JP2004147072A

JP2004147072A - 電波受信装置、電波時計及び中継器

Info

Publication number: JP2004147072A
Application number: JP2002309733A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Someya; 染谷　薫
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2002-10-24
Publication date: 2004-05-20
Anticipated expiration: 2022-10-24
Also published as: JP4232433B2

Abstract

【課題】微弱電波を安定して受信可能な電波受信装置及び電波時計を提供すること。
【解決手段】キャリア抽出回路９は、フィルタ回路８から入力した信号ａに基づいて搬送波と同じ周波数、同じ位相の信号を信号ｂとして信号再生回路１０に出力する。信号再生回路１０は、信号ａの最大振幅の５５％の振幅を持つように信号ｂを増幅し、信号ａから増幅した信号を減算する。減算した信号はリミッタ回路を介してＰＤ（位相比較器）に入力され、信号ｂの位相と比較される。ＰＤを出力した信号はＬＰＦを介して信号ａのベースバンド信号に相当する信号として出力される。
【選択図】　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電波受信装置、電波時計及び中継器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、各国（例えば、ドイツ、イギリス、スイス、日本等）において、時刻データ即ちタイムコード入りの長波標準電波が送出されている。我が国（日本）では、２つの送信所（福島県及び佐賀県）より、図７に示すようなフォーマットのタイムコードで振幅変調した、４０ｋＨｚ及び６０ｋＨｚの長波標準電波が送出されている。図７によれば、タイムコードは、正確な時刻の分の桁が更新される毎即ち１分毎に、１周期６０秒のフレームで送出されている。
【０００３】
ところで、このタイムコードを受信し、これにより計時回路の時刻データを修正する、いわゆる電波時計が知られている。このような電波時計では、受信した電波を検波及び復調することによって所望の周波数の信号を抽出していた（例えば、特許文献１参照；全請求項に対応）。また、ステレオ信号のフロントエッジ部とリヤーエッジ部を位相変調したパルス幅変調波と、無変調のパルス幅変調波とを交互に受信してステレオ信号を再生する電波受信装置も知られている。（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１０８７７０号公報（第４−５頁、第１図）
【特許文献２】
特開平１１−２６１５０６号公報（第３−６頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の発明の場合、電波受信装置において微弱電波を受信した場合、その電波に含まれる雑音等によって安定した検波を行うことが困難であった。また、特許文献２の発明の場合、回路規模が大きく、電波時計用の回路としては不向きであった。
【０００６】
本発明の目的は、微弱電波を安定して受信可能な電波受信装置及び電波時計を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明の電波受信装置は、電波信号を受信し、この受信した電波信号を電気信号に変換して出力する電波受信手段（例えば、図２のアンテナ１）と、所定周波数の信号を出力する発振手段（例えば、図２の局部発振回路５）と、前記電波受信手段より出力された電気信号を前記発振手段より出力された信号と合成して、中間周波数信号に変換する周波数変換手段（例えば、図２の周波数変換回路４）と、この周波数変換手段によって変換された中間周波数信号から基準信号を生成する基準信号生成手段（例えば、図２のキャリア抽出回路９；図３の発振器９３）と、前記中間周波数信号から前記基準信号を減算する減算手段（例えば、図３の減算器１０３）と、この減算手段より減算された信号の位相と前記基準信号の位相を比較する位相比較手段（例えば、図３のＰＤ１０５）と、を備えることを特徴としている。
