(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドレイン電極側のスタブ及びソース電極側のインダクタの作用により発振周波数でピークの反射利得を有するトランジスタである発振手段と、ドレイン電極側のスタブ及びソース電極側のインダクタの作用により上記発振周波数でピークの反射利得を有するトランジスタである共振手段と、上記発振手段のゲート電極と上記共振手段のゲート電極との間に接続され、上記発振手段の位相と上記共振手段の位相を同相にするマイクロストリップ線路と、上記共振手段のソース電極側のインダクタと接続され、上記発振周波数を変化させる可変容量手段とを備えた電圧制御発振器。
【請求項２】
ドレイン電極側のスタブ及びソース電極側のインダクタの作用により発振周波数でピークの反射利得を有するトランジスタである発振手段と、ドレイン電極側のスタブ及びソース電極側のインダクタの作用により上記発振周波数でピークの反射利得を有するトランジスタである共振手段と、上記発振手段のゲート電極と上記共振手段のゲート電極との間に接続され、上記発振手段の位相と上記共振手段の位相を同相にするマイクロストリップ線路と、上記共振手段のドレイン電極側のスタブと上記共振手段のドレイン電極との間に接続され、上記発振周波数を変化させる可変容量手段とを備えた電圧制御発振器。
【請求項３】
ドレイン電極側のスタブ及びソース電極側のインダクタの作用により発振周波数でピークの反射利得を有するトランジスタである発振手段と、ドレイン電極側のスタブ及びソース電極側のインダクタの作用により上記発振周波数でピークの反射利得を有するトランジスタである共振手段と、上記発振手段のゲート電極と上記共振手段のゲート電極との間に接続され、上記発振手段の位相と上記共振手段の位相を同相にするマイクロストリップ線路と、上記発振手段のソース電極側のインダクタと接続され、上記発振周波数を変化させる可変容量手段とを備えた電圧制御発振器。
【請求項４】
ドレイン電極側のスタブ及びソース電極側のインダクタの作用により発振周波数でピークの反射利得を有するトランジスタである発振手段と、ドレイン電極側のスタブ及びソース電極側のインダクタの作用により上記発振周波数でピークの反射利得を有するトランジスタである共振手段と、上記発振手段のゲート電極と上記共振手段のゲート電極との間に接続され、上記発振手段の位相と上記共振手段の位相を同相にするマイクロストリップ線路と、上記発振手段のソース電極側のインダクタ及び上記共振手段のソース電極側のインダクタと接続され、上記発振周波数を変化させる可変容量手段とを備えた電圧制御発振器。
【請求項５】
発振手段が電界効果トランジスタであり、共振手段が電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の電圧制御発振器。
【請求項６】
発振手段がアクティブ素子であり、共振手段がアクティブ素子であることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の電圧制御発振器。
【請求項７】
発振手段がアクティブ素子であり、共振手段が上記アクティブ素子と異なるアクティブ素子であることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の電圧制御発振器。
【請求項８】
基本波からＮ−１倍波までに対応可能な反射回路を出力端子に接続することを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載の電圧制御発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロ波及びミリ波帯の無線通信システムや、レーダシステムの送受信機に用いられる電圧制御発振器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１４は従来の電圧制御発振器を示す構成図であり、図において、１は出力端子、２は負性抵抗成分を有する発振素子である電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴという）、３はＦＥＴ２と接続された共振器、４は９０度インバータ線路、５は所望の周波数の１／２波長を有する主共振器、６はインダクタ、７はＦＥＴ２の発振周波数を変化させる可変容量ダイオード、８は可変容量ダイオード７の電圧制御端子である。
【０００３】
次に動作について説明する。
