(57)【要約】【課題】超伝導フィルタを備えたフロントエンドの小型化及び消費電力の低減を図る。【解決手段】フロントエンド(20)は、超伝導フィルタ(7)と、超伝導フィルタ(7)のみを覆う真空槽(11)と、真空槽(11)内で超伝導フィルタ(7)を冷却する冷凍機(10)と、真空槽(11)の外部に設けられた低雑音増幅器(14)とを備えている。フロントエンド(20)は更に、超伝導フィルタ(7)と並列に設けられた誘電体フィルタ(12)と、低雑音増幅器(14)と並列に設けられた低雑音増幅器(15)とを備えている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導フィルタ(7)と、該超伝導フィルタ(7)を覆う断熱槽(11)と、該断熱槽(11)内で該超伝導フィルタ(7)のみを冷却するように構成された冷凍機(10)とを備えているフロントエンド。
【請求項２】
超伝導フィルタ(7)と、該超伝導フィルタ(7)を覆う断熱槽(11)と、該断熱槽(11)内で該超伝導フィルタ(7)を冷却する冷凍機(10)と、該断熱槽(11)の外部に設けられ、該超伝導フィルタ(7)と接続された増幅器(14)とを備えているフロントエンド。
【請求項３】
前記超伝導フィルタ(7)と並列に設けられ、常温環境下で使用されるサブフィルタ(12)と、
前記超伝導フィルタ(7)及び前記サブフィルタ(12)のいずれか一方を選択する選択手段(6a,6b)とを備えている請求項１又は２に記載のフロントエンド。
【請求項４】
前記増幅器(14)と並列に設けられ、該増幅器(14)が故障したときに使用される補助増幅器(15)を備えている請求項１〜３のいずれか一つに記載のフロントエンド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フロントエンドに係り、特に、超伝導フィルタを備えたフロンエンドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、移動体通信の基地局装置等において、超伝導フィルタと低雑音増幅器（ＬＮＡ）とを備えたフロントエンドが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図４に示すように、この種の基地局装置(100)は、アンテナ(101)と、デュプレクサ(102)と、送信回路部(103)と、受信回路部(104)と、送受信機(120)とを備えている。図５に示すように、受信回路部(104)のフロントエンド(104a)は、超伝導フィルタ(105)及び低雑音増幅器(106)からなる主系統(108)と、誘電体フィルタ(109)及び低雑音増幅器(110)からなる補助系統(111)と、主系統(108)と補助系統(111)とを選択的に切り替えるスイッチ(112a,112b)とを備えている。
【０００４】
超伝導フィルタ(105)及び低雑音増幅器(106)は、冷凍機(107)のコールドヘッド(113)の先端部に設けられた冷却板(114)上に設けられ、冷凍機(107)によって所定の低温状態（例えば７０Ｋ以下）にまで冷却される。冷却板(114)と超伝導フィルタ(105)と低雑音増幅器(106)とは、低温を維持するために真空槽(116)の内部に設けられている。
【０００５】
補助系統(111)は、主系統(108)の冷凍機(107)等に故障が発生したときに用いられる回路であり、故障発生時にはスイッチ(112a,112b)が補助系統(111)側に切り替えられる。この補助系統(111)がいわゆるバックアップ回路となり、フロントエンド(104a)の信頼性を高めている。
【０００６】
なお、主系統(108)及び補助系統(111)の各機器は、それぞれ筐体(116,117)に収容されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−３３０７５９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のフロントエンド(104a)では、超伝導フィルタ(105)及び低雑音増幅器(106)の双方を冷却するように構成されていたため、冷凍機(107)として大容量の冷凍機を用いる必要があった。そのため、冷凍機(107)の大型化に伴ってフロントエンド(104a)の寸法及び消費電力が大きかった。
