JP4816766B2

JP4816766B2 - 電波受信装置

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Publication number: JP4816766B2
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Authority: JP
Inventors: 和明阿部; 英雄阿部
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
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Filing date: 2009-06-03
Publication date: 2011-11-16
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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変化させて、アンテナの共振周波数を希望波の周波数に同調させる通信装置が提案されている（例えば特許文献１，２）。また、特許文献１には、アンテナ回路で接続および切断可能にされた複数の共振用コンデンサの容量値に重み付けを行って、共振用コンデンサを適宜切り替えることで、同調容量の大きさを連続的に且つ細かく設定できるようにした技術について開示されている。

特開平１１−３１２９５８号公報特開２０００―２３１６０９号公報

同調容量の調整が細かく設定できるようになると、全ての調整範囲において１ステップずつ同調容量の切り替えを行って最適な設定状態を探すには、設定を切り替えるステップ数が増す分、長い時間を要するようになる。

この発明は、同調回路の最適な設定状態を探す際に、同調回路の設定の切り替えを効率的に行って、処理時間の短縮化を図れ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、
該アンテナの周波数特性を段階的に切り替え可能な同調手段と、
前記同調手段を含んだ信号経路に正帰還をかけることにより前記アンテナと前記同調手段の回路部分を発振させることが可能な正帰還手段と、
前記正帰還手段の帰還動作をオン・オフする切換手段と、
前記正帰還手段の帰還動作をオフした状態で前記アンテナから受信された受信信号のうち希望波の信号を抽出して信号処理を行う受信処理手段と、
前記正帰還手段の帰還動作をオンした状態で前記正帰還手段により前記回路部分で発振信号を発生させるとともに、前記同調手段の設定を切り替えながら、前記発振信号が前記受信処理手段で抽出される前記同調手段の設定状態を探索するサーチ制御手段と、
を備え、
前記サーチ制御手段は、
前記同調手段の設定を、各最小の切替ステップ、各最小の切替ステップの一段抜かし、或いは各最小の切替ステップの複数段抜かしで、切り替え可能であるとともに、前記同調手段の調整範囲に応じて、切替ステップの段抜かしの数又は段抜かしのパターンを変更する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、
前記同調手段の設定の切り替えとは、前記アンテナに接続される同調容量の大きさの切り替えであることを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の電波受信装置において、
前記同調手段は、
前記アンテナの信号線に接続および切断可能にされるとともに容量値の小さい方から所定比率以上で容量値が順に大きくなるように設けられた複数の同調コンデンサと、
該複数の同調コンデンサの接続状態をそれぞれ切り替える複数のスイッチと、
を備え、
前記サーチ制御手段は、
前記複数の同調コンデンサの全部または一部からなる第１組の同調コンデンサ群の接続状態の切り替えと、
前記第１組の同調コンデンサ群と異なる組み合わせの第２組の同調コンデンサ群の接続状態の切り替えとが可能であり、
前記同調手段の調整範囲に応じて、接続の切り替えを行う前記同調コンデンサを、前記第１組の同調コンデンサ群と前記第２組の同調コンデンサ群とで変更することを特徴としている。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の電波受信装置において、
前記第１組の同調コンデンサ群は、接続および切断可能にされた前記複数の同調コンデンサの全てを含む組み合わせであり、
前記第２組の同調コンデンサ群は、接続および切断可能にされた前記複数の同調コンデンサの中から容量値の小さい側から１個または複数個の同調コンデンサを除く組み合わせ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２記載の電波受信装置において、
前記サーチ制御手段は、
前記同調容量が小さくなる側の調整範囲では、前記切替ステップの段抜かしの数が少なくなり、
前記同調容量が大きくなる側の調整範囲では、前記切替ステップの段抜かしの数が多くなるように変更することを特徴としている。

本発明に従うと、同調手段の調整範囲に応じて、同調手段の設定を切り替える切替ステップの段抜かしの数又はパターンを変更することができるので、細かい調整が必要な範囲では、同調手段の設定を細かく切り替えたり、調整間隔が粗くてよい範囲では、同調手段の設定を飛び飛びに切り替えたりできる。それにより、必要な調整精度を維持しつつ希望波の周波数に適した同調手段の設定を求める処理の時間短縮を図ることができる。

本発明の実施形態の電波受信装置の全体を示すブロック図である。同調回路に設けられた複数の容量素子の容量値の一例を示す図表である。同調回路の切替状態を決定するカウンタ値とアンテナの共振周波数との関係を示すグラフである。各受信チャンネルに対応するアンテナ調整処理のサーチ範囲の一例を概念的に表わしたグラフである。制御回路のＣＰＵにより実行されるアンテナ調整処理の制御手順を示すフローチャートである。各受信チャンネルに対応するサーチ範囲の一例を示す図表である。アンテナ調整処理において最小の容量素子Ｃ０の接続を切り替える場合と切り替えない場合との違いを説明する図表である。その他の実施形態の電波受信装置におけるＲＯＭの格納データの一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態の電波受信装置の全体を示すブロック図である。

