JP4149690B2 - 超電導フィルタ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線送受信装置に用いられる送受信用の超電導フィルタ、および超電導フィルタを用いた無線送受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば移動体通信の基地局において用いられる無線送受信装置には、所望の周波数帯のみを取り出すための重要な構成要素として受信フィルタおよび送信フィルタが内蔵されている。通常は２つ以上のチャネルに分けて送信信号を生成し、最終的に合成器を用いて合成した後、アンテナから放出する。近年、急速に普及している移動体通信では２ＧＨｚ付近の周波数が用いられるが、各キャリアに与えられた周波数帯はわずか２０ＭＨｚである。この周波数帯を全て使うためには少なくとも１ＭＨｚの幅で４０ｄＢ減衰させることが必要である。したがって、フィルタには減衰特性が優れ、挿入損失が小さいことが要求される。そのようなフィルタを得るためにはＱ値の高い共振素子が必要になる。
【０００３】
また、２つ以上のキャリア周波数の信号を合成して送信する無線送受信装置の送信部の増幅方式としては、個別増幅方式と一括増幅方式が知られている。
【０００４】
個別増幅方式は使用するキャリア周波数の数に対応して、信号発生器、送信用増幅器、および送信フィルタの組を用意し、各々の信号発生器より出力されたキャリア周波数の信号を各々の送信用増幅器で個別に増幅し、フィルタを通過させた後、電力合成器で合成して送信する方式である。
【０００５】
一括増幅方式は、複数の信号発生器より出力された複数のキャリア周波数の信号を電力合成器で合成した後、１つの送信用増幅器で一括して増幅し、フィルタを通過させた後に送信する方式である。
【０００６】
個別増幅方式は一括増幅方式に対して原理的に以下のような様々な利点が得られると期待されている。
【０００７】
一括増幅方式では複数のキャリア周波数の信号が同時に１つの増幅器に入るため、増幅器の非線形性によって各キャリア周波数の信号どうしが相互干渉を引き起こし、この相互干渉によって発生する歪み信号の電力が他のキャリア周波数の信号に悪影響を与えるおそれがある。これに対して、個別増幅方式では１つの増幅器に入る信号は１つのキャリア周波数の信号のみなので、各キャリア周波数の信号どうしが相互干渉を引き起こすことはない。また、個別増幅方式においては、送信フィルタの通過帯域をそれぞれ別々のキャリア周波数に対応する帯域に設定することによって、他のキャリア周波数の信号が回り込むことによる干渉も防止できる。このため、各チャネルの信号を合成器で容易に電力合成することが可能となる。
【０００８】
一般に、増幅器においては、変調信号を増幅した際に変調歪みが発生し、隣接チャネルに電力が漏れてそのチャネルの信号との間で干渉を引き起こすおそれがある。そこで仕様上、隣接チャネルへの漏洩電力の上限値が決められている。たとえば、ＱＰＳＫのように振幅成分に信号を含む変調方式では、増幅器の線形性を確保するためにバックオフさせて低効率で動作させている。この点に関して、個別増幅方式では、増幅器に１つのキャリア周波数の信号のみを通過させるので、変調歪みによる隣接チャネルへの漏洩電力が抑制される。このため、増幅器を高効率で動作させることができる。無線送信装置全体では増幅器の消費電力が占める割合が非常に大きいことから、増幅器の高効率化は無線送信装置の省電力化に大きく寄与する。
【０００９】
一括増幅方式では、許容可能な最大チャネル収容時には最大４０％程度の効率を達成できるが、使用チャネル数が少ないときでも全てのチャネルが使用されているときと同程度の電力が必要となり、電力効率が低くなる。これに対して、個別増幅では、使用されていないチャネルの増幅器の電源を切って使用されているチャネルだけを有効にすることができる。このため、省電力化を実現できる。
【００１０】
また、一括増幅方式では、増幅器において集中的に発熱が生じるため大がかりな放熱対策を講じる必要がある。これに対して、個別増幅方式では、熱源となる複数の増幅器が分散されているので、大がかりな放熱対策が不要になる。
【００１１】
ところで、個別増幅方式では、合成器を簡単な構造にするためには、選択性の良好なフィルタを用いなければならないが、従来の導波管タイプ（誘電体空洞共振器型）のフィルタでは要求される選択性を満たすことが困難であった。一方、一括増幅方式では信号間の相互干渉を回避するために増幅器の線形性が重要となるが、近年の様々な技術的改良により増幅器の線形性が向上した。この結果、現状では一括増幅方式が用いられているが、上述したように原理的に種々の利点を有する個別増幅方式を用いることができれば望ましい。
【００１２】
この問題に対して、超電導体によりＱ値の高い共振素子を形成したフィルタを用いてシャープカットを実現し、個別増幅方式を採用することが提案されている（たとえば、特開２０００−６８９５８参照）。
【００１３】
フィルタの導体に超電導体を利用する形態としては、バルクと薄膜とが考えられるが、冷却方法や設計の自由度を考えると、薄膜を利用するほうが便利である。特に、サファイアやＭｇＯなどの非常に低損失な基板材料の上に薄膜を形成して、これを平面型伝送線路に加工する方法がよく知られている。平面型伝送線路の構造としては、マイクロストリップライン構造、ストリップライン構造、およびコプレーナ構造がしばしば用いられる。これらの構造は、従来の導波管タイプ（誘電体空洞共振器型）のフィルタ構造に比べてコンパクトであるという利点もある。
【００１４】
しかし、平面型伝送線路は空間中にむき出しになっており、伝送信号が空間中に放射され、伝送線路から電磁界が漏洩する現象が発生しやすい。したがって、複数のフィルタを近接して配置した場合、一方のフィルタの伝送線路からの不要な放射や電磁界の漏れが、他方のフィルタに干渉してノイズを発生させ、十分なＳＮ比が得られないという問題があった。
【００１５】
特に、携帯電話などの基地局では、送信と受信の両方の信号を扱い、これら送信／受信の回路はごく近い位置に配置される。ところが、基地局が受信する信号強度に対して基地局が送信する信号強度は何桁も大きいため、送信信号が受信回路にわずかでも混入すると受信信号の正常な処理ができなくなる。一般的に、受信信号帯域内／外を問わず、本来の受信信号強度に対してノイズ強度を６０ｄＢ（百万分の１）以下に抑制する必要がある。本来は、受信フィルタで不要な周波数（ノイズ）をカットするが、受信フィルタそのものや後段の伝送線路にノイズが混入した場合は、十分なＳＮ比が得られず、受信信号が処理できなくなる問題があった。
【００１６】
図１に携帯電話などの無線基地局における送受信フィルタ回路部分のブロック図を示す。信号発生器１０１からパワーアンプ（ＰＡ）１０２を通過した大電力の送信信号は送信フィルタ１を通過した後、アンテナ１０３から放射される。一方、アンテナ１０３に入射した微弱な受信信号は、受信フィルタ２によって受信信号周波数部分のみが選択されて通過し、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）１０４で増幅されて後段の信号処理回路１０５に送られる。受信フィルタ２からＬＮＡ１０４までは信号強度が微弱なので不要信号の混入を極力防ぐ必要がある。具体的には上述したように、受信フィルタにおけるＳＮ比が６０ｄＢ以上であることが要求される。
【００１７】
この問題に対し、従来の導波管タイプ（誘電体空洞共振器型）のフィルタ構造を採用すれば、マイクロ波信号の伝播部分は外壁で覆われているために送信回路からの漏れ電力は発生せず、受信回路へのノイズ混入の心配はほとんどない。しかし、空洞共振器型は３次元的な立体回路であり、設計の自由度が制限される上にサイズが大きくなってしまい、冷却を必要とする超電導フィルタの構造としては不適当である。また、空洞の内壁を全て超電導体で覆う必要があり、コストが高くなるという問題もあった。
【００１８】
一方、平面伝送回路型のフィルタ構造でノイズを軽減する手段としては、以下のような技術が知られている。
【００１９】
たとえば、特開平７−２０２５０７号公報では、ひとつの超電導フィルタを真鍮のケースに収め、さらに内壁表面を電波吸収体で覆う構造が報告されている。この構造の場合、一つ一つのフィルタを独立に作製してそれぞれを真鍮のケースと電波吸収体で完全に覆う必要があり、それぞれのフィルタの構成が大きくなってしまい平面型伝送線路の特徴であるコンパクト性が犠牲になってしまうという問題点がある。また、低温に冷却しなければならない部品が増えて熱容量が増加し、冷却に時間がかかるという問題点もあった。
【００２０】
なお、最近のパソコンの小型化実装技術に見られるように、限られた容積の中に多数の部品を互いに干渉し合うことなく、いかに効率よくレイアウトするかが盛んに検討されている。しかし、パソコン等では信号の伝送周波数はたかだか数百ＭＨｚ（波長に換算して数十センチから数メートル以上）であり、素子のサイズが伝送信号の波長より十分小さく、いわゆる集中定数回路で構成された素子のレイアウトを議論するものである。
【００２１】
これに対して、超電導フィルタのように伝送信号がＧＨｚ程度になると、波長が数十センチメートル以下（伝送線路を構成する基板の誘電率を考えると実効波長は数センチメートル以下）になって素子サイズが伝送信号の波長と同程度かそれ以上になり、いわゆる分布定数回路素子のレイアウトの議論が必要になってくる。このため、パソコン等の小型化実装技術とは異なった実装技術の確立が望まれていた。
【００２２】
また、超電導フィルタを用いた無線送受信装置においては、できる限り良好な受信状態を得るとともに、送信周波数帯域を有効に利用することが要望されている。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、平面型伝送線路構造を用いた超電導フィルタ同士を近接して配置しても互いに干渉せず、十分なＳＮ比が得られ、かつ平面型伝送線路構造の特長であるコンパクト性も犠牲にせず、冷却効率にも優れた超電導フィルタを提供することにある。
【００２４】
本発明の他の目的は、良好な受信状態が得られ、送信周波数帯域を有効に利用できる無線送受信装置を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様に係る超電導フィルタは、断熱容器内に互いに伝送信号の波長程度の距離を隔てて収納された、アンテナから受信した信号を選別する平面型伝送線路構造の超電導受信フィルタおよびアンテナへ送信する信号を選別する平面型伝送線路構造の超電導送信フィルタを有し、前記受信フィルタの信号入出力線と、前記送信フィルタの信号入出力線が、非平行であることを特徴とする。
【００２６】
本発明に係る超電導フィルタでは、前記受信フィルタの信号入出力線と、前記送信フィルタの信号入出力線が、実質的に直交する方向に配置されていてもよい。
【００２７】
本発明の他の態様に係る超電導フィルタは、断熱容器内に互いに伝送信号の波長程度の距離を隔てて収納された、アンテナから受信した信号を選別する平面型伝送線路構造の超電導受信フィルタおよびアンテナへ送信する信号を選別する平面型伝送線路構造の超電導送信フィルタを有し、前記受信フィルタに含まれる共振素子および信号入出力線と、前記送信フィルタに含まれる共振素子および信号入出力線が、信号伝送方向に沿って互いにずれた位置に配置されていることを特徴とする。
【００２８】
本発明の他の態様に係る超電導フィルタは、断熱容器内に互いに伝送信号の波長程度の距離を隔てて収納された、アンテナから受信した信号を選別する平面型伝送線路構造の超電導受信フィルタと、アンテナへ送信する信号を選別する平面型伝送線路構造の超電導送信フィルタを有し、前記受信フィルタおよび前記送信フィルタが、平面をなす冷却部材の最低または最高温度の位置を中心として回転対称となる位置に取り付けられていることを特徴とする。
【００２９】
本発明のさらに他の態様に係る超電導フィルタは、断熱容器内に互いに伝送信号の波長程度の距離を隔てて収納された、アンテナから受信した信号を選別する平面型伝送線路構造の超電導受信フィルタと、アンテナへ送信する信号を選別する平面型伝送線路構造の超電導送信フィルタを有し、前記受信フィルタおよび前記送信フィルタが、多面体をなす冷却部材の互いに異なる側面に取り付けられていることを特徴とする。
【００３０】
本発明の一態様に係る無線送受信装置は、２つ以上のキャリア周波数を用いて無線通信を行う無線送受信装置であって、複数の無線送受信ユニットを有し、各々の無線送受信ユニットは１つのアンテナに対して並列に接続された少なくとも１つの無線送信ユニットと無線受信ユニットとを含み、前記無線送信ユニットは、通信に用いる１つのキャリア周波数の信号を発生させる信号発生器と、前記キャリア周波数の信号を増幅する増幅器と、増幅された信号から所定帯域の信号を選択して通過させる超電導送信フィルタとが縦続接続されており、前記無線受信ユニットは、前記アンテナで受信された１つのキャリア周波数の信号から所定帯域の信号を選択して通過させる超電導受信フィルタと、前記所定帯域の信号を増幅する増幅器とが縦続接続されており、複数の無線送受信ユニットに含まれる複数の無線受信ユニットが並列に接続される１つの受信信号処理回路を有することを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
