JP3878116B2

JP3878116B2 - High sensitivity receiver

Info

Publication number: JP3878116B2
Application number: JP2002351115A
Authority: JP
Inventors: 凝陳; 芳明垂澤; 圭佐藤; 祥一楢橋; 矩芳寺田; 俊雄野島
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2002-12-03
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2022-12-03
Also published as: JP2004186956A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば移動通信の基地局無線装置に適用され、高周波受信部を冷却して、所望の信号を受信する高感度受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１に従来の高感度受信機のブロック図を示す。
この従来の高感度受信機は、アンテナ１と、アンテナ１で受信された信号を伝送するためのアンテナフィーダ２と、所望の帯域の信号を選択する受信帯域フィルタ（以下「ＲＸＦ」という）３と、ＲＸＦ３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（以下「ＬＮＡ」という）４と、レーザーダイオード（以下「ＬＤ」という）５と、出力端子６と、光ファイバケーブルからなる伝送線路20と、光／電気変換器（以下「Ｏ／Ｅ」という）21を備えている。ＲＸＦ３、ＬＮＡ４、及びＬＤ５は一つの筐体７に収納される。ここで図示していないが、ＲＸＦ３とＬＮＡ４との間で整合をとるために、両者の間にアイソレータを設ける場合もある。ＬＤ５はＬＮＡ４の出力電気信号を光信号に変換して出力端子６から光信号を出力する。出力端子６から出力される光信号は、伝送線路20により伝送され、Ｏ／Ｅ21により再び電気信号に変換されて受信信号とて出力される（例えば、非特許文献１参照）
ここで、ＬＤ５、出力端子６、伝送線路20、及びＯ／Ｅ21から構成される部分を光伝送部と言う。
上記高感度受信機は、ＬＤ５によりＬＮＡ４から出力される受信信号は光信号に変換して光ファイバケーブルにより伝送されるため、同軸ケーブルを利用した電気信号の伝送方法と比べ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点で有利である。
【０００３】
【非特許文献１】
Ta-Shing Chu and Michael J. Gans, "Fiber Optic Microcellular Radio," IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol.40, No3, August 1991. pp. 599-606.
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１２に示した前記従来の技術の高感度受信機において、光伝送部のダイナミックレンジ（以下「ＤＲ」という）は、光伝送部の利得、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、ＬＤ５の電気／光変換特性（Ｅ／Ｏ特性）が大きく変動することがある。さらにＤＲは主としてＬＤ５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 Journal, 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。
【０００５】
図１４にＬＤ５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、ＬＤ５はＤＦＢ型レーザーダイオードである。図１４において、ＬＤ５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2.7dB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12波程度になり、ＬＤ５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ＬＤ５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ＬＤ５の温度の安定化は困難である。このため、従来の高感度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、ＲＸＦ、ＬＮＡ、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ＲＸＦ，ＬＮＡ、及びＬＤの温度の安定化を図り、ロバストで、低損失・低雑音であり、かつ十分な光伝送部のダイナミックレンジを有する高感度受信機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１の発明では、高周波信号が入力される受信帯域フィルタと、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と、受信低雑音増幅器の出力信号を光信号に変換して出力するレーザーダイオードを具備する高感度受信機において、
上記受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、及びレーザーダイオードは、熱遮蔽函に封入され、冷却手段により冷却される。
（２）請求項２の発明では、高周波信号が入力される受信帯域フィルタと、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と、受信低雑音増幅器の出力信号を光信号に変換して出力するレーザーダイオードを具備する高感度受信機において、
上記受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、及びレーザーダイオードは熱遮蔽函に封入され、上記受信帯域フィルタは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、上記レーザーダイオードは熱抵抗手段を介して上記冷却手段により所望の第２の温度に冷却される。
（３）請求項３の発明では、高周波信号が入力される受信帯域フィルタと、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と、受信低雑音増幅器の出力信号を光信号に変換して出力するレーザーダイオードを具備する高感度受信機において、
上記受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、及びレーザーダイオードは熱遮蔽函に封入され、上記受信帯域フィルタは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、上記レーザーダイオードは上記冷却手段により所望の第２の温度に冷却される。
【０００７】
（４）請求項４の発明では、高周波信号が入力される受信帯域フィルタと、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と、受信低雑音増幅器の出力信号を光信号に変換して出力するレーザーダイオードを具備する高感度受信機において、
上記受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、及びレーザーダイオードは熱遮蔽函に封入され、上記受信帯域フィルタは第１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、上記レーザーダイオードは第２熱抵抗手段を介して上記冷却手段により所望の第２の温度に冷却され、上記受信低雑音増幅器は上記冷却手段により所望の第３の温度に冷却される。
（５）請求項５に発明では、高周波信号が入力される受信帯域フィルタと、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と、受信低雑音増幅器の出力信号を光信号に変換して出力するレーザーダイオードを具備する高感度受信機において、
上記受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、及びレーザーダイオードは熱遮蔽函に封入され、上記受信帯域フィルタは第１の冷却手段により所望の第１の温度に冷却され、上記レーザーダイオードは第２の冷却手段により所望の第２の温度に冷却される。
（６）請求項６の発明では、高周波信号が入力される受信帯域フィルタと、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と、受信低雑音増幅器の出力信号を光信号に変換して出力するレーザーダイオードを具備する高感度受信機において、
上記受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、及びレーザーダイオードは熱遮蔽函に封入され、上記受信帯域フィルタは第１の冷却手段により所望の第１の温度に冷却され、上記レーザーダイオードは第２の冷却手段により所望の第２の温度に冷却され、上記受信低雑音増幅器は第３の冷却手段により所望の第３の温度に冷却される。
【０００８】
（７）請求項７の発明では、高周波信号が入力される受信帯域フィルタと、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と、受信低雑音増幅器の出力信号を光信号に変換して出力するレーザーダイオードを具備する高感度受信機において、
上記受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、及びレーザーダイオードは熱遮蔽函に封入され、上記受信帯域フィルタは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、上記レーザーダイオードは上記２ステージ形冷却手段の第２ステージに設置されて所望の第２の温度に冷却される。
