JP2010154392A - 断熱伝送路、真空断熱容器および無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】断熱性にすぐれ、通過損失が小さく、構造が簡易な断熱伝送路を提供する。
【解決手段】信号を伝播する断熱伝送路であって、開口端部を有する第１の導波管と、第１の導波管と同軸に配置され、第１の導波管の開口端部と空隙を介して開口端部が対向する第２の導波管と、空隙の外側に設けられ空隙からの電力放射を抑制する反射体とを備え、
反射体が第１の導波管の開口端部の内壁周と第２の導波管の開口端部の内壁周とを結んで形成される仮想面の少なくとも一部に略平行であり、反射体の第１の導波管の延伸方向の長さが空隙の間隔以上であり、信号の中心周波数の波長をλとすると、仮想面と反射体との距離がＮ×λ／２−０．０５λ以上、Ｎ×λ／２＋０．２λ以下（Ｎは正の整数）であることを特徴とする断熱伝送路。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波信号の伝播に使用される断熱伝送路、および、これを用いた真空断熱容器、無線通信装置無線通信装置に関する。

無線または有線で情報通信を行う通信機器は、アンプ、ミキサ、フィルタなどの各種の高周波部品から構成されている。これらの高周波部品を接続する方法として、同軸線路や導波管による接続、またはストリップ線路、マイクロストリップ線路などの平面回路による接続など、種々の方法がとられる。

特に、導波管は、周囲を金属により囲われているため放射損失が無く、通過損失が小さいため高周波伝送に良く用いられる基本的な伝送路である。この導波管は、電波が伝播する管と、各導波管回路の接続に用いるフランジから成り、これらは銅や真鍮などの金属にで形成されるものが一般的である。しかしながら、導波管は金属を用いているため、重量が重いことや、電気抵抗が小さく、熱伝導率が大きい金属を用いていることにより、熱が移動しやすい。このため接続回路の温度制御が難しくなるなどの問題点があった。

これらの問題を解決する方法として、軽量化を図った導波管や、断熱性を高めた導波管が開示されている。特許文献１には、導波管の管およびフランジ部分を熱伝導率の低い、合成樹脂材を用いて成型し、表面を金属にてメッキをするという技術が開示されている。特許文献２には、導波管の周りに冷却流体を用いて冷やすことで熱伝導を抑える技術が開示されている。特許文献３には、導波管の一部にスリットを入れ、導波管の電気長を変化させずに、熱的な線路長を長くすることで断熱効果を得ようとする技術が開示されている。

しかしながら、いずれの方法も物理的に導波管の金属部分が接続していることにより、熱が伝導してしまう問題があった。また、同軸線路やマイクロストリップ線路など他の伝送路についても、熱伝導の悪い金属を用いることで断熱効果を得ることが可能ではある。しかし、熱伝導の悪い金属は電気抵抗も悪化するため、低損失で断熱された伝送路を実現することが困難であった。

また、冷凍機などを用いて低温動作させる機器は、真空断熱容器内にその機器を納め冷却を行っている。この機器と外部回路とは、信号伝播のために接続する必要がある。特許文献４には、真空を保ちつつ電気的な接触が取れるコネクタを真空断熱容器に取り付けて外部回路と接続する方法が開示されている。しかしながら、このコネクタについても金属部分が内側とつながっているため、真空断熱容器内部への熱流入が問題となる。

特許文献５には、導波管の気密保持には、セラミックなどの高周波抵抗の小さい誘電体などを用いて気密を保持し、更にこの誘電体による反射を抑制する構造が開示されている。また、特許文献６には、チョークフランジの寸法誤差の許容範囲を大きくするためにフランジ部に空隙を設けた導波管が記載されている。
特開平７−３２６９１０号公報 特開平４−２１３９０２号公報 特開平２−３１１００１号公報 特許第３４６６５０９号公報 特開２００７−２３４３４３号公報 米国特許公開公報２００８／００００１６８６

以上述べたように、従来技術では低熱伝導と低電気抵抗を両立する高周波伝送路は実現困難であった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、断熱性にすぐれ、通過損失が小さく、構造が簡易な断熱伝送路、および、これを用いた真空断熱容器、無線通信装置を提供するとことにある。

本発明の第１の態様の断熱伝送路は、信号を伝播する断熱伝送路であって、開口端部を有する第１の導波管と、前記第１の導波管と同軸に配置され、前記第１の導波管の開口端部と空隙を介して開口端部が対向する第２の導波管と、前記空隙の外側に設けられ前記空隙からの電力放射を抑制する反射体とを備え、前記反射体が前記第１の導波管の開口端部の内壁周と前記第２の導波管の開口端部の内壁周とを結んで形成される仮想面の少なくとも一部に略平行であり、前記反射体の前記第１の導波管の延伸方向の長さが前記空隙の間隔以上であり、前記信号の中心周波数の波長をλとすると、前記仮想面と前記反射体との距離がＮ×λ／２−０．０５λ以上、Ｎ×λ／２＋０．２λ以下（Ｎは正の整数）であることを特徴とする。

