JP2010034762A - チューナブル受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】チューナＩＣを構成する各ブロックを簡素化して、チューナＩＣ及び受信装置の小型化を図ること。
【解決手段】チューナブルアンテナ１は、可変容量手段（バラクタダイオード）１５により共振周波数を可変とする。チューナＩＣ２は、チューナブルアンテナ１で受信した信号を電圧制御発信器（ＶＣＯ）４の信号を用いて周波数変換し所望の選局を行う。ここで、ＶＣＯ４を制御するＶＣＯ制御信号１０１を用いてチューナブルアンテナ１のバラクタダイオード１５の容量値を変化させ、チューナブルアンテナ１の共振周波数をＶＣＯ４の発振周波数に追従させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、小型の携帯端末などで地上波デジタルテレビ放送などの放送波を受信するのに好適なチューナブル受信装置に関するものである。

携帯電話やＰＤＡといった小型の携帯端末では多数のアンテナを備えることができないので、地上デジタルテレビ放送など広い周波数範囲の電波を効率よく受信するために、広帯域に対応できるアンテナが必要となる。そのための技術として、特許文献１には、伝送線路と可変容量手段から構成され、その可変容量手段により共振周波数を制御することで狭帯域で且つ広帯域にわたり受信感度が高いアンテナ（以下、チューナブルアンテナと呼ぶ）が開示されている。

またこのチューナブルアンテナを使用したものとして、特許文献２には、受信感度信号を処理して可変容量手段を制御し、受信感度が最適となるよう可変容量手段が自動制御される周波数自動補正機能付きチューナブル受信装置が開示されている。

特開２００６−３４５０４２号公報 特開２００７−２７４６７４号公報

近年、ワンセグ受信可能な携帯電話に代表されるように、小型の携帯端末にて地上デジタル放送などを受信できるようになっている。その際受信用チューナＩＣには、小型の端末機器に内蔵させるためにさらなる小型化が要請されている。しかしながら、チューナＩＣを構成する各ブロックをそのままの構成で小型化するのではおのずと限界があり、何らかの構成の簡素化を図らねばならない。

前記した特許文献２の受信装置では、アンテナを制御をするための制御部とチューナを制御するための制御部とは個別に設けてあり、小型化のために改善の余地が残る。

さらに携帯端末では、２本以上のアンテナを用いて効率的な受信を行うダイバーシティ受信が採用される場合がある。その際、各々のアンテナには異なる特性が求められる。通常は、同じ特性の複数のアンテナを所定距離をおいて配置することで、各々のアンテナに空間的な特性の違いを持たせている。しかし、小型機器においては複数のアンテナを距離を隔てて配置することは困難であるため、ダイバーシティ受信を効果的に実現するのは難しいという問題があった。

本発明の目的は、チューナＩＣを構成する各ブロックを簡素化して、チューナＩＣ及び受信装置の小型化を図ることにある。

本発明のチューナブル受信装置は、放送波を受信する際、可変容量手段により共振周波数を可変とするチューナブルアンテナと、チューナブルアンテナで受信した信号を電圧制御発信器（ＶＣＯ）の信号を用いて周波数変換し所望の選局を行うチューナ部と、チューナ部で選局された信号の復調を行う復調部とを備え、電圧制御発信器の発振周波数を制御するためのＶＣＯ制御信号を用いてチューナブルアンテナの可変容量手段の容量値を変化させ、チューナブルアンテナの共振周波数を電圧制御発信器の発振周波数に追従するように制御する。

ここに前記可変容量手段としてバラクタダイオードまたはＭＯＳアレイを用いるとともに、前記ＶＣＯ制御信号から可変容量手段を制御する制御信号に変換する変換器を備える。

また前記チューナブルアンテナを複数個備え、受信状況に応じてチューナブルアンテナを選択またはチューナブルアンテナからの信号を合成して使用するものであって、前記変換器は、前記ＶＣＯ制御信号をもとに各チューナブルアンテナに対し異なる制御信号を供給する。

本発明によれば、チューナブルアンテナとＶＣＯの制御系統を共通化し、チューナＩＣひいては受信装置を小型化する効果がある。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。

図１は、本発明によるチューナブル受信装置の一実施例（実施例１）を示す構成図である。
本実施例のチューナブル受信装置は、携帯端末に搭載して例えば地上デジタル放送を受信可能とするもので、チューナブルアンテナ１と選局を行うチューナＩＣ２と選局された信号の復調を行う復調ＩＣ３を備える。チューナブルアンテナ１は制御信号により共振周波数（同調周波数）を可変とするもので、チューナＩＣ２は局部発振器を用いて直接ベースバンド信号に変換するダイレクトコンバージョン方式を用いている。

