JP2005057626A - Injection-locked oscillator and high-frequency communication equipment - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、注入同期発振器および高周波通信装置に関する。 The present invention relates to an injection locked oscillator and a high frequency communication device.
近年、情報量の増大に伴い、マイクロ波やミリ波のような高周波搬送波を用いて、高速で大容量のアナログ・ディジタル情報を無線伝送するパーソナル通信が注目されている。 In recent years, with an increase in the amount of information, personal communication that wirelessly transmits high-speed, large-capacity analog / digital information using a high-frequency carrier wave such as a microwave or a millimeter wave has attracted attention.
このような通信においては、周波数安定性が高く位相雑音の低い、小型で軽量のマイクロ波・ミリ波信号発生器が要求されている。このようなマイクロ波・ミリ波信号発生器を構成するための技術の一つとして注入同期発振器がある。 In such communication, a small and lightweight microwave / millimeter wave signal generator with high frequency stability and low phase noise is required. One technique for constructing such a microwave / millimeter wave signal generator is an injection locked oscillator.
従来の注入同期発振器の一例として、特開平7−221546号公報に記載されている技術を図6に示す。図6において、10は非可逆性の4端子回路であって、1は第1の入力端子、2は第2の入力端子、3は第1の出力端子、4は第2の出力端子である。 As an example of a conventional injection-locked oscillator, a technique described in JP-A-7-221546 is shown in FIG. In FIG. 6, 10 is an irreversible four-terminal circuit, 1 is a first input terminal, 2 is a second input terminal, 3 is a first output terminal, and 4 is a second output terminal. .
上記第1の入力端子1から上記4端子回路10に入力された注入信号は、第1の出力端子3および第2の出力端子4にのみ分配される。一方、第2の入力端子2から4端子回路10に入力された信号は、第1の出力端子3および第2の出力端子4にのみ分配され、第1の入力端子1と第2の入力端子2と間および第1の出力端子3と第2の出力端子4との間には信号の伝達はない。
The injection signal input from the
また、この注入同期発振器が備える増幅器11は、電圧利得がA、移相量がθで、入力端子5と出力端子6を有する。この増幅器11の入力端子5は、上記4端子回路10の第1の出力端子3に接続され、この増幅器11の出力端子6は上記4端子回路10の第2の入力端子2に接続されている。
The
ここで、仮に、第1の入力端子1または第2の入力端子2からの入力信号が第1の出力端子3および第2の出力端子4に対して電圧比1/2で同相分配されるとすると、次式(1)が成り立つ。
Here, if the input signal from the
Vout/Vin=1/(2−A・e−jθ) ……(1)
上式(1)において、Vin,Voutは、それぞれ、入力電圧,出力電圧である。ここで、上記増幅器11の電圧利得Aが2以上であり、上記移相量θがπ(ラジアン)の整数倍付近であると、第2の入力端子2、第1の出力端子3、入力端子5、出力端子6、第2の入力端子2の発振ループにおいて、発振が立ち上がり、発振レベルの上昇に伴い、増幅器11の利得Aが抑圧され、利得A=2で発振が安定する。
V out / V in = 1 / (2-A · e -jθ) ...... (1)
In the above equation (1), V in and V out are an input voltage and an output voltage, respectively. Here, when the voltage gain A of the
ここで、4端子回路10の上記の動作が任意の周波数において成り立つ場合、第1の入力端子1から4端子回路10に高安定で低位相雑音の信号を注入信号として入力すると、この注入信号の2分の1が第1の出力端子3を介して増幅器11に入力され、発振中の増幅器11の非線型性によって高調波が生じる。
Here, when the above-described operation of the four-
この高調波のひとつが、上記発振周波数付近の場合には、上記発振による波と上記高調波とによるうねりが生じ、このうねりが零となるように、増幅器11の発振状態が変化して、注入信号に同期した発振状態となる。
When one of the harmonics is in the vicinity of the oscillation frequency, a wave due to the oscillation and the harmonic are generated, and the oscillation state of the
増幅器11の発振出力は、第2の入力端子2を経由して、第2の出力端子4に出力される。一方、上記発振出力は、4端子回路10が持つ非可逆性によって、信号入力端子である第1の入力端子1には現れない。したがって、第1の入力端子1が不整合の状態であったとしても、上記発振出力の一部が第1の入力端子1で反射されることがなくて、上記発振ループに再注入されることがない。また、第2の出力端子4での反射波は他のどの端子にも現れないので、上記反射波が、上記発振ループに再注入されることはない。つまり、この注入同期発振器は、外部回路の影響を受けにくい構成となっている。
ところで、図6を参照して説明した上記従来技術では、非可逆性の4端子回路を具体的に実現するためには、電界効果トランジスタ等の能動素子が少なくとも4つ必要となる。このため、消費電力が大きくなるという課題があった。 By the way, in the prior art described with reference to FIG. 6, at least four active elements such as field effect transistors are required in order to specifically realize the irreversible four-terminal circuit. For this reason, there existed a subject that power consumption became large.
