(57)【要約】【課題】単位電圧あたりの周波数変化量が大きく、かつ、位相雑音が低い誘電体共振器安定化電圧制御発振器を提供する。【解決手段】可変容量素子（６）に接続された第１の結合線路（５）と、一端が発振用の能動素子（１）に接続され、他端が無反射終端（３）された第２の結合線路（２）とが、誘電体共振器（４）を介して磁気的に結合する構成であり、第１の結合線路（５）の幅が、磁気的結合領域において第２の結合線路（２）の幅よりも広い。第２の結合線路（２）の幅を一定として、第１の結合線路（１）の磁気的結合領域における幅を変更して、当該電圧制御発振器の位相雑音を測定し、位相雑音の最大測定値を求め、第１の結合線路（１）の幅は、前記最大測定値に対応する幅より大きく、発振周波数の１／４波長を超えないことが望ましい。さらに、−１００ｄＢｃ／Ｈｚ以上の位相雑音特性と、１０ＭＨｚ／Ｖ以上の大きな変調感度とを合わせ持ったことが望ましい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変容量素子に接続された第１の結合線路と、一端が発振用の能動素子に接続され、他端が無反射終端された第２の結合線路とが、誘電体共振器を介して磁気的に結合する構成の電圧制御発振器であり、第１の結合線路の幅が、磁気的結合領域において第２の結合線路の幅よりも広いことを特徴とする電圧制御発振器。
【請求項２】
第２の結合線路の幅を一定として、第１の結合線路の磁気的結合領域における幅を変更して、当該電圧制御発振器の位相雑音を測定し、位相雑音の最大測定値を求め、第１の結合線路の幅は、前記最大測定値に対応する幅より大きく、発振周波数の１／４波長を超えないことを特徴とする請求項１に記載の電圧制御発振器。
【請求項３】
−１００ｄＢｃ／Ｈｚ以上の位相雑音特性と、１０ＭＨｚ／Ｖ以上の大きな変調感度とを合わせ持ったことを特徴とする請求項１に記載の誘電体共振器安定化電圧制御発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯やミリ波帯の送受信装置および光通信などの高周波通信システム等で使用される電圧制御発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
誘電体共振器で安定化した発振器において、発振周波数を制御する手段として、例えば、特開平０３−３４６０８号公報に記載されているように、バラクタダイオード等の可変容量素子に加える電圧を変化させる誘電体共振器安定化電圧制御発振器が広く用いられている。
【０００３】
一般的に、誘電体共振器は、そのＱ値が高いことから、誘電体共振器で安定化した発振器からの出力波形は、信号純度が高く、従って、信号純度の指標の１つである位相雑音特性に優れている。このため、誘電体共振器安定化電圧制御発振器は、基準信号を作成する装置等に用いられ、−１００ｄＢｃ／Ｈｚ以上の位相雑音特性が要求されることがある。
【０００４】
図５は、従来の誘電体共振器安定化電圧制御発振器を示す構成図である。図６は、図５の主要部を示す断面図である。
【０００５】
従来の誘電体共振器安定化電圧制御発振器は、比較的、低誘電率の誘電体基板（８）の面上に、能動素子（１）と無反射終端（３）とを第２の結合線路（２）で接続した発振回路部分、可変容量素子（６）に接続した第１の結合線路（１６）からなる共振回路部分、および所望の発振特性が得られるように配置された誘電体共振器（４）で、構成される。この構成により、可変容量素子（６）に加えられた電圧に応じた容量変化が、発振周波数の変化に変換される。電圧の変化が効率よく周波数の変化に変換される度合いの指標として、単位電圧あたりの周波数変化量である変調感度が用いられる。一般的に、大きな変調感度が望まれることが多い。
【０００６】
近年、基準信号を生成する前述の装置等においても、機器電源の低電圧化等の要請が強まり、−１００ｄＢｃ／Ｈｚ以上の位相雑音特性と、１０ＭＨｚ／Ｖ以上の大きな変調感度とを合わせ持った誘電体共振器安定化電圧制御発振器の実現が望まれている。
【０００７】
