JPS63271172A - 周波数検出方式およびそのための装置 - Google Patents
周波数検出方式およびそのための装置Info
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- JPS63271172A JPS63271172A JP62105264A JP10526487A JPS63271172A JP S63271172 A JPS63271172 A JP S63271172A JP 62105264 A JP62105264 A JP 62105264A JP 10526487 A JP10526487 A JP 10526487A JP S63271172 A JPS63271172 A JP S63271172A
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- frequency
- bias voltage
- input signal
- current
- josephson junction
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- 230000005668 Josephson effect Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 34
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 1
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- Measuring Frequencies, Analyzing Spectra (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
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。
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〕
本発明はジョセフソン接合素子を利用した交流信号の周
波数検出方式と、そのために用いられる周波数検出装置
に関するものである。
波数検出方式と、そのために用いられる周波数検出装置
に関するものである。
ある周波数成分を有する交流信号からその周波数を検出
する従来方式として、ＰＬＬ （フェーズロックドルー
プ）方式と呼ばれるものが知られている。これは、電圧
制御型発振器（ＶＣＯ） 、位相比較器などを有する回
路によって実現され、数町から数百Ｍ町程度までの周波
数に対応したものが実用に供されている。
する従来方式として、ＰＬＬ （フェーズロックドルー
プ）方式と呼ばれるものが知られている。これは、電圧
制御型発振器（ＶＣＯ） 、位相比較器などを有する回
路によって実現され、数町から数百Ｍ町程度までの周波
数に対応したものが実用に供されている。
しかしながら上記の如き従来方式では、下記のような問
題点があった。第１は、電圧制御型発振器や位相比較器
などの複雑な回路を組み合せることにより実現されるも
のであるため、装置の構成が複雑なものになっているこ
とである。第２は、検知できる交流信号の範囲がその高
周波域において制限されていることである。このため、
例えば数Ｇ町帯で動作する計測器やレーダーなどの分野
では、その適用を十分に行なえなかった。第３は、精確
な周波数検出が難しいことであ゛す、特に高周波帯域で
はこれが著しかった。
題点があった。第１は、電圧制御型発振器や位相比較器
などの複雑な回路を組み合せることにより実現されるも
のであるため、装置の構成が複雑なものになっているこ
とである。第２は、検知できる交流信号の範囲がその高
周波域において制限されていることである。このため、
例えば数Ｇ町帯で動作する計測器やレーダーなどの分野
では、その適用を十分に行なえなかった。第３は、精確
な周波数検出が難しいことであ゛す、特に高周波帯域で
はこれが著しかった。
そこで本出願に係る第１の発明は、交流信号の精確な周
波数検出を、高周波帯域においても実現できる周波数検
出方式を提供することを目的とする。
波数検出を、高周波帯域においても実現できる周波数検
出方式を提供することを目的とする。
また、本出願に係る第２の発明は、簡単な構成で交流信
号の精確な周波数検出を行なうことができ、しかも高周
波帯域においても適用が可能な周波数検出装置を提供す
ることを目的とする。
号の精確な周波数検出を行なうことができ、しかも高周
波帯域においても適用が可能な周波数検出装置を提供す
ることを目的とする。
（問題点を解決するための手段〕
第１の発明に係る周波数検出方式は、交流入力信号に直
流バイアス電圧を重畳してジョセフソン接合素子に印加
