JP2016163302A - 電磁波搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の効率を高くすることができる電磁波搬送装置を提供することである。
【解決手段】実施形態の電磁波搬送装置は、第１の筐体と、第２の筐体と、を持つ。第２の筐体は、第１の筐体の内部温度よりも低い内部温度になるように制御される第２の筐体を備える。第１の筐体には、送信信号を増幅する第１の増幅器が収容される。第２の筐体には、第１の移相器と、アンテナ部と、第２の増幅部と、が収容される。第１の移相器は、第１の増幅器により出力された送信信号の位相を変化させる。アンテナ部は、第１の移相器により出力された送信信号が供給される。第２の増幅部は、アンテナ部により出力された受信信号を増幅する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電磁波搬送装置に関する。

従来、複数のアンテナ素子を備えるアンテナ装置が知られている。このアンテナ装置において、超伝導体を含む高周波デバイスを使用し、当該高周波デバイスが超伝導状態になるよう温度環境を制御して信号損失を低減させることが行われている。しかしながら、高周波デバイスの配置によっては効率が低くなる可能性があった。

特開平０９−５１１２７号公報 特開２００４−２３５６１４号公報

本発明が解決しようとする課題は、装置の効率を高くすることができる電磁波搬送装置を提供することである。

実施形態の電磁波搬送装置は、第１の筐体と、第２の筐体と、を持つ。第２の筐体は、第１の筐体の内部温度よりも低い内部温度になるように制御される第２の筐体を備える。第１の筐体には、送信信号を増幅する第１の増幅器が収容される。第２の筐体には、第１の移相器と、アンテナ部と、第２の増幅部と、が収容される。第１の移相器は、第１の増幅器により出力された送信信号の位相を変化させる。アンテナ部は、第１の移相器により出力された送信信号が供給される。第２の増幅部は、アンテナ部により出力された受信信号を増幅する。

実施形態のアレイアンテナ装置１の内部構成例を示すブロック図。 実施形態のアレイアンテナ装置１における内部構成例を示す断面図。 実施形態のアレイアンテナ装置１における送信用移相器２６の構成を示す平面図。 実施形態のアレイアンテナ装置１における送信用移相器２６の等価回路を示す図。 実施形態のアレイアンテナ装置１における送信用移相器２６の信号伝送部２６３の構成を示す側面図。 実施形態のアレイアンテナ装置１における信号伝達部２６４およびＰＩＮダイオード４００の構成例を示す模式図。 実施形態のアレイアンテナ装置１における内部構成の変形例を示す断面図。

以下、実施形態の電磁波搬送装置を、図面を参照して説明する。図１は、実施形態のアレイアンテナ装置１の内部構成例を示すブロック図である。

アレイアンテナ装置１は、筐体１０に電磁波を搬送するための構成を収容している。アレイアンテナ装置１は、電磁波を搬送する電磁波搬送装置として機能する。
筐体１０は、低温筐体部１２および常温筐体部１４を備える。低温筐体部１２の内部空間と常温筐体部１４の内部空間とは、図示しない断熱部を介して熱の伝達が低くなるように設計されている。低温筐体部１２および常温筐体部１４の間では、非接触伝達部１２０ａ、１２０ｂを介して信号の送受信が行われる。

低温筐体部１２は、例えば箱型の真空断熱容器である。低温筐体部１２は、内部空間１２Ａを外部の熱から遮る材料で形成される。低温筐体部１２の材料としては、樹脂、セラミック等が挙げられる。また、低温筐体部１２のうちアンテナ部３０と対向する筐体部分１２ａは、電磁波を通過させ、温度を遮断する材料で形成されることが望ましい。電磁波を通過させ、温度を遮断する材料としては、例えばレドームと称される部位に用いられる強化プラスチック等が挙げられる。

低温筐体部１２は、例えばスターリング冷凍機等（不図示）や液体窒素等により内部の超伝導デバイスが所定温度以下（例えば１５０Ｋ以下）まで冷却される。所定温度は、例えば後述の移相器等における超伝導部材が超伝導状態となる温度である。一方、常温筐体部１４は、加熱または冷却されず常温に近い温度に維持されることにより、低温筐体部１２よりも高い温度環境下で使用される。これにより、低温筐体部１２は、常温筐体部１４（第１の筐体）の内部温度よりも低い内部温度に維持される第２の筐体として機能する。また、低温筐体部１２は、真空ポンプ等（不図示）によって内部空間１２Ａが真空に近い気圧に維持される。

