(57)【要約】【課題】            従来のサブハーモニック注入同期発振器は、注入端子から注入される注入信号を直接発振素子に入力し、基準信号と発振器を同期させていたため、基準信号と発振器を同期させるために高いレベルの基準信号を必要とした。【解決手段】        注入端子１から注入される基準信号を増幅するための増幅器２を発振ループ内に設け、この増幅器２により増幅された基準信号を発振素子４へ入力することにより、低いレベルの基準信号であっても発振器と同期することが可能となる。【選択図】          図１
2006324871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数の基準信号を注入する注入端子と、
前記注入端子により注入された前記基準信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器により増幅された前記基準信号を所望の発振周波数にて発振させ、得られた発振波または前記発振波の高調波を出力する発振素子と、
前記発振波を前記発振素子に帰還させる帰還回路と、
前記発振波または前記高調波を出力する出力端子と、
を有することを特徴とした注入同期発振器。
【請求項２】
前記増幅器は、
増幅機能を有する能動素子と、
前記能動素子に前記発振波を反射させる反射回路と、
を有することを特徴とした請求項１に記載の注入同期発振器。
【請求項３】
前記増幅器は、
前記基準信号がベース端子に入力されるバイポーラトランジスタと、
前記バイポーラトランジスタのベース端子に接続され、前記ベース端子に前記発振波を反射させる反射回路と、
前記バイポーラトランジスタのエミッタ端子に接続され、所定のインピーダンスを有するインピーダンス回路と、
を有することを特徴とした請求項１に記載の注入同期発振器。
【請求項４】
前記増幅器は、
前記基準信号がゲート端子に入力される電界効果トランジスタと、
前記電界効果トランジスタのゲート端子に接続され、前記ゲート端子に前記発振波を反射させる反射回路と、
前記電界効果トランジスタのドレイン端子に接続され、所定のインピーダンスを有するインピーダンス回路と、
を有することを特徴とした請求項１に記載の注入同期発振器。
【請求項５】
前記インピーダンス回路は、
前記発振波の周波数帯で開放となる並列共振回路であるとことを特徴とした請求項３または請求項４に記載の注入同期発振器。
【請求項６】
所定の周波数の信号を出力する電圧制御発振器と、
前記電圧制御発振器の出力を分配する分配器と、
前記分配器により分配された信号が基準信号として入力される２個以上の注入同期発振器とを有し、
前記注入同期発振器は、
前記基準信号を注入する注入端子、
前記注入端子より注入された前記基準信号を増幅する増幅器、
前記増幅器により増幅された前記基準信号を所望の発振周波数にて発振させ、得られた発振波または前記発振波の高調波を出力する発振素子、
前記発振波を前記発振素子に帰還させる帰還回路、
前記発振波または前記高調波を出力する出力端子、
を有することを特徴としたフェーズドアレーアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロ波またはミリ波帯の無線通信システム、レーダシステムまたは光通信システムの送受信装置に用いられる注入同期発振器およびフェーズドアレーアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のサブハーモニック注入同期発振器においては、注入端子から注入された基準信号の高調波を同期させる構成になっていた（例えば非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】「第２高調波出力発振器のサブハーモニック注入同期発振器」  ２００３年  電子情報通信学会、C−２−１６、Ｐ．４８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のサブハーモニック注入同期発振器は、注入される基準信号の高調波に対して同期を確立するために、発振素子として動作するトランジスタで生成される前記高調波のレベルを高める必要があり、そのため、高いレベルの基準信号が必要となるという問題があった。
【０００５】
この発明は上述の課題を解決するためになされたもので、注入端子から注入された基準信号レベルが小さいレベルであっても、同期確立可能な注入同期発振器を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る注入同期発振器においては、発振ループ内に注入された基準信号を増幅する増幅器を内蔵したものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明は、注入された基準信号を増幅する増幅器を内蔵したため、基準信号の信号レベルを低減させることが可能となる。
