JP3558260B2 - 高感度基地局無線装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば移動通信や衛星通信等のシステムに用いられる基地局無線装置に関し、特に高周波受信部を冷却することによって受信感度の向上を図った、高感度基地局無線装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高感度基地局無線装置の基本構成を図８に示す。この従来の高感度基地無線装置は、第１アンテナ１と、第１アンテナ１で受信された信号を伝送するための第１アンテナフィーダ２と第１アンテナフィーダ２からの信号を受信する第１無線装置３とにより構成される。第１無線装置３は、第１アンテナフィーダ２が接続されるアンテナ端子４と、アンテナ端子４に入力された信号から所望の帯域の信号を選択する第１受信帯域フィルタ５と、第１受信帯域フィルタ５の出力を所望のレベルまで低雑音で増幅する第１受信低雑音増幅器６と、第１受信低雑音増幅器６からの出力信号を出力する第１出力端子７とを備えている。また、第１受信帯域フィルタ５と第１受信低雑音増幅器６は、第１熱遮蔽函８に封入され、外部と断熱されるとともに、第１冷却手段９により第１冷却部材９ａを介して冷却される。さらに、第１受信低雑音増幅器６に電力を供給するための第１電源端子１０と第１冷却手段９に電力を供給するための第２電源端子１１がそれぞれ設けられる。
【０００３】
第１受信帯域フィルタ５及び第１受信低雑音増幅器６は、例えば真空断熱により外部からの熱浸入を遮断する第１熱遮蔽函８に封入され、第１冷却手段９により、例えば数１０Ｋといった極めて低い温度を長時間安定して維持できる極低温冷凍機で構成され、これらは市販の製品を利用することができる。
このように、第１受信帯域フィルタ５及び第１受信低雑音増幅器６を長時間安定して極低温に冷却することにより、第１受信帯域フィルタ５及び第１受信低雑音増幅器６で発生する熱雑音を極限的に低減するとともに、第１受信帯域フィルタ５の挿入損失を小さくすることができる。その結果、図８に示した受信機の雑音指数は大幅に改善され、受信感度が大幅に改善される。したがって、図８に示した高感度基地局無線装置を用いることにより、低いレベルの受信信号に対しても例えば規定されたＣ／Ｎ（搬送波電力／雑音電力）の受信出力を得ることができる、規定されたＣ／Ｎの受信出力を得るのに必要な送信側の送信電力が小さくて済む、等の効果を得ることができる。第１無線装置３は、第１アンテナフィーダ２による損失を低減するために、屋外やアンテナ鉄塔の塔頂部近傍に設置されることが多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
移動通信では周波数を有効に利用するために隣接帯域信号による干渉を受けないようにしつつできるだけ帯域を接近させることが望ましい。すなわち、第１無線装置３には高い受信感度だけでなく、高い選択度もあわせて要求される。高い選択度を実現するための方法として、第１受信帯域フィルタ５の減衰特性を急峻にすることが考えられる。フィルタの減衰特性はフィルタの段数に大きく依存し、段数を増やすほど減衰特性を急峻にすることが可能となるが、一方でフィルタの段数を増やすと損失が大きくなるため、受信感度が犠牲になる。第１受信帯域フィルタ５を冷却することにより損失は低減されるので、冷却しない場合に比べればフィルタの段数を増やすことは可能であるが、受信感度を犠牲にすることなしに実現しうる減衰特性の急峻さには限界があった。しかし、損失を低減するために、例えば誘電体共振器や空洞共振器などの損失の小さい共振器を用いてフィルタを構成すると、第１受信帯域フィルタ５が大型になるとともに、これを冷却するための第１冷却手段９に対する負荷が大きくなる。冷却手段にかかる負荷が大きくなるほど冷却手段の体積も大きくなるため、第１冷却手段９も大型となり、第１無線装置３をアンテナ鉄塔の塔頂部近傍に設置することが困難となる。結果として、受信感度を犠牲にすることなしに高い選択度を実現することができないという問題があった。
