(57)【要約】【課題】中継する信号を劣化させることなく、帯域外の不要ノイズを低減することができる無線中継増幅装置を提供することを目的とする。【解決手段】受信信号を中継増幅して送信する無線中継増幅装置において、受信アンテナ１１と、受信信号を帯域制限する入力側帯域フィルタ１２と、入力側帯域フィルタの出力を増幅する第１増幅器１３と、第１増幅器１３の出力を帯域制限する、高温超伝導を用いた高温超伝導帯域フィルタ３１と、高温超伝導帯域フィルタ３１の出力を増幅する極低温低雑音増幅器３２と、高温超伝導帯域フィルタ３１と極低温低雑音増幅器３２を熱遮断する熱遮蔽函３３と、熱遮蔽函３３を冷却する冷却手段２４と、極低温低雑音増幅器３２の出力を増幅する第２増幅器１４と、第２増幅器１４の出力を帯域制限する出力側帯域フィルタ１６と、出力側帯域フィルタ１６の出力を電波として送信する送信アンテナ１６を備えた。【選択図】        図１
2004235812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信信号を中継増幅して送信する無線中継増幅装置において、
基地局からの電波を受信する受信アンテナと、
該受信アンテナで受信された受信信号を帯域制限する入力側帯域フィルタと、
該入力側帯域フィルタの出力を増幅する第１の増幅器と、
該第１の増幅器の出力を帯域制限する、高温超伝導体を用いた高温超伝導帯域フィルタと、
該高温超伝導帯域フィルタの出力を増幅する第２の増幅器と、
該第２の増幅器の出力を帯域制限する出力側帯域フィルタと、
該出力側帯域フィルタの出力を電波として送信する送信アンテナとを備えたことを特徴とする無線中継増幅装置。
【請求項２】
請求項１に記載の無線中継増幅装置において、
前記高温超伝導帯域フィルタの出力を増幅して前記第２の増幅器へ出力する極低温低雑音増幅器を備えたことを特徴とする無線中継増幅装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２のいずれかに記載の無線中継増幅装置において、
前記入力側帯域フィルタは、高温超伝導帯域フィルタであることを特徴とする無線中継増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車電話、携帯電話、無線呼出機等の各種無線サービスにおいて、山の陰等、基地局からの電波が受信できないサービス不感地帯が発生するのを防ぐために、受信信号を中継増幅して送信する無線中継増幅装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
まず、従来の無線中継増幅装置について説明する。図３は、従来の無線中継増幅装置の構成例を示すブロック図である。図３に示すように、この無線中継増幅装置は、受信アンテナ１１と、入力側帯域フィルタ１２と、第１増幅部１３と、第２増幅部１４と、出力側帯域フィルタ１５と、送信アンテナ１６から構成される。
【０００３】
次に、図３に示す従来の無線中継増幅装置の動作について説明する。受信アンテナ１１は、基地局からの電波を受信できる地点、例えば山の頂上などに設置される。まず、受信アンテナ１１は、基地局からの電波を受信し、その結果を受信信号として入力側帯域フィルタ１２へ出力する。受信信号は、入力側帯域フィルタ１２で帯域制限され、第１増幅部１３で電力増幅が施され、第２増幅部１４でさらに電力増幅が施され、出力側帯域フィルタ１５へ出力される。出力側帯域フィルタ１５は、第２増幅部１４の出力の帯域制限を行い、高調波及び帯域外の不要ノイズを減衰させるとともに送信アンテナ１６が受信した不要波を減衰させ、その結果を送信信号として送信アンテナ１６へ出力する。送信アンテナ１６は、送信信号を電波として外部へ送信する。送信アンテナ１６は、電波を所望の地域へ送信できる地点に設置される。以上、図３に示すような無線中継増幅装置を用いることにより、数百ｍから数ｋｍ離れた場所においてサービス不感地帯が発生するのを防いでいた。
【０００４】
