(57)【要約】【課題】プッシュプッシュ型発振回路を用いたマイクロ波発振器において、発振周波数が高くなった場合の出力レベルの低下を少なくする。【解決手段】発振トランジスタＴＲ３１のコレクタと出力端子ＯＵＴ間の伝送線路を２分割し、直列接続されたＬｉｎｅ３２，３３とする。同様に、ＴＲ４１のコレクタと出力端子間の伝送線路を２分割し、直列接続されたＬｉｎｅ４２，４３とする。Ｌｉｎｅ３２及び３３の接続点Ｃａと、Ｌｉｎｅ４２及び４３の接続点Ｃｂとの間に、ショットキーダイオードＸ３１及びＬｉｎｅ４４を直列に接続した回路と、ショットキーダイオードＸ４１及びＬｉｎｅ３４を直列に接続した回路とを、Ｘ３１及びＸ４１が互いに逆向きになるようにして並列に接続して挿入する。各ＴＲ３１及びＴＲ４１の出力は、Ｘ３１及びＸ４１により歪みを与えらて合成されるので、高調波成分が増える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２系統の発振トランジスタの出力を合成し逓倍波を出力するプッシュプッシュ型発振回路を用いたマイクロ波発振器において、
第１の発振トランジスタの出力を発振器の出力端子へ導く伝送線路であり、互いに直列に接続された第１の伝送線路及び第２の伝送線路と、
第２の発振トランジスタの出力を前記発振器の出力端子へ導く伝送線路であり、互いに直列に接続された第３の伝送線路及び第４の伝送線路と、
前記第１の伝送線路及び第２の伝送線路の接続点と、前記第３の伝送線路及び第４の伝送線路の接続点との間に挿入された非線形素子を含む合成回路とを備えることを特徴とするマイクロ波発振器。
【請求項２】
前記第１の伝送線路及び第２の伝送線路の長さの和と、前記第３の伝送線路及び第４の伝送線路の長さの和とがそれぞれ、発振周波数に対応する波長の４分の１程度であることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波発振器。
【請求項３】
前記合成回路が、前記非線形素子としてショットキーダイオードを用い、第１のショットキーダイオードと第５の伝送線路を直列に接続した回路と、第２のショットキーダイオードと第６の伝送線路を直列に接続した回路とを、前記第１のショットキーダイオード及び前記第２のショットキーダイオードが互いに逆向きになるようにして並列に接続して構成されたことを特徴とする請求項１または２記載のマイクロ波発振器。
【請求項４】
前記第５の伝送線路及び第６の伝送線路の長さがそれぞれ、発振周波数に対応する波長の８分の１から４分の１の間程度であることを特徴とする請求項３記載のマイクロ波発振器。
【請求項５】
前記合成回路が、前記非線形素子としてショットキーダイオードを用い、第１のショットキーダイオードと第２のショットキーダイオードとを互いに逆向きになるようにして並列に接続し、第５の伝送線路と直列に接続して構成されたことを特徴とする請求項１または２記載のマイクロ波発振器。
【請求項６】
前記第５の伝送線路の長さが、発振周波数に対応する波長の８分の１から４分の１の間程度であることを特徴とする請求項５記載のマイクロ波発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は２系統の発振出力を合成し逓倍波を出力するプッシュ−プッシュ型発振回路を用いたマイクロ波発振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プッシュ−プッシュ（ＰＵＳＨ−ＰＵＳＨ）型発振回路は、位相雑音改善の効果をもち、２逓倍の出力を容易に得られ、かつ原振出力、３倍波出力の抑圧効果もあるため、マイクロ波やミリ波のような高い周波数の信号源としては有効である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このようなプッシュ−プッシュ型発振回路の動作原理を、図６、７を参照して説明する。