【０００５】
また周波数を有効に利用するためには、送信信号についても帯域外の歪みやスプリアスをできるだけ除去する必要があり、そのためには高い選択度の送信帯域フィルタが要求されるが、送信側では受信側に比べて扱う電力が大きくなるためこれを冷却するための冷却手段にかかる負荷が非常に大きくなり、塔頂設置された第１冷却手段９でこれを冷却することは困難であった。
【０００６】
この発明の目的は、高い受信感度を維持しつつ、かつ高い選択度の高周波受信部を備えた高感度基地局無線装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、第１アンテナと、その第１アンテナに接続された第１アンテナフィーダと、第１無線装置からなり、その第１無線装置は上記第１アンテナフィーダが接続されるアンテナ端子と、そのアンテナ端子からの信号が入力される第１受信帯域フィルタと、その第１受信帯域フィルタの後に接続された第１受信低雑音増幅器と、その第１受信低雑音増幅器の出力信号を出力する第１出力端子を有し、上記第１受信帯域フィルタ及び第１受信低雑音増幅器は第１熱遮蔽函に封入されて第１冷却手段により冷却される高感度基地局無線装置に関する。
【０００８】
請求項１の発明は、上記第１無線装置を屋外に設置し、その第１無線装置からの出力信号を伝送線路で屋内に伝送し、その伝送線路からの信号を第２無線装置に入力する。その第２無線装置は、上記伝送線路が接続される受信入力端子と、その受信入力端子からの信号が入力される第２受信帯域フィルタと、その第２受信帯域フィルタの出力信号を出力する第２出力端子とを具備し、上記第２受信帯域フィルタを第２熱遮蔽函に封入して第２冷却手段により冷却する。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１において、上記第２受信帯域フィルタを、超電導体を電極材料として用いて構成する。
請求項３の発明は、請求項２において、さらに上記第１受信帯域フィルタを、超電導体を電極材料として用いて構成する。
請求項４の発明は、請求項２または３において、上記超電導体を用いた第１受信帯域フィルタを電極材料に超電導薄膜を用いたマイクロストリップライン形フィルタで構成し、上記超電導体を用いた第２受信帯域フィルタを電極材料に超電導厚膜を用いた誘電体共振器形フィルタで構成する。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１から４の何れかにおいて、上記第１熱遮蔽函の外部で、上記第１受信低雑音増幅器と第１出力端子との間の経路に第２受信低雑音増幅器を挿入する。
請求項６の発明は、請求項１から５の何れかにおいて、上記受信入力端子と第２受信帯域フィルタとの間の経路に第３受信低雑音増幅器を挿入する。
【００１１】
請求項７の発明は、請求項１から６の何れかにおいて、送信信号から所望の帯域の信号を選択する送信帯域フィルタを設け、その送信帯域フィルタを上記第２熱遮蔽函に封入して上記第２冷却手段により冷却する。
請求項８の発明は、請求項７において、上記送信帯域フィルタを、超電導体を電極材料として用いて構成する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１に請求項１の発明の実施例を示し、図８と対応する部分に同一の符号を付けてある。この実施例では、第１無線装置３の第１出力端子７に伝送線路２１の一端が接続され、伝送線路２１の他端が第２無線装置２２の入力端子２３に接続されている点が従来と異なる。第２無線装置２２は、伝送線路２１が接続される入力端子２３と、入力端子２３からの信号から所望の帯域の信号を選択する第２受信帯域フィルタ２４と、第２受信帯域フィルタ２４の出力信号を出力する第２出力端子２５とを備えている。また、第２受信帯域フィルタ２４は第２熱遮蔽函２６に封入され、第２冷却手段２７により第２冷却部材２７ａを介して冷却される。さらに、第２冷却手段２７に動作電力を供給するための第３電源端子２８が設けられる。ここで、第１受信帯域フィルタ５及び第２受信帯域フィルタ２４としては誘電体共振器形フィルタ、空洞共振器形フィルタ、半同軸フィルタ、薄膜ＨＩＣフィルタ、マイクロストリップライン形フィルタ等が用いられる。
