JP2006101334A - 無線機 - Google Patents

Abstract

【課題】 周波数オフセットを有している安価な水晶発振子を用い、簡易な調整回路により周波数帯域の調整を行う無線機を提供する。
【解決手段】 本発明の無線機は、単一の周波数帯域により周波数変調を行い送信データを送信する無線機であり、水晶振動子により基準周波数の基準信号を生成し、前記送信データによりこの基準周波数を変調し、変調信号として出力する変調回路と、前記変調信号を入力し、前記変調周波数のＮ倍の周波数の逓倍信号として出力する周波数逓倍器と、この逓倍信号をアップコンバートし、送信信号としてアンテナから送信する送信回路とを有し、前記変調回路が前記送信データによる周波数変調用の第１の可変容量回路と、前記水晶振動子の周波数オフセット調整用の第２の可変容量回路とを有することを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、単一の搬送波を用いて、位相変調によりデータ送信を行う無線通信機に関する。

無線通信機においては、各ユーザが使用するチャネル間にガードバンドを設けることにより、ユーザ間の相互干渉を避けており、占有帯域幅が制限されている。
したがって、データ転送速度と変調指数との関係は、上記占有帯域幅の制限以下において設定されることになる。
搬送波の変調に対しては、ＶＣＯ（電圧制御発振器）が一般的に用いられている。このＶＣＯは、入力電圧に対して任意に設定された変調指数が得られるように、制御感度（Ｈｚ／Ｖ）が決定される。
そして、単一の搬送波を用いる位相変調による無線機においては、搬送周波数の基準となる発振器の周波数を可変して変調を行う方法がある（たとえば、特許文献１参照）。

また、一般的に用いられる上述の変調方法として、図３に示すように、ＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）１０１は、送信するデータをＶＣＸＯ（電圧制御水晶発振器）１０２へ出力する。
これにより、ＶＣＸＯ１０２は、基準周波数の基準信号が、上記データの電圧により変調された変調周波数の変調信号を、ＰＣ（位相比較器）１０３へ出力する。
ＰＣ１０３は、上記変調信号と、１／Ｎ分周器から出力される分周信号との位相比較を行い、位相差成分をパルス状の位相差信号としてＬＰＦ（ループフィルタ）１０４へ出力する。ＬＰＦ１０４は、入力される上記位相差信号の高調波成分を遮断し、この位相差信号を直流化して、制御電圧としてＶＣＯ（電圧制御発振器）１０５へ出力する。

ＶＣＯ１０５は、上記制御電圧に対応した周波数の発振信号を出力する電圧制御発振器である。上述した１／Ｎ分周器１０６は、上記ＶＣＯ１０５の発信する発振信号の周波数をＮ分の一に分周した分周信号を出力する。これにより、ＶＣＯ１０６は、変調信号のＮ倍の周波数の発振信号を出力することになる。すなわち、ＰＣ１０３，ＬＰＦ１０４，ＶＣＯ１０５及び１／Ｎ分周器１０６は、周波数逓倍器を構成している。
そして、アップコンバータ１０７は、所定の周波数帯域に発振信号の周波数をアップコンバートして、送信信号としてアンテナ１０８へ出力する。これにより、アンテナ１０８は入力される送信信号を電波として空間に放射する。

上記送信信号の基本となる変調信号を発生するＶＣＸＯ１０２の回路構成を図４に示す。ここで、上述したような単一の搬送波による位相変調の無線機において、送信に用いる周波数帯域の利用効率を向上させるため、ＶＣＸＯ１０２において一般に発振器の振動子として、温度特性の優れた水晶振動子１１６が用いられている。
特願平９−２４０３２２号公報

しかしながら、水晶振動子１１６等の一般に用いられる振動子には、個々の製造誤差（形状を含む）に基づく周波数オフセットが存在する。すでに述べたように、送信に用いる周波数帯域、すなわち占有帯域幅がかげられているため、この周波数帯域を有効に利用するためには、水晶振動子１１６の周波数オフセットを調整し、可能な限りこのオフセット幅を小さくする必要がある。しかし、周波数オフセットの小さなもの、すなわち振動子としての周波数が高精度に制御されているものは非常に高価であり、通常の通信機に使用すると製造コストが大幅に増加してしまうという問題がある。

