JP2002299954A - 電圧制御発振器およびそれを用いた電子装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い周波数帯において安定して動作し、また
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
を提供することを目的とするものである。 【解決手段】 電圧制御発振器８ａにおいて、１／４波
長線路共振器Ｌ２を１／４波長線路共振器Ｌ２とコンデ
ンサＣ１の接続部より遠い位置と１／４波長線路共振器
Ｌ２とコンデンサＣ１より近い位置の少なくとも２箇所
でトリミングを施すことで、共振回路における１／４波
長線路共振器Ｌ２、およびその周辺部品の寄生素子を原
因とする発振周波数のばらつきに対し、比較的大きく、
かつ細かな調整が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はマイクロ波を用いた
電子装置、特にＥＴＣ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｏｌｌ
Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ：自動料金収受システム）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
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のマイクロ波帯の電圧制御発振器を
図４に示す。電圧制御発振器８ｂは、発振用のトランジ
スタＱ２と、共振器Ｌ３と、バラクタダイオードＤ２と
コンデンサＣ６，Ｃ７，Ｃ８，Ｃ９から構成されてい
る。このうち、共振器Ｌ３は、例えば長さが１／４波長
以下一端を接地したマイクロストリップ線路である。な
お、図４において、バイアス回路やチョーク回路など、
基本発振動作に関係のない部品は省略している。

【０００３】ここで、トランジスタＱ２のベース端子が
コンデンサＣ６を介して、共振器Ｌ３が接続されてい
る。またコンデンサＣ６と共振器Ｌ３の接続部はコンデ
ンサＣ８を介してバラクタダイオードＤ２のカソード端
子に接続されるとともに、制御電圧端子１ｂに接続され
ている。また、バラクタダイオードＤ２のアノード端子
は接地されている。また、トランジスタＱ２のコレクタ
端子は発振周波数で高周波的に接地となるようなコンデ
ンサＣ７を介して、接地されている。また、トランジス
タＱ２のエミッタ端子は、コンデンサＣ９を介して出力
端子２ｂに接続されている。

【０００４】このように構成された電圧制御発振器８ｂ
は、制御電圧端子１ｂに加える電圧を変化させて、バラ
クタダイオードのアノードとカソード間に印加される電
圧を変化させることにより、バラクタダイオードのアノ
ードとカソード間の容量を変化させることができる。共
振器Ｌ３は、コンデンサＣ８を介して接続されたバラク
タダイオードＤ２と共に共振回路を構成しており、バラ
クタダイオードの容量を変化させることで、共振回路の
共振周波数を変化させることができる。結果的に電圧制
御発振器８ｂの発振周波数を変化させることができる。
また、共振器Ｌ３にトリミングを施すことで、発振周波
数の周辺部品によるばらつきを補正することが可能とな
る。

【０００５】

【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８ｂは、比較的低い周波数では問題なく動作す
るが、周波数が高くなるに従い、（特にマイクロ波帯で
使用する場合）共振器Ｌ３のインダクタンス値や各コン
デンサの容量値が、寄生素子によりばらつきが大きくな
り、安定した発振が困難であった。

【０００６】また、共振回路を構成するバラクタダイオ
ードＤ２においても、寄生素子により容量の可変幅が小
さくなり、結果として周波数可変幅が小さくなるという
課題があった。

【０００７】本発明は上記課題を解決し、高い周波数帯
において安定して動作し、また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ことを目的と
するものである。

【０００８】

【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、トランジスタのベース
端子またはコレクタ端子に、共振回路の１／４波長線路
共振器を、コンデンサを介して直列に接続するととも
に、前記１／４波長線路共振器のトリミングを少なくと
も２箇所で行い、前記ベース端子または前記コレクタ端
子より遠い側で粗い調整を行うとともに、前記ベース端
子または前記コレクタ端子より近い側で細かい調整を行
うことを特徴とする。

【０００９】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、共振回路を構成する前記１
／４波長線路共振器、および周辺部品の寄生素子を原因
とする発振周波数のばらつきを補正することが容易とな
り、高い周波数帯において安定して動作し、しかも大き
な周波数可変幅を得ることを可能とした。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、少なくとも発振用のトランジスタと共振回路とから
なる電圧制御発振器であって、前記トランジスタのベー
ス端子またはコレクタ端子に、共振回路の１／４波長線
路共振器を、コンデンサを介して直列に接続するととも
に、前記１／４波長線路共振器のトリミングを前記ベー
ス端子または前記コレクタ端子から見て、１／８波長以
下の位置で行うことで、前記１／４波長線路共振器のイ
ンダクタンス値を大きくするものであり、発振周波数の
調整幅を比較的大きくすることができる。したがって、
前記１／４波長線路共振器、および周辺部品の寄生素子
を原因とする発振周波数のばらつきが比較的大きくて
も、発振周波数の調整が容易となるという作用を有す
る。

