JP2021034965A - 受信装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】多周波数帯の電気信号処理を好適に行うことが可能な受信装置を提供する。【解決手段】前段フィルタデバイス13の、第1フィルタ19Aと第2フィルタ19Bとを通過する第1信号S1と第2信号S2との遅延時間の違いを調整する調整部50を備える受信装置1である。調整部50として、遅延時間の短い第2信号S2のみは通過する補助フィルタ51を設けることで、第1信号S1と第2信号S2との遅延時間の差を緩和することができる。【選択図】図3

Description

本開示は、多周波の電気信号をフィルタリングする機能を有する受信装置に関する。
それぞれ共通端子に接続されている、互いに通過帯域が異なる複数のフィルタを有しているフィルタデバイスが知られている(例えば特許文献1)。特許文献1では、複数のフィルタの後段(共通端子とは反対側)に、インピーダンス整合のための整合回路、および信号を増幅するための増幅器を順に接続した構成が開示されている。
特開2012−244615号公報
複数の周波数帯の電気信号を高い精度で通信可能な受信装置が提供されることが望まれる。
本開示の一態様に係る受信装置は、少なくとも3以上の周波数帯の電気信号を受信するアンテナと、入力端子と出力端子とを備え、前記アンテナに前記入力端子が接続され、前記電気信号をフィルタリングする受信モジュールと、前記受信モジュールの前記出力端子に接続されるICと、を備える。前記受信モジュールは、前記入力端子の側に接続された前段フィルタ部と、前記出力端子の側に接続された後段フィルタ部とを含む。前記前段フィルタ部は、第1共通端子と第2共通端子との間に並列に接続された、第1フィルタと第2フィルタとを備える。前記第1フィルタは、前記電気信号のうち少なくとも1つの周波数帯をフィルタリングする。前記第2フィルタは、前記電気信号のうち、前記第1フィルタがフィルタリングする周波数帯よりも多くの周波数帯をフィルタリングし、前記第1フィルタの比帯域幅よりも広い比帯域幅を備える。そして、前記第1フィルタを通過する第1信号と、前記第2フィルタを通過する第2信号との遅延時間を調整する調整部を、備える。
本開示の一態様に係る受信装置は、少なくとも3以上の周波数帯の電気信号を受信するアンテナと、入力端子と出力端子とを備え、前記アンテナに前記入力端子が接続され、前記電気信号をフィルタリングする受信モジュールと、前記受信モジュールの前記出力端子に接続されるICと、を備える。前記受信モジュールは、前記入力端子の側に接続された前段フィルタ部と、前記出力端子の側に接続された後段フィルタ部とを含み、前記前段フィルタ部は、第1共通端子と第2共通端子との間に並列に接続された、前記電気信号のうち少なくとも1つの周波数帯をフィルタリングする第1フィルタと、前記電気信号のうち、前記第1フィルタがフィルタリングする周波数帯よりも多くの周波数帯をフィルタリングし、前記第1フィルタの比帯域幅と略同一の比帯域幅を備える第2フィルタと、を有する。
上記の構成によれば、複数の周波数帯の電気信号を精度よく処理することのできる受信機を提供することができる。
第1実施形態に係る受信装置の構成を示す模式図である。 図1の受信装置の前段フィルタデバイスの要部構成を示す模式図である。 図2の前段フィルタ部の構成を示す模式図である。 図4(a)は、第2実施形態にかかる受信装置の要部を示す模式的な図であり、図4(b)は、各フィルタの帯域幅を示す模式的な図である。 図5(a)は、第2実施形態にかかる受信装置の変形例についての要部を示す模式的な図であり、図5(b)は、各フィルタの帯域幅を示す模式的な図である。 第3実施形態にかかる受信装置の要部を示す模式的な図である。 第4実施形態にかかる受信装置の各フィルタの帯域幅を示す模式的な図である。 図8(a)は、第1フィルタの周波数に対する通過特性を示す線図であり、図8(b)は、第1フィルタの周波数に対する遅延時間を示す線図である。 図9(a)は、第2フィルタの周波数に対する通過特性を示す線図であり、図9(b)は、第2フィルタの周波数に対する遅延時間を示す線図である。 図10(a)は、誘電体フィルタの周波数に対する通過特性を示す線図であり、図10(b)は、誘電体フィルタの周波数に対する遅延時間を示す線図である。
