JP6503270B2

JP6503270B2 - リモートアンテナシステム

Info

Publication number: JP6503270B2
Application number: JP2015178013A
Authority: JP
Inventors: 佑介日向; 良和鳥羽; 鬼澤　正俊; 正俊鬼澤
Original assignee: Seikoh Giken Co Ltd; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Seikoh Giken Co Ltd; Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2015-09-09
Filing date: 2015-09-09
Publication date: 2019-04-17
Anticipated expiration: 2035-09-09
Also published as: JP2017053731A

Description

本発明は、電波信号をアンテナで受信して得られる電気信号をそのアンテナから離れた場所に設置された装置まで伝送するリモートアンテナシステムに関する。

観測装置の設置が簡単にできない特定の地点での電波信号の状態を観測するため、その地点にアンテナを設置してその受信信号を観測装置が設置された地点まで伝送して観測するリモートアンテナシステムが使用されている。

通常、このようなシステムはアンテナと観測装置間を同軸ケーブルなどの電気ケーブルを用いて信号伝送する方式が使用されている。また特許文献１に記載の電波受信・光伝送システムのように光変調器を用いて光信号に変換して伝送する方式を適用することも考えられる。

特開２０１３−４２４５３号公報

電波の周波数が低くアンテナから観測装置までの伝送距離が短い場合は、従来のように同軸ケーブルで信号伝送することには特に問題が生じない。しかし、マイクロ波のように電波の周波数が高くなり、かつ伝送距離が１００ｍ程度以上になると同軸ケーブルの伝送損失が大きくなり、アンプでの増幅が不可欠となる。特に、ＳＨＦ帯以上の周波数領域では損失が大きく、複数段のアンプが必要となる。すなわち、マイクロ波の電波に対し、このような方式でリモートアンテナシステムを構成しようとすると、装置が大型化し、また装置コストも増大する。また、アンテナは通常高所に設置されるため、雷害に対して装置の安全性が十分でないという問題もある。

一方、特許文献１に記載の電波受信・光伝送システムの場合、ＳＨＦ帯の電波を受信して光変調器により光信号に変換して光ファイバにより伝送することにより長い伝送距離を可能としている。また、このシステムでは、雷害に対する安全性を確保するため、アンテナ受信部の装置への電力供給を電力供給用の光ファイバを用いて光エネルギーで供給している。しかし、このシステムは、光変調器への無変調光の供給と変調光の伝送、及び給電用の１〜２本の光ファイバが必要となることから合計３本以上の光ファイバが必要となること、さらに、変調用および電力用として２つ以上の光源が必要となること、受信部の電力変換回路が必要となることなどより、リモートアンテナシステムとして用いるために装置の小型化やコスト低減を図ることは難しい。

リモートアンテナシステムでは、様々な地点での電波信号の状態を観測するため、装置を小型化して可搬できることが望ましく、さらには低コストであること、雷害に対する安全性も望まれるが、上記の従来のシステムではこれらの要求に十分に対応できない。
そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決し、小型化、低コスト化が可能で雷害に対する安全性を有するリモートアンテナシステムを提供することにある。

上記課題を解決するため、第１の観点では、本発明によるリモートアンテナシステムは、アンテナで受信したマイクロ波の電波信号を受信部において電波信号の周波数のまま光信号に変換して光ファイバにより復調部に伝送し、該復調部において前記光信号を電気信号に変換するリモートアンテナシステムにおいて、前記受信部と前記復調部との間は前記光ファイバと給電線と制御線とを少なくとも含む光電気複合ケーブルにより接続され、前記受信部は前記電波信号を受信して得られる電気信号を光信号に変換するＥ／Ｏ変換器と該Ｅ／Ｏ変換器に電力を供給する受信部電源と前記アンテナ付近に発生する雷を検知する雷検知器とを有し、前記復調部は前記光信号を電気信号に変換するＯ／Ｅ変換器と、該Ｏ／Ｅ変換器に電力を供給し、かつ前記受信部電源に前記給電線を通して電力を供給する電源と、前記制御線を通して前記雷検知器の出力信号を検知し該出力信号に依存して制御信号を出力する制御回路とを有し、前記給電線のいずれかに設置された遮断スイッチを有し、該遮断スイッチは前記制御信号により遮断されることを特徴とする。

