(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分周器（２）又はミキサによって周波数が下げられたＹＩＧ発振器（１）の出力周波数（ｆ）が、位相検出器（３）において、より低い基準周波数（ｆｒ）と比較され、ループ・フィルタ（５）を介して前記位相検出器（３）の出力電圧（Ｕ）が、微同調のために利用される前記ＹＩＧ発振器（１）の空心コイル（７）に供給されるＹＩＧ発振器（１）のための同調回路であって、
前記ＹＩＧ発振器（１）のメイン・コイル（６）に対しても前記位相検出器（３）の前記出力電圧（Ｕ）が供給され、
前記ＹＩＧ発振器（１）の前記出力周波数（ｆ）に対応する粗調整電圧が、前記ＹＩＧ発振器（１）のこの出力周波数（ｆ）からディジタル／アナログ・コンバータ（１１）を介して生成されるプリセット回路を伴い、
前記粗調整電圧（Ｕ１）及び前記位相検出器（３）の前記出力電圧（Ｕ）が互いに加算されて（加算段１３）、前記メイン・コイル（６）に供給され、
前記メイン・コイル（６）と直列に配置された耐熱性測定用抵抗（１４）を伴い、
前記ＹＩＧ発振器（１）の前記出力周波数（ｆ）と前記ＹＩＧ発振器の捕捉範囲の上限値と下限値（±５０ＭＨｚ）とから、２つの適切に異なる上側及び下側の粗調整電圧（それぞれ、Ｕ４及びＵ２）をディジタル／アナログ・コンバータ（１５，１６）を介して生成し、そのそれぞれをウインドウ・コンパレータ（１２）において、前記測定用抵抗（１４）の電圧における降下量と比較することを特徴とする同調回路。
【請求項２】
請求項１に記載の同調回路であって、
前記メイン・コイル（６）の前記粗調整電圧（Ｕ１）が、それぞれ前記メイン・コイル（６）の最小電流及び最大電流に対応する上側及び下側の限界値に制限されることを特徴とする同調回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特許請求の範囲における主請求項の前文、即ち、分周器（２）又はミキサによって周波数が下げられたＹＩＧ発振器（１）の出力周波数（ｆ）が、位相検出器（３）において、より低い基準周波数（ｆｒ）と比較され、ループ・フィルタ（５）を介して前記位相検出器（３）の出力電圧（Ｕ）が、微同調のために利用される前記ＹＩＧ発振器（１）の空心コイル（７）に供給されるＹＩＧ発振器（１）のための同調回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＹＩＧ発振器に用いられるこの種の同調回路は周知である（Ｕ．Ｒｏｈｄｅ（Ｕ．ローデ）の書籍「Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｎｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒｓ（マイクロ波及びワイヤレス・シンセサイザ）」の４０２ページ以降に掲載のあるＲｏｈｄｅ ＆ Ｓｃｈｗａｒｚ（ローデ−アンド−シュワルツ）により製造されているスペクトル・アナライザＦＳＡ及びＦＳＥ）。ＹＩＧ発振器は、たとえば４〜１２ＧＨｚといった広い周波数範囲にわたる同調が可能であり、かつ、適切な位相コントロール・ループを介して、より低い基準周波数、たとえばシンセサイザによって予め指定された基準周波数に同期させることが可能な発振器として使用されている。同時に、コントロールされた帯域外におけるＹＩＧ発振器の位相ジッタの要求があり、それに加えて、周波数が大きく変わるときに生じる同調レート及び過渡発振が、可能な限り可変容量ダイオードを介して同調がされることができる従来の電圧制御発振器を備えた場合と同程度の振幅の状態であるべきである。
【０００３】
