JP2014011483A - 発振装置および送信アンテナ装置 - Google Patents

発振装置および送信アンテナ装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2014011483A
JP2014011483A JP2012144328A JP2012144328A JP2014011483A JP 2014011483 A JP2014011483 A JP 2014011483A JP 2012144328 A JP2012144328 A JP 2012144328A JP 2012144328 A JP2012144328 A JP 2012144328A JP 2014011483 A JP2014011483 A JP 2014011483A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
antenna
oscillation
output terminal
input terminal
metal conductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2012144328A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5778633B2 (ja
Inventor
Kenichi Matsunaga
賢一 松永
Mitsuru Harada
充 原田
Shoichi Oshima
尚一 大嶋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2012144328A priority Critical patent/JP5778633B2/ja
Publication of JP2014011483A publication Critical patent/JP2014011483A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5778633B2 publication Critical patent/JP5778633B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
  • Transmitters (AREA)

Abstract

【課題】アンテナ特性を容易に参照可能とし、アンテナ特性に合わせた発振動作が可能な発振装置および送信アンテナ装置を提供する。
【解決手段】発振周波数の１波長の電気長を有する金属導体と、この金属導体に高周波電力を供給するアンテナ入力端子と、この金属導体の中間点からフィードバック信号を取り出すアンテナ出力端子とを有するアンテナ素子と、入力端子がアンテナ出力端子に接続され、出力端子がアンテナ入力端子に接続された高周波増幅器とを備え、アンテナ出力端子のインピーダンスがアンテナ入力端子のインピーダンスの10倍以上である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、無線センサーノードなどの小型無線端末に用いられる発振装置および送信アンテナ装置に関する。
近年、小さく、よりエネルギー効率の良い無線端末が求められている。その解決策の一つとして、アンテナ素子と無線回路を統合して設計する方式が提案されている。例えば、方向性結合器を利用した自励発振型のパワーアンプ（非特許文献１）や、パッチアンテナからのフィードバックを利用したアクティブアンテナ（非特許文献２）が提案されている。
"Design of Class-E power VCO in 65nm CMOS technology: Application to RF transmitter architecture," Circuits and Systems, 2008. ISCAS 2008. IEEE International Symposium on , vol., no., pp.984-987, 18-21 May 2008 "Active radiating element using FET source integrated with microstrip patch antenna," Electronics Letters , vol.24, no.21, pp.1347-1348, 13 Oct 1988
しかしながら、非特許文献１の方向性結合器等を利用した方式は、高コストが問題となる。加えて、発振の特性が方向性結合器の特性によって決定されてしまうため、アンテナ素子と無線回路を一体設計するというコンセプトが達成されていない。
非特許文献２の方法は、アンテナ素子と無線回路の一体設計が可能であるが、全ての端子インピーダンスが50オームで統一されているため、設計の自由度が低く効率も含めて最適化設計することができない。
本発明は、アンテナ特性を容易に参照可能とし、アンテナ特性に合わせた発振動作が可能な発振装置および送信アンテナ装置を提供することを目的とする。
第１の発明の発振装置は、発振周波数の１波長の電気長を有する金属導体と、この金属導体に高周波電力を供給するアンテナ入力端子と、この金属導体の中間点からフィードバック信号を取り出すアンテナ出力端子とを有するアンテナ素子と、入力端子がアンテナ出力端子に接続され、出力端子がアンテナ入力端子に接続された高周波増幅器とを備え、アンテナ出力端子のインピーダンスがアンテナ入力端子のインピーダンスの10倍以上である。
第１の発明の発振装置において、アンテナ出力端子から高周波増幅器の入力端子の帰還経路に、パルス発生器から当該発振装置の発振周波数のパルスを注入して励振する構成である。
