アンテナ装置、電波受信装置、及び、電波送信装置
本発明の課題は、マイクロストリップ構造、コプレーナ構造を有しており、超伝導材料を用いたアンテナ素子を利用した、アンテナ装置、信号受信装置、信号送信装置であって、指向性利得の向上、小型化、及び、低消費電力化を実現するアンテナ装置、信号受信装置、及び、信号送信装置を提供することにある。そして、上記の課題を解決する手段は、平面型アンテナ素子と、電波を透過させる電波窓を有し、前記平面型アンテナ素子を収容して外部からの熱を遮断する断熱容器と、前記断熱容器内であって、前記電波窓
と前記平面型アンテナ素子のアンテナパターン形成面の間に配設された導波管と、前記平面型アンテナ素子を冷却する冷却手段を備え、前記導波管が前記平面型アンテナ素子の指向性を強める形状及び寸法であり、平面型アンテナ素子のアンテナパターンに超伝導膜を使用したことを特徴とするアンテナ装置である。
と前記平面型アンテナ素子のアンテナパターン形成面の間に配設された導波管と、前記平面型アンテナ素子を冷却する冷却手段を備え、前記導波管が前記平面型アンテナ素子の指向性を強める形状及び寸法であり、平面型アンテナ素子のアンテナパターンに超伝導膜を使用したことを特徴とするアンテナ装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、マイクロストリップ構造、コプレーナ構造を有しており、超伝導材料を用いたアンテナ素子を利用した、アンテナ装置、信号受信装置、及び、信号送信装置に係わる。そして、特に指向性利得の向上できるアンテナ装置、信号受信装置、及び、信号送信装置に関する。また、アンテナ装置、信号受信装置、及び、信号送信装置の小型化に関する。さらに、アンテナ装置、信号受信装置、及び、信号送信装置の冷却システムの低消費電力化に関する。
【背景技術】
近年、無線ＬＡＮ、衛星通信、ＩＭＴ−２０００等の発展より、通信システムの高速化及び小型化の需要が高まっている。従って、一般的に通信システムを構成している、例えば、アンテナ、フィルター、アンプ等の素子性能の向上、及び、上記素子の駆動部分の小型化が求められている。特に、アンテナはシステムの送受信端に設けられ、一般的に、アンテナの電波放射効率及び電波受信感度の向上が、システム全体の通信特性の向上及び小型化につながるところが大きい。
そして、アンテナの電波放射効率及び電波受信感度の向上の為には、まず、全体的な性能の向上のため、アンテナ素子を含む高周波デバイスの導体部における、高周波に対する電力損失を小さくすることが望ましい。また、効率的な性能の向上のため、指向性利得を向上させることが望ましい。
そこで、高周波に対する電力損失を小さくする為、低抵抗な超伝導材料を利用する提案がされている。しかし、超伝導材料をアンテナ等に使用する提案を実現するには、超伝導体のアンテナ素子の冷却状態を安定に保つため、真空容器による断熱及び冷却装置が必須である。
以下、図１を用いて、従来例１に係るアンテナ装置を説明する。図１に示すアンテナ装置の容器は、アンテナ窓５と、容器部６とから構成されている。そして、アンテナ窓５には誘電体からなり、断面がレンズ状である場合を含む、窓材がはめ込まれている。
また、アンテナ装置の容器部６には、ＲＦコネクタ１と、ケーブル２と、マイクロストリップアンテナ３と、コールドステージ４とが備えられ、上記のアンテナ装置の容器部６とともにアンテナ装置を構成している。そして、マイクロストリップアンテナ３は超伝導材料で構成されている。
さらに、上記のアンテナ装置には真空ポンプが付属しており、アンテナ装置の容器部６の中をほぼ真空にして、マイクロストリップアンテナ３と外部との断熱を図るとともに、コールドステージ４にてマイクロアンテナ３の冷却が行われている。
そして、アンテナアンテナ窓５にはめ込まれている窓材の比誘電率、厚さ、及び、窓材のレンズ状の形状より決定される所定の距離に、アンテナ窓からマイクロストリップアンテナ３までの距離が設定されている。（例えば、特許文献１）
次に、図２を用いて、従来例２に係る成層圏−中間圏オゾンモニタリングシステムを説明する。図２には、回転可能なパラボラアンテナ４０８と、パラボラアンテナ４０８で受けた電波の一部を、波長の１／４分位相をずらすλ／４プレイト４０９と、λ／４プレイトを透過した電波を反射する固定ミラー４１０と、第１のオシレータ４２７と、断熱用のデュアー４２９と、導波管４１５と、前記導波管４１５に連結されているＣＧＣ（ｃｒｏｓｓ ｇｕｉｄｅ ｃｏｕｐｌｅｒ）４１６と、ＳＩＳ（ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ミキサ４１７と、中間周波数用アンプ４１８と、冷却ロード４１９と、放射シールド４２０と、第２のオシレータ４１１と、第３のオシレータ４１２と、中間周波数信号処理装置４１３と、ＡＯＳ（Ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）４１４と、リファレンスオシレータ４２４と、パーソナルコンピュータ４２５とが示されている。そして、上記の第２のオシレータ４１１、第３のオシレータ４１２、ＡＯＳ４１４、パーソナルコンピュータ４２５とリファレンスコンピュータ４２４を除く図２に示す要素は主受信ユニット４２８を構成する。そして、第１のオシレータは、逓倍器４２１と、ハーモニックミキサ４２３と、位相ロックコントローラ４２６と、ガンオシレータ４２２とから構成されている。（例えば、非特許文献１）
【特許文献１】特開２００３−４６３２５号公報
【非特許文献１】Ｈｉｄｅｏ Ｓｕｚｕｋｉ ｅｔ．ａｌ．，ＩＥＩＣＥ ＴＲＡＮＳ．ＥＬＥＣＴＲＯＮ．，Ｖｏｌ．Ｅ７９−Ｃ，Ｎｏ．９，Ｓｅｐ．，Ｐ１２１９−１２２７，１９９６．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
アンテナ性能の向上の為、アンテナ素子部分の冷却が、特に、超伝導材料を使用したアンテナを利用するには、数十Ｋ程度の低温が必要である。その為、そのような低温を得るためには、ヘリウムガス等を冷媒として用いる冷却機、及び、低温動作素子や回路の断熱のための真空容器が重要な技術要素である。
ここで、真空容器には、真空封止に耐えられる強度と、アンテナ素子への受信電波の透過、及び、アンテナ素子からの送信電波の放射を、可能な限り減衰させない透過性が重視された結果、アンテナ素子の指向性利得の向上は重視されないという問題があった。
そこで、従来例１は、真空容器の窓部に誘電体を用い、前記誘電体の比誘電率と真空容器内の比誘電率との比を所定の値とすることにより、又は、前記誘電体の断面形状をレンズ状とすることにより、送受信電波に対し、窓部がレンズ効果を有するものとし、かつ、アンテナ窓とアンテナ素子との距離が、［数１］の関係を満たす場合に、電波送受信時の指向性利得の向上が図れるものであった。
しかし、アンテナ素子の指向性利得の向上は重要な課題であり、別の観点からも、アンテナ素子の指向性利得の向上手段が求められていた。
【数１】
次に、複数のアンテナ素子を連動させ、複数のアンテナ素子全体として指向性が向上するように、個々のアンテナ素子を動作させる、いわゆる複合アンテナ装置において、アンテナ素子間の干渉の防止の為、アンテナ素子間の間隔を確保すると複数のアンテナ素子を納める容器が大きくなる。特に、アンテナ素子のアンテナパターンが超伝導材料で構成されている場合は、低温状態を保持する、断熱用の真空装置及び冷却装置も大きくなり、アンテナ装置全体が大型化する問題があった。
さらに、真空容器及び断熱係る問題点として以下がある。すなわち、真空容器は、熱の流入の内、固体による熱伝導と気体による熱伝導に対しては効果が大きいが、［数２］に示すステファンボルツマンの法則に示すように、外気の絶対温度の４乗と冷却された素子の絶対温度の４乗の差に比例する、真空容器からの熱輻射による熱流入の防止はできない。そこで、真空容器内にさらに、例えば、金属板や金属皮膜を有するポリエステルフィルム等の断熱材をいれると、受信電波の透過や電波の送信に対し障害となる問題があった。
【数２】
加えて、一般的な断熱の問題点として、真空容器を構成する部分に、例えばアンテナ窓のような、大きな透明部分があると、放射熱によりアンテナ素子に熱が伝えられる。その結果、冷却装置の負荷の増大を招き、冷却装置の消費電力が増大する。そして、限られた供給電力及び冷却装置の設置条件では、冷却が困難となる問題があった。すなわち、超伝導材料をアンテナパターンに用いたアンテナ素子を内蔵したアンテナ装置の実用化を考えた場合に、小型化、低消費電力化に対して不利となる問題があった。特に従来例２のように、パラボラアンテナ４０８からの電波を導く為に、ＣＧＣ４１６に導波管４１５を連結した構成をとると、導波管４１５が受けた放射熱もＣＧＣ４１６へ導くこととなり、ＣＧＣ４１６を冷却する装置の負荷はさらに増大するという問題があった。
また、超伝導材料をアンテナ素子に使用し、臨界温度以下に冷却して超伝導状態にしても、超伝導材料の選択及びアンテナ素子を構成する超伝導薄膜の結晶の状態によっては、充分に低い表面抵抗を得ることができない問題点があった。
そして、電波の送信、受信を実際に行うには、アンテナ装置に付属し、送受信装置を構成する回路、例えば、フィルター回路や増幅器も必要である。しかし、アンテナ素子の安定動作に必要な真空容器の外部に上記の付属回路を設けるのでは、送受信装置の小型化とは反するものとなる問題があった。
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、第一の発明は、
平面型アンテナ素子と、
電波を透過させる電波窓を有し、前記平面型アンテナ素子を収容して外部からの熱を遮断する断熱容器と、
前記断熱容器内であって、前記電波窓と前記平面型アンテナ素子のアンテナパターン形成面の間に配設された導波管と、
前記平面型アンテナ素子を冷却する冷却手段を備え、
前記導波管が前記平面型アンテナ素子の指向性を強める形状及び寸法であることを特徴とするアンテナ装置を提供する。
第一の発明に係るアンテナ装置によれば、
平面型アンテナ素子を冷却するため、平面型アンテナ素子を構成する導体の表面抵抗が低下し、平面型アンテナ素子の全体的な利得が向上する。
また、導波管が、平面型アンテナ素子に指向性をもたせることにより、送信時にあっては、放射する電波の指向性利得が向上し、受信時にあっても、受信電波の指向性利得が向上する。
なお、上記課題を解決するため、第二の発明は、第一の発明に記載したアンテナ装置であるが、前記導波管の開口面と前記平面型アンテナ素子のアンテナパターン形成面の間の実効的な比誘電率をＡとすると、導波管が筒状であって、導波管の筒の高さが送受信に係る電波の波長の１／４を√Ａで徐したもの以上であり、さらに，前記平面型アンテナ素子側の前記導波管の開口の少なくとも一つの軸方向に係る長さが前記電波の波長の１／２を√Ａで除したものより長く、前記電波の波長を√Ａで除したもの以下であることを特徴とする。上記のような導波管の形状及び寸法であると、平面型アンテナ素子の垂直方向の指向性利得の向上が容易である。
次に、上記課題を解決するため、第三の発明は、
複数の平面型アンテナ素子と、
前記平面型アンテナ素子が形成されている基板と、
電波を透過させる電波窓を有し、複数の前記平面型アンテナ素子を収容して外部からの熱を遮断する断熱容器と、
前記断熱容器内であって、前記電波窓と前記平面型アンテナ素子のアンテナパターン形成面の間に配設された導波管と、
前記平面型アンテナ素子を冷却する冷却手段を備え、
前記導波管が前記平面型アンテナ素子の指向性を強める形状及び寸法であって、
複数の前記平面型アンテナ素子を連動させることを特徴とするアンテナ装置を提供する。
第三の発明に係るアンテナ装置によれば、
複数の平面型アンテナ素子は冷却されるため、平面型アンテナ素子を構成する導体の表面抵抗が低下し、個々の平面型アンテナ素子の全体的な利得が向上する。
また、導波管が平面型アンテナ素子に指向性をもたせることにより、個々の平面型アンテナ素子に同一の指向性利得の向上がもたらされる。
さらに、複数の平面型アンテナ素子を搭載したアンテナ装置であるため、それらの平面型アンテナ素子を連動して動作させることにより、一つのいわゆる複合アンテナとして動作させることができる。その結果、上記の複合アンテナは平面型アンテナ素子の一つ一つに比較し、より、指向性が向上したものとなる。
次に第四の発明は、
平面型アンテナ素子と、
電波を透過させる電波窓を有し、前記平面型アンテナ素子を収容して外部からの熱を遮断する断熱容器と、
前記断熱容器内であって、前記電波窓と前記平面型アンテナ素子のアンテナパターン形成面の間に配設された第１の導波管と、
前記断熱容器外であって、前記電波窓に一方の開口が接するように配設された第２の導波管と、
前記平面型アンテナ素子を冷却する冷却手段を備え、
前記第１の導波管及び前記第２の導波管が前記平面型アンテナ素子の指向性を強める形状及び寸法であることを特徴とするアンテナ装置を提供する。
第四の発明に係るアンテナ装置によれば、第２の導波管の働きにより、電波が収束し、さらに、送受信にかかる指向性利得の向上をはかることができる。
次に第五の発明は、
平面型アンテナ素子と、
前記平面型アンテナ素子で受けた電波からの受信信号処理回路と、
電波を透過させる電波窓を有し、前記平面型アンテナ素子及び前記受信信号処理回路を収容して外部からの熱を遮断する断熱容器と、
前記断熱容器内であって、前記電波窓と前記平面型アンテナ素子のアンテナパターン形成面の間に配設された導波管と、
前記平面型アンテナ素子及び前記受信信号処理回路を冷却する冷却手段を備え、
前記導波管が前記平面型アンテナ素子の指向性を強める形状及び寸法であることを特徴とする電波受信装置を提供する。
第五の発明に係る電波受信装置によれば、平面型アンテナ素子と受信回路が断熱容器内にあって、いずれも冷却されるため、平面型アンテナ素子及び受信回路の導体の抵抗が低くなり、電波受信装置の動作が、低損失で行われる。また、平面型アンテナ素子と受信回路が断熱容器内にあるため、電波受信装置の小型化が図れる。
次に、第六の発明は、
平面型アンテナ素子と、
前記平面型アンテナ素子を通じて放射される電波にのせる送信信号処理回路と、
電波を透過させる電波窓を有し、前記平面型アンテナ素子及び前記送信信号処理回路を収容して外部からの熱を遮断する断熱容器と、
前記断熱容器内であって、前記電波窓と前記平面型アンテナ素子のアンテナパターン形成面の間に配設された導波管と、
前記平面型アンテナ素子及び前記送信処理回路を冷却する冷却手段を備え、
前記導波管が前記平面型アンテナ素子の指向性を強める形状及び寸法であることを特徴とする電波送信装置を提供する。
第六の発明に係る電波送信装置によれば、平面型アンテナ素子と送信信号処理回路が断熱容器内にあって、いずれも冷却されるため、平面型アンテナ素子及び送信信号処理回路の導体の抵抗が低くなり、電波送信装置の動作が、低損失で行われる。また、平面型アンテナ素子と電波送信処理回路が断熱容器内にあるため、電波送信装置の小型化が図れる。
【発明の効果】
本発明によれば、指向性利得の高いアンテナ装置を得ることができる。また、本発明に係るアンテナ装置、電波受信装置、電波送信装置ともに、低損失で稼働が可能である。さらに、本発明によれば、複数の超伝導材料を使用した平面型アンテナ素子に係る、アンテナ装置、電波受信装置、電波送信装置の小型化が可能である。また、本発明によれば、超伝導材料を平面型アンテナ素子に使用した場合に、アンテナ装置、電波受信装置、電波送信装置の冷却システムの低消費電力化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
発明を実施するための最良の形態であるアンテナ装置は、基板上のアンテナ素子と、基板上のアンテナ素子を電磁気的にシールドするシールドと、導波管と、アンテナ素子の冷却装置と、真空ポンプ（例えば、ロータリーポンプ、ターボ分子ポンプ、又は、それらの組み合わせ等がある）と、アンテナ素子用の容器と、アンテナ素子用の容器とアンテナ素子との間の断熱材とから構成されている。
上記のアンテナ素子の冷却装置は冷媒を利用し、上記アンテナ素子用の容器内のコールドプレート等を冷却する。その結果、アンテナ素子の冷却装置は、アンテナ素子を、コールドプレート等を通じて冷却することができる。
上記の真空ポンプは、アンテナ素子用の容器の内部を、排気口を通じて減圧する為に用いる。その結果、真空ポンプにより、上記アンテナ素子の容器内は、ほぼ真空状態（例えば、ロータリーポンプを使用する場合は、１×１０Ｅ−２ｔｏｒｒとなる。また、ターボ分子ポンプを併用すると、１×１０Ｅ−５〜１×１０Ｅ−７ｔｏｒｒ程度の真空状態が可能となる。）となる。
さらに、アンテナ素子用の容器は、電波窓と、アンテナ素子用の容器の蓋部と、アンテナ素子用の容器の容体部と、上記アンテナ素子用の容器の蓋部と容体部の接触部に配置され、容器内の気密を保つ為のＯリングと、アンテナ素子等からの信号を伝えるケーブルと、前記ケーブルを容器外へ接続する、高周波信号用のＲＦコネクタと、真空ポンプが接続されている排気管と、冷却装置の一部を構成するコールドプレートから構成されている。従って、アンテナ素子用の容器内は、Ｏリングのシール効果により、気密状態である。また、容器内を真空ポンプにより、真空状態に保つことができる。その結果、減圧状態のアンテナ素子用の容器は、外気からのアンテナ素子への固体間又は気体を媒介とした熱伝導による熱流入を抑止する効果があり、アンテナ素子の冷却は容易となる。
また、アンテナ素子用の容器とアンテナ素子との間には断熱材が配置されているので、アンテナ素子用の容器からの熱輻射による、アンテナ素子への熱流入も抑止する効果がある。
ここで、アンテナ素子は、アンテナパターンが超伝導材料で構成されており、臨界温度以下では、表面抵抗が、金属の銅（Ｃｕ）より低い抵抗を示すものをいう。そして、本実施例では、アンテナ素子のアンテナパターンが基板上に形成されており、いわゆる平面型をしている。ただし、平面状態にこだわることはなく、多少の厚みや立体構造があってもよい。また、立体構造とは、基板が複数層にわかれ、アンテナパターンが、それぞれの層に形成されている場合を含む。
また、導波管は、アンテナ素子用の容器内にあり、アンテナ素子とアンテナ素子用の容器の蓋部にある電波窓との間に配設されている。そして、導波管は、アンテナ素子用の容器側に固定されており、アンテナ素子用の容器を通じて、接地電位への接続がある。また、導波管とアンテナ素子とは、固体間又は気体を媒介とした熱接触はない。さらに、導波管の高さは、アンテナ素子からの放射電波に指向性利得を向上させる範囲にあり、アンテナ素子の送信電波の波長から波長の１／４程度であることが望ましい。
本発明を実施するための最良の実施形態であるアンテナ装置には、以下の効果がある。まず、導波管の効果により、アンテナ素子から放射される電波に指向性がつく為、アンテナ素子の指向性利得が向上する。
次に、アンテナ素子用の容器の電波窓を通過した電波を、導波管がアンテナ素子の直近まで漏れなく導く為、アンテナ素子用の容器による電波の損失が防止され、アンテナ素子の電波受信時の指向性利得が向上する。
また、アンテナ素子用の容器内に、断熱材をいれても、導波管とシールドにより、アンテナ素子からの断熱材への送信電波の漏れはなく、指向性をもって電波窓から放射され、また、アンテナ素子への受信電波通過が確保されるため、断熱材による電波の損失が防止される。
さらに、アンテナ素子容器内の断熱材により、アンテナ素子用の容器からの熱複写による、熱流入を抑止される為、アンテナ素子の冷却装置には負荷がかからず、冷却装置を小型化することができる。
【実施例１】
図３、図４及び図５を使用して実施例１に係るアンテナ装置３５について説明する。まず、図３は、基板２６と、基板２６上のアンテナ素子２０と、導波管２２と、シールド１８と、真空バルブ３９と、真空ポンプ３０と、アンテナ素子用の容器３４と、コールドプレート２７と、管３１と、冷媒３２と、圧縮機１５とから構成されるアンテナ装置の断面図を示している。
そして、上記の構成要素のうち、コールドプレート２７と、管３１と、圧縮機１５とは、冷媒３２の断熱膨張を利用する、いわゆるパルスチューブ式、又は、スターリングサイクルを原理とする冷却装置を構成し、コールドプレート２７上の基板２６及び基板２６上のアンテナ素子２０を冷却する。
ここで、冷媒３２には、通常、ヘリウムガスが使用される。また、コールドプレート２７と基板２６の間には、熱伝導をよくする、例えば、銅の金属ブロック等や、密着をよくするインジウム、グリース等の物質が間に配設されていてもよい。
なお、冷却装置の方式として、上記ではパルスチューブ式、又は、スターリングサイクルを原理とする冷却装置を例として挙げたが、それに限ることはなく、例えば、コールドプレート２７内に管を設けて、液体ヘリウムや液体窒素を循環させる方式であってもよい。
また、アンテナ素子用の容器３４は、電波窓２１と、アンテナ素子用の容器の蓋部２４と、アンテナ素子用の容器３４の容体３３と、上記アンテナ素子用の容器３４の蓋部２４と容体３３の接触部に配置され、容器内の気密を保つ為の蓋部Ｏリング２３と、アンテナ素子等と前記アンテナ素子用の容器３４外との入出力信号を伝えるケーブル１７と、ＲＦコネクタ１６と、真空ポンプ３０と接続する排気口２８と、止めネジ２５とから構成されている。
そして、電波窓２１は、送受信に関わる電波を、前記アンテナ素子用の容器３４内に導き、あるいは、送出する役割を果たす。
ＲＦコネクタ１６は、アンテナ素子と外部との入出力信号を伝えるケーブル１７と外部のケーブルを接続するものであり、高周波信号を取り扱うことができる。
止めネジ２５は、上記アンテナ素子用の容器３４とアンテナ素子用の容器３４の蓋部２４を止めるものである。
アンテナ素子用の容器３４内は、蓋部Ｏリング２３のシール効果により、気密状態とすることができる。
さらに、真空ポンプ３０は、アンテナ素子用の容器３４の内部を、真空ポンプ３０と接続する排気口２８及び真空バルブ３９を通じて減圧する為に用いられる。そして、真空ポンプ３０は、上記アンテナ素子の容器３４内を、１×１０Ｅ−２〜１×１０Ｅ−６ｔｏｒｒ程度の真空状態（以下「準真空状態」という）とすることができる。なお、排気口２８と真空バルブ３９はいわゆる金属シールドにより接合されており、高い気密性を保持できる。
なお、蓋部Ｏリング２３等のＯリングをメタルシール仕様とすれば、さらに高い気密性が保持できる。従って、下記の手順を踏むことにより、上記の準真空状態は長期間保持することができる為、真空ポンプを取り外すことも可能である。
手順１：真空ポンプ３０により、アンテナ素子用の容器内を、一旦、準真空状態する。
手順２：通常は、蓋部２４や容体３３にアンテナ素子用の容器３４内を７０〜１５０℃程度に加熱する手段がとりつけられており（図示はしていない）、上記加熱手段を利用してベーキングをする。
手順３：アンテナ素子の容器全体真空バルブ３９を閉じ、アンテナ素子容器内に取り付けられている、通常の真空容器内に設置するゲッタ材（図示はしていない）を機能させる。
図３に示すアンテナ装置３５においては、上記の構成をとる結果、減圧状態のアンテナ素子用の容器３４は、外気からのアンテナ素子への熱流入を防止することができ、上記の冷却装置によるアンテナ素子の冷却を冷却装置に負荷がかからずに行うことができる。
次に、図４及び図５を用いて、実施例１のアンテナ装置３５の詳細を説明する。まず、図４は図３に示すアンテナ素子用の容器３４の一部とその内部に係る斜視図であり、８個の四角形のアンテナ素子２０と、四角形の電波窓側の開口部と四角形のアンテナ素子側の開口部を有する、四角柱状の８個の導波管２２と、シールド１８と、コールドプレート２７と、アンテナ素子の数に応じた８本のケーブル１７（４本分は図示されていない）と８個のＲＦコネクタ１６（４個分は図示されていない）と、蓋部２４と、電波窓２１と、円柱状のアンテナ素子用の容器３４と、止めネジ２５と、容体３３とを示している。
また、図５は、アンテナ用の容器を上面から見た上面図であって、アンテナ素子用の容器の蓋部２４と、四角形の電波窓２１と、四角形のアンテナ素子２０と、導波管２２の四角形の開口部と、止めネジ２５との位置関係を示している。
そして、図４に参照するように、アンテナ素子２０が配置されている基板２６は、コールドプレート２７の円盤の上面に、配置されている。さらに、シールド１８が基板２６の上に、基板２６を覆うように配置されている。
