JP4534246B2

JP4534246B2 - 送信機

Info

Publication number: JP4534246B2
Application number: JP2004245697A
Authority: JP
Inventors: 弘幸小木曽; 高光伊藤; 保範吉村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-08-25
Filing date: 2004-08-25
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2024-08-25
Also published as: JP2006067119A

Description

本発明は送信機に係り、特にＡＳＫ（ＡｍｐｌｉｔｕｄｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）通信を行う場合に好適な送信機に関する。

従来の無線通信器では、その送信周波数帯および受信周波数帯は決定されており、それを変更することはできなかった。したがって、２周波数帯を規定している無線通信機では、高い周波数帯を使用する送信機は高い周波帯を使用する受信機と、低い周波帯を使用する送信機は低い周波帯を使用する受信機とでなければ通信することができない。このため、無線通信を行うには、送信側と受信側とで周波数帯の合った通信機を選択する必要があった。

このような事情を鑑み、特許文献１のような無線通信機が提案されている。特許文献１に記載の無線通信機は、高い周波数帯の信号を受信／送信するための帯域フィルタと、低い周波数帯の信号を受信／送信するための帯域フィルタとを備え、送信又は受信する信号の周波数に応じて使用する帯域フィルタを切り替えることを可能な構成としている。

このような構成の無線通信機によれば、送信又は受信する信号の周波数に応じて通信機の周波数帯を切り替えることができ、送信側と受信側との周波数帯を必要に応じて合わせることが可能となり、１つの無線通信機で２つの周波数帯の信号に対応することができる。
特開平６−１３２８４７号公報

特許文献１に記載の無線通信機によれば、確かに２つの周波数帯の通信を１つの無線通信機によって担うことができる。
しかし近年、通信機器は小型化、薄型化を望まれる傾向が強く、携帯型の無線通信機器に関しては特にその傾向が強い。これに対し、特許文献１に記載の無線通信機は、複数の周波数帯に対応する帯域フィルタ、及びその周辺機器を備える分だけ、従来の無線通信機よりも部品数が多くなる。このことは、従来の無線通信機よりも大型化になることを意味し、市場の傾向に反することとなる。もちろん、従来の無線通信機を複数所持するよりも、その容積ははるかに縮減されるのは確かであるが、通信機自体が大型化されることは望まれることではない。

本発明では、複数の周波数帯の電波を１つの送信機で送信することができ、しかも従来と変わらない、又は従来よりも小型、薄型な送信機を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
第１の形態の送信機は、ＳＡＷ共振子と、前記ＳＡＷ共振子の出力信号を増幅する増幅器と、前記増幅器の出力信号を電波として放出するアンテナとを備える送信機において、前記ＳＡＷ共振子は、圧電基板上に配置した一対の反射器と、前記一対の反射器の間に並列して設けられる櫛歯状電極から成る一対のＩＤＴとを有し、前記増幅器は前記一対のＩＤＴに対して並列接続すると共に、前記一対のＩＤＴのいずれか一方のＩＤＴを構成する一対の前記櫛歯状電極のそれぞれと前記増幅器とを常時接続する構成とし、前記一対のＩＤＴのいずれか他方のＩＤＴを構成する一対の前記櫛歯状電極のそれぞれと前記増幅器との間に設けた一対の切替回路と、入力した周波数選択信号に基づいて前記切替回路を同期して切り替え、前記一対の櫛歯状電極の一方を前記増幅器の入力側または出力側に接続し、前記一対の櫛歯状電極の他方を前記増幅器の出力側または入力側に接続する制御部と、を有することを特徴とする送信機。
第２の形態の送信機は、前記ＩＤＴは、前記櫛歯状電極の交差幅を同一に構成することを特徴とする第１の形態に記載の送信機。
適用例として、上記目的を達成するための、本発明に係る送信機は、ＳＡＷ共振子と、前記ＳＡＷ共振子の出力信号を増幅する増幅器と、前記増幅器の出力信号を電波として放出するアンテナとを備える送信機において、前記ＳＡＷ共振子は、圧電基板上に配置した一対の反射器と、前記一対の反射器の間に並列して設けられる櫛歯状電極から成る一対のＩＤＴとを有し、前記増幅器は前記一対のＩＤＴに対して並列接続する構成とし、前記一対のＩＤＴのいずれか一方のＩＤＴを構成する一対の前記櫛歯状電極のそれぞれと前記増幅器との間に設けた一対の切替回路と、入力した周波数選択信号に基づいて前記切替回路を同期して切り替え、前記一対の櫛歯状電極の一方を前記増幅器の入力側または出力側に接続し、前記一対の櫛歯状電極の他方を前記増幅器の出力側または入力側に接続する制御部と、を有することを特徴とする。

