JP2016111196A - 超伝導高周波装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却能力の増大を抑制して所望の性能を確保することができる超伝導高周波装置を提供することである。【解決手段】実施形態の超伝導高周波装置は、超伝導素子と、冷却装置と、容器と、部材とを持つ。超伝導素子は、少なくとも超伝導体により形成される高周波回路を備える。冷却装置は、超電導素子を冷却する。容器は、超電導素子を収容して気密状態になる。部材は、容器の内部において、導電性材料から形成されて超電導素子に接続される複数の薄膜配線を有する。部材は、容器の内部において、容器の内面から超電導素子への熱輻射を抑制する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、超伝導高周波装置に関する。

従来、超伝導フィルタおよび移相器などの高周波回路と低雑音増幅器とを組み合わせた超伝導素子を断熱容器内に収容する超伝導高周波装置がある。この超伝導高周波装置においては、断熱容器外の電源から低雑音増幅器にバイアス電圧を印加するために、低雑音増幅器のコネクタと断熱容器に取り付けられるコネクタとが接続される。しかしながら低雑音増幅器のコネクタと断熱容器のコネクタとをケーブルによって接続すると、断熱容器内でのケーブル取り回し作業が煩雑になる可能性があった。さらに、所望の作業性を確保するため必要なケーブルの太さに起因して、外部から断熱容器内への熱伝達が増大する可能性があった。

特開２００７−２９５５２２号公報

本発明が解決しようとする課題は、冷却能力の増大を抑制して所望の性能を確保することができる超伝導高周波装置を提供することである。

実施形態の超伝導高周波装置は、超伝導素子と、冷却装置と、容器と、部材とを持つ。超伝導素子は、少なくとも超伝導体により形成される高周波回路を備える。冷却装置は、超電導素子を冷却する。容器は、超電導素子を収容して気密状態になる。部材は、容器の内部において、導電性材料から形成されて超電導素子に接続される複数の薄膜配線を有する。部材は、容器の内部において、容器の内面から超電導素子への熱輻射を抑制する。

実施形態の超伝導高周波装置の構成を模式的に示す断面図。 実施形態の超伝導高周波装置の配線基板を示す平面図。 実施形態の第１の変形例の超伝導高周波装置の構成を模式的に示す断面図。 実施形態の第２の変形例の超伝導高周波装置の配線基板を示す平面図。 実施形態の第３の変形例の超伝導高周波装置の第１配線基板を示す平面図。 実施形態の第３の変形例の超伝導高周波装置の第２配線基板を示す平面図。 実施形態の第３の変形例の超伝導高周波装置の第１配線基板および第２配線基板を示す断面図。 実施形態の第４の変形例の超伝導高周波装置の第１配線基板および第２配線基板を示す断面図。 実施形態の第５の変形例の超伝導高周波装置の構成を模式的に示す平面図。 実施形態の第５の変形例の超伝導高周波装置の入力配線基板を示す平面図。 実施形態の第５の変形例の超伝導高周波装置の出力配線基板を示す平面図。 実施形態の第５の変形例の超伝導高周波装置の一部の構成を模式的に示す短辺方向に対する断面図。 実施形態の第５の変形例の超伝導高周波装置の一部の構成を模式的に示す長辺方向に対する断面図。 実施形態の第６の変形例の超伝導高周波装置の一部の構成を模式的に示す長辺方向に対する断面図。 実施形態の第７の変形例の超伝導高周波装置を模式的に示す断面図。 実施形態の第７の変形例の超伝導高周波装置の制御配線基板を示す平面図。

以下、実施形態の超伝導高周波装置を、図面を参照して説明する。

実施形態の超伝導高周波装置１０は、図１に示すように、気密容器１１と、複数の超伝導素子１２と、入力コネクタ１３と、出力コネクタ１４と、冷却板１５と、コールドヘッド１６と、冷凍機１７と、配線基板１８と、基板固定治具１９と、接続ピン２０と、電源コネクタ２１と、輻射遮蔽板２２と、を備えている。

