JP2003087052A - 周波数シンセサイザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイクロ波やミリ波帯において雑音特性
に優れた発振信号を形成する簡易な構成の周波数シンセ
サイザを提供すること。 【解決手段】 周波数シンセサイザの発振器部分を、伝
送線路を主要構成とした互いに同一な２つの発振器１
１、１２と、当該伝送線路に分布結合した線路型共振器
１９とにより構成し、当該線路型共振器１９の中心から
第１及び第２の発振器１１、１２の発振周波数の２倍の
周波数成分を周波数シンセサイザ出力として取り出した
ことにより、マイクロ波やミリ波帯において雑音特性に
優れた発振信号を形成し得る簡易な構成の周波数シンセ
サイザを実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は周波数シンセサイザ
に関し、特にマイクロ波帯以上の高周波領域で動作する
各種無線機器、通信機器、計測器等に使用される周波数
シンセサイザに適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の周波数シンセサイザとし
て、図６に示すよう構成のものがある。周波数シンセサ
イザ１はプッシュプッシュ発振器２と位相同期回路３に
より構成されている。プッシュプッシュ発振器２は、線
路型共振器や誘電体共振器からなる共振器部４と、コル
ピッツ型発振回路からなる同一な２つの発振回路５，６
を有する発振器部７とにより構成されている。発振回路
５，６は共振器部４を介して互いに逆相励振するように
動作する。

【０００３】発振回路５，６からの２つの出力は基本発
振周波数において互いに１８０度位相が反転しているこ
とから、同相合成回路８により基本波及び奇数次高調波
成分が相殺される。つまり、プッシュプッシュ発振器２
は偶数次高調波のみを倍増して周波数シンセサイザ出力
とする逓倍発振器として動作する。

【０００４】これによりプッシュプッシュ発振器２を用
いた周波数シンセサイザでは、目的とする周波数の半分
の発振周波数で動作する発振回路５，６を構成すればよ
く、製作が容易なのに加えて、各発振回路５，６が互い
に注入同期する効果により良好な位相雑音特性を得るこ
とができる。

【０００５】位相同期回路３は、プッシュプッシュ発振
器２の共振器部４に結合するように構成したバランを介
して得られる基本発振信号に基づいて発振周波数制御信
号を形成する。この発振周波数制御信号は発振器部７の
可変容量（図示せず）に供給され、この制御信号に応じ
て可変容量の容量が変化することで発振器部７の発振周
波数が変化し、この結果出力端子９から所望周波数の周
波数シンセサイザ出力が得られるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の周波数シンセサイザ１を構成するプッシュプッ
シュ発振器２は、容量性を有するコルピッツ型の発振器
５，６を２つ接続して構成されており、マイクロ波帯、
特に１０ＧＨｚ以上の発振を得ようした場合、発振器部
７の実現に必要な各コンデンサの容量値がチップ部品と
して提供されている容量値よりも小さくなってしまう。
また高い素子値精度が必要となる。さらにチップ部品の
自己共振周波数が基本発振周波数よりも低く使用できな
くなるといった問題が生じる。

【０００７】この結果、従来構成のプッシュプッシュ発
振器２を用いた周波数シンセサイザ１では、無線通信分
野等で今後必要とされるであろう非常に高い周波数でか
つ雑音特性に優れた発振信号を形成することが実際上困
難となる。

【０００８】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、マイクロ波やミリ波帯において雑音特性に優れた
発振信号を形成し得る簡易な構成の周波数シンセサイザ
を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明の周波数シンセサイザは、バイポーラトランジ
スタのベース端子及びコレクタ端子にそれぞれ先端開放
伝送線路が接続されていると共にエミッタ端子に先端接
地伝送線路が接続されて構成された互いに同一な第１及
び第２の発振器と、第１及び第２の発振器の伝送線路に
分布結合された線路型共振器と、第１及び第２の発振器
を線路型共振器により分布結合したときに互いに対称と
なる２点間を接続するように設けられ、制御電圧により
容量が変化する可変容量回路と、高安定な基準発振源か
ら得られる基準信号と先端接地伝送線路から出力される
発振信号を分周した信号とを比較し、当該２つの信号の
周波数の差に応じた電圧を可変容量回路の制御電圧とし
て出力することにより第１及び第２の発振器の発振周波
数を制御する発振周波数制御回路とを具備し、第１及び
第２の発振器の発振周波数の２倍波成分を線路型共振器
から取り出して周波数シンセサイザ出力とする構成を採
る。

【００１０】この構成によれば、発振部分を構成するリ
アクタンス素子を、伝送線路と線路型共振器によって実
現しているので、従来必要であったチップ部品が不要と
なる。この結果、従来高周波の発振信号を得るために要
求されたチップ部品の性能を全く考えずに、発振部分を
構成できるので、製造が容易になると共に、部品コス
ト、製造コストの面で低コスト化が可能となる。さら
に、チップ部品と比べて低損失であるため雑音特性に優
れた目的周波数の信号を得ることができる。

