(57)【要約】【課題】共振回路と増幅回路とを容量素子を介して接続した発振器において、発振周波数が高い場合でも容易に周波数調整できるようにする。【解決手段】可変容量ダイオードＶＤとマイクロストリップ線路Ｌ１とからなる共振回路と増幅回路１１０との間を容量素子としての結合線路ＣＬを介して結合させ、この結合線路ＣＬと増幅回路１１０との間に共振周波数調整回路としての先端開放スタブＳＴ１を設ける。この先端開放スタブＳＴ１をレーザートリミングすることによって、共振器の共振周波数すなわち発振器の発振周波数を調整する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定周波数で共振する共振回路と、当該共振回路に接続されて該共振回路の共振信号を増幅するとともに前記共振回路へ増幅信号を与える増幅回路とを備えた発振器において、
共振回路と増幅回路との間を容量素子を介して結合させるとともに、該容量素子と前記増幅回路との間に共振周波数調整回路を設けたことを特徴とする発振器。
【請求項２】
前記容量素子を、それぞれ当該発振器の発振周波数において１／４波長以下の電気長を有する２つの線路からなる結合線路で構成し、前記共振回路に、マイクロストリップ線路と可変容量素子との直列回路と、該直列回路と前記結合線路との間を接続するマイクロストリップ線路を設け、前記結合線路を前記増幅回路の能動素子に接続し、前記共振周波数調整回路を先端開放スタブで構成するとともに、該先端開放スタブを前記結合線路と前記能動素子との間に設けた請求項１に記載の発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高周波回路に、用いられる発振器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
発振回路を増幅回路と共振回路の２つに分けた場合に、一般に増幅回路の出力を共振回路を介して増幅回路の入力に帰還させる帰還型と、増幅回路と共振回路を１点で接続した反射型とが存在する。マイクロ波帯においては反射型の発振回路が多く用いられている。反射型の発振回路は一般に共振回路を増幅回路の能動素子の制御端子（バイポーラトランジスタのベースやユニポーラトランジスタのゲート）に接続される。この場合、能動素子の制御端子に印加するバイアス電圧が共振回路に印加されないように、あるいは共振回路に含まれる可変容量素子に対する制御電圧が増幅回路の能動素子に印加されないように、共振回路と増幅回路とが容量素子を介して接続されている。また、帰還型の発振器についても、増幅回路の入力と共振回路とが必要に応じて容量素子を介して接続されている。
上記増幅回路と共振回路の間に接続する容量素子は、直流カットの機能と、その容量値によって増幅回路と共振回路の結合度を定めて可変帯域幅を定める機能を備えている。
【０００３】
上記共振回路は、例えばインダクタとして機能するマイクロストリップ線路や、キャパシタとして機能する可変容量ダイオードなど共振回路を構成する様々な要素を含んでいる。このような要素は、回路基板中にあらかじめ形成されるものであったり、回路基板に部品として搭載されるものであったりする。何れにしても共振回路を構成する様々な要素の値はばらつきをもっていて、それが共振周波数のばらつきに繋がる。そのため、共振回路の共振周波数を微調整するための調整用パターンがあらかじめ設けられていることがある。（例えば特許文献１参照）。この調整用パターンは共振回路の一部として設けられ、通常はその調整用パターンをレーザートリミングすることによって周波数調整が行われる。
【０００４】
ここで特許文献１に示されている共振回路の構成を図４を基に説明する。可変容量ダイオード１３に対してストリップライン８を介して制御電圧入力端子Ｖｃｎｔからの制御電圧を印加するようにし、可変容量ダイオード１３に対してコンデンサ１２ａを介してストリップライン共振器２、周波数調整用ランド３およびコンデンサ１２ｂを接続している。これらの接続点と増幅回路の接続点Ｔとの間に結合用の容量素子であるコンデンサ１２ｃを設けている。
【０００５】
ストリップライン共振器２にはコンデンサ１２ａを介して可変容量ダイオード１３が装荷されるので、可変容量ダイオード１３の容量によって共振周波数が制御できる。また周波数調整用ランド３の長さや幅の調整によってストリップライン共振器２の共振周波数を調整できる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３１７３８
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、共振器に対して周波数調整用ランドを直接設けた構成では、調整用パターンの削除量に対する共振周波数の変化が非常に大きい。特に発振回路の発振周波数が高くなると、調整用パターンを僅かに削るだけで周波数が大きく変化するようになり、調整が困難になるという問題が生じる。特に発振周波数が１０ＧＨｚ以上になるとこの問題は顕著に表れる。
【０００８】