気密容器１１は、例えばポンプ（図示略）による排気などによって内部を真空断熱状態に密封する真空容器などである。気密容器１１は、例えばステンレス鋼などの金属材料により形成されている。
複数の超伝導素子１２の各々は、基材３１と、超伝導フィルタ３２および低雑音増幅器３３（ＬＮＡ：Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）などの高周波回路と、を備えている。
基材３１は、銅などの熱伝導率が高い導電性材料により形成されている。
超伝導フィルタ３２は、基材３１に実装されている。超伝導フィルタ３２は、少なくとも超伝導体により形成された帯域通過（バンドパス）フィルタである。超伝導フィルタ３２の入力端（図示略）は、入力ケーブル１３ａによって入力コネクタ１３に接続されている。入力コネクタ１３は、気密性を保持しながら気密容器１１の壁部を貫通して取り付けられている。入力コネクタ１３には、気密容器１１の外部から高周波信号が入力される。超伝導フィルタ３２は、入力端に入力される高周波信号の所定周波数帯域成分を通過させる帯域通過動作を行ない、所定周波数帯域成分の信号を出力端（図示略）から出力する。
低雑音増幅器３３は、基材３１に実装されている。低雑音増幅器３３の入力端（図示略）は、超伝導フィルタ３２の出力端に接続されている。低雑音増幅器３３は、超伝導フィルタ３２から出力される信号を低雑音で増幅し、増幅後の信号を出力端（図示略）から出力する。低雑音増幅器３３の出力端は、出力ケーブル１４ａによって出力コネクタ１４に接続されている。出力コネクタ１４は、気密性を保持しながら気密容器１１の壁部を貫通して取り付けられている。出力コネクタ１４は、気密容器１１の外部の信号処理系（図示略）に信号を出力する。低雑音増幅器３３の正極端子（図示略）および負極端子（図示略）は、基材３１に設けられる一対のバイアスコネクタ３４に一対のバイアスケーブル３４ａによって接続されている。
なお、基材３１、低雑音増幅器３３の接地端（図示略）、および気密容器１１は、同電位になるように接地されている。

冷却板１５は、相互に所定間隔を置いて冷却板１５の表面上に配置される複数の超伝導素子１２を超伝導状態に冷却する。冷却板１５は、コールドヘッド１６に接続されている。コールドヘッド１６は、気密性を保持しながら気密容器１１の壁部を貫通する連結部１６ａによって、気密容器１１の外部の冷凍機１７に接続されている。

配線基板１８は、基板固定治具１９によって冷却板１５に取り付けられている。配線基板１８および基板固定治具１９は、ガラスエポキシ樹脂などの熱伝導率が低い材料（例えば、熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料など）により形成されている。配線基板１８の基板面のうち冷却板１５に対向する表面には、銅または金などの所定の導電性材料により形成される薄膜が設けられている。配線基板１８の基板面のうち冷却板１５に対向する表面の反対側の裏面には、図２に示すように、複数の超伝導素子１２の各々に対して一対の正極薄膜配線４１および負極薄膜配線４２が設けられている。正極薄膜配線４１および負極薄膜配線４２は、銅または金などの所定の導電性材料により形成されている。所定の導電性材料は、例えば、後述する輻射遮蔽板２２を形成する材料（例えば、ステンレス鋼）とは異なる輻射スペクトルを有し、所定波長（例えば、１μｍなど）以上の波長を有する光（長波長光）の反射率が輻射遮蔽板２２の材料よりも高く、導電性が高い材料である。正極薄膜配線４１および負極薄膜配線４２は、例えばリソグラフィまたは印刷などによって、配線基板１８の基板面の裏面上に設けられている。正極薄膜配線４１および負極薄膜配線４２の外形は、例えば、所定厚さ（例えば、１μｍなど）および所定幅（例えば、２ｍｍなど）を有する線状配線が蛇行する形状に形成されている。正極薄膜配線４１および負極薄膜配線４２は、配線基板１８の基板面における裏面の面積の所定値以上（例えば、８０％以上）を覆う。なお、配線基板１８は、コールドヘッド１６が厚さ方向に貫通する貫通孔または切り欠き（図示略）を備えている。配線基板１８の基板面の表面および裏面に設けられる薄膜、並びに正極薄膜配線４１および負極薄膜配線４２は、貫通孔または切り欠きを避けるように設けられている。

