JP2010288135A

JP2010288135A - 受信装置

Info

Publication number: JP2010288135A
Application number: JP2009141210A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Ogushi; 憲明小串; Toshiharu Hayashi; 俊春林; Yutaka Saito; 豊斉藤; Kazuhisa Itoi; 和久糸井; Kazushi Ishiyama; 和志石山
Original assignee: Takion Co Ltd
Current assignee: Takion Co Ltd
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2009-06-12
Publication date: 2010-12-24

Abstract

【課題】ＭＩ素子を受信アンテナとして用いると共に簡易な構成で高感度出力を得ることができる受信装置を提供する。
【解決手段】本発明の受信装置１は、高透磁率の磁気インピーダンス素子３と、この磁気インピーダンス素子３に巻回したピックアップコイル５と、ピックアップコイルに接続されたトランジスタアンプ４と、トランジスタアンプ４の出力ゲートに接続されたバイアス駆動アンプ６と、アナログ／デジタル変換部９と、デジタル信号処理部１１とを備え、トランジスタアンプ４はピックアップコイル５に流れる電流により増幅した出力信号を出力し、バイアス駆動アンプ６で更増幅したアナログ信号を、アナログ／デジタル変換部は受けた信号の振幅を数値化し、数値化したものをデジタル信号処理部で検波・成形して出力することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、受信アンテナとして磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）を用いた受信装置に関する。

受信アンテナの小型化を図るため、アンテナ部に磁気インピーダンス素子（以下「ＭＩ素子」という）を用いることが知られている。

この種の技術として特許文献１には、ＭＩ素子を用いた受信装置が開示されている。この特許文献１の技術では、ＭＩ素子が受けた交流信号を整流回路や周波数弁別器等によりアナログ処理している。

特開２０００−１８８５５８号公報

しかし、特許文献１の技術では、ＭＩ素子が受けた交流信号を整流回路や周波数弁別器等によりアナログ処理しているが、所定の感度出力を得るためには各機器に高い精度が要求されると共に回路が複雑になるという問題がある。

本発明は、前記事情に着目してなされたものであり、ＭＩ素子を受信アンテナとして用いると共に簡易な構成で高感度出力を得ることができる受信装置を提供することにある。

請求項１に記載された発明は、高透磁率のＭＩ素子と、このＭＩ素子に巻回したピックアップコイルと、ピックアップコイルに接続されたトランジスタアンプと、トランジスタアンプの出力ゲートに接続されたバイアス駆動アンプと、バイアス駆動アンプの出力信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換部と、デジタル信号処理部とを備え、トランジスタアンプはピックアップコイルに流れる電流により増幅した出力信号を出力し、バイアス駆動アンプはトランジスタアンプからの出力信号を増幅してアナログ／デジタル変換部に出力し、アナログ／デジタル変換部は受けた信号の振幅を数値化し、数値化したものをデジタル信号処理部で検波・成形して出力することを特徴とする。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載の発明において、前記高透磁率ＭＩ素子に所定周波数のピックアップ信号を印加することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、ＭＩ素子として高透磁率のものを使用し、その表皮効果を利用して、ピックアップコイルが受けたアナログ信号をトランジスタアンプで増幅して出力し、更にバイアス駆動アンプにより増幅したアナログ信号をデジタル信号に変換して数値処理しているので、従来技術のような調整や復調の機器（又は回路）を必要とせず、プログラムしたソフトウエア（ファームウエア）を搭載するだけで高感度化を図ることができ、且つ簡易な構成で小型化を図ることができる。

高透磁率ＭＩ素子の表皮効果を利用してピックアップコイルに電流を流すことによりトランジスタアンプを駆動しているので、ピックアップコイルに電流を流す電源が不用であるから、構成を簡易にできる。

また、仕様に応じてファームウエアを変えれば良いので、異なる仕様への対応が容易にできる。

請求項２に記載された発明によれば、請求項１に記載の効果を奏すると共に、更に所定周波数の外部交流磁界の取り込み精度を高めることにより、ノイズを低減して感度を高めることができる。

本発明の第１実施の形態に係る受信装置の構成を示すブロック図である。第１実施の形態におけるピックアップコイル部分を抜き出して示す構成図である。第１実施の形態において、ＴＣＯ信号のデジタル処理を説明した波形図である。図２に基づいて処理した出力信号のグラフである。第１実施の形態の変形例に係る受信装置の構成を示すブロックである。

以下に、添付図面の図１〜図４を参照しながら、本発明の第１実施形態について説明する。本実施の形態に係る受信装置１は、電波時計用信号ＴＣＯ（ＴｉｍｅＣｏｄｅＯｕｔｐｕｔ）信号の受信装置である。

この受信装置１は、図１に示すように、ＭＩ素子（センサ）３と、ピックアップコイル５と、ピックアップコイル５に接続したトランジスタアンプ４と、トランジスタアンプ４の出力ゲートに接続されたバイアス駆動アンプ６と、バイアス駆動アンプ６のアナログ出力信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換部（Ａ／Ｄブロック）９と、Ａ／Ｄブロック９で得たデジタル信号をデジタル処理して出力するＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）ブロック１１とから構成されている。

ＭＩ素子３は、高透磁率磁性体であり、比透磁率１００００以上が好ましい。このようなＭＩ素子の材料としては、ＮｉＺｎフェライト、ＭｎＺｎフェライト、鉄珪素合金等の高透磁率材料を用いることができる。

