JPH0884052A - 自動周波数調整回路付き無線通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 受信感度が良好且つＡＦＣ機能が常に機能す
る自動周波数調整回路付き無線通信装置を提供する。 【構成】 第一混合器ＭｉＸ１を通した後の第一中間周
波Ｆ１を濾波する帯域フィルタ１１の通過帯幅±Δｆb
と、第二混合器ＭｉＸ２を通した後の第二中間周波Ｆ２
を濾波する帯域フィルタ１２の通過帯幅±Δｆc を、周
波数ずれが無い状態で信号対雑音比が最適となるように
狭帯域に設定するとともに、ＡＦＣ回路１３は検波出力
ｆS の中心周波数のずれに伴う直流電圧レベルｅf を検
出して周波数調整を行うととももに前記帯域フィルタ１
１、１２の通過帯から相手信号が外れて検波出力ｆS が
無信号時となった場合にマイコン１８の制御によって第
一局部発振器Ｌｏ１の局部発振周波数ｆ01を所定の範囲
で変動させて前記第一中間周波Ｆ１及び第二中間周波Ｆ
２中の相手信号が共に前記帯域フィルタ１１、１２の通
過帯の中央にくるように周波数ずれを調整する構成であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は極超短波を用いた自動周
波数調整（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
Ｃｏｎｔｒｏｌ；略称ＡＦＣ）回路付き無線通信装置に
関し、特にギガヘルツ領域（ＵＨＦ、マイクロ波領域）
の高い周波数帯域において良好な信号対雑音比（Ｓ／Ｎ
比）が得られるようにしたＡＦＣ回路に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】現在の無線通信は利用者数増大に伴うチ
ャンネル数の増加からより高い周波数へと移行してお
り、周波数管理には殆どのものが高安定な水晶発振器を
用いている。

【０００３】しかしそれも限界に近づき、現行の周波数
１ＧＨｚ以上の極超短波（ＵＨＦ）ないしマイクロ波を
利用した無線通信では水晶発振器といえども十分な安定
度とは言えない状況となってきている。

【０００４】即ち、一般に使用される水晶発振器は温度
変化に起因する発振周波数変動があり、その使用許容温
度範囲での安定度は±２ＰＰＭ（１ＧＨｚで±２ＫＨ
ｚ）程度であり、それ以上の安定度を求める場合には恒
温漕等を用いる以外には実現困難である。

【０００５】ところが近年の移動無線通信（携帯電話や
トランシーバー等）においてはより小さく、軽く、且つ
省電力型が望まれているため、先の恒温漕の仕様は該要
求に合わないものとなっている。

【０００６】この点、基準発振周波数となるべき水晶発
振器の使用周波数が１ＧＨｚを越える通信において±２
ＰＰＭ以上の周波数がずれることは受信機において致命
的な問題となる。（通信音の悪化、通信距離の減少、最
悪には通信開始不能等） これらを避けるために上記高周波領域を使用するＦＭ受
信機やテレビ受信機においては自動周波数調整（ＡＦ
Ｃ）が採用されている。（但し、移動無線通信装置、所
謂トランシーバーには未だ採用されている例は無いもの
と思われる。） 上記ＡＦＣは発振器の発振周波数を所定の値に一致させ
るために自動調整することをいい、発振器を構成してい
る部品の温度上昇やその他の原因による定数変化によっ
て起こる発振周波数のずれを直流電圧として検出して、
この電圧によって発振器の発振周波数を制御することを
いう。