この実施形態の電波受信装置１は、電波を受信して希望波の信号に含まれる情報信号の復調処理を行う装置であり、具体的には、電子時計に搭載され時刻コードが含まれる標準電波を受信するものである。この電波受信装置１は、電波を受信するアンテナ１０と、アンテナ１０の周波数特性を調整する同調回路（同調手段）１１と、アンテナ１０により受信されたＲＦ信号の増幅やノイズ除去を行うＲＦ回路１２と、受信信号の中から希望波の周波数信号を抽出するフィルタ１３と、抽出された希望波の周波数信号を増幅するアンプ１４と、アンプ１４の出力を検波して情報信号を再生する検波回路１５と、ＲＦ信号を帰還させることでアンテナ１０と同調回路１１の回路部分でループ発振を行わせることが可能な発振手段としての帰還回路１６と、アンテナ１０の調整処理等を実行する制御回路（サーチ制御手段）２０等を備えている。

上記構成のうち、フィルタ１３、アンプ１４、検波回路１５により希望波の信号を抽出して信号処理を行う受信処理手段が構成される。

アンテナ１０は、例えばコアにコイルを巻回してなるバーアンテナであり、その他、受信周波数に応じてモノポールアンテナやダイポールアンテナなどを採用することもできる。アンテナ１０により受信できる信号の帯域特性は、アンテナ１０のインダクタンス成分と同調回路１１の容量成分とが結合してなる結合回路の共振周波数で受信レベルがピークとなり、周波数が共振周波数から外れるに従って受信レベルが低下していくという特性を有している。

同調回路１１は、例えば、アンテナ１０の両端子間に固定的に接続された容量素子Ｃ９と、アンテナ１０の両端子間に並列接続又は切断可能にされた複数の容量素子Ｃ０〜Ｃ８と、これら容量素子Ｃ０〜Ｃ８の接続／切断を切り換える複数のスイッチＳ０〜Ｓ８とを備えている。これらのスイッチＳ０〜Ｓ８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１１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共振回路の共振周波数を調整することができる。

ＲＦ回路１２は、アンテナ１０を介して受信された受信信号を増幅するＲＦアンプや、ノイズ除去用のフィルタなどを含んだものである。

フィルタ１３は、アンテナ１０を介して受信された信号の中から希望波の周波数の信号を通過させ、その他の周波数の信号を減衰させるもので、バンドパスフィルタやローパスフィルタなどが縦続に接続されて構成される。フィルタ１３の通過帯域は、希望波の周波数を中心に帯域幅が例えば１０Ｈｚ程度など非常に狭く構成されている。このフィルタ１３は、制御回路２０のチャンネル切替信号に基づいて通過帯域の中心周波数を、複数の受信チャンネルの周波数（例えば、４０ｋＨｚ、６０ｋＨｚ、７７．５ｋＨｚ）に切り替え可能に構成されている。

帰還回路１６は、例えば、アンプを内蔵し、ＲＦ回路１２の出力をアンプで増幅して同調回路１１の信号線に帰還させることで、この帰還ループで発振動作を行わせるものである。帰還回路１６はアンテナ１０や同調回路１１の周波数特性に影響を与えない大きさの結合コンデンサを介して信号線に接続されており、この帰還ループの発信周波数はアンテナ１０の共振周波数（アンテナ１０と同調回路１１とが結合した共振回路の共振周波数）とほぼ等しくなる。また、帰還回路１６は、例えば、スイッチにより電源電圧の供給をオン・オフすることで作動状態と非作動状態とに切り替え可能にされている。

なお、帰還回路１６の構成は、種々に変更可能である。例えば、帰還回路１６を介した信号の帰還先は、例えば、同調回路１１の信号線のほか、アンテナ１０に巻回されている信号線に信号を帰還させるように構成しても良い。また、ＲＦ回路１２の出力を差動信号にしてアンテナ１０や同調回路１１の一対の信号線にそれぞれ帰還させるようにしても良い。また、アンテナ１０のコイルと電磁結合した補助巻線を設けて、この補助巻線に信号を帰還させるようにしたり、放射用のアンテナを設けて電波信号としてアンテナ１０に信号を帰還させるようにしても良い。また、帰還回路１６で信号を増幅せずに、ＲＦ回路１２の出力を帰還用の信号線を介して直接にアンテナ１０や同調回路１１の信号線に帰還させるようにすることも可能である。この場合、帰還用の信号線に直列にスイッチ素子を設けて、このスイッチ素子をオン・オフすることで、帰還動作をオン・オフ制御させることが可能である。

制御回路２０は、内部に、ＡＤコンバータ、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、制御データや制御プログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵに作業用のメモリ空間を提供するＲＡＭ（Random Access Memory）、同調回路１１のスイッチＳ０〜Ｓ８の状態を決定する９ビットのカウンタ、外部に制御信号を出力するＩ／Ｏ回路等を備えている。ＡＤコンバータは入力端子ＡＤＣに入力された信号をＡＤ変換して、そのデジタル値をＣＰＵにより読み取り可能に出力するものである。Ｉ／Ｏ回路は、ＣＰＵの指令によって、上記９ビットのカウンタのカウンタ値に応じてスイッチＳ０〜Ｓ８の切替制御信号を出力したり、帰還回路１６にオン・オフ制御信号を出力したり、フィルタ１３にチャンネル切替信号を出力したりする。

