JPH08321706A - 高周波伝送線路 - Google Patents

高周波伝送線路

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JPH08321706A
JPH08321706A JP7127929A JP12792995A JPH08321706A JP H08321706 A JPH08321706 A JP H08321706A JP 7127929 A JP7127929 A JP 7127929A JP 12792995 A JP12792995 A JP 12792995A JP H08321706 A JPH08321706 A JP H08321706A
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line
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玄一 都築
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IDOUTAI TSUSHIN SENTAN GIJUTSU KENKYUSHO KK
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IDOUTAI TSUSHIN SENTAN GIJUTSU
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 線路幅の増大を抑えつつ、より大きな電流の
輸送を可能とする。 【構成】 一定幅W1 の細線状導体膜11を、一定の隣
接間隔dを保って高周波伝播方向へ平行に複数形成し
て、マイクロストリップ伝送線路Lを構成するストリッ
プ導体膜1とする。前記W1 、dは1μm程度とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高周波伝送線路に関し、
特に超伝導材を使用したマイクロストリップ伝送線路等
の平面型伝送線路において、その伝送電力を飛躍的に向
上させることが可能な高周波伝送線路に関する。
【0002】
【従来の技術】マイクロ波等の高周波を伝送する伝送線
路としてマイクロストリップ伝送線路等の平面型伝送線
路が多用されており、近年、通信回路の低損失化、低雑
音化等の観点より上記伝送線路への超伝導材の使用が試
みられている。前記平面型伝送線路を構成する導体は通
常、一定幅の平面導体であり、一般に超伝導材の平面導
体に電流を流すと、いわゆるマイスナー効果によって、
電流は前記導体の表面付近のみを流れる。特にマイクロ
ストリップ伝送線路では、導体膜の断面端部に電流が集
中し、その様子を図4、図5に示す。
【0003】図4において、誘電体板2の下面には全面
に超伝導材のアース導体膜3が形成され、一方、上面に
は所定幅のストリップ導体膜1が超伝導材の単一膜で形
成されている。ストリップ導体膜1の幅方向をx、その
長手方向をy、膜厚方向をzとすると、偏平な長方形の
膜断面内におけるy方向電流密度Jy の分布は図5に示
すものとなる。
【0004】すなわち、図5から知られるように、電流
密度Jy は膜断面内の両端部(図のB部)で極大を示
し、特に誘電体板2に接した側(図の手前側)で大きな
値を示す不均一なものとなる。したがって、前記両端部
を除いた膜断面の中間部(図のA部)では電流密度は極
く小さくなり、この結果、導体膜1全体の電流輸送効率
は悪い。なお、これは通常伝導材の導体に高周波電流を
流した場合にも、いわゆる表皮効果によって同様の現象
が現れる。
【0005】特に、超伝導材にはそれぞれ固有の臨界電
流があり、たとえ臨界温度以下に冷却されていても、上
記臨界電流(臨界電流密度)を越える電流が流れると、
この部分で超伝導状態が破壊される。したがって、超伝
導材を使用した場合には、前記電流密度Jy の極大値を
臨界電流密度以下に抑える必要があり、超伝導材による
電流輸送効率向上の効果は大きく減殺される。
【0006】そこで、マイクロストリップ伝送線路のフ
ィルタ(共振器)において、図6に示すように、フィル
タFの形状を円板形とすることによって、共振領域での
電流密度のピーク値を抑えて、投入電力(電流)の増大
を図ったものが提案されている(信学技報 SCE93
−53 社団法人 電子情報通信学会)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、フィルタ形状
を円板形にすると、線路幅がフィルタ部分で非常に大き
くなり、特に、急峻なフィルタ特性を得るためにフィル
タを多段化する場合等には通信回路が大型化するという
