JPH11186922A - 高感度無線受信機 - Google Patents
高感度無線受信機Info
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- JPH11186922A JPH11186922A JP34916297A JP34916297A JPH11186922A JP H11186922 A JPH11186922 A JP H11186922A JP 34916297 A JP34916297 A JP 34916297A JP 34916297 A JP34916297 A JP 34916297A JP H11186922 A JPH11186922 A JP H11186922A
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- JP
- Japan
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- reception
- stage
- sensitivity
- amplifier
- cooling
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- Structure Of Receivers (AREA)
- Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
- Noise Elimination (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 受信帯域フィルタの中心周波数のズレを小さ
く抑えると共に、受信機の雑音指数の改善を図る。 【解決手段】 高感度無線受信機ではアンテナよりの受
信信号を受信帯域フィルタ２に入力し、その出力を受信
低雑音増幅器３で増幅して外部に出力する。フィルタ２
及び増幅器３は冷却ステージに取付けられた状態で熱遮
蔽函５に封入され、熱遮蔽函５外に設置された冷却手段
本体７により冷却ステージを介して冷却される。この発
明では特に、冷却ステージが第１冷却ステージ６ａと、
第１冷却ステージ６ａよりさらに低い温度に冷却される
第２冷却ステージ６ｂより成り、その第１，第２冷却ス
テージ６ａ，６ｂに受信帯域フィルタ２及び受信低雑音
増幅器３がそれぞれ取付けられる。
く抑えると共に、受信機の雑音指数の改善を図る。 【解決手段】 高感度無線受信機ではアンテナよりの受
信信号を受信帯域フィルタ２に入力し、その出力を受信
低雑音増幅器３で増幅して外部に出力する。フィルタ２
及び増幅器３は冷却ステージに取付けられた状態で熱遮
蔽函５に封入され、熱遮蔽函５外に設置された冷却手段
本体７により冷却ステージを介して冷却される。この発
明では特に、冷却ステージが第１冷却ステージ６ａと、
第１冷却ステージ６ａよりさらに低い温度に冷却される
第２冷却ステージ６ｂより成り、その第１，第２冷却ス
テージ６ａ，６ｂに受信帯域フィルタ２及び受信低雑音
増幅器３がそれぞれ取付けられる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば移動通信や
衛星通信等の基地局受信装置に適用され、高周波受信部
を冷却して所望の信号を受信する高感度無線受信機に関
する。
衛星通信等の基地局受信装置に適用され、高周波受信部
を冷却して所望の信号を受信する高感度無線受信機に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来の高感度無線受信機の基本構成を図
１０に示す。この従来の高感度無線受信機は、アンテナ
端子１と、アンテナ端子１から入力された受信信号から
所望の帯域の信号を選択する受信帯域フィルタ２と、受
信帯域フィルタ２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３と、受信低雑音増幅器３で増
幅された受信信号を出力するための受信信号出力端子４
とを備えている。また、受信帯域フィルタ２及び受信低
雑音増幅器３は熱遮蔽函５に封入され、外部と断熱され
ると共に、冷却ステージ６に固定され、冷却手段７によ
り冷却される。さらに受信低雑音増幅器３に動作電力を
供給するための第１電源端子８と冷却手段７に動作電力
を供給するための第２電源端子９がそれぞれ設けられ
る。熱遮蔽函５及び冷却手段７は筐体１０に収容され
る。
１０に示す。この従来の高感度無線受信機は、アンテナ
端子１と、アンテナ端子１から入力された受信信号から
所望の帯域の信号を選択する受信帯域フィルタ２と、受
信帯域フィルタ２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３と、受信低雑音増幅器３で増
幅された受信信号を出力するための受信信号出力端子４
とを備えている。また、受信帯域フィルタ２及び受信低
雑音増幅器３は熱遮蔽函５に封入され、外部と断熱され
ると共に、冷却ステージ６に固定され、冷却手段７によ
り冷却される。さらに受信低雑音増幅器３に動作電力を
供給するための第１電源端子８と冷却手段７に動作電力
を供給するための第２電源端子９がそれぞれ設けられ
る。熱遮蔽函５及び冷却手段７は筐体１０に収容され
る。
【０００３】熱遮蔽函５は例えば真空断熱により外部か
らの熱侵入を遮断する構造となっており、熱遮蔽函５の
内部に封入された受信帯域フィルタ２及び受信低雑音増
幅器３は冷却手段７により、例えば液体窒素温度（７７
Ｋ程度）といった極めて低い温度に冷却される。ここで
冷却手段７は、ヘリウムガス等の圧縮・膨張による熱交
換サイクルを利用することより、７７Ｋといった極めて
低い温度を維持できる極低温冷凍機で構成される。