制御回路２０のＲＯＭには、標準電波を受信してタイムコードを判読する電波受信処理の処理プログラムや、各受信チャンネルごとに同調回路１１の設定調整を行って最適な設定状態を記憶するアンテナ自動調整処理の処理プログラムなどが格納されている。

図２には、同調回路１１に設けられた各容量素子の容量値の一例を表わした図表を示す。

同調回路１１の各容量素子Ｃ０〜Ｃ９は、固定的に接続される容量素子Ｃ９を除いて、接続と切断を切替可能にされた９個の容量素子Ｃ０〜Ｃ８が、容量値の小さい方からほぼ２のべき乗で大きくなるように設計されている。一例として、図２の図表に示すような容量値に設定されている。また、各容量素子Ｃ０〜Ｃ８の接続を切り替える９個のスイッチＳ０〜Ｓ８は、制御回路２０に備わる９ビットのカウンタの各ビット値に応じて切り替えられるように対応付けられている。カウンタの各ビットは上位ビットから下位ビットの順で、容量値の大きい方から小さい方へと対応付けられている。

上記のような各容量素子Ｃ０〜Ｃ８の容量値、並びに、これらの接続状態を決定する９ビットカウンタの構成によって、アンテナ１０と結合される同調回路１１の合計容量値を、ほぼカウンタのカウンタ値にほぼ比例させて切り替えることが可能になっている。例えば、容量素子Ｃ０〜Ｃ８の容量値が正確に２のべき乗で大きくなっていく構成であれば、アンテナ１０と結合される合計容量値は、容量素子Ｃ０〜Ｃ８が全て切断された場合の最小容量値（例えば５０ｐＦ）から全て接続された場合の最大容量値（例えば４８４ｐＦ）まで、最小の切替ステップの間隔（例えば０．８５ｐＦ）で、ほぼ連続的に切り替えられるようになっている。

図３には、同調回路１１の切替状態を決定するカウンタ値とアンテナの共振周波数との関係を表わしたグラフを示す。同図中、黒横棒のプロット線が、容量素子Ｃ０〜Ｃ９が理想的な容量値のときの特性線、四角プロット線が、容量素子Ｃ０〜Ｃ９の容量値が＋２０％の誤差を有するときの特性線、三角プロット線が、容量素子Ｃ０〜Ｃ９の容量値が−２０％の誤差を有するときの特性線である。また、同図グラフの縦軸は周波数（Ｈｚ）を示し、横軸はスイッチＳ０〜Ｓ８の切替状態を決定するカウンタ値（１０進数表記）を示している。なお、この実施形態では、最小の容量素子Ｃ０に対応するスイッチＳ０の信号値は、２進数表記の小数点以下第１位の値とし、スイッチＳ８〜Ｓ１の８ビットの信号値を小数点以上の値として１０進数表記で表わしている。

図３に示すように、上記の同調回路１１の構成により、アンテナ１０の共振周波数は、スイッチＳ０〜Ｓ８の切り替え状態を決定するカウンタの値に従ってなだらかに変化するようになっている。

容量素子Ｃ０〜Ｃ９の容量値やアンテナ１０のインダクタンス値には、一定（例えば±１０％程度）の製造バラツキが生じるが、複数の容量素子Ｃ０〜Ｃ８を１チップの半導体上に作成すれば、各容量素子Ｃ０〜Ｃ８の誤差はそれぞれ同一の割合で生じることになる。従って、図３の四角プロット線や三角プロット線に示すように、容量素子Ｃ０〜Ｃ８の誤差に応じて、アンテナ１０の共振周波数の特性線は標準的な特性線に対して全体的に上下に値を変化させるが、スイッチＳ０〜Ｓ８の切替状態を決定するカウンタ値に従ってなだらかに変化するという特性については変化しない。

従って、図３に示すように、アンテナ１０のインダクタンス値に合わせて、同調回路１１の各容量素子Ｃ０〜Ｃ９の容量値を適宜選定することで、これらインダクタンス値や容量値に誤差が生じても、容量素子Ｃ０〜Ｃ８の接続／切断の切り換えを適宜行うことで、複数チャンネルの受信周波数（例えば、４０ｋＨｚ、６０ｋＨｚ、７７．５ｋＨｚ）にそれぞれ適合するように、アンテナ１０の共振周波数を調整することが可能になっている。

また、アンテナ１０の共振周波数は、容量値の平方根の逆数に比例するため、図３に示すように、同調回路１１で接続状態に切り替えられる合計の容量値が一定ステップで変化する場合、アンテナ１０の共振周波数のステップ変化量は一定でなく、その周波数帯に応じて異なってくる。例えば、周波数の高い範囲では、容量値の一定ステップの変化に対して、周波数のステップ変化量は大きくなるのに対して、周波数の低い範囲では、容量値の一定ステップの変化に対して、周波数のステップ変化量は小さくなる。

