(57)【要約】本発明は、一般的に極低温装置、より詳しくは、超伝導素子、熱透過の低いインタコネクト、および散逸電力の低い半導体デバイスをベースとする非常に小さなサイズの極低温装置に関する。
2004508732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
極低温電子部分と、非極低温電子部分と、前記極低温電子部分と前記非極低温電子部分とを接続するインタコネクトとを具備する極低温装置であって、前記インタコネクトは前記極低温電子部分と前記非極低温電子部分との間に熱遮断体を備えることを特徴とする極低温装置。
【請求項２】
前記インタコネクトは、熱伝導率が低い基板にマイクロストリップラインを備えることを特徴とする請求項１に記載の極低温装置。
【請求項３】
前記基板は、石英ガラスおよびエーロゲルの１つ以上を含むことを特徴とする請求項２に記載の極低温装置。
【請求項４】
前記極低温電子部分は、高温超伝導体フィルタ素子および極低温能動半導体回路の一方または両方を備えることを特徴とする請求項１に記載の極低温装置。
【請求項５】
前記極低温電子部分は、自己共振型スパイラル共振器をベースとする１つ以上のミニフィルタを備える高温超伝導体フィルタ素子を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の極低温装置。
【請求項６】
極低温装置であって、
（１）真空デュワアセンブリ内に収容された、入力エンドと出力エンドとを有する極低温電子部分と、
（２）前記真空デュワアセンブリを通して、前記極低温電子部分の前記入力エンドに接続されている極低温エンドに至る周囲エンドを有する、周囲から極低温への入力コネクタと、
（３）前記極低温電子部分の前記出力エンドに接続されている極低温エンドを有し、前記真空デュワアセンブリを通して周囲エンドに至る、極低温から周囲への出力コネクタと、
（４）前記極低温電子部分と密着するように前記真空デュワアセンブリに接続されている極低温源とを具備し、
（ｉ）前記極低温電子部分は、高温超伝導体フィルタ素子および極低温能動半導体回路の少なくとも１つを備え、
（ｉｉ）能動半導体回路であって、該能動半導体回路が存在する場合、約８５０ｍＷ未満の合計散逸電力を前記極低温電子部分に生成し、
（ｉｉｉ）前記極低温装置は、２０℃の周囲温度のとき、８０Ｋで約３Ｗ未満の最大クーラーリフトを有することを特徴とする、極低温装置。
【請求項７】
前記極低温電子部分は、入力エンドと出力エンドとを有する高温超伝導体フィルタ素子と、入力エンドと出力エンドとを有する能動半導体回路とを備え、
前記能動半導体回路の入力エンドは、前記高温超伝導体フィルタ素子を介して前記入力コネクタの前記極低温エンドに接続され、
前記フィルタ素子の前記入力エンドは前記入力コネクタの前記極低温エンドに接続され、
前記フィルタ素子の前記出力エンドは前記能動半導体回路の前記入力エンドに接続されることを特徴とする請求項６に記載の極低温装置。
【請求項８】
前記極低温電子部分は、増幅器、ミキサ、アナログデジタル変換器およびデジタルプロセッサの１つまたは組合せから選択される能動半導体回路を備えることを特徴とする請求項６に記載の極低温装置。
【請求項９】
前記能動半導体回路は極低温増幅器であることを特徴とする請求項８に記載の極低温装置。
【請求項１０】
前記極低温電子部分は、自己共振型スパイラル共振器をベースとする１つ以上のミニフィルタを備える高温超伝導体フィルタ素子を備えることを特徴とする請求項６に記載の極低温装置。
【請求項１１】
少なくとも１つの前記フィルタ素子の上方にありかつ前記極低温源と密着した超伝導プレートをさらに具備することを特徴とする請求項１０に記載の極低温装置。
【請求項１２】
前記周囲から極低温への入力コネクタ、および前記極低温から周囲への出力コネクタの一方または両方が熱遮断体であることを特徴とする、請求項６に記載の極低温装置。
【請求項１３】
前記極低温源は極低温冷却器であり、前記極低温冷却器および前記真空デュワアセンブリが、一体ユニットまたはアセンブリとして形成されることを特徴とする、請求項６に記載の極低温装置。
【請求項１４】
前記極低温電子部分は、自己共振型スパイラル共振器をベースとする１つ以上のミニフィルタを備える高温超伝導体フィルタ素子を備え、前記周囲から極低温への入力コネクタおよび前記極低温から周囲への出力コネクタの一方または両方が熱遮断体であり、前記極低温源は極低温冷却器であり、前記極低温冷却器および前記真空デュワアセンブリが、一体ユニットまたはアセンブリとして形成されることを特徴とする、請求項６に記載の極低温装置。
【請求項１５】
請求項６〜１４のいずれか１項に記載の極低温装置を具備することを特徴とする極低温受信機。
【請求項１６】
請求項１５に記載の低温受信機と、統合ユニットとして組み立てられたアンテナとを具備することを特徴とする統合アンテナアセンブリ。
【請求項１７】
前記高温超電導フィルタ素子を具備するとともに特定の温度で特定の動作周波数で動作するようにプログラミングされる極低温受信機を調整する方法であって、前記極低温受信機の動作周波数をシフトさせるために特定の動作温度を変更するステップを含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、一般的に極低温前端受信機、より詳しくは、超伝導素子、熱透過の低いインタコネクト、自己共振型フィルタおよび低い散逸電力特性をベースとする最小サイズの極低温前端受信機に関する。
【０００２】
（関連技術の説明）
１９８０年代後期まで、超伝導現象は、液体ヘリウムの範囲の温度で動作する必要性の故に、ごく僅かな実用的用途しか見いだせなかった。１９８０年代後期に、希土類源を含むセラミック酸化金属化合物がこの状況を劇的に変え始めた。このような材料の傑出した例は、ＹＢＣＯ（イットリウムバリウム酸化銅、ＷＯ８８／０５０２９およびＥＰ−Ａ−０２８１７５３参照）、ＴＢＣＣＯ（タリウムバリウムカルシウム酸化銅、米国特許第４９６２０８３号参照）、およびＴＰＳＣＣＯ（タリウム鉛ストロンチウムカルシウム酸化銅、米国特許第５０１７５５４号参照）を含む。上述の文献のすべては、本明細書にあたかも完全に記載されているようなすべての目的のために参考として組み込まれている。
【０００３】
ＨＴＳ（高温超伝導体）材料と呼ばれるこれらの化合物は、冷却剤としての液体窒素の使用を許容する程度に十分に高い温度で超伝導特性を示す。７７Ｋ（１９６℃／３２１°Ｆ）における液体窒素の冷却効率は液体ヘリウムの２０倍であり、コストが十分の一未満であるので、多様な潜在的用途が経済的有用性の見込みを獲得し始めた。例えば、ＨＴＳ材料は医療診断機器から粒子加速器の範囲の用途に使用されてきた。
【０００４】
現在、超伝導の急速に成長している用途の１つは、遠距離通信産業の天文学的成長および一般市民による民生用電子機器の使用の増大の故に、エレクトロニクスおよび関連のマイクロ波技術の領域にある。しかし、超伝導における最近の進歩にもかかわらず、サイズ、コストおよび電力要件は、この有望な技術の商業的利用を宇宙用計測装置および軍事用途のようなハイエンド用途のみに限定してきた。