本発明の第２の態様の真空断熱容器は、断熱性を有し、内部を真空に保持可能な枠体と、
前記枠体内の機器と前記枠体外の回路との間で信号の伝播を可能とする断熱伝送路を備え、前記断熱伝送路が、開口端部を有する第１の導波管と、前記第１の導波管と同軸に配置され、前記第１の導波管の開口端部と空隙を介して開口端部が対向する第２の導波管と、前記空隙の外側に設けられ前記空隙からの電力放射を抑制する反射体と、前記枠体内の真空を保持する気密保持部材と、を備え、前記第１の導波管が前記枠体の外側に設けられ前記第２の導波管が前記枠体の内側に設けられ、前記反射体が前記第１の導波管の開口端部の内壁周と前記第２の導波管の開口端部の内壁周とを結んで形成される仮想面の少なくとも一部に略平行であり、前記反射体の前記第１の導波管の延伸方向の長さが前記空隙の間隔以上であり、前記信号の中心周波数の波長をλとすると、前記仮想面と前記反射体との距離がＮ×λ／２−０．０５λ以上、Ｎ×λ／２＋０．２λ以下（Ｎは正の整数）であることを特徴とする。

本発明の第３の態様の無線通信装置は、送信データに送信処理を施して送信信号を得る信号処理回路と、前記送信信号を増幅する電力増幅器と、増幅された前記送信信号を伝播する断熱伝送路と、前記断熱伝送路により伝播された前記送信信号をフィルタ処理するフィルタと、フィルタ処理された前記送信信号を空間に電波として放射するアンテナとを備え、前記断熱伝送路が、開口端部を有する第１の導波管と、前記第１の導波管と同軸に配置され、前記第１の導波管の開口端部と空隙を介して開口端部が対向する第２の導波管と、前記空隙の外側に設けられ前記空隙からの電力放射を抑制する反射体とを備え、前記反射体が前記第１の導波管の開口端部の内壁周と前記第２の導波管の開口端部の内壁周とを結んで形成される仮想面の少なくとも一部に略平行であり、前記反射体の前記第１の導波管の延伸方向の長さが前記空隙の間隔以上であり、前記信号の中心周波数の波長をλとすると、前記仮想面と前記反射体との距離がＮ×λ／２−０．０５λ以上、Ｎ×λ／２＋０．２λ以下（Ｎは正の整数）であることを特徴とする。

本発明によれば、断熱性にすぐれ、通過損失が小さく、構造が簡易な断熱伝送路、および、これを用いた真空断熱容器、無線通信装置を提供するとことが可能となる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。

（第１の実施の形態）

本実施の形態の断熱伝送路は、信号を伝播する断熱伝送路であって、開口端部を有する第１の導波管と、この第１の導波管と同軸に配置され、第１の導波管の開口端部と空隙を介してその開口端部が対向する第２の導波管とを備えている。そして、第１の導波管と第２の導波管との間の空隙の、それぞれの導波管に対して外側に設けられ、空隙からの電力放射を抑制する反射体を備えている。この反射体が第１の導波管の開口端部の内壁周と第２の導波管の開口端部の内壁周とを結んで形成される仮想面の少なくとも一部に略平行である。そして、反射体の第１の導波管の延伸方向の長さが、空隙の間隔以上である。さらに、この断熱伝送路を伝播される信号の中心周波数の波長をλとすると、先の仮想面と反射体との距離がＮ×λ／２−０．０５λ以上、Ｎ×λ／２＋０．２λ以下（Ｎは正の整数）である。

なお、本明細書中、仮想面と反射体との距離とは、仮想面とその仮想面に略平行な反射体が存在する時に、仮想面上の任意の点からその反射体への最短距離を意味する。

図１は、本実施の形態の断熱伝送路の斜視図である。図２は、本実施の形態の断熱伝送路の構造を示す三面図である。図２（ａ）は側面図、図２（ｂ）が正面図、図２（ｃ）が上面図である。

図１（ａ）に示すように、高周波の信号を伝播する断熱伝送路１０は、共に方形導波管の第１の導波管１２と、第２の導波管１４とを備えている。第１の導波管１２は、例えば信号入力側に位置し、第２の導波管１４は、例えば信号出力側に位置する。第１の導波管１２は開口端部１２ａを有し、第２の導波管１４は開口端部１４ａを有している。

第１の導波管１２と第２の導波管１４は同軸に配置される。そして、第２の導波管１４の開口端部１４ａは、第１の導波管１２の開口端部１２ａと空隙１６を介して対向する。このように、第１の導波管１２と第２の導波管１４は１本の導波管が途中で切断されたような構造となっている。

さらに、断熱伝送路１０は、反射体１８を備えている。この反射体１８は、空隙１６の導波管に対して外側に、空隙１６を挟んで対向する２枚の板状反射体１８ａ、１８ｂで構成される。この反射体１８は、空隙１６からの電力放射を抑制する機能を有している。

そして、図１（ｂ）に示すように、第１の導波管１２の開口端部１２ａの内壁周と第２の導波管１４の開口端部１４ａの内壁周とを結んで形成される面を仮想面２０と定義する。反射体１８は、仮想面２０の少なくとも一部に略平行である。断熱伝送路１０における仮想面２０は、第１および第２の導波管が方形導波管であることから、４つの面を有する四角筒形状となる。

２枚の板状反射体１８ａ、１８ｂは、双方が第１の導波管１２の開口端部１２ａの長辺を含む仮想面２０ａに略平行となっている。なお、第１および第２の導波管１２、１４は方形導波管形状をしているため、延伸方向に対し垂直方向となる開口端部１２ａ、１２ｂの形状は長方形となる。

