JP3114804B2 - 周波数変調回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、周波数変調回路に
関し、特に温度や発振周波数の変動に対して一定化する
発振周波数を用いる周波数変調回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の周波数変調用発振器は、図５にあ
るように、変調信号は入力端子７より入力され、周波数
変調器８により周波数変調されて、周波数変調信号とし
て出力端子９より出力される。出力端子９より分岐した
周波数変調信号は、リミッタ増幅器などの増幅器１０で
増幅され、さらに周波数弁別器１１で周波数誤差を検出
し、低域ろ波器１２を通して、周波数変調器８に戻し、
中心周波数が一定になるようにしていた。ここで、周波
数変調器８は水晶を用いた発振回路やコルピッツ発振回
路とバリキャップダイオードで共振周波数を制御する発
振制御部とを有し、周波数誤差に応じた制御電圧をバリ
キャップに印加して発振周波数を変化することができ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方式で
は、周波数変調用発振器が温度変動などで、内部回路の
バイアス点が動いた場合には、動いた形で中心周波数の
みが一定になるように、制御され、変調器に大切な直線
性が保たれている保証がない。また、周波数偏移などの
感度に関しては全く制御されない。

【０００４】これは変調器の直線性や感度が常温で一定
になるように調整されているためである。発振器の直線
性や感度は常温に近い温度ではさほど問題ないが、大き
くずれた場合には、回路に温度補償用の部品を追加する
などして、無理矢理に直線性や感度が保たれるようにす
る必要があった。

【０００５】しかし、これでは高い精度で直線性、感度
が制御することができなかった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するもので、周波数変調回路は、ペルチェ素子上に実
装される周波数変調用発振器と、周波数変調用発振器の
出力を入力とする増幅器と、該増幅器の出力を周波数弁
別する周波数弁別器と、該周波数弁別器の出力周波数を
電圧に変換してさらに低域ろ波する低域ろ波器と、該低
域ろ波器の出力を基準用電圧源と比較する比較器と、該
比較器で誤差があれば誤差分を入力するペルチェ素子駆
動回路とを備え、該ペルチェ素子駆動回路が前記周波数
変調用発振器の周囲温度を前記基準用電圧源で設定する
温度に対応した電流を前記ペルチェ素子に流すことを特
徴とする。

【０００７】また、本発明の周波数変調回路は、ペルチ
ェ素子上に実装される周波数変調用発振器と、周波数変
調用発振器の出力を入力とする増幅器と、該増幅器の出
力を周波数弁別する周波数弁別器と、該周波数弁別器の
出力周波数を電圧に変換してさらに低域ろ波する低域ろ
波器と、該低域ろ波器の出力を基準用電圧源と比較する
比較器と、該比較器で誤差があれば誤差分を入力するペ
ルチェ素子駆動回路とを備え、該ペルチェ素子駆動回路
が前記周波数変調用発振器の周囲温度を前記基準用電圧
源で設定する温度に対応した電流を前記ペルチェ素子に
流し、前記低域ろ波器の出力を周波数一定化のための基
準電源と比較する比較器により前記周波数変調用発振器
の発振周波数を制御することを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】［第１の実施形態］ （実施形態の構成）図１に本発明の実施形態の構成図を
示す。制御信号により中心周波数を設定される周波数変
調用発振器１はペルチェ素子３上に実装され、温度的な
結合性を確保されている。周波数変調用発振器１の出力
は分岐し一方は出力端子１５から出力して周波数変調信
号として送信部に出力される。もう一方は増幅器２に入
力され、さらに周波数弁別器１３に入力し、基準周波数
に対応する発振周波数の変化を電圧の変化に変換する。
そして低域ろ波器１４から基準周波数との誤差に応じた
ＤＣ電圧を出力される。この低域ろ波器１４の出力は基
準用電圧源６と比較器４で比較され、比較器４での誤差
レベルに応じた制御電圧がペルチェ駆動回路５に出力さ
れる。ペルチェ駆動回路５は基準用電圧源６で設定した
温度になるようにペルチェ素子を駆動する。

【０００９】ここで、周波数変調用発振器１は、図２に
示す集積回路から構成されているように、エミッタ結合
形無安定マルチバイブレータ２１とカレントミラー電流
源２２とからなる。発振周波数は主に出力端子Ｑ，Ｑバ
ーに接続された抵抗と該出力端子Ｑ，Ｑバーに接続され
たトランジスタのエミッタ間に接続されたコンデンサＣ
の値に左右されるが、制御信号のＤＣ入力電圧によっ
て、中心周波数が決定される。本発振器の発振周波数
は、数十ＭＨｚから数ＧＨｚの所定帯域で発振可能であ
る。また変調信号入力のレベル変化によって、発振周波
数は中心周波数を中心として、直線性よく発振する。ま
た、この集積回路の下部又は上部に結合された温度調節
機構のペルチェ素子によって、最適な直線性を保証でき
る制御信号電圧の領域に維持される。