【０００８】
この請求項１に記載の発明によれば、減算手段が中間周波数信号から基準信号を減算する。そして位相比較手段が、この減算された信号の位相と基準信号の位相とを比較することによって、中間周波数信号の振幅変調を位相変調に変換することができる。従って、電波受信手段が微弱電波を受信したことにより中間周波数信号の波形が変形していても、中間周波数信号の振幅変調を位相変調に変換し、位相を基準として検波するため、微弱電波を受信しても安定した検波を行うことができる。よって、電波受信装置の受信性能を向上させることができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電波受信装置であって、前記中間周波数信号の強度に応じて前記基準信号を増幅する増幅手段（例えば、図３の増幅器１０２）を更に備え、前記減算手段は、前記中間周波数信号から前記増幅手段により増幅された信号を減算することを特徴としている。
【００１０】
この請求項２に記載の発明によれば、中間周波数信号の強度に応じて基準信号を増幅することにより、中間周波数信号の強度が変動しても、減算手段から出力する信号を安定化させることができる。従って、より安定した検波を行うことができる。
【００１１】
また請求項３に記載の発明のように、請求項１又は２に記載の電波受信装置であって、前記位相比較手段より出力された信号について所定の範囲の周波数成分を遮断するフィルタ（例えば、図３のＬＰＦ１０６）を更に備えることとしてもよい。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の電波受信装置（例えば、図１の電波受信装置９１７）と、この電波受信装置の受信手段から出力された電気信号に含まれる標準電波信号に基づいて時刻機能に必要なデータを含む標準タイムコードを生成するタイムコード変換手段（例えば、図１のタイムコード変換部９１０）と、現在時刻を計数する時刻計数手段（例えば、図１の時刻回路部９０８）と、前記タイムコード変換手段によって生成された標準タイムコードに基づいて前記時刻計数手段で計数される現在時刻データを修正する修正手段（例えば、図１のＣＰＵ９０１）と、を備えることを特徴としている。
【００１３】
この請求項４に記載の発明によれば、電波時計は、微弱な長波標準電波を安定的に受信し検波することができる。従って、電波時計の信頼性を向上させることができる。
【００１４】
また請求項５に記載の発明の中継器は請求項１〜３の何れか一項に記載の電波受信装置（例えば、図６の電波受信装置９１７）と、この電波受信装置の受信手段から出力された電気信号に含まれる標準電波信号に基づいて時刻機能に必要なデータを含む標準タイムコードを生成するタイムコード変換手段（例えば、図６のタイムコード変換部９１０）と、このタイムコード変換手段によって生成された標準タイムコードを送信する送信手段（例えば、図６の送信部９９１）と、を備えることを特徴としている。
【００１５】
この請求項５に記載の発明によれば、中継器が微弱電波を受信し中間周波数信号の波形が変形していても、中間周波数信号の振幅変調を位相変調に変換し、位相を基準として検波するため安定した検波を行うことができる。よって、中継器の受信性能を向上させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。また、各実施の形態において、本発明の電波受信装置を電波時計に適用した場合を例として説明するが、その他、電波を受信するための装置であれば、これに限らない。
【００１７】
〔第１の実施の形態〕
図１は、電波時計９００の回路構成図であり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ：中央処理装置）９０１、入力部９０２、表示部９０３、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ：随時書き込み読み出しメモリー）９０５、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ：読み出し専用メモリー）９０６、受信制御部９０７、計時回路部９０８、発振回路部９０９及びタイムコード変換部９１０によって構成されており、発振回路部９０９を除く各部はバス９１３によって接続されている。また計時回路部９０８には発振回路部９０９が接続される。
