(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板上に形成された回路パターンに実装され、
折り曲がり部が形成された複数のマイクロストリップ伝送線路で環状に結合された複数のマイクロストリップ線路共振器のうちのいずれか一つと、
直線状のマイクロストリップ伝送線路で結合された複数のマイクロストリップ線路共振器のうちのいずれか一つとをエッジ結合させて、出力信号の一部を帰還回路によって入力側に帰還させ、大きな負荷Ｑ値を得る
ことを特徴とするマイクロストリップ線路共振器。
【請求項２】
誘電体基板上に形成された回路パターンに実装され、
折り曲がり部が形成されたマイクロストリップ伝送線路で略正方形に結合された複数のマイクロストリップ伝送線路に結合された複数のマイクロストリップ線路共振器のうちのいずれか一つと、
直線状のマイクロストリップ伝送線路で結合された複数のマイクロストリップ線路共振器のうちのいずれか一つとをエッジ結合させて、出力信号の一部を帰還回路によって入力側に帰還させ、大きな負荷Ｑ値を得る
ことを特徴とするマイクロストリップ線路共振器。
【請求項３】
誘電体基板上に形成された回路パターンに実装され、
折り曲がり部が形成された４個のマイクロストリップ伝送線路で略正方形に結合されたマイクロストリップ伝送線路の間に結合された４個のマイクロストリップ線路共振器うちのいずれか一つと、
直線状のマイクロストリップ伝送線路で結合された複数のマイクロストリップ線路共振器のうちのいずれか一つとをエッジ結合させて、出力信号の一部を帰還回路によって入力側に帰還させ、大きな負荷Ｑ値を得る
ことを特徴とするマイクロストリップ線路共振器。
【請求項４】
誘電体基板上に形成された回路パターンに実装された能動素子のいずれか一つの端子に、請求項１乃至３に記載のマイクロストリップ線路共振器が接続されて構成されることを特徴とするマイクロ波発振器。
【請求項５】
前記マイクロストリップ線路共振器を直列帰還回路に用いたことを特徴とする請求項４に記載のマイクロ波発振器。
【請求項６】
誘電体基板上に形成された回路パターンに実装され、
トランジスタのベース端子に、請求項１乃至３に記載のマイクロストリップ線路共振器が接続され、当該トランジスタのゲート端子には、直線状のマイクロストリップ伝送線路で直列に接続された、少なくとも二つのマイクロストリップ線路共振器が接続されていることを特徴とするマイクロ波発振器。
【請求項７】
請求項４または５に記載のマイクロ波発振器において、
前記マイクロ波発振器の負荷インピーダンスをＺｏｕｔ、負荷インピーダンスＺｏｕｔの実部をＲｅ{Ｚｏｕｔ｝、負荷インピーダンスＺｏｕｔの虚部をＩｍ{Ｚｏｕｔ｝とするとき、以下の条件を満足することを特徴とするマイクロ波発振器。
（１）  Ｒｅ｛Ｚｏｕｔ｝＜−５０Ω
（２）  Ｉｍ{Ｚｏｕｔ}＝０Ω
（３）（∂Ｉｍ（Ｚｏｕｔ）／∂ω）＞０
【請求項８】
請求項４乃至７に記載のマイクロ波発振器であって、位相雑音特性が-100ｄBC/Hz 100Khzoffset乃至-110ｄBC/Hz 100Khz  offsetであることを特徴とするマイクロ波発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロストリップ線路共振器およびそれを用いたマイクロ波発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線システムにおいて受信電波の周波数識別や、送信電波の周波数を決定する発振器は、重要な部品である。無線システムに用いられる発振器の一例としてマイクロ波発振器があげられる。しかし、マイクロ波発振器では、発振周波数（通信周波数）のみが存在するのではなく、発振周波数の前後にスペクトルの広がりが、他の無線システムにとっての干渉波となるという欠点を有している。このような干渉波を発生させる、発振周波数の前後にスペクトルの広がりは、位相雑音特性と呼ばれている。
【０００３】
そこで、かかる欠点を解消するため、良好な位相雑音特性を備え、隣接チャンネルに対する与干渉が少ない発振器が提案されている（たとえば、特許文献１〜４を参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２９９９５６号公報
【特許文献２】特開２００３−１３３８５３号公報
【特許文献３】特開２００５−２６０３０３号公報
