JP2016072810A - Signal transmitter, receiver, and radio communication device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、信号伝送装置、受信装置、および無線通信装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a signal transmission device, a reception device, and a wireless communication device.
従来、一対の基板を対向させて配置し、基板間で成立する共振器間の結合を利用して非接触で信号を伝搬する技術が知られている。しかしながら、この場合、対向させる基板の位置決めの誤差などに起因して、信号伝搬特性が大きく変動する場合があった。 2. Description of the Related Art Conventionally, a technique is known in which a pair of substrates are arranged to face each other and a signal is propagated in a non-contact manner using coupling between resonators established between the substrates. However, in this case, the signal propagation characteristic may fluctuate greatly due to an error in positioning the substrate to be opposed.
本発明が解決しようとする課題は、信号伝搬特性を良好にすることができる信号伝送装置、受信装置、および無線通信装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a signal transmission device, a reception device, and a wireless communication device that can improve signal propagation characteristics.
実施形態の信号伝送装置は、第1基板と、第2基板とを持つ。第1基板には、第1の信号入出力部、前記第1の信号入出力部に第1端が接続され第2端がグランド接続された第1インダクタ、および前記第1インダクタの第1端に接続された第1電極が形成される。第2基板には、前記第1電極と対向して配置され、前記第1電極と容量結合されてキャパシタとして機能する第2電極、前記第2電極に第1端が接続され第2端がグランド接続された第2インダクタ、および前記第2インダクタの第2端に接続された第2の信号入出力部が形成され、冷却機により冷却される。 The signal transmission device according to the embodiment has a first substrate and a second substrate. The first substrate includes a first signal input / output unit, a first inductor having a first end connected to the first signal input / output unit and a second end connected to the ground, and a first end of the first inductor A first electrode connected to is formed. A second substrate is disposed opposite to the first electrode and is capacitively coupled to the first electrode to function as a capacitor. A first end is connected to the second electrode, and a second end is grounded. A second inductor connected and a second signal input / output unit connected to the second end of the second inductor are formed and cooled by a cooler.
以下、実施形態の信号伝送装置、受信装置、および無線通信装置を、図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態の無線通信装置1の全体構成を示すブロック図である。無線通信装置1は、分配器10、送信用移相器12a、12b、・・・12n(以下、総称する場合には「送信用移相器12」と呼ぶ。)、電力増幅器14a、14b、・・・14n(以下、総称する場合には「電力増幅器14」と呼ぶ。)、送信用帯域通過フィルタ16a(BPF)、16b、・・・16n(以下、総称する場合には「送信用帯域通過フィルタ16」と呼ぶ。)、送受信切替器18a、18b、・・・18n(以下、総称する場合には「送受信切替器18」と呼ぶ。)、アンテナ部20a、20b、・・・20n(以下、総称する場合には「アンテナ部20」と呼ぶ。)、リミッタ22a、22b、・・・22n(以下、総称する場合には「リミッタ22」と呼ぶ。)、第1信号伝送部24a、24b、・・・24n(以下、総称する場合には「第1信号伝送部24」と呼ぶ。)、受信用帯域通過フィルタ26a、26b、・・・26n(以下、総称する場合には「受信用帯域通過フィルタ26」と呼ぶ。)、低雑音増幅器28a、28b、・・・28n(以下、総称する場合には「低雑音増幅器28」と呼ぶ。)、第2信号伝送部30a、30b、・・・30n(以下、総称する場合には「第2信号伝送部30」と呼ぶ。)、受信用移相器32a、32b、・・・32n(以下、総称する場合には「受信用移相器32」と呼ぶ。)、および合成器34を有する。第1信号伝送部24および第2信号伝送部30は、「信号伝送装置」の一例である。
第1の実施形態の無線通信装置1は、複数のアンテナ部20を平面状に配列したアレイアンテナを用いて通信を行う。なお、この無線通信装置1は、パッシブ式のアレイアンテナ、またはアクティブ式のアレイアンテナのいずれにも適用可能である。
Hereinafter, a signal transmission device, a reception device, and a wireless communication device according to embodiments will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram illustrating an overall configuration of a
The
分配器10は、供給された送信信号を、例えば等分に分配して、各送信用移相器12に供給する。送信用移相器12は、分配器10から供給された送信信号の位相を所望の位相に変化させて、送信信号を電力増幅器14に供給する。送信用移相器12による位相の変化量は、アンテナ部20ごとに設定される。電力増幅器14は、送信用移相器12から供給された送信信号の振幅を増幅させる。送信用帯域通過フィルタ16は、電力増幅器14により増幅された送信信号から不要な信号成分を抑圧する。送信用帯域通過フィルタ16を通過した送信信号は送受信切替器18に供給される。
