JP4257369B2

JP4257369B2 - 地上波デジタルテレビ用アンテナブースタユニット

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Publication number: JP4257369B2
Application number: JP2007161704A
Authority: JP
Inventors: 英夫大井
Original assignee: サイトウ共聴特殊機器株式会社
Priority date: 2007-06-19
Filing date: 2007-06-19
Publication date: 2009-04-22
Anticipated expiration: 2027-06-19
Also published as: JP2009004906A

Description

この発明は、地上波デジタルテレビ用アンテナブースタユニットに関する。

特開２００７−３６６３１号公報

テレビ放送などの受信機においては、アンテナからの受信信号を同軸ケーブルなどの信号ケーブルを介して受信回路に入力するようにしている。近年、電波放送の形態は非常に多様化しており、多チャンネル化の傾向が著しい。特に、地上波放送のＵＨＦ帯の場合、アナログ放送のチャンネルが設定されていることに加え、最近になって同じＵＨＦ帯で地上波デジタル放送も開始された。地上波デジタル放送は将来的には現行のアナログ地上波放送を完全に置き換えるべく計画されているが、受信機普及なども考慮して２０１１年まではアナログ／デジタルのサイマル放送が行われることになっている。そのためＵＨＦ帯域の周波数使用状況は大幅に過密となり、隣接チャンネル波や同一チャンネル波による受信障害の問題が深刻化している。

ところで、地上波デジタルテレビ放送では、直交周波数分割多重変調（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：ＯＦＤＭ）方式が採用されている。ＯＦＤＭ方式は、中心周波数が互いに直交関係にある多数のサブキャリア（副搬送波）に情報を分散させて伝送するマルチキャリア伝送方式の一つであり、マルチパス歪の影響を大幅に低減できる利点がある。マルチキャリア変調信号のスペクトラムは、多数のサブキャリアの重ね合せスペクトラムとして表わされる。ＯＦＤＭ方式では、上記のごとく各サブキャリアが互いに直交関係にあるので原理的には他のサブキャリアに影響を与えないはずである。

他方、小電力送信放送の受信Ｃ／Ｎ比を向上させるためには、アンテナ受信信号をブースタにより増幅してテレビ受像機に入力することが有効である（例えば、特許文献１）。このとき、ブースタに使用する増幅器は、図１８に示すごとく、入力振幅値が大きくなると出力振幅が飽和値に近付いて特性が非線形化する非線形領域を有する。サブキャリアの入力振幅値が非線形領域に入り込んだ場合、出力振幅はプラス側とマイナス側の双方で飽和して尖頭部分がクリップされた形に歪む（つまり、多次の高調波歪を発生する）。そして、３次相互変調歪を生じたサブキャリアの出力波形は、中心周波数を基本周波数とする形で、その逓倍化された周波数の高調波成分を含む。例えば、２つのサブキャリアの周波数をｆ１，ｆ２として、その信号を増幅器に入力した場合、入力振幅値が非線形領域に入ると、周波数が各々ｎｆ１及びｎｆ２のｎ次高調波が発生する。その結果、そのうちの２次高調波と、基本波ｆ１，ｆ２により、２ｆ１−ｆ２及び２ｆ２−ｆ１という周波数の信号歪成分が発生する。この周波数関係にある歪を３次相互変調歪と称する。地上波デジタルテレビ放送では１つのチャンネル帯域幅が５．６ＭＨｚであり、１チャンネル内に５６１７本のサブキャリアが含まれているから、隣接するサブキャリアの周波数間隔は１ｋＨｚと非常に近接しており、３次相互変調歪もキャリア基本周波数に近い周波数にて発生するので、受信Ｃ／Ｎ比に影響を及ぼすことは明らかである。

図１９は、地上波デジタルテレビ放送のあるチャンネルのマルチキャリア変調信号のスペクトラムを示すものである。各サブキャリアの基本周波数信号の重ね合わせ波形がチャンネル帯域に収まる形で生じているものの、該チャンネルに含まれる５６１７本のサブキャリアの任意ペアによる３次相互変調歪の重ね合わせ波形は、着目しているチャンネル帯域のみならず、隣接チャンネルの帯域にもはみ出しており、その受信品質に影響が及ぶことがわかる。特に、大電力送信の広域デジタル放送チャンネルに、小電力送信の地域放送チャンネルが隣接している場合、元から受信レベルが低い地域放送チャンネルのキャリア信号に、広域デジタル放送チャンネルの高レベルの３次相互変調歪成分が重なる結果、該地域放送チャンネルの映像品質劣化は非常に深刻となる。