（８）請求項８の発明では、高周波信号が入力される受信帯域フィルタと、受信帯域フィルタの後段の接続された受信低雑音増幅器と、受信低雑音増幅器の出力信号を光信号に変換して出力するレーザーダイオードを具備する高感度受信機において、
上記受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、及びレーザーダイオードは熱遮蔽函に封入され、上記受信帯域フィルタは３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、上記レーザーダイオードは上記３ステージ形冷却手段の第２ステージに設置されて所望の第２の温度に冷却され、上記受信低雑音増幅器は上記３ステージ形冷却手段の第３ステージに設置されて所望の第３の温度に冷却される。
（９）請求項９の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の高周波受信機において、
前記受信低雑音増幅器と前記レーザーダイオードとの間に信号伝送経路が挿入され、前記受信低雑音増幅器の出力信号の一部をバイアス電流制御に入力する電力分配手段が設けられ、前記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前記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。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、請求項１の高感度受信機の実施例を示すブロック図である。
図１と図１２と対応する部分に同一の符号と付けてある。図１２に示した構成と比較してこの実施例では、ＲＸＦ３、ＬＮＡ４、及びＬＤ５は例えばデュワー瓶等の熱遮蔽函８に封入され、外部から供給される電源により動作する冷却手段９により冷却されている点が異なる。熱遮蔽函８及び冷却手段９は１つの筐体７に収納される。
冷却手段９は、例えばヘリウムガスの圧縮・膨張による熱交換サイクルを利用することにより、数10Kといった極めて低い温度まで冷却できる極低温冷凍機、加熱器、温度センサー、及び温度制御回路とで構成される。温度制御回路は、所望のＬＤ５の温度と温度センサーにより測定されたＬＤ５の温度とを比較して、冷凍機の熱吸収量と加熱器の熱発生量とを調節することにより、ＬＤ５の動作温度を長時間安定して所望の温度に維持することができる。また、熱遮蔽函８はその内部を真空にすることによって、周辺環境からの熱伝導を遮断し、冷凍機の負荷を軽減するとともに、ＬＤ５を極低温に冷却しても空気中の水蒸気が昇華してＬＤ５に霜がおりることを防ぐことができる。例えば図１４に示す実験データ例において、このＬＤ５の動作温度を213Kに設定することによって、光伝送部のダイナミックレンジは298K（25°C）時の値と比べて７dB改善される。298Kでの多重化チャネル数は例えば32波であるとすると、前記（式１）から、213Kのとき多重化チャネル数は360波ほどにも及ぶ。ＬＤ５を低温に冷却することによって多重化チャネル数を著しく拡大することができる。
【００１０】
また、ＲＸＦ３及びＬＮＡ４を同様に冷却手段９により冷却することで、雰囲気温度の変化に対するＲＸＦ３及びＬＮＡ４の電気的特性の変動を防ぐことができ、これらで発生する熱雑音を低減することができる。また、ＬＤ５として、超伝導材料の臨界温度（数10K）付近、もしくは高温超伝導材料の臨界温度（例えば77.4K）付近でそのＥ／Ｏ変換特性が光伝送部のダイナミックレンジを最大化するようなものを用いる場合、ＲＸＦ３，ＬＮＡ４、及びＬＤ５を冷却手段９により前記臨界温度に冷却する。ＲＸＦ３を超伝導材料もしくは高温超伝導材料で構成することによって、ＲＸＦ３を構成する共振器を多段化してもＲＸＦ３は超伝導状態であるため、その損失分が少なく、ＲＸＦ３の減衰特性を急峻にすることができる。
その結果、図１に示した高感度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比の受信信号を得ることができると同時に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。
【００１１】
図２は請求項２の高感度受信機の実施例を示すブロック図である。
図２には図１と対応する部分に同一の符号を付けてある。図１に示した構成と比較してこの実施例では、ＲＸＦ３及びＬＮＡ４は冷却手段９により冷却され、ＬＤ５は熱抵抗手段10-1を介して冷却手段９により冷却される点が異なる。ＲＸＦ３は冷却手段９により冷却され、所望の温度（すなわち第１の温度）に長時間安定して維持される。一方、熱抵抗手段10-1はＬＤ５と冷却手段９との間に介在し、ＬＤ５の動作するときに発生する熱を冷却手段９へ伝導し、ＬＤ５の温度を長時間安定して所望の温度（すなわち第２の温度）に維持する。ここで熱抵抗手段10-1を冷却手段９とＬＤ５との間に介在した理由は後述するが、熱抵抗手段10-1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。
上記第１の温度は、例えばＲＸＦ３を超伝導材料で構成した場合、ＲＸＦ３の臨界温度以下に設定される、この温度状態でＲＸＦ３は超伝導状態になっている。この場合ＲＸＦ３を構成する共振器を多段化しても、ＲＸＦ３は超伝導状態であるため、その損失分が少なく、ＲＸＦ３の減衰特性を急峻にすることができる。同時に、ＲＸＦ３で発生する熱雑音をも低減される。
一方、上記第２の温度は、ＬＤ５を好適の電気特性で動作させるための温度である。例えば、図１４に示す実験データの例において、このＬＤ５は213Kの温度において、その電気特性により光伝送部のダイナミックレンジが最大化される。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ＬＤ５に関して第２の温度を213Kに設定することが望まれる。
以上は第１の温度と第２の温度の例であるが、一般的にＲＸＦ３にとって好適の第１の温度とＬＤ５にとって好適の第２の温度は一様ではない。そこでこの実施例では、ＲＸＦ３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、ＬＤ５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、ＬＤ５と冷却手段９との間に熱抵抗手段10-1を介在させることにより実現する。これが熱抵抗手段10-1を冷却手段９とＬＤ５との間に介在させた理由である。なお、所要の温度オフセットは、熱抵抗手段10-1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に示す高感度受信機の構成例において、ＬＮＡ４の低雑音化を図るために、ＬＮＡ４をＲＸＦ３とともに冷却手段９により冷却されるが、ＬＮＡ４をＬＤ５とともに熱抵抗手段10-1を介して冷却手段９により冷却する構成も用いることもできる。
【００１２】
図３は請求項３の高感度受信機の実施例を示すブロック図である。
図２に示した構成と比較してこの実施例では、ＲＸＦ３は熱抵抗手段10-2を介して冷却手段９により冷却され、ＬＮＡ４及びＬＤ５は冷却手段９により冷却される点が異なる。ＲＸＦ３は熱抵抗手段10-2を介して冷却手段９により冷却され、第１の温度に長時間安定して維持される。ＬＤ５は冷却手段９により冷却され、第２の温度に長時間安定して維持される。この実施例では、ＬＤ５が第２の温度に安定する状態を冷却手段９により実現し、ＲＸＦ３が（第２の温度と比較して高い）第１の温度に安定する状態を、ＲＸＦ３と冷却手段９との間に熱抵抗手段10-2を介在させることにより実現する。
なお、図３に示す高感度受信機の構成例において、ＬＮＡ４の低雑音化を図るために、ＬＮＡ４をＬＤ５とともに冷却手段９により冷却されるが、ＬＮＡ４をＲＸＦ３とともに熱抵抗手段10-2を介して冷却手段９により冷却する構成も用いることもできる。
【００１３】
図４は請求項４の高感度受信機の実施例を示すブロック図である。
図２に示した構成と比較してこの実施例では、ＲＸＦ３は第１熱抵抗手段10-2を介して冷却手段９により冷却され、ＬＤ５は第２熱抵抗手段10-1を介して冷却手段９により冷却され、及びＬＮＡ４は冷却手段９により冷却される点が異なる。図４に示す構成において、ＲＸＦ３、ＬＤ５、及びＬＮＡ４は、それぞれ第１の温度、第２の温度及び第３の温度に長時間安定して維持される。第１熱抵抗手段10-2及び第２熱抵抗手段10-1を設けることにより、第１の温度と第３の温度との間の温度オフセット、及び第２の温度と第３の温度との間の温度オフセットをそれぞれ所要の値に設定することができる。第１、第２及び第３の温度の一例として、例えば、高温超伝導材料により構成されたＲＸＦ３に対して第１の温度を77K程度に設定し、図１４に示す実験データの例の場合ＬＤ５に対して第二の温度を213Kに設定し、また、ＬＮＡ４で発生する熱雑音を極限的に低減するために、第３の温度を数10K程度に設定する。
【００１４】
図５は請求項５の高感度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、ＲＸＦ３及びＬＮＡ４は第１冷却手段9-1により冷却され、ＬＤ５は第２冷却手段9-2により冷却される点が異なる。ＲＸＦ３は第１冷却手段9-1により冷却され、第１の温度に長時間安定して維持される。ＬＤ５は第２冷却手段9-2により冷却され、第２の温度に長時間安定して維持される。第１冷却手段9-1及び第２冷却手段9-2を設ける理由は、ＲＸＦ３の第１の温度とＬＤ５の第２の温度をそれぞれ独立に設定できるようにするためである。
なお、図５に示す高感度受信機の構成例において、ＬＮＡ４の低雑音化を図るために、ＬＮＡ４をＲＸＦ３とともに第１冷却手段9-1により冷却されるが、ＬＮＡ４をＬＤ５とともに熱抵抗手段9-2により冷却する構成も用いることもできる。
【００１５】
図６は請求項６の高感度受信機の実施例を示すブロック図である。
