DE60105226T2

DE60105226T2 - Spannungsgesteuerter Oszillator für oszillerende Signale mit einem hohen Signal-Rausch-Verhältnis

Info

Publication number: DE60105226T2
Application number: DE60105226T
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Igarashi
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2000-04-18
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2021-03-24
Also published as: US6580331B2; EP1154560B1; EP1154560A2; CN1223079C; EP1154560A3; KR20010098644A; TW499791B; US20010030583A1; DE60105226D1; JP2001308638A; CN1325180A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft spannungsgesteuerte Oszillatoren, die Mikrostreifenleitungen als Resonanzschaltungen verwenden, und insbesondere betrifft sie einen spannungsgesteuerten Oszillator, der geeignet ist, in einem Hochfrequenzband zu oszillieren.
2. Beschreibung der damit zusammenhängenden Technik
5 zeigt den Aufbau eines herkömmlichen spannungsgesteuerten Oszillators, der auf einer Platine (nicht gezeigt) gebildet ist. Der Kollektor eines oszillierenden Transistors 21 ist bei hohen Frequenzen durch einen Gleichstromsperrkondensator 22 geerdet. Ein Rückkoppelkondensator 23 ist zwischen die Basis und den Emitter des oszillierenden Transistors 21 angeschlossen, und ein Rückkoppelkondensator 24 ist zwischen den Emitter und Masse angeschlossen.
Eine Resonanzschaltung 25, die zwischen der Basis des oszillierenden Transistors 21 und der Masse vorgesehen ist, bildet eine sogenannte λ/4 Resonanzschaltung. Die Resonanzschaltung 25 umfasst eine Mikrostreifenleitung 25a, die an einem Ende geerdet ist, und eine erste Varaktordiode 25b und eine zweite Varaktordiode 25c, deren Kathoden miteinander verbunden sind. Die Anode der ersten Varaktordiode 25b ist geerdet, und die Anode der zweiten Varaktordiode 25c ist an das andere Ende der Mikrostreifenleitung 25a über einen Gleichstromsperrkondensator 25d angeschlossen. Das andere Ende der Mikrostreifenleitung 25a ist über einen Clapp-Kondensator 25e an die Basis der oszillierenden Schaltung 21 angeschlossen.
Die Mikrostreifenleitung 25a ist eine Leitung, die auf der Platine gebildet ist. Die Länge der Mikrostreifenleitung 25a ist geringfügig kürzer als ein Viertel der Längenwelle einer Oszillationsfrequenz.
Die Anode der zweiten Varaktordiode 25c ist über eine Drosselinduktivität 26 geerdet. Eine Steuerspannung wird über eine Drosselinduktivität 27 an die Kathode der ersten Varaktordiode 25b und an die Kathode der zweiten Varaktordiode 25c angelegt. Die Oszillationsfrequenz kann durch Ändern des Steuerspannungswerts geändert werden.
Bei der obigen Anordnung ist die kleinste Kapazität jede der Varaktordioden durch die Struktur begrenzt. Damit eine Oszillation bei einer hohen Frequenz stattfindet, steigt die Kapazität, während der Q-Faktor der Resonanzschaltung abnimmt. Folglich nimmt der Träger-Rausch-Abstand (C/N) eines Oszillationssignals ab.
Weitere Details bezüglich herkömmlichen Oszillatoren können in JP-A-60 018024, US-A-4 684 904 und US-A-4 189 690 gefunden werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Q-Faktor einer Resonanzschaltung zu erhöhen, um dadurch ein Oszillationssignal mit einem hohen Träger-Rausch-Abstand zu erhalten.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein spannungsgesteuerter Oszillator bereitgestellt, aufweisend: einen oszillierenden Transistor, der an dessen Kollektor bei hohen Frequenzen geerdet ist; eine Mikrostreifenleitung; eine erste Varaktordiode und eine zweite Varaktordiode, die an ein Ende der Mikrostreifenleitung angeschlossen sind, wobei die Anode der ersten Varaktordiode durch eine erste Drosselinduktivität geerdet ist und über einen Kondensator an die Basis des oszillierenden Transistors angeschlossen ist und die Kathode der zweiten Varaktordiode an das andere Ende der Mikrostreifenleitung angeschlossen ist und die Anode der zweiten Varaktordiode geerdet ist, wobei der spannungsgesteuerte Oszillator dadurch gekennzeichnet ist, dass die Länge der Mikrostreifenleitung in einem Bereich von 1/2 bis 3/4 einer Wellenlänge einer Oszillationsfrequenz festgelegt ist und eine an die Kathode der ersten Varaktordiode und die Kathode der zweiten Varaktordiode liefernde Steuerspannung bei einer Position in der Nähe eines Spannungsknotenpunktes der Mikrostreifenleitung angelegt wird.
Ein Ende einer zweiten Drosselinduktivität kann an den Spannungsknotenpunkt angeschlossen sein. Die Steuerspannung kann an das andere Ende der zweiten Drosselinduktivität angelegt werden.
Die Mikrostreifenleitung ist länger als eine Herkömmliche, und folglich steigt der Q-Faktor einer Resonanzschaltung an. Folglich nimmt der Träger-Rausch-Abstand eines Oszillationssignals zu. Ebenso tritt keine Verschlechterung des Q-Faktors der Resonanzschaltung auf, die durch das Anlegen einer Steuerspannung verursacht wird. Eine zweite Drosselinduktivität benötigt keine große Induktivität, und folglich kann die zweite Drosselinduktivität aus einer kurzen Mikrostreifenleitung oder dergleichen gebildet werden.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jetzt lediglich als Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen beschrieben, wobei gilt:
