JP2014230071A - アンテナ送受信モジュール及び送受信切換器 - Google Patents

Abstract

【課題】送受信切換損失を低減して、受信系の高感度化を実現することのできるアンテナ送受信モジュールを提供する。
【解決手段】第１乃至第３のハイブリッド回路と、各々のハイブリッド回路同士を接続する第１乃至第３の伝送線路と、バイアス方向に応じてオン・オフする第１及び第２のスイッチ素子と、送信及び受信の切換指示に応じて、第１及び第２のスイッチ素子に順方向バイアスまたは逆方向バイアスをかけ、送信回路及び受信回路をアンテナへ選択的に切換接続するバイアス切換手段と、第１乃至第３のハイブリッド回路、及び第１乃至第３の伝送線路の超伝導材が超伝導状態となる極低温に冷却する冷却手段とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、送受信共用のアンテナに対する送受信処理及び送受信切り換えを行うアンテナ送受信モジュールと、このアンテナ送受信モジュールに用いられる送受信切換器に関する。

レーダや通信システム等の送受信共用アンテナ装置にあっては、アンテナ送受信モジュールにおける性能向上策として、システム雑音温度の低減による受信系の高感度化がある。システム雑音温度は、一般にアンテナから低雑音増幅器（ＬＮＡ：Low Noise Amplifier）までの伝送損失とＬＮＡにて生じる内部雑音が支配的となる。このため、送受信モジュールにあっては、アンテナからＬＮＡまでの伝送線路や受信フィルタ等の受信回路、さらにはＬＮＡを真空容器等の断熱容器内に収容し、これらを超伝導状態となるまで冷却することで、アンテナからＬＮＡまでの給電損失をゼロに近づけ、ＬＮＡの内部雑音を低減し受信系の高感度化を図ることが提案されている。

ところで、従来のアンテナ送受信モジュールでは、送信信号を伝送する伝送線路と受信信号を伝送する伝送線路とを切り換える送受信切換器として、磁性体を使用したサーキュレータがよく用いられる。

しかしながら、送信信号と受信信号の切換えにサーキュレータを使用し、かつ真空容器外の常温部に配置したアンテナ送受信モジュールでは、サーキュレータの損失によって高感度化に制約が生じていた。そこで、損失改善のためにサーキュレータを真空容器内に配置して極低温状態で使用することが考えられるが、この場合、磁性体を用いるサーキュレータの高周波特性は周囲温度に依存することから、使用する極低温条件での性能の最適化が必要であり高額な部品となっていた。このため、サーキュレータに換わる低損失な送受信切換器が望まれていた。

特開２０１２―２２２７２５号公報

以上のように、従来の送受信共用アンテナに用いられるアンテナ送受信モジュールでは、受信系の高感度化に伴い、送受信切換にて生じる損失（以下、送受信切換損失）の低減が要求される。そして、この要求に応える低損失な送受信切換器が望まれている。

そこで、目的は、送受信切換損失を低減して、受信系の高感度化を実現することのできるアンテナ送受信モジュールと、送受信切換損失を低減することのできる送受信切換器を提供することにある。

本実施形態によれば、アンテナ送受信モジュールは、送受信共用のアンテナに接続されるアンテナ接続端子、前記アンテナ接続端子を介して前記アンテナから空間へ放射する送信信号を出力する送信回路、前記アンテナにより受信された受信信号を前記アンテナ接続端子を介して入力する受信回路、送信及び受信の切換指示に応じて前記送信回路及び受信回路を前記アンテナ接続端子に切換接続する送受信切換器及び前記受信回路及び送受信切換器を超伝導状態まで極低温に冷却する冷却手段を具備する。前記送受信切換器は、超伝導材で形成され、それぞれが、第１乃至第４の１／４波長線路を接続し、各１／４波長線路間の接続点を順に第１乃至第４の端子に接続してなる第１乃至第３のハイブリッド回路、超伝導材で形成され、前記第１のハイブリッド回路の第１の端子と前記第２のハイブリッド回路の第１の端子とを接続する第１の伝送線路、超伝導材で形成され、前記第１のハイブリッド回路の第２の端子と前記第３のハイブリッド回路の第１の端子とを接続する第２の伝送線路、超伝導材で形成され、前記第２のハイブリッド回路の第２の端子と前記第３のハイブリッド回路の第２の端子とを接続する第３の伝送線路、前記第２のハイブリッド回路の第３の端子と基準電位点との間に接続され、バイアス方向に応じてオン・オフする第１のスイッチ素子、前記第２のハイブリッド回路の第４の端子と基準電位点との間に接続され、バイアス方向に応じてオン・オフする第２のスイッチ素子、及び前記送信及び受信の切換指示に応じて、前記第１及び第２のスイッチ素子に順方向バイアスまたは逆方向バイアスをかけ、前記送信回路及び受信回路を前記アンテナへ選択的に切換接続するバイアス切換手段を備える。

