JP2007201946A - 送信装置および送受信システム - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズの少ない２値あるいは多値ＦＳＫ信号を発振できる送信装置や受信感度の良好な受信装置をもつ送受信システムを提供する。
【解決手段】ＦＳＫ変調信号を生成送信する送信装置とこのＦＳＫ変調信号を受信する受信装置からなる送受信システムである。送信装置の発振器の出力側において生成された変調周波数単位に選択透過するＳＡＷフィルタを並列に接続して高周波を送信させ、前記受信装置のアンテナ後段の高周波フィルタ若しくは中間波フィルタに前記ＦＳＫ変調周波数単位に選択透過するＳＡＷフィルタを並列に接続してなる。ＳＡＷフィルタは帯域を狭帯域化できるＳＨ波ＳＡＷフィルタとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、送信装置および送受信システム、特に周波数偏移変調（Frequency Shift Keying：ＦＳＫ）された信号を送受信するのに好適な送信装置および送受信システムに関する。

圧電基板に生ずる弾性表面波（Surface Acoustic Wave：ＳＡＷ）素子を用いた弾性表面波フィルタ（ＳＡＷフィルタ）は、各種の電子機器に利用されるようになってきている。ＳＡＷ素子は、高周波に対応することができ、小型で量産性に優れている。このため、近年、高速、高周波化が著しい通信分野にＳＡＷフィルタが広く採用されている。このＳＡＷフィルタは、キーレスエントリーシステムなどに広く用いられている通信方式の１つであるＦＳＫ（周波数偏移変調）を利用した送受信機にも用いられている。

従来のＳＡＷフィルタは、一般にＳＴカットと呼ばれるカット角の水晶基板を用いたＳＡＷ素子からなっている。このＳＴカット水晶板からなるＳＡＷ素子を用いたＳＡＷフィルタ（以下、ＳＴ−ＳＡＷフィルタということがある。）は、周波数温度特性に優れており、周囲温度の変化に対する周波数安定性がよく、通過域の変動などを生ずることが少ない。

この従来のＳＴ−ＳＡＷフィルタは、例えば２値ＦＳＫの送信装置の変調信号を帯域制限する高周波フィルタとして用いられることがある。特許文献１は発振器の出力段にＳＡＷフィルタを設けて高周波成分を取り出す例が示されている。同様に、２値ＦＳＫの受信装置のアンテナに接続し、いわゆるアンテナフィルタである高周波フィルタとして用いられることがある。

ＳＴ−ＳＡＷフィルタを送信装置の発振回路出力信号に含まれる高周波成分を取り出すフィルタとして使用する場合や、受信装置のアンテナフィルタとして使用する場合、図６に示したように、デジタル信号の「０」と「１」とに対応させた周波数ｆ_１と周波数ｆ_２とを含む通過帯域幅Ｗを有するものが使用される。しかし、ＳＴ−ＳＡＷフィルタは、周波数安定性に優れているが、通過帯域幅Ｗが広い。このため、従来のＳＴ−ＳＡＷフィルタを用いた送受信装置は、送信時に雑音が混在し、受信感度が低下する問題がある。また、ＳＴ−ＳＡＷフィルタは、通過帯域幅が広いため、混信のない充分な通信品質を確保できるように、通信に使用する電波のバンド幅を大きくする必要があり、電波の利用効率を低下させる。そこで、通過帯域幅の広いＳＡＷフィルタを用いることによる欠点を解消するために、ＡＴカット水晶基板を用いた水晶フィルタを使用して通過帯域幅を狭帯域化して、通信感度の向上を図った受信装置がある（特許文献２）。
特開２００２−２４６８４４号公報 特開２００４−３０４７６８号公報

特許文献１に開示されているようなＳＡＷフィルタによる高周波成分を送信する場合、特に２値ＦＳＫのような異なる周波数の高周波を抽出する場合、帯域幅が広いので、送信信号に雑音が混在してしまう問題がある。受信側では雑音の混在により受信感度が低下してしまうことになる。キーレスエントリーシステムに利用した場合には、誤作動の原因ともなりかねない。

また、特許文献２のように受信装置のＳＡＷフィルタに代えて水晶フィルタを用いることにより、通過帯域を狭めることができ、受信信号の雑音（ノイズ）を低減することができる。しかし、ＡＴカット水晶基板からなる水晶フィルタは、ドライブレベル依存性が大きい。このため、入力する信号の強さによって通過域が変動する可能性があり、高精度なフィルタの設計が困難であり、受信装置の性能が低下する。

