(57)【要約】【課題】  低位相雑音の高周波発振器を提供すること。【解決手段】  能動素子１１により増幅された高周波発振源内の雑音電力の一部は、能動素子１１の各端子に接続されたリアクタンス回路２１、２２および共振器３１によって能動素子１１に戻され、能動素子１１によってさらに電力が増幅される。これを繰り返すことで安定した発振波が負荷抵抗４１から出力される。  能動素子１１のエミッタ端子とリアクタンス回路２１との間に装荷された帯域通過フィルタ６１の位相特性はリアクタンス回路２１の位相特性に加え合わされ、リアクタンス回路２１の位相特性を急峻にしたことになる。このため、能動回路５１と共振器３１を往復したときの位相の傾きが大きくなり周波数選択性が強くなるので、位相雑音は低減する。【選択図】  図１
2010016543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
能動素子、前記能動素子からの電力を出力する一端が接地された負荷抵抗、前記能動素子の第１の端子とグランドとの間に接続された第１のリアクタンス回路、前記能動素子の第２の端子と前記負荷抵抗との間に接続された第２のリアクタンス回路、を有する能動回路と、前記能動素子の第３の端子に接続された共振器とを備え、前記能動回路と前記共振器に基づく発振周波数で発振する高周波発振器であって、前記第１の端子から前記第１のリアクタンス回路への経路または前記第２の端子から前記第２のリアクタンス回路への経路の少なくとも一方に帯域通過フィルタを装荷したことを特徴とする高周波発振器。
【請求項２】
能動素子、前記能動素子からの電力を出力する一端が接地された負荷抵抗、前記能動素子の第１の端子とグランドとの間に接続された第１のリアクタンス回路、前記能動素子の第２の端子と前記負荷抵抗との間に接続された第２のリアクタンス回路、を有する能動回路と、前記能動素子の第３の端子に接続された共振器とを備え、前記能動回路と前記共振器に基づく発振周波数で発振する高周波発振器であって、前記第１の端子から前記第１のリアクタンス回路への経路または前記第２の端子から前記第２のリアクタンス回路への経路の少なくとも一方に帯域通過フィルタを構成する一端が接地された並列共振回路を並列接続したことを特徴とする高周波発振器。
【請求項３】
請求項１又は２記載の高周波発振器において、前記第１のリアクタンス回路または前記第２のリアクタンス回路が所定の周波数で高インピーダンスとなる部位の少なくとも一方に、前記帯域通過フィルタまたは前記帯域通過フィルタを構成する一端が接地された並列共振回路を設けたことを特徴とする高周波発振器。
【請求項４】
請求項１、２、又は３記載の高周波発振器において、前記共振器、前記第１のリアクタンス回路、前記第２のリアクタンス回路、前記帯域通過フィルタ、または前記帯域通過フィルタを構成する一端が接地された並列共振回路の少なくとも２つが周波数可変機能を有する構成であることを特徴とする高周波発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高周波発振器の低位相雑音化に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の高周波発振器として、電力を増幅する能動回路と、発振周波数を概略決定する同調回路とを備えた電圧制御発振器がある。その動作を以下に示す。電圧制御発振器の回路内の雑音が能動回路により増幅され、その増幅された電力は同調回路に入力される。発振周波数は、能動回路と同調回路の往復によって位相が0°となる周波数であるが、同調回路は分布定数共振器を備えており、能動回路の位相の傾きが小さいため、主に共振器によって発振周波数が決定される。その後、電力は能動回路に戻され、電力はさらに増幅されることで発振動作を行う。
同調回路はバラクタダイオードを有しており、バラクタダイオードの端子間電圧を制御することで、同調回路の共振周波数を変化させ、発振周波数を制御することができる。また、共振器の電気長を発振周波数で3/4波長以上とすることで同調回路の負荷Qを大きくし、位相雑音を低減している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２３８０２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の高周波発振器においては、発振周波数を概略決定する同調回路の負荷Qを向上することで、低位相雑音化を図っていたが、その無負荷Qが低いと、図１２に示すように、位相雑音の低減量が制限される、損失が大きくなり発振条件を満足しなくなる、という課題があった。
