JP6400414B2 - 信号伝送装置、受信装置、および無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、信号伝送装置、受信装置、および無線通信装置に関する。

従来、一対の基板を対向させて配置し、基板間で成立する共振器間の結合を利用して非接触で信号を伝搬する技術が知られている。しかしながら、この場合、対向させる基板の位置決めの誤差などに起因して、信号伝搬特性が大きく変動する場合があった。

特開２０１０−１５４３９２号公報

本発明が解決しようとする課題は、信号伝搬特性を良好にすることができる信号伝送装置、受信装置、および無線通信装置を提供することである。

実施形態の信号伝送装置は、第１基板と、第２基板とを持つ。第１基板には、第１の信号入出力部、前記第１の信号入出力部に第１端が接続され第２端がグランド接続された第１インダクタ、および前記第１インダクタの第１端に接続された第１電極が形成される。第２基板には、前記第１電極と対向して配置され、前記第１電極と容量結合されてキャパシタとして機能する第２電極、前記第２電極に第１端が接続され第２端がグランド接続された第２インダクタ、および前記第２インダクタの第２端に接続された第２の信号入出力部が形成され、冷却機により冷却される。

第１の実施形態の無線通信装置１の全体構成を示すブロック図。 第１の実施形態の無線通信装置１の構成を示す断面図。 第１の実施形態の無線通信装置１における第１信号伝送部２４および第２信号伝送部３０の構成を示す斜視図。 第１の実施形態の無線通信装置１における第１信号伝送部２４および第２信号伝送部３０の構成を示す断面図。 第１の実施形態の無線通信装置１における第１信号伝送部２４および第２信号伝送部３０の構成を集中線路素子で表した回路図。 図３および図４に示した分布定数線路としての第１信号伝送部２４および第２信号伝送部３０における信号レベルの周波数特性を示す図。 第１の実施形態における第１信号伝送部２４および第２信号伝送部３０において、インダクタンスを一定値に固定し、キャパシタの容量を変化させて計算した通過信号レベルの周波数特性を示す図。 第２の実施形態の無線通信装置１における第１信号伝送部２４および第２信号伝送部３０の構成を示す斜視図。 第２の実施形態の無線通信装置１における第１信号伝送部２４および第２信号伝送部３０の構成を示す断面図。 第２の実施形態において、第１信号伝送部２４および第２信号伝送部３０の構成を集中線路素子で表した回路図。 第３の実施形態の無線通信装置１における第１の伝送ユニット７０および第２の伝送ユニット８０を示す上面図。 第３の実施形態において、キャパシタの容量を固定し、インダクタンスを変化させて計算した通過信号レベルの周波数特性を示す図。

以下、実施形態の信号伝送装置、受信装置、および無線通信装置を、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の無線通信装置１の全体構成を示すブロック図である。無線通信装置１は、分配器１０、送信用移相器１２ａ、１２ｂ、・・・１２ｎ（以下、総称する場合には「送信用移相器１２」と呼ぶ。）、電力増幅器１４ａ、１４ｂ、・・・１４ｎ（以下、総称する場合には「電力増幅器１４」と呼ぶ。）、送信用帯域通過フィルタ１６ａ（ＢＰＦ）、１６ｂ、・・・１６ｎ（以下、総称する場合には「送信用帯域通過フィルタ１６」と呼ぶ。）、送受信切替器１８ａ、１８ｂ、・・・１８ｎ（以下、総称する場合には「送受信切替器１８」と呼ぶ。）、アンテナ部２０ａ、２０ｂ、・・・２０ｎ（以下、総称する場合には「アンテナ部２０」と呼ぶ。）、リミッタ２２ａ、２２ｂ、・・・２２ｎ（以下、総称する場合には「リミッタ２２」と呼ぶ。）、第１信号伝送部２４ａ、２４ｂ、・・・２４ｎ（以下、総称する場合には「第１信号伝送部２４」と呼ぶ。）、受信用帯域通過フィルタ２６ａ、２６ｂ、・・・２６ｎ（以下、総称する場合には「受信用帯域通過フィルタ２６」と呼ぶ。）、低雑音増幅器２８ａ、２８ｂ、・・・２８ｎ（以下、総称する場合には「低雑音増幅器２８」と呼ぶ。）、第２信号伝送部３０ａ、３０ｂ、・・・３０ｎ（以下、総称する場合には「第２信号伝送部３０」と呼ぶ。）、受信用移相器３２ａ、３２ｂ、・・・３２ｎ（以下、総称する場合には「受信用移相器３２」と呼ぶ。）、および合成器３４を有する。第１信号伝送部２４および第２信号伝送部３０は、「信号伝送装置」の一例である。
第１の実施形態の無線通信装置１は、複数のアンテナ部２０を平面状に配列したアレイアンテナを用いて通信を行う。なお、この無線通信装置１は、パッシブ式のアレイアンテナ、またはアクティブ式のアレイアンテナのいずれにも適用可能である。