まず、受信フィルタに送信信号がノイズとして混入する原理について説明する。フィルタは、共振素子すなわち有限の長さを持った伝送線路の集合体である。図２に、それぞれ送信フィルタおよび受信フィルタに含まれる２本の伝送線路が平行でかつ並列している状態を示す。一般に伝送線路はグランド面と中心導体を含むが、ここではグランド面を省略している。送信側伝送線路２０１にマイクロ波信号が通ると、それに応じた電流が線路方向に流れる。このとき、送信側伝送線路２０１を中心に同心円状に磁界が発生する。この磁界中に受信側伝送線路２０２が存在すると、受信側伝送線路２０２上に電流が誘起され、これがノイズとなって本来の受信側伝送線路２０２上を通る信号に混入する。
【００３２】
したがって、図３のように、受信フィルタ２に含まれる共振素子２２および信号入出力線２１、２３と、送信フィルタ１に含まれる共振素子１２および信号入出力線１１、１３との間で、平行でかつ並列している部分が存在すると、送信信号によって発生した磁界の影響で受信フィルタ２側にノイズが混入する。
【００３３】
図４は、本発明の一実施形態に係る超電導フィルタを示す平面図である。送信フィルタ１および受信フィルタ２は、いわゆるマイクロストリップライン構造のバンドパスフィルタである。送信フィルタ１は基板１０の両面に超電導体を形成し、片面をグランド導体（図示せず）とし、もう一方の面を加工して送信フィルタの入力線１１、共振素子１２、出力線１３を形成することにより作製されている。受信フィルタ２は基板２０の両面に超電導体を形成し、片面をグランド導体（図示せず）とし、もう一方の面を加工して受信フィルタの入力線２１、共振素子２２、出力線２３を形成することにより作製されている。送信フィルタの出力線１３と受信フィルタの入力線２１は合流してアンテナ（図示せず）に接続される。送信フィルタの入力線１１はパワーアンプ（図示せず）に接続され、受信フィルタの出力線２３はローノイズアンプ（図示せず）に接続される。この超電導フィルタでは、受信フィルタの入力線２１、共振素子２２および出力線２３と、送信フィルタの入力線１１、共振素子１２および出力線１３とが、互いにほぼ直交する方向を向いている。
【００３４】
図４の超電導フィルタの実装構造では、受信フィルタの入力線２１、共振素子２２および出力線２３と、送信フィルタの入力線１１、共振素子１２および出力線１３とが互いにほぼ直交しており、平行でかつ並列している部分がない。このため、送信フィルタ１の入出力線１１、１３および共振素子１２で発生した磁界中に受信フィルタ２の共振素子２２や入出力線２１、２３が入ることがなく、ノイズが混入しない。したがって、本来の受信信号強度に対してノイズ強度を６０ｄＢ以下に抑制することができ、受信信号を正常に処理することが可能となる。
【００３５】
図５は、本発明の他の実施形態に係る超電導フィルタを示す平面図である。送信フィルタ１および受信フィルタ２のそれぞれの構造は図４に示したものと同様である。この超電導フィルタでは、受信フィルタの入力線２１、共振素子２２および出力線２３と、送信フィルタの入力線１１、共振素子１２および出力線１３とが、信号伝送方向に沿って互いにずれた位置に配置されている。
【００３６】
図５の超電導フィルタの実装構造では、受信フィルタの共振素子２２および出力線２３と、送信フィルタの入力線１１、共振素子１２および出力線１３とが、信号伝送方向に沿って互いにずれた位置に配置されており、平行でかつ並列している部分がない。したがって、図５の場合でも図４の場合と同様な効果が得られる。
【００３７】
また、本発明の超電導フィルタの実装構造では、金属板などによるシールドや電波吸収体は特に設置する必要がない。したがって、冷却すべきフィルタ部分の熱容量も比較的小さく、小型の冷凍機を用いることができ、冷却時間も速くなるという利点がある。
【００３８】
以上のように本発明の実施形態によれば、平面型伝送線路構造を用いた超電導フィルタ同士を近接して配置しても互いに干渉せず、十分なＳＮ比が得られ、かつ平面型伝送線路構造の特長であるコンパクト性も犠牲にせず、冷却効率にも優れた超電導フィルタの実装構造を提供することが可能となる。
【００３９】
なお、図４および図５では３段のバンドパスフィルタの例を説明したが、本発明は他の段数のフィルタについても適用可能であることはいうまでもない。図４および図５では直線状の共振素子を例にあげたが、曲折部分があってもよい。フィルタ形式もバンドパスフィルタに限らず、帯域阻止フィルタ、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタなど他の形式に適用可能であることもいうまでもない。結合の仕方を特徴づけるフィルタ形状もサイドカップルタイプに限る必要はなく、エンドカップルなど他のタイプにも適用可能である。構造も平面型伝送線路構造ならマイクロストリップライン構造に限定されず、例えばストリップライン構造やコプレーナ構造などにも適用可能である。さらに、送信フィルタと受信フィルタのパタンは同一である必要はなく、送信フィルタには大電力に強い円板共振器型構造を用い、受信フィルタには多段化しやすいコムライン構造を用いることなどが考えられる。
【００４０】
次に、冷却部材の温度むらに起因する特性変動を防止できる本発明の他の実施形態に係る超電導フィルタについて説明する。ここで、冷却部材とは、冷凍機に連結されたコールドヘッド、またはコールドヘッドに直接載置されるかもしくは連結治具を介して載置された冷却プレート、またはコールドヘッドに載置された冷却プレートに載置されたフィルタ保持治具をいう。
【００４１】
ここで、冷却部材の温度むらについて説明する。通常、１つのアンテナにつながる合成器には１つの超電導受信フィルタと１つ以上の超電導送信フィルタとが並列に接続される。これらのフィルタは７７Ｋ以下まで冷却する必要があるが、これらのフィルタを１つの冷凍機を用いて冷却するために広い面積の冷却プレート上に並べると、冷凍機のコールドヘッドに対して冷却プレートの面積が大きい場合には冷却プレート面内で温度むらが生じやすい。その結果、各フィルタの設置位置によって冷却条件が異なり、設計通りのフィルタ特性が得られなくなるおそれがある。
【００４２】
これに対して、１つの受信フィルタおよび１つ以上の送信フィルタを、平面をなす冷却部材上で、例えば最低または最高温度の位置を中心として回転対称となる位置に取り付ければ、それぞれのフィルタの冷却条件を均等にすることができる。このため、１つのフィルタについて温度勾配を考慮して設計しておけば、他のフィルタもその設計通りに動作する。したがって、冷却部材の温度むらに起因する超電導フィルタのフィルタ特性の変動を防止することができる。しかも、受信フィルタの信号入出力線と送信フィルタの信号入出力線を実質的に直交する方向に配置すれば、送信フィルタで発生した磁界中に受信フィルタが入ることがないのでノイズの混入を防止できる。
【００４３】
また、１つの受信フィルタおよび１つ以上の送信フィルタを、多面体をなす冷却部材の互いに異なる側面に取り付ければ、それぞれのフィルタの冷却条件を均等にすることができる。この場合にも、冷却部材の温度むらに起因する超電導フィルタのフィルタ特性の変動を防止することができる。
【００４４】
さらに、上記のいずれの超電導フィルタでも、受信フィルタおよび送信フィルタを超電導体からなる合成器を介して並列に接続すれば、合成器での発熱がなく低損失にすることができる。
【００４５】
次に、本発明の他の実施形態に係る２つ以上のキャリア周波数を用いる無線送受信装置について説明する。
【００４６】
この無線送受信装置は、複数の無線送受信ユニットを有し、かつ複数の無線送受信ユニットに含まれる複数の無線受信ユニットが並列に接続される１つの受信信号処理回路を有する。ここで、各々の無線送受信ユニットは１つのアンテナに対して並列に接続された少なくとも１つの無線送信ユニットと無線受信ユニットとを含んでいる。無線送信ユニットは、通信に用いる１つのキャリア周波数の信号を発生させる信号発生器と、キャリア周波数の信号を増幅する増幅器と、増幅された信号から所定帯域の信号を選択して通過させる超電導送信フィルタとが縦続接続されている。無線受信ユニットは、アンテナで受信された１つのキャリア周波数の信号から所定帯域の信号を選択して通過させる超電導受信フィルタと、所定帯域の信号を増幅する増幅器とが縦続接続されている。この無線送受信装置では、受信状態の良好な無線送受信ユニットを選択するダイバーシティー方式に対応することができる。
【００４７】
また、上記の無線送受信装置において、並列に接続された２つの無線送信ユニットおよび１つの無線受信ユニットを含む無線送受信ユニットを作製し、２つの無線送信ユニットで使用するキャリア周波数帯域を互いに異なるようにし、２つのキャリア周波数帯域の高周波端と低周波端とを約５００ｋＨｚ以上、好ましくは約１ＭＨｚ以上離すことが好ましい。
【００４８】
この理由は以下の通りである。すなわち、各無線送信ユニットにおいて増幅された信号には増幅器の性能に依存する歪が重畳する。この歪をフィルタによって除去することができなければ、２つの無線送信ユニットで生成された送信信号を合成器で合成したときに干渉が起こる。現状の携帯電話システムでは、２０ＭＨｚの帯域を５ＭＨｚの帯域をもつ複数のチャネルに分けて送信している。このため、１つのチャネルの高周波端と別のチャネルの低周波端が離れていない場合には、極めて急峻なスカート特性を有する超電導フィルタが必要になるが、このような特性を実現するには限界がある。したがって、１つの合成器に並列に接続された超電導送信フィルタを通過する各キャリア周波数帯域間には少なくとも約５００ｋＨｚ、好ましくは約１ＭＨｚの周波数帯域の空きを設けることが望ましい。
【００４９】
ただし、未使用の周波数帯が生じるのを避けて、ユーザーの増加に対応できることが好ましい。このためには、たとえば２０ＭＨｚの帯域を５ＭＨｚずつの４つの帯域に分けて送信する場合に、それぞれの無線送受信ユニットに含まれる２つの無線送信ユニットにおいて高周波端と低周波端が５ＭＨｚだけ離れた２つのキャリア周波数を選択して使用すればよい。このようにすれば、送信周波数帯域を有効に利用することができる。
【００５０】
さらに、このような無線送受信装置においても、上述した超電導フィルタの構造を採用することがより好ましい。
【００５１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００５２】
（実施例１）
図４に示す超電導フィルタを作製した例について説明する。この例における送信フィルタ１および受信フィルタ２は、マイクロストリップライン構造の３段のバンドパスフィルタである。送信フィルタ１および受信フィルタ２の個々の製造方法は同様であるので、ここでは送信フィルタ１を代表例として説明する。縦約４０ｍｍ、横約２０ｍｍ、厚さ約０．５ｍｍのＬａＡｌＯ3単結晶基板１０の両面に、厚さ約５００ｎｍのＹＢＣＯ超電導膜をスパッタリング法、レーザー蒸着法、ＣＶＤ法などにより成膜する。リソグラフィー法を用いて片面の超電導膜を加工し、入出力線１１、１３および共振素子１２を形成する。裏面（図示せず）の超電導膜はそのままグランド面として用いる。共振素子１２の幅は約１７０μｍで長さは約１８ｍｍである。共振素子１２として用いられる伝送線路同士の間隔は約１ｍｍ、共振素子１２と入出力線１１または１３との間隔は約５００μｍである。このフィルタは、中心周波数１．９２ＧＨｚ、通過バンド幅２０ＭＨｚのバンドパスフィルタとなっている。受信フィルタ２も送信フィルタ１と同一の仕様を有する。次に、これらの送信フィルタ１および受信フィルタ２を、金メッキした銅製の台（図示せず）の上に、それぞれの共振素子および入出力線が互いにほぼ直交するように図４に示すレイアウトで固定し、断熱容器（図示せず）内にセットした。
【００５３】
この超電導フィルタについて、断熱容器内を約６０Ｋに冷却して実際の送受信信号を通したところ、受信フィルタの出力にノイズはほとんど混入せず、６０ｄＢ以上のＳＮ比を確保できた。
【００５４】
なお、本実施例では送信フィルタと受信フィルタは別々に作製しているが、同一基板上に作製してもよい。この場合、送信フィルタの出力線１３と受信フィルタの入力線２１が合流してアンテナ（図示せず）に向かう線路も超電導体で形成することが可能となり、通常の金属配線に比べて抵抗による損失を低減できる。
【００５５】
（比較例１）
図３に示す超電導フィルタを作製した例について説明する。実施例１と同様にして作製した送信フィルタ１および受信フィルタ２を、金メッキした銅製の台（図示せず）の上に、互いの共振素子および入出力線とが平行かつ並列する部分が存在するように図３に示すレイアウトで固定し、断熱容器（図示せず）内にセットした。
【００５６】
この超電導フィルタについて、断熱容器内を約６０Ｋに冷却して実際の送受信信号を通したところ、受信フィルタの出力に送信フィルタ回路からのノイズの混入が見られ、ＳＮ比は３０ｄＢにしかならなかった。
【００５７】
（実施例２）
図５に示す超電導フィルタを作製した例について説明する。実施例１と同様にして作製した送信フィルタ１および受信フィルタ２を、金メッキした銅製の台（図示せず）の上に、互いの共振素子および入出力線とが平行ではあるが、受信フィルタ２の入出力線２１、２３および共振素子２２と、送信フィルタ１の入出力線１１、１３および共振素子１２とが並列しないように前後にずらして図５に示すレイアウトで固定し、断熱容器（図示せず）内にセットした。なお、送信フィルタ１の入力線１１に接続されるケーブル（図示せず）としては同軸ケーブルを用いているので、これから電波が漏洩することはない。
【００５８】
この超電導フィルタについて、断熱容器内を約６０Ｋに冷却して実際の送受信信号を通したところ、受信フィルタの出力にノイズはほとんど混入せず、６０ｄＢ以上のＳＮ比を確保できた。
【００５９】
（実施例３）
図６に示す超電導フィルタについて説明する。この例における送信フィルタ１および受信フィルタ２の構造は一般にフォワードカップルと呼ばれる。これらの送信フィルタ１および受信フィルタ２を実施例１と同様の方法を用いて作製した。共振素子の幅は約１７０μｍで長さは約１８ｍｍである。共振素子として用いられる伝送線路同士の間隔は約４ｍｍであり、共振素子と入出力線とは互いに直交して接続されている。
