(57)【要約】【課題】超伝導動作する受信回路を有する高感度な受信装置において、極低温以外の温度範囲においても使用可能にすること。【解決手段】本実施形態に係る受信装置は、極低温で超伝導動作する極低温動作系受信回路２と、極低温動作系受信回路２を冷却する冷却器４と、極低温動作系受信回路２の温度を検出する温度センサ５と、極低温以外の温度範囲で動作可能な常温動作系受信回路１と、温度センサ５により検出された温度に基づいて極低温動作系受信回路２と常温動作系受信回路１とを切り替えて受信信号を処理させるコントローラ６とを具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
極低温で超伝導動作する第１の受信回路と、
前記第１の受信回路を冷却する冷却手段と、
前記第１の受信回路の温度を検出する温度検出手段と、
極低温以外の温度範囲で動作可能な第２の受信回路と、
前記温度に基づいて前記第１の受信回路と前記第２の受信回路とを切り替えて受信信号を処理させる制御部と
を具備することを特徴とする受信装置。
【請求項２】
前記制御部は、運用開始時に、前記第２の受信回路に前記受信信号を処理させることを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記冷却手段が運用停止した場合に、前記第２の受信回路に前記受信信号を処理させることを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、例えばレーダ装置や電波受信システム等に用いられる受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、極低温で超伝導動作する受信回路を用いて、アンテナ素子から低雑音増幅器までの給電損失を極小にすると共に、低雑音増幅器の内部雑音を低減し受信系の高感度化を図る受信装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２３６２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上述したような超伝導動作する受信回路は、超伝導動作可能な極低温以外の温度においては、受信回路内部の信号損失が大きくなり、受信回路として動作することは不可能である。このため、従来の構成では、冷却系の故障あるいは冷却系に使用する電力が確保できないことなどにより、極低温までの冷却が得られない場合には、受信装置を使用することが出来なかった。また、運用開始時においても、常温から極低温まで冷却する期間については、受信装置を使用することが出来なかった。
【０００５】
本実施形態の目的は、超伝導動作する受信回路を有する高感度な受信装置において、極低温以外の温度範囲においても使用可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態に係る受信装置は、極低温で超伝導動作する第１の受信回路と、前記第１の受信回路を冷却する冷却手段と、前記第１の受信回路の温度を検出する温度検出手段と、極低温以外の温度範囲で動作可能な第２の受信回路と、前記温度に基づいて前記第１の受信回路と前記第２の受信回路とを切り替えて受信信号を処理させる制御部とを具備するものである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態に係る受信装置の構成例を示す図。
【図２】図１に示す受信装置の運用開始時の動作を示すフローチャート。
【図３】図１に示す受信装置の冷却系運用停止時の動作を示すフローチャート。
【図４】本実施形態に係る受信装置の変形例１を示す図。
【図５】本実施形態に係る受信装置の変形例２の動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係る受信装置を説明する。  
図１は、本実施形態に係る受信装置の構成例を示す図である。この受信装置は、常温動作系受信回路１、極低温動作系受信回路２、スイッチ３−１，３−２、冷却器４、温度センサ５およびコントローラ６を備える。スイッチ３−１の入力端は、アンテナ素子に接続され、アンテナ素子から入力される受信信号は常温動作系受信回路１又は極低温動作系受信回路２に出力される。スイッチ３−２は、常温動作系受信回路１又は極低温動作系受信回路２を選択して受信信号として出力する。
【０００９】