電圧制御発振器は、負性抵抗成分を有するＦＥＴ２に共振器３が接続されることにより、ループ利得を作り出し、かつ、ループの位相が同相で重ね合わされることにより、電力を増幅して発振動作を行う。
共振器３には可変容量ダイオード７が搭載され、可変容量ダイオード７に供給する直流電圧を制御して、可変容量ダイオード７の容量を変化させることにより、ＦＥＴ２の発振周波数を変化させる。
【０００４】
ここで、図１５に示すように、ＦＥＴ２と共振器３の接続点で分離し、共振器３側の反射をＳ１１、ＦＥＴ２側の反射をＳ２２とすると、Ｓ１１は図１６に示すように、中心周波数ｆｏで損失を有するような振幅になる。一方、Ｓ２２は図１７に示すように、中心周波数ｆｏで利得を有するように設計を行う。これらを足し合わせたものがループ利得であり、図１８のように中心周波数ｆｏで利得を有する。また、ループの位相に関しては、図１９に示すように０度（つまり同相）になった点で発振条件を満たすので、適当な線路長を挿入することにより、中心周波数ｆｏで０度になるように設計を行う。
【０００５】
これらの構成は１９９８年に開催されたＡｓｉａ  Ｐａｃｉｆｉｃ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅのＴＵ３Ａ−１，“Ａ  Ｖ−ｂａｎｄ  ＭＭＩＣ  ＶＣＯ  ｗｉｔｈ  ａ  Ｓｕｂ−Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  ｂｙ  ａ  ９０−ｄｅｇｒｅｅ  ｉｎｖｅｒｔｅｒ” の論文中に記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電圧制御発振器は以上のように構成されているので、反射利得のピークがＦＥＴ２の反射利得のピーク点で決定されるが、可変容量ダイオード７に供給する直流電圧を変化させて、共振器３側の共振周波数を変化させても、ループ位相が変化する（発振周波数が変化する）だけで、ループ利得のピークが変化しない。このためループ利得のピーク時に共振器３のＱ値は最大になるが、中心周波数ｆｏ以外ではＦＥＴ２のＱ値が下がり、所望の位相雑音が低下する課題があった。また、共振器３の損失によりループ利得が高められず、さらに可変容量ダイオード７に供給する直流電圧を変えると、ループ利得が下がり、発振出力の電力特性が劣化する課題もあった。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ループ利得を高めて、発振出力の電力を高めることができる電圧制御発振器を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電圧制御発振器は、発振手段の位相と共振手段の位相を同相にするマイクロストリップ線路を介して、発振周波数でピークの反射利得を有する発振手段と、その発振周波数でピークの反射利得を有する共振手段とを接続するとともに、その共振手段のソース電極側のインダクタに可変容量手段を接続し、その可変容量手段が当該発振周波数を変化させるようにしたものである。
【０００９】
この発明に係る電圧制御発振器は、発振手段の位相と共振手段の位相を同相にするマイクロストリップ線路を介して、発振周波数でピークの反射利得を有する発振手段と、その発振周波数でピークの反射利得を有する共振手段とを接続するとともに、その共振手段のドレイン電極側のスタブと当該共振手段のドレイン電極との間に可変容量手段を接続し、その可変容量手段が当該発振周波数を変化させるようにしたものである。
【００１０】
この発明に係る電圧制御発振器は、発振手段の位相と共振手段の位相を同相にするマイクロストリップ線路を介して、発振周波数でピークの反射利得を有する発振手段と、その発振周波数でピークの反射利得を有する共振手段とを接続するとともに、その発振手段のソース電極側のインダクタに可変容量手段を接続し、その可変容量手段が当該発振周波数を変化させるようにしたものである。
【００１１】
この発明に係る電圧制御発振器は、発振手段の位相と共振手段の位相を同相にするマイクロストリップ線路を介して、発振周波数でピークの反射利得を有する発振手段と、その発振周波数でピークの反射利得を有する共振手段とを接続するとともに、その発振手段のソース電極側のインダクタ及び共振手段のソース電極側のインダクタに可変容量手段を接続し、その可変容量手段が当該発振周波数を変化させるようにしたものである。
【００１２】
