(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナよりの受信信号を第１受信帯域フィルタに入力し、その第１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、上記第１受信帯域フィルタ及び受信低雑音増幅器は真空断熱の熱遮蔽函に封入されてその熱遮蔽函の外部の冷却手段で冷却され、上記熱遮蔽函と冷却手段とは密閉構造の筐体に収容される高感度無線機において、
上記冷却手段で発生する熱を上記筐体の外部に排出する第１伝熱手段を設けたことを特徴とする高感度無線機。
【請求項２】
アンテナよりの受信信号を第１受信帯域フィルタに入力し、その第１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、上記第１受信帯域フィルタ及び受信低雑音増幅器は真空断熱の熱遮蔽函に封入されてその熱遮蔽函の外部の冷却手段で冷却され、外部より入力された送信信号を送信電力増幅器で増幅してアンテナへ供給し、上記熱遮蔽函と冷却手段と送信電力増幅器とは密閉構造の筐体に収容される高感度無線機において、
上記冷却手段及び送信電力増幅器で発生する熱を上記筐体の外部に排出する第１及び第２伝熱手段をそれぞれ設けたことを特徴とする高感度無線機。
【請求項３】
請求項１または２の高感度無線機において、上記第１または第２伝熱手段をヒートパイプで構成したことを特徴とする高感度無線機。
【請求項４】
請求項１または２の高感度無線機において、上記第１受信帯域フィルタは上記冷却手段で冷却された温度で超伝導状態となる超伝導材料で構成されていることを特徴とする高感度無線機。
【請求項５】
請求項４の高感度無線機において、上記超伝導材料は高温超伝導体で構成されていることを特徴とする高感度無線機。
【発明の詳細な説明】
【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無線装置に適用され、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機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高感度無線機の基本構成を図４に示す。図４Ａは受信機のみで構成される高感度無線機である。この高感度無線機は、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第１受信帯域フィルタ２と、第１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、第１受信帯域フィルタ２およ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ともに、冷却手段６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７と冷却手段６に動作電力を供給するための第２電源端子８がそれぞれ設けられる。熱遮蔽函５及び冷却手段６は筐体９に収容される。
【０００３】
図４Ｂは１本のアンテナを送信と受信で共用する場合の高感度無線機の構成を示している。図４Ｂの高感度無線機では、アンテナ端子１と第１受信帯域フィルタ２の間に同じアンテナを送信と受信に共用するための送受共用手段１１が設けられる。送信信号は、送信信号入力端子１２より入力され、送受共用手段１１を通してアンテナ端子１に出力される。送受共用手段１１を方向フィルタ（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ｆｉｌｔｅｒ）で構成した例を図５に示す。この例ではアンテナ側からの受信信号を受信側に通す第２受信帯域フィルタ１３と、送信側からの送信信号をアンテナ側に通す送信帯域フィルタ１４と、これら両フィルタの各一端をアンテナ側に結合するための結合回路１５により構成される。アンテナ側からの受信信号は送信帯域フィルタ１４で阻止されて送信側へは伝達されず、また送信側からの送信信号は第２受信帯域フィルタ１３で阻止されて受信側へは伝達されないため、１本のアンテナに送信側回路と受信側回路を接続することが可能である。
【０００４】
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第１受信帯域フィルタ２および受信低雑音増幅器３は冷却手段６により、例えば数１０Ｋ程度といった極めて低い温度に長時間安定して冷却される。ここで冷却手段６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により、数１０Ｋといった極めて低い温度を長時間安定して維持できる極低温冷凍機で構成され、これらは市販の製品を利用することができる。
【０００５】
このように、第１受信帯域フィルタ２および受信低雑音増幅器３を長時間安定して極低温に冷却することにより、第１受信帯域フィルタ２およ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４に示した受信機の雑音指数は大幅に改善され、その結果受信感度が大幅に改善される。したがって、図４に示した高感度無線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、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、等の効果を得ることができる。高感度無線機は、受信信号がアンテナ端子１に入力されるまでの損失を低減するために、屋外やアンテナ鉄塔の塔頂部近傍に設置されることが多い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