本発明の課題は、大電力放送チャンネル群の周波数帯の隙間をぬって地域放送チャンネル等の小電力送信放送がなされているような場合においても、該大電力放送チャンネル群から小電力送信放送に及ぶ非線形歪（特に、３次相互変調歪）の影響を効果的に回避でき、小電力送信放送の受信品質を大幅に向上でき、かつ、コンパクトに構成できる地上波デジタルテレビ用アンテナブースタユニットを提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明は、地上波デジタルテレビ放送帯域を包含する地上波テレビ放送のＵＨＦ帯アンテナ受信信号を増幅し、その増幅信号を受信装置のフロントエンド側に入力するためのアンテナブースタユニットにおいて、上記の課題を解決するために、
広帯域アンプＩＣとして構成された増幅部と、
アンテナ受信信号のブースタ入力端側に設けられ、増幅部へ入力されるアンテナ受信信号を、地上波デジタルテレビ放送帯域を包含する通過周波数帯にてフィルタリングするとともに、ブースタ入力端インピーダンスを増幅部の入力インピーダンスに整合させる入力整合回路と、
ブースタ出力端側に設けられ、増幅部の出力インピーダンスをブースタ出力端インピーダンスに整合させる出力整合回路と、
ブースタ入力端へのアンテナ受信信号の入力線及びブースタ出力端からの増幅信号の出力線の少なくとも一方を兼ねる、増幅部の電源線に入力される、アンテナ受信信号又は増幅信号をなす高周波信号に重畳された電源入力を、高周波信号から分離して広帯域アンプＩＣの電源端子に供給する電源分離フィルタを含んだ電源系回路と、
アンテナケーブルを接続するための第一コネクタ部及び第二コネクタ部が形成されたブースタハウジングと、
ブースタハウジング内に収容され、ブースタ入力端子と、入力整合回路と、増幅部と、出力整合回路と、電源系回路と、ブースタ出力端子とが実装搭載された回路基板と、を備え、
地上波デジタルテレビ放送帯域は、広域放送チャンネル系列に対し、それら広域放送チャンネル系列よりも送信電力レベルが小さい地域放送チャンネルが割当・配列され、かつ、該地上波デジタルテレビ放送帯域と同じＵＨＦ帯に、広域放送チャンネル系列よりもさらに高出力のアナログ放送チャンネルが割当・配列されたものであり、該地域放送チャンネルの弱電界受信チャンネル信号が少なくとも増幅対象信号とされ、かつ、全受信電力Ｐ_ｉＴがＰ_ｉＴ≧−３０ｄＢｍとなっており、
増幅部をなす広帯域アンプＩＣを、ＧａＡｓ系単位能動素子がＨＥＭＴからなるＧａＡｓＭＭＩＣのみにより、飽和出力が１５ｄＢｍ以上に確保され、かつ、受信対象となる地上波デジタルテレビ放送帯域を包含する４７０ＭＨｚ以上７７０ＭＨｚ以下の周波数帯域にて平坦なゲイン特性を有する広帯域アンプＩＣとして構成することにより、広域放送チャンネル系列に由来する高電界受信レベルによって、受信信号レベルが４２ｄＢｕＶ以下の地域放送チャンネル内に励起される３次相互変調歪を、地上波デジタルテレビ放送のビットエラー率における受信限界値に対し１０ｄＢ以上の余裕度が確保可能となるように低減してなることを特徴とする地上波デジタルテレビ用アンテナブースタユニット。

上記の構成によると、出力整合回路及び入力整合回路により、ブースタ入力端インピーダンス及びブースタ出力端インピーダンス（例えば、同軸ケーブルの規格値（７５Ω）に設定される）を、増幅部の入出力インピーダンス（例えば、高周波ＩＣアンプの一般的な規格値（５０Ω）に設定される）に整合させることで、反射損失の小さい良好な増幅特性を得ることができる。また、入力整合回路を、地上波デジタルテレビ放送帯域を包含した通過周波数帯にてフィルタリングするフィルタ回路に兼用させているため、映像信号への干渉成分となる放送帯域外の周波数成分を減衰させた状態で受信信号を増幅部に入力でき、映像受信品質の向上に寄与する。また、増幅部の電源線にアンテナ受信信号又は増幅信号をなす高周波信号が重畳された形で電源入力するとともに、その高周波信号に重畳された電源入力を該高周波信号から分離して増幅部の電源端子に供給する電源分離フィルタを設けることで、ブースタ電源線をアンテナケーブルとは別に設ける必要がなくなり、ブースタユニットのコンパクト化を図ることができる。

そして、その増幅部を、本発明では、飽和出力が１５ｄＢｍ以上に確保され、かつ、地上波デジタルテレビ放送帯域を包含する４７０ＭＨｚ以上７７０ＭＨｚ以下の周波数帯域にて平坦なゲイン特性を有する広帯域アンプＩＣにて構成する。飽和出力が１５ｄＢｍ以上に確保されていることで、アンプＩＣの線形領域が大幅に拡大し、ＯＦＤＭ方式を採用する地上波デジタルテレビ放送の個々のチャンネルのマルチキャリア変調信号の増幅出力スペクトラムから、個々のチャンネル内に、もしくは隣接チャンネル帯域へはみ出す形で生ずる非線形歪（特に、３次相互変調歪）の影響を劇的に軽減することができ、受信品質を大幅に向上することができる。特に、広域放送チャンネル系列に対し、それら広域放送チャンネ系列よりも送信電力レベルが小さい地域放送チャンネルが隣接設定されている場合、広域デジタル放送に由来する高電界受信レベルによって地域デジタル放送の低受信レベルの当該チャンネル内に励起される非線形歪、さらには該大電力放送チャンネル群から小電力送信放送チャンネルに及ぶ非線形歪（特に、３次相互変調歪）の影響を効果的に回避できる。また、広帯域アンプＩＣは、受信対象となる地上波デジタルテレビ放送帯域を包含する４７０ＭＨｚ以上７７０ＭＨｚ以下の周波数帯域にて平坦なゲイン特性を有するので、小電力送信放送がどの帯域のチャンネルで行なわれていても、非線形歪を軽減しつつ受信信号を一律に増幅でき、受信品質を大幅に向上できる。

