(57)【要約】【課題】高周波回路の監視のための回路を設けることによる損失を極力低減し、且つより小型な監視のための装置を実現する。【解決手段】入力側結合回路１により、監視用高周波信号が空間伝搬され、入力された電気信号と共に混合信号として監視対象高周波回路３へ出力される。電気信号に対する周波数応答の監視対象とされる監視対象高周波回路３により、混合信号が入力されて所定の処理が行われ出力される。出力側結合回路４により、監視対象高周波回路３から入力された混合信号から、空間伝搬してくる監視用高周波信号が受信される。【選択図】　　　　図１
2004072357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波の信号スペクトルを持つ高周波電気信号を入出力し、かつ低温で動作する高周波回路の監視装置において、
監視用高周波信号を空間伝搬させ、入力された電気信号と共に混合信号として出力する入力側結合回路と、
前記電気信号に対する周波数応答の監視対象とし、前記混合信号を入力して所定の処理を行い出力する高周波回路と、
前記高周波回路から入力された前記混合信号から、空間伝搬してくる前記監視用高周波信号を受信する出力側結合回路と、
を有することを特徴とする高周波回路の監視装置。
【請求項２】
前記入力側結合回路は、酸化物超伝導体の平面回路型伝送線路を用い信号通過回路を形成し、前記平面回路型伝送線路の近傍に監視周波数の最大周波数に対応する１／４波長より小さい寸法のオープンエンド型アンテナ部を有したプローブを設けることを特徴とする請求項１記載の高周波回路の監視装置。
【請求項３】
前記平面回路型伝送線路は、基板の材質として、酸化マグネシウム、酸化セリウムコートサファイア、チタン酸ストロンチウム、ランタンアルミネート、チタン酸マグネシウムの何れか１種類以上を用いることを特徴とする請求項２記載の高周波回路の監視装置。
【請求項４】
前記酸化物超伝導体は、銅を含んだ銅酸化物超伝導体であることを特徴とする請求項２記載の高周波回路の監視装置。
【請求項５】
前記出力側結合回路は、酸化物超伝導体の平面回路型伝送線路を用い信号通過回路を形成し、前記平面回路型伝送線路の近傍に監視周波数の最大周波数に対応する１／４波長より小さい寸法のオープンエンド型アンテナ部を有したプローブを設けることを特徴とする請求項１記載の高周波回路の監視装置。
【請求項６】
前記高周波回路の出力信号を前記出力側結合回路により検出する検波回路を更に設けることを特徴とする請求項５記載の高周波回路の監視装置。
【請求項７】
前記検波回路は、前記プローブからの出力を半導体ダイオードにより入力することを特徴とする請求項６記載の高周波回路の監視装置。
【請求項８】
前記入力側結合回路を用いて監視用高周波信号を注入する発振回路を更に設けることを特徴とする請求項１記載の高周波回路の監視装置。
【請求項９】
さらに、前記高周波回路の入力信号が前記監視用高周波信号注入回路を通過して前記高周波回路に入力されるように接続し、前記高周波回路の動作周波数域の信号スペクトルを走引できる周波数可変の高周波の発振回路の出力信号を、前記監視用高周波信号注入回路を通して前記高周波回路に入力することを特徴とする請求項８記載の高周波回路の監視装置。
【請求項１０】
高周波の信号スペクトルを持つ高周波電気信号を入出力し、かつ低温で動作する高周波回路の監視方法において、
入力側結合回路により、監視用高周波信号を空間伝搬させ、入力された電気信号と共に混合信号として出力し、
前記電気信号に対する周波数応答の監視対象とした高周波回路により、前記混合信号を入力して所定の処理を行い出力し、
出力側結合回路により、前記高周波回路から入力された前記混合信号から、空間伝搬してくる前記監視用高周波信号を受信する、
ことを特徴とする高周波回路の監視方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は準マイクロ波、マイクロ波、またはミリ波の信号スペクトルを持つ高周波電気信号を入出力し、かつ低温で動作する高周波回路の監視装置、および高周波回路の監視方法に関し、特に低挿入損失で高周波回路の周波数応答の動作を監視する高周波回路の監視装置、および高周波回路の監視方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、通信分野では、移動体通信または衛星通信を用いた高品質画質や高品質映像等の大容量データ伝送の必要性から、高周波数帯域かつ高品質な通信が可能となる通信システムの開発が求められている。このような通信システムを実現する要素技術としては、信号の損失が小さく、小型かつ軽量である通信用フィルタや高周波回路も必要不可欠である。しかし、これら通信用フィルタや高周波回路では、準マイクロ波、マイクロ波、あるいはミリ波等の信号スペクトルを持つ高周波の電気信号を扱うために、通信システム全体においても回路内の周波数応答が所定通りになっているかどうかが課題の一つとなる。
【０００３】
このような状況の中で、回路内の周波数応答を確認／補正するために、準マイクロ波、マイクロ波、またはミリ波等の高周波の信号スペクトルを持つ電気信号に対して、周波数応答の監視を行う必要がある。なお、数十Ｋ程度の低温で動作する高周波受動回路として酸化物超伝導体を構成要素として用いた回路がある。
【０００４】
例えば、高周波の信号スペクトルを持つ電気信号を入出力し、かつ９０Ｋ以下の低温で動作するアナログ信号やデジタル信号を扱う高周波回路において、周波数応答の監視の方法としては、次の方法がある。
