JP2012105106A

JP2012105106A - 無線装置の整合方法

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Publication number: JP2012105106A
Application number: JP2010252430A
Authority: JP
Inventors: Michitomo Suzuki; 道奉鈴木
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2010-11-11
Filing date: 2010-11-11
Publication date: 2012-05-31

Abstract

【課題】無線機において、整合処理を行う場合、運用周波数の数に依存しない周波数チャネルのプリセット管理を実現する技術を提供することが出来る。
【解決手段】ＨＦ無線機１０は、制御部２０と、操作インタフェイス２２と、信号処理部３２と、空中線整合部（ＣＰＬ）３４と、電力増幅部３６と、ＣＰＬチャネルテーブル４０とを備えている。本実施形態のＣＰＬチャネルテーブル４０を用いたプリセット方式では、空中線整合部３４で使用する周波数範囲（例えば、２．０００ＭＨｚ〜２８．００００ＭＨｚ）を５０Ω付近のインピーダンスとなるような周波数幅で区切り、各周波数幅毎に、整合リレー情報をプリセット管理する。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線装置の整合方法に係り、例えば、ＨＦ（短波）無線装置において、使用する周波数に応じてインピーダンス整合を行う整合方法に関する。

ＨＦ無線機の接続されるＨＦアンテナは、周波数によってインピーダンス値が大きく変化し、無線機のインピーダンス（例えば５０Ω）から、大きくかけ離れている。このため、空中線整合器（ＣＰＬ）を使用して、インピーダンス整合を行うことが必要となる。

インピーダンス整合を効果的に行う様々な技術が提案されている。例えば、送信機の送信信号発生回路とアンテナとの間に設けられる整合回路を備え、この整合回路が有する可変素子のリアクタンスをリレーの切替により変化させて送信信号発生回路とアンテナとをインピーダンス整合させるに際して、送信信号発生回路からの送信信号がオフであるときにリレーを切り替えて可変素子のリアクタンスを変化させて送信信号発生回路とアンテナとをインピーダンス整合させるようにする技術がある（例えば、特許文献１参照）。その結果、整合回路が有する可変素子のリアクタンスを変化させるためのリレーの切替にかかる負担を低減させることができ、これにより、例えば一般品で低価格なリレーを可変素子切替用リレーとして用いることを可能としている。

ここで、図７を参照して、一般的なＨＦ無線機における整合方式について簡単に説明する。一般的なＨＦ無線機における整合方式は、ＨＦ無線機に実装される制御部モジュール８０のＣＰＵ８１が、空中線整合部モジュール８５の誤差検出器８３からインピーダンス電圧（Ｒ）及び位相電圧（Ф）の誤差信号を読み込み、判定を行い、予め決められた法則に従って、整合部回路（空中線整合部；ＣＰＬ）８４に実装されるＬ（コイル）及びＣ（コンデンサ）を可変する。その結果のインピーダンス電圧（Ｒ）及び位相電圧（Ф）の誤差信号を判定し、誤差０になったらＬ（コイル），Ｃ（コンデンサ）の可変を停止しインピーダンス電圧（Ｒ）及び位相電圧（Ф）の誤差信号判定による整合を完了とする。次に、制御部モジュール８０のＣＰＵ８１は、進行波電圧（Ｐｆ），反射波電圧（Ｐｒ）の値を読み込み、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を算出し、反射波電圧の値が最小になるように、Ｌ（コイル），Ｃ（コンデンサ）をさらに可変して、最良の整合点（アンテナ周波数の共振点）に設定する。

そして、周波数のインピーダンス整合が終了すると、整合結果の情報として、整合した周波数の値、整合回路リレー情報、Ｌ（コイル）リレー情報、Ｃ（コンデンサ）リレー情報及び整合結果情報がプリセット情報（リレー情報）として制御部モジュール８０のメモリ８２上の所定のテーブルに保存される。これは、再度、その周波数への切替を行う場合、テーブル内を検索し、整合結果が「ＲＥＡＤＹ」となっている場合、その保存されているリレー情報を元に整合回路、Ｌリレー及びＣリレーを復元する。この様な処理を行うことで、周波数の切替（周波数変更・整合）時間の短縮を図っている。

特開２００２−２３２３０４号公報

ところで、上述のような既存のＨＦ無線機は、周波数情報、整合回路リレー情報、整合Ｌリレー情報、整合Ｃリレー情報、整合結果情報に関して、運用で使用する周波数の数を想定して、最大プリセットチャネルテーブル数を決定し管理している。このプリセットチャネル方式では、例えば、２０チャネル分のレコードを持ったプリセットチャネルを管理するテーブルを用意し、最大２０レコードの周波数、整合情報を「履歴」として管理している。

