JP2014064237A - 衛星通信または衛星放送受信装置、およびそれに用いられる低雑音コンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】衛星放送受信装置に用いられる、ＭＯＰ−ＩＣを搭載した低雑音コンバータにおいて、出力信号の悪化を抑制する。
【解決手段】衛星放送受信装置に用いられる低雑音コンバータ（ＬＮＢ）３１０Ｂは、衛星から送信される信号を受信する受信部３１０，３２０と、受信部からの受信信号を中間周波数信号に変換する変換部３２５Ｂとを備える。変換部は、発振信号を生成するための局部発振回路３９５，３９６と、発振信号を調整するために用いられる水晶発振子３０５とを含む。水晶発振子は、中間周波数信号に起因したノイズの影響を低減するために筺体内に収納される。
【選択図】図４

Description

本発明は、衛星通信または衛星放送受信装置、およびそれに用いられる低雑音コンバータに関し、より特定的には、集合型集積回路を搭載した低雑音コンバータにおけるノイズ低減技術に関する。

衛星通信または衛星放送受信装置においては、衛星から送信される高周波（たとえば、１２ＧＨｚ帯）の微弱電波を、低雑音コンバータあるいはローノイズブロックダウンコンバータ（Low Noise Block Down Converter：ＬＮＢ）を用いて、より低周波数の中間周波数信号に変換および低雑音増幅し、得られた増幅後の信号を、いわゆるＤＢＳ（Direct Broadcast Satellite）チューナのような受信機を用いて処理することによって、テレビジョンに映像信号および音声信号が出力される。

このような衛星通信または衛星放送受信装置の受信信号を中間周波数信号に変換する回路においては、誘電体共振器を用いて局部発振器の発振周波数を調整する手法が知られている。

特開２００９−２４６８６３号公報（先行文献１）は、衛星放送や無線通信等に使用される高周波を搬送波とする送受信機に搭載される発振器の発振周波数を、誘電体共振器を用いて調整する構成を開示する。特開２００９−２４６８６３号公報（先行文献１）においては、誘電体共振器およびそれを取り囲む筺体、ならびに共振器の上部に設けられた調整ネジを用いて電磁的および／または空間的なインピーダンスを変更することによって発振周波数が調整される。

特開２００９−２４６８６３号公報

近年、低雑音コンバータにおいて、誘電体共振器に代えて、位相同期回路（Phase Lock Loop：ＰＬＬ）を用いて局部発振器の発振周波数を調整する手法を採用したものが開発されている。このような手法においては、水晶発振子から出力される所定周波数の信号をＰＬＬ回路で変調することによって、局部発振器の発振周波数が調整される。

このＰＬＬ回路を用いた局部発振器の発振周波数の調整は、空間的な制約が必要とされる誘電体共振器が不要となり、たとえば、ミキサなどの混合回路や局部発振器のような他の回路とともに集積回路（いわゆる、集合型集積回路（ＭＯＰ−ＩＣ））として実現することが可能である。また、誘電体共振器を収容する筺体も不要となり、これらによって、低雑音コンバータの小型化を実現することが可能となってきた。

一方で、ＰＬＬ回路においては、基準周波数を生成するための水晶発振子が必要となるが、装置が小型化されることにより、生成される中間周波数信号の伝達経路と水晶発振子との間の距離が短くなってしまい、中間周波数信号から水晶発振子の出力にノイズが重畳してしまう可能性がある。そうすると、局部発振器の発振信号が乱れることによって生成される中間周波数信号にも結果的に影響が生じ、適切な信号生成ができなくなるおそれがある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、衛星通信または衛星放送受信装置に用いられる、ＭＯＰ−ＩＣを搭載した低雑音コンバータにおいて、出力信号の悪化を抑制することである。

本発明による低雑音コンバータは、衛星から送信される高周波信号を受信する受信部と、受信部からの受信信号をより低い周波数の中間周波数信号に変換する変換部とを備える。変換部は、水晶発振子と、水晶発振子からの基準信号を用いて、所定の周波数に調整された発振信号を生成するための発振回路と、水晶発振子を取り囲み、水晶発振子へのノイズの影響を低減するように構成された筺体とを含む。

