JP4557086B2 - 電波受信装置 - Google Patents

Description

この発明は、アンテナと同調手段とを備えた電波受信装置に関する。

以前より、アンテナに接続された同調回路の周波数特性を自動的に調整して、所定周波数の電波信号を高効率に送受信するようにした通信装置がある（例えば特許文献１，２）。

このような通信装置において受信時の同調回路の調整を行う場合には、実際の送信電波を受信しながら同調処理を行うか、或いは、実際の送信電波と同一周波数の信号を生成する発振器を用意し、この発振器の信号を受信しながら同調処理を行う必要がある。同調処理では、受信処理により得られる検波出力の信号レベルやＡＧＣ（自動利得制御）信号をモニタしながら、同調回路の容量値を変化させるなどして、検波出力の信号レベルが最大となるように、或いは、ＡＧＣ信号が最大利得制御となるように同調回路を調整する。

その他、特許文献１には、送信時における同調回路の自動調整処理として、送信回路を動作させながら同調回路の容量値を変化させるとともに、アンテナの両端子間の信号位相を比較して送信電波が最も強くなるように同調回路を調整する技術が開示されている。

特開２０００−２３１６０９号公報 特開平１１−３１２９５９号公報

電波受信装置における同調回路の自動調整を行うのに、実際の送信電波を受信して同調処理を行う方式を採用した場合、送信電波を良好に受信できる環境にないと同調回路の自動調整は正常に行えないという課題がある。

また、発振回路で擬似的な送信電波を生成し、これを受信しながら同調処理を行う方式では、送信電波と同一周波数で正確に発振する発振回路を個別に用意しなければならないという課題がある。受信装置の内部に発振回路を設ける場合、正確な発振周波数を得るには水晶振動子などを使用する必要があることから、受信回路等を集積化したとしても、この集積回路に発振回路を全て搭載するのは難しい。また、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路を用いて集積回路の基準クロックから所定周波数の発振信号を生成する構成を適用することもできるが、この構成においても、個別に発振回路を用意しなければならないという課題は残る。

この発明の目的は、正確な発振回路を設けることなく、簡単な回路を追加するだけで、アンテナの同調処理を行うことができる電波受信装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、
電波を受信するアンテナと、
このアンテナの受信周波数を目的の周波数に同調させるとともに周波数特性が可変にされた同調手段と、
前記アンテナから受信信号を入力して変調波の復調を行う受信手段とを備えた電波受信装置において、
前記同調手段を含んだ信号経路に正帰還をかける正帰還手段と、
前記正帰還手段の帰還動作をオン・オフする切換手段と、
を備えたことを特徴とする電波受信装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の電波受信装置において、
前記同調手段の周波数特性を切り換え可能な制御手段を備え、
前記制御手段は、前記正帰還手段をオンした発振可能な状態で、前記同調手段の周波数特性を切り換え、前記受信手段の信号を比較して前記同調手段の補正処理を行うことを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の電波受信装置において、
前記アンテナはコイルアンテナであり、
前記同調手段は前記コイルアンテナと接続されるとともに容量が可変にされた可変容量手段を有していることを特徴としている。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の電波受信装置において、
前記受信手段は、
前記アンテナから入力された受信信号を増幅するＲＦアンプを備え、
前記正帰還手段は、
前記ＲＦアンプの後段の信号を帰還させる構成であることを特徴としている。

請求項５記載の発明は、請求項１記載の電波受信装置において、
前記受信手段には、
受信信号から変調波を含んだ所定周波数帯の信号のみを抽出するフィルタ手段が設けられていることを特徴としている。

請求項６記載の発明は、請求項１記載の電波受信装置において、
前記正帰還手段は、
帰還信号を増幅する帰還信号増幅手段と、
前記同調手段または前記アンテナと結合して前記帰還信号を減衰して送るインピーダンス素子と、
を備えていることを特徴としている。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の電波受信装置において、
前記帰還信号増幅手段は、
前記アンテナの一方の端子側に帰還信号を送る第１帰還信号増幅器と、
前記アンテナの他方の端子側に前記第１帰還信号増幅器とは逆極性の帰還信号を送る第２帰還信号増幅器と、
を備えていることを特徴としている。

請求項８記載の発明は、請求項１記載の電波受信装置において、
前記正帰還手段は、
帰還信号を前記同調手段の信号線に帰還させる構成であることを特徴としている。

請求項９記載の発明は、請求項１記載の電波受信装置において、
前記正帰還手段は、
帰還信号を前記アンテナの信号線に帰還させる構成であることを特徴としている。

請求項１０記載の発明は、請求項１記載の電波受信装置において、
前記正帰還手段は、
帰還信号を前記アンテナと電磁結合された二次コイルに帰還させる構成であることを特徴としている。

請求項１１記載の発明は、
電波を受信するアンテナと、
前記アンテナの周波数特性を調整する周波数調整手段と、
前記アンテナから受信信号を入力して情報信号を抽出する受信手段とを備えた電波受信装置において、
前記アンテナから出力される受信信号を発振用に帰還させる帰還手段と、
前記帰還手段によって帰還された前記受信信号を電波にして放射する放射用アンテナと、
前記帰還手段を作動状態と非作動状態とに切り換える切換手段と、を備え、
前記アンテナと前記放射用アンテナとを同相で結合させることを特徴としている。

