JP3220896B2

JP3220896B2 - 注入同期発振器

Info

Publication number: JP3220896B2
Application number: JP34998595A
Authority: JP
Inventors: 健司鴨川; 恒雄徳満
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1995-02-27
Filing date: 1995-12-25
Publication date: 2001-10-22
Anticipated expiration: 2015-12-25
Also published as: JPH08298460A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波帯およ
びミリ波帯注入同期発振器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図８は従来のサーキュレータを用いた注
入同期発振器の例である。サーキュレータ１００の一端
子１０２に発振回路１０４を接続し、サーキュレータ端
子１０３より発振出力を取り出す構成の発振器におい
て、第１番目のサーキュレータ端子１０１に外部強制信
号を入力して注入同期を行なうものである。矢印はサー
キュレータの信号伝達方向を示し、この方向性（非可逆
性）によって端子間を分離している。発振回路には、導
波管短絡面からある距離に負性抵抗ダイオードを配置し
て共振させる構造や、ストリップ導体を共振に用いる構
造などがある。

【０００３】図９は方向性結合器と増幅器を組み合わせ
た注入同期発振器の例であり、方向性結合器１１０の端
子１１１から信号が注入され、通過端子１１２とアイソ
レーション端子１１３との間に増幅器１１５を接続して
いる。ここで、方向性結合器の端子１１３と端子１１２
は増幅器から見て結合端子であり、増幅器１１５の入出
力間に帰還回路を形成し、１１２−１１５−１１３−１
１２のループの位相回りが２πの整数倍で１以上の利得
を有するとき発振を生じる。この発振器に端子１１１を
介して注入信号が入力されると、発振周波数が注入信号
に同期し、発振出力は端子１１４から取り出される。

【０００４】しかし、図８および図９の注入同期発振器
は、注入信号と発振信号を分離するために非可逆性のサ
ーキュレータや方向性結合器を使用するため、フェライ
トディスクの直径・厚みあるいは１／４波長線路に起因
する動作周波数帯域制限が存在した。その帯域は中心周
波数の１０％ないし５０％程度である。従って、サブハ
ーモニック周波数（発振周波数ｆ₀ の１／ｎ：ｎ＝２、
３、４・・・）の注入信号には同期できなかった。ま
た、フェライト素子を使用するためＩＣ化が困難であっ
た。さらに、発振器ループと注入信号端子または発振出
力端子とが電気的に分離されていないため、注入同期発
振器に接続される外部回路の影響があった。一方、サブ
ハーモニック注入同期を行なう従来例では、フィルタ機
能を有する回路構成によって注入信号経路と発振周波数
経路とを電気的に分離せざるを得なかったので、サブハ
ーモニック係数１／ｎが限定されると同時に基本波（ｎ
＝１）への同期ができなかった。

【０００５】図１０は上記の諸問題を解決する、非可逆
４端子回路を用いた注入同期発振器（ＩＥＥＥＩｎｔ
ｅｒｎａｔｉｏｎａｌＭｉｃｒｏｗａｖｅＳｙｍｐ
ｏｓｉｕｍＤｉｇｅｓｔ１９９４，ｐｐ．１３−１
６）である。端子１２１または端子１２１より入力した
信号は端子１２３および１２４にのみ分配され、端子１
２１−１２３間および端子１２２−１２４間には信号の
伝達はない非可逆４端子回路１２０において、端子１２
３と端子１２２間に増幅器１２５を接続している。ここ
で、端子１２２と端子１２３は増幅器１２５から見て結
合端子であり、増幅器１２５の入出力間に帰還回路を形
成し、１２２−１２５−１２３−１２２のループの位相
回りが２πの整数倍で１以上の利得を有するとき発振を
生じる。この発振器に端子１２１を介して注入信号が入
力されると、発振周波数が注入信号に同期し、発振出力
は端子１２４から取り出される。また、ここでトランジ
スタで形成した非可逆４端子回路１２０は、トランジス
タの広帯域性によってｎ＝１の基本波およびｎ＝２、
３、４・・・のサブハーモニックに対して４端子回路の
動作が保持されるため、サブハーモニック係数１／ｎの
値を自由に設定可能となり、かつサブハーモニック係数
１／ｎの小さいサブハーモニックを注入した場合でも注
入同期発振する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般に、注入同期発振
器の周波数引込範囲Δｆは、次式で与えられる。

