JP2002217727A - 注入同期発振器、発振器、およびそれらを用いた高周波通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定で逓倍次数が高く、かつ不要波のレベル
が小さく、しかも回路構成が簡単で消費電力の小さい注
入同期発振器を提供する。 【解決手段】 周波数ｆ／ｍ（ｍは２以上の整数）の基
準信号源、周波数ｆ／ｍのみ通過する結合回路、直列帰
還型発振部から構成される。さらに、その発振部の出力
端に前記第一の伝送線路の一端が接続され、該第一の伝
送線路の他端に前記周波数２ｆの信号トラップと前記第
二の伝送線路の一端が接続され、該第二の伝送線路の他
端に、前記周波数ｆの信号トラップと出力回路の一端が
接続された構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、小型・軽量の無線
信号に用いるマイクロ波・ミリ波の信号を発生する発振
器、特に注入同期発振器に関し、またそれらを用いた高
周波通信装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報量の増大に伴い、マイクロ波
やミリ波のような高周波搬送波を用いて、高速・大容量
のアナログ・ディジタル情報を無線伝送するパーソナル
通信が注目されている。このような通信においては、周
波数安定性が高く位相雑音の低い、小型・軽量のマイク
ロ波・ミリ波信号発生器が要求されている。このような
ミリ波信号発生器を実現する方法の一つとして、注入同
期型発振器がある。

【０００３】一例として、ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴ
ＩＯＮ ＯＮ ＭＩＣＲＯＷＡＶＥＴＨＥＯＲＹ ＡＮ
Ｄ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ、ＶＯＬ．４２、ＮＯ．１２
２５７２〜２５７８頁に示されている従来の注入同期型
マイクロ波発振器を図９に示す。

【０００４】この注入同期型マイクロ波発振器は、増幅
器１とディレイライン（遅延線路）２からなる発振ルー
プ１０、コンバイナ／ディバイダ３、さらにマイクロ波
・ミリ波増幅器４によって構成される。自由発振時の動
作は、まず正帰還発振ループ１０内にあるランダム雑音
が増幅器１で増幅され、基本発振周波数f’の雑音レベ
ルが高くなり、正帰還ループ１０内を循環する。この過
程を繰り返すことにより、正帰還発振ループ１０の位相
回転角が３６０度となる周波数で基本発振周波数f’の
信号が成長し、同時に増幅器１の非線形性により基本発
振周波数f’の高調波ｎ×f’（ｎ：２以上の整数）成分
が成長する。その結果、定常状態で基本発振周波数f’
と高調波ｎ×f’の信号が発生する。

【０００５】ここで入力端子より、周波数ｆｏ＝f／ｍ
〔ｍ：２以上の整数〕を有した、周波数安定で位相雑音
の充分低い信号を、マイクロ波・ミリ波増幅器４を介し
て、強制的に注入することにより、自由基本発振周波数
f’の信号を注入信号ｆｏのｍ倍の信号に同期させる
と、出力端子より周波数f＝ｍ×ｆｏの信号を取り出せ
る。これにより、位相雑音の低減と周波数の安定化が可
能になる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の図９に示す
方法では、遅延線路とコンバイナ・ディバイダを含む正
帰還ループの線路長によって位相を制御し、基本発振周
波数f’が決まる。このため、基本発振周波数f’が高い
場合、前記正帰還ループの線路長が短くなり、基本発振
周波数f’の制御が困難になるという問題がある。

【０００７】さらに、このようなコンバイナ／ディバイ
ダを用いる回路構成では、コンバイナ／ディバイダのＣ
とＤの間の伝送特性における分離が悪いために、増幅器
を介して入力された注入信号（周波数ｆｏ＝f／ｍ）が
出力端子に出力されるなど、出力端子から取り出される
信号は周波数fの所望波以外に多くの不要波を含んだ信
号となる。

【０００８】この不要波を抑圧し所望波のみを出力する
ために、コンバイナ／ディバイダを工夫する方法もある
が、この場合には、多数のトランジスタを用いなければ
ならず、消費電力が大きくなるという問題がある。

【０００９】本発明の目的は、周波数安定性が高く、か
つ不要波のレベルが小さく信号純度の高い、しかも回路
構成が簡単で消費電力の小さい注入同期発振器を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の注入同期発振器
は、基準信号源、結合回路、および直列帰還型発振部を
有し、前記基準信号源が前記結合回路の一端に接続さ
れ、前記結合回路の他端が前記直列帰還型発振部の一端
に接続されていることを特徴とする。

【００１１】また本発明の注入同期発振器は、前記直列
帰還型発振部の基本発振周波数がｆのとき、前記基準信
号源の周波数がｆ／ｍ（ｍは２以上の整数）であること
を特徴とする。

【００１２】基準信号源より、結合回路を経て、直列帰
還型発振部に注入された基準信号は、その高調波と直列
帰還型発振部の基本発振波が同期する。基準信号源から
注入された周波数ｆ／ｍの信号やその高調波は、注入同
期の動作過程を経ることにより、直列帰還型発振部の基
本発振波に変換されるため、所望波のみが出力され、そ
の他の不要波は抑圧されほとんど出力されない。

【００１３】結合回路を介して、基準信号を直列帰還型
発振部に注入することにより、直列帰還型発振部から基
準信号源側に漏洩する信号のレベルを抑えることが可能
となり、注入同期発振器の安定動作が可能となる。前記
結合回路として、インダクタで構成されていることが好
ましい。あるいは、インダクタとキャパシタの並列回路
とシャントキャパシタで構成されていてもよい。