請求項１２記載の発明は、請求項１１記載の電波受信装置において、
前記周波数調整手段は、前記アンテナの共振周波数を調整可能な構成であることを特徴としている。

請求項１３記載の発明は、請求項１２記載の電波受信装置において、
前記周波数調整手段は、前記アンテナのインピーダンスを調整可能な構成であることを特徴としている。

請求項１４記載の発明は、請求項１１記載の電波受信装置において、
前記帰還手段には、
帰還させる信号を増幅するアンプが含まれることを特徴としている。

請求項１５記載の発明は、請求項１１記載の電波受信装置において、
前記帰還手段には、
帰還させる信号の位相をシフトさせる移相手段が含まれることを特徴としている。

請求項１６記載の発明は、請求項１１記載の電波受信装置において、
前記帰還手段は、
前記アンテナから出力されて周波数変換される前の受信信号を入力して帰還させるように接続されていることを特徴としている。

請求項１７記載の発明は、請求項１１記載の電波受信装置において、
前記放射用アンテナはチップ上に導体がパターン形成された構成であることを特徴としている。

請求項１８記載の発明は、請求項１１記載の電波受信装置において、
前記周波数調整手段の特性を切り換え可能な制御手段を備え、
前記制御手段は、前記帰還手段を作動状態にして、前記アンテナと前記帰還手段と前記放射用アンテナとの経路でループ発振させた状態で、前記周波数調整手段の特性を切り換えるとともに、前記受信手段の受信レベルを比較して前記周波数調整手段の補正処理を行うことを特徴としている。

本発明に従うと、正帰還手段の帰還動作をオンすることで、同調手段を含んだ信号経路に正帰還がなされて信号を発振させることができる。そして、この発振状態で、例えば、受信手段の信号をモニタしながら同調手段の周波数特性を変化させ、受信状態の良好な設定を割り出すことで、同調手段を受信周波数帯に合った同調周波数に補正することができる。

すなわち、上記の同調手段を含んだ信号経路で信号が正帰還されることで、当該同調手段の同調周波数とほぼ同一の周波数で信号を発振させることができる。また、受信手段は、所定の周波数帯の受信信号を抽出し、この受信信号から検波を行って信号を復調するように構成されるから、発振周波数が受信手段で抽出される受信周波数帯に近づいたときに、受信状態が良好な状態となる。従って、正帰還により発振させた状態で、受信状態が良好となる同調手段の設定を見つけることで、同調手段の同調周波数を受信周波数帯に合った最適な値に補正することができる。

本発明の第１実施形態の電波受信装置の全体を示す構成図である。 帰還回路の詳細な一例を示す電波受信装置の構成図である。 帰還回路の第１変形例を示す電波受信装置の構成図である。 信号の帰還先を異ならせた帰還回路の第２変形例を示す電波受信装置の構成図である。 信号の帰還先を異ならせた帰還回路の第３変形例を示す電波受信装置の構成図である。 ＣＰＵにより実行される自動同調処理の制御手順を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態の電波受信装置の全体を示す構成図である。 アンテナ周波数調整回路の詳細な一例を示す構成図である。 アンテナ利得の周波数特性を示す図である。 アンテナ周波数特性の調整処理の概要を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の電波受信装置の全体を示す構成図である。

この実施形態の電波受信装置１は、所定周波数帯の電波を受信して、当該電波に含まれる変調波を検波して復調する装置である。例えば、電波時計などで６０ｋＨｚの標準電波を受信して、この搬送波を振幅変調しているタイムコードを復調する受信回路として適用されるものである。

この電波受信装置１は、アンテナ１０と、アンテナ１０の受信周波数を目的の周波数に同調させる同調回路２０と、受信信号の増幅を行うＲＦアンプ３１と、受信信号から受信周波数帯の信号の抽出を行うローパスフィルタ３２およびバンドパスフィルタ３３と、フィルタ３２，３３を通過した信号の増幅を行うアンプ３４と、受信信号から変調波を検波する検波器３５と、検波された信号の信号レベルを安定させるようにＲＦアンプ３１およびアンプ３４の利得制御を行うＡＧＣ（自動利得制御）回路３６と、ＲＦアンプ３１の出力を同調回路２０を含んだ信号経路に正帰還させる帰還回路５０と、帰還回路５０の動作制御や同調回路２０の設定処理を実行するＣＰＵ（中央演算処理装置）４０と、検波信号をデジタル化してＣＰＵ４０に送るＡＤコンバータ４１と、同調回路２０の設定状態が書き込まれる切換レジスタ４２等を備えている。

アンテナ１０は、例えば、コアに巻線が形成されてなるコイルアンテナである。

同調回路２０は、例えば、アンテナ１０の両端子間に並列接続可能にされた複数の容量素子Ｃｃ，Ｃ１〜Ｃｎと、複数の容量素子Ｃ１〜Ｃｎの接続／切断を切り換える複数のスイッチ素子Ｍ１〜Ｍｎとを備えている。これらのスイッチ素子Ｍ１〜Ｍｎを適宜な組み合わせでオン・オフ制御することで、同調回路２０の容量値が変化して、アンテナ１０のインダクタンス成分と結合した同調周波数で高い受信強度が得られるように、アンテナ１０の受信周波数を調整するようになっている。

切換レジスタ４２は、複数のスイッチ素子Ｍ１〜Ｍｎのオン・オフを表わす状態値がＣＰＵ４０によりセットされるとともに、この状態値に応じたオン・オフ制御信号を各スイッチ素子Ｍ１〜Ｍｎに出力して、これらスイッチ素子Ｍ１〜Ｍｎの接続状態を実際に切り換えるものである。

