JP2008113129A - 高周波発振回路および高周波モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】二つの出力部を備えた小型・低コストな高周波発振回路および高周波モジュールを提供する。
【解決手段】ＦＥＴ１のゲートに共振回路の線路であるマイクロストリップライン２の一方の端部を接続し、ＦＥＴ１のドレイン端子から発振信号を取り出す第１の出力端子ＯＵＴ１を設けるとともに、マイクロストリップライン２の他方の端部から減衰器８を介して発振信号を取り出す第２の出力端子ＯＵＴ２を設ける。これにより第１の出力端子ＯＵＴ１，第２の出力端子ＯＵＴ２から第１の負荷２０１，第２の負荷２０２へ高周波発振信号をそれぞれ供給する。
【選択図】図３

Description

この発明は、発振素子としてＦＥＴを備え、２つの発振信号出力部を備えた高周波発振回路およびそれを備えた高周波モジュールに関するものである。

途中に共振器を結合させた線路の一端を、その線路の特性インピーダンスに合わせた抵抗で終端し、線路の他端をＦＥＴのゲートに接続し、ＦＥＴのドレインまたはソースから発振信号を取り出す構成の高周波発振器が例えば特許文献１および非特許文献１に示されている。

また従来、高周波発振器の出力を複数化するために、出力信号を分岐回路で分配する方法が採られている。また、ＦＥＴのドレインとソースの両方から発振信号を取り出す構成が特許文献２に示されている。

ここで、特許文献２の高周波発振回路の構成を図１を基に説明する。
図１において、発振素子としてのＦＥＴ１００のゲートＧの入力端子ＩＮには共振器２００が接続されている。また、ドレインＤ，ソースＳにはそれぞれインピーダンス変換回路３００，４００が接続されていて、これらのインピーダンス変換回路３００，４００を介してそれぞれ第１および第２の出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２が接続されている。また、前記ＦＥＴ１００には図示しない所要のバイアス回路が接続されている。そして、このＦＥＴ１００は共振器２００の出力を受けて、その共振周波数付近で発振し、その出力をドレイン，ソースの各インピーダンス変換回路３００，４００を介して２つの出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２にそれぞれ出力するように構成されている。このインピーダンス変換回路３００，４００としては、ＦＥＴを用いたソースフォロアバッファが用いられる。
特開平６−３１８８１９号公報 特許第２５４６４７８号公報 高山 洋一郎、マイクロ波トランジスタ、電子情報通信学会編、ｐｐ２１６、図１０．２

ところが特許文献２に示されている構成では、ＦＥＴのドレイン・ソース部のそれぞれにインピーダンス変換回路（バッファアンプ）を設ける必要があるので、全体の回路構成が複雑化する問題があった。

また、特許文献１，非特許文献１に示されている構成では、２つの出力を取り出すために発振回路の出力端子の後段に方向性結合器等の分岐回路が必要であり、回路面積が大きく、レイアウトの自由度が低く、大型化・コスト高になるという問題があった。

そこで、この発明の目的は、上述の問題を解消して、二つの出力部を備えた小型・低コストな高周波発振回路および高周波モジュールを提供することにある。

この発明は、共振器が結合した線路の一方の端部をＦＥＴ（電界効果トランジスタ）のゲートに接続してなる高周波発振回路において、前記ＦＥＴのドレイン端子またはソース端子から発振信号を取り出す第１の出力部を設けるとともに、前記線路の他方の端部から発振信号を取り出す第２の出力部を設けたことを特徴としている。

前記第２の出力部に減衰器を設け、その減衰器を介して発振信号を出力するようにしてもよい。

前記第２の出力部にアイソレーション特性を有する素子を設け、その素子を介して発振信号を出力するようにしてもよい。

また、この発明は、前記高周波発振回路とその第１・第２の出力部から出力される発振信号をそれぞれ受ける高周波回路とを備えて高周波モジュールを構成したことを特徴としている。

ＦＥＴのドレイン端子またはソース端子から発振信号を取り出す第１の出力部以外に、一方の端部をＦＥＴのゲートに接続した線路の他方の端部から発振信号を取り出す第２の出力部を設けたことにより、特許文献２のようなインピーダンス変換回路や方向性結合器等を用いることなく、２つの出力部を有する小型・低コストな高周波発振回路が構成できる。

また第２の出力部に減衰器を設けてその減衰器を介して発振信号を出力することによって、発振信号を供給する負荷による特性のバラツキが低減できる。すなわち負荷のインピーダンスのばらつきによって前記線路の回路定数が変化するが、減衰器を設けることによって第２の負荷のインピーダンスの急変による特性の変動が抑えられる。また、減衰器の整合条件を定めることによって、減衰器を介して接続する負荷のインピーダンスを前記線路の特性インピーダンスとは異なる値にすることもでき、設計上の自由度が増す。しかも、減衰器は抵抗だけで構成できるので全体の回路構成が複雑化することもない。