【００１１】また第１及び第２の発振器と線路型共振器
で構成される発振部分と、発振周波数制御回路と、可変
容量回路とにより全体として位相同期ループが形成され
るので周波数シンセサイザ出力は非常に安定したものと
なる。また位相同期ループで扱う信号は目的とする周波
数シンセサイザ出力信号の２分の１の周波数なので、各
構成部分に用いられるデバイスの特性が得やすく構成が
容易となる。

【００１２】また本発明の周波数シンセサイザは、線路
型共振器が、両端開放伝送線路により構成され、一方の
開放端部分が第１の発振器のベース側伝送線路に分布結
合されていると共に、他方の開放端部分が第２の発振器
のベース側伝送線路に分布結合されている構成を採る。

【００１３】この構成によれば、第１及び第２の発振器
は半波長共振器の両端に結合しているため、基本発振周
波数において互いに逆相となるように発振し得る。

【００１４】また本発明の周波数シンセサイザは、線路
型共振器の中心部分に容量が接続され、当該容量を介し
て第１及び第２の発振器の発振周波数の２倍波成分を取
り出して周波数シンセサイザ出力とした構成を採る。

【００１５】この構成によれば、第１及び第２の発振器
の基本発振周波数の２倍波である目的信号を、簡易に取
り出すことが可能となる。

【００１６】また本発明の周波数シンセサイザは、線路
型共振器が、リング状の伝送線路により構成され、互い
に対向する２辺が第１の発振器のバイポーラトランジス
タのベース端子に接続された伝送線路及び第２の発振器
のバイポーラトランジスタのベース端子に接続された伝
送線路にそれぞれ分布結合されている構成を採る。

【００１７】この構成によれば、線路型共振器、第１及
び第２の発振器は一波長共振器の電気長が１８０度離れ
た２箇所に結合しているため、基本発振周波数において
互いに逆相となるように発振し得る。また線路型共振器
はリング状となっているので、開放端部分に生じる損失
が無い。この結果共振動作によるエネルギー損失が小さ
くなる。すなわち無負荷Ｑが高くなるため、結果として
より位相雑音の低い発振信号が得られる。

【００１８】また本発明の周波数シンセサイザは、線路
型共振器は、第１の発振器のバイポーラトランジスタの
ベース端子に接続された伝送線路と第２の発振器のバイ
ポーラトランジスタのベース端子に接続された伝送線路
との間に、互いに同形状でなる奇数個の伝送線路を互い
に分布結合するように並べて配置することにより構成さ
れ、当該奇数個の伝送線路のうちの中心の伝送線路から
第１及び第２の発振器の発振周波数の２倍波成分を取り
出して周波数シンセサイザ出力とする構成を採る。

【００１９】この構成によれば、線路型共振器は第１及
び第２の発振器のベース側伝送線路より、複数の伝送線
路が順次励振されて共振し、全体として第１及び第２の
発振器は基本発振周波数において互いに逆相となるよう
発振する。そして複数の共振する伝送線路の中心の伝送
線路からは第１及び第２の発振器の周波数すなわち基本
波周波数の２倍波成分のみが出力される。このとき互い
に分布結合された複数の共振する伝送線路を介して所望
周波数成分を得るようにしたことにより、一段と位相雑
音特性の良い発振信号を得ることができる。

【００２０】また本発明の周波数シンセサイザは、可変
容量回路を、線路型共振器の互いに対称となる２点間に
接続した構成を採る。

【００２１】この構成によれば、可変容量回路を、例え
ば第１及び第２の発振器を構成する伝送線路上の互いに
対称な２箇所間を接続するように設けた場合と比較し
て、発振器の周波数制御感度を大きくすることができ、
より広い周波数可変範囲を有する周波数シンセサイザが
構成できるようになる。

【００２２】また本発明の周波数シンセサイザは、線路
型共振器は特性インピーダンスが部分的に異なるように
形成されている構成を採る。

【００２３】この構成によれば、周波数シンセサイザ出
力となる所望の２倍波レベルを高めることが可能とな
る。

【００２４】また本発明の周波数シンセサイザは、発振
周波数制御回路が、先端接地伝送線路から出力される互
いに逆相の発振信号を分周する第１の分周回路と、高安
定な基準発振源からの基準発振信号を分周する第２の分
周回路と、第１及び第２の分周回路の出力の位相を比較
することにより、第１及び第２の分周回路から出力され
る２つの信号の周波数の差に応じた電圧を制御電圧とし
て出力する位相比較回路とを具備する構成を採る。