実施形態に係るアンテナ送受信モジュールの構成を示すブロック図。 図１に示す送受信切換器の構成例を示すブロック図。 図２に示す９０度ハイブリッド回路の一例を示す回路図。 実施形態に係るアンテナ送受信モジュールの構成の変形例１を示すブロック図。 実施形態に係るアンテナ送受信モジュールの構成の変形例２を示すブロック図。 実施形態に係るアンテナ送受信モジュールの構成の変形例３を示すブロック図。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、実施形態に係るアンテナ送受信モジュールの構成を示すブロック図である。

図１に示すアンテナ送受信モジュールは、送受信共用のアンテナ（図示せず）に接続されるアンテナ接続端子１、送受信切換器２、送信回路３、受信回路４、冷却装置５、バイアス制御部６１及びバイアス電源部６２を備える。

送受信切換器２は、送信回路３及び受信回路４をアンテナへそれぞれ切換接続するためのものである。この送受信切換器２は、超伝導材に回路パターンが形成され、平面回路化されている。

送信回路３は、アンテナ接続端子１を介してアンテナから空間へ放射する送信信号を出力する回路であり、送信用移相器３１、送信アンプ３２及び送信フィルタ３３を有する。

送信用移相器３１は、送信信号生成器（図示せず）で生成された送信信号を入力し、入力した送信信号に対して所望の位相制御を施す。

送信アンプ３２は、送信用移相器３１から出力される送信信号を入力し、入力した送信信号を所望の利得で電力増幅する。

送信フィルタ３３は、送信アンプ３２から出力される送信信号を入力し、入力した送信信号から所望の送信周波数帯域成分を抽出する。この送信フィルタ３３は、常伝導材または超伝導材で形成される。

受信回路４は、アンテナ接続端子１を介して入力されるアンテナ受信信号を入力する回路であり、リミッタ４１、受信フィルタ４２、ＬＮＡ４３及び受信用移相器４４を有する。

リミッタ４１は、アンテナ受信信号を入力し、入力したアンテナ受信信号の信号レベルを制限し、後段の回路への過入力保護を行う。

受信フィルタ４２は、リミッタ４１から出力される受信信号を入力し、入力した受信信号から所望の受信周波数帯域成分を抽出する。この受信フィルタ４２は、超伝導材で形成される。

ＬＮＡ４３は、受信フィルタ４２から出力される受信信号を入力し、入力した受信信号を低雑音で増幅する。

受信用移相器４４は、ＬＮＡ４３から出力される受信信号を入力し、入力した受信信号に対して所望の位相制御を施す。

冷却装置５は、真空容器５１及び冷却部５２を備える。

真空容器５１は、内部を真空状態にすることで、収容物の断熱と保温を行う。この真空容器５１は、極低温の効率的な維持を目的として超伝導素材を配置した周囲を真空状態として断熱するための容器である。このため、少なくとも超伝導素材を配置した周囲は気密構造とする。

冷却部５２は、真空容器５１に収容されるものを極低温に冷却する。

冷却装置５は、真空容器５１内に送受信切換器２と、送信回路３の送信用移相器３１及び送信フィルタ３３と、受信回路４とを収容し、冷却部５２により極低温に冷却する。

バイアス制御部６１は、送信時及び受信時において、後述する第１のダイオード素子２４及び第２のダイオード素子２５にかけるバイアスの向き（順方向／逆方向）を指示するための制御部である。

バイアス電源部６２は、バイアス制御部６１からの指示に応じて、第１のダイオード素子２４及び第２のダイオード素子２５に印加するバイアス状態（順方向／逆方向）を切り換えるための電源部である。

上記アンテナ送受信モジュールの構成において、以下にその処理動作を説明する。

まず、送信時は、送受信切換器２にて送信側が選択される。これにより、送信信号生成器で生成された送信信号は、送信用移相器３１で送信ビームの励振分布に応じた位相制御が施され、送信アンプ３２で信号増幅された後、送信フィルタ３３によって不要波成分が抑圧され、送受信切換器２及びアンテナ接続端子１を介してアンテナへ出力される。

