電子機器
【課題】 電子機器の温度が低温時に、水晶発振器を加熱するためのヒータに電源投入から所定時間通電して、発振周波数が安定するまでの時間を短縮し、かつ、希望発振周波数からのズレを小さくすること。
【解決手段】 電子機器１００の筐体に、この筐体の温度を検出する温度検出手段と、水晶発振器６１０と、この水晶発振器６１０を加熱するヒータ６２０と、このヒータ６２０への通電を制御するヒータ制御手段６４０とを備え、このヒータ制御手段６４０は、電源投入時に計時を開始し予め定めた所定時間を計時する計時手段を含み、電源投入時、筐体の温度が所定温度以下のときにヒータ６２０への通電を開始し、上述の所定時間経過後、ヒータ６２０への通電を停止する構成にした。
【解決手段】 電子機器１００の筐体に、この筐体の温度を検出する温度検出手段と、水晶発振器６１０と、この水晶発振器６１０を加熱するヒータ６２０と、このヒータ６２０への通電を制御するヒータ制御手段６４０とを備え、このヒータ制御手段６４０は、電源投入時に計時を開始し予め定めた所定時間を計時する計時手段を含み、電源投入時、筐体の温度が所定温度以下のときにヒータ６２０への通電を開始し、上述の所定時間経過後、ヒータ６２０への通電を停止する構成にした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶発振器を備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、マイクロ波の電波を送受信する電子機器では、高精度の発振周波数安定度が要求されている。例えば、電子機器として、１２ＧＨｚ帯の電波を受信し、同軸ケーブルで伝送できる１ＧＨｚ帯の中間周波数に変換する衛星通信用ＬＮＢ（ローノイズ・ブロック・ダウンコンバータ）がある。この衛星通信用ＬＮＢの筐体内に、局部発振回路としてＰＬＬ回路が設けられ、このＰＬＬ回路の基準信号源として、例えば、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）が備えられている。この温度補償型水晶発振器は、電圧で発振周波数を可変できる電圧制御水晶発振器に温度補償回路を設け、水晶発振器の温度の変化による発振周波数の変化を補償するようにしている。
【０００３】
このような温度補償型水晶発振器を使用したＰＬＬ回路によって、高い精度の発振周波数安定度が得られるが、更に高精度の発振周波数安定度を得るには、恒温槽型水晶発振器（ＯＣＸＯ）を使用するのが最良である。ただし、恒温槽型水晶発振器は、ヒータや温度センサなどとともに水晶発振回路を恒温槽で密閉して恒温に保持する構造となっているので、温度補償型水晶発振器と比べて消費電力が大きく、しかも大変高価になる。
【０００４】
したがって、低価の温度補償型水晶発振器を使用したＰＬＬ回路では、広い動作温度範囲にて高精度の発振周波数安定度を実現することが難しかった。これは次の２つの理由による。第１の理由は、温度補償型水晶発振器に用いられる水晶振動子の温度特性が低温域で急峻になるからである。例えば、図７（Ａ）に示すように、温度補償型水晶発振器としても、周囲温度が−３５℃以下では、水晶発振器の発振周波数の変動が大きく、水晶振動子自体の温度特性のバラツキの個体差も大きく、温度補償回路だけでは補償できない。
【０００５】
第２の理由は、−３５℃以下で衛星通信用ＬＮＢの電源投入後、その筐体が電源回路などの発熱によって暖まり、温度補償型水晶発振器の周囲温度が上昇し、温度補償型水晶発振器の発振周波数が安定するまでに一定の時間が必要となるからである。ただし、−２０℃以上なら温度補償回路および水晶振動子の特性により温度変化に対する発振周波数の変動が少なく、温度補償型水晶発振器の発振周波数が安定するまでにそれ程時間が必要とならない。
【０００６】
以上のことから広い動作温度範囲、特に低温時に、温度補償型水晶発振器の発振周波数を短時間で安定させ、かつ、希望発振周波数からのズレを、例えば±０．５ｐｐｍ以内に抑えることが難しかった。
【０００７】
これらの欠点に鑑み、水晶発振器の低温域の発振周波数安定度を向上したヒータ内蔵型水晶発振器がある（例えば、特許文献１参照。）。図１０に示すように、この特許文献１によるヒータ内蔵型水晶発振器は、パッケージ１内のプリント基板５−１上に、水晶発振器２とＰＴＣサーミスタ３とコンデンサ４とを実装し、カバー１０を取付けて水晶発振器２を気密封止したもので、水晶発振器２の近傍にＰＴＣサーミスタ３を配置した構造になっている。
【０００８】
このようなヒータ内蔵型水晶発振器の温度が低温時には、ＰＴＣサーミスタ３の抵抗値が小さくなるので、１６番ピン９に電源電圧を印加することによってＰＴＣサーミスタ３に電流が流れ発熱するようになっている。これにより、ＰＴＣサーミスタ３がヒータとして作用し、このヒータの発熱により水晶発振器２を加熱することで、水晶発振器２の低温域の発振周波数安定度を改善している。
【０００９】
以上説明したヒータ内蔵型水晶発振器では、水晶発振器２の加熱によって、その発振周波数が安定するまでの時間を短縮できるが、発振周波数が安定した後も、電源電圧の印加によりＰＴＣサーミスタ３は常に通電されているので、消費電力を低減できなかった。また、水晶発振器２の低温域の発振周波数安定度を水晶発振器単体で改善しているので、温度補償型水晶発振器を衛星通信用ＬＮＢなどの筐体内に取付けた時の筐体の熱特性（熱容量）の影響も考慮されていなかった。
【特許文献１】特開２０００−２０１０２４号公報（第３頁−第４頁、第１図、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記問題点に鑑み、電子機器の温度が低温時に、電源投入から所定時間の間ヒータに通電し水晶発振器を加熱することにより発振周波数が安定するまでの時間を短縮し、かつ、希望発振周波数からのズレを小さくできる電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、筐体に、同筐体の温度を検出する温度検出手段と、水晶発振器と、同水晶発振器を加熱するヒータと、同ヒータへの通電を制御するヒータ制御手段とを備え、同ヒータ制御手段は、電源投入時に計時を開始し予め定めた所定時間を計時する計時手段を含み、電源投入時、前記筐体の温度が所定温度以下のときに前記ヒータへの通電を開始し、前記所定時間経過後、前記ヒータへの通電を停止することを特徴とする構成となっている。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の電子機器において、前記所定時間は、電源投入により前記ヒータに通電する第１の所定時間と、同第１の所定時間経過後、通電量を徐々に減少させ前記ヒータへの通電を停止する第２の所定時間とからなることを特徴とする構成となっている。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の電子機器において、前記第１の所定時間が経過する前に前記筐体の温度が所定温度以上となった場合、その時点から前記第２の所定時間をかけて通電量を徐々に減少させ前記ヒータへの通電を停止することを特徴とする構成となっている。
【００１４】
請求項４記載の発明は、筐体に、同筐体の温度を検出する温度検出手段と、水晶発振器と、同水晶発振器を加熱するヒータと、同ヒータへの通電を制御するヒータ制御手段とを備え、同ヒータ制御手段は、電源投入時、予め定めた第１の所定時間だけ電圧を出力するタイマー回路と、前記筐体の温度が所定温度以下のとき前記タイマー回路の出力電圧により動作し所定温度以上のとき非動作となるスイッチ回路と、同スイッチ回路の動作により前記ヒータに通電するヒータ通電回路とからなるヒータ制御回路を含み、電源投入時、前記筐体の温度が所定温度以下で前記スイッチ回路が動作状態である時、前記第１の所定時間が経過するまで、または、前記筐体の温度が所定温度以上となり前記スイッチ回路が非動作状態となるまで前記ヒータに通電した後、前記ヒータへの通電を停止することを特徴とする構成となっている。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の電子機器において、前記ヒータ通電回路は、前記第１の所定時間が経過するまで、または、前記筐体の温度が所定温度以上となり前記スイッチ回路が非動作状態となるまで前記ヒータに通電した後、前記筐体の温度上昇に伴い予め定めた第２の所定時間をかけて前記ヒータへの通電量を徐々に減少させ前記ヒータへの通電を停止することを特徴とする構成となっている。
【００１６】
請求項６記載の発明は、請求項２、請求項３または請求項５記載の電子機器において、前記第１の所定時間と前記第２の所定時間とは、前記筐体の熱的特性と前記水晶発振器の発振周波数の温度特性とに応じて決定することを特徴とする構成となっている。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載の本発明によれば、電子機器において、ヒータ制御手段は、電源投入時に計時を開始し予め定めた所定時間を計時する計時手段を含み、電源投入時、筐体の温度が所定温度以下のときにヒータへの通電を開始し、所定時間経過後、ヒータへの通電を停止するようにした。これにより、電子機器の温度が低温時に、電源投入から所定時間の間ヒータに通電し水晶発振器を加熱することにより、発振周波数が安定するまでの時間を短縮し、かつ、希望発振周波数からのズレを小さくすることができる。また、電源投入から所定時間の間のヒータへの通電のみで水晶発振器を加熱するので、消費電力を低減することができる。
【００１８】
また、請求項２記載の本発明によれば、所定時間は、電源投入によりヒータに通電する第１の所定時間と、第１の所定時間経過後、通電量を徐々に減少させヒータへの通電を停止する第２の所定時間とからなるようにした。これにより、請求項１記載の発明と同様な効果を得ることができるとともに、ヒータへの通電停止による急激な温度変化を招くことがなく、ヒータへの通電停止時の発振周波数の変動をなくすことができる。
【００１９】
また、請求項３記載の本発明によれば、第１の所定時間が経過する前に筐体の温度が所定温度以上となった場合、その時点から第２の所定時間をかけて通電量を徐々に減少させヒータへの通電を停止するようにした。これにより、請求項２記載の発明と同様な効果を得ることができるとともに、ヒータへの通電を更に効率的に制御することができる。
【００２０】
