(57)【要約】【課題】位相雑音が少ない高周波信号を発振することができる高周波発振器を得ることを目的とする。【解決手段】周波数判別部２５によりＲＦ信号の周波数ｆが周波数許容変動範囲内に設定された周波数領域の内部に存在していないと判別された場合、ＲＦ信号の周波数ｆと基準信号の周波数ｆ0との周波数差Δｆの検出処理を実施して、その周波数差Δｆを示す周波数差情報を周波数調整部２７に出力し、周波数判別部２５によりＲＦ信号の周波数ｆが周波数領域の内部に存在していると判別された場合、その周波数差Δｆの検出処理を停止するようにする。【選択図】図１
2009258370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号を発振する高周波信号発振手段と、基準信号を発振する基準信号発振手段と、上記高周波信号発振手段により発振された高周波信号の周波数を監視し、上記高周波信号の周波数が周波数許容変動範囲内に設定された周波数領域の内部に存在しているか否かを判別する判別手段と、上記判別手段により高周波信号の周波数が上記周波数領域の内部に存在していないと判別された場合、上記高周波信号発振手段により発振された高周波信号の周波数と上記基準信号発振手段により発振された基準信号の周波数との周波数差の検出処理を実施して、上記周波数差を出力し、上記判別手段により高周波信号の周波数が上記周波数領域の内部に存在していると判別された場合、上記周波数差の検出処理を停止する周波数差検出手段と、上記周波数差検出手段から出力された周波数差にしたがって上記高周波信号発振手段から発振される高周波信号の周波数を調整する周波数調整手段とを備えた高周波発振器。
【請求項２】
周波数調整手段は、周波数差検出手段から新たな周波数差が出力されなければ、上記周波数差検出手段から前回出力された周波数差にしたがって高周波信号発振手段から発振される高周波信号の周波数を調整することを特徴とする請求項１記載の高周波発振器。
【請求項３】
周波数差検出手段は、判別手段により高周波信号の周波数が周波数領域の内部に存在していないと判別されて、周波数差の検出処理を開始した後、上記高周波信号の周波数が上記周波数領域の内部に移行しても、上記周波数領域内に設定された第２の周波数領域の内部に移行するまで、上記周波数差の検出処理を継続することを特徴とする請求項１または請求項２記載の高周波発振器。
【請求項４】
高周波信号発振手段が、光信号を伝送する光伝送系と、電気信号である高周波信号を伝送する電気伝送系とから構成されており、上記光伝送系が、レーザ光を発生するレーザ光源と、上記レーザ光源から発生されたレーザ光を上記電気伝送系から出力される高周波信号にしたがって変調する光変調器と、上記光変調器により変調された高周波信号を電気信号である高周波信号に変換する光電変換器とを備え、上記電気伝送系が、上記光電変換器により変換された高周波信号の信号成分のうち、所定の通過帯域に含まれている信号成分のみを通過させるバンドパスフィルタと、上記バンドパスフィルタを通過した高周波信号を分岐して、一方の高周波信号を外部に出力し、他方の高周波信号を上記光変調器に出力するカプラとを備えていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の高周波発振器。
【請求項５】
光伝送系におけるレーザ光源と光変調器の間、または、上記光変調器と光電変換器の間の少なくとも一方が、光ファイバによって接続されていることを特徴とする請求項４記載の高周波発振器。
【請求項６】
光変調器から光電変換器に至る経路上に、光信号を増幅する光アンプを設けたことを特徴とする請求項４または請求項５記載の高周波発振器。
【請求項７】
光電変換器から電気伝送系を経由して光変調器に至る経路上に、電気信号である高周波信号を増幅する電気アンプを設けたことを特徴とする請求項４から請求項６のうちのいずれか１項記載の高周波発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、ミリ波やマイクロ波などの高周波信号を発振する高周波発振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の高周波発振器としては、例えば、光電気発振器があり、この光電気発振器は、レーザ光源、光変調器、光電変換器、バンドパスフィルタ、移相器などを備えている（図９を参照）。
即ち、レーザ光源から発生されたレーザ光が光変調器で強度変調され、強度変調されたレーザ光が光電変換器で電気信号に変換される。
この電気信号は、増幅された後にバンドパスフィルタに入力され、バンドパスフィルタの中心周波数近傍の信号成分のみがバンドパスフィルタを通過して出力される。
【０００３】
バンドパスフィルタから出力された電気信号は、２つに分岐され、一方が高周波信号として外部に出力され、他方が光変調器に再び入力されてレーザ光の強度変調に用いられている。
