JP7229421B2 - 受信装置及び制御方法 - Google Patents
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Description
実施の形態1.
図1は、一般的なRFアンプの入出力特性を示すグラフである。まず、図1を参照して、本開示の概念を説明する。図1のグラフは、RFアンプに固定の希望波と複数の妨害波(ここでは2波)とが入力され、当該複数の妨害波の入力レベル(以下、「レベル」を「振幅」とも言うが、いずれも電圧振幅のことである)が変化した場合の、RFアンプの出力を表している。この図1のグラフの縦軸(出力)及び横軸(入力)がともに対数(dB)で表されている。この図1のグラフから、以下の(A)~(D)が読み取れる。
L0:F0(x)=x+g[dB]
L1:f1(x)=3x+b1
x1=x0+CN/2[dBμV]
b1=-2x0+g-CN[dB]
L2:f2(x)=3x+b2
x2=x0+(CN+ΔCN)/2[dBμV]
b2=-2x0+g-(CN+ΔCN)[dB]
Δx=x2-x1=ΔCN/2[dB]
ΔCN=b2-b1[dB]
それぞれω1、ω2、ω3の角周波数を持つ3つの妨害波の合成波Vを、非線形回路に入力する場合を考える。基準RFレベルをI0[dBμV]とし、この値でそれぞれの妨害波の振幅を規格化した値を、それぞれ、妨害波係数u、v、wとする。合成波Vが式(1)で表される場合、3次非線形性成分V3は式(2)で表される。
(妨害2波のIM3相対振幅)
=3M2
=3u2v、3uv2、3u2w、3v2w、3uw2、3vw2 …(6)
(妨害3波のIM3相対振幅)
=6M3
=6uvw …(7)
それぞれω4、ω5の角周波数を持つ2つの妨害波の合成波Vを、非線形回路に入力する場合を考える。基準RFレベルをI0[dBμV]とし、この値でそれぞれの妨害波の振幅を規格化した値を、妨害波係数x、yとする。合成波Vが式(8)で表される場合、2次非線形成分V2は式(9)で表される。
(IM2相対振幅)=2M22=2xy …(10)
メモリ102は、前記プログラムを格納するEPROM(Erasable Programmable ROM)、又はフラッシュメモリ等の不揮発性メモリと、プロセッサ101の処理及び演算で用いるRAM(Random Access Memory)等の揮発性メモリとで構成される。
(2波相互変調歪レベル)
=68+20log(M2)[dBμV] …(11)
(3波相互変調歪レベル)
=68+20log(2M3)
=68+20{log(M3)+log2}[dBμV] …(12)
一般に、m波の妨害波が存在する場合、n(m≧n)次相互変調歪(IMn)を生成する妨害波の組み合わせは、全て同一波(n重複)となる妨害波の組み合わせを除くn波の重複組み合わせとなる。そのため、制御部30は、mHn-m=m+n-1Cn-m種類の妨害波の組み合わせについて考慮が必要である。これによって、例えば上記3次相互変調歪(IM3)を妨害波が4波の場合について再度計算してみると、全て同一となる周波数の組み合わせ(4通り)を除く、3波の重複組み合わせとなるため、6C3-4=20-4=16種類の組合せについて考慮が必要となる。2波による相互変調歪(IM3)については、上式(3A)より各組み合せで1つの相互変調歪の周波数しか発生しないが、3波による相互変調歪(IM3)については、(A,B,C)、(B,C,D)、(A,C,D)、(A,B,D)の各組で、それぞれ3つの相互変調歪の周波数が発生するので、既に計算された1つを差し引き、(3-1)×4=8を前記16種類に加えた24種の相互変調歪の周波数が発生することになり、前記計算結果と一致する。
考慮すべき妨害波の組合せ数については、上式より計算できるが、各組の周波数の加減算から生成される現実的な相互変調歪の周波数の適用要否については、3次非線形成分による相互変調歪(IM3)の場合に、上式(3A)及び上式(4A)導出過程にて行ったのと同様に、全て同一波以外の、(n-1)個以下の妨害波の重複組み合わせも含めた組を抽出し、各組からn次の受信帯域内相互変調歪をそれぞれ計算する必要がある。
<A波>
120[dBμV](1000[mV])
ω1t=α
ω1t/2π=98.3[MHz]
<B波>
110[dBμV](316[mV])
ω2t=β
ω2t/2π=98.5[MHz]