そして、図１、図２（ａ）（ｃ）に示すように、反射体１８の第１の導波管１２の延伸方向（図１中白抜き矢印で表示）の長さ（図中ｗ_１）が、空隙１６の間隔（図中ｓ）以上となっている。また、反射体１８の第１の導波管１２の延伸方向に垂直方向の長さ（図中ｗ_２）が開口端部１２ａの長辺の長さ以上である。

さらに、この断熱伝送路１０を伝播する信号の中心周波数の波長をλとすると、先の仮想面２０と反射体１８との距離がＮ×λ／２−０．０５λ以上、Ｎ×λ／２＋０．２λ以下（Ｎは正の整数）である。

上記の構成により断熱伝送路１０は、すぐれた断熱性と通過損失の低減を簡易な構成で実現する。まず、第１の導波管１２と第２の導波管１４は、その間に設けられた空隙１６により、熱の伝導が断絶されるため、極めて高い断熱性が得られる。

もっとも、導波管に空隙１６があると、この空隙１６から高周波が漏れ出し、電力が空中へ放射される。このため、伝送線路の通過損失がこの電力放射により大きくなるおそれがある。断熱伝送路１０では、反射体１８を設けることにより、空隙１６から漏れ出す電力放射を抑制する。したがって、電力放射による通過損失が低減される。

図３は本実施の形態の断熱伝送路の基本伝播モードの説明図である。図には、第１または第２の導波管の延伸方向に垂直な断面における電磁界分布の一例を示す。第１および第２の導波管１２、１４は方形導波管形状をしているため、延伸方向に垂直方向の断面は長方形となる。

図３に示すように、断熱伝送路１０の基本伝播モードはＴＥ０１モードである。したがって空隙からの空間への電力放射は、断面の長方形の長辺側からの放射が支配的となる。このため、図１、図２に示すように、板状反射体１８ａ、１８ｂを開口端部の長辺側のみに配置する場合においても効果的に放射を抑制することができる。

また、空隙１８における電力の放射源は、図１（ｂ）における仮想面２０となる。したがって、第１の導波管１２の開口端部１２ａの長辺を含む仮想面、例えば仮想面２０ａに略平行に板状反射体１８ａ、１８ｂを配置し、かつ、信号の中心周波数の波長をλとすると、仮想面２０と板状反射体１８ａ、１８ｂとの距離をＮ×λ／２−０．０５λ以上、Ｎ×λ／２＋０．２λ以下（Ｎは正の整数）とすることで、通過損失が抑制される。

放射源である仮想面２０からＮ×λ／２（Ｎは正の整数）の距離の位置が短絡となり、この位置にある板状反射体１８ａ、１８ｂの表面がショート面となる。このため、このショート面が、放射源である仮想面２０にあることと等価となる。したがって、空隙１６からの放射が抑制される。よって、空隙１６が存在することによる通過損失を低減することが可能となる。

ここで、仮想面２０が放射源であることから、板状反射体１８ａ、１８ｂの大きさは、対向する仮想面の大きさ以上であることが望ましい。このため、断熱伝送路１０では、上述のように、板状反射体１８ａ、１８ｂの第１の導波管１２の延伸方向（図１中白抜き矢印で表示）の長さ（図中ｗ_１）が、空隙１６の間隔（図中ｓ）以上に設定される。また、板状反射体１８ａ、１８ｂの第１の導波管１２の延伸方向に垂直方向の長さ（図中ｗ_２）が開口端部１２ａの長辺の長さ以上に設定される。

図４は、反射体が有る場合と無い場合とでの通過特性の変化を示す図である。横軸は空隙の間隔（Ｇａｐ）であり、図１、２中の“ｓ”に相当する距離である。縦軸は、通過特性である。

なお、導波管については、本実施の形態の変形例として後述する図７に示したようなフランジ付きの導波管を使用している。導波管には矩形のＷＲＪ−５を用い、入力した信号の中心周波数は５．３ＧＨｚとした。反射体には銅の板を用い、５．３ＧＨｚに対し空隙部の仮想面からλ／２の位置に設置した。

この結果、反射体が無い場合、空隙が大きいと放射が大きくなるため、通過損失が大きくなり、通過特性が悪化することがわかる。一方、反射体を設けることで通過特性の悪化が大幅に抑制されることがわかる。

空隙の間隔（Ｇａｐ）が５ｍｍ以内であれば、反射体が有る場合、空隙が０である場合と比較して、通過損失が実使用上問題のない程度に抑えられている。よって、空隙の間隔（Ｇａｐ）が５ｍｍ以下であることが望ましい。

図５は、導波管と反射体の位置を変化させた場合の通過特性の測定結果を示す図である。ここで、図４の測定同様に、導波管には矩形のＷＲＪ−５を用い、入力した信号の中心周波数は５．３ＧＨｚとした。また、反射体には銅の板を用い、５．３ＧＨｚの電気長λに対し、反射体の位置を変化させた場合の本伝送路の通過特性を測定した。

この結果、λ／２（＝０．５λ）前後にて最も通過特性がよくなることがわかる。ここで、もっとも通過特性がよくなる位置が、０．５７λとλ／２から若干ずれているのは、測定誤差や導波管のフランジ部分の影響を受けていることが考えられる。これより、空隙の仮想面からＮ×λ／２−０．０５λ以上、Ｎ×λ／２＋０．２λ以下（Ｎは正の整数）の位置に反射体を置くことが望ましいことがわかる。

