(57)【要約】【課題】発振周波数を所定の範囲で変化させた場合において、負性抵抗回路と誘電体共振器との間の位相ずれを順次補正することにより、低い位相雑音特性とする誘電体発振器とその制御方法を提供する。【解決手段】誘電体発振器１００は、誘電体共振器１０と位置検出器２１と周波数変換器２２と補正値変換器２３と負性抵抗回路３０とを含み、誘電体共振器１０は、誘電体１４と調整ねじ１１と該ねじのひさし部１３の位置を検知する位置検出センサ１８と、を有している。位置検出器２１は位置検出センサ１８からの信号に基づいて、位置情報を周波数変換器２２に送る。周波数変換器２２は、位置情報と共振周波数との対応情報から共振周波数を補正値変換器２３へ送る。補正値変換器２３は共振周波数の帯域と帰還容量との対応情報に基づいて帰還容量を設定することで、位相ずれを補正する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロストリップ線路と誘電体とを有する誘電体共振器と、誘電体共振器の共振周波数に基づき信号を出力する負性抵抗回路と、の電磁気的結合によりマイクロ波を発振させる誘電体発振器において、
誘電体の上部に配置された遮蔽板を上下方向に移動させて保持する保持手段と、
遮蔽板の位置を検出する位置検出手段と、
位置と共振周波数との関係を予め記憶し、検出された位置に基づいて共振周波数の変化によるマイクロ波の位相ずれを補正する位相補正手段と、
を備えることを特徴とする誘電体発振器。
【請求項２】
請求項１に記載の誘電体発振器において、
位相補正手段は、負性抵抗回路の帰還容量と結合容量との少なくとも１つを増減し、マイクロ波の位相ずれを補正することを特徴とする誘電体発振器。
【請求項３】
マイクロストリップ線路と誘電体とを有する誘電体共振器と、誘電体共振器の共振周波数に基づき信号を出力する負性抵抗回路と、の電磁気的結合によりマイクロ波を発振させる誘電体発振器の制御方法において、
誘電体の上部に配置された遮蔽板を上下方向に移動させて保持する保持工程と、
遮蔽板の位置を検出する位置検出工程と、
位置と共振周波数との関係を予め記憶し、検出された位置に基づいて共振周波数の変化によるマイクロ波の位相ずれを補正する位相補正工程と、
を備えることを特徴とする誘電体発振器の制御方法。
【請求項４】
請求項３に記載の誘電体発振器の制御方法において、
位相補正工程は、負性抵抗回路の帰還容量と結合容量との少なくとも１つを増減し、マイクロ波の位相ずれを補正することを特徴とする誘電体発振器の制御方法。
【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と誘電体とを有する誘電体共振器と、誘電体共振器の共振周波数に基づき信号を出力する負性抵抗回路と、の電磁気的結合によりマイクロ波を発振させる誘電体発振器及び誘電体発振器の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、携帯電話の基地局用通信装置等に用いられている局部発振装置として誘電体発振器が用いられており、この誘電体発振器にはＤＲＯ（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）やＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）等がある。
【０００３】
特許文献１には、高いＱを保ったまま周波数同期を行う誘電体発振器を実現する技術が開示されており、図７は特許文献１の誘電体発振器２００を示している。誘電体発振器２００は、大きく分けて誘電体共振回路２０１と、能動型共振回路２０２と、出力整合回路２０３と、を有している。誘電体共振回路２０１は、制御電圧入力端子と、グランド５４に接続された可変容量ダイオード５１と、マイクロストリップ線路５２と、開放スタブ５５と、誘電体５７と、グランド６７に接続された終端抵抗６３と、マイクロストリップ線路５６と、を有している。また、能動型共振回路２０２は、マイクロストリップ線路５６に接続されている電界効果トランジスタ６１と、インピーダンス回路６４と、を有し、出力整合回路２０３は終端抵抗６６を介してグランド６７に接続されているインピーダンス回路６５を有している。
【０００４】
このような構成において、能動型共振回路２０２のマイクロストリップ線路５２と、能動型共振回路２０２の電界効果トランジスタ６１に接続されているマイクロストリップ線路５６が、直角になるように配置され、さらに、可変容量ダイオード５１と、このダイオードに接続されているマイクロストリップ線路５２の接続点にスタブ長を可変する開放スタブ５５が接続されている。
【０００５】
この技術により、誘電体共振器の調整領域が２次元的に広がると共に、出力電力及び高いＱの最適化が容易となる。また、スタブ長を可変できる開放スタブを可変容量ダイオードのカソードとマイクロストリップ線路の接続点に設け、開放スタブの長さを変えることにより、可変容量ダイオードによる周波数同期感度及び周波数同期範囲が調整可能となる。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２９８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した誘電体発振器２００は、それぞれ直角になるように配置された二つのマイクロストリップ線路（５２，５６）と、その線路に囲まれた場所に配置された誘電体５７と、の位置関係を変更することにより出力電力とＱの調整を行うと共に、可変容量ダイオードに供給する制御電圧によって周波数同期を行うものである。
