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JP3972003B2 - Signal switching device - Google Patents
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JP3972003B2 - Signal switching device - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に高周波回路の技術分野に関し、特に入力信号の伝送経路を切り替える信号切替装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セルラ通信や衛星通信等における無線基地局、中継器その他の通信機器では、入力信号の伝送経路を適宜切り替えるための信号切替装置が使用されている。これは、信号切替装置の入力経路から高周波信号を受信し、複数の伝送経路の中から所望の経路を選択し、その経路から出力信号が出力されるように、信号を分岐させるものである。
【０００３】
特開平９−２７５３０２号公報（特許文献１）にて開示されるマイクロ波スイッチは、分岐部分から分岐された複数のマイクロストリップ線路のそれぞれに酸化物超伝導線路を設け、分岐部分及び酸化物超伝導線路の間に直流素子回路を設け、酸化物超伝導線路のそれぞれの超伝導状態の設定と常伝導状態の設定とを切り替える。このような構成を採用することで、特許文献１記載発明は、選択されていない経路へのマイクロ波の洩れ込み量を少なくし、アイソレーション特性を向上させようとしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２７５３０２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来技術によってアイソレーション特性を向上させる場合に、所望の伝送経路に流れる信号レベルの劣化又は損失が小さくなるとは限らない。場合によっては、入力信号の内、選択されていない伝送経路（の後段の回路）へ流れる信号成分がゼロであったとしても、伝送経路長その他の要因に依存して、選択した伝送経路に流れる信号成分が入力信号に比べて非常に劣化する場合がある。従って、信号の切替を良好に行うには、アイソレーション特性だけでなく、信号劣化を小さくすることにも配慮することを要するが、従来の手法ではこれらの要請は充分に達成されていない。
【０００６】
また、この種の信号切替を行うための装置は、各伝送経路の出力すなわち装置の各出力に、機械的なスイッチ又は半導体スイッチのようなスイッチ素子が設けられている。これも、不要な信号が後段の回路に流れないように、アイソレーション特性を向上させるためのものである。しかしながら、機械的なスイッチは、その構成部材の摩耗等に起因して信頼性が低くなるという問題が生じ得る。半導体スイッチを利用した場合には、機械的なスイッチで懸念される問題を回避することは可能であるが、アイソレーション特性が機械的なスイッチのものより劣る点で不利である。また、半導体スイッチ自体の動作の信頼性にも配慮しなければならなくなる。更に、このようなスイッチ素子を使用すると、適切にスイッチングするための制御信号を作成し、これに応じてスイッチング動作をするよう装置を形成する必要があり、信号切替を行う装置が複雑化してしまうという問題も生じ得る。
【０００７】
本願の一般的な課題は、アイソレーション特性を良好に維持しつつ、低損失で信号を伝搬させることを可能にする信号切替装置を提供することである。
【０００８】
本願の具体的な課題は、アイソレーション特性を良好に維持しつつ、低損失で信号を伝搬させることが可能であって、機械的スイッチや半導体スイッチのようなスイッチ素子を出力に接続することを必要としない信号切替装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、入力経路に結合された複数の伝送経路の内の所望の伝送経路から出力信号を出力する信号切替装置が提供される。本装置は、前記複数の伝送経路に含まれる第１伝送経路に直列に接続され、超伝導材料より成る第１線路を有する第１可変インピーダンス回路と、前記複数の伝送経路に含まれる第２伝送経路に並列に接続され、超伝導材料より成る第２線路を有する第２可変インピーダンス回路であって、前記第２線路の断面積が前記第２伝送経路の断面積より小さいところの第２可変インピーダンス回路を有する。
【００１０】
第２線路が超伝導状態にある場合に、前記第１及び第２伝送経路の分岐点から前記第２伝送経路への入力インピーダンスが、充分に大きな所定値より大きくなるように、前記第２伝送経路の長さが規定される。従ってこの場合には第２伝送経路に信号は流れない。第２線路の断面積は第２伝送経路の断面積より小さく形成されるので、常伝導状態における第２線路の入力インピーダンスは非常に大きくなる。従ってこの場合には第２線路に信号は流れず、第２伝送経路の後段に良好に信号を伝搬させることができる。これにより、アイソレーション特性を良好に維持しつつ、低損失で信号を伝搬させることが可能になる。
【００１１】
本発明によれば、第２線路の線路長が、信号切替装置に入力される信号の波長の１／２の整数倍又は１／４の奇数倍程度に規定される。これにより、線路の入力インピーダンスをスミス図表における短絡点又は開放点にできるだけ近づけることが可能になる。
【００１２】
本発明によれば、第２線路の線路長が、信号切替装置に入力される信号の波長の１／４倍程度に規定される。これにより、１／２波長とした場合よりも短く、かつ線路の入力インピーダンスＺをスミス図表における短絡点又は開放点にできるだけ近づけることが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
［第１実施例］
図１，図２及び図３は、本願第１実施例による信号切替装置の平面図及び端面図を示す。図１は信号切替装置１００の平面図を示す。図２は図１のＡＡ線断面における端面図を示す。図３は図１のＢＢ線断面における端面図を示す。信号切替装置１００は、高周波数の入力信号を第１伝送経路又は第２伝送経路に分岐させる分岐部１０２と、分岐部１０２に接続され、第１伝送経路を形成する第１線路部１０４及びこの第１線路部１０４に接続された第２線路部１０６を有する。また、信号切替装置１００は、分岐部１０２に接続され第２伝送経路を形成する第３線路部１０８を有する。各線路部は、コプレナ線路（ｃｏｐｌａｎａｒ ｗａｖｅ ｇｕｉｄｅ）を形成し、中心部のストリップ導体１１２，１１４に対してギャップを隔てて両側に接地導体１１６，１１８，１２０，１２２，１２４が設けられている。
【００１４】
第２線路部１０６は超伝導材料より成り、分岐部１０２、第１線路部１０４は常伝導材料より成る。第３線路部１０８にはストリップ導体１１２及び接地導体１１８の間に、第４線路１３０が設けられ、これは線路幅ｗ４を有する超伝導材料より成る。言い換えれば、第４線路部１３０は、ストリップ導体１１２に並列に接続されている（ちなみに、第２線路部のストリップ導体１１４は、ストリップ導体１１２に直列に接続されている。）。第３線路部１０８は、第４線路１３０を除いて常伝導材料より成る。なお、図２，図３に示されるように、これら各線路部は誘電体材料１２６上に形成される。
【００１５】
超伝導材料より成る第２線路部１０６及び第４線路１３０は、臨界温度（例えば、７０Ｋ）より高い状態では常伝導性であるが、臨界温度以下に冷却されると超伝導状態となり、電気抵抗の極めて低い導体となる。第２線路部１０６及び第４線路に使用される超伝導材料は、その臨界温度、常伝導状態での抵抗率、線路長等に依存して適宜選択される。具体的には、所定の金属、金属酸化物及びセラミクスを使用することが可能であり、それらは、例えば、Ｎｂ−Ｔｉ、Ｎｂ３Ｓｎ、Ｖ３Ｇａ、ＹＢＣＯ（イットリウム−バリウム−銅−酸素）、ＲＥ−ＢＣＯ（ＲＥ−バリウム−銅−酸素）、ＢＳＣＣＯ（ビスマス−ストロンチウム−カルシウム−銅−酸素）、ＢＰＳＣＣＯ（ビスマス−鉛−ストロンチウム−カルシウム−銅−酸素）、ＨＢＣＣＯ（水銀−バリウム−カルシウム−銅−酸素）又はＴＢＣＣＯ（チタン−バリウム−カルシウム−銅−酸素）のような材料により形成することが可能である。この場合において、ＲＥは、Ｌａ（ランタン）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｅｕ（ユウロピウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）又はＬｕ（ルテチウム）を示す。
【００１６】
簡単のため図示していないが、第２線路部１０６の出力には、第２線路部１０６が超伝導状態のときに整合するように調整された回路が接続される。第３線路部１０８の出力には、第４線路１３０が超伝導状態でないとき（常伝導状態のとき）に整合するように調整された回路が接続される。第１線路部１０４及び第２線路部１０６は、第２線路部１０６が超伝導状態のときに、第１及び第２伝送経路の分岐点Ｘから第１伝送経路への入力インピーダンスＺＸＯ１が特性インピーダンスに整合するように、線路長、線路幅、誘電体１２６の誘電率及び厚さ、各接地導体との間のギャップ等が調整される。
【００１７】
第２線路部１０６（ストリップ導体１１４）は、入力側の所定長Ｌ２の区間において、線路幅ｗ１が、出力端での線路幅ｗ２よりも非常に細く形成されている。このように細長く形成するのは、後述するように、第２線路部１０６が常伝導状態にあるときに、電気抵抗を大きくするためである。本実施例では、細い線路幅ｗ１から太い線路幅ｗ２へテーパ状に（連続的に）変化させているが、本発明は必ずしもこのような形状に限定されず、他の形状を採用することも可能である。例えばそれを段階的に変化させることが可能である。ただし、線路幅を変化させる場合に、線路の特性インピーダンスが変化しないようにする必要がある。コプレナ線路にてそれを行うには、線路幅とギャップの関係を適切に調整することを要する。具体的には、線路幅の広狭に合わせて、ギャップを広くしたり狭くしたりすることで、特性インピーダンスを一定に維持することが可能である。このため、図示されているように、線路幅の細い部分でのギャップは、線路幅の太い部分でのギャップより小さくなっている。
【００１８】
線路の長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、適切な長さに適宜変更可能であるが、例えば０．１ないし数ミリメートルの範疇の大きさを有する。線路幅についても様々な値をとり得るが、例えばｗ１を３μｍとし、ｗ２を１０μｍとすることが可能である。
【００１９】
第４線路１３０は、非常に細い線路幅ｗ４及び経路長Ｌ４を有するように形成される。本実施例では、第４線路１３０は、接地導体１１８に接続され、外部から分岐部１０２に入力される高周波信号の半波長（又は半波長の整数倍）程度の長さを有する。このため、ストリップ導体１１２と第４線路１３０との接続ノードＯ２から、第４線路１３０への入力インピーダンスＺＯ２は、超伝導状態にて実質的にゼロ（充分に小さな所定値より小さい値）になるが、常伝導状態では実質的に無限大であるような非常に高い値（充分に大きな所定値より大きい値）になる。
【００２０】
動作を次に説明する。先ず、分岐部１０２に入力された高周波の入力信号を第２伝送経路に伝送する場合を説明する。この場合に、第２線路部１０６及び第４線路１３０は非超伝導状態に設定される。第４線路１３０は、非常に細長い形状を有するので、常伝導状態の場合には、そのインピーダンスが非常に大きくなる。このため、ストリップ導体１１２内を伝搬する信号は、第４線路１３０の側には実質的に流れない。第２伝送経路の第３線路部１０８及びその後段に接続される回路（図示せず）は整合のとれた状態にある。従って、分岐部１０２から第２伝送経路（第３線路部１０８）へ流れる信号は、良好に後段の回路に伝搬することが可能になる。
【００２１】
一方、第１伝送経路では、第１線路部１０４及び常伝導体となった第２線路部１０６が不整合状態となる。第１及び第２伝送経路の分岐点Ｘから第１伝送経路への入力インピーダンスＺＸＯ１が非常に大きい（理想的には無限大）ならば、分岐部１０２に入力された信号は、第１伝送経路には流れず、低損失で第２伝送経路を伝搬することができる。本実施例では、この入力インピーダンスＺＸＯ１が非常に大きな所定値を越えるように（実質的には無限大になるように）、経路長Ｌ１，Ｌ２等を調整している。なお、常伝導状態における第２線路部１０６のインピーダンスを、線路長、線路幅、常伝導状態における抵抗率、誘電率等により、充分に大きくすることが可能であるならば、第１及び第２伝送経路の分岐点Ｘから第２線路部１０６までの距離（Ｌ１）を実質的にゼロにすることも可能である。
【００２２】
次に、分岐部１０２に入力された入力信号を第１伝送経路に伝送する場合を説明する。この場合に、第２線路部１０６及び第４線路１３０は超伝導状態に設定される。上述したように、第１伝送経路における第１線路部１０４及び超伝導体となった第２線路部１０６は、整合状態にある。従って、分岐部１０２から第１伝送経路に伝搬する信号は、良好に後段の回路に伝搬することが可能である。一方、第４線路１３０が超伝導状態になると、ストリップ導体１１２から第４線路１３０への入力インピーダンスは実質的にゼロになる。従って、仮にストリップ導体１１２と第４線路１３０の接続ノードＯ２へ信号が伝搬したとしても、その信号は第２伝送経路の後段の回路には伝搬せず、第４線路１３０を伝搬するであろう。しかしながら、本実施例では、第４線路１３０が超伝導状態である場合に、第１及び第２伝送経路の分岐点ＸからＯ２を見た入力インピーダンスＺＸＯ２が非常に大きくなるように（実質的に無限大になるように）、第３線路部１０８の長さＬ３が調整される。このようにすると、第２伝送経路には信号が実質的に流れず、低損失で第１伝送経路に信号を流すことが可能になる。これにより、低損失且つ高アイソレーションの信号切替装置が得られる。
【００２３】
以下、経路長Ｌ１，Ｌ３及び経路長Ｌ４の調整手法について、図４及び図５のスミス図表を用いて説明する。
【００２４】
図４に示されるスミス図表の原点Ｏは、本実施例におけるコプレナ線路の特性インピーダンスに対応する。先ず、第２線路部１０６が超伝導状態にある場合には、上述したように、第１及び第２線路部１０４，１０６が整合しており、第１伝送経路の入力インピーダンスＺＸＯ１は、第１線路部１０４の特性インピーダンスに等しい。従って、スミス図表にて、この場合の第２線路部１０６への入力インピーダンスＺＯ１は、原点又は原点近傍のＱ点に位置付けられる。次に、第２線路部１０６が常伝導状態に切り替えられると、第２線路部１０６への入力インピーダンスは、特性インピーダンスとは異なるものになり、第１線路部１０４と第２線路部１０６（及びそれ以降の回路）とは不整合となる。従って、この場合の入力インピーダンスＺＯ１は、原点から離れた地点Ｒに位置付けられる。
【００２５】
一般に、スミス図表上の点Ｓ０に対応する線路上の地点から、距離ｄだけ線路上を進んだ地点Ｓｄは、スミス図表上ではＳ０ｅｘｐ（−ｊ２βｄ）により表現される点に位置付けられる。ここで、βは位相定数である。従って、線路の長さを変化させることは、スミス図表上では、ある円の円周上を移動することになる。線路の長さを、０から入力信号波長の１／２まで変化させると、その軌跡は１つの円を描き、線路長をそれ以上変化させてもインピーダンスを表す点は同一の円周上に位置付けられる。スミス図表では、原点を通る水平な直線Ｋの最右端の点Ｐは、インピーダンスの無限大となる状態に対応し、最左端の点Ｔはインピーダンスが０になる状態に対応する。したがって、入力インピーダンスＺＸＯ１を大きくするには、線路長Ｌ１を調整し、円Ｉと直線Ｋの交点Ｒ’に入力インピーダンスＺＸＯ１を表す点が位置付けられるようにし、これにより点Ｒに位置付けられる入力インピーダンスＺＸＯ１が点Ｐにできるだけ接近するようにすればよい。
【００２６】
本願実施例では、第２線路部１０６における所定長Ｌ２の区間は、出力端の線路幅ｗ２よりも非常に細い線路幅ｗ１を有するよう形成されている。このため、第２線路部１０６は、常伝導状態にて、線路幅が太く一定である場合に比べて非常に大きな抵抗を有することになる。第２線路部１０６は、超伝導状態では非常に小さな入力インピーダンスＺＯ１を有するが、常伝導状態では非常に大きな入力インピーダンスＺＯ１を有する。このため、両状態間での入力インピーダンスＺＯ１は、線路幅が太く一定である場合（例えば、第２線路部の全区間を通じて線路幅がｗ２である場合）に比べて、非常に大きく変化することになる。超伝導及び常伝導の両状態間で、第２線路部１０６の入力インピーダンスＺＯ１の変化量が大きいということは、スミス図表における原点から入力インピーダンスを表す点までの距離（円の半径）がゼロであるもの又は非常に小さいものと、非常に大きいもの（円Ｉ）とが現れることを意味する。この距離が大きければ、それだけ入力インピーダンスＺＯ１又はＺＸＯ１を点Ｐに接近させることが可能になる。