問題がある。そこで、本発明はこのような課題を解決す
るもので、線路幅の増大を抑えつつ、より大きな電流の
輸送を可能として、投入電力の向上を図った高周波伝送
線路を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、請求項1に記載の発明においては、一定幅
(W1 )の線状導体(11)を、一定の隣接間隔(d)
を保って高周波伝播方向へ平行に複数形成して、平面型
伝送線路(L)を構成する平板導体(1)となす。前記
線状導体の導体幅を約1μmに設定するとともに、これ
ら線状導体の隣接間隔をその導体幅と同程度の約0.8
〜1.5μmに設定すると好適である。
【0009】請求項2に記載の発明においては、前記平
面型伝送線路はマイクロストリップ伝送線路(L)であ
り、前記平板導体は誘電体板(2)上に形成されたスト
リップ導体膜(1)である。請求項3に記載の発明にお
いては、前記線状導体(11)を超伝導材で構成する。
【0010】なお、上記各手段のカッコ内の符号は、後
述する実施例記載の具体的手段との対応関係を示すもの
である。
【0011】
【発明の作用効果】請求項1に記載の発明によれば、従
来の単一導体の両端部に流れる高周波電流を、複数設け
た線状導体の各断面端部に分流させることができるか
ら、通常伝導材による平面型伝送線路全体に低損失で必
要な高周波電流を流すことができる。この場合、前記各
線状導体の線幅方向の間隔を互いの電磁的影響が小さく
なる適当範囲に設定すれば、電流搬送効率を高く維持し
つつ線路幅の増大も抑えられる。
【0012】そして、線状導体の導体幅を約1μmと
し、導体の隣接間隔を約0.8〜1.5μmに設定する
と、導体膜間の電磁的影響を最小限にしつつ線路幅の増
大を抑えることができる。請求項2に記載の発明によれ
ば、マイクロ波の伝送路として多用されているマイクロ
ストリップ伝送線路に適用されて、通信装置の小型化に
寄与する。
【0013】請求項3に記載の発明によれば、臨界電流
密度が存在する超伝導材において、各線状導体で電流密
度を上記臨界電流密度以下に抑えつつ、伝送線路の線路
幅を大きく拡大することなく全体の最大電流を増大させ
ることができる。
【0014】
【実施例】以下、本発明を図に示す実施例について説明
する。図1には、本発明を超伝導材を使用したマイクロ
ストリップ伝送線路に適用した例を示し、誘電体基板2
の下面には全面にアース導体膜3が形成されている。一
方、前記誘電体基板2の上面には、幅W1 の線状導体膜
11が、隣接間隔dを保って高周波伝播方向(図の前後
方向)へ多数平行に形成されて、ストリップ導体膜1を
構成している。なお、ストリップ導体膜1全体の幅はW
である。
【0015】この時の前記各線状導体膜11の膜断面内
における電流密度分布は、図2に示すようなものとな
る。図から知られるように、各線状導体膜11はその線
幅が十分小さいから、単一膜で構成された従来のストリ
ップ導体膜におけるような、電流密度が小さい中間部
(図5のA部)は殆ど生じず、マイスナー効果による電
流密度の大きい部分が各線状導体膜11のそれぞれの両
端部に現れて、ストリップ導体膜1全体では電流量が大
幅に増加する。
【0016】以下、これを理論的に検討すると、マイク
ロストリップ伝送線路の特性を検討したSamir
M.El−Ghazaly等の報告(IEEE TRA
NSACTIONS ON MICROWAVE TH
EORY AND TECHNIQUES,Vol.4
0,No.3 1992 p.499〜508)によれ
ば、線路のストリップ導体膜として超伝導材の単一膜を
使用した場合、当該導体膜を流れる最大電流ImaxUと膜
幅W´の関係は、数1で近似される。
【0017】
【数1】ImaxU∝W´1/2 ところで、誘電率が約10、基板厚が500μmの誘電
体基板を使用し、線路の特性インピーダンス50Ωを実
現するには、従来の単一膜のストリップ導体膜ではその
膜幅W´(図4)を500μm程度とする必要がある。
そこで、前記線状導体膜11の膜幅W1 (図1)および
隣接間隔dをいずれも1μmとし、1μm間隔で1μm
幅の線状導体膜11を250本平行に形成して、ストリ
ップ導体膜1全体の幅Wが500μm程度になるように
すると、各線状導体膜11を流れる最大電流Imaxsは数
1より、 Imaxs∝W1 1/2 =(W´/500)1/2 となる。
【0018】この時のストリップ導体膜1全体の最大電
流ImaxCは、数2のようになる。
【0019】
【数2】 ImaxC=Imaxs×250∝(W´/500)1/2 ×250 =(125W´)1/2 したがって、250本の超伝導材の線状導体膜で構成し
た線路幅500μmのストリップ導体膜1の搬送可能な