らの熱侵入を遮断する構造となっており、熱遮蔽函５の
内部に封入された受信帯域フィルタ２及び受信低雑音増
幅器３は冷却手段７により、例えば液体窒素温度（７７
Ｋ程度）といった極めて低い温度に冷却される。ここで
冷却手段７は、ヘリウムガス等の圧縮・膨張による熱交
換サイクルを利用することより、７７Ｋといった極めて
低い温度を維持できる極低温冷凍機で構成される。
【０００４】このように、受信帯域フィルタ２及び受信
低雑音増幅器３を極低温に冷却することにより、受信帯
域フィルタ２及び受信低雑音増幅器３で発生する熱雑音
を極限的に低減することができる。その結果、図１０に
示した受信機の雑音指数は大幅に改善され、受信感度が
大幅に改善される。従って、図１０に示した高感度無線
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（搬送波電力／雑音電
力）の受信出力を得ることができる。また、規定された
Ｃ／Ｎの受信出力を得るのに必要な送信側の送信電力が
小さくて済む効果を得ることができる。
低雑音増幅器３を極低温に冷却することにより、受信帯
域フィルタ２及び受信低雑音増幅器３で発生する熱雑音
を極限的に低減することができる。その結果、図１０に
示した受信機の雑音指数は大幅に改善され、受信感度が
大幅に改善される。従って、図１０に示した高感度無線
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（搬送波電力／雑音電
力）の受信出力を得ることができる。また、規定された
Ｃ／Ｎの受信出力を得るのに必要な送信側の送信電力が
小さくて済む効果を得ることができる。
【０００５】ここで、極低温用の受信帯域フィルタ２及
び受信低雑音増幅器３としては、液体窒素を用いて簡便
かつ比較的短時間に調整を行うことができることから、
７７Ｋ程度で動作するように設計されるものが多い。
び受信低雑音増幅器３としては、液体窒素を用いて簡便
かつ比較的短時間に調整を行うことができることから、
７７Ｋ程度で動作するように設計されるものが多い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図１０に示す従来の高
感度無線受信機において、７７Ｋで動作するように設計
されている受信低雑音増幅器３，受信帯域フィルタ２の
各種温度特性の一例をそれぞれ図１１Ａ，Ｂ，Ｃに示
す。受信低雑音増幅器３は図１１Ａに示すように温度が
低くなるほど雑音指数が低減し、利得が増加する。ま
た、受信帯域フィルタ２も図１１Ｂに示すように温度が
低くなるほど挿入損失が低減し、雑音指数が改善され
る。
感度無線受信機において、７７Ｋで動作するように設計
されている受信低雑音増幅器３，受信帯域フィルタ２の
各種温度特性の一例をそれぞれ図１１Ａ，Ｂ，Ｃに示
す。受信低雑音増幅器３は図１１Ａに示すように温度が
低くなるほど雑音指数が低減し、利得が増加する。ま
た、受信帯域フィルタ２も図１１Ｂに示すように温度が
低くなるほど挿入損失が低減し、雑音指数が改善され
る。
【０００７】ところが、図１１Ｃに示すように受信帯域
フィルタ２の通過帯域の中心周波数は温度が低くなるほ
ど高くなり、この例では５０Ｋの温度変化に対して２Ｍ
Hz変動してしまうため、受信機として機能しなくなると
いう問題があった。また、図１０の構成で雑音指数をさ
らに低減しようとすると、受信帯域フィルタ２を例えば
２０Ｋで動作するように設計しなければならないが、こ
れは７７Ｋでの設計と比較して煩雑であり、かつ長時間
を要するという問題があった。
フィルタ２の通過帯域の中心周波数は温度が低くなるほ
ど高くなり、この例では５０Ｋの温度変化に対して２Ｍ
Hz変動してしまうため、受信機として機能しなくなると
いう問題があった。また、図１０の構成で雑音指数をさ
らに低減しようとすると、受信帯域フィルタ２を例えば
２０Ｋで動作するように設計しなければならないが、こ
れは７７Ｋでの設計と比較して煩雑であり、かつ長時間
を要するという問題があった。
【０００８】本発明の目的は、受信帯域フィルタ２の中
心周波数のズレを小さく抑えると共に、従来例と比較し
てさらに雑音指数を改善することができる高感度無線受
信機を提供することにある。
心周波数のズレを小さく抑えると共に、従来例と比較し
てさらに雑音指数を改善することができる高感度無線受
信機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、冷
却ステージが、第１冷却ステージと、その第１冷却ステ
ージよりさらに低い温度に冷却される第２冷却ステージ
より構成され、上記受信帯域フィルタを上記第１冷却ス
テージで冷却し、上記受信低雑音増幅器を上記第２冷却
ステージで冷却する。
却ステージが、第１冷却ステージと、その第１冷却ステ
ージよりさらに低い温度に冷却される第２冷却ステージ
より構成され、上記受信帯域フィルタを上記第１冷却ス
テージで冷却し、上記受信低雑音増幅器を上記第２冷却
ステージで冷却する。
【００１０】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、上記受信帯域フィルタを上記冷却された温度で超電
導状態となる超電導材料で構成する。請求項３の発明
は、請求項１の発明において、上記第１冷却ステージが
第１温度調節手段により温度調節される。請求項４の発
明は、請求項１の発明において、上記第２冷却ステージ
が第２温度調節手段により温度調節される。
て、上記受信帯域フィルタを上記冷却された温度で超電
導状態となる超電導材料で構成する。請求項３の発明
は、請求項１の発明において、上記第１冷却ステージが
第１温度調節手段により温度調節される。請求項４の発
