JP2004320664A - Microwaveband voltage controlled oscillator - Google Patents

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JP2004320664A
JP2004320664A JP2003115091A JP2003115091A JP2004320664A JP 2004320664 A JP2004320664 A JP 2004320664A JP 2003115091 A JP2003115091 A JP 2003115091A JP 2003115091 A JP2003115091 A JP 2003115091A JP 2004320664 A JP2004320664 A JP 2004320664A
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varactor diode
controlled oscillator
control
voltage controlled
microwave band
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Inventor
Seiichi Ito
誠一 伊藤
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NEC Corp
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NEC Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microwaveband voltage controlled oscillator in which the variable frequency width can be expanded without deteriorating the phase noise characteristics. <P>SOLUTION: The microwaveband voltage controlled oscillator is provided with a transistor TR11 for oscillation, a stub Stub18 provided in an emitter electrode, a varactor diode circuit (Stub12, C13 and Stub14, C15) parallel connecting a plurality of serial connection circuits composed of varactors and stubs, a microstrip line Line16 of which one end is connected to a base electrode and the other end is connected to the varactor, and a plurality of control circuits (APCV1, 2) for independently applying a control voltage to each of varactors (C13 and C15). Any one of the control voltages to be independently applied to the respective varactors is successively variably controlled within the range from its lower limit to its upper limit, and all the range of variable synthetic capacity of the varactor diode circuits is controlled. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯電圧制御発振器に関し、特に、制御(変調)特性を改善したマイクロ波帯電圧制御発振器に関する。
【0002】
【従来の技術】
図7はコルピッツ型発振器の基本回路構成を示す図である。マイクロ波帯発振器で通常用いられる基本的な発振回路であり、発振用の能動素子としてコレクタ接地型のトランジスタを使用し、ベースとエミッタ間、エミッタと接地間、ベースと接地間にそれぞれコンデンサC23、C24、コイルL22を接続したタイプのコルピッツ型発振器である。
【0003】
図8は、図7に示す基本回路構成の従来のマイクロ波帯電圧制御発振器のうち、マイクロストリップライン共振器を用いたマイクロ波帯電圧制御発振器(マイクロ波帯VCO)の構成を示す図である。
【0004】
この回路構成は図7との関係においては、トランジスタTR31の持つのベース−エミッタ間の寄生容量がC23に、マイクロストリップラインによるオープンスタブStub36がC24に、オープンスタブStub32・可変容量C33・マイクロストリップライン線路Line34・容量C35からなる回路部分がL22にそれぞれ相当している(この部分を以下、「共振器部分」という)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
図8に示すマイクロ波帯用VCOの動作原理は、可変容量C33をバラクタダイオード(可変容量ダイオード)で構成し、該バラクタダイオードへの印加電圧を変化させることにより、共振器部分の電気的位相長を変化させ、それに対応して発振周波数が決定されることにある。このため、可変周波数幅は可変容量C33の容量変化比と、共振器部分の先端部のオープンスタブStub32の長さにより調整される等価容量とにより決定される。
【0006】
したがって、このコルピッツ型発振器の可変周波数範囲を広げるためには、▲1▼容量変化比の大きいバラクタダイオードを使用する、▲2▼Stub32による等価容量を大きくする、等が考えられる。