この発明に係る電圧制御発振器は、発振手段が電界効果トランジスタであり、共振手段が電界効果トランジスタであるものである。
【００１３】
この発明に係る電圧制御発振器は、発振手段がアクティブ素子であり、共振手段がアクティブ素子であるものである。
【００１４】
この発明に係る電圧制御発振器は、発振手段がアクティブ素子であり、共振手段が上記アクティブ素子と異なるアクティブ素子であるものである。
【００１７】
この発明に係る電圧制御発振器は、基本波からＮ−１倍波までに対応可能な反射回路を出力端子に接続するようにしたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による電圧制御発振器を示す構成図であり、図において、１１は出力端子、１２は発振周波数においてピークの反射利得を有する電界効果トランジスタ（発振手段）であり、以下、電界効果トランジスタ１２をＦＥＴと称する。１３はインダクタ、１４はオープンスタブ、１５はＦＥＴ１２と接続された共振器である。
【００１９】
１６はＦＥＴ１２の位相と共振器１５の位相が同相になるように設計されたマイクロストリップ線路、１７はＦＥＴ１２とマイクロストリップ線路１６を介して接続され、発振周波数においてピークの反射利得を有する電界効果トランジスタ（共振手段）であり、以下、電界効果トランジスタ１７をＦＥＴと称する。１８はオープンスタブ、１９はインダクタ、２０は発振周波数を変化させる可変容量ダイオード、２１は可変容量ダイオード２０の印加電源、２２は所望の発振周波数が遮断域となっている低域通過フィルタである。なお、可変容量ダイオード２０、印加電源２１及び低域通過フィルタ２２から可変容量手段が構成されている。
【００２０】
次に動作について説明する。
まず、ＦＥＴ１２が発振周波数付近で反射利得を有するように、インダクタ１３及びオープンスタブ１４が設計され、ＦＥＴ１７が発振周波数付近で反射利得を有するように、インダクタ１９及びオープンスタブ１８が設計されている。
また、ＦＥＴ１２の位相と共振器１５の位相が同相になるように、マイクロストリップ線路１６が設計されている。
【００２１】
可変容量ダイオード２０に供給する直流電圧は、印加電源２１から与え、低域通過フィルタ２２を通して接地する。この低域通過フィルタ２２では、所望の発振周波数を遮断する特性を有しているので、所望の周波数でＦＥＴ１２を発振させることができる。
なお、可変容量ダイオード２０に供給する直流電圧を制御して、可変容量ダイオード２０の容量を変化させると、ＦＥＴ１２の発振周波数を変化させることができる。
【００２２】
ここで、ＦＥＴ１２と共振器１５の境目から共振器１５側を見たときの反射利得をＳ１１、ＦＥＴ１２側を見たときの反射利得をＳ２２とすると、図５〜図７に示すような振幅特性が得られる。
図５は可変容量ダイオード２０の容量を変化させたときの反射利得Ｓ１１の動きを示し、図６はＦＥＴ１２の反射利得Ｓ２２であり、可変容量ダイオード２０の容量を変えても変化はない。これらを足し合わせてループ利得を計算すると図７のようになる。
【００２３】
図７と従来例の図１８を比較すると明らかなように、この実施の形態１によるループ利得は、従来のループ利得よりも２倍以上高くなるため、発振出力の電力が向上し、低位相雑音化が可能となる。また、ループ利得のピークが複数表れるため、広帯域化が可能となる。
【００２４】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、発振周波数においてピークの反射利得を有するＦＥＴ１７をマイクロストリップ線路１６を介してＦＥＴ１２と接続し、可変容量ダイオード２０の容量を変化させて、当該発振周波数を変化させるように構成したので、ループ利得を高めて、発振出力の電力を高めることができる効果を奏する。
【００２５】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２による電圧制御発振器を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
２３はショートスタブである。
【００２６】
上記実施の形態１では、ＦＥＴ１７のソース電極に可変容量ダイオード２０を接続するものについて示したが、ＦＥＴ１７のドレイン電極に可変容量ダイオード２０を接続するようにしてもよく、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