上記のように、本発明においては、アンテナで受信したマイクロ波の電波信号を受信部において電波信号の周波数のまま光信号に変換して光ファイバにより復調部に伝送することにより、従来の同軸ケーブル等の電気ケーブルを用いた場合に比べて信号の伝送損失が小さいのでアンプが不要となる。また、電気信号を光信号に変換するＥ／Ｏ変換器とこのＥ／Ｏ変換器に電力を供給する受信部電源は受信部に設置され、受信部のみの機能で光信号を発生するので、従来の電波受信・光伝送システムのように光信号発生用の無変調光や電力供給用の光源、およびそれらの供給用の光ファイバを必要としない。このため、装置の簡易化や小型化、低コスト化が可能となる。また、本発明では、光ファイバと制御線と電源線とをそれぞれ２本づつ含む汎用的な光電気複合ケーブルが使用可能となるため、さらなる低コスト化が可能となる。

さらに、本発明は受信部にアンテナ付近に発生する雷を検知する雷検知器を有し、復調部においてその雷検知器の出力信号を制御線を通して検知し、給電線や制御線を遮断することにより雷害によって復調部の装置が被害を受けることを防ぐことができる。この場合、雷検知器からの出力信号は復調部の制御回路に入力され、雷害の発生が予想されるレベルにあるか否かの判断機能を雷検知器または制御回路に持たせ、その結果により制御回路から制御信号を出力して給電線のいずれかに設置された遮断スイッチを遮断状態とする。これにより、本発明のリモートアンテナシステムでは雷害に対する装置の安全性を十分に保つことができる。

第２の観点では、本発明は、前記第１の観点のアンテナ特性測定方法において、前記制御線のいずれかに設置された遮断スイッチを有し、該遮断スイッチは前記制御信号により遮断されることを特徴とする。雷検知器自体が許容レベル以上の雷検知をしたときに保護のために雷検知器の内部の電気経路を遮断する機能を有する場合は制御線の遮断は必要ではないが、雷検知器を経由して復調部の装置が故障する可能性がある場合は制御線のいずれかに遮断スイッチを設置し、それを制御信号により遮断することが必要となる。

第３の観点では、本発明は、前記第２の観点のリモートアンテナシステムにおいて、前記給電線および前記制御線の遮断スイッチは前記復調部に設置されていることを特徴とする。給電線および制御線の遮断スイッチは基本的には受信部から復調部までのいずれかに設置されていればよいが、制御回路が設置されている復調部に設置することにより遮断スイッチへの制御信号の伝達時間が短くなり、雷サージ電圧の到達前に遮断できる確率が向上する。

第４の観点では、本発明は、前記第１乃至第３の観点のリモートアンテナシステムにおいて、前記雷検知器は雷雲の発生に伴う電界の変化または電荷の発生を検知する機能を有することを特徴とする。雷雲の発生に伴う電界の変化または電荷の発生を検知する方式の雷検知器は稲妻や落雷の発生の前段階の現象を検知でき、遮断スイッチを作動させる上で、より詳細なデータに基づく判断が可能となる。

第５の観点では、本発明は、前記第１乃至第４の観点のリモートアンテナシステムにおいて、前記雷検知器は雷の放電によって発生する電磁波を検知する機能を有することを特徴とする。アンテナ付近で発生する稲妻や落雷などの放電現象に伴って発生する電磁波を検出することにより、雷サージ電圧の到来の可能性をより直接的に判断することが可能となる。さらに、雷雲の発生に伴う電界の変化または電荷の発生を検知する機能を合わせて備えることにより、より適切に遮断スイッチを作動させ、装置の故障を防ぐことができる。

第６の観点では、本発明は、前記第１乃至第５の観点のリモートアンテナシステムにおいて、前記Ｅ／Ｏ変換器は半導体レーザ光源の出力を該半導体レーザ光源に印加する電気信号により直接変調する方式のＥ／Ｏ変換器であることを特徴とする。本発明では、光信号の伝送距離は主として１ｋｍ以下を想定しているため、Ｅ／Ｏ変換器としては光信号の周波数がマイクロ波領域であってもチャーピングや分散などを抑制するための特殊な回路やデバイスなどを用いない汎用的な半導体レーザの直接変調方式を採用できる場合が多い。これにより低コスト化や小型化が容易となる。