次に、図３に示した入力側帯域フィルタ１２の代わりに高温超伝導帯域フィルタと極低温低雑音増幅器を備えた従来の無線中継増幅装置の構成例について説明する。図４は、従来の無線中継増幅装置の他の構成例を示すブロック図である。ここで用いる高温超伝導帯域フィルタ２１は、挿入損失が極めて小さく、周波数選択度が高いという特徴を持つ。また、ここで用いる極低温低雑音増幅器２２は、熱雑音の発生を抑圧するという特徴を持つ。高温超伝導帯域フィルタ２１と極低温低雑音増幅器２２は、例えばデュワー瓶等の熱遮蔽函２３に封入されて熱遮断される。また、熱遮蔽函２３内の高温超伝導帯域フィルタ２１と極低温低雑音増幅器２２を超伝導状態にするために、例えば数１０Ｋ程度といった極めて低い温度に熱遮蔽函２３を冷却する冷却手段２４を備える。図４において、図３と同一符号は図３に示された対象と同一又は相当物を示しており、ここでの説明を省略する。
【０００５】
次に、図４に示す従来の無線中継増幅装置の動作について説明する。受信アンテナ１１は、基地局からの電波を受信し、その結果を受信信号として高温超伝導帯域フィルタ２１へ出力する。受信信号は、高温超伝導帯域フィルタ２１で帯域制限され、極低温低雑音増幅器２２で増幅され、第１増幅部１３へ出力される。極低温低雑音増幅器２２の出力は、第１増幅部１３と第２増幅部１４と出力側帯域フィルタ１５と送信アンテナ１６において図３と同様の処理が施され、電波として外部へ送信される。
【０００６】
ここで、無線中継増幅装置で発生する帯域外の不要ノイズについて説明する。無線中継増幅装置で発生する帯域外の不要ノイズＮｏｕｔは、以下の（１）式で示される。
【０００７】
Ｎｏｕｔ＝ｋＴＢＦＧ・・・（１）
【０００８】
（１）式において、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、Ｂは実行帯域幅、Ｆは無線中継増幅装置の雑音指数、Ｇは出力側帯域フィルタ１５の帯域外減衰量に対する無線中継増幅装置の利得の比である。例えば、絶対温度が２９０Ｋ、実行帯域幅が４ＭＨｚ、無線中継増幅装置の雑音指数が５ｄＢ、無線中継増幅装置の利得が８０ｄＢ、出力側帯域フィルタ１５の５００ｋＨｚ離調での帯域外減衰量が５ｄＢとすると、帯域外の不要ノイズは−２８ｄＢｍ（４ＭＨｚ）となる。
【０００９】
（１）式より、帯域外の不要ノイズを低減するためには出力側帯域フィルタ１５の帯域外減衰量を増加させてＧの値を小さくすればよい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
出力側帯域フィルタ１５の帯域外減衰量を増加させるには、帯域幅を狭くする、フィルタの段数を増やす、出力側帯域フィルタ１５として高温超伝導フィルタを使用するということが考えられる。しかしながら、帯域幅を狭くすると中継する信号が劣化してしまうという問題が生じる。また、フィルタの段数を増やすとフィルタの損失が増えるため増幅器の出力が増えてしまい、結果として消費電力が増加するという問題が生じる。また、出力側帯域フィルタ１５として高温超伝導フィルタを使用した場合、帯域外減衰量が４０ｄＢとなり十分な値を得ることができるが、高温超伝導フィルタは常温フィルタと比較すると歪みが多く発生するため、使用することはできない。
【００１１】
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、中継する信号を劣化させることなく、帯域外の不要ノイズを低減することができる無線中継増幅装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明は、受信信号を中継増幅して送信する無線中継増幅装置において、基地局からの電波を受信する受信アンテナと、該受信アンテナで受信された受信信号を帯域制限する入力側帯域フィルタと、該入力側帯域フィルタの出力を増幅する第１の増幅器と、該第１の増幅器の出力を帯域制限する、高温超伝導体を用いた高温超伝導帯域フィルタと、該高温超伝導帯域フィルタの出力を増幅する第２の増幅器と、該第２の増幅器の出力を帯域制限する出力側帯域フィルタと、該出力側帯域フィルタの出力を電波として送信する送信アンテナとを備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
