JP2006080697A - Ring oscillator and variable high frequency oscillator employing the same - Google Patents

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等 石田
Atsumichi Araki
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology for stably varying a resonance frequency of a ring oscillator in a small scale and to provide a small-sized variable high frequency oscillator whose oscillated frequency range is wide and stable. <P>SOLUTION: The variable high frequency oscillator 10 of a series feedback type employing the variable ring resonator is disclosed. The high frequency oscillator 10 employing the microstrip line ring resonator 11 whose electric length of the line of which is one wavelength is configured such that an input side terminal 12 for a high frequency signal is provided onto the line, a point 14 located apart from the input side terminal 12 by a half wavelength in terms of the electric length is connected to an input transmission line of a FET, and further a stub part 17 with a prescribed characteristic impedance is provided to a point apart from the input side terminal 12 by 1/4 wavelength in terms of the electric length. The stub part is connected to ground via a variable capacitor. The resonance frequency of the ring resonator and the oscillated frequency of the high frequency oscillator are changed by varying the capacitance of the variable capacitor. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ミリ波又はマイクロ波等の高周波で用いるためのリング共振器と、それを用いた可変高周波発振器に関し、特に所望の共振周波数又は発振周波数を自在に得ることができる技術に係るものである。   The present invention relates to a ring resonator for use at a high frequency such as millimeter wave or microwave, and a variable high frequency oscillator using the ring resonator, and particularly relates to a technique capable of freely obtaining a desired resonance frequency or oscillation frequency. is there.

従来から知られているリング共振器として、特許文献1に開示されるリング共振器がある。
該技術によれば、ストリップ線路リング共振器において、線路長を等間隔に4分割した各点と結合回路を介して接続した4つの端子を設ける。そして、当該線路上の第1の点と線路長の1/2離れた位置にある第2の点との間に共振容量を接続し、かつ第1の点と線路長の1/4離れた位置にある第3の点と該第3の点と線路長1/2離れた位置にある第4の点との間に共振容量を接続する。
A ring resonator disclosed in Patent Document 1 is a conventionally known ring resonator.
According to this technique, in the stripline ring resonator, four terminals are provided which are connected to each point obtained by dividing the line length into four at equal intervals through a coupling circuit. A resonant capacitor is connected between the first point on the line and a second point located at a distance of 1/2 of the line length, and the first point is separated from the line length by 1/4. A resonant capacitor is connected between the third point at the position and the fourth point at a position separated from the third point by a line length of ½.

これにより、共振周波数を任意に設定できる直交する共振モードが利用できると共に、共振容量の容量値により周波数調整を容易に実現することができる等のメリットを有している。
しかしながら、該方法は、共振容量を接続する必要があり、より簡便に共振周波数を設定可能とすることで、小型化や共振周波数の安定化を図る必要がある。
Thereby, orthogonal resonance modes in which the resonance frequency can be arbitrarily set can be used, and the frequency adjustment can be easily realized by the capacitance value of the resonance capacitor.
However, in this method, it is necessary to connect a resonance capacitor, and it is necessary to reduce the size and stabilize the resonance frequency by making it possible to set the resonance frequency more easily.

特許第3309454号Patent No. 3309454

また、従来から高周波の発振回路として、トランジスタを用いた直列帰還発振器が知られている。該発振器で用いられる共振器としては、誘電体共振器やYIG共振器などがあり、前者が広く使われている。
例えば誘電体共振器の構造については特許文献2が開示されている。
Conventionally, a series feedback oscillator using a transistor is known as a high-frequency oscillation circuit. Examples of the resonator used in the oscillator include a dielectric resonator and a YIG resonator, and the former is widely used.
For example, Patent Document 2 discloses the structure of a dielectric resonator.

特開2003-283247号公報JP 2003-283247 A

誘電体共振器を用いた高周波発振器では、図12に示すようにFET(40)の入力伝送線路(41)の適当な位置に、ある程度の距離を離して誘電体共振器(42)を配し、調整をしながら所望の発振周波数を決めている。
調整においては図13に示すように、誘電体共振器(42)を高周波回路基板(43)より高い位置に置き、さらに発振器ジグ(44)と誘電体共振器(42)との間隔を導電性ネジで調整して発振周波数を調整する。
In a high-frequency oscillator using a dielectric resonator, as shown in FIG. 12, the dielectric resonator (42) is arranged at a certain distance from an appropriate position of the input transmission line (41) of the FET (40). The desired oscillation frequency is determined while adjusting.
In the adjustment, as shown in FIG. 13, the dielectric resonator (42) is placed at a position higher than the high-frequency circuit board (43), and the distance between the oscillator jig (44) and the dielectric resonator (42) is set to be conductive. Adjust the oscillation frequency by adjusting with screws.