【００１１】請求項２に記載の発明は、共振回路の１／
４波長線路共振器のトリミングを少なくとも２箇所で行
い、前記ベース端子または前記コレクタ端子より遠い側
で粗い調整を行うとともに、前記ベース端子または前記
コレクタ端子より近い側で細かい調整を行うことを特徴
とするものであり、前記１／４波長線路共振器、および
周辺部品の寄生素子を原因とする発振周波数のばらつき
の細かな調整が可能となるという作用を有する。

【００１２】請求項３に記載の発明は、発振用のトラン
ジスタのベース端子またはコレクタ端子に、１／４波長
一端開放分布定数線路を接続することで、コレクタ接地
またはベース接地するとともに、前記１／４波長一端開
放分布定数線路のベース端子またはコレクタ端子側に、
発振周波数の近傍のノイズを低減するためのコンデンサ
を接続したことを特徴とするものであり、前記１／４波
長一端開放分布定数線路で接地となる発振周波数帯の近
傍のノイズをコンデンサで低減することにより、発振信
号のＣ／Ｎ（位相雑音）を改善することが可能となると
いう作用を有する。

【００１３】請求項４に記載の発明は、発振周波数の１
／ｎ（ｎ＝１，２，３・・・）のノイズを低減するため
のコンデンサを、前記１／４波長一端開放分布定数線路
のベース端子またはコレクタ端子側に接続することを特
徴とするものであり、前記１／４波長一端開放分布定数
線路で接地となる所望の発振周波数帯の１／ｎで発生す
るスプリアス（異常発振）を抑制することが可能となる
という作用を有する。

【００１４】請求項５に記載の発明は、ノイズを低減さ
せるためのコンデンサを、前記１／４波長一端開放分布
定数線路のベース端子またはコレクタ端子側に挟んで対
向配置させたことを特徴とするものであり、所望の発振
信号以外のノイズ、スプリアスを同時に低減および抑制
が可能となるという作用を有する。

【００１５】請求項６に記載の発明は、前記１／４波長
線路共振器とグランド間に分布定数線路を並列に接続し
たことを特徴とするものであり、制御電圧端子に加える
電圧の変化に対し、発振周波数を線形に変化させること
が可能となるという作用を有する。

【００１６】請求項７に記載の発明は、少なくとも送信
回路、受信回路、制御部、送信系ミキサー、受信系ミキ
サー、アンテナ、スイッチ、電圧制御発振器からなる電
子装置において、請求項１から６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ものであり、高
い周波数（ここでは５ＧＨｚ帯）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逓倍器を
接続して用いる場合に比べて、小型化、コストダウンを
図ることが可能となるという作用を有する。

【００１７】以下、本発明の実施形態について、図１か
ら図３を用いて説明する。

【００１８】（実施の形態）図１（ａ）は本発明の一実
施の形態における電圧制御発振器を示す構成図であり、
図１（ｂ）はその斜視図を示している。なお、バイアス
回路やチョーク回路など、基本発振動作に関係のない部
品は省略している。

【００１９】図１において、電圧制御発振器８ａは、発
振用のトランジスタＱ１と、線路共振器Ｌ２と、バラク
タダイオードＤ１とコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ
４，Ｃ５から構成されている。ここで、トランジスタＱ
１のコレクタ端子がコンデンサＣ１を介して、１／４波
長線路共振器Ｌ２が接続されている。また、コンデンサ
Ｃ１と接続された１／４波長線路共振器Ｌ２の中央で、
分布定数線路５の一端が接続されており、もう一端はグ
ランドパターン６ｄで接地されている。

【００２０】また、コンデンサＣ１と接続された１／４
波長線路共振器Ｌ２のもう一端は、コンデンサＣ４を介
してバラクタダイオードＤ１のカソード端子に接続され
るとともに、制御電圧端子１ａに接続されている。ま
た、バラクタダイオードＤ１のアノード端子はグランド
パターン６ｃで接地されている。また、トランジスタＱ
１のベース端子は発振周波数で高周波的に接地となるよ
うな１／４波長一端開放分布定数線路Ｌ１で接続されて
いる。

【００２１】また、トランジスタＱ１のベース端子と１
／４波長一端開放分布定数線路Ｌ１の接続部に隣接し
て、コンデンサＣ３とコンデンサＣ２が対向して接続さ
れており、コンデンサＣ２の一方はグランドパターン６
ａに、コンデンサＣ３の一方はグランドパターン６ｂに
それぞれ接地されている。また、トランジスタＱ１のエ
ミッタ端子は、コンデンサＣ５を介して出力端子２ａに
接続されている。