【０００５】
（１）実験的に周波数応答を試験する方法を用いることができる。この方法の一つとして、該当の周波数を測定範囲に持つ信号発生器とスペクトラムアナライザを用意し、被対象の高周波回路の入力と出力に、回路に応じた接続、ないし方向性結合器、アイソレータ、あるいは電力分配器などを必要に応じ用い測定回路を形成し、該信号発生器と該スペクトラムアナライザをトラッキング動作させ周波数応答を測定し、監視する方法。
【０００６】
（２）他の周波数応答を試験する方法として、該当の周波数を測定範囲に持つ発振器とアナライザとがシステム化されたネットワークアナライザ、方向性結合器、アイソレータ、および電力分配器などを必要に応じ用い測定回路を形成し、監視する方法。
【０００７】
（３）入力が不要な高周波回路の場合、方向性結合器、信号分配器等で出力信号を分けて、該高周波回路の出力をスペクトラムアナライザで監視する方法。
（４）時間応答の監視方法としては、（１）、（２）項のアナライザの代わりに１０数ＧＨｚ程度の帯域ではサンプリングオシロスコープで監視する方法。
【０００８】
（５）デジタル信号が入力の場合、信号発生器としてデジタル信号発生器を用いる方法。
（６）高周波回路の出力を方向性結合器、信号分配器等に接続し、出力を監視する方法。
【０００９】
（７）高周波回路の入力に方向性結合器、結合器等のテスト信号注入のための回路を接続し、入力にテスト信号を入れる方法。
上記の（１）〜（７）の各項において、方向性結合器、結合器、分配器等の監視のためのコンポーネントは、通常、低温動作する高周波回路を収めたクライオスタットの外部の室温または室温に近い自然環境の温度にあり、クライオスタット内部の高周波回路の入出力と接続する方法があげられる。
【００１０】
また一方、酸化物超伝導体を用いた受動回路として、銅酸化高温超伝導体の膜を基板に形成し、平面型回路（マイクロストリップライン型回路，コプレーナ型回路など）により、高周波フィルタなどの回路を形成する技術があげられる。
【００１１】
そして、結晶性が良好で適切な銅酸化高温超伝導体膜材料を選べば、準マイクロ波、マイクロ波等で、通常の電気良導体の銅、銀、金、アルミニウム等に比べ低エネルギー損失（高Ｑ）にできることが知られており、さらに、実用の点で課題があるが、動作温度をＬＨｅ温度（４．２Ｋ）付近とすることで、理論的には、通常の電気良導体に対し、ミリ波以上（０．３ＴＨｚ以上）でも優位性が議論できる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、準マイクロ波、マイクロ波、またはミリ波等の高周波の信号スペクトルを持つ電気信号を入出力し、かつ１００Ｋ以下の低温で動作し、導体部分に電磁界を集中し信号を伝送する方式の伝送線路により入出力を行う高周波回路において、実験的なレベルでは、前述の（１）〜（７）のような技術で、高周波回路の周波数応答の監視が可能であるが、パッケージした該高周波回路自体が数百ｃｃから数ｃｃ程度の大きさであっても、実験的に監視する回路計測システムは、通常，数Ｌから数百Ｌ程度になりかさんでしまう。この容積の多くの部分（例えば、計測結果を示すスペクトラムアナライザの表示部）は、周波数応答の監視内容や方法を限定すれば不要と考えられる。また、監視のための該高周波回路への監視のための回路による信号の通過損失は、周波数や形態によって異なるが、通常、非超伝導体の導体伝送回路で形成され、高周波回路の入出力と結ぶ同軸等の高周波ケーブル等の通過損失を含めると入力側、出力側それぞれ０．数ｄＢ〜数ｄＢ程度で、損失による信号品質が課題となることがしばしばである。すなわち、ジョセフソン接合を用いた超伝導デジタル回路では入出力部分で監視回路による損失によるファンアウト能力の実質上の低下、小信号を扱うアナログ回路では入力損失による入力信号レベル低下の問題、あるいは、大電力を扱うアナログ回路では、出力監視回路による出力電力損失などがある。また、方向性結合器等で該高周波回路に結合しこの結合度が大きい場合には、該高周波回路の入力信号、出力信号の歪または損失もしばしば問題となっている。
【００１３】
本発明の目的は、このような点に鑑みてなされたものであり、監視のための回路を設ける回路による損失を極力低減し、且つより小型な監視のための装置を実現することができる高周波回路の監視装置、および高周波回路の監視方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、高周波の信号スペクトルを持つ高周波電気信号を入出力し、かつ低温で動作する高周波回路の監視装置において、監視用高周波信号を空間伝搬させ、入力された電気信号と共に混合信号として出力する入力側結合回路と、前記電気信号に対する周波数応答の監視対象とし、前記混合信号を入力して所定の処理を行い出力する高周波回路と、前記高周波回路から入力された前記混合信号から、空間伝搬してくる前記監視用高周波信号を受信する出力側結合回路と、を有することを特徴とする高周波回路の監視装置が提供される。
【００１５】
このような高周波回路の監視装置によれば、まず、入力側結合回路により、監視用高周波信号が空間伝搬され、入力された電気信号と共に混合信号として出力される。次に、高周波回路により、前記電気信号に対する周波数応答の監視対象とされ、前記混合信号が入力されて所定の処理が行われ出力される。そして、出力側結合回路により、前記高周波回路から入力された前記混合信号から、空間伝搬してくる前記監視用高周波信号が受信される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の高周波回路の監視装置の原理構成図である。本発明の高周波回路の監視装置は、準マイクロ波、マイクロ波、またはミリ波等の信号スペクトルを持つ高周波電気信号を入出力し、かつ低温で動作する場合に適用される。なお、この低温とは、超伝導体の臨界温度未満を示し、例えば８０Ｋ以下程度である。
