JP2004186957A - 高感度アレイ受信機 - Google Patents
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Abstract
【課題】雰囲気温度の変化に対してロバストで、低損失・低雑音であり、十分な光伝送部のダイナミックレンジを確保することができる受信感度を向上させた高感度アレイ受信機を提供する。
【解決手段】４個の配列されたアンテナ素子１ａ〜１ｄに接続される素子給電線２を介して、各々のアンテナ素子からの受信信号は移相回路３ａ〜３ｄからなる受信用移相器３により各々の間の位相差が調整されて、４個の受信帯域フィルタ４ａ〜４ｄの各々に通され、その受信帯域フィルタの出力が４個の受信低雑音増幅器５ａ〜５ｄで増幅され、その受信低雑音増幅器の出力が合成器６により合成された後、レーザーダイオード７によって光信号に変換して出力する高感度アレイ受信機において、受信用移相器、受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、合成器、及びレーザーダイオードは熱遮蔽函に封入されて冷却手段により冷却される。
【選択図】図１
【解決手段】４個の配列されたアンテナ素子１ａ〜１ｄに接続される素子給電線２を介して、各々のアンテナ素子からの受信信号は移相回路３ａ〜３ｄからなる受信用移相器３により各々の間の位相差が調整されて、４個の受信帯域フィルタ４ａ〜４ｄの各々に通され、その受信帯域フィルタの出力が４個の受信低雑音増幅器５ａ〜５ｄで増幅され、その受信低雑音増幅器の出力が合成器６により合成された後、レーザーダイオード７によって光信号に変換して出力する高感度アレイ受信機において、受信用移相器、受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、合成器、及びレーザーダイオードは熱遮蔽函に封入されて冷却手段により冷却される。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば移動通信、衛生通信や固定マイクロ波通信システムに用いられる無線受信機に関し、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、高感度アレイ受信機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１に従来の高感度アレイ受信機のブロック図を示す。
ここではアンテナ素子ｎ＝４の場合を示している。この従来の高感度アレイ受信機は、４個のアンテナ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄからなるアンテナ１と各アンテナ素子に接続された素子給電線２（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）と、各々の素子給電線からの受信信号の位相差を調整する受信用移相回路（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）からなる受信用移相器３と、受信用移相回路３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの出力から各々所望の受信帯域の信号を選択して通過させる受信帯域フィルタ４（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）と、受信帯域フィルタの出力を各々所望のレベルまで低雑音で増幅する受信低雑音増幅器５（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）と、受信低雑音増幅器の出力を合成する合成器６と、合成器６の出力を光信号に変換するレーザーダイオード（以下「ＬＤ」という）７と、ＬＤからの光信号を出力する受信出力端子１３と、光ファイバケーブルからなる伝送線路６１と、光／電気変換器（以下「Ｏ／Ｅ」という）６２を備えている。また、受信用移相器３、受信帯域フィルタ４、受信低雑音増幅器５、合成器６及びＬＤ７は筐体１２に収納される。
【０００３】
受信用移相器３は、例えば図１２に示したような構成になっている。アンテナ１に対し俯角θの方向から入射した波長λの受信信号は、間隔ｄで隣り合うアンテナ素子間で、
２πｄｓｉｎθ／λ
の位相差をもって到達する（上側のアンテナ素子ほど位相が遅れる）。したがって受信用位相器３でΔφ＝２πｄｓｉｎθ／λずつ位相を遅らせて合成することにより、俯角θの方向から信号が入射した場合に同相で合成されるため最も強く受信され、アンテナビームの中心を俯角θ方向に向けることができる。移動通信基地局システムではこのようにアンテナビームの中心を地表方向に傾けることにより、エリア内の移動機の出力に対する感度が高くなるように設計する場合もある。また、図１２には示されていないがアンテナを送信にも共用する構成では、他の隣接エリアへの電波干渉を低減するためにアンテナビームの中心を地表方向に傾ける場合もある。
また、合成器６から出力される受信信号は、ＬＤ７により光信号に変換され、伝送線路６１により伝送され、Ｏ／Ｅ６２により再び電気信号に変換されて受信信号として出力される。（例えば、非特許文献１ 参照）ここでＬＤ７と、伝送線路６１と、Ｏ／Ｅ６２で構成される光伝送路を光伝送部６３と言う。光伝送部６３は光ファイバケーブルを用いるため、同軸ケーブルによる電気信号の伝送方法と比較して伝送線路の軽量化、低損失化、及び広帯域化が可能である。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｔａ−Ｓｈｉｎｇ Ｃｈｕ ａｎｄ Ｍｉｃｈａｅｌ Ｊ． Ｇａｎｓ， ”Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｍｉｃｒｏｃｅｌｌｕａｒ Ｒａｄｉｏ，” ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｖｏｌ．４０， Ｎ０３， Ａｕｇｕｓｔ １９９１． ｐｐ．５９９−６０６．
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１３に示した前記従来の技術の高感度アレイ受信機において、光伝送部６３のダイナミックレンジ（以下「ＤＲ」という）は、光伝送部６３の利得、雑音、及び歪特性を総合的に反映するパラメータであり、その定義として、図１３に示すように、等レベルの２波の搬送波信号（搬送波成分）を伝送する場合、光伝送部の出力において、相互変調歪成分の電力が雑音電力を超えないという条件の下で、達成できる最大のＣ／Ｎ比（搬送波電力／雑音電力）である。しかし前記高感度アレイ受信機が屋外に設置される場合、雰囲気温度の変化によって、ＬＤ７の電気／光変換（以下「Ｅ／Ｏ」という）特性が大きく変動することがある。さらにＤＲは主としてＬＤ７のＥ／Ｏ特性に支配されるため、ＤＲも雰囲気温度の変動により大きく変動することがある。
一方、高感度アレイ受信機の受信性能を表す指標の一つとして、多重化チャネル数ｍがある。ｍが大きい場合、ｍとＤＲとの関係を次の式で近似的に表すことができる。
【数１】
（文献「Ｔ． Ｏｌｓｏｎ， ”Ａｎ ＲＦ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｆｉｂｅｒ−ｏｐｔｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ｇｕｉｄｅ”， Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｈｏｕｒｎａｌ， １９９６， ３９， （８） ｐｐ．５４−７８ 参照。）このため、ＤＲが変動すると、所要のｍを確保できなくなる場合がある。
【０００６】
