JP2014232951A - 無線受信装置、無線通信機及び無線受信方法 - Google Patents

無線受信装置、無線通信機及び無線受信方法 Download PDF

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Abstract

【課題】既存のバンドパスフィルタを使用して、受信特性に優れた無線受信装置を提供することを目的とする。
【解決手段】無線受信装置は、目的信号の受信周波数毎に定められ、目的信号の受信周波数からバンドパスフィルタの中心周波数を予め定めた周波数だけ移動させるための周波数移動量を記憶したメモリを備え、目的信号受信時にメモリに記憶した周波数移動量を読み出して、目的信号の受信周波数から周波数移動量だけ離れた位置にバンドパスフィルタの中心周波数を設定する。この構成により無線受信装置は、イメージ妨害波を大きく減衰でき、良好な受信特性を得ることができる。
【選択図】図3

Description

本発明は、無線受信装置に関し、特にスーパーヘテロダイン方式のイメージ妨害波を除去する無線受信装置、このような無線受信装置を備えた無線通信機及び無線受信方法に関する。
従来より、スーパーヘテロダイン方式の受信装置においては、目的信号の周波数の他にイメージ信号の周波数も、目的信号と同じ中間周波数帯に変換されることから、イメージ妨害波が発生し、受信特性の劣化の原因となる。通常、イメージ妨害波となる信号は中間周波数変換回路の前に設けられたバンドパスフィルタにより減衰させるが、その際に、バンドパスフィルタは目的信号の受信感度が最大となるように、バンドパスフィルタの中心周波数を目的信号と同じ周波数に同調させている。
このイメージ妨害波を減衰させる他の方法として、目的信号の周波数が入力された状態で、バンドパスフィルタの可変コンデンサの値を可変し、イメージ周波数がバンドパスフィルタの減衰極に含まれるように減衰極をシフトさせる方法がある(例えば、特許文献1参照)。その他の方法として、バンドパスフィルタを多段化してイメージ妨害波を減衰させる方法がある(例えば、特許文献2参照)。
特開2012−028917号公報 特開2009−159181号公報
しかしながら、特許文献1に示される方法では、上述のようにイメージ周波数がバンドパスフィルタの減衰極に含まれるように、バンドパスフィルタの減衰極をシフトさせるが、このバンドパスフィルタは狭帯域の減衰極をもつ特殊なフィルタを必要とする。また、特許文献2に示される方法では、バンドパスフィルタを多段化することになるため回路規模の増加を招く。
本発明は、上記課題を解決するものであって、既存のバンドパスフィルタを使用し、回路規模の増加を招くことなく、受信特性に優れた無線受信装置、無線通信機及び無線受信方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は、無線信号を受信するアンテナに接続されるアンテナ端子と、前記アンテナ端子に入力される目的信号を中間周波数に変換する周波数変換回路と、前記アンテナ端子と前記周波数変換回路との間に配置され、前記目的信号の上側又は下側周波数に存在する妨害波を除去するバンドパスフィルタと、を備えたスーパーヘテロダイン方式の無線受信装置において、前記無線受信装置を制御する制御回路と、前記目的信号の受信周波数毎に定められ、前記目的信号の受信周波数から前記バンドパスフィルタの中心周波数を予め定めた周波数だけ移動させるための周波数移動量を記憶したメモリと、をさらに備え、前記制御回路は、前記目的信号の受信時に前記メモリを参照して前記目的信号の受信周波数から前記周波数移動量だけ離れた位置に前記バンドパスフィルタの中心周波数を設定する。
また、前記バンドパスフィルタは電圧制御型のバンドパスフィルタであることが望ましい。
また、前記妨害波の一部は、イメージ妨害波である。
また、本発明の無線通信機は、上述の無線受信装置を備える。