【０００５】
本発明は、共振器の負荷Qを向上させることとは別に、能動素子に接続されるリアクタンス回路に帯域通過フィルタを装荷することで、能動回路の位相の傾きを大きくし、低位相雑音の高周波発振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】
【０００６】
この発明に係わる高周波発振器は、能動素子、前記能動素子からの電力を出力する一端が接地された負荷抵抗、前記能動素子の第１の端子とグランドとの間に接続された第１のリアクタンス回路、前記能動素子の第２の端子と前記負荷抵抗との間に接続された第２のリアクタンス回路、を有する能動回路と、前記能動素子の第３の端子に接続された共振器とを備え、前記能動回路と前記共振器に基づく発振周波数で発振する高周波発振器であって、前記第１の端子から前記第１のリアクタンス回路への経路または前記第２の端子から前記第２のリアクタンス回路への経路の少なくとも一方に帯域通過フィルタを装荷したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明は、能動素子の第１の端子から第１のリアクタンス回路への経路または能動素子の第２の端子から第２のリアクタンス回路への経路の少なくとも一方に帯域通過フィルタを装荷したので、帯域通過フィルタの位相特性がリアクタンス回路の位相特性に加えられ、能動回路の位相の傾きを大きくでき、低位相雑音の高周波発振器を得られる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係わる高周波発振器を示す構成説明図である。図において、１１は能動素子、２１、２２はリアクタンス回路、３１は共振器、４１は負荷抵抗、５１は能動回路、６１は帯域通過フィルタである。
【０００９】
次に動作について説明する。能動素子１１により増幅された高周波発振源内の雑音電力の一部は、能動素子１１の各端子に接続されたリアクタンス回路２１、２２および共振器３１によって能動素子１１に戻され、能動素子１１によってさらに電力が増幅される。これを繰り返すことで安定した発振波が負荷抵抗４１から出力される。発振周波数は、能動素子１１およびリアクタンス回路２１、２２を有する能動回路５１と共振器３１の往復によって位相が0°となる周波数である。
能動素子１１のエミッタ端子とリアクタンス回路２１との間に装荷された帯域通過フィルタ６１は、図２に示すように、発振周波数において能動回路５１の位相の傾きを大きくする。これは、帯域通過フィルタ６１の位相特性をリアクタンス回路２１の位相特性に加え合わせて、リアクタンス回路２１の位相特性を急峻にしたことによる。このため、能動回路５１と共振器３１を往復したときの位相の傾きが大きくなる。能動回路５１と共振器３１を往復したときの位相の傾きが大きいほど周波数選択性が強くなるので、位相雑音は低減する。
ここでは、共振器３１をベース端子、帯域通過フィルタ６１をエミッタ端子に接続した構成を例示して説明したが、共振器３１の接続端子はエミッタ端子またはコレクタ端子でも良く、帯域通過フィルタ６１の接続端子は、共振器３１が接続された端子と異なる端子であれば良い。また、能動素子１１をバイポーラトランジスタとして説明したが、電界効果トランジスタでも良い。また、発振周波数が可変であっても良い。これらは以後の実施の形態についても同様である。
【００１０】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２に係わる高周波発振器を示す構成説明図である。図において、７１は並列共振回路である。なお、以下の実施の形態では、同一または相当する構成要素には同じ符号を付して示し、説明は省略する。
【００１１】
実施の形態1では、能動素子１１とリアクタンス回路２１の間に帯域通過フィルタ６１を装荷することで、能動回路１１の位相の傾きを大きくし、位相雑音を低減できることを示した。この実施の形態２では、帯域通過フィルタ６１を並列共振回路７１により構成して同様の効果が得られることについて示す。
【００１２】
次に動作について説明する。能動素子１１により増幅された高周波発振源内の雑音電力の一部は、能動素子１１の各端子に接続されたリアクタンス回路２１、２２および共振器３１によって能動素子１１に戻され、能動素子１１によってさらに電力が増幅される。これを繰り返すことで安定した発振波が負荷抵抗４１から出力される。発振周波数は、能動素子１１およびリアクタンス回路２１、２２を有する能動回路５１と共振器３１の往復によって位相が0°となる周波数である。