チューナブルアンテナ１により受信された信号は、帯域外信号抑制用フィルタ１７を通じチューナＩＣ２へと送られる。チューナＩＣ２は、受信信号を増幅するＬＮＡ（Low Noise Amplifier）２１、周波数変換のための一対のミキサ２２ａ，２２ｂ、一対の増幅器２３ａ，２３ｂ、不要信号除去のための一対のローパスフィルタ（ＬＰＦ）２４ａ，２４ｂを有する。また、局部発振器である電圧制御発振器（ＶＣＯ）４と、ＶＣＯ４からの出力信号の位相をπ／２シフトさせる位相シフト器２５、ＶＣＯ４の発振周波数を安定させるＰＬＬ２６を有する。ＶＣＯ４は、制御部２７から送られるＶＣＯ制御信号１０１に基づき出力する発振周波数を変化させる。

さらに、制御部２７からのＶＣＯ制御信号１０１（デジタルデータ）をアナログ信号（アナログ電圧）に変換するＤＡ変換器２８を有し、変換したアナログ信号をチューナブルアンテナ１の制御信号１０２として送る。その際、後述するように変換条件を非線形に設定するために、ＤＡ変換器２８の前に８ｔｏ３エンコーダ２９を挿入しても良い。このように、チューナブルアンテナ１の制御信号をチューナＩＣ２のＶＣＯ制御信号１０１と共用し、単一の制御部２７で制御する構成としている。

復調ＩＣ３は、チューナＩＣ２から出力された信号をＡＤ変換する一対のＡＤ変換器３１ａ，３１ｂ、復調を行う復調器３２を有し、復調後の信号は図示しない映像・音声デコーダなどへ送り、映像・音声信号を出力する。また復調ＩＣ３にはチャンネル情報出力部３３を有し、ユーザからの操作入力に従い受信すべきチャンネル情報１００をチューナＩＣ２の制御部２７へ送る。なお、チューナＩＣ２と復調ＩＣ３は、ＩＣではなく個別部品によって構成しても良い。

図２は、チューナブルアンテナ１の構成の一例を示す図である。チューナブルアンテナ１は、受信信号を得るための信号端子１１、アンテナ素子１２、ローディングコイル１３、キャパシタ１４、アンテナの共振周波数を可変とするための可変容量手段である可変容量ダイオード（バラクタダイオード）１５、チューナＩＣ２からの制御信号１０２を印加するための制御端子１６を有する。例えば、制御端子１６に約１〜２．４Ｖの電圧を印加することでバラクタダイオード１５の容量値を変化させ、その共振周波数を地上デジタル放送の帯域内（４７０〜７７０ＭＨｚ）で遷移させることができる。なお、可変容量手段であるバラクタダイオード１５については、図３の符号４２に示すＭＯＳアレイで置き換えることもできる。ただし、ＭＯＳアレイの場合ではアンテナ制御信号にデジタル信号を用いる。

図３は、電圧制御発振器（ＶＣＯ）４の構成の一例を示す図である。ＶＣＯ４はその発振回路として、ＶＣＯ制御信号入力端子４１、ＭＯＳアレイ４２、インダクタ４３、トランジスタ４４、電流源４５、信号出力端子５０を有する。また、ＰＬＬ２６からの制御電圧印加端子４６、バラクタダイオード４７、キャパシタ４８、抵抗４９を有する。

ＭＯＳアレイ４２には、入力端子４１を介して制御部２７からのＶＣＯ制御信号（デジタルデータ）１０１を印加する。制御信号に従ってＭＯＳアレイ４２のトータルの静電容量が変化し、インダクタ４３との共振周波数（すなわち発振周波数）を段階的に変えることができる。また、出力信号の発振周波数の変動分をＰＬＬ２６にて検出してその制御信号を入力端子４６に印加し、バラクタダイオード４７の容量を調整することで発振周波数を安定化させる。