特許文献2にも開示されている通り、温度や圧力によっても共振周波数が変動するため、このような調整は経験と勘に頼らざるを得ないものである。図12及び図13におけるX、Y、h、dで示されるそれぞれの位置は、定量的に決められるものではなく、製造の困難性、高コスト化の原因となっていた。   As disclosed in Patent Document 2, since the resonance frequency fluctuates depending on the temperature and pressure, such adjustment must rely on experience and intuition. The positions indicated by X, Y, h, and d in FIGS. 12 and 13 are not quantitatively determined, which causes manufacturing difficulty and cost increase.

さらに、図14には高周波発振器の発振周波数を可能にする技術として、誘電体共振器(50)と、λ/4のマイクロストリップ伝送線路(51)とバラクタダイオード(52)とを用いる電圧制御発振器の構成を示している。該技術では、誘電体共振器(50)と半導体増幅素子(53)の入力伝送線路(54)の反対側に、伝送線路(51)及びバラクタダイオード(52)を取り付けている。そして、バラクタダイオード(52)への印加電圧を調整することにより、発振周波数を可変に構成している。   Furthermore, FIG. 14 shows a voltage-controlled oscillator using a dielectric resonator (50), a λ / 4 microstrip transmission line (51), and a varactor diode (52) as a technique for enabling the oscillation frequency of a high-frequency oscillator. The structure of is shown. In this technique, a transmission line (51) and a varactor diode (52) are attached to the dielectric resonator (50) and the semiconductor amplifying element (53) on the opposite side of the input transmission line (54). The oscillation frequency is configured to be variable by adjusting the voltage applied to the varactor diode (52).

しかしながら、本構成でも、上記のように誘電体共振器(50)の位置調整により発振周波数を調整しなければならず、一定の発振周波数範囲を実現するためには経験と勘に頼らざるを得ない問題がある。また、発振周波数範囲を十分に広く取ることができなかった。   However, even in this configuration, the oscillation frequency must be adjusted by adjusting the position of the dielectric resonator (50) as described above, and in order to realize a certain oscillation frequency range, it is necessary to rely on experience and intuition. There is no problem. Further, the oscillation frequency range could not be made sufficiently wide.

本発明は、上記従来技術の有する問題点に鑑みて創出されたものであり、リング共振器の共振周波数を、小型でかつ安定的に可変する技術と、発振周波数範囲が広く、小型でかつ安定した可変高周波発振器を提供することを目的とするものである。   The present invention has been created in view of the above-described problems of the prior art, and is a technique for changing the resonance frequency of a ring resonator in a small and stable manner, and has a wide oscillation frequency range, a small and stable structure. It is an object of the present invention to provide a variable high frequency oscillator.

本発明は、上記の課題を解決するために、次のようなリング共振器の構成を提供する。
すなわち、請求項1に記載の発明は、線路の電気長が1波長であるマイクロストリップ線路リング共振器であって、高周波信号の入力端子を、該マイクロストリップ線路上に設ける一方、該入力端子から電気長で半波長の位置にある点を該半導体増幅素子の入力伝送線路に接続し、さらに該入力端子から電気長で1/4波長の位置にある点に所定の特性インピーダンスのスタブ部を設け、該スタブ部は可変キャパシタを介して接地する。
これにより、可変キャパシタの容量を変化させることで共振周波数を変更可能としたことを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the present invention provides the following ring resonator configuration.
That is, the invention according to claim 1 is a microstrip line ring resonator in which the electrical length of the line is one wavelength, and an input terminal for a high-frequency signal is provided on the microstrip line, and from the input terminal A point at a half wavelength position in electrical length is connected to the input transmission line of the semiconductor amplifying element, and a stub portion having a predetermined characteristic impedance is provided at a point at a quarter wavelength in electrical length from the input terminal. The stub portion is grounded via a variable capacitor.
Thus, the resonance frequency can be changed by changing the capacitance of the variable capacitor.

また、請求項2に記載の発明は、上記において可変キャパシタが、バラクタダイオードであって、バラクタダイオードへの印加電圧を調整することにより共振周波数を変更可能としたリング共振器を提供するものである。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a ring resonator in which the variable capacitor is a varactor diode and the resonance frequency can be changed by adjusting a voltage applied to the varactor diode. .