【０００９】
また、主系統(108)のフィルタ(105)及び増幅器(106)と、補助系統(111)のフィルタ(109)及び増幅器(110)とを、それぞれ一体不可分のものとして一組ずつ設ける必要があった。そのため、主系統(108)の超伝導フィルタ(105)及び低雑音増幅器(106)のうち低雑音増幅器(106)のみが故障した場合であっても、系統を主系統(108)から補助系統(111)に切り替える必要があり、超伝導フィルタ(105)の優れた特性、すなわち干渉の低減及び感度の向上という特性を利用することができなくなっていた。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、超伝導フィルタを備えたフロントエンドの小型化及び消費電力の低減を図ることにある。また、増幅器のみが故障した場合でも超伝導フィルタの継続使用を可能にすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係るフロントエンドは、超伝導フィルタと、該超伝導フィルタを覆う断熱槽と、該断熱槽内で該超伝導フィルタのみを冷却するように構成された冷凍機とを備えているものである。
【００１２】
第２の発明に係るフロントエンドは、超伝導フィルタと、該超伝導フィルタを覆う断熱槽と、該断熱槽内で該超伝導フィルタを冷却する冷凍機と、該断熱槽の外部に設けられ、該超伝導フィルタと接続された増幅器とを備えているものである。
【００１３】
上記第１及び第２の各発明では、冷凍機は超伝導フィルタのみを冷却すれば足りるので、従来よりも容量の小さな冷凍機を用いることができる。そのため、冷凍機を小型化することができ、ひいてはフロントエンド全体の小型化及び消費電力の低減を図ることができる。
【００１４】
第３の発明に係るフロントエンドは、第１又は第２の発明において、前記超伝導フィルタと並列に設けられ、常温環境下で使用されるサブフィルタと、前記超伝導フィルタ及び前記サブフィルタのいずれか一方を選択する選択手段とを更に備えているものである。
【００１５】
上記第３の発明では、選択回路によって、使用するフィルタとして超伝導フィルタ又はサブフィルタが選択される。したがって、使用状況に応じていずれか一方のフィルタを任意に選択し、使用することができる。冷凍機又は超伝導フィルタが故障した場合には、サブフィルタを選択することにより、フロントエンドの動作を継続することができる。
【００１６】
第４の発明に係るフロントエンドは、第１〜第３の発明において、前記増幅器と並列に設けられ、該増幅器が故障したときに使用される補助増幅器を備えているものである。
【００１７】
上記第４の発明では、超伝導フィルタと増幅器とが一体不可分の関係にはないので、増幅器が故障したときには、この増幅器に代わって補助増幅器が用いられることにより、超伝導フィルタを使用したままフロントエンドの動作を継続することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
＜実施形態１＞
図１に示すように、移動体通信の送受信部(1)は、アンテナ(2)とフロントエンド(20)とを備えている。フロントエンド(20)には、デュプレクサ(5)が設けられている。デュプレクサ(5)はアンテナポート(3)と送信用ポート(4)とに接続され、アンテナポート(3)にはケーブルを介してアンテナ(2)が接続されている。
【００２０】
フロントエンド(20)には、超伝導フィルタ(7)と誘電体フィルタ(12)とが並列に設けられている。超伝導フィルタ(7)及び誘電体フィルタ(12)に対しては、これらフィルタの使用状態を切り替える切り替えスイッチ(6a,6b)が設けられている。超伝導フィルタ(7)は通常時に使用されるフィルタであり、誘電体フィルタ(12)は超伝導フィルタ(7)の故障時に使用される。ただし、超伝導フィルタ(7)及び誘電体フィルタ(12)の使用形態は上記形態に限定されるものではなく、通常時においても誘電体フィルタ(12)を適宜用いるようにしてもよい。
【００２１】