本発明は、上記従来の問題点に着目し、ノイズの少ない２値あるいは多値ＦＳＫ信号を発振できる送信装置や受信感度の良好な受信装置をもつ送受信システムを提供すること目的としている。

また、本発明は、低電力化を測ることができる送信装置を提供することを目的としている。
さらに、本発明は、電波の利用効率を向上できる送受信システムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る送信装置は、ＦＳＫ変調信号を生成送信する送信装置であって、発振器の出力側において生成された変調周波数単位に選択透過するＳＡＷフィルタを並列に接続したことを特徴としている。

送信すべきデジタルデータが２値である場合にはＦＳＫ変調信号は周波数の高いｆ_１（ｆ_０＋Δｆ）信号と、周波数の低いｆ_２（ｆ_０−Δｆ）信号に変調する。多値変調の場合、例えば４値変調の場合にはｆ_１（ｆ₀＋２Δｆ）、ｆ_２（ｆ_０＋Δｆ）、ｆ_３（ｆ_０−Δｆ）、ｆ_４（ｆ_０−２Δｆ）の周波数に変調することになる。この変調数毎の逓倍周波数帯域を透過する高周波フィルタを準備し、これを発振器の出力側に並列に接続することによって高周波のＦＳＫ変調信号が独立して選択され送信される。これによりノイズの少ない変調信号の送信が可能となる。

前記ＳＡＷフィルタは圧電基板にＳＨ波が励振されるＳＨ波ＳＡＷフィルタとすることにより、送信変調信号の通過帯域を狭帯域化することができる。

フィルタを通過した信号の雑音レベルは、一般にフィルタの通過帯域幅に比例する。すなわち、フィルタを通過した信号の雑音レベルは、フィルタの帯域幅が広ければ広いほど大きくなる。そして、圧電基板にＳＨ波が励振されるＳＨ波ＳＡＷフィルタは、従来のＳＴカット水晶基板を用いたＳＡＷフィルタに比較して、周波数の通過帯域幅を大幅に狭くすることができる。したがって、フィルタを通過した送信信号の雑音レベルを低下させることができる。雑音レベルが低くなるため、送信装置の出力が小さくても信号峻別が可能となるので、省電力化された送信装置とすることができる。

前記ＦＳＫ変調信号は２値若しくは多値の変調信号とすることにより、例えばキーレスシステムにおいて、車両キーの開閉操作のみならず、複数の機器を1つの送信装置によりオンオフさせることが可能となる。

本発明に係る送受信システムは、ＦＳＫ変調信号を生成送信する送信装置とこのＦＳＫ変調信号を受信する受信装置からなる送受信システムであって、前記送信装置の発振器の出力側において生成された変調周波数単位に選択透過するＳＡＷフィルタを並列に接続して高周波を送信させ、前記受信装置のアンテナ後段の高周波フィルタ若しくは中間波フィルタに前記ＦＳＫ変調周波数単位に選択透過するＳＡＷフィルタを並列に接続してなることを特徴としている。

受信装置側にも前記送信装置の発振器の出力側において生成された変調周波数単位に選択透過するＳＡＷフィルタと同様なＳＡＷフィルタを並列に設けたので、フィルタの帯域幅を狭くすることが可能となり、受信感度を向上させることができる。この受信装置の高周波フィルタ部と中間周波フィルタ部とのいずれかをＳＨ波ＳＡＷフィルタとすることにより、フィルタを通過した信号の雑音レベルを低下させることができる。このため、受信対象となる信号に対するノイズのレベルが低くなり、ＳＮ比が改善して受信感度を高めることができる。無線送受信機の受信機入力段フィルタとして用いた場合、Ｓ／Ｎが改善できることから、受信感度が向上するため、反射的に送信機側の低電力化が可能である。

以下に、本発明に係る送信装置および送受信システムの具体的実施形態について、図面を参照しながら、詳細に説明する。なお、以下の実施形態においては、２値ＦＳＫの送信装置並びに送受信システムを例にして説明する。

