JP2008061116A - 無線受信機とアンテナ整合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】単一のアンテナをディジタル受信部とアナログ受信部で兼用でき、アナログ放送の時報検出を利用できる無線受信機を提供する。
【解決手段】ディジタル受信部とアナログ受信部を備える受信機であって、チャンネル変更要求によりチャンネルを変更するときに、チャンネルごとに整合回路の構成を変更するために予めメモリに格納された整合素子設定情報を取得し、整合素子設定情報に基づいて整合回路の構成を変更するための整合素子調整信号を出力する制御部と、アンテナ側インピーダンスとディジタル受信部とアナログ受信部から構成される受信部側インピーダンスとのマッチングをチャンネルごとに行うために、整合素子調整信号に基づいて整合回路を構成する複数の受動素子の接続を切り替えるスイッチを設ける整合部と、を具備する無線受信機である。
【選択図】 図１

Description

本発明は無線受信機のアンテナ整合に係り、特にディジタル受信機とアナログ受信機がアンテナを共用する場合の整合技術に関する。

従来、アンテナと受信機間の最適化を図るためにインピーダンス整合は行われてきたが、これらは予め設定された受動素子（固定値）を用いており、特定の帯域のみ使用するようにしか構成されていない。

また、低い周波数で使用できる比較的大型のアンテナを用いてアンテナの高次共振により複数の帯域に対応したアンテナが用いられている。
しかしながら、携帯機器向け用途ではアンテナに対する小型化要求により特性が狭帯域化する傾向があることから効果的に複数の帯域をカバーするアンテナを単独で構成することが困難でありそれぞれ個別に専用アンテナを必要としている。

ところが、携帯機器（電話、ＭＰ３など）は小形化要求があるので、複数のアンテナを必要とするシステムでは問題がある。
また、ＦＭ放送と地上ディジタル放送を混載したシステムの場合、ＵＨＦ帯域、ＶＨＦ帯域それぞれに専用アンテナが必要となり、アンテナコストが増大する。

特許文献１によれば、１本の放射素子と、この放射素子の基部に接続されたＵＨＦ帯用整合部と、このＵＨＦ帯用整合部に接続されかつ巻線が同軸ケーブルにて構成されたＶＨＦ帯用整合トランスとをそれぞれ設け、ＶＨＦ帯用整合トランスを構成する同軸ケーブルの外部導体からＶＨＦ出力を取出すと共に、同軸ケーブルの内部導体からＵＨＦ出力を取出すようにして、アンテナ台数の削減を図り車両搭載に適するような通信システムのアンテナが提案されている。

しかし、共用アンテナ整合回路は２つの周波数を固定した整合回路により、比較的広帯域な整合もしくは、狭帯域の特定周波数のみをターゲットとしている。そのためＵＨＦ帯域、ＶＨＦ帯域向けにきめ細かい整合を行うことができない。また、アンテナに対し専用の整合回路を用いており、アンテナ交換時には整合回路毎に交換する必要がある。

特許文献２によれば、アンテナエレメントに対し、切換回路でＦＭ用マッチング回路とＴＶ用マッチング回路とを切換、ＦＭ放送受信とＴＶ放送受信とを可能にする。ＦＭ用マッチング回路は、ＶＨＦ帯の比較的低い周波数帯域で、ＦＭ用アンプの入力側とアンテナエレメントとのインピーダンスマッチングを行う。ＴＶ用マッチング回路は、ＶＨＦ帯のうち、ＦＭ放送の周波数帯域よりも高い周波数帯域でアンテナエレメントとＴＶ用アンプの入力側との間のインピーダンスマッチングを行う。このように１つのアンテナエレメントで、ＦＭ放送とＴＶ放送とを広い周波数帯域で感度よく受信する提案がされている。

しかし、複数周波数帯域用アンテナシステム整合回路をＵＨＦ帯域、ＶＨＦ帯域それぞれ個別に用意しているので切り替えが容易であるが、アンテナ特性に合わせて微調整することができない。小形アンテナの場合は特に整合回路によるきめ細かい同調が行えないと帯域の上下限等で感度劣化が生じる。また、ＵＨＦ帯域を使用する場合、ＶＨＦ用整合回路は不要であり、ＶＨＦ帯域を使用する場合は、ＵＨＦ帯域用整合回路は不要となる。そのため、一方を受信する場合は他方の整合回路は必要ないので同一帯域内を複数の整合回路（チャンネルごとに用意）でカバーしようとすると回路規模が大きくなってしまう。