また、請求項４記載の本発明によれば、電子機器において、ヒータ制御手段は、電源投入時、予め定めた第１の所定時間だけ電圧を出力するタイマー回路と、筐体の温度が所定温度以下のときタイマー回路の出力電圧により動作し所定温度以上のとき非動作となるスイッチ回路と、スイッチ回路の動作によりヒータに通電するヒータ通電回路とからなるヒータ制御回路を含み、電源投入時、筐体の温度が所定温度以下でスイッチ回路が動作状態である時、第１の所定時間が経過するまで、または、筐体の温度が所定温度以上となりスイッチ回路が非動作状態となるまでヒータに通電した後、ヒータへの通電を停止するようにした。これにより、電子機器の温度が低温時に、電源投入から第１の所定時間以内のヒータへの通電により、発振周波数が安定するまでの時間を短縮し、かつ、希望発振周波数からのズレを小さくすることができる。
【００２１】
また、請求項５記載の本発明によれば、ヒータ通電回路は、第１の所定時間が経過するまで、または、筐体の温度が所定温度以上となりスイッチ回路が非動作状態となるまでヒータに通電した後、筐体の温度上昇に伴い予め定めた第２の所定時間をかけてヒータへの通電量を徐々に減少させ、ヒータへの通電を停止するようにした。これにより、請求項４記載の発明と同様な効果を得ることができるとともに、ヒータへの通電停止による急激な温度変化を招くことがなく、ヒータへの通電停止時の発振周波数の変動をなくすことができる。
【００２２】
更に、請求項６記載の本発明によれば、第１の所定時間と第２の所定時間とは、筐体の熱的特性と水晶発振器の発振周波数の温度特性とに応じて決定するようにした。これにより、請求項２または請求項５記載の発明と同様な効果を得ることができるとともに、水晶発振器を筐体に取付けた時の筐体の熱特性の影響をなくすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明による電子機器としての衛星通信用ＬＮＢを示すブロック図、図２は図１のヒータおよびヒータ制御手段としてのヒータ制御回路を示すブロック図、図３は図２のヒータおよびヒータ制御回路を示す回路図、図４は図１のヒータおよびヒータ制御手段としてのヒータ制御回路のその他の実施例を示すブロック図、図５はヒータおよびヒータ制御回路の動作を説明するタイミングチャート、図６は温度補償型水晶発振器および筐体の温度特性を説明する説明図である。
【００２４】
そして、図７は筐体の周囲温度と局部発振周波数の周波数偏差との関係を説明する説明図で、（Ａ）はヒータ制御回路なしの場合の説明図、（Ｂ）はヒータ制御回路ありの場合の説明図、図８は電子機器としての衛星通信用ＬＮＢを概略的に示す説明図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ’断面図、図９は電子機器としてのその他の衛星通信用ＬＮＢを概略的に示す説明図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。
【００２５】
本発明による電子機器としての一例の衛星通信用ＬＮＢは、図１に示すように、１２ＧＨｚ帯（Ｋｕバンド）のマイクロ波の電波を受信し、受信した電波を同軸ケーブルで伝送できる１ＧＨｚ帯の中間周波数（ＩＦ）に変換する周波数変換装置１００であり、この周波数変換装置１００は、コンバータ部と局部発振回路６００とを備えている。
【００２６】
このコンバータ部は、導波管２００とＲＦ増幅器３００と帯域通過フィルタ４００と混合器５００とＩＦ増幅器７００と第１のキャパシタ８００とＩＦ出力コネクタ１１００とチョークコイル１０００と電源回路１２００と第２のキャパシタ９００を備えている。
【００２７】
導波管２００は、その内部にアンテナプローブ２１０を備え、このアンテナプローブ２１０により、衛星から送信される１２ＧＨ帯（例えば、１２．２５〜１２．７５ＧＨｚ）の高周波信号（ＲＦ信号）を受信する。ＲＦ増幅器３００は２段のアンプを備え、アンテナプローブ２１０により受信した高周波信号を低雑音増幅する。帯域通過フィルタ４００は、低雑音増幅された高周波信号の帯域を制限してイメージ周波数帯域の信号を除去する。混合器５００は、帯域通過フィルタ４００を通過した帯域通過信号と局部発振回路６００から入力される１１ＧＨｚ帯（例えば、１１．３ＧＨｚ）の局部発振信号とを混合して、１ＧＨｚ帯（例えば、９５０〜１４５０ＭＨｚ）の中間周波数のＩＦ信号に周波数変換する。
【００２８】
また、ＩＦ増幅器７００は２段のアンプを備え、ＩＦ信号を適切な雑音特性と利得特性を持つように増幅する。第１のキャパシタ８００は、ＩＦ増幅器７００とＩＦ出力コネクタ１１００とを接続してＩＦ信号を通過させるとともに、直流分をカットする。
【００２９】
更に、チョークコイル１０００と第２のキャパシタ９００とからなる並列共振回路が、ＩＦ出力コネクタ１１００と電源回路１２００の間に接続されている。この並列共振回路のチョークコイル１０００により、外部のチューナなどからケーブルを介して供給されるＬＮＢ駆動用の直流電源を電源回路１２００に入力するとともに、並列共振回路によりＩＦ信号に対してインピーダンスが無限大になるようにし、ＩＦ信号の電源回路１２００への漏洩をなくすようにしている。電源回路１２００は、チョークコイル１０００を介して入力される直流電源から、必要な電源電流やバイアス電圧を生成し、局部発振回路６００や、ＲＦ増幅器３００、ＩＦ増幅器７００などに供給する。
【００３０】
一方、局部発振回路６００は、水晶発振器としての温度補償型水晶発振器６１０とヒータ６２０とＰＬＬ回路６３０とヒータ制御手段としてのヒータ制御回路６４０とを備えている。
【００３１】
温度補償型水晶発振器６１０は、外部から供給されるコントロール電圧で発振周波数を可変できる電圧制御水晶発振器に温度補償回路を設けたもので、温度変化に伴う発振周波数の変化を補償して所定の周波数の発振信号（例えば、１４．７１３５４ＭＨｚ）を出力し、ＰＬＬ回路６３０の基準発振器として動作する。ヒータ６２０は、温度補償型水晶発振器６１０に近接して加熱するもので、温度補償回路により補償できない低温域の発振周波数の急峻な変動を補償している。
【００３２】
また、ＰＬＬ回路６３０は、温度補償型水晶発振器６１０の発振信号を基準信号として入力し、例えば１１．３ＧＨｚの局部発振信号を出力するもので、ループフィルタ６３１とＶＣＯ６３２と分周器６３３と位相比較器６３４とを備えている。
【００３３】
このＰＬＬ回路６３０では、温度補償型水晶発振器６１０と分周器６３２の出力を位相比較器６３４に入力し、位相比較器６３４の出力をループフィルタ６３１に入力し、その位相差に応じた直流電圧をループフィルタ６３１から出力して、ＶＣＯ６３２の発振周波数を制御する。こうして、分周器６３３でＶＣＯ６３２の出力周波数を設定した分周比で所定の周波数に分周し、位相比較器６３４で温度補償型水晶発振器６１０の発振信号の周波数と分周器６３２の出力信号の周波数との位相差に比例した直流電圧をループフィルタ６３１を介してＶＣＯ６３２に帰還させ局部発振信号を安定化して出力する。
【００３４】
更に、ヒータ制御回路６４０は、後述する衛星通信用ＬＮＢの筐体１０１内に設けられ、ヒータ６２０への通電を制御する。このヒータ制御回路６４０は、筐体１０１の温度が例えば−２０℃以下のときに、電源投入時にヒータ６２０の通電を開始し、筐体１０１の温度上昇に伴って、ヒータ６２０への通電量を徐々に減少させ、ヒータ６２０への通電を停止する。
【００３５】
したがって、局部発振回路６００では、ヒータ制御回路６４０でヒータ６２０への通電を制御することにより、温度補償型水晶発振器６１０の低温域での発振周波数の変動を抑制し、この温度補償型水晶発振器６１０の発振信号に基づく局部発振信号の発振周波数を、電源投入から短時間で安定させ、かつ、広い動作温度範囲に亘って周波数偏差を小さくし、発振周波数精度を向上させることができる。また、周波数変換装置１００のコンバータ部では、混合器５００により、高精度で安定な局部発振信号に基づいてＲＦ信号がＩＦ信号に変換されるので、そのＩＦ信号の周波数精度も向上させることができ、扱う信号が狭帯域信号であっても相互干渉などの妨害を起こさないようにすることができる。
【００３６】
次に、図２および図３を用いて、ヒータ制御回路６４０を詳細に説明する。ヒータ制御回路６４０は、図２に示すように、タイマー回路６４１とスイッチ回路６４２とヒータ通電回路６４３とを備えている。このヒータ制御回路６４０は、電源投入時に計時を開始し、予め定めた所定時間を計時する計時手段を含んでいる。この所定時間は、電源投入によりヒータ６２０に通電する第１の所定時間と、この第１の所定時間経過後、通電量を徐々に減少させヒータ６２０への通電を停止させるための第２の所定時間からなっている。そして、第１の所定時間がタイマー回路６４１により計時されるとともに、第２の所定時間がヒータ通電回路６４３により計時される。次にこれらの回路動作を説明する。タイマー回路６４１は、電源投入により後述する第１の所定時間Ｔ１（＝ｔ１−ｔ０）、電圧Ｖ１を出力する。このタイマー回路６４１は、電源回路１２００から電圧Ｖｃｃが印加され、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２を介して電流が流れ、コンデンサＣ１に電荷が充電される。これにより、トランジスタＴｒ１のベース電圧がＶｃｃと等しくなるまでの第１の所定時間Ｔ１の間、トランジスタＴｒ１がオンとなる。この第１の所定時間Ｔ１は、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、コンデンサＣ１の時定数で決定される。したがって、タイマー回路６４１により、トランジスタＴｒ１がオンの間、電圧Ｖ１が出力され、スイッチ回路６４２のトランジスタＴｒ２のベース端子に接続する抵抗Ｒ３に印加される。
【００３７】
また、スイッチ回路６４２は、筐体１０１の温度が所定温度、例えば、−２０℃以下のときタイマー回路６４１のバイアス電圧Ｖ１により動作し、−２０℃以上のとき非動作となる。このスイッチ回路６４２のオン／オフ（動作、非動作の切替えでもよい）は、抵抗Ｒ３とＮＴＣサーミスタＲｔｈ１の分圧で生成されるトランジスタＴｒ２のベースバイアス電圧が温度上昇とともに低下する特性を利用している。これは、抵抗Ｒ３の抵抗値とＮＴＣサーミスタＲｔｈ１の抵抗値の特性とを適宜決定することで、温度上昇でＮＴＣサーミスタＲｔｈ１の抵抗値が低下して電流が流れ、トランジスタＴｒ２のベースバイアス電圧が低下し、トランジスタＴｒ２がオフ、トランジスタＴｒ３がオフになる所定温度を設定できる。
【００３８】
