JP2000312115A - 電圧制御型高周波発振回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、共振回路部の構成部品の自己共振
周波数以上の発振周波数の動作においても、安定した発
振出力を容易に導出できる電圧制御型高周波発振回路を
提供する。 【解決手段】 本発明は、共振手段Ｌ２と可変容量ダイ
オードＤＶとが並列接続してなり、前記可変容量ダイオ
ードＤＶに所定制御電圧ＶＴを印加することにより所定
共振周波数で共振する共振回路部ｘと、負性抵抗回路部
ｙと、増幅回路部ｚとから成る電圧制御型高周波発振回
路において、前記共振手段Ｌ３と前記可変容量ダイオー
ドＤＶとの間に、前記可変容量ダイオードＤＶの自己共
振周波数以上で容量性領域に動作させるためのストリッ
プラインＬ３を配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波無線装置の
局部発振回路などに適用される電圧制御型高周波発振回
路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、移動体通信装置やその他の通
信装置の送信用発振器、受信部の局部発振回路には電圧
制御型発振器が多用されている。

【０００３】最近、携帯電話，自動車電話等の様々な移
動体通信機器が普及しているが、一部の通信システムに
おいて、既存の周波数帯域の設定によるチャンネル数の
不足が深刻化している。これらの問題を解決すべく、全
く別の周波数帯域で新しいシステムが運用される。新し
いシステムでは、所定周波数帯域内で保有チャンネル数
を確保するため、また、通信速度の向上のために、従来
システムより高い周波数で運用することになる。

【０００４】即ち、移動体通信機器に用いられる電圧制
御発振回路においては、高い周波数で発振し得る発振回
路が必要なる。

【０００５】通常、発振周波数の制御が可能な電圧制御
型発振回路は、図４に示すように電共振回路部ｘ、負性
抵抗回路部ｙ、増幅回路部ｚとから構成されている。

【０００６】共振回路部ｘはストリップラインＬ２や誘
電体共振器などの共振手段と可変容量ダイオードＤＶ、
ストリップラインＬ1 、各種コンデンサＣ１〜Ｃ４とか
ら主に構成されている。負性抵抗回路部ｙは発振用トラ
ンジスタＴｒ１、各種コンデンサＣ５〜Ｃ７、抵抗Ｒ１
〜Ｒ２から構成されている。また、増幅回路部ｚは増幅
用トランジスタＴｒ２、各種Ｃ８〜Ｃ９、抵抗Ｒ３〜Ｒ
４、インダクタンス素子Ｌ４とから構成されている。

【０００７】このような発振回路では、負性抵抗回路部
ｙの発振用トランジスタＴｒ１のコレクタを交流的に接
地すれば、発振用トランジスタＴｒ１のベースから見た
インピーダンスは負性となる。そして、ベースに共振回
路部ｘを結合コンデンサＣ４を介して接続した時、共振
回路部ｘの入力波に対して反射波の大きさ（反射係数）
を１以下とし、負性抵抗回路部ｙの反射係数を１以上と
する。また、各反射係数の責（負性利得）が１以上で、
且つ所望の周波数での共振回路部ｘの反射特性の位相と
発振用トランジスタＴｒ１の負性の位相との絶対値が同
一となった時、この所望の周波数で発振させることがで
きる。

【０００８】そして、この発振信号は増幅用トランジス
タＴｒ２に供給され、ここで増幅されて結合コンデンサ
Ｃ１０を介して出力端子ＯＵＴより発振出力される。

【０００９】尚、共振回路部ｘにおいて、端子Ｖｔは制
御電圧端子であり、この制御電圧端子ＶＴを介して、可
変容量ダイオードＤＶに制御電圧を供給し、これより、
可変容量ダイオードＤＶの容量値を制御している。即
ち、ストリップラインＬ２、コンデンサＣ３で構成する
ＬＣ共振回路に可変容量ダイオードＤＶの所定値に制御
された容量成分が並列的に付加されて、その結果、所定
共振周波数で共振する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のように
電圧制御型発振回路において、発振周波数を高周波化す
ると、高周波発振回路を構成する部品の自己共振周波数
との関係が重要となる。

【００１１】即ち、電圧制御型発振回路の発振周波数
が、回路を構成する構成部品、特に可変容量ダイオード
ＤＶの自己共振周波数以下では問題がないものの、可変
容量ダイオードＤＶの自己共振周波数（例えば、２ＧＨ
ｚ）以上の高周波発振においては、可変容量ダイオード
ＤＶの動作が大きく変化してしまう。それまでの容量性
領域で動作していた可変容量ダイオードＤＶが、誘導性
領域に動作してしまう。

