JP4236408B2 - 熱遮断信号伝送ユニットおよび超伝導信号伝送装置 - Google Patents

Description

技術の分野
本発明は、極低温下で動作する超伝導電子デバイスを効率良く極低温状態に維持するための熱遮断信号伝送ユニットおよびこれを用いた超伝導信号伝送装置に関する。
近年超伝導状態で動作させる超伝導電子デバイスが注目されている。このような電子デバイスとしては、例えば、移動体通信システムにおける基地局の送受信装置に用いられる超伝導フィルタがある。あるいは、医療システムにおける、脳波の測定に用いるＳＱＵＩＤ磁束計等もある。
かかる超伝導電子デバイスを７０Ｋという極低温下に冷却しておくためには、相当大型の冷凍機を必要とし、また、その消費電力もかなり大きくなる。そこで、超伝導電子デバイスの研究開発と共に、冷却された超伝導電子デバイスに対する外部（室温）からの熱流入をできる限り抑制するための研究開発も行われている。
背景技術
上記超伝導電子デバイスとして、上述した移動体通信システムにおける基地局の送受信装置に用いられる超伝導フィルタを例にとって述べると、この超伝導フィルタに用いられる超伝導体は、通常の金属からなる常伝導体に比べて表面抵抗が、マイクロ波帯においても、２〜３桁小さい。したがって急峻なカット特性を得るために超伝導フィルタを構成する共振器の段数を大きくしても、通過域における損失を極力小さくすることができる。このため、超伝導フィルタを用いることによって、受信感度は向上し、１つの基地局でカバーできるエリアも広がることから、基地局の数を減らしたり、あるいは送信パワーを小さくしたりすることができる等、といった大きな利点が得られる。
このような大きな利点を得るためには、超伝導電子デバイスとしての超伝導フィルタを安定かつ安価に極低温に維持することが要求される。この要求を満たすべく、いくつかの従来例が提案されている。例えば、特開平９−１２９０４１号、特開平９−１３４６１８号、特開平９−１４７６３４号等である。
これらの従来例については後に図面を用いて詳しく述べるが、その要点は、上記超伝導電子デバイスに接続する同軸ケーブルから該デバイスに流入する熱を遮断するために、この同軸ケーブルそのものに特別な熱遮断構造を持たせたことにある。すなわち熱遮断同軸ケーブルを提案するものである。
しかしながら、上記従来例に従うと、次のような問題がある。
（ｉ）特別な熱遮断構造を有する特別な同軸ケーブルを製作しなければならないことから、製造に手間がかかり、したがってコスト高になる、という問題がある。このため量産向きでもない。
（ｉｉ）同軸ケーブルの外部導体の厚さを薄くするという熱遮断構造をとる場合、同軸ケーブルと超伝導電子デバイスと冷却用の真空容器とを組み合わせて１つの超伝導信号伝送装置を組み立てるに際し、この同軸ケーブルを自由に変形させるという柔軟性に欠けるので組み立てが困難になる、という問題がある。これは、厚さの薄い外部導体は、曲げ等の変形を加えることにより、容易にクラックを生じてしまうからである。
（ｉｉｉ）また、冷却用の冷凍機から伝わる振動によってその薄い外部導体が剥離してしまう、という問題も伴う。
（ｉｖ）さらに、上記の特別な熱遮断構造は、同軸ケーブルの外部導体側にのみ適用されることから、この同軸ケーブルの中心導体を伝わる熱流入に対しては全く熱遮断効果がない、という問題がある。このため、その中心導体と超伝導電子デバイスとの接合点において超伝導状態が保てなくなり、接触抵抗を発生させる恐れがある。
発明の開示
本発明は上記諸問題点に鑑み、同軸ケーブルそのものには一切特別な熱遮断構造を持たせず、真空容器内部の超伝導電子デバイスと、真空容器の外部からの同軸ケーブルと、の間の伝送路の一部において熱遮断を行うようにすることを目的とするものである。
具体的には、上記伝送路の一部に挿入される熱遮断信号伝送ユニットを提供することを目的とするものである。
さらにまた、そのような熱遮断信号伝送ユニットを組み込んだ超伝導信号伝送装置を提供することを目的とするものである。