【０００５】
多くの電子デバイス、特に通信分野における本質的な構成要素は、フィルタ素子である。ＨＴＳフィルタは、ＨＴＳ材料の無線周波数（ＲＦ）損失が著しく低いため、著しく低いインバンド挿入損失、高いオフバンド拒絶および急勾配の縁の点において大きな利点を有する。
【０００６】
しかし、ビルディングブロックとして従来のＨＴＳ共振器（例えばストリップライン共振器）を有する従来の伝送線路ＨＴＳフィルタは、共振器の少なくとも１つの寸法が約半波長（すなわちλ ／ ２）に等しいという面積要件の故に、大きな基板面積を必要とする。例えば米国特許第５６１６５３８号（本明細書にあたかも完全に記載されているようなすべての目的のために参考として組み込まれている）参照。このようにして、従来の低周波ＨＴＳフィルタ設計は多数の極を有し、またガリウム砒素（ＧａＡｓ）増幅器のような従来の半導体電子部品に結合されるので、ＨＴＳ材料をその臨界温度（Ｔｃ）以下に冷却するために必要とされる極低温冷却器は比較的大きく、周囲温度２０℃、８０Ｋで少なくとも６ワットの電力レベルを必要とする。
【０００７】
図１は、このような従来の極低温受信機の従来技術の斜視図である。統合パッケージ全体は複数の別個の素子から構成される。コネクタ１１０は、ＲＦフィルタおよび増幅器のような極低温電子部品１３０を収容するデュワアセンブリ１２０から構成される極低温電子セクションの中にまたそこから電力およびＲＦ信号を送るために使用される。デュワアセンブリ１２０は、その中の分子による極低温電子部品への対流熱負荷を低減するために必要な真空キャビティである。極低温源、本例では冷却器１４０は、極低温電子セクションの冷却を行う。筺体１５０は、前述の素子ならびに冷却器用の制御機能および他の誤差または不具合の検出と警報を行う回路基板１６０と、回路基板１６０を冷却するためのファン１７０とを収容する外部パッケージである。
【０００８】
図１に示したように、従来のユニットのサイズは、典型的に、少なくとも約１５インチの幅、２０インチの長さ、１０インチの深さ（約３８．１×５０．８×２５．４ｃｍ）のオーダである。これらの従来ユニットの大きなサイズおよび重量の原因は、主に、極低温電子セクションの物理的サイズ、増幅器に必要な電力、および周囲状態からデュワアセンブリ１２０内への、ＲＦ移行部、通常はコネクタと同軸のケーブルからの追加的な対流熱の流れのために必要とされる冷却である。したがって、物理的サイズ、重量、およびユニットに供給される合計動作電力は、冷却器１４０およびデュワアセンブリ１２０によって左右される。従来のユニットでは、２０℃で動作する場合、１チャネル当たり必要な冷却リフトは約１Ｗであるので、冷却器１４０のみに必要な合計動作電力は＞１２５Ｗである。
【０００９】
従来のユニットの例は、Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　Ｉｎｃ．（Ｓａｎｔａ　Ｂａｒｂａｒａ，ＣＡ）から入手可能なＳｕｐｅｒｆｉｌｔｅｒ（登録商標）Ｓｙｓｔｅｍｓ（ｗｗｗ．ｓｕｐｔｅｃｈ．ｃｏｍ　ｆｏｒ　ｍｏｒｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ参照）、およびＣｏｎｄｕｃｔｕｓ　Ｉｎｃ．（Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，ＣＡ　ＵＳＡ）から入手可能なＣｌｅａｒＳｉｔｅ（登録商標）ｓｙｓｔｅｍｓ（ｗｗｗ．ｃｏｎｄｕｃｔｕｓ．ｃｏｍ　ｆｏｒ　ｍｏｒｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ参照）である。
【００１０】
これらの従来のユニットの大きなサイズおよび重量は、この技術の応用を実質的に制限する。このような１つの応用は、米国特許第６１０４９３４号（本明細書にあたかも完全に記載されているようなすべての目的のために参考として組み込まれている）に開示されているような、受信機前端がセルラまたは同様の基地局のアンテナに装着されるタワートップ用途である。開示されている受信機のサイズおよび冷却要件は、アンテナに隣接したどこかに冷却ユニットを配置することを必要とし、電子回路と共に統合ユニット内に結合することが不可能である。
【００１１】
小型化のために、必要とされる最大のリアルエステートを有する構成要素は、冷却器１４０、極低温電子部品１３０およびデュワアセンブリ１２０である。
【００１２】
極低温電子前端受信機のリアルエステート要件を低減する一つの方法は、従来のＨＴＳフィルタをベースとする集中素子アーキテクチャを採用することである。これらのフィルタは、幾分よりコンパクトな物理的サイズで５Ｇｈｚ未満の周波数で動作させることができるが、これらの従来の集中素子のＨＴＳフィルタのフィルタ性能は、相互変調積および挿入損失によって一般的に制限される。
【００１３】
ＨＴＳフィルタを収容する装置の使用は他の設計上の問題をもたらす。例えば、装置の極低温部分（通常、真空下のＨＴＳフィルタを収容するデュワ）を他の電子部品に接続するために典型的に利用されるインタコネクトは、長い同軸ケーブルである。これらの長いケーブルは、それらの長さのため熱透過が低く、このことは、構成要素を低温に保つことが重要である極低温システムに著しく望ましい。しかし、これらの長いケーブルラインはＲＦ損失も有するので、ＲＦ性能の劣化（すなわち信号対雑音比の増加）の一因となる。さらに問題に取り組むために、長いケーブルにより装置の極低温部分のデュワの体積を大きくすることも必要となり、このことは、ユニットの寿命にわたって必要となる真空の増大を維持できる設計を必要とし、この達成はより困難である。
【００１４】
ＨＴＳ材料から構成されるフィルタ素子のサイズを低減する必要性が長い間認識され、また当業者により多くの試みがなされてきた。あたかも完全に記載されているようなすべての目的のために本明細書に参考として組み込まれている米国特許第６１０８５６９号は、ＨＴＳ材料フィルタのサイズを低減するために自己共振型スパイラル共振器の使用を開示しており、同時にクロストークおよび接続の問題を解決する。最近の大きな技術的進歩によって提供されている小型化の大きな可能性にもかかわらず、真空劣化、高い熱透過、および散逸電力の高いデバイスの問題のため性能は最適に達せず、冷却コストの増加をもたらした。
【００１５】
さらに、従来の極低温前端受信機は、ユニットの重要な機能を含むフィルタを手で調整するために相当な時間を必要とする。従来のフィルタ構造の共振フィルタの各々はロックステップして変化しないので、フィルタの各々の極を個別に調整しなければならず、また各極の調整はフィルタアレイの他のすべての極に影響を及ぼす。調整プロセスは、実行するのに典型的に数日かかることがある。
【００１６】
さらに、従来の極低温前端受信機はまた、製造工程中に装置壁部に付着するモジュールのガス抜きの問題も蒙る。典型的に、この問題は、長時間にわたってゆっくりと装置を簡単に加熱して、残留酸素、窒素、二酸化炭素、アルゴン、水蒸気のようなガスをガス抜きすることによって克服される。プロセスが完了するのに通常数日かかるが、この理由は、装置壁部を短時間にガス抜きするために必要な温度が、極低温ユニットの部分を備えるコンプレッサモータを損傷すると思われるからである。
【００１７】
従来技術は、受信機および／または送信機に隣接またはそれらと統合して使用できる縮小サイズの極低温前端受信機を欠いている。
【００１８】
従来技術はまた、デュワをさらに断熱するためにデュワと熱透過が著しく低い極低温冷却器との間に相互接続体を有する極低温前端受信機を欠いている。
【００１９】
さらに、従来技術は、熱遮断材料とＲＦ損失を低減しかつＲＦ性能の劣化を改善するために自己調整に短縮した長さとを採用する相互接続体を有する極低温前端受信機を欠いている。
【００２０】
さらに、従来技術は、電力消費能力が低減された極低温前端受信機を欠いている。
【００２１】
従来技術は、ＨＴＳ材料から製造されまた周波数５Ｇｈｚ未満で共振する縮小基板サイズの共振フィルタを使用する極低温前端受信機を欠いている。
【００２２】
従来技術は、デュワアセンブリの差熱を利用する真空デュワをガス抜きするための方法を欠いている。
【００２３】
従来技術は、前端受信機の内部動作温度を変更することによって調整できる極低温前端受信機を欠いている。
【００２４】
（発明の概要）
本発明は、上記の状況に鑑み製造され、一態様として極低温前端受信機を有する。
【００２５】
本発明のさらなる態様は、極低温電子部分と熱遮断セクションとをさらに含む非極低温電子部分を含む極低温装置と特徴づけることができる。
【００２６】
これらのおよび他の利点を達成するために、また本発明の目的によれば、具現化しかつ広範囲に記述したように、一態様によれば、本発明は、入力信号インタフェースと出力信号インタフェースとを含む極低温電子ユニットを含む極低温前端ユニットと特徴づけることができる。極低温冷却器は極低温電子ユニットと熱連通する。極低温ユニットは、入力信号インタフェースに接続される入力信号インタコネクトと、出力信号インタフェースに接続される出力信号インタコネクトとをさらに含む。
【００２７】
本発明の他の態様は、極低温電子部分と、非極低温電子部分と、極低温電子部分と非極低温電子部分とを接続するインタコネクトとを含み、インタコネクトが極低温電子部分と非極低温電子部分との間に熱遮断体を備える、極低温装置と特徴づけることができる。
【００２８】
本発明のさらなる態様は、真空デュワアセンブリ内に収容された極低温電子部分を含む極低温装置であって、極低温電子部分は、入力エンドと出力エンドと、真空デュワアセンブリを通して極低温電子部分の入力エンドに接続されている極低温エンドに至る周囲エンドを有する周囲から極低温への入力コネクタとを有する、極低温装置と特徴づけることができる。極低温電子部分の出力エンドに接続された極低温エンドを有する極低温から周囲への出力コネクタは、真空デュワアセンブリを通して周囲エンドに至る。極低温源は、入力エンドと出力エンドとを有する極低温電子部分と密着するように真空デュワアセンブリに接続される。極低温電子部分は、高温超伝導体フィルタ素子および極低温能動半導体回路（例えば低雑音増幅器）の少なくとも１つを備える。極低温電子部分の入力エンドは入力コネクタの極低温エンドに接続され、極低温電子部分の出力エンドは出力コネクタの極低温エンドに接続される。能動半導体回路が使用される場合、当該能動半導体回路は、約８５０ｍＷ未満の合計散逸電力を極低温電子部分に生成すべきである。極低温装置は、２０℃の周囲温度、８０Ｋで約３Ｗ未満の最大クーラーリフトを有する。
【００２９】
言い換えれば、本発明のこの態様は、
（１）真空デュワアセンブリ内に収容された、入力エンドと出力エンドとを有する極低温電子部分と、
（２）真空デュワアセンブリを通して、極低温電子部分の入力エンドに接続された極低温エンドに至る周囲エンドを有する周囲から極低温への入力コネクタと、
（３）真空デュワアセンブリを通して周囲エンドに至る、極低温電子部分の出力エンドに接続された極低温エンドを有する極低温から周囲への出力コネクタと、
（４）極低温電子部分と密着するように真空デュワアセンブリに接続された極低温源とを具備し、
（ｉ）極低温電子部分は、高温超伝導体フィルタ素子および極低温能動半導体回路の少なくとも１つを備え、
（ｉｉ）能動半導体回路であって、該能動半導体回路が存在する場合、約８５０ｍＷ未満の合計散逸電力を極低温電子部分に生成し、
（ｉｉｉ）極低温装置が、２０℃の周囲温度のとき、８０Ｋで約３Ｗ未満の最大クーラーリフトを有する、極低温装置に関する。
【００３０】
本発明の他の態様は、上述の極低温装置の極低温電子部分が、入力エンドと出力エンドとを有する高温超伝導体フィルタ素子と、入力エンドと出力エンドとを有する能動半導体回路とを備え、能動半導体回路の入力エンドが高温超伝導体フィルタ素子を介して入力コネクタの極低温エンドに接続される、極低温受信機と特徴づけることができる。フィルタ素子の入力エンドは入力コネクタの極低温エンドに接続され、またフィルタ素子の出力エンドは能動半導体回路の入力エンドに接続される。
【００３１】
言い換えれば、本発明の他の態様は、上述の極低温装置の極低温電子部分が、入力エンドと出力エンドとを有する高温超伝導体フィルタ素子と、入力エンドと出力エンドとを有する能動半導体回路とを備え、
能動半導体回路の入力エンドは、高温超伝導体フィルタ素子を介して入力コネクタの極低温エンドに接続され、
フィルタ素子の入力エンドは入力コネクタの極低温エンドに接続され、
フィルタ素子の出力エンドは能動半導体回路の入力エンドに接続される、極低温受信機に関する。
【００３２】
本発明のなおさらなる態様はまた、入力エンドと出力エンドとを有する、真空デュワアセンブリ内に収容された極低温電子部分を含む極低温受信機と特徴づけることができる。周囲エンドを有する周囲から極低温への入力コネクタは、真空デュワアセンブリを通して極低温電子部分の入力エンドに接続された極低温エンドに通過し、また極低温電子部分の出力エンドに接続された極低温エンドを有する極低温から周囲への出力コネクタは、真空デュワアセンブリを通して周囲エンドに至る。極低温受信機は、極低温電子部分と密着するように真空デュワアセンブリに接続された極低温源をさらに備える。さらに、極低温電子部分は、入力エンドと出力エンドとを有する高温超伝導体フィルタ素子と、入力エンドと出力エンドとを有する能動半導体回路とを備える。フィルタ素子の入力エンドは入力コネクタの極低温エンドに接続され、前記フィルタ素子の出力エンドは能動半導体回路の入力エンドに接続される。能動半導体回路の入力エンドは出力コネクタの極低温エンドに接続され、能動半導体回路は、約８５０ｍＷ未満の合計散逸電力を極低温電子部分に生成する。極低温受信機は、２０℃の周囲温度、８０Ｋで約３Ｗ未満の最大クーラーリフトを有する。
【００３３】
言い換えれば、本発明のなおさらなるこの態様はまた、
（１）真空デュワアセンブリ内に収容された、入力エンドと出力エンドとを有する極低温電子部分と、
（２）真空デュワアセンブリを通して極低温電子部分の入力エンドに接続された極低温エンドに至る周囲エンドを有する周囲から極低温への入力コネクタと、