【０００７】図３はＡＦＣ回路付きスーパーヘテロダイ
ンＦＭ受信機のブロック構成例であり、図から判るよう
に、アンテナ（ＡＮＴ）で受けた到来波Ｆ0 をまず高周
波帯域フィルタ（ＢＰＦ１）を通し高周波増幅器（ＨＦ
Ａ）で増幅する。これを第一局部発振器（Ｌｏ１）の出
力ｆ01とともにミクサといわれる第一混合器ＭＩＸ１に
加えて第一中間周波Ｆ１（＝Ｆ0 −ｆ01）とする。Ｆ１
は不可聴音であるから可聴音にするために第二局部発振
器Ｌｏ２の出力ｆ02とともに第二混合器ＭＩＸ２に加え
て第二中間周波Ｆ２（＝Ｆ１−ｆ02）とし、帯域フィル
タＢＰＦ３を通してこれを検波（周波数弁別器；ＤＥ
Ｔ）した相手信号の検波出力ｆｓを低周波増幅（ＬＦ
Ａ）してスピーカーを鳴らす。

【０００８】一方、検波出力ｆS の直流電圧レベルｅf
を積分回路４を通してＡＦＣ回路３に入力して中心周波
数のずれに対応する直流電圧レベルｅf の変化を局部発
振回路Ｌｏ１に帰還して第一局部発振周波数ｆ01を変え
て混合器ＭＩＸ１及びＭＩＸ２を通した後の中間周波Ｆ
１、Ｆ２が適正になるように周波数ずれを防いで受信状
態を最適に保つ。

【０００９】即ち、検波回路ＤＥＴは中心周波数から入
力周波数がずれた場合、その周波数の変化に応じて（直
線的に比例する）直流電圧レベルｅf が現れるので、該
電圧ｅf を利用して中間周波Ｆ１を中心に戻すように第
一局部発振周波数ｆ01を変えるのである。

【００１０】上記ＡＦＣ回路３における局部発振周波数
ｆ01を電圧ｅf によって変化させる方法としては、可変
容量ダイオード（バリキャップ）またはトランジスタの
コレクタ出力容量の可変容量性を用い、該容量Ｃが印加
電圧ｅf に対して１／２乗ないし１／３乗に反比例する
ことを利用してこれを第一局部発振器Ｌｏ１の同調回路
に接続する方法が一般的である。

【００１１】尚、第一局部発振器Ｌｏ１は破線枠内に示
されるように、水晶発振回路４（ＯＳＣ）の基準発振周
波数ｆ0 を分周した入力信号ｆi と電圧制御発振回路５
（ＶＣＯ）の出力信号ｆ01（第一局部発振周波数であ
る。）を分周した信号の位相差を比較する位相比較器６
と、低域フィルタ（ＬＰＦ）７で構成されるＰＬＬ回路
９を構成している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のＦＭ受信機におけるＡＦＣ回路３では起こり得る周
波数変動以上に通過帯幅ＢＰを広げた帯域フィルタＢＰ
Ｆ２、ＢＰＦ３を使用しなければ周波数ずれを検出して
第一局部発振周波数ｆ01を調整するというＡＦＣの効果
が得られない。

【００１３】何故ならＡＦＣ機能は検波出力ｆS の直流
電圧レベルｅf で中心周波数を合わせる動作のため、ど
んなときにも相手信号が検波出力ｆS に出てこなければ
動作しないのである。

【００１４】しかし一方では帯域フィルタＢＰＦ２、Ｂ
ＰＦ３の通過帯幅ＢＰを広げることは受信のＳ／Ｎ比を
悪化させるというデメリットを伴う。

【００１５】図４は上記帯域フィルタＢＰＦ２、ＢＰＦ
３の通過帯幅ＢＰと相手信号波及び第一中間波Ｆ１の中
心周波数ずれとの関係を説明するための図である。

【００１６】図４の（ｂ）のように受信感度を良くする
ために比較的狭い通過帯幅ＢＰＮを有する帯域フィルタ
を装備した受信システムではシステムの周波数管理の基
本となる水晶発振器の基準発振周波数ｆ0がΔｆずれて
ｆ0′になった場合や、相手側の到来波Ｆ0 の周波数ず
れ（Δｆ）が生じている場合には、該周波数ずれ幅が帯
域フィルタの通過帯幅を越えて通すべき相手信号波も減
衰帯に入って相手の信号の有無さえ検出できなくなって
しまう（無信号となる）のである。