【００２７】
仮に、第２線路部１０６の入力端から出力端までの全区間を通じて、太い線路幅のｗ２で一定であったとすると、常伝導状態における線路の抵抗は大きくなるものの、細長い区間を形成していないので、さほど大きくならない。このため、超伝導状態と常伝導状態との間の入力インピーダンスＺＯ１の変化量も小さくなり、スミス図表における常伝導状態における入力インピーダンスＺＯ１は、半径の小さな円Ｊ上の点、例えば地点Ｓに位置付けられることになる。なお、この場合においても、なるべく入力インピーダンスＺＸＯ１を大きくするために、線路の長さを調整して、入力インピーダンスが円Ｊと直線Ｋとの交点Ｓ’に対応するようにすることが可能である。
【００２８】
スミス図表における原点Ｏからの距離（円の半径）は、伝送経路における反射率に相当する。整合状態での入力インピーダンス（特性インピーダンス）は原点に対応していたが、これは、第１伝送経路における線路に対する反射率が０であり、反射されることなく信号の総てが伝搬することに対応する。逆に、反射率が１であったならば、入力信号は総て反射され第１線路部１０４には全く伝送されないことに対応する。反射率が小さくなると、その分だけ第１伝送経路内に流れ込む信号が増えることになる。すなわち、第２伝送経路に流れる信号が減少してしまう。したがって、第２線路部１０６の常伝導状態時に、第１伝送経路にできるだけ入力信号を伝送させないようにするには、反射率を大きくする（原点からの距離を大きくする）必要がある。本実施例によれば、第２線路部１０６に細長い区間を設けることで、入力インピーダンスＺＯ１の変化量を大きくしている。このため、第１伝送経路の入力インピーダンスＺＸＯ１を大きくすることができる（点Ｐに近づける）ことに加えて、反射率をも大きくすることが可能になる。
【００２９】
図５を参照しながら、第４線路１３０についての説明を行う。図５に示されるスミス図表の原点Ｏは、本実施例におけるコプレナ線路の特性インピーダンスに対応する。この点、図４と同様である。先ず、第４線路１３０が超伝導状態にある場合は、第４線路１３０の電気抵抗は実質的にゼロになる。第４線路１３０の長さＬ４は、入力信号波長の１／２に設定されている。したがって、この場合の、接続ノードＯ２から第２線路１３０への入力インピーダンスＺＯ２は、最左端の点Ｔ又はその近傍の点Ａに位置付けられる。第４線路１３０を超伝導状態にして、第１伝送経路に信号を伝搬させる場合には、分岐点Ｘから第２伝送経路への入力インピーダンスＺＸＯ２が実質的に無限大になるように、第２伝送経路の経路長Ｌ３を調整する必要がある。具体的には、経路長Ｌ１を調整したのと同様に、点Ａと点Ｐとの間の位相角を見出すことで、入力インピーダンスＺＸＯ２が実質的に無限大になるような経路長Ｌ３を見出することが可能である。
【００３０】
第４線路１３０が常伝導状態に切り替えられると、第４線路１３０は非常に細長い形状を有するので、この場合の入力インピーダンスＺＯ２は非常に大きくなる（実質的に無限大である。）。従って、スミス図表上の最右端Ｐ又はその近傍の点Ｂに位置付けられる。したがって、第１伝送経路に信号を流す場合に、第２伝送経路に信号が流れ込むことに起因する信号損失は、極めて効果的に抑制される。
【００３１】
図６は、図１に示されるような信号切替装置の概略的な全体図を示す。図示されているように、信号切替装置６００は、入力経路６０２と、複数の出力経路６０４とを有する切替部６０６を有する。更に、信号切替装置６００は、切替部６０６に接続され、複数の出力経路６０４の内の所望の経路を選択するための選択部６０８を有する。切替部６０６は図１に示すものと同様の構成を有する。選択部６０８は、必要に応じて、切替部６０６内の伝送経路に関連する超伝導材料を、超伝導状態又は非超伝導状態にする。
【００３２】
選択部６０８は、例えば、超伝導材料に印加する電流又は磁界を調整することによって、状態変化を行わせることが可能である。選択部６０８は、例えば、冷却されている超伝導材料の温度を上昇させるためのヒータを利用して、状態変化を行わせることが可能である。あるいは逆に、選択部６０８は、例えば、超伝導材料を冷却するための冷却部（クーラー等）の運転状態を変更することで、状態変化を行わせることも可能である。いずれにせよ、選択部６０８は、超伝導材料の状態を変化させ得る任意の手段を利用して、複数の経路６０４の中から所望の経路を選択することを可能にする。
【００３３】
図７，図８，図９は、本願第１実施例による信号切替装置の平面図及び端面図を示す。図中、図１，図２，図３で説明したのと同様の要素には、「７」で始まることを除いて同一の参照番号が付されている。この信号切替装置７００は、高周波数の入力信号を第１又は第２伝送経路に分岐させる分岐部７０２と、第１線路部７０４及びこの第１線路部７０４に接続された第２線路部７０６を有する。また、信号切替装置７００は、分岐部７０２に接続され第２伝送経路を形成する第３線路部７０８を有する。各線路部はコプレナ線路を形成し、中心部のストリップ導体７１２，７１４に対してギャップを隔てて両側に接地導体７１６，７１８，７２０，７２２，７２４が設けられている。
【００３４】
第２線路部７０６は、図１に関して説明したのと同様な超伝導材料より成り、分岐部７０２、第１線路部７０４は常伝導材料より成る。更に、第３線路部７０８には、ストリップ導体７１２及び接地導体７１８の間に、第４線路７３０が設けられ、これは線路幅ｗ４を有する超伝導材料より成る。第３線路部７０８は、第４線路７３０を除いて常伝導材料より成る。なお、図８，図９に示されるように、これら各線路は誘電体材料７２６上に形成される。
【００３５】
本実施例では、第２線路部７０６は、図８に示されるように、入力側の所定長Ｌ２の区間における線路幅が、出力端での線路幅ｗ２と同じく太く形成されている。ただし、この区間における線路４１４の厚みｔ１が、出力端における厚みｔ２より薄く形成されている。第１線路部７０４及び第２線路部７０６は、第２線路部７０６が超伝導状態のときに、第１線路部７０４の特性インピーダンスと第２線路部７０６の入力インピーダンスが整合するように、線路の厚みｔ１、誘電体７２６の誘電率及び厚さ、各接地導体との間のギャップ等が調整される。本実施例では、第２線路部７０６に薄く長い区間を設けることによって、常伝導状態における抵抗値を、厚みを厚く一定に形成した場合に比較して大きくしている。すなわち、超伝導状態と常伝導状態の間における入力インピーダンスＺＯ１の変化量を大きくする観点からは、図１に示すように所定の区間Ｌ２における線路の形状を細くして厚みを一定にしてもよいし、太いままで厚みを薄くすることも可能である。
【００３６】
更には、図１に示すように細い線路幅ｗ１で且つ図８に示すように薄く線路を形成することも可能である。このようにすると、常伝導状態における抵抗値を一層大きくすることが可能になる。いずれにせよ、所定長の区間における線路の断面積を出力端のものより小さくすることで、常伝導状態における抵抗値を大きくすることが可能である。線路幅の異なる回路を後段に接続する際は、線路幅の不連続点における信号の散乱を抑制する等の観点から両者を良好に接続するための接続コネクタを要するのが一般的である。しかし、本実施例のように線路幅を一定にすると、そのようなコネクタを必要としないので、コネクタの分だけ小型化及び低コスト化を図ることができる点で有利である。
【００３７】
本実施例の第４線路７３０は、図９に示されるように、非常に薄い厚さｔ４を有するように形成される。本実施例では、第４線路７３０は、接地導体７１８に接続され、分岐部７０２に入力される高周波信号の半波長（又は半波長の整数倍）程度の長さを有する。このため、ストリップ導体７１２と第４線路７３０との接続ノードＯ２から、第４線路１３０への入力インピーダンスＺＯ２は、超伝導状態にて実質的にゼロとなり、常伝導状態では実質的に無限大であるような非常に高い値になる。図１の第４線路１３０は、細い線幅ｗ４と厚い厚さを有していたが、本実施例では線幅は太いが厚さが薄く形成されている。いずれにせよ、線路の断面積を小さくすることで、常伝導状態における電気抵抗を増大させるためである。従って、図１に示すように細い線幅ｗ１で且つ図９に示すように薄く形成することも可能である。このようにすると、常伝導状態における抵抗値を一層大きくすることが可能になる。なお、各伝送経路における線路長は、上述したのと同様な手法で設定される。
【００３８】
動作については、図１に関して説明したものと同様である。分岐部７０２に入力された高周波の入力信号を第２伝送経路に伝送する場合には、第２線路部７０６及び第４線路７３０は非超伝導状態に設定される。常伝導状態では、第４線路７３０のインピーダンスが非常に大きくなるので、ストリップ導体７１２内を伝搬する信号は、第４線路７３０の側には実質的に流れない。第２伝送経路の第３線路部７０８及びその後段に接続される回路（図示せず）は整合のとれた状態にある。従って、分岐部７０２から第３線路部７０８へ流れる信号は、良好に後段の回路に伝搬することが可能になる。
【００３９】
一方、第１伝送経路では、第１線路部７０４及び常伝導体となった第２線路部７０６が不整合状態となる。第１及び第２伝送経路の分岐点Ｘから第１伝送経路への入力インピーダンスＺＸＯ１が非常に大きいので、分岐部１０２に入力された信号は、第１伝送経路には流れず、低損失で第２伝送経路を伝搬することができる。
【００４０】
次に、分岐部７０２に入力された入力信号を第１伝送経路に伝送する場合には、第２線路部７０６及び第４線路７３０は超伝導状態に設定される。上述したように、第１伝送経路における第１線路部７０４及び超伝導体となった第２線路部７０６は、整合状態にある。従って、分岐部７０２から第１伝送経路に伝搬する信号は、良好に後段の回路に伝搬することが可能である。一方、第４線路７３０が超伝導状態になると、ストリップ導体７１２から第４線路７３０への入力インピーダンスは実質的にゼロになる。しかしながら、第１及び第２伝送経路の分岐点ＸからＯ２を見た入力インピーダンスＺＸＯ２が非常に大きくなるように（実質的に無限大になるように）、第３線路部７０８の長さＬ３が調整される。このため、第２伝送経路には信号が実質的に流れず、低損失で第１伝送経路に信号を流すことが可能になる。
【００４１】
［第２実施例］
図１０，図１１，図１２は、本願第２実施例による信号切替装置の平面図及び端面図を示す。図中、図１，図２，図３で説明したのと同様の要素には、「１０」で始まることを除いて同一の参照番号が付されている。この信号切替装置１０００は、高周波数の入力信号を第１又は第２伝送経路に分岐させる分岐部１００２と、第１線路部１００４及びこの第１線路部１００４に接続された第２線路部１００６を有する。また、信号切替装置１０００は、分岐部１００２に接続され第２伝送経路を形成する第３線路部１００８を有する。各線路部はマイクロストリップ線路を形成し、図１１，図１２に示されるように、ストリップ導体１０１２，１０１４は、所定の誘電率を有する誘電体材料１０２６上に設けられ、この誘電体材料１０２６は接地導体１０１６上に設けられる。
【００４２】
第２線路部１００６は、図１に関して説明したのと同様な超伝導材料より成り、分岐部１００２、第１線路部１００４は常伝導材料より成る。更に、第３線路部１００８には、一端がストリップ導体１０１２に接続され、線路幅ｗ４及び長さＬ４を有し超伝導材料より成る第４線路１０３０が設けられる。第４線路１０３０の他端は、導電性のビアホール（ｖｉａ ｈｏｌｅ）部材１０３２を通じて接地導体１０１６に接続される。言い換えれば、第４線路１０３０は、ストリップ導体１０１２に並列に接続される。第３線路部１００８は、第４線路１０３０を除いて常伝導材料より成る。第４線路１０３０は、図１に関して説明したのと同様な超伝導材料より成る。
【００４３】
本実施例では、第２線路部１００６は、入力側の所定長Ｌ２の区間における線路幅が、出力端での線路幅ｗ２より細く形成されている。ただし、この区間における線路１０１４の厚みｔ１が、出力端における厚みｔ２より薄く形成されている。一般に、マクロストリップ線路における特性インピーダンスは、線路幅、誘電体の厚さ（ストリップ導体から接地導体までの距離）、誘電率等によって変化する。従って、第２線路部１００６の伝送経路において、線路幅を変更しても特性インピーダンスを同一に維持するために、線路幅の細いＬ２の区間の厚みｔ１が、出力端におけるものより薄く形成されている。本実施例では、第２線路部１００６に薄く長い区間を設けることによって、常伝導状態における抵抗値を、厚みを厚く一定に形成した場合に比較して大きくしている。
【００４４】
なお、図１３に示されるように、誘電体１０２６の厚みを変更すべき区間Ｌ２にて、異なる誘電率の誘電体１０１７を利用することも可能である。このようにすると、ストリップ導体１１４から接地導体１０１６まで距離を、全区間にわたって一定に（ｔ２）に維持することが可能になる。
【００４５】
本実施例の第４線路１０３０は、図１０，図１２に示されるように、線路幅ｗ４は非常に細い反面、その厚みｔ４は厚く形成されている。第４線路１０３０は、接地導体１０１６に接続され、分岐部１００２に入力される高周波信号の半波長（又は半波長の整数倍）程度の長さを有する。このため、ストリップ導体１０１２と第４線路１０３０との接続ノードＯ２から、第４線路１０３０への入力インピーダンスＺＯ２は、超伝導状態にて実質的にゼロとなり、常伝導状態では実質的に無限大であるような非常に高い値になる。なお、各伝送経路における線路長は、上述したのと同様な手法で設定される。
【００４６】
動作については、図１に関して説明したものと同様である。分岐部１００２に入力された高周波の入力信号を第２伝送経路に伝送する場合には、第２線路部１００６及び第４線路１０３０は非超伝導状態に設定される。常伝導状態では、第４線路１０３０のインピーダンスが非常に大きくなるので、ストリップ導体１０１２内を伝搬する信号は、第４線路１０３０の側には実質的に流れない。第２伝送経路の第３線路部１００８及びその後段に接続される回路（図示せず）は整合のとれた状態にある。従って、分岐部１００２から第３線路部１００８へ流れる信号は、良好に後段の回路に伝搬することが可能になる。
【００４７】
一方、第１伝送経路では、第１線路部１００４及び常伝導体となった第２線路部１００６が不整合状態となる。第１及び第２伝送経路の分岐点Ｘから第１伝送経路への入力インピーダンスＺＸＯ１が非常に大きいので、分岐部１００２に入力された信号は、第１伝送経路には流れず、低損失で第２伝送経路を伝搬することができる。
【００４８】
次に、分岐部１００２に入力された入力信号を第１伝送経路に伝送する場合には、第２線路部１００６及び第４線路１０３０は超伝導状態に設定される。上述したように、第１伝送経路における第１線路部１００４及び超伝導体となった第２線路部１００６は、整合状態にある。従って、分岐部１００２から第１伝送経路に伝搬する信号は、良好に後段の回路に伝搬することが可能である。一方、第４線路１０３０が超伝導状態になると、ストリップ導体７１２から第４線路１０３０への入力インピーダンスは実質的にゼロになる。しかしながら、第１及び第２伝送経路の分岐点ＸからＯ２を見た入力インピーダンスＺＸＯ２が非常に大きくなるように、第３線路部１００８の長さＬ３が調整されている。これにより、第２伝送経路には信号が実質的に流れず、低損失で第１伝送経路に信号を流すことが可能になる。
【００４９】
図１４，図１５，図１６は、本願第２実施例による信号切替装置の変形例の平面図及び端面図を示す。図中、図１，図２，図３で説明したのと同様の要素には、「１４」で始まることを除いて同一の参照番号が付されている。この信号切替装置１４００は、高周波数の入力信号を第１又は第２伝送経路に分岐させる分岐部１４０２と、第１線路部１４０４及びこの第１線路部１４０４に接続された第２線路部１４０６を有する。また、信号切替装置１４００は、分岐部１４０２に接続され第２伝送経路を形成する第３線路部１４０８を有する。各線路部はマイクロストリップ線路を形成し、図１５，図１６に示されるように、ストリップ導体１４１２，１４１４は、所定の誘電率を有する誘電体材料１４２６上に設けられ、この誘電体材料１４２６は接地導体１４１６上に設けられる。
【００５０】
第２線路部１４０６は、図１に関して説明したのと同様な超伝導材料より成り、分岐部１４０２、第１線路部１４０４は常伝導材料より成る。更に、第３線路部１４０８には、一端がストリップ導体１４１２に接続され、線路幅ｗ４及び長さＬ４を有し超伝導材料より成る第４線路１４３０が設けられる。第４線路１４３０の他端は、導電性のビアホール部材１４３２を通じて接地導体１４１６に接続される。第３線路部１４０８は、第４線路１４３０を除いて常伝導材料より成る。第４線路１４３０は、図１に関して説明したのと同様な超伝導材料より成る。
【００５１】
本実施例では、第２線路部１４０６は、入力側の所定長Ｌ２の区間における線路幅ｗ１と出力端での線路幅とが同一に形成されている。ただし、この区間における線路１４１４の厚みｔ１が、出力端における厚みｔ２より薄く形成されている。第２線路部１４０６に薄く長い区間を設けることによって、常伝導状態における抵抗値を、厚みを厚く一定に形成した場合に比較して大きくしている。