【０００４】
図６（ａ）が、プッシュ−プッシュ型発振回路の基本回路である。発振のためのトランジスタＴｒ１と、Ｔｒ１のベースに接続された共振器Ｌｉｎｅ１及びバラクタＣＶ１とを、別にもう１系統（トランジスタＴｒ２、Ｔｒ２のベースに接続された共振器Ｌｉｎｅ２及びバラクタＣＶ２）備え、両系統の共振器及びバラクタ（ＣＶ１及びＣＶ２）の中点を抵抗器ＲＬで終端してある。
【０００５】
通常、発振条件は共振器Ｌｉｎｅ１の長さが４分の１波長に近いところで満たされるが、共振器Ｌｉｎｅ１と共振器Ｌｉｎｅ２の間に発生する波が奇モードと偶モードで動作が異なる。図６（ｂ）に示す奇モードの場合は、２つのトランジスタのベース側共振器の中点がショートになるため、バラクタの端点がショートになり発振条件を満たすが、図６（ｃ）のように偶モードの場合は抵抗ＲＬが見えるため発振条件を満たさず発振はしない。このためＬｉｎｅ１、Ｌｉｎｅ２間を奇モードの波が発生するように発振トランジスタＴｒ１とＴｒ２は発振し、Ｔｒ１とＴｒ２の出力は互いに逆相になる。
【０００６】
図７は、図６に示すプッシュ−プッシュ型発振回路の基本回路を実際のマイクロ波発振器として構成したものである。図６のＴｒ１，Ｔｒ２が図７のＴＲ３１，ＴＲ４１に相当する。同様に、Ｌｉｎｅ１，ＣＶ１，Ｌｉｎｅ２，ＣＶ２，ＲＬが、Ｌｉｎｅ３１，ＣＶ３１，Ｌｉｎｅ４１，ＣＶ４１，Ｒ５１に相当する。ＴＲ３１及びＴＲ４１のエミッタ及びコレクタにスタブ（先端開放スタブ、オープンスタブ）Ｓｔｕｂ３１，Ｓｔｕｂ３２，Ｓｔｕｂ４１，Ｓｔｕｂ４２が接続されている。また、ＴＲ３１及びＴＲ４１のコレクタは、線路Ｌｉｎｅ３１、Ｌｉｎｅ４１を介して、抵抗器Ｒ５２と線路からなるコンバイナ（Ｃｏｍｂｉｎｅｒ）により共通に接続されている。その他に、高周波信号に影響を与えずにＴＲ３１及びＴＲ４１やＣＶ１及びＣＶ２に直流電源電圧を印加するための、コイルＬ３１，…，Ｌ５２、コンデンサＣ３１，Ｃ４１，Ｃ５１を備えている。
【０００７】
図７に示すように、両発振トランジスタＴＲ３１，ＴＲ４１のコレクタ出力を、ウィルキンソンコンバイナ（Ｃｏｍｂｉｎｅｒ）のような同相合成回路で合成すれば、両出力波形の奇関数成分の波形は逆相であるため打ち消し、偶関数成分である偶高調波は合成され、出力ポートに出力される。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１８５２５１号公報（第１−２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した従来のプッシュ−プッシュ型発振回路では、発振周波数が低い場合は、発振トランジスタ出力（コレクタ電圧：Ｖｃ）として図８に示すような高レベルの２倍高調波を含んだ波形が得られるため高い２逓倍出力が得られる。しかし、発振周波数が高くなるにつれて、発振トランジスタ性能により、図９に示すように高調波レベルが下がるため（正弦波に近くなる）、プッシュ−プッシュ型発振回路としての出力レベルも低下するという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、発振周波数が高くなった場合の出力レベルの低下を従来技術よりも少なくすることができるプッシュプッシュ型発振回路を用いたマイクロ波発振器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の請求項１に係るマイクロ波発振器は、２系統の発振トランジスタの出力を合成し逓倍波を出力するプッシュプッシュ型発振回路を用いたマイクロ波発振器において、第１の発振トランジスタの出力を発振器の出力端子へ導く伝送線路であり、互いに直列に接続された第１の伝送線路及び第２の伝送線路と、第２の発振トランジスタの出力を前記発振器の出力端子へ導く伝送線路であり、互いに直列に接続された第３の伝送線路及び第４の伝送線路と、前記第１の伝送線路及び第２の伝送線路の接続点と、前記第３の伝送線路及び第４の伝送線路の接続点との間に挿入された非線形素子を含む合成回路とを備える。