アレイアンテナ装置１は、発信部２０、送信用増幅器２２、分配器２４、送信用移相器２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、・・・２６ｎ（以下、総称する場合には「送信用移相器２６」と呼ぶ。）、送受信切替器２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、・・・２７ｎ（以下、総称する場合には「送受信切替器２７」と呼ぶ。）、アンテナ部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、・・・３０ｎ（以下、総称する場合には「アンテナ部３０」と呼ぶ。）、狭帯域フィルタ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、・・・３２ｎ（以下、総称する場合には「狭帯域フィルタ３２」と呼ぶ。）、受信用増幅器３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、・・・３４ｎ（以下、総称する場合には「受信用増幅器３４」と呼ぶ。）、受信用移相器３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、・・・３６ｎ（以下、総称する場合には「受信用移相器３６」と呼ぶ。）、合成器３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、・・・３８ｎ（以下、総称する場合には「合成器３８」と呼ぶ。）、および信号処理部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、・・・４０ｎ（以下、総称する場合には「信号処理部４０」と呼ぶ。）を備える。

発信部２０は、変調制御部２００、および発信器２０２を備える。変調制御部２００は、発信器２０２により送信信号を変調させる。変調制御部２００は、アレイアンテナ装置１から発信させる電磁波の用途に基づいて変調方式および変調周波数を制御する。変調制御部２００は、例えば、アレイアンテナ装置１が通信を行う場合とアレイアンテナ装置１がレーダとして機能する場合とで、変調方式および変調周波数の切り替えを行う。

送信用増幅器２２は、発信部２０から供給された送信信号を増幅する。分配器２４は、送信用増幅器２２から供給された送信信号を、例えば等分に分配して、各送信用移相器２６に供給する。送信用移相器２６は、分配器２４から供給された送信信号の位相を所望の位相に変化させて、送信信号を送受信切替器２７に供給する。送信用移相器２６による位相の変化量は、アンテナ部３０ごとに設定される。送信用移相器２６を通過した送信信号は送受信切替器２７に供給される。

送受信切替器２７は、サーキュレータまたは同軸スイッチ等を含む。送受信切替器２７は、信号処理系統を、狭帯域フィルタ３２、受信用増幅器３４、受信用移相器３６、合成器３８、および信号処理部４０を含む受信系統と、発信部２０、送信用増幅器２２、分配器２４、および送信用移相器２６を含む送信系統との間で切り替える。

アンテナ部３０は、送受信切替器２７から送信信号が供給されたことに応じて、電磁波を空間に放射するアンテナ素子を備える。アンテナ部３０は、空間に放射された電磁波を受信して受信信号を生成し、送受信切替器２７に受信信号を供給する。受信信号は、送受信切替器２７を介して狭帯域フィルタ３２に供給される。

狭帯域フィルタ３２は、送受信切替器２７から供給された受信信号に含まれる不要な信号成分を抑圧する。狭帯域フィルタ３２は、例えば超伝導材料を含む超伝導フィルタである。受信用増幅器３４は、受信用移相器３６を通過した受信信号の振幅を増幅する。受信用増幅器３４は、低温環境において小さいノイズで動作可能なローノイズアンプ（ＬＮＡ）である。受信用移相器３６は、受信用増幅器３４から供給された受信信号の位相を所望の位相に変化させて、位相を変化させた受信信号を合成器３８に供給する。受信用移相器３６による位相の変化量は、アンテナ部３０ごとに設定される。合成器３８には、受信用移相器３６から受信信号が供給される。合成器３８は、発信器２０２により発信する送信信号と同期をとって受信信号を信号処理部４０に供給する。信号処理部４０は、合成器３８から供給された受信信号に対してＡ／Ｄ変換等の信号処理を行う。

図２は、実施形態のアレイアンテナ装置１における内部構成例を示す断面図である。
アレイアンテナ装置１の被接触伝達部１２０ａは、第１の伝達部材１４２と、第２の伝達部材１２２とを備える。第１の伝達部材１４２は、平板形状を有し、常温筐体部１４の壁面に埋め込まれる。第２の伝達部材１２２は、平板形状を有し、低温筐体部１２の壁面に埋め込まれる。第１の伝達部材１４２と第２の伝達部材１２２とは、互いに非接触で対向して配置される。また、低温筐体部１２および常温筐体部１４は、間隙１００を介して非接触で近接して配置される。間隙１００は、真空ポンプ等（不図示）によって真空に近い雰囲気に制御される。これにより、第１の伝達部材１４２と第２の伝達部材１２２とは、間隙１００を挟んで対向配置される。

