 viel näher zur Impedanz entsprechend dem Punkt P (Unendlichkeit) einzustellen.
Falls der Reihenübertragungsabschnitt 3106 eine große und konstante Breite W2 vom Eingangsende zum Ausgangsende besitzt, kann der Widerstand des Übertragungsweges, selbst wenn er im nicht-supraleitenden Zustand groß ist, nicht stark verändert werden, weil es keinen dünnen Abschnitt gibt. Als Ergebnis ist die Amplitude der Änderung der Impedanz Z_O1 zwischen dem nicht-supraleitenden Zustand und dem supraleitenden Zustand klein, und im nicht-supraleitenden Zustand ist die Impedanz Z_O1 zum Beispiel am Punkt S auf einem Kreis J mit einem relativ kleinen Radius. Selbst in diesem Fall kann man zum Erhöhen der Eingangsimpedanz so viel wie möglich die Übertragungsweglänge einstellen, um den die Impedanz darstellenden Punkt zum Kreuzungspunkt S' des Kreises J und der Geraden K zu bewegen.
Im Smith-Diagramm entspricht der Radius eines Kreises (der Abstand vom Ursprung) dem Reflexionsvermögen. Die Eingangsimpedanz unter den passenden Umständen (Kennwiderstand) liegt am Ursprung O. Dies impliziert, dass das Reflexionsvermögen des ersten Übertragungsweges Null ist, und Signale laufen ohne jede Reflexion. Im Gegensatz dazu werden, falls das Reflexionsvermögen 1 ist, die Signale totalreflektiert und laufen überhaupt nicht im ersten Übertragungsabschnitt 3104. Wenn das Reflexionsvermögen geringer wird, wird die Menge der zum ersten Übertragungsweg laufenden Signale entsprechend größer, d.h. die Menge der zum zweiten Übertragungsweg laufenden Signale wird kleiner. Deshalb ist es notwendig, das Reflexionsvermögen zu erhöhen, um ein Laufen der Eingangssignale zum ersten Übertragungsweg zu verhindern, wenn sich der Reihenübertragungsabschnitt 3106 im nicht-supraleitenden Zustand befindet. Im vorliegenden Beispiel ändert sich die Eingangsimpedanz Z_O1 stark, indem ein Teil des Reihenübertragungsabschnitts 3106 dünn gemacht ist. Als Ergebnis kann die Eingangsimpedanz des ersten Übertragungsweges erhöht werden (nahe einem Punkt P), und außerdem kann ein großes Reflexionsvermögen erzielt werden.
Als nächstes wird gezeigt, wie dem Schaltabschnitt 3102 eingegebene Signale zum ersten Übertragungsweg geschaltet werden. In diesem Fall ist der Schalter 3110 ausgeschaltet und der Reihenübertragungsabschnitt 3106 ist in den supraleitenden Zustand gesetzt. Wie oben beschrieben, passen der erste Übertragungsabschnitt 3104 und der supraleitende Reihenübertragungsabschnitt 3106 zueinander, und die Signale vom Schaltabschnitt 3102 zum ersten Übertragungsweg können gut zu den Schaltungen späterer Stufen übertragen werden. Andererseits passen der zweite Übertragungsabschnitt 3108 und der Schalter 3110 nicht zueinander. In diesem Fall ist die Länge L3 des zweiten Übertragungsabschnitts 3108 so eingestellt, dass die Eingangsimpedanz Z_XO2 aus Sicht des Verzweigungspunktes X des ersten Übertragungsweges und des zweiten Übertragungsweges zum Verbindungsknoten O2 sehr groß wird (im Wesentlichen unendlich). Falls die Impedanz ausreichend groß ist, wenn der Schalter 3110 ausgeschaltet ist, kann der Abstand vom Verzweigungspunkt X des ersten Übertragungsweges und des zweiten Übertragungsweges zum Schalter 3100 im Wesentlichen auf Null gesetzt werden. Weil die Eingangsimpedanz Z_XO2 des zweiten Übertragungsweges viel größer als jene des ersten Übertragungsweges ist, laufen Signale im Wesentlichen nicht zum zweiten Übertragungsweg, sondern mit geringem Signalverlust zum ersten Übertragungsweg. Folglich ist eine Schaltvorrichtung mit einem geringen Signalverlust und einer guten Isolationsqualität erzielbar.
3 zeigt Diagramme, die Simulationsergebnisse von Signalübertragungsfaktoren (Signalverlust) darstellen, wenn die Eingangssignale dem zweiten Übertragungsweg übertragen werden. In 3 stellt die Abszisse die Frequenz der Eingangssignale mit Frequenzen in einem bestimmten Bereich dar, und die Ordinate stellt den Übertragungsfaktor des zweiten Übertragungsweges dar. Auf der Ordinatenskala zeigt „0 dB" an, dass es keinen Signalverlust gibt, und „-3 dB" gibt an, dass etwa die Hälfte des Eingangssignals verloren geht. In 3 entspricht das Diagramm 3302 auf der oberen Seite der Signalschaltvorrichtung 3100 einschließlich eines dünnen Abschnitts am Eingangsende des Reihenübertragungsabschnitts 3106. Wie durch das Diagramm 3302 gezeigt, gibt es beinahe keinen Signalverlust, selbst wenn sich die Frequenz in einem ziemlich weiten Bereich ändert. Dagegen entspricht das Diagramm 3304 auf der unteren Seite einer Signalschaltvorrichtung ohne den langen und dünnen Abschnitt am Eingangsende des Reihenübertragungsabschnitts, er hat zum Beispiel eine konstante Breite. Wie durch das Diagramm 3304 dargestellt, gibt es einen höheren Signalverlust als im Diagramm 3302.
(Zweites Beispiel)
4A ist eine Draufsicht einer Signalschaltvorrichtung 3400 und ein zweites Beispiel, und 4B ist eine Querschnittsseitenansicht der in 4A dargestellten Signalschaltvorrichtung.
Analog der oben beschriebenen Signalschaltvorrichtung 3100 enthält die Signalschaltvorrichtung 3400 einen Schaltabschnitt 3402, der Hochfrequenz-Eingangssignale zu einem ersten Übertragungsweg oder einem zweiten Übertragungsweg schaltet, einen ersten Übertragungsabschnitt 3404, der mit dem Schaltabschnitt 3402 verbunden ist und den ersten Übertragungsweg bildet, einen Reihenübertragungsabschnitt 3406, der mit dem ersten Übertragungsabschnitt 3404 verbunden ist, einen zweiten Übertragungsabschnitt 3408, der mit dem Schaltabschnitt 3402 verbunden ist und den zweiten Übertragungsweg bildet, und einen Schalter 3410, der mit dem zweiten Übertragungsabschnitt 3408 verbunden ist. Diese Übertragungsabschnitte sind durch einen koplanaren Hohlleiter gebildet. Streifenleiter 3412 und 3414 sind in den Zentren des ersten Übertragungsabschnitts 3404 und des Reihenübertragungsabschnitts 3406 vorgesehen, und Masseleiter 3416, 3418, 3420, 3422 und 3424 sind auf den zwei Seiten der Streifenleiter 3412 und 3414 und in Abständen von diesen vorgesehen.
Der Reihenübertragungsabschnitt 3406 ist aus einem supraleitenden Material gemacht; der Schaltabschnitt 3402, der erste Übertragungsabschnitt 3404 und der zweite Übertragungsabschnitt 3408 sind aus normal leitenden Materialien gemacht. Wie in 4B dargestellt, ist die in 4A dargestellte Konstruktion auf einem dielektrischen Material 3426 gebildet. Die gleichen supraleitenden Materialien wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben können für den Reihenübertragungsabschnitt 3406 benutzt werden.
Im vorliegenden Beispiel ist, wie in 4A dargestellt, der Streifenleiter 3414 im Reihenübertragungsabschnitt 3406 in einer solchen Weise gebildet, dass die Breite am Eingangsende gleich jener am Ausgangsende ist (angegeben durch W2), während die Dicke t1 des Streifenleiters 3414 in einem Abschnitt einer Länge L2 am Eingangsende des Reihenübertragungsabschnitts 3406 kleiner als jene am Ausgangsende (t2) ist.
Wenn sich der Reihenübertragungsabschnitt 3406 im supraleitenden Zustand befindet, sind die Dicke t1, die Dielektrizitätskonstante und die Dicke des dielektrischen Materials 3426 sowie die Größen der Spalte zwischen dem ersten Übertragungsabschnitt 3404 und dem Reihenübertragungsabschnitt 3406 zu den Masseleitern so eingestellt, dass der Kennwiderstand des ersten Übertragungsabschnitts 3404 zu jenem des Reihenübertragungsabschnitts 3406 passt.
Im vorliegenden Beispiel ist durch Vorsehen eines dünnen Abschnitts im Reihenübertragungsabschnitt 3406 der elektrische Widerstand des Reihenübertragungsabschnitts 3406 im nicht-supraleitenden Zustand im Vergleich zu dem Fall, in dem der Streifenleiter 3414 eine große und konstante Dicke besitzt, groß.
Wie zuvor beschrieben, kann zum Erzielen einer großen Veränderung der Eingangsimpedanz Z_OX1 beim Schalten des Reihenübertragungsabschnitts 3406 vom nichtsupraleitenden Zustand in den supraleitenden Zustand oder umgekehrt der Abschnitt einer Länge L2 des Streifenleiters 3414 so ausgebildet sein, dass er eine kleinere Breite, aber eine konstante Dicke besitzt, wie in 1A dargestellt. Alternativ kann, wie in 4A dargestellt, der Abschnitt einer Länge L2 des Streifenleiters 3414 so ausgebildet sein, dass er eine geringe Dicke, aber eine konstante Breite besitzt.
Außerdem können die Strukturen in 1A und 4A kombiniert werden, wie nachfolgend beschrieben.
5A und 5B sind eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsseitenansicht einer Signalschaltvorrichtung 3400b als eine Modifikation der in 4A und 4B gezeigten Signalschaltvorrichtung. In 5A und 5B sind die gleichen Ziffern den gleichen Elementen wie in 1A, 1B, 4A und 4B zugeordnet.
Wie in 5A und 5B dargestellt, erhält man den Streifenleiter 3414b durch Kombinieren der Strukturen in 1A und 4A, und der Abschnitt der Länge L2 hat sowohl eine kleine Breite als auch eine kleine Dicke. Auf eine detailliertere Erläuterung wird verzichtet.
Mit der Signalschaltvorrichtung 3400b ist es möglich, den elektrischen Widerstand des Reihenübertragungsabschnitts im nicht-supraleitenden Zustand weiter zu erhöhen.
In jedem Fall hat ein Abschnitt einer bestimmten Länge des Reihenübertragungsabschnitts einen kleineren Querschnitt als das Ausgangsende des Übertragungsweges und dadurch kann der elektrische Widerstand des Übertragungsabschnitts im nicht-supraleitenden Zustand groß gemacht werden.
Im Stand der Technik muss beim Verbinden einer Schaltung mit einer anderen Pfadbreite mit zum Beispiel dem Reihenübertragungsabschnitt 3406 üblicherweise ein Verbindungselement zwischen diesen verwendet werden, um einen guten Verbindungszustand aufrechtzuerhalten, um so ein Signalverlust am Punkt der Pfadbreitendiskontinuität zu verringern. Gemäß den vorliegenden Beispielen ist ein solches Verbindungselement nicht notwendig, indem die Pfadbreite des Reihenübertragungsabschnitts konstant gemacht ist; die Größe der Vorrichtung kann um die Größe des Verbindungselements reduziert werden, und dies verringert wiederum die Kosten der Vorrichtung.
In 4A und 4B sind die Pfadlängen L1, L2 und L3 in der gleichen Weise wie im vorherigen Beispiel eingestellt; die Funktionsweise der Schaltvorrichtung 3400 ist gleich jener der Schaltvorrichtung 3100 im ersten Beispiel.
(Drittes Beispiel)
6A ist eine Draufsicht einer Signalschaltvorrichtung 3500 als ein drittes Beispiel, und 6B ist eine Querschnittsseitenansicht der in 6A dargestellten Signalschaltvorrichtung 3500.
Die Signalschaltvorrichtung 3500 enthält einen Schaltabschnitt 3502, der Hochfrequenz-Eingangssignale zu einem ersten Übertragungsweg oder einem zweiten Übertragungsweg schaltet, einen ersten Übertragungsabschnitt 3504, der mit dem Schaltabschnitt 3502 verbunden ist und den ersten Übertragungsweg bildet, einen Reihenübertragungsabschnitt 3506, der mit dem ersten Übertragungsabschnitt 3504 verbunden ist, einen zweiten Übertragungsabschnitt 3508, der mit dem Schaltabschnitt 3502 verbunden ist und den zweiten Übertragungsweg bildet, und einen Schalter 3510, der mit dem zweiten Übertragungsabschnitt 3508 verbunden ist. Diese Übertragungsabschnitte sind durch eine Mikrostreifenleitung gebildet. Der Reihenübertragungsabschnitt 3506 ist aus einem supraleitenden Material gemacht; der Schaltabschnitt 3502, der erste Übertragungsabschnitt 3504 und der zweite Übertragungsabschnitt 3508 sind aus normal leitenden Materialien gemacht. Wie in 6B dargestellt, ist die in 6A dargestellte Struktur auf einem dielektrischen Material 3526 gebildet, und das dielektrische Material 3526 befindet sich auf einem Masseleiter 3516. Die gleichen supraleitenden Materialien wie im ersten Beispiel beschrieben können für den Reihenübertragungsabschnitt 3506 verwendet werden.