ここで、上記の基板２６は、材質が誘電体からなる板体である。また、「アンテナ素子２０が配置されている」とは、アンテナ素子２０のアンテナパターンが基板上に形成され、マイクロストリップライン構造とする場合には、基板２６の裏面に接地電位用の金属電極が配設されていることをいう。なお、アンテナパターンは、平面的であっても、厚みをもつものでもよく、基板２６が多層基板である場合には、中間層に形成されていてもよい。また、シールド１８は、アンテナ素子を電磁気的にシールドするものであるから、材質は銅（Ｃｕ）等の金属性のものである。シールド１８の接地電位は、アンテナ素子２０と共通である。
次に、アンテナ素子２０は、ダイポール型、ループ型、線状アンテナ型、パッチアンテナ型等のアンテナパターンを含むマイクロストリップライン構造又はコプレーナ構造を有するものであって、アンテナパターンの集合が四角形の形状を有するものである。また、２行４列状に８個のアンテナ素子が基板上に配置されており、アンテナパターンの材質には、超伝導材料が採用されている。
次に、導波管２２は四角柱の形状を有し、アンテナ素子２０の形状とほぼ同じ大きさの四角形であるアンテナ素子２０側の開口と、アンテナ素子２０側の開口と同一の四角形である電波窓２１側の開口とを備え、導波管２２はアンテナ素子２０と電波窓２１との間に配置されている。そして、導波管２２の一方の開口はアンテナ素子２０と向き合っているが、アンテナ素子２０及びシールド１８とは離間している。また、導波管の他方の開口は電波窓２１と向き合っており、電波窓２１部で、蓋部２４と接続している。すなわち、導波管２２は、アンテナ素子用の容器３４と固体間の熱接触があり、電気的にも接続され、アンテナ素子用の容器３４を通じて接地電位に接続している。しかし、導波管２２は、アンテナ素子及びシールド１８とは固体間の熱伝導と気体を媒介とした熱伝導はない。
ここで、導波管２２は、ステンレス（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等）、キュプロニッケル、黄銅等の熱伝導性がよくない金属薄膜を四角柱状に巻いたものであって、四角柱の内側に銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等をメッキしたもの、或いは、絶縁フィルムを四角柱状に巻き、内側に銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等の金属薄膜を蒸着したもの、或いは、四角柱状の誘電体の外周に銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等の金属薄膜を蒸着したもの等である。
そして、導波管２２は、下記のようにアンテナ素子２０の指向性を強める形状及び寸法をしている。ここで、「アンテナ素子の指向性を強める」とは、アンテナ素子２０が本来もっている指向性、すなわち、送信電波に対する放射電波強度の角度依存性や受信電波に対する受信電波感度の角度依存性に対し、所望の方向の放射電波強度を強めること、又は、受信電波感度を強めることをいう。
また、「指向性利得の向上」とは、送信に関して、アンテナ素子の全方位への放射電波の放射電力の総和に対して、特定の方向の放射電波の放射電力の割合を向上させることをいう。また、受信の関しては、全方位からの受信電波の受信電力の総和に対して、特定の方向の受信電波の受信電力の割合を向上させることをいう。そして、「指向性を強める」ことは特定方向の送受信電波の電力を強めることになるため、「指向性利得の向上」につながる。
具体的には、導波管２２の高さは、実施例１のアンテナ装置で送受信する電波の波長から波長の１／４程度であることが望ましい。なぜなら、高さが低すぎると、送受信電波の垂直方向の指向性利得の向上はなく、高すぎると、送受信電波が導波管２２を伝搬する際の損失が大きくなり、送受信電波に対する指向性利得の向上が抑えられるからである。しかし、導波管２２の高さを波長の１／４程度に限定するものではない。
また、導波管２２のアンテナ素子２０側の四角形開口部が有する長軸の長さが送受信する電波の波長から波長の１／２程度であることが望ましい。波長の１／２程度を下限としたのは、これ以下では、送受信電波の伝搬が遮断されるからである。また、波長程度を上限としたのは、送受信電波の収束が弱くなり、送受信電波の指向性利得の向上が抑えられるからである。
ところで、アンテナ素子のアンテナパターンが形成されている基板２６の表面付近では、送受信電波はアンテナ素子用の容器３４内の比誘電率と基板２６の比誘電率の双方の比誘電率の影響を受ける。また、導波管２２を伝搬する際には、導波管２２内の比誘電率の影響を受ける。従って、実施例１の説明中の「波長」（特に、再定義がされていない限り、以下同じ）は、それぞれの場所で、送受信電波に係る電磁界が感じる実効的な比誘電率をＫｅとし、真空中での送受信電波の波長をλ０とすると、それぞれの場所での送受信電波に係る電磁界の波長である、λ０／√Ｋｅを意味する。
上記の「実効的な比誘電率」は次のように考えて求める。まず、誘電率は、誘電率を求めたい空間で使用する電磁界モードの電界Ｅ（向きと長さをあらわすベクトル量）と電束密度（ベクトル量）の比例係数（一般的には、ベクトル量の各成分に対応したテンソル量）として求められる。
従って、一般的には、誘電率を求めたい空間を含めた当該空間に影響する範囲について、直接的に当該範囲の放射電磁界分布を数値近似した後、コンピュータ上の電磁界シュミレータを利用して求めるものである。すなわち、当該空間に影響を与える複数の誘電体の比誘電率、前記誘電体からの距離、又は、前記誘電体の形状等を総合的に解析して得られるものであり、いわば、送受信電波に係る電磁界が、誘電率を求めたい空間範囲で感じる誘電率であるといえる。
ただし、単純な等方性の誘電体の場合は、近似的に電界（ベクトル量）のエネルギー的な平均（大きさのみをもつスカラー量）を用いることができ、誘電率も、単純な比例定数、ε・ε０（ε：当該誘電体の比誘電率、ε０：真空の誘電率）として表すことができる。
また、閉じた金属で囲まれた円筒型の導波管を電磁波が伝わるときは、電磁波は、基本電磁界モードの一つであるＴＥ１１で伝搬することが知られているので、導波管の開口面における電界は平行成分しかないので、誘電体の誘電率を開口面と平行な成分のみで考えることができる。そして、上記のように求めた誘電率と真空の誘電率との比をとると、比誘電率となる。
具体的な適用の例を示すと、例えば、導波管の寸法等を波長の１／４程度と規定した場合、その導波管を設置する地点において、導波管自身が与える影響も加味して、解析した結果得られた実効的な比誘電率もとに、上記のλ０／√Ｋｅを用いて波長を計算し、導波管の寸法等を決定する。しかし、簡単に均一な材質で構成され、閉じた金属で囲まれた導波管の大きさのオーダを知りたいときは、λ０／√ε（λ０：真空中の波長、ε：導波管内の比誘電率）を電磁波の波長として用いることができる。
次に、図３の断面図と図４の斜視図に示すように、電波窓２１においては、蓋部２４の外部側からは、２行×４列に配置された導波管２２の開口部を含む長方形の窓が、蓋部材の半分程度の厚みまで、ほりこまれており、例えば、熱伝導率が低い、石英やポリテトラフルオロエチレン等の材料からなる誘電体の透明な板がはめ込まれ、準真空状態を保てるような接着剤、或いは、シールド材で接着されている。一方、容器内側からは、２行×４列からなる８個の小窓が設けられており、導波管２２をはめ込むことができる。
実施例１に示したアンテナ装置３５によれば、以下の効果がある。まず、減圧状態のアンテナ素子用の容器３４がアンテナ素子を外気から断熱する為、コールドプレート２７等を含む冷却装置が、アンテナ素子２０を長時間、低温状態にすることができる。従って、臨界温度以下の低温状態において、アンテナ素子２０を構成する超伝導材料の表面抵抗は低くなる為、アンテナ素子２０の利得が向上する。
次に、アンテナ素子２０と電波窓２１間の導波管２２の効果により、電波放射時において、アンテナ素子２０の指向性利得が向上する。
次に、アンテナ素子用の容器３４の電波窓２１を通過した電波を、導波管２２がアンテナ素子２０まで漏れなく導く為、アンテナ素子２０と電波窓２１間のアンテナ素子用の容器３４による電波の損失が防止され、電波を受信する時において、アンテナ素子２０の指向性利得が向上する。
次に、導波管２２は、アンテナ素子２０毎に対応して、独立に設けられているため、アンテナ素子用の容器３４内において、アンテナ素子２０間の干渉を防止することができる。なお、上記導波管２２はアンテナ素子用の容器３４外において、各アンテナ素子２０が放射する電波間の干渉を妨げるものではない。
次に、導波管２２とアンテナ素子２０との接触がない為、導波管２２からの固体間熱伝導による、アンテナ素子への熱流入を防止することができる。その結果、アンテナ素子２０を冷却するコールドプレート２７等の冷却手段の負荷が減少するので、冷却装置の小型化及びアンテナ装置全体の小型化が可能である。
【実施例２】
（輻射熱遮断フィルムを冷却部に設けた実施例）
図６により、実施例２に係るアンテナ装置４０を説明する。ここで、スーパーインシュレーションフィルム１４を除いて、アンテナ装置４０を構成するものは、実施例１と同様なものである。
そして、スーパーインシュレーションフィルム１４は、金属薄膜、或いは、例えばポリエステル等の１０μｍ程度の薄膜絶縁フィルムにアルミ（Ａｌ）等の金属を蒸着したものと、例えばナイロン等からなるネットとを交互に複数枚、重ねて構成されている。また、上記のネットは、金属薄膜、又は、フィルム同士を接触させない為に、金属薄膜、又は、フィルム間に配置されている。従って、上記の構成を有するスーパーインシュレーションフィルム１４は、アンテナ素子用の容器３４からの熱輻射によるアンテナ素子２０への熱流入を抑止する効果があり、いわゆる断熱材として作用する。
実施例２のアンテナ装置４０によれば、スーパーインシュレーションフィルム１４を、アンテナ素子用の容器３４内に、アンテナ素子２０とアンテナ素子用の容器３４の壁の間に配設したことにより、アンテナ素子用の容器３４からの輻射熱がアンテナ素子２０にあたるのを防止することができる。
さらに、スーパーインシュレーションフィルム１４による、輻射熱の遮断により、コールドプレート２７等を含む冷却装置の負荷が軽減する為、冷却装置を小型化することができ、アンテナ装置全体を小型化することができる。
次に、導波管２２とシールド１８により、アンテナ素子２０と電波窓２１間の距離によらず、また、スーパーインシュレーションフィルム１４の存在に関わらず、アンテナ素子２０から放射される電波の指向性利得を向上することができる。
次に、アンテナ素子用の容器３４の電波窓を通過した電波を、導波管２２がアンテナ素子まで漏れなく導く為、アンテナ素子２０と電波窓２１間の距離によらず、スーパーインシュレーションフィルム１４による電波遮断を防止することができる。
【実施例３】
（円形なアンテナパターンを有するアンテナ素子を使用した実施例）
図７及び図８を用いて、実施例３の説明をする。ここで、図７は、実施例３のアンテナ装置の一部を示す斜視図である。また、図８は、実施例３のアンテナ装置の上面図である。但し、実施例３のアンテナ装置の構成要素は、実施例１のアンテナ装置の構成要素と比較して以下の点が異なっている。
すなわち、図７及び図８は、実施例３のアンテナ装置を構成するアンテナ素子４８のアンテナパターンが円形である点、電波窓４５のアンテナ素子用の容器５２内側の小窓が円形の形状をしている点、導波管４７が、アンテナ素子４８のアンテナパターン形状とほぼ同じ大きさの円形であるアンテナ素子４８側の開口と、電波窓４５の内側の小窓とほぼ同じ大きさの円形である電波窓４５側の開口とを備える円柱状である点が相違点であることを示している。
従って、アンテナ素子４８、電波窓４５、導波管４７は、実施例１のアンテナ装置において対応する構成要素と比較し、以下のような効果を有する。
まず、アンテナ素子４８は、マイクロストリップライン構造ではあるが、アンテナ素子４８のアンテナパターンが円形である点で相違する。従って、アンテナパターンへの給電点の位置を工夫することにより、四角形なアンテナパターンによっては受信することが困難な、円偏波を有する電波も受信することができる。
次に、電波窓４５のアンテナ素子用の容器５２内側の小窓が円形の形状をしている点で相違する。従って、小窓の面積を、小窓の形状が正方形であった場合と比較して小さくすることができるため、電波窓４５からの熱流入を低下させることができる。
次に、導波管４７が、アンテナ素子４８のアンテナパターン形状とほぼ同じ大きさの円形であるアンテナ素子４８側の開口と、電波窓４５の内側の小窓とほぼ同じ大きさの円形である電波窓４５側の開口とを備える円柱状である点で相違する。従って、電波窓４５の小窓、アンテナ素子４８のアンテナパターンと密着した形状を有する導波管４７とすることができる。
そして、以下に示すようにアンテナ素子４８のアンテナパターン、導波管４７、及び、電波窓４５の小窓を関連付けた形状とすることが望ましい。
ます、送受信電波の実効的な波長がλである場合には、アンテナパターン内の電流相殺がなくなり、送受信信号が大きくなるので、実施例３に係るアンテナ素子４８のアンテナパターンの直径は、λ／２程度であることが望ましい。
ここで、「実効的な波長」とは、実施例１において説明した「実効的な比誘電率」に対応した、送受信電波が有する波長をいう。
具体的には、アンテナ素子４８が基板上に形成されていることを考慮した場合には、アンテナ素子用の容器５２内の比誘電率と基板の比誘電率とを考慮した実効的な比誘電率をＡとし、真空中の送受信電波の波長をλ０とすると、アンテナパターンの直径は、λ０／２／√Ａであることが望ましい。ここで、真空中で波長λ０を有する電波は、比誘電率Ｅの物質中を進む場合には、実効的な波長はλ０／√Ｅとなることを考慮している。
一方、導波管４７の開口部の直径も、実効的な波長をλとすると、λ／２程度であることが望ましい。アンテナ素子２０のアンテナパターンの直径がλ／２、すなわち、λ０／２／√Ａであるので、電波の損失を抑えるためである。
さらに、導波管４７の開口部がλ０／２／√Ａであることを考慮し、電波窓４５の内側の小窓もλ０／２／√Ａ程度が望ましい。
ここで、実施例３のアンテナ装置を構成する基板の比誘電率がほぼ空気中の比誘電率と同じであるような設計をし、１０ＧＨｚの受信電波を受けることを想定すると、受信電波の波長は、真空中の光速度を約３×１０Ｅ８ｍ／ｓｅｃとすると、３ｃｍとなる。
従って、上記を前提に、実施例３のアンテナ装置の構成要素の具体的な大きさを見積もると、例えば、上記の電波窓４５部の小窓は、約１．５ｃｍ程度である。また、例えば、電波窓４５は、その小窓の２行×４列分を含むとすると、小窓間の間隔を見込むと５×９ｃｍ程度となる。そうすると、例えば、上記の電波窓４５を含むアンテナ素子用の容器５２は、直径１５ｃｍの円を底面とする高さ１０ｃｍ程度の円柱である。
また、例えば、アンテナ素子用の容器５２の底面からコールドプレート上面までの高さは５ｃｍ程度である。さらに、例えば、導波管４７はアンテナ素子用の容器５２の蓋部４４が厚さ１ｃｍ程度であることを考慮すると、１〜３ｃｍ程度の高さをもち、底面部分は直径１．５ｃｍ程度の円形である円柱である。
実施例３のアンテナ装置によれば、実施例１のアンテナ装置がもつ効果に加え、アンテナ素子４８のアンテナパターンが円形な為、給電位置の工夫により、四角形のアンテナパターンではとらえることが困難なモード、例えば、円偏波を有する電波をとらえることができる。
【実施例４】
（誘電体から構成された導波管を使用した実施例）
図９、図１０及び図１１を用いて実施例４のアンテナ装置の説明をする。ここで、図９は、実施例４のアンテナ装置の一部を示す斜視図である。また、図１０は、実施例４のアンテナ装置の上面図である。さらに、図１１は、実施例４のアンテナ装置を構成する導波管６２の斜視図である。
但し、実施例４のアンテナ装置の構成要素は、実施例１のアンテナ装置の構成要素と比較して以下の点が異なる。
すなわち、図９及び図１０は、実施例４のアンテナ装置を構成する導波管６２が、アンテナ素子６３側から電波窓５９側に向かって細くなる円柱形状を有している点、電波窓５９が円形の小窓である点、マイクロストリップライン構造を有するアンテナ素子６３のアンテナパターンが円形である点で実施例１と相違することを示している。
ここで、電波窓５９には、比誘電率ε１をもち、かつ、透明な板状のものがはめ込まれている。
従って、真空中を伝搬する電波の波長をλ０とすると、電波窓５９を電波が通過するとき、電波の波長はλ０／√ε１となるため、円形な電波窓５９の直径はλ０／２／√ε１程度とすることが望ましい。円形な小窓である電波窓５９の直径がλ０／２／√ε１未満であると、電波の通過が電磁気の法則により遮断されるからである。一方、円形な小窓である電波窓５９の直径がλ０／２／√ε１より上回ると、外部から熱放射による、アンテナ素子への熱流入が大きくなるからである。
さらに、図１１は、導波管６２の斜視図を示したものである。そして、導波管６２はアンテナ素子６３側から電波窓５９側に向かって細くなる円柱の形状を有している。また、アンテナ素子６３側の導波管６２の第１の開口部６２ａの直径は、電波窓５９側の第２の開口部６２ｂの直径より大きいことが望ましい。
さらに、導波管６２は、比誘電体ε１を持つ一体ものであり、外周には、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）等の低抵抗な金属が蒸着されているものである。
ここで、導波管６２が上記のような形状を有することが望ましい理由を以下に説明する。まず、電波窓５９にはめ込まれている板の比誘電率と導波管６２の比誘電率とがε１であるから、導波管６２の電波窓５９側の第２の開口部６２ｂ付近の実効の比誘電率はほぼε１であること、及び、電波窓５９を通過した電波の波長はλ０／２／√ε１であることより、円形な小窓である電波窓５９の直径と導波管６２の第２の開口部６２ｂの直径とは一致させることができる。
一方、導波管６２の第１の開口部６２ａ付近では、電波は、準真空状態にあるアンテナ素子用の容器５５内の比誘電率と、アンテナ素子６３が形成されている基板の比誘電率と、導波管６２の比誘電率の影響を受ける為、導波管６２の第１の開口部６２ａ付近の実効的な比誘電率をε２とすると、導波管６２を通過した電波の波長はλ０／２／√ε２であることが想定される。従って、導波管６２の第１の開口部６２ａの直径は、λ０／２／√ε２であることが望ましい。
そこで、アンテナ素子用の容器５５内の比誘電率や基板の比誘電率は、導波管６２の比誘電率より小さいので、通常は、ε２のほうが、ε１より小さいことを考慮すると、図１１に示すように、導波管６２は、直径λ０／２／√ε２の円形な第１の開口部６２ａと直径λ０／２／√ε１の円形な第２の開口６２を有する円柱であることが望ましい。
さらに、導波管６２の高さは、アンテナ素子６３から電波を送信する場合に、指向性利得の向上のため、λ０／４／√ε１〜λ０／√ε１の範囲内であることが望ましい。なぜなら、高さが低すぎては、電波放射時の指向性の利得は向上せず、高さが高すぎては、導波管６２を伝わることによる電波の損失が起こるからである。
次にアンテナ素子６３のアンテナパターンの形状は、準真空状態にあるアンテナ素子用の容器５５内の比誘電率と、アンテナ素子６３が形成されている基板の比誘電率とを主に考慮すればよく、実効的な比誘電率をε３とすると、直径がλ０／２／√ε３である円形であることが望ましい。アンテナ素子付近の電波の波長の１／２程度のアンテナパターンであると、電波の送受信において、利得が向上するからである。
ここで、アンテナ素子６３のアンテナパターン付近では、導波管６２の比誘電率の影響を受けてはいるが、よりアンテナ素子用の容器５５内の比誘電率の影響を受けるので、アンテナ素子用の容器５５内の比誘電率がほぼ真空中の比誘電率であることを考慮すれば、ε３はε２より小さいことが想定される。従って、上記のようにして見積もった、電波窓５９の面積とアンテナ素子のアンテナパターンの面積とを比較すると、電波窓５９の面積のほうが小さいという結果になる。
実施例４のアンテナ装置は、実施例１のアンテナ装置と同様な効果を有するが、上記の相違点により、電波窓５９の面積が、アンテナ素子６３の面積より小さいので、電波窓５９を通じて、外部からの直接の熱放射がアンテナ素子６３にあたるのを、さらに、少なくすることができる。一方、導波管５９の形状を工夫したことにより、送受信に係る電波は、アンテナ素子６３と電波窓５９間で、分散することも抑止できる。
その結果、コールドプレート６５を含む冷却装置の負荷を軽減するため、冷却装置を小型化することができ、アンテナ装置全体も小型化することができる。
なお、本実施例４において、導波管６２の形状は、電波窓５９側の開口部が小さく、アンテナ素子６３側の開口部が大きい円形を持つ、円柱とした。
しかし、導波管６２の形状が、電波窓５９側の開口部と同様な断面を保ったままの円柱、すなわち、アンテナ素子６３側の開口部も電波窓５９側の開口部と同様な直径をもつ円形であってもよい。
なぜなら、アンテナ素子６３を形成した基板の比誘電率を、基盤を構成する材料の選択により調節し、アンテナ素子６３のアンテナパターン付近の実効の比誘電率をε１とすることができるからである。
そして、上記の場合であっても、円形な小窓である電波窓５９の面積を小さくできたことにより、実施例４のアンテナ装置と同様な効果を得ることができる。
【実施例５】
（アンテナ素子用の容器の外部にも導波管を有する実施例）
図１２を用いて、実施例５の説明をする。ここで、図１２は、実施例５のアンテナ装置の一部を示す斜視図である。そして、実施例５のアンテナ装置は外部導波管６８を有する点を除き、実施例４と同様な構成要素を有するアンテナ装置である。
そして、図１２に示すように、実施例５のアンテナ装置は、実施例４のアンテナ装置に加えて、アンテナ素子用の容器５５の外部に外部導波管６８を有する。
ここで、外部導波管６８は、アンテナ素子用の容器５５の外側であって、すべての電波窓５９を外部導波管６８の底面が含み、電波窓５９に接するように配置された、形状を有する外部導波管６８であって、アンテナ素子６３の指向性を強める形状及び寸法をしている。
ここで、電波の送受信時にアンテナ素子の指向性利得を向上させるには、外部導波管６８は、金属薄膜を円柱状に巻いたもの、又は、ポリエステル等の薄膜な絶縁膜に、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）等の金属を蒸着したものを巻いて円柱状にしたものが望ましい。また、図１２に示すように、外部導波管６８の形状は、アンテナ素子用の容器５５に接する側の開口部の面積が小さく、他方の開口部の面積が大きいものであることが望ましい。ただし、必ずしも、外部導波管６８の形状は、上記のようである必要はなく、開口部が同一な面積及び形状を有する円柱であってもよい。外部導波管６８の形状が、そのような円柱であっても、上記の形状は、アンテナ素子６３の指向性を強める形状だからである。
さらに、電波の送受信時にアンテナ素子の指向性を強めるには、外部導波管６８の高さは、送受信電波の波長から波長の１／４程度であることが望ましい。
実施例５のアンテナ装置によれば、実施例４のアンテナ装置で生じる効果に加えて、アンテナ容器の外部に配置された外部導波管６８により、送信時には、アンテナ素子の指向性利得が向上する。また、電波が電波窓５９に集められ、よりアンテナ素子６３で受ける電波が強まる効果がある。
【実施例６】
（導波管とアンテナ素子の距離が波長の１／４未満である実施例）
図１３を用いて、実施例６を説明する。ここで、実施例６のアンテナ装置は、実施例１のアンテナ装置と同様な構成要素を有するが、アンテナ素子７２の指向性を強める形状及び寸法を有する導波管７４とアンテナ素子７２の距離が波長λの１／４未満である点で異なる。そして、図１３は、アンテナ素子用の容器の上部の断面図を表したものである。図１３によれば、アンテナ素子７２と導波管７４とは離間しているが、両者の距離は、波長λの１／４未満である点を示している。また、導波管７４とシールド７１も離間している。
ここで、導波管７４の開口部とアンテナ素子７２とは離間しているが、その距離は送受信電波の波長λの１／４未満とした理由を説明する。
