(57)【要約】１ＧＨｚから２００ＧＨｚの周波数範囲において調整可能な周波数を有する信号を生成するための発振器（１００、２００）、および発振器（１００、２００）の発振の周波数を調整する方法が開示されている。発振器（１００、２００）はループ回路を含む。ループ回路は、増幅器（１０１）、遅延要素またはフィルタ（１０３）、移相器（１０２）、移相器（１０２）を調整するためのデバイス、および出力信号を提供するカプラ（１０４）を有する。調整デバイスは移相器（１０２）へ結合されている。
2004506397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１ＧＨｚから２００ＧＨｚの周波数範囲において調整可能な周波数を有する信号を生成するための発振器であって、前記発振器は、
ループ回路を含み、前記ループ回路は、
増幅器と、
遅延要素またはフィルタと、
移相器と、
前記移相器の位相を調整するための手段とを有し、前記調整手段は前記移相器に結合されており、前記ループ回路はさらに、
出力信号を提供するための手段を有する、発振器。
【請求項２】
無線周波数、マイクロ波、およびミリメートル無線通信のいずれか１つにおいて用いるための、請求項１に記載の発振器。
【請求項３】
前記発振器は増幅器または利得ブロックとフィードバック経路とを有し、前記フィードバック経路は前記移相器と前記遅延要素またはフィルタとを含む、請求項１に記載の発振器。
【請求項４】
前記フィルタは帯域通過フィルタである、請求項３に記載の発振器。
【請求項５】
前記移相器と前記利得ブロックとはＭＭＩＣで実現される、請求項３に記載の発振器。
【請求項６】
前記移相器は、無制限の範囲の移相調整を提供するベクトル変調器を含む、請求項１に記載の発振器。
【請求項７】
前記調整手段は電子的に制御可能である、請求項６に記載の発振器。
【請求項８】
前記調整は、前記ベクトル変調器の移相を電子的に調整することによって行なわれる、請求項７に記載の発振器。
【請求項９】
前記遅延要素またはフィルタはマルチセクション帯域通過フィルタであり、マルチセクションフィルタ帯域通過特性は固定されているかまたは電子的に制御されている、請求項１に記載の発振器。
【請求項１０】
前記マルチセクション帯域通過フィルタはマルチ共振器フィルタである、請求項９に記載の発振器。
【請求項１１】
共振器は、ストリップ線路または導波管フィルタを含む高Ｑデバイスである、請求項１０に記載の発振器。
【請求項１２】
前記導波管フィルタの通過帯域は同調範囲を変えるために機械的に調整可能である、請求項１１に記載の発振器。
【請求項１３】
イットリウム鉄ガーネット（ＹＩＧ）同調フィルタをさらに含み、前記フィルタの通過帯域は電子的に調整可能である、請求項１１に記載の発振器。
【請求項１４】
出力信号を提供するための前記手段は前記ループ回路の任意の点に配置されており、前記提供手段は電力分配器またはカプラである、請求項１に記載の発振器。
【請求項１５】
前記出力信号上で動作する分周器（または調波フィルタ）と、
前記ループ回路および前記ベクトル変調器に結合され、前記ループ回路内の信号の周波数を基準信号の周波数と比較するコンパレータとをさらに含み、前記周波数における差は前記移相器を制御するために用いられる、請求項３に記載の発振器。
【請求項１６】
前記コンパレータは、前記ベクトル変調器への第１の出力（粗い）位相調整信号と、前記ループの移相を調整する第２の出力（微細）位相調整信号とを提供する、請求項１５に記載の発振器。
【請求項１７】
前記第１の出力位相調整信号は同相信号と直交信号とを含む、請求項１６に記載の発振器。
【請求項１８】
前記コンパレータは、基準信号への周波数および／または位相ロックを含み得る位相ロックループ制御を提供する位相ロックループ回路を含む、請求項１５に記載の発振器。
【請求項１９】
１ＧＨｚから２００ＧＨｚの周波数範囲で動作する発振器からの出力信号の発振の周波数を調整する方法であって、前記方法は、
ループ回路を含む前記発振器を提供するステップを含み、前記ループ回路は、
増幅器と、
遅延要素またはフィルタと、
移相器と、
前記移相器を調整して無制限の範囲の移相調整を提供するための手段とを有し、前記調整手段は前記移相器に結合されており、前記ループ回路はさらに、
前記出力信号を提供するための手段を有し、前記方法はさらに、
前記移相器での移相を調整して、前記発振器の発振の周波数を必要とされる周波数へ調整するステップを含む、方法。
【請求項２０】
必要とされる周波数の出力信号を発振器から提供する方法であって、前記出力信号は１ＧＨｚから２００ＧＨｚの周波数範囲で調整可能であり、前記方法は、
ループ回路を含む前記発振器を提供するステップを含み、前記ループ回路は、
