JPH11261334A - High frequency element - Google Patents

High frequency element

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JPH11261334A
JPH11261334A JP10057212A JP5721298A JPH11261334A JP H11261334 A JPH11261334 A JP H11261334A JP 10057212 A JP10057212 A JP 10057212A JP 5721298 A JP5721298 A JP 5721298A JP H11261334 A JPH11261334 A JP H11261334A
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JP
Japan
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planar array
antennas
superconducting
substrate
stacked
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JP10057212A
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Japanese (ja)
Inventor
Setsuya Iwashita
節也 岩下
Tatsuya Shimoda
達也 下田
Eiji Natori
栄治 名取
Taketomi Kamikawa
武富 上川
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high frequency element constituted of superconductive antennas whose sensitivity is high and whose directivity can be controlled by stacking a plurality of superconductive plane array antennas where a plurality of antennas constituted of superconductors are formed in parallel on the same substrate. SOLUTION: A plurality of superconductive plane array antennas where a plurality of antennas 1-4 of the same forms, which are constituted of superconductors, are formed in parallel are stacked on the same substrate 6. Namely, an element is constituted of the four semiconductor antennas 1-4 of the same forms and a superconduction strip line 5 becoming a feeding line. In such a case, YBa2 Cu3 Oy is used as the superconductors and YSZ as the substrate 6, for example. Anything except YSZ is possible for the substrate if a dielectric constant is low. In such a case, the number of antennas in one plane array antenna is set to be four but it is not restricted. A plurality of the superconductive plane array antennas of the same patterns are stacked so that they are overlapped in an almost same position and therefore the small antenna with the high gain can be obtained without increasing an area.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、通信分野等に応用
される高周波素子に関するものであり、更に詳しく言え
ば超伝導体からなる平面アレーアンテナを複数個積み重
ねた積層アレーアンテナ、さらには積層アレーアンテナ
と超伝導体からなるミキサ、フィルタ一体回路を組み合
わせた高周波素子に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-frequency device applied to the field of communication and the like, and more particularly, to a laminated array antenna in which a plurality of planar array antennas made of a superconductor are stacked, and furthermore, a laminated array antenna. The present invention relates to a high-frequency element obtained by combining an antenna, a mixer including a superconductor, and a filter integrated circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】超伝導体は常伝導金属に比べ、高周波領
域において2桁ほど表面抵抗が小さいことから、超伝導
体を用いた高利得、小型のアンテナ、フィルタ等の高周
波素子の実現が期待されている。例えば、信学技報SC
E97ー10(1997年4月)、PP55〜60に記
載されているように、YBaCuO系超伝導パッチアン
テナの方がAuのパッチアンテナよりも実際高い利得が
得られている。また、超伝導平面アレーアンテナの検討
もなされており、シミュレーションによればアンテナ数
が多くなるにしたがい常伝導金属を用いた場合よりも利
得の差が顕著になる。
2. Description of the Related Art Since superconductors have a surface resistance about two orders of magnitude lower in the high-frequency region than normal metals, realization of high-frequency elements using superconductors, such as high-gain, compact antennas and filters, is expected. Have been. For example, IEICE Technical Report SC
As described in E97-10 (April 1997), PP55-60, the YBaCuO-based superconducting patch antenna actually obtains a higher gain than the Au patch antenna. In addition, superconducting planar array antennas have been studied. According to simulations, as the number of antennas increases, the difference in gain becomes more remarkable than when a normal metal is used.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の超伝導
アンテナを用いた高周波素子には以下のような問題点が
ある。
However, the conventional high-frequency device using a superconducting antenna has the following problems.

【0004】超伝導アンテナは常伝導金属を用いたアン
テナよりも確かに高い利得が得られるが、その値は超伝
導アンテナ1個だけでは実用には充分とは言えない。利
得をかせぐ方法として超伝導アンテナを同一基板上に複
数個ならべた平面アレーアンテナが考えられるが、アン
テナ数が多くなるに従い基板サイズも大きくなってしま
い、当初期待された小型化のメリットがなくなる。さら
に、平面アレーアンテナでは超指向性も期待されるが、
その方向は基板にたいして垂直方向のみでありコントロ
ールできない。また、超伝導体を用いたフィルタ、ミキ
サも高性能な素子であり、これらと超伝導アンテナを組
み合わせれば高性能な高周波素子が実現できるが、同一
基板上にアレーアンテナ、フィルタ、ミキサを形成する
には素子間の干渉等によって設計が難しく、基板サイズ
もさらに大きくなってしまう等の問題点を有する。
[0004] Although a superconducting antenna can surely obtain a higher gain than an antenna using a normal conducting metal, it cannot be said that a value of a single superconducting antenna is sufficient for practical use. As a method of gaining gain, a planar array antenna in which a plurality of superconducting antennas are arranged on the same substrate is conceivable. However, as the number of antennas increases, the size of the substrate increases, and the advantage of miniaturization expected at the beginning is lost. In addition, super-directivity is also expected with a planar array antenna,
The direction is only perpendicular to the substrate and cannot be controlled. Filters and mixers using superconductors are also high-performance elements, and high-performance high-frequency elements can be realized by combining them with superconducting antennas. However, array antennas, filters, and mixers are formed on the same substrate. However, there is a problem that the design is difficult due to interference between the elements and the substrate size is further increased.

