(57)【要約】【課題】位相雑音特性の劣化を招くことなく可変周波数幅の拡大を可能とするマイクロ波帯電圧制御発振器を提供する。【解決手段】発振用のトランジスタＴＲ１１と、エミッタ電極に設けたスタブＳｔｕｂ１８と、バラクタとスタブの直列接続回路を複数並列に接続したバラクタダイオード回路（Ｓｔｕｂ１２、Ｃ１３及びＳｔｕｂ１４、Ｃ１５）と、ベース電極に一端が接続され他端がバラクタに接続されたマイクロストリップラインＬｉｎｅ１６と、各バラクタ（Ｃ１３及びＣ１５）に独立に制御電圧を印加する複数の制御回路（ＡＰＣＶ１、２）と、を備える。各バラクタに独立に印加する制御電圧をそれぞれの下限から上限までの範囲で順次何れかを可変制御し、前記バラクタダイオード回路の合成容量の可変可能な全範囲の制御を行う。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バラクタダイオードにより発振周波数を制御するマイクロ波帯電圧制御発振器であって、
バラクタダイオードとオープンスタブの直列接続回路を複数並列に接続したバラクタダイオード回路と、前記バラクタダイオード回路の各バラクタダイオードに独立に制御電圧を印加する複数の制御回路と、を備えることを特徴とするマイクロ波帯電圧制御発振器。
【請求項２】
発振用の能動素子と、前記能動素子の出力電極に設けたオープンスタブと、前記能動素子の制御電極に一端が接続され他端が前記バラクタダイオード回路の各バラクタダイオード側に接続された伝送ラインと、を備えることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波帯電圧制御発振器。
【請求項３】
発振用のコレクタ接地型のトランジスタと、前記トランジスタのエミッタ電極に設けたオープンスタブと、前記トランジスタのベース電極に一端が接続され他端が前記バラクタダイオード回路の各バラクタダイオード側に接続された伝送ラインと、を備え、コルピッツ型の発振器でなることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波帯電圧制御発振器。
【請求項４】
前記複数の制御回路により各バラクタダイオードに独立に印加する制御電圧をそれぞれの下限から上限までの範囲で順次何れかの制御電圧を可変制御することにより、前記バラクタダイオード回路の合成容量の可変可能な全範囲の制御を可能とすることを特徴とする請求項１、２又は３記載のマイクロ波帯電圧制御発振器。
【請求項５】
複数のオープンスタブの長さを個別独立に調整することにより、可変周波数の範囲内における変調感度の印加電圧の依存性を少なくすることを特徴とする請求項１ないし４の何れかの請求項記載のマイクロ波帯電圧制御発振器。
【請求項６】
複数のオープンスタブの長さを個別独立に調整することにより、周波数特性の一部が重複するようにし、その重複する周波数範囲内の何れかの点で可変制御する制御電圧を切り替えることを特徴とする請求項４記載のマイクロ波帯電圧制御発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯電圧制御発振器に関し、特に、制御（変調）特性を改善したマイクロ波帯電圧制御発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７はコルピッツ型発振器の基本回路構成を示す図である。マイクロ波帯発振器で通常用いられる基本的な発振回路であり、発振用の能動素子としてコレクタ接地型のトランジスタを使用し、ベースとエミッタ間、エミッタと接地間、ベースと接地間にそれぞれコンデンサＣ２３、Ｃ２４、コイルＬ２２を接続したタイプのコルピッツ型発振器である。
【０００３】
図８は、図７に示す基本回路構成の従来のマイクロ波帯電圧制御発振器のうち、マイクロストリップライン共振器を用いたマイクロ波帯電圧制御発振器（マイクロ波帯ＶＣＯ）の構成を示す図である。
【０００４】