そこで、この発明の目的は、以上の課題点を鑑み、安定で逓倍次数が高く、かつ回路構成が簡単でしかも、消費電力の小さい注入同期発振器を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an injection-locked oscillator that is stable, has a high multiplication order, has a simple circuit configuration, and has low power consumption.
上記目的を達成するため、この発明の注入同期発振器は、増幅部とこの増幅部に並列接続された並列帰還部とを少なくとも有する発振器であって、
基本発振周波数の波長に対して略1/4の電気長を有する入力側の伝送線路と、入力側のキャパシタとを有し、
上記入力側の伝送線路の一端が上記増幅部と上記並列帰還部との入力側の接続部に接続され、上記入力側の伝送線路の他端が上記入力側のキャパシタを介して接地されており、
かつ、上記入力側のキャパシタと上記入力側の伝送線路との接続部に、信号が注入される入力端子を接続したことを特徴としている。
In order to achieve the above object, an injection locking oscillator of the present invention is an oscillator having at least an amplifying unit and a parallel feedback unit connected in parallel to the amplifying unit,
An input-side transmission line having an electrical length of approximately 1/4 with respect to the wavelength of the fundamental oscillation frequency, and an input-side capacitor;
One end of the transmission line on the input side is connected to the connection part on the input side of the amplification unit and the parallel feedback unit, and the other end of the transmission line on the input side is grounded via the capacitor on the input side. ,
In addition, an input terminal into which a signal is injected is connected to a connection portion between the input-side capacitor and the input-side transmission line.
この発明の注入同期発振器では、上記入力側の伝送線路は、上記増幅部との入力側での接続部において、上記基本発振周波数の信号(つまり基本発振信号)に対して高インピーダンスとなり、上記基本発振信号に対して上記入力側での接続部に何も接続されていないのとほぼ等価となる。したがって、上記基本発振信号は上記入力端子からはほとんど出力されず、また、上記入力端子にいかなるインピーダンスを有する回路ブロックが接続されても、発振の状態には影響しない。したがって、この発明の注入同期発振器によれば、従来に比べて能動素子の数を削減でき、簡単な回路構成でもって、安定した発振が可能となる。 In the injection-locked oscillator of the present invention, the transmission line on the input side has a high impedance with respect to the signal of the fundamental oscillation frequency (that is, the fundamental oscillation signal) at the connection portion on the input side with the amplifier, and the basic transmission line This is almost equivalent to the case where nothing is connected to the connection portion on the input side with respect to the oscillation signal. Therefore, the fundamental oscillation signal is hardly output from the input terminal, and the oscillation state is not affected even if a circuit block having any impedance is connected to the input terminal. Therefore, according to the injection-locked oscillator of the present invention, the number of active elements can be reduced as compared with the prior art, and stable oscillation can be achieved with a simple circuit configuration.
また、一実施形態の注入同期発振器は、上記基本発振周波数の波長に対して略1/4の電気長を有する出力側の伝送線路と、出力側のキャパシタとを有し、
上記出力側の伝送線路の一端が上記増幅部と上記並列帰還部との出力側の接続部に接続され、上記出力側の伝送線路の他端が上記出力側のキャパシタを介して接地されており、
かつ、上記出力側のキャパシタと上記出力側の伝送線路との接続部に、直流電圧を印加する直流バイアス端子を接続した。
The injection-locked oscillator of one embodiment includes an output-side transmission line having an electrical length of approximately ¼ with respect to the wavelength of the fundamental oscillation frequency, and an output-side capacitor.
One end of the output-side transmission line is connected to the output-side connection between the amplification unit and the parallel feedback unit, and the other end of the output-side transmission line is grounded via the output-side capacitor. ,
In addition, a DC bias terminal for applying a DC voltage was connected to a connection portion between the output-side capacitor and the output-side transmission line.
この実施形態では、上記出力側の伝送線路は、上記増幅部との出力側での接続部において、上記基本発振周波数に対して高インピーダンスとなる。したがって、上記増幅器から見て上記出力側での接続部に何も接続されていないのとほぼ等価となる。したがって、この実施形態によれば、上記出力側のキャパシタと上記出力側の伝送線路の上記接続部にいかなるインピーダンスを有する回路ブロックが接続されても、発振の状態には影響せずに安定した発振が可能となる。 In this embodiment, the transmission line on the output side has a high impedance with respect to the fundamental oscillation frequency at the connection portion on the output side with the amplification unit. Therefore, it is almost equivalent to nothing being connected to the connection portion on the output side as seen from the amplifier. Therefore, according to this embodiment, even if a circuit block having any impedance is connected to the connection portion of the output-side capacitor and the output-side transmission line, stable oscillation without affecting the oscillation state Is possible.