第１の伝達部材１４２は、伝送路（不図示）を介して送信用増幅器２２と接続される。第２の伝達部材１２２は、伝送路（不図示）を介して分配器２４と接続される。第１の伝達部材１４２は、送信用増幅器２２により出力された送信信号が入力される。第１の伝達部材１４２と第２の伝達部材１２２とは、送信信号が供給されたことに応じて電磁的に結合する。これにより、送信信号は、第１の伝達部材１４２から第２の伝達部材１２２に電磁的作用により伝達される。この結果、アレイアンテナ装置１は、第１の伝達部材１４２に伝達された送信信号を、低温筐体部１２内に配置された伝送路（不図示）に伝達する。

被接触伝達部１２０ｂは、第１の伝達部材１４４と、第２の伝達部材１２４とを備える。これらの構造に関しては、被接触伝達部１２０ａと同様であるため、説明を省略する。第３の伝達部材１２４は、合成器３８に接続され、第４の伝達部材１４４は、信号処理部４０に接続される。

なお、第２の伝達部材１２２と第１の伝達部材１４２との間の信号入出力方式および第２の信号入出力部１２４と第４の伝達部材１４４との間の信号伝達方式は、任意であればよい。信号伝達方式としては、例えば、共振現象を利用して信号を伝達する方式が挙げられる。

図３は、実施形態のアレイアンテナ装置１における送信用移相器２６の構成を示す平面図である。以下、図３から図６を用いて説明する構成が、「移相器」の一例である。なお、「移相器」は、送信用移相器２６だけでなく、受信用移相器３６にも適用可能である。

送信用移相器２６は、冷却基板１２０Ａの上面に形成される。冷却基板１２０Ａの下面には、スターリング冷凍機等（不図示）と接続されたコールドヘッド（不図示）が接触され、熱が吸収される。これにより、送信用移相器２６は、後述する超伝導部材が超伝導状態となる所定温度以下まで冷却される。

送信用移相器２６は、信号入力端子２６１と、信号出力端子２６２と、信号入力端子２６１と信号出力端子２６２との間を接続する信号伝送部２６３ａ、２６３ｂ、２６３ｃ、２６３ｄ、および２６３ｅ（以下、総称する場合には単に「信号伝送部２６３」と呼ぶ。）と、を備える。信号伝送部２６３のうち信号伝送部２６３ａの−Ｘ方向側の端部（一端）が信号入力部である信号入力端子２６１と接続される。信号伝送部２６３のうち信号伝送部２６３ｄの＋Ｘ方向側の端部（他端）が信号出力部である信号出力端子２６２と接続される。信号伝送部２６３は、信号入力端子２６１と信号出力端子２６２とを接続する第１の信号経路として機能する。

さらに、送信用移相器２６は、信号伝送部２６３における第２の信号伝送部材３１０の異なる箇所から分岐した信号伝達部２６４ａ、２６４ｂ、２６４ｃ、および２６４ｄ（以下、総称する場合には単に「信号伝達部２６４」と呼ぶ。）を備える。信号伝達部２６４は、信号伝送部２６３における第２の信号伝送部材３１０と接続される。

さらに、送信用移相器２６は、信号伝達部２６４ａ、２６４ｂ、２６４ｃ、および２６４ｄにそれぞれ接続されたスイッチ部２６５ａ、２６５ｂ、２６５ｃ、および２６５ｄを備える。スイッチ部２６５ａ、２６５ｂ、２６５ｃ、および２６５ｄは、例えばＰＩＮダイオードにより実現される。スイッチ部２６５ａ、２６５ｂ、２６５ｃ、および２６５ｄの一方端には、それぞれ信号伝達部２６４ａ、２６４ｂ、２６４ｃ、２６４ｄを介して送信信号が供給される。また、スイッチ部２６５ａ、２６５ｂ、２６５ｃ、および２６５ｄの他方端には接地端子（不図示）が接続される。信号伝達部２６４ａ、２６４ｂ、２６４ｃ、および２６４ｄは、第２の信号伝送部材３１０の両端部の間における互いに異なる箇所と第２の信号伝送部材３１０と接地端子とを接続する複数の経路（第２の信号経路）として機能する。

さらに、送信用移相器２６は、バイアス回路２６６ａ、２６６ｂ、および２６６ｃを備える。バイアス回路２６６ａは、信号伝送部２６３ａおよび信号伝達部２６４ａを介してスイッチ部２６５ａに制御信号を供給する。
バイアス回路２６６ｂは、信号伝送部２６３ｃおよび信号伝達部２６４ｂを介してスイッチ部２６５ｂに制御信号を供給する。また、バイアス回路２６６ｂは、信号伝送部２６３ｃおよび信号伝達部２６４ｃを介してスイッチ部２６５ｃに制御信号を供給する。バイアス回路２６６ｃは、信号伝送部２６３ｃおよび信号伝達部２６４ｄを介してスイッチ部２６５ｄに制御信号を供給する。制御信号は、スイッチ部２６５がＰＩＮダイオードの場合、ＰＩＮダイオードの両端に印加するバイアス電圧である。制御信号は、信号伝送部２６３ａ、２６３ｂ、２６３ｄ、および２６３ｅ、並びに信号伝達部２６４ａ、２６４ｂ、２６４ｃ、および２６４ｄにおいて、送信信号に重畳されて、それぞれスイッチ部２６５ａ、２６５ｂ、２６５ｃ、および２６５ｄに供給される。これにより、スイッチ部２６５ａ、２６５ｂ、２６５ｃ、および２６５ｄは、制御信号に応じてオンオフ状態が切り替えられる。