【0007】
ここで周波数可変範囲を広げるためには、▲1▼のバラクタダイオードの変化比を大きくすることがもっとも望ましいが、この特性はバラクタダイオードの物性できまるため、その変化比に関しては制限があり、実際には自由に設定することは難しい。そこで、▲2▼のStub32を調整により可変周波数幅の拡大を行うことになるが、バラクタの結合を強める。この場合可変周波数幅の拡大に伴い当然に変調感度(印加電圧あたりの周波数変化量)も大きくなることになる。
【0008】
図9は、図8に示す従来のコルピッツ型発振器のバラクタダイオードへの印加電圧に対する発振周波数及び変調感度の特性を示す図である。印加電圧による制御範囲の周波数特性(実線)の可変周波数幅をStubの調整により拡大(太線)すると、変調感度特性(点線)も上昇(太線)する。
【0009】
一方、可変周波数幅の拡大により変調感度特性も拡大し、バラクタダイオードの印加電圧(APCV)の微少電圧に対する周波数変化感度が特に上昇するため、結果としてVCO特性としては位相雑音特性の劣化及び印加電圧の発生部のノイズによる周波数ズレ等の影響が顕著になることとなる。
【0010】
したがって、図8に示す回路構成のマイクロ波帯用VCOにおいては、可変周波数幅の拡大と位相雑音特性の改善とはトレード・オフの関係にある。マイクロ波通信等においては、位相雑音特性の優れた信号が必要となるため、位相雑音特性の劣化を招く方法による可変周波数幅の拡大は許容されない場合がある。
【0011】
本発明の目的は、可変周波数幅を拡大するとともに、位相雑音特性の改善を図ることが可能なマイクロ波帯電圧制御発振器を提供することにある。
本発明の目的は、位相雑音特性の劣化を招くことなく可変周波数幅の拡大を可能とするマイクロ波帯電圧制御発振器を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明のマイクロ波帯電圧制御発振器は、バラクタダイオードにより発振周波数を制御するマイクロ波帯電圧制御発振器であって、
バラクタダイオード(例えば図1のC13、C15)とオープンスタブの直列接続回路を複数並列に接続したバラクタダイオード回路(可変容量回路)と、前記バラクタダイオード回路の各バラクタダイオードに独立に制御電圧を印加する複数の制御回路(例えば図1のAPCV1、APCV2)と、を備えることを特徴とする。
【0013】
また、前記マイクロ波帯電圧制御発振器は、発振用の能動素子と、前記能動素子の出力電極に設けたオープンスタブと、前記能動素子の制御電極に一端が接続され他端が前記バラクタダイオード回路の各バラクタダイオード側に接続された伝送ライン(例えば図1のLine16)と、を備えることを特徴とする。また、発振用のコレクタ接地型のトランジスタと、前記トランジスタのエミッタ電極に設けたオープンスタブと、前記トランジスタのベース電極に一端が接続され他端が前記バラクタダイオード回路の各バラクタダイオード側に接続された伝送ラインと、を備え、コルピッツ型の発振器でなることを特徴とする。
【0014】
更に、前記マイクロ波帯電圧制御発振器は、前記複数の制御回路により各バラクタダイオードに独立に印加する制御電圧をそれぞれの下限から上限までの範囲で順次何れかの制御電圧を可変制御し、前記バラクタダイオード回路の合成容量の可変可能な全範囲の制御を行うことを特徴とし、複数のオープンスタブの長さを個別独立に調整することにより、可変周波数の範囲内における変調感度の印加電圧の依存性を少なくすることを特徴とする。また、複数のオープンスタブの長さを個別独立に調整することにより、周波数特性の一部が重複するようにし、その重複する周波数範囲内の何れかで可変制御する制御電圧を切り替えることを特徴とする。また、前記複数の制御端子に印加する制御電圧の可変制御は、各制御電圧の可変範囲の最小値と最大値の範囲におけるの可変制御電圧は複数のバラクタダイオードの何れか1つのみを可変制御することを特徴とし、又は前記制御電圧の上限側又は下限側の可変制御が他の制御電圧の下限側又は上限側の可変制御と一部重複するように制御することを特徴とする。
【0015】
より具体的には、マイクロストリップライン共振器を用いたマイクロ波帯電圧制御発振器であって、バラクタダイオードからなる周波数コントロール部をバラクタダイオードとオープンスタブの直列接続回路の複数並列接続した構成とし、各バラクタダイオードを個別に制御することにより、制御電圧範囲・変調感度・位相雑音特性などの電圧制御発振器に要求される他の諸特性に影響を与えることなく、可変周波数幅を拡大する。
【0016】
【発明の実施の形態】
(構成の説明)
図1は、本発明の第1の実施の形態のマイクロ波帯VCOの構成を示す図である。発振用の能動素子としてのトランジスタTR11と、トランジスタTR11のエミッタ電極側に設けたマイクロストリップラインによるオープンスタブStub18と、トランジスタTR11のベース電極側に設けたオープンスタブStub12とバラクタダイオードでなる可変容量C13の直列接続回路及びオープンスタブStub14とバラクタダイオードでなる可変容量C15の直列接続回路が可変容量側で並列に接続し、当該接続点に接続されたマイクロストリップライン線路Line16と容量C17の直列接続回路からなる回路部分と、オープンスタブStub12と可変容量C13の接続点及びオープンスタブStub14と可変容量C15の接続点にそれぞれ設けた印加電圧APCV1及びAPCV2の入力端子(制御端子)と、から構成される。
【0017】
本実施の形態のコルピッツ型発振器は、帰還回路がトランジスタTR11のベース−エミッタ間の寄生容量とマイクロストリップラインによるオープンスタブStub18の容量及びオープンスタブStub12・可変容量C13及びオープンスタブStub14・可変容量C15・マイクロストリップライン線路Line16・容量C17からなる回路部分で構成される。
【0018】
