(57)【要約】【課題】雰囲気温度に対して安定かつ十分なダイナミックレンジを有する、屋外に設置される高感度受信機を提供する。【解決手段】高周波信号が入力される受信帯域フィルタＲＸＦ３と、受信帯域フィルタの後段に接続された受信低雑音増幅器ＬＮＡ４と、受信低雑音増幅器の出力信号を光信号に変換して出力するレーザーダイオードＬＤ５を具備する高感度受信機において、上記受信帯域フィルタＲＸＦ３、受信低雑音増幅器ＬＮＡ４、及びレーザーダイオードＬＤ５は熱遮蔽函８に封入され、上記冷却手段により冷却する。【選択図】図１
2004186956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号が入力される受信帯域フィルタと、受信帯域フィルタの後段に接続された受信低雑音増幅器と、受信低雑音増幅器の出力信号を光信号に変換して出力するレーザーダイオードを具備する高感度受信機において、
上記受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、及びレーザーダイオードは、熱遮蔽函に封入され、冷却手段により冷却されることを特徴とする高感度受信機。
【請求項２】
高周波信号が入力される受信帯域フィルタと、受信帯域フィルタの後段に接続された受信低雑音増幅器と、受信低雑音増幅器の出力信号を光信号に変換して出力するレーザーダイオードを具備する高感度受信機において、
上記受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、及びレーザーダイオードは熱遮蔽函に封入され、上記受信帯域フィルタは冷却手段により所望の第１の温度に冷却され、上記レーザーダイオードは熱抵抗手段を介して上記冷却手段により所望の第２の温度に冷却されることを特徴とする高感度受信機。
【請求項３】
高周波信号が入力される受信帯域フィルタと、受信帯域フィルタの後段に接続された受信低雑音増幅器と、受信低雑音増幅器の出力信号を光信号に変換して出力するレーザーダイオードを具備する高感度受信機において、
上記受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、及びレーザーダイオードは熱遮蔽函に封入され、上記受信帯域フィルタは熱抵抗手段を介して冷却手段により所望の第１の温度に冷却され、上記レーザーダイオードは上記冷却手段により所望の第２の温度に冷却されることを特徴とする高感度受信機。
【請求項４】
高周波信号が入力される受信帯域フィルタと、受信帯域フィルタの後段に接続された受信低雑音増幅器と、受信低雑音増幅器の出力信号を光信号に変換して出力するレーザーダイオードを具備する高感度受信機において、
上記受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、及びレーザーダイオードは熱遮蔽函に封入され、上記受信帯域フィルタは第１熱抵抗手段を介して冷却手段により所望の第１の温度に冷却され、上記レーザーダイオードは第２熱抵抗手段を介して上記冷却手段により所望の第２の温度に冷却され、上記受信低雑音増幅器は上記冷却手段により所望の第３の温度に冷却されることを特徴とする高感度受信機。
【請求項５】
高周波信号が入力される受信帯域フィルタと、受信帯域フィルタの後段に接続された受信低雑音増幅器と、受信低雑音増幅器の出力信号を光信号に変換して出力するレーザーダイオードを具備する高感度受信機において、
上記受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、及びレーザーダイオードは熱遮蔽函に封入され、上記受信帯域フィルタは第１の冷却手段により所望の第１の温度に冷却され、上記レーザーダイオードは第２の冷却手段により所望の第２の温度に冷却されることを特徴とする高感度受信機。
【請求項６】
高周波信号が入力される受信帯域フィルタと、受信帯域フィルタの後に接続された受信低雑音増幅器と、受信低雑音増幅器の出力信号を光信号に変換して出力するレーザーダイオードを具備する高感度受信機において、
上記受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、及びレーザーダイオードは熱遮蔽函に封入され、上記受信帯域フィルタは第１の冷却手段により所望の第１の温度に冷却され、上記レーザーダイオードは第２の冷却手段により所望の第２の温度に冷却され、上記受信低雑音増幅器は第３の冷却手段により所望の第３の温度に冷却されることを特徴とする高感度受信機。