分配器１０は、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１２に供給する。送信用移相器１２は、分配器１０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、送信信号を電力増幅器１４に供給する。送信用移相器１２による位相の変化量は、アンテナ部２０ごとに設定される。電力増幅器１４は、送信用移相器１２から供給された送信信号の振幅を増幅させる。送信用帯域通過フィルタ１６は、電力増幅器１４により増幅された送信信号から不要な信号成分を抑圧する。送信用帯域通過フィルタ１６を通過した送信信号は送受信切替器１８に供給される。
分配器１０、送信用移相器１２、電力増幅器１４、および送信用帯域通過フィルタ１６は、アンテナ部２０から電波として送信信号を送信させる送信部として機能する。

送受信切替器１８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１８は、信号処理系統を、リミッタ２２、受信用帯域通過フィルタ２６、低雑音増幅器２８、受信用移相器３２および合成器３４を含む受信系統と、分配器１０、送信用移相器１２、電力増幅器１４、および送信用帯域通過フィルタ１６を含む送信系統との間で切り替える。

アンテナ部２０は、送受信切替器１８から送信信号が供給されたことに応じて、電波を空間に放射する。アンテナ部２０は、空間に放射された電波を受信して受信信号を生成し、送受信切替器１８に受信信号を供給する。受信信号は、送受信切替器１８を介してリミッタ２２に供給される。

リミッタ２２は、送受信切替器１８を介して供給された受信信号の信号レベルを制限する。例えば、リミッタ２２は、受信信号レベルが、後段の低雑音増幅器２８（ＬＮＡ）の飽和レベルより高くなる場合に、信号レベルを制限する。信号レベルが制限された受信信号は、第１信号伝送部２４に供給される。第１信号伝送部２４は、リミッタ２２から供給された受信信号を受信用帯域通過フィルタ２６に供給する。受信用帯域通過フィルタ２６は、第１信号伝送部２４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。低雑音増幅器２８は、受信用帯域通過フィルタ２６を通過した受信信号の振幅を増幅する。低雑音増幅器２８は、第２信号伝送部３０を通し、増幅された受信信号を受信用移相器３２に供給する。受信用移相器３２は、第２信号伝送部３０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３４に供給する。受信用移相器３２による位相の変化量は、アンテナ部２０ごとに設定される。

合成器３４には、複数の受信用移相器３２から受信信号が供給される。合成器３４は、複数の受信信号をビーム合成して受信ビームとして出力する。

図２は、第１の実施形態の無線通信装置１の構成を示す断面図である。
無線通信装置１は、真空断熱容器４０、冷却基板４４、送受信基板５０、アンテナ素子５２ａ、５２ｂ、・・・５２ｎ（以下、総称する場合には「アンテナ素子５２」と呼ぶ。）、常温側信号入力部６０ａ、６０ｂ、・・・６０ｎ（以下、総称する場合には「常温側信号入力部６０」と呼ぶ。）、常温側信号出力部６２ａ、６２ｂ、・・・６２ｎ（以下、総称する場合には「常温側信号出力部６２」と呼ぶ。）、低温側信号出力部６４ａ、６４ｂ、・・・６４ｎ（以下、総称する場合には「低温側信号出力部６４」と呼ぶ。）、信号処理部６６ａ、６６ｂ、・・・６６ｎ（以下、総称する場合には「信号処理部６６」と呼ぶ。）、および低温側信号入力部６８ａ、６８ｂ、・・・６８ｎ（以下、総称する場合には「低温側信号入力部６８」と呼ぶ。）を有する。

真空断熱容器４０は、例えば、箱型の筐体である。真空断熱容器４０は、内部を外部の熱から遮る銅等の材料で形成される。真空断熱容器４０の内部では、図示しない冷却機によって冷却基板４４が冷却される。これにより真空断熱容器４０の内部空間４２は、低温環境（例えば１５０Ｋ以下）に保持される。また、真空断熱容器４０は、図示しない真空ポンプ等によって内部空間４２が真空に近い気圧に維持される。

送受信基板５０は、真空断熱容器４０の上面（＋Ｚ方向側の面）に取り付けられる。送受信基板５０には、図１に示した構成のうち、分配器１０、送信用移相器１２、電力増幅器１４、送信用帯域通過フィルタ１６、送受信切替器１８、リミッタ２２、受信用移相器３２、および合成器３４が備えられる。アンテナ素子５２は、上述したアンテナ部２０に相当する。アンテナ素子５２は、送受信基板５０に受信信号を供給する。アンテナ素子５２には、送受信基板５０から送信信号が供給される。

常温側信号入力部６０は、平面形状を有し、真空断熱容器４０の内壁面のうち、冷却基板４４に対向する面に取り付けられる。常温側信号入力部６０は、図示しない信号伝送経路を介して送受信基板５０と接続される。低温側信号出力部６４は、平面形状を有し、冷却基板４４上に常温側信号入力部６０と対向して形成される。常温側信号入力部６０と低温側信号出力部６４とは、容量結合する程度に近接して配設される。常温側信号入力部６０および低温側信号出力部６４は、送受信基板５０から受信信号が供給され、供給された受信信号を信号処理部６６に供給する。常温側信号入力部６０および低温側信号出力部６４は、上述した第１信号伝送部２４に相当する。

