(57)【要約】  能動素子および発振波反射回路間に、その発振波反射回路から共振回路へ帰還される発振波の位相を調整するアナログ移相器を接続したことにより、製造ばらつきが生じ、発振周波数に所望の発振周波数との誤差が生じた場合でも、能動素子側の反射位相をアナログ移相器のバイアス電圧で電気的に調整することで、電圧制御発振器の位相雑音特性や安定性の重要なパラメータである共振回路のＱ値や損失および電圧制御発振器の同調帯域幅を劣化させることなく、電圧制御発振器の発振周波数を補正することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の発振周波数の発振波または、その高調波を出力する出力端子と、
所望の発振周波数帯で共振する共振回路と、
上記共振回路および上記出力端子間に接続され、負性抵抗を有する発振素子として動作する能動素子と、
上記能動素子および上記出力端子間に接続され、発振波の電力を上記共振回路へ帰還させる発振波反射回路と、
上記能動素子および上記発振波反射回路間に接続され、その発振波反射回路から上記共振回路へ帰還される発振波の位相を調整するアナログ移相器とを備えた電圧制御発振器。
【請求項２】
発振波反射回路は、
発振波の電力の一部を共振回路へ帰還させることを特徴とする請求の範囲第１項記載の電圧制御発振器。
【請求項３】
発振波反射回路は、
フィルタにより構成されたことを特徴とする請求の範囲第１項記載の電圧制御発振器。
【請求項４】
発振波反射回路は、
発振波の電力の殆ど全てを共振回路へ帰還させることを特徴とする請求の範囲第１項記載の電圧制御発振器。
【請求項５】
発振波反射回路は、
発振波の高調波帯では利得を持ち、発振波の周波数帯ではその入力端において、殆ど全ての発振波を共振回路へ帰還させる増幅器により構成されたことを特徴とする請求の範囲第４項記載の電圧制御発振器。
【請求項６】
アナログ移相器は、
印加される直流電圧の大きさに応じて発振波反射回路から共振回路へ帰還される発振波の位相を調整することを特徴とする請求の範囲第１項記載の電圧制御発振器。
【請求項７】
共振回路は、
可変容量ダイオードを有し、その可変容量ダイオードに印加される直流電圧の大きさに応じて発振周波数が周波数変調に必要な帯域幅だけ可変されることを特徴とする請求の範囲第１項記載の電圧制御発振器。
【請求項８】
共振回路は、
共振周波数が固定されたことを特徴とする請求の範囲第１項記載の電圧制御発振器。
【請求項９】
所望の発振周波数の発振波または、その高調波を出力する出力端子と、
所望の発振周波数帯で共振する共振回路と、
上記共振回路および上記出力端子間に接続され、負性抵抗を有する発振素子として動作する能動素子と、
上記能動素子および上記出力端子間に接続され、発振波の電力を上記共振回路へ帰還させる発振波反射回路と、
上記共振回路および上記能動素子間に接続され、上記発振波反射回路からその共振回路へ帰還される発振波の位相を調整するアナログ移相器とを備えた電圧制御発振器。
【請求項１０】
発振波反射回路は、
発振波の電力の一部を共振回路へ帰還させるフィルタにより構成されたことを特徴とする請求の範囲第９項記載の電圧制御発振器。
【請求項１１】
発振波反射回路は、
発振波の高調波帯では利得を持ち、発振波の周波数帯ではその入力端において、殆ど全ての発振波を共振回路へ帰還させるフィルタ、または増幅器により構成されたことを特徴とする請求の範囲第９項記載の電圧制御発振器。
【請求項１２】
アナログ移相器は、
印加される直流電圧の大きさに応じて発振波反射回路から共振回路へ帰還される発振波の位相を調整することを特徴とする請求の範囲第９項記載の電圧制御発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発振周波数を補正する電圧制御発振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電圧制御発振器としては、発振波を負荷へ出力する出力端子と、共振器を有する共振回路と、負性抵抗を有する発振素子として動作する能動素子と、発振波の電力の一部を共振回路へ帰還させて発振を持続させ、帰還されない発振波を出力端子から負荷に出力する発振波反射回路とを備えたものがある。【０００３】