【0005】本発明は以上述べた問題点を解決するもの
であり、小型で高感度、さらには指向性の方向制御が可
能な超伝導アンテナからなる高周波素子、また前記超伝
導アンテナと超伝導フィルタ、ミキサとを組み合わせた
小型で高性能な高周波素子を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems, and it is a high-frequency element comprising a superconducting antenna which is small in size, has high sensitivity, and is capable of controlling the direction of directivity. The present invention provides a small, high-performance high-frequency element in which a high-frequency element is combined with a mixer.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の高周波素子は上
記課題を解決するものであり、同一基板上に超伝導体か
らなる同じ形状のアンテナを複数個並列に形成した超伝
導平面アレーアンテナを複数個積み重ねたこと、さらに
は複数個積み重ねた各超伝導平面アレーアンテナは、そ
れぞれ同じパターンであること、さらには各超伝導平面
アレーアンテナのパターンがそれぞれ励振されるような
位置に積み重ねたこと、さらには複数個積み重ねた超伝
導平面アレーアンテナのうち少なくとも一つに給電する
こと、また基板の厚さを受発信の実効波長の0.05〜
0.4とすることを特徴とする。また、本発明の高周波
素子は、複数個積み重ねた各超伝導平面アレーアンテナ
のそれぞれに給電し、各超伝導平面アレーアンテナの給
電位置および位相を180°ずらすこと、または、各超
伝導平面アレーアンテナのパターンを平面方向にずらし
て積み重ねたことを特徴とする。
A high-frequency device according to the present invention solves the above-mentioned problems, and comprises a superconducting planar array antenna in which a plurality of antennas of the same shape made of a superconductor are formed in parallel on the same substrate. That a plurality of superconducting planar array antennas are stacked, and that each of the superconducting planar array antennas has the same pattern, Furthermore, power is supplied to at least one of the superconducting planar array antennas stacked in plural, and the thickness of the substrate is set to 0.05 to 0.05 mm of the effective wavelength of transmission and reception.
0.4. Further, the high-frequency element of the present invention supplies power to each of a plurality of stacked superconducting planar array antennas, and shifts the feeding position and phase of each superconducting planar array antenna by 180 °, or each superconducting planar array antenna. Are shifted in the plane direction and stacked.

【0007】また、本発明の高周波素子は、複数個積み
重ねた超伝導平面アレーアンテナのそれぞれに開口部を
設け、最下部の超伝導平面アレーアンテナの下に超伝導
体からなる少なくともミキサを有するフィルタ、ストリ
ップライン回路を重ねたことを特徴とする。
Further, the high-frequency device of the present invention is characterized in that a plurality of superconducting planar array antennas are provided with openings in each of them, and a filter having at least a mixer made of a superconductor below a lowermost superconducting planar array antenna. And a strip line circuit.

【0008】また、本発明の高周波素子は、指向性アン
テナが形成された高周波素子であって、RFフィルタを
除いたことを特徴とする。
The high-frequency element of the present invention is a high-frequency element having a directional antenna formed thereon, and is characterized in that an RF filter is omitted.

【0009】また、本発明の高周波素子は、複数個積み
重ねた各超伝導平面アレーアンテナの少なくとも一つを
平面方向に動かす移動機構を設けたことを特徴とする高
周波素子。
Further, the high-frequency element according to the present invention is provided with a moving mechanism for moving at least one of a plurality of superconducting planar array antennas stacked in a plane direction.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例にしたがっ
て詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments.