信号処理部６６は、冷却基板４４上に形成される。信号処理部６６は、上述した受信用帯域通過フィルタ２６および低雑音増幅器２８を含む。受信用帯域通過フィルタ２６および低雑音増幅器２８は、冷却基板４４が冷却されることにより放熱し、超伝導状態になるまで冷却される。受信用帯域通過フィルタ２６は、例えば超伝導材料を含む超伝導フィルタである。低雑音増幅器２８は、低温環境において動作可能なローノイズアンプ（ＬＮＡ）である。

常温側信号出力部６２は、平面形状を有し、真空断熱容器４０の内壁面のうち、冷却基板４４に対向する面に取り付けられる。常温側信号出力部６２は、図示しない信号伝送経路を介して送受信基板５０と接続される。低温側信号入力部６８は、平面形状を有し、冷却基板４４上に常温側信号出力部６２と対向して形成される。常温側信号出力部６２と低温側信号入力部６８とは、容量結合する程度に近接して配設される。常温側信号出力部６２および低温側信号入力部６８は、信号処理部６６から受信信号が供給され、供給された受信信号を送受信基板５０に供給する。常温側信号出力部６２および低温側信号入力部６８は、上述した第２信号伝送部３０に相当する。

図３は、第１の実施形態の無線通信装置１における第１信号伝送部２４および第２信号伝送部３０の構成を示す斜視図である。図４は、第１の実施形態の無線通信装置１における第１信号伝送部２４および第２信号伝送部３０の構成を示す断面図である。
第１信号伝送部２４および第２信号伝送部３０は、それぞれが第１の伝送ユニット７０、および第２の伝送ユニット８０を有する。なお、第１の伝送ユニット７０と第２の伝送ユニット８０とは、何れか一方が信号入力側となり、他方が信号出力側となる。

第１の伝送ユニット７０は、誘電体基板７２、信号入出力端子７４、インダクタ素子７６、およびキャパシタ素子（第１電極）７８を有する。誘電体基板７２は、誘電体材料を含む平面基板である。信号入出力端子７４、インダクタ素子７６、およびキャパシタ素子７８は、導電性を有する金属材料である。導電性材料は、例えば、銅、金、銀やアルミなどの金属、ニオブやニオブすずなどの超電導体又はＹ系銅酸化物高温超伝電導を含む材料を用いることができる。
信号入出力端子７４、インダクタ素子７６、およびキャパシタ素子７８は、誘電体基板７２の下面（−Ｚ方向側の面）に、金属エッチング等の手法により形成される。また、図４に示すように、誘電体基板７２の上面（＋Ｚ方向側の面）には、グランド面７２ａが形成される。グランド面７２ａには、誘電体基板７２を貫通する接続部材を介してグランド端子７６ａが接続される。グランド端子７６ａは、インダクタ素子７６の端部にも接続される。

信号入出力端子７４は、誘電体基板７２に薄膜状に形成され、インダクタ素子７６およびキャパシタ素子７８に接続される。
インダクタ素子７６（第１インダクタ）は、信号入出力端子７４に第１端が接続され、第２端がグランド端子７６ａに接続されている。
インダクタ素子７６は、平面状に幅狭線路が複数回に亘り折り返して形成されたメアンダ構造に形成される。インダクタ素子７６における線路幅および線路長は、所望のインダクタンスになるよう調整される。一般に、線路の線幅を細くすることでインダクタンス値は高くなる。更に、スパイラス形状など折り返しにより長さを長くすることで所望のインダクタンス値を実現する。
キャパシタ素子７８は、誘電体基板７２に薄膜状に形成され、信号入出力端子７４、およびインダクタ素子７６の第１端に接続される。キャパシタ素子７８は、平板電極となるよう形成され、所謂パッチ構造に形成される。キャパシタ素子７８の面積は、所望のキャパシタ容量となるよう調整される。キャパシタンスは、電極の面積が大きいほど大きくなり、電極間の距離が近いほど大きくなる。

第２の伝送ユニット８０は、誘電体基板８２、キャパシタ素子（第２電極）８４、インダクタ素子８６、および信号入出力端子８８を有する。誘電体基板８２は、誘電体材料を含む平面基板である。キャパシタ素子８４、インダクタ素子８６、および信号入出力端子８８は、導電性を有する金属材料である。
キャパシタ素子８４、インダクタ素子８６、および信号入出力端子８８は、誘電体基板８２の上面（＋Ｚ方向側の面）に形成される。図４に示すように、誘電体基板８２の下面（−Ｚ方向側の面）には、グランド面８２ａが形成される。グランド面８２ａには、誘電体基板８２を貫通する接続部材を介してグランド端子８６ａが接続される。グランド端子８６ａは、インダクタ素子８６の端部にも接続される。このように、第１の伝送ユニット７０および第２の伝送ユニット８０は、所謂マイクロストリップ構造を有する。

