(57)【要約】【課題】冷凍機および冷凍システムの長寿命化を簡便に可能にし、信頼性の高い超電導フィルタ内蔵通信装置を提供する。【解決手段】超電導フィルタ内蔵通信装置において、真空容器１１内に超電導フィルタ１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ等が固定板１４，１５等に取り付け収納されている。そして、第１の冷凍機２３および第２の冷凍機２４はそれぞれ第１の冷却ヘッド２５と第２の冷却ヘッド２６を通して冷熱基板１９に搭載した固定板１４，１５等を冷却する。ここで、第１の冷凍機２３と第２の冷凍機２４では、ＰＩＤ温度制御の運転モードである主の運転と、出力固定制御の運転モードである副の運転とがそれ等の冷凍機の間で交互に切り換わる、並行駆動の運転動作が行われる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導フィルタを内蔵し無線信号の送信あるいは受信を行う通信基地局に取り付けられた通信装置において、前記超電導フィルタが収納された１つの真空容器を冷却するために並行駆動する第１の冷凍機と第２の冷凍機が備えられていることを特徴とする超電導フィルタ内蔵通信装置。
【請求項２】
前記第１の冷凍機はＰＩＤ温度制御により前記真空容器を冷却し、前記第２の冷凍機はその冷凍機出力を一定にして前記真空容器を冷却することを特徴とする請求項１に記載の超電導フィルタ内蔵通信装置。
【請求項３】
前記第１の冷凍機および前記第２の冷凍機は、ＰＩＤ温度制御による前記真空容器の冷却と、冷凍機出力を一定にした前記真空容器の冷却と、を前記２つの冷凍機の間で交互に切り換えて駆動することを特徴とする請求項１に記載の超電導フィルタ内蔵通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体通信端末用の無線基地局、放送用の中継基地局等において通信信号の送受信等の処理を行う超電導フィルタ内蔵通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地上あるいは衛星を利用する無線通信では、その通信信号を中継する通信基地局が必要になる。そして、上記基地局において高度の品質の通信信号を確保するために、無線信号の通信妨害除去あるいは雑音指数低減を可能にする超電導フィルタあるいは低雑音型の増幅器（Low Noise Amplifier；ＬＮＡ）が使用される。ここで、超電導フィルタは例えば数１０Ｋの高温超電導素材を使用した受信あるいは送信用の通信帯域フィルタであり、低雑音型ＬＮＡはほぼ同程度に冷却された例えば半導体デバイスから成る増幅器である。そして、これ等の超電導フィルタあるいは低雑音型ＬＮＡは、スターリング冷凍機あるいはパルスチューブ冷凍機を備えた冷凍システムにより数１０Ｋ例えば７０Ｋ程度に冷却される。
【０００３】
ところが、上記超電導フィルタあるいは低雑音型ＬＮＡを冷却する上記冷凍機は、現在において、その価格が比較的に高く、しかもその信頼性が充分にあるとはいい難い。そこで、冷凍システムの信頼性の低下を補償する種々の手段が施されている。
【０００４】
例えば、図８に示される従来の無線基地局用の通信装置を構成する受信装置１００において、無線ゾーンが例えば４つのセクタに領域分割され、そのセクタ１０１，１０２，１０３，１０４はダイバーシチー用の例えばブランチ１０５とブランチ１０６の２つのブランチに分けられる。そして、それぞれのブランチにおけるセクタ毎に、無線信号が入力するアンテナ部（不図示）、アンテナ部からの信号を受信する受信ユニット１０７、受信ユニット１０７からの出力信号を処理する処理部１０８が設けられている。ここで、受信ユニット１０７は、妨害除去用の受信フィルタ１０７ａ、アンテナ部から受信処理回路までのケーブル損失や受信処理回路への分配損失による雑音指数低下を補償するためのＬＮＡ１０７ｂを有する。また、処理部１０８は、受信処理回路等を有し、所定の処理を行うことによりダイバーシチー効果を実現させる。
【０００５】