増幅器と、
遅延要素またはフィルタと、
移相器と、
前記移相器を調整して無制限の範囲の移相調整を提供するための手段とを有し、前記調整手段は前記移相器に結合されており、前記ループ回路はさらに、
出力信号を提供するための手段を有し、前記方法はさらに、
前記出力信号の周波数を必要とされる周波数へ調整するように、前記移相器での移相を調整するステップを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
この発明は一般に電子発振器、特に１ＧＨｚから２００ＧＨｚの周波数範囲で調整可能な電子発振器と、その発振器の発振の周波数を調整する方法と、必要とされる周波数の出力信号をその発振器から提供する方法とに関する。
【０００２】
【背景】
無線周波数信号は通常、発振器と呼ばれる電子回路を用いて生成され、発振器は、直流電気エネルギを必要とされる周波数の信号へ変換する。
【０００３】
発振器の形態は一般に、自己持続している信号がフィードバックループによって維持されるように構成された、同調回路または共振器などの或る形の周波数選択的フィードバックを有する利得ブロックである。無線周波数で通常用いられる別のクラスの発振器があるが、これは負のインピーダンスを用いて発振を生成する。双方の場合において、良好な性能を達成するには、高いクオリティファクタ（Ｑ値）を有する共振器が望ましい。回路のＱは、共振器の３ｄＢ帯域幅によって分割されるその中心周波数である。
【０００４】
このことを詳細に説明するマイクロ波およびミリメートル波発振器についての一般的な参照は、ランダル　Ｗ．レア（Ｒａｎｄａｌｌ Ｗ． Ｒｈｅａ）、「発振器設計およびコンピュータシミュレーション（Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）」、ノーブルパブリッシング（Ｎｏｂｌｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ）、アトランタ（Ａｔｌａｎｔａ）、１９９５年（ＩＳＢＮ１−８８４９３２−３０−４）、１−８７頁に見出すことができる。
【０００５】
場合によっては、発振の周波数の機械的同調は許容可能である。しかし、多くの用途では、発振器の周波数を電子的に設定および／または変調できることが望ましい。これは、バラクタダイオード（または電子的に制御可能な特性を有する同様のデバイス）などの電子部品を、共振回路の一要素として配置することによって達成される。このことは、バラクタダイオードが（機械的に同調された発振器のものと比べ）同調範囲を制限し、制御信号特性に対する不均一な周波数を与え、発振信号の大きさを制限し、集積が難しく、それ自体が電気ノイズの源であるという欠点を有する。用途によっては、同調範囲全体は、望ましくは、電気的同調（微調整用）と機械的同調（粗調整用）の組合せを用いることによって増加される。
【０００６】
共振器の周波数特性に対する位相の傾きは、フィードバック発振器の位相ノイズおよび安定性を規定する。これは共振器のＱ値に関連し、単極共振器については平均の傾きは３ｄＢ帯域幅にわたって９０度で、それはフィルタＱによって分割されるフィルタ中心周波数に等しい。より高いＱ（したがってより低いノイズ）を得るには、帯域幅は減少される必要がある。上述のように、多くの発振器はバラクタダイオードを用いて共振器周波数が調整されるようにしている。このことは得られるＱと同調範囲とを制限する。
【０００７】
任意の所与の共振器にとって最適な位相ノイズ性能は、共振器が最も大きい位相の傾きを有する周波数で起こる。さらなる移相をフィードバック経路へ導入して、動作の最適周波数が確実に得られる、つまり、共振器が最も大きい位相の傾きを有する周波数で発振のための条件が確実に得られるようにしてもよい。単極共振器では、（狭い帯域にわたって）動作の最適点は１つしかない。この最適な設定は手動調整によって、または計算によって得られなければならない。
【０００８】
幅広い帯域幅にわたって大きい位相の傾きを得るための方法は有利である。たとえば、マルチセクションフィルタについては、位相の傾きはフィルタのセクションの数とともに増加し、位相の傾きは拡張された周波数範囲にわたって線形である。したがって、フィルタを変えずに所与の位相の傾きに対してより幅の広い同調範囲を達成することが可能である。しかしその場合、フィードバックループに制御された移相を導入して、ループ全体での移相量を、必要とされる動作周波数で３６０度の倍数となるように調整することが必要である。
【０００９】
開ループ利得は１を超えなければならない。これは、ループ（たとえば可変減衰器を有する）内の利得を調整すること、および／または増幅器が圧縮するようにすることによって達成される。