本発明は、可変高周波発振器を提供することもできる。すなわち、請求項3に記載の発明は、発振周波数が可変であって、半導体増幅素子を用いた直列帰還形の高周波発振器において、線路の電気長が1波長であるマイクロストリップ線路リング共振器を用い、高周波信号の入力端子を、該マイクロストリップ線路上に設ける一方、該入力端子から電気長で半波長の位置にある点を該半導体増幅素子の入力伝送線路に接続し、さらに該入力端子から電気長で1/4波長の位置にある点に所定の特性インピーダンスのスタブ部を設け、該スタブ部は可変キャパシタを介して接地することを特徴とする。
これにより、可変キャパシタの容量を変化させることで発振周波数を変更可能に構成することができる。
The present invention can also provide a variable high frequency oscillator. That is, the invention according to claim 3 uses a microstrip line ring resonator in which the oscillation frequency is variable and the electrical length of the line is one wavelength in a series feedback type high frequency oscillator using a semiconductor amplifying element. A high-frequency signal input terminal is provided on the microstrip line, and a point at an electrical length and a half-wavelength from the input terminal is connected to the input transmission line of the semiconductor amplifying element, and further from the input terminal A stub portion having a predetermined characteristic impedance is provided at a long and 1/4 wavelength position, and the stub portion is grounded via a variable capacitor.
Thus, the oscillation frequency can be changed by changing the capacitance of the variable capacitor.

請求項4に記載の発明によれば、可変キャパシタが、バラクタダイオードであって、バラクタダイオードへの印加電圧を調整することにより発振周波数を変更可能とする。このように構成された可変高周波発振器は、電圧制御発振器として提供することができる。   According to the invention of claim 4, the variable capacitor is a varactor diode, and the oscillation frequency can be changed by adjusting the voltage applied to the varactor diode. The variable high frequency oscillator configured as described above can be provided as a voltage controlled oscillator.

請求項5に記載の発明によれば、前記の可変高周波発振器において、半導体増幅素子がFETであって、リング共振器をゲート回路に接続し、ソース回路からは発振信号を出力し、ドレイン回路には開放スタブを設けて可変高周波発振器を提供することができる。   According to the fifth aspect of the present invention, in the variable high-frequency oscillator, the semiconductor amplifying element is an FET, the ring resonator is connected to the gate circuit, an oscillation signal is output from the source circuit, and the drain circuit is supplied. Can provide a variable high frequency oscillator with an open stub.

本発明の請求項1又は2の構成によれば、リング共振器の各特性インピーダンスの設定により定量的に共振周波数を設定することができ、特に可変キャパシタの容量を変更する簡便な構成により小型でかつ安定した共振器を提供することができる。特に請求項2の構成では電圧制御により、自在に共振周波数を変更することができる。   According to the configuration of the first or second aspect of the present invention, the resonance frequency can be quantitatively set by setting each characteristic impedance of the ring resonator, and in particular, the size can be reduced by a simple configuration for changing the capacitance of the variable capacitor. In addition, a stable resonator can be provided. In particular, in the configuration of claim 2, the resonance frequency can be freely changed by voltage control.

また、請求項3ないし5の構成によれば、上記のリング共振器を高周波発振器に適用することにより、小型で安定した可変高周波発振器の実現に寄与するものである。   According to the third or fifth aspect of the present invention, the above-described ring resonator is applied to a high-frequency oscillator, thereby contributing to the realization of a small and stable variable high-frequency oscillator.

以下、本発明の実施形態を、図面に示す実施例を基に説明する。なお、実施形態は下記に限定されるものではない。
まず本発明における共振周波数が可変なリング共振器の構造について説述する。リング共振器の第1の実施態様としては、図1に示すようマイクロストリップ線路で実現されたリング共振器(1)を挙げることができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples shown in the drawings. The embodiment is not limited to the following.
First, the structure of a ring resonator having a variable resonance frequency according to the present invention will be described. As a first embodiment of the ring resonator, a ring resonator (1) realized by a microstrip line as shown in FIG. 1 can be mentioned.

