JPH05110329A - 超伝導アンテナ - Google Patents
超伝導アンテナInfo
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- JPH05110329A JPH05110329A JP29386891A JP29386891A JPH05110329A JP H05110329 A JPH05110329 A JP H05110329A JP 29386891 A JP29386891 A JP 29386891A JP 29386891 A JP29386891 A JP 29386891A JP H05110329 A JPH05110329 A JP H05110329A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高利得性能を維持したまま、より一層の小形
化と接続部の少ない高信頼な酸化物超伝導アンテナを簡
単な工程で提供するものである。 【構成】 単一線路のメアンダ形放射素子１、コプレー
ナストリップ形平行カップル線路からなる４分の１波長
メアンダ形の整合回路２を一枚の超伝送膜用基板４に構
成することによって、機械的接続部分を減らせ、しかも
高性能な状態が維持できる。
化と接続部の少ない高信頼な酸化物超伝導アンテナを簡
単な工程で提供するものである。 【構成】 単一線路のメアンダ形放射素子１、コプレー
ナストリップ形平行カップル線路からなる４分の１波長
メアンダ形の整合回路２を一枚の超伝送膜用基板４に構
成することによって、機械的接続部分を減らせ、しかも
高性能な状態が維持できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、酸化物超伝導薄膜の低
い表面抵抗および低い分散を生かした、高性能小形短縮
アンテナの構造・構成方法に関するものである。
い表面抵抗および低い分散を生かした、高性能小形短縮
アンテナの構造・構成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、自動車・航空機・船舶等の移動体
からの通信を含め、パーソナル通信が大幅に普及しつつ
ある。これにともない、小形で高性能のアンテナの要求
が一段と強くなってきている。
からの通信を含め、パーソナル通信が大幅に普及しつつ
ある。これにともない、小形で高性能のアンテナの要求
が一段と強くなってきている。
【０００３】従来、アンテナを構成する材料としては、
無酸素銅や金といった表面抵抗の低い常伝導金属が利用
されていたが、これらの常伝導金属では、放射素子の短
縮率を上げ、小形化した場合、アンテナを構成する信号
線の抵抗損失のため、アンテナ利得が低下する問題があ
り、より損失の小さな材料が信号線路として強く要求さ
れていた。
無酸素銅や金といった表面抵抗の低い常伝導金属が利用
されていたが、これらの常伝導金属では、放射素子の短
縮率を上げ、小形化した場合、アンテナを構成する信号
線の抵抗損失のため、アンテナ利得が低下する問題があ
り、より損失の小さな材料が信号線路として強く要求さ
れていた。
【０００４】直流電流に対して損失の無い超伝導体の場
合、高周波領域では表面抵抗により損失が生じ、その損
失は図３に示すように周波数の２乗比例して増大する。
一方常伝導金属では周波数の１／２乗に比例して増大す
るため、約百ＧＨｚ以下の領域で超伝導材料は銅等の乗
伝導金属より抵抗損失が少なくなり、周波数波が低くな
るにつれ、抵抗損失は一層低減できる。
合、高周波領域では表面抵抗により損失が生じ、その損
失は図３に示すように周波数の２乗比例して増大する。
一方常伝導金属では周波数の１／２乗に比例して増大す
るため、約百ＧＨｚ以下の領域で超伝導材料は銅等の乗
伝導金属より抵抗損失が少なくなり、周波数波が低くな
るにつれ、抵抗損失は一層低減できる。
【０００５】しかし、従来Ｎｂ等の金属系超伝導材料
は、極低温でのみ超伝導を発現するため、冷却装置が大
がかりになるなどの問題により、一部の特殊な分野のみ
に限定して応用されていた。近年、Ｙ系、Ｂｉ系、Ｔｌ
系といった７７Ｋ動作が可能な酸化物超伝導材料が発見
され、これらの材料の薄膜化技術も大幅に進展しつつあ
るため、金属系超伝導材料よりも冷却実装が容易で、従
来の常伝導金属よりはるかに抵抗損失が少ない酸化物超
伝導アンテナが期待できる。それ故、酸化物超伝導薄膜
を利用した小形アンテナの研究が精力的に進められてい
る。
は、極低温でのみ超伝導を発現するため、冷却装置が大
がかりになるなどの問題により、一部の特殊な分野のみ
に限定して応用されていた。近年、Ｙ系、Ｂｉ系、Ｔｌ
系といった７７Ｋ動作が可能な酸化物超伝導材料が発見
され、これらの材料の薄膜化技術も大幅に進展しつつあ
るため、金属系超伝導材料よりも冷却実装が容易で、従
