JP2002171129A - 電圧制御型発振回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】部品点数の増加させることなく、高調波レベル
の抑制を容易に達成できる電圧制御型発振回路を提供す
る。 【解決手段】共振回路部Ｘと、前記共振回路部Ｘに接続
し、該共振回路部Ｘの共振周波数に基づいて発振信号を
出カする発振用トランジスタを含む負性抵抗回路部Ｙ、
前記負性抵抗回路部Ｙに接続し、前記発振信号を増幅
し、出力整合回路部Ｚ１とを含む増幅回路部Ｚとから成
る電圧制御発振回路において、前記出力整合回路部Ｚ１
は、発振出力の周波数にてインピーダンスが誘導性とな
るカップリングコンデンサＣ１０から構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波無線装置の
局部発振回路などに適した電圧制御型発振回路に関する
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、受信部の局部発振器に電圧制御型発
振器が用いられていることが知られている。現在、電圧
制御発振器の市場は移動体通信の発展と共に伸びつづけ
ており、その市場からは「小型化」「高性能化」が要求
されている。「小型化」と「高性能化」は相反するもの
である。これらを実現化するためには新しい技術が必要
である事は言うまでもない。

【０００３】その「高性能化」の１つとして「高調波成
分の抑制」が上げられる。電圧制御発振器は任意の周波
数波を発振出力しているが、その出力波には任意の周波
数に対して整数倍の高調波成分が含までいる。しかし、
発振器の理想として任意の周波数のみを安定に出力させ
る性能が必要であり、また通信装置の搭載した際に高調
波成分が多く含まれてしまうと不具合が生じてしまうた
め、通常、電圧制御発振器の電気的特性の条件として高
調波成分のレベル規格が設けられている。その高調波レ
ベルの抑制は発振器の出力部に構成されている出力整合
回路部の調節にて行なうことが出来る。

【０００４】出力整合回路部は、例えば、増幅用トラン
ジスタのコレクタと、電源電圧端子、出力端子との間に
配置される。そして、発振出力を、例えば特性インピー
ダンスを５０Ω系に変化させるインピーダンス変換機能
を持っている。具体的には，例えば、図１において、増
幅用トランジスタＴｒ２のコレクタから出力端子ＯＵＴ
にかけて、カップリングコンデンサＣ１０が接続、この
コレクタとカップリングコンデンサＣ１０との間で、接
地電位に接続するように、インダクタンス素子Ｌ２及び
コンデンサＣ１１の直列回路、コンデンサＣ９が並列接
続されている。このような構成により、等価的には、図
４に示すように表される。即ち、インダクタンス素子Ｌ
２を２つに分け、またコンデンサＣ１１を無視してい
る。即ち、出力整合回路部は、２つの回路ＺＯ１とＺＯ
２とからなる。回路ＺＯ１は、２つの分けたインダクタ
ンス素子Ｌ２の一部のインダクタ成分とコンデンサＣ９
の容量成分からなる共振回路（バンドパスフィルタ機
能）である。また、回路Ｚ２Ｏは、２つの分けたインダ
クタンス素子Ｌ２の一部のインダクタ成分とカップリン
グコンデンサＣ１０の容量成分からなるハイパスフィル
タ回路である。このハイパスフィルタ回路側で、特性イ
ンピーダンスを例えば５０Ωに変換していた。このよう
な回路では、電源電圧端子から供給された直流電流は、
カップリングコンデンサＣ１０の直流制限機能により、
出力端子ＯＵＴより漏らさせないという利点があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、現在、電圧制
御型発振回路には「高調波レベルの抑制」が要求されて
いる。従来の出力整合回路部では、共振回路のＱ特性に
て通過帯域を狭帯域に設定し、高調波レベルの抑制を行
なっている。しかし、その方法は発振周波数帯域が広帯
域化には適用できない。また、通過帯域を狭帯域にする
ことは発振出力レベルの周波数偏差を大きくしてしまい
発振回路としての性能を悪くしてしまう。

