JP3043773B2 - 超伝導磁気アンテナ - Google Patents

超伝導磁気アンテナ

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JP3043773B2 JP2107888A JP10788890A JP3043773B2 JP 3043773 B2 JP3043773 B2 JP 3043773B2 JP 2107888 A JP2107888 A JP 2107888A JP 10788890 A JP10788890 A JP 10788890A JP 3043773 B2 JP3043773 B2 JP 3043773B2
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【発明の詳細な説明】 [概要] 超伝導材料を用いた超伝導磁気アンテナに関し、 超伝導材料を用いてアンテナを構成できるようにする
ことを目的とし、 超伝導材料を少なくとも表面に有し、この超伝導材料
を超伝導状態にした状態で、外部から変動磁界を印加さ
れると、超伝導材料の電気抵抗が変化するアンテナ本体
と、このアンテナ本体を構成する超伝導材料の電気抵抗
を検出することにより、変動磁界を検出する電気抵抗検
出手段とをそなえて構成する。
[産業上の利用分野] 本発明は、超伝導(超伝導とも書く)材料を用いた超
伝導磁気アンテナに関する。
近年、超伝導材料、特に高温超伝導材料は、その特性
を利用して、多くの分野での応用研究が進められてい
る。また、かかる超伝導材料における臨界電流や臨界磁
界に関する研究においては、定常磁界を印加した研究も
多く行なわれている。
[従来の技術] さて、アンテナの技術に着目すると、上記のような超
伝導材料を用いたアンテナはなく、一般にアンテナには
金属等の伝導材料が使用されている。
[発明が解決しようとする課題] ところで、本発明者は、超伝導材料の研究中に、超伝
導材料に変動磁界を印加することによる新しい現象を見
出し、その効果が新しいタイプのアンテナとして応用発
展できる重要な特性であることを見出した。
本発明は、上記のような本発明者による知見に基づい
て創案されたもので、超伝導材料を用いてアンテナを構
成できるようにした、超伝導磁気アンテナを提供するこ
とを目的としている。
[課題点を解決するための手段] このため、本発明の超伝導磁気アンテナは、超伝導材
料を少なくとも表面に有し、該超伝導材料を超伝導状態
にした状態で、外部から変動磁界を印加されると、該超
伝導材料の電気抵抗が変化するアンテナ本体と、該アン
テナ本体を構成する該超伝導材料の電気抵抗を検出する
ことにより、該変動磁界を検出する電気抵抗検出手段と
をそなえたことを特徴としている(請求項1)。
また、本発明の超伝導磁気アンテナは、超伝導材料を
少なくとも表面に有するアンテナ本体と、該超伝導材料
の電気抵抗を検出する電気抵抗検出手段とをそなえ、該
超伝導材料を超伝導状態にし、且つ、該超伝導材料に定
常磁界を印加した状態にして、外部から印加された変動
磁界を、該超伝導材料の電気抵抗変化として、該電気抵
抗検出手段にて検出することにより、該変動磁界を検出
することを特徴としている(請求項2)。
さらに、本発明の超伝導磁気アンテナは、該超伝導材
料として高温超伝導材料が使用されたことを特徴として
いる(請求項3)。
[作用] 上述の請求項1または請求項3記載の本発明の超伝導
磁気アンテナでは、単体構造を有するアンテナ本体を構
成する超伝導材料(または高温超伝導材料)を超伝導状
態にした状態で、外部から変動磁界を印加すると、超伝
導材料(または高温超伝導材料)の電気抵抗が変化する
ため、この電気抵抗変化を電気抵抗検出手段にて検出す
ることにより、変動磁界が検出される。
また、請求項2または請求項3記載の本発明の超伝導
磁気アンテナでは、アンテナ本体を構成する超伝導材料
(または高温超伝導材料)を超伝導状態にし、且つ、超
伝導材料(または高温超伝導材料)に定常磁界を印加し
た状態にして、外部から変動磁界を印加すると、超伝導
材料(または高温超伝導材料)の電気抵抗が変化するた
め、この電気抵抗変化を電気抵抗検出手段にて検出する
ことにより、変動磁界が検出される。
[実施例] 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