本発明は上記目的を達成するために、新規な熱遮断信号伝送ユニットを提供するものであり、このユニットは、
基板と、共にこの基板上に形成される信号伝送路およびグランド層と、を備える平面回路体からなり、ここに、その基板は熱伝導率の小さい誘電体材料により構成し、上記の信号伝送路およびグランド層をなす各導体部分は、外部からの熱流入を抑制可能な薄い厚さをもって形成することを特徴とするものである。
また、本発明は上記目的を達成するために、新規な超伝導信号伝送装置を提供するものであり、この伝送装置は、
真空容器と、この真空容器内に設けられる超伝導電子デバイスと、この真空容器を貫通しその超伝導電子デバイスの信号入力端および信号出力端にそれぞれ接続する入力側伝送路および出力側伝送路と、その超伝導電子デバイスを冷却する冷却機構とを備える装置であって、ここに、上記の入力側伝送路および出力側伝送路の少なくとも一方の一部に、熱遮断信号伝送ユニットを挿入することを特徴とするものである。
発明の実施の形態
本発明の理解を一層容易にするため、まず、前述したいくつかの従来例について説明する。
第８図は従来の第１例（ａ）、第２例（ｂ）および第３例（ｃ）に基づく熱遮断構造をそれぞれ有する同軸ケーブルの断面図である。
第１例は前記の特開平９−１２９０４１号、第２例は前記の特開平９−１３４６１８号、第３例は前記の特開平９−１４７６３４号、にそれぞれ相当する。
第８図の（ａ），（ｂ）および（ｃ）において、参照番号１は同軸ケーブル、２は中心導体、３は誘電体を示す。また４，４′および４″は、それぞれ第１、第２および第３例の外部導体を示す。
第１例（ａ）では、外部導体４を薄い、すなわち断面積の小さい金属膜によって構成することによって、熱遮断効果を得、例えば図中の左端から右端への熱の伝達を抑制している。
この場合、金属膜（４）は損傷し易いので、外周を、熱伝導率が小さくかつ機械的強度の優れた材料５で包囲する。
第２例（ｂ）では、外部導体４′を直径の異なる２種の円筒状導体とし、両者の重なり部分に誘電体を介在させることによって、例えば図中の左端から右端への熱の伝達を抑制している。ただし、上記重なり部分では、上記２種の円筒状導体相互間が静電容量結合されており、高周波的には、これらは導通し１つの外部導体をなす。
第３例（ｃ）では、外部導体４″に対して部分的に円環状の溝６を形成することによって外部導体４″の断面積を部分的に小さくし、例えば図中の左端から右端への熱の伝達を抑制している。
上記のとおり、従来の上記第１例、第２例および第３例によれば、同軸ケーブル１の外部導体（４，４′，４″）に対して特別な熱遮断構造を持たせ、超伝導電子デバイスへの熱流入を抑制している。このため、既述した諸問題点（ｉ）〜（ｉｖ）が生ずる。
上述した従来の同軸ケーブル１が適用可能な超伝導信号伝送装置の一例を図を用いて説明する。
第９図は従来の超伝導信号伝送装置の一例を示す図である。なお、本図の装置は、本発明に係る熱遮断信号伝送ユニットを適用することもできる。
第９図において、参照番号１１は真空容器であり、その中央に超伝導電子デバイス１２が設けられる。このデバイス１２は、既述した基地局内の送受信装置の場合であれば、超伝導フィルタである。さらにこれに対しＬＮＡ（Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）が一体に設けられることもある。
超伝導電子デバイス１２は、７０Ｋという極低温に冷却されるが、そのための冷凍機が参照番号１５として示され、真空容器１１の外部に設置される。冷凍機１５は、冷媒を搬送する支柱１６を介して、コールドヘッド１７に接続し、デバイス１２を包囲するインバー、銅、アルミ等の筐体１８は、このコールドヘッド１７に密着してほぼ均一に、かつ、一定温度に冷却される。
このように冷却された超伝導電子デバイス１２の信号入力端および信号出力端は、それぞれ、入力側伝送路１３および出力側伝送路１４を介して、真空容器１１外の、信号入力側同軸ケーブル１および信号出力側同軸ケーブル１に接続する。なお、上記の伝送路１３および１４も、同軸ケーブル１からなる。