図５に示した構成と比較してこの実施例では、ＲＸＦ３、ＬＤ５、及びＬＮＡ４は、それぞれ第１冷却手段9-3、第２冷却手段9-4、及び第３冷却手段9-5により冷却される点が異なる。この構成により、ＲＸＦ３、ＬＤ４、及びＬＮＡ４は、それぞれ第１の温度、第２の温度、及び第３の温度に長時間安定して維持される。第１、第２及び第３の温度の一例として、例えば、高温超伝導材料により構成されたＲＸＦ３に対して第１の温度を77K程度に設定し、図13に示す実験データの例の場合のＬＤ５に対して第２の温度を213Kに設定し、また、LNA4で発生する熱雑音を極限的に低減するために、第３の温度を数10K程度に設定する。
【００１６】
図７は請求項７の高感度受信機の実施例を示すブロック図である。
図５に示した構成と比較してこの実施例では、ＲＸＦ３及びＬＮＡ４は２ステージ形冷却手段9-6の第１ステージ9-61に設置されて冷却され、ＬＤ５は２ステージ形冷却手段9-6の第２ステージ9-62に設置されて冷却される点が異なる。２ステージ形冷却手段9-6は、その第１ステージ9-61と第２ステージ9-62の温度を独立に設定することができる。このような２ステージ形冷却手段9-6として市販品を利用することができる。ＲＸＦ３は第１ステージ9-61に設置されて冷却され、第１の温度に長時間安定して維持される。ＬＤ５は第２ステージ9-62に設置されて冷却され、第２の温度に長時間安定して維持される。
なお、図７に示す高感度受信機の構成例において、ＬＮＡ４の低雑音化を図るために、ＬＮＡ４をＲＸＦ３とともに第１ステージ9-61に設置されて冷却されるが、ＬＮＡ４をＬＤ５とともに第２ステージに9-62に設置されて冷却される構成も用いることもできる。
【００１７】
図８は請求項８の高感度受信機の実施例を示すブロック図である。
図７に示した構成と比較してこの実施例では、ＲＸＦ３、ＬＤ５、及びＬＮＡ４は、それぞれ３ステージ形冷却手段9-7の第１ステージ9-71、第２ステージ9-72、及び第３ステージ9-73に設置されて冷却される点が異なる。３ステージ形冷却手段9-7は、その第１ステージ9-71、第２ステージ9-72、及び第３ステージ9-73の温度を独立に設定することができる。この場合、ＲＸＦ３、ＬＤ５、及びＬＮＡ４は、それぞれ第１、第２及び第３の温度に長時間安定して維持される、第１、第２及び第３の温度の一例として、例えば、高温超伝導材料により構成されたＲＸＦ３に対して第１の温度を77K程度に設定し、図13に示す実験データの例の場合のＬＤ５に対して第２の温度を213Kに設定し、また、ＬＮＡ４で発生する熱雑音を極限的に低減するために、第３の温度を数10Kに設定する。
【００１８】
図９は請求項９に高感度受信機の実施例を示すブロック図である。図１０は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原理を説明するための図である。
図９に示した高感度受信機は、図２に示した高感度受信機にＬＤのバイアス電流を制御するための電力を分配する分配手段１１とバイアス電流制御手段１２を備えた高感度受信機である。
ＬＮＡ４の出力信号は分配手段１１により分配されてＬＤ５及びバイアス電流制御手段１２に入力される。バイアス電流制御手段１２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にはＬＤ５に供給するバイアス電流を増大し、入力信号の電力が小さい場合にはＬＤ５に供給するバイアス電流を低減するように制御する。
【００１９】
図10を参照してＬＤ５を用いて高周波信号を光信号に変換する原理を説明する。
図10（ａ）は、高周波信号s(t)が最も大きな多重化チャネル数を有する場合を表す。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。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、ＬＤ５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ＬＤ５は大きな平均出力パワー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)の電力及び振幅も時間的変動をする。図１０（ｂ）に示すように、多重化チャネル数が少なくなって、s(t)の最大振幅が小さい場合、ＬＤ５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、ＬＤ５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、ＬＤ５の発熱量を低減し、冷却手段９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ＬＤ５の経年劣化を緩和することを図ることができる。
なお、図２に示した高感度受信機に電力分配手段１１とバイアス電流制御手段１２を適用してＬＤのバイアス電流を入力高周波信号の電力レベルに応じて制御する場合について説明したが、図１、図３〜９に示した高感度受信機においても同様に適用が可能である。
【００２０】
図１１はパイロット信号を用いた監視手段を備えた高感度受信機の実施例を示すブロック図である。
この実施例は上述した高感度受信機と比較して、ＲＸＦ３の減衰帯域の範囲内のパイロット信号を発生するパイロット信号発生手段30が熱遮蔽函８の外側に設けられ、またパイロット信号発生手段30で発生されたパイロット信号をＲＸＦ３とＬＮＡ４の間に注入するパイロット信号注入手段31が設けられ、さらに出力端子６からの光信号を伝送する光ファイバケーブルである伝送線路20上に、光信号を電気信号に変換してから受信信号と上記パイロット信号を分波する分波手段32と、分波されたパイロット信号のレベルを検出するレベル検出手段33と、レベル検出手段33により検出された上記パイロット信号のレベルと予め設定された閾値と比較する監視手段34とが設けられている点で異なる。パイロット信号発生手段30が熱遮蔽函８の内部に設けられなかったのは、冷却手段９に対する負担を軽減するためである。レベル検出手段33は選択レベルメータ等が利用できる。さらに、監視手段34は予め設定された閾値電圧を発生する基準電圧発生手段とコンパレータ等で構成されるか、あるいは、基本回路としてのＡ／Ｄ変換器、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成することができる。
パイロット信号発生手段30で発生されたパイロット信号はパイロット信号注入手段31によりＬＮＡ４に注入される。このとき、パイロット信号の周波数ははＲＸＦ３の減衰帯域になるように設定されているから、注入されたパイロット信号はＲＸＦ３で反射され、ＬＮＡ４に入力されるので、パイロット信号がアンテナ１から放射されることなく、他のシステムに妨害を与える心配はない。パイロット信号が付加された受信信号は、ＬＮＡ４により増幅され、ＬＤ５により光信号に変換され出力端子６から出力される。例えば屋内において受信信号とパイロット信号を分波手段32で分波し、パイロット信号のレベルをレベル検出手段33で検出することができる。監視手段34においてレベル検出手段33により検出されたパイロット信号のレベルが予め設定された閾値と比較し低いかどうかを監視すれば、屋外に設置された高感度受信機内のＬＮＡ４もしくはＬＤ５で障害が発生したかどうかを直ちに、かつ、確実に検出することができる。またこの場合、高感度受信機を予備のＬＮＡ４もしくはＬＤ５に切り換えることもできる。
【００２１】
なお、図１１では図１の構成例において、パイロット信号発生手段30及びパイロット信号注入手段31を設けた例を示しているが、他の構成例においても同様に適用が可能である。また、パイロット信号注入手段31を冷却手段９により冷却する、あるいは冷却しない構成としてもよい。
さらに、高感度受信機が屋外に設置される場合、雷放電に起因する障害を回避するために、筐体７の内部で、アンテナフィーダ２とＲＸＦ３の間、及び各デバイスに給電される給電線路（図示せず）のそれぞれに雷サージ保護器を挿入する。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、高感度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、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高感度受信機を提供できる。また、受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、及びレーザーダイオードを一つの熱遮蔽函に封入して冷却することにより、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はなく、このような信号接続用電気ケーブルを通して各熱遮蔽函への熱侵入、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、高感度受信機全体の小型化、経済化ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の高感度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の高感度受信機の実施例を示すブロック図。
【図８】請求項８の高感度受信機の実施例を示すブロック図。
【図９】請求項９の高感度受信機の実施例を示すブロック図。
【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原理を説明するための図。
【図１１】パイロット信号を用いた監視手段を備えた高感度受信機の実施例を示すブロック図。
【図１２】従来の高感度受信機を示すブロック図。
【図１３】光伝送部の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・・・アンテナフィーダ、３・・・受信帯域フィルタ、４・・・受信低雑音増幅器、５・・・レーザーダイオード、７・・・筐体、９・・・冷却手段、１０・・・熱抵抗手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-sensitivity receiver that is applied to, for example, a mobile communication base station radio apparatus and that receives a desired signal by cooling a high-frequency receiver.