(a)第1実施例の説明 第1図は本発明の第1実施例を示す実験配置図である
が、この第1図において、1は円盤型のアンテナ本体
で、このアンテナ本体1は、Y系高温超伝導材料(例え
ばイットリウム,バリウム,銅を含む超伝導材料)で構
成されており、材料は通常の固相法にて作成されたもの
が使用される。なお、この円盤型のアンテナ本体1の寸
法は例えば直径10mm,厚さ1mmに設定されている。
すなわち、この円盤型のアンテナ本体1は、超伝導材
料を少なくとも表面に有し、単体構造で構成されている
ことになる。
また、このY系高温超伝導材料製の円盤型アンテナ本
体1には、その高温超伝導材料の電気抵抗を検出する電
気抵抗検出手段2が設けられている。すなわち、アンテ
ナ本体1の表面には、4つの金電極21a,21b,22a,22bが
取り付けられており、外側の金電極21a,21bには、直流
電流源23が接続されるとともに、内側の金電極22a,22b
には、電圧計24が接続されている。これにより、外側の
2電極21a,21bを通じて高温超伝導材料に直流電流ID
流すことにより、内側の2電極22a,22bを通じて電圧計2
4で直流電圧VDCを測定することができ、その結果、高温
超伝導材料の電気抵抗を検出することができるようにっ
ている。
また、このY系高温超伝導材料製の円盤型アンテナ本
体1の中央には、複相のソレノイドコイル31が取付けら
れており、このソレノイドコイル31には、交流電流源32
が接続されていて、これによりこれらのソレノイドコイ
ル31や交流電流源32で、変動磁界の信号源が構成され
る。
ここで、印加変動磁界の大きさは0〜約150eで、印加
変動磁界の方向は試料円面に垂直な方向である。
ところで、このY系高温超伝導材料製の円盤型アンテ
ナ本体1は、デュワー(Dewar)4内の液体窒素4A(T
=77K)中に浸漬されており、これによりアンテナ本体
1の超伝導材料を超伝導状態にすることができる。
さらに、デュワー4には、マグネット5が取り付けら
れており、これにより外部から定常磁界Hを印加できる
ようになっている。なお、この定常磁界Hの方向は変動
磁界の方向と平行である。
上述の構成により、円盤型アンテナ本体1を、デュワ
ー4内の液体窒素4A中に浸漬することによって、高温超
伝導材料を超伝導状態にし、且つ、これに直流電流(例
えば2A)および定常磁界(例えば60e)を印加した状態
にして、外部から変動磁界を印加する。これにより、高
温超伝導材料の電気抵抗が変化するため、この電気抵抗
変化を電気抵抗検出手段2にて検出することにより、変
動磁界が検出される。
なお、上記の場合において、定常磁界Hを印加しない
場合(H=0)についても、同様にして、外部から変動
磁界を印加することにより、高温超伝導材料の電気抵抗
変化を電気抵抗検出手段2にて検出することにより、変
動磁界を検出することが行なわれる。
このようにして得られた円盤型試料について外部定常
磁界Hを印加した場合と、しない場合における印加変動
磁界HACと直流出力電圧VDCとの関係を示すと、第2図の
ようになる。
この第2図から変動磁界強度がある値以上に達する
と、超伝導材料に抵抗が発生し直流電圧が検出されるこ
とが分かる。その値は変動磁界強度を増すに従い、増加
している。これは、外部より到来した変動磁界を検出で
きることを示している。
また、第2図から外部定常磁界Hを印加すると、抵抗
の発生し始める変動磁界強度が小さくなることがわか
る。すなわち、外部定常磁界Hを印加すると、微弱な変
動磁界に対しても直流電圧が発生するようになる。した
がって、これは外部より到来した微弱な変動磁界を検出
できることを示している。
第3図は変動磁界周波数fをパラメータとした変動磁
界強度HAC−直流出力電圧VDC特性を示すものであるが、
この第3図から出力電圧の増加の傾向は変動磁界周波数
の増加と共に大きくなっていることが分かる。
以上の結果は、Y系高温超伝導材料が受波用アンテナ
として使用可能となる重要な基礎特性を提供するもので
ある。
また、本実施例では、アンテナ本体1が高温超伝導材
料で作られているので、液体ヘリウムに比べ低コストの
液体窒素を用いて、アンテナ本体1を超伝導状態にする
ことができる利点もある。
