JP2004056267A

JP2004056267A - 電圧制御発振器

Info

Publication number: JP2004056267A
Application number: JP2002208264A
Authority: JP
Inventors: Yasunari Yamanobe; 山野辺　康徳
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2002-07-17
Filing date: 2002-07-17
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】円柱形誘電体共振器を誘電体フィルタとして用いる電圧制御型発振器の周波数安定性と温度安定性を確保しつつ、単段の同軸形誘電体共振器を用いた場合と同程度の小型化と低コスト化を実現する。
【解決手段】筒状の導電性ケース１０に収納され、前記帯域通過型フィルタ１は、２つのλ／２波長同軸形誘電体共振器７で構成されるλ／２波長同軸形誘電体共振器とし、Ｌ字型に連ねる。さらに、λ／２波長同軸形誘電体共振器７のそれぞれの表面の一部で、互いに対向する部分に、互いに平行となる平面部分７ａを有することが望ましい。従って、それぞれの平面部分７ａは、λ／２波長同軸形誘電体共振器７の軸（配列方向）に対して４５度傾斜角をなす。さらに、帯域通過型フィルタ１を、Ｌ字状導電性ケース８に収納するとよい。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧制御発振器に関し、特に、マイクロ波通信や光通信などの高周波通信システムに用いるフェイズロックループ（ＰＬＬ）回路等の信号源に用いられ、小型かつ安定な高周波電圧制御発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２に、帰還型電圧制御発振器として公知な回路構成図を示す。図示した回路構成では、帯域通過型フィルタ１、該帯域通過型フィルタ１の入出力インピーダンスの整合回路２，電圧制御移相器３、高周波増幅器４、６、および高周波分配器５から構成される。この回路構成において、周波数安定度が高く、位相雑音を小さくするには、周波数選択度（Ｑ値）が高く、安定で、かつ、温度安定度が高い発振周波数を決定する誘電体フィルタを、帯域通過型フィルタ１に用いなければならない。
【０００３】
図３に、円柱形誘電体共振器を帯域通過型フィルタとして用いる電圧制御発振器の回路構成図を示す。このような回路構成の電圧制御発振器は、周波数選択度（Ｑ値）および安定度が高く、かつ、温度安定度も高いことから、ＰＬＬ回路用として多く用いられている。
【０００４】
円柱形誘電体共振器は、ＴＥＭモードの電磁界結合を利用している。ＴＥＭモードとは、同軸型誘電体共振器の断面で見ると、電界が中心導体から外部導体に向かって放射状に走り、磁界が同心円状に走る電磁界結合のことである。
【０００５】
しかし、このような電圧制御発振器では、数ＧＨｚまでの高周波用において、回路部分のサイズに対する大部分を円柱形誘電体共振器が占め、原理上の制約から、小型化が困難であった。
【０００６】
また、円柱形誘電体共振器を、その他の回路部分や増幅器と同一基板上に配置する必要があることから、円柱形誘電体共振器の電磁界の影響を、該回路部分が受けることが多いという問題や、組み立てや発振周波数の調整に熟練を要して、コストダウンが難しいという問題があった。
【０００７】
同軸形誘電体共振器を単段で帯域通過型フィルタに用いる電圧制御発振器では、前述のような円柱形誘電体共振器を用いた電圧制御発振器に比べて、小型化が可能であり、かつ、同軸形誘電体共振器の特性を生かして、高い安定度を得ることができる。しかし、誘電体の外周を被う銀や銅などの外導体の導体損失により、実効的な同軸形誘電体共振器の無負荷Ｑ値が低下するため、単段では高い周波数選択度を得ることが困難であった。
【０００８】
同軸形誘電体共振器としては、λ／２波長同軸形誘電体共振器を使用する。λ／２波長同軸形誘電体共振器とは、内側と外側には導電体を配置して、誘電体材料を同軸状に成型し、軸方向端部を開放端にし、該開放端のそれぞれで信号の入出力を行う共振器のことである。
【０００９】
また、同軸形誘電体共振器を２段にして帯域通過型フィルタに用いると、大型化するという問題や、相互に電磁界の影響を受けるので、組み立てや発振周波数の調整に熟練を要するという問題があった。
【００１０】