該リング共振器(1)において、リングは通過周波数での電気長が1波長(λ)のマイクロストリップ線路であり、線路上には共振器の入力側端(2)と出力側端(3)が、電気長でλ/2離れた位置に設けられる。さらに、リング周上で入力側端(2)から電気長でλ/4離れた位置(4)に電気長でλ/4の長さのスタブ部(5)が接続されている。なお、以下の記載では線路長の記述においては、すべて電気長を意味するものとして説述する。   In the ring resonator (1), the ring is a microstrip line having an electrical length of one wavelength (λ) at a passing frequency, and on the line, an input side end (2) and an output side end (3) of the resonator. Are provided at positions separated by λ / 2 in electrical length. Further, a stub portion (5) having an electrical length of λ / 4 is connected to a position (4) that is separated from the input side end (2) by an electrical length of λ / 4 on the ring circumference. In the following description, in the description of the line length, all are described as meaning the electrical length.

本発明では、スタブ部(5)には印加電圧により容量を可変可能な可変キャパシタとしてバラクタダイオード(9)の一端が連結されており、他端は接地されている。本構成により後述するように電圧により共振周波数を変更させることができるが、可変キャパシタとしてはバラクタダイオード(9)以外の周知のデバイスを用いることができる。   In the present invention, one end of a varactor diode (9) is connected to the stub portion (5) as a variable capacitor whose capacity can be changed by an applied voltage, and the other end is grounded. As will be described later with this configuration, the resonance frequency can be changed by voltage, but a known device other than the varactor diode (9) can be used as the variable capacitor.

本構成によれば、通過帯城で2等分点の片側回路を切り離すことができ、伝送線路の間に通過周波数でλ/2長の伝送線路を形成できる。
図1において、このリング共振器(1)の上側リング部の特性インピーダンスをZ1、下側リング部の特性インピーダンスをZ2、開放スタブ(5)の特性インピーダンスをZ3とすると、減衰極周波数fは次の数1によって求められる。

(数1)tan2θp=2(1+Z1/Z2) ×Z3/Z2
f=θp°/90°×f0 (GHz) (f0は中心周波数)
According to this configuration, the one-sided circuit at the bisection point can be cut off at the passband, and a transmission line having a length of λ / 2 can be formed between the transmission lines at the passing frequency.
In Figure 1, Z 1 the characteristic impedance of the upper ring portion of the ring resonator (1), characteristic impedance Z 2 of the lower ring portion, the characteristic impedance of the open stub (5) When Z 3, the attenuation pole frequency f is obtained by the following equation (1).

(Equation 1) tan 2 θ p = 2 (1 + Z 1 / Z 2 ) × Z 3 / Z 2
f = θ p ° / 90 ° x f 0 (GHz) (f 0 is the center frequency)

例えば、リング共振器(1)を比誘電率3.5、基板厚1.67mm、導体厚35μm、誘電損失0.025の高周波回路基板において作成する。リングの実効半径は15mmで、開放スタブの長さは約20mmである。このときの各特性インピーダンスは、Z1=50Ω、Z2=131.8Ω、Z3=24.6Ωとした場合の周波数特性を測定した。 For example, the ring resonator (1) is formed on a high-frequency circuit board having a relative dielectric constant of 3.5, a substrate thickness of 1.67 mm, a conductor thickness of 35 μm, and a dielectric loss of 0.025. The effective radius of the ring is 15 mm and the length of the open stub is about 20 mm. Each characteristic impedance at this time was measured for frequency characteristics when Z 1 = 50Ω, Z 2 = 131.8Ω, and Z 3 = 24.6Ω.

このときのリング共振器の高周波特性は図4に示す通りである。図において上側が通過特性で、下側が群遅延特性を示している。2GHz帯における通過損失は、約0.28dB、減衰極周波数は、約800MHzと約3200MHzであり、上記数2により求めた理論値(792MHz、3208MHz)とよく一致していることが分かる。また、比帯域は100%を超えており、群遅延特性も、2GHz±0.4GHzで1ns程度(一定)、ほぼ伝送線路の値である。
このように、リング共振器では急峻な減衰特性が得られる他、平坦な群遅延特性、平坦でロスの少ない通過帯域の周波数特性が特徴であり、従来の誘電体共振器に比して優れた特性を有する。
The high frequency characteristics of the ring resonator at this time are as shown in FIG. In the figure, the upper side shows the pass characteristic and the lower side shows the group delay characteristic. The passage loss in the 2 GHz band is about 0.28 dB, and the attenuation pole frequencies are about 800 MHz and about 3200 MHz, which are found to be in good agreement with the theoretical values (792 MHz, 3208 MHz) obtained by the above equation 2. Further, the specific bandwidth exceeds 100%, and the group delay characteristic is about 1 ns (constant) at 2 GHz ± 0.4 GHz, which is almost the value of the transmission line.
As described above, the ring resonator has a steep attenuation characteristic, and is also characterized by a flat group delay characteristic and a flat and low loss frequency characteristic of the passband, which is superior to a conventional dielectric resonator. Has characteristics.