本実施の形態のコルピッツ型発振器は、図8に示す従来のコルピッツ型発振器の構成と比較すると、共振器(Line16)にバラクタダイオードとオープンスタブの直列回路を複数並列に接続(Stub12とC13及びStub14とC15の並列接続)した可変容量回路を構成している点に特徴がある。
【0019】
本実施の形態の構成によれば、Stub12及びStub14の長さを個別独立に調整することにより、可変周波数範囲内における変調感度の印加電圧の依存性を少なくすることが可能である。
【0020】
そして可変容量C13とC15への印加電圧(APCV1及びAPCV2)はそれぞれ個別独立に供給できるように構成したことで、この印加電圧の制御により位相雑音特性の劣化をまねくことなく、可変周波数範囲を拡大することを可能としている。
【0021】
(動作の説明)
第1の実施の形態のマイクロ波帯VCOの好適な動作を以下説明する。本実施の形態では、2つの制御端子の印加電圧APCV1とAPCV2のうちの一方を固定電圧とし、他方を周波数制御用の可変電圧として動作させる。この制御方法の具体例としては、可変周波数範囲を高低の2つの周波数領域に分け、そのうち、
▲1▼周波数の低い部分においては、印加電圧APCV1=0Vに固定状態とし、印加電圧APCV2を周波数制御電圧としてAPCV2=0〜10Vの範囲で変化させ、
▲2▼周波数の高い部分においては、APCV2=10Vに固定状態とし、APCV1を周波数制御電圧としてAPCV1=0〜10Vの範囲で変化させる、
という制御方法を採用すると好適である。
【0022】
図2は、本実施の形態の制御方法を用いた場合の制御電圧と発振周波数及び変調感度の関係を示す図である。同図から分かるように、図8に示す従来の構成によりStub32の調整のみで可変周波数範囲を広げた場合に比べて、変調感度は低く抑えることが可能である。変調感度が低いということは、外部ノイズに対する周波数安定度も低く抑えられることとなるので、その結果位相雑音も優れた特性を示すこととなる。
(他の実施の形態)
第1の実施の形態では共振器部分にオープンスタブと可変容量からなる2つの直列接続回路を設けた例を説明したが、かかる直列接続回路を更に追加した構成とすることにより変調感度の増加を一層抑制することが可能である。
【0023】
図3は、3つの直列接続回路を用いた第2の実施の形態の構成を示す図である。共振器部分にさらにもう1つのバラクタダイオード及びオープンスタブの直列接続回路を並列に接続し、3つの印加電圧APCV1、APCV2、APCV3を独立に印加することにより、可変周波数範囲の拡大に対して変調感度の増加をより抑える。その結果として位相雑音特性の劣化を抑えることが可能になる。
【0024】
第2の実施の形態の制御方法の具体例としては、可変周波数範囲を低中高の3つの周波数領域に分け、そのうち、
▲1▼周波数の低い部分においては、印加電圧APCV1=0V、APCV2=0Vに固定状態とし、印加電圧APCV3を周波数制御電圧としてAPCV3=0〜10Vの範囲で変化させ、
▲2▼周波数の中間の部分においては、印加電圧APCV1=0V、APCV3=10Vに固定状態とし、印加電圧APCV2を周波数制御電圧としてAPCV2=0〜10Vの範囲で変化させ、
▲3▼周波数の高い部分においては、APCV2=10V、APCV3=10Vに固定状態とし、APCV1を周波数制御電圧としてAPCV1=0〜10Vの範囲で変化させる、
という制御方法を採用すると好適である。
【0025】
図4は、第2の実施の形態による制御電圧と発振周波数及び変調感度の関係を示す図である。図4に示すように直列接続回路の増加により可変周波数範囲の拡大に対して変調感度の増加をより抑えることができ位相雑音特性の劣化が抑制される。
【0026】
図5は第3の実施の形態の構成を示す図である。共振器部分にさらにバラクタダイオード及びオープンスタブを複数個(n個)接続することにより、可変周波数範囲の拡大に対して変調感度の増加をより抑え、その結果として位相雑音特性の劣化を抑えるように構成したものである。第3の実施の形態では、共振器部分の並列個数nに応じて可変周波数範囲を複数の周波数領域に分けて、同様に周波数の低域から高域に対応する印加電圧APCV1〜APCVnを順次それぞれその最小値から最大値まで増加するように制御する。
【0027】
以上の実施の形態において更に変調感度のバラツキを抑制するようにした第4の実施の形態を説明する。第4の実施の形態では複数のオープンスタブと可変容量からなる直列接続回路のオープンスタブの電気長を個別に調整することにより変調感度のバラツキを抑制する。
図6は、第4の実施の形態による周波数特性及び変調感度特性を示す図である。第4の実施の形態はオープンスタブと可変容量からなる2つの直列接続回路を備える構成の例であり、オープンスタブStub12とStub14の電気長調整を最適化するものである。
【0028】
例えば、2つの直列接続回路を備えるマイクロ波帯電圧制御発振器において、Stub12の長さを短くし容量を小さくし、Stub14の長さをStub12と比較して長めにして容量を大きく設定し、APCV1=0VでAPCV2を可変した低い周波数領域と、APCV2=10VとしてAPCV1を可変した高い周波数領域とで拡大された周波数範囲全域において変調感度やバラツキを抑えることが可能である。
【0029】
本実施の形態では、更に制御範囲▲1▼と制御範囲▲2▼について可変周波数が一部重なるようにすることができ、制御範囲▲1▼と制御範囲▲2▼の切り替え点として可変周波数の重複範囲内で適切に選ぶことにより、さらに変調感度のバラツキをおさえるように制御するものである。
以上の調整方法は、3つ以上の直列接続回路を備えるマイクロ波帯電圧制御発振器の場合も同様に適用可能である。低域領域から高域領域まで順次Stubの長さを長く設定する等の調整を行うことにより変調感度のバラツキの抑制が可能であり、切り替え制御は制御電圧の切り替え点として適切に選択する。
【0030】