また、一実施形態の注入同期発振器は、上記出力側のキャパシタは、上記基本発振周波数に対するリアクタンスの絶対値が20オーム以下であり、かつ、上記基本発振周波数の1/m(mは2以上の整数)の周波数に対するリアクタンスの絶対値が40オーム以上となるように、容量が設定されている。 In the injection-locked oscillator of one embodiment, the output-side capacitor has an absolute value of reactance with respect to the fundamental oscillation frequency of 20 ohms or less and 1 / m of the fundamental oscillation frequency (m is 2 or more). The capacity is set so that the absolute value of the reactance with respect to the frequency of (integer) is 40 ohms or more.
この実施形態では、上記出力側のキャパシタの容量を上記の範囲内に設定したことによって、上記入力端子に注入される注入信号の周波数において上記入力端子での反射係数のデジベル値を0以下にすることができる。このため、この実施形態によれば、注入信号用の整合回路を容易に構成できる。 In this embodiment, by setting the capacitance of the output-side capacitor within the above range, the decibel value of the reflection coefficient at the input terminal is set to 0 or less at the frequency of the injection signal injected into the input terminal. be able to. For this reason, according to this embodiment, the matching circuit for injection signals can be configured easily.
なお、上記基本発振周波数に対する上記出力側のキャパシタのリアクタンスの絶対値が20オームを上回ると、出力側の伝送線路と増幅部との接続部での基本発振周波数でのインピーダンスが減少して、増幅部での発振信号の一部が入力側に反射され、出力側への出力が低下する。一方、上記基本発振周波数の1/m(mは2以上の整数)の周波数に対する上記出力側のキャパシタのリアクタンスの絶対値が40オームを下回ると、上記入力端子での上記反射係数のデジベル値が0を越える。 When the absolute value of the reactance of the output-side capacitor with respect to the fundamental oscillation frequency exceeds 20 ohms, the impedance at the fundamental oscillation frequency at the connection portion between the output-side transmission line and the amplification unit is reduced and amplified. Part of the oscillation signal at the part is reflected to the input side, and the output to the output side decreases. On the other hand, when the absolute value of the reactance of the output-side capacitor with respect to a frequency of 1 / m (m is an integer of 2 or more) of the fundamental oscillation frequency is less than 40 ohms, the decibel value of the reflection coefficient at the input terminal is Over zero.
また、一実施形態の高周波通信装置は、上記注入同期発振器を備えた。この実施形態の高周波通信装置では、上記注入同期発振器を備えたことで、従来に比較して、非常に簡素な構成で等価的に逓倍動作が可能となり、装置の小型化、低コスト化、低消費電力化が可能となる。 Moreover, the high frequency communication apparatus of one Embodiment was provided with the said injection locking oscillator. In the high-frequency communication device of this embodiment, the above-described injection locking oscillator is provided, so that a multiplication operation can be equivalently performed with a very simple configuration compared to the conventional one, and the device can be reduced in size, cost, and cost. Power consumption can be reduced.
この発明の注入同期発振器では、入力側の伝送線路は、増幅部との入力側での接続点において、基本発振周波数の信号(つまり基本発振信号)に対して高インピーダンスとなり、何も接続されていないのとほぼ等価となる。したがって、上記基本発振信号は入力端子からはほとんど出力されず、また、上記入力端子にいかなるインピーダンスを有する回路ブロックが接続されても、発振の状態には影響しない。したがって、この発明の注入同期発振器によれば、従来に比べて能動素子の数を削減でき、簡単な回路構成でもって、安定した発振が可能となる。 In the injection-locked oscillator of the present invention, the transmission line on the input side has a high impedance with respect to the signal of the fundamental oscillation frequency (that is, the fundamental oscillation signal) at the connection point on the input side with the amplifier, and nothing is connected. It is almost equivalent to not. Therefore, the fundamental oscillation signal is hardly output from the input terminal, and the oscillation state is not affected even if a circuit block having any impedance is connected to the input terminal. Therefore, according to the injection-locked oscillator of the present invention, the number of active elements can be reduced as compared with the prior art, and stable oscillation can be achieved with a simple circuit configuration.
以下、この発明を図示の実施の形態に基いて詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the illustrated embodiments.