【００２５】この構成によれば、第１及び第２の分周回
路の分周数を適宜選定することにより、位相比較回路か
ら出力される制御電圧がそれに応じて変化し、その結果
線路型共振器からは所望周波数の周波数シンセサイザ出
力が得られる。このとき第１及び第２の発振器、第１の
分周回路及び位相比較回路により位相同期ループが形成
されるので周波数シンセサイザ出力は非常に安定したも
のとなる。また位相同期ループで扱う信号は目的とする
周波数シンセサイザ出力信号の２分の１の周波数なの
で、各構成部分に用いられるデバイスの特性が得やすく
構成が容易となる。さらに第１の分周回路には互いに逆
相の両相信号が入力されるので、発振周波数制御回路を
効率よく動作させることができる。すなわち、通常差動
回路で構成され集積化されている分周回路を両相信号で
動作させることにより、雑音特性に優れた回路が構成で
きる。また、両相信号入力により分周回路はレベル的に
十分動作可能となるため、結果として発振部分と分周回
路の間に緩衝増幅器が不要となり簡易な回路構成で周波
数シンセサイザが実現できるという効果もある。

【００２６】また本発明の周波数シンセサイザは、第１
及び第２の発振器それぞれの先端接地伝送線路に出力用
結合容量を接続し、当該出力用結合容量を介して第１及
び第２の発振器から容量結合して取り出した位相が互い
に１８０度反転した両相の発振信号を、発振周波数制御
回路内の分周回路の入力とした構成を採る。

【００２７】この構成によれば、位相同期ループを形成
するための基本発振周波数の両相信号をバラン等を用い
ることなく先端接地伝送線路から容易に取り出して分周
回路を動作させることができるので、発振周波数制御回
路を効率よく動作させることができる。また、出力用結
合容量の容量値は疎結合となるように（非常に小さな容
量値に）選定すれば、位相同期ループを形成することに
より生じる発振器部分の動作変化を抑制することもでき
る。疎結合とすると分周回路への入力レベルは低くなる
が、両相信号入力であるため増幅器を用いなくても分周
回路の動作は可能となる。

【００２８】さらに本発明の周波数シンセサイザは、バ
イポーラトランジスタを電界効果トランジスタに、ベー
スをゲートに、コレクタをドレインに、エミッタをソー
スにそれぞれ置き換えた構成を採る。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明の骨子は、周波数シンセサ
イザの発振器部分を、伝送線路を主要構成とした互いに
同一な２つの発振器と、当該伝送線路に分布結合した線
路型共振器とにより構成したことである。

【００３０】以下、本発明の実施形態について図面を参
照して詳細に説明する。

【００３１】（実施の形態１）図１において、１０は全
体として本発明の周波数シンセサイザに用いられるプッ
シュプッシュ発振器の構成を示す。プッシュプッシュ発
振器１０は互いに同一な構成でなる第１及び第２の発振
器１１，１２を有する。

【００３２】第１の発振器１１はバイポーラトランジス
タＴｒ１のベース端子及びコレクタ端子にそれぞれ先端
開放スタブ１３，１４が接続されていると共にエミッタ
端子に先端接地スタブ１５が接続されている。同様に、
第２の発振器１２はバイポーラトランジスタＴｒ２のベ
ース端子及びコレクタ端子にそれぞれ先端開放スタブ１
６，１７が接続されていると共にエミッタ端子に先端接
地スタブ１８が接続されている。

【００３３】またバイポーラトランジスタＴｒ１，Ｔｒ
２は、図示しないバイアス回路により動作されるように
なっている。実際上、このバイアス回路は電源と高周波
帯で高インピーダンスとなる線路やチョークコイル及び
バイパスコンデンサとにより構成され、ベース側スタブ
１３，１６とコレクタ側スタブ１４，１７にそれぞれ接
続されている。

【００３４】第１の発振器１１のベース側スタブ１３と
第２の発振器１２のベース側スタブ１６における開放端
側には、Ｕ字状の両端開放線路でなる半波長共振器１９
が設けられている。半波長共振器１９の一方の開放端部
分は第１の発振器１１のベース側スタブ１３に分布結合
されていると共に、他方の開放端部分は第２の発振器１
２のベース側スタブ１６に分布結合されている。また半
波長共振器１９の長さの中心位置には出力用結合容量Ｃ
１を介して逓倍波出力端子Ｔ１が接続されている。

【００３５】ここでコレクタ側スタブ１４，１７及びエ
ミッタ側スタブ１５，１８は基本発振周波数における電
気長が９０度より小さくなるように形成されており、こ
れによりコレクタ側スタブ１４，１７は対接地キャパシ
タ、エミッタ側スタブ１５，１８は対接地インダクタと
して動作する。

【００３６】またベース側スタブ１３，１６は半波長共
振器１９と分布結合する位置Ａからベース端子までの電
気長が９０度以下となるように形成されている。基本発
振周波数では上記位置Ａより半波長共振器１９を含むベ
ース側スタブ１３，１６の開放端側をみたインピーダン
スが極めて高くなるように設計され、これにより基本発
振周波数ではベース端子に対接地キャパシタが付加され
たものと等価になるようにされている。