【特許文献４】特開２００６−１２９２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１〜３には、誘電体共振器を用いた、発振効率が高く低消費電力で、隣接チャンネルに対する与干渉が少ない低位相雑音発振器が開示されている。
【０００６】
図７は、従来の一般的な誘電体共振器を用いて発振器を構成された発振器の例である。この発振器は、能動端子である電界効果トランジスタ（FET：Fieldeffect transistor）８０１に、オープンスタブ８０２とマイクロストリップ線路８０３，８０４ととからなるマッチング回路を接続し、また、マイクロストリップ線路８０５と終端抵抗８０６とＤＲ（円筒形誘電体共振器）８０７とからなる共振回路を接続することにより、出力端子８０８からＤＲ８０７の共振周波数で決まる発振周波数の高周波出力を取り出すことができる。
【０００７】
誘電体共振器を用いて発振器を構成した発振器は、負荷Ｑ値（主に振動の状態をあらわす無次元数）が高く、誘電体共振器を用いて発振器を構成した発信器は、良好な位相雑音特性が得られるという利点がある。しかし、その反面、誘電体共振器の温度特性が敏感であることから発振周波数が温度により変化しやすく、頻繁に発振周波数の調整を行わなければならないという問題点がある。また、誘電体共振器の価格が高いため、製品のコスト増を招くことにもなる。
【０００８】
図８は、従来の一般的な誘電体共振器を用いて発振器を構成された発振器の実装断面図である。図８は、ＤＲ８０７とマイクロストリップ線路８０５との結合状態、およびＤＲ８０７と周波数調整用導体棒９０１との位置関係を示している。ここに示すように、誘電体共振器を用いて発振器を構成された発振器は、誘電体共振器自体が大きいことから、発振器の小型化が困難であることが分かる。なお、誘電率を大きくすれば誘電体共振器を小さくして発振器を小型化することは可能であるが、こうした場合、誘電体共振器の温度特性がより敏感になり、周辺温度により共振周波数の変化が著しくなる。
【０００９】
また、上記特許文献４には、マイクロストリップ線路共振器を用いて発振器を、発振周波数の調整が容易で、隣接チャンネルに対する与干渉が少ない低位相雑音発振器が開示されている。
【００１０】
図９は、従来の一般的なマイクロストリップ線路共振器を用いて発振器を構成された発振器の回路図である。図９に示す発振器は、直列帰還インダクタを用いて構成されたものである。この発振器は、電界効果トランジスタ１００１に、インダクタ１００２を接続し、また、マイクロストリップ線路共振器１００３，１００４と終端抵抗１００５とからなる共振回路を接続することにより構成されている。このように構成された発振器は、製造コストを低く抑えることができ、高誘電率回路基板を用いれば小型化が可能になるという利点がある。しかしながら、そこに用いられているマイクロストリップ線路共振器では大きな負荷Ｑ値が得られず、高出力かつ低位相雑音発振器を構成できないという問題がある。
【００１１】
また、図１０は、従来の一般的なマイクロストリップ線路共振器を用いて発振器を構成された発振器における発振周波数の特性を示すグラフである。図１０から、このように構成された発振器では、すべての周波数領域において、Ｒｅ{Ｚｏｕｔ}＝−５０Ω，Ｉｍ{Ｚｏｕｔ}＝０Ωを満足し、発振周波数が不安定になるという問題がある。なお、Ｒｅ{Ｚｏｕｔ}は発振器の負荷インピーダンス{Ｚｏｕｔ}の実部、Ｉｍ{Ｚｏｕｔ}は発振器の負荷インピーダンス{Ｚｏｕｔ}の虚部を示している。図11は、従来のマイクロ波発振器（VCO）等の位相雑音特性を示したものである。この図を見ると、従来のVCOでは、位相雑音特性が約-80ｄBC/Hz100Khzoffset程度であることが分かる。
【００１２】
本発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、大きな負荷Ｑ値が得られるマイクロストリップ線路共振器と、このマイクロストリップ線路共振器を用いて発振器を構成された、小型、高出力、低位相雑音のマイクロ波発振器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかるマイクロストリップ線路共振器は、誘電体基板上に形成された回路パターンに実現され、折り曲がり部が形成された複数のマイクロストリップ伝送線路で環状に結合された複数のマイクロストリップ線路共振器のうちのいずれか一つと、直線状のマイクロストリップ伝送線路で結合された複数のマイクロストリップ線路共振器のうちのいずれか一つとがエッジ結合されて形成されることを特徴とする。