第２の発明は、第１の発明の発振装置のアンテナ出力端子とアンテナ入力端子との帰還経路に、入力データによりオンオフするスイッチ手段を備え、アンテナ素子から入力データに応じた信号を送信する。
第２の発明の送信アンテナ装置において、スイッチ手段は、高周波増幅器に供給する電源電圧をオンオフする構成、または高周波増幅器を複数の増幅器で構成した場合にその１つの増幅器に供給する電源電圧をオンオフする構成である。
本発明は、アンテナ素子の金属導体の中間点からフィードバック信号を取り出し、高周波増幅器を介してアンテナ素子の入力端子に接続する構成により、アンテナの特性を発振装置の発振特性に反映させることができる。したがって、小型化されたアンテナを用いる場合であっても、アンテナに対する発振装置および送信アンテナ装置のチューニングが不要となる。
本発明の発振装置および送信アンテナ装置に用いるアンテナ素子の構成例を示す図である。 本発明の発振装置の実施例を示す図である。 本発明の発振装置の変更例を示す図である。 本発明の送信アンテナ装置の実施例を示す図である。
図１は、本発明の発振装置および送信アンテナ装置に用いるアンテナ素子の構成例を示す。
図１(1) 〜(3) において、本発明の発振装置および送信アンテナ装置に用いるアンテナ素子１０は、発振周波数の１波長の電気長を有する金属導体（マイクロストリップ線路）１１と、この金属導体１１に高周波電力を供給するアンテナ入力端子１２と、この金属導体１１の中間点からフィードバック信号を取り出すアンテナ出力端子１３とを備えた構成である。なお、図１(1) 〜(3) に示すアンテナ素子１０の違いは、金属導体１１の形状にある。
一般にアンテナの内部には電磁界の放射に適した電圧および電流の分布が存在する。アンテナ出力端子１３を設ける場合には、この電圧および電流の分布を乱さないように注意を要する。したがって、本発明の発振装置および送信アンテナ装置に用いるアンテナ素子１０の電流電圧分布において、電流が最大かつ電圧が最小になる金属導体１１の中間点からアンテナ出力端子１３を取り出す構成とする。インピーダンスは電流に対する電圧の比で表されるため、金属導体１１の中間点におけるインピーダンスは最小となる。
この金属導体１１の中間点に端子インピーダンスの高いアンテナ出力端子１３を設け、インピーダンスの不整合を起こすことで、意図的に電力の反射を起こし、アンテナ出力端子１３から漏れ出る電力を最小にすることで、内部の電圧電流分布を乱さずにフィードバック信号を取り出すことができる。インピーダンス差が大きいほど反射量は大きいため、アンテナ出力端子１３から漏れる電力を10分の１以下にするためには、アンテナ出力端子１３のインピーダンスはアンテナ入力端子１２のインピーダンスの10倍以上とする。
（発振装置の実施例）
図２は、本発明の発振装置の実施例を示す。
図２において、本発明の発振装置は、図１に示すアンテナ素子１０から取り出されたアンテナ出力端子１３を高インピーダンスの高周波増幅器２１の入力端子に接続し、高周波増幅器２１の出力端子をアンテナ入力端子１２に接続する構成である。この構成において、アンテナ素子１０および寄生素子による減衰と高周波増幅器２１の利得を合成した利得を１以上とし、位相が揃う条件が満たされた場合に、連続・永続的に発振する発振装置として動作する。
このような発振装置を構成することにより、発振周波数はアンテナ素子１０の特性を反映することができる。すなわち、アンテナ素子１０の特性に合わせた発振装置を容易に構成することができる。特に、金属導体１１の中間点からアンテナ出力端子１３を取り出すことにより、内部の電圧電流分布を乱さないことから、アンテナの動作を効率的に保つことができる。
ところで、図２に示す発振装置は、発振条件を満たす特定の周波数のみが選択されて発振に至る。しかし、発振に至る前にはノイズから徐々に選択された周波数の振幅が大きくなる過程を経る。そこで、発振動作の立ち上がりを高速にするための変更例を示す。
図３は、本発明の発振装置の変更例を示す。
図３において、図２に示す発振装置のアンテナ出力端子１３から高周波増幅器２１の帰還経路に、パルス発生器２３から発振装置の発振周波数のパルスを注入して励振する。このパルスは広い周波数帯域幅を持っており、発振装置がノイズから発振を立ち上げるよりも高速に発振を安定状態とすることができる。なお、発振が安定化した後にはパルス発生器２３をオフとする。これにより、発振の立ち上がりが高速となり、消費電力の削減が可能となる。
（送信アンテナ装置の実施例）
図４は、本発明の発振装置を用いた送信アンテナ装置の実施例を示す。
図４において、本発明の送信アンテナ装置は、図２または図３に示す発振装置のアンテナ出力端子１３からアンテナ入力端子１２の帰還経路に、入力データによってオンオフするスイッチ２２を配置し、入力データに応じて発振装置の発振動作をオンオフし、アンテナ素子１０から放射される電波をオンオフする。なお、スイッチ２２は、高周波増幅器２１に供給する電源電圧をオンオフする構成としてもよい。あるいは、アンテナ出力端子１３と高周波増幅器２１との間に別の高周波増幅器を挿入し、その高周波増幅器に供給する電源電圧をオンオフする構成としてもよい。
これにより、入力データを無線信号として送信する送信アンテナ装置を構成することができ、しかも消費電力が極めて小さいアンテナ素子１０を含む発振装置を用いるので、送信アンテナ装置の消費電力の低減も可能である。
１０ アンテナ素子
１１ 金属導体
１２ アンテナ入力端子
１３ アンテナ出力端子
２１ 高周波増幅器
２２ スイッチ
２３ パルス発生器

