JP6612803B2 - 導波路及び信号処理装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、導波路及び信号処理装置に関する。
入力線路から入力される信号を、低温状態又は高温状態の電子回路で処理して、出力線路から出力する信号処理装置では、外部との間で、熱を遮断することが望まれる。例えば、低温で信号を処理する超伝導フィルタを電子回路として用いる場合、外部からの熱流入が大きくなると、低温に維持するために冷凍機の負荷が大きくなるおそれがある。また、例えば、高温で信号を処理する電力増幅器を電子回路に用いる場合、外部への熱流出が大きくなると、外部に設けられた電子回路の特性が低下するおそれがある。
特許第４２３６４０８公報
本発明が解決しようとする課題は、優れた断熱特性を備える導波路を提供することにある。
実施形態の導波路は、第１の導体層と、前記第１の導体層と離間した第２の導体層と、前記第１の導体層及び前記第２の導体層と離間し、第１の方向に伸長し、前記第１の導体層と対向する第１の領域と、前記第２の導体層と対向する第２の領域を有する第１の導体線路と、前記第１の導体層、前記第２の導体層、及び、前記第１の導体線路と離間し、前記第１の方向に伸長し、前記第１の方向の長さが前記第１の導体線路よりも短い第２の導体線路と、を備え、前記第２の導体線路は、前記第１の導体線路に電磁結合する両端開放型共振器である。
第１の実施形態の導波路の全体図。 第１の実施形態の変形例の導波路の全体図。 第１の実施形態の導波路の回路部の模式図。 第１の実施形態の導波路の回路部の模式図。 第１の比較形態の導波路の回路部の模式図。 第２の比較形態の導波路の回路部の模式図。 第１の実施形態の導波路の損失及び熱侵入量のシミュレーション結果を示す図。 第２の実施形態の導波路の回路部の模式図。 第３の実施形態の導波路の回路部の模式図。 第３の実施形態の変形例の導波路の回路部の模式図。 第４の実施形態の導波路の回路部の模式図。 第５の実施形態の導波路の回路部の模式図。 第６の実施形態の導波路の回路部の模式図。 第７の実施形態の信号処理装置の模式断面図。 第８の実施形態の信号処理装置の模式断面図。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一又は類似の部材などには同一の符号を付し、一度説明した部材などについては適宜その説明を省略する。
以下、実施形態の導波路及び信号処理装置を、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
本実施形態の導波路は、第１の導体層と、第１の導体層と離間した第２の導体層と、第１の導体層及び第２の導体層と離間し、第１の方向に伸長し、第１の導体層と対向する第１の領域と、第２の導体層と対向する第２の領域を有する第１の導体線路と、第１の導体層、第２の導体層、及び、第１の導体線路と離間し、第１の方向に伸長し、第１の方向の長さが第１の導体線路よりも短い第２の導体線路と、を備える。
図１は、本実施形態の導波路の全体図である。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡＡ’断面図である。
本実施形態の導波路１００は、回路部１０１、入力側接続部１０３、出力側接続部１０４を備える。本実施形態の導波路１００は、接続される電子回路への熱の流入、又は、接続される電子回路からの熱の流出を遮断する断熱導波路である。
回路部１０１は、例えば、マイクロストリップライン構造である。ストリップライン構造、又は、コプレーナ構造であっても構わない。
回路部１０１の一端には入力側接続部１０３、他端には出力側接続部１０４が設けられる。入力側接続部１０３には、例えば、外部から回路部１０１に入力される高周波の信号が伝送される入力線路として、同軸ケーブル１０５が接続可能となっている。また、出力側接続部１０４には、例えば、回路部１０１から外部に出力する高周波の信号が伝送される出力線路として、同軸ケーブル１０６が接続可能となっている。
図２は、本実施形態の変形例の導波路の全体図である。図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＦＦ’断面図である。
変形例の導波路１１０は、出力側接続部１０４を備えない点で図１の導波路と異なっている。変形例の導波路１１０は、例えば、支持基板１０２に載置される回路基板１０７に、ボンディングワイヤ１０８により接続される。回路部１０１から回路基板１０７にボンディングワイヤ１０８介して高周波の信号が伝送される。
図３及び図４は、本実施形態の導波路１００の回路部１０１の模式図である。図３が平面図、図４が断面図である。図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）は下面図である。なお、図３（ａ）、図３（ｂ）には反対面側の部材も破線で示している。図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）は、それぞれ、図３（ａ）のＢＢ’断面、ＣＣ’断面、ＤＤ’断面である。
本実施形態の回路部１０１は、誘電体基板１０、伝送線路１１（第１の導体線路）、第１の共振器１２（第２の導体線路）、第１のグラウンド層１４（第１の導体層）、第２のグラウンド層１５（第２の導体層）を備える。本実施形態の回路部１０１は、マイクロストリップライン構造である。
