(57)【要約】【課題】発振周波数の安定性及び周波数の過渡応答性において従来よりも優れた多周波発振器を提供する。【解決手段】水晶振動子を少なくとも備え、変調信号発生器５から入力された変調信号によって水晶振動子の発振周波数を調整する基準信号発生器１２と、位相比較器６、ループフィルタ７及び電圧制御発振器８を少なくとも備え、基準信号発生器１１の出力と電圧制御発振器８の出力とを位相比較器６で位相比較するＰＬＬ１１とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶振動子を少なくとも備え、変調信号発生器から入力された変調信号によって水晶振動子の発振周波数を調整する基準信号発生器と、
位相比較器、ループフィルタ及び電圧制御発振器を少なくとも備え、基準信号発生器の出力と電圧制御発振器の出力とを位相比較器で位相比較するＰＬＬと
を具備することを特徴とする多周波発振器。
【請求項２】
電圧制御発振器と位相比較器との間に分周期を備えることを特徴とする請求項１記載の多周波発振器。
【請求項３】
請求項１または２記載の多周波発振器と、
電圧制御発振器の出力に接続された送信アンテナと
を具備することを特徴とするの多周波送信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の周波数の信号を発振する多周波発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
多周波ＣＷ方式の距離センサは、複数の周波数の信号（送信信号）を対象物に照射し、当該送信信号の反射信号を検出することにより対象物の移動速度を計測する装置である。このような多周波ＣＷ方式の距離センサは、対象物の移動に基づく反射信号のドップラシフト（周波数偏移）を検出することにより対象物の移動速度を計測するものであり、送信信号として連続波信号（ＣＷ信号）を用いる。
【０００３】
このような多周波ＣＷ方式の距離センサでは、電圧制御発振器（ＶＣＯ）にステップ信号を変調信号として入力することによりステップ電圧に応じた複数の周波数信号を発生さる多周波発振器、あるいはＰＬＬのループフィルタの出力にステップ信号（変調信号）を加算することによりステップ電圧に応じた複数の周波数信号を発生さる多周波発振器が採用されている。例えば、下記特許文献１には、このような多周波ＣＷ方式の距離センサの一例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２５８７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記２つの方式の多周波発振器のうち、前者は発振周波数がオープンループ（開ループ）で制御される方式なので、前者には発振周波数の安定性が悪いという問題がある。また、後者は発振周波数がクローズドループ（閉ループ）で制御される方式なので、ループフィルタの時定数やループゲインにも依るが、発振周波数の安定性に優れているものの発振周波数の切換時点における過渡的な周波数応答が悪いために、周波数が安定している時間幅が狭くなるという問題がある。したがって、このような多周波発振器を用いた多周波ＣＷ方式の距離センサは、送信信号の周波数品質に起因する距離計測誤差が発生する。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、発振周波数の安定性及び周波数の過渡応答性に優れた多周波発振器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明では、多周波発振器に係る第１の解決手段として、水晶振動子を少なくとも備え、変調信号発生器から入力された変調信号によって水晶振動子の発振周波数を調整する基準信号発生器と、位相比較器、ループフィルタ及び電圧制御発振器を少なくとも備え、基準信号発生器の出力と電圧制御発振器の出力とを位相比較器で位相比較するＰＬＬとを具備する、という手段を採用する。
【０００８】
多周波発振器に係る第２の解決手段として、上記第１の手段において、電圧制御発振器と位相比較器との間に分周期を備える
、という手段を採用する。
【０００９】