また、上記通信機には、水晶振動子の周波数オフセットが許容値を超えていた場合、各チャネル間のガードバンドを満足させるためのマージンを確保するために与えられている周波数帯域を使用できないという問題がある。
このため、安価な水晶振動子を用いた場合、周波数オフセットの調整を行う必要があるが、このオフセット調整としては、変調指数とオフセットとの双方の調整が必要となる。

変調指数の調整は調整回路１１０により行い、オフセットの調整は直列接続された抵抗１１２及び１１３の分圧される電圧値の調整により、容量可変ダイオード１１４にかかる電圧値を制御して容量を調整することで行う。
これら調整回路１１０及び容量可変ダイオード１１４等を追加することとなり、回路コストが上昇し、出荷時にこれら回路により周波数オフセットを調整するコストにより製造原価が増加してしまう問題がある。さらに、回路を追加することにより通信機の形状が大きくなり、回路数が増加するために装置の信頼性も低下する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、周波数オフセットを有している安価な水晶発振子を用い、簡易な調整回路により周波数帯域の調整を行う無線機を提供する。

本発明の無線機は、単一の周波数帯域により周波数変調を行い送信データを送信する無線機であり、水晶振動子により基準周波数の基準信号を生成し、前記送信データによりこの基準周波数を変調し、変調信号として出力する変調回路と、前記変調信号を入力し、前記変調周波数のＮ倍の周波数の逓倍信号として出力する周波数逓倍器と、この逓倍信号をアップコンバートし、送信信号としてアンテナから送信する送信回路とを有し、前記変調回路が前記送信データによる周波数変調用の第１の可変容量回路と、前記水晶振動子の周波数オフセット調整用の第２の可変容量回路とを有することを特徴とする。

本発明の無線機は、前記変調回路が、水晶振動子の送信データの入力側端子に前記第１の可変容量回路が接続され、この水晶振動子の他方の端子に、第２の可変容量端子と、変調信号を増幅する増幅回路とが接続されて構成されていることを特徴とする。

本発明の無線機は、前記第２の可変容量回路が、複数のコンデンサからなり、スイッチのオン／オフにより前記他方の端子に容量として接続されるコンデンサを選択し、容量値を設定することを特徴とする。

本発明の無線機は、前記第２の可変容量回路が、前記他方の端子と、接地点との間に直列にコンデンサが接続され、前記スイッチが各コンデンサに並列に接続されていることを特徴とする。

本発明の無線機は、前記スイッチが半導体素子で構成されていることを特徴とする。
本発明の無線機は、前記第１の可変容量回路が可変容量コンデンサで構成されていることを特徴とする。

上述したように、本発明の無線機によれば、周波数オフセットの調整を、電圧制御により容量値を可変する容量可変コンデンサ等を用いていないため、従来のように変調指数の感度にほとんど影響を与えることなく周波数オフセットの調整が可能となり、変調指数の調整を行う必要が無くなり、変調指数調整を行う調整回路を省くことができ、送信データにより搬送波を変調する変調回路を簡略化し、装置を比較的小型化でき、かつ価格を低下させることができ、低コストで周波数帯域を有効に使用する構成となる。

また、本発明の無線機によれば、上述したように、変調指数を変化させずに水晶振動子の周波数オフセットの調整が可能なため、ＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）からの送信データの振幅に対して、一定となるように変調指数を固定することができ、ＭＰＵのシリアルポートの信号のように、一定幅で供給される送信データに対して、任意の変調指数及びデータ速度により変調することができる。

さらに、本発明の無線機によれば、周波数オフセットの調整を、電圧制御により容量値を可変する容量可変ダイオード等を用いていないため、従来のように、増幅回路のバイアスが変化しないため、周波数逓倍器の発振周波数が安定する。
加えて、本発明の無線機によれば、半導体スイッチ（ＭＯＳまたはバイポーラのトランジスタ）により、コンデンサの選択を行うため、回路構成が単純であり、回路が比較的小型化でき、容易にＭＰＵ等により制御が行え、容量の調整における仕様が簡単であるため、調整コストを削減することができる。

図１を参照して、本発明の一実施形態である無線機を説明する。図１は、一実施形態の無線機の構成例を示すブロック図である。図３の従来例と同様な構成については同一の符号を付して再度の説明を省略する。本発明の無線機は、従来例で示した単一の周波数帯域において周波数変調を行い送信データを送信するものである。
従来例と異なるのは、従来例におけるＶＣＸＯ１０２が、一実施形態において、ＶＣＸＯ１（請求項の変調回路）に置き換えられたことである。

