(57)【要約】【課題】  この発明は、負性抵抗を示す帯域が広くして、使用できる発振周波数を多くすることを目的とするものである。【解決手段】  この発明の発振回路装置は、相互接続された一対のトランジスタ１、２と抵抗・容量の回路網で構成された発振部１００と、発振部１００に接続されるループ状の伝送線路で構成された共振部２００と、を備え、前記抵抗・容量の回路網の抵抗値及び容量値を前記発振部が第１の周波数帯で負性抵抗となり、その第１の周波数帯より高い周波数帯においてフラットな負性抵抗を示すように設定したことを特徴とする。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互接続された一対のトランジスタと抵抗・容量の回路網で構成された発振部と、前記発振部に接続されるループ状の伝送線路で構成された共振部と、を備え、前記抵抗・容量の回路網の抵抗値及び容量値を、前記発振部が第１の周波数帯で負性抵抗となり、その第１の周波数帯より高い周波数帯においてフラットな負性抵抗を示すように設定したことを特徴とする発振回路装置。
【請求項２】
前記第１の周波数帯の中心周波数は２０ＧＨｚであり、第２の周波数帯の中心周波数は３０ＧＨｚであることを特徴とする請求項１に記載の発振回路装置。
【請求項３】
前記発振部は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第１の容量と、第２の容量と、第１の抵抗と、第２の抵抗とを備え、前記第１のトランジスタ及び第２のトランジスタのドレインが共振回路に接続され、前記第１のトランジスタ及び第２のトランジスタのソースが接地され、前記第１の容量の一方の端子が前記第１のトランジスタのドレインに接続され且つ他方の端子が第２のトランジスタのゲートに接続され、前記第２の容量の一方の端子が前記第２のトランジスタのドレインに接続され且つ他方の端子が第１のトランジスタのゲートに接続され、前記第１のトランジスタのゲートとソース間に前記第１の抵抗が接続され、前記第２のトランジスタのゲートとソース間に前記第２の抵抗が接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発振回路装置。
【請求項４】
前記第１のトランジスタのドレイン及び前記第２のトランジスタのドレインにそれぞれスイッチ素子と容量からなる周波数切替手段が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発振回路装置。
【請求項５】
前記周波数切替手段は、複数のスイッチと複数の容量とを並列に設けたことを特徴とする請求項４に記載の発振回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロ波やミリ波帯の高周波発振回路装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波やミリ波帯の高周波発振回路装置は、高周波ハードウェアの中でも中核的存在である。高周波発振回路装置をＦＳＫ変調器に用いるため、複数の周波数の発生が要求される。
【０００３】
発振周波数を変更する発振回路としては、例えば、電圧制御発振回路（ＶＣＯ）が知られている。しかし、電圧制御発振回路においては、負性抵抗を示す周波数の帯域が狭く、その帯域での使用に限られるという問題がある。
【０００４】
特許文献１には、伝送線路型共振器を用いた高周波発振器が開示されている。この特許文献１に記載のものは、高周波共振器に２つの発振用能動素子を接続して前記高周波共振器を共用した２つの発振系を形成し、前記発振系の出力を合成してなる高周波発振器において、前記高周波共振器を伝送線路型共振器から形成し、前記伝送線路型共振器の互いに逆相関係にある２つの共振波動点に前記発振用能動素子を接続し、さらに前記伝送線路型共振器の電気的対称点に合成線路を接続して高周波出力を得ている。
【特許文献１】特開２００３−１５２４５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した特許文献１においては、負性抵抗については考慮されておらず、通常負性抵抗を示す周波数の帯域は狭く、前記した電圧制御発振回路と同様にその帯域での使用に限られるという問題あった。
【０００６】
そこで、この発明は、負性抵抗を示す帯域が広くして、使用できる発振周波数を多く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】
