JP2003101345A - 周波数シフト型電圧制御発振回路 - 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
シフト型電圧制御発振回路を提供する。 【解決手段】本発明のシフト回路Ｓは、前記共振回路部
に負性抵抗回路部の前段部分に配置されている。そし
て、シフト回路ＳはスイッチングダイオードＤｉと該ス
イッチングダイオードＤｉの一端に供給されるシフト制
御信号端子Ｖｓを有し、スイッチングダイオードＤｉの
オン時には誘導性成分を用いて、オフ時には容量成分を
用いて共振周波数帯域を２つの領域のいずれかに選択す
ることができる周波数シフト型電圧制御発振回路であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明が属する技術分野】本発明は、発振出力の周波数
を２つの周波数領域に切り換えることができるシフト型
電圧制御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、例えは゛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Ｐ
ＬＬ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３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Ｃ１〜Ｃ４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。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（シフト）させることが提案
されている。 【０００８】図４は、図３の電圧制御発振回路に共振周
波数を切り替えるシフト回路を備えた電圧制御発振回路
の共振回路部を示す。図３に示すストリップ線路ＳＬを
２分して、ストリップ線路ＳＬｓを設け、このストリッ
プ線路ＳＬｓと並列になるようにスイッチングダイオー
ドＤｉを配置していた。具体的には、ストリップ線路Ｓ
Ｌと第２のストリップ線路ＳＬとの接続点に、コンデン
サＣ１２、抵抗Ｒ４を介してシフト制御端子Ｖｓを設
け、また、コンデンサＣ１２、抵抗Ｒ４との接続点と、
グランド電位との間にスイッチングダイオードＤｉ、コ
ンデンサＣ１３を配置していた。尚、スイッチングダイ
オードのカソード側がコンデンサＣ１３を介してグラン
ド電位に接続されていた。 【０００９】図４において、シフト制御端子よりスイッ
チングダイオードＤｉをON／OFF動作するシフト電圧を
供給する。これにより、ストリップ線路ＳＬの電気長
が、ストリップ線路ＳＬｓ（スイッチングダイオードＤ
ｚがＯＮ状態）となる場合と、ストリップ線路ＳＬと第
２のストリップ線路ＳＬｓとが合成された（スイッチン
グダイオードＤｚがＯＦＦ状態）場合とになる。 【００１０】即ち、ＬＣ共振回路のインダクタンス成分
を切り替えて、共振周波数の段階的な制御を行ってい
る。 【００１１】また、可変容量ダイオードＤＶ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
は、可変容量ダイオードＤＶが誘導性で動作するため、
この可変容量ダイオードＤＶに、上述の図４二市召すシ
フト回路を付加することもあった。 【００１２】 【発明が解決しようとする課題】いずれにしても、従来
は、第２のストリップ線路ＳＬｓを設け、この第２のス
トリップ線路ＳＬｓのインダクタ成分を、共振回路にイ
ンダクタ成分に合成するか、合成しないかでもって、共
振回路の共振周波数を制御して、発振周波数の周波数帯
域を高い周波数帯域での発振と低い周波数帯域での発振
としていた。 【００１３】しかし、このようなシフト回路でもの最も
大きな問題は、周波数シフト前後の発振周波数帯で、各
々の発振出力特性に偏差が発生するものである。例え
ば、発振出力が周波数帯で同等となる特性が望ましい
が、シフト回路の影響により同等の特性を出力させるこ
とは非常に困難であった。 【００１４】また、発振回路を構成するストリップ線路
などの形成の差異、例えば、ストリップ線路は、誘電体
から基板の表面や内部に形成される。しかも、通常、銅
などの高周波特性に優れた金属をベースとした導電性ペ
ーストを用い、回路定数に応じた所定形状の導体膜でス
トリップ線路としていた。このため、導電性ペーストを
誘電体基板の一部に印刷する際、印刷位置ずれや導電性
ペーストのにじみなどが伴い、設定どおりの特性が得ら
れない。この場合、誘電体基板の表面にスタブ導体を形
成しレーザートリミングなどによって修正していた。従
って、ストリップ線路の特性の管理が困難であり、スタ
ブ導体を形成するため基板が大型化してしまう。 【００１５】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、発振出力の複数の周波数帯域
で特性の差異の影響が非常に小さくし、小型な周波数シ
フト型電圧制御発振回路を提供することにある。 【００１６】 【課題を解決するための手段】本発明は、共振素子また