【数１】

【０００７】ここで、ｆ₀ は発振器の自由発振周波数、
Ｑ_eff は発振器の外部Ｑ、Ｐ₀ は発振器の出力、Ｐ_i は
外部からの注入信号電力である。上式より、Ｑ_eff を小
さくするほど、あるいは、Ｐ_i を大きくするほど周波数
引込範囲が広くなる。しかし、小さい入力で広い周波数
引込範囲を実現することは困難である。

【０００８】また、サブハーモニック注入同期可能な図
１０の回路についても、ｎ＝１の基本波を注入した場合
の周波数引込範囲Δｆ１とサブハーモニックを注入した
場合の周波数引込範囲Δｆ_n には、次式のような経験的
な関係がある。

【数２】

【０００９】ここで、１／ｎはサブハーモニック係数で
ある。上式より、サブハーモニック係数１／ｎが大きく
なるとその周波数引込範囲は小さくなる。例えば、ｎ＝
１の基本波を注入した場合の周波数引込範囲が５００Ｍ
Ｈｚである場合、ｎ＝４のサブハーモニックの引込範囲
は８２ＭＨｚ、ｎ＝８のサブハーモニックの引込範囲は
３３ＭＨｚと狭くなり、実用的でなくなる。また、注入
同期発振器を逓倍器として動作させる場合においても非
常に狭帯域な回路となってしまう。

【００１０】本発明は従来技術の上記欠点を改善するも
ので、小さな注入信号の場合およびサブハーモニック係
数ｎの大きい注入信号を入力する場合でも広い周波数引
込範囲を可能とする注入同期発振器を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の特徴は、第１、第２および第３の端子を有
し、第１の端子から第２の端子および第２の端子から第
３の端子への信号伝達が非可逆なサーキュレータと、前
記第２の端子に前記サーキュレータの動作周波数帯域の
少なくとも一部の帯域で動作する発振素子と可変移相器
からなる発振器が接続され、前記第１の端子から注入信
号を入力し、第３の端子から発振出力を得る注入同期発
振器にある。

【００１２】また、本発明の別の特徴は、第１、第２、
第３および第４の端子を有し、第１の端子と第３の端子
間および第２の端子と第４の端子間が電気的にアイソレ
ートされた方向性結合器と、前記第２の端子と前記第３
の端子間に前記方向性結合器の動作周波数帯域の少なく
とも一部の帯域で動作する増幅器と可変移相器を有し、
前記第１の端子に注入信号を入力し、前記第４の端子か
ら発振出力を得る注入同期発振器にある。

【００１３】本発明の別の特徴は、第１、第２、第３お
よび第４の端子を有し、第１の端子と第３の端子間およ
び第２の端子と第４の端子間が電気的にアイソレートさ
れた方向性結合器と、前記第２の端子と前記第３の端子
間に前記方向性結合器の動作周波数帯域の少なくとも一
部の帯域で動作する９０度分配器、可変増幅器と同相合
成回路を有し、前記第１の端子に注入信号を入力し、前
記第４の端子から発振出力を得る注入同期発振器にあ
る。

【００１４】また、本発明の別の特徴は、第１および第
２の入力端子と第１および第２の出力端子を有し、第１
の入力端子から第１の出力端子および第２の出力端子へ
の信号伝達が非可逆であり、第２の入力端子から第１の
出力端子および第２の出力端子への信号伝達が非可逆で
あり、第１の入力端子と第２の入力端子間および第１の
出力端子と第２の出力端子間が電気的にアイソレートさ
れた非可逆４端子回路と、前記第１の出力端子と前記第
２の入力端子間に前記４端子回路の動作周波数帯域の少
なくとも一部の帯域で動作する増幅器と可変移相器を有
し、前記第１の入力端子に注入信号を入力し、前記第２
の出力端子から発振出力を得る注入発振器にある。

【００１５】また、本発明の別の特徴は、第１および第
２の入力端子と第１および第２の出力端子を有し、第１
の入力端子から第１の出力端子および第２の出力端子へ
の信号伝達が非可逆であり、第２の入力端子から第１の
出力端子および第２の出力端子への信号伝達が非可逆で
あり、第１の入力端子と第２の入力端子間および第１の
出力端子と第２の出力端子間が電気的にアイソレートさ
れた非可逆４端子回路と、前記第１の出力端子と前記第
２の入力端子間に前記４端子回路の動作周波数帯域の少
なくとも一部の帯域で動作する９０度分配器、可変増幅
器と同相合成回路を有し、前記第１の入力端子に注入信
号を入力し、前記第２の出力端子から発振出力を得る注
入同期発振器にある。