まず、受信時において、電波窓７３から導波管７４のアンテナ素子７２側の開口部まで、導波管７４に受信電波は閉じ込められていたが、導波管７４の開口部からでることにより、受信電波は自由な真空中を伝搬することになる為、電波のまわり込みがおこり、導波管７４とアンテナ素子７２の距離が大きいと、電波が分散してしまうからである。
次に、送信時においても、アンテナ素子７２からの送信電波は、分散をはじめるため、導波管７４とアンテナ素子７２の距離が大きいと、導波管７４により伝搬する電波が減少し、指向性利得の向上につながらないからである。
また、導波管７４がシールド７１とも、アンテナ素子７２とも離間しているのは、固体感の熱伝導を通じて、導波管７４からの熱流入を抑止するためである。
実施例６のアンテナ装置によれば、導波管７４のアンテナ素子側の開口部からアンテナ素子７２までの間の距離が、波長λの１／４未満に限定されている為、受信時に、電波窓７３を通過した電波は、導波管７４をでた後であっても、分散せずアンテナ素子７２に伝わる。一方、送信時に、アンテナ素子７２から送信された電波は導波管７４により伝搬するため、アンテナ素子７２の指向性利得が向上する。
また、導波管７４のアンテナ素子側の開口部とアンテナ素子７２は離間しているため、導波管７４からの固体間の熱伝導又は気体を媒介とする熱伝導による、アンテナ素子７２への、熱流入は抑止されるため、アンテナ素子７２を冷却する冷却装置の負荷は軽減する。その結果、冷却装置の小型化及びアンテナ装置全体の小型化ができるという、実施例１のアンテナ装置の効果をも引き継いでいる。
【実施例７】
（アンテナ装置を用い、かつ、ＢＰＦ及び低雑音増幅器が容器外にある電波受信装置に係る実施例）
図１４を用いて、実施例７の受信装置９７について説明をする。ここで、実施例７の受信装置９７は、実施例１のアンテナ装置３５と同様の、基板と、基板上のアンテナ素子と、導波管と、シールドと、排気部Ｏリングと、真空バルブと、真空ポンプと、アンテナ素子用の容器と、コールドプレートと、管と、冷媒と、圧縮機とから構成されるアンテナ装置を含む。
また、実施例７の受信装置９７に含まれるアンテナ素子用の容器内において、アンテナ素子、導波管、アンテナ素子容器の蓋部にある電波窓の位置関係は実施例１のアンテナ装置と同様であり、導波管がアンテナ素子の指向性を強める形状及び寸法を有する点も実施例１のアンテナ装置と同様である。
そして、図１４は、アンテナ装置を含めた受信装置９７の一部について示したものである。すなわち、図１４には、アンテナ素子用の容器内の複数のアンテナ素子８０ａ〜８０ｈと、アンテナ素子用の容器内のアンテナ素子用の基板８１と、個別にアンテナ素子８０ａ〜８０ｈに接続されている、前記アンテナ素子用の容器外にある複数のＢＰＦ（ｂａｎｄ ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）８３〜９０と、前記アンテナ素子用の容器外にある個別にＢＰＦ８３〜９０に接続されている低雑音アンプ９１ａ〜９１ｈと、前記アンテナ素子用の容器外にあるＩＦ（ｉｎｔｅｒ ｆａｃｅ）９３と、信号処理回路９５とが表されており、図１３に示したＢＰＦ８３〜９０と、低雑音増幅器９１ａ〜９１ｈと、実施例１のアンテナ装置３５と同様なアンテナ装置は、受信装置９７を構成している。
なお、ＢＰＦ８３〜９０はアンテナ素子で受けた電波を起因とする信号のなかから、特定の周波数の信号を取り出すフィルターである。そして、ＢＰＦ８３〜９０は、アンテナ素子用の容器内にあるアンテナ素子８０ａ〜８０ｈからの信号をケーブル、ＲＦコネクタを通じて受け、特定の周波数の信号を低雑音増幅器９１ａ〜９１ｈへ出力する。
低雑音増幅器９１ａ〜９１ｈは、ＢＰＦ８３〜９０からの信号を増幅し、ＩＦ９３へ出力する。
ＩＦ９３は受信装置９７で受信した信号を信号処理回路９５へ正確に伝えるものであり、アンテナ素子８０ａ〜８０ｈまでの各アンテナ素子からの受信信号の位相を揃える役割を有することもある。
「各アンテナ素子８０ａ〜８０ｈからの受信信号を一括して処理し、各受信信号間の位相を揃えたり、特定のアンテナ素子からの信号に加工を加えたりして、アンテナ素子８０ａ〜８０ｈを一体として動作させる」ことを「連動させる」と定義すると、信号処理回路９５は、各アンテナ素子８０ａ〜８０ｈを連動させることにより、複数のアンテナ素子からなる複合アンテナとして動作させる機能を有する回路である。
実施例７の受信装置９７によれば、実施例１のアンテナ装置３５における、複数のアンテナ素子８０ａ〜８０ｈからの受信信号を同時に、信号処理回路９５へ取り出すことができる。従って、前記受信信号に適当な処理を加えることにより、複数のアンテナ素子８０ａ〜８０ｈを、それらのアンテナ素子を連動させた複合アンテナ、例えば、いわゆるフェーズド・アレイ・アンテナやアダプティブ・アレイ・アンテナとして扱うことができる。
【実施例８】
（アンテナ装置を用い、かつ、ＢＰＦ及び低雑音増幅器が容器内に配置した電波受信装置に係る実施例）
図１５及び図１６を用いて、実施例８の受信装置１５３の説明をする。
ここで、実施例８の受信装置１５３に含まれるアンテナ装置は、実施例１のアンテナ装置３５と同様の、基板と、基板上のアンテナ素子と、導波管と、シールドと、排気部Ｏリングと、真空バルブと、真空ポンプと、アンテナ素子用の容器と、コールドプレートと、管と、冷媒と、圧縮機とから構成されるアンテナ装置を含む。
また、実施例８の受信装置１５３に含まれるアンテナ素子用の容器内において、アンテナ素子、導波管、アンテナ素子容器の蓋部にある電波窓の位置関係は実施例１のアンテナ装置３５と同様であり、導波管がアンテナ素子の指向性を強める形状及び寸法を有する点でも実施例１のアンテナ装置と同様である。
そして、図１５は、アンテナ装置を含めた実施例８に係る受信装置１５３の一部について示したものである。すなわち、図１５には、複数のアンテナ素子１０８〜１１１、１１３〜１１６と、個別にアンテナ素子１０８〜１１１、１１３〜１１６と接続する、受信回路１００〜１０７と、前記アンテナ素子１０８〜１１１、１１３〜１１６と、前記受信回路１００〜１０７の給電パターン１２２、１１７と、前記給電パターン１１２、１１７に接続されているバイアスティー用パターン１２１、１２０と、上記の回路、パターン、素子が搭載されている基板１４９と、シールド１１２を表しており、前記の回路、パターン、素子も含めた基板１４９及び前記シールド１１２は、アンテナ素子用の容器内にある。ここで、バイアスティー用パターン１２１、１２０とは、給電パターン１２２、１１７への電波の影響を相殺するためのパターンである。
また、図１６は実施例８に係る受信装置１５３及びそれに接続される回路を表したものであり、図１５に示した基板１１９上の受信回路１００〜１０７等をブロック図で示したものである。すなわち、図１６は、同一基板上に搭載された複数のアンテナ素子１０８〜１１１、１１３〜１１６と、個別にアンテナ素子に接続する受信回路１００〜１０７を構成するＢＰＦ１３３〜１４０及びＢＰＦに接続する低雑音増幅器１４１〜１４８と、同一基板上にはないＩＦ１５０と、信号処理回路１５１とを表わしており、アンテナ素子用の容器１５２内のアンテナ素子１０８〜１１５、含めたアンテナ装置と、受信回路１００〜１０７とは実施例８に係る受信装置１５３を構成している。
一方、ＩＦ１５０及び信号処理回路１５１はアンテナ素子用の容器１５２外に設置され、実施例８の受信装置１５３に含まれない。そして、アンテナ素子１０８〜１１５で受けた受信信号の伝達及び受信信号の処理をする点では実施例７で説明したと同様に機能する。
しかし、実施例７の受信装置とは、アンテナ素子１０８〜１１５及び受信回路１００〜１０７はアンテナ素子用の容器内にはいっている為、アンテナ素子１０８〜１１５及び受信回路１００〜１０７ともに、冷却される点で異なる。
上記の実施例８によれば、上記の相違点により、受信回路１００〜１０７とアンテナ装置は一体となって受信装置１５３を構成するため、受信装置１５３の小型化が実現できる。また、受信回路１００〜１０７も冷却される為、受信回路１００〜１０７に係る素子の性能が向上するので、受信信号の振幅の増大及びフィルター特性が向上する。
【実施例９】
（アンテナ素子のアンテナパターンの形状が円形であるアンテナ装置を用い、かつ、ＢＰＦ及び低雑音増幅器が容器内に配置した電波受信装置に係る実施例）
図１７及び図１８を用いて実施例９を説明する。
ここで、実施例９の受信装置２２０は、実施例１のアンテナ装置３５と同様の、基板と、基板上のアンテナ素子と、導波管と、シールドと、排気部Ｏリングと、真空バルブと、真空ポンプと、アンテナ素子用の容器と、コールドプレートと、管と、冷媒と、圧縮機とから構成されるアンテナ装置を含む。
また、実施例９の受信装置２２０に含まれるアンテナ素子用の容器内において、アンテナ素子、導波管、アンテナ素子容器の蓋部にある電波窓の位置関係は実施例１のアンテナ装置３５と同様であり、導波管がアンテナ素子の指向性を強める形状及び寸法を有する点も実施例１のアンテナ装置３５と同様である。
そして、図１７は、アンテナ装置を含めた実施例９の受信装置２２０の一部について示したものである。すなわち、図１７は、複数のアンテナ素子１６３〜１７０と、給電点１７５〜１８２と、個別にアンテナ素子１６３〜１７０と接続する受信回路１５５〜１６２と、前記受信回路の給電パターン１７２、１７４と、前記給電パターン１７２、１７４に接続されているバイアスティー用パターン１７１、１７３と、前記アンテナ素子１６３〜１７０、前記受信回路１５５〜１６２等が搭載されている基板１７５と、シールド１７６とを表しており、前記のアンテナ素子１６３〜１７０、前記受信回路１５５〜１６２等と、基板１７５と、シールド１７６とは、アンテナ素子用の容器内に配置され、アンテナ素子１６３〜１７０、アンテナ素子用の容器等を含むアンテナ装置とともに実施例９の受信装置２２０を構成する。
ここで、アンテナ素子１６３〜１８２は円形のアンテナパターンを有しており、アンテナ素子１６３〜１８２向けの給電は基板下から給電点１７５〜１８２を通して供給される。また、受信電波の性質による受信信号の大きさ、位相の違いを顕著にする為、上記の給電点１７５〜１８２は、円形のアンテナパターンの中心からずれており、かつ、１点である。
例えば、円偏波の偏波面の違いにより、円形アンテナパターン内に発生する振動モードの角度がことなるが、給電点が中心からはずれていると、振動モードの角度によって、給電までに時間差が生じ、振動モードの違いが受信信号の位相の差となる場合を想定している。
また、バイアスティー用パターン１７１、１７３は給電パターン１７２、１７４への電波の影響を相殺するためのパターンである。
また、図１８は、図１７に示した基板１７５と、基板１７５上の複数の円形のアンテナ素子１６３〜１７０と、個別にアンテナ素子２１０〜２１７に対応する受信回路１５５〜１６２を構成するＢＰＦ１９０〜１９７及び低雑音増幅器２００〜２０７と、基板１７５上にないＩＦ１９０と、信号処理回路２１９を表している。
そして、アンテナ素子２１０〜２１７と受信回路１９０〜１９７は、アンテナ素子用の容器２１８内に設置されており、アンテナ素子用の容器２１８を含むアンテナ装置とともに受信装置２２０を構成している。
一方、ＩＦ１９０及び信号処理回路２１９はアンテナ素子用の容器１５２外に設置され、実施例９の受信装置を構成せず、アンテナ素子１６３〜１７０で受けた受信信号の伝達及び受信信号の処理をする点では実施例８で説明したＩＦ１５０、信号処理回路１５１と同様の機能を有する。ただし、扱う電波の種類が円偏波をも想定している点で、受信信号の処理方法が異なる。
そして、実施例８の受信装置１５３とは、アンテナ素子１６３〜１７０のアンテナパターンの形状が円形である点で異なる。
実施例９の受信装置２２０によれば、実施例１のアンテナ装置を使用したことにより得られた実施例７及び実施例８の受信装置と同様な効果を得られるが、さらに、アンテナ素子のパターンを円形にしたことにより、複数のアンテナ同士を連動させた場合に、アンテナ素子１６３〜１７０を構成要素とした複合アンテナとして、円偏波に対応させることができる。
【実施例１０】
（アンテナ装置にもちいるアンテナ素子に関する実施例）
図１９、図２０、図２１、図２２及び図２３を用いて、実施例１０に係るアンテナ素子の形状、材質、構造等を説明する。
まず、実施例１０に係る超伝導材料を使用したアンテナ素子は、実施例１乃至実施例６に係るアンテナ装置に使用されるアンテナ素子に関するものであって、アンテナパターンが基板上に作成されている、いわゆる平面型アンテナ素子といわれるものである。（以下、実施例１０の説明において、平面型アンテナ素子を単に「アンテナ素子」という。）
次に、実施例１０に係る超伝導材料を使用したアンテナ素子２３３のアンテナパターンの大きさは、受信を想定している電波の波長をλとすると、図１８に示すように、１／２λ又は１／４λであることが望ましい。なぜなら、上記の大きさが受信電波とアンテナパターンの整合性がよく、受信電波を受けた際に、アンテナ内の電流の打ち消しがないからである。
ここで、図１９は、実施例１０に係るアンテナ素子２３３の基板２３１と、基板上の超伝導材料であるアンテナパターン２３０と、基板裏面の超伝導材料である接地導体２３２を示しており、給電２３４は、アンテナパターン２３０を構成する２つのＬ字パターン間で行われている。
そして、アンテナパターン２３０は、いわゆるダイポールアンテナ型である。また、アンテナパターン２３０の大きさは、例えば、波長の１／２程度である。なお。上記波長は、実施例１の説明における「波長」に関する記載と同様な定義とする。
ここで、アンテナ素子２３３は一つのアンテナパターンから構成されていてもよいが、図２０に示すようにＴ型の線状アンテナが複数、組み合わされたアンテナパターン２３５のようであってもよい。
また、異なるアンテナパターンの例として、図２１にパッチアンテナ型のアンテナパターンを複数接続して構成されたアンテナパターン２４０を示すが、実施例１０に係るアンテナ素子は、図２１のようなパッチアンテナ型のアンテナパターンを有するものであってもよい。
（図２１について、Ｚｈｉ−Ｙｕａｎ ｓｈｅｎ，Ｈｉｇｈ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ，Ａｒｔｃｈ Ｈｏｕｓｅ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｌｉｂｒａｒｙ Ｐ１３４−１４５より引用）
ここで、扱う電波の周波数を１０ＧＨｚと想定すると、真空中の波長は約３ｃｍ程度となる。そして、基板２３１の比誘電率が低い場合を想定すると、図１８に示すアンテナ素子の基板２３１の大きさは例えば、約２ｃｍ×２ｃｍ程度となる。また、図２０及び図２１のアンテナ素子の基板の大きさは、例えば、約１２ｃｍ×１２ｃｍ程度である。
次に、実施例１０の超伝導材料を使用したアンテナ素子に係る超伝導材料は、ＲＥＢＣＯ系（Ｒａｒｅ Ｅａｒｔｈ元素（稀土類元素）と、バリウム（Ｂａ）と、銅（Ｃｕ）と、酸素（Ｏ）とから構成されているもの）、ＢＳＣＣＯ系（バリウム（Ｂａ）と、ストロンチューム（Ｓｒ）と、カルシウム（Ｃａ）と、銅（Ｃｕ）と、酸素（Ｏ）とから構成されているもの）及びＰＢＳＣＣＯ系（鉛（Ｐｂ）と、バリウム（Ｂａ）と、ストロンチューム（Ｓｒ）と、カルシウム（Ｃａ）と、銅（Ｃｕ）と、酸素（Ｏ）とから構成されているもの）等であることが望ましい。なぜなら、上記の超伝導材料は、高温の超伝導特性であって大電流を流すことが可能な超伝導材料だからである。また、低温下においては、表面抵抗が低く、ミリ波領域の周波数領域においても、数十ｍオーム（Ω）の値を示し、銅（Ｃｕ）よりも、アンテナ素子の材料として、優位性があるからである。なお、ＲＥＢＣＯ系といわれる超伝導材料には例えば、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（０．０≦ｑ１≦１．２、０．０≦ｑ２≦１．２、０．５≦ｑ１＋ｑ２≦１．２、１．８≦ｑ３≦２．２、２．５≦ｑ３≦３．５、６．６≦ｐ４≦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）がある。また、超伝導材料として採用可能なＲａｒｅ Ｅａｒｔｈ元素（稀土類元素）として、上記のＹ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｈｏの他に、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｌａ等がある。（参考文献、長村光造著：「超伝導材料」、Ｐ７０、米田出版，２０００年）
従って、通常の超伝導材料のように、表面抵抗が急激に下がる臨界温度として、液体ヘリウム温度（約４Ｋ）程度の低温を必要とせず、液体窒素温度（約５０Ｋ〜７０Ｋ）程度で足りるため、超伝導材料を使用したアンテナ素子において、実用的な表面抵抗を得るための冷却が容易にできる。また、銅（Ｃｕ）を使用したアンテナ素子よりも、上記のＲＥＢＣＯ系等を使用したアンテナ素子は、電波の送受信を、低損失で行うことができる。
次に、実施例１０の超伝導材料を使用したアンテナ素子のアンテナパターンの超伝導薄膜の構造は図２２に示すように、結晶成長性が優れた結晶粒、及び、粒径の大きな構造を有する結晶粒（以下「グレイン」という）から構成されていることが望ましい。なぜなら、同じ超伝導材料を使用しても、結晶成長性がよく、大きなグレインを有する超伝導薄膜ほど、表面抵抗は低くなるからである。
ここで、図２２に示す両対数の図は、銅（Ｃｕ）と、一般的な低温超電伝導材料としてＮｂ３Ｓｎ、ＲＥＢＣＯ系、ＢＳＣＣＯ系、及び、ＰＢＳＣＣＯ系等のペロブスカイト型銅酸化物の高温超伝導材料を代表するものとして、Ｙ（イットリューム）−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏから構成される超伝導材料について、表面抵抗の周波数依存性を示すものである。ここで、２２図中、Ｘ軸は周波数を、Ｙ軸は表面抵抗を表している。また、白抜きの三角印は一般的な低温超伝導材料であるＮｂ３Ｓｎの表面抵抗を、黒丸印はＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏの一般表記であって、Ｙ、Ｂａ、及びＣｕの組成比を数字で表したＹ−１２３をエピタキシャル成長させたものの表面抵抗を、白丸印はエピタキシャル成長していないポリクリスタルのＹ−１２３の表面抵抗を、点線は銅（Ｃｕ）の表面抵抗の変化をそれぞれ表している。
（図２２について、２Ｍ．Ｈｅｉｎ，Ｈｉｇｈ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ ａｔ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，１９９９，Ｐ９３より引用）
そして、図２２では、エピタキシャル成長させたグレインの大きなＹ−１２３のほうが、低温状態では表面抵抗が低いことを示している。
次に、図２３に示すように、実施例１０のアンテナ素子のアンテナパターンを構成する超伝導薄膜は、ａ軸及びｂ軸を含む面内に、偏光顕微鏡で認識できる数μｍ径程度の大きなグレインを有しており、さらに、超伝導薄膜が形成されている基板面に対し垂直方向にｃ軸配向していることが望ましく、かつ、各グレインの結晶軸の方向が統一されていることが望ましい。ここで、上記の説明中、ａ軸、ｂ軸、ｃ軸は、結晶軸の名称であり、結晶格子の短い順からａ軸、ｂ軸、ｃ軸という。
なぜなら、まず、超伝導薄膜が基板面に対し垂直方向に、ｃ軸配向しているグレインから構成されていれば、ａ軸又はｂ軸面内は基板面に対して水平方向となる。その結果、超電導性が弱いことが知られているｃ軸方向ではなく、超電導性が比較的強いａ軸又はｂ軸面内を、電流が流れる為、超伝導薄膜の表面抵抗が低くなるからである。
そして、各グレインの結晶軸の方向が統一されており、隣あったグレイン同士の結晶軸の方向が揃うと、グレイン間の超伝導電流の結合が強くなることがしられており、薄膜の表面抵抗は、さらに低くなるからである。
ここで、図２３は、図１９のアンテナパターンのＡ−Ｂ断面を示したものであり、ＭｇＯ（１００）面を表面にもつ基板２５２と、超伝導薄膜と、超伝導薄膜のグレイン２５０と、超伝導薄膜のｃ軸の向き２５１と、超伝導材料のａ軸又はｂ軸の向き２５３とを表している。そして、超伝導薄膜のグレインは、ＭｇＯ（１００）面に対して垂直方向に強くｃ軸配向しているため、アンテナ素子が電波を送受信する際に、アンテナ素子の給電点からの電流は、ａ軸及びｂ軸を含む面内を流れる。
なお、アンテナパターンを構成する薄膜の厚さは、約１００ｎｍ〜１μｍ程度であることがパターニングや磁気進入長の関係で望ましい。
そして、アンテナパターン２３０、２３５、２４０を、大きなグレインを有する超伝導薄膜であって、かつ、ＭｇＯ（１００）面に対し垂直方向にｃ軸配向している薄膜をパターニングして、ＭｇＯ（１００）基板２５２上に作成する工程は、例えば、以下の通りである。
まず、真空容器内に、例えばＭｇＯ（１００）面の基板の一方の表面とＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の超伝導材料からなるターゲットを向かい合わせて置き、パルス状レーザ光線（例えば、波長２４８ｎｍのＫｒＦレーザ）をターゲットにあて、ターゲットから超伝導材料を、プラズマ状態でたたきだして、基板の表面に被着させる。その際、真空容器内は減圧酸素雰囲気（例えば、約１００ｍＴｏｒｒの減圧酸素中）とし、上記の基板は約７００〜８００℃で加熱する。その結果、超伝導薄膜が基板の一方の表面に形成される。
次に、真空容器内に、基板の他方の表面とＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の超伝導材料からなるターゲットを向かい合わせて置き、パルス状レーザ光線をターゲットにあて、ターゲットから超伝導材料を、プラズマ状態でたたきだして、基板の裏面に被着させる。その際の、真空容器内の雰囲気及び基板の状態は、基板の一方の表面に超伝導材料を被着させる時と同様である。その結果、超伝導薄膜が基板の他方の表面に形成される。
次に基板の一方の表面に形成された超伝導薄膜上に、レジストを塗布し、フォトリソグラフィー技術を利用して、レジストをパターニングする。そして、パターニングされたレジストをマスクに、ウエットエッチング又はＡｒミリング等のドライエッチングを行い、超伝導材料をパターニングする。その後、レジストを剥離する。その結果、基板の一方の表面上にアンテナ素子のアンテナパターン２３０、２３５、２４０が形成される。
次に、アンテナ素子を構成する、基板の一方の表面上のアンテナパターン及び基板の他方の表面上の接地電位として利用される超伝導薄膜に、電極を作製する為に、基板の両面に、ＥＢ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ）蒸着により、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ）等の金属膜を成膜する。
次にフォトリソグラフィー技術及びドライエッチング技術等で上記の工程で作成した金属膜をパターニングすることより、アンテナ素子の所定の位置に電極を形成する。
ところで、減圧酸素中で基板を加熱しながら、レーザ光線により超伝導材料を基板に被着させる工程により、超伝導薄膜がｃ軸配向した大きなグレインを持ち、かつ、上記隣接するｃ軸配向した大きなグレインのａ軸又はｂ軸の方向も揃うこととなった後、ａ軸又はｂ軸の方向にそって、直線的なアンテナパターンを形成することが望ましい。アンテナパターンにそって、グレインの結晶軸が揃うこととなり、さらに、低抵抗が望めるからである。
例えば、図１９のＬ字型のアンテナパターンであれば、縦線の部分はａ軸方向、横線の部分をｂ軸方向とすることが望ましい。また、図２１の長方形のループ型のパターンであれば、長辺方向をａ軸方向、短辺方向をｂ軸方向とすることとすれば、上記の状態を実現可能である。
実施例１０の超伝導材料を使用したアンテナ素子によれば、表面抵抗が通常の銅（Ｃｕ）等の金属より低い上に、高温超伝導材料を通常に基板に堆積させただけのものよりも低い為、実施例１乃至実施例６に示すアンテナ装置に適用した場合に、高周波数を有する電波に対しても良好なアンテナ特性を得ることができる。また、高温超伝導材料を使用しているので、通常の超伝導材料よりも、低温を必要としない為、冷却装置は、アンテナ素子の冷却を容易にすることができる。