ここで、能動素子１１のエミッタ端子とリアクタンス回路２１との間に、リアクタンス回路２１と並列接続となるように装荷された並列共振回路７１は、発振周波数において能動回路５１の位相の傾きを大きくする。これは、並列共振回路７１の位相特性をリアクタンス回路２１の位相特性に加え合わせて、リアクタンス回路２１の位相特性を急峻にしたことによる。このため、能動回路５１と共振器３１を往復したときの位相の傾きが大きくなる。能動回路５１と共振器３１を往復したときの位相の傾きが大きいほど周波数選択性が強くなるので、位相雑音は低減する。
【００１３】
以上では、共振器３１をベース端子、並列共振回路７１をエミッタ端子側に接続した構成で説明したが、共振器３１の接続端子はエミッタ端子またはコレクタ端子でも良く、並列共振回路７１の接続は、共振器３１が接続された端子と異なる端子側であれば良い。これらは以後の実施の形態についても同様である。
【００１４】
実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３に係わる高周波発振器を示す構成説明図である。
ここでは、並列共振回路７１をリアクタンス回路のオープン点に装荷することでさらに低位相雑音化が向上されることについて示す。
【００１５】
次に動作について説明する。能動素子１１により増幅された高周波発振源内の雑音電力の一部は、能動素子１１の各端子に接続されたリアクタンス回路２１、２２および共振器３１によって能動素子１１に戻され、能動素子１１によってさらに電力が増幅される。これを繰り返すことで安定した発振波が負荷抵抗４１から出力される。発振周波数は、能動素子１１およびリアクタンス回路２１、２２を有する能動回路５１と共振器３１の往復によって位相が0°となる周波数である。リアクタンス回路２１のインピーダンスがオープンとなる、グランドから所望の周波数における電気長がλ/4となる点に、リアクタンス回路２１と並列接続となるように装荷された並列共振回路７１は、位相が所望の周波数で同相合成されるため、λ/4以外の点に装荷した場合よりも、能動回路５１の位相の傾きを大きくする。このため、能動回路５１と共振器３１を往復したときの位相の傾きが大きくなる。能動回路５１と共振器３１を往復したときの位相の傾きが大きいほど周波数選択性が強くなるので、位相雑音は低減する。
【００１６】
実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４に係わる高周波発振器を示す構成説明図である。ここでは、共振器３１を可変としたとき、リアクタンス回路２１を可変とすることで、安定して発振できることについて示す。
【００１７】
次に動作について説明する。能動素子１１により増幅された高周波発振源内の雑音電力の一部は、能動素子１１の各端子に接続されたリアクタンス回路２１、２２および共振器３１によって能動素子１１に戻され、能動素子１１によってさらに電力が増幅される。これを繰り返すことで安定した発振波が負荷抵抗４１から出力される。発振周波数は、能動素子１１およびリアクタンス回路２１、２２を有する能動回路５１と共振器３１の往復によって位相が0°となる周波数である。
ここで、リアクタンス回路２１のインピーダンスがオープンとなる、グランドから所望の周波数における電気長がλ/4となる点に、リアクタンス回路２１と並列接続となるように装荷された並列共振回路７１は、位相が所望の周波数で同相合成されるため、λ/4以外の点に装荷した場合よりも、能動回路５１の位相の傾きを大きくする。このため、能動回路５１と共振器３１を往復したときの位相の傾きが大きくなる。能動回路５１と共振器３１を往復したときの位相の傾きが大きいほど周波数選択性が強くなるので、位相雑音は低減する。
【００１８】
また、発振周波数は、共振器３１の共振周波数を変化させることで制御される。ただし、可変範囲を広げると、並列共振回路７１の装荷により、能動回路５１の利得の帯域が狭くなっているため、発振条件を十分に満足できなくなる。そこで、リアクタンス回路２１を可変とすることで、能動回路５１の利得の帯域を変化させることができ、広帯域に渡って発振条件を満足することができる。
【００１９】
以上では、リアクタンス回路２１を可変として説明したが、図６に示すようにリアクタンス回路２２を可変してもよく、可変するリアクタンス回路は、リアクタンス回路２１に限らない。