キャパシタ素子８４（第２電極）は、誘電体基板８２に薄膜状に形成される。キャパシタ素子８４は、信号入出力端子８８、およびインダクタ素子８６の第１端に接続される。キャパシタ素子８４は、平板電極となるよう形成され、所謂パッチ構造に形成される。キャパシタ素子８４の面積は、所望のキャパシタ容量となるよう調整される。
インダクタ素子８６（第２インダクタ）は、誘電体基板８２に薄膜状に形成される。インダクタ素子８６は、信号入出力端子８８に第１端が接続され、第２端がグランド端子８６ａに接続されている。インダクタ素子８６は、所謂シャントのインダクタとして形成される。
インダクタ素子８６は、誘電体基板８２上に、幅狭線路が複数回に亘り折り返して形成され、所謂メアンダ構造に形成される。インダクタ素子８６における線路幅および線路長は、所望のインダクタの値に調整される。
信号入出力端子８８は、誘電体基板８２に薄膜状に形成され、インダクタ素子８６およびキャパシタ素子８４に接続される。

このような第１の伝送ユニット７０と第２の伝送ユニット８０とは、非接触で対向されるよう位置決めされる。すなわち、第１の伝送ユニット７０および第２の伝送ユニット８０は、キャパシタ素子７８とキャパシタ素子８４との対向方向の距離（空間ギャップの距離）、およびキャパシタ素子７８とキャパシタ素子８４との平面方向の位置関係が調整される。ただし、キャパシタンスの値を大きくしたい場合に、キャパシタンスの裏側のグランドの一部を剥離し、容量結合を大きくすることもできる。

なお、信号入出力端子７４と信号入出力端子８８とは、何れか一方が第１の信号入出力部となり、他方が第２の信号入出力部となる。また、低温側の伝送ユニットにおけるキャパシタ素子およびインダクタ素子は、超伝導体を含んで形成される。

図５は、第１の実施形態の無線通信装置１における第１信号伝送部２４および第２信号伝送部３０の構成を集中線路素子で表した回路図である。
第１信号伝送部２４および第２信号伝送部３０は、上述したように第１の伝送ユニット７０および第２の伝送ユニット８０を有する。第１の伝送ユニット７０には、信号入出力端子７４、キャパシタ素子７８、インダクタ素子７６、およびグランド端子７６ａが含まれる。第２の伝送ユニット８０には、キャパシタ素子８４、インダクタ素子８６、信号入出力端子８８、およびグランド端子８６ａが含まれる。

第１信号伝送部２４および第２信号伝送部３０は、キャパシタ素子７８とキャパシタ素子８４とにより平行平板状のキャパシタＣを構成する。キャパシタＣは、信号入出力端子７４と信号入出力端子８８との間に直列に接続される。また、インダクタ素子７６は、信号入出力端子７４とグランド端子７６ａとの間に接続され、インダクタ素子８６は、信号入出力端子８８とグランド端子８６ａとの間に接続される。このように、第１信号伝送部２４および第２信号伝送部３０は、ＬＣＬのπ型回路となり、高域通過フィルタとして機能する。

図６は、図３および図４に示した分布定数線路としての第１信号伝送部２４および第２信号伝送部３０における信号レベルの周波数特性を示す図である。図６において、Ａは、受信信号の周波数に対する第１信号伝送部２４および第２信号伝送部３０で伝搬される受信信号の通過量の関係を示す通過帯域特性である。Ｂは、受信信号の周波数に対する第１信号伝送部２４および第２信号伝送部３０で伝搬される受信信号の反射量の関係を示す反射帯域特性である。通過帯域特性Ａおよび反射帯域特性Ｂは、第１信号伝送部２４および第２信号伝送部３０の構成および受信信号の周波数に基づいて電磁界シミュレーションを実施した結果により得られた。

通過帯域特性Ａによれば、４ＧＨｚ付近、および５ＧＨｚ〜６ＧＨｚよりも高い８ＧＨｚ付近の高周波帯域において通過信号レベルが減衰する。反射帯域特性Ｂによれば、５ＧＨｚ〜６ＧＨｚの周波数帯域において反射信号レベルが低下する。これら信号レベルの変化は、インダクタ素子７６、キャパシタ素子７８、キャパシタ素子８４、およびインダクタ素子８６が分布定数線路として動作し、受信信号の高次モード、および各素子の共振の影響に起因する。

図７は、第１の実施形態における第１信号伝送部２４および第２信号伝送部３０において、インダクタンスを一定値に固定し、キャパシタ９２の容量を変化させて計算した通過信号レベルの周波数特性を示す図である。
周波数帯域Ａによれば、キャパシタ９２の容量が１ｐＦである場合、遮断周波数が高周波数帯域側となり、通過信号レベルの損失が増加することがわかる。しかし、キャパシタ９２の容量が５ｐＦ〜１００ｐｆである場合、通過帯域特性Ｂ〜Ｅのように、１ＧＨｚ程度の周波数帯域よりも高周波数帯域における通過信号レベルの損失が０．１ｄＢ程度となることがわかる。すなわち、第１信号伝送部２４および第２信号伝送部３０の遮断周波数は、１ＧＨｚよりも低周波側となる。

