JP3558263B2 - 高感度無線受信機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば移動通信や衛星通信等のシステムに用いられる基地局無線受信機に関し、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、高感度無線受信機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高感度無線受信機の基本構成を図６に示す。この従来の高感度無線受信機は、アンテナからの信号が入力されるアンテナ端子１と、アンテナ端子１に入力された信号から所望の帯域の信号を選択する第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３と、第１受信低雑音増幅器３からの出力信号を出力する出力端子４とを備えている。また、第１受信帯域フィルタ２と第１受信低雑音増幅器３は、熱遮蔽函５に封入され、外部と断熱されるとともに、冷却部材６ａを介して冷却手段６により冷却される。さらに、第１受信低雑音増幅器３に電力を供給するための第１電源端子７と、冷却手段６に電力を供給するための第２電源端子８がそれぞれ設けられる。熱遮蔽函５、冷却手段６は１つの筺体９に収納される。
【０００３】
第１受信帯域フィルタ２及び第１受信低雑音増幅器３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５に封入され、冷却手段６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。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る。
【０００４】
このように、第１受信帯域フィルタ２及び第１受信低雑音増幅器３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２及び第１受信低雑音増幅器３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２の挿入損失を小さくすることができる。その結果、図６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６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。
【０００５】
【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、高感度無線受信機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２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。そのため、所望の減衰特性を第１受信帯域フィルタ２のみで実現しようとすると受信感度が劣化するという問題があった。
【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無線受信機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、アンテナよりの受信信号が入力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熱遮蔽函に封入されて冷却手段により冷却される高感度無線受信機を前提とする。
【０００８】
請求項１の発明では、上記第１受信低雑音増幅器の出力側に第２受信帯域フィルタを設け、その第２受信帯域フィルタ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、ｎ個（ｎは２以上）の受信帯域フィルタ（第１受信帯域フィルタ、第２受信帯域フィルタ、…、第ｎ受信帯域フィルタ）とｎ個の受信低雑音増幅器（第１受信低雑音増幅器、第２受信低雑音増幅器、…、第ｎ受信低雑音増幅器）を交互に設け、これら受信帯域フィルタ及び受信低雑音増幅器を上記熱遮蔽函に封入し冷却手段により冷却する。
【０００９】
請求項３の発明では、請求項２の発明において、上記第ｎ受信低雑音増幅器の出力側に第（ｎ＋１）受信帯域フィルタを設け、その第（ｎ＋１）受信帯域フィルタを上記熱遮蔽函に封入して上記冷却手段により冷却する。
請求項４の発明では、請求項１から３の何れかの発明において、上記複数の受信帯域フィルタの少なくとも１つを、上記冷却手段によって冷却された温度で超電導状態となる超電導材料を用いて構成する。
【００１０】
請求項５の発明では、請求項１から４の何れかの発明において、送信入力端子と、その送信入力端子より入力された信号から所望の送信帯域の信号を選択して出力する送信帯域フィルタと、上記第１受信帯域フィルタの入力側で、上記送信帯域フィルタの出力側をアンテナ側に結合する結合回路を設ける。
【００１１】
【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６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受信低雑音増幅器３の出力側に第２受信帯域フィルタ１１が設けられ、その第２受信帯域フィルタ１１が熱遮蔽函５に封入されて冷却部材６ａを介して冷却手段６により冷却されている点が図６と異なる。ここで、第２受信帯域フィルタ１１としては第１受信帯域フィルタ２と同様に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る。なお、第１受信帯域フィルタ２と第２受信帯域フィルタ１１は、例えば一方が誘電体共振器形フィルタで他方が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構造としても良い。
【００１２】
第１受信帯域フィルタ２と第２受信帯域フィルタ１１の特性例を図２に示す。第１受信帯域フィルタ２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２では第１受信低雑音増幅器３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１１に入力される受信信号は第１受信低雑音増幅器３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１１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１１では通過帯域の挿入損失がある程度大きくなってもよいので、全体として所望の減衰特性が得られるように第２受信帯域フィルタ１１の段数を設計する。その結果、図１の高感度無線受信機全体の特性として高い受信感度と高い選択度を同時に実現できる。一般に第１受信帯域フィルタ２は第２受信帯域フィルタ１１と比較して、段数が少なく、遮断特性がゆるやかであり、損失が小さい。第２受信帯域フィルタ１１は遮断特性が急峻であり、段数も多くなる。
【００１３】
図１では１個の第１受信低雑音増幅器で増幅を行っているが、図３に示すように第２受信帯域フィルタ１１の出力側にさらに第２受信低雑音増幅器２１を設け、全体で所要の利得が得られるようにしてもよい。第２受信低雑音増幅器２１への入力信号は第２受信帯域フィルタ１１で帯域外の妨害波がより減衰させられているため、所要の利得を第１受信低雑音増幅器３のみで達成する場合に比べて増幅器で発生する歪を低減できる。逆に所要の歪特性を達成するための増幅器の飽和レベルは小さくてよい。したがって増幅器の消費電力を低減でき、かつ増幅器の発熱も小さくできることから冷却手段６の負荷を低減することができる。これが請求項２の発明の実施例である。
【００１４】
図４に示すように第２受信低雑音増幅器２１の出力側に、第３受信帯域フィルタ３１を設けることもできる。これは請求項３の発明の実施例である。また図示しないが、さらにその第３受信帯域フィルタ３１の出力側に第３受信低雑音増幅器を設けてもよいし（請求項２）、その第３受信低雑音増幅器の出力側に第４受信帯域フィルタを設けてもよい（請求項３）。このように複数の受信帯域フィルタと受信低雑音増幅器を交互に縦続接続して、所要の減衰特性を各々の受信帯域フィルタに配分し、所要の利得を各々の受信低雑音増幅器に配分することにより、高感度、高選択度、低歪み、低消費電力を同時に達成できるよう設計を行うことができる。この場合、一般に受信帯域フィルタは前段側程、遮断特性がゆるやかで挿入損失が小さく、段数が少ない構成となる。
【００１５】
請求項１から３の各発明で、複数の受信帯域フィルタのうち少なくとも１つを、超電導材料を用いて構成したのが請求項４の発明である。例えばフィルタの構造としては請求項１から３と同様、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、いずれも電極が超電導材料で構成される。このように受信帯域フィルタの一部を超電導材料で構成することにより、低い挿入損失で非常に急峻なフィルタ特性が実現でき、受信感度や選択度の大幅な改善が実現できる。
【００１６】
この発明は、図５に示すように１本のアンテナで送信と受信を共用する場合にも適用できる。図５では図１と比べて送信入力端子４１、送信帯域フィルタ４２及び結合回路４３が新たに設けられている。送信帯域フィルタ４２は送信入力端子４１から入力される送信機からの送信信号における雑音が受信側に回り込むことを防ぐために用いられる。第１受信帯域フィルタ２及び送信帯域フィルタ４２の各一端は結合回路４３によりアンテナ側に結合される。アンテナからの受信信号は送信帯域フィルタ４３で阻止されて送信側へは伝達されず、また送信側からの送信信号は第１受信帯域フィルタ２で阻止されて受信側へは伝達されないため、１本のアンテナに送信側回路と受信側回路を接続することが可能である。これが請求項５の発明である。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、複数の受信帯域フィルタと受信低雑音増幅器を交互に接続して、所要の減衰特性を各々の受信帯域フィルタに配分することにより、例えばアンテナ端子に最も近い受信帯域フィルタは減衰特性が緩やかであるが挿入損失を極力小さくし、受信低雑音増幅器の後段で受信信号が十分増幅された後に接続される受信帯域フィルタには、挿入損失は大きくてもよいが減衰特性が極めて急峻なものを用いて全体として高い受信感度と高い選択度を同時に実現できる。また、必要な増幅利得を一つの受信低雑音増幅器で実現するのではなく複数の受信低雑音増幅器の各々に配分することにより、急峻な減衰特性をもたせた受信帯域フィルタの後段に接続された受信低雑音増幅器には帯域外の妨害波が十分減衰された信号が入力されるため、受信低雑音増幅器で発生する歪を低減することができる。
【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２および第２受信帯域フィルタ１１の各特性例を示す図。
【図３】請求項２の発明の実施例を示すブロック図。
【図４】請求項３の発明の実施例を示すブロック図。
【図５】請求項５の発明の実施例を示すブロック図。
【図６】従来の高感度基地局無線装置を示すブロック図。