このような誘電体共振器安定化電圧制御発振器では、変調感度を大きくするためには、誘電体共振器（４）と、可変容量素子（６）に接続された第１の結合線路（１６）との磁気的結合量を大きくとる必要がある。
【０００８】
誘電体共振器（４）と第１の結合線路（１６）の結合を大きくとるためには、第１の結合線路（１６）を誘電体共振器（４）に近づける方法が可能である。しかし、この方法では、同時に、第２の結合線路（２）と誘電体共振器（４）の結合は小さくなり、発振が止まったり不安定になる。
【０００９】
また、誘電体共振器（４）と第１の結合線路（１６）の磁気的結合を大きくとって、変調感度を増大させる他の方法として、誘電体共振器（４）の支持台（１４）の高さを低くする方法が可能である。しかし、この方法では、同時に、誘電体基板（８）と誘電体共振器（４）との距離が近づくため、誘電体共振器のＱ値が劣化し、位相雑音特性が劣化する。
【００１０】
さらに、第１の結合線路（１６）と第２の結合線路（２）の間隔を狭めて変調感度を大きくすることが可能であるが、この方法では、誘電体共振器（４）を介さずに、直接、第１の結合線路（１６）と第２の結合線路（２）とが磁気的に結合する割合が無視できなくなり、誘電体共振器（４）による安定化効果が減少する。
【００１１】
以上のように、従来の誘電体共振器安定化電圧制御発振器では、変調感度を大きくするために、誘電体共振器と、可変容量素子に接続された第１の結合線路との磁気的結合量を大きくとると、発振が不安定になったり、位相雑音特性が劣化するという不具合があった。
【００１２】
また、発振回路部分では、無反射終端に接続された結合線路の幅は、一般に、その特性インピーダンスが約５０Ωとなるように、決定する。従って、誘電体共振器との結合量が大きくなるように、比較的、低い誘電率の基板上で発振回路を構成し、１０ＧＨｚ以上といった高周波で使用する場合には、結合線路の特性インピーダンスを５０Ωとした場合に、この結合線路の幅は波長に比べて無視できない程度に広くなり、その結果、モードジャンプ等の不要な発振が起こりやすくなるという問題があった。
【００１３】
従って、無反射終端に接続された結合線路の特性インピーダンスを５０Ωとした場合、可変容量素子に接続された結合線路の幅は、無反射終端に接続された結合線路の幅と同一にしていた。
【００１４】
これに関して、特開平０６−６１３３号公報には、可変容量素子に接続された第１の結合線路をワイヤーで作り、磁気的結合領域を誘電体基板より浮かせて、磁気的結合の調整を行えるようにした構成が示されている。
【００１５】
しかし、従来技術では、前記第１の結合線路と第２の結合線路の幅関係については全く考慮されていない。
【００１６】
【特許文献１】
特開平０３−３４６０８号公報
【００１７】
【特許公報２】
特開平０６−６１３３号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、この様な問題点に着目してなされたもので、本発明の目的は、単位電圧あたりの周波数変化量が大きく、かつ、位相雑音が低い誘電体共振器安定化電圧制御発振器を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の電圧制御発振器は、可変容量素子に接続された第１の結合線路と、一端が発振用の能動素子に接続され、他端が無反射終端された第２の結合線路とが、誘電体共振器を介して磁気的に結合する構成であり、第１の結合線路の幅が、磁気的結合領域において第２の結合線路の幅よりも広い。
【００２０】
第２の結合線路の幅を一定として、第１の結合線路の磁気的結合領域における幅を変更して、当該電圧制御発振器の位相雑音を測定し、位相雑音の最大測定値を求め、第１の結合線路の幅は、前記最大測定値に対応する幅より大きく、発振周波数の１／４波長を超えないことが望ましい。
【００２１】
−１００ｄＢｃ／Ｈｚ以上の位相雑音特性と、１０ＭＨｚ／Ｖ以上の大きな変調感度とを合わせ持つことが望ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の電圧制御発振器では、共振回路部分における可変容量素子に接続された第１の結合線路の幅を、発振回路部分において、一端が発振用能動素子に接続され、他端が無反射終端に接続された第２の結合線路の幅よりも、広くする。