常温動作系受信回路１は、極低温までの冷却を必要とせず常温で動作可能な受信系統であり、リミッタ１−１、受信フィルタ１−２および低雑音増幅器（ＬＮＡ）１−３を有する。極低温動作系受信回路２は、極低温で超伝導動作する受信系統であり、リミッタ２−１、受信フィルタ２−２および低雑音増幅器（ＬＮＡ）２−３を有する。極低温動作系受信回路２の近傍には、冷却器４と温度センサ５が設けられている。
【００１０】
冷却器４は、コントローラ６による制御の下で、極低温動作系受信回路２を超伝導動作可能な温度に冷却する。温度センサ５は、極低温動作系受信回路２の温度を検出して、コントローラ６に送る。コントローラ６は、スイッチ３−１，３−２により常温動作系受信回路１又は極低温動作系受信回路２を選択し、使用する受信回路の系統を切り替える。
【００１１】
なお、常温動作系受信回路１および極低温動作系受信回路２の構成は、図１の構成に限らず、リミッタ１−１，２−１を除いた構成、または受信フィルタ１−２，２−２とリミッタ１−１，２−１の順序を入れ替えた構成としても良い。
【００１２】
次に、このように構成される受信装置の動作について説明する。  
［運用開始時］  
図２は、図１に示す受信装置の運用開始時の動作を示すフローチャートである。
【００１３】
運用開始時において、アンテナ装置の電源がＯＮされると（ステップＳ１１）、コントローラ６は、スイッチ３−１，３−２を常温動作系受信回路１に切り替えて、常温動作系での運用を開始する（ステップＳ１２）。また、コントローラ６は、運用開始時に冷却器４の電源をＯＮにし（ステップＳ１３）、温度センサ５から送られてくる温度情報に基づいて極低温動作系受信回路２を超伝導動作可能な温度になるまで冷却する（ステップＳ１４）。
【００１４】
このとき、アンテナ素子から入力された受信信号は、スイッチ３−１により常温動作系受信回路１に入力され、リミッタ１−１、受信フィルタ１−２を通過したのち、ＬＮＡ１−３により増幅され、スイッチ３−２を通って出力端から出力される。この場合は、極低温動作系受信回路２を使用するのに比べて雑音が多く受信感度が低下するが、受信装置の使用は可能となる。
【００１５】
極低温動作系受信回路２が超伝導動作可能な温度になり冷却が完了すると（ステップＳ１５）、コントローラ６は、スイッチ３−１、３−２を極低温動作系受信回路２に切り替えて、極低温動作系での運用に切り替える（ステップＳ１６）。これにより、アンテナ素子から入力された受信信号は、スイッチ３−１により極低温動作系受信回路２に入力され、リミッタ２−１、受信フィルタ２−２を通過したのち、ＬＮＡ２−３により増幅され、スイッチ３−２を通り出力される（ステップＳ１７）。このとき、極低温動作系受信回路２は、超伝導動作し、雑音が低く高感度な受信性能を示す。
【００１６】
［冷却系運用停止時］  
図３は、図１に示す受信装置の冷却系運用停止時の動作を示すフローチャートである。
【００１７】
極低温動作系受信回路２が超伝導動作不可能な温度となっている場合に、冷却系の故障あるいは冷却系に使用する電力が確保できない状態等が発生し、冷却器４の運用が停止すると（ステップＳ２１）、コントローラ６は、スイッチ３−１、３−２を常温動作系受信回路１に切り替え（ステップＳ２２）、常温動作系受信回路１を使用した受信動作を行う（ステップＳ２３）。アンテナ素子から入力された受信信号は、スイッチ３−１により常温動作系受信回路１に入力され、リミッタ１−１、受信フィルタ１−２を通過したのち、ＬＮＡ１−３により増幅され、スイッチ３−２を通り、極低温動作系受信回路２と同一の出力端から出力される。この場合は、極低温動作系受信回路２を使用するのに比べて雑音が多く受信感度が低下するが、受信装置の使用は継続できる。
【００１８】
冷却器４の運用が再開されると（ステップＳ２４）、冷却器４は極低温動作系受信回路２の冷却を行う（ステップＳ２５）。コントローラ６は、極低温動作系受信回路２が超伝導動作可能な温度になり冷却が完了すると（ステップＳ２６）、スイッチ３−１，３−２を極低温動作系受信回路２に切り替えて（ステップＳ２７）、極低温動作系での運用に切り替える。これにより、アンテナ素子から入力された受信信号は、スイッチ３−１により極低温動作系受信回路２に入力され、リミッタ２−１、受信フィルタ２−２を通過したのち、ＬＮＡ２−３により増幅され、スイッチ３−２を通り出力される（ステップＳ２８）。このとき、極低温動作系受信回路２は、超伝導動作し、雑音が低く高感度な受信性能を示す。