図１４にＬＤ７の動作温度に対するＤＲに関する実験結果の一例を示す。この実験例において、ＬＤ７はＤＦＢ型レーザーダイオードである。図１４において、ＬＤ７の動作温度が例えば２９８Ｋ（２５°Ｃ）から３１８Ｋ（３５°Ｃ）に上昇した場合、ＤＲは３．３ｄＢ減少する。２９８Ｋでのｍを例えば３２波とすると、（式１）から、３１８Ｋのときのｍは１０波程度になり、ＬＤ７の動作温度の上昇によるｍの劣化は極めて大きい。
従来ではＬＤ７の動作温度の安定化を図るためにペルチェ素子が一般的に用いられている。しかし大きな雰囲気温度の変化を有する屋外において、ペルチェ素子によるＬＤ７の温度の安定化は困難である。このため、従来の高感度アレイ受信機を屋外に設置する場合、雰囲気温度の変動に対して、所望のｍを達成するＤＲを安定して確保することは極めて困難であるという問題があった。
本発明の目的は、高感度受信機が屋外に設置される場合でも、受信用移相器、受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、合成器、及びＬＤを熱遮蔽函に封入して冷却することにより雰囲気温度の変化に対してロバストで、低損失・低雑音であり、安定してかつ十分な光伝送部のダイナミックレンジを有する受信感度を向上させた高感度アレイ受信機を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明においては、アンテナがｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子の配列で構成され、各々のアンテナ素子に接続される素子給電線を介して、各々のアンテナ素子からの受信信号の位相差を調整する複数の移相回路から構成される受信用移相器により各々の間の位相差が調整されて、ｎ個の受信帯域フィルタの各々に通され、その受信帯域フィルタの出力がｎ個の受信低雑音増幅器で増幅され、その受信低雑音増幅器の出力が合成器により合成されて出力された後、レーザーダイオードにより光信号に変換して出力する高感度アレイ受信機において、
受信用移相器と受信帯域フィルタと受信低雑音増幅器と合成器とレーザーダイオードは熱遮蔽函に封入されて冷却手段により冷却されることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明においては、アンテナがｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子の配列で構成され、各々のアンテナ素子に接続される素子給電線を介して、各々のアンテナ素子からの受信信号の位相差を調整する複数の移相回路から構成される受信用移相器により各々の間の位相差が調整されて、ｎ個の受信帯域フィルタの各々に通され、その受信帯域フィルタの出力がｎ個の受信低雑音増幅器で増幅され、その受信低雑音増幅器の出力が合成器により合成されて出力された後、レーザーダイオードによって光信号に変換して出力する高感度アレイ受信機において、
受信用移相器と受信帯域フィルタと受信低雑音増幅器と合成器は熱遮蔽函に封入され、冷却手段により所望の第１の温度に冷却され、レーザーダイオードは上記熱遮蔽函に封入され、熱抵抗手段を介して上記冷却手段により第２の温度に冷却されることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明においては、アンテナがｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子の配列で構成され、各々のアンテナ素子に接続される素子給電線を介して、各々のアンテナ素子からの受信信号の位相差を調整する複数の移相回路から構成される受信用移相器により各々の間の位相差が調整されて、ｎ個の受信帯域フィルタの各々に通され、その受信帯域フィルタの出力がｎ個の受信低雑音増幅器で増幅され、その受信低雑音増幅器の出力が合成器により合成されて出力された後、レーザーダイオードによって光信号に変換して出力する高感度アレイ受信機において、
受信用移相器と受信帯域フィルタと受信低雑音増幅器と合成器は熱遮蔽函に封入され、熱抵抗手段を介して冷却手段により所望の第１の温度に冷却され、レーザーダイオードは上記熱遮蔽函に封入され、上記冷却手段により第２の温度に冷却されることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明においては、アンテナがｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子の配列で構成され、各々のアンテナ素子に接続される素子給電線を介して、各々のアンテナ素子からの受信信号の位相差を調整する複数の移相回路から構成される受信用移相器により各々の間の位相差が調整されて、ｎ個の受信帯域フィルタの各々に通され、その受信帯域フィルタの出力がｎ個の受信低雑音増幅器で増幅され、その受信低雑音増幅器の出力が合成器により合成されて出力された後、レーザーダイオードによって光信号に変換して出力する高感度アレイ受信機において、
受信用移相器と受信帯域フィルタと受信低雑音増幅器と合成器は熱遮蔽函に封入され、第１冷却手段により所望の第１の温度に冷却され、レーザーダイオードは熱遮蔽函に封入され、第２冷却手段により第２の温度に冷却されることを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明においては、アンテナがｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子の配列で構成され、各々のアンテナ素子に接続される素子給電線を介して、各々のアンテナ素子からの受信信号の位相差を調整する複数の移相回路から構成される受信用移相器により各々の間の位相差が調整されて、ｎ個の受信帯域フィルタの各々に通され、その受信帯域フィルタの出力がｎ個の受信低雑音増幅器で増幅され、その受信低雑音増幅器の出力が合成器により合成されて出力された後、レーザーダイオードによって光信号に変換して出力する高感度アレイ受信機において、
受信用移相器と受信帯域フィルタと受信低雑音増幅器と合成器は熱遮蔽函に封入され、２ステージ形冷却手段の第１ステージに設置されて所望の第１の温度に冷却され、レーザーダイオードは上記熱遮蔽函に封入され、上記２ステージ形冷却手段の第２ステージに設置されて第２の温度に冷却されることを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明においては、アンテナがｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子の配列で構成され、各々のアンテナ素子に接続される素子給電線を介して、各々のアンテナ素子からの受信信号の位相差を調整する複数の移相回路から構成される受信用移相器により各々の間の位相差が調整されて、ｎ個の受信帯域フィルタの各々に通され、その受信帯域フィルタの出力がｎ個の受信低雑音増幅器で増幅され、その受信低雑音増幅器の出力が合成器により合成されて出力された後、レーザーダイオードによって光信号に変換して出力する高感度アレイ受信機において、
受信帯域フィルタと受信低雑音増幅器とレーザーダイオードは熱遮蔽函に封入され、冷却手段で冷却されることを特徴とする。
【００１３】
請求項７の発明においては、請求項６に記載の高感度アレイ受信機において、
受信用移相回路及び合成器が上記熱遮蔽函に封入され、冷却手段により冷却されることを特徴とする。
請求項８の発明においては、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の高感度アレイ受信機において、
合成器とレーザーダイオードとの間に信号伝送経路が挿入され、合成器の出力信号の一部をバイアス電流制御手段に入力する電力分配手段が設けられ、バイアス電流制御手段は入力した信号の電力レベルに応じてレーザーダイオードへ供給するバイアス電流を制御することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は請求項１の高感度アレイ受信機の実施例を示すブロック図である。図１１と対応する部分に同一番号を付けてある。
