JPS63285809A - 超伝導同軸線 - Google Patents
超伝導同軸線Info
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- JPS63285809A JPS63285809A JP62121837A JP12183787A JPS63285809A JP S63285809 A JPS63285809 A JP S63285809A JP 62121837 A JP62121837 A JP 62121837A JP 12183787 A JP12183787 A JP 12183787A JP S63285809 A JPS63285809 A JP S63285809A
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- Japan
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- superconducting
- loss
- dielectric
- superconductor
- conductor
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、極細心で伝送特性の良い超伝導同軸線に関す
る。
る。
超伝導同軸線は、極めて低損失で広帯域の伝送線路とし
て研究されてきた。また、電力伝送も可能な特徴がある
。
て研究されてきた。また、電力伝送も可能な特徴がある
。
同軸線の損失αは、一般に次式で表わされる。
α＝αｇ＋αｒ （ｄＢ、／Ｋｍ ）
［： ］、 ］ａ、＝ ’Ｚ ２ Ｘ ／ ０”εｒ
’ ｆ ”−δ（ｄＢ／Ｋｍ） ［２）αｒ＝
ｆｉｒ ＆Ｘ ／ ０６（Ｒｓ（ｆ）／、？Ｚｏ）（／
／７ｔｄ／＋／７’ｒｄｊ）（ｄＶＫＩｎ）〔３〕 ここで、αｇは誘電体損失、α１は導体損失であり、ε
１は比誘電率、ｆは周波数（ＧＨ２単位）、Ｒｓ （ｆ
は導体の表面抵抗Ｗ）、ｚＯは線路の特性インピーダン
ス（Ω）、ｄ／、ｄ２ は同軸線の内部および外部導体
径（雪層単位）である。誘電体損失はｆに比例し、超伝
導体の導体損失は、Ｒｓの周波数依存性によりほぼｒ２
に比例することが知られておシ、各々の、損失絶対値は
常温の値に比べ極めて小さい。
［： ］、 ］ａ、＝ ’Ｚ ２ Ｘ ／ ０”εｒ
’ ｆ ”−δ（ｄＢ／Ｋｍ） ［２）αｒ＝
ｆｉｒ ＆Ｘ ／ ０６（Ｒｓ（ｆ）／、？Ｚｏ）（／
／７ｔｄ／＋／７’ｒｄｊ）（ｄＶＫＩｎ）〔３〕 ここで、αｇは誘電体損失、α１は導体損失であり、ε
１は比誘電率、ｆは周波数（ＧＨ２単位）、Ｒｓ （ｆ
は導体の表面抵抗Ｗ）、ｚＯは線路の特性インピーダン
ス（Ω）、ｄ／、ｄ２ は同軸線の内部および外部導体
径（雪層単位）である。誘電体損失はｆに比例し、超伝
導体の導体損失は、Ｒｓの周波数依存性によりほぼｒ２
に比例することが知られておシ、各々の、損失絶対値は
常温の値に比べ極めて小さい。
これまでに鉛を超伝導体とし、誘電体にテフロン系のＦ
ＫＰを用いた外径／、 ６ ｘｍの超伝導同軸線におい
て、式〔１〕の損失として、次の実験結果が得られてい
る。
ＫＰを用いた外径／、 ６ ｘｍの超伝導同軸線におい
て、式〔１〕の損失として、次の実験結果が得られてい
る。
α＝０．６ｆ十０．０タｆｚ （ｄｎ、Ａｂ ）
・・・・・・〔４〕すなわち、／ ＧＨｚにおいて
、０． Ｊ−、！ｒ ｄＢ／ＫｌＩ＋の低損失であり、
／ Ｇ）Ｉｚ以下ではほとんど誘電体損失が主要である
ことがわかる。しかしながら、動作温度は、超伝導体材
料の臨界温度ＴＯの関係から液体ヘリウム温度（ｌＡ２
Ｋ）であｐ、動作環境を作るだめの断熱外被等を含む冷
却系のコストが高いこと、保守を含め扱いにくいことな
どから実用性が低かった。
・・・・・・〔４〕すなわち、／ ＧＨｚにおいて
、０． Ｊ−、！ｒ ｄＢ／ＫｌＩ＋の低損失であり、
／ Ｇ）Ｉｚ以下ではほとんど誘電体損失が主要である
ことがわかる。しかしながら、動作温度は、超伝導体材
料の臨界温度ＴＯの関係から液体ヘリウム温度（ｌＡ２
Ｋ）であｐ、動作環境を作るだめの断熱外被等を含む冷
却系のコストが高いこと、保守を含め扱いにくいことな
どから実用性が低かった。
しかし、最近に至り、臨界温度Ｔｃが液体窒素温度（７
７Ｋ）を越える超伝導体が発見され、常温超伝導体の開
発も十分前えうる状況に至ってきた。