送信用移相器２６は、スイッチ部２６５ａ、２６５ｂ、２６５ｃ、および２６５ｄのオンオフ状態に応じて信号伝送部２６３ａ、２６３ｂ、２６３ｄ、および２６３ｅから接地端子への信号伝達状態が制御される。送信用移相器２６は、スイッチ部２６５ａ、２６５ｂ、２６５ｃ、および２６５ｄのうちオン状態とされるスイッチ部および当該スイッチ部のオン時間（オン状態が継続される時間）に基づいて、信号入力端子２６１に供給された送信信号の位相をずらして信号出力端子２６２から出力させる。

図４は、実施形態のアレイアンテナ装置１における送信用移相器２６の等価回路を示す図である。図４の等価回路は、スイッチ部２６５がＰＩＮダイオードである例を示している。
信号入力端子２６１には、分配器２４と接続するワイヤまたは接続パターンが接続され、信号入力端子２６１の信号入力端にはインダクタンス（Ｌ）が形成される。信号出力端子２６２には、送受信切替器２７と接続するワイヤまたは接続パターンが接続され、信号出力端子２６２の信号出力端にはインダクタンス（Ｌ）が形成される。また、信号伝達部２６４とスイッチ部２６５とは、ワイヤまたは接続パターンにより接続され、信号伝達部２６４の信号出力端にはインダクタンス（Ｌ）が形成される。
スイッチ部２６５ａ、２６５ｂ、２６５ｃ、および２６５ｄは、ＰＩＮダイオードによって形成されたキャパシタンス（Ｃ）とスイッチ（ＳＷ）とが直列にそれぞれ接続される。キャパシタンス（Ｃ）は、ＰＩＮダイオードの構成により特定される一定の容量である。スイッチ（ＳＷ）の一端には、接地端子（ＧＮＤ）がそれぞれ接続される。

スイッチ（ＳＷ）がオン状態である場合、信号伝送部２６３から見た回路がキャパシタンス（Ｃ）のみとなる。これにより、信号伝送部２６３に供給された送信信号は、信号伝達部２６４およびキャパシタンス（Ｃ）を介して接地端子（ＧＮＤ）に供給される。一方、スイッチ（ＳＷ）がオフ状態である場合、信号伝送部２６３から見た回路が高抵抗となり、遮断状態となる。これにより、信号伝送部２６３に供給された送信信号は、信号伝達部２６４側に伝達されずに信号出力端子２６２に供給される。

図５は、実施形態のアレイアンテナ装置１における送信用移相器２６の信号伝送部２６３の構成を示す側面図である。図６は、信号入力端子２６１と信号伝送部２６３とが接続された部分、および信号伝送部２６３と信号出力端子２６２が接続された部分を示している。

信号伝送部２６３は、第１の信号伝送部材３００と、第２の信号伝送部材３１０とを備える。第１の信号伝送部材３００は、冷却基板１２０Ａ上に薄膜状に形成される。第２の信号伝送部材３１０は、第１の信号伝送部材３００と並行して形成される。直列に接続されて信号経路を形成する信号伝送部２６３のうち、一方の端部に相当する信号伝送部２６３の第２の信号伝送部材３１０と、信号入力端子２６１とは、接続部３２０を介して電気的に接続される。また、直列に接続されて信号経路を形成する信号伝送部２６３のうち、他方の端部に相当する信号伝送部２６３の第２の信号伝送部材３１０と、信号出力端子２６２とは、接続部３３０を介して電気的に接続される。接続部３２０、３３０は、第２の信号伝送部材３１０と同じ材料のワイヤ、または薄膜状の接続パターンである。

第２の信号伝送部材３１０は、第１の信号伝送部材３００を保護すると共に、送信信号を伝送可能な導電体である。第２の信号伝送部材３１０は、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕの何れかを含有する材料である。第２の信号伝送部材３１０は、例えば、第１の信号伝送部材３００上にスパッタ等の薄膜形成技術により形成される。なお、第２の信号伝送部材３１０は、第１の信号伝送部材３００との界面における膨張率や相性を合わせるために他の材料を積層したバッファー構造により形成してもよい。