特許文献３によれば、ＶＨＦ帯のローバンドとＶＨＦ帯のハイバンドの２回路の切り替えのみで、ＶＨＦ帯のローバンドとＶＨＦ帯のハイバンドとのそれぞれに対して整合が取れるとともに、ＵＨＦ帯に対してもキャパシタンス特性となるので、損失が少なくそれぞれの信号を伝達することができ、回路を簡素化することができ、小型かつ低価格な整合器が提案されている。

しかし、整合器のＨＰＦ（High Pass Filter）の定数切り替えにより整合をとり、整合回路が比較的広い受信帯域をカバーするため小形アンテナへの適用が難しい。一般に、アンテナは小形化すると帯域が狭くなるので、バンド毎に整合回路を切り替える方式では受信チャンネル（周波数）毎に感度差が生じる。

特許文献４によれば、アンテナと、アンテナを接続する線路を分岐し、一方をスイッチに接続し、他方を携帯電話機無線部に接続する無線部切換スイッチと、スイッチと並列に接続する複数の放送波に対応して複数設けられたインピーダンス調整回路とを有し、スイッチは現在受信が行なわれている放送波に対応して設けられたインピーダンス調整回路を選択する。このように携帯電話用のアンテナとＦＭ放送やＴＶ放送用のアンテナを共用した場合に、ＦＭ放送やＴＶ放送の広い帯域を効率良くカバーし、かつ、それぞれの無線回路への相互的な影響を低減することのできる複数放送波を受信可能な携帯電話機が提案されている。

しかし、複数放送波を受信可能な携帯電話機ではこれらの方式は、アンテナの大型化や複数のアンテナを必要とすることで構造的に大型化し、小型機器への応用ができない。また、ディジタル放送はアナログ放送と違い、装置毎に処理速度が異なるためアナログ放送で行われてきた時報信号による時刻合わせができないという問題がある。
特開平５−２７５９１７号公報 特開２００３−１３３９８２号公報 特開２００４−１７２９５８号公報 特開２００５−１５９８２７号公報

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたものであり、単一のアンテナをディジタル受信部とアナログ受信部で兼用でき、アナログ放送の時報検出をして時刻調整をする無線受信機を提供することを目的とする。

本発明の態様のひとつであるディジタル受信部とアナログ受信部を備える受信機であって、チャンネル変更要求によりチャンネルを変更するときに、チャンネルごとに整合回路の構成を変更するために予めメモリに格納された整合素子設定情報を取得し、前記整合素子設定情報に基づいて前記整合回路の構成を変更するための整合素子調整信号を出力する制御部と、アンテナ側インピーダンスと前記ディジタル受信部と前記アナログ受信部から構成される受信部側インピーダンスとのマッチングを前記チャンネルごとに行うために、前記整合素子調整信号に基づいて前記整合回路を構成する複数の受動素子の接続を切り替えるスイッチを設ける整合部と、を具備する構成とする。

好ましくは、前記整合部は、複数整合素子であるインダクタとキャパシタを有し、前記整合素子調整信号を受信して前記整合素子間の接続を切り替えるスイッチにより、前記整合回路構成の変更を行い前記マッチングを行ってもよい。

好ましくは、前記アナログ受信部が受信した時報信号により時間設定を行ってもよい。
本発明であるディジタル受信部とアナログ受信部を備える受信機の整合方法であって、チャンネル変更要求によりチャンネルを変更するときに、チャンネルごとに整合回路の構成を変更するために予めメモリに格納されたアンテナ整合テーブルから整合素子設定情報を取得し、前記整合素子設定情報に基づいて前記整合回路の構成を変更するための整合素子調整信号を出力する処理と、アンテナ側インピーダンスと、前記ディジタル受信部と前記アナログ受信部から構成される受信部側インピーダンスのマッチングを前記チャンネルごとに行うために、前記整合素子調整信号に基づいて前記整合回路を構成する複数の受動素子の接続を切り替えるスイッチを制御する処理と、を特徴とする。