1 ist ein Schaltplan eines spannungsgesteuerten Oszillators;
2 ist ein Schaltplan einer Resonanzschaltung in dem spannungsgesteuerten Oszillator;
3 zeigt eine stehende Spannungswelle auf einer Mikrostreifenleitung in dem spannungsgesteuerten Oszillator;
4 ist ein Schaltplan eines erfindungsgemäßen spannungsgesteuerten Oszillators; und
5 ist ein Schaltplan eines herkömmlichen spannungsgesteuerten Oszillators.
Es wird auf 1 Bezug genommen. Der Kollektor eines oszillierenden Transistors 1 ist bei hohen Frequenzen durch einen Gleichstromsperrkondensator 2 geerdet. Ein Rückkoppelkondensator 3 ist zwischen der Basis und dem Emitter des oszillierenden Transistors 1 angeschlossen, und ein Rückkoppelkondensator 4 ist zwischen dem Emitter und der Masse angeschlossen. Eine Vorspannungsschaltung zum Anlegen einer Gleichspannungs-Vorspannung an die Basis und an den Emitter wird weggelassen.
Eine Resonanzschaltung 5, die zwischen der Basis und der Masse vorgesehen ist, ist aus einer Serienresonanzschaltung mit einem Clapp-Kondensator 5a, einer ersten Varaktordiode 5b, einer Mikrostreifenleitung 5c und einer zweiten Varaktordiode 5d gebildet. Die Anode der ersten Varaktordiode 5b ist an die Basis des oszillierenden Transistors 1 über den Clapp-Kondensator 5a angeschlossen, und die Kathode der ersten Varaktordiode 5b ist an ein Ende der Mikrostreifenleitung 5c angeschlossen. Das andere Ende der Mikrostreifenleitung 5c ist an die Kathode der zweiten Varaktordiode 5d angeschlossen, und die Anode der zweiten Varaktordiode 5d ist geerdet. Die Länge L der Mikrostreifenleitung 5c ist in einem Bereich von 1/2 bis 3/4 der Wellenlänge einer Oszillationsfrequenz festgelegt (vorzugsweise ist die Länge L geringfügig länger als 1/2 der Wellenlänge festgelegt).
Die Anode der ersten Varaktordiode 5b ist durch eine erste Drosselinduktivität 6 gleichstrommäßig geerdet. Über eine zweite Drosselinduktivität 7 wird an den Knoten zwischen der Kathode der zweiten Varaktordiode 5d und der Mikrostreifenleitung 5c eine Steuerspannung Vs angelegt. Die Steuerspannung wird über die Mikrostreifenleitung 5c auch an die Kathode der ersten Varaktordiode 5b angelegt. Die Kapazität der ersten Varaktordiode 5b und die Kapazität der zweiten Varaktordiode 5d ändern sich gemeinsam.
Schaltungskomponenten, beispielsweise der oszillierende Transistor 1, die erste Varaktordiode 5b und die zweite Varaktordiode 5d und dergleichen, der obigen Struktur sind auf einer Platine (nicht gezeigt) angebracht. Die Mikrostreifenleitung 5c ist eine aus einer leitenden Folie gebildete Leitung, die an der oberen Oberfläche der Platine haftet.
Da die Resonanzschaltung 5 mit den in Serie geschalteten Rückkoppelkondensatoren 3 und 4 parallel geschaltet ist, ist ein Ende der Mikrostreifenleitung 5c durch die zweite Varaktordiode 5d abgeschlossen, und das andere Ende der Mikrostreifenleitung 5c ist durch eine Serienschaltung einer konzentrierten Kapazität 11 abgeschlossen, welche die erste Varaktordiode 5b und den Clapp-Kondensator 5a und einen konzentrierten Rückkoppelkondensator 12 umfasst. Es wird auf 2 Bezug genommen. Die Gesamtresonanzschaltung bildet eine sogenannte λ/2 Resonanzschaltung. Die Resonanzschaltung oszilliert bei einer Oszillationsfrequenz der Gesamtresonanzschaltung. Die λ/2 Resonanzschaltung ist eine Serienresonanzschaltung. Da die Länge L der Mikrostreifenleitung 5c innerhalb des Bereichs von λ/2 bis 3 λ/4 ist, ist die Länge L länger als beim Stand der Technik. Folglich nimmt der Q-Faktor der Gesamtresonanzschaltung zu.
Es wird auf 3 Bezug genommen. Da die Länge L der Mikrostreifenleitung 5c erhöht wurde, tritt am Zentrum der Mikrostreifenleitung 5c in der Längsrichtung ein Spannungsknotenpunkt A auf. Die Position des Spannungsknotenpunktes A verschiebt sich geringfügig entsprechend der Kapazitätsänderung der ersten Varaktordiode 5b und der zweiten Varaktordiode 5d ab. Da die erste Varaktordiode 5b und die zweite Varaktordiode 5d derart angeordnet sind, dass sie beiden Enden der Mikrostreifenleitung 5c entgegengesetzt sind, ist die Verschiebung klein, selbst wenn sich die Oszillationsfrequenz ändert.
Bei hohen Frequenzen ist das Potential an dem Spannungsknotenpunkt A das gleiche wie das Potential an der Masse. Folglich wird die Impedanz zwischen dem Spannungsknotenpunkt A und der Masse wesentlich verringert. Wenn ein anderes Schaltungselement an den Spannungsknotenpunkt A angeschlossen wird, ändert sich die Oszillationsfrequenz nicht sehr viel. Es wird auf 4 Bezug genommen, die einen erfindungsgemäßen spannungsgesteuerten Oszillator zeigt. Eine Drosselinduktivität 13 ist an den Spannungsknotenpunkt A der Mikrostreifenleitung 5c angeschlossen, und durch die Drosselinduktivität 13 wird eine Steuerspannung angelegt. Auf diese Weise wird die erforderliche Induktivität der Drosselinduktivität 13 niedrig. Folglich kann die Drosselinduktivität 13 aus einer kurzen Mikrostreifenleitung gebildet werden.