【００１２】
本発明の請求項２に係るマイクロ波発振器は、請求項１に係るマイクロ波発振器において、前記第１の伝送線路及び第２の伝送線路の長さの和と、前記第３の伝送線路及び第４の伝送線路の長さの和とがそれぞれ、発振周波数に対応する波長の４分の１程度である。
【００１３】
本発明の請求項３に係るマイクロ波発振器は、請求項１または２に係るマイクロ波発振器において、前記合成回路が、前記非線形素子としてショットキーダイオードを用い、第１のショットキーダイオードと第５の伝送線路を直列に接続した回路と、第２のショットキーダイオードと第６の伝送線路を直列に接続した回路とを、前記第１のショットキーダイオード及び前記第２のショットキーダイオードが互いに逆向きになるようにして並列に接続して構成されている。
【００１４】
本発明の請求項４に係るマイクロ波発振器は、請求項３に係るマイクロ波発振器において、前記第５の伝送線路及び第６の伝送線路の長さがそれぞれ、発振周波数に対応する波長の８分の１から４分の１の間程度である。
【００１５】
本発明の請求項５に係るマイクロ波発振器は、請求項１または２に係るマイクロ波発振器において、前記合成回路が、前記非線形素子としてショットキーダイオードを用い、第１のショットキーダイオードと第２のショットキーダイオードとを互いに逆向きになるようにして並列に接続し、第５の伝送線路と直列に接続して構成されている。
【００１６】
本発明の請求項６に係るマイクロ波発振器は、請求項５に係るマイクロ波発振器において、前記第５の伝送線路の長さが、発振周波数に対応する波長の８分の１から４分の１の間程度である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、２系統の発振出力を合成し逓倍波を出力するプッシュ−プッシュ型発振回路を用いたマイクロ波発振器において、ショットキーダイオードなどの非線形素子を用いて出力波形を歪ませて合成することにより、従来技術に比べて、発振周波数が高くなるにつれてその出力レベルが下がることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
まず本発明の概要を説明する。プッシュ−プッシュ型発振回路を用いたマイクロ波発振器において、２系統の発振トランジスタの出力の合成部にショットキーダイオードなどの非線形素子を接続し、出力波形を歪ませて合成することにより、逓倍波（２倍波、３倍波など）の発振出力レベルを大きくすることができる。また、ダイオードにはバイアスをかけないため低消費電力である。
【００１９】
次に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。最初に実施例１を、次に実施例２を説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は本発明の第１の実施の形態を示すブロック構成図である。図１において、本例のマイクロ波発振器は、図７に示す従来のマイクロ波発振器と、各発振トランジスタＴＲ３１及びＴＲ４１のコレクタから出力端子（ＯＵＴ）までの間の構成が異なる。他の部分は同一である。
【００２１】
第１の系統の発振トランジスタＴＲ３１のエミッタに、スタブ（オープンスタブ）Ｓｔｕｂ３１が接続され、高周波阻止用のコイルＬ３３を通してエミッタ電圧Ｖｅ１が供給されている。ＴＲ３１のベースに、高周波阻止用のコイルＬ３２を通してベース電圧Ｖｂ１が供給されており、直流阻止用のコンデンサＣ３１及び高周波阻止用のコイルＬ３１を介して、共振用の伝送線路Ｌｉｎｅ３１とバラクタＣＶ３１とが直列接続されている。
【００２２】