【実施例１１】
（電波受信装置又は電波送信装置に用いるＢＰＦ素子に関する実施例）
図２４により、実施例１１に係るＢＰＦ素子２５８について説明をする。
ここで、実施例１１に係るＢＰＦ素子２５８は、実施例８及び実施例９において、実施例１乃至実施例６のアンテナ装置とともに使用される受信装置の受信回路に適用されるものであり、実施例１乃至実施例６のアンテナ装置のアンテナ素子と同一基板上に搭載されている。
従って、実施例１１に係るＢＰＦ素子２５８は、アンテナ素子と同一の基板上にあり、コールドプレートにより冷却される為、実施例１０に係るアンテナ素子と同様な高温超伝導材料で構成されていることが望ましい。なぜなら、アンテナ素子と同様な低温状態で、表面抵抗が低い状態となるからである。
ここで、図２４は、超伝導材料を使用したＢＰＦ素子２５８のＢＰＦパターン２５５と、基板２５６と、接地導体２５７を表す。そして、ＢＰＦ素子の基板は数十ｍｍ×数十ｍｍの大きさであり、その基板上には、２個の渦巻きを有するパターンが４個作成されている。なお、２個の渦巻きを有するパターンは通常数個から十数個の範囲で搭載され、通過帯域を狭めたい時に、数を多くするのが、通例である。
（図２４について、特願２００２−９９９９９７（平成１４年３月５日出願、出願人：富士通、発明者：甲斐 学、山中 一典 等）の明細書中の図４、及び、
２００２年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会講演ＳＣ５−３、
甲斐学ほか：「ＩＭＴ−２０００用超伝導フィルタシステムの開発」図２参照）
また、超伝導材料で作成されたＢＰＦ素子２５８と低温での動作が可能なＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子とから受信回路が構成されていることが望ましい。なぜなら、ＨＥＭＴ素子は、ＨＥＭＴ素子の構成又は構造を選べば（例えば、ＰＨＥＭＴ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｒｐｈｉｃ−ＨＥＭＴ）等）、低温でも動作が可能であり、逆に、数十Ｋ程度の低温下では、素子を構成する結晶の格子振動等の影響が小さくなるので、より低雑音動作可能となるからである。また、アンテナ素子、ＢＰＦ素子２５８、低雑音増幅器を同一基板上に搭載でき、受信装置は、受信信号の増幅後の信号、すなわち、より大きな信号を伝達できるからである。
実施例１１に係るＢＰＦ素子２５８によれば、実施例８及び実施例９の受信装置に適用した場合に、ＢＰＦ素子２５８の表面抵抗が低い為、低損失で、アンテナ素子で受信した信号から、所定の周波数を持つ信号を、取り出すことができる。また、実施例８及び実施例９の受信装置はより大きな信号を外部へ伝達できる。
【実施例１２】
（アンテナ装置を用い、かつ、ＢＰＦ及び増幅器は容器外に配置した電波受信装置に係る実施例）
図２５を用いて、実施例１２の送信装置３０５について説明をする。
ここで、実施例１２の送信装置に含まれるアンテナ装置は、実施例１のアンテナ装置と同様の、基板と、基板上のアンテナ素子と、導波管と、シールドと、排気部Ｏリングと、真空バルブと、真空ポンプと、アンテナ素子用の容器と、コールドプレートと、管と、圧縮機とから構成されるアンテナ装置を含む。
また、実施例７の受信装置に含まれるアンテナ素子用の容器内において、アンテナ素子、導波管、アンテナ素子容器の蓋部にある電波窓の位置関係は実施例１のアンテナ装置と同様であり、導波管がアンテナ素子の指向性を強める形状及び寸法を有する点も実施例１のアンテナ装置と同様である。
そして、図２５は、アンテナ装置を含めた送信装置３０５の一部について示したものである。すなわち、図２５には、アンテナ素子用の容器３０３内の基板２７０と、アンテナ素子用の容器３０３内の複数のアンテナ素子２６０〜２６７と、個別にアンテナ素子２６０〜２６７に接続されている、アンテナ素子用の容器３０３外にあるＢＰＦ２８０〜２８７と、前記ＢＰＦ２８０〜２８７に個別に接続されおり、アンテナ素子の容器３０３外にある増幅器２７１〜２７８と、前記増幅器２７１〜２７８に個別に接続さており、アンテナ素子の容器３０３外にあるミキサ２９０〜２９７と、アンテナ素子用の容器３０３外にあり、ミキサ２９０〜２９７と接続する逓倍器３０１と、アンテナ素子用の容器３０３外にあり、逓倍器３０１に接続する発振器３０１と、アンテナ素子用の容器３０３外にあり、ミキサ２９０〜２９７に接続するＩＦ３００を表しており、図２５に示した増幅器２７１〜２７８と、ＢＰＦ２８０〜２８７は、アンテナ素子用の容器３０３内のアンテナ素子２６０〜２６７を含めたアンテナ装置とともに、送信装置３０４を構成する。
ここで、ＩＦ３００は、送信すべき情報を信号化する装置からの信号を変調する回路である。また、発振器３０２及び逓倍器３０１は元となる搬送波を発生し、ミキサ２９０〜２９７は搬送波と変調信号を合成して、アップコンバート、すなわち高周波信号へ変換する役割をもつ。さらに、ＢＰＦ２８０〜２８７は送信波以外の余分な信号を減衰させ、増幅器２７１〜２７８は、アンテナから送信する信号を増幅する役割をする。
なお、実施例１２の送信装置にも、実施例１０に係るアンテナ素子を適用すれば、上記のアンテナ素子の表面抵抗は低い為、低損失で電波を送信することができる。
実施例１２の送信装置によれば、送信用のアンテナ素子２６０〜２６７はアンテナ素子用の容器３０３内にあり、冷却されることにより、表面抵抗がさがる為、低損失で送信することができ、少ない電力でも、信号振幅の大きい信号を送信できる。
【実施例１３】
（アンテナ装置を用い、かつ、ＢＰＦ及び増幅器を容器内に配置した電波受信装置に係る実施例）
図２６を用いて、実施例１３の送信装置３５０について説明をする。
ここで、実施例１３に含まれるアンテナ装置は、アンテナ素子用の容器と、基板上のアンテナ素子と、導波管と、冷却機と、真空ポンプから構成されている点で、実施例１のアンテナ装置と同様である。
また、アンテナ素子用の容器内において、アンテナ素子、導波管、アンテナ素子容器の蓋部にある電波窓の位置関係は実施例１のアンテナ装置と同様であり、導波管がアンテナ素子の指向性を強める形状及び寸法を有する点も実施例１のアンテナ装置と同様である。
そして、図２６は、アンテナ装置を含めた送信装置３５０の一部について示したものである。すなわち、図２６には、アンテナ素子用の容器３４７内の複数のアンテナ素子３０７ａ〜３０７ｈと、アンテナ素子用の容器３４７内のアンテナ素子用の基板３４６と、個別に基板３４６上で、アンテナ素子３０７ａ〜３０７ｈに接続されている、アンテナ素子用の容器３４７内にあるＢＰＦ３１８〜３２５と、前記ＢＰＦ３１８〜３２５に個別に基板上で、接続されているアンテナ素子の容器内にある増幅器３１０〜３１７と、前記増幅器３１０〜３１７に個別に接続されており、アンテナ素子の容器３４７外にあるミキサ３３０〜３３７と、アンテナ素子用の容器３４７外にあり、ミキサ３３０〜３３７に接続するＩＦ３４５と、逓倍器３４１と、発振器３４１を表しており、図２６に示した構成要素は、アンテナ素子用の容器３４７内のアンテナ素子３０７ａ〜３０７ｈを含めたアンテナ装置とともに、受信装置３５０を構成している。
ここで、ＩＦ３４５は、送信すべき情報を信号化する装置からの信号を変調する回路である。また、発振器３４０及び逓倍器３４１は元となる搬送波を発生し、ミキサ３３０〜３３７は搬送波と変調信号を合成して、アップコンバート、すなわち高周波信号へ変換する役割をする。さらに、ＢＰＦ３１８〜３２５は送信波以外の余分な信号を減衰させ、増幅器３１０〜３１７は、アンテナから送信する信号を増幅する役割をする。以上の点は、実施例１２と同様である。
なお、実施例１３の送信装置３５０にも、実施例１０に係るアンテナ素子２３３又は実施例１１に係るＢＰＦ素子２５８の適用は可能である。適用の結果、上記のアンテナ素子２３３及びＢＰＦ素子２５８の表面抵抗は低い為、低損失で電波を送信することができる。
実施例１３の送信装置３５０によれば、送信用のアンテナ素子３０７ａ〜３０７ｈ及び送信回路はアンテナ素子用の容器３４７内にあり、冷却されることにより、表面抵抗がさがる為、低損失で送信することができ、少ない電力でも、信号振幅の大きい信号を送信できることは、実施例１２の送信装置と同様であるが、送信用のアンテナ素子及び送信回路とともに、性能が向上するので、低損失での送信及び信号振幅の増大効果をさらにあげることができる。
また、送信回路がアンテナ装置と一体となっている為、実施例１３の送信装置３５０は小型化が可能である。
【産業上の利用可能性】
本発明によれば、超伝導材料を使用したアンテナ素子を利用して、指向性利得の高いアンテナ装置を得ることが可能となる。また、アンテナ装置、アンテナ装置を利用した電波受信装置、アンテナ装置を利用した電波送信装置ともに、低損失で稼働が可能である。さらに、本発明によれば、複数の超伝導材料を使用したアンテナ素子に係る、アンテナ装置、電波受信装置、電波送信装置の小型化が可能である。また、本発明によれば、超伝導材料をアンテナ素子に使用した場合に、アンテナ装置、電波受信装置、電波送信装置の冷却システムの低消費電力化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
図１は従来例１に係るアンテナ装置の概略図を示す。
図２は従来例２に係る成層圏−中間圏オゾンモニタリングシステム概略図を示す。
図３は第１の実施例を示す概略図である。
図４は第１の実施例に係るアンテナ素子用の容器の斜視図である。
図５は第１の実施例に係るアンテナ素子用の容器の上面図である。
図６は第２の実施例を示す概略図である。
図７は第３の実施例に係るアンテナ素子用の容器の斜視図である。
図８は第３の実施例に係るアンテナ素子用の容器の上面図である。
図９は第４の実施例に係るアンテナ素子用の容器の斜視図である。
図１０は第４の実施例に係るアンテナ素子用の容器の上面図である。
図１１は第４の実施例に係る導波管の斜視図である。
図１２は第５の実施例に係るアンテナ素子用の容器の斜視図である。
図１３は第６の実施例を示す断面図である。
図１４は第７の実施例に係る受信装置を示すブロック図である。
図１５は第８の実施例に係る基板の概略図である。
図１６は第８の実施例に係る受信装置を示すブロック図である。
図１７は第９の実施例に係る基板の概略図である。
図１８は第９の実施例に係る受信装置を示すブロック図である。
図１９は第１０の実施例に係る超伝導材料を使用したアンテナ素子の概略図である。
図２０は第１０の実施例に係る線状アンテナ型アンテナ素子の概略図である。
図２１は第１０の実施例に係るパッチアンテナ型アンテナ素子の概略図である。
図２２は超伝導材料の表面抵抗の周波数依存性を示す図である。
図２３は第１０の実施例に係るアンテナ素子のＡ−Ｂ断面である。
図２４は第１１の実施例に係るＢＰＦ素子のパターン例を示す図である。
図２５は第１２の実施例に係る送信装置のブロック図である。
図２６は第１３の実施例に係る送信装置のブロック図である。
【符号の説明】
１ ＲＦコネクタ
２ ケーブル
３ マイクロストリップアンテナ
４ コールドステージ
５ アンテナ窓
６ ジャケット
１４ スーパーインシュレーションフィルム
１５ 圧縮機
１６ ＲＦコネクタ
１７ ケーブル
１８ シールド
２０ アンテナ素子
２１ 電波窓
２２ 導波管
２３ 蓋部Ｏリング
２４ 蓋部
２５ 止めネジ
２６ 基板
２７ コールドプレート
２８ 排気口
２９ 排気部Ｏリング
３０ 真空ポンプ
３１ 管
３３ 容体
３４ アンテナ素子用の容器
３５ アンテナ装置
３９ 真空バルブ
４０ アンテナ装置
４１ 容体
４２ ケーブル
４３ ＲＦコネクタ
４４ 蓋部
４５ 電波窓
４６ 止めネジ
４７ 導波管
４８ アンテナ素子
４９ シールド
５０ コールドプレート
５２ アンテナ素子用の容器
５６ 容体
５７ ケーブル
５８ 蓋部
５９ 電波窓
６０ ＲＦコネクタ
６１ 止めネジ
６２ 導波管
６２ａ 第１の開口部
６２ｂ 第２の開口部
６３ アンテナ素子
６４ シールド
６５ コールドプレート
６８ 外部導波管
７０ 容体
７１ シールド
７２ アンテナ素子
７３ 電波窓
７４ 導波管
７５ 蓋部Ｏリング
７６ コールドプレート
７７ 蓋部
７８ 基板
７９ 止めネジ
８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ，８０ｅ，８０ｆ，８０ｇ，８０ｈ アンテナ素子
８３，８４，８５，８６，８７，８８，８９，９０ ＢＰＦ
９１ａ，９１ｂ，９１ｃ，９１ｄ，９１ｅ，９１ｆ，９１ｇ，９１ｈ 低雑音増幅器
９３ ＩＦ
９５ 信号処理回路
１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７ 受信回路
１０８，１０９，１１０，１１１ アンテナ素子
１１２ シールド
１１３，１１４，１１５，１１６ アンテナ素子
１１７，１２２ 給電パターン
１２０，１２１ バイアスティー用パターン
１３３，１３４，１３５，１３６，１３７，１３８，１３９，１４０ ＢＰＦ
１４１，１４２，１４３，１４４，１４５，１４６，１４７，１４８ 低雑音増幅器
１４９ 基板
１５０ ＩＦ
１５１ 信号処理回路
１５２ アンテナ素子用の容器
１５５，１５６，１５７，１５８，１５９，１６０，１６１，１６２ 受信回路
１６３，１６４，１６５，１６６，１６７，１６８，１６９，１７０ アンテナ素子
１７１，１７３ バイアスティー用パターン
１７２，１７４ 給電パターン
１７５ 基板
１９０，１９１，１９２，１９３，１９４，１９５，１９６，１９７ ＢＰＦ
１９８ ＩＦ
２００，２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６，２０７ 低雑音増幅器
２１９ 信号処理回路
２３０ アンテナパターン
２３１ 基板
２３２ 接地導体
２３３ アンテナ素子
２３４ 給電
２３５ アンテナパターン
２３６ 基板
２４０ アンテナパターン
２４１ 基板
２５０ グレイン
２５１ ｃ軸
２５２ ＭｇＯ（１００）基板
２５３ ａ軸又はｂ軸
２５５ ＢＰＦパターン
２５６ 基板
２５７ 接地導体
２５８ ＢＰＦ素子
２６０，２６１，２６２，２６３，２６４，２６５，２６６，２６７ アンテナ素子
２７０ 基板
２７１，２７２，２７３，２７４，２７５，２７６，２７７，２７８ 増幅器
２８０，２８１，２８２，２８３，２８４，２８５，２８６，２８７ ＢＰＦ
２９０，２９１，２９２，２９３，２９４，２９５，２９６，２９７ ミキサ
２９８ アンテナ素子用の容器
３００ ＩＦ
３０１ 逓倍器
３０２ 発振器
３０５ 送信装置
３１０，３１１，３１２，３１３，３１４，３１５，３１６，３１７ 増幅器
３１８，３１９，３２０，３２１，３２２，３２３，３２４，３２５ ＢＰＦ
３３０，３３１，３３２，３３３，３３４，３３５，３３６、３３７ ミキサ
３４０ 発振器
３４１ 逓倍器
３４５ ＩＦ
３４６ 基板
３４７ アンテナ素子用の容器
３５０ 送信装置
４０７ オゾン分子からの１１０．８３６ＧＨｚ信号
４０８ パラボラアンテナ
４０９ λ／４プレイト
４１０ 固定ミラー
４１１ 第２のオシレータ
４１２ 第３のオシレータ
４１３ 中間周波数信号処理装置
４１４ ＡＯＳ
４１５ 導波管
４１６ ＣＧＣ
４１７ ＳＩＳミキサ
４１８ 中間周波数用アンプ
４１９ 冷却ロード
４２０ 放射シールド
４２１ 逓倍器
４２２ ガンオシレータ
４２３ ハーモニックミキサ
４２４ リファレンスオシレータ
４２５ パーソナルコンピュータ
４２６ 位相ロックコントローラ
４２７ 第１のオシレータ
４２８ 主受信ユニット
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【技術分野】
本発明は、マイクロストリップ構造、コプレーナ構造を有しており、超伝導材料を用いたアンテナ素子を利用した、アンテナ装置、信号受信装置、及び、信号送信装置に係わる。そして、特に指向性利得の向上できるアンテナ装置、信号受信装置、及び、信号送信装置に関する。また、アンテナ装置、信号受信装置、及び、信号送信装置の小型化に関する。さらに、アンテナ装置、信号受信装置、及び、信号送信装置の冷却システムの低消費電力化に関する。
【背景技術】
近年、無線ＬＡＮ、衛星通信、ＩＭＴ−２０００等の発展より、通信システムの高速化及び小型化の需要が高まっている。従って、一般的に通信システムを構成している、例えば、アンテナ、フィルター、アンプ等の素子性能の向上、及び、上記素子の駆動部分の小型化が求められている。特に、アンテナはシステムの送受信端に設けられ、一般的に、アンテナの電波放射効率及び電波受信感度の向上が、システム全体の通信特性の向上及び小型化につながるところが大きい。
そして、アンテナの電波放射効率及び電波受信感度の向上の為には、まず、全体的な性能の向上のため、アンテナ素子を含む高周波デバイスの導体部における、高周波に対する電力損失を小さくすることが望ましい。また、効率的な性能の向上のため、指向性利得を向上させることが望ましい。
そこで、高周波に対する電力損失を小さくする為、低抵抗な超伝導材料を利用する提案がされている。しかし、超伝導材料をアンテナ等に使用する提案を実現するには、超伝導体のアンテナ素子の冷却状態を安定に保つため、真空容器による断熱及び冷却装置が必須である。
以下、図１を用いて、従来例１に係るアンテナ装置を説明する。図１に示すアンテナ装置の容器は、アンテナ窓５と、容器部６とから構成されている。そして、アンテナ窓５には誘電体からなり、断面がレンズ状である場合を含む、窓材がはめ込まれている。
また、アンテナ装置の容器部６には、ＲＦコネクタ１と、ケーブル２と、マイクロストリップアンテナ３と、コールドステージ４とが備えられ、上記のアンテナ装置の容器部６とともにアンテナ装置を構成している。そして、マイクロストリップアンテナ３は超伝導材料で構成されている。
さらに、上記のアンテナ装置には真空ポンプが付属しており、アンテナ装置の容器部６の中をほぼ真空にして、マイクロストリップアンテナ３と外部との断熱を図るとともに、コールドステージ４にてマイクロアンテナ３の冷却が行われている。
そして、アンテナアンテナ窓５にはめ込まれている窓材の比誘電率、厚さ、及び、窓材のレンズ状の形状より決定される所定の距離に、アンテナ窓からマイクロストリップアンテナ３までの距離が設定されている。（例えば、特許文献１）
次に、図２を用いて、従来例２に係る成層圏−中間圏オゾンモニタリングシステムを説明する。図２には、回転可能なパラボラアンテナ４０８と、パラボラアンテナ４０８で受けた電波の一部を、波長の１／４分位相をずらすλ／４プレイト４０９と、λ／４プレイトを透過した電波を反射する固定ミラー４１０と、第１のオシレータ４２７と、断熱用のデュアー４２９と、導波管４１５と、前記導波管４１５に連結されているＣＧＣ（ｃｒｏｓｓ ｇｕｉｄｅ ｃｏｕｐｌｅｒ）４１６と、ＳＩＳ（ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ミキサ４１７と、中間周波数用アンプ４１８と、冷却ロード４１９と、放射シールド４２０と、第２のオシレータ４１１と、第３のオシレータ４１２と、中間周波数信号処理装置４１３と、ＡＯＳ（Ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）４１４と、リファレンスオシレータ４２４と、パーソナルコンピュータ４２５とが示されている。そして、上記の第２のオシレータ４１１、第３のオシレータ４１２、ＡＯＳ４１４、パーソナルコンピュータ４２５とリファレンスコンピュータ４２４を除く図２に示す要素は主受信ユニット４２８を構成する。そして、第１のオシレータは、逓倍器４２１と、ハーモニックミキサ４２３と、位相ロックコントローラ４２６と、ガンオシレータ４２２とから構成されている。（例えば、非特許文献１）
【特許文献１】特開２００３−４６３２５号公報
【非特許文献１】Ｈｉｄｅｏ Ｓｕｚｕｋｉ ｅｔ．ａｌ．，ＩＥＩＣＥ ＴＲＡＮＳ．ＥＬＥＣＴＲＯＮ．，Ｖｏｌ．Ｅ７９−Ｃ，Ｎｏ．９，Ｓｅｐ．，Ｐ１２１９−１２２７，１９９６．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
アンテナ性能の向上の為、アンテナ素子部分の冷却が、特に、超伝導材料を使用したアンテナを利用するには、数十Ｋ程度の低温が必要である。その為、そのような低温を得るためには、ヘリウムガス等を冷媒として用いる冷却機、及び、低温動作素子や回路の断熱のための真空容器が重要な技術要素である。
ここで、真空容器には、真空封止に耐えられる強度と、アンテナ素子への受信電波の透過、及び、アンテナ素子からの送信電波の放射を、可能な限り減衰させない透過性が重視された結果、アンテナ素子の指向性利得の向上は重視されないという問題があった。
そこで、従来例１は、真空容器の窓部に誘電体を用い、前記誘電体の比誘電率と真空容器内の比誘電率との比を所定の値とすることにより、又は、前記誘電体の断面形状をレンズ状とすることにより、送受信電波に対し、窓部がレンズ効果を有するものとし、かつ、アンテナ窓とアンテナ素子との距離が、［数１］の関係を満たす場合に、電波送受信時の指向性利得の向上が図れるものであった。
しかし、アンテナ素子の指向性利得の向上は重要な課題であり、別の観点からも、アンテナ素子の指向性利得の向上手段が求められていた。
【数１】
次に、複数のアンテナ素子を連動させ、複数のアンテナ素子全体として指向性が向上するように、個々のアンテナ素子を動作させる、いわゆる複合アンテナ装置において、アンテナ素子間の干渉の防止の為、アンテナ素子間の間隔を確保すると複数のアンテナ素子を納める容器が大きくなる。特に、アンテナ素子のアンテナパターンが超伝導材料で構成されている場合は、低温状態を保持する、断熱用の真空装置及び冷却装置も大きくなり、アンテナ装置全体が大型化する問題があった。
さらに、真空容器及び断熱係る問題点として以下がある。すなわち、真空容器は、熱の流入の内、固体による熱伝導と気体による熱伝導に対しては効果が大きいが、［数２］に示すステファンボルツマンの法則に示すように、外気の絶対温度の４乗と冷却された素子の絶対温度の４乗の差に比例する、真空容器からの熱輻射による熱流入の防止はできない。そこで、真空容器内にさらに、例えば、金属板や金属皮膜を有するポリエステルフィルム等の断熱材をいれると、受信電波の透過や電波の送信に対し障害となる問題があった。
【数２】
加えて、一般的な断熱の問題点として、真空容器を構成する部分に、例えばアンテナ窓のような、大きな透明部分があると、放射熱によりアンテナ素子に熱が伝えられる。その結果、冷却装置の負荷の増大を招き、冷却装置の消費電力が増大する。そして、限られた供給電力及び冷却装置の設置条件では、冷却が困難となる問題があった。すなわち、超伝導材料をアンテナパターンに用いたアンテナ素子を内蔵したアンテナ装置の実用化を考えた場合に、小型化、低消費電力化に対して不利となる問題があった。特に従来例２のように、パラボラアンテナ４０８からの電波を導く為に、ＣＧＣ４１６に導波管４１５を連結した構成をとると、導波管４１５が受けた放射熱もＣＧＣ４１６へ導くこととなり、ＣＧＣ４１６を冷却する装置の負荷はさらに増大するという問題があった。
また、超伝導材料をアンテナ素子に使用し、臨界温度以下に冷却して超伝導状態にしても、超伝導材料の選択及びアンテナ素子を構成する超伝導薄膜の結晶の状態によっては、充分に低い表面抵抗を得ることができない問題点があった。
そして、電波の送信、受信を実際に行うには、アンテナ装置に付属し、送受信装置を構成する回路、例えば、フィルター回路や増幅器も必要である。しかし、アンテナ素子の安定動作に必要な真空容器の外部に上記の付属回路を設けるのでは、送受信装置の小型化とは反するものとなる問題があった。
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、第一の発明は、
平面型アンテナ素子と、
電波を透過させる電波窓を有し、前記平面型アンテナ素子を収容して外部からの熱を遮断する断熱容器と、
前記断熱容器内であって、前記電波窓と前記平面型アンテナ素子のアンテナパターン形成面の間に配設された導波管と、
前記平面型アンテナ素子を冷却する冷却手段を備え、