請求項２の発明は、環状に結合されたマイクロストリップ線路共振器が、折り曲がり部が形成されたマイクロストリップ伝送線路で該正方形に結合された複数のマイクロストリップ伝送線路に結合された複数のマイクロストリップ線路共振器であることを特徴としている。請求項３の発明は、該正方形に結合されたものが、折り曲がり部が形成された４個のマイクロストリップ伝送線路で該正方形に結合されたマイクロストリップ伝送線路の間に結合された４個のマイクロストリップ線路共振器であることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項４の発明にかかるマイクロ波発振器は、誘電体基板上に形成された回路パターンに実装された能動素子のいずれか一つの端子に、請求項１乃至３に記載のマイクロストリップ線路共振器が接続されて構成されることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項５にかかるマイクロ波発振器は、請求項２に記載の発明において、前記マイクロストリップ線路共振器を直列帰還回路に用いたことを特徴とする。
【００１６】
請求項6の発明にかかるマイクロ波発振器は、誘電体基板上に形成された回路パターンに実装され、トランジスタのベース端子に、請求項１乃至３に記載のマイクロストリップ線路共振器が接続され、当該トランジスタのゲート端子には、直線状のマイクロストリップ伝送線路で直列に接続された、少なくとも二つのマイクロストリップ線路共振器が接続されていることを特徴とする。請求項７の発明にかかるマイクロ波発振器は、請求項４または５に記載の発明において、前記マイクロ波発振器の負荷インピーダンスをＺｏｕｔ、負荷インピーダンスＺｏｕｔの実部をＲｅ{Ｚｏｕｔ｝、負荷インピーダンスＺｏｕｔの虚部をＩｍ{Ｚｏｕｔ｝とするとき、以下の条件を満足することを特徴とする。
（１）  Ｒｅ｛Ｚｏｕｔ｝＜−５０Ω
（２）    Ｉｍ{Ｚｏｕｔ}＝０Ω
（３）（∂Ｉｍ（Ｚｏｕｔ）／∂ω）＞０
また、上記のマイクロ波発振器であって、位相雑音特性が-100ｄBC/Hz 100Khzoffset乃至-110ｄBC/Hz 100Khz  offsetであることを特徴とさせてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、マイクロストリップ線路に帰還伝送線路を設けることにより、大きな負荷Ｑが得られるマイクロストリップ線路共振器を提供することができるという効果を奏する。また、本発明によれば、前記マイクロストリップ線路共振器を用いて発振器を構成することにより、小型で、高性能（高出力、高効率、低位相雑音）であるマイクロ波発振器を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して、本発明にかかるマイクロストリップ線路共振器およびマイクロ波発振器の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
この実施の形態１では、本発明にかかるマイクロストリップ線路共振器の一例を示す。図１は、本発明の実施の形態１にかかるマイクロストリップ線路共振器の構成の一例を示す図である。本実施の形態のマイクロストリップ線路共振器１００は、誘電体基板上に形成された回路パターンに実装される。前記誘電体基板は、周知のものであるためここでは図示しない。このマイクロストリップ線路共振器１００は、複数のマイクロストリップ線路共振器１０１が折り曲がり部１０２ａが形成された複数のマイクロストリップ伝送線路１０２で結合されて構成された環状構造を有している。そして、前記環状構造に含まれる複数のマイクロストリップ線路共振器１０１のうちのいずれか一つと、直線状のマイクロストリップ伝送線路１０３で結合された複数のマイクロストリップ線路共振器１０１のうちのいずれか一つとがエッジ結合されている。なお、図中に示されている「Ｍ」は、マイクロストリップを示す。
【００２０】
このような構成により、本実施の形態にかかるマイクロストリップ線路共振器１００では、出力信号の一部を帰還回路によって入力側に帰還させることができ、この結果、大きな負荷Ｑ値が得られるようになる。
【００２１】
（実施の形態２）
