JPH05267732A - 周波数可変共振器 - Google Patents
周波数可変共振器Info
- Publication number
- JPH05267732A JPH05267732A JP4065047A JP6504792A JPH05267732A JP H05267732 A JPH05267732 A JP H05267732A JP 4065047 A JP4065047 A JP 4065047A JP 6504792 A JP6504792 A JP 6504792A JP H05267732 A JPH05267732 A JP H05267732A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ring
- superconducting
- ground plane
- dielectric film
- resonance frequency
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＧＨｚ帯に達する高いＱの共振周波数を得る
とともに１０Ｋ以下でも周波数を変化させることが可能
な共振器を提供する。 【構成】 基板１上に形成された超伝導グランドプレ―
ン２と，この超伝導グランドプレ―ン２上に形成された
誘電体膜３と，この誘電体膜上に形成された同等の特性
を有する複数個のジョセフソン接合６が直列に形成され
た超伝導薄膜からなるリング５及びこのリングの近傍に
設けられたストリップライン４と，前記リング５の上方
に所定の距離を隔てて磁界発生手段７を設ける。
とともに１０Ｋ以下でも周波数を変化させることが可能
な共振器を提供する。 【構成】 基板１上に形成された超伝導グランドプレ―
ン２と，この超伝導グランドプレ―ン２上に形成された
誘電体膜３と，この誘電体膜上に形成された同等の特性
を有する複数個のジョセフソン接合６が直列に形成され
た超伝導薄膜からなるリング５及びこのリングの近傍に
設けられたストリップライン４と，前記リング５の上方
に所定の距離を隔てて磁界発生手段７を設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，高周波測定器等で利用
されるマイクロストリップ型共振器に関し，さらに詳し
くは共振周波数を変えることが可能な共振器に関する。
されるマイクロストリップ型共振器に関し，さらに詳し
くは共振周波数を変えることが可能な共振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は従来より
使用されているマイクロストリップライン型の構成を示
すもので，（ａ）は線形共振器，（ｂ）図はＵ型共振
器，（ｃ）は円板共振器である。これらの共振器はスト
リップライン１０の近傍に各種の形状の共振体１１ａ，
１１ｂ，１１ｃを配置することにより共振周波数を得て
いるが，共振波長は形状によって決まる固定共振器であ
る。図４はストリップライン１０の一端に可変コンデン
サ１１を接続し，その容量を変化させることにより共振
周波数を可変としている。また，バラクタダイオ―ドを
用いることにより８００ＭＨz 〜１ＧＨz 程度の周波数
を可変としたものが知られている。
使用されているマイクロストリップライン型の構成を示
すもので，（ａ）は線形共振器，（ｂ）図はＵ型共振
器，（ｃ）は円板共振器である。これらの共振器はスト
リップライン１０の近傍に各種の形状の共振体１１ａ，
１１ｂ，１１ｃを配置することにより共振周波数を得て
いるが，共振波長は形状によって決まる固定共振器であ
る。図４はストリップライン１０の一端に可変コンデン
サ１１を接続し，その容量を変化させることにより共振
周波数を可変としている。また，バラクタダイオ―ドを
用いることにより８００ＭＨz 〜１ＧＨz 程度の周波数
を可変としたものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら，上記従
来技術においては図３に示すものは共振周波数が固定さ
れたものであり，図４に示すものにおいてはＱ値の高い
共振周波数を得ることが難しいという問題があった。な
お，Ｑ値の高い共振器を得るために超伝導部材を用いる
という報告もあるが，例えば金属系の超伝導膜の場合，
１０Ｋ以下の環境下でその共振周波数を変化させるのは