【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、この発明を実施するための実施の形態１における注入同期発振器を示すものである。図１において、１は基準信号として所望の発振周波数の１／ｎ（ｎは２以上の整数）の周波数である基準信号を注入する注入端子、２は注入端子１に接続され、注入された基準信号を増幅するための増幅器、３は増幅器２の出力側に接続され、発振周波数において発振条件を満足させるよう信号の位相を調整する伝送線路である。４はこの伝送線路３を介して増幅器２と接続され、増幅された基準信号の高調波およびこの高調波に同期した発振波を生成する発振素子、５は発振素子４からの出力を発振素子４および増幅器２側に帰還させる帰還回路である。６は帰還回路５と直列に接続され、負荷（図には表示せず）に対し発振波を出力する出力端子である。
【０００９】
次にこのように構成された注入同期発振器の発振動作を、基準信号として周波数が発振周波数の１／２である１／２サブハーモニック波を注入した場合について説明する。
【００１０】
注入端子１から注入された１／２サブハーモニック波は、増幅器２により増幅され、伝送線路３を経由して発振素子４に入力される。発振素子４は増幅器２によって増幅された１／２サブハーモニック波の高調波を生成する。この生成された高調波のうち第２高調波の一部は帰還回路５の作用により発振素子４に帰還され、増幅器２に伝達される。増幅器２に伝達された高調波は、増幅器２内で反射され伝送線路３を介し再び発振素子４へ伝達される。この伝達された高調波は発振素子４により増幅して出力され、帰還回路５の作用により再び発振素子４に帰還される。この動作を繰り返すことにより、発振素子４は第２高調波に同期した発振波を発振し発振波または発振波の高調波を出力することになる。
【００１１】
図２は図１における注入同期発振器の具体的な回路構成を示したものである。図２において、１は基準信号を注入する注入端子、２ａは能動素子として使用される注入端子１とベース端子が接続され、エミッタ端子が接地されている第１のバイポーラトランジスタ、３は第１のバイポーラトランジスタ２ａのコレクタ端子と一端が接続された伝送線路である。４ａはベース端子が伝送線路３の他端に接続された第２のバイポーラトランジスタ、４ｂは第２のバイポーラトランジスタ４ａのエミッタ端子と接地間に接続されたマイクロストリップ線路である。５ａは第２のバイポーラトランジスタ４ａのコレクタ端子に接続され、長さが発振周波数で１／４より微小長だけ長いまたは短い先端開放スタブ、６は先端開放スタブ５ａに並列に接続された出力端子である。この回路では、図１の増幅器２が第１のバイポーラトランジスタ２ａを用いて、発振素子４が第２のバイポーラトランジスタ４ａとマイクロストリップ線路４ｂとを用いて、帰還回路５が先端開放スタブ５ａを用いて構成されている。
【００１２】
次にこのように構成された注入同期発振器の動作を、基準信号として周波数が発振周波数の１／２である１／２サブハーモニック波を注入した場合について説明する。
【００１３】
注入端子１から注入された１／２サブハーモニック波は、第１のバイポーラトランジスタ２ａのベース端子に入力される。この入力された基準信号は第１のバイポーラトランジスタ２ａにより増幅され、伝送線路３を介し、第２のバイポーラトランジスタ４ａのベース端子に入力される。第２のバイポーラトランジスタ４ａはこの増幅された基準信号の第２高調波を生成しコレクタ端子から出力する。この出力された高調波のうち、第２高調波の一部は先端開放スタブ５ａにより、第２のバイポーラトランジスタ４ａのコレクタ端子に帰還される。第２のバイポーラトランジスタ４ａのエミッタ端子にはマイクロストリップ線路４ｂが接続されているため、この帰還された高調波はコレクタ―ベース間を通過し、第１のバイポーラトランジスタ２ａのコレクタ端子に伝達される。ここで、第１のバイポーラトランジスタ２ａ内のアイソレーション特性により、伝達された高調波の殆どはエミッタ端子側に出力される。この出力された高調波はエミッタ端子と接続された接地端により反射され再び第１のバイポーラトランジスタ２ａのコレクタ端子から出力される。このコレクタ端子から出力された高調波は、伝送線路３により位相が調整され、第２のバイポーラトランジスタ４ａのベース端子に入力される。この高調波は第２のバイポーラトランジスタ４ａにより増幅された後コレクタ端子から出力され、その一部は先端開放スタブ５ａにより再びコレクタ端子に帰還され、残りは出力端子６より出力される。以上のように増幅された基準信号の第２高調波を繰返し増幅することにより、第２のバイポーラトランジスタ４ａは前記第２高調波に同期した発振波を発振しその一部を出力端子６から出力することになる。