受信用移相器３、受信帯域フィルタ４、受信低雑音増幅器５、合成器６、及びＬＤ７は、例えば真空断熱により外部からの熱進入を遮断する熱遮蔽函８に封入され、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る冷却手段９により冷却部材９ａを介して冷却され、これらは市販の製品を利用することができる。受信低雑音増幅器５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは、第１電源端子５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄから電源が供給され、冷却手段９は第２電源端子９０から電源が供給される。
このように受信用移相器３、受信帯域フィルタ４、受信低雑音増幅器５、合成器６、及びＬＤ７を長時間安定して極低温に冷却することにより、受信用移相器３、受信帯域フィルタ４、受信低雑音増幅器５、合成器６、及びＬＤ７で発生する熱雑音を極限的に低減するとともに、受信用移相器３及び受信帯域フィルタ４の挿入損失を小さくすることができる。その結果、高感度アレイ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１に示した高感度アレイ受信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。また、熱遮蔽函８はその内部を真空にすることによって、ＬＤ７を極低温に冷却しても空気中の水蒸気が昇華してＬＤ７に霜がおりることを防ぐことができる。
【００１５】
図２は請求項２の高感度アレイ受信機の実施例を示すブロック図である。
図１に示した構成と比較してこの実施例では受信用移相器３、受信帯域フィルタ４、受信低雑音増幅器５、及び合成器６は冷却手段９により冷却部材９ａを介して第１の温度で冷却され、ＬＤ７は冷却手段９により冷却部材９ａ、熱抵抗手段２０−１を介して第２の温度で冷却される点が異なる。
熱抵抗手段２０−１を用いることにより第１の温度と第２の温度との間に必要な温度オフセットを設けることができる。 第１の温度は、例えば受信帯域フィルタ４を超伝導材料で構成した場合、受信帯域フィルタ４の臨界温度以下に設定される。この温度状態では受信帯域フィルタ４は超伝導状態になっているため、受信帯域フィルタ４を構成する共振器を多段化しても、受信帯域フィルタ４は超伝導状態であるため、その損失分が少なく、減衰特性を急峻にすることができ、同時に熱雑音も極限的に低減される。超伝導体として高温超伝導体を用いた場合には臨界温度が１００Ｋを超えるものもあり、例えば液体窒素の沸点７７．４Ｋ程度に設定すればよい。
【００１６】
一方第２の温度は、ＬＤ７を好適の電気特性で動作させる温度である。例えば図１４の実験例のデータにおいて、このＬＤ７は２１３Ｋの温度において、そのダイナミックレンジが最大化される。２９８Ｋ（２５°Ｃ）時の値と比べて２１３Ｋ時のダイナミックレンジは７ｄＢ改善される。前記（式１）によれば、この改善量は１１．２倍の光伝送部の多重化チャネル数の拡大効果をもたらす。例えば２９８Ｋの場合で光伝送部の多重化チャネル数を３２波であるとすると、２１３Ｋのときの多重化チャネル数は３６０波となる。このため、光伝送部の多重化チャネル数の最大化を図るときに、このＬＤ７に関して第２の温度を２１３Ｋに設定する。
ＬＤ７にとって好適な温度と上記記載のように受信用移相器３、受信帯域フィルタ４、受信低雑音増幅器５、及び合成器６にとって好適な温度は異なる場合がある。そこで、この実施例では受信用移相器３、受信帯域フィルタ４、受信低雑音増幅器５、及び合成器６が第１の温度に安定する状態を冷却手段９により実現し、ＬＤ７が第１の温度と比較して高い第２の温度に安定する状態をＬＤ７と冷却部材９ａとの間に熱抵抗手段２０−１を介在することにより実現する。この場合、第１、第２の温度の所要のオフセットは、熱抵抗手段２０−１を構成する部材の熱伝導率及び形状を適切に選ぶことにより実現することができる。
なお、図２の実施例においては、受信用移相器３、受信帯域フィルタ４、受信低雑音増幅器５、合成器６を共に冷却手段９により冷却しているが、受信用移相器３、受信低雑音増幅器５、合成器６を冷却手段９との間に熱抵抗手段を介在させることでそれぞれ最適な温度で冷却することもできる。
【００１７】
図３は請求項３の高感度アレイ受信機の実施例を示すブロック図である。
図１に示した構成と比較してこの実施例では、ＬＤ７は冷却手段９により第２の温度で冷却し、受信用移相器３、受信帯域フィルタ４、受信低雑音増幅器５、合成器６を熱抵抗手段２０−２を介して第２の温度と比較して高い第１の温度で冷却する点が異なる。
この実施例において、例えば、受信帯域フィルタ４を熱抵抗手段２０−２を介在させることなく冷却手段９により冷却する等の変更をすることも可能である。
【００１８】
図４は請求項４の高感度アレイ受信機の実施例を示すブロック図である。
この実施例は、図２に示した構成と比較して受信用移相器３、受信帯域フィルタ４、受信低雑音増幅器５、及び合成器６を纏めて第１冷却手段９−１により第１の温度で冷却し、ＬＤ７は第２の冷却手段９−２により第２の温度で冷却する点が異なる。また、３個以上の冷却手段を用いて受信用移相器３、受信帯域フィルタ４、受信低雑音増幅器５、及び合成器６を最適な温度で冷却することもできる。
【００１９】
図５は、請求項５の高感度アレイ受信機の実施例を示すブロック図である。
この実施例は、図４に示した構成と比較して２ステージ形冷却手段を用いる点が異なる。すなわち受信用移相器３、受信帯域フィルタ４、受信低雑音増幅器５、及び合成器６を纏めて第１の温度により２ステージ形冷却手段９−３の第１ステージ９−３ａに設置することにより冷却し、ＬＤ７は第２の温度により２ステージ冷却手段９−３の第２ステージ９−３ｂにより冷却する。また、同様に３ステージ形以上の冷却手段を用いることもできる。
図４、図５に示した実施例において、受信用移相器３、受信帯域フィルタ４、受信低雑音増幅器５、及び合成器６と冷却部材間に熱抵抗手段を介在させて第３の温度で冷却することも可能である。
【００２０】
図６は、請求項６の高感度アレイ受信機の実施例を示すブロック図である。
図１に示された構成と比較して各々のアンテナ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄからの受信信号は４個の受信帯域フィルタ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに入力され、受信帯域フィルタの出力が４個の受信低雑音増幅器５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄで増幅され、増幅された信号の各々は４個の受信用移相回路３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄにより各々の間の位相差が調整されて、合成器６により合成されてレーザーダイオードに出力される点が異なる。
受信帯域フィルタ４及び受信低雑音増幅器５は極低温に安定して保持されていることから、受信帯域フィルタ４及び受信低雑音増幅器５の位相特性が変動しないので、受信用移相器３を受信低雑音増幅器５の後段に配置することができる。図６に示すように受信用移相器３及び合成器６を熱遮蔽函８の外部に設けることにより、冷却手段９−４の熱負荷を低減できる。
【００２１】
図７は、請求項７の高感度アレイ受信機の実施例を示すブロック図である。
この実施例は図６に示した構成と比較して、受信用移相器３及び合成器６を熱遮蔽函８に収納して冷却手段９により冷却する。受信用移相器３及び合成器６を熱遮蔽函８に封入して冷却することにより発生する熱雑音を低減できるため、受信機の更なる高感度化を図ることができる。
【００２２】