【0011】(実施例1)図1は本発明の高周波素子を
構成する複数個の超伝導平面アレーアンテナのうちの一
つを示した平面図である。同一形状の4個の超伝導アン
テナ1、2、3、4と給電線となる超伝導ストリップラ
イン5からなる。ここでは超伝導体としてYBaCu
、基板6としてYSZを用いた。基板はYSZ以
外でも低誘電率のものであれば何でも良い。小型冷凍機
に搭載できるよう、基板サイズは20mm角とした。以
後説明するアンテナはすべて高周波帯域の12GHz用
に設計されている。この時のアンテナ1個の利得は約5
dBであったが、4個の平面アレーにすることにより利
得は12dBになった。ここでは一つの平面アレーアン
テナのアンテナ数を4個としたが、これに限るものでは
ない。
Embodiment 1 FIG. 1 is a plan view showing one of a plurality of superconducting planar array antennas constituting a high-frequency device according to the present invention. It comprises four superconducting antennas 1, 2, 3, 4 having the same shape and a superconducting stripline 5 serving as a feed line. Here, YBa 2 Cu is used as a superconductor.
3 O y , YSZ was used as the substrate 6. The substrate may be anything other than YSZ as long as it has a low dielectric constant. The substrate size was 20 mm square so that it could be mounted on a small refrigerator. All the antennas described hereinafter are designed for a high frequency band of 12 GHz. At this time, the gain of one antenna is about 5
The gain was 12 dB by using four planar arrays. Here, the number of antennas in one planar array antenna is four, but the number is not limited to four.

【0012】図2は本発明の実施例1における高周波素
子を示す概念図である。図1に示した超伝導平面アレー
アンテナを2個積層したものである。図では省略されて
いるが、下層の基板の裏面にはグランドとして超伝導膜
が形成されている。各超伝導平面アレーアンテナのパタ
ーンは全く同じであり、図2に示すようにパターンがほ
ぼ同じ位置に重なるようにポリイミドを用いて張り合わ
せた。前述したようにここで示した超伝導平面アレーア
ンテナ1つでは利得は約12dBであったが、2個積層
し各々に同位相で給電することにより利得は約16dB
に上昇した。この時の基板の厚さは約1.4mmであっ
た。これは実効波長の約1/4に相当する。ここで実効
波長は信号の波長をλ、基板の誘電率をεとするとλ/
√εであらわされる。また、2個の超伝導平面アレーア
ンテナそれぞれに給電する場合、基板6の厚さが0.5
〜0.6mmすなわち実効波長の約0.09〜1.05
の時が最も利得が高くその値は18dBであり、それ以
下でもそれ以上の厚さでも利得は低下した。12dB以
上の利得を示したのは基板の厚さが実効波長の0.05
〜0.4の時であり、15dB以上の利得を示したのは
0.07〜0.3あった。したがって、基板の厚さを実
効波長の0.05〜0.4好ましくは0.07〜0.3
にするのがよい。周波数や基板の種類に応じて最適な基
板の厚さの絶対値を合わせる必要がある。さて、ここで
は簡単のため2個の超伝導平面アレーアンテナの積層に
ついて述べたが、積層数を増やすとさらに利得が向上し
た。例えば超伝導平面アレーアンテナを同様に4個積層
した場合には、利得は24dBまで上昇した。この値は
BSアンテナに匹敵するものであり、また40mm角の
同一基板上に超伝導アンテナを16個並べた平面アレー
アンテナ1つの値よりも高かった。一方、アンテナの放
射パターンは積層することにより基板に対して垂直方向
に鋭くのびた超指向性を示し、やはり積層数が増えるに
従い指向性は向上した。このように同じパターンの超伝
導平面アレーアンテナをほぼ同じ位置に重なるように複
数個積層することによって、面積を増やすことなく小型
で高利得なアンテナの作製が可能になる。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a high-frequency device according to Embodiment 1 of the present invention. This is a stack of two superconducting planar array antennas shown in FIG. Although not shown in the figure, a superconducting film is formed as a ground on the back surface of the lower substrate. The patterns of the superconducting planar array antennas were exactly the same, and were bonded together using polyimide so that the patterns overlapped at substantially the same positions as shown in FIG. As described above, the gain of the single superconducting planar array antenna shown here was about 12 dB, but the gain was about 16 dB by stacking two and feeding them in phase.
Rose. At this time, the thickness of the substrate was about 1.4 mm. This corresponds to about 4 of the effective wavelength. Here, assuming that the wavelength of the signal is λ and the permittivity of the substrate is ε, the effective wavelength is λ /
√ε. When power is supplied to each of the two superconducting planar array antennas, the thickness of the substrate 6 is 0.5
0.60.6 mm, that is, about 0.09 to 1.05 of the effective wavelength
The highest gain was obtained at the time of (1), and the value was 18 dB. The reason why the gain of 12 dB or more was exhibited was that the thickness of the substrate was 0.05 times the effective wavelength.
It was at the time of 、 0.4, and the gain of 15 dB or more was 0.07〜0.3. Therefore, the thickness of the substrate is set to 0.05 to 0.4, preferably 0.07 to 0.3 of the effective wavelength.
It is better to It is necessary to match the optimal absolute value of the substrate thickness according to the frequency and the type of the substrate. Now, for simplicity, a stack of two superconducting planar array antennas has been described, but the gain was further improved by increasing the number of stacks. For example, when four superconducting planar array antennas were similarly stacked, the gain increased to 24 dB. This value was comparable to that of the BS antenna, and was higher than the value of one planar array antenna in which 16 superconducting antennas were arranged on the same 40 mm square substrate. On the other hand, the radiation pattern of the antenna showed superdirectivity sharply extending in the direction perpendicular to the substrate by stacking, and the directivity also improved as the number of stacked layers increased. Thus, by stacking a plurality of superconducting planar array antennas having the same pattern so as to overlap at substantially the same position, a small-sized and high-gain antenna can be manufactured without increasing the area.

