(57)【要約】【課題】本発明は電圧制御発振器の位相雑音特性を良好なものとするストリップライン共振器及びマイクロストリップライン共振器を提供することを目的とする。【解決手段】電圧制御発振器２０は、共振器１０と、位相調整用マイクロストリップライン導体１８と、発振素子のＦＥＴを含むアクティブ素子２２と、発振出力端子２４と、を有し、共振器１０は、ＤＣ電圧を発生する可変電圧電源１１と、円形又は扇形の第１マイクロストリップライン導体１４と、円形又は扇形の第２マイクロストリップライン導体１６と、可変容量ダイオード１２と、を有している。なお、電気長の異なる第１及び第２ストリップライン導体を並列に接続してＬＣ並列共振回路を構成し、複合ストリップライン導体とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの誘電体と、二つの誘電体の間に挟まれたストリップライン導体と、ストリップライン導体の給電点に接続された給電端子と、を含む誘電体基板の両面に接地導体が形成されたストリップライン共振器において、
ストリップライン導体は、電気長の異なる二つの先端オープンストリップライン導体が並列接続され、
先端オープンストリップライン導体は、給電点からの半径と、所定の角度と、を有する円形又は扇形であることを特徴とするストリップライン共振器。
【請求項２】
誘電体の片面に形成された接地導体と、該接地導体の反対面に設けられたマイクロストリップライン導体と、を有するマイクロストリップライン共振器において、
マイクロストリップライン導体は、電気長の異なる二つの先端オープンマイクロストリップライン導体が並列接続され、
先端オープンマイクロストリップライン導体は、
給電点からの半径と、所定の角度と、を有する円形又は扇形であることを特徴とするマイクロストリップライン共振器。
【請求項３】
請求項１に記載のストリップライン共振器において、
二つの先端オープンストリップライン導体は、一つの給電点を共有する二つの円形又は扇形、並びにこれらの組み合わせであり、
二つの先端オープンストリップライン導体を並列接続することにより、λ／４よりも長い電気長において誘導性となり、λ／４よりも短い電気長において容量性となるＬＣ並列共振回路であることを特徴とするストリップライン共振器。
【請求項４】
請求項２に記載のマイクロストリップライン共振器において、
二つの先端オープンマイクロストリップライン導体は、一つの給電点を共有する二つの円形又は扇形、並びにこれらの組み合わせであり、
二つの先端オープンマイクロストリップライン導体を並列接続することにより、λ／４よりも長い電気長において誘導性となり、λ／４よりも短い電気長において容量性となるＬＣ並列共振回路であることを特徴とするマイクロストリップライン共振器。
【請求項５】
請求項３に記載のストリップライン共振器において、
一方の接地導体にビアを通すためのスルーホールを有し、該接地導体上に別の誘電体層が積層され、
先端オープンストリップライン導体の給電点から、一方の接地導体のスルーホール及び別の誘電体層表面まで延びたビアホールを介して、先端オープンストリップライン導体が給電されることを特徴とするストリップライン共振器。
【請求項６】
請求項４に記載のマイクロストリップライン共振器において、
一方の接地導体にビアを通すためのスルーホールを有し、該接地導体上に別の誘電体層が積層され、
先端オープンマイクロストリップライン導体の給電点から、一方の接地導体のスルーホール及び別の誘電体層表面まで延びたビアホールを介して、先端オープンマイクロストリップライン導体が給電されることを特徴とするマイクロストリップライン共振器。
【請求項７】
請求項５に記載のストリップライン共振器において、
異なる誘電体層に二つの先端オープンストリップライン導体を別々に配置したことを特徴とするストリップライン共振器。
【請求項８】
請求項６に記載のマイクロストリップライン共振器において、
