JP5728033B2 - Millimeter-wave radio equipment - Google Patents
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Description
本発明は、無線装置の出力を安定化する技術に関する。 The present invention relates to a technique for stabilizing the output of a wireless device.
近年、無線通信の大容量化に対応すべく、ミリ波を用いた無線通信システムが開発されている。例えば60GHz帯を用いた通信速度1.25Gbpsを有するギガビットイーサネット(GbE)信号の伝送が可能な無線通信システムが既に開発されている。また、120GHz帯の電波を使用して10ギガビットイーサネット(10GbE)信号を伝送可能な無線装置も開発されている。 In recent years, wireless communication systems using millimeter waves have been developed in order to cope with an increase in capacity of wireless communication. For example, a wireless communication system capable of transmitting a Gigabit Ethernet (GbE) signal using a 60 GHz band and having a communication speed of 1.25 Gbps has already been developed. A wireless device capable of transmitting a 10 Gigabit Ethernet (10 GbE) signal using a 120 GHz band radio wave has also been developed.
高周波のミリ波信号は同軸ケーブル等のメタルの伝送線では伝送損失が大きいため、伝送線路として導波管が広く用いられている。例えば、ミリ波帯を用いて大容量データ伝送を行う屋外用無線装置の実例の一つとして、接続ポートとして導波管を使用した金属製パッケージに実装されたミリ波モジュールと、長距離無線伝播を目的とした金属製主鏡を有するアンテナとを接続した状態で用いる構成がある。これは、ミリ波信号は伝送損失が大きいため、モジュールとアンテナの距離をできるだけ近づける必要があるのに加えて、アンテナがミリ波モジュールの発熱を効率よく外気に放熱する機能も兼ねている。 Since a high-frequency millimeter-wave signal has a large transmission loss in a metal transmission line such as a coaxial cable, a waveguide is widely used as a transmission line. For example, one example of an outdoor wireless device that transmits large-capacity data using the millimeter-wave band is a millimeter-wave module mounted on a metal package using a waveguide as a connection port, and a long-range wireless propagation For example, there is a configuration in which the antenna is connected to an antenna having a metal main mirror. This is because the millimeter wave signal has a large transmission loss, so that the antenna needs to be as close as possible to the antenna, and the antenna also has a function of efficiently radiating heat generated by the millimeter wave module to the outside air.
ミリ波モジュールに使用される回路は温度依存性を有し、特にミリ波出力を定める増幅回路は、温度が下がると利得が増加してミリ波出力は増加し、逆に温度が上がると利得が減少してミリ波出力が低下する。ミリ波モジュールの放熱をアンテナから行うミリ波無線装置では、室温に近い温度では効率よい放熱が可能であるが、外気が非常に低温である場合に、ミリ波モジュールが冷えすぎて利得が大きく増加し、出力信号が歪んでしまうという問題があった。 The circuit used for the millimeter wave module has temperature dependence, and in particular, the amplifier circuit that determines the millimeter wave output increases the gain when the temperature decreases, and the millimeter wave output increases. Conversely, the gain increases when the temperature increases. Decrease and millimeter wave output decreases. Millimeter-wave wireless devices that radiate millimeter-wave modules from an antenna can efficiently radiate heat at temperatures close to room temperature, but when the outside air is very cold, the millimeter-wave module is too cold and the gain increases significantly. However, the output signal is distorted.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、外気温による無線出力の変動を低減することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to reduce fluctuations in wireless output due to outside air temperature.