以上の実施の形態では、制御端子の印加電圧の可変制御を常に単一のもののみで行う構成及び制御方法を採用した例を示したが、制御電圧を一部重複して可変するように構成することも可能である。前記複数の制御回路により各バラクタダイオードに独立に印加する制御電圧をそれぞれの下限から上限までの範囲で一部重複して順次制御電圧により可変制御し、前記バラクタダイオード回路の合成容量の可変可能な全範囲の制御を行うことにより周波数範囲全域において変調感度やバラツキを抑える。
【0031】
以上の説明では電圧制御発振器の構成として、コルピッツ型のトランジスタ発振器構成により説明したが、本発明の好適な発振器の構成として発振用の能動素子、前記能動素子の出力電極に設けたオープンスタブ、前記能動素子の制御電極に一端が接続され他端が前記バラクタダイオード回路の各バラクタダイオード側に接続された伝送ライン等を備える電圧制御発振器等、つまり、バラクタダイオードにより発振周波数を制御することが可能な電圧制御発振器に適用可能であることは云うまでもない。
【0032】
【発明の効果】
本発明のマイクロ波帯電圧制御発振器によれば、発振周波数を制御するバラクタダイオード回路をバラクタダイオードとオープンスタブの直列接続回路を複数並列に接続した構成を採用し、各バラクタダイオードに独立に制御電圧を印加する構成とすることにより、単一のオープンスタブによる調整のみで可変周波数範囲を広げる場合に比べ、可変周波数範囲を充分拡大させても変調感度の変化を低く抑えることが可能である。また、変調感度が低いことから外部ノイズに対する周波数安定度も低く抑えられ、その結果、位相雑音についても優れた特性を得ることが可能である。
【0033】
特に、各バラクタダイオードに独立に印加する制御電圧をそれぞれの下限から上限までの範囲で順次何れかの制御電圧を可変制御し、前記バラクタダイオード回路の合成容量の可変可能な全範囲の制御を行うことにより、変調感度を低く抑えることが可能である。
また、複数のオープンスタブの長さを適切に選ぶことにより各周波数可変幅及び変調感度がなるべく等しくなるように設定することが可能である。更に、複数のオープンスタブの電気長調整をさらに個別独立に最適化することにより、制御範囲の一部が周波数領域で重なるようにし、その切り替え点を適切に選ぶことによりさらに変調感度のバラツキをおさえることが可能となる。
【0034】
以上のように本発明によれば、可変周波数範囲を拡大させつつも、変調感度が低くおさえられることにより位相雑音特性を劣化させることがなく、さらに可変周波数範囲内における変調感度のバラツキも抑制可能な好適なマイクロ波帯電圧制御発振器が実現でき、例えばPLL回路の電圧制御発振器への適用においては、周波数をロックさせPLL回路の変調感度のバラツキに対する定数決定の余裕度が増し、設計が容易となるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の構成を示す図である。
【図2】第1の実施の形態の制御電圧と発振周波数及び変調感度の関係を示す図である。
【図3】第2の実施の形態の構成を示す図である。
【図4】第2の実施の形態の制御電圧と発振周波数及び変調感度の関係を示す図である。
【図5】第3の実施の形態の構成を示す図である。
【図6】第4の実施の形態の制御電圧と周波数特性及び変調感度特性を示す図である。
【図7】コルピッツ型発振器の基本回路構成を示す図である。
【図8】従来のコルピッツ型発振器でなるマイクロストリップライン共振器を用いたマイクロ波帯電圧制御発振器の構成を示す図である。
【図9】従来のコルピッツ型発振器の印加電圧と発振周波数及び変調感度の特性を示す図である。
【符号の説明】
TR11 トランジスタ
C17 コンデンサ
Line、Line16 マイクロストリップ伝送ライン
C13,C15 バラクタダイオード
Stub、Stub13、15、18 オープンスタブ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a microwave band voltage controlled oscillator, and more particularly to a microwave band voltage controlled oscillator having improved control (modulation) characteristics.
[0002]
[Prior art]
FIG. 7 is a diagram showing a basic circuit configuration of a Colpitts oscillator. This is a basic oscillation circuit usually used in a microwave band oscillator. A common-collector transistor is used as an active element for oscillation. A capacitor C23 is connected between the base and the emitter, between the emitter and the ground, and between the base and the ground. This is a Colpitts oscillator in which C24 and coil L22 are connected.
[0003]
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a microwave band voltage controlled oscillator (microwave band VCO) using a microstrip line resonator among conventional microwave band voltage controlled oscillators having the basic circuit configuration shown in FIG. .