【００２３】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２４】
図７は、結合線路の電磁界分布を補助線で示した断面図である。図７（ａ）では、幅が狭い結合線路（１７）の場合を示し、図７（ｂ）では、幅の広い結合線路（１８）の場合を示した。結合線路の幅の違いにより、電磁界分布の集中の度合いが異なり、結合線路の幅が狭い図７（ａ）に比べて、結合線路の幅が広い図７（ｂ）において、結合線路の側端部からの電界の浸み出し距離が小さくなっており、電磁界分布の集中の度合いが大きいことを示している。
【００２５】
従って、２つの結合線路の間の距離を一定とした場合、可変容量素子に接続された結合線路の幅が広いほど、結合の及ぶ距離が、結合線路の幅方向では減少し、誘電体基板の厚み方向では増加するため、誘電体共振器を介した結合に比べ、結合線路同士の結合する度合いが相対的に小さくなる。一方、結合線路の幅が狭い場合は、同じ理由から結合線路同士の結合が、誘電体共振器を介した結合に比べて無視できなくなる。この大きな直接結合により、可変容量素子が接続された結合線路は、Ｑ値の低い共振器として考えることができ、誘電体共振器のＱ値が劣化した場合と同様に、位相雑音が大きくなる。従って、共振回路部分を構成する結合線路の幅を広げることが、誘電体共振器安定化電圧制御発振器の位相雑音の低下に有効である。
【００２６】
また、従来の誘電体共振器安定化電圧制御発振器の主要部を断面図で示した図６のように、２つの結合線路（２）、（１６）が配置された誘電体基板（８）の上面よりも、上方に立体的に誘電体共振器（４）が配置される。そのため、共振回路部分を構成する結合線路の幅を広げることで、電磁界の集中の度合いを増大させると、可変容量素子の接続された結合線路と誘電体共振器との結合の、結合線路間の直接結合に対する割合が、増大する。従って、誘電体共振器を介した結合が支配的になり、変調感度を高くしても位相雑音が増大しなくなる。また、可変容量素子に接続された結合線路は、誘電体共振器に比べてＱ値の低い共振器として考えることができるため、その幅を広くしても、発振器の動作が不安定になる等の問題はない。
【００２７】
なお、可変容量素子に接続された結合線路の幅が広すぎると、該結合線路の端部、すなわち、可変容量素子の接続部分から該結合線路が誘電体共振器と結合する部分までの電気的な距離が不明確になる。この場合、可変容量素子に加えた電圧に対する発振周波数の変化についての特性が、直線的な関係から大きく外れるなどの不具合が生じやすい。従って、可変容量素子に接続された結合線路の幅は、発振周波数の１／４波長を超えない範囲で、所望の変調感度が得られるように広くする。
【００２８】
以上より、可変容量素子に接続された結合線路の幅を広くすることで、誘電体共振器と可変容量素子との結合量を大きくし、かつ、２つの結合線路同士の直接結合が大きくならない構成がとれるので、高い変調感度を持ち、かつ、低位相雑音特性を有する誘電体共振器安定化電圧制御発振器の実現が可能となる。
【００２９】
（実施例１）
図１は、本発明の一実施例を示す構成図である。図２は、図１の主要部を示す断面図である。
【００３０】
本発明の電圧制御発振器は、可変容量素子（６）に接続された第１の結合線路（５）と、一端が発振用の能動素子（１）に接続され、他端が無反射終端（３）に接続された第２の結合線路（２）とが、誘電体共振器（４）を介して結合する構成であり、第１の結合線路（５）の幅が、第２の結合線路（２）の幅よりも広い。
【００３１】
従って、第１の結合線路（５）と誘電体共振器（４）との結合量を、第１の結合線路（５）と第２の結合線路（２）との結合量より大きくする構成である。無反射終端（３）の抵抗値を５０Ωとし、第２の結合線路（２）は、その特性インピーダンスが５０Ωとなるように、幅を１．３ｍｍとし、第１の結合線路（５）の幅を２．０ｍｍとして、１０ＧＨｚ帯の電圧制御発振器を構成した。作製した結合線路（２）、（５）の幅は、通常の製作精度の±０．１５ｍｍに収まっていた。