【００５２】
本実施例の第４線路１４３０は、図１４，図１６に示されるように、線路幅ｗ４は比較的広いが厚みｔ４は厚く形成されている。第４線路１４３０は、接地導体１４１６に接続され、分岐部１００２に入力される高周波信号の半波長（又は半波長の整数倍）程度の長さを有する。このため、ストリップ導体１０１２と第４線路１４３０との接続ノードＯ２から、第４線路１４３０への入力インピーダンスＺＯ２は、超伝導状態にて実質的にゼロとなり、常伝導状態では実質的に無限大であるような非常に高い値になる。
【００５３】
上述したように、超伝導状態と常伝導状態の間における入力インピーダンスＺＯ１の変化量を大きくする観点からは、図１０に示すように所定の区間Ｌ２及び区間Ｌ４における線路の形状を細くして厚みを一定にしてもよいし、図１４に示すように太いままで厚みを薄くすることも可能である。更には、図１０に示すように細い線路幅ｗ１，ｗ４で且つ図１５，図１６に示すように薄く線路を形成することも可能である。このようにすると、常伝導状態における抵抗値を一層大きくすることが可能になる。いずれにせよ、線路の断面積を小さくすることで、常伝導状態における抵抗値を大きくすることが可能である。なお、各伝送経路における線路長は、上述したのと同様な手法で設定される。
【００５４】
動作については、図１に関して説明したものと同様である。分岐部１４０２に入力された高周波の入力信号を第２伝送経路に伝送する場合には、第２線路部１４０６及び第４線路１４３０は非超伝導状態に設定される。常伝導状態では、第４線路１４３０のインピーダンスが非常に大きくなるので、ストリップ導体１４１２内を伝搬する信号は、第４線路１４３０の側には実質的に流れない。第２伝送経路の第３線路部１４０８及びその後段に接続される回路（図示せず）は整合のとれた状態にある。従って、分岐部１４０２から第３線路部１４０８へ流れる信号は、良好に後段の回路に伝搬することが可能になる。
【００５５】
一方、第１伝送経路では、第１線路部１４０４及び常伝導体となった第２線路部１４０６が不整合状態となる。第１及び第２伝送経路の分岐点Ｘから第１伝送経路への入力インピーダンスＺＸＯ１が非常に大きいので、分岐部１４０２に入力された信号は、第１伝送経路には流れず、低損失で第２伝送経路を伝搬することができる。
【００５６】
次に、分岐部１４０２に入力された入力信号を第１伝送経路に伝送する場合には、第２線路部１４０６及び第４線路１４３０は超伝導状態に設定される。上述したように、第１伝送経路における第１線路部１４０４及び超伝導体となった第２線路部１４０６は、整合状態にある。従って、分岐部１４０２から第１伝送経路に伝搬する信号は、良好に後段の回路に伝搬することが可能である。一方、第４線路１４３０が超伝導状態になると、ストリップ導体１４１２から第４線路１４３０への入力インピーダンスは実質的にゼロになる。しかしながら、第１及び第２伝送経路の分岐点ＸからＯ２を見た入力インピーダンスＺＸＯ２が非常に大きくなるように、第３線路部１４０８の長さＬ３が調整されている。これにより、第２伝送経路には信号が実質的に流れず、低損失で第１伝送経路に信号を流すことが可能になる。
【００５７】
［第３実施例］
図１７は、本願第３実施例による信号切替装置の概略図を示す。この信号切替装置１７００は、第１及び第２実施例とは異なり、同軸線路を形成する。信号切替装置１７００は、高周波数の入力信号を第１又は第２伝送経路に分岐させる分岐部１７０２と、第１線路部１７０４及びこの第１線路部１７０４に接続された第２線路部１７０６を有する。信号切替装置１７００は、第２伝送経路を形成する分岐部１７０２に結合された第３線路部１７０８を有する。第２線路部１７０６の中心導体１７１４は超伝導材料より成り、分岐部１７０２及び第１線路部１７０４の中心導体１７１２は常伝導材料より成る。第３線路部１７０８では、中心導体１７１２及び外周の接地導体の間に、第４線路１７３０が設けられ、これは線路直径ｗ４及び線路長Ｌ４を有する超伝導材料より成る。言い換えれば、第４線路部１７３０は、中心導体１７１２に並列に接続されている。第３線路部１７０８は、常超伝導材料より成る中心導体１７１２と、その周囲に設けられた誘電体材料と、その外周に設けられた接地導体と、上記の第４線路１７３０より成る。
【００５８】
本実施例では、第２線路部における中心導体１７１４は、入力側の所定長Ｌ２の区間における直径ｗ１が、出力端での線路幅ｗ２より小さく形成されている。ただし、この区間におけるケーブルの直径も、出力端における直径より小さく形成されている。同軸線路における特性インピーダンスは、導体直径、誘電体の厚さ（接地導体までの距離）、誘電体の誘電率等によって変化する。導体直径が異なっても特性インピーダンスを一定に維持するために、導体直径の細い区間における誘電体の厚みが、出力端における誘電体の厚みより薄く形成されている。
【００５９】
第１線路部１７０４及び第２線路部１７０６は、第２線路部１７０６が超伝導状態のときに、第１線路部１７０４の特性インピーダンスと第２線路部１７０６の入力インピーダンスが整合するように、線路の直径、誘電体の誘電率及び直径等が調整される。本実施例では、第２線路部１７０６に細く長い区間Ｌ２を設けることによって、常伝導状態における抵抗値を、直径を太く一定に形成した場合に比較して大きくしている。上記のコプレナ線路及びマイクロストリップ線路の場合と同様に、超伝導状態と常伝導状態の間における入力インピーダンスＺＯ２，ＺＯ１の変化量を大きくする観点からは、所定の区間Ｌ２，Ｌ４における線路の断面積を小さく形成することが望ましい。なお、各伝送経路における線路長は、上述したのと同様な手法で設定される。
【００６０】
動作については、図１に関して説明したものと同様である。分岐部１７０２に入力された高周波の入力信号を第２伝送経路に伝送する場合には、第２線路部１７０６及び第４線路１７３０は非超伝導状態に設定される。第４線路１７３０は、非常に細長い形状を有するので、常伝導状態の場合には、第４線路１７３０の側には実質的に信号は流れない。第２伝送経路の第３線路部１７０８及びその後段に接続される回路（図示せず）は整合のとれた状態にある。従って、分岐部１７０２から第３線路部１７０８へ流れる信号は、良好に後段の回路に伝搬することが可能になる。一方、第１伝送経路では、第１線路部１７０４及び常伝導体となった第２線路部１７０６が不整合状態となる。第１及び第２伝送経路の分岐点Ｘから第１伝送経路への入力インピーダンスＺＸＯ１が非常に大きくなるよう経路長Ｌ１が設定されているので、分岐部１７０２に入力された信号は、第１伝送経路には流れず、低損失で第２伝送経路を伝搬することができる。
【００６１】
次に、分岐部１７０２に入力された入力信号を第１伝送経路に伝送する場合には、第２線路部１７０６及び第４線路１７３０は超伝導状態に設定される。上述したように、第１伝送経路における第１線路部１７０４及び超伝導体となった第２線路部１７０６は、整合状態にある。従って、分岐部１７０２から第１伝送経路に伝搬する信号は、良好に後段の回路に伝搬することが可能である。一方、第４線路１７３０が超伝導状態になると、中心導体１７１２から第４線路１７３０への入力インピーダンスは実質的にゼロになる。しかしながら、第１及び第２伝送経路の分岐点ＸからＯ２を見た入力インピーダンスＺＸＯ２が非常に大きくなるように、第３線路部１７０８の長さＬ３が調整されている。これにより、第２伝送経路には信号が実質的に流れず、低損失で第１伝送経路に信号を流すことが可能になる。
【００６２】
［第４実施例］
図１８は、本願第４実施例による信号切替装置の平面図を示す。第１乃至第３実施例とは異なり、本実施例では３系統の伝送経路が用意されている。信号切替装置１８００は、高周波数の入力信号を第１，第２又は第３伝送経路に分岐させる分岐部１８０２と、分岐部１８０２に接続され、第１伝送経路を形成する第１線路部１８０４と、この第１線路部１８０４に接続された直列線路部１８０６とを有する。信号切替装置１８００は、分岐部１８０２に接続され第２伝送経路を形成する線路部１８０８を有する。信号切替装置１８００は、分岐部１８０２に接続され、第３伝送経路を形成する第３線路部１８０５、及びこの第３線路部１８０５に接続された直列線路部１８０７を有する。各線路部は、コプレナ線路を形成し、中心部のストリップ導体１８１２，１８１４，１８１５に対してギャップを隔てて両側に接地導体が設けられている。
【００６３】
第１伝送経路の直列線路部１８０６、及び第３伝送経路の直列線路部は超伝導材料より成り、分岐部１８０２、第１伝送経路の一部分１８０４、第２線路部１０４及び第３伝送経路の一部部分１８０５は常伝導材料より成る。第２伝送経路１８０８には、ストリップ導体１８１２及び接地導体の間に、超伝導材料より成る並列線路１８３０が設けられる。また、第３伝送経路には、ストリップ導体１８１２及び接地導体の間に、超伝導材料より成る並列線路１８３１が設けられる。並列線路１８３０，１８３１は、第１乃至第３実施例で説明した第４線路と同様である。なお、各伝送経路における線路長は、上述したのと同様な手法で設定される。
【００６４】
超伝導材料については、図１に関して説明したものと同様の材料を利用することが可能である。ただし、本実施例では、説明の便宜上、第１伝送経路の直列線路部１８０６と第３伝送経路の並列線路１８３１とが同一の第１臨界温度ＴＣ１を有し、第２伝送経路の並列線路部１８３０と第３伝送経路の直列線路１８０７とが同一の第２臨界温度ＴＣ１２を有し、第２臨界温度が第１臨界温度より高いものとする（ＴＣ２＞ＴＣ１）。
【００６５】
図１，図１０等に関して説明したのと同様に、直列線路部１８０６，１８０７（ストリップ導体１８１４，１８１７）は、入力側の所定長の区間において、線路幅ｗ１が、出力端での線路幅ｗ２よりも非常に細く形成されている。並列線路１８３０，１８３１は、細い線路幅ｗ４及び経路長Ｌ４を有するように形成される。本実施例では、第２伝送経路及び第３伝送経路の並列線路１８３０，１８３１は、接地導体に接続され、外部から分岐部１０２に入力される高周波信号の半波長（又は半波長の整数倍）程度の長さを有する。
【００６６】
動作を次に説明する。先ず、第１伝送経路に信号を伝搬させる場合には、各超伝導材料は、第１臨界温度ＴＣ１より低い温度に設定される。従って、総ての超伝導材料は、超伝導状態となる。この場合に、第１伝送経路は後段の回路（図示せず）と整合のとれた状態にあるので、信号が良好に伝搬する。第２伝送経路に対しては、第２並列線路１８３０の入力インピーダンスＺＯ２は実質的にゼロになるが、分岐点Ｘから第２伝送経路への入力インピーダンスＺＸＯ２が実質的に無限大になるように、第２伝送経路の経路長Ｌ２が調整されている。従って、第２伝送経路に信号は伝搬しない。同様に、第３伝送経路に対しては、並列線路１８３１及びの直列線路１８０７の入力インピーダンスＺＯ３は実質的にゼロになるが、分岐点Ｘから第３伝送経路への入力インピーダンスＺＸＯ３が実質的に無限大になるように、第３伝送経路の経路長Ｌ３が調整されている。従って、第３伝送経路にも信号は伝搬しない。従って、第１伝送経路に信号が低損失で伝搬する。
【００６７】
次に、第３伝送経路に信号を伝搬させる場合には、各超伝導材料は、第１臨界温度ＴＣ１より高いが第２臨界温度ＴＣ２より低い温度に設定される。この場合は、第１伝送経路の直列線路１８０６と、第３伝送経路の並列線路１８３１とが常伝導状態となり、第２伝送経路の並列線路１８３０と第３伝送経路の直列線路１８０７とが超伝導状態となる。この場合に、第３伝送経路の並列線路１８３１は常伝導状態なのでインピーダンスが大きく、実質的にこの並列線路１８３１に信号は伝搬しない。第３伝送経路の直列線路１８０７は超伝導状態であり、後段の回路と整合しているので、信号が良好に伝搬する。第１伝送経路は、常伝導状態にあるので後段の回路と不整合になり、入力インピーダンスも大きいので、この経路に信号は伝搬しない。第２伝送経路に対しては、第２並列線路１８３０の入力インピーダンスＺＯ２は実質的にゼロになるが、分岐点Ｘから第２伝送経路への入力インピーダンスＺＸＯ２が実質的に無限大になるように、第２伝送経路の経路長Ｌ２が調整されているので、第２伝送経路に信号は伝搬しない。従って、第３伝送経路に信号が低損失で伝搬する。
【００６８】
第２伝送経路に信号を伝搬させる場合には、各超伝導材料は、第２臨界温度ＴＣ２より高い温度に設定される。従って、総ての超伝導材料は、常超伝導状態となる。この場合に、第２伝送経路の並列線路１８３０の入力インピーダンスは実質的に無限大になり、並列線路１８３０へ信号は流れない。第２伝送経路は後段の回路（図示せず）と整合のとれた状態にあるので、信号が良好に伝搬する。第１伝送経路に対しては、直列線路部１８０６が後段の回路と不整合になり、高インピーダンスになるので、第１伝送経路に信号は伝搬しない。同様に、第３伝送経路に対しても、直列線路部１８０７が後段の回路と不整合になり、高インピーダンスになるので、第３伝送経路に信号は伝搬しない。従って、第２伝送経路に信号が低損失で伝搬する。
【００６９】
このように、臨界温度の異なる超伝導材料より成る直列線路及び並列線路を適切に組み合わせることで、２以上の信号伝送経路を適宜切り替えることが可能になる。本実施例では、臨界温度の異なる２種類の超伝導材料を使用することを想定しているが、更に多くの種類の臨界温度を利用して、多数の伝送経路に対する信号の切替を行うことも可能である。本実施例では、超伝導材料より成る線路の総てが同一の温度になるように説明されているが、各線路の状態を個別に制御することも可能である。
【００７０】
以上の各実施例では、第４線路又は並列線路は、入力信号波長の半波長程度の長さを有するよう形成されていた。しかしながら、本発明はそのような形態に限定されない。例えば、１／４波長にすることも可能である。
【００７１】
図１９は、そのような実施例の部分概略図を示す。これは、第１乃至第３実施例の第３線路部、又は第４実施例の並列線路に相当する部分を示す。なお、図１９は、コプレナ線路を例にとって説明しているが、マイクロストリップ線路で構成することも、同軸線路で構成することも可能である。図示されているように、ストリップ導体１９１２は、接地導体１９１８，１９２０と所定の間隔を隔てて設けられている。ストリップ導体１９１２には、一端がストリップ導体１９１２に接続され、線路幅ｗ４及び１／４波長（より厳密には、１／４波長の奇数倍）の線路長を有し、他端が開放されている並列線路１９３０が設けられる。線路長をこのような長さに設定することで、超伝導状態における並列線路への入力インピーダンスＺＯ２を実質的にゼロにすることが可能である。この点は、並列線路を接地導体に接続し、線路長を１／２波長にした上記の実施例と同様である。
【００７２】
一端を開放して線路長を１／４波長にするのは、次のように説明できる。上述したように、線路長が１／２波長で、接地導体に短絡されていた場合の入力インピーダンスＺＯ２は、スミス図表における点Ｔ（図５）に位置付けられる。接地導体に短絡せずに、開放端としたならば、入力インピーダンスＺＯ２は無限大になり、点Ｐに位置付けられる。ここで、線路長を１／４波長だけ変化させると、入力インピーダンスＺＯ２は円周上をπラジアンだけ移行する（１／２波長変化させると、２πラジアンだけ変化して、元に戻る）。従って、線路の一端を開放して線路長を１／４波長にすると、その線路への入力インピーダンスＺＯ２は点Ｔに位置付けられる。本実施例によれば、並列線路１９３０の線路長を、１／４波長に短縮することができるので、１／２波長の場合よりも、装置の小型化を図ることが可能になる。
【００７３】
図２０も、図１９と同様に、並列線路の他端を開放させ、線路長を１／４波長にする場合の形態を示す。図示されているように、ストリップ導体２０１２は、接地導体２０１８，２０１９，２０２０と所定の間隔を隔てて設けられている。ストリップ導体２０１２には、一端がストリップ導体２０１２に接続され、線路幅ｗ４及び１／４波長の線路長を有し、他端が開放されている並列線路２０３０が設けられる。線路長をこのような長さに設定することで、超伝導状態における並列線路への入力インピーダンスＺＯ２を実質的にゼロにすることが可能である。本実施例では、接地導体２０１８，２０１９が、並列線路２０３０を包囲するのではなく、分離されている。ただし、接地導体２０１８の電位を等しくするために、それらはブリッジ２０３２を介して電気的に接続されている。本実施例も、並列線路２０３０の線路長を、１／４波長に短縮することができるので、１／２波長の場合よりも、装置の小型化を図ることが可能になる。
【００７４】
以上の各実施例では、常伝導材料及び超伝導材料の導体が、誘電体材料上に形成されていたが、このことは本発明に必須ではない。例えば、誘電体材料より成る基板の全面に超伝導体材料が形成され、その上に常伝導体材料が適切にパターニングされているような材料を使用して、信号切替装置を形成することも可能である。このようにすると、線路の温度を臨界温度以下にすることで選択される線路に対しては、それが選択された場合に、信号の伝搬損失が極めて低くなるという利点が得られる。