第２の信号伝送部材３１０は、少なくとも信号入力端子２６１および信号出力端子２６２に接続される部分において第１の信号伝送部材３００と接していればよい。また、第２の信号伝送部材３１０は、例えば、第１の信号伝送部材３００上に分割して形成され、分割されたそれぞれの第２の信号伝送部材３１０間を接続パターンで接続した構成であってもよい。

第１の信号伝送部材３００は、所定温度以下において超伝導状態となる材料で形成される。第１の信号伝送部材３００は、基材３０２と、第１の超伝導体薄膜３０４と、第２の超伝導体薄膜３０６とを備える。第１の超伝導体薄膜３０４は、基材３０２の第１側（図５における＋Ｚ方向側）の面に形成される。第２の超伝導体薄膜３０６は、基材３０２の第２側（図５における−Ｚ方向側）の面に形成される。第２の信号伝送部材３１０は、第２の超伝導体薄膜３０６の図５における＋Ｚ方向側に形成される。

第１の信号伝送部材３００は、所定温度以下となることにより導電率が低下して超伝導状態に変わる材料を含んで形成される。第１の信号伝送部材３００は、例えば高温超伝導材料を含んで形成されてもよい。この第１の信号伝送部材３００は、基材３０２がＭｇＯであり、第１の超伝導体薄膜３０４および第２の超伝導体薄膜３０６が銅酸化物超伝導体であってもよい。銅酸化物超伝導体としては、ＹＢＣＯ（YBa₂Cu₃O₇）が使用可能である。

以上のような信号伝送部２６３において、第１の信号伝送部材３００が超伝導状態である場合、送信信号は信号入力端子２６１から第１の信号伝送部材３００を通過して信号出力端子２６２に伝送される。一方、第１の信号伝送部材３００の温度が所定温度よりも高い場合であっても、送信信号は信号入力端子２６１から第２の信号伝送部材３１０を通過して信号出力端子２６２に伝送される。

これにより、送信用移相器２６は、例えばアレイアンテナ装置１の異常により送信用移相器２６の温度が所定温度を超えて高くなった場合、送信信号を第２の信号伝送部材３１０により伝送させることができる。これにより、第２の信号伝送部材３１０は、第１の信号伝送部材３００の補完経路として機能する。この結果、送信用移相器２６によれば、アレイアンテナ装置１の機能が低下することを抑制することができる。また、送信用移相器２６は、低温筐体部１２の冷却開始直後の過渡期においても、第２の信号伝送部材３１０を使用して信号を伝送することができる。この結果、装置を迅速に立ち上げさせることができる。さらに、アレイアンテナ装置１の異常が発生した後、アレイアンテナ装置１の異常から迅速に機能を回復させることができる。

実施形態の送信用移相器２６において、第２の信号伝送部材３１０をＡｕとし、第１の超伝導体薄膜３０４および第２の超伝導体薄膜３０６の材料をＹＢＣＯとし、基材３０２をＭｇＯとすると好適である。この場合、ＭｇＯの含有率が９９％以上、ＹＢＣＯの含有率とＡｕの含有率との合計が１％未満とすることが好ましい。また、ＭｇＯの含有率が９９．５６％、ＹＢＣＯの含有率が０．２４％、Ａｕの含有率が０．２０％とすることが、より好ましい。これによって、送信用移相器２６において送信信号の損失を抑制することができる。また、例えば、ＭｇＯの厚さを０．５ｍｍ、ＹＢＣＯのそれぞれの厚さを６００ｎｍ、Ａｕの厚さを１μｍにすると好適である。

また、基材３０２の材料をＭｇＯに代えてサファイアとし、第１の超伝導体薄膜３０４および第２の超伝導体薄膜３０６の材料を銅酸化物超伝導体に変更してもよい。この場合であっても、送信用移相器２６において送信信号の損失を抑制することができる。

図６は、実施形態のアレイアンテナ装置１における信号伝達部２６４およびＰＩＮダイオード４００の構成例を示す模式図である。なお、図６は、信号伝達部２６４とＰＩＮダイオード４００とが接続された部分を示している。

信号伝達部２６４は、信号伝送部材３５０と、信号伝送部材３６０とを備える。信号伝送部材３５０は、上述した第１の信号伝送部材３００と同じ構成を有する。また、信号伝送部材３６０は、上述した第２の信号伝送部材３１０と同じ構成を有する。信号伝達部２６４における信号伝送部材３６０は、ワイヤまたは接続パターン（不図示）を介して信号伝送部２６３の第２の信号伝送部材３１０に接続される。また、信号伝送部材３６０は、ワイヤまたは接続パターンの接続部３７０を介してＰＩＮダイオード４００と接続される。

