(57)【要約】【課題】回路切り替えにおける信号の損失および雑音指数を改善することができる切替装置、受信装置及びアンテナ装置を提供することである。【解決手段】実施形態の切替装置は、第１の共振器と、第２の共振器と、第３の共振器と、第４の共振器とを持つ。前記第１の共振器は、第１の端子に接続された共振器である。前記第２の共振器は、第２の端子に接続され、前記第１の共振器と電磁界結合可能な共振器である。前記第３の共振器は、第３の端子に接続され、前記第１の共振器と電磁界結合可能であって、超伝導体で形成された共振器である。前記第４の共振器は、前記第２の共振器と電磁界結合可能であって、超伝導体で形成された共振器である。【選択図】図３
2016054449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端子に接続された第１の共振器と、
第２の端子に接続され、前記第１の共振器と電磁界結合可能な第２の共振器と、
第３の端子に接続され、前記第１の共振器と電磁界結合可能であって、超伝導体で形成された第３の共振器と、
前記第２の共振器と電磁界結合可能であって、超伝導体で形成された第４の共振器と、
を備える切替装置。
【請求項２】
前記第１の端子に入力され、前記第１の共振器、前記第２の共振器の順に通過する信号の位相は、前記第１の端子に入力され、前記第１の共振器、前記第２の共振器、前記第４の共振器、前記第２の共振器の順に通過する信号の位相に対して逆位相である
請求項１記載の切替装置。
【請求項３】
前記第３の共振器及び前記第４の共振器を冷却する冷却部を更に備える
請求項１記載の切替装置。
【請求項４】
前記第３の共振器は、超伝導体で形成された複数の共振器により構成される
請求項１記載の切替装置。
【請求項５】
第１の端子に接続された第１の共振器と、
第２の端子に接続され、前記第１の共振器と電磁界結合可能な第２の共振器と、
前記第１の共振器と電磁界結合可能であって、超伝導体で形成された第３の共振器と、
第３の端子に接続され、前記第２の共振器及び前記第３の共振器と電磁界結合可能であって、超伝導体で形成された第４の共振器と、
を備える切替装置。
【請求項６】
前記第１の端子に入力され、前記第１の共振器、前記第２の共振器、前記第４の共振器の順に通過する信号の位相は、前記第１の端子に入力され、前記第１の共振器、前記第３の共振器、前記第４の共振器の順に通過する信号の位相と同相となる
請求項５記載の切替装置。
【請求項７】
前記第１の端子に入力され、前記第１の共振器、前記第２の共振器の順に通過する信号の位相は、前記第１の端子に入力され、前記第１の共振器、前記第３の共振器、前記第４の共振器、前記第２の共振器の順に通過する信号の位相に対して逆位相である
請求項５記載の切替装置。
【請求項８】
前記第３の共振器及び前記第４の共振器を冷却する冷却部を更に備える
請求項５記載の切替装置。
【請求項９】
前記第３の共振器は、超伝導体で形成された複数の共振器により構成される
請求項５記載の切替装置。
【請求項１０】
第１の端子に接続された第１の共振器と、
第２の端子に接続され、前記第１の共振器と電磁界結合可能な第２の共振器と、
第３の端子に接続され、前記第１の共振器と電磁界結合可能であって、超伝導体で形成された第３の共振器と、
第４の端子に接続され、前記第２の共振器及び前記第３の共振器と電磁界結合可能であって、超伝導体で形成された第４の共振器と、
を備える切替装置。
【請求項１１】
前記第１の端子に入力され、前記第１の共振器、前記第２の共振器、前記第４の共振器の順に通過する信号の位相は、前記第１の端子に入力され、前記第１の共振器、前記第３の共振器、前記第４の共振器の順に通過する信号に対して逆位相である
請求項１０記載の切替装置。
【請求項１２】
前記第１の端子に入力され、前記第１の共振器、前記第２の共振器の順に通過する信号の位相は、前記第１の端子に入力され、前記第１の共振器、前記第３の共振器、前記第４の共振器、前記第２の共振器の順に通過する信号の位相と同相となる
請求項１０記載の切替装置。
【請求項１３】
前記第１の端子に入力され、前記第１の共振器、前記第３の共振器の順に通過する信号の位相は、前記第１の端子に入力され、前記第１の共振器、前記第２の共振器、前記第４の共振器、前記第３の共振器の順に通過する信号の位相と同相となる
請求項１０記載の切替装置。
【請求項１４】
前記第３の共振器及び前記第４の共振器を冷却する冷却部を更に備える
請求項１０記載の切替装置。
【請求項１５】
前記第３の共振器は、超伝導体で形成された複数の共振器により構成される
請求項１０記載の切替装置。
【請求項１６】
入力された信号の電力を制限し、第１の端子へと出力するリミッタと、
前記第１の端子に接続された第１の共振器と、
第２の端子に接続され、前記第１の共振器と電磁界結合可能な第２の共振器と、
第３の端子に接続され、前記第１の共振器と電磁界結合可能であって、超伝導体で形成された第３の共振器と、
前記第２の共振器と電磁界結合可能であって、超伝導体で形成された第４の共振器と、
前記第３の端子から出力された信号から、所定の周波数範囲の信号を抽出するフィルタと、
前記フィルタによって抽出された信号を増幅する増幅器と、
を備える受信装置。
【請求項１７】
入力された信号の電力を制限し、第１の端子へと出力するリミッタと、
前記第１の端子に接続された第１の共振器と、
第２の端子に接続され、前記第１の共振器と電磁界結合可能な第２の共振器と、
前記第１の共振器と電磁界結合可能であって、超伝導体で形成された第３の共振器と、
第３の端子に接続され、前記第２の共振器及び前記第３の共振器と電磁界結合可能であって、超伝導体で形成された第４の共振器と、
前記第３の端子から出力された信号から、所定の周波数範囲の信号を抽出するフィルタと、
前記フィルタによって抽出された信号を増幅する増幅器と、
を備える受信装置。
【請求項１８】
アンテナ素子と、
前記アンテナ素子からの信号の電力を制限し、第１の端子へと出力するリミッタと、
前記第１の端子に接続された第１の共振器と、
第２の端子に接続され、前記第１の共振器と電磁界結合可能な第２の共振器と、
第３の端子に接続され、前記第１の共振器と電磁界結合可能であって、超伝導体で形成された第３の共振器と、
前記第２の共振器と電磁界結合可能であって、超伝導体で形成された第４の共振器と、
前記第３の端子から出力された信号から、所定の周波数範囲の信号を抽出するフィルタと、
前記フィルタによって抽出された信号を増幅する増幅器と、
を備えるアンテナ装置。
【請求項１９】
アンテナ素子と、
前記アンテナ素子からの信号の電力を制限し、第１の端子へと出力するリミッタと、
前記第１の端子に接続された第１の共振器と、
第２の端子に接続され、前記第１の共振器と電磁界結合可能な第２の共振器と、
前記第１の共振器と電磁界結合可能であって、超伝導体で形成された第３の共振器と、