し、この直流バイアス電圧を変化させてジョセフソン接
合素子を通じる電流の変化をモニタし、交流ジョセフソ
ン効果による急激な電流変化が生じたときのバイアス電
圧値から、上記の入力信号の周波数を検出することを特
徴とする。
流バイアス電圧を重畳してジョセフソン接合素子に印加
し、この直流バイアス電圧を変化させてジョセフソン接
合素子を通じる電流の変化をモニタし、交流ジョセフソ
ン効果による急激な電流変化が生じたときのバイアス電
圧値から、上記の入力信号の周波数を検出することを特
徴とする。
また、第２の発明に係る周波数検出方式は、可変の直流
バイアス電圧を発生する可変電圧発生手段と、交流入力
信号に直流バイアス電圧を重畳する重畳手段と、この重
畳手段の出力によって駆動されるジョセフソン接合素子
と、このジョセフソン接合素子を通じる電流を検出し、
検出電流値が急激に増加または減少したときに電流ステ
ップ検出信号を出力する電流検出手段と、電流ステップ
検出信号が出力されるまでは直流バイアス電圧が徐々に
上昇または低下するよう可変電圧発生手段を制御し、電
流ステップ検出信号が出力されたときはそのときの直流
バイアス電圧から入力信号の周波数を計測する計測制御
手段とを備えることを特徴とする。
バイアス電圧を発生する可変電圧発生手段と、交流入力
信号に直流バイアス電圧を重畳する重畳手段と、この重
畳手段の出力によって駆動されるジョセフソン接合素子
と、このジョセフソン接合素子を通じる電流を検出し、
検出電流値が急激に増加または減少したときに電流ステ
ップ検出信号を出力する電流検出手段と、電流ステップ
検出信号が出力されるまでは直流バイアス電圧が徐々に
上昇または低下するよう可変電圧発生手段を制御し、電
流ステップ検出信号が出力されたときはそのときの直流
バイアス電圧から入力信号の周波数を計測する計測制御
手段とを備えることを特徴とする。
第１の発明に係る周波数検出方式は、以上の通りに構成
されるので、直流バイアス電圧が交流入力信号の周波数
によって定まる値となったとき、ジョセフソン接合素子
は交流ジョセフソン効果を呈することになり、従ってこ
のとき電流が急変するので直流バイアス電圧の値から周
波数を検出することができる。
されるので、直流バイアス電圧が交流入力信号の周波数
によって定まる値となったとき、ジョセフソン接合素子
は交流ジョセフソン効果を呈することになり、従ってこ
のとき電流が急変するので直流バイアス電圧の値から周
波数を検出することができる。
また、第２の発明に係る周波数検出装置は、以上の通り
に構成されるので、重畳手段によって重畳された直流バ
イアス電圧と交流入力信号によりジョセフソン接合素子
は駆動され、この直流バイアス電圧は計測制御手段およ
び可変電圧発生手段によりスイープされ、交流ジョセフ
ソン効果による急激な電流変化は電流検出手段によって
検出される。従って、計測制御手段は電流検出手段から
の電流ステップ検出信号とそのときの直流バイアス電圧
値にもとづき、交流入力信号の周波数を計測するように
働く。
に構成されるので、重畳手段によって重畳された直流バ
イアス電圧と交流入力信号によりジョセフソン接合素子
は駆動され、この直流バイアス電圧は計測制御手段およ
び可変電圧発生手段によりスイープされ、交流ジョセフ
ソン効果による急激な電流変化は電流検出手段によって
検出される。従って、計測制御手段は電流検出手段から
の電流ステップ検出信号とそのときの直流バイアス電圧
値にもとづき、交流入力信号の周波数を計測するように
働く。
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施例を説明す
る。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符
号を付し、重複する説明を省略する。
る。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符
号を付し、重複する説明を省略する。
第１図は第１および第２の発明に係る周波数検出装置の
ブロック図である。図示の通り、交流入力信号ＶＡＣを
与える信号源１と、ジョセフソン接合素子２と、このジ
ョセフソン接合素子２を流れる電流を検出する電流検出
器３は、互いに直列に接続されて閉回路を構成している
。ここで、信号源１からの交流入力信号ＶＡＣは重畳回
路６で直流バイアス電圧■Ｄｃと重畳され、ジョセフソ
ン接合素子２の端子に与えられる。電流検出器３はジョ
セフソン接合素子２を流れる電流を検出するためのもの
で、その出力は計測制御回路４に与えられる。計測制御
回路４は可変電圧発生回路５からの直流バイアス電圧を
可変制御すると共に、周波数の検出結果を例えばディジ
タル信号として外部に出力する。
ブロック図である。図示の通り、交流入力信号ＶＡＣを