上記構成により、ＶＨＦ、ＵＨＦなどの帯域でそれぞれ個別に整合回路を用意しないので、回路規模が小さくできる。
また、整合回路内の素子組み合わせが自由なので受信機、アンテナの組み合わせを変更してもその都度最適な整合回路を再構成できる。

さらにはチャンネル毎に細かく整合を取る為、小形アンテナとの組み合わせにむいている。
また、狭帯域なので隣接チャンネル妨害やイメージ除去効果がある。チャンネル（周波数）毎に整合回路を最適化できるので帯域の上下限で感度差が生じにくい。整合回路の微調整はＣＰＵ等により実施し、整合回路の変更の組み合わせはメモリに予め格納しているためチャンネル（周波数）変更時に即座に整合回路を変更することができる。

本発明によれば、単一アンテナをディジタル受信部とアンテナ受信部で兼用でき、さらに時報検出ができる。

以下図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細を説明する。
（実施例１）
（構成説明）
図１に本発明の無線受信機の構成を示す。無線受信機１は、アンテナ部２、整合部３、ディジタル受信部４、アナログ受信部５、制御部６、メモリ部７、出力部８などから構成されている。

アンテナ部２はディジタル放送波を受信するとともに、アナログ放送波も受信する。後述する整合部３を構成する整合回路を制御することで狭帯域の受信を可能にする。
整合部３は、ローノイズアンプ（図示しない）や整合回路などから構成されている。整合回路は図２に示すように整合素子（受動素子）とスイッチから構成する。本例では整合回路の入力はアンテナ部２からの配線と接続されている。アンテナ部２で受信した信号（ディジタル信号またはアナログ信号）は、スイッチ（ＳＷ１）とスイッチ（ＳＷ２）で選択された経路と、スイッチ（ＳＷ３）とスイッチ（ＳＷ４）で選択された経路を経てディジタル受信部４とアナログ受信部５に信号を出力する。このとき各スイッチ（ＳＷ１〜６）は後述する制御部６から出力される制御信号により各スイッチを切り替え制御する。このように各スイッチを切り替えることで各放送波（放送局に割当てられた周波数帯域）を狭帯域で受信することができる。

図２の例ではスイッチ（ＳＷ１）とスイッチ（ＳＷ２）の切り替えでインダクタが選択されている。そして、スイッチ（ＳＷ２）の出力はスイッチ（ＳＷ３）の各入力に接続されている。スイッチ（ＳＷ３）の各入力とグランド（ＧＮＤ）間には並列にキャパシタとインダクタが設けられている。本例ではキャパシタとインダクタが選択されている。

次にスイッチ（ＳＷ４）とスイッチ（ＳＷ５）は整合素子（受動素子）を選択していない。スイッチ（ＳＷ５）の出力はスイッチ（ＳＷ６）の各入力に接続される。各入力とグランド（ＧＮＤ）間には並列にキャパシタとインダクタが設けられている。本例ではキャパシタとインダクタが選択されている。このようにチャンネル切替要求があったチャンネルに対応する回路にスイッチを切り替えて変更する。

ディジタル受信部４は、アンテナ部２で受信した放送波を、整合部３を介して入力し復調する。例えば地上ディジタル放送などを復調する。また、後述する出力部８へ復調したディジタルデータを出力する。ディジタル受信部４の受信状態をディジタル受信状態情報として制御部６に出力する。

アナログ受信部５は、アンテナ部２で受信した放送波を、整合部３を介して入力し復調する。例えばＦＭ放送などを復調する。また、後述する出力部８へ復調したアナログ復調信号を出力する。アナログ受信部の受信状態をアナログ受信状態情報として制御部６に出力する。また、時報信号を制御部６に通知する。

制御部６は、例えば演算器（ＣＰＵやＤＳＰ、ＦＰＧＡやＣＰＬＤ）を用いて構成し、メモリ部７（データベースなど）に記録された後述するアンテナ整合テーブルにアクセスをして必要な属性情報を取得して各放送局（周波数）に対応したアンテナの整合を行う。アンテナ整合を行うためにメモリ部７から取得した属性情報（整合素子設定情報）に基づいて整合素子調整信号を生成し整合部３に出力する。