[0002]
[Prior art]
FIG. 11 is a block diagram of a conventional high sensitivity receiver.
This conventional high sensitivity receiver includes an antenna 1, an antenna feeder 2 for transmitting a signal received by the antenna 1, a reception band filter (hereinafter referred to as "RXF") 3 for selecting a signal in a desired band, and , Receiving low noise amplifier (hereinafter referred to as “LNA”) 4 for amplifying the output of RXF 3 to a desired level with low noise, laser diode (hereinafter referred to as “LD”) 5, output terminal 6, and optical fiber cable. A transmission line 20 and an optical / electrical converter (hereinafter referred to as “O / E”) 21 are provided. RXF 3, LNA 4, and LD 5 are housed in one housing 7. Although not shown here, an isolator may be provided between the RXF 3 and the LNA 4 in order to achieve matching. The LD 5 converts the output electrical signal of the LNA 4 into an optical signal and outputs the optical signal from the output terminal 6. The optical signal output from the output terminal 6 is transmitted through the transmission line 20, converted into an electrical signal again by the O / E 21, and output as a received signal (for example, see Non-Patent Document 1).
Here, a portion constituted by the LD 5, the output terminal 6, the transmission line 20, and the O / E 21 is referred to as an optical transmission unit.
In the above high sensitivity receiver, the received signal output from the LNA 4 by the LD 5 is converted into an optical signal and transmitted through an optical fiber cable. Therefore, the transmission line is lighter than the electrical signal transmission method using a coaxial cable. It is advantageous in that the loss and bandwidth can be reduced.
[0003]
[Non-Patent Document 1]
Ta-Shing Chu and Michael J. Gans, "Fiber Optic Microcellular Radio," IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol.40, No3, August 1991.pp. 599-606.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional high sensitivity receiver shown in FIG. 12, the dynamic range (hereinafter referred to as “DR”) of the optical transmission unit is a parameter that comprehensively reflects the gain, noise, and distortion characteristics of the optical transmission unit. Yes, as shown in FIG. 13, when transmitting two-wave carrier signals of equal level, as shown in FIG. 13, under the condition that the power of the intermodulation distortion component does not exceed the noise power at the output of the optical transmission unit. , The maximum C / N ratio (carrier power / noise power) that can be achieved. However, when the high-sensitivity receiver is installed outdoors, the electrical / optical conversion characteristics (E / O characteristics) of the LD 5 may fluctuate greatly due to changes in ambient temperature. Furthermore, since DR is mainly governed by the E / O characteristics of LD5, DR may also fluctuate greatly due to changes in ambient temperature.
On the other hand, there is the number m of multiplexed channels as one index indicating the reception performance of the high sensitivity receiver. When m is large, the relationship between m and DR can be approximately expressed by the following equation.
[Expression 1]

(See the document “T. Olson,“ An RF and Microwave Fiber-optic Design Guide ”, Microwave Journal, 1996, 39, (8) pp.54-78”.) It may not be possible to secure.
[0005]
FIG. 14 shows an example of an experimental result regarding DR with respect to the operating temperature of LD5. In this experimental example, LD5 is a DFB type laser diode. In FIG. 14, when the operating temperature of the LD 5 rises from, for example, 298 K (25 ° C.) to 318 K (35 ° C.), DR decreases by 2.7 dB. If m at 298K is 32 waves, for example, from (Equation 1), m at 318K is about 12 waves, and the deterioration of m due to the increase in the operating temperature of the LD5 is extremely large.
Conventionally, a Peltier device is generally used to stabilize the operating temperature of the LD 5. However, it is difficult to stabilize the temperature of the LD 5 by a Peltier element outdoors where there is a large change in atmospheric temperature. For this reason, when a conventional high-sensitivity receiver is installed outdoors, there is a problem that it is extremely difficult to stably secure a DR that achieves a desired m with respect to a change in ambient temperature.