【００１４】また、前記結合回路は、周波数２ｆの信号
トラップ、周波数ｆの信号トラップを有するのが好まし
い。結合回路に周波数がｆの信号トラップと周波数が２
ｆの信号トラップを配置することにより、直列帰還型発
振部から発生する信号のうち、特に特に強度の高い周波
数ｆと２ｆの信号が基準信号源側に漏洩するレベルを抑
えることが可能となり、注入同期発振器のより安定な動
作が可能となる。

【００１５】さらに、前記結合回路は、トランジスタを
含む回路であることが好ましい。結合回路を、トランジ
スタを含む回路で構成することにより、注入信号のみを
一方向に通過させることが可能となる。この結果、直列
帰還型発振部から発生する信号が基準信号源側に漏洩す
るするのを抑圧し、注入同期発振器の安定動作が可能と
なる。

【００１６】また、本発明の注入同期発振器は、前記直
列帰還型発振部は第１のトランジスタを含み、前記結合
回路はエミッタあるいはソースが接地された第２のトラ
ンジスタを含み、前記第２のトランジスタのコレクタあ
るいはドレインが、前記第１のトランジスタのエミッタ
あるいはソ−スに接続されていることを特徴とする。

【００１７】このように、直列帰還型発振部のトランジ
スタと結合回路のトランジスタをカスコード接続するこ
とにより、両トランジスタのバイアス回路が簡略化でき
るとともに、コレクタ電流あるいはドレイン電流を共有
できるため、トランジスタを２個用いているにもかかわ
らず消費電力を抑えることが可能となる。また、直列帰
還型発振部のトランジスタに直接基準信号を注入するた
め、結合回路中での注入信号の損失がなく、注入同期発
振器を高効率に安定して動作させることができる。

【００１８】本発明の発振器は、直列帰還型発振部を有
する発振器であって、前記直列帰還型発振部の基本発振
周波数がｆのとき、直列帰還型発振部の出力端に第一の
伝送線路の一端が接続され、前記第一の伝送線路の他端
に周波数２ｆの信号トラップと第二の伝送線路の一端が
接続され、前記第二の伝送線路の他端に、周波数ｆの信
号トラップと出力回路の一端が接続されていることを特
徴とする。

【００１９】直列帰還型発振部から出力された周波数ｆ
の信号は、第一の伝送線路および第二の伝送線路を経
て、周波数ｆの信号トラップによって、直列帰還型発振
部の方へ反射され、直列帰還型発振部の非線形性によ
り、特に２倍波である周波数２ｆの信号の出力を強め
る。ところが、周波数２ｆの信号は、第一の伝送線路を
経て、周波数２ｆの信号トラップにより、直列帰還型発
振部の方へ反射され、直列帰還型発振部の非線形性によ
り、さらにその２倍波である周波数４ｆの信号を強め
る。この周波数４ｆの信号は、出力回路を経て出力され
る。以上の構成を取ることにより、注入信号に対して４
×ｍ倍という高い逓倍次数の周波数を有し、安定でかつ
位相雑音の小さい信号が得られる。

【００２０】前記第一の伝送線路および前記第二の伝送
線路は、その電気長が直列帰還型発振部の基本発振波の
波長に対して、５°以上２５°以下の範囲にあることが
好ましい。第１の伝送線路、および第２の伝送線路の電
気長をこの範囲内に設定することにより、出力信号の強
度を強めることができる。

【００２１】本発明の高周波通信装置は、請求項１記載
の注入同期発振器、または請求項７に記載の発振器を、
局部発振器として用いることを特徴とする。

【００２２】本発明の注入同期発振器を高周波通信装置
に用いることにより、局部発振器のサイズや消費電力が
小さくなるため、高周波通信装置を軽量でかつコンパク
トに実現でき、しかも消費電力を抑えることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明について、図面を用
いてさらに詳細に説明する。 （実施の形態１）図１は、本発明の発振器の基本構成図
であり、周波数ｆ／ｍ（ｍは２以上の整数）の基準信号
を注入して周波数４ｆの信号を出力する発振器である。

【００２４】基準信号源１０１、結合回路１０２、直列
帰還型発振部１０３、第一の伝送線路１０４、第二の伝
送線路１０５、周波数２ｆの信号トラップ１０６、周波
数ｆの信号トラップ１０７、出力回路１０８、および出
力端子１０９で構成される。

【００２５】基準信号源１０１は、周波数安定度が高く
位相雑音の低い信号を出力し、その周波数はｆ／ｍ（ｍ
は２以上の整数）である。また、直列帰還型発振部１０
３はその自由発振周波数がｆ’であり、ｆ’≒ｆとなっ
ている。

【００２６】基準信号源１０１から出力された周波数ｆ
／ｍの信号は、結合回路１０２を経て、直列帰還型発振
部１０３に注入され、直列帰還型発振部１０３の非線形
性により、直列帰還型発振部１０３内部で複数の高調波
を生成する。それらの高調波のうち、ｍ倍波である周波
数ｆの信号によって、直列帰還型発振部１０３の自由発
振周数ｆ’の信号が引き込まれ、周波数ｆの信号に同期
する。

【００２７】結合回路の特性としては、周波数ｆ／ｍの
基準信号は容易に通過できて、かつ、直列帰還型発振部
の発振周波数ｆの信号が通過しにくい特性がよい。この
ような結合回路を介して、基準信号を直列帰還型発振部
に注入することにより、直列帰還型発振部から基準信号
源側に漏洩する信号のレベルを抑えることが可能とな
り、注入同期発振器の安定動作が可能となる。