(第1の実施形態)
図1に、この発明の注入同期発振器の第1実施形態の構成を示す。この第1実施形態は、並列帰還部としての並列帰還回路20と、増幅部をなす増幅回路21と、入力側の伝送線路22と、入力側のキャパシタ23とを備える。上記並列帰還回路20は、入力側の接続部P2と出力側の接続部P5で、上記増幅回路21に並列接続されている。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a configuration of a first embodiment of an injection locked oscillator according to the present invention. The first embodiment includes a
上記入力側の伝送線路22は、この発振器の基本発振信号の基本発振周波数f1の波長に対して略1/4(4分の1)の電気長を有する。また、上記入力側の伝送線路22の一端22Bは、並列帰還回路20と増幅回路21の入力側との接続部P2に接続されている。また、上記入力側の伝送線路22の他端22Aは、入力側のキャパシタ23を介して接地されている。
The
また、上記入力側のキャパシタ23と上記入力側の伝送線路22の接続部P1に、入力端子24が接続されている。この入力端子24には、上記基本発振周波数foのm分の1(mは2以上の整数)の周波数の信号が注入される。
An
この第1実施形態では、並列帰還回路20によって、基本発振周波数で正帰還がかかるように、増幅回路21の入力信号と出力信号の位相差が調整されている。この結果、この第1実施形態では、上記基本発振周波数付近で発振が立上がり、発振レベルの上昇に伴い、増幅回路21の利得が抑圧され、発振が安定し、発振信号が出力端子25から出力される。
In the first embodiment, the phase difference between the input signal and the output signal of the
一方、入力側の伝送線路22は上記基本発振周波数の波長に対して略1/4の電気長を有しており、他端22Aが入力側のキャパシタ23を介して接地されている。このため、入力側の伝送線路22と、並列帰還回路20および増幅回路21との接続部P2において、入力側の伝送線路22は基本発振周波数の基本発振信号に対して高インピーダンスとなり、並列帰還回路20および増幅回路21からみて、入力側の接続部P2には何も接続されていないのとほぼ等価となる。したがって、上記基本発振信号は、入力端子24からはほとんど出力されない。また、この第1実施形態では、入力端子24にいかなるインピーダンスを有する回路ブロックが接続されても、発振の状態には影響せずに安定した発振が可能となる。
On the other hand, the
また、上記入力端子24から基本発振周波数の1/m(mは2以上の整数)の周波数を有する注入信号を入力すると、この注入信号は増幅回路21に入力され、発振中の増幅回路21の非線型性によって高調波が生じる。この高調波のうちのm次の高調波と上記基本発振周波数の基本発振信号とによるうねりが生じ、このうねりが零となるように、増幅回路21の発振の状態が変化して、上記注入信号に同期した発振状態となる。
Further, when an injection signal having a frequency of 1 / m (m is an integer of 2 or more) of the fundamental oscillation frequency is input from the
したがって、この第1実施形態の注入同期発振器によれば、非常に簡素な構成で、等価的に注入信号をm逓倍(mは2以上の整数)した出力信号が得られる。しかも、この出力信号の純度は注入信号の純度となり、また、この出力信号の安定度は上記注入信号の純度のm逓倍分となる。したがって、注入信号源を高安定で低雑音のもので構成すれば、準ミリ波/ミリ波帯での出力信号も高安定で低雑音な信号を得ることが可能となる。 Therefore, according to the injection-locked oscillator of the first embodiment, an output signal obtained by multiplying the injection signal by m (m is an integer of 2 or more) can be obtained with a very simple configuration. In addition, the purity of the output signal is the purity of the injection signal, and the stability of the output signal is m times the purity of the injection signal. Therefore, if the injection signal source is configured with a highly stable and low noise signal, it is possible to obtain a highly stable and low noise output signal in the quasi-millimeter wave / millimeter wave band.
(第2の実施形態)
次に、図2に、この発明の注入同期発振器の第2実施形態の構成を示す。この第2実施形態は、図1に示した第1実施形態の構成に追加して、出力側のバイアス回路B1を備えた点が、前述の第1実施形態と異なる。したがって、この第2実施形態では、主に第1実施形態と異なる点を説明する。
(Second Embodiment)
Next, FIG. 2 shows a configuration of a second embodiment of the injection locking oscillator of the present invention. The second embodiment is different from the first embodiment described above in that an output side bias circuit B1 is provided in addition to the configuration of the first embodiment shown in FIG. Therefore, in the second embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described.