【請求項７】
高周波信号が入力される受信帯域フィルタと、受信帯域フィルタの後段に接続された受信低雑音増幅器と、受信低雑音増幅器の出力信号を光信号に変換して出力するレーザーダイオードを具備する高感度受信機において、
上記受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、及びレーザーダイオードは熱遮蔽函に封入され、上記受信帯域フィルタは２ステージ形冷却手段の第１ステージに設置されて所望の第１の温度に冷却され、上記レーザーダイオードは上記２ステージ形冷却手段の第２ステージに設置されて所望の第２の温度に冷却されることを特徴とする高感度受信機。
【請求項８】
高周波信号が入力される受信帯域フィルタと、受信帯域フィルタの後段の接続された受信低雑音増幅器と、受信低雑音増幅器の出力信号を光信号に変換して出力するレーザーダイオードを具備する高感度受信機において、
上記受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、及びレーザーダイオードは熱遮蔽函に封入され、上記受信帯域フィルタは３ステージ形冷却手段の第１ステージに設置されて所望の第１の温度に冷却され、上記レーザーダイオードは上記３ステージ形冷却手段の第２ステージに設置されて所望の第２の温度に冷却され、上記受信低雑音増幅器は上記３ステージ形冷却手段の第３ステージに設置されて所望の第３の温度に冷却されることを特徴とする高感度受信機。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の高周波受信機において、
前記受信低雑音増幅器と前記レーザーダイオードとの間に信号伝送経路が挿入され、前記受信低雑音増幅器の出力信号の一部をバイアス電流制御手段に入力する電力分配手段が設けられ、前記バイアス電流制御手段は入力した信号の電力レベルに応じて前記レーザーダイオードへ供給するバイアス電流を制御することを特徴とする高周波受信機。
【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受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１に従来の高感度受信機のブロック図を示す。
この従来の高感度受信機は、アンテナ１と、アンテナ１で受信された信号を伝送するためのアンテナフィーダ２と、所望の帯域の信号を選択する受信帯域フィルタ（以下「ＲＸＦ」という）３と、ＲＸＦ３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（以下「ＬＮＡ」という）４と、レーザーダイオード（以下「ＬＤ」という）５と、出力端子６と、光ファイバケーブルからなる伝送線路２０と、光／電気変換器（以下「Ｏ／Ｅ」という）２１を備えている。ＲＸＦ３、ＬＮＡ４、及びＬＤ５は一つの筐体７に収納される。ここで図示していないが、ＲＸＦ３とＬＮＡ４との間で整合をとるために、両者の間にアイソレータを設ける場合もある。ＬＤ５はＬＮＡ４の出力電気信号を光信号に変換して出力端子６から光信号を出力する。出力端子６から出力される光信号は、伝送線路２０により伝送され、Ｏ／Ｅ２１により再び電気信号に変換されて受信信号とて出力される（例えば、非特許文献１  参照）
ここで、ＬＤ５、出力端子６、伝送線路２０、及びＯ／Ｅ２１から構成される部分を光伝送部と言う。
上記高感度受信機は、ＬＤ５によりＬＮＡ４から出力される受信信号は光信号に変換して光ファイバケーブルにより伝送されるため、同軸ケーブルを利用した電気信号の伝送方法と比べて伝送線路の軽量化、低損失化、及び広帯域化が可能である点で有利である。
【０００３】
【非特許文献１】
Ｔａ−Ｓｈｉｎｇ  Ｃｈｕ  ａｎｄ  Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｊ．  Ｇａｎｓ，  ”Ｆｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｃ  Ｍｉｃｒｏｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｒａｄｉｏ，”    ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｖｏｌ．４０，  Ｎｏ３，  Ａｕｇｕｓｔ  １９９１．    ｐｐ．  ５９９−６０６．