ローパスフィルタ３２とバンドパスフィルタ３３は、受信信号から所定周波数帯（例えば６０ｋＨｚ帯）を含む非常に狭帯域の信号のみを通過させるように設計されたものである。

ＡＧＣ回路３６は、ＲＦアンプ３１やアンプ３４に利得制御電圧ＡＧＣ＿Ｖ１，ＡＧＣ＿Ｖ２を出力して、検波される信号の振幅が安定するように、これらアンプ３１，３４の利得を自動的に制御するものである。詳細には、ＡＧＣ回路３６は、検波器３５の出力を整流するとともに時定数の大きな回路で平滑化し、この平滑化された信号のレベルと参照電圧とを比較する。そして、この差電圧に比例した利得制御電圧ＡＧＣ＿Ｖ１，ＡＧＣ＿Ｖ２を生成して出力することで、検波器３５の出力振幅を一定の大きさにするように動作する。

ＣＰＵ４０は、例えば、検波器３５の出力をＡＤコンバータ４１を介してサンプリングして取り込み、このサンプリングデータから検波信号の信号振幅を算出したりＳ／Ｎ比を算出するなどして受信状態の良否や受信信号の強度を判定することが可能になっている。また、図１の点線に示すように、ＣＰＵ４０には、ＡＧＣ回路３６の出力（利得制御電圧ＡＧＣ＿Ｖ１やＡＧＣ＿Ｖ２）がＡＤコンバータ４１を介してサンプリングされて取り込まれるように構成しても良い。利得制御電圧ＡＧＣ＿Ｖ１やＡＧＣ＿Ｖ２からも受信信号の強度を判定することができる。また、このＣＰＵ４０は、後述する、自動同調処理の制御プログラム（図６）を実行するように構成されている。

図２には、帰還回路５０の詳細を表わした電波受信装置の構成図を示す。

帰還回路５０は、図２に示すように、ＲＦアンプ３１の出力を入力して増幅する非反転アンプ５１と、非反転アンプ５１の出力端子と同調回路２０の正極側の信号線とを結合する結合コンデンサＣｆと、非反転アンプ５１の電源供給をオン・オフして動作／非動作を切り換えるスイッチ素子ＳＷ５１等を有している。

結合コンデンサＣｆは、信号を帰還させる信号線に帰還回路５０を小さな結合度で結合させるためのインピーダンス素子であり、同調回路２０の各容量Ｃｃ，Ｃ１〜Ｃｎと比較して容量の小さなものに設定されている。結合コンデンサＣｆがインピーダンス値の大きな値に設定されていることで、帰還回路５０が非動作の状態のときに同調回路２０に帰還回路５０の影響を及ぼさないようになっている。また、帰還回路５０による発振の発振周波数にほとんど影響を与えないようになっている。なお、帰還回路５０との結合度を弱くすれば良いので、結合コンデンサＣｆの代わりに、抵抗値の大きな抵抗素子を用いることもできる。

非反転アンプ５１は、結合コンデンサＣｆを介在させることで同調回路２０の信号線に帰還される信号の振幅が小さくなるので、これを補うために信号の増幅を行うものである。この非反転アンプ５１は、ＣＰＵ４０からのＯＮ／ＯＦＦ制御信号によって、スイッチ素子ＳＷ５１がオンしたときに電源電圧Ｖｃｃが供給されて信号増幅を行い、スイッチ素子ＳＷ５１がオフしたときに電源電圧Ｖｃｃが遮断されて増幅動作を停止するように構成されている。

上記のような構成により、スイッチ素子ＳＷ５１がオンされて非反転アンプ５１が動作したら、ＲＦアンプ３１の信号が非反転アンプ５１で増幅されて、結合度の小さな結合コンデンサＣｆを介して同調回路２０の正極側の信号線に帰還されることとなる。この帰還信号は、同調回路２０の容量とアンテナ１０のインダクタンスによる時定数分遅延するため、同調回路２０の同調周波数とほぼ同一の周波数で信号が発振することとなる。

一方、スイッチ素子ＳＷ５１がオフされて非反転アンプ５１が非動作となると、結合コンデンサＣｆの結合度が非常に小さいため、帰還回路５０による受信動作への影響はほぼ生じなくなる。

なお、帰還回路５０の構成は種々の変形が可能である。ここで、帰還回路５０の第１変形例〜第３変形例について説明する。
［第１変形例］
図３には、帰還回路の第１変形例を示す電波受信装置の構成図を示す。

図３の第１変形例は、帰還回路５０Ａとして平衡型の構成を適用した例である。すなわち、この帰還回路５０Ａは、ＲＦアンプ３１の出力を同調回路２０の正極側の信号線に帰還させる非反転アンプ５３および結合コンデンサＣｆ１と、ＲＦアンプ３１の出力を同調回路２０の負極側の信号線に帰還させる反転アンプ５４および結合コンデンサＣｆ２とを備えたものである。

非反転アンプ５３および結合コンデンサＣｆ１は、図２の非反転アンプ５１および結合コンデンサＣｆとほぼ同様の構成である。他方の反転アンプ５４および結合コンデンサＣｆ２とは、出力信号の極性を反転させているだけで、その他の特性は、上記の非反転アンプ５３および結合コンデンサＣｆ１とほぼ同様のものである。

また、ＣＰＵ４０からのＯＮ／ＯＦＦ制御信号によりスイッチ素子ＳＷ５３がオンすることで、非反転アンプ５３と反転アンプ５４とが動作して信号の帰還が実行され、スイッチ素子ＳＷ５３がオフされることで、非反転アンプ５３と反転アンプ５４とが非動作状態となって信号の帰還が停止するように構成されている。