そして、第１の冷凍システム１０９が、ブランチ１０５におけるセクタ１，２の受信ユニット１０７内に在る複数の受信フィルタ１０７ａおよび複数のＬＮＡ１０７ｂを一括して冷却する構造になっている。また、別の第２の冷凍システム１１０がブランチ１０６のセクタ１，２の受信ユニット１０７を冷却するようになっている。同様に、第３の冷凍システム１１１および第４の冷凍システム１１２がセクタ３，４の受信ユニット１０７をブランチ毎に冷却する構造になっている（例えば、特許文献１参照）。ここで、各冷凍システムは、その主要構成として例えば高温側熱交換器と低温側熱交換器を有する１台のスターリング冷凍機、上記高温側熱交換器の放熱機構等から成る。そして、受信ユニット１０７はスターリング冷凍機の上記低温側熱交換器を介して冷熱が与えられ冷却されるようになる。
【０００６】
上記通信装置では、１つの冷凍システムにより複数の受信フィルタおよび複数のＬＮＡが冷却され、しかもブランチ別に異なる冷凍システムが実装されている。このため、１つの冷凍システムにより単数の受信フィルタおよび単数のＬＮＡを冷却するのに比べ、冷凍システム数が減少しコスト低減がなされる。また、一のブランチの冷凍システムが故障しても、他のブランチの冷凍システムが作動しているため、通信装置のシステムダウンを防ぐことができるとしている。
【０００７】
しかし、この場合にあっても各セクタの片方の冷凍機システムが故障すると通信装置の能力が低下し高品質の通信ができなくなることから、故障した冷凍システムの修理等のメンテナンス管理は必須である。ところで、移動体通信端末用の無線基地局、放送用の中継基地局では、その通信装置が数１０ｍ高さの鉄塔上部に設置され、またその設置場所へアクセスし難い場合が多々ある。このために、冷凍システムの故障が少なくメンテナンス管理が簡便になる通信装置が強く望まれている。
【０００８】
また、上述したような冷凍システムで冷却される超電導フィルタおよびＬＮＡと、冷凍システムの故障時に切り換え動作する受信信号の伝送手段（スルー回路等）あるいは冷却を必要としない誘電体フィルタを並列に配置した通信装置が提示されている（例えば、特許文献２参照）。その他に、上述したような超電導フィルタと、冷凍システムが不要な常伝導フィルタとを複数並列に配置した高周波フィルタを通信装置に使用する方法も提示されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００９】
ところで、これ等はいずれも冷凍システムの故障時に通信装置を停止させずに応急的に運転できるようにする手段を提案するものであり、通信装置の高品質の通信を維持するためには、故障した冷凍システムの修理等のメンテナンス管理は不可欠である。そこで、これ等の場合であっても冷凍システムの故障が少なくその稼動寿命を長くするための根本的な対策が望まれる。
【００１０】
しかし、上述したような基地局の無線信号の送受信処理を行う通信装置において、高度の品質の無線通信を維持するために使用される冷凍システムの故障を少なくしてその信頼性を高めた根本的な解決手段は今までに提案されていない。
【特許文献１】特開２００３−４６４２９号公報
【特許文献２】特開２００３−２３３７５号公報
【特許文献３】特開平１１−３３０８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のような状況に鑑みて本発明はなされたものであり、その目的とするところは、冷凍機および冷凍システムの故障を低減させ、それ等の長寿命化を簡便に可能にし、信頼性の高い超電導フィルタ内蔵通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明にかかる超電導フィルタ内蔵通信装置は、超電導フィルタを内蔵し無線信号の送信あるいは受信を行う通信基地局に取り付けられた通信装置において、前記超電導フィルタが収納された１つの真空容器内を冷却するために並行駆動する第１の冷凍機と第２の冷凍機が備えられている、構成になっている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、超電導フィルタ内蔵通信装置における冷凍機および冷凍システムの故障が低減し、それ等の長寿命化が可能になる。