また、反射効率を上げるために、仮想面と反射体の距離はより近いことが望ましい。よって、Ｎ＝１であることが望ましい。

図６は、実施の形態と従来技術とで、通過損失と熱流入比の関係を示す図である。実施の形態としては、図４と同じ構造を用いている。そして、比較のための従来技術として、銅を用いた同軸線路（Ｃｕ：Φ＝３．６ｍｍ，２．２ｍｍ）、キプロニッケル（ＣｕＮｉ：Φ＝３．６ｍｍ）を用いた同軸線路、ＳＵＳと銅薄膜（ＳＵＳ＋Ｃｕ薄膜：Φ＝３．６ｍｍ）を用いた同軸線路、ＷＲＪ−５のような一般的な導波管を用いている。

これらについて、ケーブル長１０ｃｍで太い銅の同軸ケーブル（Ｃｕ：Φ＝３．６ｍｍ）の熱流入を基準とした場合における、通過損失と熱流入の比の関係を示す。この結果、実施の形態では、導波管同様の低通過損失と、高い断熱性を併せ持つことが可能であることがわかる。

なお、反射体１８には銅板や真鍮、金、銀メッキを施した部材等、導体の材料を用いることが反射特性を向上させる観点から望ましい。また、反射体１８は断熱特性を向上させる観点から、導波管１２、１４と熱的に接続していないことが望ましい。

ここでは、反射体１８として板状形状のものを例に説明したが、用いる反射体の形状を板状のものから、放射パターンを考え、放射源からλ／２の位置に反射体が来るように湾曲させるなど、形状を変えることでより理想的な通過特性に近づけることも可能である。

また、用いる導波管の部材には、銅や真鍮の他に、熱膨張の小さいインバー材、樹脂成型した部材あるいは繊維強化プラスチックにメッキ処理を施したものなどが望ましい。

また、導波管間内を真空にすることで、空気による熱伝導が抑えられる。したがって、導波管内を真空にし、より高い断熱効果を得ることも可能である。

図７は、本実施の形態の変形例の断熱伝送路の構造を示す三面図である。図７（ａ）は側面図、図７（ｂ）が正面図、図７（ｃ）が正面図である。

第１の導波管１２および第２の導波管１４に接続用のフランジ２２が設けられていること以外は、実施の形態の断熱伝送路１０と同様である。一般に市販の導波管には接続用のフランジが設けられている。本変形例のように、フランジ付きの市販の導波管を流用して断熱伝送路を構成しても、上述の実施の形態と同様の作用・効果を得ることが可能である。

（第２の実施の形態）

本実施の形態の断熱伝送路は、反射体が空隙を覆う四角筒形状を有すること以外は、第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。

図８は、本実施の形態の断熱伝送路の斜視図である。断熱伝送路３０は、反射体１８が空隙１６を覆う四角筒形状を有している。そして、反射体１８の２面が、第１の導波管１２の開口端部の長辺を含む仮想面（図示せず）に略平行である。さらに、反射体１８の他の２面が、第１の導波管１２の開口端部の短辺を含む仮想面（図示せず）に略平行である。すなわち、導波管の開口端部の内壁周を結んで形成される仮想面と、反射体１８の面がそれぞれ平行となるように構成されている。

断熱伝送路３０は、伝送する信号の中心周波数の波長λとすると、放射源の周りをＮ×λ／２−０．０５λからＮ×λ／２＋０．２λ（Ｎは正の整数）の間隔にて囲むように設置される。このように、空隙１６の周囲を反射体１８で完全に覆うことによって、通過損失を一層低減することが可能となる。

（第３の実施の形態）

本実施の形態の断熱伝送路は、２枚の板状反射体の双方が第１の導波管に支持部材で接続され、２枚の板状反射体、支持部材、および、第１の導波管が一体成型されている。上記の点以外は、第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。

図９は、本実施の形態の断熱伝送路の斜視図である。この断熱伝送路４０は、２枚の板状反射体１８ａ、１８ｂの双方が第１の導波管１２に支持部材２４ａ、２４ｂで接続されてコの字型の構造を形成している。そして、２枚の板状反射体１８ａ、１８ｂ、支持部材２４ａ、２４ｂ、および、第１の導波管１２が一体成型されている。

断熱伝送路４０によれば、導波管と反射体を一体構造にて製造すること可能であるため、伝送線路の部品点数を削減し、より簡易な構造とすることが可能となる。

（第４の実施の形態）

本実施の形態の断熱伝送路は、２枚の板状反射体のうち、第１の板状反射体が第１の導波管に第１の支持部材で接続され、第１の板状反射体、第１の支持部材、および、第１の導波管が一体成型されている。また、２枚の板状反射体のうち、第２の板状反射体が第２の導波管に第２の支持部材で接続され、第２の板状反射体、第２の支持部材、および、第２の導波管が一体成型されている。上記の点以外は、第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。

図１０は、本実施の形態の断熱伝送路の斜視図である。この断熱伝送路５０は、第１の板状反射体１８ａが第１の導波管１２に第１の支持部材２６ａで接続され、第１の板状反射体１８ａ、第１の支持部材２６ａ、および、第１の導波管１２が一体成型されている。また、第２の板状反射体１８ｂが第２の導波管１４に第２の支持部材２６ｂで接続され、第２の板状反射体１８ｂ、第２の支持部材２６ｂ、および、第２の導波管１４が一体成型されている。

断熱伝送路５０によれば、第３の実施の形態同様、導波管と反射体を一体構造にて製造すること可能であるため、伝送線路の部品点数を削減し、より簡易な構造とすることが可能となる。
（第５の実施の形態）