本実施例のチューナブル受信装置の動作について詳細に説明する。
復調ＩＣ３のチャンネル情報出力部３３はチューナＩＣ２の制御部２７へ受信チャンネル選局情報１００を送る。制御部２７はＶＣＯ４へ、受信チャンネルに対応した周波数で発振を行うための制御信号１０１として、例えば８ｂｉｔのデジタルデータ（バイナリデータ）を送る。ダイレクトコンバージョン方式では、ＶＣＯ４の発振周波数が受信周波数とほぼ同一になるようにデジタルデータを設定する。このデジタルデータは、図３に示すＶＣＯ４内のＭＯＳアレイ４２の各ｂｉｔに対応する入力端子４１に印加され、ＶＣＯ４は入力されたデジタルデータに対応した周波数で発振する。

このデジタルデータ１０１は受信チャンネルの周波数に対応した値であり、言い換えれば、チューナブルアンテナ１にて受信すべき周波数帯を示す情報でもある。このことから、例えばデジタルデータ８ｂｉｔ中の上位３ｂｉｔを切り出して刻みの粗い周波数情報とし、これをＤＡ変換器２８で変換すると、アンテナにて受信すべき周波数帯に対応した電圧を生成することができる。本実施例では、この変換した電圧をアンテナ制御信号１０２として使用する。

図４は、ＤＡ変換器２８にて変換したアンテナ制御電圧の一例を示す図である。横軸に３ｂｉｔのデジタルデータ（バイナリデータ）を、縦軸に変換後のアンテナ制御電圧Ｖａを示す。図に示すように、アンテナ制御電圧Ｖａは、選局チャンネルに対応するビット数、つまり受信周波数の値が大きくなるほど増加していく。

図５は、アンテナ制御電圧に対するチューナブルアンテナ１の受信特性の一例を示す図である。制御端子１６に印加するアンテナ制御電圧Ｖａをパラメータに、チューナブルアンテナ１の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の変化を示したものである。ＶＳＷＲ値はアンテナの受信効率を示し、値が小さいほど受信効率は良くなる。図より、アンテナ制御電圧Ｖａが増加すると、ＶＳＷＲの最小点周波数（すなわち同調周波数）ｆａｎｔは周波数軸上でｆ１、ｆ２、・・・と高い周波数側へ遷移する。これより、低い周波数の電波を受信するときは制御電圧Ｖａを低く、高い周波数の電波を受信するときは制御電圧Ｖａを高く設定すれば良い。

本実施例では上記の関係を利用し、ＶＣＯ制御用デジタルデータ１０１を制御電圧Ｖａに変換し、チューナブルアンテナ１の受信効率を選局チャンネルに合わせて最適に制御するものである。その際制御電圧Ｖａの値は、チューナブルアンテナ１の回路定数に合わせて設定しなければならないが、デジタルデータを単純にＤＡ変換して制御電圧Ｖａを生成しただけではチューナブルアンテナ１の特性に合致しない場合がある。そのような場合には、例えば８ｔｏ３エンコーダ２９を用いて非線形に変換し、チューナブルアンテナ１の特性に合致した制御電圧Ｖａを生成して供給するのが良い。

図６は、ＶＣＯ制御用デジタルデータ１０１に対する、ＶＣＯ発振周波数ｆｖｃｏとチューナブルアンテナの同調周波数ｆａｎｔの関係の一例を示す図である。ＶＣＯ発振周波数ｆｖｃｏは、ＶＣＯ制御用デジタルデータ（８ｂｉｔ）の値に従い増加する。一方チューナブルアンテナには、ＶＣＯ制御用デジタルデータを８ｔｏ３エンコーダ２９にて非線形変換した３ｂｉｔの信号を供給する。その結果、チューナブルアンテナの同調周波数（ＶＳＷＲが最小になる周波数）ｆａｎｔを、対応するＶＣＯ発振周波数ｆｖｃｏに追従して変化させることができる。

以上のように本実施例のチューナブル受信装置によれば、チューナブルアンテナの制御とＶＣＯの制御を同一の制御部にて生成した共通の制御データで行うことにより、チューナＩＣひいては受信装置を小型化する効果がある。

図７は、本発明によるチューナブル受信装置の他の実施例（実施例２）を示す構成図である。本実施例では、前記実施例１におけるチューナブルアンテナを複数個備え、ダイバーシティ受信を行う場合である。以下、その構成を説明するが、実施例１と共通する部分については説明を省略する。