なお、ここでいう所定温度は、温度補償型水晶発振器６１０の発振周波数変動が温度変化に対して小さい温度領域の温度に基づいて決定される。例えば、図７（Ａ）では筐体周囲温度が−３５℃を超えると温度変化に対する発振周波数変動が小さくなっており、本実施例では所定温度を−３５℃以上である−２０℃と決定した。また、第１の所定時間Ｔ１は、衛星通信用ＬＮＢ１００の使用が想定される低温領域において、温度変化に対して温度補償型水晶発振器６１０の発振周波数変動が小さくなる温度まで、温度補償型水晶発振器６１０をヒータ６２０で加熱できる時間として決定される。つまり、第１の所定時間Ｔ１は温度補償型水晶発振器６１０の発振周波数の温度特性、ヒータ６２０の発熱量、筐体１０１に設けられた電源回路１２００等の発熱部品の発熱量、筐体１０１の熱容量等の熱的特性に基づいて決定される時間である。更に、後述する第２の所定時間Ｔ２も第１の所定時間Ｔ１と同様にそれぞれの熱的特性に基づいて決定されるものである。
【００３９】
また、スイッチ回路６４２では、筐体１０１の温度を検出する温度検出手段としての温度検出部６４２ａが、抵抗Ｒ３とＮＴＣサーミスタＲｔｈ１によって構成され、これが温度センサのように働き、筐体１０１の温度が所定温度以下のときに電源投入すると、第１の所定時間Ｔ１の間だけ、トランジスタＴｒ２がオン、トランジスタＴｒ３がオンとなり、トランジスタＴｒ３のコレクタ端子にコレクタ電流が流れ、第１の所定時間Ｔ１が経過、または、電源回路１２００の発熱などによる温度上昇で筐体１０１が所定温度以上になると、トランジスタＴｒ２がオフ、トランジスタＴｒ３がオフとなり、トランジスタＴｒ３のコレクタ電流が流れない。なお、スイッチ回路６４２としてトランジスタを用いたが、コンパレータなどで代用してもよい。
【００４０】
更に、ヒータ通電回路６４３はスイッチ回路６４２の動作時、ヒータ６２０の通電を開始し、筐体１０１の温度上昇に伴って、第１の所定時間Ｔ１が経過後、後述する第２の所定時間Ｔ２（＝ｔ２−ｔ１）をかけてヒータ６２０への通電量を徐々に減少させ、ヒータ６２０への通電を停止する。このヒータ通電回路６４３は、スイッチ回路６４２のトランジスタＴｒ３がオンになると、抵抗Ｒ６を介してトランジスタＴｒ４にベース電流が流れ、トランジスタＴｒ４がオンとなり、ヒータ６２０としての抵抗Ｒ７に電流が流れて発熱し、この間にコンデンサＣ２に電荷が充電される。そして、第１の所定時間Ｔ１が経過後、スイッチ回路６４２のトランジスタＴｒ３がオフになると、コンデンサＣ２に充電された電荷が抵抗Ｒ６を介してトランジスタＴｒ４のベース電流として供給され、トランジスタＴｒ４がオンとなり抵抗Ｒ７が発熱し続ける。なお、ヒータ通電回路６４３は、第１の所定時間Ｔ１が経過前に、筐体１０１の温度が所定温度以上となりスイッチ回路６４２のトランジスタＴｒ３がオフとなった場合には、この時点から第２の所定時間Ｔ２をかけてヒータ６２０への通電量を徐々に減少させ、ヒータ６２０への通電を停止する。
【００４１】
このように、トランジスタＴｒ４のベース電流が流れることにより、コンデンサＣ２に充電された電荷が放電され、第２の所定時間Ｔ２をかけて、トランジスタＴｒ４のベース電流が徐々に減少し、抵抗Ｒ７を流れる電流も減少するため、抵抗Ｒ７で発生する後述の発熱量Ｐは徐々に低下する。この第２の所定時間Ｔ２は、スイッチ回路６４２がオフとなってコンデンサＣ２の電荷が放電されるまでの時間であり、コンデンサＣ２と抵抗Ｒ６、抵抗Ｒ７の直流電流増幅率ｈｆｅ（トランジスタＴｒ４）倍の時定数で決定される。なお、トランジスタＴｒ４をダーリントン接続することで、１つのトランジスタのときよりも放電される時間を長くしたり、コンデンサＣ２の容量を小さくしたりすることができ、抵抗Ｒ７の発熱量の変化を調整できる。また、ヒータ制御回路６４０としてトランジスタ、抵抗、コンデンサを用いたが、マイコンを使用してヒータ６２０への通電量を制御させるものでもよい。
【００４２】
このマイコンを使用したヒータ制御回路は例えば、図４のようになっている。図４に示すように、ヒータ制御回路６５０はマイコン６５１と温度センサ６５２と駆動回路６５３とを備えている。マイコン６５１は電源投入時に計時を開始し、ヒータ６２０に通電する第１の所定時間Ｔ１と、第１の所定時間Ｔ１経過後、ヒータ６２０への通電率を徐々に減少するように可変させ、ヒータ６２０への通電を停止させるための第２の所定時間Ｔ２とが予め設定されており、この予め設定された所定時間を計時する計時手段を備えている。また、マイコン６５１には電源投入時、筐体１０１の温度が所定温度以下のときにヒータ６２０への通電を開始するための所定温度が予め設定されている。温度検出手段としての温度センサ６５２は筐体１０１内に設けられたサーミスタからなり、電源投入時、筐体１０１の温度を検出してマイコン６５１へ出力する。駆動回路６５３はマイコン６５１からの制御信号によりヒータ６２０への通電を制御する。
【００４３】
このような構成により、マイコン６５１はこの検出温度と予め設定された所定温度とを比較し、検出温度が所定温度以下のときにヒータ６２０への通電を開始するための通電制御信号を駆動回路６５３へ出力する。駆動回路６５３は通電制御信号に基づいてヒータ６２０へ通電する。計時手段により第１の所定時間Ｔ１が計時されると、この第１の所定時間Ｔ１経過後から第２の所定時間Ｔ２経過までの間、マイコン６５１は複数段階に亘って通電率が徐々に低くなるように、ヒータ６２０への通電率を設定し、駆動回路６５３へこの設定した通電率に基づいて通電制御信号を出力する。駆動回路６５３はこの通電制御信号に基づいてヒータ６２０への通電率を可変する。そして、第２の所定時間Ｔ２経過後、ヒータ６２０への通電を停止する。また、マイコン６５１は電源投入後も温度センサ６５２の検出温度と予め設定された所定温度とを比較し、第１の所定時間Ｔ１が経過前に、筐体１０１の温度が所定温度以上になった場合、この時点から第２の所定時間Ｔ２経過までの間、ヒータ６２０への通電率を徐々に低くなるように設定し、駆動回路６５３はヒータ６２０への通電率を徐々に低くなるように可変させ、ヒータ６２０への通電を停止する。
【００４４】
以上説明してきたヒータ制御回路６４０の動作をタイミングチャートで表すと、図５および図６のようになる。図５はヒータ通電および電源投入中の時間と、ヒータ制御回路６４０の要部電圧およびヒータ発熱量との関係を示し、実線グラフは、電源投入後の筐体１０１の温度が所定温度以下のヒータ制御回路６４０の動作時のグラフである。第１の所定時間Ｔ１は、電源投入時にヒータ６２０への通電を開始した時刻ｔ０から、トランジスタＴｒ３がオフとなる時刻ｔ１までの時間であり、第２の所定時間Ｔ２は、この時刻ｔ１から、コンデンサＣ２の電荷が放電され、抵抗Ｒ７に流れる電流がゼロになる時刻ｔ２までの時間である。
【００４５】
この第１の所定時間Ｔ１の間、電圧Ｖ１、電圧Ｖ２および電圧Ｖ３が出力され、ヒータ６２０への通電で所定の発熱量Ｐが得られる。また、第２の所定時間Ｔ２の間、電圧Ｖ１、電圧Ｖ２がゼロに、電圧Ｖ３が徐々に低下してゼロになり、ヒータ６２０への電流も徐々に減少してゼロになるため、発熱量Ｐも徐々に低下してゼロになる。
【００４６】
また、点線グラフは、電源投入後の筐体１０１の温度が所定温度以上のヒータ制御回路６４０の非動作時のグラフである。電圧Ｖ１のみが実線グラフと同一となるが、スイッチ回路６４２が非動作であるため、電圧Ｖ２、電圧Ｖ３および発熱量Ｐはゼロとなるので、ヒータ６２０への通電は行われない。
【００４７】
一方、図６はヒータ通電および電源投入中の時間と、温度補償型水晶発振器６１０および筐体１０１の温度との関係を示し、黒丸印のグラフは温度補償型水晶発振器６１０の温度特性、四角印のグラフは筐体１０１の温度特性を表わしたものである。時刻ｔ０は、温度補償型水晶発振器６１０の温度と筐体１０１の温度とが−４０℃のときに電源投入と同時にヒータ６２０への通電を開始した時刻である。時刻ｔ１は、第１の所定時間Ｔ１が経過し、温度補償型水晶発振器６１０の温度はヒータ６２０によって−４０℃から−３５℃に上昇し、筐体１０１の温度が電源回路１２００などの発熱によって−４０℃から徐々に上昇したところで、ここからヒータ６２０への通電量（発熱量）が徐々に減少する時刻である。
【００４８】
時刻ｔ２は、第２の所定時間Ｔ２が経過し、ヒータ６２０への通電量（発熱量）がゼロとなるとともに、温度補償型水晶発振器６１０と筐体１０１との温度が−３６℃で等しくなる時刻である。このとき、温度補償型水晶発振器６１０の温度勾配と筐体１０１の温度勾配（時間に対する温度の変化率）とをそれぞれ小さくして時刻ｔ２のときに緩やかに交わるようにし、筐体１０１の熱特性（熱容量）を考慮して、第２の所定時間Ｔ２を設定している。そして、それぞれの温度勾配が交わる時刻ｔ２のときの温度は、発振周波数の変動が小さい温度領域となっている。時刻ｔ３は、更に所定時間が経過し、温度補償型水晶発振器６１０と筐体１０１との温度が−３６℃から−２５℃に上昇し、ここからそれぞれの温度上昇が飽和する時刻である。
【００４９】
このような温度補償型水晶発振器６１０の温度特性と筐体１０１の熱特性とを考慮して、第１の所定時間Ｔ１と第２の所定時間Ｔ２とを設定し、ヒータ制御回路６４０により温度補償型水晶発振器６１０を加熱しているため、ヒータ６２０への通電は筐体１０１の温度が低温時、電源投入から筐体１０１が暖まり、温度上昇が飽和する前のみに限定した、電源投入後の所定時間の通電１回のみ動作する。これにより、ヒータ６２０を常に通電オンにする恒温槽型水晶発振器や特許文献１のようなＰＴＣサーミスタを常に通電オンにするヒータ内蔵型水晶発振器と比べ低消費電力化を図ることができる。また、ヒータ６２０への通電量（発熱量）を徐々に減少させるため、ヒータ６２０への通電停止による温度補償型水晶発振器６１０の急激な温度変化を招くことがなく、ヒータ６２０への通電停止時の局部発振周波数の変動をなくすことができる。
【００５０】
次に、図７を用いて、ＰＬＬ回路６３０の出力周波数、すなわち、局部発振周波数の安定度について説明する。図７は、−４０〜６０℃の動作温度範囲に対する周波数偏差について、従来のヒータ制御回路なしの場合と本発明のヒータ制御回路ありの場合とを示すものである。周波数偏差は常温２５℃での局部発振周波数ｆ０を基準とし、この局部発振周波数ｆ０からの各動作温度での局部発振周波数のずれΔｆを比Δｆ／ｆ０で表わしたもので、１０の−６乗を示す単位（ｐｐｍ）を用いて示したものである。そして、この周波数偏差について、衛星通信用ＬＮＢ１００をそれぞれの周囲温度雰囲気中に放置して電源投入（通電開始）したときの、６０秒後、１２０秒後、１８０秒後の３回の測定結果を示している。
【００５１】
従来は図７（Ａ）に示すように、−４０〜６０℃の動作範囲温度での周波数偏差が±１．２０ｐｐｍ以内であるのに対し、本発明では図７（Ｂ）に示すように、±０．５ｐｐｍ以内になり、特に、−２０℃以下の低温域で±０．２ｐｐｍ以内の結果が得られた。このときの条件として、ヒータ制御回路６４０は−２０℃以下の時に動作させ、ヒータ６２０への通電を１８０秒後に完全停止するようにした。
【００５２】
そして、ヒータ制御回路６４０がある場合の特に顕著な効果は、筐体１０１の温度が−３５℃以下でも周波数偏差を±０．２ｐｐｍ以内にすることができ、広い動作温度範囲に亘って高い精度の局部発振周波数安定度が得られていることである。例えば、−４０℃のとき、従来では図７（Ａ）に示すように、電源投入（通電開始）後、１８０秒後の周波数偏差が−０．６ｐｐｍであるが、本発明では図７（Ｂ）に示すように、＋０．２ｐｐｍにすることができる。これは、図７（Ａ）に模式的に示すように、ヒータ制御回路６４０によりヒータ６２０への通電量を制御し、温度補償型水晶発振器６１０を加熱することで得られる温度上昇に応じて、周波数偏差が破線矢印のように左に平行移動したからである。また、本発明では筐体１０１の温度が−３５℃以下で局部発振周波数が安定するまでの時間短縮が成されている。例えば、−３８℃のとき、従来では図７（Ａ）に示すように、電源投入後、６０秒後の周波数偏差が−０．６ｐｐｍであるが、本発明では図７（Ｂ）に示すように、＋０．０５ｐｐｍにすることができる。これは、従来では電源投入後、６０秒後から更に時間経過して筐体１０１が暖まり、−３５℃に温度上昇するまで、本発明のように＋０．０５ｐｐｍまで到達しないからである。
【００５３】
以上説明してきたように、衛星通信用ＬＮＢ１００の筐体１０１内に、ヒータ６２０とヒータ制御回路６４０とを備えているので、その筐体１０１の温度が所定温度以下の時、電源投入から温度補償型水晶発振器６１０の発振周波数に基づく局部発振周波数が安定するまでの時間を短縮でき、かつ、希望発振周波数からのズレを小さくすることができる。
【００５４】
次に、図８および図９を用いて、衛星通信用ＬＮＢ１００の筐体１０１内のヒータとヒータ制御回路と温度補償型水晶発振器の配置構造例について説明する。図８に示すように、筐体１０１内に、ヒータ６２０とヒータ制御回路６４０と温度補償型水晶発振器６１０とがプリント基板１０２の表面上に配置され、ヒータ６２０を温度補償型水晶発振器６１０に近接させた構造となっている。これにより、温度補償型水晶発振器６１０に近接させたヒータ６２０で温度補償型水晶発振器６１０を加熱することができる。また、温度補償型水晶発振器６１０をより効果的に加熱するため、グラファイトシートなどの熱伝導率が高い材料からなる伝熱部材６１１を、ヒータ６２０と温度補償型水晶発振器６１０との表面を繋ぐように貼り付けた構造となっており、この伝熱部材６１１によって温度補償型水晶発振器６１０にヒータ６２０の発熱を伝達するようにしている。
【００５５】
また、図９に示すように、その他の配置構造例として、筐体１０１内に、ヒータ制御回路６４０と温度補償型水晶発振器６１０とがプリント基板１０２の表面上に配置され、ヒータ６２０が筐体１０１に設けた凹部１０１ａに収まるように、温度補償型水晶発振器６１０の配置されたプリント基板１０２の真裏に配置された構造となっている。これにより、プリント基板１０２を介して温度補償型水晶発振器６１０にヒータ６２０の発熱を伝達するようにしている。なお、図８および図９では、筐体１０１内のヒータ制御回路６４０に温度検出部６４０ａを備えているが、この温度検出部６４０ａを筐体１０１の外部表面や筐体１０１と別体（輻射センサなどでも可）に備えた場合であってもよい。また、これまで説明してきた配置構造例に限らず、ヒータ６２０で温度補償型水晶発振器６１０を加熱できれば、その他の配置構造であっても構わない。更に、筐体１０１が衛星通信用ＬＮＢの放熱のためのヒートシンクの役割を担っているとともに、筐体１０１内に図示を省略した電源回路１２００を備えているので、電源投入からヒータ６２０への通電をオフした後も電源オフするまで、この電源回路１２００などの発熱によって筐体１０１の温度が保持され、温度補償型水晶発振器６１０として高精度の発振周波数安定度を維持することができる。
【００５６】
以上説明してきた本発明の実施形態では、計時手段での予め定めた所定時間を第１の所定時間と第２の所定時間からなるものとして説明したが、本発明はこれに限らず、第１の所定時間のみ決定するようにしてもよく、ヒータ制御回路６４０に備えるスイッチ回路６４２をヒータ６４０としての抵抗Ｒ７に接続し、ヒータ通電回路６４３を省略することにより適用できる。この場合には、ヒータ制御回路６４０は電源投入時、筐体１０１の温度が所定温度以下でスイッチ回路６４２が動作状態である時、第１の所定時間が経過するまでヒータ６２０に通電した後、ヒータ６２０への通電を停止し、また、筐体１０１の温度が所定温度以上となりスイッチ回路６４２が非動作状態となるまでヒータ６２０に通電した後、ヒータ６２０への通電を停止することになる。
【００５７】
このとき、第１の所定時間の間、ヒータ６２０に通電することにより、温度補償型水晶発振器６１０が温度補償型水晶発振器６１０の発振周波数変動が温度変化に対して小さい温度領域の温度まで加熱され、第１の所定時間経過後に筐体１０１の温度も同温度領域の温度に達するようにすることで、第１の所定時間経過直後にヒータ６１０への通電を停止し、温度補償型水晶発振器６１０の温度と筐体１０１の温度に多少の差異があったとしても温度変化による発振周波数変動が小さいため、ヒータ６１０の通電停止時の発振周波数の変動を抑えることができる。
【００５８】
以上説明してきた本発明の実施形態では、電子機器として衛星通信用ＬＮＢに適用されたものを説明したが、本発明はこれに限らず、この衛星通信用ＬＮＢ以外の周波数変換機能を備える携帯電話機、移動無線機、ＧＰＳ受信機、衛星通信用通信機などに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明による電子機器としての衛星通信用ＬＮＢを示すブロック図である。
【図２】図１のヒータおよびヒータ制御手段としてのヒータ制御回路を示すブロック図である。
【図３】図２のヒータおよびヒータ制御回路を示す回路図である。
【図４】図１のヒータおよびヒータ制御手段としてのヒータ制御回路のその他の実施例を示すブロック図である。
【図５】ヒータおよびヒータ制御回路の動作を説明するタイミングチャートである。
【図６】温度補償型水晶発振器および筐体の温度特性を説明する説明図である。
【図７】筐体の周囲温度と局部発振周波数の周波数偏差との関係を説明する説明図で、（Ａ）はヒータ制御回路なしの場合の説明図、（Ｂ）はヒータ制御回路ありの場合の説明図である。
【図８】本発明による電子機器としての衛星通信用ＬＮＢを概略的に示す説明図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図９】本発明による電子機器としてのその他の衛星通信用ＬＮＢを概略的に示す説明図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。
【図１０】従来による電子機器に使用される水晶発振器を示す説明図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１００ 周波数変換装置（電子機器、衛星通信用ＬＮＢ）
１０１ 筐体
１０１ａ 凹部
１０２ プリント基板
２００ 導波管
２１０ アンテナプローブ
３００ ＲＦ増幅器
４００ 帯域通過フィルタ
５００ 混合器
６００ 局部発振回路
６１０ 温度補償型水晶発振器（水晶発振器）
６１１ 伝熱部材
６２０ ヒータ
６３０ ＰＬＬ回路
６３１ ループフィルタ
６３２ ＶＣＯ
６３３ 分周器
６３４ 位相比較器
６４０ ヒータ制御回路（ヒータ制御手段）
６４１ タイマー回路（計時手段）
Ｒ１ 抵抗
Ｒ２ 抵抗
Ｃ１ コンデンサ
Ｔｒ１ トランジスタ
６４２ スイッチ回路
６４２ａ 温度検出部（温度検出手段）
Ｒ３ 抵抗
Ｒｔｈ１ ＮＴＣサーミスタ
Ｒ４ 抵抗
Ｒ５ 抵抗
Ｔｒ２ トランジスタ
Ｔｒ３ トランジスタ
６４３ ヒータ通電回路（計時手段）
Ｃ２ コンデンサ
Ｒ６ 抵抗
Ｔｒ４ トランジスタ
Ｒ７ 抵抗（ヒータ）
６５０ ヒータ制御回路（ヒータ制御手段）
６５１ マイコン（計時手段）
６５２ 温度センサ（温度検出手段）
６５３ 駆動回路
７００ ＩＦ増幅器
８００ 第１のキャパシタ
９００ 第２のキャパシタ
１０００ チョークコイル
１１００ ＩＦ出力コネクタ
１２００ 電源回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶発振器を備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、マイクロ波の電波を送受信する電子機器では、高精度の発振周波数安定度が要求されている。例えば、電子機器として、１２ＧＨｚ帯の電波を受信し、同軸ケーブルで伝送できる１ＧＨｚ帯の中間周波数に変換する衛星通信用ＬＮＢ（ローノイズ・ブロック・ダウンコンバータ）がある。この衛星通信用ＬＮＢの筐体内に、局部発振回路としてＰＬＬ回路が設けられ、このＰＬＬ回路の基準信号源として、例えば、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）が備えられている。この温度補償型水晶発振器は、電圧で発振周波数を可変できる電圧制御水晶発振器に温度補償回路を設け、水晶発振器の温度の変化による発振周波数の変化を補償するようにしている。
【０００３】
このような温度補償型水晶発振器を使用したＰＬＬ回路によって、高い精度の発振周波数安定度が得られるが、更に高精度の発振周波数安定度を得るには、恒温槽型水晶発振器（ＯＣＸＯ）を使用するのが最良である。ただし、恒温槽型水晶発振器は、ヒータや温度センサなどとともに水晶発振回路を恒温槽で密閉して恒温に保持する構造となっているので、温度補償型水晶発振器と比べて消費電力が大きく、しかも大変高価になる。
【０００４】
したがって、低価の温度補償型水晶発振器を使用したＰＬＬ回路では、広い動作温度範囲にて高精度の発振周波数安定度を実現することが難しかった。これは次の２つの理由による。第１の理由は、温度補償型水晶発振器に用いられる水晶振動子の温度特性が低温域で急峻になるからである。例えば、図７（Ａ）に示すように、温度補償型水晶発振器としても、周囲温度が−３５℃以下では、水晶発振器の発振周波数の変動が大きく、水晶振動子自体の温度特性のバラツキの個体差も大きく、温度補償回路だけでは補償できない。
【０００５】
第２の理由は、−３５℃以下で衛星通信用ＬＮＢの電源投入後、その筐体が電源回路などの発熱によって暖まり、温度補償型水晶発振器の周囲温度が上昇し、温度補償型水晶発振器の発振周波数が安定するまでに一定の時間が必要となるからである。ただし、−２０℃以上なら温度補償回路および水晶振動子の特性により温度変化に対する発振周波数の変動が少なく、温度補償型水晶発振器の発振周波数が安定するまでにそれ程時間が必要とならない。