【００１７】
図１に示すように、高周波回路の監視装置は、監視用高周波信号と共に混合信号を出力する入力側結合回路１、監視用高周波信号を発振する発振回路２、混合信号を入力して所定の処理を行い出力する監視対象の高周波回路３、入力された混合信号から監視用高周波信号を受信する出力側結合回路４、および信号を検出する検波回路５から構成される。
【００１８】
ここで、入力側結合回路１は、酸化物超伝導体から成る平面回路型伝送線路Ｓ１、オープンエンド型アンテナ部を備えたプローブＰ１を有している。また、出力側結合回路４は、酸化物超伝導体から成る平面回路型伝送線路Ｓ４、オープンエンド型アンテナ部を備えたプローブＰ４を有している。以下、各部について詳細に説明する。
【００１９】
入力側結合回路１は、発振回路２と高周波回路３に接続され、監視用高周波信号と共に混合信号を出力する。なお、入力側結合回路１には、酸化物超伝導体の平面回路型伝送線路Ｓ１を用い信号通過回路を形成し、この平面回路型伝送線路Ｓ１の近傍に監視周波数の最大周波数に対応する１／４波長より小さい寸法のオープンエンド型アンテナ部を有したプローブＰ１を設ける。
【００２０】
また、酸化物超伝導体は、希土類元素や銅などを含んだ臨海温度が数十Ｋ以上の酸化物超伝導体を使用することが、低挿入損失の回路を構成する上で最適である。
【００２１】
さらに、電気信号が入力されない場合、入力側結合回路１は監視用高周波信号のみを出力するようにしてもよい。
ここで、入力側結合回路１は、電気信号が入力されると、この電気信号は平面回路型伝送線路Ｓ１（例えば、マイクロストリップライン型の平面回路型伝送線路であり、図１では簡単のために伝送線路のグランド側を省略している。以下同様とする。）を通過し監視対象高周波回路３へ出力される。この出力の際、入力側結合回路１では、発振回路２にて発振され、プローブＰ１を介し放射されて空間伝搬された監視用高周波信号が、電気信号と合波されて混合信号として出力される。
【００２２】
発振回路２は、入力側結合回路１に接続され、監視用高周波信号を発振（生成）する。ここで、発振回路２は、監視用高周波信号を発振すると、プローブＰ１を介して監視用高周波信号を入力側結合回路１内に注入（放射）する。
【００２３】
高周波回路３は、入力側結合回路１と出力側結合回路４に接続され、混合信号を入力して所定の処理を行い出力する。なお、高周波回路３は、電気信号に対する周波数応答の監視対象とする。ここで、高周波回路３は、入力側結合回路１から混合信号が入力されると、所定の処理を行い出力側結合回路４へ出力する。
【００２４】
出力側結合回路４は、高周波回路３に接続され、入力された発信回路２の信号から監視用高周波信号を受信する。なお、出力側結合回路４には、酸化物超伝導体の平面回路型伝送線路Ｓ４を用い信号通過回路を形成し、この平面回路型伝送線路Ｓ４の近傍に監視周波数の最大周波数に対応する１／４波長より小さい寸法のオープンエンド型アンテナ部を有したプローブＰ４を設ける。
【００２５】
また、酸化物超伝導体は、希土類元素や銅などを含んだ酸化物超伝導体を使用することが、低挿入損失の回路を構成する上で最適である。
さらに、電気信号が入力されない場合、出力側結合回路４は監視用高周波信号のみを入力するようにしてもよい。ここで、出力側結合回路４は、混合信号が入力されると、この混合信号は平面回路型伝送線路Ｓ４を通過し出力される。この出力の際、出力側結合回路４では、入力された混合信号から、空間伝搬してくる監視用高周波信号がプローブＰ４を介して受信され、検波回路５に出力される。
【００２６】
検波回路５は、出力側結合回路４に接続され、プローブＰ４にて受信した信号を検波（検出）する。
つまり、高周波回路の監視装置は、周波数応答の監視の対象とする高周波回路３の出力側に、必要に応じ入力側にも、銅酸化物超伝導体の平面回路型伝送線路を用い信号通過回路を形成する。また、高周波回路の監視装置は、この伝送線路の近傍に監視周波数の最大周波数に対応する１／４波長より小さい寸法のオープンエンド型アンテナ部を有したプローブＰ４を設けている。さらに、高周波回路の監視装置は、入力側のプローブＰ１では周波数応答試験用の発振器と、出力側のプローブＰ４ではこの発振器の出力が高周波回路３を経由して出力された信号を検出するための検波回路５とを設けるようにしたものである。
【００２７】
なお、高周波回路３が入力を持たない（電気信号を入力していない）場合、また入力信号が周期的な信号のみに限定され周波数スペクトルの時間変動を無視してもよい場合には、入力側の監視用装置部分は省略できる。
【００２８】
また、銅酸化物超伝導エピタキシャル膜を用いた伝送線路を用いた結合回路を用いることで、高周波回路３の入出力信号の結合回路による通過損失は、通常の電気良導体の銅、銀、金、アルミニウムを信号線導体とした場合に比べて、減らすことができる。
【００２９】