難しいという問題があった。本発明は上記従来技術の問
題を解決するために成されたもので，高いＱの共振周波
数を得るとともに１０Ｋ以下でも周波数を変化させるこ
とが可能な共振器を提供することを目的とする。
来技術においては図３に示すものは共振周波数が固定さ
れたものであり，図４に示すものにおいてはＱ値の高い
共振周波数を得ることが難しいという問題があった。な
お，Ｑ値の高い共振器を得るために超伝導部材を用いる
という報告もあるが，例えば金属系の超伝導膜の場合，
１０Ｋ以下の環境下でその共振周波数を変化させるのは
難しいという問題があった。本発明は上記従来技術の問
題を解決するために成されたもので，高いＱの共振周波
数を得るとともに１０Ｋ以下でも周波数を変化させるこ
とが可能な共振器を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する為に
本発明は，基板上に形成された超伝導グランドプレ―ン
と，この超伝導グランドプレ―ン上に形成された誘電体
膜と，この誘電体膜上に形成された同等の特性を有する
複数個のジョセフソン接合が直列に形成された超伝導薄
膜からなるリング及びこのリングの近傍に設けられたス
トリップラインと，前記リングの上方に所定の距離を隔
てて磁界発生手段を設けたことを特徴とするものであ
る。
本発明は，基板上に形成された超伝導グランドプレ―ン
と，この超伝導グランドプレ―ン上に形成された誘電体
膜と，この誘電体膜上に形成された同等の特性を有する
複数個のジョセフソン接合が直列に形成された超伝導薄
膜からなるリング及びこのリングの近傍に設けられたス
トリップラインと，前記リングの上方に所定の距離を隔
てて磁界発生手段を設けたことを特徴とするものであ
る。
【０００５】
【作用】リング内に複数個のジョセフソン接合の等価イ
ンダクタンスが構成されているので，この等価インダク
タンスを外部磁界により変化させれば共振周波数が変化
する。そしてコイルによる磁界は温度に依存しない。
ンダクタンスが構成されているので，この等価インダク
タンスを外部磁界により変化させれば共振周波数が変化
する。そしてコイルによる磁界は温度に依存しない。
【０００６】
【実施例】以下，図面に従い本発明を説明する。第１図
は本発明の一実施例を示すもので，（ａ）は平面図，
（ｂ）は（ａ）図のＡ−Ａ断面図である。これらの図に
おいて，１は例えばＭｇＯやＬａＡｌ2Ｏ3等の誘電率の
低い基板であり，２は超伝導部材からなるグランドプレ
―ン（Ｇ・Ｐ），３はＧ・Ｐ上に形成されたＳｉＯ2や
Ａｌ2Ｏ3等からなる誘電体膜である。４は超伝導部材か
らなる入出力用のストリップライン，５は超伝導部材か
らなるリングであり，このリングの途中には複数個（図
では５個）のジョセフソン接合６が形成されている。７
はリングの上方に所定の距離を隔てて配置された磁界発
生手段（コイル）である。
は本発明の一実施例を示すもので，（ａ）は平面図，
（ｂ）は（ａ）図のＡ−Ａ断面図である。これらの図に
おいて，１は例えばＭｇＯやＬａＡｌ2Ｏ3等の誘電率の
低い基板であり，２は超伝導部材からなるグランドプレ
―ン（Ｇ・Ｐ），３はＧ・Ｐ上に形成されたＳｉＯ2や
Ａｌ2Ｏ3等からなる誘電体膜である。４は超伝導部材か
らなる入出力用のストリップライン，５は超伝導部材か
らなるリングであり，このリングの途中には複数個（図
では５個）のジョセフソン接合６が形成されている。７
はリングの上方に所定の距離を隔てて配置された磁界発
生手段（コイル）である。
【０００７】上記構成において，リング５の半径をａと
しジョセフソン接合６がない場合のインダクタンスをＬ
0，リングの静電容量をＣ，ストリップライン４での電
磁波の位相速度をＶp とすると，この場合の共振周波数
ｆ0とＶp の関係は次式により表わすことができる。 ｆ0＝Ｖp/λ＝｛Ｖp ／（２πａ）｝・ｎ … λ；共振周波数の波長 （ｎ＝１，２，３，…） Ｖp ＝１／√（Ｌ0Ｃ） …´
しジョセフソン接合６がない場合のインダクタンスをＬ
0，リングの静電容量をＣ，ストリップライン４での電
磁波の位相速度をＶp とすると，この場合の共振周波数
ｆ0とＶp の関係は次式により表わすことができる。 ｆ0＝Ｖp/λ＝｛Ｖp ／（２πａ）｝・ｎ … λ；共振周波数の波長 （ｎ＝１，２，３，…） Ｖp ＝１／√（Ｌ0Ｃ） …´
