WO2001057886A1

WO2001057886A1 - Unite d'emission de signal thermiquement isolee et dispositif d'emission de signal supraconducteur

Info

Publication number: WO2001057886A1
Application number: PCT/JP2000/000524
Authority: WO
Inventors: Manabu Kai; Toru Maniwa; Kazunori Yamanaka; Akihiko Akasegawa
Original assignee: Fujitsu Limited
Priority date: 2000-01-31
Filing date: 2000-01-31
Publication date: 2001-08-09
Also published as: EP1253602A4; US20020187902A1; DE60036227T2; JP4236408B2; EP1253602B1; DE60036227D1; EP1253602A1; US6889068B2

Description

明細書熱遮断信号伝送ュニットおよび超伝導信号伝送装置技術の分野

本発明は、極低温下で動作する超伝導電子デバイスを効率良く極低温状態に維持するための熱遮断信号伝送ュニッ卜およびこれを用いた超伝導信号伝送装置に関する。

近年超伝導状態で動作させる超伝導電子デバィスが注目されている。このような電子デバイスとしては、例えば、移動体通信システムにおける基地局の送受信装置に用いられる超伝導フィルタがある

。あるいは、医療システムにおける、脳波の測定に用いる S QU I D 磁束計等もある。

かかる超伝導電子デバイスを 70 Kという極低温下に冷却しておくためには、相当大型の冷凍機を必要とし、また、その消費電力もかなり大きくなる。そこで、超伝導電子デバイスの研究開発と共に、冷却された超伝導電子デバイスに対する外部（室温）からの熱流人をできる限り抑制するための研究開発も行われている。背景技術

上記超伝導電子デバイスとして、上述した移動体通信システムにおける基地局の送受信装置に用いられる超伝導フィルタを例にとつて述べると、この超伝導フィルタに用いられる超伝導体は、通常の金属からなる常伝導体に比べて表面抵抗が、マイクロ波帯においても、 2 〜 3桁小さい。したがって急峻なカット特性を得るために超伝導フィルタを構成する共振器の段数を大きくしても、通過域における損失を極力小さくすることができる。このため、超伝導フィルタを用いることによって、受信感度は向上し、 1 つの基地局でカバ一できるエリアも広がることから、基地局の数を減らしたり、あるいは送信パワーを小さくしたりすることができる等、といった大きな利点が得られる。

このような大きな利点を得るためには、超伝導電子デバィスとしての超伝導フィルタを安定かつ安価に極低温に維持することが要求される。この要求を満たすべく、いくつかの従来例が提案されている。例えば、特開平 9 一 129041号、特開平 9 一 134618号、特開平 9 一 147634号等である。

これらの従来例については後に図面を用いて詳しく述べる力 <、その要点は、上記超伝導電子デバィスに接続する同軸ケーブルから該デバイスに流入する熱を遮断するために、この同軸ケーブルそのものに特別な熱遮断構造を持たせたことにある。すなわち熱遮断同軸ケーブルを提案するものである。

しかしながら、上記従来例に従うと、次のような問題がある。 ( i ) 特別な熱遮断構造を有する特別な同軸ケーブルを製作しなければならないことから、製造に手間がかかり、したがってコスト高になる、という問題がある。このため量産向きでもない。

( ii ) 同軸ケーブルの外部導体の厚さを薄くするという熱遮断構造をとる場合、同軸ケーブルと超伝導電子デバイスと冷却用の真空容器とを組み合わせて 1 つの超伝導信号伝送装置を組み立てるに際し、この同軸ケーブルを自由に変形させるという柔軟性に欠けるので組み立てが困難になる、という問題がある。これは、厚さの薄い外部導体は、曲げ等の変形を加えることにより、容易にクラックを生じてしまうからである。

( iii ) また、冷却用の冷凍機から伝わる振動によってその薄い外部導体が剝離してしまう、という問題も伴う。 ( iv ) さらに、上記の特別な熱遮断構造は、同軸ケーブルの外部導体側にのみ適用されることから、この同軸ケーブルの中心導体を伝わる熱流入に対しては全く熱遮断効果がない、という問題がある。このため、その中心導体と超伝導電子デバイスとの接合点において超伝導状態が保てなくなり、接触抵抗を発生させる恐れがある。発明の開示