増幅部にて使用する広帯域アンプＩＣの飽和出力が１５ｄＢｍ未満では、地上波デジタルテレビ放送帯域の、大電力放送チャンネル内、ないし隣接する小電力送信放送チャンネルにおける非線形歪の影響を十分に軽減できなくなる。なお、広帯域アンプＩＣの飽和出力の上限には特に制限はなく、例えば２５ｄＢｍ程度までは十分可能である。また、広帯域アンプＩＣの定格出力は、例えば地上波テレビ放送ＵＨＦ帯域内の受信対象チャンネル数（アナログ＋デジタル）が７波の場合、１１５ｄＢｕＶ以上確保されていること（上限には特に制限はないが、例えば１３０ｄＢｕＶ）が望ましい。

なお、本発明において、「４７０ＭＨｚ以上７７０ＭＨｚ以下の周波数帯域にて平坦なゲイン特性を有する」とは、該周波数帯域でのゲイン（ＳパラメータではＳ２１）の変動が３ｄＢ以内に収まっていることをいう。

広域放送チャンネ系列に対し、それよりも送信電力レベルが小さい地域放送チャンネルが隣接設定された形での地上波デジタルテレビ放送の受信環境にて、全受信電力Ｐ_ｉＴがＰ_ｉＴ≧−３０ｄＢｍとなっている場合、広帯域アンプＩＣとして飽和出力が１５ｄＢｍ以上に確保されたものを使用することで、その地域放送チャンネルの受信時におけるビットエラー率（ＢＥＲ）を、地上波デジタルテレビ放送の受信限界値（−４０ｄＢ付近）に対し１０ｄＢ以上の余裕度を確保でき、ひいては該地域放送チャンネルの映像品質を十分確保することができる。

増幅部をなす上記の広帯域アンプＩＣは、従来のシリコン系バイポーラＩＣでは飽和出力を１５ｄＢｍ以上に確保することは極めて困難である。従って、該広帯域アンプＩＣは、飽和出力の高いＧａＡｓＭＭＩＣ（Monolithic Microwave Integrated Circuit）のみにて構成することが望ましい。ＭＭＩＣを構成するＧａＡｓ系単位能動素子は、ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）を採用できる。本発明にて好適に採用できるＧａＡｓ系単位能動素子がＨＥＭＴからなる広帯域アンプＩＣの具体例として、ＫＧＦ２７５５（沖電気（株）製）を例示できる。

次に、入力整合回路と出力整合回路とは、それぞれサージ吸収素子を設けることができる。これにより、ブースタユニットに接続されるアンテナケーブルへの高周波サージの誘導ないし重畳や、誘雷や静電気等によるＥＭＩから広帯域アンプＩＣを保護することができる。

上記本発明の地上波デジタルテレビ用アンテナブースタユニットは、アンテナケーブルを接続するための第一コネクタ部及び第二コネクタ部が形成されたブースタハウジングと、そのブースタハウジング内に収容され、ブースタ入力端子と、入力整合回路と、増幅部と、出力整合回路と、電源系回路と、ブースタ出力端子とが実装搭載された回路基板とを有するものとして構成することができる。各回路を単一の基板上に実装し、これをアンテナケーブル接続用のコネクタを有したブースタハウジングに収容する構成とすることで、ブースタユニットのさらなる小形化及び軽量化を図ることができ、アンテナケーブルへの取り付けも極めて簡単に行なうことができる。

ブースタハウジングは金属製（例えば、ステンレス鋼等）とすることができる。この場合、回路基板の主表面とブースタハウジングの内面との間に高分子材料からなる放熱部材を密着配置することができる。このような放熱部材を配置することにより、増幅部を構成するアンプＩＣを含む基板上の能動素子の動作発熱を金属製のブースタハウジングに良好な熱伝導にて伝達でき、ひいては能動素子の放熱を促進することにより温度上昇を抑制でき、寿命を大幅に向上することができる。放熱部材はシリコーン樹脂にて構成することが、放熱部材の熱伝導率を向上でき、また、基板ないしブースタハウジングの接触面形状に対応して柔軟に変形できるので密着性に優れ、実装された回路素子にも無理な力を作用させにくいので好適である。

また、回路基板の広帯域アンプＩＣの実装領域には、該基板を厚さ方向に貫通する放熱用貫通孔を形成でき、当該放熱用貫通孔の内部をヒートシンク金属部により充填することができる。これにより、広帯域アンプＩＣの動作発熱を該ヒートシンク金属部により効果的に放熱でき、広帯域アンプＩＣの寿命を延ばすことができる。また、電源系回路は、高周波信号が除去された電源信号の電圧を安定化させるレギュレータＩＣを含むものとして構成できる。これにより、広帯域アンプＩＣのより安定した動作を保障できる。この場合、回路基板には、該レギュレータＩＣの実装領域に該基板を厚さ方向に貫通する放熱用貫通孔を形成でき、当該放熱用貫通孔の内部をヒートシンク金属部により充填することができる。該ヒートシンク金属部を設けることにより、発熱の大きいレギュレータＩＣの放熱を促進でき、レギュレータＩＣないしこれと同一基板上に実装されるアンプＩＣの温度上昇を抑制して寿命向上を図ることができる。