そして、信頼性の高い超電導フィルタ内蔵通信装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に本発明の好適な実施形態について図１ないし図３を参照して説明する。図１は超電導フィルタ内蔵通信装置の一例の概略構成を示した横断面図である。図２は図１のＸ−Ｘで切断したところの超電導フィルタ内蔵通信装置の側断面図である。そして、図３は上記超電導フィルタ内蔵通信装置に備えられた２台の冷凍機の運転動作の説明に供する冷凍機の出力変化を示したグラフである。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は一部省略される。
【００１５】
図１および図２に示すように、本実施形態にかかる超電導フィルタ内蔵通信装置では、箱型の真空容器１１内に例えば４個の超電導フィルタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと４個の超電導フィルタ１３ａ、１３ｂ（不図示）、１３ｃ、１３ｄ（不図示）が収納されている。ここで、超電導フィルタ１２ａ〜１３ｄは、それぞれに伝熱性のよい金属プレートから成る第１固定板１４、第２固定板１５、第３固定板１６および第４固定板（不図示）に取り付けられている。そして、これ等の超電導フィルタは、それぞれ断熱材で成るコネクタケーブル１７により取出し用端子１８に電気接続され、真空容器１１外部に電気的に取り出されるようになっている。
【００１６】
上記超電導フィルタ１２、１３は、超電導材料を構成要素にした例えばマイクロストリップ構造の薄膜フィルタあるいはキャビティ共振構造の厚膜フィルタである。ここで、超電導材料は、高温超電導材料であることが好ましく、例えばＢｉ系、Ｙ系等の銅酸化物である。
【００１７】
そして、例えばアルミニウム製で板状の冷熱基板１９の両面に固定板と共に上記４組の受信フィルタが搭載され、後述される２台の冷凍機により冷却されるようになっている。更に、この冷熱基板１９は、真空容器１１の内壁面からの放射熱を断熱するリフレクタ２０により遮蔽されている。
【００１８】
上記真空容器１１は、例えば１０−４〜１０−７Ｔｏｒｒの圧力に真空引きした後にハーメチックシールや溶接のように気密性の高い接合により密閉する。また、この真空容器１１の内壁には、公知の非蒸発型ゲッターあるいは蒸発型ゲッターが取り付けられ、例えば１０−７Ｔｏｒｒ程度の高真空度が確保できるようになっていてもよい。
【００１９】
そして、上記真空容器１１は、図２に示すように防振ゴムを有する制振マウント２１を介してベース基板２２上に載置され、外部の振動が制振されるようになっている。
【００２０】
そして、上述した真空容器１１は、その周りに配設された第１の冷凍機２３および第２の冷凍機２４を通して冷却されるようになっている。ここで、第１の冷凍機２３、第２の冷凍機２４は共に例えば同じパルスチューブ冷凍機により構成される。そして、第１の冷凍機２３では、その第１の冷却ヘッド２５が冷熱基板１９に接合している。また、第２の冷凍機２４では、その第２の冷却ヘッド２６が冷熱基板１９に接合している。これ等の冷却ヘッド２５，２６は例えば高熱伝導性のアルミニウム等の金属材料から構成されている。このような構造により、第１の冷凍機２３は第１の冷却ヘッド２５を介して、また、第２の冷凍機２４は第２の冷却ヘッド２６を介して冷熱基板１９を吸熱し上述した超電導フィルタ１２、１３を冷却する。
【００２１】
上記パルスチューブ冷凍機は通常の構造のものであり、冷凍機に封入される冷媒ガスとして例えばヘリウムガスが用いられる。ここで、この冷凍機構造の概略を説明すると、圧縮機のピストンにより冷媒ガスが圧縮され、圧縮された冷媒ガスは放熱熱交換器を介して放熱されるようになっている。また、この放熱熱交換器に連通して蓄冷器が設けられ、この蓄冷器を挟んで圧縮機の反対側に吸熱熱交換器が取り付けられ、この吸熱熱交換器が上述した冷却ヘッド２５あるいは２６に熱的に結合している。
【００２２】
