(57)【要約】【課題】ＭＥＭＳフィルタをＩＦフィルタとして用いた場合、ＭＥＭＳフィルタの共振周波数がその温度特性によって変化すると、ＩＦフィルタの中心周波数も変化し、当該中心周波数が選択する信号の中心からずれてしまうため、目的の信号の必要帯域を削ってしまったり、隣接するチャンネルの信号による妨害を受けてしまう。【解決手段】ＩＦフィルタとしてＭＥＭＳフィルタ１４を用いたスーパーヘテロダイン受信機において、ＭＥＭＳフィルタ１４と同じ構造のＭＥＭＳを用いてなるＭＥＭＳ発振器１６を設け、このＭＥＭＳ発振器１６の発振周波数Ｆｍｅｍｓを利用して局部発振周波数を生成することにより、ＭＥＭＳの温度による周波数変動の影響をシステム的に排除しつつ高Ｑのフィルタを実現する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信信号と局部発振信号とを混合して前記受信信号の周波数を変換する第１の混合器と、
ＭＥＭＳを用いたフィルタからなり、前記第１の混合器で周波数変換された信号の帯域を制限する帯域制限フィルタと、
前記受信信号の周波数で発振する第１の発振器と、
前記帯域制限フィルタを構成するＭＥＭＳと同じ構造のＭＥＭＳを用いてなる第２の発振器と、
前記第１の発振器により生成された信号と前記第２の発振器により生成された信号とを混合して前記第１の混合器に前記局部発振信号として供給する第２の混合器と
を備えたことを特徴とする受信機。
【請求項２】
前記第２の発振器は、
増幅器と、
前記帯域制限フィルタを構成するＭＥＭＳと同じ構造のＭＥＭＳであって、一端が前記増幅器の出力ノードに接続され、他端が前記増幅器の入力ノードに接続された前記ＭＥＭＳを含むフィードバック回路と
を含むことを特徴とする請求項１記載の受信機。
【請求項３】
前記第１の混合器で周波数変換された信号を復調する復調器と、
前記第２の発振器により生成された信号を分周して前記復調器に供給する分周器とをさらに有する
ことを特徴とする請求項１記載の受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受信機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
受信機としては、一般的に、図７に示すスーパーヘテロダイン受信機（コンバージョン受信機）が知られている。このスーパーヘテロダイン受信機は、アンテナ１０１で受信した高周波信号を高周波増幅器１０２で増幅し、この増幅した高周波信号の周波数と局部発振器１０４からの局部発振周波数とを混合器１０３で混合することにより、検波する周波数を受信する周波数よりも低い中間周波数に周波数変換し、しかる後帯域の狭い帯域制限フィルタ１０５を通すことによって目的の信号を抽出する構成となっている。帯域制限フィルタ１０５は、中間周波数の帯域制限をなすためＩＦ(intermediate frequency;中間周波数)フィルタと呼ばれている。
【０００３】
スーパーヘテロダイン受信機の周波数構成の一例を図８に示す。同図において、ＩＦフィルタ１０５の中心周波数ＦIFを囲った枠が当該ＩＦフィルタ１０５の制限帯域である。ＩＦフィルタ１０５としては、通常、水晶フィルタ、メカニカルフィルタ、ＳＡＷ(Surface Acoustic Wave;表面弾性波)フィルタ等が用いられている。これらのフィルタは、数１００ＭＨｚ程度の高い周波数で高Ｑ（共振現象の鋭さ）を実現するにはＩＣ化が困難である。そのため、近年、ＩＦフィルタとしてＩＣ化が可能なＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems) によるフィルタ（以下、ＭＥＭＳフィルタと記す）を用い、ＭＥＭＳフィルタの高Ｑを利用した受信機が研究・開発されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】“ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ  ＪＯＵＲＮＡＬ”  Ｈｏｒｉｚｏｎ  Ｈｏｕｓｅ出版社  ２００１年７月号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＭＥＭＳフィルタの共振周波数は、共振子（振動子）の例えば長さや、周囲の雰囲気の密度などによって変化することが知られている。このことは、ＭＥＭＳフィルタを集積回路中に実現する場合、その温度が変化すると、共振周波数が変化することを意味している。その理由は以下の通りである。