この発明の発振回路装置は、相互接続された一対のトランジスタと抵抗・容量の回路網で構成された発振部と、前記発振部に接続されるループ状の伝送線路で構成された共振部と、を備え、前記抵抗・容量の回路網の抵抗値及び容量値を、前記発振部が第１の周波数帯で負性抵抗となり、その第１の周波数帯より高い周波数帯においてフラットな負性抵抗を示すように設定したことを特徴とする。
【０００８】
また、前記第１の周波数帯の中心周波数は２０ＧＨｚであり、第２の周波数帯の中心周波数は３０ＧＨｚであることを特徴とする。
【０００９】
さらに、前記発振部は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第１の容量と、第２の容量と、第１の抵抗と、第２の抵抗とを備え、前記第１のトランジスタ及び第２のトランジスタのドレインが共振回路に接続され、前記第１のトランジスタ及び第２のトランジスタのソースが接地され、前記第１の容量の一方の端子が前記第１のトランジスタのドレインに接続され且つ他方の端子が第２のトランジスタのゲートに接続され、前記第２の容量の一方の端子が前記第２のトランジスタのドレインに接続され且つ他方の端子が第１のトランジスタのゲートに接続され、前記第１のトランジスタのゲートとソース間に前記第１の抵抗が接続され、前記第２のトランジスタのゲートとソース間に前記第２の抵抗が接続されて構成されている。
【００１０】
また、前記第１のトランジスタのドレイン及び前記第２のトランジスタのドレインにそれぞれスイッチ素子と容量からなる周波数切替手段を設けると良い。
【００１１】
さらに、前記周波数切替手段は、複数のスイッチと複数の容量とを並列に設けることができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、能動回路（発振部）が第１の周波数帯以上の周波数において負性抵抗となり、第２の周波数帯においてフラットとなる発振回路が得られるので、使用できる発振周波数の帯域を広くできる。
【００１３】
また、第１のトランジスタのドレイン及び前記第２のトランジスタのドレインにそれぞれスイッチ素子と容量からなる周波数切替手段を設けることで、複数の周波数を切り替えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。図１は、この発明の実施形態にかかる発振回路装置を示す回路図、図２は、この発明の実施形態にかかる発振回路装置の機能構成を示すブロック図、図３はこの発明の実施形態にかかる発振回路装置の共振部（受動部）の構成を示す平面図である。
【００１５】
図１に示すように、この発明の発振回路装置は、相互結合した第１、第２のトランジスタ１、２と第１、第２の抵抗１２、２２と第１、第２の容量１１、２１で構成されるＲＣ回路網からなる発振部１００と、発振部１００と接続されるループ状の伝送線路で構成された共振部２００と、を備える。第１トランジスタ１１と第２トランジスタ１２は、例えば、Ｐ型ＨＥＭＴで構成される。
【００１６】
第１のトランジスタ１及び第２のトランジスタ２のドレインが共振回路２００に接続され、第１のトランジスタ１及び第２のトランジスタ２のソースが接地されている。第１の容量１１の一方の端子が第１のトランジスタ１のドレインに接続され、他方の端子が第２のトランジスタ２のゲートに接続されている。
【００１７】
また、第２の容量２１の一方の端子が第２のトランジスタ２のドレインに接続され、他方の端子が第１のトランジスタ１のゲートに接続されている。
【００１８】
第１のトランジスタ１のゲートとソース間に第１の抵抗１２が接続され、第２のトランジスタ２のゲートとソース間に第２の抵抗２２が接続されている。
【００１９】
共振回路２００は、同一平面上の伝送線路で図３に示すように、発振部１００に対してループ状の伝送線路２０１で形成され、その伝送線路２０１の外側にだけグランドライン２０２を配置したコプレナーストリップ線路構造をなし、発振器全体のサイズを減少している。この共振回路２００は、例えば比誘電率εｒ１２．９、厚さ６００μｍの基板上に形成される。伝送線路２０１、グランドライン２０２は、厚さ１μｍの導電膜で、所定の線幅に形成される。電源入力と高周波（ＲＦ）出力は、伝送線路２０１の略中点から入出力される。
【００２０】
図１に示す発振回路装置の構成を図２に示す機能構成に従い説明する。発振回路を能動回路１００と受動部２００とに分ける。能動回路１００が上記の発振部１００、受動部２００が共振回路２００に相当する。図２に示すように、受動部２００と能動回路１００とはそれぞれ２ポート素子とし、受動部２００のインピーダンスは２×２の行列Ｚｂ、能動回路１００のインピーダンスは２×２の行列Ｚａで得られる。
【００２１】
