JP4232433B2 - 電波受信装置、電波時計及び中継器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電波受信装置、電波時計及び中継器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
現在、各国(例えば、ドイツ、イギリス、スイス、日本等)において、時刻データ即ちタイムコード入りの長波標準電波が送出されている。我が国(日本)では、2つの送信所(福島県及び佐賀県)より、図7に示すようなフォーマットのタイムコードで振幅変調した、40kHz及び60kHzの長波標準電波が送出されている。図7によれば、タイムコードは、正確な時刻の分の桁が更新される毎即ち1分毎に、1周期60秒のフレームで送出されている。
【0003】
ところで、このタイムコードを受信し、これにより計時回路の時刻データを修正する、いわゆる電波時計が知られている。このような電波時計では、受信した電波を検波及び復調することによって所望の周波数の信号を抽出していた(例えば、特許文献1参照;全請求項に対応)。また、ステレオ信号のフロントエッジ部とリヤーエッジ部を位相変調したパルス幅変調波と、無変調のパルス幅変調波とを交互に受信してステレオ信号を再生する電波受信装置も知られている。(例えば、特許文献2参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−108770号公報(第4−5頁、第1図)
【特許文献2】
特開平11−261506号公報(第3−6頁、第1図)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1の発明の場合、電波受信装置において微弱電波を受信した場合、その電波に含まれる雑音等によって安定した検波を行うことが困難であった。また、特許文献2の発明の場合、回路規模が大きく、電波時計用の回路としては不向きであった。
【0006】
本発明の目的は、微弱電波を安定して受信可能な電波受信装置及び電波時計を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項1に記載の発明の電波受信装置は、所定のフォーマットのタイムコードで振幅変調した電波信号を受信し、この受信した電波信号を電気信号に変換して出力する電波受信手段(例えば、図2のアンテナ1)と、所定周波数の信号を出力する発振手段(例えば、図2の局部発振回路5)と、前記電波受信手段より出力された電気信号を前記発振手段より出力された信号と合成して前記電気信号を中間周波数信号に変換する周波数変換手段(例えば、図2の周波数変換回路4)と、この周波数変換手段によって変換された中間周波数信号から前記タイムコードを再生する信号再生手段(例えば、図2の信号再生回路10)と、を有する電波受信装置において、前記信号再生手段が、前記周波数変換手段によって変換された中間周波数信号に含まれる搬送波と同じ周波数で同じ位相でかつ振幅が一定レベルの基準信号を生成する基準信号生成手段(例えば、図2のキャリア抽出回路9;図3の発振器93)と、前記中間周波数信号から前記基準信号を減算する減算手段(例えば、図3の減算器103)と、この減算手段より減算された信号の位相と前記基準信号の位相を比較して、両方の位相が同相であれば正となるとともに、逆相であれば負となる信号を、前記タイムコードとして出力する位相比較手段(例えば、図3のPD105)と、を備えることを特徴としている。
【0008】
この請求項1に記載の発明によれば、減算手段が中間周波数信号から基準信号を減算する。そして位相比較手段が、この減算された信号の位相と基準信号の位相とを比較することによって、中間周波数信号の振幅変調を位相変調に変換することができる。従って、電波受信手段が微弱電波を受信したことにより中間周波数信号の波形が変形していても、中間周波数信号の振幅変調を位相変調に変換し、位相を基準として検波するため、微弱電波を受信しても安定した検波を行うことができる。よって、電波受信装置の受信性能を向上させることができる。
【0009】
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の電波受信装置であって、前記中間周波数信号の強度に応じて前記基準信号生成手段により生成された基準信号を増幅する増幅手段(例えば、図3の増幅器102)を更に備え、前記減算手段は、前記中間周波数信号から前記増幅手段により増幅された基準信号を減算することを特徴としている。
【0010】
この請求項2に記載の発明によれば、中間周波数信号の強度に応じて基準信号を増幅することにより、中間周波数信号の強度が変動しても、減算手段から出力する信号を安定化させることができる。従って、より安定した検波を行うことができる。