そして、上述した冷熱基板１９は、これ等の冷却ヘッド２５，２６を介し吸熱熱交換器により吸熱されるようになる。ここで、圧縮機、放熱熱交換器、蓄冷器、吸熱熱交換器は１本の筒状パルスチューブで連結されている。あるいは、このパルスチューブには、吸熱熱交換器側の先端部に別の放熱熱交換器が取り付けられ、更にオリフィスを介してバッファタンクが連通する構造になっていてもよい。
【００２３】
上述したようなパルスチューブ冷凍機から成る第１の冷凍機２３および第２の冷凍機２４は、密閉された筐体（不図示）内に種々の接続配管、電源、制御系（不図示）と共に納められている。また、これ等の第１の冷凍機２３および第２の冷凍機２４における放熱熱交換器は、筐体外壁に設けられた放熱フィンを有する放熱機構を通して、筐体外に放熱できるようになっている。このようにして第１の冷凍機２３および第２の冷凍機２４を含んだ１つの冷凍システムが構築されている。
【００２４】
上記第１の冷凍機２３および第２の冷凍機２４には、パルスチューブ冷凍機に代えてスターリング冷凍機が用いられてもよい。このスターリング冷凍機は、圧縮機以外に膨張機を備え、この膨張機に連通する吸熱熱交換器が上記冷却ヘッド２５あるいは２６に熱的結合する構造になる。それ以外の基本構成はパルスチューブ冷凍機の場合と同様になって１つの冷凍システムが構築される。
【００２５】
そして、上述したような２台の冷凍機の運転動作により、１つの真空容器１１に収納された超電導フィルタ１２、１３は例えば５０Ｋ〜７０Ｋの温度に冷却される。
【００２６】
次に、１つの真空容器１１内を冷却する２台の冷凍機の好適な運転動作について説明する。
【００２７】
この運転では、２台の冷凍機のうち一方の冷凍機を主の冷凍機とし、他方を副の冷凍機として並行駆動する。また、この並行駆動の運転において、上記第１の冷凍機２３と第２の冷凍機２４の間で、主の冷凍機としての運転と副の冷凍機としての運転が交互に切り換わるようにすると更に好適になる。
【００２８】
ここで、主の冷凍機による真空容器１１内の冷却はいわゆるＰＩＤ制御により行われる。すなわち、主の冷凍機は、冷却ヘッドの温度測定値と冷却の温度設定値との偏差に基づき、例えばこの偏差に対する比例（Ｐ）動作、積分（Ｉ）動作および微分（Ｄ）動作をするＰＩＤ温度調節計からの操作量により、その冷却のための冷凍機出力が制御される。以下、このような冷凍機の運転動作をＰＩＤ温度制御の運転モードという。なお、冷凍機出力はその冷凍機の運転動作における出力である。上述した冷凍機システムにおける例えば筐体外壁に設けられた放熱機構等、他方の冷凍機と共用される部位からの出力は含まれない。これに対して、副の冷凍機は、その冷凍機の出力を一定に固定する運転動作がなされる。以下、このような冷凍機の運転動作を出力固定制御の運転モードという。
【００２９】
例えば、図３に示されるように、本実施形態の超電導フィルタ内蔵通信装置の稼動年を図の横軸にとり、第１の冷凍機２３および第２の冷凍機２４の冷凍機出力を縦軸にとる。ここで、図３は冷凍機の冷凍機出力変化を模式的に示したものであり、縦軸の冷凍機出力は冷凍機の最大出力値に対する出力割合（％）で示してある。
【００３０】
第１の冷凍機２３は図の黒印に示すように、はじめは主の冷凍機としてＰＩＤ温度制御の運転モードで運転し、第２の冷凍機２４は図の白印に示すように、副の冷凍機として出力固定制御の運転モードで運転する。そして、稼動を始めてから所定の時間が経過した後に、第１の冷凍機２３の運転は出力固定制御の運転モードに、第２の冷凍機２４はＰＩＤ温度制御の運転モードにそれぞれ切り換える。
【００３１】
具体的には、例えば、第１の冷凍機２３および第２の冷凍機２４は共に初期出力２５％からそれぞれＰＩＤ温度制御の運転モードおよび出力固定制御の運転モードで開始し、第１の冷凍機２３の出力が５０％になった時点で冷凍機２３，２４の運転モ−ドを切り換える。この図３では６．５年で第１の冷凍機２３の出力が５０％になったのを検出し、第１の冷凍機２３を５０％出力に固定して出力固定制御の運転モードにし、同時に第２の冷凍機２４をＰＩＤ温度制御の運転モードに切り換えている。図３では第１の冷凍機２３の出力５０％で切り換えたがもう少し低い出力になった時点で上記切り換えるように設定してもよい。