【００１７】そこでやむなく図４の（ａ）のようにＳ／
Ｎ比をある程度犠牲にして帯域フィルタＢＰＦ２、ＢＰ
Ｆ３の通過帯幅を最適幅よりも広くＢＰＷに設定して中
心周波数ｆ0 のずれが生じても必ず検波出力ｆS の中に
相手信号Ｓが入るようにしているのが現状である。

【００１８】例えば、使用周波数１ＧＨｚ、使用水晶発
振器の安定度±２．５ＰＰＭの場合において、音声信号
帯域を±３．７５ＫＨｚ程度とすると、これに水晶発振
器の起こり得る変動周波数±２．５ＫＨｚを加えると±
６．２５ＫＨｚとなり、相手信号を通過させるためには
これ以上の通過帯幅を有するフィルタ回路が必要とな
る。これは本来周波数ずれがゼロの状態では最適な通過
帯幅として±４ＫＨｚ程度の帯域フィルタで済むもの
が、より広い帯域フィルタを使用する必要があることに
なり、このため受信のＳ／Ｎ比を悪化させてしまうので
ある。

【００１９】１ＧＨｚ以上になると上記ＡＦＣ回路を有
効に働かせるためにはさらに広い通過帯幅の帯域フィル
タを採用しなければならなくなる。

【００２０】また、ギガヘルツ以下の周波数の無線通信
装置においても、ＡＦＣ回路が無い場合は水晶発振器の
周波数ずれ分を見込んだやや広い通過帯幅の帯域フィル
タを使用してＳ／Ｎ比を多少犠牲にしているのが現状で
ある。

【００２１】一方、コスト的にみても水晶発振器の安定
度は±２．５ＰＰＭ（１ＧＨｚで±２．５ＫＨｚ）程度
が一般であり、それ以上の安定度（±２ＰＰＭ以下）の
ものは非常に高価であって、且つこれも数ＧＨｚでは恒
温漕が必要になる。

【００２２】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、通過帯の狭い帯域フィルタ（Ｓ／Ｎ比が良好）
でも十分なＡＦＣ効果が得られるように工夫された新規
な自動周波数調整回路付き無線通信装置を提供するもの
である。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明は、スーパーヘテ
ロダイン受信機を有する自動周波数調整回路付き無線通
信装置において、第一混合器を通した後の第一中間周波
を濾波する帯域フィルタと、第二混合器を通した後の第
二中間周波を濾波する帯域フィルタの各通過帯域幅を周
波数ずれが無い状態で信号対雑音比が最適となるように
狭帯域に設定するとともに、自動周波数調整回路は検波
出力の中心周波数のずれに伴う直流電圧レベルを検出し
て周波数調整を行うととももに前記帯域フィルタの通過
帯から相手信号が外れて検波出力が無信号時となった場
合にマイコンの制御によって第一局部発振器の局部発振
周波数を所定の範囲で変動させて前記第一中間周波及び
第二中間周波中の相手信号が共に前記帯域フィルタの通
過帯の中央にくるように中心周波数のずれを自動調整す
ることを特徴とする自動周波数調整回路付き無線通信装
置を提供することにより上記目的を達成するものであ
る。

【００２４】

【作用】本発明では受信機の第一混合器ＭｉＸ１を通し
た後の第一中間周波Ｆ１を濾波する帯域フィルタＢＰＦ
２と、第二混合器ＭｉＸ２を通した後の第二中間周波Ｆ
２を濾波する帯域フィルタＢＰＦ３の各通過帯域幅を周
波数ずれが無い状態で信号対雑音比が最適となるように
従来より狭帯域に設定されており、良好なＳ／Ｎ比が得
られる。

【００２５】仮に、水晶発振器の基準発振周波数ｆ0 ま
たは相手側からの受信周波数Ｆ0 がずれて第一中間周波
Ｆ１または第二中間周波Ｆ２が各帯域フィルタＢＰＦ
２、ＢＰＦ３を通過しない状態になった場合、検波出力
ｆS の無信号を感知したＡＦＣ回路は無線通信装置シス
テムのマイコンによって制御され自動的に第一局部発振
器Ｌｏ１の局部発振周波数ｆ01を所定の範囲±△ｆW で
高低に変動させる。