【００１２】可変容量ダイオードのインピーダンス特性
を示したものである。一般的に可変容量ダイオードの自
己共振周波数は２ＧＨｚ程度であり、それ以上の発振周
波数にて発振（高周波発振）させようとすると、共振回
路のＬＣ比率が変動してしまい、所定周波数の安定な高
周波発振出力が得られなくなってしまう。

【００１３】これにより、誘電性領域で動作する可変容
量ダイオードＤＶとコンデンサＣ３とでＬＣ直列共振回
路を構成し、このＬＣ直列共振回路が、ストリップライ
ンＬ２とコンデンサＣ３とからなるＬＣ並列回路に接続
することになる。

【００１４】即ち、複数の共振周波数を有することにな
り、共振回路部ｘの動作が非常に不安定となってしま
う。また、可変容量ダイオードＤＶが根本的に誘電性で
動作すると、電圧制御型発振回路の重要な動作である制
御電圧によって発振周波数を感度よく制御できなくなっ
てしまう。

【００１５】図５において、縦軸は増幅回路部ｚから出
力される発振出力の周波数（相対値）であり、横軸は共
振回路部ｘの可変容量ダイオードＤＶに印加される制御
電圧ＶＴ（相対値）である。

【００１６】図５中、特性Ａは可変容量ダイオードＤＶ
の自己共振周波数、例えば２ＧＨｚ以下にて動作させた
時の制御電圧の感度を示す特性であり、大きな傾きで発
振周波数を制御できることを示している。

【００１７】これに対して、特性Ｂ’は共振回路部の共
振手段の例えばストリップラインＬ２を調整して、可変
容量ダイオードＤＶの自己共振周波数以上にて動作させ
た特性である。特性Ｂ’では可変容量ダイオードＤＶが
誘導性領域として動作するため、発振周波数は設定でき
るものの、制御電圧ＶＴによる発振周波数の傾きが小さ
くなり、発振周波数の可変範囲Δｆ’が小さく、感度が
鈍くなってしまう。

【００１８】本発明は、上述の問題点に鑑みて案出され
たものであり、その目的は、共振回路部の構成部品の自
己共振周波数以上の発振周波数の動作においても、動作
原理を代えることなく、安定した発振出力を容易に導出
できる電圧制御型高周波発振回路を提供するものであ
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、共振手段と可
変容量ダイオードとを並列接続してなり、前記可変容量
ダイオードに所定制御電圧を印加することにより所定の
共振周波数で共振する共振回路部と、該共振回路部の共
振周波数に基づいて発振条件を整え、且つ発振信号を出
力する発振用トランジスタを含む負性抵抗回路部と、該
負性抵抗回路部に接続し、前記発振信号を増幅して所定
の発振出力を行なう増幅トランジスタを含む増幅回路部
とから成る電圧制御型高周波発振回路において、前記共
振手段と前記可変容量ダイオードとの間に、前記可変容
量ダイオードの自己共振周波数以上の発振周波数領域
で、前記可変容量ダイオードの動作領域をを誘導性から
容量性に変換するストリップラインを配置したことを特
徴とする電圧制御型高周波発振回路である。

【００２０】

【作用】本発明によれば、前記共振手段と前記容量ダイ
オードとの間に、前記容量ダイオードの自己共振周波数
以上で容量性を維持させるためのストリップラインを配
置している。従って、可変容量ダイオードの自己共振周
波数以上の高周波で発振させたとしても、可変容量ダイ
オードを容量性で動作させることができる。

【００２１】即ち、可変容量ダイオードの自己共振周波
数以上の高周波（例えば２ＧＨｚ以上）であっても、可
変容量ダイオードを正常に動作させることができ、安定
し、且つ周波数可変制御幅の広い電圧制御型高周波発振
回路となる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の電圧制御型高周波
発振回路を図面に基づいて詳説する。

【００２３】図１は本発明の電圧制御型高周波発振回路
を示す回路図である。

【００２４】電圧制御型高周波発振回路は、共振回路部
ｘと負性抵抗回路部ｙと増幅回路部ｚとから主に構成さ
れている。尚、共振回路部ｘの共振手段としては、スト
リップラインＬ２を用いた例を示している。

【００２５】共振回路ｘは、共振手段であるストリップ
ラインＬ２、可変容量ダイオードＤＶ、インダクタンス
素子Ｌ１、コンデンサＣ１〜Ｃ４及び位相変換用ストリ
ップラインＬ３とから主に構成されている。