この回路構成は図７との関係においては、トランジスタＴＲ３１の持つのベース−エミッタ間の寄生容量がＣ２３に、マイクロストリップラインによるオープンスタブＳｔｕｂ３６がＣ２４に、オープンスタブＳｔｕｂ３２・可変容量Ｃ３３・マイクロストリップライン線路Ｌｉｎｅ３４・容量Ｃ３５からなる回路部分がＬ２２にそれぞれ相当している（この部分を以下、「共振器部分」という）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図８に示すマイクロ波帯用ＶＣＯの動作原理は、可変容量Ｃ３３をバラクタダイオード（可変容量ダイオード）で構成し、該バラクタダイオードへの印加電圧を変化させることにより、共振器部分の電気的位相長を変化させ、それに対応して発振周波数が決定されることにある。このため、可変周波数幅は可変容量Ｃ３３の容量変化比と、共振器部分の先端部のオープンスタブＳｔｕｂ３２の長さにより調整される等価容量とにより決定される。
【０００６】
したがって、このコルピッツ型発振器の可変周波数範囲を広げるためには、▲１▼容量変化比の大きいバラクタダイオードを使用する、▲２▼Ｓｔｕｂ３２による等価容量を大きくする、等が考えられる。
【０００７】
ここで周波数可変範囲を広げるためには、▲１▼のバラクタダイオードの変化比を大きくすることがもっとも望ましいが、この特性はバラクタダイオードの物性できまるため、その変化比に関しては制限があり、実際には自由に設定することは難しい。そこで、▲２▼のＳｔｕｂ３２を調整により可変周波数幅の拡大を行うことになるが、バラクタの結合を強める。この場合可変周波数幅の拡大に伴い当然に変調感度（印加電圧あたりの周波数変化量）も大きくなることになる。
【０００８】
図９は、図８に示す従来のコルピッツ型発振器のバラクタダイオードへの印加電圧に対する発振周波数及び変調感度の特性を示す図である。印加電圧による制御範囲の周波数特性（実線）の可変周波数幅をＳｔｕｂの調整により拡大（太線）すると、変調感度特性（点線）も上昇（太線）する。
【０００９】
一方、可変周波数幅の拡大により変調感度特性も拡大し、バラクタダイオードの印加電圧（ＡＰＣＶ）の微少電圧に対する周波数変化感度が特に上昇するため、結果としてＶＣＯ特性としては位相雑音特性の劣化及び印加電圧の発生部のノイズによる周波数ズレ等の影響が顕著になることとなる。
【００１０】
したがって、図８に示す回路構成のマイクロ波帯用ＶＣＯにおいては、可変周波数幅の拡大と位相雑音特性の改善とはトレード・オフの関係にある。マイクロ波通信等においては、位相雑音特性の優れた信号が必要となるため、位相雑音特性の劣化を招く方法による可変周波数幅の拡大は許容されない場合がある。
【００１１】
本発明の目的は、可変周波数幅を拡大するとともに、位相雑音特性の改善を図ることが可能なマイクロ波帯電圧制御発振器を提供することにある。
本発明の目的は、位相雑音特性の劣化を招くことなく可変周波数幅の拡大を可能とするマイクロ波帯電圧制御発振器を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のマイクロ波帯電圧制御発振器は、バラクタダイオードにより発振周波数を制御するマイクロ波帯電圧制御発振器であって、
バラクタダイオード（例えば図１のＣ１３、Ｃ１５）とオープンスタブの直列接続回路を複数並列に接続したバラクタダイオード回路（可変容量回路）と、前記バラクタダイオード回路の各バラクタダイオードに独立に制御電圧を印加する複数の制御回路（例えば図１のＡＰＣＶ１、ＡＰＣＶ２）と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、前記マイクロ波帯電圧制御発振器は、発振用の能動素子と、前記能動素子の出力電極に設けたオープンスタブと、前記能動素子の制御電極に一端が接続され他端が前記バラクタダイオード回路の各バラクタダイオード側に接続された伝送ライン（例えば図１のＬｉｎｅ１６）と、を備えることを特徴とする。また、発振用のコレクタ接地型のトランジスタと、前記トランジスタのエミッタ電極に設けたオープンスタブと、前記トランジスタのベース電極に一端が接続され他端が前記バラクタダイオード回路の各バラクタダイオード側に接続された伝送ラインと、を備え、コルピッツ型の発振器でなることを特徴とする。
【００１４】