【００２６】すると上記変動する局部発振周波数ｆ01と
混合された第一中間周波Ｆ１及び第二中間周波Ｆ２中の
相手信号は各帯域フィルタＢＰＦ２、ＢＰＦ３の通過帯
幅ＢＰＮの中央にくる状態になる。

【００２７】すると検波出力ｆS には相手信号Ｓが現れ
周波数ずれは調整されて、以後は直流電圧レベルｅf に
よる通常のＡＦＣ機能が回復する。

【００２８】

【実施例】以下、本発明に係わる自動周波数調整回路付
き無線通信装置について図面に基づいて詳細に説明す
る。尚、前記従来と同様な構成部分は図面上で同一符号
にて表す。

【００２９】図１は本発明に係わる無線通信装置のＦＭ
受信機を説明するためのブロック回路図である。

【００３０】図２は本発明に係わる無線通信装置の局部
発振周波数ｆ01を変動させる三つの実施例を説明するた
めのブロック回路図である。

【００３１】先ず、課題でも述べたようにＡＦＣ機能を
動作させるためには相手側からの到来波Ｆ0の周波数ま
たは局部発振器Ｌｏ１、Ｌｏ２の水晶発振器の基準周波
数ｆ0が周波数ずれを起こしても、先ず始めに相手信号
を検波出力としてキャッチすることが不可欠である。

【００３２】本発明に係わる無線通信装置においては受
信感度を上げるためＳ／Ｎ比を高く設定するように図４
の（ｂ）のような通常よりも狭い通過帯幅ＢＰＮを有す
る帯域フィルタＢＰＦ２、ＢＰＦ３を使用するが、この
ままではＦ0→Ｆ0＋Δｆまたはｆ01→ｆ01＋Δｆ（但し
Δｆ＞ＢＰＮ）のような大きな周波数ずれが生じると該
帯域フィルタで相手信号が削られて出力が取り出せなく
なり、ＡＦＣ機能も働かない。

【００３３】しかし、もしこのようなとき局部発振周波
数ｆ01を中心周波数のずれた側に周波数ずれ分Δｆだけ
移動してやると第一中間波Ｆ１（＝Ｆ0 −ｆ01）は正常
にＢＰＦ２の通過帯中心に相手信号がくるのでうまく出
力が取り出せるようになることが判る。

【００３４】以上を前提に以下、上記局部発振器Ｌｏ１
の局部発振周波数ｆ01を変動させるＡＦＣ回路について
詳述する。

【００３５】図１において、無線通信装置１０は、スー
パーヘテロダイン受信機を有する自動周波数調整回路付
き無線通信装置であって、第一混合器ＭｉＸ１を通した
後の第一中間周波Ｆ１を濾波する帯域フィルタ１１（Ｂ
ＰＦ２）の通過帯幅±Δｆbと、第二混合器ＭｉＸ２を
通した後の第二中間周波Ｆ２を濾波する帯域フィルタ１
２（ＢＰＦ３）の通過帯幅±Δｆc を、周波数ずれが無
い状態で信号対雑音比が最適となるように狭帯域に設定
するとともに、自動周波数調整（ＡＦＣ）回路１３は検
波出力ｆS の中心周波数のずれに伴う直流電圧レベルｅ
f を検出して周波数調整を行うととももに前記帯域フィ
ルタＢＰＦ２、ＢＰＦ３の通過帯から相手信号が外れて
検波出力ｆS が無信号時となった場合にマイコン１８の
制御によって第一局部発振器Ｌｏ１の局部発振周波数ｆ
01を所定の範囲で変動させて前記第一中間周波Ｆ１及び
第二中間周波Ｆ２中の相手信号が共に前記帯域フィルタ
ＢＰＦ２、ＢＰＦ３の通過帯の中央にくるように周波数
ずれを調整するように構成されているところに特徴を有
する。

