JP3422915B2 - マイクロ波ミリ波注入同期型発振器 - 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、周波数安定性が高
く、かつ信号純度が高く、小型で軽量の無線通信用マイ
クロ波ミリ波注入同期型発振器に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、図６に、従来のマイクロ波ミリ
波注入同期発振回路の構成を示す。この発振回路は、１
９９７年度電子情報通信学会総合大会Ｃ−２−４４にお
いて示された。図６において、６０１は能動素子部、６
００は電圧制御発振器、６１０は出力回路部、６０５は
基準信号源としての信号発生器である。能動素子部６０
１は出力回路部６１０に接続されている。

【０００３】現在の技術では、能動素子部６０１は周波
数ｆ'で反射帰還利得を有し、出力回路部６１０は、能
動素子部６０１の出力信号から、ｎ×ｆ'(ｎ：整数)の
高調波の周波数成分を有した信号を取り出す。

【０００４】一方、上記能動素子部６０１は、共振回路
部６０４に接続されている。この共振回路部６０４はバ
ラクタ容量素子と伝送線路からなり、周波数ｆ'で共振
する。また、信号発生器６０５は、ｆ／ｍ(ｍ：整数)の
周波数成分を有した信号を、信号入力端子６０７から共
振回路部６０４に注入するものである。

【０００５】電圧制御発振器(ＶＣＯ)６００は、信号発
生器６０５がないときには、能動素子部６０１が周波数
ｆ'付近で十分な反射帰還利得をもったときに、共振回
路部６０４で信号ｆ'の信号が共振して、発振状態とな
る。ここで、特に、モノシリック化された回路では、共
振回路６０４のＱ値を高くとれないので、マイクロ波ミ
リ波帯の周波数ｆ'の自由発振信号の周波数安定度は、
水晶発振器の安定度と比較して、著しく低い。

【０００６】そこで、信号発生器６０５として、水晶発
振器を有した準マイクロ波帯からマイクロ波帯の位相同
期発振器等の信号純度の高い信号発生器を用い、周波数
ｆ／ｍの信号を発生させる。この信号発生器６０５が発
生する周波数ｆ／ｍの信号は、共振回路部６０４に入力
される。すると、能動素子部６０１は、その非線形性に
よって、上記周波数ｆ／ｍの注入信号のｋ次(ｋ：整数)
の高調波信号を発生する。この高調波の周波数は、(ｆ
／ｍ)×ｋである。

【０００７】これにより、この電圧制御発振器６００の
自由発振周波数ｆ'もしくはそのｎ次高調波ｎ×ｆ'の信
号は、上記周波数(ｆ／ｍ)×ｋの高調波信号に引き込ま
れて、同期する。そして、この同期した高調波信号ｎ×
ｆ'が、ｎ次高調波の整合回路を有した出力回路部６１
０から出力される。

【０００８】これにより、マイクロ波ミリ波帯の発振器
６００の周波数安定度を水晶発振器のレベルまで向上さ
せることができ、発振器６００の位相雑音も低減でき
る。

【０００９】しかも、出力信号は、共振回路部６０４の
基本発振周波数ｆのｎ次高調波を用いるので、ミリ波帯
の信号を直接発振する必要がなくなる。例えば、１５Ｇ
Ｈｚで基本発振したときに、４次高調波を使えば、６０
ＧＨｚの信号を出力できる。しかも、信号発生器６０５
からの信号が、能動素子部６０１の非線形性によって、
ｍ×ｎ逓倍されるので、注入同期時の同期レンジを、信
号発生器６０５による注入信号の周波数ｆ／ｍからみた
ときのｍ×ｎ倍に広げることができる。

【００１０】

【発明が解決しょうとする課題】ところで、図６に示す
従来の注入同期位相発振器では、上記同期レンジ(周波
数ｆinputＡから周波数ｆinputＢ)の間の一点の周波数
では、出力端子ＯＵＴに出力されるｎ次高調波の出力信
号が、信号入力端子６０７からの注入信号の位相に同期
している。

【００１１】しかし、信号発生器６０５からの注入信号
が周波数ｆinputＡから周波数ｆinputＢの間で一定で有
るとき、上記同期レンジの周波数の始点の信号(ｆinput
Ａ)と終点の信号(ｆinputＢ)とで、ｎ次高調波の出力信
号の位相がｎ×(±９０)度だけ回転してしまい、この同
期レンジの間で位相が一定でなくなる。

【００１２】このため、上記従来の注入同期位相発振器
では、受信器の同期検波のための信号源としても用いる
ことが困難であり、かつ、ｎ次高調波の出力信号の変動
や、位相雑音の変動および、不要波スプリアス信号が増
加してしまうという問題があった。