本発明は、無線信号を受信するアンテナに接続されるアンテナ端子に入力される目的信号を中間周波数に変換する周波数変換ステップと、前記目的信号の上側及び下側周波数に存在する妨害波をバンドパスフィルタによって除去するフィルタステップと、を備えたスーパーヘテロダイン方式の無線受信装置の無線受信方法において、前記無線受信装置を制御する制御ステップと、前記目的信号の受信周波数毎に定められ、前記目的信号の受信周波数から前記バンドパスフィルタの中心周波数を予め定めた周波数だけ移動させるための周波数移動量をメモリに記憶するステップと、をさらに備え、前記制御ステップにおいて前記目的信号の受信時に前記メモリを参照して前記目的信号の受信周波数から前記周波数移動量だけ離れた位置に前記バンドパスフィルタの中心周波数を設定する。
請求項1又は請求項5の発明によれば、目的信号に対するバンドパスフィルタの同調点を、目的信号の減衰量と比べてイメージ妨害波の減衰量が大きくなる位置に移動させることにより、イメージ妨害波を大きく減衰でき、良好な受信特性を得ることができる。
請求項2の発明によれば、バンドパスフィルタの中心周波数を電圧で制御することができる。
請求項3の発明によれば、無線受信装置はイメージ妨害波を減衰でき、良好な受信特性を得ることができる。
請求項4の発明によれば、相手方と交信を行うことができる。
本発明の第1の実施形態に係る無線受信装置の電気的ブロック構成図。 同無線受信装置のバンドパスフィルタの特性及びその中心周波数に対するチューニング電圧の関係を示した図。 同無線受信装置がアッパー・ヘテロダインを採用した場合のバンドパスフィルタの特性とイメージ妨害波との関係を示した図。 同無線受信装置がロワー・ヘテロダインを採用した場合のバンドパスフィルタの特性とイメージ妨害波との関係を示した図。 目的信号に同調した時と、バンドパスフィルタの中心周波数を同調点から移動させた時における、バンドパスフィルタの特性及びその中心周波数に対するチューニング電圧の関係を示した図。 第1の実施形態の変形例1に係る無線通信機の電気的ブロック構成図。 第1の実施形態の変形例2に係る無線受信装置の電気的ブロック構成図。
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る無線受信装置について、図1乃至図5を参照して説明する。図1において、無線受信装置1は、CPUで構成された制御回路2、メモリ3、各種操作情報を受け付ける操作部4、基準信号発生器5、PLLシンセサイザ(局部発振回路)6を備える。PLLシンセサイザ6は、位相比較器(PC)7、ループフィルタ(LPF)8及び電圧制御発振器(VCO)9により構成される。また、無線受信装置1は、アンテナ端子10に接続されたアンテナ11からの無線信号を増幅するRF AMP21、バンドパスフィルタ22、中間周波数信号を生成する受信MIX回路23、復調回路24、ボリューム25、増幅器(AMP)26、スピーカ(SP)27をさらに備える。受信回路20は、RF AMP21、バンドパスフィルタ22、受信MIX回路23、復調回路24より構成される。
無線信号である目的信号は、アンテナ11で取得され、アンテナ端子10を介して受信回路20に入力される。受信回路20では、目的信号がRF AMP21で増幅され、バンドパスフィルタ22で妨害波が除去される。このバンドパスフィルタ22の妨害波の除去については、以下に詳しく説明する。妨害波が除去された目的信号は、PLLシンセサイザ6からの周波数変換信号に基づいて受信MIX回路23により、中間周波数に変換される。中間周波数に変換された目的信号は、復調回路24で復調され、ボリューム25でレベルが調整され、AMP26で増幅されてスピーカ27から音声信号として出力される。
次に、バンドパスフィルタ22と目的信号の同調周波数との関係について説明する。バンドパスフィルタ22は、電圧制御型フィルタであり、電圧を変化させることによりバンドパスフィルタ22は、その中心周波数を変更する。このバンドパスフィルタ22の電圧制御は、制御回路2により成される。
図2において、上図の横軸は周波数、縦軸は目的信号のチューニングレベルとバンドパスフィルタ22の減衰特性を示す。f1(RF)とf2(RF)は受信する目的信号、2つの曲線はバンドパスフィルタ22の中心周波数を目的信号であるf1(RF),f2(RF)に同調したときのバンドパスフィルタ22の減衰特性をそれぞれ示す。下図の横軸はバンドパスフィルタ22の中心周波数の値、縦軸はバンドパスフィルタ22のチューニング電圧をそれぞれ示す。チューニング電圧がA,Bのときに、バンドパスフィルタ22の中心周波数が、目的信号f1(RF)、f2(RF)の周波数にそれぞれ一致していることを示している。
