JP2000151275A - 電圧制御発振器およびそれを用いた電子装置 - Google Patents

電圧制御発振器およびそれを用いた電子装置

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JP2000151275A
JP2000151275A JP10325029A JP32502998A JP2000151275A JP 2000151275 A JP2000151275 A JP 2000151275A JP 10325029 A JP10325029 A JP 10325029A JP 32502998 A JP32502998 A JP 32502998A JP 2000151275 A JP2000151275 A JP 2000151275A
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JP
Japan
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controlled oscillator
voltage controlled
transistor
frequency
capacitor
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JP10325029A
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English (en)
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Satoru Muto
悟 武藤
Osamu Oe
修 大江
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/18Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising distributed inductance and capacitance
    • H03B5/1841Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising distributed inductance and capacitance the frequency-determining element being a strip line resonator
    • H03B5/1847Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising distributed inductance and capacitance the frequency-determining element being a strip line resonator the active element in the amplifier being a semiconductor device

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  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い周波数において安定に発振し、しかも大
きな周波数可変幅を得ることのできる電圧制御発振器を
提供する。 【解決手段】 発振用のトランジスタQ1のベースに略
1/4波長の一端開放分布定数線路6を接続し、コレク
タに自己共振周波数が発振周波数より低いコンデンサC
1からなるインダクタンス素子を接続し、コンデンサC
1にバラクタダイオードVD2を接続する。 【効果】 高周波において安定に発振し、しかも大きな
周波数可変幅を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電圧制御発振器およ
びそれを用いた電子装置、特にETC(Electri
cal Toll Collection:自動料金徴
収システム)で用いられる電圧制御発振器およびそれを
用いた電子装置に関する。
【0002】
【従来の技術】現在のETC(使用周波数が約6GH
z)などの高周波を用いた無線通信システムにおいて
は、使用する電波の周波数に近い周波数のローカル信号
源として用いる電圧制御発振器が必要になってきてい
る。
【0003】図4に、従来の電圧制御発振器の回路図を
示す。なお、図4においては、バイアス回路やチョーク
回路などの基本的な発振動作に関係のない部品は省略し
ている。
【0004】図4において、電圧制御発振器1は発振用
のトランジスタQ1と、共振器R1とバラクタダイオー
ド(バリキャップダイオード)VDとコンデンサC1、
C2、C3、C4から構成されている。このうち、共振
器R1は、例えば長さが1/4波長以下の一端を接地し
たマイクロストリップ線路である。
【0005】ここで、トランジスタQ1のベースはコン
デンサC3を介して共振器R1に接続されている。ま
た、コンデンサC3と共振器R1の接続部はコンデンサ
C4を介してバラクタダイオードVDのカソードに接続
されるとともに、制御電圧端子3に接続されている。ま
た、バラクタダイオードVDのアノードは接地されてい
る。また、トランジスタQ1のコレクタは発振周波数に
おいて低インピーダンスとなるコンデンサC1を介して
高周波的に接地されている。そして、トランジスタQ1
のエミッタは、トランジスタC2を介して出力端子2に
接続されている。
【0006】このように構成された電圧制御発振器1に
おいては、制御電圧端子3に加える電圧を変化させてバ
ラクタダイオードVDのアノードとカソードの間に印加
される電圧を変化させることによって、バラクタダイオ
ードVDのアノードとカソードの間の容量を変化させる
ことができる。共振器R1はコンデンサC4を介して並
列に接続されたバラクタダイオードVDを含めて共振系
を構成しているため、バラクタダイオードVDのアノー
ドとカソードの間の容量を変化させることによって共振
系全体の周波数を変化させることができ、結果として電