【００２２】以上のように構成された電圧制御発振器８
ａのうち、１／４波長線路共振器Ｌ２を、１／４波長線
路共振器Ｌ２とコンデンサＣ１の接続部より遠い位置、
例えば１／４波長線路共振器Ｌ２とコンデンサＣ４の接
続部から１／１６波長以下の位置におけるトリミング３
と、１／４波長線路共振器Ｌ２とコンデンサＣ１より近
い位置、例えば１／４波長線路共振器Ｌ２とコンデンサ
Ｃ１の接続部から１／１６波長以下の位置におけるトリ
ミング４のように、少なくとも２箇所でトリミングを施
すことで、１／４波長線路共振器Ｌ２を１／４波長線路
共振器Ｌ２とコンデンサＣ１の接続部より遠い位置、例
えば１／１６波長以下の位置におけるトリミング３と、
１／４波長線路共振器Ｌ２とコンデンサＣ１より近い位
置、例えば１／１６波長以下の位置におけるトリミング
４のように、少なくとも２箇所でトリミングを施すこと
で、共振回路における１／４波長線路共振器Ｌ２、およ
びその周辺部品の寄生素子を原因とする発振周波数のば
らつきに対し、比較的大きく、かつ細かな調整が可能と
なる。

【００２３】また、１／４波長一端開放分布定数線路Ｌ
１の接続部に隣接して、例えば０．０１μＦの容量のコ
ンデンサＣ３を接続することで発振周波数の近傍のノイ
ズを低減させることができる。このコンデンサＣ３を接
続する前後での発振周波数のスペクトラムの一例を図２
に示す。本願発明者の実験によれば、発振周波数の１０
０ｋＨｚ離調において約２ｄＢノイズを低減することが
できる。

【００２４】また、１／４波長線路共振器Ｌ２を挟むよ
うに、コンデンサＣ３に対向する位置で、発振周波数の
１／ｎ（ｎ＝１，２，３・・・）のノイズを低減するた
めのコンデンサＣ４を接続することにより、１／４波長
一端開放分布定数線路Ｌ１で接地となる所望の発振周波
数帯の１／ｎで発生するスプリアス（異常発振）を抑制
することができる。

【００２５】また、分布定数線路５の一端を１／４波長
線路共振器Ｌ２の中央に接続し、もう一端をグランドパ
ターン６ｄで接地されている。この構成にすることによ
り、制御電圧端子１ａに印加される電圧の変化に対し、
比較的大きな周波数可変幅が得られると共に、線型性を
改善することができる。

【００２６】なお、上記の実施の形態において、トラン
ジスタＱ１は１／４波長一端開放分布定数線路Ｌ１によ
るベース接地を用いたが、１／４波長一端開放分布定数
線路Ｌ１によるコレクタ接地で構成しても構わないもの
である。この際、トランジスタＱ１のベース端子がコン
デンサＣ１と接続されることになる。

【００２７】また、１／４波長線路共振器Ｌ２を挟むコ
ンデンサＣ３とコンデンサＣ４の位置は、入れ替わって
も構わないものである。

【００２８】図３は、本発明の一実施の形態における電
子装置を示している。なお、図３の電子装置１５は概念
的なブロック図であり、アンプやフィルタなど主要回路
部以外は省略している。

【００２９】図３において、電子装置１５は送信回路９
と、受信回路１０と、制御部１１と、送信系ミキサー１
２と、受信系ミキサー１３と、アンテナ１６と、スイッ
チ１４と、電圧制御発振器８ａから構成されている。こ
こで送信回路９は、送信系ミキサー１２に接続され、送
信系ミキサー１２はスイッチ１４を介してアンテナ１６
に接続されている。また、スイッチ１４は、受信系ミキ
サー１３を介して受信回路１０に接続されている。ま
た、制御部１１は送信回路９、受信回路１０にそれぞれ
接続され、制御部１１の出力が電圧制御発振器８ａの制
御電圧端子に接続されている。

【００３０】この構成による電子装置１５は、制御部１
１からの制御信号により、電圧制御発振器８ａの発振周
波数を変化させることができ、使用する周波数チャンネ
ルに合わせて送信系ミキサー１２、および受信系ミキサ
ー１３に入力される周波数を切り換えることが可能とな
る。

【００３１】この構成による電子装置１５は、本発明の
電圧制御発振器８ａを用いることで、高い周波数（ここ
では５ＧＨｚ帯）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逓倍器を接続して用いる
場合に比べて、小型化、コストダウンを図ることができ
る。