また前記第２の出力部に例えばアイソレータやバッファアンプのようなアイソレーション特性を有する素子を設け、その素子を介して発振信号を出力することにより上記減衰器の場合と同様に第２の負荷による特性のバラツキが低減できる。しかも減衰器を用いる場合に比べれば第２の出力のパワー低下も少なくなる。

また上記高周波発振回路とその第１・第２の出力部からの発振信号をそれぞれ受ける高周波回路とを備えて高周波モジュールを構成することによって、同一周波数の高周波発振信号を扱う２つの高周波回路を備えた小型軽量低コストな高周波モジュールが得られる。

《第１の実施形態》
図２は第１の実施形態に係る高周波発振回路の回路図である。図に示すように、ＦＥＴ１のゲート（Ｇ）には共振回路の線路としてのマイクロストリップライン２の一方の端部を接続している。このマイクロストリップライン２の他方の端部は後述するように等価的に抵抗終端していて、マイクロストリップライン２の所定位置に共振器３を近接配置して結合させることによって反作用形共振回路を構成している。この共振器３は例えば円板形状または円柱形状の誘電体共振器である。

ＦＥＴ１のドレイン（Ｄ）にはマイクロストリップライン５を接続していて、電源端子Ｖｄから印加される所定の正電圧をチョークインダクタ１０およびマイクロストリップライン５を介してＦＥＴ１のドレイン（Ｄ）に印加する。マイクロストリップライン５の電源側にはオープンスタブ６を接続している。

ＦＥＴ１のソース（Ｓ）にショートスタブ４を接続している。これによりソース直列帰還形の発振回路を構成している。

マイクロストリップライン５の他端と第１の出力端子ＯＵＴ１との間には、電源端子Ｖｄからの直流電圧が第１の出力端子ＯＵＴ１側へ出力されないようにするためにコンデンサ７を設けている。
第１の出力端子ＯＵＴ１には第１の高周波回路である第１の負荷２０１が接続される。

マイクロストリップライン２の端部（ＦＥＴ１のゲートが接続されている端部とは反対側の端部）は第２の出力端子ＯＵＴ２としている。第２の出力端子ＯＵＴ２には第２の高周波回路である第２の負荷２０２が接続される。この第２の負荷２０２はマイクロストリップライン２の端部（第２の出力端子ＯＵＴ２）を終端する終端抵抗として作用する。したがって特別な終端抵抗を設ける必要はない。

このような構成により、ＦＥＴ１は共振器３のほぼ共振周波数で発振し、第１の負荷２０１および第２の負荷２０２に対してそれぞれ発振信号を出力する。

第２の負荷２０２は、共振器３の結合部を介して、ＦＥＴによる増幅回路部に接続されているため、発振回路は第２の負荷２０２によって直接的に大きな影響を受けることはない。

この高周波発振回路１０１は、直列帰還型の構成で発振させるために共振周波数近傍でのみ発振条件を満たすように回路定数を設定し、共振周波数付近で発振させる。共振器３とマイクロストリップライン２との結合度により、結合部で反射される信号量と結合部を通過する信号量との割合が決定される。

共振器３とマイクロストリップライン２との結合量を強くした場合の影響は次のとおりである。
（１）結合部での反射量が増大して第１の負荷２０１への出力が増加する。
（２）結合部での通過量が減少し、第２の負荷２０２への出力が減少する。
（３）「負荷Ｑ」が減少するため、発振回路の周波数安定度が劣化する。

共振器３とマイクロストリップライン２との結合量を弱くした場合には上記の作用とは逆に、第１の負荷２０１への出力が減少し、第２の負荷２０２への出力が増加し、発振回路の周波数安定度が改善される。

例えば結合部での電力反射率を−３ｄＢとすると、第２の負荷２０２への電力透過率は−３ｄＢとなる。このように結合量を適切に設定することにより、発振回路の周波数安定性、第１・第２の負荷への出力電力を適切な条件に設定することができる。

また、従来は終端抵抗で消費されていた電力が出力に利用できるため全体の電力利用の効率化が図れる。
なお、共振器３としては誘電体共振器以外にマイクロストリップ等の平面型共振器であってもよい。また共振器３とマイクロストリップライン２との結合は、磁界結合、電界結合、直接結合など各種結合形式をとることができる。

また、ソース直列帰還形以外に、ドレイン接地形など、他の発振回路形式を採ることもできる。

また、第２の出力端子ＯＵＴ２にバイアス電圧を印加するバイアス回路を設けてもよい。そのためにマイクロストリップライン２と第２の出力端子ＯＵＴ２との間にＤＣカット用のコンデンサを挿入してもよい。

また、回路構成方法としては、セラミック基板またはプリント基板に回路パターンを形成しておき、ＦＥＴ、共振器等を搭載してワイヤーで配線すればよい。また、ＦＥＴの周辺回路を集積回路で構成し、その集積回路に共振器を組み合わせてもよい。