次に、上記構成の電波受信装置１の処理動作について説明する。

［アンテナ調整処理］
先ず、アンテナ調整処理について概要を説明する。アンテナ調整処理とは、アンテナ１０の共振周波数を希望波の周波数に同調させる同調回路１１の設定状態を探索する処理である。

アンテナ調整処理では、その処理中、帰還回路１６が常に作動状態にされる。帰還回路１６が作動状態になると、ＲＦ回路１２と帰還回路１６と同調回路１１の信号経路で発振ループが形成されて、この部分で発振信号が生成される。この発振ループにおいて、発振周波数を決定するのに支配的となる回路定数はアンテナ１０のインダクタンスと同調回路１１の容量成分である。そのため、この発振信号の周波数はアンテナ１０と同調回路１１の結合回路の共振周波数とほぼ同一になる。

アンテナ調整処理では、さらに、上記発振信号が生成されている状態で、ＣＰＵが同調回路１１のスイッチＳ０〜Ｓ８を切り替えて、同調回路１１で接続状態に切り替えられる合計容量値を所定の調整範囲に亘って切り替えていく。この切り替えによりアンテナ１０の共振周波数並びに発振信号の周波数も変化する。そして、発振信号の周波数が切り替わるごとに検波回路１５の出力レベルをＡＤ変換して検出する。この検波出力レベルを監視しながら同調回路１１の設定を切り替えていく操作のことをサーチ処理と呼ぶ。

ここで、同調回路１１の設定の切り替えによりアンテナ１０の共振周波数が希望波の周波数から外れていれば、この共振周波数と周波数がほぼ等しい発振信号がフィルタ１３で大きく減衰されるので、検波出力のレベルは小さくなる。一方、同調回路１１の設定切り替えによりアンテナ１０の共振周波数が希望波の周波数とほぼ重なれば、この共振周波数にほぼ等しい周波数の発振信号がフィルタ１３を通過して検波出力のレベルを上昇させる。

従って、ＣＰＵは上記サーチ処理により、検波出力のレベルがピークとなった同調回路１１の設定状態を、アンテナ１０の共振周波数を希望波の周波数に同調させる最適な設定状態として求めることができる。また、複数の受信チャンネルに対して、それぞれ上記のサーチ処理を行うことで、各受信チャンネルに対応する同調回路１１の最適な設定状態を求めることができる。

さらに、この実施の形態のアンテナ調整処理では、サーチ処理で同調回路１１の設定を切り替えていく調整範囲を、受信チャンネルの希望波の周波数に対応させて全調整範囲中の一部に設定された特定調整範囲（サーチ範囲と呼ぶ）に絞るようになっている。

図４には、各受信チャンネルに対応するアンテナ調整処理のサーチ範囲の一例を表わしたグラフを示す。このグラフは複数の受信チャンネルにおける検波出力の各パターンを概念的に示したものであり、グラフ線が示す数値や変化パターンは実際のものを示すものではない。

図３に示したように、同調回路１１は、アンテナ１０の共振周波数を複数の受信チャンネルの全ての周波数に同調させることが可能なように、その調整範囲が広く構成されている。そのため、１つの受信チャンネルの周波数（例えば７７．５ｋＨｚ）にアンテナ１０の共振周波数を同調させるだけなら、全調整範囲に亘って設定を切り替える必要はなく、図４に示すように、該当の受信チャンネルに対応する調整点の周辺にのみサーチ範囲を絞っても、当該受信チャンネルに対応した同調回路１１の最適な設定状態を求めることができる。従って、この実施形態のアンテナ調整処理では、サーチ範囲を受信チャンネルに対応させて絞ることで、無駄な調整範囲でのサーチ処理を省いて処理時間の短縮を図っている。各受信チャンネルに対応する各サーチ範囲の具体例については後述する。

さらに、この実施形態のアンテナ調整処理では、アンテナ１０の共振周波数が高くなる範囲にサーチ範囲がある場合には、第１組の同調コンデンサ群として接続の切り替えが可能な全ての容量素子Ｃ０〜Ｃ８を用いて最小の切替ステップで同調回路１１の容量値を切り替えていく。一方、アンテナ１０の共振周波数が低くなる範囲にサーチ範囲がある場合には、最小の容量素子Ｃ０を省き、それ以外の容量素子Ｃ１〜Ｃ８を第２組の同調コンデンサ群として用いて、最小の切替ステップの一段抜かしで同調回路１１の容量値を切り替えていくようになっている。

図３に示したように、この実施形態の同調回路１１とアンテナ１０の構成では、アンテナ１０の共振周波数が高い範囲では、同調回路１１の一定の切替ステップに対応するアンテナ１０の共振周波数の変化量は大きくなる。一方、アンテナ１０の共振周波数が低い範囲では、同調回路１１の一定の切替ステップに対応するアンテナ１０の共振周波数の変化量は小さくなる。そのため、上記のようにサーチ範囲に応じて同調容量の切替ステップを最小としたり一段抜かしにすることで、細かすぎる同調容量の切り替えを省いて、サーチ処理にかかる処理時間の短縮を図っている。