Claims (5)

1. アンテナよりの受信信号が入力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熱遮蔽函に封入されて冷却手段により冷却される高感度無線受信機において、
   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受信低雑音増幅器の出力側に上記第１受信帯域フィルタよりも急峻な減衰特性の第２受信帯域フィルタを具備し、その第２受信帯域フィルタは上記熱遮蔽函に封入され、上記冷却手段により冷却されていることを特徴とする高感度無線受信機。
2. 請求項１記載の高感度無線受信機において、
   第１受信帯域フィルタ、第２受信帯域フィルタ、…、第ｎ受信帯域フィルタ（ｎは２以上の整数）と、第１受信低雑音増幅器、第２受信低雑音増幅器、…、第ｎ受信低雑音増幅器とが交互に設けられ、これら受信帯域フィルタ及び受信低雑音増幅器は上記熱遮蔽函に封入されて上記冷却手段により冷却されていることを特徴とする高感度無線受信機。
3. 請求項２記載の高感度無線受信機において、
   上記第ｎ受信低雑音増幅器の出力側に第（ｎ＋１）受信帯域フィルタが設けられ、その第（ｎ＋１）受信帯域フィルタは上記熱遮蔽函に封入されて上記冷却手段により冷却されていることを特徴とする高感度無線受信機。
4. 請求項１から３の何れかに記載の高感度無線受信機において、
   上記複数の受信帯域フィルタの少なくとも１つが上記冷却手段によって冷却された温度で超電導状態となる超電導材料を用いて構成されていることを特徴とする高感度無線受信機。
5. 請求項１から４の何れかに記載の高感度無線受信機において、
   送信入力端子と、その送信入力端子より入力された信号から所望の送信帯域の信号を選択して出力する送信帯域フィルタと、上記第１受信帯域フィルタの入力側に設けられ、上記送信帯域フィルタの出力側をアンテナ側に結合する結合回路を有することを特徴とする高感度無線受信機。

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