上記出力側のバイアス回路B1は、出力側の伝送線路26と出力側のキャパシタ27とインダクタ28とキャパシタ29で構成される。
The output-side bias circuit B1 includes an output-
上記出力側の伝送線路26は、この発振器が発振する基本発振信号の基本発振周波数の波長に対して略1/4の電気長を有する。この出力側の伝送線路26の一端26Aが接続部P3と出力側の接続部P5を経由して、上記増幅回路21の出力側に接続されている。また、上記出力側の伝送線路26の他端26Bは、接続部P4で出力側のキャパシタ27に接続され、この出力側のキャパシタ27を介して接地されている。
The
また、上記出力側のキャパシタ27と上記出力側の伝送線路26との接続部P4に、インダクタ28を経由して、直流バイアス端子30が接続されている。この直流バイアス端子30には、直流電圧を印加する直流電源(図示せず)が接続される。上記インダクタ28は、直流電流のみを通過させるチョークとして機能する。また、上記キャパシタ29は、上記直流バイアス端子30に接続される上記直流電源(図示せず)のノイズを短絡するデカプリングキャパシタとして機能する。
Further, a
この第2実施形態では、出力側のキャパシタ27は、上記基本発振周波数に対するリアクタンスの絶対値が20オーム以下、かつ、上記基本発振周波数のm分の1(mは2以上の整数)の周波数に対するリアクタンスの絶対値が40オーム以上となるように、容量が設定されている。
In this second embodiment, the output-
したがって、上記出力側の伝送線路26と並列帰還回路20および増幅回路21との接続部P3において、出力側の伝送線路26は上記基本発振周波数に対して高インピーダンスとなる。したがって、上記基本発振信号に対して、接続部P3には何も接続されていないのとほぼ等価となる。このため、出力側の伝送線路26は、上記増幅回路21の発振状態に影響を与えない。
Therefore, at the connection portion P3 between the output-
一方、出力側のキャパシタ27は、上記基本発振周波数のm分の1(mは2以上の整数)の周波数を有する注入信号に対しては、リアクタンスの絶対値が40オーム以上となるように、出力側のキャパシタ27の容量が小さめに設定されている。したがって、出力側の伝送線路26は、並列帰還回路20および増幅回路21との接続部P3において、比較的高インピーダンスに見える。
On the other hand, the output-
このように、この第2実施形態では、正帰還回路となる並列帰還回路20を有し、増幅回路21の出力側が、所定の周波数(上記基本発振周波数のm分の1の周波数)に対して高インピーダンスであれば、上記所定の周波数における増幅回路21の入力側の入力端子24の反射係数のデジベル値は0以下となる。これにより、入力端子24からの注入信号用の入力整合回路をリアクティブ素子のみで容易に構成することが可能となる。
As described above, in the second embodiment, the
これに対して、仮に、出力側のキャパシタ27を、上記小さめの容量に比べて非常に大きな容量に設定した場合、入力端子24からの注入信号の周波数に対して増幅回路21の出力側が非常に低インピーダンスとなる。この場合は、増幅回路21の入力側の入力端子24での反射係数のデジベル値が0以上となり、入力端子24からの注入信号に対する整合回路が構成できないばかりか、注入信号源に大きな反射波が戻ることになり、注入信号源が誤動作する可能性が生じる。
On the other hand, if the output-
なお、上記出力側のキャパシタ27の機能に関しては、次の第3の実施形態において、より具体的な例を用いて詳述する。
The function of the output-
(第3の実施形態)
次に、図3に、この発明の注入同期発振器の第3実施形態を示す。この図3は、前述の図1,図2に示した第1,第2の実施形態が有する概念をより具体的な回路構成で示している。
(Third embodiment)
Next, FIG. 3 shows a third embodiment of the injection locking oscillator of the present invention. FIG. 3 shows the concept of the first and second embodiments shown in FIGS. 1 and 2 in a more specific circuit configuration.
この第3実施形態では、基本発振周波数foを29.5GHzとし、注入信号の周波数を基本発振周波数foの8分の1倍波である3.6875GHzとする。 In the third embodiment, the fundamental oscillation frequency fo is 29.5 GHz, and the frequency of the injection signal is 3.6875 GHz which is an eighth harmonic of the fundamental oscillation frequency fo.