同様に、第２の系統の発振トランジスタＴＲ４１のエミッタに、スタブ（オープンスタブ）Ｓｔｕｂ４１が接続され、高周波阻止用のコイルＬ４３を通してエミッタ電圧Ｖｅ２が供給されている。ＴＲ４１のベースに、高周波阻止用のコイルＬ４２を通してベース電圧Ｖｂ２が供給されており、直流阻止用のコンデンサＣ４１及び高周波阻止用のコイルＬ４１を介して、共振用の伝送線路Ｌｉｎｅ４１とバラクタＣＶ４１とが直列接続されている。
【００２３】
両系統のバラクタＣＶ３１とバラクタＣＶ４１とは相互に接続され、その接続点に、終端用の抵抗器Ｒ５１の一端が接続されている。Ｒ５１の他端は、直流阻止（高周波バイパス）用のコンデンサＣ５１及び高周波阻止用のコイルＬ５１を介して、周波数調整用電圧ＡＰＣＶが供給されており、ＡＰＣＶの電圧値を変化させることによりバラクタＣＶ３１，ＣＶ４１の容量を変化させ、プッシュ−プッシュ型発振回路の発振周波数を可変制御する。
【００２４】
発振トランジスタＴＲ３１の出力側であるコレクタ（Ｂａ点）は、スタブ（オープンスタブ）Ｓｔｕｂ３２が接続され、さらに、２つに分割され直列接続された伝送線路Ｌｉｎｅ３２，Ｌｉｎｅ３３を通して共通の出力端子ＯＵＴ（合成点Ａ）に接続されている。同様に、発振トランジスタＴＲ４１の出力側であるコレクタ（Ｂｂ点）は、スタブ（オープンスタブ）Ｓｔｕｂ４２が接続され、さらに、２つに分割され直列接続された伝送線路Ｌｉｎｅ４２，Ｌｉｎｅ４３を通して出力端子ＯＵＴに接続されている。
【００２５】
出力端子ＯＵＴに、高周波阻止用のコイルＬ５２を通して、発振トランジスタＴＲ３１及びＴＲ４１に共通のコレクタ電圧Ｖｃが供給されている。したがって、ＴＲ３１のエミッタにはＶｅ１、ベースにはＶｂ１、コレクタにはＶｃが印加され、ＴＲ４１のエミッタにはＶｅ２、ベースにはＶｂ２、コレクタにはＶｃが印加される。
【００２６】
本発明の特徴は、発振トランジスタＴＲ３１の出力側の伝送線路Ｌｉｎｅ３２及びＬｉｎｅ３３の接続点（Ｃａ）と、発振トランジスタＴＲ４１の出力側の伝送線路Ｌｉｎｅ４２及びＬｉｎｅ４３の接続点（Ｃｂ）との間を、非線形素子と伝送線路とを組み合わせて接続し、両発振トランジスタＴＲ３１，ＴＲ４１の出力を合成する。
【００２７】
すなわち、印加電圧に対する通過電流の特性が非線形の２端子素子であるショットキーダイオードＸ３１と、伝送線路Ｌｉｎｅ３４とを直列接続したものと、同様にショットキーダイオードＸ４１と、伝送線路Ｌｉｎｅ４４とを直列接続したものとを、ショットキーダイオードＸ３１及びＸ４１が互いに逆向きになるように並列にして、上記Ｌｉｎｅ３２及びＬｉｎｅ３３と、Ｌｉｎｅ４２及びＬｉｎｅ４３との両接続点（Ｃａ，Ｃｂ）間に挿入する。
【００２８】
このとき、各系統の伝送線路Ｌｉｎｅ３２とＬｉｎｅ３３との長さの和、及び伝送線路Ｌｉｎｅ４２とＬｉｎｅ４３との長さの和は、発振周波数に相当する波長（発振波長）の４分の１波長程度が好ましい。また、伝送線路Ｌｉｎｅ３４，Ｌｉｎｅ４４の長さを、同様に発振波長の約８分の１波長から４分の１波長とする。
【００２９】
次に本例のマイクロ波発振器（プッシュ−プッシュ型発振回路）動作を説明する。
【００３０】
発振トランジスタＴＲ３１，ＴＲ４１の合成点Ａ（出力端子ＯＵＴ）では互いに逆相であるため、インピーダンスはショートになり、Ｌｉｎｅ３２とＬｉｎｅ３３の長さの和、及びＬｉｎｅ４２とＬｉｎｅ４３の長さの和を発振周波数の４分の１波長とすると、Ｂａ点及びＢｂ点では発振周波数に対しインピーダンスとしてオープンの位相になるため、発振器負荷の発振周波数に対する影響を低減することができる。
【００３１】
発振器の周波数は、ベースに接続された伝送線路Ｌｉｎｅ３１，Ｌｉｎｅ４１の長さと、オープンスタブＳｔｕｂ３１，Ｓｔｕｂ３２，Ｓｔｕｂ４１，Ｓｔｕｂ４２の長さとで決まるが、発振周波数が高くなるにつれ、発振トランジスタの出力波形は高調波成分がすくなくなる。
【００３２】
ダイオードＸ３１，Ｘ４１、Ｌｉｎｅ３４，Ｌｉｎｅ４４を接続しない従来の回路の場合の発振トランジスタの出力波形は、上述したように、図９に示すように発振周波数の正弦波に近い波形になる。