【００３２】
図３に示したような２台の冷凍機の運転動作であると、ＰＩＤ温度制御の運転モードで稼動している主の冷凍機が冷却負荷の増加に従って出力が増加するが、出力固定制御の運転モードで運転している副の冷凍機は一定の出力で運転できる。そして、図３で説明したように主と副の冷凍機の運転モ−ドを適宜な設定方法で順次切り換えることにより、片方の冷凍機の出力だけが大きくなることはなく、必要な出力の増加分は２台の冷凍機で等分できる。
【００３３】
また、主・副の冷凍機の運転切り換えをその時点の冷凍機出力を基にして切り換えるため、真空容器１１内の冷却温度の変化がほとんど起こらないようにすることができる。逆に、このような切り換えでないと片方の出力が大きくなりすぎ、これを修正しようとして設定を不連続に変え温度制御が追いつかなくなるために温度ずれが起きる場合がある。このように運転モードを切り換えて使うことにより２台の冷凍機を共に出力の低いところで運転することが可能となる。そして、図３に示されるように、例えば６．５年の稼動年が経過しても、第１の冷凍機２３および第２の冷凍機２４の出力値の総計は、第１の冷凍機２３の出力値の５０％に第２の冷凍機２４の出力値の２５％を加算した７５％程度である。
【００３４】
これに対し、図４に示されるように、従来の１台の冷凍機により例えば１つの真空容器１１内をＰＩＤ制御により冷却する構造になる従来の超電導フィルタ内蔵通信装置では、稼動年が３年程度で冷却機出力が急増を始め、５年程度になると冷凍機出力は１００％になる。但し、図４は、冷凍機２３，２４と同一機種の１台の冷凍機を使用し同一の冷却温度を維持する場合の出力変化を模式的に示したものであり、その稼動年を横軸にとり縦軸にその冷凍機の最大出力値に対する出力の割合（％）をとっている。なお、この場合は、１台の冷凍機で真空容器を冷却することから、その稼動開始時の冷凍機出力は、本実施形態の場合の２倍の５０％となる。
【００３５】
ここで、例えば、冷凍機の寿命として冷凍機出力が１００％必要になる稼動経過時として設定すると、図４に示す従来の場合では、１台の冷凍機の寿命はほぼ５年程度になる。これに対して、図３に示した本実施形態の場合には、第１の冷凍機２３および第２の冷凍機２４の冷凍機出力は１０年経過時でも５０％程度であり、これ等の寿命は１０年よりも大幅に長くなると予想される。そして、このことは、２台の冷凍機の総計寿命をみた場合、１台の冷凍機の寿命後に２台目の冷凍機に取り換え２台目の冷凍機の寿命まで運転を継続する、従来の２台の冷凍機を時系列に使用する場合の総計寿命１０年（＝５年×２）よりも、長寿命化が極めて容易になることを示している。
【００３６】
また、図３で説明したような運転動作において、稼動時におけるモニタによりそれぞれの冷凍機出力の増加量を測定できるので、２台の冷凍機を切り換えて運転している際に、冷凍能力の低下が大きな冷凍機の有無を確認できる。この場合、具体的には冷凍機の出力増加の傾きを測定し、また冷却温度が設定値に達するまでの時間を測定することによりこのことが可能となる。
【００３７】
従来の場合にあっては、この冷凍機の能力低下は長期間の運転ではじめて確認可能になる。これに対して、本実施形態のように稼動中に出力をモニタする方法では、冷凍能力の低下が大きい冷凍機をたとえ使用してしまった場合でも、早期に確認でき、しかも確認した時点で運転モードを切り換えて冷凍機を出力固定で運用するようなことが可能になる。このような方法をとることにより目標の運転期間内に冷凍機の出力が最大出力値になってしまうことが防止できる。
【００３８】
冷凍機の寿命は一般的には以下の３つの故障要因により決まる。すなわち、（１）冷凍機の機械的劣化による寿命、（２）冷凍機の冷凍能力低下による寿命、（３）冷凍機に隣接する真空容器内の圧力上昇による寿命、の３つの要因である。そこで、この３つの要因を考慮して本実施形態における冷凍システムの長寿命化について以下に精査する。
【００３９】
（１）の観点からは、冷凍機の機械的寿命は、運転で生じる磨耗により例えば圧縮機あるいは膨張機におけるピストン等のガイド部品が消耗し、運転時の動作抵抗がある限度以上に増大する場合に決められる。あるいは、バネ等の部品が機械的な破損等により機能しなくなる場合に決められる。このような機械的寿命の観点では、２台の冷凍機を並行駆動に使用することにより各冷凍機出力を低く絞ることが可能になることから、それぞれの冷凍機における上記磨耗、破損等が低減し、各冷凍機の寿命は改善される。
【００４０】
次に、（２）の観点について精査する。冷凍機の冷凍能力が徐々に低下し、同一の冷却温度にするためには冷凍機出力が１００％となり、結果として温度制御が出来なくなると冷凍システムは正常動作できなくなる。ここで、冷凍能力の低下の原因としては、上述した冷媒ガスである例えばヘリウムガスの純度低下ならびに蓄冷器に使用される蓄冷材の表面汚染等が考えられる。
【００４１】
そして、ヘリウムガスの純度低下の主原因としてガスが封入されている例えばパルスチューブ等の容器内での放出ガスが考えられる。これを低減するために、これ等の容器は高温ベ−キングされているが、冷凍機の運転中の発熱により容器が加熱され温度上昇すると放出ガスが発生する。そして、冷媒ガス純度の低下が生じて冷凍機の冷却能力が低下する。ここで、冷凍機の冷却能力の低下を補うために冷凍機出力を上げて運転すると、さらに容器が加熱され冷媒ガスの劣化が更に進み冷凍機の効率が下がる。この悪循環により冷凍機の能力が急激に低下する。なお、冷凍機における容器の温度上昇は冷凍機の出力だけでなく環境温度にも依存する。環境温度が高い夏場に冷凍機の出力が高くなると、冷凍機の容器内での放出ガスが増加し易くなり冷凍機能力が低下し易い。
【００４２】
そして、蓄冷材の表面汚染は、接続配管、冷凍機の容器部品等から発生した不純物の吸着により生じる。あるいは、ピストン、駆動モータ等のガイド部の機械的な接触等により発生した異物が吸着されることにより起こり、冷凍能力の低下の原因になる。この蓄冷材汚染による冷凍能力低下も冷凍機出力に依存し、出力が大きくなる程顕著になる。
【００４３】
本実施形態では、超電導フィルタ内蔵通信装置において２台の冷凍機を並行駆動に使用することにより、各冷凍機出力は、図３で説明したように、従来の場合に較べて大幅に低減する。このために、上記（２）の観点から各冷凍機の寿命は従来の場合よりも大きく改善されることが判る。
【００４４】
次に、（３）の観点について精査する。通常、超電導フィルタ等を収納する真空容器内の圧力上昇による寿命が冷凍システムの寿命を決める主要因と考えられている。真空容器内の圧力上昇が起きるとガスを介する熱伝導が高くなるため、所定の温度まで超電導フィルタ等を冷却するために必要な冷凍機出力が大きくなる。そこで、真空容器内の放出ガスを出来るだけ小さくする対策と放出ガスを吸着するためのゲッター材の使用が一般的にとられている。
【００４５】
一方、冷凍機は真空容器の側壁面に固定して設置されているため、冷却ヘッドからくみ上げた熱を放熱する冷凍システムの放熱機構がどうしても真空容器の側壁面を加熱してしまう。このため冷凍機出力が上がるにしたがって真空容器も加熱されるようになり、真空容器内での放出ガス量が増加しガスの伝熱による冷却損失のため更に冷凍機出力を上げなければならなくなるという悪循環に陥る。そして、冷凍機の冷凍能力が低下し冷凍機が使用できなくなる。
【００４６】
ここで、図５は、冷凍機出力が変化したときの冷凍機を取り付けている真空容器の側壁面の温度変化の一例を示す。この結果は、真空容器の冷凍システムへの取り付け状態、環境温度、真空容器の冷却方法により変わる。図５は、環境温度が２５℃の時の一例である。この図に示されるように冷凍機出力が上昇すると真空容器の側壁面の温度も上昇する。
【００４７】
そして、図６は、真空容器の側壁面の温度が変化したときの真空容器内の放出ガス速度の変化を示す。上記温度が上昇すると放出ガス速度が急激に増加することが判る。これ等より、冷凍機出力の増加は真空容器の温度上昇を引き起こし、更にそれが真空容器の放出ガス速度を上げるため真空容器の圧力上昇につながり、そして、再度、冷凍機出力の増加へと連鎖して上記悪循環に陥るようになる。なお、この真空容器も冷凍機と同様に環境温度の影響を受ける。環境温度が高い夏場には真空容器の内壁面からの放出ガスが増え圧力上昇が起こり易い。