【００７５】
また、上記の各実施例では、並列線路１３０，７３０，１０３０，１４３０，１７３０，１８３０の線路長は、入力信号波長の１／２倍又は１／４倍以上の長さを有していた。しかしながら、本発明における並列線路はそのような長さに限定されず、ある条件の下に様々な長さを採用することも可能である。その条件は、（１）常伝導状態における並列線路の入力インピーダンスＺＯ２が実質的に無限大になること、（２）超伝導状態における並列線路の入力インピーダンスＺＯ２が実質的にゼロになること、及び（３）並列線路の長さがなるべく短いこと、である。このため、例えば、並列線路の長さを入力信号波長の１／４倍より短い長さにすることも可能である。ただし、入力インピーダンスＺＯ２をスミス図表における短絡点Ｔ又は開放点Ｐにできるだけ近づける観点からは、並列線路長を１／２波長の整数倍又は１／４波長の奇数倍とすることが望ましい。
【００７６】
以上本願実施例によれば、第２伝送経路から出力信号を出力する場合に、第１伝送経路の超伝導材料より成る線路を非超伝導状態にする。その線路の所定長の区間は、小さな断面積を有するので、線路の抵抗値は非常に大きくなり、第１伝送経路の入力インピーダンスが非常に大きくなる。このため、アイソレーション特性を良好に維持することに加えて、第１伝送経路に起因する信号損失を効果的に抑制しつつ第２伝送経路から出力信号を取り出すことが可能になる。
【００７７】
所定長の区間の断面積の形状は、線路幅、線路の厚み、線路の直径等に依存して適宜調整することが可能である。また、信号切替装置の線路形態をどのようにするか、例えばコプレナ線路、マイクロストリップ線路、同軸線路等の何れを採用するかについては、信号切替装置に接続される回路やコネクタ等に依存して適切な線路形態を採用することが可能である。なお、出力端より断面積を小さくするための線路幅、線路の厚み又は線路の直径は、超伝導及び非超伝導状態間の入力インピーダンスを大きく変化させる観点からは、できるだけ小さいことが望ましいが、信号伝搬に関する最低限の電力耐性を有する程度に大きいことを要する。
【００７８】
本願実施例によれば、超伝導材料より成る第４線路又は並列線路を伝送経路に設けることで、後段の経路に信号を伝搬させるか否かを適宜変更することが可能になる。すなわち、従来のように、信号伝送経路の出力端に、機械的スイッチや半導体スイッチのようなスイッチ素子を省略することが可能になる。このため、信号切替装置の出力端に直列にスイッチ素子を設けていたことに起因する従来の問題点を解消することが可能になる。
【００７９】
【発明の効果】
以上のように本発明による信号切替装置によれば、アイソレーション特性を良好に維持しつつ、低損失で信号を伝搬させることが可能になる。また、本装置によれば、更に、機械的スイッチや半導体スイッチのようなスイッチ素子を省略することが可能になる。
【００８０】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本願第１実施例による信号切替装置の平面図を示す。
【図２】図２は、図１の信号切替装置の断面図を示す。
【図３】図３は、図１の信号切替装置の断面図を示す。
【図４】図４は、入力インピーダンスと線路長の関係を説明するためのスミス図表を示す。
【図５】図５は、入力インピーダンスと線路長の関係を説明するためのスミス図表を示す。
【図６】図６は、信号切替装置の概略的な全体図を示す。
【図７】図７は、本願第１実施例の変形例による信号切替装置の平面図を示す。
【図８】図８は、図７の信号切替装置の断面図を示す。
【図９】図９は、図７の信号切替装置の断面図を示す。
【図１０】図１０は、本願第２実施例による信号切替装置の平面図を示す。
【図１１】図１１は、図１０の信号切替装置の断面図を示す。
【図１２】図１２は、図１０の信号切替装置の断面図を示す。
【図１３】図１２は、図１０の信号切替装置の変形例に関する断面図を示す。
【図１４】図１４は、本願第２実施例の変形例による信号切替装置の平面図を示す。
【図１５】図１５は、図１４の信号切替装置の断面図を示す。
【図１６】図１６は、図１４の信号切替装置の断面図を示す。
【図１７】図１７は、本願第３実施例による信号切替装置の平面図を示す。
【図１８】図１８は、本願第４実施例による信号切替装置の平面図を示す。
【図１９】図１９は、並列線路の他の形態を示す信号切替装置の部分平面図を示す。
【図２０】図２０は、並列線路の他の形態を示す信号切替装置の部分平面図を示す。
【符号の説明】
１００ 信号切替装置
１０２ 分岐部
１０４ 第１線路部
１０６ 第２線路部
１０８ 第３線路部
１１２，１１４ ストリップ導体
１１６，１１８，１２０，１２２，１２４ 接地導体
１２６ 誘電体
１３０ 第４線路
６００ 信号切替装置
６０２ 入力経路
６０４ 出力経路
６０６ 切替部
６０８ 選択部
７００ 信号切替装置
７０２ 分岐部
７０４ 第１線路部
７０６ 第２線路部
７０８ 第３線路部
７１２，７１４ ストリップ導体
７１６，７１８，７２０，７２２，７２４ 接地導体
７２６ 誘電体
７３０ 第４線路
１０００ 信号切替装置
１００２ 分岐部
１００４ 第１線路部
１００６ 第２線路部
１００８ 第３線路部
１０１２，１０１４ ストリップ導体
１０１６接地導体
１０２６ 誘電体
１０３０ 第４線路
１０３２ ビアホール部材
１４００ 信号切替装置
１４０２ 分岐部
１４０４ 第１線路部
１４０６ 第２線路部
１４０８ 第３線路部
１４１２，１４１４ ストリップ導体
１４１６接地導体
１４２６ 誘電体
１４３０ 第４線路
１４３２ ビアホール部材
１７００ 信号切替装置
１７０２ 分岐部
１７０４ 第１線路部
１７０６ 第２線路部
１７０８ 第３線路部
１７１２，１７１４ 中心導体
１７３０ 第４線路
１８００ 信号切替装置
１８０２ 分岐部
１８０４ 第１線路部
１８０６ 直列線路部
１８０８ 第２線路部
１８０５ 第３線路部
１８０７ 直列線路部
１８１２，１８１４，１８１５ ストリップ導体
１８３０，１８３１ 並列線路部
１９１２ ストリップ導体
１９１８，１９２０ 接地導体
１９３０ 並列線路部
２０１２ ストリップ導体
２０１８，２０２０ 接地導体
２０３０ 並列線路部
２０３２ ブリッジ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention generally relates to the technical field of high-frequency circuits, and more particularly to a signal switching device that switches a transmission path of an input signal.
[0002]
[Prior art]
In wireless base stations, repeaters, and other communication devices in cellular communication, satellite communication, and the like, signal switching devices for appropriately switching the transmission path of input signals are used. This is to receive a high frequency signal from an input path of the signal switching device, select a desired path from a plurality of transmission paths, and branch the signal so that an output signal is output from the path.
[0003]
In the microwave switch disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-275302 (Patent Document 1), an oxide superconducting line is provided in each of a plurality of microstrip lines branched from a branched portion, and the branched portion and the oxide A direct current element circuit is provided between the conduction lines, and the setting of each superconducting state and the normal state of the oxide superconducting line is switched. By adopting such a configuration, the invention described in Patent Document 1 attempts to improve the isolation characteristics by reducing the amount of microwave leakage into the unselected path.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-9-275302
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the isolation characteristic is improved by such a conventional technique, the degradation or loss of the signal level flowing in the desired transmission path is not necessarily reduced. In some cases, even if the signal component that flows to the unselected transmission path (the circuit at the subsequent stage) in the input signal is zero, it flows to the selected transmission path depending on the transmission path length and other factors. The signal component may be greatly degraded compared to the input signal. Therefore, in order to switch signals satisfactorily, it is necessary to consider not only the isolation characteristics but also to reduce the signal degradation, but these requirements are not sufficiently achieved by the conventional methods.
[0006]
In addition, a device for performing this type of signal switching is provided with a switch element such as a mechanical switch or a semiconductor switch at the output of each transmission path, that is, at each output of the device. This is also for improving the isolation characteristics so that unnecessary signals do not flow to the subsequent circuit. However, the mechanical switch may have a problem that the reliability is lowered due to wear or the like of its constituent members. When a semiconductor switch is used, it is possible to avoid a problem that is a concern with a mechanical switch, but it is disadvantageous in that the isolation characteristic is inferior to that of a mechanical switch. In addition, it is necessary to consider the reliability of the operation of the semiconductor switch itself. Furthermore, when such a switch element is used, it is necessary to create a control signal for appropriate switching and to form a device to perform a switching operation in accordance with this, which complicates the device for switching signals. The problem can also arise.
[0007]
A general problem of the present application is to provide a signal switching device capable of propagating a signal with low loss while maintaining good isolation characteristics.
[0008]
A specific problem of the present application is that a signal can be propagated with low loss while maintaining good isolation characteristics, and that a switch element such as a mechanical switch or a semiconductor switch is connected to the output. It is to provide a signal switching device that is not required.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, there is provided a signal switching device that outputs an output signal from a desired transmission path among a plurality of transmission paths coupled to an input path. The apparatus includes a first variable impedance circuit connected in series to a first transmission path included in the plurality of transmission paths and having a first line made of a superconducting material, and a second transmission included in the plurality of transmission paths. A second variable impedance circuit connected in parallel to the path and having a second line made of a superconducting material, wherein the second variable impedance circuit has a cross-sectional area smaller than that of the second transmission path. It has a circuit.