【００１８】
ＣＰＵ９０１は、所定のタイミング或いは入力部９０２から入力された操作信号等に応じて、ＲＯＭ９０６内に格納された各種プログラムを読み出してＲＡＭ９０５内に展開し、当該プログラムに基づいて各機能部への指示やデータの転送等を行う。特に、ＣＰＵ９０１は、例えば所定時間毎に受信制御部９０７を制御して標準電波の受信処理を実行し、タイムコード変換部９１０から入力された標準タイムコードに基づいて計時回路部９０８で計数される現在時刻データを修正するとともに、当該修正した現在時刻データに基づく表示信号を表示部９０３に出力して表示時刻を更新させる等の各種制御を行う。
【００１９】
入力部９０２は、電波時計９００に各種機能を実行させる為のスイッチ等で構成される。そして、これらのスイッチが操作された時には、対応するスイッチの操作信号がＣＰＵ９０１に出力される。
【００２０】
表示部９０３は、小型液晶ディスプレイ等により構成され、ＣＰＵ９０１からのデータ、例えば計時回路部９０８による現在時刻データ等をデジタル表示する。
【００２１】
ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１の制御の下、ＣＰＵ９０１で処理されたデータを記憶するとともに、記憶しているデータをＣＰＵ９０１に出力するために用いられる。ＲＯＭ９０６は、主に、電波時計９００に係るシステムプログラムやアプリケーションプログラム等を記憶する。
【００２２】
受信制御部９０７は電波受信装置９１７を備える。電波受信装置９１７は、アンテナで受信した標準電波の不要な周波数成分をカットして該当する周波数信号を取り出し、周波数信号を対応する電気信号に変換して出力する。
【００２３】
計時回路部９０８は、発振回路部９０９から入力される信号を計数して、現在時刻データ等を得る。そして当該現在時刻データをＣＰＵ９０１に出力する。発振回路部９０９は、常時一定周波数の信号を出力する回路である。
【００２４】
タイムコード変換部９１０は、電波受信装置９１７から出力された信号に基づいて、標準時刻コード、積算コード及び曜日コード等の時計機能に必要なデータを含む標準タイムコードを生成して、ＣＰＵ９０１に出力する。
【００２５】
図２は、本実施の形態におけるスーパーヘテロダイン方式を用いた電波受信装置９１７の回路ブロック図である。電波受信装置９１７はアンテナ１、ＲＦ増幅回路２、フィルタ回路３、６、８、周波数変換回路４、局部発振回路５、ＩＦ増幅回路７、キャリア抽出回路９、信号再生回路１０及びＡＧＣ（Ａｕｔｏ　Ｇａｉｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路１１を備える。
【００２６】
アンテナ１は、長波標準電波を受信することができ、例えばバーアンテナ等によって構成される。受信した電波は、電気信号に変換されて出力される。ＲＦ増幅回路２は、アンテナ１から入力した信号を増幅して出力する。
【００２７】
フィルタ回路３は、ＲＦ増幅回路２から入力した信号に対して所定の範囲の周波数を通過させ、範囲外の周波数成分を遮断し、出力する。周波数変換回路４は、フィルタ回路３から入力した信号を、局部発振回路５から入力した信号と合成して中間周波数の信号に変換して出力する。局部発振回路５は、局部発振周波数の信号を生成し、周波数変換回路４に出力する。
【００２８】
フィルタ回路６は、周波数変換回路４から入力した信号に対して中間周波数を中心として所定の範囲の周波数を通過させ、範囲外の周波数成分を遮断する。ＩＦ増幅回路７は、フィルタ回路６から入力した信号を増幅して出力する。フィルタ回路８は、ＩＦ増幅回路７から入力した信号に対して所定の範囲の周波数を通過させ範囲外の周波数成分を遮断し、信号ａとして出力する。
【００２９】