ＭＰＵ１０１は、図示しない記憶部（メモリ）に記憶されている制御プログラムに従い、送信するための送信データを出力する。
ＶＣＸＯ１は、ＭＰＵ１０１から入力する送信データの振幅の電圧値により、内部で発振する基準周波数を変調して、変調された変調周波数を有する変調信号を出力する。
ＰＣ１０３は、ＶＣＸＯ１から入力される変調信号と、１／Ｎ分周器から出力される分周信号との位相比較を行い、位相差成分をパルス状の位相差信号として出力する。
ＬＰＦ１０４は、上記位相差信号に対して、積分回路等からなる回路によるフィルタリングを行い、高周波成分を遮断して直流化して、制御電圧としてＶＣＯ１０５へ出力する。

ＶＣＯ１０５は、供給する電圧に対応して、所定の周波数の発振信号を出力する電圧制御発振器であり、ＬＰＦ１０４から入力される制御電圧に対応した周波数の発振信号を生成する。
１／Ｎ分周器１０６は、上記ＶＣＯ１０５から入力される発振信号を、Ｎ分の一に分周して、発振信号の発振周波数のＮ分の一の周波数の分周信号を出力する。
上述したように、ＰＣ１０３，ＬＰＦ１０４，ＶＣＯ１０５及び１／Ｎ分周器１０６は周波数逓倍器（請求項の周波数逓倍器）を構成しており、この周波数逓倍器は変調信号のＮ倍の周波数の発振信号を出力する。
アップコンバータ１０７は、所定の周波数帯域に発振信号の周波数をアップコンバートして、送信信号としてアンテナ１０８へ出力する。これにより、アンテナ１０８は入力される送信信号を電波として空間に放射する。

次に、図２を参照して、本発明の一実施形態によるＶＣＸＯ１の説明を行う。図２は、本発明の一実施形態による、コルピッツ型の発振回路を用いるＶＣＸＯ１の一構成例を示す回路図である。
水晶発振子５の一端である端子５Ａには、ＭＰＵ１０１（図１）からの送信データが入力される接続線が接続されている。また、上記端子５Ａには、設地点（ＧＮＤ）との間に、容量可変ダイオード２及びコンデンサ３が並列に介挿されている。ここで、容量可変ダイオード２は、接地点にアノードが接続され、端子５Ａにカソードが接続されている。

また、水晶発振子５の他端である端子５Ｂには、接地点との間に、直列に接続されたスイッチ回路１０及びコンデンサ４と、直列に接続されたスイッチ回路８，コンデンサ６及び７とが並列に接続されている。また、コンデンサ６と端子５Ｂとの間には、スイッチ回路８が介挿され、コンデンサ７にはスイッチ回路９が並列に接続されている。スイッチ回路９は、コンデンサ６及び７の接続点Ｒと、接地点との間において、コンデンサ７と並列に接続されている。また、スイッチ回路１０は、端子５Ｂとコンデンサ４との間に介挿されている。さらに、端子５Ｂには、周波数変調された変調信号を増幅して出力する増幅回路１１が接続されている。

コルピッツ型のＶＣＸＯ１において、水晶振動子５が発振して生成する基準信号の周波数が基準周波数であるときに、コンデンサ３及び４が、基準周波数を発振するための容量値を有しており、水晶振動子５をインダクタンスとして帰還回路を構成している。
可変容量コンデンサ２は、上記基準周波数の基準信号を、予め設定された所定の変調指数により変調し、所定の変調周波数を有する変調信号を出力するために用いられている。ここで、送信データの振幅レベル、すなわち送信データのデジタル信号における「Ｈ」レベル及び「Ｌ」レベルの電圧により、直接に可変量コンデンサ２の容量が変化されることになり、この送信データの信号の電圧の調整により、基準周波数に対して変調周波数を任意に設定することができる。

また、水晶振動子５の周波数オフセットが使用する周波数帯域において許容値を超えている場合、コンデンサ４，６及び７と、スイッチ回路８，９及び１０とによる周波数オフセット調整回路により、基準周波数と変調周波数とがマージンを含めて、利用可能な周波数帯域に遷移するように、スイッチ回路８，９及び１０のオン／オフ制御により、基準周波数の調整を行う。この基準周波数の調整は、基準周波数からの周波数オフセットの数値に対応して、ＭＰＵ１０１から出力されるオフセット制御信号により、スイッチ回路８，９及び１０のオン／オフ制御により、水晶振動子５の端子５Ｂに接続する容量、すなわち負荷量を調整することで行われる。