【００１０】
近年、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）がマイクロ波およびミリメートル波活性回路のコストを削減するために開発された。さらなる情報は「マイクロ波およびミリメートル波発振器の設計における新しい開発（Ｎｅｗ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｎｄ Ｍｉｌｌｉｍｅｔｒｅ−ｗａｖｅ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓ）」、米国電気電子学会（ＩＥＥＥ）−マイクロ波理論および手法特集（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ Ｓｐｅｃｉａｌ）、第４６巻、第１０号、１９９８年１０月、パート２に見出すことができる。ＭＭＩＣの一利点は、所望のクオリティファクタを満たすために必要な外部回路への負抵抗発振器の接続が難しいことである。また、これに代えて、（集積）オンチップ共振器が使用可能であるが、これらはＱ値が低く、同調範囲が制限されている。
【００１１】
マイクロ波およびミリメートル波発振器の一用途は、情報を搬送する信号の源としてである。信号の周波数のいかなるノイズまたは望ましくない摂動も、信号の情報搬送能力の低下をもたらす。
【００１２】
このため、発振器の周波数が１ＧＨｚから２００ＧＨｚの周波数範囲で調整可能な、低ノイズで周波数が調整可能な発振器に対する要求が存在する。
【００１３】
【概要】
この発明の第１の局面によれば、１ＧＨｚから２００ＧＨｚの周波数範囲において調整可能な周波数を有する信号を生成するための発振器が提供される。発振器はループ回路を含み、ループ回路は、
増幅器と、
遅延要素またはフィルタと、
移相器と、
移相器の位相を調整するための手段とを有し、調整手段は移相器に結合されており、ループ回路はさらに、
出力信号を提供するための手段を有する。
【００１４】
この発明の第２の局面によれば、１ＧＨｚから２００ＧＨｚの周波数範囲で動作する発振器からの出力信号の発振の周波数を調整するための方法が提供される。方法は、
ループ回路を含む発振器を提供するステップを含み、ループ回路は、
増幅器と、
遅延要素またはフィルタと、
移相器と、
移相器を調整して無制限の範囲の移相調整を提供するための手段とを有し、調整手段は移相器に結合されており、ループ回路はさらに、
出力信号を提供するための手段を有し、方法はさらに、
移相器での移相を調整して、発振器の発振の周波数を必要とされる周波数へ調整するステップを含む。
【００１５】
この発明の第３の局面によれば、必要とされる周波数の出力信号を発振器から提供するための方法が開示され、出力信号は１ＧＨｚから２００ＧＨｚの周波数範囲で調整可能である。方法は、
ループ回路を含む発振器を提供するステップを含み、ループ回路は、
増幅器と、
遅延要素またはフィルタと、
移相器と、
移相器を調整して無制限の範囲の移相調整を提供するための手段とを有し、調整手段は移相器に結合されており、ループ回路はさらに、
出力信号を提供するための手段を有し、方法はさらに、
出力信号の周波数を必要とされる周波数へ調整するように、移相器での移相を調整するステップを含む。
【００１６】
この発明の少数の実施例を、図面を参照して以下に説明する。
［詳細な説明］
無線周波数からミリメートル帯域幅において動作可能な、調節可能な発振器と、発振器の周波数を調整し、対応する出力信号を提供する方法とが開示される。以下の説明では、多数の詳細が述べられる。しかし、当業者にとっては、変更および／または修正がこの発明の範囲および精神から逸脱することなくなされ得ることが明らかであろう。
【００１７】
この発明の実施例は、無線周波数、マイクロ波およびミリメートル波システムと、これらの波長での信号の生成とに関連し、無線周波数、マイクロ波およびミリメートル無線通信の分野への特定の（しかし排他的ではない）適用を有する。この発明の実施例では、マイクロ波発振器、無線周波数発振器、ミリメートル発振器、またはその組合せであってもよい発振器が用いられる。さらに、発振器は、マイクロ波帯域幅内のマイクロ波周波数帯域、無線周波数帯域幅内の無線周波数帯域、またはミリメートル帯域幅内のミリメートル周波数帯域内でそれぞれ動作するマイクロ波発振器、無線周波数発振器、またはミリメートル発振器であってもよい。
【００１８】