更に、前記マイクロ波帯電圧制御発振器は、前記複数の制御回路により各バラクタダイオードに独立に印加する制御電圧をそれぞれの下限から上限までの範囲で順次何れかの制御電圧を可変制御し、前記バラクタダイオード回路の合成容量の可変可能な全範囲の制御を行うことを特徴とし、複数のオープンスタブの長さを個別独立に調整することにより、可変周波数の範囲内における変調感度の印加電圧の依存性を少なくすることを特徴とする。また、複数のオープンスタブの長さを個別独立に調整することにより、周波数特性の一部が重複するようにし、その重複する周波数範囲内の何れかで可変制御する制御電圧を切り替えることを特徴とする。また、前記複数の制御端子に印加する制御電圧の可変制御は、各制御電圧の可変範囲の最小値と最大値の範囲におけるの可変制御電圧は複数のバラクタダイオードの何れか１つのみを可変制御することを特徴とし、又は前記制御電圧の上限側又は下限側の可変制御が他の制御電圧の下限側又は上限側の可変制御と一部重複するように制御することを特徴とする。
【００１５】
より具体的には、マイクロストリップライン共振器を用いたマイクロ波帯電圧制御発振器であって、バラクタダイオードからなる周波数コントロール部をバラクタダイオードとオープンスタブの直列接続回路の複数並列接続した構成とし、各バラクタダイオードを個別に制御することにより、制御電圧範囲・変調感度・位相雑音特性などの電圧制御発振器に要求される他の諸特性に影響を与えることなく、可変周波数幅を拡大する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（構成の説明）
図１は、本発明の第１の実施の形態のマイクロ波帯ＶＣＯの構成を示す図である。発振用の能動素子としてのトランジスタＴＲ１１と、トランジスタＴＲ１１のエミッタ電極側に設けたマイクロストリップラインによるオープンスタブＳｔｕｂ１８と、トランジスタＴＲ１１のベース電極側に設けたオープンスタブＳｔｕｂ１２とバラクタダイオードでなる可変容量Ｃ１３の直列接続回路及びオープンスタブＳｔｕｂ１４とバラクタダイオードでなる可変容量Ｃ１５の直列接続回路が可変容量側で並列に接続し、当該接続点に接続されたマイクロストリップライン線路Ｌｉｎｅ１６と容量Ｃ１７の直列接続回路からなる回路部分と、オープンスタブＳｔｕｂ１２と可変容量Ｃ１３の接続点及びオープンスタブＳｔｕｂ１４と可変容量Ｃ１５の接続点にそれぞれ設けた印加電圧ＡＰＣＶ１及びＡＰＣＶ２の入力端子（制御端子）と、から構成される。
【００１７】
本実施の形態のコルピッツ型発振器は、帰還回路がトランジスタＴＲ１１のベース−エミッタ間の寄生容量とマイクロストリップラインによるオープンスタブＳｔｕｂ１８の容量及びオープンスタブＳｔｕｂ１２・可変容量Ｃ１３及びオープンスタブＳｔｕｂ１４・可変容量Ｃ１５・マイクロストリップライン線路Ｌｉｎｅ１６・容量Ｃ１７からなる回路部分で構成される。
【００１８】
本実施の形態のコルピッツ型発振器は、図８に示す従来のコルピッツ型発振器の構成と比較すると、共振器（Ｌｉｎｅ１６）にバラクタダイオードとオープンスタブの直列回路を複数並列に接続（Ｓｔｕｂ１２とＣ１３及びＳｔｕｂ１４とＣ１５の並列接続）した可変容量回路を構成している点に特徴がある。
【００１９】
本実施の形態の構成によれば、Ｓｔｕｂ１２及びＳｔｕｂ１４の長さを個別独立に調整することにより、可変周波数範囲内における変調感度の印加電圧の依存性を少なくすることが可能である。
【００２０】
そして可変容量Ｃ１３とＣ１５への印加電圧（ＡＰＣＶ１及びＡＰＣＶ２）はそれぞれ個別独立に供給できるように構成したことで、この印加電圧の制御により位相雑音特性の劣化をまねくことなく、可変周波数範囲を拡大することを可能としている。
【００２１】
（動作の説明）
第１の実施の形態のマイクロ波帯ＶＣＯの好適な動作を以下説明する。本実施の形態では、２つの制御端子の印加電圧ＡＰＣＶ１とＡＰＣＶ２のうちの一方を固定電圧とし、他方を周波数制御用の可変電圧として動作させる。この制御方法の具体例としては、可変周波数範囲を高低の２つの周波数領域に分け、そのうち、
▲１▼周波数の低い部分においては、印加電圧ＡＰＣＶ１＝０Ｖに固定状態とし、印加電圧ＡＰＣＶ２を周波数制御電圧としてＡＰＣＶ２＝０〜１０Ｖの範囲で変化させ、
▲２▼周波数の高い部分においては、ＡＰＣＶ２＝１０Ｖに固定状態とし、ＡＰＣＶ１を周波数制御電圧としてＡＰＣＶ１＝０〜１０Ｖの範囲で変化させる、
という制御方法を採用すると好適である。
【００２２】