このような帰還回路５０Ａの構成により、アンテナ１０と同調回路２０が平衡型である場合に適した信号の帰還が行われて、同調周波数に近い周波数で発振させることができる。
［第２変形例］
図４には、信号の帰還先を異ならせた帰還回路の第２変形例を示す電波受信装置の構成図を示す。

第２変形例は、帰還回路５０による帰還信号の入力ノードをアンテナ１０の巻線途中に設定したものである。このような帰還経路であっても、上記実施形態と同様に、同調周波数に近い周波数で信号を発振させることができる。

また、帰還信号の入力ノードをアンテナ１０の巻線途中とした場合でも、第１変形例に示したように平衡型の帰還回路５０Ａを適用することもできる。その場合、正極性の信号はアンテナ１０の巻線の正極側の端子に近い結節点に帰還させ、負極性の信号はアンテナ１０の巻線の負極側の端子に近い結節点に帰還させるように構成すると良い。
［第３変形例］
図５には、信号の帰還先を異ならせた帰還回路の第３変形例を示す電波受信装置の構成図を示す。

第３変形例は、帰還回路５０による帰還信号を、電磁結合によりアンテナ１０に帰還させる構成としたものである。すなわち、アンテナ１０のコア１０ａに二次巻線５８を設け、この二次巻線５８に帰還信号を出力することで、電磁結合により二次巻線５８の信号をアンテナ１０の巻線１０ｂに伝達する構成としたものである。

このような帰還経路であっても、上記実施形態と同様に、同調周波数に近い周波数で信号を発振させることができる。

次に、上記の電波受信装置１のＣＰＵ４０により実行される自動同調処理について説明する。

図６は、この自動同調処理の制御手順を示すフローチャートである。

自動同調処理は、例えば、工場出荷前の設定工程時、電波受信が一定期間以上不調となった場合、或いは、ユーザの所定の操作入力があった場合などに開始されるものである。自動同調処理が開始されると、先ず、ＣＰＵ４０は、切換レジスタ４２に初期値を設定する（ステップＳ１）。これにより、同調回路２０のスイッチ素子Ｍ１〜Ｍｎが初期の切換パターンになって同調回路２０の設定が初期状態となる。

次に、ＣＰＵ４０は、受信回路（ＲＦアンプ３１、アンプ３４、ＢＰＦ３３、検波器３５、ＡＧＣ回路３６）をオンし（ステップＳ２）、続いて、帰還回路５０をオンする（ステップＳ３）。これにより、電波受信装置１で受信動作が開始されるとともに、同調回路２０を含んだ信号経路で帰還回路５０を介して信号が正帰還されて、同調周波数とほぼ同じ周波数で信号が発振する。

発振信号は、ローパスフィルタ３２、バンドパスフィルタ３３、アンプ３４、検波器３５と伝送されて処理されるが、発振周波数が受信周波数から外れている場合には、ローパスフィルタ３２とバンドパスフィルタ３３を通過する信号が小さくなって検波出力が極端に低下する。一方、発振周波数が受信周波数と重なった場合には、ローパスフィルタ３２とバンドパスフィルタ３３を通過する信号も多くなって一定の検波出力が得られる。

ここで、ＣＰＵ４０は、ステップＳ４〜Ｓ６のループ処理を繰り返し行う。すなわち、検波器３５の出力をＡＤコンバータ４１を介してサンプリングして取り込み（ステップＳ４）、切換レジスタ４２を異なる値に更新し（ステップＳ５）、切換レジスタ４２を異なる全パターンに更新終了したか確認する（ステップＳ６）。

このステップＳ４〜Ｓ６のループ処理を繰り返すことで、ＣＰＵ４０は、同調回路２０の各容量素子Ｃ１〜Ｃｎの全接続パターンにおける検波信号のサンプリングデータを取得する。すなわち、発振周波数（≒同調周波数）が受信周波数から外れていて検波出力が極端に低下したときのサンプリングデータから、発振周波数が受信周波数と重なって一定の検波出力が得られたときのサンプリングデータまでを取得する。

このようなサンプリングデータを取得したら、次に、これらのサンプリングデータを比較して、受信状態が良好となっているサンプリングデータ、並びに、そのときの切換レジスタ４２の値を抽出する（ステップＳ７）。そして、この受信状態が良好と判定されたときの値で切換レジスタ４２をセットする（ステップＳ８）。これにより、同調回路２０の同調周波数が受信周波数と重なった良好な状態に修正される。

そして、ＣＰＵ４０は、同調回路２０の設定が終了したら帰還回路５０と受信回路をオフして（ステップＳ９，Ｓ１０）、自動同調処理を終了する。

以上のように、上記実施形態の電波受信装置１によれば、帰還回路５０（５０Ａ）をオン動作させることで、同調回路２０を含んだ信号経路で正帰還がなされて、同調周波数とほぼ同じの周波数で信号を発振させることができる。そして、この発振信号が受信回路（３１〜３５）で処理されることで、同調周波数が受信周波数と重なっていれば一定の検波出力やＡＧＣ電圧が出力された状態となるし、同調周波数が受信周波数から外れていれば検波出力は極端に低くなるしＡＧＣ電圧も飽和レベルまで上昇した状態となる。