いずれのヒートシンク金属部も、対応するＩＣの裏面に密着するとともに回路基板を覆う接地面導体と導通する半田充填金属部とすることができる。半田充填金属部はプリント配線基板への後付け形成も容易であり、また、熱容量も大きいので放熱効果に優れる。また、このような半田充填金属部を、ＩＣの裏面に密着するとともに回路基板を覆う接地面導体と一体形成・導通させることで、ＩＣからの発熱を、半田充填金属部を介して大面積の接地面導体に導くことができ、該接地面導体を介して放熱を一層促進することができる。また、接地インピーダンスの低減にも寄与する。

また、前述の放熱部材を設ける場合、回路基板のＩＣ実装側と反対の主表面にて、前述のヒートシンク金属部と接する形で配置することにより、個々のＩＣの発熱を金属製のブースタハウジングに速やかに導くことができ、放熱効果を一層高めることができる。この場合、回路基板のＩＣ実装側と反対側の主表面に、各ヒートシンク金属部が導通する接地面導体を設け、該接地面導体とブースタハウジングとの間に放熱部材を密着配置することにより、放熱効果をさらに高めることができる。

また、高周波信号が分離された電源入力の電圧を安定化させるレギュレータＩＣを電源系回路に設ける場合、レギュレータＩＣの出力を、広帯域アンプＩＣにバイアス電流を供給する電源端子と、該広帯域アンプＩＣのバイアス電流を制御するためのバイアス回路とに分配入力することができる。そして、該レギュレータＩＣの出力端子とバイアス回路と電源端子との分岐点の間に直列に負帰還抵抗を挿入することができる。このような負帰還抵抗を設けることにより、広帯域アンプＩＣのバイアス電流をより安定化でき、ひいては広帯域アンプＩＣの出力直線性が安定して非線形歪の影響を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。図１は、本発明の地上波デジタルテレビ用アンテナブースタユニット（以下、単にアンテナブースタユニットともいう）の回路構成例を示すものである。このアンテナブースタユニット１は、ＯＦＤＭ変調方式による地上波デジタルテレビ放送のＵＨＦ帯アンテナ受信信号を増幅し、その増幅信号を受信装置のフロントエンド側に入力するためのものであり、その要部は、増幅部２、入力整合回路３、出力整合回路４及び電源系回路５からなる。

増幅部２は、飽和出力が１５ｄＢｍ以上に確保され、かつ、受信対象となる地上波デジタルテレビ放送帯域を包含する４７０ＭＨｚ以上７７０ＭＨｚ以下の周波数帯域にて平坦なゲイン特性を有する広帯域アンプＩＣ１にて構成されている。本実施形態では、広帯域アンプＩＣ１として、ＫＧＦ２７５５（沖電気（株）製）を採用している。

入力整合回路３は、アンテナ受信信号のブースタ入力端Input側に設けられ、増幅部２へ入力されるアンテナ受信信号を、地上波デジタルテレビ放送帯域を包含する通過周波数帯にてフィルタリングするとともに、ブースタ入力端インピーダンス（７５Ω）を増幅部２の入力インピーダンス（５０Ω）に整合させる役割を果たす。この実施形態では、入力整合回路３は地上波デジタルテレビ放送帯域に対応する通過帯域特性を有した帯域通過型フィルタとして構成されている。このうち、高域通過フィルタ部３Ｈは、増幅部２への入力ライン上に設けられたインダクタＬ１及びキャパシタＣ１，Ｃ３からなる直列共振部と、キャパシタＣ１，Ｃ３の間にて入力ラインから接地側に分岐する形で設けられた並列共振部とを有する。また、インピーダンス変換部３Ｌは、入力ライン上のインダクタＬａ，Ｌｂと、両インダクタＬａ，Ｌｂの間にて入力ラインから接地側に分岐するキャパシタＣ２からなり、低域通過フィルタの役割も果たす。該入力整合回路３には、入力ラインから接地側に分岐する形でダイオード対Ｄ２からなるサージ吸収素子３Ｓが設けられている。

また、出力整合回路４は、ブースタ出力端Output側に設けられ、増幅部２の出力インピーダンス（５０Ω）をブースタ出力端インピーダンス（７５Ω）に整合させる役割を果たす。本実施形態では、出力整合回路４は、増幅部２の出力ラインから接地側に分岐するＬＣ並列共振部（インダクタＬ３及びキャパシタＣｄ等）にて構成されている。該出力整合回路４には、出力ラインから接地側に分岐する形でツェナーダイオード対Ｚ１からなるサージ吸収素子４Ｓが設けられている。

本実施形態では、ブースタ出力端Outputからの増幅信号の出力線（ブースタ入力端Inputへのアンテナ受信信号の入力線でもよい）が、増幅部２の電源ラインＰＬに兼用されている。従って、その電源ラインＰＬには、増幅部２からの増幅信号をなす高周波信号が重畳された形で電源入力される。そこで、該電源ラインＰＬ上にてブースタ出力端Output側に、その高周波信号を分離除去して該電源電圧を増幅部２の電源端子に供給する電源分離フィルタ５Ｆが設けられている。電源分離フィルタ５Ｆにて高周波信号が除去された電源入力は、電圧安定化のためのレギュレータＩＣ２を経て広帯域アンプＩＣ１にバイアス電流を供給する電源端子に入力されるとともに、広帯域アンプＩＣ１のバイアス電流を制御するためのバイアス回路にも分配入力されるようになっている。バイアス回路は、広帯域アンプＩＣの単位能動素子を構成するＧａＡｓＨＥＭＴのゲートにバイアス電圧を印加するためのものであり、電源ラインＰＬからの抵抗分岐Ｒ３，Ｒ４として形成されている。このバイアス印加用のラインから接地側にさらに分岐する形で、サージ保護用のツェナーダイオードＤ５が設けられている。