(b)第2実施例の説明 第4図は本発明の第2実施例を示す模式図であるが、
この第2図において、11はロッド型のアンテナ本体で、
このアンテナ本体11も、Y系高温超伝導材料(例えばイ
ットリウム,バリウム,銅を含む超伝導材料)で構成さ
れており、材料は通常の固相法にて作成されたものが使
用される。なお、このロッド型アンテナ本体11の寸法は
例えば長さ27mm,幅5mm,厚さ1mmに設定されたり、長さ2
7.5mm,幅4.5mm,厚さ1.0mmに設定されたりしている。
すなわち、第2実施例の場合でも、このロッド型のア
ンテナ本体11は、超伝導材料を少なくとも表面に有し、
単体構造で構成されていることになる。
また、このY系高温超伝導材料製のロッド型アンテナ
本体11には、その高温超伝導材料の電気抵抗を検出する
電気抵抗検出手段2が設けられている。すなわち、アン
テナ本体11の表面には、4つの金電極21a,21b,22a,22b
が取り付けられており、外側の金電極21a,21bには、直
流電流源23が接続されるとともに、内側の金電極22a,22
bには、電圧計24が接続されている。これにより、外側
の2電極21a,21bを通じて高温超伝導材料に直流電流ID
を流すことにより、内側の2電極22a,22bを通じて電圧
計24で電流電圧VDCを測定することができ、その結果、
高温超伝導材料の電気抵抗を検出することができるよう
にっている。
また、このY系高温超伝導材料製のロッド型アンテナ
本体11の中央には、ソレノイドコイル33が巻回されてお
り、このソレノイドコイル33には、交流電流源32が接続
されていて、これによりこれらのソレノイドコイル33や
交流電流源32で、変動磁界の信号源が構成される。ここ
で、印加変動磁界の大きさは0〜250eで、印加変動磁界
の方向は、ロッド型アンテナ本体11の軸方向であり、こ
の方向は媒質(高温超伝導材料)中に流す直流電流ID
同じ方向でもある。
ところで、このY系高温超伝導材料製のロッド型アン
テナ本体11は、図示しないが、デュワー内の液体窒素
(T=77K)中に浸漬されており、これによりアンテナ
本体11の超伝導材料を超伝導状態にすることができる。
さらに、デュワーには、前述の実施例と同様、マグネ
ットが取り付けられており、これにより外部から定常磁
界Hを印加できるようになっている。なお、この定常磁
界Hの方向はアンテナ本体11の面(紙面)に対し垂直で
ある。
上述の構成により、アンテナ本体11を、デュワー内の
液体窒素中に浸漬することによって、高温超伝導材料を
超伝導状態にし、且つ、これに直流電流(例えば1A)お
よび定常磁界(例えば100e)を印加した状態にして、外
部から変動磁界を印加する。これにより、高温超伝導材
料の電気抵抗が変化するため、この電気抵抗変化を電気
抵抗検出手段2にて検出することにより、変動磁界が検
出される。
なお、上記の場合において、定常磁界Hを印加しない
場合(H=0)についても、同様にして、外部から変動
磁界を印加することにより、高温超伝導材料の電気抵抗
変化を電気抵抗検出手段2にて検出することにより、変
動磁界を検出することが行なわれる。
このようにして得られたロッド型試料(長さ27.5mm,
幅4.5mm,厚さ1.0mm)について外部定常磁界Hを印加し
た場合と、しない場合における印加変動磁界HACと超伝
導抵抗Rとの関係を変動磁界周波数fをパラメータにし
て示すと、それぞれ第5,6図のようになる。
これらの第5,6図から変動磁界強度がある値以上に達
すると、超伝導材料に抵抗が発生し直流電圧が検出され
ることが分かる。その値は変動磁界強度を増すに従い、
増加している。これは、外部より到来した変動磁界を検
出できることを示している。
また、第5図から外部定常磁界Hを印加すると、抵抗
の発生し始める変動磁界強度が小さくなることがわか
る。すなわち、外部定常磁界Hを印加すると、微弱な変
動磁界に対しても直流電圧が発生するようになる。した
がって、これは外部より到来した微弱な変動磁界を検出
できることを示している。
さらに、第5,6図から超伝導抵抗Rひいては出力電圧V
DCの増加の傾向は変動磁界周波数fの増加と共に大きく
なっていることも分かる。
以上の結果から、この第2実施例の場合も、受波用ア
ンテナとして使用可能となる重要な基礎特性を提供して
いることがわかる。
また、本実施例においても、アンテナ本体11が高温超