【０００６】
以上のことから広い動作温度範囲、特に低温時に、温度補償型水晶発振器の発振周波数を短時間で安定させ、かつ、希望発振周波数からのズレを、例えば±０．５ｐｐｍ以内に抑えることが難しかった。
【０００７】
これらの欠点に鑑み、水晶発振器の低温域の発振周波数安定度を向上したヒータ内蔵型水晶発振器がある（例えば、特許文献１参照。）。図１０に示すように、この特許文献１によるヒータ内蔵型水晶発振器は、パッケージ１内のプリント基板５−１上に、水晶発振器２とＰＴＣサーミスタ３とコンデンサ４とを実装し、カバー１０を取付けて水晶発振器２を気密封止したもので、水晶発振器２の近傍にＰＴＣサーミスタ３を配置した構造になっている。
【０００８】
このようなヒータ内蔵型水晶発振器の温度が低温時には、ＰＴＣサーミスタ３の抵抗値が小さくなるので、１６番ピン９に電源電圧を印加することによってＰＴＣサーミスタ３に電流が流れ発熱するようになっている。これにより、ＰＴＣサーミスタ３がヒータとして作用し、このヒータの発熱により水晶発振器２を加熱することで、水晶発振器２の低温域の発振周波数安定度を改善している。
【０００９】
以上説明したヒータ内蔵型水晶発振器では、水晶発振器２の加熱によって、その発振周波数が安定するまでの時間を短縮できるが、発振周波数が安定した後も、電源電圧の印加によりＰＴＣサーミスタ３は常に通電されているので、消費電力を低減できなかった。また、水晶発振器２の低温域の発振周波数安定度を水晶発振器単体で改善しているので、温度補償型水晶発振器を衛星通信用ＬＮＢなどの筐体内に取付けた時の筐体の熱特性（熱容量）の影響も考慮されていなかった。
【特許文献１】特開２０００−２０１０２４号公報（第３頁−第４頁、第１図、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記問題点に鑑み、電子機器の温度が低温時に、電源投入から所定時間の間ヒータに通電し水晶発振器を加熱することにより発振周波数が安定するまでの時間を短縮し、かつ、希望発振周波数からのズレを小さくできる電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、筐体に、同筐体の温度を検出する温度検出手段と、水晶発振器と、同水晶発振器を加熱するヒータと、同ヒータへの通電を制御するヒータ制御手段とを備え、同ヒータ制御手段は、電源投入時に計時を開始し予め定めた所定時間を計時する計時手段を含み、電源投入時、前記筐体の温度が所定温度以下のときに前記ヒータへの通電を開始し、前記所定時間経過後、前記ヒータへの通電を停止することを特徴とする構成となっている。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の電子機器において、前記所定時間は、電源投入により前記ヒータに通電する第１の所定時間と、同第１の所定時間経過後、通電量を徐々に減少させ前記ヒータへの通電を停止する第２の所定時間とからなることを特徴とする構成となっている。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の電子機器において、前記第１の所定時間が経過する前に前記筐体の温度が所定温度以上となった場合、その時点から前記第２の所定時間をかけて通電量を徐々に減少させ前記ヒータへの通電を停止することを特徴とする構成となっている。
【００１４】
請求項４記載の発明は、筐体に、同筐体の温度を検出する温度検出手段と、水晶発振器と、同水晶発振器を加熱するヒータと、同ヒータへの通電を制御するヒータ制御手段とを備え、同ヒータ制御手段は、電源投入時、予め定めた第１の所定時間だけ電圧を出力するタイマー回路と、前記筐体の温度が所定温度以下のとき前記タイマー回路の出力電圧により動作し所定温度以上のとき非動作となるスイッチ回路と、同スイッチ回路の動作により前記ヒータに通電するヒータ通電回路とからなるヒータ制御回路を含み、電源投入時、前記筐体の温度が所定温度以下で前記スイッチ回路が動作状態である時、前記第１の所定時間が経過するまで、または、前記筐体の温度が所定温度以上となり前記スイッチ回路が非動作状態となるまで前記ヒータに通電した後、前記ヒータへの通電を停止することを特徴とする構成となっている。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の電子機器において、前記ヒータ通電回路は、前記第１の所定時間が経過するまで、または、前記筐体の温度が所定温度以上となり前記スイッチ回路が非動作状態となるまで前記ヒータに通電した後、前記筐体の温度上昇に伴い予め定めた第２の所定時間をかけて前記ヒータへの通電量を徐々に減少させ前記ヒータへの通電を停止することを特徴とする構成となっている。
【００１６】
請求項６記載の発明は、請求項２、請求項３または請求項５記載の電子機器において、前記第１の所定時間と前記第２の所定時間とは、前記筐体の熱的特性と前記水晶発振器の発振周波数の温度特性とに応じて決定することを特徴とする構成となっている。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載の本発明によれば、電子機器において、ヒータ制御手段は、電源投入時に計時を開始し予め定めた所定時間を計時する計時手段を含み、電源投入時、筐体の温度が所定温度以下のときにヒータへの通電を開始し、所定時間経過後、ヒータへの通電を停止するようにした。これにより、電子機器の温度が低温時に、電源投入から所定時間の間ヒータに通電し水晶発振器を加熱することにより、発振周波数が安定するまでの時間を短縮し、かつ、希望発振周波数からのズレを小さくすることができる。また、電源投入から所定時間の間のヒータへの通電のみで水晶発振器を加熱するので、消費電力を低減することができる。
【００１８】
また、請求項２記載の本発明によれば、所定時間は、電源投入によりヒータに通電する第１の所定時間と、第１の所定時間経過後、通電量を徐々に減少させヒータへの通電を停止する第２の所定時間とからなるようにした。これにより、請求項１記載の発明と同様な効果を得ることができるとともに、ヒータへの通電停止による急激な温度変化を招くことがなく、ヒータへの通電停止時の発振周波数の変動をなくすことができる。
【００１９】
また、請求項３記載の本発明によれば、第１の所定時間が経過する前に筐体の温度が所定温度以上となった場合、その時点から第２の所定時間をかけて通電量を徐々に減少させヒータへの通電を停止するようにした。これにより、請求項２記載の発明と同様な効果を得ることができるとともに、ヒータへの通電を更に効率的に制御することができる。
【００２０】
また、請求項４記載の本発明によれば、電子機器において、ヒータ制御手段は、電源投入時、予め定めた第１の所定時間だけ電圧を出力するタイマー回路と、筐体の温度が所定温度以下のときタイマー回路の出力電圧により動作し所定温度以上のとき非動作となるスイッチ回路と、スイッチ回路の動作によりヒータに通電するヒータ通電回路とからなるヒータ制御回路を含み、電源投入時、筐体の温度が所定温度以下でスイッチ回路が動作状態である時、第１の所定時間が経過するまで、または、筐体の温度が所定温度以上となりスイッチ回路が非動作状態となるまでヒータに通電した後、ヒータへの通電を停止するようにした。これにより、電子機器の温度が低温時に、電源投入から第１の所定時間以内のヒータへの通電により、発振周波数が安定するまでの時間を短縮し、かつ、希望発振周波数からのズレを小さくすることができる。
【００２１】
また、請求項５記載の本発明によれば、ヒータ通電回路は、第１の所定時間が経過するまで、または、筐体の温度が所定温度以上となりスイッチ回路が非動作状態となるまでヒータに通電した後、筐体の温度上昇に伴い予め定めた第２の所定時間をかけてヒータへの通電量を徐々に減少させ、ヒータへの通電を停止するようにした。これにより、請求項４記載の発明と同様な効果を得ることができるとともに、ヒータへの通電停止による急激な温度変化を招くことがなく、ヒータへの通電停止時の発振周波数の変動をなくすことができる。
【００２２】
更に、請求項６記載の本発明によれば、第１の所定時間と第２の所定時間とは、筐体の熱的特性と水晶発振器の発振周波数の温度特性とに応じて決定するようにした。これにより、請求項２または請求項５記載の発明と同様な効果を得ることができるとともに、水晶発振器を筐体に取付けた時の筐体の熱特性の影響をなくすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明による電子機器としての衛星通信用ＬＮＢを示すブロック図、図２は図１のヒータおよびヒータ制御手段としてのヒータ制御回路を示すブロック図、図３は図２のヒータおよびヒータ制御回路を示す回路図、図４は図１のヒータおよびヒータ制御手段としてのヒータ制御回路のその他の実施例を示すブロック図、図５はヒータおよびヒータ制御回路の動作を説明するタイミングチャート、図６は温度補償型水晶発振器および筐体の温度特性を説明する説明図である。
【００２４】
そして、図７は筐体の周囲温度と局部発振周波数の周波数偏差との関係を説明する説明図で、（Ａ）はヒータ制御回路なしの場合の説明図、（Ｂ）はヒータ制御回路ありの場合の説明図、図８は電子機器としての衛星通信用ＬＮＢを概略的に示す説明図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ’断面図、図９は電子機器としてのその他の衛星通信用ＬＮＢを概略的に示す説明図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。
【００２５】
本発明による電子機器としての一例の衛星通信用ＬＮＢは、図１に示すように、１２ＧＨｚ帯（Ｋｕバンド）のマイクロ波の電波を受信し、受信した電波を同軸ケーブルで伝送できる１ＧＨｚ帯の中間周波数（ＩＦ）に変換する周波数変換装置１００であり、この周波数変換装置１００は、コンバータ部と局部発振回路６００とを備えている。
【００２６】
このコンバータ部は、導波管２００とＲＦ増幅器３００と帯域通過フィルタ４００と混合器５００とＩＦ増幅器７００と第１のキャパシタ８００とＩＦ出力コネクタ１１００とチョークコイル１０００と電源回路１２００と第２のキャパシタ９００を備えている。
【００２７】