【０００６】
すなわち、ＭＥＭＳを集積回路上に実装する場合、その配線層を利用して実装することになるが、配線層は一般にアルミニウムや銅などの金属を主成分としている。これらの物質は温度によって膨張あるいは収縮する。このため、ＭＥＭＳ技術を用いて構成されたフィルタは、配線層に使用する物質の膨張係数により、構成する構造の長さや幅などが変化し、その中心周波数、カットオフ周波数が温度特性を持つことになる。
【０００７】
このように、ＭＥＭＳフィルタをＩＦフィルタとして用いた受信機では、ＭＥＭＳフィルタの共振周波数がその温度特性によって変化すると、図９に示すように、ＩＦフィルタの中心周波数ＦIFも変化し、当該中心周波数ＦIFが選択する信号の中心からずれてしまうため、目的の信号の必要帯域を削ってしまったり、隣接するチャンネルの信号による妨害を受けてしまうという課題がある。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ＭＥＭＳの温度特性による周波数変動の影響をシステム的に排除可能な受信機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による受信機は受信信号と局部発振信号とを混合して前記受信信号の周波数を変換する第１の混合器と、ＭＥＭＳを用いたフィルタからなり、前記第１の混合器で周波数変換された信号の帯域を制限する帯域制限フィルタと、前記受信信号の周波数で発振する第１の発振器と、前記帯域制限フィルタを構成するＭＥＭＳと同じ構造のＭＥＭＳを用いてなる第２の発振器と、前記第１の発振器により生成された信号と前記第２の発振器により生成された信号とを混合して前記第１の混合器に前記局部発振信号として供給する第２の混合器とを備えた構成となっている。
【００１０】
上記構成の受信機において、帯域制限フィルタの中心周波数がＭＥＭＳの温度特性によって変化した際に、第２の発振器にも帯域制限フィルタに用いるＭＥＭＳと同じ構造のＭＥＭＳを用いているため、第２の発振器により生成された信号の周波数も帯域制限フィルタの中心周波数と同じように変化する。これにより、第２の混合器で得られる局部発振信号の周波数も、帯域制限フィルタの中心周波数が変化する方向に同じ量だけ変化する。したがって、帯域制限フィルタの中心周波数がＭＥＭＳの温度特性によって変化したとしても、この変化に対応して局部発振信号の周波数も同じように変化するため温度特性がキャンセルされ、当該局部発振信号と受信信号とを混合して得られる信号、即ち選択する信号の中心から帯域制限フィルタの中心周波数がずれることがない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＭＥＭＳによるフィルタを帯域制限フィルタとして用いた受信機において、帯域制限フィルタの中心周波数がＭＥＭＳの温度特性によって変化したとしても、選択する信号の中心から帯域制限フィルタの中心周波数がずれることはないため、ＭＥＭＳの温度特性による周波数変動の影響をシステム的に排除しつつ高Ｑのフィルタを実現することができ、また高Ｑのフィルタを実現できることによって隣接するチャンネルの信号による妨害等を排除することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係るスーパーヘテロダイン受信機の構成例を示すブロック図である。図１において、アンテナ１１で受信された電波（受信信号）は、高周波増幅器１２で増幅されて第１の混合器１３にその一方の入力として与えられる。第１の混合器１３には、その他方の入力として後述する局部発振周波数が与えられる。第１の混合器１３は、受信信号と局部発振信号とを混合することにより、検波する信号を受信信号よりも低い中間周波数に変換する。
【００１４】
第１の混合器１３で周波数変換して得られるＩＦ（中間周波数）信号は、帯域通過フィルタであるＩＦフィルタ１４を通過することで帯域制限される。このＩＦフィルタ１４としては、数１００ＭＨｚ程度の高い周波数で高Ｑのフィルタを集積回路中に実現可能なＭＥＭＳフィルタを用いる。このＭＥＭＳを用いたＩＦフィルタ（以下、ＭＥＭＳフィルタと記す）１４の具体的な構造については後で詳細に説明する。