【００１６】また、本発明の別の特徴は、前記非可逆４
端子回路が４個のゲート接地ＦＥＴを有し、第１のゲー
ト接地ＦＥＴのソースと第２のゲート接地ＦＥＴのソー
スとを前記第１の入力端子に接続し、第３のゲート接地
ＦＥＴのソースと第４のゲート接地ＦＥＴのソースを前
記第２の入力端子に接続し、第１のゲート接地ＦＥＴの
ドレインと第３のゲート接地ＦＥＴのドレインとを前記
第１の出力端子に接続し、第２のゲート接地ＦＥＴのド
レインと第４のゲート接地ＦＥＴのドレインとを前記第
２の出力端子に接続した注入同期発振器にある。

【００１７】以上のように構成することにより、可変移
相器の位相量を変えることにより発振器の位相回りが変
化し、自由発振周波数を変えることができる。従って、
自由発振周波数の変化量をΔｆ₀ とすると、注入同期発
振器の周波数引込範囲Δｆは次式のように表せる。

【数３】

【００１８】これより、注入信号のレベルに関係なく周
波数引込範囲は従来の注入同期発振器に比較して自由発
振周波数の可変量と同じだけ広がり、小さな注入信号入
力に対して広い引込範囲を実現することができる。ま
た、サブハーモニック注入も可能な図９に示す従来例に
対しても同様で、前記式（２）で表されるサブハーモニ
ック係数１／ｎのサブハーモニックを注入した場合の周
波数引込範囲Δｆ_n は、

【数４】となる。すなわち、任意のサブハーモニック係数１／ｎ
で広い周波数引込範囲が実現でき、広帯域な周波数逓倍
器としても動作することができる。

【００１９】また、９０度分配器、可変増幅器および同
相合成回路からなる回路は利得のあるベクトル合成の移
相器として動作するため、自由発振周波数を変えること
ができる。まず、図７を用いて動作原理について述べ
る。図７はある周波数における信号の電気的な振幅と位
相関係を極座標系で表したものであり、中心点からの大
きさが振幅を示し、円の回転角θが位相を示している
（１回転は３６０度）。９０度分配器、可変増幅器およ
び同相合成回路の動作周波数におけるある１つの周波数
の信号がループ内に注入すると、まず９０度分配器によ
り９０度の位相差のある２つの信号として分配され、そ
れぞれ可変増幅器に入力される。そして、可変増幅器に
より増幅された２つの信号は再び同相合成回路によりベ
クトル合成され、電気的な位相θなる１つの信号として
ループに再入力し、ループの利得が１以上あれば自由発
振する。従って、２つの可変増幅器の利得を調整するこ
とにより、合成回路から出力される信号は図７の点Ａか
ら点Ｂの同心円上で変化できるため発振周波数を大きく
変えることができる。即ち、点Ｂでの発振周波数をｆ_OS
_C とするならば、点Ａでの発振周波数は４／３ｆ_OSC と
なるので最大３３％の帯域幅で発振周波数を変えること
が可能となる。ｆ_OSC の信号において点Ｂのベクトル成
分でループ内の位相回りが３６０度とすると、もう一つ
のベクトル成分は９０度遅れた２７０度となっているた
め、Ａ点のベクトル成分を用いて３６０度の位相回りが
得られる周波数は４／３ｆ_OSC （＝ｆ_OSC ×３６０／２
７０）となる。また、９０度分配器および同相合成回路
の挿入損失が零である場合、可変増幅器に要求される利
得が増加することはない。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明によ
る実施例について説明する。