【００４８】
本実施形態では、上述したように超電導フィルタ内蔵通信装置において２台の冷凍機を並行駆動に使用することにより、冷凍機出力が図３で説明したように約半分になり、真空容器内に入り込む熱量が減少する。このために、上記（３）の観点からも、本実施形態における各冷凍機の寿命は従来の場合よりも大きく改善されることが判る。
【００４９】
また、図１に示したように、２台の冷凍機を真空容器の異なる側壁面に固定する方法をとることにより、２台の冷凍機出力により真空容器内に流入する全熱量は離れた側壁面から流入するため、真空容器自体の自然冷却の放熱効果により温度上昇が低く抑えられる。このように、２台の冷凍機を並行駆動に使用すると、各冷凍機出力が単純に半分になるだけでなく真空容器の温度低下による冷凍機出力の低下がさらに見込めるようになる。
【００５０】
以上に説明したように、本実施形態では、超電導フィルタ内蔵通信装置において２台の冷凍機により１つの真空容器を冷却する。あるいは、これ等の冷凍機の運転動作を工夫する。このことにより、各冷凍機の出力が低く保たれる。このために、冷凍機およびそれを用いた冷凍システムは従来の場合より長寿命化し、超電導フィルタ内蔵通信装置のコストパフォ−マンスが大きく向上するようになる。
【００５１】
次に、本発明の他の実施形態について図７を参照して説明する。図７は別の超電導フィルタ内蔵通信装置の概略構成を示した横断面図である。この通信装置は、真空容器内に受信用の超電導フィルタと送信用の超電導フィルタを収納している。また、真空容器は図１のような箱型でなく円筒型になっている。また、図示しないが送信フィルタの代わりにＬＮＡを収納してもよい。
【００５２】
図７に示すように、この実施形態においては円筒型の真空容器２７内に複数の受信用および送信用の超電導フィルタが収納されている。すなわち、伝熱性のよい金属プレートから成る第１固定板１４に受信用の超電導フィルタ１２ａ、１２ｂが取り付けられ、第２固定板１５に送信用の超電導フィルタ２８ａ、２８ｂが取り付けられ、冷熱基板１９に搭載されている。これ等の超電導フィルタは、受信用および送信用フィルタであり、超電導材料を構成要素にした例えばマイクロストリップ構造の薄膜フィルタあるいはキャビティ共振構造の厚膜フィルタである。この場合も、超電導材料としては高温超電導材料が好適である。
【００５３】
そして、これ等の超電導フィルタはそれぞれ断熱材で成るコネクタケーブル（不図示）を通して真空容器２７外部に電気的に取り出されるようになっている。
【００５４】
そして、上述した真空容器２７は、その周りに配設された第１の冷凍機２３および第２の冷凍機２４を通して冷却するようになっている。ここで、第１の冷凍機２３、第２の冷凍機２４は共に例えば同じパルスチューブ冷凍機により構成される。そして、第１の冷凍機２３は第１のフランジ２９により真空容器２７に連結され、上述したのと同様な構造によりその第１の冷却ヘッド２５が上記超電導フィルタの搭載された冷熱基板１９を冷却するようになっている。同様に、第２の冷凍機２５は第２のフランジ３０により真空容器２７に連結され、上述したのと同様な構造によりその第１の冷却ヘッド２６が冷熱基板１９を冷却するようになっている。
【００５５】
そして、第１の冷凍機２３と第２の冷凍機２４が上述したような並行駆動の運転動作をするようになっている。
【００５６】
この実施形態においても、２台の冷凍機のそれぞれの出力は低く抑えられる。そして、上述した理由から冷凍機およびそれを用いた冷凍システムは従来の場合より長寿命化し、超電導フィルタ内蔵通信装置のコストパフォ−マンスが向上する。
【００５７】
超電導フィルタ内蔵通信装置に使用される冷凍機の寿命を延ばし超電導フィルタ内蔵通信装置の信頼性を向上させ、そしてその低コスト化を図るために、本発明の実施形態で説明した以外に種々の方法を考えることができる。しかし、いずれも本実施形態で説明したような効果を奏することはできない。
【００５８】