７Ｋ）を越える超伝導体が発見され、常温超伝導体の開
発も十分前えうる状況に至ってきた。
高Ｔｃ超伝導体を同軸線に適用すると、上記冷却系の問
題が除去できるため、本来の低損失性が利用できること
になる。
題が除去できるため、本来の低損失性が利用できること
になる。
高Ｔｃ超伝導体を適用した同軸線における問題点は、■
誘電体損失が、通常使われている低損失グラスチックで
は、極低温動作の場合に比較して、温度が高くなる程増
加し、常温近傍では約２桁増加する。■高Ｔｃ超伝導体
の適用に対し、誘電体層を劣化させる可能性がある。■
極細心間軸化にともなう特性インピーダンス不均等の増
加が考えられ伝送特性を劣化させる、などである。
誘電体損失が、通常使われている低損失グラスチックで
は、極低温動作の場合に比較して、温度が高くなる程増
加し、常温近傍では約２桁増加する。■高Ｔｃ超伝導体
の適用に対し、誘電体層を劣化させる可能性がある。■
極細心間軸化にともなう特性インピーダンス不均等の増
加が考えられ伝送特性を劣化させる、などである。
■の誘電体損失において、たとえば低損失プラスチック
であるポリエチレ／では、４４２にの液体ヘリウム温度
、／ ＧＨｚ付近において、−δ＝（３７〜７．０）×
／（Ｙ６であるが、常温では−δ＝、２．／Ｘ＃）−’
と２桁大きくなる数値が報告されている。テフロンや同
系統材料などについても同様である。■は現在知られて
いる酸化物超伝導材料は、１０００°Ｃ前後の熱処理を
必要とするため、そのような高温に耐え得る材料である
ことが必要であり、プラスチック材料ではかなり困難と
考えられる。■の問題は次のようなものである。超伝導
同軸線を導体損失が問題にならない周波数帯で用いるも
のとすると、損失は同軸線径に依らず前記誘電体損失の
みで定まるため、極細心化が可能となる。細心にすると
線径の長さ方向の変動（径に対する変動比率）が、一般
には大きくなり特性インピーダンス変動に伴う伝送特性
上の問題が生じる。即ちこれは、抵抗が極めて小さいた
め、多重反射が減衰せずに残り、時間領域で残留脈動が
発生すること、損失周波数特性では大きな過剰損失の脈
動が生じることである。ところが、極細心化の場合、第
３図に示す従来の超伝導細心同軸線の外部導体の製法例
のように銅等の外部導体ベース≠Ｏの表面に鉛等の超伝
導体弘／を圧延やメッキで形成したテープ等を誘電体３
／の外周に被覆する方法では、外径変動を小さく押える
のは困難であった。
であるポリエチレ／では、４４２にの液体ヘリウム温度
、／ ＧＨｚ付近において、−δ＝（３７〜７．０）×
／（Ｙ６であるが、常温では−δ＝、２．／Ｘ＃）−’
と２桁大きくなる数値が報告されている。テフロンや同
系統材料などについても同様である。■は現在知られて
いる酸化物超伝導材料は、１０００°Ｃ前後の熱処理を
必要とするため、そのような高温に耐え得る材料である
ことが必要であり、プラスチック材料ではかなり困難と
考えられる。■の問題は次のようなものである。超伝導
同軸線を導体損失が問題にならない周波数帯で用いるも
のとすると、損失は同軸線径に依らず前記誘電体損失の
みで定まるため、極細心化が可能となる。細心にすると
線径の長さ方向の変動（径に対する変動比率）が、一般
には大きくなり特性インピーダンス変動に伴う伝送特性
上の問題が生じる。即ちこれは、抵抗が極めて小さいた
め、多重反射が減衰せずに残り、時間領域で残留脈動が
発生すること、損失周波数特性では大きな過剰損失の脈
動が生じることである。ところが、極細心化の場合、第
３図に示す従来の超伝導細心同軸線の外部導体の製法例
のように銅等の外部導体ベース≠Ｏの表面に鉛等の超伝
導体弘／を圧延やメッキで形成したテープ等を誘電体３
／の外周に被覆する方法では、外径変動を小さく押える
のは困難であった。
したがって、本発明は、上記■、■に対しては■常温に
おいて誘電体損失の小さい材料であって、かつ■融点が
高く、超伝導体となじみのよい材料を適用することであ
シ、具体的には誘電体材料として溶融石英系ガラスを用
いる。文献＝ Ａｍｅｒｉｃａｎ工ｎ５ｔｉｔｕｔｅ
Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ 、 ３ｒｄ、 ｅ
６ ＞ ｊ −／３１． ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ（１