また、高周波発振器の帰還回路内には、電気信号の位相を自由に調整することが可能な移相器を設け、電気信号の位相を自動的に制御することで、信号周波数の安定化を実現している（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３５１９５１号公報（段落番号［００２０］、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の高周波発振器は以上のように構成されているので、例えば、位相ロックループ（ＰＬＬ：Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋ  Ｌｏｏｐ）が制御を行えば、信号周波数の安定化を実現することができる。このＰＬＬ制御では、基準発振器を設けることにより、信号周波数を基準発振器の周波数、あるいは、この周波数が逓倍された周波数（もしくは、分周された周波数）に一致させることができる。しかし、このＰＬＬ制御を行うと、例えば、基準発振器が有する位相雑音の影響で、位相雑音が増加されてしまうことがあるなどの課題があった。
【０００６】
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、位相雑音が少ない高周波信号を発振することができる高周波発振器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る高周波発振器は、高周波信号発振手段により発振された高周波信号の周波数を監視し、その高周波信号の周波数が周波数許容変動範囲内に設定された周波数領域の内部に存在しているか否かを判別する判別手段と、その判別手段により高周波信号の周波数が上記周波数領域の内部に存在していないと判別された場合、高周波信号発振手段により発振された高周波信号の周波数と基準信号発振手段により発振された基準信号の周波数との周波数差の検出処理を実施して、その周波数差を出力し、その判別手段により高周波信号の周波数が上記周波数領域の内部に存在していると判別された場合、その周波数差の検出処理を停止する周波数差検出手段とを設け、周波数調整手段が周波数差検出手段から出力された周波数差にしたがって高周波信号発振手段から発振される高周波信号の周波数を調整するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、高周波信号発振手段により発振された高周波信号の周波数を監視し、その高周波信号の周波数が周波数許容変動範囲内に設定された周波数領域の内部に存在しているか否かを判別する判別手段と、その判別手段により高周波信号の周波数が上記周波数領域の内部に存在していないと判別された場合、高周波信号発振手段により発振された高周波信号の周波数と基準信号発振手段により発振された基準信号の周波数との周波数差の検出処理を実施して、その周波数差を出力し、その判別手段により高周波信号の周波数が上記周波数領域の内部に存在していると判別された場合、その周波数差の検出処理を停止する周波数差検出手段とを設け、周波数調整手段が周波数差検出手段から出力された周波数差にしたがって高周波信号発振手段から発振される高周波信号の周波数を調整するように構成したので、位相雑音が少ない高周波信号を発振することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による高周波発振器を示す構成図である。
図１において、高周波発振器は光信号を伝送する光伝送系１と、電気信号である高周波信号（以下、「ＲＦ信号」と称する）を伝送するＲＦ信号伝送系２（電気伝送系）とから構成されており、ＲＦ信号伝送系２には信号周波数制御系３が含まれている。
【００１０】
光伝送系１のレーザ光源１１はレーザ光を発生する。
光変調器１２は例えば光ファイバによってレーザ光源１１と接続され、レーザ光源１１から発生されたレーザ光をカプラ１９から出力されるＲＦ信号に応じて変調し、変調後のレーザ光を光ファイバ１３に出力する。
光ファイバ１３は光変調器１２とＯ／Ｅ変換器１４とを接続し、光変調器１２から出力された変調後のレーザ光をＯ／Ｅ変換器１４に伝送する。
光電変換器であるＯ／Ｅ変換器１４は光ファイバ１３により伝送されたレーザ光を直接検波（自乗検波）によってＲＦ信号に変換する。
【００１１】
ＲＦ信号伝送系２のバンドパスフィルタ１５は例えば同軸ケーブル等の電線ケーブルによってＯ／Ｅ変換器１４と接続されており、Ｏ／Ｅ変換器１４により変換されたＲＦ信号の信号成分のうち、予め設定された所定の通過帯域以外の周波数帯域の信号成分やスプリアスを遮断して、所定の通過帯域に含まれている信号成分のみを通過させる。
移相器１６は周波数調整部２７から出力される制御信号の電圧値に応じてバンドパスフィルタ１５を通過したＲＦ信号の位相を調整する。
カプラ１７は移相器１６により位相が調整されたＲＦ信号を２つに分岐し、一方のＲＦ信号をアンプ１８に出力し、他方のＲＦ信号をカプラ２２に出力する。