【００３７】かくして、第１及び第２の発振器１１，１
２はコレクタ端子及びベース端子に対接地キャパシタ、
エミッタ端子に対接地インダクタが付加された直列帰還
型発振器となり、リアクタンス素子の配置は発振条件を
満足し得るものとなる。また、全体として対称形となる
ように回路が構成されている。

【００３８】また半波長共振器１９の中心部は基本波に
対して仮想接地点となるが、２倍波に対しては電界最大
点となる。このため、容量Ｃ１により接続された逓倍波
出力端子Ｔ１には基本発振周波数の２倍波が出力され、
基本波成分は出現しない。よって合成回路を付加するこ
となく所望の２倍波出力を得ることができ、小型に構成
可能となる。

【００３９】ベース側スタブ１３，１６間には可変容量
回路２０が接続されている。可変容量回路２０は、バラ
クタダイオード２１の両端に同じ値を有する容量Ｃ２，
Ｃ３が接続されていると共に各容量Ｃ２，Ｃ３の他端が
ベース側スタブ１３，１６にそれぞれ接続されている。
またバラクタダイオード２１と容量Ｃ２との接続中点に
は、制御電圧端子Ｔ２がバラクタバイアス抵抗Ｒ１を介
して接続されている。さらにバラクタダイオード２１と
容量Ｃ３の接続中点はバラクタバイアス抵抗Ｒ２を介し
て接地されている。

【００４０】従って、可変容量回路２０は制御電圧端子
Ｔ２に印加される電圧によってバラクタダイオード２１
のバイアスが変化し、容量が変化する。この結果、ベー
ス側スタブ１３，１６間を接続する容量が制御電圧に応
じて変化するようになる。一般的には、制御電圧端子Ｔ
２に印加される電圧が高いほどバラクタダイオード２１
の容量が小さくなるので、第１及び第２の発振器１１，
１２の発振周波数は高くなる。このように制御電圧端子
Ｔ２に印加する電圧に応じて第１及び第２の発振器１
１，１２の発振周波数を変化させることができるように
なっている。

【００４１】またエミッタ側スタブ１５，１８にはそれ
ぞれ接地点から等距離の箇所に同じ容量値を有する出力
用結合容量Ｃ４，Ｃ５が接続され、出力用結合容量Ｃ
４，Ｃ５を介して位相同期用出力端子Ｔ３，Ｔ４が接続
されている。

【００４２】かかるプッシュプッシュ発振器１０は、図
２に示すような位相同期回路３２と組み合わされて用い
られ、周波数シンセサイザ３０が構成される。ここで、
プッシュプッシュ発振器１０の位相同期用出力端子Ｔ
３，Ｔ４は分周器３１の入力端に接続されている。

【００４３】プッシュプッシュ発振器１０の位相同期用
出力端子Ｔ３，Ｔ４から出力される基本波両相信号Ｓ１
は、固定分周器である分周器３１及び可変分周器である
比較分周器３３を順次通過することにより、周波数がＮ
分の１に下げられる。すなわち基本波両相信号Ｓ１は分
周器３１によりＮ１分周され、続く比較分周器３３によ
りＮ２分周されることにより、最終的にＮ分周された信
号となる。但し、Ｎ，Ｎ１，Ｎ２は整数であり、Ｎ＝Ｎ
１＋Ｎ２とする。

【００４４】ここで分周器３１はプッシュプッシュ発振
器１０から出力される基本発振周波数を位相同期回路３
２内の比較分周器３３が動作可能な周波数にまで低くす
るために設けられている。分周器３１は通常高速動作が
可能な半導体デバイスによって集積化されて構成され、
高周波でなる基本発振信号を分周できるようになってい
る。

【００４５】このため、分周器３１内の回路は通常差動
回路により構成されている。よって分周器３１では、両
相信号を入力とする方が雑音除去効果、低入力レベルで
の動作が可能という点で都合がよく、本構成ではプッシ
ュプッシュ発振器１０より両相信号が容易に得られる構
成となっている。

【００４６】位相比較器３４には、比較分周器３３によ
り分周された基本波分周信号Ｓ２及び基準分周器３６に
より分周された基準分周信号Ｓ３が入力される。この基
準分周信号Ｓ３は、例えば水晶発振器等の高安定な発振
信号を発生する基準発信源３５から発生された基準信号
を基準分周器３６によって分周した信号である。

【００４７】位相比較器３４は基本波分周信号Ｓ２を基
準分周信号Ｓ３と比較することにより、これら２つの信
号の周波数の差に応じた信号を出力する。チャージポン
プ３７は位相比較器３４から出力された信号を増幅して
ループフィルタ３８に送出する。ループフィルタ３８は
入力された電圧を平滑化して、プッシュプッシュ発振器
１０の制御電圧Ｓ４を形成し、これをプッシュプッシュ
発振器１０の制御電圧端子Ｔ２（図１）に供給する。ま
た、ループフィルタ３８は位相同期ループの時間応答を
制御する働きも有している。