Claims

Spannungsgesteuerter Oszillator, aufweisend: einen oszillierenden Transistor (1), der an dessen Kollektor bei hohen Frequenzen geerdet ist; eine Mikrostreifenleitung (5c); eine erste Varaktordiode (5b) und eine zweite Varaktordiode (5d), die an ein Ende der Mikrostreifenleitung angeschlossen sind, wobei die Anode der ersten Varaktordiode durch eine erste Drosselinduktivität (6) geerdet ist und über einen Kondensator (5a) an die Basis des oszillierenden Transistors angeschlossen ist und die Kathode der zweiten Varaktordiode an das andere Ende der Mikrostreifenleitung angeschlossen ist und die Anode der zweiten Varaktordiode geerdet ist, wobei der spannungsgesteuerte Oszillator dadurch gekennzeichnet ist, dass die Länge der Mikrostreifenleitung (5c) in einem Bereich von 1/2 bis 3/4 einer Wellenlänge einer Oszillationsfrequenz festgelegt ist und eine an die Kathode der ersten Varaktordiode (5b) und die Kathode der zweiten Varaktordiode (5d) zu liefernde Steuerspannung bei einer Position in der Nähe eines Spannungsknotenpunktes der Mikrostreifenleitung (5c) angelegt wird.
Spannungsgesteuerter Oszillator nach Anspruch 1, bei welchem: ein Ende einer zweiten Drosselinduktivität (13) an den Spannungsknotenpunkt (A) angeschlossen ist; und die Steuerspannung an das andere Ende der zweiten Drosselinduktivität angelegt wird.