１ＧＨｚから２００ＧＨｚの周波数範囲において調整可能な周波数を有する信号を生成するための発振器を、以下に説明する。発振器はループ回路を含み、ループ回路は、増幅器、遅延要素またはフィルタ、移相器、移相器の位相を調整するための回路またはデバイス、および出力信号を提供するカプラを有する。調整回路は移相器に結合され、カプラは発振器に結合されるかまたは発振器の一部を形成する。１ＧＨｚから２００ＧＨｚの周波数範囲で動作する発振器からの出力信号の発振の周波数を調整する方法も記載される。この方法では、ループ回路を含む発振器が提供され、ループ回路は、増幅器、遅延要素またはフィルタ、移相器、移相器を調整して制限の無い範囲での移相調整を提供するための回路、および出力信号を提供するカプラを有する。調整デバイスは移相器に結合されている。この方法は、移相器での移相を調整して発振器の発振の周波数を必要とされる周波数へ調整するステップを含む。必要とされる周波数の出力信号を、出力信号が１ＧＨｚから２００ＧＨｚの周波数範囲で調整可能な状態で、発振器から提供するさらなる方法が開示されている。この方法では、ループ回路を含む発振器が提供され、ループ回路は、増幅器、遅延要素またはフィルタ、移相器、移相器を調整して制限の無い範囲での移相調整を提供するための回路、および出力信号を提供するカプラを含み、カプラは回路に結合されている。調整回路は移相器に結合されている。この方法は、移相器での移相を調整して出力信号の周波数を必要とされる周波数へ調整するステップを含む。
【００１９】
概略的には、ループ回路は、利得ブロックおよびフィードバック経路に基づいた発振器を含む。フィードバック経路は、移相器と遅延要素または帯域通過フィルタとを含む。好ましくは、移相器は、制限の無い範囲での移相調整を提供するベクトル変調器を含む。好適なベクトル変調器の例は、アシュティアニ　アリ　Ｅ（Ａｓｈｔｉａｎｉ Ａｌｉ Ｅ）他、「ミリメートル波平衡ベクトル変調器を用いた直接マルチレベル搬送波変調（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ−Ｗａｖｅ Ｂａｌａｎｃｅｄ Ｖｅｃｔｏｒ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）」、マイクロ波理論および手法についてのＩＥＥＥ会報（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）、第４６巻、第１２号、１９９８年１２月、２６１１−２６１９頁に開示されており、その内容をここに相互引用により援用する。調整回路は通常、電子的に制御可能である。方法は通常、ベクトル変調器の移相を電子的に調整するステップを含む。
【００２０】
移相器を電子的に制御することは特に有利である。移相器での移相を電子的に制御して、発振の周波数を変え、それにより発振器からの出力信号の周波数を変えることが可能である。コスト削減のため、移相器と利得ブロックとはＭＭＩＣで実現されてもよい。移相器としてのベクトル変調器は好ましく、移相が任意の数の３６０度回転にわたって断続的に変更可能であるという、従来の移相器をしのぐ利点を有する。これにより、発振器の動作周波数は、遅延要素または帯域通過フィルタの全通過帯域、たとえばフィルタの全通過帯域にわたって（電子的に）連続して同調されるようになる。
【００２１】
ＭＭＩＣ技術を用いることによって、活性回路は所与のフィルタよりももっと幅広い動作周波数範囲を有するようにもなる。発振器の動作範囲は、異なるフィルタを代用することによって変更可能である。フィルタは通常、無線周波数範囲、マイクロ波範囲、ミリメートル範囲、およびその組合せからなるグループから選択された周波数範囲内で発振器が動作するように選ばれる。
【００２２】
遅延要素または帯域通過フィルタは通常、マルチ共振器フィルタなどのマルチセクションフィルタ、または伝送線である。マルチセクションフィルタ帯域通過特性は、固定されても電子的に制御されてもよい。共振器は、ストリップ線路または導波管フィルタなどの高Ｑデバイスであってもよい。後者の場合、導波管フィルタの通過帯域を機械的に調整して同調範囲を変更することができる。また、これに代えて、イットリウム鉄ガーネット（ＹＩＧ）同調フィルタを用いる場合、その通過帯域は電子的に調整されてもよい。
【００２３】
カプラは、ループ回路の任意の点で結合されてもよい。