異なる誘電体層に二つの先端オープンマイクロストリップライン導体を別々に配置したことを特徴とするマイクロストリップライン共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波帯及びミリ波帯用の電圧制御発振器に用いられるストリップライン共振器及びマイクロストリップライン共振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、マイクロ波帯及びミリ波帯の無線通信機に用いられる電圧制御発振器では、位相雑音特性を良好なものとするため、マイクロストリップライン共振器等が用いられている。
【０００３】
図９は、特許文献１に示されている従来型の電圧制御発振器２００を示している。図に示す電圧制御発振器２００は、共振器１００と、位相調整用マイクロストリップライン導体１０８と、発振素子のＦＥＴを含むアクティブ素子１１２と、発振出力端子１１４と、を有している。
【０００４】
さらに、共振器１００は、ＤＣ電圧を発生する可変電圧電源１０１と、先端開放マイクロストリップライン導体１０６で構成される第１の共振回路と、可変容量ダイオード１０２と第１マイクロストリップライン導体１０４とで構成される第２の共振回路と、を有している。
【０００５】
このような電圧制御発振器２００は、電気長の異なるマイクロストリップライン導体を並列接続して第１及び第２の共振回路を設け、各共振回路の設定条件を異ならせることで発振周波数ｆｏにおける所望の特性を得ている。また、発振周波数ｆｏは、可変電圧電源１０１から可変容量ダイオード１０２に印加されるＤＣ電圧の大きさに応じて設定される。
【０００６】
電圧制御発振器２００では、共振周波数近傍での共振器１００のＱ値を高く設定するために、共振器１００の接続点Ａにおいて、第２の共振回路の反射位相が１８０ｄｅｇになる周波数を、電圧制御発振器２００の発振周波数ｆｏよりも高く設定する。さらに、第１の共振回路の反射位相が１８０ｄｅｇになる周波数は、共振器１００の共振周波数が発振周波数ｆｏと一致するように、発振周波数ｆｏよりも低く設定している。
【０００７】
電圧制御発振器２００における位相雑音特性は、共振器１００のＱ値が高ければ高いほど良い値になることが知られている。共振器１００のＱ値は、共振器１００の全体の位相傾きで表すことができ、この位相傾きは、並列接続された二つの共振回路の共振周波数における位相の傾きを重ね合わせたものとなる。
【０００８】
しかし、図９に示した共振器１００は、共振器１００の先端に接続された可変容量ダイオード１０２によりＱ値が劣化するため、低位相雑音化には限界があった。
【０００９】
一方、ストリップライン導体を工夫し、扇形のストリップライン導体を用いて位相雑音特性を良好にすることが可能な技術が特許文献２に開示されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−３０９４３１号公報
【特許文献２】特開２００１−２８４９１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
仮に、特許文献２に記載されている扇形のストリップライン導体を、特許文献１に示されている電圧制御発振器に用いたとしても、図９に示した先端開放マイクロストリップライン導体１０６が扇形のマイクロストリップ導体に置き換わることで、Ｑ値の改善は可能であるが、共振器１００と可変容量ダイオード１０２によってＱ値が劣化する構成には変わりない。
【００１２】
そこで、本発明は位相雑音特性を良好にし、Ｑ値を更に高めることができる電圧制御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】
【００１３】
以上のような目的を達成するために、本発明に係るストリップライン共振器は、二つの誘電体と、二つの誘電体の間に挟まれたストリップライン導体と、ストリップライン導体の給電点に接続された給電端子と、を含む誘電体基板の両面に接地導体が形成されたストリップライン共振器において、ストリップライン導体は、電気長の異なる二つの先端オープンストリップライン導体が並列接続され、先端オープンストリップライン導体は、給電点からの半径と、所定の角度と、を有する円形又は扇形であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るマイクロストリップライン共振器は、誘電体の片面に形成された接地導体と、該接地導体の反対面に設けられたマイクロストリップライン導体と、を有するマイクロストリップライン共振器において、マイクロストリップライン導体は、電気長の異なる二つの先端オープンマイクロストリップライン導体が並列接続され、先端オープンマイクロストリップライン導体は、給電点からの半径と、所定の角度と、を有する円形又は扇形であることを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明に係るストリップライン共振器において、二つの先端オープンストリップライン導体は、一つの給電点を共有する二つの円形又は扇形、並びにこれらの組み合わせであり、二つの先端オープンストリップライン導体を並列接続することにより、λ／４よりも長い電気長において誘導性となり、λ／４よりも短い電気長において容量性となるＬＣ並列共振回路であることを特徴とする。
【００１６】
さらにまた、本発明に係るマイクロストリップライン共振器において、二つの先端オープンマイクロストリップライン導体は、一つの給電点を共有する二つの円形又は扇形、並びにこれらの組み合わせであり、二つの先端オープンマイクロストリップライン導体を並列接続することにより、λ／４よりも長い電気長において誘導性となり、λ／４よりも短い電気長において容量性となるＬＣ並列共振回路であることを特徴とする。
【００１７】
さらにまた、本発明に係るストリップライン共振器において、一方の接地導体にビアを通すためのスルーホールを有し、該接地導体上に別の誘電体層が積層され、先端オープンストリップライン導体の給電点から、一方の接地導体のスルーホール及び別の誘電体層表面まで延びたビアホールを介して、先端オープンストリップライン導体が給電されることを特徴とする。
【００１８】
さらにまた、本発明に係るマイクロストリップライン共振器において、一方の接地導体にビアを通すためのスルーホールを有し、該接地導体上に別の誘電体層が積層され、先端オープンマイクロストリップライン導体の給電点から、一方の接地導体のスルーホール及び別の誘電体層表面まで延びたビアホールを介して、先端オープンマイクロストリップライン導体が給電されることを特徴とする。
【００１９】
さらにまた、本発明に係るストリップライン共振器において、異なる誘電体層に二つの先端オープンストリップライン導体を別々に配置したことを特徴とする。
【００２０】
さらにまた、本発明に係るマイクロストリップライン共振器において、異なる誘電体層に二つの先端オープンマイクロストリップライン導体を別々に配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明を用いると、電気長の異なるストリップライン導体又はマイクロストリップライン導体を並列に接続してＬＣ並列共振回路を構成し、ストリップライン導体を円形又は扇形として複合ストリップライン導体とすることで、位相傾斜を大きくすることができ、位相雑音特性を良好とし、従来に比べて更に高いＱ値を得ることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００２３】
図１には、実施形態に係る誘導性及び容量性マイクロストリップライン導体を有する電圧制御発振器２０の構成が示されている。ここで、図９に示す従来技術と異なる点は、二つの先端開放マイクロストリップライン導体である第１及び第２マイクロストリップライン導体（１４，１６）を用いたことである。
【００２４】
図１に示す電圧制御発振器２０は、共振器１０と、位相調整用マイクロストリップライン導体１８と、発振素子のＦＥＴを含むアクティブ素子２２と、発振出力端子２４と、を有している。電圧制御発振器２０の共振器１０は、ＤＣ電圧を発生する可変電圧電源１１と、円形又は扇形の第１マイクロストリップライン導体１４と、円形又は扇形の第２マイクロストリップライン導体１６と、可変容量ダイオード１２と、を有している。なお、第１及び第２マイクロストリップライン導体１４，１６との給電点は別々となっている。
【００２５】
図２には、本実施形態に係る別の電圧制御発振器３０の構成が示されている。この実施形態で特徴的なことは、第１及び第２マイクロストリップライン導体を複合化し、給電点を共有した複合マイクロストリップライン導体１７としたことである。なお、その他の構成は図１に示した構成と同一であるため説明を割愛する。