【０００８】
しかし、発振周波数を変化させると、負性抵抗となる能動型共振回路２０２と誘電体共振回路２０１との間の位相が最適条件からずれるため、位相雑音レベルの増加が見られる。そこで、予め複数の設定を用意しておき、順次切り換える構成とすると、回路規模が大きくなってしまう。一方、誘電体共振器の所定の共振周波数において発振する場合が最もＱが高く、かつ、位相雑音が低くなることから、広い範囲で特性を維持することは困難であり、従来の構成では所定の周波数のみ最適な条件となっていた。
【０００９】
そこで、本発明は、発振周波数を所定の範囲で変化させた場合において、負性抵抗回路と誘電体共振器との間の位相ずれを順次補正することにより、低位相雑音特性を得ることができる誘電体発振器とその制御方法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】
【００１０】
以上のような目的を達成するために、本発明に係る誘電体発振器は、マイクロストリップ線路と誘電体とを有する誘電体共振器と、誘電体共振器の共振周波数に基づき信号を出力する負性抵抗回路と、の電磁気的結合によりマイクロ波を発振させる誘電体発振器において、誘電体の上部に配置された遮蔽板を上下方向に移動させて保持する保持手段と、遮蔽板の位置を検出する位置検出手段と、位置と共振周波数との関係を予め記憶し、検出された位置に基づいて共振周波数の変化によるマイクロ波の位相ずれを補正する位相補正手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る誘電体発振器において、位相補正手段は、負性抵抗回路の帰還容量と結合容量との少なくとも１つを増減し、マイクロ波の位相ずれを補正することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る誘電体発振器の制御方法は、マイクロストリップ線路と誘電体とを有する誘電体共振器と、誘電体共振器の共振周波数に基づき信号を出力する負性抵抗回路と、の電磁気的結合によりマイクロ波を発振させる誘電体発振器の制御方法において、誘電体の上部に配置された遮蔽板を上下方向に移動させて保持する保持工程と、遮蔽板の位置を検出する位置検出工程と、位置と共振周波数との関係を予め記憶し、検出された位置に基づいて共振周波数の変化によるマイクロ波の位相ずれを補正する位相補正工程と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明に係る誘電体発振器の制御方法において、位相補正工程は、負性抵抗回路の帰還容量と結合容量との少なくとも１つを増減し、マイクロ波の位相ずれを補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明を用いると、発振周波数の変化に伴う負性抵抗回路と誘電体共振器との間の位相ずれを補うことができ、所定の帯域において低位相雑音特性を実現することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００１６】
図１には、本実施形態における誘電体発振器１００の全体構成が示されている。図１の誘電体発振器１００は、誘電体共振器１０と、位置検出器２１と、周波数変換器２２と、補正値変換器２３と、負性抵抗回路３０と、を含んでいる。
【００１７】
誘電体共振器１０は、シールド１２と、ベースシールド１６と、基板１５と、基板１５の上に設けられたマイクロストリップ線路２５及び支持台１７と、支持台１７の上にねじ１９で固定された誘電体１４と、調整ねじ１１と、調整ねじ１１のひさし部１３の位置を検知する位置検出センサ１８と、を有している。誘電体１４を固定しているねじ１９はポリカーボネイト（登録商標）であり、調整ねじ１１には、ねじ１９の頭部を避けるために窪みを設けている。
【００１８】
負性抵抗回路３０は、コレクタを接地したトランジスタＴｒと、容量素子Ｃ２，Ｃｃｅと、結合容量Ｃ１と、帰還容量Ｃｂｅと、誘導素子Ｌｂｃと、バイアス用抵抗Ｒｂ１，Ｒｂ２，Ｒｅと、を有している。なお、帰還容量を変更する素子として可変容量ダイオードを用いている。
【００１９】
誘電体共振器１０のマイクロストリップ線路２５は、結合線路２４を介して負性抵抗回路３０の容量素子Ｃ１に接続され、トランジスタＴｒのベースに信号が伝達される。トランジスタＴｒは誘電体共振器の共振周波数に基づき信号を出力することで、負性抵抗回路３０からマイクロ波が出力される。
【００２０】
本実施形態で特徴的な事項の一つは、調整ねじ１１の上下によって発振周波数が変化することで発生する負性抵抗回路３０と誘電体共振器１０との間の位相ずれを、負性抵抗回路３０内の帰還容量Ｃｂｅを適切に制御して補正することである。
【００２１】
まず、位置検出器２１は位置検出センサ１８からの信号に基づいて、位置情報を周波数変換器２２に送る。次に、周波数変換器２２は、後述する位置情報と共振周波数の対応情報から共振周波数を補正値変換器２３へ送る。さらに、補正値変換器２３は共振周波数の帯域と帰還容量Ｃｂｅとの対応情報に基づいて帰還容量を設定することで、位相ずれを補正する。