<C波>
100[dBμV](100[mV])
ω3t=γ
ω3t/2π=99.0[MHz]
(2波相互変調歪レベル)
=68+20log(M2)=68+20log(u2v)
=68+40log(u)+20log(v)
=68+20+0=88[dBμV]
(3波相互変調歪レベル)
=68+20{log(M3)+log2}
=68+20log(u)+20log(v)+20log(w)+6
=68+10+0-10+6=74[dBμV]
例えば、希望波の占有周波数帯域の中心周波数が98.1[MHz]である場合、前記2α-β(2倍のA波の周波数からB波の周波数を引いたもの)の周波数成分を持つIM3が上記希望波の占有周波数帯域に一致する。ここで、希望波レベルDL=78[dBμV]であれば、DL<IM3レベル、すなわち(IM3_DU比A)<0であるので、希望波と妨害波との混信又は妨害波への反転が発生している可能性が高い。DL≧IM3レベルとするには、88-78=10[dB]のIM3レベルの低減が必要である。そのため、制御部30は、記憶部31に記憶されている、図8のグラフで示されるような相互変調歪―電源電圧テーブルを参照し、リファレンスレベル(0[dB])から上記10[dB]の低減に必要な電源電圧V=13[V]を読み取る。
一方、希望波レベルDL=95[dBμV]である場合、DL>IM3レベル、すなわち(IM3_DU比A)>0であるので、希望波とIM3との混信又はIM3への反転はしていない。そのため、図10のフローチャートにおいては、制御部30は、基準電源電圧を維持する。
例えば、希望波の占有周波数帯域の中心周波数が98.8[MHz]である場合、α-β+γ(A波の周波数からB波の周波数を引きC波の周波数を加えたもの)の周波数成分を持つIM3が上記希望波の周波数帯域に一致する。ここで、希望波レベルDL=70[dBμV]であれば、DL≧IM3レベルとするには、74-70=4[dB]のIM3レベルの低減が必要である。そのため、制御部30は、記憶部31に記憶されている、図8のグラフで示されるような相互変調歪―電源電圧テーブルを参照し、上記4[dB]の低減に必要な電源電圧V=10[V]を読み取る。
一方、希望波レベルDL=95[dBμV]である場合、DL>IM3レベル、すなわち(IM3_DU比A)>0であるので、希望波とIM3との混信又はIM3への反転はしていない。そのため、図10のフローチャートにおいては、制御部30は、基準電源電圧を維持する。
ステップST17において、制御部30は、ステップST8で読み取った電源電圧Vになるように可変直流電源20を制御すると同時に、経過時間tの計測を開始する。
ステップST14、ST15に示される動作は、ステップST18、ST21に示される動作と同じであるため説明を省略する。
実施の形態1では、FM放送の受信を例にとり、RFアンプ5で発生する3次非線形成分について、2波又は3波の相互変調歪(IM3)を低減する受信装置1の構成を説明した。FM放送の受信時、FM2波によるAM放送受信への妨害等、2次非線形成分による相互変調歪(IM2)が問題になる場合もある。そこで、実施の形態2では、2次非線形成分による相互変調歪を低減する受信装置1の構成を説明する。なお、受信装置1は、3次線形成分による2波又は3波の相互変調歪と、2次線形成分による2波の相互変調歪の両方を低減する構成であってもよい。
(2波相互変調歪レベル)
=80+20log(M22)[dBμV] …(15)
<E波>
120[dBμV](1000[mV])
ω4t=δ
ω4t/2π=98.7[MHz]
<F波>
110[dBμV](316[mV])
ω5t=ε
ω5t/2π=99.5[MHz]
(2波相互変調歪レベル)
=80+20log(uv)
=80+20log(u)+20log(v)
=80+20log(1000/316)+20log(316/316)
=80+10+0=90[dBμV]
2次及び3次の非線形成分と比較すると、希望局への影響度は格段に小さくなるが、4次以上の高次非線形成分による相互変調歪(つまり、IM4及びIM5等)についても、2次及び3次の非線形成分による相互変調歪と同様に低減することができる。実施の形態3に係る受信装置1の構成は、実施の形態1の図2に示された構成と図面上は同一であるため、以下では図2を援用する。