図１は実施形態に係る送受信システムの全体構成を示すブロック図である。この図に示しているように、実施形態に係る送受信システムの送信装置１０は、２値信号発生器１２により、デジタル信号「０」、「１」に応じた電圧信号をそれぞれ発生するようにしている。この２値信号発生器１２からの入力電圧に対応する２つの異なる周波数ｆ_１、ｆ_２を発振する圧電発振器１４が設けられている。２値に対応して周波数の高いｆ₁（ｆ₀＋Δｆ）信号と、周波数の低いｆ_２（ｆ_０−Δｆ）の２値ＦＳＫ変調信号が生成される。そして、この実施形態では、当該圧電発振器１４の出力側には、生成された２つの周波数をそれぞれ独立して選択透過するＳＡＷフィルタ１６、１８が接続され、これらは並列接続されている。このＳＡＷフィルタ１６、１８はそれぞれ周波数の高いｆ₁（ｆ_０＋Δｆ）信号を透過する帯域フィルタ（１６）と、周波数の低いｆ_２（ｆ_０−Δｆ）信号を透過する帯域フィルタ（１８）であり、相互に独立してフィルタリングするように帯域設定されている。そして、これらにより選択透過された２値ＦＳＫ変調信号は、高周波増幅器２０により増幅され、送信アンテナ２２を介して送信される。

ところで、この実施形態で使用するＳＡＷフィルタ１６、１８は高周波用帯域ＳＨ波ＳＡＷフィルタであり、ＳＡＷ素子を構成している圧電基板が水晶基板からなっている。水晶基板は、すだれ状に形成されたＩＤＴによってＳＨ波が励振されるカット角を有している。すなわち、図３に示したように、ＳＨ波ＳＡＷ素子４０の水晶基板４２は、回転Ｙカット水晶板のカット角θを、Ｚ軸周りに反時計方向に−６４°＜θ＜−４９．３°回転させた水晶板からなっている。そして、回転Ｙカット水晶板を−６４．０°＜θ＜−４９．３°回転させた水晶板（水晶基板４２）の、面に沿ったＸ軸に直交した軸をＺ´軸とした場合、すだれ状電極からなるＩＤＴ４４は、Ｚ´軸に沿って形成してある。このため、ＳＨ波ＳＡＷ素子４０は、ＩＤＴ４４を構成している一対の櫛型電極間に信号電圧を印加すると、水晶基板４２にＳＨ波が励振され、水晶基板４２のＸ軸に直交したＺ´軸に沿って伝播する。したがって、水晶基板４２のカット角は、オイラー角を（φ，θ，ψ）としたオイラー角表示で（０°、２６．０°〜４０．７°、９０°）となっている。なお、図３において、相互に直交した３軸は、それぞれ水晶結晶の結晶軸を示し、Ｘ軸が水晶結晶の電気軸、Ｙ軸が機械軸、Ｚ軸が光軸である。

このＳＨ波ＳＡＷ素子４０からなる高周波用帯域ＳＨ波ＳＡＷフィルタ１６、１８は、図４に示したように、従来のＳＴ−ＳＡＷフィルタの通過帯域特性線Ａに比較して、特性線Ｂに示されるように大幅に狭くすることができる。各高周波用帯域ＳＨ波ＳＡＷフィルタ１６、１８は、それぞれ周波数ｆ_１、ｆ_２に対応した通過域を有している。すなわち、高周波用帯域ＳＨ波ＳＡＷフィルタ１６、１８のいずれか一方、例えば高周波用帯域ＳＨ波ＳＡＷフィルタ１６は、図５に示したように、通過域に周波数ｆ_１を含んでおり、周波数ｆ_１の信号を通過させるが、周波数ｆ_２の信号は通過できないような通過帯域幅５８を有している。また、他方の高周波用帯域ＳＨ波ＳＡＷフィルタ１８は、通過域に周波数ｆ_２を含み、周波数ｆ_１は通過しないような通過帯域幅６０を有する。

このため、高周波用帯域ＳＨ波ＳＡＷフィルタ１６、１８は、通過した電気信号の雑音レベルを従来のＳＴ−ＳＡＷフィルタを使用した場合に比較して大きく低下させることができる。したがって、高周波用帯域ＳＨ波ＳＡＷフィルタ１６，１８を通過した信号のＳＮ比を改善することができる。しかも、高周波用帯域ＳＨ波ＳＡＷフィルタ１６，１８は、通過帯域幅５８、６０を狭くすることができるため、通信に必要とする電波のバンド幅を狭くすることができ、電波の利用効率を向上することができる。また、上記のようなカット角を有する水晶基板４２からなる高周波用帯域ＳＨ波ＳＡＷフィルタ１６，１８は、ＡＴカット水晶基板からなる水晶フィルタのようにドライブレベル依存性が大きくないため、受信アンテナ２６に入力する信号の強弱によって通過域や通過帯域幅が変動するようなことがなく、フィルタの設計が容易で、高精度な送信装置とすることができる。