発振器は、出力信号上の分周器（または調波ミキサ）を用いて基準信号へ位相および／または周波数ロックされ、基準信号と比較可能な信号を生成することができる。差は、移相器を制御し、それにより信号をロックするために用いられる。このため、発振器は、ループ回路内のカプラへ結合されることなどによってループ回路へ結合されるコンパレータと、ループ回路内の信号の周波数を基準信号の周波数と比較するベクトル変調器とをさらに含んでいてもよい。第１の出力（粗い）位相調整信号が、コンパレータによってベクトル変調器へ提供される。第１の出力位相調整信号は普通、同相信号と直交信号という２つの信号を含む。コンパレータは、ループの移相を調整する第２の出力（微細）位相調整信号をさらに提供してもよく、その場合、コンパレータはループ内の範囲が限定された連続移相器にも結合される。第２の出力（微細）位相制御は、増幅器位相応答を変える増幅器バイアスを変えることによって、またはさらなる範囲限定移相器の代替的な実現によって達成されてもよい。特に、コンパレータは、標準位相ロックループ手法の使用による基準信号への周波数および／または位相ロックを含み得る位相ロックループ制御を提供する位相ロックループ回路を含んでいてもよい。この例は、ガードナー、Ｆ．Ｍ．（Ｇａｒｄｎｅｒ， Ｆ． Ｍ．）「位相ロック手法（Ｐｈａｓｅｌｏｃｋ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）」、ワイリー（Ｗｉｌｅｙ）、ニューヨーク（Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ）、１９６７年、７−７７頁を含み、その内容を相互引用により援用する。
【００２４】
この発明に従った発振器の特性は、幅広い同調範囲、高出力電力、低位相ノイズ、線形同調、および低コストのうちの１つまたはそれ以上を含む。
【００２５】
図１は、一実施例に従った調整可能な発振器を示すブロック図である。発振器はループ回路１００を含み、ループ回路１００は、入力および出力を有する増幅器１０１と、入力、出力、およびコントローラ入力１１４を有する連続移相器１０２と、入力および出力を有する遅延要素または帯域通過フィルタ１０３と、１入力および３出力を有する３分割カプラ１０４とを有する。増幅器１０１の出力は配線１１０によって移相器１０２の入力へ連結されている。遅延要素または帯域通過フィルタ１０３の入力は、配線１１１によって移相器１０２の出力へ連結されている。３分割カプラ１０４の入力は配線１１２によってフィルタ１０３の出力へ連結されている。カプラ１０４の出力のうちの１つは出力パワー１０５を配線１１６を介して提供し、カプラ１０４の別の出力は配線１１３によって増幅器１０１の入力へ連結されており、カプラ１０４の第３の出力は、必要であれば、配線１１５によってモニタ１０７（スペクトル分析器または周波数メータなど）へ連結される。コントローラ１０６は配線１１４によって移相器１０２に連結され、制限の無い範囲での移相調整を提供するよう移相器１０２を調整する。増幅器１０１、移相器１０２、およびフィルタ１０３は、この発明の範囲および精神から逸脱することなく、数々の異なる構成でともに連結されて、ループ回路１００を形成してもよい。カプラ１０４は、ループ回路の任意の点でループ回路１００に連結されて出力パワー１０５を提供してもよい。
【００２６】
使用の際、直流パワーがループ１００に印加され、出力パワー１０５での周波数は、コントローラ１０６を介して移相器１０２の移相を手動で調整することによって調整される。
【００２７】
直流パワーが図１の回路に印加される場合、回路は、ループ１００における総遅延が遅延要素または帯域通過フィルタ１０３の帯域通過内の周波数での周期の整倍数である状態であっても、そうでなくてもよい。条件が満たされた場合、回路は発振し、それ以外の場合には回路１００は発振しない。信号は配線１１５上のモニタポートで観測され、移相器１０２の位相は信号が観測されるまで増加される。移相のさらなる増加によって発振の周波数は変更され、位相は次に、発振の周波数が所望の値となるまで調整可能である。
【００２８】
位相がさらに増加されるにつれて、或る点で発振は止まるが、位相のさらなる増加の後で再び始まる。周波数も、遅延要素または帯域通過フィルタ１０３の帯域通過によって設定される範囲の一方の端から他方の端近傍の周波数へジャンプする。必要とされる周波数を達成するためには、位相を減少させることが必要かもしれない。上述のすべての事項において、意味は反対であってもよい。つまり、パワーが印加された後で移相を減少させることによって動作が開始されてもよい。必要とされる周波数に一旦近づくと、周波数は、移相器の位相を増加または減少させることによって微細に、および連続して調整されてもよい。調整の意味は、遅延要素または帯域通過フィルタ１０３の位相の傾きの意味によって決定される。
【００２９】
図２は、図１と同じループ内の構成要素１０１、１０２、１０３、１０４を有するループ回路２００を含む発振器を示す。しかし、第２の実施例に従ったこの回路２００では、モニタ１０７、配線１１５、コントローラ１０６、および配線１１４はフィードバック経路に置換えられており、フィードバック経路は、配線１１７によって分割器１０４へ接続されている位相および周波数メータ１０８と、配線１１８（位相エラー）を介してループフィルタ１０９へ接続され、次に制御配線１１９によって移相器１０２へ接続された出力とを含む。