圧制御発振器1の発振周波数を変化させることができ
る。
【0007】また、図5に、従来の発振器の回路図を示
す。図5において、図4と同一もしくは同等の部分には
同じ記号を付し、その説明を省略する。図5において
も、バイアス回路やチョーク回路などの基本的な発振動
作に関係のない部品は省略している。
【0008】図5に示した発振器5において、発振用の
トランジスタQ1のベースは、発振周波数において約1
/4波長になる一端開放分布定数線路6に接続されてい
る。ここで、一端開放分布定数線路6は、例えば長さが
約1/4波長の一端を開放したマイクロストリップ線路
である。また、トランジスタQ1のコレクタはトランジ
スタC5を介して接地されているが、コンデンサC5
は、自己共振周波数が発振器5の発振周波数より低いも
のを用いており、発振周波数においてはインダクタンス
素子として動作する。
【0009】このように構成された発振器5において
は、トランジスタQ1のベースは一端開放分布定数線路
6によって発振周波数において接地となるため、トラン
ジスタQ1はベース接地で動作する。そして、コンデン
サC5がインダクタンス素子として働き、エミッタとコ
レクタの間に形成される容量(微少な容量で、エミッタ
側回路の浮遊容量で代用されるため図示せず)とエミッ
タとベースとの間に形成される容量(微少な容量で、ト
ランジスタQ1の内部容量で代用されるため図示せず)
とでコルピッツ型の発振回路が形成される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電圧制
御発振器1は比較的低い周波数においては問題なく動作
するが、発振周波数が高くなるに従って共振器R1のイ
ンダクタンス値や各コンデンサの容量値を小さくする必
要がでてくる。インダクタンス値や容量値が小さくなる
と相対的にばらつきが大きくなり、また浮遊容量による
影響も大きくなって、特にマイクロ波帯(3GHz以
上)では安定な発振を得ることは難しかった。
【0011】一方、発振器5においては、比較的高い周
波数でも安定な発振を得ることができるが、電圧制御発
振器としては動作しないという問題がある。
【0012】本発明は上記の問題点を解決することを目
的とするもので、高い周波数において安定に発振し、し
かも大きな周波数可変幅を得ることのできる電圧制御発
振器およびそれを用いた電子装置を提供する。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電圧制御発振器は、発振用のトランジスタ
と、該トランジスタのベースに接続された略1/4波長
の一端開放分布定数線路と、前記トランジスタのコレク
タに接続されたインダクタンス素子と、該インダクタン
ス素子に接続されたバラクタダイオードとを有すること
を特徴とする。
【0014】また、本発明の電圧制御発振器は、前記イ
ンダクタンス素子として、自己共振周波数が発振周波数
より低いコンデンサを用いたことを特徴とする。
【0015】また、本発明の電圧制御発振器は、一端を
開放し他端を接地した発振周波数において略1/4波長
の分布定数線路を、前記一端開放分布定数線路と並行に
隣接して配置したことを特徴とする。
【0016】また、本発明の電子装置は、上記の電圧制
御発振器を用いたことを特徴とする。
【0017】このように構成することにより、本発明の
電圧制御発振器においては、高周波において安定に発振
し、しかも大きな周波数可変幅を得ることができる。
【0018】また、本発明の電子装置においては、省ス
ペース化とコストダウンを図ることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】図1に、本発明の電圧制御発振器
の一実施例を示す。図1において、図5と同一もしくは
同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
図1においても、バイアス回路やチョーク回路などの基
本的な発振動作に関係のない部品は省略している。
【0020】図1において、トランジスタQ1のコレク
タはコンデンサC5を介してバラクタダイオードVD2
のカソードに接続され、バラクタダイオードVD2のア
ノードは接地されている。また、バラクタダイオードV
D2のカソードは制御電圧端子11に接続されている。
なお、コンデンサC5およびバラクタダイオードVD2
は、自己共振周波数が発振器10の発振周波数より低い
ものを用いており、発振周波数においてはともにインダ
クタンス素子として動作する。さらに、コンデンサC5
はインダクタンス素子として動作するとともに、バラク
タダイオードVD2に印加する電圧がトランジスタQ1
のコレクタに印加されないようにするためのDCカット
用としても働く。
【0021】このように構成された電圧制御発振器10
においては、トランジスタQ1のコレクタに接続された
コンデンサC5とバラクタダイオードVD2がともにイ
ンダクタンス素子として働くために、図5に示した発振
器5と同様にコルピッツ型発振器として動作する。
【0022】しかも、バラクタダイオードVD2は自己
共振周波数より高い周波数においても、アノードとカソ
ードの間に印加される電圧によってそのインダクタンス
値を変える。そのため、電圧制御発振器10において
は、トランジスタQ1のコレクタに接続されるインダク
タンス素子のインダクタンス成分を、制御電圧端子11
に印加する電圧によって比較的大きく変えることができ
る。
【0023】本願発明者の実験によれば、電圧制御発振
器10の制御電圧端子11に印加する電圧を0.5Vか
ら2.5Vまで変化させることによって、発振周波数を
5.95GHzから6.00GHzまで、50MHz変
化させる(コントロール電圧感度 25MHz/V)こ
とができた。
【0024】図2に、本発明の電圧制御発振器の別の実
施例を示す。図2において、図1と同一もしくは同等の
部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。図2に
おいても、バイアス回路やチョーク回路などの基本的な