【００２８】直列帰還型発振部１０３から出力された周
波数ｆの信号は、第一の伝送線路１０４および第二の伝
送線路１０５を経て、周波数ｆの信号トラップ１０７に
よって、直列帰還型発振部１０３の方へ反射され、直列
帰還型発振部１０３の非線形性により、特に２倍波であ
る周波数２ｆの信号の出力を強める。ところが、周波数
２ｆの信号は、第一の伝送線路１０４を経て、周波数２
ｆの信号トラップ１０６により、直列帰還型発振部１０
３の方へ反射され、直列帰還型発振部１０３の非線形性
により、さらにその２倍波である周波数４ｆの信号を強
める。この周波数４ｆの信号は、出力回路１０８を経
て、出力端子１０９より出力される。

【００２９】発振部として直列帰還型を用いた場合、信
号の経路が一つであるため、周波数ｆ／ｍの基準信号
は、すべて発振部のトランジスタに注入される。また、
周波数２ｆおよびｆの信号トラップ等を用いて、周波数
２ｆおよびｆの出力信号のすべてをトランジスタ側に反
射することが可能となり、周波数４ｆの所望波の信号出
力を高めることができる。

【００３０】なお、第一の伝送線路１０４および第二の
伝送線路１０５は、周波数２ｆおよびｆの信号を最適な
位相でトランジスタ側に反射させるためのものであり、
また、第一の伝送線路１０４、第二の伝送線路１０５、
周波数２ｆの信号トラップ１０６、周波数ｆの信号トラ
ップ１０７の順序は、図１の順序に配列した場合、周波
数４ｆの所望波の出力が最大となり好ましいが、この順
序に限られるものではない。

【００３１】この出力信号は、基準信号源の信号の高調
波と同期しているため、その安定度および位相雑音は、
基準信号源１０１で決定される。周波数ｆの信号トラッ
プ１０７は、直列帰還型発振部１０３のループゲインを
高め、より非線型性を強くする効果もあり、４ｆの出力
を高める。

【００３２】また、基準信号源１０１から注入された周
波数ｆ／ｍの信号やその高調波は、注入同期の動作過程
を経ることにより、直列帰還型発振部の基本発振波に変
換されるため、ほとんど出力端子１０９に漏洩しない。

【００３３】第一の伝送線路１０４および第二の伝送線
路１０５の電気長は、周波数ｆの信号の波長に対して５
°〜２５°の範囲内にあるとき、周波数ｆの信号から周
波数２ｆの信号への変換効率が最大になる。

【００３４】基準信号源１０１としては、例えばマイク
ロ波帯の位相同期発振器を用いる。

【００３５】周波数２ｆの信号トラップ１０６および、
周波数ｆの信号トラップ１０７は、オープンスタブや、
キャパシタとインダクタの直列共振回路で容易に形成で
きる。

【００３６】以上のような構成の注入同期発振器を用い
ることにより、例えば、１〜５ＧＨｚ程度のマイクロ波
帯信号源から基準信号を注入して、３０ＧＨｚ以上のミ
リ波帯低位相雑音信号を容易に発生させることができ
る。

【００３７】（実施の形態２）つぎに、実施の形態１で
説明した図1の基本構成図をさらに具体化した回路例を
示す。

【００３８】図２は、本発明の注入同期発振器を示す回
路例である。実施の形態１と同様に、周波数ｆ／ｍの基
準信号源２０１、結合回路２０２、共振周波数が概略
ｆ’の直列帰還型発振部２０３、第一の伝送線路２０
４、第二の伝送線路２０５、周波数２ｆの信号トラップ
２０６、周波数ｆの信号トラップ２０７、出力回路２０
８、および出力端子２０９で構成される。

【００３９】ここで強調すべき点は、結合回路２０２
が、直列インダクタで構成されている点である。直列イ
ンダクタは、周波数が高いほどそのインピーダンスが高
くなる。したがって、基準信号源２０１で発生したｆ／
ｍの信号は、結合回路であるインダクタを容易に通過す
るのに対し、直列帰還型発振部２０３の発振周波数ｆ’
に対しては高インピーダンスとなり、直列帰還型発振部
２０３から基準信号源２０１の方に漏れる信号を低減さ
せることができる。ｆ＝７．４ＧＨｚの場合、結合回路
２０２のインダクタンスを、例えば５ｎＨに設定する。

【００４０】直列帰還型発振部２０３は、共振回路２１
０、キャパシタ２１１、２１２、抵抗２１３、２１４、
トランジスタ２１５で構成される。共振回路２１０は、
伝送線路２１６とキャパシタ２１７の並列共振回路で構
成され、その共振周波数が概略ｆ’となっている。

【００４１】抵抗２１３、２１４はＤＣバイアス回路の
一部となっている。トランジスタ２１５のベース電圧
は、抵抗２１４を介してバイアス端子２４０に印加す
る。トランジスタ２１５は、エミッタと接地間に接続さ
れたキャパシタ２１２により直列帰還がかかり、トラン
ジスタ２１５は周波数ｆ’付近で負性抵抗をもつ。この
ためキャパシタ２１１を介してトランジスタ２１５のベ
ースに接続された共振回路２１０により、直列帰還型発
振部２０３は周波数ｆ’で発振する。

【００４２】出力回路２０８は、伝送線路２２２、キャ
パシタ２２３、２２４で構成される。伝送線路２２２
は、その一端がキャパシタ２２３で高周波的に接地され
ている。トランジスタ２１５のコレクタ電圧は、伝送線
路２２２とキャパシタ２２３の接続点にバイアス端子２
２５より印加する。伝送線路２２２の電気長は、出力信
号の周波数（周波数４ｆ）に対して１／４波長となって
いる。このため、伝送線路２２２の他端は、出力信号に
対しては開放となり、なにも接続されていないのと等価
になる。キャパシタ２２４はＤＣカットの役割を果た
し、コレクタ電圧が出力端子２０９にかかるのを防ぐ。