正極薄膜配線４１は、配線基板１８の基板面の裏面上に設けられる正極素子側接続部４１ａおよび正極電源側接続部４１ｂに半田などによって接続されている。負極薄膜配線４２は、配線基板１８の基板面の裏面上に設けられる負極素子側接続部４２ａおよび負極電源側接続部４２ｂに半田などによって接続されている。正極素子側接続部４１ａおよび負極素子側接続部４２ａは、冷却板１５および配線基板１８を厚さ方向に貫通する一対の接続ピン２０によって超伝導素子１２の一対のバイアスコネクタ３４に接続されている。正極電源側接続部４１ｂおよび負極電源側接続部４２ｂは、配線基板１８の基板面における裏面上の端部（例えば、配線基板１８の第１方向、例えば長辺方向の端部）に設けられ、冷却板１５から所定距離以上離れて配置されている。所定距離は、少なくとも５ｍｍ以上であり、より好ましくは１ｃｍ以上である。正極電源側接続部４１ｂおよび負極電源側接続部４２ｂは、一対の電源ケーブル２１ａによって電源コネクタ２１に接続されている。電源コネクタ２１は、気密性を保持しながら気密容器１１の壁部を貫通して取り付けられている。電源コネクタ２１には、気密容器１１の外部の電源（図示略）から極性が異なる正負のバイアス電圧が印加される。電源コネクタ２１の接地端（図示略）は、気密容器１１と同電位になるように接地されている。
正極素子側接続部４１ａおよび正極電源側接続部４１ｂは、配線基板１８の第２方向（例えば、短辺方向）の第１領域側に設けられている。負極素子側接続部４２ａおよび負極電源側接続部４２ｂは、配線基板１８の第２方向（例えば、短辺方向）の第２領域側に設けられている。これにより正極薄膜配線４１は、配線基板１８の短辺方向の中央部から第１領域側において蛇行するように設けられている。負極薄膜配線４２は、配線基板１８の短辺方向の中央部から第２領域側において蛇行するように設けられている。

なお、図１および図２に示す実施形態において、１つの配線基板１８は４個の超伝導素子１２に対する４対の正極薄膜配線４１および負極薄膜配線４２を備えている。これにより超伝導高周波装置１０は、４個よりも多い個数の超伝導素子１２に対して複数の配線基板１８を備える。超伝導高周波装置１０は、例えば、１６個の超伝導素子１２に対して４つの配線基板１８を備える。

輻射遮蔽板２２は、例えば、ステンレス鋼などの材料により形成される複数枚の板材（図示略）と、複数枚の板材を所定間隔を置いて積層配置するスペーサ（図示略）と、を備えている。複数枚の板材の各々は、鏡面仕上げされた表面を有している。

以上説明した実施形態によれば、気密容器１１の内面から超電導素子１２への熱輻射を抑制する配線基板１８に超伝導素子１２に接続される正極薄膜配線４１および負極薄膜配線４２を持つことにより、冷却能力の増大を抑制して所望の性能を確保することができる。超伝導素子１２に接続される伝送線として正極薄膜配線４１および負極薄膜配線４２を持つことにより、伝送線の断面積を必要最低限にすることができ、伝送線からの熱侵入を低減することができる。配線基板１８の基板面において蛇行する形状によって配線長が長くされる正極薄膜配線４１および負極薄膜配線４２を持つことにより、熱侵入を抑制することができる。配線基板１８の基板面における被覆率が高くされた正極薄膜配線４１および負極薄膜配線４２を持つことにより、気密容器１１の内面から超電導素子１２への熱輻射を抑制することができる。配線基板１８に気密容器１１の内面から超電導素子１２への熱輻射を抑制する薄膜、並びに正極薄膜配線４１および負極薄膜配線４２を持つことにより、輻射遮蔽板２２が大型化することを抑制し、超伝導高周波装置１０を小型化することができる。

以下、第１の変形例について説明する。
上述した実施形態では、配線基板１８は、基板固定治具１９によって冷却板１５に取り付けられているとしたが、これに限定されない。
配線基板１８は、図３に示すように、冷却板１５に接触してもよい。配線基板１８は、基板固定治具１９によって気密容器１１に取り付けられてもよい。