明は、請求項１の発明において、上記第２冷却ステージ
が第２温度調節手段により温度調節される。
【００１１】請求項５の発明は、請求項１の発明におい
て、上記受信低雑音増幅器を縦続接続された複数段の増
幅回路で構成し、該複数段の増幅回路のうち、上記受信
低雑音増幅器の入力端から数えて少なくとも１段以上を
高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）で構成し、残り
を電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で構成する。請求項
６の発明は、請求項５の発明において、上記受信低雑音
増幅器を構成する上記複数段の増幅回路のうち少なくと
も１段以上を複数の増幅素子を並列に接続した並列増幅
回路で構成する。
て、上記受信低雑音増幅器を縦続接続された複数段の増
幅回路で構成し、該複数段の増幅回路のうち、上記受信
低雑音増幅器の入力端から数えて少なくとも１段以上を
高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）で構成し、残り
を電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で構成する。請求項
６の発明は、請求項５の発明において、上記受信低雑音
増幅器を構成する上記複数段の増幅回路のうち少なくと
も１段以上を複数の増幅素子を並列に接続した並列増幅
回路で構成する。
【００１２】請求項７の発明は、請求項５の発明におい
て、上記受信低雑音増幅器を構成する上記複数段の増幅
回路のうち、上記受信低雑音増幅器の出力端から数えて
少なくとも１段以上の増幅回路の増幅素子をスイッチン
グ動作させる。請求項８の発明は、請求項７の発明にお
いて、上記スイッチング動作を実現する手段としてＦ級
動作モードを使用する。
て、上記受信低雑音増幅器を構成する上記複数段の増幅
回路のうち、上記受信低雑音増幅器の出力端から数えて
少なくとも１段以上の増幅回路の増幅素子をスイッチン
グ動作させる。請求項８の発明は、請求項７の発明にお
いて、上記スイッチング動作を実現する手段としてＦ級
動作モードを使用する。
【００１３】請求項９の発明は、請求項７の発明におい
て、上記スイッチング動作を実現する手段として高調波
整合反射形増幅器（ＨＭＲＡ）の回路構成を用いる。請
求項１０の発明は、請求項７の発明において、上記スイ
ッチング動作を実現する手段として高調波リアクション
形増幅器（ＨＲＡ）の回路構成を用いる。請求項１１の
発明は、請求項１の発明において、上記受信低雑音増幅
器をｎ段（ｎ≧２）の増幅回路を縦続接続して構成し、
該ｎ段の増幅回路を入力側よりｐ段、ｑ段、ｒ段（１≦
ｐ≦ｎ−１，０≦ｑ≦ｎ−ｐ，ｒ＝ｎ−ｐ−ｑ）に分割
し、ｐ段を上記第２冷却ステージで冷却し、ｑ段を上記
第１冷却ステージで冷却し、ｒ段を第１，第２冷却ステ
ージの外部に配置する。
て、上記スイッチング動作を実現する手段として高調波
整合反射形増幅器（ＨＭＲＡ）の回路構成を用いる。請
求項１０の発明は、請求項７の発明において、上記スイ
ッチング動作を実現する手段として高調波リアクション
形増幅器（ＨＲＡ）の回路構成を用いる。請求項１１の
発明は、請求項１の発明において、上記受信低雑音増幅
器をｎ段（ｎ≧２）の増幅回路を縦続接続して構成し、
該ｎ段の増幅回路を入力側よりｐ段、ｑ段、ｒ段（１≦
ｐ≦ｎ−１，０≦ｑ≦ｎ−ｐ，ｒ＝ｎ−ｐ−ｑ）に分割
し、ｐ段を上記第２冷却ステージで冷却し、ｑ段を上記
第１冷却ステージで冷却し、ｒ段を第１，第２冷却ステ
ージの外部に配置する。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１に請求項１の発明による高感
度無線受信機の実施例を、図１０と対応する部分には同
一の符号を付けて示す。この実施例では、冷却ステージ
は第１冷却ステージ６ａと、第１冷却ステージ６ａより
更に低い温度に冷却される第２冷却ステージ６ｂで構成
され、受信帯域フィルタ２が第１冷却ステージ６ａに固
定され、受信低雑音増幅器３が第２冷却ステージ６ｂに
固定されて、各々が別々に冷却される点が図１０と異な
る。連結部材７ｂは第１冷却ステージ６ａを冷媒路７ａ
に連結させる部材である。受信帯域フィルタ２は例えば
誘電体共振器を用いて構成される。
度無線受信機の実施例を、図１０と対応する部分には同
一の符号を付けて示す。この実施例では、冷却ステージ
は第１冷却ステージ６ａと、第１冷却ステージ６ａより
更に低い温度に冷却される第２冷却ステージ６ｂで構成
され、受信帯域フィルタ２が第１冷却ステージ６ａに固
定され、受信低雑音増幅器３が第２冷却ステージ６ｂに
固定されて、各々が別々に冷却される点が図１０と異な
る。連結部材７ｂは第１冷却ステージ６ａを冷媒路７ａ
に連結させる部材である。受信帯域フィルタ２は例えば
誘電体共振器を用いて構成される。
【００１５】ここで、受信帯域フィルタ２は第１冷却ス
テージ６ａで、７７Ｋ程度に冷却される。一方、受信低
雑音増幅器３は第２冷却ステージ６ｂで例えば２０Ｋ以
下に冷却される。受信低雑音増幅器３のみを２０Ｋ以下
に冷却することにより、受信帯域フィルタ２に対する設
計上の温度とは独立に、受信低雑音増幅器３を極限的に
冷却し雑音指数を改善することができる。
テージ６ａで、７７Ｋ程度に冷却される。一方、受信低
雑音増幅器３は第２冷却ステージ６ｂで例えば２０Ｋ以
下に冷却される。受信低雑音増幅器３のみを２０Ｋ以下
に冷却することにより、受信帯域フィルタ２に対する設
計上の温度とは独立に、受信低雑音増幅器３を極限的に
冷却し雑音指数を改善することができる。
【００１６】図１において、受信帯域フィルタ２を、第
１冷却ステージ６ａで冷却された温度で超電導状態とな