冷却手段６は熱交換サイクルを利用することにより熱遮蔽函５の内部を極限的に冷却しているが、冷却手段６は筐体９の内部に収容されていることから、筐体９内部の温度上昇を防ぐために、冷却手段６の熱交換サイクルの過程で発生する熱を筐体９の外部に排出するための２次冷却手段が必要となる。そのため、室内に設置される高感度無線機では送風機を用いて外気を循環させる空冷又は冷却水を循環させる水冷等によって冷却手段６で発生した筐体９内部の熱を外部に排出している。
【０００７】
ところが、高感度無線機を上記のように屋外に設置する場合、風雨、粉塵等の環境に耐えうるために筐体９は密閉構造とする必要があり、冷却手段６で発生する熱を空冷によって筐体９の外部に排出することができない。また、高感度無線機をアンテナ鉄塔の塔頂部に設置するためには施工を容易にするために小形・軽量である必要があり、また設置後の保守が容易である必要があるが、水冷では構成が複雑となり装置規模が大きくなるといった問題があった。
【０００８】
本発明は、高感度無線機を屋外に設置する場合に筐体９を密閉構造とした場合においても、冷却手段６において発生した熱を小形・軽量かつ簡単な手段で、効率よく筐体９の外部に排出できるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１の発明は、アンテナよりの受信信号を第１受信帯域フィルタに入力し、その第１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、第１受信帯域フィルタ及び受信低雑音増幅器は熱遮蔽函に封入されて冷却手段で冷却される高感度無線機に関する。請求項１では特に、冷却手段で発生する熱を筐体の外部に排出する第１伝熱手段を設ける。
【００１０】
（２）請求項２の発明は、アンテナよりの受信信号を第１受信帯域フィルタに入力し、その第１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、第１受信帯域フィルタ及び受信低雑音増幅器は熱遮蔽函に封入されて冷却手段で冷却され、外部より入力された送信信号を送信電力増幅器で増幅してアンテナへ供給する高感度無線機に関する。請求項２では特に、冷却手段及び送信電力増幅器で発生する熱を筐体の外部に排出する第１及び第２伝熱手段をそれぞれ設ける。
【００１１】
（３）請求項３の発明では、前記（１）または（２）の高感度無線機において、第１または第２伝熱手段がヒートパイプで構成される。
（４）請求項４の発明では、前記（１）または（２）の高感度無線機において、第１受信帯域フィルタが上記冷却手段で冷却された温度で超伝導状態となる超伝導材料で構成される。
【００１２】
（５）請求項５の発明では、前記（４）の高感度無線機において、超伝導材料が高温超伝導体で構成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１Ａに請求項１の発明による高感度無線機の第１の実施例を示し、図４Ａと対応する部分には同一の符号を付けている。この実施例では、一端が冷却手段６に接続され、他端が筐体９の外部に露出している第１伝熱手段２１が設けられている点が図４Ａと異なる。
【００１４】
ここで、第１伝熱手段２１は冷却手段６から熱を吸収し、熱伝導によって筐体９の外部に熱を伝え、筐体９の外部に露出した部分から外気へと熱を排出する機能を有するものである。第１伝熱手段２１の筐体９の外部に露出した部分には、図１Ａに示すように熱を効率よく外気へ排出させるための放熱フィン２１ａを設ける場合もある。また、熱を外気へより効率よく排出させるために、放熱フィン２１ａをさらにファンを用いて強制的に冷却する場合もある。図１Ａの構成により、筐体９を密閉構造としつつ、冷却手段６で発生した熱を筐体９の外部に排出することができる。
【００１５】
図１Ｂは、請求項１の発明による高感度無線機の第２の実施例を示す。この実施例は、図４Ｂの高感度無線機の構成において、冷却手段６で発生する熱を筐体９の外部に排出するための第１伝熱手段２１を設けたものであり、図１Ａと同様の効果が得られる。
図２Ａは、請求項２の発明による高感度無線機の第１の実施例を示す。この発明では、図１Ｂの実施例と比較して、送信信号入力端子１２と送受共用手段１１の間に送信電力増幅器３１が設けられ、送信電力増幅器３１に第３電源端子３２を通じて動作電力が供給されるとともに送信電力増幅器３１において発生する熱を筐体９の外部に排出するための第２伝熱手段３３が設けられた点が異なる。送信電力増幅器３１を筐体９の内部に収容し、アンテナ鉄塔の塔頂部近傍に設置することにより、送信電力増幅器３１の出力端からアンテナまでのフィーダ損失を低減することができるため、送信電力増幅器３１の所要出力電力が小さくて済む。その結果、送信電力増幅器３１の消費電力を低く抑えることができ、送信電力増幅器３１で発生する熱を小さくすることができる。さらに、送信電力増幅器３１で発生した熱は、冷却手段６で発生した熱と同様に、第２伝熱手段３３で筐体９の外部に排出することができる。
【００１６】