５ｉ’７．２）によれば、常温における溶融石英の−δ
として、２Ｘ ／ ０−５（１０ＭＨｚ ）。
おいて誘電体損失の小さい材料であって、かつ■融点が
高く、超伝導体となじみのよい材料を適用することであ
シ、具体的には誘電体材料として溶融石英系ガラスを用
いる。文献＝ Ａｍｅｒｉｃａｎ工ｎ５ｔｉｔｕｔｅ
Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ 、 ３ｒｄ、 ｅ
６ ＞ ｊ −／３１． ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ（１
５ｉ’７．２）によれば、常温における溶融石英の−δ
として、２Ｘ ／ ０−５（１０ＭＨｚ ）。
／ Ｘ ／ （） −’ （／ （）ＯＭＨｚ ） ＋
Ｉ Ｘ ／ ０−５（／ ＯＧ Ｈｚ ）なる数々に
ヒ゛′Ｉ豫ＩＣ−電であり 値例が報告されている。石英のこの値は前記ポリエチレ
ンに比較して小さい上、更に高周波帯において低損失に
なる傾向がある。
Ｉ Ｘ ／ ０−５（／ ＯＧ Ｈｚ ）なる数々に
ヒ゛′Ｉ豫ＩＣ−電であり 値例が報告されている。石英のこの値は前記ポリエチレ
ンに比較して小さい上、更に高周波帯において低損失に
なる傾向がある。
■に対しては、本発明は、外径製作精度の良い誘電体外
周表面に直接、超伝導外部導体を、たとえば、スパッタ
法、蒸着法、気相成長法、塗布熱処理法等の方法を用い
て薄膜として形成し、外部導体の外径精度を高める手段
により解決しようとするものである。特に、誘電体に溶
融石英ガラスを使用すると、その外径精度、表面程度は
現在の光フアイバ製作技術によれば極めて高い精度で形
成し得る。
周表面に直接、超伝導外部導体を、たとえば、スパッタ
法、蒸着法、気相成長法、塗布熱処理法等の方法を用い
て薄膜として形成し、外部導体の外径精度を高める手段
により解決しようとするものである。特に、誘電体に溶
融石英ガラスを使用すると、その外径精度、表面程度は
現在の光フアイバ製作技術によれば極めて高い精度で形
成し得る。
超伝導体としては、最近、液体窒素温度（７７Ｋ）を越
える温度で動作する酸化物超伝導体が発見されてきた。
える温度で動作する酸化物超伝導体が発見されてきた。
Ｒ−Ｍ −Ｏｕ系酸化物（Ｒ： Ｌａ又はＹ。
Ｍ ： Ｂａ又はＳｒ ）で代表される酸化物超伝導体
において臨界温度Ｔｃの高い物質を用いるほど本発明の
効果は大きい。また、これらの超伝導材料はスパッタ法
、 ＭＢＫ法、塗布熱処理法で薄膜化できること、線
材化できることが知られている。この場合、下地となる
誘電体は前記超伝導体が密着性よく形成できることが重
要であるが、本発明の溶融石英材は適している。超伝導
体の表面抵抗は、従来の理論によれば、Ｔｃを臨界温度
、Ｔを動作温度とすると、ｅｘｐ （−βＴｃ／Ｔ）
（βは定数）に比例することが知ら°れており、Ｔｃが
高いとＴＯ／Ｔを大きくとれるため、導体損失を無視で
きる程度に低減できる。この点からも、超伝導体として
は前記系統を含む、臨界温度の高い酸化物超伝導体を用
いることが有利である。
において臨界温度Ｔｃの高い物質を用いるほど本発明の
効果は大きい。また、これらの超伝導材料はスパッタ法
、 ＭＢＫ法、塗布熱処理法で薄膜化できること、線
材化できることが知られている。この場合、下地となる
誘電体は前記超伝導体が密着性よく形成できることが重
要であるが、本発明の溶融石英材は適している。超伝導
体の表面抵抗は、従来の理論によれば、Ｔｃを臨界温度
、Ｔを動作温度とすると、ｅｘｐ （−βＴｃ／Ｔ）
（βは定数）に比例することが知ら°れており、Ｔｃが
高いとＴＯ／Ｔを大きくとれるため、導体損失を無視で
きる程度に低減できる。この点からも、超伝導体として
は前記系統を含む、臨界温度の高い酸化物超伝導体を用
いることが有利である。
第１図は、本発明による超伝導同軸線の実施例の断面構
造を示す。／は銅からなる同軸線心線ベース、２はｌの
表面に形成された超伝導内部導体、３は石英系ガラスよ
り成る誘電体、≠は誘電体３の外周部に密着性良く形成
した薄膜超伝導体外部導体であり、夕は同軸線の保護用
の被覆である。
造を示す。／は銅からなる同軸線心線ベース、２はｌの
表面に形成された超伝導内部導体、３は石英系ガラスよ
り成る誘電体、≠は誘電体３の外周部に密着性良く形成