キャリア抽出回路９は、例えばＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ　Ｌｏｃｋｅｄ　Ｌｏｏｐ）回路等によって構成され、キャリア（搬送波）と同じ周波数で同じ位相の信号を信号ｂとして出力する。信号再生回路１０は、フィルタ回路８及びキャリア抽出回路９から信号ａ及びｂを入力し、ベースバンド信号として信号ｆを出力する。ＡＧＣ回路１１はフィルタ回路８から入力した信号ａの強弱に従って、ＲＦ増幅回路２及びＩＦ増幅回路７の増幅度を調整する制御信号を出力する回路である。
【００３０】
図３はキャリア抽出回路９及び信号生成回路１０の構成を示した回路ブロック図である。キャリア抽出回路９は、ＰＤ（Ｐｈａｓｅ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：位相比較器）９１、ＬＰＦ（Ｌｏｗ　Ｐａｓｓ　Ｆｉｌｔｅｒ）９２及び発振器９３等を備える。
【００３１】
ＰＤ９１はフィルタ回路８から入力した信号ａの位相と発振器９３から入力した信号の位相を比較し、比較結果に基づいた信号を出力する。ＬＰＦ９２は、ＰＤ９１から位相比較の結果に基づいた信号を入力し、当該信号に対して所定の範囲（低域）の周波数を通過させ、範囲外の周波数成分を遮断した信号を出力する。発振器９３は、信号ａの搬送波の位相差に応じた信号を出力させるために、ＬＰＦ９２から出力された信号に基づいて発振する信号の位相を調整し、調整後の信号を信号ｂとして出力する。
【００３２】
また、信号生成回路１０は、レベル検出回路１０１、増幅器１０２、減算器１０３、リミッタ回路１０４、ＰＤ１０５及びＬＰＦ１０６等を備える。レベル検出回路１０１は、例えば、信号ａの最大振幅を検出し、検出結果に基づいた信号を増幅器１０２に出力する。増幅器１０２は、後述する減算器１０３から出力される信号ｃの振幅が一定になるように、レベル検出回路１０１から入力した信号に基づいて発振器９３から入力した信号ｂを増幅し、信号ｂ’として出力する。
【００３３】
減算器１０３は、フィルタ回路８から信号ａ、増幅器１０２から信号ｂ’を入力し、信号ａから信号ｂ’を減算して信号ｃとして出力する。リミッタ回路１０４は、減算器１０３から入力した信号ｃの振幅を所定の上限値及び下限値の範囲に制限し、信号ｄとして出力する。リミッタ回路１０４によって、信号ｃに含まれるノイズをある程度除去することができる。
【００３４】
ＰＤ１０５は、発振器９３から入力した信号ｂの位相と、リミッタ回路１０４から入力した信号ｄの位相を比較し、比較結果に基づいた信号を信号ｅとして出力する。本実施の形態では、発振器９３から入力した信号の位相と信号ｄの位相が同相であれば、信号ｄの波形を正の方向に整流して出力し、逆相であれば負の方向に整流して出力する。ＬＰＦ１０６は、ＰＤ１０５から信号ｅを入力し、当該信号に対して所定の範囲（低域）の周波数を通過させ、範囲外の周波数成分を遮断した信号を出力する。
【００３５】
ここで、減算器１０３から出力される信号ｃの振幅を一定にする為の、信号ｂ’の振幅について説明する。長波標準波形は１０％と１００％の変調度を持つ。従って信号ａも同様の振幅を持ち、信号ａの最大振幅をＸとすると、最小振幅は０．１Ｘとなる。また、信号ｂ’の振幅はＹとする。そして減算器１０３によって信号ａから信号ｂ’を減算した信号ｃの振幅の絶対値が一定になるためには、
｜Ｘ−Ｙ｜＝｜０．１Ｘ−Ｙ｜
Ｙ＝０．５５Ｘ
即ち、信号ｂ’の振幅を信号ａの最大振幅の５５％とし、更に信号ａと信号ｂ’の位相を逆相にすることによって、減算器１０３から出力する信号ｃの信号の振幅は一定となる。
【００３６】
図４は、図３に示した信号生成回路１０を流れる各信号の波形を示した図である。また図５は信号生成回路１０を構成する回路による処理の流れを示したフローチャートである。以下、信号生成回路１０の回路動作について説明する。
【００３７】
まず、減算器１０３は信号ａから信号ｂ’を減算し、信号ｃを出力する（ステップＳ１）。ここで、レベル検出回路１０１によって信号ａの振幅が検出され、増幅器１０２は検出結果に基づいて信号ｂを増幅して信号ｂ’とする。このとき、信号ｂ’はその振幅が信号ａの最大振幅の５５％になるように増幅される。また、信号ａから信号ｂ’を減算することによって、信号ａの振幅が１０％の変調度である時間Ａにおいては、信号ｃは信号ｂ’と同相であり、信号ａの振幅が１００％の変調度である時間Ｂにおいては、信号ｃは信号ｂ’と逆相になる。