【００４３】周波数２ｆの信号トラップ２０６は、先端
短絡スタブ２２０とキャパシタ２１８の直列共振回路で
構成されており、周波数ｆの信号トラップ２０７は、先
端短絡スタブ２２１とキャパシタ２１９の直列共振回路
で構成されており、共振周波数がそれぞれ２ｆ、および
ｆとなっている。このため、周波数２ｆの信号トラップ
２０６と第一の伝送線路２０４の接続点では、周波数２
ｆの信号に対してインピーダンスが０（短絡）と等価に
なり、周波数ｆの信号トラップ２０７と第二の伝送線路
２０５の接続点では、周波数ｆの信号に対してインピー
ダンスが０（短絡）と等価になる。したがって、各々の
接続点において、周波数２ｆの信号、および周波数ｆの
信号はそれぞれ反射される。

【００４４】一例として、ｆ＝７．４ＧＨｚの場合、先
端短絡スタブ２２０の特性インピーダンスを７０Ω、電
気長を周波数ｆに対して３．９°に設定し、キャパシタ
２１８を１．１ｐＦに設定した場合、信号トラップ２０
６は２ｆで共振する。それから先端短絡スタブ２２１の
特性インピーダンスを７０Ω、電気長を周波数ｆに対し
て７．８°に設定し、キャパシタ２１９を２．２ｐＦに
設定した場合、信号トラップ２０７はｆで共振する。但
し、ここで示した先端短絡スタブとキャパシタの値はほ
んの一例であり、周波数に対してそれらの値が唯一に決
まるものではない。

【００４５】第一の伝送線路２０４、第二の伝送線路２
０５は、とちらも、特性インピーダンスを５０Ω、電気
長を周波数ｆの信号に対して１１°としている。もっと
も、どちらの伝送線路も周波数ｆに対して電気長５°か
ら２５°の間に設定されていれば、周波数４ｆの信号を
最大に発生させることができる。

【００４６】基準信号源２０１、直列帰還型発振部２０
３、第一の伝送線路２０４、第二の伝送線路２０５、周
波数２ｆの信号トラップ２０６、周波数ｆの信号トラッ
プ２０７、出力回路２０８、および出力端子２０９の機
能は、実施の形態１で説明したとおりであり、ここでは
繰り返さない。

【００４７】なお、直列帰還型発振部２０３として、こ
こでは、バイポーラトランジスタを用いて説明したが、
これに限定されるものではなく、ヘテロジャンクション
バイポーラトランジスタやＭＥＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−
ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ
Ｔｒａｎｓｉｓｉｓｔｏｒ）やＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓ
ｔｏｒ）も同様に用いることができる。また抵抗２１
３、２１４はバイアス回路であるため、インダクタに置
換えてもよい。

【００４８】また、出力回路２０８は、もっとも簡単な
構成例を示しているが、整合回路やフィルタ、さらには
バッファーアンプ等を含めてもよい。一方、基準信号源
２０１と結合回路２０２の間には、周波数ｆ／ｍの信号
に対する整合回路をいれてもよい。

【００４９】以上の構成により、トランジスタが一つだ
けで、周波数ｆ／ｍの注入信号に対して周波数が４×ｍ
倍の信号が出力でき、しかも不要波のレベルが小さい注
入同期発振器が得られる。また、結合回路２０２に直列
インダクタを用いることにより、直列帰還型発振部から
基準信号源側に漏洩する信号のレベルを抑えることが可
能となり、本注入同期発振器の安定動作が可能となる。

【００５０】（実施の形態３）図３は、本発明の注入同
期発振器を示す別の回路例である。図２に示した実施の
形態２と同様に、基準信号源３０１、結合回路３０２、
直列帰還型発振部３０３、第一の伝送線路３０４、第二
の伝送線路３０５、周波数２ｆの信号トラップ３０６、
周波数ｆの信号トラップ３０７、出力回路３０８、およ
び出力端子３０９で構成される。

【００５１】実施の形態２と異なる点は、結合回路３０
２が、インダクタ３２６とキャパシタ３２７との並列共
振回路、および、入力側のシャントキャパシタ３２８で
構成されている点である。インダクタ３２６のインダク
タンスとキャパシタ３２７の容量が、周波数ｆで共振す
るように設定されている場合、周波数ｆの信号に対して
結合回路３０２のインピーダンスは無限大となり、周波
数ｆの信号は通過できない。また、直列帰還型発振部３
０３から基準信号源３０１の方に漏れだそうとする周波
数ｆの信号の高調波（２ｆ、３ｆ、４ｆ等）に対して
は、シャントキャパシタ３２８が低インピーダンスとな
るため、そこで直列帰還型発振部の方に反射される。す
なわち、直列帰還型発振部３０３から基準信号源３０１
の方に漏れる周波数ｆの信号やその高調波は、結合回路
３０２で遮断される。

【００５２】一方、基準信号源から出力される周波数ｆ
／ｍの信号に対しては、結合回路３０２のインピーダン
スが低く、周波数ｆ／ｍの信号は直列帰還型発振部３０
３に容易に注入される。

【００５３】結合回路３０２を構成するインダクタ３２
６とキャパシタ３２７の組み合わせとしては、ｆ＝７．
４ＧＨｚに対して、例えば１．２５ｐＦおよび０．３７
４ｎＨとすると、周波数ｆの信号に対してインピーダン
スは無限大となる。また、シャントキャパシタ３２８と
しては、例えば２．４ｐＦとすると、周波数ｆ／ｍの信
号に対しては、シャントキャパシタのインピーダンスが
高くなり、周波数ｆの信号やそれ以上の周波数の信号対
しては、シャントキャパシタのインピーダンスが低くな
る。

