JP2003101344A - 周波数シフト型高周波電圧制御型発振回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、出力レベルの変動の少ない周波数
シフト型高周波電圧制御発振回路を提供する。 【解決手段】本発明は、可変容量ダイオードＤｖのアノ
ードをグランド電位に接続するとともに、前記アノード
と接地との間に、シフト用ストリップ線路ＳＬ５、該シ
フト用ストリップ線路ＳＬ５に並列接続し、且つその一
端にシフト電圧か供給されるスイッチングダイオードＤ
ｉ１から成るシフト回路部Ｓ１と、同様の構成のシフト
回路Ｓ２を多段に配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば複数種類の
周波数帯域の発振周波数を切り替えることができる周波
数シフト型高周波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。世界の移動
体通信機は幾つかのシステムに分かれているが、ワール
ドホーン化が進み、デュアルシステム、トリプルシステ
ム対応の移動体通信機器が増えてきている。しかし、マ
ルチシステム化はその分部品点数も増え、『容積の増
加』『コストアップ』と言った問題は避けられない。移
動体通信機器メーカーはその問題を解決しようと検討を
行っている。現在その一つの解決法として主流になりつ
つあるのが『ダイレクトコンバージョン方式』である。
これは、移動体通信機器の通信方式において、従来『ス
ーパーヘテロダイン方式』と呼ばれ受信回路において受
信波を一旦中間周波数に落としてから音声信号に変換を
行う方式に対して、受信波から直接音声信号に変換を行
う方式である。ベースバンドICの発達によりその方式が
可能となった。これにより部品削減が可能となる。ま
た、この方式はマルチシステム対応の回路には大きな効
果を示す。この『ダイレクトコンバージョン方式』は、
電圧制御発振器に関しては送受信用発振器が一つでまか
なえるため、より効果的である。マルチシステムの場
合、『ダイレクトコンバージョン方式』で採用される電
圧制御発振器は、電圧制御発振器では高周波の領域であ
る、例えば３ＧＨｚ帯の電圧制御発振器が主流になりつ
つある。

【０００３】しかし、この電圧制御発振器の特徴は周波
数が高いということに加えて、周波数範囲が非常に広く
約４００ＭＨｚ必要としている。これはデュアルシステ
ム対応を例に取った場合で、これがトリプルまたそれ以
上となった場合は、周波数範囲は更に広がっており、電
圧制御発振器の発振周波数を制御する制御電圧感度が高
くなりつつある。この制御電圧感度が高くなると周波数
をロックさせる電圧制御発振器周辺のPLL回路の設計が
非常に困難となってくるのである。感度が非常に高いた
め周波数をロックさせるのに非常に時間を有してしまい
端末上問題が生じるため、また、ＰＬＬ−ＩＣにて対応
する制御電圧感度の範囲に限界があるため、改善が出来
ない。このように周波数範囲をカバーしつつ、安定した
ＰＬＬ回路を構成する為、周波数制御感度を低く設定す
る為、周波数シフト機能を有した高周波電圧制御発振器
が必要である。

【０００４】まず、一般の発振回路、例えば、電圧制御
発振回路を図４で説明する。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Ｃ２とから成る共振回
路を含み、前記可変容量ダイオードＤＶに外部制御電圧
ＶＴを供給して共振周波数を制御する共振回路部Ｘと、
共振回路部Ｘの共振周波数に基づいて発振信号を出力す
る発振用トランジスタＴｒ１、抵抗Ｒ１〜Ｒ2、コンデ
ンサＣ５〜Ｃ７を含む負性抵抗回路部Yと、発振信号を
増幅する増幅用トランジスタＴｒ２、抵抗Ｒ３、コンデ
ンサＣ８〜Ｃ１１、インダクタンス素子Ｌ２を含む増幅
回路部Zとから構成されている。

【０００５】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
接地させるコルピッツ回路を用いて、発振条件を成立さ
せている。共振回路部Ｘを結合コンデンサで負性回路部
と接続して発振させる。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。

【０００６】この電圧制御発振回路では、可変容量ダイ
オードＤＶの可変範囲内での共振周波数、ひいては発振
周波数を所定の範囲で制御ができる。

【０００７】このような電圧制御発振回路の発振周波数
を２種類の発振出力を得るため、また、発振出力の周波
数可変範囲を広げるため共振回路のインダクタンス成分
や容量成分を段階的に変化させることが提案されてい
る。