【００１４】
以上のように、この実施の形態１にかかる注入同期発振器は注入端子１からの基準信号を増幅器２によって増幅した後に発振素子４に入力する構造になっているので、高調波に対して同期を確立するのに必要な注入端子１からの基準信号のレベルを低減できる効果を奏する。
【００１５】
また、増幅器２を第１のバイポーラトランジスタ２ａを用いた構成にしているので、発振波および高調波の注入端子１への漏れ出しを低減する効果を奏する。
【００１６】
また、帰還回路５を長さが発振周波数で１／４波長の先端開放スタブにしても良い。このように構成された注入同期発振器においては、発振素子４で生成された発振波の殆どが発振素子４へ帰還され、増幅器２を経由して再び発振素子４へ伝達される。帰還される発振波の電力が大きくなるため、発振素子４はこの発振波の増幅波および高調波を生成し出力する。生成された増幅波と高調波のうち、増幅波の殆どは帰還回路５の作用により発振素子４に帰還され、高調波は出力端子６から負荷へと出力される。従って、注入端子に基準信号を注入することにより、発振波の高調波と同周波数の信号を得ることができる。
【００１７】
実施の形態２．
実施の形態１における増幅器２を図３に示すように、第１のバイポーラトランジスタ２ａのベース端子に発振波を反射する反射回路として、発振周波数で長さ１／４波長の先端開放スタブ２ｂを加える構成にしても良い。この場合、先端開放スタブ２ｂは注入端子１と第１のバイポーラトランジスタ２ａのベース端子間に並列に接続する。図３では、図１の増幅器２が第１のバイポーラトランジスタ２ａと先端開放スタブ２ｂとを用いて、発振素子４が第２のバイポーラトランジスタ４ａとマイクロストリップ線路４ｂとを用いて、帰還回路５が先端開放スタブ５ａを用いて構成されている。このように構成された注入同期発振器においては、第１のバイポーラトランジスタ２ａのコレクタ端子側から注入端子１側へ漏れ出す基準信号の高調波が先端開放スタブ２ｂで反射し、再びバイポーラトランジスタ２のベース端子から入力されて増幅されるため、高調波レベルが高くなり、同期確立に必要な基準信号レベルが低減される効果を奏する。
【００１８】
また、図４に示すように反射回路として、先端開放スタブ２ｂの代わりに、基準信号の周波数で１／４波長の結合線路２ｃを用いた構成にしても良い。この場合、結合線路２ｃは注入端子１と第１のバイポーラトランジスタ２ａのベース端子間に直列に接続する。このように構成された注入同期発振器においても同様の効果を得ることができる。
【００１９】
実施の形態３．
実施の形態２においては、増幅器２内に反射回路を有する構成にしたが、発振波レベルをさらに高めるために、図５に示すように、反射回路に加え、第１のバイポーラトランジスタ２ａのエミッタ端子と接地間に発振周波数で開放状態になるようなインピーダンスを有するインピーダンス回路として、マイクロストリップ線路２ｄを有する構成にしても良い。この場合、マイクロストリップ線路２ｄは第１のバイポーラトランジスタ２ａのエミッタ端子と接地間に直列に接続する。また、マイクロストリップ線路２ｄは発振周波数で、１／４波長の長さであることが望ましい。図５では、図１の増幅器２が第１のバイポーラトランジスタ２ａと先端開放スタブ２ｂとマイクロストリップ線路２ｄとを用いて、発振素子４が第２のバイポーラトランジスタ４ａとマイクロストリップ線路４ｂとを用いて、帰還回路５が先端開放スタブ５ａを用いて構成されている。このように構成された注入同期発振器においては、マイクロストリップ線路２ｄの挿入により、第１のバイポーラトランジスタ２ａのコレクタ端子から接地点を見込んだ基準信号の高調波周波数帯におけるインピーダンスが増加し、コレクタ端子から注入端子１側に漏れ出す発振波が増大する。従って、先端開放スタブ２ｂによって第１のバイポーラトランジスタ２ａのベース端子に反射され、増幅する発振波も増大し、発振波レベルを更に増大させる効果を奏する。
【００２０】
また、図６に示すようにインピーダンス回路として、集中定数のキャパシタとインダクタを並列接続し、発振周波数で開放となるような並列共振回路２ｅを用いても同様の効果を得ることができる。
【００２１】
実施の形態４．
実施の形態１から実施の形態３における第１のバイポーラトランジスタ２ａ、第２のバイポーラトランジスタ４ａは電界効果トランジスタを用いた構成にしても良い。この場合、バイポーラトランジスタのベース端子、コレクタ端子、エミッタ端子はそれぞれ電界効果トランジスタのゲート端子、ドレイン端子、ソース端子に置き換えることにより、同様の効果が得られる。
【００２２】