【００１５】
第１の混合器１３にその他方の入力として与える局部発振信号を生成するために、第１の発振器１５、第２の発振器１６および第２の混合器１７が設けられている。第１の発振器１５は、受信信号の周波数で発振する。第１の発振器１５により生成された信号は、第２の混合器１７にその一方の入力として与えられる。第２の発振器１６は、ＭＥＭＳフィルタ１４を構成するＭＥＭＳと同じ構造のＭＥＭＳを用いた構成、具体的にはＭＥＭＳフィルタ１４と同じ構成、または当該ＭＥＭＳフィルタ１４を構成する共振子の一部と同じ構成となっている。その結果、ＭＥＭＳ発振器１６は、ＭＥＭＳフィルタ１４の中心周波数とほぼ同じ周波数で発振する。このＭＥＭＳを用いた第２の発振器（以下、ＭＥＭＳ発振器と記す）１６の具体的な構造についても後で詳細に説明する。
【００１６】
ＭＥＭＳ発振器１６により生成された信号は、第２の混合器１７にその他方の入力として与えられる。第２の混合器１７は、第１の発振器１５により生成された信号とＭＥＭＳ発振器１６により生成された信号とを混合することにより、受信信号の周波数に対して中間周波数分だけ低い周波数の局部発振信号を得る。第１の混合器１３では、局部発振信号を受信信号と混合することにより、検波する信号を受信信号よりも低い中間周波数に周波数変換する処理が行われる。
【００１７】
ＭＥＭＳフィルタ１４で帯域制限されたＩＦ信号は、可変利得増幅器１８で増幅されて第３の混合器１９にその一方の入力として与えられる。第３の混合器１９にはその他方の入力として、ＭＥＭＳ発振器１６で生成された信号を分周器２０で１／２分周して得られる信号が与えられる。分周器２０は、ＭＥＭＳ発振器１６の発振周波数を１／２分周することで、当該発振周波数を９０°移送する９０°移送器としての機能を持つ。第３の混合器１９の出力信号は、復調器２１において例えば直交復調（Ｉ／Ｑ復調）され、ベースバンド信号となって出力される。
【００１８】
上記構成の本実施形態に係るスーパーヘテロダイン受信機において、受信した高周波信号の周波数（以下、受信周波数と記す）をＦｒｆとし、第１の発振器１５の発振周波数をＦｒｍとし、ＭＥＭＳ発振器１６の発振周波数をＦｍｅｍｓとすると、第２の混合器１７の出力周波数、即ち局部発振周波数は、Ｆｒｍ＋ＦｍｅｍｓおよびＦｒｍ−Ｆｍｅｍｓになる。ここでは、Ｆｒｍ＋Ｆｍｅｍｓを取るものとする。
【００１９】
この局部発振周波数Ｆｒｍ＋Ｆｍｅｍｓと受信周波数Ｆｒｆとの掛け算を第１の混合器１３で行うと、当該混合器１３の出力周波数、即ち中間周波数はＦｒｆ＋（Ｆｒｍ＋Ｆｍｅｍｓ），Ｆｒｆ−（Ｆｒｍ＋Ｆｍｅｍｓ）となる。この中間周波数を中心周波数ＦｍｅｍｓのＭＥＭＳフィルタ１４を通過させることによって帯域制限を行う。その後、ＭＥＭＳフィルタ１４で帯域制限された中間周波数Ｆｍｅｍｓに対して増幅、その他の信号処理を行う。
【００２０】
ＭＥＭＳ発振器１６の発振周波数Ｆｍｅｍｓは分周器２０にも与えられ、当該分周器２０で１／２分周される。この１／２分周された周波数の信号は、第３の混合器１９でＭＥＭＳフィルタ１４を通過した中間周波数信号と混合されることで、Ｆｍｅｍｓ／２の周波数の信号となる。この周波数Ｆｍｅｍｓ／２の信号は、復調器２１で例えば直交復調されることによってベースバンド信号となる。
【００２１】
図２は、ＭＥＭＳフィルタ１４の具体的な構造の一例を示す概略斜視図である。図２から明らかなように、本例に係るＭＥＭＳフィルタ１４は、２つの電極３１，３２間に、厚さｈ、幅Ｗの長手板状の共振子（発振子）３３が跨設されるとともに、この共振子３３との間に一端が間隙ｄをもって直交するように長手板状の電極３４が対向配置された構成となっており、一方の電極３２に直流バイアス電圧Ｖｐが印加され、電極３４の他端に入力信号ｖi が与えられる。
【００２２】
かかる構成のＭＥＭＳフィルタ１４は、図３に示すように、数１００ＭＨｚ程度の高い周波数で高Ｑ（Ｑ≒１０，０００）の特性を実現できるとともに、ＩＣ化が可能であるという特長を持っている。したがって、ＭＥＭＳフィルタ１４をＩＦフィルタとして用いることにより、ＩＦフィルタをもＩＣ化したワンチップの選択度の高い受信機を実現できることになる。