本発明に係るミリ波無線装置は、アンテナと、前記アンテナと熱的に接続し、温度及び利得調整用電圧が増加すると出力または感度が増加する特性を有し、前記アンテナへの出力値に依存して変化する出力モニタ電圧を出力するミリ波モジュールと、前記出力モニタ電圧を一定とするよう前記利得調整用電圧を調整し、前記利得調整用電圧を前記ミリ波モジュールに印加する電源回路と、前記電源回路から電力を供給されて、前記ミリ波モジュールを冷却または温めるための風を発生させるファンと、前記ミリ波モジュールを温めるための発熱源と、を有し、前記電源回路は、前記利得調整用電圧が第1のしきい値を超えた場合に、前記ミリ波モジュールを冷却するように前記ファンに電力を供給し、前記利得調整用電圧が第2のしきい値を下回った場合に、前記発熱源を利用した温風により前記ミリ波モジュールを温めるように前記ファンに電力を供給することを特徴とする。 The millimeter-wave radio apparatus according to the present invention is characterized in that the antenna or the antenna is thermally connected, and the output or sensitivity increases as the temperature and gain adjustment voltage increase, depending on the output value to the antenna. A millimeter-wave module that outputs an output monitor voltage that changes, a power supply circuit that adjusts the gain adjustment voltage to make the output monitor voltage constant, and applies the gain adjustment voltage to the millimeter-wave module; A fan that is supplied with electric power from the power supply circuit and generates a wind for cooling or warming the millimeter wave module; and a heat source for warming the millimeter wave module, the power supply circuit having the gain When the adjustment voltage exceeds a first threshold value, power is supplied to the fan so as to cool the millimeter wave module, and the gain adjustment voltage reaches a second threshold value. When it turned, and supplying power to the fan to warm the millimeter wave module by hot air using the heat source.
上記ミリ波無線装置において、前記発熱源として前記電源回路が搭載された電源基板を利用することを特徴とする。 In the millimeter wave radio apparatus, a power supply board on which the power supply circuit is mounted is used as the heat generation source.
上記ミリ波無線装置において、ミリ波無線装置内の空気と外気を交換する外気交換用ファンを更に有し、前記電源回路は、前記ミリ波モジュールを冷却するときに前記外気交換用ファンに電力を供給し、前記ミリ波モジュールを温めるときに前記外気交換用ファンへの電力の供給を停止することを特徴とする。 The millimeter wave radio apparatus further includes an outside air exchange fan for exchanging air and outside air in the millimeter wave radio apparatus, and the power supply circuit supplies power to the outside air exchange fan when the millimeter wave module is cooled. When supplying and warming the millimeter wave module, the supply of electric power to the outside air replacement fan is stopped.
本発明によれば、外気温による無線出力の変動を低減することができる。 According to the present invention, fluctuations in wireless output due to outside air temperature can be reduced.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
図1は、第1の実施の形態におけるミリ波無線装置の構成を説明する概略図である。同図に示すミリ波無線装置1は、長距離無線伝播を目的とした金属製主鏡を有するアンテナ10、接続ポートとして導波管を使用した金属パッケージ内に実装されたミリ波モジュール20、およびミリ波モジュール20などに電力を供給する電源基板30を有し、ミリ波モジュール20及び電源基板30等が放熱の役割を果たす放熱用治具(図示せず)に固定されて無線装置筺体50内に収容される。ミリ波モジュール20とアンテナ10はバヨネット機構により導波管同士が接続される。ミリ波モジュール20とアンテナ10は熱的に接続されて、ミリ波モジュール20の発熱が効率よく外気に放熱される。ミリ波モジュール20は、温度及び利得調整用電圧が増加すると出力または感度が増加する特性を有する。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the configuration of the millimeter wave radio apparatus according to the first embodiment. A millimeter