る超電導材料を用いて構成したのが請求項２の発明であ
る。受信帯域フィルタ２は例えばマイクロストリップラ
インで構成され、そのマイクロストリップラインを構成
するグランド層と信号線とが共に超電導材料で構成され
る。受信帯域フィルタ２を超電導材料を用いて構成する
ことにより、受信帯域フィルタ２の損失を著しく小さく
し、受信機の雑音指数を大幅に改善することができ、結
果として受信機の感度を大幅に改善することができる。
超電導材料を用いたフィルタは特に温度の変化に対する
周波数の変動が大きいため、本発明を適用することによ
り、受信帯域フィルタ２に対する設計上の温度とは独立
に、受信低雑音増幅器３を極限的に冷却し雑音指数を改
善することができる。
１冷却ステージ６ａで冷却された温度で超電導状態とな
る超電導材料を用いて構成したのが請求項２の発明であ
る。受信帯域フィルタ２は例えばマイクロストリップラ
インで構成され、そのマイクロストリップラインを構成
するグランド層と信号線とが共に超電導材料で構成され
る。受信帯域フィルタ２を超電導材料を用いて構成する
ことにより、受信帯域フィルタ２の損失を著しく小さく
し、受信機の雑音指数を大幅に改善することができ、結
果として受信機の感度を大幅に改善することができる。
超電導材料を用いたフィルタは特に温度の変化に対する
周波数の変動が大きいため、本発明を適用することによ
り、受信帯域フィルタ２に対する設計上の温度とは独立
に、受信低雑音増幅器３を極限的に冷却し雑音指数を改
善することができる。
【００１７】図２に請求項３の発明による高感度無線受
信機の実施例を示す。この実施例では、図１の実施例と
比較して第１冷却ステージ６ａで冷却される受信帯域フ
ィルタ２の温度を安定化させる第１温度調節手段１１を
設けた点が異なる。第１温度調節手段１１は第１温度検
出器１１ａで第１冷却ステージ６ａの温度を観測して、
その温度が予め設定した値となるように第１ヒータ１１
ｂへの電流出力を増減して温度調節を行う。第１温度調
節手段１１により、受信帯域フィルタ２の温度を高精度
に制御できるため、高感度無線受信機の通過帯域を安定
化することができる。なお、この実施例では温度の調節
に第１ヒータ１１ｂを用いたが、冷却手段７への供給電
力を増減し、冷却能力を変化させて温度調節を行うこと
も可能である。
信機の実施例を示す。この実施例では、図１の実施例と
比較して第１冷却ステージ６ａで冷却される受信帯域フ
ィルタ２の温度を安定化させる第１温度調節手段１１を
設けた点が異なる。第１温度調節手段１１は第１温度検
出器１１ａで第１冷却ステージ６ａの温度を観測して、
その温度が予め設定した値となるように第１ヒータ１１
ｂへの電流出力を増減して温度調節を行う。第１温度調
節手段１１により、受信帯域フィルタ２の温度を高精度
に制御できるため、高感度無線受信機の通過帯域を安定
化することができる。なお、この実施例では温度の調節
に第１ヒータ１１ｂを用いたが、冷却手段７への供給電
力を増減し、冷却能力を変化させて温度調節を行うこと
も可能である。
【００１８】図３に請求項４の発明による高感度無線受
信機の実施例を示す。この実施例では、図１の実施例と
比較して第２冷却ステージ６ｂで冷却される受信低雑音
増幅器３の温度を安定化させる第２温度調節手段１２を
設けた点が異なる。第２温度調節手段１２は第２温度検
出器１２ａで第２冷却ステージ６ｂの温度を観測して、
その温度が予め設定した値となるように第２ヒータ１２
ｂへの電流出力を増減して温度調節を行う。第２温度調
節手段１２により、受信低雑音増幅器３の温度を高精度
に制御できるため、高感度無線受信機の利得を一定に保
持できる。なお、冷却手段７への供給電力を増減し、冷
却能力を変化させて温度調節を行うことも図２の実施例
と同様に可能である。
信機の実施例を示す。この実施例では、図１の実施例と
比較して第２冷却ステージ６ｂで冷却される受信低雑音
増幅器３の温度を安定化させる第２温度調節手段１２を
設けた点が異なる。第２温度調節手段１２は第２温度検
出器１２ａで第２冷却ステージ６ｂの温度を観測して、
その温度が予め設定した値となるように第２ヒータ１２
ｂへの電流出力を増減して温度調節を行う。第２温度調
節手段１２により、受信低雑音増幅器３の温度を高精度
に制御できるため、高感度無線受信機の利得を一定に保
持できる。なお、冷却手段７への供給電力を増減し、冷
却能力を変化させて温度調節を行うことも図２の実施例
と同様に可能である。
【００１９】図４に請求項５の発明による高感度無線受
信機の実施例を示す。この実施例では受信低雑音増幅器
３を２段構成とし、１段目の増幅回路３ａでは高電子移
動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）を、２段目の増幅回路３
ｂでは電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）をそれぞれ増幅
素子として用いている。ＨＥＭＴは非常に低い雑音指数
特性を得られる増幅素子であり、従来より極低温で動作
する増幅器にも広く使われている。しかし、移動通信用
基地局受信装置で用いられる受信低雑音増幅器には、エ
リアの端にいる移動局から出力された微弱な受信信号か
ら、基地局の直近にいる移動局から出力された強い受信
信号まで入力されるため、高いダイナミックレンジ特性
が要求され、従ってバックオフ（実動作レベルと飽和レ
ベルとの差）を十分にとるために増幅器の飽和出力を大
きくとる必要がある。ＨＥＭＴは扱うことのできる電力
が小さいため、飽和出力を高くできず、受信低雑音増幅
器３を構成する全ての増幅回路をＨＥＭＴを用いて構成
することは難しい。一方、ＦＥＴは、雑音指数はＨＥＭ