第３の端子に接続され、前記第２の共振器及び前記第３の共振器と電磁界結合可能であって、超伝導体で形成された第４の共振器と、
前記第３の端子から出力された信号から、所定の周波数範囲の信号を抽出するフィルタと、
前記フィルタによって抽出された信号を増幅する増幅器と、
を備えるアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、切替装置、受信装置及びアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信機器に備えられるフィルタ装置として、フィルタパターンを形成する導体に超伝導体を用いて形成された超伝導フィルタが用いられている。超伝導フィルタは、その低損失な特性を生かすことで急峻なカットオフ特性を有し、目的の周波数範囲外の電波の漏れを少なくすることができる。しかし、超伝導フィルタを機能させるためには、超伝導体が超伝導状態になるまで超伝導フィルタを十分冷却する必要がある。一方、超伝導体が超伝導状態になるまで冷却されていない場合、導体の抵抗が非常に高くなるため、超伝導状態になるまで回路として動作しない問題がある。そこで、超伝導フィルタの他に常温で機能する誘電体フィルタを設け、超伝導フィルタと誘電体フィルタとをスイッチで切り替える方法が提案されている。
【０００３】
しかしながら、このようなスイッチを設けた場合、スイッチで損失が発生し、信号強度の減衰や、受信機として用いる場合には雑音指数が悪化する問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２００４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、回路切り替えにおける信号の損失および雑音指数を改善することができる切替装置、受信装置及びアンテナ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の切替装置は、第１の共振器と、第２の共振器と、第３の共振器と、第４の共振器とを持つ。前記第１の共振器は、第１の端子に接続された共振器である。前記第２の共振器は、第２の端子に接続され、前記第１の共振器と電磁界結合可能な共振器である。前記第３の共振器は、第３の端子に接続され、前記第１の共振器と電磁界結合可能であって、超伝導体で形成された共振器である。前記第４の共振器は、前記第２の共振器と電磁界結合可能であって、超伝導体で形成された共振器である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態のフェーズドアレイアンテナの構成図である。
【図２】第１の実施形態の受信装置２００の構成図である。
【図３】第１の実施形態の切替装置２２０の構成図である。
【図４】第１の実施形態における非超伝導状態時の回路の周波数特性を示す図である。
【図５】第１の実施形態における超伝導状態時の回路の周波数特性を示す図である。
【図６】第２の実施形態の切替装置２２０の構成図である。
【図７】第２の実施形態における非超伝導状態時の回路の周波数特性を示す図である。
【図８】第２の実施形態における超伝導状態時の回路の周波数特性を示す図である。
【図９】第２の実施形態における、超伝導状態時に第１のルートを通過した信号の振幅と位相を示す図である。
【図１０】第２の実施形態における、超伝導状態時に第２のルートを通過した信号の振幅と位相を示す図である。
【図１１】第２の実施形態における、超伝導状態時に第３のルートを通過した信号の振幅と位相を示す図である。
【図１２】第２の実施形態における、超伝導状態時に第４のルートを通過した信号の振幅と位相を示す図である。
【図１３】第３の実施形態の切替装置２２０の構成図である。
【図１４】第４の実施形態の切替装置２２０の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態の切替装置、受信装置及びアンテナ装置を、図面を参照して説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態のフェーズドアレイアンテナの構成図である。ここでは、一例として、ｎ個のアンテナ素子を有するフェーズドアレイアンテナ（アンテナ装置）を示している。
【００１０】
フェーズドアレイアンテナは、複数のアンテナ素子１００−１〜１００−ｎと、複数の送受信切替装置１１０−１〜１１０−ｎと、複数の帯域通過フィルタ:ＢＰＦ（Band-Pass  Filter）１２０−１〜１２０−ｎと、複数の電力増幅器:ＰＡ（Power  Amplifier）１３０−１〜１３０−ｎと、複数の移相器１４０−１〜１４０−ｎと、複数の受信装置２００−１〜２００−ｎと、複数の低雑音増幅器:ＬＮＡ（Low  Noise  Amplifier）１５０−１〜１５０−ｎと、複数の移相器１６０−１〜１６０−ｎと、分配器１７０と、合成器１８０とを備える。
【００１１】
アンテナ素子１００−１〜１００−ｎを用いて信号が送信される場合、分配器１７０は送信信号を移相器１４０−１〜１４０−ｎに分配する。移相器１４０−１〜１４０−ｎは、分配されたそれぞれの送信信号の位相を調整し、ＰＡ１３０−１〜１３０−ｎに出力する。ＰＡ１３０−１〜１３０−ｎは、移相器１４０−１〜１４０−ｎにより位相を調整された信号をそれぞれ増幅し、ＢＰＦ１２０−１〜１２０−ｎに出力する。ＢＰＦ１２０−１〜１２０−ｎは、所定の送信周波数の成分の信号を抽出して、送受信切替装置１１０−１〜１１０−ｎに出力する。
【００１２】
アンテナ素子１００−１〜１００−ｎを用いて信号が送信される場合、外部の制御部（不図示）から送受信切替装置１１０−１〜１１０−ｎに送信モードへ切り替えるための切替信号が入力される。この信号が入力されたことに応じて、送受信切替装置１１０−１〜１１０−ｎは、ＢＰＦ１２０−１〜１２０−ｎから入力された信号をアンテナ素子１００−１〜１００−ｎに送信するよう内部の信号伝達ルートを切り替える。これによって、ＢＰＦ１２０−１〜１２０−ｎから入力された信号は、アンテナ素子１００−１〜１００−ｎを介して外部へと信号が出力される。
【００１３】
一方、アンテナ素子１００−１〜１００−ｎを用いて信号が受信される場合、外部の制御部（不図示）から送受信切替装置１１０−１〜１１０−ｎに受信モードへ切り替えるための切替信号が入力される。この信号が入力されたことに応じて、送受信切替装置１１０−１〜１１０−ｎは、アンテナ素子１００−１〜１００−ｎからの信号を受信装置２００−１〜２００−ｎに送信するよう内部の信号伝達ルートを切り替える。
【００１４】
また、詳細は後述するが、受信装置２００−１〜２００−ｎは、アンテナ素子１００−１〜１００−ｎから入力された信号から所定の受信周波数の成分の信号を抽出するフィルタ機能を有する。受信装置２００−１〜２００−ｎは、抽出した受信周波数の成分の信号をＬＮＡ１５０−１〜１５０−ｎへと出力する。
【００１５】