伝導材料で作られているので、液体ヘリウムに比べ低コ
ストの液体窒素を用いて、アンテナ本体11を超伝導状態
にすることができるものである。
(c)その他 なお、アンテナ本体をY系高温超伝導材料で作る代わ
りに、その他の高温超伝導材料あるいは更にその他の超
伝導材料で作っても良い。
さらに、上記の各実施例においては、アンテナ本体全
体を高温超伝導材料(又超伝導材料)でつくったが、高
温超伝導材料(又超伝導材料)を例えば薄膜状にして、
これをアンテナ本体の表面に設けることもでき、このよ
うにすればGHz帯の変動磁界を検出することができる。
[発明の効果] 以上詳述したように、本発明の超伝導磁気アンテナ
(請求項1)によれば、アンテナ本体の超伝導材料を超
伝導状態にした状態で、外部から印加された変動磁界
を、超伝導材料の電気抵抗変化として、電気抵抗検出手
段にて検出することにより、変動磁界を検出することが
行なわれるので、簡素な構成の受波用アンテナとして使
用しうる利点がある。
また、本発明の超伝導磁気アンテナ(請求項2)によ
れば、アンテナ本体の超伝導材料を超伝導状態にし、且
つ、超伝導材料に定常磁界を印加した状態にして、外部
から印加された変動磁界を、超伝導材料の電気抵抗変化
として、電気抵抗検出手段にて検出することにより、変
動磁界を検出することが行なわれるので、微弱な変動磁
界を受信する受波用アンテナとして使用しうる利点があ
る。
さらに、本発明の超伝導磁気アンテナ(請求項3)に
よれば、超伝導材料として高温超伝導材料が使用されて
いるので、超伝導材料を超伝導状態にするための装置を
小型化できるとともに、費用が少なくてすみ、これによ
りコストの低廉化におおいに寄与するという利点があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例を示す実験配置図、第2,3
図はそれぞれ本発明の作用を説明するための変動磁界強
度−直流出力電圧特性図、 第4図は本発明の第2実施例を示す模式図、 第5,6図はそれぞれ本発明の作用を説明するための変動
磁界強度−超伝導抵抗特性図である。 図において、 1は高温超伝導材料製円盤型アンテナ本体、2は電気抵
抗測定手段、4はデュワー、4Aは液体窒素、5はマグネ
ット、11は高温超伝導材料製ロッド型アンテナ本体、21
a,21b,22a,22bは電極、23は直流電流源、24は電圧計、3
1,33はソレノイドコイル、32は交流電流源である。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】超伝導材料を少なくとも表面に有し、該超
    伝導材料を超伝導状態にした状態で、外部から変動磁界
    を印加されると、該超伝導材料の電気抵抗が変化するア
    ンテナ本体と、 該アンテナ本体を構成する該超伝導材料の電気抵抗の変
    化を検出することにより、該変動磁界を検出する電気抵
    抗検出手段とをそなえたことを特徴とする、超伝導磁気
    アンテナ。
  2. 【請求項2】超伝導材料を少なくとも表面に有するアン
    テナ本体と、 該超伝導材料の電気抵抗を検出する電気抵抗検出手段と
    をそなえ、 該超伝導材料を超伝導状態にし、且つ、該超伝導材料に
    定常磁界を印加した状態にして、外部から印加された変
    動磁界を、該超伝導材料の電気抵抗変化として、該電気
    抵抗検出手段にて検出することにより、該変動磁界を検
    出することを特徴とする、超伝導磁気アンテナ。
  3. 【請求項3】該超伝導材料として高温超伝導材料が使用
    されたことを特徴とする、請求項1または請求項2記載
    の超伝導磁気アンテナ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101561144B1 (ko) * 2013-10-15 2015-10-19 이현철 다기능성 아령

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101561144B1 (ko) * 2013-10-15 2015-10-19 이현철 다기능성 아령

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