【００１３】
第１受信帯域フィルタ５及び第２受信帯域フィルタ２４の特性例を図２Ａ、Ｂに示す。第１受信帯域フィルタ５の損失は受信感度に大きく影響する。そのため、第１受信帯域フィルタ５では第１受信低雑音増幅器６が飽和しない程度に妨害波を減衰させるように、必要最小限の段数で緩やかな減衰特性をもたせ、極力通過帯域の挿入損失を低くする。一方、第２受信帯域フィルタ２４に入力される受信信号は第１受信低雑音増幅器６で十分なレベルに増幅されているので、第２受信帯域フィルタ２４の損失が受信感度に与える影響は小さい。そこで、第２受信帯域フィルタ２４では通過帯域の挿入損失が大きくなってもよいので減衰特性を極力急峻にする。その結果、第１アンテナ１で受信された受信信号は第１無線装置３で高感度に受信された後、第２無線装置２２の急峻な第２受信帯域フィルタ２４で隣接帯域の妨害波が減衰されて第２出力端子２５から出力されるので、高い受信感度と高い選択度を同時に実現できる。
【００１４】
図１において、第２受信帯域フィルタ２４を、第２冷却手段２７で冷却された温度で超電導状態となる超電導体を電極材料として用いて構成したのが請求項２の発明である。第２受信帯域フィルタ２４は例えば超電導薄膜を用いたマイクロストリップラインで構成され、そのマイクロストリップラインを構成するグランド層と信号線とが共に超電導体で構成される。第２受信帯域フィルタ２４を超電導体で構成することにより、第２受信帯域フィルタ２４の減衰特性を著しく急峻にすることができる。
【００１５】
請求項２の発明において、さらに第１受信帯域フィルタ５を、第１冷却手段９で冷却された温度で超電導状態となる超電導体を電極材料として用いて構成したのが請求項３の発明である。第１受信帯域フィルタ５は例えば先の第２受信帯域フィルタ２４と同様に、超電導薄膜を用いたマイクロストリップラインで構成され、そのグランド層と信号線を共に超電導体とする。第１受信帯域フィルタ５を超電導体で構成することにより、第１受信帯域フィルタ５の挿入損失を著しく小さくし、第１無線装置３の受信感度を大幅に改善することができる。
【００１６】
請求項２または３の発明において、電極材料として超電導体を用いる場合に、第１受信帯域フィルタ５は超電導薄膜を用いたマイクロストリップライン形フィルタとし、第２受信帯域フィルタ２４は超電導厚膜を用いた誘電体共振器形フィルタとしたのが請求項４の発明である。第１無線装置３は屋外やアンテナ鉄塔の塔頂部近傍に設置されるため、装置をできるだけ小形とする必要がある。そこで、第１受信帯域フィルタ５として小形のマイクロストリップライン形フィルタを用いることにより、第１熱遮蔽函８や第１冷却手段９も小形となるため、第１無線装置３を小形にできる。一方、第２無線装置２２は屋内の例えば機械室に設置されるため、ある程度大型の装置を使用できる。そこで、第２受信帯域フィルタ２４をマイクロストリップライン形フィルタと比べて無負荷Ｑの高い誘導体共振器形フィルタで構成し、これを冷却するために冷却能力の高い第２冷却手段２７を用いることにより、より急峻な減衰特性を得ることができる。
【００１７】
図３に請求項５の発明による高感度基地局無線装置の実施例を示す。この実施例では、図１の実施例と比較して、第１熱遮蔽函８の外部で、第１受信低雑音増幅器６と第１出力端子７との間の経路に第２受信低雑音増幅器３１が挿入された点が異なる。高感度基地局無線装置に要求される全体の増幅利得が例えば３０ｄＢとして、第１受信低雑音増幅器６の増幅利得を例えば２０ｄＢとすれば、第２受信低雑音増幅器３１の雑音の影響は１／１００ と小さくなるので増幅器の設計によっては第２受信低雑音増幅器３１を冷却しなくてもよい場合がある。このような場合には、第２受信低雑音増幅器３１を第１熱遮蔽函８の外部に設置し、第１受信帯域フィルタ５及び第１受信低雑音増幅器６のみを冷却することにより、第１冷却手段９にかかる負荷を低減し、第１無線装置３のさらなる小形化が実現できる。