来の常伝導金属よりはるかに抵抗損失が少ない酸化物超
伝導アンテナが期待できる。それ故、酸化物超伝導薄膜
を利用した小形アンテナの研究が精力的に進められてい
る。
【０００６】図４にアンテナの主な構造例を示す。
（ａ）はダイポールアンテナ、（ｂ）はループアンテ
ナ、（ｃ）はヘリカルアンテナ、（ｄ）はメアンダアン
テナであり、それぞれの図において、１は放射素子、２
はスタブ形の整合回路、３は給電系である。これらのア
ンテナを超伝導で構成する場合、信号線の損失が小さい
高Ｑ部品となるため、帯域幅が小さくなるという問題が
ある。
（ａ）はダイポールアンテナ、（ｂ）はループアンテ
ナ、（ｃ）はヘリカルアンテナ、（ｄ）はメアンダアン
テナであり、それぞれの図において、１は放射素子、２
はスタブ形の整合回路、３は給電系である。これらのア
ンテナを超伝導で構成する場合、信号線の損失が小さい
高Ｑ部品となるため、帯域幅が小さくなるという問題が
ある。
【０００７】特に整合回路をスタブ形で構成した場合、
放射素子の大きなリアクタンス成分をスタブのリアクタ
ンス成分で補償するために、より一層帯域幅は狭くな
る。例えば、スタブ整合回路とλ／３０波長の短縮アン
テナの超伝導ループアンテナの場合、３ｄＢ帯域が約
０．１６％になる。
放射素子の大きなリアクタンス成分をスタブのリアクタ
ンス成分で補償するために、より一層帯域幅は狭くな
る。例えば、スタブ整合回路とλ／３０波長の短縮アン
テナの超伝導ループアンテナの場合、３ｄＢ帯域が約
０．１６％になる。
【０００８】通信応用の観点から帯域幅は２％以上必要
であることを考慮すれば、スタブ形整合回路で構成した
超伝導アンテナは通信には不向きであり、より広帯域を
必要とするレーダアンテナにはもちろん適用できない。
であることを考慮すれば、スタブ形整合回路で構成した
超伝導アンテナは通信には不向きであり、より広帯域を
必要とするレーダアンテナにはもちろん適用できない。
【０００９】このような狭帯域化の主な原因は、放射素
子のリアクタンス成分を整合回路のリアクタンス成分で
打ち消したためであって、このことを考慮すると超伝導
アンテナでは放射素子と整合回路の機能を分離した構成
の方が有利であると考えられる。従って、放射素子には
自己共振状態で使用できるノーマルモードヘリカルアン
テナ素子を、整合回路には構成が簡単で、スタブ整合回
路より広帯域で、バランの機能も有したλ／４平行線路
形整合器で構成した酸化物超伝導アンテナが特願平２ー
４１１１１６に提案されている。
子のリアクタンス成分を整合回路のリアクタンス成分で
打ち消したためであって、このことを考慮すると超伝導
アンテナでは放射素子と整合回路の機能を分離した構成
の方が有利であると考えられる。従って、放射素子には
自己共振状態で使用できるノーマルモードヘリカルアン
テナ素子を、整合回路には構成が簡単で、スタブ整合回
路より広帯域で、バランの機能も有したλ／４平行線路
形整合器で構成した酸化物超伝導アンテナが特願平２ー
４１１１１６に提案されている。
【００１０】図５にその構成例を示し、（ａ）および
（ｂ）はそれぞれ放射素子をヘリカル素子またはメアン
ダ素子で構成した場合であり、整合回路には最も基本的
なλ／４平行線路形整合回路を使用している。ここで、
何れの放射素子の場合でも、放射素子長に比べ整合回路
長が長く、このためアンテナ全体の小形化に制限を受け
ている。
（ｂ）はそれぞれ放射素子をヘリカル素子またはメアン
ダ素子で構成した場合であり、整合回路には最も基本的
なλ／４平行線路形整合回路を使用している。ここで、
何れの放射素子の場合でも、放射素子長に比べ整合回路
長が長く、このためアンテナ全体の小形化に制限を受け
ている。
【００１１】例えば、５００ＭＨｚ帯アンテナでλ／４
５の放射素子長は約１．３ｃｍであるが、整合回路長は
約１０ｃｍである。図６に平行線路形整合回路の構造例
を示す。（ａ）は最も基本的な構成で有り、（ｂ）は２
段直列のλ／４整合回路、（ｃ）はテーパ形整合回路で
ある。（ｂ）のように段数を増やすと帯域は広がるもの
の、損失が大きくなると共に、寸法が長くなるという欠
点がある。また、テーパ形整合器は十分な長さが必要で
あり、小形化には不向きである。
５の放射素子長は約１．３ｃｍであるが、整合回路長は
約１０ｃｍである。図６に平行線路形整合回路の構造例
を示す。（ａ）は最も基本的な構成で有り、（ｂ）は２
段直列のλ／４整合回路、（ｃ）はテーパ形整合回路で
ある。（ｂ）のように段数を増やすと帯域は広がるもの
の、損失が大きくなると共に、寸法が長くなるという欠
点がある。また、テーパ形整合器は十分な長さが必要で
あり、小形化には不向きである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、図５で