【００２３】
このＭＥＭＳフィルタ１４の共振周波数ｆo は、共振子３３の電極３１，３２間の距離をＬとすると、
ｆo ＝（１／２π）・｛√（Ｅ／ρ）｝・（ｈ／Ｌ2 ）
なる式で与えられる。ここで、Ｅはヤング率（弾性率）、はである。上記式から明らかなように、温度変化によって例えば共振子３３の長さＬが変化したり、また周囲の雰囲気の密度ρなどによっても、ＭＥＭＳフィルタ１４の共振周波数ｆo は変化する。
【００２４】
図４は、ＭＥＭＳフィルタ１４の具体的な構造の他の例を示す概略斜視図である。図４から明らかなように、本例に係るＭＥＭＳフィルタ１４′は、多段（本例では、２段）構成となっている。すなわち、ＭＥＭＳフィルタ１４′は、１段目の共振子４１と、これに結合された入力電極４２と、一端が共振子４１と所定の間隙をもって対向配置された電極４３と、２段目の共振子４４と、これに結合された出力電極４５と、一端が共振子４４と所定の間隙をもって対向配置された電極４６と、１段目の共振子４１と２段目の共振子４４とを機械的に結合するスプリング４７とを有する構成となっている。
【００２５】
かかる構成のＭＥＭＳフィルタ１４′では、入力電極４２に与える入力信号をｖi 、出力電極４５から導出する出力電圧をｖo とすると、図５に示すような通過帯域を持つフィルタ特性を得ることができる。
【００２６】
図６は、ＭＥＭＳ発振器１６の具体的な構造の一例を示す概略斜視図である。図６から明らかなように、本例に係るＭＥＭＳ発振器１６は、増幅器４１とフィードバック回路４２との組み合わせによって構成されている。フィードバック回路４２はその一部に、ＩＦフィルタとして図２に示す構成のＭＥＭＳフィルタ１４を用いる場合には、ＭＥＭＳフィルタ１４と同一の構成の共振部を有し、ＩＦフィルタとして図４に示す多段構成のＭＥＭＳフィルタ１４′を用いる場合には、ＭＥＭＳフィルタ１４′を構成する共振子の一部と同一の構成の共振部を有する。
【００２７】
ここでは、ＩＦフィルタとして図２に示す構成のＭＥＭＳフィルタ１４を用いる場合を例に挙げて説明するものとすると、フィードバック回路４２はその一部に、２つの電極５２１，５２２間に、厚さｈ、幅Ｗの長手板状の共振子（発振子）５２３が跨設されるとともに、この共振子５２３との間に一端が間隙ｄをもって直交するように長手板状の電極５２４が対向配置された構成の共振部を有している。
【００２８】
このように、フィードバック回路４２の一部に、ＩＦフィルタとして用いられるＭＥＭＳフィルタ１４と同一の構成の共振部、またはＭＥＭＳフィルタ１４′を構成する共振子の一部と同一の構成の共振部を有する構成のＭＥＭＳ発振器１６の発振周波数Ｆｍｅｍｓは、温度変化による例えば共振子５２３の長さＬの変化量が、共振子３３の長さＬの変化量とほぼ同じになるため、ＭＥＭＳフィルタ１４またはＭＥＭＳフィルタ１４′とほぼ同一の温度特性を持つことになる。
【００２９】
したがって、ＩＦフィルタとしてＭＥＭＳフィルタ１４を用いた発振器において、ＭＥＭＳフィルタ１４と同じ構造のＭＥＭＳを用いてなるＭＥＭＳ発振器１６を設け、このＭＥＭＳ発振器１６の発振周波数Ｆｍｅｍｓを利用して局部発振周波数を生成することにより、ＭＥＭＳフィルタ１４の中心周波数がＭＥＭＳの温度特性によって変化した際に、ＭＥＭＳ発振器１６の発振周波数ＦｍｅｍｓもＭＥＭＳフィルタ１４の中心周波数と同じように変化するため、ＭＥＭＳの温度による周波数変動の影響をシステム的に排除しつつ高Ｑのフィルタを実現することができ、また高Ｑのフィルタを実現できることによって隣接するチャンネルの信号による妨害等を排除することができる。
【００３０】
より具体的に説明すると、ＭＥＭＳフィルタ１４の中心周波数がＭＥＭＳの温度特性によって変化した際に、ＭＥＭＳ発振器１６の発振周波数ＦｍｅｍｓもＭＥＭＳフィルタ１４の中心周波数と同じように変化することにより、第２の混合器１７で得られる局部発振周波数も、ＭＥＭＳフィルタ１４の中心周波数が変化する方向に同じ量だけ変化する。したがって、ＭＥＭＳフィルタ１４の中心周波数がＭＥＭＳの温度特性によって変化したとしても、この変化に対応して局部発振周波数も同じように変化するため温度特性がキャンセルされ、当該局部発振周波数と受信周波数Ｆｒｆとを混合して得られる中間周波数、即ち選択する信号の中心からＭＥＭＳフィルタ１４の中心周波数がずれることがないため、ＭＥＭＳの温度による周波数変動の影響をシステム的に排除することができる。