【００６０】
次に、これらの送信フィルタ１および受信フィルタ２を、金メッキした銅製の台（図示せず）の上に、互いの共振素子および入出力線とがほぼ直交するように図６に示すレイアウトで固定し、断熱容器（図示せず）内にセットした。
【００６１】
この超電導フィルタについて、断熱容器内を約６０Ｋに冷却して実際の送受信信号を通したところ、受信フィルタの出力にノイズはほとんど混入せず、６０ｄＢ以上のＳＮ比を確保できた。
【００６２】
（比較例２）
図７に示す超電導フィルタについて説明する。実施例３と同様にして作製した送信フィルタ１および受信フィルタ２を、金メッキした銅製の台（図示せず）の上に、互いの共振素子は平行であるが並列しないように、しかし入出力線同士は平行かつ並列する部分が存在するように図７に示すレイアウトで固定し、断熱容器（図示せず）内にセットした。
【００６３】
この超電導フィルタについて、断熱容器内を約６０Ｋに冷却して実際の送受信信号を通したところ、受信フィルタの出力に送信フィルタ回路からのノイズの混入が見られ、ＳＮ比は４０ｄＢにしかならなかった。
【００６４】
（実施例４）
図８に示す超電導フィルタについて説明する。実施例３と同様にして作製した送信フィルタ１および受信フィルタ２を、金メッキした銅製の台（図示せず）の上に、互いの共振素子および入出力線とが平行ではあるが、受信フィルタ２の入出力線２１、２３および共振素子２２と送信フィルタ１の入出力線１１、１３および共振素子１２とが並列しないように前後にずらして図８に示すレイアウトで固定し、断熱容器（図示せず）内にセットした。なお、送信フィルタ１の入力線１１に接続されるケーブル（図示せず）としては同軸ケーブルを用いているので、これから電波が漏洩することはない。
【００６５】
この超電導フィルタについて、断熱容器内を約６０Ｋに冷却して実際の送受信信号を通したところ、受信フィルタの出力にノイズはほとんど混入せず、６０ｄＢ以上のＳＮ比を確保できた。
【００６６】
（実施例５）
図９に示す超電導フィルタについて説明する。この例における送信フィルタ１および受信フィルタ２の構造は一般にコムラインと呼ばれる。これらの送信フィルタ１および受信フィルタ２を実施例１と同様の方法を用いて作製した。共振素子の幅は約１７０μｍで長さは約１８ｍｍでＵ字型に曲折している。共振素子として用いられる伝送線路同士の間隔は約３ｍｍ、共振素子と入出力線との間隔は約１ｍｍである。また入出力線は９０度に曲折している。次に、これらの送信フィルタ１および受信フィルタ２を、金メッキした銅製の台（図示せず）の上に、図９に示すレイアウトで固定し、断熱容器（図示せず）内にセットした。すなわち、送信フィルタ１および受信フィルタ２をそれぞれ、２次元面を４つの象限に分けたときに隣り合わない象限に配置されるようにセットした。これにより、受信フィルタ２を構成する共振素子２２および信号入出力線２１、２３と送信フィルタ１を構成する共振素子１２および信号入出力線１１、１３は平行でかつ並列している部分を持たない実装構造となっている。
【００６７】
この超電導フィルタについて、断熱容器内を約６０Ｋに冷却して実際の送受信信号を通したところ、受信フィルタの出力のノイズはほとんど混入せず、６０ｄＢ以上のＳＮ比を確保できた。
【００６８】
なお、共振素子は、９０度の角度で曲折している必要はなく、任意の角度で曲折していてもよいし、曲線でもよい。信号入出力線の曲折の仕方も同様である。
【００６９】
また、送信フィルタと受信フィルタの配置は２次元平面内に限定されることはなく、受信フィルタを構成する共振素子および信号入出力線と送信フィルタを構成する共振素子および信号入出力線とが平行でかつ並列している部分を持たない実装構造になっていれば３次元的に配置されていてもよい。
【００７０】
（比較例３）
図１０に示す超電導フィルタについて説明する。実施例５と同様にして作製した送信フィルタ１および受信フィルタ２を、金メッキした銅製の台（図示せず）の上に、それぞれの共振素子および入出力線の一部の間で互いに平行で並列している部分が存在するように図１０に示すレイアウトで固定し、断熱容器（図示せず）内にセットした。
【００７１】
この超電導フィルタについて、断熱容器内を約６０Ｋに冷却して実際の送受信信号を通したところ、受信フィルタの出力に送信フィルタ回路からのノイズの混入が見られ、ＳＮ比は３０ｄＢにしかならなかった。
【００７２】
（比較例４）
図１１に示す超電導フィルタについて説明する。実施例５と同様にして作製した送信フィルタ１および受信フィルタ２を、金メッキした銅製の台（図示せず）の上に、それぞれの共振素子および入出力線の一部の間で互いに平行で並列している部分が存在するように図１１に示すようなレイアウトで固定し断熱容器（図示せず）内にセットした。
【００７３】
この超電導フィルタについて、断熱容器内を約６０Ｋに冷却して実際の送受信信号を通したところ、受信フィルタの出力に送信フィルタ回路からのノイズの混入が見られ、ＳＮ比は３０ｄＢにしかならなかった。
【００７４】
（比較例５）
図１２に示す超電導フィルタについて説明する。実施例１と同様にして作製した送信フィルタ１および受信フィルタ２を、金メッキした銅製の台（図示せず）の上に、わずかな角度を持って横並びにして図１２に示すレイアウトで固定し、断熱容器（図示せず）内にセットした。
【００７５】
この超電導フィルタについて、断熱容器内を約６０Ｋに冷却して実際の送受信信号を通したところ、受信フィルタの出力に送信フィルタ回路からのノイズの混入が見られ、ＳＮ比は４５ｄＢにしかならなかった。これは、共振素子および入出力線の一部に、互いに平行で並列している成分が存在しているためである。
【００７６】
（実施例６）
図１３に示す超電導フィルタについて説明する。実施例１と同様の方法を用いて、図１３に示す構造を有する４個の送信フィルタ１および１個の受信フィルタ２を作製した。送信フィルタ１はいわゆる円盤形の共振素子構造を有し、共振素子の伝送線路の方向は信号入出力線の方向と同一方向と見なせる。受信フィルタ２はコムライン構造を有する。
【００７７】
これらの送信フィルタ１および受信フィルタ２は、図１３に示すレイアウトで配置されている。すなわち、送信フィルタ１は２個ずつ対をなし、受信フィルタ２は２対の送信フィルタ１の側部に位置するように、送信フィルタ１の出力線１３と受信フィルタ２の入力線２１が超電導配線５０により接続されている。このレイアウトでは、送信フィルタ１同士の間では、互いに共振素子および入出力線の一部に平行で並列している部分が存在している。しかし、送信フィルタ１と受信フィルタ２との間では、受信フィルタ２に含まれる共振素子および信号入出力線と、送信フィルタに含まれる共振素子および信号入出力線とが、平行でかつ並列している部分を持たない。
【００７８】
この超電導フィルタについて、断熱容器内を約６０Ｋに冷却して実際の送受信信号を通したところ、受信フィルタの出力にノイズはほとんど混入せず、６０ｄＢ以上のＳＮ比を確保できた。
【００７９】
本実施例では、４個の送信フィルタと１個の受信フィルタ２を別々に作製し、別の超電導配線５０を用いて接続している。このような構造では、１枚の大型の基板内にすべての送受信フィルタを形成する方法に比べて、比較的安価な小型の基板材料を用いることが可能となり、低コストにフィルタを作製することが可能となる。
【００８０】
なお、１枚の大型基板の中にすべてのフィルタが納まるように作製してもよいことはもちろんである。この場合、複数の小型の基板を用いる場合よりコストがアップするという欠点があるが、送信フィルタ１の出力線１３と受信フィルタ２の入力線２１が合流してアンテナ（図示せず）に向かう線路も同時に同一の超電導体で形成することが可能となり、金属からなる線路を設けた場合に比べて、抵抗による損失を低減できるという利点もある。１枚の基板に送受信フィルタを形成するか、複数の基板を組み合わせるかは、コストおよび特性を比較してケースバイケースで選択することが好ましい。
【００８１】
（実施例７）
図１４（Ａ）および（Ｂ）に示す超電導フィルタを作製した例について説明する。図１４（Ａ）はコールドヘッド、冷却プレートおよびフィルタの配置を示す平面図、図１４（Ｂ）は側面図である。
【００８２】
以下のようにして送信フィルタ１ａ、１ｂを作製した。縦約４０ｍｍ、横約２０ｍｍ、厚さ約０．５ｍｍのＬａＡｌＯ3単結晶基板１０の両面に、厚さ約５００ｎｍのＹＢＣＯ超電導膜をスパッタリング法、レーザー蒸着法、ＣＶＤ法などにより成膜する。リソグラフィー法を用いて片面の超電導膜を加工し、入出力線および共振素子を形成する。裏面（図示せず）の超電導膜はそのままグランド面として用いる。これらフィルタは、中心周波数１．９２ＧＨｚ、通過バンド幅２０ＭＨｚのバンドパスフィルタとなっている。受信フィルタ２も送信フィルタ１ａ、１ｂと同様の仕様を有する。
【００８３】
図１４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、コールドヘッド３１上に金メッキした銅製の冷却プレート３２を載置した。コールドヘッド３１の位置に対応する、冷却プレート３２上における最低温度の位置をＴLで示す。この冷却プレート３２上に、最低温度の位置ＴLを中心として９０度の角度で回転対称となる位置に送信フィルタ１ａ、１ｂと受信フィルタ２を固定し断熱容器（図示せず）内にセットした。この結果、それぞれのフィルタの冷却条件を均等にすることができる。このとき、送信フィルタ１ａ、１ｂと受信フィルタ２とでは、互いの共振素子および入出力線が直交するように配置されている。
【００８４】
このようにして実装した超電導フィルタを約６０Ｋに冷却して実際の送受信信号を通したところ、受信フィルタの出力にノイズはほとんど混入せず、６０ｄＢ以上のＳＮ比を確保できた。
【００８５】
なお、本実施例では送信フィルタと受信フィルタは別々の基板上に作製しているが、同一基板上に作製してもよい。この場合、送信フィルタの出力線１３と受信フィルタの入力線２１が合流してアンテナ（図示せず）に向かう線路も超電導体で形成することが可能となり、通常の金属に比べて、抵抗による損失を低減できる。
【００８６】
（比較例６）
図１５に、図１４（Ａ）に対応する平面図を示す。コールドヘッド３１の位置に対応する、冷却プレート３２上における最低温度の位置をＴLで示す。図１５では、送信フィルタ１ａ、１ｂと受信フィルタ２の配置は図１４（Ａ）と同一であるが、最低温度の位置ＴLは冷却プレート３２の中心にないため、送信フィルタ１ａ、１ｂおよび受信フィルタ２は最低温度の位置ＴLを中心とする回転対称の関係にはなっていない。
【００８７】
この場合、受信フィルタ２の温度が設計動作温度より高くなり、所望の通過特性が得られなかった。また、送信フィルタ１ａと１ｂとで温度が異なり、設計通りの送信ができなかった。
【００８８】
（実施例８）
図１６（Ａ）および（Ｂ）に示す超電導フィルタを作製した例について説明する。図１６（Ａ）はコールドヘッド、冷却プレートおよびフィルタの配置を示す平面図、図１４（Ｂ）は側面図である。
【００８９】
実施例７と同様にして、送信フィルタ１ａ、１ｂおよび受信フィルタ２を作製した。図１６（Ａ）および（Ｂ）に示すように、コールドヘッド３１上に、上部がリング状に成形され、中心部がくぼんだ連結部材３３を介して金メッキした銅製の冷却プレート３２を載置した。この場合、冷却プレート３２の中心部が最高温度の位置ＴHとなる。この冷却プレート３２上に、最高温度の位置ＴHを中心として９０度の角度で回転対称となる位置に送信フィルタ１ａ、１ｂと受信フィルタ２を固定し断熱容器（図示せず）内にセットした。このとき、送信フィルタ１ａ、１ｂと受信フィルタ２とでは、互いの共振素子および入出力線が直交するように配置されている。この場合にも、実施例７と同様な効果が得られた。
【００９０】
（実施例９）
図１７に示す超電導フィルタを作製した例について説明する。図１７は側面にフィルタが形成されたコールドヘッドを示す斜視図である。
【００９１】
実施例７と同様にして、送信フィルタ１ａ、１ｂおよび受信フィルタ２を作製した。図１７に示すように、直方体をなすコールドヘッド３１の３つの側面に、送信フィルタ１ａ、１ｂおよび受信フィルタ２を取り付けた（図１７では送信フィルタ１ｂは送信フィルタ１ａに対向する面に取り付けられて見えない）。また、ＬａＡｌＯ3単結晶基板の両面にＹＢＣＯ超電導膜を成膜した後、リソグラフィー法により片面の超電導膜を加工して合成器６１を作製した。この合成器６１をコールドヘッド３１の上面に取り付け、送信フィルタ１ａ、１ｂの出力線１３および受信フィルタ２の入力線２１と接続した。このような構成では、配線を短くでき、しかも合成器６１が超電導体からなるため、金属配線の場合と比較して抵抗による損失を少なくすることができる。
【００９２】
図１８に示すように、送信フィルタ１ａ、１ｂ、受信フィルタ２、合成器６１が取り付けられたコールドヘッド３１は断熱容器７１内に収容される。この断熱容器７１には排気口７２が取り付けられている。コールドヘッド３１には断熱容器７１の外部に設けられた冷凍機３０から冷媒が供給される。コールドヘッド３１が中空の多面体である場合には温度勾配がほとんど生じず、それぞれのフィルタの冷却条件を極めて均等にすることができるので特に好ましい。したがって、コールドヘッド３１の温度むらに起因する超電導フィルタのフィルタ特性の変動を防止することができる。
【００９３】