The object of the present invention is that when a high-sensitivity receiver is installed outdoors, the RXF, LNA, and LD are enclosed in a heat shielding box and cooled to cool the RXF, LNA, and LD against the change in ambient temperature. An object of the present invention is to provide a highly sensitive receiver that stabilizes temperature, is robust, has low loss and low noise, and has a sufficient dynamic range of an optical transmission unit.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
(1) In the invention of claim 1, a reception band filter to which a high frequency signal is input, a reception low noise amplifier connected to a subsequent stage of the reception band filter, and an output signal of the reception low noise amplifier are converted into an optical signal. In high sensitivity receiver with laser diode to output
The reception band filter, the reception low noise amplifier, and the laser diode are sealed in a heat shielding box and cooled by a cooling means.
(2) In the invention of claim 2, a reception band filter to which a high frequency signal is inputted, a reception low noise amplifier connected to a subsequent stage of the reception band filter, and an output signal of the reception low noise amplifier are converted into an optical signal. In high sensitivity receiver with laser diode to output
The reception band filter, the reception low-noise amplifier, and the laser diode are enclosed in a heat shielding box, the reception band filter is cooled to a desired first temperature by a cooling unit through a thermal resistance unit, and the laser diode is heated. It is cooled to the desired second temperature by the cooling means via the resistance means.
(3) In the invention of claim 3, a reception band filter to which a high frequency signal is input, a reception low noise amplifier connected downstream of the reception band filter, and an output signal of the reception low noise amplifier are converted into an optical signal. In high sensitivity receiver with laser diode to output
The reception band filter, the reception low noise amplifier, and the laser diode are sealed in a heat shielding box, the reception band filter is cooled to a desired first temperature by a cooling means through a thermal resistance means, and the laser diode is It is cooled to the desired second temperature by the cooling means.
[0007]
(4) In the invention of claim 4, a reception band filter to which a high frequency signal is input, a reception low noise amplifier connected downstream of the reception band filter, and an output signal of the reception low noise amplifier are converted into an optical signal. In high sensitivity receiver with laser diode to output
The reception band filter, the reception low-noise amplifier, and the laser diode are enclosed in a heat shielding box, and the reception band filter is cooled to a desired first temperature by a cooling unit through a first thermal resistance unit, and the laser diode Is cooled to the desired second temperature by the cooling means via the second thermal resistance means, and the receiving low noise amplifier is cooled to the desired third temperature by the cooling means.
(5) According to the invention of claim 5, a reception band filter to which a high frequency signal is inputted, a reception low noise amplifier connected to a subsequent stage of the reception band filter, and an output signal of the reception low noise amplifier are converted into an optical signal. In high sensitivity receiver with laser diode to output
The reception band filter, the reception low noise amplifier, and the laser diode are enclosed in a heat shield box, the reception band filter is cooled to a desired first temperature by a first cooling means, and the laser diode is cooled to a second temperature. Cooled to a desired second temperature by means.
(6) In the invention of claim 6, a reception band filter to which a high frequency signal is input, a reception low noise amplifier connected downstream of the reception band filter, and an output signal of the reception low noise amplifier are converted into an optical signal. In high sensitivity receiver with laser diode to output
The reception band filter, the reception low noise amplifier, and the laser diode are enclosed in a heat shield box, the reception band filter is cooled to a desired first temperature by a first cooling means, and the laser diode is cooled to a second temperature. The reception low noise amplifier is cooled to a desired third temperature by the third cooling means.
[0008]
(7) In the invention of claim 7, a reception band filter to which a high frequency signal is input, a reception low noise amplifier connected to a subsequent stage of the reception band filter, and an output signal of the reception low noise amplifier are converted into an optical signal. In high sensitivity receiver with laser diode to output
The reception band filter, the reception low noise amplifier, and the laser diode are enclosed in a heat shielding box, and the reception band filter is installed on the first stage of the two-stage cooling means and cooled to a desired first temperature. The laser diode is installed on the second stage of the two-stage cooling means and cooled to a desired second temperature.
(8) In the invention of claim 8, a reception band filter to which a high frequency signal is input, a reception low noise amplifier connected at a subsequent stage of the reception band filter, and an output signal of the reception low noise amplifier are converted into an optical signal. In high sensitivity receiver with laser diode to output
The reception band filter, the reception low noise amplifier, and the laser diode are enclosed in a heat shielding box, and the reception band filter is installed on the first stage of the three-stage cooling means and cooled to a desired first temperature, The laser diode is installed on the second stage of the three-stage cooling means and cooled to a desired second temperature, and the reception low-noise amplifier is installed on the third stage of the three-stage cooling means. Cooled to a temperature of 3.
(9) The invention of claim 9 is the high frequency receiver according to any one of claims 1 to 7,
A signal transmission path is inserted between the reception low noise amplifier and the laser diode, and power distribution means for inputting a part of an output signal of the reception low noise amplifier to bias current control is provided, and the bias current control means Controls the bias current supplied to the laser diode according to the power level of the input signal.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the high sensitivity receiver of claim 1.
Parts corresponding to those in FIGS. 1 and 12 are denoted by the same reference numerals. Compared with the configuration shown in FIG. 12, in this embodiment, RXF3, LNA4, and LD5 are sealed in a heat shielding box 8, such as a dewar, and cooled by a cooling means 9 that operates by a power source supplied from the outside. Is different. The heat shielding box 8 and the cooling means 9 are accommodated in one housing 7.
The cooling means 9 is composed of a cryogenic refrigerator, a heater, a temperature sensor, and a temperature control circuit that can cool to an extremely low temperature such as several tens of K by using, for example, a heat exchange cycle by compression and expansion of helium gas. The The temperature control circuit compares the desired LD5 temperature with the LD5 temperature measured by the temperature sensor and adjusts the heat absorption amount of the refrigerator and the heat generation amount of the heater, thereby operating the LD5 operating temperature. Can be stably maintained at a desired temperature for a long time. In addition, the heat shielding box 8 is evacuated to cut off heat conduction from the surrounding environment to reduce the load on the refrigerator and to sublimate water vapor in the air even when the LD 5 is cooled to a very low temperature. Thus, it is possible to prevent the LD 5 from having frost. For example, in the experimental data example shown in FIG. 14, by setting the operating temperature of the LD 5 to 213K, the dynamic range of the optical transmission unit is improved by 7 dB compared to the value at 298K (25 ° C.). Assuming that the number of multiplexed channels at 298K is, for example, 32 waves, from (Equation 1), the number of multiplexed channels reaches about 360 waves at 213K. By cooling the LD 5 to a low temperature, the number of multiplexed channels can be significantly increased.