【００２６】
図３は、本実施形態に係る共振器の層構成を示している。図３（ａ）に示す共振器は、二つの誘電体と、二つの誘電体１３の間に設けられた複合マイクロストリップライン導体１７と、誘電体の外側に接地導体１５と、を有している。
【００２７】
また、図３（ｂ）に示す共振器は、片面に接地導体を有する誘電体１３と、その誘電体１３の反対面に設けられた複合マイクロストリップライン導体１７と、複合マイクロストリップライン導体１７に電磁シールドを施すシールド部材１９と、を有している。
【００２８】
さらに、図３（ｃ）に示す共振器は、図３（ｂ）に示した共振器を上下逆さまに配置し、接地導体の上に誘電体１３をさらに設け、上面からＶＩＡホールにより給電する。
【００２９】
図４は、本実施形態に係る二つのストリップライン導体と各層との関係のを例示している。図４（ｄ）には、図３（ａ）に示した共振器の複合ストリップライン導体の代わりに誘導性及び容量性マイクロストリップライン導体（１４，１６）を用い、ＶＩＡホールを介して給電端子２１を設けている。本実施形態では、例えば、扇形のマイクロストリップライン導体を図４（ｄ）の左側一方向に配置したことにより、実装密度を上げることが可能となる。
【００３０】
また、図４（ｅ）は、図３（ａ）に示した複合マイクロストリップライン導体１７の中心部に位置する給電点からＶＩＡホールを介して給電端子２１を設けている。
【００３１】
図５は、図４（ｅ）の給電端子２１側から視た図であり、誘電体１３に挟まれた複合マイクロストリップライン導体１７の形態が例示されている。図５（ｆ）は、左から、半径ｒ１と９０ｄｅｇの内角を有し第２マイクロストリップライン導体と見なすことができる領域と、半径ｒ２と９０ｄｅｇの内角を有し第１マイクロストリップライン導体とみなすことができる領域と、を有している。
【００３２】
また、図５（ｇ）は左下から、半径ｒ１と２７０ｄｅｇの内角を有し第２マイクロストリップライン導体と見なすことができる領域と、半径ｒ２と９０ｄｅｇの内角を有し第１マイクロストリップライン導体と見なすことができる領域と、を有している。
【００３３】
さらに、図５（ｈ）は左上から、半径ｒ１と９０ｄｅｇの内角を有し第２マイクロストリップライン導体と見なすことができる領域と、半径ｒ２と２７０ｄｅｇの内角を有し第１マイクロストリップライン導体と見なすことができる領域と、を有している。以上、複数の形態を例示したように、二つのマイクロストリップライン導体においてそれぞれ半径と内角とを変化することにより様々なマイクロストリップライン導体を設計することができる。
【００３４】
図６には、本発明者がシミュレーションにより計算した複合マイクロストリップライン導体（図６（ｉ））と、従来技術による扇形マイクロストリップライン導体（図６（ｊ））と、が同じ比率で示されている。この検討において、例えば、発振周波数ｆｏを４．５ＧＨｚに設定されている。
【００３５】
図７には、本実施形態における電圧制御発振器の周波数に対する位相特性が示されている。図中には、第１マイクロストリップライン導体の特性（第１線路特性として示す。）と、第２マイクロストリップライン導体の特性（第２線路特性として示す。）と、特徴的な事項が丸印として示している。
【００３６】
図８には、従来技術による電圧制御発振器の周波数に対する位相特性が示されている。また、図中には、従来特性の特徴的な事項を示している。以下、図６と図７を用いて説明する。
【００３７】
図６（ｉ）の第１マイクロストリップライン導体１４は電気長λ／４の長さとなる周波数（例えば、３．１ＧＨｚ）で直列共振点を持ち、そのときの反射位相は図７の左上に示すように１８０ｄｅｇとなる。なお、第１マイクロストリップライン導体１４の反射位相が１８０ｄｅｇになる周波数は、共振器１００の共振周波数が発振周波数ｆｏと一致するように、発振周波数ｆｏよりも低い値に設定した。
【００３８】
また、共振周波数近傍での共振器のＱ値を高く設定するために、図６（ｉ）の第２マイクロストリップライン導体１６は電気長λ／４の長さとなる周波数（例えば、５．９ＧＨｚ）で直列共振点を持ち、そのときの反射位相が１８０ｄｅｇになる周波数を図７の右上に示すように電圧制御発振器の発振周波数ｆｏよりも高く設定した。