このような電圧制御発振器においては、所望の発振周波数の発振波を出力することが要求されるが、実際、製造時には、素子の特性ばらつき、素子を実装する際の実装ばらつきおよび回路パターンの寸法ばらつきにより、発振周波数に誤差が生じてしまうため、発振周波数を補正する必要がある。【０００４】
この電圧制御発振器の発振周波数を補正する方法としては、共振回路を物理的に調整することで、電圧制御発振器のループ位相が所望の発振周波数において同相となるように、共振回路の反射位相を調整する方法が頻繁に採用されている。具体的には、電圧制御発振器の共振回路がマイクロストリップ線路の先端開放スタブを共振器として有しており、その先端開放スタブの長さを物理的に変えることで、電圧制御発振器の発振周波数を補正している（例えば、特許文献１参照）。【０００５】
【特許文献１】特開平７−２５４８１９号公報
【０００６】
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、発振周波数補正法は以上のような方法が頻繁に採用されているが、発振周波数ばらつきの主要因は負性抵抗を有する能動素子の特性ばらつきであり、ばらつきの小さな共振回路を調整してしまうことで、電圧制御発振器の位相雑音特性や安定性の重要なパラメータである共振回路のＱ値や損失または電圧制御発振器の同調帯域幅を劣化させてしまう課題があった。【０００７】
また、先端開放スタブの長さを変える等、物理的な作業を必要とするため、特に、パッケージに内蔵して密封する高周波の電圧制御発振器においては、密封後の補正が難しく、補正時間が掛かり、費用が高くなるという課題があった。【０００８】
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、能動素子に製造ばらつきが生じた場合でも、共振回路のＱ値や損失および同調帯域幅を劣化させることなく、発振周波数を補正する電圧制御発振器を得ることを目的とする。【０００９】
また、調整時間の短縮および調整費用の削減をし、特に、パッケージに内蔵して密封する高周波の装置においては、密封後の調整を容易にする電圧制御発振器を得ることを目的とする。
【発明の開示】
【００１０】
この発明に係る電圧制御発振器は、能動素子および発振波反射回路間に接続され、発振波反射回路から共振回路へ帰還される発振波の位相を調整するアナログ移相器を備えたものである。
このことによって、能動素子の製造ばらつきが生じた場合でも、アナログ移相器により、発振波反射回路から共振回路へ帰還される発振波の位相を調整することで、共振回路のＱ値や損失および同調帯域幅を劣化させることなく、発振周波数を補正することができる効果がある。
【００１１】
この発明に係る電圧制御発振器は、共振回路および能動素子間に接続され、発振波反射回路から共振回路へ帰還される発振波の位相を調整するアナログ移相器を備えたものである。
このことによって、能動素子の製造ばらつきが生じた場合でも、アナログ移相器により、発振波反射回路から共振回路へ帰還される発振波の位相を調整することで、共振回路のＱ値や損失および同調帯域幅を劣化させることなく、発振周波数を補正することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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ブロック図である。
【図２】２つに分離した電圧制御発振器を示す動作説明用図である。
【図３】電圧制御発振器によるループ利得の周波数特性を示す説明図である。
【図４】電圧制御発振器による位相の周波数特性を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態２による電圧制御発振器を示すブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態３による電圧制御発振器を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態４による電圧制御発振器を示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。