したがって、第１信号伝送部２４および第２信号伝送部３０は、キャパシタ９２の容量が５ｐＦ〜１００ｐＦの範囲で変化しても、受信信号の周波数が１ＧＨｚよりも高周波側である限り、受信信号の信号伝搬特性を良好に維持することができる。すなわち、第１信号伝送部２４および第２信号伝送部３０は、キャパシタ９２の容量が変化しても、信号伝搬特性に影響を与えにくい構造であることがわかる。例えば、第１の伝送ユニット７０と第２の伝送ユニット８０との位置決めに誤差があり、キャパシタ素子７８とキャパシタ素子８４との距離のズレ、または平面方向の位置決めの誤差が存在しても、受信信号の信号伝搬特性を良好に維持することができる。

以上説明した第１の実施形態によれば、信号入出力端子７４（第１の信号入出力部）、信号入出力端子７４に第１端が接続され第２端がグランド接続されたインダクタ素子７６（第１インダクタ）、およびインダクタ素子７６の第１端に接続されたキャパシタ素子７８（第１電極）が形成された誘電体基板７２（第１基板）と、キャパシタ素子７８と対向して配置され、キャパシタ素子７８と容量結合されてキャパシタとして機能するキャパシタ素子８４（第２電極）、キャパシタ素子８４に第１端が接続され第２端がグランド接続されたインダクタ素子８６（第２インダクタ）、およびインダクタ素子８６の第２端に接続された信号入出力端子８８（信号出力部）が形成され、冷却機により冷却される誘電体基板８２（第２基板）と、を持つことにより、キャパシタの容量結合を利用して受信信号を伝送することで、通過信号レベルを高く維持することができ、信号伝搬特性を良好にすることができる。

また、第１の実施形態によれば、誘電体基板７２と誘電体基板８２とを非接触とすることにより、冷却される側の誘電体基板８２に誘電体基板７２からの熱が伝達するのを抑制することができる。

さらに、第１の実施形態によれば、インダクタ素子７６、キャパシタ素子７８、キャパシタ素子８４、インダクタ素子８６の組み合わせが、信号の周波数よりも低い周波数が遮断周波数とされた高域通過フィルタとして機能するので、信号品質を向上させることができる。

さらに、第１の実施形態によれば、低温側のキャパシタ素子およびインダクタ素子が超伝導体により形成され、誘電体基板８２の温度を１５０Ｋ以下とするため、低温側のキャパシタ素子およびインダクタ素子を超伝導状態にすることができ、信号損失を抑制することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態の無線通信装置１について説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
図８は、第２の実施形態の無線通信装置１における第１信号伝送部２４および第２信号伝送部３０の構成を示す斜視図である。図９は、第２の実施形態の無線通信装置１における第１信号伝送部２４および第２信号伝送部３０の構成を示す断面図である。

第２の実施形態における第１の伝送ユニット７０は、信号入出力端子７４、インダクタ素子７６、およびキャパシタ素子７８が形成されている面にグランド面７２ｂ、７２ｃが形成される。グランド面７２ｂ、７２ｃは、信号入出力端子７４、インダクタ素子７６、およびキャパシタ素子７８が形成された領域以外のほぼ全面に亘って形成される。グランド面７２ｂは、同一面においてインダクタ素子７６の端部と接続されている。

第２の実施形態における第２の伝送ユニット８０は、キャパシタ素子８４、インダクタ素子８６、および信号入出力端子８８が形成されている面にグランド面８２ｂ、８２ｃが形成される。グランド面８２ｂ、８２ｃは、キャパシタ素子８４、インダクタ素子８６、および信号入出力端子８８が形成された領域以外のほぼ全面に亘って形成される。グランド面８２ｂは、同一面においてインダクタ素子８６の端部と接続されている。

このような第１の伝送ユニット７０および第２の伝送ユニット８０は、グランド面７２ｂ、７２ｃ、８２ｂ、８２ｃと信号線路パターンとが同じ面に形成されたコプレーナ構造となっている。したがって、グランド面７２ｂとグランド面８２ｂ、グランド面７２ｃとグランド面８２ｃは、それぞれ空間ギャップを介して対向されて配置される。

図１０は、第２の実施形態において、第１信号伝送部２４および第２信号伝送部３０の構成を集中線路素子で表した回路図である。
図１０によれば、第１の伝送ユニット７０と第２の伝送ユニット８０の間には、キャパシタ素子７８とキャパシタ素子８４とが容量結合されるキャパシタＣ１に加えて、グランド面７２ｂ、７２ｃとグランド面８２ｂ、８２ｃとが容量結合されるキャパシタＣ２が形成される。