しかし、上記「履歴」管理によるプリセットチャネル方式では、システムで使用する周波数チャネル数に依存してテーブルを構成する必要がある。このため、システム仕様により運用周波数の数に変更がある場合、都度、テーブルのレコード数を調整しなければならないという課題がある。また、「履歴」として管理しているため、既にプリセットチャネルとして管理されている周波数以外の未知の周波数の整合を指示された場合、最も古い履歴情報を削除しなければならない。そのため、再度、削除した周波数が指示された場合、たとえ過去に事前に整合がとれた周波数であっても、初期リレー情報（整合回路リレー情報、整合Ｌリレー情報、整合Ｃリレー情報）を使用した整合処理を行わなければならなくなる。これは、整合時間の短縮を目的としているにもかかわらず、無駄な整合時間が発生してしまう。動的にテーブルのレコード数を変更し管理する方式もあるが、メモリの制約から最大レコード数を考慮する必要が有り、最大レコード数を超えるプリセット情報を管理する必要が有る場合、やはり最も古い履歴情報を削除していかなければならない。したがって、プリセットチャネル方式が適用された製品を、他システムへ流用する場合、上記の点から移植性、拡張性に課題がある。

本発明は、このような状況に鑑みなされたもので、ＨＦ無線機において、運用周波数の数に依存しない周波数チャネルのプリセット管理を実現する技術を提供することを目的とする。

本発明は、無線機の整合方法であって、前記無線機の使用周波数が指定されたとき、使用する周波数帯を分割した複数の周波数幅ごとのレコードを有するテーブルを参照して、当該使用周波数を含む前記周波数幅に対応するレコードを検索するレコード検索工程と、前記レコード検索工程において、整合リレー情報が記憶されていない場合に、整合回路を調整してその結果を前記整合リレー情報として記憶する整合リレー情報記録工程と、前記レコード検索工程において、整合リレー情報が記憶されている場合に、その整合リレー情報に従って整合回路を調整する整合回路調整工程と、を備える。

以上、本発明によると、無線機において、整合処理を行う場合、運用周波数の数に依存しない周波数チャネルのプリセット管理を実現する技術を提供することが出来る。

実施形態に係る、ＨＦ無線機の概略構成を示す機能ブロック図である。実施形態に係る、ＣＰＬチャネルテーブルの構成例を示す図である。実施形態に係る、ＣＰＬチャネルテーブルの１レコードの内容を示す図である。実施形態に係る、ＨＦ無線機におけるＣＰＬチャネルテーブルを用いた周波数・整合処理を示すフローチャートである。実施形態に係る、ＣＰＬチャネルテーブルの検索方法を示すフローチャートである。実施形態に係る、ＣＰＬチャネルテーブルの検索方法を示すフローチャートである。従来技術に係る、一般的なＨＦ無線機の整合方式を説明するための図である。

つぎに、本発明を実施するための形態（以下、単に「実施形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。本実施形態は、ＨＦ無線機における整合プリセット情報を空中線整合器の周波数特性毎に管理する方式に関する。具体的には、ＨＦ無線機における空中線整合器のインピーダンス整合を行う上で、インピーダンス整合時間の短縮のために用いられる過去の整合情報を保持する方式（プリセットチャネル方式）において、整合情報を空中線整合器の周波数特性に基づいて分割された周波数幅毎に管理する。この様な処理を行うことで、運用周波数の数に依存しない周波数チャネルのプリセット管理を実現する。なお、このような方式を、本実施形態では、従来のプリセットチャネル方式と区別して、ＣＰＬチャネルテーブル方式と呼ぶ。以下、詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係るＨＦ無線機１０の概略構成を示す機能ブロック図である。ここでは、整合情報の管理処理に着目して示している。ＨＦ無線機１０は、制御部２０と、操作インタフェイス２２と、信号処理部３２と、空中線整合部（ＣＰＬ）３４と、電力増幅部３６と、ＣＰＬチャネルテーブル４０とを備えている。空中線整合部（ＣＰＬ）３４は、誤差検出器３５を備える。本実施形態のＣＰＬチャネルテーブル４０を用いたプリセット方式では、空中線整合部３４で使用する周波数範囲（例えば、２．０００ＭＨｚ〜２８．００００ＭＨｚ）を５０Ω付近のインピーダンスとなるような周波数幅で区切り、各周波数幅毎に、整合リレー情報をプリセット管理する。なお、整合処理の基本的な処理は、図７で説明した整合方式と同様であり、説明は適宜省略する。