【００２１】（第１の実施例）図１は本発明の注入同期
発振器の第１の実施例である。

【００２２】図１において１０は３端子サーキュレータ
であって、１１は第１の端子、１２は第２の端子、１３
は第３の端子である。端子１１より入力した信号は端子
１２のみに伝達され、端子１２より入力した信号は端子
１３のみに伝達され、端子１２から端子１１、端子１３
から端子１１および端子１２への信号の伝達はない。図
１中の矢印は該信号伝達の様子を示す。１６は可変移相
器、１７は可変移相器１６を含む終端開放または短絡の
共振器である。共振器１７は発振素子１５と端子１４で
接続されており、端子１４から発振素子１５をみた場
合、発振素子１５は負性抵抗素子としてみえる。そし
て、発振素子１５と共振器１７からなる１８は、端子１
４への共振器１７からの反射する信号により自由発振周
波数が決定する発振器として動作する。サーキュレータ
１０の端子１１から注入信号を入力すると、発振器１８
は注入信号に同期発振し、端子１３を介して出力を得る
ことができる。また、可変移相器１６の位相量によって
端子１４へ戻ってくる信号の位相量が変わるため、自由
発振周波数を変えることができる。従って、図１に示す
注入同期発振器は、小さな注入信号入力に対しても広い
引込範囲を実現することができる。実施例では、３端子
サーキュレータを用いているが、これに限らず４端子あ
るいはそれ以上の多端子サーキュレータを用いてもよ
い。

【００２３】（第２の実施例）図２は本発明の注入同期
発振器の第２の実施例である。

【００２４】図２において２０は方向性結合器であり、
２１は第１の端子、２２は第２の端子、２３は第３の端
子、２４は第４の端子である。方向性結合器２０におい
て、端子２１あるいは端子２３より入力した信号は端子
２２と２４に伝達され、端子２１と端子２３は電気的に
アイソレートされている。また、６０は増幅器で、６１
と６２はそれぞれ入力端子、出力端子である。７０は可
変移相器（または可変移相器と遅延線路の従属接続）で
あり、７１と７２はそれぞれ入力端子、出力端子であ
る。増幅器６０の入力端子６１は方向性結合器２０の端
子２２に接続され、増幅器６０の出力端子６２は可変移
相器７０の入力端子７１に接続され、可変移相器７０の
出力端子７２は方向性結合器２０の端子２３に接続され
ている。ここで、方向性結合器２０の端子２３と端子２
２は増幅器６０から見て結合端子であり、増幅器６０の
入出力間に帰還回路を形成し、２２−６１−６２−７１
−７２−２３−２２のループの位相回りが２πの整数倍
で１以上の利得を有するとき自由発振を生じる。この発
振器に端子２１を介して注入信号が入力されると、発振
周波数が注入信号に同期し、発振出力は端子２４から取
り出される。また、可変移相器７０の位相量によって自
由発振周波数を変えることができるため、小さな注入信
号入力に対しても広い引込範囲を実現することができ
る。

【００２５】（第３の実施例）図３は本発明の注入同期
発振器の第３の実施例である。

【００２６】図３において２０は方向性結合器であり、
２１は第１の端子、２２は第２の端子、２３は第３の端
子、２４は第４の端子である。方向性結合器２０におい
て、端子２１あるいは端子２３より入力した信号は端子
２２と２４に伝達され、端子２１と端子２３は電気的に
アイソレートされている。また、８０は９０度分配器で
あり、８０ａは９０度分配器８０の入力端子、８０ｂお
よび８０ｃは出力端子であり、端子８０ｂと８０ｃは電
気的にアイソレートされている。また、９０、９１は可
変増幅器であり、９０ａと９１ａは入力端子、９０ｂと
９１ｂは出力端子である。さらに、８５は同相合成回路
であり、８５ａおよび８５ｂは同相合成回路８５の入力
端子、８０ｃは出力端子であり、端子８５ａと８５ｂは
電気的にアイソレートされている。９０度分配器８０の
入力端子８０ａは方向性結合器２０の端子２２に接続さ
れ、９０度分配器８０の出力端子８０ｂ（８０ｃ）は可
変増幅器９０（９１）の入力端子９０ａ（９１ａ）に接
続され、可変増幅器９０（９１）の出力端子９０ｂ（９
１ｂ）は同相合成回路８５の入力端子８５ａ（８５ｂ）
に接続され、同相合成回路８５の出力端子８５ｃは方向
性結合器２０の端子２３に接続されている。ここで、方
向性結合器２０の端子２３と端子２２は可変増幅器９０
（９１）から見て結合端子であり、増幅器９０（９１）
の入出力間に帰還回路を形成し、２２−８０−９０（９
１）−８５−２３−２２のループの位相回りが２πの整
数倍で１以上の利得を有するとき自由発振を生じる。こ
の発振器に端子２１を介して注入信号が入力されると、
発振周波数が注入信号に同期し、発振出力は端子２４か
ら取り出される。