【００４８】以上の構成において、周波数シンセサイザ
３０は、プッシュプッシュ発振器１０と位相同期回路３
２により位相同期ループ（ＰＬＬ：Phase Locked Loo
p）を形成しており、プッシュプッシュ発振器１０の発
振動作を安定化させると共に、プッシュプッシュ発振器
１０の逓倍波出力端子Ｔ１から位相同期ループ内の分周
器の分周数によって発振周波数が制御可能となるように
構成されている。

【００４９】この際、プッシュプッシュ発振器１０の第
１及び第２の発振器１１，１２は、半波長共振器１９を
介して分布結合されていることによる注入同期効果によ
り、位相雑音の良い状態で発振する。

【００５０】また位相同期回路３２は、第１及び第２の
発振器１１，１２から出力される目的周波数の２分の１
の基本波両相信号Ｓ１に基づいて動作するので、目的周
波数でＰＬＬ動作させる場合と比較して容易に回路が構
成でき、安定した位相同期処理を行うことができる。

【００５１】かくして以上の構成によれば、第１及び第
２の発振器１１，１２をバイポーラトランジスタＴｒ
１，Ｔｒ２とスタブ１３〜１５，１６〜１８で構成する
と共にこれらを半波長共振器１９を介して分布結合さ
せ、半波長共振器１９の中心から第１及び第２の発振器
１１，１２の発振周波数の２倍の周波数成分を周波数シ
ンセサイザ出力として取り出したことにより、マイクロ
波やミリ波帯において雑音特性に優れた発振信号を形成
し得る簡易な構成の周波数シンセサイザ３０を実現でき
る。

【００５２】また周波数シンセサイザ３０の出力となる
所望信号の２分の１の周波数の信号を基に動作する第１
及び第２の発振器１１，１２及び位相同期ループを構成
すればよく、全体的な回路構成を簡単化できると共に良
好な位相雑音特性を得ることができる周波数シンセサイ
ザ３０を実現できる。

【００５３】さらにバランや合成回路等の特別な変換回
路を付加することなくプッシュプッシュ発振器１０から
目的周波数の２倍波信号及び位相同期ループ用の基本波
両相信号Ｓ１を得ることができる。位相同期ループにつ
いては、基本波両相信号Ｓ１で分周器３１、３３や位相
比較器３４を駆動していることにより、分周器３１，３
３や位相比較器３４を低レベルの入力信号で動作させる
ことができる。この結果、緩衝用の増幅器が不要となり
さらなる回路簡略化が可能となると同時に、両相動作に
よる雑音除去効果により誤動作が防止され雑音特性も改
善される。

【００５４】（実施の形態２）図１との対応部分に同一
符号を付して示す図３において、４０は全体として実施
の形態２のプッシュプッシュ発振器を示す。プッシュプ
ッシュ発振器４０は、図２の周波数シンセサイザ３０の
プッシュプッシュ発振器１０に換えて用いられる。

【００５５】プッシュプッシュ発振器４０は、共振器部
分がリング状に形成されている。そして互いに対向する
２辺が第１の発振器１１のベース側スタブ１３及び第２
の発振器１２のベース側スタブ１６にそれぞれ分布結合
されている。

【００５６】共振器がリング状の一波長共振器４１とな
っているので、実施の形態１のように両端が開放された
半波長共振器１９（図１）を用いる場合と比較して、開
放部分での放射損失や電界集中による導体損失が軽減さ
れるため共振動作によるエネルギー損失が小さくなる。
この結果周波数シンセサイザ３０の発振出力信号の位相
雑音を低くすることができる。

【００５７】また一波長共振器４１の４辺のうちベース
側スタブ１３，１６に分布結合した２辺間には、可変容
量回路２０が接続されている。これにより可変容量回路
２０の制御電圧端子Ｔ２に制御電圧が印加されると、一
波長共振器４１の互いに対称な２点間に制御電圧に応じ
た容量が接続された状態となる。この結果、プッシュプ
ッシュ発振器４０の発振周波数が制御電圧に応じて変化
する。

【００５８】このようにプッシュプッシュ発振器４０で
は、一波長共振器４１に可変容量回路２０を接続したこ
とにより、実施の形態１のように第１及び第２の発振器
１１，１２のベース側スタブ１３，１６間を接続するよ
うに可変容量回路２０を設けた場合と比較して、周波数
制御感度を大きくすることができ、周波数シンセサイザ
の出力可能な周波数範囲を広くすることができる。

【００５９】一波長共振器４１には出力用結合容量Ｃ１
を介して周波数シンセサイザ出力用端子である逓倍波出
力端子Ｔ１が接続されている。逓倍波出力端子Ｔ１は、
可変容量回路２０が接続された２点間の中心、すなわち
一波長共振器４１の基本波に対する仮想接地点に接続さ
れている。これにより逓倍波出力端子Ｔ１からは、第１
及び第２の発振器１１，１２により得られる基本波周波
数の２倍波のみを周波数シンセサイザ出力として取り出
すことができる。