【００１２】
電気アンプであるアンプ１８はカプラ１７から出力されたＲＦ信号を増幅し、増幅後のＲＦ信号をカプラ１９に出力する。
カプラ１９は例えば同軸ケーブル等の電線ケーブルによって光変調器１２と接続されており、アンプ１８により増幅されたＲＦ信号を２つに分岐し、一方のＲＦ信号を出力信号として外部に出力し、他方のＲＦ信号を光変調器１２に出力する。
なお、レーザ光源１１、光変調器１２、光ファイバ１３、Ｏ／Ｅ変換器１４、バンドパスフィルタ１５、移相器１６、カプラ１７、アンプ１８及びカプラ１９から高周波信号発振手段が構成されている。
【００１３】
基準発振器２０は予め設定された所定の周波数の信号を発振する。
逓倍器２１は基準発振器２０により発振された信号の周波数を予め設定された値だけ逓倍して、周波数逓倍後の信号を基準信号として周波数差検出部２６に出力する。
なお、基準発振器２０及び逓倍器２１から基準信号発振手段が構成されている。
【００１４】
カプラ２２はカプラ１７から出力されたＲＦ信号を２つに分岐し、一方のＲＦ信号を周波数モニタ部２４に出力し、他方のＲＦ信号を周波数差検出部２６に出力する。
クロック信号発生部２３は予め設定された所定の時間間隔でクロック信号を周波数モニタ部２４に出力する。
周波数モニタ部２４はクロック信号発生部２３からクロック信号を受けると、カプラ２２から出力されたＲＦ信号の周波数をモニタし、そのＲＦ信号の周波数を示す周波数情報を周波数判別部２５に出力する。
【００１５】
周波数判別部２５は周波数モニタ部２４から出力された周波数情報が示すＲＦ信号の周波数と、予め設定された所定の周波数とを比較することにより、そのＲＦ信号の周波数が周波数許容変動範囲内に設定された周波数領域の内部に存在しているか否かを判別し、そのＲＦ信号の周波数が周波数領域の内部に存在していなければ、トリガ信号を周波数差検出部２６に出力する。
なお、カプラ２２、クロック信号発生部２３、周波数モニタ部２４及び周波数判別部２５から判別手段が構成されている。
【００１６】
周波数差検出部２６は周波数判別部２５からトリガ信号が出力された場合、カプラ２２から出力されたＲＦ信号の周波数と逓倍器２１から出力された基準信号の周波数との周波数差の検出処理を実施して、その周波数差を示す周波数差情報を周波数調整部２７に出力し、周波数判別部２５からトリガ信号が出力されなければ、その周波数差の検出処理を停止する。なお、周波数差検出部２６は周波数差検出手段を構成している。
周波数調整部２７は周波数差検出部２６から出力された周波数差情報が示す周波数差に応じた電圧値の制御信号を移相器１６に出力することにより、ＲＦ信号の位相を調整させる。ただし、周波数差検出部２６から新たな周波数差情報が出力されなければ、周波数差検出部２６から前回出力された周波数差情報が示す周波数差に応じた電圧値の制御信号を移相器１６に出力する。なお、周波数調整部２７は周波数調整手段を構成している。
【００１７】
次に動作について説明する。
まず、レーザ光源１１は、レーザ光を発生する。
光変調器１２は、レーザ光源１１がレーザ光を発生すると、そのレーザ光を後述するカプラ１９から出力されるＲＦ信号に応じて変調し、変調後のレーザ光を光ファイバ１３に出力する。
これにより、変調後のレーザ光が光ファイバ１３によってＯ／Ｅ変換器１４に伝送される。
Ｏ／Ｅ変換器１４は、光ファイバ１３により伝送されたレーザ光を直接検波によってＲＦ信号に変換する。
【００１８】
バンドパスフィルタ１５は、Ｏ／Ｅ変換器１４がレーザ光をＲＦ信号に変換すると、そのＲＦ信号の信号成分のうち、予め設定された所定の通過帯域以外の周波数帯域の信号成分やスプリアスを遮断して、所定の通過帯域に含まれている信号成分のみを通過させる。
移相器１６は、バンドパスフィルタ１５を通過したＲＦ信号を受けると、後述する周波数調整部２７から出力される制御信号の電圧値に応じて、そのＲＦ信号の位相を調整する。
【００１９】
カプラ１７は、移相器１６がＲＦ信号の位相を調整すると、そのＲＦ信号を２つに分岐して、一方のＲＦ信号をアンプ１８に出力し、他方のＲＦ信号をカプラ２２に出力する。
アンプ１８は、カプラ１７からＲＦ信号を受けると、そのＲＦ信号を増幅して、増幅後のＲＦ信号をカプラ１９に出力する。
カプラ１９は、アンプ１８から増幅後のＲＦ信号を受けると、そのＲＦ信号を２つに分岐して、一方のＲＦ信号を出力信号として外部に出力し、他方のＲＦ信号を光変調器１２に出力する。
【００２０】
信号周波数制御系３の基準発振器２０は、予め設定された所定の周波数の信号を発振する。
逓倍器２１は、基準発振器２０が所定の周波数の信号を発振すると、その信号の周波数を予め設定された値だけ逓倍して、周波数逓倍後の信号を基準信号として周波数差検出部２６に出力する。
【００２１】
カプラ２２は、カプラ１７からＲＦ信号を受けると、そのＲＦ信号を２つに分岐して、一方のＲＦ信号を周波数モニタ部２４に出力し、他方のＲＦ信号を周波数差検出部２６に出力する。