【００３６】尚、通常は高周波域の帯域フィルタＢＰＦ
１の通過帯幅±Δｆa は相手信号に対して十分広いた
め、相手側からの受信周波数Ｆ0 にずれが生じても問題
なく相手信号は通過し、ＡＦＣの動作に関して無視でき
るので従来と同等である。

【００３７】次に、第一局部発振周波数ｆ01を所定の範
囲で変動（揺動）させる方法としては、（１）ＰＬＬの
周波数データを変更することにより第一局部発振周波数
を変動させる。（２）基準発振周波数を切り換えて第一
局部発振周波数を変動させる。（３）連続して第一局部
発振周波数を変動させる等の方式が考えられる。

【００３８】図２は上記（１）〜（３）の方式について
の実施例を表す回路ブロック図である。

【００３９】（１）の方式では、分周データをマイコン
１８にて制御するもので、例えば、水晶発振器４（ＯＳ
Ｃ）の基準発振周波数を１２．８ＭＨｚとして、分周器
ｂの分周を１／２５６０とすると、５ＫＨｚが位相比較
器６に入力される。一方ＶＣＯの局部発振周波数ｆ01を
１ＧＨｚとすると分周器ａは１／２０００００分周で５
ＫＨｚが作れる。上記双方の５ＫＨｚを比較して位相同
期（ロック）をかける。

【００４０】もし上記分周器ａの１／２０００００分周
を±１（２００００１または１９９９９９）とすると位
相比較器６に入る周波数は５ＫＨｚになろうとするので
ＶＣＯの発振周波数ｆ01は１ＧＨｚ±５ＫＨｚとなる。

【００４１】以上のように分周器ａ、ｂの分周データを
マイコン１８で逐次変更することによってＶＣＯの発振
周波数（即ち第一局部発振周波数ｆ01）を可変とするこ
とができる。

【００４２】次に（２）の方式では第一局部発振器Ｌｏ
１の水晶発振器ＯＳＣの基準発振周波数ｆ0 を水晶ＣＲ
と並列接続されたコンデンサＣ１、Ｃ２をスイッチＳ
１、Ｓ２によって切り換えることによって表の如く段階
的にｆ0 ±Δｆとし局部発振周波数ｆ01を揺らすもので
ある。さらに…Ｃｎ、…Ｓｎと回路を増やせばΔｆを細
かく変化させることができる。尚、スイッチＳ１…の切
換はマイコン１８による。

【００４３】次に（３）の方式はマイコン制御されたア
ップ・ダウン・カウンタ１５で適当な周期で加減算を行
いＤ／Ａコンバータ１６で三角波ＣＷが得られる。これ
を水晶発振器ＯＳＣの同調回路に接続された可変容量ダ
イオード１７につなぐと（２）で段階的だった局部発振
周波数ｆ01の変動が連続的となる。

【００４４】今回の新しいＡＦＣ回路は上記局部発振周
波数の周期的変動が加わるので該変動範囲が予想される
中心周波数ずれより十分広くすれば、無信号時にシステ
ムを制御するマイコンで所定の周期で局部発振周波数ｆ
01を揺らしてやることで基準周波数ｆ0 または受信周波
数（到達波Ｆ0 ）がずれていても必ず帯域フィルタを通
して相手信号Ｓを検波器ＤＥＴの出力ｆS として取り出
すことができるようになり、ひとたび相手信号が検出さ
れればその後は通常のＡＦＣ機能で周波数ずれをゼロに
しそのまま最良の状態で通信を維持することができるの
である。

【００４５】本方式により、ＢＰＦ２、ＢＰＦ３に通常
より狭い（最適な）帯域フィルタを使用しても周波数ず
れを必ず検出しＡＦＣ機能を動作させて信号をキャッチ
し通信の相手側と周波数を一致させることが可能とな
る。加えて使用する水晶発振子は安定度２〜３ＰＰＭ程
度の安価なものでも使用可能となりコスト低減に資する
という利点がある。