バンドパスフィルタ22の中心周波数は、バンドパスフィルタ22のチューニング電圧を変化させることによりリニアに移動する。従って、チューニング電圧を変化させて、バンドパスフィルタ22の中心周波数を目的信号の周波数に同調させる。このようにして、従来より、バンドパスフィルタ22は、目的信号の周波数にバンドパスフィルタ22の中心周波数を一致させて、受信する目的信号の上側及び下側周波数に存在する妨害波を除去するように制御される。
ところで、スーパーヘテロダイン方式の無線受信装置1の場合、高周波の目的信号を中間周波数に変換する際に、イメージ周波数に妨害波が存在する場合、この妨害波は、目的信号と同時に中間周波数に変換される。図1において、例えば、アッパー・ヘテロダインで670MHzの目的信号f1(RF)を受信MIX回路23で130MHzの中間周波数f1(IF)に変換する場合、PLLシンセサイザ6からの周波数変換信号f(LO)の周波数は800MHzとなる。このとき、受信MIX回路23で、目的信号f1(RF)と周波数変換信号f(LO)とが掛け合わされて、
周波数変換信号f(LO)−目的信号f1(RF)と、
周波数変換信号f(LO)+目的信号f1(RF)と、
の2種類の信号が受信MIX回路23から出力される。
周波数変換信号f(LO)+目的信号f1(RF)の信号は、受信MIX回路23の後段に設けられた図示しない中間周波数フィルタによって除去され、周波数変換信号f(LO)−目的信号f1(RF)が中間周波数信号f1(IF)として取り扱われる。
周波数変換して得られた130MHzの中間周波数信号f1(IF)には、670MHzの目的信号f1(RF)だけではなく、妨害波f1△(RF)−周波数変換信号f(LO)=130MHzとなる信号、すなわち、周波数変換信号f(LO)の上側周波数(イメージ周波数)に存在する妨害波f1△(RF)が中間周波数信号に変換される。
したがって、この周波数帯に実際に妨害波が存在する場合は、この妨害波が目的信号と同時に中間周波数に変換されることになり、受信性能の劣化を及ぼす。そのため、このイメージ周波数に存在する妨害波は、効率的に除去されなければならない。
本実施形態では、この中間周波数に変換されるイメージ妨害波を効率的に除去して、良好な受信特性を有する無線受信装置1及び無線受信方法を以下に示す。無線受信装置1は、アッパー・ヘテロダインを採用するものとして説明する。図3において、横軸は周波数、縦軸は目的信号のチューニングレベルとバンドパスフィルタ22の減衰特性を示す。目的信号f1(RF)及びイメージ妨害波f1△(RF)と、目的信号f1(RF)の受信レベルA,A‘が、それぞれを示されている。
実線の曲線は、バンドパスフィルタ22の中心周波数を目的信号f1(RF)に同調させたときのバンドパスフィルタ22の減衰特性を示す。破線の曲線は、目的信号f1(RF)からX1周波数量だけバンドパスフィルタ22の中心周波数を低周波側に移動させたときのバンドパスフィルタ22の減衰特性をそれぞれ示す。
h1は、バンドパスフィルタ22の中心周波数を目的信号f1(RF)に同調させたときに対して、バンドパスフィルタ22の中心周波数を目的信号f1(RF)からX1周波数量移動させた場合の目的信号f1(RF)の減衰量を示す。また、H1は、同様にその場合のイメージ妨害波f1△(RF)の減衰量示す。図3から明らかなように、バンドパスフィルタ22の中心周波数を目的信号f1(RF)からX1周波数量だけ低周波側に移動させても、目的信号f1(RF)の受信レベルはほとんど低下しないが、イメージ妨害波f1△(RF)は大きく減衰する。
次に、無線受信装置1がロワー・ヘテロダインを採用する場合について説明する。図4において、横軸は周波数、縦軸は目的信号のチューニングレベルとバンドパスフィルタ22の減衰特性を示す。目的信号f3(RF)及びイメージ妨害波f3△(RF)と、目的信号f3(RF)の受信レベルA、A‘’がそれぞれ示されている。
実線の曲線はバンドパスフィルタ22の中心周波数を目的信号f3(RF)に同調させたときのバンドパスフィルタ22の減衰特性を示す。破線の曲線は目的信号f3(RF)からX3周波数量だけバンドパスフィルタ22の中心周波数を高周波数側に移動させたときのバンドパスフィルタ22の減衰特性をそれぞれ示す。