また、受信時は、送受信切換器２にて受信側が選択される。これにより、アンテナ接続端子１を介して入力されたアンテナ受信信号は、送受信切換器２を介して受信系に入力され、リミッタ４１によって振幅制限され、受信フィルタ４２によって不要波成分が抑圧され、ＬＮＡ４３によって低雑音増幅され、受信用移相器４４で受信ビームの指向特性に応じた位相制御が施されて出力される。

上記送受信切換器２の構成について、詳しく説明する。

図２は、図１に示す送受信切換器２の構成例を示すブロック図である。

図２に示す送受信切換器２は、第１乃至第３のハイブリッド回路２１〜２３、第１及び第２のダイオード素子２４，２５、第１乃至第３の伝送線路２６〜２８及び終端器２９を備える。

実施形態に示す第１乃至第３のハイブリッド回路２１〜２３は、超伝導材で形成される。また、第１乃至第３のハイブリッド回路２１〜２３は、いずれも９０度ハイブリッド回路である。

ここで、９０度ハイブリッド回路の回路構成について、詳しく説明する。

図３は、図２に示す第１乃至第３の９０度ハイブリッド回路２１〜２３それぞれの一例を示す回路図である。

図３に示す９０度ハイブリッド回路は、例えば、中心周波数でλｇ／４（λｇ：波長）の長さを有する伝送線路（以下、λｇ／４線路）７１〜７４を順に接続して構成される。λｇ／４線路７１とλｇ／４線路７２との間は第１の入出力端子Ｐ１に接続され、λｇ／４線路７２とλｇ／４線路７３との間は第２の入出力端子Ｐ２に接続され、λｇ／４線路７３とλｇ／４線路７４との間は第３の入出力端子Ｐ３に接続され、λｇ／４線路７４とλｇ／４線路７１との間は第４の入出力端子Ｐ４に接続される。

この９０度ハイブリッド回路は、第１の入出力端子Ｐ１に信号を入力する場合、入力した信号を２つに分配し、分配した一方の信号を第２の入出力端子Ｐ２に出力し、他方の信号を第３の入出力端子Ｐ３に出力する。このとき、第２の入出力端子Ｐ２から出力された信号と第３の入出力端子Ｐ３から出力された信号との位相差は、９０度である。

また、９０度ハイブリッド回路は、第２の入出力端子Ｐ２に信号を入力する場合、入力した信号を２つに分配し、分配した一方の信号を第１の入出力端子Ｐ１に出力し、他方の信号を第４の入出力端子Ｐ４に出力する。このとき、第１の入出力端子Ｐ１から出力された信号と第４の入出力端子Ｐ４から出力された信号との位相差は、９０度である。

また、９０度ハイブリッド回路は、第３の入出力端子Ｐ３に信号を入力する場合、入力した信号を２つに分配し、分配した一方の信号を第４の入出力端子Ｐ４に出力し、他方の信号を第１の入出力端子Ｐ１に出力する。このとき、第４の入出力端子Ｐ４から出力された信号と第１の入出力端子Ｐ１から出力された信号との位相差は、９０度である。

また、９０度ハイブリッド回路は、第４の入出力端子Ｐ４に信号を入力する場合、入力した信号を２つに分配し、分配した一方の信号を第３の入出力端子Ｐ３に出力し、他方の信号を第２の入出力端子Ｐ２に出力する。このとき、第３の入出力端子Ｐ３から出力された信号と第２の入出力端子Ｐ２から出力された信号との位相差は、９０度である。

なお、上記９０度ハイブリッド回路は、例えば、ブランチライン形方向性結合器等が挙げられる。

上記第１のハイブリッド回路２１は、第１乃至第４の端子Ｐ１１〜Ｐ１４を備える。これらの端子Ｐ１１〜Ｐ１４は、内部の第１乃至第４の入出力端子Ｐ１〜Ｐ４に接続される。第１の端子Ｐ１１は送信信号入力端子に接続され、第４の端子Ｐ１４は受信信号出力端子に接続される。

上記第２のハイブリッド回路２２は、第１乃至第４の端子Ｐ２１〜Ｐ２４を備える。これらの端子Ｐ２１〜Ｐ２４は、内部の第１乃至第４の入出力端子Ｐ１〜Ｐ４に接続される。第１の端子Ｐ２１は第２の伝送線路２７を介して第１のハイブリッド回路２１の端子Ｐ１３に接続され、第４の端子Ｐ１４は第３の伝送線路２８を介して第３のハイブリッド回路２３の第４の端子Ｐ３４に接続される。また、第２の端子Ｐ２２は受信信号出力端子に接続される。