図１〜図７の実施例で示した高感度アレイ受信機において、受信用移相器３は４個の受信用移相回路３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄからなるが、各々の受信信号の間の位相差を調整すればよいため、受信用移相回路３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄのいずれか一つを省くことができる。一般にアンテナ素子数がｎである場合は受信用移相器３の受信用移相回路数はｎ、もしくはｎ−１でよい。
また、図６、図７の実施例で示した高感度アレイ受信機において、受信用移相器３及び合成器６からなる部分を図８に示すような移相合成回路１５で置き換えてもよい。
移相合成回路１５は、受信低雑音増幅器５ａからの出力信号を受信移相回路３ａに入力し、この出力信号と受信低雑音増幅器５ｂの出力信号と合成器６ａで合成する。次に合成器６ａからの出力信号を受信移相回路３ｂに入力し、この出力信号と受信低雑音増幅器５ｃからの出力信号と合成器６ｂで合成し、合成器６ｂからの出力信号を受信移相回路３ｃに入力し、この出力信号と受信低雑音増幅器５ｄからの出力信号と合成器６ｃで合成し、ＬＤ７へ出力する。
さらに、図１乃至図７のいずれかの実施例で示した高感度アレイ受信機を例えば移動通信方式用基地局に適用する場合、基地局設備の小型・経済化を図るために、高感度アレイ受信機のアンテナ１を受信と送信で共用することが望まれる。これは、図１乃至図７のいずれかの実施例の構成において、アンテナ１の各素子給電線２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと受信用移相回路３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄとの間の各経路に送受共用器を設ければ実現できる。この場合では、アンテナ１への送信信号は４分配され、分配された送信信号のそれぞれが送信用移相回路によってアンテナビームの中心方向が所望の方向となるように位相が調整され、各々の送受共用器を介してアンテナ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに出力される。
【００２３】
図９は請求項８の高感度アレイ受信機の実施例を示す要部ブロック図である。図１〜図７に示した高感度アレイ受信機の合成器６、図８に示した移相合成回路１５の出力信号は電力を分配する分配手段１７により分配されてＬＤ７及びバイアス電流制御手段１８に入力される。バイアス電流制御手段１８は、入力信号の電力レベルを検出し、入力信号の電力レベルが大きい場合、ＬＤ７に供給するバイアス電流を増大させ、入力信号の電力レベルが小さい場合、ＬＤ７に供給するバイアス電流を低減するように制御する。
図１０を参照してＬＤ７を用いて高周波信号を光信号に変換する際のバイアス電流の制御を説明する。
図１０（ａ）は、高周波信号ｓ（ｔ）が最も大きい多重化チャネル数を有する場合を表す図である。この場合ｓ（ｔ）は大きな電力レベルを有し、その最大振幅も大きくなっている。高周波信号ｓ（ｔ）を光信号ｐ（ｔ）に変換するときに、クリッピングを発生させないように、ＬＤ７のバイアス電流を例えばＩ１のように十分大きく設定する。ただしこの場合ＬＤ７は大きな平均出力光パワーＰ１を伴っている。一方、高感度受信機の受信高周波信号の多重化チャネル数が通信トラヒックにより時間的に変動する場合がある。このためｓ（ｔ）の最大振幅が小さい場合、ＬＤ７のバイアス電流を例えば小さい電流値Ｉ２に設定する。この場合ＬＤ７の平均出力光パワーをＰ２まで低減することができる。これにより、ＬＤ７の発熱量を低減し、冷却手段の負荷を小さくすることができると同時に、常に大きなバイアス電流及び大きな平均出力光パワーで動作する場合と比べてＬＤ７の経年変化を緩和することができる。
【００２４】
図１〜図６、図７に示した高感度アレイ受信機においては受信用移相器、受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、合成器、及びＬＤを一つの熱遮蔽函に封入し、冷却手段により冷却することで、これらを別々に熱遮蔽函に封入して冷却する場合と比べて熱遮蔽函間の信号接続用電気ケーブルの設置を省けるだけでなく、このような信号接続用電気ケーブルを通して各熱侵入、及びこの熱侵入による各冷却手段の負荷増をなくすことができ、高感度アレイ受信機全体の小型化、経済化ができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、高感度アレイ受信機を屋外に設置する場合でも、雰囲気温度の変化に対してロバストで、低損失・低雑音であり、安定してかつ十分な光伝送部のダイナミックレンジを確保することができる受信感度の向上を図った高感度アレイ受信機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の高感度アレイ受信機の実施例を示すブロック図。
【図２】請求項２の高感度アレイ受信機の実施例を示すブロック図。
【図３】請求項３の高感度アレイ受信機の実施例を示すブロック図。
【図４】請求項４の高感度アレイ受信機の実施例を示すブロック図。
【図５】請求項５の高感度アレイ受信機の実施例を示すブロック図。
【図６】請求項６の高感度アレイ受信機の実施例を示すブロック図。
【図７】請求項７の高感度アレイ受信機の実施例を示すブロック図。
【図８】位相合成回路のブロック図。
【図９】請求項８の高感度アレイ受信機の実施例を示す要部ブロック図。
【図１０】レーザーダイオードを用いて高周波信号を光信号に変換する際のバイアス電流の制御を説明するための図。
【図１１】従来の高感度アレイ受信機のブロック図。
【図１２】受信用移相器を説明するための図。
【図１３】ダイナミックレンジを説明するための図。
【図１４】レーザーダイオードの動作温度に対するダイナミックレンジの実験例を示す図。
【符号の説明】
１・・・アンテナ、２・・・素子給電線、３・・・受信用移相器、４・・・受信帯域フィルタ、５・・・受信低雑音増幅器、６・・・合成器、、７・・・レーザーダイオード８・・・熱遮蔽函、９・・・冷却手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば移動通信、衛生通信や固定マイクロ波通信システムに用いられる無線受信機に関し、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、高感度アレイ受信機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１に従来の高感度アレイ受信機のブロック図を示す。
ここではアンテナ素子ｎ＝４の場合を示している。この従来の高感度アレイ受信機は、４個のアンテナ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄからなるアンテナ１と各アンテナ素子に接続された素子給電線２（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）と、各々の素子給電線からの受信信号の位相差を調整する受信用移相回路（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）からなる受信用移相器３と、受信用移相回路３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの出力から各々所望の受信帯域の信号を選択して通過させる受信帯域フィルタ４（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）と、受信帯域フィルタの出力を各々所望のレベルまで低雑音で増幅する受信低雑音増幅器５（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）と、受信低雑音増幅器の出力を合成する合成器６と、合成器６の出力を光信号に変換するレーザーダイオード（以下「ＬＤ」という）７と、ＬＤからの光信号を出力する受信出力端子１３と、光ファイバケーブルからなる伝送線路６１と、光／電気変換器（以下「Ｏ／Ｅ」という）６２を備えている。また、受信用移相器３、受信帯域フィルタ４、受信低雑音増幅器５、合成器６及びＬＤ７は筐体１２に収納される。