発振周波数の同調は、ＹＩＧ発振器の場合は磁界によってもたらされ、そのために比較的高い磁界強度が必要になる。この場の強度のほとんどの部分は、鉄心を伴うメイン・コイルによって生成される。微同調は、より小さい空心コイル（ＦＭコイルと呼ばれることもある）の補助からもたらされる。関連された浮遊容量とともにメイン・コイルの大きなインダクタンスのせいで、ＹＩＧ発振器は、狭帯域内においてのみメイン・コイルを介してトラックすることが可能である。１００ｋＨｚを超える帯域幅に対して、空心コイルを介して閉ループ・コントロールがもたらされ、その捕捉範囲は、ＹＩＧ発振器の構造上の特徴によって約５０ＭＨｚに制限される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
公知のＹＩＧ発振器用同調回路の場合においては、ＹＩＧ発振器のプロセッサ内に予めディジタル的に指定された所望の出力周波数から生成された予備同調電流をディジタル・アナログ・コンバータ及び適切なコントロール可能な電流ソースを介してメイン・コイルに給電する。同期は、それとは独立に、空心コイルを介して位相検出器の出力電圧の関数としてもたらされる。この公知の構成の不利な点は、メイン・コイルの電流ソースによって生成されるノイズ電流であり、そのせいで、ＹＩＧ発振器はコントロールされた帯域外に強い位相ジッタを伴って変調される。位相ジッタの改善という観点からは、実際に、別のキャパシタをメイン・コイルと並列に接続する方法が知られており、それがメイン・コイルとともに共振回路を構成するが、その結果、周波数における大きな変化がある場合における周波数セッティング・レートが低下する。従って、周波数の迅速な変更はキャパシタを伴わないときにのみ可能であるが、そうすることによって位相ジッタが再び認容できない欠陥となる。
本発明の目的は、それゆえに回路の複雑性がほとんどないにもかかわらず、位相ジッタが低く同調レートが高いＹＩＧ発振器用の同調回路を作ることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的は、主請求項の前提項による同調回路から始まり、それを特徴付ける構成によって達成される。さらに有利な展開については、その従属項から明らかになる。
即ち、本発明の同調回路は請求項１に記載の通り、分周器（２）又はミキサによって周波数が下げられたＹＩＧ発振器（１）の出力周波数（ｆ）が、位相検出器（３）において、より低い基準周波数（ｆｒ）と比較され、ループ・フィルタ（５）を介して前記位相検出器（３）の出力電圧（Ｕ）が、微同調のために利用される前記ＹＩＧ発振器（１）の空心コイル（７）に供給されるＹＩＧ発振器（１）のための同調回路であって、前記ＹＩＧ発振器（１）のメイン・コイル（６）に対しても前記位相検出器（３）の前記出力電圧（Ｕ）が供給され、前記ＹＩＧ発振器（１）の前記出力周波数（ｆ）に対応する粗調整電圧が、前記ＹＩＧ発振器（１）のこの出力周波数（ｆ）からディジタル／アナログ・コンバータ（１１）を介して生成されるプリセット回路を伴い、前記粗調整電圧（Ｕ１）及び前記位相検出器（３）の前記出力電圧（Ｕ）が互いに加算されて（加算段１３）、前記メイン・コイル（６）に供給され、 前記メイン・コイル（６）と直列に配置された耐熱性測定用抵抗（１４）を伴い、前記ＹＩＧ発振器（１）の前記出力周波数（ｆ）と前記ＹＩＧ発振器の捕捉範囲の上限値と下限値（±５０ＭＨｚ）とから、２つの適切に異なる上側及び下側の粗調整電圧（それぞれ、Ｕ４及びＵ２）をディジタル／アナログ・コンバータ（１５，１６）を介して生成し、そのそれぞれをウインドウ・コンパレータ（１２）において、前記測定用抵抗（１４）の電圧における降下量と比較することを特徴とする。
また、請求項２に記載の同期回路は、請求項１に記載の同調回路において、前記メイン・コイル（６）の前記粗調整電圧（Ｕ１）が、それぞれ前記メイン・コイル（６）の最小電流及び最大電流に対応する上側及び下側の限界値に制限されることを特徴とする。
【０００６】
本発明によれば、ＹＩＧ発振器のメイン・コイルは位相検出器の出力電圧により直接給電される。メイン・コイルを通る電流は、印加電圧をメイン・コイルのインピーダンスによって除した結果となる。リアクタンスが、上昇する周波数とともに増加することから、これはロー・パスの振る舞いを導く。このロー・パスの振る舞いと、メイン・コイルに給電する電圧ソースの低い出力インピーダンスとを考慮に入れ、この回路は無視できるノイズ電流しか印可しない。同調レートは、メイン・コイルと並列に位置するキャパシタが不要であることから、制限されない。また、過渡減少も回避される。
