JP3592562B2 - 高感度無線機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば移動通信システムに用いられる基地局無線機に関し、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、高感度無線機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高感度無線機の基本構成を図５に示す。この従来の高感度無線受信機は、アンテナ端子１と、アンテナ端子１に入力された信号から所望の受信帯域の信号を選択して通過させ、非超電導材料で構成された第１受信帯域フィルタ２と、第１受信帯域フィルタ２の出力からさらに所望の受信帯域の信号を選択して通過させ、帯域外の入力を除去する超電導材料で構成された第２受信帯域フィルタ３と、第２受信帯域フィルタ３の出力を所望のレベルまで低雑音で増幅する受信低雑音増幅器４と、受信低雑音増幅器４からの出力信号を出力する受信出力端子５とを備えている。また、送信信号入力端子６と、送信信号入力端子６に入力された信号から送信帯域の信号を選択して通過させる送信帯域フィルタ７とを備えている。第１受信帯域フィルタ２と送信帯域フィルタ７は各一端が結合回路８によりアンテナ側へ結合され、第１受信帯域フィルタ２、送信帯域フィルタ７及び結合回路８により送受共用器９が構成されている。第２受信帯域フィルタ３と受信低雑音増幅器４は、熱遮蔽函１０に封入され、外部と断熱されるとともに、冷却手段１１により冷却部材１１ａを介して冷却される。さらに、受信低雑音増幅器４に電力を供給するための第１電源端子１２と冷却手段１１に電力を供給するための第２電源端子１３がそれぞれ設けられる。
【０００３】
第２受信帯域フィルタ３及び受信低雑音増幅器４は、例えば真空断熱により外部からの熱侵入を遮断する熱遮蔽函１０に封入され、冷却手段１１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２受信帯域フィルタ３及び受信低雑音増幅器４を長時間安定して極低温に冷却することにより、第２受信帯域フィルタ３及び受信低雑音増幅器４で発生する熱雑音を極限的に低減するとともに、第２受信帯域フィルタ３の挿入損失を小さくすることができる。その結果、図５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５に示した高感度無線機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。
【０００４】
また、第２受信帯域フィルタ３を超電導材料で構成し、冷却手段１１により超電導状態とすることにより、非常に急峻な減衰特性を得ることができる。その結果、図５に示した受信機の選択度を高くすることができ、隣接帯域からの電波干渉を大幅に低減することができる。したがって、図５に示した高感度無線機を用いることにより、自帯域信号と隣接帯域信号の周波数間隔（ガードバンド）を狭めても電波干渉は低く抑えられるため、周波数の利用効率を大幅に増大することができるという効果が得られる。
【０００５】
第２受信帯域フィルタ３としては、マイクロストリップライン形フィルタ、空洞共振器形フィルタ、誘電体共振器形フィルタ、半同軸形フィルタ等を用いることができ、いずれも電極を超電導材料で構成することにより上記の効果が得られる。
ところで、第２受信帯域フィルタ３を構成する超電導材料は臨界電流以上の電流を流すと超電導性を失うため、第２受信帯域フィルタ３に加えられる電力が大きくなるとフィルタの特性が劣化する。そのため、第２受信帯域フィルタ３を直接結合回路８に結合した場合、アンテナで受信された受信帯域外の強い入力や、送信帯域フィルタを通過した信号が第２受信帯域フィルタ３に加えられてしまい、第２受信帯域フィルタ３の特性が劣化してしまう恐れがある。そこで、図５の高感度無線機では第２受信帯域フィルタ３の入力側で、熱遮蔽函１０の外部に第１受信帯域フィルタ２を設け、受信帯域外の高い電力の信号を第２受信帯域フィルタ３の特性が劣化しないレベルまで減衰させている。第１受信帯域フィルタ２としては、マイクロストリップライン形フィルタ、空洞共振器形フィルタ、誘電体共振器形フィルタ、半同軸形フィルタ等が用いられ、これらの電極は例えば金などの金属により構成される。
【０００６】