[0004]
This circuit configuration has a base-emitter parasitic capacitance of the transistor TR31 in C23, an open stub Stub36 of a microstrip line in C24, an open stub Stub32, a variable capacitance C33, and a microstrip line in relation to FIG. A circuit portion including the line Line34 and the capacitor C35 corresponds to L22 (hereinafter, this portion is referred to as a "resonator portion").
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The operating principle of the microwave band VCO shown in FIG. 8 is that the variable capacitor C33 is constituted by a varactor diode (variable capacitor diode), and by changing the voltage applied to the varactor diode, the electrical phase length of the resonator portion is changed. And the oscillation frequency is determined correspondingly. Therefore, the variable frequency width is determined by the capacitance change ratio of the variable capacitor C33 and the equivalent capacitance adjusted by the length of the open stub Stub 32 at the tip of the resonator portion.
[0006]
Therefore, in order to extend the variable frequency range of the Colpitts oscillator, it is conceivable to (1) use a varactor diode having a large capacitance change ratio, (2) increase the equivalent capacitance of the Stub 32, and the like.
[0007]
Here, in order to widen the frequency variable range, it is most desirable to increase the change ratio of the varactor diode in (1). However, since this characteristic can be controlled by the physical properties of the varactor diode, the change ratio is limited. Is difficult to set freely. Therefore, the variable frequency width is expanded by adjusting the Stub 32 of (2), but the coupling of the varactor is strengthened. In this case, the modulation sensitivity (the amount of frequency change per applied voltage) naturally increases with the expansion of the variable frequency width.
[0008]
FIG. 9 is a diagram showing characteristics of the oscillation frequency and the modulation sensitivity of the conventional Colpitts type oscillator shown in FIG. 8 with respect to a voltage applied to a varactor diode. If the variable frequency width of the frequency characteristic (solid line) of the control range by the applied voltage is expanded (thick line) by adjusting Stub, the modulation sensitivity characteristic (dotted line) also increases (thick line).
[0009]
On the other hand, the modulation sensitivity characteristic is also expanded by the expansion of the variable frequency width, and the frequency change sensitivity to a very small voltage of the applied voltage (APCV) of the varactor diode is particularly increased. The influence of the frequency shift and the like due to the noise of the generation part becomes remarkable.
[0010]
Therefore, in the microwave band VCO having the circuit configuration shown in FIG. 8, there is a trade-off between the expansion of the variable frequency width and the improvement of the phase noise characteristic. In microwave communication and the like, since a signal having excellent phase noise characteristics is required, expansion of the variable frequency width by a method that causes deterioration of the phase noise characteristics may not be allowed.
[0011]
An object of the present invention is to provide a microwave band voltage controlled oscillator capable of expanding a variable frequency width and improving a phase noise characteristic.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a microwave band voltage controlled oscillator capable of expanding a variable frequency width without deteriorating phase noise characteristics.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The microwave band voltage controlled oscillator of the present invention is a microwave band voltage controlled oscillator that controls the oscillation frequency with a varactor diode,
A control voltage is independently applied to a varactor diode circuit (variable capacitance circuit) in which a plurality of varactor diodes (for example, C13 and C15 in FIG. 1) and an open stub series connection circuit are connected in parallel, and each varactor diode of the varactor diode circuit. And a plurality of control circuits (for example, APCV1 and APCV2 in FIG. 1).
[0013]
Further, the microwave band voltage controlled oscillator has an active element for oscillation, an open stub provided on an output electrode of the active element, and one end connected to the control electrode of the active element and the other end of the varactor diode circuit. And a transmission line (for example, Line 16 in FIG. 1) connected to each varactor diode side. A grounded-collector transistor for oscillation, an open stub provided at the emitter electrode of the transistor, and one end connected to the base electrode of the transistor and the other end connected to each varactor diode side of the varactor diode circuit. And a transmission line, comprising a Colpitts oscillator.
[0014]
Further, the microwave band voltage controlled oscillator variably controls one of the control voltages to be independently applied to each varactor diode by the plurality of control circuits within a range from a lower limit to an upper limit of the varactor diode. Controls the entire variable range of the combined capacitance of the diode circuit.By independently adjusting the length of multiple open stubs, the dependence of the applied voltage on the modulation sensitivity within the variable frequency range Is reduced. Further, by individually adjusting the lengths of the plurality of open stubs, a part of the frequency characteristics is made to overlap, and a control voltage that is variably controlled in any of the overlapping frequency ranges is switched. I do. In the variable control of the control voltage applied to the plurality of control terminals, the variable control voltage in the range of the minimum value and the maximum value of the variable range of each control voltage is variable control of only one of the plurality of varactor diodes. The control is performed such that the variable control on the upper or lower limit of the control voltage partially overlaps with the variable control on the lower or upper limit of another control voltage.