【０００８】次にリングに直列に複数個のジョセフソン
接合を設け，ジョセフソン接合の臨界電流をＩc ，接合
部を流れる電流及び電圧をそれぞれＩ，Ｖとすると，ジ
ョセフソン効果より， Ｉ＝Ｉc sin θ … Ｖ＝（h'／２e ）（☆θ／☆ｔ） … θ ；ジョセフソン接合のオ―ダ―パラメ―タの位相差 h' ；ｈ／２π（ｈはプランク定数） e ；電子電荷 ☆ ；偏微分記号 と表わすことができる。
接合を設け，ジョセフソン接合の臨界電流をＩc ，接合
部を流れる電流及び電圧をそれぞれＩ，Ｖとすると，ジ
ョセフソン効果より， Ｉ＝Ｉc sin θ … Ｖ＝（h'／２e ）（☆θ／☆ｔ） … θ ；ジョセフソン接合のオ―ダ―パラメ―タの位相差 h' ；ｈ／２π（ｈはプランク定数） e ；電子電荷 ☆ ；偏微分記号 と表わすことができる。
【０００９】式を時間微分すると ☆Ｉ／☆ｔ＝Ｉc cos θ( ☆θ／☆t ）… となるから，式より Ｖ＝（h'／２e ）（1／Ｉc cos θ）・( ☆Ｉ／☆t ） ＝Ｌj （☆Ｉ／☆t ）… Ｌj を（ h'／２e ）（１／Ｉc cos θ）… と定義するとジョセフソン接合はＬj なるインダクタン
スを等価的に担うことになる。
スを等価的に担うことになる。
【００１０】いま，共振器のインダクタンスをＬt とす
るとこのインダクタンスは Ｌt （Φx）＝Ｌ0＋Ｌj （Φx） と表わすことができる。従って，´式においてΦx
によりＶp を変化させることによりｆ0を変化させるこ
とが可能となる。
るとこのインダクタンスは Ｌt （Φx）＝Ｌ0＋Ｌj （Φx） と表わすことができる。従って，´式においてΦx
によりＶp を変化させることによりｆ0を変化させるこ
とが可能となる。
【００１１】次にジョセフソン接合を１個含む超伝導リ
ングは一般にｒｆ−ＳＱＵＩＤと呼ばれているが，この
リング内の磁束の量子化条件よりリング内の磁束をΦi
とすると θ＝２π（Φi ／Φ0＋ｋ） …
ｋ＝０，１，２… Φ0＝ｈ／２e ；磁束量子 で表わすことができる。Φi と外部磁束Φx＝の関係は Φx＝Φi＋ＬＩc sin(２πΦi ／Φ0） … Ｌ；リングのインダクタンス で与えられる。
ングは一般にｒｆ−ＳＱＵＩＤと呼ばれているが，この
リング内の磁束の量子化条件よりリング内の磁束をΦi
とすると θ＝２π（Φi ／Φ0＋ｋ） …
ｋ＝０，１，２… Φ0＝ｈ／２e ；磁束量子 で表わすことができる。Φi と外部磁束Φx＝の関係は Φx＝Φi＋ＬＩc sin(２πΦi ／Φ0） … Ｌ；リングのインダクタンス で与えられる。
【００１２】図２はα＝２πＬＩc ／Φ0をパラメ―タ
にΦxとΦi の関係を示すものである（α…ヒステリシ
スパラメータ）。図２においてα≦１ではΦi はΦxに
対して１価，α＞１では多価となる。従ってα≦１とな
る様にリングのインダクタンスＬ，臨界電流Ｉc を選べ
ばθはΦ xに対して一義的に決まり，この結果式より
ΦxによりＬj を一義的に変化させることができる。
にΦxとΦi の関係を示すものである（α…ヒステリシ
スパラメータ）。図２においてα≦１ではΦi はΦxに
対して１価，α＞１では多価となる。従ってα≦１とな
る様にリングのインダクタンスＬ，臨界電流Ｉc を選べ
ばθはΦ xに対して一義的に決まり，この結果式より
ΦxによりＬj を一義的に変化させることができる。
【００１３】上述までの説明ではリング内にジョセフソ
ン接合を１個設けたものであり，ΦiがΦxに対して一義
的に決まる為にはジョセフソン接合の臨界電流Ｉｃと超
伝導インダクタンスＬの間にはヒステリシスパラメータ
（α）が α＝２πＬＩｃ／Φ0＜１ の条件が必要である。
ン接合を１個設けたものであり，ΦiがΦxに対して一義
的に決まる為にはジョセフソン接合の臨界電流Ｉｃと超
伝導インダクタンスＬの間にはヒステリシスパラメータ
（α）が α＝２πＬＩｃ／Φ0＜１ の条件が必要である。
【００１４】しかしながら，上記の条件ではＬかＩｃを
小さくしなければならず，Ｌを小さくすることは共振周
波数が極めて大きくなり，またＩｃを小さくすることは
流し得る高周波電流が制限されて実用上問題になる。ま
た,α＞１で用いることも可能であるが，その場合Ｌか
Ｉcを大きくすることが必要となる。例えばＬを大きく
するとＬjが相対的に小さくなるし，Ｉcを大きくするこ