本発明は上記諸問題点に鑑み、同軸ケーブルそのものには一切特別な熱遮断構造を持たせず、真空容器内部の超伝導電子デバイスと、真空容器の外部からの同軸ケーブルと、の間の伝送路の一部において熱遮断を行うようにすることを目的とするものである。

具体的には、上記伝送路の一部に挿入される熱遮断信号伝送ュニットを提供することを目的とするものである。

さらにまた、そのような熱遮断信号伝送ュニットを組み込んだ超伝導信号伝送装置を提供することを目的とするものである。

本発明は上記目的を達成するために、新規な熱遮断信号伝送ュニットを提供するものであり、このュニットは、

基板と、共にこの基板上に形成される信号伝送路およびグランド層と、を備える平面回路体からなり、ここに、その基板は熱伝導率の小さい誘電体材料により構成し、上記の信号伝送路およびグランド層をなす各導体部分は、外部からの熱流入を抑制可能な薄い厚さをもって形成することを特徴とするものである。

また、本発明は上記目的を達成するために、新規な超伝導信号伝送装置を提供するものであり、この伝送装置は、

真空容器と、この真空容器内に設けられる超伝導電子デバイスと、この真空容器を貫通しその超伝導電子デバィスの信号入力端および信号出力端にそれぞれ接続する入力側伝送路および出力側伝送路と、その超伝導電子デバイスを冷却する冷却機構とを備える装置であって、ここに、上記の入力側伝送路および出力側伝送路の少なくとも一方の一部に、熱遮断信号伝送ュニットを挿入することを特徴とするものである。図面の簡単な説明

第 1 図は本発明に基づく超伝導信号伝送装置を表す図、

第 2図は本発明に基づく熱遮断信号伝送ュニッ卜の主要部をなす平面回路体の第 1 例（ a ) および第 2例（ b ) をそれぞれ示す斜視図、

第 3図は第 2図（ b ) のグランド層を変更した一例を示す平面図第 4図は本発明に基づく熱遮断信号伝送ュニッ卜の具体的構成を平面図（ a ) および側面図（ b ) で表す図、

第 5図は本発明に基づく熱遮断信号伝送ュニッ卜の他の具体的構成を平面図（ a ) および側面図（ b ) で表す図、

第 6図は第 4図および第 5図に示すコネクタ 36を表す斜視図、第 7図は本発明に基づく熱遮断信号伝送ュニットを導入したことによる熱遮断効果および伝送損失のシミユレ一ション結果を表す図第 8図は従来の第 1例（ a ) 、第 2例（ b ) および第 3例（ c ) に基づく熱遮断構造をそれぞれ有する同軸ケーブルの断面図、および

第 9図は従来の超伝導信号伝送装置の一例を示す図である。発明の実施の形態

本発明の理解を一層容易にするため、まず、前述したいくつかの従来例について説明する。

第 8図は従来の第 1例（ a ) 、第 2例（ b ) および第 3例（ c ) に基づく熱遮断構造をそれぞれ有する同軸ケーブルの断面図である第 1 例は前記の特開平 9 一 1 29041号、第 2例は前記の特開平 9 - 134618号、第 3例は前記の特開平 9 一 1 47634号、にそれぞれ相当する o

第 8図の（ a )， ( b ) および（ c ) において、参照番号 1 は同軸ケーブル、 2 は中心導体、 3 は誘電体を示す。また 4， 4 ' および 4 〃は、それぞれ第 1、第 2および第 3例の外部導体を示す。

第 1 例（ a ) では、外部導体 4 を薄い、すなわち断面積の小さい金属膜によって構成することによって、熱遮断効果を得、例えば図中の左端から右端への熱の伝達を抑制している。