発振条件は次の（１）（２）となる。
【００２２】
Im([Ｚａ]1,1−[Ｚａ]1,２) +Im（[Ｚｂ]1,1−[Ｚｂ]1,２) = 0  …（１）
Re([Ｚａ]1,1−[Ｚａ]1,２) +Re（[Ｚｂ]1,1−[Ｚｂ]1,２) < 0  …（２）
【００２３】
図１、図３に示すように、受動部２００は同一平面上伝送線路で実現し、能動回路１００は相互結合したＰ型ＨＥＭＴのトランジスタ１、２と抵抗１１，２１と容量１２、２２で構成している。
【００２４】
目標周波数を設定し発振条件を満たしながら伝送線路２０１におけるパラメーターＬ(線路の長さ)、Ｗ(線路の幅)、Ｇ(接地（グランド）と線路の間隔)、能動回路１００におけるパラメーターＲ(抵抗)、Ｃ(容量)を最適化して、発振回路を構成する。
【００２５】
この最適化は、２つ段階で行う。まず、能動回路１００における、Ｒ、Ｃパラメーターを２０ＧＨｚ以降から先に上記（２）式の条件が満たせるように最適化する。次に、能動回路１００と受動部２００が接続した状態で上記（１）式が満たせるような伝送線路２０１におけるＬ、Ｗ、Ｇのパラメーターを最適化する。ここでは、Lだけを振って、十分大きいＧとＷ（数１０μｍ）を選択し、最適化を行う。
【００２６】
上記のように、２つの段階で最適化ができる理由は、受動部１００に虚数部だけが存在し完全な伝送線路２０１である仮定ができる為である。しかし、後述する図４に示すような周波数の切り替え部分を設けた場合は目的発振周波数に依存する虚数部と実数部が生じる為に全回路にあるパラメーターＲ、Ｃ、Ｌ、Ｃｓｗ（切り替え部分の容量）同時に最適化する。
【００２７】
この実施形態においては、汎用回路シミュレータのオプティマイザを使用しGenetic式かHybrid式(最急勾配法+ランダム法の合成)などを用いて最適なパラメーターの値を求めた。その最適な値を用いて発振周波数を確認した。ここでは、最適化の目的は２０ＧＨｚから負性抵抗が得られ、３０ＧＨｚ付近に一定である負性抵抗の値が得られるように各パラメータを設定する。
【００２８】
図１、図４に示す回路をそれぞれ用いてパラメーターの最適化をして、そのパラメーター値を使用した発振回路の特性を図５ないし図８に示す。算出したパラメーターは：Ｒ=２７Ω、Ｃ=５１fF、ＣSW=１５fF、Ｌ=１４３５μｍ、Ｇ=４１．１μｍ、Ｗ＝６２μｍである。
【００２９】
図５は、共振器（受動部）と能動回路のみ（図１に示す回路）の場合のシミュレーション結果を示す図であり、発振条件を表している。この図５より、能動回路（発振部）が２０ＧＨｚ以上の周波数において負性抵抗となり、第２の周波数帯である３０ＧＨｚ付近で一定となる発振回路が得られることが確認できる。そして、図６は、周波数が第１の周波数帯である２０ＧＨｚ以上３０ＧＨｚまでのシミュレーション結果を示す図であり、発振周波数が２８．４５ＧＨｚのときの（１）式の値が０．００１Ω、負性抵抗を示す（２）式の値は−１６Ωである。
【００３０】
図７は、共振器（受動部）と能動回路と容量Ｃｓｗのみの場合（図４に示す回路）のシミュレーション結果を示す図であり、発振条件を表している。この図より、能動回路（発振部）が２０ＧＨｚ以上の周波数において負性抵抗となり、３０ＧＨｚ付近で一定となる発振回路が得られることが確認できる。そして、図８は、周波数が２０ＧＨｚ以上３０ＧＨｚまでのシミュレーション結果を示す図であり、発振周波数が２８．４２ＧＨｚのときの（１）式の値が０．００２Ω、負性抵抗を示す（２）式の値は−１５．２Ωである。
【００３１】
上記のように、パラメーターを最適化することで能動回路（発振部）が２０ＧＨｚ以上の周波数において負性抵抗となり、３０ＧＨｚ付近で一定となる発振回路が得られる。そして、容量Ｃｓｗを付加した場合と付加しない場合において、発振周波数が変更することができる。
【００３２】
そこで、この発明の他の実施形態においては、能動回路（発振部）が２０ＧＨｚ以上の周波数において負性抵抗となり、３０ＧＨｚ付近で一定となる発振回路において、トランジスタ１、２に周波数切り替え用の容量をスイッチ素子を介して接続する。このように構成することで、周波数を切り替えることができる。
【００３３】
図９は、この発明の他の実施形態である２つの周波数を切り替える発振回路装置を示す構成図である。
【００３４】