分配器10、送信用移相器12、電力増幅器14、および送信用帯域通過フィルタ16は、アンテナ部20から電波として送信信号を送信させる送信部として機能する。
The
The
送受信切替器18は、サーキュレータまたは同軸スイッチ等を含む。送受信切替器18は、信号処理系統を、リミッタ22、受信用帯域通過フィルタ26、低雑音増幅器28、受信用移相器32および合成器34を含む受信系統と、分配器10、送信用移相器12、電力増幅器14、および送信用帯域通過フィルタ16を含む送信系統との間で切り替える。
The transmission / reception switch 18 includes a circulator or a coaxial switch. The transmission / reception switch 18 includes a signal processing system including a limiter 22, a reception band-pass filter 26, a low noise amplifier 28, a reception phase shifter 32, and a
アンテナ部20は、送受信切替器18から送信信号が供給されたことに応じて、電波を空間に放射する。アンテナ部20は、空間に放射された電波を受信して受信信号を生成し、送受信切替器18に受信信号を供給する。受信信号は、送受信切替器18を介してリミッタ22に供給される。
The
リミッタ22は、送受信切替器18を介して供給された受信信号の信号レベルを制限する。例えば、リミッタ22は、受信信号レベルが、後段の低雑音増幅器28(LNA)の飽和レベルより高くなる場合に、信号レベルを制限する。信号レベルが制限された受信信号は、第1信号伝送部24に供給される。第1信号伝送部24は、リミッタ22から供給された受信信号を受信用帯域通過フィルタ26に供給する。受信用帯域通過フィルタ26は、第1信号伝送部24から供給された受信信号に含まれる不要な信号成分を抑圧する。低雑音増幅器28は、受信用帯域通過フィルタ26を通過した受信信号の振幅を増幅する。低雑音増幅器28は、第2信号伝送部30を通し、増幅された受信信号を受信用移相器32に供給する。受信用移相器32は、第2信号伝送部30から供給された受信信号の位相を所望の位相に変化させて、位相を変化させた受信信号を合成器34に供給する。受信用移相器32による位相の変化量は、アンテナ部20ごとに設定される。
The limiter 22 limits the signal level of the reception signal supplied via the transmission / reception switch 18. For example, the limiter 22 limits the signal level when the received signal level is higher than the saturation level of the low-noise amplifier 28 (LNA) at the subsequent stage. The received signal whose signal level is limited is supplied to the first signal transmission unit 24. The first signal transmission unit 24 supplies the reception signal supplied from the limiter 22 to the reception band pass filter 26. The reception band-pass filter 26 suppresses unnecessary signal components included in the reception signal supplied from the first signal transmission unit 24. The low noise amplifier 28 amplifies the amplitude of the reception signal that has passed through the reception band pass filter 26. The low noise amplifier 28 supplies the amplified received signal to the reception phase shifter 32 through the second
合成器34には、複数の受信用移相器32から受信信号が供給される。合成器34は、複数の受信信号をビーム合成して受信ビームとして出力する。
The
図2は、第1の実施形態の無線通信装置1の構成を示す断面図である。
無線通信装置1は、真空断熱容器40、冷却基板44、送受信基板50、アンテナ素子52a、52b、・・・52n(以下、総称する場合には「アンテナ素子52」と呼ぶ。)、常温側信号入力部60a、60b、・・・60n(以下、総称する場合には「常温側信号入力部60」と呼ぶ。)、常温側信号出力部62a、62b、・・・62n(以下、総称する場合には「常温側信号出力部62」と呼ぶ。)、低温側信号出力部64a、64b、・・・64n(以下、総称する場合には「低温側信号出力部64」と呼ぶ。)、信号処理部66a、66b、・・・66n(以下、総称する場合には「信号処理部66」と呼ぶ。)、および低温側信号入力部68a、68b、・・・68n(以下、総称する場合には「低温側信号入力部68」と呼ぶ。)を有する。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the
The
真空断熱容器40は、例えば、箱型の筐体である。真空断熱容器40は、内部を外部の熱から遮る銅等の材料で形成される。真空断熱容器40の内部では、図示しない冷却機によって冷却基板44が冷却される。これにより真空断熱容器40の内部空間42は、低温環境(例えば150K以下)に保持される。また、真空断熱容器40は、図示しない真空ポンプ等によって内部空間42が真空に近い気圧に維持される。
The vacuum
送受信基板50は、真空断熱容器40の上面(+Z方向側の面)に取り付けられる。送受信基板50には、図1に示した構成のうち、分配器10、送信用移相器12、電力増幅器14、送信用帯域通過フィルタ16、送受信切替器18、リミッタ22、受信用移相器32、および合成器34が備えられる。アンテナ素子52は、上述したアンテナ部20に相当する。アンテナ素子52は、送受信基板50に受信信号を供給する。アンテナ素子52には、送受信基板50から送信信号が供給される。
The transmission /
常温側信号入力部60は、平面形状を有し、真空断熱容器40の内壁面のうち、冷却基板44に対向する面に取り付けられる。常温側信号入力部60は、図示しない信号伝送経路を介して送受信基板50と接続される。低温側信号出力部64は、平面形状を有し、冷却基板44上に常温側信号入力部60と対向して形成される。常温側信号入力部60と低温側信号出力部64とは、容量結合する程度に近接して配設される。常温側信号入力部60および低温側信号出力部64は、送受信基板50から受信信号が供給され、供給された受信信号を信号処理部66に供給する。常温側信号入力部60および低温側信号出力部64は、上述した第1信号伝送部24に相当する。
The room temperature side