そこで、この発明の目的は、共振回路と増幅回路とを容量素子を介して接続した発振器において、発振周波数が高い場合でも容易に周波数調整できるようにした発振器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、所定周波数で共振する共振回路と、当該共振回路に接続されて該共振回路の共振信号を増幅するとともに前記共振回路へ増幅信号を与える増幅回路とを備えた発振器において、共振回路と増幅回路との間を容量素子を介して結合させるとともに、該容量素子と前記増幅回路との間に共振周波数調整回路を設けたことを特徴としている。
【００１０】
このように共振周波数調整回路を、共振回路と増幅回路との間に設ける容量素子より増幅回路側に設けたことにより、すなわち容量素子を介して共振周波数調整回路を共振回路に接続したことにより、共振周波数調整回路の調整量（例えば調整用パターンの削除量）に対する周波数変化を小さくして周波数調整を容易にする。
【００１１】
また、この発明は、前記容量素子を、それぞれ当該発振器の発振周波数において１／４波長以下の電気長を有する２つの線路からなる結合線路で構成し、前記共振回路に、マイクロストリップ線路と可変容量素子との直列回路と、該直列回路と前記結合線路との間を接続するマイクロストリップ線路を設け、前記結合線路を前記増幅回路の能動素子に接続し、前記共振周波数調整回路を先端開放スタブで構成するとともに、該先端開放スタブを前記結合線路と前記能動素子との間に設けたことを特徴としている。
【００１２】
このように共振回路と増幅回路との間の容量素子を結合線路で構成することにより、マイクロ波帯からミリ波帯にかけての高周波においても容量素子として作用させる。また共振周波数調整回路を結合線路と能動素子との間に設けた先端開放スタブで構成することにより、レーザートリミングなどによる調整を容易にする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明の実施形態に係る発振器の構成を各図を基に説明する。
図１は発振器の概略ブロック図である。ここで共振系１００は共振回路１０１、この共振回路１０１と増幅回路１１０との間を結合する容量素子１０２、および周波数調整回路１０３から構成されている。この共振系１００と増幅回路１１０とによって反射型の発振器を構成している。
【００１４】
図２は発振器の具体的な回路構成例を示している。共振系１００において、この発明に係る「可変容量素子」に相当する可変容量ダイオードＶＤとマイクロストリップ線路Ｌ１との直列回路によって共振器を構成している。この直列回路は集中定数回路的にはＬＣ直列共振回路として作用する。可変容量ダイオードＶＤのカソードにはマイクロストリップ線路Ｌ２を接続している。制御電圧端子Ｖｃｎｔからの制御電圧はマイクロストリップ線路Ｌ２を介して可変容量ダイオードＶＤに与える。制御電圧入力端子Ｖｃｎｔと接地との間にはバイパスコンデンサＣ１を設けている。
【００１５】
図中ＣＬで示す部分は発振周波数においてそれぞれ１／４波長以下の電気長を有する２つのマイクロストリップ線路から成る結合線路（カップリングライン）である。この結合線路ＣＬが図１に示した容量素子１０２に相当する。可変容量ダイオードＶＤのカソードと結合線路ＣＬとの間は伝送線路としてマイクロストリップ線路Ｌ３を設けている。また、結合線路ＣＬの増幅回路１１０接続部側に先端開放スタブＳＴ１を設けている。
【００１６】
増幅回路１１０において、発振用トランジスタＱ１のエミッタと接地との間に抵抗Ｒ４を接続し、発振用トランジスタＱ１のコレクタとバッファ用トランジスタＱ２のエミッタとを接続するとともに、その接続点に先端開放スタブＳＴ２を設けている。先端開放スタブＳＴ２は発振周波数で発振用トランジスタＱ１のコレクタおよびバッファ用トランジスタＱ２のエミッタが等価的に接地されるようにその電気長を定めておく。バッファ用トランジスタＱ２のコレクタと電源端子Ｖｃｃとの間はマイクロストリップ線路Ｌ４で接続している。電源端子Ｖｃｃと接地との間にはバイパスコンデンサＣ３を接続している。バッファ用トランジスタＱ２のコレクタと接地との間には抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３から成る直列回路を設けている。抵抗Ｒ１−Ｒ２の接続点はバッファ用トランジスタＱ２のベースに接続していて、抵抗Ｒ２−Ｒ３の接続点は発振用トランジスタＱ１のベースに接続している。発振用トランジスタＱ１のエミッタとバッファ用トランジスタＱ２のベースとの間にはコンデンサＣ２を接続している。更にバッファ用トランジスタＱ２のコレクタと出力端子Ｖｏｕｔとの間にはコンデンサＣ４を接続している。
【００１７】
図２において、共振系１００は、可変容量ダイオードＶＤとマイクロストリップ線路Ｌ１との直列回路からなる共振器に、結合線路ＣＬを介して先端開放スタブＳＴ１が装荷された回路として動作する。従ってこの先端開放スタブＳＴ１のトリミングにより、そのリアクタンスを変化させることによって、共振系１００の共振周波数を調整することができる。
【００１８】