チューナブル受信装置は、複数個（ここでは２個）のチューナブルアンテナ１ａ，１ｂと、使用するチューナブルアンテナを選択するためのスイッチ１８を有し、選択したアンテナからの受信信号をチューナＩＣ２と復調ＩＣ３へ送る。チューナＩＣ２では、制御部２７からのＶＣＯ制御信号１０１をアナログ電圧に変換する２つのＤＡ変換器２８ａ，２８ｂを有し、変換したアナログ電圧１０２ａ，１０２ｂをそれぞれチューナブルアンテナ１ａ，１ｂへ供給する。復調ＩＣ３では、２個のチューナブルアンテナ１ａ，１ｂを選択するためのアンテナ選択部３４を有する。アンテナ選択部３４は、例えば復調部３２から取得した受信信号のエラーレートの情報をもとに受信品質の良いアンテナを判定し、アンテナ選択信号１０３をスイッチ１８に送る。

本実施例のチューナブル受信装置の動作について説明する。実施例１と同様に、制御部２７は受信チャンネルに対応したＶＣＯ制御信号（８ｂｉｔデジタルデータ）１０１をＶＣＯ４とＤＡ変換器２８ａ，２８ｂに送る。ここでＤＡ変換器２８ａ，２８ｂは、入力されたデジタルデータを異なるアナログ電圧１０２ａ，１０２ｂに変換してチューナブルアンテナ１ａ，１ｂに供給する。その結果、２つのチューナブルアンテナ１ａ，１ｂの受信特性（同調周波数）に差異を作り出し、ダイバーシティ受信を行うことができる。なお、実施例１に記載したように、ＤＡ変換器２８ａ，２８ｂの前に、非線形変換を行う２つの８ｔｏ３エンコーダを挿入しても良い。

以上のように本実施例によれば、実施例１の効果に加え、特性が等しい２個のチューナブルアンテナに対し異なる制御電圧を供給することで受信特性をずらし、受信品質の良い信号を選択することでダイバーシティ受信を行うことができる。その際、２個のチューナブルアンテナを近接して配置することが許されるので、携帯端末のような小型機器においてダイバーシティ受信を効果的に実現することができる。

なお、チューナブルアンテナ１を２個以上の複数個設置しても良い。また、アンテナ選択部３４をチューナＩＣ２内に設け、受信信号強度を基にアンテナの選択を行っても良い。さらに、ダイバーシティ受信の方法は、複数のアンテナからの信号を合成する方法でも良い。

図８と図９は、本発明によるチューナブル受信装置の他の実施例（実施例３）を示す構成図である。本実施例では、前記実施例１の構成におけるチューナブルアンテナの可変容量手段を、チューナＩＣに移動し内蔵させたものである。

図８は、チューナＩＣ２内にアンテナの可変容量手段であるバラクタダイオード１５ｃを内蔵した構成である。このバラクタダイオード１５ｃは、図２のチューナブルアンテナ１のバラクタダイオード１５を移設させたものであり、チューナＩＣ２内においてアンテナ１ｃの同調周波数の制御を行う。アンテナ制御信号１０２は、実施例１と同様に、制御部２７からのＶＣＯ制御信号（デジタルデータ）１０１の上位３ｂｉｔをＤＡ変換したアナログ電圧１０２、あるいは８ｔｏ３エンコーダを使って非線形変換した３ｂｉｔをＤＡ変換したものを用いる。

また図９は、チューナＩＣ２内にアンテナの可変容量手段としてＭＯＳアレイ１９を内蔵した構成である。このＭＯＳアレイ１９も同様に、チューナＩＣ２内においてアンテナ１ｄの同調周波数の制御を行う。ＭＯＳアレイ１９は入力されるデジタルデータに応じて容量が変化するため、チューナＩＣ内ではＤＡ変換器が不要になる。なお、ＭＯＳアレイ１９への入力データは、制御部２７からのＶＣＯ制御信号（デジタルデータ）１０１をそのまま用いてもよいし、あるいはこれを８ｔｏ８エンコーダで非線形変換した８ｂｉｔの値を用いても良い。

本実施例の構成によれば、アンテナ回路基板にバラクタダイオードやＭＯＳアレイのチップ部品を設置する場合に比べ、これらをチューナＩＣに内蔵することでアンテナ基板の配線構造が簡素化する。よって実施例１の効果に加え、受信装置全体の小型化を図ることができる。

図１０は、本発明によるチューナブル受信装置の他の実施例（実施例４）であり、これを構成するチューナＩＣ２の外観図を示す。本実施例では、前記実施例３の構成において、チューナブルアンテナとチューナＩＣとを一体に形成した構造である。