【００５４】実施の形態３においても、実施の形態２と
同様に、基準信号源３０１と結合回路３０２の間に、周
波数ｆ／ｍの信号に対する整合回路をいれてもよい。

【００５５】以上の構成により、トランジスタが一つだ
けで、注入信号に対して周波数が４×ｍ倍の信号が出力
でき、しかも不要波のレベルが小さい注入同期発振器が
得られる。また、結合回路にインダクタとキャパシタの
並列回路とシャントキャパシタを用いることにより、直
列帰還型発振部から基準信号源側に漏洩する信号のレベ
ルを抑えることが可能となり、注入同期発振器の安定動
作が可能となる。

【００５６】（実施の形態４）図４は、本発明の注入同
期発振器を示す別の回路例である。実施の形態２または
３と同様に、基準信号源４０１、結合回路４０２、直列
帰還型発振部４０３、第一の伝送線路４０４、第二の伝
送線路４０５、周波数２ｆの信号トラップ４０６、周波
数ｆの信号トラップ４０７、出力回路４０８、および出
力端子４０９で構成される。

【００５７】実施の形態２または３と異なる点は、結合
回路４０２がトランジスタを含む能動回路で構成されて
いる点である。

【００５８】結合回路４０２の構成について説明する。
結合回路４０２は、入力回路部４２６、トランジスタ４
２７、および出力回路部４２８で構成されている。さら
に入力回路部４２６は、キャパシタ４２９、４３０、イ
ンダクタ４３１、４３２、および抵抗４３４で構成さ
れ、周波数ｆ／ｍの信号に対して整合回路を形成してい
る。また、出力回路はキャパシタ４３５、４３６、およ
びインダクタ４３７で構成される。キャパシタ４３５は
ＤＣカットとして機能し、キャパシタ４３６はバイパス
コンデンサとして機能し、インダクタ４３７はチョーク
コイルとして機能する。トランジスタ４２７の直流バイ
アスは、抵抗４３４およびインダクタ４３７を介して、
バイアス端子４３８および４３９より電圧を印加する。

【００５９】結合回路４０２として以上の構成を取るこ
とにより、基準信号源４０１から結合回路４０２に入力
された周波数ｆ／ｍの信号は、一方向にしか進むことが
できず、直列帰還型発振部４０３に効率良く信号が注入
される。また、発振器から出力される周波数ｆの信号や
２ｆ、３ｆ、４ｆ等の高調波も、結合回路４０２のトラ
ンジスタ４２７により、入力側に漏れ出すことはない。
つまり、結合回路４０２は、周波数ｆ／ｍの信号に対し
てアイソレータとして機能する。

【００６０】以上の構成により、二個のトランジスタ
で、周波数ｆ／ｍの注入信号に対して周波数が４×ｍ倍
の信号が出力でき、しかも不要波のレベルが小さい注入
同期発振器が得られる。また、結合回路にトランジスタ
を含む回路を用いることにより、直列帰還型発振部から
基準信号源側に漏洩する信号のレベルを抑えることが可
能となり、本注入同期発振器の安定動作が可能となる。

【００６１】（実施の形態５）図５は、本発明の注入同
期発振器を示す別の回路例である。実施の形態１〜４と
同様に、基準信号源５０１、結合回路５０２、直列帰還
型発振部５０３、第一の伝送線路５０４、第二の伝送線
路５０５、周波数２ｆの信号トラップ５０６、周波数ｆ
の信号トラップ５０７、出力回路５０８、および出力端
子５０９で構成される。

【００６２】実施の形態４と異なる点は、結合回路５０
２の出力端子が、直列帰還型発振部５０３のトランジス
タ５１５のエミッタに接続されている点である。即ち、
直列帰還型発振部５０３のトランジスタ５１５と結合回
路５０２のトランジスタ５２７がカスコード接続されて
いる。図４における抵抗４１３は、直流バイアスを流す
ためのものであったが、ここではトランジスタ５２７が
抵抗の役割もかねている。

【００６３】このようにカスコード接続の構成にするこ
とにより、トランジスタ５１５とトランジスタ５２７は
バイアス回路を共有でき、回路が簡素化されるうえ、直
流電流を共有できるため、トランジスタを２個用いてい
るにもかかわらず消費電力を抑えることが可能となる。

【００６４】また、キャパシタ等の受動素子を介在させ
ることなく、直列帰還型発振部のトランジスタに直接に
基準信号を注入するため、注入信号の損失が少なく、注
入同期発振器を高効率に安定して動作させることができ
る。

【００６５】（実施の形態６）図６は、本発明の注入同
期発振器を示す回路レイアウトの例である。厚さが１８
５ミクロンのアルミナ基板６９９上に、チップ状トラン
ジスタ６１５と各種形状のマイクロストリップ線路や伝
送線路等を用いて形成している。図１に示す実施の形態
１と同様に、基準信号源６０１、結合回路６０２、直列
帰還型発振部６０３、第一の伝送線路６０４、第二の伝
送線路６０５、周波数２ｆの信号トラップ６０６、周波
数ｆの信号トラップ６０７、出力回路６０８、および出
力端子６０９で構成される。これらのブロックの機能
は、実施の形態１で示したものと基本的に同じであり、
ここではそれぞれの構成方法について説明する。

【００６６】まず、直列帰還型発振部６０３は、チップ
状トランジスタ６１５に、共振器６１０、オープンスタ
ブ６１２が、ワイア６９８等により、接続されている。
オープンスタブ６１２は、シャントキャパシタと等価で
あり、例えば図２のキャパシタ２１２に対応する。共振
器６１０は、幅２００ミクロン、線路長６ｍｍのマイク
ロストリップで形成され、例えば図２の共振回路２１０
と同等の機能を有する。伝送線路６１３は、スルーホー
ル６９７を介して、アルミナ基板６９９裏面のグランド
に接続されている。これらは、チップ状トランジスタ６
１５に直流電流を流すための回路であり、発振周波数ｆ
の信号に対しては、伝送線路６１３の接続点は高インピ
ーダンスに見え、なにも接続されていないのと等しい。