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１２に示した前記従来の技術の高感度受信機において、光伝送部のダイナミックレンジ（以下「ＤＲ」という）は、光伝送部の利得、雑音、及び歪特性を総合的に反映するパラメータであり、その定義として、図１３に示すように、等レベルの２波の搬送波信号を伝送する場合、光伝送部の出力において、相互変調歪成分の電力が雑音電力を超えないという条件の下で、達成できる最大のＣ／Ｎ比（搬送波電力／雑音電力）である。しかし前記高感度受信機が屋外に設置される場合、雰囲気温度の変化によって、ＬＤ５の電気／光変換特性（Ｅ／Ｏ特性）が大きく変動することがある。さらにＤＲは主としてＬＤ５のＥ／Ｏ特性に支配されるため、ＤＲも雰囲気温度の変動により大きく変動することがある。
一方、高感度受信機の受信性能を表す指標の一つとして、多重化チャネル数ｍがある。ｍが大きい場合、ｍとＤＲとの関係を次の式で近似的に表すことができる。
【数１】
2004186956.tif 000003
（文献「Ｔ．  Ｏｌｓｏｎ，  ”Ａｎ  ＲＦ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｆｉｂｅｒ−ｏｐｔｉｃ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｇｕｉｄｅ”，  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ，  １９９６，  ３９，  （８）  ｐｐ．５４−７８  」参照。）このため、ＤＲが変動すると、所要のｍを確保できなくなる場合がある。
【０００５】
図１４にＬＤ５の動作温度に対するＤＲに関する実験結果の一例を示す。この実験例において、ＬＤ５はＤＦＢ型レーザーダイオードである。図１４において、ＬＤ５の動作温度が例えば２９８Ｋ（２５°Ｃ）から３１８Ｋ（３５°Ｃ）に上昇した場合、ＤＲは２．７ｄＢ減少する。２９８Ｋでのｍを例えば３２波とすると、（式１）から、３１８Ｋのときのｍは１２波程度になり、ＬＤ５の動作温度の上昇によるｍの劣化は極めて大きい。
従来ではＬＤ５の動作温度の安定化を図るためにペルチェ素子が一般的に用いられている。しかし大きな雰囲気温度の変化を有する屋外において、ペルチェ素子によるＬＤ５の温度の安定化は困難である。このため、従来の高感度受信機を屋外に設置する場合、雰囲気温度の変動に対して、所望のｍを達成するＤＲを安定して確保することは極めて困難であるという問題があった。
本発明の目的は、高感度受信機が屋外に設置される場合、ＲＸＦ、ＬＮＡ、及びＬＤを熱遮蔽函に封入して冷却することにより雰囲気温度の変化に対してＲＸＦ，ＬＮＡ、及びＬＤの温度の安定化を図り、ロバストで、低損失・低雑音であり、かつ十分な光伝送部のダイナミックレンジを有する高感度受信機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１の発明では、高周波信号が入力される受信帯域フィルタと、受信帯域フィルタの後段に接続された受信低雑音増幅器と、受信低雑音増幅器の出力信号を光信号に変換して出力するレーザーダイオードを具備する高感度受信機において、
上記受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、及びレーザーダイオードは、熱遮蔽函に封入され、冷却手段により冷却される。
（２）請求項２の発明では、高周波信号が入力される受信帯域フィルタと、受信帯域フィルタの後段に接続された受信低雑音増幅器と、受信低雑音増幅器の出力信号を光信号に変換して出力するレーザーダイオードを具備する高感度受信機において、
上記受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、及びレーザーダイオードは熱遮蔽函に封入され、上記受信帯域フィルタは熱抵抗手段を介して冷却手段により所望の第１の温度に冷却され、上記レーザーダイオードは熱抵抗手段を介して上記冷却手段により所望の第２の温度に冷却される。
（３）請求項３の発明では、高周波信号が入力される受信帯域フィルタと、受信帯域フィルタの後段に接続された受信低雑音増幅器と、受信低雑音増幅器の出力信号を光信号に変換して出力するレーザーダイオードを具備する高感度受信機において、
上記受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、及びレーザーダイオードは熱遮蔽函に封入され、上記受信帯域フィルタは熱抵抗手段を介して冷却手段により所望の第１の温度に冷却され、上記レーザーダイオードは上記冷却手段により所望の第２の温度に冷却される。