[0010]
Similarly, by cooling the RXF 3 and the LNA 4 by the cooling means 9, fluctuations in the electrical characteristics of the RXF 3 and the LNA 4 with respect to changes in the ambient temperature can be prevented, and thermal noise generated by these can be reduced. Also, as LD5, the E / O conversion characteristics maximize the dynamic range of the optical transmission unit near the critical temperature (several tens of K) of the superconducting material or near the critical temperature (eg, 77.4K) of the high-temperature superconducting material. When using a new one, RXF3, LNA4, and LD5 are cooled to the critical temperature by the cooling means 9. By configuring RXF3 with a superconducting material or a high-temperature superconducting material, RXF3 is in a superconducting state even if the resonators constituting RXF3 are multistaged, so that the loss is small and the attenuation characteristics of RXF3 are steep. be able to.
As a result, by using the high-sensitivity receiver shown in FIG. 1, it is possible to obtain, for example, a reception signal having a prescribed C / N ratio even for a low-level reception signal, and at the same time, a sufficient optical transmission unit The dynamic range can be secured.
[0011]
FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the high sensitivity receiver according to the second aspect.
In FIG. 2, the same reference numerals are given to the portions corresponding to FIG. Compared with the configuration shown in FIG. 1, in this embodiment, RXF 3 and LNA 4 are cooled by cooling means 9, and LD 5 is cooled by cooling means 9 via thermal resistance means 10-1. The RXF 3 is cooled by the cooling means 9 and is stably maintained at a desired temperature (that is, the first temperature) for a long time. On the other hand, the thermal resistance means 10-1 is interposed between the LD 5 and the cooling means 9 and conducts heat generated when the LD 5 operates to the cooling means 9 so that the temperature of the LD 5 can be stabilized for a long time. (Ie, the second temperature). The reason why the thermal resistance means 10-1 is interposed between the cooling means 9 and the LD 5 will be described later. By using the thermal resistance means 10-1, the thermal resistance means 10-1 is interposed between the first temperature and the second temperature. The necessary temperature offset can be provided.
For example, when RXF3 is made of a superconductive material, the first temperature is set to be equal to or lower than the critical temperature of RXF3. In this temperature state, RXF3 is in a superconductive state. In this case, even if the resonators constituting the RXF 3 are multistaged, the RXF 3 is in a superconducting state, so that the loss is small and the attenuation characteristics of the RXF 3 can be made steep. At the same time, thermal noise generated in the RXF 3 is also reduced.
On the other hand, the second temperature is a temperature for operating the LD 5 with suitable electrical characteristics. For example, in the example of the experimental data shown in FIG. 14, the dynamic range of the optical transmission unit is maximized by the electrical characteristics of the LD 5 at a temperature of 213K. For this reason, when maximizing the number of multiplexed channels of the optical transmission unit, it is desirable to set the second temperature for this LD5 to 213K.
The above is an example of the first temperature and the second temperature, but the first temperature suitable for the RXF 3 and the second temperature suitable for the LD 5 are generally not uniform. Therefore, in this embodiment, the state in which RXF 3 is stabilized at the first temperature is realized by the cooling means 9, and the state in which LD 5 is stabilized at the second temperature (which is higher than the first temperature) This is realized by interposing a thermal resistance means 10-1 between the means 9. This is the reason why the thermal resistance means 10-1 is interposed between the cooling means 9 and the LD 5. The required temperature offset can be realized by appropriately selecting the thermal conductivity and shape of the members constituting the thermal resistance means 10-1.
In the configuration example of the high sensitivity receiver shown in FIG. 2, in order to reduce the noise of the LNA 4, the LNA 4 is cooled together with the RXF 3 by the cooling means 9, but the LNA 4 is cooled together with the LD 5 via the thermal resistance means 10-1. The cooling mechanism 9 can also be used.
[0012]
FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of the high sensitivity receiver according to claim 3. In FIG.
Compared with the configuration shown in FIG. 2, in this embodiment, RXF 3 is cooled by cooling means 9 via thermal resistance means 10-2, and LNA 4 and LD5 are cooled by cooling means 9. The RXF 3 is cooled by the cooling means 9 through the thermal resistance means 10-2 and is stably maintained at the first temperature for a long time. The LD 5 is cooled by the cooling means 9 and is stably maintained at the second temperature for a long time. In this embodiment, a state where the LD 5 is stabilized at the second temperature is realized by the cooling means 9, and a state where the RXF 3 is stabilized at the first temperature (which is higher than the second temperature) is changed between the RXF 3 and the cooling means. This is realized by interposing a thermal resistance means 10-2 between 9 and 9.
In the configuration example of the high-sensitivity receiver shown in FIG. 3, in order to reduce the noise of the LNA 4, the LNA 4 and the LD 5 are cooled by the cooling means 9, but the LNA 4 and the RXF 3 are passed through the thermal resistance means 10-2. The cooling mechanism 9 can also be used.
[0013]
FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment of the high sensitivity receiver according to claim 4.
Compared with the configuration shown in FIG. 2, in this embodiment, RXF 3 is cooled by the cooling means 9 through the first thermal resistance means 10-2, and LD5 is cooled by the second thermal resistance means 10-1. 9 and the LNA 4 is cooled by the cooling means 9. In the configuration shown in FIG. 4, RXF3, LD5, and LNA4 are stably maintained at the first temperature, the second temperature, and the third temperature, respectively, for a long time. By providing the first thermal resistance means 10-2 and the second thermal resistance means 10-1, a temperature offset between the first temperature and the third temperature, and the second temperature and the third temperature, The temperature offset between each can be set to a required value. As an example of the first, second and third temperatures, for example, in the case of the experimental data example shown in FIG. 14, the first temperature is set to about 77K with respect to RXF3 composed of a high-temperature superconducting material. On the other hand, the second temperature is set to 213K, and the third temperature is set to about several tens of K in order to extremely reduce the thermal noise generated in the LNA 4.
[0014]
FIG. 5 is a block diagram showing an embodiment of the high sensitivity receiver according to claim 5.
Compared with the configuration shown in FIG. 1, this embodiment is different in that RXF 3 and LNA 4 are cooled by first cooling means 9-1 and LD 5 is cooled by second cooling means 9-2. The RXF 3 is cooled by the first cooling means 9-1 and is stably maintained at the first temperature for a long time. The LD 5 is cooled by the second cooling means 9-2 and stably maintained at the second temperature for a long time. The reason for providing the first cooling means 9-1 and the second cooling means 9-2 is to allow the first temperature of the RXF 3 and the second temperature of the LD 5 to be set independently.
In the configuration example of the high sensitivity receiver shown in FIG. 5, in order to reduce the noise of the LNA 4, the LNA 4 is cooled together with the RXF 3 by the first cooling means 9-1. The structure cooled by -2 can also be used.
[0015]
FIG. 6 is a block diagram showing an embodiment of the high sensitivity receiver of claim 6.