以下、第２の変形例について説明する。
上述した実施形態では、正極薄膜配線４１および負極薄膜配線４２の外形は、線状配線が蛇行する形状に形成され、正極薄膜配線４１および負極薄膜配線４２は、基板面の裏面での被覆率が所定値以上（例えば、８０％以上）であるとしたが、これに限定されない。
正極薄膜配線４１および負極薄膜配線４２の外形は、図４に示すように、直線状に形成されてもよい。配線基板１８の基板面の裏面上に所定の導電性材料により形成される接地薄膜配線４３を備えてもよい。接地薄膜配線４３は、例えばリソグラフィまたは印刷などによって、配線基板１８の基板面の裏面上に設けられている。接地薄膜配線４３は、配線基板１８の短辺方向において正極薄膜配線４１および負極薄膜配線４２の間に配置されている。正極薄膜配線４１および負極薄膜配線４２、並びに接地薄膜配線４３は、配線基板１８の基板面における裏面での被覆率が所定値以上（例えば、８０％以上）である。

第２の変形例によれば、正極薄膜配線４１および負極薄膜配線４２の間で接地される導電性の接地薄膜配線４３を持つことにより、正極薄膜配線４１および負極薄膜配線４２間のカップリングの発生を抑制し、低雑音増幅器３３で発振が生じることを防ぐことができる。

以下、第３の変形例について説明する。
上述した実施形態では、１つの配線基板１８に正極薄膜配線４１および負極薄膜配線４２を設けるとしたが、これに限定されない。
超伝導高周波装置１０は、図５、図６、および図７に示すように、極性が異なる２つの配線基板１８（第１配線基板１８ａおよび第２配線基板１８ｂ）を備えてもよい。第１配線基板１８ａおよび第２配線基板１８ｂは、所定間隔を置いて積層配置された状態で支持部材５０によって支持されている。第１配線基板１８ａは、冷却板１５側の基板面に所定の導電性材料により形成される薄膜５１を備えている。第１配線基板１８ａは、冷却板１５側の反対側の基板面に複数の超伝導素子１２の各々に対して正極薄膜配線４１を備えている。第２配線基板１８ｂは、冷却板１５側の基板面に所定の導電性材料により形成される薄膜５２を備えている。第２配線基板１８ｂは、冷却板１５側の反対側の基板面に複数の超伝導素子１２の各々に対して負極薄膜配線４２を備えている。正極薄膜配線４１および負極薄膜配線４２は、第１配線基板１８ａおよび第２配線基板１８ｂの積層方向において互いに重なり合わないように配置されている。正極薄膜配線４１に接続される正極素子側接続部４１ａと、負極薄膜配線４２に接続される負極素子側接続部４２ａとは、第１配線基板１８ａおよび第２配線基板１８ｂの積層方向において互いに重なり合わないように配置されている。正極薄膜配線４１に接続される正極電源側接続部４１ｂと、負極薄膜配線４２に接続される負極電源側接続部４２ｂとは、第１配線基板１８ａおよび第２配線基板１８ｂの積層方向において互いに重なり合わないように配置されている。
なお、図５、図６、および図７に示す第３の変形例において、第１配線基板１８ａおよび第２配線基板１８ｂの各々は１６個の超伝導素子１２に対する各１６個の正極薄膜配線４１および負極薄膜配線４２を備えている。

第３の変形例によれば、正極薄膜配線４１を有する第１配線基板１８ａと、負極薄膜配線４２を有する第２配線基板１８ｂとを持つことにより、正極薄膜配線４１および負極薄膜配線４２間のカップリングの発生を抑制し、低雑音増幅器３３で発振が生じることを防ぐことができる。

以下、第４の変形例について説明する。
上述した第３の変形例では、第１配線基板１８ａおよび第２配線基板１８ｂの各々は、薄膜５１，５２を備えるとしたが、これに限定されない。
第１配線基板１８ａおよび第２配線基板１８ｂは、図８に示すように、正極薄膜配線４１に積層される絶縁材５３および負極薄膜配線４２に積層される絶縁材５４と、導電性の被覆材５５と、を備えてもよい。被覆材５５は、絶縁材５３を備える第１配線基板１８ａと絶縁材５４を備える第２配線基板１８ｂとの間に配置されるとともに、絶縁材５３を備える第１配線基板１８ａと絶縁材５４を備える第２配線基板１８ｂとの積層体の全体を被覆する。
第４の変形例によれば、絶縁材５３を備える第１配線基板１８ａと絶縁材５４を備える第２配線基板１８ｂとの各々を被覆する被覆材５５を持つことにより、正極薄膜配線４１および負極薄膜配線４２間のカップリングの発生を抑制し、低雑音増幅器３３で発振が生じることを防ぐことができる。