[0015]
More specifically, in a microwave band voltage controlled oscillator using a microstrip line resonator, a frequency control unit composed of a varactor diode is configured by connecting a plurality of varactor diodes and a series connection circuit of an open stub in parallel. By individually controlling the varactor diodes, the variable frequency width is expanded without affecting other characteristics required for the voltage controlled oscillator, such as the control voltage range, modulation sensitivity, and phase noise characteristics.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Description of configuration)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a microwave band VCO according to a first embodiment of the present invention. A transistor TR11 as an active element for oscillation, an open stub Stub18 provided by a microstrip line provided on the emitter electrode side of the transistor TR11, and an open stub Stub12 provided on the base electrode side of the transistor TR11 and a variable capacitor C13 composed of a varactor diode. A series connection circuit and a series connection circuit of an open stub Stub14 and a variable capacitance C15 composed of a varactor diode are connected in parallel on the variable capacitance side, and comprise a series connection circuit of a microstrip line Line16 and a capacitance C17 connected to the connection point. Input terminals (control terminals) of the applied voltages APCV1 and APCV2 provided at the circuit portion and the connection point between the open stub Stub12 and the variable capacitor C13 and the connection point between the open stub Stub14 and the variable capacitor C15, respectively. If, it consists of.
[0017]
In the Colpitts oscillator according to the present embodiment, the feedback circuit has a parasitic capacitance between the base and the emitter of the transistor TR11 and the capacitance of the open stub Stub18, the open stub Stub12, the variable capacitor C13 and the open stub Stub14, the variable capacitor C15. It is composed of a circuit portion composed of a microstrip line Line16 and a capacitor C17.
[0018]
The Colpitts oscillator according to the present embodiment is different from the configuration of the conventional Colpitts oscillator shown in FIG. 8 in that a series circuit of a varactor diode and an open stub is connected to a resonator (Line 16) in parallel (Stub12 and C13 and Stub14). And C15 in parallel).
[0019]
According to the configuration of the present embodiment, it is possible to reduce the dependence of the modulation sensitivity on the applied voltage within the variable frequency range by independently adjusting the lengths of Stub 12 and Stub 14.
[0020]
The voltage applied to the variable capacitors C13 and C15 (APCV1 and APCV2) is configured to be supplied independently of each other, so that the variable frequency range is expanded without controlling the applied voltage and causing the deterioration of the phase noise characteristic. It is possible to do.
[0021]
(Description of operation)
A preferred operation of the microwave band VCO of the first embodiment will be described below. In this embodiment, one of the applied voltages APCV1 and APCV2 of the two control terminals is operated as a fixed voltage, and the other is operated as a variable voltage for frequency control. As a specific example of this control method, the variable frequency range is divided into two high and low frequency ranges,
(1) In a low frequency portion, the applied voltage APCV1 is fixed to 0 V, and the applied voltage APCV2 is changed as a frequency control voltage in the range of APCV2 = 0 to 10 V.
(2) In a high frequency portion, APCV2 is fixed at 10V, and APCV1 is changed as a frequency control voltage in a range of APCV1 = 0 to 10V.
It is preferable to adopt the control method described above.
[0022]
FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between the control voltage, the oscillation frequency, and the modulation sensitivity when the control method according to the present embodiment is used. As can be seen from the figure, the modulation sensitivity can be suppressed lower than in the case where the variable frequency range is widened only by adjusting the Stub 32 by the conventional configuration shown in FIG. Low modulation sensitivity means that the frequency stability against external noise can be suppressed low, and as a result, phase noise also exhibits excellent characteristics.
(Other embodiments)
In the first embodiment, an example has been described in which two series-connected circuits including an open stub and a variable capacitor are provided in a resonator portion. However, by increasing the series-connected circuit, modulation sensitivity can be increased. It is possible to further suppress.
[0023]
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the second embodiment using three series-connected circuits. Another series connection circuit of a varactor diode and an open stub is connected in parallel to the resonator section, and three applied voltages APCV1, APCV2, and APCV3 are independently applied, so that the modulation sensitivity to the expansion of the variable frequency range is improved. More increase. As a result, it is possible to suppress the deterioration of the phase noise characteristic.
[0024]
As a specific example of the control method according to the second embodiment, the variable frequency range is divided into three low, medium, and high frequency ranges.
(1) In the low frequency portion, the applied voltage APCV1 is fixed to 0 V and APCV2 is fixed to 0 V, and the applied voltage APCV3 is changed as a frequency control voltage in the range of APCV3 = 0 to 10 V.
(2) In the middle part of the frequency, the applied voltage APCV1 is fixed to 0 V and APCV3 is fixed to 10 V, and the applied voltage APCV2 is changed as a frequency control voltage in the range of APCV2 = 0 to 10 V.
{Circle around (3)} APCV2 = 10V and APCV3 = 10V are fixed in the high frequency portion, and APCV1 is changed as a frequency control voltage in the range of APCV1 = 0 to 10V.
It is preferable to adopt the control method described above.