【００２７】以上の第３の実施例では、９０度分配器８
０、可変増幅器９０（９１）および同相合成回路８５か
らなる回路が利得のあるベクトル合成の移相器として動
作し、自由発振周波数を最大３３％の帯域で変えること
ができるため、低レベルの注入信号に対しても広い引込
範囲を実現することができる。９０度分配器、可変増幅
器および同相合成回路によるベクトル合成を用いて発振
周波数を変化させる方法は、ループ内に可変移相器を挿
入する方法に比べて、広い周波数可変を有する注入同期
発振器を実現することに適している。即ち、位相量を３
６０度変えられる無限移相器は現在挿入損失が１０ｄＢ
以上あり（例えば、１９９４年電子情報通信学会秋季大
会Ｃ−７１）、自由発振動作を得るためには、さらに１
０ｄＢ以上の利得が増幅器に要求されるため注入同期発
振器を実現することが困難となる。また、バイアス制御
によるアクティブデバイスの容量可変を用いた移相器で
は、可変幅に比例して挿入損失が増大するため、現実的
には１０％程度の帯域しか得られない。一方、９０度分
配器となるハイブリッドおよび同相分配器となるウィル
キンソンディバイダは２０ＧＨｚ帯でも１ｄＢ程度のも
のが存在しているため（例えば、ＩＥＥＥＴｒａｎ
ｓ．ＭｉｃｒｏｗａｖｅＴｈｅｏｒｙａｎｄＴｅ
ｃｈｎｉｑｕｅｓ，ｖｏｌ．４３，ｎｏ．６，ｐｐ．１
２７０−１２７５，Ｊｕｎｅ１９９５）、増幅器に対
する過大な利得が要求されない。

【００２８】（第４の実施例）図４は本発明の注入同期
発振器の第４の実施例である。図４において図２と同一
のものについては同一の符号を付している。

【００２９】３０は非可逆４端子回路であって、３１は
第１の入力端子、３３は第２の入力端子、３２は第１の
出力端子、３４は第２の出力端子である。端子３１より
入力した信号は端子３２および３４にのみ分配され、端
子３３より入力した信号は端子３２および３４のみに分
配され、端子３１−３３間および端子３２−３４間には
信号の伝達はない（アイソレートされている）。図中の
矢印は該信号伝達の様子を示す。６０は増幅器で、６１
と６２はそれぞれ入力端子、出力端子である。７０は可
変移相器（または可変移相器と遅延線路の従属接続）で
あり、７１と７２はそれぞれ入力端子、出力端子であ
る。増幅器６０の入力端子６１は４端子回路３０の端子
３２に接続され、増幅器６０の出力端子６２は可変移相
器７０の入力端子７１に接続され、可変移相器７０の出
力端子７２は４端子回路３０の端子３３に接続されてい
る。ここで、４端子回路３０の端子３３と端子３２は増
幅器６０から見て結合端子であり、増幅器６０の入出力
間に帰還回路を形成し、３２−６１−６２−７１−７２
−３３−３２のループの位相回りが２πの整数倍で１以
上の利得を有するとき自由発振を生じる。

【００３０】４端子回路３０の端子３１より高安定・低
位相雑音の信号を入力するとその一部が端子３２を介し
て増幅器６０に入力され、発振中の増幅器の非線形性に
よって高調波が生じる。この高調波が上記自由発振周波
数付近の場合には、該発振周波数と高調波とにうねりが
生じ、これが零になるように状態が変化して注入信号に
同期した発振状態になる。発振出力は端子３３を介して
端子３４に出力され、４端子回路３０の非可逆性により
信号入力端子３１には現れない。従って、端子３１が不
整合の状態であったとしても発振出力の一部が端子３１
で反射されて該発振ループに再注入されることはない。
また同様に、端子３４での反射波は他のどの端子にも現
れないので再注入されない。つまり、外部回路の影響を
受けにくい構成である。

【００３１】また、可変移相器の位相量を変化させ、自
由発振周波数を変えれば、自由発振周波数の変化量Δｆ
₀ に応じて同期する範囲が広がる。すなわち、サブハー
モニック係数１／ｎが１／２以下のサブハーモニックを
注入した場合の周波数引込範囲Δｆ_n は、