以下、第５の変形例について説明する。
上述した実施形態では、超伝導フィルタ３２の入力端（つまり超伝導素子１２の入力端）に入力ケーブル１３ａを接続し、低雑音増幅器３３の出力端（つまり超伝導素子１２の出力端）に出力ケーブル１４ａを接続するとしたが、これに限定されない。
超伝導高周波装置１０は、図９、図１０、図１１、図１２、および図１３に示すように、超伝導素子１２の入力端１２ａに接続される入力配線基板６１と、超伝導素子１２の出力端１２ｂに接続される出力配線基板６２と、を備えてもよい。

入力配線基板６１および出力配線基板６２は、積層配置されている。入力配線基板６１は冷却板１５に取り付けられている。出力配線基板６２は熱伝達治具６３によってコールドヘッド１６に取り付けられている。
入力配線基板６１および出力配線基板６２は、サファイア、ＭｇＯ、ＬａＡｌＯ_３などのように、誘電損失が小さく、超伝導薄膜形成に適した材料により形成されている。入力配線基板６１および出力配線基板６２は、例えば、低温での熱伝導率が高いサファイア基板により形成されている。入力配線基板６１および出力配線基板６２の各々の基板面のうち冷却板１５側の基板面には、所定薄膜（図示略）が設けられている。入力配線基板６１および出力配線基板６２の各々の基板面のうち冷却板１５側の反対側の基板面には、複数の超伝導素子１２の各々に対して入力薄膜配線７１および出力薄膜配線７２が設けられている。所定薄膜、並びに入力薄膜配線７１および出力薄膜配線７２は、サファイア基板の基板面の両面において、順次積層して設けられるＣｅＯ_２バッファー層（図示略）およびＹ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_６＋α超伝導膜（図示略）を備えている。ＣｅＯ_２バッファー層は、所定厚さ（例えば、１００ｎｍなど）に形成されている。Ｙ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_６＋α超伝導膜は、例えば、レーザーアブレーション法によって所定厚さ（例えば、５００ｎｍ以上など）に形成されている。入力薄膜配線７１および出力薄膜配線７２は、ＣｅＯ_２バッファー層およびＹ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_６＋α超伝導膜に対するエッチング加工によって、入力配線基板６１および出力配線基板６２の各々の基板面上に設けられている。なお、入力配線基板６１および出力配線基板６２の各々において、入力薄膜配線７１および出力薄膜配線７２以外におけるＹ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_６＋α超伝導膜には、銅または金などの所定の導電性材料により形成される膜（図示略）が積層されている。所定の導電性材料は、例えば、所定波長（例えば、１μｍなど）以上の波長を有する光（長波長光）の反射率が高い材料である。入力薄膜配線７１および出力薄膜配線７２の外形は、適宜に屈曲する直線状に形成されている。
なお、出力配線基板６２をコールドヘッド１６に取り付ける熱伝達治具６３は、出力薄膜配線７２を避けるようにして、出力薄膜配線７２以外の部位で出力配線基板６２に接続されている。

入力薄膜配線７１は、入力配線基板６１の基板面上に設けられる信号入力部７１ａおよび素子側入力部７１ｂに接続されている。出力薄膜配線７２は、出力配線基板６２の基板面上に設けられる信号出力部７２ａおよび素子側出力部７２ｂに接続されている。信号入力部７１ａは、入力ケーブル１３ａによって入力コネクタ１３に接続されている。信号出力部７２ａは、出力ケーブル１４ａによって出力コネクタ１４に接続されている。素子側入力部７１ｂは、冷却板１５および入力配線基板６１を厚さ方向に貫通する貫通孔７３内に挿入される入力接続ピン７４によって超伝導素子１２の入力端１２ａに接続されている。素子側出力部７２ｂは、冷却板１５、入力配線基板６１、および出力配線基板６２を厚さ方向に貫通する貫通孔７５内に挿入される出力接続ピン７６によって超伝導素子１２の出力端１２ｂに接続されている。
入力コネクタ１３および出力コネクタ１４の各々は、複数の超伝導素子１２に対向する気密容器１１の壁部において所定方向（例えば、長手方向）の第１端部および第２端部の各々に配置されている。
信号入力部７１ａは、入力コネクタ１３が気密容器１１の壁部の所定方向（例えば、長手方向）の第１端部に配置されていることに対応して、入力配線基板６１の基板面における所定方向（例えば、長手方向）の第１端部に配置されている。信号出力部７２ａは、出力コネクタ１４が気密容器１１の壁部の所定方向（例えば、長手方向）の第２端部に配置されていることに対応して、出力配線基板６２の基板面における所定方向（例えば、長手方向）の第２端部に配置されている。
なお、入力配線基板６１および出力配線基板６２の各々において、入力薄膜配線７１および出力薄膜配線７２の各々と電気的に導通の無い薄膜は、ねじまたは導線などによって冷却板１５または気密容器１１と電気的に導通が有る部位に電気的に接続されている。