【0013】なお、ここでは上層の超伝導平面アレーア
ンテナ102の裏面と下層の超伝導平面アレーアンテナ
101の表面を接合したが、積層数が2個の場合は裏面
同士を接合してもよい。これによるとどちらか一方の裏
面にグランドを形成すれば、他方もこれを共用すること
ができ、工程の簡略化がはかれる。このとき基板の厚さ
は、2枚合わせて0.5〜0.6mmにするとよい。こ
の値も周波数や基板の種類により適正に選ぶ必要があ
る。
Although the back surface of the superconducting planar array antenna 102 in the upper layer and the surface of the superconducting planar array antenna 101 in the lower layer are joined here, the back surfaces may be joined when the number of layers is two. According to this, if the ground is formed on one of the back surfaces, the other can be shared, and the process can be simplified. At this time, the thickness of the two substrates is preferably 0.5 to 0.6 mm. This value also needs to be appropriately selected according to the frequency and the type of the substrate.

【0014】(実施例2)さらに、超伝導平面アレーア
ンテナを複数個積み重ねたうちの一つだけに給電して利
得を稼ぐ方法もある。例えば図2のように同じパターン
の2個の超伝導平面アレーアンテナをほぼ同じ位置に重
なるように積層する。この時、下層の超伝導平面アレー
アンテナ101のみに給電するため、上層の超伝導平面
アレーアンテナ102のパターンのうち給電線となる超
伝導ストリップライン5は不要である。下層の超伝導平
面アレーアンテナ101の裏面にはグランドとして超伝
導膜が形成されている。
(Embodiment 2) There is also a method of increasing the gain by feeding power to only one of a plurality of stacked superconducting planar array antennas. For example, as shown in FIG. 2, two superconducting planar array antennas having the same pattern are stacked so as to overlap substantially at the same position. At this time, since the power is supplied only to the lower superconducting planar array antenna 101, the superconducting stripline 5 serving as the feeder line in the pattern of the upper superconducting planar array antenna 102 is unnecessary. A superconducting film is formed on the back surface of the lower superconducting planar array antenna 101 as a ground.