h3は、バンドパスフィルタ22の中心周波数を目的信号f3(RF)に同調させたときに対して、バンドパスフィルタ22の中心周波数を目的信号f3(RF)からX3周波数量だけ移動させた場合の目的信号f3(RF)の減衰量を示す。また、H3は、同様にその場合のイメージ妨害波f3△(RF)の減衰量示す。図4からも明らかなように、バンドパスフィルタ22の中心周波数を目的信号f3(RF)からX3周波数量だけ高周波数側に移動させても、アッパー・ヘテロダインと同様に、目的信号f3(RF)の受信レベルはほとんど低下しないが、イメージ妨害波は大きく減衰する。
イメージ妨害波は、
アッパー・ヘテロダインでは、目的信号f1(RF)の高周波数側で、
イメージ妨害波f1(△)=周波数変換信号f(LO)+中間周波数f1(IF)
=目的信号f1(RF)+2×中間周波数f1(IF)
ロワー・ヘテロダインでは、目的信号f3(RF)の低周波数側で、
イメージ妨害波f3(△)=周波数変換信号f(LO)−中間周波数f3(IF)
=目的信号f3(RF)−2×中間周波数f3(IF)
として、イメージ妨害波が存在する周波数位置が計算上求まる。
しかし、妨害波を除去するためにバンドパスフィルタ22の中心周波数を目的信号からどれくらい移動させるかは、使用する受信機器や実際に存在する妨害波の存在に影響を受けるため、計算上求めて設定するだけではなく、所定周波数毎に検証して決定する。具体的には、例えば、バンドパスフィルタ22の減衰が−3dB低下しない範囲、すなわち、バンドパスフィルタ22の減衰が−3dBになる位置が、目的信号から±10MHzの範囲であれば、それより狭い周波数の範囲でバンドパスフィルタ22の中心周波数の移動量を決定する。この周波数移動量の決定は、実験等を行って検証して、目的信号の周波数毎に関連づけて検証した周波数移動量を無線受信装置1のメモリ3に記録する。
次に、上述の方法等で求めた、バンドパスフィルタ22の周波数移動量を使用して目的信号を受信する場合について、アッパー・ヘテロダインを採用した無線受信装置1の受信動作を例にし、図5を参照して説明する。図5において、上図の横軸は周波数、縦軸は目的信号のチューニングレベルとバンドパスフィルタ22の減衰特性を示す。f1(RF)、f2(RF)は目的信号の受信周波数を示す。また、実線の曲線は、目的信号f1(RF)、f2(RF)にバンドパスフィルタ22の中心周波数を同調させたときのバンドパスフィルタ22の減衰特性を示す。破線の曲線は、目的信号からバンドパスフィルタ22の中心周波数をそれぞれX1,X2周波数量だけ移動させたときのバンドパスフィルタ22の減衰特性を示す。
下図の横軸はバンドパスフィルタ22の中心周波数の値、縦軸はバンドパスフィルタ22のチューニング電圧をそれぞれ示す。A,Bは、バンドパスフィルタ22の中心周波数を目的信号f1(RF)、f2(RF)にそれぞれ同調させたときのバンドパスフィルタ22のチューニング電圧を示す。A‘,B’は、バンドパスフィルタ22の中心周波数を目的信号f1(RF),f2(RF)からそれぞれX1,X2周波数量だけ移動させたときのバンドパスフィルタ22のチューニング電圧を示す。
操作者が図1に示す無線受信装置1の操作部4を操作して、目的信号f1(RF)を受信しようとするとき、制御回路2は、図5に示すように、まず、バンドパスフィルタ22の中心周波数をこの目的信号f1(RF)に同調させる。このときに、実際に操作者が操作部4に対して行う操作は、受信したい目的信号f1(RF)の受信周波数を操作部4に設けられている図示しない数字キーで直接入力するか、又は、操作部4に設けられている図示しないロータリーエンコーダなどの回転操作により受信周波数を入力する。これらの操作によって目的信号f1(RF)が同調された後、制御回路2は、目的信号f1(RF)の周波数に関連付けたバンドパスフィルタ22の周波数移動量X1をメモリ3から読み出して、バンドパスフィルタ22のチューニング電圧をAからA‘に変更する。バンドパスフィルタ22の中心周波数は、目的信号f1(RF)の周波数からX1だけ離れた位置に設定される。