Im vorliegenden Beispiel ist der Streifenleiter 3514 im Reihenübertragungsabschnitt 3506 in einer solchen Weise gebildet, dass die Pfadbreite W1 in einem Abschnitt einer Länger L2 am Eingangsende kleiner als die Pfadbreite W2 am Ausgangsende ist, während die Dicke des Abschnitts einer Breite W1 gleich jener am Ausgangsende ist.
Der Kennwiderstand einer Mikrostreifenleitung hängt von der Breite des Übertragungsweges, der Dicke des dielektrischen Materials 3526 (d.h. dem Abstand vom Streifenleiter 3512 zum Masseleiter 3516) und der Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials 3526 ab. Um einen konstanten Kennwiderstand im Übertragungsweg durch den Reihenübertragungsabschnitt 3506 beizubehalten, selbst wenn sich seine Breite ändert, ist die Dicke t1 der dielektrischen Schicht 3526 im Abschnitt der Breite W1 kleiner als die Dicke t2 am Ausgangsende der dielektrischen Schicht 3526 ausgebildet.
7 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Modifikation der in 6A dargestellten Signalschaltvorrichtung 3500.
Wie in 7 dargestellt, kann im Abschnitt einer Länge L2, wo die Dicke des dielektrischen Materials 3526 verändert werden soll, ein dielektrisches Material 3517 mit einer anderen Dielektrizitätskonstante als das dielektrische Material 3526 verwendet werden. Hierdurch kann der Abstand vom Streifenleiter 3514 zum Masseleiter 3516 im gesamten Bereich konstant (t2) gehalten werden.
Wenn sich der Reihenübertragungsabschnitt 3506 im supraleitenden Zustand befindet, sind die Breite des Übertragungsweges, die Dielektrizitätskonstante und die Dicke des dielektrischen Materials 3526 so eingestellt, dass der Kennwiderstand des ersten Übertragungsabschnitts 3504 zum Kennwiderstand des Reihenübertragungsabschnitts 3506 passt.
Weil im vorliegenden Beispiel ein dünner Abschnitt im Reihenübertragungsabschnitt 3506 vorgesehen ist, hat der Reihenübertragungsabschnitt 3506 im nicht-supraleitenden Zustand im Vergleich zu einem Übertragungsweg mit einer großen und konstanten Breite einen sehr großen Widerstand.
Wie im Fall mit einem koplanaren Hohlleiter kann zum Erzielen einer großen Änderung der Eingangsimpedanz Z_OX1 beim Schalten des Reihenübertragungsabschnitts 3506 vom nicht-supraleitenden Zustand in den supraleitenden Zustand oder umgekehrt der Abschnitt einer Länge L2 des Streifenleiters 3514 so ausgebildet sein, dass er eine kleinere Breite, aber eine konstante Dicke besitzt, wie in 5A veranschaulicht. Alternativ kann der Abschnitt einer Länge L2 des Streifenleiters 3514 auch so ausgebildet sein, dass er eine kleinere Dicke, aber eine konstante Breite besitzt.
Außerdem können die obigen zwei Strukturen kombiniert werden, wie nachfolgend beschrieben.
8A und 8B sind eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsseitenansicht einer Signalschaltvorrichtung 3500b als eine Modifikation der in 6A und 6B dargestellten Signalschaltvorrichtung 3500. In 8A und 8B sind die gleichen Ziffern den gleichen Elementen wie in 6A und 6B zugeordnet.
Wie in 8A und 8B dargestellt, hat der Abschnitt der Länge L2 des Streifenleiters 3514b sowohl eine kleine Breite als auch eine kleine Dicke. Auf eine detailliertere Erläuterung wird verzichtet.
Mit der Signalschaltvorrichtung 3500b ist es möglich, den elektrischen Widerstand des Reihenübertragungsabschnitts im nicht-supraleitenden Zustand weiter zu erhöhen.
Die Pfadlängen L1, L2 und L3 sind in der gleichen Weise wie oben beschrieben eingestellt.
(Viertes Beispiel)
9 ist eine Draufsicht einer Signalschaltvorrichtung 3700 als ein viertes Beispiel. Anders als die vorherigen Beispiele bildet die Signalschaltvorrichtung 3700 eine Koaxialleitung.
Die Signalschaltvorrichtung 3700 enthält einen Schaltabschnitt 3702, der Hochfrequenz-Eingangssignale zu einem ersten Übertragungsweg oder einem zweiten Übertragungsweg schaltet, einen ersten Übertragungsabschnitt 3704, der mit dem Schaltabschnitt 3702 verbunden ist und den ersten Übertragungsweg bildet, einen Reihenübertragungsabschnitt 3706, der mit dem ersten Übertragungsabschnitt 3704 verbunden ist, und einen zweiten Übertragungsabschnitt 3708, der mit dem Schaltabschnitt 3702 verbunden ist und den zweiten Übertragungsweg bildet. Der Leiter 3714 in der Mitte des Reihenübertragungsabschnitts 3706 ist aus einem supraleitenden Material gemacht, und der Schaltabschnitt 3702 und ein Leiter 3712 in der Mitte des ersten Übertragungsabschnitts 3704 sind aus normal leitenden Materialien gemacht.
Im vorliegenden Beispiel ist der Leiter 3714 im Reihenübertragungsabschnitt 3706 in einer solchen Weise gebildet, dass der Durchmesser W1 eines Abschnitts einer Länge L2 am Eingangsende kleiner als jener am Ausgangsende (W2) ist, und der Durchmesser des Kabels einschließlich des Leiters 3714 im Abschnitt einer Länge L2 ist ebenfalls kleiner als jener des Kabels am Ausgangsende gemacht.
Der Kennwiderstand eines Koaxialkabels hängt vom Durchmesser des leitenden Materials, der Dicke des dielektrischen Materials (d.h. dem Abstand vom zentralen Leiter zum Masseleiter) und der Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials ab. Deshalb ist, um einen konstanten Kennwiderstand für den Übertragungsweg durch den Reihenübertragungsabschnitt 3706 beizubehalten, selbst wenn der Durchmesser des Leiters 3714 sich ändert, die Dicke t1 des dielektrischen Materials im Abschnitt eines kleineren Durchmessers W1 kleiner als jene des dielektrischen Materials am Ausgangsende gebildet.
Wenn sich der Reihenübertragungsabschnitt 3706 im supraleitenden Zustand befindet, sind der Durchmesser des Leiters 3714, die Dielektrizitätskonstante und der Durchmesser des dielektrischen Materials so eingestellt, dass der Kennwiderstand des ersten Übertragungsabschnitts 3704 zum Kennwiderstand des Reihenübertragungsabschnitts 3706 passt.
Weil im vorliegenden Beispiel ein dünner Abschnitt im Reihenübertragungsabschnitt 3706 vorgesehen ist, hat der Reihenübertragungsabschnitt 3706 im nicht-supraleitenden Zustand im Vergleich zu einem Übertragungsweg mit einer großen und konstanten Dicke einen sehr großen Widerstand.
Analog zum koplanaren Hohlleiter und zur Mikrostreifenleitung ist es zum Erzielen einer großen Änderung der Eingangsimpedanz Z_OX1 beim Schalten vom nicht-supraleitenden Zustand zum supraleitenden Zustand oder umgekehrt bevorzugt, dass der Abschnitt der Länge L2 des Leiters 3714 mit einem kleineren Querschnitt ausgebildet ist.
Die Pfadlängen L1, L2 und L3 sind in der gleichen Weise wie in den vorherigen Beispielen eingestellt.
(Fünftes Beispiel)
In den obigen Beispielen sind die Signalschaltvorrichtungen so konstruiert, dass sie zwei Übertragungswege haben. Es ist gewiss, dass mehr als zwei Übertragungswege in einer Signalschaltvorrichtung vorgesehen sein können.
10A ist eine Draufsicht einer Signalschaltvorrichtung 3800 als ein fünftes Beispiel, und 10B ist eine Querschnittsseitenansicht der Signalschaltvorrichtung 3800 in 10A. In 10A und 10B sind die gleichen Ziffern den gleichen Elementen wie in 1A und 1B zugeordnet.
Wie in 10 dargestellt, gibt es drei Übertragungswege in der Signalschaltvorrichtung 3800.
Die Signalschaltvorrichtung 3800 enthält einen Schaltabschnitt 3102, der Hochfrequenz-Eingangssignale auf einen ersten Übertragungsweg, einen zweiten Übertragungsweg oder einen dritten Übertragungsweg schaltet, einen ersten Übertragungsabschnitt 3104, der mit dem Schaltabschnitt 3102 verbunden ist und den ersten Übertragungsweg bildet, einen Reihenübertragungsabschnitt 3106, der mit dem ersten Übertragungsabschnitt 3104 verbunden ist, einen zweiten Übertragungsabschnitt 3108, der mit dem Schaltabschnitt 3102 verbunden ist und den zweiten Übertragungsweg bildet, einen Schalter 3110, der mit dem zweiten Übertragungsabschnitt 3108 verbunden ist, einen dritten Übertragungsabschnitt 3109, der mit dem Schaltabschnitt 3102 verbunden ist und den dritten Übertragungsweg bildet, und einen Schalter 3111, der mit dem dritten Übertragungsabschnitt 3109 verbunden ist. Der Reihenübertragungsabschnitt 3106 ist aus einem supraleitenden Material gemacht; der Schaltabschnitt 3102, der erste Übertragungsabschnitt 3104, der zweite Übertragungsabschnitt 3108 und der dritte Übertragungsabschnitt 3109 sind aus normal leitenden Materialien gemacht. Wie in 10B dargestellt, ist die in 10A dargestellte Struktur auf einem dielektrischen Material 3126 gebildet.
In den dargestellten Beispielen ist der Reihenübertragungsabschnitt, der mit dem ersten Übertragungsabschnitt verbunden ist, aus einem supraleitenden Material gemacht und der Zustand des supraleitenden Materials wird zwischen dem supraleitenden Zustand und dem nicht-supraleitenden Zustand geschaltet, um den ersten Übertragungsweg als den Ausgangskanal auszuwählen oder nicht auszuwählen. Jede der im vorliegenden Beispiel beschriebenen Signalschaltvorrichtungen enthält auch eine Einheit zum Verändern der Leitungszustände der supraleitenden Materialien. Zum Beispiel ändert die Einheit den Leitungszustand des supraleitenden Materials durch direktes Erwärmen oder Kühlen des supraleitenden Materials oder durch Leiten eines Gleichstroms in das supraleitende Material und Einstellen der Größe des Stroms oder durch Anlegen eines Magnetfeldes an das supraleitende Material und Einstellen des Magnetfeldes.
Der mit dem zweiten Übertragungsweg verbundene Schalter kann so konstruiert sein, dass er als Reaktion auf den Leitungszustand des Reihenübertragungsabschnitts im ersten Übertragungsweg ein- oder ausgeschaltet wird. Zum Beispiel kann ein Temperatursensor benutzt werden, um die Veränderung der Temperatur des Reihenübertragungsabschnitts zu erfassen, um den Schalter zu steuern. Außerdem kann der Schalter ein Halbleiterschalter, der aus PIN-Dioden oder Transistoren gebildet ist, oder ein mechanischer RF-Schalter, der einen mechanischen Ein/Aus-Mechanismus verwendet, wie beispielsweise ein MIMS (Micro Electro Mechanical System) sein. Der Erstgenannte ist zu einem Hochgeschwindigkeitsschalten in der Lage, während der Letztgenannte eine gute Isolationswirkung im ausgeschalteten Zustand besitzt.
Beim Schalten der Eingangssignale auf den zweiten Übertragungsweg wird der Übertragungsabschnitt des ersten Übertragungsweges, der aus einem supraleitenden Material gebildet ist, in den nicht-supraleitenden Zustand gesetzt. Da ein bestimmter Teil des supraleitenden Abschnitts im ersten Übertragungsweg einen kleinen Querschnitt besitzt, wird der Widerstand des ersten Übertragungsweges sehr groß. Folglich kann eine gute Isolationseigenschaft erzielt werden, ferner kann ein im ersten Übertragungsweg auftretender Signalverlust beim Ausgeben des Signals durch den zweiten Übertragungsweg effektiv reduziert werden.
Die Form des Querschnitts des bestimmten Teils des supraleitenden Abschnitts kann in geeigneter Weise unter Berücksichtigung der Breite, der Dicke und des Durchmessers des Übertragungsweges eingestellt werden. Die Konstruktion der Signalschaltvorrichtung, zum Beispiel ein koplanarer Hohlleitertyp, ein Mikrostreifenleitertyp oder ein Koaxialleitungstyp, kann unter Berücksichtigung der Schaltungen oder Verbindungselemente, die mit der Signalschaltvorrichtung verbunden sind, bestimmt werden. Unter dem Gesichtspunkt des Erzielens einer großen Veränderung der Eingangsimpedanz beim Schalten zwischen dem supraleitenden Zustand und dem nicht-supraleitenden Zustand ist es bevorzugt, die/den Pfadbreite, -dicke oder -durchmesser so klein wie möglich einzustellen, um den Querschnitt des Pfades kleiner als jenen am Ausgangsende zu machen. Nichtsdestotrotz sollten die Pfadbreite, die Dicke oder der Durchmesser ausreichend groß sein, um eine gute elektrische Toleranz zum Ausbreiten der Signale zu sichern.
ERSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
11 ist eine Draufsicht einer Signalschaltvorrichtung 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 12 ist eine Querschnittsseitenansicht der Signalschaltvorrichtung 100 entlang der Linie AA in 11; und 13 ist eine Querschnittsseitenansicht der Signalschaltvorrichtung 100 entlang der Linie BB in 11.
Die Signalschaltvorrichtung 100 enthält einen Schaltabschnitt 102, der Hochfrequenz-Eingangssignale auf einen ersten Übertragungsweg oder einen zweiten Übertragungsweg schaltet, wie nachfolgend beschrieben, einen ersten Übertragungsabschnitt 104, der mit dem Schaltabschnitt 102 verbunden ist und den ersten Übertragungsweg bildet, einen Reihenübertragungsabschnitt 106, der mit dem ersten Übertragungsabschnitt 104 verbunden ist, und einen zweiten Übertragungsabschnitt 108, der mit dem Schaltabschnitt 102 verbunden ist und den zweiten Übertragungsweg bildet. Diese Übertragungsabschnitte sind aus einem koplanaren Hohlleiter gebildet. Streifenleiter 112 und 114 sind in den Zentren des ersten Übertragungsabschnitts 104 und des Reihenübertragungsabschnitts 106 vorgesehen, und Masseleiter 116, 118, 120, 122 und 124 sind auf den zwei Seiten der Streifenleiter 112 und 114 und in Abständen zu diesen vorgesehen.
Der Reihenübertragungsabschnitt 106 ist aus einem supraleitenden Material gemacht, und der Schaltabschnitt 102 und der erste Übertragungsabschnitt 104 sind aus normal leitenden Materialien gemacht. Ein Parallelübertragungsabschnitt 130 ist im zweiten Übertragungsabschnitt 108 und zwischen dem Streifenleiter 112 und dem Masseleiter 118 platziert. Der Parallelübertragungsabschnitt 130 ist aus einem supraleitenden Material mit einer Breite W4 entlang der Signalübertragungsrichtung gemacht. Mit anderen Worten ist der Parallelübertragungsabschnitt 130 parallel zu dem Streifenleiter 112 geschaltet. Dagegen ist der Streifenleiter 114 im Reihenübertragungsabschnitt 106 mit dem Streifenleiter 112 in Reihe geschaltet.
Der zweite Übertragungsabschnitt 108 ist aus einem normal leitenden Material gemacht, außer dem Parallelübertragungsabschnitt 130. Wie in 12 und 13 dargestellt, ist die in 11 dargestellte Struktur auf einem dielektrischen Material 126 gebildet.
Der Reihenübertragungsabschnitt 106 und der Parallelübertragungsabschnitt 130, die aus supraleitenden Materialien gemacht sind, haben bei Temperaturen höher als ihren kritischen Temperaturen (z.B. 70K) hohe elektrische Widerstände und nehmen einen supraleitenden Zustand mit extrem niedrigen elektrischen Widerständen an, wenn sie auf Temperaturen niedriger als ihre kritischen Temperaturen gekühlt werden. Die gleichen supraleitenden Materialien wie in Beispielen der 1–10 können zum Bilden des Reihenübertragungsabschnitts 106 und des Parallelübertragungsabschnitts 130 verwendet werden.
Obwohl nicht dargestellt in 11, ist eine Schaltung mit dem Ausgang des Reihenübertragungsabschnitts 106 verbunden und passend zum Reihenübertragungsabschnitt 106 eingestellt, wenn der Reihenübertragungsabschnitt 106 im supraleitenden Zustand ist; analog ist eine Schaltung mit dem Ausgang des zweiten Übertragungsabschnitts 108 verbunden und passend zum zweiten Übertragungsabschnitt 108 eingestellt, wenn sich der Parallelübertragungsabschnitt 130 im nichtsupraleitenden Zustand befindet.
Die Längen und Breiten des ersten Übertragungsabschnitts 104 und des zweiten Übertragungsabschnitts 106, die Dielektrizitätskonstante und die Dicke des dielektrischen Materials 126 und die Spaltengrößen zwischen dem ersten Übertragungsabschnitt 104 und dem Reihenübertragungsabschnitt 106 zu den Masseleitern 116, 118, 120, 122 und 124 sind eingestellt, damit die Eingangsimpedanz Z_XO1 von einem Verzweigungspunkt X des ersten Übertragungsweges und des zweiten Übertragungsweges zum ersten Übertragungsweg zum Kennwiderstand des ersten Übertragungsabschnitts 104 passt, wenn sich der Reihenübertragungsabschnitt 106 im supraleitenden Zustand befindet.
In einem Abschnitt einer Länge L2 am Eingangsende des Reihenübertragungsabschnitts 106 beträgt die Breite des Streifenleiters 114 W1, viel weniger als die Breite W2 des Streifenleiters 114 am Ausgangsende. Wie nachfolgend beschrieben ist der Zweck, das Eingangsende des Streifenleiters 114 dünner zu machen, das Vergrößern des elektrischen Widerstandes des Streifenleiters 114, wenn der Reihenübertragungsabschnitt 106 im nicht-supraleitenden Zustand ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat der Streifenleiter 114 eine Form eines Konus, dessen Breite sich von einem kleinen Wert W1 kontinuierlich zu einem großen Wert W2 verändert, aber die vorliegende Erfindung ist nicht hierauf beschränkt, und es kann auch jede andere Form verwendet werden. Zum Beispiel kann der Streifenleiter 114 eine stufenweise Form haben. Aber beim Verändern der Breite des Streifenleiters 114 ist es notwendig, den Kennwiderstand des Übertragungsweges unverändert zu lassen. Wenn ein koplanarer Hohlleiter verwendet wird, ist es notwendig, die Breite des Streifenleiters 114 und die Größen der Spalte richtig einzustellen. Das heißt, jeder Spalt wird in Zusammenhang mit der Breite des Streifenleiters 114 weit oder eng eingestellt, um den Kennwiderstand konstant zu halten. Deshalb ist, wie in 11 veranschaulicht, der Spalt im Bereich mit dem dünneren Abschnitt des Streifenleiters 114. enger als jener des dickeren Abschnitts des Streifenleiters 114.
Die Längen L1, L2 und L3 der Übertragungswege können auf die geeignetsten Werte eingestellt werden, zum Beispiel im Bereich von 0,1 bis einigen mm. Die Breiten der Übertragungswege können ebenfalls verschiedene Werte annehmen, zum Beispiel kann W1 auf 3 μm gesetzt werden und W2 kann auf 10 μm gesetzt werden.
Der Parallelübertragungsabschnitt 130 ist so ausgebildet, dass er eine sehr kleine Breite W4 und eine Pfadlänge L4 besitzt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Parallelübertragungsabschnitt 130 mit dem Masseleiter 118 verbunden und seine Länge L4 ist gleich der halben Wellenlänge (ggf. abgekürzt als „1/2-Wellenlänge") der dem Schaltabschnitt 102 von außen eingegebenen Hochfrequenzsignale, oder einem Mehrfachen der halben Wellenlänge. Aus diesem Grund ist die Eingangsimpedanz Z_O2 von einem Verbindungsknoten O2 des Streifenleiters 112 und des Parallelübertragungsabschnitts 130 zum Parallelübertragungsabschnitt 130 im Wesentlichen Null, wenn sich der Parallelübertragungsabschnitt 130 im supraleitenden Zustand befindet, und ist im Wesentlichen unendlich (größer als ein ausreichend großer Wert), wenn der Parallelübertragungsabschnitt 130 im nichtsupraleitenden Zustand ist.
Es wird nun die Funktionsweise der Schaltvorrichtung 100 erläutert. Zuerst wird gezeigt, wie dem Schaltabschnitt 102 eingegebene Hochfrequenzsignale zum zweiten Übertragungsweg zu schalten sind. In diesem Fall werden der Reihenübertragungsabschnitt 106 und der Parallelübertragungsabschnitt 130 so eingestellt, dass sie sich im nicht-supraleitenden Zustand befinden. Da der Parallelübertragungsabschnitt 130 lang und dünn ist, ist seine Impedanz im nicht-supraleitenden Zustand sehr groß, daher gelangen die im Streifenleiter 112 laufenden Signale im Wesentlichen nicht in den Parallelübertragungsabschnitt 130. Deshalb passen der zweite Übertragungsabschnitt 108, der den zweiten Übertragungsweg bildet, und die damit verbundenen Schaltungen (nicht dargestellt) zueinander, und die Signale vom Schaltabschnitt 102 zu dem durch den zweiten Übertragungsabschnitt 108 gebildeten zweiten Übertragungsweg können gut auf die nachfolgenden Schaltungen übertragen werden.
Dagegen passt im ersten Übertragungsweg der erste Übertragungsabschnitt 104 nicht zum Reihenübertragungsabschnitt 106, der im nicht-supraleitenden Zustand ist. Falls die Eingangsimpedanz Z_XO1 vom Verzweigungspunkt X des ersten Übertragungsweges und des zweiten Übertragungsweges zum ersten Übertragungsweg sehr groß ist (idealerweise unendlich), laufen die dem Schaltabschnitt 102 eingegebenen Signale nicht zum ersten Übertragungsweg, sondern mit einem geringen Signalverlust zum zweiten Übertragungsweg. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Übertragungsweglängen L1 und L2 so eingestellt, dass die Eingangsimpedanz Z_XO1 größer als ein ausreichend großer Wert ist (er erreicht im Wesentlichen unendlich). Falls die Impedanz des Reihenübertragungsabschnitts 106 durch Einstellen der Länge, der Breite und des spezifischen elektrischen Widerstandes sowie der Dielektrizitätskonstanten im nicht-supraleitenden Zustand ausreichend groß eingestellt werden kann, kann der Abstand (L1) vom Verzweigungspunkt X des ersten Übertragungsweges und des zweiten Übertragungsweges zum Reihenübertragungsabschnitt 106 im Wesentlichen auf Null gesetzt werden.
Als nächstes wird gezeigt, wie die dem Schaltabschnitt eingegebenen Signale zum ersten Übertragungsweg zu schalten sind. In diesem Fall werden der Reihenübertragungsabschnitt 106 und der Parallelübertragungsabschnitt 130 in den supraleitenden Zustand gesetzt. Wie oben beschrieben, passen der erste Übertragungsabschnitt 104 und der supraleitende Reihenübertragungsabschnitt 106, der den ersten Übertragungsweg bildet, zusammen und die Signale vom Schaltabschnitt 102 zum ersten Übertragungsweg können gut auf die Schaltungen späterer Stufen übertragen werden. Andererseits ist, da der Parallelübertragungsabschnitt 130 im supraleitenden Zustand ist, die Eingangsimpedanz vom Streifenleiter 112 zum Parallelübertragungsabschnitt 130 im Wesentlichen Null. Somit würden, selbst wenn die Signale zum Verbindungsknoten 02 des Streifenleiters 112 und des Parallelübertragungsabschnitts 130 liefen, die Signale nicht zu den Schaltungen späterer Stufen im zweiten Übertragungsweg, sondern zum Parallelübertragungsabschnitt 130 laufen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird jedoch die Länge L3 des zweiten Übertragungsabschnitts 108 so eingestellt, dass die Eingangsimpedanz Z_XO1 aus Sicht des Verzweigungspunktes X des ersten Übertragungsweges und des zweiten Übertragungsweges zum Verbindungsknoten O2 sehr groß wird (im Wesentlichen unendlich), wenn sich der Parallelübertragungsabschnitt 130 im supraleitenden Zustand befindet. Hierdurch laufen die Signale im Wesentlichen nicht zum zweiten Übertragungsweg, sondern mit geringem Signalverlust zum ersten Übertragungsweg. Folglich ist eine Schaltvorrichtung mit einem geringen Signalverlust und einer guten Isolationsqualität erhältlich.
Das Verfahren des Einstellens der Übertragungsweglängen L1, L2 und L3 ist gleich dem oben unter Bezug auf das Smith-Diagramm in 2 beschriebenen.
Als nächstes wird unter Bezug auf Smith-Diagramme in 2 und 14 beschrieben, wie die Übertragungsweglängen L1, L2 und L3 einzustellen sind.
Insbesondere passen, wenn der Reihenübertragungsabschnitt 106 im supraleitenden Zustand ist, der erste Übertragungsabschnitt 104 und der Reihenübertragungsabschnitt 106 zueinander und die Eingangsimpedanz Z_XO1 des ersten Übertragungsweges ist gleich dem Kennwiderstand, d.h. die Eingangsimpedanz Z_XO1 liegt am Ursprung O oder am Punkt Q nahe dem Ursprung O in 2. Wenn der Reihen übertragungsabschnitt 106 in den nicht-supraleitenden Zustand geschaltet wird, liegt die Eingangsimpedanz Z_XO1 am Punkt R in einem Abstand vom Ursprung O. Um die Eingangsimpedanz Z_XO1 zu erhöhen, muss man die Länge L so einstellen, dass sie den die Impedanz Z_XO1 darstellenden Punkt zum Kreuzungspunkt R' des Kreises I und der Geraden K bewegt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Teil des Reihenübertragungsabschnitts 106 mit einer Länge L2 so ausgebildet, dass er eine Pfadbreite W1 am Eingangsende viel kleiner als die Pfadbreite W2 am Ausgangsende besitzt; deshalb hat der Reihenübertragungsabschnitt 106 im nicht-supraleitenden Zustand einen sehr großen Widerstand. Daher ändert sich die Impedanz Z_O1 beim Schalten des Reihenübertragungsabschnitts 106 vom nicht-supraleitenden Zustand in den supraleitenden Zustand oder umgekehrt im Vergleich zu einem Übertragungsweg mit einer großen und konstanten Breite stark. Die Impedanzen der zwei Zustände entsprechen einem kleinen Kreis (sein Radius ist im Wesentlich Null) und einem großen Kreis I im Smith-Diagramm. Mit dem großen Kreis I ist es möglich, die Eingangsimpedanz Z_XO1 oder Z_O1 viel näher an die Impedanz entsprechend dem Punkt T (Unendlichkeit) einzustellen.