誘電体基板１０は、上面（第１の面）と、上面に対向する下面（第２の面）を有する。誘電体基板１０は、例えば、樹脂基板である。誘電体基板１０の厚さは、例えば、２５μｍ以上２ｍｍ以下である。誘電体基板１０の第１の方向の長さは、例えば、２ｃｍ以上１０ｃｍ以下である。誘電体基板１０の第２の方向の幅は、例えば、１ｃｍ以上５ｃｍ以下である。
伝送線路１１、第１の共振器１２は、誘電体基板１０の上面側に位置する。伝送線路１１、第１の共振器１２は、誘電体基板１０の上面に接して設けられる。第１のグラウンド層１４、第２のグラウンド層１５は、誘電体基板１０の下面側に位置する。第１のグラウンド層１４、第２のグラウンド層１５は、誘電体基板１０の下面に接して設けられる。
伝送線路１１、第１の共振器１２、第１のグラウンド層１４、第２のグラウンド層１５は、金属薄膜である。金属薄膜は、例えば、銅薄膜又は銀薄膜である。伝送線路１１、第１の共振器１２、第１のグラウンド層１４、第２のグラウンド層１５の膜厚は、例えば、１μｍ以上３６μｍ以下である。
伝送線路１１は、第１のグラウンド層１４及び第２のグラウンド層１５と離間している。伝送線路１１は、第１の方向に伸長する。
伝送線路１１は、第１のグラウンド層１４に対向する入力側領域１１ａ（第１の領域）と、第２のグラウンド層１５に対向する出力側領域１１ｂ（第２の領域）とを有する。伝送線路１１の、入力側領域１１ａと出力側領域１１ｂとの間には、第１のグラウンド層１４及び第２のグラウンド層１５のいずれとも対向しない中間領域１１ｃ（第２の中間領域）が存在する。
入力側領域１１ａの端部が、例えば、入力側接続部１０３に接続される。出力側領域１１ｂの端部が、例えば、出力側接続部１０４に接続される。
本明細書中、「第１の方向に伸長する導体線路が導体層と対向する領域を有する」とは、その領域の任意の点を通り第１の方向に垂直な第１の面が導体層と交差し、その任意の点から導体層までの最短距離の線分が、第１の面と略同一の面内に存在することを意味する。
伝送線路１１の第１の方向の長さ（図３（ａ）中のＬ１）は、例えば、誘電体基板１０の第１の方向の長さに等しい。伝送線路１１の第２の方向の幅（図３（ａ）中のＷ１）は、例えば、２５μｍ以上２ｍｍ以下である。
第１の共振器１２は、伝送線路１１、第１のグラウンド層１４、及び、第２のグラウンド層１５と離間している。第１の共振器１２は、第１の方向に伸長する。第１の共振器１２の第１の方向の長さ（図３（ａ）中のＬ２）は、伝送線路１１の第１の方向の長さ（Ｌ１）よりも短い。第１の共振器１２の第２の方向の幅（図３（ａ）中のＷ２）は、例えば、２５μｍ以上２ｍｍ以下である。
第１の共振器１２は、第１のグラウンド層１４に対向する入力側領域１２ａ（第３の領域）と、第２のグラウンド層１５に対向する出力側領域１２ｂ（第４の領域）とを有する。第１の共振器１２の、入力側領域１２ａと出力側領域１２ｂとの間には、第１のグラウンド層１４及び第２のグラウンド層１５のいずれとも対向しない中間領域１２ｃ（第１の中間領域）が存在する。
第１の共振器１２は、伝送線路１１に電磁結合する両端開放型共振器である。第１の共振器１２は、例えば、半波長共振器である。
伝送線路１１と第１の共振器１２との間の第２の方向の距離（図３（ａ）中のＳ２）は、例えば、伝送線路１１の第２の方向の幅（Ｗ１）よりも小さい。
第１のグラウンド層１４と第２のグラウンド層１５は離間する。回路部１０１は、物理的に分離された２つのグラウンド層を備える。
第１のグラウンド層１４と第２のグラウンド層１５は、第１の方向に略平行な略同一の平面内に位置する。本実施形態では、第１のグラウンド層１４と第２のグラウンド層１５は、誘電体基板１０の下面に接して位置する。
第１のグラウンド層１４と第２のグラウンド層１５はグラウンド電位に固定される。第１のグラウンド層１４と第２のグラウンド層１５との間の第１の方向の距離（図３（ｂ）中のＳ１）は、例えば、伝送線路１１に伝送される信号の半波長よりも短い。
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
入力線路から入力される信号を、低温状態又は高温状態の電子回路で処理して、出力線路から出力する信号処理装置では、外部との間で、熱を遮断することが望まれる。例えば、低温で信号を処理する超伝導フィルタを電子回路として用いる場合、外部からの熱流入が大きくなると、低温に維持するために冷凍機の負荷が大きくなるおそれがある。また、例えば、高温で信号を処理する電力増幅器を電子回路として用いる場合、外部への熱流出が大きくなると、外部に設けられた電子回路の特性が低下するおそれがある。したがって、低損失で、優れた断熱特性を備える断熱導波路を電子回路と外部との間に挿入することが好ましい。
図５は、第１の比較形態の導波路の回路部の模式図である。図５（ａ）は上面図、図５（ｂ）は下面図である。なお、図５（ａ）、図５（ｂ）には反対面側の部材も破線で示している。
第１の比較形態の回路部は、誘電体基板１０、伝送線路１１、グラウンド層１４を備える。第１の比較形態の回路部は、マイクロストリップライン構造である。第１の比較形態の回路部は、グラウンド層１４は分離されていない。第１の比較形態の場合、特に、熱伝導率が低く、幅の広いグラウンド層１４の中を熱が容易に伝搬する。