【0011】
また請求項3に記載の発明のように、請求項1又は2に記載の電波受信装置であって、前記位相比較手段より出力された信号について所定の範囲の周波数成分を遮断するフィルタ(例えば、図3のLPF106)を更に備えることとしてもよい。
【0012】
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3の何れか一項に記載の電波受信装置(例えば、図6の電波受信装置917)と、現在時刻を計数する時刻計数手段(例えば、図1の時刻回路部908)と、前記電波受信装置によって再生されたタイムコードに基づいて前記時刻計数手段で計数される現在時刻データを修正する修正手段(例えば図1のCPU901)と、を備えることを特徴としている。
【0013】
この請求項4に記載の発明によれば、電波時計は、微弱な長波標準電波を安定的に受信し検波することができる。従って、電波時計の信頼性を向上させることができる。
【0014】
また請求項5に記載の発明の中継器は請求項1〜3の何れか一項に記載の電波受信装置(例えば、図6の電波受信装置917)と、この電波受信装置によって再生されたタイムコードを送信する送信手段(例えば、図6の送信部991)と、を備えることを特徴としている。
【0015】
この請求項5に記載の発明によれば、中継器が微弱電波を受信し中間周波数信号の波形が変形していても、中間周波数信号の振幅変調を位相変調に変換し、位相を基準として検波するため安定した検波を行うことができる。よって、中継器の受信性能を向上させることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。また、各実施の形態において、本発明の電波受信装置を電波時計に適用した場合を例として説明するが、その他、電波を受信するための装置であれば、これに限らない。
【0017】
〔第1の実施の形態〕
図1は、電波時計900の回路構成図であり、CPU(Central Processing Unit:中央処理装置)901、入力部902、表示部903、RAM(Random Access Memory:随時書き込み読み出しメモリー)905、ROM(Read Only Memory:読み出し専用メモリー)906、受信制御部907、計時回路部908、発振回路部909及びタイムコード変換部910によって構成されており、発振回路部909を除く各部はバス913によって接続されている。また計時回路部908には発振回路部909が接続される。
【0018】
CPU901は、所定のタイミング或いは入力部902から入力された操作信号等に応じて、ROM906内に格納された各種プログラムを読み出してRAM905内に展開し、当該プログラムに基づいて各機能部への指示やデータの転送等を行う。特に、CPU901は、例えば所定時間毎に受信制御部907を制御して標準電波の受信処理を実行し、タイムコード変換部910から入力された標準タイムコードに基づいて計時回路部908で計数される現在時刻データを修正するとともに、当該修正した現在時刻データに基づく表示信号を表示部903に出力して表示時刻を更新させる等の各種制御を行う。
【0019】
入力部902は、電波時計900に各種機能を実行させる為のスイッチ等で構成される。そして、これらのスイッチが操作された時には、対応するスイッチの操作信号がCPU901に出力される。
【0020】
表示部903は、小型液晶ディスプレイ等により構成され、CPU901からのデータ、例えば計時回路部908による現在時刻データ等をデジタル表示する。
【0021】
RAM905は、CPU901の制御の下、CPU901で処理されたデータを記憶するとともに、記憶しているデータをCPU901に出力するために用いられる。ROM906は、主に、電波時計900に係るシステムプログラムやアプリケーションプログラム等を記憶する。
【0022】
受信制御部907は電波受信装置917を備える。電波受信装置917は、アンテナで受信した標準電波の不要な周波数成分をカットして該当する周波数信号を取り出し、周波数信号を対応する電気信号に変換して出力する。
【0023】
計時回路部908は、発振回路部909から入力される信号を計数して、現在時刻データ等を得る。そして当該現在時刻データをCPU901に出力する。発振回路部909は、常時一定周波数の信号を出力する回路である。
【0024】
タイムコード変換部910は、電波受信装置917から出力された信号に基づいて、標準時刻コード、積算コード及び曜日コード等の時計機能に必要なデータを含む標準タイムコードを生成して、CPU901に出力する。