【００２２】
図２は、別の誘電体共振器１０の構成である。図１の誘電体共振器と異なる点は、位置検出センサ１８がシールド１２の外部に取り付けられたことである。このような構成により、調整ねじ１１と誘電体１４との距離である位置情報ＨＴを求めることが可能となる。
【００２３】
図３には、誘電体共振器１０と負性抵抗回路３０を接続した模式図が示されている。本実施形態では、トランジスタのコレクタを接地させ、抵抗Ｒｂ１，Ｒｂ２によるバイアス回路と、誘電体共振器によって高いＱで実現させたＬｂｃと、可変容量ダイオードで実現させた容量素子Ｃｂｅ，Ｃｃｅと、によりコルビッツ発振回路を形成して誘電体発振器１００を実現した。
【００２４】
本実施形態では、バラクタダイオード又はＭＥＭＳ可変容量素子を用いて帰還容量であるＣｂｅ，Ｃｃｅと、結合容量Ｃ１の容量値と、の少なくとも一つを可変させた。なお、図１に示した構成では、Ｃｂｅへの入力であるＡ信号入力とし、その他のＢ信号入力でＣｃｅを制御し、Ｃ信号入力でＣ１を制御することができる。
【００２５】
図４は、誘電体発振器の共振周波数と位置検出器で検知した位置情報ＨＴとの関係を示している。図中横軸は誘電体と遮蔽板の距離である位置情報ＨＴを示し、縦軸は共振周波数を示している。距離が短くなるに従い共振周波数が急に上昇し、距離が長くなるに従い共振周波数下降が緩やかとなる。特に、共振周波数を４．４ＧＨｚ〜４．８ＧＨｚとすると、位置情報ＨＴは０．７ｍｍ〜５．３ｍｍの可変位置幅となる。図１の周波数変換器２２は、このような対応情報を記憶しているため、位置情報ＨＴの入力に応じた共振周波数を出力することができる。
【００２６】
図５は、位相雑音特性と負性抵抗回路の帰還容量との関係を示している。図中の特性は、帰還容量Ｃｂｅを左から０．５ｐＦ、０．４ｐＦ、０．３ｐＦに設定して求めたものである。図１の補正値変換器２３は、共振周波数４．４ＧＨｚ〜４．６ＧＨｚまではＣｂｅ＝０．５ｐＦを選択し、共振周波数４．６ＧＨｚ以上〜４．７ＧＨｚまではＣｂｅ＝０．４ｐＦを選択し、共振周波数４．７ＧＨｚ以上〜４．８ＧＨｚまではＣｂｅ＝０．３ｐＦを選択する。この処理により位相雑音は、例えば、−１１５〜−１１１ｄＢの範囲となる。
【００２７】
図６は、本実施形態に係る改善特性と従来構成による特性とを示している。本実施形態では、０．５ｐＦ〜０．３ｐＦの３段階としたが、各段階の帰還容量を制御することにより例えば、帰還容量０．４ｐＦに固定された従来特性に比べて、０．５ｐＦ〜０．３ｐＦを順次切り換える改善特性では可変周波数幅において位相雑音を低く抑えることが可能となる。
【００２８】
以上、上述したように、本実施形態を用いると、発振周波数の変化に伴う負性抵抗回路と誘電体共振器との間の位相ずれを補うことができ、所定の帯域において低位相雑音特性を得ることが可能となる。
【００２９】
なお、本実施形態では、帰還容量を変更する素子としてＣｂｅの可変容量ダイオードを用いたがＭＥＭＳ可変容量素子を用いても良く、同様に、負性抵抗回路はコルピッツ発振回路を用いたが他のＬＣ発振回路（例えば、ハートレー発振回路）でも良い。また、図３の負性抵抗回路３０のＡ信号入力（Ｃｂｅ）を用いて説明したが、これに限定するものではなく、その他のＢ，Ｃ信号入力でも制御可能であり、同時に複数の信号入力を用いることで、より細かく制御することが可能となる。さらに、本実施形態で示した数値は説明のために用いたもので、この値に限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係る誘電体発振器の構成を示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る別の誘電体共振器の構成を示す構成図である。
【図３】本発明の実施形態に係る負性抵抗回路の構成を説明する説明図である。
【図４】本発明の実施形態に係る誘電体発振器の共振周波数と位置検出器で検知した位置情報と、の関係を示す特性図である。
【図５】本発明の実施形態に係る位相雑音特性と負性抵抗回路の帰還容量との関係を示した特性図である。
【図６】本発明の実施形態に係る改善特性と従来特性とを示した模式図である。
【図７】従来の誘電体発振器の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  誘電体共振器、１１  調整ねじ、１２  シールド、１３  ひさし部、１４  誘電体、１５  基板、１６  ベースシールド、１７  支持台、１８  位置検出センサ、１９  ねじ、２１  位置検出器、２２  周波数変換器、２３  補正値変換器、２４  結合線路、２５，５２，５６  マイクロストリップ線路、３０  負性抵抗回路、５１  可変容量ダイオード、５４，６７  グランド、５５  開放スタブ、５７  誘電体、６１  電界効果トランジスタ、６３，６６  終端抵抗、６４，６５  インピーダンス回路、１００，２００  誘電体発振器、２０１  誘電体共振回路、２０２  能動型共振回路、２０３  出力整合回路。
【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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