【００３３】
ところが本発明のように、ダイオードＸ３１、Ｘ４１を接続し、この基本波を歪ませると、図９の波形はダイオードの非線形性により偶高調波成分を多く含む、図２の波形（コレクタ出力電圧：Ｖｃ、基本波周波数＝約６．５ＧＨｚ）になる。この波形を合成すると出力波形は奇関数成分がうち消され、図３に示すような発振周波数の２倍波（約１３ＧＨｚ）が卓越した出力波形（Ｖｏｕｔ）を得ることができる。
【実施例２】
【００３４】
図４は本発明の第２の実施の形態を示すブロック構成図である。図４において、本例のマイクロ波発振器は、図１に示す第１の実施の形態のマイクロ波発振器と、発振トランジスタＴＲ３１の出力側の伝送線路Ｌｉｎｅ３２及びＬｉｎｅ３３の接続点（Ｃａ）と、発振トランジスタＴＲ４１の出力側の伝送線路Ｌｉｎｅ４２及びＬｉｎｅ４３の接続点（Ｃｂ）との間を接続する非線形素子と伝送線路との組み合わせの構成が異なる。他の部分は同一である。
【００３５】
すなわち、２つのショットキーダイオードを互いに逆向きに並列接続してアンチパラレルダイオードＸ４２を構成し、伝送線路Ｌｉｎｅ３５と直列接続したものを、上記Ｌｉｎｅ３２及びＬｉｎｅ３３と、Ｌｉｎｅ４２及びＬｉｎｅ４３との両接続点（Ｃａ，Ｃｂ）間に挿入する。このＬｉｎｅ３５の長さは、発振周波数に相当する波長の８分の１波長から４分の１波長の長さとする。
【００３６】
この第２の実施例の回路では（第１の実施例では２倍波を取り出す回路であったが）、図５に示すような３倍波（約１９．５ＧＨｚ）が卓越した出力波形（Ｖｏｕｔ）を得ることができ、出力から３倍波を直接取り出すことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すブロック構成図である。（実施例１）
【図２】図１に示す発振トランジスタのコレクタ電圧波形を示す図である。（実施例１）
【図３】図１の出力端子における出力波形（高周波成分）とスペクトラムを示す図である。（実施例１）
【図４】本発明の第２の実施の形態を示すブロック構成図である。（実施例２）
【図５】図４の出力端子における出力波形（高周波成分）を示す図である。（実施例２）
【図６】分図（Ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、プッシュ−プッシュ型発振回路の動作原理を説明するための図である。
【図７】従来のマイクロ波発振器の構成例を示す図である。
【図８】図７に示す発振トランジスタのコレクタ電圧波形を示す図である。
【図９】発振周波数が高くなった場合の図７に示す発振トランジスタのコレクタ電圧波形を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
ＴＲ３１，ＴＲ４１    発振トランジスタ
Ｌｉｎｅ３１，Ｌｉｎｅ３２，Ｌｉｎｅ３３，Ｌｉｎｅ３４，Ｌｉｎｅ３５，Ｌｉｎｅ４１，Ｌｉｎｅ４２，Ｌｉｎｅ４３，Ｌｉｎｅ４４    伝送線路
Ｓｔｕｂ３１，Ｓｔｕｂ３２，Ｓｔｕｂ４１，Ｓｔｕｂ４２    スタブ
Ｘ３１，Ｘ４１    ダイオード
Ｘ４２    アンチパラレルダイオード
【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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【図６】
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【図７】
2005191722.tif 000009
【図８】
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【図９】
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