図５には、制御回路２０のＣＰＵにより実行されるアンテナ調整処理のフローチャートを示す。以下、このフローチャートを用いて上記アンテナ調整処理について詳細を説明する。

このアンテナ調整処理は、例えば、工場出荷前の設定調整工程において外部から入力される指令に基づいて実行される。その他、製品出荷後に例えば図示略の操作部を介して外部から調整処理の実行指令が与えられた場合や、電波受信処理中に受信レベルが低下して正常な受信処理が継続的に行えない場合に実行されるようにしても良い。

アンテナ調整処理が開始されると、先ず、ＣＰＵは帰還回路１６をオンさせる（ステップＪ１）。これにより、アンテナ１０と同調回路１１の回路部分にアンテナ１０の共振周波数とほぼ等しい周波数の発振信号が発生される。

次に、ＣＰＵはフィルタ１３の特性を切り替えて受信チャンネルを設定する（ステップＪ２）。この実施形態では、例えば７７．５ｋＨｚ→６０ｋＨｚ→４０ｋＨｚの順に切り替えていく。

受信チャンネルを設定したら、次いで、ＣＰＵは受信チャンネルに応じたサーチ範囲を次式（１）により算出する（ステップＪ３）。

ここで、Ｃは同調回路１１の容量値換算したサーチ範囲、ｆ_０は受信チャンネルの希望波の周波数、Ｌはアンテナ１０のインダクタンス、左辺の係数「１．１」と右辺の係数「０．９」は容量素子Ｃ０〜Ｃ９やアンテナ１０のインダクタンスの許容誤差から決定される誤差係数である。ここでは、容量素子Ｃ０〜Ｃ９やアンテナ１０のインダクタンスの許容誤差を５％とし、このような誤差が生じてもアンテナ１０の共振周波数を希望波の周波数に同調させる設定値がサーチ範囲に必ず含まれるように、上記の誤差係数を決定している。各部品の許容誤差が異なってくれば、その許容誤差に応じて上記の誤差係数の値を適宜変更して対応することができる。

図６には、各受信チャンネルに対応するサーチ範囲の一例を表わした図表を示す。同図において、最小の容量素子Ｃ０に対応する９ビットカウンタの最下位ビットの値は、小数点以下の値として省略している。

上記のステップＪ３の算出処理により、例えば、受信チャンネルが４０ｋＨｚの場合には、図６の２行目に示すように、同調回路１１の容量値換算のサーチ範囲は“２６２．５ｐＦ〜３９１．７ｐＦ”と算出される。そして、これに対応する９ビットカウンタのカウンタ値は１０進数表記で“１２５〜２０１”、２進数表記で“０１１１１１０１〜１１００１００１”となる（最小の容量素子Ｃ０に対応する最下位ビットの値は省略）。その他、受信チャンネルが６０ｋＨｚの場合と、７７．５ｋＨｚの場合は、図６の図表の３行目と４行目に示す通りである。

サーチ範囲を算出したら、次に、ＣＰＵは、スイッチＳ０〜Ｓ８のオン・オフ状態を決定する９ビットカウンタの値を、ステップＪ３で算出したサーチ範囲の開始値に設定する（ステップＪ４）。例えば受信チャンネルが７７．５ｋＨｚであれば、図６の４行目の「カウンタ値範囲」の列に示された開始値“１２”に設定する。これにより、スイッチＳ０〜Ｓ８が切り替えられて同調回路１１で接続状態にされる合計の容量値がサーチ範囲（容量値換算）の初期値になる。

次いで、ＣＰＵは、検波出力レベルをＡＤ変換しこの値をＲＡＭのメモリ領域Ａに記憶する（ステップＪ５）。

続いて、ＣＰＵは、現在設定されている受信チャンネルが４０ｋＨｚであるか判別し（ステップＪ６）、４０ｋＨｚでなければそのままステップＪ８に移行するが、４０ｋＨｚであれば最小の容量素子Ｃ０に対応するスイッチＳ０をオフ固定する設定を行って（ステップＪ７）、ステップＪ８に移行する。

ステップＪ８では、スイッチＳ８〜Ｓ０のうち可変設定されているものについて一段階の切り替えを行う。すなわち、最小容量に対応するスイッチＳ０がオフ固定に設定されていれば、スイッチＳ８〜Ｓ０のオン・オフ状態を決定する９ビットカウンタの下位２ビット目に「１」加算して（或いは、下位１ビットに「１」を２回加算して）、そのカウンタ値を更新する。一方、最小容量に対応するスイッチＳ０がオフ固定に設定されていなければ、９ビットカウンタの下位１ビットに「１」を加算して、そのカウンタ値を更新する。

受信チャンネルが６０ｋＨｚまたは７７．５ｋＨｚである場合には、上記ステップＪ８のカウンタ値の更新により、最小の容量素子Ｃ０を含めた第１組の同調コンデンサ群（Ｃ８〜Ｃ０）の接続が切り替えられて、最小の切替ステップでアンテナ１０に接続される同調容量の合計値が切り替えられていくことになる。