Ｔに比べて大きくなるが飽和出力として２０dBｍ〜３０
dBｍ近いものが得られる。増幅回路を縦続接続した場
合、１段目の増幅回路３ａの雑音指数及び利得をそれぞ
れＦ1 ，Ｇ1 とし、２段目の増幅回路３ｂの雑音指数を
Ｆ2 とすると、総合の雑音指数Ｆは Ｆ＝Ｆ1 ＋（Ｆ2 −１）／Ｇ1 ………（１） と表され、２段目の増幅回路３ｂの雑音指数が全体の雑
音指数に与える影響は小さい。さらにこれらを冷却する
ことにより、１段目の増幅回路３ａ及び２段目の増幅回
路３ｂともに雑音指数が低減されるため、１段目の増幅
回路３ａをＨＥＭＴで構成し、２段目の増幅回路３ｂを
ＦＥＴを用いて構成することにより低雑音特性と高ダイ
ナミックレンジ特性を同時に満たす受信低雑音増幅器３
を構成することが可能となる。図４の例では２段構成の
受信低雑音増幅器を示したが、３段以上の構成でも同様
の効果が得られる。
信機の実施例を示す。この実施例では受信低雑音増幅器
３を２段構成とし、１段目の増幅回路３ａでは高電子移
動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）を、２段目の増幅回路３
ｂでは電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）をそれぞれ増幅
素子として用いている。ＨＥＭＴは非常に低い雑音指数
特性を得られる増幅素子であり、従来より極低温で動作
する増幅器にも広く使われている。しかし、移動通信用
基地局受信装置で用いられる受信低雑音増幅器には、エ
リアの端にいる移動局から出力された微弱な受信信号か
ら、基地局の直近にいる移動局から出力された強い受信
信号まで入力されるため、高いダイナミックレンジ特性
が要求され、従ってバックオフ（実動作レベルと飽和レ
ベルとの差）を十分にとるために増幅器の飽和出力を大
きくとる必要がある。ＨＥＭＴは扱うことのできる電力
が小さいため、飽和出力を高くできず、受信低雑音増幅
器３を構成する全ての増幅回路をＨＥＭＴを用いて構成
することは難しい。一方、ＦＥＴは、雑音指数はＨＥＭ
Ｔに比べて大きくなるが飽和出力として２０dBｍ〜３０
dBｍ近いものが得られる。増幅回路を縦続接続した場
合、１段目の増幅回路３ａの雑音指数及び利得をそれぞ
れＦ1 ，Ｇ1 とし、２段目の増幅回路３ｂの雑音指数を
Ｆ2 とすると、総合の雑音指数Ｆは Ｆ＝Ｆ1 ＋（Ｆ2 −１）／Ｇ1 ………（１） と表され、２段目の増幅回路３ｂの雑音指数が全体の雑
音指数に与える影響は小さい。さらにこれらを冷却する
ことにより、１段目の増幅回路３ａ及び２段目の増幅回
路３ｂともに雑音指数が低減されるため、１段目の増幅
回路３ａをＨＥＭＴで構成し、２段目の増幅回路３ｂを
ＦＥＴを用いて構成することにより低雑音特性と高ダイ
ナミックレンジ特性を同時に満たす受信低雑音増幅器３
を構成することが可能となる。図４の例では２段構成の
受信低雑音増幅器を示したが、３段以上の構成でも同様
の効果が得られる。
【００２０】図５Ａに請求項６の発明による高感度無線
受信機の実施例を示す。この実施例では、図４の実施例
と比較して１段目の増幅回路３ａが並列増幅回路２１に
置き換えられている。並列増幅回路２１は図５Ｂに示す
ように、分配器２２と複数の増幅回路２３ａ及び２３ｂ
と合成器２４で構成される。入力信号は分配器２２で分
配され、増幅回路２３ａ及び２３ｂに入力される信号は
３dB小さくなる。各々の増幅回路の出力は合成器２４で
同相合成されて３dB大きくなるため、全体の利得は増幅
回路１段分と変わらず、飽和出力は３dB増加するため、
より高いダイナミックレンジ特性を実現できる。ここ
で、並列増幅回路２１は第２冷却ステージ６ｂで、例え
ば２０Ｋ以下といった極めて低い温度に冷却されるた
め、分配器２２や合成器２４の回路損失の影響を無視し
うるレベルまで小さくすることができる。図５Ａの例で
は１段目を２分配の並列増幅回路構成としたが、２段目
を並列増幅回路構成としてもよい。また、並列増幅回路
構成においては図５Ｃに示すように分配数をｍ（ｍ≧
３）としてもよい。
受信機の実施例を示す。この実施例では、図４の実施例
と比較して１段目の増幅回路３ａが並列増幅回路２１に
置き換えられている。並列増幅回路２１は図５Ｂに示す
ように、分配器２２と複数の増幅回路２３ａ及び２３ｂ
と合成器２４で構成される。入力信号は分配器２２で分
配され、増幅回路２３ａ及び２３ｂに入力される信号は
３dB小さくなる。各々の増幅回路の出力は合成器２４で
同相合成されて３dB大きくなるため、全体の利得は増幅
回路１段分と変わらず、飽和出力は３dB増加するため、
より高いダイナミックレンジ特性を実現できる。ここ
で、並列増幅回路２１は第２冷却ステージ６ｂで、例え
ば２０Ｋ以下といった極めて低い温度に冷却されるた
め、分配器２２や合成器２４の回路損失の影響を無視し
うるレベルまで小さくすることができる。図５Ａの例で
は１段目を２分配の並列増幅回路構成としたが、２段目
を並列増幅回路構成としてもよい。また、並列増幅回路
構成においては図５Ｃに示すように分配数をｍ（ｍ≧
３）としてもよい。
【００２１】図６に請求項７の発明による高感度無線受
信機の実施例を示す。この実施例では、受信低雑音増幅
器を構成する増幅回路のうち、最終段の増幅回路３ｂの
増幅素子をスイッチング動作させている。そのため、最
終段の増幅回路については高い効率が得られ、増幅回路
の発熱を小さくすることができる。従って、冷却手段７
に要求される冷却能力を小さくすることができ、高感度
無線受信機の小型化、低コスト化が実現できる。
信機の実施例を示す。この実施例では、受信低雑音増幅
器を構成する増幅回路のうち、最終段の増幅回路３ｂの
増幅素子をスイッチング動作させている。そのため、最