【００１８】
図４に請求項６の発明による高感度基地局無線装置の第１実施例を示す。この実施例では、図１の実施例と比較して、受信入力端子２３と第２受信帯域フィルタ２４の間の経路に第３受信低雑音増幅器４１を設け、さらに第３受信低雑音増幅器４１に動作電力を供給するための第４電源端子４２を設けた点が異なる。このように、全体として所要の増幅利得を得るために、増幅利得の一部を第２無線装置２２内の第３受信低雑音増幅器４１に配分することにより、第１無線装置３を小形化することができる。
【００１９】
図５に請求項６の発明による高感度基地局無線装置の第２実施例を示す。この実施例に示すように、第３受信低雑音増幅器４１を第２熱遮蔽函２６に封入して第２冷却手段２７で冷却してもよい。また、図示していないが、図４または図５の構成で、さらに第１熱遮蔽函８の外部で、第１受信低雑音増幅器６と第１出力端子７との間の経路に第２受信低雑音増幅器３１を挿入してもよい。
【００２０】
図６に請求項７の発明による高感度基地局無線装置の第１実施例を示す。この実施例では、図１の実施例と比較して、第１送信入力端子５１、送信帯域フィルタ５２及び送信出力端子５３が第２無線装置２２に設けられ、送信帯域フィルタ５２は第２熱遮蔽函２６に封入されて第２冷却手段２７で冷却され、送信出力端子５３と第２アンテナ５４が第２アンテナフィーダ５５で接続されている点が異なる。送信信号は第１送信入力端子５１から入力され、送信帯域フィルタ５２を通って第２アンテナ５４まで伝送される。送信帯域フィルタ５２を冷却することにより損失が低減されるため、低損失で急峻な減衰特性が実現できる。したがって送信信号の帯域外の歪みやスプリアスを低減でき、結果として帯域を接近させて周波数を有効に利用することができる。
【００２１】
図７に請求項７の発明による高感度基地局無線装置の第２実施例を示す。この実施例では、図６の実施例と比較して、送信用に第２アンテナ５４を設けるかわりに、アンテナ端子４と第１受信帯域フィルタ５の間の経路にアンテナ共用手段６１を設け、第２アンテナフィーダ５５を送信出力端子５３と第２送信入力端子６２間に接続し、第２アンテナフィーダ５５からの送信信号は第２送信入力端子６２からアンテナ共用手段６１に入力される構成とした点が異なる。ここでアンテナ共用手段６１は、送信側から入力された送信信号帯域の信号を第１アンテナ１側のみに伝送して受信側に伝送されるのを阻止し、第１アンテナ１側から入力された受信信号帯域の信号を受信側のみに伝送して送信側に伝送されるのを阻止するフィルタ回路で構成される。図７の構成にすることにより第２アンテナ５４が不要となり、基地局の小形化、低コスト化が実現できる。
【００２２】
図６または図７において、送信帯域フィルタ５２を、第２冷却手段２７で冷却された温度で超電導状態となる超電導体を電極材料として用いて構成したのが請求項８の発明である。例えば電極材料として超電導厚膜を用いた誘電体共振器形フィルタで送信帯域フィルタ５２を構成することにより、さらに低損失で急峻な減衰特性が実現できる。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば屋外に設置された第１無線装置では減衰特性を必要最低限の急峻さにして挿入損失を極力低減し、屋内に設置した第２無線装置で急峻な減衰特性を持たせることにより、高い受信感度と高い選択度を同時に実現できる。さらに、第１無線装置で用いられる第１受信帯域フィルタにマイクロストリップライン形フィルタなど小形のものを用い、第２無線装置で用いられる第２受信帯域フィルタに誘電体共振器形フィルタなど低損失のものを用いることにより、屋外に設置される第１無線装置を小形化しつつ高い受信感度と高い選択度を実現できる。また、受信低雑音増幅器を複数段に分割して一部を冷却しない、または第２無線装置内に増幅器を設けることにより、さらに第１無線装置を小形化できる。加えて、屋内に設置された第２冷却手段で送信帯域フィルタも冷却することにより、送信信号に関しても帯域外の歪みやスプリアスを低減することにより、帯域を接近させて周波数を有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の発明の実施例を示すブロック図。