（３）真空デュワアセンブリを通して周囲エンドに至る、極低温電子部分の出力エンドに接続された極低温エンドを有する極低温から周囲への出力コネクタと、
（４）極低温電子部分と密着するように真空デュワアセンブリに接続された極低温源とを具備し、
（ｉ）極低温電子部分が、
（ａ）入力エンドと出力エンドとを有する高温超伝導体フィルタ素子と、
（ｂ）入力エンドと出力エンドとを有する能動半導体回路とを具備し、
（ｉｉ）フィルタ素子の入力エンドは入力コネクタの極低温エンドに接続され、
（ｉｉｉ）フィルタ素子の出力エンドは能動半導体回路の入力エンドに接続され、
（ｉｖ）能動半導体回路の出力エンドは出力コネクタの極低温エンドに接続され、
（ｖ）能動半導体回路は約８５０ｍＷ未満の合計散逸電力を極低温電子部分に生成し、
（ｖｉ）極低温装置は、２０℃の周囲温度のとき、８０Ｋで約３Ｗ未満の最大クーラーリフトを有する、極低温受信機に関する。
【００３４】
読者は、１つの「構成要素」が他の「構成要素」に接続される場合、順序のみが意味され、したがって、他の構成要素を中間に接続し得ることに留意すべきである。例えば、入力コネクタ−フィルタ素子−能動半導体−出力コネクタは、他の構成要素によって遮断できる順序である。真空デュワアセンブリ内の構成要素の数を最小限に維持すること（例えば、冷却の要求を低減すること）は、一般的に受け入れられた実務であり、したがって、以下にさらに詳細に説明するように、入力コネクタからフィルタ素子への、フィルタ素子から能動半導体デバイスへの、また能動半導体デバイスから出力コネクタへの直接接続を有することが望ましい。
【００３５】
ＨＴＳフィルタ（特に自己共振型スパイラル共振器をベースとするフィルタ）、低い散逸電力の半導体デバイス（必要な極低温状態下で有効に動作する）および上述のようなインタコネクトの組合せによって、２０℃の周囲温度で極低温電子セクションを８０Ｋに冷却するために、約３ワット未満、より好ましくは約２ワット未満、なおより好ましくは約１ワット以下の電力を必要とするより小さな極低温冷却器によって、はるかに小さな極低温装置（例えば、低雑音受信機）を構成かつ冷却することができる。言い換えれば、本発明は、最小の寸法および冷却コストで最適な性能を提供する小型極低温装置を提供する。
【００３６】
本発明によって可能となる小型化の追加の利点は、動作ユニットの熱収支の大きな低減であり、これは、極低温冷却器の効率の向上、システムの動作寿命と信頼性の向上、およびエネルギ消費と運転コストの低減と直接的な相関関係を有する。
【００３７】
本発明はまた、特定の温度で特定の動作周波数で動作するようにプログラミングされた、高温超電導フィルタ素子を具備する極低温受信機を調整する方法であって、特定の動作温度を変更して極低温受信機の動作周波数をシフトさせるステップを含む方法を提供する。
【００３８】
本発明の上記および他の特徴と利点は、次の詳細な説明から当業者によってより容易に理解されるであろう。前述の一般的な説明と次の詳細な説明の両方が模範的かつ説明目的にすぎず、また請求されるような本発明を限定するものでないことを理解すべきである。例えば、分かりやすくするために別個の実施態様に関連して以下に説明する本発明のある特徴は、単一の実施態様で組み合わせても提供し得ることが認識される。逆に、簡潔さのために単一の実施態様に関連して説明する本発明の種々の特徴は、個別にまたは任意の下位の組合せでも提供し得る。
【００３９】
本明細書に組み込まれかつその一部を構成する添付図は、本発明の複数の実施態様を例示し、記述と共に本発明の原理を説明するために使用される。
【００４０】
（好適な実施態様の詳細な説明）
次に、本発明の実施態様について詳細に参照し、またそれらの実施例を添付図に示す。可能な場合、同一の参照番号は、図面全体にわたって同一または同様の部分（要素）を指すために使用される。
【００４１】
本発明は、上述のような従来技術の短所を克服し、また受信機サイズ、電力要件、断熱、受信機と送信機との統合、およびＲＦ損失低減のために短縮した長さの相互接続の領域において、従来技術に対し技術的な利点を提供する。
【００４２】
本明細書に使用されているような「周囲」という用語は、周囲の環境、すなわちデュワアセンブリの外部に存在する状態を指すことに留意されたい。例えば、周囲は、通常の部屋の状態、暖かい日および／または装置の操作による生成熱の結果として存在する高温状態、あるいは外部空間に存在する低温状態を指すことがある。このことは、デュワアセンブリ内の状態を指す、すなわち極低温電子部分の最適動作のための所望の低温を維持するために意図的に冷却される（極低温源により）「極低温」と反対である。
【００４３】
関連技術の現在の状態の本発明による改良が、図２と図３に示されている。説明目的のために、極低温電子部分が、能動半導体回路２１０に接続されまた真空デュワアセンブリ２１５内に収容されたＨＴＳフィルタ素子２０５の組合せである極低温受信機が示されている。真空デュワアセンブリ２１５は、本体２２０と、基部として、極低温電子部分と極低温源の両方に密着または密接した低温板２２５とを備える。本実施態様では、極低温源は小型極低温冷却器２３０である。真空デュワアセンブリ２１５は、ハウジングまたは筺体を備える自立ユニットである。図５に示したように、デュワ２１５は蓋５２０を含む。一般的に言えば、真空デュワアセンブリ２１５および極低温冷却器２３０は互いに密接している。代替的実施態様では、デュワ２１５と極低温冷却器２３０は互いに密接しているか、あるいは図２に示したような統合ユニットまたはアセンブリ（互いに取り付けられる）として形成される。
【００４４】
真空デュワアセンブリ２１５は、例えば、極低温装置の冷却および電力要件をさらに低減するために、ＨＴＳフィルタ素子２０５を少なくとも覆う熱／赤外線熱シールド２３５も収容し得る。
【００４５】
他の実施態様では、極低温装置のサイズは、ＨＴＳフィルタ素子２０５に少なくとも対面しさらに低温板２２５に密着した熱／赤外線熱シールド２３５の下側に超伝導板（図示せず）を配置することによって、さらに低減できる。本実施態様の超伝導板の適用により、極低温装置素子の表面積の低減が支援され、このようにして装置の冷却および電力要件がさらに低減される。
【００４６】
超伝導板は、例えば、ＨＴＳフィルタ素子２０５に対面するディスクの少なくとも側面にＨＴＳ材料のフィルムを有するディスクを備えることができる。典型的に、ディスクはＨＴＳフィルタ素子２０５と物理的に接触していないが、デュワアセンブリの構造が許容する程度に、ＨＴＳフィルタ素子２０５に接触せずに近接し得る。低温板２２５と接触するがＨＴＳフィルタ素子２０５とは接触しないようにするために、ディスクは１つ以上のスペーサ脚部または縁部を収容することができる。一般的に、ディスクは、デュワアセンブリの構造が許容する程度に極低温電子部分の多くを覆う。
【００４７】
超伝導板は、例えば、本明細書にあたかも完全に記載されているようなすべての目的のために参考として組み込まれているＷＯ０１／４１２５１に開示されているような調整目的のためにも使用できる。
【００４８】