この場合、金属膜（ 4 ) は損傷し易いので、外周を、熱伝導率が小さくかつ機械的強度の優れた材料 5で包囲する。

第 2例（ b ) では、外部導体 4 ' を直径の異なる 2種の円筒状導体とし、両者の重なり部分に誘電体を介在させることによって、例えば図中の左端から右端への熱の伝達を抑制している。ただし、上記重なり部分では、上記 2種の円筒状導体相互間が静電容量結合されており、高周波的には、これらは導通し 1 つの外部導体をなす。第 3例（ c ) では、外部導体 4 〃に対して部分的に円環状の溝 6 を形成することによって外部導体 4 〃の断面積を部分的に小さくし、例えば図中の左端から右端への熱の伝達を抑制している。

上記のとおり、従来の上記第 1例、第 2例および第 3例によれば、同軸ケーブル 1 の外部導体（ 4， 4 ' ， 4 〃）に対して特別な熱遮断構造を持たせ、超伝導電子デバイスへの熱流入を抑制している。このため、既述した諸問題点（ i ) 〜（iv ) が生ずる。上述した従来の同軸ケーブル 1 が適用可能な超伝導信号伝送装置の一例を図を用いて説明する。

第 9 図は従来の超伝導信号伝送装置の一例を示す図である。なお、本図の装置は、本発明に係る熱遮断信号伝送ュニットを適用することもできる。

第 9 図において、参照番号 11は真空容器であり、その中央に超伝導電子デバイス 12が設けられる。このデバイス 12は、既述した基地局内の送受信装置の場合であれば、超伝導フィルタである。さらにこれに対し LNA (Low Noise Amplif ier) がー体に設けられることもある。

超伝導電子デバイス 12は、 70Kという極低温に冷却される力く、そのための冷凍機が参照番号 15として示され、真空容器 11の外部に設置される。冷凍機 15は、冷媒を搬送する支柱 16を介して、コールドへッド 17に接続し、デバイス 12を包囲するインバ一、銅、アルミ等の筐体 18は、このコ一ノレドヘッド 17に密着してほぼ均一に、かつ、一定温度に冷却される。

このように冷却された超伝導電子デバイス 12の信号入力端および信号出力端は、それぞれ、入力側伝送路 13および出力側伝送路 14を介して、真空容器 11外の、信号入力側同軸ケーブル 1 および信号出力側同軸ケーブル 1 に接続する。なお、上記の伝送路 13および 14も、同軸ケーブル 1 からなる。

ところで、この同軸ケーブル 1 を伝達する外部からの熱流入が、冷凍機 15にとつて大きな負荷となる。その熱流入の値は、同軸ケ一ブル 1 の材質、太さや長さにもよる力く、長さ 25cm、 ø 2.2mm のセミリジッドケーブルで、かつ、真空容器 11の外部の室温 300Kとコ一ルドヘッド 17の温度 70 Kとの間で、およそ 1 Wである。冷凍機 15の冷凍能力は、消費電力との兼ね合いから決まってくるが、 70Kという極低温下では、冷凍機 1 5の効率（冷凍機出力〔W〕 Z人力電力〔 W ) ) がおよそ 1 Z 20〜 1 / 1 00 程度で、例えば消費電力数百 Wであってもその冷凍能力は数 W程度でしかない。実際のシステムに適用する場合には、複数の超伝導電子デバイス 1 2を同時に冷却したり、あるいは入力用および出力用といったように、数本の同軸ケ一ブル 1 が必要であるため、総熱流入量が冷凍機 1 5の冷凍能力を上回つてしまう。そこで第 8 図に示したような、特別な熱遮断構造を備えた同軸ケーブル 1 が必要とされる。ところが、このような同軸ケ一ブル 1 を用いる場合には、既述の問題点が生ずる。

本発明は、そのような特別な熱遮断構造を備えた同軸ケーブル 1 を用いることなしに、すなわち通常の同軸ケーブル（セミリジッドケーブル）を用いて、十分な熱遮断効果が得られる超伝導信号伝送装置を提供し、また、そのための熱遮断信号伝送ュニットを提供する。以下これを詳しく説明する。