また、本開示に係る受信装置は、携帯端末、車両、鉄道、船舶又は航空機等を含む移動体用の受信装置であって、特に車両への持込あるいは車載に適した受信装置である。
Claims (14)
- 少なくとも予め定められた受信帯域を受信するアンテナと、
前記アンテナが受信した前記受信帯域を増幅するRFアンプと、
前記RFアンプへ電源電圧を供給する可変直流電源と、
前記受信帯域内に存在する希望波を受信するフォアグランドチューナと、
前記受信帯域内に存在する複数の妨害波の周波数と信号レベルを検出するバックグランドチューナと、
前記バックグランドチューナにより検出された複数の妨害波の信号レベルに基づいて、前記可変直流電源が供給する前記RFアンプの電源電圧を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記バックグランドチューナにより検出された前記複数の妨害波の組み合わせによって引き起こされるn次相互変調歪(n≧2)の周波数が前記フォアグランドチューナにより受信された前記希望波の占有周波数帯域内であり、かつ、n次相互変調歪レベルが前記希望波の信号レベルより大きい場合、前記n次相互変調歪レベルが前記希望波の信号レベル以下になるように前記RFアンプの電源電圧を増加させることにより、電源電圧の変化に対して当該RFアンプのゲインを一定にする
ことを特徴とする受信装置。 - 前記制御部は、前記n次相互変調歪の周波数が前記希望波の占有周波数帯域内であり、かつ、前記n次相互変調歪レベルが前記希望波の信号レベル未満である場合、前記n次相互変調歪レベルが前記希望波の信号レベルを超えない範囲で前記RFアンプの電源電圧を減少させる
ことを特徴とする請求項1記載の受信装置。 - 前記制御部は、前記RFアンプで発生する3次の非線形成分について、互いに周波数の異なる2波又は3波の少なくとも一方の妨害波の加減算による組み合わせによって引き起こされる3次相互変調歪の周波数成分を算出し、前記算出した3次相互変調歪の周波数成分が前記希望波の占有周波数帯域内であり、かつ、前記算出した3次相互変調歪レベルが前記希望波の信号レベルより大きい場合、前記算出した3次相互変調歪レベルが前記希望波の信号レベル以下になるように前記RFアンプの電源電圧を増加させることにより、電源電圧の変化に対して当該RFアンプのゲインを一定にする
ことを特徴とする請求項1記載の受信装置。 - 前記制御部は、前記算出した3次相互変調歪の周波数成分が前記希望波の占有周波数帯域内であり、かつ、前記算出した3次相互変調歪レベルが前記希望波の信号レベル未満である場合、前記算出した3次相互変調歪レベルが前記希望波の信号レベルを超えない範囲で前記RFアンプの電源電圧を減少させる
ことを特徴とする請求項3記載の受信装置。 - 基準電源電圧が供給された前記RFアンプに対して同一の基準RFレベルである2波を同時入力した場合に常用対数の値として測定された基準3次相互変調歪レベルと、前記基準電源電圧とは異なる複数の電源電圧が供給された前記RFアンプに対して前記2波を同時入力した場合に常用対数の値として測定された複数の3次相互変調歪レベルとを含む相互変調歪―電源電圧テーブルを記憶している記憶部を備え、
前記制御部は、妨害波が2波ある場合、当該2波の妨害波のレベルを前記基準RFレベルで規格化して当該2波の妨害波係数を算出し、一方の妨害波係数を2乗した値と他方の妨害波係数との積を真数とする常用対数の値を20倍した値を算出し、当該20倍した値を、前記基準電源電圧での前記基準3次相互変調歪レベルに加えて現在の2波の前記基準電源電圧下での3次相互変調歪レベルと定義し、妨害波が3波ある場合、当該3波の妨害波のレベルを前記基準RFレベルで規格化して当該3波の妨害波係数を算出し、当該3波の妨害波係数の積を2倍した値を真数とする常用対数の値を20倍した値を算出し、当該20倍した値を、前記基準電源電圧での前記基準3次相互変調歪レベルに加えて現在の3波の前記基準電源電圧下での3次相互変調歪レベルと定義する
ことを特徴とする請求項3記載の受信装置。 - 前記制御部は、前記相互変調歪―電源電圧テーブルを参照し、現在の前記基準電源電圧下での3次相互変調歪レベルと前記希望波の信号レベルの差異に相当する電源電圧の差異を求め、当該電源電圧の差異に基づいて前記RFアンプの電源電圧を制御する