【0015】基板の厚さを周波数12GHzの実効波長
の1/4とし、下層の超伝導平面アレーアンテナ101
のみに給電したところ、上層と下層の超伝導平面アレー
アンテナそれぞれに給電した場合と同程度の利得が得ら
れた。ここで実効波長は受信波長を√ε(ε:基板の誘
電率)で除した値である。基板の厚さを実効波長の1/
4からずらすと利得は低下し、実効波長の0.05以下
あるいは0.4以上になると利得は12dB以下になっ
た。また、0.2〜0.3の時15dB以上の利得を示
した。したがってこの場合、基板の厚さは実効波長の
0.05〜0.4好ましくは0.2〜0.3の範囲がよ
い。下層の超伝導平面アレーアンテナ101のみに給電
して高利得が得られたのは、上層の超伝導平面アレーア
ンテナ102と下層の超伝導平面アレーアンテナ101
との間の励振効果によるものと考えられる。先に述べた
上層と下層の超伝導平面アレーアンテナそれぞれに給電
して高利得が得られたのも同様な効果によるものと考え
られる。ただし、この場合基板の厚さは波長の1/4よ
り薄いところに最適値がある。なお、上記のような超伝
導平面アレーアンテナを複数個積層する場合、各パター
ンがまったく同じ位置に重なる必要はなく、多少ずれて
も励振される範囲であれば問題はない。以上のように、
基板の厚さを実効波長の0.05〜0.4好ましくは
0.2〜0.3より好ましくは1/4とし、複数個積み
重ねた超伝導平面アレーアンテナうちの一つだけに給電
することにより高利得を得ることも可能であり、これに
よれば給電は1つだけでよいので回路の構成が簡単にな
り、積層数が多くなるほどその効果は大となる。なお、
複数個の超伝導平面アレーアンテナのひとつおきに給電
しても何ら問題ない。
The thickness of the substrate is set to 1 / of the effective wavelength of the frequency of 12 GHz, and the lower superconducting planar array antenna 101 is formed.
When power was fed to only the upper layer and the lower layer superconducting planar array antenna, the same gain as that obtained when power was fed to each of the antennas was obtained. Here, the effective wavelength is a value obtained by dividing the reception wavelength by √ε (ε: dielectric constant of the substrate). Substrate thickness is set to 1 / effective wavelength
The gain decreases when the wavelength is shifted from 4, and when the effective wavelength becomes 0.05 or less or 0.4 or more, the gain becomes 12 dB or less. In addition, the gain was 15 dB or more at 0.2 to 0.3. Therefore, in this case, the thickness of the substrate is preferably in the range of 0.05 to 0.4, preferably 0.2 to 0.3 of the effective wavelength. The reason why high gain was obtained by feeding only the lower superconducting planar array antenna 101 was that the upper superconducting planar array antenna 102 and the lower superconducting planar array antenna 101 were used.
It is considered that this is due to the excitation effect between. It is considered that the same effect is obtained because high power was obtained by feeding power to each of the upper and lower superconducting planar array antennas described above. However, in this case, there is an optimum value where the thickness of the substrate is thinner than 1 / of the wavelength. In the case where a plurality of superconducting planar array antennas as described above are stacked, it is not necessary that the patterns overlap at exactly the same position. As mentioned above,
The thickness of the substrate is set to 0.05 to 0.4, preferably 0.2 to 0.3, and more preferably 1/4 of the effective wavelength, and power is supplied to only one of the superconducting planar array antennas stacked. It is also possible to obtain a higher gain, and according to this, only one power supply is required, so that the circuit configuration is simplified, and the effect increases as the number of stacked layers increases. In addition,
There is no problem if power is supplied to every other superconducting planar array antenna.

【0016】(実施例3)図3は本発明の実施例3にお
ける高周波素子の構成を示す図である。下層の超伝導平
面アレーアンテナ301と上層の超伝導平面アレーアン
テナ302はパターンは同じであるが、180°回転し
た状態でアンテナ同士が重なるように積層する。パター
ンが180°回転することにより当然給電位置も180
°回転する。このときの基板の厚さは0.5mmとし
た。この積層アレーアンテナの上層および下層の超伝導
平面アレーアンテナ301、302にそれぞれ位相差1
80°で給電することによって、実施例1における図2
の素子よりもさらに利得が向上し、20dBという値を
示した。これは前述した励振効果以外にパターンと位相
差を反転させることによりなんらかの効果が加わったと
考えられる。また、これ以上積層数を増やす場合は交互
にパターンおよび位相を反転させて積み重ねればよい。
なお、パターンおよび位相差を90°ずらして積層して
給電した場合は図2の素子と同程度の利得であった。
(Embodiment 3) FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a high-frequency device according to Embodiment 3 of the present invention. The superconducting planar array antenna 301 in the lower layer and the superconducting planar array antenna 302 in the upper layer have the same pattern, but are stacked so that the antennas are overlapped in a state of being rotated by 180 °. When the pattern is rotated by 180 °, the power supply position is naturally 180 °.
° rotate. At this time, the thickness of the substrate was 0.5 mm. The upper and lower superconducting planar array antennas 301 and 302 of the stacked array antenna have a phase difference of 1 respectively.
By supplying power at 80 °, the power supply of FIG.
The gain was further improved as compared with the device of No. 1 and the value was 20 dB. This is presumably because some effect was added by inverting the pattern and the phase difference in addition to the above-described excitation effect. To further increase the number of layers, the patterns and phases may be alternately inverted and stacked.
When power was supplied by laminating the pattern and the phase difference by 90 °, the gain was almost the same as that of the device of FIG.