以下、図面を参照して実施形態について説明する。なお、以下の説明においては、「第1フィルタ19A」および「第2フィルタ19B」のように、同一、類似または対応する構成について、異なる大文字のアルファベットを付すことがある。また、この場合において、単に「フィルタ19」のように、大文字のアルファベットを省略して両者を区別しないことがある。
第2実施形態以降においては、基本的に、既に説明された実施形態との相違部分のみについて説明する。特に言及がない事項については、既に説明された実施形態と同様とされてよい。第2実施形態以降において、既に説明された実施形態の構成と同一又は類似する構成について、既に説明された実施形態の構成に付された符号を付すことがある。既に説明された実施形態の構成に対応(類似)する構成に対して、既に説明された実施形態の構成に付された符号とは異なる符号を付した場合においても、特に言及のない事項については、既に説明された実施形態の構成と同様とされてよい。
[第1実施形態]
(受信装置の全体構成)
図1は、第1実施形態に係る受信装置1の要部構成を示す模式図である。
受信装置1は、例えば、電波を受信して所定の処理を実行する装置として構成されている。受信装置1は、例えば、電波の受信側から順に、アンテナ3、受信モジュール5、ICとして、RF−IC(Radio Frequency Integrated Circuit)7およびBB−IC(Base Band Integrated Circuit)9が接続されて構成されている。
アンテナ3は、受信した無線信号(電波)を電気信号に変換する。アンテナ3は少なくとも3周波数帯以上の多周波数帯の信号を受信する。この例では、電気信号は4つの周波数帯L1〜L4を含んでいる。受信モジュール5は、アンテナ3からの電気信号を増幅するとともに、当該電気信号から所定の通過帯域の電気信号を取り出して出力する。RF−IC7は、例えば、受信モジュール5からの電気信号に対して、復調、周波数の引き下げ、及びデジタル化を行う。BB−IC9は、例えば、RF−IC7からの信号に対して種々の処理を行う。
受信装置1は、種々の用途に用いられてよく、その用途に応じて、搬送周波数(受信モジュール5の通過帯域の周波数)、ベースバンドの周波数およびBB−IC9の処理内容等が決定されてよい。例えば、受信装置1は、GPS(Global Positioning System)等
のGNSS(Global Navigation Satellite System)に用いられるものである。受信モジュール5の通過帯域は、例えば、GNSSの規格に従って設定されてよく、一例として、1000MHz以上3000MHz以下である。
なお、この例では、受信モジュール5の出力側にRF−IC7とBB−IC9とが接続された場合を例に説明したが、この限りではない。例えば、RF−IC7とBB−IC9とが一体化されたICを用いてもよい。
(受信モジュールの構成)
受信モジュール5は、入力端子5aと出力端子5bとを備え、アンテナ3に入力端子5aが接続され、RF−IC7に出力端子5bが接続されている。なお、アンテナ3と入力端子5aとの間には別途整合回路が接続されてもよい。
受信モジュール5は、例えば図2に示すように、アンテナ3側から順に、前段増幅器11、前段フィルタ部13、後段増幅器15および後段フィルタ部17を有している。
前段増幅器11は、入力端子5aから入力された電気信号を増幅して出力する。前段増幅器11は、例えば、いわゆる低雑音増幅器(LNA:Low Noise Amplifier)によって
構成されてよい。LNAのNF(Noise Figure)は、例えば、0.5dB以上1.5dB以下である。
なお、前段増幅器11の構成は、種々の公知の構成と同様とされてよい。特に図示しないが、前段増幅器11は、例えば、電源端子、入力信号の基準電位端子、出力信号の基準電位端子、制御用(例えば前段増幅器11のON・OFF用)端子を有している。入力端子は、図示の例では1つだが、2つであってもよい。このように増幅器の構成が公知の構成とされてよいことは、後段増幅器15についても同様である。