上記構成の送信機によれば、発振器中に備えるＳＡＷ共振子の一方のＩＤＴへの入出力信号の接続を固定とし、他方のＩＤＴへの入出力信号の接続を切替回路によって切り替え可能としたことにより、モードの異なる複数の発振形式、例えばＳ０モード（同位相）とＡ０モード（逆位相）を１つのＳＡＷ共振子によって実現することが可能となる。このため、１つのＳＡＷ共振子によって周波数帯の異なる複数の発振を奏することが可能となる。１つのＳＡＷ共振子によって周波数帯の切り替えを行うことを可能とするため、周波数精度や、周波数偏移精度の同調をとる必要が無い。このため、周波数精度や周波数偏移精度の調整が容易となり、周波数精度、周波数偏移精度共に良好に保つことが可能となる。また、上記１対のＩＤＴのうちのいずれか一方のＩＤＴを基準の発振を行う発振部として常時発振をさせておくことで、１つの発振器内に基準の発振部を設けることができる。このため、他方のＩＤＴに対する入出力信号の切り替えを行ったとしても、前記一方のＩＤＴの発振に位相を即座に合致させることができ、出力位相の不連続を解消することができる。
また上記のような送信機において、前記ＩＤＴは、前記櫛歯状電極の交差幅を同一に構成すると良い。

上記構成により、相互のＩＤＴによる発振を同期させることができるとともに、周波数精度、周波数偏移精度を向上させることができる。これは、ＳＡＷ共振子におけるＩＤＴは、その交差幅を変えることによって出力する周波数に僅かな変化を起こさせることによる。このため、ＩＤＴを構成する櫛歯状電極の交差幅を調整（制御）することにより、所望の周波数制度を実現させることができる。

以下、本発明の送信機に係る実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に開示する実施の形態は、本発明の送信機に係る一部の実施形態であり、本発明はその主要部を変えない限りにおいて種々の形態を包含する。

本実施形態の送信機１００は、図１に示すように、発振器５０と、前記発振器５０の出力信号を電波として放出するためのアンテナ５２とから構成されている。また、前記発振器５０は後述するように、使用する周波数帯を切り替えることを可能としている。このため、前記発振器５０には、使用する周波数帯の切り替えを制御する制御部５８と、周波数帯を切り替えるための周波数選択信号を前記制御部５８へ入力するための周波数選択信号入力端子５６と、前記発振器５０を介して出力する送信データを入力するための送信データ信号入力端子５４とが備えられている。

前記発振器５０の概略構成について図２を参照して説明する。本実施形態に係る発振器５０は、ＳＡＷ共振子１０と、前記ＳＡＷ共振子１０に信号を伝達する増幅回路としての反転増幅器（以下、インバータという）２０と、前記インバータ２０に接続された電源端子４２とを基本構成とし、前記ＳＡＷ共振子１０はインバータ２０の正帰還回路に備えられる。

本実施形態において前記ＳＡＷ共振子１０は図３に示すように、圧電基板１２と、当該圧電基板１２の一主面に配された、一対の反射器１４ａ、１４ｂと、前記一対の反射器１４（１４ａ、１４ｂ）の間に設けられる複数の櫛歯状電極１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ）とを形成する導電性パターンによって構成される。

前記圧電基板１２は、圧電性を有する単結晶、例えば、水晶、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）や、ＺｎＯ薄膜を備えたサファイア基板等で構成すれば良い。