【0025】
図2は、本実施の形態におけるスーパーヘテロダイン方式を用いた電波受信装置917の回路ブロック図である。電波受信装置917はアンテナ1、RF増幅回路2、フィルタ回路3、6、8、周波数変換回路4、局部発振回路5、IF増幅回路7、キャリア抽出回路9、信号再生回路10及びAGC(Auto Gain Control)回路11を備える。
【0026】
アンテナ1は、長波標準電波を受信することができ、例えばバーアンテナ等によって構成される。受信した電波は、電気信号に変換されて出力される。RF増幅回路2は、アンテナ1から入力した信号を増幅して出力する。
【0027】
フィルタ回路3は、RF増幅回路2から入力した信号に対して所定の範囲の周波数を通過させ、範囲外の周波数成分を遮断し、出力する。周波数変換回路4は、フィルタ回路3から入力した信号を、局部発振回路5から入力した信号と合成して中間周波数の信号に変換して出力する。局部発振回路5は、局部発振周波数の信号を生成し、周波数変換回路4に出力する。
【0028】
フィルタ回路6は、周波数変換回路4から入力した信号に対して中間周波数を中心として所定の範囲の周波数を通過させ、範囲外の周波数成分を遮断する。IF増幅回路7は、フィルタ回路6から入力した信号を増幅して出力する。フィルタ回路8は、IF増幅回路7から入力した信号に対して所定の範囲の周波数を通過させ範囲外の周波数成分を遮断し、信号aとして出力する。
【0029】
キャリア抽出回路9は、例えばPLL(Phase Locked Loop)回路等によって構成され、キャリア(搬送波)と同じ周波数で同じ位相の信号を信号bとして出力する。信号再生回路10は、フィルタ回路8及びキャリア抽出回路9から信号a及びbを入力し、ベースバンド信号として信号fを出力する。AGC回路11はフィルタ回路8から入力した信号aの強弱に従って、RF増幅回路2及びIF増幅回路7の増幅度を調整する制御信号を出力する回路である。
【0030】
図3はキャリア抽出回路9及び信号生成回路10の構成を示した回路ブロック図である。キャリア抽出回路9は、PD(Phase Detector:位相比較器)91、LPF(Low Pass Filter)92及び発振器93等を備える。
【0031】
PD91はフィルタ回路8から入力した信号aの位相と発振器93から入力した信号の位相を比較し、比較結果に基づいた信号を出力する。LPF92は、PD91から位相比較の結果に基づいた信号を入力し、当該信号に対して所定の範囲(低域)の周波数を通過させ、範囲外の周波数成分を遮断した信号を出力する。発振器93は、信号aの搬送波の位相差に応じた信号を出力させるために、LPF92から出力された信号に基づいて発振する信号の位相を調整し、調整後の信号を信号bとして出力する。
【0032】
また、信号生成回路10は、レベル検出回路101、増幅器102、減算器103、リミッタ回路104、PD105及びLPF106等を備える。レベル検出回路101は、例えば、信号aの最大振幅を検出し、検出結果に基づいた信号を増幅器102に出力する。増幅器102は、後述する減算器103から出力される信号cの振幅が一定になるように、レベル検出回路101から入力した信号に基づいて発振器93から入力した信号bを増幅し、信号b1として出力する。
【0033】
減算器103は、フィルタ回路8から信号a、増幅器102から信号b1を入力し、信号aから信号b1を減算して信号cとして出力する。リミッタ回路104は、減算器103から入力した信号cの振幅を所定の上限値及び下限値の範囲に制限し、信号dとして出力する。リミッタ回路104によって、信号cに含まれるノイズをある程度除去することができる。
【0034】
PD105は、発振器93から入力した信号bの位相と、リミッタ回路104から入力した信号dの位相を比較し、比較結果に基づいた信号を信号eとして出力する。本実施の形態では、発振器93から入力した信号の位相と信号dの位相が同相であれば、信号dの波形を正の方向に整流して出力し、逆相であれば負の方向に整流して出力する。LPF106は、PD105から信号eを入力し、当該信号に対して所定の範囲(低域)の周波数を通過させ、範囲外の周波数成分を遮断した信号を出力する。
【0035】
ここで、減算器103から出力される信号cの振幅を一定にする為の、信号b1の振幅について説明する。長波標準波形は10%と100%の変調度を持つ。従って信号aも同様の振幅を持ち、信号aの最大振幅をXとすると、最小振幅は0.1Xとなる。また、信号b1の振幅はYとする。そして減算器103によって信号aから信号b1を減算した信号cの振幅の絶対値が一定になるためには、