【００３８】
次に、リミッタ回路１０４は信号ｃの振幅についてＶ_Ｈ以上及びＶ_Ｌ以下を遮断し、信号ｄを出力する（ステップＳ２）。そしてＰＤ１０５は、信号ｂと信号ｄの位相を比較し、信号ｅを出力する（ステップＳ３）。ここで信号ｂの位相は信号ｂ’と同相であるため、信号ｂの波形の図示は省略する。ＰＤ１０５は、信号ｂと信号ｄが同相である場合（時間Ａ及びＣ）、信号ｄを正の方向に整流する。逆に信号ｂと信号ｄが逆相である場合（時間Ｂ）、信号ｄを負の方向に整流する。
【００３９】
続いて、ＬＰＦ１０６は信号ｅに対して所定の範囲（低域）の周波数を通過させ、範囲外の周波数成分を遮断し、信号ｆとして出力する（ステップＳ４）。
【００４０】
このように、信号ａの振幅変調を位相変調に変換し、その信号がキャリア抽出回路９から出力される信号ｂの位相と同相であるか或いは逆相であるかを判断することによって、信号ａのベースバンド信号に相当する信号ｆを得ることができる。従って、微弱電波を受信したことにより信号ａの振幅が小さくなる等の波形変形があったとしても、信号ａの位相を基準として検波するため、微弱電波を受信しても安定した検波を行うことができる。
【００４１】
更に、リミッタ回路１０４によって信号ｃのノイズの除去を行う為、極端に帯域の狭いフィルタ回路等を用いる必要がない。従って、フィルタ回路による遅延時間の発生を防ぐことができる。
【００４２】
尚、本実施の形態では、信号ｂ’は信号ａの最大振幅の５５％の振幅であることとして説明したが、信号ａの最大振幅の１０％の振幅であってもよい。つまり、信号ａから信号ａの最大振幅の１０％の振幅を持ち、且つ位相が逆相である信号を減算すると、１００％の変調時には信号があるが、１０％の変調時には信号が打ち消される。従って、減算結果の信号の有無を判別することによって、信号ａを検波することが可能である。
【００４３】
〔第２の実施の形態〕
第１の実施の形態では電波時計に含まれる電波受信装置について説明したが、本実施の形態では、中継器について説明する。中継器は、例えば内部に電波の届き難い鉄骨住宅等の建物の窓際等に設置され、長波標準電波を受信して正確な時刻情報を得て、この時刻情報を送信する。そして室内等に設置された電波時計は中継器から送信された時刻情報を受信して、時刻修正を行うことができる。
【００４４】
図６は、中継器９９０の回路構成図である。尚、第２の実施の形態における中継器の構成は、図１の電波時計９００の構成に送信部９９１を加えたものと同一である。また電波受信装置の構成は、図２の電波受信装置９１７の構成と同様である。
【００４５】
即ち、送信部９９１は、ＣＰＵ９０１から入力される標準タイムコードを所定の搬送波によって、中継電波としてアンテナ等を介して送出する。このときの搬送波は、受信する電波と同一の長波標準電波であってもよいし、中継電波として専用の電波であってもよい。長波標準電波である場合には、室内等に設置される電波時計は通常の電波時計であればよい。また中継電波としての専用の電波である場合は、電波時計には当該電波を受信する手段が必要となる。
【００４６】
以上より、中継器は、微弱電波を受信したことにより中間周波数信号の波形が変形していても、中間周波数信号の振幅変調を位相変調に変換し、位相を基準として検波するため、微弱電波を受信した場合でも、標準タイムコードを検波しやすく、安定した中継電波を送信することができる。そして室内等に設置されている電波時計は、常に安定した中継電波を受信することができる。
【００４７】
以上、本発明を適用した２つの実施の形態を説明したが、本発明は上述の実施の形態についてのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１又は３に記載の発明によれば、減算手段が中間周波数信号から基準信号を減算する。そして位相比較手段が、この減算された信号の位相と基準信号の位相とを比較することによって、中間周波数信号の振幅変調を位相変調に変換することができる。従って、電波受信手段が微弱電波を受信したことにより中間周波数信号の波形が変形していても、中間周波数信号の振幅変調を位相変調に変換し、位相を基準として検波するため、微弱電波を受信しても安定した検波を行うことができる。よって、電波受信装置の受信性能を向上させることができる。