従って、上記の自動同調処理により、検波出力をモニタしながら同調回路２０の周波数特性を変化させ、受信状態の良好な設定を割り出すことで、同調回路２０を受信周波数帯に合った特性に補正することができる。

また、このような自動同調処理を行うのに、正確な周波数で発振させる発振回路を設ける場合と比較して、追加する回路数は少なくて済むし、また、回路を集積化する場合に外付け部品を追加する必要性も回避される。

また、同調処理を行わないときには、帰還回路５０をオフさせることで、帰還回路５０を介した発振が停止して、電波受信処理を通常どおりに実行することが可能となる。

また、帰還回路５０は、ＲＦアンプ３１の出力を入力して帰還させる構成なので、効率的に発振を行わせることができる。

また、帰還回路５０は、帰還信号を増幅する増幅回路（非反転アンプ５１，５３や反転アンプ５４）と、増幅された信号を減衰させて送るインピーダンス素子（結合コンデンサＣｆ，Ｃｆ１，Ｃｆ２）とから構成されるので、増幅回路を動作状態／非動作状態に切り換えることで、確実に帰還動作のオン・オフを切り換えることができる。また、帰還動作をオフさせたときに、受信動作に悪影響を及ぼさないように構成することができる。

また、図３〜図５に示した帰還回路のバリエーションによって、平衡型のアンテナや同調回路に対応させたり、アンテナ１０と同調回路２０の特性によって決定される同調周波数により近い周波数で発振させたりすることも可能となる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。例えば、帰還回路５０として、帰還先に低い結合度で結合して帰還信号を送るインピーダンス素子と、帰還信号を増幅する増幅手段とを組み合わせた構成を示したが、例えば、ＲＦアンプ３１の出力端子とアンテナ１０や同調回路２０の信号線とを直接的に信号線を介して結合させる構成を適用しても良い。この場合、帰還用の信号線にスイッチ素子を設けて、信号線を接続／切断可能とする構成にすることで、帰還動作の実行と停止を切り換えることもできる。

また、帰還回路５０として、ＲＦアンプ３１の出力を帰還させる構成を示したが、これに限られず、例えば、帰還回路５０にアンプが備わっているのであれば、ＲＦアンプの入力段の信号を帰還させるようにしても良い。また、受信回路の途中で周波数変換がなされていないのであれば、フィルタ回路（３２，３３）や２段目のアンプ３４の出力を帰還させるようにしても良い。

また、受信状態を良否判定する方法も、検波信号やＡＧＣ電圧をデジタル的にサンプリングして処理するものに限られず、アナログコンパレータによりしきい値より高い信号が得られたら受信状態を良好と判定するなど、種々の方法を適用することができる。

また、上記実施形態では、ＣＰＵ４０により同調回路２０の調整を自動的に行う構成を例示したが、同調回路２０の調整自体は設定者の手動により行うように構成しても良い。

また、上記実施形態では、電波受信装置１や同調回路２０の構成を６０ｋＨｚの１チャンネルの電波のみを受信する構成として説明したが、例えば、同調回路２０の容量値を切り換えて複数チャンネルに対応する同調周波数に切換可能な構成としたり、受信回路のフィルタ回路３２，３３を複数チャンネル分用意して切換可能としたり、或いは、スーパーヘテロダイン方式の受信回路であれば複数チャンネルの受信信号を中間周波数に変換する構成を設けたりすることで、複数チャンネルの受信を可能とする構成にすることもできる。このような複数チャンネルの受信に対しても、１チャンネルごとの同調処理を行う構成として本発明を同様に適用することができる。

また、上記実施形態では、ストレート方式の受信回路に、本発明を適用した例を示したが、受信回路の途中で受信信号を中間周波数に変換するスーパーヘテロダイン方式の受信回路に適用したり、ダイレクトコンバージョン方式の受信回路に本発明を適用することもできる。スーパーヘテロダイン方式の場合、中間周波数の信号がフィルタ手段により抽出される変調波を含んだ周波数帯の信号となる。

その他、受信電波の種類、アンテナや同調回路の構成、自動同調処理の各処理ステップなど、実施の形態で示した細部は発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

［第２実施形態］
図７には、本発明の第２実施形態の電波受信装置１Ａの全体を表わした構成図を示す。

第２実施形態の電波受信装置１Ａは、例えば携帯電話等に搭載される高周波の電波信号を受信する装置において、自己発振を行ってアンテナの周波数特性を自動調整可能としたものである。

この電波受信装置１Ａは、図７に示すように、電波を受信するアンテナ６０と、アンテナ６０の周波数特性を調整するアンテナ周波数調整回路６１と、受信信号を増幅するＬＮＡ（Low Noise Amplifier）などのＲＦアンプ６２と、受信信号を中間周波数に変換する周波数変換器（例えばミキサ）６４と、周波数変換器６４にローカル信号を供給する発振器６３と、予め定められた中間周波数帯の信号を通過させるとともに他の周波数信号を減衰させるバンドパスフィルタ６５と、中間周波数の信号を増幅するＩＦアンプ６６と、受信信号の復調処理を行う復調回路６７と、復調された信号に対して種々の信号処理を行うシグナルプロセッサ６８等を備えている。これらのうち、ＲＦアンプ６２、周波数変換器６４、発振器６３、バンドパスフィルタ６５、ＩＦアンプ６６、復調回路６７、シグナルプロセッサ６８により、受信信号から情報信号を抽出する受信手段が構成される。