次に、リング共振器の各特性インピーダンスに係る減衰極周波数の解析について説述する。図5は、本リング共振器(1)におけるSマトリクスを説明する図である。各ポート#1〜#3を図のように定めると、このときのSマトリクスは数2で表される。

Figure 2006080697
Next, the analysis of the attenuation pole frequency related to each characteristic impedance of the ring resonator will be described. FIG. 5 is a diagram for explaining the S matrix in the ring resonator (1). When the ports # 1 to # 3 are defined as shown in the figure, the S matrix at this time is expressed by the following equation (2).
Figure 2006080697

そして、図6のように該共振回路の入力側端と出力側端との間で2ポートのデバイスとして扱い、スタブ部の反射係数をΓとすると、このときのSマトリクスは数3で表される。

Figure 2006080697
Then, as shown in FIG. 6, when the resonance circuit is treated as a two-port device between the input side end and the output side end, and the reflection coefficient of the stub portion is Γ, the S matrix at this time is expressed by Equation 3. The
Figure 2006080697

そして、共振条件S21R=0となるのはΓ=ΓLであり、出力側整合ΓLは、数4で表される。

Figure 2006080697
The resonance condition S 21R = 0 is Γ = Γ L , and the output side matching Γ L is expressed by Equation 4.
Figure 2006080697

ここで、各特性インピーダンスがZ1=62.3Ω、Z2=90Ω、Z3=50Ωであり、中心周波数6.5GHzを入力した場合の通過特性を測定した。この結果を図7に示す。
図7において、反射特性S11と通過特性S21を示しており、減衰極周波数は3.9GHz及び9.1GHzとなっている。
Here, each characteristic impedance was Z 1 = 62.3Ω, Z 2 = 90Ω, Z 3 = 50Ω, and the passing characteristics when the center frequency was 6.5 GHz were measured. The result is shown in FIG.
In FIG. 7, the reflection characteristic S 11 and the transmission characteristic S 21 are shown, and the attenuation pole frequencies are 3.9 GHz and 9.1 GHz.

またΓ及びΓLの周波数・位相特性を図8に示す。図8に見るように、減衰極周波数の値は、図8におけるΓ及びΓLの交点(Γ=ΓL)における周波数であり、Γによって定まることが分かる。
このような特性を利用して、本発明ではスタブ部(5)にバラクタダイオード(9)を配設し、Γの特性を変化させるように構成した。
FIG. 8 shows the frequency / phase characteristics of Γ and Γ L. As can be seen from FIG. 8, the value of the attenuation pole frequency is the frequency at the intersection (Γ = Γ L ) of Γ and Γ L in FIG. 8, and is determined by Γ.
Utilizing such characteristics, in the present invention, a varactor diode (9) is disposed in the stub portion (5) to change the characteristic of Γ.

すなわち、可変キャパシタの容量C=0pFの場合には、上述のようにグラフ(30)の特性を示し、減衰極周波数が3.9GHz、9.1GHzとなるが、容量Cを変化させることで、グラフが移動し、Γ及びΓLの交点も変化する。
例えば、C=0.2pFの時には、3.3GHz及び8.3GHz、C=0.5pFの時には、2.9GHz及び7.6GHzに変化する。
このように、本発明によればバラクタダイオード(9)への印加電圧を変化させることで、減衰極周波数が変化するように構成した。
That is, when the capacitance C of the variable capacitor is 0 pF, the characteristics of the graph (30) are shown as described above, and the attenuation pole frequencies are 3.9 GHz and 9.1 GHz, but by changing the capacitance C, The graph moves and the intersection of Γ and Γ L changes.
For example, when C = 0.2 pF, the frequency changes to 3.3 GHz and 8.3 GHz, and when C = 0.5 pF, the frequency changes to 2.9 GHz and 7.6 GHz.
Thus, according to the present invention, the attenuation pole frequency is changed by changing the voltage applied to the varactor diode (9).

次に、本リング共振器のQ値について考察する。
一般的に、誘電体共振器は、そのQ値が高いことから、誘電体共振器で安定化した発振器からの出力波形は、信号純度が高い特徴がある。従って、信号純度の指標の1つである位相雑音特性に優れている。このため、誘電体共振器安定化電圧制御発振器は、基準信号を作成する装置等に用いられることがある。
Next, the Q value of this ring resonator will be considered.
In general, since the dielectric resonator has a high Q value, the output waveform from an oscillator stabilized by the dielectric resonator is characterized by high signal purity. Therefore, the phase noise characteristic which is one of the indicators of signal purity is excellent. For this reason, the dielectric resonator stabilization voltage control oscillator may be used for an apparatus for generating a reference signal.