調整のために使用できる方法は、ユニットがプログラミングされる動作温度を修正することである。例えば、８０．０Ｋに対し７９．５Ｋで動作するユニットは、フィルタ設計に応じて、ＨＴＳフィルタ素子２０５の動作周波数に＜２００ＫＨｚのシフトを導入できる。この温度調整は、極低温冷却器２３０用の温度制御器の設定点温度を変更することによって行うことができる。この温度を調整する他の方法は、制御器内の温度測定シリコンダイオードまたはＲｅｓｉｓｔｉｖｅ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｄｅｖｉｃｅ（ＲＴＤ）の温度電圧曲線を修正すること、あるいはＲＴＤまたはシリコンダイオードと直列に追加抵抗を付加して、電圧曲線を固定することである。
【００４９】
代替的実施態様では、極低温ユニットの動作温度は、ユニットが狭帯域用途の緊急またはバックアップ目的のために第２の中心周波数で動作できるように変更し得る。例えば、２Ｍｈｚの帯域幅の１９５０Ｍｈｚの中心点周波数で動作するようにユニットが設計されるならば、動作範囲は１９４９〜１９５１Ｍｈｚであろう。動作温度を変更することによって、１９４８〜１９５０Ｍｈｚの範囲の帯域幅の１９４９Ｍｈｚの中心点周波数でユニットを動作させることができる。温度をより小さな増分で変更して、極低温ユニットを微調整することもでき、この場合、製造工程における変動の故に、ユニットはその意図する中心点周波数の中心から僅かにずれて動作している。
【００５０】
極低温電子部分は、図５Ａに示したように、それぞれ入力および出力コネクタ２４０と２４５を通して入力源および出力構成要素２６０と２６５に接続され、前記入力および出力コネクタは、真空デュワアセンブリ２１５内の極低温状態から真空デュワアセンブリ２１５の外側の周囲状態に移行する。
【００５１】
上に示したように、極低温電子部分が必要とする合計冷却電力は、極低温源として機能する極低温冷却器のサイズ、重量および合計動作電力に直接影響を及ぼす。必要な合計冷却電力が大きくなると、それだけ冷却器のサイズ、重量および合計動作電力が大きくなる。必要な合計冷却電力は、低温の表面の赤外線加熱、高温の表面から低温の表面へのガス分子からの伝導熱の流れ、真空デュワアセンブリ２１５内への能動半導体回路２１０による散逸電力、およびコネクタ２４０と２４５による伝導熱の漏洩を含むが、それらに限定されないいくつかのファクタの関数である。低温の表面の赤外線加熱は、低温の表面のサイズ、および低温の表面が周囲に対して保持される温度を変更することによって低減できる。フィルタサイズおよびパッケージングは、低温表面のサイズを左右する傾向を有する。
【００５２】
上述の特徴に加えて、図２と図２ａに示したように、本発明はいくつかの他の特徴を利用して、極低温電子部分を最適動作温度に維持するために必要なサイズおよび合計冷却電力を低減する。
【００５３】
図２と図２ａから理解できるように、コネクタ２４０と２４５は、従来技術の図１に示したような別個のモジュール１１０と対照的に真空デュワアセンブリ２１５に統合される。コネクタ２４０と２４５は、それぞれ入力および出力密閉コネクタ２６０と２６５に接続されるジャンパ２５０と２５５を備える。密閉コネクタ２６０と２６５は真空デュワアセンブリ２１５からの電気的遷移を行い、例えば「Ｏ」リング、はんだ付けシールおよび／またはガラス対金属の直接シールを利用して、真空デュワアセンブリ２１５内の真空シールを維持する。ガラス対金属の直接シールは、一般的にサスペンションシールを提供する。デュワアセンブリの外側の密閉コネクタ２６０と２６５の部分は、例えば、必要とする接続の型式に応じて、光ファイバ（光ファイバ接続を使用するには、ＲＦ信号から符号化光信号への変換が必要であろう）ツイストペア等のような同軸または他の周知のコネクタの形態であり得る。
【００５４】
ジャンパ２５０と２５５は、極低温構成要素との接続部における極低温から、密閉コネクタ２６０と２６５との接続部における周囲温度に移行する。ジャンパ２５０と２５５は、最終用途、例えばより低い周波数信号用のマイクロストリップ伝送線路またはより高い周波数信号用の導波管に応じて、従来の構造であり得る。代替的実施態様では、インタコネクト（すなわちジャンパ２５０と２５５）は熱遮断材料の上に形成され、周囲からの熱ゲインを低減する。例えば、ジャンパ２５０と２５５は、アルミナ、ガラス（石英ガラス、水晶、ＭＡＣＯＲ等）、ファイバグラスエポキシ樹脂、またはその厚さが＞０．００２インチ（＞０．０５１ｍｍ）であるエーロゲルのような基板上にマイクロストリップ伝送線路として形成できる。本発明に利用される基板は、石英ガラス（約１．５Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率（Ｋ））またはシリカベースのエーロゲル（約０．０２Ｗ／ｍ−Ｋ（３００Ｋ、１気圧）〜０．００４Ｗ／ｍ−Ｋ（３００Ｋ、真空）のＫ値）のような、有効な熱遮断体として機能する非常に低い熱伝導性の材料から構成される。代替的実施態様では、熱伝導率のより高い基板は、ある種類の熱遮断材料も含むことが考えられる。当業者は、本発明の教示から逸脱せずに多くの熱遮断体が使用可能であることを理解するであろう。
【００５５】
インタコネクトが挿入熱遮断体を含む本実施態様の実施例が図３に示されている。基板材料３２０は、マイクロストリップラインの伝導性ストリップのより低温のエンド３１０とより高温のエンド３４０との間に、低い熱伝導率の材料（例えばエーロゲル）の挿入部３３０を収容する。同様の関連で、導波管キャビティは、少なくとも内面で金属化されるエーロゲルのような低い熱伝導性の材料から構成できるか、あるいは熱遮断体が挿入された金属のような標準材料から構成できる。挿入熱遮断材料の実施態様が図４に示されており、基板材料４１０は、導波管キャビティのより低温のエンド４４０とより高温のエンド４５０との間の少なくとも内面４３０で金属化された低い熱伝導性の材料（エーロゲルのような）の挿入部４２０を収容する。
【００５６】
熱遮断体は周囲からの熱伝導率をさらに低減するが、低い熱伝導率の材料を最初に利用して、極低温電子部分の伝導熱ゲインを可能な限り回避すべきであることに留意されたい。低い熱伝導率の材料の組合せ、同様に構造内の熱遮断体の適用は、両方を最善に提供するが、サイズの増大という犠牲が伴い、したがってすべての用途に実用的でないかもしれない。伝導熱の流れは伝導性材料の長さと反比例するので、ジャンパ２５０と２５５（図５Ｄ参照）を長くすることができるが、このことは、信号損失の増加および真空デュワアセンブリのサイズの増大をもたらす可能性がある。しかし、ＲＦ損失と熱ゲイン低下との相殺関係は、ジャンパ２５０と２５５の構造の材料および寸法に基づき当業者により最適化されることができる。
【００５７】
次に、図５Ａ〜図５Ｅを参照して、極低温受信機の詳細な説明を行う。
【００５８】
図５Ａは、本発明の密閉シールされた極低温受信機の傾斜正面斜視図を示しており、図５Ｂは図５Ａの傾斜正面拡大斜視図を示している。極低温受信機の組立は、それぞれ図５Ａ〜図５Ｅを参照してなされる。
【００５９】