【００６０】かくして以上の構成によれば、両端が開放
された半波長共振器１９（図１）に換えて、リング状の
一波長共振器４１を設けたことにより、実施の形態１の
効果に加えて、位相雑音特性の良好な周波数シンセサイ
ザを実現できる。

【００６１】また一波長共振器４１上の１８０度離れた
２点を接続する位置に可変容量回路２０を設け、制御電
圧により可変容量回路２０の容量を変えることで目的の
周波数シンセサイザ出力を得るようにしたことにより、
大きな周波数制御範囲を有する周波数シンセサイザを実
現できる。

【００６２】なお、一波長共振器４１は、四角形状とし
た例を示したが、円形状や楕円形状としてもベース側ス
タブ１３，１６と分布結合するように配置すれば同様の
効果を得ることができる。

【００６３】（実施の形態３）図１との対応部分に同一
符号を付して示す図４において、５０は全体として実施
の形態３のプッシュプッシュ発振器を示す。プッシュプ
ッシュ発振器５０は、図２の周波数シンセサイザのプッ
シュプッシュ発振器１０に換えて用いられる。

【００６４】プッシュプッシュ発振器５０は、ベース側
スタブ１３，１６の間に、互いに同形状でなる奇数個の
半波長共振器５１，５２，５３が互いに分布結合した状
態で配置されている。そして奇数個の半波長共振器５１
〜５３のうち中心の半波長共振器５２には、出力用結合
容量Ｃ１を介して逓倍波出力端子Ｔ１が接続されてい
る。

【００６５】つまり、逓倍波出力端子Ｔ１の接続位置は
プッシュプッシュ発振器５０全体の対称線上に当たり仮
想接地点となる半波長共振器５２の中心部分に選定され
ている。これにより、プッシュプッシュ発振器５０で
は、第１及び第２の発振器１１，１２の発振周波数に対
して２倍の周波数の発振信号を逓倍波出力端子Ｔ１から
得て、これを周波数シンセサイザ出力として取り出すこ
とができる。

【００６６】以上の構成において、半波長共振器５１〜
５３は第１及び第２の発振器１１，１２のベース側スタ
ブ１３，１６により、順次励振され全体として第１及び
第２の発振器１１，１２は同じ周波数で発振する。

【００６７】そして複数の半波長共振器５１〜５３の中
心の半波長共振器５２からは第１及び第２の発振器１
１，１２の発振周波数すなわち基本波周波数成分は出力
されず、２倍波成分のみが出力される。このとき互いに
分布結合された複数の半波長共振器５１〜５３のフィル
タ効果により、１つの半波長共振器を設けた場合と比較
して一段と位相雑音特性の良い２倍波成分が出力され
る。

【００６８】かくして以上の構成によれば、ベース側ス
タブ１３，１６の間に、互いに同形状でなる奇数個の半
波長共振器５１〜５３を互いに分布結合した状態で配置
したことにより、実施の形態１の効果に加えて、一段と
位相雑音特性の良い周波数シンセサイザを実現できる。

【００６９】（実施の形態４）図１との対応部分に同一
符号を付して示す図５において、６０は全体として実施
の形態４のプッシュプッシュ発振器を示す。プッシュプ
ッシュ発振器６０は図２の周波数シンセサイザのプッシ
ュプッシュ発振器１０に換えて用いられる。

【００７０】プッシュプッシュ発振器６０は、半波長共
振器６１を構成する伝送線路の一部分が他の部分に比べ
て幅広に形成されている。これにより半波長共振器６１
は、特性インピーダンスが部分的に変化した状態とな
る。この結果、半波長共振器６１は基本波の特性に大き
な影響を与えずに、歪みが大きくなる発振条件を得るこ
とができることにより、逓倍波出力端子Ｔ１から出力さ
れる周波数シンセサイザ出力の所望２倍波の出力レベル
を高めることができる。

【００７１】かくして以上の構成によれば、半波長共振
器６１を構成する伝送線路を特性インピーダンスが部分
的に異なるように形成したことにより、実施の形態１の
効果に加えて、一段と大きな周波数シンセサイザ出力を
得ることができる周波数シンセサイザを実現できる。

【００７２】（他の実施の形態）なお上述の実施の形態
３では、半波長共振器を３つ設けた場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、要は第１及び第２の発振器
１１，１２のベース側スタブ１３，１６の間に、互いに
同形状でなる奇数個の伝送線路を互いに分布結合するよ
うに並べて配置し、奇数個の伝送線路のうちの中心の伝
送線路から第１及び第２の発振器１１，１２の発振周波
数に対して２倍波成分を取り出して周波数シンセサイザ
出力とすればよい。

【００７３】また上述の実施の形態４では、半波長共振
器６１を構成する伝送線路の線路幅を一部変えることに
より特性インピーダンスを異なるようにした場合につい
て述べたが、本発明はこれに限らず、例えば共振器下部
の基板誘電率や基板厚さなどを部分的に変えることによ
り特性インピーダンスを異なるものとするようにしても
よい。また上述の実施の形態４とは逆に、半波長共振器
の開放端の特性インピーダンスを低くし、中心部分の特
性インピーダンスを高くすれば、半波長共振器を小型化
することができ、この結果周波数シンセサイザ全体を小
型化できるという効果もある。