また、前記圧電基板１２に配される反射器１４や櫛歯状電極１８を形成する導電性パターンは、金や銅、アルミニウムといった導電性金属を蒸着やスパッタ等により薄膜形成し、エッチング（例えばフォトリソグラフィ技術）によりパターン形成されることによって成るもので良い。

本実施形態の発振器５０に実装されるＳＡＷ共振子１０の圧電基板１２に配される反射器１４は、梯子型に形成される導電性パターンであり、圧電基板１２上には弾性表面波の伝搬方向に対して、梯子状の電極部１５が、直交するように配置する。また、当該反射器１４は圧電基板１２上に一対配設される。圧電基板上での一対の反射器１４ａ、１４ｂの配設は、弾性表面波の伝搬方向に沿う方向に成される。

前記櫛歯状電極１８は、信号の入力側となる櫛歯状電極と信号の出力側となる櫛歯状電極との２つを噛合わせることで、１つのＩＤＴ（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）１６を構成する。

前記ＩＤＴ１６は圧電基板１２上において、前記反射器１４ａ、１４ｂの間に一対、並列に配設される。詳細には、圧電基板１２上において、前記一対の反射器１４ａ、１４ｂの配設方向であって、前記反射器１４ａ、１４ｂの間に、弾性表面波の伝搬方向に沿った方向を軸として、一対のＩＤＴ１６ａ、１６ｂを線対称に配設する。ＩＤＴ１６の配設に際し、ＩＤＴ１６ａとＩＤＴ１６ｂとの間には、前記弾性表面波の伝搬方向に沿った絶縁部を設けるようにする。ＩＤＴを前述のように配設することにより、前記櫛歯状電極１８における櫛歯状の電極部は、前記弾性表面波の伝搬方向に直交するように配置されることとなる。

上記のような構成のＳＡＷ共振子１０では、ＩＤＴ１６ａ、１６ｂを構成する櫛歯状電極１８ａ〜１８ｃへ入力する信号と、出力する信号とを逆転させることにより、ＩＤＴ１６ａと、ＩＤＴ１６ｂとの間で同位相と逆位相といった異なるモードの発振を実現することが可能となる（本実施形態ではＳ０モードとＡ０モード）。このため、１つのＳＡＷ共振子１０によって複数の周波数帯（本実施形態では２つ）の振動を奏することが可能となる。また、１つのＳＡＷ共振子１０によって周波数帯の切り替えを可能とするため、複数のＳＡＷ共振子の周波数精度や、周波数偏移精度の同調をとって発振するという必要が無い。このため、周波数精度や周波数偏移精度の調整が容易となり、周波数精度、偏移精度共に良好に保つことが可能となる。

また、１対のＩＤＴ１６（１６ａ、１６ｂ）のうちのいずれか一方のＩＤＴ１６を基準の発振を行う発振部として常時発振をさせておくことで、１つのＳＡＷ共振子１０の中に基準の発振部を持つこととなる。このため、他方のＩＤＴ１６の入出力信号の切り替えを行ったとしても、前記基準の発振部となる一方のＩＤＴ１６に位相を即座に合致させることができ、出力位相の不連続を起こさない。

本実施形態においてＳ０モード、Ａ０モードとは図４に示すような振動形態をいう。すなわち、Ｓ０モードは基本モードとされる線対象モードであり、Ａ０モードは高次モードとされる点対称モードである。
上記構成のＳＡＷ共振子を実装する発振器の構成は、次の通りである（図２参照）。

すなわち、前記インバータ２０に対して、前記ＳＡＷ共振子１０を構成するＩＤＴ１６ａと、ＩＤＴ１６ｂとを並列に接続し、前記ＩＤＴ１６ｂと、前記インバータ２０との間に切替回路（切替手段）２２を備え前記ＩＤＴ１６を構成する櫛歯状電極１８への入出力信号を逆転させることを可能に構成した。なお、前記切替手段２２には上述した周波数選択信号が入力され、当該周波数選択信号が入力されることによって前記切替手段２２ａ，２２ｂの接続を同期させて切り替える制御部５８が接続されている。

