JP2002050926A

JP2002050926A - 電圧制御発振回路

Info

Publication number: JP2002050926A
Application number: JP2000231741A
Authority: JP
Inventors: Kyoji Takakura; 恭二高倉
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-07-31
Filing date: 2000-07-31
Publication date: 2002-02-15

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、例えば２ＧＨｚ以上の高周波発振
させても、可変周波数度合を自己共振周波数的２ＧＨｚ
の可変容量ダイオードを用いたまま、容易に調整でき、
安定な発振出力特性が得られる電圧制御発振回路を提供
する。【解決手段】共振回路部Ｘと、前記共振回路部Ｘと接
続し、該共振回路部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発振用トランジスタＴ
ｒ１を含む負性抵抗回路部Ｙと、前記負性抵抗回路部Ｙ
に接続し、前記発振信号を増幅して所定の発振出力を行
なう増幅用トランジスタＴｒ２を含む増幅回路部Ｚとか
ら成る電圧制御発振回路である。そして、発振出力の可
変周波数範囲は、前記共振用可変容量ダイオードに並列
に接続されるコンデンサＣ２の自己共振周波数よりも高
い値の領域に設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高い周波数領域で安
定化させて、もって、安定な発振出力が可能な電圧制御
発振回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、移動体通信機器やその他の通信機
器には、送信用発振器や受信用局部発振器が多用されて
いる。このような発振器は、外部からの供給される制御
電圧により、発振周波数の範囲を直線的に可変できる電
圧制御発振回路で構成されている。近年、電圧制御発振
回路の発振出力の周波数可変領域（発振周波数）が高周
波化の一途をたどっている。

【０００３】従来、電圧制御発振回路は、図３に示すよ
うに、共振回路部Ｘ、負性抵抗回路部Ｙ、増幅回路部Ｚ
から構成されていた。共振回路部Ｘは、共振手段である
ストリップラインＳＬと、可変容量ダイオードＤＶと、
各種コンデンサＣ１、Ｃ３、Ｃ４とから主に構成されて
いる。ここで、共振回路部Ｘの共振周波数を決定する共
振回路は、ストリップラインＳＬと可変容量ダイオード
ＤＶ、コンデンサＣ３、Ｃ４とで構成されている。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Ｃ６、Ｃ７、Ｃ９、各種抵抗とから構成されてい
る。

【０００４】また、増幅回路部Ｚは増幅用トランジスタ
Ｔｒ２、各種コンデンサＣ８、Ｃ１０、Ｃ１１、抵抗、
インダクタンス素子Ｌ２とから構成されている。

【０００５】このような発振回路では、発振用トランジ
スタＴｒ１のコレクタをコンデンサＣ９を介して、交流
的に接地すれば、ベースから見たインピーダンスは負性
となり、そして、発振用トランジスタＴｒ１のベースに
共振回路部Ｘを、結合コンデンサＣ５を介して接続し、
他端を接地すれば、この回路は共振回路部Ｘの振幅特性
とトランジスタの負性利得が１以上で共振回路とトラン
ジスタの負性の位相角の和が２ｎπ（ｎは整数）となる
条件を満たす周波数にて発振する。

【０００６】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
Ｃ１１を介して出力端子ＯＵＴより発振出力される。
尚、共振回路部Ｘにおいて、端子Ｖｃは制御電圧端子で
ある。また、制御端子Ｖｃには、可変容量ダイオードＤ
Ｖの容量成分を制御する制御電圧が供給される。即ち、
可変容量ダイオードＤＶに印加される電圧を所定値に制
御することにより、ストリップラインＳＬ及びコンデン
サＣ４から成る共振回路に、さらに、コンデンサＣ３と
シリーズにつながった可変容量ダイオードＤＶの容量成
分が並列的に接続されることになり、共振回路部Ｘの共
振周波数を所定値に制御する。制御端子Ｖｃによる可変
容量ダイオードＤＶによる制御により周波数調整とによ
り、一定周波数帯域内で可変制御が可能となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、発振出力の発
振周波数が高周波化すると、特に、共振回路における可
変容量ダイオードＤｖの自己共振周波数を超えてしま
い、この可変容量ダイオードは誘導性の領域で動作する
ことになる。従って、従来の共振回路の容量変化で共振
周波数を制御することができなくなる。即ち、従来の電
圧制御発振回路では周波数可変制御時の周波数変化度合
を共振回路のＣ成分としての可変容量ダイオード特性も
しくは、それと直列に挿入されるコンデンサまたは並列
に挿入されるコンデンサにて調整していたが、例えば、
２ＧＨｚ（一般的な可変容量ダイオードの自己共振周波
数）を超える発振周波数では、共振回路でその手法を用
いることが困難となってしまう。