【００３９】
図７に示すように、並列共振点では、第１マイクロストリップライン導体１４は誘導性（Ｌ性）を示し、同様に並列共振点では、第２マイクロストリップライン導体１６は容量性（Ｃ性）を示す。従って、電気長の異なるストリップライン導体を並列に接続した場合には、両者の直列共振周波数の間の周波数において、ＬＣ並列共振回路と見なすことができる。また、両者の直列共振周波数の間で位相が３６０ｄｅｇ変化するために、直列共振周波数の差が小さい場合には位相が急峻に変化するため、位相傾斜が大きくなり、高Ｑとなる。
【００４０】
このように、位相雑音特性を示す共振器のＱ値は、共振器の全体の位相傾きで表すことができ、この位相傾きは、図７中央部の丸印における並列共振周波数に示したように、並列接続された二つの共振周波数における位相の傾きを重ね合わせたものとなる。
【００４１】
これに対して、図６（ｊ）に示す扇形マイクロストリップライン導体は、電気長λ／２の長さとなる周波数（例えば、４．５ＧＨｚ）で共振点を持つため、図６に示すように小型化が難しく、その特性は図８に示すように、共振周波数において位相傾きが本実施形態と比較して緩やかとなり、結果として低いＱ値となる。
【００４２】
以上、上述したように、本実施形態を共振器に用いることで、電気長の異なるストリップライン導体を並列に接続してＬＣ並列共振回路を構成し、ストリップライン導体を円形又は扇形として複合ストリップライン導体とすることで、位相傾斜を大きくすることができ、高いＱ値を得ることが可能となる。また、ストリップラインとマイクロストリップラインとを組み合わせることでより自由度の高い共振器となり、シールドを用いることにより更にＱ値を高くできる。
【００４３】
なお、本実施形態における扇形マイクロストリップライン導体は、内角が１８０ｄｅｇ未満のもの以外に、半円と、内角が１８０ｄｅｇ以上３６０ｄｅｇ未満の切り欠き半円と、を含むものとしている。さらに、図７，８にて検討した数値等は、これに限定するものではなく、説明のために例示したものである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態に係る誘導性及び容量性マイクロストリップライン導体を有する電圧制御発振器の構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る複合マイクロストリップライン導体を有する電圧制御発振器の構成図である。
【図３】本発明の実施形態に係る共振器の層構成を示す構成図である。
【図４】本発明の実施形態に係る二つのストリップライン導体と各層との関係を説明する構成図である。
【図５】本発明の実施形態に係る複合マイクロストリップライン導体の形態を説明する説明図である。
【図６】本発明の実施形態に係る複合マイクロストリップライン導体と従来技術による扇形マイクロストリップとを説明する説明図である。
【図７】本発明の実施形態に係る電圧制御発振器の周波数に対する位相特性を示した特性図である。
【図８】従来技術に係る電圧制御発振器の周波数に対する位相特性を示した特性図である。
【図９】従来技術に係る電圧制御発振器の構成図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０，１００  共振器、１１，１０１  可変電圧電源、１２，１０２  可変容量ダイオード、１３  誘電体、１４，１０４  第１マイクロストリップライン導体、１５  接地導体、１６  第２マイクロストリップライン導体、１７  複合マイクロストリップライン導体、１８  位相調整用マイクロストリップライン導体、１９  シールド部材、２０，３０，２００  電圧制御発振器、２１  給電端子、２２，１１２  アクティブ素子、２４，１１４  発振出力端子、１０６  先端開放マイクロストリップライン導体、１０８  位相調整用マイクロストリップライン導体。
【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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