図６は、第２の比較形態の導波路の回路部の模式図である。図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は下面図である。なお、図６（ａ）、図６（ｂ）には反対面側の部材も破線で示している。第２の比較形態の回路部１０１は、誘電体基板１０、伝送線路１１、第１のグラウンド層１４、第２のグラウンド層１５を備える。第２の比較形態の回路部１０１は、マイクロストリップライン構造である。第２の比較形態の回路部は、第１の共振器１２を備えない点でのみ、本実施形態の回路部１０１と異なっている。
第２の比較形態の場合、熱の伝搬経路として支配的な役割を果たすグラウンド層を２つに分離することで、導波路を介した熱の流入又は流出が抑制される。しかし、グラウンド層を２つに分離することで、第１のインピーダンス不連続部２０ａと第２のインピーダンス不連続部２０ｂとが生じる。このため、導波路の放射損失が大きくなる。
具体的には、第１のインピーダンス不連続部２０ａと第２のインピーダンス不連続部２０ｂとの間の伝送線路１１で共振が生じ、空間にエネルギーが放射されることで、放射損失が大きくなる。言い換えれば、第１のインピーダンス不連続部２０ａと第２のインピーダンス不連続部２０ｂが形成されることにより電磁界放射が生じ、放射損失が大きくなる。
本実施形態の導波路１００では、第２の比較形態と同様、グラウンド層を２つに分離することで、導波路を介した熱の流入又は流出が抑制される。さらに、伝送線路１１に沿って、第１の共振器１２を設けることで、第１のインピーダンス不連続部２０ａと第２のインピーダンス不連続部２０ｂに起因する放射損失を抑制することが可能となる。
第１の共振器１２は、伝送線路１１と電磁結合する両端開放型共振器である。第１の共振器１２が伝送線路１１と結合して共振することで、空間へのエネルギーの放射が打ち消され、導波路１００の放射損失が抑制される。
図７は、本実施形態の導波路１００の損失及び熱侵入量のシミュレーション結果を示す図である。損失は、挿入損失と放射損失を示す。なお、挿入損失は放射損失と導体損失との和である。熱侵入量は導波路の一方の端部から他方の端部に伝搬される熱量である。
図７には、第１及び第２の比較形態、及び、後に記述する第２ないし第５の実施形態のシミュレーション結果も示している。
第２の比較形態は第１の比較形態に対し、グラウンド層を２つに分断する。図７から明らかなように、グラウンド層を２つに分断することで、第２の比較形態では熱侵入量が激減する。しかしながら、２つのインピーダンス不連続部が形成されることで、放射損失が増大し、結果として挿入損失が大幅に大きくなる。
本実施形態（第１の実施形態）では、第２の比較形態に対し、第１の共振器１２を加える。図７から明らかなように、第１の共振器１２を加えることで、空間へのエネルギーの放射が打ち消され、放射損失が激減する。結果として、挿入損失も抑制される。なお、第２の比較形態に対し、わずかに熱侵入量が増加するのは、第１の共振器１２を介した熱の伝搬が加わるからであると考えられる。
本実施形態の導波路１００によれば、挿入損失が低く熱侵入量が抑制された優れた断熱導波路が実現できる。
なお、第１のグラウンド層１４と第２のグラウンド層１５との間の第１の方向の距離（Ｓ１）、伝送線路１１と第１の共振器１２との間の第２の方向の距離（Ｓ２）、第１の共振器１２の第１の方向の長さ（Ｌ２）、伝送線路１１の第２の方向の幅（Ｗ１）、第１の共振器１２の第２の方向の幅（Ｗ２）などのパラメータは、導波路１００に要求される特性に応じて適宜設定される。例えば、一例として後述のような手順で設定される。
最初に、必要とされる帯域幅と熱侵入量から、伝送線路１１と第１の共振器１２との間の第２の方向の距離（以下、線路間距離Ｓ２）を決定する。線路間距離Ｓ２が小さくなれば、伝送線路１１と第１の共振器１２の結合が強くなり、帯域幅は広がる。一方、線路間距離Ｓ２が小さくなれば、第１の共振器１２を介した熱侵入量が増大する。したがって、帯域幅と熱侵入量はトレードオフの関係にある。
線路間距離Ｓ２が決定されれば、伝送線路１１と第１の共振器１２の結合度合いが決まり、周波数摂動量Δｆが決まる。周波数摂動量Δｆは、第１のグラウンド層１４と第２のグラウンド層１５との間の第１の方向の距離（以下、グラウンド間距離Ｓ１）を半波長（λｘ／２）とする共振器の共振周波数ｆｘと、第１の共振器１２を備えた回路の共振周波数ｆ０との差分、すなわち、ｆ０＝ｆｘ−Δｆとなる。
周波数摂動量Δｆを考慮して、必要な共振周波数ｆ０に対して、グラウンド間距離Ｓ１を決定する。なお、共振周波数ｆ０の波長をλ０とすると、ｆ０＝ｆｘ−Δｆからλ０＞λｘとなるため、グラウンド間距離Ｓ１＜λ０／２となる。言い換えれば、導波路１００のグラウンド間距離Ｓ１は、伝送線路１１を伝送される信号の半波長（λ０／２）より短くなる。
第１の共振器１２の第１の方向の長さ（Ｌ２）は、グラウンド間距離Ｓ１に応じて決定される。また、伝送線路１１の第２の方向の幅（Ｗ１）、第１の共振器１２の第２の方向の幅（Ｗ２）などは、線路抵抗による導通損失と熱侵入量とのトレードオフを考慮して決定する。
例えば、上記手順で、各パラメータが決定される。
上述のように、帯域幅を広くする観点から、伝送線路１１と第１の共振器１２との間の第２の方向の距離（Ｓ２）は小さいことが好ましい。例えば、伝送線路１１と第１の共振器１２との間の第２の方向の距離（Ｓ２）は、伝送線路１１の第２の方向の幅（Ｗ１）よりも小さいことが好ましい。
本実施形態の導波路１００によれば、挿入損失が小さく、優れた断熱特性を備えた断熱導波路が実現できる。
