JPH0389632A - 低雑音受信装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は衛星等からの微弱な信号を受信するために低
雑音増幅器、ミキサなどの半導体装置を極低温まで冷却
して雑音指数の改善を図る低雑音受信装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

ダイオードやＨＥＭＴ等の半導体素子は冷却するほど雑
音特性の改善が図れることから、衛星等からの極微弱な
信号を受信する低雑音受信装置においては低雑音増幅器
、ミキサなどの半導体装置を液体ヘリウム温度まで冷却
して使用する場合がある。

第５図は例えばテレビジョン学会技術報告ＲＥ８６−３
２．ｐ３０に示された従来の低雑音受信装置の構成図で
あり、半導体装置としてＨＥＭＴ増幅器を用いている０
図において、１はＨＥＭＴ増幅器、２はＨＥＭＴ増幅器
１の入力ＶＳＷＲを改善するためのサーキュレータ、３
は同軸線路、４は同軸・導波管変換器、５は同軸・導波
管変換器４の一端に設けられたフランジ、６は断熱導波
管、７は断熱導波管６の両端に設けられたフランジ〜８
は導波管、９は導波管８内に設けられた気密窓、１０は
同軸ケーブル、１１はＨＥＭＴＩ及びサーキュレータ２
を冷却するための冷却板、１２は外壁、１３は冷却板１
１．外壁１２等からなる冷凍機、１４は入力端子、１５
は出力端子である。実際の冷凍機１３は外壁１２．冷却
板１１の他にさらに圧縮機、コールドヘッド等を備えて
いるが、図中ではこれらを省略している。

この低雑音受信装置ではＨＥＭＴ増幅器ｌの入力端子に
はサーキュレータ２．同軸ケーブル３゜同軸・導波管変
換器４．断熱導波管６及び導波管８が、またＨＥＭＴ増
幅器ｌの出力端子には同軸ケーブル１０がそれぞれ接続
されており、これらは冷凍機１３内に収納された構成と
なっている。

導波管８と断熱導波管６との接続はフランジ７を外壁１
２にネジ等で固定することにより行われ、断熱導波管６
と同軸・導波管変換器４との接続はフランジ５と７とを
ネジ等で密着することにより行われている。

外壁１２及び気密窓９は冷凍機１３の内部を真空に保つ
ことにより、空気を介しての熱流入を防ぐためのもので
ある。また、断熱導波管６はＨＥＭＴ増幅器１の入力側
の回路損失を低減し、かつ熱伝導による外部からの熱流
入を小さくするために用いている。この断熱導波管６は
一般に熱伝導率の小さなステンレスやキュプロニッケル
等で形成され、断熱導波管６の金属の厚さ及び長さは使
用する冷凍機１３の能力に応じて選ばれている。

例えば、冷凍能力の小さな冷凍機１３を用いた場合、長
い断熱導波管６が用いられる。

このように空気を介しての熱流入及び伝導による熱流入
をできる限り小さくすることにより、ＨＥＭＴ増幅器１
を極低温まで冷却することができる。

−ｉにある物体から発生する熱雑音は温度に比例するた
め、この低雑音受信装置のようにＨＥＭＴ増幅器１を極
低温まで冷却することにより、ＨＥＭＴ増幅器１から発
生する熱雑音を非常に少なくすることができる。従って
、アンテナで受信した微弱な信号は入力端子１４．導波
管８．断熱導波管６．同軸・導波管変換器４．同軸ケー
ブル３及びサーキュレータ２を通ってＨＥＭＴ増幅器１
へ供給される。そこで、増幅された信号は同軸ケーブル
１０を通って出力端子１５へ供給され、さらに出力端子
１５に接続された信号処理回路（図示せず）へと供給さ
れる。

以上のように、ＨＥＭＴ増幅器ｌを極低温まで冷却する
ことにより、ＨＥＭＴ増幅器ｌで発生する熱雑音を低減
でき、非常に微弱な信号を受信することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の低雑音受信装置では使用する冷凍機１３の能力に
応じて断熱導波管６の長さを選ぶ必要があり、冷凍能力
の小さな冷凍機１３を使用するには断熱導波管６の長さ
を長くする必要がある。この場合、断熱導波管６の損失
が増えるため、低雑音受信装置の雑音指数が増大すると
いう問題点があった。

一方、冷凍能力の大きな冷凍機１３を使用すれば、断熱
導波管６の長さを短くできるため、低雑音受信装置の雑
音指数が増大することはない、しかし、この場合、非常
に高価な冷凍機１３が必要になってしまうという問題点
があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、冷凍能力の小さな冷凍機を用いて構成した雑
音指数の良好な低雑音受信装置を得ることを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る低雑音受信装置は、半導体装置の所定の
端子と冷凍機の外壁に設けた入力端子あるいは出力端子
とを電気的に接続する導波管の一部に電界に平行にすき
間を設け、かつすき間を設けた側の導波管端面にチョー
クフランジを設けたものである。

〔作用〕

この発明における低雑音受信装置は、導波管の一部に設
けたすき間により導波管からの伝導による熱流入を遮断
するとともに、チョークフランジによりすき間の電気的
な影響を小さくしている。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図は本発明の第１の実施例による低雑音受信装置の
構成を示しており、図において、第５図と同一符号は同
一部分を示し、１６は入力端子１４側の断熱導波管６端
面に設けたチョークフランジ、１７は導波管８と断熱導
波管６との間に電界に対して平行に設けたすき間である
。