また、目的信号f2(RF)を受信しようとするとき、同様に、制御回路2は、バンドパスフィルタ22の中心周波数をこの目的信号f2(RF)に同調させる。さらに、制御回路2は、メモリ3から目的信号f2(RF)の周波数に関連付けたバンドパスフィルタ22の周波数移動量X2を読み出して、バンドパスフィルタ22のチューニング電圧をBからB‘に変更する。バンドパスフィルタ22の中心周波数は、目的信号f2(RF)の周波数からX2だけ離れた位置に設定される。
このように、目的信号f1(RF)、f2(RF)をそれぞれ受信する際に、制御回路2は、最初に、バンドパスフィルタ22の中心周波数を目的信号f1(RF)、f2(RF)に同調させ、さらに目的信号f1(RF)、f2(RF)の周波数にそれぞれ関連付けられてメモリ3に記憶された周波数移動量X1,X2を読み出して、目的信号f1(RF)、f2(RF)の周波数からX1,X2だけ離れた位置にバンドパスフィルタ22の中心周波数をそれぞれ設定する。これより、無線受信装置1は、目的信号の受信レベルをほとんど低下させないで、イメージ妨害波のレベルを大きく減衰させて、良好な受信特性を得ることができる。
また、バンドパスフィルタ22は、一般的に用いられるバンドパスフィルタであるため、本実施形態を実施する際に別個高価なフィルタを必要とせず、回路規模の増加を招くこともない。また、バンドパスフィルタ22の中心周波数を目的信号から移動する際に、最初に、バンドパスフィルタ22の中心周波数を目的信号に同調させてから行ったが、同調させずに直接バンドパスフィルタ22の中心周波数を目的信号から離れた位置に設定してもよい。
上述は、イメージ妨害波を減衰させて、優れた受信特性を得ることを目的とした無線受信装置1について説明したが、イメージ妨害波の除去だけではなく、本実施形態の無線受信装置1は、強電界の妨害波を除去する場合にも使用可能である。例えば、放送電波や中継局等の強電界の妨害波が、目的信号の上側周波数又は下側周波数に存在することが予め判明している場合は、本実施形態で示したように、バンドパスフィルタ22の中心周波数を予めメモリ3に記憶された周波数移動量だけ目的信号の周波数から離れた位置に設定する。これにより、強電界の妨害波はバンドパスフィルタ22によって減衰され、強電界の妨害波が受信MIX回路23に伝達されることなく、無線受信装置1は目的信号を受信することができる。
(第1の実施形態の変形例1)
第1の実施形態の変形例1に係る無線通信機について、図6を参照して説明する。この無線通信機30は、上述の無線受信装置1に送信回路31をさらに備えている。この無線通信機30の構成について簡単に説明する。なお、上述の無線受信装置1と同じ部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図6において、無線通信機30は、アンテナ11に送信信号を出力する送信回路31、送/受切換スイッチ12及びアンテナ切換スイッチ13を備える。送/受切換スイッチ12は、PLLシンセサイザ6から出力される信号を、受信時に受信回路20の側へ切換え、送信時に送信回路31の側へ切換える。アンテナ切換スイッチ13は、受信時にアンテナ11に接続されたアンテナ端子10を受信回路20の側に接続し、送信時にアンテナ端子10を送信回路31の側に接続する。
本変形例1に係る無線通信機30は、上述の無線受信装置1に送信回路31をさらに備えるため、単に目的信号を受信するだけではなく、操作者の音声信号等を無線で送信することができるため、相手方と交信することも可能である。
(第1の実施形態の変形例2)
第1の実施形態の変形例2に係る無線受信装置について、図7を参照して説明する。第1の実施形態に係る無線受信装置1と変形例2に係る無線受信装置40との違いは、無線受信装置1では、バンドパスフィルタ22は、RF AMP21と受信MIX回路23との間に設けられていたが、無線受信装置40では、バンドパスフィルタ41が、さらに、RF AMP21の前段に設けられている。この無線受信装置40について簡単に説明する。なお、上述の無線受信装置1と同じ部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。