【０００７】
メイン・コイルの直流抵抗は、強い温度依存性を有する。電圧と周波数の相互関係は、それゆえに非常に不明確である。それゆえに、従属項において特徴づけられるように本発明の更なる発展によれば、メイン・コイル用の追加の予備同調電圧の提案だけでなく、メイン・コイルの直列抵抗に現れる電圧における降下量の測定を介して、最大及び最小のメイン・コイル電流の適切な制限の提案もなされている。
【０００８】
技術の現状とは対照的に、このメイン・コイルは、電流ソースからではなく電圧ソースから給電される。後者は実質上ゼロの出力インピーダンスを有し、結果的に、メイン・コイルには無視できるノイズ電流を印加するという特徴を有している。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明を、実施の形態の参照とともに図面に基づき以下により詳細な説明を通じてより明らかなものとする。
図１は、ＹＩＧ発振器１用の本発明による同調回路の概略回路図を示すものであり、この発振器の出力周波数ｆは、たとえば４〜１２ＧＨｚの範囲で設定可能であり、分周器２又はミキサを介してより低い出力周波数ｆ／Ｎに下げられ、位相検出器３において基準発振器４、たとえば周波数シンセサイザの基準周波数ｆｒと比較される。ＹＩＧ発振器の所望の出力周波数ｆの設定は、プロセッサ１０においてもたらされ、リンクによって図示されるように、それを介して出力周波数の低減ための分周器２又は周波数ミキサ及び基準発振器４も適切なコントロールがなされる。２つの周波数値、ｆ／Ｎとｆｒとの間における位相誤差に対応する位相検出器３の出力電圧Ｕは、ＹＩＧ発振器１のメイン・コイル６及び空心コイル７の両方の給電するためのループ・フィルタ５を介して使用される。ループ・フィルタ５は、ドロッピング抵抗Ｒ２に加えてキャパシタＣ１及び抵抗Ｒ３の直列接続の形態においてフィードバック回路を伴うオペアンプ８の周知の方法で構成されている。このループ・フィルタ５は、ロー・パス特性を有している。位相検出器３の出力電圧Ｕは、抵抗Ｒ１を介して空心コイル７に供給され、予め決定されているコントロール電流が、当該空心コイルに印加される。同時に、メイン・コイル６は、位相検出器３の出力電圧Ｕが直接これを介して供給される。
【００１０】
図２によれば、メイン・コイル６用の供給電圧を、更に、設定された出力周波数ｆの関数としてプリセット回路の予備同調電圧Ｕ１により予め選択することもできる。この結果、ＹＩＧ発振器１のためのディジタル・プリセット値がプロセッサ１０においてすでに設定されている出力周波数ｆから計算され、このプリセット値がディジタル・アナログ・コンバータ１１を介してそれに正比例するコントロール電圧Ｕ１に変換され、それが電圧加算器１３を介して、位相検出器３のコントロール電圧Ｕに重畳される。この加算回路は、予備同調電圧Ｕ１が支配的となり、主としてメイン・コイル６の電流を決定し、その一方、位相検出器３の出力電圧Ｕが対応して抑えられ、実質的に微同調のためにのみ提供されるよう設定されている。
【００１１】
メイン・コイル６の直流抵抗は、強い温度依存性を有し、そのため電圧から周波数を正確に推定することができない。したがって、図３に示すように実施の例によれば、耐熱性測定用抵抗１４がメイン・コイル６と直列に接続され、そこの電圧降下Ｕ３が追加のコントロール変数として使用される。
【００１２】