さらに、結合回路の結合度を小さいものにして、高周波回路３の入力側結合回路１による入力信号、出力側結合回路４による出力信号の歪または損失の影響を低減するために、超伝導の伝送線路の近傍に監視周波数の最大周波数に対応する１／４波長より小さい寸法のオープンエンド型アンテナ部を有したプローブＰ１，Ｐ４を設け、これらの部分の周囲を金属パッケージでシールドする。このアンテナを伝送線路に対して向きと距離とを必要に応じて配置することで、入出力信号の影響を小さくでき検出も可能な、１０−２以下（−２０ｄＢ以下）に結合度を設定にすることができる。例えば、伝送線路の線路方向とプローブＰ１，Ｐ４のアンテナのライン方向を直交させた場合、電界による結合の確度依存が極小となる。また１／４波長以下のオープンエンド型アンテナ部とすることで、結合度の波長依存性が１／４波長型とする場合に比べ、共振点が外れるため弱められ、該結合回路の動作を容量性にでき、プローブＰ１，Ｐ４の配置の設計にかかる時間も短縮可能となる。
【００３０】
また、高周波回路３に電気信号を入力しない場合は、単に監視用高周波信号の検出のみで監視が可能であるが、高周波回路３に電気信号を入力して動作させている場合、同時の監視方法として、以下の方法があげられる。
【００３１】
（１）高周波回路として急峻な周波数遮断特性を有するバンドパスフィルタとした場合、少なくとも通過帯域内の周波数を避け、−２０ｄＢ以下の監視用の正弦波（ないしコーム状）信号を入力側の監視用発振器から発生させプローブから該高周波回路に入力する。そして、高周波回路３の出力側のプローブＰ４により、監視用信号を検出するようにする。
【００３２】
（２）間欠的に（時分割的に）、入力信号と監視用高周波信号の注入を切り替えるようにする。
（３）入力信号がＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ａｃｃｅｓｓ）信号の場合、監視用信号発生器として、この入力信号と直交するＣＤＭＡ信号発生器を用いるようにする。
【００３３】
上記した回路構成において、信号源の出力信号の周波数走引と同期して、検波回路５の出力電圧をみれば、該高周波回路の出力振幅の周波数応答に対応した値が解釈できる。
【００３４】
図２は、高周波回路の監視装置の回路図である。ここで、監視対象の高周波回路が入力１ポート、出力１ポートで、動作温度が７０Ｋ付近の場合の回路ブロック等を用いている。なお、図中の線上の小○印は、同軸コネクタ同士の接続部で、１対で同軸コネクタの信号ピンとグランド端子とを表している。
【００３５】
高周波回路の監視装置は、入力側結合回路１０ａ、出力側結合回路１０ｂ、監視対象高周波回路２０、クライオスタットの断熱用容器３０、電圧制御周波数可変型の発振器４０、検波回路５０から構成される。ここで先ず、クライオスタットの断熱用容器３０には、クライオスタットの断熱用容器外にて電気信号を伝送する同軸ケーブルＣ１〜Ｃ４、クライオスタットの断熱用容器内にて電気信号を伝送する同軸ケーブルＣ１１〜Ｃ１４が接続される。この同軸ケーブルＣ１〜Ｃ４や同軸ケーブルＣ１１〜Ｃ１４は、セミリジッド型を用いる。また、同軸ケーブルＣ１〜Ｃ４と同軸ケーブルＣ１１〜Ｃ１４との結合には、ハーメチックシールの同軸コネクタＣｎｔ３１〜Ｃｎｔ３４を使用する。
【００３６】
次に、発振器４０には、発振周波数１．９〜２．１ＧＨｚの高周波ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｗａｖｅ）波を制御電圧により連続的に可変でき、可変のための走引周波数１〜１０Ｈｚの鋸波を制御電圧として引加し、また外部に出力する機能と、高周波ＣＷ波を外部制御によりスイッチ動作する機能とを有した回路を用いる。また、発振器４０の出力にはアイソレータを設けてある。さらに、発振器４０の直流出力は、発振器４０の走引電圧と同期した電圧として外部に出力される。
【００３７】
一方、検波回路５０には、半導体ダイオードを用いた直流検波回路部の入力側にアイソレータを設け、このアイソレータを経由して検出信号が入力される。
そして、クライオスタットの断熱用容器３０には真空容器を使用し、材料には容器壁の主材料にステンレス製を使用する。また、クライオスタットの断熱用容器３０の内部は真空引きし、動作中は１０−３Ｔｏｒｒ以下の値を維持する。さらに、クライオスタットの断熱用容器３０内部の冷却部３１は、冷却ステージであり、冷凍機の冷却端に設ける。この回路動作中は、６０〜７０Ｋの範囲の温度に維持する。
【００３８】
なお、冷却に必要な構成部品等は省略している。
次に、入力側結合回路１０ａ及び出力側結合回路１０ｂについて、具体的に説明する。ここで、図２における入力側結合回路１０ａと出力側結合回路１０ｂは同一構成とし、下記説明では結合回路１０として説明する。
【００３９】
図３は、結合回路の構成図である。また、図４は、図３の結合回路の側断面図である。
結合回路１０は、金属パッケージの基板マウント側を示す容器Ｃｓ１１の内部において、誘電体基板１９の下層に形成された超伝導グランド用のベタパターン１８の下部が接着材料Ｊ１１により固定され、超伝導信号線パターン１４が誘電体基板１９の上層に形成された構成を成す。なお、容器Ｃｓ１１の上部には、金属パッケージの蓋を示す容器蓋Ｃｓ１２を載置する。また、容器Ｃｓ１１の側面には、同軸ケーブルと結合する同軸コネクタＣｎｔ１１，Ｃｎｔ１２，Ｐ１１を有する。以下、各部について詳細に説明する。
【００４０】
超伝導信号線パターン１４は、酸化物高温超伝導体膜（例えば０．４μｍ〜１μｍ厚のＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ超伝導体膜）で幅０．５ｍｍのパターンで形成する。この超伝導信号線パターン１４には、同軸コネクタＣｎｔ１１，Ｃｎｔ１２の中心ピン１１，１７が、接合部１２，１６及び電極膜１３，１５を介して接続される。