共振周波数調整用の先端開放スタブＳＴ１は結合線路ＣＬによる容量素子を介して、可変容量ダイオードＶＤおよびマイクロストリップ線路Ｌ１による共振器に接続されているので、先端開放スタブＳＴ１を図中に示すＢ点に接続した場合に比べて、このＳＴ１のリアクタンス変化に対する共振周波数変化は十分に小さくすることができる。
【００１９】
増幅回路１１０において発振信号は発振用トランジスタＱ１のエミッタからコンデンサＣ２を介してバッファ用トランジスタＱ２のベースに入力され、このバッファ用トランジスタＱ２のコレクタからコンデンサＣ４を介して出力端子Ｖｏｕｔへ出力される。
【００２０】
ここで、１０ＧＨｚ用に設計した場合に、増幅回路１１０と共振系１００との接続点から共振系１００を見たインピーダンスの変化の例を示す。
【００２１】
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また、比較のために、先端開放スタブＳＴ１をＢ点に設けて調整した場合の例を次に示す。
【００２２】
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図３は表１〜表４に示した結果をグラフ化したものである。（Ａ）は横軸にリアクタンス値の変化量、縦軸に抵抗値をとっている。また、（Ｂ）は横軸にリアクタンス値の変化量、縦軸に抵抗値の変化量をとっている。ここで実線は実施形態の例、破線は先端開放スタブＳＴ１をＡ点に設けずＢ点に設けた場合の例である。
【００２３】
先端開放スタブＳＴ１をＡ点に設けずＢ点に設けた場合、図３の（Ａ）および表３に示すように、リアクタンス調整にともなって抵抗値が大きく変化するので、発振出力レベルが一定に保たれない問題がある。これに対して、図３の（Ｂ）および表２に示すように、リアクタンス値を初期状態から＋５［Ω］および＋１０［Ω］変化させた時の共振回路の抵抗値変化は０→＋０．１［Ω］→＋０．１［Ω］となって、周波数調整による抵抗値変化量は殆ど一定である。従って発振出力のレベルを一定に保つことができる。
【００２４】
また、初期状態から＋１０［Ω］のリアクタンス調整を行った際の共振回路の抵抗値（共振回路での損失）は＋５．４［Ω］と大きく、発振用トランジスタＱ１の負性抵抗が−５．４［Ω］以下（絶対値で５．４［Ω］以上）を保たなければならない。それにともなって損失が大きいという問題がある。これに対して、実施形態では、図３の（Ａ）および表１に示すように、初期状態から＋１０［Ω］のリアクタンス調整を行った際の共振回路の抵抗値（共振回路での損失）は＋１．８［Ω］である。従って、図２に示した発振器が発振動作するためには、発振用トランジスタＱ１の負性抵抗が−１．８［Ω］以下（絶対値で１．８［Ω］以上）を保てばよい。このように従来の共振回路を用いた場合に必要であった負性抵抗値より絶対値が小さくてすみ、その分損失が低減できる。
【００２５】
なお、図１・図２に示した例では、増幅回路と共振回路とを１点で接続した反射型の発振器について示したが、この発明は帰還型の発振器にも同様に適応できる。すなわち、帰還型の発振器ついても、共振回路と増幅回路との間を容量素子を介して結合させるとともに、その容量素子と増幅回路との間に共振周波数調整回路を設ければよい。そして、その共振周波数調整回路として図２に示したような先端開放スタブＳＴ１を用いれば発振周波数調整が可能となる。
【００２６】
【発明の効果】
この発明によれば、共振周波数調整回路を、共振回路と増幅回路との間に設ける容量素子より増幅回路側に設けたことにより、共振周波数調整回路が容量素子を介して共振回路に接続されることになり、共振周波数調整回路の調整量に対する周波数変化が小さくなって周波数の微調整が容易となる。
【００２７】
また、この発明によれば、共振回路と増幅回路との間の容量素子を結合線路で構成することにより、マイクロ波帯からミリ波帯にかけての高周波においても容量素子として作用させることができ、該高周波においても安定した発振出力を得ることができる。また共振周波数調整回路を結合線路と能動素子との間に設けた先端開放スタブで構成することにより、レーザートリミングなどによる調整が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る発振器の概略構成を示すブロック図
【図２】同発振器の回路構成を示す図
【図３】同発振器の増幅回路から見た共振回路の、共振周波数調整に伴うリアクタンス変化に対する抵抗値変化の例を示す図
【図４】従来の発振器の共振系の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１００−共振系
１０１−共振回路
１１０−増幅回路
Ｌ１〜Ｌ４−マイクロストリップ線路
ＶＤ−可変容量ダイオード
ＣＬ−結合線路
ＳＴ１−先端開放スタブ（共振周波数調整回路）
ＳＴ２−先端開放スタブ
Ｑ１−発振用トランジスタ
Ｑ２−バッファ用トランジスタ
Ｖｃｎｔ−制御電圧入力端子
Ｖｃｃ−電源端子
Ｖｏｕｔ−出力端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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