【図２】第１受信帯域フィルタ及び第２受信帯域フィルタの特性例を示す図。
【図３】請求項５の発明の実施例を示すブロック図。
【図４】請求項６の発明の第１実施例を示すブロック図。
【図５】請求項６の発明の第２実施例を示すブロック図。
【図６】請求項７の発明の第１実施例を示すブロック図。
【図７】請求項７の発明の第２実施例を示すブロック図。
【図８】従来の高感度基地局無線装置を示すブロック図。

Claims (9)

1. 第１アンテナと、その第１アンテナに接続された第１アンテナフィーダと、第１無線装置からなり、その第１無線装置は上記第１アンテナフィーダが接続されるアンテナ端子と、そのアンテナ端子からの信号が入力される第１受信帯域フィルタと、その第１受信帯域フィルタの出力側に接続された第１受信低雑音増幅器と、その第１受信低雑音増幅器の出力信号を出力する第１出力端子を有し、上記第１受信帯域フィルタ及び第１受信低雑音増幅器は第１熱遮蔽函に封入されて第１冷却手段により冷却される高感度基地局無線装置において、
   上記第１無線装置は屋外に設置され、上記第１受信帯域フィルタは緩やかな減衰特性を有し、上記第１無線装置からの出力信号は伝送線路を通って屋内に伝送され、その伝送線路からの信号が第２無線装置に入力されており、
   その第２無線装置は、上記伝送線路が接続される受信入力端子と、その受信入力端子からの信号が入力され、上記第１受信帯域フィルタよりも損失は大きいが急峻な減衰特性を有する第２受信帯域フィルタと、その第２受信帯域フィルタの出力信号を出力する第２出力端子とを有し、上記第２受信帯域フィルタは第２熱遮蔽函に封入されて第２冷却手段により冷却されることを特徴とする高感度基地局無線装置。
2. 請求項１記載の高感度基地局無線装置において、
   上記第２受信帯域フィルタは電極材料として超電導体が用いられていることを特徴とする高感度基地局無線装置。
3. 請求項２記載の高感度基地局無線装置において、
   上記第１受信帯域フィルタは電極材料として超電導体が用いられていることを特徴とする高感度基地局無線装置。
4. 請求項２または３記載の高感度基地局無線装置において、
   上記超電導体を用いた第１受信帯域フィルタは電極材料に超電導薄膜を用いたマイクロストリップライン形フィルタで構成され、上記超電導体を用いた第２受信帯域フィルタは電極材料に超電導厚膜を用いた誘電体共振器形フィルタで構成されることを特徴とする高感度基地局無線装置。
5. 請求項１から４の何れかに記載の高感度基地局無線装置において、
   上記第１熱遮蔽函の外部で、上記第１受信低雑音増幅器と第１出力端子との間の経路に第２受信低雑音増幅器が挿入されたことを特徴とする高感度基地局無線装置。
6. 請求項１から５の何れかに記載の高感度基地局無線装置において、
   上記受信入力端子と第２受信帯域フィルタとの間の経路に第３受信低雑音増幅器が挿入されたことを特徴とする高感度基地局無線装置。
7. 請求項１から６の何れかに記載の高感度基地局無線装置において、
   送信信号から所望の帯域の信号を選択する送信帯域フィルタが設けられ、その送信帯域フィルタは上記第２熱遮蔽函に封入されて上記第２冷却手段により冷却されることを特徴とする高感度基地局無線装置。
8. 請求項７記載の高感度基地局無線装置において、
   上記送信帯域フィルタは電極材料として超電導体が用いられていることを特徴とする高感度基地局無線装置。
9. 請求項１から８の何れかに記載の高感度基地局無線装置において、
   上記第１受信帯域フィルタは第２受信帯域フィルタより挿入損失が小さいものであり、上記第２受信帯域フィルタは上記第１受信帯域フィルタより遮断特性が急峻なものであることを特徴とする高感度基地局無線装置。

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