好ましくは、変換部は２つの主平面を有する基板上に形成される。水晶発振子は、変換部における他の回路が配置される主平面とは異なる主平面に配置される。

好ましくは、変換部は、２つの主平面を有する基板上に形成される。筺体は、基板上に配置された水晶発振子を挟み込むように、２つの主平面にそれぞれ設けられる第１および第２の筺体部を含む。

好ましくは、変換部は、受信信号を増幅するための第１の増幅回路と、フィルタ回路と、周波数混合回路と、第２の増幅回路とをさらに含む。フィルタ回路は、第１の増幅回路により増幅された信号から受信対象でない信号を除去する。周波数混合回路は、フィルタ回路を通過した信号と、発振信号とを混合することによって中間周波数信号を生成する。第２の増幅回路は、周波数混合回路により生成された中間周波数信号を増幅する。周波数混合回路、発振回路、および第２の増幅回路は、集積回路として一体的に形成される。

本発明による衛星通信または衛星放送受信装置は、上記の低雑音コンバータと、低雑音コンバータからの中間周波数信号を受けて、中間周波数信号から映像信号および音声信号を抽出して出力する受信機とを備える。

本発明によれば、衛星通信または衛星放送受信装置に用いられる、ＭＯＰ−ＩＣを搭載した低雑音コンバータにおいて、出力信号の悪化を抑制することが可能となる。

本実施の形態に従う衛星放送受信装置の全体概略図である。 ＬＮＢの第１の例の構成の例を示す図である。 広域タイプであるＬＮＢの第２の例の構成の例を示す図である。 集合型集積回路（ＭＯＰ−ＩＣ）を用いたＬＮＢの第３の例の構成を示す図である。 本実施の形態に従う、水晶発振子のための筺体の第１の例を示す図である。 本実施の形態に従う、水晶発振子のための筺体の第２の例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、代表的な衛星放送受信装置１００の全体概略図を示す。衛星放送受信装置１００は、屋外に設置されるアンテナ１１０および低雑音コンバータ（ＬＮＢ）１２０と、屋内に設置されるＢＳチューナ１３０およびテレビジョン１４０とを備える。なお、以下の説明においては、衛星放送受信装置の場合を例として説明するが、衛星放送に限られず衛星通信を受信する受信装置にも以下の構成が適用可能である。

アンテナ１１０は、放送衛星２００から送信される、たとえば１２ＧＨｚ帯（１１．７１〜１２．０１ＧＨｚ）の高周波の微弱電波を受けるためのパラボラアンテナである。

ＬＮＢ１２０は、概略的には、アンテナ１１０で受けた高周波の電波を、たとえば１ＧＨｚ帯（１０３５〜１３３５ＭＨｚ）の中間周波数（Intermediate Frequency：ＩＦ）信号に変換するとともに低雑音増幅し、同軸ケーブル１５０を介して得られた信号をＢＳチューナ１３０へ出力する。

ＢＳチューナ１３０は、ＬＮＢ１２０で変換および増幅されたＩＦ信号を受信し、そのＩＦ信号を処理することによって、ＩＦ信号から映像信号、音声信号および他のデータ信号を抽出する。そして、ＢＳチューナ１３０は、抽出した信号をテレビジョン１４０に出力して、テレビジョン１４０の画面上に映像等を表示させるとともに、スピーカを通して音声を出力させる。これによって、ユーザが衛星放送を視聴できるようにする。

このような衛星放送受信装置において、ＬＮＢにおける周波数調整の容易化、およびＬＮＢの小型化の要求に対して、さまざまな改良が進められてきた。以下、図２〜図４を参照して、いくつかのタイプのＬＮＢの詳細構成を説明する。

図２は、ＬＮＢ３００の基本的な構成の第１の例を示す図である。図２を参照して、ＬＮＢ３００は、受信部に対応する導波管３１０およびアンテナプローブ３２０と、変換部３２５と、出力部である出力端子３８０とを含む。変換部３２５は、低雑音増幅器（Low Noise Amplifier：ＬＮＡ）と、バンドパスフィルタ（Band Pass Filter：ＢＰＦ）３４０と、混合器（ミキサ）３５０と、局部発振器（Local Oscillator：ＬＯ）と、中間周波数（ＩＦ）増幅器３７０と、電源供給部３８５とを含む。

