JPS6376627A - 通信機用電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はマイクロ波通信などに用いることのできる通信
機用電源装置に関するものである。

従来の技術 近年、遠隔通信情報量の増大にともなうマイクロ波通信
回線の増設や通信衛星を使った衛星通信ネットワークの
構築々どにより、マイクロ波々どを使った通信機がその
性能向上とあいまって需要を伸ばしつつある。特に、通
信衛星を介した電話回線・ファクシミリ回線をプライベ
ートに保有し、企業内通信を行なったり通信サービスを
提供しだリする衛星通信ネットワークが注目を集めてい
る。

このネットワークでは多数の地上局が設置されるが、そ
の普及のためには、ビルの屋上や自社の敷地内に、容易
に据えつけることが可能でなければならないため、パラ
ボラなどのアンテナ及びそのアンテナの焦点に取付けて
マイクロ波の送受信を行う屋外送受信ユニットの小形化
・低価格化がますます要求されてくる。

以下図面を参照し々から従来の通信機用電源装置につい
て説明する。第４図は従来の送受信機能を有した通信機
のブロック図である。

屋内ユニット１は、信号処理回路２．屋外ユニット用直
流電源３と電圧検出回路４などによって構成される。屋
外ユニット６はマルチプレクサ６゜アソフコンバータ７
．パワーアンプ８．ダウンコンバータ９．電源回路１０
．電源回路１１および導波管１２．ホーン１３などによ
って構成される。

屋外ユニット６はパラボラアンテナ１４の焦点に設置さ
れ、屋内ユニット１との間は信号ケーブル１５及び電源
ケーブル１６によって結ばれている。

電源回路１０は、電圧安定化回路１７とバイアス回路１
８によって構成され、屋内ユニット１の屋外ユニット用
直流電源３から電源ケーブル１６を通じて送られてくる
直流電圧を、所定のバイアス電圧トシテアノブコンバー
タ７．ダウンコンバータ９に供給する。電源回路１ｏは
送信の有無に拘らず常に通電状態におかれる。

電源回路１１は、スイッチ回路１９．電圧安定化回路２
０．バイアス回路２１によって構成され、やはり電源ケ
ーブル１６を通じて送られてくる直流電圧を、所定のバ
イアス電圧としてパワーアンプ８に供給する。スイッチ
回路１９は、屋内ユニット１の信号処理回路２から送信
信号２２や受信信号２３と共に信号ケーブル１５に周波
数多重されて送られてくる送信制御信号２４により’Ｏ
Ｎ””　ＯＦ　Ｆ“′が制御される。すなわち、送信時
には送信制御信号２４が送られてくるのでスイッチ回路
１９が”ＯＮ”し、パワーアンプ８にバイアス電圧が供
給されパワーアンプ８が動作する。非送信時には送信制
御信号２４が送られないので、ス５　・＼− インチ回路１９は’ＯＦＦ”Ｌ、パワーアンプ８にバイ
アス電圧が供給されないので、パワーアンプ８は動作し
ない。このように送信時のみにパワーアンプ８を動作さ
せるのは、通信機の通電時間中に占める送信時間の比率
が小さく、もっばら待機状態あるいは受信状態におかれ
ているのでその間の消費電力の低減を図るためである。

これは単に低消費電力化というのみではなく、通信機、
特に室外機のＭＴＢＦ（故障間平均時間）を伸ばす上で
もきわめて有効である。つまり、室外機の電力消費（発
熱）の約６０％はパワーアンプが占めるので、それを停
止すると発熱すなわち温度上昇が半減する。さらにＭＴ
ＢＦをもっとも制限しているのは、パワーアンプ８のパ
ワーＦＥＴであるので、それの通電時間を短縮すること
は、全体の寿命を伸ばすことにつながるわけである。さ
らに、アップコンバータ７やパワーアンプ８からのノイ
ズ、スプリアスなどが導波管１２を介してダウンコンバ
ータ９に干渉を与え、そのＳ／Ｎ比を低下させてデータ
の誤り率が増加するなどの、送信系６　・＼ から受信系への妨害も、パワーアンプ８を停止しておく
と防げるので、受信データの信頼性向上にも寄与するわ
けである。