上記第３のハイブリッド回路２３は、第１乃至第４の端子Ｐ３１〜Ｐ３４を備える。これらの端子Ｐ３１〜Ｐ３４は、内部の第１乃至第４の入出力端子Ｐ１〜Ｐ４に接続される。第１の端子Ｐ３１は第１の伝送線路２６を介して第１のハイブリッド回路２１の第１の端子Ｐ１２に接続され、第２の端子Ｐ３２はアンテナ接続端子１に接続され、第３の端子Ｐ３３は終端器２９に接続される。

ここで、第２のハイブリッド回路２２において、第２の端子Ｐ２２とグラウンドとの間には、第１のダイオード素子２４が第２の端子Ｐ２２からグラウンドに向けて順方向に接続される。また、第３の端子Ｐ２３とグラウンドとの間には、第２のダイオード素子２５が第３の端子Ｐ２３からグラウンドに向けて順方向に接続される。

すなわち、上記第２のハイブリッド回路２２、第１及び第２のダイオード素子２４，２５は、位相制御部２１０を構成する。この位相制御部２１０は、第１及び第２のダイオード素子２４，２５にそれぞれ印加する電圧に応じて、第２のハイブリッド回路２２に入力される信号の位相を制御して出力する。例えば、位相制御部２１０は、第１及び第２のダイオード素子２４，２５に対して順方向バイアスをかけることにより、信号の通過位相を１８０度に制御することができる。また、位相制御部２１０は、第１及び第２のダイオード素子２４，２５に対して逆方向バイアスをかけることにより、信号の通過位相を０度に制御することができる。

上記第１及び第２のダイオード素子２４，２５にかけるバイアスの切り換えは、バイアス制御部６１及びバイアス電源部６２により行う。

バイアス制御部６１は、送信動作及び受信動作を切り換える基準となるタイミング信号を生成するタイミング信号生成器（図示せず）から出力される送受信タイミング信号を入力する。送信信号を送信回路３からアンテナ接続端子１を介してアンテナへ出力する場合、バイアス制御部６１は、入力した送受信タイミング信号の送信タイミングに従い、第１及び第２のダイオード素子２４，２５に順方向バイアスをかけるよう、バイアス電源部６２へ指示を行う。

バイアス電源部６２は、バイアス制御部６１からの順方向バイアス指示に応じて、第１及び第２のダイオード素子２４，２５に対して順方向バイアスをかけるようにする。これにより、第１及び第２のダイオード素子２４，２５は、いずれも電気的に短絡となる。この結果、第２のハイブリッド回路２２の出力位相差は、１８０度となる位相制御回路を構成する。

また、アンテナ接続端子１を介して入力されたアンテナ受信信号を受信回路４へ出力する場合、バイアス制御部６１は、入力した送受信タイミング信号の受信タイミングに従い、第１及び第２のダイオード素子２４，２５に逆方向バイアスをかけるよう、バイアス電源部６２へ指示を行う。バイアス電源部６２は、バイアス制御部６１からの逆方向バイアス指示に応じて、第１及び第２のダイオード素子２４，２５に対して逆方向バイアスをかけるようにする。これにより、第１及び第２のダイオード素子２４，２５は、いずれも電気的に開放となる。この結果、第２のハイブリッド回路２２の出力位相差は、０度となる位相制御回路を構成する。

第１の伝送線路２６は、第１のハイブリッド回路２１の第２の端子Ｐ１２と第３のハイブリッド回路２３の第１の端子Ｐ３１とを接続する。この第１の伝送線路２６は、超伝導材で形成される。第２の伝送線路２７は、第１のハイブリッド回路２１の第３の端子と第２のハイブリッド回路の第１の端子とを接続する。この第２の伝送線路２７は、超伝導材で形成される。第３の伝送線路２８は、第２のハイブリッド回路の第４の端子Ｐ２４と第３のハイブリッド回路２３の第４の端子Ｐ３４とを接続する。この第３の伝送線路２８は、超伝導材で形成される。

終端器２９は、第３のハイブリッド回路２３の第３の端子Ｐ３３に接続され、アイソレーションポートとなる端子Ｐ３３を終端する。

上記送受信切換器２の構成において、送信信号を送信回路３からアンテナ接続端子１を介してアンテナへ出力する場合、及びアンテナ接続端子１を介して入力されたアンテナ受信信号を受信回路４へ出力する場合の処理動作について、詳しく説明する。