第５の変形例によれば、気密容器１１の内面から超電導素子１２への熱輻射を抑制する入力配線基板６１および出力配線基板６２の各々に超伝導素子１２に接続される入力薄膜配線７１および出力薄膜配線７２を持つことにより、冷却能力の増大を抑制して所望の性能を確保することができる。超伝導素子１２に接続される伝送線として入力薄膜配線７１および出力薄膜配線７２を持つことにより、伝送線の断面積を必要最低限にすることができ、信号伝送の損失を低減しながら伝送線からの熱侵入を低減することができる。超伝導素子１２に接続される伝送線として入力薄膜配線７１および出力薄膜配線７２を持つことにより、熱侵入を抑制するために入力ケーブル１３ａおよび出力ケーブル１４ａを長くする必要を無くし、超伝導高周波装置１０を小型化することができる。入力配線基板６１および出力配線基板６２の各々に気密容器１１の内面から超電導素子１２への熱輻射を抑制する薄膜を持つことにより、輻射遮蔽板２２が大型化することを抑制し、超伝導高周波装置１０を小型化することができる。気密容器１１の所定方向（例えば、長手方向）の第１端部に配置される入力コネクタ１３および信号入力部７１ａを持つことにより、入力ケーブル１３ａの接続作業が煩雑になることを防ぐことができる。気密容器１１の所定方向（例えば、長手方向）の第２端部に配置される出力コネクタ１４および信号出力部７２ａを持つことにより、出力ケーブル１４ａの接続作業が煩雑になることを防ぐことができる。

以下、第６の変形例について説明する。
上述した第５の変形例では、出力配線基板６２をコールドヘッド１６に取り付ける熱伝達治具６３を備えるとしたが、これに限定されない。
出力配線基板６２は、図１４に示すように、絶縁板７８を介してコールドヘッド１６に取り付けられてもよい。絶縁板７８は、例えば、熱伝導率が高く、絶縁性を有する材料により形成されている。絶縁板７８は、コールドヘッド１６側の表面上に、銅または金などの所定の導電性材料により形成される膜（図示略）が積層されている。所定の導電性材料は、例えば、所定波長（例えば、１μｍなど）以上の波長を有する光（長波長光）の反射率が高い材料である。
第６の変形例によれば、出力配線基板６２とコールドヘッド１６との間に長波長光の反射率が高い絶縁板７８を持つことにより、気密容器１１の内面から超電導素子１２への熱輻射を抑制することができる。

以下、第７の変形例について説明する。
上述した実施形態において、複数の超伝導素子１２の各々は、低雑音増幅器３３を備えるとしたが、これに限定されない。
複数の超伝導素子１２の各々は、図１５に示すように、基材３１と、超伝導フィルタ３２および移相器８０などの高周波回路と、を備えてもよい。
移相器８０は、基材３１に実装されている。移相器８０は、少なくとも超伝導体により形成されている。移相器８０の入力端（図示略）は、超伝導フィルタ３２の出力端に接続されている。移相器８０は、超伝導フィルタ３２から出力される信号の位相を変化させて、位相変更後の信号を出力端（図示略）から出力する。移相器８０の出力端は、出力ケーブル１４ａによって出力コネクタ１４に接続されている。出力コネクタ１４に接続される気密容器１１の外部の信号処理系（図示略）は、複数の超伝導素子１２から出力される信号を合成し、合成後の信号を低雑音増幅器により増幅する。移相器８０の制御端子（図示略）は、基材３１に設けられる制御コネクタ８１に制御ケーブル８１ａによって接続されている。移相器８０は、例えば４ビットの制御信号によって制御される場合、４つの制御端子（図示略）を有している。これに伴い４つの制御端子は、基材３１に設けられる４つの制御コネクタ８１に接続されている。