前段フィルタ部13は、第1共通端子13aと第2共通端子13bとの間に並列に接続された、前段増幅器11の出力側に接続された複数(図示の例では2つ)の第1フィルタ19A,第2フィルタ19Bを有している。各フィルタ19は、入力された電気信号から所定の周波数帯(通過帯域)の信号を取り出して出力する。
第1フィルタ19Aは、アンテナ3からの電気信号のうち少なくとも1つの周波数帯を通過させるようフィルタリングする。第2フィルタ19Bは、アンテナ3からの電気信号のうち第1フィルタ19Aがフィルタリングする周波数帯よりも多くの周波数帯を通過させるようフィルタリングする。なお、第1フィルタ19Aから出力される信号を第1信号S1といい、第2フィルタ19Bから出力される信号を第2信号S2という。
フィルタ19A,19Bは例えば、表面弾性波(SAW:Surface Acoustic Wave)を
励振する共振子を用いて構成してもよい。また、薄膜厚み方向の弾性波を用いるFBAR(Film Bulk Acoustic Resoator)を用いてフィルタを構成してもよい。
後段増幅器15は、前段フィルタ部13側から入力された電気信号を増幅して後段フィルタ部17側に出力する。後段増幅器15は、例えば、前段増幅器11と同様に、LNAによって構成されている。なお、前段増幅器11、後段増幅器15は、互いに同一の構成(同一の製品)であってもよいし、互いに異なる構成であってもよい。
後段フィルタ部17は、後段増幅器15の出力側に接続された後段フィルタ21を有する。後段フィルタ21は、この例では2つ(第1後段フィルタ21A,第2後段フィルタ21B)を有している。各後段フィルタ21は、入力された電気信号から所定の周波数帯(通過帯域)の信号を取り出して出力する。複数の後段フィルタ21の通過帯域は互いに異なっている。
複数の後段フィルタ21の数は、例えば、複数のフィルタ19の数と同一としてもよい。その場合には、各後段フィルタ21の通過帯域は、符号に同一の大文字のアルファベットを付したフィルタ19の通過帯域と同一である。すなわち、第1後段フィルタ21Aの通過帯域は、第1フィルタ19Aの通過帯域と同一である。第2後段フィルタ21Bの通過帯域は、第2フィルタ19Bの通過帯域と同一である。互いに同一の通過帯域のフィルタ19と後段フィルタ21とは、互いに同一の構成であってもよいし、互いに異なる構成であってもよい。
第1後段フィルタ21A,第2後段フィルタ21Bは、それぞれ後段増幅器15A,15Bに接続されている。そして、複数の後段フィルタ21は、例えば、出力側が互いに接続されている。従って、複数の後段フィルタ21によってフィルタリングされた複数の通過帯域の電気信号は、1つに纏められてRF−IC7に入力される。
以上のように、受信モジュール5全体は、入力された電気信号から複数の通過帯域の信号を抽出し、これを纏めて出力する。この際、電気信号の増幅も行われる。また、信号の増幅および抽出は、受信モジュール5内において2段階で行われる。
RF−IC7および/またはBB−IC9は、不図示のマルチプレクサを含んでおり、入力された電気信号を複数のフィルタ19(後段フィルタ21)の通過帯域(BB−IC9の場合は対応する通過帯域等)の信号に分波する。そして、BB−IC9は、分波された信号を選択的に利用する処理、および/または分波された信号を併用する処理を実行する。
(前段フィルタ部の構成)
この例では、前段フィルタ部13に含まれる第1フィルタ19Aは第1周波数帯L1を、第2フィルタ19Bは第2〜第4周波数帯L2〜L4を、それぞれ通過させるようフィルタリングする。そして、第1フィルタ19Aを通過した信号を第1信号S1,第2フィルタ19Bを通過した信号を第2信号S2という。
(調整部50)
上述の前段フィルタ部13において、第1フィルタ19Aの比帯域幅は、第2フィルタ19Bの比帯域幅に比べて狭くなっている。