前記導波管が前記平面型アンテナ素子の指向性を強める形状及び寸法であることを特徴とするアンテナ装置を提供する。
第一の発明に係るアンテナ装置によれば、
平面型アンテナ素子を冷却するため、平面型アンテナ素子を構成する導体の表面抵抗が低下し、平面型アンテナ素子の全体的な利得が向上する。
また、導波管が、平面型アンテナ素子に指向性をもたせることにより、送信時にあっては、放射する電波の指向性利得が向上し、受信時にあっても、受信電波の指向性利得が向上する。
なお、上記課題を解決するため、第二の発明は、第一の発明に記載したアンテナ装置であるが、前記導波管の開口面と前記平面型アンテナ素子のアンテナパターン形成面の間の実効的な比誘電率をＡとすると、導波管が筒状であって、導波管の筒の高さが送受信に係る電波の波長の１／４を√Ａで徐したもの以上であり、さらに，前記平面型アンテナ素子側の前記導波管の開口の少なくとも一つの軸方向に係る長さが前記電波の波長の１／２を√Ａで除したものより長く、前記電波の波長を√Ａで除したもの以下であることを特徴とする。上記のような導波管の形状及び寸法であると、平面型アンテナ素子の垂直方向の指向性利得の向上が容易である。
次に、上記課題を解決するため、第三の発明は、
複数の平面型アンテナ素子と、
前記平面型アンテナ素子が形成されている基板と、
電波を透過させる電波窓を有し、複数の前記平面型アンテナ素子を収容して外部からの熱を遮断する断熱容器と、
前記断熱容器内であって、前記電波窓と前記平面型アンテナ素子のアンテナパターン形成面の間に配設された導波管と、
前記平面型アンテナ素子を冷却する冷却手段を備え、
前記導波管が前記平面型アンテナ素子の指向性を強める形状及び寸法であって、
複数の前記平面型アンテナ素子を連動させることを特徴とするアンテナ装置を提供する。
第三の発明に係るアンテナ装置によれば、
複数の平面型アンテナ素子は冷却されるため、平面型アンテナ素子を構成する導体の表面抵抗が低下し、個々の平面型アンテナ素子の全体的な利得が向上する。
また、導波管が平面型アンテナ素子に指向性をもたせることにより、個々の平面型アンテナ素子に同一の指向性利得の向上がもたらされる。
さらに、複数の平面型アンテナ素子を搭載したアンテナ装置であるため、それらの平面型アンテナ素子を連動して動作させることにより、一つのいわゆる複合アンテナとして動作させることができる。その結果、上記の複合アンテナは平面型アンテナ素子の一つ一つに比較し、より、指向性が向上したものとなる。
次に第四の発明は、
平面型アンテナ素子と、
電波を透過させる電波窓を有し、前記平面型アンテナ素子を収容して外部からの熱を遮断する断熱容器と、
前記断熱容器内であって、前記電波窓と前記平面型アンテナ素子のアンテナパターン形成面の間に配設された第１の導波管と、
前記断熱容器外であって、前記電波窓に一方の開口が接するように配設された第２の導波管と、
前記平面型アンテナ素子を冷却する冷却手段を備え、
前記第１の導波管及び前記第２の導波管が前記平面型アンテナ素子の指向性を強める形状及び寸法であることを特徴とするアンテナ装置を提供する。
第四の発明に係るアンテナ装置によれば、第２の導波管の働きにより、電波が収束し、さらに、送受信にかかる指向性利得の向上をはかることができる。
次に第五の発明は、
平面型アンテナ素子と、
前記平面型アンテナ素子で受けた電波からの受信信号処理回路と、
電波を透過させる電波窓を有し、前記平面型アンテナ素子及び前記受信信号処理回路を収容して外部からの熱を遮断する断熱容器と、
前記断熱容器内であって、前記電波窓と前記平面型アンテナ素子のアンテナパターン形成面の間に配設された導波管と、
前記平面型アンテナ素子及び前記受信信号処理回路を冷却する冷却手段を備え、
前記導波管が前記平面型アンテナ素子の指向性を強める形状及び寸法であることを特徴とする電波受信装置を提供する。
第五の発明に係る電波受信装置によれば、平面型アンテナ素子と受信回路が断熱容器内にあって、いずれも冷却されるため、平面型アンテナ素子及び受信回路の導体の抵抗が低くなり、電波受信装置の動作が、低損失で行われる。また、平面型アンテナ素子と受信回路が断熱容器内にあるため、電波受信装置の小型化が図れる。
次に、第六の発明は、
平面型アンテナ素子と、
前記平面型アンテナ素子を通じて放射される電波にのせる送信信号処理回路と、
電波を透過させる電波窓を有し、前記平面型アンテナ素子及び前記送信信号処理回路を収容して外部からの熱を遮断する断熱容器と、
前記断熱容器内であって、前記電波窓と前記平面型アンテナ素子のアンテナパターン形成面の間に配設された導波管と、
前記平面型アンテナ素子及び前記送信処理回路を冷却する冷却手段を備え、
前記導波管が前記平面型アンテナ素子の指向性を強める形状及び寸法であることを特徴とする電波送信装置を提供する。
第六の発明に係る電波送信装置によれば、平面型アンテナ素子と送信信号処理回路が断熱容器内にあって、いずれも冷却されるため、平面型アンテナ素子及び送信信号処理回路の導体の抵抗が低くなり、電波送信装置の動作が、低損失で行われる。また、平面型アンテナ素子と電波送信処理回路が断熱容器内にあるため、電波送信装置の小型化が図れる。
【発明の効果】
本発明によれば、指向性利得の高いアンテナ装置を得ることができる。また、本発明に係るアンテナ装置、電波受信装置、電波送信装置ともに、低損失で稼働が可能である。さらに、本発明によれば、複数の超伝導材料を使用した平面型アンテナ素子に係る、アンテナ装置、電波受信装置、電波送信装置の小型化が可能である。また、本発明によれば、超伝導材料を平面型アンテナ素子に使用した場合に、アンテナ装置、電波受信装置、電波送信装置の冷却システムの低消費電力化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
発明を実施するための最良の形態であるアンテナ装置は、基板上のアンテナ素子と、基板上のアンテナ素子を電磁気的にシールドするシールドと、導波管と、アンテナ素子の冷却装置と、真空ポンプ（例えば、ロータリーポンプ、ターボ分子ポンプ、又は、それらの組み合わせ等がある）と、アンテナ素子用の容器と、アンテナ素子用の容器とアンテナ素子との間の断熱材とから構成されている。
上記のアンテナ素子の冷却装置は冷媒を利用し、上記アンテナ素子用の容器内のコールドプレート等を冷却する。その結果、アンテナ素子の冷却装置は、アンテナ素子を、コールドプレート等を通じて冷却することができる。
上記の真空ポンプは、アンテナ素子用の容器の内部を、排気口を通じて減圧する為に用いる。その結果、真空ポンプにより、上記アンテナ素子の容器内は、ほぼ真空状態（例えば、ロータリーポンプを使用する場合は、１×１０Ｅ−２ｔｏｒｒとなる。また、ターボ分子ポンプを併用すると、１×１０Ｅ−５〜１×１０Ｅ−７ｔｏｒｒ程度の真空状態が可能となる。）となる。
さらに、アンテナ素子用の容器は、電波窓と、アンテナ素子用の容器の蓋部と、アンテナ素子用の容器の容体部と、上記アンテナ素子用の容器の蓋部と容体部の接触部に配置され、容器内の気密を保つ為のＯリングと、アンテナ素子等からの信号を伝えるケーブルと、前記ケーブルを容器外へ接続する、高周波信号用のＲＦコネクタと、真空ポンプが接続されている排気管と、冷却装置の一部を構成するコールドプレートから構成されている。従って、アンテナ素子用の容器内は、Ｏリングのシール効果により、気密状態である。また、容器内を真空ポンプにより、真空状態に保つことができる。その結果、減圧状態のアンテナ素子用の容器は、外気からのアンテナ素子への固体間又は気体を媒介とした熱伝導による熱流入を抑止する効果があり、アンテナ素子の冷却は容易となる。
また、アンテナ素子用の容器とアンテナ素子との間には断熱材が配置されているので、アンテナ素子用の容器からの熱輻射による、アンテナ素子への熱流入も抑止する効果がある。
ここで、アンテナ素子は、アンテナパターンが超伝導材料で構成されており、臨界温度以下では、表面抵抗が、金属の銅（Ｃｕ）より低い抵抗を示すものをいう。そして、本実施例では、アンテナ素子のアンテナパターンが基板上に形成されており、いわゆる平面型をしている。ただし、平面状態にこだわることはなく、多少の厚みや立体構造があってもよい。また、立体構造とは、基板が複数層にわかれ、アンテナパターンが、それぞれの層に形成されている場合を含む。
また、導波管は、アンテナ素子用の容器内にあり、アンテナ素子とアンテナ素子用の容器の蓋部にある電波窓との間に配設されている。そして、導波管は、アンテナ素子用の容器側に固定されており、アンテナ素子用の容器を通じて、接地電位への接続がある。また、導波管とアンテナ素子とは、固体間又は気体を媒介とした熱接触はない。さらに、導波管の高さは、アンテナ素子からの放射電波に指向性利得を向上させる範囲にあり、アンテナ素子の送信電波の波長から波長の１／４程度であることが望ましい。
本発明を実施するための最良の実施形態であるアンテナ装置には、以下の効果がある。まず、導波管の効果により、アンテナ素子から放射される電波に指向性がつく為、アンテナ素子の指向性利得が向上する。
次に、アンテナ素子用の容器の電波窓を通過した電波を、導波管がアンテナ素子の直近まで漏れなく導く為、アンテナ素子用の容器による電波の損失が防止され、アンテナ素子の電波受信時の指向性利得が向上する。
また、アンテナ素子用の容器内に、断熱材をいれても、導波管とシールドにより、アンテナ素子からの断熱材への送信電波の漏れはなく、指向性をもって電波窓から放射され、また、アンテナ素子への受信電波通過が確保されるため、断熱材による電波の損失が防止される。
さらに、アンテナ素子容器内の断熱材により、アンテナ素子用の容器からの熱複写による、熱流入を抑止される為、アンテナ素子の冷却装置には負荷がかからず、冷却装置を小型化することができる。
【実施例１】
図３、図４及び図５を使用して実施例１に係るアンテナ装置３５について説明する。まず、図３は、基板２６と、基板２６上のアンテナ素子２０と、導波管２２と、シールド１８と、真空バルブ３９と、真空ポンプ３０と、アンテナ素子用の容器３４と、コールドプレート２７と、管３１と、冷媒３２と、圧縮機１５とから構成されるアンテナ装置の断面図を示している。
そして、上記の構成要素のうち、コールドプレート２７と、管３１と、圧縮機１５とは、冷媒３２の断熱膨張を利用する、いわゆるパルスチューブ式、又は、スターリングサイクルを原理とする冷却装置を構成し、コールドプレート２７上の基板２６及び基板２６上のアンテナ素子２０を冷却する。
ここで、冷媒３２には、通常、ヘリウムガスが使用される。また、コールドプレート２７と基板２６の間には、熱伝導をよくする、例えば、銅の金属ブロック等や、密着をよくするインジウム、グリース等の物質が間に配設されていてもよい。
なお、冷却装置の方式として、上記ではパルスチューブ式、又は、スターリングサイクルを原理とする冷却装置を例として挙げたが、それに限ることはなく、例えば、コールドプレート２７内に管を設けて、液体ヘリウムや液体窒素を循環させる方式であってもよい。
また、アンテナ素子用の容器３４は、電波窓２１と、アンテナ素子用の容器の蓋部２４と、アンテナ素子用の容器３４の容体３３と、上記アンテナ素子用の容器３４の蓋部２４と容体３３の接触部に配置され、容器内の気密を保つ為の蓋部Ｏリング２３と、アンテナ素子等と前記アンテナ素子用の容器３４外との入出力信号を伝えるケーブル１７と、ＲＦコネクタ１６と、真空ポンプ３０と接続する排気口２８と、止めネジ２５とから構成されている。
そして、電波窓２１は、送受信に関わる電波を、前記アンテナ素子用の容器３４内に導き、あるいは、送出する役割を果たす。
ＲＦコネクタ１６は、アンテナ素子と外部との入出力信号を伝えるケーブル１７と外部のケーブルを接続するものであり、高周波信号を取り扱うことができる。
止めネジ２５は、上記アンテナ素子用の容器３４とアンテナ素子用の容器３４の蓋部２４を止めるものである。
アンテナ素子用の容器３４内は、蓋部Ｏリング２３のシール効果により、気密状態とすることができる。
さらに、真空ポンプ３０は、アンテナ素子用の容器３４の内部を、真空ポンプ３０と接続する排気口２８及び真空バルブ３９を通じて減圧する為に用いられる。そして、真空ポンプ３０は、上記アンテナ素子の容器３４内を、１×１０Ｅ−２〜１×１０Ｅ−６ｔｏｒｒ程度の真空状態（以下「準真空状態」という）とすることができる。なお、排気口２８と真空バルブ３９はいわゆる金属シールドにより接合されており、高い気密性を保持できる。
なお、蓋部Ｏリング２３等のＯリングをメタルシール仕様とすれば、さらに高い気密性が保持できる。従って、下記の手順を踏むことにより、上記の準真空状態は長期間保持することができる為、真空ポンプを取り外すことも可能である。
手順１：真空ポンプ３０により、アンテナ素子用の容器内を、一旦、準真空状態する。
手順２：通常は、蓋部２４や容体３３にアンテナ素子用の容器３４内を７０〜１５０℃程度に加熱する手段がとりつけられており（図示はしていない）、上記加熱手段を利用してベーキングをする。
手順３：アンテナ素子の容器全体真空バルブ３９を閉じ、アンテナ素子容器内に取り付けられている、通常の真空容器内に設置するゲッタ材（図示はしていない）を機能させる。
図３に示すアンテナ装置３５においては、上記の構成をとる結果、減圧状態のアンテナ素子用の容器３４は、外気からのアンテナ素子への熱流入を防止することができ、上記の冷却装置によるアンテナ素子の冷却を冷却装置に負荷がかからずに行うことができる。
次に、図４及び図５を用いて、実施例１のアンテナ装置３５の詳細を説明する。まず、図４は図３に示すアンテナ素子用の容器３４の一部とその内部に係る斜視図であり、８個の四角形のアンテナ素子２０と、四角形の電波窓側の開口部と四角形のアンテナ素子側の開口部を有する、四角柱状の８個の導波管２２と、シールド１８と、コールドプレート２７と、アンテナ素子の数に応じた８本のケーブル１７（４本分は図示されていない）と８個のＲＦコネクタ１６（４個分は図示されていない）と、蓋部２４と、電波窓２１と、円柱状のアンテナ素子用の容器３４と、止めネジ２５と、容体３３とを示している。
また、図５は、アンテナ用の容器を上面から見た上面図であって、アンテナ素子用の容器の蓋部２４と、四角形の電波窓２１と、四角形のアンテナ素子２０と、導波管２２の四角形の開口部と、止めネジ２５との位置関係を示している。
そして、図４に参照するように、アンテナ素子２０が配置されている基板２６は、コールドプレート２７の円盤の上面に、配置されている。さらに、シールド１８が基板２６の上に、基板２６を覆うように配置されている。
ここで、上記の基板２６は、材質が誘電体からなる板体である。また、「アンテナ素子２０が配置されている」とは、アンテナ素子２０のアンテナパターンが基板上に形成され、マイクロストリップライン構造とする場合には、基板２６の裏面に接地電位用の金属電極が配設されていることをいう。なお、アンテナパターンは、平面的であっても、厚みをもつものでもよく、基板２６が多層基板である場合には、中間層に形成されていてもよい。また、シールド１８は、アンテナ素子を電磁気的にシールドするものであるから、材質は銅（Ｃｕ）等の金属性のものである。シールド１８の接地電位は、アンテナ素子２０と共通である。
次に、アンテナ素子２０は、ダイポール型、ループ型、線状アンテナ型、パッチアンテナ型等のアンテナパターンを含むマイクロストリップライン構造又はコプレーナ構造を有するものであって、アンテナパターンの集合が四角形の形状を有するものである。また、２行４列状に８個のアンテナ素子が基板上に配置されており、アンテナパターンの材質には、超伝導材料が採用されている。
次に、導波管２２は四角柱の形状を有し、アンテナ素子２０の形状とほぼ同じ大きさの四角形であるアンテナ素子２０側の開口と、アンテナ素子２０側の開口と同一の四角形である電波窓２１側の開口とを備え、導波管２２はアンテナ素子２０と電波窓２１との間に配置されている。そして、導波管２２の一方の開口はアンテナ素子２０と向き合っているが、アンテナ素子２０及びシールド１８とは離間している。また、導波管の他方の開口は電波窓２１と向き合っており、電波窓２１部で、蓋部２４と接続している。すなわち、導波管２２は、アンテナ素子用の容器３４と固体間の熱接触があり、電気的にも接続され、アンテナ素子用の容器３４を通じて接地電位に接続している。しかし、導波管２２は、アンテナ素子及びシールド１８とは固体間の熱伝導と気体を媒介とした熱伝導はない。
ここで、導波管２２は、ステンレス（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等）、キュプロニッケル、黄銅等の熱伝導性がよくない金属薄膜を四角柱状に巻いたものであって、四角柱の内側に銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等をメッキしたもの、或いは、絶縁フィルムを四角柱状に巻き、内側に銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等の金属薄膜を蒸着したもの、或いは、四角柱状の誘電体の外周に銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等の金属薄膜を蒸着したもの等である。
そして、導波管２２は、下記のようにアンテナ素子２０の指向性を強める形状及び寸法をしている。ここで、「アンテナ素子の指向性を強める」とは、アンテナ素子２０が本来もっている指向性、すなわち、送信電波に対する放射電波強度の角度依存性や受信電波に対する受信電波感度の角度依存性に対し、所望の方向の放射電波強度を強めること、又は、受信電波感度を強めることをいう。
また、「指向性利得の向上」とは、送信に関して、アンテナ素子の全方位への放射電波の放射電力の総和に対して、特定の方向の放射電波の放射電力の割合を向上させることをいう。また、受信の関しては、全方位からの受信電波の受信電力の総和に対して、特定の方向の受信電波の受信電力の割合を向上させることをいう。そして、「指向性を強める」ことは特定方向の送受信電波の電力を強めることになるため、「指向性利得の向上」につながる。
具体的には、導波管２２の高さは、実施例１のアンテナ装置で送受信する電波の波長から波長の１／４程度であることが望ましい。なぜなら、高さが低すぎると、送受信電波の垂直方向の指向性利得の向上はなく、高すぎると、送受信電波が導波管２２を伝搬する際の損失が大きくなり、送受信電波に対する指向性利得の向上が抑えられるからである。しかし、導波管２２の高さを波長の１／４程度に限定するものではない。
また、導波管２２のアンテナ素子２０側の四角形開口部が有する長軸の長さが送受信する電波の波長から波長の１／２程度であることが望ましい。波長の１／２程度を下限としたのは、これ以下では、送受信電波の伝搬が遮断されるからである。また、波長程度を上限としたのは、送受信電波の収束が弱くなり、送受信電波の指向性利得の向上が抑えられるからである。
ところで、アンテナ素子のアンテナパターンが形成されている基板２６の表面付近では、送受信電波はアンテナ素子用の容器３４内の比誘電率と基板２６の比誘電率の双方の比誘電率の影響を受ける。また、導波管２２を伝搬する際には、導波管２２内の比誘電率の影響を受ける。従って、実施例１の説明中の「波長」（特に、再定義がされていない限り、以下同じ）は、それぞれの場所で、送受信電波に係る電磁界が感じる実効的な比誘電率をＫｅとし、真空中での送受信電波の波長をλ０とすると、それぞれの場所での送受信電波に係る電磁界の波長である、λ０／√Ｋｅを意味する。
上記の「実効的な比誘電率」は次のように考えて求める。まず、誘電率は、誘電率を求めたい空間で使用する電磁界モードの電界Ｅ（向きと長さをあらわすベクトル量）と電束密度（ベクトル量）の比例係数（一般的には、ベクトル量の各成分に対応したテンソル量）として求められる。
従って、一般的には、誘電率を求めたい空間を含めた当該空間に影響する範囲について、直接的に当該範囲の放射電磁界分布を数値近似した後、コンピュータ上の電磁界シュミレータを利用して求めるものである。すなわち、当該空間に影響を与える複数の誘電体の比誘電率、前記誘電体からの距離、又は、前記誘電体の形状等を総合的に解析して得られるものであり、いわば、送受信電波に係る電磁界が、誘電率を求めたい空間範囲で感じる誘電率であるといえる。
ただし、単純な等方性の誘電体の場合は、近似的に電界（ベクトル量）のエネルギー的な平均（大きさのみをもつスカラー量）を用いることができ、誘電率も、単純な比例定数、ε・ε０（ε：当該誘電体の比誘電率、ε０：真空の誘電率）として表すことができる。
また、閉じた金属で囲まれた円筒型の導波管を電磁波が伝わるときは、電磁波は、基本電磁界モードの一つであるＴＥ１１で伝搬することが知られているので、導波管の開口面における電界は平行成分しかないので、誘電体の誘電率を開口面と平行な成分のみで考えることができる。そして、上記のように求めた誘電率と真空の誘電率との比をとると、比誘電率となる。
具体的な適用の例を示すと、例えば、導波管の寸法等を波長の１／４程度と規定した場合、その導波管を設置する地点において、導波管自身が与える影響も加味して、解析した結果得られた実効的な比誘電率もとに、上記のλ０／√Ｋｅを用いて波長を計算し、導波管の寸法等を決定する。しかし、簡単に均一な材質で構成され、閉じた金属で囲まれた導波管の大きさのオーダを知りたいときは、λ０／√ε（λ０：真空中の波長、ε：導波管内の比誘電率）を電磁波の波長として用いることができる。
次に、図３の断面図と図４の斜視図に示すように、電波窓２１においては、蓋部２４の外部側からは、２行×４列に配置された導波管２２の開口部を含む長方形の窓が、蓋部材の半分程度の厚みまで、ほりこまれており、例えば、熱伝導率が低い、石英やポリテトラフルオロエチレン等の材料からなる誘電体の透明な板がはめ込まれ、準真空状態を保てるような接着剤、或いは、シールド材で接着されている。一方、容器内側からは、２行×４列からなる８個の小窓が設けられており、導波管２２をはめ込むことができる。
実施例１に示したアンテナ装置３５によれば、以下の効果がある。まず、減圧状態のアンテナ素子用の容器３４がアンテナ素子を外気から断熱する為、コールドプレート２７等を含む冷却装置が、アンテナ素子２０を長時間、低温状態にすることができる。従って、臨界温度以下の低温状態において、アンテナ素子２０を構成する超伝導材料の表面抵抗は低くなる為、アンテナ素子２０の利得が向上する。
次に、アンテナ素子２０と電波窓２１間の導波管２２の効果により、電波放射時において、アンテナ素子２０の指向性利得が向上する。
次に、アンテナ素子用の容器３４の電波窓２１を通過した電波を、導波管２２がアンテナ素子２０まで漏れなく導く為、アンテナ素子２０と電波窓２１間のアンテナ素子用の容器３４による電波の損失が防止され、電波を受信する時において、アンテナ素子２０の指向性利得が向上する。
次に、導波管２２は、アンテナ素子２０毎に対応して、独立に設けられているため、アンテナ素子用の容器３４内において、アンテナ素子２０間の干渉を防止することができる。なお、上記導波管２２はアンテナ素子用の容器３４外において、各アンテナ素子２０が放射する電波間の干渉を妨げるものではない。
次に、導波管２２とアンテナ素子２０との接触がない為、導波管２２からの固体間熱伝導による、アンテナ素子への熱流入を防止することができる。その結果、アンテナ素子２０を冷却するコールドプレート２７等の冷却手段の負荷が減少するので、冷却装置の小型化及びアンテナ装置全体の小型化が可能である。
【実施例２】
（輻射熱遮断フィルムを冷却部に設けた実施例）
図６により、実施例２に係るアンテナ装置４０を説明する。ここで、スーパーインシュレーションフィルム１４を除いて、アンテナ装置４０を構成するものは、実施例１と同様なものである。
そして、スーパーインシュレーションフィルム１４は、金属薄膜、或いは、例えばポリエステル等の１０μｍ程度の薄膜絶縁フィルムにアルミ（Ａｌ）等の金属を蒸着したものと、例えばナイロン等からなるネットとを交互に複数枚、重ねて構成されている。また、上記のネットは、金属薄膜、又は、フィルム同士を接触させない為に、金属薄膜、又は、フィルム間に配置されている。従って、上記の構成を有するスーパーインシュレーションフィルム１４は、アンテナ素子用の容器３４からの熱輻射によるアンテナ素子２０への熱流入を抑止する効果があり、いわゆる断熱材として作用する。