真空デュワアセンブリ２１５の蓋５２０は、溶接、はんだ付けまたは機械的接続によってデュワ本体２２０に取り付けることができる。図５Ｂに示したように、ねじ５２２は蓋５２０内の孔を通して挿入され、ねじ孔５２３を介して本体２２０に係合する。蓋５２０がねじ５２２を介して本体５２０に係合されるとき、「Ｏリング」シール５３０は溝２２２に配置されてシールを形成する。
【００６０】
Ｏリングシール５３０は、真空状態の維持に必要なゴム、合成材料または金属から製造できるが、それらに限定されない。代替的実施態様では、蓋５２０の取付けは、はんだ付けおよび典型的に金属製のＯリングシール５３０によって達成される。
【００６１】
いくつかの構成要素が感熱性であり、これによって従来の溶接またははんだ付け技術を利用することが困難な本発明のさらなる実施態様では、「冷間」溶接技術を利用でき、この場合、可鍛性金属のＯリング（インジウムから成るＯリング）は蓋５２０とデュワ本体２２０との間に配置され、またシールは、蓋５２０に圧力を加えてＯリング５３０を溝２２内に圧縮することによって調整される。
【００６２】
真空チューブ２６６を介してハウジング／本体２２０が真空にされた場合に後に残される不純物を吸収するゲッタ５２５は、ボルト５２７を有するファスナ５２６によって位置保持される。本実施態様では、図示したように４つのゲッタ５２５があるが、ゲッタが、極低温ユニットの寿命にわたって負担となる予想される不純物を吸収する程度に十分な能力を有する限り、任意の数でよい。低温板２２５は本体２２０内に収容され、本体はその内部に形成された内部キャビティ領域５５５を有する。低温板２２５とユニットの本体２２０とを整列するために、整列工具５１０が利用される。低温板２２５がキャビティ５５５内に適切に固定されると、工具５１０は取り除かれる。フィルタ２０５および増幅器２１０は低温板２２５にまたは低温板２２５に密接して配置される。ＲＦシールド２３５は低温板２２５と連通して配置されて、フィルタ２０５と増幅器２１０とを遮蔽する。低温板２２５とフィルタ２０５と増幅器２１０（すなわち前端受信機）とをキャビティ５５５内のそれらのそれぞれの位置に保持するために、ブラケット５３５、５３９、５４１が利用される。キャビティ５５５の内部の極低温および非極低温のすべての表面は、例えば金、プラチナ、銀または同様の種類の金属（すなわち、環境に対し反応の小さい著しく伝導性の金属）のような高反射性材料でめっきされることが好ましい。ジャンパ２５０と２５５はフィルタ２０５と増幅器２１０とに連通している。
【００６３】
様々な入力および出力はポート２６０（Ｒｆｉｎ）、２６５（Ｒｆｏｕｔ）および２７０（ＤＣｉｎ）を介して受信機にアクセス可能にされる。ユニット内部の温度表示はポート５６４を介して行われる。
【００６４】
低温の指部５７２はキャビティ５５５の中央開口部５５４を通して延在し、低温板２２５と熱連通する。低温の指部５７２はデュワアセンブリ２１５の頂部２８０（すなわちヒートシンク領域）から延在する。底板５６５がボルトまたはねじによって、デュワの頂部２８０に形成されたボルトまたはねじ孔２９０に固定されると、Ｏリング５７０は領域２８２とのシールを形成する。
【００６５】
いくつかの熱収支ファクタを考慮に入れる例として、ＨＴＳフィルタ素子を＜４０ｃｍ２のサイズに、能動半導体回路を＜３５０ｍＷの散逸電力に、ジャンパ（長さ５ｃｍ、厚さ０．００５インチ（０．１２７ｍｍ）、および幅５ｍｍの石英ガラス基板上のマイクロストリップ伝送線路）によって生成される熱漏洩を＜１００ｍＷに維持することによって、１チャネル当たり必要な冷却容量を周囲温度２０℃、８０Ｋで＜６００ｍＷに低減できる。
【００６６】
以前に示したように、ジャンパ２５０と２５５は、石英ガラスまたはシリカエーロゲル基板に形成されたマイクロストリップ伝送線路であることが好ましく、前記ジャンパは熱伝導が非常に低い基板であり、またガス抜き材料による熱伝導の故に時間の経過と共に真空を劣化させかつ冷却器に対する熱負荷を増大させる可能性のあるガス抜き材料が基板にないため、長期にわたる真空環境に有効に使用できる。さらに、エーロゲル基板の追加の利点は、材料が本質的に大きな表面積のシリカ材料であることである。シリカ表面は水蒸気を吸収する傾向を有するので、真空の品質を改善する。石英ガラスまたはシリカエーロゲルのようなシリカ材料は、最適な電気的および熱的なインタフェースであり、またデュワ内の必要な真空の維持を補助する「ゲッタ」として機能し、したがって真空の信頼性を改善する。
【００６７】
代替的実施態様では、ジャンパ２５０と２５５は、典型的に長さ５ｃｍ、幅２．５〜５ｍｍおよび厚さ０．００５インチ（０．１２７ｍｍ）の石英ガラス基板の一方の側面に蒸着されるマイクロストリップ伝送線路（例えば、厚さ１．５μｍの金線）を備え、基板の他方の側面はその上に接地層（例えば、金のような伝導性金属）を有する。
【００６８】
完全に伝導性金属から製造される従来の導波管キャビティは、約２Ｇｈｚ未満の周波数範囲の用途の極低温電子部分に過大な熱漏洩を発生する傾向を有する。したがって、低い熱伝導率の金属被覆基板（例えばエーロゲル）から導波管キャビティを製造するか、少なくとも、金属被覆エーロゲル材料の「熱遮断体」を導波管キャビティ構造体に挿入して、伝導性の熱伝達を低減することが推奨される（導波管が適用可能な場合）。
【００６９】
ＨＴＳフィルタ素子は、真空デュワアセンブリの構造によって課されるサイズ制限に対応できる１つ以上のミニフィルタであり得る。好ましいミニフィルタは、以前に組み込まれた米国特許第６１０８５６９号に開示されており、また長方形、丸い角を有する長方形、多角形、ヘアピン、楕円形および円形を含むがそれらに限定されない様々な形状の自己共振型スパイラル共振器をベースとする。自己共振型スパイラル共振器のサイズは、隣接ラインの間のギャップ幅を低減しまたスパイラル共振器内の中心開口領域を低減することによって低減される。自己共振型スパイラル共振器の共振周波数（ｆ）は、渦巻線の長さ（λ）を変更し（この場合ｆ ≒ λ ／ ２）、隣接渦巻線の間のギャップ幅を変更することによって、また伝導性の調整パッドをスパイラルの中心に配置することによって変更できる。最後の方法は周波数の微調整として利用できる。周波数の調整はまた、上述のように、フィルタ素子の上方に配置されるＨＴＳ板を使用し、また動作温度を変更することによって達成できる。
【００７０】
ＨＴＳフィルタ素子の設計は、例えば、フィルタ素子の目的（例えば帯域通過または帯域拒否）、動作周波数、感度のようないくつかのファクタ、および当業者が認識し得る他のファクタにさらに左右される。これらのファクタに基づき、当業者は、以前に組み込まれた米国特許第６１０８５６９号に提供されているガイダンスおよび商業的に入手可能なソフトウェアパッケージ（例えばＳｏｎｎｅｔ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ，Ｉｎｃ．から入手可能なＳｏｎｎｅｔ　ＥＭ　Ｓｕｉｔｅ）のような標準設計の工具を用いて、適切なフィルタ素子を設計できる。
【００７１】