導波管２００は、その内部にアンテナプローブ２１０を備え、このアンテナプローブ２１０により、衛星から送信される１２ＧＨ帯（例えば、１２．２５〜１２．７５ＧＨｚ）の高周波信号（ＲＦ信号）を受信する。ＲＦ増幅器３００は２段のアンプを備え、アンテナプローブ２１０により受信した高周波信号を低雑音増幅する。帯域通過フィルタ４００は、低雑音増幅された高周波信号の帯域を制限してイメージ周波数帯域の信号を除去する。混合器５００は、帯域通過フィルタ４００を通過した帯域通過信号と局部発振回路６００から入力される１１ＧＨｚ帯（例えば、１１．３ＧＨｚ）の局部発振信号とを混合して、１ＧＨｚ帯（例えば、９５０〜１４５０ＭＨｚ）の中間周波数のＩＦ信号に周波数変換する。
【００２８】
また、ＩＦ増幅器７００は２段のアンプを備え、ＩＦ信号を適切な雑音特性と利得特性を持つように増幅する。第１のキャパシタ８００は、ＩＦ増幅器７００とＩＦ出力コネクタ１１００とを接続してＩＦ信号を通過させるとともに、直流分をカットする。
【００２９】
更に、チョークコイル１０００と第２のキャパシタ９００とからなる並列共振回路が、ＩＦ出力コネクタ１１００と電源回路１２００の間に接続されている。この並列共振回路のチョークコイル１０００により、外部のチューナなどからケーブルを介して供給されるＬＮＢ駆動用の直流電源を電源回路１２００に入力するとともに、並列共振回路によりＩＦ信号に対してインピーダンスが無限大になるようにし、ＩＦ信号の電源回路１２００への漏洩をなくすようにしている。電源回路１２００は、チョークコイル１０００を介して入力される直流電源から、必要な電源電流やバイアス電圧を生成し、局部発振回路６００や、ＲＦ増幅器３００、ＩＦ増幅器７００などに供給する。
【００３０】
一方、局部発振回路６００は、水晶発振器としての温度補償型水晶発振器６１０とヒータ６２０とＰＬＬ回路６３０とヒータ制御手段としてのヒータ制御回路６４０とを備えている。
【００３１】
温度補償型水晶発振器６１０は、外部から供給されるコントロール電圧で発振周波数を可変できる電圧制御水晶発振器に温度補償回路を設けたもので、温度変化に伴う発振周波数の変化を補償して所定の周波数の発振信号（例えば、１４．７１３５４ＭＨｚ）を出力し、ＰＬＬ回路６３０の基準発振器として動作する。ヒータ６２０は、温度補償型水晶発振器６１０に近接して加熱するもので、温度補償回路により補償できない低温域の発振周波数の急峻な変動を補償している。
【００３２】
また、ＰＬＬ回路６３０は、温度補償型水晶発振器６１０の発振信号を基準信号として入力し、例えば１１．３ＧＨｚの局部発振信号を出力するもので、ループフィルタ６３１とＶＣＯ６３２と分周器６３３と位相比較器６３４とを備えている。
【００３３】
このＰＬＬ回路６３０では、温度補償型水晶発振器６１０と分周器６３２の出力を位相比較器６３４に入力し、位相比較器６３４の出力をループフィルタ６３１に入力し、その位相差に応じた直流電圧をループフィルタ６３１から出力して、ＶＣＯ６３２の発振周波数を制御する。こうして、分周器６３３でＶＣＯ６３２の出力周波数を設定した分周比で所定の周波数に分周し、位相比較器６３４で温度補償型水晶発振器６１０の発振信号の周波数と分周器６３２の出力信号の周波数との位相差に比例した直流電圧をループフィルタ６３１を介してＶＣＯ６３２に帰還させ局部発振信号を安定化して出力する。
【００３４】
更に、ヒータ制御回路６４０は、後述する衛星通信用ＬＮＢの筐体１０１内に設けられ、ヒータ６２０への通電を制御する。このヒータ制御回路６４０は、筐体１０１の温度が例えば−２０℃以下のときに、電源投入時にヒータ６２０の通電を開始し、筐体１０１の温度上昇に伴って、ヒータ６２０への通電量を徐々に減少させ、ヒータ６２０への通電を停止する。
【００３５】
したがって、局部発振回路６００では、ヒータ制御回路６４０でヒータ６２０への通電を制御することにより、温度補償型水晶発振器６１０の低温域での発振周波数の変動を抑制し、この温度補償型水晶発振器６１０の発振信号に基づく局部発振信号の発振周波数を、電源投入から短時間で安定させ、かつ、広い動作温度範囲に亘って周波数偏差を小さくし、発振周波数精度を向上させることができる。また、周波数変換装置１００のコンバータ部では、混合器５００により、高精度で安定な局部発振信号に基づいてＲＦ信号がＩＦ信号に変換されるので、そのＩＦ信号の周波数精度も向上させることができ、扱う信号が狭帯域信号であっても相互干渉などの妨害を起こさないようにすることができる。
【００３６】
次に、図２および図３を用いて、ヒータ制御回路６４０を詳細に説明する。ヒータ制御回路６４０は、図２に示すように、タイマー回路６４１とスイッチ回路６４２とヒータ通電回路６４３とを備えている。このヒータ制御回路６４０は、電源投入時に計時を開始し、予め定めた所定時間を計時する計時手段を含んでいる。この所定時間は、電源投入によりヒータ６２０に通電する第１の所定時間と、この第１の所定時間経過後、通電量を徐々に減少させヒータ６２０への通電を停止させるための第２の所定時間からなっている。そして、第１の所定時間がタイマー回路６４１により計時されるとともに、第２の所定時間がヒータ通電回路６４３により計時される。次にこれらの回路動作を説明する。タイマー回路６４１は、電源投入により後述する第１の所定時間Ｔ１（＝ｔ１−ｔ０）、電圧Ｖ１を出力する。このタイマー回路６４１は、電源回路１２００から電圧Ｖｃｃが印加され、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２を介して電流が流れ、コンデンサＣ１に電荷が充電される。これにより、トランジスタＴｒ１のベース電圧がＶｃｃと等しくなるまでの第１の所定時間Ｔ１の間、トランジスタＴｒ１がオンとなる。この第１の所定時間Ｔ１は、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、コンデンサＣ１の時定数で決定される。したがって、タイマー回路６４１により、トランジスタＴｒ１がオンの間、電圧Ｖ１が出力され、スイッチ回路６４２のトランジスタＴｒ２のベース端子に接続する抵抗Ｒ３に印加される。
【００３７】
また、スイッチ回路６４２は、筐体１０１の温度が所定温度、例えば、−２０℃以下のときタイマー回路６４１のバイアス電圧Ｖ１により動作し、−２０℃以上のとき非動作となる。このスイッチ回路６４２のオン／オフ（動作、非動作の切替えでもよい）は、抵抗Ｒ３とＮＴＣサーミスタＲｔｈ１の分圧で生成されるトランジスタＴｒ２のベースバイアス電圧が温度上昇とともに低下する特性を利用している。これは、抵抗Ｒ３の抵抗値とＮＴＣサーミスタＲｔｈ１の抵抗値の特性とを適宜決定することで、温度上昇でＮＴＣサーミスタＲｔｈ１の抵抗値が低下して電流が流れ、トランジスタＴｒ２のベースバイアス電圧が低下し、トランジスタＴｒ２がオフ、トランジスタＴｒ３がオフになる所定温度を設定できる。
【００３８】
なお、ここでいう所定温度は、温度補償型水晶発振器６１０の発振周波数変動が温度変化に対して小さい温度領域の温度に基づいて決定される。例えば、図７（Ａ）では筐体周囲温度が−３５℃を超えると温度変化に対する発振周波数変動が小さくなっており、本実施例では所定温度を−３５℃以上である−２０℃と決定した。また、第１の所定時間Ｔ１は、衛星通信用ＬＮＢ１００の使用が想定される低温領域において、温度変化に対して温度補償型水晶発振器６１０の発振周波数変動が小さくなる温度まで、温度補償型水晶発振器６１０をヒータ６２０で加熱できる時間として決定される。つまり、第１の所定時間Ｔ１は温度補償型水晶発振器６１０の発振周波数の温度特性、ヒータ６２０の発熱量、筐体１０１に設けられた電源回路１２００等の発熱部品の発熱量、筐体１０１の熱容量等の熱的特性に基づいて決定される時間である。更に、後述する第２の所定時間Ｔ２も第１の所定時間Ｔ１と同様にそれぞれの熱的特性に基づいて決定されるものである。
【００３９】
また、スイッチ回路６４２では、筐体１０１の温度を検出する温度検出手段としての温度検出部６４２ａが、抵抗Ｒ３とＮＴＣサーミスタＲｔｈ１によって構成され、これが温度センサのように働き、筐体１０１の温度が所定温度以下のときに電源投入すると、第１の所定時間Ｔ１の間だけ、トランジスタＴｒ２がオン、トランジスタＴｒ３がオンとなり、トランジスタＴｒ３のコレクタ端子にコレクタ電流が流れ、第１の所定時間Ｔ１が経過、または、電源回路１２００の発熱などによる温度上昇で筐体１０１が所定温度以上になると、トランジスタＴｒ２がオフ、トランジスタＴｒ３がオフとなり、トランジスタＴｒ３のコレクタ電流が流れない。なお、スイッチ回路６４２としてトランジスタを用いたが、コンパレータなどで代用してもよい。
【００４０】
更に、ヒータ通電回路６４３はスイッチ回路６４２の動作時、ヒータ６２０の通電を開始し、筐体１０１の温度上昇に伴って、第１の所定時間Ｔ１が経過後、後述する第２の所定時間Ｔ２（＝ｔ２−ｔ１）をかけてヒータ６２０への通電量を徐々に減少させ、ヒータ６２０への通電を停止する。このヒータ通電回路６４３は、スイッチ回路６４２のトランジスタＴｒ３がオンになると、抵抗Ｒ６を介してトランジスタＴｒ４にベース電流が流れ、トランジスタＴｒ４がオンとなり、ヒータ６２０としての抵抗Ｒ７に電流が流れて発熱し、この間にコンデンサＣ２に電荷が充電される。そして、第１の所定時間Ｔ１が経過後、スイッチ回路６４２のトランジスタＴｒ３がオフになると、コンデンサＣ２に充電された電荷が抵抗Ｒ６を介してトランジスタＴｒ４のベース電流として供給され、トランジスタＴｒ４がオンとなり抵抗Ｒ７が発熱し続ける。なお、ヒータ通電回路６４３は、第１の所定時間Ｔ１が経過前に、筐体１０１の温度が所定温度以上となりスイッチ回路６４２のトランジスタＴｒ３がオフとなった場合には、この時点から第２の所定時間Ｔ２をかけてヒータ６２０への通電量を徐々に減少させ、ヒータ６２０への通電を停止する。
【００４１】
このように、トランジスタＴｒ４のベース電流が流れることにより、コンデンサＣ２に充電された電荷が放電され、第２の所定時間Ｔ２をかけて、トランジスタＴｒ４のベース電流が徐々に減少し、抵抗Ｒ７を流れる電流も減少するため、抵抗Ｒ７で発生する後述の発熱量Ｐは徐々に低下する。この第２の所定時間Ｔ２は、スイッチ回路６４２がオフとなってコンデンサＣ２の電荷が放電されるまでの時間であり、コンデンサＣ２と抵抗Ｒ６、抵抗Ｒ７の直流電流増幅率ｈｆｅ（トランジスタＴｒ４）倍の時定数で決定される。なお、トランジスタＴｒ４をダーリントン接続することで、１つのトランジスタのときよりも放電される時間を長くしたり、コンデンサＣ２の容量を小さくしたりすることができ、抵抗Ｒ７の発熱量の変化を調整できる。また、ヒータ制御回路６４０としてトランジスタ、抵抗、コンデンサを用いたが、マイコンを使用してヒータ６２０への通電量を制御させるものでもよい。