【0017】(実施例4)図4は本発明の実施例4にお
ける高周波素子の構成を示す図である。基本的な構成は
図3と同様であるが、ここでは上層の超伝導平面アレー
アンテナ402と下層の超伝導平面アレーアンテナ40
1の位置をずらして積層する。この素子の放射パターン
を測定したところ、図5のような特性を示した。実施例
1〜3の素子の放射パターンは基板に対して垂直方向で
あるが、図4のようにアンテナの位置をずらすことによ
って、上層と下層のアンテナの相互作用により放射パタ
ーンを垂直方向から水平方向に変えることができる。図
4の中のaの値を変えることによって、放射パターンの
方向を制御することができる。すなわちaの値が大きく
なるにしたがい、その方向はより水平方向に向く。この
ように上層と下層のアンテナの位置をずらし、そのずれ
幅を変えることによって、素子の放射パターンの方向を
制御することができる。さらには、マニピュレータを用
いて各超伝導平面アレーアンテナの少なくとも一つを水
平方向に動かす機構を設けることにより、指向性を自由
に制御することもできる。この場合基板間は接着せずに
機械的に圧着する。
(Embodiment 4) FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a high-frequency device according to Embodiment 4 of the present invention. The basic configuration is the same as that of FIG. 3 except that the superconducting planar array antenna 402 in the upper layer and the superconducting planar array antenna 40 in the lower layer are used here.
The layers are shifted at the position of No. 1. When the radiation pattern of this element was measured, it showed characteristics as shown in FIG. The radiation patterns of the elements of Examples 1 to 3 are perpendicular to the substrate, but by shifting the position of the antenna as shown in FIG. 4, the radiation pattern is changed from the vertical direction to the horizontal direction by the interaction between the upper and lower antennas. You can change the direction. By changing the value of a in FIG. 4, the direction of the radiation pattern can be controlled. That is, as the value of a increases, the direction becomes more horizontal. Thus, by shifting the positions of the upper and lower antennas and changing the shift width, the direction of the radiation pattern of the element can be controlled. Furthermore, directivity can be freely controlled by providing a mechanism for moving at least one of the superconducting planar array antennas in the horizontal direction using a manipulator. In this case, mechanical bonding is performed without bonding between the substrates.

【0018】(実施例5)図6は本発明の実施例5にお
ける高周波素子の構成を示す図である。超伝導平面アレ
ーアンテナ501、502を積層したものの下に超伝導
体からなるストリップライン504、ミキサ505、L
Oフィルタ506、IFフィルタ507で構成される一
体型回路503を重ねて素子を形成する。ミキサ505
は、基板に予めFIB照射によってダメージ部を形成
し、その上に超伝導薄膜を成膜することにより生じた弱
結合のジョセフソン接合からなる。すなわち、基板上に
超伝導薄膜を成膜した後、通常のフォトリソ工程を一回
行なうだけで一体型回路503が作製できる。ここでは
RFフィルタを省いたが、指向性アンテナすなわち積層
した超伝導平面アレーアンテナ501、502がRFフ
ィルタの役割を果たす。積層超伝導平面アレーアンテナ
は基本的には図2と同様であるが、各超伝導平面アレー
アンテナ501、502中のストリップラインは不要で
あり、またそれぞれのもとの給電点の位置に開口部50
8を設けてある。各超伝導平面アレーアンテナの4つの
開口部508の形状および位置は全く同じである。この
各開口部508の下にストリップライン504の端が重
なるように形成する。このとき、ストリップラインの先
端にパッチアンテナを形成しても良い。前記各開口部5
08は超伝導薄膜を形成する前に、予め基板に加工して
おく。これらの各開口部がスロットアンテナとして働
き、12GHzの信号を一体型回路503のストリップ
ライン504に落とす。従って、LOを11GHzにす
れば、1GHzのIF信号を取り出すことができる。実
際、この素子でBS放送の受信を試みたところ、感度よ
く受信することができた。このように、積層した超伝導
平面アレーアンテナに開口部を設け、これと超伝導体か
らなるフィルタ、ミキサ、ストリップライン一体型回路
を重ねて形成することにより、一つの小型冷凍機にすべ
て収まるぐらいの小型で高感度な受信素子を作製するこ
とが可能になる。ここでは簡単のため、積層アレーアン
テナの数を2個としたが、積層数を増やしても同様であ
る。
(Embodiment 5) FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a high-frequency device according to Embodiment 5 of the present invention. Under the superconducting planar array antennas 501 and 502 stacked, a stripline 504 composed of a superconductor, a mixer 505, and L
An element is formed by stacking an integrated circuit 503 including an O filter 506 and an IF filter 507. Mixer 505
Consists of a weakly-coupled Josephson junction formed by previously forming a damaged portion on a substrate by FIB irradiation and forming a superconducting thin film thereon. That is, after forming a superconducting thin film on a substrate, the integrated circuit 503 can be manufactured only by performing a normal photolithography process once. Although the RF filter is omitted here, the directional antenna, that is, the stacked superconducting planar array antennas 501 and 502 play the role of the RF filter. The laminated superconducting planar array antenna is basically the same as that shown in FIG. 2, but the strip line in each of the superconducting planar array antennas 501 and 502 is not required. 50
8 is provided. The shapes and positions of the four openings 508 of each superconducting planar array antenna are exactly the same. The end of the strip line 504 is formed below each of the openings 508 so as to overlap. At this time, a patch antenna may be formed at the end of the strip line. Each opening 5
08 is previously processed into a substrate before forming a superconducting thin film. Each of these openings functions as a slot antenna, and a signal of 12 GHz is dropped to the strip line 504 of the integrated circuit 503. Therefore, if the LO is set to 11 GHz, an IF signal of 1 GHz can be extracted. In fact, when trying to receive a BS broadcast with this element, it was possible to receive with high sensitivity. In this way, by providing an opening in the stacked superconducting planar array antenna, and superposing the filter, the mixer, and the stripline integrated circuit composed of the superconductor and forming an integrated circuit, it is possible to fit all in one small refrigerator. It is possible to manufacture a small and highly sensitive receiving element. Here, for the sake of simplicity, the number of stacked array antennas is set to two, but the same is true even if the number of stacked arrays is increased.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、同一
基板上に超伝導体からなるアンテナを複数個並列に形成
した超伝導平面アレーアンテナを複数個積み重ね、さら
に複数個積み重ねた各超伝導平面アレーアンテナは、そ
れぞれ同じパターンとし、各超伝導平面アレーアンテナ
のパターンをそれぞれ励振されるような位置に積み重
ね、さらに複数個積み重ねた超伝導平面アレーアンテナ
のうち少なくとも一つに給電すること、また基板の厚さ
を受発信の実効波長の0.05〜0.4とすることによ
り、小型で高利得な高周波素子を提供できるという効果
を有する。
As described above, according to the present invention, a plurality of superconducting planar array antennas in which a plurality of superconducting antennas are formed in parallel on the same substrate are stacked, and a plurality of superconducting planar array antennas are further stacked. The conductive planar array antennas have the same pattern, each superconducting planar array antenna pattern is stacked at a position where it is excited, and at least one of the stacked superconducting planar array antennas is fed with power, Further, by setting the thickness of the substrate to 0.05 to 0.4 of the effective wavelength of transmission and reception, there is an effect that a small-sized high-gain high-frequency element can be provided.