実施例２のアンテナ装置４０によれば、スーパーインシュレーションフィルム１４を、アンテナ素子用の容器３４内に、アンテナ素子２０とアンテナ素子用の容器３４の壁の間に配設したことにより、アンテナ素子用の容器３４からの輻射熱がアンテナ素子２０にあたるのを防止することができる。
さらに、スーパーインシュレーションフィルム１４による、輻射熱の遮断により、コールドプレート２７等を含む冷却装置の負荷が軽減する為、冷却装置を小型化することができ、アンテナ装置全体を小型化することができる。
次に、導波管２２とシールド１８により、アンテナ素子２０と電波窓２１間の距離によらず、また、スーパーインシュレーションフィルム１４の存在に関わらず、アンテナ素子２０から放射される電波の指向性利得を向上することができる。
次に、アンテナ素子用の容器３４の電波窓を通過した電波を、導波管２２がアンテナ素子まで漏れなく導く為、アンテナ素子２０と電波窓２１間の距離によらず、スーパーインシュレーションフィルム１４による電波遮断を防止することができる。
【実施例３】
（円形なアンテナパターンを有するアンテナ素子を使用した実施例）
図７及び図８を用いて、実施例３の説明をする。ここで、図７は、実施例３のアンテナ装置の一部を示す斜視図である。また、図８は、実施例３のアンテナ装置の上面図である。但し、実施例３のアンテナ装置の構成要素は、実施例１のアンテナ装置の構成要素と比較して以下の点が異なっている。
すなわち、図７及び図８は、実施例３のアンテナ装置を構成するアンテナ素子４８のアンテナパターンが円形である点、電波窓４５のアンテナ素子用の容器５２内側の小窓が円形の形状をしている点、導波管４７が、アンテナ素子４８のアンテナパターン形状とほぼ同じ大きさの円形であるアンテナ素子４８側の開口と、電波窓４５の内側の小窓とほぼ同じ大きさの円形である電波窓４５側の開口とを備える円柱状である点が相違点であることを示している。
従って、アンテナ素子４８、電波窓４５、導波管４７は、実施例１のアンテナ装置において対応する構成要素と比較し、以下のような効果を有する。
まず、アンテナ素子４８は、マイクロストリップライン構造ではあるが、アンテナ素子４８のアンテナパターンが円形である点で相違する。従って、アンテナパターンへの給電点の位置を工夫することにより、四角形なアンテナパターンによっては受信することが困難な、円偏波を有する電波も受信することができる。
次に、電波窓４５のアンテナ素子用の容器５２内側の小窓が円形の形状をしている点で相違する。従って、小窓の面積を、小窓の形状が正方形であった場合と比較して小さくすることができるため、電波窓４５からの熱流入を低下させることができる。
次に、導波管４７が、アンテナ素子４８のアンテナパターン形状とほぼ同じ大きさの円形であるアンテナ素子４８側の開口と、電波窓４５の内側の小窓とほぼ同じ大きさの円形である電波窓４５側の開口とを備える円柱状である点で相違する。従って、電波窓４５の小窓、アンテナ素子４８のアンテナパターンと密着した形状を有する導波管４７とすることができる。
そして、以下に示すようにアンテナ素子４８のアンテナパターン、導波管４７、及び、電波窓４５の小窓を関連付けた形状とすることが望ましい。
ます、送受信電波の実効的な波長がλである場合には、アンテナパターン内の電流相殺がなくなり、送受信信号が大きくなるので、実施例３に係るアンテナ素子４８のアンテナパターンの直径は、λ／２程度であることが望ましい。
ここで、「実効的な波長」とは、実施例１において説明した「実効的な比誘電率」に対応した、送受信電波が有する波長をいう。
具体的には、アンテナ素子４８が基板上に形成されていることを考慮した場合には、アンテナ素子用の容器５２内の比誘電率と基板の比誘電率とを考慮した実効的な比誘電率をＡとし、真空中の送受信電波の波長をλ０とすると、アンテナパターンの直径は、λ０／２／√Ａであることが望ましい。ここで、真空中で波長λ０を有する電波は、比誘電率Ｅの物質中を進む場合には、実効的な波長はλ０／√Ｅとなることを考慮している。
一方、導波管４７の開口部の直径も、実効的な波長をλとすると、λ／２程度であることが望ましい。アンテナ素子２０のアンテナパターンの直径がλ／２、すなわち、λ０／２／√Ａであるので、電波の損失を抑えるためである。
さらに、導波管４７の開口部がλ０／２／√Ａであることを考慮し、電波窓４５の内側の小窓もλ０／２／√Ａ程度が望ましい。
ここで、実施例３のアンテナ装置を構成する基板の比誘電率がほぼ空気中の比誘電率と同じであるような設計をし、１０ＧＨｚの受信電波を受けることを想定すると、受信電波の波長は、真空中の光速度を約３×１０Ｅ８ｍ／ｓｅｃとすると、３ｃｍとなる。
従って、上記を前提に、実施例３のアンテナ装置の構成要素の具体的な大きさを見積もると、例えば、上記の電波窓４５部の小窓は、約１．５ｃｍ程度である。また、例えば、電波窓４５は、その小窓の２行×４列分を含むとすると、小窓間の間隔を見込むと５×９ｃｍ程度となる。そうすると、例えば、上記の電波窓４５を含むアンテナ素子用の容器５２は、直径１５ｃｍの円を底面とする高さ１０ｃｍ程度の円柱である。
また、例えば、アンテナ素子用の容器５２の底面からコールドプレート上面までの高さは５ｃｍ程度である。さらに、例えば、導波管４７はアンテナ素子用の容器５２の蓋部４４が厚さ１ｃｍ程度であることを考慮すると、１〜３ｃｍ程度の高さをもち、底面部分は直径１．５ｃｍ程度の円形である円柱である。
実施例３のアンテナ装置によれば、実施例１のアンテナ装置がもつ効果に加え、アンテナ素子４８のアンテナパターンが円形な為、給電位置の工夫により、四角形のアンテナパターンではとらえることが困難なモード、例えば、円偏波を有する電波をとらえることができる。
【実施例４】
（誘電体から構成された導波管を使用した実施例）
図９、図１０及び図１１を用いて実施例４のアンテナ装置の説明をする。ここで、図９は、実施例４のアンテナ装置の一部を示す斜視図である。また、図１０は、実施例４のアンテナ装置の上面図である。さらに、図１１は、実施例４のアンテナ装置を構成する導波管６２の斜視図である。
但し、実施例４のアンテナ装置の構成要素は、実施例１のアンテナ装置の構成要素と比較して以下の点が異なる。
すなわち、図９及び図１０は、実施例４のアンテナ装置を構成する導波管６２が、アンテナ素子６３側から電波窓５９側に向かって細くなる円柱形状を有している点、電波窓５９が円形の小窓である点、マイクロストリップライン構造を有するアンテナ素子６３のアンテナパターンが円形である点で実施例１と相違することを示している。
ここで、電波窓５９には、比誘電率ε１をもち、かつ、透明な板状のものがはめ込まれている。
従って、真空中を伝搬する電波の波長をλ０とすると、電波窓５９を電波が通過するとき、電波の波長はλ０／√ε１となるため、円形な電波窓５９の直径はλ０／２／√ε１程度とすることが望ましい。円形な小窓である電波窓５９の直径がλ０／２／√ε１未満であると、電波の通過が電磁気の法則により遮断されるからである。一方、円形な小窓である電波窓５９の直径がλ０／２／√ε１より上回ると、外部から熱放射による、アンテナ素子への熱流入が大きくなるからである。
さらに、図１１は、導波管６２の斜視図を示したものである。そして、導波管６２はアンテナ素子６３側から電波窓５９側に向かって細くなる円柱の形状を有している。また、アンテナ素子６３側の導波管６２の第１の開口部６２ａの直径は、電波窓５９側の第２の開口部６２ｂの直径より大きいことが望ましい。
さらに、導波管６２は、比誘電体ε１を持つ一体ものであり、外周には、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）等の低抵抗な金属が蒸着されているものである。
ここで、導波管６２が上記のような形状を有することが望ましい理由を以下に説明する。まず、電波窓５９にはめ込まれている板の比誘電率と導波管６２の比誘電率とがε１であるから、導波管６２の電波窓５９側の第２の開口部６２ｂ付近の実効の比誘電率はほぼε１であること、及び、電波窓５９を通過した電波の波長はλ０／２／√ε１であることより、円形な小窓である電波窓５９の直径と導波管６２の第２の開口部６２ｂの直径とは一致させることができる。
一方、導波管６２の第１の開口部６２ａ付近では、電波は、準真空状態にあるアンテナ素子用の容器５５内の比誘電率と、アンテナ素子６３が形成されている基板の比誘電率と、導波管６２の比誘電率の影響を受ける為、導波管６２の第１の開口部６２ａ付近の実効的な比誘電率をε２とすると、導波管６２を通過した電波の波長はλ０／２／√ε２であることが想定される。従って、導波管６２の第１の開口部６２ａの直径は、λ０／２／√ε２であることが望ましい。
そこで、アンテナ素子用の容器５５内の比誘電率や基板の比誘電率は、導波管６２の比誘電率より小さいので、通常は、ε２のほうが、ε１より小さいことを考慮すると、図１１に示すように、導波管６２は、直径λ０／２／√ε２の円形な第１の開口部６２ａと直径λ０／２／√ε１の円形な第２の開口６２を有する円柱であることが望ましい。
さらに、導波管６２の高さは、アンテナ素子６３から電波を送信する場合に、指向性利得の向上のため、λ０／４／√ε１〜λ０／√ε１の範囲内であることが望ましい。なぜなら、高さが低すぎては、電波放射時の指向性の利得は向上せず、高さが高すぎては、導波管６２を伝わることによる電波の損失が起こるからである。
次にアンテナ素子６３のアンテナパターンの形状は、準真空状態にあるアンテナ素子用の容器５５内の比誘電率と、アンテナ素子６３が形成されている基板の比誘電率とを主に考慮すればよく、実効的な比誘電率をε３とすると、直径がλ０／２／√ε３である円形であることが望ましい。アンテナ素子付近の電波の波長の１／２程度のアンテナパターンであると、電波の送受信において、利得が向上するからである。
ここで、アンテナ素子６３のアンテナパターン付近では、導波管６２の比誘電率の影響を受けてはいるが、よりアンテナ素子用の容器５５内の比誘電率の影響を受けるので、アンテナ素子用の容器５５内の比誘電率がほぼ真空中の比誘電率であることを考慮すれば、ε３はε２より小さいことが想定される。従って、上記のようにして見積もった、電波窓５９の面積とアンテナ素子のアンテナパターンの面積とを比較すると、電波窓５９の面積のほうが小さいという結果になる。
実施例４のアンテナ装置は、実施例１のアンテナ装置と同様な効果を有するが、上記の相違点により、電波窓５９の面積が、アンテナ素子６３の面積より小さいので、電波窓５９を通じて、外部からの直接の熱放射がアンテナ素子６３にあたるのを、さらに、少なくすることができる。一方、導波管５９の形状を工夫したことにより、送受信に係る電波は、アンテナ素子６３と電波窓５９間で、分散することも抑止できる。
その結果、コールドプレート６５を含む冷却装置の負荷を軽減するため、冷却装置を小型化することができ、アンテナ装置全体も小型化することができる。
なお、本実施例４において、導波管６２の形状は、電波窓５９側の開口部が小さく、アンテナ素子６３側の開口部が大きい円形を持つ、円柱とした。
しかし、導波管６２の形状が、電波窓５９側の開口部と同様な断面を保ったままの円柱、すなわち、アンテナ素子６３側の開口部も電波窓５９側の開口部と同様な直径をもつ円形であってもよい。
なぜなら、アンテナ素子６３を形成した基板の比誘電率を、基盤を構成する材料の選択により調節し、アンテナ素子６３のアンテナパターン付近の実効の比誘電率をε１とすることができるからである。
そして、上記の場合であっても、円形な小窓である電波窓５９の面積を小さくできたことにより、実施例４のアンテナ装置と同様な効果を得ることができる。
【実施例５】
（アンテナ素子用の容器の外部にも導波管を有する実施例）
図１２を用いて、実施例５の説明をする。ここで、図１２は、実施例５のアンテナ装置の一部を示す斜視図である。そして、実施例５のアンテナ装置は外部導波管６８を有する点を除き、実施例４と同様な構成要素を有するアンテナ装置である。
そして、図１２に示すように、実施例５のアンテナ装置は、実施例４のアンテナ装置に加えて、アンテナ素子用の容器５５の外部に外部導波管６８を有する。
ここで、外部導波管６８は、アンテナ素子用の容器５５の外側であって、すべての電波窓５９を外部導波管６８の底面が含み、電波窓５９に接するように配置された、形状を有する外部導波管６８であって、アンテナ素子６３の指向性を強める形状及び寸法をしている。
ここで、電波の送受信時にアンテナ素子の指向性利得を向上させるには、外部導波管６８は、金属薄膜を円柱状に巻いたもの、又は、ポリエステル等の薄膜な絶縁膜に、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）等の金属を蒸着したものを巻いて円柱状にしたものが望ましい。また、図１２に示すように、外部導波管６８の形状は、アンテナ素子用の容器５５に接する側の開口部の面積が小さく、他方の開口部の面積が大きいものであることが望ましい。ただし、必ずしも、外部導波管６８の形状は、上記のようである必要はなく、開口部が同一な面積及び形状を有する円柱であってもよい。外部導波管６８の形状が、そのような円柱であっても、上記の形状は、アンテナ素子６３の指向性を強める形状だからである。
さらに、電波の送受信時にアンテナ素子の指向性を強めるには、外部導波管６８の高さは、送受信電波の波長から波長の１／４程度であることが望ましい。
実施例５のアンテナ装置によれば、実施例４のアンテナ装置で生じる効果に加えて、アンテナ容器の外部に配置された外部導波管６８により、送信時には、アンテナ素子の指向性利得が向上する。また、電波が電波窓５９に集められ、よりアンテナ素子６３で受ける電波が強まる効果がある。
【実施例６】
（導波管とアンテナ素子の距離が波長の１／４未満である実施例）
図１３を用いて、実施例６を説明する。ここで、実施例６のアンテナ装置は、実施例１のアンテナ装置と同様な構成要素を有するが、アンテナ素子７２の指向性を強める形状及び寸法を有する導波管７４とアンテナ素子７２の距離が波長λの１／４未満である点で異なる。そして、図１３は、アンテナ素子用の容器の上部の断面図を表したものである。図１３によれば、アンテナ素子７２と導波管７４とは離間しているが、両者の距離は、波長λの１／４未満である点を示している。また、導波管７４とシールド７１も離間している。
ここで、導波管７４の開口部とアンテナ素子７２とは離間しているが、その距離は送受信電波の波長λの１／４未満とした理由を説明する。
まず、受信時において、電波窓７３から導波管７４のアンテナ素子７２側の開口部まで、導波管７４に受信電波は閉じ込められていたが、導波管７４の開口部からでることにより、受信電波は自由な真空中を伝搬することになる為、電波のまわり込みがおこり、導波管７４とアンテナ素子７２の距離が大きいと、電波が分散してしまうからである。
次に、送信時においても、アンテナ素子７２からの送信電波は、分散をはじめるため、導波管７４とアンテナ素子７２の距離が大きいと、導波管７４により伝搬する電波が減少し、指向性利得の向上につながらないからである。
また、導波管７４がシールド７１とも、アンテナ素子７２とも離間しているのは、固体感の熱伝導を通じて、導波管７４からの熱流入を抑止するためである。
実施例６のアンテナ装置によれば、導波管７４のアンテナ素子側の開口部からアンテナ素子７２までの間の距離が、波長λの１／４未満に限定されている為、受信時に、電波窓７３を通過した電波は、導波管７４をでた後であっても、分散せずアンテナ素子７２に伝わる。一方、送信時に、アンテナ素子７２から送信された電波は導波管７４により伝搬するため、アンテナ素子７２の指向性利得が向上する。
また、導波管７４のアンテナ素子側の開口部とアンテナ素子７２は離間しているため、導波管７４からの固体間の熱伝導又は気体を媒介とする熱伝導による、アンテナ素子７２への、熱流入は抑止されるため、アンテナ素子７２を冷却する冷却装置の負荷は軽減する。その結果、冷却装置の小型化及びアンテナ装置全体の小型化ができるという、実施例１のアンテナ装置の効果をも引き継いでいる。
【実施例７】
（アンテナ装置を用い、かつ、ＢＰＦ及び低雑音増幅器が容器外にある電波受信装置に係る実施例）
図１４を用いて、実施例７の受信装置９７について説明をする。ここで、実施例７の受信装置９７は、実施例１のアンテナ装置３５と同様の、基板と、基板上のアンテナ素子と、導波管と、シールドと、排気部Ｏリングと、真空バルブと、真空ポンプと、アンテナ素子用の容器と、コールドプレートと、管と、冷媒と、圧縮機とから構成されるアンテナ装置を含む。
また、実施例７の受信装置９７に含まれるアンテナ素子用の容器内において、アンテナ素子、導波管、アンテナ素子容器の蓋部にある電波窓の位置関係は実施例１のアンテナ装置と同様であり、導波管がアンテナ素子の指向性を強める形状及び寸法を有する点も実施例１のアンテナ装置と同様である。
そして、図１４は、アンテナ装置を含めた受信装置９７の一部について示したものである。すなわち、図１４には、アンテナ素子用の容器内の複数のアンテナ素子８０ａ〜８０ｈと、アンテナ素子用の容器内のアンテナ素子用の基板８１と、個別にアンテナ素子８０ａ〜８０ｈに接続されている、前記アンテナ素子用の容器外にある複数のＢＰＦ（ｂａｎｄ ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）８３〜９０と、前記アンテナ素子用の容器外にある個別にＢＰＦ８３〜９０に接続されている低雑音アンプ９１ａ〜９１ｈと、前記アンテナ素子用の容器外にあるＩＦ（ｉｎｔｅｒ ｆａｃｅ）９３と、信号処理回路９５とが表されており、図１３に示したＢＰＦ８３〜９０と、低雑音増幅器９１ａ〜９１ｈと、実施例１のアンテナ装置３５と同様なアンテナ装置は、受信装置９７を構成している。
なお、ＢＰＦ８３〜９０はアンテナ素子で受けた電波を起因とする信号のなかから、特定の周波数の信号を取り出すフィルターである。そして、ＢＰＦ８３〜９０は、アンテナ素子用の容器内にあるアンテナ素子８０ａ〜８０ｈからの信号をケーブル、ＲＦコネクタを通じて受け、特定の周波数の信号を低雑音増幅器９１ａ〜９１ｈへ出力する。
低雑音増幅器９１ａ〜９１ｈは、ＢＰＦ８３〜９０からの信号を増幅し、ＩＦ９３へ出力する。
ＩＦ９３は受信装置９７で受信した信号を信号処理回路９５へ正確に伝えるものであり、アンテナ素子８０ａ〜８０ｈまでの各アンテナ素子からの受信信号の位相を揃える役割を有することもある。
「各アンテナ素子８０ａ〜８０ｈからの受信信号を一括して処理し、各受信信号間の位相を揃えたり、特定のアンテナ素子からの信号に加工を加えたりして、アンテナ素子８０ａ〜８０ｈを一体として動作させる」ことを「連動させる」と定義すると、信号処理回路９５は、各アンテナ素子８０ａ〜８０ｈを連動させることにより、複数のアンテナ素子からなる複合アンテナとして動作させる機能を有する回路である。
実施例７の受信装置９７によれば、実施例１のアンテナ装置３５における、複数のアンテナ素子８０ａ〜８０ｈからの受信信号を同時に、信号処理回路９５へ取り出すことができる。従って、前記受信信号に適当な処理を加えることにより、複数のアンテナ素子８０ａ〜８０ｈを、それらのアンテナ素子を連動させた複合アンテナ、例えば、いわゆるフェーズド・アレイ・アンテナやアダプティブ・アレイ・アンテナとして扱うことができる。
【実施例８】
（アンテナ装置を用い、かつ、ＢＰＦ及び低雑音増幅器が容器内に配置した電波受信装置に係る実施例）
図１５及び図１６を用いて、実施例８の受信装置１５３の説明をする。
ここで、実施例８の受信装置１５３に含まれるアンテナ装置は、実施例１のアンテナ装置３５と同様の、基板と、基板上のアンテナ素子と、導波管と、シールドと、排気部Ｏリングと、真空バルブと、真空ポンプと、アンテナ素子用の容器と、コールドプレートと、管と、冷媒と、圧縮機とから構成されるアンテナ装置を含む。
また、実施例８の受信装置１５３に含まれるアンテナ素子用の容器内において、アンテナ素子、導波管、アンテナ素子容器の蓋部にある電波窓の位置関係は実施例１のアンテナ装置３５と同様であり、導波管がアンテナ素子の指向性を強める形状及び寸法を有する点でも実施例１のアンテナ装置と同様である。
そして、図１５は、アンテナ装置を含めた実施例８に係る受信装置１５３の一部について示したものである。すなわち、図１５には、複数のアンテナ素子１０８〜１１１、１１３〜１１６と、個別にアンテナ素子１０８〜１１１、１１３〜１１６と接続する、受信回路１００〜１０７と、前記アンテナ素子１０８〜１１１、１１３〜１１６と、前記受信回路１００〜１０７の給電パターン１２２、１１７と、前記給電パターン１１２、１１７に接続されているバイアスティー用パターン１２１、１２０と、上記の回路、パターン、素子が搭載されている基板１４９と、シールド１１２を表しており、前記の回路、パターン、素子も含めた基板１４９及び前記シールド１１２は、アンテナ素子用の容器内にある。ここで、バイアスティー用パターン１２１、１２０とは、給電パターン１２２、１１７への電波の影響を相殺するためのパターンである。
また、図１６は実施例８に係る受信装置１５３及びそれに接続される回路を表したものであり、図１５に示した基板１１９上の受信回路１００〜１０７等をブロック図で示したものである。すなわち、図１６は、同一基板上に搭載された複数のアンテナ素子１０８〜１１１、１１３〜１１６と、個別にアンテナ素子に接続する受信回路１００〜１０７を構成するＢＰＦ１３３〜１４０及びＢＰＦに接続する低雑音増幅器１４１〜１４８と、同一基板上にはないＩＦ１５０と、信号処理回路１５１とを表わしており、アンテナ素子用の容器１５２内のアンテナ素子１０８〜１１５、含めたアンテナ装置と、受信回路１００〜１０７とは実施例８に係る受信装置１５３を構成している。
一方、ＩＦ１５０及び信号処理回路１５１はアンテナ素子用の容器１５２外に設置され、実施例８の受信装置１５３に含まれない。そして、アンテナ素子１０８〜１１５で受けた受信信号の伝達及び受信信号の処理をする点では実施例７で説明したと同様に機能する。
しかし、実施例７の受信装置とは、アンテナ素子１０８〜１１５及び受信回路１００〜１０７はアンテナ素子用の容器内にはいっている為、アンテナ素子１０８〜１１５及び受信回路１００〜１０７ともに、冷却される点で異なる。
上記の実施例８によれば、上記の相違点により、受信回路１００〜１０７とアンテナ装置は一体となって受信装置１５３を構成するため、受信装置１５３の小型化が実現できる。また、受信回路１００〜１０７も冷却される為、受信回路１００〜１０７に係る素子の性能が向上するので、受信信号の振幅の増大及びフィルター特性が向上する。
【実施例９】
（アンテナ素子のアンテナパターンの形状が円形であるアンテナ装置を用い、かつ、ＢＰＦ及び低雑音増幅器が容器内に配置した電波受信装置に係る実施例）
図１７及び図１８を用いて実施例９を説明する。
ここで、実施例９の受信装置２２０は、実施例１のアンテナ装置３５と同様の、基板と、基板上のアンテナ素子と、導波管と、シールドと、排気部Ｏリングと、真空バルブと、真空ポンプと、アンテナ素子用の容器と、コールドプレートと、管と、冷媒と、圧縮機とから構成されるアンテナ装置を含む。
また、実施例９の受信装置２２０に含まれるアンテナ素子用の容器内において、アンテナ素子、導波管、アンテナ素子容器の蓋部にある電波窓の位置関係は実施例１のアンテナ装置３５と同様であり、導波管がアンテナ素子の指向性を強める形状及び寸法を有する点も実施例１のアンテナ装置３５と同様である。
そして、図１７は、アンテナ装置を含めた実施例９の受信装置２２０の一部について示したものである。すなわち、図１７は、複数のアンテナ素子１６３〜１７０と、給電点１７５〜１８２と、個別にアンテナ素子１６３〜１７０と接続する受信回路１５５〜１６２と、前記受信回路の給電パターン１７２、１７４と、前記給電パターン１７２、１７４に接続されているバイアスティー用パターン１７１、１７３と、前記アンテナ素子１６３〜１７０、前記受信回路１５５〜１６２等が搭載されている基板１７５と、シールド１７６とを表しており、前記のアンテナ素子１６３〜１７０、前記受信回路１５５〜１６２等と、基板１７５と、シールド１７６とは、アンテナ素子用の容器内に配置され、アンテナ素子１６３〜１７０、アンテナ素子用の容器等を含むアンテナ装置とともに実施例９の受信装置２２０を構成する。