放送衛星から送信される高周波（たとえば、１２ＧＨｚ帯）の信号は、その周波数に適合するように構成された導波管３１０により導かれ、導波管３１０内に配置されているアンテナプローブ３２０によって受信される。アンテナプローブ３２０は、受信した高周波信号をＬＮＡ３３０へ出力する。

ＬＮＡ３３０は、たとえば低雑音タイプのトランジスタを含んで構成される増幅器であり、アンテナプローブ３２０からの微弱信号を低雑音で増幅する。ＬＮＡ３３０は、増幅した信号をＢＰＦ３４０に出力する。

このように、変換部３２５の初段において信号を増幅することで、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を向上させることができる。また、ＬＮＡ３３０は、一般的に、信号の順方向にはプラスゲインを有するが、逆方向の信号に対してはマイナスゲインを有しており、ミキサ３５０等から逆流する信号により生じる、いわゆるアンテナリークと呼ばれるアンテナからの不要電波放射を抑制する役目も有している。

ＢＰＦ３４０は、入力信号における特定の帯域幅の信号のみを通過することができるように構成される。ＢＰＦ３４０は、ＬＮＡ３３０から伝達される増幅後の信号に含まれる、受信対象の周波数以外のイメージ周波数信号を減衰させる。ＢＰＦ３４０を通過した信号は、ミキサ３５０へ出力される。

局部発振器３６０は、調整された所定の周波数で発振する発振信号（ローカルオシレータ信号）を出力可能に構成される。局部発振器３６０からの発振信号の周波数は、受信信号の有する周波数よりも低く、たとえば１ＧＨｚ帯の周波数（以下、「中間（ＩＦ）周波数」とも称する。）を有する。

ミキサ３５０は、ＢＰＦ３４０を通過した受信信号および局部発振器３６０からの発振信号を受ける。ミキサ３５０によって、高周波の受信信号は、より低周波の中間周波数信号へと変換される。このようにＩＦ信号への変換は、増幅器の安定化や後段の処理回路の作りやすさなどの理由により行なわれる。

ミキサ３５０で変換されたＩＦ信号はＩＦ増幅器３７０へ出力され、ＩＦ増幅器において適切な雑音特性および利得特性が得られるように増幅される。そして、ＩＦ増幅器３７０で増幅された信号は、図１に示されるように、出力端子３８０から同軸ケーブル１５０を介してＢＳチューナ１３０へ出力される。

電源供給部３８５は、出力端子３８０からインダクタＬを介して直流電力を受け、その電力を用いて、変換部３２５の各回路を動作させるための動作電源を供給する。

図３は、図２のＬＮＢ３００に比べて、より広範囲な受信信号の周波数帯域幅に対応するように構成されたユニバーサルタイプのＬＮＢ３００Ａの詳細な構成を示す図である。図３に示されるＬＮＢ３００Ａにおいては、図２で示したＬＮＢ３００における局部発振器３６０が局部発振部３６０Ａに置き換わった構成となっている。図３において、図２と重複する要素についての説明は繰り返さない。

局部発振部３６０Ａは、各々が互いに異なる発振周波数を出力する２つの局部発振器３６１，３６２と、この２つの局部発振器３６１，３６２のいずれか一方を選択するように構成されたスイッチ３６３とを含む。

局部発振器３６１の発振周波数は、たとえば１０．６ＧＨｚである。一方、局部発振器３６２の発振周波数は、たとえば９．７５ＧＨｚである。スイッチ３６３は、受信部で受信される放送衛星からの信号の周波数に応じて、局部発振器３６１，３６２のいずれかを選択する。これによって、図２のＬＮＢ３００よりも広範な周波数帯域の受信信号を、所定の周波数帯域の中間周波数信号に変換することが可能となる。

なお、図２，３のようなＬＮＢにおける局部発振器は、一般的に、誘電体共振器（図示せず）を用いて構成される。そして、発振器の発振周波数は、発振回路の基板を筺体で覆うとともに、たとえば筺体に設けられた金属板や調整ネジなどで構成される周波数調整機構により調整される。

図４は、集合型集積回路（ＭＯＰ−ＩＣ）３９０を用いたＬＮＢ３００Ｂの構成を示す図である。集合型集積回路とは、図２，３の変換部におけるフィルタ、混合器、局部発振器、中間周波数増幅器等の回路が一体的に形成された集積回路である。

ＭＯＰ−ＩＣ３９０は、図２のＬＮＢ３００における対応する要素と同様の機能を有する、ＢＰＦ３９１と、ミキサ３９３と、局部発振器３９５と、ＩＦ増幅器３９４とを含む。また、ＭＯＰ−ＩＣ３９０は、局部発振器３９５の発振周波数の調整回路として制御回路３９６をさらに含む。なお、ＭＯＰ−ＩＣ３９０は、ＢＰＦ３９１からの信号を増幅してミキサ３９３へ供給するための高周波（ＲＦ）増幅器３９２を任意的に含んでもよい。

局部発振器３９５の発振周波数を調整するための制御回路３９６は、位相同期（ＰＬＬ）回路を含んで構成され、水晶発振子３０５から与えられる基準周波数に基づいて制御信号を生成して局部発振器３９５を制御する。なお、図４の局部発振器３９５および制御回路３９６により、本発明における「発振回路」が構成される。

このような回路とすることによって、変換部全体の回路サイズを小型化できるとともに、制御回路３９６を用いて、局部発振器３９５の発振周波数を変更することによって、図３のようなユニバーサルタイプのＬＮＢのような構成を比較的容易に得ることができる。

図４に示したような、ＭＯＰ−ＩＣを用いたＬＮＢにおいては、局部発振器の発振周波数はＰＬＬ回路により電子的に調整されるので、図２、３のように誘電体発振器を使用していない。そのため、発振周波数を調整するために用いられる誘電体共振器を覆う筺体は不要となり、回路サイズをより一層小さくすることができる。

一方で、ＭＯＰ−ＩＣを用いたＬＮＢにおいては、上述のように、発振周波数を調整するためのＰＬＬ回路は水晶発振子で生成される基準周波数信号を利用して局部発振器を調整する。すなわち、ＭＯＰ−ＩＣを用いたＬＮＢでは、水晶発振子からの基準周波数信号が適切でなければ、変換部においてＩＦ信号への変換が正しく行なわれなくなってしまい、最終的に得られる映像信号および音声信号等が、本来の内容とは異なった内容となってしまう可能性がある。

特に、ＭＯＰ−ＩＣを用いることによって回路全体のサイズが小さくなるので、基準周波数信号を発生する水晶発振子とＬＮＢの出力端子との間の間隔も小さくなってしまい、ＬＮＢから出力されるＩＦ信号にパルスが重畳されているため水晶発振子に影響を与えてしまい、結果として出力信号にノイズが発生する可能性がある。

そこで、本実施の形態では、変換部として図４のようなＭＯＰ−ＩＣを用いるＬＮＢにおいて、水晶発振子を筺体で覆うことによって、出力信号の水晶発振子に対する影響を低減する手法を採用する。

図５は、本実施の形態に従う、水晶発振子３０５のための筺体４００を示す図である。筺体４００は、水晶発振子３０５が配置される基板４３０が固定されるシャーシ４２０と、水晶発振子３０５を覆うフレーム４１０とを含む。

フレーム４１０およびシャーシ４２０は、出力信号のパルスによって空間的に生じる電磁場を遮蔽することができる材料で形成される。このような材料としては、たとえば、アルミや鉄、およびそれらを含む金属が用いられる。

図５においては、水晶発振子３０５は、水晶発振子以外の回路、素子等が実装される基板４３０の第１の面４３２（表面）と同じ面に配置される。このように、他の回路および素子と同じ面に水晶発振子３０５を配置することで、回路の製造において一方の面のみに回路等を配置することができ、基板製造時の素子配列において基板の反転動作が不要とすることができる。

一方、図６は、水晶発振子３０５が、他の回路および素子等が実装される第１の面とは反対の第２の面４３４（裏面）に配置された場合の筺体４００Ａの例である。この場合、基板４３０は、表面側がシャーシ４２０Ａに面するように固定され、裏面側にフレーム４１０Ａが設置される。

図６においては、基板製造時においては基板の反転動作が必要となるが、表面側の他の回路等が配置された部分の裏面に水晶発振子３０５を配置することができるので、基板全体の回路配置面積を小さくすることができ、基板および筺体のサイズをさらに小型化できるという利点がある。

したがって、水晶発振子３０５の基板上への配置については、製造コストおよび材料コストを勘案して適宜選択される。

なお、筺体の覆う範囲としては、水晶発振子だけでなく、他の回路や素子を含んだ範囲を覆うようにしてもよい。しかしながら、たとえば、出力端子から電源供給部に結合されるバイアスライン（電源供給ライン）にも出力信号のパルスが重畳しているため、水晶発振子はこのようなバイアスラインからも影響を受ける可能性がある。そのため、効果的なノイズ低減の観点および筺体の小型化の観点から、できるだけ水晶発振子のみを筺体により覆うことがより好ましい。

以上のように、ＭＯＰ−ＩＣを用いて構成されるＬＮＢを用いる衛星放送受信装置において、局部発振器を調整するために用いられる水晶発振子を筺体で覆うことによって、出力信号による水晶発振子への影響を抑制しつつ、回路全体のサイズを小型化することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００ 衛星放送受信装置、１１０ アンテナ、１２０，３００，３００Ａ，３００Ｂ ＬＮＢ、１３０ ＢＳチューナ、１４０ テレビジョン、１５０ 同軸ケーブル、２００ 放送衛星、３０５ 水晶発振子、３１０ 導波管、３２０ アンテナプローブ、３２５，３２５Ａ，３２５Ｂ 変換部、３３０ ＬＮＡ、３４０，３９１ ＢＰＦ、３５０，３９３ ミキサ、３６０，３６１，３６２，３９５ 局部発振器、３６０Ａ 局部発振部、３６３ スイッチ、３７０，３９４ ＩＦ増幅器、３８０ 出力端子、３８５ 電源供給部、３９２ ＲＦ増幅器、３９６ 制御回路、４００，４００Ａ 筺体、４１０，４１０Ａ フレーム、４２０，４２０Ａ シャーシ、４３０ 基板、４３２ 第１の面、４３４ 第２の面、Ｌ インダクタ。

Claims (5)

1. 衛星から送信される高周波信号を受信する受信部と、
   前記受信部からの受信信号をより低い周波数の中間周波数信号に変換する変換部とを備え、
   前記変換部は、
   水晶発振子と、
   前記水晶発振子からの基準信号を用いて、所定の周波数に調整された発振信号を生成するための発振回路と、
   前記水晶発振子を取り囲み、前記水晶発振子へのノイズの影響を低減するように構成された筺体とを含む、低雑音コンバータ。
2. 前記変換部は、２つの主平面を有する基板上に形成され、
   前記水晶発振子は、前記変換部における他の回路が配置される主平面とは異なる主平面に配置される、請求項１に記載の低雑音コンバータ。
3. 前記変換部は、２つの主平面を有する基板上に形成され、
   前記筺体は、基板上に配置された前記水晶発振子を挟み込むように、前記２つの主平面にそれぞれ設けられる第１および第２の筺体部を含む、請求項１に記載の低雑音コンバータ。
4. 前記変換部は、
   前記受信信号を増幅するための第１の増幅回路と、
   前記第１の増幅回路により増幅された信号から受信対象でない信号を除去するためのフィルタ回路と、
   前記フィルタ回路を通過した信号と、前記発振信号とを混合することによって前記中間周波数信号を生成するための周波数混合回路と、
   前記周波数混合回路により生成された前記中間周波数信号を増幅するための第２の増幅回路とをさらに含み、
   前記周波数混合回路、前記発振回路、および前記第２の増幅回路は、集積回路として一体的に形成される、請求項１に記載の低雑音コンバータ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の低雑音コンバータと、
   前記低雑音コンバータからの前記中間周波数信号を受けて、前記中間周波数信号から映像信号および音声信号を抽出して出力する受信機とを備える、衛星通信または衛星放送受信装置。

Images