【０００７】
（４）請求項４の発明では、高周波信号が入力される受信帯域フィルタと、受信帯域フィルタの後段に接続された受信低雑音増幅器と、受信低雑音増幅器の出力信号を光信号に変換して出力するレーザーダイオードを具備する高感度受信機において、
上記受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、及びレーザーダイオードは熱遮蔽函に封入され、上記受信帯域フィルタは第１熱抵抗手段を介して冷却手段により所望の第１の温度に冷却され、上記レーザーダイオードは第２熱抵抗手段を介して上記冷却手段により所望の第２の温度に冷却され、上記受信低雑音増幅器は上記冷却手段により所望の第３の温度に冷却される。
（５）請求項５に発明では、高周波信号が入力される受信帯域フィルタと、受信帯域フィルタの後段に接続された受信低雑音増幅器と、受信低雑音増幅器の出力信号を光信号に変換して出力するレーザーダイオードを具備する高感度受信機において、
上記受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、及びレーザーダイオードは熱遮蔽函に封入され、上記受信帯域フィルタは第１の冷却手段により所望の第１の温度に冷却され、上記レーザーダイオードは第２の冷却手段により所望の第２の温度に冷却される。
（６）請求項６の発明では、高周波信号が入力される受信帯域フィルタと、受信帯域フィルタの後段に接続された受信低雑音増幅器と、受信低雑音増幅器の出力信号を光信号に変換して出力するレーザーダイオードを具備する高感度受信機において、
上記受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、及びレーザーダイオードは熱遮蔽函に封入され、上記受信帯域フィルタは第１の冷却手段により所望の第１の温度に冷却され、上記レーザーダイオードは第２の冷却手段により所望の第２の温度に冷却され、上記受信低雑音増幅器は第３の冷却手段により所望の第３の温度に冷却される。
【０００８】
（７）請求項７の発明では、高周波信号が入力される受信帯域フィルタと、受信帯域フィルタの後段に接続された受信低雑音増幅器と、受信低雑音増幅器の出力信号を光信号に変換して出力するレーザーダイオードを具備する高感度受信機において、
上記受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、及びレーザーダイオードは熱遮蔽函に封入され、上記受信帯域フィルタは２ステージ形冷却手段の第１ステージに設置されて所望の第１の温度に冷却され、上記レーザーダイオードは上記２ステージ形冷却手段の第２ステージに設置されて所望の第２の温度に冷却される。
（８）請求項８の発明では、高周波信号が入力される受信帯域フィルタと、受信帯域フィルタの後段の接続された受信低雑音増幅器と、受信低雑音増幅器の出力信号を光信号に変換して出力するレーザーダイオードを具備する高感度受信機において、
上記受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、及びレーザーダイオードは熱遮蔽函に封入され、上記受信帯域フィルタは３ステージ形冷却手段の第１ステージに設置されて所望の第１の温度に冷却され、上記レーザーダイオードは上記３ステージ形冷却手段の第２ステージに設置されて所望の第２の温度に冷却され、上記受信低雑音増幅器は上記３ステージ形冷却手段の第３ステージに設置されて所望の第３の温度に冷却される。
（９）請求項９の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の高周波受信機において、
前記受信低雑音増幅器と前記レーザーダイオードとの間に信号伝送経路が挿入され、前記受信低雑音増幅器の出力信号の一部をバイアス電流制御に入力する電力分配手段が設けられ、前記バイアス電流制御手段は入力した信号の電力レベルに応じて前記レーザーダイオードへ供給するバイアス電流を制御する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、請求項１の高感度受信機の実施例を示すブロック図である。
図１と図１２と対応する部分に同一の符号と付けてある。図１２に示した構成と比較してこの実施例では、ＲＸＦ３、ＬＮＡ４、及びＬＤ５は例えばデュワー瓶等の熱遮蔽函８に封入され、外部から供給される電源により動作する冷却手段９により冷却されている点が異なる。熱遮蔽函８及び冷却手段９は１つの筐体７に収納される。