[0010]
When the second line is in a superconducting state, the second transmission is performed such that an input impedance from a branch point of the first and second transmission paths to the second transmission path is larger than a sufficiently large predetermined value. The length of the path is defined. Therefore, in this case, no signal flows through the second transmission path. Since the cross-sectional area of the second line is formed smaller than the cross-sectional area of the second transmission path, the input impedance of the second line in the normal conduction state becomes very large. Therefore, in this case, no signal flows through the second line, and the signal can be favorably propagated to the subsequent stage of the second transmission path. This makes it possible to propagate a signal with low loss while maintaining good isolation characteristics.
[0011]
According to the present invention, the line length of the second line is defined to be approximately an integral multiple of 1/2 of the wavelength of the signal input to the signal switching device or an odd multiple of 1/4. This makes it possible to make the input impedance of the line as close as possible to the short circuit point or the open point in the Smith diagram.
[0012]
According to the present invention, the line length of the second line is defined to be about 1/4 times the wavelength of the signal input to the signal switching device. As a result, it is possible to make the input impedance Z of the line as close as possible to the short-circuited point or the open-point in the Smith chart as compared with the case where the wavelength is ½.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First embodiment]
1, 2 and 3 show a plan view and an end view of the signal switching device according to the first embodiment of the present application. FIG. 1 is a plan view of the signal switching device 100. FIG. 2 is an end view taken along line AA in FIG. FIG. 3 is an end view taken along the line BB of FIG. The signal switching device 100 includes a branch unit 102 that branches a high-frequency input signal to a first transmission path or a second transmission path, a first line unit 104 that is connected to the branch unit 102 and forms a first transmission path, and A second line portion 106 connected to the first line portion 104 is included. In addition, the signal switching device 100 includes a third line unit 108 that is connected to the branch unit 102 and forms a second transmission path. Each line portion forms a coplanar wave guide, and ground conductors 116, 118, 120, 122, and 124 are provided on both sides with a gap from the strip conductors 112 and 114 at the center.
[0014]
The second line portion 106 is made of a superconductive material, and the branch portion 102 and the first line portion 104 are made of a normal conductive material. The third line portion 108 is provided with a fourth line 130 between the strip conductor 112 and the ground conductor 118, which is made of a superconducting material having a line width w4. In other words, the fourth line portion 130 is connected in parallel to the strip conductor 112 (by the way, the strip conductor 114 of the second line portion is connected in series to the strip conductor 112). The third line portion 108 is made of a normal conductive material except for the fourth line 130. As shown in FIGS. 2 and 3, these line portions are formed on a dielectric material 126.
[0015]
The second line portion 106 and the fourth line 130 made of a superconducting material are normally conductive at a temperature higher than the critical temperature (for example, 70 K), but become superconducting when cooled below the critical temperature, resulting in an electrical resistance. The conductor is extremely low. The superconducting material used for the second line portion 106 and the fourth line is appropriately selected depending on the critical temperature, the resistivity in the normal conduction state, the line length, and the like. Specifically, it is possible to use certain metals, metal oxides and ceramics, for example Nb-Ti, Nb 3 Sn, V 3 Ga, YBCO (yttrium-barium-copper-oxygen), RE-BCO (RE-barium-copper-oxygen), BSCCO (bismuth-strontium-calcium-copper-oxygen), BPSCCO (bismuth-lead-strontium-calcium-copper) -Oxygen), HBCCO (mercury-barium-calcium-copper-oxygen) or TBCCO (titanium-barium-calcium-copper-oxygen). In this case, RE is La (lanthanum), Nd (neodymium), Sm (samarium), Eu (europium), Gd (gadolinium), Dy (dysprosium), Er (erbium), Tm (thulium), Yb (ytterbium). ) Or Lu (lutetium).
[0016]
Although not shown for simplicity, a circuit adjusted to match when the second line portion 106 is in a superconducting state is connected to the output of the second line portion 106. The output of the third line unit 108 is connected to a circuit adjusted so as to match when the fourth line 130 is not in the superconducting state (when in the normal conducting state). The first line portion 104 and the second line portion 106 have an input impedance Z from the branch point X of the first and second transmission paths to the first transmission path when the second line portion 106 is in a superconducting state. XO1 Are adjusted to match the characteristic impedance, the line length, the line width, the dielectric constant and thickness of the dielectric 126, the gap between each ground conductor, and the like are adjusted.
[0017]
The second line portion 106 (strip conductor 114) is formed so that the line width w1 is much narrower than the line width w2 at the output end in the section of the predetermined length L2 on the input side. The reason why the long and narrow wires are formed in this way is to increase the electrical resistance when the second line portion 106 is in a normal conduction state, as will be described later. In this embodiment, the width is changed from the narrow line width w1 to the thick line width w2 in a tapered manner (continuously). However, the present invention is not necessarily limited to such a shape, and other shapes may be adopted. Is possible. For example, it can be changed in stages. However, when changing the line width, it is necessary to prevent the characteristic impedance of the line from changing. To do so on the coplanar line, it is necessary to appropriately adjust the relationship between the line width and the gap. Specifically, the characteristic impedance can be kept constant by widening or narrowing the gap according to the line width. For this reason, as shown in the figure, the gap at the narrow line width portion is smaller than the gap at the thick line width portion.
[0018]
The lengths L1, L2, and L3 of the lines can be appropriately changed to appropriate lengths, but have a size in a range of, for example, 0.1 to several millimeters. Although various values can be taken for the line width, for example, w1 can be set to 3 μm and w2 can be set to 10 μm.
[0019]
The fourth line 130 is formed to have a very narrow line width w4 and path length L4. In the present embodiment, the fourth line 130 is connected to the ground conductor 118 and has a length of about a half wavelength (or an integral multiple of the half wavelength) of the high-frequency signal input to the branching unit 102 from the outside. Therefore, a connection node O between the strip conductor 112 and the fourth line 130 is obtained. 2 From the input impedance Z to the fourth line 130 O2 Is substantially zero (smaller than a sufficiently small predetermined value) in the superconducting state, but is very high (greater than a sufficiently large predetermined value) that is substantially infinite in the normal conducting state. Value).
[0020]
The operation will be described next. First, a case where a high-frequency input signal input to the branching unit 102 is transmitted to the second transmission path will be described. In this case, the second line portion 106 and the fourth line 130 are set in a non-superconducting state. Since the 4th track | line 130 has a very elongate shape, the impedance becomes very large in the case of a normal conduction state. For this reason, the signal propagating in the strip conductor 112 does not substantially flow to the fourth line 130 side. The third line portion 108 of the second transmission path and the circuit (not shown) connected to the subsequent stage are in a matched state. Therefore, the signal flowing from the branching unit 102 to the second transmission path (third line unit 108) can be favorably propagated to the subsequent circuit.
[0021]
On the other hand, in the first transmission path, the first line portion 104 and the second line portion 106 that has become a normal conductor are in a mismatched state. Input impedance Z from branch point X of the first and second transmission paths to the first transmission path XO1 Is very large (ideally infinite), the signal input to the branching unit 102 does not flow through the first transmission path, but can propagate through the second transmission path with low loss. In this embodiment, this input impedance Z XO1 The path lengths L1, L2, etc. are adjusted so that the value exceeds a very large predetermined value (substantially infinite). If the impedance of the second line portion 106 in the normal conduction state can be sufficiently increased by the line length, the line width, the resistivity, the dielectric constant, etc. in the normal conduction state, the first and second It is also possible to make the distance (L1) from the branch point X of the transmission path to the second line portion 106 substantially zero.
[0022]
Next, a case where the input signal input to the branching unit 102 is transmitted to the first transmission path will be described. In this case, the second line portion 106 and the fourth line 130 are set in a superconducting state. As described above, the first line portion 104 in the first transmission path and the second line portion 106 that has become a superconductor are in a matched state. Therefore, the signal propagated from the branching unit 102 to the first transmission path can be favorably propagated to the subsequent circuit. On the other hand, when the fourth line 130 becomes superconductive, the input impedance from the strip conductor 112 to the fourth line 130 becomes substantially zero. Accordingly, a connection node O between the strip conductor 112 and the fourth line 130 is assumed. 2 Even if the signal propagates to the second transmission path, the signal will not propagate to the circuit in the subsequent stage of the second transmission path, but propagate through the fourth line 130. However, in this embodiment, when the fourth line 130 is in the superconducting state, the branching point X of the first and second transmission paths is changed from O to O. 2 The input impedance Z XO2 The length L3 of the third line portion 108 is adjusted so that is very large (substantially infinite). In this way, a signal does not substantially flow through the second transmission path, and a signal can flow through the first transmission path with low loss. As a result, a low loss and high isolation signal switching device can be obtained.
[0023]
Hereinafter, a method for adjusting the path lengths L1 and L3 and the path length L4 will be described with reference to the Smith charts of FIGS.
[0024]
The origin O in the Smith chart shown in FIG. 4 corresponds to the characteristic impedance of the coplanar line in this embodiment. First, when the second line portion 106 is in a superconducting state, as described above, the first and second line portions 104 and 106 are matched, and the input impedance Z of the first transmission path is set. XO1 Is equal to the characteristic impedance of the first line section 104. Therefore, in the Smith chart, the input impedance Z to the second line portion 106 in this case O1 Is located at the origin or near the Q point. Next, when the second line portion 106 is switched to the normal state, the input impedance to the second line portion 106 is different from the characteristic impedance, and the first line portion 104 and the second line portion 106 (and It becomes inconsistent with the circuit after that). Therefore, the input impedance Z in this case O1 Is located at a point R away from the origin.
[0025]
In general, point S on the Smith chart 0 A point S that has traveled on the track by a distance d from the point on the track corresponding to d Is S on the Smith chart. 0 It is positioned at a point expressed by exp (−j2βd). Here, β is a phase constant. Therefore, changing the length of the line moves on the circumference of a certain circle on the Smith chart. When the length of the line is changed from 0 to 1/2 of the input signal wavelength, the locus draws one circle, and the point representing the impedance is positioned on the same circumference even if the line length is changed further. It is done. In the Smith chart, the rightmost point P of the horizontal straight line K passing through the origin corresponds to a state where the impedance is infinite, and the leftmost point T corresponds to a state where the impedance is zero. Therefore, the input impedance Z XO1 To increase the line length L1, the input impedance Z is set at the intersection R ′ of the circle I and the straight line K. XO1 The input impedance Z positioned at the point R XO1 Should be as close as possible to the point P.
[0026]
In the embodiment of the present application, the section of the predetermined length L2 in the second line portion 106 is formed to have a line width w1 that is very narrower than the line width w2 of the output end. For this reason, the 2nd track | line part 106 has a very big resistance compared with the case where a track | line width is thick and constant in a normal conduction state. The second line portion 106 has a very small input impedance Z in the superconducting state. O1 But has a very large input impedance Z in the normal state. O1 Have Therefore, the input impedance Z between both states O1 Is much larger than when the line width is thick and constant (for example, when the line width is w2 throughout the entire section of the second line portion). Between both the superconducting and normal conducting states, the input impedance Z of the second line section 106 O1 The large amount of change in the value indicates that the distance from the origin to the point representing the input impedance in the Smith chart (the radius of the circle) is zero or very small, and that the distance is very large (circle I) Means that. The greater this distance, the more input impedance Z O1 Or Z XO1 Can be made to approach point P.
[0027]
Assuming that the entire line from the input end to the output end of the second line section 106 is constant at a thick line width w2, the resistance of the line in the normal state increases, but no elongated section is formed. So it doesn't get that big. For this reason, the input impedance Z between the superconducting state and the normal conducting state O1 The input impedance Z in the normal state in the Smith chart is also reduced. O1 Is positioned at a point on the circle J having a small radius, for example, the point S. Even in this case, the input impedance Z is as much as possible. XO1 In order to increase the length of the line, the length of the line can be adjusted so that the input impedance corresponds to the intersection S ′ of the circle J and the straight line K.
[0028]
The distance (circle radius) from the origin O in the Smith chart corresponds to the reflectance in the transmission path. The input impedance (characteristic impedance) in the matching state corresponds to the origin, but this is because the reflectivity to the line in the first transmission path is 0, and all signals propagate without being reflected. Correspond. Conversely, if the reflectance is 1, it corresponds to the fact that all input signals are reflected and not transmitted to the first line section 104 at all. As the reflectance decreases, the signal flowing into the first transmission path increases accordingly. That is, the signal flowing through the second transmission path is reduced. Therefore, when the second line portion 106 is in a normal conduction state, it is necessary to increase the reflectance (increase the distance from the origin) in order to prevent the input signal from being transmitted as much as possible to the first transmission path. According to the present embodiment, by providing the second line portion 106 with a long and narrow section, the input impedance Z O1 The amount of change is increased. Therefore, the input impedance Z of the first transmission path XO1 Can be increased (closer to the point P), and the reflectance can also be increased.
[0029]
The fourth line 130 will be described with reference to FIG. The origin O in the Smith chart shown in FIG. 5 corresponds to the characteristic impedance of the coplanar line in this embodiment. This is the same as FIG. First, when the fourth line 130 is in a superconducting state, the electric resistance of the fourth line 130 is substantially zero. The length L4 of the fourth line 130 is set to ½ of the input signal wavelength. Therefore, in this case, the connection node O 2 Input impedance Z to the second line 130 O2 Is located at the leftmost point T or the point A in the vicinity thereof. When the signal is propagated to the first transmission path with the fourth line 130 in a superconducting state, the input impedance Z from the branch point X to the second transmission path XO2 It is necessary to adjust the path length L3 of the second transmission path so that is substantially infinite. Specifically, the input impedance Z is obtained by finding the phase angle between the point A and the point P in the same manner as the path length L1 is adjusted. XO2 It is possible to find a path length L3 such that is substantially infinite.
[0030]
When the fourth line 130 is switched to the normal state, the fourth line 130 has a very long and narrow shape. O2 Becomes very large (substantially infinite). Therefore, it is positioned at the rightmost end P on the Smith chart or the point B in the vicinity thereof. Therefore, when a signal flows through the first transmission path, signal loss due to the signal flowing into the second transmission path is extremely effectively suppressed.
[0031]
FIG. 6 shows a schematic overall view of a signal switching device as shown in FIG. As illustrated, the signal switching device 600 includes a switching unit 606 having an input path 602 and a plurality of output paths 604. Furthermore, the signal switching device 600 includes a selection unit 608 that is connected to the switching unit 606 and selects a desired route from among the plurality of output routes 604. The switching unit 606 has a configuration similar to that shown in FIG. The selection unit 608 changes the superconducting material related to the transmission path in the switching unit 606 to a superconducting state or a non-superconducting state as necessary.
[0032]
For example, the selection unit 608 can change the state by adjusting a current or a magnetic field applied to the superconducting material. The selection unit 608 can change the state using, for example, a heater for raising the temperature of the superconducting material being cooled. Or conversely, the selection part 608 can also change a state by changing the driving | running state of the cooling parts (cooler etc.) for cooling a superconducting material, for example. In any case, the selection unit 608 makes it possible to select a desired path from the plurality of paths 604 using any means that can change the state of the superconducting material.
