JP2003179431A - 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型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、周波数シフト用ストリップ線路ＳＬ
２、該周波数シフト用ストリップ線路ＳＬ２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Ｄｉ１から成るシフト回路部Ｓ１と、同様
の構成のシフト回路Ｓ２を多段に並列配置した。

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、これがトリプルバンドまた
それ以上となった場合は、周波数範囲は更に広がってし
まう。また、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Ｐ
ＬＬ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、ＰＬ
Ｌ−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。 【０００４】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。 【０００５】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。 【０００６】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。 【０００７】そして、この発振信号は増幅回路部Ｚの増
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。 【０００８】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。 【０００９】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。 【００１０】図５は、図４の電圧制御発振回路の共振回
路部のみを示すものであり、共振周波数を切り換えるシ
フト回路部Ｓを備えている。図５に示すシフト回路部Ｓ
は、例えば、可変容量ダイオードＤＶとグランド電位と
の間に周波数シフト用ストリップ線路ＳＬｓを配置し、
この周波数シフト用ストリップ線路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ＳＬ
ｓ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、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制御端子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。 【００１１】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型発振
回路である。 【００１２】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。 【００１３】 【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では
限界があった。 【００１４】また、従来における図６に示すように、４
帯域シフト型高周波電圧制御型発振回路は、シフト回路
部Ｓ１、Ｓ２を多段に直列になるように接続して構成し
ていた。この場合、シフト回路部Ｓ１、Ｓ２の接続数に
応じてストリップ線路ＳＬ５、ＳＬ６の必要数が増加し
てしまうため、多層回路基板におけるストリップ線路Ｓ
Ｌ５、ＳＬ６などの形成領域が増加してしまい、シフト
型高周波電圧制御型発振回路を具備した部品が大型化し
てしまう。また、ストリップ線路ＳＬ５、ＳＬ６は、主
に厚膜印刷法により形成されるが、製造上のバラツキも
見られ、このストリップ線路の数がおおければ、発振周
波数のバラツキもその分大きくなることが問題である。 【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、発振周波数の広帯域化に対応
でき、さらに、小型化が可能な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。 【００１６】 【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、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、前記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
電圧制御型発振回路であって、前記可変容量ダイオード
のアノードを接地電位に接続するとともに、前記アノー
ドと接地との間に、周波数シフト用ストリップ線路と該
周波数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
ードとから成るシフト回路部を複数配置した周波数シフ
ト型高周波電圧制御型発振回路である。 【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、周波数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。
また、上述の周波数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、シフト回
路部が構成される。このシフト回路部が互いに並列的に
配置され、複数接続されている。 【００１７】これにより、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。 【００１８】しかも、このシフト回路部を複数並列に配
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ＯＮ−ＯＦＦの切換動作）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ば、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。 【００１９】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おり、
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。 【００２０】 【発明の実施の形態】以下、本発明の周波数シフト型高
周波電圧制御型発振回路を図面に基づいて詳説する。 【００２１】図１は、本発明の周波数シフト型高周波電
圧制御型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
型発振回路以外に、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て
いる。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。 【００２２】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。 【００２３】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、高周波電圧制御型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Ｙ及び
増幅回路部Ｚは、図４と同様の構成が例示できるため、
図２では、シフト回路部Ｓ１、Ｓ２を含む共振回路部を
示している。 【００２４】図２に示す共振回路部Ｘは、ストリップ線
路ＳＬ１と、誘導性で動作する可変容量ダイオードＤＶ
１と、コンデンサＣ１、Ｃ３、Ｃ４、インダクタ素子Ｌ
１とから共振回路と、複数、例えば２つのシフト回路部
Ｓ１、Ｓ２を具備している。例えば、第１のシフト回路
部Ｓ１は、周波数シフト用ストリップ線路ＳＬ２、スイ
ッチングダイオードＤｉ１、コンデンサＣ１４、抵抗Ｒ
７からなり、第２のシフト回路部Ｓ２は、上述の周波数
シフト用ストリップ線路ＳＬ２、スイッチングダイオー
ドＤｉ２、コンデンサＣ１５、抵抗Ｒ８からなってい
る。即ち、複数のシフト回路部Ｓ１、Ｓ２では、周波数
シフト用ストリップ線路ＳＬ２が共用されていることに
なる。 【００２５】また、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ＳＬ２が配置されてお
り、可変容量ダイオードＤＶと周波数シフト用ストリッ
プ線路ＳＬ２との接続点ＡからコンデンサＣ１４、抵抗
Ｒ７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Ｃ１４と抵抗Ｒ７との接続点Ｂとグランド電
位との間、即ち、ストリップ線路ＳＬ２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。尚、スイッチングダイオードＤｉ１のカソードがグ
ランド電位となっている。 【００２６】また、第２のシフト回路部Ｓ２は、上述の
周波数シフト用ストリップ線路ＳＬ２の接続点Ａからコ
ンデンサＣ１５、抵抗Ｒ８を介してシフト制御端子Ｖｓ
２（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Ｃ１５と抵抗Ｒ８との
接続点Ｃとグランド電位との間、即ち、周波数シフト用
ストリップ線路ＳＬ２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。尚、スイッチ
ングダイオードＤｉ２のカソードがグランド電位となっ
ている。 【００２７】即ち、共振回路部Ｘの可変容量ダイオード
ＤＶとグランド電位との間には、周波数シフト用ストリ
ップ線路ＳＬ２を共用として、第１のシフト回路部Ｓ
１、第２のシフト回路部Ｓ２とが並列に接続されてい
る。尚、図２では、シフト回路が２段に並列配置された
例である。 【００２８】負性抵抗回路部Ｙは、図４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。 【００２９】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。 【００３０】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
接地させるコルビッツ回路を用いて、発振条件を成立さ
せて、出力瑞子ＯＵＴより発振出力される。 【００３１】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ＳＬ１、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、Ｓ２に共用された周波数シフト用ストリップ
線路ＳＬ２の合成であり、容量成分はコンデンサＣ４と
なる。 【００３２】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。 【００３３】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１の
シフト回路部Ｓ１での合成インダクタンスは、周波数シ
フト用ストリップ線路ＳＬ２とスイッチングダイオード
Ｄｉ１のオンインダクタ成分（Ｄｉ１２Ｌ）との合成と
なり、点Ｃからみたシフト回路部Ｓ２においては、周波
数シフト用ストリップ線路ＳＬ２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Ｄｉ２のオ
ンインダクタンス成分Ｄｉ２Ｌが合成されることにな
る。 【００３４】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、周波数シフト用ストリップ
線路ＳＬ２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。 【００３５】このシフト電圧のオン状態とオフ状態によ
るシフト回路部Ｓ１、Ｓ２のインピーダンスの変化を利
用して、周波数帯域を切り換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。 【００３６】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。 【００３７】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。 【００３８】また、シフト回路のストリップ線路が1本
で事足りることにより、ストリップ線路によるインピー
ダンスのバラツキを最小限にすることができる為、周波
数特性のバラツキも最小限にする事ができる。 【００３９】また、上述のシフト回路部Ｓ１、Ｓ２にお
いて、周波数シフト用ストリップ線路ＳＬ２が共用され
ており、シフト回路部の数に係わらず、周波数シフト用
ストリップ線路ＳＬ２の形成数を１つとすることができ
るため、周波数シフト型電圧制御発振回路の構成が簡単
となり、これにより、高周波モジュールの小型化が可能
となる。 【００４０】尚、上述の実施例では、周波数シフト用ス
トリップ線路に２つシフト回路部が並列に接続されて構
成されているが、この並列されたシフト回路部の数をさ
らに３、４・・と増やすことにように、さらに、周波数
シフト可能な数を多段とすることができる。 【００４１】 【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。また、部品を小型化す
ることができ、ストリップ線路によるバラツキも最小限
で済むことにより周波数特性のバラツキも抑えることが
可能となる。

【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型発振
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型発振
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型発振
回路のシフト回路部分である等価回路であり、（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。 【図６】従来の別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 ＳＬ２ 周波数シフト用ストリップ線路 Ｄｉ１ スイッチングダイオード Ｓ２ 第２のシフト回路部 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 (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】ストリップ線路と、可変容量ダイオード、
   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、 前記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型発振回路で
   あって、 前記可変容量ダイオードのアノードを接地電位に接続す
   るとともに、前記アノードと接地との間に、周波数シフ
   ト用ストリップ線路と該周波数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とから成るシフト回路部を
   複数配置した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。