このように、1つの多周波受信可能なアンテナ3に共通して並列に接続されるフィルタ19A,19Bの比帯域幅が異なると、これを通過する信号の遅延時間にずれが生じる。具体的には、比帯域幅が広い方(フィルタ19B)を通過する信号(第2信号S2)の方の遅延時間が他方より短くなる。これは、フィルタの比帯域幅を広くするためにはフィルタを構成する共振子(例えばSAW共振子)の共振・反共振周波数の差を広くすることとな
り、その結果、周波数変化に対する位相変化量が減少するため、遅延時間が小さくなるものである。
これにより、フィルタ19A,19Bを通過した信号を処理する際に、同時に受信された信号を処理することができなくなる。その結果、信号処理をするときに、直達波のみの
解析をしようとしても、マルチパスの信号を解析することになったり、一方のフィルタを通過した信号と他方のフィルタを通過した信号のゲインとが異なってしまったりして、受信信号のSNR(信号対雑音比)が低下することとなり正確な解析ができなくなることがあ
る。
そこで、本実施形態では、図3に示すように、この遅延時間のずれを緩和する調整部50を備えている。この例では、調整部50は、補助フィルタ51で構成される。
補助フィルタ51は、比帯域幅の広い第2フィルタ19Bと、第1共通端子bとの間に接続されている。すなわち、第2フィルタ1Bと補助フィルタ51とは直列接続されている。そして、直列に接続されたフィルタ19Aとフィルタ51とに対して並列に1つの第1フィルタ19Aが並列に接続されている。このような構成とすることで、第2フィルタ19Bを通過する第2信号S2は、第1信号S1に比べて多くのフィルタを通過することになり、その分遅延時間が長くなる。その結果、第2共通端子13bに到達するまでの間に、第1信号S1と第2信号S2との遅延時間の差が緩和されることとなる。
このような補助フィルタ51は、第2信号S2に含まれる複数の周波数帯の電気信号を通過させることができれば特に限定されないが、例えば、第2フィルタ19Bと同様の構成としてもよい。その場合には、比帯域幅も同等となる。
この例では、補助フィルタ51を1つ設けた例を示したが、2以上設けてもよい。
〔第2実施形態〕
次に、図4を用いて他の実施形態について説明する。図4(a)に示す受信装置1Aは、受信装置1とは、図3に示す調整部50(補助フィルタ51)に代えて、調整部50Aを備える点で異なる。
以下、異なる部分についてのみ説明し、その他の構成に関する重複する説明は省略する。
受信装置1Aにおいて、前段フィルタ部13Aは補助フィルタ51を備えていない。すなわち、図2に示す前段フィルタ部13の構成となっている。そして、後段フィルタ部17Aにおいて、第1後段フィルタ21Aは、第1フィルタ19Aからの第1信号S1が入力されるが、この比帯域幅を図4(b)に示すように第1フィルタ19Aの比帯域幅に比べて広くしている。図4(b)において両矢印で比帯域幅を示している。このような第1後段フィルタ21Aが調整手段50Aとして機能する。
第1後段フィルタ21Aの比帯域幅を広くすることで、前段フィルタ部13Aで生じた、第1信号S1と第2信号S2との遅延時間の差を助長させることがなく出力端子5bに信号を出力することができる。
さらに、第1後段フィルタ21Aの比帯域幅を、第2フィルタ19Bの比帯域幅と同等もしくはそれ以上としてもよい。その場合には、前段フィルタ部13Aで生じた、第1信号S1と第2信号S2との遅延時間の差をさらに緩和させることができる。
また、上述の例では、後段フィルタ部17Aは、第1信号S1に含まれるバンドを通過させる第1後段フィルタ21Aと、第2信号S2に含まれる複数のバンドを通過させる第2後段フィルタ21Bとを含むように構成した場合を例に説明したが、この限りではない。
例えば、図5(a)に示す受信装置1Bのように、後段フィルタ部17Bが1つの後段フィルタ21のみで構成されていてもよい。すなわち、第1信号S1も第2信号S2も同一の後段フィルタ21に入力される。そして、このような後段フィルタ21が調整部50Bとなる。
この場合には、後段フィルタ21は、図5(b)に示すように、第1フィルタ19A,第2フィルタ19Bのいずれよりも広い比帯域幅を備えるものとなる。図5(b)において両矢印で比帯域幅を示している。このような広い比帯域幅を備えるような後段フィルタ21を設けることで、前段フィルタ部13Aで生じた、第1信号S1と第2信号S2との遅延時間の差を助長させることがなく出力端子5bに信号を出力することができるため、第1信号S1と第2信号S2との遅延時間の差を緩和させることができる。