【００６７】伝送線路６１４、オープンスタブ６５１、
６５２でチップ状トランジスタ６１５の入力側のバイア
ス回路が形成されている。このバイアス回路には、直流
電流を通過させ、周波数ｆ、２ｆ、４ｆ等の信号を通さ
ない工夫がなされている。オープンスタブ６５１、６５
２は、長さが２ｍｍおよび４ｍｍであり、ｆ＝７．４Ｇ
Ｈｚとした場合、それぞれの接続点で、周波数２ｆ、ｆ
の信号に対してインピーダンスが０になる。この結果、
周波数ｆおよび２ｆの信号は、バイアス端子６３１に漏
洩しない。また、伝送線路６１４は、共振器６１０の開
放端から１ｍｍの地点に接続されており、この部分は周
波数４ｆの信号に対してインピーダンスが０であり、こ
の結果、周波数４ｆの信号は伝送線路６１４には漏洩し
ない。

【００６８】結合回路６０２も、周波数ｆ／ｍの信号を
通し、周波数ｆ、２ｆ、４ｆ等の信号を通さない工夫が
なされている。オープンスタブ６２７、６２８は、長さ
がそれぞれ２ｍｍ、４ｍｍであり、それぞれの接続点
で、周波数２ｆ、ｆの信号に対してインピーダンスが０
になる。この結果、周波数ｆおよび２ｆの信号は、基準
信号源６０１側に漏洩しない。また、伝送線路６２６
は、共振器６１０の開放端から１ｍｍの地点に接続され
ており、この部分は周波数４ｆの信号に対してインピー
ダンスが０であり、この結果、周波数４ｆの信号は基準
信号源６０１側には漏洩しない。

【００６９】出力回路６０８は、伝送線路６３０、オー
プンスタブ６２３、結合線路６２４で構成される。出力
回路６０８には、周波数４ｆの信号を、出力端子６０９
から出力させ、バイアス端子６３２には漏洩させない工
夫がなされている。オープンスタブ６２３は長さが１ｍ
ｍであり、その接続点が周波数４ｆの信号に対してイン
ピーダンス０であり、バイアス端子６３２に周波数４ｆ
の信号が漏洩するのを防ぐ。さらにオープンスタブ６２
３と伝送線路６３０の接続点から、結合線路６２４と伝
送線路６３０の接続点までの伝送線路の長さが１ｍｍと
なっているため、結合線路６２４と伝送線路６３０の接
続点から伝送線路６３０を見たインピーダンスは、周波
数４ｆの信号に対して無限大となる。この結果、直列帰
還型発振部６０３から出力された周波数４ｆの信号にと
っては、伝送線路６３０は接続されていないと等しい。
一方結合線路は線路長が概略１ｍｍとなっており、周波
数４ｆの信号のみを通し、その他の周波数の信号は減衰
させる。

【００７０】第一の伝送線路６０４、第二の伝送線路６
０５は、どちらも幅１００ミクロン、長さが６００ミク
ロンであり、これは直列帰還型発振部の基本波である周
波数ｆの信号に対して、電気長が１３．５°となってい
る。

【００７１】周波数２ｆの信号トラップ６０６は、幅１
５０ミクロン、長さ２ｍｍであるため、特性インピーダ
ンス５０Ω、２ｆの信号に対して電気長が９０°とな
る。したがって、トラップ６０６の接続点では、周波数
２ｆの信号に対してインピーダンスが０となり、周波数
２ｆの信号は反射される。

【００７２】一方、周波数ｆの信号トラップ６０７は、
幅１５０ミクロン、長さ４ｍｍであるため、特性インピ
ーダンス５０Ω、２ｆの信号に対して電気長が９０°と
なる。したがって、トラップ６０７の接続点では、周波
数ｆの信号に対してインピーダンスが０となり、周波数
ｆの信号は反射される。

【００７３】以上の構成により、トランジスタが一つだ
けで、周波数がｆ／ｍの注入信号に対して周波数が４×
ｍ倍の信号が出力でき、しかも不要波のレベルが小さい
注入同期発振器が得られる。また、結合回路２０２に周
波数がｆの信号トラップと周波数が２ｆの信号トラップ
を配置することにより、直列帰還型発振部から発生する
信号のうち、特に特に強度の高い周波数ｆと２ｆの信号
が基準信号源側に漏洩するレベルを抑えることが可能と
なり、本注入同期発振器の安定動作が可能となる。

【００７４】（実施の形態７）実施の形態１〜６で示し
た注入同期発振器と基準信号源の一部を同一半導体チッ
プに集積化することも可能である。図７にその一例を示
す。

【００７５】注入同期発振器（ＩＬＯ）７０１、負性抵
抗回路７０２、共振器７０３、キャパシタ７０５、抵抗
７０６、バラクタ７０７、分周器７０８、位相比較器７
０９、ループフィルタ７１０、水晶発振器７１１で構成
される。

【００７６】注入同期発振器（ＩＬＯ）７０１は、実施
の形態１を示す図１において、結合回路１０２、直列帰
還型発振部１０３、第一の伝送線路１０４、第二の伝送
線路１０５、周波数２ｆの信号トラップ１０６、周波数
ｆの信号トラップ１０７、出力回路１０８に対応し、負
性抵抗回路７０２、共振器７０３、キャパシタ７０５、
抵抗７０６、バラクタ７０７、分周器７０８、位相比較
器７０９、ループフィルタ７１０、水晶発振器７１１
は、図１の基準信号源１０１に対応する。また、負性抵
抗回路７０２、共振器７０３、キャパシタ７０５、抵抗
７０６、バラクタ７０７は、電圧制御発振器（ＶＣＯ）
７０４を構成している。