第６図は第４図に示した通信機から電源系のみを取出し
たブロック図である。今、ある通信機を例にして具体的
に説明を行なう。なお説明では簡単のために電源回路１
を省いであるが、必要な電圧条件は類似である。バイア
ス回路２１の出力はパワーアンプ８に供給されるが、パ
ワーアンプ８は通常ＧａＡｓパワーＦＥＴで構成され、
その必要な電圧Ｖ５（ＦＥＴのドレイン電圧）は、Ｖ５
＝　１ｏ　＋　Ｖ、（Ｖ） である。但し、ｖｏは屋外ユニット５の框体の電位であ
り、屋外ユニット用直流電源３の接地電位にくらべ、屋
外ユニットのアース電流が電源ケーブル１６を通っても
どる間に生ずる電圧降下に等しい。バイアス回路１８．
２１の安定な動作上、その入出力電圧差は内部の電圧ド
ロップも含めて１、ｅ　（Ｖ）必要であり、 Ｖ４＝　Ｖ５＋　１．６　＝　１１．６　＋　Ｖ、（Ｖ
）となる。さらに電圧安定化回路の入力電圧ｖ３は、出
力電圧ｖ４に対して３（ｖ）の電位差が要り、Ｖ　　＝
Ｖ　　＋３＝１４．６＋Ｖ８（Ｖ）となる。次のスイッ
チ回路１９（スイッチはシリコンパワートランジスタが
用いられている。）での電圧ドロップ０．４　（Ｖ）を
考慮すると、スイッチ回路１９すなわち屋外ユニット６
への入力電圧ｖ２　は、 Ｖ２＝Ｖ、＋０．４＝Ｉ　ｔｓ＋１８（Ｖ）以上が必要
となる。Ｒ，２５＆、２５ｂは電源ケーブル１６の直流
抵抗成分であり、通常ＡＷＧ１４程度のきわめて導体が
太くて低抵抗のものが選ばれるが、それでも７．９（Ω
／ｋｍ　）の抵抗率を有する。電源ケーブルの長さは、
屋内ユニット１と屋外ユニット６との距離であり、アン
テナの設置場所により大幅に異なるが、短い場合で３０
（７７２）、長い場合で３００（ｍ）ぐらいであり、抵
抗に換算するとＲｏ−０，２３７〜２．３７（Ω）とな
る。屋外ユニット６の消費電流は送信時には工。。−４
（Ａ）。

非送信時には工ゎ。＝１（Ａ）程度である。よって、Ｖ
１＝＝Ｖ２＋Ｒｏ・’Ｉ、。

＝１６＋Ｖｏ＋Ｒｏ４．。

＝１５＋２Ｒｏ・Ｉ、。　（なぜならばＶ。＝Ｒ，・−
６であるから） ＝１５＋２Ｘ２．３７Ｘ４ 一、＝３４　（Ｖ　） 以上が必要となる。屋外ユニット用直流電源に必要な出
力容量はＰ。−■、・工。。＝１３６（Ｗ）以上となる
。

なお、電圧検出回路４は、屋外ユニット用直流電源３の
出力電圧ｖ、ヲ常に監視していて一定電圧（この場合３
４　（Ｖ））に保つよう々機能を有している。

屋外ユニット用直流電源３を屋内ユニット１側に保有し
ているのは、このような大容量の電源を屋外ユニット５
に収容すると、形状が大型化するのみならず、屋外ユニ
ット６は屋外の厳しい環境条件下にさらされるので設計
が困難になり、また屋外ユニット６へは商用交流電源供
給と々るので、安全設計上の困難さや設置工事上の制約
など、形状の大形化やコストアップのみならず、それ以
外の問題も生じるからである。