した薄膜超伝導体外部導体であり、夕は同軸線の保護用
の被覆である。
第１図の構造を製作工程順に分解して示したものが第２
図である。（ａ）は超伝導内部導体コの外周部に誘電体
３が外径制御良く被覆された構成状態を示す。この場合
、石英系ガラスから成る誘電体３は光フアイバ製作技術
で培われた外径制御技術を適用し極めて高い精度で、そ
の外径変動を±Ｏ１！μｍ以下に製作することができた
。外径の値は、光ファイバの場合と同程度の２００ｐｍ
としケーブルとしての可撓性を確保した。（ｂ）は構成
（ｅＬ）の外周部に前述の超伝導外部導体グをスパッタ
法を用いて薄膜として形成した構成を示す。ここで、超
伝導体コおよびグは、イツトリウム、バリウム、銅、の
酸化物超伝導体とした。この場合、誘電体の溶融石英は
、酸化物超伝導体の形成に必要な、１０ＯσＣ前後の熱
処理に耐え得る材料であるとともに、下地材としてなじ
みがよい利点がある。（ｃ）は（ｂ）の構成に保護用の
外被を施した状態を示す。
図である。（ａ）は超伝導内部導体コの外周部に誘電体
３が外径制御良く被覆された構成状態を示す。この場合
、石英系ガラスから成る誘電体３は光フアイバ製作技術
で培われた外径制御技術を適用し極めて高い精度で、そ
の外径変動を±Ｏ１！μｍ以下に製作することができた
。外径の値は、光ファイバの場合と同程度の２００ｐｍ
としケーブルとしての可撓性を確保した。（ｂ）は構成
（ｅＬ）の外周部に前述の超伝導外部導体グをスパッタ
法を用いて薄膜として形成した構成を示す。ここで、超
伝導体コおよびグは、イツトリウム、バリウム、銅、の
酸化物超伝導体とした。この場合、誘電体の溶融石英は
、酸化物超伝導体の形成に必要な、１０ＯσＣ前後の熱
処理に耐え得る材料であるとともに、下地材としてなじ
みがよい利点がある。（ｃ）は（ｂ）の構成に保護用の
外被を施した状態を示す。
一般に超伝導同軸線における損失は誘電体損失が主要と
なる。常温における前記データによると周波数ｆ ＝
／ ＧＨｚでは、溶融石英において−δ＝り×１ｏ−５
（内挿推定）であり、式〔２〕より、εｒ＝３．７とし
てαｇ＝／乙ｄＢ／ＫＩｎを得る。本実施例においても
ほぼ同様の値が得られた。
なる。常温における前記データによると周波数ｆ ＝
／ ＧＨｚでは、溶融石英において−δ＝り×１ｏ−５
（内挿推定）であり、式〔２〕より、εｒ＝３．７とし
てαｇ＝／乙ｄＢ／ＫＩｎを得る。本実施例においても
ほぼ同様の値が得られた。
勿論、この値は前記極低温（ｌＡｊＫ）動作の超伝導同
軸線に比較すれば大きく、長距離大容量ケーブルとして
よりも、電力伝送共用を考慮したりした短距離用のケー
ブルや広帯域の配線ケーブルとして有効であろう。一方
、低損失ポリエチレンを用いたとすれば、−δ＝２．／
×／（Ｙ’であるのでε１＝２３としてαｇ ＝ 、２
ｙｄＢ／−と倍である。特性インピーダンス不均等に
ついては、前記、／、 ｌ ｆｆａ径の鉛を用いた超伝
導同軸線の例によれば、０． ／Ωの特性インピーダン
スの不均等を与える内部導体、外部導体、誘電体の各径
変動許容量は／、、２．２Ｊ。
軸線に比較すれば大きく、長距離大容量ケーブルとして
よりも、電力伝送共用を考慮したりした短距離用のケー
ブルや広帯域の配線ケーブルとして有効であろう。一方
、低損失ポリエチレンを用いたとすれば、−δ＝２．／
×／（Ｙ’であるのでε１＝２３としてαｇ ＝ 、２
ｙｄＢ／−と倍である。特性インピーダンス不均等に
ついては、前記、／、 ｌ ｆｆａ径の鉛を用いた超伝
導同軸線の例によれば、０． ／Ωの特性インピーダン
スの不均等を与える内部導体、外部導体、誘電体の各径
変動許容量は／、、２．２Ｊ。
７２μｍであシ、特性インピーダンス変動±Ｏ１，２Ω
以内の均一性が得られれば滑かな減衰特性になると報告
されている。本発明同軸線では、外部導体径と誘電体径
とは等しく０．２Ωの特性インピーダンス変動を与える
誘電体の許容外径変動は２００μｍ径に対し約７．３μ
ｍとなる。これは、光ファイバの±０．４−μｍ内の外
径制御技術によれば十分達成できる。以上のような構成
の超伝導同軸線により極細心でしかも低損失、周波数特
性の良い信号伝送線路が実現できた。
以内の均一性が得られれば滑かな減衰特性になると報告
されている。本発明同軸線では、外部導体径と誘電体径
とは等しく０．２Ωの特性インピーダンス変動を与える
誘電体の許容外径変動は２００μｍ径に対し約７．３μ