まず、送信信号を送信回路３からアンテナ接続端子１へ出力する場合、バイアス電源部６２は、第１及び第２のダイオード素子２４，２５に対して順方向バイアスをかける。これにより、順方向バイアスをかけた第１及び第２のダイオード素子２４，２５は、電気的に短絡となる。すなわち、位相制御部２１０は、入力した信号の通過位相を１８０度に制御する。

ここで、第１のハイブリッド回路２１は、送信回路３から出力された送信信号を端子Ｐ１１へ入力し、入力した送信信号を２つに分配する。第１のハイブリッド回路２１は、分配した一方の送信信号を端子Ｐ１２から端子Ｐ３１へ出力し、他方の送信信号を端子Ｐ１３から端子Ｐ２１へ出力する。このとき、端子Ｐ１１から端子Ｐ３１へ出力した送信信号と端子Ｐ１３から端子Ｐ２１へ出力した送信信号との位相差は、９０度である。

位相制御部２１０は、端子Ｐ１３から出力された送信信号を端子Ｐ２１へ入力し、入力した送信信号の位相を１８０度に制御する。位相制御部２１０は、１８０度に制御した送信信号を端子Ｐ２４から端子Ｐ３４へ出力する。このとき、端子Ｐ２４から端子Ｐ３４へ出力した送信信号と端子Ｐ３１に入力される送信信号との位相差は、２７０度である。

ここで、端子Ｐ３１からの入力信号と端子Ｐ３４からの入力信号をそれぞれ個別に見ると、第３のハイブリッド回路２３は、端子Ｐ１２から出力された送信信号を端子Ｐ３１へ入力し、入力した送信信号を２つに分配する。第３のハイブリッド回路２３は、分配した一方の送信信号を端子Ｐ３２からアンテナ接続端子１へ出力し、他方の送信信号を端子Ｐ３３から終端器２９へ出力する。このとき、端子Ｐ３１からアンテナ接続端子１へ出力した送信信号と端子Ｐ３４から終端器２９へ出力した送信信号との位相差は、９０度である。

また、第３のハイブリッド回路２３は、端子Ｐ２４から出力された送信信号を端子Ｐ３４へ入力し、入力した送信信号を２つに分配する。第３のハイブリッド回路２３は、分配した一方の送信信号を端子Ｐ３２からアンテナ接続端子１へ出力し、他方の送信信号を端子Ｐ３３から終端器２９へ出力する。このとき、端子Ｐ３２からアンテナ接続端子１へ出力した送信信号と端子Ｐ３３から終端器２９へ出力した送信信号との位相差は、９０度である。

すなわち、端子Ｐ３１から入力し、端子Ｐ３２からアンテナ接続端子１へ出力される送信信号と端子Ｐ３４から入力し、端子Ｐ３２からアンテナ接続端子１へ出力される送信信号とは同位相で信号合成されてアンテナ接続端子１へ出力される。また、端子Ｐ３１から入力し、端子Ｐ３３から終端器２９へ出力される送信信号と端子Ｐ３４から入力し、端子Ｐ３３から終端器２９へ出力される送信信号とは逆位相であるため、互いに打ち消しあう。

上記により、送受信切換器２は、送信信号を送信回路３からアンテナ接続端子１へ出力する。

また、アンテナ接続端子１を介して入力されたアンテナ受信信号を受信回路４へ出力する場合、バイアス電源部６２は、第１及び第２のダイオード素子２４，２５に対して逆方向バイアスをかける。これにより、逆方向バイアスをかけた第１及び第２のダイオード素子２４，２５は、電気的に開放となる。すなわち、位相制御部２１０は、入力した信号の通過位相を０度に制御する。

ここで、第３のハイブリッド回路２３は、アンテナからアンテナ接続端子１を介して出力された受信信号を端子Ｐ３２へ入力し、入力した受信信号を２つに分配する。第３のハイブリッド回路２３は、分配した一方の受信信号を端子Ｐ３１から端子Ｐ１２へ出力し、他方の受信信号を端子Ｐ３４から端子Ｐ２４へ出力する。このとき、端子Ｐ３１から端子Ｐ１２へ出力した受信信号と端子Ｐ３４から端子Ｐ２４へ出力した受信信号との位相差は、９０度である。

位相制御部２１０は、端子Ｐ３４から出力された受信信号を端子Ｐ２４へ入力し、入力した受信信号の位相を０度に制御する。位相制御部２１０は、この受信信号を端子Ｐ２１から端子Ｐ１３へ出力する。このとき、端子Ｐ２１から端子Ｐ１３へ入力される受信信号と端子Ｐ１２に入力される受信信号との位相差は、９０度である。