ＬＮＡ１５０−１〜１５０−ｎは、ノイズの発生が少ない増幅器である。ＬＮＡ１５０−１〜１５０−ｎは、受信装置２００−１〜２００−ｎから入力された信号を増幅し、移相器１６０−１〜１６０−ｎに出力する。移相器１６０−１〜１６０−ｎは、ＬＮＡ１５０−１〜１５０−ｎから入力されたそれぞれの信号の位相を調整し、合成器１８０に出力する。
【００１６】
合成器１８０は、移相器１６０−１〜１６０−ｎから入力された信号を合成し、合成波を出力する。各移相器１６０−１〜１６０−ｎがそれぞれの信号の位相を調整し、合成器１８０が位相を調整されたそれぞれの信号を合成することで、特定方向からの信号を高感度に受信することができる。
【００１７】
図２は、第１の実施形態の受信装置２００の構成図である。以下、各装置の符号について、いずれの系列の装置であるかを示す「−」以下の符号を省略して説明する。受信装置２００は、送受信切替装置１１０に接続されたリミッタ２０１と、リミッタ２０１及びＬＮＡ１５０に接続された切替装置２２０と、切替装置２２０に接続されたＢＰＦ（Band-Pass  Filter）２０２と、ＢＰＦ２０２に接続されたＬＮＡ（Low  Noise  Amplifier）２０３とを備える。
【００１８】
また、受信装置２００は、リミッタ２０１と切替装置２２０とを接続するための第１の端子２１１と、ＬＮＡ１５０と切替装置２２０とを接続するための第２の端子２１２と、ＢＰＦ２０２と切替装置２２０とを接続するための第３の端子２１３とを備える。
【００１９】
リミッタ２０１は、切替装置２２０に大電流が流れて切替装置２２０が故障することを防止するために、送受信切替装置１１０から入力された受信信号の電力を制限する。ＢＰＦ２０２は、所定の受信周波数の成分の信号を抽出して、ＬＮＡ２０３に出力する。ＬＮＡ２０３は、ノイズの発生が少ない増幅器である。ＬＮＡ２０３は、ＢＰＦ２０２から入力された信号を増幅し、ＬＮＡ１５０に出力する。
【００２０】
図３は、第１の実施形態の切替装置２２０の構成図である。切替装置２２０は、常伝導共振器２２１と、常伝導共振器２２２と、超伝導共振器２２３と、超伝導共振器２２４とを備える。第１の端子２１１は、常伝導共振器２２１に接続されている。第２の端子２１２は、常伝導共振器２２２に接続されている。第３の端子２１３は、超伝導共振器２２３に接続されている。常伝導共振器２２１、常伝導共振器２２２、超伝導共振器２２３及び超伝導共振器２２４は、共振周波数がｆ０に設定されている。
【００２１】
常伝導共振器２２１、常伝導共振器２２２、超伝導共振器２２３及び超伝導共振器２２４は、基板上に形成されたマイクロストリップラインのパターンを有する構造である。また、常伝導共振器２２１及び２２２が設けられた基板と超伝導共振器２２３及び２２４が設けられた基板との間隔は、常伝導共振器２２１と超伝導共振器２２３との間で電磁界結合が成立し、常伝導共振器２２２と超伝導共振器２２４との間で電磁界結合が成立する距離となるように設定されている。ここで、電磁界結合とは、電磁波による無線結合を意味する。
【００２２】
また、基板上における常伝導共振器２２１と常伝導共振器２２２との間の距離も、電磁界結合が成立する距離となるように設定されている。ここで、各共振器間の距離を調整するために結合を補助する線路などを別途配置しても良い。
【００２３】
なお、共振周波数ｆ０の常伝導共振器２２１と常伝導共振器２２２が結合し共振器間で信号の受け渡しが行われると信号の位相が１８０度変化し反転するため、逆相となる。また、共振周波数ｆ０の常伝導共振器２２１と超伝導共振器２２３との間及び常伝導共振器２２２と超伝導共振器２２４との間においても同様に、共振器間結合により信号の受け渡しが行われると信号の位相が反転するため、逆相となる。本実施形態では、共振周波数ｆ０は３．０［ＧＨｚ］に設定されている。
【００２４】
次に、超伝導共振器２２３及び２２４が臨界温度Ｔｃ以下まで十分冷却されている場合の、切替装置２２０の動作について説明する。アンテナ素子１００により受信された信号は、送受信切替装置１１０及びリミッタ２０１を通過し、第１の端子２１１に入力される。常伝導共振器２２１の共振周波数はｆ０に設定されているため、常伝導共振器２２１は第１の端子２１１から入力された信号から周波数ｆ０の信号を抽出し、抽出した信号を出力する。また、超伝導共振器２２３の共振周波数もｆ０であるため、常伝導共振器２２１と超伝導共振器２２３との間に電磁界結合が成立する。
【００２５】
常伝導共振器２２１と超伝導共振器２２３との間に電磁界結合が成立すると、超伝導共振器２２３は、常伝導共振器２２１から出力された周波数ｆ０の信号を受信し、受信した信号を第３の端子２１３へと出力することができる。
【００２６】
超伝導共振器２２３及び２２４は、冷却板２２５上に設けられている。冷却板２２５は、冷却部２２６によって冷却される。冷却板２２５には熱伝導率の高い材料を用いることが好ましく、例えば銅等の金属を用いるとよい。また、制御部２２９は、超伝導共振器２２３及び２２４が、超伝導状態となる臨界温度Ｔｃ以下となるまで冷却されるように、冷却部２２６を制御する。
【００２７】
超伝導共振器２２３及び２２４は、超伝導状態となる臨界温度Ｔｃ以下まで冷却されると、電気抵抗が大きく低下する。このため、臨界温度Ｔｃ以下まで十分冷却された超伝導共振器２２３及び２２４を用いることで、信号の損失および雑音指数を改善することができる。一例として、超伝導共振器２２３及び２２４は、酸化マグネシウム基板上にイットリウム系超伝導体のマイクロストリップラインを設けた構造とすればよい。また、超伝導材料には、ニオブまたはニオブすずといった超伝導体、およびＹ系銅酸化物高温超伝導を用いても良い。また、超伝導体と銅、金、銀といった金属が複合されても良い。超伝導共振器２２３及び２２４が配置される基板は、酸化マグネシウム、サファイアまたはアルミン酸ランタンといった、多様の適した材料を用いても良い。
【００２８】
また、超伝導共振器２２３及び２２４は常伝導共振器２２１及び２２２に比べて高いＱ値を実現できるため、急峻なカットオフ特性を有する。従って、切替装置２２０に超伝導共振器２２３を用いることで、目的の周波数範囲の信号を効率よく抽出することができる。
【００２９】
また、超伝導共振器２２３、超伝導共振器２２４、冷却板２２５及び冷却部２２６は、チャンバー２２７の内部に収容されている。ポンプ２２８は、制御部２２９によって制御され、チャンバー２２７の内部の空気を吸い出すことで、チャンバー２２７の内部を真空に近い状態にする。これによって、高い断熱効果が得られ、冷却部２２６の冷却効率を高めることができる。
【００３０】
なお、図２に示されるＢＰＦ２０２とＬＮＡ２０３を、超伝導共振器２２３及び２２４と同様にチャンバー２２７内で冷却してもよい。これによって、ＢＰＦ２０２における損失を低減でき、更にＬＮＡ２０３で付加される熱雑音を下げることができる。
【００３１】