【０００８】図５は、図４の電圧制御発振回路に共振周
波数を切り換えるシフト回路部を備えた電圧制御発振回
路の共振回路部を示す。図５に示すシフト回路は、例え
ば、可変容量ダイオードＤＶとグランド電位との間にシ
フト用ストリップ線路ＳＬｓを配置し、また、このスト
リップ線路ＳＬｓと並列にスイッチングダイオードＤｉ
を配置していた。尚、スイッチングダイオードＤｉのア
ノードは、ストリップ線路ＳＬｓの可変容量ダイオード
ＤＶのアノード側に接続するとともに、同時に、してバ
イアス抵抗Ｒｓを介してシフト制御信号が供給されるシ
フト端子ＶＳが接続されている。また、スイッチングダ
イオードＤｉのカソードはコンデンサＣｓを介してグラ
ンド電位に接続さていた。

【０００９】このような電圧制御発振回路は、例えば、
発振周波数が可変容量ダイオードＤＶやスイッチングダ
イオードＤｉの自己共振周波数以上、例えば３ＧＨｚ以
上の発振出力の場合に適用される高周波電圧制御発振回
路である。

【００１０】このスイッチングダイオードＤｉのＯＮ／
ＯＦＦ動作により、スイッチングダイオードＤｉがＯＮ
動作で誘導性となり、ストリップ線路ＳＬｓにインダク
タンス成分が付加されることになり、結果として、共振
回路のインダクタンス成分が大きく変動して、共振周波
数の切り換えが可能となる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、発振出力にお
いて、ますます高周波化と、発振周波数の広帯域化が求
められ、図５に示す周波数シフト型電圧制御発振回路で
は限界があった。

【００１２】本発明は、上述の問題に鑑みて案出された
ものであり、その目的は、発振周波数の広帯域化に対応
できる周波数シフト型高周波電圧制御型発振回路を提供
することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、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、前
記可変容量ダイオードに供給する外部制御電圧により前
記可変容量ダイオードの誘導成分を調整して共振周波数
を制御する共振回路部と、前記共振回路部の共振周波数
に基づいて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、発振信号を増幅するトランジスタ
を含む増幅回路部とから成る周波数シフト型高周波電圧
制御発振回路であって、前記可変容量ダイオードのアノ
ードと接地との間に、シフト用ストリップ線路と、該シ
フト用ストリップ線路に並列接続し、且つその一端にシ
フト電圧信号が供給されるスイッチングダイオードから
成るシフト回路部が複数多段に配置されていることを特
徴とする周波数シフト型高周波電圧制御型発振回路であ
る。

【００１４】

【作用】本発明では、発振周波数が高周波領域では可変
容量ダイオードは、誘導性として動作する。そして、共
振回路のインダクタ成分は、ストリップ線路、可変容量
ダイオード、複数のシフト用ストリップ線路となり、ま
た、容量成分は固定的なコンデンサとから構成される。
そして、複数のシフト用ストリッフ線路は、夫々スイッ
チングダイオードと並列的に接続されている。従って、
シフト回路部のスイッチングダイオードをＯＮ状態と、
ＯＦＦ状態とでは、シフト回路部のストリップ線路、ス
イッチングダイオード、直流制限コンデンサのインピー
ダンスを変化させて共振回路の共振周波数を段階的に変
化させることができる。

【００１５】しかも、このシフト回路部を複数多段に配
置されているので、シフト回路部の動作（スイッチング
ダイオードのＯＮＯＦＦの切り換え動作）によって、少
なくとも３種類以上のシフト周波数が得られる。そし
て、外部の制御電圧の供給により、発振出力の発振周波
数帯を少なくとも３つの周波数帯域とすることができ
る。例えば、これらの３つの周波数帯域の端部を、他の
周波数帯域の端部と重複させるようにすれは、結果とし
て、広い周波数帯域で外部の制御電圧の制御により、連
続または微小の変化分で可変できる発振出力が得られ
る。