同様に端子Ｐ１２の入力信号と端子Ｐ１３の入力信号を個別に見ると、第１のハイブリッド回路２１は、端子Ｐ３１から出力された受信信号をＰ１２へ入力し、入力した受信信号を２つに分配する。第１のハイブリッド回路２１は、分配した一方の受信信号を端子Ｐ１４から受信回路４へ出力し、他方の受信信号を端子Ｐ１１から送信回路３へ出力する。このとき、端子Ｐ１４から受信回路４へ出力した受信信号と端子Ｐ１１から送信回路３へ出力した受信信号との位相差は、９０度である。

また、第１のハイブリッド回路２１は、端子Ｐ２１から出力された受信信号を端子Ｐ１３へ入力し、入力した受信信号を２つに分配する。第１のハイブリッド回路２１は、分配した一方の受信信号を端子Ｐ１４から受信回路４へ出力し、他方の受信信号を端子Ｐ１１から送信回路３へ出力する。このとき、端子Ｐ１４から受信回路４へ出力した受信信号と端子Ｐ１１から送信回路３へ出力した受信信号との位相差は、９０度である。

すなわち、端子Ｐ１２から入力し、端子Ｐ１４から受信回路４へ出力される受信信号と端子Ｐ１３から入力し、端子Ｐ１４から受信回路４へ出力される受信信号とは同位相で信号合成されて受信回路４へ出力される。また、端子Ｐ１２から入力し、端子Ｐ１１から送信回路３へ出力される受信信号と端子Ｐ１３から入力し、端子Ｐ１１から送信回路３へ出力される受信信号とは逆位相であるため、互いに打ち消しあう。よって、送受信切換器２は、受信信号が送信回路３に出力されることを防ぐことが可能である。

上記により、送受信切換器２は、アンテナ接続端子１を介して入力されたアンテナ受信信号を受信回路４へ出力する。

上記構成によれば、アンテナ送受信モジュールにおいて、送受信切換器２は、３つのハイブリッド回路２１〜２３、２つのダイオード素子２４，２５を備え、超伝導材で回路パターンを形成し、冷却装置５によって極低温に冷却する。これにより、アンテナ送受信モジュールは、送受信切換器２による送信回路３と受信回路４との切り換えによる損失をゼロに近づけることが可能となる。また、受信回路４は、真空容器５１内に収納し、冷却部５２で超伝導状態となるまで極低温に冷却する。これにより、アンテナ送受信モジュールは、受信時の損失を低減することが可能となる。したがって、アンテナ送受信モジュールは、送受信切換損失を低減して、受信系の高感度化を実現することができる。

また、上記送受信切換器２を使用するアンテナ送受信モジュールは、従来のサーキュレータを用いた送受信切換方式と比較して、損失低減とともに、部品点数削減によるコスト低減が可能となる。

また、アンテナ送受信モジュールは、送受信切換器２を超伝導材で回路パターンを形成し、平面回路化することにより、送受信切換器２に接続される送信フィルタ３３についても常温側とのインターフェース数を増やすことなく真空容器５１内に収納し、冷却部５２で超伝導状態となるまで極低温に冷却することが可能となる。これにより、送信フィルタ３３を極低温状態として損失を低減し、送受信切換損失低減と合わせて損失を低減することが可能となる。このため、アンテナ送受信モジュールは、送信時の損失を低減することが可能となる。これにより、アンテナ接続端子１への出力レベルは増加し、アンテナから空間へ放射される送信尖頭電力増加によるシステム性能の向上が可能となる。

また、アンテナ送受信モジュールは、送信フィルタ３３及び受信フィルタ４２を超伝導材を使用した超伝導フィルタとすることで、損失の更なる低減とともに急峻なフィルタ特性を得ることが可能となる。

また、図４に示すように、アンテナ送受信モジュールは、送信フィルタ３３及び受信フィルタ４２の代わりに、アンテナ接続端子１と送受信切換器２との間に送受信フィルタ８を設けてもよい。これにより、アンテナ送受信モジュールは、送信時及び受信時に使用するフィルタを共用することが可能となり、回路構成の簡素化を図り、低損失かつ高感度なアンテナ送受信モジュールを提供することが可能となる。