図１９に、図１８の送信フィルタ１ａ、１ｂ、受信フィルタ２を組み込んだ無線送受信装置を示す。図１９に示すように、断熱容器７１内には、送信フィルタ１ａ、１ｂ、受信フィルタ２、合成器６１が取り付けられたコールドヘッド３１とともにローノイズアンプ（ＬＮＡ）１０４が収容される。このローノイズアンプ（ＬＮＡ）１０４は、断熱容器７１の外部に設けられた信号処理回路１０５に接続される。送信フィルタ１ａ、１ｂの入力線には、それぞれ、断熱容器７１の外部に設けられた信号発生器１０１およびパワーアンプ（ＰＡ）１０２が１組ずつ接続される。そして、合成器６１の末端は断熱容器７１の外部に設けられたアンテナ１０３に接続される。
【００９４】
図１９の無線送受信装置において、コールドヘッド３１を約６０Ｋに冷却したところ、各フィルタの冷却条件が均等であるため設計通りのフィルタ特性が得られた。また、実際の送受信信号を通したところ、受信フィルタの出力にノイズはほとんど混入せず、６０ｄＢ以上のＳＮ比を確保できた。
【００９５】
なお、図２０に示したような方法で送信フィルタ１ａ、１ｂおよび受信フィルタ２を冷却してもよい。図２０では、多面体をなす保持部材３４を用意し、その３つの側面に送信フィルタ１ａ、１ｂおよび受信フィルタ２を取り付け、その上面に合成器６１を取り付けている。そして、断熱容器７１内にコールドヘッド３１を配置し、このコールドヘッド３１上に冷却プレート３２と、送信フィルタ１ａ、１ｂ、受信フィルタ２および合成器６１が取り付けられた保持部材３４を順次載置している。
【００９６】
（実施例１０）
図２１は本発明の一実施形態に係る個別増幅方式の無線送受信装置を示すブロック図である。この無線送受信装置は、２つの無線送受信ユニット１３０を有する。各々の無線送受信ユニット１３０は、１つのアンテナ１０３に対して並列に接続された少なくとも１つの無線送信ユニット１１０と１つの無線受信ユニット１２０とを含む。２つの無線送受信ユニット１３０に含まれる２つの無線受信ユニット１２０は１つの信号処理回路１０５に対して並列に接続されている。
【００９７】
無線送信ユニット１１０は、信号発生器１０１、パワーアンプ（ＰＡ）１０２、送信フィルタ１を含む。送信フィルタ１を通過した信号は合成器１０７によって電力合成され、アンテナ１０３を通じて送信される。アンテナ１０３に入射した受信信号は、無線受信ユニット１２０で処理される。無線受信ユニット１２０は、受信フィルタ２およびローノイズアンプ（ＬＮＡ）１０４を含む。
【００９８】
信号発生器１０１は１つのキャリア周波数の信号を発生する。この信号発生器１０１は、たとえば、送信するデータ信号を所望のディジタル変調信号に変換するベースバンド信号処理部と、そのディジタル変調信号をアナログ変調信号に変換するＤ／Ａコンバータと、そのアナログ変調信号を無線通信用のキャリア周波数帯域の信号に変換する変調器とを含む。
【００９９】
パワーアンプ（ＰＡ）１０２は信号発生器１０１により発生されたキャリア周波数帯域の信号を所定の送信電力レベルまで増幅して送信フィルタ１へ出力する。
【０１００】
送信フィルタ１は、制御部１０６からの制御信号に応じて、固定帯域幅を持つ通過帯域の中心周波数をシフトさせる機能を有することが好ましい。制御部１０６は送信に使用できる複数のキャリア周波数の中から、所望のキャリア周波数の信号のみ送信フィルタ１を通過させるよう、送信フィルタ１の通過帯域の中心周波数を制御信号により選択する。
【０１０１】
信号発生器１０１、パワーアンプ１０２および送信フィルタ１を含む無線送信ユニット１１０は、使用できるキャリア周波数の数だけ設けられる。各送信フィルタ１の通過帯域は互いに異なるキャリア周波数に対応している。各送信フィルタ１を通過した信号は合成機１０４により電力合成され、アンテナ１０３を通じて送信される。
【０１０２】
携帯電話などの無線通信システムにおいては、個々の基地局で使用できるキャリア周波数の数は、その基地局がカバーするセル内で発生する呼の数に応じて変わる。このため、制御部１０６は、基地局で使用されるキャリア周波数の数が変化した場合に、必要に応じて、各送信フィルタ１の通過帯域を変更することもできるようになっている。
【０１０３】
以上のように１つの無線送信ユニット１１０は１つのキャリア周波数の信号のみを増幅する個別増幅方式で動作し、この方式の利点を生かすことができる。
【０１０４】
また、本実施例の無線送受信装置では、１つの受信信号処理回路１０５に２つの無線受信ユニット１２０が並列に接続されているので、２つのアンテナ１０３および無線受信ユニット１２０で受信された信号のうち受信状態の良い方をＲＳＳＩ（receive signal strength indicator）によって選択することにより、ダイバーシティー方式に対応できる。
【０１０５】
（実施例１１）
図２２（Ａ）は本発明の他の実施形態に係る無線送受信装置を示すブロック図である。この無線送受信装置は、２つの無線送受信ユニット１３０を有する。各々の無線送受信ユニット１３０は、１つのアンテナ１０３に対して並列に接続された２つの無線送信ユニット１１０と１つの無線受信ユニット１２０とを含む。２つの無線送受信ユニット１３０に含まれる２つの無線受信ユニット１２０は１つの信号処理回路１０５に対して並列に接続されている。各々の無線送信ユニット１１０および無線受信ユニット１２０の構成は図２１のものと同様である。
【０１０６】
上述したように、１つの合成器に並列に接続された超電導送信フィルタのスカート特性を緩和するためには、それぞれの超電導送信フィルタを通過する各キャリア周波数帯域間に少なくとも約５００ｋＨｚ、好ましくは約１ＭＨｚの周波数帯域の空きを設けることが望ましい。
【０１０７】
図２２（Ｂ）に示すように、本実施例では２０ＭＨｚの帯域を周波数の低い方から５ＭＨｚずつ４つの帯域に分けて送信する。図２２（Ｂ）のそれぞれの帯域をｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４とする。そして、図２２（Ａ）に示される一方の無線送受信ユニット１３０に含まれる２つの無線送信ユニット１１０の信号発生器１０１ａ、１０１ｃでは帯域ｂ１、ｂ３の信号を用い、他方の無線送受信ユニット１３０に含まれる２つの無線送信ユニット１１０の信号発生器１０１ｂ、１０１ｄでは帯域ｂ２、ｂ４の信号を用いる。この結果、いずれの無線送受信ユニット１３０でも、合成器１０７で合成される２つのキャリア周波数の高周波端と低周波端は５ＭＨｚだけ離れている。このため、超電導フィルタのスカート特性に対する要求が軽減される。しかも、全体として周波数帯域に空きが生じないので、送信周波数帯域を有効に利用することができる。
【０１０８】
また、図２２（Ａ）のように２個の送信用フィルタ１と１個の受信用フィルタ２を並列に接続した無線送受信ユニットを２つ並列に接続すると、図１３に示すように４個の送信用フィルタ１と１個の受信用フィルタ２を並列に接続した場合と比較して以下のような利点がある。たとえば、図１３において金属薄膜を用いて合成器を形成し、そのインピーダンスを５０Ωに設計すると仮定する。通常は厚さ１ｍｍ以下の基板を用いるので、合成器の線幅は１ｍｍ以下になる。この場合、４個の送信用フィルタ１の出力を合成する合成器には大きな電流が流れ過酷な条件にさらされるので、高い耐電力性が要求される。これに対して、図２２（Ａ）では１つの合成器１０７に２個の送信フィルタ１が接続されるだけなので、合成器１０７の負荷が軽減される。
【０１０９】
図２３に図２２に示した無線送受信装置の実装例を示す。この無線送受信装置は、図１９に示した無線送受信ユニット１３０を２つ並列に接続し、それぞれの無線受信ユニットを１つの信号処理回路１０５に接続した構造を有する。図２３では２つ無線送受信ユニット１３０はそれぞれ別個の断熱容器７１内に収容されている。
【０１１０】
図２４に図２２に示した無線送受信装置の他の実装例を示す。この無線送受信装置は、２つの無線送受信ユニット１３０を１つの断熱容器７１内に収容した以外は図２３と同様の構造を有する。
【０１１１】
本発明に係る無線送受信装置においては、各無線送受信ユニットのいずれかの機器で不具合が発生した場合にこれを検出する検出器を設けることが好ましい。検出器の検出結果に基づいて、制御部により、不具合のある機器を含む無線送受信ユニットを切り離し、残りの無線送受信ユニットで運用を継続するように制御する。このような検出器を設ければ、不具合が解消されるまでの間にも、正常な無線送受信ユニットによる動作が可能であるため、信頼性の高い無線送受信装置を実現できる。
【０１１２】
また、図２３および図２４に示すように、超電導フィルタを複数のグループに分割してグループ毎に別々の冷凍機で冷却するようにすれば、一部の冷凍機に不具合が生じた場合でも、無線送受信装置全体の動作を停止させることなく不具合の復旧作業を行うことができる。
【０１１３】
本発明に係る無線送受信装置においては、制御部からの制御信号に基づいてフィルタの中心周波数と帯域幅を可変できることが好ましい。たとえば、音声のような比較的低レートのデータ伝送と、動画のように比較的高レートのデータ伝送を行う場合、伝送レートに合わせて個々のキャリアの拡散帯域幅を可変制御する。
【０１１４】
本発明に係る無線送受信装置は、個々のキャリア周波数信号の電力を測定する電力測定手段と、各超電導フィルタの温度を監視する温度監視手段とを備えていることが好ましい。電力測定手段の電力測定結果および温度監視手段の温度監視結果に基づいて、制御部により、各超電導フィルタを冷却する冷凍機の動作効率を可変制御する。上述したように、使用されるキャリア周波数の数や送信電力は時間によって変わり、各フィルタの発熱量も違ってくる。そこで、フィルタの発熱量に応じて冷凍機の能力を可変することによって冷凍機を効率的に動作させることができ、省電力化が可能となる。また、フィルタの発熱と温度確認タイミングとの間には、熱伝導による若干の時間差がある。この時間差に起因して一定の温度制御が達成されず、これが周波数のゆらぎの原因となることが考えられる。この問題に対しても、フィルタを通過する電力を測定し、その測定結果に応じて冷凍機の能力を可変するようにすれば、周波数の安定化を図ることができる。さらに、予め送信電力が分かっている場合には、制御部により信号発生器およびフィルタの各出力タイミングに合わせて冷凍機の能力を可変させる制御を行うようにしてもよい。
【０１１５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、平面型伝送線路構造を用いた超電導フィルタ同士を近接して配置しても互いに干渉せず、十分なＳＮ比が得られ、かつ平面型伝送線路構造の特長であるコンパクト性も犠牲にせず、冷却効率にも優れた超電導フィルタ、およびこのような超電導フィルタを用いた無線送受信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】無線基地局の送受信部を示すブロック図。
【図２】伝送線路間の干渉の原理を示す図。
【図３】送信フィルタと受信フィルタとの間の干渉の原理を示す図。
【図４】本発明の一実施形態に係る超電導フィルタの実装構造を示す図。
【図５】本発明の他の実施形態に係る超電導フィルタの実装構造を示す図。
【図６】実施例３における超電導フィルタの実装構造を示す図。
【図７】比較例２における超電導フィルタの実装構造を示す図。
【図８】実施例４における超電導フィルタの実装構造を示す図。
【図９】実施例５における超電導フィルタの実装構造を示す図。
【図１０】比較例３における超電導フィルタの実装構造を示す図。
【図１１】比較例４における超電導フィルタの実装構造を示す図。
【図１２】比較例５における超電導フィルタの実装構造を示す図。
【図１３】実施例６における超電導フィルタの実装構造を示す図。
【図１４】実施例７におけるコールドヘッド、冷却プレート、送信フィルタ、受信フィルタの配置を示す平面図および側面図。
【図１５】比較例６における冷却プレート、送信フィルタ、受信フィルタの配置を示す平面図。
【図１６】実施例８におけるコールドヘッド、冷却プレート、送信フィルタ、受信フィルタの配置を示す平面図および側面図。
【図１７】実施例９における送信フィルタ、受信フィルタを取り付けたコールドヘッドを示す斜視図。
【図１８】図１７の送信フィルタ、受信フィルタを取り付けたコールドヘッドを収容した断熱容器を示す斜視図。
【図１９】図１８の送信フィルタ、受信フィルタを組み込んだ無線送受信装置の構成図。
【図２０】送信フィルタ、受信フィルタを収容した断熱容器の他の例を示す斜視図。
【図２１】実施例１０における無線送受信装置を示すブロック図。
【図２２】実施例１１における無線送受信装置を示すブロック図および周波数帯域の分割方法を示す図。
【図２３】実施例１１における無線送受信装置の一実装例を示す図。
【図２４】実施例１１における無線送受信装置の他の実装例を示す図。
【符号の説明】
１…送信フィルタ
２…受信フィルタ
１０…基板
１１…送信フィルタの入力線
１２…送信フィルタの共振素子
１３…送信フィルタの出力線
２１…受信フィルタの入力線
２２…受信フィルタの共振素子
２３…受信フィルタの出力線
３０…冷凍機
３１…コールドヘッド
３２…冷却プレート
３３…連結部材
３４…保持部材
５０…超電導配線
６１…合成器
７１…断熱容器
７２…排気口
１０１…信号発生器
１０２…パワーアンプ（ＰＡ）
１０３…アンテナ
１０４…ローノイズアンプ（ＬＮＡ）
１０５…受信信号処理回路
１０６…制御部
１０７…合成器
２０１…送信側伝送線路
２０１…受信側伝送線路