図７はこのように構成された注入同期発振器のバイアス回路に対する等価回路図である。図７において、１は基準信号を注入する注入端子、２ｆこの基準信号を増幅する第１の電界効果トランジスタ、４ｃはこの増幅された基準信号の発振波を生成する第２の電界効果トランジスタ、４ｅは第２の電界効果トランジスタ４ｃのソース端子と接地間に直列に接続された駆動用バイアス抵抗、６は発振波を出力する出力端子である。１１は第１の電界効果トランジスタ２ｆにゲート電圧を印加する負電源、１２は第１の電界効果トランジスタ２ｆにドレイン電圧を印加する正電源、１３は正電源１２より高電圧であり、第２の電界効果トランジスタ４ｃにドレイン電圧を印加する正電源である。１４は注入端子１と第１の電界効果トランジスタ２ｆのゲート端子間に直列に接続され、直流成分を除去する第１の直流カット回路、１５は第２の電界効果トランジスタ４ｃのドレイン端子と出力端子６間に直列に接続され、直流成分を除去する第２の直流カット回路である。
【００２３】
このように構成された注入同期発振器においては、第１の電界効果トランジスタ２ｆと第２の電界効果トランジスタ４ｃとを直列に接続しているので、第２の電界効果トランジスタ４ｃにゲート電圧の印加をする負電源を除去できる効果を奏する。
【００２４】
実施の形態５．
図８は本実施の形態におけるフェーズドアレーアンテナを示したものである。図８において、１０は所定の周波数の信号を出力する電圧制御発振器、２０は電圧制御発振器１０の出力を分配する分配器、３０は分配器２０から分配された出力を基準信号とする注入同期発振器を２個以上有する注入同期発振器群、４０は分配器２０の他方の出力を出力する出力端子である。なお、注入同期発振器群３０を構成する注入同期発振器は、実施の形態１から実施の形態４に記載されたどの注入同期発振器を用いても良い。
【００２５】
次にこのように構成されたフェーズドアレイアンテナの動作について、電圧制御発振器１０の出力信号の周波数が、注入同期発振器群３０内の注入同期発振器の発振周波数の１／２の場合について説明する。
【００２６】
電圧制御発振器１０より出力された信号は分配器２０により、注入同期発振器群３０および出力端子４０に分配される。注入同期発振器群３０内の複数の注入同期発振器は、この分配された信号を基準信号として、実施の形態１から実施の形態３で説明した動作により発振し、発振波または発振波の高調波と同周波数の信号をそれぞれ出力する。また、出力端子４０は分配された他方の信号を出力する。
【００２７】
以上のように、この実施の形態に５にかかるフェーズドアレイアンテナにおいては、同期の取れた２周波数の信号を別々に取り出すことが可能である。また、注入同期発振器を複数台設置しているので、同期の取れた発振周波数の信号を複数取り出すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の実施の形態１を示す注入同期発振器のブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１を示す注入同期発振器の回路図である。
【図３】この発明の実施の形態２を示す注入同期発振器の回路図であり、反射回路として先端端開放スタブを用いた注入同期発振器の回路図である。
【図４】この発明の実施の形態２を示す注入同期発振器の回路図であり、反射回路として結合線路を用いた注入同期発振器の回路図である。
【図５】この発明の実施の形態３を示す注入同期発振器の回路図であり、インピーダンス回路としてマイクロストリップ線路を用いた注入同期発振器の回路図である。
【図６】この発明の実施の形態３を示す注入同期発振器の回路図であり、インピーダンス回路として並列共振回路を用いた注入同期発振器の回路図である。
【図７】この発明の実施の形態４を示す注入同期発振器のバイアス回路の対する等価回路図である。
【図８】この発明の実施の形態５を示すフェーズドアレーアンテナの回路図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  注入端子
２  増幅器
２ａ  第１のバイポーラトランジスタ
２ｂ  先端開放スタブ
２ｃ  結合線路
２ｄ  マイクロストリップ線路
２ｅ  並列共振回路
２ｆ  第１の電界効果トランジスタ
４  発振素子
５  帰還回路
５ａ  先端開放スタブ
６  出力端子
１０  電圧制御発振器
２０  分配器
３０  注入同期発振器群
【図１】
2006324871.tif 000003
【図２】
2006324871.tif 000004
【図３】
2006324871.tif 000005
【図４】
2006324871.tif 000006
【図５】
2006324871.tif 000007
【図６】
2006324871.tif 000008
【図７】
2006324871.tif 000009
【図８】
2006324871.tif 000010