示したバルク材料によるハイブリッド超伝導アンテナで
は、帯域幅やアンテナ利得の点で優れているものの、ア
ンテナ全体の小形化には限界があった。また、この構成
では放射素子と整合回路は自己支持形のバルク材料を整
形して構成するため、整形後に互いの部品を接続する必
要があり、このときの電気的、機械的接続の信頼性、更
に組立構成の難しさから、アンテナ全体の性能の再現性
に問題があった。それ故、この超伝導アンテナの性能を
維持したまま、より小形でしかも接続の問題が軽減で
き、簡単に再現性良く構成できる新しい構造のアンテナ
が強く望まれていた。
示したバルク材料によるハイブリッド超伝導アンテナで
は、帯域幅やアンテナ利得の点で優れているものの、ア
ンテナ全体の小形化には限界があった。また、この構成
では放射素子と整合回路は自己支持形のバルク材料を整
形して構成するため、整形後に互いの部品を接続する必
要があり、このときの電気的、機械的接続の信頼性、更
に組立構成の難しさから、アンテナ全体の性能の再現性
に問題があった。それ故、この超伝導アンテナの性能を
維持したまま、より小形でしかも接続の問題が軽減で
き、簡単に再現性良く構成できる新しい構造のアンテナ
が強く望まれていた。
【００１３】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
もので、アンテナの放射素子とコプレーナ形整合回路を
低損失な１枚の酸化物超伝導膜上に構成することによっ
て、優れた性能を維持したまま、より一層の小形化と接
続部の少ない高信頼な酸化物超伝導アンテナを簡単な工
程で提供するものである。
もので、アンテナの放射素子とコプレーナ形整合回路を
低損失な１枚の酸化物超伝導膜上に構成することによっ
て、優れた性能を維持したまま、より一層の小形化と接
続部の少ない高信頼な酸化物超伝導アンテナを簡単な工
程で提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明は単一線路のメアンダ形放射素子と、コ
プレーナストリップ形平行カップル線路からなる４分の
１波長メアンダ形の整合回路を一枚の超伝送膜用基板に
構成したものである。
るために本発明は単一線路のメアンダ形放射素子と、コ
プレーナストリップ形平行カップル線路からなる４分の
１波長メアンダ形の整合回路を一枚の超伝送膜用基板に
構成したものである。
【００１５】
【作用】単一線路のメアンダ形放射素子と、コプレーナ
ストリップ形平行カップル線路からなる４分の１波長メ
アンダ形の整合回路を一枚の超伝送膜用基板に構成する
ことによって、機械的接続部分を減らせ、しかも高性能
な状態が維持できる。
ストリップ形平行カップル線路からなる４分の１波長メ
アンダ形の整合回路を一枚の超伝送膜用基板に構成する
ことによって、機械的接続部分を減らせ、しかも高性能
な状態が維持できる。
【００１６】
【実施例】図１は本発明の実施例である。記号１はλ／
１５に短縮したメアンダ形放射素子、記号２はλ／４平
行カップル線路形整合回路、記号３は給電系、記号４は
基板である。この装置は基板上の超伝導膜にパターン化
した信号線を用い、これらの信号線は通常のフォトリソ
グラフィ工程によって作製可能であり、整合回路２と給
電系３を接続するだけで超伝導アンテナが得られる。
１５に短縮したメアンダ形放射素子、記号２はλ／４平
行カップル線路形整合回路、記号３は給電系、記号４は
基板である。この装置は基板上の超伝導膜にパターン化
した信号線を用い、これらの信号線は通常のフォトリソ
グラフィ工程によって作製可能であり、整合回路２と給
電系３を接続するだけで超伝導アンテナが得られる。
【００１７】放射素子１は主電界方向の電気的な長さが
共振状態で使用する直線状半波長第ポール素子の電気的
長さより短くしており、かつ使用される中心周波数に自
己共振するように構成されている。このように、主電界
方向の電気的長さを短縮すると、一般的に半波長ダイポ
ール素子より利得が低下するが、本発明はその利得低下
を超伝導膜を使用する事によって補っている。
共振状態で使用する直線状半波長第ポール素子の電気的
長さより短くしており、かつ使用される中心周波数に自
己共振するように構成されている。このように、主電界
方向の電気的長さを短縮すると、一般的に半波長ダイポ
ール素子より利得が低下するが、本発明はその利得低下
を超伝導膜を使用する事によって補っている。
【００１８】図１において５００ＭＨｚ帯のアンテナを
想定した場合、１波長は６０ｃｍであり、λ／１５短縮
放射素子を採用すれば、その寸法は４ｃｍ×４ｃｍとな
る。このときの信号線間隔はλ／３００で、中央部はλ
／１５０である。
想定した場合、１波長は６０ｃｍであり、λ／１５短縮
放射素子を採用すれば、その寸法は４ｃｍ×４ｃｍとな
る。このときの信号線間隔はλ／３００で、中央部はλ
／１５０である。
【００１９】この形状を取ることによって、共振状態で
入力リアクタンス放射抵抗は約２Ωとなる。アンテナの
動作はヘリカル形放射素子と基本的に同じである。整合
回路はメアンダ形コプレーナ線路の採用により、従来の
長さが約１０ｃｍであった整合回路は長さ約１ｃｍの１
枚の基板で置き換えられる。従って放射素子と整合回路
を含むアンテナモジュールは約２インチ角の超伝導膜上
に実現が可能になる。
入力リアクタンス放射抵抗は約２Ωとなる。アンテナの
動作はヘリカル形放射素子と基本的に同じである。整合
回路はメアンダ形コプレーナ線路の採用により、従来の
長さが約１０ｃｍであった整合回路は長さ約１ｃｍの１
枚の基板で置き換えられる。従って放射素子と整合回路
を含むアンテナモジュールは約２インチ角の超伝導膜上
に実現が可能になる。
【００２０】この例ではλ／１５放射素子としたが、λ
／４５放射素子の場合を想定すれば更に小形化が可能で
あって、１．５ｃｍ×４ｃｍの領域にモジュールを構成
できる。実際のパーソナル通信が０．８〜１．５ＧＨｚ
と、より高周波領域であることを考慮すれば、大きさが
更に１／４のアンテナモジュールを実現できる。
／４５放射素子の場合を想定すれば更に小形化が可能で
あって、１．５ｃｍ×４ｃｍの領域にモジュールを構成
できる。実際のパーソナル通信が０．８〜１．５ＧＨｚ
と、より高周波領域であることを考慮すれば、大きさが
更に１／４のアンテナモジュールを実現できる。
【００２１】図２に、この５００ＭＨｚ帯小形超伝導膜
アンテナの特性を示す。その構成は図１と同様で、放射
素子としてはλ／４５短縮のものを採用している。ま
た、放射素子と整合回路の信号線路は全て１枚のＹＢａ
ＣｕＯ酸化物超伝導膜出作製した。比較のために３００
Ｋで測定した同一構造のＣｕアンテナの特性も併記して
いる。Ｃｕの場合、約−８．５ＤＢｉの絶対利得が得ら
れるのに対して、超伝導膜アンテナでは約−２ＤＢｉの
高い絶対利得が得れた。
アンテナの特性を示す。その構成は図１と同様で、放射
素子としてはλ／４５短縮のものを採用している。ま
た、放射素子と整合回路の信号線路は全て１枚のＹＢａ
ＣｕＯ酸化物超伝導膜出作製した。比較のために３００
Ｋで測定した同一構造のＣｕアンテナの特性も併記して
いる。Ｃｕの場合、約−８．５ＤＢｉの絶対利得が得ら
れるのに対して、超伝導膜アンテナでは約−２ＤＢｉの
高い絶対利得が得れた。
【００２２】以上のように、本発明による酸化物超伝導
膜アンテナは、バルク材料で構成したハイブリッド超伝
導アンテナと同程度の性能を持ちながら、寸法に関して
はバルクアンテナの約１２ｃｍに対して、１．５×４ｃ
ｍの範囲内に実現している。また、また本発明は放射素
子と整合回路を同一基板で構成しているため、バルクの
ハイブリッド構成で問題になった整合回路と放射素子と
の電気的・機械的な接続および組立構成の難しさといっ
た問題は無くなり、高い信頼性を有したアンテナモジュ
ールを再現性良く実現可能である。
膜アンテナは、バルク材料で構成したハイブリッド超伝
導アンテナと同程度の性能を持ちながら、寸法に関して
はバルクアンテナの約１２ｃｍに対して、１．５×４ｃ
ｍの範囲内に実現している。また、また本発明は放射素
子と整合回路を同一基板で構成しているため、バルクの
ハイブリッド構成で問題になった整合回路と放射素子と
の電気的・機械的な接続および組立構成の難しさといっ
た問題は無くなり、高い信頼性を有したアンテナモジュ
ールを再現性良く実現可能である。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように本発明は単一線路の
メアンダ形放射素子と、コプレーナストリップ形平行カ
ップル線路からなる４分の１波長メアンダ形の整合回路
を一枚の超伝送膜用基板に構成することによって、機械
的接続部分を減らせ、しかも高性能な状態が維持できる
ために、基地局用アンテナシステムで必要となる小形ア
ンテナの基本モジュールを提供できるという効果を有す
る。
メアンダ形放射素子と、コプレーナストリップ形平行カ
ップル線路からなる４分の１波長メアンダ形の整合回路
を一枚の超伝送膜用基板に構成することによって、機械
的接続部分を減らせ、しかも高性能な状態が維持できる
ために、基地局用アンテナシステムで必要となる小形ア
ンテナの基本モジュールを提供できるという効果を有す
る。
【図１】本発明の一実施例の構成を示す図
【図２】図１の超伝導アンテナの絶対利得を示すグラフ
【図３】表面抵抗の周波数依存性を示すグラフ
【図４】基本的なアンテナ構成例を示す図
【図５】従来のバルクアンテナの構成例を示す図
【図６】平行形整合回路の構成例を示す図
１ メアンダ形放射素子 ２ λ／４平行カップル線路形整合回路 ３ 給電系 ４ 基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 道上 修 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 給電系、整合回路、放射素子から構成さ
れる超伝導アンテナにおいて、 単一線路のメアンダ形放射素子と、コプレーナストリッ
プ形平行カップル線路からなる４分の１波長メアンダ形
の整合回路を一枚の超伝導膜用基板に構成することを特
徴とした超伝導アンテナ。 - 【請求項２】 請求項１において、主偏波電界方向の電
気的な素子長が共振状態で使用する直線状半波長ダイポ
ール素子の電気的な長さより短く、かつ使用される中心
周波数において、自己共振する放射素子から構成される
ことを特徴とする超電導アンテナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29386891A JPH05110329A (ja) | 1991-10-15 | 1991-10-15 | 超伝導アンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29386891A JPH05110329A (ja) | 1991-10-15 | 1991-10-15 | 超伝導アンテナ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05110329A true JPH05110329A (ja) | 1993-04-30 |
Family
ID=17800195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29386891A Pending JPH05110329A (ja) | 1991-10-15 | 1991-10-15 | 超伝導アンテナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05110329A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997007560A1 (en) * | 1995-08-11 | 1997-02-27 | The Whitaker Corporation | Flexible antenna and method of manufacturing same |
| WO1999063618A1 (en) * | 1998-06-03 | 1999-12-09 | Ericsson, Inc. | Multiple frequency band antenna |
| WO2006134658A1 (ja) * | 2005-06-16 | 2006-12-21 | Fujitsu Limited | Ｒｆｉｄタグアンテナ及びｒｆｉｄタグ |
| JP2013131839A (ja) * | 2011-12-20 | 2013-07-04 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | 折返しダイポールアンテナ |
-
1991
- 1991-10-15 JP JP29386891A patent/JPH05110329A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997007560A1 (en) * | 1995-08-11 | 1997-02-27 | The Whitaker Corporation | Flexible antenna and method of manufacturing same |
| US5825334A (en) * | 1995-08-11 | 1998-10-20 | The Whitaker Corporation | Flexible antenna and method of manufacturing same |
| WO1999063618A1 (en) * | 1998-06-03 | 1999-12-09 | Ericsson, Inc. | Multiple frequency band antenna |
| WO2006134658A1 (ja) * | 2005-06-16 | 2006-12-21 | Fujitsu Limited | Ｒｆｉｄタグアンテナ及びｒｆｉｄタグ |
| JP2013131839A (ja) * | 2011-12-20 | 2013-07-04 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | 折返しダイポールアンテナ |
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