冷却手段９は、例えばヘリウムガスの圧縮・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まで冷却できる極低温冷凍機、加熱器、温度センサー、及び温度制御回路とで構成される。温度制御回路は、所望のＬＤ５の温度と温度センサーにより測定されたＬＤ５の温度とを比較して、冷凍機の熱吸収量と加熱器の熱発生量とを調節することにより、ＬＤ５の動作温度を長時間安定して所望の温度に維持することができる。また、熱遮蔽函８はその内部を真空にすることによって、周辺環境からの熱伝導を遮断し、冷凍機の負荷を軽減するとともに、ＬＤ５を極低温に冷却しても空気中の水蒸気が昇華してＬＤ５に霜がおりることを防ぐことができる。例えば図１４に示す実験データ例において、このＬＤ５の動作温度を２１３Ｋに設定することによって、光伝送部のダイナミックレンジは２９８Ｋ（２５°Ｃ）時の値と比べて７ｄＢ改善される。２９８Ｋでの多重化チャネル数は例えば３２波であるとすると、前記（式１）から、２１３Ｋのとき多重化チャネル数は３６０波ほどにも及ぶ。ＬＤ５を低温に冷却することによって多重化チャネル数を著しく拡大することができる。
【００１０】
また、ＲＸＦ３及びＬＮＡ４を同様に冷却手段９により冷却することで、雰囲気温度の変化に対するＲＸＦ３及びＬＮＡ４の電気的特性の変動を防ぐことができ、これらで発生する熱雑音を低減することができる。また、ＬＤ５として、超伝導材料の臨界温度（数１０Ｋ）付近、もしくは高温超伝導材料の臨界温度（例えば７７．４Ｋ）付近でそのＥ／Ｏ変換特性が光伝送部のダイナミックレンジを最大化するようなものを用いる場合、ＲＸＦ３，ＬＮＡ４、及びＬＤ５を冷却手段９により前記臨界温度に冷却する。ＲＸＦ３を超伝導材料もしくは高温超伝導材料で構成することによって、ＲＸＦ３を構成する共振器を多段化してもＲＸＦ３は超伝導状態であるため、その損失分が少なく、ＲＸＦ３の減衰特性を急峻にすることができる。
その結果、図１に示した高感度受信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比の受信信号を得ることができると同時に十分な光伝送部のダイナミックレンジを確保することができる。
【００１１】
図２は請求項２の高感度受信機の実施例を示すブロック図である。
図２には図１と対応する部分に同一の符号を付けてある。図１に示した構成と比較してこの実施例では、ＲＸＦ３及びＬＮＡ４は冷却手段９により冷却され、ＬＤ５は熱抵抗手段１０−１を介して冷却手段９により冷却される点が異なる。ＲＸＦ３は冷却手段９により冷却され、所望の温度（すなわち第１の温度）に長時間安定して維持される。一方、熱抵抗手段１０−１はＬＤ５と冷却手段９との間に介在し、ＬＤ５の動作するときに発生する熱を冷却手段９へ伝導し、ＬＤ５の温度を長時間安定して所望の温度（すなわち第２の温度）に維持する。ここで熱抵抗手段１０−１を冷却手段９とＬＤ５との間に介在した理由は後述するが、熱抵抗手段１０−１を用いることにより、第１の温度と第２の温度との間に必要な温度オフセットを設けることができる。
上記第１の温度は、例えばＲＸＦ３を超伝導材料で構成した場合、ＲＸＦ３の臨界温度以下に設定される、この温度状態でＲＸＦ３は超伝導状態になっている。この場合ＲＸＦ３を構成する共振器を多段化しても、ＲＸＦ３は超伝導状態であるため、その損失分が少なく、ＲＸＦ３の減衰特性を急峻にすることができる。同時に、ＲＸＦ３で発生する熱雑音をも低減される。
一方、上記第２の温度は、ＬＤ５を好適の電気特性で動作させるための温度である。例えば、図１４に示す実験データの例において、このＬＤ５は２１３Ｋの温度において、その電気特性により光伝送部のダイナミックレンジが最大化される。このため、光伝送部の多重化チャネル数の最大化を図るときに、このＬＤ５に関して第２の温度を２１３Ｋに設定することが望まれる。
以上は第１の温度と第２の温度の例であるが、一般的にＲＸＦ３にとって好適の第１の温度とＬＤ５にとって好適の第２の温度は一様ではない。そこでこの実施例では、ＲＸＦ３が第１の温度に安定する状態を冷却手段９により実現し、ＬＤ５が（第１の温度と比較して高い）第２の温度に安定する状態を、ＬＤ５と冷却手段９との間に熱抵抗手段１０−１を介在させることにより実現する。これが熱抵抗手段１０−１を冷却手段９とＬＤ５との間に介在させた理由である。なお、所要の温度オフセットは、熱抵抗手段１０−１を構成する部材の熱伝導率及び形状を適切に選ぶことにより実現することができる。