[0025]
FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the control voltage, the oscillation frequency, and the modulation sensitivity according to the second embodiment. As shown in FIG. 4, the increase in modulation sensitivity can be further suppressed with respect to the expansion of the variable frequency range due to the increase in the series connection circuit, and the deterioration of the phase noise characteristic is suppressed.
[0026]
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the third embodiment. By further connecting a plurality (n) of varactor diodes and open stubs to the resonator portion, it is possible to further suppress the increase in modulation sensitivity with respect to the expansion of the variable frequency range, and as a result, to suppress the deterioration of phase noise characteristics. It is composed. In the third embodiment, the variable frequency range is divided into a plurality of frequency ranges in accordance with the parallel number n of the resonator portions, and similarly, the applied voltages APCV1 to APCVn corresponding to the low to high frequency ranges are respectively sequentially determined. Control is performed so as to increase from the minimum value to the maximum value.
[0027]
A fourth embodiment in which the variation in the modulation sensitivity in the above embodiment is further suppressed will be described. In the fourth embodiment, variations in modulation sensitivity are suppressed by individually adjusting the electrical lengths of open stubs of a series connection circuit including a plurality of open stubs and variable capacitors.
FIG. 6 is a diagram illustrating frequency characteristics and modulation sensitivity characteristics according to the fourth embodiment. The fourth embodiment is an example of a configuration including two series-connected circuits each including an open stub and a variable capacitor, and optimizes electric length adjustment of the open stubs Stub12 and Stub14.
[0028]
For example, in a microwave band voltage controlled oscillator having two series-connected circuits, the length of the Stub 12 is reduced to reduce the capacitance, the length of the Stub 14 is set to be longer than that of the Stub 12, and the capacitance is set to be larger. Modulation sensitivity and variation can be suppressed in the entire frequency range expanded by a low frequency region where APCV2 is varied at 0V and a high frequency region where APCV1 is varied by setting APCV2 = 10V.
[0029]
In the present embodiment, the variable frequencies can be partially overlapped between the control range (1) and the control range (2), and the variable frequency is set as a switching point between the control range (1) and the control range (2). By appropriately selecting within the overlapping range, control is performed so as to further suppress the variation in modulation sensitivity.
The above adjustment method is similarly applicable to a microwave band voltage controlled oscillator having three or more series connected circuits. Variations in modulation sensitivity can be suppressed by sequentially adjusting the length of the Stub from the low-frequency region to the high-frequency region, and the switching control is appropriately selected as a control voltage switching point.
[0030]
In the above-described embodiment, an example in which the configuration and the control method in which the variable control of the voltage applied to the control terminal is always performed only by a single device has been described, but the configuration is such that the control voltage is partially overlapped and variable. It is also possible. The control voltage applied independently to each varactor diode by the plurality of control circuits is partially overlapped within the range from the lower limit to the upper limit, and is variably controlled by the control voltage sequentially, and the combined capacitance of the varactor diode circuit is variable. By performing control over the entire range, modulation sensitivity and variations are suppressed over the entire frequency range.
[0031]
In the above description, the Colpitts-type transistor oscillator configuration was described as the configuration of the voltage-controlled oscillator.However, as a preferred oscillator configuration of the present invention, an active element for oscillation, an open stub provided on the output electrode of the active element, A voltage-controlled oscillator or the like having one end connected to the control electrode of the active element and the other end connected to each varactor diode side of the varactor diode circuit, that is, the oscillation frequency can be controlled by the varactor diode. It goes without saying that the present invention can be applied to a voltage controlled oscillator.
[0032]
【The invention's effect】
According to the microwave band voltage controlled oscillator of the present invention, the varactor diode circuit for controlling the oscillation frequency employs a configuration in which a plurality of varactor diodes and open stub series-connected circuits are connected in parallel, and the control voltage is independently applied to each varactor diode. Is applied, it is possible to suppress a change in modulation sensitivity even if the variable frequency range is sufficiently expanded, as compared with a case where the variable frequency range is expanded only by adjustment using a single open stub. Further, since the modulation sensitivity is low, the frequency stability against external noise can be suppressed low, and as a result, it is possible to obtain excellent characteristics with respect to phase noise.
[0033]
In particular, the control voltage independently applied to each varactor diode is sequentially variably controlled within a range from the lower limit to the upper limit, and control over the variable range of the combined capacitance of the varactor diode circuit is performed. As a result, the modulation sensitivity can be kept low.
Further, by appropriately selecting the lengths of the plurality of open stubs, it is possible to set each frequency variable width and modulation sensitivity to be as equal as possible. Furthermore, the electric length adjustment of a plurality of open stubs is further independently and independently optimized, so that a part of the control range overlaps in the frequency domain, and the switching point is appropriately selected to further reduce the variation in modulation sensitivity. It becomes possible.