発明が解決しようとする問題点 このような従来の通信機用電源装置では、屋内ユニット
１側に安定化電源を有しているにもかかわらず、屋外ユ
ニット６側でも電圧安定化回路１７．２０が要求されて
いた。なぜならば、電源ケーブル１６の長さが設置状況
に応じて変わるにつれ、屋内ユニット１からの出力電圧
を調整するが、実際には屋外ユニット５の消費電流や電
源ケーブル１６の長さ、その抵抗値さらに温度条件及び
調整時の設定精度など多くの変動要素のため、屋外ユニ
ット６の入力端での電圧を正確に調整するのは不可能で
ある。それらの変動要素を含んで屋外ユニット６の正確
な動作を得るには、電圧安定化が不可欠である。

しかしながら、電圧安定化回路１７，２０の安定な動作
を保つには入出力電圧差（Ｖ４−Ｖ３）は３（Ｖ）が必
要なため、送信時３（Ｖ）Ｘ４（Ａ）＝１２（Ｗ）。

非送信時１０．１（Ｖ）ｘｌ（ム）　−１０，１（Ｗ）
もの電力損１　ｏ　・・ 失を電圧安定化回路で生じてしまい、消費電力増のみな
らず、屋外ユニット６のＭＴＢＦにおいても悪影響をお
よぼしている、また放熱面などに形状大形化の要因を招
いているといった問題点を有していた。

さらに送信時と非送信時の屋外ユニット５への入力電圧
差が大きいという問題がある。入力電圧差は電源ケーブ
ル１６の抵抗２５２Ｌ　、２５ｂによる電圧降下２・Ｒ
ｏ・工、。によって決まり、長さｓ　ｏ　ｏ　（ｍ）の
時、送信時の１９　（Ｖ）に対して非送信時は４．７（
Ｖ）とその差が１４．３　（Ｖ）にも及ぶ。

電圧安定化回路２ｏはそれに耐えるだけの電圧設計、容
量設計（必要な容量は１７．３　（Ｗ）である。）を行
わなければならないなど、広範囲の入力電圧条件に対応
した回路設計、絶縁設計、放熱設計などが要求されてい
た。

その上、前記したように電源ケーブル１６の長さの正確
さ、その抵抗率のバラツキ、さらには屋外ユニット５の
消費電流のバラツキなどの要素により、屋外ユニット６
への印加電圧が変化するが、１１ペーソ もし、屋外ユニット５への印加電圧が規定よりも低くな
ると、その正確な動作が阻害されるので、前記したよう
な変動要素を太き目に見込んだ値にもとづき、屋外ユニ
ット用直流電源３の出力電圧は高目に設定するのが通常
である。

そのために、屋外ユニット５には必要以上に高い電圧が
印加されてしまうので、その消費電力がよりいっそう大
きくなってしまい、通信機全体として無駄な電力消費が
発生するのみならず、屋外ユニット５としては放熱面積
をより増加させる必要が生じるので、その形状がさらに
大きくなる、またより過大な電圧に対する設計が必要に
なるというような問題点も有していた。あわせて、屋外
ユニット６は耐候性、防水性の点から密閉構造になって
いるので、電源ケーブル１６と屋外ユニット５との接続
点などにおいて活電部が露出していない。よって、設置
やメンテナンス時に、屋外ユニット６への印加電圧を測
定できないというような問題点もあった。

なお、以上の説明は、送受信機能を有しかつ送信パワー
アンプの’ＯＮ”　　”ＯＦＦ”が可能な通信機につい
て述べたが、送信パワーアンプの’ＯＦＦ”機能を有さ
女いもの、また送信あるいは受信専用の通信機において
も、送信パワーアンプ゛’　ＯＮ　””　ＯＦＦ”によ
る電圧変動がなくなるのみで、他の問題点は依然として
有することは理解できる０これらの問題点を解決するた
めに、本発明では屋外ユニットの直流電源入力端近傍で
の電圧を検出し、それを屋外ユニットでは信号ケーブル
に重畳し、屋内ユニットでは信号ケーブルから分離し、
その電圧で屋外ユニット用直流電源を所定の電圧に安定
化させたものである。