第 1 図は本発明に基づく超伝導信号伝送装置を表す図である。なお、全図を通じて同様の構成要素には、同一の参照番号または記号を付して示す。

前述の第 9 図と第 1 図とを比較すると、本発明に基づく熱遮断信号伝送ュニット 20が新たに導入されている。また信号の伝送路となる同軸ケーブルとしては、従来の熱遮断構造の同軸ケーブルに代えて、通常の同軸ケーブル 21 (セミリジッドケーブル）が用いられている。ただし、その同軸ケーブルとして、従来の同軸ケーブル 1 の使用を禁ずる訳ではなく、必要に応じて、この従来の同軸ケーブル 1 と上記ュニット 20とを併用すれば、熱遮断効果は一層高まる。第 1 図に示すとおり、本発明によれば、真空容器 1 1と、真空容器 1 1内に設けられる超伝導電子デバイス 12と、真空容器 1 1を貫通し超伝導電子デバイス 1 2の信号入力端 I Nおよび信号出力端 OUT にそれぞれ接続する入力側伝送路 13および出力側伝送路 14と、超伝導電子デバイス 12を冷却する冷却機構（15， 16, 17) とを備える超伝導信号伝送装置 10に対して、人力側伝送路 13および出力側伝送路 14の少なくとも一方の一部に、熱遮断信号伝送ュニット 20が挿入される。

したがって上記伝送ュニット 20は、伝送路 13および 14の双方の各一部に挿入しても良く、第 1 図ではこの場合の構成を例示している上記伝送路 13および 14は、同軸ケーブルとしても良いし、あるいはその他の適当な信号伝送手段でも良い。また、ュニット 20を延伸させて、伝送路（13， 14) としても良い。

しかし、好ましくは、熱遮断信号伝送ュニット 20を、それぞれ同軸ケーブルからなる入力側伝送路 13および出力側伝送路 14の少なくとも一方の一部に揷入する。この場合、その同軸ケーブルは通常の同軸ケーブル（セミリジッドケーブル） 21としても良いし、あるいは、第 9 図に示したように、その外部導体に熱遮断構造を有する同軸ケーブル 1 であっても良い。

かくして、真空容器 11の外部から同軸ケーブル 21および伝送路 13 ， 14を通して流入する熱は、熱遮断信号伝送ュニット 20にて遮断され、電子デバィス 12まで到達する熱流入は大幅に制限される。

次に本発明に係る上記の熱遮断信号伝送ュニット 20について詳しく説明する。

第 2 図は本発明に基づく熱遮断信号伝送ュニッ卜の主要部をなす平面回路体の第 1 例（ a ) および第 2例（ b ) をそれぞれ示す斜視図である。

本図において、参照番号 30は、熱遮断信号伝送ュニット 20の主要部をなす平面回路体である。

平面回路体 30が、マイクロストリップライン構造を有する場合を第 2 図（ a ) に示し、また

平面回路体 30が、コプレーナ導波路構造を有する場合を第 2 図（ b ) に示す。

第 2 図（ a ) を参照すると、基板 31と、基板 31の一方の面と他方の面上にそれぞれ形成される信号伝送路 32およびグランド層 33と、を備える平面回路体 30であり、ここに、基板 31は熱伝導率の小さい誘電体材料により構成し、信号伝送路 32およびグランド層 33をなす各導体部分は、外部からの熱流入を抑制可能な薄い厚さをもって形成される。

また第 2 図（ b ) を参照すると、基板 31と、基板 31の一方の面上に形成される信号伝送路 32およびグランド層 33— 1 ， 33— 2 と、を備える平面回路体 30であり、ここに、基板 31は熱伝導率の小さい誘電体材料により構成し、信号伝送路 32およびグランド層 33— 1 ， 33 一 2 をなす各導体部分は、外部からの熱流入を抑制可能な薄い厚さをもって形成される。

一般に熱の流量は、熱伝達される伝導体の断面積に比例し、その長さに反比例する、という公知の性質がある。この公知の性質を容易に適用できると共に、かつ、マイクロ波帯という通過域にも対応できる伝送媒体として、本出願人は、公知のマイクロストリップラインあるいはコプレーナ導波路が利用できることに着眼し、本発明 ¾"兀成するに至つた。

このために、マイクロストリップラインあるいはコプレーナ導波路の構成を基礎として、その信号伝送路およびグランド層の各断面積を極力小さくした。加えて、基板として熱伝導率のきわめて小さい誘電体材料を選択した。一般にマイクロストリップラインあるいはコプレーナ導波路の設計では、その導体部分の断面積を極力小さくしたり、その基板部分の熱伝導率を小さく設定する、ということは通常しないが、本発明はこれをあえて行い、熱遮断信号伝送ュニット 20を完成した。