クロック信号発生部２３は、予め設定された所定の時間間隔でクロック信号を周波数モニタ部２４に出力する。
周波数モニタ部２４は、クロック信号発生部２３からクロック信号を受けると、カプラ２２から出力されたＲＦ信号の周波数をモニタし、そのＲＦ信号の周波数を示す周波数情報を周波数判別部２５に出力する。
【００２２】
周波数判別部２５は、周波数モニタ部２４から周波数情報を受けると、その周波数情報が示すＲＦ信号の周波数と、予め設定された所定の周波数とを比較することにより、そのＲＦ信号の周波数が周波数許容変動範囲内に設定された周波数領域の内部に存在しているか否かを判別する。
周波数判別部２５は、そのＲＦ信号の周波数が周波数領域の内部に存在していなければ、トリガ信号を周波数差検出部２６に出力する。
なお、そのＲＦ信号の周波数が周波数許容変動範囲内に設定された周波数領域の内部に存在していれば、トリガ信号を周波数差検出部２６に出力しない。
【００２３】
周波数差検出部２６は、周波数判別部２５からトリガ信号を受けると、カプラ２２から出力されたＲＦ信号の周波数と、逓倍器２１から出力された基準信号の周波数との周波数差の検出処理を実施して、その周波数差を示す周波数差情報を周波数調整部２７に出力する。
周波数差検出部２６は、周波数判別部２５からトリガ信号が出力されなければ、その周波数差の検出処理を停止する。
これにより、ＰＬＬ制御が停止されるため、ＰＬＬ制御の位相雑音に伴う発振周波数の変動が発生しなくなる。
【００２４】
周波数調整部２７は、周波数差検出部２６から周波数差情報を受けると、その周波数差情報が示す周波数差に応じた電圧値の制御信号を移相器１６に出力することにより、ＲＦ信号の位相を調整させる。
即ち、周波数調整部２７は、周波数差検出部２６から出力された周波数差情報が示す周波数差が、ＲＦ信号の周波数が基準信号の周波数より進んでいる旨を示していれば、その周波数差分だけ、そのＲＦ信号の周波数の位相が遅くなるような電圧値の制御信号を移相器１６に出力することにより、ＲＦ信号の位相を遅らせる。
一方、周波数差検出部２６から出力された周波数差情報が示す周波数差が、ＲＦ信号の周波数が基準信号の周波数より遅れている旨を示していれば、その周波数差分だけ、そのＲＦ信号の周波数の位相が進むような電圧値の制御信号を移相器１６に出力することにより、ＲＦ信号の位相を進ませる。
ただし、周波数調整部２７は、周波数差検出部２６から新たな周波数差情報が出力されなければ、周波数差検出部２６から前回出力された周波数差情報が示す周波数差に応じた電圧値の制御信号を移相器１６に出力する。
【００２５】
ここで、カプラ１９で分岐されたＲＦ信号が光変調器１２に再び入力されることにより、帰還回路が構成される。
この帰還回路において、回路全体の損失よりも大きくなるように帰還ゲインを設定することにより、この高周波発振器は、バンドパスフィルタ１５で設定された所定の周波数で発振を始める。
【００２６】
次に、この実施の形態１における高周波発振器の効果について説明する。
最初に、従来の高周波発振器において、ＰＬＬ制御を用いないときの位相雑音特性と、ＰＬＬ制御を用いたときの位相雑音特性について説明する。
図２はＰＬＬ制御を用いないときの高周波発振器の位相雑音特性を示す説明図である。
また、図３はＰＬＬ制御を用いたときの高周波発振器の位相雑音特性を示す説明図である。
【００２７】
例えば、図９のような光電気発振器では、レーザ光の伝送路として電気ケーブルよりも損失が小さい光ファイバを用いることにより、伝送路の延長化を図っている。これにより、発振のＱ値が増加されて、通常の高周波発振器よりも位相雑音が低減される。
したがって、位相雑音特性は、図２に示すように、低周波では離調周波数の２乗に反比例し、その後、発振器における帰還回路の遅延時間に依存するスプリアス成分が発生する。
【００２８】
ここで、スプリアスの発生する周波数間隔をΔｆs、帰還回路の遅延時間をτとすると、周波数間隔Δｆsは遅延時間τを用いて、下記の式（１）のように表される。
【数１】
2009258370.tif 000003
また、位相雑音が極小となるような最小の離調周波数をΔｆminとすると、最小の離調周波数Δｆminは、下記の式（２）のように表される。
【数２】
2009258370.tif 000004
【００２９】
したがって、発振器内のアンプの低周波に含まれる1／ｆ雑音などの付加雑音や、振動や温度変動等の環境の影響で生じる付加雑音などを考慮しない理想的な条件においては、ＰＬＬ制御を行わないときの位相雑音特性は、離調周波数がΔｆmin以下の場合、位相雑音レベルが常に離調周波数の２乗に反比例する。
つまり、離調周波数ｆ’における位相雑音レベルのスペクトルをＬ0（ｆ’）［ｄＢｃ／Ｈｚ］とすると、離調周波数がΔｆmin以下では、スペクトルＬ0（ｆ’）は、下記の式（３）のように表される。
【数３】