[0033]
7, 8, and 9 show a plan view and an end view of the signal switching device according to the first embodiment of the present application. In the figure, elements similar to those described in FIGS. 1, 2, and 3 are given the same reference numerals except that they begin with “7”. The signal switching device 700 includes a branching unit 702 that branches a high-frequency input signal to a first or second transmission path, a first line unit 704, and a second line unit 706 connected to the first line unit 704. Have. In addition, the signal switching device 700 includes a third line unit 708 that is connected to the branching unit 702 and forms a second transmission path. Each line portion forms a coplanar line, and ground conductors 716, 718, 720, 722, and 724 are provided on both sides of the central strip conductors 712 and 714 with a gap therebetween.
[0034]
The second line portion 706 is made of a superconductive material similar to that described with reference to FIG. 1, and the branch portion 702 and the first line portion 704 are made of a normal conductive material. Further, the third line portion 708 is provided with a fourth line 730 between the strip conductor 712 and the ground conductor 718, which is made of a superconducting material having a line width w4. The third line portion 708 is made of a normal material except for the fourth line 730. 8 and 9, each of these lines is formed on a dielectric material 726.
[0035]
In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the second line portion 706 is formed such that the line width in the section of the predetermined length L2 on the input side is as thick as the line width w2 at the output end. However, the thickness t1 of the line 414 in this section is formed thinner than the thickness t2 at the output end. The first line portion 704 and the second line portion 706 are arranged so that the characteristic impedance of the first line portion 704 matches the input impedance of the second line portion 706 when the second line portion 706 is in a superconducting state. The thickness t1, the dielectric constant and thickness of the dielectric 726, the gap between each ground conductor, and the like are adjusted. In this embodiment, by providing a thin and long section in the second line portion 706, the resistance value in the normal conduction state is increased as compared with the case where the thickness is made constant and thick. That is, the input impedance Z between the superconducting state and the normal state O1 From the viewpoint of increasing the amount of change in the above, the line shape in the predetermined section L2 may be thinned to make the thickness constant as shown in FIG. 1, or the thickness can be made thin.
[0036]
Furthermore, it is possible to form a thin line with a narrow line width w1 as shown in FIG. 1 and as shown in FIG. In this way, the resistance value in the normal conduction state can be further increased. In any case, the resistance value in the normal conduction state can be increased by making the cross-sectional area of the line in the predetermined length section smaller than that at the output end. When connecting circuits having different line widths to the subsequent stage, it is common to require a connection connector for satisfactorily connecting the two from the viewpoint of suppressing signal scattering at the line width discontinuities. However, if the line width is made constant as in the present embodiment, such a connector is not required, which is advantageous in that the size and cost can be reduced by the amount of the connector.
[0037]
The fourth line 730 of the present embodiment is formed to have a very thin thickness t4 as shown in FIG. In the present embodiment, the fourth line 730 is connected to the ground conductor 718 and has a length of about a half wavelength (or an integer multiple of the half wavelength) of the high-frequency signal input to the branching unit 702. Therefore, the connection node O between the strip conductor 712 and the fourth line 730 2 From the input impedance Z to the fourth line 130 O2 Is substantially high in the superconducting state and substantially infinite in the normal state. The fourth line 130 in FIG. 1 has a thin line width w4 and a large thickness, but in this embodiment, the line width is large but the thickness is thin. In any case, the electrical resistance in the normal conduction state is increased by reducing the cross-sectional area of the line. Accordingly, it is possible to form the thin line width w1 as shown in FIG. 1 and as thin as shown in FIG. In this way, the resistance value in the normal conduction state can be further increased. The line length in each transmission path is set by the same method as described above.
[0038]
The operation is the same as that described with reference to FIG. When the high frequency input signal input to the branching unit 702 is transmitted to the second transmission path, the second line unit 706 and the fourth line 730 are set to a non-superconducting state. In the normal conduction state, the impedance of the fourth line 730 becomes very large, so that the signal propagating in the strip conductor 712 does not substantially flow to the fourth line 730 side. The third line portion 708 of the second transmission path and the circuit (not shown) connected to the subsequent stage are in a matched state. Therefore, the signal flowing from the branching unit 702 to the third line unit 708 can be properly transmitted to the subsequent circuit.
[0039]
On the other hand, in the first transmission path, the first line portion 704 and the second line portion 706 that is a normal conductor are in a mismatched state. Input impedance Z from branch point X of the first and second transmission paths to the first transmission path XO1 Is very large, the signal input to the branching unit 102 does not flow through the first transmission path and can propagate through the second transmission path with low loss.
[0040]
Next, when the input signal input to the branching unit 702 is transmitted to the first transmission path, the second line unit 706 and the fourth line 730 are set in a superconducting state. As described above, the first line portion 704 in the first transmission path and the second line portion 706 that is a superconductor are in a matched state. Therefore, the signal propagated from the branching unit 702 to the first transmission path can be favorably propagated to the subsequent circuit. On the other hand, when the fourth line 730 becomes superconductive, the input impedance from the strip conductor 712 to the fourth line 730 becomes substantially zero. However, from the branch point X of the first and second transmission paths O 2 The input impedance Z XO2 The length L3 of the third line portion 708 is adjusted so that is very large (substantially infinite). For this reason, a signal does not substantially flow through the second transmission path, and the signal can flow through the first transmission path with low loss.
[0041]
[Second Embodiment]
10, FIG. 11, and FIG. 12 show a plan view and an end view of the signal switching device according to the second embodiment of the present application. In the figure, elements similar to those described in FIGS. 1, 2 and 3 are given the same reference numerals except that they begin with “10”. The signal switching apparatus 1000 includes a branching unit 1002 that branches a high-frequency input signal to a first or second transmission path, a first line unit 1004, and a second line unit 1006 connected to the first line unit 1004. Have. In addition, the signal switching device 1000 includes a third line unit 1008 that is connected to the branch unit 1002 and forms a second transmission path. Each line portion forms a microstrip line. As shown in FIGS. 11 and 12, strip conductors 1012 and 1014 are provided on a dielectric material 1026 having a predetermined dielectric constant. Provided on the ground conductor 1016.
[0042]
The second line portion 1006 is made of a superconductive material similar to that described with reference to FIG. 1, and the branch portion 1002 and the first line portion 1004 are made of a normal conductive material. Further, the third line portion 1008 is provided with a fourth line 1030 having one end connected to the strip conductor 1012 and having a line width w4 and a length L4 and made of a superconductive material. The other end of the fourth line 1030 is connected to the ground conductor 1016 through a conductive via hole member 1032. In other words, the fourth line 1030 is connected to the strip conductor 1012 in parallel. The third line portion 1008 is made of a normal conductive material except for the fourth line 1030. The fourth line 1030 is made of a superconducting material similar to that described with respect to FIG.
[0043]
In the present embodiment, the second line portion 1006 is formed so that the line width in the section of the predetermined length L2 on the input side is narrower than the line width w2 at the output end. However, the thickness t1 of the line 1014 in this section is formed thinner than the thickness t2 at the output end. In general, the characteristic impedance of the macro strip line varies depending on the line width, the thickness of the dielectric (distance from the strip conductor to the ground conductor), the dielectric constant, and the like. Therefore, in the transmission path of the second line portion 1006, in order to maintain the same characteristic impedance even when the line width is changed, the thickness t1 of the section L2 having a narrow line width is formed thinner than that at the output end. Yes. In the present embodiment, by providing a thin and long section in the second line portion 1006, the resistance value in the normal conduction state is increased as compared with the case where the thickness is made thick and constant.
[0044]
As shown in FIG. 13, it is also possible to use a dielectric 1017 having a different dielectric constant in the section L2 where the thickness of the dielectric 1026 should be changed. In this way, the distance from the strip conductor 114 to the ground conductor 1016 can be maintained constant (t2) over the entire section.
[0045]
As shown in FIGS. 10 and 12, the fourth line 1030 of the present embodiment is formed so that the line width w4 is very thin, but the thickness t4 is thick. The fourth line 1030 is connected to the ground conductor 1016 and has a length of about a half wavelength (or an integral multiple of the half wavelength) of the high-frequency signal input to the branching unit 1002. Therefore, the connection node O between the strip conductor 1012 and the fourth line 1030 2 From the input impedance Z to the fourth line 1030 O2 Is substantially high in the superconducting state and substantially infinite in the normal state. The line length in each transmission path is set by the same method as described above.
[0046]
The operation is the same as that described with reference to FIG. When a high-frequency input signal input to the branching unit 1002 is transmitted to the second transmission path, the second line unit 1006 and the fourth line 1030 are set in a non-superconducting state. In the normal conduction state, the impedance of the fourth line 1030 becomes very large, so that the signal propagating in the strip conductor 1012 does not substantially flow to the fourth line 1030 side. The third line portion 1008 of the second transmission path and the circuit (not shown) connected to the subsequent stage are in a matched state. Therefore, a signal flowing from the branching unit 1002 to the third line unit 1008 can be successfully propagated to the subsequent circuit.
[0047]
On the other hand, in the first transmission path, the first line portion 1004 and the second line portion 1006 that becomes a normal conductor are in a mismatched state. Input impedance Z from branch point X of the first and second transmission paths to the first transmission path XO1 Is very large, the signal input to the branching unit 1002 does not flow through the first transmission path and can propagate through the second transmission path with low loss.
[0048]
Next, when the input signal input to the branching unit 1002 is transmitted to the first transmission path, the second line unit 1006 and the fourth line 1030 are set in a superconducting state. As described above, the first line portion 1004 in the first transmission path and the second line portion 1006 that has become a superconductor are in a matched state. Therefore, the signal propagating from the branching unit 1002 to the first transmission path can be satisfactorily propagated to the subsequent circuit. On the other hand, when the fourth line 1030 becomes superconductive, the input impedance from the strip conductor 712 to the fourth line 1030 becomes substantially zero. However, from the branch point X of the first and second transmission paths O 2 The input impedance Z XO2 The length L3 of the third line portion 1008 is adjusted so that becomes very large. As a result, a signal does not substantially flow through the second transmission path, and a signal can flow through the first transmission path with low loss.
[0049]
14, 15 and 16 are a plan view and an end view of a modification of the signal switching device according to the second embodiment of the present application. In the figure, elements similar to those described in FIGS. 1, 2 and 3 are given the same reference numerals except that they begin with “14”. The signal switching device 1400 includes a branching unit 1402 that branches a high-frequency input signal to the first or second transmission path, a first line unit 1404, and a second line unit 1406 connected to the first line unit 1404. Have. The signal switching device 1400 includes a third line portion 1408 that is connected to the branching portion 1402 and forms a second transmission path. Each line portion forms a microstrip line. As shown in FIGS. 15 and 16, strip conductors 1412 and 1414 are provided on a dielectric material 1426 having a predetermined dielectric constant. Provided on ground conductor 1416.
[0050]
The second line portion 1406 is made of a superconductive material similar to that described with reference to FIG. 1, and the branch portion 1402 and the first line portion 1404 are made of a normal conductive material. Further, the third line portion 1408 is provided with a fourth line 1430 having one end connected to the strip conductor 1412 and made of a superconducting material having a line width w4 and a length L4. The other end of the fourth line 1430 is connected to the ground conductor 1416 through a conductive via hole member 1432. The third line portion 1408 is made of a normal conductive material except for the fourth line 1430. The fourth line 1430 is made of a superconducting material similar to that described with respect to FIG.
[0051]
In the present embodiment, the second line portion 1406 has the same line width w1 in the section of the predetermined length L2 on the input side and the line width at the output end. However, the thickness t1 of the line 1414 in this section is formed thinner than the thickness t2 at the output end. By providing a thin and long section in the second line portion 1406, the resistance value in the normal conduction state is increased as compared with the case where the thickness is made constant and thick.
[0052]
As shown in FIGS. 14 and 16, the fourth line 1430 of this embodiment is formed to have a relatively wide line width w4 but a large thickness t4. The fourth line 1430 is connected to the ground conductor 1416 and has a length of about a half wavelength (or an integral multiple of the half wavelength) of the high-frequency signal input to the branching unit 1002. Therefore, a connection node O between the strip conductor 1012 and the fourth line 1430 2 From the input impedance Z to the fourth line 1430 O2 Is substantially high in the superconducting state and substantially infinite in the normal state.
[0053]
As described above, the input impedance Z between the superconducting state and the normal conducting state. O1 From the viewpoint of increasing the amount of change in the length, the line shape in the predetermined section L2 and section L4 may be narrowed to make the thickness constant as shown in FIG. 10, or the thickness may be made thick as shown in FIG. It is also possible to reduce the thickness. Furthermore, it is possible to form a thin line as shown in FIGS. 15 and 16 with thin line widths w1 and w4 as shown in FIG. In this way, the resistance value in the normal conduction state can be further increased. In any case, the resistance value in the normal conduction state can be increased by reducing the cross-sectional area of the line. The line length in each transmission path is set by the same method as described above.
[0054]
The operation is the same as that described with reference to FIG. When the high-frequency input signal input to the branching unit 1402 is transmitted to the second transmission path, the second line unit 1406 and the fourth line 1430 are set in a non-superconducting state. In the normal conduction state, the impedance of the fourth line 1430 becomes very large, so that the signal propagating in the strip conductor 1412 does not substantially flow to the fourth line 1430 side. The third line portion 1408 of the second transmission path and the circuit (not shown) connected to the subsequent stage are in a matched state. Therefore, the signal flowing from the branching unit 1402 to the third line unit 1408 can be successfully transmitted to the subsequent circuit.
[0055]
On the other hand, in the first transmission path, the first line portion 1404 and the second line portion 1406 that is a normal conductor are in a mismatched state. Input impedance Z from branch point X of the first and second transmission paths to the first transmission path XO1 Is very large, the signal input to the branching unit 1402 does not flow through the first transmission path and can propagate through the second transmission path with low loss.
[0056]
Next, when the input signal input to the branching unit 1402 is transmitted to the first transmission path, the second line unit 1406 and the fourth line 1430 are set in a superconducting state. As described above, the first line portion 1404 in the first transmission path and the second line portion 1406 that has become a superconductor are in a matched state. Therefore, the signal propagating from the branching unit 1402 to the first transmission path can be satisfactorily propagated to the subsequent circuit. On the other hand, when the fourth line 1430 becomes superconductive, the input impedance from the strip conductor 1412 to the fourth line 1430 is substantially zero. However, from the branch point X of the first and second transmission paths O 2 The input impedance Z XO2 The length L3 of the third line portion 1408 is adjusted so that becomes very large. As a result, a signal does not substantially flow through the second transmission path, and a signal can flow through the first transmission path with low loss.
[0057]
[Third embodiment]
FIG. 17 shows a schematic diagram of a signal switching device according to the third embodiment of the present application. Unlike the first and second embodiments, the signal switching device 1700 forms a coaxial line. The signal switching device 1700 includes a branching unit 1702 that branches a high-frequency input signal to the first or second transmission path, a first line unit 1704, and a second line unit 1706 connected to the first line unit 1704. . The signal switching device 1700 has a third line portion 1708 coupled to a branching portion 1702 that forms a second transmission path. The central conductor 1714 of the second line portion 1706 is made of a superconductive material, and the central conductor 1712 of the branch portion 1702 and the first line portion 1704 is made of a normal conductive material. In the third line portion 1708, a fourth line 1730 is provided between the central conductor 1712 and the outer ground conductor, which is made of a superconductive material having a line diameter w4 and a line length L4. In other words, the fourth line portion 1730 is connected to the central conductor 1712 in parallel. The third line portion 1708 includes a central conductor 1712 made of a normal superconducting material, a dielectric material provided around the center conductor 1712, a ground conductor provided on the outer periphery thereof, and the fourth line 1730.