【００１３】そこで、この発明の目的は、同期レンジの
間で位相を一定にでき、安定で低雑音の信号を発振でき
るマイクロ波ミリ波注入同期型発振器を提供することに
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、下記に述べる周波数負帰還ループを構成
し、この周波数負帰還ループによって、電圧制御発振器
(ボルテージ・コントロール・オシレータ（ＶＣＯ）)の
自由発振周波数を制御して、基準信号源に周波数同期さ
せる。これにより、注入同期レンジの範囲内で注入信号
の周波数を変えたときに、この注入信号の周波数に出力
信号の自由発振周波数を追随させてゆくことができる。
したがって、注入信号の位相とこの注入によって同期さ
れた信号の位相とを常に一定の関係に保つことができ、
ひいては、注入同期レンジを広くすることが可能とな
る。これを、実現する注入同期発振器の構成は、以下に
述べるごとくである。

【００１５】請求項１の発明のマイクロ波ミリ波注入同
期型発振器は、基準信号発生器を有する注入回路部と、
可変容量成分と伝送線路とを有した周波数可変共振回路
とこの周波数可変共振回路の出力側に接続された分波器
に加えて上記周波数可変共振回路と上記分波器との間に
接続されたマイクロ波トランジスタを含む能動素子部を
有する発振回路部と、上記基準信号発生器からの信号を
上記周波数可変共振回路の入力側に入力する入力手段
と、上記分波器からの信号と上記基準信号発生器からの
信号とが入力される周波数混合器およびローパスフィル
タを有し、この周波数混合器が出力する誤差信号を上記
ローパスフィルタを経由して上記周波数可変共振回路に
フィードバックして上記周波数可変共振回路を上記基準
信号発生器からの信号に周波数同期させる周波数負帰還
ループとを備えたことを特徴としている。

【００１６】この請求項１の発明では、周波数負帰還ル
ープを構成し、発振回路部の自由発振周波数を基準信号
発生器が発生する基準信号に周波数同期させる。これに
より、注入同期レンジ間で注入信号の周波数を変えたと
きにでも、発振回路部から出力する信号の自由発振周波
数を注入信号の周波数に追随させることができる。そし
て、注入信号と注入同期信号の位相を常に一定の関係に
保つことができる。

【００１７】したがって、この発明の注入同期型発振器
によれば、同期検波のための信号源としても用いること
が可能であり、かつ、ｎ次高調波の出力信号の安定化
や、位相雑音の低減および不要波スプリアス信号を抑え
ることができる。さらに、注入同期レンジを広くするこ
とができる。

【００１８】さらに、位相雑音と引き込み時間とをルー
プフィルタまたはローパスフィルタで制御することな
く、注入同期法によって制御するから、高速引き込みと
低位相雑音化を達成でき、かつ、周波数可変範囲を拡大
できる。

【００１９】また、請求項２の発明は、請求項１に記載
のマイクロ波ミリ波注入同期型発振器において、上記基
準信号発生器からの信号を上記入力手段と上記周波数混
合器との２方に分配する分配器を備えたことを特徴とし
ている。

【００２０】この請求項２では、上記基準信号発生器か
らの信号を上記分配器で上記入力手段と上記周波数混合
器との２方に分配して、注入同期と周波数負帰還ループ
の２つの動作に役立てることができる。

【００２１】また、請求項３の発明は、請求項２に記載
のマイクロ波ミリ波注入同期型発振器において、上記周
波数負帰還ループは、上記分配器と上記周波数混合器と
の間に接続されたｍ次逓倍器を備えたことを特徴として
いる。

【００２２】この請求項３では、上記基準信号発生器が
発生した基準信号をｍ次逓倍器で周波数をｍ倍してか
ら、周波数混合器に入力する。したがって、高い安定性
と低い位相雑音特性と有している準マイクロ波帯等のデ
ジタル無線通信で用いられている位相同期発振器を、上
記基準信号発生器として用いることができる。したがっ
て、基準信号発生器を小型かつ低コストにでき、小型で
低コストの周波数シンセサイザを実現できる。

【００２３】また、請求項４の発明は、請求項３に記載
のマイクロ波ミリ波注入同期型発振器において、上記発
振回路部は、上記分波器に接続されて上記共振回路から
ｎ次高調波を取り出すｎ次高調波整合回路を備えたこと
を特徴としている。

