JP2008035351A - High-frequency oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、誘電体共振器を用いた高周波発振器に関する。さらに詳しくは、本来の発振周波数の1/2の周波数である不要なスプリアスの発振を抑制することができる高周波発振器に関する。 The present invention relates to a high-frequency oscillator using a dielectric resonator. More specifically, the present invention relates to a high-frequency oscillator that can suppress unnecessary spurious oscillation that is half the original oscillation frequency.
誘電体共振器を用いた高周波発振器は、裏面に接地導体膜が形成された誘電体基板の表面にマイクロストリップ線路が形成され、誘電体共振器、トランジスタ、抵抗などの部品が搭載されることにより発振回路が形成されている。たとえば図3に等価回路図で示されるように、バイポーラトランジスタ1が、そのベースBは第1のマイクロストリップ線路3に接続され、コレクタCは第2のマイクロストリップ線路4に接続され、エミッタEは接地されるように、誘電体基板5上に搭載されている。そして、この第1および第2のマイクロストリップ線路3、4の両方と結合するように誘電体共振器2が誘電体基板5の表面に搭載されている。このトランジスタ1のコレクタ端子Cには、出力負荷抵抗8および容量結合部10を介して出力端子Outが接続され、ベース端子Bには、ベースバイアス抵抗6およびコレクタバイアス抵抗7を介して直流電源供給端子Vccに接続されている。なお、ベースバイアス抵抗6とコレクタバイアス抵抗7との接続部がコレクタ端子Cと接続されてコレクタ端子Cにも電源が供給されるようになっている。さらに、コレクタバイアス抵抗7と直流電源供給端子Vccとの接続部とアースとの間に発振制御用キャパシタ9が接続されている(たとえば特許文献1参照)。
A high-frequency oscillator using a dielectric resonator has a microstrip line formed on the surface of a dielectric substrate having a ground conductor film formed on the back surface, and components such as a dielectric resonator, a transistor, and a resistor are mounted. An oscillation circuit is formed. For example, as shown in an equivalent circuit diagram in FIG. 3, the
この第1のマイクロストリップ線路3は、誘電体共振器2と共にフィードバック側回路を構成し、第2のマイクロストリップ線路4は、誘電体共振器2と共に発振側回路を構成している。この第1および第2のマイクロストリップ線路3、4は、共に誘電体共振器2と結合しやすくすることで、所望の周波数で発振しやすくするのに都合がよいと考えられ、同じ長さで、しかも誘電体共振器2に関してほぼ対称になるように形成されている。
前述のような誘電体共振器を用いた従来の高周波発振器では、誘電体共振器の共振周波数に基づき、所望の周波数f0で発振をする。しかし、たとえば負荷抵抗が所望の周波数f0の1/2の周波数でも整合して充分な帰還量が得られ、帰還回路の位相が同相になるとf0/2の周波数でも発振が起こり、不要スプリアスモードとして出力されるという問題がある。そのため、高周波発振器内または外部回路などにフィルタを接続して不要スプリアスモードを除去する必要があり、部品が増加してコストアップになると共に、装置が大形化するという問題がある。 A conventional high frequency oscillator using a dielectric resonator as described above oscillates at a desired frequency f 0 based on the resonance frequency of the dielectric resonator. However, for example, load resistance is obtained sufficient feedback amount is consistent even at half the frequency of the desired frequency f 0, the oscillation occurs at the frequency phase of the in phase f 0/2 of the feedback circuit, unwanted spurious There is a problem of being output as a mode. Therefore, it is necessary to remove the unnecessary spurious mode by connecting a filter in the high-frequency oscillator or an external circuit, and there is a problem that the number of parts increases and the cost is increased, and the apparatus is increased in size.
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、誘電体共振器を用いる高周波発振器で、所望の周波数に対して、その1/2の周波数のスプリアスを発生しない高周波発振器を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and provides a high-frequency oscillator using a dielectric resonator that does not generate a spurious signal having a frequency half that of a desired frequency. The purpose is to do.
本発明者は、所望の発振周波数f0の1/2の周波数のスプリアスが生じない高周波発振器を得るため、鋭意検討を重ねた結果、トランジスタの入力側(ベース)と接続される第1のマイクロストリップ線路の長さを、トランジスタの出力側(コレクタまたはエミッタ)に接続される第2のマイクロストリップ線路よりも短くして、インピーダンスを変えることにより、誘電体共振器と第1のマイクロストリップ線路とで構成されるフィードバック側回路での帰還量が所望の周波数f0では変化なく充分なフィードバックが得られることにより発振するのに対して、所望周波数f0の1/2の周波数では減衰されてフィードバック回路が形成されないことにより発振には至らず、所望の周波数f0のみで発振し、不要なスプリアスを発生しない高周波発振器が得られることを見出した。 As a result of intensive studies in order to obtain a high-frequency oscillator that does not generate a spurious frequency that is ½ of a desired oscillation frequency f 0 , the present inventor has made a first micro-connection connected to the input side (base) of the transistor. By changing the impedance by making the length of the strip line shorter than the second microstrip line connected to the output side (collector or emitter) of the transistor, the dielectric resonator and the first microstrip line relative to oscillate by the feedback amount of the feedback side circuit including the desired frequency f 0 in changed without sufficient feedback is obtained in the feedback is attenuated at half the frequency of the desired frequency f 0 not lead to oscillation by the circuit is not formed, oscillates only at the desired frequency f 0, it does not generate unwanted spurious It was found that the frequency oscillator can be obtained.