はマイクロ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、外部電圧で共振周波数を制御する役割
を持つ共振回路部と、前記共振回路部の共振周波数帯域
を２つの領域のいずれかに選択する周波数シフト回路部
と、前記共振回路部及びシフト回路部で制御された共振
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電圧
制御発振回路において、前記周波数シフト回路部は、前
記共振回路部に並列的に配置されるスイッチングダイオ
ードと、該スイッチングダイオードの一端に供給される
シフト制御電圧端子を有し、スイッチングダイオードの
オン時には誘導性成分を用いて、オフ時には容量成分を
用いて共振周波数帯域を２つの領域のいずれかに選択す
ることを特徴とする周波数シフト型電圧制御発振回路で
ある。 【００１７】 【作用】本発明において、スイッチングダイオードをＯ
ＦＦにするようなシフト電圧をスイッチングダイオード
に供給すると、スイッチングダイオードはオフ容量成分
を有する。この容量と共振回路のコンデンサ（Ｃ3）の
容量との合成容量で、共振回路が動作する。この時、共
振回路の容量とシフト回路で構成される容量成分とが互
いに並列関係となる。 【００１８】また、スイッチングダイオードをＯＮとす
るようなシフト電圧を供給すると、スイッチングダイオ
ードでは、オンインダクタ成分、オン抵抗成分を有す
る。このオンインダクタ成分が付加されて共振回路が動
作する。この時、このインダクタ成分（オン抵抗成分）
とストリップ線路のインダクタ成分とが互いに並列関係
となる。 【００１９】そして、スイッチングダイオード単体のイ
ンピーダンスを利用して周波数帯域を切り替えることが
可能となる。特に、シフト回路のインピーダンス成分
（オン抵抗成分）が共振回路に並列であるため、スイッ
チングダイオードのＯＮ／ＯＦＦとの差によるインピー
ダンス成分の特性偏差を小さくすることになり、共振回
路部の特性差が生じなくなる。このことは、電圧制御発
振器の発振周波数帯域を切り替えても特性差が生じるこ
とがなく安定した発振信号を得られる。 【００２０】また、シフト回路にストリップ線路を有し
ていないため、製造時の印刷ずれや導電性ペーストのに
じみなどによる特性誤差を少なくすることができる。 【００２１】 【発明の実施の形態】以下、本発明の周波数シフト型圧
制御発振回路を図面に基づいて詳説する。 【００２２】図１は、本発明の周波数シフト型電圧制御
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、各種フィルタ部などが多層回路基板
の内部及び表面に形成される。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以外に、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が実装され、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。 【００２３】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１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。 【００２４】このような高周波部品１０に形成された周
波数シフト型電圧制御発振回路は、図２に示すような回
路をとなっている。 【００２５】図２の周波数シフト型電圧制御発振回路
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が対応できとる電圧制御発振回路である。例えば、
シフト前後の高い周波数領域帯域の発振周波数と低い周
波数領域帯域とを一部重複させるようにして、連続的な
外部制御電圧を供給することにより広い周波数帯域で連
続的な発振周波数の制御が可能となる。 【００２６】図２において、Ｘは共振回路部であり、Ｙ
は負性抵抗回路部であり、Ｚは増幅回路部である。尚、
負性抵抗回路部Ｙ及び増幅回路部Ｚの構成は、例えば、
図３に示す回路構成が例示でき、ここでは省略する。 【００２７】共振回路部Ｘは、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、Ｃ２、Ｃ
３、Ｃ４、インダクタ素子Ｌ１とから成る。図３の場合
には、ストリップ線路ＳＬが可変容量ダイオードＤＶに
対して並列的に接続されている。 【００２８】図２の発振回路の共振回路では、可変容量
ダイオードＤＶの容量成分と、コンデンサＣ３の容量成
分とで共振回路の容量成分を形成し、ストリップ線路Ｓ
Ｌのインダクタ成分で共振回路のインダクタ成分を形成
し、両者でＬＣ共振回路を構成する。 【００２９】例えば、発振周波数が可変容量ダイオード
ＤＶの自己共振周波数以上の場合には、可変容量ダイオ
ードＤＶは誘導性で動作するため、ストリップ線路ＳＬ
を可変容量ダイオードＤＶに対して直列的に配置するこ