以上説明した第２の実施形態によれば、信号入出力端子７４、インダクタ素子７６、およびキャパシタ素子７８が形成された面にインダクタ素子７６が接続されるグランド面７２ｂ、７２ｃ（第１グランド面）が形成され、信号入出力端子８８、インダクタ素子８６、およびキャパシタ素子８４が形成された面にインダクタ素子８６が接続されるグランド面８２ｂ、８２ｃ（第２グランド面）が形成される。これにより、誘電体基板７２と誘電体基板８２とが対向する領域のうち、多くの領域を金属パターンで覆うことができる。例えば、誘電体にアルミナを用いる場合、その輻射率は、金属の１０倍以上になるため、断熱性を考えると低温側と対向する部分にて、誘電体の露出はできるだけ少なくした方が良い。この結果、常温側の基板から低温側への基板への熱輻射を抑制することができる。
また、第２の実施形態によれば、インダクタ素子７６とグランド面７２ｂ、７２ｃとが同じ面に形成されると共に、インダクタ素子８６とグランド面８２ｂ、８２ｃとが同じ面に形成される。これにより、インダクタ素子７６およびインダクタ素子８６を容易にグランド接続することができる。例えば、第２の実施形態によれば、インダクタ素子が冷却基板４４上に形成される構成であって基板を貫通して冷却基板４４との間でグランド接続する必要が無く、容易にグランド接続することができる。
また、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の種々の効果を奏することができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態の無線通信装置１について説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
図１１は、第３の実施形態の無線通信装置１における第１の伝送ユニット７０および第２の伝送ユニット８０を示す上面図である。第３の実施形態における第１の伝送ユニット７０および第２の伝送ユニット８０は、インダクタンスが調整可能な調整機構を有している。この調整機構は、図１１（ａ）に示すように、複数のスイッチ１０３である。
インダクタ素子７６、８６は、複数回に亘り折り返して形成された線路１００の折り返し点に接続端子１０１、１０２が形成される。スイッチ１０３は、接続端子１０２ごとに設けられる。

スイッチ１０３は、図１１（ｂ）に示すように、接続端子１０３ａ、１０３ｂ、および可動部１０３ｃを有する。接続端子１０３ａは、接続端子１０２の一方端１０２ａを介して線路１０１ａに接続される。接続端子１０２の他方端１０２ｂは、線路１０１ａから折り返される線路１０１ｂに接続される。接続端子１０３ｂは、グランド面Ｇに接続される。可動部１０３ｃは、接続端子１０３ａと接続端子１０３ｂとの電気的な状態を、導通状態と非導通状態との間で切り替える。

可動部１０３ｃは、接続端子１０３ａと接続端子１０３ｂとを非導通状態に切り替え、線路１００ａと線路１００ｂとを導通状態にさせる。これにより、スイッチ１０３は、線路１００ａと線路１００ｂとを電気的に接続させる。
可動部１０３ｃは、接続端子１０３ａと接続端子１０３ｂとを導通状態に切り替え、線路１００ａをグランド面Ｇにグランド接続させる。これにより、スイッチ１０３は、線路１００ａと線路１００ｂとを電気的に遮断させ、この結果、線路１００ａを接続端子１０３ｂで終端させる。
可動部１０３ｃは、図示しない制御部により制御され、接続端子１０３ａと接続端子１０３ｂとの電気的な状態を切り替える。制御部は、図示しないコイルに電流を供給して磁界を発生させて可動部１０３ｃを開閉動作させる。なお、調整機構は、キャパシタンスを構成する電極間の結合容量に基づいてインダクタンスを調整することが望ましい。また、スイッチには例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）などの物理的にオンオフをする方法以外に、ダイオードスイッチなどにより電気的にオンオフをする構成を用いても良い。この構成の場合、調整機構は、電気制御により高速にスイッチを切り替えられる。

図１２は、第３の実施形態において、キャパシタ９２の容量を固定し、インダクタンスを変化させて計算した通過信号レベルの周波数特性を示す図である。この周波数特性は、キャパシタ９２の容量を１ｐＦに固定して得られた。通過帯域特性Ｂは、インダクタンスが調整されていない場合の信号通過レベルを示す。通過帯域特性Ａは、インダクタンスが調整された場合の信号通過レベルを示す。

通過帯域特性Ｂによれば、３ＧＨｚ付近から低周波側の周波数帯域において通過信号レベルの損失が高くなることがわかる。これに対し、通過帯域特性Ａによれば、インダクタンスを調整することにより、３ＧＨｚ付近の通過信号レベルの損失が低くなることがわかる。
このように、調整機構は、インダクタ素子７６、８６における線路１００を短くするよう調整して、受信信号のうち低周波側の信号成分を通過させるよう高域通過フィルタの遮断周波数を調整できる。

以上説明した第３の実施形態によれば、インダクタ素子７６またはインダクタ素子８６にはインダクタンスを調整させる調整機構（スイッチ１０３）を付随させたので、キャパシタの値が変動しても高域通過フィルタの遮断周波数を調整させて、信号損失を抑制できる。例えば第１の伝送ユニット７０と第２の伝送ユニット８０とに位置決めの誤差があってキャパシタの値が変化して、遮断周波数が大きくずれ、通過損失または反射特性が劣化する場合がある。この場合であっても、第３の実施形態によれば、インダクタンスを調整して特性の劣化を抑制することができる。