発振動作に関係のない部品は省略している。
【0025】図2に示した電圧制御発振器20におい
て、一端開放分布定数線路6に並行に隣接して、一端を
開放し他端を接地した略1/4波長の分布定数線路21
が設けられている。ここで、分布定数線路21も、例え
ばマイクロストリップ線路で構成されている。
【0026】このように構成することによって、電圧制
御発振器20においては、一端開放分布定数線路6と分
布定数線路21が結合し、発振周波数においてトランジ
スタQ1のベースから一端開放分布定数線路6を見た位
相の反射特性がより急峻になる。そして、これによって
電圧制御発振器20の発振信号のC/N(位相雑音)を
改善することができる。
【0027】なお、上記の各実施例においては、トラン
ジスタQ1のコレクタに接続するインダクタンス素子と
して発振周波数より自己共振周波数が低いコンデンサを
用いたが、一定の長さと幅を持つ配線パターンを利用し
たインダクタンス素子や、あるいはチップインダクタな
どの個別のインダクタンス素子を用いて構成しても構わ
ないものである。
【0028】また、トランジスタのベースに接続する一
端開放分布定数線路や、それに隣接して設けられる一端
を開放し他端を接地した略1/4波長の分布定数線路
は、上記のようなマイクロストリップ線路に限るもので
はなく、ストリップ線路やコプレーナ線路、スロット線
路など他の分布定数線路でも構わないものである。
【0029】図3に、本発明の電子装置の一実施例を示
す。図3はETCの車載機の概念的なブロック図で、主
要部のみを表しアンプやフィルタなどは省略している。
【0030】図3において、本発明の電子装置30は、
送信回路31と、ミキサ32と、サーキュレータ33
と、アンテナ34と、ミキサ35と、受信回路36と、
制御回路37と、電圧制御発振器10から構成されてい
る。ここで、送信回路31はミキサ32に接続され、ミ
キサ32はサーキュレータ33を介してアンテナ34に
接続されている。また、サーキュレータ33はミキサ3
5に接続され、ミキサ35の出力は受信回路36に接続
されている。また、送信回路31と受信回路36はそれ
ぞれ制御回路37に接続され、制御回路37の出力は電
圧制御発振器10の制御電圧端子に接続されている。そ
して、電圧制御発振器10の出力は2つに別れ、一方は
ミキサ32に、他方はミキサ35にそれぞれ接続されて
いる。
【0031】このように構成された電子装置30におい
て、電圧制御発振器10は送信周波数と受信周波数、お
よび使用チャンネルに合わせて、制御回路37からの指
示に従ってミキサ32および35に入力する周波数を切
り換えることができる。
【0032】このように構成された電子装置30におい
ては、本発明の電圧制御発振器10を用いることによっ
て、高い周波数(この場合は約6GHz)の信号を直接
得ることができるため、低い周波数の電圧制御発振器に
周波数変換器を接続して用いる場合に比べて、省スペー
ス化(すなわち小型化)とコストダウンを図ることがで
きる。
【0033】なお、電子装置30においては電圧制御発
振器10を用いたが、電圧制御発振器20を用いても構
わないものである。また、電子装置としてもETC用の
車載機に限るものではなく、路側機に用いても、あるい
は全く別のシステムに用いても構わないものである。
【0034】
【発明の効果】本発明の電圧制御発振器によれば、発振
用のトランジスタと、トランジスタのベースに接続され
た略1/4波長の一端開放分布定数線路と、トランジス
タのコレクタに接続されたインダクタンス素子と、イン
ダクタンス素子に接続されたバラクタダイオードとを有
することによって、高周波において安定に発振し、しか
も大きな周波数可変幅を得ることができる。また、自己
共振周波数が発振周波数より低いコンデンサをインダク
タンス素子として用いることによっても同様の効果を得
ることができる。また、一端開放分布定数線路と並行に
隣接して結合する一端を開放し他端を接地した略1/4
波長の分布定数線路を有することによって、C/Nを改
善することができる。
【0035】また、本発明の電子装置によれば、本発明
の電圧制御発振器を用いることによって、省スペース化
とコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電圧制御発振器の一実施例を示す回路
図である。
【図2】本発明の電圧制御発振器の別の実施例を示す回
路図である。
【図3】本発明の電子装置の一実施例を示すブロック図
である。
【図4】従来の電圧制御発振器を示す回路図である。
【図5】従来の発振器を示す回路図である。
【符号の説明】
2…出力端子 6…一端開放分布定数線路 10、20…電圧制御発振器 11…制御電圧端子 21…分布定数線路 30…電子装置 VD2…バラクタダイオード C2、C5…コンデンサ Q1…トランジスタ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発振用のトランジスタと、該トランジス
    タのベースに接続された略1/4波長の一端開放分布定
    数線路と、前記トランジスタのコレクタに接続されたイ
    ンダクタンス素子と、該インダクタンス素子に接続され
    たバラクタダイオードとを有することを特徴とする電圧
    制御発振器。
  2. 【請求項2】 前記インダクタンス素子として、自己共
    振周波数が発振周波数より低いコンデンサを用いたこと
    を特徴とする、請求項1に記載の電圧制御発振器。
  3. 【請求項3】 一端を開放し他端を接地した発振周波数
    において略1/4波長の分布定数線路を、前記一端開放
    分布定数線路と並行に隣接して配置したことを特徴とす
    る、請求項1または2に記載の電圧制御発振器。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載の電
    圧制御発振器を用いたことを特徴とする電子装置。
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