【００４１】
超伝導グランド用のベタパターン１８は、酸化物高温超伝導体膜（例えば０．４μｍ〜１μｍ　厚のＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ超伝導体膜）で形成する。
誘電体基板１９は、誘電体の基板であり、厚さ０．５ｍｍの単結晶ＭｇＯ基板で超伝導膜の堆積面がＭｇＯ（１００）となるようにする。なお、誘電体基板１９の材質には、酸化マグネシウム、酸化セリウムコートサファイア、チタン酸ストロンチウム、ランタンアルミネート、あるいはチタン酸マグネシウムの何れか１種類以上を用いることが好ましい。
【００４２】
接着材料Ｊ１１は、インジウムシートであり、容器Ｃｓ１１と回路膜パターン等を形成した基板（超伝導グランド用のベタパターン１８を形成した誘電体基板１９）を固定、熱接触するためのものである。
【００４３】
外部導体Ｐ１１２は、セミリジッドケーブルの外部導体であり、同軸コネクタＰ１１のグランド側と電気的に接続される。
中心導体Ｐ１１１は、外部導体Ｐ１１２の中心導体であり、外部導体Ｐ１１２との組合せによりプローブのアンテナ動作を行う。ここで、中心導体Ｐ１１１の外部導体Ｐ１１２端面からの長さは、１／４波長未満にする。また、図３及び図４では、同軸コネクタ、中心導体Ｐ１１１、および外部導体Ｐ１１２を合わせて、図１のプローブＰ１，Ｐ４に対応する。
【００４４】
なお、本実施例で使用する超伝導体は、希土類元素や銅を含んだ酸化物超伝導体、具体的にはＢｉｎ１Ｓｒｎ２Ｃａｎ３Ｃｕｎ４Ｏｎ５（１．８≦ｎ１≦２．２，　１．８≦ｎ２≦２．２，　０．９≦ｎ３≦１．２，　１．８≦ｎ４≦２．２，　７．８≦ｎ５≦８．４），Ｐｂｋ１Ｂｉｋ２Ｓｒｋ３Ｃａｋ４Ｃｕｋ５Ｏｋ６（１．８≦ｋ１＋ｋ２≦２．２，　０≦ｋ１≦０．６，　１．８≦ｋ３≦２．２，　１．８≦ｋ４≦２．２，　１．８≦ｋ５≦２．２，　９．５≦ｋ６≦１０．８），Ｙｍ１Ｂａｍ２Ｃｕｍ３Ｏｍ４（０．５≦ｍ１≦１．２，　１．８≦ｍ２≦２．２，　２．５≦ｍ３≦３．５，　６．６≦ｍ４≦７．０），Ｎｄｐ１Ｂａｐ２Ｃｕｐ３Ｏｐ４（０．５≦ｐ１≦１．２，　１．８≦ｐ２≦２．２，　２．５≦ｐ３≦３．５，　６．６≦ｐ４≦７．０），Ｎｄｑ１Ｙｑ２Ｂａｑ３Ｃｕｑ４Ｏｑ５（０≦ｑ１≦１．２，　０≦ｑ２≦１．２，　０．５≦ｑ１＋ｑ２≦１．２，　１．８≦ｑ２≦２．２，　２．５≦ｑ３≦３．５，　６．６≦ｑ４≦７．０），Ｓｍｐ１Ｂａｐ２Ｃｕｐ３Ｏｐ４（０．５≦ｐ１≦１．２，　１．８≦ｐ２≦２．２，　２．５≦ｐ３≦３．５，　６．６≦ｐ４≦７．０），Ｈｏｐ１Ｂａｐ２Ｃｕｐ３Ｏｐ４（０．５≦ｐ１≦１．２，　１．８≦ｐ２≦２．２，　２．５≦ｐ３≦３．５，　６．６≦ｐ４≦７．０）などの何れか１種類以上の酸化物高温超伝導体を用いることが好ましい。
【００４５】
上記の構成において、２ＧＨｚ帯で動作する場合、入力側結合回路１０ａと出力側結合回路１０ｂのそれぞれのパッケージ内寸法は奥行３ｃｍ×幅３ｃｍ×２ｃｍ程度とし、プローブアンテナ長などを調整することで、結合度は−２０ｄＢ以下に調整できる。
【００４６】
上記によれば、７０Ｋ程度の低温で動作する高周波回路２０の周波数特性の振幅応答において、高周波回路の監視装置は、結合回路の通過損失をそれぞれパッケージ損失、コネクタ損失を含め、２ＧＨｚ付近では０．１〜０．２ｄＢ程度の僅かな損失に抑えることができ、高周波回路２０のその場の監視動作ができる。また、高周波回路の監視装置は、発振器を動作させることにより、その場で動作試験ができる。例えば、高周波回路２０として２ＧＨｚ付近の中心周波数をもつ超伝導膜を用いたチューナブル型バンドパスフィルタとした場合、高周波回路の監視装置は、その周波数特性の振幅応答を調べ、チューニング制御が行われた状態の良否を監視できる。
【００４７】
なお、上記説明した高周波回路の監視装置は、検波回路５にて検出した信号をもとに高周波回路２０を制御する制御装置に接続することにより、高周波回路２０にて信号を補正させる高周波回路の監視装置として適用してもよい。
【００４８】
また、上記の説明では、監視対象のデバイスを高周波回路として説明したが、フィルタ回路等、高いＱ値を要する他のデバイスに適用することもできる。
（付記１）　高周波の信号スペクトルを持つ高周波電気信号を入出力し、かつ低温で動作する高周波回路の監視装置において、
監視用高周波信号を空間伝搬させ、入力された電気信号と共に混合信号として出力する入力側結合回路と、
前記電気信号に対する周波数応答の監視対象とし、前記混合信号を入力して所定の処理を行い出力する高周波回路と、
前記高周波回路から入力された前記混合信号から、空間伝搬してくる前記監視用高周波信号を受信する出力側結合回路と、
を有することを特徴とする高周波回路の監視装置。
【００４９】
（付記２）　前記入力側結合回路は、酸化物超伝導体の平面回路型伝送線路を用い信号通過回路を形成し、前記平面回路型伝送線路の近傍に監視周波数の最大周波数に対応する１／４波長より小さい寸法のオープンエンド型アンテナ部を有したプローブを設けることを特徴とする付記１記載の高周波回路の監視装置。
【００５０】
（付記３）　前記平面回路型伝送線路は、基板の材質として、酸化マグネシウム、酸化セリウムコートサファイア、チタン酸ストロンチウム、ランタンアルミネート、チタン酸マグネシウムの何れか１種類以上を用いることを特徴とする付記２記載の高周波回路の監視装置。
【００５１】