【００２６】また、負性抵抗回路部ｙは発振用トランジ
スタＴｒ１、コンデンサＣ５〜Ｃ７、抵抗Ｒ１〜Ｒ３と
から構成されている。

【００２７】さらに、増幅回路部ｚは増幅用トランジス
タＴｒ２と、インダクタンス素子Ｌ４、コンデンサＣ８
〜Ｃ１０、抵抗Ｒ３〜Ｒ４とから構成されている。

【００２８】そして、共振回路部ｘは可変容量ダイオー
ドＤＶの容量を制御する制御電圧が供給される制御電圧
端子ＶＴを有している。また、増幅回路部ｚは増幅用ト
ランジスタＴｒ２、発振用トランジスタＴｒ１のバイア
ス電圧を供給するＶｃｃ端子を有している。さらに、増
幅回路部ｚの増幅用トランジスタＴｒ２のコレクタから
発振出力を導出する出力端子ＯＵＴを有している。

【００２９】このような発振回路では、発振用トランジ
スタＴｒ１のコレクタがコンデンサＣ７を介して交流的
に接地されている。そして、発振用トランジスタＴｒ１
のベースから見たインピーダンスは負性となる。そし
て、ベースに共振回路部ｘを結合コンデンサＣ４を介し
て接続した時、共振回路部ｘの反射係数を１以下とし、
負性抵抗回路部ｙの反射係数を１以上とし、また、各反
射係数の負性利得が１以上で、且つ所望の周波数での共
振回路部ｘの反射特性の位相と発振用トランジスタＴｒ
１の負性の位相との絶対値が同一となった時、この所望
の周波数で発振させることができる。

【００３０】即ち、負性抵抗回路部ｙは、共振回路部ｘ
の共振周波数に基づいて発振条件を整え、且つ発振信号
を出力する回路部である。

【００３１】そして、この発振信号は増幅用トランジス
タＴｒ２に供給され、ここで増幅されて結合コンデンサ
Ｃ１０を介して出力端子ＯＵＴより発振出力される。

【００３２】上述の共振回路部ｘは、ストリップライン
Ｌ２単独またはコンデンサＣ３と共働してＬＣ並列共振
回路を構成し、所定共振周波数で共振する。電圧制御型
発振回路においては、共振周波数が所定周波数範囲で制
御可能とする可変容量ダイオードＤＶが並列低に接続さ
れている。これにより、実際のＬＣ共振回路は、可変容
量ダイオードＤＶの可変された容量成分を並列接続され
た状態で決定されることになる。そして、制御電圧ＶＴ
によって、可変容量ダイオードＤＶの容量成分が変動す
ることになり、これに応じて、共振回路部ｘの共振周波
数も可変容量ダイオードＤＶの容量制御に応じて所定共
振周波数に設定することが可能となる。

【００３３】この結果、本発明の電圧制御型高周波発振
回路では、共振回路ｘの共振周波数に応じた周波数が、
発振用トランジスタＴｒ１、増幅用トランジスタＴｒ２
を介して発振出力が出力端子ＯＵＴより導出されること
になる。

【００３４】本発明では、発振周波数が例えば、電圧制
御型高周波発振回路の重要な構成部品である可変容量ダ
イオードＤＶの自己共振周波数、例えば２ＧＨｚ以上の
発振周波数に適した電圧制御型高周波発振回路であり、
具体的には、並列的に接続されたストリップラインＬ２
と可変容量ダイオードＤＶとの間に、位相変換を行なう
ストリップラインＬ３を配置したことである。即ち、ス
トリップラインＬ３は、可変容量ダイオードＤＶのカソ
ード側に接続され、コンデンサＣ２と直列的に接続され
ている。

【００３５】このような構成により、ストリップライン
Ｌ３のインピーダンス成分によって、可変容量ダイオー
ドＤＶの動作を、スミスチャート上、誘導性領域から容
量性領域に変換させることができる。例えば、図２に示
す共振回路部ｘのスミスチャートにおいて、共振回路部
ｘのインピーダンスポイントを、ストリップラインＬ３
を配置する前の誘導性領域に存在するインピーダンスポ
イントｄを、ストリップラインＬ３を配置することによ
り、位相を１８０°シフトさせて、容量性領域のインピ
ーダンスポイントｅに変換させることができる。

【００３６】例えば、このような位相を１８０°をシフ
トさせるためのストリップラインＬ３としては、誘電率
１８の誘電体基板上に、銅からなる導体膜を長さ１５ｍ
ｍ、幅１ｍｍによって達成されるものである。