[0058]
In the present embodiment, the center conductor 1714 in the second line portion is formed such that the diameter w1 in the section of the predetermined length L2 on the input side is smaller than the line width w2 at the output end. However, the diameter of the cable in this section is also smaller than the diameter at the output end. The characteristic impedance of the coaxial line varies depending on the conductor diameter, the thickness of the dielectric (distance to the ground conductor), the dielectric constant of the dielectric, and the like. In order to keep the characteristic impedance constant even when the conductor diameters are different, the thickness of the dielectric in the section where the conductor diameter is thin is made thinner than the thickness of the dielectric at the output end.
[0059]
The first line portion 1704 and the second line portion 1706 are arranged so that the characteristic impedance of the first line portion 1704 matches the input impedance of the second line portion 1706 when the second line portion 1706 is in a superconducting state. The diameter, the dielectric constant and the diameter of the dielectric are adjusted. In the present embodiment, by providing a thin and long section L2 in the second line portion 1706, the resistance value in the normal conduction state is increased as compared with the case where the diameter is thick and constant. As with the coplanar and microstrip lines above, the input impedance Z between the superconducting and normal states O2 , Z O1 From the viewpoint of increasing the amount of change of the line, it is desirable to reduce the cross-sectional area of the line in the predetermined sections L2 and L4. The line length in each transmission path is set by the same method as described above.
[0060]
The operation is the same as that described with reference to FIG. When the high frequency input signal input to the branching unit 1702 is transmitted to the second transmission path, the second line unit 1706 and the fourth line 1730 are set in a non-superconducting state. Since the fourth line 1730 has a very long and narrow shape, a signal does not substantially flow on the fourth line 1730 side in the normal conduction state. The third line portion 1708 of the second transmission path and a circuit (not shown) connected to the subsequent stage are in a matched state. Therefore, a signal flowing from the branching unit 1702 to the third line unit 1708 can be successfully propagated to the subsequent circuit. On the other hand, in the first transmission path, the first line portion 1704 and the second line portion 1706 that is a normal conductor are in a mismatched state. Input impedance Z from branch point X of the first and second transmission paths to the first transmission path XO1 Since the path length L1 is set so as to be very large, the signal input to the branching unit 1702 does not flow through the first transmission path, but can propagate through the second transmission path with low loss.
[0061]
Next, when the input signal input to the branching unit 1702 is transmitted to the first transmission path, the second line unit 1706 and the fourth line 1730 are set in a superconducting state. As described above, the first line portion 1704 in the first transmission path and the second line portion 1706 that has become a superconductor are in a matched state. Therefore, the signal propagating from the branching unit 1702 to the first transmission path can be satisfactorily propagated to the subsequent circuit. On the other hand, when the fourth line 1730 enters a superconducting state, the input impedance from the center conductor 1712 to the fourth line 1730 becomes substantially zero. However, from the branch point X of the first and second transmission paths O 2 The input impedance Z XO2 The length L3 of the third line portion 1708 is adjusted so that becomes very large. As a result, a signal does not substantially flow through the second transmission path, and a signal can flow through the first transmission path with low loss.
[0062]
[Fourth embodiment]
FIG. 18 is a plan view of a signal switching device according to the fourth embodiment of the present application. Unlike the first to third embodiments, three transmission paths are prepared in this embodiment. The signal switching device 1800 includes a branching unit 1802 that branches a high-frequency input signal to the first, second, or third transmission path, and a first line unit 1804 that is connected to the branching unit 1802 and forms the first transmission path. And a serial line portion 1806 connected to the first line portion 1804. The signal switching device 1800 includes a line unit 1808 that is connected to the branch unit 1802 and forms a second transmission path. The signal switching device 1800 includes a third line portion 1805 that is connected to the branching portion 1802 and forms a third transmission path, and a serial line portion 1807 that is connected to the third line portion 1805. Each line portion forms a coplanar line, and ground conductors are provided on both sides of the central strip conductors 1812, 1814, and 1815 with a gap therebetween.
[0063]
The serial line portion 1806 of the first transmission path and the serial line portion of the third transmission path are made of a superconducting material, and the branching portion 1802, a portion 1804 of the first transmission path, the second line portion 104, and one of the third transmission paths. The portion 1805 is made of a normal material. In the second transmission path 1808, a parallel line 1830 made of a superconductive material is provided between the strip conductor 1812 and the ground conductor. In the third transmission path, a parallel line 1831 made of a superconductive material is provided between the strip conductor 1812 and the ground conductor. The parallel lines 1830 and 1831 are the same as the fourth line described in the first to third embodiments. The line length in each transmission path is set by the same method as described above.
[0064]
For the superconducting material, the same materials as described with respect to FIG. 1 can be used. However, in the present embodiment, for convenience of explanation, the first transmission line 1806 in the first transmission path and the parallel line 1831 in the third transmission path have the same first critical temperature T. C1 The parallel line portion 1830 of the second transmission path and the series line 1807 of the third transmission path have the same second critical temperature T C12 And the second critical temperature is higher than the first critical temperature (T C2 > T C1 ).
[0065]
In the same manner as described with reference to FIGS. 1 and 10, the series line portions 1806 and 1807 (strip conductors 1814 and 1817) have a line width w 1 in a section of a predetermined length on the input side and a line width w 2 at the output end. It is formed much thinner than. The parallel lines 1830 and 1831 are formed to have a narrow line width w4 and a path length L4. In the present embodiment, the parallel lines 1830 and 1831 of the second transmission path and the third transmission path are connected to the ground conductor and are half wavelength (or an integral multiple of the half wavelength) of the high-frequency signal input to the branching unit 102 from the outside. Have a length of about.
[0066]
The operation will be described next. First, when a signal is propagated to the first transmission path, each superconducting material has a first critical temperature T C1 Set to a lower temperature. Therefore, all superconducting materials are in a superconducting state. In this case, since the first transmission path is in a state of being matched with a circuit (not shown) in the subsequent stage, the signal propagates well. For the second transmission path, the input impedance Z of the second parallel line 1830 O2 Is substantially zero, but the input impedance Z from the branch point X to the second transmission path XO2 Is adjusted to be substantially infinite, the path length L2 of the second transmission path is adjusted. Therefore, no signal propagates to the second transmission path. Similarly, for the third transmission path, the input impedance Z of the parallel line 1831 and the series line 1807. O3 Is substantially zero, but the input impedance Z from the branch point X to the third transmission path XO3 Is adjusted to be substantially infinite, the path length L3 of the third transmission path is adjusted. Therefore, no signal propagates through the third transmission path. Accordingly, the signal propagates to the first transmission path with low loss.
[0067]
Next, when a signal is propagated to the third transmission path, each superconducting material has a first critical temperature T C1 Higher but second critical temperature T C2 Set to a lower temperature. In this case, the serial line 1806 of the first transmission path and the parallel line 1831 of the third transmission path are in a normal conduction state, and the parallel line 1830 of the second transmission path and the serial line 1807 of the third transmission path are superconductive. It becomes a state. In this case, since the parallel line 1831 of the third transmission path is in a normal conduction state, the impedance is large, and a signal does not substantially propagate to the parallel line 1831. Since the serial line 1807 of the third transmission path is in a superconducting state and is matched with the subsequent circuit, the signal propagates well. Since the first transmission path is in a normal conduction state, the first transmission path is inconsistent with the subsequent circuit and the input impedance is large, so that no signal propagates through this path. For the second transmission path, the input impedance Z of the second parallel line 1830 O2 Is substantially zero, but the input impedance Z from the branch point X to the second transmission path XO2 Since the path length L2 of the second transmission path is adjusted so that is substantially infinite, no signal propagates to the second transmission path. Accordingly, the signal propagates to the third transmission path with low loss.
[0068]
When a signal is propagated through the second transmission path, each superconducting material has a second critical temperature T C2 Set to a higher temperature. Therefore, all superconducting materials are in the normal superconducting state. In this case, the input impedance of the parallel line 1830 of the second transmission path is substantially infinite, and no signal flows to the parallel line 1830. Since the second transmission path is in a state of matching with a circuit (not shown) in the subsequent stage, the signal propagates well. For the first transmission path, the serial line portion 1806 becomes inconsistent with the circuit in the subsequent stage and becomes high impedance, so that no signal propagates to the first transmission path. Similarly, for the third transmission path, the serial line portion 1807 becomes inconsistent with the subsequent circuit and becomes high impedance, so that no signal propagates to the third transmission path. Accordingly, the signal propagates to the second transmission path with low loss.
[0069]
As described above, two or more signal transmission paths can be appropriately switched by appropriately combining a serial line and a parallel line made of superconducting materials having different critical temperatures. In this embodiment, it is assumed that two types of superconducting materials having different critical temperatures are used. However, it is also possible to switch signals for a number of transmission paths using more types of critical temperatures. Is possible. In the present embodiment, it has been described that all the lines made of the superconducting material have the same temperature, but it is also possible to individually control the state of each line.
[0070]
In each of the above embodiments, the fourth line or the parallel line is formed to have a length of about a half wavelength of the input signal wavelength. However, the present invention is not limited to such a form. For example, it is possible to use a quarter wavelength.
[0071]
FIG. 19 shows a partial schematic diagram of such an embodiment. This indicates a portion corresponding to the third line portion of the first to third embodiments or the parallel line of the fourth embodiment. Note that FIG. 19 illustrates a coplanar line as an example, but it may be configured with a microstrip line or a coaxial line. As shown in the figure, the strip conductor 1912 is provided at a predetermined distance from the ground conductors 1918 and 1920. One end of the strip conductor 1912 is connected to the strip conductor 1912 and has a line width w4 and a line length of ¼ wavelength (more strictly, an odd multiple of ¼ wavelength), and the other end is opened. A parallel line 1930 is provided. By setting the line length to such a length, the input impedance Z to the parallel line in the superconducting state O2 Can be made substantially zero. This is the same as the above embodiment in which the parallel line is connected to the ground conductor and the line length is ½ wavelength.
[0072]
Opening one end and setting the line length to ¼ wavelength can be explained as follows. As described above, the input impedance Z when the line length is ½ wavelength and short-circuited to the ground conductor. O2 Is located at point T (FIG. 5) in the Smith chart. If the open end is not short-circuited to the ground conductor, the input impedance Z O2 Becomes infinite and is positioned at point P. Here, if the line length is changed by ¼ wavelength, the input impedance Z O2 Shifts by π radians on the circumference (changing 1/2 wavelength changes it by 2π radians and returns to its original state). Therefore, when one end of the line is opened and the line length is ¼ wavelength, the input impedance Z to the line is O2 Is located at point T. According to the present embodiment, since the line length of the parallel line 1930 can be shortened to ¼ wavelength, the apparatus can be made smaller than in the case of ½ wavelength.
[0073]
FIG. 20 also shows a form in which the other end of the parallel line is opened and the line length is set to ¼ wavelength, as in FIG. 19. As shown in the figure, the strip conductor 2012 is provided at a predetermined interval from the ground conductors 2018, 2019, and 2020. The strip conductor 2012 is provided with a parallel line 2030 having one end connected to the strip conductor 2012, a line width w4 and a line length of ¼ wavelength, and the other end being open. By setting the line length to such a length, the input impedance Z to the parallel line in the superconducting state O2 Can be made substantially zero. In the present embodiment, the ground conductors 2018 and 2019 are separated rather than surrounding the parallel line 2030. However, in order to equalize the potential of the ground conductor 2018, they are electrically connected via the bridge 2032. Also in this embodiment, since the line length of the parallel line 2030 can be shortened to ¼ wavelength, the apparatus can be downsized compared to the case of ½ wavelength.
[0074]
In each of the embodiments described above, the conductors of the normal conductive material and the superconductive material are formed on the dielectric material, but this is not essential to the present invention. For example, it is also possible to form a signal switching device using a material in which a superconductor material is formed on the entire surface of a substrate made of a dielectric material, and a normal conductor material is appropriately patterned thereon. It is. If it does in this way, the advantage that the propagation loss of a signal will become very low will be acquired for the line selected by making the temperature of a line below a critical temperature.
[0075]
In each of the above embodiments, the line lengths of the parallel lines 130, 730, 1030, 1430, 1730, and 1830 have a length that is ½ times or ¼ times the input signal wavelength. However, the parallel lines in the present invention are not limited to such lengths, and various lengths can be adopted under certain conditions. The conditions are as follows: (1) Input impedance Z of parallel line in normal conduction state O2 (2) The input impedance Z of the parallel line in the superconducting state O2 Is substantially zero, and (3) the length of the parallel lines is as short as possible. For this reason, for example, the length of the parallel lines can be shorter than 1/4 of the input signal wavelength. However, input impedance Z O2 Is preferably set to be an integral multiple of ½ wavelength or an odd multiple of ¼ wavelength from the viewpoint of bringing as close as possible to the short circuit point T or the open point P in the Smith chart.
[0076]
As described above, according to the embodiment of the present invention, when an output signal is output from the second transmission path, the line made of the superconducting material in the first transmission path is set in a non-superconductive state. Since the section of the predetermined length of the line has a small cross-sectional area, the resistance value of the line becomes very large and the input impedance of the first transmission path becomes very large. For this reason, in addition to maintaining good isolation characteristics, it is possible to extract an output signal from the second transmission path while effectively suppressing signal loss due to the first transmission path.
[0077]
The shape of the cross-sectional area of the section of the predetermined length can be appropriately adjusted depending on the line width, the line thickness, the line diameter, and the like. In addition, depending on the circuit, connector, etc. connected to the signal switching device, the line configuration of the signal switching device, for example, which of the coplanar line, the microstrip line, the coaxial line, etc. is adopted. It is possible to adopt an appropriate line form. The line width, the line thickness, or the line diameter for reducing the cross-sectional area from the output end is preferably as small as possible from the viewpoint of greatly changing the input impedance between the superconducting and non-superconducting states. It needs to be large enough to have a minimum power tolerance for signal propagation.
[0078]
According to the embodiment of the present application, it is possible to appropriately change whether or not the signal is propagated to the subsequent path by providing the transmission path with the fourth line or the parallel line made of the superconducting material. That is, a switch element such as a mechanical switch or a semiconductor switch can be omitted at the output end of the signal transmission path as in the prior art. For this reason, it becomes possible to eliminate the conventional problems resulting from the provision of the switch element in series at the output end of the signal switching device.
[0079]
【The invention's effect】
As described above, according to the signal switching device of the present invention, it is possible to propagate a signal with low loss while maintaining good isolation characteristics. Further, according to the present apparatus, it is possible to omit a switching element such as a mechanical switch or a semiconductor switch.
[0080]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a signal switching device according to a first embodiment of the present application.
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the signal switching device of FIG.
FIG. 3 shows a cross-sectional view of the signal switching device of FIG. 1;
FIG. 4 is a Smith chart for explaining the relationship between input impedance and line length.
FIG. 5 is a Smith chart for explaining the relationship between input impedance and line length.
FIG. 6 shows a schematic overall view of a signal switching device.
FIG. 7 is a plan view of a signal switching device according to a modification of the first embodiment of the present application.