信号処理部66は、冷却基板44上に形成される。信号処理部66は、上述した受信用帯域通過フィルタ26および低雑音増幅器28を含む。受信用帯域通過フィルタ26および低雑音増幅器28は、冷却基板44が冷却されることにより放熱し、超伝導状態になるまで冷却される。受信用帯域通過フィルタ26は、例えば超伝導材料を含む超伝導フィルタである。低雑音増幅器28は、低温環境において動作可能なローノイズアンプ(LNA)である。
The signal processing unit 66 is formed on the cooling
常温側信号出力部62は、平面形状を有し、真空断熱容器40の内壁面のうち、冷却基板44に対向する面に取り付けられる。常温側信号出力部62は、図示しない信号伝送経路を介して送受信基板50と接続される。低温側信号入力部68は、平面形状を有し、冷却基板44上に常温側信号出力部62と対向して形成される。常温側信号出力部62と低温側信号入力部68とは、容量結合する程度に近接して配設される。常温側信号出力部62および低温側信号入力部68は、信号処理部66から受信信号が供給され、供給された受信信号を送受信基板50に供給する。常温側信号出力部62および低温側信号入力部68は、上述した第2信号伝送部30に相当する。
The room temperature side signal output unit 62 has a planar shape and is attached to a surface of the inner wall surface of the vacuum
図3は、第1の実施形態の無線通信装置1における第1信号伝送部24および第2信号伝送部30の構成を示す斜視図である。図4は、第1の実施形態の無線通信装置1における第1信号伝送部24および第2信号伝送部30の構成を示す断面図である。
第1信号伝送部24および第2信号伝送部30は、それぞれが第1の伝送ユニット70、および第2の伝送ユニット80を有する。なお、第1の伝送ユニット70と第2の伝送ユニット80とは、何れか一方が信号入力側となり、他方が信号出力側となる。
FIG. 3 is a perspective view illustrating configurations of the first signal transmission unit 24 and the second
Each of the first signal transmission unit 24 and the second
第1の伝送ユニット70は、誘電体基板72、信号入出力端子74、インダクタ素子76、およびキャパシタ素子(第1電極)78を有する。誘電体基板72は、誘電体材料を含む平面基板である。信号入出力端子74、インダクタ素子76、およびキャパシタ素子78は、導電性を有する金属材料である。導電性材料は、例えば、銅、金、銀やアルミなどの金属、ニオブやニオブすずなどの超電導体又はY系銅酸化物高温超伝電導を含む材料を用いることができる。
信号入出力端子74、インダクタ素子76、およびキャパシタ素子78は、誘電体基板72の下面(−Z方向側の面)に、金属エッチング等の手法により形成される。また、図4に示すように、誘電体基板72の上面(+Z方向側の面)には、グランド面72aが形成される。グランド面72aには、誘電体基板72を貫通する接続部材を介してグランド端子76aが接続される。グランド端子76aは、インダクタ素子76の端部にも接続される。
The
The signal input /
信号入出力端子74は、誘電体基板72に薄膜状に形成され、インダクタ素子76およびキャパシタ素子78に接続される。
インダクタ素子76(第1インダクタ)は、信号入出力端子74に第1端が接続され、第2端がグランド端子76aに接続されている。
インダクタ素子76は、平面状に幅狭線路が複数回に亘り折り返して形成されたメアンダ構造に形成される。インダクタ素子76における線路幅および線路長は、所望のインダクタンスになるよう調整される。一般に、線路の線幅を細くすることでインダクタンス値は高くなる。更に、スパイラス形状など折り返しにより長さを長くすることで所望のインダクタンス値を実現する。
キャパシタ素子78は、誘電体基板72に薄膜状に形成され、信号入出力端子74、およびインダクタ素子76の第1端に接続される。キャパシタ素子78は、平板電極となるよう形成され、所謂パッチ構造に形成される。キャパシタ素子78の面積は、所望のキャパシタ容量となるよう調整される。キャパシタンスは、電極の面積が大きいほど大きくなり、電極間の距離が近いほど大きくなる。
The signal input /
The inductor element 76 (first inductor) has a first end connected to the signal input /
The
第2の伝送ユニット80は、誘電体基板82、キャパシタ素子(第2電極)84、インダクタ素子86、および信号入出力端子88を有する。誘電体基板82は、誘電体材料を含む平面基板である。キャパシタ素子84、インダクタ素子86、および信号入出力端子88は、導電性を有する金属材料である。
キャパシタ素子84、インダクタ素子86、および信号入出力端子88は、誘電体基板82の上面(+Z方向側の面)に形成される。図4に示すように、誘電体基板82の下面(−Z方向側の面)には、グランド面82aが形成される。グランド面82aには、誘電体基板82を貫通する接続部材を介してグランド端子86aが接続される。グランド端子86aは、インダクタ素子86の端部にも接続される。このように、第1の伝送ユニット70および第2の伝送ユニット80は、所謂マイクロストリップ構造を有する。
The
The
キャパシタ素子84(第2電極)は、誘電体基板82に薄膜状に形成される。キャパシタ素子84は、信号入出力端子88、およびインダクタ素子86の第1端に接続される。キャパシタ素子84は、平板電極となるよう形成され、所謂パッチ構造に形成される。キャパシタ素子84の面積は、所望のキャパシタ容量となるよう調整される。
インダクタ素子86(第2インダクタ)は、誘電体基板82に薄膜状に形成される。インダクタ素子86は、信号入出力端子88に第1端が接続され、第2端がグランド端子86aに接続されている。インダクタ素子86は、所謂シャントのインダクタとして形成される。
インダクタ素子86は、誘電体基板82上に、幅狭線路が複数回に亘り折り返して形成され、所謂メアンダ構造に形成される。インダクタ素子86における線路幅および線路長は、所望のインダクタの値に調整される。
信号入出力端子88は、誘電体基板82に薄膜状に形成され、インダクタ素子86およびキャパシタ素子84に接続される。
The capacitor element 84 (second electrode) is formed in a thin film on the
The inductor element 86 (second inductor) is formed in a thin film on the
The
The signal input /
このような第1の伝送ユニット70と第2の伝送ユニット80とは、非接触で対向されるよう位置決めされる。すなわち、第1の伝送ユニット70および第2の伝送ユニット80は、キャパシタ素子78とキャパシタ素子84との対向方向の距離(空間ギャップの距離)、およびキャパシタ素子78とキャパシタ素子84との平面方向の位置関係が調整される。ただし、キャパシタンスの値を大きくしたい場合に、キャパシタンスの裏側のグランドの一部を剥離し、容量結合を大きくすることもできる。
The
なお、信号入出力端子74と信号入出力端子88とは、何れか一方が第1の信号入出力部となり、他方が第2の信号入出力部となる。また、低温側の伝送ユニットにおけるキャパシタ素子およびインダクタ素子は、超伝導体を含んで形成される。