Compared with the configuration shown in FIG. 5, in this embodiment, RXF3, LD5, and LNA4 are cooled by first cooling means 9-3, second cooling means 9-4, and third cooling means 9-5, respectively. Is different. With this configuration, RXF3, LD4, and LNA4 are stably maintained at the first temperature, the second temperature, and the third temperature, respectively, for a long time. As an example of the first, second, and third temperatures, for example, in the case of the example of the experimental data shown in FIG. 13, the first temperature is set to about 77K with respect to RXF3 composed of a high-temperature superconducting material. The second temperature is set to 213K with respect to the LD5, and the third temperature is set to about several tens of kilometers in order to limit the thermal noise generated by the LNA4.
[0016]
FIG. 7 is a block diagram showing an embodiment of the high sensitivity receiver according to the seventh aspect.
Compared with the configuration shown in FIG. 5, in this embodiment, RXF3 and LNA4 are installed on the first stage 9-61 of the two-stage cooling means 9-6 and cooled, and LD5 is two-stage cooling means 9-. The difference is that it is installed on the 6th second stage 9-62 and cooled. The two-stage cooling means 9-6 can independently set the temperatures of the first stage 9-61 and the second stage 9-62. A commercially available product can be used as such a two-stage cooling means 9-6. The RXF 3 is installed on the first stage 9-61 and cooled, and is stably maintained at the first temperature for a long time. The LD 5 is installed on the second stage 9-62, cooled, and stably maintained at the second temperature for a long time.
In the configuration example of the high-sensitivity receiver shown in FIG. 7, in order to reduce the noise of the LNA 4, the LNA 4 is installed in the first stage 9-61 together with the RXF 3 and is cooled. It is also possible to use a configuration that is installed on the stage 9-62 and cooled.
[0017]
FIG. 8 is a block diagram showing an embodiment of the high sensitivity receiver according to the eighth aspect.
Compared with the configuration shown in FIG. 7, in this embodiment, RXF3, LD5, and LNA4 are the first stage 9-71, second stage 9-72, and third stage of the three-stage cooling means 9-7, respectively. The difference is that it is placed on stage 9-73 and cooled. The three-stage cooling means 9-7 can independently set the temperatures of the first stage 9-71, the second stage 9-72, and the third stage 9-73. In this case, RXF3, LD5, and LNA4 are respectively maintained at the first, second, and third temperatures stably for a long time as examples of the first, second, and third temperatures. The first temperature is set to about 77K for RXF3 made of a conductive material, the second temperature is set to 213K for LD5 in the example of the experimental data shown in FIG. In order to reduce the generated thermal noise as much as possible, the third temperature is set to several tens of kilometres.
[0018]
FIG. 9 is a block diagram showing an embodiment of a high sensitivity receiver in claim 9. FIG. 10 is a diagram for explaining the principle of converting a high-frequency signal into an optical signal using a laser diode.
The high sensitivity receiver shown in FIG. 9 includes a distribution means 11 for distributing power for controlling the bias current of the LD and a bias current control means 12 to the high sensitivity receiver shown in FIG. It is.
The output signal of the LNA 4 is distributed by the distribution means 11 and input to the LD 5 and the bias current control means 12. The bias current control means 12 detects the power level of the input signal, increases the bias current supplied to the LD 5 when the power level of the input signal is large, and bias supplied to the LD 5 when the power of the input signal is small. Control to reduce current.
[0019]
The principle of converting a high frequency signal into an optical signal using the LD 5 will be described with reference to FIG.
FIG. 10A shows a case where the high-frequency signal s (t) has the largest number of multiplexed channels. In this case, s (t) has a large power level and its maximum amplitude is also large. When converting s (t) into an optical signal p (t), the bias current of the LD 5 is set to, for example, I so as not to cause clipping. ₁ Set it large enough to In this case, however, LD5 has a large average output power P ₁ Is accompanied. On the other hand, the number of multiplexed channels of high-frequency signals received by a high sensitivity receiver may vary with time due to communication traffic. For this reason, the power and amplitude of s (t) also vary over time. As shown in FIG. 10B, when the number of multiplexed channels is reduced and the maximum amplitude of s (t) is small, the bias current of the LD 5 is set to a small current value I, for example. ₂ Set to. In this case, the average output light power of LD5 is P ₂ Can be reduced. As a result, the amount of heat generated by the LD 5 can be reduced and the load on the cooling means 9 can be reduced. Can be achieved.
Although the case where the power distribution unit 11 and the bias current control unit 12 are applied to the high sensitivity receiver shown in FIG. 2 to control the bias current of the LD according to the power level of the input high frequency signal has been described. The high sensitivity receiver shown in FIGS. 3 to 9 can be similarly applied.
[0020]
FIG. 11 is a block diagram showing an embodiment of a high sensitivity receiver provided with monitoring means using a pilot signal.
In this embodiment, a pilot signal generating means 30 for generating a pilot signal within the range of the attenuation band of RXF 3 is provided outside the heat shielding box 8 as compared with the high sensitivity receiver described above, and the pilot signal generating means 30 is provided. Pilot signal injection means 31 is provided for injecting the pilot signal generated between the RXF 3 and the LNA 4, and the optical signal is electrically transmitted on the transmission line 20, which is an optical fiber cable for transmitting the optical signal from the output terminal 6. Demultiplexing means 32 for demultiplexing the received signal and the pilot signal after conversion to a signal, level detection means 33 for detecting the level of the demultiplexed pilot signal, and the pilot signal detected by the level detection means 33 And the monitoring means 34 for comparing with a preset threshold value. The reason why the pilot signal generating means 30 is not provided inside the heat shielding box 8 is to reduce the burden on the cooling means 9. As the level detection means 33, a selection level meter or the like can be used. Further, the monitoring means 34 is composed of a reference voltage generating means for generating a preset threshold voltage and a comparator, or is composed of an A / D converter, a microprocessor, a ROM, a RAM, etc. as a basic circuit. be able to.
The pilot signal generated by the pilot signal generation means 30 is injected into the LNA 4 by the pilot signal injection means 31. At this time, since the frequency of the pilot signal is set to be in the attenuation band of RXF3, the injected pilot signal is reflected by RXF3 and input to LNA4, so that the pilot signal is radiated from antenna 1. Without worrying about disturbing other systems. The reception signal to which the pilot signal is added is amplified by the LNA 4, converted into an optical signal by the LD 5, and output from the output terminal 6. For example, the received signal and the pilot signal can be demultiplexed by the demultiplexing means 32 indoors, and the level of the pilot signal can be detected by the level detection means 33. If the monitoring means 34 monitors whether the level of the pilot signal detected by the level detection means 33 is lower than a preset threshold value, a failure occurs in the LNA 4 or LD 5 in the high sensitivity receiver installed outdoors. It is possible to immediately and reliably detect whether or not it has been done. In this case, the high sensitivity receiver can be switched to the spare LNA 4 or LD 5.
[0021]
11 shows an example in which the pilot signal generating means 30 and the pilot signal injecting means 31 are provided in the configuration example of FIG. 1, the present invention can be similarly applied to other configuration examples. The pilot signal injection means 31 may be cooled by the cooling means 9 or may not be cooled.