Als nächstes wird der Parallelübertragungsabschnitt 130 Bezug nehmend auf 14 erläutert.
14 zeigt ein Smith-Diagramm, das eine Veränderung der Eingangsimpedanz darstellt.
Der Ursprung O des Smith-Diagramms in 14 entspricht dem Kennwiderstand des koplanaren Hohlleiters im vorliegenden Ausführungsbeispiel. Zuerst ist, wenn sich der Parallelübertragungsabschnitt 130 im supraleitenden Zustand befindet, der elektrische Widerstand des Parallelübertragungsabschnitts 130 im Wesentlichen Null. Die Länge L4 des Parallelübertragungsabschnitts 130 ist auf die halbe Wellenlänge des Eingangssignals gesetzt. In diesem Fall liegt die Eingangsimpedanz Z_O2 vom Verbindungsknoten O2 zum Parallelübertragungsabschnitt 130 bei oder nahe dem linken Punkt T. Beim Setzen des Parallelübertragungsabschnitts 130 in den supraleitenden Zustand, um Signale zum ersten Übertragungsweg zu übertragen, ist es notwendig, die Länge L3 des zweiten Übertragungsweges so einzustellen, dass die Eingangsimpedanz Z_XO2 vom Verzweigungspunkt X zum zweiten Übertragungsweg ausreichend groß ist (idealerweise unendlich). Insbesondere ist es in gleicher Weise wie bei der Einstellung der Übertragungsweglänge L1 möglich, einen Wert der Länge L3 zu finden, der die Eingangsimpedanz Z_XO2 im Wesentlichen unendlich macht, indem der Phasenwinkel zwischen einem Punkt T und dem Punkt P bestimmt wird.
Wenn der Parallelübertragungsabschnitt 130 in den nicht-supraleitenden Zustand geschaltet wird, ist, da der Parallelübertragungsabschnitt 130 lang und dünn ist, die Eingangsimpedanz Z_O2 sehr groß (im Wesentlichen unendlich). Deshalb liegt im Smith-Diagramm die Eingangsimpedanz Z_O2 an einem Punkt B nahe dem Punkt P. Folglich kann, wenn die Eingangssignale zum ersten Übertragungsweg übertragen werden, der Signalverlust durch die Ausbreitung der Signale zum zweiten Übertragungsweg ziemlich effektiv reduziert werden.
15 ist eine schematische Darstellung eines Gesamtaufbaus der Signalschaltvorrichtung, wie sie in 1 dargestellt ist. In 15 enthält die Signalschaltvorrichtung 600 einen Eingangsabschnitt 602 und einen Schaltabschnitt 606 mit einer Anzahl von Ausgangskanälen 604. Die Signalschaltvorrichtung 600 enthält auch einen Auswahlabschnitt 608, der mit dem Schaltabschnitt 606 verbunden ist, zum Auswählen eines gewünschten Ausgangskanals. Der Schaltabschnitt 606 hat den gleichen Aufbau wie der in 1 gezeigte. Der Auswahlabschnitt 608 setzt gegebenenfalls die in den Übertragungskanälen in Bezug zu den Ausgangskanälen 604 vorgesehenen supraleitenden Materialien in den supraleitenden Zustand oder den nicht-supraleitenden Zustand.
Der Schaltabschnitt 608 ist zum Beispiel in der Lage, die Leitungszustände der supraleitenden Materialien durch Einstellen der Amplituden der in den supraleitenden Materialien fließenden Gleichströme oder der an die supraleitenden Materialien angelegten Magnetfelder einzustellen. Der Schaltabschnitt 608 benutzt zum Beispiel ein Heizelement, um die Temperaturen der gekühlten supraleitenden Materialien zu erhöhen, um die Leitungszustände der Materialien zu verändern. Außerdem benutzt der Schaltabschnitt 608 zum Beispiel ein Kühlelement, um die Temperaturen der im nicht-supraleitenden Zustand vorliegenden supraleitenden Materialien zu verringern, um sie in supraleitende Zustände zu verändern. Das heißt, der Schaltabschnitt 608 enthält eine Einheit, welche die Leitungszustände der supraleitenden Materialien wie erwünscht verändern kann, um so einen gewünschten Kanal aus den Ausgangskanälen 604 auszuwählen.
16 ist eine Draufsicht einer Signalschaltvorrichtung 700 als eine Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; 17 ist eine Querschnittsseitenansicht der Signalschaltvorrichtung 700 entlang der Linie AA in 16, und 18 ist eine Querschnittsseitenansicht der Signalschaltvorrichtung 700 entlang der Linie BB in 16.
Ähnlich der oben beschriebenen Signalschaltvorrichtung 100 enthält die Signalschaltvorrichtung 700 einen Schaltabschnitt 702, der Hochfrequenz-Eingangssignale auf einen ersten Übertragungsweg oder einen zweiten Übertragungsweg schaltet, einen ersten Übertragungsabschnitt 704, der mit dem Schaltabschnitt 702 verbunden ist und den ersten Übertragungsweg bildet, einen Reihenübertragungsabschnitt 706, der mit dem ersten Übertragungsabschnitt 704 verbunden ist, und einen zweiten Übertragungsabschnitt 708, der mit dem Schaltabschnitt 702 verbunden ist und den zweiten Übertragungsweg bildet. Diese Übertragungsabschnitte sind aus einem koplanaren Hohlleiter gebildet. Streifenleiter 712 und 714 sind durch die Mitte des ersten Übertragungsabschnitts 704 bzw. des Reihenübertragungsabschnitts 706 laufend vorgesehen, und Masseleiter 716, 718, 720, 722 und 724 sind auf den zwei Seiten der Streifenleiter 712 und 714 und in Abständen zu diesen vorgesehen.
Der Reihenübertragungsabschnitt 706 ist aus einem supraleitenden Material gemacht, und der Schaltabschnitt 702 und der erste Übertragungsabschnitt 704 sind aus normal leitenden Materialien gemacht. Ein Parallelübertragungsabschnitt 730 ist im zweiten Übertragungsabschnitt 708 und zwischen dem Streifenleiter 712 und dem Masseleiter 718 platziert. Der Parallelübertragungsabschnitt 730 ist aus einem supraleitenden Material gemacht und weist eine Breite W4 entlang der Signalübertragungsrichtung auf. Der zweite Übertragungsabschnitt 708 ist aus einem normal leitenden Material gemacht, außer für den Parallelübertragungsabschnitt 730. Wie in
17 und 18 dargestellt, ist die in 16 dargestellte Struktur auf einem dielektrischen Material 726 gebildet.
Wie in 16 und 17 dargestellt, ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Streifenleiter 714 im Reihenübertragungsabschnitt 706 in einer solchen Weise ausgebildet, dass die Breite des Streifenleiters 714 am Eingangsende gleich jener am Ausgangsende ist (angegeben durch W1), während die Dicke t1 in einem Abschnitt einer Länge L2 am Eingangsende des Reihenübertragungsabschnitts 706 kleiner als jene am Ausgangsende (t2) ist. Wenn sich der Reihenübertragungsabschnitt 706 im supraleitenden Zustand befindet, sind die Dicke t1, die Dielektrizitätskonstante und die Dicke des dielektrischen Materials 726 sowie die Spaltgrößen zwischen dem ersten Übertragungsabschnitt 704 und dem Reihenübertragungsabschnitt 706 zu den Masseleitern so eingestellt, dass der Kennwiderstand des ersten Übertragungsabschnitts 704 zu jenem des Reihenübertragungsabschnitts 706 passt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist durch Vorsehen eines dünnen Abschnitts im Reihenübertragungsabschnitt 706 der elektrische Widerstand des Reihenübertragungsabschnitts 706 im nicht-supraleitenden Zustand im Vergleich zu dem Fall, in dem der Streifenleiter 714 eine große und konstante Dicke besitzt, groß.
Um eine große Veränderung der Eingangsimpedanz Z_O1 beim Schalten des Reihenübertragungsabschnitts 106 vom nicht-supraleitenden Zustand zum supraleitenden Zustand oder umgekehrt zu erzielen, kann der Abschnitt einer Länge L2 des Streifenleiters 114 so ausgebildet sein, dass er eine kleinere Breite, aber eine konstante Dicke besitzt, wie in 1 veranschaulicht. Alternativ kann, wie in 17 im vorliegenden Ausführungsbeispiel veranschaulicht, der Abschnitt einer Länge L2 des Streifenleiters 714 so ausgebildet werden, dass er eine kleinere Dicke, aber eine konstante Breite aufweist.
Ferner können die in 11 und 17 dargestellten Strukturen auch kombiniert werden, um einen Streifenleiter mit sowohl einer kleineren Breite als auch einer kleineren Dicke zu haben. Dadurch ist es möglich, den elektrischen Widerstand des Reihenübertragungsabschnitts 706 im nicht-supraleitenden Zustand weiter zu erhöhen.
In jedem Fall hat ein Abschnitt einer bestimmten Länge des Reihenübertragungsabschnitts 706 einen kleineren Querschnitt als jenen am Ausgangsende des Übertragungsweges, und dadurch kann der elektrische Widerstand des Übertragungsabschnitts im nicht-supraleitenden Zustand groß gemacht werden.
Im Stand der Technik musste beim Anschließen einer Schaltung mit einer anderen Pfadbreite an den Reihenübertragungsabschnitt 706 üblicherweise ein Verbindungselement zwischen ihnen benutzt werden, um einen guten Verbindungszustand zu erhalten, um so einen Signalverlust am Punkt der Pfadbreitendiskontinuität zu reduzieren. Gemäß den vorliegenden Ausführungsbeispielen ist, indem die Pfadbreite des Übertragungsabschnitts konstant gemacht ist, ein solches Verbindungselement nicht notwendig, die Größe der Vorrichtung kann um die Größe des Verbindungselements reduziert werden, und dies verringert wiederum die Kosten der Vorrichtung.
Wie in 18 dargestellt, ist der Parallelübertragungsabschnitt 730 so ausgebildet, dass er eine sehr kleine Dicke t4 aufweist. Der Parallelübertragungsabschnitt 730 ist mit dem Masseleiter 718 verbunden, und seine Länge ist gleich der halben Wellenlänge der dem Schaltabschnitt 702 von außen eingegebenen Hochfrequenzsignale oder einem Vielfachen der halben Wellenlänge. Aus diesem Grund ist die Eingangsimpedanz Z_O2 vom Verbindungsknoten O2 des Streifenleiters 712 und des Parallelübertragungsabschnitts 730 zum Parallelübertragungsabschnitt 730 im Wesentlichen Null, wenn sich der Parallelübertragungsabschnitt 730 im supraleitenden Zustand befindet, und ist im Wesentlichen unendlich (größer als ein ausreichend großer Wert), wenn der Parallelübertragungsabschnitt 730 im nicht-supraleitenden Zustand ist.
Der Parallelübertragungsabschnitt 130, wie er in 11 veranschaulicht ist, ist so ausgebildet, dass er eine kleine Breite W4 und eine große Dicke besitzt, während der Parallelübertragungsabschnitt 730 im vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in 18 veranschaulicht, so ausgebildet ist, dass er eine große Pfadbreite, aber eine kleine Dicke besitzt.
In jedem Fall kann, indem der Querschnitt des Parallelübertragungsabschnitts klein gemacht wird, der elektrische Widerstand des Parallelübertragungsabschnitts im nicht-supraleitenden Zustand groß gemacht werden. Ferner ist es möglich, die Strukturen, wie sie in 11 und 18 veranschaulicht sind, zu kombinieren, um einen Parallelübertragungsabschnitt mit einer kleineren Pfadbreite W1 und einer kleineren Dicke zu bilden, und dadurch ist es möglich, den elektrischen Widerstand des Parallelübertragungsabschnitts 730 im nicht-supraleitenden Zustand weiter zu erhöhen.
Die Funktionsweise der Schaltvorrichtung 700 ist gleich jener der oben beschriebenen Schaltvorrichtung 100. Wenn dem Schaltabschnitt 702 eingegebene Hochfrequenzsignale auf den zweiten Übertragungsweg geschaltet werden, werden der Reihenübertragungsabschnitt 706 und der Parallelübertragungsabschnitt 730 in den nicht-supraleitenden Zustand gesetzt. Da die Impedanz des Parallelübertragungsabschnitts 730 im nicht-supraleitenden Zustand sehr groß ist, gelangen die im Streifenleiter 712 laufenden Signale im Wesentlichen nicht in den Parallelübertragungsabschnitt 730. Deshalb sind der zweite Übertragungsabschnitt 708, der den zweiten Übertragungsweg bildet, und die damit verbundenen nachfolgenden Schaltungen (nicht dargestellt) in einem gut passenden Zustand und die Signale vom Schaltabschnitt 1002 zu dem durch den zweiten Übertragungsabschnitt 708 gebildeten zweiten Übertragungsweg können gut auf die nachfolgenden Schaltungen übertragen werden.