また、ディジタル受信部４とアナログ受信部５のチャンネル切り替えをする周波数切替信号を出力する。
メモリ部７はアンテナ整合テーブルを格納し、データベース機能を有している。

出力部８は、画像表示器９（ＬＣＤ）や音声出力装置１０（スピーカ等）から構成されている。例えば、利用者が選局やボリューム調整、各種の設定などをする。画像表示器９（ＬＣＤ）は放送局リスト、チャンネル切替情報、音量調整情報、画質調整情報を表示する。また、音声出力装置１０は音声などを出力する。
（動作説明）
次に、整合回路の切り替え動作を図３に示すフロー図を用い説明する。

ステップＳ１では放送局に対応する周波数（チャンネル）を取得する。出力部８の画像表示器９などに表示される放送局リストなどを参照して利用者が切り替えを行う。例えば図示しないが入力部（キーボードやタッチパネルなど）で行う。すると制御部６にチャンネル切替要求が通知される。チャンネル切替要求には、少なくとも切り替えたチャンネル（放送局）を示す番号などが付されている。例えば、各放送局にＡ、Ｂ、Ｃ・・・などのチャンネルコードが付されている。

ステップＳ２ではデータベースからチャンネルに対応する整合回路設定を取得する。データベースはメモリ部７に格納されている。
データベースには、アンテナ整合テーブルとして図４に示す表が格納されている。「放送局」には「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」・・・が格納され、チャンネル切替要求に対応する放送局が選択される。「整合回路設定ＳＷ１」〜「整合回路設定ＳＷ６」には図２で説明したスイッチＳＷ１〜６の切り替えを行うための制御コードが格納されている。「放送局」が「Ａ」であれば「整合回路設定ＳＷ１」は２進２ビットで「００」が格納されている。また、「整合回路設定ＳＷ２」は２進２ビットで「００」が格納されている。このように全てのスイッチＳＷ１〜６に対して放送局ごとにアンテナ部２とインピーダンスマッチングが最適になるような整合素子の切り替えを行うためのコードが格納されている。

ステップＳ３では整合回路に整合回路設定ＳＷ１〜６に基づいて整合素子調整信号（コード）を出力する。制御部６では整合素子調整信号とともにディジタル受信部４とアナログ受信部５に対して周波数切替信号を出力して周波数（チャンネル）の切り替えを行う。その結果、ディジタル受信部４とアナログ受信部５は切り替えが状態をディジタル受信状態情報とアナログ受信状態情報により通知する。

これらのディジタル受信状態情報とアナログ受信状態情報には受信機からの受信状態表示（感度、ＣＮなど）を有していてもよい。整合回路の整合素子間の接続や可変、システムの構成やアンテナ変更などにより、整合回路設定条件が異なる場合も想定されるが、これらは受信機からの受信状態をモニタしながら制御部６が整合回路を自動最適化することにより対応してもよい。この場合、自動最適化が完了したら設定情報をメモリ部７に保存を行う。

次に、ＵＨＦ帯アンテナ（アンテナ部２）を整合部３によりＶＨＦ帯（ＦＭ周波数、９０ＭＨｚ）に適用した例を図５に示す。整合部３は、上記説明したようにスイッチＳＷ１〜６を切り替えることで、図５に示す整合回路５１のように、インダクタ５２、キャパシタ５３、インダクタ５４が選ばれ構成される。本例では、インダクタ５２は４０ｎＨ、キャパシタ５３は５ｐＦ、インダクタ５４は９７ｎＨである。アンテナ部２側の入力インピーダンスはｐｏｒｔ１に示す抵抗５５である。そして、抵抗５５は整合回路５１の入力であるインダクタ５２の一方の端子と接続され、他方の端子はキャパシタ５３の一方の端子と接続され、他方の端子はインダクタ５４の一方との端子と接続される。そしてインダクタ５４の他方はグランド（ＧＮＤ）に接続される。また、キャパシタ５３の他方はさらにディジタル受信部４、アナログ受信部５の入力に接続される。本例ではｐｏｒｔ２に示す抵抗５６によりディジタル受信部４、アナログ受信部５のインピーダンスを示している。