ＰＩＮダイオード４００は、信号伝送部４０２と、Ｐ型半導体層４０４と、Ｉ（Ｉ：Intrinsic）層４０６と、Ｎ型半導体層４０８とを備える。ＰＩＮダイオード４００は、順方向にバイアスが加えられることによりインピーダンスが低くなり、逆方向にバイアスが加えられることによりインピーダンスが高くなる。ＰＩＮダイオード４００は、低インピーダンス状態において送信信号が信号伝達部２６４から供給され、接地端子（ＧＮＤ）に伝達する。ＰＩＮダイオード４００は、高インピーダンス状態において接地端子（ＧＮＤ）に伝達される送信信号を遮断する。

このような送信用移相器２６は、バイアス回路２６６の制御に基づいて送信信号を接地端子（ＧＮＤ）に供給させる信号伝達部２６４を選択すると共に、信号伝達部２６４から接地端子（ＧＮＤ）に送信信号を供給するタイミングが制御される。これにより、送信用移相器２６は、アンテナ部３０ごとに所望の位相に変化させるよう動作する。

なお、アレイアンテナ装置１は、受信用移相器３６を第１の信号伝送部材３００と同じ構成の超伝導体材料を含むように構成してもよい。さらに、アレイアンテナ装置１は、受信用移相器３６に接続された狭帯域フィルタ３２を、第１の信号伝送部材３００と同じ超伝導体材料を含むように構成してもよい。この狭帯域フィルタ３２および受信用移相器３６は、同じ薄膜製造プロセスにおいて冷却基板１２０Ａ上に形成される。例えば、狭帯域フィルタ３２および受信用移相器３６は、ＹＢＣＯ薄膜を含むようにパターン形成される。

図７は、実施形態のアレイアンテナ装置１における内部構成の変形例を示す断面図である。
常温筐体部１４には、常温側回路部１４０が収容される。低温筐体部１２には、冷却基板１２０Ａが収容される。冷却基板１２０Ａには、アンテナ部３０、第２の伝達部材１２２、第３の伝達部材１２４、および低温側回路部１２６が形成される。低温筐体部１２の内壁における第２の伝達部材１２２に対向する面には、第１の伝達部材１４２が設けられる。低温筐体部１２の内壁における第２の信号入出力部１２４に対向する面には、第４の伝達部材１４４が設けられる。
第２の伝達部材１２２と第１の伝達部材１４２との間、および第３の伝達部材１２４と第４の伝達部材１４４との間には、真空に近い状態の間隙部１００ａが形成される。これにより、アレイアンテナ装置１は、常温筐体部１４の内部空間と低温筐体部１２の内部空間との間を断熱すると共に信号を伝達する非接触伝達部１２０ａ、１２０ａを形成する。

低温側回路部１２６には、分配器２４、送信用移相器２６、送受信切替器２７、狭帯域フィルタ３２、受信用増幅器３４、受信用移相器３６、および合成器３８が形成される。これにより、アレイアンテナ装置１は、分配器２４、送信用移相器２６、送受信切替器２７、狭帯域フィルタ３２、受信用増幅器３４、受信用移相器３６、および合成器３８を一体化している。アレイアンテナ装置１は、少なくとも送信用移相器２６とアンテナ部３０と受信用増幅器３４とを低温側回路部１２６に一体化して配置してもよい。
また、常温側回路部１４０には、発信部２０、送信用増幅器２２、および信号処理部４０が形成される。

第１の伝達部材１４２は、平面形状を有する信号経路である。第１の伝達部材１４２は、例えばマイクロストリップ線路である。第１の伝達部材１４２は、図示しない信号伝送経路を介して常温側回路部１４０と接続される。第２の伝達部材１２２は、平面形状を有する信号経路である。第２の伝達部材１２２は、例えばマイクロストリップ線路である。第１の伝達部材１４２と第２の伝達部材１２２とは、信号が伝達可能な程度に近接して配設される。第２の伝達部材１２２および第１の伝達部材１４２は、常温側回路部１４０から送信信号が供給され、供給された送信信号を低温側回路部１２６に供給する。

低温側回路部１２６は、冷却基板１２０Ａ上に形成される。低温側回路部１２６は、冷却基板１２０Ａが冷却されることにより放熱し、超伝導状態になる所定温度以下まで冷却される。低温側回路部１２６は、図示しない信号伝送経路を介してアンテナ部３０と接続される。低温側回路部１２６は、第２の伝達部材１２２から供給された送信信号を処理し、処理した送信信号をアンテナ部３０に出力する。また、低温側回路部１２６は、アンテナ部３０により出力された受信信号を第２の信号入出力部１２４に出力する。