Note that one of the signal input /
図5は、第1の実施形態の無線通信装置1における第1信号伝送部24および第2信号伝送部30の構成を集中線路素子で表した回路図である。
第1信号伝送部24および第2信号伝送部30は、上述したように第1の伝送ユニット70および第2の伝送ユニット80を有する。第1の伝送ユニット70には、信号入出力端子74、キャパシタ素子78、インダクタ素子76、およびグランド端子76aが含まれる。第2の伝送ユニット80には、キャパシタ素子84、インダクタ素子86、信号入出力端子88、およびグランド端子86aが含まれる。
FIG. 5 is a circuit diagram in which the configurations of the first signal transmission unit 24 and the second
The first signal transmission unit 24 and the second
第1信号伝送部24および第2信号伝送部30は、キャパシタ素子78とキャパシタ素子84とにより平行平板状のキャパシタCを構成する。キャパシタCは、信号入出力端子74と信号入出力端子88との間に直列に接続される。また、インダクタ素子76は、信号入出力端子74とグランド端子76aとの間に接続され、インダクタ素子86は、信号入出力端子88とグランド端子86aとの間に接続される。このように、第1信号伝送部24および第2信号伝送部30は、LCLのπ型回路となり、高域通過フィルタとして機能する。
In the first signal transmission unit 24 and the second
図6は、図3および図4に示した分布定数線路としての第1信号伝送部24および第2信号伝送部30における信号レベルの周波数特性を示す図である。図6において、Aは、受信信号の周波数に対する第1信号伝送部24および第2信号伝送部30で伝搬される受信信号の通過量の関係を示す通過帯域特性である。Bは、受信信号の周波数に対する第1信号伝送部24および第2信号伝送部30で伝搬される受信信号の反射量の関係を示す反射帯域特性である。通過帯域特性Aおよび反射帯域特性Bは、第1信号伝送部24および第2信号伝送部30の構成および受信信号の周波数に基づいて電磁界シミュレーションを実施した結果により得られた。
FIG. 6 is a diagram illustrating frequency characteristics of signal levels in the first signal transmission unit 24 and the second
通過帯域特性Aによれば、4GHz付近、および5GHz〜6GHzよりも高い8GHz付近の高周波帯域において通過信号レベルが減衰する。反射帯域特性Bによれば、5GHz〜6GHzの周波数帯域において反射信号レベルが低下する。これら信号レベルの変化は、インダクタ素子76、キャパシタ素子78、キャパシタ素子84、およびインダクタ素子86が分布定数線路として動作し、受信信号の高次モード、および各素子の共振の影響に起因する。
According to the pass band characteristic A, the pass signal level is attenuated in the vicinity of 4 GHz and in the high frequency band near 8 GHz higher than 5 GHz to 6 GHz. According to the reflection band characteristic B, the reflection signal level decreases in the frequency band of 5 GHz to 6 GHz. These changes in the signal level are caused by the influence of the higher-order mode of the received signal and the resonance of each element because the
図7は、第1の実施形態における第1信号伝送部24および第2信号伝送部30において、インダクタンスを一定値に固定し、キャパシタ92の容量を変化させて計算した通過信号レベルの周波数特性を示す図である。
周波数帯域Aによれば、キャパシタ92の容量が1pFである場合、遮断周波数が高周波数帯域側となり、通過信号レベルの損失が増加することがわかる。しかし、キャパシタ92の容量が5pF〜100pfである場合、通過帯域特性B〜Eのように、1GHz程度の周波数帯域よりも高周波数帯域における通過信号レベルの損失が0.1dB程度となることがわかる。すなわち、第1信号伝送部24および第2信号伝送部30の遮断周波数は、1GHzよりも低周波側となる。
FIG. 7 shows the frequency characteristic of the passing signal level calculated by fixing the inductance to a constant value and changing the capacitance of the capacitor 92 in the first signal transmission unit 24 and the second
According to the frequency band A, it can be seen that when the capacitance of the capacitor 92 is 1 pF, the cutoff frequency is on the high frequency band side and the loss of the passing signal level increases. However, when the capacitance of the capacitor 92 is 5 pF to 100 pf, it can be seen that the loss of the pass signal level in the high frequency band is about 0.1 dB than the frequency band of about 1 GHz as in the pass band characteristics B to E. . That is, the cutoff frequencies of the first signal transmission unit 24 and the second
したがって、第1信号伝送部24および第2信号伝送部30は、キャパシタ92の容量が5pF〜100pFの範囲で変化しても、受信信号の周波数が1GHzよりも高周波側である限り、受信信号の信号伝搬特性を良好に維持することができる。すなわち、第1信号伝送部24および第2信号伝送部30は、キャパシタ92の容量が変化しても、信号伝搬特性に影響を与えにくい構造であることがわかる。例えば、第1の伝送ユニット70と第2の伝送ユニット80との位置決めに誤差があり、キャパシタ素子78とキャパシタ素子84との距離のズレ、または平面方向の位置決めの誤差が存在しても、受信信号の信号伝搬特性を良好に維持することができる。
Therefore, the first signal transmission unit 24 and the second