Dagegen passt im ersten Übertragungsweg der erste Übertragungsabschnitt 704 nicht zum Reihenübertragungsabschnitt 706, der sich im nicht-supraleitenden Zustand befindet. Da die Eingangsimpedanz Z_XO1 vom Verzweigungspunkt X des ersten Übertragungsweges und des zweiten Übertragungsweges zum ersten Übertragungsweg sehr groß ist, laufen die dem Schaltabschnitt 702 eingegebene Signale nicht zum ersten Übertragungsweg, sondern mit einem geringen Signalverlust zum zweiten Übertragungsweg.
Andererseits werden, wenn die dem Schaltabschnitt 702 eingegebenen Signale auf den ersten Übertragungsweg geschaltet werden, der Reihenübertragungsabschnitt 706 und der Parallelübertragungsabschnitt 730 in den nicht-supraleitenden Zustand gesetzt. Wie oben beschrieben, passen der erste Übertragungsabschnitt 704 und der supraleitende Reihenübertragungsabschnitt 706, die den ersten Übertragungsweg bilden, zueinander und die Signale vom Schaltabschnitt 702 zum ersten Übertragungsweg können gut auf die nachfolgenden Schaltungen übertragen werden. Da der Parallelübertragungsabschnitt 730 im supraleitenden Zustand ist, ist die Eingangsimpedanz vom Streifenleiter 712 zum Parallelübertragungsabschnitt 730 im Wesentlichen Null. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jedoch die Länge L3 des zweiten Übertragungsabschnitts 708 so eingestellt, dass die Eingangsimpedanz Z_XO2 aus Sicht des Verzweigungspunktes X des ersten Übertragungsweges und des zweiten Übertragungsweges zum Verbindungsknoten O2 sehr groß (im Wesentlichen unendlich) wird. Hierdurch laufen die Signale im Wesentlichen nicht zum zweiten Übertragungsweg, sondern mit geringem Signalverlust zum ersten Übertragungsweg. Folglich ist eine Schaltvorrichtung mit einem geringen Signalverlust und einer guten Isolationsqualität erhältlich.
ZWEITES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
19 ist eine Draufsicht einer Signalschaltvorrichtung 1000 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 20 ist eine Querschnittsseitenansicht der Signalschaltvorrichtung 1000 entlang der Linie AA in 19; und 21 ist eine Querschnittsseitenansicht der Signalschaltvorrichtung 1000 entlang der Linie BB in 19.
Die Signalschaltvorrichtung 1000 enthält einen Schaltabschnitt 1002, der Hochfrequenz-Eingangssignale auf einen ersten Übertragungsweg oder einen zweiten Übertragungsweg schaltet, einen ersten Übertragungsabschnitt 1004, der mit dem Schaltabschnitt 1002 verbunden ist, einen Reihenübertragungsabschnitt 1006, der mit dem ersten Übertragungsabschnitt 1004 verbunden ist und den ersten Übertragungsweg bildet, und einen zweiten Übertragungsabschnitt 1008, der mit dem Schaltabschnitt 1002 verbunden ist und den zweiten Übertragungsweg bildet. Diese Übertragungsabschnitte sind durch Mikrostreifenleitungen gebildet. Wie in 20 und 21 dargestellt, sind die Streifenleiter 1012 und 1014 auf einem dielektrischen Material 1026 mit einer bestimmten Dielektrizitätskonstanten gebildet, und das dielektrische Material 1026 ist auf einem Masseleiter 1016 vorgesehen.
Der Reihenübertragungsabschnitt 1006 ist aus einem supraleitenden Material gemacht, und der Schaltabschnitt 1002 und der erste Übertragungsabschnitt 1004 sind aus normal leitenden Materialien gemacht. Ein Parallelübertragungsabschnitt 1030 mit einer Pfadbreite W4 und einer Pfadlänge L4 und aus einem supraleitenden Material ist mit einem Ende davon in Verbindung mit dem Streifenleiter 1012 und dem anderen Ende davon in Verbindung mit dem Masseleiter 1016 durch ein leitfähiges Durchgangsloch 1032 vorgesehen. Mit anderen Worten ist der Parallelübertragungsabschnitt 1030 zum Streifenleiter 1012 parallel geschaltet. Der zweite Übertragungsabschnitt 1008 ist aus einem normal leitenden Material gemacht, außer für den Parallelübertragungsabschnitt 1030.
Die gleichen supraleitenden Materialien wie oben beschrieben können für den Reihenübertragungsabschnitt 1006 und den Parallelübertragungsabschnitt 1030 verwendet werden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Streifenleiter 1014 im Reihenübertragungsabschnitt 1006 in einer solchen Weise ausgebildet, dass die Pfadbreite W1 in einem Abschnitt einer Länge L2 am Eingangsende kleiner als die Pfadbreite W2 am Ausgangsende ist, während die Dicke des Abschnitts einer Breite W1 gleich der Dicke am Ausgangsende ist.
Der Kennwiderstand eines Mikrostreifen-Hohlleiters hängt von der Breite des Übertragungsweges, der Dicke des dielektrischen Materials 1026 (d.h. dem Abstand vom Streifenleiter 1012 zum Masseleiter 1016) und der Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials 1026 ab. Deshalb ist, um im Übertragungsweg durch den Reihenübertragungsabschnitt 1006 einen konstanten Kennwiderstand zu halten, selbst wenn seine Pfadbreite sich ändert, die Dicke t1 der dielektrischen Schicht 1026 im Abschnitt der Breite W1 kleiner als die Dicke t2 am Ausgangsende der dielektrischen Schicht 1026 ausgebildet.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat, weil ein dünner Abschnitt im Reihenübertragungsabschnitt 1006 vorgesehen ist, im nicht-supraleitenden Zustand der Reihenübertragungsabschnitt 1006 einen sehr großen Widerstand im Vergleich zu einem Übertragungsweg mit einer großen und konstanten Breite.
22 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Modifikation der Signalschaltvorrichtung 1000 entlang der Linie AA in 19.
Wie in 22 veranschaulicht, kann im Abschnitt einer Länge L2, wo die Dicke des dielektrischen Materials 1026 geändert werden soll, ein dielektrisches Material 1017 mit einer anderen Dielektrizitätskonstante als das dielektrische Material 1026 verwendet werden. Hierdurch kann der Abstand vom Streifenleiter 1014 zum Masseleiter 1016 im gesamten Bereich konstant (t2) gehalten werden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, wie in 19 und 21 dargestellt, der Parallelübertragungsabschnitt 1030 so ausgebildet, dass er eine sehr kleine Pfadbreite W4, aber eine große Dicke t4 besitzt. Der Parallelübertragungsabschnitt 1030 ist mit dem Masseleiter 1016 verbunden, und seine Länge ist gleich der halben Wellenlänge der dem Schaltabschnitt 1002 eingegebenen Hochfrequenzsignale oder einem Vielfachen der halben Wellenlänge. Aus diesem Grund ist die Eingangsimpedanz Z_O2 vom Verbindungsknoten O2 des Streifenleiters 1012 und dem Parallelübertragungsabschnitt 1030 zum Parallelübertragungsabschnitt 1030 im Wesentlichen Null, wenn der Parallelübertragungsabschnitt 1030 im supraleitenden Zustand ist, und im Wesentlichen unendlich (größer als ein ausreichend großer Wert), wenn sich der Parallelübertragungsabschnitt 1030 im nicht-supraleitenden Zustand befindet.
Die Pfadlängen L1, L2 und L3 werden in der gleichen Weise wie oben beschrieben eingestellt.
Die Funktionsweise der Schaltvorrichtung 1000 ist gleich jener der oben beschriebenen Schaltvorrichtung 100. Wenn die dem Schaltabschnitt 1002 eingegebenen Hochfrequenzsignale auf den zweiten Übertragungsweg geschaltet werden, werden der Reihenübertragungsabschnitt 1006 und der Parallelübertragungsabschnitt 1030 in den nicht-supraleitenden Zustand gesetzt. Da die Impedanz des Parallelübertragungsabschnitts 1030 im nicht-supraleitenden Zustand sehr groß ist, gelangen die im Streifenleiter 1012 laufenden Signale im Wesentlichen nicht in den Parallelübertragungsabschnitt 1030. Deshalb sind der zweite Über tragungsabschnitt 1008, der den zweiten Übertragungsweg bildet, und die damit verbundenen nachfolgenden Schaltungen (nicht dargestellt) in einem gut passenden Zustand, und die Signale vom Schaltabschnitt 1002 zu dem durch den zweiten Übertragungsabschnitt 1008 gebildeten zweiten Übertragungsweg können gut auf die nachfolgenden Schaltungen übertragen werden.
Dagegen passt im ersten Übertragungsweg der erste Übertragungsabschnitt 1004 nicht zum Reihenübertragungsabschnitt 1006, der im nicht-supraleitenden Zustand ist. Da die Eingangsimpedanz Z_XO1 vom Verzweigungspunkt X des ersten Übertragungsweges und des zweiten Übertragungsweges zum ersten Übertragungsweg sehr groß ist, laufen dem Schaltabschnitt 1002 eingegebene Signale nicht zum ersten Übertragungsweg, sondern mit geringem Signalverlust zum zweiten Übertragungsweg.
Andererseits werden, wenn dem Schaltabschnitt 1002 eingegebene Signale auf den ersten Übertragungsweg geschaltet werden, der Reihenübertragungsabschnitt 1006 und der Parallelübertragungsabschnitt 1030 in den supraleitenden Zustand gesetzt. Wie oben beschrieben, passen der erste Übertragungsabschnitt 1004 und der supraleitende Reihenübertragungsabschnitt 1006, die den ersten Übertragungsweg bilden, zusammen und die Signale vom Schaltabschnitt 1002 zum ersten Übertragungsweg können gut auf die nachfolgenden Schaltungen übertragen werden. Außerdem ist, da der Parallelübertragungsabschnitt 1030 im supraleitenden Zustand ist, die Eingangsimpedanz vom Streifenleiter 1012 zum Parallelübertragungsabschnitt 1030 im Wesentlichen Null. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jedoch die Länge L3 des zweiten Übertragungsabschnitts 1008 so eingestellt, dass die Eingangsimpedanz Z_XO2 aus Sicht des Verzweigungspunktes X des ersten Übertragungsweges und des zweiten Übertragungsweges zum Verbindungsknoten O2 sehr groß (im Wesentlichen unendlich) wird. Dadurch laufen Signale im Wesentlichen nicht zum zweiten Übertragungsweg, sondern mit geringem Signalverlust zum ersten Übertragungsweg. Folglich ist eine Schaltvorrichtung mit geringem Signalverlust und guter Isolationsqualität erhältlich.
23 ist eine Draufsicht einer Signalschaltvorrichtung 1400 als Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; 24 ist eine Quer schnittsseitenansicht der Signalschaltvorrichtung 1400 entlang der Linie AA in 23; und 25 ist eine Querschnittsseitenansicht der Signalschaltvorrichtung 1000 entlang der Linie BB in 23.
Die Signalschaltvorrichtung 1400 enthält einen Schaltabschnitt 1402, der Hochfrequenz-Eingangssignale auf einen ersten Übertragungsweg oder einen zweiten Übertragungsweg schaltet, einen ersten Übertragungsabschnitt 1404, der mit dem Schaltabschnitt 1402 verbunden ist und den ersten Übertragungsweg bildet, einen Reihenübertragungsabschnitt 1406, der mit dem ersten Übertragungsabschnitt 1404 verbunden ist, sowie einen zweiten Übertragungsabschnitt 1408, der mit dem Schaltabschnitt 1402 verbunden ist und den zweiten Übertragungsweg bildet. Diese Übertragungsabschnitte sind aus einer Mikrostreifenleitung gebildet. Wie in 24 und 25 dargestellt, sind die Streifenleiter 1412 und 1414 auf einem dielektrischen Material 1426 mit einer bestimmten Dielektrizitätskonstante gebildet, und das dielektrische Material 1426 ist auf einem Masseleiter 1416 vorgesehen.
Der Reihenübertragungsabschnitt 1406 ist aus einem supraleitenden Material gemacht, und der Schaltabschnitt 1402 und der erste Übertragungsabschnitt 1404 sind aus normal leitenden Materialien gemacht. Ein Parallelübertragungsabschnitt 1430 mit einer Pfadbreite W4 und einer Pfadlänge L4 und aus einem supraleitenden Material ist mit einem Ende davon in Verbindung mit dem Streifenleiter 1412 und mit seinem anderen Ende durch ein leitfähiges Durchgangsloch 1432 in Verbindung mit dem Masseleiter 1416 vorgesehen. Der zweite Übertragungsabschnitt 1408 ist aus einem normal leitenden Material gemacht, außer für den Parallelübertragungsabschnitt 1430.
Die gleichen supraleitenden Materialien wie oben beschrieben können für den Reihenübertragungsabschnitt 1006 und den Parallelübertragungsabschnitt 1030 benutzt werden.
In diesem Beispiel ist der Streifenleiter 1414 im Reihenübertragungsabschnitt 1406 in einer solchen Weise ausgebildet, dass die Pfadbreite W1 in einem Abschnitt einer Länge L2 am Eingangsende gleich der Pfadbreite am Ausgangsende ist, während die Dicke t1 des Abschnitts einer Breite W1 kleiner als die Dicke t2 am Ausgangsende ist.
Weil ein dünner Abschnitt im Reihenübertragungsabschnitt 1406 vorgesehen ist, hat der Reihenübertragungsabschnitt 1406 im nicht-supraleitenden Zustand verglichen mit einem Übertragungsweg einer großen und konstanten Dicke einen sehr großen Widerstand.