【0020】また、本発明によれば、複数個積み重ねた
各超伝導平面アレーアンテナのそれぞれに給電し、各給
電位置および位相を180°ずらすことによって、小型
でより高利得な高周波素子を提供できるという効果を有
する。
Further, according to the present invention, a small-sized high-gain high-frequency element can be provided by feeding power to each of a plurality of superconducting planar array antennas stacked and shifting each feeding position and phase by 180 °. It has the effect of.

【0021】また、本発明によれば、各超伝導平面アレ
ーアンテナのパターンを平面方向にずらして積み重ねる
ことによって、素子の放射パターンの方向制御可能な高
周波素子を提供できるという効果を有する。
Further, according to the present invention, there is an effect that a high-frequency element capable of controlling the direction of the radiation pattern of the element can be provided by stacking the patterns of the respective superconducting planar array antennas while being shifted in the plane direction.

【0022】また、本発明によれば、複数個積み重ねた
超伝導平面アレーアンテナのそれぞれに開口部を設け、
最下部の超伝導平面アレーアンテナの下に超伝導体から
なる少なくともミキサを有するフィルタ、ストリップラ
イン回路を重ねることによって、一つの小型冷凍機にす
べて収まるぐらいの小型で高感度な高周波素子を提供で
きるという効果を有する。
According to the present invention, an opening is provided in each of a plurality of superconducting planar array antennas stacked,
By stacking a filter and a strip line circuit having at least a mixer made of a superconductor under the lowermost superconducting planar array antenna, it is possible to provide a small and highly sensitive high-frequency element that can be all accommodated in one small refrigerator. It has the effect of.

【0023】また、本発明によれば、指向性アンテナが
形成された高周波素子であってRFフィルタを除くこと
により、回路構成を簡単にできるという効果を有する。
Further, according to the present invention, there is an effect that the circuit configuration can be simplified by removing the RF filter from the high-frequency element in which the directional antenna is formed.

【0024】また、本発明によれば、複数個積み重ねた
各超伝導平面アレーアンテナの少なくとも一つを平面方
向に動かす移動機構を設けることにより、アンテナの指
向性を自由に制御できるという効果を有する。
Further, according to the present invention, by providing a moving mechanism for moving at least one of a plurality of superconducting planar array antennas stacked in a plane direction, the directivity of the antenna can be freely controlled. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の高周波素子を構成する複数個の超伝導
平面アレーアンテナのうちの一つを示した平面図であ
る。
FIG. 1 is a plan view showing one of a plurality of superconducting planar array antennas constituting a high-frequency device of the present invention.