|X−Y|=|0.1X−Y|
Y=0.55X
即ち、信号b1の振幅を信号aの最大振幅の55%とすることで、減算器103から出力する信号cの信号の振幅は一定となる。
【0036】
図4は、図3に示した信号生成回路10を流れる各信号の波形を示した図である。また図5は信号生成回路10を構成する回路による処理の流れを示したフローチャートである。以下、信号生成回路10の回路動作について説明する。
【0037】
まず、減算器103は信号aから信号b1を減算し、信号cを出力する(ステップS1)。ここで、レベル検出回路101によって信号aの振幅が検出され、増幅器102は検出結果に基づいて信号bを増幅して信号b1とする。このとき、信号b1はその振幅が信号aの最大振幅の55%になるように増幅される。また、信号aから信号b1を減算することによって、信号aの振幅が10%の変調度である時間帯A、Cにおいては、信号cは信号b1と逆相となり、信号aの振幅が100%の変調度である時間帯Bにおいては、信号cは信号b1と同相となる。
【0038】
次に、リミッタ回路104は信号cの振幅についてVH以上及びVL以下を遮断し、信号dを出力する(ステップS2)。そしてPD105は、信号bと信号dの位相を比較し、信号eを出力する(ステップS3)。ここで信号bの位相は信号b1と同相であるため、信号bの波形の図示は省略する。PD105は、信号bと信号dが同相である場合(時間A及びC)、信号dを正の方向に整流する。逆に信号bと信号dが逆相である場合(時間B)、信号dを負の方向に整流する。
【0039】
続いて、LPF106は信号eに対して所定の範囲(低域)の周波数を通過させ、範囲外の周波数成分を遮断し、信号fとして出力する(ステップS4)。
【0040】
このように、信号aの振幅変調を位相変調に変換し、その信号がキャリア抽出回路9から出力される信号bの位相と同相であるか或いは逆相であるかを判断することによって、信号aのベースバンド信号に相当する信号fを得ることができる。従って、微弱電波を受信したことにより信号aの振幅が小さくなる等の波形変形があったとしても、信号aの位相を基準として検波するため、微弱電波を受信しても安定した検波を行うことができる。
【0041】
更に、リミッタ回路104によって信号cのノイズの除去を行う為、極端に帯域の狭いフィルタ回路等を用いる必要がない。従って、フィルタ回路による遅延時間の発生を防ぐことができる。
【0042】
尚、本実施の形態では、信号b1は信号aの最大振幅の55%の振幅であることとして説明したが、信号aの最大振幅の10%の振幅であってもよい。つまり、信号aから信号aの最大振幅の10%の振幅を持つ信号を減算すると、100%の変調時には信号があるが、10%の変調時には信号が打ち消される。従って、減算結果の信号の有無を判別することによって、信号aを検波することが可能である。
【0043】
〔第2の実施の形態〕
第1の実施の形態では電波時計に含まれる電波受信装置について説明したが、本実施の形態では、中継器について説明する。中継器は、例えば内部に電波の届き難い鉄骨住宅等の建物の窓際等に設置され、長波標準電波を受信して正確な時刻情報を得て、この時刻情報を送信する。そして室内等に設置された電波時計は中継器から送信された時刻情報を受信して、時刻修正を行うことができる。
【0044】
図6は、中継器990の回路構成図である。尚、第2の実施の形態における中継器の構成は、図1の電波時計900の構成に送信部991を加えたものと同一である。また電波受信装置の構成は、図2の電波受信装置917の構成と同様である。
【0045】
即ち、送信部991は、CPU901から入力される標準タイムコードを所定の搬送波によって、中継電波としてアンテナ等を介して送出する。このときの搬送波は、受信する電波と同一の長波標準電波であってもよいし、中継電波として専用の電波であってもよい。長波標準電波である場合には、室内等に設置される電波時計は通常の電波時計であればよい。また中継電波としての専用の電波である場合は、電波時計には当該電波を受信する手段が必要となる。
【0046】
以上より、中継器は、微弱電波を受信したことにより中間周波数信号の波形が変形していても、中間周波数信号の振幅変調を位相変調に変換し、位相を基準として検波するため、微弱電波を受信した場合でも、標準タイムコードを検波しやすく、安定した中継電波を送信することができる。そして室内等に設置されている電波時計は、常に安定した中継電波を受信することができる。
【0047】
以上、本発明を適用した2つの実施の形態を説明したが、本発明は上述の実施の形態についてのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【0048】