問題点を解決するための手段 上記目的を達成するだめに本発明は屋外ユニット内に第
１の信号合成分離回路を、屋外ユニット内に第２の信号
合成分離回路をそれぞれ設け、前の内部導体に、またそ
の接地側は前記信号ケープ１３　ｌ＼−／ ルの外部導体にそれぞれ接続し、前記屋内ユニットにお
いては、前記直流安定化電源の被安定化電圧検出端子の
活電部を前記第２の信号合成分離回路を介して前記信号
ケーブルの内部導体に、またその接地側は前記信号ケー
ブルの外部導体にそれぞれ接続し、前記屋外ユニットへ
の入力電圧を検出して安定化させるように構成したもの
である。

作用 このことにより、屋外ユニットは常に一定電圧に保たれ
るので、屋外ユニットでの定電圧回路は不要となり、ま
た従来のように過大な電圧が印加されることもなくなυ
、その耐電圧、放熱設計。

通信機の消費電力を必要最小限とでき、低消費電力化、
小形化、高信頼性化、低価格化が図れる。

さらに、従来バラツキを吸収するために屋外ユニット用
直流電源の出力を高目に設定していたが、そのような必
要がなくなるので、かさねて低消費電力化、小形化、低
価格化が図れる。

あわせて、実際に屋外ユニットに印加されている電圧を
、屋内ユニット側でモニタすることも容易であり、設置
時、メンテナンス時の確実性及び作業性も向上する。

実施例 本発明の一実施例を、第１図のブロック図にもとづいて
説明する。第１図において、屋内ユニット１内の信号処
理回路２．屋外ユニット用直流電源３．電圧検出回路４
また屋外ユニット６においてマルチプレクサ６、アップ
コンバータ７、パワーアンプ８．ダウンコンバータ９＋
　導波管１２＋ホーン１３．バイアス回路１８．スイッ
チ回路１９、バイアス回路２１．送信信号２２．受信信
号２３．送信制御信号２４．さらにパラボラアンテナ１
４．信号ケーブル１６．電源ケーブル１６は従来例と同
じである。電源回路２７および２８は従来例の電源回路
１０および１１から電圧安定化回路１７および２０を省
いたものと同じである。

２９は屋外ユニット６内の低域通過フィルタ（口を信号
ケーブル１６の内部導体に接続する。また、１６　べ−
７ 屋外ユニット６への電源入力端の近傍の接地側（−側）
は信号ケーブル１６の外部導体に接続する。さらに３ｏ
は屋内ユニット１内の低域通過フィルタであり、一端を
信号ケーブル１６の内部導体に、他端を電圧検出回路４
の活電側（＋側）に接続する。また信号ケーブル１５の
外部導体と電圧検出回路の接地側（−側）とを接続する
。

このようにして構成した通信機用電源装置にて、その電
源系の動作を第２図のブロック図を用いて説明する。第
２図は第１図に示した通信機から電源系のみを取り出し
たブロック図である。屋内ユニット１の電圧検出回路４
の活電側（＋側）は、低域通過フィルタ３０．信号ケー
ブル１６の内部導体、低域通過フィルタ２９を介して屋
外ユニット６への電源入力端の近傍の活電側（＋側）に
接続されているが、この電位はスイッチ回路１９の活電
側の電位にほぼ等しい。また電圧検出回路４の接地側（
−側）は、信号ケーブル１６の外部導体を介して屋外ユ
ニット６の框体に接続されているが、この電位はスイッ
チ回路１９など屋外ユニット６の各回路の接地側電位に
ほぼ等しい。Ｒｏ２３１及びＲ６３３２は信号ケーブル
１５の内部及び外部導体の直流抵抗成分である。これは
、やはり使用するケーブルの種類、長さにより異なるが
、通信機用として一般的な高周波同軸ケーブルＲＧ−１
１Ａ／Ｕを使った場合３０〜３００（ｍ）にて、Ｒｏ、
、〜０．６１〜６．１（Ω）、Ｒｏ、、〜０．１１〜１
．１（Ω）程度である。