【００７４】また上述の実施の形態では、第１及び第２
の発振器１１，１２のエミッタ側スタブ１５，１８から
基本波両相信号Ｓ１を取り出し、この両相信号を分周す
ることにより位相比較のための基本波分周信号Ｓ２を形
成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、
基本波の片相信号のみを取り出して分周することにより
位相比較のための分周信号を形成するようにしてもよ
い。

【００７５】また上述の実施の形態では、線路型共振器
としての半波長共振器１９，５１〜５３，６１又は一波
長共振器４１を第１及び第２の発振器１１，１２のベー
ス側スタブ１３，１６に分布結合させた場合について述
べたが、本発明はこれに限らず、例えばコレクタ側スタ
ブ１４，１７に分布結合させても上述の実施の形態と同
様の効果を得ることができる。

【００７６】また上述の実施の形態では、可変容量回路
２０を、ベース側スタブ１３，１６の間又はリング状の
一波長共振器４１の内部に接続する場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、例えばコレクタ側スタブ１
４，１７間に接続してもよく、要は第１及び第２の発振
器１１，１２を共振器により分布結合したときに互いに
対称となる２点間に接続すればよい。

【００７７】また上述の実施の形態では、発振周波数制
御回路として、図２に示すような位相同期回路３２を設
けることにより周波数シンセサイザ出力を安定化及び変
化させる場合について述べたが、本発明はこれに限ら
ず、要は高安定な基準発振源３５から得られる基準信号
と先端接地スタブ１５，１８から出力される基本波信号
とを比較し、これら２つの信号の周波数の差に応じた電
圧を可変容量回路２０の制御電圧として出力することに
より第１及び第２の発振器１１，１２の発振周波数を制
御できるものであれば、どのような回路構成であっても
よい。

【００７８】また上述の実施の形態では、バイポーラト
ランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を用いた場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、バイポーラトランジスタＴ
ｒ１，Ｔｒ２を電界効果トランジスタに、ベースをゲー
トに、コレクタをドレインに、エミッタをソースにそれ
ぞれ置き換えた場合でも上述の実施の形態と同様の効果
を得ることができる。

【００７９】また上述の実施の形態では、共振器やスタ
ブ素子を伝送線路により構成した場合について述べた
が、具体的にこれらはストリップ線路やマイクロストリ
ップ線路などの通常マイクロ波伝送線路として用いられ
る種々の伝送線路により形成される。また、共振器部分
は誘電体同軸共振器を用いて構成することも可能であ
る。因みに、誘電体同軸共振器を用いた場合には、両端
開放または両端接地の同軸共振器を用いて、第１及び第
２の共振器１１，１２のスタブと分布結合するように共
振器端部の絶縁被膜を取り除いて形成すればよい。

【００８０】また上述の実施の形態では、バラクタダイ
オード２１をバイアスする回路として、抵抗Ｒ１，Ｒ２
を用いた場合について述べたが、本発明はこれに限ら
ず、抵抗Ｒ１，Ｒ２に換えてインダクタを用いても低雑
音のプッシュプッシュ発振器を得ることができることは
明らかである。

【００８１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
周波数シンセサイザの発振器部分を、伝送線路を主要構
成とした互いに同一な２つの発振器と、当該伝送線路に
分布結合した線路型共振器とにより構成し、当該線路型
共振器の中心から第１及び第２の発振器の発振周波数の
２倍の周波数成分を周波数シンセサイザ出力として取り
出したことにより、マイクロ波やミリ波帯において雑音
特性に優れた発振信号を形成し得る簡易な構成の周波数
シンセサイザを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の周波数シンセサイザに用いられる実施
の形態１のプッシュプッシュ発振器の回路構成を示す接
続図

【図２】本発明の周波数シンセサイザの一例を示すブロ
ック図

【図３】本発明の周波数シンセサイザに用いられる実施
の形態２のプッシュプッシュ発振器の回路構成を示す接
続図

【図４】本発明の周波数シンセサイザに用いられる実施
の形態３のプッシュプッシュ発振器の回路構成を示す接
続図

【図５】本発明の周波数シンセサイザに用いられる実施
の形態４のプッシュプッシュ発振器の回路構成を示す接
続図

【図６】従来の周波数シンセサイザの構成を示す接続図

【符号の説明】

１０，４０，５０，６０ プッシュプッシュ発振器 １１，１２ 発振器 １３，１４，１６，１７ 先端開放スタブ １５，１８ 先端接地スタブ １９，５１〜５３，６１ 半波長共振器 ２０ 可変容量回路 ２１ バラクタダイオード ３０ 周波数シンセサイザ ３２ 位相同期回路 ３３ 比較分周器 ３４ 位相比較器 ３５ 基準発信源 ３６ 基準分周器 ４１ 一波長共振器 Ｔ１ 逓倍波出力端子 Ｔ２ 制御電圧端子 Ｔ３，Ｔ４ 位相同期用出力端子 Ｃ１，Ｃ４，Ｃ５ 出力用結合容量 Ｔｒ１，Ｔｒ２ バイポーラトランジスタ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J081 AA11 AA19 BB06 CC07 CC30 DD03 DD19 EE09 EE18 FF05 JJ12 JJ14 KK02 KK09 KK22 LL05 LL07 MM01 5J106 AA01 BB10 CC02 HH01 JJ01 KK12 KK27