この実施の形態２では、本発明にかかるマイクロ波発振器の一例を示す。図２は、本発明の実施の形態２にかかるマイクロ波発振器の構成の一例を示す回路図である。本実施の形態のマイクロ波発振器２００は、誘電体基板上に形成された回路パターンに実装される。前記誘電体基板は、周知のものであるためここでは図示しない。本実施の形態のマイクロ波発振器２００は、能動端子であるトランジスタ２０１のベース端子に、実施の形態１で示したマイクロストリップ線路共振器１００が接続され、さらにこのマイクロストリップ線路共振器１００に終端抵抗２０２が接続されている。また、電界効果トランジスタ２０１のゲート端子には、直線状のマイクロストリップ伝送線路２０３で直列に接続された二つのマイクロストリップ線路共振器２０４が接続されている。マイクロストリップ線路共振器の間には、ビア端子２０５が分岐して配置されている。なお、発振周波数のばらつきを抑えるため、マイクロストリップ伝送線路の一部が切除されている。また、マイクロストリップ線路共振器２０４の一端は他のマイクロストリップ線路共振器２０４を介して終端されている。ここでも発振周波数のばらつきを抑えるため、マイクロストリップ伝送線路の一部が切除されている。
【００２２】
ここで、本実施の形態のマイクロ波発振器２００において、安定した発振周波数を得るためには、次のような条件が必要である。すなわち、マイクロ波発振器２００の負荷インピーダンスをＺｏｕｔ、負荷インピーダンスＺｏｕｔの実部をＲｅ{Ｚｏｕｔ｝（単位はΩ）、負荷インピーダンスＺｏｕｔの虚部をＩｍ{Ｚｏｕｔ｝（単位はΩ）とするとき、以下の条件を満足することが好ましい。
（１）  Ｒｅ｛Ｚｏｕｔ｝＜−５０Ω
（２）    Ｉｍ{Ｚｏｕｔ}＝０Ω
（３）（∂Ｉｍ（Ｚｏｕｔ）／∂ω）＞０
【００２３】
図３は、本発明の実施の形態２にかかるマイクロ波発振器における発振周波数の特性を示すグラフである。なお、実施の形態のマイクロ波発振器２００は、被誘電率２．１７、基板厚０．７６２ｍｍ、電解銅箔厚１８μｍ、誘電体損０．０００８５の回路基板を用いて作製されている。図３から、本実施の形態のマイクロ波発振器２００では、Ｒｅ｛Ｚｏｕｔ｝＜−５０Ω、Ｉｍ{Ｚｏｕｔ}＝０Ωとなる周波数ω０が存在し、発振周波数をこの周波数ω０に設定することにより、安定な発振を行わせることができる。
【００２４】
また、図４は、本発明の実施の形態２にかかるマイクロ波発振器の位相雑音特性を示すグラフである。このマイクロ波発振器２００では、発振周波数が４−５０９ＧＨｚ、発振出力が１０．８６７８ｄＢｍ、発振効率が４０．７％、位相雑音が−１０５．１１ｄＢｃ／Ｈｚ＠１００ｋＨｚ  ｏｆｆｓｅｔになり、他の発振器に比べて高出力、高発振効率、低位相雑音の発振器であることが分かる。
【００２５】
以上説明したように、実施の形態２にかかるマイクロ波発振器２００は、安定した発振周波数を得ることができる。また、このマイクロ波発振器２００は、マイクロストリップ伝送線路に帰還伝送線路を設けたことにより大きな負荷Ｑが得られるマイクロストリップ線路共振器を用いて発振器を構成されているため、高出力の発振周波数が得られる。しかも、高発振効率で、低位相雑音である。また、マイクロストリップ線路共振器を用いて発振器を構成されているため、誘電体共振器を用いた発振器と比較し、小型化を図ることができる。
【００２６】
（実施の形態３）
この実施の形態３では、実施の形態１に示したマイクロストリップ線路共振器１００を直列帰還回路に用いたマイクロ波発振器の一例を示す。図５は、本発明の実施の形態３にかかるマイクロ波発振器の構成の一例を示す回路図である。本実施の形態のマイクロ波発振器５００は、誘電体基板上に形成された回路パターンに実装される。本実施の形態３のマイクロ波発振器５００は、能動端子であるトランジスタ５０１のベース端子に、実施の形態１で示したマイクロストリップ線路共振器１００が接続され、さらにこのマイクロストリップ線路共振器１００に終端抵抗５０２が接続されている。また、トランジスタ５０１のドメイン端子には、直線状のマイクロストリップ伝送線路５０３で直列に接続された二つのマイクロストリップ線路共振器５０４が接続されている。なお、発振周波数のばらつきを抑えるため、マイクロストリップ伝送線路の一部が切除されている。また、マイクロストリップ線路共振器５０４の一端は終端抵抗５０５を介して終端されている。また、電界効果トランジスタ５０１のソース端子には出力端子が接続されている。
【００２７】
ここで、本実施の形態のマイクロ波発振器５００においても、安定した発振周波数を得るためには、次の条件が必要である。すなわち、マイクロ波発振器５００の負荷インピーダンスをＺｏｕｔ、負荷インピーダンスＺｏｕｔの実部をＲｅ{Ｚｏｕｔ｝（単位はΩ）、負荷インピーダンスＺｏｕｔの虚部をＩｍ{Ｚｏｕｔ｝（単位はΩ）とするとき、以下の条件を満足することが好ましい。
（１）  Ｒｅ｛Ｚｏｕｔ｝＜−５０Ω
（２）    Ｉｍ{Ｚｏｕｔ}＝０Ω
（３）（∂Ｉｍ（Ｚｏｕｔ）／∂ω）＞０