（第２の実施形態）
本実施形態の導波路は、第１の導体層、第２の導体層、及び、第１の導体線路と離間し、第２の導体線路との間に第１の導体線路を挟み、第１の方向に伸長し、第１の方向の長さが第１の導体線路よりも短い第３の導体線路を、更に備える。第３の導体線路を、更に備えること以外は第１の実施形態と同様である。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。
図８は、本実施形態の導波路の回路部１２１の模式図である。図８（ａ）は上面図、図８（ｂ）は下面図である。なお、図８（ａ）、図８（ｂ）には反対面側の部材も破線で示している
本実施形態の回路部１２１は、誘電体基板１０、伝送線路１１（第１の導体線路）、第１の共振器１２（第２の導体線路）、第２の共振器１３（第３の導体線路）、第１のグラウンド層１４（第１の導体層）、第２のグラウンド層１５（第２の導体層）を備える。本実施形態の回路部１２１は、マイクロストリップライン構造である。
第２の共振器１３は、伝送線路１１、第１のグラウンド層１４、及び、第２のグラウンド層１５と離間している。第２の共振器１３は、第１の共振器１２との間に、伝送線路１１を挟んで設けられる。
第２の共振器１３は、第１の方向に伸長する。第２の共振器１３の第１の方向の長さは、伝送線路１１の第１の方向の長さよりも短い。第２の共振器１３の第２の方向の幅は、例えば、２５μｍ以上２ｍｍ以下である。
第２の共振器１３は、第１のグラウンド層１４に対向する入力側領域１３ａと、第２のグラウンド層１５に対向する出力側領域１３ｂとを有する。第２の共振器１３の、入力側領域１３ａと出力側領域１３ｂとの間には、第１のグラウンド層１４及び第２のグラウンド層１５のいずれとも対向しない中間領域１３ｃが存在する。
第２の共振器１３は、伝送線路１１に電磁結合する両端開放型共振器である。第２の共振器１３は、例えば、半波長共振器である。
伝送線路１１と第２の共振器１３との間の第２の方向の距離は、例えば、伝送線路１１の第２の方向の幅よりも小さい。
本実施形態の導波路によれば、伝送線路１１を挟んで、２つの共振器が設けられる。したがって、伝送線路１１の両端を第１の方向に流れる電流に対して、両方の共振器でバランスよく放射を打ち消すことが可能である。よって、更に放射損失を抑制することができる。
本実施形態（第２の実施形態）の導波路は、第１の実施形態に対し、第２の共振器１３を追加する。図７から明らかなように、第１の実施形態に対し、共振器を追加することで、放射損失が更に抑制される。結果として、挿入損失も抑制される。なお、第１の実施形態に対し、わずかに熱侵入量が増加するのは、第２の共振器１３を介した熱の伝搬が加わるからであると考えられる。
本実施形態の導波路によれば、更に挿入損失が小さく、優れた断熱特性を備えた断熱導波路が実現できる。
（第３の実施形態）
本実施形態の導波路は、第２の導体線路の、第３の領域と第４の領域の幅が、第３の領域と第４の領域との間に位置する第１の中間領域の幅よりも広いこと以外は第２の実施形態と同様である。以下、第２の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。
図９は、本実施形態の導波路の回路部１３１の模式図である。図９（ａ）は上面図、図９（ｂ）は下面図である。なお、図９（ａ）、図９（ｂ）には反対面側の部材も破線で示している。
本実施形態の回路部１３１は、誘電体基板１０、伝送線路１１（第１の導体線路）、第１の共振器１２（第２の導体線路）、第２の共振器１３（第３の導体線路）、第１のグラウンド層１４（第１の導体層）、第２のグラウンド層１５（第２の導体層）を備える。本実施形態の回路部１３１は、マイクロストリップライン構造である。
第１の共振器１２の入力側領域１２ａ（第３の領域）と出力側領域１２ｂ（第４の領域）の第２の方向の幅（図９（ａ）中のＷ４）は、中間領域１２ｃ（第１の中間領域）の幅（図９（ａ）中のＷ２）よりも広い。また、第２の共振器１３の入力側領域１３ａと出力側領域１３ｂの第２の方向の幅（図９（ａ）中のＷ５）は、中間領域１３ｃの幅（図９（ａ）中のＷ３）よりも広い。
本実施形態によれば、第１の共振器１２と、第１のグラウンド層１４及び第２のグラウンド層１５との間の容量が増加する。また、第２の共振器１３と、第１のグラウンド層１４及び第２のグラウンド層１５との間の容量が増加する。このため、伝送線路１１と第１の共振器１２、伝送線路１１と第２の共振器１３との間の結合特性が向上する。したがって、更に放射損失を低減することが可能となる。
また、本実施形態によれば、共振器長を短くすることができるため、第１のグラウンド層１４と第２のグラウンド層１５との間の第１の方向の距離（図９（ｂ）中のＳ１）を小さくすることができる。したがって、導通損失を低減することも可能となる。
本実施形態（第３の実施形態）の導波路は、第２の実施形態に対し、第１の共振器１２と第２の共振器１３の両端部の幅を広くする。図７から明らかなように、第２の実施形態に対し、第１の共振器１２と第２の共振器１３の両端部の幅を広くすることで、放射損失が更に抑制される。結果として、挿入損失も抑制される。なお、第２の実施形態に対し、わずかに熱侵入量が増加するのは、第１の共振器１２と第２の共振器１３を介した熱の伝搬が増加するからであると考えられる。
図１０は、本実施形態の変形例の導波路の回路部１３２の模式図である。図１０（ａ）は上面図、図１０（ｂ）は下面図である。なお、図１０（ａ）、図１０（ｂ）には反対面側の部材も破線で示している。
変形例の導波路は、第１の共振器１２の入力側領域１２ａと出力側領域１２ｂとが屈曲した線路で構成されること、第２の共振器１３の入力側領域１３ａと出力側領域１３ｂとが屈曲した線路で構成されること、以外は、本実施形態の導波路と同様である。変形例の導波路によっても、本実施形態の導波路１００と同様の効果が実現される。
本実施形態の導波路によれば、更に挿入損失が小さく、優れた断熱特性を備えた断熱導波路が実現できる。
（第４の実施形態）
本実施形態の導波路は、第１の導体線路の、第１の領域及び第２の領域との間に位置する第２の中間領域の幅が、第１の領域及び第２の領域の幅よりも狭いこと以外は第３の実施形態と同様である。以下、第３の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。
図１１は、本実施形態の導波路の回路部１４１の模式図である。図１１（ａ）は上面図、図１１（ｂ）は下面図である。なお、図１１（ａ）、図１１（ｂ）には反対面側の部材も破線で示している。
本実施形態の回路部１４１は、誘電体基板１０、伝送線路１１（第１の導体線路）、第１の共振器１２（第２の導体線路）、第２の共振器１３（第３の導体線路）、第１のグラウンド層１４（第１の導体層）、第２のグラウンド層１５（第２の導体層）を備える。本実施形態の回路部１４１は、マイクロストリップライン構造である。
伝送線路１１の中間領域１１ｃ（第２の中間領域）の第２の方向の幅（図１１（ａ）中のＷ１）が、入力側領域１１ａ（第１の領域）と出力側領域１１ｂ（第２の領域）の第２の方向の幅（図１１（ａ）中のＷ６）よりも狭い。
本実施形態によれば、伝送線路１１の幅が中間領域１１ｃで細くなる。したがって、伝送線路１１を介した熱の伝搬が低減する。したがって、熱流入量を更に低減することが可能である。また、伝送線路１１の中間領域１１ｃは、電流が小さくなる領域であるため、通過損失への影響は小さい。
本実施形態（第４の実施形態）の導波路は、第３の実施形態に対し、伝送線路１１の中間領域１１ｃの幅を細くする。図７から明らかなように、第３の実施形態に対し、熱侵入量が抑制される。また、第３の実施形態に対し、挿入損失の増加は僅かである。
本実施形態の導波路によれば、更に熱侵入量が小さく、優れた断熱特性を備えた断熱導波路が実現できる。
（第５の実施形態）
本実施形態の導波路は、第１の導体線路が、第１の領域と第２の領域との間にスリットを有し、第２の導体線路が、第３の領域と第４の領域との間にスリットを有すること以外は、第３の実施形態と同様である。以下、第３の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。
図１２は、本実施形態の導波路の回路部１５１の模式図である。図１２（ａ）は上面図、図１２（ｂ）は下面図である。なお、図１２（ａ）、図１２（ｂ）には反対面側の部材も破線で示している。
本実施形態の回路部１５１は、誘電体基板１０、伝送線路１１（第１の導体線路）、第１の共振器１２（第２の導体線路）、第２の共振器１３（第３の導体線路）、第１のグラウンド層１４（第１の導体層）、第２のグラウンド層１５（第２の導体層）を備える。本実施形態の回路部１５１は、マイクロストリップライン構造である。
伝送線路１１は、入力側領域１１ａ（第１の領域）と出力側領域１１ｂ（第２の領域）の間の中間領域１１ｃ（第２の中間領域）にスリット１１ｄを有する。また、第１の共振器１２は、入力側領域１２ａ（第３の領域）と出力側領域１２ｂ（第４の領域）の間の中間領域１２ｃ（第１の中間領域）にスリット１２ｄを有する。また、第２の共振器１３は、入力側領域１３ａと出力側領域１３ｂの間の中間領域１３ｃにスリット１３ｄを有する。
本実施形態によれば、伝送線路１１の中間領域１１ｃ、第１の共振器１２の中間領域１２ｃ、第２の共振器１３の中間領域１３ｃにスリットを形成することで、熱流入量を低減することが可能である。また、伝送線路１１の中間領域１１ｃ、第１の共振器１２の中間領域１２ｃ、第２の共振器１３の中間領域１３ｃは、電流が小さくなる領域であるため、通過損失への影響は小さい。
本実施形態（第５の実施形態）の導波路は、第３の実施形態に対し、伝送線路１１、第１の共振器１２、第２の共振器１３にスリットを設ける。図７から明らかなように、第３の実施形態に対し、熱侵入量が抑制される。また、第３の実施形態に対し、挿入損失に対する影響は見られない。
本実施形態の導波路によれば、更に熱侵入量が小さく、優れた断熱特性を備えた断熱導波路が実現できる。
（第６の実施形態）
本実施形態の導波路は、第１の導体線路、第１の導体層、及び、第２の導体層が誘電体基板の第１の面の側に位置し、第２の導体線路が誘電体基板の第２の面の側に位置する点で、第３の実施形態と異なっている。以下、第３の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。
図１３は、本実施形態の導波路の回路部１６１の模式図である。図１３（ａ）は上面図、図１３（ｂ）は下面図である。なお、図１３（ａ）、図１３（ｂ）には反対面側の部材も破線で示している。
本実施形態の回路部１６１は、誘電体基板１０、伝送線路１１（第１の導体線路）、第１の共振器１２（第２の導体線路）、第２の共振器１３（第３の導体線路）、第１のグラウンド層１４（第１の導体層）、第２のグラウンド層１５（第２の導体層）を備える。本実施形態の回路部１６１は、コプレーナライン構造の下面側に共振器となる導体線路が設けられた構造である。
伝送線路１１、第１のグラウンド層１４、第２のグラウンド層１５は、誘電体基板１０の上面側に位置する。第１のグラウンド層１４は、第１の層１４ａと第２の層１４ｂを備える。第２のグラウンド層１５は、第１の層１５ａと第２の層１５ｂを備える。
第１の層１４ａと第２の層１４ｂとの間に、伝送線路１１の入力側領域１１ａが位置する。第１の層１５ａと第２の層１５ｂとの間に、伝送線路１１の出力側領域１１ｂが設けられる。
本実施形態の導波路によれば、第３の実施形態同様、熱侵入量が小さく、優れた断熱特性を備えた断熱導波路が実現できる。
（第７の実施形態）
本実施形態の信号処理装置は、入力線路と、出力線路と、入力線路と出力線路との間に接続された電子回路と、入力線路と電子回路との間、及び、出力線路と電子回路との間の少なくともいずれか一方に接続され、第１の導体層と、第１の導体層と離間した第２の導体層と、第１の導体層及び第２の導体層と離間し、第１の方向に伸長し、第１の導体層と対向する第１の領域と、第２の導体層と対向する第２の領域を有する第１の導体線路と、第１の導体層、第２の導体層、及び、第１の導体線路と離間し、第１の方向に伸長し、第１の方向の長さが第１の導体線路よりも短い第２の導体線路と、を有する導波路と、を備える。本実施形態の導波路は、第１ないし第６の実施形態の導波路である。したがって、導波路に関する詳細な記述は省略する。
図１４は、本実施形態の信号処理装置２００の模式断面図である。
本実施形態の信号処理装置２００は、入力線路２０１、出力線路２０２、超伝導フィルタ２０３（電子回路）、第１の導波路２０４（導波路）、第２の導波路２０５（導波路）、第１の接続線路２０７、第２の接続線路２０８、冷凍機２０９、真空容器２１０（筐体）を備える。
入力線路２０１、出力線路２０２、第１の接続線路２０７、及び、第２の接続線路２０８は、例えば、同軸ケーブルである。第１の導波路２０４及び第２の導波路２０５は、第１ないし第６の実施形態の断熱導波路である。第１の導波路２０４は、入力線路２０１と超伝導フィルタ２０３との間に電磁的に接続される。第２の導波路２０５は、出力線路２０２と超伝導フィルタ２０３との間に電磁的に接続される。
第１の導波路２０４又は第２の導波路２０５に図２に示す第１の実施形態の変形例の導波路を用い、導波路と超伝導フィルタ２０３とをボンディングワイヤにより接続することも可能である。
超伝導フィルタ２０３（電子回路）、第１の接続線路２０７、第２の接続線路２０８、第１の導波路２０４及び第２の導波路２０５は、真空容器２１０内に位置する。真空容器２１０は、内部を大気圧よりも低圧に維持可能である。
超伝導フィルタ２０３は、冷凍機２０９のコールドヘッド２０９ａにより冷却される。超伝導フィルタ２０３は、入力線路２０１と出力線路２０２との間に電磁的に接続される。超伝導フィルタ２０３には、入力線路２０１、第１の導波路２０４、第１の接続線路２０７を通って、真空容器２１０の外から伝送された高周波の信号が入力される。超伝導フィルタ２０３から出力された高周波の信号は、第２の接続線路２０８、第２の導波路２０５、出力線路２０２を通って、真空容器２１０の外へ伝送される。
低温で高周波の信号を処理する超伝導フィルタ２０３では、真空容器２１０内に超伝導フィルタ２０３を収納し冷凍機２０９を用いて、超伝導フィルタ２０３を冷却する。外部から入力線路２０１や出力線路２０２などを通って、熱が侵入すると冷凍機２０９の負荷が高くなり、消費電力が増大し問題となる。
本実施形態の信号処理装置２００は、第１ないし第６の実施形態の優れた断熱特性を備えた断熱導波路を、第１の導波路２０４及び第２の導波路２０５に用いる。したがって、超伝導フィルタ２０３への熱の流入が抑制される。したがって、信号処理装置２００の消費電力を抑制することが可能となる。
（第８の実施形態）
本実施形態の信号処理装置は、電子回路が高温で動作する電力増幅器である点で、第７の実施形態と異なっている。本実施形態の導波路は、第１ないし第６の実施形態の導波路である。したがって、導波路に関する詳細な記述は省略する。
図１５は、本実施形態の信号処理装置３００の模式断面図である。
本実施形態の信号処理装置３００は、入力線路３０１、出力線路３０２、電力増幅器３０３（電子回路）、第１の導波路３０４、第２の導波路３０５、第１の接続線路３０７、第２の接続線路３０８を備える。
入力線路３０１、出力線路３０２、第１の接続線路３０７、及び、第２の接続線路３０８は、例えば、同軸ケーブルである。第１の導波路３０４及び第２の導波路３０５は、第１ないし第６の実施形態の断熱導波路である。第１の導波路３０４は、入力線路３０１と電力増幅器３０３との間に電磁的に接続される。第２の導波路３０５は、出力線路３０２と電力増幅器３０３との間に電磁的に接続される。
電力増幅器３０３は、入力線路３０１と出力線路３０２との間に電磁的に接続される。電力増幅器３０３には、入力線路３０１、第１の導波路３０４、第１の接続線路３０７を通って、外部から伝送された信号が入力される。電力増幅器３０３から出力された信号は、第２の接続線路３０８、第２の導波路３０５、出力線路３０２を通って外部へ伝送される。
電力増幅器３０３は、電力消費量が大きく回路内での発熱量が多い。このため回路の温度が高温になる。入力線路２０１や出力線路２０２などを通って外部へ熱が伝搬すると、外部に接続された電子回路の特性が高温のために低下し問題となる。