一方、常伝導共振器２２１の共振周波数と常伝導共振器２２２の共振周波数は共にｆ０であるため、常伝導共振器２２１と常伝導共振器２２２との間に電磁界結合が成立する。常伝導共振器２２１と常伝導共振器２２２との間に電磁界結合が成立すると、常伝導共振器２２２は、常伝導共振器２２１から出力された周波数ｆ０の信号を受信し、受信した信号を出力する。
【００３２】
ここで、常伝導共振器２２２の共振周波数（ｆ０）と超伝導共振器２２４の共振周波数（ｆ０）とは等しいため、常伝導共振器２２２と超伝導共振器２２４との間に電磁界結合が成立する。常伝導共振器２２２と超伝導共振器２２４との間に電磁界結合が成立すると、超伝導共振器２２４は、常伝導共振器２２２から出力された周波数ｆ０の信号を受信し、受信した信号を出力する。
【００３３】
また、常伝導共振器２２２と超伝導共振器２２４との間に電磁界結合が成立しているため、超伝導共振器２２４から出力された周波数ｆ０の信号は、常伝導共振器２２２により受信される。つまり、常伝導共振器２２２から出力された信号は、超伝導共振器２２４で反射して常伝導共振器２２２に戻ってくる。
【００３４】
前述したように、常伝導共振器２２２から超伝導共振器２２４への信号の受け渡し、反射してきた信号は、信号の位相が１８０度反転する。このため、常伝導共振器２２２に戻ってきた信号の位相が元の信号の位相に対して１８０度ずれることとなる。従って、常伝導共振器２２２において、元の信号に対して逆位相の信号が重畳されることとなり、２つの信号は互いに打ち消し合い、第２の端子２１２からは信号が殆ど出力されない。
【００３５】
このように、超伝導共振器２２３及び２２４が臨界温度Ｔｃ以下まで十分冷却されている場合は、第２の端子２１２からは受信信号が殆ど出力されず、第３の端子２１３から周波数ｆ０の受信信号が出力される。第３の端子２１３から出力された周波数ｆ０の受信信号は、ＢＰＦ２０２及びＬＮＡ２０３を通過して、ＬＮＡ１５０へと出力される。
【００３６】
次に、超伝導共振器２２３及び２２４が臨界温度Ｔｃ以下まで十分冷却されていない場合の、切替装置２２０の動作について説明する。アンテナ素子１００により受信された信号は、送受信切替装置１１０及びリミッタ２０１を通過し、第１の端子２１１に入力される。常伝導共振器２２１の共振周波数はｆ０に設定されているため、常伝導共振器２２１は第１の端子２１１から入力された信号から周波数ｆ０の信号を抽出し、抽出した信号を出力する。
【００３７】
冷却部２２６による冷却開始直後や冷却部２２６が故障した場合には、超伝導共振器２２３及び２２４が臨界温度Ｔｃ以下まで十分冷却されない。この場合、超伝導共振器２２３は抵抗体となり、共振器として十分機能しなくなる。従って、常伝導共振器２２１と超伝導共振器２２３との間に電磁界結合は成立せず、第３の端子２１３から信号が出力されない。
【００３８】
一方、常伝導共振器２２１の共振周波数と常伝導共振器２２２の共振周波数は共にｆ０であるため、常伝導共振器２２１と常伝導共振器２２２との間に電磁界結合が成立する。常伝導共振器２２１と常伝導共振器２２２との間に電磁界結合が成立すると、常伝導共振器２２２は、常伝導共振器２２１から出力された周波数ｆ０の信号を受信する。
【００３９】
ここで、超伝導共振器２２４は臨界温度Ｔｃ以下まで十分冷却されていないことから、超伝導共振器２２４は抵抗体となり、共振器として十分機能しない。このため、常伝導共振器２２２と超伝導共振器２２４との間に電磁界結合は成立せず、超伝導共振器２２４から逆位相の信号が反射してこなくなる。従って、常伝導共振器２２１から受信した信号は打ち消されることなく、第２の端子２１２から出力される。
【００４０】
このように、超伝導共振器２２３及び２２４が臨界温度Ｔｃ以下まで十分冷却されていない場合は、第３の端子２１３からは受信信号が殆ど出力されず、第２の端子２１２から周波数ｆ０の受信信号が出力される。第２の端子２１２から出力された周波数ｆ０の受信信号は、ＬＮＡ１５０へと出力される。
【００４１】
本実施形態によれば、超伝導共振器２２３及び２２４が超伝導状態か非超伝導状態かに応じて、自動的に信号伝達ルートが切り替わる。このため、本実施形態は、超伝導共振器２２３及び２２４の温度を測定するための温度計や、温度計の測定結果に応じて信号伝達ルートを切り替える制御部が不要であり、製造コストの増加を抑制することができる。
【００４２】
図４は、第１の実施形態における非超伝導状態時の回路の周波数特性を示す図である。ここで、「非超伝導状態」とは、超伝導共振器２２３及び２２４が臨界温度Ｔｃ以下まで十分冷却されておらず、超伝導状態となっていない状態を意味する。図４において、縦軸は減衰率［ｄＢ］を表し、横軸は周波数［ＧＨｚ］を表す。
【００４３】
第１の特性Ｓ１１は、第１の端子２１１から入力され、切替装置２２０内で反射して第１の端子２１１に戻ってくる信号の周波数特性を示す。また、第２の特性Ｓ２１は、第１の端子２１１から入力され、第２の端子２１２から出力される信号の周波数特性を示す。また、第３の特性Ｓ３１は、第１の端子２１１から入力され、第３の端子２１３から出力される信号の周波数特性を示す。
【００４４】
図４に示されるように、各共振器の共振周波数ｆ０（３．０［ＧＨｚ］）において、第１の特性Ｓ１１は約−２０［ｄＢ］、第２の特性Ｓ２１は約−２［ｄＢ］、第３の特性Ｓ３１は約−３２［ｄＢ］となっている。このため、超伝導共振器２２３及び２２４が臨界温度Ｔｃ以下まで十分冷却されていない場合、第１の端子２１１から入力された信号は第２の端子２１２から出力されるが、第３の端子２１３からは殆ど出力されないことが理解できる。
【００４５】
図５は、第１の実施形態における超伝導状態時の回路の周波数特性を示す図である。ここで、「超伝導状態」とは、超伝導共振器２２３及び２２４が臨界温度Ｔｃ以下まで十分冷却されることにより、超伝導状態となっている状態を意味する。図５において、縦軸は減衰率［ｄＢ］を表し、横軸は周波数［ＧＨｚ］を表す。
【００４６】
図５に示されるように、各共振器の共振周波数ｆ０（３．０［ＧＨｚ］）において、第１の特性Ｓ１１は約−２１［ｄＢ］、第２の特性Ｓ２１は約−５０［ｄＢ］、第３の特性Ｓ３１は約０［ｄＢ］となっている。このため、超伝導共振器２２３及び２２４が臨界温度Ｔｃ以下まで十分冷却されている場合、第１の端子２１１から入力された信号は第３の端子２１３から出力されるが、第２の端子２１２からは殆ど出力されないことが理解できる。また、Ｓ３１の特性より、３．０［ＧＨｚ］付近の特定の周波数は通過するが、その他の周波数帯では信号が通過しないようになっており、フィルタ特性を有していることがわかる。
【００４７】
以上説明した本実施形態によれば、第１の端子２１１に接続された常伝導共振器２２１と、第２の端子２１２に接続され、常伝導共振器２２１と電磁界結合可能な常伝導共振器２２２と、第３の端子２１３に接続され、常伝導共振器２２１と電磁界結合可能な超伝導共振器２２３と、常伝導共振器２２１と電磁界結合可能な超伝導共振器２２４とを備えることにより、信号の損失および雑音指数を改善するとともに、フィルタ特性も付加でき、製造コストの増加を抑制することができる。