（付記４）　前記酸化物超伝導体は、希土類元素を含んだ酸化物超伝導体であることを特徴とする付記２記載の高周波回路の監視装置。
（付記５）　前記酸化物超伝導体は、銅を含んだ銅酸化物超伝導体であることを特徴とする付記２記載の高周波回路の監視装置。
【００５２】
（付記６）　前記出力側結合回路は、酸化物超伝導体の平面回路型伝送線路を用い信号通過回路を形成し、前記平面回路型伝送線路の近傍に監視周波数の最大周波数に対応する１／４波長より小さい寸法のオープンエンド型アンテナ部を有したプローブを設けることを特徴とする付記１記載の高周波回路の監視装置。
【００５３】
（付記７）　前記酸化物超伝導体は、希土類元素を含んだ酸化物超伝導体であることを特徴とする付記６記載の高周波回路の監視装置。
（付記８）　前記酸化物超伝導体は、銅を含んだ銅酸化物超伝導体であることを特徴とする付記６記載の高周波回路の監視装置。
【００５４】
（付記９）　前記高周波回路の出力信号を前記出力側結合回路により検出する検波回路を更に設けることを特徴とする付記６記載の高周波回路の監視装置。
（付記１０）　前記検波回路は、前記プローブからの出力を半導体ダイオードにより入力することを特徴とする付記９記載の高周波回路の監視装置。
【００５５】
（付記１１）　前記入力側結合回路を用いて監視用高周波信号を注入する発振回路を更に設けることを特徴とする付記１記載の高周波回路の監視装置。
（付記１２）　さらに、前記高周波回路の入力信号が前記監視用高周波信号注入回路を通過し前記高周波回路に入力されるように接続し、前記高周波回路の動作周波数域の信号スペクトルを走引できる周波数可変の高周波の発振回路の出力信号を、前記監視用高周波信号注入回路を通して前記高周波回路に入力することを特徴とする付記１１記載の高周波回路の監視装置。
【００５６】
（付記１３）　高周波の信号スペクトルを持つ高周波電気信号を入出力し、かつ低温で動作する高周波回路の監視方法において、
入力側結合回路により、監視用高周波信号を空間伝搬させ、入力された電気信号と共に混合信号として出力し、
前記電気信号に対する周波数応答の監視対象とした高周波回路により、前記混合信号を入力して所定の処理を行い出力し、
出力側結合回路により、前記高周波回路から入力された前記混合信号から、空間伝搬してくる前記監視用高周波信号を受信する、
ことを特徴とする高周波回路の監視方法。
【００５７】
（付記１４）　前記入力側結合回路は、酸化物超伝導体の平面回路型伝送線路を用い信号通過回路を形成し、前記平面回路型伝送線路の近傍に監視周波数の最大周波数に対応する１／４波長より小さい寸法のオープンエンド型アンテナ部を有したプローブを設けることを特徴とする付記１３記載の高周波回路の監視方法。
【００５８】
（付記１５）　前記出力側結合回路は、酸化物超伝導体の平面回路型伝送線路を用い信号通過回路を形成し、前記平面回路型伝送線路の近傍に監視周波数の最大周波数に対応する１／４波長より小さい寸法のオープンエンド型アンテナ部を有したプローブを設けることを特徴とする付記１３記載の高周波回路の監視方法。
【００５９】
（付記１６）　前記高周波回路の出力側において、前記高周波回路の出力信号を前記出力側結合回路により検出する高周波信号検出回路を更に設けることを特徴とする付記１３記載の高周波回路の監視方法。
【００６０】
（付記１７）　前記高周波信号検出回路は、前記プローブからの出力を半導体ダイオードにより入力することを特徴とする付記１６記載の高周波回路の監視方法。
【００６１】
（付記１８）　前記高周波回路の入力側において、前記入力側結合回路を用いて監視用高周波信号を注入する監視用高周波信号注入回路を更に設けることを特徴とする付記１３記載の高周波回路の監視方法。
【００６２】
（付記１９）　さらに、前記高周波回路の入力信号が前記監視用高周波信号注入回路を通過し前記高周波回路に入力されるように接続し、前記高周波回路の動作周波数域の信号スペクトルを走引できる周波数可変の高周波の発振回路の出力信号を、前記監視用高周波信号注入回路を通して前記高周波回路に入力することを特徴とする付記１８記載の高周波回路の監視方法。
【００６３】
（付記２０）　前記酸化物高温超伝導体は、希土類元素を含んだ酸化物超伝導体であることを特徴とする付記１３記載の高周波回路の監視方法。
（付記２１）　前記酸化物高温超伝導体は、銅を含んだ銅酸化物超伝導体であることを特徴とする付記１３記載の高周波回路の監視方法。
【００６４】
（付記２２）　前記平面回路型伝送線路は、基板の材質として、酸化マグネシウム、酸化セリウムコートサファイア、チタン酸ストロンチウム、ランタンアルミネート、チタン酸マグネシウムの何れか１種類以上を用いることを特徴とする付記１３記載の高周波回路の監視方法。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、入力された電気信号を酸化物超伝導体の平面回路型伝送線路を通過させ、監視用高周波信号を空間伝搬させて電気信号との混合信号として高周波回路へ出力し、この混合信号から空間伝搬してくる監視用の高周波信号を受信するようにした。この結果、監視装置の損失を低減し、より小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波回路の監視装置の原理構成図である。
【図２】高周波回路の監視装置の回路図である。
【図３】結合回路の構成図である。
【図４】図３の結合回路の側断面図である。
【符号の説明】
１　入力側結合回路
Ｓ１　平面回路型伝送線路
Ｐ１　プローブ
２　発振回路