とが望ましい。 【００３０】このような共振回路部には、発振周波数の
周波数帯を切り換えるシフト回路Ｓが付加されている。
このシフト回路Ｓは、結合コンデンサＣ４の直前に配置
され、共振回路とシリーズに接続されている。そして、
このシフト回路Ｓは、スイッチングダイオードＤｉとコ
ンデンサＣｓ１と抵抗Ｒｓ１とから構成されている。例
えば、ストリップ線路ＳＬの一端（負性抵抗回路部Ｙ側
の端部）と、グランド電位との間に、コンデンサＣｓ
１、スイッチングダイオードＤｉとが配置されている。
尚、スイッチングダイオードＤｉのカソード側はグラン
ド電位に接続されている。そして、このコンデンサＣｓ
１とスイッチングダイオードＤｉとの間には、抵抗Ｒｓ
１を介してシフト制御端子Ｖｓが配置されている。 【００３１】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
２とから構成されている。 【００３２】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。 【００３３】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。 【００３４】図２の周波数シフト型電圧制御発振回路に
おいて、シフト制御端子Ｖｓに、スイッチングダイオー
ドをＯＦＦにするようなシフト電圧をスイッチングダイ
オードに供給すると、スイッチングダイオードはオフ容
量成分を有する。この容量成分と共振回路のコンデンサ
（Ｃ3）の容量との合成容量で、共振回路が動作する。
この時、共振回路の容量とシフト回路で構成される容量
成分とが互いに並列関係となり、全体の容量成分は単純
加算の容量成分となる（実際には、直流制限用コンデン
サＣｓ１があるため、Cｓ１を無視すれば）。 【００３５】また、スイッチングダイオードをＯＮとす
るようなシフト電圧を供給すると、スイッチングダイオ
ードでは、オンインダクタ成分、オン抵抗成分を有す
る。このオンインダクタ成分が付加されて共振回路が動
作する。この時、このインダクタ成分（オン抵抗成分）
とストリップ線路のインダクタ成分とが互いに並列関係
となる。図２において、ストリップ線路ＳＬとオンイン
ダクタンス成分の合成は、両者が同一値の時に最大とな
るように合成されることになる。 【００３６】そして、スイッチングダイオード単体のイ
ンピーダンスを利用して周波数帯域を切り替えることが
可能となる。特に、シフト回路のインピーダンス成分
（オン抵抗成分）が共振回路に並列であるため、スイッ
チングダイオードのＯＮ／ＯＦＦとの差によるインピー
ダンス成分の特性偏差を小さくすることになり、共振回
路部の特性差が生じなくなる。このことは、電圧制御発
振器の発振周波数帯域を切り替えても特性差が生じるこ
とがなく安定した発振信号を得られる。 【００３７】また、本発明のシフト回路Ｓは、スイッチ
ングダイオードＤｉで構成さられているため、従来のよ
うにストリップ線路ＳＬｓを用いていないため、多層基
板１１にストリップ線路ＳＬを形成する際に発生する印
刷ずれや導電性ペーストのにじみなどなどが皆無とな
る。これにより、シフト回路での特性のバラツキ誤差を
最小限に抑えることができる。 【００３８】 【発明の効果】以上のように、本発明では発振出力の複
数の周波数帯域で特性の差異の影響が非常に小さくし、
小型な周波数シフト型電圧制御発振回路となる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の周波数シフト型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電圧制御発振回路の回
路図である。 【図３】従来の電圧制御発振回路の回路図である。 【図４】従来の周波数シフト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 Ｄｉ スイッチングダイオード Ｓ シフト回路 ＶＳ シフト制御端子

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 共振素子またはマイクロストリップ線路
   と可変容量ダイオードとコンデンサとを含み、可変容量
   ダイオードに印加される外部電圧により所定共振周波数
   に制御する共振回路部と、 前記共振周波数を２つの周波数帯域のいずれかに移行さ
   せる周波数シフト回路部と、 前記共振回路部及びシフト回路部で制御された共振周波
   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電圧制御発振回路において、 前記周波数シフト回路部は、前記共振回路部に並列的に
   配置されるスイッチングダイオードと、該スイッチング
   ダイオードの一端に供給されるシフト制御電圧端子を有
   し、スイッチングダイオードのオン時には誘導性成分を
   用いて、オフ時には容量成分を用いて共振周波数帯域を
   ２つの領域のいずれかに選択することを特徴とする周波
   数シフト型電圧制御発振回路。