JP3558260B2 - 高感度基地局無線装置 - Google Patents
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Description
【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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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