かくして本発明によれば、グランド層 33, 33— 1 ， 33— 2 の断面積を小さくしているため、同軸ケーブルの外部導体を通して伝達される大量の熱はこのグランド層にて十分に抑制され、冷凍機 15の負荷は軽くなる。

さらに、従来は抑制できなかった、同軸ケ一ブルの中心導体を通して伝達される熱も、信号伝送路 32によって抑制される。このために、超伝導電子デバイス 12と、伝送路 13および 14との接合部分において発生する接触抵抗の増大も防止される。

ここで、平面回路体 30として、マイクロストリップライン構造（第 2 図（ a ) )を採用するときと、コプレーナ導波路構造（第 2 図（ b ) )を採用するときの利害について見ると、マイクロストリップライン構造とした場合、グランド層 33の面が広く基板 31の裏面全体にわたるため、コプレーナ導波路構造とした場合に比べて熱遮断効果が劣るという不利があるものの、平面回路体 30を伝送路中に挿入したことによる伝送損失は、マイクロストリップラインの方が放射損が少ないため、小さい、という利点がある。

一方、コプレーナ導波路構造とした場合、そのグランド層 33— 1 ， 33— 2 の断面積を、マイクロストリップライン構造とした場合のグランド層 33の断面積より小さくできるので、熱遮断効果は大きいという利点がある。

いずれにしても、同軸ケーブルの外部導体と熱的に導通するグランド層（33， 33 - 1 , 33— 2 ) の断面積を、電子デバイス 12に至るまでの経路上で小さくしたことに基づく熱遮断効果は大きい。この効果を一層高めることのできる一例を第 3 図に示す。

第 3 図は第 2 図（ b ) のグランド層を変更した一例を示す平面図である。

本図に示す特徴は、スリット 35にある。本図中、ハツチングで示す部分は、信号伝送路 32およびグランド層 33— 1 , 33— 2 の各導体部分であり、それ以外は基板 31である。

このように、グランド層 33— 1 ， 33— 2 の断面積を実質的に小さくするためのスリツト 35を、これらグランド層内に形成することにより、熱遮断効果は一層高まる。

この場合、スリット 35によって放射損が増え、上記の伝送損失が増える。しかし、実際には、信号伝送方向の長さ（信号伝送路長）は数 cm以下と短く、その伝送損失の増加はきわめてわずかである。なおグランド層にスリットを設ける構成は、第 2 図（ a ) のグランド層 33にも当然適用できるが、第 3 図に示すパターン（33— 1 または 33— 2 のパターン）とほぼ同じであるので、図示を省略する。また、断面積を実質的に小さくするためのスリツトは、第 3 図のような長方形に限らず正方形でも良いし、また、円形でも良い。さらにまた、スリッ卜の延伸方向は、第 3 図のように、信号伝送路 32 に対して直交する場合に限らず、これと平行して数本設けても良い。ただし、スリットの合計面積が増大すると放射損も増加するので、スリットの大きさと数は適宜定める。

第 4 図は本発明に基づく熱遮断信号伝送ュニッ卜の具体的構成を平面図（ a ) および側面図（ b ) で表す図である。

本図において、熱遮断信号伝送ュニット 20は、その中心に第 2 図 ( b ) に示した平面回路体 30を有する。そして、この平面回路体 30 の信号入力端 I Nおよび信号出力端 OUT の少なくとも一方に設けられるコネクタ 36を有し、このコネクタ 36を介して、外部から接続される同軸ケーブル 21の中心導体（第 8 図の 2 に相当）および外部導体 (第 8 図の 4 に相当）と、信号伝送路 32およびグランド層 33— 1 ， 33— 2 との間で、それぞれ、電気的導通をとる。なお、第 4 図では、コネクタ 36を信号入力端 I Nと信号出力端 OUT の双方に設ける例を示している。