チューナＩＣ２は、ＩＣの表面上にはアンテナ素子６１を形成し、ＩＣ底面にはチューナＩＣからの端子６２を形成し、両者を貫通ビア６３を通じて接続する。すなわち、アンテナ制御信号およびアンテナ入力信号は、貫通ビア６３を通じてＩＣ端子６２とアンテナ素子６１の間で伝送される。この構成により、チューナブルアンテナを一体化したチューナＩＣを実現することができる。なお、アンテナ素子６１から貫通ビアを通じて接続される先は、ＩＣパッケージ内にあるＩＣチップ本体のアンテナ制御信号パターンでもよい。

アンテナのサイズは受信周波数が高いほど小型化できるので有利となるが、その一例を説明する。例えば、２．４ＧＨｚ帯の信号を受信する場合、アンテナ素子の長さは約１２ｍｍとなる。このアンテナ素子をＩＣ基板上に「コ」の字型に形成すれば１辺が４ｍｍ程度のサイズとなり、ＩＣ基板上に形成可能な大きさとなる。

本実施例によれば、チューナブルアンテナをチューナＩＣ上に一体化して形成することにより、外部アンテナやアンテナへの基板パターンを不要とし、チューナＩＣひいては受信装置の大幅な小型化を図ることができる。

本発明によるチューナブル受信装置の一実施例（実施例１）を示す構成図。 チューナブルアンテナ１の構成の一例を示す図。 電圧制御発振器（ＶＣＯ）の構成の一例を示す図。 ＤＡ変換器にて変換したアンテナ制御電圧の一例を示す図。 アンテナ制御電圧に対するチューナブルアンテナの受信特性の一例を示す図。 ＶＣＯ制御用データに対するＶＣＯ発振周波数とアンテナ同調周波数の関係を示す図。 本発明によるチューナブル受信装置の他の実施例（実施例２）。 本発明によるチューナブル受信装置の他の実施例（実施例３）。 本発明によるチューナブル受信装置の他の実施例（実施例３）。 本発明によるチューナブル受信装置の他の実施例（実施例４）。

符号の説明

１…チューナブルアンテナ
２…チューナＩＣ
３…復調ＩＣ
４…電圧制御発振器（ＶＣＯ）
１２…アンテナ素子
１５…バラクタダイオード
１９…ＭＯＳアレイ
２２…ミキサ
２３…増幅器
２５…位相シフト器
２６…ＰＬＬ
２７…制御部
２８…ＤＡ変換器
２９…８ｔｏ３エンコーダ
３２…復調器
３３…チャンネル情報出力部
３４…アンテナ選択部
４２…ＭＯＳアレイ
６１…アンテナ素子
１００…チャンネル選局情報
１０１…VCO制御信号
１０２…アンテナ制御信号。

Claims (5)

1. 放送波を受信する際、可変容量手段により共振周波数を可変とするチューナブルアンテナと、
   該チューナブルアンテナで受信した信号を電圧制御発信器（ＶＣＯ）の信号を用いて周波数変換し所望の選局を行うチューナ部と、
   該チューナ部で選局された信号の復調を行う復調部とを備え、
   上記電圧制御発信器の発振周波数を制御するためのＶＣＯ制御信号を用いて上記チューナブルアンテナの上記可変容量手段の容量値を変化させ、該チューナブルアンテナの共振周波数を上記電圧制御発信器の発振周波数に追従するように制御することを特徴とするチューナブル受信装置。
2. 請求項１に記載のチューナブル受信装置において、
   前記可変容量手段としてバラクタダイオードまたはＭＯＳアレイを用いるとともに、
   前記ＶＣＯ制御信号から前記可変容量手段を制御する制御信号に変換する変換器を備えることを特徴とするチューナブル受信装置。
3. 請求項２に記載のチューナブル受信装置において、
   前記チューナブルアンテナを複数個備え、受信状況に応じて該チューナブルアンテナを選択または該チューナブルアンテナからの信号を合成して使用するものであって、
   前記変換器は、前記ＶＣＯ制御信号をもとに各チューナブルアンテナに対し異なる制御信号を供給することを特徴とするチューナブル受信装置。
4. 請求項２または３に記載のチューナブル受信装置において、
   前記チューナ部及び前記復調部をＩＣにて構成し、
   前記バラクタダイオードまたは前記ＭＯＳアレイを上記チューナ部のＩＣに内蔵することを特徴とするチューナブル受信装置。
5. 請求項４に記載のチューナブル受信装置において、
   前記チューナブルアンテナのアンテナ素子を前記チューナ部のＩＣ上に一体化して形成することを特徴とするチューナブル受信装置。

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