(57)【要約】【課題】マイクロ波電力発振器自体でその出力を調整することができるようにする。【解決手段】半導体素子１２と、共振器を有して半導体素子１２の出力を入力に正帰還する正帰還回路とを備える自励発振器と、半導体素子１２に印加されるゲート電圧を制御するゲート電圧制御装置２０とを備え、ゲート電圧制御装置２０は、半導体素子１２が自励発振する閾値にゲート電圧を昇圧して、自励発振器を発振させるゲート電圧昇圧部９０１と、ゲート電圧を、閾値より低い目標値まで降圧させるゲート電圧降圧部９０２とを備えた。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、共振器を有して前記半導体素子の出力を入力に正帰還する正帰還回路とを備える自励発振器と、
前記半導体素子に印加されるゲート電圧を制御するゲート電圧制御装置とを備え、
前記ゲート電圧制御装置は、前記半導体素子が自励発振する閾値に前記ゲート電圧を昇圧して、前記自励発振器を発振させるゲート電圧昇圧部と、
該ゲート電圧を、前記閾値より低い目標値まで降圧させるゲート電圧降圧部とを備えることを特徴とする自励発振装置。
【請求項２】
前記目標値は、前記半導体素子の温度を測定する温度センサにより測定された温度に基づいて定められていることを特徴とする請求項１に記載の自励発振装置。
【請求項３】
前記ゲート電圧降圧部は、経過時間に対する降圧電圧の比率が所定の比率となるように前記ゲート電圧を降圧させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自励発振装置。
【請求項４】
前記所定の比率は、前記自励発振による発振において異常を生じないように予め定められた比率であることを特徴とする請求項３に記載の自励発振装置。
【請求項５】
前記異常は、発振の停止、またはスプリアス発振であることを特徴とする請求項４に記載の自励発振装置。
【請求項６】
半導体素子と、共振器を有して前記半導体素子の出力を入力に正帰還する正帰還回路とを備えて前記半導体素子の自励発振により発振を行う自励発振器における前記半導体素子のゲート電圧を制御するゲート電圧制御方法であって、
前記自励発振器の起動開始時において、前記半導体素子が自励発振する閾値に前記ゲート電圧を昇圧し、自励発振が開始された後、前記ゲート電圧を前記閾値より低い目標値まで降圧するように制御することを特徴とするゲート電圧制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自励発振すると共にその出力を制御する自励発振装置及びゲート電圧制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自励発振装置、とりわけマイクロ波電力発振器としては、小信号を発振する発振器が一般的であり、その出力を調整するためには、発振器に多段のアンプを接続し、信号を増幅すると共に、発振器とアンプとの間に可変アッテネータを挿入し、小信号の減衰の調整を行うことで、出力電力を変化させることが一般的である（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
また、発振器における電力効率の向上を目的として、発振器を時分割システムに搭載した場合、平均消費電流を低減させるため、例えば、消費電力を制御する電流可変手段を備え、発振出力が必要でない時間範囲において、電圧制御発振器に電源を与えたまま、その消費電流を低減させる、という技術が知られている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１２１２６号公報
【特許文献２】特開２００５−４５４７１号公報
【特許文献３】特開２０１０−７４７４２号公報
【特許文献４】特開２００１−２４５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の自励発振装置によれば、発振器を発振させるように出力を調整するとアイドル電流が生じて電力効率が悪くなる。一方、このアイドル電流が生じないように出力を下げると発振しない、という問題があった。
【０００６】
本発明の実施形態は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、発振に係る電力効率をより向上させることができる自励発振装置及びゲート電圧制御方法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】
【０００７】
上述した課題を解決するため、本実施形態の自励発振装置は、半導体素子と、共振器を有して半導体素子の出力を入力に正帰還する正帰還回路とを備える自励発振器と、半導体素子に印加されるゲート電圧を制御するゲート電圧制御装置とを備え、ゲート電圧制御装置は、半導体素子が自励発振する閾値に前記ゲート電圧を昇圧して、前記自励発振器を発振させるゲート電圧昇圧部と、該ゲート電圧を、前記閾値より低い目標値まで降圧させるゲート電圧降圧部とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の実施形態によれば、発振に係る電力効率をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態によるマイクロ波電力発振器の概略ブロック図である。
【図２】図１のマイクロ波電力発振器の回路図である。
【図３】ゲート電圧制御装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図４】起動制御処理の動作を示すフローチャートである。