【０００８】本発明は、上述の課題に鑑みて案出さ
れたものであり、その目的は、例えば、２ＧＨｚ
以上の高い周波数領域で発振させても、容易に周波数可
変感度を調整でき、安定な発振出力特性が得られる電圧
制御発振回路を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、共振線
路と、該共振線路の一端に、互いに並列接続される可変
容量ダイオード及びコンデンサとを含む共振回路部と、
前記共振回路部と接続し、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、前記負性抵抗
回路部に接続し、前記発振信号を増幅して所定の発振出
力を行なう増幅用トランジスタを含む増幅回路部とから
成る電圧制御発振回路において、前記共振回路部の可変
周波数範囲は、前記変容量ダイオード及び前記コンデン
サのいずれの自己共振周波数よりも高い値の領域に設定
されていることを特徴とする電圧制御発振回路である。

【作用】本発明の電圧制御発振回路は、共振回路部の可
変容量ダイオードの自己共振周波数より高い周波数で共
振させる場合に、可変容量ダイオードは誘導性領域で動
作する点を利用している。共振回路の周波数可変を共振
回路にて、誘導性にて動作する可変容量ダイオードと、
直列に挿入されたストリッブラインの合成誘導成分にて
行うことから、前記可変容量ダイオードと並列に挿入し
た、動作周波数（発振出力の周波数の可変範囲）の共振
周波数より低い自己共振周波数を有するコンデンサを利
用している。即ち、この電圧制御型発振回路では、コン
デンサ及び可変容量ダイオードのいずれの自己共振周波
数よりも高い動作周波数する。この場合、コンデンサ
は、容量性から誘導性に振る舞って動作する。

【００１０】そして、コンデンサの誘導性においては、
その周波数でインピーダンスが飽和した状態となり、こ
の動作領域ではインピーダンスの変動が少なくなる。

【００１１】従って、可変容量ダイオードと並列接続し
たコンデンサを、動作周波数よりも低い自己共振周波数
で動作するように設定すれば、可変容量ダイオードにお
ける誘導性変化分の度合を任意に調整可能とできる。

【００１２】この結果、共振回路の周波数可変感度が容
易に調整でき、所望の発振出力特性が容易に得られるこ
とになる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の電圧制御発振回路
を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の電圧制御
発振回路の回路図であり、図２は、動作時の等価回路図
てある。尚、従来と同一部分は、同一符号を付す。

【００１４】本発明の電圧制御型発振回路において、共
振回路部Ｘは、共振回路を構成するストリップラインＳ
Ｌ、可変容量ダイオードＤＶ、コンデンサ、Ｃ１、Ｃ
２、Ｃ４、直流電流を導くインダクタンス素子Ｌ１とか
ら主に構成されている。そして、共振回路部Ｘは制御電
圧端子Ｖｃを有し、また、結合コンデンサＣ５を介して
負性抵抗回路部Ｙに接続されている。具体的には、共振
回路部Ｘは、制御電圧端子Ｖｃ側から負性抵抗回路部Ｙ
側に向けて、インダクタンス素子Ｌ１、共振回路の共振
線路（ストリップラインＳＬ）が直列的に接続されてお
り、さらに、結合コンデンサＣ５を介して負性抵抗回路
部Ｙに接続されている。

【００１５】また、ストリップラインＳＬの一端、即
ち、制御電圧端子Ｖｃ側の一端とグランド電位との間に
は、可変容量ダイオードＤＶ、コンデンサＣ２とが接続
されている。また、ストリップラインＳＬの他端には、
コンデンサＣ４が接続されている。即ち、可変容量ダイ
オードＤＶとコンデンサＣ２とが互いに並列接続されて
いる。尚、負性抵抗回路部Ｙ、増裾回路部Ｚの各回路部
の全体的な動作は、実質的に図３に説明した通りであ
る。負性抵抗回路部Ｙは発振用トランジスタＴｒ１、コ
ンデンサＣ６、Ｃ７、Ｃ９、抵抗とから構成されてい
る。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Ｌ２、コンデンサＣ８、Ｃ１
０、Ｃ１１、抵抗とから構成されている。