通常、誘電体材料は、チタン酸ジルコニウム系、チタン酸バリウム系またはチタン酸鉛系のように、素材が限定されるため、最高特性はサイズで一定に決められる。従って、λ／２波長同軸形誘電体共振器を単段で構成した帯域通過型フィルタは、数ＧＨｚ帯以上において、周波数選択度Ｑ値が６００以上となるようにすることが不可能であるという問題があった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、円柱形誘電体共振器を誘電体フィルタとして用いる電圧制御型発振器の周波数安定性と温度安定性を確保しつつ、単段の同軸形誘電体共振器を用いた場合と同程度の小型化と低コスト化を実現することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の電圧制御発振器は、高周波増幅器と、電圧制御型移相器と、帯域通過型フィルタと、整合器と、高周波分配器とからなり、筒状の導電性ケースに収納され、前記帯域通過型フィルタは、２つのλ／２波長同軸形誘電体共振器を、Ｌ字型に２段に連ねる。
【００１３】
さらに、λ／２波長同軸形誘電体共振器のそれぞれの表面の一部で、互いに対向する部分に、互いに平行となる平面部分を有することが望ましい。従って、それぞれの平面部分は、λ／２波長同軸形誘電体共振器の軸（配列方向）に対して４５度傾斜角をなす。
【００１４】
さらに、帯域通過型フィルタを、Ｌ字状導電性ケースに収納するとよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明について図面を参照して説明する。図１は、本発明の電圧制御発振器の一実施例を示す回路構成図である。
【００１６】
本発明の電圧制御発振器は、高周波増幅器４、６と、電圧制御型移相器３と、帯域通過型フィルタ１と、整合器２と、高周波分配器５とからなり、筒状の導電性ケース１０に収納され、前記帯域通過型フィルタ１は、２つのλ／２波長同軸形誘電体共振器７をＬ字型に２段に連ねる。
【００１７】
さらに、λ／２波長同軸形誘電体共振器７のそれぞれの表面の一部で、互いに対向する部分に、互いに平行となる平面部分７ａを有することが望ましい。従って、それぞれの平面部分７ａは、λ／２波長同軸形誘電体共振器７の軸（配列方向）に対して４５度傾斜角をなす。
【００１８】
このような構成とすることにより、周波数選択度Ｑ値が１０００程度まで上昇させることが可能である。
【００１９】
前記帯域通過型フィルタを、３段で構成すると周波数選択度Ｑ値をさらに上昇させることが可能であるが、同時に損失も増大し、該損失を補うためにさらに増幅器が必要となって、回路規模が大きくなることから、小型化には不利となる。
【００２０】
本発明では、帯域通過型フィルタを、２つのλ／２波長同軸形誘電体共振器を、Ｌ字型に２段に連ねたので、Ｌ字型の内側に生じたスペースに他の回路を配置することができ、単段で誘電体共振器を構成した場合と、ほぼ同等の小型化が可能である。
【００２１】
また、周波数選択度Ｑ値を最高値とするためには、２つのλ／２波長同軸形誘電体共振器の間隔および相対位置を最適化することが必要であるが、本発明において、λ／２波長同軸形誘電体共振器７に平面部分７ａを設けたことによって、前記間隔および相対位置がブロードになり、組み立てや発振周波数の調整が容易となる。
【００２２】
さらに、帯域通過型フィルタ１を構成する２つのλ／２波長同軸形誘電体共振器７を、Ｌ字状導電性ケース８に収納すれば、基板に搭載しやすく、帯域通過型フィルタ１を単体で調整することが可能となり、外部電磁界の影響を受けずに、基板上の他の回路への電磁界の影響を無くすことができる。
【００２３】
本発明により、円柱形誘電体共振器を誘電体フィルタとして用いる電圧制御型発振器の周波数安定性と温度安定性を確保しつつ、単段の同軸形誘電体共振器を用いた場合と同程度の小型化と低コスト化が実現可能となる。
【００２４】
【実施例】
以下に、実施例を用いて、本発明をさらに説明する。
【００２５】
（実施例１）
図１に、本実施例の電圧制御発振器を回路構成図で示す。本実施例では、帯域通過型フィルタ１を構成する２つのλ／２波長同軸形誘電体共振器７を、Ｌ字状導電性ケース８に収納した。
【００２６】
λ／２波長同軸形誘電体共振器７は、内導体および外導体が銀導電膜であり、その間の誘電体には、チタン酸ジルコニウム系の誘電材料を充填した。該誘電材料として、（ＺｒＳｎ）ＴｉＯ_４を用いた。λ／２波長同軸形誘電体共振器７は、外形が断面正方形の角柱であり、外導体は一辺が６ｍｍの正方形を断面とする角柱であり、内導体は直径が１ｍｍの円形を断面とする円柱であり、長手方向の寸法は、９〜１２ｍｍ程度である。Ｌ字状導体性ケース８は、真鍮性とした。回路基板９は、安価なガラスエポキシ系材料のＦＲ−４とし、縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ０．８ｍｍとした。
【００２７】