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線送受信装置に用いられる送受信用の超電導フィルタ、および超電導フィルタを用いた無線送受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば移動体通信の基地局において用いられる無線送受信装置には、所望の周波数帯のみを取り出すための重要な構成要素として受信フィルタおよび送信フィルタが内蔵されている。通常は２つ以上のチャネルに分けて送信信号を生成し、最終的に合成器を用いて合成した後、アンテナから放出する。近年、急速に普及している移動体通信では２ＧＨｚ付近の周波数が用いられるが、各キャリアに与えられた周波数帯はわずか２０ＭＨｚである。この周波数帯を全て使うためには少なくとも１ＭＨｚの幅で４０ｄＢ減衰させることが必要である。したがって、フィルタには減衰特性が優れ、挿入損失が小さいことが要求される。そのようなフィルタを得るためにはＱ値の高い共振素子が必要になる。
【０００３】
また、２つ以上のキャリア周波数の信号を合成して送信する無線送受信装置の送信部の増幅方式としては、個別増幅方式と一括増幅方式が知られている。
【０００４】
個別増幅方式は使用するキャリア周波数の数に対応して、信号発生器、送信用増幅器、および送信フィルタの組を用意し、各々の信号発生器より出力されたキャリア周波数の信号を各々の送信用増幅器で個別に増幅し、フィルタを通過させた後、電力合成器で合成して送信する方式である。
【０００５】
一括増幅方式は、複数の信号発生器より出力された複数のキャリア周波数の信号を電力合成器で合成した後、１つの送信用増幅器で一括して増幅し、フィルタを通過させた後に送信する方式である。
【０００６】
個別増幅方式は一括増幅方式に対して原理的に以下のような様々な利点が得られると期待されている。
【０００７】
一括増幅方式では複数のキャリア周波数の信号が同時に１つの増幅器に入るため、増幅器の非線形性によって各キャリア周波数の信号どうしが相互干渉を引き起こし、この相互干渉によって発生する歪み信号の電力が他のキャリア周波数の信号に悪影響を与えるおそれがある。これに対して、個別増幅方式では１つの増幅器に入る信号は１つのキャリア周波数の信号のみなので、各キャリア周波数の信号どうしが相互干渉を引き起こすことはない。また、個別増幅方式においては、送信フィルタの通過帯域をそれぞれ別々のキャリア周波数に対応する帯域に設定することによって、他のキャリア周波数の信号が回り込むことによる干渉も防止できる。このため、各チャネルの信号を合成器で容易に電力合成することが可能となる。
【０００８】
一般に、増幅器においては、変調信号を増幅した際に変調歪みが発生し、隣接チャネルに電力が漏れてそのチャネルの信号との間で干渉を引き起こすおそれがある。そこで仕様上、隣接チャネルへの漏洩電力の上限値が決められている。たとえば、ＱＰＳＫのように振幅成分に信号を含む変調方式では、増幅器の線形性を確保するためにバックオフさせて低効率で動作させている。この点に関して、個別増幅方式では、増幅器に１つのキャリア周波数の信号のみを通過させるので、変調歪みによる隣接チャネルへの漏洩電力が抑制される。このため、増幅器を高効率で動作させることができる。無線送信装置全体では増幅器の消費電力が占める割合が非常に大きいことから、増幅器の高効率化は無線送信装置の省電力化に大きく寄与する。
【０００９】
一括増幅方式では、許容可能な最大チャネル収容時には最大４０％程度の効率を達成できるが、使用チャネル数が少ないときでも全てのチャネルが使用されているときと同程度の電力が必要となり、電力効率が低くなる。これに対して、個別増幅では、使用されていないチャネルの増幅器の電源を切って使用されているチャネルだけを有効にすることができる。このため、省電力化を実現できる。
【００１０】
また、一括増幅方式では、増幅器において集中的に発熱が生じるため大がかりな放熱対策を講じる必要がある。これに対して、個別増幅方式では、熱源となる複数の増幅器が分散されているので、大がかりな放熱対策が不要になる。
【００１１】
ところで、個別増幅方式では、合成器を簡単な構造にするためには、選択性の良好なフィルタを用いなければならないが、従来の導波管タイプ（誘電体空洞共振器型）のフィルタでは要求される選択性を満たすことが困難であった。一方、一括増幅方式では信号間の相互干渉を回避するために増幅器の線形性が重要となるが、近年の様々な技術的改良により増幅器の線形性が向上した。この結果、現状では一括増幅方式が用いられているが、上述したように原理的に種々の利点を有する個別増幅方式を用いることができれば望ましい。
【００１２】
この問題に対して、超電導体によりＱ値の高い共振素子を形成したフィルタを用いてシャープカットを実現し、個別増幅方式を採用することが提案されている（たとえば、特開２０００−６８９５８参照）。
【００１３】
フィルタの導体に超電導体を利用する形態としては、バルクと薄膜とが考えられるが、冷却方法や設計の自由度を考えると、薄膜を利用するほうが便利である。特に、サファイアやＭｇＯなどの非常に低損失な基板材料の上に薄膜を形成して、これを平面型伝送線路に加工する方法がよく知られている。平面型伝送線路の構造としては、マイクロストリップライン構造、ストリップライン構造、およびコプレーナ構造がしばしば用いられる。これらの構造は、従来の導波管タイプ（誘電体空洞共振器型）のフィルタ構造に比べてコンパクトであるという利点もある。
【００１４】
しかし、平面型伝送線路は空間中にむき出しになっており、伝送信号が空間中に放射され、伝送線路から電磁界が漏洩する現象が発生しやすい。したがって、複数のフィルタを近接して配置した場合、一方のフィルタの伝送線路からの不要な放射や電磁界の漏れが、他方のフィルタに干渉してノイズを発生させ、十分なＳＮ比が得られないという問題があった。
【００１５】
特に、携帯電話などの基地局では、送信と受信の両方の信号を扱い、これら送信／受信の回路はごく近い位置に配置される。ところが、基地局が受信する信号強度に対して基地局が送信する信号強度は何桁も大きいため、送信信号が受信回路にわずかでも混入すると受信信号の正常な処理ができなくなる。一般的に、受信信号帯域内／外を問わず、本来の受信信号強度に対してノイズ強度を６０ｄＢ（百万分の１）以下に抑制する必要がある。本来は、受信フィルタで不要な周波数（ノイズ）をカットするが、受信フィルタそのものや後段の伝送線路にノイズが混入した場合は、十分なＳＮ比が得られず、受信信号が処理できなくなる問題があった。
【００１６】
図１に携帯電話などの無線基地局における送受信フィルタ回路部分のブロック図を示す。信号発生器１０１からパワーアンプ（ＰＡ）１０２を通過した大電力の送信信号は送信フィルタ１を通過した後、アンテナ１０３から放射される。一方、アンテナ１０３に入射した微弱な受信信号は、受信フィルタ２によって受信信号周波数部分のみが選択されて通過し、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）１０４で増幅されて後段の信号処理回路１０５に送られる。受信フィルタ２からＬＮＡ１０４までは信号強度が微弱なので不要信号の混入を極力防ぐ必要がある。具体的には上述したように、受信フィルタにおけるＳＮ比が６０ｄＢ以上であることが要求される。
【００１７】
この問題に対し、従来の導波管タイプ（誘電体空洞共振器型）のフィルタ構造を採用すれば、マイクロ波信号の伝播部分は外壁で覆われているために送信回路からの漏れ電力は発生せず、受信回路へのノイズ混入の心配はほとんどない。しかし、空洞共振器型は３次元的な立体回路であり、設計の自由度が制限される上にサイズが大きくなってしまい、冷却を必要とする超電導フィルタの構造としては不適当である。また、空洞の内壁を全て超電導体で覆う必要があり、コストが高くなるという問題もあった。
【００１８】
一方、平面伝送回路型のフィルタ構造でノイズを軽減する手段としては、以下のような技術が知られている。
【００１９】
たとえば、特開平７−２０２５０７号公報では、ひとつの超電導フィルタを真鍮のケースに収め、さらに内壁表面を電波吸収体で覆う構造が報告されている。この構造の場合、一つ一つのフィルタを独立に作製してそれぞれを真鍮のケースと電波吸収体で完全に覆う必要があり、それぞれのフィルタの構成が大きくなってしまい平面型伝送線路の特徴であるコンパクト性が犠牲になってしまうという問題点がある。また、低温に冷却しなければならない部品が増えて熱容量が増加し、冷却に時間がかかるという問題点もあった。
【００２０】
なお、最近のパソコンの小型化実装技術に見られるように、限られた容積の中に多数の部品を互いに干渉し合うことなく、いかに効率よくレイアウトするかが盛んに検討されている。しかし、パソコン等では信号の伝送周波数はたかだか数百ＭＨｚ（波長に換算して数十センチから数メートル以上）であり、素子のサイズが伝送信号の波長より十分小さく、いわゆる集中定数回路で構成された素子のレイアウトを議論するものである。
【００２１】
これに対して、超電導フィルタのように伝送信号がＧＨｚ程度になると、波長が数十センチメートル以下（伝送線路を構成する基板の誘電率を考えると実効波長は数センチメートル以下）になって素子サイズが伝送信号の波長と同程度かそれ以上になり、いわゆる分布定数回路素子のレイアウトの議論が必要になってくる。このため、パソコン等の小型化実装技術とは異なった実装技術の確立が望まれていた。
【００２２】
また、超電導フィルタを用いた無線送受信装置においては、できる限り良好な受信状態を得るとともに、送信周波数帯域を有効に利用することが要望されている。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、平面型伝送線路構造を用いた超電導フィルタ同士を近接して配置しても互いに干渉せず、十分なＳＮ比が得られ、かつ平面型伝送線路構造の特長であるコンパクト性も犠牲にせず、冷却効率にも優れた超電導フィルタを提供することにある。
【００２４】
本発明の他の目的は、良好な受信状態が得られ、送信周波数帯域を有効に利用できる無線送受信装置を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様に係る超電導フィルタは、断熱容器内に互いに伝送信号の波長程度の距離を隔てて収納された、アンテナから受信した信号を選別する平面型伝送線路構造の超電導受信フィルタおよびアンテナへ送信する信号を選別する平面型伝送線路構造の超電導送信フィルタを有し、前記受信フィルタの信号入出力線と、前記送信フィルタの信号入出力線が、非平行であることを特徴とする。
【００２６】
本発明に係る超電導フィルタでは、前記受信フィルタの信号入出力線と、前記送信フィルタの信号入出力線が、実質的に直交する方向に配置されていてもよい。
【００２７】
本発明の他の態様に係る超電導フィルタは、断熱容器内に互いに伝送信号の波長程度の距離を隔てて収納された、アンテナから受信した信号を選別する平面型伝送線路構造の超電導受信フィルタおよびアンテナへ送信する信号を選別する平面型伝送線路構造の超電導送信フィルタを有し、前記受信フィルタに含まれる共振素子および信号入出力線と、前記送信フィルタに含まれる共振素子および信号入出力線が、信号伝送方向に沿って互いにずれた位置に配置されていることを特徴とする。
【００２８】
本発明の他の態様に係る超電導フィルタは、断熱容器内に互いに伝送信号の波長程度の距離を隔てて収納された、アンテナから受信した信号を選別する平面型伝送線路構造の超電導受信フィルタと、アンテナへ送信する信号を選別する平面型伝送線路構造の超電導送信フィルタを有し、前記受信フィルタおよび前記送信フィルタが、平面をなす冷却部材の最低または最高温度の位置を中心として回転対称となる位置に取り付けられていることを特徴とする。
【００２９】
本発明のさらに他の態様に係る超電導フィルタは、断熱容器内に互いに伝送信号の波長程度の距離を隔てて収納された、アンテナから受信した信号を選別する平面型伝送線路構造の超電導受信フィルタと、アンテナへ送信する信号を選別する平面型伝送線路構造の超電導送信フィルタを有し、前記受信フィルタおよび前記送信フィルタが、多面体をなす冷却部材の互いに異なる側面に取り付けられていることを特徴とする。
【００３０】
本発明の一態様に係る無線送受信装置は、２つ以上のキャリア周波数を用いて無線通信を行う無線送受信装置であって、複数の無線送受信ユニットを有し、各々の無線送受信ユニットは１つのアンテナに対して並列に接続された少なくとも１つの無線送信ユニットと無線受信ユニットとを含み、前記無線送信ユニットは、通信に用いる１つのキャリア周波数の信号を発生させる信号発生器と、前記キャリア周波数の信号を増幅する増幅器と、増幅された信号から所定帯域の信号を選択して通過させる超電導送信フィルタとが縦続接続されており、前記無線受信ユニットは、前記アンテナで受信された１つのキャリア周波数の信号から所定帯域の信号を選択して通過させる超電導受信フィルタと、前記所定帯域の信号を増幅する増幅器とが縦続接続されており、複数の無線送受信ユニットに含まれる複数の無線受信ユニットが並列に接続される１つの受信信号処理回路を有することを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
まず、受信フィルタに送信信号がノイズとして混入する原理について説明する。フィルタは、共振素子すなわち有限の長さを持った伝送線路の集合体である。図２に、それぞれ送信フィルタおよび受信フィルタに含まれる２本の伝送線路が平行でかつ並列している状態を示す。一般に伝送線路はグランド面と中心導体を含むが、ここではグランド面を省略している。送信側伝送線路２０１にマイクロ波信号が通ると、それに応じた電流が線路方向に流れる。このとき、送信側伝送線路２０１を中心に同心円状に磁界が発生する。この磁界中に受信側伝送線路２０２が存在すると、受信側伝送線路２０２上に電流が誘起され、これがノイズとなって本来の受信側伝送線路２０２上を通る信号に混入する。
【００３２】