さらに、この電波受信装置１Ａは、アンテナ特性の自動調整用にアンテナ６０から出力される受信信号を帰還させる帰還回路７０と、帰還回路７０により帰還された受信信号を電波にして放射する放射用アンテナ７４と、アンテナ特性の自動調整制御を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）４０等を備えている。

帰還回路７０は、帰還信号の位相をシフトする移相器７１と、帰還信号を増幅するアンプ７２とを有している。特に制限されるものではないが、この実施形態では、帰還回路７０はその入力端子がＲＦアンプ６２の出力端子に接続されている。なお、帰還回路７０には、周波数変換される前の受信信号を入力できればよく、例えば、ＲＦアンプ６２の前段に入力端子が接続されてＲＦアンプ６２により増幅される前の信号を帰還用の信号として入力するようにしても良い。

移相器７１は、ループ経路の信号帰還により発振を行わせるために帰還信号の位相をシフトさせるものである。位相のシフトがなくても発振が得られるのであれば、この移相器７１は省略することもできる。

帰還回路７０には、さらに、アンプ７２への電源供給をオン・オフできるスイッチＳＷ７１が設けられている。そして、ＣＰＵ４０からのＯＮ／ＯＦＦ制御信号によってスイッチＳＷ７１の状態が切り換えられるようになっている。

放射用アンテナ７４は、例えば、小型のダイポールアンテナ、モノポールアンテナ、ヘリカルアンテナなどのほか、基板上に導体がパターン形成されてなるアンテナや、ＷＬＰ（Wafer Level Package）の技術により小型複層化されてなるアンテナなどを適用できる。この放射用アンテナ７４の周波数特性は発振信号の周波数帯でフラットな特性であると好ましい。また、放射用アンテナ７４の一方の端子は、例えばオープンにしたり、或いは、反射等を低減するために適当なインピーダンス素子７５を接続したりしても良い。

ＣＰＵ４０は、例えば、受信レベルが表わされる復調回路６７からの受信レベル信号をＡＤコンバータ４１を介して入力することで受信レベルを監視することが可能にされている。また、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号の出力によって帰還回路７０を作動状態と非作動状態とに切り換えたり、切換制御信号の出力によってアンテナ周波数調整回路６１の設定を変更したりすることが可能になっている。

図８には、アンテナ周波数調整回路６１の詳細な一例を表わした構成図を示す。

アンテナ周波数調整回路６１は、アンテナ６０とＲＦアンプ６２の間の経路中に、インダクタンスＬ１，Ｌ２と可変容量ＣＶ１，ＣＶ２とを接続した構成である。可変容量ＣＶ１，ＣＶ２は、例えば、バリキャップダイオードのように連続的に容量値を変更できる構成としたり、複数の容量をスイッチを介して接続又は切断することで容量値を段階的に変更できる構成としたり、両者を合わせた構成としても良い。インダクタンスＬ１，Ｌ２についても、その接続点を変化させることでインダクタンス値を変化可能とする構成を適用しても良い。

アンテナ周波数調整回路６１は、上記のような構成により、容量値やインダクタンス値を変化させることで、アンテナ６０の共振周波数を変化させたり、アンテナ６０のインピーダンスの調整を行うことが可能になっている。なお、インダクタンスＬ１，Ｌ２や可変容量ＣＶ１，ＣＶ２の素子数および接続形態は、図８の形態に限られず適宜変更可能である。

図９には、アンテナ６０におけるアンテナ利得の周波数特性を表わした特性図を示す。

アンテナ６０は、特に制限されるものでないが、例えば、小型のモノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、ヘリカルアンテナなどである。アンテナ６０の周波数特性は、図９に示すように、共振周波数ｆａでその利得がピークとなり、受信信号の周波数が共振周波数ｆａから外れるに従って、アンテナ利得が減少していくという特性を有している。

［動作説明］
上記構成の電波受信装置１Ａは、次のようにアンテナ６０の周波数特性を自動的に調整して電波受信の動作を行う。

図１０には、アンテナ特性の調整処理の概要を説明する図を示す。

ＣＰＵ４０は、例えば、マルチバンド通信で通信バンドが変更された際、通信モードの切換（例えば通信基地局との通信から周辺機器との短距離通信への切り換えなど）がなされた際、工場出荷時にアンテナ調整の処理コマンドが入力された際、通常使用中に無線信号の受信レベルが低下した際などに、これらに基づきアンテナ特性の調整処理に移行する。

アンテナ特性の調整処理に移行すると、先ず、ＣＰＵ４０は帰還回路７０のスイッチＳＷ７１をオンにして帰還回路７０を作動状態にする。すると、帰還回路７０から放射用アンテナ７４に信号が送られて電界放射が行われ、この放射がアンテナ６０により受信される。これにより、放射用アンテナ７４とアンテナ６０が電界放射を介して結合される。そして、アンテナ６０、アンテナ周波数調整回路６１、ＲＦアンプ６２、移相器７１、アンプ７２、および放射用アンテナ７４からなるループ経路により、このループ経路の利得が１以上とされ信号の位相が移相器７１等によって適当に重なり合うようにされることで、発振動作が生起される。

この発振動作により得られる発振信号の周波数は、図１０に示すように、アンテナ６０の共振周波数ｆａとほぼ一致するものである。そして、この共振周波数ｆａの発振信号は、ＲＦアンプ６２から出力された後、周波数変換器６４で周波数変換されてバンドパスフィルタ６５に送られる。