図２は、本実施の形態の制御方法を用いた場合の制御電圧と発振周波数及び変調感度の関係を示す図である。同図から分かるように、図８に示す従来の構成によりＳｔｕｂ３２の調整のみで可変周波数範囲を広げた場合に比べて、変調感度は低く抑えることが可能である。変調感度が低いということは、外部ノイズに対する周波数安定度も低く抑えられることとなるので、その結果位相雑音も優れた特性を示すこととなる。
（他の実施の形態）
第１の実施の形態では共振器部分にオープンスタブと可変容量からなる２つの直列接続回路を設けた例を説明したが、かかる直列接続回路を更に追加した構成とすることにより変調感度の増加を一層抑制することが可能である。
【００２３】
図３は、３つの直列接続回路を用いた第２の実施の形態の構成を示す図である。共振器部分にさらにもう１つのバラクタダイオード及びオープンスタブの直列接続回路を並列に接続し、３つの印加電圧ＡＰＣＶ１、ＡＰＣＶ２、ＡＰＣＶ３を独立に印加することにより、可変周波数範囲の拡大に対して変調感度の増加をより抑える。その結果として位相雑音特性の劣化を抑えることが可能になる。
【００２４】
第２の実施の形態の制御方法の具体例としては、可変周波数範囲を低中高の３つの周波数領域に分け、そのうち、
▲１▼周波数の低い部分においては、印加電圧ＡＰＣＶ１＝０Ｖ、ＡＰＣＶ２＝０Ｖに固定状態とし、印加電圧ＡＰＣＶ３を周波数制御電圧としてＡＰＣＶ３＝０〜１０Ｖの範囲で変化させ、
▲２▼周波数の中間の部分においては、印加電圧ＡＰＣＶ１＝０Ｖ、ＡＰＣＶ３＝１０Ｖに固定状態とし、印加電圧ＡＰＣＶ２を周波数制御電圧としてＡＰＣＶ２＝０〜１０Ｖの範囲で変化させ、
▲３▼周波数の高い部分においては、ＡＰＣＶ２＝１０Ｖ、ＡＰＣＶ３＝１０Ｖに固定状態とし、ＡＰＣＶ１を周波数制御電圧としてＡＰＣＶ１＝０〜１０Ｖの範囲で変化させる、
という制御方法を採用すると好適である。
【００２５】
図４は、第２の実施の形態による制御電圧と発振周波数及び変調感度の関係を示す図である。図４に示すように直列接続回路の増加により可変周波数範囲の拡大に対して変調感度の増加をより抑えることができ位相雑音特性の劣化が抑制される。
【００２６】
図５は第３の実施の形態の構成を示す図である。共振器部分にさらにバラクタダイオード及びオープンスタブを複数個（ｎ個）接続することにより、可変周波数範囲の拡大に対して変調感度の増加をより抑え、その結果として位相雑音特性の劣化を抑えるように構成したものである。第３の実施の形態では、共振器部分の並列個数ｎに応じて可変周波数範囲を複数の周波数領域に分けて、同様に周波数の低域から高域に対応する印加電圧ＡＰＣＶ１〜ＡＰＣＶｎを順次それぞれその最小値から最大値まで増加するように制御する。
【００２７】
以上の実施の形態において更に変調感度のバラツキを抑制するようにした第４の実施の形態を説明する。第４の実施の形態では複数のオープンスタブと可変容量からなる直列接続回路のオープンスタブの電気長を個別に調整することにより変調感度のバラツキを抑制する。
図６は、第４の実施の形態による周波数特性及び変調感度特性を示す図である。第４の実施の形態はオープンスタブと可変容量からなる２つの直列接続回路を備える構成の例であり、オープンスタブＳｔｕｂ１２とＳｔｕｂ１４の電気長調整を最適化するものである。
【００２８】
例えば、２つの直列接続回路を備えるマイクロ波帯電圧制御発振器において、Ｓｔｕｂ１２の長さを短くし容量を小さくし、Ｓｔｕｂ１４の長さをＳｔｕｂ１２と比較して長めにして容量を大きく設定し、ＡＰＣＶ１＝０ＶでＡＰＣＶ２を可変した低い周波数領域と、ＡＰＣＶ２＝１０ＶとしてＡＰＣＶ１を可変した高い周波数領域とで拡大された周波数範囲全域において変調感度やバラツキを抑えることが可能である。
【００２９】
本実施の形態では、更に制御範囲▲１▼と制御範囲▲２▼について可変周波数が一部重なるようにすることができ、制御範囲▲１▼と制御範囲▲２▼の切り替え点として可変周波数の重複範囲内で適切に選ぶことにより、さらに変調感度のバラツキをおさえるように制御するものである。
以上の調整方法は、３つ以上の直列接続回路を備えるマイクロ波帯電圧制御発振器の場合も同様に適用可能である。低域領域から高域領域まで順次Ｓｔｕｂの長さを長く設定する等の調整を行うことにより変調感度のバラツキの抑制が可能であり、切り替え制御は制御電圧の切り替え点として適切に選択する。