【００７７】ここで、動作原理について説明する。ＶＣ
Ｏ７０４で出力される周波数ｆ／ｍの信号は、実施の形
態１〜６に示した原理で周波数４ｆの信号に変換され、
出力される。一方、ＶＣＯ７０４で出力される周波数ｆ
／ｍの信号の一部は、分周器７０８で分周され、位相比
較器７０９に供給される。位相比較器では、水晶発振器
７１１から供給される基準信号との位相差に対応した値
の電圧が出力され、その電圧がループフィルタ７１０を
介して、ＶＣＯ７０４に供給される。この電圧によっ
て、バラクタ７０７の容量が調整され、最終的にはルー
プフィルタから供給される電圧が０となる時点で発振周
波数する。したがって、負性抵抗回路７０２からは、常
に周波数が安定で位相雑音が低い信号が出力され、この
信号を注入したＩＬＯ７０１からは、常に周波数が安定
で位相雑音が低い周波数４ｆの信号が出力される。

【００７８】ＶＣＯの共振器７０３は、例えばアルミナ
基板上のマイクロストリップ線路や、同軸共振器で構成
する。一方、ＶＣＯの負性抵抗回路７０２は、ＩＬＯ７
０１と同一半導体チップに集積化する。この負性抵抗回
路７０２は、トランジスタと受動素子により容易に構成
できる。

【００７９】以上のように、共振器７０３を外付けに
し、負性抵抗回路７０２をＭＭＩＣに含めた構成を取る
ことにより、より周波数が安定で位相雑音の低い信号が
得られ、かつ、低損失にＩＬＯ７０１に信号を注入する
ことが可能となる。

【００８０】（実施の形態８）図８は実施の形態１〜７
で例示した本発明の注入同期発振器を用いた高周波通信
回路装置の一例を示すブロック図である。

【００８１】送信機は、変調信号源８０１、ハーモニッ
クミキサ８０２、帯域通過フィルタ８０３、パワーアン
プ８０４、アンテナ８０５、ＩＬＯ８０６、基準信号源
８０７で構成される。受信器は、チューナ８１１、ハー
モニックミキサ８１２、帯域通過フィルタ８１３、ロー
ノイズアンプ８１４、アンテナ８１５、ＩＬＯ８１６、
基準信号源８１７で構成される。

【００８２】ここで、基準信号源８０７、８１７は図１
の基準信号源１０１に対応し、ＩＬＯ８０６、８１６は
図１の結合回路１０２、直列帰還型発振部１０３、第一
の伝送線路１０４、第二の伝送線路１０５、周波数２ｆ
の信号トラップ１０６、周波数ｆの信号トラップ１０
７、出力回路１０８などで構成される注入同期発振器に
対応する。

【００８３】ＩＬＯ８０６、８１６は、直列帰還型発振
部の基本波の周波数ｆが７．３７５ＧＨｚであり、その
４倍波である２９．５ＧＨｚを出力する。基準信号源８
０７、８１７は、基本波の１／４サブハーモニックであ
る１．８４３７５ＧＨｚを出力する。つまり、基準信号
源８０７、８１７から周波数が１．８４３７５ＧＨｚの
信号を注入し、ＩＬＯからはその１６倍波である２９．
５ＧＨｚが出力される。

【００８４】変調信号源８０１で生成される中間周波信
号は１ＧＨｚから２ＧＨｚの間を占めており、ハーモニ
ックミキサ８０２の中間周波信号用端子に入力される。
ＩＬＯ８０６から出力される局発信号は周波数２９．５
ＧＨｚの正弦波であり、ハーモニックミキサ８０２の局
発信号用端子に入力される。

【００８５】中間周波信号と局発信号はハーモニックミ
キサ８０２内で混合され、中間周波信号が局発信号によ
り上昇変換（アップコンバート）される。ハーモニック
ミキサ８０２から発生する信号のうち、周波数６０ＧＨ
ｚから６１ＧＨｚの間の高周波信号のみが帯域通過フィ
ルタ８０３を通過し、パワーアンプ８０４に入力され、
そこで増幅され、アンテナ８０５から、高周波電波８２
０として放射される。

【００８６】高周波電波８２０はアンテナ８１５で受信
され、受信機の高周波信号となり、ローノイズアンプ８
１４で増幅される。さらに帯域通過フィルタ８１３を通
過して、ハーモニックミキサ８１２の高周波信号用端子
に入力される。一方、ＩＬＯ８１６から出力された周波
数２９．５ＧＨｚの正弦波の信号は、ハーモニックミキ
サ８１２の局発信号用端子に入力される。高周波信号
は、ハーモニックミキサ８１２の内部で局発信号と混合
され、再び周波数１ＧＨｚから２ＧＨｚの間の中間周波
信号に下降変換（ダウンコンバート）される。中間周波
信号はチューナ８１１に入力され、所望の情報に変換さ
れる。ハーモニックミキサ８０２と８１２は、全く同じ
構成のものを使用することが可能である。また、帯域通
過フィルタ８０３と８１３、パワーアンプ８０４とロー
ノイズアンプ８１４、アンテナ８０５と８１５、ＩＬＯ
８０６と８１６、基準信号源８０７、８１７はそれぞれ
同じ構成のものを用いることができる。

【００８７】基準信号源８０７、８１７は、１．８ＧＨ
ｚ帯の信号を出力するため、従来からのマイクロ波の技
術で、高安定で、低位相雑音な基準信号源を容易に構成
できる。