超伝導フィルタ(7)は、冷却板(8)上に設けられている。冷却板(8)は冷凍機(10)のコールドヘッド(9)の先端部に設けられ、冷凍機(10)によって所定の低温状態（例えば７０Ｋ以下）にまで冷却される。冷却板(8)には熱伝導率の高い材料を用いることが好ましく、例えば銅等の金属などを好適に用いることができる。冷凍機(10)としては、例えばパルス管式のスターリング冷凍機等を好適に用いることができる。ただし、冷却板(8)の材料や冷凍機(10)の種類は特に限定されるものではない。
【００２２】
超伝導フィルタ(7)、冷却板(8)及びコールドヘッド(9)は、断熱槽としての真空槽(11)の内部に収容されている。この真空槽(11)によって、超伝導フィルタ(7)や冷却板(8)等は外部と断熱され、低温状態を維持している。真空槽(11)には入力コネクタ(17)と出力コネクタ(18)とが設けられ、超伝導フィルタ(7)はこれらのコネクタ(17,18)を通じてスイッチ(6a,6b)に接続されている。
【００２３】
誘電体フィルタ(12)は、超伝導フィルタ(7)と異なり、常温条件下で使用されるフィルタである。そのため、冷凍機(10)が故障して超伝導フィルタ(7)を低温状態に維持できなくなった場合であっても、スイッチ(6a,6b)を誘電体フィルタ(12)側に切り替えることにより、フロントエンド(20)は所定の機能を継続して発揮することができる。
【００２４】
フロントエンド(20)は、更に、互いに並列に設けられた第１及び第２の低雑音増幅器(14,15)を備えている。これら低雑音増幅器(14,15)には、切り替えスイッチ(13a,13b)が設けられている。本実施形態では、通常時には切り替えスイッチ(13a,13b)が第１低雑音増幅器(14)側に設定され、第１低雑音増幅器(14)が使用される。第１低雑音増幅器(14)の故障時には、切り替えスイッチ(13a,13b)が第２低雑音増幅器(15)側に切り替えられ、第１低雑音増幅器(14)に代わって第２低雑音増幅器(15)が使用される。
【００２５】
切り替えスイッチ(13b)は受信信号出力ポート(16)に接続され、受信信号出力ポート(16)には図示しない信号処理回路が接続されている。
【００２６】
このフロントエンド(20)によれば、真空槽(11)の内部には超伝導フィルタ(7)のみが設けられ、冷凍機(10)の冷却対象は超伝導フィルタ(7)のみであるので、冷凍機(10)の冷凍負荷が小さい。そのため、冷凍機(10)の低容量化を図ることができ、消費電力を軽減することができる。また、冷凍機(10)の小型化を図ることができ、ひいてはフロントエンド(20)の小型化を達成することができる。
【００２７】
なお、一般に、低雑音増幅器(14,15)を冷却することによって感度の向上を図ることが可能である。しかし、日本などのように国土があまり広くない国では、感度の向上はさほど重要でない場合もある。そのような背景から、本実施形態は、感度の向上よりも小型化及び消費電力の低減を優先させたものである。
【００２８】
超伝導フィルタ(7)と並列に誘電体フィルタ(12)を設けることとしたので、超伝導フィルタ(7)又は冷凍機(10)が故障した場合であっても、誘電体フィルタ(12)を使用することにより送受信部(1)の運転を継続することができる。すなわち、通常は超伝導フィルタ(7)による急峻な帯域外減衰特性を利用して不要電波を極力低減する一方、冷凍機(10)の故障等により超伝導フィルタ(7)が正常に機能しなくなった場合には誘電体フィルタ(12)を用いることにより、通信回線を常に確保することができる。したがって、送受信部の信頼性を向上させることができる。
【００２９】
互いに並列な第１及び第２低雑音増幅器(14,15)を設け、第１低雑音増幅器(14)の故障時には第２低雑音増幅器(15)を用いることとしたので、送受信部(1)の信頼性をより一層向上させることができる。
【００３０】
低雑音増幅器(14,15)は冷凍機(10)の冷却対象ではないので、従来と異なり、冷凍機(10)が故障した場合であっても低雑音増幅器(14,15)を継続して使用することができる。したがって、低雑音増幅器(14,15)自体は故障していないにも拘わらずその使用を中止しなければならないといった事態を回避することができる。