なお、図２に示す高感度受信機の構成例において、ＬＮＡ４の低雑音化を図るために、ＬＮＡ４をＲＸＦ３とともに冷却手段９により冷却されるが、ＬＮＡ４をＬＤ５とともに熱抵抗手段１０−１を介して冷却手段９により冷却する構成も用いることもできる。
【００１２】
図３は請求項３の高感度受信機の実施例を示すブロック図である。
図２に示した構成と比較してこの実施例では、ＲＸＦ３は熱抵抗手段１０−２を介して冷却手段９により冷却され、ＬＮＡ４及びＬＤ５は冷却手段９により冷却される点が異なる。ＲＸＦ３は熱抵抗手段１０−２を介して冷却手段９により冷却され、第１の温度に長時間安定して維持される。ＬＤ５は冷却手段９により冷却され、第２の温度に長時間安定して維持される。この実施例では、ＬＤ５が第２の温度に安定する状態を冷却手段９により実現し、ＲＸＦ３が（第２の温度と比較して高い）第１の温度に安定する状態を、ＲＸＦ３と冷却手段９との間に熱抵抗手段１０−２を介在させることにより実現する。
なお、図３に示す高感度受信機の構成例において、ＬＮＡ４の低雑音化を図るために、ＬＮＡ４をＬＤ５とともに冷却手段９により冷却されるが、ＬＮＡ４をＲＸＦ３とともに熱抵抗手段１０−２を介して冷却手段９により冷却する構成も用いることもできる。
【００１３】
図４は請求項４の高感度受信機の実施例を示すブロック図である。
図２に示した構成と比較してこの実施例では、ＲＸＦ３は第１熱抵抗手段１０−２を介して冷却手段９により冷却され、ＬＤ５は第２熱抵抗手段１０−１を介して冷却手段９により冷却され、及びＬＮＡ４は冷却手段９により冷却される点が異なる。図４に示す構成において、ＲＸＦ３、ＬＤ５、及びＬＮＡ４は、それぞれ第１の温度、第２の温度及び第３の温度に長時間安定して維持される。第１熱抵抗手段１０−２及び第２熱抵抗手段１０−１を設けることにより、第１の温度と第３の温度との間の温度オフセット、及び第２の温度と第３の温度との間の温度オフセットをそれぞれ所要の値に設定することができる。第１、第２及び第３の温度の一例として、例えば、高温超伝導材料により構成されたＲＸＦ３に対して第１の温度を７７Ｋ程度に設定し、図１４に示す実験データの例の場合ＬＤ５に対して第二の温度を２１３Ｋに設定し、また、ＬＮＡ４で発生する熱雑音を極限的に低減するために、第３の温度を数１０Ｋ程度に設定する。
【００１４】
図５は請求項５の高感度受信機の実施例を示すブロック図である。
図１に示した構成と比較してこの実施例では、ＲＸＦ３及びＬＮＡ４は第１冷却手段９−１により冷却され、ＬＤ５は第２冷却手段９−２により冷却される点が異なる。ＲＸＦ３は第１冷却手段９−１により冷却され、第１の温度に長時間安定して維持される。ＬＤ５は第２冷却手段９−２により冷却され、第２の温度に長時間安定して維持される。第１冷却手段９−１及び第２冷却手段９−２を設ける理由は、ＲＸＦ３の第１の温度とＬＤ５の第２の温度をそれぞれ独立に設定できるようにするためである。
なお、図５に示す高感度受信機の構成例において、ＬＮＡ４の低雑音化を図るために、ＬＮＡ４をＲＸＦ３とともに第１冷却手段９−１により冷却されるが、ＬＮＡ４をＬＤ５とともに熱抵抗手段９−２により冷却する構成も用いることもできる。
【００１５】
図６は請求項６の高感度受信機の実施例を示すブロック図である。
図５に示した構成と比較してこの実施例では、ＲＸＦ３、ＬＤ５、及びＬＮＡ４は、それぞれ第１冷却手段９−３、第２冷却手段９−４、及び第３冷却手段９−５により冷却される点が異なる。この構成により、ＲＸＦ３、ＬＤ４、及びＬＮＡ４は、それぞれ第１の温度、第２の温度、及び第３の温度に長時間安定して維持される。第１、第２及び第３の温度の一例として、例えば、高温超伝導材料により構成されたＲＸＦ３に対して第１の温度を７７Ｋ程度に設定し、図１３に示す実験データの例の場合のＬＤ５に対して第２の温度を２１３Ｋに設定し、また、ＬＮＡ４で発生する熱雑音を極限的に低減するために、第３の温度を数１０Ｋ程度に設定する。
【００１６】
図７は請求項７の高感度受信機の実施例を示すブロック図である。
図５に示した構成と比較してこの実施例では、ＲＸＦ３及びＬＮＡ４は２ステージ形冷却手段９−６の第１ステージ９−６１に設置されて冷却され、ＬＤ５は２ステージ形冷却手段９−６の第２ステージ９−６２に設置されて冷却される点が異なる。２ステージ形冷却手段９−６は、その第１ステージ９−６１と第２ステージ９−６２の温度を独立に設定することができる。このような２ステージ形冷却手段９−６として市販品を利用することができる。ＲＸＦ３は第１ステージ９−６１に設置されて冷却され、第１の温度に長時間安定して維持される。ＬＤ５は第２ステージ９−６２に設置されて冷却され、第２の温度に長時間安定して維持される。