【００４９】
請求項２に記載の発明によれば、中間周波数信号の強度に応じて基準信号を増幅することにより、中間周波数信号の強度が変動しても減算手段から出力する信号を安定化させることができる。従って、安定した検波を行うことができる。
【００５０】
請求項４に記載の発明によれば、電波時計は、微弱な長波標準電波を安定的に受信し検波することができる。従って、電波時計の信頼性を向上させることができる。
【００５１】
請求項５に記載の発明によれば、中継器が微弱電波を受信し中間周波数信号の波形が変形していても、中間周波数信号の振幅変調を位相変調に変換し、位相を基準として検波するため安定した検波を行うことができる。よって、中継器の受信性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における電波時計の内部構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施の形態における電波受信装置の回路ブロック図。
【図３】第１の実施の形態における信号再生回路の回路ブロック図。
【図４】第１の実施の形態における信号再生回路の各信号の波形を示す図。
【図５】第１の実施の形態における信号再生回路の動作を示すフローチャート。
【図６】第２の実施の形態における中継器の内部構造を示すブロック図。
【図７】長波標準電波のタイムコードを示した図。
【符号の説明】
９００　　電波時計
９０１　　ＣＰＵ
９０２　　入力部
９０３　　表示部
９０５　　ＲＡＭ
９０６　　ＲＯＭ
９０７　　受信制御部
９１７　　電波受信装置
１　　アンテナ
２　　ＲＦ増幅回路
３　　フィルタ回路
４　　周波数変換回路
５　　局部発振回路
６　　フィルタ回路
７　　ＩＦ増幅回路
８　　フィルタ回路
９　　キャリア抽出回路
１０　　信号再生回路
１１　　ＡＧＣ回路
９０８　　計時回路部
９０９　　発振回路部
９１０　　タイムコード変換部
９９０　　中継器
９９１　　送信部

Claims

電波信号を受信し、この受信した電波信号を電気信号に変換して出力する電波受信手段と、
所定周波数の信号を出力する発振手段と、
前記電波受信手段より出力された電気信号を前記発振手段より出力された信号と合成して中間周波数信号に変換する周波数変換手段と、
この周波数変換手段によって変換された中間周波数信号から基準信号を生成する基準信号生成手段と、
前記中間周波数信号から前記基準信号を減算する減算手段と、
この減算手段より減算された信号の位相と前記基準信号の位相を比較する位相比較手段と、
を備えることを特徴とする電波受信装置。
前記中間周波数信号の強度に応じて前記基準信号を増幅する増幅手段を更に備え、
前記減算手段は、前記中間周波数信号から前記増幅手段により増幅された信号を減算することを特徴とする請求項１に記載の電波受信装置。
前記位相比較手段より出力された信号について所定の範囲の周波数成分を遮断するフィルタを更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電波受信装置。
請求項１〜３の何れか一項に記載の電波受信装置と、
この電波受信装置の電波受信手段から出力された電気信号に含まれる標準電波信号に基づいて時刻機能に必要なデータを含む標準タイムコードを生成するタイムコード変換手段と、
現在時刻を計数する時刻計数手段と、
前記タイムコード変換手段によって生成された標準タイムコードに基づいて前記時刻計数手段で計数される現在時刻データを修正する修正手段と、
を備えることを特徴とする電波時計。
請求項１〜３の何れか一項に記載の電波受信装置と、
この電波受信装置の電波受信手段から出力された電気信号に含まれる標準電波信号に基づいて時刻機能に必要なデータを含む標準タイムコードを生成するタイムコード変換手段と、
このタイムコード変換手段によって生成された標準タイムコードを送信する送信手段と、
を備えることを特徴とする中継器。