【０００６】このため、高調波レベルの抑制に対する対
策としては、図５に示すように、図４のカップリングコ
ンデンサに変えてインダクタンス素子Ｌ３を用いて、回
路ＺＯ２をローパスフィルタ型に変えることが考えられ
る。この時、インダクタンス素子Ｌ３に対して、Ｔ型に
接続されるコンデンサＣ９２は、コンデンサＣ９の一部
の容量で兼用できる。

【０００７】しかし、このような回路ではカップリング
コンデンサの変わりとなるインダクタンス素子を付加す
る必要となり、電源電圧端子ＶＣＣから供給される電流
が外部に漏洩してしまうとうい致命的な問題があった。

【０００８】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、部品点数の増加させること
なく、高調波レベルの抑制を容易に達成できる電圧制御
型発振回路を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、共振素子また
はストリップ線路と、可変容量ダイオードと、コンデン
サとを含み制御電圧端子から供給される制御電圧を前記
可変容量ダイオードに印加して共振周波数を制御する共
振回路部と、前記共振回路部に接続し、該共振回路部の
共振周波数に基づいて発振信号を出カする発振用トラン
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する増幅用トランジスタ
と、該増幅用トランジスタのコレクタに接続される電源
電圧供給手段及び増幅された発振出力をカップリングコ
ンデンサを介して出力する出力整合回路部とを含む増幅
回路部とから成る電圧制御発振回路において、前記出力
整合回路部のカップリングコンデンサは、前記発振出力
の周波数にてインピーダンスが誘導性となるコンデンサ
であることを特徴とする電圧制御型発振回路である。

【作用】上述の本発明によれば、電圧制御型発振回路の
出力整合回路部において、デカップリングコンデンサが
発振出力の周波数にて、インピーダンスが誘導性となっ
ている。

【００１０】従って，このデカップリングコンデンサを
発振出力の周波数帯において等価インダクタとして動作
することになり、出力整合回路部の接地コンデンサと組
み合わせてローパスフィルタ型のインピーダンス変換回
路を構成することになる。これは電圧制御型発振回路の
発振周波数帯において、等価的にローパスフィルタを具
備していることに他ならない。これにより、低周波領域
において信号が阻止できる。この実質的に等価的なロー
パスフィルタ型のインピーダンス変換回路を用いること
で、高周波帯域でのインピダンス調整が容易となり、そ
の結果出力整合回路部の周波数特性において高周波帯域
での減衰量を上げることが可能となる。

【００１１】また、このコンデンサを用いていることに
より、電圧制御型発振回路に供給される電源電圧端子か
ら流れる電流を外部に漏れる問題もなく、低消費電流化
が可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の電圧制御発振回路
を図面に基づいて詳説する。図１は、本発明の電圧制御
発振回絡の回路図である。図１において、Ｘは共振回路
部であり、Ｙは負性抵抗回路部、Ｚは増幅回路部であ
る。

【００１３】図において、共振回路部Ｘは共振手段であ
るストリップ線路ＳＬと、可変容量ダイオードＤＶと、
コンデンサＣ１〜Ｃ３、結合コンデンサＣ４、インダク
タンス素子Ｌ１とからなり、制御端子ＶＴを有してい
る。

【００１４】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、各種抵抗Ｒ１〜Ｒ
３とから構成されている。

【００１５】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Ｃ７〜Ｃ１１、各種抵抗Ｒ４、
インダクタンス素子Ｌ２とから構成されている。また、
この増幅回路部Ｚは、電源電圧供給端子Ｖｃｃを有し、
また、増幅用トランジスタＴｒ２のコククタと出力端子
ＯＵＴとの間には、出力整合回路部Ｚ１が配置されてい
る。

【００１６】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のコレクタを高周波的に
接地すれば、べ一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のべ一スに共振
回路部Ｘを、接合コンデンサＣ４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
タの負性との位相角の和が２ｎπ（ｎは整数）となる条
件を溝たす周波数にて発振する。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
れて出力瑞子ＯＵＴより発振出力される。