【００１６】また、各シフト回路部は、ストリップ線路
とスイッチングダイオードとが並列に接続されている。
シフト前後の出力特性偏差の要因である抵抗成分は、互
いに並列接続されているため、スイッチングダイオード
がもつＯＮ抵抗成分が見かけ上小さくなり、スイッチン
グダイオードのＯＮ−ＯＦＦ時における特性偏差は小さ
くなる。従って、発振周波数のシフトさせる前後の発振
特性においては、特に出力レベルで差異が発生しにくい
ものとなる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の周波数シフト型高
周波電圧制御発振回路を図面に基づいて詳説する。

【００１８】図１は、本発明の周波数シフト型高周波電
圧制御発振回路を組み込んだ高周波部品である。即ち、
高周波部品１０は、周波数シフト型高周波電圧制御発振
回路以外に例えば、通信回路の受信回路や通信回路の送
信回路、アンテナスイッチ回路、各種フィルタ回路など
を多層基板の内部及び表面にわたって形成される。図１
において、多層基板１１の表面にはインダクタ導体、ス
トリップ線路を含む所定ランドパターン、表面配線パタ
ーン１２が形成され、さらに、電圧制御発振器や他の回
路を構成するスイッチングダイオード、バリキャップダ
イオード、抵抗などの回路構成部品１３が形成され、多
層基板の内部には、図示していないが、内部配線パター
ン、ビアホール導体以外に、各種コンデンサを構成する
容量電極やインダクタ導体となるストリップ線路、マイ
クロストリップ線路、グランド電位導体膜が形成されて
いる。

【００１９】このような多層基板１１の端面には、各種
回路の端子となる端子電極１４が形成されている。この
端子電極１４は、電源電圧端子、グランド電位端子、制
御電圧端子、シフト制御端子などを具備する。尚、多層
基板１１に形成した各種回路、また各回路の多層基板内
での接続によって、例えばアンテナ端子電極、受信信号
出力端子、送信信号入力端子などが付加する。

【００２０】このような多層回路基板１１に形成される
本発明の周波数シフト型高周波電圧制御型発振回路を図
２に示す。尚、共振回路部Ｘは、受信回路の制御ICにダ
イレクコンバージョンタイプICを用いることができるよ
うに、高周波電圧制御発振回路となっており、しかも、
幅広い周波数範囲で可変できるようになっている。ま
た、共振回路部Ｘに接続される負性抵抗回路部及び増幅
回路部は、図４と同様の構成が例示できるため、図２で
はこれらの回路部をブロック図で記載している。

【００２１】図２に示す共振回路部Ｘは、ストリップ線
路ＳＬ３と、誘導性で動作する可変容量ダイオードＤＶ
と、コンデンサＣ１、Ｃ３、Ｃ４、インダクタ素子Ｌと
から共振回路と、ストリップ線路ＳＬ５、スイッチング
ダイオードＤｉ１、コンデンサＣ１５、抵抗Ｒ５からな
る第１のシフト回路部Ｓ１と、ストリップ線路ＳＬ６
７、スイッチングダイオードＤｉ２、コンデンサＣ１
６、抵抗Ｒ６からなる第２のシフト回路部Ｓ２とから構
成されている。

【００２２】例えば、第１のシフト回路部Ｓ１は、共振
回路を構成する可変容量ダイオードＤＶのアノードとグ
ランド電位との間にストリップ線路ＳＬ５が配置されて
おり、可変容量ダイオードＤＶとストリップ線路ＳＬ５
との接続点ＡからコンデンサＣ１５、抵抗Ｒ５を介して
シフト制御端子Ｖｓ１（尚、便宜上、シフト電圧も符号
Ｖｓ１を付す）が設けられている。また、コンデンサＣ
１５と抵抗Ｒ５との接続点とグランド電位との間、即
ち、ストリップ線路ＳＬ５と並列関係になるようにスイ
ッチングダイオードＤｉ１が配置されている。

【００２３】また、第２のシフト回路部Ｓ２は、第１の
シフト回路部Ｓ１のストリップ線路ＳＬ５のグランド電
位側の端部とグランド電位との間にストリップ線路ＳＬ
６が配置されており、ストリップ線路ＳＬ５とストリッ
プ線路ＳＬ６の接続点ＢからコンデンサＣ１６、抵抗Ｒ
６を介してシフト制御端子Ｖｓ２（尚、便宜上、シフト
電圧も符号Ｖｓ２を付す）が設けられている。また、コ
ンデンサＣ１６と抵抗Ｒ６との接続点とグランド電位と
の間、即ち、ストリップ線路ＳＬ６と並列関係になるよ
うにスイッチングダイオードＤｉ２が配置されている。