以上説明した第1の実施形態によれば、信号入出力端子74(第1の信号入出力部)、信号入出力端子74に第1端が接続され第2端がグランド接続されたインダクタ素子76(第1インダクタ)、およびインダクタ素子76の第1端に接続されたキャパシタ素子78(第1電極)が形成された誘電体基板72(第1基板)と、キャパシタ素子78と対向して配置され、キャパシタ素子78と容量結合されてキャパシタとして機能するキャパシタ素子84(第2電極)、キャパシタ素子84に第1端が接続され第2端がグランド接続されたインダクタ素子86(第2インダクタ)、およびインダクタ素子86の第2端に接続された信号入出力端子88(信号出力部)が形成され、冷却機により冷却される誘電体基板82(第2基板)と、を持つことにより、キャパシタの容量結合を利用して受信信号を伝送することで、通過信号レベルを高く維持することができ、信号伝搬特性を良好にすることができる。
According to the first embodiment described above, the signal input / output terminal 74 (first signal input / output unit), the
また、第1の実施形態によれば、誘電体基板72と誘電体基板82とを非接触とすることにより、冷却される側の誘電体基板82に誘電体基板72からの熱が伝達するのを抑制することができる。
Further, according to the first embodiment, the heat from the
さらに、第1の実施形態によれば、インダクタ素子76、キャパシタ素子78、キャパシタ素子84、インダクタ素子86の組み合わせが、信号の周波数よりも低い周波数が遮断周波数とされた高域通過フィルタとして機能するので、信号品質を向上させることができる。
Furthermore, according to the first embodiment, the combination of the
さらに、第1の実施形態によれば、低温側のキャパシタ素子およびインダクタ素子が超伝導体により形成され、誘電体基板82の温度を150K以下とするため、低温側のキャパシタ素子およびインダクタ素子を超伝導状態にすることができ、信号損失を抑制することができる。
Further, according to the first embodiment, the capacitor element and the inductor element on the low temperature side are formed of the superconductor, and the temperature of the
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態の無線通信装置1について説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
図8は、第2の実施形態の無線通信装置1における第1信号伝送部24および第2信号伝送部30の構成を示す斜視図である。図9は、第2の実施形態の無線通信装置1における第1信号伝送部24および第2信号伝送部30の構成を示す断面図である。
(Second Embodiment)
Next, the
FIG. 8 is a perspective view illustrating configurations of the first signal transmission unit 24 and the second
第2の実施形態における第1の伝送ユニット70は、信号入出力端子74、インダクタ素子76、およびキャパシタ素子78が形成されている面にグランド面72b、72cが形成される。グランド面72b、72cは、信号入出力端子74、インダクタ素子76、およびキャパシタ素子78が形成された領域以外のほぼ全面に亘って形成される。グランド面72bは、同一面においてインダクタ素子76の端部と接続されている。
In the
第2の実施形態における第2の伝送ユニット80は、キャパシタ素子84、インダクタ素子86、および信号入出力端子88が形成されている面にグランド面82b、82cが形成される。グランド面82b、82cは、キャパシタ素子84、インダクタ素子86、および信号入出力端子88が形成された領域以外のほぼ全面に亘って形成される。グランド面82bは、同一面においてインダクタ素子86の端部と接続されている。
In the
このような第1の伝送ユニット70および第2の伝送ユニット80は、グランド面72b、72c、82b、82cと信号線路パターンとが同じ面に形成されたコプレーナ構造となっている。したがって、グランド面72bとグランド面82b、グランド面72cとグランド面82cは、それぞれ空間ギャップを介して対向されて配置される。
The
図10は、第2の実施形態において、第1信号伝送部24および第2信号伝送部30の構成を集中線路素子で表した回路図である。
図10によれば、第1の伝送ユニット70と第2の伝送ユニット80の間には、キャパシタ素子78とキャパシタ素子84とが容量結合されるキャパシタC1に加えて、グランド面72b、72cとグランド面82b、82cとが容量結合されるキャパシタC2が形成される。
FIG. 10 is a circuit diagram in which the configurations of the first signal transmission unit 24 and the second
According to FIG. 10, between the
以上説明した第2の実施形態によれば、信号入出力端子74、インダクタ素子76、およびキャパシタ素子78が形成された面にインダクタ素子76が接続されるグランド面72b、72c(第1グランド面)が形成され、信号入出力端子88、インダクタ素子86、およびキャパシタ素子84が形成された面にインダクタ素子86が接続されるグランド面82b、82c(第2グランド面)が形成される。これにより、誘電体基板72と誘電体基板82とが対向する領域のうち、多くの領域を金属パターンで覆うことができる。例えば、誘電体にアルミナを用いる場合、その輻射率は、金属の10倍以上になるため、断熱性を考えると低温側と対向する部分にて、誘電体の露出はできるだけ少なくした方が良い。この結果、常温側の基板から低温側への基板への熱輻射を抑制することができる。
また、第2の実施形態によれば、インダクタ素子76とグランド面72b、72cとが同じ面に形成されると共に、インダクタ素子86とグランド面82b、82cとが同じ面に形成される。これにより、インダクタ素子76およびインダクタ素子86を容易にグランド接続することができる。例えば、第2の実施形態によれば、インダクタ素子が冷却基板44上に形成される構成であって基板を貫通して冷却基板44との間でグランド接続する必要が無く、容易にグランド接続することができる。
また、第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の種々の効果を奏することができる。
According to the second embodiment described above, the ground surfaces 72b and 72c (first ground surface) in which the
In addition, according to the second embodiment, the
Further, according to the second embodiment, various effects similar to those of the first embodiment can be achieved.