終段の増幅回路については高い効率が得られ、増幅回路
の発熱を小さくすることができる。従って、冷却手段７
に要求される冷却能力を小さくすることができ、高感度
無線受信機の小型化、低コスト化が実現できる。
【００２２】図６において、最終段の増幅回路３ｂのス
イッチング動作を実現するためにＦ級動作モードを使用
したのが請求項８の発明である。Ｆ級動作モードでは増
幅素子の出力側の負荷を基本波に対して整合、偶数次高
調波に対して短絡、奇数次高調波に対して開放として、
増幅素子の出力端における電圧を方形波、電流を半波整
流波とし、方形波電圧と次の方形波電圧の間の電圧がゼ
ロレベルとなる期間に半波整流波電流が発生し、半波整
流波電流と次の半波整流波電流との間の電流がゼロレベ
ルとなる期間に方形波電圧が発生するようにしている。
イッチング動作を実現するためにＦ級動作モードを使用
したのが請求項８の発明である。Ｆ級動作モードでは増
幅素子の出力側の負荷を基本波に対して整合、偶数次高
調波に対して短絡、奇数次高調波に対して開放として、
増幅素子の出力端における電圧を方形波、電流を半波整
流波とし、方形波電圧と次の方形波電圧の間の電圧がゼ
ロレベルとなる期間に半波整流波電流が発生し、半波整
流波電流と次の半波整流波電流との間の電流がゼロレベ
ルとなる期間に方形波電圧が発生するようにしている。
【００２３】図６において、最終段の増幅回路３ｂのス
イッチング動作を実現するために、例えば「１９９０年
度電子情報通信学会秋季全国大会、講演番号Ｂ−３１
１」に示された高調波整合反射形増幅器（ＨＭＲＡ）の
回路構成を用いたのが請求項９の発明である。図６にお
いて、最終段の増幅回路３ｂのスイッチング動作を実現
するために、例えば「１９８９年度電子情報通信学会春
季全国大会、講演番号ＳＣ−９−５」に示された高調波
リアクション形増幅器（ＨＲＡ）の回路構成を用いたの
が請求項１０の発明である。
イッチング動作を実現するために、例えば「１９９０年
度電子情報通信学会秋季全国大会、講演番号Ｂ−３１
１」に示された高調波整合反射形増幅器（ＨＭＲＡ）の
回路構成を用いたのが請求項９の発明である。図６にお
いて、最終段の増幅回路３ｂのスイッチング動作を実現
するために、例えば「１９８９年度電子情報通信学会春
季全国大会、講演番号ＳＣ−９−５」に示された高調波
リアクション形増幅器（ＨＲＡ）の回路構成を用いたの
が請求項１０の発明である。
【００２４】請求項８乃至１０のいずれの実施例におい
ても、請求項７と同様の効果が得られる。図７に請求項
１１の発明による高感度無線受信機の第１実施例を示
す。この実施例は請求項１１において、ｐ＝１，ｑ＝
１，ｒ＝０とした場合である。増幅回路３ａが例えば１
５dB以上の利得を有する場合、それ以降に接続される増
幅回路３ｂの雑音指数が受信低雑音増幅器３全体の雑音
指数に与える影響は小さくなる。このような場合には、
増幅回路３ｂを第１冷却ステージ６ａ−２で冷却し、増
幅回路３ａのみを第２冷却ステージ６ｂで冷却すること
により、冷却手段７の負荷を低減することができ、高感
度無線受信機の小型化、低コスト化が実現できる。な
お、図７の実施例では受信帯域フィルタ２と増幅回路３
ｂを第１冷却ステージ６を分割した別々の冷却ステージ
６ａ−１，６ａ−２に固定しているが、同じ第１冷却ス
テージ６ａに両方を固定してもよい。
ても、請求項７と同様の効果が得られる。図７に請求項
１１の発明による高感度無線受信機の第１実施例を示
す。この実施例は請求項１１において、ｐ＝１，ｑ＝
１，ｒ＝０とした場合である。増幅回路３ａが例えば１
５dB以上の利得を有する場合、それ以降に接続される増
幅回路３ｂの雑音指数が受信低雑音増幅器３全体の雑音
指数に与える影響は小さくなる。このような場合には、
増幅回路３ｂを第１冷却ステージ６ａ−２で冷却し、増
幅回路３ａのみを第２冷却ステージ６ｂで冷却すること
により、冷却手段７の負荷を低減することができ、高感
度無線受信機の小型化、低コスト化が実現できる。な
お、図７の実施例では受信帯域フィルタ２と増幅回路３
ｂを第１冷却ステージ６を分割した別々の冷却ステージ
６ａ−１，６ａ−２に固定しているが、同じ第１冷却ス
テージ６ａに両方を固定してもよい。
【００２５】図８Ａに請求項１１の発明による高感度無
線受信機の第２実施例を示す。この実施例は請求項１１
において、ｐ＝１，ｑ＝０，ｒ＝１とした場合である。
増幅回路３ａが例えば３０dB以上といったさらに高い利
得を有する場合、それ以降に接続される増幅回路３ｃの
雑音指数が受信低雑音増幅器３全体の雑音指数に与える
影響は無視できる。このような場合には増幅回路３ｃを
第１、第２冷却ステージ６ａ、６ｂから外し、増幅回路
３ａのみを第２冷却ステージ６ｂで冷却することによ
り、冷却手段７の負荷をさらに低減することができ、高
感度無線受信機のさらなる小型化、低コスト化が実現で
きる。なお、増幅回路３ｃは図８Ｂに示すように熱遮蔽
函５の外部に設置してもよい。
線受信機の第２実施例を示す。この実施例は請求項１１
において、ｐ＝１，ｑ＝０，ｒ＝１とした場合である。
増幅回路３ａが例えば３０dB以上といったさらに高い利
得を有する場合、それ以降に接続される増幅回路３ｃの
雑音指数が受信低雑音増幅器３全体の雑音指数に与える
影響は無視できる。このような場合には増幅回路３ｃを
第１、第２冷却ステージ６ａ、６ｂから外し、増幅回路
３ａのみを第２冷却ステージ６ｂで冷却することによ
り、冷却手段７の負荷をさらに低減することができ、高
感度無線受信機のさらなる小型化、低コスト化が実現で
きる。なお、増幅回路３ｃは図８Ｂに示すように熱遮蔽
函５の外部に設置してもよい。
【００２６】図９Ａに請求項１１の発明による高感度無
線受信機の第３実施例を示す。この実施例は請求項１１