この追加のコントロール変数を介して、ＹＩＧ発振器のメイン・コイル６の電圧が、ウインドウ・コンパレータ１２によって、その上限又は下限の到達において制限され、その結果、メイン・コイル６の最小電流は下回らず、そしてメイン・コイル６の最大電流は超えない。このため、プロセッサ１０において予め指定され、それが設定されるべき出力周波数ｆから、ＹＩＧ発振器１の捕捉範囲（例示した実施の形態においては、この捕捉範囲が±５０ＭＨｚ、つまり全体で１００ＭＨｚとなることが仮定されている）を考慮しつつ、２つのＤ／Ａコンバータ１５、１６において２つの個別の予備同調電圧Ｕ４及びＵ２を生成し抵抗１４での降下する電圧Ｕ３をウインドウ・コンパレータ１２の２つのオペアンプにおいて比較している。上限電圧Ｕ４が電圧Ｕ３を超えると、ダイオード１７を介して電圧Ｕ１が規制する電圧Ｕに加算され、その結果Ｕ３がＵ４の値に制限される。相当する言及が下限電圧Ｕ２に当てはまる。後者がＵ３を下回ると、ダイオード１８を介して同様に電圧Ｕが適切に矯正される。これにより、メイン・コイルの最小電流を下回らないこと、あるいはメイン・コイルの最大電流を超えないことが保証される。ミキサ２を、ＹＩＧ発振器の予め指定された同調範囲における予備同調として使用する場合には、２つの制限電圧Ｕ４及びＵ２は制御されることができる。分周器２の使用が行われる場合においては、この構成を介してＹＩＧ発信器が小さすぎる同調電流の結果としてその発振において中断されること、あるいは最大許容出力周波数を上回る発振をすることを防ぐ。
【００１３】
図４は、本発明による同調回路における、ＹＩＧ発振器の２つのコイル６及び７の同調の勾配を示している。図５は、開ループのループ・ゲインを示している。メイン・コイル６は、実質的にロー・パス特性を有している。空心コイル７は、概して周波数非依存の勾配を有している。図４により示された実施の例においては、空心コイルのこの勾配の−３ｄＢポイントが約３ＭＨｚのところに位置する。それはコントロール帯域のはるか外側になければならず、それに反するときには、コントロール回路が位相ローテーションの結果として不安定になる。図４は、メイン・コイル６及び空心コイル７の２つの上昇の同調レート間の交差点が約３０ｋＨｚのところにあることを示す。この交点は、ループ・フィルタ５の抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の比によって決定されることができる。コントロール回路におけるより大きな増幅は、メイン・コイルの同調特性を上方にシフトし、交点が高い周波数側に移動する。メイン・コイルのドライブの周波数応答は、ループ・フィルタにより従来のコントロール・ループにおいて生じるような低い周波数に向かうループ・ゲインにおける増加をもたらす。ループ・フィルタ５の時定数Ｒ３／Ｃ１とともに、これによって、３次（third order）のコントロール・ループがもたらされる。
【００１４】
図５は、開ループのループ・ゲインを示している。１０ｋＨｚにおけるメイン・コイルの特性におけるキンクは、時定数Ｒ３／Ｃ１によるものである。表示される開ループの曲線とともに、良好なコントロール特性が得られる。これによれば、ループの減衰係数（attenuation factor）が約０．７になる。このコントロール特性は、メイン・コイル及び空心コイルの同調特性の間の交点をシフトすることによって設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるＹＩＧ発振器用の同調回路の概略回路図
【図２】  本発明によるＹＩＧ発振器用の同調回路の概略回路図
【図３】  本発明によるＹＩＧ発振器用の同調回路の概略回路図
【図４】  本発明によるＹＩＧ発振器用の同調回路におけるコイルの同調曲線を示す説明図
【図５】  本発明によるＹＩＧ発振器用の同調回路における開ループのループ・ゲインを示す説明図
【符号の説明】
１  ＹＩＧ発信器
２  分周器
３  位相検出器
４  基準発振器
５  ループ・フィルタ
６  メイン・コイル
７  空心コイル
１０  プロセッサ
１１  ディジタル・アナログ・コンバータ
１４  耐熱性測定用抵抗
１５  ディジタル・アナログ・コンバータ
１６  ディジタル・アナログ・コンバータ
１７  ダイオード
１８  ダイオード
【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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