【００４８】
（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態の切替装置２２０の構成図である。第２の実施形態は、超伝導共振器２２３が超伝導共振器２２４と電磁界結合可能であり、超伝導共振器２２４に第３の端子２１３が接続されている点で第１の実施形態と異なる。以下、係る相違点を中心に説明する。
【００４９】
図６において、切替装置２２０は、第１の端子２１１に接続された常伝導共振器２２１と、第２の端子２１２に接続された常伝導共振器２２２と、いずれの端子とも接続されていない超伝導共振器２２３と、第３の端子２１３に接続された超伝導共振器２２４とを備える。常伝導共振器２２１、常伝導共振器２２２、超伝導共振器２２３及び超伝導共振器２２４は、共振周波数がｆ０に設定されている。
【００５０】
第１の実施形態と同様に、共振周波数ｆ０の常伝導共振器２２１と常伝導共振器２２２との間で結合することで信号の受け渡しが行われると、信号の位相が１８０度反転する。また、常伝導共振器２２１と超伝導共振器２２３との間、常伝導共振器２２２と超伝導共振器２２４との間、超伝導共振器２２３と超伝導共振器２２４との間においても同様に、信号の受け渡しが行われると、信号の位相が１８０度反転する。本実施形態では、共振周波数ｆ０は３．０［ＧＨｚ］に設定されている。
【００５１】
次に、超伝導共振器２２３及び２２４が臨界温度Ｔｃ以下まで十分冷却されている場合の、切替装置２２０の動作について説明する。なお、本実施形態における、超伝導共振器２２３及び２２４を冷却するための構成（冷却板２２５、冷却部２２６、チャンバー２２７、ポンプ２２８等）は、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５２】
まず、第３の端子２１３から出力される信号について説明する。アンテナ素子１００により受信された信号は、送受信切替装置１１０及びリミッタ２０１を通過し、第１の端子２１１に入力される。常伝導共振器２２１の共振周波数はｆ０に設定されているため、常伝導共振器２２１は第１の端子２１１から入力された信号から周波数ｆ０の信号を抽出し、抽出した信号を出力する。また、超伝導共振器２２３の共振周波数もｆ０であるため、常伝導共振器２２１と超伝導共振器２２３との間に電磁界結合が成立する。
【００５３】
常伝導共振器２２１と超伝導共振器２２３との間に電磁界結合が成立すると、超伝導共振器２２３は、常伝導共振器２２１から出力された周波数ｆ０の信号を受信し、受信した信号を出力する。また、超伝導共振器２２４の共振周波数もｆ０であるため、超伝導共振器２２３と超伝導共振器２２４との間に電磁界結合が成立する。
【００５４】
超伝導共振器２２３と超伝導共振器２２４との間に電磁界結合が成立すると、超伝導共振器２２４は、超伝導共振器２２３から出力された周波数ｆ０の信号を受信する。このように、第１の端子２１１に入力された受信信号は、常伝導共振器２２１及び超伝導共振器２２３を経て、超伝導共振器２２４へと到達する（第１のルート）。
【００５５】
一方、常伝導共振器２２１の共振周波数と常伝導共振器２２２の共振周波数はｆ０で等しいため、常伝導共振器２２１と常伝導共振器２２２との間に電磁界結合が成立する。
【００５６】
常伝導共振器２２１と常伝導共振器２２２との間に電磁界結合が成立すると、常伝導共振器２２２は、常伝導共振器２２１から出力された周波数ｆ０の信号を受信し、受信した信号を出力する。また、超伝導共振器２２４の共振周波数もｆ０であるため、常伝導共振器２２２と超伝導共振器２２４との間に電磁界結合が成立する。
【００５７】
常伝導共振器２２２と超伝導共振器２２４との間に電磁界結合が成立すると、超伝導共振器２２４は、常伝導共振器２２２から出力された周波数ｆ０の信号を受信する。このように、第１の端子２１１に入力された受信信号は、常伝導共振器２２１及び常伝導共振器２２２を経て、超伝導共振器２２４へと到達する（第２のルート）。
【００５８】
本実施形態においては、第１のルート（常伝導共振器２２１→超伝導共振器２２３→超伝導共振器２２４）を通過した信号の位相はトータル１８０度進む。一方、第２のルート（常伝導共振器２２１→常伝導共振器２２２→超伝導共振器２２４）を通過した信号の位相もトータル１８０度進む。従って、第１のルートを通過した信号の位相と、第２のルートを通過した信号の位相は等しくなる。このため、第１のルートを経由した信号と、第２のルートを経由した信号とは、同相となり合成されて第３の端子２１３から出力される。
【００５９】
次に、第２の端子２１２から出力される信号について説明する。前述したように、第１の端子２１１に入力された受信信号は、常伝導共振器２２１及び超伝導共振器２２３を経て、超伝導共振器２２４へと到達する（第１のルート）。超伝導共振器２２４は、超伝導共振器２２３から出力された周波数ｆ０の信号を受信し、受信した信号を出力する。また、常伝導共振器２２２の共振周波数もｆ０であるため、超伝導共振器２２４と常伝導共振器２２２との間に電磁界結合が成立する。
【００６０】
超伝導共振器２２４と常伝導共振器２２２との間に電磁界結合が成立すると、常伝導共振器２２２は、超伝導共振器２２４から出力された周波数ｆ０の信号を受信する。このように、第１の端子２１１に入力された受信信号は、常伝導共振器２２１、超伝導共振器２２３及び超伝導共振器２２４を経て、常伝導共振器２２２へと到達する（第３のルート）。
【００６１】
また、第１の端子２１１に入力された受信信号は、常伝導共振器２２１を経て、常伝導共振器２２２へと到達する（第４のルート）。
【００６２】
本実施形態においては、共振周波数もｆ０において第３のルート（常伝導共振器２２１→超伝導共振器２２３→超伝導共振器２２４→常伝導共振器２２２）を通過した信号の位相は３６０度進む。一方、第４のルート（常伝導共振器２２１→常伝導共振器２２２）を通過した信号の位相は１８０度進む。このため、常伝導共振器２２２において、第３のルートを経由した信号に対して、第４のルートを経由した逆位相の信号が重畳されることとなり、２つの信号は互いに打ち消し合うこととなる。従って、第２の端子２１２からは信号が殆ど出力されない。
【００６３】
このように、超伝導共振器２２３及び２２４が臨界温度Ｔｃ以下まで十分冷却されている場合は、第２の端子２１２からは受信信号が殆ど出力されず、第３の端子２１３から周波数ｆ０の受信信号が出力される。第３の端子２１３から出力された周波数ｆ０の受信信号は、ＢＰＦ２０２及びＬＮＡ２０３を通過して、ＬＮＡ１５０へと出力される。
【００６４】