【００３０】
使用の際、図２の回路２００は、標準位相ロックループ手法を応用して、位相および周波数メータ１０８を用いてその周波数および／または位相を測定することによって安定化される。これは、配線１１７を介してカプラ１０４からの出力をサンプリングし、その出力を位相および周波数メータ１０８内の周波数基準と比較することによって行なわれる。結果として生じるエラー信号は配線１１８を介してループフィルタ１０９へ送られる。ループフィルタ出力１１９は移相器１０２の移相を制御し、ループ回路２００において必要とされる周波数および／または位相が得られる。
【００３１】
連続移相器の或る特定の実現化例は、上に言及されたベクトル変調器である。図３は、移相器１０２のブロック図である。これは、ベクトル変調器３０９と範囲限定連続移相器３０７とを含む。図４に示された制御回路とともにこれらの構成要素を用いて、図１および２の移相器１０２を実現してもよい。ベクトル変調器３０９はＲＦ入力３０８とＲＦ出力１１１とを有する。入力信号３０８は分配器３０３によって等しい２つのパワー信号に分割され、その信号のうちの１つは移相器３０２によって９０度移相される。入力信号と移相された入力信号とは次に２つのミキサ３０６、３０５へそれぞれ送られ、ミキサ３０５、３０６の出力は相対的な遅延なくＲＦ結合器３０４において結合され、出力信号１１１が提供される。この構成では、ベクトル変調器３０９は、ミキサ３０６を介する同相信号４０７とミキサ３０５を介する直交する信号４０６とによって制御され、この同相信号および直交信号は好ましくは、ベクトル変調器３０９を介する必要な移相の正弦および余弦である。
【００３２】
信号１１９は微細位相制御信号を移相器３０７へ提供し、移相器３０７はＲＦ入力信号１１０も受取る。信号１１９は、検出器４２０の出力がデジタルＩおよびＱ発生器４２１へ提供される前に、ウィンドウ検出器４２０へも提供される。発生器４２１の出力はそれぞれのデジタルアナログ変換器４２２および４２３へ提供され、同相および直交する信号４０６および４０７を生成する。
【００３３】
多数の３６０度の範囲を与えるベクトル変調器または移相器の他の実現化例が使用可能である。各ミキサは理想的には、制御信号に依存して、その入力信号を−１から＋１の値で乗ずることができる。実際には、そのようなミキサは、１ではない利得を有する場合がある。直交する信号（つまり、信号間で９０度の相対移相）とともに送られる２つのそのようなミキサの出力を加えることによって、いかなる所望の位相も得ることができる。
【００３４】
図４は、位相および周波数メータ１０８としての使用に好適な回路の詳細を概略的に示す。この実現化例では、発振器信号１１７のサンプルは調波ミキサ４０３によって低周波数４０９へミックスダウンされ、調波ミキサ４０３は基準周波数４０１によってポンピングされる。別の基準周波数４０２が位相／周波数検出器４０４において低周波数サンプル４０９と比較され、位相／周波数検出器４０４は位相および周波数エラー信号１１８である出力を有する。
【００３５】
エラー信号１１８は図２のループフィルタ１０９を通過して制御信号１１９を生成し、それは図３のウィンドウ検出器４２０内の２つのしきい値と比較される。エラーが上方または下方のしきい値の外側にある場合、必要とされる位相の値は増加または減少され、エラー信号が上方および下方のしきい値の間にある場合には動作は起こらない。図３のデジタルＩおよびＱ発生器４２１はマイクロプロセッサを用いて実現可能であり、制御角の正弦および余弦に対するデジタル値を生成し、それらはデジタルアナログ変換器４２２および４２３へ通されて、ＩおよびＱ制御信号４０６および４０７が生成される。デジタル実現は結果として生じる位相回転において量子化を生み出す。
【００３６】
連続的な制御が必要とされるため、別個の線形アナログ移相器が通常用いられる。しかしこれは小さい位相範囲（通常１０度未満）にわたって動作する。エラー１１９がしきい値間にある場合、ベクトル変調器位相に対するデジタル値は調整されず、位相への微調整を行なうためにエラー信号１１９が直接用いられる。これは、図２に示されたループ内の増幅器１０１上のバイアスを調整することによって、または、他の（周知の）手段、たとえば伝送位相のバラクタダイオード制御を有するローパスフィルタなどによって実現されてもよい範囲の小さい連続移相器によって行なわれてもよい。
【００３７】
範囲限定移相器の他の実現化例も同様に使用可能である。また、これに代えて、デジタルアナログ変換器の出力を平滑化するディザリング手法を用いることによって、連続線形アナログ移相器の必要性をなくすことができる。
【００３８】
ループ内で位相を連続して回転させる能力は、発振開始と、発振の周波数をフィルタ通過帯域の任意の部分に同調させる能力とを確実にするために必要とされる。簡単に構成されるベクトル変調器は、内部ミキサ要素からの反射のため、傾きの変動、または制御増分に対する非単調位相すらをも提示する場合がある。
【００３９】
連続移相器の範囲は、オーバーシュートおよび非単調性を見込んで、離散形の移相器のステップサイズを幾分超えなければならない。ベクトル変調器によって誘導された移相の変化の速度が連続移相器の補償する能力に対して遅いならば、位相は初めに間違った方向へ行き、連続移相器によって追跡される場合があるだろう。連続ループのループ帯域幅は一般に高いことが望まれるため、このことは問題となるべきではない。ループが初めにロックされたと仮定すると、連続移相器の範囲が最も大きいステップ変更に対処するのに十分であるならば、ベクトル変調器が遷移事象内で２回変わることが確実に誘発されないようにする必要はない。このアプローチの主要な利点は、ループの変化パターンが、典型的なベクトル変調器におけるより大きな利得変動に対しては相対的に一定とみなせる、連続移相器の利得に関連している点である。
【００４０】
エラーを正弦および余弦制御信号へ変換するための電子回路は、ルックアップテーブル、または、コーディックプロセッサなど、もしくはプログラマブルマイクロコンピュータを用いた計算の形をとり得る。この正弦および余弦への変換は連続アナログ手段を用いて行なわれてもよく、このためさらなる微細制御に対する必要性がなくなる。
【００４１】
発振器のＱ値、したがって安定性およびスペクトル純度は、周波数特性に対する位相の傾きに関連するため、遅延要素または帯域通過フィルタ１０３によって決定される。シングルセクション帯域通過フィルタについては、狭い帯域幅という犠牲を払って高いＱが得られる。図１および２の回路では、マルチセクションフィルタ１０３を用いて、電気的同調範囲がより幅広い高いＱが維持される。
【００４２】
他の実現化例は、最適の性能を達成するために必要な固有の単一位相および増幅値を有するシングルセクションフィルタと、それが発振する狭い範囲の値とを用いてもよい。
【００４３】
図１および２の発振器は、帯域幅は広い（オクターブよりも大きい）ものの特定の発振器の電気的同調範囲は選択されたフィルタの帯域幅によって規定されている活性構成要素を用いて構成可能である。１組の活性構成要素は次に、異なるフィルタを用いることによって幅広いさまざまな周波数に対して使用可能である。これはより低い動作および製造コストをもたらす。たとえば一実現化例では、電子的同調範囲が３００ＭＨｚの発振器が構築された。帯域通過フィルタのみを置換えることによって、同じ回路は１８ＧＨｚから２６ＧＨｚの範囲にわたって機能した。
【００４４】
位相および周波数メータ１０８は自動的に最適な動作点を見つけるため、図２の発振器では手動整列は必要とされない。（つまり、共振器は、その通過帯域が必要とされる周波数を含んでいる場合には、特定の周波数に同調される必要がない。）
上述の発振器の別の利点は、高い信号レベルで動作が影響を受けるバラクタがないため、発振器がより高い出力電力で動作可能であるということである。増幅器は必要とされる限定機能も提供する。
【００４５】
１ＧＨｚから２００ＧＨｚの調整可能な周波数を有する信号を生成するための発振器、発振器からの出力信号の発振の周波数を調整する方法、および、必要とされる周波数の出力信号を発振器から提供する方法が説明されてきた。この開示に鑑みて、修正および／または変更が、この発明の範囲および精神から逸脱することなく記載された実施例になされ得ることは、当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に従った発振器回路１００の概略図である。
【図２】この発明の別の実施例に従った、位相ロックループを含む発振器回路２００の概略図である。
【図３】図１および２に示された実施例において用いられる移相器の概略図である。
【図４】図２に関連して用いられる位相ロックループ制御回路の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成13年12月14日(2001.12.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線周波数（ＲＦ）、マイクロ波およびミリメートル波周波数の周波数範囲において調整可能な周波数を有する信号を生成するための発振器であって、前記発振器は、
ループ回路を含み、前記ループ回路は、
増幅器または利得ブロックと、
遅延要素またはフィルタと、