与える信号源１と、ジョセフソン接合素子２と、このジ
ョセフソン接合素子２を流れる電流を検出する電流検出
器３は、互いに直列に接続されて閉回路を構成している
。ここで、信号源１からの交流入力信号ＶＡＣは重畳回
路６で直流バイアス電圧■Ｄｃと重畳され、ジョセフソ
ン接合素子２の端子に与えられる。電流検出器３はジョ
セフソン接合素子２を流れる電流を検出するためのもの
で、その出力は計測制御回路４に与えられる。計測制御
回路４は可変電圧発生回路５からの直流バイアス電圧を
可変制御すると共に、周波数の検出結果を例えばディジ
タル信号として外部に出力する。
次に、上記の各構成要素の主要なものの機能と、それら
の作用を説明する。
の作用を説明する。
ジョセフソン接合素子２は２種の秩序パラメータの位相
が異なる超伝導体を接合したものであって、電圧ゼロの
超伝導状態ではいわゆる直流ジョセフソン効果を呈し、
印加電流が所定の最大電流（臨界電流）Ｉｏを超えると
、いわゆる交流ジョセフソン効果を呈する。
が異なる超伝導体を接合したものであって、電圧ゼロの
超伝導状態ではいわゆる直流ジョセフソン効果を呈し、
印加電流が所定の最大電流（臨界電流）Ｉｏを超えると
、いわゆる交流ジョセフソン効果を呈する。
第２図はこの交流ジョセフソン効果を示すＶ−■特性図
で、電圧の上昇につれて電流がステップ的に増加してい
るのがわかる。これは、ジョセフソン接合素子が有限電
圧状態では自励発撮の状態になることと、直流Ｖ−Ｉ特
性の形を決めるジョセフソン電流の直流成分が交流電圧
成分の２乗平均に比例することに起因している。このた
め、特定の周波数で交流電圧成分が励娠されると、その
周波数に対応する電圧で直流電流が急増し、第２図の如
きステップが現れることになる。
で、電圧の上昇につれて電流がステップ的に増加してい
るのがわかる。これは、ジョセフソン接合素子が有限電
圧状態では自励発撮の状態になることと、直流Ｖ−Ｉ特
性の形を決めるジョセフソン電流の直流成分が交流電圧
成分の２乗平均に比例することに起因している。このた
め、特定の周波数で交流電圧成分が励娠されると、その
周波数に対応する電圧で直流電流が急増し、第２図の如
きステップが現れることになる。
電流検出器３はこのジョセフソン接合素子２を流れる電
流を検出するためのものである。そして、電流Ｉが第２
図のようにステップ的に変化した時点で、例えばトリガ
パルスのような電流ステップ検出信号を出力し、これを
計測制御回路４に出力するようにしておく。
流を検出するためのものである。そして、電流Ｉが第２
図のようにステップ的に変化した時点で、例えばトリガ
パルスのような電流ステップ検出信号を出力し、これを
計測制御回路４に出力するようにしておく。
計測制御回路４は２つのモードで動作する。第１のモー
ドは電圧検出器３から電流ステップ検出信号が与えられ
ていないときで、このときには可変電圧発生回路５を制
御して直流バイアス電圧ＶＤＣをスイープさせる。すな
わち、直流バイアス電圧Ｖ、。が徐々に上昇するよう、
あるいは徐々に低下するように制御する。第２のモード
は上記の電流ステップ検出信号が与えられたときで、こ
のときには直流バイアス電圧の値にもとづいて、後述す
る関係式に従って交流入力信号の周波数を求める。そし
て、この周波数に対応する信号を出力する。
ドは電圧検出器３から電流ステップ検出信号が与えられ
ていないときで、このときには可変電圧発生回路５を制
御して直流バイアス電圧ＶＤＣをスイープさせる。すな
わち、直流バイアス電圧Ｖ、。が徐々に上昇するよう、
あるいは徐々に低下するように制御する。第２のモード
は上記の電流ステップ検出信号が与えられたときで、こ
のときには直流バイアス電圧の値にもとづいて、後述す
る関係式に従って交流入力信号の周波数を求める。そし
て、この周波数に対応する信号を出力する。
以上の通り本発明は、ジョセフソン接合素子の特性であ
る交流ジョセフソン効果を応用したものでおる。そこで
、ジョセフソン接合素子の基本関係式に従って、実施例
の作用をより詳細に説明する。
る交流ジョセフソン効果を応用したものでおる。そこで
、ジョセフソン接合素子の基本関係式に従って、実施例
の作用をより詳細に説明する。
ジョセフソン接合素子の基本関係式は、２種の超電導体
の秩序パラメータの位相差をθ、素子間の電圧を■とす
ると と表わすことができる。
の秩序パラメータの位相差をθ、素子間の電圧を■とす
ると と表わすことができる。
また、電流密度をｊとすると
ｊ＝ｊｏｓｉｎθ ・・・（２）が成り立
つ。そこで、ジョセフソン接合に直流電圧Ｖ、。と交流
電圧■Ａｃ＝■・ＣＯＳωｔを重畳して印加したとする
と、式（１） 、 （２）よりｊ＝ｊ ５ｉｎ（θ０
＋ω、ｒｔ となる。ここでジョセフソン振動数ωＪは、である。式
（３）式は、 Ｓ ｉ ｎ （ωｔ＋ｒｌ）ｔ＋θｏ）・（５）τ と書き表わせる。但し、Ｊｎは０次ベッセル関数である
。ここで、ω、＝ｎω（ｎは整数）の場合には、時間に
依存せずｓｉｎθ０のみに依存する直流超電流成分が存
在する。式（４）式よりω、は直流電圧■、ｃによって
変化可能でおることがわがり、従って が満たされる時に直流電圧が発生し、実際には第２図に
示す様にステップ状の特性を示すことになる。
つ。そこで、ジョセフソン接合に直流電圧Ｖ、。と交流
電圧■Ａｃ＝■・ＣＯＳωｔを重畳して印加したとする
と、式（１） 、 （２）よりｊ＝ｊ ５ｉｎ（θ０
＋ω、ｒｔ となる。ここでジョセフソン振動数ωＪは、である。式
（３）式は、 Ｓ ｉ ｎ （ωｔ＋ｒｌ）ｔ＋θｏ）・（５）τ と書き表わせる。但し、Ｊｎは０次ベッセル関数である
。ここで、ω、＝ｎω（ｎは整数）の場合には、時間に
依存せずｓｉｎθ０のみに依存する直流超電流成分が存
在する。式（４）式よりω、は直流電圧■、ｃによって
変化可能でおることがわがり、従って が満たされる時に直流電圧が発生し、実際には第２図に
示す様にステップ状の特性を示すことになる。
この特性を利用すると、直流バイアス電圧ＶＤＣを徐々
に変化（スイープ）させてゆき、直流超電流成分が発生
する電圧値を求めることにより、外部からの交流入力信
号の周波数を算出することが可能となる。すなわち、 の関係式を用いることにより、周波数の算出ができる。
に変化（スイープ）させてゆき、直流超電流成分が発生
する電圧値を求めることにより、外部からの交流入力信
号の周波数を算出することが可能となる。すなわち、 の関係式を用いることにより、周波数の算出ができる。
ジョセフソン効果は、２つの超電導体を弱く結合したと
きに生じる現象であり、電子の位相差の時間及び空間依
存性が直接関与してε）る。交流ジョセフソン効果はこ
のうち時間依存性により生じ、素子の大きざがジョセフ
ソンの侵入深ざλ７に比て小さいときに成り立ち、λ、
は素子の臨界電流によって変化する。しかしながら、こ
の侵入深さはしばしば１＃程度の大きさになり、実現は
困難ではない。また、第２図に示すような特性は、数Ｇ
Ｈ２のマイクロ波を素子に照射したときに得ることが可
能であることが知られている。従って、従来方式に比べ
てはるかに高周波の帯域で周波数検知が行なえる。また
、このような交流ジョセフソン効果による電圧ステップ
現象を利用した例として、電圧標準回路がすでに実用化
されており、本発明の方式および装置は十分に実現可能
なものである。
きに生じる現象であり、電子の位相差の時間及び空間依
存性が直接関与してε）る。交流ジョセフソン効果はこ
のうち時間依存性により生じ、素子の大きざがジョセフ
ソンの侵入深ざλ７に比て小さいときに成り立ち、λ、
は素子の臨界電流によって変化する。しかしながら、こ
の侵入深さはしばしば１＃程度の大きさになり、実現は
困難ではない。また、第２図に示すような特性は、数Ｇ
Ｈ２のマイクロ波を素子に照射したときに得ることが可
能であることが知られている。従って、従来方式に比べ
てはるかに高周波の帯域で周波数検知が行なえる。また
、このような交流ジョセフソン効果による電圧ステップ
現象を利用した例として、電圧標準回路がすでに実用化
されており、本発明の方式および装置は十分に実現可能
なものである。
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の
変形が可能である。
変形が可能である。
例えば、交流ジョセフソン効果による電流ステップはい
くつかの電圧値において個々に発生するので、直流バイ
アス電圧としては種々変更した値にすることができる。
くつかの電圧値において個々に発生するので、直流バイ
アス電圧としては種々変更した値にすることができる。
また、電流検出器は電流ステップ検出信号の出力されて
いるとき以外にも、別途に検出電流値を出力するように
してもよい。
いるとき以外にも、別途に検出電流値を出力するように
してもよい。
ざらに、本発明は数百Ｍ８２〜数ＧＨ７の高周波帯での
使用にも適したものであるが、より低周波帯での使用も
可能である。
使用にも適したものであるが、より低周波帯での使用も
可能である。
（発明の効果〕
以上、詳細に説明した通り本発明によれば、交流ジョセ
フソン効果による電流ステップを検知することにより、
交流入力信号の周波数を検出するようにしているので、
交流入力信号の精確な周波数検出を高周波帯においても
実現できる効果がある。また、従来方式に比べて装置の
構成を大幅に簡略化することが可能になる。
フソン効果による電流ステップを検知することにより、
交流入力信号の周波数を検出するようにしているので、
交流入力信号の精確な周波数検出を高周波帯においても
実現できる効果がある。また、従来方式に比べて装置の
構成を大幅に簡略化することが可能になる。
従って、周波数カウンタ等の計測器から、物体検知を行
なうためのレーダー観測システムまで、幅広い応用が可
能になる。
なうためのレーダー観測システムまで、幅広い応用が可
能になる。
第１図は本発明に係る周波数検出装置の構成図、第２図
は交流ジョセフソン効果を説明するＶ−Ｉ特性図である
。
は交流ジョセフソン効果を説明するＶ−Ｉ特性図である
。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、交流入力信号の周波数を検出する周波数検出方式に
おいて、 前記交流入力信号に直流バイアス電圧を重畳してジョセ
フソン接合素子に印加し、前記直流バイアス電圧を変化
させて前記ジョセフソン接合素子を通じる電流の変化を
モニタし、交流ジョセフソン効果による急激な電流変化
が生じたときの前記直流バイアス電圧値から前記入力信
号の周波数を検出することを特徴とする周波数検出方式
。 ２、交流入力信号の周波数を検出する周波数検出装置に
おいて、 可変の直流バイアス電圧を発生する可変電圧発生手段と
、 前記交流入力信号に前記直流バイアス電圧を重畳する重
畳手段と、 この重畳手段の出力によって駆動されるジョセフソン接
合素子と、 このジョセフソン接合素子を通じる電流を検出し、検出
電流値が急激に増加または減少したときに電流ステップ
検出信号を出力する電流検出手段と、 前記電流ステップ検出信号が出力されるまでは前記直流
バイアス電圧が徐々に上昇または低下するよう前記可変
電圧発生手段を制御し、前記電流ステップ検出信号が出
力されたときはそのときの前記直流バイアス電圧から前
記入力信号の周波数を計測する計測制御手段と を備えることを特徴とする周波数検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62105264A JPS63271172A (ja) | 1987-04-28 | 1987-04-28 | 周波数検出方式およびそのための装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62105264A JPS63271172A (ja) | 1987-04-28 | 1987-04-28 | 周波数検出方式およびそのための装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63271172A true JPS63271172A (ja) | 1988-11-09 |
Family
ID=14402799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62105264A Pending JPS63271172A (ja) | 1987-04-28 | 1987-04-28 | 周波数検出方式およびそのための装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63271172A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108072820A (zh) * | 2017-11-28 | 2018-05-25 | 北京无线电计量测试研究所 | 一种超导器件测试系统和方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58115422U (ja) * | 1982-01-30 | 1983-08-06 | いすゞ自動車株式会社 | 車両用燃料タンクのバツフルプレ−ト |
| JPS61172814U (ja) * | 1985-04-18 | 1986-10-27 |
-
1987
- 1987-04-28 JP JP62105264A patent/JPS63271172A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58115422U (ja) * | 1982-01-30 | 1983-08-06 | いすゞ自動車株式会社 | 車両用燃料タンクのバツフルプレ−ト |
| JPS61172814U (ja) * | 1985-04-18 | 1986-10-27 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108072820A (zh) * | 2017-11-28 | 2018-05-25 | 北京无线电计量测试研究所 | 一种超导器件测试系统和方法 |
| CN108072820B (zh) * | 2017-11-28 | 2020-05-01 | 北京无线电计量测试研究所 | 一种超导器件测试系统和方法 |
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