詳細すると、次のような構成となる。ＩＤＴ１６ａの櫛歯状電極１８ａを入力電極、櫛歯状電極１８ｂを出力電極とした場合、インバータ２０からの出力信号であってＩＤＴ１６ａへの入力信号を入力するための入力信号経路３０を前記櫛歯状電極１８ａに接続し、インバータ２０への入力信号であってＩＤＴ１６ａからの出力信号を出力するための出力信号経路４０を前記櫛歯状電極１８ｂに接続する。

また、前記入力信号経路３０と、前記出力信号経路４０とを分岐させて入力信号経路３０ａ、出力信号経路４０ａとする。前記入出力信号経路３０ａ、４０ａでは、Ｓ０モード信号伝達経路と、Ａ０モード信号伝達経路との２系統のいずれかの経路を選択するαとβとの切り替えを可能とする切替手段２２（２２ａ、２２ｂ）を備える。

切替手段２２によって切り替えを可能とするＳ０モード信号伝達経路とＡ０モード信号伝達経路とは、それぞれＩＤＴ１６ｂに接続される。ＩＤＴ１６ｂにおいては、櫛歯状電極１８ｃと櫛歯状電極１８ｄとの双方に、出力側・入力側の信号経路をそれぞれ接続する構成とする。すなわち、α選択時の入力側Ｓ０モード信号伝達経路（入力信号経路）３２を櫛歯状電極１８ｃに接続した場合、α選択時の出力側Ｓ０モード信号伝達経路（出力信号経路）３６は櫛歯状電極１８ｄに接続する。この場合、β選択時の入力側Ａ０モード信号伝達経路（入力信号経路）３４は櫛歯状電極１８ｄに接続し、β選択時の出力側Ａ０モード信号伝達経路（出力信号経路）３８は櫛歯状電極１８ｃに接続する。

このような回路構成とすることにより、切替手段２２によるα・βの切り替えでＩＤＴ１６ｂに対する信号の入出力を逆転させることが可能となる。なお、前記切替手段２２ａ、２２ｂはα・βの切り替えを同期して行うようにする。

上記のように構成された送信機では、入出力信号経路３０、４０が接続されたＩＤＴ１６ａは信号が入力される櫛歯状電極１８ａと、信号が出力される櫛歯状電極１８ｂとの切り替えが為されないため、弾性表面波の位相に変化が無い。

一方、入出力信号経路３０ａ、４０ａが接続されたＩＤＴ１６ｂにおいては、切替手段２２の制御により入出力経路のα・βを切り替えることによって、入力側となる櫛歯状電極と、出力側となる櫛歯状電極とが逆転し、発振する弾性表面波の位相は１８０°ズレることとなる。

このため、切替手段２２がαに設定されている場合は、櫛歯状電極１８ａと櫛歯状電極１８ｃとが信号入力側の電極となり、ＩＤＴ１６ａとＩＤＴ１６ｂとで発振する弾性表面波が同位相となり、発振回路としてＳ０モードの発振を奏する。一方、切替手段２２がβに設定されている場合は、櫛歯状電極１８ａと櫛歯状電極１８ｄとが信号入力側の電極となり、ＩＤＴ１６ａとＩＤＴ１６ｂとで発振する弾性表面波は逆位相となり発振回路としてＡ０モードの発振を奏する。

このように上記構成のＳＡＷ共振子は各櫛歯状電極１８ａ〜１８ｄへの信号の入出力を制御することにより、１つのＳＡＷ共振子で２つのモードの発振を実現することができる。

また、上記構成の送信機１００では、ＳＡＷ共振子のＩＤＴ１６ａを構成する櫛歯状電極１８ａ、１８ｂへの信号の入出力は継続的に行われる構成としているため、ＩＤＴ１６ｂへ入出力する信号を逆転させる（切り替える）場合においてもＳＡＷ共振子若しくは発振器の発振が瞬断してしまうという虞が無く、それによって生じる出力移相のズレも無い。このため、高速通信等にも使用することが可能となる。