Wie in 23 und 25 dargestellt, ist der Parallelübertragungsabschnitt 1430 so ausgebildet, dass er eine sehr kleine Pfaddicke t4, aber eine relativ große Breite W4 aufweist. Der Parallelübertragungsabschnitt 1430 ist mit dem Masseleiter 1460 verbunden, und seine Länge ist gleich der halben Wellenlänge der dem Schaltabschnitt 1402 eingegebenen Hochfrequenzsignale oder einem Vielfachen der halben Wellenlänge. Aus diesem Grund ist die Eingangsimpedanz Z_O2 vom Verbindungsknoten O2 des Streifenleiters 1412 und des Parallelübertragungsabschnitts 1430 zum Parallelübertragungsabschnitt 1430 im Wesentlichen Null, wenn der Parallelübertragungsabschnitt 1430 im supraleitenden Zustand ist, und ist im Wesentlichen unendlich (größer als ein ausreichend großer Wert), wenn der Parallelübertragungsabschnitt 1430 im nicht-supraleitenden Zustand ist.
Um eine große Veränderung der Eingangsimpedanz Z_O1 beim Schalten des Reihenübertragungsabschnitts 1406 vom nicht-supraleitenden Zustand zum supraleitenden Zustand oder umgekehrt zu erzielen, kann der Abschnitt einer Länge L2 des Streifenleiters 1014, wie in 19 dargestellt, so ausgebildet sein, dass er eine kleinere Breite, aber eine konstante Dicke besitzt. Alternativ kann der Abschnitt einer Länge L2 des Streifenleiters 1414, wie in 23 in diesem Beispiel veranschaulicht, so ausgebildet sein, dass er eine kleinere Dicke, aber eine relativ große Breite aufweist.
Ferner ist es möglich, die Strukturen, wie sie in 19 und 24 und 25 veranschaulicht sind, zu kombinieren, um einen Streifenleiter mit einer kleineren Breite und einer kleineren Dicke zu bilden, und dadurch ist es möglich, den elektrischen Widerstand des Reihenübertragungsabschnitts 1406 im nichtsupraleitenden Zustand weiter zu erhöhen.
In jedem Fall kann durch Ausbilden eines Abschnitts in einem Übertragungsweg mit einem kleineren Querschnitt als jenem des Ausgangsendes des Übertragungsweges der elektrische Widerstand des Übertragungsabschnitts im nicht-supraleitenden Zustand groß gemacht werden.
Die Pfadlängen L1, L2 und L3 sind in der gleichen Weise wie oben beschrieben eingestellt.
Die Funktionsweise der Schaltvorrichtung 1400 ist gleich jener der oben beschriebenen Schaltvorrichtung 100. Wenn dem Schaltabschnitt 1402 eingegebene Hochfrequenzsignale auf den zweiten Übertragungsweg geschaltet werden, werden der Reihenübertragungsabschnitt 1406 und der Parallelübertragungsabschnitt 1430 in den nicht-supraleitenden Zustand gesetzt. Da die Impedanz des Parallelübertragungsabschnitts 1430 im nicht-supraleitenden Zustand sehr groß ist, gelangen die im Streifenleiter 1412 laufenden Signale im Wesentlichen nicht in den Parallelübertragungsabschnitt 1430. Deshalb sind der zweite Übertragungsabschnitt 1408, der den zweiten Übertragungsweg bildet, und die daran angeschlossenen nachfolgenden Schaltungen (nicht dargestellt) in einem gut passenden Zustand, und die Signale vom Schaltabschnitt 1402 zum durch den zweiten Übertragungsabschnitt 1408 gebildeten zweiten Übertragungsweg können gut auf die nachfolgenden Schaltungen übertragen werden.
Dagegen passt im ersten Übertragungsweg der erste Übertragungsabschnitt 1404 nicht zum Reihenübertragungsabschnitt 1406, der sich im nicht-supraleitenden Zustand befindet. Da die Eingangsimpedanz Z_XO1 vom Verzweigungspunkt X des ersten Übertragungsweges und des zweiten Übertragungsweges zum ersten Übertragungsweg sehr groß ist, laufen dem Schaltabschnitt 1402 eingegebene Signale nicht zum ersten Übertragungsweg, sondern mit geringem Signalverlust zum zweiten Übertragungsweg.
Andererseits werden, wenn dem Schaltabschnitt 1402 eingegebene Signale auf den ersten Übertragungsweg geschaltet werden, der Reihenübertragungsabschnitt 1406 und der Parallelübertragungsabschnitt 1430 in den supraleitenden Zustand gesetzt. Wie oben beschrieben, passen der erste Übertragungsabschnitt 1404 und der supra leitende Reihenübertragungsabschnitt 1406, die den ersten Übertragungsweg bilden, zueinander, und die Signale vom Schaltabschnitt 1402 zum ersten Übertragungsweg können gut auf die nachfolgenden Schaltungen übertragen werden. Außerdem ist, da der Parallelübertragungsabschnitt 1430 im supraleitenden Zustand ist, die Eingangsimpedanz vom Streifenleiter 1412 zum Parallelübertragungsabschnitt 1430 im Wesentlichen Null. In diesem Beispiel ist jedoch die Länge L3 des zweiten Übertragungsabschnitts 1408 so eingestellt, dass die Eingangsimpedanz Z_XO2 aus Sicht des Verzweigungspunktes X des ersten Übertragungsweges und des zweiten Übertragungsweges zum Verbindungsknoten O2 sehr groß (im Wesentlichen unendlich) wird. Dadurch laufen Signale im Wesentlichen nicht zum zweiten Übertragungsweg, sondern mit geringem Signalverlust zum ersten Übertragungsweg. Folglich ist eine Schaltvorrichtung mit einem geringen Signalverlust und einer guten Isolationsqualität erzielbar.
DRITTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
26 ist eine Draufsicht einer Signalschaltvorrichtung 1700 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Anders als die vorherigen Ausführungsbeispiele ist die Signalschaltvorrichtung 1700 durch eine Koaxialleitung gebildet.
Die Signalschaltvorrichtung 1700 enthält einen Schaltabschnitt 1702, der Hochfrequenz-Eingangssignale auf einen ersten Übertragungsweg oder einen zweiten Übertragungsweg schaltet, einen ersten Übertragungsabschnitt 1704, der mit dem Schaltabschnitt 1702 verbunden ist und den ersten Übertragungsweg bildet, einen Reihenübertragungsabschnitt 1706, der mit dem ersten Übertragungsabschnitt 1704 verbunden ist, und einen zweiten Übertragungsabschnitt 1708, der mit dem Schaltabschnitt 1702 verbunden ist und den zweiten Übertragungsweg bildet. Der Leiter 1714 in der Mitte des Reihenübertragungsabschnitts 1706 ist aus einem supraleitenden Material gemacht, und der Schaltabschnitt 1702 und ein Leiter 1712 in der Mitte des ersten Übertragungsabschnitts 1704 sind aus normal leitenden Materialien gemacht.
Im zweiten Übertragungsabschnitt 1708 ist ein Parallelübertragungsabschnitt 1730 zwischen dem Leiter 1712 und dem Umfangsmasseleiter vorgesehen. Der Parallel übertragungsabschnitt 1730 besitzt eine Pfadbreite W4 und eine Pfadlänge L4 und ist aus einem supraleitenden Material gemacht. Mit anderen Worten ist der Parallelübertragungsabschnitt 1730 parallel zum Leiter 1712 geschaltet. Der zweite Übertragungsabschnitt 1708 enthält einen Mittelleiter 1712, ein den Leiter 1712 umgebendes dielektrisches Material, einen Umfangsmasseleiter und den Parallelübertragungsabschnitt 1730.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Leiter 1714 im Reihenübertragungsabschnitt 1706 in einer solchen Weise ausgebildet, dass der Durchmesser W1 eines Abschnitts einer Länge L2 am Eingangsende kleiner als der Durchmesser W2 am Ausgangsende ist, und der Durchmesser des Kabels mit dem Leiter 1714 im Abschnitt einer Länge L2 ist ebenfalls kleiner als der Durchmesser des Kabels am Ausgangsende.
Der Kennwiderstand eines Koaxialkabels hängt vom Durchmesser des leitenden Materials, der Dicke des dielektrischen Materials (d.h. dem Abstand vom Mittelleiter zum Masseleiter) sowie der Dielektrizitätskonstanten des dielektrischen Materials ab. Deshalb ist, um einen konstanten Kennwiderstand für den Übertragungsweg durch den Reihenübertragungsabschnitt 1706 beizubehalten, selbst wenn sich der Durchmesser des Leiters ändert, die Dicke t1 des dielektrischen Materials im Abschnitt eines kleineren Durchmessers W1 kleiner als die Dicke des dielektrischen Materials am Ausgangsende ausgebildet.
Wenn der Reihenübertragungsabschnitt 1706 im supraleitenden Zustand ist, sind der Durchmesser des Leiters 1714, die Dielektrizitätskonstante und der Durchmesser des dielektrischen Materials so eingestellt, dass der Kennwiderstand des ersten Übertragungsabschnitts 1704 zum Kennwiderstand des Reihenübertragungsabschnitts 1706 passt.
Weil im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein dünnerer Abschnitt im Reihenübertragungsabschnitt 1706 vorgesehen ist, weist der Reihenübertragungsabschnitt 1706 im nicht-supraleitenden Zustand verglichen mit einem Übertragungsweg mit einer großen und konstanten Dicke einen sehr großen Widerstand auf.
Analog zum koplanaren Hohlleiter und zur Mikrostreifenleitung ist es bevorzugt, um eine große Änderung der Eingangsimpedanz Z_O1 und Z_O2 beim Schalten vom nichtsupraleitenden Zustand in den supraleitenden Zustand oder umgekehrt zu erzielen, dass Abschnitte von Längen L2 und L4 der Leiter 1714 bzw. 1730 so ausgebildet sind, dass sie kleinere Querschnitte besitzen.
Hierbei sind Pfadlängen L1, L2, L3 und L4 in der gleichen Weise wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen eingestellt.
Die Funktionsweise der Schaltvorrichtung 1700 ist gleich jener der oben beschriebenen Schaltvorrichtung 100. Wenn dem Schaltabschnitt 1702 eingegebene Hochfrequenzsignale auf den zweiten Übertragungsweg geschaltet werden, werden der Reihenübertragungsabschnitt 1706 und der Parallelübertragungsabschnitt 1730 in den nicht-supraleitenden Zustand gesetzt. Da der Parallelübertragungsabschnitt 1730 relativ lang und dünn ist, ist die Impedanz des Parallelübertragungsabschnitts 1730 im nicht-supraleitenden Zustand sehr groß, und die im Leiter 1712 laufenden Signale gelangen im Wesentlichen nicht in den Parallelübertragungsabschnitt 1730. Deshalb sind der zweite Übertragungsabschnitt 1708, der den zweiten Übertragungsweg bildet, und die daran angeschlossenen nachfolgenden Schaltungen (nicht dargestellt) in einem gut zusammenpassenden Zustand, und die Signale vom Schaltabschnitt 1702 zum durch den zweiten Übertragungsabschnitt 1708 gebildeten zweiten Übertragungsweg können gut auf die nachfolgenden Schaltungen übertragen werden.
Dagegen passt im ersten Übertragungsweg der erste Übertragungsabschnitt 1704 nicht zum Reihenübertragungsabschnitt 1706, der im nicht-supraleitenden Zustand ist. Da die Eingangsimpedanz Z_XO1, vom Verzweigungspunkt X des ersten Übertragungsweges und des zweiten Übertragungsweges zum ersten Übertragungsweg sehr groß ist, laufen die dem Schaltabschnitt 1702 eingegebenen Signale nicht zum ersten Übertragungsweg, sondern mit geringem Signalverlust zum zweiten Übertragungsweg.
Andererseits werden, wenn die dem Schaltabschnitt 1702 eingegebenen Signale auf den ersten Übertragungsweg geschaltet werden, der Reihenübertragungsabschnitt 1706 und der Parallelübertragungsabschnitt 1730 in den supraleitenden Zustand gesetzt. Wie oben beschrieben, passen der erste Übertragungsabschnitt 1704 und der supraleitende Reihenübertragungsabschnitt 1706, die den ersten Übertragungsweg bilden, zueinander, und die Signale vom Schaltabschnitt 1702 zum ersten Übertragungsweg können gut auf die nachfolgenden Schaltungen übertragen werden. Ferner ist, da der Parallelübertragungsabschnitt 1730 im supraleitenden Zustand ist, die Eingangsimpedanz vom Streifenleiter 1712 zum Parallelübertragungsabschnitt 1730 im Wesentlichen Null. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jedoch die Länge L3 des zweiten Übertragungsabschnitts 1708 so eingestellt, dass die Eingangsimpedanz Z_XO2 aus Sicht vom Verzweigungspunkt X des ersten Übertragungsweges und des zweiten Übertragungsweges zum Verbindungsknoten O2 sehr groß (im Wesentlichen unendlich) wird. Dadurch laufen die Signale im Wesentlichen nicht zum zweiten Übertragungsweg, sondern mit geringem Signalverlust zum ersten Übertragungsweg. Folglich ist eine Schaltvorrichtung mit einem geringen Signalverlust und einer guten Isolationsqualität erzielbar.
VIERTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
27 ist eine Draufsicht einer Signalschaltvorrichtung 1800 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Anders als die vorherigen Ausführungsbeispiele weist die Signalschaltvorrichtung 1800 drei Übertragungswege auf.