【００４２】
このマイコンを使用したヒータ制御回路は例えば、図４のようになっている。図４に示すように、ヒータ制御回路６５０はマイコン６５１と温度センサ６５２と駆動回路６５３とを備えている。マイコン６５１は電源投入時に計時を開始し、ヒータ６２０に通電する第１の所定時間Ｔ１と、第１の所定時間Ｔ１経過後、ヒータ６２０への通電率を徐々に減少するように可変させ、ヒータ６２０への通電を停止させるための第２の所定時間Ｔ２とが予め設定されており、この予め設定された所定時間を計時する計時手段を備えている。また、マイコン６５１には電源投入時、筐体１０１の温度が所定温度以下のときにヒータ６２０への通電を開始するための所定温度が予め設定されている。温度検出手段としての温度センサ６５２は筐体１０１内に設けられたサーミスタからなり、電源投入時、筐体１０１の温度を検出してマイコン６５１へ出力する。駆動回路６５３はマイコン６５１からの制御信号によりヒータ６２０への通電を制御する。
【００４３】
このような構成により、マイコン６５１はこの検出温度と予め設定された所定温度とを比較し、検出温度が所定温度以下のときにヒータ６２０への通電を開始するための通電制御信号を駆動回路６５３へ出力する。駆動回路６５３は通電制御信号に基づいてヒータ６２０へ通電する。計時手段により第１の所定時間Ｔ１が計時されると、この第１の所定時間Ｔ１経過後から第２の所定時間Ｔ２経過までの間、マイコン６５１は複数段階に亘って通電率が徐々に低くなるように、ヒータ６２０への通電率を設定し、駆動回路６５３へこの設定した通電率に基づいて通電制御信号を出力する。駆動回路６５３はこの通電制御信号に基づいてヒータ６２０への通電率を可変する。そして、第２の所定時間Ｔ２経過後、ヒータ６２０への通電を停止する。また、マイコン６５１は電源投入後も温度センサ６５２の検出温度と予め設定された所定温度とを比較し、第１の所定時間Ｔ１が経過前に、筐体１０１の温度が所定温度以上になった場合、この時点から第２の所定時間Ｔ２経過までの間、ヒータ６２０への通電率を徐々に低くなるように設定し、駆動回路６５３はヒータ６２０への通電率を徐々に低くなるように可変させ、ヒータ６２０への通電を停止する。
【００４４】
以上説明してきたヒータ制御回路６４０の動作をタイミングチャートで表すと、図５および図６のようになる。図５はヒータ通電および電源投入中の時間と、ヒータ制御回路６４０の要部電圧およびヒータ発熱量との関係を示し、実線グラフは、電源投入後の筐体１０１の温度が所定温度以下のヒータ制御回路６４０の動作時のグラフである。第１の所定時間Ｔ１は、電源投入時にヒータ６２０への通電を開始した時刻ｔ０から、トランジスタＴｒ３がオフとなる時刻ｔ１までの時間であり、第２の所定時間Ｔ２は、この時刻ｔ１から、コンデンサＣ２の電荷が放電され、抵抗Ｒ７に流れる電流がゼロになる時刻ｔ２までの時間である。
【００４５】
この第１の所定時間Ｔ１の間、電圧Ｖ１、電圧Ｖ２および電圧Ｖ３が出力され、ヒータ６２０への通電で所定の発熱量Ｐが得られる。また、第２の所定時間Ｔ２の間、電圧Ｖ１、電圧Ｖ２がゼロに、電圧Ｖ３が徐々に低下してゼロになり、ヒータ６２０への電流も徐々に減少してゼロになるため、発熱量Ｐも徐々に低下してゼロになる。
【００４６】
また、点線グラフは、電源投入後の筐体１０１の温度が所定温度以上のヒータ制御回路６４０の非動作時のグラフである。電圧Ｖ１のみが実線グラフと同一となるが、スイッチ回路６４２が非動作であるため、電圧Ｖ２、電圧Ｖ３および発熱量Ｐはゼロとなるので、ヒータ６２０への通電は行われない。
【００４７】
一方、図６はヒータ通電および電源投入中の時間と、温度補償型水晶発振器６１０および筐体１０１の温度との関係を示し、黒丸印のグラフは温度補償型水晶発振器６１０の温度特性、四角印のグラフは筐体１０１の温度特性を表わしたものである。時刻ｔ０は、温度補償型水晶発振器６１０の温度と筐体１０１の温度とが−４０℃のときに電源投入と同時にヒータ６２０への通電を開始した時刻である。時刻ｔ１は、第１の所定時間Ｔ１が経過し、温度補償型水晶発振器６１０の温度はヒータ６２０によって−４０℃から−３５℃に上昇し、筐体１０１の温度が電源回路１２００などの発熱によって−４０℃から徐々に上昇したところで、ここからヒータ６２０への通電量（発熱量）が徐々に減少する時刻である。
【００４８】
時刻ｔ２は、第２の所定時間Ｔ２が経過し、ヒータ６２０への通電量（発熱量）がゼロとなるとともに、温度補償型水晶発振器６１０と筐体１０１との温度が−３６℃で等しくなる時刻である。このとき、温度補償型水晶発振器６１０の温度勾配と筐体１０１の温度勾配（時間に対する温度の変化率）とをそれぞれ小さくして時刻ｔ２のときに緩やかに交わるようにし、筐体１０１の熱特性（熱容量）を考慮して、第２の所定時間Ｔ２を設定している。そして、それぞれの温度勾配が交わる時刻ｔ２のときの温度は、発振周波数の変動が小さい温度領域となっている。時刻ｔ３は、更に所定時間が経過し、温度補償型水晶発振器６１０と筐体１０１との温度が−３６℃から−２５℃に上昇し、ここからそれぞれの温度上昇が飽和する時刻である。
【００４９】
このような温度補償型水晶発振器６１０の温度特性と筐体１０１の熱特性とを考慮して、第１の所定時間Ｔ１と第２の所定時間Ｔ２とを設定し、ヒータ制御回路６４０により温度補償型水晶発振器６１０を加熱しているため、ヒータ６２０への通電は筐体１０１の温度が低温時、電源投入から筐体１０１が暖まり、温度上昇が飽和する前のみに限定した、電源投入後の所定時間の通電１回のみ動作する。これにより、ヒータ６２０を常に通電オンにする恒温槽型水晶発振器や特許文献１のようなＰＴＣサーミスタを常に通電オンにするヒータ内蔵型水晶発振器と比べ低消費電力化を図ることができる。また、ヒータ６２０への通電量（発熱量）を徐々に減少させるため、ヒータ６２０への通電停止による温度補償型水晶発振器６１０の急激な温度変化を招くことがなく、ヒータ６２０への通電停止時の局部発振周波数の変動をなくすことができる。
【００５０】
次に、図７を用いて、ＰＬＬ回路６３０の出力周波数、すなわち、局部発振周波数の安定度について説明する。図７は、−４０〜６０℃の動作温度範囲に対する周波数偏差について、従来のヒータ制御回路なしの場合と本発明のヒータ制御回路ありの場合とを示すものである。周波数偏差は常温２５℃での局部発振周波数ｆ０を基準とし、この局部発振周波数ｆ０からの各動作温度での局部発振周波数のずれΔｆを比Δｆ／ｆ０で表わしたもので、１０の−６乗を示す単位（ｐｐｍ）を用いて示したものである。そして、この周波数偏差について、衛星通信用ＬＮＢ１００をそれぞれの周囲温度雰囲気中に放置して電源投入（通電開始）したときの、６０秒後、１２０秒後、１８０秒後の３回の測定結果を示している。
【００５１】
従来は図７（Ａ）に示すように、−４０〜６０℃の動作範囲温度での周波数偏差が±１．２０ｐｐｍ以内であるのに対し、本発明では図７（Ｂ）に示すように、±０．５ｐｐｍ以内になり、特に、−２０℃以下の低温域で±０．２ｐｐｍ以内の結果が得られた。このときの条件として、ヒータ制御回路６４０は−２０℃以下の時に動作させ、ヒータ６２０への通電を１８０秒後に完全停止するようにした。
【００５２】
そして、ヒータ制御回路６４０がある場合の特に顕著な効果は、筐体１０１の温度が−３５℃以下でも周波数偏差を±０．２ｐｐｍ以内にすることができ、広い動作温度範囲に亘って高い精度の局部発振周波数安定度が得られていることである。例えば、−４０℃のとき、従来では図７（Ａ）に示すように、電源投入（通電開始）後、１８０秒後の周波数偏差が−０．６ｐｐｍであるが、本発明では図７（Ｂ）に示すように、＋０．２ｐｐｍにすることができる。これは、図７（Ａ）に模式的に示すように、ヒータ制御回路６４０によりヒータ６２０への通電量を制御し、温度補償型水晶発振器６１０を加熱することで得られる温度上昇に応じて、周波数偏差が破線矢印のように左に平行移動したからである。また、本発明では筐体１０１の温度が−３５℃以下で局部発振周波数が安定するまでの時間短縮が成されている。例えば、−３８℃のとき、従来では図７（Ａ）に示すように、電源投入後、６０秒後の周波数偏差が−０．６ｐｐｍであるが、本発明では図７（Ｂ）に示すように、＋０．０５ｐｐｍにすることができる。これは、従来では電源投入後、６０秒後から更に時間経過して筐体１０１が暖まり、−３５℃に温度上昇するまで、本発明のように＋０．０５ｐｐｍまで到達しないからである。
【００５３】
以上説明してきたように、衛星通信用ＬＮＢ１００の筐体１０１内に、ヒータ６２０とヒータ制御回路６４０とを備えているので、その筐体１０１の温度が所定温度以下の時、電源投入から温度補償型水晶発振器６１０の発振周波数に基づく局部発振周波数が安定するまでの時間を短縮でき、かつ、希望発振周波数からのズレを小さくすることができる。
【００５４】
次に、図８および図９を用いて、衛星通信用ＬＮＢ１００の筐体１０１内のヒータとヒータ制御回路と温度補償型水晶発振器の配置構造例について説明する。図８に示すように、筐体１０１内に、ヒータ６２０とヒータ制御回路６４０と温度補償型水晶発振器６１０とがプリント基板１０２の表面上に配置され、ヒータ６２０を温度補償型水晶発振器６１０に近接させた構造となっている。これにより、温度補償型水晶発振器６１０に近接させたヒータ６２０で温度補償型水晶発振器６１０を加熱することができる。また、温度補償型水晶発振器６１０をより効果的に加熱するため、グラファイトシートなどの熱伝導率が高い材料からなる伝熱部材６１１を、ヒータ６２０と温度補償型水晶発振器６１０との表面を繋ぐように貼り付けた構造となっており、この伝熱部材６１１によって温度補償型水晶発振器６１０にヒータ６２０の発熱を伝達するようにしている。
【００５５】
また、図９に示すように、その他の配置構造例として、筐体１０１内に、ヒータ制御回路６４０と温度補償型水晶発振器６１０とがプリント基板１０２の表面上に配置され、ヒータ６２０が筐体１０１に設けた凹部１０１ａに収まるように、温度補償型水晶発振器６１０の配置されたプリント基板１０２の真裏に配置された構造となっている。これにより、プリント基板１０２を介して温度補償型水晶発振器６１０にヒータ６２０の発熱を伝達するようにしている。なお、図８および図９では、筐体１０１内のヒータ制御回路６４０に温度検出部６４０ａを備えているが、この温度検出部６４０ａを筐体１０１の外部表面や筐体１０１と別体（輻射センサなどでも可）に備えた場合であってもよい。また、これまで説明してきた配置構造例に限らず、ヒータ６２０で温度補償型水晶発振器６１０を加熱できれば、その他の配置構造であっても構わない。更に、筐体１０１が衛星通信用ＬＮＢの放熱のためのヒートシンクの役割を担っているとともに、筐体１０１内に図示を省略した電源回路１２００を備えているので、電源投入からヒータ６２０への通電をオフした後も電源オフするまで、この電源回路１２００などの発熱によって筐体１０１の温度が保持され、温度補償型水晶発振器６１０として高精度の発振周波数安定度を維持することができる。