とは式よりＬjを小さくすることになり，いずれの場
合も共振周波数の変化量を小さくすることになるので実
用上メリットが小さい。
小さくしなければならず，Ｌを小さくすることは共振周
波数が極めて大きくなり，またＩｃを小さくすることは
流し得る高周波電流が制限されて実用上問題になる。ま
た,α＞１で用いることも可能であるが，その場合Ｌか
Ｉcを大きくすることが必要となる。例えばＬを大きく
するとＬjが相対的に小さくなるし，Ｉcを大きくするこ
とは式よりＬjを小さくすることになり，いずれの場
合も共振周波数の変化量を小さくすることになるので実
用上メリットが小さい。
【００１５】本発明ではｎ個の同等の特性を有するジョ
セフソン接合をリング内に直列に配置している。その結
果，i番目のジョセフソン接合が担う等価的インダクタ
ンスＬi jは一つの接合当たり Ｌi j〜（h'／２ｅ）（１／Ｉcｃｏｓθi) で表わされ,全体としては と表わすことができる。
セフソン接合をリング内に直列に配置している。その結
果，i番目のジョセフソン接合が担う等価的インダクタ
ンスＬi jは一つの接合当たり Ｌi j〜（h'／２ｅ）（１／Ｉcｃｏｓθi) で表わされ,全体としては と表わすことができる。
【００１６】ここで，フラワイドの量子化条件よりΣθ
i＝２π（Φi／Φ0＋ｋ） ｋ＝１，２，３… であるが，ｎ個のジョセフソン接合の特性が同等である
ので， となる。従って，Ｌj＝（h'／２ｅ・Ｉｃ）｛ｎ／ｃｏ
ｓ(θ/n)｝ となり，例えばθ〜０付近ではＬj＝ｎＬ1 jと最低でも
一個のジョセフソン接合の場合のｎ倍の等価インダクタ
ンスを担うことになる。この結果，ｎを適当に選べばリ
ングのインダクタンスＬと同等の大きさまでにすること
が可能である。
i＝２π（Φi／Φ0＋ｋ） ｋ＝１，２，３… であるが，ｎ個のジョセフソン接合の特性が同等である
ので， となる。従って，Ｌj＝（h'／２ｅ・Ｉｃ）｛ｎ／ｃｏ
ｓ(θ/n)｝ となり，例えばθ〜０付近ではＬj＝ｎＬ1 jと最低でも
一個のジョセフソン接合の場合のｎ倍の等価インダクタ
ンスを担うことになる。この結果，ｎを適当に選べばリ
ングのインダクタンスＬと同等の大きさまでにすること
が可能である。
【００１７】この場合，α＞１で用いることになるが，
そのためにはＬを大きくし，それに伴ってｎを大きくす
ればインダクタンスの変化量を大きくとることができ
る。このようにｎを適当に選ぶことでＬを任意の値に定
めることができる。つまり共振周波数の中心周波数を任
意に変えることが出来る様になり実用上のメリットが大
きなものとなる。従って外部磁界を部分的に掃引するこ
とで接合の持つインダクタンスを大きく変えることがで
き共振周波数の変化を大きくすることができる。
そのためにはＬを大きくし，それに伴ってｎを大きくす
ればインダクタンスの変化量を大きくとることができ
る。このようにｎを適当に選ぶことでＬを任意の値に定
めることができる。つまり共振周波数の中心周波数を任
意に変えることが出来る様になり実用上のメリットが大
きなものとなる。従って外部磁界を部分的に掃引するこ
とで接合の持つインダクタンスを大きく変えることがで
き共振周波数の変化を大きくすることができる。
【００１８】
【発明の効果】以上実施例とともに具体的に説明した様
に本発明によれば，外部磁界により変化するジョセフソ
ン接合の等価インダクタンスをリング型共振器内に複数
個構成したため，リングのインダクタンスを磁界により
変化させることにより周波数可変共振器を実現すること
ができ，接合のインダクタンスを大きく，磁界による変
化量を大きくできるので掃引する共振周波数の幅を大き
くすることができる。また，ジョセフソン接合の臨界電
流（Ｉc）を大きくとることができるので，流し得る高
周波電流も大きくとることができる。更に，リングを超
伝導部材としたため損失が非常に小さいので本質的にＱ
値の高いものとなる。
に本発明によれば，外部磁界により変化するジョセフソ
ン接合の等価インダクタンスをリング型共振器内に複数
個構成したため，リングのインダクタンスを磁界により
変化させることにより周波数可変共振器を実現すること
ができ，接合のインダクタンスを大きく，磁界による変
化量を大きくできるので掃引する共振周波数の幅を大き
くすることができる。また，ジョセフソン接合の臨界電
流（Ｉc）を大きくとることができるので，流し得る高