次に、超伝導共振器２２３及び２２４が臨界温度Ｔｃ以下まで十分冷却されていない場合の、切替装置２２０の動作について説明する。アンテナ素子１００により受信された信号は、送受信切替装置１１０及びリミッタ２０１を通過し、第１の端子２１１に入力される。常伝導共振器２２１の共振周波数はｆ０に設定されているため、常伝導共振器２２１は第１の端子２１１から入力された信号から周波数ｆ０の信号を抽出し、抽出した信号を出力する。
【００６５】
冷却部２２６による冷却開始直後や冷却部２２６が故障した場合には、超伝導共振器２２３及び２２４が臨界温度Ｔｃ以下まで十分冷却されない。この場合、超伝導共振器２２３は抵抗体となり、共振器として十分機能しなくなる。従って、常伝導共振器２２１と超伝導共振器２２３との間に電磁界結合は成立しない。
【００６６】
一方、常伝導共振器２２１の共振周波数と常伝導共振器２２２の共振周波数は共にｆ０であるため、常伝導共振器２２１と常伝導共振器２２２との間に電磁界結合が成立する。常伝導共振器２２１と常伝導共振器２２２との間に電磁界結合が成立すると、常伝導共振器２２２は、常伝導共振器２２１から出力された周波数ｆ０の信号を受信する。
【００６７】
ここで、超伝導共振器２２４は臨界温度Ｔｃ以下まで十分冷却されていないことから、超伝導共振器２２４は抵抗体となり、共振器として十分機能しない。このため、常伝導共振器２２２と超伝導共振器２２４との間に電磁界結合は成立しない。従って、常伝導共振器２２１から受信した信号は、第２の端子２１２から出力される一方、第３の端子２１３からは出力されない。
【００６８】
このように、超伝導共振器２２３及び２２４が臨界温度Ｔｃ以下まで十分冷却されていない場合は、第３の端子２１３からは受信信号が殆ど出力されず、第２の端子２１２から周波数ｆ０の受信信号が出力される。第２の端子２１２から出力された周波数ｆ０の受信信号は、ＬＮＡ１５０へと出力される。
【００６９】
本実施形態によれば、超伝導共振器２２３及び２２４が超伝導状態か非超伝導状態かに応じて、自動的に信号伝達ルートが切り替わる。このため、本実施形態は、超伝導共振器２２３及び２２４の温度を測定するための温度計や、温度計の測定結果に応じて信号伝達経路を切り替える制御部が不要であり、製造コストの増加を抑制することができる。
【００７０】
図７は、第２の実施形態における非超伝導状態時の回路の周波数特性を示す図である。図７において、縦軸は減衰率［ｄＢ］を表し、横軸は周波数［ＧＨｚ］を表す。
【００７１】
第１の特性Ｓ１１は、第１の端子２１１から入力され、切替装置２２０内で反射して第１の端子２１１に戻ってくる信号の周波数特性を示す。また、第２の特性Ｓ２１は、第１の端子２１１から入力され、第２の端子２１２から出力される信号の周波数特性を示す。また、第３の特性Ｓ３１は、第１の端子２１１から入力され、第３の端子２１３から出力される信号の周波数特性を示す。
【００７２】
図７に示されるように、各共振器の共振周波数ｆ０（３．０［ＧＨｚ］）において、第１の特性Ｓ１１は約−１０［ｄＢ］、第２の特性Ｓ２１は約−１［ｄＢ］、第３の特性Ｓ３１は約−３３［ｄＢ］となっている。このため、超伝導共振器２２３及び２２４が臨界温度Ｔｃ以下まで十分冷却されていない場合、第１の端子２１１から入力された信号は第２の端子２１２から出力されるが、第３の端子２１３からは殆ど出力されないことが理解できる。
【００７３】
図８は、第２の実施形態における超伝導状態時の回路の周波数特性を示す図である。図８において、縦軸は減衰率［ｄＢ］を表し、横軸は周波数［ＧＨｚ］を表す。
【００７４】
図８に示されるように、各共振器の共振周波数ｆ０（３．０［ＧＨｚ］）において、第１の特性Ｓ１１は約−１７［ｄＢ］、第２の特性Ｓ２１は約−５０［ｄＢ］、第３の特性Ｓ３１は約０［ｄＢ］となっている。このため、超伝導共振器２２３及び２２４が臨界温度Ｔｃ以下まで十分冷却されている場合、第１の端子２１１から入力された信号は第３の端子２１３から出力されるが、第２の端子２１２からは殆ど出力されないことが理解できる。
【００７５】
図９は、第２の実施形態における、超伝導状態時に第１のルート（常伝導共振器２２１→超伝導共振器２２３→超伝導共振器２２４）を通過した信号の振幅と位相を示す図である。また、図１０は、第２の実施形態における、超伝導状態時に第２のルート（常伝導共振器２２１→常伝導共振器２２２→超伝導共振器２２４）を通過した信号の振幅と位相を示す図である。図９及び図１０において、左縦軸は減衰率［ｄＢ］を表し、右縦軸は位相［度］を表し、横軸は周波数［ＧＨｚ］を表す。
【００７６】
図９に示されるように、各共振器の共振周波数ｆ０（３．０［ＧＨｚ］）において、第１のルートを通過した信号の振幅は約０［ｄＢ］であり、ほぼ減衰されない。一方、第１のルートを通過した信号の位相は１８０度（−１８０度）である。つまり、第１のルートを通過した信号の位相は、第１の端子２１１から入力された信号の位相に対して逆相となり半波長ずれていることとなる。
【００７７】
これに対し、図１０に示されるように、各共振器の共振周波数ｆ０（３．０［ＧＨｚ］）において、第２のルートを通過した信号の振幅は約０［ｄＢ］であり、ほぼ減衰されない。一方、第２のルートを通過した信号の位相は１８０度（−１８０度）である。つまり、第２のルートを通過した信号の位相は、第１の端子２１１から入力された信号の位相に対して逆相となり半波長ずれていることとなる。
【００７８】
このように、第１のルートを通過した信号の位相及び第２のルートを通過した信号の位相は、いずれも第１の端子２１１から入力された信号の位相に対して半波長ずれていることとなる。このため、第１のルートを通過した信号と第２のルートを通過した信号とは同位相となる。従って、第３の端子２１３からは、第１のルートを通過した信号と第２のルートを通過した信号とが合成されて出力される。
【００７９】
図１１は、第２の実施形態における、超伝導状態時に第３のルート（常伝導共振器２２１→超伝導共振器２２３→超伝導共振器２２４→常伝導共振器２２２）を通過した信号の振幅と位相を示す図である。また、図１２は、第２の実施形態における、超伝導状態時に第４のルート（常伝導共振器２２１→常伝導共振器２２２）を通過した信号の振幅と位相を示す図である。図１１及び図１２において、左縦軸は減衰率［ｄＢ］を表し、右縦軸は位相［度］を表し、横軸は周波数［ＧＨｚ］を表す。
【００８０】
図１１に示されるように、各共振器の共振周波数ｆ０（３．０［ＧＨｚ］）において、第３のルートを通過した信号の振幅は約０［ｄＢ］であり、ほぼ減衰されない。一方、第３のルートを通過した信号の位相は約９０度である。
【００８１】
これに対し、図１２に示されるように、各共振器の共振周波数ｆ０（３．０［ＧＨｚ］）において、第４のルートを通過した信号の振幅は約０［ｄＢ］でありほぼ減衰されない。一方、第４のルートを通過した信号の位相は約−９０度である。
【００８２】
このように、第３のルートを通過した信号の位相と、第４のルートを通過した信号の位相との差は、１８０度（半波長）となる。このため、第３のルートを通過した信号と第４のルートを通過した信号とは逆位相となる。従って、これらの信号は打ち消し合い、第３の端子２１３からは、殆ど信号が出力されない。