なお、この例ではＦＥＴのドレイン端子から発振信号を取り出すように構成したが、ソース端子から同様にして取り出すように構成してもよい。

《第２の実施形態》
図３は第２の実施形態に係る高周波発振回路の回路図である。図２に示した高周波発振回路と異なるのは、マイクロストリップライン２の一方の端部と第２の出力端子ＯＵＴ２との間に減衰器８を設けた点である。この例では、π型に接続した抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３によって減衰器８を構成している。この減衰器８の主として初段の抵抗Ｒ１がマイクロストリップライン２の終端抵抗を兼ねることになる。

このような構成により、マイクロストリップライン２から減衰器８側を見たインピーダンスは減衰器８と第２の負荷２０２による回路のインピーダンスによって定まるが、減衰器８が存在するため、第２の負荷２０２のインピーダンス変化に対する回路網のインピーダンス変化は小さい。したがって高周波発振回路１０２の第２の出力端子ＯＵＴ２に接続される第２の負荷２０２の回路構成による発振特性の変動が小さく、安定した発振信号出力が得られる。

《第３の実施形態》
図４は第３の実施形態に係る高周波発振回路の回路図である。図２に示した回路と異なるのは、マイクロストリップライン２の一方の端部と第２の出力端子ＯＵＴ２との間にアイソレータ９を設けた点である。このようにアイソレータ９を設けることによって、第２の負荷２０２による反射信号がマイクロストリップライン２に戻ることがない。したがって高周波発振回路１０３の第２の出力端子ＯＵＴ２に接続される第２の負荷２０２の回路構成による発振特性の変動が小さく、安定した発振信号出力が得られる。

なお、上記アイソレータ９以外にアイソレーション特性を持つ素子としてバッファアンプを設けてもよい。すなわち、マイクロストリップライン２の端部から出力される発振信号をインピーダンス整合するとともに増幅し、第２の出力端子ＯＵＴ２から出力するように構成する。その場合にも、第２の出力端子ＯＵＴ２に接続される第２の負荷２０２による特性バラツキが低減できる。

《第４の実施形態》
図５は第４の実施形態に係る高周波モジュールの構成を示すブロック図である。この高周波モジュールはレーダ用のドップラモジュールである。高周波発振回路１０２は図３に示した構成からなり、その第１の出力端子ＯＵＴ１にはバンドパスフィルタ３０１を接続している第２の出力端子ＯＵＴ２にはミキサー３０２を接続している。バンドパスフィルタ３０１の出力側には送信アンテナ５０１が接続され、ミキサー３０２のもう一方の入力側には受信アンテナ５０２が接続される。

高周波発振回路１０２の第１の出力端子ＯＵＴ１から出力される発振信号はバンドパスフィルタ３０１によって所定周波数帯域に制限されて送信アンテナ５０１から送信される。ミキサ３０２は、高周波発振回路１０２の第２の出力端子ＯＵＴ２から出力される発振信号をローカル信号とし、受信アンテナ５０２で受信された信号とミキシングして中間周波信号ＩＦを出力する。この中間周波信号ＩＦがドップラシフトに応じた信号となる。

特許文献２に示されている高周波発振回路の構成を示す図である。 第１の実施形態に係る高周波発振回路の回路図である。 第２の実施形態に係る高周波発振回路の回路図である。 第３の実施形態に係る高周波発振回路の回路図である。 第４の実施形態に係る高周波モジュールの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１−ＦＥＴ
２−マイクロストリップライン（線路）
３−共振器
４−ショートスタブ
５−マイクロストリップライン
６−オープンスタブ
８−減衰器
９−アイソレータ
１０１，１０２，１０３−高周波発振回路
２０１−第１の負荷
２０２−第２の負荷
３０１−バンドパスフィルタ
３０２−ミキサー
４００−高周波モジュール
５０１−送信アンテナ
５０２−受信アンテナ
ＯＵＴ１−第１の出力端子
ＯＵＴ２−第２の出力端子

Claims (4)

1. 共振器が結合した線路の一方の端部をＦＥＴのゲートに接続してなる高周波発振回路において、
   前記ＦＥＴのドレイン端子またはソース端子から発振信号を取り出す第１の出力部を設けるとともに、前記線路の他方の端部から発振信号を取り出す第２の出力部を設けた高周波発振回路。
2. 前記第２の出力部に減衰器を設け、当該減衰器を介して前記発振信号を出力するようにした請求項１に記載の高周波発振回路。
3. 前記第２の出力部にアイソレーション特性を有する素子を設け、当該素子を介して前記発振信号を出力するようにした請求項１に記載の高周波発振回路。
4. 請求項１，２または３に記載の高周波発振回路と、当該高周波発振回路の前記第１・第２の出力部から出力される発振信号をそれぞれ受ける高周波回路と、を備えた高周波モジュール。

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