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ブロック図であり、図において、出力端子１は、所望の発振周波数の発振波を負荷へ出力するものである。共振回路２は、可変容量ダイオードを有しており、その可変容量ダイオードに印加される直流電圧の大きさに応じて容量を変化させ、所望の発振周波数帯で共振し、電圧制御発振器の発振周波数を周波数変調に必要な帯域幅だけ可変するものである。【００１４】
能動素子３は、共振回路２および出力端子１間に接続されて、負性抵抗を有する発振素子として動作するものであり、発振波反射回路４は、能動素子３および出力端子１間に接続されて、発振波の電力の一部を共振回路２へ帰還させ、電圧制御発振器の発振を励起・持続させるものである。ここで、帰還されなかった発振波は、出力端子１から負荷へ出力される。この発振波反射回路４としては、例えば、バンドパスフィルタやハイパスフィルタ等のフィルタが考えられる。マイクロストリップ線路５は、共振回路２および能動素子３間を接続するものである。【００１５】
アナログ移相器６は、能動素子３および発振波反射回路４間に接続され、バイアス電圧（直流電圧）を調整することで、発振波反射回路４から共振回路２へ帰還される発振波の位相を調整し、発振周波数が所望の周波数となるように補正するものである。【００１６】
次に動作について説明する。
図１に示した電圧制御発振器おいて、電圧制御発振器の回路内の雑音が能動素子３により増幅され、発振波反射回路４によりその増幅された電力の一部が共振回路２側へ帰還され、共振回路２により放電され能動素子３によりさらに増幅されることで発振動作を行い、出力端子１から負荷へ発振出力させる。この発振周波数は、共振回路２の共振周波数で決定される。発振周波数を制御する場合は、共振回路２の可変容量ダイオードに印加される直流電圧の大きさを変化させることによって、その可変容量ダイオードの容量を変化させ、共振回路２の共振周波数を変化させる。この実施の形態１では、共振回路２の共振周波数を、電圧制御発振器の発振周波数が周波数変調に必要な帯域幅だけ可変する。【００１７】
図２は２つに分離した電圧制御発振器を示す動作説明用図、図３は電圧制御発振器によるループ利得の周波数特性を示す説明図、図４は電圧制御発振器による位相の周波数特性を示す説明図である。【００１８】
図２に示すように、負性抵抗を有する能動素子３および発振波反射回路４に、共振回路２を接続することにより、図３に示すように、発振周波数帯域において、ループ利得Ｇが１倍以上となるようにしている。【００１９】
また、図４に示すように、能動素子３および発振波反射回路４に、共振回路２を接続した時の電圧制御発振器のループ位相Ａは、共振回路２側の反射位相Ｂと、能動素子３側の反射位相Ｃとを重ね合わせたものと一致しており、同相で重ね合わされた周波数θ１（位相が０°となる周波数）において発振動作を行うように構成されている。この時、発振周波数θ１において、ループ利得Ｇが１倍以上であることが、発振動作を励振・持続させるための必要条件である。【００２０】
実際、製造時には、主に、能動素子３の特性ばらつき、実装ばらつき、および、パターン寸法ばらつきの影響で、能動素子３側の反射位相Ｃが、例えば、能動素子３側の反射位相Ｄのようにずれてしまい、それにより、ループ位相Ａがループ位相Ｅにずれることで、発振周波数θ２と所望の発振周波数θ１との間に誤差が生じてしまう。【００２１】
このようにして生じた発振周波数の誤差について、アナログ移相器６のバイアス電圧を変えることで、能動素子３側の反射位相Ｄが反射位相Ｃとなるように調整し、それにより、ループ位相Ｅがループ位相Ａとなり、発振周波数θ２が所望の発振周波数θ１となるように補正する。【００２２】
なお、上記アナログ移相器６による電気的な発振周波数の補正法に加えて、図１では、能動素子３にマイクロストリップ線路５を設けたが、このマイクロストリップ線路５に先端開放スタブを設け、その先端開放スタブの長さを物理的に変えることで、電圧制御発振器の発振周波数を補正する物理的な発振周波数の補正法を組み合わせるようにしても良い。【００２３】
以上のように、この実施の形態１によれば、製造時に、能動素子３の特性ばらつき、実装ばらつきおよびパターン寸法ばらつき、すなわち、製造ばらつきが生じ、発振周波数に所望の発振周波数との誤差が生じた場合でも、能動素子３側の反射位相をアナログ移相器６のバイアス電圧で電気的に調整することで、電圧制御発振器の位相雑音特性や安定性の重要なパラメータである共振回路２のＱ値や損失および電圧制御発振器の同調帯域幅を劣化させることなく、電圧制御発振器の発振周波数を補正することができる。【００２４】
また、発振波反射回路４において、発振波の電力の一部を共振回路２へ帰還させることで、出力端子１から負荷に所望の発振周波数を有する発振波を出力することができる。【００２５】
さらに、発振波反射回路４を、フィルタにより構成したことで、発振波反射回路４を容易に構成することができる。【００２６】
さらに、アナログ移相器６を、印加されるバイアス電圧の大きさに応じて発振波反射回路４から共振回路２へ帰還される発振波の位相を調整するようにしたことで、物理的ではなく電気的に位相を調整できるため、調整時間の短縮および調整費用の削減をすることができ、特に、パッケージに内蔵して密封する高周波の電圧制御発振器においては、密封後の調整を容易にすることができる。【００２７】
さらに、共振回路２を、可変容量ダイオードにより構成され、その可変容量ダイオードに印加される直流電圧の大きさに応じて発振周波数が周波数変調に必要な帯域幅だけ可変されるようにしたので、発振周波数を容易に可変することができる。【００２８】
実施の形態２．
図５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ブロック図であり、図において、発振波反射回路７は、アナログ移相器６および出力端子１間に接続されて、発振波の電力の殆ど全てを共振回路２へ帰還させ、電圧制御発振器の発振を励起・持続させるものである。ここで、高い電力レベルで出力された高調波は、出力端子１から負荷へ出力される。この発振波反射回路７としては、例えば、発振波の高調波帯を通過させ、発振波帯域を反射させるバンドパスフィルタやハイパスフィルタ等のフィルタが考えられる。その他の構成については、図１と同等である。【００２９】
次に動作について説明する。
上記実施の形態１では、発振波反射回路４で発振波の電力の一部を共振回路２へ帰還させ、そこで帰還されなかった発振波を電圧制御発振器の出力端子１から負荷へ出力するものについて示したが、この実施の形態２では、発振波反射回路７で殆ど全ての発振波を共振回路２へ帰還させ、それによるループ利得の増大に伴う、能動素子３の非線形性の増大により高い電力レベルで出力された高調波を、出力端子１から負荷へ出力するものである。【００３０】
このような構成のものについても、アナログ移相器６を適用し、上記実施の形態１と同様な効果を奏することができる。【００３１】
以上のように、この実施の形態２によれば、発振波反射回路７において、発振波の電力の殆ど全てを共振回路２へ帰還させることで、ループ利得の増大に伴う能動素子３の非線形性の増大により高い電力レベルで出力された高調波を出力端子１から負荷に出力することができ、このような構成のものについても、アナログ移相器６を適用し、上記実施の形態１と同様な効果を奏することができる。【００３２】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３による電圧制御発振器を示すブロック図であり、図において、増幅器（発振波反射回路）８は、アナログ移相器６および出力端子１間に接続されて、発振波の高調波帯では利得を持ち、発振波の周波数帯ではその入力端において、殆ど全ての発振波を共振回路２へ帰還させるものである。その他の構成については、図１と同等である。【００３３】
次に動作について説明する。
上記実施の形態２では、発振波反射回路７で殆ど全ての発振波を共振回路２へ帰還させるものについて示したが、この実施の形態３では、増幅器８が発振波反射回路７を代用したものである。図６において、増幅器８の入力端で殆ど全ての発振波を共振回路２へ帰還させ、それによるループ利得の増大に伴う、能動素子３の非線形性の増大により高い電力レベルで出力された高調波を、出力端子１から負荷へ出力する。【００３４】
このような構成のものについても、アナログ移相器６を適用し、上記実施の形態１と同様な効果を奏することができる。また、この場合、高調波は増幅器８により増幅されるため、さらに高い出力レベルを得ることができる。【００３５】