したがって、図３のように、受信フィルタ２に含まれる共振素子２２および信号入出力線２１、２３と、送信フィルタ１に含まれる共振素子１２および信号入出力線１１、１３との間で、平行でかつ並列している部分が存在すると、送信信号によって発生した磁界の影響で受信フィルタ２側にノイズが混入する。
【００３３】
図４は、本発明の一実施形態に係る超電導フィルタを示す平面図である。送信フィルタ１および受信フィルタ２は、いわゆるマイクロストリップライン構造のバンドパスフィルタである。送信フィルタ１は基板１０の両面に超電導体を形成し、片面をグランド導体（図示せず）とし、もう一方の面を加工して送信フィルタの入力線１１、共振素子１２、出力線１３を形成することにより作製されている。受信フィルタ２は基板２０の両面に超電導体を形成し、片面をグランド導体（図示せず）とし、もう一方の面を加工して受信フィルタの入力線２１、共振素子２２、出力線２３を形成することにより作製されている。送信フィルタの出力線１３と受信フィルタの入力線２１は合流してアンテナ（図示せず）に接続される。送信フィルタの入力線１１はパワーアンプ（図示せず）に接続され、受信フィルタの出力線２３はローノイズアンプ（図示せず）に接続される。この超電導フィルタでは、受信フィルタの入力線２１、共振素子２２および出力線２３と、送信フィルタの入力線１１、共振素子１２および出力線１３とが、互いにほぼ直交する方向を向いている。
【００３４】
図４の超電導フィルタの実装構造では、受信フィルタの入力線２１、共振素子２２および出力線２３と、送信フィルタの入力線１１、共振素子１２および出力線１３とが互いにほぼ直交しており、平行でかつ並列している部分がない。このため、送信フィルタ１の入出力線１１、１３および共振素子１２で発生した磁界中に受信フィルタ２の共振素子２２や入出力線２１、２３が入ることがなく、ノイズが混入しない。したがって、本来の受信信号強度に対してノイズ強度を６０ｄＢ以下に抑制することができ、受信信号を正常に処理することが可能となる。
【００３５】
図５は、本発明の他の実施形態に係る超電導フィルタを示す平面図である。送信フィルタ１および受信フィルタ２のそれぞれの構造は図４に示したものと同様である。この超電導フィルタでは、受信フィルタの入力線２１、共振素子２２および出力線２３と、送信フィルタの入力線１１、共振素子１２および出力線１３とが、信号伝送方向に沿って互いにずれた位置に配置されている。
【００３６】
図５の超電導フィルタの実装構造では、受信フィルタの共振素子２２および出力線２３と、送信フィルタの入力線１１、共振素子１２および出力線１３とが、信号伝送方向に沿って互いにずれた位置に配置されており、平行でかつ並列している部分がない。したがって、図５の場合でも図４の場合と同様な効果が得られる。
【００３７】
また、本発明の超電導フィルタの実装構造では、金属板などによるシールドや電波吸収体は特に設置する必要がない。したがって、冷却すべきフィルタ部分の熱容量も比較的小さく、小型の冷凍機を用いることができ、冷却時間も速くなるという利点がある。
【００３８】
以上のように本発明の実施形態によれば、平面型伝送線路構造を用いた超電導フィルタ同士を近接して配置しても互いに干渉せず、十分なＳＮ比が得られ、かつ平面型伝送線路構造の特長であるコンパクト性も犠牲にせず、冷却効率にも優れた超電導フィルタの実装構造を提供することが可能となる。
【００３９】
なお、図４および図５では３段のバンドパスフィルタの例を説明したが、本発明は他の段数のフィルタについても適用可能であることはいうまでもない。図４および図５では直線状の共振素子を例にあげたが、曲折部分があってもよい。フィルタ形式もバンドパスフィルタに限らず、帯域阻止フィルタ、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタなど他の形式に適用可能であることもいうまでもない。結合の仕方を特徴づけるフィルタ形状もサイドカップルタイプに限る必要はなく、エンドカップルなど他のタイプにも適用可能である。構造も平面型伝送線路構造ならマイクロストリップライン構造に限定されず、例えばストリップライン構造やコプレーナ構造などにも適用可能である。さらに、送信フィルタと受信フィルタのパタンは同一である必要はなく、送信フィルタには大電力に強い円板共振器型構造を用い、受信フィルタには多段化しやすいコムライン構造を用いることなどが考えられる。
【００４０】
次に、冷却部材の温度むらに起因する特性変動を防止できる本発明の他の実施形態に係る超電導フィルタについて説明する。ここで、冷却部材とは、冷凍機に連結されたコールドヘッド、またはコールドヘッドに直接載置されるかもしくは連結治具を介して載置された冷却プレート、またはコールドヘッドに載置された冷却プレートに載置されたフィルタ保持治具をいう。
【００４１】
ここで、冷却部材の温度むらについて説明する。通常、１つのアンテナにつながる合成器には１つの超電導受信フィルタと１つ以上の超電導送信フィルタとが並列に接続される。これらのフィルタは７７Ｋ以下まで冷却する必要があるが、これらのフィルタを１つの冷凍機を用いて冷却するために広い面積の冷却プレート上に並べると、冷凍機のコールドヘッドに対して冷却プレートの面積が大きい場合には冷却プレート面内で温度むらが生じやすい。その結果、各フィルタの設置位置によって冷却条件が異なり、設計通りのフィルタ特性が得られなくなるおそれがある。
【００４２】
これに対して、１つの受信フィルタおよび１つ以上の送信フィルタを、平面をなす冷却部材上で、例えば最低または最高温度の位置を中心として回転対称となる位置に取り付ければ、それぞれのフィルタの冷却条件を均等にすることができる。このため、１つのフィルタについて温度勾配を考慮して設計しておけば、他のフィルタもその設計通りに動作する。したがって、冷却部材の温度むらに起因する超電導フィルタのフィルタ特性の変動を防止することができる。しかも、受信フィルタの信号入出力線と送信フィルタの信号入出力線を実質的に直交する方向に配置すれば、送信フィルタで発生した磁界中に受信フィルタが入ることがないのでノイズの混入を防止できる。
【００４３】
また、１つの受信フィルタおよび１つ以上の送信フィルタを、多面体をなす冷却部材の互いに異なる側面に取り付ければ、それぞれのフィルタの冷却条件を均等にすることができる。この場合にも、冷却部材の温度むらに起因する超電導フィルタのフィルタ特性の変動を防止することができる。
【００４４】
さらに、上記のいずれの超電導フィルタでも、受信フィルタおよび送信フィルタを超電導体からなる合成器を介して並列に接続すれば、合成器での発熱がなく低損失にすることができる。
【００４５】
次に、本発明の他の実施形態に係る２つ以上のキャリア周波数を用いる無線送受信装置について説明する。
【００４６】
この無線送受信装置は、複数の無線送受信ユニットを有し、かつ複数の無線送受信ユニットに含まれる複数の無線受信ユニットが並列に接続される１つの受信信号処理回路を有する。ここで、各々の無線送受信ユニットは１つのアンテナに対して並列に接続された少なくとも１つの無線送信ユニットと無線受信ユニットとを含んでいる。無線送信ユニットは、通信に用いる１つのキャリア周波数の信号を発生させる信号発生器と、キャリア周波数の信号を増幅する増幅器と、増幅された信号から所定帯域の信号を選択して通過させる超電導送信フィルタとが縦続接続されている。無線受信ユニットは、アンテナで受信された１つのキャリア周波数の信号から所定帯域の信号を選択して通過させる超電導受信フィルタと、所定帯域の信号を増幅する増幅器とが縦続接続されている。この無線送受信装置では、受信状態の良好な無線送受信ユニットを選択するダイバーシティー方式に対応することができる。
【００４７】
また、上記の無線送受信装置において、並列に接続された２つの無線送信ユニットおよび１つの無線受信ユニットを含む無線送受信ユニットを作製し、２つの無線送信ユニットで使用するキャリア周波数帯域を互いに異なるようにし、２つのキャリア周波数帯域の高周波端と低周波端とを約５００ｋＨｚ以上、好ましくは約１ＭＨｚ以上離すことが好ましい。
【００４８】
この理由は以下の通りである。すなわち、各無線送信ユニットにおいて増幅された信号には増幅器の性能に依存する歪が重畳する。この歪をフィルタによって除去することができなければ、２つの無線送信ユニットで生成された送信信号を合成器で合成したときに干渉が起こる。現状の携帯電話システムでは、２０ＭＨｚの帯域を５ＭＨｚの帯域をもつ複数のチャネルに分けて送信している。このため、１つのチャネルの高周波端と別のチャネルの低周波端が離れていない場合には、極めて急峻なスカート特性を有する超電導フィルタが必要になるが、このような特性を実現するには限界がある。したがって、１つの合成器に並列に接続された超電導送信フィルタを通過する各キャリア周波数帯域間には少なくとも約５００ｋＨｚ、好ましくは約１ＭＨｚの周波数帯域の空きを設けることが望ましい。
【００４９】
ただし、未使用の周波数帯が生じるのを避けて、ユーザーの増加に対応できることが好ましい。このためには、たとえば２０ＭＨｚの帯域を５ＭＨｚずつの４つの帯域に分けて送信する場合に、それぞれの無線送受信ユニットに含まれる２つの無線送信ユニットにおいて高周波端と低周波端が５ＭＨｚだけ離れた２つのキャリア周波数を選択して使用すればよい。このようにすれば、送信周波数帯域を有効に利用することができる。
【００５０】
さらに、このような無線送受信装置においても、上述した超電導フィルタの構造を採用することがより好ましい。
【００５１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００５２】
（実施例１）
図４に示す超電導フィルタを作製した例について説明する。この例における送信フィルタ１および受信フィルタ２は、マイクロストリップライン構造の３段のバンドパスフィルタである。送信フィルタ１および受信フィルタ２の個々の製造方法は同様であるので、ここでは送信フィルタ１を代表例として説明する。縦約４０ｍｍ、横約２０ｍｍ、厚さ約０．５ｍｍのＬａＡｌＯ3単結晶基板１０の両面に、厚さ約５００ｎｍのＹＢＣＯ超電導膜をスパッタリング法、レーザー蒸着法、ＣＶＤ法などにより成膜する。リソグラフィー法を用いて片面の超電導膜を加工し、入出力線１１、１３および共振素子１２を形成する。裏面（図示せず）の超電導膜はそのままグランド面として用いる。共振素子１２の幅は約１７０μｍで長さは約１８ｍｍである。共振素子１２として用いられる伝送線路同士の間隔は約１ｍｍ、共振素子１２と入出力線１１または１３との間隔は約５００μｍである。このフィルタは、中心周波数１．９２ＧＨｚ、通過バンド幅２０ＭＨｚのバンドパスフィルタとなっている。受信フィルタ２も送信フィルタ１と同一の仕様を有する。次に、これらの送信フィルタ１および受信フィルタ２を、金メッキした銅製の台（図示せず）の上に、それぞれの共振素子および入出力線が互いにほぼ直交するように図４に示すレイアウトで固定し、断熱容器（図示せず）内にセットした。
【００５３】
この超電導フィルタについて、断熱容器内を約６０Ｋに冷却して実際の送受信信号を通したところ、受信フィルタの出力にノイズはほとんど混入せず、６０ｄＢ以上のＳＮ比を確保できた。
【００５４】
なお、本実施例では送信フィルタと受信フィルタは別々に作製しているが、同一基板上に作製してもよい。この場合、送信フィルタの出力線１３と受信フィルタの入力線２１が合流してアンテナ（図示せず）に向かう線路も超電導体で形成することが可能となり、通常の金属配線に比べて抵抗による損失を低減できる。
【００５５】
（比較例１）
図３に示す超電導フィルタを作製した例について説明する。実施例１と同様にして作製した送信フィルタ１および受信フィルタ２を、金メッキした銅製の台（図示せず）の上に、互いの共振素子および入出力線とが平行かつ並列する部分が存在するように図３に示すレイアウトで固定し、断熱容器（図示せず）内にセットした。
【００５６】
この超電導フィルタについて、断熱容器内を約６０Ｋに冷却して実際の送受信信号を通したところ、受信フィルタの出力に送信フィルタ回路からのノイズの混入が見られ、ＳＮ比は３０ｄＢにしかならなかった。
【００５７】
（実施例２）
図５に示す超電導フィルタを作製した例について説明する。実施例１と同様にして作製した送信フィルタ１および受信フィルタ２を、金メッキした銅製の台（図示せず）の上に、互いの共振素子および入出力線とが平行ではあるが、受信フィルタ２の入出力線２１、２３および共振素子２２と、送信フィルタ１の入出力線１１、１３および共振素子１２とが並列しないように前後にずらして図５に示すレイアウトで固定し、断熱容器（図示せず）内にセットした。なお、送信フィルタ１の入力線１１に接続されるケーブル（図示せず）としては同軸ケーブルを用いているので、これから電波が漏洩することはない。
【００５８】
この超電導フィルタについて、断熱容器内を約６０Ｋに冷却して実際の送受信信号を通したところ、受信フィルタの出力にノイズはほとんど混入せず、６０ｄＢ以上のＳＮ比を確保できた。
【００５９】
（実施例３）
図６に示す超電導フィルタについて説明する。この例における送信フィルタ１および受信フィルタ２の構造は一般にフォワードカップルと呼ばれる。これらの送信フィルタ１および受信フィルタ２を実施例１と同様の方法を用いて作製した。共振素子の幅は約１７０μｍで長さは約１８ｍｍである。共振素子として用いられる伝送線路同士の間隔は約４ｍｍであり、共振素子と入出力線とは互いに直交して接続されている。
【００６０】
次に、これらの送信フィルタ１および受信フィルタ２を、金メッキした銅製の台（図示せず）の上に、互いの共振素子および入出力線とがほぼ直交するように図６に示すレイアウトで固定し、断熱容器（図示せず）内にセットした。