また、図５に示すように、アンテナ送受信モジュールは、送信用移相器３１及び受信用移相器４４の代わりに、スイッチ９及び移相器１０を設けてもよい。これにより、アンテナ送受信モジュールは、送信時及び受信時に使用する移相器を共用することが可能となり、回路構成の簡素化を図り、低損失かつ高感度なアンテナ送受信モジュールを提供することが可能となる。また、移相器１０は、上記位相制御部２１０の回路構成を用いて構成し、これを超伝導材で形成し、冷却装置５により極低温で冷却してもよい。これにより、アンテナ送受信モジュールは、さらなる低損失化を可能とする。

また、図６に示すように、アンテナ送受信モジュールは、送信フィルタ３３及び受信フィルタ４２の代わりに、送受信切換器２のアンテナ側に送受信フィルタ８を設け、送信用移相器３１及び受信用移相器４４の代わりに、スイッチ９及び移相器１０を設けてもよい。これにより、アンテナ送受信モジュールは、さらなる高感度化を図ることが可能となる。

なお、上記アンテナ送受信モジュールでは、真空容器５１内のリミッタ４１を受信フィルタ４２の出力側に配置してもよいし、不要であれば削除してもよい。

また、上記アンテナ送受信モジュールは、移相器を使用しない機械回転式のアレイアンテナ及び、移相器をアンテナごとやサブアレイごとに有するフェーズドアレイアンテナ等、送受信の切り換えを行うアレイアンテナの何れにも適用してもよい。

以上、実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…アンテナ接続端子、２…送受信切換器、２１〜２３…ハイブリッド回路、２４，２５…ダイオード素子、２６〜２８…伝送線路、２９…終端器、２１０…位相制御部、３…送信回路、３１…送信用移相器、３２…送信アンプ、３３…送信フィルタ、４…受信回路、４１…リミッタ、４２…受信フィルタ、４３…低雑音増幅器（ＬＮＡ）、４４…受信用移相器、５…冷却装置、５１…真空容器、５２…冷却部、６１…バイアス制御部、６２…バイアス電源部、７１〜７４…１／４波長回路、８…送受信フィルタ、９…スイッチ、１０…移相器。

Claims (5)