【００２４】この請求項４の発明では、上記発振回路部
の分波器に接続されたｎ次高調波整合回路から、基準信
号の周波数のｎ次高調波を最大出力で取り出すことがで
きる。

【００２５】また、請求項５の発明は、請求項２に記載
のマイクロ波ミリ波注入同期型発振器において、上記基
準信号発生器と上記分配器との間に接続されたｈ次高調
波増幅器を備えたことを特徴としている。

【００２６】この請求項５の発明では、ｈ次高調波増幅
器が、共振回路の前段で、基準信号発生器からの信号を
受けて、その信号のｈ次高調波を発生させるので、高調
波発生の出力効率を高くすることができる。その上に、
基準信号発生器の動作周波数を低くして、コストダウン
を図れる。

【００２７】また、請求項６の発明は、請求項５に記載
のマイクロ波ミリ波注入同期型発振器において、上記分
配器と上記周波数混合器との間に接続されたｍ次逓倍器
を備えたことを特徴としている。

【００２８】この請求項６の発明では、上記ｍ次逓倍器
でｈ次高調波増幅器からのｈ次高調波の周波数を更にｍ
倍するから、同期周波数をより高くして、発振回路部か
ら出力させる信号周波数を一層高くできる。

【００２９】また、請求項７の発明は、請求項２に記載
のマイクロ波ミリ波注入同期型発振器において、上記分
配器と上記入力手段との間に接続されたｈ次高調波増幅
器と、上記分波器と周波数混合器との間に接続された分
周器とを備えたことを特徴としている。

【００３０】この請求項７の発明では、ｈ次高調波増幅
器が分配器と入力手段との間に接続されているから、周
波数負帰還ループへは、ｈ次高調波増幅器に入力される
前の基準信号が入力され、一方、発振回路部へは、ｈ次
高調波増幅器からのｈ次高調波が入力される。そして、
上記分波器からの高調波は上記分周器で分周されて、周
波数が低くされて、周波数混合器に入力される。

【００３１】したがって、この発明では、発振回路部の
発振周波数を低下させることなく、周波数混合器の動作
周波数を低く抑えることができ、周波数負帰還ループを
簡単，安価に製作できる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態に基づいて詳細に説明する。

【００３３】〔第１の実施の形態〕図１に、本発明のマ
イクロ波ミリ波注入同期発振器の実施の形態の基本構成
を示す。この発振器は、大きく分けて、発振回路部１５
と、注入回路部１６と、周波数負帰還ループ部１７とで
構成される。

【００３４】上記発振回路部１５は周波数可変共振回路
４と能動素子部１と反射帰還制御回路２と分波器８とｎ
次高調波整合回路３を備えている。

【００３５】上記周波数可変共振回路４は、バラクタダ
イオードで構成された可変容量素子１０１と伝送線路１
０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃを有している。

【００３６】伝送線路１０２ａは信号入力端子７に接続
されている。この信号入力端子７には容量素子１０４と
上記可変容量素子１０１が接続され、この可変容量素子
１０１は接地されている。上記可変容量素子１０１と入
力端子７との接続点には、抵抗Ｒ１と容量素子Ｃ１との
直列回路が接続され、この直列回路は接地されている。
上記抵抗Ｒ１と容量素子Ｃ１との接続点には抵抗Ｒ２が
接続され、この抵抗Ｒ２は接地されている。また、この
抵抗Ｒ１と容量素子Ｃ１との接続点には電圧制御端子６
が接続されている。

【００３７】上記容量素子１０４は上記伝送線路１０２
ｂに接続され、この伝送線路１０２ｂには伝送線路１０
２ｃが接続されている。この伝送線路１０２ｃには容量
素子Ｃ２が接続され、この容量素子Ｃ２は接地されてい
る。また、上記伝送線路１０２ｃには抵抗Ｒ３とＲ４が
直列接続されており、抵抗Ｒ４は接地されている。

【００３８】この周波数可変共振回路４は、制御周波数
ｆで共振する。

【００３９】上記能動素子部１は発振制御周波数ｆで反
射帰還利得を有するマイクロ波トランジスタＴｒ１等で
構成されている。

【００４０】上記マイクロ波トランジスタＴｒ１のベー
スは、上記伝送線路１０２ｂに接続されており、上記ト
ランジスタＴｒ１のコレクタは容量素子Ｃ３と伝送線路
１０５に並列に接続されている。この容量素子Ｃ３と伝
送線路１０５は接地されている。上記能動素子部１は、
周波数可変共振回路４と反射帰還制御回路２の間に接続
されている。