この第3実施形態は、増幅部である増幅回路AMP1と並列帰還部PFとが正帰還回路C1を構成している。この増幅回路AMP1は、能動素子101と、この能動素子101の入力側に接続された伝送線路106と、能動素子101の出力側に接続された伝送線路102を有する。上記能動素子101はnpnバイポーラトランジスタで構成されている。上記能動素子101であるトランジスタのベースは、伝送線路106に接続され、能動素子101のコレクタは伝送線路102に接続され、エミッタは接地されている。
In the third embodiment, the amplification circuit AMP1 that is an amplification unit and the parallel feedback unit PF form a positive feedback circuit C1. The amplifier circuit AMP1 includes an
また、並列帰還部PFは、伝送線路103とキャパシタ104と伝送線路105とで構成される。上記伝送線路103,キャパシタ104,伝送線路105は、順に直列接続されて並列帰還部PFをなしている。この正帰還回路C1は、29.5GHz付近で自励発振する。
The parallel feedback unit PF includes a
上記増幅回路AMP1の伝送線路102は、接続部P37に接続され、この接続部P37はキャパシタ114を経由して出力端子118に接続されている。また、上記接続部P37は、接続部P33を経由して、上記伝送線路103に接続されている。
The
また、上記並列帰還部PFの伝送線路105と上記増幅回路AMP1の伝送線路106との接続部P32には、入力側の伝送線路としての伝送線路109の一端109Bが接続され、この伝送線路109の他端109Aは、接続部P31で入力側のキャパシタとしてのキャパシタ110に接続されている。このキャパシタ110は接地されている。
In addition, one
また、上記入力側のキャパシタ110と入力側の伝送線路109との接続部P31は、キャパシタ113を経由して、入力端子117に接続されている。また、このキャパシタ113と接続部P31との間の接続部P34には、抵抗112と抵抗111が接続されている。抵抗112は接地され、抵抗111は、能動素子101への直流バイアス電圧が印加される直流バイアス端子119に接続されている。
The connection portion P31 between the input-
この第3実施形態における入力側の伝送線路109,入力側のキャパシタ110は、図1,図2の入力側の伝送線路22,入力側のキャパシタ23に相当し、それらの機能は第1の実施形態で説明したものと同じである。また、上記キャパシタ113は、DC(直流)分をカットする機能を有する同時に、キャパシタ110と共に最適な容量値に設定することにより、入力端子117から注入される注入信号の所望の周波数に対して整合がとれる。
The input-
また、この第3実施形態では、上記直流バイアス端子119にキャパシタ116が接続され、このキャパシタ116は接地されている。また、上記バイアス端子119に、インダクタ115が接続され、このインダクタ115は出力側のキャパシタであるキャパシタ108を介して接地されている。また、この出力側のキャパシタ108とインダクタ115との接続点P36に、出力側の伝送線路である伝送線路107の他端107Aが接続され、この出力側の伝送線路107の一端107Bは、上記並列帰還回路PFの伝送線路103と増幅回路AMP1の伝送線路102との接続部P33に接続されている。
In the third embodiment, a
上記出力側の伝送線路107と出力側のキャパシタ108とインダクタ115とキャパシタ116とが、出力側のバイアス回路B31を構成し、この出力側のバイアス回路B31は、前述の第2実施形態における出力側のバイアス回路B1と同様の機能を有する。
The output-
すなわち、この第3実施形態における上記出力側の伝送線路107,出力側のキャパシタ108,インダクタ115,キャパシタ116は、それぞれ、図2に示す第2実施形態における出力側の伝送線路26,出力側のキャパシタ27,インダクタ28,キャパシタ29に相当し、それらの機能は第2の実施形態で説明したものと同じである。
That is, the output-
また、この第3実施形態では、能動素子101へのバイアスについては、直流バイアス端子119から直流バイアス電圧が印加され、この直流バイアス電圧はインダクタ115および出力側の伝送線路107を介して、能動素子101の出力側に印加される。さらに、能動素子101の入力側には、直流バイアス端子119からの直流バイアス電圧が、上記抵抗111と抵抗112によって、最適な電圧に分圧されて、印加される。
In the third embodiment, a DC bias voltage is applied from the
次に、図4を参照して、この第3実施形態における出力側のキャパシタ108(図2のキャパシタ27に相当)の効果を説明する。図4では、この出力側のキャパシタ108の容量を0.4pF,1pFおよび2pFとしたときの入力端子117における反射係数S11(dB)の周波数特性を、それぞれ、特性曲線C1,C2およびC3で示した。
Next, the effect of the output-side capacitor 108 (corresponding to the
なお、上記出力側のキャパシタ108の容量を0.4pFとした場合、キャパシタ108のリアクタンスは、基本発振周波数foの8分の1の周波数である(1/8)foに対して108Ωであり、基本発振周波数foに対して13Ωである。また、上記出力側のキャパシタ108の容量を1pFとした場合、キャパシタ108のリアクタンスは、基本発振周波数foの8分の1の周波数である(1/8)foに対して43Ωであり、基本発振周波数foに対して5.2Ωである。また、上記出力側のキャパシタ108の容量を2pFとした場合、キャパシタ108のリアクタンスは、基本発振周波数foの8分の1の周波数(1/8)foに対して22Ωであり、基本発振周波数foに対して2.6Ωである。
When the capacitance of the output-
図4を参照すれば、特性曲線C1で示すように、出力側のキャパシタ108の容量が0.4pFの時は、注入信号の周波数(3.6875GHz)付近で大きな反射損が得られる。しかし、出力側のキャパシタ108の容量が1pF,2pFと大きくなるにしたがって、特性曲線C2,C3で示すように、上記注入信号の周波数付近で反射損が劣化(減少)し、上記容量が2pFの場合の特性曲線C3では、反射利得となってしまう。
Referring to FIG. 4, as shown by the characteristic curve C1, when the capacitance of the output-
したがって、上述の如く、出力側のキャパシタ108の容量を変化させた範囲では、上記出力側のキャパシタ108の容量が小さいほうが注入信号の入力端子117での整合が取り易くなる。
Therefore, in the range where the capacitance of the output-
しかしながら、出力側のキャパシタ108の容量をあまりにも小さくすると、上記基本発振周波数foに対するキャパシタ108のリアクタンスの絶対値が大きくなり、出力側の伝送線路107と増幅回路AMP1との接続点P33での基本発振周波数でのインピーダンスが小さくなる。このため、この第3実施形態の増幅回路AMP1での発振信号の一部が、入力側に反射され、出力端子118からの出力が低下する。したがって、出力側のキャパシタ108の容量としては、上記基本発振周波数foに対するリアクタンスの絶対値が20Ω以下、かつ、上記基本発振周波数foの1/m(mは2以上の整数)の周波数に対するリアクタンスの絶対値が40Ω以上となる範囲で設定するのが望ましい。
However, if the capacitance of the output-
なお、この第3実施形態では、増幅部である増幅回路AMP1が有する能動素子101をnpnバイポーラトランジスタとしたが、増幅回路AMP1はpnpトランジスタや電界効果トランジスタ等の他の能動素子で構成してもよい。また、この第3実施形態では、注入信号の周波数を基本発振周波数の8分の1としたが、注入信号の周波数を基本発振周波数のm分の1(mは2以上の整数)としてもよい。
In the third embodiment, the
(第4の実施形態)
次に、図5に、この発明の第4実施形態としての高周波通信装置の構成を示す。この高周波通信装置は、送信機901と受信機902で構成され、上記第3実施形態と同じ構成の注入同期発振器806,816を備える。
(Fourth embodiment)
Next, FIG. 5 shows the configuration of a high-frequency communication apparatus as a fourth embodiment of the present invention. This high-frequency communication apparatus includes a
図5のブロック図に示すように、上記送信機901は、変調信号源801とハーモニックミキサ802と帯域通過フィルタ803とパワーアンプ804とアンテナ805と注入同期発振器806と基準信号源807とで構成される。上記変調信号源801に、ハーモニックミキサ802と帯域通過フィルタ803とパワーアンプ804とアンテナ805が順に接続され、上記ハーモニックミキサ802に注入同期発振器806と基準信号源807が順に接続されている。
As shown in the block diagram of FIG. 5, the
一方、受信器902は、チューナ811とハーモニックミキサ812と帯域通過フィルタ813とローノイズアンプ814とアンテナ815と注入同期発振器816と基準信号源817とで構成される。上記アンテナ815に、ローノイズアンプ814と帯域通過フィルタ813とハーモニックミキサ812とチューナ811が順に接続され、上記ハーモニックミキサ812に注入同期発振器816と基準信号源817が順に接続されている。
On the other hand, the
上記注入同期発振器806,816は、基本発振周波数(fo)が29.5GHzである。また、基準信号源807,817は、基本発振周波数(fo)の1/8サブハーモニックである3.6875GHzの信号を出力する。
The injection-locked
つまり、上記送信機901,受信機902は、それぞれ、基準信号源807,817から、周波数が3.6875GHzの信号を注入同期発振器806,816に注入し、この注入同期発振器806,816からは、上記注入された信号の8倍波である29.5GHzの信号が出力される。
That is, the
一方、上記送信機901の変調信号源801で生成される中間周波信号の周波数は1GHzから2GHzの間を占めており、この中間周波信号はハーモニックミキサ802の中間周波信号用端子に入力される。また、上記注入同期発振器806から出力される局部発振信号は周波数29.5GHzの正弦波であり、この局部発振信号はハーモニックミキサ802の局部発振信号用端子に入力される。
On the other hand, the frequency of the intermediate frequency signal generated by the
上記中間周波信号と局部発振信号はハーモニックミキサ802内で混合される。このハーモニックミキサ802から発生する信号のうち、周波数60GHzから61GHzの間の高周波信号のみが帯域通過フィルタ803を通過し、パワーアンプ804に入力されて増幅され、アンテナ805から、高周波電波820として放射される。
The intermediate frequency signal and the local oscillation signal are mixed in a
この高周波電波820はアンテナ815で受信され、受信機902の高周波信号となり、ローノイズアンプ814で増幅される。さらに、帯域通過フィルタ813を通過して、ハーモニックミキサ812の高周波信号用端子に入力される。
This high
一方、注入同期発振器816から出力された周波数29.5GHzの正弦波の信号は、ハーモニックミキサ812の局部発振信号用端子に入力される。そして、上記高周波信号は、ハーモニックミキサ812の内部で局部発振信号(すなわち局部発振信号用端子に入力された周波数29.5GHzの正弦波の信号)と混合され、再び周波数1GHzから2GHzの間の中間周波信号に変換される。この中間周波信号は、ハーモニックミキサ812からチューナ811に入力され、所望の情報に変換される。
On the other hand, a sine wave signal having a frequency of 29.5 GHz output from the
なお、上記ハーモニックミキサ802と812は、全く同じ構成のものを使用することが可能である。また、パワーアンプ804とローノイズアンプ814、アンテナ805と815、注入同期発振器806と816、基準信号源807と817は、それぞれ、同じ構成のものを用いることができる。
Note that the