制御部２０はＣＰＵ２６を備え、操作インタフェイス２２と、信号処理部３２と、空中線整合部３４と、電力増幅部３６と、ＣＰＬチャネルテーブル４０を統括的に制御する。上述の通り、ＨＦ無線機１０に接続されるＨＦアンテナ３８では、周波数によってそのインピーダンス値が大きく変化する。これはＨＦ無線機１０のインピーダンス（５０Ω）から、大きくかけ離れているため、空中線整合部３４を使用したインピーダンス整合が必要である。そこで、上述の図７の説明同様に、ＣＰＵ２６及び誤差検出器３５によって、インピーダンス整合を行う。

このとき、本実施の形態では、整合処理に関する情報（整合回路リレー情報、整合Ｌリレー情報、整合Ｃリレー情報等）が、ＣＰＬチャネルテーブル４０に記録される。

図２は、ＣＰＬチャネルテーブル４０の構成例を示した図である。ここでは、５０ｋＨｚステップの周波数範囲で分割した５２５データで構成されている。実際にはアンテナ周波数の共振周波数特性により、周波数ステップの決定、テーブルレコード数を決定する必要がある。具体的には、項目番号、周波数範囲、整合リレーデータ、及び整合結果が記載されている。例えば、項目番号「２」のデータでは、周波数範囲「１．８０００〜１．８４９９」、整合リレーデータ「整合リレーデータ２」、及び整合結果「ＲＥＡＤＹ」であることが分かる。

次に、図３にＣＰＬチャネルテーブル４０の１レコードの内容を示す。ここでは、以下の６項目が記録される。
（１）「周波数情報（下限周波数）」の項目には、周波数範囲の下限値が記載される。
（２）「周波数情報（上限周波数）」の項目には、周波数範囲の上限値が記載される。
（３）「整合Ｌリレーデータ」の項目には、可変した結果のコイルのリレー値の情報が記載される。
（４）「整合Ｃリレーデータ」の項目には、可変した結果のコンデンサのリレー値の情報が記載される。
（５）「整合回路リレーデータ」の項目には、整合回路のリレーデータが記載される。
（６）「整合結果データ」の項目には、現在の周波数範囲における整合結果情報が、「ＦＡＵＬＴ」又は「ＲＥＡＤＹ」で記載される。

つづいて、図４のフローチャートをもとにＨＦ無線機１０における、ＣＰＬチャネルテーブル４０を用いた周波数・整合処理について説明する。
（１）Ｓ１０の処理：
ユーザによって操作インタフェイス２２への周波数変更指示がなされると、ＣＰＵ２６は周波数データ・周波数切替指示を取得する（Ｓ１０）。
（２）Ｓ１２の処理：
つぎに、ＣＰＵ２６は、信号処理部３２に対して指示し、シンセサイザへの周波数設定、フィルタバンド切替処理を実施する（Ｓ１２）。
（３）Ｓ１４の処理：
つづいて、ＣＰＵ２６は、周波数データを元に、ＣＰＬチャネルテーブル４０の検索を実施する（Ｓ１４）。ＣＰＬチャネルテーブル４０の各レコードには、上表に示す周波数の上限、下限情報が格納されているため、周波数データが、上限、下限の範囲内であるかをチェックすることで検索を行い、レコードに格納されている整合リレーデータ、整合結果情報を取得する。ＣＰＬチャネルテーブル４０の検索の際は、検索時間の高速化を図るため、例えば、２分岐探索による検索アルゴリズムを利用して検索を実施する。検索の処理の詳細については、後述する。
（４）Ｓ１６の処理：
ＣＰＵ２６は、検索により取得した整合情報をチェックし、整合結果が「ＦＡＵＬＴ」または「ＲＥＡＤＹ」のいずれかであるかを判断する（Ｓ１６）。
（５）Ｓ１８の処理：
整合結果が「ＦＡＵＬＴ」である場合（Ｓ１６のＮ）、ＣＰＵ２６は、検索結果である整合リレー情報は無効な情報であるため、初期リレー情報（整合回路リレー情報、整合Ｌリレー情報、整合Ｃリレー情報）を使用した初期リレー設定を実施する（Ｓ１８）。
（６）Ｓ２０の処理：
整合結果が「ＲＥＡＤＹ」である場合（Ｓ１６のＹ）、ＣＰＵ２６は、検索結果である整合リレー情報は有効な情報であるため、検索結果の整合リレー情報でリレー設定を実施する（Ｓ２０）。
（７）Ｓ２２の処理：
Ｓ１８及びＳ２０の処理でリレー設定がなされると、ＣＰＵ２６は、整合リレーデータの可変、ＶＳＷＲのチェックを行い、インピーダンス整合を実施する（Ｓ２２）。
（８）Ｓ２４の処理：
整合完了後、整合に使用した整合リレー情報と、整合した結果の整合リレー情報を比較する（Ｓ２４）。比較した結果、一致する場合は（Ｓ２４のＮ）、ＣＰＵ２６は、周波数・整合処理を終了する。
（９）Ｓ２６の処理：
Ｓ２４の処理での比較結果で、一致しない場合は（Ｓ２４のＹ）、ＣＰＵ２６は、整合結果で得られた整合リレー情報で、検索結果であるＣＰＬチャネルテーブル４０の整合リレー情報を更新する（Ｓ２６）。また、ＣＰＵ２６は、整合結果（ＲＥＡＤＹ、ＦＡＵＬＴ）を更新する。なお、Ｓ２２の整合処理により、整合ＦＡＵＬＴで整合が完了した場合は、ＣＰＵ２６は、ＣＰＬチャネルテーブル４０の整合リレー情報の更新は実施せず、処理を終了する。