また、本発明では、多周波送信器に係る解決手段として、上記第１または第２の解決手段に係る多周波発振器と、電圧制御発振器の出力に接続された送信アンテナとを具備する、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、変調信号発生器から入力された変調信号によって水晶振動子の発振周波数を調整する基準信号発生器を備え、当該基準信号発生器の出力と電圧制御発振器の出力とをＰＬＬループを構成する位相比較器で位相比較するので、発振周波数の安定性及び周波数の過渡応答性において従来よりも優れた多周波発振器を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る多周波送信器Ａの機能構成を示す回路図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る多周波送信器Ａの性能を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る多周波送信器Ａは、図１に示すように、水晶振動子発振用ＩＣ１、３つのコンデンサ２〜４、変調信号発生器５、位相比較器６、ループフィルタ７、ＶＣＯ８（電圧制御発振器：Voltage Controled Oscilator）、分周器９及び送信アンテナ１０から構成されている。このような多周波送信器Ａは、多周波ＣＷ方式の距離センサの一部（送信部）を構成するものである。
【００１３】
また、上記各構成要素のうち、位相比較器６、ループフィルタ７、ＶＣＯ８及び分周器９はＰＬＬ（Phase Lock Loop）１１を構成している。また、水晶振動子発振用ＩＣ１、３つのコンデンサ２〜４及び変調信号発生器５は、このようなＰＬＬ１１に対して基準信号を提供する基準信号発生器１２を構成している。
【００１４】
水晶振動子発振用ＩＣ１は、水晶振動子と増幅器とからなる発振専用ＩＣであり、外付け部品としての３つのコンデンサ２〜４と共に発振回路を構成する。周知のように、水晶振動子を用いた発振回路は、圧電体やＬＣ共振回路を用いた発振回路に比べて極めて高いＱの発振特性を有する。すなわち、水晶振動子発振用ＩＣ１と３つのコンデンサ２〜４とからなる発振回路は、周波数純度が極めて高い信号を上記基準信号として位相比較器６に出力する。
【００１５】
３つのコンデンサ２〜４は、上記水晶振動子と共に発振条件を満足させるための静電容量を水晶振動子発振用ＩＣ１に提供する２端子の外付け部品である。上記水晶振動子発振用ＩＣ１は、３つのコンデンサ２〜４が接続されることにより所定の発振条件を満たし、自励発振可能な状態となる。このような３つのコンデンサ２〜４のうち、コンデンサ２及びコンデンサ３は、図示するように水晶振動子発振用ＩＣ１の所定の接続端子とグランド（接地）との間に直列接続された状態で挿入されている。なお、コンデンサ３は、図示するように静電容量が調整可能な可変コンデンサである。
【００１６】
すなわち、コンデンサ２の一端は水晶振動子発振用ＩＣ１の接続端子に接続され、コンデンサ２の他端はコンデンサ３の一端に接続され、コンデンサ３の他端はグランド（接地）に接続されている。また、残りのコンデンサ４は、上記接続端子とは異なる水晶振動子発振用ＩＣ１の接続端子とグランド（接地）との間に挿入されている。すなわち、コンデンサ４の一端は水晶振動子発振用ＩＣ１の接続端子に接続され、コンデンサ４の他端はグランド（接地）に接続されている。
【００１７】
変調信号発生器５は、所定周期かつ電圧のステップ信号を水晶振動子発振用ＩＣ１に対する変調信号として生成・出力するものであり、図示するように出力端が上記コンデンサ２とコンデンサ３との接続点に接続されている。この変調信号発生器５が出力する変調信号は、上記水晶振動子発振用ＩＣ１の出力周波数をステップ状に変動させるためものである。すなわち、水晶振動子発振用ＩＣ１は、コンデンサ２を介して変調信号が入力されると、当該変調信号のステップ電圧に応じて出力周波数を変化させる。
【００１８】
位相比較器６は、分周器９から入力される分周信号を比較信号として上記基準信号と位相比較し、両者の位相誤差に応じた誤差信号をループフィルタ７に出力する。ループフィルタ７は、抵抗（Ｒ）とコンデンサ（Ｃ）とから構成されたローパスフィルタ（低域通過フィルタ）である。すなわち、ループフィルタ７は、抵抗の抵抗値とコンデンサの静電容量とによって規定される時定数に基づいて、上記誤差信号に含まれる高周波成分を除去し、直流成分をも含む低周波成分のみを電圧制御信号としてＶＣＯ８に出力する。
【００１９】
ＶＣＯ８は、電圧制御信号によって発振周波数が規定される発振回路である。すなわち、ＶＣＯ８は、上記比較信号と基準信号との位相誤差に応じた周波数の発振信号を分周器９及び送信アンテナ１０に出力する。分周器９は、上記発振信号を所定の分周比Ｎで分周することにより低周波化する。この分周器９は、このような低周波化された信号、つまり発振信号の周波数を分周比Ｎで除算した周波数の信号を上記比較信号として位相比較器６に出力する。なお、この分周器９は、ＰＬＬ１１の必須構成要素ではなく、必要に応じて削除してもよい。