【００５６】
以上説明してきた本発明の実施形態では、計時手段での予め定めた所定時間を第１の所定時間と第２の所定時間からなるものとして説明したが、本発明はこれに限らず、第１の所定時間のみ決定するようにしてもよく、ヒータ制御回路６４０に備えるスイッチ回路６４２をヒータ６４０としての抵抗Ｒ７に接続し、ヒータ通電回路６４３を省略することにより適用できる。この場合には、ヒータ制御回路６４０は電源投入時、筐体１０１の温度が所定温度以下でスイッチ回路６４２が動作状態である時、第１の所定時間が経過するまでヒータ６２０に通電した後、ヒータ６２０への通電を停止し、また、筐体１０１の温度が所定温度以上となりスイッチ回路６４２が非動作状態となるまでヒータ６２０に通電した後、ヒータ６２０への通電を停止することになる。
【００５７】
このとき、第１の所定時間の間、ヒータ６２０に通電することにより、温度補償型水晶発振器６１０が温度補償型水晶発振器６１０の発振周波数変動が温度変化に対して小さい温度領域の温度まで加熱され、第１の所定時間経過後に筐体１０１の温度も同温度領域の温度に達するようにすることで、第１の所定時間経過直後にヒータ６１０への通電を停止し、温度補償型水晶発振器６１０の温度と筐体１０１の温度に多少の差異があったとしても温度変化による発振周波数変動が小さいため、ヒータ６１０の通電停止時の発振周波数の変動を抑えることができる。
【００５８】
以上説明してきた本発明の実施形態では、電子機器として衛星通信用ＬＮＢに適用されたものを説明したが、本発明はこれに限らず、この衛星通信用ＬＮＢ以外の周波数変換機能を備える携帯電話機、移動無線機、ＧＰＳ受信機、衛星通信用通信機などに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明による電子機器としての衛星通信用ＬＮＢを示すブロック図である。
【図２】図１のヒータおよびヒータ制御手段としてのヒータ制御回路を示すブロック図である。
【図３】図２のヒータおよびヒータ制御回路を示す回路図である。
【図４】図１のヒータおよびヒータ制御手段としてのヒータ制御回路のその他の実施例を示すブロック図である。
【図５】ヒータおよびヒータ制御回路の動作を説明するタイミングチャートである。
【図６】温度補償型水晶発振器および筐体の温度特性を説明する説明図である。
【図７】筐体の周囲温度と局部発振周波数の周波数偏差との関係を説明する説明図で、（Ａ）はヒータ制御回路なしの場合の説明図、（Ｂ）はヒータ制御回路ありの場合の説明図である。
【図８】本発明による電子機器としての衛星通信用ＬＮＢを概略的に示す説明図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図９】本発明による電子機器としてのその他の衛星通信用ＬＮＢを概略的に示す説明図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。
【図１０】従来による電子機器に使用される水晶発振器を示す説明図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１００ 周波数変換装置（電子機器、衛星通信用ＬＮＢ）
１０１ 筐体
１０１ａ 凹部
１０２ プリント基板
２００ 導波管
２１０ アンテナプローブ
３００ ＲＦ増幅器
４００ 帯域通過フィルタ
５００ 混合器
６００ 局部発振回路
６１０ 温度補償型水晶発振器（水晶発振器）
６１１ 伝熱部材
６２０ ヒータ
６３０ ＰＬＬ回路
６３１ ループフィルタ
６３２ ＶＣＯ
６３３ 分周器
６３４ 位相比較器
６４０ ヒータ制御回路（ヒータ制御手段）
６４１ タイマー回路（計時手段）
Ｒ１ 抵抗
Ｒ２ 抵抗
Ｃ１ コンデンサ
Ｔｒ１ トランジスタ
６４２ スイッチ回路
６４２ａ 温度検出部（温度検出手段）
Ｒ３ 抵抗
Ｒｔｈ１ ＮＴＣサーミスタ
Ｒ４ 抵抗
Ｒ５ 抵抗
Ｔｒ２ トランジスタ
Ｔｒ３ トランジスタ
６４３ ヒータ通電回路（計時手段）
Ｃ２ コンデンサ
Ｒ６ 抵抗
Ｔｒ４ トランジスタ
Ｒ７ 抵抗（ヒータ）
６５０ ヒータ制御回路（ヒータ制御手段）
６５１ マイコン（計時手段）
６５２ 温度センサ（温度検出手段）
６５３ 駆動回路
７００ ＩＦ増幅器
８００ 第１のキャパシタ
９００ 第２のキャパシタ
１０００ チョークコイル
１１００ ＩＦ出力コネクタ
１２００ 電源回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体に、同筐体の温度を検出する温度検出手段と、水晶発振器と、同水晶発振器を加熱するヒータと、同ヒータへの通電を制御するヒータ制御手段とを備え、同ヒータ制御手段は、電源投入時に計時を開始し予め定めた所定時間を計時する計時手段を含み、電源投入時、前記筐体の温度が所定温度以下のときに前記ヒータへの通電を開始し、前記所定時間経過後、前記ヒータへの通電を停止することを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記所定時間は、電源投入により前記ヒータに通電する第１の所定時間と、同第１の所定時間経過後、通電量を徐々に減少させ前記ヒータへの通電を停止する第２の所定時間とからなることを特徴とする請求項１記載の電子機器。
【請求項３】
前記第１の所定時間が経過する前に前記筐体の温度が所定温度以上となった場合、その時点から前記第２の所定時間をかけて通電量を徐々に減少させ前記ヒータへの通電を停止することを特徴とする請求項２記載の電子機器。
【請求項４】
筐体に、同筐体の温度を検出する温度検出手段と、水晶発振器と、同水晶発振器を加熱するヒータと、同ヒータへの通電を制御するヒータ制御手段とを備え、同ヒータ制御手段は、電源投入時、予め定めた第１の所定時間だけ電圧を出力するタイマー回路と、前記筐体の温度が所定温度以下のとき前記タイマー回路の出力電圧により動作し所定温度以上のとき非動作となるスイッチ回路と、同スイッチ回路の動作により前記ヒータに通電するヒータ通電回路とからなるヒータ制御回路を含み、電源投入時、前記筐体の温度が所定温度以下で前記スイッチ回路が動作状態である時、前記第１の所定時間が経過するまで、または、前記筐体の温度が所定温度以上となり前記スイッチ回路が非動作状態となるまで前記ヒータに通電した後、前記ヒータへの通電を停止することを特徴とする電子機器。
【請求項５】
前記ヒータ通電回路は、前記第１の所定時間が経過するまで、または、前記筐体の温度が所定温度以上となり前記スイッチ回路が非動作状態となるまで前記ヒータに通電した後、前記筐体の温度上昇に伴い予め定めた第２の所定時間をかけて前記ヒータへの通電量を徐々に減少させ前記ヒータへの通電を停止することを特徴とする請求項４記載の電子機器。
【請求項６】
前記第１の所定時間と前記第２の所定時間とは、前記筐体の熱的特性と前記水晶発振器の発振周波数の温度特性とに応じて決定することを特徴とする請求項２、請求項３または請求項５記載の電子機器。
【請求項１】
筐体に、同筐体の温度を検出する温度検出手段と、水晶発振器と、同水晶発振器を加熱するヒータと、同ヒータへの通電を制御するヒータ制御手段とを備え、同ヒータ制御手段は、電源投入時に計時を開始し予め定めた所定時間を計時する計時手段を含み、電源投入時、前記筐体の温度が所定温度以下のときに前記ヒータへの通電を開始し、前記所定時間経過後、前記ヒータへの通電を停止することを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記所定時間は、電源投入により前記ヒータに通電する第１の所定時間と、同第１の所定時間経過後、通電量を徐々に減少させ前記ヒータへの通電を停止する第２の所定時間とからなることを特徴とする請求項１記載の電子機器。
【請求項３】
前記第１の所定時間が経過する前に前記筐体の温度が所定温度以上となった場合、その時点から前記第２の所定時間をかけて通電量を徐々に減少させ前記ヒータへの通電を停止することを特徴とする請求項２記載の電子機器。
【請求項４】
筐体に、同筐体の温度を検出する温度検出手段と、水晶発振器と、同水晶発振器を加熱するヒータと、同ヒータへの通電を制御するヒータ制御手段とを備え、同ヒータ制御手段は、電源投入時、予め定めた第１の所定時間だけ電圧を出力するタイマー回路と、前記筐体の温度が所定温度以下のとき前記タイマー回路の出力電圧により動作し所定温度以上のとき非動作となるスイッチ回路と、同スイッチ回路の動作により前記ヒータに通電するヒータ通電回路とからなるヒータ制御回路を含み、電源投入時、前記筐体の温度が所定温度以下で前記スイッチ回路が動作状態である時、前記第１の所定時間が経過するまで、または、前記筐体の温度が所定温度以上となり前記スイッチ回路が非動作状態となるまで前記ヒータに通電した後、前記ヒータへの通電を停止することを特徴とする電子機器。
【請求項５】
前記ヒータ通電回路は、前記第１の所定時間が経過するまで、または、前記筐体の温度が所定温度以上となり前記スイッチ回路が非動作状態となるまで前記ヒータに通電した後、前記筐体の温度上昇に伴い予め定めた第２の所定時間をかけて前記ヒータへの通電量を徐々に減少させ前記ヒータへの通電を停止することを特徴とする請求項４記載の電子機器。
【請求項６】
前記第１の所定時間と前記第２の所定時間とは、前記筐体の熱的特性と前記水晶発振器の発振周波数の温度特性とに応じて決定することを特徴とする請求項２、請求項３または請求項５記載の電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−６２８６８（Ｐ２０１０−６２８６８Ａ）
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２６４０９（Ｐ２００８−２２６４０９）
【出願日】平成２０年９月３日（２００８．９．３）
【出願人】（０００００６６１１）株式会社富士通ゼネラル (1,266)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月３日（２００８．９．３）
【出願人】（０００００６６１１）株式会社富士通ゼネラル (1,266)
【Ｆターム（参考）】
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