図９に示すように、第１のトランジスタ１のドレイン及び第２のトランジスタ２のドレインにそれぞれスイッチ素子となるトランジスタ３０２と容量（Ｃｓｗ１）３０１からなる周波数切替手段３００が設けられている。トランジスタ３０２に与える制御電圧Ｖｓｗ１を切り替えることにより、第１のトランジスタ１のドレイン及び第２のトランジスタ２に容量３０２を付加状態を制御する。即ち、トランジスタ３０２をオフしたときには、図１に示す状態と同じ回路構成になり、トランジスタをオンしたときには、第１のトランジスタ１のドレイン及び第２のトランジスタ２に容量３０２が付加され、図４に示す状態と同じ回路構成となる。このように、トランジスタ３０２の制御電圧の印加状態を制御することで、２つの周波数を切り替えることができる発振回路装置を構成することができる。なお、この実施形態では、高周波出力は、伝送回路２０１の略中点から出力されるので、発振部１００の倍の周波数２ｆの値が出力される。
【００３５】
図１０は、図９に示す発振回路装置の構成において、伝送線路２０１の線路長を変化させた場合の線路長と発振周波数の関係を示す図である。
【００３６】
図１０に示すように、伝送線路２０１の線路長を変化させることで発振周波数を変化させることができる。そして、各線路長において、トランジスタ３０２に印加する制御電圧に応じて、それぞれの発振周波数を切り替えることができることも確認した。
【００３７】
図１１は、この発明の更に他の実施形態における複数の周波数を切り替える発振回路装置を示す構成図である。
【００３８】
この図１１に示す実施形態は、周波数切替手段３００は、複数のスイッチ用トランジスタと複数の容量とを並列に設けている。容量３０１１とトランジスタ３０２１〜容量３０１ｎとトランジスタ３０２ｎを第１のトランジスタ１及び第２のトランジスタ２にそれぞれ並列に接続している。そして、トランジスタ３０２１〜トランジスタ３０２ｎのオンオフを制御することにより、複数の周波数を切り替えることができる。図１２に、８組の容量３０１１とトランジスタ３０２１〜容量３０１８、容量３０１ｎとトランジスタ３０２８を有する発振回路装置において、トランジスタ３０２１〜トランジスタ３０２８に与える制御電圧により、周波数を切り替える状態を示す。１〜９はトランジスタにそれぞれ対応している。図１２に示すように、トランジスタ３０２１〜トランジスタ３０２８に与える制御電圧により、９種類の周波数を切り替えることができる。
【００３９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
この発明は、ＦＳＫ変調装置などに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明の実施形態にかかる発振回路装置を示す回路図である。
【図２】この発明の実施形態にかかる発振回路装置の機能構成を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施形態にかかる発振回路装置の共振部（受動部）の構成を示す平面図である。
【図４】この発明の実施形態にかかる発振回路装置の他の例を示す回路図である。
【図５】この発明の実施形態にかかる共振器（受動部）と能動回路のみ（図１に示す回路）の場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図６】この発明の実施形態にかかる共振器（受動部）と能動回路のみ（図１に示す回路）の場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】この発明の実施形態にかかる共振器（受動部）と能動回路と容量Ｃｓｗのみの場合（図４に示す回路）のシミュレーション結果を示す図である。
【図８】この発明の実施形態にかかる共振器（受動部）と能動回路と容量Ｃｓｗのみの場合（図４に示す回路）のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】この発明の他の実施形態にかかる発振回路装置を示す回路図である。
【図１０】図９に示す発振回路装置の構成において、伝送線路２０１の線路長を変化させた場合の線路長と発振周波数の関係を示す図である。
【図１１】この発明の更に他の実施形態にかかる発振回路装置を示す回路図である。
【図１２】周波数切替手段のトランジスタへの制御電圧を発振周波数との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  第１のトランジスタ、２  第２のトランジスタ、１１  第１の容量、  ２２  第２の容量  １２  第１の抵抗、２２  第２の抵抗、１００  発振部（能動回路）、２００  共振部（受動部）。
【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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