本実施の形態の断熱伝送路は、第１および第２の導波管が円形導波管であり、反射体が円筒形状を有すること以外は、第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。

図１１は、本実施の形態の断熱伝送路の斜視図である。図に示すように、断熱伝送路６０は、第１の導波管１２および第２の導波管１４がともに円筒形状を有している。そして、反射体１８が、第１の導波管１２と第２の導波管１４との間の空隙１６を覆う円筒形状を有している。

そして、反射体１８は、第１の導波管１２の開口端部の内壁周と第２の導波管１４の開口端部の内壁周とを結んで形成される円筒形状の仮想面（図示せず）の全面に略平行に形成されている。そして、伝播される信号の中心周波数の波長をλとすると、仮想面と反射体１８との距離がＮ×λ／２−０．０５λ以上、Ｎ×λ／２＋０．２λ以下（Ｎは正の整数）である。

図１２は本実施の形態の断熱伝送路の基本伝播モードの説明図である。図には、第１または第２の導波管の延伸方向に垂直な断面における電磁界分布の一例を示す。第１および第２の導波管１２、１４は円筒形状をしているため、延伸方向に垂直方向の断面は円形となる。

図１２に示すように、断熱伝送路６０の基本伝播モードはＴＭ０１モードである。このＴＭ０１モードの場合、導波管の空隙からの放射は円周方向に一様となる。したがって、反射体１８の形状は、図１１に示すように、放射源である空隙の仮想面から、Ｎ×λ／２−０．０５λからＮ×λ／２＋０．２λ（Ｎは正の整数）の間隔にて囲むようにすることが望ましい。
（第６の実施の形態）

本実施の形態の真空断熱容器は、断熱性を有し、内部を真空に保持可能な枠体と、この枠体内に収容される機器と枠体外の回路との間で信号の伝播を可能とする断熱伝送路を備えている。そして、この断熱伝送路に第１ないし第５の実施の形態で記載した断熱伝送路のいずれかを適用するものである。したがって、以下、断熱伝送路についての詳細な記載は省略する。ただし、本実施の形態の断熱伝送線路は、枠体内の真空を保持する気密保持部材を備えている。

図１３は、本実施の形態の真空断熱容器の概略構成図である。図１３に示すように、真空断熱容器７０は、断熱性を有し、内部を真空に保持可能な枠体７２と、この枠体７２内に収容される機器と枠体７２外の回路との間の信号の伝播を可能とする断熱伝送路７４を備えている。

ここでは、真空断熱容器７０の枠体７２内に、機器として超電導フィルタ７６が設置される場合を例に説明する。この超電導フィルタ７６は、枠体７２外に設けられた冷凍機７８により冷却されている。

そして、断熱伝送路７４は、枠体７２内の超電導フィルタ７６と枠体７２外の回路との間で信号の伝播を行う。真空断熱容器７０では、断熱伝送路７４は、枠体７２外の回路から機器へ信号が入力される入力側と、機器から枠体７２外の回路へ信号がされる出力側の両側に、同様の構造で設けられている。

断熱線路７４は、枠体７２の外側に設けられる第１の導波管１２と、枠体７２の内側に設けられる第２の導波管１４とを備えている。そして、枠体７２の内側に、第１の導波管１２と第２の導波管１４の間の空隙１６の外側に設けられ、空隙１６からの電力放射を抑制する反射体１８を備えている。

図１４は、本実施の形態で用いられる断熱伝送路の構造を示す三面図である。図１３において破線の円で囲まれる入力側部分の詳細を示す。図１４（ａ）は垂直方向断面図、図１４（ｂ）が枠体の内側からみた正面図、図１４（ｃ）が水平方向断面図である。

図１４に示すように、枠体７２外からの信号を入力する第１の導波管１２は、枠体７２の外側、すなわち大気側から、枠体７２に接続される。ここで、本実施の形態の断熱伝送線路は、枠体７２内の真空を保持する気密保持部材を備えている。具体的には、真空断熱容器７０の気密を保持するために、第１の導波管１２は、導波管内にガラスや誘電体などの気密保持部材７８が圧着されている。これにより、真空断熱容器７０内の真空状態が保たれる。さらに、第１の導波管１２と枠体７２との間も、溶接するなどして、気密保持可能な構造になっている。

真空断熱容器７０の内側、すなわち、枠体７２の内側には、信号を超電導フィルタ７６側へ出力する第２の導波管１４が、第１の導波管１２と空隙１６を介して設けられている。この第２の導波管１４は、例えば、超電導フィルタ７６側で固定されている。

そして、この空隙１６の外側に、空隙１６を挟んで対向する２枚の板状反射体１８ａ、１８ｂで構成される反射体１８が枠体７２に取り付けられている。板状反射体１８ａ、１８ｂは、空隙１６の大きさより大きい。また、板状反射体１８ａ、１８ｂは、伝送する信号の中心周波数の波長λとすると、放射源である仮想面に対し、Ｎ×λ／２−０．０５λからＮ×λ／２＋０．２λ（Ｎは正の整数）の間の位置に設置する。

一般に、超電導フィルタは冷凍機に実装され、真空断熱容器の中に収められ、内部を真空状態に保つことで断熱し、数十Ｋ以下まで冷却している。従来、真空断熱容器は、フィルタ本体と外部回路を接続するため、同軸タイプの真空コネクタを用いて、同軸ケーブルにて接続されている。この同軸ケーブルについては、例えば、線路に熱伝導率の低い部材を用いて熱流入を低減し、コネクタについては、中心導体と外導体との間のセラミック部材をロウ材にて接合し、真空と電気伝導を保つ構成となっている。