Further, when the high sensitivity receiver is installed outdoors, in order to avoid a failure due to lightning discharge, a feed line that feeds power between the antenna feeder 2 and the RXF 3 and to each device inside the housing 7. Insert a lightning surge protector into each (not shown).
[0022]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even when a high-sensitivity receiver is installed outdoors, it is robust against changes in ambient temperature, has low loss and low noise, and has a sufficient dynamic range of the optical transmission unit. Can be provided. In addition, the reception band filter, reception low noise amplifier, and laser diode are sealed in a single heat shielding box and cooled, so that they are separately sealed in a heat shielding box and cooled. Not only can the installation of the electrical cable for signal connection between them be eliminated, but also the heat intrusion into each heat shield box through such an electrical cable for signal connection and the increase in the load of each cooling means due to this heat intrusion can be eliminated, The entire high sensitivity receiver can be reduced in size and economy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a high sensitivity receiver according to claim 1;
FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the high sensitivity receiver according to claim 2;
FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of the high sensitivity receiver according to claim 3;
FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment of the high sensitivity receiver according to claim 4;
FIG. 5 is a block diagram showing an embodiment of the high sensitivity receiver according to claim 5;
FIG. 6 is a block diagram showing an embodiment of the high sensitivity receiver according to claim 6;
FIG. 7 is a block diagram showing an embodiment of the high sensitivity receiver according to claim 7;
FIG. 8 is a block diagram showing an embodiment of the high sensitivity receiver according to claim 8;
FIG. 9 is a block diagram showing an embodiment of the high sensitivity receiver according to claim 9;
FIG. 10 is a diagram for explaining the principle of converting a high-frequency signal into an optical signal using a laser diode.
FIG. 11 is a block diagram showing an embodiment of a high sensitivity receiver provided with monitoring means using a pilot signal.
FIG. 12 is a block diagram showing a conventional high sensitivity receiver.
FIG. 13 is a diagram for explaining a dynamic range of an optical transmission unit.
FIG. 14 is a diagram showing an experimental example of a dynamic range with respect to an operating temperature of a laser diode.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Antenna, 2 ... Antenna feeder, 3 ... Reception band filter, 4 ... Reception low noise amplifier, 5 ... Laser diode, 7 ... Case, 9 ... Cooling means 10 ... Thermal resistance means

Claims

High-sensitivity reception comprising a reception band filter to which a high-frequency signal is input, a reception low noise amplifier connected downstream of the reception band filter, and a laser diode that converts the output signal of the reception low noise amplifier into an optical signal and outputs the optical signal In the machine
The high sensitivity receiver, wherein the reception band filter, the reception low noise amplifier, and the laser diode are enclosed in a heat shielding box and cooled by a cooling means.

High-sensitivity reception comprising a reception band filter to which a high-frequency signal is input, a reception low noise amplifier connected downstream of the reception band filter, and a laser diode that converts the output signal of the reception low noise amplifier into an optical signal and outputs the optical signal In the machine
The reception band filter, the reception low noise amplifier, and the laser diode are sealed in a heat shielding box, the reception band filter is cooled to a desired first temperature by a cooling means, and the laser diode is cooled via the thermal resistance means. A high sensitivity receiver which is cooled to a desired second temperature by a cooling means.

High-sensitivity reception comprising a reception band filter to which a high-frequency signal is input, a reception low noise amplifier connected downstream of the reception band filter, and a laser diode that converts the output signal of the reception low noise amplifier into an optical signal and outputs the optical signal In the machine
The reception band filter, the reception low noise amplifier, and the laser diode are sealed in a heat shielding box, the reception band filter is cooled to a desired first temperature by a cooling means through a thermal resistance means, and the laser diode is A high sensitivity receiver which is cooled to a desired second temperature by a cooling means.

High-sensitivity reception comprising a reception band filter to which a high-frequency signal is input, a reception low noise amplifier connected downstream of the reception band filter, and a laser diode that converts the output signal of the reception low noise amplifier into an optical signal and outputs the optical signal In the machine
The reception band filter, the reception low-noise amplifier, and the laser diode are enclosed in a heat shielding box, and the reception band filter is cooled to a desired first temperature by a cooling unit through a first thermal resistance unit, and the laser diode Is cooled to the desired second temperature by the cooling means through the second thermal resistance means, and the receiving low noise amplifier is cooled to the desired third temperature by the cooling means. Receiving machine.

High-sensitivity reception comprising a reception band filter to which a high-frequency signal is input, a reception low noise amplifier connected downstream of the reception band filter, and a laser diode that converts the output signal of the reception low noise amplifier into an optical signal and outputs the optical signal In the machine
The reception band filter, the reception low noise amplifier, and the laser diode are enclosed in a heat shield box, the reception band filter is cooled to a desired first temperature by a first cooling means, and the laser diode is cooled to a second temperature. A high-sensitivity receiver that is cooled to a desired second temperature by means.

High-sensitivity receiver including a reception band filter to which a high-frequency signal is input, a reception low noise amplifier connected after the reception band filter, and a laser diode that converts an output signal of the reception low noise amplifier into an optical signal and outputs the optical signal In
The reception band filter, the reception low noise amplifier, and the laser diode are enclosed in a heat shield box, the reception band filter is cooled to a desired first temperature by a first cooling means, and the laser diode is cooled to a second temperature. The high-sensitivity receiver is cooled to a desired second temperature by the means, and the reception low-noise amplifier is cooled to a desired third temperature by the third cooling means.

High-sensitivity reception comprising a reception band filter to which a high-frequency signal is input, a reception low noise amplifier connected downstream of the reception band filter, and a laser diode that converts the output signal of the reception low noise amplifier into an optical signal and outputs the optical signal In the machine
The reception band filter, the reception low noise amplifier, and the laser diode are enclosed in a heat shielding box, and the reception band filter is installed on the first stage of the two-stage cooling means and cooled to a desired first temperature. A high-sensitivity receiver characterized in that the laser diode is placed on the second stage of the two-stage cooling means and cooled to a desired second temperature.

High-sensitivity reception comprising a reception band filter to which a high-frequency signal is input, a reception low noise amplifier connected downstream of the reception band filter, and a laser diode that converts the output signal of the reception low noise amplifier into an optical signal and outputs the optical signal In the machine
The reception band filter, the reception low noise amplifier, and the laser diode are enclosed in a heat shielding box, and the reception band filter is installed on the first stage of the three-stage cooling means and cooled to a desired first temperature, The laser diode is installed on the second stage of the three-stage cooling means and cooled to a desired second temperature, and the reception low-noise amplifier is installed on the third stage of the three-stage cooling means. 3. A high sensitivity receiver which is cooled to a temperature of 3.

The high frequency receiver according to any one of claims 1 to 8,
A signal transmission path is inserted between the reception low noise amplifier and the laser diode, and power distribution means for inputting a part of the output signal of the reception low noise amplifier to bias current control means is provided, and the bias current control The means controls the bias current supplied to the laser diode in accordance with the power level of the input signal.