帯域通過型フィルタ１の調整では、先ず、λ／２波長同軸形誘電体共振器７を長手方向に研削しながら、自己共振周波数を調整した。次に、信号入出力用端子を該λ／２波長同軸形誘電体共振器７に挿入し、その機械的挿入量により所望の電気的結合量が確保されるように、調整した。最後に、２つのλ／２波長同軸形誘電体共振器７を前記Ｌ字状導体性ケース８に設置し、２つのλ／２波長同軸形誘電体共振器７の電気的結合量を、入出力端子間の通過特性を測定しながら、互いの距離関係を調整することにより調整した。
【００２８】
以上により、帯域通過型フィルタ１の中心周波数は、２４８８．３２ＭＨｚ、周波数選択度Ｑ値は９００〜９５０に調整された。
【００２９】
このようにして調整した帯域通過型フィルタ１を、他の回路部分が搭載された回路基板９上のスペースに搭載して、回路の保護および電磁シールドの目的で、導電性のカバーを取り付けて、電圧制御発振器を得た。該導電性のカバーには、洋白製のカバーとした。得られた電圧制御発振器は、縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ８ｍｍであった。
【００３０】
（実施例２）
誘電材料として、チタン酸バリウム系Ｂａ_２Ｔｉ_７Ｏ_２を用いた以外は、実施例１と同様にして電圧制御発振器を作製した。
【００３１】
帯域通過型フィルタ１の中心周波数は、２４８８．３２ＭＨｚ、周波数選択度Ｑ値は８７０〜９１０に調整された。得られた電圧制御発振器は、縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ８ｍｍであった。
【００３２】
（比較例１）
Ｌ字状導電性ケース８を用いずに、予め信号入出力用端子を取り付けたλ／２波長同軸形誘電体共振器７を、直接、回路基板９上に配置して、帯域通過型フィルタ１を回路基板９上に構成したこと以外は、実施例１と同様にして電圧制御発振器を作製した。
【００３３】
帯域通過型フィルタ１の中心周波数は、２４８８．３２ＭＨｚ、周波数選択度Ｑ値は９００〜９５０と実施例１と全く同一に調整された。しかし、２つのλ／２波長同軸形誘電体共振器７の両端付近に他の回路部品が近接すると、周波数選択度Ｑ値に微妙な影響があるため、最低でも３ｍｍ程度のスペースを必要とし、レイアウトに制約が生じた。そのため、得られた電圧制御発振器は、縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ８ｍｍであった。
【００３４】
（比較例２）
図３に示したような円柱形誘電体共振器を誘電体フィルタとして用いる電圧制御発振器で、実施例１で使用したチタン酸ジルコニウム系の誘電材料を用いた。円柱形誘電体共振器１２のサイズは、ＴＥＭモードの電磁界結合において、直径２８ｍｍ×高さ１５ｍｍ程度となった。該円柱形誘電体共振器１２に、入出力端子を取り付けて、帯域通過型フィルタ１として構成したが、直径４５ｍｍ×高さ２６ｍｍ程度の空間が必要であり、電圧制御発振器の大きさは、縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×高さ２５ｍｍ程度のパッケージングサイズになった。なお、周波数選択度Ｑ値は１０００〜１２００まで実現できた。
【００３５】
【発明の効果】
本発明により、円柱形誘電体共振器を誘電体フィルタとして用いる電圧制御型発振器と同程度の周波数安定性と温度安定性で、小型化と低コスト化が実現可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電圧制御発振器の一実施例を示す回路構成図である。
【図２】帰還型電圧制御発振器を示す回路構成図である。
【図３】円柱形誘電体共振器を誘電体フィルタとして用いる電圧制御発振器を示す回路構成図である。
【符号の説明】
１　帯域通過型フィルタ
２　整合器
３　電圧制御型移相器
４、６　高周波増幅器
５　高周波分配器
７　λ／２波長同軸形誘電体共振器
７ａ　平面部分
８　Ｌ字状導電性ケース
９　回路基板
１０　パッケージ
１１　接続端子
１２　円柱形誘電体共振器

Claims

高周波増幅器と、電圧制御型移相器と、帯域通過型フィルタと、整合器と、高周波分配器とからなり、筒状の導電性ケースに収納される電圧制御発振器において、前記帯域通過型フィルタは、２つのλ／２波長同軸形誘電体共振器を、Ｌ字型に２段に連ねることを特徴とする電圧制御発振器。
λ／２波長同軸形誘電体共振器のそれぞれの表面の一部で、互いに対向する部分に、互いに平行となる平面部分を有することを特徴とする請求項１に記載の電圧制御発振器。
帯域通過型フィルタを、Ｌ字状導電性ケースに収納することを特徴とする請求項１または２に記載の電圧制御発振器。