【００３１】
また、低雑音増幅器(14)は超伝導フィルタ(7)と一体不可分の関係にある訳ではないので、超伝導フィルタ(7)及び低雑音増幅器(14)のいずれか一方のみが故障した場合であっても、他方はそのまま使用することができる。
【００３２】
＜実施形態２＞
図２に示すように、実施形態２に係るフロントエンド(20)は、２チャンネル分のフィルタ(7a,7b,12)及び低雑音増幅器(14,15)を備えているものである。ただし、一方のチャンネル（図２の上側のチャンネル）は受信専用のチャンネルであり、他方のチャンネル（図２の下側のチャンネル）と異なりデュプレクサ(5)は省略されている。
【００３３】
本実施形態では、真空槽(11)内の冷却板(8)には、２チャンネル分の超伝導フィルタ、すなわち第１超伝導フィルタ(7a)と第２超伝導フィルタ(7b)とが設けられている。言い換えると、本実施形態では、冷凍機(10)は２つの超伝導フィルタ(7a,7b)を冷却している。冷凍機(10)及び真空槽(11)は、一体となってケーシング(21)に収容されている。
【００３４】
各チャンネルのその他の構成は実施形態１と同様であるので、同様の部分には実施形態１と同様の符号を付し、それらの説明は省略する。
【００３５】
図３に示すように、ケーシング(21)は装置本体(22)に挿抜自在に収容され、いわゆるカートリッジ式の構成を有している。ケーシング(21)には、各超伝導フィルタ(7a,7b)の入力コネクタ(17)と出力コネクタ(18)とが設けられている。また、ケーシング(21)には、冷凍機(10)等に電力を供給するケーブルに接続される電力供給コネクタ(23)が設けられている。なお、図２においては、電力供給コネクタ(23)の図示は省略されている。
【００３６】
本実施形態においても、各チャンネルにおいて実施形態１と同様の動作が行われ、実施形態１と同様の効果を得ることができる。また、冷凍機(10)及び真空槽(11)がケーシング(21)に一体的に収容され、このケーシング(21)は装置本体(22)に対して挿抜自在に形成されている。そのため、ケーシング(21)の取り出し及び取り付けが容易である。したがって、冷凍機(10)及び真空槽(11)を容易に取り扱うことができる。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１及び２記載の各発明によれば、冷凍機を小型化及び低容量化することができる。そのため、フロントエンドの小型化及び消費電力の低減を図ることができる。
【００３８】
請求項３記載の発明によれば、状況に応じていずれか一方のフィルタを任意に使用することができる。そのため、冷凍機又は超伝導フィルタが故障した場合に、超伝導フィルタの代わりにサブフィルタを使用することにより、フロントエンドの動作を継続することができる。したがって、フロントエンドの信頼性を向上させることができる。
【００３９】
請求項４記載の発明によれば、増幅器が故障したときには補助増幅器を用いるので、超伝導フィルタをそのまま利用しながらフロントエンドの動作を継続することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１に係るフロントエンドの回路構成図である。
【図２】実施形態２に係るフロントエンドの回路構成図である。
【図３】実施形態２に係るフロントエンドの斜視図である。
【図４】基地局装置の回路構成図である。
【図５】従来のフロントエンドの回路構成図である。
【符号の説明】
(1)   送受信部
(2)   アンテナ
(5)   デュプレクサ
(7)   超伝導フィルタ
(8)   冷却板
(9)   コールドヘッド
(10)  冷凍機
(11)  真空槽
(12)  誘電体フィルタ
(14)  第１低雑音増幅器
(15)  第２低雑音増幅器
(20)  フロントエンド
(100) 基地局装置
【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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