以上のように、この実施の形態３によれば、増幅器８において、発振波の電力の殆ど全てを共振回路２へ帰還させることで、ループ利得の増大に伴う能動素子３の非線形性の増大により高い電力レベルで出力された高調波を出力端子１から負荷に出力することができ、このような構成のものについても、アナログ移相器６を適用し、上記実施の形態１と同様な効果を奏することができる。また、この場合、高調波は増幅器８により増幅されるため、さらに高い出力レベルを得ることができる。【００３６】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４による電圧制御発振器を示すブロック図であり、図において、アナログ移相器６を、共振回路２および能動素子３間にマイクロストリップ線路５を介して接続し、製造時にバイアス電圧（直流電圧）を調整することで、発振波反射回路４から共振回路２へ帰還される発振波の位相を調整し、発振周波数が所望の周波数となるように補正するものである。その他の構成については、発振波反射回路４が設けられた図１、発振波反射回路７が設けられた図５、増幅器８が設けられた図６と同等である。【００３７】
次に動作について説明する。
上記実施の形態１から上記実施の形態３では、アナログ移相器６が能動素子３および発振波反射回路４、発振波反射回路７または増幅器８間に接続されたものについて示したが、この実施の形態４では、アナログ移相器６が、共振回路２および能動素子３間に接続されたものである。【００３８】
このような構成のものについても、製造時にアナログ移相器６のバイアス電圧を調整することで、発振波反射回路４から共振回路２へ帰還される発振波の位相を調整し、発振周波数が所望の周波数となるように補正することで、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。【００３９】
なお、上記アナログ移相器６による電気的な発振周波数の補正法に加えて、図７では、アナログ移相器６の両端にマイクロストリップ線路５を設けたが、このマイクロストリップ線路５に先端開放スタブを設け、その先端開放スタブの長さを物理的に変えることで、電圧制御発振器の発振周波数を補正する物理的な発振周波数の補正法を組み合わせるようにしても良い。【００４０】
以上のように、この実施の形態４によれば、製造ばらつきが生じ、発振周波数に所望の発振周波数との誤差が生じた場合でも、能動素子３側の反射位相をアナログ移相器６のバイアス電圧で電気的に調整することで、電圧制御発振器の位相雑音特性や安定性の重要なパラメータである共振回路２のＱ値や損失および電圧制御発振器の同調帯域幅を劣化させることなく、電圧制御発振器の発振周波数を補正することができる。【００４１】
また、アナログ移相器６を、印加されるバイアス電圧の大きさに応じて発振波反射回路４から共振回路２へ帰還される発振波の位相を調整するようにしたことで、物理的ではなく電気的に位相を調整できるため、調整時間の短縮および調整費用の削減をすることができ、特に、パッケージに内蔵して密封する高周波の電圧制御発振器においては、密封後の調整を容易にすることができる。【００４２】
実施の形態５．
上記実施の形態１から上記実施の形態４では、共振回路２が可変容量ダイオードを有しており、その可変容量ダイオードに印加される直流電圧の大きさに応じて、電圧制御発振器の発振周波数を周波数変調に必要な帯域幅だけ可変するようにしたものについて示したが、この実施の形態５では、共振回路２に可変容量ダイオードを設けることなく、共振周波数が固定されたものを適用したものである。【００４３】
このような構成のものについても、アナログ移相器６を適用し、上記実施の形態１と同様な効果を奏することができる。【００４４】
以上のように、この実施の形態５によれば、共振周波数が固定された共振回路２を有する電圧制御発振器についても、アナログ移相器６を適用し、上記実施の形態１と同様な効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、この発明に係る電圧制御発振器は、マイクロ波帯およびミリ波帯の無線通信システムやレーダシステムおよび光通信システムの送受信装置に適用可能なものである。
【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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【国際調査報告】
2005124993.tif 000009
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