このような構成によれば、中継する信号を劣化させることなく、帯域外の不要ノイズを抑圧することができる。
【００１４】
また、本発明に係る無線中継増幅装置において、前記高温超伝導帯域フィルタの出力を増幅して前記第２の増幅器へ出力する極低温低雑音増幅器を備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
このような構成によれば、無線中継増幅装置の出力の雑音をさらに低減することができる。
【００１６】
また、本発明に係る無線中継増幅装置において、前記入力側帯域フィルタは、高温超伝導帯域フィルタであることを特徴とするものである。
【００１７】
このような構成によれば、帯域外の不要ノイズをさらに抑圧することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る無線中継増幅装置の構成例を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態では、図３に示した従来の無線中継増幅装置における第１増幅部１３と第２増幅部１４との間に、高温超伝導帯域フィルタ３１と極低温低雑音増幅器３２を挿入する。高温超伝導帯域フィルタ３１と極低温低雑音増幅器３２は、例えばデュワー瓶等の熱遮蔽函３３で封入されて熱遮断される。また、図４と同様の冷却手段２４を備え、冷却手段２４は、熱遮蔽函３３内の高温超伝導帯域フィルタ３１と極低温低雑音増幅器３２を超伝導状態にするために、熱遮蔽函３３を冷却する。図１において、図３及び図４と同一符号は図３及び図４に示された対象と同一又は相当物を示しており、ここでの説明を省略する。
【００１９】
なお、本実施の形態における第１の増幅器とは第１増幅部１３のことであり、第２の増幅器とは第２増幅部１４のことである。
【００２０】
次に、図１に示す本発明の無線中継増幅装置の動作について説明する。まず、第１増幅部１３の出力は高温超伝導帯域フィルタ３１へ入力される。高温超伝導帯域フィルタ３１は、第１増幅部１３の出力の帯域制限を行い、その結果を極低温低雑音増幅器３２へ出力する。極低温低雑音増幅器３２は、高温超伝導帯域フィルタ３１の出力の増幅を行い、その結果を第２増幅部１４へ出力する。極低温低雑音増幅器３２の出力は、第２増幅部１４と出力側帯域フィルタ１５と送信アンテナ１６において図３と同様の処理が施され、電波として外部へ送信される。
【００２１】
ここで、図３に示した従来の無線中継増幅装置と図１に示した本発明の無線中継増幅装置において発生する帯域外の不要ノイズの比較を行う。まず、図３に示した従来の無線中継増幅装置において、帯域外の不要ノイズに対する利得を考える。第１増幅部１３の利得をＧ１３、第１増幅部１３の雑音指数をＦ１３とし、第２増幅部１４の利得をＧ１４、第２増幅部１４の雑音指数をＦ１４とすると、従来の無線中継増幅装置の利得Ｇ１は以下の（２）式で表され、従来の無線中継増幅装置の雑音指数Ｆ１は以下の（３）式で表される。
【００２２】
Ｇ１＝Ｇ１３×Ｇ１４・・・（２）
【００２３】
Ｆ１＝Ｆ１３＋（Ｆ１４−１）／Ｇ１３・・・（３）
【００２４】
次に、図１に示す本発明の無線中継増幅装置において、帯域外の不要ノイズに対する利得を考える。高温超伝導フィルタ３１の帯域外減衰量が十分であれば、高温超伝導フィルタ３１以前の不要ノイズは見えなくなる。例えば、高温超伝導フィルタ３１以前の雑音指数をＦ０とすると、高温超伝導フィルタ３１以前の不要ノイズはＮｏｕｔ０＝ｋＴＢ（Ｆ０）（Ｇ１３）となる。また、高温超伝導フィルタ３１の帯域外減衰量をＬ３１とすると、高温超伝導フィルタ３１後の不要ノイズはＮｏｕｔ０１＝ｋＴＢ（Ｆ０）（Ｇ１３／Ｌ３１）となる。従って、Ｌ３１＞＞Ｇ１３であればＮｏｕｔ０１は小さくなるため、高温超伝導フィルタ３１以前の不要ノイズは無視できるレベルとなる。
【００２５】