【００３１】
また、復調器２１として例えば直交復調器を用い、第３の混合器１９から出力される周波数Ｆｍｅｍｓ／２の信号を直交復調（Ｉ／Ｑ復調）する構成を採る受信機においては、直交復調で用いられる、高周波信号に対して位相差０°，９０°の局部発振周波数を得るための発振器を専用に設けなくても、当該発振器としてＭＥＭＳ発振器１６を兼用することができるという利点がある。この場合、ＭＥＭＳ発振器１６の発振周波数を分周して直交復調器に供給する分周器２０を設けるだけで良いことになる。
【００３２】
ところで、受信機の受信方式は、受信した高周波信号の周波数をそれよりも低い中間周波数に周波数変換して処理する先述したスーパーヘテロダイン方式と、受信した高周波信号を直接ベースバンド信号に周波数変換して処理するダイレクトコンバージョン方式とに大別される。これらの受信方式のうち、ダイレクトコンバージョン方式の受信機は、受信した高周波信号に対して位相差０°の局部発振信号を混合することによってベースバンドの同相成分Ｉを得るとともに、位相差９０°の局部発振信号を混合することによってベースバンドの直交成分Ｑを得た後、低域通過フィルタを用いて受信信号から希望帯域（希望チャンネル）の信号のみを取り出す構成となっている。
【００３３】
このように、ダイレクトコンバージョン方式の受信機は、希望チャンネルの信号のみを取り出すフィルタとし、ＩＣ化が容易な低域通過フィルタを用いることができるため、ＩＣ化が困難な帯域通過フィルタを用いなければならないスーパーヘテロダイン方式の受信機と比較してワンチップ化を図る上で有利である。このような理由から、近年、携帯電話などに代表される多くの無線通信システムにダイレクトコンバージョン方式の受信機が用いられている。
【００３４】
ところが、ダイレクトコンバージョン方式の受信機では、ベースバンドの同相成分Ｉおよび直交成分Ｑを得るために２つの混合器が必要であり、これら混合器は高い周波数を扱うため消費電力が大きく、したがって受信機全体の消費電力が大きくなってしまう。すなわち、ダイレクトコンバージョン方式の受信機は、スーパーヘテロダイン方式の受信機と比べてワンチップ化を図る上で有利であるものの、消費電力の点で難がある。
【００３５】
これに対して、本実施形態に係るスーパーヘテロダイン受信機によれば、帯域通過フィルタとしてＭＥＭＳによるフィルタを用いることにより、ワンチップ化が可能になるとともに、ＭＥＭＳの温度による周波数変動の影響をシステム的に排除しつつ高Ｑのフィルタを実現でき、しかもダイレクトコンバージョン方式の受信機では２つ必要とするＲＦの混合器が１つで済むため、ダイレクトコンバージョン方式の受信機と比較して混合器を１つ削減できる分だけ低消費電力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態に係るスーパーヘテロダイン受信機の構成例を示すブロック図である。
【図２】ＭＥＭＳフィルタの具体的な構造の一例を示す概略斜視図である。
【図３】一例に係るＭＥＭＳフィルタの周波数特性を示す特性図である。
【図４】ＭＥＭＳフィルタの具体的な構造の他の例を示す概略斜視図である。
【図５】他の例に係るＭＥＭＳフィルタの周波数特性を示す特性図である。
【図６】ＭＥＭＳ発振器の具体的な構造の一例を示す概略斜視図である。
【図７】スーパーヘテロダイン受信機の基本構成を示すブロック図である。
【図８】スーパーヘテロダイン受信機の周波数構成の一例を示す図である。
【図９】従来技術の課題の説明に供する図である。
【符号の説明】
【００３７】
１１…アンテナ、１２…高周波増幅器、１３…第１の混合器、１４，１４′…ＭＥＭＳフィルタ（帯域通過フィルタ）、１５…第１の発振器、１６…第２の発振器（ＭＥＭＳ発振器）、１７…第２の混合器、１８…可変利得増幅器、１９…第３の混合器、２０…分周器、２１…復調器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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