【０００３】
受信用移相器３は、例えば図１２に示したような構成になっている。アンテナ１に対し俯角θの方向から入射した波長λの受信信号は、間隔ｄで隣り合うアンテナ素子間で、
２πｄｓｉｎθ／λ
の位相差をもって到達する（上側のアンテナ素子ほど位相が遅れる）。したがって受信用位相器３でΔφ＝２πｄｓｉｎθ／λずつ位相を遅らせて合成することにより、俯角θの方向から信号が入射した場合に同相で合成されるため最も強く受信され、アンテナビームの中心を俯角θ方向に向けることができる。移動通信基地局システムではこのようにアンテナビームの中心を地表方向に傾けることにより、エリア内の移動機の出力に対する感度が高くなるように設計する場合もある。また、図１２には示されていないがアンテナを送信にも共用する構成では、他の隣接エリアへの電波干渉を低減するためにアンテナビームの中心を地表方向に傾ける場合もある。
また、合成器６から出力される受信信号は、ＬＤ７により光信号に変換され、伝送線路６１により伝送され、Ｏ／Ｅ６２により再び電気信号に変換されて受信信号として出力される。（例えば、非特許文献１ 参照）ここでＬＤ７と、伝送線路６１と、Ｏ／Ｅ６２で構成される光伝送路を光伝送部６３と言う。光伝送部６３は光ファイバケーブルを用いるため、同軸ケーブルによる電気信号の伝送方法と比較して伝送線路の軽量化、低損失化、及び広帯域化が可能である。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｔａ−Ｓｈｉｎｇ Ｃｈｕ ａｎｄ Ｍｉｃｈａｅｌ Ｊ． Ｇａｎｓ， ”Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｍｉｃｒｏｃｅｌｌｕａｒ Ｒａｄｉｏ，” ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｖｏｌ．４０， Ｎ０３， Ａｕｇｕｓｔ １９９１． ｐｐ．５９９−６０６．
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１３に示した前記従来の技術の高感度アレイ受信機において、光伝送部６３のダイナミックレンジ（以下「ＤＲ」という）は、光伝送部６３の利得、雑音、及び歪特性を総合的に反映するパラメータであり、その定義として、図１３に示すように、等レベルの２波の搬送波信号（搬送波成分）を伝送する場合、光伝送部の出力において、相互変調歪成分の電力が雑音電力を超えないという条件の下で、達成できる最大のＣ／Ｎ比（搬送波電力／雑音電力）である。しかし前記高感度アレイ受信機が屋外に設置される場合、雰囲気温度の変化によって、ＬＤ７の電気／光変換（以下「Ｅ／Ｏ」という）特性が大きく変動することがある。さらにＤＲは主としてＬＤ７のＥ／Ｏ特性に支配されるため、ＤＲも雰囲気温度の変動により大きく変動することがある。
一方、高感度アレイ受信機の受信性能を表す指標の一つとして、多重化チャネル数ｍがある。ｍが大きい場合、ｍとＤＲとの関係を次の式で近似的に表すことができる。
【数１】
【０００６】
図１４にＬＤ７の動作温度に対するＤＲに関する実験結果の一例を示す。この実験例において、ＬＤ７はＤＦＢ型レーザーダイオードである。図１４において、ＬＤ７の動作温度が例えば２９８Ｋ（２５°Ｃ）から３１８Ｋ（３５°Ｃ）に上昇した場合、ＤＲは３．３ｄＢ減少する。２９８Ｋでのｍを例えば３２波とすると、（式１）から、３１８Ｋのときのｍは１０波程度になり、ＬＤ７の動作温度の上昇によるｍの劣化は極めて大きい。
従来ではＬＤ７の動作温度の安定化を図るためにペルチェ素子が一般的に用いられている。しかし大きな雰囲気温度の変化を有する屋外において、ペルチェ素子によるＬＤ７の温度の安定化は困難である。このため、従来の高感度アレイ受信機を屋外に設置する場合、雰囲気温度の変動に対して、所望のｍを達成するＤＲを安定して確保することは極めて困難であるという問題があった。
本発明の目的は、高感度受信機が屋外に設置される場合でも、受信用移相器、受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、合成器、及びＬＤを熱遮蔽函に封入して冷却することにより雰囲気温度の変化に対してロバストで、低損失・低雑音であり、安定してかつ十分な光伝送部のダイナミックレンジを有する受信感度を向上させた高感度アレイ受信機を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明においては、アンテナがｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子の配列で構成され、各々のアンテナ素子に接続される素子給電線を介して、各々のアンテナ素子からの受信信号の位相差を調整する複数の移相回路から構成される受信用移相器により各々の間の位相差が調整されて、ｎ個の受信帯域フィルタの各々に通され、その受信帯域フィルタの出力がｎ個の受信低雑音増幅器で増幅され、その受信低雑音増幅器の出力が合成器により合成されて出力された後、レーザーダイオードにより光信号に変換して出力する高感度アレイ受信機において、
受信用移相器と受信帯域フィルタと受信低雑音増幅器と合成器とレーザーダイオードは熱遮蔽函に封入されて冷却手段により冷却されることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明においては、アンテナがｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子の配列で構成され、各々のアンテナ素子に接続される素子給電線を介して、各々のアンテナ素子からの受信信号の位相差を調整する複数の移相回路から構成される受信用移相器により各々の間の位相差が調整されて、ｎ個の受信帯域フィルタの各々に通され、その受信帯域フィルタの出力がｎ個の受信低雑音増幅器で増幅され、その受信低雑音増幅器の出力が合成器により合成されて出力された後、レーザーダイオードによって光信号に変換して出力する高感度アレイ受信機において、
受信用移相器と受信帯域フィルタと受信低雑音増幅器と合成器は熱遮蔽函に封入され、冷却手段により所望の第１の温度に冷却され、レーザーダイオードは上記熱遮蔽函に封入され、熱抵抗手段を介して上記冷却手段により第２の温度に冷却されることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明においては、アンテナがｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子の配列で構成され、各々のアンテナ素子に接続される素子給電線を介して、各々のアンテナ素子からの受信信号の位相差を調整する複数の移相回路から構成される受信用移相器により各々の間の位相差が調整されて、ｎ個の受信帯域フィルタの各々に通され、その受信帯域フィルタの出力がｎ個の受信低雑音増幅器で増幅され、その受信低雑音増幅器の出力が合成器により合成されて出力された後、レーザーダイオードによって光信号に変換して出力する高感度アレイ受信機において、
受信用移相器と受信帯域フィルタと受信低雑音増幅器と合成器は熱遮蔽函に封入され、熱抵抗手段を介して冷却手段により所望の第１の温度に冷却され、レーザーダイオードは上記熱遮蔽函に封入され、上記冷却手段により第２の温度に冷却されることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明においては、アンテナがｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子の配列で構成され、各々のアンテナ素子に接続される素子給電線を介して、各々のアンテナ素子からの受信信号の位相差を調整する複数の移相回路から構成される受信用移相器により各々の間の位相差が調整されて、ｎ個の受信帯域フィルタの各々に通され、その受信帯域フィルタの出力がｎ個の受信低雑音増幅器で増幅され、その受信低雑音増幅器の出力が合成器により合成されて出力された後、レーザーダイオードによって光信号に変換して出力する高感度アレイ受信機において、