ｍとなる。これは、光ファイバの±０．４−μｍ内の外
径制御技術によれば十分達成できる。以上のような構成
の超伝導同軸線により極細心でしかも低損失、周波数特
性の良い信号伝送線路が実現できた。
以上説明したように本発明の超伝導同軸線は、液体窒素
温度においても十分に低損失であシ、かつ、超伝導とな
る酸化物超伝導体の形成に適合した溶融石英の誘電体を
使用し、誘電体の外径の製作精度がよいため特性インピ
ーダンス不均等がＪ・さく、損失の周波数特性が優れた
超伝導同軸線が再現性よく得られるという効果を有する
。
温度においても十分に低損失であシ、かつ、超伝導とな
る酸化物超伝導体の形成に適合した溶融石英の誘電体を
使用し、誘電体の外径の製作精度がよいため特性インピ
ーダンス不均等がＪ・さく、損失の周波数特性が優れた
超伝導同軸線が再現性よく得られるという効果を有する
。
第１図は、本発明の超伝導同軸線の構造図、第２図は、
前記構造を製作工程順に分解して示した図、第３図は、
従来の細心同軸線の外部導体形成法の一例を示した図で
ある。 ／・・・心線ベース、２・・・超伝導内部導体、３，３
／・・・誘電体、り、り／・・・暉伝導外部導体、！・
・・外被、≠Ｏ・・・外部導体ベース。 惰１ 図 （α） （ｂ） （り舅Ｚ図 ｖ３図
前記構造を製作工程順に分解して示した図、第３図は、
従来の細心同軸線の外部導体形成法の一例を示した図で
ある。 ／・・・心線ベース、２・・・超伝導内部導体、３，３
／・・・誘電体、り、り／・・・暉伝導外部導体、！・
・・外被、≠Ｏ・・・外部導体ベース。 惰１ 図 （α） （ｂ） （り舅Ｚ図 ｖ３図
Claims (2)
- （１）線状の超伝導内部導体とその周囲の誘電体とさら
にその周囲の超伝導外部導体とから成る超伝導同軸線に
おいて、誘電体として溶融石英系ガラスを、超伝導内部
導体および超伝導外部導体として酸化物超伝導体を用い
ることを特徴とする超伝導同軸線。 - （２）酸化物超伝導体がＲ−Ｍ−Ｃｕ系酸化物（Ｒ：Ｌ
ａ又はＹ、Ｍ：Ｂａ又はＳｒ）であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項の超伝導同軸線。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62121837A JPS63285809A (ja) | 1987-05-19 | 1987-05-19 | 超伝導同軸線 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62121837A JPS63285809A (ja) | 1987-05-19 | 1987-05-19 | 超伝導同軸線 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63285809A true JPS63285809A (ja) | 1988-11-22 |
Family
ID=14821156
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62121837A Pending JPS63285809A (ja) | 1987-05-19 | 1987-05-19 | 超伝導同軸線 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63285809A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2411761A (en) * | 2004-03-04 | 2005-09-07 | Ali Hussien Liban | Superconductor coaxial cable assembly |
-
1987
- 1987-05-19 JP JP62121837A patent/JPS63285809A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2411761A (en) * | 2004-03-04 | 2005-09-07 | Ali Hussien Liban | Superconductor coaxial cable assembly |
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