2009258370.tif 000005
ただし、Ｋは定数である。
【００３０】
一方、ＰＬＬ制御を用いたときの位相雑音特性は、ＰＬＬ回路内で用いているループフィルタの帯域をΔｆloopとすると、一般的には、図３に示すように、ループフィルタの帯域Δｆloopより小さい領域、Δｆloop付近の領域、Δｆloopより大きい領域の３つの雑音特性領域に分けて考えることができる。
【００３１】
まず、ループフィルタの帯域Δｆloopより小さい領域では、基準発振器がもつ位相雑音に、逓倍分の雑音付加が加わった雑音特性領域とみなすことができる。
つまり、この領域の離調周波数ｆ’における位相雑音レベルのスペクトルをＬ1（ｆ’）［ｄＢｃ／Ｈｚ］、基準発振器の離調周波数ｆ’における位相雑音レベルのスペクトルをＬref（ｆ’）［ｄＢｃ／Ｈｚ］、基準発振器の出力信号の周波数をｆref、高周波発振器で得られる出力信号の周波数をｆoutとすると、スペクトルＬ1（ｆ’）は、下記の式（４）のように表される。
【数４】
2009258370.tif 000006
【００３２】
また、ループフィルタの帯域Δｆloop付近の領域は、ＰＬＬ制御の影響により生じる雑音特性領域であり、逓倍器、ＰＬＬ回路内に含まれる位相比較器やループフィルタがもつ位相雑音で決定されるとみなすことができる。
つまり、この領域の離調周波数ｆ’における位相雑音レベルのスペクトルをＬ2（ｆ’）［ｄＢｃ／Ｈｚ］、逓倍器がもつ離調周波数ｆ’における位相雑音レベルのスペクトルをＬmul（ｆ’）［ｄＢｃ／Ｈｚ］、位相比較器がもつ離調周波数ｆ’における位相雑音レベルのスペクトルをＬcom（ｆ’）［ｄＢｃ／Ｈｚ］、ループフィルタがもつ離調周波数ｆ’における位相雑音レベルのスペクトルをＬloop（ｆ’）［ｄＢｃ／Ｈｚ］とすると、スペクトルＬ2（ｆ’）は、下記の式（５）のように表される。
【数５】
2009258370.tif 000007
【００３３】
また、ループフィルタの帯域Δｆloopより大きい領域では、高周波発振器自身の雑音特性領域とみなすことができる。
つまり、この領域の離調周波数ｆ’における位相雑音レベルのスペクトルは、離調周波数がΔｆmin以下では、上記の式（３）のように表される。
【００３４】
なお、上述した３つの領域の境界付近の雑音特性については、隣接する互いの雑音レベルのスペクトルの和となるため、上述した式（３）〜式（５）の値と必ずしも一致するとは限らない。
また、通常のループフィルタの帯域Δｆloopは、低位相雑音を得るために、式（４）と式（５）の値が一致するときの離調周波数ｆ’の値に設定するのが、好ましいと言える。
【００３５】
ここで、例えば、図９の光電気発振器のように、高周波発振かつ低位相雑音が実現できるような高周波発振器では、図３に示すように、基準発振器の逓倍の影響による雑音特性領域と、ＰＬＬ制御の影響による雑音特性領域とが、高周波発振器自身の雑音特性領域よりも大きくなる課題がある。
そこで、この実施の形態１では、高周波発振器を図１のように構成し、以下に示すような発振周波数の制御方法を用いることで、従来の高周波発振器よりも低位相雑音が得られるようにしている。
【００３６】
上記の制御方法は、既に上記の動作説明で簡単に述べているが、例えば、高周波発振器において、発振周波数の変動量として許容できる範囲（周波数許容変動範囲）があると仮定し、この周波数許容変動範囲内に発振周波数がある場合は、ＰＬＬ制御を実施しないように設定しておき、発振周波数が許容変動範囲よりも大きくなる場合のみＰＬＬ制御を実施するという方法がある。
これにより、常時、ＰＬＬ制御を実施している場合よりも、ＰＬＬ制御を実施していない間は低位相雑音が得られるという効果が得られる。
【００３７】
図４はこの発明の実施の形態１による高周波発振器の発振周波数制御方法を示すフローチャートである。
図５は図４の発振周波数制御方法で設定される発振周波数を示すスペクトル説明図である。
以下、図４及び図５を参照して、高周波発振器の発振周波数制御方法を詳細に説明する。
【００３８】
図４の発振周波数制御方法を実施するに際して、以下の前提条件１〜３が成立しているものとする。
（１）前提条件１
周波数調整部２７から移相器１６に出力される制御信号の電圧値と、バンドパスフィルタ１５から移相器１６に出力されるＲＦ信号がシフトされる位相量との関係、このシフトされる位相量と発振周波数変動量との関係が既知であり、周波数調整部２７が、所望の発振周波数変動量を与えるために必要な電圧値の制御信号を移相器１６に出力することができるものとする。
【００３９】
（２）前提条件２
高周波発振器における所望の発振周波数の値がｆ0であるとすると、その発振周波数ｆ0が基準発振器２０から逓倍器２１を経て出力される基準信号の周波数の値と等しいものとする。
（３）前提条件３