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バイポーラトランジスタのベース端子及
   びコレクタ端子にそれぞれ先端開放伝送線路が接続され
   ていると共にエミッタ端子に先端接地伝送線路が接続さ
   れて構成された互いに同一な第１及び第２の発振器と、 前記第１及び第２の発振器の伝送線路に分布結合された
   線路型共振器と、 前記第１及び第２の発振器を前記線路型共振器により分
   布結合したときに互いに対称となる２点間を接続するよ
   うに設けられ、制御電圧により容量が変化する可変容量
   回路と、 高安定な基準発振源から得られる基準信号と前記先端接
   地伝送線路から出力される発振信号を分周した信号とを
   比較し、当該２つの信号の周波数の差に応じた電圧を前
   記可変容量回路の制御電圧として出力することにより前
   記第１及び第２の発振器の発振周波数を制御する発振周
   波数制御回路とを具備し、前記第１及び第２の発振器の
   発振周波数の２倍波成分を前記線路型共振器から取り出
   して周波数シンセサイザ出力とする周波数シンセサイ
   ザ。
2. 【請求項２】 線路型共振器は、 両端開放伝送線路により構成され、一方の開放端部分が
   第１の発振器のベース側伝送線路に分布結合されている
   と共に、他方の開放端部分が第２の発振器のベース側伝
   送線路に分布結合されている請求項１に記載の周波数シ
   ンセサイザ。
3. 【請求項３】 線路型共振器は、 中心部分に容量が接続され、当該容量を介して第１及び
   第２の発振器の発振周波数の２倍波成分を取り出して周
   波数シンセサイザ出力とする請求項２に記載の周波数シ
   ンセサイザ。
4. 【請求項４】 線路型共振器は、 リング状の伝送線路により構成され、互いに対向する２
   辺が第１の発振器のバイポーラトランジスタのベース端
   子に接続された伝送線路及び第２の発振器のバイポーラ
   トランジスタのベース端子に接続された伝送線路にそれ
   ぞれ分布結合されている請求項１に記載の周波数シンセ
   サイザ。
5. 【請求項５】 線路型共振器は、 第１の発振器のバイポーラトランジスタのベース端子に
   接続された伝送線路と第２の発振器のバイポーラトラン
   ジスタのベース端子に接続された伝送線路との間に、互
   いに同形状でなる奇数個の伝送線路を互いに分布結合す
   るように並べて配置することにより構成され、 当該奇数個の伝送線路のうちの中心の伝送線路から第１
   及び第２の発振器の発振周波数の２倍波成分を取り出し
   て周波数シンセサイザ出力とする請求項１に記載の周波
   数シンセサイザ。
6. 【請求項６】 可変容量回路を、線路型共振器の互いに
   対称となる２点間に接続した請求項１から請求項５のい
   ずれかに記載の周波数シンセサイザ。
7. 【請求項７】 線路型共振器は特性インピーダンスが部
   分的に異なるように形成されている請求項１から請求項
   ６のいずれかに記載の周波数シンセサイザ。
8. 【請求項８】 発振周波数制御回路は、 先端接地伝送線路から出力される互いに逆相の発振信号
   を分周する第１の分周回路と、 高安定な基準発振源からの基準発振信号を分周する第２
   の分周回路と、 第１及び第２の分周回路の出力の位相を比較することに
   より、第１及び第２の分周回路から出力される２つの信
   号の周波数の差に応じた電圧を前記制御電圧として出力
   する位相比較回路とを具備する請求項１から請求項７の
   いずれかに記載の周波数シンセサイザ。
9. 【請求項９】 第１及び第２の発振器それぞれの先端接
   地伝送線路に出力用結合容量を接続し、当該出力用結合
   容量を介して第１及び第２の発振器から容量結合して取
   り出した位相が互いに１８０度反転した両相の発振信号
   を、発振周波数制御回路内の分周回路の入力とした請求
   項１から請求項８のいずれかに記載の周波数シンセサイ
   ザ。
10. 【請求項１０】 バイポーラトランジスタを電界効果ト
    ランジスタに、ベースをゲートに、コレクタをドレイン
    に、エミッタをソースにそれぞれ置き換えた請求項１か
    ら請求項９のいずれかに記載の周波数シンセサイザ。