受信用移相器と受信帯域フィルタと受信低雑音増幅器と合成器は熱遮蔽函に封入され、第１冷却手段により所望の第１の温度に冷却され、レーザーダイオードは熱遮蔽函に封入され、第２冷却手段により第２の温度に冷却されることを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明においては、アンテナがｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子の配列で構成され、各々のアンテナ素子に接続される素子給電線を介して、各々のアンテナ素子からの受信信号の位相差を調整する複数の移相回路から構成される受信用移相器により各々の間の位相差が調整されて、ｎ個の受信帯域フィルタの各々に通され、その受信帯域フィルタの出力がｎ個の受信低雑音増幅器で増幅され、その受信低雑音増幅器の出力が合成器により合成されて出力された後、レーザーダイオードによって光信号に変換して出力する高感度アレイ受信機において、
受信用移相器と受信帯域フィルタと受信低雑音増幅器と合成器は熱遮蔽函に封入され、２ステージ形冷却手段の第１ステージに設置されて所望の第１の温度に冷却され、レーザーダイオードは上記熱遮蔽函に封入され、上記２ステージ形冷却手段の第２ステージに設置されて第２の温度に冷却されることを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明においては、アンテナがｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子の配列で構成され、各々のアンテナ素子に接続される素子給電線を介して、各々のアンテナ素子からの受信信号の位相差を調整する複数の移相回路から構成される受信用移相器により各々の間の位相差が調整されて、ｎ個の受信帯域フィルタの各々に通され、その受信帯域フィルタの出力がｎ個の受信低雑音増幅器で増幅され、その受信低雑音増幅器の出力が合成器により合成されて出力された後、レーザーダイオードによって光信号に変換して出力する高感度アレイ受信機において、
受信帯域フィルタと受信低雑音増幅器とレーザーダイオードは熱遮蔽函に封入され、冷却手段で冷却されることを特徴とする。
【００１３】
請求項７の発明においては、請求項６に記載の高感度アレイ受信機において、
受信用移相回路及び合成器が上記熱遮蔽函に封入され、冷却手段により冷却されることを特徴とする。
請求項８の発明においては、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の高感度アレイ受信機において、
合成器とレーザーダイオードとの間に信号伝送経路が挿入され、合成器の出力信号の一部をバイアス電流制御手段に入力する電力分配手段が設けられ、バイアス電流制御手段は入力した信号の電力レベルに応じてレーザーダイオードへ供給するバイアス電流を制御することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は請求項１の高感度アレイ受信機の実施例を示すブロック図である。図１１と対応する部分に同一番号を付けてある。
受信用移相器３、受信帯域フィルタ４、受信低雑音増幅器５、合成器６、及びＬＤ７は、例えば真空断熱により外部からの熱進入を遮断する熱遮蔽函８に封入され、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る冷却手段９により冷却部材９ａを介して冷却され、これらは市販の製品を利用することができる。受信低雑音増幅器５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは、第１電源端子５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄから電源が供給され、冷却手段９は第２電源端子９０から電源が供給される。
このように受信用移相器３、受信帯域フィルタ４、受信低雑音増幅器５、合成器６、及びＬＤ７を長時間安定して極低温に冷却することにより、受信用移相器３、受信帯域フィルタ４、受信低雑音増幅器５、合成器６、及びＬＤ７で発生する熱雑音を極限的に低減するとともに、受信用移相器３及び受信帯域フィルタ４の挿入損失を小さくすることができる。その結果、高感度アレイ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１に示した高感度アレイ受信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。また、熱遮蔽函８はその内部を真空にすることによって、ＬＤ７を極低温に冷却しても空気中の水蒸気が昇華してＬＤ７に霜がおりることを防ぐことができる。
【００１５】
図２は請求項２の高感度アレイ受信機の実施例を示すブロック図である。
図１に示した構成と比較してこの実施例では受信用移相器３、受信帯域フィルタ４、受信低雑音増幅器５、及び合成器６は冷却手段９により冷却部材９ａを介して第１の温度で冷却され、ＬＤ７は冷却手段９により冷却部材９ａ、熱抵抗手段２０−１を介して第２の温度で冷却される点が異なる。
熱抵抗手段２０−１を用いることにより第１の温度と第２の温度との間に必要な温度オフセットを設けることができる。 第１の温度は、例えば受信帯域フィルタ４を超伝導材料で構成した場合、受信帯域フィルタ４の臨界温度以下に設定される。この温度状態では受信帯域フィルタ４は超伝導状態になっているため、受信帯域フィルタ４を構成する共振器を多段化しても、受信帯域フィルタ４は超伝導状態であるため、その損失分が少なく、減衰特性を急峻にすることができ、同時に熱雑音も極限的に低減される。超伝導体として高温超伝導体を用いた場合には臨界温度が１００Ｋを超えるものもあり、例えば液体窒素の沸点７７．４Ｋ程度に設定すればよい。
【００１６】
一方第２の温度は、ＬＤ７を好適の電気特性で動作させる温度である。例えば図１４の実験例のデータにおいて、このＬＤ７は２１３Ｋの温度において、そのダイナミックレンジが最大化される。２９８Ｋ（２５°Ｃ）時の値と比べて２１３Ｋ時のダイナミックレンジは７ｄＢ改善される。前記（式１）によれば、この改善量は１１．２倍の光伝送部の多重化チャネル数の拡大効果をもたらす。例えば２９８Ｋの場合で光伝送部の多重化チャネル数を３２波であるとすると、２１３Ｋのときの多重化チャネル数は３６０波となる。このため、光伝送部の多重化チャネル数の最大化を図るときに、このＬＤ７に関して第２の温度を２１３Ｋに設定する。
ＬＤ７にとって好適な温度と上記記載のように受信用移相器３、受信帯域フィルタ４、受信低雑音増幅器５、及び合成器６にとって好適な温度は異なる場合がある。そこで、この実施例では受信用移相器３、受信帯域フィルタ４、受信低雑音増幅器５、及び合成器６が第１の温度に安定する状態を冷却手段９により実現し、ＬＤ７が第１の温度と比較して高い第２の温度に安定する状態をＬＤ７と冷却部材９ａとの間に熱抵抗手段２０−１を介在することにより実現する。この場合、第１、第２の温度の所要のオフセットは、熱抵抗手段２０−１を構成する部材の熱伝導率及び形状を適切に選ぶことにより実現することができる。
なお、図２の実施例においては、受信用移相器３、受信帯域フィルタ４、受信低雑音増幅器５、合成器６を共に冷却手段９により冷却しているが、受信用移相器３、受信低雑音増幅器５、合成器６を冷却手段９との間に熱抵抗手段を介在させることでそれぞれ最適な温度で冷却することもできる。
【００１７】