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態の無線通信装置1について説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
図11は、第3の実施形態の無線通信装置1における第1の伝送ユニット70および第2の伝送ユニット80を示す上面図である。第3の実施形態における第1の伝送ユニット70および第2の伝送ユニット80は、インダクタンスが調整可能な調整機構を有している。この調整機構は、図11(a)に示すように、複数のスイッチ103である。
インダクタ素子76、86は、複数回に亘り折り返して形成された線路100の折り返し点に接続端子101、102が形成される。スイッチ103は、接続端子102ごとに設けられる。
(Third embodiment)
Next, the
FIG. 11 is a top view illustrating the
スイッチ103は、図11(b)に示すように、接続端子103a、103b、および可動部103cを有する。接続端子103aは、接続端子102の一方端102aを介して線路101aに接続される。接続端子102の他方端102bは、線路101aから折り返される線路101bに接続される。接続端子103bは、グランド面Gに接続される。可動部103cは、接続端子103aと接続端子103bとの電気的な状態を、導通状態と非導通状態との間で切り替える。
As shown in FIG. 11B, the
可動部103cは、接続端子103aと接続端子103bとを非導通状態に切り替え、線路100aと線路100bとを導通状態にさせる。これにより、スイッチ103は、線路100aと線路100bとを電気的に接続させる。
可動部103cは、接続端子103aと接続端子103bとを導通状態に切り替え、線路100aをグランド面Gにグランド接続させる。これにより、スイッチ103は、線路100aと線路100bとを電気的に遮断させ、この結果、線路100aを接続端子103bで終端させる。
可動部103cは、図示しない制御部により制御され、接続端子103aと接続端子103bとの電気的な状態を切り替える。制御部は、図示しないコイルに電流を供給して磁界を発生させて可動部103cを開閉動作させる。なお、調整機構は、キャパシタンスを構成する電極間の結合容量に基づいてインダクタンスを調整することが望ましい。また、スイッチには例えばMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)などの物理的にオンオフをする方法以外に、ダイオードスイッチなどにより電気的にオンオフをする構成を用いても良い。この構成の場合、調整機構は、電気制御により高速にスイッチを切り替えられる。
The
The
The
図12は、第3の実施形態において、キャパシタ92の容量を固定し、インダクタンスを変化させて計算した通過信号レベルの周波数特性を示す図である。この周波数特性は、キャパシタ92の容量を1pFに固定して得られた。通過帯域特性Bは、インダクタンスが調整されていない場合の信号通過レベルを示す。通過帯域特性Aは、インダクタンスが調整された場合の信号通過レベルを示す。 FIG. 12 is a diagram illustrating frequency characteristics of the passing signal level calculated by fixing the capacitance of the capacitor 92 and changing the inductance in the third embodiment. This frequency characteristic was obtained by fixing the capacitance of the capacitor 92 to 1 pF. The passband characteristic B indicates the signal pass level when the inductance is not adjusted. The passband characteristic A indicates the signal pass level when the inductance is adjusted.
通過帯域特性Bによれば、3GHz付近から低周波側の周波数帯域において通過信号レベルの損失が高くなることがわかる。これに対し、通過帯域特性Aによれば、インダクタンスを調整することにより、3GHz付近の通過信号レベルの損失が低くなることがわかる。
このように、調整機構は、インダクタ素子76、86における線路100を短くするよう調整して、受信信号のうち低周波側の信号成分を通過させるよう高域通過フィルタの遮断周波数を調整できる。
According to the passband characteristic B, it can be seen that the loss of the pass signal level increases in the frequency band from around 3 GHz to the low frequency side. On the other hand, according to the passband characteristic A, it is understood that the loss of the pass signal level near 3 GHz is reduced by adjusting the inductance.