このような後段フィルタ21としては、比帯域幅の広い誘電体フィルタ等を用いてもよいし、チップインダクタとチップキャパシタを組み合わせて構成したLCフィルタを用いてもよい。これらのフィルタを用いた場合には安定して広い帯域のフィルタを実現することができる。そして、前段フィルタ部13を構成するフィルタをSAWフィルタとして、後段フィルタ21をLCフィルタとした場合には、SAWフィルタで必要な周波数帯の信号のみを選択性高く、高いQ値で透過させた後に、遅延時間を効果的に緩和させることができるものとなる。
また、アンテナ3で受信した電気信号が通過するフィルタ数を増やすことなく遅延時間を調整することができるので、ロスの少ない受信装置1A,1Bを提供することができる。
〔第3実施形態〕
次に、図6を用いて他の実施形態の受信装置1Cについて説明する。図6は調整部50,50A,50Bに代えて、調整部50Cを備える点で上述の実施形態とは異なる。
調整部50Cは、RF−IC7に設けられる。RF−IC7は、多周波数受信可能なアンテナ3で受信した電気信号に含まれる複数の周波数帯のそれぞれに対応した個別フィルタ27を備えている。この例では周波数帯L1〜L4に対応した個別フィルタ27a〜27dを備えている。
そして、第1信号S1に含まれる周波数帯(例えば、L1)が個別フィルタ27aに、第2信号S2に含まれる周波数帯(L2〜L4)が個別フィルタ27b〜27dにそれぞれ入力される。
ここで、調整部50Cは、個別フィルタ27aが直列接続される段数に比べ、個別フィルタ27b〜27dがそれぞれ直列接続される段数を多くすることで構成される。この例では、個別フィルタ27aは1段であるのに対して、個別フィルタ27b〜27dは、複数段直列接続(図の例では2段)されている。このような構成により、第2信号S2に含まれる周波数帯の電気信号の遅延時間を増やすことができる、その結果、第1信号S1と第2信号S2とに生じていいた遅延時間の差を緩和させることができる。
なお、このような個別フィルタ27はQ値を高めるためにSAW共振子を用いたフィルタとしてもよい。
〔第4実施形態〕
上述の例では、前段フィルタ部13のフィルタ19において遅延時間が生じてしまことを前提とし、発生した遅延時間を緩和させる手段について検討したが、そもそもフィルタ
19に調整部50D(図示せず)を設け、第1信号S1と第2信号S2とで遅延時間の発生を抑制するよう構成してもよい。
この場合の調整部50Dは、例えば図7に示すように、第1フィルタ17A,第2フィルタ17Bとで、比帯域幅を略同一とすることで構成されてもよい。図7において両矢印で比帯域幅を示している。すなわち、第1フィルタ17Aは本来必要とする比帯域幅に比べ広域の比帯域幅を備えることになる。これにより、第1信号S1と第2信号S2との遅延時間は略同一することができる。
なお、上述の例では、第1フィルタ17Aと第2フィルタ17Bとの帯域は重複しないように調整している。
(効果検証)
ここで、1つの周波数帯が通過帯域内に含まれる第1フィルタの透過特性を図8(a)に、そして第1フィルタにおける遅延時間を図8(b)に示す。第1フィルタはSAWフィルタで構成されており、その比帯域幅は4.7%である。
図8(a)において、横軸は周波数(単位:MHz)、縦軸は透過特性(dB)を示している。図8(b)において、横軸は、周波数(単位:MHz)、縦軸は遅延時間(ns)を示している。
同様に、3つの周波数帯が通過帯域内に含まれる第2フィルタについての特性を図9(a),(b)に示す。第2フィルタは、SAWフィルタであり、その比帯域幅は13.8%である。
また、図10に、周波数帯L1〜L4の全てを包含する誘電体で構成されるLCフィルタの特性について、図8,9と同様の特性を示す。
図8,図9に示すように、比帯域幅が広い方が遅延時間が短くなっている様子が確認される。一方、図8,9と図10とを比較すると、SAW共振子を用いたフィルタにより、周波数帯L1〜L4を2以上に分けて信号処理することで、通過特性の減衰特性およびロスを極めて良好にすることができることを確認できた。