一方、受信チャンネルが４０ｋＨｚである場合には、上記ステップＪ８のカウンタ値の更新により、最小の容量素子Ｃ０を除いた第２組の同調コンデンサ群（Ｃ８〜Ｃ１）の接続が切り替えられで、順次、アンテナ１０に接続される同調容量の合計値が切り替えられていく。すなわち、最小の切替ステップの一段抜かしで合計の容量値が切り替えられていくことになる。

図７には、アンテナ調整処理において最小の容量素子Ｃ０の接続を切り替える場合と切り替えない場合との違いを説明する図表を示す。

図７の図表に示すように、アンテナ１０の共振周波数が７７．５ｋＨｚ周辺の高い周波数範囲にある場合には、最小の容量素子Ｃ０をオフ固定にすると、同調容量の合計値は１．７ｐＦ間隔で切り替えられ、それにより、アンテナ１０の共振周波数は大きすぎる間隔（例えば８００Ｈｚ）で切り替えられていくことになる（図７の図表の偶数行のみの切り替え）。そこで、上記のように、高い周波数範囲にある場合には、最小の容量素子Ｃ０を含めて最小の切替ステップで同調回路１１の容量値を切り替えていくことで、アンテナ１０の共振周波数を適度な間隔（例えば４００Ｈｚ）で切り替えていくことが可能となる（図７の図表の２行〜６行の切り替え）。

カウンタ値の更新により容量値の切り替えを行ったら、次に、カウンタ値がサーチ範囲の最終値に達したか否か判別し（ステップＪ９）、達していなければ、ステップＪ５に戻ってステップＪ５〜Ｊ８の処理を繰り返す。一方、サーチ範囲の最終値に達していれば、ステップＪ５〜Ｊ９のループ処理を抜けて、次のステップＪ１０に移行する。

上記ステップＪ４の処理とステップＪ５〜Ｊ９のループ処理により、受信チャンネルごとに算出されたサーチ範囲で同調回路１１の設定が切り替えられていくとともに、設定が切り替えられるごとに検波出力のレベルがＡＤ変換されてメモリ領域Ａに記憶されていく。

サーチ範囲に亘る各検波出力レベルが記憶されてステップＪ１０に移行したら、ＣＰＵは、記憶された検波出力レベルの値を比較して、最大の検波出力レベルが検出されたときのカウンタ値（スイッチＳ０〜Ｓ８の状態を決定するスイッチ設定値）を求めて、これを現在の受信チャンネルに対応させてＲＡＭまたは不揮発性メモリのメモリ領域Ｂに保存する。ここで求めたカウンタ値が、アンテナ１０の共振周波数を受信チャンネルの周波数に同調させる同調回路１１の設定値となる。

続いて、ＣＰＵは、現在の受信チャンネルが最後のチャンネル（４０ｋＨｚ）か否か判別し、まだ、最後の受信チャンネルでなければ、ステップＪ２に戻って、ステップＪ２〜Ｊ１０の処理を繰り返す。この繰り返しの処理により、複数の受信チャンネル（７７．５ｋＨｚ、６０ｋＨｚ、４０ｋＨｚ）の全てにおいて、アンテナ１０の共振周波数を受信チャンネルの周波数に同調させる同調回路１１の設定値を求めることができる。

そして、全ての受信チャンネルで処理が完了したら、ステップＪ１１でＹＥＳ側に移行して帰還回路１６をオフする（ステップＪ１２）。これにより、アンテナ１０と同調回路１１の回路部分の発振信号が停止する。そして、このアンテナ調整処理を終了する。

［電波受信処理］
電波受信処理は、アンテナ調整処理により複数の受信チャンネルに対応する同調回路１１の最適な設定値がメモリ領域Ｂにそれぞれ保存された状態で開始される。電波受信処理においては、帰還回路１６が作動状態にされることはない。電波受信処理が開始されると、ＣＰＵは別系統の制御情報に基づき標準電波の受信チャンネルを割り出し、フィルタ１３の設定をこの受信チャンネルに合うように切り替える。さらに、アンテナ調整処理でメモリ領域Ｂに保存されているデータの中から現在の受信チャンネルに対応する同調回路１１の最適な設定値を読み出して、スイッチＳ０〜Ｓ８の接続状態を決定する９ビットカウンタにセットする。すると、スイッチＳ０〜Ｓ８が切り替わって、アンテナ１０の共振周波数が現在の受信チャンネルの周波数に同調される。

そして、この状態で受信動作を開始することで、アンテナ１０により高い受信感度で標準電波が受信され、この受信信号がＲＦ回路１２、フィルタ１３、アンプ１４と通過して検波回路１５で検波される。そして、検波されたタイムコード信号が出力され、例えば、制御回路２０により判読されたりする。

以上のように、この実施形態の電波受信装置１によれば、アンテナ調整処理の際、同調回路１１の設定を切り替えるサーチ範囲を、希望波の周波数に応じて全調整範囲の中の一部の範囲に狭めている。従って、同調回路１１の最適な設定状態があるはずのない不要な調整範囲でのサーチ処理（検波出力レベルを監視しながら同調回路１１の設定を切り替えていく処理）を省くことができ、それによりアンテナ調整処理の処理時間を大幅に短縮することができる。