図５に示すように、ＰＬＬ制御を実施する周波数しきい値（制御実施しきい値）をｆ0＋ｆth1、ｆ0−ｆth2、高周波発振器の発振周波数変動量として許容できる範囲をｆ0−Δｆmax2からｆ0＋Δｆmax1の範囲とすると、高周波発振器を使用する動作環境下においては、発振周波数がｆ0＋Δｆmax1以上、または、ｆ0−Δｆmax2以下となることがないように、予め、ｆth1とｆth2の値が決定されているものとする。
【００４０】
クロック信号発生部２３は、上述したように、予め設定された所定の時間間隔でクロック信号を周波数モニタ部２４に出力する（図４のステップＳＴ１）。
周波数モニタ部２４は、クロック信号発生部２３からクロック信号を受けると、上述したように、カプラ２２から出力されたＲＦ信号の周波数ｆをモニタし（ステップＳＴ２）、そのＲＦ信号の周波数ｆを示す周波数情報を周波数判別部２５に出力する（ステップＳＴ３）。
【００４１】
周波数判別部２５は、周波数モニタ部２４から周波数情報を受けると、その周波数情報が示すＲＦ信号の周波数ｆと、制御実施しきい値ｆ0＋ｆth1、ｆ0−ｆth2とを比較して、以下の式（６）及び式（７）の成否について判定する（ステップＳＴ４）。
ｆ≧ｆ0＋ｆth1                                              （６）
ｆ≦ｆ0−ｆth2                                              （７）
【００４２】
周波数判別部２５は、式（６）又は式（７）の一方が成立する場合、ＰＬＬ制御を実施するために、トリガ信号を周波数差検出部２６に出力する（ステップＳＴ５）。
式（６）及び式（７）の両方が成立しない場合、ＰＬＬ制御を実施しないため、周波数判別部２５からトリガ信号が周波数差検出部２６に出力されず、ステップＳＴ１の処理に戻る。
【００４３】
周波数差検出部２６は、周波数判別部２５からトリガ信号を受けると、上述したように、カプラ２２から出力されたＲＦ信号の周波数ｆと、逓倍器２１から出力された基準信号の周波数ｆ0との周波数差Δｆ（＝ｆ−ｆ0）の検出処理を実施して（ステップＳＴ６）、その周波数差Δｆを示す周波数差情報を周波数調整部２７に出力する（ステップＳＴ７）。
なお、周波数差検出部２６は、上述したように、周波数判別部２５からトリガ信号が出力されなければ、その周波数差Δｆの検出処理を実施しない。
【００４４】
周波数調整部２７は、周波数差検出部２６から周波数差情報を受けると、その周波数差情報が示す周波数差Δｆに応じた電圧値の制御信号を移相器１６に出力する（ステップＳＴ８）。
ここで、上記の前提条件１により、周波数差Δｆに対応する電圧値が予め設定されているので、その周波数差Δｆに対応する電圧値の制御信号を移相器１６に出力する。
移相器１６は、バンドパスフィルタ１５を通過したＲＦ信号を受け、周波数調整部２７から制御信号を受けると、その制御信号の電圧値に応じて、そのＲＦ信号の位相を調整する（ステップＳＴ９）。
その後、再び、開始後の状態に戻り、ステップＳＴ１〜ＳＴ９の処理を繰り返し実施する。
【００４５】
図４の発振周波数制御方法を実施することで、ＲＦ信号の発振周波数ｆがｆ0−ｆth2からｆ0＋ｆth1の間にある場合はＰＬＬ制御が実施されず、その間は、図２に示すように、高周波発振器自身の雑音特性が得られるため、常時、ＰＬＬ制御を実施している場合よりも低位相雑音が得られる。
【００４６】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、ＲＦ信号伝送系２のカプラ１７から出力されたＲＦ信号の周波数ｆが周波数許容変動範囲内に設定された周波数領域の内部に存在しているか否かを判別する周波数判別部２５と、その周波数判別部２５によりＲＦ信号の周波数ｆが周波数領域の内部に存在していないと判別された場合、ＲＦ信号伝送系２のカプラ１７から出力されたＲＦ信号の周波数ｆと逓倍器２１から出力された基準信号の周波数ｆ0との周波数差Δｆの検出処理を実施して、その周波数差Δｆを示す周波数差情報を周波数調整部２７に出力し、その周波数判別部２５によりＲＦ信号の周波数ｆが周波数領域の内部に存在していると判別された場合、その周波数差Δｆの検出処理を停止する周波数差検出部２６とを設け、周波数調整部２７が周波数差検出部２６から出力された周波数差情報が示す周波数差ΔｆにしたがってＲＦ信号の周波数ｆを調整するように構成したので、位相雑音が少ないＲＦ信号を発振することができる効果を奏する。
【００４７】
また、この実施の形態１によれば、光伝送系１におけるレーザ光源１１と光変調器１２の間、光変調器１２とＯ／Ｅ変換器１４の間が光ファイバによって接続されているので、光伝送系１の小型化が可能になる。また、高い信頼性が得られるとともに、取り扱いが容易となり、高い配置自由性を有するなど効果が得られる。
ただし、この実施の形態１では、光ファイバによって接続するものに限定するものではなく、レーザ光の伝送路に、例えば空間など、他のものを用いても構わない。このことは、以降の他の実施の形態においても当てはまることである。