Claims (4)

  1. 発振周波数の１波長の電気長を有する金属導体と、この金属導体に高周波電力を供給するアンテナ入力端子と、この金属導体の中間点からフィードバック信号を取り出すアンテナ出力端子とを有するアンテナ素子と、
    入力端子が前記アンテナ出力端子に接続され、出力端子が前記アンテナ入力端子に接続された高周波増幅器と
    を備え、前記アンテナ出力端子のインピーダンスが前記アンテナ入力端子のインピーダンスの10倍以上である
    ことを特徴とする発振装置。
  2. 請求項１に記載の発振装置において、
    前記アンテナ出力端子から前記高周波増幅器の入力端子の帰還経路に、パルス発生器から当該発振装置の発振周波数のパルスを注入して励振する構成である
    ことを特徴とする発振装置。
  3. 請求項１または請求項２に記載の発振装置の前記アンテナ出力端子と前記アンテナ入力端子との帰還経路に、入力データによりオンオフするスイッチ手段を備え、前記アンテナ素子から前記入力データに応じた信号を送信する
    ことを特徴とする送信アンテナ装置。
  4. 請求項３に記載の送信アンテナ装置において、
    前記スイッチ手段は、前記高周波増幅器に供給する電源電圧をオンオフする構成、または前記高周波増幅器を複数の増幅器で構成した場合にその１つの増幅器に供給する電源電圧をオンオフする構成である
    ことを特徴とする送信アンテナ装置。
JP2012144328A 2012-06-27 2012-06-27 発振装置および送信アンテナ装置 Expired - Fee Related JP5778633B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012144328A JP5778633B2 (ja) 2012-06-27 2012-06-27 発振装置および送信アンテナ装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012144328A JP5778633B2 (ja) 2012-06-27 2012-06-27 発振装置および送信アンテナ装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014011483A true JP2014011483A (ja) 2014-01-20
JP5778633B2 JP5778633B2 (ja) 2015-09-16

Family

ID=50107838

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012144328A Expired - Fee Related JP5778633B2 (ja) 2012-06-27 2012-06-27 発振装置および送信アンテナ装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5778633B2 (ja)

Also Published As

Publication number Publication date
JP5778633B2 (ja) 2015-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10785833B2 (en) Integrated solid state microwave power generation modules
Padovan et al. A quad-core 15GHz BiCMOS VCO with− 124dBc/Hz phase noise at 1MHz offset,− 189dBc/Hz FOM, and robust to multimode concurrent oscillations
JP2021535596A (ja) 量子ビット・アニーリング用のアンテナ・チップの構造
US9288849B2 (en) Systems that include microwave adaptors and methods of their operation
Ye et al. A 165-GHz transmitter with 10.6% peak DC-to-RF efficiency and 0.68-pJ/b energy efficiency in 65-nm bulk CMOS
TW201644187A (zh) 縮減晶體振盪器電路之啟動週期之持續時間
JP6811995B2 (ja) 高周波電力増幅装置
JP2008092360A (ja) 送受信回路
JP5778633B2 (ja) 発振装置および送信アンテナ装置
RU2594343C1 (ru) Активная приемопередающая антенна широкова
JP4476941B2 (ja) 注入同期発振器
KR20130033415A (ko) 출력 모드 전환 증폭기
US8355688B2 (en) Method and system for frequency selection using microstrip transceivers for high-speed applications
Gundumalla et al. Compact planar active integrated inverted‐F antenna with frequency reconfigurable capability
JP2014112825A (ja) 小型無線送信装置
JP2009159059A (ja) 高周波スイッチ回路
JP2009071437A (ja) 発振装置および無線中継システム
Juntunen et al. High-power, high-efficiency CMOS millimetre-wave oscillators
Schindler et al. A New Generation of Integratable Frequency Agile Bandpass Filters
CN115932748B (zh) 片上射频雷达发射系统、片上射频雷达
JP4936389B2 (ja) マイクロストリップ線路共振器およびマイクロ波発振器
US20250105792A1 (en) Load Modulated Radio-frequency Amplifier with Supply Voltage Error Compensation
JP2004312343A (ja) 電圧制御発振器
JP2006324871A (ja) 注入同期発振器およびフェーズドアレーアンテナ
Kim et al. A 24‐GHz power‐efficient MMIC pulse oscillator for UWB radar applications

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140711

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150625

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150707

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150709

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5778633

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees