JPH0337974A - コネクターおよびコネクターを備える超伝導伝送線路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、伝送線路に関する。特に、本発明は、低損失
伝送線路およびこれら伝送線路と共に使用するケーブル
コネクターに関する。

（従来の技術） 同軸ケーブル伝送線路では、抵抗損失および誘電損失の
双方により信号が減衰し、その減衰はケーブル内の信号
の周波数が増大するにつれて、およびケーブルの物理的
大きざが減少するにつれて増大する。しかし、高周波信
号を伝送する最近の伝送線路での最も重大な電力損失は
、ケーブルの金属導体内の電力消費の原因となる抵抗損
に帰因する。たとえば、約７００Ｍ日２の周波数では、
従来の１５７８インチ（１−５／８”　）ケーブルでの
ＲＦ銅損はケーブル１０００フイートあたり８から９デ
シベルを超えることがある。約８００Ｍ　ｌ−Ｉ　Ｚで
は、１０００フイートあたり約１０デシベルの銅損が観
測される。同軸ケーブルの銅の抵抗損を減らせばアンテ
ナから遠く隔てて設置された送受信機を使用する通信シ
ステムの性能が向上することになる。

（発明が解決しようとする課題〉 現在では、新しい高温超伝導材料（ｈｒｇｈ−ｔｅｍｐ
ｅｒａｔｕｒｅ　ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　ｍ
ａｔｅｒｉａｌｓ）を使用して同軸ケーブル伝送線路を
構成することが可能である。これらの材料は、液体ヘリ
ウムの温度で超伝導になる初期の超伝導体に比較して、
比較的高い液体窒素の温度で超伝導になるが、超伝導に
させるにはやはり低温（摂氏約２７０度〉に保たなけれ
ばならない。同軸ケーブル伝送線路内の超伝導体を確実
に低温に保持し、かつ、温い表面から熱的に絶縁しなけ
ればならない。超伝導ケーブルはまた、アンテナと通信
機器間で信号を伝送するため、アンテナまたは通信機器
またはケーブルの他の部分のような、温度の高い非超伝
導材料と電気的および機械的に結合しなければならない
。これらの材料を比較的温度の高い構成部材から熱的に
絶縁すると共に、ケーブルに超伝導体を利用する伝送線
路システムは従来の伝送線路に対して電力損失を改善で
きる。

（課題を解決するための手段〉 本発明によれば、中空の超伝導内部導体および随意的に
超伝導外部導体から構成される同軸ケーブル伝送線路が
提供される。中心導体は、液体窒素のような冷却剤を導
入して中心導体を直接冷却する一方、やはり超伝導体で
あり得る外部導体を間接的に冷却する。このようなケー
ブルを使用する伝送線路システムは２本の別々の超伝導
伝送線路から構成することができ、冷却剤が第１のケー
ブルの内部導体を通って一方向に、第２のケーブルの内
部導体を通って反対方向に、連続的に循環してループを
形成する。他の実施例では、冷却剤を第２のケーブルま
たは伝送線路の代りに戻り線路を利用して循環させる単
一伝送線路を備えることができる。更に、他の実施例で
は、中心導体と外部導体との間の空間を利用して冷却剤
を冷却装置に送るようになっている。超伝導体を通常の
導体から熱的に絶縁する特別なコネクターにより、冷却
剤を中心導体から取り出しまたはそれに注入することが
できる。このコネクターは超伝導ケーブルを非超伝導ケ
ーブル、アンテナコネクターまたは他の通信機器に機械
的および電気的に結合する。

ここに開示するケーブルコネクターは超伝導ケーブルを
電気的および機械的に結合し、これら超伝導ケーブルを
他の非超伝導ケーブルおよび機器から熱的に絶縁してい
る。このコネクターは２本のケーブルの内部導体および
外部導体の間の所定の位置に形成された２重結合コンデ
ンサーを使用している。このコンデンサーはケーブル間
の信号を結合すると共にケーブルを機械的に結合し、か
つ超伝導体を熱的に絶縁する。結合コンデンサーを所定
位置に設置することにより、コネクターの両端から見た
インピーダンスが確実に一定に保たれる。コネクターの
ポートから冷却剤を超伝導体の内部導体に注入すること
ができる。

（実施例） 第１図は別々の超伝導伝送線路（６および７〉から成る
超伝導伝送線路システム（互〉を示すもので、その詳細
な構造を第１Ａ図に示してある。

これら各超伝導伝送線路（６および７）は、内部導体（
１１０）を流れる冷却剤（新しい高温超伝導体では液体
窒素（３００）とすることができる）で冷却される内部
導体および外部導体（それぞれ１１０および１２０で、
第１Ａ図に示してある）から構成されている。内部導体
は通常必らず超伝導体であり、外部導体も超伝導体とし
て構成することができる。

超伝導内部導体（１１０）は中空の超伝導体または超伝
導材料で被覆した中空管とすることもできる。

外部導体を超伝導体にしようとする場合には、中空超伝
導体またはその内部に超伝導材料を塗布した中空管とす
ることができる。名答はその内部に超伝導材料が塗布さ
れている。各超伝導伝送線路（６および７）は超伝導同
軸ケーブルコネクター（１０）に結合されている。超伝
導同軸ケーブルコネクター（１０）は冷却剤（３００）
を各ケーブル（６および７〉の中心導体（１１０）に入
れ、超伝導体を冷却し、コネクターの出口管（２８０）
を通して中心導体（１１０）から取り出し、超伝導体を
比較的高温の非超伝導構成部材から熱的に絶縁すること
ができる。

冷却剤供給源付き冷却装置（７００）は冷却剤（３００
）を伝送線路システム（互）の周りを循環させる。冷却
剤が冷却剤供給源付き冷却装置（７００）を通過するに
つれて、伝送線路システム（５Ｌ）から吸収された過剰
の熱が液体窒素から除去される。

また、システムからの窒素の損失分も補給される。

各伝送線路（６および７）は、伝送線路により送信機（
５００）および受信機（６００）に結合しているアンテ
ナ（４００および４１０）を支援している。

第１図に示すように、冷却剤を２つの伝送線路内で循環
させることにより循環冷却剤（３００）が最大限に利用
される。冷却剤（３００）が第１の伝送線路（７）を上
ってから（または下ってから〉、冷却剤は接続管（８〉
により第２の伝送線路（６〉に導入され、ここで単に冷
却剤供給源付き冷却装置（７００）に戻るのではなく、
第２の線路も冷却する。

他の実施例では、単一伝送線路（６または７〉の端部か
ら冷却剤（３００）を冷却剤供給源付き冷却装置（７０
０）に戻すだけとすることができる。

図示した超伝導伝送線路（６および７〉は、比較的高温
の通常の非超伝導材料から超伝導ケーブルコネクター（
１０）により熱的に絶縁されている超伝導内部導体およ
び超伝導外部導体（１１０および１２０で、第１Ａ図に
詳細に示してある〉から構成されている。（外部導体（
１２０）は絶縁層（１４０）で包まれて熱吸収を少くし
ていることに注意。）中心導体（１１０）と外部導体（
１２０）との間の空間は伝送線路（６および７）の長手
方向に分散配置されたスペーサー（１３０）により保持
される。スペーサー（１３０）は冷却剤がケーブルの長
手方向に向かって中心導体と外部導体との間の空間を流
れることができるように構成することができる。本発明
の別の実施例では、冷却剤を内部導体と外部導体との間
の空間内を循環させ、かつ、これら導体の大きざを所要
インピーダンスが得られるように調節している。

第２図は第１図の伝送線路システムに使用する超伝導同
軸ケーブルコネクター（刊）゛を示す。ケーブルコネク
ター（１０〉は、互いに、結合して超伝導同軸ケーブル
と共に使用するとき、同軸ケーブルを機械的および電気
的に結合すると共に低温超伝導体を比較的高温の通常ケ
ーブルから熱的に絶縁する二つの半部（１００および２
００）から構成されている。コネクター（１０）は２本
の超伝導ケーブルを互いに結合するのに使用することも
できる。

コネクターの二つの半部は、−膜内に、従来の同軸ケー
ブルコネクターを従来のケーブルに取付ける場合と同じ
仕方で超伝導内部導体および超伝導外部導体に取付けら
れる。コネクターはまた冷却剤を、冷却剤供給源付き冷
却装置（７００）のような外部の供給源から超伝導同軸
ケーブルの中空中心導体（１１０）に注入させる。

コネクターにより行われる結合および熱絶縁は超伝導ケ
ーブル（１００）の内部導体および外部導体を非超伝導
ケーブル（２００）に結合させる二つのコンデンサー〈
第３図に示すＣ１およびＣ２＞により行われる。このコ
ンデンサーによる結合に伴い、２本のケーブルが機械的
に接合し、内部導体および外部導体が封止される。

ケーブルを接合する二つの結合コンデンサー（Ｃ１およ
びＣ２で、第３図に示してある〉は、非超伝導ケーブル
の内部導体および外部導体（それぞれ２１０および２２
０）の対応する部分と連接する超伝導体の内部導体およ
び外部導体（１１０および１２０）の部分から形成され
る。コネクターの半部（１００および２００）が互いに
組合せられると、コネクターの超伝導体半部（１００）
の中心導体（１１０）が誘電体（２５２）により分離さ
れているコネクターの非超伝導半部（２００）の中心導
体（２１０）に嵌入する。外部導体（１２０）は非超伝
導ケーブルの外部導体を囲んでいる誘電体（２６０）の
周りにぴたりとはまる。

（当業者には連接する導体の相対的大きさを逆にしても
同じ結果が得られることが明らかなはずである。たとえ
ば、超伝導体の内部導体（１１０）が、第２図および第
３図に示すように非超伝導体の内部導体に嵌入するので
はなく、非超伝導内部導体（２１０）を囲むことができ
る。ケーブルを両方共起伝導体にすることができること
にも注目すべきである。） コネクターの二つの半部（−影埃および−１００）を容
量結合する他に、誘電体部（２５２および２６０）がケ
ーブルの内部導体および外部導体を機械的に封止し、二
つの導体を熱的に絶縁して、超伝導ケーブルをその臨界
温度より低く維持することができる。

第１Ａ図に示すように、伝送線路（６および７）のケー
ブルの内部導体は超伝導体用冷却剤を運ぶ。

必要なのは、コネクター（１０）の中心導体（第２図に
示す１１０および２１０の一部）が中空で、冷却液をケ
ーブル（６および７〉の中心導体の内部を通して流すこ
とができることである。第１図に示すように、コネクタ
ー（１０）の超伝導ケーブルの一方の端（１５０）には
、コネクター、（旦〉の非超伝導部分（−ζ柑）の内側
にはまるコネクターの誘電体部（２５０）に対応する縁
部（２５２）に連接する肩部（１５２）があり、嵌合状
態で冷却剤が失われないようにしている。

コネクター（且）を通しての冷却剤の循環はコネクター
（−ζ埃）の非超伝導部分にある出口管（２８０）によ
り行われる。出口管（２８０）により冷却剤は中心導体
（１１０および２１０）を通って流れ、第３図に矢印２
９０で示すようにコネクター（１０〉から流出させるこ
とができる。好適実施例の出口管（２８０）はまた誘電
体であり、コンデンサー（Ｃ１およびＣ２＞の領域から
離れた場所に設置してこれらコンデンサーとの不良結合
を回避するようにしている。

中心導体（１１０および２１０）を通って流れる冷却剤
は、非超伝導ケーブルの内部導体の内側にあるスペーサ
ー（２３０）およびシール（２３５）により非超伝導ケ
ーブルに流入しないようになっている〈第２図を参照〉
。非超伝導ケーブルは、端部領域だけを中空にして冷却
剤が流れるようにした中実の棒とすることもできる。超
伝導ケーブルに使用するスペーサー（１３０）は、この
実施例の場合には、多孔質にして冷却剤が超伝導内部導
体および外部導体との間の空間をケーブルに沿って流れ
るようにすることができる。

結合コンデンサー（第３図に示すＣ１およびＣ２＞は所
定の距離だけ離して（伝送線路に沿つて伝播する信号の
波長によって決まる〉設置し、第１のコンデンサー（Ｃ
１）による伝送線路のインピーダンスに対するリアクタ
ンス変動が結合コンデンサ一対の一方である第２のコン
デンサー（Ｃ２〉により打消されるようにする。内部導
体結合コンデンサー（Ｃ１）および外部導体結合コンデ
ンサー（Ｃ２〉は（ケーブルに沿う伝播を基準として）
約１７４波長離して設置される。これにより、コネクタ
ーの両端から見たインピーダンスが伝送線路の特性イン
ピーダンスと非常に近い値に確実に保持される。別の実
施例では、結合コンデンサーを１７４波長の整数倍だけ
離して設置し、二つのコンデンサーのりアクタンスが打
消されるようにしている。コンデンサーを１７４波長離
して設置することにより二つのコンデンサーのりアクタ
ンスの影響を互いに打消すことができる。

コネクター（１０）に使用されている容量結合の機構に
おいては、コンデンサーが内部導体および外部導体によ
り形成されて約１／４波長の間隔を保つように設置され
ているが、超伝導体の低温面と高温の本体との間の直接
接触を回避し、超伝導体をその臨界温度以下に保つよう
にする一方、信号を比較的一定したインピーダンスのも
とで伝播させるようにしている。

超伝導体の外部導体（１６０）と絶縁層（１４０）の内
部との間に示してある第３の誘電体（２７０）がコネク
ターアセンブリー全体を包んでいる。この誘電体（２７
０）は、外部導体（１６０）による封止の形成に役立つ
ことができ、接合の機械的強度を向上させ、外部導体（
１２０および２２０）間の熱絶縁を維持することができ
る。

第３図は組立てた状態の第２図のコネクターを示す。結
合コンデンサー（Ｃ１およびＣ２＞は、同軸ケーブルを
通って伝播する信号の１／４波長に実質上等しい所定の
距＠Ｌだけ離して示してある。コンデンサーを１／４波
長離して設置することはコネクターの入力から出力まで
のインピーダンスを一様に保つのに不可欠である。

好適な実施例では、内部導体および外部導体の双方が超
伝導同軸ケーブルにおいて超伝導となつている。液体窒
素は内部導体まで注入されて直接それを冷却すると共に
外部導体を対流によって冷却する。導体の結合コンデン
サーは、入力から出力までの特性インピーダンスを適正
に保つため実質上等しい値のものでなければならない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、アンテナから遠
く隔てて設置された送受信機を使用するＵＨＦ帯の通信
システムに於いて、従来の同軸ケーブル伝送線路に比べ
、アンテナと通信装置間の伝送線路の電力損失を著しく
減少させることができる。また、本発明によるケーブル
コネクターを使用することにより、超伝導ケーブルを非
超伝導ケーブル、アンテナコネタクー等に接続する際に
生じる電気的および機械的結合ならびに熱的絶縁の問題
を解決できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は受信機および送信機をそれぞれのアンテナに接
続する超伝導伝送線路システムを示す。 第１Ａ図は第１図の伝送線路の一部分および伝送線路用
コネクターを示す。 第２図は冷却剤を中心導体を通して流すことができるよ
うにした第１図の伝送線路システムに使用するコネクタ
ーを示す。 第３図は組立てた第２図のコネクターを示す。 ５・・・超伝導伝送線路システム。 ６．７・・・超伝導伝送線路。１０・・・同軸ケーブル
コネクター　１１０，２１０・・・内部導体。１２０．
１６０．２２０・・・外部導体。１３０，２３０・・・
スペーサー　１４０・・・絶縁層。 ２５０、２６０．２７０・・・誘電体。２８０・・・出
口管。 ３００・・・冷却剤。５００・・・送信機。６００・・
・受信機。 ７００・・・冷却剤供給源付き冷却装置。 ＣＩ、Ｃ２・・・結合コンデンサー 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少くとも内部導体および外部導体を備えている第１
   および第２の同軸ケーブルを、電気的および機械的に結
   合し且つ熱的に絶縁するコネクタであつて： 前記第１および第２のケーブルの内部導体を機械的およ
   び容量的に結合し且つ熱的に絶縁する第１の容量結合手
   段；および 前記第１および第２のケーブルの外部導体を機械的およ
   び容量的に結合し且つ熱的に絶縁する第２の容量結合手
   段から構成され；かつ、 前記第２の容量結合手段は、前記第１の容量結合手段か
   ら前記同軸ケーブルを通して伝播する信号の波長の約１
   ／４だけ離して設置してある；ことを特徴とするコネク
   ター。 ２、前記第１および第２の容量結合手段が前記第１およ
   び第２のケーブルの前記内部導体および外部導体を封止
   し且つ熱的に絶縁する第１および第２の誘電体手段を備
   えていることを特徴とする請求項１記載のコネクター。 ３、前記第２の容量結合手段が前記第１の容量結合手段
   から前記ケーブルを通して伝播する信号の波長の１／４
   のほぼ整数倍だけ位置が離れていることを特徴とする請
   求項１記載のコネクター。 ４、前記内部導体が中空であることを特徴とする請求項
   ２記載のコネクター。 ５、前記中空の内部導体が冷却剤を搬送することを特徴
   とする請求項４記載のコネクター。 ６、前記コネクターが冷却剤を前記第２のケーブルから
   取り出す出口手段を備えており、該出口手段は前記容量
   結合手段から取外されることを特徴とする請求項５記載
   のコネクター。 ７、前記第１の容量結合手段が更に、前記第１および第
   ２のケーブルの内部導体ならびに誘電体を備えているこ
   とを特徴とする請求項２記載のコネクター。 ８、前記第２の容量結合手段が更に、前記第１および第
   ２のケーブルの外部導体ならびに誘電体を備えているこ
   とを特徴とする請求項２記載のコネクター。 ９、少くとも前記第１のケーブルの前記内部導体は超伝
   導であることを特徴とする請求項１記載のコネクター。 １０、前記第１のケーブルの前記外部導体は超伝導であ
   ることを特徴とする請求項１記載のコネクター。 １１、前記コネクターを熱的に絶縁する手段を備えてい
   ることを特徴とする請求項１記載のコネクター。 １２、前記第１および第２の容量結合手段は実質的に同
   じ値であることを特徴とする請求項１記載のコネクター
   。 １３、前記第１および第２のケーブルは超伝導内部導体
   を備えていることを特徴とする請求項１記載のコネクタ
   ー。 １４、非超伝導伝送線路に電気的および機械的に結合し
   且つ熱的に適合性のある、抵抗性電力損失の少い超伝導
   伝送線路であって： 電気エネルギを伝導する手段であつて、第１および第２
   の端部、少くとも一つの超伝導導体ならびに前記超伝導
   体を冷却する手段を備えている超伝導伝送線路手段； 前記超伝導伝送線路を第１の非超伝導伝送線路に容量的
   および機械的に結合し、前記超伝導伝送線路を熱的に絶
   縁し、且つ前記超伝導伝送線路に前記超伝導体を冷却す
   る冷却流体の注入口を備える第１の容量結合手段；およ
   び 前記超伝導手段を第２の非超伝導伝送線路に容量的およ
   び機械的に結合し、前記超伝導伝送線路を熱的に絶縁し
   、且つ前記超伝導伝送線路の前記第２の端部からの冷却
   流体の出口を備える第２の容量結合手段； から構成されることを特徴とする超伝導伝送線路。 １５、前記第１および第２の容量結合手段は前記伝送線
   路に沿って伝播する信号の波長の約１／４離れて設置さ
   れたコンデンサを備えていることを特徴とする請求項１
   ４記載の伝送線路。 １６、前記超伝導伝送線路を容量的および機械的に結合
   する前記第１および第２の手段は実質的に一定の特性イ
   ンピーダンスを前記超伝導伝送線路および非超伝導伝送
   線路に付与することを特徴とする請求項１５記載の伝送
   線路。 １７、前記超伝導体を冷却する前記手段は、更に中空の
   超伝導中心導体を備えている同軸ケーブルから成ること
   を特徴とする請求項１４記載の伝送線路。 １８、前記超伝導伝送線路手段は更に超伝導外部導体を
   備えていることを特徴とする請求項１４記載の伝送線路
   。 １９、前記中空の超伝導中心導体は冷却剤を搬送するこ
   とを特徴とする請求項１１記載の伝送線路。 ２０、前記第１および第２のコネクター手段は冷却剤を
   前記中空の超伝導中心導体に導入することを特徴とする
   請求項１７記載の伝送線路。