周波電流も大きくとることができる。更に，リングを超
伝導部材としたため損失が非常に小さいので本質的にＱ
値の高いものとなる。
【００１９】
【図１】本発明の一実施例を示す平面図（ａ）及び
（ａ）図のＡ−Ａ断面図（ｂ）である。
（ａ）図のＡ−Ａ断面図（ｂ）である。
【図２】磁束量子Φ0，リング内の磁束Φi 及び外部磁
束Φxの関係を示す図である。
束Φxの関係を示す図である。
【図３】従来装置の構成図である。
【図４】従来装置の他の構成図である。
１ 基板 ２ 超伝導グランドプレ―ン ３ 誘電体膜 ４ ストリップライン ５ リング ６ ジョセフソン接合 ７ 磁界発生手段（コイル）
Claims (1)
- 【請求項１】 基板上に形成された超伝導グランドプレ
―ンと，この超伝導グランドプレ―ン上に形成された誘
電体膜と，この誘電体膜上に形成された同等の特性を有
する複数個のジョセフソン接合が直列に形成された超伝
導薄膜からなるリング及びこのリングの近傍に設けられ
たストリップラインと，前記リングの上方に所定の距離
を隔てて磁界発生手段を設けたことを特徴とする周波数
可変共振器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4065047A JPH05267732A (ja) | 1992-03-23 | 1992-03-23 | 周波数可変共振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4065047A JPH05267732A (ja) | 1992-03-23 | 1992-03-23 | 周波数可変共振器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05267732A true JPH05267732A (ja) | 1993-10-15 |
Family
ID=13275662
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4065047A Pending JPH05267732A (ja) | 1992-03-23 | 1992-03-23 | 周波数可変共振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05267732A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100361938B1 (ko) * | 2000-08-18 | 2002-11-22 | 학교법인 포항공과대학교 | 유전체 기판의 공진장치 |
| US7253701B2 (en) * | 2004-11-30 | 2007-08-07 | Northrop Grumman Corporation | Multiplexed amplifier |
| US10084436B2 (en) | 2016-07-15 | 2018-09-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Computing device comprising a josephson junction |
-
1992
- 1992-03-23 JP JP4065047A patent/JPH05267732A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100361938B1 (ko) * | 2000-08-18 | 2002-11-22 | 학교법인 포항공과대학교 | 유전체 기판의 공진장치 |
| US7253701B2 (en) * | 2004-11-30 | 2007-08-07 | Northrop Grumman Corporation | Multiplexed amplifier |
| US10084436B2 (en) | 2016-07-15 | 2018-09-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Computing device comprising a josephson junction |
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