【発明の効果】
請求項1又は3に記載の発明によれば、減算手段が中間周波数信号から基準信号を減算する。そして位相比較手段が、この減算された信号の位相と基準信号の位相とを比較することによって、中間周波数信号の振幅変調を位相変調に変換することができる。従って、電波受信手段が微弱電波を受信したことにより中間周波数信号の波形が変形していても、中間周波数信号の振幅変調を位相変調に変換し、位相を基準として検波するため、微弱電波を受信しても安定した検波を行うことができる。よって、電波受信装置の受信性能を向上させることができる。
【0049】
請求項2に記載の発明によれば、中間周波数信号の強度に応じて基準信号を増幅することにより、中間周波数信号の強度が変動しても減算手段から出力する信号を安定化させることができる。従って、安定した検波を行うことができる。
【0050】
請求項4に記載の発明によれば、電波時計は、微弱な長波標準電波を安定的に受信し検波することができる。従って、電波時計の信頼性を向上させることができる。
【0051】
請求項5に記載の発明によれば、中継器が微弱電波を受信し中間周波数信号の波形が変形していても、中間周波数信号の振幅変調を位相変調に変換し、位相を基準として検波するため安定した検波を行うことができる。よって、中継器の受信性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態における電波時計の内部構成を示すブロック図。
【図2】第1の実施の形態における電波受信装置の回路ブロック図。
【図3】第1の実施の形態における信号再生回路の回路ブロック図。
【図4】第1の実施の形態における信号再生回路の各信号の波形を示す図。
【図5】第1の実施の形態における信号再生回路の動作を示すフローチャート。
【図6】第2の実施の形態における中継器の内部構造を示すブロック図。
【図7】長波標準電波のタイムコードを示した図。
【符号の説明】
900 電波時計
901 CPU
902 入力部
903 表示部
905 RAM
906 ROM
907 受信制御部
917 電波受信装置
1 アンテナ
2 RF増幅回路
3 フィルタ回路
4 周波数変換回路
5 局部発振回路
6 フィルタ回路
7 IF増幅回路
8 フィルタ回路
9 キャリア抽出回路
10 信号再生回路
11 AGC回路
908 計時回路部
909 発振回路部
910 タイムコード変換部
990 中継器
991 送信部
Claims (5)
- 所定のフォーマットのタイムコードで振幅変調した電波信号を受信し、この受信した電波信号を電気信号に変換して出力する電波受信手段と、
所定周波数の信号を出力する発振手段と、
前記電波受信手段より出力された電気信号を前記発振手段より出力された信号と合成して中間周波数信号に変換する周波数変換手段と、
この周波数変換手段によって変換された中間周波数信号から前記タイムコードを再生する信号再生手段と、
を有する電波受信装置において、
前記信号再生手段が、
前記周波数変換手段によって変換された中間周波数信号に含まれる搬送波と同じ周波数で同じ位相でかつ振幅が一定レベルの基準信号を生成する基準信号生成手段と、
前記中間周波数信号から前記基準信号を減算する減算手段と、
この減算手段より減算された信号の位相と前記基準信号の位相を比較して、両方の位相が同相であれば正となるとともに、逆相であれば負となる信号を、前記タイムコードとして出力する位相比較手段と、
を備えることを特徴とする電波受信装置。 - 前記中間周波数信号の強度に応じて前記基準信号生成手段により生成された基準信号を増幅する増幅手段を更に備え、
前記減算手段は、前記中間周波数信号から前記増幅手段により増幅された基準信号を減算することを特徴とする請求項1に記載の電波受信装置。 - 前記位相比較手段より出力された信号について所定の範囲の周波数成分を遮断するフィルタを更に備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の電波受信装置。
- 請求項1〜3の何れか一項に記載の電波受信装置と、
現在時刻を計数する時刻計数手段と、
前記電波受信装置によって再生されたタイムコードに基づいて前記時刻計数手段で計数される現在時刻データを修正する修正手段と、
を備えることを特徴とする電波時計。 - 請求項1〜3の何れか一項に記載の電波受信装置と、
この電波受信装置によって再生されたタイムコードを送信する送信手段と、
を備えることを特徴とする中継器。
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