なお、ＦＥＴ１７のドレイン電極に可変容量ダイオード２０を接続する場合、可変容量ダイオード２０の電圧の接地をショートスタブ２３を通じて行うことが可能になるため、低域通過フィルタ２２が不要になる利点が得られる。
【００２７】
実施の形態３．
上記実施の形態１では、ＦＥＴ１７のソース電極に可変容量ダイオード２０を接続するものについて示したが、図３に示すように、ＦＥＴ１２のソース電極に可変容量ダイオード２０を接続するようにしてもよく、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
【００２８】
ここで、ＦＥＴ１２と共振器１５の境目から共振器１５側を見たときの反射利得をＳ１１、ＦＥＴ１２側を見たときの反射利得をＳ２２とすると、図８〜図１０に示すような振幅特性が得られる。
図８はＦＥＴ１７の反射利得Ｓ１１であり、可変容量ダイオード２０の容量を変えても変化はない。図９は可変容量ダイオード２０の容量を変化させたときの反射利得Ｓ２２の動きを示している。これらを足し合わせてループ利得を計算すると図１０のようになる。
【００２９】
図１０と従来例の図１８を比較すると明らかなように、この実施の形態３によるループ利得は、従来のループ利得よりも２倍以上高くなるため、発振出力の電力が向上し、低位相雑音化が可能となる。また、ループ利得のピークが複数表れるため、広帯域化が可能となる。
【００３０】
実施の形態４．
上記実施の形態１では、ＦＥＴ１７のソース電極に可変容量ダイオード２０を接続するものについて示したが、図４に示すように、ＦＥＴ１７のソース電極に可変容量ダイオード２０を接続するとともに、ＦＥＴ１２のソース電極にも可変容量ダイオード２０を接続するようにしてもよく、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
【００３１】
ここで、ＦＥＴ１２と共振器１５の境目から共振器１５側を見たときの反射利得をＳ１１、ＦＥＴ１２側を見たときの反射利得をＳ２２とすると、図１１〜図１３に示すような振幅特性が得られる。
図１１は可変容量ダイオード２０の容量を変化させたときの反射利得Ｓ１１の動きを示し、図１２は可変容量ダイオード２０の容量を変化させたときの反射利得Ｓ２２の動きを示している。これらを足し合わせてループ利得を計算すると図１３のようになる。
【００３２】
図１３と従来例の図１８を比較すると明らかなように、この実施の形態４によるループ利得は、従来のループ利得よりも２倍以上高くなるため、発振出力の電力が向上し、低位相雑音化が可能となる。また、ループ利得のピークが複数表れるため、広帯域化が可能となる。
なお、可変容量ダイオード２０に供給する直流電圧を変化させたときのループ利得の変化を少なくすることができるので、出力電力や位相雑音の電圧依存性を小さくすることができる。
【００３３】
実施の形態５．
上記実施の形態１〜４におけるＦＥＴ１２の代わりにバイポーラトランジスタやＨＢＴ，ＨＥＭＴなどのアクティブ素子を用いて発振素子を構成し、また、ＦＥＴ１７の代わりにバイポーラトランジスタやＨＢＴ，ＨＥＭＴなどのアクティブ素子を用いて共振器１５を構成してもよく、上記実施の形態１〜４と同様の効果を奏することができる。
【００３４】
実施の形態６．
上記実施の形態５では、ＦＥＴ１２，１７の代わりにアクティブ素子を用いるものについて示したが、ＦＥＴ１２の代わりに用いるアクティブ素子と、ＦＥＴ１７の代わりに用いるアクティブ素子を異なるようにしてもよい。
例えば、共振器１５側に用いるアクティブ素子は反射利得の大きいアクティブ素子を適用し、発振素子側に用いるアクティブ素子は１／ｆ雑音の小さいアクティブ素子を適用するなどが考えられる。
これにより、単一のアクティブ素子を用いて構成した場合と比べて、さらに位相雑音の低減や発振電力の向上を図ることができる。
【００３５】
実施の形態７．
上記実施の形態１〜６では、特に言及していないが、基本波からＮ−１倍波までに対応可能な反射回路を出力端子１１に接続することにより、発振周波数のＮ倍波を出力するようにしてもよい。
これにより、発振周波数を高めることができる効果を奏する。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、発振手段の位相と共振手段の位相を同相にするマイクロストリップ線路を介して、発振周波数でピークの反射利得を有する発振手段と、その発振周波数でピークの反射利得を有する共振手段とを接続するとともに、その共振手段のソース電極側のインダクタに可変容量手段を接続し、その可変容量手段が当該発振周波数を変化させるように構成したので、ループ利得を高めて、発振出力の電力を高めることができる効果がある。