1. 送受信共用のアンテナに接続されるアンテナ接続端子と、
   前記アンテナ接続端子を介して前記アンテナから空間へ放射する送信信号を出力する送信回路と、
   前記アンテナにより受信された受信信号を前記アンテナ接続端子を介して入力する受信回路と、
   送信及び受信の切換指示に応じて前記送信回路及び受信回路を前記アンテナ接続端子に切換接続する送受信切換器と、
   前記受信回路及び送受信切換器を超伝導材が超伝導状態となる極低温に冷却する冷却手段とを具備し、
   前記送受信切換器は、
   超伝導材で形成され、それぞれが、第１乃至第４の１／４波長線路を接続し、各１／４波長線路間の接続点を順に第１乃至第４の端子に接続してなる第１乃至第３のハイブリッド回路と、
   超伝導材で形成され、前記第１のハイブリッド回路の第１の端子と前記第２のハイブリッド回路の第１の端子とを接続する第１の伝送線路と、
   超伝導材で形成され、前記第１のハイブリッド回路の第２の端子と前記第３のハイブリッド回路の第１の端子とを接続する第２の伝送線路と、
   超伝導材で形成され、前記第２のハイブリッド回路の第２の端子と前記第３のハイブリッド回路の第２の端子とを接続する第３の伝送線路と、
   前記第２のハイブリッド回路の第３の端子と基準電位点との間に接続され、バイアス方向に応じてオン・オフする第１のスイッチ素子と、
   前記第２のハイブリッド回路の第４の端子と基準電位点との間に接続され、バイアス方向に応じてオン・オフする第２のスイッチ素子と、
   前記送信及び受信の切換指示に応じて、前記第１及び第２のスイッチ素子に順方向バイアスまたは逆方向バイアスを印加し、前記送信回路及び受信回路を前記アンテナへ選択的に切換接続するバイアス切換手段と
   を備えるアンテナ送受信モジュール。
2. 前記送信回路は、
   前記信号を入力し、入力した信号に所望の位相制御を施す送信用移相器と、
   前記送信用移相器から出力される信号を入力し、入力した信号を所望の利得で電力増幅する送信アンプとを備え、
   前記受信回路は、
   前記送受信切換器を介して入力される受信信号を入力し、入力した受信信号を低雑音で増幅する低雑音増幅器と、
   前記低雑音増幅器から出力される受信信号を入力し、入力した受信信号に所望の位相制御を施す受信用移相器とを備え、
   超伝導材で形成され、前記送受信切換器を介して前記送信回路から出力される送信信号を入力し、入力した送信信号から所望の送信周波数帯域成分を抽出して前記アンテナ接続端子に出力し、前記アンテナ接続端子から入力された受信信号を入力し、入力した受信信号から所望の受信周波数帯域成分を抽出して前記送受信切換器を介して前記受信回路に出力する送受信フィルタをさらに具備し、
   前記冷却手段は、前記送信用移相器及び送受信フィルタを極低温に冷却する請求項１記載のアンテナ送受信モジュール。
3. 前記送信回路は、
   前記信号を入力し、入力した信号を所望の利得で電力増幅する送信アンプと、
   超伝導材で形成され、前記送信アンプから出力される信号を入力し、入力した信号から所望の送信周波数帯域成分を抽出する送信フィルタとを備え、
   前記受信回路は、
   超伝導材で形成され、前記アンテナ接続端子から入力される受信信号を入力し、入力した受信信号から所望の受信周波数帯域成分を抽出する受信フィルタと、
   前記受信フィルタから出力される受信信号を入力し、入力した受信信号を低雑音で増幅する低雑音増幅器とを備え、
   前記信号を入力し、入力した送信信号に所望の位相制御を施して前記送信アンプに出力し、前記低雑音増幅器から出力される受信信号を入力し、入力した受信信号に所望の位相制御を施す移相器と、
   前記送信回路及び受信回路を前記移相器へそれぞれ切換接続するスイッチとをさらに具備し、
   前記冷却手段は、前記送信フィルタ及び移相器を極低温に冷却する請求項１記載のアンテナ送受信モジュール。
4. 前記送信回路は、前記信号を入力し、入力した信号を所望の利得で電力増幅する送信アンプを備え、
   前記受信回路は、前記受信信号を入力し、入力した受信信号を低雑音で増幅する低雑音増幅器を備え、
   前記信号を入力し、入力した送信信号に所望の位相制御を施して前記送信アンプに出力し、前記低雑音増幅器から出力される受信信号を入力し、入力した受信信号に所望の位相制御を施す移相器と、
   前記送信回路及び受信回路を前記移相器へそれぞれ切換接続するスイッチと
   超伝導材で形成され、前記送受信切換器を介して前記送信回路から出力される送信信号を入力し、入力した送信信号から所望の送信周波数帯域成分を抽出して前記アンテナ接続端子に出力し、前記アンテナ接続端子から入力された受信信号を入力し、入力した受信信号から所望の受信周波数帯域成分を抽出して前記送受信切換器を介して前記受信回路に出力する送受信フィルタをさらに具備し、
   前記冷却手段は、前記送受信フィルタ及び移相器を極低温に冷却する請求項１記載のアンテナ送受信モジュール。
5. 送受信共用のアンテナに接続されるアンテナ接続端子と、前記アンテナ接続端子を介して前記アンテナから空間へ放射する送信信号を出力する送信回路と、前記アンテナにより受信された受信信号を前記アンテナ接続端子を介して入力する受信回路と、前記受信回路を超伝導状態まで極低温に冷却する冷却手段とを具備するアンテナ送受信モジュールに用いられ、送信及び受信の切換指示に応じて前記送信回路及び受信回路を前記アンテナ接続端子に切換接続する送受信切換器において、
   超伝導材で形成され、それぞれが、第１乃至第４の１／４波長線路を接続し、各１／４波長線路間の接続点を順に第１乃至第４の端子に接続してなる第１乃至第３のハイブリッド回路と、
   超伝導材で形成され、前記第１のハイブリッド回路の第１の端子と前記第２のハイブリッド回路の第１の端子とを接続する第１の伝送線路と、
   超伝導材で形成され、前記第１のハイブリッド回路の第２の端子と前記第３のハイブリッド回路の第１の端子とを接続する第２の伝送線路と、
   超伝導材で形成され、前記第２のハイブリッド回路の第２の端子と前記第３のハイブリッド回路の第２の端子とを接続する第３の伝送線路と、
   前記第２のハイブリッド回路の第３の端子と基準電位点との間に接続され、バイアス方向に応じてオン・オフする第１のスイッチ素子と、
   前記第２のハイブリッド回路の第４の端子と基準電位点との間に接続され、バイアス方向に応じてオン・オフする第２のスイッチ素子と、
   前記送信及び受信の切換指示に応じて、前記第１及び第２のスイッチ素子に順方向バイアスまたは逆方向バイアスをかけ、前記送信回路及び受信回路を前記アンテナへ選択的に切換接続するバイアス切換手段とを備え、
   前記冷却手段により超伝導状態まで極低温に冷却される送受信切換器。

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