本発明による高周波発振器は、誘電体基板と、該誘電体基板上に設けられるトランジスタと、該トランジスタの入力側に接続され、前記誘電体基板上に設けられる第1のマイクロストリップ線路と、前記トランジスタの出力側に接続され、前記誘電体基板上に設けられる第2のマイクロストリップ線路と、該第1および第2のマイクロストリップ線路とそれぞれ結合するように前記誘電体基板上に設けられる誘電体共振器とを有し、前記第1のマイクロストリップ線路が、前記第2のマイクロストリップ線路よりも短く形成されていることを特徴とする。 A high-frequency oscillator according to the present invention includes a dielectric substrate, a transistor provided on the dielectric substrate, a first microstrip line connected to the input side of the transistor and provided on the dielectric substrate, and the transistor And a second microstrip line provided on the dielectric substrate, and a dielectric resonance provided on the dielectric substrate so as to be coupled to the first and second microstrip lines, respectively. And the first microstrip line is shorter than the second microstrip line.
本発明によれば、トランジスタの入力側(たとえばベース)に接続される第1のマイクロストリップ線路が、出力側(たとえばコレクタまたはエミッタ)と接続される第2のマイクロストリップ線路よりも短く形成されているため、誘電体共振器と共に構成されるフィードバック回路側のインピーダンスが変り、所望の周波数では充分な帰還量が得られるインピーダンスとなるが、所望の周波数の1/2の周波数に対しては、充分な帰還量が得られなくフィードバック回路が構成されなくなる。そのため、本来の所望の周波数である発振周波数f0に対しては充分なフィードバックが得られて発振に至るが、所望の周波数の1/2の周波数に対してはフィードバック回路が構成されず、発振に至らない。その結果、本来の所望の周波数の出力のみで発振が起こり、所望の周波数の電力のみが出力される。 According to the present invention, the first microstrip line connected to the input side (eg, base) of the transistor is formed shorter than the second microstrip line connected to the output side (eg, collector or emitter). Therefore, the impedance on the side of the feedback circuit configured with the dielectric resonator changes and becomes an impedance that provides a sufficient feedback amount at a desired frequency, but is sufficient for a frequency that is ½ of the desired frequency. A feedback amount cannot be obtained because a large amount of feedback cannot be obtained. For this reason, sufficient feedback is obtained for the oscillation frequency f 0 which is the original desired frequency and oscillation occurs. However, no feedback circuit is configured for a frequency which is ½ of the desired frequency, and oscillation occurs. Not reached. As a result, oscillation occurs only at the output of the original desired frequency, and only power at the desired frequency is output.
その結果、高周波発振器内または外部回路にフィルタなどの部品を搭載することなく、第1のマイクロストリップ線路の長さを調整するだけで、所望の周波数f0に対するf0/2のような不要なスプリアスは抑制されて、必要な周波数の出力のみが得られる。また、第1のマイクロストリップ線路が短くなるため、誘電体基板上にスペースが生じ、その部分にバラクタダイオードポートのマイクロストリップ線路を設けることができ、誘電体基板を大きくすることなく、高周波発振器を電圧制御型発振器(VCO)とすることもできる。 As a result, without mounting a component such as a filter to the high-frequency oscillator in or external circuit, by merely adjusting the length of the first microstrip line, unnecessary, such as f 0/2 for a desired frequency f 0 Spurious is suppressed and only the output of the necessary frequency is obtained. In addition, since the first microstrip line is shortened, a space is generated on the dielectric substrate, and the microstrip line of the varactor diode port can be provided at that portion, and the high frequency oscillator can be formed without increasing the dielectric substrate. It can also be a voltage controlled oscillator (VCO).
つぎに、図面を参照しながら本発明の高周波発振器について説明をする。本発明による高周波発振器は、トランジスタの入力側にフィードバック側回路を構成する第1のマイクロストリップ線路が接続され、トランジスタの出力側に発振側回路を構成する第2のマイクロストリップ線路が接続され、この第1および第2のマイクロストリップ線路とそれぞれ結合するように誘電体共振器が設けられている。そして、第1のマイクロストリップ線路が第2のマイクロストリップ線路よりも短く形成されていることを特徴とする。 Next, the high frequency oscillator of the present invention will be described with reference to the drawings. In the high frequency oscillator according to the present invention, the first microstrip line constituting the feedback side circuit is connected to the input side of the transistor, and the second microstrip line constituting the oscillation side circuit is connected to the output side of the transistor. Dielectric resonators are provided so as to be coupled to the first and second microstrip lines, respectively. The first microstrip line is formed shorter than the second microstrip line.