ところで、この同軸ケーブル１を伝達する外部からの熱流入が、冷凍機１５にとって大きな負荷となる。その熱流入の値は、同軸ケーブル１の材質、太さや長さにもよるが、長さ２５ｃｍ、φ２．２ｍｍのセミリジッドケーブルで、かつ、真空容器１１の外部の室温３００Ｋとコールドヘッド１７の温度７０Ｋとの間で、およそ１Ｗである。冷凍機１５の冷凍能力は、消費電力との兼ね合いから決まってくるが、７０Ｋという極低温下では、冷凍機１５の効率（冷凍機出力〔Ｗ〕／入力電力〔Ｗ〕）がおよそ１／２０〜１／１００程度で、例えば消費電力数百Ｗであってもその冷凍能力は数Ｗ程度でしかない。実際のシステムに適用する場合には、複数の超伝導電子デバイス１２を同時に冷却したり、あるいは入力用および出力用といったように、数本の同軸ケーブル１が必要であるため、総熱流入量が冷凍機１５の冷凍能力を上回ってしまう。そこで第８図に示したような、特別な熱遮断構造を備えた同軸ケーブル１が必要とされる。ところが、このような同軸ケーブル１を用いる場合には、既述の問題点が生ずる。
本発明は、そのような特別な熱遮断構造を備えた同軸ケーブル１を用いることなしに、すなわち通常の同軸ケーブル（セミリジッドケーブル）を用いて、十分な熱遮断効果が得られる超伝導信号伝送装置を提供し、また、そのための熱遮断信号伝送ユニットを提供する。以下これを詳しく説明する。
第１図は本発明に基づく超伝導信号伝送装置を表す図である。なお、全図を通じて同様の構成要素には、同一の参照番号または記号を付して示す。
前述の第９図と第１図とを比較すると、本発明に基づく熱遮断信号伝送ユニット２０が新たに導入されている。また信号の伝送路となる同軸ケーブルとしては、従来の熱遮断構造の同軸ケーブルに代えて、通常の同軸ケーブル２１（セミリジッドケーブル）が用いられている。ただし、その同軸ケーブルとして、従来の同軸ケーブル１の使用を禁ずる訳ではなく、必要に応じて、この従来の同軸ケーブル１と上記ユニット２０とを併用すれば、熱遮断効果は一層高まる。
第１図に示すとおり、本発明によれば、真空容器１１と、真空容器１１内に設けられる超伝導電子デバイス１２と、真空容器１１を貫通し超伝導電子デバイス１２の信号入力端ＩＮおよび信号出力端ＯＵＴにそれぞれ接続する入力側伝送路１３および出力側伝送路１４と、超伝導電子デバイス１２を冷却する冷却機構（１５，１６，１７）とを備える超伝導信号伝送装置１０に対して、入力側伝送路１３および出力側伝送路１４の少なくとも一方の一部に、熱遮断信号伝送ユニット２０が挿入される。
したがって上記伝送ユニット２０は、伝送路１３および１４の双方の各一部に挿入しても良く、第１図ではこの場合の構成を例示している。
上記伝送路１３および１４は、同軸ケーブルとしても良いし、あるいはその他の適当な信号伝送手段でも良い。また、ユニット２０を延伸させて、伝送路（１３，１４）としても良い。
しかし、好ましくは、熱遮断信号伝送ユニット２０を、それぞれ同軸ケーブルからなる入力側伝送路１３および出力側伝送路１４の少なくとも一方の一部に挿入する。この場合、その同軸ケーブルは通常の同軸ケーブル（セミリジッドケーブル）２１としても良いし、あるいは、第９図に示したように、その外部導体に熱遮断構造を有する同軸ケーブル１であっても良い。
かくして、真空容器１１の外部から同軸ケーブル２１および伝送路１３，１４を通して流入する熱は、熱遮断信号伝送ユニット２０にて遮断され、電子デバイス１２まで到達する熱流入は大幅に制限される。
次に本発明に係る上記の熱遮断信号伝送ユニット２０について詳しく説明する。
第２図は本発明に基づく熱遮断信号伝送ユニットの主要部をなす平面回路体の第１例（ａ）および第２例（ｂ）をそれぞれ示す斜視図である。
本図において、参照番号３０は、熱遮断信号伝送ユニット２０の主要部をなす平面回路体である。
平面回路体３０が、マイクロストリップライン構造を有する場合を第２図（ａ）に示し、また
平面回路体３０が、コプレーナ導波路構造を有する場合を第２図（ｂ）に示す。