第２の信号入出力部１２４は、平面形状を有する信号経路である。第２の信号入出力部１２４は、例えばマイクロストリップ線路である。第４の伝達部材１４４は、平面形状を有する信号経路である。第４の伝達部材１４４は、例えばマイクロストリップ線路である。第４の伝達部材１４４は、図示しない信号伝送経路を介して常温側回路部１４０と接続される。第２の信号入出力部１２４と第４の伝達部材１４４とは、信号が伝達可能な程度に近接して配設される。第２の信号入出力部１２４および第４の伝達部材１４４は、低温側回路部１２６から受信信号が供給され、供給された受信信号を常温側回路部１４０に供給する。

以上説明した少なくともひとつの実施形態のアレイアンテナ装置１によれば、常温筐体部１４に送信用増幅器２２が収容され、低温筐体部１２に送信用移相器２６と送信用移相器２６とアンテナ部３０と受信用増幅器３４とが収容されるので、装置の動作効率を高めることができる。すなわち、実施形態のアレイアンテナ装置１によれば、送信用増幅器２２を常温筐体部１４に収容することにより送信用増幅器２２を低温筐体部１２から分離でき、送信用増幅器２２の発熱により冷却効率が低下することを回避することができる。また、実施形態のアレイアンテナ装置１によれば、送信用移相器２６を低温筐体部１２に収容することにより送信信号の損失を抑制することができ、アンテナ部３０を低温筐体部１２に収容することにより送信信号および受信信号のＮＦ（Noise Figure：雑音指数）を小さくすることができ、受信用増幅器３４を低温筐体部１２に収容することにより増幅処理のノイズを抑制することができる。この結果、実施形態のアレイアンテナ装置１によれば、装置の動作効率としての冷却効率および信号伝送効率を高くすることができる。

また、実施形態のアレイアンテナ装置１によれば、低温筐体部１２に受信用移相器３６および狭帯域フィルタ３２が収容されるので、受信信号の損失を抑制することができ、さらに装置の信号伝送効率を高めることができる。また、実施形態のアレイアンテナ装置１によれば、超伝導体材料を含む薄膜パターンを形成して狭帯域フィルタ３２および受信用移相器３６を作成することにより、より受信信号の損失を抑制することができる。この結果、実施形態のアレイアンテナ装置１によれば、受信チャンネルを増加させても所定の受信品質を満たすことができ、設計の自由度を高くすることができる。

さらに、実施形態のアレイアンテナ装置１によれば、低温筐体部１２に、送信用増幅器２２と接続された分配器２４、複数の送信用移相器２６、およびアンテナ部３０が収容されるので、送信用増幅器２２を送信用移相器２６よりもアンテナ部３０の反対側に設置することができる。これにより、実施形態のアレイアンテナ装置１によれば、高出力の送信用増幅器２２により出力した送信信号を分配して複数の送信用移相器２６に送信信号を供給するように構成することができる。この結果、実施形態のアレイアンテナ装置１によれば、複数のアンテナ部３０に対して単一の送信用増幅器２２を備える構成を採用することができるので、搬送波の周波数を高くしても電磁波の周波数の半分程度のアンテナ部３０間隔を実現することができ、より高い周波数の電磁波を出力することできる。

さらに、実施形態のアレイアンテナ装置１によれば、低温筐体部１２に、送信用増幅器２２と接続された分配器２４、複数の送信用移相器２６、およびアンテナ部３０が収容され、送信用増幅器２２は常温筐体部１４に収容される構成としたため、送信用増幅器２２を送信用移相器２６よりもアンテナ部３０から電気的に遠い側に設置することができる。この結果、送信用増幅器２２とアンテナ部３０との電気的距離を長くすることができるので、搬送波の周波数を高くしても電磁波の周波数の半分程度のアンテナ部３０間隔を実現することができ、より高い周波数の電磁波を出力することできる。

また、実施形態のアレイアンテナ装置１によれば、送信用増幅器２２と複数の送信用移相器２６との間に分配器２４を設けることができ、高出力の送信用増幅器２２により出力した送信信号を分配して複数の送信用移相器２６に送信信号を供給するように構成することができる。この結果、実施形態のアレイアンテナ装置１によれば、送信用増幅器２２の数を増大させず、装置をコンパクトにすることができる。

さらに、実施形態のアレイアンテナ装置１によれば、第２の伝達部材１２２と第１の伝達部材１４２とを非接触で対向して配置して電磁的作用によって送信信号を伝達する。また、実施形態のアレイアンテナ装置１によれば、低温筐体部１２と常温筐体部１４との間に設けられた間隙１００を挟んで対向配置され、電磁的作用によって送信信号を伝達する。この結果、実施形態のアレイアンテナ装置１によれば、低温筐体部１２と常温筐体部１４との間の熱交換を抑制することができ、低温筐体部１２の冷却効率を高くすることができる。