様々な実施態様では、ＨＴＳフィルタ素子（および超伝導材料を含む他の構成要素）の超伝導材料は、約７７Ｋよりも高い転移温度Ｔｃを有する。さらに、ＨＴＳフィルタ素子用の基板は、それらの上に蒸着されたＨＴＳフィルムに適合される誘電体材料格子を有するべきであり、その損失正接は約０．０００１未満である。好ましい特定の材料は次のものを含むが、それらに限定されない。
ＨＴＳ材料、すなわちＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７、Ｔｌ２Ｂａ２ＣａＣｕ２Ｏ８、ＴｌＢａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ９、（ＴｌＰｂ）Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ７および（ＴｌＰｂ）Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ９の１つ以上、
基板材料、すなわちＬａＡｌＯ３、ＭｇＯ、ＬｉＮｂＯ３、サファイヤおよび水晶の１つ以上。
【００７２】
基板およびＨＴＳ材料に加えて、適切ならば、米国特許第５５０８２５５号および米国特許第５２６２３９４号に（例えば）開示されているような様々なバッファおよび配向層を利用でき、それらの両方は、あたかも完全に記載されているようなすべての目的のために本明細書に組み込まれている。
【００７３】
スパイラル共振器ベースのミニフィルタの入力および出力結合部は、一般に受け入れられている２つの構造を有する。１つは、一方のエンドがラインの頂部の通常の金属接触パッドを介してミニフィルタのコネクタに接続される伝送線路を備える平行ライン構造であり、そのラインの他方のエンドは、最初の共振器（入力回路用）または最後の共振器（出力回路用）の渦巻線に近接かつそれと平行に整列して延在して、フィルタ用の入力または出力結合を行う。他の構造は、一方のエンドがラインの頂部の通常の金属接触パッドを介してミニフィルタのコネクタに接続される伝送線路を備える挿入ライン構造であり、そのラインの他方のエンドは、最初の共振器（入力回路用）または最後の共振器（入力回路用）の分割渦巻線に挿入されるように延在して、フィルタ用の入力または出力結合を行う。さらなる詳細は、以前に組み込まれた米国特許第６１０８５６９号を参照して確認できる。
【００７４】
ミニフィルタの隣接したスパイラル共振器の間の共振器の相互結合は、隣接共振器の縁部における電磁界のオーバーラップによって行われる。結合の強さは、隣接したスパイラル共振器の間の長手方向の距離を変更し、スパイラル共振器の配向を変更し、また横断方向に沿ってスパイラル共振器の位置をシフトすることによって調整できる。結合の強さの微調整のために最後の方法を利用できる。再び、さらなる詳細は、以前に組み込まれた米国特許第６１０８５６９号を参照して確認できる。
【００７５】
ミニフィルタは、ミニフィルタ基板の「裏」側の金属化接地面を介して真空デュワアセンブリ２１５の低温板２２５に密着していることが好ましく、ミニフィルタのさらなる詳細は、以前に組み込まれた米国特許第６１０８５６９号を参照して理解できる。ミニフィルタおよび能動半導体回路は、例えば、金属化接地面と低温板２２５との間に伝導性のエポキシ樹脂またははんだを使用することによって、あるいは金属化接地面を低温板２２５に抵抗溶接することによって、あるいは単にねじのような機械的手段によって低温板２２５に取り付けることができる。
【００７６】
能動半導体回路２１０は、はんだ付け、ワイヤボンディングまたは並列ギャップ溶接のような任意の従来の手段によってフィルタ素子２０５に接続し得るが、はんだによって取り付けられる短い金属ワイヤ、熱圧縮接合または抵抗溶接によって、能動半導体回路２１０の接触パッド（図示せず）からフィルタ素子２０５の接触パッド（図示せず）に典型的に接続される。
【００７７】
能動半導体回路２１０は、例えば増幅器、ミキサ、アナログデジタル変換器およびデジタルプロセッサの１つまたはそれらの組合せであり得る。典型的に受信機では、能動半導体回路２１０は、ＩｎＰまたはＧａＡｓ　ＨＥＭＴ、ＨＢＴ、ｐＨＥＭＴ、ｎＨＥＭＴ、ＩＩＩ−Ｖヘテロ構造またはモノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）増幅器のような、しかしそれらに限定されない増幅器を備える。このような増幅器は関連技術でよく知られている。ＩｎＰまたはＧａＡｓ　ｐＨＥＭＴまたはｎＨＥＭＴ増幅器が典型的に好ましい。商業的に入手可能な例は、例えばＭｉｔｅｑ　Ｉｎｃ．（Ｈａｕｐｐａｕｇｅ，ＮＹ　ＵＳＡ，Ｍｏｄｅｌ　Ｎｏ．ＳＡＦＳ１−０１５００２００−０８−ＣＲ−Ｓ）およびＭｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｃ．（Ｆｒｅｍｏｎｔ，ＣＡ　ＵＳＡ，Ｍｏｄｅｌ　Ｎｏ．ＳＧ０−７４４６，Ｐａｒｔ　Ｎｏ．０１−５０−６６０）のようないくつかの入手源から入手可能である。
【００７８】
極低温装置の極低温源は極低温電子部品の冷却を行う。極低温源は、装置が外部空間に配置されるならば、周囲外部空間の状態であり得るが、典型的に、極低温源は適切なサイズおよび電力要件の小型極低温冷却器ユニット２３０である。典型的に、このような小型極低温冷却器は、米国特許第４３９７１５５号、ＥＰ−Ａ−００２８１４４、ＷＯ９０／１２９６１およびＷＯ９０／１３７１０（それらのすべては、本明細書にあたかも完全に記載されているように参考として組み込まれている）に記述されているようなスターリングサイクル機械である。
【００７９】
上述の極低温装置は、いくつかの分野、特に帯域通過および帯域拒否フィルタ用途の無線通信分野に利用できる。このような１つの分野は、地上ベースおよびタワートップ用途における無線通信基地局の受信機前端にある。このような用途の全般的な詳細は、以前に組み込まれた引例に確認できる。このような用途では、本発明の極低温前端受信機は、直接的または間接的に基地局の他の構成要素にさらに電気的に接続できる単一筺体内の極低温電子ユニットおよび制御回路を備えるという点で、ある一般的な観点において従来のユニット（例えば図１に図示）と同様の統合パッケージであり得る。しかし、本明細書に記述した極低温電子ユニットの創意に富んだ特徴のため、本発明による前端受信機のサイズ、重量および電力要件は、このような従来のユニットと比較して等しいかあるいは優れてさえもいる性能を維持しつつ、相当、ある場合には１桁以上低減できる。
【００８０】
サイズ、重量および電力要件の相当の低減により、本発明による極低温装置は、例えばアンテナアセンブリ、衛星基地局、レーダアレイおよびＲＦ受信機に統合するのに理想的となる。
【００８１】
このような特定の例は、極低温装置と無線基地局の少なくとも１つのアンテナとが統合ユニットとして組み立てられる統合アンテナアセンブリを含む。ユニットの極低温電子部分がアンテナに密接し得る以前に組み込まれた米国特許第６１０４９３４号に示したシステムとは対照的に、本発明はアンテナとの統合ユニットを可能にし、システムに対するノイズ汚染さえもさらに低減する。
【００８２】