【００８３】
以上説明した本実施形態によれば、第１の端子２１１に接続された常伝導共振器２２１と、第２の端子２１２に接続され、常伝導共振器２２１と電磁界結合可能な常伝導共振器２２２と、常伝導共振器２２１と電磁界結合可能であって、超伝導体で形成された超伝導共振器２２３と、第３の端子２１３に接続され、常伝導共振器２２２及び超伝導共振器２２３と電磁界結合可能であって、超伝導体で形成された超伝導共振器２２４とを備えることにより、信号の損失および雑音指数を改善するとともに、製造コストの増加を抑制することができる。
【００８４】
（第３の実施形態）
図１３は、第３の実施形態の切替装置２２０の構成図である。第３の実施形態は、複数の超伝導共振器２２３−１〜２２３−ｎが設けられている点で第１の実施形態と異なる。以下、係る相違点を中心に説明する。
【００８５】
まず、超伝導共振器２２３−１〜２２３−ｎ及び２２４が臨界温度Ｔｃ以下まで十分冷却されている場合の、切替装置２２０の動作について説明する。なお、本実施形態は、超伝導共振器２２３−１〜２２３−ｎ以外の構成については、第１の実施形態と同様である。また、他の実施形態と同様に、本実施形態における全ての共振器は共振周波数がｆ０（３．０［ＧＨｚ］）に設定されている。
【００８６】
アンテナ素子１００により受信された信号は、送受信切替装置１１０及びリミッタ２０１を通過し、第１の端子２１１に入力される。常伝導共振器２２１の共振周波数はｆ０に設定されているため、常伝導共振器２２１は第１の端子２１１から入力された信号から周波数ｆ０の信号を抽出し、抽出した信号を出力する。また、超伝導共振器２２３−１の共振周波数もｆ０であるため、常伝導共振器２２１と超伝導共振器２２３−１との間に電磁界結合が成立する。
【００８７】
常伝導共振器２２１と超伝導共振器２２３−１との間に電磁界結合が成立すると、超伝導共振器２２３−１は、常伝導共振器２２１から出力された周波数ｆ０の信号を受信し、受信した信号を出力する。また、超伝導共振器２２３−２〜２２３−ｎの共振周波数もｆ０であるため、隣り合う超伝導共振器間で電磁界結合が成立する。
【００８８】
このため、超伝導共振器２２３−１から出力された信号は超伝導共振器２２３−ｎまで到達する。これによって、超伝導共振器２２３−ｎは、受信した周波数ｆ０の信号を第３の端子２１３へと出力することができる。
【００８９】
本実施形態のように、複数の超伝導共振器２２３−１〜２２３〜ｎを設けることで、これらの超伝導共振器を急峻なカットオフ特性を持つフィルタ装置として機能させることができ、目的の周波数範囲外の電波の漏れを少なくすることができる。このため、本実施形態では、ＢＰＦ２０２を省略することが可能となり、製造コストの増加を更に抑制することができる。
【００９０】
なお、超伝導共振器２２３及び２２４が臨界温度Ｔｃ以下まで十分冷却されていない場合の切替装置２２０の動作については、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００９１】
以上説明した本実施形態によれば、第１の端子２１１に接続された常伝導共振器２２１と、第２の端子２１２に接続され、常伝導共振器２２１と電磁界結合可能な常伝導共振器２２２と、第３の端子２１３に接続され、常伝導共振器２２１と電磁界結合可能な複数の超伝導共振器２２３−１〜２２３〜ｎと、常伝導共振器２２１と電磁界結合可能な超伝導共振器２２４とを備えることにより、信号の損失および雑音指数を改善するとともに、製造コストの増加を抑制することができる。
【００９２】
（第４の実施形態）
図１４は、第４の実施形態の切替装置２２０の構成図である。第４の実施形態は、切替装置２２０をラットレース回路として使用する点で、他の実施形態と異なる。以下、係る相違点を中心に説明する。
【００９３】
図１４において、切替装置２２０は、第１の端子２１１に接続された常伝導共振器２２１と、第２の端子２１２に接続された常伝導共振器２２２と、第３の端子２１３に接続された超伝導共振器２２３と、第４の端子２１４に接続された超伝導共振器２２４とを備える。常伝導共振器２２１、常伝導共振器２２２、超伝導共振器２２３及び超伝導共振器２２４は、共振周波数がｆ０に設定されている。
【００９４】
他の実施形態と同様に、常伝導共振器２２１と常伝導共振器２２２との間および常伝導共振器２２２と超伝導共振器２２４との間でそれぞれ結合している。また、常伝導共振器２２１と超伝導共振器２２３との間及び超伝導共振器２２３と超伝導共振器２２４との間でそれぞれ結合している場合において、超伝導共振器２２３と超伝導共振器２２４との間での結合の符号を、他の結合と逆符号に設定することで位相を逆位相となる回路を構成する。なお、本実施形態において、共振周波数ｆ０は３．０［ＧＨｚ］に設定されている。
【００９５】
以下、本実施形態における切替装置２２０の動作について説明する。本実施形態において、超伝導共振器２２３及び２２４が臨界温度Ｔｃ以下まで十分冷却されている場合、切替装置２２０はラットレース回路として動作する。なお、本実施形態における、超伝導共振器２２３及び２２４を冷却するための構成（冷却板２２５、冷却部２２６、チャンバー２２７、ポンプ２２８等）は、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００９６】
まず、超伝導共振器２２３及び２２４が超伝導状態時において、第１の端子２１１から常伝導共振器２２１に信号が入力される場合について説明する。超伝導共振器２２４において、第１のルート（常伝導共振器２２１→超伝導共振器２２３→超伝導共振器２２４）を通過した信号の位相のずれは、超伝導共振器２２３と超伝導共振器２２４間の結合の符号を逆符号にすることで、第２のルート（常伝導共振器２２１→常伝導共振器２２２→超伝導共振器２２４）を通過した信号の位相と逆相となる。
【００９７】
このため、超伝導共振器２２４において、第１のルートを経由した信号に対して、第２のルートを経由した逆位相の信号が重畳されることとなり、２つの信号は互いに打ち消し合うこととなる。従って、第４の端子２１４からは信号が殆ど出力されない。このように、第４の端子２１４はアイソレーションポートとなる。
【００９８】
また、常伝導共振器２２２において、第３のルート（常伝導共振器２２１→超伝導共振器２２３→超伝導共振器２２４→常伝導共振器２２２）を通過した信号の位相は第４のルート（常伝導共振器２２１→常伝導共振器２２２）を通過した信号の位相と同相となる。
【００９９】
このため、常伝導共振器２２２において、第３のルートを経由した信号の位相と、第４のルートを経由した信号の位相となる。従って、第３のルートを経由した信号と、第４のルートを経由した信号とは、合成されて第２の端子２１２から出力される。
【０１００】