【図５】時間とゲート電圧との関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。まず、本発明の実施形態によるマイクロ波電力発振器について説明する。図１は、本発明の実施形態によるマイクロ波電力発振器の概略ブロック図である。また、図２は、図１のマイクロ波電力発振器の回路図である。
【００１１】
図１及び図２に示すように、本実施形態における自励発振装置としてのマイクロ波電力発振器１０は、大まかに、アンプとなる半導体素子１２と、半導体素子１２に対して正帰還を行う正帰還回路１４と、半導体素子１２の入力側と出力側にそれぞれ設けられる入力整合回路１６と出力整合回路１８と、半導体素子１２の入力側に設けられるゲート電圧制御装置２０と、半導体素子１２の温度を測定する温度センサ２１と、半導体素子１２の出力側に設けられて反射等を阻止するアイソレータ２２と、半導体素子１２への給電を行う電源回路２４とを備える。なお、マイクロ波電力発振器１０においては、半導体素子１２、正帰還回路１４、入力整合回路１６、出力整合回路１８、アイソレータ２２により自励発振器を構成する。
【００１２】
半導体素子１２は、マイクロ波信号を発振できるものとして、ＬＤＭＯＳＦＥＴ，ＧａＡｓＦＥＴ、ＧａＮＦＥＴ等のＦＥＴを例示することができる。以下、半導体素子１２をＦＥＴ１２として説明する。
【００１３】
正帰還回路１４は、ＦＥＴ１２の出力を入力に正帰還するもので、共振器３０と、位相の調整を行う移相器３２を備える。共振器３０は、ＬＣ共振器や誘電体共振器によって構成され、共振周波数がマイクロ波帯（３００ＭＨｚ〜４０ＧＨｚ、例えば、２．４５ＧＨｚ）の周波数で調整されている。尚、共振器３０の共振周波数は可変とすることも可能である。正帰還回路１４によって、ＦＥＴ１２は、共振器３０によって決まる共振周波数で自励発振することになる。ゲート電圧制御装置２０は、ＦＥＴ１２のゲート電圧を、ＦＥＴ１２が自励発振を開始する閾値電圧と、ＦＥＴ１２においてアイドル電流が生じない目標値電圧になるように制御する。
【００１４】
次に、ゲート電圧制御装置の構成について説明する。図３は、ゲート電圧制御装置の構成を示す概略ブロック図である。
【００１５】
図３に示すように、ゲート電圧制御装置２０は、電圧値を出力してゲート電圧を制御するマイクロコントローラ２０１、マイクロコントローラ２０１によって出力された電圧値に基づいてゲート電圧を出力するＤ／Ａコンバータ２０２とを備える。また、マイクロコントローラ２０１は、機能として、マイクロ波電力発振器１０の起動時に閾値を出力するゲート電圧昇圧部９０１と、閾値が出力されてＦＥＴ１２が自励発振した後に閾値を目標値まで低下させるゲート電圧降圧部９０２と、複数の温度のそれぞれと、これらの温度それぞれにおいてＦＥＴ１２がアイドル電流を生じない電圧値とを対応付ける変換テーブル９０３とを備える。また、ゲート電圧昇圧部９０１及びゲート電圧降圧部９０２は、マイクロ波電力発振器１０の起動時に実行される起動制御処理と、この起動制御処理の終了後に実行され、電圧値を目標値に制御する定常制御処理とを実行する。
【００１６】
次に、ゲート電圧制御装置の動作について説明する。図４は、起動制御処理の動作を示すフローチャートである。図５は、時間とゲート電圧との関係を表すグラフである。
【００１７】
図４に示すように、まず、ゲート電圧昇圧部９０１は、マイクロ波電力発振器１０の起動時に電圧値を閾値として出力する（ステップＳ２０１）。次に、ゲート電圧降圧部９０２は、温度センサ２１により測定されたＦＥＴ１２の温度を取得し（ステップＳ２０２）、変換テーブル９０３を参照して（ステップＳ２０３）、変換テーブル９０３において、取得した温度に対応する電圧値を目標値とし（ステップＳ２０４）、電圧値が目標値であるかを判断する（ステップＳ２０５）。
【００１８】
電圧値が目標値である場合（ステップＳ２０５，ＹＥＳ）、ゲート電圧降圧部９０２は、起動制御処理を終了して定常制御処理に移行する。一方、電圧値が目標値ではない場合（ステップＳ２０５，ＮＯ）、ゲート電圧降圧部９０２は、所定の比率により電圧値を低下させ（ステップＳ２０６）、再度、電圧値が目標値であるかを判断する（ステップＳ２０５）。ここで所定の比率とは、所定の時間単位とこの時間単位において低下した電圧との比率が、発振に異常が起こらない範囲において、可能な限り高くなるような比率を示す。また、ここで発振に異常が起こるとは、発振の停止やスプリアス発振を示す。
【００１９】
このような起動制御処理、及び定常制御処理によれば、図５に示すように、ゲート電圧は起動開始時に閾値電圧となり、この閾値電圧は、所定の比率、つまり、図５においては所定の傾きにより目標値電圧まで降圧され、目標値電圧に到達して以降は目標値電圧に保たれる。このようにゲート電圧が制御されることによって、ＦＥＴ１２を自励発振させつつ、アイドル電流を低減させることができ、したがって、自励発振に係る電力効率を向上させることができる。また、閾値から目標値へ降圧する際の傾きを異常が起きない程度に可能な限り大きくすること、目標値をＦＥＴ１２の温度と対応させることによって、起動開始時から目標値到達までの時間を短くすること、また、環境温度に対応することができ、ひいては、電力効率を更に向上させることができる。
【００２０】
本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２１】
１０  マイクロ波電力発振器
１２  半導体素子
１４  正帰還回路
２０  ゲート電圧制御装置
２１  温度センサ
３０  共振器
９０１  ゲート電圧昇圧部
９０２  ゲート電圧降圧部
【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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