なお、第３の実施形態においては、スイッチ１０３によりインダクタ素子７６およびインダクタ素子８６の線路長を調整してインダクタンスを調整させたが、これには限られない。例えば基板に実装可能な立体的な可変インダクタ素子を用いてもよい。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、信号入出力端子７４（第１の信号入出力部）、信号入出力端子７４に第１端が接続され第２端がグランド接続されたインダクタ素子７６（第１インダクタ）、およびインダクタ素子７６の第１端に接続されたキャパシタ素子（第１電極）が形成された誘電体基板７２（第１基板）と、キャパシタ素子７８と対向して配置され、キャパシタ素子７８と容量結合されてキャパシタとして機能するキャパシタ素子８４（第２電極）、キャパシタ素子８４に第１端が接続され第２端がグランド接続されたインダクタ素子８６（第２インダクタ）、およびインダクタ素子８６の第２端に接続された信号入出力端子８８（信号出力部）が形成され、冷却機により冷却される誘電体基板８２（第２基板）と、を持つことにより、キャパシタの容量結合を利用して受信信号を伝送することで、通過信号レベルを高く維持することができ、信号伝搬特性を良好にすることができる。

さらに、実施形態によれば、電波を受信して信号を生成するアンテナ部２０と、アンテナ部２０により生成された信号のレベルを調整するリミッタ２２と、リミッタ２２から信号が供給される信号入出力端子７４と、信号入出力端子７４に第１端が接続され第２端がグランド接続されたインダクタ素子７６と、インダクタ素子７６の第１端に接続されたキャパシタ素子７８とが形成された誘電体基板７２と、キャパシタ素子７８と対向して配置され、キャパシタ素子７８と容量結合されてキャパシタとして機能するキャパシタ素子８４と、キャパシタ素子８４に第１端が接続され第２端がグランド接続されたインダクタ素子８６と、インダクタ素子８６の第２端に接続された信号入出力端子８８が形成され、冷却機により冷却される誘電体基板８２と、を有する信号伝送路（２４、３０）と、真空断熱容器４０内に設けられ、信号伝送路（２４、３０）により伝送された信号を処理する信号処理部（２６、２８）と、信号処理部（２６、２８）から供給された信号の位相を制御する受信用移相器３２とを持つので、キャパシタの容量結合を利用して受信信号を伝送することで、通過信号レベルを高く維持することができ、受信信号の信号伝搬特性を良好にすることができる。

さらに、実施形態によれば、複数のアンテナ部２０と、アンテナ部２０のそれぞれに接続され、アンテナ部２０に送信信号を供給する複数の送信部（１２、１４、１６、１８）と、送信信号を送信部ごとに分配する分配器１０と、アンテナ部２０のそれぞれに接続され、アンテナ部２０により生成された受信信号のレベルを調整するリミッタ２２と、リミッタ２２から受信信号が供給される信号入出力端子７４と、信号入出力端子７４に第１端が接続され第２端がグランド接続されたインダクタ素子７６と、インダクタ素子７６の第１端に接続されたキャパシタ素子７８が形成された誘電体基板７２と、インダクタ素子７６と対向して配置され、キャパシタ素子７８と容量結合されてキャパシタとして機能するキャパシタ素子８４と、キャパシタ素子８４に第１端が接続され第２端がグランド接続されたインダクタ素子８６と、インダクタ素子８６の第２端に接続された信号入出力端子８８が形成され、冷却機により冷却される真空断熱容器４０内に配置された誘電体基板８２に形成された第２の伝送ユニット８０と、を有する信号伝送路（２４、３０）と、真空断熱容器４０内に設けられ、信号伝送路（２４、３０）により伝送された受信信号を処理する信号処理部（２６、２８）と、信号処理部（２６、２８）から供給された受信信号の位相を制御する受信用移相器３２と、を有する複数の受信部と、複数の受信部から供給された複数の受信信号を合成する合成器３４とを持つので、キャパシタの容量結合を利用して受信信号を伝送することで、通過信号レベルを高く維持することができ、受信信号の信号伝搬特性を良好にすることができる。