【００３７】
この発明によれば、発振手段の位相と共振手段の位相を同相にするマイクロストリップ線路を介して、発振周波数でピークの反射利得を有する発振手段と、その発振周波数でピークの反射利得を有する共振手段とを接続するとともに、その共振手段のドレイン電極側のスタブと当該共振手段のドレイン電極との間に可変容量手段を接続し、その可変容量手段が当該発振周波数を変化させるように構成したので、ループ利得を高めて、発振出力の電力を高めることができる効果がある。
【００３８】
この発明によれば、発振手段の位相と共振手段の位相を同相にするマイクロストリップ線路を介して、発振周波数でピークの反射利得を有する発振手段と、その発振周波数でピークの反射利得を有する共振手段とを接続するとともに、その発振手段のソース電極側のインダクタに可変容量手段を接続し、その可変容量手段が当該発振周波数を変化させるように構成したので、ループ利得を高めて、発振出力の電力を高めることができる効果がある。
【００３９】
この発明によれば、発振手段の位相と共振手段の位相を同相にするマイクロストリップ線路を介して、発振周波数でピークの反射利得を有する発振手段と、その発振周波数でピークの反射利得を有する共振手段とを接続するとともに、その発振手段のソース電極側のインダクタ及び共振手段のソース電極側のインダクタに可変容量手段を接続し、その可変容量手段が当該発振周波数を変化させるように構成したので、ループ利得を高めて、発振出力の電力を高めることができる効果がある。
【００４０】
この発明によれば、発振手段が電界効果トランジスタであり、共振手段が電界効果トランジスタであるように構成したので、簡単に発振周波数を変化させることができる効果がある。
【００４１】
この発明によれば、発振手段がアクティブ素子であり、共振手段がアクティブ素子であるように構成したので、発振手段及び共振手段の構成の簡単化を図ることができる効果がある。
【００４２】
この発明によれば、発振手段がアクティブ素子であり、共振手段が上記アクティブ素子と異なるアクティブ素子であるように構成したので、位相雑音の低減や発振電力の向上を図ることができる効果がある。
【００４５】
この発明によれば、基本波からＮ−１倍波までに対応可能な反射回路を出力端子に接続するように構成したので、発振周波数を高めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による電圧制御発振器を示す構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態２による電圧制御発振器を示す構成図である。
【図３】  この発明の実施の形態３による電圧制御発振器を示す構成図である。
【図４】  この発明の実施の形態４による電圧制御発振器を示す構成図である。
【図５】  反射利得Ｓ１１を示す説明図である。
【図６】  反射利得Ｓ２２を示す説明図である。
【図７】  ループ利得を示す説明図である。
【図８】  反射利得Ｓ１１を示す説明図である。
【図９】  反射利得Ｓ２２を示す説明図である。
【図１０】  ループ利得を示す説明図である。
【図１１】  反射利得Ｓ１１を示す説明図である。
【図１２】  反射利得Ｓ２２を示す説明図である。
【図１３】  ループ利得を示す説明図である。
【図１４】  従来の電圧制御発振器を示す構成図である。
【図１５】  従来の電圧制御発振器の動作を示す説明図である。
【図１６】  反射利得Ｓ１１を示す説明図である。
【図１７】  反射利得Ｓ２２を示す説明図である。
【図１８】  ループ利得を示す説明図である。
【図１９】  ループ位相を示す説明図である。
【符号の説明】
１１  出力端子、１２  ＦＥＴ（発振手段）、１３  インダクタ、１４  オープンスタブ、１５  共振器、１６  マイクロストリップ線路、１７  ＦＥＴ（共振手段）、１８  オープンスタブ、１９  インダクタ、２０  可変容量ダイオード（可変容量手段）、２１  印加電源（可変容量手段）、２２  低域通過フィルタ（可変容量手段）、２３  ショートスタブ。
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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