ここで、アンテナ素子１６３〜１８２は円形のアンテナパターンを有しており、アンテナ素子１６３〜１８２向けの給電は基板下から給電点１７５〜１８２を通して供給される。また、受信電波の性質による受信信号の大きさ、位相の違いを顕著にする為、上記の給電点１７５〜１８２は、円形のアンテナパターンの中心からずれており、かつ、１点である。
例えば、円偏波の偏波面の違いにより、円形アンテナパターン内に発生する振動モードの角度がことなるが、給電点が中心からはずれていると、振動モードの角度によって、給電までに時間差が生じ、振動モードの違いが受信信号の位相の差となる場合を想定している。
また、バイアスティー用パターン１７１、１７３は給電パターン１７２、１７４への電波の影響を相殺するためのパターンである。
また、図１８は、図１７に示した基板１７５と、基板１７５上の複数の円形のアンテナ素子１６３〜１７０と、個別にアンテナ素子２１０〜２１７に対応する受信回路１５５〜１６２を構成するＢＰＦ１９０〜１９７及び低雑音増幅器２００〜２０７と、基板１７５上にないＩＦ１９０と、信号処理回路２１９を表している。
そして、アンテナ素子２１０〜２１７と受信回路１９０〜１９７は、アンテナ素子用の容器２１８内に設置されており、アンテナ素子用の容器２１８を含むアンテナ装置とともに受信装置２２０を構成している。
一方、ＩＦ１９０及び信号処理回路２１９はアンテナ素子用の容器１５２外に設置され、実施例９の受信装置を構成せず、アンテナ素子１６３〜１７０で受けた受信信号の伝達及び受信信号の処理をする点では実施例８で説明したＩＦ１５０、信号処理回路１５１と同様の機能を有する。ただし、扱う電波の種類が円偏波をも想定している点で、受信信号の処理方法が異なる。
そして、実施例８の受信装置１５３とは、アンテナ素子１６３〜１７０のアンテナパターンの形状が円形である点で異なる。
実施例９の受信装置２２０によれば、実施例１のアンテナ装置を使用したことにより得られた実施例７及び実施例８の受信装置と同様な効果を得られるが、さらに、アンテナ素子のパターンを円形にしたことにより、複数のアンテナ同士を連動させた場合に、アンテナ素子１６３〜１７０を構成要素とした複合アンテナとして、円偏波に対応させることができる。
【実施例１０】
（アンテナ装置にもちいるアンテナ素子に関する実施例）
図１９、図２０、図２１、図２２及び図２３を用いて、実施例１０に係るアンテナ素子の形状、材質、構造等を説明する。
まず、実施例１０に係る超伝導材料を使用したアンテナ素子は、実施例１乃至実施例６に係るアンテナ装置に使用されるアンテナ素子に関するものであって、アンテナパターンが基板上に作成されている、いわゆる平面型アンテナ素子といわれるものである。（以下、実施例１０の説明において、平面型アンテナ素子を単に「アンテナ素子」という。）
次に、実施例１０に係る超伝導材料を使用したアンテナ素子２３３のアンテナパターンの大きさは、受信を想定している電波の波長をλとすると、図１８に示すように、１／２λ又は１／４λであることが望ましい。なぜなら、上記の大きさが受信電波とアンテナパターンの整合性がよく、受信電波を受けた際に、アンテナ内の電流の打ち消しがないからである。
ここで、図１９は、実施例１０に係るアンテナ素子２３３の基板２３１と、基板上の超伝導材料であるアンテナパターン２３０と、基板裏面の超伝導材料である接地導体２３２を示しており、給電２３４は、アンテナパターン２３０を構成する２つのＬ字パターン間で行われている。
そして、アンテナパターン２３０は、いわゆるダイポールアンテナ型である。また、アンテナパターン２３０の大きさは、例えば、波長の１／２程度である。なお。上記波長は、実施例１の説明における「波長」に関する記載と同様な定義とする。
ここで、アンテナ素子２３３は一つのアンテナパターンから構成されていてもよいが、図２０に示すようにＴ型の線状アンテナが複数、組み合わされたアンテナパターン２３５のようであってもよい。
また、異なるアンテナパターンの例として、図２１にパッチアンテナ型のアンテナパターンを複数接続して構成されたアンテナパターン２４０を示すが、実施例１０に係るアンテナ素子は、図２１のようなパッチアンテナ型のアンテナパターンを有するものであってもよい。
（図２１について、Ｚｈｉ−Ｙｕａｎ ｓｈｅｎ，Ｈｉｇｈ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ，Ａｒｔｃｈ Ｈｏｕｓｅ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｌｉｂｒａｒｙ Ｐ１３４−１４５より引用）
ここで、扱う電波の周波数を１０ＧＨｚと想定すると、真空中の波長は約３ｃｍ程度となる。そして、基板２３１の比誘電率が低い場合を想定すると、図１８に示すアンテナ素子の基板２３１の大きさは例えば、約２ｃｍ×２ｃｍ程度となる。また、図２０及び図２１のアンテナ素子の基板の大きさは、例えば、約１２ｃｍ×１２ｃｍ程度である。
次に、実施例１０の超伝導材料を使用したアンテナ素子に係る超伝導材料は、ＲＥＢＣＯ系（Ｒａｒｅ Ｅａｒｔｈ元素（稀土類元素）と、バリウム（Ｂａ）と、銅（Ｃｕ）と、酸素（Ｏ）とから構成されているもの）、ＢＳＣＣＯ系（バリウム（Ｂａ）と、ストロンチューム（Ｓｒ）と、カルシウム（Ｃａ）と、銅（Ｃｕ）と、酸素（Ｏ）とから構成されているもの）及びＰＢＳＣＣＯ系（鉛（Ｐｂ）と、バリウム（Ｂａ）と、ストロンチューム（Ｓｒ）と、カルシウム（Ｃａ）と、銅（Ｃｕ）と、酸素（Ｏ）とから構成されているもの）等であることが望ましい。なぜなら、上記の超伝導材料は、高温の超伝導特性であって大電流を流すことが可能な超伝導材料だからである。また、低温下においては、表面抵抗が低く、ミリ波領域の周波数領域においても、数十ｍオーム（Ω）の値を示し、銅（Ｃｕ）よりも、アンテナ素子の材料として、優位性があるからである。なお、ＲＥＢＣＯ系といわれる超伝導材料には例えば、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（０．０≦ｑ１≦１．２、０．０≦ｑ２≦１．２、０．５≦ｑ１＋ｑ２≦１．２、１．８≦ｑ３≦２．２、２．５≦ｑ３≦３．５、６．６≦ｐ４≦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）がある。また、超伝導材料として採用可能なＲａｒｅ Ｅａｒｔｈ元素（稀土類元素）として、上記のＹ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｈｏの他に、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｌａ等がある。（参考文献、長村光造著：「超伝導材料」、Ｐ７０、米田出版，２０００年）
従って、通常の超伝導材料のように、表面抵抗が急激に下がる臨界温度として、液体ヘリウム温度（約４Ｋ）程度の低温を必要とせず、液体窒素温度（約５０Ｋ〜７０Ｋ）程度で足りるため、超伝導材料を使用したアンテナ素子において、実用的な表面抵抗を得るための冷却が容易にできる。また、銅（Ｃｕ）を使用したアンテナ素子よりも、上記のＲＥＢＣＯ系等を使用したアンテナ素子は、電波の送受信を、低損失で行うことができる。
次に、実施例１０の超伝導材料を使用したアンテナ素子のアンテナパターンの超伝導薄膜の構造は図２２に示すように、結晶成長性が優れた結晶粒、及び、粒径の大きな構造を有する結晶粒（以下「グレイン」という）から構成されていることが望ましい。なぜなら、同じ超伝導材料を使用しても、結晶成長性がよく、大きなグレインを有する超伝導薄膜ほど、表面抵抗は低くなるからである。
ここで、図２２に示す両対数の図は、銅（Ｃｕ）と、一般的な低温超電伝導材料としてＮｂ３Ｓｎ、ＲＥＢＣＯ系、ＢＳＣＣＯ系、及び、ＰＢＳＣＣＯ系等のペロブスカイト型銅酸化物の高温超伝導材料を代表するものとして、Ｙ（イットリューム）−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏから構成される超伝導材料について、表面抵抗の周波数依存性を示すものである。ここで、２２図中、Ｘ軸は周波数を、Ｙ軸は表面抵抗を表している。また、白抜きの三角印は一般的な低温超伝導材料であるＮｂ３Ｓｎの表面抵抗を、黒丸印はＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏの一般表記であって、Ｙ、Ｂａ、及びＣｕの組成比を数字で表したＹ−１２３をエピタキシャル成長させたものの表面抵抗を、白丸印はエピタキシャル成長していないポリクリスタルのＹ−１２３の表面抵抗を、点線は銅（Ｃｕ）の表面抵抗の変化をそれぞれ表している。
（図２２について、２Ｍ．Ｈｅｉｎ，Ｈｉｇｈ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ ａｔ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，１９９９，Ｐ９３より引用）
そして、図２２では、エピタキシャル成長させたグレインの大きなＹ−１２３のほうが、低温状態では表面抵抗が低いことを示している。
次に、図２３に示すように、実施例１０のアンテナ素子のアンテナパターンを構成する超伝導薄膜は、ａ軸及びｂ軸を含む面内に、偏光顕微鏡で認識できる数μｍ径程度の大きなグレインを有しており、さらに、超伝導薄膜が形成されている基板面に対し垂直方向にｃ軸配向していることが望ましく、かつ、各グレインの結晶軸の方向が統一されていることが望ましい。ここで、上記の説明中、ａ軸、ｂ軸、ｃ軸は、結晶軸の名称であり、結晶格子の短い順からａ軸、ｂ軸、ｃ軸という。
なぜなら、まず、超伝導薄膜が基板面に対し垂直方向に、ｃ軸配向しているグレインから構成されていれば、ａ軸又はｂ軸面内は基板面に対して水平方向となる。その結果、超電導性が弱いことが知られているｃ軸方向ではなく、超電導性が比較的強いａ軸又はｂ軸面内を、電流が流れる為、超伝導薄膜の表面抵抗が低くなるからである。
そして、各グレインの結晶軸の方向が統一されており、隣あったグレイン同士の結晶軸の方向が揃うと、グレイン間の超伝導電流の結合が強くなることがしられており、薄膜の表面抵抗は、さらに低くなるからである。
ここで、図２３は、図１９のアンテナパターンのＡ−Ｂ断面を示したものであり、ＭｇＯ（１００）面を表面にもつ基板２５２と、超伝導薄膜と、超伝導薄膜のグレイン２５０と、超伝導薄膜のｃ軸の向き２５１と、超伝導材料のａ軸又はｂ軸の向き２５３とを表している。そして、超伝導薄膜のグレインは、ＭｇＯ（１００）面に対して垂直方向に強くｃ軸配向しているため、アンテナ素子が電波を送受信する際に、アンテナ素子の給電点からの電流は、ａ軸及びｂ軸を含む面内を流れる。
なお、アンテナパターンを構成する薄膜の厚さは、約１００ｎｍ〜１μｍ程度であることがパターニングや磁気進入長の関係で望ましい。
そして、アンテナパターン２３０、２３５、２４０を、大きなグレインを有する超伝導薄膜であって、かつ、ＭｇＯ（１００）面に対し垂直方向にｃ軸配向している薄膜をパターニングして、ＭｇＯ（１００）基板２５２上に作成する工程は、例えば、以下の通りである。
まず、真空容器内に、例えばＭｇＯ（１００）面の基板の一方の表面とＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の超伝導材料からなるターゲットを向かい合わせて置き、パルス状レーザ光線（例えば、波長２４８ｎｍのＫｒＦレーザ）をターゲットにあて、ターゲットから超伝導材料を、プラズマ状態でたたきだして、基板の表面に被着させる。その際、真空容器内は減圧酸素雰囲気（例えば、約１００ｍＴｏｒｒの減圧酸素中）とし、上記の基板は約７００〜８００℃で加熱する。その結果、超伝導薄膜が基板の一方の表面に形成される。
次に、真空容器内に、基板の他方の表面とＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の超伝導材料からなるターゲットを向かい合わせて置き、パルス状レーザ光線をターゲットにあて、ターゲットから超伝導材料を、プラズマ状態でたたきだして、基板の裏面に被着させる。その際の、真空容器内の雰囲気及び基板の状態は、基板の一方の表面に超伝導材料を被着させる時と同様である。その結果、超伝導薄膜が基板の他方の表面に形成される。
次に基板の一方の表面に形成された超伝導薄膜上に、レジストを塗布し、フォトリソグラフィー技術を利用して、レジストをパターニングする。そして、パターニングされたレジストをマスクに、ウエットエッチング又はＡｒミリング等のドライエッチングを行い、超伝導材料をパターニングする。その後、レジストを剥離する。その結果、基板の一方の表面上にアンテナ素子のアンテナパターン２３０、２３５、２４０が形成される。
次に、アンテナ素子を構成する、基板の一方の表面上のアンテナパターン及び基板の他方の表面上の接地電位として利用される超伝導薄膜に、電極を作製する為に、基板の両面に、ＥＢ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ）蒸着により、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ）等の金属膜を成膜する。
次にフォトリソグラフィー技術及びドライエッチング技術等で上記の工程で作成した金属膜をパターニングすることより、アンテナ素子の所定の位置に電極を形成する。
ところで、減圧酸素中で基板を加熱しながら、レーザ光線により超伝導材料を基板に被着させる工程により、超伝導薄膜がｃ軸配向した大きなグレインを持ち、かつ、上記隣接するｃ軸配向した大きなグレインのａ軸又はｂ軸の方向も揃うこととなった後、ａ軸又はｂ軸の方向にそって、直線的なアンテナパターンを形成することが望ましい。アンテナパターンにそって、グレインの結晶軸が揃うこととなり、さらに、低抵抗が望めるからである。
例えば、図１９のＬ字型のアンテナパターンであれば、縦線の部分はａ軸方向、横線の部分をｂ軸方向とすることが望ましい。また、図２１の長方形のループ型のパターンであれば、長辺方向をａ軸方向、短辺方向をｂ軸方向とすることとすれば、上記の状態を実現可能である。
実施例１０の超伝導材料を使用したアンテナ素子によれば、表面抵抗が通常の銅（Ｃｕ）等の金属より低い上に、高温超伝導材料を通常に基板に堆積させただけのものよりも低い為、実施例１乃至実施例６に示すアンテナ装置に適用した場合に、高周波数を有する電波に対しても良好なアンテナ特性を得ることができる。また、高温超伝導材料を使用しているので、通常の超伝導材料よりも、低温を必要としない為、冷却装置は、アンテナ素子の冷却を容易にすることができる。
【実施例１１】
（電波受信装置又は電波送信装置に用いるＢＰＦ素子に関する実施例）
図２４により、実施例１１に係るＢＰＦ素子２５８について説明をする。
ここで、実施例１１に係るＢＰＦ素子２５８は、実施例８及び実施例９において、実施例１乃至実施例６のアンテナ装置とともに使用される受信装置の受信回路に適用されるものであり、実施例１乃至実施例６のアンテナ装置のアンテナ素子と同一基板上に搭載されている。
従って、実施例１１に係るＢＰＦ素子２５８は、アンテナ素子と同一の基板上にあり、コールドプレートにより冷却される為、実施例１０に係るアンテナ素子と同様な高温超伝導材料で構成されていることが望ましい。なぜなら、アンテナ素子と同様な低温状態で、表面抵抗が低い状態となるからである。
ここで、図２４は、超伝導材料を使用したＢＰＦ素子２５８のＢＰＦパターン２５５と、基板２５６と、接地導体２５７を表す。そして、ＢＰＦ素子の基板は数十ｍｍ×数十ｍｍの大きさであり、その基板上には、２個の渦巻きを有するパターンが４個作成されている。なお、２個の渦巻きを有するパターンは通常数個から十数個の範囲で搭載され、通過帯域を狭めたい時に、数を多くするのが、通例である。
（図２４について、特願２００２−９９９９９７（平成１４年３月５日出願、出願人：富士通、発明者：甲斐 学、山中 一典 等）の明細書中の図４、及び、
２００２年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会講演ＳＣ５−３、
甲斐学ほか：「ＩＭＴ−２０００用超伝導フィルタシステムの開発」図２参照）
また、超伝導材料で作成されたＢＰＦ素子２５８と低温での動作が可能なＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子とから受信回路が構成されていることが望ましい。なぜなら、ＨＥＭＴ素子は、ＨＥＭＴ素子の構成又は構造を選べば（例えば、ＰＨＥＭＴ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｒｐｈｉｃ−ＨＥＭＴ）等）、低温でも動作が可能であり、逆に、数十Ｋ程度の低温下では、素子を構成する結晶の格子振動等の影響が小さくなるので、より低雑音動作可能となるからである。また、アンテナ素子、ＢＰＦ素子２５８、低雑音増幅器を同一基板上に搭載でき、受信装置は、受信信号の増幅後の信号、すなわち、より大きな信号を伝達できるからである。
実施例１１に係るＢＰＦ素子２５８によれば、実施例８及び実施例９の受信装置に適用した場合に、ＢＰＦ素子２５８の表面抵抗が低い為、低損失で、アンテナ素子で受信した信号から、所定の周波数を持つ信号を、取り出すことができる。また、実施例８及び実施例９の受信装置はより大きな信号を外部へ伝達できる。
【実施例１２】
（アンテナ装置を用い、かつ、ＢＰＦ及び増幅器は容器外に配置した電波受信装置に係る実施例）
図２５を用いて、実施例１２の送信装置３０５について説明をする。
ここで、実施例１２の送信装置に含まれるアンテナ装置は、実施例１のアンテナ装置と同様の、基板と、基板上のアンテナ素子と、導波管と、シールドと、排気部Ｏリングと、真空バルブと、真空ポンプと、アンテナ素子用の容器と、コールドプレートと、管と、圧縮機とから構成されるアンテナ装置を含む。
また、実施例７の受信装置に含まれるアンテナ素子用の容器内において、アンテナ素子、導波管、アンテナ素子容器の蓋部にある電波窓の位置関係は実施例１のアンテナ装置と同様であり、導波管がアンテナ素子の指向性を強める形状及び寸法を有する点も実施例１のアンテナ装置と同様である。
そして、図２５は、アンテナ装置を含めた送信装置３０５の一部について示したものである。すなわち、図２５には、アンテナ素子用の容器３０３内の基板２７０と、アンテナ素子用の容器３０３内の複数のアンテナ素子２６０〜２６７と、個別にアンテナ素子２６０〜２６７に接続されている、アンテナ素子用の容器３０３外にあるＢＰＦ２８０〜２８７と、前記ＢＰＦ２８０〜２８７に個別に接続されおり、アンテナ素子の容器３０３外にある増幅器２７１〜２７８と、前記増幅器２７１〜２７８に個別に接続さており、アンテナ素子の容器３０３外にあるミキサ２９０〜２９７と、アンテナ素子用の容器３０３外にあり、ミキサ２９０〜２９７と接続する逓倍器３０１と、アンテナ素子用の容器３０３外にあり、逓倍器３０１に接続する発振器３０１と、アンテナ素子用の容器３０３外にあり、ミキサ２９０〜２９７に接続するＩＦ３００を表しており、図２５に示した増幅器２７１〜２７８と、ＢＰＦ２８０〜２８７は、アンテナ素子用の容器３０３内のアンテナ素子２６０〜２６７を含めたアンテナ装置とともに、送信装置３０４を構成する。
ここで、ＩＦ３００は、送信すべき情報を信号化する装置からの信号を変調する回路である。また、発振器３０２及び逓倍器３０１は元となる搬送波を発生し、ミキサ２９０〜２９７は搬送波と変調信号を合成して、アップコンバート、すなわち高周波信号へ変換する役割をもつ。さらに、ＢＰＦ２８０〜２８７は送信波以外の余分な信号を減衰させ、増幅器２７１〜２７８は、アンテナから送信する信号を増幅する役割をする。
なお、実施例１２の送信装置にも、実施例１０に係るアンテナ素子を適用すれば、上記のアンテナ素子の表面抵抗は低い為、低損失で電波を送信することができる。
実施例１２の送信装置によれば、送信用のアンテナ素子２６０〜２６７はアンテナ素子用の容器３０３内にあり、冷却されることにより、表面抵抗がさがる為、低損失で送信することができ、少ない電力でも、信号振幅の大きい信号を送信できる。
【実施例１３】
（アンテナ装置を用い、かつ、ＢＰＦ及び増幅器を容器内に配置した電波受信装置に係る実施例）
図２６を用いて、実施例１３の送信装置３５０について説明をする。
ここで、実施例１３に含まれるアンテナ装置は、アンテナ素子用の容器と、基板上のアンテナ素子と、導波管と、冷却機と、真空ポンプから構成されている点で、実施例１のアンテナ装置と同様である。
また、アンテナ素子用の容器内において、アンテナ素子、導波管、アンテナ素子容器の蓋部にある電波窓の位置関係は実施例１のアンテナ装置と同様であり、導波管がアンテナ素子の指向性を強める形状及び寸法を有する点も実施例１のアンテナ装置と同様である。
そして、図２６は、アンテナ装置を含めた送信装置３５０の一部について示したものである。すなわち、図２６には、アンテナ素子用の容器３４７内の複数のアンテナ素子３０７ａ〜３０７ｈと、アンテナ素子用の容器３４７内のアンテナ素子用の基板３４６と、個別に基板３４６上で、アンテナ素子３０７ａ〜３０７ｈに接続されている、アンテナ素子用の容器３４７内にあるＢＰＦ３１８〜３２５と、前記ＢＰＦ３１８〜３２５に個別に基板上で、接続されているアンテナ素子の容器内にある増幅器３１０〜３１７と、前記増幅器３１０〜３１７に個別に接続されており、アンテナ素子の容器３４７外にあるミキサ３３０〜３３７と、アンテナ素子用の容器３４７外にあり、ミキサ３３０〜３３７に接続するＩＦ３４５と、逓倍器３４１と、発振器３４１を表しており、図２６に示した構成要素は、アンテナ素子用の容器３４７内のアンテナ素子３０７ａ〜３０７ｈを含めたアンテナ装置とともに、受信装置３５０を構成している。
ここで、ＩＦ３４５は、送信すべき情報を信号化する装置からの信号を変調する回路である。また、発振器３４０及び逓倍器３４１は元となる搬送波を発生し、ミキサ３３０〜３３７は搬送波と変調信号を合成して、アップコンバート、すなわち高周波信号へ変換する役割をする。さらに、ＢＰＦ３１８〜３２５は送信波以外の余分な信号を減衰させ、増幅器３１０〜３１７は、アンテナから送信する信号を増幅する役割をする。以上の点は、実施例１２と同様である。
なお、実施例１３の送信装置３５０にも、実施例１０に係るアンテナ素子２３３又は実施例１１に係るＢＰＦ素子２５８の適用は可能である。適用の結果、上記のアンテナ素子２３３及びＢＰＦ素子２５８の表面抵抗は低い為、低損失で電波を送信することができる。
実施例１３の送信装置３５０によれば、送信用のアンテナ素子３０７ａ〜３０７ｈ及び送信回路はアンテナ素子用の容器３４７内にあり、冷却されることにより、表面抵抗がさがる為、低損失で送信することができ、少ない電力でも、信号振幅の大きい信号を送信できることは、実施例１２の送信装置と同様であるが、送信用のアンテナ素子及び送信回路とともに、性能が向上するので、低損失での送信及び信号振幅の増大効果をさらにあげることができる。
また、送信回路がアンテナ装置と一体となっている為、実施例１３の送信装置３５０は小型化が可能である。
【産業上の利用可能性】
本発明によれば、超伝導材料を使用したアンテナ素子を利用して、指向性利得の高いアンテナ装置を得ることが可能となる。また、アンテナ装置、アンテナ装置を利用した電波受信装置、アンテナ装置を利用した電波送信装置ともに、低損失で稼働が可能である。さらに、本発明によれば、複数の超伝導材料を使用したアンテナ素子に係る、アンテナ装置、電波受信装置、電波送信装置の小型化が可能である。また、本発明によれば、超伝導材料をアンテナ素子に使用した場合に、アンテナ装置、電波受信装置、電波送信装置の冷却システムの低消費電力化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
図１は従来例１に係るアンテナ装置の概略図を示す。
図２は従来例２に係る成層圏−中間圏オゾンモニタリングシステム概略図を示す。
図３は第１の実施例を示す概略図である。
図４は第１の実施例に係るアンテナ素子用の容器の斜視図である。
図５は第１の実施例に係るアンテナ素子用の容器の上面図である。
図６は第２の実施例を示す概略図である。
図７は第３の実施例に係るアンテナ素子用の容器の斜視図である。
図８は第３の実施例に係るアンテナ素子用の容器の上面図である。