【００２０】
送信アンテナ１０は、上記ＶＣＯ８から入力された発振信号を電波として外部に放射するものである。例えば、多周波ＣＷ方式の距離センサでは、マイクロ波帯の送信波を移動体に放射し、その反射波を受信することによって移動体の速度を計測するが、送信アンテナ１０は、上記マイクロ波帯の送信波を移動体に放射するパッチアンテナ（マイクロストリップアンテナ）である。
【００２１】
次に、このように構成された多周波送信器Ａの動作について、図２をも参照して詳しく説明する。
【００２２】
図２（ａ）は、変調信号発生器５が出力する変調信号の波形を示している。この図に示すように、変調信号は、一定周期でロー電圧とハイ電圧とがステップ状に繰り返すステップ信号である。図２（ｂ）は、このような変調信号が入力されることで水晶振動子発振用ＩＣ１から出力される基準信号の周波数変化を示している。この図に示すように、基準信号は、上記変調信号のロー電圧の期間ＴＬでは周波数ｆａとなり、ハイ電圧の期間ＴＨでは周波数ｆａとは異なる周波数ｆｂにステップ状に変化する信号である。すなわち、基準信号は、変調信号の波形に対して周波数が極めて応答性良く変化する信号である。
【００２３】
このような基準信号がＰＬＬ１１内の位相比較器６に入力されると、位相比較器６から出力される誤差信号がループフィルタ７を介してＶＣＯ８に入力さることに起因してＶＣＯ８の発振周波数が調整されるので、比較信号として位相比較器６に入力される分周信号は、周波数が基準信号の周波数に引き込まれ（周波数ロック）、さらに位相も基準信号の位相に同期する（位相ロック）。
【００２４】
上記周波数ロック及び位相ロックが成立した状態において、比較信号（分周信号）の周波数は基準信号の周波数と等しくなるので、ＶＣＯ８の発振周波数つまり発振信号の周波数は、基準信号の周波数のＮ倍つまり基準信号の周波数に分周器９の分周比Ｎを乗算した周波数となる。図２（ｃ）の実線は、上記発振信号（送信信号）の周波数変化を示しているが、当該周波数変化は、基準信号の周波数変化つまり変調信号の電圧変化に極めて忠実な変化である。
【００２５】
これに対して、図２（ｃ）に二点鎖線で示す周波数変化は、ＰＬＬのループフィルタの出力にステップ状の変調信号を加算する従来の多周波送信器の周波数変化を示している。すんわち、従来の周波数変化は、ＰＬＬのループフィルタの出力にステップ状の変調信号を加算するもの、つまりＰＬＬ内に変調信号を加えるものなので、ＰＬＬにおけるループフィルタの時定数及びループゲイン等の影響によって、変調信号の電圧変化に対して応答性が悪い。
【００２６】
本多周波送信器Ａによれば、基準信号の周波数を変調信号によってステップ状に変化させるので、基準信号は、ＰＬＬ１１を構成するループフィルタ７の時定数及びＰＬＬ１１のループゲイン等に影響されることなく高速に周波数変化するので、従来よりも周波数の過渡応答性に優れている。また、基準信号は、水晶振動子発振用ＩＣ１で生成されるのでＱ値が極めて高い信号なので、本多周波送信器Ａによれば、発振信号（送信信号）の周波数安定性が高い。
【００２７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、水晶振動子発振用ＩＣ１で生成される基準信号を変調信号でステップ状に周波数変化させるが、上述したように水晶振動子発振用ＩＣ１で生成される基準信号のＱ値は極めて高いので、基準信号の周波数変化幅は自ずと小さなものである。すなわち、発振信号（送信信号）の周波数変化幅も自ずと小さなものとなる。したがって、発振信号（送信信号）の周波数変化幅を比較的大きくとるためには、水晶振動子の中でも比較的Ｑ値の小さなものを選定する必要がある。
【００２８】
（２）上記実施形態では、３つのコンデンサ２〜４を外付け部品として使用するタイプの水晶振動子発振用ＩＣ１を用いたが、本発明はこれに限定されない。より少ない外付けコンデンサを使用するタイプの水晶振動子発振用ＩＣを採用してもよい。
【符号の説明】
【００２９】
１…水晶振動子発振用ＩＣ、２〜４…コンデンサ、５…変調信号発生器、６…位相比較器、７…ループフィルタ、８…ＶＣＯ（電圧制御発振器：Voltage Controled Oscilator）、９…分周器、１０…送信アンテナ、１１…ＰＬＬ、１２…基準信号発生器
【図１】
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【図２】
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