また、第２図（ａ）はチョークフランジ１６近傍の詳細
な構造図、第２図（ｂ）はその等価回路図である。

第２図（ａ）において、すき間１７のＡＢ間及びＢＤ間
はラジアル線路であり、チョークフランジ１６に設けら
れた溝は導波管と見なすことができる。

従って、第２図（ａ）は第２図い）のようにラジアル線
路ＡＢ間にリアクタンスｊｘと先端短絡の導波管ＢＣ間
が接続された回路が導波管８と断熱導波管６との間に直
列に接続された等価回路で表わすことができる。ここで
、リアクタンスｊｘはラジアル線路ＢＤ間によるもので
ある。ラジアル線路ＡＢ間及び導波管ＢＣ間を１／４波
長に選び、リアクタンスｊｘが小さくなるようにすき間
１７の間隔、ＢＤ間の長さを適当に選ぶことにより、点
ＡＡから点ＢＢ側を見たインピーダンスはほぼ零となる
。このため、導波管８からきたマイクロ波帯の受信信号
はすき間１７に影響されることなく断熱導波管６へ伝搬
する。

従って、第１図に示すように導波管８と断熱導波管６と
間にすき間１７を設け、断熱導波管６のすき間１７側の
端面にチョークフランジ１６を設けることにより、導波
管８側から断熱導波管６への伝導による熱流入を遮断で
きるとともに、電気的にはすき間１７の影響を小さくす
ることができる。このようにすき間１７により熱流入を
遮断できるため、冷凍能力の小さな冷凍機１３を用いて
も極低温までＨＥＭＴ増幅器１を冷却することができる
。また、断熱導波管６の長さも十分短くできるため、回
路の低損失化が図れ、雑音指数の優れた低雑音受信装置
を得ることができる。

さらには、断熱導波管６の代わりに熱伝導率はやや大き
いが、電気抵抗の非常に小さな金属材料で形成した導波
管を用いることもでき、より雑音指数の改善を図ること
もできる。

以上のように、この発明の低雑音受信装置では冷凍機１
３の外壁１２に設けられた導波管８と断熱導波管６との
間にすき間１７を設け、かつすき間１７側の断熱導波管
６端面にチョークフランジ１６を設けることにより、電
気的にはすき間１７の影響を小さ（できるとともに伝導
による熱流入を遮断できる。従って、冷凍能力の小さな
冷凍機１３の使用が可能になり、低雑音受信装置の低価
格化が図れるとともに非常に短い断熱導波管６を用いる
ことができるために、雑音指数の優れた低雑音受信装置
を得ることもできる。

なお、上記実施例ではすき間１７を導波管８と断熱導波
管６との間に設けた場合について述べたが、これは本発
明の第２の実施例である第３図に示すようにすき間１７
を断熱導波管６と同軸・導波管変換器４との間に設け、
そのすき間１７の一部に熱伝導の非常に小さな誘電体ス
ペーサ１８を設けたものであっても良い、この場合、誘
電体スペーサ１８の厚さを適当に選ぶことにより、電界
に対して平行に設けたすき間１７の間隔を容易に設定で
きる。

また、さらには本発明の第３の実施例として第４図に示
すように、断熱導波管６を用いずに同軸・導波管変換器
４と導波管８とを直接接続し、両者間にすき間１７を設
けるとともに、そのすき間１７全体に誘電体スペーサ１
８を設けても良い、このような構成では、上記第２の実
施例と同様にすき間１７０間隔が容易に設定可能となる
とともに、誘電体スペーサ１８に気密窓９の機能を持た
せることができるため、気密窓９が不要となり、装置の
簡略化を図ることができる。

さらに、上記実施例ではＨＥＭＴ増幅器ｌの入力端子側
に導波管８．断熱導波管６を用いた場合について述べた
が、これはＨＥＭＴ増幅器１の出力端子側に設けても良
く、また、半導体装置としてＨＥＭＴ増幅器１の代わり
にミキサ、ＦＥＴ増幅器等を用いても良い。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、導波管の一部に電界
に平行にすき間を設けて、導波管を物理的に分割し、そ
の分割された導波管のすき間左設けた側の端面にチョー
クフランジを設けることにより、電気的にはすき間の影
響を小さくすることができ、しかも熱的には導波管を介
しての伝導による熱流入を遮断できる効果がある。従っ
て、冷凍能力の小さな冷凍機を用いても極低温まで半導
体装置を冷却することができ、低雑音受信装置を安価に
できるとともに非常に短い導波管の使用が可能となるた
め、雑音指数の良好な低雑音受信装置を得ることができ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例による低雑音受信装置
の構成図、第２図（ａ）、　（ｂ）はそれぞれ第１図の
すき間近傍の詳細な構造及び等価回路を示す図、第３図
及び第４図はこの発明の第２及び第３の実施例を示す低
雑音受信装置の構成図、第５図は従来の低雑音受信装置
の構成図である。 図中、１はＨＥＭＴ増幅器、２はサーキュレータ、３は
同軸ケーブル、４は同軸・導波管交換器、５はフランジ
、６は断熱導波管、７はフランジ、８は導波管、９は気
密窓、１０は同軸ケーブル、１１は冷却板、１２は外壁
、１３は冷凍機、１４は入力端子、１５は出力端子、１
６はチョークフランジ、１７はすき間、１８は誘電体ス
ペーサである。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）外壁で覆われた冷凍機内に半導体装置を装着し、
   これらの半導体装置を極低温まで冷却する低雑音受信装
   置において、 上記半導体装置の所定の端子と上記冷凍機の外壁に設け
   た入力端子あるいは出力端子とを電気的に接続する導波
   管と、 上記導波管を電界に対して平行に所定のすき間を設けて
   物理的に分割し、該分割された少なくとも一方の導波管
   の、すき間を設けた側の端面に設けたチョークフランジ
   とを備えたことを特徴とする低雑音受信装置。