【００４１】また、反射帰還制御回路２は、上記トラン
ジスタＴｒ１のエミッタに接続された伝送線路Ｔ１を有
し、この伝送線路Ｔ１には伝送線路Ｔ２が接続されてい
る。また、上記伝送線路Ｔ１とＴ２の接続点には伝送線
路Ｔ３と容量素子Ｃ５の直列回路が接続されており、こ
の直列回路は接地されている。また、上記伝送線路Ｔ２
は分波器８に接続されている。この反射帰還制御回路２
は、発振制御周波数ｆの反射帰還利得を制御する。

【００４２】また、ｎ次高調波出力回路３は、上記分波
器８に接続された伝送線路Ｔ５を備え、この伝送線路Ｔ
５と上記分波器８との接続点には伝送線路Ｔ４と伝送線
路Ｔ６が接続されている。上記伝送線路Ｔ５は出力部４
９に接続されている。

【００４３】このｎ次高調波出力回路３は、分波器８よ
り得た信号から高調波ｎ×ｆ(ｎ：整数)成分を有した信
号を取り出して、出力部４９に出力する。

【００４４】一方、上記注入回路部１６は信号発生器５
を有している。この信号発生器５には伝送線路１１１を
介して電力分配器１１が接続されている。そして、この
電力分配器１１の一方の出力端は上記共振回路４に接続
されており、他方の出力端は伝送線路１１２を介して周
波数負帰還ループ部１７に接続されている。

【００４５】この信号発生器５は、信号純度の高い位相
同期発振器であり、水晶発振器を含んでいる。注入回路
部１６は、周波数ｆｏ(ｆｏ＝ｆ／ｍ(ｍ：整数))の周波
数成分を有した信号５４を電力分配器１１から上記周波
数可変共振回路４に注入する。

【００４６】すなわち、信号発生器５からの信号５４
は、電力分配器１１で２分配され、一方の信号５３は、
上記共振回路４の上記伝送線路１０２ａに注入される。
一方、他方の信号５２は、上記周波数負帰還ループ部１
７に入力され、ｍ次逓倍器２１を経て周波数混合器２２
に入力されるようになっている。

【００４７】周波数負帰還ループ部１７は、ｍ次逓倍器
２１と、周波数混合器２２と、バンドパスフィルタ２４
と、ローパスフィルタ２３を有する。

【００４８】上記ｍ次逓倍器２１は上記注入回路部１６
の電力分配器１１の他方の出力端に接続されており、こ
のｍ次逓倍器２１は伝送線路を介して周波数混合器２２
の一方の入力端に接続されている。そして、この周波数
混合器２２の出力端は、ローパスフィルタ２３を介して
上記共振回路４の可変容量電圧制御端子６に接続されて
いる。また、上記周波数混合器２２の他方の入力端には
分布定数線路である高周波伝送線路７５を介してバンド
パスフィルタ２４が接続されている。このバンドパスフ
ィルタ２４は上記分波器８に接続されている。

【００４９】この周波数負帰還ループ部１７では、発振
回路部１５の反射帰還制御回路部２の出力側に接続され
た分波器８で取り出された基本波発振信号５１が、バン
ドパスフィルタ２４を介して、周波数混合器２２に入力
される。さらに、注入回路部１６の電力分配器１１で２
分配された信号のー方の信号５２が、ｍ次逓倍器２１で
ｍ倍されて、周波数混合器２２に入力される。そして、
この周波数混合器２２によって、信号５１と信号５２の
周波数が比較される。

【００５０】そして、周波数混合器２２はローパスフィ
ルタ２３に出力信号５５を出力し、この出力信号５５
は、ローパスフィルタ２３から発振回路部１５の可変容
量電圧制御端子６に帰還入力されるようになっている。

【００５１】次に、上記構成の注入同期発振器の動作を
説明する。

【００５２】この実施形態では、電力分配器１１で分配
された信号発生器(基準信号源)５からの信号５３が、共
振回路４の上記伝送線路１０２ａの一端に注入される。
すると、発振回路部１５の非線型性により、発振回路部
１５の内部で信号発生器５の周波数ｆのｍ次高調波が生
成され、このｍ次高調波に、発振回路部１５の信号の周
波数と位相が同期する。この同期速度は、次に述べる周
波数負帰還ループ部１７の同期速度に比較して、１００
倍〜１０００倍高速である。

【００５３】この注入信号による同期特性は、周波数負
帰還ループ部１７による同期特性とは異なり、周波数負
帰還ループ部１７中のローパスフィルタ２３には依存し
ないから、ローパスフィルタ２３の帯域外でも、雑音を
低減させることができる。