本発明に係るリング共振器のQ値は数5によって表すことができる。数5に示されるように、Q値は各特性インピーダンスによって決まり、本数式に基づくシミュレーション及び実証実験により、リング共振器のQ値が十分に高いことが示されている。

Figure 2006080697
The Q value of the ring resonator according to the present invention can be expressed by Equation 5. As shown in Equation 5, the Q value is determined by each characteristic impedance, and simulations and demonstration experiments based on this formula show that the Q value of the ring resonator is sufficiently high.
Figure 2006080697

以上の構成により、リング共振器の特性が変化するので、これを帯域フィルタとして利用すれば、例えば電圧制御により阻止帯域又は通過帯域の変化するフィルタを提供することができる。
その他、本発明に係るリング共振器は任意のデバイスに対して適用することができる。以下、可変高周波発振器として用いる場合につき説述する。
With the above configuration, the characteristics of the ring resonator change, and if this is used as a band filter, it is possible to provide a filter whose stop band or pass band changes by voltage control, for example.
In addition, the ring resonator according to the present invention can be applied to any device. Hereinafter, the case of using as a variable high frequency oscillator will be described.

すなわち図2は本発明における可変高周波発振器(10)であり、マイクロストリップ線路長が1波長のリング共振器(11)を用いている。リング共振器(11)の入力側端(12)は50Ω(13)で終端し、出力側端(14)は半導体増幅素子としてFET(15)のゲート回路(16)に接続する。   That is, FIG. 2 shows a variable high-frequency oscillator (10) according to the present invention, which uses a ring resonator (11) having a microstrip line length of one wavelength. The input side end (12) of the ring resonator (11) is terminated with 50Ω (13), and the output side end (14) is connected to the gate circuit (16) of the FET (15) as a semiconductor amplifying element.

リング共振器には図1の構成の通り、電気長で1/4波長のスタブ(17)を設けており、上述したとおり、バラクタダイオード(18)により共振周波数を変更可能としている。バラクタダイオード(18)には図示しないDC電源により印加電圧を入力する。
FET(15)のソース回路(19)からは発振信号を出力(20)し、ドレイン回路(21)には開放スタブ(22)を設けている。
As shown in FIG. 1, the ring resonator is provided with a stub (17) having an electrical length of ¼ wavelength. As described above, the resonance frequency can be changed by the varactor diode (18). An applied voltage is input to the varactor diode (18) by a DC power source (not shown).
An oscillation signal is output (20) from the source circuit (19) of the FET (15), and an open stub (22) is provided in the drain circuit (21).

以上のように、本発明の高周波発振器は、従来の誘電体共振器を用いた構成では位置の決定が経験と勘に頼らざるを得ず、設計が困難かつ不安定であった問題点を解消し、各特性インピーダンスを定めることで定式的に設計が行えるようになった。
図3は、図2に示した高周波発振器(10)による発振周波数特性を示す測定結果であり、設計値で9.24GHz〜9.37GHzの周波数範囲とし、実測値として9.26GHz〜9.35GHzの高周波発振を得た。
本発明は、このように十分な周波数範囲で、安定に高周波発振が可能な可変高周波発振器を提供することができる。またバラクタダイオードを設けるだけの構成であり、小型化、低コスト化にも寄与する。
As described above, the high-frequency oscillator of the present invention solves the problem that the design using a conventional dielectric resonator has to rely on experience and intuition to determine the position, which is difficult and unstable in design. In addition, it has become possible to formally design by defining each characteristic impedance.
FIG. 3 is a measurement result showing the oscillation frequency characteristics of the high-frequency oscillator (10) shown in FIG. 2. The design value is a frequency range of 9.24 GHz to 9.37 GHz, and the actual measurement value is 9.26 GHz to 9.35 GHz. High frequency oscillation was obtained.
The present invention can provide a variable high-frequency oscillator capable of stable high-frequency oscillation in such a sufficient frequency range. In addition, the structure is simply provided with a varactor diode, which contributes to miniaturization and cost reduction.

上記で用いたリング共振器の他、図9及び図10に示すようなリング共振器を用いることもできる。図9は図1で示した円形のリングに代えて矩形のリングを用いたリング共振器を示している。
本発明は、このようなリングの形状は問わず、電気長及びインピーダンスが同じであれば、どのように構成してもよい。
なお、入力端子及び出力端子に接続されているマイクロストリップ線路6及び7は信号の反射を抑えるために設けられているものであり、その特性インピーダンスZ0は、数1からも分かるように、減衰極周波数には影響しない。
In addition to the ring resonator used above, a ring resonator as shown in FIGS. 9 and 10 can also be used. FIG. 9 shows a ring resonator using a rectangular ring instead of the circular ring shown in FIG.
The present invention may be configured in any manner as long as the electrical length and impedance are the same regardless of the shape of such a ring.
Note that the microstrip lines 6 and 7 connected to the input terminal and the output terminal are provided to suppress signal reflection, and the characteristic impedance Z 0 is attenuated as can be seen from Equation 1. It does not affect the pole frequency.

図10はリング共振器の別実施例を示す模式図である。図1の構成と異なる点は、入力側端(2)からλ/4離れた位置(4)に接続されるスタブ部(5)の長さがλ/2であり、かつ、先端が接地されていることである。
図1における開放スタブ付リング共振器は、減衰極の周波数間隔を広くできるが、周波数がゼロのときに減衰が起きないのに対し、本短絡スタブ付リング共振器は、減衰極の周波数間隔を開放スタプの場合ほど広くできないが、周波数がゼロ(と通渦中心周波数の2倍の周波数)のとき、信号を通過させないという特徴がある。
FIG. 10 is a schematic view showing another embodiment of the ring resonator. The difference from the configuration of FIG. 1 is that the length of the stub portion (5) connected to the position (4) away from the input side end (2) by λ / 4 is λ / 2, and the tip is grounded. It is that.
The ring resonator with an open stub in FIG. 1 can widen the frequency interval between the attenuation poles, but attenuation does not occur when the frequency is zero, whereas the ring resonator with a shorted stub has a frequency interval between the attenuation poles. Although not as wide as in the case of an open stap, when the frequency is zero (and a frequency twice the center of the vortex center), there is a feature that the signal is not passed.

図11は、図10のリングフィルタにおいて、Z1=50Ω、Z2=131.8Ω、Z3=70.7Ωにしたときの特性図(上側が通過特性で、下側が反射特性)である。通過中心周波数が2GHzのとき、減裳裾周波数が約1.4GHzと2.6GHzであり、開放スタブの場合(800MHzと3.2GHz)よりも間隔が狭いが、周波数ゼロの場合と4GHz(通過中心周波数町置倍の周波数)においても減衰していることが分かる。 FIG. 11 is a characteristic diagram when Z 1 = 50Ω, Z 2 = 131.8Ω, and Z 3 = 70.7Ω in the ring filter of FIG. 10 (the upper side is a pass characteristic and the lower side is a reflection characteristic). When the passing center frequency is 2 GHz, the reduced tail frequencies are about 1.4 GHz and 2.6 GHz, and the interval is narrower than in the case of the open stub (800 MHz and 3.2 GHz), but when the frequency is zero and 4 GHz (passing center) It can be seen that the frequency is also attenuated at the frequency (frequency multiplied by the frequency).

本発明に係るリング共振器の1実施例の模式図である。It is a schematic diagram of one Example of the ring resonator which concerns on this invention. 本発明の可変高周波発振器の構成図である。It is a block diagram of the variable high frequency oscillator of this invention. 本発明の可変高周波発振器による周波数特性図である。It is a frequency characteristic figure by the variable high frequency oscillator of the present invention. リング共振器の高周波特性図である。It is a high frequency characteristic figure of a ring resonator. リング共振器のSマトリクスを説明するための図である。It is a figure for demonstrating S matrix of a ring resonator. リング共振器のSマトリクスを説明するための図である。It is a figure for demonstrating S matrix of a ring resonator. リング共振器の通過特性を示す図である。It is a figure which shows the passage characteristic of a ring resonator. Γ及びΓLの周波数・位相特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency and phase characteristic of (GAMMA) and (GAMMA) L. 本発明に係るリング共振器の別実施例1の模式図である。It is a schematic diagram of another embodiment 1 of the ring resonator according to the present invention. 本発明に係るリング共振器の別実施例2の模式図である。It is a schematic diagram of another embodiment 2 of the ring resonator according to the present invention. 本発明に係るリング共振器の別実施例2による周波数特性図である。It is a frequency characteristic figure by another Example 2 of the ring resonator which concerns on this invention. 従来の誘電体共振器の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the conventional dielectric resonator. 従来の誘電体共振器の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the conventional dielectric resonator. 従来の電圧制御可能な誘電体共振器の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the conventional dielectric resonator which can control voltage.