最大電流は、単一膜で構成した同一線路幅のストリップ
導体膜のそれの1251/2 倍(=ImaxC/ImaxU)とな
る(すなわち、投入可能な電力は125倍となる)。
【0020】なお、前記Samir M.El−Gha
zaly等の報告は、電気的に孤立したマイクロストリ
ップ伝送線路における考察であり、近接して多数の線状
導体膜を形成した場合には、隣接する導体膜間の電磁的
干渉により、上記理論値よりは、ある程度電流倍率は小
さくなる。ところで、多数の線状導体膜でマイクロスト
リップ伝送線路を構成すると、その回路定数が変動して
線路インピーダンスが変化することが懸念される。この
点、発明者のシミュレーション結果では、500μm幅
の単一膜よりなる伝送線路と、1μm幅の多数(250
本)の超伝導材の線状導体膜を平行に配して全体として
500μm幅とした伝送線路とで、線路インピーダンス
は殆ど変化しないことが確認された。
【0021】このようなマイクロストリップ伝送線路
は、高周波回路を構成する各種のデバイスに適用するこ
とができるが、特にフィルタ回路に適用すると、その大
型化を避けることができる点で効果が大きい。すなわ
ち、図3には、本発明の線路構造を使用したフィルタF
をマイクロストリップ伝送線路L中に設けた例を示し、
このフィルタFはその幅が全体の線路幅Wに等しく、長
さmは使用高周波の半波長に等しくしてある。このよう
なフィルタFではその長手方向の中央部で大きな共振電
流が流れるが、許容される最大電流量が十分大きくなっ
ているため、フィルタ形状を円板形にする(図6参照)
ことなく、投入電力を十分大きくすることができる。し
たがって、フィルタ設置部で線路幅が過大になるという
不具合が避けられる。
【0022】Samir M.El−Ghazaly等
の前記報告によれば、線状導体膜11の膜幅を小さくし
て、より多くの導体膜を設ければ、最大電流量を増加さ
せることができるが、実際には膜幅1μm程度で断面内
の通過磁束が飽和して電流密度の均一化がそれ以上進行
しなくなることと、エッチングによる膜形成が困難にな
る等の理由により、線状導体膜の膜幅は1μm程度とす
るのが良い。
【0023】また、線状導体膜の隣接間隔を大きくした
方が、互いの電磁的影響を小さくできる点で有利である
が、線路幅の増大を抑えるためには前記隣接間隔は小さ
い方が良い。そこで、この二律背反的な要請に対して
は、既述の如く、隣接間隔を膜幅と同じ程度の0.8〜
1.5μm程度にすると、隣接する導体膜間の電磁的影
響を最小限にしつつ、線路幅の増大も抑えることができ
る。
【0024】なお、上記実施例では超伝導材のマイクロ
ストリップ伝送線路への本発明の適用について説明した
が、本発明は平板導体を有する平面型伝送線路に広く適
用することができ。また、既述の如く、本発明は導体材
料に超伝導材を使用した伝送線路において、その伝送電
力を飛躍的に向上させるという優れた効果を有するが、
導体材料に通常伝導材を使用した伝送線路においても、
高周波伝送時の損失を大きく低減できるという効果を有
する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用したマイクロストリップ伝送線路
の一実施例を示す切断斜視図である。
【図2】各線状導体膜の電流密度分布を示すグラフであ
る。
【図3】本発明を適用したマイクロストリップ伝送線路
のフィルタ設置部の切断斜視図である。
【図4】従来のマイクロストリップ伝送線路の一実施例
を示す切断斜視図である。
【図5】従来のマイクロストリップ伝送線路の電流密度
分布を示すグラフである。
【図6】従来のマイクロストリップ伝送線路のフィルタ
設置部の切断斜視図である。
【符号の説明】
1…ストリップ導体膜(平板導体)、11…線状導体
膜、2…誘電体板、3…アース導体膜、L…マイクロス
トリップ伝送線路(平面型伝送線路)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一定幅の線状導体を、一定の隣接間隔を
    保って高周波伝播方向へ平行に複数形成して、平面型伝
    送線路を構成する平板導体となしたことを特徴とする高
    周波伝送線路。
  2. 【請求項2】 前記平面型伝送線路はマイクロストリッ
    プ伝送線路であり、前記平板導体は誘電体板上に形成さ
    れたストリップ導体膜であることを特徴とする請求項1
    に記載の高周波伝送線路。
  3. 【請求項3】 前記線状導体を超伝導材で構成したこと
    を特徴とする請求項1又は2に記載の高周波伝送線路。
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