第２図（ａ）を参照すると、基板３１と、基板３１の一方の面と他方の面上にそれぞれ形成される信号伝送路３２およびグランド層３３と、を備える平面回路体３０であり、ここに、基板３１は熱伝導率の小さい誘電体材料により構成し、信号伝送路３２およびグランド層３３をなす各導体部分は、外部からの熱流入を抑制可能な薄い厚さをもって形成される。
また第２図（ｂ）を参照すると、基板３１と、基板３１の一方の面上に形成される信号伝送路３２およびグランド層３３−１，３３−２と、を備える平面回路体３０であり、ここに、基板３１は熱伝導率の小さい誘電体材料により構成し、信号伝送路３２およびグランド層３３−１，３３−２をなす各導体部分は、外部からの熱流入を抑制可能な薄い厚さをもって形成される。
一般に熱の流量は、熱伝達される伝導体の断面積に比例し、その長さに反比例する、という公知の性質がある。この公知の性質を容易に適用できると共に、かつ、マイクロ波帯という通過域にも対応できる伝送媒体として、本出願人は、公知のマイクロストリップラインあるいはコプレーナ導波路が利用できることに着眼し、本発明を完成するに至った。
このために、マイクロストリップラインあるいはコプレーナ導波路の構成を基礎として、その信号伝送路およびグランド層の各断面積を極力小さくした。加えて、基板として熱伝導率のきわめて小さい誘電体材料を選択した。一般にマイクロストリップラインあるいはコプレーナ導波路の設計では、その導体部分の断面積を極力小さくしたり、その基板部分の熱伝導率を小さく設定する、ということは通常しないが、本発明はこれをあえて行い、熱遮断信号伝送ユニット２０を完成した。
かくして本発明によれば、グランド層３３，３３−１，３３−２の断面積を小さくしているため、同軸ケーブルの外部導体を通して伝達される大量の熱はこのグランド層にて十分に抑制され、冷凍機１５の負荷は軽くなる。
さらに、従来は抑制できなかった、同軸ケーブルの中心導体を通して伝達される熱も、信号伝送路３２によって抑制される。このために、超伝導電子デバイス１２と、伝送路１３および１４との接合部分において発生する接触抵抗の増大も防止される。
ここで、平面回路体３０として、マイクロストリップライン構造（第２図（ａ））を採用するときと、コプレーナ導波路構造（第２図（ｂ））を採用するときの利害について見ると、マイクロストリップライン構造とした場合、グランド層３３の面が広く基板３１の裏面全体にわたるため、コプレーナ導波路構造とした場合に比べて熱遮断効果が劣るという不利があるものの、平面回路体３０を伝送路中に挿入したことによる伝送損失は、マイクロストリップラインの方が放射損が少ないため、小さい、という利点がある。
一方、コプレーナ導波路構造とした場合、そのグランド層３３−１，３３−２の断面積を、マイクロストリップライン構造とした場合のグランド層３３の断面積より小さくできるので、熱遮断効果は大きいという利点がある。
いずれにしても、同軸ケーブルの外部導体と熱的に導通するグランド層（３３，３３−１，３３−２）の断面積を、電子デバイス１２に至るまでの経路上で小さくしたことに基づく熱遮断効果は大きい。この効果を一層高めることのできる一例を第３図に示す。
第３図は第２図（ｂ）のグランド層を変更した一例を示す平面図である。
本図に示す特徴は、スリット３５にある。本図中、ハッチングで示す部分は、信号伝送路３２およびグランド層３３−１，３３−２の各導体部分であり、それ以外は基板３１である。
このように、グランド層３３−１，３３−２の断面積を実質的に小さくするためのスリット３５を、これらグランド層内に形成することにより、熱遮断効果は一層高まる。
この場合、スリット３５によって放射損が増え、上記の伝送損失が増える。しかし、実際には、信号伝送方向の長さ（信号伝送路長）は数ｃｍ以下と短く、その伝送損失の増加はきわめてわずかである。
なおグランド層にスリットを設ける構成は、第２図（ａ）のグランド層３３にも当然適用できるが、第３図に示すパターン（３３−１または３３−２のパターン）とほぼ同じであるので、図示を省略する。