ここで、各フィルタの伝送特性の例を図６に示す。第１受信帯域フィルタ２では受信帯域外の信号を第２受信帯域フィルタ３の特性が劣化しない程度に減衰させればよいため、第１受信帯域フィルタ２のみで所望の減衰特性を得る場合と比べれば挿入損失は低く抑えられる。超電導材料により構成された第２受信帯域フィルタ３に急峻な減衰特性をもたせているため、受信機全体としては急峻な減衰特性が得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の高感度無線機では、第１受信帯域フィルタ２が熱遮蔽函１０の外部に設けられているため、第１受信帯域フィルタ２の挿入損失が受信感度に大きな影響を与える。アンテナで受信された受信帯域外の信号や送信信号の電力が比較的低い場合は第１受信帯域フィルタ２による送信帯域の減衰量は小さくてよく、したがって第１受信帯域フィルタ２の減衰特性は緩やかでよいため挿入損失も低く抑えられる。ところが送信信号の電力が例えば数１０Ｗ〜１００Ｗと高い場合や都市部のように高いレベルの帯域外信号がアンテナから入力される恐れのある場合には第１受信帯域フィルタ２による送信帯域の減衰量を大きくしなければならず、結局所望の減衰特性を得るために挿入損失が大きくなるという問題があった。
【０００８】
この発明の目的は、第２受信帯域フィルタ３への過大な入力を防ぐために第１受信帯域フィルタ２を用いた場合でも、高感度な受信が可能な高感度無線機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、アンテナからの受信信号が入力される第１受信帯域フィルタと、そのアンテナへ出力される送信信号が通される送信帯域フィルタと、これら送信帯域フィルタと第１受信帯域フィルタのアンテナ側の各一端を結合するための結合回路と、上記第１受信帯域フィルタの出力側に接続された第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側に接続された受信低雑音増幅器を有し、上記第２受信帯域フィルタ及び上記受信低雑音増幅器は熱遮蔽函に封入されて冷却手段により冷却され、上記第２受信帯域フィルタは超電導材料で構成され、上記冷却手段により超電導状態とされている高感度無線機を前提とする。
【００１０】
請求項１の発明では、上記第１受信帯域フィルタは非超電導材料で構成され、一部を上記熱遮蔽函に封入し、上記冷却手段により冷却する。
請求項２の発明では、上記第１受信帯域フィルタは送信帯域周波数で減衰極をもつ部分を有する。
請求項３の発明では、上記第１受信帯域フィルタの被冷却部分は金属薄膜を用いたマイクロストリップ線路で構成し、上記第２受信帯域フィルタは超電導薄膜を用いたマイクロストリップ線路で構成し、これら第１受信帯域フィルタの被冷却部分と第２受信帯域フィルタを同一基板上に形成する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１に１つの提案例を示し、図５と対応する部分に同一番号を付けてある。この提案例では、第１受信帯域フィルタ２が熱遮蔽函１０に封入され、冷却手段１１により冷却部材１１ａを介して冷却されている点が図５と異なる。このように第１受信帯域フィルタ２を冷却することにより、そこで発生する熱雑音を極限的に低減することができ、第１受信帯域フィルタ２を用いた場合でも高い受信感度が得られる。
【００１２】
図２に請求項１の発明の実施例を示す。この実施例では、第１受信帯域フィルタ２は常温部分２ａと被冷却部分２ｂに分割され、被冷却部分２ｂが熱遮蔽函１０に封入されて冷却手段１１により冷却部材１１ａを介して冷却されている。第１受信帯域フィルタ２に入力される電力が非常に大きい場合、図１のように第１受信帯域フィルタ２全体を冷却すると第１受信帯域フィルタ２での発熱が大きくなり、また結合回路８と第１受信帯域フィルタ２とを接続するケーブルも大電力に耐えられるように太くしなければならず、ケーブルを通して熱遮蔽函１０の内部に侵入する熱が大きくなる。そのため冷却手段１１の冷却能力を大きくする必要があり装置全体を大型化しなければならない。このような場合には第１受信帯域フィルタ２を挿入損失が無視できる程度の最初の数段（常温部分２ａ）と、残りの部分（被冷却部分２ｂ）に分割し、被冷却部分２ｂのみを冷却することにより冷却手段１１にかかる負荷を大きくすることなく、図１に示したものと同様の効果が得られる。なお、常温部分２ａと被冷却部分２ｂは例えば一方を誘電体共振器形フィルタ、他方をマイクロストリップライン形フィルタといったように異なる種類のフィルタで構成してもよい。
【００１３】