図2は、第1の実施の形態におけるミリ波無線装置の構成を示す機能ブロック図である。ここでは本発明の特徴に関係の深いもののみを示した。図2に示すミリ波モジュール20は、ミリ波増幅器21を備え、温度センサ22が取り付けられている。電源基板30は、温度検出回路31、記憶回路32、および電源回路33を備える。
FIG. 2 is a functional block diagram showing the configuration of the millimeter wave radio apparatus according to the first embodiment. Here, only those closely related to the features of the present invention are shown. The
ミリ波増幅器21は、ゲート電圧またはドレイン電圧をあげることにより、出力または感度が増加する。また、ミリ波増幅器21の利得は温度の上昇とともに低下し、ミリ波モジュール20の出力または感度もそれに伴って低下する。ミリ波増幅器21の利得は、電源回路33が出力する利得調整用電圧で調整される。
The
温度センサ22は、ミリ波モジュール20の壁面に取り付けられてミリ波モジュール20の温度を測定する。
The
温度検出回路31は、温度センサ22から送られる情報を温度情報に換算する。
The
記憶回路32は、ミリ波増幅器21の出力または感度を一定にするための温度毎の利得調整用電圧の条件を表または式の形式で保持する。
The
電源回路33は、記憶回路32を参照して、温度検出回路31が換算した温度情報から出力または感度を一定にする利得調整用電圧を決定し、決定した利得調整用電圧をミリ波増幅器21に印加する。例えば、温度上昇時には、ミリ波増幅器21に印加する利得調整用電圧をあげることにより、利得低下分を補償して出力または感度を一定に保持する。
The
図3は、ミリ波増幅器を負帰還型可変利得増幅器で構成した例を示す回路図である。同図に示す負帰還型可変利得増幅器では、可変抵抗素子の抵抗値の制御により負帰還量を変化させて利得を制御する。このとき、可変抵抗素子と主増幅器を同時に制御することにより、可変利得時の入出力インピーダンスの変動を抑えることができ、入力および出力の反射特性を改善することができる(川島他、“可変利得増幅器における利得制御時の反射特性の改善手法の提案”、2005年電子情報通信学会総合大会)。 FIG. 3 is a circuit diagram showing an example in which the millimeter wave amplifier is configured by a negative feedback variable gain amplifier. In the negative feedback variable gain amplifier shown in the same figure, the gain is controlled by changing the negative feedback amount by controlling the resistance value of the variable resistance element. At this time, by simultaneously controlling the variable resistance element and the main amplifier, fluctuations in input / output impedance at the time of variable gain can be suppressed, and reflection characteristics of input and output can be improved (Kawashima et al., “Variable Gain”). "Proposal of improvement method of reflection characteristics during gain control in amplifier", 2005 IEICE General Conference).
以上説明したように、本実施の形態によれば、温度センサ22によりミリ波モジュール20の温度を測定し、電源回路33が測定した温度に合わせて自動的に最適な電圧条件を設定することで、外気温変化によるミリ波モジュール20の増幅特性の劣化を抑制できる。
As described above, according to the present embodiment, the
[第2の実施の形態]
第1の実施の形態では、ミリ波モジュール20の温度に合わせてミリ波増幅器21に印加する利得調整用電圧を変化させることでミリ波モジュール20の出力または感度を一定に保持していたが、利得調整用電圧の変化だけでは補償が困難なほど高温や低温になることもある。そこで、第2の実施の形態では、無線装置筺体50内にミリ波モジュール20の温度を調整する機能を備えた。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, the output or sensitivity of the
図4は、第2の実施の形態におけるミリ波無線装置の構成を示す機能ブロック図である。図4に示すミリ波無線装置は、アンテナ10、ミリ波モジュール20、電源基板30、およびファン40を備える。アンテナ10、ミリ波モジュール20、および電源基板30については第1の実施の形態と同様であるので、ここでの説明は省略する。
FIG. 4 is a functional block diagram showing the configuration of the millimeter wave radio apparatus according to the second embodiment. The millimeter wave radio apparatus shown in FIG. 4 includes an
ファン40は、ミリ波モジュール20の方向へ送風するように設置され、電源回路33から供給される電力によって駆動される。電源回路33は、温度センサ22によって測定された温度が所定のしきい値Tuを超えた場合に、ファン40に電力を供給して風をミリ波モジュール20にあててミリ波モジュール20を冷却する。
The
ミリ波モジュール20の温度が高い時にミリ波モジュール20をファン40による送風で冷却することにより、ミリ波モジュール20が高温になった場合でも、ミリ波モジュール20の出力の変動を抑制することができる。
By cooling the
図5は、第2の実施の形態における別のミリ波無線装置の構成を示す機能ブロック図である。図5に示すミリ波無線装置は、2つのファン40A,40Bと発熱源41を備える。発熱源41は、ファン40Bとミリ波モジュール20との間に設置される。