【００１６】前記共振回路部のコンデンサＣ２は、可変
容量ダイオードＤｖと並列に接続され、且つストリップ
ラインＳＬに直列に接続されている。このコンデンサＣ
２は、動作周波数、即ち、制御電圧Ｖｃによる可変周波
数が自己共振周波数を越える値となるように選択されて
いる。

【００１７】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り、このベースに
共振回路部Ｘを、結合コンデンサＣ５を介して接続し、
他端を接地すれば、共振回路部Ｘの振幅特性とトランジ
スタの負性利得が１以上で共振回路部Ｘと発振用トラン
ジスタＴｒ１の負性の位相角の和が２ｎπ（ｎは整数）
となる条件を満たす周波数にて発振する。

【００１８】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
Ｃ１１を介して出力端子ＯＵＴより発振出力される。

【００１９】本発明では、可変容量ダイオードＤｖ及び
該可変容量ダイオードＤｖに並列に接続されるコンデン
サＣ２の自己共振周波数と、この発振回路の動作周波数
（発振出力の可変周波数範囲）との関係において、電圧
制御型発振回路の動作周波数が、可変容量ダイオードＤ
ｖ及びコンデンサＣ２のいずれの自己共振周波数よりも
高い値の領域に設定されている。尚、一般に可変容量ダ
イオードＤｖの自己共振周波数は例えば２ＧＨｚ程度で
あり、コンデンサＣ２の自己共振周波数（容量性と誘導
性との境界）は、コンデンサの容量、誘電体材料によっ
て左右される。

【００２０】そして、コンデンサＣ２は、その自己共振
周波数が動作周波数より高くなるように設定する。ま
た、コンデンサＣ４については、自己共振周波数が動作
周波数よりも小さくなるように設定する。

【００２１】即ち、本発明の電圧制御発振回路の発振周
波数は、可変容量ダイオード及びコンデンサＣ２の夫々
の自己共振周波数以上で発振させることになる。尚、所
望の発振周波数の周波数が決まれば、逆に、この周波数
よりも、自己共振周波数が低い可変容量ダイオードＤｖ
及びコンデンサＣ２を用いる。さらに、コンデンサＣ４
の設定する。

【００２２】このように、コンデンサＣ２は、自己共振
周波数以上である発振周波数においては、誘導性領域で
振る舞うことになる。

【００２３】この動作状態では、図２に示すように、可
変容量ダイオードは、可変インダクタンス成分Ｄｖとし
て、コンデンサＣ２は、固定的なコイルＬＳと示すこと
ができる。尚、コンデンサＣ４は、容量性で振る舞うた
めそのままである。

【００２４】本発明においては、可変ダイオードＤｖに
並列に接続するコンデンサＣ２が、自己共振周波数で、
容量性から誘導性を動作変化するののの、誘導性領域に
おいては非常に周波数によるインピーダンスの変動が少
ない。

【００２５】このため、可変変容量ダイオードＤｖに
は、非常に安定したインピーダンスが接続されることに
なり、可変容量ダイオードＤｖの調整のみにで可変度合
（発振周波数の可変制御）を容易に調整できる。

【００２６】即ち、本発明において、可変容量ダイオー
ドＤｖの誘導性、コンデンサＣ４（コイルＬＳ）及びス
トリップラインＳＬ、コンデンサｃ４で共振回路を構成
し、可変容量ダイオードＤｖの誘導性度合いのみで、発
振周波数の可変制御が可能とあるものである。

【００２７】従って、従来、共振回路の容量成分を調整
したものに比較して、高い周波数での発振出力が可能と
なり、しかも、その発振出力の周波数可変制御も容易行
えることになる。

【００２８】コンデンサの自己共振周波数（容量性と誘
導性との境界）は、コンデンサの容量、誘電体材料によ
って左右される。また、誘導性領域におけるインピーダ
ンスの安定性は、コンデンサの容量によって左右され
る。従って、本発明において、可変容量ダイオードＤｖ
の並列接続コンデンサＣ２としては、比較的に高い容量
値を示すコンデンサを用いることがのぞましい。