無線受信装置40は、イメージ妨害波の除去以外に、強電界の妨害波の除去に対応した無線受信装置である。妨害波はもともと不要な信号であり、RF AMP21で扱える受信信号のレベルは限られているため、強電界の妨害波がRF AMP21で増幅されると、本来必要とする目的信号の増幅が阻害される場合がある。そのため、強電界の妨害波の除去が要求されるこのような無線受信装置40又はこの無線受信装置40を備える無線通信機は、バンドパスフィルタ41をRF AMP21の前段に設けて、強電界の妨害波をRF AMP21で増幅する前に除去する。さらに、第1の実施形態で説明したように、RF AMP21と受信MIX回路23との間に設けられているバンドパスフィルタ22により、イメージ妨害波も減衰されて、無線受信装置40は良好な受信特性を得ることができる。
バンドパスフィルタ41及びバンドパスフィルタ22は、第1の実施形態で説明したのと同様に制御回路2により制御され、その制御方法も第1の実施形態と同様である。すなわち、無線受信装置1の制御回路2がバンドパスフィルタ22に対して行う制御を、無線受信装置40では、制御回路2がバンドパスフィルタ22とバンドパスフィルタ41との両方に対して同様の制御を行い、強電界の妨害波とイメージ妨害波の2種類の妨害波を同時に除去する。
以上のように、無線受信装置40は、バンドパスフィルタ41をRF AMP21の前段に設けているため、強電界の妨害波を除去することができ、さらに、バンドパスフィルタ22をRF AMP21と受信MIX回路23との間に設けているため、イメージ妨害波も除去することができる。このことにより、無線受信装置40は、より優れた受信特性を有する。
1,40 無線受信装置
2 制御回路
3 メモリ
10 アンテナ端子
11 アンテナ
22 バンドパスフィルタ
23 受信MIX回路(周波数変換回路)
30 無線通信機
X1、X2,X3 周波数移動量

Claims (5)

  1. 無線信号を受信するアンテナに接続されるアンテナ端子と、前記アンテナ端子に入力される目的信号を中間周波数に変換する周波数変換回路と、前記アンテナ端子と前記周波数変換回路との間に配置され、前記目的信号の上側又は下側周波数に存在する妨害波を除去するバンドパスフィルタと、を備えたスーパーヘテロダイン方式の無線受信装置において、
    前記無線受信装置を制御する制御回路と、
    前記目的信号の受信周波数毎に定められ、前記目的信号の受信周波数から前記バンドパスフィルタの中心周波数を予め定めた周波数だけ移動させるための周波数移動量を記憶したメモリと、をさらに備え、
    前記制御回路は、前記目的信号の受信時に前記メモリを参照して前記目的信号の受信周波数から前記周波数移動量だけ離れた位置に前記バンドパスフィルタの中心周波数を設定することを特徴とする無線受信装置。
  2. 前記バンドパスフィルタは電圧制御型のバンドパスフィルタであることを特徴とする請求項1に記載の無線受信装置。
  3. 前記妨害波の一部は、イメージ妨害波であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の無線受信装置。
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の無線受信装置を備えたことを特徴とする無線通信機。
  5. 無線信号を受信するアンテナに接続されるアンテナ端子に入力される目的信号を中間周波数に変換する周波数変換ステップと、前記目的信号の上側及び下側周波数に存在する妨害波をバンドパスフィルタによって除去するフィルタステップと、を備えたスーパーヘテロダイン方式の無線受信装置の無線受信方法において、
    前記無線受信装置を制御する制御ステップと、
    前記目的信号の受信周波数毎に定められ、前記目的信号の受信周波数から前記バンドパスフィルタの中心周波数を予め定めた周波数だけ移動させるための周波数移動量をメモリに記憶するステップと、をさらに備え、
    前記制御ステップにおいて前記目的信号の受信時に前記メモリを参照して前記目的信号の受信周波数から前記周波数移動量だけ離れた位置に前記バンドパスフィルタの中心周波数を設定することを特徴とする無線受信装置の無線受信方法。
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