図２Ｂは、請求項２の発明による高感度無線機の第２の実施例を示す。この発明では、図２Ａの実施例と比較して、受信用のアンテナ端子１と送信用のアンテナ端子４１が個別に設けられ、送受共用手段１１が省略されて、代わりに送信電力増幅器３１とアンテナ端子４１の間に送信帯域フィルタ１４が設けられた点が異なる。送信電力が小さく、送信信号及び受信信号の周波数が高い場合はアンテナが小形で済む場合もあり、このような場合には図２Ｂに示すように送信側と受信側をそれぞれ独立に構成してもよい。図２Ｂの構成においても図２Ａと全く同様の効果が得られる。
【００１７】
図１、図２において、第１伝熱手段２１または第２伝熱手段３３をヒートパイプを用いて構成したのが請求項３の発明である。ヒートパイプの基本構造を図３に示す。図３Ａはヒートパイプの横断面図、図３Ｂはヒートパイプの軸方向断面図である。ヒートパイプ５０は構造上、密封容器５１、ウイック構造体５２、蒸気空間５３及び作動流体５４で構成される。また機能上、軸方向に関して蒸発部５５、断熱部５６及び凝縮部５７に分けられる。ヒートパイプ５０は蒸発部５５で外部からの熱を吸収して蒸発した作動流体５４が蒸気空間５３を通って凝縮部５７の方向へと流れ、凝縮部５７で熱を排出して液体となり、ウイック構造体５２を通して毛細管圧力により蒸発部５５へ還流される、というサイクルが繰り返されることにより蒸発部５５から凝縮部５７へ熱を伝達させるものである。
【００１８】
ヒートパイプには上記のような標準ヒートパイプの他に、温度をある範囲に保つことが可能な可変コンダクタンス型、熱の流れを一方向のみに流して逆の方向には流さない熱ダイオード型などの制御型ヒートパイプがある。また、凝縮部５７で凝縮された作動流体５４を蒸発部５５に還流させる方法として毛細管圧力を利用したものの他に、重力を利用した熱サイフォン式ヒートパイプ、静電気力を利用した電気流体力学式ヒートパイプ、磁力を利用した電磁流体力学式ヒートパイプ、浸透圧を利用した浸透式ヒートパイプ等がある。これらの種々のヒートパイプはいずれも本発明に適用可能である。
【００１９】
上記のように、ヒートパイプ５０は蒸発部５５で吸収した熱を凝縮部５７まで伝達し、凝縮部５７でその熱を排出する機能を有するものであるから、図１、図２の高感度無線機において蒸発部５５を冷却手段６に接続し、断熱部５６を筐体９の壁面に接合し、凝縮部５７を筐体９の外部に出すことにより、筐体９を密閉構造としたまま冷却手段６で発生した熱を筐体９の外部に排出することができる。同様に、図２の高感度無線機において蒸発部５５を送信電力増幅器３１に接続し、断熱部５６を筐体９の壁面に接合し、凝縮部５７を筐体９の外部に出すことにより、筐体９を密閉構造としたまま送信電力増幅器３１で発生した熱を筐体９の外部に排出することができる。ヒートパイプには、その熱伝導量が断面積と長さの等しい銅棒と比較して１００倍以上大きいという特長があるため、より効率よく冷却手段６及び送信電力増幅器３１で発生した熱を筐体９の外部に放出することができる。また、ヒートパイプは図３のような構造をとるだけで動作し、熱交換のために特別な駆動部を必要としないため、小型・軽量であり保守が容易である。
【００２０】
図１、図２において、第１受信帯域フィルタ２を、冷却手段６で冷却された温度で超伝導状態となる超伝導材料を用いて構成したのが請求項４の発明である。第１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伝導材料で構成される。第１受信帯域フィルタ２を超伝導材料を用いて構成することにより、第１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。
【００２１】
ここで超伝導材料として、高温超伝導体を用いたのが請求項５の発明である。高温超伝導体としては、例えばＢｉ，Ｔｌ系、Ｐｂ系、Ｙ系等の銅酸化物超伝導体があり、これらはいずれも使用可能である。高温超伝導体の中には超伝導状態が達成される臨界温度が１００Ｋを越えるものもあり、このような超伝導体では例えば液体窒素の沸点７７．４Ｋ程度に冷却するだけで超伝導状態が得られるため、冷却手段６の冷却能力を緩和でき、より小形で、かつ、安価な極低温冷凍機が使用可能となる。この結果さらに冷却手段６の発熱が小さくなるため、第１伝熱手段２１も小形のものが使用でき、結果として高感度無線機を小形かつ安価に構成することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、筐体を密閉構造とした場合においても、冷却手段において発生した熱を小形・軽量かつ簡単な構成の第１伝熱手段２１で効率よく外部に排出することができる。さらに保守が容易であるため、高感度無線機を屋外やアンテナ鉄塔の塔頂部に設置するのに好適となる。また、送信電力増幅器を併せて筐体内部に収容して第２伝熱手段３３で同様に放熱することにより、無線機をアンテナ鉄塔の塔頂部に設置することができるため、フィーダ損失を低減して送信電力増幅器の所要出力電力を小さくし、消費電力を低く抑えて送信電力増幅器からの発熱を小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【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２の発明の実施例を示すブロック図。
【図３】ヒートパイプの基本構造を示し、Ａは軸線に直角な断面図、Ｂは軸線に沿った断面図。
【図４】従来の高感度無線機を示すブロック図。
【図５】図４の送受共用手段１１の一例を示すブロック図。
【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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