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…無線通信装置、１０…分配器、１２、１２ａ、１２ｂ、・・・１２ｎ…送信用移相器、１８、１８ａ、１８ｂ、・・・１８ｎ…送受信切替器、２０、２０ａ、２０ｂ、・・・２０ｎ…アンテナ部、２２、２２ａ、２２ｂ、・・・２２ｎ…リミッタ、２４…第１信号伝送部、２４、２４ａ、２４ｂ、・・・２４ｎ…第１信号伝送部、２６、２６ａ、２６ｂ、・・・２６ｎ…受信用帯域通過フィルタ、２８、２８ａ、２８ｂ、・・・２８ｎ…低雑音増幅器、３０、３０ａ、３０ｂ、・・・３０ｎ…第２信号伝送部、３２、３２ａ、３２ｂ、・・・３２ｎ…受信用移相器、３４…合成器、４０…真空断熱容器、４４…冷却基板、５２、５２ａ、５２ｂ、・・・５２ｎ…アンテナ素子、６０、６０ａ、６０ｂ、・・・６０ｎ…常温側信号入力部、６２、６２ａ、６２ｂ、・・・６２ｎ…常温側信号出力部、６４、６４ａ、６４ｂ、・・・６４ｎ…低温側信号出力部、６６、６６ａ、６６ｂ、・・・６６ｎ…信号処理部、６８、６８ａ、６８ｂ、・・・６８ｎ…低温側信号入力部、７０…第１の伝送ユニット、７２、８２…誘電体基板、７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、８２ｂ、８２ｃ…グランド面、７４、８８…信号入出力端子、７６、８６…インダクタ素子、７６ａ…グランド端子、７８、８４…キャパシタ素子、８０…第２の伝送ユニット、８２ａ、８２ｂ、８２ｃ…グランド面、１０３…スイッチ

Claims (8)

1. 第１の信号入出力部、前記第１の信号入出力部に第１端が接続され第２端がグランド接続された第１インダクタ、および前記第１インダクタの第１端に接続された第１電極が形成された第１基板と、
   前記第１電極と対向して配置され、前記第１電極と容量結合されてキャパシタとして機能する第２電極、前記第２電極に第１端が接続され第２端がグランド接続された第２インダクタ、および前記第２インダクタの第２端に接続された第２の信号入出力部が形成され、冷却機により冷却された第２基板と、
   を有する信号伝送装置。
2. 前記第１インダクタ、前記キャパシタ、および前記第２インダクタの組み合わせが、前記第１の信号入出力部または前記第２の信号入出力部に供給される信号の周波数よりも低い周波数が遮断周波数とされた高域通過フィルタとして機能する、
   請求項１に記載の信号伝送装置。
3. 前記第１インダクタまたは前記第２インダクタには、インダクタンスを調整させる調整機構が付随する、
   請求項２に記載の信号伝送装置。
4. 前記調整機構は、前記キャパシタの結合容量に基づいてインダクタンスを調整する、
   請求項３に記載の信号伝送装置。
5. 前記第１基板における前記第１の信号入出力部、前記第１インダクタ、および第１電極が形成された面に前記第１インダクタが接続される第１グランド面が形成され、
   前記第２基板における前記第２の信号入出力部、前記第２インダクタ、および第２電極が形成された面に前記第２インダクタが接続される第２グランド面が形成される、
   請求項１から４のうちいずれか１項に記載の信号伝送装置。
6. 前記第２電極および前記第２インダクタが超伝導体により形成され、前記第２基板の温度が１５０Ｋ以下となるように、前記冷却機により冷却される、
   請求項１から５のうちいずれか１項に記載の信号伝送装置。
7. 電波を受信して信号を生成するアンテナ部と、
   前記アンテナ部により生成された信号のレベルを調整するリミッタと、
   第１の信号入出力部、前記第１の信号入出力部に第１端が接続され第２端がグランド接続された第１インダクタ、および前記第１インダクタの第１端に接続された第１電極が形成された第１基板と、前記第１電極と対向して配置され、前記第１電極と容量結合されてキャパシタとして機能する第２電極、前記第２電極に第１端が接続され第２端がグランド接続された第２インダクタ、および前記第２インダクタの第２端に接続された第２の信号入出力部が形成され、冷却機により冷却された第２基板とを有する信号伝送部と、
   真空断熱容器内に設けられ、前記信号伝送部により伝送された信号を処理する信号処理部と、
   前記信号処理部から供給された信号の位相を制御する移相器と
   を有する受信装置。
8. 複数のアンテナ部と、
   前記アンテナ部のそれぞれに接続され、前記アンテナ部に送信信号を供給する複数の送信部と、
   送信信号を前記送信部ごとに分配する分配器と、 前記アンテナ部のそれぞれに接続され、前記アンテナ部により生成された受信信号のレベルを調整するリミッタと、前記リミッタから受信信号が供給される第１の信号入出力部、前記第１の信号入出力部に第１端が接続され第２端がグランド接続された第１インダクタ、および前記第１インダクタの第１端に接続された第１電極が形成された第１基板と、前記第１電極と対向して配置され、前記第１電極と容量結合されてキャパシタとして機能する第２電極、前記第２電極に第１端が接続され第２端がグランド接続された第２インダクタ、および前記第２インダクタの第２端に接続された第２の信号入出力部が形成され、冷却機により冷却された第２基板とを有する信号伝送部と、真空断熱容器内に設けられ、前記信号伝送部により伝送された受信信号を処理する信号処理部と、前記信号処理部から供給された受信信号の位相を制御する位相器と、を有する複数の受信部と、
   前記複数の受信部から供給された複数の受信信号を合成する合成器と、
   を有する無線通信装置。

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