【００２８】
図６は、本発明の実施の形態３にかかるマイクロ波発振器における発振周波数の特性を示すグラフである。なお、本実施の形態のマイクロ波発振器５００も、被誘電率２．１７、基板厚０．７６２ｍｍ、電解銅箔厚１８μｍ、誘電体損０．０００８５の回路基板を用いて作製されている。図６から、本実施の形態のマイクロ波発振器５００でも、Ｒｅ｛Ｚｏｕｔ｝＜−５０Ω、Ｉｍ{Ｚｏｕｔ}＝０Ωとなる周波数ω０が存在し、発振周波数をこの周波数ω０に設定することにより、安定させることができる。本実施の形態のマイクロ波発振器５００では、特にＩｍ{Ｚｏｕｔ}＝０Ωとなる周波数領域が実施の形態２の場合よりも狭くなっている。このことから、実施の形態２に示したマイクロ波発振器２００と比較しても、温度変化の影響を受ない、より安定した発振周波数を得ることができる。
【００２９】
以上説明したように、実施の形態３にかかるマイクロ波発振器５００は、温度変化の影響を受けず、より安定した発振周波数を得ることができる。また、このマイクロ波発振器５００は、マイクロストリップ伝送線路に帰還伝送線路を設けたことにより大きな負荷Ｑが得られるマイクロストリップ線路共振器を用いて発振器を構成されているため、高出力の発振周波数が得られる。しかも、高発振効率で、低位相雑音である。また、マイクロストリップ線路共振器を用いて発振器を構成されているため、誘電体共振器を用いた発振器と比較し、小型化を図ることができる。
【００３０】
以上のように、本発明にかかるマイクロストリップ線路共振器は、出力信号の一部を帰還回路によって入力側に帰還させることができ、大きな負荷Ｑ値が得られるようになる。さらに、本発明のマイクロ波発振器は、前記マイクロストリップ線路共振器を用いて発振器を構成されているため、高出力の発振周波数が得られるとともに、温度変化の影響を受けず、より安定した発振周波数を得ることができる。また、高発振効率で、低位相雑音である。さらに、誘電体共振器を用いた発振器と比較し、一層の小型化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上のように、本発明にかかるマイクロストリップ線路共振器は、高出力、高発振効率、低位相雑音が要求されるマイクロ波発振器に有用であり、特に、安定した発振出力が要求される場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるマイクロストリップ線路共振器の構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態２にかかるマイクロ波発振器の構成の一例を示す回路図である。
【図３】本発明の実施の形態２にかかるマイクロ波発振器における発振周波数の特性を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態２にかかるマイクロ波発振器の特性を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態３にかかるマイクロ波発振器の構成の一例を示す回路図である。
【図６】本発明の実施の形態３にかかるマイクロ波発振器における発振周波数の特性を示すグラフである。
【図７】従来の一般的な誘電体共振器を用いて発振器を構成された発振器の回路図である。
【図８】従来の一般的な誘電体共振器を用いて発振器を構成された発振器の実装断面図である。
【図９】従来の一般的なマイクロストリップ線路共振器を用いて発振器を構成された発振器の回路図である。
【図１０】従来の一般的なマイクロストリップ線路共振器を用いて発振器を構成された発振器における発振周波数の特性を示すグラフである。
【図１１】従来の一般的なマイクロストリップ線路共振器を用いて発振器を構成された発振器における位相雑音の特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
１００，１０１，２０４−５０４  マイクロストリップ線路共振器
１０２、２０３  マイクロストリップ伝送線路
１０２ａ  折り曲がり部
１０３，２０３−５０３  直線状のマイクロストリップ伝送線路
２００−５００  マイクロ波発振器
２０１−５０１  トランジスタ
２０２−５０２−５０５  終端抵抗
【図１】
0004936389.tif 000002
【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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