さらに、実施形態のアレイアンテナ装置１によれば、所定温度以下において超伝導状態となる第１の信号伝送部材３００と、第１の信号伝送部材３００と接する第２の信号伝送部材３１０とを持つことにより、アレイアンテナ装置１の異常や、アレイアンテナ装置１の起動直後などのように、送信用移相器２６の周囲温度が所定温度よりも高い場合でも、第２の信号伝送部材３１０により信号を伝送することができる。この結果、実施形態の送信用移相器２６によれば、装置の機能の低下を抑制することができる。もとより、実施形態の送信用移相器２６によれば、第１の信号伝送部材３００が超伝導状態になった場合においては、信号経路の抵抗を小さくすることができるので、良好なアンテナ特性を得ることができる。この結果、実施形態の送信用移相器２６によれば、送信用移相器２６を利用した装置においても機能の低下を抑制することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…アレイアンテナ装置、１０…筐体、１２…低温筐体部、１４…常温筐体部、２２…送信用増幅器、２４…分配器、２６…送信用移相器、２７…送受信切替器、３０…アンテナ部、３２…狭帯域フィルタ、３４…受信用増幅器、３６…受信用移相器、３８…合成器、４０…信号処理部、１００…間隙、１２０…非接触伝達部、１２０Ａ…冷却基板、１２２…第２の伝達部材、１２４…第３の伝達部材、１２６…低温側回路部、１４０…常温側回路部、１４２…第１の伝達部材、１４４…第４の伝達部材、２０２…発信器、２６１…信号入力端子、２６２…信号出力端子、２６３…信号伝送部、２６４…信号伝達部、２６５…スイッチ部、２６６…バイアス回路、３００…第１の信号伝送部材、３０２…基材、３０４…第１の超伝導体薄膜、３０６…第２の超伝導体薄膜、３１０…第２の信号伝送部材、３２０、３３０…接続部

Claims (6)

1. 第１の筐体と、
   前記第１の筐体の内部温度よりも低い内部温度になるように制御される第２の筐体と、を備え、
   前記第１の筐体には、送信信号を増幅する第１の増幅器が収容され、
   前記第２の筐体には、前記第１の増幅器により出力された送信信号の位相を変化させる第１の移相器と、前記第１の移相器により出力された送信信号が供給されるアンテナ部と、前記アンテナ部により出力された受信信号を増幅する第２の増幅器と、が収容される、
   電磁波搬送装置。
2. 前記アンテナ部により出力された受信信号から所定の成分を通過させるフィルタ部と、
   前記フィルタ部により出力された前記受信信号の位相を変化させて、前記第２の増幅器に出力する第２の移相器と、を備え、
   前記第２の筐体には、前記第２の移相器およびフィルタ部が収容される、
   請求項１に記載の電磁波搬送装置。
3. 前記第１の増幅器により出力された送信信号を分配する分配器と、
   前記分配器により出力された送信信号のそれぞれの位相を変化させる複数の前記第１の移相器と、
   前記複数の第１の移相器によりそれぞれ出力された送信信号が供給される複数の前記アンテナ部と、を備え、
   前記第２の筐体には、前記分配器、前記複数の第１の移相器、および前記複数のアンテナ部が収容される、
   請求項１または２に記載の電磁波搬送装置。
4. 前記第１の増幅器により出力された送信信号が入力される第１の伝達部材と、
   前記信号入出力部と非接触で対向して配置され、前記第１の伝達部材に入力された送信信号が電磁的作用により伝達され、前記伝達された送信信号を前記第２の筐体内に配置された部材に伝達する第２の伝達部材と、
   を備える、請求項１から３のうち何れか１項に記載の電磁波搬送装置。
5. 前記第１の伝達部材と前記第２の伝達部材は、筐体間に設けられた間隙を挟んで対向配置され、電磁的作用によって前記送信信号を伝達する、
   請求項４記載の電磁波搬送装置。
6. 前記第１の移相器は、
   信号入力端子と信号出力端子とを接続し、信号を伝送する第１の信号経路と、
   前記第１の信号経路から分岐して接地端子に接続され、信号を遮断可能なスイッチ部が設けられた第２の信号経路と、を備え、
   少なくとも前記第１の信号経路は、所定温度以下において超伝導状態となる第１の信号伝送部材と、導電体で形成され、前記第１の信号伝送部材と並行して設けられた第２の信号伝送部材とのいずれかによって信号を伝送する、
   請求項１から５のうち何れか１項に記載の電磁波搬送装置。

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