図６Ａ〜図６Ｆは、無線通信基地局および自己調整の極低温前端受信機の複数の実施態様を示している。図６Ａは、ダイバシティアンテナ６０５と主受信機６１０とを含む無線基地局の極低温ユニット構造の概略図を示している。ダイバシティアンテナ６０５は、主受信機６１０を介して受信される信号の利得に対し約３ｄｂの追加利得を提供する。主受信機６１０は同時に受信および送信し、この場合ダイバシティ受信機は信号のみを受信する。対応する信号は、ダイバシティアンテナ６０５の場合に極低温ユニット６３０に、また極低温ユニット６３０に送られる前に主受信機６１０用のダイプレクサ６１５に直接送信される。
【００８３】
ダイプレクサ６１５は、信号をその送信信号成分と受信信号成分とに分離するためのフィルタ６２０と６２５から構成される。次に、受信信号成分は極低温ユニット６３０に送信される。一般的な場合、送信信号は、加熱容量の制約のため極低温ユニットによって処理されないが、他の方法で極低温ユニット６３０によって処理できる。本実施態様では、極低温ユニット６３０は、それぞれ増幅器６４０と６５０を有するＨＴＳフィルタ６３５と６４５から構成される。一般的に、増幅器は低雑音増幅（ＬＮＡ）増幅器である。次に、受信信号はそれぞれ増幅器６５５と６６０に送られ、主受信機６１０の電気経路の場合、ダイプレクサ６６５によって信号の送信成分とダイプレクスされ、次に基地局の残りのセクションに送信される。
【００８４】
図６Ｂは本発明の無線基地局および極低温ユニット構造の第２の実施態様を示している。図６Ｂは、極低温ユニット６３０と６８０が、それぞれ主受信機６１０の信号およびダイバシティアンテナ６０５の信号専用であるという点で、図６Ａに示した実施態様とは異なる。この構造は、信頼性の付加を可能にし、また一方または両方の極低温ユニット６３０と６８０が不具合になった場合、基地局がＲＦ信号をなお受信かつ処理することをさらに保証するため、それぞれバイパス回路６４２と６９２も含む。
【００８５】
図６Ｃは本発明の無線基地局および極低温ユニット構造の第３の実施態様を示しており、ダイバシティアンテナ６０５の信号は、極低温ユニット６３０によって処理される唯一の信号である。さらに、バイパス回路６４２はフィルタ６４４をさらに含み、したがって、図６Ａと図６Ｂに示した実施態様のいずれにおいても提供されないこの経路に沿った追加の信頼性およびフィルタ処理を提供する。
【００８６】
図６Ｄは、本発明の無線基地局および極低温ユニット構造の第４の実施態様を示している。図６Ｄは、図６Ａ〜６Ｃに示した実施態様のダイバシティアンテナを含まない。本実施態様は、フィルタ６４４なしのバイパス６４２を含むが、他のすべての観点において以前の実施態様と同様に機能する。
【００８７】
図６Ｅは、本発明の無線基地局および極低温ユニット構造の第５の実施態様を示している。図６Ｅは、基地局の残りのセクションに信号が送られる前の回路にダイプレクサ６６５を含むという点で第４の実施態様とは異なる。
【００８８】
図６Ｆは、本発明の無線基地局および極低温ユニット構造の第６の実施態様を示している。図６Ｆは、ダイバシティアンテナ６０５の信号のみが極低温ユニット６３０によって処理される構造を示している。本実施態様は、バイパスフィルタ６４４を有するバイパス回路６４２と、基地局の残りのセクションに処理信号を送信する前のダイプレクサ６６５とをさらに含む。
【００８９】
読者は、上述の実施態様が模範的なものであり、本発明の範囲を限定するようには意図されていないことを指摘すべきである。本発明は、ＲＦ信号（特にマイクロ波）が受信かつ放送される任意の環境、例えばレーダアレイ、衛星施設（家庭用または商業用）、および無線およびセルラ基地局のような、しかしそれらに限定されない環境に適用できる。このような用途では、本発明による極低温装置は、用途および構成要素の構造に応じて、出力信号対雑音比で１、２、３またははるかに高いｄｂ利得さえも提供できる。
【００９０】
本発明の範囲または意図から逸脱することなく、本発明および本発明の構造において、種々の修正および別形態を実施できることが当業者には明白であろう。本発明の他の実施態様は、本明細書に開示した本発明の仕様と実施を考慮すれば当業者には明白であろう。仕様および実施例は模範的なものに過ぎないと考えられ、本発明の真の範囲および精神は次の特許請求の範囲によって示されることが意図される。
【００９１】
本発明の他の実施態様は、本明細書に開示した本発明の仕様と実施を考慮すれば当業者には明白であろう。仕様および実施例は模範的なものに過ぎないと考えられ、本発明の真の範囲および精神は、次の特許請求の範囲によって示されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来の統合極低温受信機の斜視図である。
【図２】
本発明による極低温受信機の実施態様の傾斜正面斜視図である。
【図２Ａ】
本発明による極低温受信機の実施態様の頂部斜視図である。
【図３】
極低温（またはその逆）コネクタの周囲の部分として使用できる熱遮断体を有するマイクロストリップ伝送線路の図面である。
【図４】
極低温（またはその逆）コネクタの周囲の部分として使用できる熱遮断体を有する導波管構造体の図面である。
【図５Ａ】
本発明の実施態様の密閉シールされた極低温受信機の傾斜正面斜視図である。
【図５Ｂ】
本発明の図５Ａに示した実施態様の傾斜正面分解斜視図である。
【図５Ｃ】
本発明の切断ラインＡＡの上のそれらの素子の図５Ｂに示した実施態様の拡大傾斜正面斜視図である。
【図５Ｄ】
発明の切断ラインＢＢの上のそれらの素子の図５Ｂに示した実施態様の拡大傾斜正面斜視図である。
【図５Ｅ】
本発明の切断ラインＢＢの下のそれらの素子の図５Ｂに示した実施態様の拡大傾斜正面斜視図である。
【図６Ａ】
本発明の実施態様の主受信アンテナとダイバシティ受信アンテナ入力構造とを含むセルラ基地局および極低温受信機の概略回路図である。
【図６Ｂ】
本発明の代替的実施態様の主受信アンテナとダイバシティ受信アンテナ入力構造の多数の受信入力部とを含むセルラ基地局および受信機、およびバイパス回路構造の概略回路図である。
【図６Ｃ】
本発明の代替的実施態様の主受信アンテナと、バイパス回路とフィルタ構造とを含むダイバシティ受信アンテナ入力部とを含むセルラ基地局および受信機の概略回路図である。
【図６Ｄ】
本発明の代替的実施態様の主受信アンテナ入力部とバイパス回路構造とを含むセルラ基地局および受信機の概略回路図である。
【図６Ｅ】
本発明の代替的実施態様の多数のダイプレクサを有する主受信アンテナ入力極低温受信機とバイパス回路構造とを含むセルラ基地局および受信機の概略回路図である。
【図６Ｆ】
【図１】
2004508732.tif 000003
【図２】
2004508732.tif 000004
【図２Ａ】
2004508732.tif 000005
【図３】
2004508732.tif 000006
【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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