一般に、ＳＡＷ共振子を構成する一組の櫛歯状電極は、その交差幅を変えることにより発振周波数に変化を起こすことが知られている。そこで、上記構成の発振器５０に実装するＳＡＷ共振子１０では、ＩＤＴ１６を構成する各櫛歯状電極１８の交差幅を、所望の周波数精度に応じて調整（制御）するようにした。これにより、図５に示すように周波数差（周波数偏差）を調整することが可能となる。図５によれば、交差幅の設定によって、周波数差を実用化レベルの値にまで調整することができることがわかる。なお、ＩＤＴ１６ａとＩＤＴ１６ｂとの櫛歯状電極１８の交差幅は、同一となるように構成する。これにより、相互のＩＤＴによる発振の同調をとることができ、Ｓ０モード、Ａ０モードの発振が可能となる。

上記構成の送信機１００では、ＳＡＷ共振子１０へ信号伝達経路を接続する際、ＩＤＴ１６ａへ入出力信号経路３０、４０を接続し、ＩＤＴ１６ｂへ入出力信号経路３０ａ、４０ａを接続したが、当然にＩＤＴ１６ｂへ入出力信号経路３０、４０を接続し、ＩＤＴ１６ａへ入出力信号経路３０ａ、４０ａを接続する構成としても良い。

上記構成の送信機１００のように、必要に応じて送信する電波の周波数帯を切り替えること（チャンネルの切り替え）が可能な構成とすることにより、図６に示すように、高い周波数帯であるチャンネル１に妨害波が掛かっているような場合であっても、低い周波数帯であるチャンネル２に切り替えることができる。このため、通信に対する妨害波の少ない周波数帯を選択して通信を行うことができる。よって、妨害波の影響を受けやすいＡＳＫ（ＡｍｐｌｉｔｕｄｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）通信であっても、良好な通信を行うことが可能となる。また、ＡＳＫ通信は、ＦＳＫ（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）通信に比べて消費電力を抑えることができるため、長時間の無線通信に好適である。

なお、上記実施形態では、図１に、周波数選択信号入力端子、制御部、及び送信データ信号入力端子は、送信機の外部に晒されているように示したが、当然に、各端子は送信機内部に内蔵され、外部からの操作によって信号を得るような構成としても良い。

本発明の送信機に係る実施の形態を示すブロック図である。本発明の送信機に使用する発振器の構成を示すブロック図である。本発明の送信機に使用する発振器に実装するＳＡＷ共振子の構成を示すブロック図である。ＳＡＷ共振子の発振モードを示す図である。ＳＡＷ共振子の櫛歯状電極の交差幅を変化させた場合の周波数差の変化を示す図である。送信電波の切り替えを行う際に有効な例を示す図である。

符号の説明

１０………ＳＡＷ共振子、１２………圧電基板、１４（１４ａ，１４ｂ）………反射器、１６（１６ａ，１６ｂ）………ＩＤＴ、１８（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ）………櫛歯状電極、２０………インバータ（反転増幅器）、２２（２２ａ，２２ｂ）………切替手段、４２………電源端子、５０………発振器、５２………アンテナ、５４………送信データ入力端子、５６………周波数選択信号入力端子、１００………送信機。

Claims

ＳＡＷ共振子と、前記ＳＡＷ共振子の出力信号を増幅する増幅器と、前記増幅器の出力信号を電波として放出するアンテナとを備える送信機において、
前記ＳＡＷ共振子は、圧電基板上に配置した一対の反射器と、前記一対の反射器の間に並列して設けられる櫛歯状電極から成る一対のＩＤＴとを有し、
前記増幅器は前記一対のＩＤＴに対して並列接続すると共に、前記一対のＩＤＴのいずれか一方のＩＤＴを構成する一対の前記櫛歯状電極のそれぞれと前記増幅器とを常時接続する構成とし、
前記一対のＩＤＴのいずれか他方のＩＤＴを構成する一対の前記櫛歯状電極のそれぞれと前記増幅器との間に設けた一対の切替回路と、
入力した周波数選択信号に基づいて前記切替回路を同期して切り替え、前記一対の櫛歯状電極の一方を前記増幅器の入力側または出力側に接続し、前記一対の櫛歯状電極の他方を前記増幅器の出力側または入力側に接続する制御部と、
を有することを特徴とする送信機。
前記ＩＤＴは、前記櫛歯状電極の交差幅を同一に構成することを特徴とする請求項１に記載の送信機。