超伝導高周波装置１０は、基板固定治具１９によって冷却板１５に取り付けられる制御配線基板８２を備えている。制御配線基板８２は、ガラスエポキシ樹脂などの熱伝導率が低い材料（例えば、熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料など）により形成されている。制御配線基板８２の基板面のうち冷却板１５に対向する表面には、銅または金などの所定の導電性材料により形成される薄膜が設けられている。制御配線基板８２の基板面のうち冷却板１５に対向する表面の反対側の裏面には、図１６に示すように、複数の超伝導素子１２の各々に対して４つの薄膜配線８３が設けられている。薄膜配線８３は、銅または金などの所定の導電性材料により形成されている。所定の導電性材料は、例えば、輻射遮蔽板２２を形成する材料（例えば、ステンレス鋼）とは異なる輻射スペクトルを有し、所定波長（例えば、１μｍなど）以上の波長を有する光（長波長光）の反射率が輻射遮蔽板２２の材料よりも高く、導電性が高い材料である。薄膜配線８３は、例えばリソグラフィまたは印刷などによって、制御配線基板８２の基板面の裏面上に設けられている。なお、制御配線基板８２は、コールドヘッド１６が厚さ方向に貫通する貫通孔または切り欠き（図示略）を備えている。制御配線基板８２の基板面の表面および裏面に設けられる薄膜および薄膜配線８３は、貫通孔または切り欠きを避けるように設けられている。

薄膜配線８３は、制御配線基板８２の基板面の裏面上に設けられる素子側接続部８３ａおよび制御入力側接続部８３ｂに半田などによって接続されている。素子側接続部８３ａは、冷却板１５および制御配線基板８２を厚さ方向に貫通する接続ピン８４によって超伝導素子１２の制御コネクタ８１に接続されている。制御入力側接続部８３ｂは、制御配線基板８２の基板面における裏面上の端部（例えば、制御配線基板８２の第１方向、例えば長辺方向の端部）に設けられている。制御入力側接続部８３ｂは、制御ケーブル８５ａによって制御コネクタ８５に接続されている。制御コネクタ８５は、気密性を保持しながら気密容器１１の壁部を貫通して取り付けられている。制御コネクタ８５には、気密容器１１の外部の制御装置（図示略）から移相器８０に対する制御信号が入力される。
制御配線基板８２の基板面の裏面上において、薄膜配線８３以外の領域には、所定の導電性材料により形成される接地薄膜配線８６が設けられている。接地薄膜配線８６は、例えばリソグラフィまたは印刷などによって、制御配線基板８２の基板面の裏面上に設けられている。薄膜配線８３および接地薄膜配線８６は、制御配線基板８２の基板面における裏面での被覆率が所定値以上（例えば、８０％以上）である。

なお、図１５および図１６に示す第７の変形例において、１つの制御配線基板８２は４個の超伝導素子１２に対する各４つの薄膜配線８３を備えている。これにより超伝導高周波装置１０は、例えば、１６個の超伝導素子１２に対して４つの制御配線基板８２を備える。

第７の変形例によれば、気密容器１１の内面から超電導素子１２への熱輻射を抑制する制御配線基板８２に超伝導素子１２に接続される薄膜配線８３を持つことにより、冷却能力の増大を抑制して所望の性能を確保することができる。超伝導素子１２に接続される伝送線として薄膜配線８３を持つことにより、伝送線の断面積を必要最低限にすることができ、信号伝送の損失を低減しながら伝送線からの熱侵入を低減することができる。制御配線基板８２の基板面における被覆率が高くされた薄膜配線８３および接地薄膜配線８６を持つことにより、気密容器１１の内面から超電導素子１２への熱輻射を抑制することができる。制御配線基板８２に気密容器１１の内面から超電導素子１２への熱輻射を抑制する薄膜、並びに薄膜配線８３および接地薄膜配線８６を持つことにより、輻射遮蔽板２２が大型化することを抑制し、超伝導高周波装置１０を小型化することができる。
超伝導体により形成される移相器８０を持つことにより、超伝導高周波装置１０の損失を低減することができ、ＮＦ（Ｎｏｉｓｅ Ｆｉｇｕｒｅ：雑音指数）特性を良好に向上させることができる。