具体的には、図1にその一実施形態の等価回路図が、第2図にそのレイアウト図が、それぞれ示されるような構成になっている。そして、この第1および第2のマイクロストリップ線路3、4のそれぞれと結合するように、誘電体共振器2が設けられると共に、第1のマイクロストリップ線路3が第2のマイクロストリップ線路4よりも短く形成されている。ここで、第1のマイクロストリップ線路3の長さは、所望の周波数の1/2の周波数に対して、フィードバック回路が構成されないように短く形成されている。
Specifically, FIG. 1 shows an equivalent circuit diagram of the embodiment, and FIG. 2 shows a layout diagram thereof. A
トランジスタ1、誘電体共振器2、第1のマイクロストリップ線路3、第2のマイクロストリップ線路4および裏面に接地導体膜が形成された誘電体基板5によりフィードバック型の高周波発振器を形成する構成は従来と同じで、トランジスタ1としては、バイポーラ型トランジスタの他、GaAsFETを用いることもできる。図1に示される例では、npn型エミッタ接地のバイポーラトランジスタの例であるが、エミッタ接地でなくてもよく、また、pnp型でもエミッタとコレクタとが逆になるだけで同様である。誘電体共振器2も従来と同様のものを用いることができる。
A configuration in which a feedback-type high-frequency oscillator is formed by the
本発明では、この第1のマイクロストリップ線路3の線路長Lbが、第2のマイクロストリップ線路4の線路長Lcよりも短く形成されていることに特徴がある。すなわち、前述のように、本発明者は、誘電体共振器2を用いたフィードバック型の高周発振器で、誘電体共振器2の共振周波数の1/2の周波数での発振によるスプリアスを抑制するため、鋭意検討を重ねた。すなわち、たとえば所望の発振周波数が10.75GHzの場合、第1および第2のマイクロストリップ線路3、4の長さを共にLc=4.7mmとして、フィードバック側回路を構成する第1のマイクロストリップ線路3のみをその先端(ベース端子側と反対側)から0.2〜0.3mm程度づつ削って徐々に短くし、1/2の周波数である5.375GHzの不要なスプリアスの発生状況を調べた。
The present invention is characterized in that the line length Lb of the
その結果、第1のマイクロストリップ線路3の線路長Lbが4.1mmの場合には、5.375GHzの不要スプリアスが発生していたが、1.4〜1.9mmでは、所望の周波数f0の出力に対して−90dB以下となり、f0/2の不要スプリアスの発生が殆どなくなった。
As a result, when the line length Lb of the
以上のように、第1のマイクロストリップ線路3の長さを短くすることにより、f0/2の発振を抑制することができ、スプリアスの発生を防止することができる。一方、本来の所望の周波数の出力は殆ど影響がなく、スプリアスだけ抑制することができることが分った。
As described above, by shortening the length of the
図1で、トランジスタ1のコレクタ端子Cには、出力負荷抵抗8および容量結合部10を介して出力端子Outが接続されると共に、コレクタバイアス抵抗7を介して直流電源供給端子Vccが接続されている。また、トランジスタ1のベース端子Bには、ベースバイアス抵抗6とコレクタバイアス抵抗7を介して直流電源供給端子Vccが接続されている。
In FIG. 1, the output terminal Out is connected to the collector terminal C of the
このような誘電体基板5上にトランジスタ1、誘電体共振器2を搭載し、マイクロストリップ線路3、4などが形成されたレイアウト図の例を図2(a)に示す。図2(a)で図1と同じ部分には同じ符号を付してある。また、誘電体共振器2やトランジスタ3などはその厚さがあるため、(a)の上面図、底面図、左側面図および右側面図がそれぞれ図2の(b)〜(e)に示され、(a)の背面図が図2(f)に示されている。誘電体基板5の大きさは、たとえば縦×横が15mm×8mm程度、厚さは0.6mm程度のアルミナ基板が用いられ、誘電体基板5裏面に設けられる接地導体膜は、厚さが3〜4μm程度の銅/ニッケル/金の多層膜で、マイクロストリップ線路3、4も同様の多層膜で接地導体膜と同程度の厚さに形成されて、パターニングされている。誘電体基板5の裏面には、接地用のスルーホールが露出している。なお、抵抗6、7、8はチップ抵抗、キャパシタ9はチップキャパシタで、共に四角形状のものがハンダ付けされている。
FIG. 2A shows an example of a layout diagram in which the
本発明は、衛星放送受信用コンバータや、距離測定装置や、ドプラーセンサなど、マイクロ波やミリ波などの高周波を利用した通信機、測定装置、検知器、レーダ装置などに用いることができる。 The present invention can be used for a communication device, a measuring device, a detector, a radar device, and the like using a high frequency such as a microwave and a millimeter wave, such as a satellite broadcast receiving converter, a distance measuring device, and a Doppler sensor.
1 トランジスタ
2 誘電体共振器
3 第1のマイクロストリップ線路
4 第2のマイクロストリップ線路
5 誘電体基板
6 ベースバイアス抵抗
7 コレクタバイアス抵抗
8 出力負荷抵抗
9 発振制御用キャパシタ
1
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JP2001292029A (en) * | 2000-04-10 | 2001-10-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Microwave oscillation circuit and satellite reception down-converter |
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