上記基準信号源807,817は3GHz帯の信号を出力するので、従来からのマイクロ波の技術で、高安定で、低位相雑音な基準信号源807,817を容易に構成できる。一方、注入同期発振器806,807は、非常に簡素な構成で等価的に8逓倍動作が可能であり、装置の小型化、低コスト化、低消費電力化に寄与する。
Since the
20 並列帰還回路
21 増幅回路
22 入力側の伝送線路
26 出力側の伝送線路
23,110 入力側のキャパシタ
27,108 出力側のキャパシタ
29,104,113,114,116 キャパシタ
28,115 インダクタ
24,117 入力端子
25,118 出力端子
30,119 直流バイアス端子
101 能動素子
102,103,105,106 伝送線路
P1〜P5,P31〜P37 接続部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
基本発振周波数の波長に対して略1/4の電気長を有する入力側の伝送線路と、入力側のキャパシタとを有し、
上記入力側の伝送線路の一端が上記増幅部と上記並列帰還部との入力側の接続部に接続され、上記入力側の伝送線路の他端が上記入力側のキャパシタを介して接地されており、
かつ、上記入力側のキャパシタと上記入力側の伝送線路との接続部に、信号が注入される入力端子を接続したことを特徴とする注入同期発振器。 An oscillator having at least an amplification unit and a parallel feedback unit connected in parallel to the amplification unit,
An input-side transmission line having an electrical length of approximately 1/4 with respect to the wavelength of the fundamental oscillation frequency, and an input-side capacitor;
One end of the transmission line on the input side is connected to the connection part on the input side of the amplification unit and the parallel feedback unit, and the other end of the transmission line on the input side is grounded via the capacitor on the input side. ,
An injection-locked oscillator comprising an input terminal for injecting a signal connected to a connection portion between the input-side capacitor and the input-side transmission line.
上記基本発振周波数の波長に対して略1/4の電気長を有する出力側の伝送線路と、出力側のキャパシタとを有し、
上記出力側の伝送線路の一端が上記増幅部と上記並列帰還部との出力側の接続部に接続され、上記出力側の伝送線路の他端が上記出力側のキャパシタを介して接地されており、
かつ、上記出力側のキャパシタと上記出力側の伝送線路との接続部に、直流電圧を印加する直流バイアス端子を接続したことを特徴とする注入同期発振器。 The injection-locked oscillator according to claim 1,
An output-side transmission line having an electrical length of approximately ¼ of the wavelength of the fundamental oscillation frequency, and an output-side capacitor;
One end of the output-side transmission line is connected to the output-side connection between the amplification unit and the parallel feedback unit, and the other end of the output-side transmission line is grounded via the output-side capacitor. ,
An injection-locked oscillator comprising a DC bias terminal for applying a DC voltage connected to a connection portion between the output-side capacitor and the output-side transmission line.
上記出力側のキャパシタは、上記基本発振周波数に対するリアクタンスの絶対値が20オーム以下であり、かつ、上記基本発振周波数の1/m(mは2以上の整数)の周波数に対するリアクタンスの絶対値が40オーム以上となるように、容量が設定されていることを特徴とする注入同期発振器。 The injection-locked oscillator according to claim 2,
The output-side capacitor has an absolute value of reactance with respect to the fundamental oscillation frequency of 20 ohms or less, and an absolute value of reactance with respect to a frequency of 1 / m (m is an integer of 2 or more) of the fundamental oscillation frequency. An injection-locked oscillator characterized in that a capacity is set so as to be greater than or equal to ohms.
A high-frequency communication apparatus comprising the injection-locked oscillator according to claim 1.
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