【数５】となる。自由発振周波数の変化量Δｆ₀ を十分取れば、
任意のサブハーモニック係数１／ｎにおいて広い周波数
引込範囲が実現できる。

【００３２】（第５の実施例）図５は本発明の注入同期
発振器の第５の実施例である。図５において図３と同一
のものについては同一の符号を付している。

【００３３】３０は非可逆４端子回路であって、３１は
第１の入力端子、３３は第２の入力端子、３２は第１の
出力端子、３４は第２の出力端子である。端子３１より
入力した信号は端子３２および３４にのみ分配され、端
子３３より入力した信号は端子３２および３４のみに分
配され、端子３１−３３間および端子３２−３４間には
信号の伝達はない（アイソレートされている）。図中の
矢印は該信号伝達の様子を示す。また、８０は９０度分
配器であり、８０ａは９０度分配器８０の入力端子、８
０ｂおよび８０ｃは出力端子であり、端子８０ｂと８０
ｃは電気的にアイソレートされている。また、９０、９
１は可変増幅器であり、９０ａと９１ａは入力端子、９
０ｂと９１ｂは出力端子である。さらに、８５は同相合
成回路であり、８５ａおよび８５ｂは同相合成回路８５
の入力端子、８５ｃは出力端子であり、端子８５ａと８
５ｂは電気的にアイソレートされている。９０度分配器
８０の入力端子８０ａは４端子回路３０の端子３２に接
続され、９０度分配器８０の出力端子８０ｂ（８０ｃ）
は可変増幅器９０（９１）の入力端子９０ａ（９１ａ）
に接続され、可変増幅器９０（９１）の出力端子９０ｂ
（９１ｂ）は同相合成回路８５の入力端子８５ａ（８５
ｂ）に接続され、同相合成回路８５の出力端子８５ｃは
４端子回路３０の端子３３に接続されている。ここで、
４端子回路３０の端子３３と端子３２は可変増幅器９０
（９１）から見て結合端子であり、増幅器９０（９１）
の入出力間に帰還回路を形成し、３２−８０−９０（９
１）−８５−３３−３２のループの位相回りが２πの整
数倍で１以上の利得を有するとき自由発振を生じる。こ
の発振器に端子３１を介して注入信号が入力されると、
発振周波数が注入信号に同期し、発振出力は端子３４か
ら取り出される。

【００３４】以上の第５の実施例によれば、本発明の第
３の実施例と同様の効果に加えて、サブハーモニック係
数ｎの大きなサブハーモニックに対しても最大３３％の
帯域で周波数同期範囲を広げることができる。

【００３５】（第６の実施例）図６は本発明の注入同期
発振器の第６の実施例である。

【００３６】図６において、４１、４２、５１および５
２はそれぞれゲート接地ＦＥＴ、４０および５０はゲー
ト接地ＦＥＴ２つを図６内のように組み合わせた同相分
配回路である。また、図６において図４と同一のものに
ついては同一の符号を付している。ここで、トランジス
タとして電界効果トランジスタを用いているので、Ｓは
ソース、Ｄはドレイン、Ｇはゲートを表す。

【００３７】４端子回路３０では端子４４（５４）およ
び端子４５（５５）に出力した信号はそれぞれ端子３４
（３２）、端子３２（３４）に伝達され、端子３４（３
２）から端子３１（３３）、３２（３４）、３３（３
１）への伝達は該分配回路の非可逆性により阻止され
る。また、各分配１回路の出力端子インピーダンスは非
常に高いから端子３２および端子３４には分配回路で分
配される信号がそのまま伝達する。従って、図６中の４
端子回路３０に設定した信号経路が任意の周波数で（広
帯域に）成立する。この非可逆４端子回路３０、増幅器
６０および可変移相器７０を図６のように組み合わせる
ことにより、ｎ＝１の基本波およびｎ＝２、３、４・・
・のサブハーモニックに対して同期する注入同期発振器
を実現できる。また、可変移相器により位相量を変える
ことによりループ３２−６１−６２−７１−７２−３３
−３２で自由発振する周波数を変えることができる。自
由発振周波数の変化は、すべての注入信号に対する周波
数引込範囲の広帯域化につながるため、従来の注入同期
発振器では困難であったサブハーモニック係数ｎの大き
なサブハーモニックに対しても広い周波数同期範囲を有
する注入同期発振器を実現できる。

【００３８】（他の実施例）第４から第６の実施例にお
いて、電界効果トランジスタの代わりにバイポーラトラ
ンジスタを用いてもよい。また、実施例ではゲート接地
ＦＥＴを用いているが、これに限らず他の接地形式（ド
レイン接地またはソース接地）を用いてもよい。ソース
接地の場合には分配回路４０および５０が利得を有する
ので、増幅器６０の利得は必ずしも１以上である必要は
ない。

【００３９】また、第３および第５の実施例において、
発振ループ内に９０度分配器、可変増幅器および同相合
成回路を順に挿入したが、同相分配器、可変増幅器およ
び９０度合成回路であっても利得のあるベクトル合成の
移相器として動作するため、同様の効果を得る。

【００４０】

【発明の効果】以上記述したように本発明によれば、３
つの端子を有するサーキュレータの一端子に、該サーキ
ュレータの動作周波数帯域内の一部帯域で動作する発振
素子と可変移相器を接続し、かつ他の端子を注入信号の
入力端子、他の端子を発振出力端子としたので、また、
方向性結合器と、該方向性結合器の動作周波数帯域内の
一部帯域で動作する増幅器と可変移相器を具備し、かつ
該方向性結合器の１つの端子を注入信号の入力端子と
し、かつ該端子の通過端子とアイソレーション端子間に
該増幅器と該可変移相器を接続し、かつ他の通過端子を
発振出力端子としたので、また、２つの入力端子と２つ
の出力端子とを有し、該入力端子と該２つの出力端子間
の信号伝達が非可逆的で、かつ該入力信号端子間及び該
出力端子間が電気的にアイソレートされた非可逆４端子
回路を具備し、該４端子回路の動作周波数帯域内の一部
帯域で動作する増幅器と可変移相器を具備し、該４端子
回路の１つの出力端子と１つの入力端子との間に該増幅
器と該可変移相器を接続し、他の入力端子を注入信号の
入力端子、他の出力端子を発振出力端子としたので注入
同期発振器を構成することができる。

【００４１】本発明の注入同期発振器は、可変移相器に
より自由発振周波数を変えることができるので、小さな
注入信号レベルの入力の場合でも、従来に比較して広い
周波数引込範囲を実現できる。また、大きなサブハーモ
ニック係数のサブハーモニック注入信号に対しても広い
引込範囲を実現できる。

【００４２】また、非可逆４端子回路はトランジスタ主
体で構成できるので、ＩＣ化して非常に小さく実現でき
る。また、トランジスタの非可逆性により自由発振を行
なう部分と注入信号入力端子と発振信号出力端子とがお
互いに分離できるので、外部に接続される回路や負荷の
影響を受けにくくすることができる。また、トランジス
タの広帯域性によって非常に広い周波数範囲の注入信号
に対して同期できるので、サブハーモニック係数ｎを自
由に選択することができる。従って、市販のシンセサイ
ザ等と組み合わせて、逓倍器を用いずに非常に簡易で経
済的なマイクロ波帯およびミリ波帯局部発振器・シンセ
サイザを構成することができる。

【００４３】また、ループ内に利得のあるベクトル合成
の移相器として動作する９０度分配器、可変増幅器およ
び同相合成回路を挿入することにより、自由発振周波数
を最大３３％の帯域で変えることができるため、注入信
号が低いレベルである場合でも、また高次のサブハーモ
ニックである場合でも従来に比較して広い引込範囲を実
現することができる。ベクトル合成による発振周波数を
変える方法は増幅器に対する過大な利得が必要でないた
め、広い周波数引込範囲を有する注入同期発振器を容易
に実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例である注入同期発振器の
回路図である。