しかしながら、主に銅の中心導体とＳＵＳなどの外導体が真空断熱容器の内部と熱的に接続しているため、この同軸線路を通して、３００Ｋ程度の外部の熱が流入する。したがって、冷凍機負荷の増大や冷却部の温度バラツキ、熱流入による負荷の増大に伴う冷凍機寿命の低下などの問題点が挙げられている。

そこで、本実施の形態の真空断熱容器７０は、外側と内側を接続する部分に、第１ないし第５の実施の形態の断熱伝送線路を用いることで効果的に断熱を行う。そして、この構成により通過損失の低減も可能となる。したがって、その内部に設置される冷却が必要な高周波機器の特性劣化を効果的に抑制することが可能となる。

図１５は、本実施の形態の変形例で用いられる断熱伝送路の構造を示す三面図である。図１３において破線の円で囲まれる入力側部分の詳細を示す。図１５（ａ）は垂直方向断面図、図１５（ｂ）が枠体の内側からみた正面図、図１５（ｃ）が水平方向断面図である。

図１５に示すように、枠体７２外からの信号を入力する第１の導波管１２は、枠体７２の外側から、枠体７２に接続される。ここで、本実施の形態の断熱伝送線路は、枠体７２内の真空を保持する気密保持部材を備えている。具体的には、真空断熱容器７０の気密を保持するために、第１の導波管１２と、枠体７２との間に、ガラスや誘電体などの気密保持部材７８が圧着されている。これにより、真空断熱容器７０内の真空状態が保たれる。

真空断熱容器７０の内側、すなわち、枠体７２の内側には、信号を超電導フィルタ側へ出力する第２の導波管１４が、第１の導波管１２と空隙１６を介して設けられている。ここで、第２の導波管１４は、断熱を維持しつつ真空断熱容器７０の枠体７２に固定するため、フランジ２２において断熱ネジ８０を、断熱部材８２を挟んで固定する。

ここで、断熱ネジ８０や断熱部材８２は、熱伝導率が十分小さい材料を用いる。ここで断熱ネジ８０や断熱部材８２の熱伝導率は、ＳＵＳの熱伝導率以下であることが望ましい。例えば、材料としてガラスやテフロン（登録商標）、セラミック部材が適用できる。

また、断熱部材８２と断熱ネジ８０と第２の導波管１４は接触面積ができるだけ小さくなるようにすることが望ましい。例えば、断熱部材８２を、丸みを帯びた形状にし、接触面積を減らすようにすることで、より高い断熱効果が得られる。

反射体１８の構成については、上述した実施の形態と同様である。

本変形例によれば、実施の形態の真空断熱容器に比べ、断熱伝送路の枠体への取り付けおよび固定が簡易になるという利点がある。

（第７の実施の形態）
本実施の形態の無線通信装置は、送信データに送信処理を施して送信信号を得る信号処理回路と、送信信号を増幅する電力増幅器と、増幅された送信信号を伝播する断熱伝送路と、断熱伝送路により伝播された送信信号をフィルタ処理するフィルタと、フィルタ処理された送信信号を空間に電波として放射するアンテナとを備えている。そして、断熱伝送路として第１ないし第５の実施の断熱伝送路のいずれかを適用する。

図１６は、本実施の形態の無線通信装置の送信部の概略ブロック図である。この無線通信装置９０は、先の実施の形態において説明した断熱伝送路を組み込んだ無線送信装置である。したがって、以下、断熱伝送路についての詳細な記載は省略する。

図に示すように、無線通信装置９０は、送信データ９２に送信処理を施して送信信号を得る信号処理回路９４と、送信信号を増幅する電力増幅器９６と、増幅された送信信号を伝播する断熱伝送路９８と、断熱伝送路９８を通過して伝播された送信信号をフィルタ処理するフィルタ１００と、フィルタ処理された送信信号を空間に電波として放射するアンテナ１０２とを備えている。また、周波数変換器（ミキサ）１０４およびローカル信号発生器１０６を備えている。

送信データ９２は信号処理回路９４に入力され、ディジタル−アナログ変換、符号化及び変調などの処理が施されることにより、ベースバンドあるいは中間周波数（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ＩＦ）帯の送信信号が生成される。信号処理回路９４からの送信信号は周波数変換器１０４に入力され、ローカル信号発生器１０６からのローカル信号と乗算されることによって、無線周波数（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ＲＦ）帯の信号に周波数変換、すなわちアップコンバートされる。

ミキサ１０４から出力されるＲＦ信号は電力増幅器９６によって増幅された後、帯域制限フィルタ（フィルタ）１００に入力される。このフィルタ１００で帯域制限を受けて不要な周波数成分が除去された後、アンテナ１０２に供給される。

ここで、送信機の用いる電力は大きいため、電力増幅器９６に線形性のよいものを用いようとすると、この電力増幅器９６からの発熱が問題となる。すなわち、電力増幅器９６が発熱し、他の回路に影響を及ぼす。例えば、フィルタ１００の場合、電力増幅器９６からの発熱による回路の熱が上昇することにより、フィルタ１００を構成する共振器の共振周波数が変化してしまう問題が挙げられる。