【００２４】即ち、共振回路の可変容量ダイオードＤＶ
とグランド電位との間には、第１のシフト回路部Ｓ１、
第２のシフト回路部Ｓ２とが多段に接続されている。
尚、図２では、シフト回路が２段に配置された例であ
る。

【００２５】負性抵抗回路部Ｙは、図３に示すように、
発振用トランジスタＴｒ１、各種コンデンサＣ５〜Ｃ
７、各種抵抗Ｒ１〜Ｒ２とから構成されている。

【００２６】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〜Ｃ１１、抵抗Ｒ３、イン
ダクタンス素子Ｌ２とから構成されている。

【００２７】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、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のべ一スに共振
回路部Ｘを、結合コンデンサ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。

【００２８】ここで、ストリップ線路ＳＬ3の形成の際
に、導体膜の位置ずれやにじみなどによって設計時の所
期特性が若干変動したとしても、この電位差の設定をス
トリップ線路ＳＬ５とストリップ線路ＳＬ６の変動を調
整するような値に設定すればよい。即ち、ストリップ線
路ＳＬ５とストリップ線路ＳＬ６に、特性を機械的に調
整するスタブ導体を形成し、このスタブ導体またはスト
リップ線路ＳＬ５とストリップ線路ＳＬ６をレーザー光
線の照射による一部焼失させる微調整工程が全く不要と
なる。

【００２９】本発明において、発振周波数である約３Ｇ
Ｈｚなどの高周波領域では可変容量ダイオードＤｖは誘
導性として動作する。従って、共振回路のインダクタン
ス成分は、ストリップ線路ＳＬ３、誘導性で動作する可
変容量ダイオードＤＶのインダクタンス成分、シフト回
路部Ｓ１のストリップ線路ＳＬ５、シフト回路部Ｓ２の
ストリップ線路ＳＬ６の合成であり、容量成分はコンデ
ンサＣ３となる。

【００３０】シフト電圧Ｖｓ１、Ｖｓ２として、スイッ
チングダイオードＤｉ１、Ｄｉ２を夫々ＯＮ状態とする
電圧を供給した場合、図３（ａ）のようにスイッチング
ダイオードＤｉ１、Ｄｉ２は、３ＧＨｚ帯での単体のイ
ンピーダンスは誘導性であり、オン抵抗Ｄｉ１Ｒ、Ｄｉ
２Ｒ、オンインダクタンス成分Ｄｉ１Ｌ、Ｄｉ２Ｌを有
する。

【００３１】従って、図３（ａ）における２つのシフト
回路の合成インダクタンス成分は、点Ｂからみた第２の
シフト回路での合成インダクタンス（第２のストリップ
線路ＳＬ６とスイッチングダイオードＤｉ２のオンイン
ダクタ成分Ｄｉ２Ｌの合成）と、点Ａからみたシフト回
路Ｓ１のストリップ線路ＳＬ５のインダクタンス成分と
が互いに合成され、さらに、この合成されたインダクタ
成分に並列関係のスイッチングダイオードＤｉ１のオン
インダクタンス成分Ｄｉ１Ｌが合成されることになる。

【００３２】これ対して、シフト電圧Ｖｓ１、Ｖｓ２と
して、スイッチングダイオードＤｉ１、Ｄｉ２を夫々Ｏ
ＦＦ状態とする電圧を供給した場合、図３（ｂ）のよう
にスイッチングダイオードＤｉ１、Ｄｉ２は、夫々端子
間容量Ｄｉ１Ｃ、Ｄｉ２Ｃを有する。従って、例えば、
シフト回路部Ｓ１において、第２のストリップ線路ＳＬ
５とスイッチングダイオードＤｉ１と直流制限用コンデ
ンサＤｉ１Ｃとの合成インピーダンスは、スイッチング
ダイオードＤｉ１のオフ容量Ｄｉ１Ｃが微小であるた
め、３ＧＨｚ帯でのインピーダンスは誘導性として振る
舞うことになる。シフト回路部Ｓ２についても同様であ
る。