【００３７】例えば、発振周波数を、可変容量ダイオー
ドＤＶの自己共振周波数、例えば２ＧＨｚ以上として、
図１中の点Ｃでのインピーダンスは図２中の点ｄとな
る。そこで、可変容量ダイオードＤＶに直列的に接続し
ているストリップラインＬ３によってインピーダンスを
位相シフトさせ、図１中の点Ｄのインピーダンスは、図
２の点ｅの容量性領域に変換する。ここで、点ｄと点ｅ
との周波数は同一であり、共振回路部ｘの共振周波数が
変動することはない。そして、図１中の点Ｄにストリッ
プラインＬ２とコンデンサＣ３との並列共振を接続し、
全体の共振回路部ｘが構成されることになる。

【００３８】尚、ストリップラインＬ３の所定長さを任
意に代えることにより、位相のシフト量を任意に制御す
ることができる。例えば、図２において、点ｄから点ｆ
に変換するためには、ストリップラインＬ３の所定長さ
を、例えば上述の１５ｍｍから７〜８ｍｍと短くすれば
よい。尚、幅を制御では、誘電性領域から容量性領域へ
の変換作用は小さく、特に、長さの制御が重要となる。

【００３９】このように、可変容量ダイオードＤＶで
は、その自己共振周波数以上の周波数において、容量性
領域で動作させることができるため、図３の特性Ｂのよ
うに可変容量ダイオードＤＶに所定制御電圧ＶＴを供給
することにより、可変容量ダイオードＤＶを自己共振周
波数未満で用いる場合と同様に、制御電圧ＶＴに対する
発振周波数の変化率を大きくすることができる。

【００４０】これにより、制御電圧ＶＴの制御により、
高周波領域で発振周波数を広い周波数範囲Δｆで調整す
ることが可能となる。

【００４１】また、制御電圧ＶＴに対する発振周波数の
感度を示す傾きは、図２に示す共振回路でのインピーダ
ンス特性に大きく関係する。例えば、可変容量ダイオー
ドＤＶの自己共振周波数以下の通常の電圧制御型発振回
路で得られるような制御電圧感度とするためには、図２
に示すスミスチャート上、インピーダンスを無限大にす
ることが望ましく且つ容量性領であることが必要である
ことから、図２中の点ｆ付近に変換すること望ましい。

【００４２】従って、ストリップラインＬ３の位相シフ
ト量次第で、制御電圧ＶＴによる制御電圧感度を調整す
ることもできる。

【００４３】尚、上述の実施例では、共振手段としてス
トリップラインＬ２及びコンデンサＣ３を用いている
が、ストリップラインＬ２及びコンデンサＣ３を、分布
定数的に動作するマイクロストリップ線路に代えてもよ
く、また、誘電体ブロック内に内導体、外面に外導体を
形成した誘電体共振器に代えても構わない。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、共振回路部を構成する
構成部品、特に可変容量ダイオードの自己共振周波数、
例えば２ＧＨｚ以上の高周波で発振周波数させるにあた
り、可変容量ダイオードＤＶと共振手段との間に、可変
容量ダイオードの誘電性領域から容量性領域に変換する
ストリップラインを配置したため、安定した発振出力が
容易に得られるとともに、制御電圧に対する発振出力の
感度が向上でき、制御可能な周波数範囲を広くできる電
圧制御型高周波発振回路となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電圧制御型高周波発振回路の回路図で
ある。

【図２】本発明における共振回路部のインピーダンス特
性を示すスミスチャート図である。

【図３】本発明における可変容量ダイオードの制御感度
及び可変周波数領域を示す特性図である。

【図４】従来の電圧制御型発振回路の回路図である。

【図５】従来の電圧制御型発振回路における可変容量ダ
イオードの制御感度及び可変周波数領域を示す特性図で
ある。

【符号の説明】 Ｌ１〜Ｌ４・・・ストリップライン ＤＶ・・・可変容量ダイオード Ｃ１〜Ｃ１０・・・コンデンサ Ｒ１〜Ｒ４ ・・・抵抗

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 共振手段と可変容量ダイオードとを並列
   接続してなり、前記可変容量ダイオードに所定制御電圧
   を印加することにより所定の共振周波数で共振する共振
   回路部と、 該共振回路部の共振周波数に基づいて発振条件を整え、
   且つ発振信号を出力する発振用トランジスタを含む負性
   抵抗回路部と、 該負性抵抗回路部に接続し、前記発振信号を増幅して所
   定の発振出力を行なう増幅トランジスタを含む増幅回路
   部とから成る電圧制御型高周波発振回路において、 前記共振手段と前記可変容量ダイオードとの間に、前記
   可変容量ダイオードの自己共振周波数以上の発振周波数
   領域で、前記可変容量ダイオードの動作領域をを誘導性
   から容量性に変換するストリップラインを配置したこと
   を特徴とする電圧制御型高周波発振回路。