Die Signalschaltvorrichtung 1800 enthält einen Schaltabschnitt 1802, der Hochfrequenz-Eingangssignale auf einen ersten Übertragungsweg, einen zweiten Übertragungsweg oder einen dritten Übertragungsweg schaltet; einen ersten Übertragungsabschnitt 1804, der mit dem Schaltabschnitt 1802 verbunden ist und den ersten Übertragungsweg bildet; einen Reihenübertragungsabschnitt 1806, der mit dem ersten Übertragungsabschnitt 1804 verbunden ist; einen zweiten Übertragungsabschnitt 1808, der mit dem Schaltabschnitt 1802 verbunden ist und den zweiten Übertragungsweg bildet; einen dritten Übertragungsabschnitt 1805, der mit dem Schaltabschnitt 1802 verbunden ist und den dritten Übertragungsweg bildet; und einen Reihenübertragungsabschnitt 1807, der mit dem dritten Übertragungsabschnitt 1805 verbunden ist. Die obigen Übertragungsabschnitte sind aus einem koplanaren Hohlleiter gebildet. Streifenleiter 1812, 1814 und 1815 sind in den Zentren des ersten Übertragungsabschnitts 1804, des Reihenübertragungsabschnitts 1806, des zweiten Übertragungsabschnitts 1808, des dritten Übertragungsabschnitts 1805 bzw. des Reihenübertragungsabschnitts 1807 vorgesehen, und Masseleiter sind auf den zwei Seiten der Streifenleiter 1812, 1814 und 1815 und in Abständen zu diesen vorgesehen.
Der Reihenübertragungsabschnitt 1806 des ersten Übertragungsweges und der Reihenübertragungsabschnitt 1807 des dritten Übertragungsweges sind aus supraleitenden Materialien gemacht, und der Schaltabschnitt 1802, der erste Übertragungsabschnitt 1804 und der dritte Übertragungsabschnitt 1805 sind aus normal leitenden Materialien gemacht. Ein Parallelübertragungsabschnitt 1830 aus einem supraleitenden Material ist im zweiten Übertragungsabschnitt 1808 und zwischen dem Streifenleiter 1812 und dem Masseleiter platziert. Ein Parallelübertragungsabschnitt 1831, ebenfalls aus einem supraleitenden Material, ist im dritten Übertragungsabschnitt 1805 und zwischen dem Streifenleiter 1812 und dem Masseleiter platziert. Der zweite Übertragungsabschnitt 1808 ist aus einem normal leitenden Material gemacht, außer für den Parallelübertragungsabschnitt 1830, und der dritte Übertragungsabschnitt 1805 ist außer für den Parallelübertragungsabschnitt 1831 aus einem normal leitenden Material gemacht. Die Pfadlängen L1, L2 und L3 sind in der gleichen Weise wie oben beschrieben eingestellt.
Die gleichen supraleitenden Materialien wie oben beschrieben können verwendet werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird jedoch zur Vereinfachung der Erläuterung angenommen, dass das supraleitende Material des Reihenübertragungsabschnitts 1806 des ersten Übertragungsweges und das supraleitende Material des Parallelübertragungsabschnitts 1831 des dritten Übertragungsweges die gleiche kritische Temperatur (bezeichnet als die erste kritische Temperatur T_C1) haben und das supraleitende Material des Reihenübertragungsabschnitts 1807 des dritten Übertragungsweges und das supraleitende Material des Parallelübertragungsabschnitts 1830 des zweiten Übertragungsweges die gleiche kritische Temperatur (bezeichnet als die zweite kritische Temperatur T_C2) haben und die zweite kritische Temperatur T_C2 höher als die erste kritische Temperatur T_C1 ist (T_C2 > T_C1).
Wie Bezug nehmend auf 11 und 19 beschrieben, sind der Streifenleiter 1814 im Reihenübertragungsabschnitt 1806 und der Streifenleiter 1815 im Reihenübertragungsabschnitt 1807 in einer solchen Weise ausgebildet, dass die Pfadbreiten W1 in Abschnitten mit bestimmten Längen an ihren Eingangsenden viel kleiner als die Pfadbreiten W2 an deren Ausgangsenden sind. Die Parallelübertragungsabschnitte 1830 und 1831 sind so ausgebildet, dass sie sehr kleine Pfadbreiten W4 und Pfadlängen L4 haben. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Parallelübertragungsabschnitte 1830 und 1831 des zweiten Übertragungsweges bzw. des dritten Übertragungsweges mit Masseleitern verbunden, und ihre Längen sind gleich der halben Wellenlänge der dem Schaltabschnitt 1802 von außen eingegebenen Hochfrequenzsignale oder einem Vielfachen der halben Wellenlänge.
Als nächstes wird nun die Funktionsweise der Schaltvorrichtung 1800 erläutert. Wenn dem Schaltabschnitt 1802 eingegebene Hochfrequenzsignale auf den ersten Übertragungsweg geschaltet werden, werden alle supraleitenden Materialien auf Temperaturen niedriger als die erste kritische Temperatur T_C1 gesetzt. Deshalb befinden sich alle supraleitenden Materialien im supraleitenden Zustand. In diesem Fall passt der erste Übertragungsabschnitt 1804 zu den nachfolgenden Schaltungen (nicht dargestellt, und die Signale werden gut auf die Schaltungen späterer Stufen übertragen. Im zweiten Übertragungsweg ist die Eingangsimpedanz Z_O2 des Parallelübertragungsabschnitts 1830 im Wesentlichen Null, aber die Pfadlänge L2 des zweiten Übertragungsweges ist so eingestellt, dass die Eingangsimpedanz Z_XO2 vom Verzweigungspunkt X zum zweiten Übertragungsweg im Wesentlichen unendlich ist. Deshalb läuft kein Signal zum zweiten Übertragungsweg. Analog ist im dritten Übertragungsweg die Eingangsimpedanz Z_O3 des Parallelübertragungsabschnitts 1831 und des Reihenübertragungsabschnitts im Wesentlichen Null, aber die Pfadlänge L3 des dritten Übertragungsweges ist so eingestellt, dass die Eingangsimpedanz Z_XO3 vom Verzweigungspunkt X zum dritten Übertragungsweg im Wesentlichen unendlich ist. Deshalb läuft auch kein Signal zum dritten Übertragungsweg. Folglich laufen die Signale mit geringem Signalverlust zum ersten Übertragungsweg.
Wenn die dem Schaltabschnitt 1802 eingegebenen Hochfrequenzsignale auf den dritten Übertragungsweg geschaltet werden, werden alle supraleitenden Materialien auf Temperaturen höher als die erste kritische Temperatur T_C1 und niedriger als die zweite kritische Temperatur T_C2 gesetzt. Deshalb befinden sich der Reihenübertragungsabschnitt 1806 im ersten Übertragungsweg und der Parallelübertragungsabschnitt 1831 im dritten Übertragungsabschnitt 1805 im nicht-supraleitenden Zustand, und der Reihenübertragungsabschnitt 1807 im dritten Übertragungsweg und der Parallelübertragungsabschnitt 1830 im zweiten Übertragungsabschnitt 1808 befinden sich im supraleitenden Zustand. Weil in diesem Fall der Parallelübertragungsabschnitt 1831 im dritten Übertragungsabschnitt 1805 im nicht-supraleitenden Zustand ist, ist die Impedanz sehr groß und Signale laufen nicht zum Parallelübertragungsabschnitt 1831. Der Reihenübertragungsabschnitt 1807 im dritten Übertragungsweg ist im supraleitenden Zustand und passt zu den nachfolgenden Schaltungen, und deshalb laufen die Signale in einem guten Zustand. Der erste Übertragungsweg befindet sich im nicht-supraleitenden Zustand und passt nicht zu den nachfolgenden Schaltungen, deshalb ist die Eingangsimpedanz sehr groß und im Wesentlichen keine Signale laufen zum ersten Übertragungsweg. Bezüglich des zweiten Übertragungsweges ist die Eingangsimpedanz Z_O2 des Parallelübertragungsabschnitts 1830 im Wesentlichen Null, aber die Pfadlänge L2 des zweiten Übertragungsweges ist so eingestellt, dass die Eingangsimpedanz Z_XO2 vom Verzweigungspunkt X zum zweiten Übertragungsweg im Wesentlichen unendlich ist. Deshalb läuft auch kein Signal zum zweiten Übertragungsweg. Folglich laufen die Signale mit geringem Signalverlust zum dritten Übertragungsweg.
Wenn die dem Schaltabschnitt 1802 eingegebenen Hochfrequenzsignale auf den zweiten Übertragungsweg geschaltet werden, werden alle supraleitenden Materialien auf Temperaturen höher als die zweite kritische Temperatur T_C2 gesetzt. Deshalb befinden sich alle supraleitenden Materialien im nicht-supraleitenden Zustand. Da in diesem Fall der Parallelübertragungsabschnitt 1830 im zweiten Übertragungsabschnitt 1808 im nicht-supraleitenden Zustand ist und die Eingangsimpedanz im Wesentlichen unendlich ist, läuft kein Signal zum Parallelübertragungsabschnitt 1830. Der zweite Übertragungsabschnitt 1808 befindet sich im normalen Zustand und passt zu den nachfolgenden Schaltungen, und deshalb laufen die Signale im guten Zustand. Der erste Übertragungsweg ist im nicht-supraleitenden Zustand, und der Reihenübertragungsabschnitt 1806 passt nicht zu den nachfolgenden Schaltungen, deshalb ist die Eingangsimpedanz groß und im Wesentlichen läuft kein Signal zum ersten Übertragungsweg. Analog passt im dritten Übertragungsweg der Reihenübertragungsabschnitt 1807 nicht zu den nachfolgenden Schaltungen, deshalb ist die Eingangsimpedanz groß und auch im Wesentlich kein Signal läuft zum dritten Übertragungsweg. Folglich laufen die Signale mit geringem Signalverlust zum zweiten Übertragungsweg.
Wie oben dargestellt, ist es durch geeignetes Kombinieren von Reihenübertragungsabschnitten und Parallelübertragungsabschnitten aus supraleitenden Materialien mit unterschiedlichen kritischen Temperaturen möglich, zwei oder mehr Signale geeignet zu schalten. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Fall des Verwendens von zwei supraleitenden Materialien mit unterschiedlichen kritischen Temperaturen beschrieben, aber mehrere Arten von supraleitenden Materialien können verwendet werden, um Signale auf mehr Pfade zu schalten. Außerdem ist beschrieben, dass alle Übertragungsabschnitte aus supraleitenden Materialien auf die gleiche Temperatur gesetzt werden, aber es ist auch möglich, jeden der Übertragungsabschnitte separat zu steuern.
FÜNFTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
In den obigen Ausführungsbeispielen ist der Parallelübertragungsabschnitt so ausgebildet, dass er eine Länge gleich der halben Wellenlänge der Eingangssignale oder einem Vielfachen der halben Wellenlänge der Eingangssignale hat. Es sollte beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt ist und die Länge des Parallelübertragungsabschnitts auch gleich einer Viertelwellenlänge der Eingangssignale oder einem Vielfachen der Viertelwellenlänge der Eingangssignale sein kann.
28 ist eine Draufsicht eines Teils einer Signalschaltvorrichtung 1900 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel in der vorliegenden Erfindung, die den zweiten Übertragungsabschnitt und den Parallelübertragungsabschnitt zeigt, die in den vorherigen Ausführungsbeispielen beschrieben wurden. In 28 ist dargestellt, dass die Übertragungsabschnitte aus einem koplanaren Hohlleiter gebildet sind, aber diese Übertragungsabschnitte können auch aus einer Mikrostreifenleitung oder einer Koaxialleitung gebildet sein. In 28 ist der Streifenleiter 1912 in bestimmten Abständen von den Masseleitern 1918 und 1920 vorgesehen. Ein Parallelübertragungsabschnitt 1930 ist mit einem Ende davon in Verbindung mit dem Streifen leiter 1912 und mit seinem anderen Ende offen vorgesehen. Der Parallelübertragungsabschnitt 1930 weist eine Pfadbreite W4 und eine Pfadlänge gleich einem Viertel der Wellenlänge der Eingangssignale, oder allgemein einem ungeradzahligen Vielfachen einer Viertelwellenlänge auf. Durch Einstellen der Pfadlänge des Parallelübertragungsabschnitts 1930 in dieser Weise ist die Eingangsimpedanz Z_O2 des Parallelübertragungsabschnitts 1930 im Wesentlichen Null, wenn der Parallelübertragungsabschnitt 1930 im supraleitenden Zustand ist. Dies ist gleich dem Fall, in dem der Parallelübertragungsabschnitt mit dem Masseleiter verbunden ist und die Pfadlänge des Parallelübertragungsabschnitts auf die halbe Wellenlänge der Eingangssignale oder ein Vielfaches der halben Wellenlänge gesetzt ist.