【００１７】尚、共振回路部Ｘにおいて、制御端子ＶＴ
には可変容量ダイオードＤＶ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
加される制御電圧を所定値に制御することにより、スト
リップ線路ＳＬ及びコンデンサＣ２、Ｃ３からなるＬＣ
共振回路に、さらに、可変容量ダイオードＤＶの容量成
分が付加されることになり、共振回路部Ｘの共振周波数
を所定値に制御できる。

【００１８】さらに、ストリップ線路ＳＬの一端は、結
合コンデンサＣ４を介して、負性抵抗回路部Ｙの増幅用
トランジスタＴｒ２のベースに接続されている。

【００１９】増幅回路部Ｚには、増幅用トランジスタＴ
ｒ２のコレクタ側に出力整合回路部Ｚ１が配置されてい
る。具体的に、増幅用トランジスタＴｒ２のコレクタか
ら出力端子ＯＵＴにかけて、カップリングコンデンサＣ
１０が接続、このコレクタとカップリングコンデンサＣ
１０との間で、接地電位に接続するように、インダクタ
ンス素子Ｌ２及びコンデンサＣ１１の直列回路、コンデ
ンサＣ９が並列接続されている。この出力整合回路部Ｚ
１を高周波的に展開すると図２のようになる。即ち、コ
ンデンサＣ１１を無視でき、コンデンサＣ９を２つに分
解して、２つの出力整合回路ＺＮ１、ＺＮ２で表せる。
尚、図２において、発振出力の周波数がカップリングコ
ンデンサＣ１０の自己共振周波数以上とした場合、即
ち、カップリングコンデンサＣ１０が誘導性で動作する
場合を示す。

【００２０】一方の出力整合回路ＺＮ１は、インダクタ
ンス素子Ｌ２とコンデンサＣ９の一部の容量Ｃ９１とか
らなり、これにより、ある共振周波数を中心に信号を通
過させるバンドパスフィルタフとして動作することにな
る。

【００２１】また、他方の出力整合回路ＺＮ２は、コン
デンサＣ９の一部の容量Ｃ９１と発振周波数で誘導性と
して作動するカップリングコンデンサＣ１０とから構成
される。即ち、一端が接地されたコンデンサＣ９１と誘
導性に振る舞うカップリングコンデンサＣ１０とのＴ型
回路を構成し、これより、ローパスフィルタとして動作
することになる。

【００２２】即ち、出力整合回路部Ｚは、出力整合回路
ＺＮ１の共振周波数を中心にしたバンドパスフィルタ
と、ローパスフィルタとして動作する出力整合回路ＺＮ
２とからなることにより、図３（ｃ）に示すようにな
る。図３では、発振周波数を３ＧＨｚ近辺に想定した概
略特性図である。即ち、図３（ａ）のバンドパスフィル
タの減衰特性と、図３（ｂ）のローパスフィルタ（１Ｇ
Ｈｚ〜３ＧＨｚ領域で通過特性を有している）の減衰特
性を合成した減衰特性となる。

【００２３】これにより、可変発振周波数範囲を３ＧＨ
ｚ付近では、支障なく発振出力することができ、しか
も、例えば２倍、３倍の高調波成分（例えば３ＧＨｚの
２倍である６ＧＨｚ付近、３倍の９ＧＨｚ付近のノイ
ズ）においては、十分な減衰が得られることになる。

【００２４】また、電源電圧Ｖｃｃについては、高周波
の概念を考慮できるため、出力端子ＯＵＴ前のカップリ
ングコンデンサＣ１０が配置されているので、直流制限
機能をそのまま維持できる。

【００２５】本発明では、電圧制御型発振回路は、出力
整合回路Ｚとして、発振周波数がコンデンサの自己共振
周波数以上となるカップリングコンデンサＣ１０を用い
て、この発振周波数において、インピーダンス成分が誘
導性で動作させ、ローパスフィルタを構成しているた
め、発振周波数の高調波成分の抑圧ができるとともに、
しかも、直流電流の制限により、電源電源が出力端子か
ら漏れるという致命的な問題を解決できる。