本実施の形態の無線通信装置９０によれば、第１ないし第５の実施の形態のいずれかの断熱伝送路９８を電力増幅器９６とフィルタ１００の間にいれることで、通過損失を抑えた上で高い断熱効果が得られる。したがって、安定した信号を送信可能な無線通信装置が実現できる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。実施の形態の説明においては、断熱伝送路、真空断熱容器、無線通信装置等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる断熱伝送路、真空断熱容器、無線通信装置等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての断熱伝送路、真空断熱容器、無線通信装置は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。

第１の実施の形態の断熱伝送路の斜視図である。 第１の実施の形態の断熱伝送路の構造を示す三面図である。 第１の実施の形態の断熱伝送路の基本伝播モードの説明図である。 反射体が有る場合と無い場合とでの通過特性を示す図である。 導波管と反射体の位置を変化させた場合の通過特性を示す図である。 通過損失と熱流入比の関係を示す図である。 第１の実施の形態の変形例の断熱伝送路の構造を示す三面図である。 第２の実施の形態の断熱伝送路の斜視図である。 第３の実施の形態の断熱伝送路の斜視図である。 第４の実施の形態の断熱伝送路の斜視図である。 第５の実施の形態の断熱伝送路の斜視図である。 第５の実施の形態の断熱伝送路の基本伝播モードの説明図である。 第６の実施の形態の真空断熱容器の概略構成図である。 第６の実施の形態で用いられる断熱伝送路の構造を示す三面図である。 第６の実施の形態の変形例で用いられる断熱伝送路の構造を示す三面図である。 第７の実施の形態の無線通信装置の送信部の概略ブロック図である。

符号の説明

１０ 断熱伝送線路
１２ 第１の導波管
１２ａ 開口端部
１４ 第２の導波管
１４ａ 開口端部
１６ 空隙
１８ 反射体
１８ａ 板状反射体
１８ｂ 板状反射体
２０ 仮想面
２２ フランジ
２４ａ 支持部材
２４ｂ 支持部材
２６ａ 第１の支持部材
２６ｂ 第２の支持部材
３０ 断熱伝送線路
４０ 断熱伝送線路
５０ 断熱伝送線路
６０ 断熱伝送線路
７０ 真空断熱容器
７２ 枠体
７４ 断熱伝送路
７６ 超電導フィルタ
７８ 冷凍機
８０ 断熱ネジ
８２ 断熱部材
９０ 無線通信装置
９２ 送信データ
９４ 信号処理回路
９６ 電力増幅器
９８ 断熱伝送路
１００ フィルタ
１０２ アンテナ
１０４ 周波数変換器
１０６ ローカル信号発生器

Claims (20)

