(57)【要約】【課題】外気温による無線出力の変動を低減する。【解決手段】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。これにより、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。また、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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナと、
前記アンテナに熱的に接続し、温度依存性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ミリ波モジュールと、
前記ミリ波モジュール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記憶した記憶手段と、
前記ミリ波モジュールの温度を測定する温度センサと、
前記記憶手段を参照して前記温度センサが測定した温度に対応する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、
を有することを特徴とするミリ波無線装置。
【請求項２】
前記ミリ波モジュールを冷却する風を発生させるファンを更に有し、
前記電源回路は、前記温度センサが測定した温度が第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することを特徴とする請求項１記載のミリ波無線装置。
【請求項３】
前記ミリ波モジュールを温めるための発熱源を更に有し、
前記電源回路は、前記温度センサが測定した温度が第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請求項２記載のミリ波無線装置。
【請求項４】
アンテナと、
前記アンテナに熱的に接続し、温度依存性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、ミリ波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に基づいて利得調整用電圧を調整し、当該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、
を有することを特徴とするミリ波無線装置。
【請求項５】
前記ミリ波モジュールを冷却する風を発生させるファンを更に有し、
前記電源回路は、利得調整用電圧が第３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することを特徴とする請求項４記載のミリ波無線装置。
【請求項６】
前記ミリ波モジュールを温めるための発熱源を更に有し、
前記電源回路は、利得調整用電圧が第４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請求項５記載のミリ波無線装置。
【請求項７】
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請求項３又は６記載のミリ波無線装置。
【請求項８】
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請求項２，３，５，６，７のいずれかに記載のミリ波無線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線装置の出力を安定化する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】T. Kosugi et al., “120-GHz Tx/Rx Waveguide Modules for 10-Gbit/s Wireless Link System”, IEEE CSIC Symp. Digest., 2006, pp. 25-28
【非特許文献２】A. Hirata et al., “10-Gbit/s Wireless Link Using InP HEMT MMICs for Generating 20-GHz-Band Millimeter-Wave Signal”, IEEE Trans. MTT, May 2009, vol. 57, No. 5, pp. 1102-1109
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の本発明に係るミリ波無線装置は、アンテナと、前記アンテナに熱的に接続し、温度依存性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ミリ波モジュールと、前記ミリ波モジュール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記憶した記憶手段と、前記ミリ波モジュールの温度を測定する温度センサと、前記記憶手段を参照して前記温度センサが測定した温度に対応する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、を有することを特徴とする。
【０００８】
上記ミリ波無線装置において、前記ミリ波モジュールを冷却する風を発生させるファンを更に有し、前記電源回路は、前記温度センサが測定した温度が第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することを特徴とする。
【０００９】
上記ミリ波無線装置において、前記ミリ波モジュールを温めるための発熱源を更に有し、前記電源回路は、前記温度センサが測定した温度が第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。
【００１０】
第２の本発明に係るミリ波無線装置は、アンテナと、前記アンテナに熱的に接続し、温度依存性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、ミリ波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に基づいて利得調整用電圧を調整し、当該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、を有することを特徴とする。
【００１１】
上記ミリ波無線装置において、前記ミリ波モジュールを冷却する風を発生させるファンを更に有し、前記電源回路は、利得調整用電圧が第３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することを特徴とする。
【００１２】
上記ミリ波無線装置において、前記ミリ波モジュールを温めるための発熱源を更に有し、前記電源回路は、利得調整用電圧が第４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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【発明の効果】
【００１５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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５】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６】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７】図６のミリ波無線装置の変形例を示す機能ブロック図である。
【図８】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９】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１０】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。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
［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、温度依存性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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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）。
【００２６】
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。
【００２７】
［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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
［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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
［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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【符号の説明】
【００５７】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014135672.tif 000009
【図８】
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【図９】
2014135672.tif 000011
【図１０】
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