バンドパスフィルタ６５の通過特性は、図１０のＢＰＦ通過信号の特性線に示すように、その中心周波数ｆｏの前後の狭い帯域の信号のみ通過させ、その他の周波数信号は大きく減衰させる特性になっている。なお、この実施形態では、周波数変換器６４で周波数変換された信号がバンドパスフィルタ６５を通過する構成なので、図１０に示す中心周波数ｆｏは、実際のバンドパスフィルタ６５の中心周波数ではなく、周波数変換器６４で変換される前の信号についての周波数を表わしている。すなわち、図１０の中心周波数ｆｏの信号が周波数変換器６４で周波数変換された後の周波数が、実際のバンドパスフィルタ６５の中心周波数となる。

従って、図１０に示すように、アンテナ６０の共振周波数ｆａがバンドパスフィルタ６５を通過する中心周波数ｆｏを外れていると、バンドパスフィルタ６５により減衰されて、ＩＦアンプ６６や復調回路６７に送られる受信信号の信号レベルは低いものとなる。

アンテナ特性の調整処理においては、ＣＰＵ４０は、例えば、復調回路６７から送られる受信レベル信号をＡＤコンバータ４１を介して入力することで受信信号の信号レベル（以下、受信レベルと記す）を監視する。

そして、受信レベルが低いと判別したら、ＣＰＵ４０は、アンテナ周波数調整回路６１に切換制御信号を送ってその設定状態を変更していく。この設定変更により、アンテナ６０の共振周波数ｆａがバンドパスフィルタ６５の中心周波数ｆｏに近づいていけば、ＣＰＵ４０により受信レベルが上昇したことが判別される。そして、このようなアンテナ周波数調整回路６１の設定変更をＣＰＵ４０が繰り返すことで、アンテナ６０の共振周波数ｆａが中心周波数ｆｏに近くなる最適な設定状態を探し出すことができる。

さらに、上記の共振周波数ｆａの調整の後、或いは、この調整と並行して、ＣＰＵ４０によるアンテナ周波数調整回路６１の設定変更の処理によって、アンテナ６０のインピーダンスの調整が行われる。そして、このインピーダンス調整により、例えば、アンテナ６０のインピーダンス整合が図られて受信信号の反射等がなくなることで受信レベルが上昇する。これにより、ＣＰＵ４０は、アンテナ６０のインピーダンス特性についても同様に最適な設定状態を探し出すことができる。

上記のように、アンテナ周波数調整回路６１の調整によって受信レベルが上昇したら、ＣＰＵ４０は、帰還回路７０のスイッチＳＷ７１をオフにして帰還動作を停止させる。これによりアンテナ周波数特性の調整処理が終了する。そして、その後の受信処理では、アンテナ６０の周波数特性が改善されているので、感度良く信号の受信を行うことができる。

以上のように、第２実施形態の電波受信装置１Ａによれば、放射用アンテナ７４を介して電界放射によって信号を帰還させて発振動作を生起させているので、例えば、１０ＭＨｚ以上や１ＧＨｚ以上の高周波の信号を受信する回路においても、適宜、発振動作を生起させて自動調整の処理に必要な発振信号を生成することができる。

また、アンテナ周波数調整回路６１は、アンテナ６０の共振周波数とインピーダンスとを調整可能な構成なので、高周波信号を受信対象としたアンテナ６０に対してその受信特性の最適化を適宜図ることができる。

また、帰還回路７０にはアンプ７２が設けられているので、放射用アンテナ７４からの電界放射が小さい場合でも、ループ経路のゲインを１以上にして発振動作を生起させることができる。また、帰還回路７０には移相器７１が設けられているので、高周波の信号に対しても適宜位相をシフトさせて発振動作を生起させることができる。なお、受信信号の周波数が大幅に変化する構成である場合には、各周波数帯に対応させてそれぞれ最適な位相シフト量が得られるように、移相器７１の移相シフト量を複数段階に設定可変な構成を採用することもできる。そして、ＣＰＵ４０により各周波数帯に応じて移相器７１の設定の切換えがなされるようにしても良い。

また、放射用アンテナ７４として、チップ上に導体がパターン形成されたものやＷＬＰのアンテナを適用することで、小型の装置に電波受信装置１Ａを搭載する場合でも回路全体の占有体積を小さくすることができる。

また、ＣＰＵ４０は、受信信号の受信レベルを確認しながらアンテナ周波数調整回路６１の設定変更を行うので、受信信号の実際の受信レベルを向上させるアンテナ特性の設定が可能となる。なお、この実施形態では、復調回路６７の内部から受信レベル信号をＣＰＵ４０に出力する構成を例示したが、受信レベル信号は、例えば、バンドパスフィルタ６５を通過した信号やＩＦアンプ６６の出力から生成したり、或いは、ＩＦアンプ６６のＡＧＣ信号から生成したりするなど、適宜変更可能である。