【００２９】図４は、可変周波数範囲（動作周波数）と
コンデンサＣ２のインピーダンスを示している。線Ａ
は、高い容量のコンデンサを示し、線Ｂは低い容量のコ
ンデンサを用いた場合のインピーダンス特性を示す。図
４の線Ａ、線Ｂのインピーダンス特性で、谷部分は、も
つともインピーダンスが低くなる点部分であり、この部
分に自己共振周波数が存在している。この図４から、線
Ａ、線Ｂについても自己共振周波数を越えた誘導性にお
いては、インピーダンスが飽和に達して、インピーダン
ス特性が安定化領域となっていることが判る。

【００３０】そして、本発明では、動作周波数（制御電
圧により発振出力の可変周波数範囲：ｆ１〜ｆ２）が、
線Ａ、線Ｂで示すコンデンサＣ２の自己共振周波数より
も高い周波数領域に設定して、インピーダンスが飽和に
達成した安定領域で用いでいる。

【００３１】また、インピーダンスの安定性について
は、動作周波数と自己共振周波数とを考慮して、コンデ
ンサＣ２が誘導性で振るった、動作周波数の範囲でイン
ピーダンス特性の変化率の傾きが小さいものが得られ
る。

【００３２】本発明者は、発振出力の可変周波数範囲の
中心的な周波数と、可変容量ダイオードＤｖと並列接続
のコンデンサＣ２の容量値との関係を調べた。

【００３３】例えば、動作周波数が２．３ＧＨｚ〜３．
６ＧＨｚの発振周波数では、所望の周波数可変感度を得
る可変容量ダイオードＤｖに並列に接続するためのコン
デンサＣ２としては、自己共振周波数が０．５〜１ＧＨ
ｚとなるようなコンデンサを用い、その容量は、３０〜
数１００ｐＦである。

【００３４】動作周波数において、その特性が安定した
誘導性であれば、求められる発振の特性要求に応じて要
求されるインピーダンスの絶対値の大きさを選択するた
めに幅広くコンデンサＣ２の容量値を選択できる。

【００３５】要は、コンデンサＣ２としては、自己共振
周波数が動作周波数の１０％〜５０％程度の低さで、し
かも、その容量値は、少なくとも数１０ｐＦ以上のコン
デンサを用いることとなる。尚、自己共振周波数を１Ｇ
Ｈｚ程度に設定する場合には、、コンデンサの容量が概
ね３０ＰＦのコンデンサを、２ＧＨｚ程度に設定する場
合には１５ｐＦのコンデンサを、３．６ＧＨｚ程度に設
定する場合には、５〜６ｐＦ程度に設定する。

【００３６】尚、本発明は共振回路部Ｘにおける共振用
可変容量ダイオードに並列に接続されるコンデンサＣ２
の設定の条件を定めたものであり、電圧制御発振回路を
構成する他の回路部、共振回路部Ｘ、増幅回路部Ｚにつ
いて種々の変更しても構わない。

【００３７】

【発明の効果】本発明では、電圧制御発振回路におい
て、例えば可変容量ダイオードの自己共振周波数を越え
る高周波領域で発振させるにあたり、共振回路部の可変
容量ダイオードで、周波数可変感度を容易に調整でき、
これより、所望の安定した発振出力が得られることにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電圧制御発振回路の回路図である。

【図２】本発明の電圧制御発振回路の動作時における等
価的な回路図である。

【図３】典型的な電圧制御発振回路の回路図である。

【図４】周波数とコンデンサのインピーダンスとの関係
を示す特性図である。

【符号の説明】

Ｘ．．共振回路部Ｙ．．負性抵抗回路部Ｚ．．増幅回路部ＳＬ．．ストリップラインＴｒ１．．発振用トランジスタＴｒ２．．増幅用トランジスタＣ２．．可変容量ダイオードに並列なコンデンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】共振線路と、該共振線路の一端に、互いに
並列接続される可変容量ダイオード及びコンデンサとを
含む共振回路部と、前記共振回路部と接続し、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、前記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用トランジスタを含む増幅
回路部とから成る電圧制御発振回路において、前記共振回路部の可変周波数範囲は、前記変容量ダイオ
ード及び前記コンデンサのいずれの自己共振周波数より
も高い値の領域に設定されていることを特徴とする電圧
制御発振回路。