【図2】本発明の実施例1における高周波素子を示す概
念図である。
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a high-frequency device according to a first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例3における高周波素子の構成を
示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a high-frequency device according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例4における高周波素子の構成を
示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a high-frequency element according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例4における高周波素子の特性を
示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating characteristics of a high-frequency element according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施例5における高周波素子の構成を
示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a high-frequency device according to a fifth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、2、3、4 超伝導アンテナ 5、504 ストリップライン 6 基板 102、302、401、501 下層超伝導平面アレ
ーアンテナ 101、301、402、502 上層超伝導平面アレ
ーアンテナ 503 一体型回路 505 ミキサ 506 LOフィルタ 507 IFフィルタ 508 開口部
1, 2, 3, 4 Superconducting antenna 5, 504 Strip line 6 Substrate 102, 302, 401, 501 Lower superconducting planar array antenna 101, 301, 402, 502 Upper superconducting planar array antenna 503 Integrated circuit 505 Mixer 506 LO filter 507 IF filter 508 Opening

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上川 武富 長野県諏訪市大和3丁目3番5号 セイコ ーエプソン株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Taketomi Kamikawa 3-5-5 Yamato, Suwa-shi, Nagano Seiko Epson Corporation

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 同一基板上に超伝導体からなるアンテナ
を複数個並列に形成した超伝導平面アレーアンテナを複
数個積み重ねたことを特徴とする高周波素子。
1. A high-frequency device comprising a plurality of superconducting planar array antennas each having a plurality of superconductor antennas formed in parallel on the same substrate.
【請求項2】 複数個積み重ねた各超伝導平面アレーア
ンテナは、それぞれ同じパターンであることを特徴とす
る請求項1記載の高周波素子。
2. The high-frequency device according to claim 1, wherein each of the plurality of superconducting planar array antennas has the same pattern.
【請求項3】 各超伝導平面アレーアンテナのパターン
がそれぞれ励振されるような位置に積み重ねたことを特
徴とする請求項2記載の高周波素子。
3. The high frequency device according to claim 2, wherein the patterns of the superconducting planar array antennas are stacked at positions where they are excited.
【請求項4】 複数個積み重ねた超伝導平面アレーアン
テナのうち少なくとも一つに給電することを特徴とする
請求項3記載の高周波素子。
4. The high frequency device according to claim 3, wherein power is supplied to at least one of a plurality of superconducting planar array antennas.
【請求項5】 基板の厚さを受発信の実効波長の0.0
5〜0.4とすることを特徴とする請求項3記載の高周
波素子。
5. The method according to claim 5, wherein the thickness of the substrate is set to 0.0.
4. The high frequency device according to claim 3, wherein the value is 5 to 0.4.
【請求項6】 複数個積み重ねた各超伝導平面アレーア
ンテナのそれぞれに給電し、各超伝導平面アレーアンテ
ナの給電位置および位相を180°ずらすことを特徴と
する請求項2記載の高周波素子。
6. The high-frequency device according to claim 2, wherein power is supplied to each of the plurality of superconducting planar array antennas stacked, and the power supply position and the phase of each superconducting planar array antenna are shifted by 180 °.
【請求項7】 各超伝導平面アレーアンテナのパターン
を平面方向にずらして積み重ねたことを特徴とする請求
項2記載の高周波素子。
7. The high-frequency device according to claim 2, wherein the patterns of the superconducting planar array antennas are stacked while being shifted in a plane direction.
【請求項8】 複数個積み重ねた超伝導平面アレーアン
テナのそれぞれに開口部を設け、最下部の超伝導平面ア
レーアンテナの下に超伝導体からなる少なくともミキサ
を有するフィルタ、ストリップライン回路を重ねたこと
を特徴とする高周波素子。
8. A plurality of superconducting planar array antennas each having an opening provided therein, and a filter and a strip line circuit having at least a mixer made of a superconductor are superimposed below a lowermost superconducting planar array antenna. A high frequency device characterized by the above-mentioned.
【請求項9】 指向性アンテナが形成された高周波素子
であって、RFフィルタを除いたことを特徴とする高周
波素子。
9. A high-frequency element provided with a directional antenna, wherein an RF filter is removed.
【請求項10】 複数個積み重ねた各超伝導平面アレー
アンテナの少なくとも一つを平面方向に動かす移動機構
を設けたことを特徴とする高周波素子。
10. A high-frequency device comprising a moving mechanism for moving at least one of a plurality of superconducting planar array antennas stacked in a plane direction.
JP10057212A 1998-03-09 1998-03-09 High frequency element Withdrawn JPH11261334A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015089110A (en) * 2013-09-25 2015-05-07 株式会社東芝 Superconducting antenna device

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JP2015089110A (en) * 2013-09-25 2015-05-07 株式会社東芝 Superconducting antenna device

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