また、断面積を実質的に小さくするためのスリットは、第３図のような長方形に限らず正方形でも良いし、また、円形でも良い。さらにまた、スリットの延伸方向は、第３図のように、信号伝送路３２に対して直交する場合に限らず、これと平行して数本設けても良い。ただし、スリットの合計面積が増大すると放射損も増加するので、スリットの大きさと数は適宜定める。
第４図は本発明に基づく熱遮断信号伝送ユニットの具体的構成を平面図（ａ）および側面図（ｂ）で表す図である。
本図において、熱遮断信号伝送ユニット２０は、その中心に第２図（ｂ）に示した平面回路体３０を有する。そして、この平面回路体３０の信号入力端ＩＮおよび信号出力端ＯＵＴの少なくとも一方に設けられるコネクタ３６を有し、このコネクタ３６を介して、外部から接続される同軸ケーブル２１の中心導体（第８図の２に相当）および外部導体（第８図の４に相当）と、信号伝送路３２およびグランド層３３−１，３３−２との間で、それぞれ、電気的導通をとる。なお、第４図では、コネクタ３６を信号入力端ＩＮと信号出力端ＯＵＴの双方に設ける例を示している。
また第４図では、基板３１と、コネクタ３６近傍の同軸ケーブル２１とを支持する熱伝導率の小さい支持体３７を示している。
なお第４図は、第２図（ｂ）の構造（コプレーナ導波路）をベースにした構成を示すが、第２図（ａ）の構造（マイクロストリップライン）をベースにした構成も第４図とほぼ同様である。これを第５図に示す。
第５図は本発明に基づく熱遮断信号伝送ユニットの他の具体的構成を平面図（ａ）および側面図（ｂ）で表す図である。
第５図では、第４図の（ａ）に示すグランド層３３−１，３３−２が無くなり、代わって、第５図（ｂ）にグランド層３３として示される。また、第５図（ｂ）では、中央の信号伝送路３２が見えている。
第６図は第４図および第５図に示すコネクタ３６を表す斜視図である。
金属コネクタ３６の中央には貫通孔があり、その中央に、同軸ケーブル２１の中心導体とつながる中心端子３８がある（第４図および第５図にも図示）。この中心端子３８をその貫通孔内で固定するのが絶縁体３９である。
この金属コネクタ３６の図示する面３４と、グランド層（３３，３３−１，３３−２）は半田付け等により接合される。また、中心端子３８と、信号伝送路３２も半田付け等により接合され、電気的に接続する。
次に本発明に好適な材料について検討する。
まず信号伝送路３２およびグランド層３３，３３−１，３３−２をなす導体部分は、金属メッキにて形成することができる。そしてその膜厚を、少なくとも、使用周波数における当該金属の表皮厚程度とする。
基板３１上に金属メッキを行うには、まず、ニッケルなどの下地金属層を無電解メッキ、スパッタ、蒸着等の方法で堆積した後、さらに銅、銀などの金属メッキとするのがよく、メッキの厚さは、少なくとも、その金属の表皮厚以上あれば伝送特性上問題無い。
上記金属メッキに代えて、上記導体部分を、金属薄膜にて形成することもできる。この場合、その膜厚は、使用周波数における当該金属の表皮厚の１〜３倍程度とする。この金属薄膜は、例えば銅の薄膜とし、上記のように銅の表皮厚の１〜３倍とするが、堆積による膜と基板３１間の応力により、冷却時に膜の剥離が起こることがあり、アニール等の応力緩和を促す成膜のプロセスが必要となることもある。
上記の金属メッキあるいは金属薄膜が形成される基板３１としては、その誘電体材料を、ガラス−セラミック複合材料から構成することができる。本発明では、アルミナ焼結基板に比べて熱伝導率の小さい上記のガラス−セラミック複合材料とするのが効果的である。
さらに支持体３７（第４図および第５図）について見ると、この支持体を、樹脂材料または樹脂−ガラス複合材料とするのが好ましい。
その樹脂材料または樹脂−ガラス複合材料としては、ポリカーボネート樹脂、ガラス−エポキシ樹脂複合材料、またはガラス−ポリイミド樹脂複合材料等を用いることができる。
さらに基板３１および支持体３７間、同軸ケーブル２１および支持体３７間の接合には、ポリイミド樹脂またはエポキシ樹脂を用いるのが望ましい。
ここで最も好ましい一実施例について説明する。