無制限の範囲の移相調整を提供するベクトル変調器を含む移相器と、
前記移相器の位相を調整するための手段とを有し、前記調整手段は前記移相器に結合されており、前記ループ回路はさらに、
出力信号を提供するための手段を有する、発振器。
【請求項２】
１ＧＨｚから２００ＧＨｚの周波数範囲で用いるための、請求項１に記載の発振器。
【請求項３】
前記ループ回路は、前記移相器と前記遅延要素またはフィルタとを含むフィードバック経路を有する、請求項１に記載の発振器。
【請求項４】
前記フィルタは帯域通過フィルタである、請求項３に記載の発振器。
【請求項５】
前記移相器と前記利得ブロックとはＭＭＩＣで実現される、請求項３に記載の発振器。
【請求項６】
前記調整手段は電子的に制御可能である、請求項１に記載の発振器。
【請求項７】
前記電子的に制御可能な調整は、前記ベクトル変調器の移相を調整することによって行なわれる、請求項６に記載の発振器。
【請求項８】
前記遅延要素またはフィルタはマルチセクション帯域通過フィルタであり、マルチセクションフィルタ帯域通過特性は固定されているかまたは電子的に制御されている、請求項１に記載の発振器。
【請求項９】
前記マルチセクション帯域通過フィルタはマルチ共振器フィルタである、請求項８に記載の発振器。
【請求項１０】
共振器は、ストリップ線路または導波管フィルタを含む高Ｑデバイスである、請求項９に記載の発振器。
【請求項１１】
前記導波管フィルタの通過帯域は同調範囲を変えるために機械的に調整可能である、請求項１０に記載の発振器。
【請求項１２】
イットリウム鉄ガーネット（ＹＩＧ）同調フィルタをさらに含み、前記フィルタの通過帯域は電子的に調整可能である、請求項１０に記載の発振器。
【請求項１３】
出力信号を提供するための前記手段は前記ループ回路の任意の点に配置されており、前記提供手段は電力分配器またはカプラである、請求項１に記載の発振器。
【請求項１４】
前記出力信号上で動作する分周器（または調波フィルタ）と、
前記ループ回路および前記ベクトル変調器に結合され、前記ループ回路内の信号の周波数を基準信号の周波数と比較するコンパレータとをさらに含み、前記周波数における差は前記移相器を制御するために用いられる、請求項３に記載の発振器。
【請求項１５】
前記コンパレータは、前記ベクトル変調器への第１の出力（粗い）位相調整信号と、前記ループの移相を調整する第２の出力（微細）位相調整信号とを提供する、請求項１４に記載の発振器。
【請求項１６】
前記第１の出力位相調整信号は同相信号と直交信号とを含む、請求項１５に記載の発振器。
【請求項１７】
前記コンパレータは、基準信号への周波数および／または位相ロックを含み得る位相ロックループ制御を提供する位相ロックループ回路を含む、請求項１４に記載の発振器。
【請求項１８】
無線周波数（ＲＦ）、マイクロ波およびミリメートル波周波数の周波数範囲で動作する発振器からの出力信号の発振の周波数を調整する方法であって、前記方法は、
ループ回路を含む前記発振器を提供するステップを含み、前記ループ回路は、
増幅器または利得ブロックと、
遅延要素またはフィルタと、
無制限の範囲の移相調整を提供するベクトル変調器を含む移相器と、
前記移相器を調整するための手段とを有し、前記調整手段は前記移相器に結合されており、前記ループ回路はさらに、
前記出力信号を提供するための手段を有し、前記方法はさらに、
前記移相器での移相を調整して、前記発振器の発振の周波数を必要とされる周波数へ調整するステップを含む、方法。
【請求項１９】
１ＧＨｚから２００ＧＨｚの周波数範囲で用いるための、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
必要とされる周波数の出力信号を発振器から提供する方法であって、前記出力信号は無線周波数（ＲＦ）、マイクロ波およびミリメートル波周波数の周波数範囲で調整可能であり、前記方法は、
ループ回路を含む前記発振器を提供するステップを含み、前記ループ回路は、
増幅器または利得ブロックと、
遅延要素またはフィルタと、
無制限の範囲の移相調整を提供するベクトル変調器を含む移相器と、
前記移相器を調整するための手段とを有し、前記調整手段は前記移相器に結合されており、前記ループ回路はさらに、
出力信号を提供するための手段を有し、前記方法はさらに、
前記出力信号の周波数を必要とされる周波数へ調整するように、前記移相器での移相を調整するステップを含む、方法。
【請求項２１】
１ＧＨｚから２００ＧＨｚの周波数範囲で用いるための、請求項２０に記載の方法。
【国際調査報告】
2004506397.tif 000031
2004506397.tif 000032
2004506397.tif 000033