図２は実施形態に係る送信装置１０の圧電発振器の逓倍回路を示している。図示のように、圧電発振器はコルピッツ型の水晶発振回路からなり、トランジスタ７０のコレクタ・エミッタ間にコンデンサＣ_１、ベース・エミッタ間にコンデンサＣ_２、コレクタ・ベース間にコイルＬを接続している。トランジスタ７０のベースにはコントロール信号の入力端子Ｖ_Ｃにより２値信号に対応した制御電圧が入力されるようになっている。また、ベースは圧電振動子７２とバラクタダイオード７４を介して接地されている。圧電振動子７２とバラクタダイオード７４の接続点には、抵抗Ｒ１を介して制御電圧Ｖ_Ｃを与え、バラクタダイオード７４の静電容量を可変することにより圧電振動子７２の負荷容量を変化させて発振周波数を調整できるようにしている。

制御電圧により２値に対応するＦＳＫ変調信号ｆ_1、ｆ_２が各々時間軸で異なる位置から出力される。発振回路の出力側には発振された２つの周波数ｆ_1、ｆ_２をそれぞれ独立して選択透過するように帯域設定され、互いに並列接続された高周波用帯域ＳＨ波ＳＡＷフィルタ１６、１８が設けられている。一方の高周波用帯域ＳＨ波ＳＡＷフィルタ１６は通過域に周波数ｆ_１を含んでおり、周波数ｆ_１の信号を通過させるが、周波数ｆ_２の信号は通過できないような通過帯域幅５８を有している。また、他方の高周波用帯域ＳＨ波ＳＡＷフィルタ１８は、通過域に周波数ｆ_２を含み、周波数ｆ_１は通過しないような通過帯域幅６０を有するものである。そして、当該フィルタ１６，１８か出力された変調信号は増幅器２０によって増幅された後、アンテナ２２を通じて送信される。

一方、送受信システムを構成する受信装置２４の概略的な構成ブロックは、図１の下部に示す。送信装置１０から送信され電波として入力する信号は、上述したように、２値ＦＳＫ（周波数偏移変調）信号であって、デジタル信号の「０」に対応した周波数ｆ_１と、「１」に対応した周波数ｆ_２とからなっている。これら周波数ｆ_１、ｆ_２の信号は、時間軸上の異なる位置において受信アンテナ２６に到来する。そして、受信アンテナ２６は、電波と同じ周波数ｆ_１、ｆ_２に対応した周波数、すなわち周波数ｆ_１、ｆ_２の電気信号（電気回路エネルギー）に変換して出力する。

受信アンテナ２６の出力側には、高周波フィルタ部が接続してある。高周波フィルタ部は、実施形態の場合、送信装置１０の場合と同様に、ＦＳＫ変調周波数ｆ_１、ｆ_２を個別に透過する帯域を持つ高周波用帯域ＳＨ波ＳＡＷフィルタ２８、３０を並列に接続している。また、高周波用帯域ＳＨ波ＳＡＷフィルタ２８、３０の出力側には、高周波増幅器３２が設けてある。

そして、高周波増幅器３２の出力側に周波数変換部２９を接続している。周波数変換部２９にはミキサ３１が設けられ、このミキサ３１には、発振器（局部発振器）３３が接続してある。発振器３３は、実施形態の場合、発振回路３５と、水晶振動子３７などの圧電振動子とからなっている。発振回路３５は、水晶振動子３７を励振し、所定周波数の高周波信号をミキサ３１に入力する。上記ミキサ３１の出力側には、中間波フィルタ３４、ＩＦ増幅器３８並びに信号処理部３９が設けられ、最終的にデジタルデータに復調して制御装置などを作動させるようになっている。

前記中間波フィルタ３４を単一のフィルタ構成としてもよいが、高周波フィルタ部分と同様に、ＩＦ用帯域ＳＨ波ＳＡＷフィルタによって構成し、周波数ｆ_１に対応した中間周波信号の中間周波数を含む通過域を有し、周波数ｆ_２に対応した中間周波信号を通過させないようにしたＩＦ用帯域ＳＨ波ＳＡＷフィルタ３４Ａと、周波数ｆ_２に対応した中間周波信号の中間周波数を含む通過域を有し、周波数ｆ_１に対応した中間周波信号を通過させないようにしてあるＩＦ用帯域ＳＨ波ＳＡＷフィルタ３４Ｂを並列にした回路としても良い。