例えば、出来るだけ多くの超電導フィルタを１つの冷凍システムにより冷却できるような構造にすることが考えられる。しかし、超電導フィルタを多く真空容器内に収納すると冷凍機の稼動負荷が増加し運転開始時の冷凍機の出力が高くなり、上記出力と冷凍機の最大出力値との差が小さくなり、冷凍機の出力マ−ジンが低下する。このために、冷凍機の寿命が短くなってしまう。そして、新しい冷凍機との取り替えが必要になり、低コスト化はできなくなってしまう。
【００５９】
また、冷凍機の最大出力が大きな冷凍機を１台だけ使用することも考えられる。しかし、冷凍機の最大出力に関係せず冷凍機の効率は同じであることから、真空容器の冷却温度の設定値まで冷却するのに必要な冷凍機の出力は変わらず、真空容器の側壁面の温度上昇はほぼ同じになる。このため、真空容器の放出ガスによる圧力上昇は、冷凍の最大出力に無関係にほぼ同じである。冷凍の最大出力が大きな場合でも、真空容器内のガス圧力が高くなると急激に必要な冷凍機出力が増えるため、最大出力の増加に見合っただけ寿命が長くなるわけではない。
【００６０】
また、別の方法として、冷凍機をそれぞれ１台ずつ使用した２つの冷凍システムを使用することも考えられる。しかし、この方法ではコストが１つの冷凍システムの２倍になる上に、２つの冷凍システムを自動的に切り換える方法が難しい等の問題がある。
【００６１】
更に、定期的にメンテナンス管理を行い、冷凍機等の故障前にバックアップ用の冷凍システムに切り換えることも考えられる。しかし、この場合もコストがほぼ２倍かかるため低コスト化の点で問題がある。また、鉄塔上に設置される通信装置のメンテナンス作業そのものも容易ではない。
【００６２】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものでない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。例えば、実施形態で説明した第１の冷凍機および第２の冷凍機以外に、他の冷凍機を真空容器の側壁に付加して取り付け、その付加した冷凍機による真空容器内の冷却を合わせて行うようにしても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施形態にかかる超電導フィルタ内蔵通信装置の一例の概略構成を示した横断面図。
【図２】図１のＸ−Ｘで切断した超電導フィルタ内蔵通信装置の側断面図。
【図３】本発明の実施形態にかかる超電導フィルタ内蔵通信装置に備えられた２台の冷凍機の運転動作の説明に供する冷凍機の出力変化を示したグラフ。
【図４】比較例として従来の超電導フィルタ内蔵通信装置に備えられた１つの冷凍機の出力変化を示したグラフ。
【図５】本発明の実施形態の効果の説明に供するための真空容器の側壁面の温度と冷凍機出力の関係を示すグラフ。
【図６】本発明の実施形態の効果の説明に供するための真空容器内の放出ガスと真空容器の側壁面の温度の関係を示すグラフ。
【図７】本発明の他の実施形態にかかる超電導フィルタ内蔵通信装置の変形例の概略構成を示した横断面図。
【図８】従来技術の超電導フィルタを内蔵した受信装置における冷凍システムの配置構成例を示した概略図。
【符号の説明】
【００６４】
１１，２７…真空容器，１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，２８ａ，２８ｂ…超電導フィルタ，１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ…超電導フィルタ，１４…第１固定板，１５…第２固定板，１６…第３固定板，１７…コネクタケーブル，１８…取出し用端子，１９…冷熱基板，２０…リフレクタ，２１…制振マウント，２２…ベース基板，２３…第１の冷凍機，２４…第２の冷凍機，２５…第１の冷却ヘッド，２６…第２の冷却ヘッド，２９…第１のフランジ，３０…第２のフランジ
【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】
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【図８】
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