【００４８】
この実施の形態１では、ＲＦ信号伝送系２がバンドパスフィルタ１５、移相器１６、カプラ１７、アンプ１８及びカプラ１９から構成されており、バンドパスフィルタ１５、移相器１６、カプラ１７、アンプ１８及びカプラ１９が図１のように配置されているものについて示したが、バンドパスフィルタ１５、移相器１６、カプラ１７、アンプ１８及びカプラ１９の配置については、Ｏ／Ｅ変換器１４から光変調器１２までの間であれば、どの位置に設置されてもよい。
【００４９】
この実施の形態１では、カプラ１７，１９の分岐比については特に言及していないが、高周波発振器が発振するための条件を満たしていれば、どのような分岐比でも構わない。
また、カプラ２２の分岐比については、周波数モニタ部２４と周波数差検出部２６が正常に動作することが可能な分だけ電力を供給することができれば、どのような分岐比でも構わない。
【００５０】
この実施の形態１では、ＲＦ信号伝送系２がアンプ１８を実装し、アンプ１８がＲＦ信号を増幅することにより、所望の信号を得ることができるようにしているが、アンプ１８の代わりに、例えば、レーザ光源１１からＯ／Ｅ変換器１４までの間に光アンプを実装して、その光アンプが光信号を増幅するようにしてもよい。
あるいは、アンプ１８と光アンプの双方を実装するようにしてもよい。
【００５１】
この実施の形態１では、ＲＦ信号伝送系２が移相器１６を実装し、周波数調整部２７が移相器１６を制御して、ＲＦ信号の位相を所望の値に調整するものについて示したが、図６に示すように、光路の長さを所望の値に変化させる光遅延器３１を光伝送系１に実装し、周波数調整部２７が光遅延器３１を制御して、光路の長さを調整することにより、ＲＦ信号の位相を所望の値に調整するようにしてもよい。
なお、光遅延器３１の設置位置については、光変調器１２からＯ／Ｅ変換器１４までの間であれば、どの位置に設置するようにしても構わない。
【００５２】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、ＲＦ信号の周波数ｆと制御実施しきい値ｆ0＋ｆth1、ｆ0−ｆth2とを比較し、ＲＦ信号の周波数ｆが制御実施しきい値ｆ0＋ｆth1以上、または、ＲＦ信号の周波数ｆが制御実施しきい値ｆ0−ｆth2以下の場合、ＰＬＬ制御を実施し、ＲＦ信号の周波数ｆがｆ0−ｆth2からｆ0＋ｆth1の間にあれば、ＰＬＬ制御を実施しないものについて示したが、ＰＬＬ制御を実施した後（周波数差検出部２６が周波数差の検出処理を開始した後）、ＲＦ信号の周波数ｆがｆ0−ｆth2からｆ0＋ｆth1の間になっても、制御実施しきい値ｆ0＋ｆth1、ｆ0−ｆth2からなる周波数領域内に設定された第２の周波数領域の内部に移行するまで、ＰＬＬ制御の実施を継続するようにしてもよい。
【００５３】
図７はこの発明の実施の形態２による高周波発振器の発振周波数制御方法を示すフローチャートである。
図８は図７の発振周波数制御方法で設定される発振周波数を示すスペクトル説明図である。
高周波発振器の構成は図１と同様である。
【００５４】
この実施の形態２による高周波発振器の発振周波数制御方法と、上記実施の形態１による高周波発振器の発振周波数制御方法との異なる点について説明する。
上記実施の形態１による高周波発振器の発振周波数制御方法では、制御実施しきい値ｆ0＋ｆth1、ｆ0−ｆth2を設定し、ＲＦ信号の周波数ｆが制御実施しきい値ｆ0＋ｆth1以上、または、ＲＦ信号の周波数ｆが制御実施しきい値ｆ0−ｆth2以下の場合にＰＬＬ制御を実施して、それ以外の場合、ＰＬＬ制御の実施を停止するようにしている。
このような制御方法では、周囲の温度変動や振動等の影響で発振器ループ長が変化し、それに伴って発振周波数の変動が大きくなる場合、ＰＬＬ制御の実施を停止すると、すぐにＲＦ信号の周波数ｆが制御実施しきい値ｆ0＋ｆth1、ｆ0−ｆth2付近に到達する可能性がある。
この場合、ＲＦ信号の周波数ｆが制御実施しきい値ｆ0＋ｆth1、ｆ0−ｆth2を超えるとすぐにＰＬＬ制御の実施を開始するため、ＰＬＬ制御を実施している時間が非常に長くなる可能性がある。
【００５５】
そこで、この実施の形態２では、ＰＬＬ制御の未実施となる時間が長くなる制御方法を使用して、上記実施の形態１よりも更に低位相雑音となる時間が長くなるようにする。
以下、図７及び図８を参照して、高周波発振器の発振周波数制御方法を詳細に説明する。
【００５６】
図７の発振周波数制御方法を実施するに際して、上述した前提条件１〜３が成立しているほか、下記の前提条件４が成立しているものとする。
・前提条件４
基準周波数ｆ0と制御実施しきい値ｆ0＋ｆth1の間、および、基準周波数ｆ0と制御実施しきい値ｆ0−ｆth2の間に、図８に示すような制御停止しきい値ｆ0＋ｆstop1、ｆ0−ｆstop2を設け、ＲＦ信号の周波数ｆがｆ0−ｆstop2からｆ0＋ｆstop1の間にある場合には、ＰＬＬ制御の実施を停止するものとする。