つづいて、図５及び図６を参照して、ＣＰＬチャネルテーブル４０の検索方法について説明する。ＣＰＬチャネルテーブル４０の検索については、ＣＰＵ２６は、検索のキーとなる入力周波数データを元に、検索を行う。ＣＰＵ２６は、ＣＰＬチャネルテーブル４０の各レコードが持つ周波数の上限、下限周波数と入力周波数データを比較し、入力周波数データがどのＣＰＬチャネルテーブル４０の周波数幅に属するかを調べる（ＣＰＬチャネルテーブル４０のテーブル番号（インデックス）を検索する）。ここでは、検索のアルゴリズムとして、２分岐探索法のアルゴリズムを用いる。

（１）Ｓ１１０の処理：
まず、ＣＰＵ２６は、現在保持しているＣＰＬチャネルテーブル４０（CplCh_Tbl）のインデックスを変数ｉに設定する（Ｓ１１０）。
（２）Ｓ１１２の処理：
次に、ＣＰＵ２６は、検索のキーとなる入力周波数（F_Data）が現在のＣＰＬチャネルテーブル４０のインデックス（ｉ）の上限、下限周波数範囲内にあるかどうかをチェックする（Ｓ１１２）。
（３）Ｓ１１４の処理：
チェックした結果、範囲内である場合は（Ｓ１１４のＹ）、インデックス（ｉ）が確定し、処理を終了し、そのインデックス（ｉ）が戻り値として設定される（Ｓ１４２）。
。範囲外であれば（Ｓ１１４のＮ）、Ｓ１１６の処理に移行する。
（４）Ｓ１１６の処理：
ＣＰＵ２６は、ＣＰＬチャネルテーブル４０の最小インデックス（minIdx）と、最大インデックス（maxIdx）の値および、変数ｉをそれぞれ、「０」、「ＣＰＬチャネルテーブルのレコード数−１」、「０」で初期化する（Ｓ１１６）。
（５）Ｓ１１８〜Ｓ１４０のループ処理：
Ｓ１１６の処理につづいて、ＣＰＵ２６は、Ｓ１１８〜Ｓ１４０で示すループ処理（無限ループ）を開始する。
（６）Ｓ１１８の処理：
ＣＰＵ２６は、最小インデックス（minIdx）と、最大インデックス（maxIdx）の中間点のＣＰＬチャネルテーブル４０のインデックスを変数ｉに設定する（Ｓ１１８）。
（７）Ｓ１２０の処理：
ＣＰＵ２６は、入力周波数（F_Data）がＣＰＬチャネルテーブル４０の上限、下限周波数範囲内であるかどうかをチェックする（Ｓ１２０）。
（８）Ｓ１２２の処理：
チェックした結果、範囲内である場合は（Ｓ１２２のＹ）、インデックス（ｉ）が確定し、処理を終了し、そのインデックス（ｉ）が戻り値として設定される（Ｓ１４２）。範囲外であれば（Ｓ１２２のＮ）、Ｓ１２４の処理に移行する。
（９）Ｓ１２４の処理：
Ｓ１２４の処理では、ＣＰＵ２６は、入力周波数（F_Data）と、現在のＣＰＬチャネルテーブル４０のインデックスの最小周波数（FreqMin）を比較する（Ｓ１２４）。
（１０）Ｓ１２６の処理：
比較した結果、入力周波数（F_Data）が最小周波数（FreqMin）より小さい場合は（Ｓ１２６のＹ）、次の最大インデックス更新処理（Ｓ１２８以降の処理）に移行する。入力周波数（F_Data）が最小周波数（FreqMin）より大きい場合は（Ｓ１２６のＮ）、Ｓ１３４の最小インデックス（minIdx）更新処理に移行する。
（１１）Ｓ１２８の処理：
最大インデックス更新処理として、ＣＰＵ２６は、現在のインデックス（ｉ）をデクリメントした値を、最大インデックス（maxIdx）に設定し更新する（Ｓ１２８）。
（１２）Ｓ１３０の処理：
更新した結果、最大インデックス（maxIdx）と最小インデックス（minIdx）が一致した場合は（Ｓ１３０のＹ）、ＣＰＵ２６は、次のインデックス更新処理（Ｓ１３２）に移行する。一致しない場合は（Ｓ１３０のＮ）、Ｓ１４０の処理に移行する。
（１３）Ｓ１３２の処理：
インデックス更新処理では、ＣＰＵ２６は現在のインデックス（ｉ）をデクリメントし（Ｓ１３２）、完了後、Ｓ１４０の処理に移行する。
（１４）Ｓ１３４の処理：
Ｓ１２６の処理において入力周波数（F_Data）が最小周波数（FreqMin）より大きい場合は（Ｓ１２６のＮ）、ＣＰＵ２６は、現在のインデックス（ｉ）をインクリメントし、最小インデックス（minIdx）に設定し更新する（Ｓ１３４）。
（１５）Ｓ１３６の処理：
Ｓ１３４の処理の結果、最大インデックス（maxIdx）と最小インデックス（minIdx）を比較する（Ｓ１３６）。比較の結果が最大インデックス（maxIdx）と最小インデックス（minIdx）が一致した場合は（Ｓ１３６のＹ）、Ｓ１３８の処理に移行する。一致しない場合は（Ｓ１３６のＮ）、Ｓ１４０の処理に移行する。
（１６）Ｓ１３８の処理：
最大インデックス（maxIdx）と最小インデックス（minIdx）が一致した場合（Ｓ１３６のＹ）、ＣＰＵ２６は、現在のインデックス（ｉ）をインクリメントし、Ｓ１４０の処理に移行する。
（１７）Ｓ１４０の処理：
ＣＰＵ２６は、最大インデックス（maxIdx）と最小インデックス（minIdx）が一致するかをチェックする（Ｓ１４０）。一致しない場合は（Ｓ１４０のＮ）、ループにより、Ｓ１１８の処理に戻る。
（１８）Ｓ１４２の処理：
Ｓ１４０の処理で一致している場合（Ｓ１４０のＹ）、ＣＰＵ２６は、「現在のインデックス（ｉ）が、入力周波数（F_Data）が属するＣＰＬチャネルテーブル４０のレコードである」と確定し、処理を終了する。つまり、現在のインデックス（ｉ）が戻り値に設定される。

上記のような処理方法により、ＣＰＬチャネルテーブル４０の検索を実施し、整合時間の短縮を図ることができる。

以上のように、従来のプリセットチャネル方式では、使用する周波数の数に依存して、テーブルのレコードを設ける必要があったが、上述のＣＰＬチャネルテーブル方式を採用することにより、使用する周波数の数に依存するのではなく、アンテナ周波数の共振周波数特性に依存した固定レコード数のテーブルとなる。また、「履歴」による管理方式ではないため、従来のプリセットチャネル方式のように、既にプリセットチャネルとして管理されている周波数以外の未知の周波数の整合を指示された場合においても、整合リレー情報を削除するといったことが無いため、整合結果がＲＥＡＤＹである限り、初期リレー情報（整合回路リレー情報、整合Ｌリレー情報、整合Ｃリレー情報）を使用した整合処理を行う必要がなく、無駄な整合処理を行う必要もない。

以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。例えば、適用対象の無線機としてＨＦ無線機について例示したが、これに限る趣旨ではない。

１０ＨＦ無線機
２０制御部
２２操作インタフェイス
２６ＣＰＵ
３２信号処理部
３４空中線整合部
３５誤差検出器
３６電力増幅部
４０ＣＰＬチャネルテーブル

Claims

無線機の整合方法であって、
前記無線機の使用周波数が指定されたとき、使用する周波数帯を分割した複数の周波数幅ごとのレコードを有するテーブルを参照して、当該使用周波数を含む前記周波数幅に対応するレコードを検索するレコード検索工程と、
前記レコード検索工程において、整合リレー情報が記憶されていない場合に、整合回路を調整してその結果を前記整合リレー情報として記憶する整合リレー情報記録工程と、
前記レコード検索工程において、整合リレー情報が記憶されている場合に、その整合リレー情報に従って整合回路を調整する整合回路調整工程と、
を備えることを特徴とする整合方法。