【００３０】
以上の実施の形態では、制御端子の印加電圧の可変制御を常に単一のもののみで行う構成及び制御方法を採用した例を示したが、制御電圧を一部重複して可変するように構成することも可能である。前記複数の制御回路により各バラクタダイオードに独立に印加する制御電圧をそれぞれの下限から上限までの範囲で一部重複して順次制御電圧により可変制御し、前記バラクタダイオード回路の合成容量の可変可能な全範囲の制御を行うことにより周波数範囲全域において変調感度やバラツキを抑える。
【００３１】
以上の説明では電圧制御発振器の構成として、コルピッツ型のトランジスタ発振器構成により説明したが、本発明の好適な発振器の構成として発振用の能動素子、前記能動素子の出力電極に設けたオープンスタブ、前記能動素子の制御電極に一端が接続され他端が前記バラクタダイオード回路の各バラクタダイオード側に接続された伝送ライン等を備える電圧制御発振器等、つまり、バラクタダイオードにより発振周波数を制御することが可能な電圧制御発振器に適用可能であることは云うまでもない。
【００３２】
【発明の効果】
本発明のマイクロ波帯電圧制御発振器によれば、発振周波数を制御するバラクタダイオード回路をバラクタダイオードとオープンスタブの直列接続回路を複数並列に接続した構成を採用し、各バラクタダイオードに独立に制御電圧を印加する構成とすることにより、単一のオープンスタブによる調整のみで可変周波数範囲を広げる場合に比べ、可変周波数範囲を充分拡大させても変調感度の変化を低く抑えることが可能である。また、変調感度が低いことから外部ノイズに対する周波数安定度も低く抑えられ、その結果、位相雑音についても優れた特性を得ることが可能である。
【００３３】
特に、各バラクタダイオードに独立に印加する制御電圧をそれぞれの下限から上限までの範囲で順次何れかの制御電圧を可変制御し、前記バラクタダイオード回路の合成容量の可変可能な全範囲の制御を行うことにより、変調感度を低く抑えることが可能である。
また、複数のオープンスタブの長さを適切に選ぶことにより各周波数可変幅及び変調感度がなるべく等しくなるように設定することが可能である。更に、複数のオープンスタブの電気長調整をさらに個別独立に最適化することにより、制御範囲の一部が周波数領域で重なるようにし、その切り替え点を適切に選ぶことによりさらに変調感度のバラツキをおさえることが可能となる。
【００３４】
以上のように本発明によれば、可変周波数範囲を拡大させつつも、変調感度が低くおさえられることにより位相雑音特性を劣化させることがなく、さらに可変周波数範囲内における変調感度のバラツキも抑制可能な好適なマイクロ波帯電圧制御発振器が実現でき、例えばＰＬＬ回路の電圧制御発振器への適用においては、周波数をロックさせＰＬＬ回路の変調感度のバラツキに対する定数決定の余裕度が増し、設計が容易となるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態の制御電圧と発振周波数及び変調感度の関係を示す図である。
【図３】第２の実施の形態の構成を示す図である。
【図４】第２の実施の形態の制御電圧と発振周波数及び変調感度の関係を示す図である。
【図５】第３の実施の形態の構成を示す図である。
【図６】第４の実施の形態の制御電圧と周波数特性及び変調感度特性を示す図である。
【図７】コルピッツ型発振器の基本回路構成を示す図である。
【図８】従来のコルピッツ型発振器でなるマイクロストリップライン共振器を用いたマイクロ波帯電圧制御発振器の構成を示す図である。
【図９】従来のコルピッツ型発振器の印加電圧と発振周波数及び変調感度の特性を示す図である。
【符号の説明】
ＴＲ１１  トランジスタ
Ｃ１７  コンデンサ
Ｌｉｎｅ、Ｌｉｎｅ１６  マイクロストリップ伝送ライン
Ｃ１３，Ｃ１５  バラクタダイオード
Ｓｔｕｂ、Ｓｔｕｂ１３、１５、１８  オープンスタブ
【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】
2004320664.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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