以下、他の変形例について説明する。
上述した実施形態では、配線基板１８の基板面のうち冷却板１５に対向する表面に所定の導電性材料により形成される薄膜を設けるとしたが、これに限定されず、この薄膜は省略されてもよい。
上述した実施形態では、配線基板１８の基板面のうち冷却板１５に対向する表面の反対側の裏面に薄膜配線３１を設けるとしたが、これに限定されない。
配線基板１８の基板面のうち冷却板１５に対向する表面に冷却板１５から離間して（つまり冷却板１５に接触しないように）薄膜配線３１を設けてもよい。
さらに、配線基板１８の基板面のうち冷却板１５に対向する表面の反対側の裏面に所定の導電性材料により形成される薄膜を設けてもよい。

上述した実施形態では、輻射遮蔽板２２を備えるとしたが、これに限定されず、輻射遮蔽板２２は省略されてもよい。

上述した実施形態、および第１〜第７の変形例においては、配線基板１８並びに正極薄膜配線４１および負極薄膜配線４２と、入力配線基板６１および出力配線基板６２並びに入力薄膜配線７１および出力薄膜配線７２と、制御配線基板８２および薄膜配線８３とのうち、少なくとも何れかの組み合わせを備えてもよい。
上述した実施形態、および第１〜第７の変形例においては、各基板の異なる面上に設けられる薄膜配線の組み合わせによって、超電導素子１２を動作させるための電力の供給と、超電導素子１２の動作を制御する制御信号の供給と、超電導素子１２に対する高周波信号の入力および出力と、の少なくとも何れか１つを行なってもよい。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、気密容器１１の内面から超電導素子１２への熱輻射を抑制する配線基板に超伝導素子１２に接続される薄膜配線を持つことにより、冷却能力の増大を抑制して所望の性能を確保することができる。超伝導素子１２に接続される伝送線として薄膜配線を持つことにより、伝送線の断面積を必要最低限にすることができ、伝送線からの熱侵入を低減することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…超伝導高周波装置、１１…気密容器、１２…超伝導素子、１３…入力コネクタ、１４…出力コネクタ、１５…冷却板、１６…コールドヘッド、１７…冷凍機、１８…配線基板、１９…基板固定治具、２０…接続ピン、２１…電源コネクタ、２２…輻射遮蔽板、３１…基材、３２…超伝導フィルタ、３３…低雑音増幅器、３４…バイアスケーブル、４１…正極薄膜配線、４２…負極薄膜配線、６１…入力配線基板、６２…出力配線基板、７１…入力薄膜配線、７２…出力薄膜配線、８０…移相器、８２…制御配線基板、８３…薄膜配線

Claims (6)

1. 少なくとも超伝導体により形成される高周波回路を備える超伝導素子と、
   前記超電導素子を冷却する冷却装置と、
   前記超電導素子を収容して気密状態になる容器と、
   前記容器の内部において、導電性材料から形成されて前記超電導素子に接続される複数の薄膜配線を有するとともに、前記容器の内面から前記超電導素子への熱輻射を抑制する部材と、
   を備える、
   超伝導高周波装置。
2. 前記複数の薄膜配線は、
   前記超電導素子を動作させるための電力を供給する、
   請求項１に記載の超伝導高周波装置。
3. 前記複数の薄膜配線は、
   前記超電導素子の動作を制御する制御信号を供給する、
   請求項１または請求項２に記載の超伝導高周波装置。
4. 前記複数の薄膜配線は、
   前記超電導素子に対して高周波信号の入力および出力を行なう、
   請求項１から請求項３の何れか１つに記載の超伝導高周波装置。
5. 前記複数の薄膜配線は、
   前記部材の異なる面上に設けられる薄膜配線の組み合わせによって、
   前記超電導素子を動作させるための電力の供給と、前記超電導素子の動作を制御する制御信号の供給と、前記超電導素子に対する高周波信号の入力および出力と、の少なくとも何れか１つを行なう、
   請求項１に記載の超伝導高周波装置。
6. 前記複数の薄膜配線の少なくとも一部は超伝導体により形成される、
   請求項１から請求項５の何れか１つに記載の超伝導高周波装置。

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