図２に示すように、ピックアップコイル５は高透磁率ＭＩ素子３に巻回して、トランジスタアンプ４に接続されている。

また、図１に示すように、ＭＩ素子３にはオシレータ又はタイミング発生器８が接続されており、所定周波数ｆ₀の駆動サイン波又は駆動パルス信号を印加している。

本実施の形態では、ＭＩ素子３は、所定周波数ｆ₀を基本周波数に持つ信号を受けるものであり、図１において、ｆmは外部ＡＣ磁界の周波数であり、ｆsはサンプリング周波数であり、ｆ₀＞ｆmで、ｆs＝ｎ×ｆ₀（ｎは整数）の関係にある。

バイアス駆動アンプ６は可変アンプであり、トランジスタアンプ４の出力信号を増幅して所定出力のアナログ信号でＡ／Ｄブロック９へ出力する。

Ａ／Ｄブロック９は、カットオフ周波数がｆｓ／２のローパスフィルタ１９及びＡ／Ｄ変換部２１から構成されており、バイアス駆動アンプ６で増幅されたアナログ信号を受け、ローパスフィルタ１９を通過した信号をサンプリング周波数ｆｓでデジタル変換する。

ＤＳＰブロック１１では、Ａ／Ｄ変換したデジタル信号をバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２３で周波数ｆmを選択して周波数選択性を持たせ、復調器（Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｅｒ）２５でデジタル信号を復調し、及びスライサ２７により信号波の整形を行った後、ＴＣＯのデジタル信号を出力する。バンドパスフィルタ２３は、ＦＩＲ（ＦｉｎｉｔｙＩｍｐｕｌｓｅＲｅｓｐｏｎｓｅＦｉｌｔｅｒ）又はＩＩＲ（ＩｎｆｉｎｉｔｅＩｍｐｕｌｓｅＲｅｓｐｏｎｓｅ）であり、復調器２５では、例えば、サンプリング周波数毎の振幅を所定の閾値（サンプリング周波数の振幅）よりも大きい場合に「１」を付与し、閾値以下の場合には「０」を付与して数値化する。

Ａ／Ｄブロック９及びＤＳＰブロック１１は、プログラムしたソフトウエア（ファームウエア）である。

次に、本実施の形態に係る受信装置１を用いて実験を行ったのでその実験について説明する。図３及び図４にＴＣＯ信号をデジタル処理した実験例を示す。ＴＣＯで振幅変調した４０ｋＨｚ磁界を出力できるようにループアンテナから送信し、上記構成の受信装置１で受信した。尚、通過中心周波数ｆ₀は５ＭＨｚであった。

ＴＣＯ処理では、図３（ａ）に示すＴＣＯのキャリア信号を、図３（ｂ）に示すように、ＴＣＯキャリアの周波数（４０ｋＨｚ又は６０ｋＨｚ）に対してＴＣＯ信号の各デューティ比毎にデューティ２０％が「マーカ」、デューティ５０％が「１」、デューティ８０％が「０」を付与するデジタル処理したところ、図４に示すような１秒周期のデジタルＴＣＯ信号を得ることができた。図４から明らかなように、本実施の形態によれば、ノイズや遅延による影響をほとんど受けないＴＣＯ信号を得ることができた。

また、バンドパスフィルタ２３の選択度を高めたところ、復調可能な最小磁界強度は、９〜０.４ｎＴ（１ｎＴ＝０．０１ｍＧａｕｓｓ）であった。従って、本実施の形態によれば、微弱な交流磁界１０ｎＴ以下でも復調可能である。

以上のように、本実施の形態によれば、ＭＩ素子３として高透磁率のものを使用し、その表皮効果を利用して、ピックアップコイル５が受けたアナログ信号をトランジスタアンプ４で増幅し、増幅したアナログ信号をＡ／Ｄブロック９でデジタル信号に変換して数値処理し、ＤＳＰブロック１１で検波・成形しているので、従来技術のような調整や復調の機器（又は回路）を必要とせず、プログラムしたソフトウエア（ファームウエア）を搭載するだけで高感度化を図ることができ、且つ簡易な構成で小型化を図ることができる。

高透磁率ＭＩ素子３の表皮効果を利用してピックアップコイル５に電流を流すことによりトランジスタアンプ４を駆動しているので、ピックアップコイル５に電流を流す電源が不用であるから、構成を簡易にできる。

また、バンドパスフィルタ２３によりデジタル信号を処理することにより、受信周波数帯を特定できるので周波数選択性を持たせることができる。

本発明は、上述した実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。

例えば、図５に示すように、ＭＩ素子３には駆動パルス信号を印加しないものであっても良い。また、トランジスタアンプ４は可変増幅器としても良い。

１受信装置
３高透磁率ＭＩ素子
４トランジスタアンプ
５ピックアップコイル
６バイアス駆動アンプ
９Ａ／Ｄブロック（アナログ／デジタル変換部）
１１ＤＳＰブロック（デジタル信号処理部）

Claims

高透磁率の磁気インピーダンス素子と、この磁気インピーダンス素子に巻回したピックアップコイルと、ピックアップコイルに接続されたトランジスタアンプと、トランジスタアンプの出力ゲートに接続されたバイアス駆動アンプと、バイアス駆動アンプの出力信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換部と、デジタル信号処理部とを備え、トランジスタアンプはピックアップコイルに流れる電流により増幅した出力信号を出力し、バイアス駆動アンプはトランジスタアンプからの出力信号を増幅してアナログ／デジタル変換部に出力し、アナログ／デジタル変換部は受けた信号の振幅を数値化し、数値化したものをデジタル信号処理部で検波・成形して出力することを特徴とする受信装置。
前記高透磁率磁気インピーダンス素子に所定周波数のピックアップ信号を印加することを特徴とする請求項１に記載の受信装置。