【００２６】本発明者は、発振周波数を例えば３ＧＨｚ
付近（例えば、２．８ＧＨｚ〜３．２ＧＨｚ）の電圧制
御型発振回路において、高調波成分の抑制と電源電圧の
漏れを防止するため、出力地整合回路部Ｚとして、カッ
プリングコンデンサＣ１０の容量を１５ｐＦ（自己共振
周波数が１．５ＧＨｚ）、コンデンサＣ９の容量を２ｐ
Ｆ、コンデンサＣ１１を７ｐＦ、インダクタンス素子Ｌ
２を３ｎＨとした。その結果、発振周波数領域では、通
過損失が２ｄＢとなり、２倍の高調波成分の減衰量２８
ｄＢとなり、しかも、電源電圧の漏れのない良好な電圧
制御型発振回路となることを確認した。

【００２７】尚、発振周波数帯域の制御は、主に共振回
路部Ｘの共振周波数及び可変容量ダイオードＤＶの設定
により行なわれ、この発振周波数帯域に応じて、所定の
自己共振周波数をもつカップリングコンデンサＣ１０を
設定すればよい。

【００２８】尚、上述の電圧制御発振回路において、共
振手段としてストリップ線路ＳＬを用いて説明している
が、誘電体共振器などの共振素子を用いても構わない。
また、負性抵抗回路部Ｙの構成や増幅回路部の構成は、
最も一般的な構成を図示しているが、例えば、発振出力
の波形の純度を向上させたり、また、消費電力を低下さ
せるように、これらの回路部での構造を種々変更しても
構わない。

【００２９】

【発明の効果】本発明では、出力整合回路部のカップリ
ングコンデンサに発振周波数帯にてインピーダンスが誘
導性になるコンデンサを用いることにより、等価的にロ
ーパスフィルタを構成することができるため、高周波帯
域での高調波成分などのノイズレベルを抑制することが
可能となる。

【００３０】よって、カップリングコンデンサにより、
自己共振周波数以下の周波数帯域では、インピーダンス
特性が容量性で動作するため、直流電流制限機能がその
まま維持できるため、ＤＣカットの機能も果たしてい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電圧制御発振回路の実態的な回路図で
ある。

【図２】カップリングコンデンサの自己共振周波数以上
の発振されている場合の出力整合回路部の等価回路図で
ある。

【図３】本発明電圧制御型発振回路の出力整合回路部の
特性を示す特性図であり、（ａ）は整合回路ＺＮ１のみ
の特性、（ｂ）は整合回路ＺＮ２のみの特性、（ｃ）は
その全体の特性を夫々示す。

【図４】従来の出力整合回路部の等価回路図である。

【図５】従来と別の出力整合回路部の等価回路図であ
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 Ｚ１ 出力整合回路部 ＺＯ１ 出力整合回路 ＺＯ２ 出力整合回路 ＺＮ１ 出力整合回路 ＺＮ２ 出力整合回路 Ｔｒ１ 発振用トランジスタ Ｔｒ２ 増幅用トランジスタ ＤＶ 可変容量ダイオード Ｃ１〜Ｃ９ コンデンサ Ｒ１〜Ｒ４ 抵抗 Ｃ１０ カップリングコンデンサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 共振素子またはストリップ線路と、可変
   容量ダイオードと、コンデンサとを含み制御電圧端子か
   ら供給される制御電圧を前記可変容量ダイオードに印加
   して共振周波数を制御する共振回路部と、 前記共振回路部に接続し、該共振回路部の共振周波数に
   基づいて発振信号を出カ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する
   増幅用トランジスタと、該増幅用トランジスタのコレク
   タに接続される電源電圧供給手段及び該増幅用トランジ
   スタにて増幅された発振出力を導出する出力整合回路部
   と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、 前記出力整合回路部は、前記発振出力の周波数にてイン
   ピーダンスが誘導性として動作するカップリングコンデ
   ンサを有していることを特徴とすることを特徴とする電
   圧制御型発振回路。