前記信号処理部３６はＩＦ増幅器３８とデジタル信号出力部３９とを有し、ＩＦ増幅器３８は、ＩＦ用帯域ＳＨ波ＳＡＷフィルタ３４の出力した中間周波信号を増幅してデジタル信号出力部３９に入力する。デジタル信号出力部３９は、入力した中間周波信号を「０」と「１」とのデジタル信号に復調し、図示しない制御装置や演算装置に「０」または「１」を出力する。

上記実施形態は、本発明の一態様であって、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態の受信装置２４においては、受信アンテナ２６に接続した高周波フィルタ部と、周波数変換部２９の出力側に接続した中間周波フィルタ部とのいずれもＳＨ波ＳＡＷフィルタによって構成した場合について説明したが、いずれか一方だけをＳＨ波ＳＡＷフィルタによって構成し、いずれか他方をＳＴ−ＳＡＷフィルタによって構成してもよい。また、前記実施形態においては、受信装置に入力するＦＳＫ信号が電波である場合について説明したが、ＦＳＫ信号は光信号や超音波信号であってもラインを介して入力する電気信号であってもよい。

上述した実施形態によれば、送信装置により送信されるＦＳＫ変調信号の選択を個別に各変調信号ごとに透過させるようなＳＡＷフィルタを並列接続して設けているので、ＳＮ比を可及的に小さくすることができるので、低電力化の送信装置とすることができる。また、受信装置では受信感度が向上することになり、誤動作の原因を低減することが可能となる。また、ＦＳＫ変調信号ごとに選択透過する狭帯域のＳＨ波ＳＡＷ素子を用いているので、電波の利用効率を向上できる送受信システムとすることができる。

本発明の実施形態に係る送受信システムの概略ブロック図である。 実施形態に係る送信装置の発振器回路図である。 実施の形態に係るＳＨ波ＳＡＷ素子を形成する水晶基板のカット角の説明図である。 ＳＴ−ＳＡＷフィルタとＳＨ波ＳＡＷフィルタの通過帯域幅の説明図である。 ＦＳＫ変調周波数ごとのＳＨ波ＳＡＷフィルタの通過帯域幅を説明する図である。 従来のＳＴ−ＳＡＷフィルタの通過帯域幅を説明する図である。

符号の説明

１０………送信装置、１２………２値信号発生器、１４………圧電発振器、１６、１８………高周波用帯域ＳＨ波ＳＡＷフィルタ、２０………高周波増幅器、２２………送信アンテナ、２４………受信装置、２６………受信アンテナ、２８、３０…………高周波用帯域ＳＨ波ＳＡＷフィルタ、２９………周波数変換部、３１………ミキサ、３２………高周波増幅器、３３………発振器、３４………中間波フィルタ、３５………発振回路、３６………信号処理部、３７………水晶振動子、３８………ＩＦ増幅器、３９………デジタル信号出力部、４０………ＳＨ波ＳＡＷ素子、４２………水晶基板、４４………ＩＤＴ、５８………ｆ_１通過帯域幅、６０………ｆ_２通過帯域幅、７０………トランジスタ、７２………圧電振動子、７４………バラクタダイオード。

Claims (5)

1. ＦＳＫ変調信号を生成送信する送信装置であって、発振器の出力側において生成された変調周波数単位に選択透過するＳＡＷフィルタを並列に接続したことを特徴とする送信装置。
2. 前記ＳＡＷフィルタは圧電基板にＳＨ波が励振されるＳＨ波ＳＡＷフィルタであることを特徴とする請求項１記載の送信装置。
3. 前記ＦＳＫ変調信号は２値若しくは多値の変調信号であることを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
4. ＦＳＫ変調信号を生成送信する送信装置とこのＦＳＫ変調信号を受信する受信装置からなる送受信システムであって、前記送信装置の発振器の出力側において生成された変調周波数単位に選択透過するＳＡＷフィルタを並列に接続して高周波を送信させ、前記受信装置のアンテナ後段の高周波フィルタ若しくは中間波フィルタに前記ＦＳＫ変調周波数単位に選択透過するＳＡＷフィルタを並列に接続してなることを特徴とする送受信システム。
5. 前記ＳＡＷフィルタは圧電基板にＳＨ波が励振されるＳＨ波ＳＡＷフィルタであることを特徴とする請求項４記載の送信装置。

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