また、図７に示すように、リアクタンス回路２１とリアクタンス回路２２など、複数のリアクタンス回路を可変としても良い。
【００２０】
実施の形態５．
図８は、この発明の実施の形態５に係わる高周波発振器を示す構成説明図である。
ここでは、共振器３１を可変としたとき、装荷した並列共振回路７１を可変とすることで、安定して発振ができ、広帯域に渡る位相雑音の低減効果が改善されることについて示す。
【００２１】
次に動作について説明する。能動素子１１により増幅された高周波発振源内の雑音電力の一部は、能動素子１１の各端子に接続されたリアクタンス回路２１、２２および共振器３１によって能動素子１１に戻され、能動素子１１によってさらに電力が増幅される。これを繰り返すことで安定した発振波が負荷抵抗４１から出力される。発振周波数は、能動素子１１およびリアクタンス回路２１、２２を有する能動回路５１と共振器３１の往復によって位相が0°となる周波数である。
ここで、リアクタンス回路２１のインピーダンスがオープンとなる、グランドから所望の周波数における電気長がλ/4となる点に、リアクタンス回路２１と並列接続となるように装荷された並列共振回路７１は、位相が所望の周波数で同相合成されるため、λ/4以外の点に装荷した場合よりも、能動回路５１の位相の傾きを大きくする。このため、能動回路５１と共振器３１を往復したときの位相の傾きが大きくなる。能動回路５１と共振器３１を往復したときの位相の傾きが大きいほど周波数選択性が強くなるので、位相雑音は低減する。
【００２２】
また、発振周波数は、共振器３１の共振周波数を変化させることで制御される。ただし、可変範囲を広げると、並列共振回路７１の通過周波数帯域と発振周波数が異なってくるため、損失が生じ、発振条件を十分に満足できなくなる。そこで、並列共振回路７１を可変とすることで、並列共振回路７１の通過周波数帯域と発振周波数を一致させることができ、広帯域に渡って発振条件を満足することができる。さらに、並列共振回路７１の通過周波数帯域と発振周波数を一致させることで、能動回路５１の位相の傾きは広帯域に渡って大きくなり、位相雑音が改善される。
【００２３】
以上では、並列共振回路７１のみを可変として説明したが、図９から図１１に示すように、並列共振回路７１を可変とすると共にリアクタンス回路２１、２２を可変としても上記同様に能動回路５１の位相の傾きを広帯域に渡って大きくでき、位相雑音が改善される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の実施の形態１に係わる高周波発振器を示す構成説明図である。
【図２】能動回路の位相の周波数特性の説明図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係わる高周波発振器を示す構成説明図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係わる高周波発振器を示す構成説明図である。
【図５】この発明の実施の形態４に係わる高周波発振器を示す構成説明図である。
【図６】この発明の実施の形態４に係わる高周波発振器の他の例を示す構成説明図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係わる高周波発振器の他の例を示す構成説明図である。
【図８】この発明の実施の形態５に係わる高周波発振器を示す構成説明図である。
【図９】この発明の実施の形態５に係わる高周波発振器の他の例を示す構成説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態５に係わる高周波発振器の他の例を示す構成説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態５に係わる高周波発振器の他の例を示す構成説明図である。
【図１２】従来の高周波発振器における無負荷Qと位相雑音、損失の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１１  能動素子、２１、２２  リアクタンス回路、３１  共振器（可変共振器）、４１  負荷抵抗、５１  能動回路、６１  帯域通過フィルタ、７１  並列共振回路（可変並列共振回路）。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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