熱伝導率の非常に小さい（１．３Ｗ／ｍＫ）ガラス−セラミックの基板３１（厚さ：０．６ｍｍ）上に、導体部分（３２，３３−１，３３−２）として厚さ２μｍの銅メッキを施す。その際、ニッケル下地金属層を無電解メッキで堆積した後、銅電解メッキを施す。その後、特性インピーダンス５０Ωのコプレーナ導波路とし、第２図（ｂ）および第４図（ａ）のような導体パターンを形成する。その導波路の長さは、４ｃｍとする。
このような平面回路体３０を、熱伝導率の小さなガラス−エポキシ樹脂複合材料からなる支持体３７に固定し、コネクタ３６も側面から固定し、平面回路体３０の導体部分とコネクタ３６を半田付けする。
超伝導電子デバイス１２につながる同軸ケーブル２１、外部回路につながる同軸ケーブル２１をそれぞれコネクタ３６に接続し、同軸ケーブル２１を支持体３７の直立部で固定する。これらの固定には、ポリイミド樹脂または２液硬化タイプ（硬化時間１２時間以上）のエポキシ樹脂を用いる。
この熱遮断信号伝送ユニットは、第１図に示したように、同軸ケーブル２１中のどの位置にあってもよく、取り回しが効き、自由度が高い。
熱伝導率の小さい誘電体からなる基板３１、基板支持体３７、断面積の小さい金属メッキの導体部分によって、外部から伝わってきた熱は抑制される。なお、同軸ケーブル２１の中心導体を伝わってくる熱もこの熱遮断信号伝送ユニット２０で遮断され、超伝導電子デバイス１２は安定した低温状態に保たれる。
好ましい実施例では、平面回路体３０を、コプレーナ導波路としたが、第２図（ａ）のような、導体部分を厚さ５μｍの銅メッキとした、マイクロストリップライン構造としても、効果上、大差はない。
さらに、第３図のように、グランド層３３−１，３３−２に５個のスリット３５を入れることにより、実質的な断面積を小さくすると、グランド層を伝わる熱の遮断効果はさらに高まることを確認した。
上述した好ましい実施例に基づく熱遮断信号伝送ユニット２０を用いた場合の伝送損失および熱流入量についてシミュレーションを行ったところ、伝送損失は実質上無視でき、かつ、従来に比べて１桁近い熱流入量（Ｗ）の低減が図れるという結果を得た。これを第７図に示す。
第７図は本発明に基づく熱遮断信号伝送ユニットを導入したことによる熱遮断効果および伝送損失のシミュレーション結果を表す図である。また同時に、前述したスリット３５の有無による効果の違いも表している。
第７図を参照すると、熱遮断信号伝送ユニット２０によって熱流入量は０．１〜０．１４Ｗへと、従来（約１Ｗ）に比べ、激減している。一方、このユニット２０を挿入したことにより発生する伝送損失について見ると、０．０７９〜０．１０５ｄＢであり、ほとんど無損失である。
このシミュレーションに用いたモデルは、第４図に示すタイプのユニット２０である。そしてこのユニット２０のグランド層３３−１，３３−２に、第３図のスリット３５を入れた場合と入れない場合についてシミュレーションした。スリット３５を入れたことにより伝送損失は、これを入れない場合に比べて、０．０７９→０．１０５ｄＢへと若干増加するが、熱流入量の抑制効果は０．１４Ｗ→０．１Ｗへと大幅に向上する。損失が増えるデメリットに比べ、熱流入量が減るメリットの方が遙かに大きい。
なお上記シミュレーションのモデルとなったユニット２０の条件は以下のとおりである。
ユニットの全長：４ｃｍ
ユニットの全幅：１５ｍｍ
導体部分 ：銅（厚さ２μｍ）
基板部分 ：ガラス−セラミック複合材料
（比誘電率ε_ｒ＝９．４）
（厚さ０．６ｍｍ）
（ｔａｎ δ＝０．０００３）
支持体 ：ガラス−エポキシ複合材料
（底部の厚さ０．５ｍｍ）
同軸ケーブル ：入力側および出力側もセミリジッド同軸ケーブルで、長さ１
５ｃｍ、ケーブル径２．２ｍｍ、特性インピーダンス５０Ω
周波数 ：２ＧＨｚ