本実施形態の信号処理装置２００は、第１ないし第６の実施形態の優れた断熱特性を備えた断熱導波路を、第１の導波路２０４及び第２の導波路２０５に用いる。したがって、電力増幅器３０３からの熱の外部への伝搬が抑制される。したがって、信号処理装置３００の外部の電子回路の回路動作を安定させることが可能となる。
第１ないし第６の実施形態では、第１の共振器１２又は第２の共振器１３が、第１のグラウンド層１４及び第２のグラウンド層１５と対向する領域を有する場合を例に説明したが、対向する領域を有しない構成とすることも可能である。
第２ないし第６の実施形態では、伝送線路１１、第１の共振器１２、第２の共振器１３、第１のグラウンド層１４、第２のグラウンド層１５のパターンが対称性を備える場合を例に説明したが、これらのパターンは非対称であっても構わない。
第１ないし第６の実施形態では、第１の共振器１２及び第２の共振器１３が半波長共振器である場合を例に説明したが、第１の共振器１２又は第２の共振器１３が一波長以上の共振器であっても構わない。
第１ないし第６の実施形態では、伝送線路１１、第１の共振器１２、第２の共振器１３、第１のグラウンド層１４、第２のグラウンド層１５の少なくとも一つが異なる平面にある場合を例に説明したが、すべて同一平面内に位置する構造とすることも可能である。
第７及び第８の実施形態では、信号処理装置内の電子回路として超伝導フィルタ及び電力増幅器を例に説明したが、電子回路はこれらの例に限定されるものではない。外部との熱の遮断が必要とされる電子回路であれば、例えば、超伝導量子干渉磁束計など、その他の電子回路に適用することも可能である。
以上、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。これら新規な実施形態は、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。例えば、一実施形態の構成要素を他の実施形態の構成要素と置き換え又は変更してもよい。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ともに、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。
１０ 誘電体基板
１１ 伝送線路（第１の導体線路）
１１ａ 入力側領域（第１の領域）
１１ｂ 出力側領域（第２の領域）
１１ｃ 中間領域（第２の中間領域）
１１ｄ スリット
１２ 第１の共振器（第２の導体線路）
１２ａ 入力側領域（第３の領域）
１２ｂ 出力側領域（第４の領域）
１２ｃ 中間領域（第１の中間領域）
１２ｄ スリット
１３ 第２の共振器（第３の導体線路）
１４ 第１のグラウンド層（第１の導体層）
１５ 第２のグラウンド層（第２の導体層）
１００ 導波路
２００ 信号処理装置
２０１ 入力線路
２０２ 出力線路
２０３ 超伝導フィルタ（電子回路）
２０４ 第１の導波路（導波路）
２０５ 第２の導波路（導波路）
２０９ 冷凍機
２１０ 真空容器（筐体）
３００ 信号処理装置
３０１ 入力線路
３０２ 出力線路
３０３ 電力増幅器（電子回路）
３０４ 第１の導波路（導波路）
３０５ 第２の導波路（導波路）

Claims (19)

  1. 第１の導体層と、
    前記第１の導体層と離間した第２の導体層と、
    前記第１の導体層及び前記第２の導体層と離間し、第１の方向に伸長し、前記第１の導体層と対向する第１の領域と、前記第２の導体層と対向する第２の領域を有する第１の導体線路と、
    前記第１の導体層、前記第２の導体層、及び、前記第１の導体線路と離間し、前記第１の方向に伸長し、前記第１の方向の長さが前記第１の導体線路よりも短い第２の導体線路と、を備え、
    前記第２の導体線路は、前記第１の導体線路に電磁結合する両端開放型共振器である導波路。
  2. 前記第１の導体層と前記第２の導体層は、前記第１の方向に略平行な略同一の平面内に位置する請求項１記載の導波路。
  3. 前記第１の導体層及び前記第２の導体層は、グラウンド電位に固定される請求項１又は請求項２記載の導波路。
  4. 前記第１の導体層と前記第２の導体層との間の距離は、前記第１の導体線路に伝送される信号の半波長よりも短い請求項１ないし請求項３いずれか一項記載の導波路。
  5. 前記第２の導体線路は、半波長共振器である請求項１ないし請求項４いずれか一項記載の導波路。
  6. 第１の導体層と、
    前記第１の導体層と離間した第２の導体層と、
    前記第１の導体層及び前記第２の導体層と離間し、第１の方向に伸長し、前記第１の導体層と対向する第１の領域と、前記第２の導体層と対向する第２の領域を有する第１の導体線路と、
    前記第１の導体層、前記第２の導体層、及び、前記第１の導体線路と離間し、前記第１の方向に伸長し、前記第１の方向の長さが前記第１の導体線路よりも短い第２の導体線路と、を備え、
    前記第１の導体線路と前記第２の導体線路との間の距離は、前記第１の導体線路の幅よりも小さい導波路。
  7. 前記第２の導体線路は、前記第１の導体層と対向する第３の領域と、前記第２の導体層と対向する第４の領域を有する請求項１ないし請求項６いずれか一項記載の導波路。