なお、図７に示す高感度受信機の構成例において、ＬＮＡ４の低雑音化を図るために、ＬＮＡ４をＲＸＦ３とともに第１ステージ９−６１に設置されて冷却されるが、ＬＮＡ４をＬＤ５とともに第２ステージに９−６２に設置されて冷却される構成も用いることもできる。
【００１７】
図８は請求項８の高感度受信機の実施例を示すブロック図である。
図７に示した構成と比較してこの実施例では、ＲＸＦ３、ＬＤ５、及びＬＮＡ４は、それぞれ３ステージ形冷却手段９−７の第１ステージ９−７１、第２ステージ９−７２、及び第３ステージ９−７３に設置されて冷却される点が異なる。３ステージ形冷却手段９−７は、その第１ステージ９−７１、第２ステージ９−７２、及び第３ステージ９−７３の温度を独立に設定することができる。この場合、ＲＸＦ３、ＬＤ５、及びＬＮＡ４は、それぞれ第１、第２及び第３の温度に長時間安定して維持される、第１、第２及び第３の温度の一例として、例えば、高温超伝導材料により構成されたＲＸＦ３に対して第１の温度を７７Ｋ程度に設定し、図１３に示す実験データの例の場合のＬＤ５に対して第２の温度を２１３Ｋに設定し、また、ＬＮＡ４で発生する熱雑音を極限的に低減するために、第３の温度を数１０Ｋに設定する。
【００１８】
図９は請求項９に高感度受信機の実施例を示すブロック図である。図１０はレーザーダイオードを用いて高周波信号を光信号に変換する原理を説明するための図である。
図９に示した高感度受信機は、図２に示した高感度受信機にＬＤのバイアス電流を制御するための電力を分配する分配手段１１とバイアス電流制御手段１２を備えた高感度受信機である。
ＬＮＡ４の出力信号は分配手段１１により分配されてＬＤ５及びバイアス電流制御手段１２に入力される。バイアス電流制御手段１２は、入力信号の電力レベルを検出し、入力信号の電力レベルが大きい場合にはＬＤ５に供給するバイアス電流を増大し、入力信号の電力が小さい場合にはＬＤ５に供給するバイアス電流を低減するように制御する。
【００１９】
図１０を参照してＬＤ５を用いて高周波信号を光信号に変換する原理を説明する。
図１０（ａ）は、高周波信号ｓ（ｔ）が最も大きな多重化チャネル数を有する場合を表す。この場合、ｓ（ｔ）は大きな電力レベルを有し、その最大振幅も大きくなっている。ｓ（ｔ）を光信号ｐ（ｔ）に変換するときに、クリッピングを発生させないように、ＬＤ５のバイアス電流を例えばＩ１のように十分大きく設定する。ただしこの場合ＬＤ５は大きな平均出力パワーＰ１を伴っている。一方、高感度受信機の受信高周波信号の多重化チャネル数が通信トラヒックにより時間的に変動する場合がある。このため、ｓ（ｔ）の電力及び振幅も時間的変動をする。図１０（ｂ）に示すように、多重化チャネル数が少なくなって、ｓ（ｔ）の最大振幅が小さい場合、ＬＤ５のバイアス電流を例えば小さい電流値Ｉ２に設定する。この場合、ＬＤ５の平均出力光パワーをＰ２まで低減することができる。これにより、ＬＤ５の発熱量を低減し、冷却手段９の負荷を小さくすることができると同時に、常に大きなバイアス電流及び大きな平均出力光パワーで動作する場合と比べてＬＤ５の経年劣化を緩和することを図ることができる。
なお、図２に示した高感度受信機に電力分配手段１１とバイアス電流制御手段１２を適用してＬＤのバイアス電流を入力高周波信号の電力レベルに応じて制御する場合について説明したが、図１、図３〜９に示した高感度受信機においても同様に適用が可能である。
【００２０】
図１１はパイロット信号を用いた監視手段を備えた高感度受信機の実施例を示すブロック図である。
この実施例は上述した高感度受信機と比較して、ＲＸＦ３の減衰帯域の範囲内のパイロット信号を発生するパイロット信号発生手段３０が熱遮蔽函８の外側に設けられ、またパイロット信号発生手段３０で発生されたパイロット信号をＲＸＦ３とＬＮＡ４の間に注入するパイロット信号注入手段３１が設けられ、さらに出力端子６からの光信号を伝送する光ファイバケーブルである伝送線路２０上に、光信号を電気信号に変換してから受信信号と上記パイロット信号を分波する分波手段３２と、分波されたパイロット信号のレベルを検出するレベル検出手段３３と、レベル検出手段３３により検出された上記パイロット信号のレベルと予め設定された閾値と比較する監視手段３４とが設けられている点で異なる。パイロット信号発生手段３０が熱遮蔽函８の内部に設けられなかったのは、冷却手段９に対する負担を軽減するためである。レベル検出手段３３は選択レベルメータ等が利用できる。さらに、監視手段３４は予め設定された閾値電圧を発生する基準電圧発生手段とコンパレータ等で構成されるか、あるいは、基本回路としてのＡ／Ｄ変換器、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成することができる。