【図２】本発明の第２の実施例である注入同期発振器の
回路図である。

【図３】本発明の第３の実施例である注入同期発振器の
回路図である。

【図４】本発明の第４の実施例である注入同期発振器の
回路図である。

【図５】本発明の第５の実施例である注入同期発振器の
回路図である。

【図６】本発明の第６の実施例である注入同期発振器の
回路図である。

【図７】９０度分配器、可変増幅器および同相合成回路
からなるベクトル合成の移相器の動作原理図である。

【図８】サーキュレータを用いた従来の注入同期発振器
の回路図である。

【図９】方向性結合器を用いた従来の注入同期発振器の
回路図である。

【図１０】非可逆４端子回路を用いた従来の注入同期発
振器の回路図である。

【符号の説明】

１０３端子サーキュレータ１１、１２、１３、１４端子１５発振素子１６可変移相器１７共振器１８発振器２０方向性結合器２１、２２、２３、２４端子３０非可逆４端子回路３１、３２、３３、３４端子４０、５０ゲート接地ＦＥＴ分配回路４１、４２、５１、５２ゲート接地ＦＥＴ４３、４４、４５、５３、５４、５５端子６０増幅器７０可変移相器６１、６２、７１、７２端子８０９０度分配回路８０ａ、８０ｂ、８０ｃ端子８５方向性結合器８５ａ、８５ｂ、８５ｃ端子９０、９１可変増幅器９０ａ、９０ｂ、９１ａ、９１ｂ端子１００サーキュレータ１０１、１０２、１０３端子１０４発振回路１１０方向性結合器１１１、１１２、１１３、１１４端子１１５増幅器１２０非可逆４端子回路１２１、１２２、１２３、１２４端子１２５増幅器ＳソースＤドレインＧゲート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03L 7/24 H03F 1/00 - 7/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１、第２および第３の端子を有し、第
１の端子から第２の端子および第２の端子から第３の端
子への信号伝達が非可逆なサーキュレータと、前記第２
の端子に前記サーキュレータの動作周波数帯域の少なく
とも一部の帯域で動作する発振素子と可変移相器を含む
先端開放または短絡の共振器とからなる発振器が接続さ
れ、前記第１の端子から注入信号を入力し、第３の端子
から発振出力を得ることを特徴とする注入同期発振器。
【請求項２】第１、第２、第３および第４の端子を有
し、第１の端子と第３の端子間および第２の端子と第４
の端子間が電気的にアイソレートされた方向性結合器
と、前記第２の端子と前記第３の端子間に前記方向性結
合器の動作周波数帯域の少なくとも一部の帯域で動作す
る増幅器と可変移相器を有し、前記第１の端子に注入信
号を入力し、前記第４の端子から発振出力を得ることを
特徴とする注入同期発振器。
【請求項３】第１、第２、第３および第４の端子を有
し、第１の端子と第３の端子間および第２の端子と第４
の端子間が電気的にアイソレートされた方向性結合器
と、前記第２の端子と前記第３の端子間に前記方向性結
合器の動作周波数帯域の少なくとも一部の帯域で動作す
る９０度分配器と、該分配器の各出力に接続される２つ
の可変増幅器と、該可変増幅器の出力に接続される同相
合成回路を有し、前記第１の端子に注入信号を入力し、
前記第４の端子から発振出力を得ることを特徴とする注
入同期発振器。
【請求項４】第１および第２の入力端子と第１および
第２の出力端子を有し、第１の入力端子から第１の出力
端子および第２の出力端子への信号伝達が非可逆であ
り、第２の入力端子から第１の出力端子および第２の出
力端子への信号伝達が非可逆であり、第１の入力端子と
第２の入力端子間および第１の出力端子と第２の出力端
子間が電気的にアイソレートされた非可逆４端子回路
と、前記第１の出力端子と前記第２の入力端子間に前記
４端子回路の動作周波数帯域の少なくとも一部の帯域で
動作する増幅器と可変移相器を有し、前記第１の入力端
子に注入信号を入力し、前記第２の出力端子から発振出
力を得ることを特徴とする注入同期発振器。
【請求項５】第１および第２の入力端子と第１および
第２の出力端子を有し、第１の入力端子から第１の出力
端子および第２の出力端子への信号伝達が非可逆であ
り、第２の入力端子から第１の出力端子および第２の出
力端子への信号伝達が非可逆であり、第１の入力端子と
第２の入力端子間および第１の出力端子と第２の出力端
子間が電気的にアイソレートされた非可逆４端子回路
と、前記第１の出力端子と前記第２の入力端子間に前記
４端子回路の動作周波数帯域の少なくとも一部の帯域で
動作する９０度分配器と、該分配器の各出力に接続され
る可変増幅器と、該可変増幅器の出力に接続される同相
合成回路を有し、前記第１の入力端子に注入信号を入力
し、前記第２の出力端子から発振出力を得ることを特徴
とする注入同期発振器。
【請求項６】前記非可逆４端子回路が４個のゲート接
地ＦＥＴを有し、第１のゲート接地ＦＥＴのソースと第
２のゲート接地ＦＥＴのソースとを前記第１の入力端子
に接続し、第３のゲート接地ＦＥＴのソースと第４のゲ
ート接地ＦＥＴのソースを前記第２の入力端子に接続
し、第１のゲート接地ＦＥＴのドレインと第３のゲート
接地ＦＥＴのドレインとを前記第１の出力端子に接続
し、第２のゲート接地ＦＥＴのドレインと第４のゲート
接地ＦＥＴのドレインとを前記第２の出力端子に接続し
たことを特徴とする請求項４又は５記載の注入同期発振
器。