ことを特徴とする請求項5記載の受信装置。 - 前記制御部は、前記RFアンプで発生する2次の非線形成分について、互いに周波数の異なる2波の妨害波の組み合わせによって引き起こされる2次相互変調歪である両周波数の和成分及び差成分を算出し、前記算出した2次相互変調歪の周波数成分が前記希望波の占有周波数帯域内であり、かつ、前記算出した2次相互変調歪レベルが前記希望波の信号レベルより大きい場合、前記算出した2次相互変調歪レベルが前記希望波の信号レベル以下になるように前記RFアンプの電源電圧を増加させることにより、電源電圧の変化に対して当該RFアンプのゲインを一定にする
ことを特徴とする請求項1記載の受信装置。 - 前記制御部は、算出した2次相互変調歪の周波数が前記希望波の占有周波数帯域内であり、かつ、前記算出した2次相互変調歪レベルが前記希望波の信号レベル未満である場合、前記算出した2次相互変調歪レベルが前記希望波の信号レベルを超えない範囲で前記RFアンプの電源電圧を減少させる
ことを特徴とする請求項7記載の受信装置。 - 基準電源電圧が供給された前記RFアンプに対して同一の基準RFレベルである2波を同時入力した場合に常用対数の値として測定された基準2次相互変調歪レベルと、前記基準電源電圧とは異なる複数の電源電圧が供給された前記RFアンプに対して前記2波を同時入力した場合に常用対数の値として測定された複数の2次相互変調歪レベルとを含む相互変調歪―電源電圧テーブルを記憶している記憶部を備え、
前記制御部は、前記2波の妨害波の信号レベルを前記基準RFレベルで規格化して当該2波の妨害波係数を算出し、当該2波の妨害波係数の積を真数とする常用対数の値を20倍した値を算出し、当該20倍した値を、前記基準電源電圧での前記基準2次相互変調歪レベルに加えて現在の前記基準電源電圧下での2次相互変調歪レベルと定義する
ことを特徴とする請求項7記載の受信装置。 - 前記制御部は、前記相互変調歪―電源電圧テーブルを参照し、現在の前記基準電源電圧下での2次相互変調歪レベルと前記希望波の信号レベルの差異に相当する電源電圧の差異を求め、当該電源電圧の差異に基づいて前記RFアンプの電源電圧を制御する
ことを特徴とする請求項9記載の受信装置。 - 前記制御部は、前記RFアンプの電源電圧を増加させる場合であって、増加後の電源電圧に対応する前記RFアンプに含まれる能動素子の消費電力損失が、前記能動素子に付随する熱抵抗と前記能動素子の最大許容接合部温度とを考慮した定常最大許容損失を超える値となる場合、前記能動素子の現在の接合部温度から前記最大許容接合部温度に到達するまでの熱的時定数に基づく見込み時間だけ、前記RFアンプの電源電圧を増加させることにより、電源電圧の変化に対して当該RFアンプのゲインを一定にする
ことを特徴とする請求項1記載の受信装置。 - 前記制御部は、予め定められた時間が経過する都度、前記バックグランドチューナにより検出された複数の妨害波の信号レベルに基づいて前記RFアンプの電源電圧を制御する
ことを特徴とする請求項1記載の受信装置。 - 移動体に搭載され、
前記制御部は、前記移動体が予め定められた距離を移動する都度、前記バックグランドチューナにより検出された複数の妨害波の信号レベルに基づいて前記RFアンプの電源電圧を制御する
ことを特徴とする請求項1記載の受信装置。 - 少なくとも予め定められた受信帯域を受信するアンテナと、
前記アンテナが受信した前記受信帯域を増幅するRFアンプと、
前記RFアンプへ電源電圧を供給する可変直流電源と、
前記受信帯域内に存在する希望波を受信するフォアグランドチューナと、
前記受信帯域内に存在する複数の妨害波の周波数と信号レベルを検出するバックグランドチューナと、
前記バックグランドチューナにより検出された複数の妨害波の信号レベルに基づいて、前記可変直流電源が供給する前記RFアンプの電源電圧を制御する制御部と、
を備える受信装置の制御方法であって、
前記制御部が、前記バックグランドチューナにより検出された前記複数の妨害波の組み合わせによって引き起こされるn次相互変調歪(n≧2)の周波数が前記希望波の占有周波数帯域内であり、かつ、n次相互変調歪レベルが前記希望波の信号レベル以上である場合、前記n次相互変調歪レベルが前記希望波の信号レベル以下になるように、前記RFアンプの電源電圧を増加させることにより、電源電圧に対して当該RFアンプのゲインを一定にする
ことを特徴とする受信装置の制御方法。
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