第７の観点では、本発明は、前記第１乃至第５の観点のリモートアンテナシステムにおいて、前記Ｅ／Ｏ変換器は一定の出力を有する光源の出力光を外部変調器により変調する方式のＥ／Ｏ変換器であることを特徴とする。光信号がマイクロ波領域の中でも高い周波数領域である場合や、電波信号波形の高精度な観測のため信号劣化に対する要求が厳しい場合などでは、より高い伝送品質を得やすい外部変調方式のＥ／Ｏ変換器を用いてもよい。

上記のように、本発明により、小型化、低コスト化が可能で雷害に対する安全性を有するリモートアンテナシステムが得られる。

実施例に係るリモートアンテナシステムのブロック構成図。直接変調方式のＥ／Ｏ変換器のブロック構成図。外部変調方式のＥ／Ｏ変換器のブロック構成図。

以下、図面を参照して本発明のリモートアンテナシステムを実施例により詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一符号を付し、その重複した説明を省略する。

図１は実施例に係るリモートアンテナシステムのブロック構成図である。図１において、本実施例のリモートアンテナシステム１０は、アンテナ１で受信したマイクロ波の電波信号を受信部１１において電波信号の周波数のまま光信号に変換して光ファイバ３１により復調部２１に伝送し、復調部２１においてその光信号を電気信号に変換するリモートアンテナシステムである。ここで、受信部１１と復調部２１との間は光ファイバ３１と給電線３２と制御線３３とを含む光電気複合ケーブル３０により接続される。
受信部１１は電波信号を受信して得られる電気信号を光信号に変換するＥ／Ｏ変換器１２とＥ／Ｏ変換器１２に電力を供給する受信部電源１４とアンテナ付近に発生する雷を検知する雷検知器１５とを有している。復調部２１は光信号を電気信号に変換するＯ／Ｅ変換器２２と、Ｏ／Ｅ変換器２２に電力を供給し、かつ受信部電源１４に給電線３２を通して電力を供給する電源２４と、制御線３３を通して雷検知器１５の出力信号を検知し、この出力信号に依存して制御信号を出力する制御回路２５とを有している。さらに、本実施例においては、復調部２１の給電線３２および制御線３３にそれぞれ設置された遮断スイッチ３６および３７を有している。これらの遮断スイッチ３６および３７は上記の制御信号により遮断される。

図１において、ＳＨＦ帯などのマイクロ波の電波信号は鉄塔などに設置されたパラボラアンテナ等からなるアンテナ１で受信されて電気信号として受信部１１のアンプ１３に入力し、増幅されてＥ／Ｏ変換器１２に入力する。Ｅ／Ｏ変換器１２から出力される光信号は光ファイバ３１に入射する。Ｅ／Ｏ変換器１２、アンプ１３、雷検知器１５の電力は受信部電源１４より供給され、受信部電源１４の電力は復調部２1の電源２５より給電線３２を通して供給される。なお、光電気複合ケーブル３０には給電線３２、制御線３３、光ファイバ３１以外の信号線や光ファイバが含まれていてもよい。また、受信部を可搬型とするためには受信部１１は１つパッケージ中に収納されていることが望ましく、この場合、アンテナ１の信号ケーブルや光電気複合ケーブル３０との間の接続用コネクタを備えていることが望ましい。さらに、そのパッケージは屋外で使用するためには防水性が必要である。

雷検知器１５は雷雲の発生に伴う電界の変化または電荷の発生を検知する機能、または雷の放電によって発生する電磁波を検知する機能のいずれか一方を有するか、またはそれらの両方の機能を有していてもよい。

復調器２１において、光ファイバ３１より入力する光信号はＯ／Ｅ変換器２２により電気信号に変換され、アンプ２３により増幅される。本実施例においては、増幅された電気信号は測定器２８と受信変換器２６に入力する。リモートアンテナシステム１０の目的が電波の強度や周波数特性、雑音レベルなどの電波の品質を評価することのみが目的である場合はスペクトラムアナライザーなどの測定器２８のみあればよい。しかし、電波信号を復調した信号の品質の評価を行う場合は受信変換器２６および復調器２７が必要となる。また、リモートアンテナシステム１０を通常の受信所における受信装置の緊急時の予備回線などに使用する可能性がある場合も受信変換器２６および復調器２７は必須である。