  8. 前記第２の導体線路の、前記第３の領域と前記第４の領域の幅は、前記第３の領域と前記第４の領域との間に位置する第１の中間領域の幅よりも広い請求項７記載の導波路。
  9. 第１の導体層と、
    前記第１の導体層と離間した第２の導体層と、
    前記第１の導体層及び前記第２の導体層と離間し、第１の方向に伸長し、前記第１の導体層と対向する第１の領域と、前記第２の導体層と対向する第２の領域を有する第１の導体線路と、
    前記第１の導体層、前記第２の導体層、及び、前記第１の導体線路と離間し、前記第１の方向に伸長し、前記第１の方向の長さが前記第１の導体線路よりも短い第２の導体線路と、を備え、
    前記第２の導体線路は、前記第１の導体層と対向する第３の領域と、前記第２の導体層と対向する第４の領域を有し、
    前記第２の導体線路は、前記第３の領域と前記第４の領域との間にスリットを有する導波路。
  10. 前記第１の導体線路の、前記第１の領域及び前記第２の領域との間に位置する第２の中間領域の幅は、前記１の領域及び前記第２の領域の幅よりも狭い請求項１ないし請求項９いずれか一項記載の導波路。
  11. 第１の導体層と、
    前記第１の導体層と離間した第２の導体層と、
    前記第１の導体層及び前記第２の導体層と離間し、第１の方向に伸長し、前記第１の導体層と対向する第１の領域と、前記第２の導体層と対向する第２の領域を有する第１の導体線路と、
    前記第１の導体層、前記第２の導体層、及び、前記第１の導体線路と離間し、前記第１の方向に伸長し、前記第１の方向の長さが前記第１の導体線路よりも短い第２の導体線路と、を備え、
    前記第１の導体線路は、前記第１の領域と前記第２の領域との間にスリットを有する導波路。
  12. 前記第１の導体層、前記第２の導体層、及び、前記第１の導体線路と離間し、前記第２の導体線路との間に前記第１の導体線路を挟み、前記第１の方向に伸長し、前記第１の方向の長さが前記第１の導体線路よりも短い第３の導体線路を、更に備える請求項１ないし請求項１１いずれか一項記載の導波路。
  13. 第１の導体層と、
    前記第１の導体層と離間した第２の導体層と、
    前記第１の導体層及び前記第２の導体層と離間し、第１の方向に伸長し、前記第１の導体層と対向する第１の領域と、前記第２の導体層と対向する第２の領域を有する第１の導体線路と、
    前記第１の導体層、前記第２の導体層、及び、前記第１の導体線路と離間し、前記第１の方向に伸長し、前記第１の方向の長さが前記第１の導体線路よりも短い第２の導体線路と、
    前記第１の導体層、前記第２の導体層、及び、前記第１の導体線路と離間し、前記第２の導体線路との間に前記第１の導体線路を挟み、前記第１の方向に伸長し、前記第１の方向の長さが前記第１の導体線路よりも短い第３の導体線路を備え、
    前記第３の導体線路は、前記第１の導体線路に電磁結合する両端開放型共振器である導波路。
  14. 第１の面と第２の面とを有する誘電体基板を、更に備え、
    前記第１の導体線路及び前記第２の導体線路が前記第１の面の側に位置し、
    前記第１の導体層及び前記第２の導体層が前記第２の面の側に位置する請求項１ないし請求項１３いずれか一項記載の導波路。
  15. 第１の導体層と、
    前記第１の導体層と離間した第２の導体層と、
    前記第１の導体層及び前記第２の導体層と離間し、第１の方向に伸長し、前記第１の導体層と対向する第１の領域と、前記第２の導体層と対向する第２の領域を有する第１の導体線路と、
    前記第１の導体層、前記第２の導体層、及び、前記第１の導体線路と離間し、前記第１の方向に伸長し、前記第１の方向の長さが前記第１の導体線路よりも短い第２の導体線路と、
    第１の面と第２の面とを有する誘電体基板を、備え、
    前記第１の導体線路、前記第１の導体層、及び、前記第２の導体層が前記第１の面の側に位置し、
    前記第２の導体線路が前記第２の面の側に位置する導波路。
  16. 第１の導体層と、
    前記第１の導体層と離間した第２の導体層と、
    前記第１の導体層及び前記第２の導体層と離間し、前記第１の導体層と対向する第１の領域と、前記第２の導体層と対向する第２の領域を有する第１の導体線路と、
    前記第１の導体線路に電磁結合する両端開放型共振器である第２の導体線路と、を備える導波路。
  17. 入力線路と、
    出力線路と、
    前記入力線路と前記出力線路との間に接続された電子回路と、
    前記入力線路と前記電子回路との間、及び、前記出力線路と前記電子回路との間の少なくともいずれか一方に接続され、第１の導体層と、前記第１の導体層と離間した第２の導体層と、前記第１の導体層及び前記第２の導体層と離間し、前記第１の導体層と対向する第１の領域と、前記第２の導体層と対向する第２の領域を有する第１の導体線路と、前記第１の導体線路に電磁結合する両端開放型共振器である第２の導体線路と、を有する導波路と、を備える信号処理装置。
  18. 内部を大気圧よりも低圧に維持可能な筐体と、
    冷凍機を、更に備え、
    前記電子回路、及び、前記導波路が前記筐体内に位置し、前記冷凍機が前記電子回路を冷却する請求項１７記載の信号処理装置。
  19. 前記電子回路は超伝導フィルタである請求項１７又は請求項１８記載の信号処理装置。
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