図３は請求項３の高感度アレイ受信機の実施例を示すブロック図である。
図１に示した構成と比較してこの実施例では、ＬＤ７は冷却手段９により第２の温度で冷却し、受信用移相器３、受信帯域フィルタ４、受信低雑音増幅器５、合成器６を熱抵抗手段２０−２を介して第２の温度と比較して高い第１の温度で冷却する点が異なる。
この実施例において、例えば、受信帯域フィルタ４を熱抵抗手段２０−２を介在させることなく冷却手段９により冷却する等の変更をすることも可能である。
【００１８】
図４は請求項４の高感度アレイ受信機の実施例を示すブロック図である。
この実施例は、図２に示した構成と比較して受信用移相器３、受信帯域フィルタ４、受信低雑音増幅器５、及び合成器６を纏めて第１冷却手段９−１により第１の温度で冷却し、ＬＤ７は第２の冷却手段９−２により第２の温度で冷却する点が異なる。また、３個以上の冷却手段を用いて受信用移相器３、受信帯域フィルタ４、受信低雑音増幅器５、及び合成器６を最適な温度で冷却することもできる。
【００１９】
図５は、請求項５の高感度アレイ受信機の実施例を示すブロック図である。
この実施例は、図４に示した構成と比較して２ステージ形冷却手段を用いる点が異なる。すなわち受信用移相器３、受信帯域フィルタ４、受信低雑音増幅器５、及び合成器６を纏めて第１の温度により２ステージ形冷却手段９−３の第１ステージ９−３ａに設置することにより冷却し、ＬＤ７は第２の温度により２ステージ冷却手段９−３の第２ステージ９−３ｂにより冷却する。また、同様に３ステージ形以上の冷却手段を用いることもできる。
図４、図５に示した実施例において、受信用移相器３、受信帯域フィルタ４、受信低雑音増幅器５、及び合成器６と冷却部材間に熱抵抗手段を介在させて第３の温度で冷却することも可能である。
【００２０】
図６は、請求項６の高感度アレイ受信機の実施例を示すブロック図である。
図１に示された構成と比較して各々のアンテナ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄからの受信信号は４個の受信帯域フィルタ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに入力され、受信帯域フィルタの出力が４個の受信低雑音増幅器５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄで増幅され、増幅された信号の各々は４個の受信用移相回路３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄにより各々の間の位相差が調整されて、合成器６により合成されてレーザーダイオードに出力される点が異なる。
受信帯域フィルタ４及び受信低雑音増幅器５は極低温に安定して保持されていることから、受信帯域フィルタ４及び受信低雑音増幅器５の位相特性が変動しないので、受信用移相器３を受信低雑音増幅器５の後段に配置することができる。図６に示すように受信用移相器３及び合成器６を熱遮蔽函８の外部に設けることにより、冷却手段９−４の熱負荷を低減できる。
【００２１】
図７は、請求項７の高感度アレイ受信機の実施例を示すブロック図である。
この実施例は図６に示した構成と比較して、受信用移相器３及び合成器６を熱遮蔽函８に収納して冷却手段９により冷却する。受信用移相器３及び合成器６を熱遮蔽函８に封入して冷却することにより発生する熱雑音を低減できるため、受信機の更なる高感度化を図ることができる。
【００２２】
図１〜図７の実施例で示した高感度アレイ受信機において、受信用移相器３は４個の受信用移相回路３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄからなるが、各々の受信信号の間の位相差を調整すればよいため、受信用移相回路３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄのいずれか一つを省くことができる。一般にアンテナ素子数がｎである場合は受信用移相器３の受信用移相回路数はｎ、もしくはｎ−１でよい。
また、図６、図７の実施例で示した高感度アレイ受信機において、受信用移相器３及び合成器６からなる部分を図８に示すような移相合成回路１５で置き換えてもよい。
移相合成回路１５は、受信低雑音増幅器５ａからの出力信号を受信移相回路３ａに入力し、この出力信号と受信低雑音増幅器５ｂの出力信号と合成器６ａで合成する。次に合成器６ａからの出力信号を受信移相回路３ｂに入力し、この出力信号と受信低雑音増幅器５ｃからの出力信号と合成器６ｂで合成し、合成器６ｂからの出力信号を受信移相回路３ｃに入力し、この出力信号と受信低雑音増幅器５ｄからの出力信号と合成器６ｃで合成し、ＬＤ７へ出力する。
さらに、図１乃至図７のいずれかの実施例で示した高感度アレイ受信機を例えば移動通信方式用基地局に適用する場合、基地局設備の小型・経済化を図るために、高感度アレイ受信機のアンテナ１を受信と送信で共用することが望まれる。これは、図１乃至図７のいずれかの実施例の構成において、アンテナ１の各素子給電線２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと受信用移相回路３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄとの間の各経路に送受共用器を設ければ実現できる。この場合では、アンテナ１への送信信号は４分配され、分配された送信信号のそれぞれが送信用移相回路によってアンテナビームの中心方向が所望の方向となるように位相が調整され、各々の送受共用器を介してアンテナ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに出力される。
【００２３】
図９は請求項８の高感度アレイ受信機の実施例を示す要部ブロック図である。図１〜図７に示した高感度アレイ受信機の合成器６、図８に示した移相合成回路１５の出力信号は電力を分配する分配手段１７により分配されてＬＤ７及びバイアス電流制御手段１８に入力される。バイアス電流制御手段１８は、入力信号の電力レベルを検出し、入力信号の電力レベルが大きい場合、ＬＤ７に供給するバイアス電流を増大させ、入力信号の電力レベルが小さい場合、ＬＤ７に供給するバイアス電流を低減するように制御する。
図１０を参照してＬＤ７を用いて高周波信号を光信号に変換する際のバイアス電流の制御を説明する。
図１０（ａ）は、高周波信号ｓ（ｔ）が最も大きい多重化チャネル数を有する場合を表す図である。この場合ｓ（ｔ）は大きな電力レベルを有し、その最大振幅も大きくなっている。高周波信号ｓ（ｔ）を光信号ｐ（ｔ）に変換するときに、クリッピングを発生させないように、ＬＤ７のバイアス電流を例えばＩ１のように十分大きく設定する。ただしこの場合ＬＤ７は大きな平均出力光パワーＰ１を伴っている。一方、高感度受信機の受信高周波信号の多重化チャネル数が通信トラヒックにより時間的に変動する場合がある。このためｓ（ｔ）の最大振幅が小さい場合、ＬＤ７のバイアス電流を例えば小さい電流値Ｉ２に設定する。この場合ＬＤ７の平均出力光パワーをＰ２まで低減することができる。これにより、ＬＤ７の発熱量を低減し、冷却手段の負荷を小さくすることができると同時に、常に大きなバイアス電流及び大きな平均出力光パワーで動作する場合と比べてＬＤ７の経年変化を緩和することができる。
【００２４】
図１〜図６、図７に示した高感度アレイ受信機においては受信用移相器、受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、合成器、及びＬＤを一つの熱遮蔽函に封入し、冷却手段により冷却することで、これらを別々に熱遮蔽函に封入して冷却する場合と比べて熱遮蔽函間の信号接続用電気ケーブルの設置を省けるだけでなく、このような信号接続用電気ケーブルを通して各熱侵入、及びこの熱侵入による各冷却手段の負荷増をなくすことができ、高感度アレイ受信機全体の小型化、経済化ができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、高感度アレイ受信機を屋外に設置する場合でも、雰囲気温度の変化に対してロバストで、低損失・低雑音であり、安定してかつ十分な光伝送部のダイナミックレンジを確保することができる受信感度の向上を図った高感度アレイ受信機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の高感度アレイ受信機の実施例を示すブロック図。