【００６１】
この超電導フィルタについて、断熱容器内を約６０Ｋに冷却して実際の送受信信号を通したところ、受信フィルタの出力にノイズはほとんど混入せず、６０ｄＢ以上のＳＮ比を確保できた。
【００６２】
（比較例２）
図７に示す超電導フィルタについて説明する。実施例３と同様にして作製した送信フィルタ１および受信フィルタ２を、金メッキした銅製の台（図示せず）の上に、互いの共振素子は平行であるが並列しないように、しかし入出力線同士は平行かつ並列する部分が存在するように図７に示すレイアウトで固定し、断熱容器（図示せず）内にセットした。
【００６３】
この超電導フィルタについて、断熱容器内を約６０Ｋに冷却して実際の送受信信号を通したところ、受信フィルタの出力に送信フィルタ回路からのノイズの混入が見られ、ＳＮ比は４０ｄＢにしかならなかった。
【００６４】
（実施例４）
図８に示す超電導フィルタについて説明する。実施例３と同様にして作製した送信フィルタ１および受信フィルタ２を、金メッキした銅製の台（図示せず）の上に、互いの共振素子および入出力線とが平行ではあるが、受信フィルタ２の入出力線２１、２３および共振素子２２と送信フィルタ１の入出力線１１、１３および共振素子１２とが並列しないように前後にずらして図８に示すレイアウトで固定し、断熱容器（図示せず）内にセットした。なお、送信フィルタ１の入力線１１に接続されるケーブル（図示せず）としては同軸ケーブルを用いているので、これから電波が漏洩することはない。
【００６５】
この超電導フィルタについて、断熱容器内を約６０Ｋに冷却して実際の送受信信号を通したところ、受信フィルタの出力にノイズはほとんど混入せず、６０ｄＢ以上のＳＮ比を確保できた。
【００６６】
（実施例５）
図９に示す超電導フィルタについて説明する。この例における送信フィルタ１および受信フィルタ２の構造は一般にコムラインと呼ばれる。これらの送信フィルタ１および受信フィルタ２を実施例１と同様の方法を用いて作製した。共振素子の幅は約１７０μｍで長さは約１８ｍｍでＵ字型に曲折している。共振素子として用いられる伝送線路同士の間隔は約３ｍｍ、共振素子と入出力線との間隔は約１ｍｍである。また入出力線は９０度に曲折している。次に、これらの送信フィルタ１および受信フィルタ２を、金メッキした銅製の台（図示せず）の上に、図９に示すレイアウトで固定し、断熱容器（図示せず）内にセットした。すなわち、送信フィルタ１および受信フィルタ２をそれぞれ、２次元面を４つの象限に分けたときに隣り合わない象限に配置されるようにセットした。これにより、受信フィルタ２を構成する共振素子２２および信号入出力線２１、２３と送信フィルタ１を構成する共振素子１２および信号入出力線１１、１３は平行でかつ並列している部分を持たない実装構造となっている。
【００６７】
この超電導フィルタについて、断熱容器内を約６０Ｋに冷却して実際の送受信信号を通したところ、受信フィルタの出力のノイズはほとんど混入せず、６０ｄＢ以上のＳＮ比を確保できた。
【００６８】
なお、共振素子は、９０度の角度で曲折している必要はなく、任意の角度で曲折していてもよいし、曲線でもよい。信号入出力線の曲折の仕方も同様である。
【００６９】
また、送信フィルタと受信フィルタの配置は２次元平面内に限定されることはなく、受信フィルタを構成する共振素子および信号入出力線と送信フィルタを構成する共振素子および信号入出力線とが平行でかつ並列している部分を持たない実装構造になっていれば３次元的に配置されていてもよい。
【００７０】
（比較例３）
図１０に示す超電導フィルタについて説明する。実施例５と同様にして作製した送信フィルタ１および受信フィルタ２を、金メッキした銅製の台（図示せず）の上に、それぞれの共振素子および入出力線の一部の間で互いに平行で並列している部分が存在するように図１０に示すレイアウトで固定し、断熱容器（図示せず）内にセットした。
【００７１】
この超電導フィルタについて、断熱容器内を約６０Ｋに冷却して実際の送受信信号を通したところ、受信フィルタの出力に送信フィルタ回路からのノイズの混入が見られ、ＳＮ比は３０ｄＢにしかならなかった。
【００７２】
（比較例４）
図１１に示す超電導フィルタについて説明する。実施例５と同様にして作製した送信フィルタ１および受信フィルタ２を、金メッキした銅製の台（図示せず）の上に、それぞれの共振素子および入出力線の一部の間で互いに平行で並列している部分が存在するように図１１に示すようなレイアウトで固定し断熱容器（図示せず）内にセットした。
【００７３】
この超電導フィルタについて、断熱容器内を約６０Ｋに冷却して実際の送受信信号を通したところ、受信フィルタの出力に送信フィルタ回路からのノイズの混入が見られ、ＳＮ比は３０ｄＢにしかならなかった。
【００７４】
（比較例５）
図１２に示す超電導フィルタについて説明する。実施例１と同様にして作製した送信フィルタ１および受信フィルタ２を、金メッキした銅製の台（図示せず）の上に、わずかな角度を持って横並びにして図１２に示すレイアウトで固定し、断熱容器（図示せず）内にセットした。
【００７５】
この超電導フィルタについて、断熱容器内を約６０Ｋに冷却して実際の送受信信号を通したところ、受信フィルタの出力に送信フィルタ回路からのノイズの混入が見られ、ＳＮ比は４５ｄＢにしかならなかった。これは、共振素子および入出力線の一部に、互いに平行で並列している成分が存在しているためである。
【００７６】
（実施例６）
図１３に示す超電導フィルタについて説明する。実施例１と同様の方法を用いて、図１３に示す構造を有する４個の送信フィルタ１および１個の受信フィルタ２を作製した。送信フィルタ１はいわゆる円盤形の共振素子構造を有し、共振素子の伝送線路の方向は信号入出力線の方向と同一方向と見なせる。受信フィルタ２はコムライン構造を有する。
【００７７】
これらの送信フィルタ１および受信フィルタ２は、図１３に示すレイアウトで配置されている。すなわち、送信フィルタ１は２個ずつ対をなし、受信フィルタ２は２対の送信フィルタ１の側部に位置するように、送信フィルタ１の出力線１３と受信フィルタ２の入力線２１が超電導配線５０により接続されている。このレイアウトでは、送信フィルタ１同士の間では、互いに共振素子および入出力線の一部に平行で並列している部分が存在している。しかし、送信フィルタ１と受信フィルタ２との間では、受信フィルタ２に含まれる共振素子および信号入出力線と、送信フィルタに含まれる共振素子および信号入出力線とが、平行でかつ並列している部分を持たない。
【００７８】
この超電導フィルタについて、断熱容器内を約６０Ｋに冷却して実際の送受信信号を通したところ、受信フィルタの出力にノイズはほとんど混入せず、６０ｄＢ以上のＳＮ比を確保できた。
【００７９】
本実施例では、４個の送信フィルタと１個の受信フィルタ２を別々に作製し、別の超電導配線５０を用いて接続している。このような構造では、１枚の大型の基板内にすべての送受信フィルタを形成する方法に比べて、比較的安価な小型の基板材料を用いることが可能となり、低コストにフィルタを作製することが可能となる。
【００８０】
なお、１枚の大型基板の中にすべてのフィルタが納まるように作製してもよいことはもちろんである。この場合、複数の小型の基板を用いる場合よりコストがアップするという欠点があるが、送信フィルタ１の出力線１３と受信フィルタ２の入力線２１が合流してアンテナ（図示せず）に向かう線路も同時に同一の超電導体で形成することが可能となり、金属からなる線路を設けた場合に比べて、抵抗による損失を低減できるという利点もある。１枚の基板に送受信フィルタを形成するか、複数の基板を組み合わせるかは、コストおよび特性を比較してケースバイケースで選択することが好ましい。
【００８１】
（実施例７）
図１４（Ａ）および（Ｂ）に示す超電導フィルタを作製した例について説明する。図１４（Ａ）はコールドヘッド、冷却プレートおよびフィルタの配置を示す平面図、図１４（Ｂ）は側面図である。
【００８２】
以下のようにして送信フィルタ１ａ、１ｂを作製した。縦約４０ｍｍ、横約２０ｍｍ、厚さ約０．５ｍｍのＬａＡｌＯ3単結晶基板１０の両面に、厚さ約５００ｎｍのＹＢＣＯ超電導膜をスパッタリング法、レーザー蒸着法、ＣＶＤ法などにより成膜する。リソグラフィー法を用いて片面の超電導膜を加工し、入出力線および共振素子を形成する。裏面（図示せず）の超電導膜はそのままグランド面として用いる。これらフィルタは、中心周波数１．９２ＧＨｚ、通過バンド幅２０ＭＨｚのバンドパスフィルタとなっている。受信フィルタ２も送信フィルタ１ａ、１ｂと同様の仕様を有する。
【００８３】
図１４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、コールドヘッド３１上に金メッキした銅製の冷却プレート３２を載置した。コールドヘッド３１の位置に対応する、冷却プレート３２上における最低温度の位置をＴLで示す。この冷却プレート３２上に、最低温度の位置ＴLを中心として９０度の角度で回転対称となる位置に送信フィルタ１ａ、１ｂと受信フィルタ２を固定し断熱容器（図示せず）内にセットした。この結果、それぞれのフィルタの冷却条件を均等にすることができる。このとき、送信フィルタ１ａ、１ｂと受信フィルタ２とでは、互いの共振素子および入出力線が直交するように配置されている。
【００８４】
このようにして実装した超電導フィルタを約６０Ｋに冷却して実際の送受信信号を通したところ、受信フィルタの出力にノイズはほとんど混入せず、６０ｄＢ以上のＳＮ比を確保できた。
【００８５】
なお、本実施例では送信フィルタと受信フィルタは別々の基板上に作製しているが、同一基板上に作製してもよい。この場合、送信フィルタの出力線１３と受信フィルタの入力線２１が合流してアンテナ（図示せず）に向かう線路も超電導体で形成することが可能となり、通常の金属に比べて、抵抗による損失を低減できる。
【００８６】
（比較例６）
図１５に、図１４（Ａ）に対応する平面図を示す。コールドヘッド３１の位置に対応する、冷却プレート３２上における最低温度の位置をＴLで示す。図１５では、送信フィルタ１ａ、１ｂと受信フィルタ２の配置は図１４（Ａ）と同一であるが、最低温度の位置ＴLは冷却プレート３２の中心にないため、送信フィルタ１ａ、１ｂおよび受信フィルタ２は最低温度の位置ＴLを中心とする回転対称の関係にはなっていない。
【００８７】
この場合、受信フィルタ２の温度が設計動作温度より高くなり、所望の通過特性が得られなかった。また、送信フィルタ１ａと１ｂとで温度が異なり、設計通りの送信ができなかった。
【００８８】
（実施例８）
図１６（Ａ）および（Ｂ）に示す超電導フィルタを作製した例について説明する。図１６（Ａ）はコールドヘッド、冷却プレートおよびフィルタの配置を示す平面図、図１４（Ｂ）は側面図である。
【００８９】
実施例７と同様にして、送信フィルタ１ａ、１ｂおよび受信フィルタ２を作製した。図１６（Ａ）および（Ｂ）に示すように、コールドヘッド３１上に、上部がリング状に成形され、中心部がくぼんだ連結部材３３を介して金メッキした銅製の冷却プレート３２を載置した。この場合、冷却プレート３２の中心部が最高温度の位置ＴHとなる。この冷却プレート３２上に、最高温度の位置ＴHを中心として９０度の角度で回転対称となる位置に送信フィルタ１ａ、１ｂと受信フィルタ２を固定し断熱容器（図示せず）内にセットした。このとき、送信フィルタ１ａ、１ｂと受信フィルタ２とでは、互いの共振素子および入出力線が直交するように配置されている。この場合にも、実施例７と同様な効果が得られた。
【００９０】
（実施例９）
図１７に示す超電導フィルタを作製した例について説明する。図１７は側面にフィルタが形成されたコールドヘッドを示す斜視図である。
【００９１】
実施例７と同様にして、送信フィルタ１ａ、１ｂおよび受信フィルタ２を作製した。図１７に示すように、直方体をなすコールドヘッド３１の３つの側面に、送信フィルタ１ａ、１ｂおよび受信フィルタ２を取り付けた（図１７では送信フィルタ１ｂは送信フィルタ１ａに対向する面に取り付けられて見えない）。また、ＬａＡｌＯ3単結晶基板の両面にＹＢＣＯ超電導膜を成膜した後、リソグラフィー法により片面の超電導膜を加工して合成器６１を作製した。この合成器６１をコールドヘッド３１の上面に取り付け、送信フィルタ１ａ、１ｂの出力線１３および受信フィルタ２の入力線２１と接続した。このような構成では、配線を短くでき、しかも合成器６１が超電導体からなるため、金属配線の場合と比較して抵抗による損失を少なくすることができる。
【００９２】
図１８に示すように、送信フィルタ１ａ、１ｂ、受信フィルタ２、合成器６１が取り付けられたコールドヘッド３１は断熱容器７１内に収容される。この断熱容器７１には排気口７２が取り付けられている。コールドヘッド３１には断熱容器７１の外部に設けられた冷凍機３０から冷媒が供給される。コールドヘッド３１が中空の多面体である場合には温度勾配がほとんど生じず、それぞれのフィルタの冷却条件を極めて均等にすることができるので特に好ましい。したがって、コールドヘッド３１の温度むらに起因する超電導フィルタのフィルタ特性の変動を防止することができる。
【００９３】
図１９に、図１８の送信フィルタ１ａ、１ｂ、受信フィルタ２を組み込んだ無線送受信装置を示す。図１９に示すように、断熱容器７１内には、送信フィルタ１ａ、１ｂ、受信フィルタ２、合成器６１が取り付けられたコールドヘッド３１とともにローノイズアンプ（ＬＮＡ）１０４が収容される。このローノイズアンプ（ＬＮＡ）１０４は、断熱容器７１の外部に設けられた信号処理回路１０５に接続される。送信フィルタ１ａ、１ｂの入力線には、それぞれ、断熱容器７１の外部に設けられた信号発生器１０１およびパワーアンプ（ＰＡ）１０２が１組ずつ接続される。そして、合成器６１の末端は断熱容器７１の外部に設けられたアンテナ１０３に接続される。