図９は第４の実施例に係るアンテナ素子用の容器の斜視図である。
図１０は第４の実施例に係るアンテナ素子用の容器の上面図である。
図１１は第４の実施例に係る導波管の斜視図である。
図１２は第５の実施例に係るアンテナ素子用の容器の斜視図である。
図１３は第６の実施例を示す断面図である。
図１４は第７の実施例に係る受信装置を示すブロック図である。
図１５は第８の実施例に係る基板の概略図である。
図１６は第８の実施例に係る受信装置を示すブロック図である。
図１７は第９の実施例に係る基板の概略図である。
図１８は第９の実施例に係る受信装置を示すブロック図である。
図１９は第１０の実施例に係る超伝導材料を使用したアンテナ素子の概略図である。
図２０は第１０の実施例に係る線状アンテナ型アンテナ素子の概略図である。
図２１は第１０の実施例に係るパッチアンテナ型アンテナ素子の概略図である。
図２２は超伝導材料の表面抵抗の周波数依存性を示す図である。
図２３は第１０の実施例に係るアンテナ素子のＡ−Ｂ断面である。
図２４は第１１の実施例に係るＢＰＦ素子のパターン例を示す図である。
図２５は第１２の実施例に係る送信装置のブロック図である。
図２６は第１３の実施例に係る送信装置のブロック図である。
【符号の説明】
１ ＲＦコネクタ
２ ケーブル
３ マイクロストリップアンテナ
４ コールドステージ
５ アンテナ窓
６ ジャケット
１４ スーパーインシュレーションフィルム
１５ 圧縮機
１６ ＲＦコネクタ
１７ ケーブル
１８ シールド
２０ アンテナ素子
２１ 電波窓
２２ 導波管
２３ 蓋部Ｏリング
２４ 蓋部
２５ 止めネジ
２６ 基板
２７ コールドプレート
２８ 排気口
２９ 排気部Ｏリング
３０ 真空ポンプ
３１ 管
３３ 容体
３４ アンテナ素子用の容器
３５ アンテナ装置
３９ 真空バルブ
４０ アンテナ装置
４１ 容体
４２ ケーブル
４３ ＲＦコネクタ
４４ 蓋部
４５ 電波窓
４６ 止めネジ
４７ 導波管
４８ アンテナ素子
４９ シールド
５０ コールドプレート
５２ アンテナ素子用の容器
５６ 容体
５７ ケーブル
５８ 蓋部
５９ 電波窓
６０ ＲＦコネクタ
６１ 止めネジ
６２ 導波管
６２ａ 第１の開口部
６２ｂ 第２の開口部
６３ アンテナ素子
６４ シールド
６５ コールドプレート
６８ 外部導波管
７０ 容体
７１ シールド
７２ アンテナ素子
７３ 電波窓
７４ 導波管
７５ 蓋部Ｏリング
７６ コールドプレート
７７ 蓋部
７８ 基板
７９ 止めネジ
８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ，８０ｅ，８０ｆ，８０ｇ，８０ｈ アンテナ素子
８３，８４，８５，８６，８７，８８，８９，９０ ＢＰＦ
９１ａ，９１ｂ，９１ｃ，９１ｄ，９１ｅ，９１ｆ，９１ｇ，９１ｈ 低雑音増幅器
９３ ＩＦ
９５ 信号処理回路
１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７ 受信回路
１０８，１０９，１１０，１１１ アンテナ素子
１１２ シールド
１１３，１１４，１１５，１１６ アンテナ素子
１１７，１２２ 給電パターン
１２０，１２１ バイアスティー用パターン
１３３，１３４，１３５，１３６，１３７，１３８，１３９，１４０ ＢＰＦ
１４１，１４２，１４３，１４４，１４５，１４６，１４７，１４８ 低雑音増幅器
１４９ 基板
１５０ ＩＦ
１５１ 信号処理回路
１５２ アンテナ素子用の容器
１５５，１５６，１５７，１５８，１５９，１６０，１６１，１６２ 受信回路
１６３，１６４，１６５，１６６，１６７，１６８，１６９，１７０ アンテナ素子
１７１，１７３ バイアスティー用パターン
１７２，１７４ 給電パターン
１７５ 基板
１９０，１９１，１９２，１９３，１９４，１９５，１９６，１９７ ＢＰＦ
１９８ ＩＦ
２００，２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６，２０７ 低雑音増幅器
２１９ 信号処理回路
２３０ アンテナパターン
２３１ 基板
２３２ 接地導体
２３３ アンテナ素子
２３４ 給電
２３５ アンテナパターン
２３６ 基板
２４０ アンテナパターン
２４１ 基板
２５０ グレイン
２５１ ｃ軸
２５２ ＭｇＯ（１００）基板
２５３ ａ軸又はｂ軸
２５５ ＢＰＦパターン
２５６ 基板
２５７ 接地導体
２５８ ＢＰＦ素子
２６０，２６１，２６２，２６３，２６４，２６５，２６６，２６７ アンテナ素子
２７０ 基板
２７１，２７２，２７３，２７４，２７５，２７６，２７７，２７８ 増幅器
２８０，２８１，２８２，２８３，２８４，２８５，２８６，２８７ ＢＰＦ
２９０，２９１，２９２，２９３，２９４，２９５，２９６，２９７ ミキサ
２９８ アンテナ素子用の容器
３００ ＩＦ
３０１ 逓倍器
３０２ 発振器
３０５ 送信装置
３１０，３１１，３１２，３１３，３１４，３１５，３１６，３１７ 増幅器
３１８，３１９，３２０，３２１，３２２，３２３，３２４，３２５ ＢＰＦ
３３０，３３１，３３２，３３３，３３４，３３５，３３６、３３７ ミキサ
３４０ 発振器
３４１ 逓倍器
３４５ ＩＦ
３４６ 基板
３４７ アンテナ素子用の容器
３５０ 送信装置
４０７ オゾン分子からの１１０．８３６ＧＨｚ信号
４０８ パラボラアンテナ
４０９ λ／４プレイト
４１０ 固定ミラー
４１１ 第２のオシレータ
４１２ 第３のオシレータ
４１３ 中間周波数信号処理装置
４１４ ＡＯＳ
４１５ 導波管
４１６ ＣＧＣ
４１７ ＳＩＳミキサ
４１８ 中間周波数用アンプ
４１９ 冷却ロード
４２０ 放射シールド
４２１ 逓倍器
４２２ ガンオシレータ
４２３ ハーモニックミキサ
４２４ リファレンスオシレータ
４２５ パーソナルコンピュータ
４２６ 位相ロックコントローラ
４２７ 第１のオシレータ
４２８ 主受信ユニット
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面型アンテナ素子と、
電波を透過させる電波窓を有し、前記平面型アンテナ素子を収容して外部からの熱を遮断する断熱容器と、
前記断熱容器内であって、前記電波窓と前記平面アンテナ素子のアンテナパターン形成面の間に配設された導波管と、
前記平面型アンテナ素子を冷却する冷却手段を備えることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
平面型アンテナ素子と、
前記平面型アンテナ素子が形成されている基板と、
電波を透過させる電波窓を有し、前記平面型アンテナ素子を収容して外部からの熱を遮断する断熱容器と、
前記断熱容器内であって、前記電波窓と前記平面型アンテナ素子のアンテナパターン形成面の間に、開口面が前記平面型アンテナ素子に向き合うように配設された筒状の導波管と、
前記平面型アンテナ素子を冷却する冷却手段を備え、
前記導波管の開口面と前記平面型アンテナ素子の前記アンテナパターン形成面の間の実効的な比誘電率をＡとすると、
前記導波管の筒の高さが送受信に係る電波の波長の１／４を√Ａで除したもの以上であり、
前記平面型アンテナ素子側の前記導波管の開口の少なくとも一つの軸方向に係る長さが前記電波の波長の１／２を√Ａで除したものより長く、前記電波の波長を√Ａで除したもの以下であることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載したアンテナ装置であって、
前記導波管の開口面と前記平面型アンテナ素子の前記アンテナパターン形成面とは離間しており、前記導波管の開口面と前記平面型アンテナ素子の前記アンテナパターン形成面との距離が、受信する電波の波長の１／４を前記√Ａで除したもの以下とすることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
複数の平面型アンテナ素子と、
電波を透過させる電波窓を有し、複数の前記平面型アンテナ素子を収容して外部からの熱を遮断する断熱容器と、
前記断熱容器内であって、前記電波窓と前記平面型アンテナ素子のアンテナパターン形成面の間に配設された導波管と、
前記平面型アンテナ素子を冷却する冷却手段を備え、
複数の前記平面型アンテナ素子を連動させることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項５】
請求項４に記載したアンテナ装置であって、
前記導波管が前記平面型アンテナ素子の数に応じて独立に設けられていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】
請求項５に記載したアンテナ装置であって、
前記平面型アンテナ素子は円形のアンテナパターンを有し、
前記平面型アンテナ素子の給電位置が一つであって、中心点からはずれていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６に記載されたアンテナ装置であって、
前記電波窓の開口面積の合計が、前記平面アンテナ素子の前記アンテナパターンの面積の合計より小さく、
前記電波窓にはめ込まれている板体の比誘電率と前記導波管を構成する物質の比誘電率が一致していることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項８】
請求項７に記載されたアンテナ装置であって、
前記導波管が、前記電波窓の形状と一致する、前記電波窓に接する前記導波管の開口部と、前記平面型アンテナ素子の前記アンテナパターンの形状と一致する、前記平面型アンテナ素子に接する前記導波管の開口部とを有することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項９】
平面型アンテナ素子と、
電波を透過させる電波窓を有し、前記平面型アンテナ素子を収容して外部からの熱を遮断する断熱容器と、
前記断熱容器内であって、前記電波窓と前記平面型アンテナ素子のアンテナパターン形成面の間に配設された第１の導波管と、
前記断熱容器外であって、前記電波窓に一方の開口が接するように配設された第２の導波管と、
前記平面型アンテナ素子を冷却する冷却手段を備えることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９に記載したアンテナ装置であって、
前記平面型アンテナ素子の前記アンテナパターンが、ＲＥＢＣＯ系、ＢＳＣＣＯ系、又は、ＰＢＳＣＣＯ系のうち、少なくとも一種類以上の超伝導材料からなる薄膜であることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載したアンテナ装置であって、
前記超伝導材料からなる薄膜が、前記超伝導材料からなる薄膜が形成されている基板面に対し垂直方向に、ｃ軸配向しているグレインからなり、
隣接した前記グレインのａ軸又はｂ軸が同方向に配向していることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１に記載したアンテナ装置であって、
さらに、前記断熱容器内に、前記平面型アンテナ素子を内包するように断熱材を備えることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項１３】
平面型アンテナ素子と、
前記平面型アンテナ素子で受けた電波からの受信信号処理回路と、
電波を透過させる電波窓を有し、前記平面型アンテナ素子及び前記受信信号処理回路を収容して外部からの熱を遮断する断熱容器と、
前記断熱容器内であって、前記電波窓と前記平面型アンテナ素子のアンテナパターン形成面の間に配設された導波管と、
前記平面型アンテナ素子及び前記受信信号処理回路を冷却する冷却手段を備える電波受信装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載した電波受信装置であって、
前記受信信号処理回路は、少なくとも、フィルター回路と、
増幅回路とを備えることを特徴とする電波受信装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載した電波受信装置であって、
前記平面型アンテナ素子の前記アンテナパターンが、ＲＥＢＣＯ系、ＢＳＣＣＯ系、又は、ＰＢＳＣＣＯ系のうち、少なくとも一種類以上の超伝導材料からなる薄膜であり、
前記超伝導材料からなる薄膜が、前記超伝導材料からなる薄膜が形成されている基板面に対し垂直方向に、ｃ軸配向しているグレインからなり、
隣接した前記グレインのａ軸又はｂ軸が同方向に配向していることを特徴とする電波受信装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載した電波受信装置であって、
さらに、前記断熱容器内に、前記平面型アンテナ素子及び前記受信回路を内包するように断熱材を備えることを特徴とする電波受信装置。
【請求項１７】
平面型アンテナ素子と、
前記平面型アンテナ素子を通じて放射される電波にのせる送信信号処理回路と、
電波を透過させる電波窓を有し、前記平面型アンテナ素子及び前記送信信号処理回路を収容して外部からの熱を遮断する断熱容器と、
前記断熱容器内であって、前記電波窓と前記平面型アンテナ素子のアンテナパターン形成面の間に配設された導波管と、
前記平面型アンテナ素子及び前記送信処理回路を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする電波送信装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載した送信装置であって、
前記送信信号処理回路は、少なくとも、
増幅回路及びフィルター回路を備えることを特徴とする電波送信装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載した電波送信装置であって、
前記平面型アンテナ素子の前記アンテナパターンが、ＲＥＢＣＯ系、ＢＳＣＣＯ系、又は、ＰＢＳＣＣＯ系のうち、少なくとも一種類以上の超伝導材料からなる薄膜であり、
前記超伝導材料からなる薄膜が、前記超伝導材料からなる薄膜が形成されている基板面に対し垂直方向に、ｃ軸配向しているグレインからなり、
隣接した前記グレインのａ軸又はｂ軸が同方向に配向していることを特徴とする電波送信装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載した電波送信装置であって、
さらに、前記断熱容器内に、前記平面型アンテナ素子及び前記送信信号処理回路を内包するように断熱材を備えることを特徴とする電波送信装置。
【請求項１】
平面型アンテナ素子と、
電波を透過させる電波窓を有し、前記平面型アンテナ素子を収容して外部からの熱を遮断する断熱容器と、
前記断熱容器内であって、前記電波窓と前記平面アンテナ素子のアンテナパターン形成面の間に配設された導波管と、
前記平面型アンテナ素子を冷却する冷却手段を備えることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
平面型アンテナ素子と、
前記平面型アンテナ素子が形成されている基板と、
電波を透過させる電波窓を有し、前記平面型アンテナ素子を収容して外部からの熱を遮断する断熱容器と、
前記断熱容器内であって、前記電波窓と前記平面型アンテナ素子のアンテナパターン形成面の間に、開口面が前記平面型アンテナ素子に向き合うように配設された筒状の導波管と、
前記平面型アンテナ素子を冷却する冷却手段を備え、
前記導波管の開口面と前記平面型アンテナ素子の前記アンテナパターン形成面の間の実効的な比誘電率をＡとすると、
前記導波管の筒の高さが送受信に係る電波の波長の１／４を√Ａで除したもの以上であり、
前記平面型アンテナ素子側の前記導波管の開口の少なくとも一つの軸方向に係る長さが前記電波の波長の１／２を√Ａで除したものより長く、前記電波の波長を√Ａで除したもの以下であることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載したアンテナ装置であって、
前記導波管の開口面と前記平面型アンテナ素子の前記アンテナパターン形成面とは離間しており、前記導波管の開口面と前記平面型アンテナ素子の前記アンテナパターン形成面との距離が、受信する電波の波長の１／４を前記√Ａで除したもの以下とすることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
複数の平面型アンテナ素子と、
電波を透過させる電波窓を有し、複数の前記平面型アンテナ素子を収容して外部からの熱を遮断する断熱容器と、
前記断熱容器内であって、前記電波窓と前記平面型アンテナ素子のアンテナパターン形成面の間に配設された導波管と、
前記平面型アンテナ素子を冷却する冷却手段を備え、
複数の前記平面型アンテナ素子を連動させることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項５】
請求項４に記載したアンテナ装置であって、
前記導波管が前記平面型アンテナ素子の数に応じて独立に設けられていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】
請求項５に記載したアンテナ装置であって、
前記平面型アンテナ素子は円形のアンテナパターンを有し、
前記平面型アンテナ素子の給電位置が一つであって、中心点からはずれていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６に記載されたアンテナ装置であって、
前記電波窓の開口面積の合計が、前記平面アンテナ素子の前記アンテナパターンの面積の合計より小さく、
前記電波窓にはめ込まれている板体の比誘電率と前記導波管を構成する物質の比誘電率が一致していることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項８】
請求項７に記載されたアンテナ装置であって、
前記導波管が、前記電波窓の形状と一致する、前記電波窓に接する前記導波管の開口部と、前記平面型アンテナ素子の前記アンテナパターンの形状と一致する、前記平面型アンテナ素子に接する前記導波管の開口部とを有することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項９】
平面型アンテナ素子と、
電波を透過させる電波窓を有し、前記平面型アンテナ素子を収容して外部からの熱を遮断する断熱容器と、
前記断熱容器内であって、前記電波窓と前記平面型アンテナ素子のアンテナパターン形成面の間に配設された第１の導波管と、
前記断熱容器外であって、前記電波窓に一方の開口が接するように配設された第２の導波管と、
前記平面型アンテナ素子を冷却する冷却手段を備えることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９に記載したアンテナ装置であって、
前記平面型アンテナ素子の前記アンテナパターンが、ＲＥＢＣＯ系、ＢＳＣＣＯ系、又は、ＰＢＳＣＣＯ系のうち、少なくとも一種類以上の超伝導材料からなる薄膜であることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載したアンテナ装置であって、
前記超伝導材料からなる薄膜が、前記超伝導材料からなる薄膜が形成されている基板面に対し垂直方向に、ｃ軸配向しているグレインからなり、
隣接した前記グレインのａ軸又はｂ軸が同方向に配向していることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１に記載したアンテナ装置であって、
さらに、前記断熱容器内に、前記平面型アンテナ素子を内包するように断熱材を備えることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項１３】
平面型アンテナ素子と、
前記平面型アンテナ素子で受けた電波からの受信信号処理回路と、
電波を透過させる電波窓を有し、前記平面型アンテナ素子及び前記受信信号処理回路を収容して外部からの熱を遮断する断熱容器と、
前記断熱容器内であって、前記電波窓と前記平面型アンテナ素子のアンテナパターン形成面の間に配設された導波管と、
前記平面型アンテナ素子及び前記受信信号処理回路を冷却する冷却手段を備える電波受信装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載した電波受信装置であって、
前記受信信号処理回路は、少なくとも、フィルター回路と、
増幅回路とを備えることを特徴とする電波受信装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載した電波受信装置であって、
前記平面型アンテナ素子の前記アンテナパターンが、ＲＥＢＣＯ系、ＢＳＣＣＯ系、又は、ＰＢＳＣＣＯ系のうち、少なくとも一種類以上の超伝導材料からなる薄膜であり、
前記超伝導材料からなる薄膜が、前記超伝導材料からなる薄膜が形成されている基板面に対し垂直方向に、ｃ軸配向しているグレインからなり、
隣接した前記グレインのａ軸又はｂ軸が同方向に配向していることを特徴とする電波受信装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載した電波受信装置であって、
さらに、前記断熱容器内に、前記平面型アンテナ素子及び前記受信回路を内包するように断熱材を備えることを特徴とする電波受信装置。
【請求項１７】
平面型アンテナ素子と、
前記平面型アンテナ素子を通じて放射される電波にのせる送信信号処理回路と、
電波を透過させる電波窓を有し、前記平面型アンテナ素子及び前記送信信号処理回路を収容して外部からの熱を遮断する断熱容器と、
前記断熱容器内であって、前記電波窓と前記平面型アンテナ素子のアンテナパターン形成面の間に配設された導波管と、
前記平面型アンテナ素子及び前記送信処理回路を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする電波送信装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載した送信装置であって、
前記送信信号処理回路は、少なくとも、
増幅回路及びフィルター回路を備えることを特徴とする電波送信装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載した電波送信装置であって、
前記平面型アンテナ素子の前記アンテナパターンが、ＲＥＢＣＯ系、ＢＳＣＣＯ系、又は、ＰＢＳＣＣＯ系のうち、少なくとも一種類以上の超伝導材料からなる薄膜であり、
前記超伝導材料からなる薄膜が、前記超伝導材料からなる薄膜が形成されている基板面に対し垂直方向に、ｃ軸配向しているグレインからなり、
隣接した前記グレインのａ軸又はｂ軸が同方向に配向していることを特徴とする電波送信装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載した電波送信装置であって、
さらに、前記断熱容器内に、前記平面型アンテナ素子及び前記送信信号処理回路を内包するように断熱材を備えることを特徴とする電波送信装置。
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０６２４２４
【国際公開日】平成１７年７月７日（２００５．７．７）
【発行日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５１２３１１（Ｐ２００５−５１２３１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／０１６２３５
【国際出願日】平成１５年１２月１８日（２００３．１２．１８）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１７年７月７日（２００５．７．７）
【発行日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／０１６２３５
【国際出願日】平成１５年１２月１８日（２００３．１２．１８）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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