今、従来例で説明したものと同じ通信機に応用した場合
について、具体的な数値を上げながら説明する。ｖ５は
、従来例で説明したとおり１０＋Ｖ、（Ｖ）である。Ｖ
λは、従来あった電圧安定化回路がないので１１．ｅ　
＋　Ｖ、（Ｖ）である。よってｖ２′は、１２　＋　Ｖ
８（Ｖ）でよい。■１′　は、やはり電源ケーブル１６
の長さ、送信、非送信により異なるが、やはり長さ３０
０（７７２）の時、送信時より。−４（Ａ）であるので
、 Ｖ；　　＝Ｖ；　　＋Ｖｏ＋Ｒ，・Ｉ、ｌｌ、＝３１（
Ｖ）あればよいことになり、従来例にくらべ屋外ユニッ
ト用直流電源３の出力は電圧で３（ｖ）、容量で１７　
ヘ−ノ １２　（Ｗ）少なくてよい。

この時、電圧検出回路４は常にｖ５＋ｖ≦を監視してそ
れが一定なるように、屋外ユニット用直流電源３の出力
電圧Ｖ；を可変するように動作する。今、電圧検出回路
４とスイッチ回路１９との電位の差すなわち検出誤差は
、電圧検出回路４の入力素子をＦＥＴとするなどにより
、その検出電流を１ｏｏ（ｎＡ）以下とすることが可能
であるので、１（μＶ）以下となり無視できる値となる
。すなわち電圧検出回路４は電源ケーブル１６の長さや
その抵抗値のばらつき、送信、非送信や屋外ユニットの
消費電流のばらつきにかかわりなく、常にＶ；＋Ｖ、　
　を監視してそれを一定電圧とするように機能する。

次に、低域通過フィルタ２９．３０の働きについて説明
する。第３図（ａ）は屋内ユニット１の信号処理回路２
と屋外ユニット６のマルチプレクサ６の間で伝送される
信号のスペクトルで、送信データ信号、局部発振周波数
信号、受信中間周波信号、送信制御信号などから成り、
それらの周波数は１８　・、−１゛ １ｏ　（ＭＨｚ）　〜２　（ＧＨ２）の間にある。なお
、図の縦軸は信号の有無を概念的に表したもので、信号
の絶対レベルを表すものではない。また横軸に対して幅
をもつものは、単一周波数信号ではなく、帯域を有して
いることを示している。第３図（１））は、本実施例に
用いた低域通過フィルタ２９及び３０（両者は同一の特
性のものにて可）の周波数特性を示したものであり、２
　（ＭＨｚ）以上にて十分な減衰量を有している。なお
、低域通過フィルタは、本実施例ではマグネットワイア
を巻線した空心コイルよりなるインダクタにコンデンサ
を組合わせたＬＣフィルタにて試作したが、市販されて
いる標準的な低域通過フィルタ（ローパスフィルタ）に
て十分である。第３図（０）は、本実施例の信号ケーブ
ル１６の内部導体の信号スペクトルであり、スイッチ回
路１９すなわち屋外ユニット６への電源入力端の電圧信
号Ｖ；＋Ｖ０が直流成分として重畳されていることがわ
かる。なお、低域通過フィルタ２９と信号ケーブル１５
との接続は、適切に実装すれば、高周波信号成分に対し
て反射や漏洩１９へ一７′ などを問題のないレベルに抑えることは容易である。こ
れは屋内ユニット１側の低域通過フィルタ３ｏについて
も同様である。第３図（（１）は屋内ユニット１の電圧
検出回路に与えられる信号ｖｓ＋ｖ０′を表したもので
あり、屋外ユニット５の電源入力端の電圧ｖ２′＋ｖ０
とほぼ等しく、その差は前記したように１（μＶ）以下
である。また、第３図（６）はマルチプレクサ６及び信
号処理回路２内の信号スペクトルであり、直流成分がカ
ットされている。

すなわち、マルチプレクサ６及び信号処理回路２はその
信号入力端に直流カット用コンデンサを有するのが通常
であり、また仮に直流カット用コンデンサがなくとも、
マルチプレクサ及び信号処理回路内の帯域通過フィルタ
（バンドパスフィルタ）にて直流成分が除去されるので
、信号ケーブル１６に重畳された直流成分が、信号処理
回路１内分離回路として使うことによシ、信号ケーブル
１６に与えられている交流より成る送受信信号に影響を
与えることなく、それに直流信号を重畳及び分離するこ
とが可能となる。