【００１９】
以上述べたように本実施形態では、極低温で超伝導動作する極低温系受信回路と、極低温以外の温度範囲でも動作可能な常温系受信回路とを、スイッチを用いて切り替えて使用することにより、冷却系の起動時や故障時などにより超伝導動作が可能となる温度までの冷却が不可能な場合でも、受信装置の運用を可能にすることができる。
【００２０】
（変形例１）  
上記図１の構成をフェーズドアレーアンテナやリフレクタアンテナに適用することができる。図４に、本実施形態に係る受信装置の変形例１を示す。この受信装置は、図１の構成をフェーズドアレーアンテナに適用したもので、常温動作系受信回路１−１〜１−ｎ、極低温動作系受信回路２−１〜２−ｎ、スイッチ３−１−１〜３−１−ｎ，３−２−１〜３−２−ｎ、冷却器４−１〜４−ｎ、温度センサ５−１〜５−ｎ、コントローラ６−１〜６−ｎ、移相器７−１〜７−ｎおよび合成器８を備える。移相器７−１〜７−ｎは、スイッチ３−２−１〜３−２−ｎから出力される受信信号を所望の位相に制御し、合成器８は位相制御された各信号を合成して受信ビームとして出力する。
【００２１】
コントローラ６−１〜６−ｎは、各冷却器４−１〜４−ｎの単位で、当該冷却器の起動時または故障時などにより極低温動作系受信回路２−１〜２−ｎのうち超伝導動作が可能となる温度までの冷却が不可能なものがある場合に、当該極低温動作系受信回路に対応するスイッチ３−１−１〜３−１−ｎ，３−２−１〜３−２−ｎにより常温動作系受信回路１−１〜１−ｎに切り替えて運用する。
【００２２】
あるいは、コントローラ６−１〜６−ｎを１つに統合して、冷却器４−１〜４−ｎのうち一部の冷却器が故障した場合等において極低温動作系受信回路２−１〜２−ｎの一部において超伝導動作が不可能な場合に、すべての常温動作系受信回路１−１〜１−ｎを運用するようにスイッチ３−１−１〜３−１−ｎ，３−２−１〜３−２−ｎを切り替えるように構成してもよい。さらに、冷却器の故障の許容数に応じて、対応する常温動作系受信回路１−１〜１−ｎのみ切り替えるか、すべての常温動作系受信回路１−１〜１−ｎを運用するように切り替えるかを判断するようにしてもよい。
【００２３】
（変形例２）  
また、図１の構成において、極低温動作系受信回路２は、常温動作系受信回路１と比べて高感度であるため、受信信号の強度が非常に小さい信号でも受信することができるが、冷却器４の使用等により電力消費が増大することとなる。そこで、消費電力を低減するために、通常時は、常温動作系受信回路に切り替えて運用し、受信信号の強度や危険度に応じて、極低温動作系受信回路２に切り替えて運用するようにしてもよい。
【００２４】
図５は、変形例２の動作を示すフローチャートである。通常時に常温動作系で運用している状態で、受信信号強度が基準値より低下した場合に（ステップＳ３１）、コントローラ６は、冷却器４の電源をＯＮにし（ステップＳ３２）、温度センサ５から送られてくる温度情報に基づいて極低温動作系受信回路２を超伝導動作可能な温度になるまで冷却する（ステップＳ３３）。極低温動作系受信回路２の冷却が完了すると（ステップＳ３４）、コントローラ６は、スイッチ３−１、３−２を極低温動作系受信回路２に切り替えて、極低温動作系での運用に切り替える（ステップＳ３５）。このとき、極低温動作系受信回路２は、超伝導動作し、雑音が低く高感度な受信性能を示す（ステップＳ３６）。さらに、極低温動作系での運用状態で、受信信号強度が基準値以上になった場合には、コントローラ６は、冷却器４の電源をＯＦＦにし、常温動作系での運用に切り替えるようにしてもよい。
【００２５】
なお、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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。
【符号の説明】
【００２６】
１…常温動作系受信回路、１−１…リミッタ、１−２…受信フィルタ、１−３…低雑音増幅器（ＬＮＡ）、２…極低温動作系受信回路、２−１…リミッタ、２−２…受信フィルタ、２−３…低雑音増幅器（ＬＮＡ）、３−１，３−２…スイッチ、４…冷却器、５…温度センサ、６…コントローラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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