そして被冷却部分２ｂ（図１では第１受信帯域フィルタ２）に、送信帯域周波数で減衰極をもたせている。図３ＡおよびＢに被冷却部分２ｂの伝送特性の例を示す。送信と受信で１つのアンテナを共用する場合、第１受信帯域フィルタ２では特に送信帯域の信号を大きく減衰させる必要がある。そこで、図３Ａに示すように被冷却部分２ｂを送信帯域周波数で減衰極をもたせて構成することにより、少ない段数で所望の減衰特性が得られ、結果として挿入損失を低く抑えられる。図３Ａでは被冷却部分２ｂに帯域通過特性と極による減衰特性を持たせているが、図３Ｂのように常温部分２ａに帯域通過特性をもたせ、被冷却部分２ｂに極による減衰特性をもたせる構成としてもよい。また被冷却部分２ｂではなく常温部分２ａに、送信帯域周波数で減衰極をもたせてもよい。
【００１４】
請求項２の発明では被冷却部分２ｂ及び第２受信帯域フィルタ３を特にマイクロストリップライン形フィルタで構成し、被冷却部分２ｂを構成する金属材料を用いた回路と、第２受信帯域フィルタ３を構成する超電導材料を用いた回路とを同一基板上に形成している。
図４に回路の製作方法の一例を示し、以下に手順を説明する。（ａ）まず基板の両面にスパッタリング等により超電導薄膜を成膜する。（ｂ）次にフォトリソグラフィーにより所望の第２受信帯域フィルタ３の回路パターンを作製する。（ｃ）続いて作製した超電導薄膜の回路をフォトレジスト等で保護し、真空蒸着等により被冷却部分２ｂを構成するための金などの金属材料を成膜する。（ｄ）フォトリソグラフィーにより所望の被冷却部分２ｂの回路パターンを作製する。（ｅ）不要なフォトレジストを除去する。
【００１５】
このように同一基板上に金属材料で構成された被冷却部分２ｂと第２受信帯域フィルタ３を形成することにより、回路を小形化することが可能となり、被冷却部分２ｂと第２受信帯域フィルタ３の間の損失を限りなく低減することができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上延べたようにこの発明によれば、電極を超電導材料で構成した第２受信帯域フィルタへの過大な入力を防ぐために、第２受信帯域フィルタの前に電極を金属材料で構成した第１受信帯域フィルタを設けた場合でも、第１受信帯域フィルタの一部または全部を第２受信帯域フィルタとともに冷却することにより、高い受信感度を保つことができる。また、第１受信帯域フィルタの被冷却部分又は常温部分において、送信帯域周波数で減衰極をもたせることにより第１受信帯域フィルタで必要となるフィルタの段数を小さくでき、より高感度化が可能となる。さらに、第１受信帯域フィルタの被冷却部分と第２受信帯域フィルタをいずれもマイクロストリップラインで同一基板上に形成することにより回路を小形化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】１つの提案例を示すブロック図。
【図２】請求項１の発明の実施例を示すブロック図。
【図３】請求項１の発明におけるフィルタの伝送特性例を示す図。
【図４】請求項２の発明の実施例における回路製作方法の一例を示す図。
【図５】従来の高感度無線機の構成を示すブロック図。
【図６】第１受信帯域フィルタおよび第２受信帯域フィルタの伝送特性例を示す図。

Claims (2)

1. アンテナからの受信信号が入力される第１受信帯域フィルタと、そのアンテナへ出力される送信信号が通される送信帯域フィルタと、これら送信帯域フィルタと第１受信帯域フィルタのアンテナ側の各一端を結合するための結合回路と、上記第１受信帯域フィルタの出力側に接続された第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側に接続された受信低雑音増幅器を有し、上記第２受信帯域フィルタ及び上記受信低雑音増幅器は熱遮蔽函に封入されて冷却手段により冷却され、上記第２受信帯域フィルタは超電導材料で構成され、上記冷却手段により超電導状態とされている高感度無線機において、
   上記第１受信帯域フィルタは帯域通過特性を有する常温部分と、帯域通過特性と送信帯域周波数で極による減衰特性とを持つ冷却部分とからなり、かつ非超電導材料で構成され、上記冷却部分が上記熱遮蔽函に封入され、上記冷却手段により冷却されることを特徴とする高感度無線機。
2. 請求項１記載の高感度無線機において、
   上記第１受信帯域フィルタの被冷却部分は金属薄膜を用いたマイクロストリップ線路で構成され、上記第２受信帯域フィルタは超電導薄膜を用いたマイクロストリップ線路で構成され、これら第１受信帯域フィルタの被冷却部分と第２受信帯域フィルタが同一基板上に形成されたことを特徴とする高感度無線機。

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