３　高周波回路
４　出力側結合回路
Ｓ４　平面回路型伝送線路
Ｐ４　プローブ
５　検波回路
【図１】
2004072357.tif 000003
【図２】
2004072357.tif 000004
【図３】
2004072357.tif 000005
【図４】
2004072357.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成15年9月2日(2003.9.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項６】
　前記出力側結合回路により前記監視用高周波信号を検出する検波回路を更に設けることを特徴とする請求項５記載の高周波回路の監視装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項９】
前記発振回路は周波数可変であり、前記監視用高周波信号として前記高周波回路の動作周波数域を掃引することを特徴とする請求項８記載の高周波回路の監視装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また一方、酸化物超伝導体を用いた受動回路として、銅酸化物高温超伝導体の膜を基板に形成し、平面型回路（マイクロストリップライン型回路，コプレーナ型回路など）により、高周波フィルタなどの回路を形成する技術があげられる。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
そして、結晶性が良好で適切な銅酸化物高温超伝導体膜材料を選べば、準マイクロ波、マイクロ波等で、通常の電気良導体の銅、銀、金、アルミニウム等に比べ低エネルギー損失（高Ｑ）にできることが知られており、さらに、実用の点で課題があるが、動作温度をＬＨｅ温度（４．２Ｋ）付近とすることで、理論的には、通常の電気良導体に対し、ミリ波以上（０．３ＴＨｚ以上）でも優位性が議論できる。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、準マイクロ波、マイクロ波、またはミリ波等の高周波の信号スペクトルを持つ電気信号を入出力し、かつ１００Ｋ以下の低温で動作し、導体部分に電磁界を集中し信号を伝送する方式の伝送線路により入出力を行う高周波回路において、実験的なレベルでは、前述の（１）〜（７）のような技術で、高周波回路の周波数応答の監視が可能であるが、パッケージした該高周波回路自体が数百ｃｃから数ｃｃ程度の大きさであっても、実験的に監視する回路計測システムは、通常，数Ｌから数百Ｌ程度になりかさんでしまう。この容積の多くの部分（例えば、計測結果を示すスペクトラムアナライザの表示部）は、周波数応答の監視内容や方法を限定すれば不要と考えられる。また、該高周波回路への監視のための回路による信号の通過損失は、周波数や形態によって異なるが、通常、非超伝導体の導体伝送回路で形成され、高周波回路の入出力と結ぶ同軸等の高周波ケーブル等の通過損失を含めると入力側、出力側それぞれ０．数ｄＢ〜数ｄＢ程度で、損失による信号品質が課題となることがしばしばである。すなわち、ジョセフソン接合を用いた超伝導デジタル回路では入出力部分で監視回路による損失によるファンアウト能力の実質上の低下、小信号を扱うアナログ回路では入力損失による入力信号レベル低下の問題、あるいは、大電力を扱うアナログ回路では、出力監視回路による出力電力損失などがある。また、方向性結合器等で該高周波回路に結合しこの結合度が大きい場合には、該高周波回路の入力信号、出力信号の歪または損失もしばしば問題となっている。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
また、酸化物超伝導体は、希土類元素や銅などを含んだ臨界温度が数十Ｋ以上の酸化物超伝導体を使用することが、低挿入損失の回路を構成する上で最適である。


【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
出力側結合回路４は、高周波回路３に接続され、入力された発振回路２の信号から監視用高周波信号を受信する。なお、出力側結合回路４には、酸化物超伝導体の平面回路型伝送線路Ｓ４を用い信号通過回路を形成し、この平面回路型伝送線路Ｓ４の近傍に監視周波数の最大周波数に対応する１／４波長より小さい寸法のオープンエンド型アンテナ部を有したプローブＰ４を設ける。


【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
検波回路５は、出力側結合回路４に接続され、プローブＰ４にて受信した信号を検波（検出）する。
つまり、高周波回路の監視装置は、周波数応答の監視の対象とする高周波回路３の出力側に、必要に応じ入力側にも、酸化物超伝導体の平面回路型伝送線路を用い信号通過回路を形成する。また、高周波回路の監視装置は、この伝送線路の近傍に監視周波数の最大周波数に対応する１／４波長より小さい寸法のオープンエンド型アンテナ部を有したプローブＰ４を設けている。さらに、高周波回路の監視装置は、入力側のプローブＰ１では周波数応答試験用の発振器と、出力側のプローブＰ４ではこの発振器の出力が高周波回路３を経由して出力された信号を検出するための検波回路５とを設けるようにしたものである。


【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