制御線３３を通して制御回路２５に入力する雷検知器１５からの出力信号は制御回路２５中の比較回路、判定回路などによりその出力信号のレベル等が雷害を受ける可能性があるレベル等であるか否かを判定し、雷害を受ける可能性があると判定した場合は遮断スイッチ３６および３７を遮断状態とするための制御信号を出力する。これにより復調部２１の装置の雷害による故障を防ぐことができる。なお、遮断スイッチ３６および３７の遮断後は一定間隔で遮断スイッチ３６および３７を一時的に接続して雷検知器１５の出力信号により雷雲の状況を確認し、雷害を受ける可能性が消滅して安全性が確認された後、遮断スイッチ３６および３７の復旧を決定する。

図２は本実施例に用いることができる直接変調方式のＥ／Ｏ変換器のブロック構成図である。アンプ１３の出力信号がＬＤ駆動回路４２に入力され、半導体レーザ４１に電流変調された電気信号が印加される。この結果、電気信号に対応して強度変調された光信号が光ファイバ３１に入力される。

図３は本実施例に用いることができる外部変調方式のＥ／Ｏ変換器のブロック構成図である。半導体レーザ等からなる光源４３の出力が光変調器４４に入力し、アンプ１３からの出力信号が変調器駆動回路４５に入力し、光変調器４４に電圧変調された電気信号が印加される。この結果、電気信号に対応して強度変調された光信号が光ファイバ３１に入力される。光変調器としては、ニオブ酸リチウム結晶を用いた光導波路型の光変調器や半導体光変調器などが使用できる。

なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではないことは言うまでもなく、目的に応じて様々な変形が可能である。例えば、受信部、復調部は実施例に示した装置、回路以外の機器や回路、素子などを備えてもよい。光電気複合ケーブルに実施例の給電線、制御線、光ファイバ以外の信号線や光ファイバを含む場合、それらによって受信部と復調部間で信号伝達等を行うことにより他の機能を持たせてもよい。また、雷検知器の電力は受信部電源からではなく、電池などから得てもよい。

１アンテナ
１０リモートアンテナシステム
１１受信部
１２Ｅ／Ｏ変換器
１３、２３アンプ
１４受信部電源
１５雷検知器
２１復調部
２２Ｏ／Ｅ変換器
２４電源
２５制御回路
２６受信変換器
２７復調器
２８測定器
３０光電気複合ケーブル
３１光ファイバ
３２給電線
３３制御線
３６、３７遮断スイッチ
４１半導体レーザ
４２ＬＤ駆動回路
４３光源
４４光変調器
４５変調器駆動回路

Claims

アンテナで受信したマイクロ波の電波信号を受信部において電波信号の周波数のまま光信号に変換して光ファイバにより復調部に伝送し、該復調部において前記光信号を電気信号に変換するリモートアンテナシステムにおいて、
前記受信部と前記復調部との間は前記光ファイバと給電線と制御線とを少なくとも含む光電気複合ケーブルにより接続され、
前記受信部は前記電波信号を受信して得られる電気信号を光信号に変換するＥ／Ｏ変換器と該Ｅ／Ｏ変換器に電力を供給する受信部電源と前記アンテナ付近に発生する雷を検知する雷検知器とを有し、
前記復調部は前記光信号を電気信号に変換するＯ／Ｅ変換器と、該Ｏ／Ｅ変換器に電力を供給し、かつ前記受信部電源に前記給電線を通して電力を供給する電源と、前記制御線を通して前記雷検知器の出力信号を検知し該出力信号に依存して制御信号を出力する制御回路とを有し、
前記給電線のいずれかに設置された遮断スイッチを有し、該遮断スイッチは前記制御信号により遮断されることを特徴とするリモートアンテナシステム。
前記制御線のいずれかに設置された遮断スイッチを有し、該遮断スイッチは前記制御信号により遮断されることを特徴とする請求項１に記載のリモートアンテナシステム。
前記給電線および前記制御線の遮断スイッチは前記復調部に設置されていることを特徴とする請求項２に記載のリモートアンテナシステム。
前記雷検知器は雷雲の発生に伴う電界の変化または電荷の発生を検知する機能を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のリモートアンテナシステム。
前記雷検知器は雷の放電によって発生する電磁波を検知する機能を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のリモートアンテナシステム。
前記Ｅ／Ｏ変換器は半導体レーザ光源の出力を該半導体レーザ光源に印加する電気信号により直接変調する方式のＥ／Ｏ変換器であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のリモートアンテナシステム。
前記Ｅ／Ｏ変換器は一定の出力を有する光源の出力光を外部変調器により変調する方式のＥ／Ｏ変換器であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のリモートアンテナシステム。