Es folgt eine detailliertere Erläuterung. Wie bereits beschrieben, ist, wenn der Parallelübertragungsabschnitt mit einem Masseleiter verbunden ist, um ihn kurzzuschließen, und die Pfadlänge des Parallelübertragungsabschnitts die 1/2-Wellenlänge ist, seine Eingangsimpedanz Z_O2 am Punkt T im Smith-Diagramm, wie in 14 dargestellt. Falls der Parallelübertragungsabschnitt nicht mit dem Masseleiter verbunden ist (d.h. nicht kurzgeschlossen ist), sondern offen gelassen ist, wird seine Eingangsimpedanz Z_O2 unendlich und liegt an einer Stelle P im Smith-Diagramm. Falls die Pfadlänge um eine 1/4-Wellenlänge verändert wird, bewegt sich die Eingangsimpedanz Z_O2 entlang des Kreises im Smith-Diagramm um π (rad). Übrigens bewegt sich, wenn die Pfadlänge um eine 1/2-Wellenlänge verändert wird, die Eingangsimpedanz Z_O2 entlang des Kreises im Smith-Diagramm um 2π (rad) und kehrt zur Ausgangsposition zurück. Deshalb liegt, falls der Parallelübertragungsabschnitt offen gelassen ist und die Pfadlänge auf die 1/4-Wellenlänge gesetzt ist, seine Eingangsimpedanz Z_O2 am Punkt T im Smith-Diagramm. Durch Setzen der Pfadlänge des Parallelübertragungsabschnitts 1930 auf die 1/4-Wellenlänge ist der Parallelübertragungsabschnitt 1930 kürzer als im Fall einer Pfadwellenlänge von 1/2-Wellenlänge, und es ist daher möglich, die Signalschaltvorrichtung kompakt zu machen.
29 ist eine Draufsicht eines Teils einer Signalschaltvorrichtung 2000 als Modifikation des fünften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Ähnlich 26 zeigt 29 den zweiten Übertragungsabschnitt und den Parallelübertragungsabschnitt, die in den vorherigen Ausführungsbeispielen beschrieben wurden. In 28 ist der Streifenleiter 2012 in bestimmten Abständen von Masseleitern 2018, 2019 und 2020 vorgesehen. Ein Parallelübertragungsabschnitt 2030 ist mit einem Ende davon in Verbindung mit dem Streifenleiter 2012 und mit seinem anderen Ende offen vorgesehen. Der Parallelübertragungsabschnitt 2030 besitzt eine Pfadbreite W4 und eine Pfadlänge gleich einer 1/4-Wellenlänge der Eingangssignale oder allgemein einem ungeradzahligen Vielfachen einer Viertelwellenlänge. Durch Einstellen der Pfadlänge des Parallelübertragungsabschnitts 2030 in dieser Weise ist die Eingangsimpedanz Z_O2 zum Parallelübertragungsabschnitt 2030 im Wesentlichen Null, wenn der Parallelübertragungsabschnitt 2030 im supraleitenden Zustand ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Masseleiter 2018 und 2019 kein integraler Leiter, der den Parallelübertragungsabschnitt 2030 umschließt, sondern voneinander getrennt. Um die Potentiale der Masseleiter 2018 und 2019 gleich zu halten, sind die Masseleiter 2018 und 2019 durch eine Brücke 2032 elektrisch verbunden.
Ähnlich der in 28 dargestellten Signalschaltvorrichtung 1900 ist der Parallelübertragungsabschnitt 2030 durch Setzen der Pfadlänge des Parallelübertragungsabschnitts 2030 auf die 1/4-Wellenlänge kürzer als im Fall einer Pfadlänge von 1/2-Wellenlänge, und daher ist es möglich, die Signalschaltvorrichtung kompakt zu machen.
In den obigen Ausführungsbeispielen ist beschrieben, dass die normal leitenden Materialien und die supraleitenden Materialien auf einem dielektrischen Material gebildet sind. Es sollte beachtet werden, dass dies keine unabdingbare Anforderung ist. Zum Beispiel ist es möglich, eine Signalschaltvorrichtung durch Nutzen eines Materials zu fertigen, das man durch Bilden einer supraleitenden Materialschicht auf einer gesamten Oberfläche eines dielektrischen Materials und dann Bilden einer normal leitenden Materialschicht auf der supraleitenden Materialschicht und weiter Mustern der normal leitenden Materialschicht erhält. Hierdurch kann in einer Schaltvorrichtung, in der ein gewünschter Übertragungsweg durch Setzen der Temperatur des supraleitenden Materials des Übertragungsweges unter seine kritische Temperatur ausgewählt wird, falls ein gewünschter Übertragungsweg ausgewählt wird, ein sehr geringer Signalverlust erzielt werden.
Außerdem ist in den obigen Ausführungsbeispielen beschrieben, dass der Parallelübertragungsabschnitt 130, 730, 1030, 1430, 1730, 1830, 1930 oder 2030 eine Pfadlänge gleich der 1/2- oder der 1/4-Wellenlänge des Eingangssignals besitzt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Konstruktion beschränkt, und weitere Werte der Pfadlänge können ebenfalls verwendet werden, vorausgesetzt, dass die Pfadlänge bestimmte Anforderungen erfüllt. Zum Beispiel ist (1) die Eingangsimpedanz Z_O2 des Parallelübertragungsabschnitts im Wesentlichen unendlich, wenn der Parallelübertragungsabschnitt im nicht-supraleitenden Zustand ist, (2) die Eingangsimpedanz Z_O2 des Parallelübertragungsabschnitts im Wesentlichen Null, wenn der Parallelübertragungsabschnitt im supraleitenden Zustand ist, und (3) die Pfadlänge so kurz wie möglich. Deshalb ist es zum Beispiel möglich, die Pfadlänge des Parallelübertragungsabschnitts kürzer als ein Viertel der Wellenlänge der Eingangssignale einzustellen. Nichtsdestotrotz ist es unter dem Gesichtspunkt, die Eingangsimpedanz Z_O2 so nahe wie möglich zum kurzen Punkt T oder zum offenen Punkt P zu machen, bevorzugt, die Pfadlänge des Parallelübertragungsabschnitts auf ein Vielfaches der halben oder ein ungeradzahliges Vielfaches der Viertelwellenlänge der Eingangssignale zu setzen.
Gemäß den obigen Ausführungsbeispielen ist es durch Vorsehen eines Parallelübertragungsabschnitts aus einem supraleitenden Material im Übertragungsweg möglich, den Signalübertragungsweg in geeigneter Weise auf die nachfolgenden Schaltungen zu verändern, ohne mechanische Schalter oder Halbleiterschalter wie im Stand der Technik zu verwenden.
Ferner sind der Reihenübertragungsabschnitt und der Parallelübertragungsabschnitt beim Schalten der Eingangssignale auf den ersten Übertragungsweg beide im supraleitenden Zustand. Weil die Länge des zweiten Übertragungsabschnitts so bestimmt ist, dass die Eingangsimpedanz zum zweiten Übertragungsabschnitt ausreichend groß ist, laufen die Eingangssignale zum ersten Übertragungsweg ohne Signalverlust zum zweiten Übertragungsweg.
Beim Schalten der Eingangssignale zum zweiten Übertragungsweg, sind der Reihenübertragungsabschnitt und der Parallelübertragungsabschnitt beide im nicht-supraleitenden Zustand. Deshalb ist die Impedanz des ersten Übertragungsweges sehr groß und die Eingangssignale laufen zum zweiten Übertragungsweg ohne Signalverlust zum ersten Übertragungsweg. Weil ferner der Querschnitt des Parallelübertragungsabschnitts sehr klein ist, ist die Impedanz zum Parallelübertragungsabschnitt sehr groß, daher laufen die im zweiten Übertragungsabschnitt laufenden Signale weiter zu den mit dem zweiten Übertragungsabschnitt verbundenen Schaltungen, ohne dass die Signale durch den Parallelübertragungsabschnitt verzweigt werden. Folglich kann eine gute Isolationseigenschaft erzielt werden, und ein in irgendeinem Übertragungsweg auftretender Signalverlust kann effektiv reduziert werden.
Während die vorliegende Erfindung oben unter Bezug auf spezielle Ausführungsbeispiele zu Veranschaulichungszwecken beschrieben ist, sollte es offensichtlich sein, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern zahlreiche Modifikationen daran durch den Fachmann ohne Verlassen der Ansprüche vorgenommen werden können.
Die Wirkung der Erfindung zusammenfassend, ist es möglich, eine Signalschaltvorrichtung vorzusehen, die Signale mit einem geringeren Signalverlust übertragen kann, wobei eine gute Isolationseigenschaft beibehalten wird. Ferner wird ein Schaltelement wie ein mechanischer Schalter oder ein Halbleiterschalter nicht länger benötigt.

Claims

Signalschaltvorrichtung (1001) die mehrere mit einem Eingangspfad an einem Verzweigungspunkt (X) verbundene Übertragungswege enthält und ausgebildet ist, um ein Signal vom Eingangspfad durch einen der Übertragungswege auszugeben, wobei die Signalschaltvorrichtung aufweist: eine erste Einheit variabler Impedanz (106, 706, 1006, 1406, 1706, 1806), die in Reihe mit einem ersten Übertragungsweg (104–1804) der mehreren Übertragungswege geschaltet ist, wobei die erste Einheit variabler Impedanz einen aus einem supraleitenden Material gebildeten ersten Abschnitt enthält; und eine zweite Einheit variabler Impedanz (130–730), die an einem zweiten Übertragungsweg der mehreren Übertragungswege (108–1808) vorgesehen ist und zu einer Signalleitung des zweiten Übertragungsweges parallel geschaltet ist, wobei die zweite Einheit variabler Impedanz einen aus einem supraleitenden Material gebildeten zweiten Abschnitt enthält, die Querschnittsfläche des zweiten Abschnitts kleiner als die Querschnittsfläche der Signalleitung des zweiten Übertragungsweges ist, die Länge (L3) der Signalleitung des zweiten Übertragungsweges in einer solchen Weise bestimmt ist, dass eine Eingangsimpedanz des zweiten Übertragungsweges am Verzweigungspunkt (X) erhöht ist, wenn der zweite Abschnitt in einem supraleitenden Zustand ist.
Signalschaltvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher, wenn der zweite Abschnitt in einem supraleitenden Zustand ist, die Länge (L3) des zweiten Abschnitts so eingestellt ist, dass die Eingangsimpedanz vom zweiten Übertragungsweg zum zweiten Abschnitt verkleinert ist.
Signalschaltvorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher ein Ende des zweiten Abschnitts mit dem zweiten Übertragungsweg verbunden ist und ein anderes Ende des zweiten Abschnitts geerdet ist.
Signalschaltvorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher die Länge (L3) des zweiten Abschnitts gleich einer halben Wellenlänge des Signals oder einem Vielfachen der halben Wellenlänge des Signals ist.
Signalschaltvorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher ein Ende des zweiten Abschnitts mit dem zweiten Übertragungsweg verbunden ist und ein anderes Ende des zweiten Abschnitts offen ist; und die Länge des zweiten Abschnitts gleich einer viertel Wellenlänge des Signals oder einem ungeradzahligen Vielfachen der viertel Wellenlänge des Signals ist.
Signalschaltvorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einer Auswahleinheit, die ausgebildet ist, um durch Verändern von Leitungszuständen des supraleitenden Materials des ersten Abschnitts und des supraleitenden Materials des zweiten Abschnitts einen des ersten Übertragungsweges und des zweiten Übertragungsweges als den Übertragungsweg auszuwählen, durch den das Signal ausgegeben werden soll.
Signalschaltvorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einer dritten Einheit variabler Impedanz (1807) die mit einem dritten Übertragungsweg in Reihe geschaltet ist, wobei die dritte Einheit variabler Impedanz einen aus einem supraleitenden Material gebildeten dritten Abschnitt enthält; und einer vierten Einheit variabler Impedanz (1831), die an dem dritten Übertragungsweg parallel zu einer Signalleitung des dritten Übertragungsweges vorgesehen ist, wobei die vierte Einheit variabler Impedanz einen aus einem supraleitenden Material gebildeten vierten Abschnitt enthält, eine Querschnittsfläche des vierten Abschnitts kleiner als eine Querschnittsfläche der Signalleitung des dritten Übertragungsweges ist, eine Länge der Signalleitung des dritten Übertragungsweges in einer solchen Weise bestimmt ist, dass eine Eingangsimpedanz des dritten Übertragungsweges erhöht ist, wenn der vierte Abschnitt in einem supraleitenden Zustand ist.
Signalschaltvorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher, wenn der vierte Abschnitt in einem supraleitenden Zustand ist, eine Länge des vierten Abschnitts so eingestellt ist, dass eine Eingangsimpedanz vom dritten Übertragungsweg zum vierten Abschnitt verringert ist.
Signalschaltvorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher ein Ende des vierten Abschnitts mit dem dritten Übertragungsweg verbunden ist und ein anderes Ende des vierten Abschnitts geerdet ist.
Signalschaltvorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher die Länge des vierten Abschnitts gleich einer halben Wellenlänge des Signals oder einem Vielfachen der halben Wellenlänge des Signals ist.
Signalschaltvorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher ein Ende des vierten Abschnitts mit dem dritten Übertragungsweg verbunden ist und ein anderes Ende des vierten Abschnitts offen ist; und die Länge des vierten Abschnitts gleich einer viertel Wellenlänge des Signals oder einem ungeradzahligen Vielfachen der viertel Wellenlänge des Signals ist.
Signalschaltvorrichtung nach Anspruch 7, ferner mit einer Auswahleinheit, die ausgebildet ist, um durch Verändern von Leitungszuständen des supraleitenden Materials des ersten Abschnitts, des supraleitenden Materials des zweiten Abschnitts, des supraleitenden Materials des dritten Abschnitts und des supraleitenden Materials des vierten Abschnitts einen des ersten Übertragungsweges, des zweiten Übertragungsweges und des dritten Übertragungsweges als den Übertragungsweg auszuwählen, durch den das Signal ausgegeben werden soll.