1. 信号を伝播する断熱伝送路であって、
   開口端部を有する第１の導波管と、
   前記第１の導波管と同軸に配置され、前記第１の導波管の開口端部と空隙を介して開口端部が対向する第２の導波管と、
   前記空隙の外側に設けられ前記空隙からの電力放射を抑制する反射体とを備え、
   前記反射体が前記第１の導波管の開口端部の内壁周と前記第２の導波管の開口端部の内壁周とを結んで形成される仮想面の少なくとも一部に略平行であり、前記反射体の前記第１の導波管の延伸方向の長さが前記空隙の間隔以上であり、前記信号の中心周波数の波長をλとすると、前記仮想面と前記反射体との距離がＮ×λ／２−０．０５λ以上、Ｎ×λ／２＋０．２λ以下（Ｎは正の整数）であることを特徴とする断熱伝送路。
2. 前記第１および第２の導波管が方形導波管であり、
   前記反射体が前記空隙を挟んで対向する２枚の板状反射体で構成され、
   前記２枚の板状反射体の双方が前記第１の導波管の開口端部の長辺を含む前記仮想面に略平行であり、
   前記反射体の、前記第１の導波管の延伸方向に垂直方向の長さが前記長辺の長さ以上であることを特徴とする請求項１記載の断熱伝送路。
3. 前記第１および第２の導波管が方形導波管であり、
   前記反射体が前記空隙を覆う四角筒形状を有し、
   前記反射体の２面が、前記第１の導波管の開口端部の長辺を含む前記仮想面に略平行であり、
   前記反射体の他の２面が、前記第１の導波管の開口端部の短辺を含む前記仮想面に略平行であることを特徴とする請求項１記載の断熱伝送路。
4. 前記２枚の板状反射体の双方が前記第１の導波管に支持部材で接続され、前記２枚の板状反射体、前記支持部材、および、前記第１の導波管が一体成型されることを特徴とする請求項２記載の断熱伝送路。
5. 前記２枚の板状反射体のうち、第１の板状反射体が前記第１の導波管に第１の支持部材で接続され、前記第１の板状反射体、前記第１の支持部材、および、前記第１の導波管が一体成型され、
   前記２枚の板状反射体のうち、第２の板状反射体が前記第２の導波管に第２の支持部材で接続され、前記第２の板状反射体、前記第２の支持部材、および、前記第２の導波管が一体成型されることを特徴とする請求項２記載の断熱伝送路。
6. 前記第１および第２の導波管が円形導波管であり、
   前記反射体が前記空隙を覆う円筒形状を有することを特徴とする請求項１記載の断熱伝送路。
7. 前記反射体が導体であることを特徴とする請求項１ないし請求項６いずれか一項に記載の断熱伝送路。
8. 断熱性を有し、内部を真空に保持可能な枠体と、
   前記枠体内の機器と前記枠体外の回路との間で信号の伝播を可能とする断熱伝送路を備え、
   前記断熱伝送路が、
   開口端部を有する第１の導波管と、
   前記第１の導波管と同軸に配置され、前記第１の導波管の開口端部と空隙を介して開口端部が対向する第２の導波管と、
   前記空隙の外側に設けられ前記空隙からの電力放射を抑制する反射体と、
   前記枠体内の真空を保持する気密保持部材と、
   を備え、
   前記第１の導波管が前記枠体の外側に設けられ前記第２の導波管が前記枠体の内側に設けられ、
   前記反射体が前記第１の導波管の開口端部の内壁周と前記第２の導波管の開口端部の内壁周とを結んで形成される仮想面の少なくとも一部に略平行であり、前記反射体の前記第１の導波管の延伸方向の長さが前記空隙の間隔以上であり、前記信号の中心周波数の波長をλとすると、前記仮想面と前記反射体との距離がＮ×λ／２−０．０５λ以上、Ｎ×λ／２＋０．２λ以下（Ｎは正の整数）であることを特徴とする真空断熱容器。
9. 前記第１および第２の導波管が方形導波管であり、
   前記反射体が前記空隙を挟んで対向する２枚の板状反射体で構成され、
   前記２枚の板状反射体の双方が前記第１の導波管の開口端部の長辺を含む前記仮想面に略平行であり、
   前記反射体の、前記第１の導波管の延伸方向に垂直方向の長さが前記長辺の長さ以上であることを特徴とする請求項８記載の真空断熱容器。
10. 前記第１および第２の導波管が方形導波管であり、
    前記反射体が前記空隙を覆う四角筒形状を有し、
    前記反射体の２面が、前記第１の導波管の開口端部の長辺を含む前記仮想面に略平行であり、
    前記反射体の他の２面が、前記第１の導波管の開口端部の短辺を含む前記仮想面に略平行であることを特徴とする請求項８記載の真空断熱容器。
11. 前記第１および第２の導波管が円形導波管であり、
    前記反射体が前記空隙を覆う円筒形状を有することを特徴とする請求項８記載の真空断熱容器。
12. 前記反射体が導体であることを特徴とする請求項８ないし請求項１１いずれか一項に記載の真空断熱容器。
13. 前記第２の導波管が前記枠体に断熱部材を介して接続され、前記断熱部材の熱伝導率が、ＳＵＳの熱伝導率以下であることを特徴とする請求項８ないし請求項１２いずれか一項に記載の真空断熱容器。
14. 送信データに送信処理を施して送信信号を得る信号処理回路と、
    前記送信信号を増幅する電力増幅器と、
    増幅された前記送信信号を伝播する断熱伝送路と、
    前記断熱伝送路により伝播された前記送信信号をフィルタ処理するフィルタと、
    フィルタ処理された前記送信信号を空間に電波として放射するアンテナとを備え、
    前記断熱伝送路が、
    開口端部を有する第１の導波管と、
    前記第１の導波管と同軸に配置され、前記第１の導波管の開口端部と空隙を介して開口端部が対向する第２の導波管と、
    前記空隙の外側に設けられ前記空隙からの電力放射を抑制する反射体とを備え、
    前記反射体が前記第１の導波管の開口端部の内壁周と前記第２の導波管の開口端部の内壁周とを結んで形成される仮想面の少なくとも一部に略平行であり、前記反射体の前記第１の導波管の延伸方向の長さが前記空隙の間隔以上であり、前記信号の中心周波数の波長をλとすると、前記仮想面と前記反射体との距離がＮ×λ／２−０．０５λ以上、Ｎ×λ／２＋０．２λ以下（Ｎは正の整数）であることを特徴とする無線通信装置。
15. 前記第１および第２の導波管が方形導波管であり、
    前記反射体が前記空隙を挟んで対向する２枚の板状反射体で構成され、
    前記２枚の板状反射体の双方が前記第１の導波管の開口端部の長辺を含む前記仮想面に略平行であり、
    前記反射体の前記第１の導波管の延伸方向に垂直方向の長さが前記長辺の長さ以上であることを特徴とする請求項１４記載の無線通信装置。
16. 前記第１および第２の導波管が方形導波管であり、
    前記反射体が前記空隙を覆う四角筒形状を有し、
    前記反射体の２面が、前記第１の導波管の開口端部の長辺を含む前記仮想面に略平行であり、
    前記反射体の他の２面が、前記第１の導波管の開口端部の短辺を含む前記仮想面に略平行であることを特徴とする請求項１４記載の無線通信装置。
17. 前記２枚の板状反射体の双方が前記第１の導波管に支持部材で接続され、前記２枚の板状反射体、前記支持部材、および、前記第１の導波管が一体成型されることを特徴とする請求項１５記載の無線通信装置。
18. 前記２枚の板状反射体のうち、第１の板状反射体が前記第１の導波管に第１の支持部材で接続され、前記第１の板状反射体、前記第１の支持部材、および、前記第１の導波管が一体成型され、
    前記２枚の板状反射体のうち、第２の板状反射体が前記第２の導波管に第２の支持部材で接続され、前記第２の板状反射体、前記第２の支持部材、および、前記第２の導波管が一体成型されることを特徴とする請求項１５記載の無線通信装置。
19. 前記第１および第２の導波管が円形導波管であり、
    前記反射体が前記空隙を覆う円筒形状を有することを特徴とする請求項１４記載の無線通信装置。
20. 前記反射体が導体であることを特徴とする請求項１４ないし請求項１９いずれか一項に記載の無線通信装置。
    

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