極低温低雑音増幅器３２の利得をＧ３２、極低温低雑音増幅器３２の雑音指数をＦ３２とすると、本発明の無線中継増幅装置の利得Ｇ２は以下の（４）式で表され、本発明の無線中継増幅装置の雑音指数Ｆ２は以下の（５）式で表される。
【００２６】
Ｇ２＝Ｇ３３×Ｇ１４・・・（４）
【００２７】
Ｆ２≒Ｆ３２＋（Ｆ１４−１）／Ｇ３２・・・（５）
【００２８】
ここで、従来の無線中継増幅装置における帯域内の信号に対する利得Ｇ１’＝Ｇ１３×Ｇ１４と、本発明の無線中継増幅装置における帯域内の信号に対する利得Ｇ２’＝Ｇ１３×Ｇ３２×Ｇ１４は、等しいとする。このとき、Ｆ１とＦ２は大きく違わないが、本発明の無線中継増幅装置における帯域外の不要ノイズに対する利得Ｇ２は、上述したようにＧ２’からＧ１３を除いた分となり、従来の無線中継増幅装置における帯域外の不要ノイズに対する利得Ｇ１よりも小さくなる。従って、図１に示した本発明の無線中継増幅装置は、図３に示した従来の無線中継増幅装置と比較して、帯域外の不要ノイズを抑圧することが可能となる。
【００２９】
本実施の形態では、高温超伝導帯域フィルタ３１とともに極低温低雑音増幅器３２を使用した例を示したが、極低温低雑音増幅器３２の代わりに通常の増幅器を用いて構成しても良い。
【００３０】
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係る無線中継増幅装置の構成例を示すブロック図である。図２に示すように、本実施の形態では、図１に示した本発明の無線中継増幅装置における入力側帯域フィルタ１２の代わりに、高温超伝導帯域フィルタ２１と極低温低雑音増幅器２２を備える。高温超伝導帯域フィルタ２１と極低温低雑音増幅器２２及び高温超伝導帯域フィルタ３１と極低温低雑音増幅器３２は、例えばデュワー瓶等の熱遮蔽函５３で封入されて熱遮断される。また、実施の形態１と同様の冷却手段２４を備え、冷却手段２４は、熱遮蔽函５３内の高温超伝導帯域フィルタ２１と極低温低雑音増幅器２２及び高温超伝導帯域フィルタ３１と極低温低雑音増幅器３２を超伝導状態にするために、熱遮蔽函５３を冷却する。図２において、図１及び図４と同一符号は図１及び図４に示された対象と同一又は相当物を示しており、ここでの説明を省略する。
【００３１】
本実施の形態では、従来の無線中継増幅装置と比較して、帯域外の不要ノイズを抑圧することが可能となるとともに、入力側帯域フィルタ１２の代わりに高温超伝導帯域フィルタ２１と極低温低雑音増幅器２２を用いることでさらに帯域外の不要ノイズを抑圧することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上に詳述したように本発明によれば、中継する信号を劣化させることなく、帯域外の不要ノイズを低減することができる無線中継増幅装置を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る無線中継増幅装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る無線中継増幅装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】従来の無線中継増幅装置の構成例を示すブロック図である。
【図４】従来の無線中継増幅装置の他の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１  受信アンテナ、１２  入力側帯域フィルタ、１３  第１増幅部、１４  第２増幅部、１５  出力側帯域フィルタ、１６  送信アンテナ、２１，３１  高温超伝導帯域フィルタ、２２，３２  極低温低雑音増幅器、３３，５３  熱遮蔽函、２４  冷却手段。
【図１】
2004235812.tif 000003
【図２】
2004235812.tif 000004
【図３】
2004235812.tif 000005
【図４】
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