【００１０】図３にこの周波数変調用発振器１の変調信
号入力電圧に対する発振周波数の特性を示す。変調信号
入力電圧Ｖ１〜Ｖ２に対して、発振周波数はｆ１〜ｆ２
に振られ、直線性よく周波数変調特性を得ることができ
る。この際、制御信号入力による入力電圧はＶ０であ
り、その時の発振周波数はｆ０となる。このエミッタ結
合形無安定マルチバイブレータ２１を用いたＦＭ変調に
より、高偏位のＦＭ信号を出力することができる。

【００１１】なお、偏位量が小さくて良い場合には、水
晶発振子を用いたクリスタル発振回路を用いることも可
能である。水晶により基本的な発振周波数を決定し、そ
の水晶にキャパシタ結合したバリキャップに制御電圧を
印加して、共振周波数を変更することができる。特に本
周波数変調用発振器１には２系統のバリキャップ回路を
備え、一方のバリキャップ回路には周波数変動による周
波数誤差に対応した誤差電圧を印加し、もう一方のバリ
キャップ回路には温度変動による周波数誤差に対応した
誤差電圧を印加する。

【００１２】（実施形態の動作）本発明の動作を図１を
用いて説明する。周波数変調用発振器１は温度制御素子
であるペルチェ素子３上に実装されている。周波数変調
用発振器１はセラミック基板など、熱を伝達しやすい基
板上に展開され、半田や銀ペーストなどでペルチェ素子
３に接続されている。また周波数変調用発振器１が集積
回路の場合にも、同様に熱を伝達しやすいセラミック基
板やパッケージに実装されたあと、ペルチェ素子に半田
や銀ペーストなどで実装される。セラミック基板に周波
数変調用発振器１を搭載する場合、セラミック基板の表
側に集積回路を搭載し、裏側にはシールド効果のある銅
箔接地面がほぼ全面に覆われている。この裏面にペルチ
ェ素子３が密着して結合されている。ペルチェ素子３
は、ペルチェ駆動回路５からの可変ＤＣ電圧が印加駆動
されて発振周波数の変動に応じた温度に設定される。

【００１３】また、周波数変調用発振器１の出力は分岐
し、一方は出力端子１５より、信号出力として出力さ
れ、もう一方は増幅器２に入力される。この増幅器２で
は後段の周波数弁別器１３に必要な入力レベルまで信号
を増幅する。この増幅器２はリニア増幅器でもリミッタ
増幅器でもどちらでもよい。増幅器２の出力は周波数弁
別器１３に入力される。周波数弁別器１３は入力周波数
の変化を電圧の変化に変換する。この出力電圧を低域ろ
波器１４を通して、比較器４において、基準用電圧源６
と比較する。基準用電圧源６は、温度の基準となる電圧
源であり、これにより発振器１の温度を決定する。この
基準用電圧源６は周波数を一定とすると共に、周波数変
調用発振器１の発振周波数が温度により変動するのに対
応して温度的に変動する基準電圧とすることにより周波
数と温度に対して一定とすることができる。

【００１４】また、比較器４の出力はペルチェ素子駆動
回路５に入力する。ペルチェ素子駆動回路５は比較器４
からの誤差をもとに、周波数変調用発振器１が一定温度
になるように、ペルチェ素子３を駆動する。これにより
周波数変調用発振器１はつねに一定温度で発振すること
ができ、中心周波数、直線性、周波数偏移は一定とな
る。

【００１５】なお、上記周波数変調用発振器１は基準周
波数に対して一定の発振周波数信号を得ることのできる
ＰＬＬ回路を用いても良く、ペルチェ素子による一定温
度とすることができるので、その周波数の安定性は極め
て高くなる。

【００１６】［第２の実施形態］次に本発明の他の実施
形態について図面を参照して詳細に説明する。図４を参
照すると、周波数変調回路は、図１の周波数変調回路に
加えて、周波数安定化回路を追加したものである。

【００１７】この周波数安定化回路は周波数変調用発振
器の中心周波数を制御するものであり、低域ろ波器１４
からの出力を分岐し、その分岐出力を基準電圧源１７と
比較器１６で比較し、その誤差を周波数変調用発振器１
に帰還させる。なお、図１の各回路素子と同一素子には
同一符号を付して、重複する説明を省略する。