以上の通り、本実施形態に係る受信装置によれば、多周波数帯を同時に、高い特性で、かつ、遅延時間の影響を低減させて処理できる。
従って、フィルタリングに関係ない構成は適宜変更することができる。例えば、後段増幅器15の数を減らし、小型化、電力削減および/またはコスト削減を図ってもよい。また、受信装置1において、後段フィルタ21をL1〜L4の個々の周波数帯ごとに対応して個別に設けてもよい。
1…受信装置、5…受信モジュール、13…前段フィルタデバイス(フィルタデバイス)、19…前段フィルタ、23…(第1)共通端子、B1〜B4…通過帯域。

Claims (9)

  1. 少なくとも3以上の周波数帯の電気信号を受信するアンテナと、
    入力端子と出力端子とを備え、前記アンテナに前記入力端子が接続され、前記電気信号をフィルタリングする受信モジュールと、
    前記受信モジュールの前記出力端子に接続されるICと、を備え、
    前記受信モジュールは、前記入力端子の側に接続された前段フィルタ部と、前記出力端子の側に接続された後段フィルタ部とを含み、
    前記前段フィルタ部は、第1共通端子と第2共通端子との間に並列に接続された、
    前記電気信号のうち少なくとも1つの周波数帯をフィルタリングする第1フィルタと、
    前記電気信号のうち、前記第1フィルタがフィルタリングする周波数帯よりも多くの周波数帯をフィルタリングし、前記第1フィルタの比帯域幅よりも広い比帯域幅を備える第2フィルタと、を有し、
    前記第1フィルタを通過する第1信号と、前記第2フィルタを通過する第2信号との遅延時間を調整する調整部を、備えている受信装置。
  2. 前記調整部は、前記第2フィルタと前記第2共通端子との間に補助フィルタで構成される、請求項1に記載の受信装置。
  3. 前記補助フィルタは、前記第2フィルタと略同一の比帯域幅を備える、請求項2に記載の受信装置。
  4. 前記調整部は、前記後段フィルタ部のうち、前記第1信号が通過するフィルタの比帯域幅が前記第1フィルタの比帯域幅よりも広いことで構成される、請求項1に記載の受信装置。
  5. 前記後段フィルタは、前記第1信号および前記第2信号が共通に通過する、前記第1フィルタおよび前記第2フィルタの比帯域幅よりも広い比帯域幅を備えるフィルタである、請求項4に記載の受信装置。
  6. 前記第1フィルタおよび前記第2フィルタは弾性表面波を用いたフィルタであり、
    前記後段フィルタ部は、誘電体フィルタである、請求項5に記載の受信装置。
  7. 前記ICは、前記電気信号の周波数帯ごとに対応した個別フィルタをそれぞれ備え、
    前記調整部は、前記個別フィルタのうち、前記第2信号に含まれる周波数帯に対応するものは、前記第1信号に含まれる周波数帯に対応するものよりフィルタ段数が多いことで構成される、請求項1に記載の受信装置。
  8. 少なくとも3以上の周波数帯の電気信号を受信するアンテナと、
    入力端子と出力端子とを備え、前記アンテナに前記入力端子が接続され、前記電気信号をフィルタリングする受信モジュールと、
    前記受信モジュールの前記出力端子に接続されるICと、を備え、
    前記受信モジュールは、前記入力端子の側に接続された前段フィルタ部と、前記出力端子の側に接続された後段フィルタ部とを含み、
    前記前段フィルタ部は、第1共通端子と第2共通端子との間に並列に接続された、
    前記電気信号のうち少なくとも1つの周波数帯をフィルタリングする第1フィルタと、
    前記電気信号のうち、前記第1フィルタがフィルタリングする周波数帯よりも多くの周波数帯をフィルタリングし、前記第1フィルタの比帯域幅と略同一の比帯域幅を備える
    第2フィルタと、を有する受信装置。
  9. 前記受信モジュールは、前記入力端子と前記第1共通端子との間に前段増幅器を備え、前記第1フィルタと前記第2フィルタとの間に後段増幅器を備える、請求項1乃至8のいずれかに記載の受信装置。
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