さらに、この実施形態の電波受信装置１によれば、最適な設定状態があるはずのない不要な調整範囲でのサーチ処理を省いているので、例えば、図４に示すように、サーチ範囲以外の周波数に大きなノイズ源があった場合でも、このノイズＮによって同調回路１１の最適な設定状態を誤って求めてしまうという不都合を回避できる効果が得られる。

また、この実施形態の電波受信装置１では、同調回路１１が複数の受信チャンネルの全ての周波数にアンテナ１０を同調させることが可能な広い調整範囲を有する一方、アンテナ調整処理の際には各受信チャンネルに対応するサーチ範囲でのみ各受信チャンネルでのサーチ処理が行われるので、複数の受信チャンネルの設定で全調整範囲に亘ってサーチ処理を繰り返し行った場合と比較して、アンテナ調整処理の処理時間を非常に短縮することができる。

また、上記のサーチ範囲は、アンテナ１０と同調回路１１の回路定数が許容誤差一杯にずれていても、アンテナ１０の共振周波数を希望波の周波数に同調させる調整点が含まれるように算出されているので、確実に同調回路１１の最適な設定状態を求めることができる。

また、この実施形態のアンテナ調整処理では、サーチ範囲をＣＰＵの演算処理によって希望波の周波数から算出して求めているので、予めサーチ範囲を表わす情報を格納しておくためのメモリ領域が不要となり、また、受信チャンネルの周波数や回路素子の許容誤差に変更があっても、演算式の変数値を変更するだけで、簡単に対応することができる。

図８には、その他の実施形態の電波受信装置におけるＲＯＭ２１の格納データの一例を表わした図を示す。なお、上記実施形態では、サーチ範囲を演算処理により求めているが、図８に示すように、このサーチ範囲を表わすデータが各受信チャンネルと対応して登録されたサーチ範囲データ（特定調整範囲の情報）２１１をＲＯＭ（記憶手段）２１などに予め記憶させておき、サーチ範囲を決定する際に、このサーチ範囲データ２１１からサーチ範囲のデータを読み出して決定するようにしても良い。このような構成によれば、逆にサーチ範囲を求めるための演算処理に必要な構成が不要となり、また、装置が電池で駆動されているときにアンテナ調整処理を行う場合に、演算に係る消費電力を低減できて効果的である。

また、上記実施形態の電波受信装置１によれば、７７．５ｋＨｚや６０ｋＨｚの受信チャンネルにおけるサーチ処理の際には、最小の切替ステップで同調回路１１の容量値を切り替えていくのに対して、４０ｋＨｚの受信チャンネルの際には最小の容量素子Ｃ０をオフ固定とすることで、最小の切替ステップの一段抜かしで同調回路１１の容量値を切り替えていくように構成されているので、アンテナ１０の共振周波数が高い範囲にあるときでも、低い範囲にあるときでも、アンテナ１０の共振周波数を適度な間隔で変更していくことが可能になっている。それにより、アンテナ１０の共振周波数を無駄に細かい間隔で切り替えてサーチ処理を行う場合に比べて、アンテナ調整処理の処理時間を短縮することが可能となる。

また、７７．５ｋＨｚや６０ｋＨｚの受信チャンネルに対応するサーチ範囲では、接続を切り替えが可能な全容量素子Ｃ０〜Ｃ８からなる第１組の同調コンデンサ群の切り替えによりサーチ処理を行う一方、４０ｋＨｚの受信チャンネルに対応するサーチ範囲では、接続の切り替えが可能な複数の容量素子Ｃ０〜Ｃ８のうち最小の容量素子Ｃ０を除いた第２組の同調コンデンサ群の切り替えによりサーチ処理を行うように構成されているので、同調回路１１の設定を切り替えるパターンをさほど複雑化することなく、サーチ範囲に適した同調回路１１の容量値の切り替えが実現されている。

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、上記実施形態では、ＣＰＵが、検波回路１５の出力レベルを監視することで、アンテナ１０の共振周波数が希望波の周波数に近づいたか否かを判定しているが、例えば、フィルタ１３を通過した信号のレベルを直接監視して、上記判定を行うようにしても良い。また、検波回路１５の出力を安定させるためにＲＦ回路１２やアンプ１４の自動利得制御を行っている場合には、この利得制御電圧を監視することで、アンテナ１０の共振周波数が希望波の周波数に近づいて発振信号がフィルタ１３を通過したか否かを判定することもできる。

また、上記実施形態では、サーチ範囲として、アンテナ１０のインダクタンスや同調回路１１の容量素子に許容誤差一杯の誤差があっても、アンテナ１０の共振周波数を希望波の周波数に同調させることが可能な同調回路１１の調整範囲を適用すると説明したが、この条件を満たす範囲で、サーチ範囲が最小となるように当該サーチ範囲を設定するようにしても良いし、或いは、多少の余裕を持たせてサーチ範囲を少し広めに設定しても良い。