【図２】請求項２の高感度アレイ受信機の実施例を示すブロック図。
【図３】請求項３の高感度アレイ受信機の実施例を示すブロック図。
【図４】請求項４の高感度アレイ受信機の実施例を示すブロック図。
【図５】請求項５の高感度アレイ受信機の実施例を示すブロック図。
【図６】請求項６の高感度アレイ受信機の実施例を示すブロック図。
【図７】請求項７の高感度アレイ受信機の実施例を示すブロック図。
【図８】位相合成回路のブロック図。
【図９】請求項８の高感度アレイ受信機の実施例を示す要部ブロック図。
【図１０】レーザーダイオードを用いて高周波信号を光信号に変換する際のバイアス電流の制御を説明するための図。
【図１１】従来の高感度アレイ受信機のブロック図。
【図１２】受信用移相器を説明するための図。
【図１３】ダイナミックレンジを説明するための図。
【図１４】レーザーダイオードの動作温度に対するダイナミックレンジの実験例を示す図。
【符号の説明】
１・・・アンテナ、２・・・素子給電線、３・・・受信用移相器、４・・・受信帯域フィルタ、５・・・受信低雑音増幅器、６・・・合成器、、７・・・レーザーダイオード８・・・熱遮蔽函、９・・・冷却手段
Claims (8)
- アンテナがｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子の配列で構成され、各々のアンテナ素子に接続される素子給電線を介して、各々のアンテナ素子からの受信信号の位相差を調整する複数の移相回路から構成される受信用移相器により各々の間の位相差が調整されて、ｎ個の受信帯域フィルタの各々に通され、その受信帯域フィルタの出力がｎ個の受信低雑音増幅器で増幅され、その受信低雑音増幅器の出力が合成器により合成されて出力された後、レーザーダイオードにより光信号に変換して出力する高感度アレイ受信機において、
受信用移相器と受信帯域フィルタと受信低雑音増幅器と合成器とレーザーダイオードは熱遮蔽函に封入されて冷却手段により冷却されることを特徴とする高感度アレイ受信機。 - アンテナがｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子の配列で構成され、各々のアンテナ素子に接続される素子給電線を介して、各々のアンテナ素子からの受信信号の位相差を調整する複数の移相回路から構成される受信用移相器により各々の間の位相差が調整されて、ｎ個の受信帯域フィルタの各々に通され、その受信帯域フィルタの出力がｎ個の受信低雑音増幅器で増幅され、その受信低雑音増幅器の出力が合成器により合成されて出力された後、レーザーダイオードにより光信号に変換して出力する高感度アレイ受信機において、
受信用移相器と受信帯域フィルタと受信低雑音増幅器と合成器は熱遮蔽函に封入され、冷却手段により所望の第１の温度に冷却され、レーザーダイオードは上記熱遮蔽函に封入され、熱抵抗手段を介して上記冷却手段により第２の温度に冷却されることを特徴とする高感度アレイ受信機。 - アンテナがｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子の配列で構成され、各々のアンテナ素子に接続される素子給電線を介して、各々のアンテナ素子からの受信信号の位相差を調整する複数の移相回路から構成される受信用移相器により各々の間の位相差が調整されて、ｎ個の受信帯域フィルタの各々に通され、その受信帯域フィルタの出力がｎ個の受信低雑音増幅器で増幅され、その受信低雑音増幅器の出力が合成器により合成されて出力された後、レーザーダイオードにより光信号に変換して出力する高感度アレイ受信機において、
受信用移相器と受信帯域フィルタと受信低雑音増幅器と合成器は熱遮蔽函に封入され、熱抵抗手段を介して冷却手段により所望の第１の温度に冷却され、レーザーダイオードは上記熱遮蔽函に封入され、上記冷却手段により第２の温度に冷却されることを特徴とする高感度アレイ受信機。 - アンテナがｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子の配列で構成され、各々のアンテナ素子に接続される素子給電線を介して、各々のアンテナ素子からの受信信号の位相差を調整する複数の移相回路から構成される受信用移相器により各々の間の位相差が調整されて、ｎ個の受信帯域フィルタの各々に通され、その受信帯域フィルタの出力がｎ個の受信低雑音増幅器で増幅され、その受信低雑音増幅器の出力が合成器により合成されて出力された後、レーザーダイオードにより光信号に変換して出力する高感度アレイ受信機において、
受信用移相器と受信帯域フィルタと受信低雑音増幅器と合成器は熱遮蔽函に封入され、第１冷却手段により所望の第１の温度に冷却され、レーザーダイオードは上記熱遮蔽函に封入され、第２冷却手段により第２の温度に冷却されることを特徴とする高感度アレイ受信機。 - アンテナがｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子の配列で構成され、各々のアンテナ素子に接続される素子給電線を介して、各々のアンテナ素子からの受信信号の位相差を調整する複数の移相回路から構成される受信用移相器により各々の間の位相差が調整されて、ｎ個の受信帯域フィルタの各々に通され、その受信帯域フィルタの出力がｎ個の受信低雑音増幅器で増幅され、その受信低雑音増幅器の出力が合成器により合成されて出力された後、レーザーダイオードにより光信号に変換して出力する高感度アレイ受信機において、
受信用移相器と受信帯域フィルタと受信低雑音増幅器と合成器は熱遮蔽函に封入され、２ステージ形冷却手段の第１ステージに設置されて所望の第１の温度に冷却され、レーザーダイオードは上記熱遮蔽函に封入され、上記２ステージ形冷却手段の第２ステージに設置されて第２の温度に冷却されることを特徴とする高感度アレイ受信機。 - アンテナがｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子の配列で構成され、各々のアンテナ素子に接続される素子給電線を介して、各々のアンテナ素子からの受信信号の位相差を調整する複数の移相回路から構成される受信用移相器により各々の間の位相差が調整されて、ｎ個の受信帯域フィルタの各々に通され、その受信帯域フィルタの出力がｎ個の受信低雑音増幅器で増幅され、その受信低雑音増幅器の出力が合成器により合成されて出力された後、レーザーダイオードにより光信号に変換して出力する高感度アレイ受信機において、
受信帯域フィルタと受信低雑音増幅器とレーザーダイオードは熱遮蔽函に封入され、冷却手段で冷却されることを特徴とする高感度アレイ受信機。 - 請求項６に記載の高感度アレイ受信機において、
受信用移相器及び合成器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アレイ受信機。 - 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の高感度アレイ受信機において、
合成器とレーザーダイオードとの間に信号伝送経路が挿入され、合成器の出力信号の一部をバイアス電流制御手段に入力する電力分配手段が設けられ、バイアス電流制御手段は入力した信号の電力レベルに応じてレーザーダイオードへ供給するバイアス電流を制御することを特徴とする高感度アレイ受信機。
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