図６はＵＨＦアンテナのリターンロスの測定結果である。縦軸にＳ１１パラメータ（ｄＢ）を示し、横軸に周波数（ＭＨｚ）を示している。図６（ａ）は整合回路５１がないときの測定結果を示している。図６（ｂ）は整合回路があるときの測定結果をしている。

ＵＨＦアンテナに整合回路５１を用いない場合、図６（ａ）のように３１５ＭＨｚ、３９２ＭＨｚ、４７１ＭＨｚ、５０９ＭＨｚでそれぞれ共振状態を示している。
整合回路５１を設けた場合は、図６（ｂ）に示すシミュレーション結果のように９０ＭＨｚ付近に共振ポイントが発生し、整合が取れている。

このように、ステップ１〜３に示した方法により、受信周波数毎に整合回路内の整合素子（インダクタ、キャパシタ等）を自動的に切り替え、所望の周波数を狭帯域で受信できるように調整することができるようになる。

また、整合回路の構成変更は受信周波数に対応した設定を予めメモリから呼び出すことで高速に設定できる。
また、単一のアンテナ（例えばディジタル受信機用アンテナ）であってもアナログ受信部５でＦＭ放送が受信可能になるため、時報情報を取得することができるようになる。そして、アナログ放送の時報検出を利用することで専用の時間調整機構（例えば電波時計やＧＰＳなど）を用いなくても時刻調整ができる。

図２に示したインダクタ、キャパシタは可変、固定タイプどちらも使用することができる。図２ではキャパシタ、インダクタ単体で描かれているが、これらは複数の素子を切り替えるバンクもしくはバラクタで構成されている。また、複数のインダクタ、キャパシタを同一ノードに取り付け値を調整できるようにしてもよい。

また、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

実施例１の構成を示すブロック図である。 整合回路を示す図である。 整合回路のマッチング方法を示すフロー図である。 整合回路の設定をするためのアンテナ整合テーブルを示す図である。 整合回路のシミュレーション回路を示す図である。 シミュレーション結果を示す図である。

符号の説明

１ 無線受信機、２ アンテナ部、３ 整合部
４ ディジタル受信部、５ アナログ受信部
６ 制御部、７ メモリ部
８ 出力部、９ 画像表示器、１０ 音声出力装置
５１ 整合回路、５２ インダクタ、５３ キャパシタ、５４ インダクタ
５５ 抵抗、５６ 抵抗

Claims (4)

1. ディジタル受信部とアナログ受信部を備える受信機であって、
   チャンネル変更要求によりチャンネルを変更するときに、チャンネルごとに整合回路の構成を変更するために予めメモリに格納された整合素子設定情報を取得し、前記整合素子設定情報に基づいて前記整合回路の構成を変更するための整合素子調整信号を出力する制御部と、
   アンテナ側インピーダンスと前記ディジタル受信部と前記アナログ受信部から構成される受信部側インピーダンスとのマッチングを前記チャンネルごとに行うために、前記整合素子調整信号に基づいて前記整合回路を構成する複数の整合素子の接続を切り替えるスイッチを設ける整合部と、
   を具備することを特徴とする無線受信機。
2. 前記整合部は、複数整合素子であるインダクタとキャパシタを有し、前記整合素子調整信号を受信して前記整合素子間の接続を切り替えるスイッチにより、前記整合回路構成の変更を行い前記マッチングを行うことを特徴とする請求項１に記載の無線受信機。
3. 前記アナログ受信部が受信した時報信号により時間設定を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の無線受信機。
4. ディジタル受信部とアナログ受信部を備える受信機の整合方法であって、
   チャンネル変更要求によりチャンネルを変更するときに、チャンネルごとに整合回路の構成を変更するために予めメモリに格納されたアンテナ整合テーブルから整合素子設定情報を取得し、前記整合素子設定情報に基づいて前記整合回路の構成を変更するための整合素子調整信号を出力する処理と、
   アンテナ側インピーダンスと、前記ディジタル受信部と前記アナログ受信部から構成される受信部側インピーダンスのマッチングを前記チャンネルごとに行うために、前記整合素子調整信号に基づいて前記整合回路を構成する複数の整合素子の接続を切り替えるスイッチを制御する処理と、
   を特徴とする無線受信機のアンテナ整合方法。