また、上記実施形態では、サーチ範囲の全域に亘ってサーチ処理を行う構成を示したが、サーチ処理の途中で検波出力レベルのピークが検出された場合に、この段階でサーチ処理を終えて、このピークが検出されたときの同調回路１１の設定状態を最適なものとして扱うようにしても良い。また、上記実施形態では、サーチ処理において検波出力レベルのＡＤ変換値を全て記憶しておき、これらを比較して最大の検波出力レベルが得られた同調回路１１の設定値を求めるように説明したが、ＡＤ変換値を取得するごとに比較処理をして、大きいほうのＡＤ変換値を１つのメモリ領域に上書き保存していくことで、サーチ範囲の中で検波出力レベルがピークとなる同調回路１１の設定値を求めるように構成することもできる。

また、上記実施形態では、同調回路１１の切り替えを、最小の切替ステップで行うか、最小の切替ステップの一段抜かしで行うかの二種類の変更のみ行う例を示したが、最小の切替ステップの二段抜かしや三段抜かしなど、多段抜かしのパターンも加えるようにしても良い。また、一段抜かしと二段抜かしとを交互に行うなど段抜かしのパターンの変更を加えるようにしても良い。

また、上記実施形態では、各受信チャンネルごとに同調回路１１を切り替える段抜かしの数を変更するように説明したが、一つの受信チャンネルに対して広いサーチ範囲に亘って同調回路１１の設定を切り替えてサーチ処理を行う場合には、サーチ範囲の部分ごとに切替ステップの段抜かしの数やパターンを変更するようにしても良い。

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、スーパーヘテロダイン方式や、ダイレクトコンバージョン方式の受信回路に対しても、同様に本発明を適用することができる。その他、受信チャンネルの数や種類、同調回路の容量素子の数、同調回路の各容量値の比率など、上記実施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。

１電波受信装置
１０アンテナ
１１同調回路
Ｃ０〜Ｃ８容量素子（同調コンデンサ）
Ｓ０〜Ｓ８スイッチ
１２ＲＦ回路
１３フィルタ
１４アンプ
１５検波回路
１６帰還回路
２０制御回路
２１ＲＯＭ
２１１サーチ範囲データ

Claims

電波を受信するアンテナと、
該アンテナの周波数特性を段階的に切り替え可能な同調手段と、
前記同調手段を含んだ信号経路に正帰還をかけることにより前記アンテナと前記同調手段の回路部分を発振させることが可能な正帰還手段と、
前記正帰還手段の帰還動作をオン・オフする切換手段と、
前記正帰還手段の帰還動作をオフした状態で前記アンテナから受信された受信信号のうち希望波の信号を抽出して信号処理を行う受信処理手段と、
前記正帰還手段の帰還動作をオンした状態で前記正帰還手段により前記回路部分で発振信号を発生させるとともに、前記同調手段の設定を切り替えながら、前記発振信号が前記受信処理手段で抽出される前記同調手段の設定状態を探索するサーチ制御手段と、
を備え、
前記サーチ制御手段は、
前記同調手段の設定を、各最小の切替ステップ、各最小の切替ステップの一段抜かし、或いは各最小の切替ステップの複数段抜かしで、切り替え可能であるとともに、前記同調手段の調整範囲に応じて、切替ステップの段抜かしの数又は段抜かしのパターンを変更することを特徴とする電波受信装置。
前記同調手段の設定の切り替えとは、前記アンテナに接続される同調容量の大きさの切り替えであることを特徴とする請求項１記載の電波受信装置。
前記同調手段は、
前記アンテナの信号線に接続および切断可能にされるとともに容量値の小さい方から所定比率以上で容量値が順に大きくなるように設けられた複数の同調コンデンサと、
該複数の同調コンデンサの接続状態をそれぞれ切り替える複数のスイッチと、
を備え、
前記サーチ制御手段は、
前記複数の同調コンデンサの全部または一部からなる第１組の同調コンデンサ群の接続状態の切り替えと、
前記第１組の同調コンデンサ群と異なる組み合わせの第２組の同調コンデンサ群の接続状態の切り替えとが可能であり、
前記同調手段の調整範囲に応じて、接続の切り替えを行う前記同調コンデンサを、前記第１組の同調コンデンサ群と前記第２組の同調コンデンサ群とで変更することを特徴とする請求項２記載の電波受信装置。
前記第１組の同調コンデンサ群は、接続および切断可能にされた前記複数の同調コンデンサの全てを含む組み合わせであり、
前記第２組の同調コンデンサ群は、接続および切断可能にされた前記複数の同調コンデンサの中から容量値の小さい側から１個または複数個の同調コンデンサを除く組み合わせであることを特徴とする請求項３記載の電波受信装置。
前記サーチ制御手段は、
前記同調容量が小さくなる側の調整範囲では、前記切替ステップの段抜かしの数が少なくなり、
前記同調容量が大きくなる側の調整範囲では、前記切替ステップの段抜かしの数が多くなるように変更することを特徴とする請求項２記載の電波受信装置。