また第 4 図では、基板 31と、コネクタ 36近傍の同軸ケーブル 21とを支持する熱伝導率の小さい支持体 37を示している。

なお第 4 図は、第 2 図（ b ) の構造（コプレーナ導波路）をべ一スにした構成を示すが、第 2 図（ a ) の構造（マイクロストリップライン）をベースにした構成も第 4 図とほぼ同様である。これを第 5 図に示す。

第 5 図は本発明に基づく熱遮断信号伝送ュニッ卜の他の具体的構成を平面図（ a ) および側面図（ b ) で表す図である。

第 5 図では、第 4 図の（ a ) に示すグランド層 33— 1 ， 33— 2 力く無くなり、代わって、第 5 図（ b ) にグランド層 33として示される。また、第 5 図（ b ) では、中央の信号伝送路 32が見えている。第 6 図は第 4 図および第 5 図に示すコネクタ 36を表す斜視図であ金属コネクタ 36の中央には貫通孔があり、その中央に、同軸ケ一ブル 21の中心導体とつながる中心端子 38がある（第 4 図および第 5 図にも図示）。この中心端子 38をその貫通孔内で固定するのが絶縁体 39である。

この金属コネクタ 36の図示する面 34と、グランド層（33， 33 - 1 ， 33— 2 ) は半田付け等により接合される。また、中心端子 38と、信号伝送路 32も半田付け等により接合され、電気的に接続する。

次に本発明に好適な材料について検討する。

まず信号伝送路 32およびグランド層 33， 33— 1 ， 33— 2 をなす導体部分は、金属メツキにて形成することができる。そしてその膜厚を、少なくとも、使用周波数における当該金属の表皮厚程度とする o

基板 3 1上に金属メツキを行うには、まず、ニッケルなどの下地金属層を無電解メツキ、スパッタ、蒸着等の方法で堆積した後、さらに銅、銀などの金属メツキとするのがよく、メツキの厚さは、少なくとも、その金属の表皮厚以上あれば伝送特性上問題無い。

上記金属メツキに代えて、上記導体部分を、金属薄膜にて形成することもできる。この場合、その膜厚は、使用周波数における当該金属の表皮厚の 1 〜 3倍程度とする。この金属薄膜は、例えば銅の薄膜とし、上記のように銅の表皮厚の 1 〜 3 倍とするが、堆積による膜と基板 3 1間の応力により、冷却時に膜の剥離が起こることがあり、ァニール等の応力緩和を促す成膜のプロセスが必要となることもめ。

上記の金属メツキあるいは金属薄膜が形成される基板 3 1としては、その誘電体材料を、ガラス一セラミック複合材料から構成することができる。本発明では、アルミナ焼結基板に比べて熱伝導率の小さい上記のガラス—セラミック複合材料とするのが効果的である。さらに支持体 37 (第 4図および第 5図）について見ると、この支持体を、樹脂材料または樹脂一ガラス複合材料とするのが好ましい o

その樹脂材料または樹脂—ガラス複合材料としては、ポリカーボネート樹脂、ガラス—エポキシ樹脂複合材料、またはガラス一ポリィミド樹脂複合材料等を用いることができる。

さらに基板 31および支持体 37間、同軸ケーブル 2 1および支持体 37 間の接合には、ポリイミド樹脂またはエポキシ樹脂を用いるのが望ましい。

ここで最も好ましい一実施例について説明する。

熱伝導率の非常に小さい（1. 3W / mK) ガラス一セラミックの基板 31 (厚さ： 0.6mm)上に、導体部分（32， 33- 1 ， 33- 2 ) として厚さ 2 z mの銅メツキを施す。その際、ニッケル下地金属層を無電解メツキで堆積した後、銅電解メツキを施す。その後、特性インピーダンス 50Ωのコプレーナ導波路とし、第 2図（ b ) および第 4 図（ a ) のような導体パターンを形成する。その導波路の長さは、 4 cm とする。

このような平面回路体 30を、熱伝導率の小さなガラスエポキシ樹脂複合材料からなる支持体 37に固定し、コネクタ 36も側面から固定し、平面回路体 30の導体部分とコネクタ 36を半田付けする。