[0034]
As described above, according to the present invention, while the variable frequency range is expanded, the modulation sensitivity is kept low, so that the phase noise characteristics are not degraded, and the variation in the modulation sensitivity within the variable frequency range can be suppressed. A suitable microwave band voltage controlled oscillator can be realized.For example, in the application to a voltage controlled oscillator of a PLL circuit, the frequency is locked, and the margin for determining the constant with respect to the variation of the modulation sensitivity of the PLL circuit is increased, so that the design becomes easy. There is also the advantage of becoming.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship among a control voltage, an oscillation frequency, and a modulation sensitivity according to the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a second embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a control voltage, an oscillation frequency, and modulation sensitivity according to a second embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a third embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating a control voltage, a frequency characteristic, and a modulation sensitivity characteristic according to a fourth embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a basic circuit configuration of a Colpitts oscillator.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a microwave band voltage controlled oscillator using a microstrip line resonator made of a conventional Colpitts oscillator.
FIG. 9 is a diagram showing characteristics of applied voltage, oscillation frequency, and modulation sensitivity of a conventional Colpitts oscillator.
[Explanation of symbols]
TR11 Transistor C17 Capacitor Line, Line16 Microstrip transmission line C13, C15 Varactor diode Stub, Stub13, 15, 18 Open stub

Claims (6)

バラクタダイオードにより発振周波数を制御するマイクロ波帯電圧制御発振器であって、
バラクタダイオードとオープンスタブの直列接続回路を複数並列に接続したバラクタダイオード回路と、前記バラクタダイオード回路の各バラクタダイオードに独立に制御電圧を印加する複数の制御回路と、を備えることを特徴とするマイクロ波帯電圧制御発振器。
A microwave band voltage controlled oscillator that controls an oscillation frequency by a varactor diode,
A microcontroller comprising: a varactor diode circuit in which a plurality of varactor diode and open stub series-connected circuits are connected in parallel; and a plurality of control circuits that independently apply a control voltage to each varactor diode of the varactor diode circuit. Waveband voltage controlled oscillator.
発振用の能動素子と、前記能動素子の出力電極に設けたオープンスタブと、前記能動素子の制御電極に一端が接続され他端が前記バラクタダイオード回路の各バラクタダイオード側に接続された伝送ラインと、を備えることを特徴とする請求項1記載のマイクロ波帯電圧制御発振器。An active element for oscillation, an open stub provided on an output electrode of the active element, and a transmission line having one end connected to a control electrode of the active element and the other end connected to each varactor diode side of the varactor diode circuit. 2. The microwave band voltage controlled oscillator according to claim 1, comprising: 発振用のコレクタ接地型のトランジスタと、前記トランジスタのエミッタ電極に設けたオープンスタブと、前記トランジスタのベース電極に一端が接続され他端が前記バラクタダイオード回路の各バラクタダイオード側に接続された伝送ラインと、を備え、コルピッツ型の発振器でなることを特徴とする請求項1記載のマイクロ波帯電圧制御発振器。A grounded collector transistor for oscillation, an open stub provided at the emitter electrode of the transistor, and a transmission line having one end connected to the base electrode of the transistor and the other end connected to each varactor diode side of the varactor diode circuit. 2. The microwave band voltage controlled oscillator according to claim 1, comprising: a Colpitts type oscillator. 前記複数の制御回路により各バラクタダイオードに独立に印加する制御電圧をそれぞれの下限から上限までの範囲で順次何れかの制御電圧を可変制御することにより、前記バラクタダイオード回路の合成容量の可変可能な全範囲の制御を可能とすることを特徴とする請求項1、2又は3記載のマイクロ波帯電圧制御発振器。By controlling the control voltage applied independently to each varactor diode by the plurality of control circuits in a range from the lower limit to the upper limit, the composite capacitance of the varactor diode circuit can be varied. 4. The microwave band voltage controlled oscillator according to claim 1, wherein the entire range can be controlled. 複数のオープンスタブの長さを個別独立に調整することにより、可変周波数の範囲内における変調感度の印加電圧の依存性を少なくすることを特徴とする請求項1ないし4の何れかの請求項記載のマイクロ波帯電圧制御発振器。5. The method according to claim 1, wherein the length of the plurality of open stubs is independently adjusted to reduce the dependency of the modulation sensitivity on the applied voltage within a variable frequency range. Microwave band voltage controlled oscillator. 複数のオープンスタブの長さを個別独立に調整することにより、周波数特性の一部が重複するようにし、その重複する周波数範囲内の何れかの点で可変制御する制御電圧を切り替えることを特徴とする請求項4記載のマイクロ波帯電圧制御発振器。By independently adjusting the lengths of the plurality of open stubs, a part of the frequency characteristics are made to overlap, and a control voltage for variably controlling at any point within the overlapping frequency range is switched. The microwave band voltage controlled oscillator according to claim 4, wherein
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US7557669B2 (en) 2006-10-13 2009-07-07 Nec Corporation Voltage controlled oscillator and its control method

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