なお、ｆstop1及びｆstop2については、大きい値に設定する方が、ＰＬＬ制御の実施を停止する領域が大きくなる。
つまり、ＰＬＬ制御の未実施となる時間がより長くなるため、周囲の環境変動による発振周波数の変動を考慮して、ＰＬＬ制御の未実施となる時間が最も長くなるように設定するのが好ましい。
【００５７】
図７の発振周波数制御方法において、ステップＳＴ１〜ＳＴ４までの処理は、図４の発振周波数制御方法と同様である。
周波数判別部２５は、上記実施の形態１と同様に、周波数モニタ部２４から出力された周波数情報が示すＲＦ信号の周波数ｆと、制御実施しきい値ｆ0＋ｆth1、ｆ0−ｆth2とを比較して、式（６）及び式（７）の両方が成立しない場合、そのＲＦ信号の周波数ｆと、制御停止しきい値ｆ0＋ｆstop1、ｆ0−ｆstop2とを比較して、以下の式（８）及び式（９）の成否について判定する（ステップＳＴ１０）。
ｆ≧ｆ0＋ｆstop1                                            （８）
ｆ≦ｆ0−ｆstop2                                            （９）
【００５８】
周波数判別部２５は、式（８）又は式（９）の一方が成立し、かつ、現在、ＰＬＬ制御の停止中でなければ（ステップＳＴ１１）、ＰＬＬ制御の実施を継続するために、トリガ信号を周波数差検出部２６に出力する（ステップＳＴ５）。
式（８）及び式（９）の両方が成立しない場合、あるいは、式（８）又は式（９）の一方が成立しても、現在、ＰＬＬ制御の停止中である場合、ＰＬＬ制御を実施しないため、周波数判別部２５からトリガ信号が周波数差検出部２６に出力されず、ステップＳＴ１の処理に戻る。
ステップＳＴ５〜ＳＴ９までの処理は、図４の発振周波数制御方法と同様である。
【００５９】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、周囲の環境変動により、ＲＦ信号の周波数ｆが大きく変動する場合でも、ＲＦ信号の周波数ｆが制御停止しきい値ｆ0＋ｆstop1、ｆ0−ｆstop2で挟まれた第２の周波数領域の内部に移行するまでＰＬＬ制御の実施を継続するため、ＰＬＬ制御の実施を停止した後、ＲＦ信号の周波数ｆが制御停止しきい値から制御実施しきい値に達するまでは、ＰＬＬ制御の停止状態を持続することができるようになり、その結果、より低位相雑音となる時間が長くなる。
したがって、常時、ＰＬＬ制御を実施している場合よりも、低位相雑音が得られる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】この発明の実施の形態１による高周波発振器を示す構成図である。
【図２】ＰＬＬ制御を用いないときの高周波発振器の位相雑音特性を示す説明図である。
【図３】ＰＬＬ制御を用いたときの高周波発振器の位相雑音特性を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１による高周波発振器の発振周波数制御方法を示すフローチャートである。
【図５】図４の発振周波数制御方法で設定される発振周波数を示すスペクトル説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１による他の高周波発振器を示す構成図である。
【図７】この発明の実施の形態２による高周波発振器の発振周波数制御方法を示すフローチャートである。
【図８】図７の発振周波数制御方法で設定される発振周波数を示すスペクトル説明図である。
【図９】従来の高周波発振器を示す構成図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  光伝送系、２  ＲＦ信号伝送系（電気伝送系）、３  信号周波数制御系、１１  レーザ光源（高周波信号発振手段）、１２  光変調器（高周波信号発振手段）、１３  光ファイバ（高周波信号発振手段）、１４  Ｏ／Ｅ変換器（高周波信号発振手段）、１５  バンドパスフィルタ（高周波信号発振手段）、１６  移相器（高周波信号発振手段）、１７，１９  カプラ（高周波信号発振手段）、１８  アンプ（高周波信号発振手段）、２０  基準発振器（基準信号発振手段）、２１  逓倍器（基準信号発振手段）、２２  カプラ（判別手段）、２３  クロック信号発生部（判別手段）、２４  周波数モニタ部（判別手段）、２５  周波数判別部（判別手段）、２６  周波数差検出部（周波数差検出手段）、２７  周波数調整部（周波数調整手段）、３１  光遅延器（高周波信号発振手段）。
【図１】
2009258370.tif 000008
【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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