発明の効果 以上の説明かられかるように、本発明では室外機への入
力電圧を低くすることができるので、室外機の消費電力
すなわち発熱量を低減（例では送信時１２　（Ｗ）　、
非送信時１０．１　（Ｗ）で従来比２０（チ）（送信時
））することが可能である。よって単に電力消費のみだ
けでなく、発熱量低下による信頼性向上という効果も得
られ、また当然のことながら電圧安定化回路が不要にな
るだけの形状の小型化、コストダウンさらに入力電圧の
一定化による耐圧設計の容易化、それらによる高信頼性
化などの効果もある。

一方、室内機においても電源の低消費電力化。

高信頼性化、小形化、コストダウンという同様の効果が
得られる。

さらに、通信機の設置調製時においても、従来必要とし
ていた電源ケーブルの長さに応じた室外２１　・＼−ン 機用直流電源の出力電圧調整という煩雑な作業が不要と
なるのみならず、調整時の誤差をみこしてあらかじめ過
大な電圧を印加する必要がなくなる。

よって屋外ユニットの耐電圧設計や放熱設計を過剰に行
うことがなく、屋外ユニットの小形化、コストダウンに
も有効であり、さらに通信機全体の消費電力低減と長寿
命、高信頼性化に寄与する。

加えるに、設置時やメンテナンス時に、屋外ユニットに
実際にかかっている電圧をモニタするのが容易であるの
で、その作業性、確実性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による通信機のブロック図、
第２図はその電源系のブロック図、第３図はその通信機
の信号スペクトル及び低域通過フィルタの周波数特性を
示す図、第４図は従来例の通信機のブロック図、第６図
はその電源系のブロック図である。 １・・・・・・屋内ユニット、２・・・・・・信号処理
回路、３・・・・・・屋外ユニット用直流電源、４・・
・・・電圧検出量路、６・・・・・・屋外ユニット、６
・・・・・・マルチプレクサ、８・・・・・・パワーア
ンプ、１０．２７・・・・・・電源回路（１）、１１．
２８・・・・・・電源回路（２）、１６・・・・・・信
号ケーブル、１６・・・・・・電源ケーブル、１９・・
・・・・スイッチ回路、２０・・・・・・電圧安定化回
路（２）、２１・・・・・・バイアス回路（匂、２４・
・・・・・送信制御信号、２５１Ｌ、２５ｂ・・・・・
・電源ケーブルの直流抵抗成分、２９．３０・・・・・
・低域通過フィルタ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）無線送受信あるいは受信あるいは送信機能を有す
   る屋外ユニットと、前記屋外ユニットと離れて設置され
   、前記屋外ユニットへ直流電力を供給する直流安定化電
   源を有する屋内ユニットと、前記直流電力を供給するた
   めの電源ケーブルと、前記屋内及び屋外ユニット間に交
   流にて成る送受信あるいは受信あるいは送信信号を伝送
   するための同軸構造の信号ケーブルとを備え、前記屋外
   ユニット内に第１の信号合成分離回路を、前記屋外ユニ
   ット内に第２の信号合成分離回路をそれぞれ設け、前記
   屋外ユニットへの直流電力入力端の近傍より、その活電
   側は前記第１の信号合成分離回路を介して前記信号ケー
   ブルの内部導体に、またその接地側は前記信号ケーブル
   の外部導体にそれぞれ接続し、前記屋内ユニットにおい
   ては、前記直流安定化電源の被安定化電圧検出端子の活
   電側を前記第２の信号合成分離回路を介して前記信号ケ
   ーブルの内部導体に、またその接地側は前記信号ケーブ
   ルの外部導体にそれぞれ接続し、前記屋外ユニットへの
   入力電圧を検出して安定化させるように構成した通信機
   用電源装置。
2. （２）信号合成分離回路が低域通過フィルタである特許
   請求の範囲第１項記載の通信機用電源装置。