さらに、結合回路の結合度を小さいものにして、高周波回路３の入力側結合回路１による入力信号、出力側結合回路４による出力信号の歪または損失の影響を低減するために、超伝導の伝送線路の近傍に監視周波数の最大周波数に対応する１／４波長より小さい寸法のオープンエンド型アンテナ部を有したプローブＰ１，Ｐ４を設け、これらの部分の周囲を金属パッケージでシールドする。このアンテナを伝送線路に対して向きと距離とを必要に応じて配置することで、入出力信号の影響を小さくでき検出も可能な、１０−２以下（−２０ｄＢ以下）に結合度を設定することができる。例えば、伝送線路の線路方向とプローブＰ１，Ｐ４のアンテナのライン方向を直交させた場合、電界による結合の角度依存が極小となる。また１／４波長以下のオープンエンド型アンテナ部とすることで、結合度の波長依存性が１／４波長型とする場合に比べ、共振点が外れるため弱められ、該結合回路の動作を容量性にでき、プローブＰ１，Ｐ４の配置の設計にかかる時間も短縮可能となる。


【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
上記した回路構成において、信号源の出力信号の周波数掃引と同期して、検波回路５の出力電圧をみれば、該高周波回路の出力振幅の周波数応答に対応した値が解釈できる。


【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
次に、発振器４０には、発振周波数１．９〜２．１ＧＨｚの高周波ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｗａｖｅ）波を制御電圧により連続的に可変でき、可変のための掃引周波数１〜１０Ｈｚの鋸波を制御電圧として引加し、また外部に出力する機能と、高周波ＣＷ波を外部制御によりスイッチ動作する機能とを有した回路を用いる。また、発振器４０の出力にはアイソレータを設けてある。さらに、発振器４０の直流出力は、発振器４０の掃引電圧と同期した電圧として外部に出力される。


【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
一方、検波回路５０には、半導体ダイオードを用いた直流検波回路部の入力側にアイソレータを設け、このアイソレータを経由して検出信号が入力される。
そして、クライオスタットの断熱用容器３０には真空容器を使用し、材料には容器壁の主材料としてステンレス製を使用する。また、クライオスタットの断熱用容器３０の内部は真空引きし、動作中は１０−３Ｔｏｒｒ以下の値を維持する。さらに、クライオスタットの断熱用容器３０内部の冷却部３１は、冷却ステージであり、冷凍機の冷却端に設ける。この回路動作中は、６０〜７０Ｋの範囲の温度に維持する。


【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
外部導体Ｐ１１２は、セミリジッドケーブルの外部導体であり、同軸コネクタＰ１１のグランド側と電気的に接続される。
中心導体Ｐ１１１は、セミリジッドケーブルの中心導体であり、外部導体Ｐ１１２との組合せによりプローブのアンテナ動作を行う。ここで、中心導体Ｐ１１１の外部導体Ｐ１１２端面からの長さは、１／４波長未満にする。また、図３及び図４では、同軸コネクタ、中心導体Ｐ１１１、および外部導体Ｐ１１２を合わせて、図１のプローブＰ１，Ｐ４に対応する。


【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
（付記１１）　前記入力側結合回路を用いて監視用高周波信号を注入する発振回路を更に設けることを特徴とする付記１記載の高周波回路の監視装置。
（付記１２）　前記発振回路は周波数可変であり、前記監視用高周波信号として前記高周波回路の動作周波数域を掃引することを特徴とする付記１１記載の高周波回路の監視装置。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
（付記１６）　前記高周波回路の出力側において、前記高周波回路の出力信号を前記出力側結合回路により検出する高周波信号検出回路を更に設けることを特徴とする付記１５記載の高周波回路の監視方法。


【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
（付記１８）　前記入力側結合回路に前記監視用高周波信号を注入する発振回路を更に設けることを特徴とする付記１３記載の高周波回路の監視方法。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
（付記１９）　前記発振回路は周波数可変であり、前記監視用高周波信号として前記高周波回路の動作周波数域を掃引することを特徴とする付記１８記載の高周波回路の監視方法。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
（付記２０）　前記酸化物超伝導体は、希土類元素を含んだ酸化物超伝導体であることを特徴とする付記１４記載の高周波回路の監視方法。
（付記２１）　前記酸化物超伝導体は、銅を含んだ銅酸化物超伝導体であることを特徴とする付記１４記載の高周波回路の監視方法。


【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
（付記２２）　前記平面回路型伝送線路は、基板の材質として、酸化マグネシウム、酸化セリウムコートサファイア、チタン酸ストロンチウム、ランタンアルミネート、チタン酸マグネシウムの何れか１種類以上を用いることを特徴とする付記１４記載の高周波回路の監視方法。