においてｐ＝１，ｑ＝１，ｒ＝１とした場合である。こ
の実施例でも図７，図８Ａ，図８Ｂと同様の効果が得ら
れる。なお、増幅回路３ｃは図９Ｂに示すように熱遮蔽
函５の外部に設置してもよい。
線受信機の第３実施例を示す。この実施例は請求項１１
においてｐ＝１，ｑ＝１，ｒ＝１とした場合である。こ
の実施例でも図７，図８Ａ，図８Ｂと同様の効果が得ら
れる。なお、増幅回路３ｃは図９Ｂに示すように熱遮蔽
函５の外部に設置してもよい。
【００２７】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば第
１，第２冷却ステージを用いて受信帯域フィルタ２と受
信低雑音増幅器３を別々の温度で冷却することにより、
受信帯域フィルタ２の設計温度とは独立に受信低雑音増
幅器３を極限的に冷却して、従来よりさらに雑音指数を
改善できる。また、受信帯域フィルタ２の温度を高精度
に制御することにより通過帯域を安定化でき、受信低雑
音増幅器３の温度を高精度に制御することにより、高感
度無線受信機の利得を一定に保持することができる。さ
らに受信低雑音増幅器３を分割し、全体の雑音指数に対
する寄与分に応じて各々の温度を設定することにより、
小型かつ安価な冷却手段７を用いることが可能となり、
結果として高感度無線受信機の小型化、低コスト化が可
能となる。
１，第２冷却ステージを用いて受信帯域フィルタ２と受
信低雑音増幅器３を別々の温度で冷却することにより、
受信帯域フィルタ２の設計温度とは独立に受信低雑音増
幅器３を極限的に冷却して、従来よりさらに雑音指数を
改善できる。また、受信帯域フィルタ２の温度を高精度
に制御することにより通過帯域を安定化でき、受信低雑
音増幅器３の温度を高精度に制御することにより、高感
度無線受信機の利得を一定に保持することができる。さ
らに受信低雑音増幅器３を分割し、全体の雑音指数に対
する寄与分に応じて各々の温度を設定することにより、
小型かつ安価な冷却手段７を用いることが可能となり、
結果として高感度無線受信機の小型化、低コスト化が可
能となる。
【図１】請求項１の発明の実施例を示すブロック図。
【図２】請求項３の発明の実施例を示すブロック図。
【図３】請求項４の発明の実施例を示すブロック図。
【図４】請求項５の発明の実施例を示すブロック図。
【図５】請求項６の発明の実施例を示すブロック図。
【図６】請求項７の発明の実施例を示すブロック図。
【図７】請求項１１の発明の第１実施例を示すブロック
図。
図。
【図８】請求項１１の発明の第２実施例を示すブロック
図。
図。
【図９】請求項１１の発明の第３実施例を示すブロック
図。
図。
【図１０】従来の高感度無線受信機のブロック図。
【図１１】図１０の受信帯域フィルタ２及び受信低雑音
増幅器３の温度特性例。
増幅器３の温度特性例。
１： アンテナ端子 ２： 受信帯域フィルタ ３： 受信低雑音増幅器 ３ａ： 入力側増幅回路 ３ｂ： 出力側増幅回路（しかし図９では中間の増幅回
路） ３ｃ： 出力側増幅回路 ４： 受信信号出力端子 ５： 熱遮蔽函 ６： 冷却ステージ ６ａ，６ａ−１，６ａ−２： 第１冷却ステージ ６ｂ： 第２冷却ステージ ７： 冷却手段（本体） ７ａ： 冷媒路 ７ｂ： 連結部材 ８： 第１電源端子 ９： 第２電源端子 １０： 筐体 １１： 第１温度調節手段 １１ａ： 第１温度検出器 １１ｂ： 第１ヒータ １２： 第２温度調節手段 １２ａ： 第２温度検出器 １２ｂ： 第２ヒータ ２１： 並列増幅回路 ２２： 分配器 ２３ａ，２３ｂ，２３1 〜２３m ： 増幅回路 ２４： 合成器
路） ３ｃ： 出力側増幅回路 ４： 受信信号出力端子 ５： 熱遮蔽函 ６： 冷却ステージ ６ａ，６ａ−１，６ａ−２： 第１冷却ステージ ６ｂ： 第２冷却ステージ ７： 冷却手段（本体） ７ａ： 冷媒路 ７ｂ： 連結部材 ８： 第１電源端子 ９： 第２電源端子 １０： 筐体 １１： 第１温度調節手段 １１ａ： 第１温度検出器 １１ｂ： 第１ヒータ １２： 第２温度調節手段 １２ａ： 第２温度検出器 １２ｂ： 第２ヒータ ２１： 並列増幅回路 ２２： 分配器 ２３ａ，２３ｂ，２３1 〜２３m ： 増幅回路 ２４： 合成器
Claims (11)
- 【請求項１】 アンテナよりの受信信号を受信帯域フィ
ルタに入力し、その受信帯域フィルタの出力を受信低雑
音増幅器で増幅して外部に出力し、上記受信帯域フィル
タ及び上記受信低雑音増幅器は冷却ステージに取付けら
れた状態で熱遮蔽函に封入され、上記熱遮蔽函外に設置
された冷却手段本体により上記冷却ステージを介して冷
却される高感度無線受信機において、 上記冷却ステージが、第１冷却ステージと、その第１冷
却ステージよりさらに低い温度に冷却される第２冷却ス
テージより成り、その第１，第２冷却ステージに前記受
信帯域フィルタ及び受信低雑音増幅器がそれぞれ取付け
られていることを特徴とする高感度無線受信機。 - 【請求項２】 請求項１の高感度無線受信機において、 上記受信帯域フィルタは上記冷却された温度で超電導状
態となる超電導材料で構成されていることを特徴とする
高感度無線受信機。 - 【請求項３】 請求項１の高感度無線受信機において、 上記第１冷却ステージが第１温度調節手段により温度調
節されることを特徴とする高感度無線受信機。 - 【請求項４】 請求項１の高感度無線受信機において、 上記第２冷却ステージが第２温度調節手段により温度調
節されることを特徴とする高感度無線受信機。 - 【請求項５】 請求項１の高感度無線受信機において、 上記受信低雑音増幅器は縦続接続された複数段の増幅回
路で構成され、該複数段の増幅回路のうち、上記受信低
雑音増幅器の入力端から数えて少なくとも１段以上を高