FIG. 8 shows a cross-sectional view of the signal switching device of FIG. 7;
FIG. 9 is a cross-sectional view of the signal switching device of FIG.
FIG. 10 is a plan view of a signal switching device according to a second embodiment of the present application.
FIG. 11 is a cross-sectional view of the signal switching device of FIG. 10;
FIG. 12 is a cross-sectional view of the signal switching device of FIG.
FIG. 12 is a cross-sectional view of a modification of the signal switching device of FIG.
FIG. 14 is a plan view of a signal switching device according to a modification of the second embodiment of the present application.
15 is a cross-sectional view of the signal switching device of FIG. 14;
16 is a cross-sectional view of the signal switching device of FIG. 14;
FIG. 17 is a plan view of a signal switching device according to a third embodiment of the present application.
FIG. 18 is a plan view of a signal switching device according to a fourth embodiment of the present application.
FIG. 19 is a partial plan view of a signal switching device showing another form of a parallel line;
FIG. 20 is a partial plan view of a signal switching device showing another form of a parallel line;
[Explanation of symbols]
100 signal switching device
102 branch
104 First line section
106 Second line section
108 Third line section
112,114 strip conductor
116, 118, 120, 122, 124 Ground conductor
126 Dielectric
130 4th track
600 Signal switching device
602 Input path
604 Output path
606 switching unit
608 Selector
700 Signal switching device
702 bifurcation
704 First line section
706 Second line section
708 Third line section
712, 714 strip conductor
716, 718, 720, 722, 724 Ground conductor
726 Dielectric
730 4th track
1000 Signal switching device
1002 Bifurcation
1004 First line section
1006 Second line section
1008 Third line section
1012, 1014 Strip conductor
1016 grounding conductor
1026 Dielectric
1030 4th track
1032 Via-hole members
1400 Signal switching device
1402 Bifurcation
1404 First line section
1406 Second line section
1408 Third line section
1412, 1414 Strip conductor
1416 ground conductor
1426 dielectric
1430 4th track
1432 Via-hole members
1700 Signal switching device
1702 Bifurcation
1704 First line section
1706 Second line section
1708 Third line section
1712, 1714 Central conductor
1730 4th track
1800 Signal switching device
1802 Bifurcation
1804 First line section
1806 Series line section
1808 Second line section
1805 Third line section
1807 Series line section
1812, 1814, 1815 Strip conductor
1830, 1831 Parallel line section
1912 Strip conductor
1918, 1920 Grounding conductor
1930 Parallel line section
2012 Strip conductor
2018, 2020 Ground conductor
2030 Parallel line section
2032 bridge

Claims (14)

入力経路に結合された複数の伝送経路の内の所望の伝送経路から出力信号を出力する信号切替装置であって、
前記複数の伝送経路に含まれる第１伝送経路に直列に接続され、超伝導材料より成る第１線路を有する第１可変インピーダンス回路と、
前記複数の伝送経路に含まれる第２伝送経路に並列に接続され、超伝導材料より成る第２線路を有する第２可変インピーダンス回路であって、前記第２線路の断面積が前記第２伝送経路の断面積より小さいところの第２可変インピーダンス回路
を有し、前記入力経路及び前記複数の伝送経路の各々は、中心導体と該中心導体に対してギャップを隔てて設けられた接地導体とを基板の同一表面上に有するコプレナ線路で形成され、
前記第 1 線路は入力側の直線状部分と出力側の非直線状部分とを有し、前記直線状部分の一方端は前記第 1 線路の入力端を形成し、他方端は前記非直線状部分の一方端に接続され、前記非直線状部分の他方端は前記第 1 線路の出力端を形成し、前記非直線状部分の一方端から他方端にかけて線路幅が広くなるように前記非直線状部分が形成され、
前記第２線路が超伝導状態にある場合に、前記第１及び第２伝送経路の分岐点から前記第２伝送経路への入力インピーダンスが、所定値より大きくなるように、前記第２伝送経路の長さが規定されることを特徴とする信号切替回路。A signal switching device that outputs an output signal from a desired transmission path among a plurality of transmission paths coupled to an input path,
A first variable impedance circuit connected in series to a first transmission path included in the plurality of transmission paths and having a first line made of a superconductive material;
A second variable impedance circuit connected in parallel to a second transmission path included in the plurality of transmission paths and having a second line made of a superconductive material, wherein a cross-sectional area of the second line is the second transmission path Each of the input path and the plurality of transmission paths has a central conductor and a ground conductor provided with a gap with respect to the central conductor as a substrate. Formed of coplanar lines on the same surface,
The first line has an input-side linear portion and an output-side non-linear portion, one end of the linear portion forms the input end of the first line, and the other end is the non-linear shape. The non-linear portion is connected to one end of the portion, the other end of the non-linear portion forms the output end of the first line, and the line width increases from one end of the non-linear portion to the other end. Shaped part,
When the second line is in a superconducting state, the input impedance from the branch point of the first and second transmission paths to the second transmission path is larger than a predetermined value. A signal switching circuit characterized in that a length is defined. 前記第２線路が超伝導状態にある場合に、前記第２伝送経路から前記第２可変インピーダンス回路への入力インピーダンスが、所定値より小さくなるように、前記第２線路の長さが規定されることを特徴とする請求項１記載の信号切替回路。  When the second line is in a superconducting state, the length of the second line is defined so that the input impedance from the second transmission path to the second variable impedance circuit is smaller than a predetermined value. The signal switching circuit according to claim 1. 前記第２線路の一端が前記第２伝送経路に接続され、前記第２線路の他端が接地導体に接続されることを特徴とする請求項２記載の信号切替回路。  The signal switching circuit according to claim 2, wherein one end of the second line is connected to the second transmission path, and the other end of the second line is connected to a ground conductor. 前記第２線路が、前記入力経路に入力される信号の半波長の整数倍に等しい長さを有することを特徴とする請求項３記載の信号切替回路。  The signal switching circuit according to claim 3, wherein the second line has a length equal to an integral multiple of a half wavelength of a signal input to the input path. 一端が第２伝送経路に接続される前記第２線路が、前記入力経路に入力される信号の１／４波長の奇数倍に等しい長さを有し、前記第２線路の他端が開放されることを特徴とする請求項２記載の信号切替回路。  The second line having one end connected to the second transmission path has a length equal to an odd multiple of a quarter wavelength of a signal input to the input path, and the other end of the second line is opened. The signal switching circuit according to claim 2. 更に、前記複数の伝送経路の中から所望の伝送経路を選択するための選択手段を有し、前記選択手段が、前記第１線路及び前記第２線路の温度を制御することで、伝送経路の選択が行われることを特徴とする請求項１記載の信号切替回路。  Furthermore, it has a selection means for selecting a desired transmission path from among the plurality of transmission paths, and the selection means controls the temperature of the first line and the second line, thereby 2. The signal switching circuit according to claim 1, wherein selection is performed. 前記第１線路の直線状部分が非直線状部分より細い線路幅を有し、前記直線状部分でのギャップは前記非直線状部分でのギャップより小さく形成されることを特徴とする請求項１記載の信号切替回路。The linear portion of the first line has a narrower line width than the non-linear portion, and a gap in the linear portion is formed smaller than a gap in the non-linear portion. The signal switching circuit described. 入力経路に結合された複数の伝送経路の内の所望の伝送経路から出力信号を出力する信号切替装置であって、
前記複数の伝送経路に含まれる第１伝送経路に直列に接続され、超伝導材料より成る第１線路を有する第１可変インピーダンス回路と、
前記複数の伝送経路に含まれる第２伝送経路に並列に接続され、超伝導材料より成る第２線路を有する第２可変インピーダンス回路であって、前記第２線路の断面積が前記第２伝送経路の断面積より小さいところの第２可変インピーダンス回路と、
前記複数の伝送経路に含まれる第３伝送経路に直列に接続され、超伝導材料より成る第３線路を有する第３可変インピーダンス回路と、
前記複数の伝送経路に含まれる第３伝送経路に並列に接続され、超伝導材料より成る第４線路を有する第４可変インピーダンス回路であって、前記第４線路の断面積が前記第３伝送経路の断面積より小さいところの第４可変インピーダンス回路
を有し、前記入力経路及び前記複数の伝送経路の各々は、中心導体と該中心導体に対してギャップを隔てて設けられた接地導体とを基板の同一表面上に有するコプレナ線路で形成され、
前記第１線路の超伝導状態になる臨界温度が、前記第２線路の超伝導状態になる臨界温度とは異なり、
前記第３線路の超伝導状態になる臨界温度が、前記第４線路の超伝導状態になる臨界温度とは異なり、
前記第 1 線路は入力側の直線状部分と出力側の非直線状部分とを有し、前記直線状部分の一方端は前記第１線路の入力端を形成し、他方端は前記非直線状部分の一方端に接続され、前記非直線状部分の他方端は前記第１線路の出力端を形成し、前記非直線状部分の一方端から他方端にかけて線路幅が広くなるように前記非直線状部分が形成され、
前記第３線路は入力側の直線状部分と出力側の非直線状部分とを有し、前記直線状部分の一方端は前記第３線路の入力端を形成し、他方端は前記非直線状部分の一方端に接続され、前記非直線状部分の他方端は前記第３線路の出力端を形成し、前記非直線状部分の一方端から他方端にかけて線路幅が広くなるように前記非直線状部分が形成され、
前記第２線路が超伝導状態にある場合に、前記第１，第２及び第３伝送経路の分岐点から前記第２伝送経路への入力インピーダンスが、所定値より大きくなるように、前記第２伝送経路の長さが規定され、
前記第４線路が超伝導状態にある場合に、前記第１，第２及び第３伝送経路の分岐点から前記第３伝送経路への入力インピーダンスが、所定値より大きくなるように、前記第３伝送経路の長さが規定されることを特徴とする信号切替回路。A signal switching device that outputs an output signal from a desired transmission path among a plurality of transmission paths coupled to an input path,
A first variable impedance circuit connected in series to a first transmission path included in the plurality of transmission paths and having a first line made of a superconductive material;
A second variable impedance circuit connected in parallel to a second transmission path included in the plurality of transmission paths and having a second line made of a superconductive material, wherein a cross-sectional area of the second line is the second transmission path A second variable impedance circuit smaller than the cross-sectional area of
A third variable impedance circuit connected in series to a third transmission path included in the plurality of transmission paths and having a third line made of a superconducting material;
A fourth variable impedance circuit connected in parallel to a third transmission path included in the plurality of transmission paths and having a fourth line made of a superconducting material, wherein a cross-sectional area of the fourth line is the third transmission path A fourth variable impedance circuit that is smaller than the cross-sectional area of each of the input path and the plurality of transmission paths, each of which includes a central conductor and a ground conductor provided with a gap from the central conductor. Formed of coplanar lines on the same surface,
The critical temperature at which the first line becomes superconductive is different from the critical temperature at which the second line becomes superconductive,
The critical temperature at which the third line becomes superconductive is different from the critical temperature at which the fourth line becomes superconductive,
The first line has an input-side linear portion and an output-side non-linear portion, one end of the linear portion forms the input end of the first line, and the other end is the non-linear shape. The non-linear portion is connected to one end of the portion, the other end of the non-linear portion forms the output end of the first line, and the line width increases from one end to the other end of the non-linear portion. Shaped part,
The third line has an input-side linear portion and an output-side non-linear portion, one end of the linear portion forms the input end of the third line, and the other end is the non-linear shape. Connected to one end of the portion, the other end of the non-linear portion forms the output end of the third line, and the non-linear portion so that the line width increases from one end to the other end of the non-linear portion. Shaped part,
When the second line is in a superconducting state, the second impedance is set so that an input impedance from a branch point of the first, second, and third transmission paths to the second transmission path is larger than a predetermined value. The length of the transmission path is defined,
When the fourth line is in a superconducting state, the third impedance is set such that an input impedance from a branch point of the first, second, and third transmission paths to the third transmission path is greater than a predetermined value. A signal switching circuit characterized in that a length of a transmission path is defined. 前記第２線路が超伝導状態にある場合に、前記第２伝送経路から前記第２可変インピーダンス回路への入力インピーダンスが、所定値より小さくなるように、前記第２線路の長さが規定され、
前記第４線路が超伝導状態にある場合に、前記第３伝送経路から前記第４可変インピーダンス回路への入力インピーダンスが、所定値より小さくなるように、前記第４線路の長さが規定されることを特徴とする請求項８記載の信号切替回路。When the second line is in a superconducting state, the length of the second line is defined such that the input impedance from the second transmission path to the second variable impedance circuit is smaller than a predetermined value,
The length of the fourth line is defined so that the input impedance from the third transmission path to the fourth variable impedance circuit is smaller than a predetermined value when the fourth line is in a superconducting state. The signal switching circuit according to claim 8. 前記第２線路の一端が前記第２伝送経路に接続され、前記第２線路の他端が接地導体に接続され、
前記第４線路の一端が第３伝送経路に接続され、前記第４線路の他端が接地導体に接続されることを特徴とする請求項９記載の信号切替回路。One end of the second line is connected to the second transmission path, the other end of the second line is connected to a ground conductor,
The signal switching circuit according to claim 9, wherein one end of the fourth line is connected to a third transmission path, and the other end of the fourth line is connected to a ground conductor. 前記第２線路が、前記入力経路に入力される信号の半波長の整数倍に等しい長さを有し、
前記第４線路が、前記入力経路に入力される信号の半波長の整数倍に等しい長さを有することを特徴とする請求項１０記載の信号切替回路。The second line has a length equal to an integral multiple of a half wavelength of a signal input to the input path;
The signal switching circuit according to claim 10, wherein the fourth line has a length equal to an integral multiple of a half wavelength of a signal input to the input path. 一端が第２伝送経路に接続される前記第２線路が、前記入力経路に入力される信号の１／４波長の奇数倍に等しい長さを有し、前記第２線路の他端が開放され、
一端が第３伝送経路に接続される前記第４線路が、前記入力経路に入力される信号の１／４波長の奇数倍に等しい長さを有し、前記第４線路の他端が開放されることを特徴とする請求項９記載の信号切替回路。The second line having one end connected to the second transmission path has a length equal to an odd multiple of a quarter wavelength of a signal input to the input path, and the other end of the second line is opened. ,
The fourth line having one end connected to the third transmission path has a length equal to an odd multiple of a quarter wavelength of a signal input to the input path, and the other end of the fourth line is opened. The signal switching circuit according to claim 9. 更に、前記複数の伝送経路の中から所望の伝送経路を選択するための選択手段を有し、前記選択手段が、前記第１、第２、第３及び第４線路の温度を制御することで、伝送経路の選択が行われることを特徴とする請求項８記載の信号切替回路。  Furthermore, it has a selection means for selecting a desired transmission path from among the plurality of transmission paths, and the selection means controls the temperature of the first, second, third and fourth lines. 9. The signal switching circuit according to claim 8, wherein a transmission path is selected. 前記第１線路及び第３線路の直線状部分が非直線状部分より細い線路幅を有し、直線状部分でのギャップは非直線状部分でのギャップより小さく形成されることを特徴とする請求項８記載の信号切替回路。The linear portions of the first line and the third line have a narrower line width than the non-linear portion, and the gap at the linear portion is formed smaller than the gap at the non-linear portion. Item 9. The signal switching circuit according to Item 8.
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