【００３３】このシフト電圧のオン状態とオフ状態によ
るシフト回路Ｓ１、Ｓ２のインピーダンスの変化を利用
して、周波数帯域を切り替えることが可能であり、変化
量はスイッチングダイオードのインピーダンスにて任意
に設計することが可能である。

【００３４】上述の説明では、シフト回路部Ｓ１のスイ
ッチングダイオードＤｉ１をＯＮ状態及びシフト回路部
Ｓ２のスイッチングダイオードＤｉ２をＯＮ状態とした
例と、スイッチングダイオードＤｉ１をＯＦＦ状態及び
スイッチングダイオードＤｉ２をＯＦＦ状態とした例を
説明したが、一方のシフト回路部のスイッチングダイオ
ードのみをＯＮ状態として、他方のシフト回路部のスイ
ッチングダイオードをＯＦＦ状態とした場合で、合計４
つの組み合わせがある。即ち、２段を組み合わせただけ
で、４種類のシフト量が得られ、３段では８種類のシフ
ト量を得ることができる。

【００３５】このように簡単な構成で、多数のシフト量
を得ることができるため、夫々のシフト時に外部から可
変容量ダイオードＤＶに供給する外部制御電圧を連続ま
たは実質的に連続した電圧を供給することにより、発振
出力の周波数帯域を複数の離散することができる。この
ことは、通信システムの送受信信号の周波数帯域が相違
するデュアルタイプやトリプルタイプの受信回路用の電
圧制御発振回路として適用できる。また、複数の発振周
波数帯域を互いにその一部が重複するようにシフト回路
の回路定数を変えることくにより、非常に広い発振周波
数が得られ、これにより、例えば、ダイレクトコンバー
ジョン方式のＩＣ用の局発振回路として非常に好適とな
る。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、共振回
路の可変容量ダイオードとグランド電位との間に、スト
リップ線路とスイッチングダイオードとが並列に接続さ
れてなる複数のシフト回路部を多段に配置した。これに
より、発振周波数帯を３つ以上の周波数帯に切り替える
ことができ、常に安定した発振出力が得られるものとな
る。これにより、高周波対応で且つ広い周波数可変範囲
の発振出力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の周波数シフト型高周波電圧制御発振回
路を具備した高周波部品の外観斜視図である。

【図２】本発明の周波数シフト型高周波電圧制御発振回
路のシフト回路を備えた共振回路部の回路図である。

【図３】本発明の周波数シフト型高周波電圧制御発振回
路のシフト回路部分の等価回路であり、（a）は、スイ
ッチングダイオードがともにオン状態での等価回路図で
あり、(b)は、スイッチングダイオードがともにOFF状態
での等価回路図である。

【図４】典型的な高周波型電圧制御発振回路の回路図で
ある。

【図５】従来の周波数シフト型高周波型電圧制御発振回
路の共振回路部の回路図である。

【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 ＤＶ 可変容量ダイオード Ｓ１ 第１のシフト回路部 ＳＬ５ ストリップ線路 Ｄｉ１ スイッチングダイオード Ｓ２ 第２のシフト回路部 ＳＬ６ ストリップ線路 Ｄｉ２ スイッチングダイオード ＶＳ１ 第１のシフト電圧 ＶＳ２ 第２のシフト電圧

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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、前記可変容量ダイオードに供
   給する外部制御電圧により前記可変容量ダイオードの誘
   導成分を調整して共振周波数を制御する共振回路部と、 前記共振回路部の共振周波数に基づいて発振信号を出力
   する発振用トランジスタを含む負性抵抗回路部と、 発振信号を増幅するトランジスタを含む増幅回路部とか
   ら成る周波数シフト型高周波電圧制御発振回路であっ
   て、 前記可変容量ダイオードのアノードと接地との間に、シ
   フト用ストリップ線路と、該シフト用ストリップ線路に
   並列接続し、且つその一端にシフト電圧信号が供給され
   るスイッチングダイオードから成るシフト回路部が複数
   多段に配置されていることを特徴とする周波数シフト型
   高周波電圧制御型発振回路。
2. 【請求項２】前記スイッチングダイオードの他端が接地
   されていること特徴とする請求項1記載の周波数シフト
   型高周波電圧制御発振回路。