パイロット信号発生手段３０で発生されたパイロット信号はパイロット信号注入手段３１によりＬＮＡ４に注入される。このとき、パイロット信号の周波数ははＲＸＦ３の減衰帯域になるように設定されているから、注入されたパイロット信号はＲＸＦ３で反射され、ＬＮＡ４に入力されるので、パイロット信号がアンテナ１から放射されることなく、他のシステムに妨害を与える心配はない。パイロット信号が付加された受信信号は、ＬＮＡ４により増幅され、ＬＤ５により光信号に変換され出力端子６から出力される。例えば屋内において受信信号とパイロット信号を分波手段３２で分波し、パイロット信号のレベルをレベル検出手段３３で検出することができる。監視手段３４においてレベル検出手段３３により検出されたパイロット信号のレベルが予め設定された閾値と比較し低いかどうかを監視すれば、屋外に設置された高感度受信機内のＬＮＡ４もしくはＬＤ５で障害が発生したかどうかを直ちに、かつ、確実に検出することができる。またこの場合、高感度受信機を予備のＬＮＡ４もしくはＬＤ５に切り換えることもできる。
【００２１】
なお、図１１では図１の構成例において、パイロット信号発生手段３０及びパイロット信号注入手段３１を設けた例を示しているが、他の構成例においても同様に適用が可能である。また、パイロット信号注入手段３１を冷却手段９により冷却する、あるいは冷却しない構成としてもよい。
さらに、高感度受信機が屋外に設置される場合、雷放電に起因する障害を回避するために、筐体７の内部で、アンテナフィーダ２とＲＸＦ３の間、及び各デバイスに給電される給電線路（図示せず）のそれぞれに雷サージ保護器を挿入する。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、高感度受信機を屋外に設置する場合でも、雰囲気温度の変化に対してロバストで、低損失・低雑音であり、かつ十分な光伝送部のダイナミックレンジを確保することができる高感度受信機を提供できる。また、受信帯域フィルタ、受信低雑音増幅器、及びレーザーダイオードを一つの熱遮蔽函に封入して冷却することにより、これらを別々に熱遮蔽函に封入して冷却する場合と比べて、熱遮蔽函間の信号接続用電気ケーブルの設置を省けるだけではなく、このような信号接続用電気ケーブルを通して各熱遮蔽函への熱侵入、及びこの熱侵入による各冷却手段の負荷増をなくすことができ、高感度受信機全体の小型化、経済化ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の高感度受信機の実施例を示すブロック図。
【図２】請求項２の高感度受信機の実施例を示すブロック図。
【図３】請求項３の高感度受信機の実施例を示すブロック図。
【図４】請求項４の高感度受信機の実施例を示すブロック図。
【図５】請求項５の高感度受信機の実施例を示すブロック図。
【図６】請求項６の高感度受信機の実施例を示すブロック図。
【図７】請求項７の高感度受信機の実施例を示すブロック図。
【図８】請求項８の高感度受信機の実施例を示すブロック図。
【図９】請求項９の高感度受信機の実施例を示すブロック図。
【図１０】レーザーダイオードを用いて高周波信号を光信号に変換する原理を説明するための図。
【図１１】パイロット信号を用いた監視手段を備えた高感度受信機の実施例を示すブロック図。
【図１２】従来の高感度受信機を示すブロック図。
【図１３】光伝送部のダイナミックレンジを説明するための図。
【図１４】レーザーダイオードの動作温度に対するダイナミックレンジの実験例を示す図。
【符号の説明】
１・・・アンテナ、２・・・アンテナフィーダ、３・・・受信帯域フィルタ、４・・・受信低雑音増幅器、５・・・レーザーダイオード、７・・・筐体、９・・・冷却手段、１０・・・熱抵抗手段
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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