電源分離フィルタ５Ｆは、電源ラインＰＬ上に設けられた入力側インダクタＬ４と、チョークコイル及び１対の接地側キャパシタとを組み合わせたπ形ローパスフィルタとを組み合わせた形で構成されている。この電源分離フィルタ５ＦとレギュレータＩＣ２との間には逆接続防止用のダイオードＤ１が設けられている。また、レギュレータＩＣ２の出力端子とバイアス回路と間には、抵抗アレーＲ１，Ｒ２からなる負帰還抵抗が挿入されており、増幅部２のバイアス電流をより安定化させる役割を果たしている。

図２に示すように、該アンテナブースタユニット１は、アンテナケーブル上に取り付けて使用されるものであり、アンテナケーブルを接続するための第一コネクタ部４９及び第二コネクタ部５０が形成されたブースタハウジング１３を有する。また、ブースタ入力端子Inputと、入力整合回路３と、増幅部２と、出力整合回路４と、電源系回路５と、ブースタ出力端子Outputとが、プリント配線基板からなる回路基板７０上に実装搭載され、ブースタハウジング１３内に収容されている。具体的には、ケーブル接続用ベース４２に上記回路基板７０が組み付けられ、その外側がステンレス鋼からなる円筒状のブースタハウジング１３で覆われている。第一コネクタ部４９はこのケーブル接続用ベース４２と一体に形成されている。

回路基板７０の表面をなす第一主表面側が各回路２〜５の構成素子を面実装するための部品実装面とされ（図１の回路図の符号を援用して、その実装位置を示している）、裏面をなす第二主表面には接地面導体ＧＭＦ（図３）が形成されている。増幅部２の入出力ラインはその接地面導体とカップリングするマイクロストリップラインＭＳＬとして形成されている。

図３は、回路基板７０の両面の導体層のパターニング例を示すものである。回路基板７０の広帯域アンプＩＣ１の実装領域ＩＣ１Ｐには、該基板７０を厚さ方向に貫通する放熱用貫通孔２ＨＳが形成されている。そして、その放熱用貫通孔２ＨＳの内部はヒートシンク金属部７１により充填されている。同様に、レギュレータＩＣ２の実装領域ＩＣ２Ｐにも放熱用貫通孔２ＨＳ’が形成され、当該放熱用貫通孔２ＨＳ’の内部がヒートシンク金属部７１’により充填されている。各ヒートシンク金属部７１，７１’は、対応するＩＣ（１，２）の裏面に密着するとともに回路基板７０を覆う接地面導体ＧＭＦと導通する半田充填金属部とされている。

次に、図４に示すように、回路基板７０の主表面とブースタハウジング１３の内面との間には、高分子材料、本実施形態ではシリコーン樹脂からなる放熱部材１０が密着配置されている。具体的には、回路基板７０のＩＣ１，２の実装側と反対側の主表面（第二主表面）に、各ヒートシンク金属部７１が導通する接地面導体ＧＭＦが形成され、その該接地面導体ＧＭＦとブースタハウジング１３との間に放熱部材１０を密着配置されている。図３に放熱部材１０の配置領域を一点鎖線で示している。放熱部材１０は、各ＩＣ１，２のヒートシンク金属部７１のいずれとも密着するようにその配置領域が定められている。

放熱部材１０は、例えば放熱促進効果を十分確保するために熱伝導率が１．２Ｗ／ｍ・Ｋ以上（５．５Ｗ／ｍ・Ｋ以下）のものを採用するのがよい。また、回路基板７０上に貼り付けた状態でブースタハウジング１３の内面に押し込むことにより容易に追従変形でき、かつ、該内面と良好な密着状態を実現するために、アスカーＣ硬さが４５以下（２０以上）の低硬度のものを採用することが望ましい。このような低硬度高熱伝導性シリコーンゴムシートとして、例えば、ＴＣ−１００ＨＳ−１．４（信越シリコーン（株）社製）等の市販品を採用することができる。

放熱部材１０は、ブースタハウジング１３内に回路基板７０とともに挿入する際に、ブースタハウジング１３の内面と回路基板７０との間で圧縮されるようにその厚みが定められており、その圧縮弾性復帰力によりブースタハウジング１３の内面に密着するようになっている。なお、低硬度シリコーンゴムシートは粘着性を有するので、該シートで形成した放熱部材１０の表面は、ブースタハウジング１３内面への挿入抵抗を減ずるために、樹脂製のセパレートシート１０Ｓで覆っておくとよい。

図５は、図１のブースタユニット１のＳパラメータ特性の実測結果を示すものである。地上波デジタルテレビ放送の受信帯域を包含する４７０ＭＨｚ以上７７０ＭＨｚ以下の周波数帯域にて平坦なゲイン特性（Ｓ２１）を有していることがわかる。また、入力整合回路３と出力整合回路４とを設けているので、入出力の反射損失（Ｓ１１，Ｓ２２）も上記受信帯域にて小さく留められていることがわかる。図６は、そのゲイン及び雑音指数の周波数特性を示すものであり、２０〜２５ｄＢの間に収まる平坦かつ良好なゲイン特性を有し、雑音指数も受信帯域にて３ｄＢ未満に留められていることがわかる。

図７は、市販のソフト（（株）エム・イー・エル社製の高周波・マイクロ波ＥＤＡツール：Ｓ−ＮＡＰ／Ｐｒｏ）を用いたＳパラメータ特性のシミュレーション結果を示す。各部品の回路定数は、シミュレーションを行なう上での入力設定値として、図７の等価回路図内に個別の値を示している。図５の実測結果と略一致する結果が得られていることがわかる。また、図８には、アンプＩＣ１の等価回路図を、前後の入出力整合回路３，４とともに示している。図９は、その等価回路に従い上記のソフトを用いて行なったアンプＩＣ１の非線形特性解析の結果を示すものである。図中右は、Ｕ２３チャンネルの入力電力に対する基本波出力の特性と第２次及び第３次高調波の特性とを合せて示すものである。０ｄＢｍ付近までの極めて高い入力電力レベルに至るまで、基本波出力は非常に良好な線形特性を示し、高調波歪のレベルも小さくなっていることがわかる。図中左はＵ２２チャンネルとＵ２３チャンネルの隣接２波に対する３次相互変調歪（ＩＭ３）を示している（基本波入力が−２５ｄＢｍでも、３次相互変調歪のレベルは−６０ｄＢと僅少である）。基本波出力は１５ｄＢｍまで線形性を維持している（飽和出力は２０ｄＢｍ）。

図１０は、図１の回路をさらに発展させたものであり、アンプＩＣ１の出力ラインから接地側に分岐させる形で利得周波数補償回路（インダクタＬ１、キャパシタＣ１及び抵抗Ｒ１からなるＬＣＲ直列共振回路からなる）を設けている。なお、入力整合回路はマイクロストリップラインＭＳＬ１からなる分布定数回路部にて、出力整合回路はマイクロストリップラインＭＳＬ２、ＭＳＬ３からなる分布定数回路部にてそれぞれ置き換えられている。図１１は、そのＳパラメータ特性のシミュレーション結果を示す。利得周波数補償回路を追加することにより、地上波デジタルテレビのＵＨＦ周波数帯だけでなく、ＶＨＦ帯、あるいはＢＳ／ＣＳ−ＩＦ帯も包含する広帯域にて平坦なゲイン特性が得られていることがわかる。

図１の回路構成のアンテナブースタユニット１を、地上波デジタルテレビ地域放送チャンネル及びその周辺の受信に適用した場合の、効果を確認する実験を以下のようにして行なった。図１２は、その実験に用いたシステムのブロック図である。まず、地上波デジタルテレビ広域放送チャンネル（図１３のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｆ，Ｇの各チャンネル：各チャンネルとも出力として７４ｄＢｕＶを想定）の電波は市販のＵＨＦアンテナを介して受信し、デジタルテレビヘッドエンド及び可変減衰器ＡＴＴ１を介してミキサに入力した。また、地上波デジタルテレビ地域放送チャンネル（図１３のＥチャンネル：出力として３６．５〜４２ｄＢｕＶを想定）を想定した模擬信号をデジタルテレビ信号ジェネレータ（ＬＧ３８０２）により発生し、可変減衰器ＡＴＴ２を介してミキサに入力した。さらに、地上波アナログテレビ放送チャンネル（図１３のＩチャンネル）を想定した模擬信号を、前置減衰器（１５ｄＢＡＴＴ）と可変減衰器ＡＴＴ３を介してミキサに入力した。

そして、そのミキサの出力を、図１のアンテナブースタユニット１に入力した。また、比較のため、飽和出力の異なる市販の種々のアンテナブースタユニットにも同様に入力した（表１に、飽和出力の値をまとめて示す）。そして、各アンテナブースタユニットの出力をアンプ受信機間損失として１２ｄＢを設定した形でデジタルテレビシグナルアナライザ（Advantest社製、R3466）に入力し、受信品質を評価するための変調エラー率ＭＥＲ、ビットエラー率ＢＥＲ及び受信Ｃ／Ｎ比とを測定した。表１に、そのビットエラー率ＢＥＲの評価結果を示す。一般に、ＢＥＲにおけるデジタルテレビの受信限界は−４０ｄＢ（真数で１×１０^−４）と言われている。

この結果を見ると、本発明の実施例品は、評価対象となるデジタル弱電界チャンネル（Ｅ）のＢＥＲレベルが非常に小さく、受信限界ＢＥＲに対する余裕度も１５ｄＢを超え、弱電界チャンネルも良好な品質で受信できることがわかる。これに対し、比較例品ではＢＥＲレベルがいずれも高く、受信限界ＢＥＲに対する余裕度もあまり確保できないか、あるいは受信限界ＢＥＲを下回り、受信不能になる場合もあることがわかる。

図１４は、上記の測定結果に基づき、デジタル弱電界チャンネルである地域放送チャンネル（Ｅチャンネル）に対する強電界放送波の許容レベルを評価した結果を、各ブースタのゲイン及び定格出力の値とともに示すものである。強電界放送波の許容レベルは本発明の実施例品が抜きん出て良好であることが明らかである。

また、図１５は、図１３のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｆ，Ｇの各チャンネルが作る強電界受信環境におけるデジタル弱電界チャンネルの受信限界レベルの評価結果を示すものである。これによると、本発明の実施例品は、受信限界レベルが３６．５ｄＢｕＶと全ての機種の中で最小値となり、最も低い受信レベルまで鮮明な映像を受信できることがわかる。なお、比較例では、３つの機種で受信そのものが不能となり、唯一受信できたＮ−３５Ｕでも受信限界値は本発明品よりも５ｄＢ高くなっている。

図１６は、愛知県一宮市にて行なった、地上波デジタル放送の各チャンネル（Ｕ１３，Ｕ１８，Ｕ１９，Ｕ２０，Ｕ２１，Ｕ２２，Ｕ２３：このうち、Ｕ２３が地域放送チャンネル、他が広域放送チャンネル群）の受信品質Ｃ／Ｎ比に係る現地調査結果を示すものである。受信環境は、アンテナ出力が、地上アナログ放送Ｕ２５チャンネルの受信レベルにて約７２ｄＢｕＶであり、同じくＵ３５チャンネルの受信レベルにて約８１ｄＢｕＶである。本発明のアンテナブースタ（ＡＭＰ−ＵＫ：定格出力１２１ｄＢｕＶ：受信対象チャンネル数が７波）を用いた場合と、比較例のアンテナブースタ（ＮＰＡ−２５Ｕ：定格出力９６ｄＢｕＶ：受信対象チャンネル数が７波）を用いた場合で比較して示す（測定器は、デジタルブロードシグナルアナライザ（Anritus社製、MS8901A）を用いた）。この結果によると、比較例のアンテナブースタでは、地域放送チャンネルＵ２３のＣ／Ｎ比が受信限界値である２０．１ｄＢを下回っており、広域放送チャンネル群のＣ／Ｎ比も受信限界値を多少上回る程度にしか向上していない。これは、比較例のアンテナブースタの定格出力（ひいては飽和出力）が低く、広域放送チャンネル群からの高電界受信波の非線形歪の影響が、個々の広域放送チャンネル内においても、また、地域放送チャンネルにおいても、いずれも大きくなっていることを反映したものである。これに対し、本発明のアンテナブースタでは、広域放送チャンネル群のＣ／Ｎ比は軒並み４０ｄＢ近くまで向上し、地域放送チャンネルのＣ／Ｎ比も受信限界値をはるかに上回り、広域放送チャンネル群に迫る３５ｄＢ程度まで改善されている。すなわち、実施例のアンテナブースタは定格出力（ひいては飽和出力）が高く確保され、広域放送チャンネル群（及び高出力のアナログ放送）からの高電界受信波の存在下でも非線形歪の影響を、個々の広域放送チャンネル内においても、また、隣接する地域放送チャンネルにおいても、いずれも受け難くなっていることを示すものである。

次に、放熱部材の効果を確認するために行なった実験結果について説明する。すなわち、図２において、アンプＩＣ１（増幅部２）の表面にサーミスタを貼付し、アンプＩＣ１を６０ｍＡの定電流で継続的に駆動しながら、その温度の経時変化を、配線基板７０の裏面側に放熱部材１０を配置した場合と、配置しない場合とで比較して測定した。また、配線基板７０の裏面側に放熱部材１０を配置した場合については、アンプＩＣ１の直上位置にて金属製のブースタハウジングの外周面にサーミスタを貼付し、温度の経時変化を同様に測定した。以上の結果を図１７に示す。

まず、放熱部材１０を配置しなかった場合はアンプＩＣ１の温度上昇が著しく、５分後にはアンプＩＣ１の製品推奨上限温度である５５℃を上回っていることがわかる。これに対して放熱部材１０を配置すると、アンプＩＣ１の温度は約１０℃低減できており、推奨温度範囲内に納めることができた。また、ブースタハウジングの外周面温度は４０℃未満で飽和しており、ハウジング内の蓄熱も低く留められていることがわかる。なお、放熱部材１０の厚みを若干減じ、ハウジング内での放熱部材１０の圧縮率を下げて同様の実験を行なったところ、アンプＩＣ１の温度に２℃程度の上昇が見られた。

本発明のアンテナブースタユニットの回路構成例を示す図。アンテナブースタユニットの回路基板及びハウジングの構成例を示す分解斜視図。回路基板の両面のパターニング例を示す図。放熱部材の使用例を示す分解斜視図。図１の回路のＳパラメータ特性を示す実測図。図１の回路のゲインと雑音指数の周波数特性の一例を示す図図１の回路のＳパラメータ特性のシミュレーション結果を示す図。図１のアンプＩＣの等価回路を示す図。図８の回路におけるアンプＩＣの非線形特性のシミュレーション解析結果を示す図。本発明のアンテナブースタユニットの回路構成の別例を示す図。図１０の回路のＳパラメータ特性のシミュレーション結果を示す図。図１の回路による本発明のブースタの性能評価実験に用いたシステムのブロック図。図１２の実験にて想定した、地上波テレビ放送のチャンネル割当状況を示す図。強電界放送の許容レベルに係る評価結果を示すグラフ。弱電界放送の受信限界レベルに係る評価結果を示すグラフ。Ｃ／Ｎ比の現地測定結果を示すグラフ。放熱部材の効果を評価した実験結果を示すグラフ。増幅部の非線形特性と３次相互変調歪との関係を説明する図。３次相互変調歪の隣接チャンネルに及ぼす影響を説明する図。

符号の説明

１アンテナブースタユニット
２増幅部
ＩＣ１広帯域アンプＩＣ
３入力整合回路
４出力整合回路
５電源系回路
５Ｆ電源分離フィルタ
３Ｓ，４Ｓサージ吸収素子
２ＨＳ放熱用貫通孔
１０放熱部材
１３ブースタハウジング
４９第一コネクタ部
５０第二コネクタ部
７０回路基板
７１ヒートシンク金属部

Claims

地上波デジタルテレビ放送帯域を包含する地上波テレビ放送のＵＨＦ帯アンテナ受信信号を増幅し、その増幅信号を受信装置のフロントエンド側に入力するためのアンテナブースタユニットであって、
広帯域アンプＩＣとして構成された増幅部と、
前記アンテナ受信信号のブースタ入力端側に設けられ、前記増幅部へ入力される前記アンテナ受信信号を、前記地上波デジタルテレビ放送帯域を包含する通過周波数帯にてフィルタリングするとともに、ブースタ入力端インピーダンスを前記増幅部の入力インピーダンスに整合させる入力整合回路と、
前記ブースタ出力端側に設けられ、前記増幅部の出力インピーダンスをブースタ出力端インピーダンスに整合させる出力整合回路と、
前記ブースタ入力端へのアンテナ受信信号の入力線及び前記ブースタ出力端からの前記増幅信号の出力線の少なくとも一方を兼ねる、前記増幅部の電源線に入力される、前記アンテナ受信信号又は前記増幅信号をなす高周波信号に重畳された電源入力を、前記高周波信号から分離して前記広帯域アンプＩＣの電源端子に供給する電源分離フィルタを含んだ電源系回路と、
アンテナケーブルを接続するための第一コネクタ部及び第二コネクタ部が形成されたブースタハウジングと、
前記ブースタハウジング内に収容され、ブースタ入力端子と、前記入力整合回路と、前記増幅部と、前記出力整合回路と、前記電源系回路と、ブースタ出力端子とが実装搭載された回路基板と、を備え、
前記地上波デジタルテレビ放送帯域は、広域放送チャンネル系列に対し、それら広域放送チャンネル系列よりも送信電力レベルが小さい地域放送チャンネルが割当・配列され、かつ、該地上波デジタルテレビ放送帯域と同じＵＨＦ帯に、前記広域放送チャンネル系列よりもさらに高出力のアナログ放送チャンネルが割当・配列されたものであり、前記地域放送チャンネルの弱電界受信チャンネル信号が少なくとも増幅対象信号とされ、かつ、全受信電力Ｐ_ｉＴがＰ_ｉＴ≧−３０ｄＢｍとなっており、
前記増幅部をなす前記広帯域アンプＩＣを、ＧａＡｓ系単位能動素子がＨＥＭＴからなるＧａＡｓＭＭＩＣのみにより、飽和出力が１５ｄＢｍ以上に確保され、かつ、受信対象となる地上波デジタルテレビ放送帯域を包含する４７０ＭＨｚ以上７７０ＭＨｚ以下の周波数帯域にて平坦なゲイン特性を有する広帯域アンプＩＣとして構成することにより、前記広域放送チャンネル系列に由来する高電界受信レベルによって、受信信号レベルが４２ｄＢｕＶ以下の前記地域放送チャンネル内に励起される３次相互変調歪を、地上波デジタルテレビ放送のビットエラー率における受信限界値に対し１０ｄＢ以上の余裕度が確保可能となるように低減してなることを特徴とする地上波デジタルテレビ用アンテナブースタユニット。
前記入力整合回路にサージ吸収素子が設けられている請求項１記載の地上波デジタルテレビ用アンテナブースタユニット。
前記ブースタハウジングは金属製であり、前記回路基板の主表面と前記ブースタハウジングの内面との間に高分子材料からなる放熱部材が密着配置されてなる請求項１又は請求項２に記載の地上波デジタルテレビ用アンテナブースタユニット。
前記放熱部材がシリコーン樹脂にて構成されてなる請求項３記載の地上波デジタルテレビ用アンテナブースタユニット。
前記回路基板の前記広帯域アンプＩＣの実装領域に該基板を厚さ方向に貫通する放熱用貫通孔が形成され、当該放熱用貫通孔の内部がヒートシンク金属部により充填されてなる請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の地上波デジタルテレビ用アンテナブースタユニット。
前記電源系回路は、前記高周波信号が分離された電源入力の電圧を安定化させるレギュレータＩＣを含み、前記回路基板の該レギュレータＩＣの実装領域に該基板を厚さ方向に貫通する放熱用貫通孔が形成され、当該放熱用貫通孔の内部がヒートシンク金属部により充填されてなる請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の地上波デジタルテレビ用アンテナブースタユニット。
前記ヒートシンク金属部は、対応するＩＣの裏面に密着するとともに前記回路基板を覆う接地面導体と導通する半田充填金属部とされてなる請求項５又は請求項６に記載の地上波デジタルテレビ用アンテナブースタユニット。
請求項３又は請求項４に記載の前記放熱部材が、前記回路基板の前記ＩＣ実装側と反対の主表面にて、前記ヒートシンク金属部と接する形で配置されてなる請求項５ないし請求項７のいずれか１項に記載の地上波デジタルテレビ用アンテナブースタユニット。
前記電源系回路は、前記高周波信号が分離された電源入力の電圧を安定化させるレギュレータＩＣを有するとともに、該レギュレータＩＣの出力が、前記広帯域アンプＩＣにバイアス電流を供給する電源端子と、該広帯域アンプＩＣのバイアス電流を制御するためのバイアス回路とに分配入力されるようになっており、かつ該レギュレータＩＣの出力端子と前記バイアス回路と前記電源端子との分岐点の間に直列に負帰還抵抗が挿入されてなる請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の地上波デジタルテレビ用アンテナブースタユニット。