符号の説明Explanation of symbols

10 高周波発振器
11 リング共振器
12 入力側端
13 50Ω終端
14 出力側端
15 FET
16 ゲート回路
17 スタブ部
18 バラクタダイオード
19 ソース回路
20 発振出力
21 ドレイン回路
22 開放スタブ

10 High Frequency Oscillator 11 Ring Resonator 12 Input Side End 13 50Ω Termination 14 Output Side End 15 FET
16 Gate circuit 17 Stub section 18 Varactor diode 19 Source circuit 20 Oscillation output 21 Drain circuit 22 Open stub

Claims (5)

線路の電気長が1波長であるマイクロストリップ線路リング共振器であって、
高周波信号の入力端子を、該マイクロストリップ線路上に設ける一方、
該入力端子から電気長で半波長の位置にある点を該半導体増幅素子の入力伝送線路に接続し、
さらに該入力端子から電気長で1/4波長の位置にある点に所定の特性インピーダンスのスタブ部を設け、該スタブ部は可変キャパシタを介して接地し、
該可変キャパシタの容量を変化させることで共振周波数を変更可能とした
ことを特徴とするリング共振器。
A microstrip line ring resonator in which the electrical length of the line is one wavelength,
While providing a high frequency signal input terminal on the microstrip line,
A point located at a half wavelength position in electrical length from the input terminal is connected to the input transmission line of the semiconductor amplifying element,
Furthermore, a stub portion having a predetermined characteristic impedance is provided at a point at a quarter wavelength in electrical length from the input terminal, and the stub portion is grounded via a variable capacitor,
A ring resonator, wherein the resonance frequency can be changed by changing the capacitance of the variable capacitor.
前記可変キャパシタが、バラクタダイオードであって、
該バラクタダイオードへの印加電圧を調整することにより共振周波数を変更可能とした
請求項1に記載のリング共振器。
The variable capacitor is a varactor diode,
The ring resonator according to claim 1, wherein the resonance frequency can be changed by adjusting a voltage applied to the varactor diode.
発振周波数が可変であって、半導体増幅素子を用いた直列帰還形の高周波発振器において、
線路の電気長が1波長であるマイクロストリップ線路リング共振器を用い、
高周波信号の入力端子を、該マイクロストリップ線路上に設ける一方、
該入力端子から電気長で半波長の位置にある点を該半導体増幅素子の入力伝送線路に接続し、
さらに該入力端子から電気長で1/4波長の位置にある点に所定の特性インピーダンスのスタブ部を設け、該スタブ部は可変キャパシタを介して接地し、
該可変キャパシタの容量を変化させることで発振周波数を変更可能とした
ことを特徴とする可変高周波発振器。
In the series feedback type high-frequency oscillator using a semiconductor amplifying element, the oscillation frequency is variable,
Using a microstrip line ring resonator whose electrical length is one wavelength,
While providing a high frequency signal input terminal on the microstrip line,
A point located at a half wavelength position in electrical length from the input terminal is connected to the input transmission line of the semiconductor amplifying element,
Furthermore, a stub portion having a predetermined characteristic impedance is provided at a point at a quarter wavelength in electrical length from the input terminal, and the stub portion is grounded via a variable capacitor,
A variable high-frequency oscillator characterized in that the oscillation frequency can be changed by changing the capacitance of the variable capacitor.
前記可変キャパシタが、バラクタダイオードであって、
該バラクタダイオードへの印加電圧を調整することにより発振周波数を変更可能とした
ことを特徴とする請求項3に記載の可変高周波発振器。
The variable capacitor is a varactor diode,
The variable high-frequency oscillator according to claim 3, wherein the oscillation frequency can be changed by adjusting a voltage applied to the varactor diode.
前記可変高周波発振器において、半導体増幅素子がFETであって、
前記リング共振器をゲート回路に接続し、ソース回路からは発振信号を出力し、ドレイン回路には開放スタブを設けた
請求項3又は4に記載の可変高周波発振器。

In the variable high-frequency oscillator, the semiconductor amplifying element is an FET,
The variable high-frequency oscillator according to claim 3, wherein the ring resonator is connected to a gate circuit, an oscillation signal is output from a source circuit, and an open stub is provided in a drain circuit.

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