【００９４】
図１９の無線送受信装置において、コールドヘッド３１を約６０Ｋに冷却したところ、各フィルタの冷却条件が均等であるため設計通りのフィルタ特性が得られた。また、実際の送受信信号を通したところ、受信フィルタの出力にノイズはほとんど混入せず、６０ｄＢ以上のＳＮ比を確保できた。
【００９５】
なお、図２０に示したような方法で送信フィルタ１ａ、１ｂおよび受信フィルタ２を冷却してもよい。図２０では、多面体をなす保持部材３４を用意し、その３つの側面に送信フィルタ１ａ、１ｂおよび受信フィルタ２を取り付け、その上面に合成器６１を取り付けている。そして、断熱容器７１内にコールドヘッド３１を配置し、このコールドヘッド３１上に冷却プレート３２と、送信フィルタ１ａ、１ｂ、受信フィルタ２および合成器６１が取り付けられた保持部材３４を順次載置している。
【００９６】
（実施例１０）
図２１は本発明の一実施形態に係る個別増幅方式の無線送受信装置を示すブロック図である。この無線送受信装置は、２つの無線送受信ユニット１３０を有する。各々の無線送受信ユニット１３０は、１つのアンテナ１０３に対して並列に接続された少なくとも１つの無線送信ユニット１１０と１つの無線受信ユニット１２０とを含む。２つの無線送受信ユニット１３０に含まれる２つの無線受信ユニット１２０は１つの信号処理回路１０５に対して並列に接続されている。
【００９７】
無線送信ユニット１１０は、信号発生器１０１、パワーアンプ（ＰＡ）１０２、送信フィルタ１を含む。送信フィルタ１を通過した信号は合成器１０７によって電力合成され、アンテナ１０３を通じて送信される。アンテナ１０３に入射した受信信号は、無線受信ユニット１２０で処理される。無線受信ユニット１２０は、受信フィルタ２およびローノイズアンプ（ＬＮＡ）１０４を含む。
【００９８】
信号発生器１０１は１つのキャリア周波数の信号を発生する。この信号発生器１０１は、たとえば、送信するデータ信号を所望のディジタル変調信号に変換するベースバンド信号処理部と、そのディジタル変調信号をアナログ変調信号に変換するＤ／Ａコンバータと、そのアナログ変調信号を無線通信用のキャリア周波数帯域の信号に変換する変調器とを含む。
【００９９】
パワーアンプ（ＰＡ）１０２は信号発生器１０１により発生されたキャリア周波数帯域の信号を所定の送信電力レベルまで増幅して送信フィルタ１へ出力する。
【０１００】
送信フィルタ１は、制御部１０６からの制御信号に応じて、固定帯域幅を持つ通過帯域の中心周波数をシフトさせる機能を有することが好ましい。制御部１０６は送信に使用できる複数のキャリア周波数の中から、所望のキャリア周波数の信号のみ送信フィルタ１を通過させるよう、送信フィルタ１の通過帯域の中心周波数を制御信号により選択する。
【０１０１】
信号発生器１０１、パワーアンプ１０２および送信フィルタ１を含む無線送信ユニット１１０は、使用できるキャリア周波数の数だけ設けられる。各送信フィルタ１の通過帯域は互いに異なるキャリア周波数に対応している。各送信フィルタ１を通過した信号は合成機１０４により電力合成され、アンテナ１０３を通じて送信される。
【０１０２】
携帯電話などの無線通信システムにおいては、個々の基地局で使用できるキャリア周波数の数は、その基地局がカバーするセル内で発生する呼の数に応じて変わる。このため、制御部１０６は、基地局で使用されるキャリア周波数の数が変化した場合に、必要に応じて、各送信フィルタ１の通過帯域を変更することもできるようになっている。
【０１０３】
以上のように１つの無線送信ユニット１１０は１つのキャリア周波数の信号のみを増幅する個別増幅方式で動作し、この方式の利点を生かすことができる。
【０１０４】
また、本実施例の無線送受信装置では、１つの受信信号処理回路１０５に２つの無線受信ユニット１２０が並列に接続されているので、２つのアンテナ１０３および無線受信ユニット１２０で受信された信号のうち受信状態の良い方をＲＳＳＩ（receive signal strength indicator）によって選択することにより、ダイバーシティー方式に対応できる。
【０１０５】
（実施例１１）
図２２（Ａ）は本発明の他の実施形態に係る無線送受信装置を示すブロック図である。この無線送受信装置は、２つの無線送受信ユニット１３０を有する。各々の無線送受信ユニット１３０は、１つのアンテナ１０３に対して並列に接続された２つの無線送信ユニット１１０と１つの無線受信ユニット１２０とを含む。２つの無線送受信ユニット１３０に含まれる２つの無線受信ユニット１２０は１つの信号処理回路１０５に対して並列に接続されている。各々の無線送信ユニット１１０および無線受信ユニット１２０の構成は図２１のものと同様である。
【０１０６】
上述したように、１つの合成器に並列に接続された超電導送信フィルタのスカート特性を緩和するためには、それぞれの超電導送信フィルタを通過する各キャリア周波数帯域間に少なくとも約５００ｋＨｚ、好ましくは約１ＭＨｚの周波数帯域の空きを設けることが望ましい。
【０１０７】
図２２（Ｂ）に示すように、本実施例では２０ＭＨｚの帯域を周波数の低い方から５ＭＨｚずつ４つの帯域に分けて送信する。図２２（Ｂ）のそれぞれの帯域をｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４とする。そして、図２２（Ａ）に示される一方の無線送受信ユニット１３０に含まれる２つの無線送信ユニット１１０の信号発生器１０１ａ、１０１ｃでは帯域ｂ１、ｂ３の信号を用い、他方の無線送受信ユニット１３０に含まれる２つの無線送信ユニット１１０の信号発生器１０１ｂ、１０１ｄでは帯域ｂ２、ｂ４の信号を用いる。この結果、いずれの無線送受信ユニット１３０でも、合成器１０７で合成される２つのキャリア周波数の高周波端と低周波端は５ＭＨｚだけ離れている。このため、超電導フィルタのスカート特性に対する要求が軽減される。しかも、全体として周波数帯域に空きが生じないので、送信周波数帯域を有効に利用することができる。
【０１０８】
また、図２２（Ａ）のように２個の送信用フィルタ１と１個の受信用フィルタ２を並列に接続した無線送受信ユニットを２つ並列に接続すると、図１３に示すように４個の送信用フィルタ１と１個の受信用フィルタ２を並列に接続した場合と比較して以下のような利点がある。たとえば、図１３において金属薄膜を用いて合成器を形成し、そのインピーダンスを５０Ωに設計すると仮定する。通常は厚さ１ｍｍ以下の基板を用いるので、合成器の線幅は１ｍｍ以下になる。この場合、４個の送信用フィルタ１の出力を合成する合成器には大きな電流が流れ過酷な条件にさらされるので、高い耐電力性が要求される。これに対して、図２２（Ａ）では１つの合成器１０７に２個の送信フィルタ１が接続されるだけなので、合成器１０７の負荷が軽減される。
【０１０９】
図２３に図２２に示した無線送受信装置の実装例を示す。この無線送受信装置は、図１９に示した無線送受信ユニット１３０を２つ並列に接続し、それぞれの無線受信ユニットを１つの信号処理回路１０５に接続した構造を有する。図２３では２つ無線送受信ユニット１３０はそれぞれ別個の断熱容器７１内に収容されている。
【０１１０】
図２４に図２２に示した無線送受信装置の他の実装例を示す。この無線送受信装置は、２つの無線送受信ユニット１３０を１つの断熱容器７１内に収容した以外は図２３と同様の構造を有する。
【０１１１】
本発明に係る無線送受信装置においては、各無線送受信ユニットのいずれかの機器で不具合が発生した場合にこれを検出する検出器を設けることが好ましい。検出器の検出結果に基づいて、制御部により、不具合のある機器を含む無線送受信ユニットを切り離し、残りの無線送受信ユニットで運用を継続するように制御する。このような検出器を設ければ、不具合が解消されるまでの間にも、正常な無線送受信ユニットによる動作が可能であるため、信頼性の高い無線送受信装置を実現できる。
【０１１２】
また、図２３および図２４に示すように、超電導フィルタを複数のグループに分割してグループ毎に別々の冷凍機で冷却するようにすれば、一部の冷凍機に不具合が生じた場合でも、無線送受信装置全体の動作を停止させることなく不具合の復旧作業を行うことができる。
【０１１３】
本発明に係る無線送受信装置においては、制御部からの制御信号に基づいてフィルタの中心周波数と帯域幅を可変できることが好ましい。たとえば、音声のような比較的低レートのデータ伝送と、動画のように比較的高レートのデータ伝送を行う場合、伝送レートに合わせて個々のキャリアの拡散帯域幅を可変制御する。
【０１１４】
本発明に係る無線送受信装置は、個々のキャリア周波数信号の電力を測定する電力測定手段と、各超電導フィルタの温度を監視する温度監視手段とを備えていることが好ましい。電力測定手段の電力測定結果および温度監視手段の温度監視結果に基づいて、制御部により、各超電導フィルタを冷却する冷凍機の動作効率を可変制御する。上述したように、使用されるキャリア周波数の数や送信電力は時間によって変わり、各フィルタの発熱量も違ってくる。そこで、フィルタの発熱量に応じて冷凍機の能力を可変することによって冷凍機を効率的に動作させることができ、省電力化が可能となる。また、フィルタの発熱と温度確認タイミングとの間には、熱伝導による若干の時間差がある。この時間差に起因して一定の温度制御が達成されず、これが周波数のゆらぎの原因となることが考えられる。この問題に対しても、フィルタを通過する電力を測定し、その測定結果に応じて冷凍機の能力を可変するようにすれば、周波数の安定化を図ることができる。さらに、予め送信電力が分かっている場合には、制御部により信号発生器およびフィルタの各出力タイミングに合わせて冷凍機の能力を可変させる制御を行うようにしてもよい。
【０１１５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、平面型伝送線路構造を用いた超電導フィルタ同士を近接して配置しても互いに干渉せず、十分なＳＮ比が得られ、かつ平面型伝送線路構造の特長であるコンパクト性も犠牲にせず、冷却効率にも優れた超電導フィルタ、およびこのような超電導フィルタを用いた無線送受信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】無線基地局の送受信部を示すブロック図。
【図２】伝送線路間の干渉の原理を示す図。
【図３】送信フィルタと受信フィルタとの間の干渉の原理を示す図。
【図４】本発明の一実施形態に係る超電導フィルタの実装構造を示す図。
【図５】本発明の他の実施形態に係る超電導フィルタの実装構造を示す図。
【図６】実施例３における超電導フィルタの実装構造を示す図。
【図７】比較例２における超電導フィルタの実装構造を示す図。
【図８】実施例４における超電導フィルタの実装構造を示す図。
【図９】実施例５における超電導フィルタの実装構造を示す図。
【図１０】比較例３における超電導フィルタの実装構造を示す図。
【図１１】比較例４における超電導フィルタの実装構造を示す図。
【図１２】比較例５における超電導フィルタの実装構造を示す図。
【図１３】実施例６における超電導フィルタの実装構造を示す図。
【図１４】実施例７におけるコールドヘッド、冷却プレート、送信フィルタ、受信フィルタの配置を示す平面図および側面図。
【図１５】比較例６における冷却プレート、送信フィルタ、受信フィルタの配置を示す平面図。
【図１６】実施例８におけるコールドヘッド、冷却プレート、送信フィルタ、受信フィルタの配置を示す平面図および側面図。
【図１７】実施例９における送信フィルタ、受信フィルタを取り付けたコールドヘッドを示す斜視図。
【図１８】図１７の送信フィルタ、受信フィルタを取り付けたコールドヘッドを収容した断熱容器を示す斜視図。
【図１９】図１８の送信フィルタ、受信フィルタを組み込んだ無線送受信装置の構成図。
【図２０】送信フィルタ、受信フィルタを収容した断熱容器の他の例を示す斜視図。
【図２１】実施例１０における無線送受信装置を示すブロック図。
【図２２】実施例１１における無線送受信装置を示すブロック図および周波数帯域の分割方法を示す図。
【図２３】実施例１１における無線送受信装置の一実装例を示す図。
【図２４】実施例１１における無線送受信装置の他の実装例を示す図。
【符号の説明】
１…送信フィルタ
２…受信フィルタ
１０…基板
１１…送信フィルタの入力線
１２…送信フィルタの共振素子
１３…送信フィルタの出力線
２１…受信フィルタの入力線
２２…受信フィルタの共振素子
２３…受信フィルタの出力線
３０…冷凍機
３１…コールドヘッド
３２…冷却プレート
３３…連結部材
３４…保持部材
５０…超電導配線
６１…合成器
７１…断熱容器
７２…排気口
１０１…信号発生器
１０２…パワーアンプ（ＰＡ）
１０３…アンテナ
１０４…ローノイズアンプ（ＬＮＡ）
１０５…受信信号処理回路
１０６…制御部
１０７…合成器
２０１…送信側伝送線路
２０１…受信側伝送線路
Claims (2)
- 断熱容器内に互いに伝送信号の波長程度の距離を隔てて収納された、アンテナから受信した信号を選別する平面型伝送線路構造の超電導受信フィルタと、アンテナへ送信する信号を選別する平面型伝送線路構造の超電導送信フィルタを有し、前記受信フィルタおよび前記送信フィルタが、直方体をなす冷却部材の互いに異なる側面に取り付けられていることを特徴とする超電導フィルタ。
- 前記受信フィルタの信号入力線および前記送信フィルタの信号出力線は、超電導体を介してアンテナに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導フィルタ。
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