超伝導電子デバイス 12につながる同軸ケーブル 21、外部回路につながる同軸ケーブル 21をそれぞれコネクタ 36に接続し、同軸ケ一ブル 21を支持体 37の直立部で固定する。これらの固定には、ポリイミド樹脂または 2液硬化タイプ（硬化時間 12時間以上）のエポキシ樹脂を用いる。

この熱遮断信号伝送ュニットは、第 1 図に示したように、同軸ケ一ブル 21中のどの位置にあってもよく、取り回しが効き、自由度が问ぃ o

熱伝導率の小さい誘電体からなる基板 31、基板支持体 37、断面積の小さい金属メツキの導体部分によって、外部から伝わってきた熱は抑制される。なお、同軸ケーブル 21の中心導体を伝わってくる熱もこの熱遮断信号伝送ュニット 20で遮断され、超伝導電子デバイス 12は安定した低温状態に保たれる。

好ましい実施例では、平面回路体 30を、コプレーナ導波路としたが、第 2 図（ a ) のような、導体部分を厚さの銅メツキとした、マイクロストリップライン構造としても、効果上、大差はない o

さらに、第 3 図のように、グランド層 33— 1， 33— 2 に 5個のスリット 35を入れることにより、実質的な断面積を小さくすると、グランド層を伝わる熱の遮断効果はさらに高まることを確認した。上述した好ましい実施例に基づく熱遮断信号伝送ュニット 20を用いた場合の伝送損失および熱流入量についてシミュレーションを行つたところ、伝送損失は実質上無視でき、かつ、従来に比べて 1 桁近い熱流入量（W ) の低減が図れるという結果を得た。これを第 7 図に示す。

第 7 図は本発明に基づく熱遮断信号伝送ュニットを導入したことによる熱遮断効果および伝送損失のシミユレーション結果を表す図である。また同時に、前述したスリット 35の有無による効果の違いも表している。

第 7 図を参照すると、熱遮断信号伝送ュニット 20によって熱流入量は 0. 1〜0. 1 4 Wへと、従来（約 1 W ) に比べ、激減している。一方、このュニット 20を揷入したことにより発生する伝送損失について見ると、 0. 079〜0. 1 05 d B であり、ほとんど無損失である。

このシミユレ一ションに用いたモデルは、第 4 図に示すタイプのユニット 20である。そしてこのュニット 20のグランド層 33— 1 ， 33 一 2 に、第 3 図のスリツト 35を入れた場合と入れない場合についてシミュレーションした。スリット 35を人れたことにより伝送損失は、これを入れない場合に比べて、 0. 079— 0. 1 05 d B へと若干増加するが、熱流入量の抑制効果は 0. 1 4W→ 0. 1 Wへと大幅に向上する。損失が増えるデメリットに比べ、熱流入量が減るメリッ卜の方が遙カヽに大きい。

なお上記シミュレ一ションのモデルとなったュニット 20の条件は以下のとおりである。

ュニッ卜の全長： 4 cm

ュニッ卜の全幅： 1 5mm 導体部分：銅（厚さ 2 m )

基板部分：ガラス一セラミック複合材料

(比誘電率 ε _r = 9. 4 )

(厚さ 0. 6mm)

( t an δ = 0. 0003 )

支持体：ガラス一エポキシ複合材料

(底部の厚さ 0. 5 mm)

同軸ケーブル：入力側および出力側もセミリジッド同軸ケーブルで、長さ 1 5 cm、ケーブル径 2. 2mm 、特性インピ一ダンス 50 Ω

周波数： 2 GH z

以上説明したように本発明によれば、超伝導電子デバィス 1 2を動作させるのに必要な冷凍機 1 5への外部からの熱流人を抑制することができ、冷凍機 1 台で複数個の超伝導電子デバイスを冷却することも可能になる。あるいは、冷凍機 1 5の冷却能力を下げることができ、同時に消費電力も抑えることができる。また、通常の伝送手段や通常の同軸ケーブルをそのまま用いるので、安価かつ容易に実現することができ、熱遮断を容易に行うことができる。この場合本発明の熱遮断信号伝送ュニットは、同軸ケーブルのどの部分に導入してもよいので、通常のセミフレキシブルケーブルや、セミリジットケ —ブルと合わせて用いることにより、真空容器中での取り回しが効き、自由度が高く、さまざまな形状の真空容器、冷凍機に対応できるという利点もある。