As described above, the adjustment mechanism can adjust the cutoff frequency of the high-pass filter so as to pass the signal component on the low frequency side of the received signal by adjusting the length of the
以上説明した第3の実施形態によれば、インダクタ素子76またはインダクタ素子86にはインダクタンスを調整させる調整機構(スイッチ103)を付随させたので、キャパシタの値が変動しても高域通過フィルタの遮断周波数を調整させて、信号損失を抑制できる。例えば第1の伝送ユニット70と第2の伝送ユニット80とに位置決めの誤差があってキャパシタの値が変化して、遮断周波数が大きくずれ、通過損失または反射特性が劣化する場合がある。この場合であっても、第3の実施形態によれば、インダクタンスを調整して特性の劣化を抑制することができる。
According to the third embodiment described above, the
なお、第3の実施形態においては、スイッチ103によりインダクタ素子76およびインダクタ素子86の線路長を調整してインダクタンスを調整させたが、これには限られない。例えば基板に実装可能な立体的な可変インダクタ素子を用いてもよい。
In the third embodiment, the inductance is adjusted by adjusting the line lengths of the
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、信号入出力端子74(第1の信号入出力部)、信号入出力端子74に第1端が接続され第2端がグランド接続されたインダクタ素子76(第1インダクタ)、およびインダクタ素子76の第1端に接続されたキャパシタ素子(第1電極)が形成された誘電体基板72(第1基板)と、キャパシタ素子78と対向して配置され、キャパシタ素子78と容量結合されてキャパシタとして機能するキャパシタ素子84(第2電極)、キャパシタ素子84に第1端が接続され第2端がグランド接続されたインダクタ素子86(第2インダクタ)、およびインダクタ素子86の第2端に接続された信号入出力端子88(信号出力部)が形成され、冷却機により冷却される誘電体基板82(第2基板)と、を持つことにより、キャパシタの容量結合を利用して受信信号を伝送することで、通過信号レベルを高く維持することができ、信号伝搬特性を良好にすることができる。
According to at least one embodiment described above, the signal input / output terminal 74 (first signal input / output unit), the
さらに、実施形態によれば、電波を受信して信号を生成するアンテナ部20と、アンテナ部20により生成された信号のレベルを調整するリミッタ22と、リミッタ22から信号が供給される信号入出力端子74と、信号入出力端子74に第1端が接続され第2端がグランド接続されたインダクタ素子76と、インダクタ素子76の第1端に接続されたキャパシタ素子78とが形成された誘電体基板72と、キャパシタ素子78と対向して配置され、キャパシタ素子78と容量結合されてキャパシタとして機能するキャパシタ素子84と、キャパシタ素子84に第1端が接続され第2端がグランド接続されたインダクタ素子86と、インダクタ素子86の第2端に接続された信号入出力端子88が形成され、冷却機により冷却される誘電体基板82と、を有する信号伝送路(24、30)と、真空断熱容器40内に設けられ、信号伝送路(24、30)により伝送された信号を処理する信号処理部(26、28)と、信号処理部(26、28)から供給された信号の位相を制御する受信用移相器32とを持つので、キャパシタの容量結合を利用して受信信号を伝送することで、通過信号レベルを高く維持することができ、受信信号の信号伝搬特性を良好にすることができる。
Furthermore, according to the embodiment, the
さらに、実施形態によれば、複数のアンテナ部20と、アンテナ部20のそれぞれに接続され、アンテナ部20に送信信号を供給する複数の送信部(12、14、16、18)と、送信信号を送信部ごとに分配する分配器10と、アンテナ部20のそれぞれに接続され、アンテナ部20により生成された受信信号のレベルを調整するリミッタ22と、リミッタ22から受信信号が供給される信号入出力端子74と、信号入出力端子74に第1端が接続され第2端がグランド接続されたインダクタ素子76と、インダクタ素子76の第1端に接続されたキャパシタ素子78が形成された誘電体基板72と、インダクタ素子76と対向して配置され、キャパシタ素子78と容量結合されてキャパシタとして機能するキャパシタ素子84と、キャパシタ素子84に第1端が接続され第2端がグランド接続されたインダクタ素子86と、インダクタ素子86の第2端に接続された信号入出力端子88が形成され、冷却機により冷却される真空断熱容器40内に配置された誘電体基板82に形成された第2の伝送ユニット80と、を有する信号伝送路(24、30)と、真空断熱容器40内に設けられ、信号伝送路(24、30)により伝送された受信信号を処理する信号処理部(26、28)と、信号処理部(26、28)から供給された受信信号の位相を制御する受信用移相器32と、を有する複数の受信部と、複数の受信部から供給された複数の受信信号を合成する合成器34とを持つので、キャパシタの容量結合を利用して受信信号を伝送することで、通過信号レベルを高く維持することができ、受信信号の信号伝搬特性を良好にすることができる。
Furthermore, according to the embodiment, a plurality of
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…無線通信装置、10…分配器、12、12a、12b、・・・12n…送信用移相器、18、18a、18b、・・・18n…送受信切替器、20、20a、20b、・・・20n…アンテナ部、22、22a、22b、・・・22n…リミッタ、24…第1信号伝送部、24、24a、24b、・・・24n…第1信号伝送部、26、26a、26b、・・・26n…受信用帯域通過フィルタ、28、28a、28b、・・・28n…低雑音増幅器、30、30a、30b、・・・30n…第2信号伝送部、32、32a、32b、・・・32n…受信用移相器、34…合成器、40…真空断熱容器、44…冷却基板、52、52a、52b、・・・52n…アンテナ素子、60、60a、60b、・・・60n…常温側信号入力部、62、62a、62b、・・・62n…常温側信号出力部、64、64a、64b、・・・64n…低温側信号出力部、66、66a、66b、・・・66n…信号処理部、68、68a、68b、・・・68n…低温側信号入力部、70…第1の伝送ユニット、72、82…誘電体基板、72a、72b、72c、82b、82c…グランド面、74、88…信号入出力端子、76、86…インダクタ素子、76a…グランド端子、78、84…キャパシタ素子、80…第2の伝送ユニット、82a、82b、82c…グランド面、103…スイッチ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記第1電極と対向して配置され、前記第1電極と容量結合されてキャパシタとして機能する第2電極、前記第2電極に第1端が接続され第2端がグランド接続された第2インダクタ、および前記第2インダクタの第2端に接続された第2の信号入出力部が形成され、冷却機により冷却された第2基板と、
を有する信号伝送装置。 A first signal input / output unit; a first inductor having a first end connected to the first signal input / output unit and a second end connected to ground; and a first inductor connected to a first end of the first inductor. A first substrate on which an electrode is formed;
A second electrode disposed opposite to the first electrode and capacitively coupled to the first electrode to function as a capacitor; a second inductor having a first end connected to the second electrode and a second end connected to the ground And a second substrate formed with a second signal input / output unit connected to the second end of the second inductor and cooled by a cooler,
A signal transmission device.