【００３２】なお、この電子装置１５は、ＥＴＣ用の車
載器に限られるものではなく、路側器に用いられても、
無線ＬＡＮなど全く別のシステムに用いられても構わな
いものである。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明の電圧制御発振器に
よれば、１／４波長線路共振器に少なくとも２箇所でト
リミングを施すことで、共振回路における１／４波長線
路共振器およびその周辺部品の寄生素子を原因とする発
振周波数のばらつきに対し、比較的大きく、かつ細かな
調整が可能となる。

【００３４】また、トランジスタと１／４波長一端開放
分布定数線路の接続部に隣接して、例えば０．０１μＦ
の容量のコンデンサと、発振周波数の１／ｎ（ｎ＝１，
２，３・・・）のノイズを低減するためのコンデンサを
対向させて接続することで、発振周波数の近傍ノイズの
低減によるＣ／Ｎの改善と、所望の発振周波数の１／ｎ
で発生するスプリアス（異常発振）を抑制することがで
きる。

【００３５】また、分布定数線路の一端を１／４波長線
路共振器の中央に接続し、もう一端を接地する構成によ
り、制御電圧端子に印加される電圧の変化に対し、比較
的大きな周波数可変幅が得られると共に、線型性を改善
することができる。

【００３６】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で、小型化とコストダウ
ンを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の一実施の形態における電圧制御
発振器の構成を示す回路図 （ｂ）同斜視図

【図２】発振周波数の近傍のノイズを低減するためのコ
ンデンサを接続する前後での発振スペクトラムを説明す
るための図

【図３】本発明の一実施の形態における電子装置の構成
を示すブロック図

【図４】従来のマイクロ波帯に用いられている電圧制御
発振器の構成を示す回路図

【符号の説明】

１ａ，１ｂ 制御電圧端子 ２ａ，２ｂ 出力端子 ３ 第１のトリミング ４ 第２のトリミング ５ 分布定数線路 ６ａ，６ｂ グランドパターン ７ 基板 ８ａ，８ｂ 電圧制御発振器 ９ 送信回路 １０ 受信回路 １１ 制御部 １２ 送信系ミキサー １３ 受信系ミキサー １４ スイッチ １５ 電子装置 Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５ コンデンサ Ｃ６，Ｃ７，Ｃ８，Ｃ９ コンデンサ Ｌ１ １／４波長一端開放分布定数線路 Ｌ２ １／４波長線路共振器 Ｌ３ 共振器 Ｑ１，Ｑ２ トランジスタ Ｄ１，Ｄ２ バラクタダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J081 AA11 CC07 CC22 DD03 DD25 EE09 EE18 FF05 JJ23 KK02 KK09 KK17 KK22 KK25 LL01 MM01 MM08

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも発振用のトランジスタと共振
   回路とからなる電圧制御発振器であって、前記トランジ
   スタのベース端子またはコレクタ端子に、共振回路の１
   ／４波長線路共振器を、コンデンサを介して直列に接続
   するとともに、前記１／４波長線路共振器のトリミング
   を前記ベース端子または前記コレクタ端子より遠い位置
   で行うことを特徴とする電圧制御発振器。
2. 【請求項２】 前記１／４波長線路共振器のトリミング
   を少なくとも２箇所で行い、前記ベース端子または前記
   コレクタ端子より遠い側で粗い調整を行うとともに、前
   記ベース端子または前記コレクタ端子より近い側で細か
   い調整を行うことを特徴とする請求項１記載の電圧制御
   発振器。
3. 【請求項３】 発振用のトランジスタのベース端子また
   はコレクタ端子に、１／４波長一端開放分布定数線路を
   接続することで、コレクタ接地またはベース接地すると
   ともに、前記１／４波長一端開放分布定数線路のベース
   端子またはコレクタ端子側に、発振周波数の近傍のノイ
   ズを低減するためのコンデンサを接続したことを特徴と
   する請求項１記載の電圧制御発振器。
4. 【請求項４】 発振周波数の１／ｎ（ｎ＝１，２，３・
   ・・）のノイズを低減するためのコンデンサを、前記１
   ／４波長一端開放分布定数線路のベース端子またはコレ
   クタ端子側に接続することを特徴とする請求項１記載の
   電圧制御発振器。
5. 【請求項５】 ノイズを低減させるためのコンデンサ
   を、前記１／４波長一端開放分布定数線路のベース端子
   またはコレクタ端子側に挟んで対向配置させたことを特
   徴とする請求項３または４記載の電圧制御発振器。
6. 【請求項６】 前記１／４波長線路共振器とグランド間
   に分布定数線路を並列に接続したことを特徴とする請求
   項１記載の電圧制御発振器。
7. 【請求項７】 少なくとも送信回路、受信回路、制御
   部、送信系ミキサー、受信系ミキサー、アンテナ、スイ
   ッチ、電圧制御発振器からなる電子装置のうち請求項１
   から６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。