【００３２】
変調感度は、１７ＭＨｚ／Ｖと十分に大きく、かつ、位相雑音は−１０１ｄＢｃ／Ｈｚ以下と十分に低かった。
【００３３】
測定結果を図８に示す。
【００３４】
（実施例２）
可変容量素子（６）に接続された第１の結合線路（５）の幅を１．７ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして、電圧制御発振器を構成した。
【００３５】
変調感度は、１４ＭＨｚ／Ｖと十分に大きく、かつ、位相雑音は−９９ｄＢｃ／Ｈｚ以下と十分に低かった。
【００３６】
測定結果を図８に示す。
【００３７】
（比較例１）
可変容量素子（６）に接続された第１の結合線路（５）の幅を１．３ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして、電圧制御発振器を構成した。
【００３８】
変調感度で１２ＭＨｚ／Ｖ以上を得ようとした場合、位相雑音で−１００ｄＢｃ／Ｈｚ以下の特性を得ることができず、−９８ｄＢｃ／Ｈｚ程度であった。
【００３９】
測定結果を図８に示す。
【００４０】
（比較例２）
可変容量素子（６）に接続された第１の結合線路（５）の幅を１．０ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして、電圧制御発振器を構成した。
【００４１】
変調感度で１２ＭＨｚ／Ｖ以上を得ることができず、変調感度が７ＭＨｚ／Ｖと小さく、かつ、位相雑音は−９９ｄＢｃ／Ｈｚ以下が得られた。
【００４２】
測定結果を図８に示す。
【００４３】
図８から、可変容量素子（６）に接続された第１の結合線路（５）の幅が、１．３ｍｍより大きい領域で、誘電体共振器（４）と可変容量素子（６）との結合量が増加し、かつ、可変容量素子（６）に接続された第１の結合線路（５）との結合量が増加せず、位相雑音が低下していることが分かる。
【００４４】
（実施例３）
図３に本発明の異なる実施例を示した。
【００４５】
本実施例では、可変容量素子（６）に接続された第１の結合線路（１５）の幅のうち、誘電体共振器（４）と結合する部分の幅を、能動素子（１）に接続された第２の結合線路（２）の幅よりも広くなるように、かつ、両端で狭くなるようにした。この場合でも、前述の実施例１および実施例２と同様の効果を得ることができた。
【００４６】
（実施例４）
図４に本発明の異なる実施例を示した。
【００４７】
本実施例では、可変容量素子（６）に接続された第１の結合線路（１９）の幅のうち、誘電体共振器（４）と結合する部分の幅を、誘電体共振器（４）の直径に相当する長さにわたって、能動素子（１）に接続された第２の結合線路（２）の幅よりも広くなるように、かつ、その他の部分で狭くなるようにした。この場合でも、前述の実施例１から実施例３と同様の効果を得ることができた。
【００４８】
【発明の効果】
本発明により、単位電圧あたりの周波数変化量が大きく、位相雑音が低い誘電体共振器安定化電圧制御発振器が、提供可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】図１の主要部を示す断面図である。
【図３】本発明の異なる実施例を示す構成図である。
【図４】本発明の異なる実施例を示す構成図である。
【図５】従来の誘電体共振器安定化電圧制御発振器を示す構成図である。
【図６】図５の主要部を示す断面図である。
【図７】結合線路近傍の電磁界分布を補助線で示す断面図である。
【図８】可変容量素子に接続された結合線路の幅に対して、変調感度および位相雑音の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１  能動素子
２  第２の結合線路
３  無反射終端
４  誘電体共振器
５、１５、１６、１９  第１の結合線路
６  可変容量素子
８  誘電体基板
１０  接地板
１７、１８  線路
【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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