ここで、コンデンサ６はコンデンサ４に比較して小さな容量のものが使用されている。コンデンサ６及び７は、製造時の水晶振動子５の周波数オフセットの数値から設定されている。すなわち、コンデンサ６及び７の容量値は、製造された複数の水晶振動子の周波数のばらつきから、周波数オフセットの基準周波数からの上下双方の偏差量（ずれ量）を求め、この偏差量を補正して、基準周波数と変調周波数とがマージンを持って所定の周波数帯域に含まれる調整が行える数値に設定して形成されている。

動作として、スイッチ回路８がオン，スイッチ回路９がオフ，スイッチ回路１０がオンの時、端子５に対して、コンデンサ６及び７の直列接続による容量と、コンデンサ４の容量とが加算された容量が接続されることになり、コンデンサ４のみの場合に比較して、周波数帯域の周波数が低い方へ遷移されることになる。
また、スイッチ回路８がオン，スイッチ回路９がオン，スイッチ回路１０がオンの時、端子５に対して、コンデンサ６の容量と、コンデンサ４の容量とが加算された容量が接続されることになり、上述した状態より場合より、周波数帯域の低い方への遷移量は小さいが、コンデンサ４のみの場合に比較して、周波数帯域の周波数が低い方へ遷移されることになる。

逆に、スイッチ回路８がオン，スイッチ回路９がオフ，スイッチ回路１０がオフの時、端子５に対して、コンデンサ６及び７の直列接続による容量が接続されることになり、コンデンサ４のみの場合に比較して、周波数帯域の周波数が高い方へ遷移されることになる。
また、スイッチ回路８がオン，スイッチ回路９がオン，スイッチ回路１０がオフの時、端子５に対して、コンデンサ６の容量が接続されることになり、上述した状態より場合より、周波数帯域の高い方への周波数の遷移量は小さいが、コンデンサ４のみの場合に比較して、周波数帯域の周波数が高い方へ遷移されることになる。

本発明の一実施形態の無線器の構成例を示すブロック図である。 図１におけるＶＣＸＯ１の構成例を示すブロック図である。 従来の無線器の構成を示すブロック図である。。 図３におけるＶＣＸＯ１の構成例を示すブロック図である。。

符号の説明

１・・・ＶＣＸＯ（電圧制御水晶発振器）
２・・・容量可変ダイオード
３，４，６，７・・・コンデンサ
５・・・水晶振動子
８，９・・・スイッチ
１０・・・増幅器
１０１・・・ＭＰＵ
１０３・・・ＰＣ
１０４・・・ＬＰＦ
１０５・・・ＶＣＯ
１０６・・・１／Ｎ分周器
１０７・・・ＲＦ
１０８・・・アンテナ

Claims (6)

1. 単一の周波数帯域により周波数変調を行い送信データを送信する無線機であり、
   水晶振動子により基準周波数の基準信号を生成し、前記送信データによりこの基準周波数を変調し、変調信号として出力する変調回路と、
   前記変調信号を入力し、前記変調周波数のＮ倍の周波数の逓倍信号として出力する周波数逓倍器と、
   この逓倍信号をアップコンバートし、送信信号としてアンテナから送信する送信回路と
   を有し、
   前記変調回路が前記送信データによる周波数変調用の第１の可変容量回路と、前記水晶振動子の周波数オフセット調整用の第２の可変容量回路とを有することを特徴とする無線機。
2. 前記変調回路が、水晶振動子の送信データの入力側端子に前記第１の可変容量回路が接続され、この水晶振動子の他方の端子に、第２の可変容量端子と、変調信号を増幅する増幅回路とが接続されて構成されていることを特徴とする請求項１記載の無線機。
3. 前記第２の可変容量回路が、複数のコンデンサからなり、スイッチのオン／オフにより前記他方の端子に容量として接続されるコンデンサを選択し、容量値を設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線機。
4. 前記第２の可変容量回路が、前記他方の端子と、接地点との間に直列にコンデンサが接続され、前記スイッチが各コンデンサに並列に接続されていることを特徴とする請求項３記載の無線機。
5. 前記スイッチが半導体素子で構成されていることを特徴とする請求項３または請求項４記載の無線機。
6. 前記第１の可変容量回路が可変容量コンデンサで構成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の無線機。
   

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