以上説明したように本発明によれば、超伝導電子デバイス１２を動作させるのに必要な冷凍機１５への外部からの熱流入を抑制することができ、冷凍機１台で複数個の超伝導電子デバイスを冷却することも可能になる。あるいは、冷凍機１５の冷却能力を下げることができ、同時に消費電力も抑えることができる。また、通常の伝送手段や通常の同軸ケーブルをそのまま用いるので、安価かつ容易に実現することができ、熱遮断を容易に行うことができる。この場合本発明の熱遮断信号伝送ユニットは、同軸ケーブルのどの部分に導入してもよいので、通常のセミフレキシブルケーブルや、セミリジットケーブルと合わせて用いることにより、真空容器中での取り回しが効き、自由度が高く、さまざまな形状の真空容器、冷凍機に対応できるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に基づく超伝導信号伝送装置を表す図、
第２図は本発明に基づく熱遮断信号伝送ユニットの主要部をなす平面回路体の第１例（ａ）および第２例（ｂ）をそれぞれ示す斜視図、
第３図は第２図（ｂ）のグランド層を変更した一例を示す平面図、
第４図は本発明に基づく熱遮断信号伝送ユニットの具体的構成を平面図（ａ）および側面図（ｂ）で表す図、
第５図は本発明に基づく熱遮断信号伝送ユニットの他の具体的構成を平面図（ａ）および側面図（ｂ）で表す図、
第６図は第４図および第５図に示すコネクタ３６を表す斜視図、
第７図は本発明に基づく熱遮断信号伝送ユニットを導入したことによる熱遮断効果および伝送損失のシミュレーション結果を表す図、
第８図は従来の第１例（ａ）、第２例（ｂ）および第３例（ｃ）に基づく熱遮断構造をそれぞれ有する同軸ケーブルの断面図、および
第９図は従来の超伝導信号伝送装置の一例を示す図である。

Claims (9)

1. 基板と、共に該基板上に形成される信号伝送路およびグランド層と、を備える平面回路体からなり、ここに、該基板は熱伝導率の小さい誘電体材料により構成し、該信号伝送路およびグランド層をなす各導体部分は、外部からの熱流入を抑制可能な薄い厚さをもって形成し、かつ、前記グランド層の断面積を実質的に小さくするためのスリットを、該グランド層内に形成すると共に、
   前記平面回路体の信号入力端および信号出力端の少なくとも一方に設けられるコネクタを有し、該コネクタを介して、外部から接続される同軸ケーブルの中心導体および外部導体と、前記信号伝送路およびグランド層との間で、それぞれ、電気的導通をとることを特徴とする熱遮断信号伝送ユニット。
2. 前記基板と、前記コネクタ近傍の前記同軸ケーブルとを支持する熱伝導率の小さい支持体を有する請求項１に記載の熱遮断信号伝送ユニット。
3. 前記支持体が、樹脂材料または樹脂−ガラス複合材料からなる請求項２に記載の熱遮断信号伝送ユニット。
4. 前記樹脂材料または樹脂−ガラス複合材料が、ポリカーボネート樹脂、ガラス−エポキシ樹脂複合材料、またはガラス−ポリイミド樹脂複合材料である請求項３に記載の熱遮断信号伝送ユニット。
5. 前記基板および前記支持体間、前記同軸ケーブルおよび前記支持体間の接合に、ポリイミド樹脂またはエポキシ樹脂を用いる請求項２に記載の熱遮断信号伝送ユニット。
6. 真空容器と、該真空容器内に設けられる超伝導電子デバイスと、該真空容器を貫通し該超伝導電子デバイスの信号入力端および信号出力端にそれぞれ接続する入力側伝送路および出力側伝送路と、該超伝導電子デバイスを冷却する冷却機構とを備える超伝導信号伝送装置において、
   前記入力側伝送路および出力側伝送路の少なくとも一方の一部に、熱遮断信号伝送ユニットを挿入することを特徴とする超伝導信号伝送装置。
7. 前記熱遮断信号伝送ユニットは、
   基板と、共に該基板上に形成される信号伝送路およびグランド層と、を備える平面回路体からなり、ここに、該基板は熱伝導率の小さい誘電体材料により構成し、該信号伝送路およびグランド層をなす各導体部分は、外部からの熱流入を抑制可能な薄い厚さをもって形成する請求項６に記載の超伝導信号伝送装置。
8. 前記熱遮断信号伝送ユニットを、それぞれ同軸ケーブルからなる前記入力側伝送路および出力側伝送路の少なくとも一方の一部に挿入する請求項６に記載の超伝導信号伝送装置。
9. 前記同軸ケーブルは、その外部導体に熱遮断構造を有する同軸ケーブルである請求項８に記載の超伝導信号伝送装置。

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