【００８８】一方、ＩＬＯ８０６、８１６は、非常に簡
素な構成で等価的に１６逓倍動作が可能であり、装置の
小型化、低コスト化、低消費電力化に寄与する。

【００８９】

【発明の効果】周波数安定性が高く、逓倍次数が高く、
かつ不要波のレベルが小さく、しかも回路構成が簡単で
消費電力の小さい注入同期発振器を提供できる。

【００９０】本発明の注入同期発振器を高周波通信装置
に用いることにより、局部発振器のサイズや消費電力が
小さくなるため、高周波通信装置を軽量でかつコンパク
トに実現でき、しかも消費電力を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の発振器の基本構成図を示すブロック図
である。

【図２】本発明の注入同期発振器を示す回路例である。

【図３】本発明の注入同期発振器を示す別の回路例であ
る。

【図４】本発明の注入同期発振器を示す別の回路例であ
る。

【図５】本発明の注入同期発振器を示す別の回路例であ
る。

【図６】本発明の注入同期発振器を示す回路レイアウト
の例である。

【図７】本発明の注入同期発振器と基準信号源の一部を
同一半導体チップに集積化した例である。

【図８】本発明の注入同期発振器を用いた高周波通信回
路装置の例を示すブロック図である。

【図９】従来の注入同期型マイクロ波発振器のブロック
図である。

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１、８
０７、８１７…基準信号源 １０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２…結
合回路 １０３、２０３、３０３、４０３、５０３、６０３…直
列帰還型発振部 １０４、２０４、３０４、４０４、５０４、６０４…第
一の伝送線路 １０５、２０５、３０５、４０５、５０５、６０５…第
二の伝送線路 １０６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６…周
波数２ｆの信号トラップ １０７、２０７、３０７、４０７、５０７、６０７…周
波数ｆの信号トラップ １０８、２０８、３０８、４０８、５０８、６０８…出
力回路 １０９、２０９、３０９、４０９、５０９、６０９…出
力端子 ２１０、３１０、４１０、５１０…共振回路 ２１５、４２７、５１５、５２７…トランジスタ ２１６、２２２、５１６、６１３、６１４、６２６、６
３０…伝送線路 ２２０、２２１…先端短絡スタブ ４２６…結合回路の入力回路部 ４２８…結合回路の出力回路部 ６１０…共振器 ６１２、６２３、６２７、６２８、６５１、６５２…オ
ープンスタブ ６１５…チップ状トランジスタ ６９７…スルーホール ６９８…ワイア ６９９…アルミナ基板 ７０１、８０６、８１６…ＩＬＯ ７０２…負性抵抗 ７０３…共振器 ７０４…ＶＣＯ ８０１…変調信号源 ８０２、８１２…ハーモニックミキサ ８０３、８１３…帯域通過フィルタ ８０４…パワーアンプ ８１４…ローノイズアンプ ８０５、８１５…アンテナ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J081 AA02 AA11 BB01 BB06 CC30 CC42 CC44 DD02 DD24 EE02 EE03 EE09 FF02 FF05 FF08 GG02 KK02 LL01 MM01 MM07 5J106 AA01 BB01 CC02 CC06 CC15 CC21 CC52 GG01 JJ01 KK12 KK24 KK38 KK39 KK40 LL01

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基準信号源、結合回路、および直列帰還
   型発振部を有し、前記基準信号源が前記結合回路の一端
   に接続され、前記結合回路の他端が前記直列帰還型発振
   部の一端に接続されていることを特徴とする注入同期発
   振器。
2. 【請求項２】 前記直列帰還型発振部の基本発振周波数
   がｆのとき、前記基準信号源の周波数がｆ／ｍ（ｍは２
   以上の整数）であることを特徴とする請求項１記載の注
   入同期発振器。
3. 【請求項３】 前記結合回路は、インダクタで構成され
   ていることを特徴とする請求項１記載の注入同期発振
   器。
4. 【請求項４】 前記結合回路は、インダクタとキャパシ
   タの並列回路とシャントキャパシタで構成されているこ
   とを特徴とする請求項１記載の注入同期発振器。
5. 【請求項５】 前記結合回路は、周波数２ｆの信号トラ
   ップ、周波数ｆの信号トラップを有することを特徴とす
   る請求項１記載の注入同期発振器。
6. 【請求項６】 前記結合回路は、トランジスタを含む回
   路であることを特徴とする請求項１記載の注入同期発振
   器。
7. 【請求項７】 前記直列帰還型発振部は第１のトランジ
   スタを含み、前記結合回路はエミッタあるいはソースが
   接地された第２のトランジスタを含み、前記第２のトラ
   ンジスタのコレクタあるいはドレインが、前記第１のト
   ランジスタのエミッタあるいはソ−スに接続されている
   ことを特徴とする請求項１または６に記載の注入同期発
   振器。
8. 【請求項８】 直列帰還型発振部を有する発振器であっ
   て、前記直列帰還型発振部の基本発振周波数がｆのと
   き、直列帰還型発振部の出力端に第一の伝送線路の一端
   が接続され、前記第一の伝送線路の他端に周波数２ｆの
   信号トラップと第二の伝送線路の一端が接続され、前記
   第二の伝送線路の他端に、周波数ｆの信号トラップと出
   力回路の一端が接続されていることを特徴とする発振
   器。
9. 【請求項９】 前記第一の伝送線路および前記第二の伝
   送線路は、その電気長が直列帰還型発振部の基本発振波
   の波長に対して、５°以上２５°以下の範囲にあること
   を特徴とする請求項８記載の発振器。
10. 【請求項１０】 請求項１記載の注入同期発振器、また
    は請求項８に記載の発振器を、局部発振器として用いる
    ことを特徴とする高周波通信装置。