Claims

請求の範囲

1 . 基板と、共に該基板上に形成される信号伝送路およびグランド層と、を備える平面回路体からなり、ここに、該基板は熱伝導率の小さい誘電体材料により構成し、該信号伝送路およびグランド層をなす各導体部分は、外部からの熱流入を抑制可能な薄い厚さをもつて形成することを特徴とする熱遮断信号伝送ュニット。

2 . 前記平面回路体は、マイクロストリップライン構造を有する請求項 1 に記載の熱遮断信号伝送ュニット。

3 . 前記平面回路体は、コプレーナ導波路構造を有する請求項 1 に記載の熱遮断信号伝送ュニット。

4 . 前記グランド層の断面積を実質的に小さくするためのスリツトを、該グランド層内に形成する請求項 1 に記載の熱遮断信号伝送ュニット o

5 . 前記平面回路体の信号入力端および信号出力端の少なくとも一方に設けられるコネクタを有し、該コネクタを介して、外部から接続される同軸ケーブルの中心導体および外部導体と、前記信号伝送路およびグランド層との間で、それぞれ、電気的導通をとる請求項 1 に記載の熱遮断信号伝送ュニット。

6 . 前記基板と、前記コネクタ近傍の前記同軸ケーブルとを支持する熱伝導率の小さい支持体を有する請求項 5 に記載の熱遮断信号 ι;κ送ュニット。

7 . 前記信号伝送路およびグランド層をなす導体部分を、金属メツキにて形成し、かつ、その膜厚を、少なくとも、使用周波数における当該金属の表皮厚程度とする請求項 1 に記載の熱遮断信号伝送ュニット。

8 . 前記信号伝送路およびグランド層をなす導体部分を、金属薄膜にて形成し、かつ、その膜厚を、使用周波数における当該金属の表皮厚の 1 〜 3倍程度とする請求項 1 に記載の熱遮断信号伝送ュニッ卜

9 . 前記基板をなす前記誘電体材料が、ガラス一セラミック複合材料からなる請求項 1 に記載の熱遮断信号伝送ュニット。

1 0. 前記支持体が、樹脂材料または樹脂一ガラス複合材料からなる請求項 6 に記載の熱遮断信号伝送ュニット。

1 1. 前記樹脂材料または樹脂一ガラス複合材料が、ポリカーボネ — ト樹脂、ガラス一エポキシ樹脂複合材料、またはガラスーポリイミド樹脂複合材料である請求項 10に記載の熱遮断信号伝送ュニット

12. 前記基板および前記支持体間、前記同軸ケーブルおよび前記支持体間の接合に、ポリイミド樹脂またはエポキシ樹脂を用いる請求項 6 に記載の熱遮断信号伝送ュニット。

13. 真空容器と、該真空容器内に設けられる超伝導電子デバイスと、該真空容器を貫通し該超伝導電子デバィスの信号入力端および信号出力端にそれぞれ接続する入力側伝送路および出力側伝送路と、該超伝導電子デバィスを冷却する冷却機構とを備える超伝導信号伝送装置において、

前記入力側伝送路および出力側伝送路の少なくとも一方の一部に、熱遮断信号伝送ュニットを揷入することを特徴とする超伝導信号伝送装置。

14. 前記熱遮断信号伝送ユニットは、

基板と、共に該基板上に形成される信号伝送路およびグランド層と、を備える平面回路体からなり、ここに、該基板は熱伝導率の小さい誘電体材料により構成し、該信号伝送路およびグランド層をなす各導体部分は、外部からの熱流入を抑制可能な薄い厚さをもって形成する請求項 13に記載の超伝導信号伝送装置。

15. 前記熱遮断信号伝送ユニットを、それぞれ同軸ケーブルからなる前記入力側伝送路および出力側伝送路の少なくとも一方の一部に挿入する請求項 13に記載の超伝導信号伝送装置。

16. 前記同軸ケーブルは、その外部導体に熱遮断構造を有する同軸ケーブルである請求項 15に記載の超伝導信号伝送装置。