請求項1に記載の信号伝送装置。 The combination of the first inductor, the capacitor, and the second inductor has a cutoff frequency that is lower than the frequency of the signal supplied to the first signal input / output unit or the second signal input / output unit. Function as a high-pass filter,
The signal transmission device according to claim 1.
請求項2に記載の信号伝送装置。 The first inductor or the second inductor is accompanied by an adjustment mechanism for adjusting inductance.
The signal transmission device according to claim 2.
請求項3に記載の信号伝送装置。 The adjusting mechanism adjusts an inductance based on a coupling capacity of the capacitor;
The signal transmission device according to claim 3.
前記第2基板における前記第2の信号入出力部、前記第2インダクタ、および第2電極が形成された面に前記第2インダクタが接続される第2グランド面が形成される、
請求項1から4のうちいずれか1項に記載の信号伝送装置。 A first ground plane to which the first inductor is connected is formed on a surface of the first substrate on which the first signal input / output unit, the first inductor, and the first electrode are formed;
A second ground plane connected to the second inductor is formed on a surface of the second substrate on which the second signal input / output unit, the second inductor, and the second electrode are formed;
The signal transmission device according to claim 1.
請求項1から5のうちいずれか1項に記載の信号伝送装置。 The second electrode and the second inductor are formed of a superconductor, and are cooled by the cooler so that the temperature of the second substrate is 150K or less;
The signal transmission device according to claim 1.
前記アンテナ部により生成された信号のレベルを調整するリミッタと、
第1の信号入出力部、前記第1の信号入出力部に第1端が接続され第2端がグランド接続された第1インダクタ、および前記第1インダクタの第1端に接続された第1電極が形成された第1基板と、前記第1電極と対向して配置され、前記第1電極と容量結合されてキャパシタとして機能する第2電極、前記第2電極に第1端が接続され第2端がグランド接続された第2インダクタ、および前記第2インダクタの第2端に接続された第2の信号入出力部が形成され、冷却機により冷却された第2基板とを有する信号伝送部と、
前記真空断熱容器内に設けられ、前記信号伝送部により伝送された信号を処理する信号処理部と、
前記信号処理部から供給された信号の位相を制御する移相器と
を有する受信装置。 An antenna unit that receives a radio wave and generates a signal;
A limiter for adjusting the level of the signal generated by the antenna unit;
A first signal input / output unit; a first inductor having a first end connected to the first signal input / output unit and a second end connected to ground; and a first inductor connected to a first end of the first inductor. A first substrate on which an electrode is formed, a second electrode disposed opposite to the first electrode, capacitively coupled to the first electrode and functioning as a capacitor, and a first end connected to the second electrode; A signal transmission unit having a second inductor having two ends connected to ground, and a second substrate formed with a second signal input / output unit connected to the second end of the second inductor and cooled by a cooler When,
A signal processing unit that is provided in the vacuum heat insulating container and processes a signal transmitted by the signal transmission unit;
And a phase shifter for controlling a phase of the signal supplied from the signal processing unit.
前記アンテナ部のそれぞれに接続され、前記アンテナ部に送信信号を供給する複数の送信部と、
送信信号を前記送信部ごとに分配する分配器と、
前記アンテナ部のそれぞれに接続され、前記アンテナ部により生成された受信信号のレベルを調整するリミッタと、前記リミッタから受信信号が供給される第1の信号入出力部、前記第1の信号入出力部に第1端が接続され第2端がグランド接続された第1インダクタ、および前記第1インダクタの第1端に接続された第1電極が形成された第1基板と、前記第1電極と対向して配置され、前記第1電極と容量結合されてキャパシタとして機能する第2電極、前記第2電極に第1端が接続され第2端がグランド接続された第2インダクタ、および前記第2インダクタの第2端に接続された第2の信号入出力部が形成され、冷却機により冷却された第2基板とを有する信号伝送部と、前記真空断熱容器内に設けられ、前記信号伝送部により伝送された受信信号を処理する信号処理部と、前記信号処理部から供給された受信信号の位相を制御する位相器と、を有する複数の受信部と、
前記複数の受信部から供給された複数の受信信号を合成する合成器と、
を有する無線通信装置。 A plurality of antenna units;
A plurality of transmission units connected to each of the antenna units and supplying a transmission signal to the antenna unit;
A distributor for distributing a transmission signal to each of the transmission units;
A limiter that is connected to each of the antenna units and adjusts a level of a reception signal generated by the antenna unit, a first signal input / output unit to which a reception signal is supplied from the limiter, and the first signal input / output A first inductor having a first end connected to the first portion and a second end connected to the ground, a first substrate formed with a first electrode connected to the first end of the first inductor, and the first electrode, A second electrode disposed oppositely and capacitively coupled to the first electrode to function as a capacitor; a second inductor having a first end connected to the second electrode and a second end connected to ground; and the second A signal transmission unit having a second signal input / output unit connected to the second end of the inductor and having a second substrate cooled by a cooler; and the signal transmission unit provided in the vacuum heat insulating container; By transmission A plurality of receiver having a signal processing unit for processing the received signal, and a phase shifter for controlling the phase of the received signal supplied from the signal processing unit which,
A combiner that combines a plurality of received signals supplied from the plurality of receiving units;
A wireless communication device.
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