【００４６】尚、ここでのＡＦＣ機能は常時動作してい
る必要はなく、通信の開始時もしくは開始後一定時間毎
の動作でも問題ない。

【００４７】また、本発明に係わるＡＦＣ動作は第二局
部発振器Ｌｏ２に対しても同様に作用させることができ
るのは云うまでもない。

【００４８】また、本発明はＡＦＣの出力をどのように
使うかを規定するものではなく、あくまでも狭いフィル
ターでＡＦＣ機能が動作するように局部発振周波数を変
化させる方式についてのみ限定するものである。

【００４９】

【発明の効果】本発明に係わる自動周波数調整回路付き
無線通信装置では、以下に記す優れた効果を有する。

【００５０】（１）高いＳ／Ｎ比が得られるように帯域
フィルタ回路の通過帯幅が従来よりも狭いにもかかわら
ず、周波数ずれが問題となるギガヘルツ領域で自動周波
数調整機能を有効に働かせることができるという優れた
効果を有する。

【００５１】（２）基準周波数となる水晶発振器の安定
度は特に問題とならず安価なものが使用できコスト低減
が図られるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる無線通信装置のＦＭ受信機を説
明するためのブロック回路図である。

【図２】本発明に係わる無線通信装置の局部発振周波数
ｆ01を変動させる三つの実施例を説明するためのブロッ
ク回路図である。

【図３】従来のＡＦＣ回路付きスーパーヘテロダインＦ
Ｍ受信機のブロック構成例である。

【図４】帯域フィルタＢＰＦ２、ＢＰＦ３の通過帯幅と
相手信号波及び第一中間波の中心周波数ずれとの関係を
説明するための図である。

【符号の説明】

３、１３ 自動周波数調整（ＡＦＣ）回路 ４ 水晶発振器 ５ 電圧制御発振器 ６ 位相比較器 ７ 低域フィルタ １０ 無線通信装置 １１、１２ 帯域フィルタ １７ 可変容量ダイオード １８ マイコン ＡＮＴ アンテナ ＢＰＦ１ 高周波帯域フィルタ ＢＰＦ２、ＢＰＦ３ 帯域フィルタ Ｌｏ１ 第一局部発振回路 Ｌｏ２ 第二局部発振回路 ＭＩＸ１ 第一混合器 ＭＩＸ２ 第二混合器 ＤＥＴ 検波器（周波数弁別器） ＨＦＡ 高周波増幅器 ＬＦＡ 低周波増幅器 Ｆ0 到来波 Ｆ１ 第一中間周波 Ｆ２ 第二中間周波 ｆ0 基準発振周波数 Δｆ ずれ周波数 ｆ01 第一局部発振周波数 ｆ02 第二局部発振周波数 ｆS 検波出力 ｅf 直流電圧レベル Ｓ 相手信号 ＣＷ 三角波

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スーパーヘテロダイン受信機を有する自
   動周波数調整回路付き無線通信装置において、第一混合
   器を通した後の第一中間周波を濾波する帯域フィルタ
   と、第二混合器を通した後の第二中間周波を濾波する帯
   域フィルタの各通過帯域幅を周波数ずれが無い状態で信
   号対雑音比が最適となるように狭帯域に設定するととも
   に、自動周波数調整回路は検波出力の中心周波数のずれ
   に対応する直流電圧レベルを検出して周波数調整を行う
   ととももに前記帯域フィルタの通過帯から相手信号が外
   れて検波出力が無信号時となった場合にマイコンの制御
   によって第一局部発振器の局部発振周波数を所定の範囲
   で変動させて前記第一中間周波及び第二中間周波中の相
   手信号が共に前記帯域フィルタの通過帯の中央にくるよ
   うに中心周波数のずれを自動調整することを特徴とする
   自動周波数調整回路付き無線通信装置。