また、超伝導共振器２２３においては、第５のルート（常伝導共振器２２１→超伝導共振器２２３）を通過した信号と、第６のルート（常伝導共振器２２１→常伝導共振器２２２→超伝導共振器２２４→超伝導共振器２２３）を通過した信号とが重畳される。第５のルートを通過した信号の位相は、第６のルートを通過した信号の位相と同相となる。
【０１０１】
このため、超伝導共振器２２３において、第５のルートを経由した信号の位相と、第６のルートを経由した信号の位相とは等しい。従って、第５のルートを経由した信号と、第６のルートを経由した信号とは、合成されて第３の端子２１３から出力される。
【０１０２】
このように、超伝導共振器２２３及び２２４が臨界温度Ｔｃ以下まで十分冷却されている場合は、第４の端子２１４からは受信信号が殆ど出力されず、第２の端子２１２及び第３の端子２１３から周波数ｆ０の受信信号が等分配で出力される。従って、切替装置２２０はラットレース回路として動作する。
【０１０３】
一方、冷却部２２６による冷却開始直後や冷却部２２６が故障した場合には、超伝導共振器２２３及び２２４が臨界温度Ｔｃ以下まで十分冷却されない。この場合、超伝導共振器２２３及び２２４が抵抗体となり、共振器として十分機能しなくなる。従って、常伝導共振器２２１と超伝導共振器２２３との間に電磁界結合は成立せず、第３の端子２１３から信号が出力されない。また、常伝導共振器２２２と超伝導共振器２２４との間に電磁界結合は成立せず、第４の端子２１４からも信号が出力されない。これに対し、常伝導共振器２２１と常伝導共振器２２２との間の電磁界結合は成立するため、第２の端子２１２からは周波数ｆ０の受信信号が出力される。
【０１０４】
次に、超伝導共振器２２３及び２２４が超伝導状態時において、第２の端子２１２から常伝導共振器２２２に信号が入力される場合について説明する。超伝導共振器２２３において、第７のルート（常伝導共振器２２２→超伝導共振器２２４→超伝導共振器２２３）を通過した信号と、第８のルート（常伝導共振器２２２→常伝導共振器２２１→超伝導共振器２２３）を通過した信号とが重畳される。第７のルートを通過した信号の位相と第８のルートを通過した信号の位相差は１８０度となる。
【０１０５】
このため、超伝導共振器２２３において、第７のルートを経由した信号に対して、第８のルートを経由した逆位相の信号が重畳されることとなり、２つの信号は互いに打ち消し合うこととなる。従って、第３の端子２１３からは信号が殆ど出力されない。このように、第３の端子２１３はアイソレーションポートとなる。
【０１０６】
また、常伝導共振器２２１においては、第９のルート（常伝導共振器２２２→超伝導共振器２２４→超伝導共振器２２３→常伝導共振器２２１）を通過した信号と、第１０のルート（常伝導共振器２２２→常伝導共振器２２１）を通過した信号とが重畳される。第９のルートを通過した信号の位相と第１０のルートを通過した信号の位相は同相となる。
【０１０７】
このため、常伝導共振器２２１において、第９のルートを経由した信号の位相と、第１０のルートを経由した信号の位相とは等しい。従って、第９のルートを経由した信号と、第１０のルートを経由した信号とは、合成されて第１の端子２１１から出力される。
【０１０８】
また、超伝導共振器２２４においては、第１１のルート（常伝導共振器２２２→超伝導共振器２２４）を通過した信号と、第１２のルート（常伝導共振器２２２→常伝導共振器２２１→超伝導共振器２２３→超伝導共振器２２４）を通過した信号とが重畳される。第１１のルートを通過した信号の位相と第１２のルートを通過した信号の位相は同相となる。
【０１０９】
このため、超伝導共振器２２４において、第１１のルートを経由した信号の位相と、第１２のルートを経由した信号の位相とは等しい。従って、第１１のルートを経由した信号と、第１２のルートを経由した信号とは、合成されて第４の端子２１４から出力される。
【０１１０】
このように、超伝導共振器２２３及び２２４が臨界温度Ｔｃ以下まで十分冷却されている場合は、第３の端子２１３からは受信信号が殆ど出力されず、第１の端子２１１及び第４の端子２１４から周波数ｆ０の受信信号が等分配で出力される。従って、切替装置２２０はラットレース回路として動作する。
【０１１１】
一方、冷却部２２６による冷却開始直後や冷却部２２６が故障した場合には、超伝導共振器２２３及び２２４が臨界温度Ｔｃ以下まで十分冷却されない。この場合、超伝導共振器２２３及び２２４が抵抗体となり、共振器として十分機能しなくなる。従って、常伝導共振器２２２と超伝導共振器２２４との間に電磁界結合は成立せず、第４の端子２１４から信号が出力されない。また、常伝導共振器２２１と超伝導共振器２２３との間に電磁界結合は成立せず、第３の端子２１３からも信号が出力されない。これに対し、常伝導共振器２２１と常伝導共振器２２２との間の電磁界結合は成立するため、第１の端子２１１からは周波数ｆ０の受信信号が出力される。
【０１１２】
以上説明した実施形態では、冷却部２２６は超伝導共振器２２３及び２２４を冷却するとしたが、常伝導共振器２２１及び常伝導共振器２２２についても、チャンバー２２７内で冷却してもよい。これによって、常伝導共振器２２１及び常伝導共振器２２２を経由する信号の損失をより低減することができる。
【０１１３】
本実施形態によれば、切替装置２２０をラットレース回路として使用する場合であっても、超伝導共振器２２３及び２２４が超伝導状態か非超伝導状態かに応じて、自動的に信号伝達ルートが切り替わる。このため、本実施形態は、超伝導共振器２２３及び２２４の温度を測定するための温度計や、温度計の測定結果に応じて信号伝達経路を切り替える制御部が不要であり、製造コストの増加を抑制することができる。
【０１１４】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、第１の端子２１１に接続された常伝導共振器２２１と、第２の端子２１２に接続され、常伝導共振器２２１と電磁界結合可能な常伝導共振器２２２と、第３の端子２１３に接続され、常伝導共振器２２１と電磁界結合可能な超伝導共振器２２３と、常伝導共振器２２１と電磁界結合可能な超伝導共振器２２４とを持つことにより、信号の損失および雑音指数を改善することができる。
【０１１５】
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。
【符号の説明】
【０１１６】
１００…アンテナ素子、２００…受信装置、２０１…リミッタ、２０２…ＢＰＦ、２０３…ＬＮＡ、２１１…第１の端子、２１２…第２の端子、２１３…第３の端子、２１４…第４の端子、２２０…切替装置、２２１…常伝導共振器、２２２…常伝導共振器、２２３…超伝導共振器、２２４…超伝導共振器、２２６…冷却部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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