なお、本発明は、上記第２の実施形態に限られるものではない。例えば、上記第２実施形態の電波受信装置１Ａは、スーパーヘテロダイン方式の受信回路を適用しているが、例えば、ダイレクトコンバージョン方式の受信回路を適用することもできる。その他、実施形態で示した細部等は発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ 電波受信装置
１０ アンテナ
２０ 同調回路
Ｃ１〜Ｃｎ 同調コンデンサ
Ｍ１〜Ｍｎ スイッチ素子
３１ ＲＦアンプ
３２ ローパスフィルタ
３３ バンドパスフィルタ
３４ アンプ
３５ 検波器
３６ ＡＧＣ回路
４０ ＣＰＵ（制御手段）
４１ ＡＤコンバータ
４２ 切換レジスタ
５０ 帰還回路
５１ 非反転アンプ
Ｃｆ 結合コンデンサ
ＳＷ５１ スイッチ素子（切換手段）
５３ 非反転アンプ
Ｃｆ１ 結合コンデンサ
５４ 反転アンプ
Ｃｆ１ 結合コンデンサ
ＳＷ５３ スイッチ素子（切換手段）
５８ 二次コイル
１Ａ 電波受信装置
６０ アンテナ
６１ アンテナ周波数調整回路（周波数調整手段）
６２ ＲＦアンプ
６３ 発振器
６４ 周波数変換器
６５ バンドパスフィルタ
６６ ＩＦアンプ
６７ 復調回路
６８ シグナルプロセッサ
７０ 帰還回路（帰還手段）
７１ 移相器（移相手段）
７２ アンプ
ＳＷ７１ スイッチ（切換手段）
７４ 放射用アンテナ
７５ インピーダンス素子
Ｌ１，Ｌ２ インダクタンス
ＣＶ１，ＣＶ２ 可変容量

Claims (18)

1. 電波を受信するアンテナと、
   このアンテナの受信周波数を目的の周波数に同調させるとともに周波数特性が可変にされた同調手段と、
   前記アンテナから受信信号を入力して変調波の復調を行う受信手段とを備えた電波受信装置において、
   前記同調手段を含んだ信号経路に正帰還をかける正帰還手段と、
   前記正帰還手段の帰還動作をオン・オフする切換手段と、
   を備えたことを特徴とする電波受信装置。
2. 前記同調手段の周波数特性を切り換え可能な制御手段を備え、
   前記制御手段は、前記正帰還手段をオンした発振可能な状態で、前記同調手段の周波数特性を切り換え、前記受信手段の信号を比較して前記同調手段の補正処理を行うことを特徴とする請求項１記載の電波受信装置。
3. 前記アンテナはコイルアンテナであり、
   前記同調手段は前記コイルアンテナと接続されるとともに容量が可変にされた可変容量手段を有していることを特徴とする請求項１記載の電波受信装置。
4. 前記受信手段は、
   前記アンテナから入力された受信信号を増幅するＲＦアンプを備え、
   前記正帰還手段は、
   前記ＲＦアンプの後段の信号を帰還させる構成であることを特徴とする請求項１記載の電波受信装置。
5. 前記受信手段には、
   受信信号から変調波を含んだ所定周波数帯の信号のみを抽出するフィルタ手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の電波受信装置。
6. 前記正帰還手段は、
   帰還信号を増幅する帰還信号増幅手段と、
   前記同調手段または前記アンテナと結合して前記帰還信号を減衰して送るインピーダンス素子と、
   を備えていることを特徴とする請求項１記載の電波受信装置。
7. 前記帰還信号増幅手段は、
   前記アンテナの一方の端子側に帰還信号を送る第１帰還信号増幅器と、
   前記アンテナの他方の端子側に前記第１帰還信号増幅器とは逆極性の帰還信号を送る第２帰還信号増幅器と、
   を備えていることを特徴とする請求項６記載の電波受信装置。
8. 前記正帰還手段は、
   帰還信号を前記同調手段の信号線に帰還させる構成であることを特徴とする請求項１記載の電波受信装置。
9. 前記正帰還手段は、
   帰還信号を前記アンテナの信号線に帰還させる構成であることを特徴とする請求項１記載の電波受信装置。
10. 前記正帰還手段は、
    帰還信号を前記アンテナと電磁結合された二次コイルに帰還させる構成であることを特徴とする請求項１の電波受信装置。
11. 電波を受信するアンテナと、
    前記アンテナの周波数特性を調整する周波数調整手段と、
    前記アンテナから受信信号を入力して情報信号を抽出する受信手段とを備えた電波受信装置において、
    前記アンテナから出力される受信信号を発振用に帰還させる帰還手段と、
    前記帰還手段によって帰還された前記受信信号を電波にして放射する放射用アンテナと、
    前記帰還手段を作動状態と非作動状態とに切り換える切換手段と、を備え、
    前記アンテナと前記放射用アンテナとを同相で結合させることを特徴とする電波受信装置。
12. 前記周波数調整手段は、前記アンテナの共振周波数を調整可能な構成であることを特徴とする請求項１１記載の電波受信装置。
13. 前記周波数調整手段は、前記アンテナのインピーダンスを調整可能な構成であることを特徴とする請求項１２記載の電波受信装置。
14. 前記帰還手段には、
    帰還させる信号を増幅するアンプが含まれることを特徴とする請求項１１記載の電波受信装置。
15. 前記帰還手段には、
    帰還させる信号の位相をシフトさせる移相手段が含まれることを特徴とする請求項１１記載の電波受信装置。
16. 前記帰還手段は、
    前記アンテナから出力されて周波数変換される前の受信信号を入力して帰還させるように接続されていることを特徴とする請求項１１記載の電波受信装置。
17. 前記放射用アンテナはチップ上に導体がパターン形成された構成であることを特徴とする請求項１１記載の電波受信装置。
18. 前記周波数調整手段の特性を切り換え可能な制御手段を備え、
    前記制御手段は、前記帰還手段を作動状態にして、前記アンテナと前記帰還手段と前記放射用アンテナとの経路でループ発振させた状態で、前記周波数調整手段の特性を切り換えるとともに、前記受信手段の受信レベルを比較して前記周波数調整手段の補正処理を行うことを特徴とする請求項１１記載の電波受信装置。

Images