電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）で構成し、残りを
電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で構成したことを特徴
とする高感度無線受信機。 - 【請求項６】 請求項５の高感度無線受信機において、 上記受信低雑音増幅器を構成する上記複数段の増幅回路
のうち少なくとも１段以上が、複数の増幅素子を並列に
接続した並列増幅回路であることを特徴とする高感度無
線受信機。 - 【請求項７】 請求項５の高感度無線受信機において、 上記受信低雑音増幅器を構成する上記複数段の増幅回路
のうち、上記受信低雑音増幅器の出力端から数えて少な
くとも１段以上の増幅回路の増幅素子がスイッチング動
作することを特徴とする高感度無線受信機。 - 【請求項８】 請求項７の高感度無線受信機において、 上記スイッチング動作を実現する手段としてＦ級動作モ
ードを使用することを特徴とする高感度無線受信機。 - 【請求項９】 請求項７の高感度無線受信機において、 上記スイッチング動作を実現する手段として高調波整合
反射形増幅器（ＨＭＲＡ）の回路構成を用いることを特
徴とする高感度無線受信機。 - 【請求項１０】 請求項７の高感度無線受信機におい
て、 上記スイッチング動作を実現する手段として高調波リア
クション形増幅器（ＨＲＡ）の回路構成を用いることを
特徴とする高感度無線受信機。 - 【請求項１１】 請求項１の高感度無線受信機におい
て、 上記受信低雑音増幅器は縦続接続されたｎ段（ｎ≧２）
の増幅回路で構成され、該ｎ段の増幅回路は入力側より
ｐ段、ｑ段、ｒ段（１≦ｐ≦ｎ−１，０≦ｑ≦ｎ−ｐ，
ｒ＝ｎ−ｐ−ｑ）に分割され、ｐ段が上記第２冷却ステ
ージで冷却され、ｑ段が上記第１冷却ステージで冷却さ
れ、ｒ段が第１，第２冷却ステージの外部に配されるこ
とを特徴とする高感度無線受信機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34916297A JPH11186922A (ja) | 1997-12-18 | 1997-12-18 | 高感度無線受信機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34916297A JPH11186922A (ja) | 1997-12-18 | 1997-12-18 | 高感度無線受信機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11186922A true JPH11186922A (ja) | 1999-07-09 |
Family
ID=18401896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34916297A Pending JPH11186922A (ja) | 1997-12-18 | 1997-12-18 | 高感度無線受信機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11186922A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002065653A1 (fr) * | 2001-02-13 | 2002-08-22 | Nec Corporation | Recepteur radio |
| WO2004088216A1 (ja) * | 2003-03-28 | 2004-10-14 | Fujitsu Limited | 低温動作物品の冷却装置 |
| JP2009010910A (ja) * | 2007-02-23 | 2009-01-15 | Ntt Docomo Inc | 低温受信増幅器および増幅方法 |
-
1997
- 1997-12-18 JP JP34916297A patent/JPH11186922A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002065653A1 (fr) * | 2001-02-13 | 2002-08-22 | Nec Corporation | Recepteur radio |
| WO2004088216A1 (ja) * | 2003-03-28 | 2004-10-14 | Fujitsu Limited | 低温動作物品の冷却装置 |
| EP1610074A1 (en) * | 2003-03-28 | 2005-12-28 | Fujitsu Limited | Cooler for low-temperature operating article |
| CN1322285C (zh) * | 2003-03-28 | 2007-06-20 | 富士通株式会社 | 低温工作物品的冷却装置 |
| US7571616B2 (en) | 2003-03-28 | 2009-08-11 | Fujitsu Limited | Cooling apparatus for articles operated at low temperature |
| EP1610074A4 (en) * | 2003-03-28 | 2012-09-05 | Fujitsu Ltd | COOLER FOR AN ARTICLE OPERATING AT LOW TEMPERATURE |
| JP2009010910A (ja) * | 2007-02-23 | 2009-01-15 | Ntt Docomo Inc | 低温受信増幅器および増幅方法 |
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