【００１８】低域ろ波器１４のＤＣ出力電圧は比較器１
６に供給され、基準電圧源１７と比較され、基本的に基
準電圧源１７の基準電圧が上述の図２に示したエミッタ
結合形無安定マルチバイブレータ２１の制御信号入力端
子に供給されており、該比較器１６の比較差異に応じて
発振周波数が制御され、一定の発振周波数に維持され
る。

【００１９】これにより、第１の実施形態で周波数変調
用発振器の温度を一定にした場合に比べ、さらに安定し
た中心周波数が得られる。

【００２０】なお、周波数変調用発振器にエミッタ結合
形無安定マルチバイブレータを用いる場合だけでなく、
水晶発振器を用いた場合においても、本実施形態のブロ
ック構成を適用して、中心周波数、直線性、周波数偏移
を安定化することができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、周波数変調に重要なパ
ラメータである中心周波数、直線性、周波数偏移などの
感度がつねに一定に保たれる。すなわち、周波数変調を
するための変調用発振器が回路温度一定となるように温
度制御素子のペルチェ素子上に実装されているためであ
る。

【００２２】また、用いられている回路形式は負帰還ル
ープとなっており、少ない部品で構成が可能となり、ま
たＰＩＤ（Proportional Integration and Differentia
l：偏差入力から制御出力を得る変換）制御などを行っ
ているので、制御精度を向上することができ、簡易なハ
ードウェアで達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態によるブロック図である。

【図２】本発明の一実施形態による周波数変調用発振器
の回路図である。

【図３】本発明の一実施形態による周波数変調用発振器
の直線性を示すグラフである。

【図４】本発明の一実施形態によるブロック図である。

【図５】従来の周波数変調回路によるブロック図であ
る。

【符号の説明】

１ 周波数変調用発振器 ２，１０ 増幅器 ３ ペルチェ素子 ４ 比較器 ５ ペルチェ素子駆動回路 ６ 基準電源 ７ 変調信号入力端子 ８ 周波数変調器 ９ 出力端子 １１，１３ 周波数弁別器 １２，１４ ローパスフィルタ １５ 出力端子 １６ 比較器 １７ 基準電圧源 ２１ エミッタ結合形無安定マルチバイブレータ ２２ カレントミラー電流源

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ペルチェ素子上に実装される周波数変調
   用発振器と、周波数変調用発振器の出力を入力とする増
   幅器と、該増幅器の出力を周波数弁別する周波数弁別器
   と、該周波数弁別器の出力を低域ろ波する低域ろ波器
   と、該低域ろ波器の出力を基準用電圧源と比較する比較
   器と、該比較器による誤差成分レベルを入力するペルチ
   ェ素子駆動回路とを備え、 該ペルチェ素子駆動回路は、前記周波数変調用発振器の
   周囲温度が、前記基準用電圧源で設定する温度になるよ
   うな電流を、前記ペルチェ素子に流すことを特徴とする
   周波数変調回路。
2. 【請求項２】 前記周波数変調用発振器は、エミッタ結
   合型無安定マルチバイブレータからなり、変調信号によ
   り周波数変調し、制御信号により中心の発振周波数を設
   定することができることを特徴とする請求項１に記載の
   周波数変調回路。
3. 【請求項３】 ペルチェ素子上に実装される周波数変調
   用発振器と、周波数変調用発振器の出力を入力とする増
   幅器と、該増幅器の出力を周波数弁別する周波数弁別器
   と、該周波数弁別器の出力を基準用電圧源と比較する比
   較器と、該比較器の誤差分を入力して前記ペルチェ素子
   を駆動するペルチェ素子駆動回路と、前記周波数弁別器
   の出力と基準電圧とを比較して比較結果を前記周波数変
   調用発振器の発振周波数を制御する比較器とを備え、 該ペルチェ素子駆動回路は、前記周波数変調用発振器の
   周囲温度が、前記基準用電圧源で設定する温度になるよ
   うな電流を、前記ペルチェ素子に供給することを特徴と
   する周波数変調回路。
4. 【請求項４】 前記周波数変調用発振器は、エミッタ結
   合型無安定マルチバイブレータからなり、変調信号によ
   り周波数変調し、制御信号により中心の発振周波数を設
   定することができることを特徴とする請求項３に記載の
   周波数変調回路。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
   周波数変調回路において、前記ペルチェ素子は前記周波
   数変調用発振器を搭載したセラミック基板に接合され、
   供給電流に応じて前記周波数変調用発振器の発振周波数
   を安定化することを特徴とする周波数変調回路。
6. 【請求項６】 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
   周波数変調回路において、前記ペルチェ素子に制御電流
   を流して前記周波数変調用発振器の周囲温度が前記基準
   用電圧源で設定した設定温度となるようにペルチェ素子
   駆動回路により駆動することを特徴とする周波数変調回
   路。