FIG. 5 is a functional block diagram showing a configuration of another millimeter wave radio apparatus according to the second embodiment. 5 includes two
ファン40Aで無線装置筺体50内の空気に対流を発生させてミリ波モジュール20を冷却し、ファン40Bからの送風により、発熱源41で発生した熱をミリ波モジュール20に温風として当てることによりミリ波モジュール20を温めて過剰冷却を防ぐ。
By cooling the
電源回路33は、温度センサ22によって測定された温度が所定のしきい値Tuを超えた場合にファン40Aに電力を供給し、温度センサ22によって測定された温度が所定のしきい値Tlを下回った場合にファン40Bに電力を供給する。
The
なお、電源基板30の発熱量は大きいので、電源基板30を発熱源41として用いてもよい。この場合、電源基板30の冷却とミリ波モジュール20の温度調整を同時に行うことができる。
Since the heat generation amount of the
このように、ファン40Bとミリ波モジュール20の間に発熱源41を配置し、ミリ波モジュール20の温度が低い時にファン40Bから送風することにより、発熱源41の熱によりミリ波モジュール20を温めることができ、ミリ波モジュール20の過剰冷却を防ぐことが可能となる。
As described above, the
また、発熱源41として電源基板30を利用することで、電源基板30の冷却を兼ねることができる。
Further, by using the
図6は、第2の実施の形態におけるさらに別のミリ波無線装置の構成を示す機能ブロック図である。図6に示すミリ波無線装置は、図5と同様に発熱源41を備える。図5のミリ波無線装置は2つのファンを備えたが、図6のミリ波無線装置はファン40を1つ備えて、ファン40の回転方向を変えて送風の向きを変化させる。
FIG. 6 is a functional block diagram showing a configuration of still another millimeter wave radio apparatus according to the second embodiment. The millimeter wave radio apparatus shown in FIG. 6 includes a
電源回路33は、温度センサ22によって測定された温度が所定のしきい値Tuを超えた場合、ミリ波モジュール20が冷却されるように回転方向を制御して電力を供給し、温度センサ22によって測定された温度が所定のしきい値Tlを下回った場合、温風によりミリ波モジュール20が温められるように回転方向を制御して電力を供給する。
When the temperature measured by the
図5に示したものに比べて、ファン40の数が1つで済むので、装置を低コスト化を図ることができる。
Compared with the one shown in FIG. 5, the number of
なお、図7に示すように、発熱源41とミリ波モジュール20の間にファン40を設置してもよい。この場合、図6に示したものに比べて、温風をより効率良くミリ波モジュール20に当てることができる。
As shown in FIG. 7, a
図8は、第2の実施の形態におけるさらに別のミリ波無線装置の構成を示す機能ブロック図である。図8に示すミリ波無線装置は、発熱源として電源基板30を利用し、電源基板30に風が通り抜ける穴34を設けた。
FIG. 8 is a functional block diagram showing a configuration of still another millimeter-wave radio apparatus according to the second embodiment. The millimeter wave radio apparatus shown in FIG. 8 uses the
電源基板30に穴34を設けることにより、電源基板30を縦に(基板面をミリ波モジュール20とファン40に向けて)配置することができ、省スペース化に寄与する。
By providing the
また、本実施の形態において、発熱源41の周囲に温風導入壁を設けて、温風が効果的にミリ波モジュール20に当たるようにしてもよい。
In the present embodiment, a hot air introduction wall may be provided around the
以上説明したように、本実施の形態によれば、電源回路33による利得調整用電圧の調整に加えて、温度センサ22によって測定された温度が所定のしきい値Tuを超えた場合や所定のしきい値Tlを下回った場合に、ファン40を制御し、ミリ波モジュール20に風や温風を当ててミリ波モジュール20の温度を調整することにより、ミリ波モジュール20が高温や低温になっても、ミリ波モジュール20の出力または感度を一定に維持することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, in addition to the adjustment of the gain adjustment voltage by the
[第3の実施の形態]
第1,2の実施の形態では、ミリ波モジュールの表面温度の測定値から利得調整用電圧およびファンの風の向きを調整していたが、第3の実施の形態では、ミリ波モジュールの出力に依存して変動する出力モニタ電圧を一定にするように利得調整用電圧を調整する。
[Third Embodiment]
In the first and second embodiments, the gain adjustment voltage and the wind direction of the fan are adjusted from the measured values of the surface temperature of the millimeter wave module. In the third embodiment, the output of the millimeter wave module is adjusted. The gain adjustment voltage is adjusted so that the output monitor voltage that varies depending on the output voltage becomes constant.
図9は、第3の実施の形態におけるミリ波無線装置の構成を示す機能ブロック図である。図9に示すミリ波無線装置は、図6で示したミリ波無線装置の温度検出回路31、記憶回路32に代えて出力モニタ回路35を備えたものである。
FIG. 9 is a functional block diagram showing the configuration of the millimeter wave radio apparatus according to the third embodiment. The millimeter wave radio apparatus shown in FIG. 9 includes an
ミリ波モジュール20は、ミリ波の出力値に依存して変化する出力モニタ電圧を取り出す結合器23を備える。
The
出力モニタ回路35は、ミリ波モジュール20の結合器23から出力モニタ電圧を取得する。電源回路33は、出力モニタ回路35が検出する出力モニタ電圧が一定になるように利得調整用電圧を調整する。
The
温度が下がった場合はミリ波増幅器21の利得が上がるため、ミリ波モジュール20の出力または感度を一定にするために、利得調整用電圧を下げる必要がある。電源回路33により調整される利得調整用電圧が事前に設定したしきい値Plを下回った場合は、温度が非常に低下した状態であるため、温風がミリ波モジュール20に当たる回転方向でファン40を駆動し、ミリ波モジュール20を温める。逆に、温度が上がった場合はミリ波増幅器21の利得が下がるため、ミリ波モジュール20の出力または感度が低下するのを補償するために、利得調整用電圧を上げる必要がある。電源回路33により調整される利得調整用電圧が事前に設定したしきい値Puを超えた場合は、温度が非常に上昇した状態であるため、図で左側に風が吹く回転方向でファン40を駆動し、無線装置筺体50内の対流によってミリ波モジュール20を冷却する。
When the temperature is lowered, the gain of the
以上説明したように、本実施の形態によれば、出力モニタ回路35がミリ波モジュール20の出力モニタ電圧を測定し、電源回路33が出力モニタ電圧に基づいて利得調整用電圧を調整することで、温度センサ22や記憶回路32が不要になるため、低価格化が実現できるとともに、出力を直接測定しているため、より正確な制御が可能となる。また、出力モニタ回路35に温度による出力変動が十分小さいものを用いれば、出力調整を高精度化することもできる。
As described above, according to the present embodiment, the
なお、ここでは図6のミリ波無線装置に第3の実施の形態を適用した例で示したが、第1,2の実施の形態で説明したいずれのミリ波無線装置に適用してもよい。 Here, the example in which the third embodiment is applied to the millimeter wave radio apparatus of FIG. 6 is shown, but the present invention may be applied to any of the millimeter wave radio apparatuses described in the first and second embodiments. .
[第4の実施の形態]
図10は、第4の実施の形態におけるミリ波無線装置の構成を示す機能ブロック図である。図10に示すミリ波無線装置は、図6で示したミリ波無線装置の無線装置筺体50に外気交換用ファン51を備えたものである。
[Fourth Embodiment]
FIG. 10 is a functional block diagram showing the configuration of the millimeter wave radio apparatus according to the fourth embodiment. The millimeter wave radio apparatus shown in FIG. 10 includes an external
外気交換用ファン51は、電源回路33により駆動され、無線装置筺体50内の空気と外気を交換して無線装置筺体50内の温度を下げる。
The outside
電源回路33は、温度センサ22によって測定された温度が所定のしきい値Tlを下回った場合は、外気交換用ファン51への電力の供給を停止することにより、無線装置筺体50内と低温の外気との熱交換が行われなくなるため、ミリ波モジュール20の過剰冷却を防止できる。また、温度センサ22によって測定された温度が所定のしきい値Tuを超えた場合は、外気交換用ファン51へ電力を供給し、無線装置筺体50内の空気と外気を交換して無線装置筺体50内の温度を下げる。
When the temperature measured by the
なお、ここでは図6のミリ波無線装置に第4の実施の形態を適用した例で示したが、第1〜3の実施の形態で説明したいずれのミリ波無線装置に適用してもよい。第3の実施の形態に適用する場合は、利得調整用電圧がしきい値Plを下回った場合は外気交換用ファン51への電力の供給を停止し、利得調整用電圧がしきい値Puを超えた場合は外気交換用ファン51へ電力を供給することで、同様の効果を得ることができる。
Here, the example in which the fourth embodiment is applied to the millimeter wave radio apparatus of FIG. 6 is shown, but the present invention may be applied to any of the millimeter wave radio apparatuses described in the first to third embodiments. . When applied to the third embodiment, when the gain adjustment voltage falls below the threshold value Pl, the supply of electric power to the outside
以上説明したように、本実施の形態によれば、無線装置筺体50内の空気と外気を交換する外気交換用ファン51を備え、温度センサ22で測定された温度に基づいて外気交換用ファン51を制御することにより、温度の制御範囲を拡大することができる。
As described above, according to the present embodiment, the outside
1…ミリ波無線装置
10…アンテナ
20…ミリ波モジュール
21…ミリ波増幅器
22…温度センサ
23…結合器
30…電源基板
31…温度検出回路
32…記憶回路
33…電源回路
34…穴
35…出力モニタ回路
40,40A,40B…ファン
41…発熱源
50…無線装置筺体
51…外気交換用ファン
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記アンテナと熱的に接続し、温度及び利得調整用電圧が増加すると出力または感度が増加する特性を有し、前記アンテナへの出力値に依存して変化する出力モニタ電圧を出力するミリ波モジュールと、
前記出力モニタ電圧を一定とするよう前記利得調整用電圧を調整し、前記利得調整用電圧を前記ミリ波モジュールに印加する電源回路と、
前記電源回路から電力を供給されて、前記ミリ波モジュールを冷却または温めるための風を発生させるファンと、
前記ミリ波モジュールを温めるための発熱源と、を有し、
前記電源回路は、前記利得調整用電圧が第1のしきい値を超えた場合に、前記ミリ波モジュールを冷却するように前記ファンに電力を供給し、前記利得調整用電圧が第2のしきい値を下回った場合に、前記発熱源を利用した温風により前記ミリ波モジュールを温めるように前記ファンに電力を供給することを特徴とするミリ波無線装置。 An antenna,
A millimeter wave module that is thermally connected to the antenna and has an output or sensitivity increase characteristic when the temperature and gain adjustment voltage increases, and outputs an output monitor voltage that changes depending on an output value to the antenna. When,
Adjusting the gain adjustment voltage so as to make the output monitor voltage constant, and applying the gain adjustment voltage to the millimeter wave module; and
A fan which is supplied with electric power from the power supply circuit and generates wind for cooling or warming the millimeter wave module;
A heat source for heating the millimeter wave module,
The power supply circuit supplies power to the fan to cool the millimeter wave module when the gain adjustment voltage exceeds a first threshold value, and the gain adjustment voltage is A millimeter-wave radio apparatus that supplies power to the fan so that the millimeter-wave module is heated by warm air using the heat source when the threshold value is below .
前記電源回路は、前記ミリ波モジュールを冷却するときに前記外気交換用ファンに電力を供給し、前記ミリ波モジュールを温めるときに前記外気交換用ファンへの電力の供給を停止することを特徴とする請求項1又は2に記載のミリ波無線装置。 It further has an outside air exchange fan for exchanging air and outside air in the millimeter-wave wireless device,
The power supply circuit supplies power to the outside air replacement fan when cooling the millimeter wave module, and stops supplying power to the outside air replacement fan when warming the millimeter wave module. The millimeter wave radio apparatus according to claim 1 or 2 .
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US11722957B2 (en) | 2019-04-12 | 2023-08-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and apparatus for thermal management in wireless communication |
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