【００５４】次に、周波数負帰還ループ部１７の動作を
説明する。発振回路部１５は、制御周波数ｆの共振回路
４と能動素子部１のもつ反射帰還利得特性によって、制
御周波数ｆの近傍ｆ'で自由発振する。この自由発振周
波数ｆ'は、周波数可変共振回路４で共振周波数ｆを変
えることによって変えることができる。

【００５５】この実施形態では、発振回路部１５による
周波数ｆ'の自由発振信号を分波器８で取り出して、周
波数負帰還ループ部１７に入力し、バンドパスフィルタ
２４で、周波数ｆ〜ｆ'周辺の帯域以外の信号を上記自
由発振信号から除去した上で、周波数混合器２２に入力
する。

【００５６】一方、信号発生器５が出力した信号５４
は、電力分配器１１を経由して、ｍ逓倍器２１に入力さ
れて、ｍ逓倍される。このｍ次逓倍器２１が出力するｍ
逓倍波は、雑音が少なくかつ水晶発振器と同等の安定性
を有した信号５２である。そして、この信号５２と、上
記分波器８からの信号５１とが、周波数混合器２２に入
力されて、周波数が比較される。そして、この周波数混
合器２２は、信号５１と５２の誤差信号５５を生成し、
ローパスフィルタ２３を介して上記誤差信号５５のみが
取り出されて、可変容量電圧制御端子６に帰還入力され
る。

【００５７】上記誤差信号５５の電圧でもって発振回路
部１５の発振周波数が変化する。より詳しくは、可変容
量電圧制御端子６の極性と誤差信号電圧５４の極性は、
発振回路部１５の発振周波数に対して負帰還になるよう
に設定されている。

【００５８】このような周波数負帰還ループ部１７によ
る帰還ループを繰り返すうちに、上記発振回路部１５の
自由発振周波数ｆ'は、信号発生器５からの基準信号の
ｎ逓倍波５２と、同等に安定で雑音の少ない信号に接近
してくる。

【００５９】このように、この実施の形態では、注入同
期動作中に、周波数負帰還ループ部１７を動作させるこ
とによって、周波数を基準発振周波数のｍ逓倍波に接近
させることができる。したがって、注入同期のかかる周
波数領域まで発振回路部１５の発振周波数を絞り込むこ
とができる。

【００６０】また、この実施の形態によれば、周波数負
帰還ループ部１７の周波数負帰還電圧を制御することに
よって、発振回路部１５の自由発振周波数ｆ'を変化さ
せることができ、注入信号の周波数を自由発振周波数
ｆ'に追随させることができる。したがって、周波数可
変共振回路４の周波数電圧制御範囲まで同期をかけるこ
とができ、同期レンジを広くすることができ、同期範囲
が狭いという従来の注入同期発振器の課題を解消でき
る。

【００６１】さらに、この実施の形態によれば、注入同
期のかかる周波数の始点と終点で、位相が１８０°程度
シフトするという注入同期発振器のもう一つの課題点
も、上記周波数負帰還ループ部１７の動作によって解消
でき、注入同期のかかる周波数の始点と終点で位相を一
定に保つことができる。

【００６２】このような動作によって、発振回路部１５
では、信号発生器５の基準信号のｍ逓倍波｛周波数：
(ｆ／ｍ)×ｍ｝に周波数と位相が同期した信号が、基本
発振波となる。

【００６３】また、発振回路部１５の非線型性により発
振周波数ｆの高調波を生成し、ｎ次高調波整合回路３に
より、所望の高周波信号を取り出すことができる。発振
回路部１５の出力部４９からの出力周波数は、(ｎｆ＝
ｎ×ｍ×ｆｏ)となる。例えば、ｍ＝３、ｎ＝４に設定
することにより、水晶発振器を有した５ＧＨｚの基準信
号源５を用いて発振回路部の出力部４９より、６０ＧＨ
ｚの、安定で低位相雑音の信号を取り出すことが可能と
なる。

【００６４】上述のように、この実施の形態では、上記
周波数負帰還ループ部１７による周波数・位相同期の作
用によって、従来の注入同期発振器の課題点を解消で
き、高速な周波数同期と位相同期が可能で、低位相雑音
のマイクロ波ミリ波周波数シンセサイザを実現できる。

【００６５】さらに、この実施の形態では、基準信号発
生器５以外の部分をアナログ回路で構成したので、Ｇａ
Ａｓ基板上にモノリシック化することもできる。

【００６６】尚、上記実施の形態では、注入回路部１６
からの信号５３を、伝送線路１０２ａの一端に注入した
が、上記信号５３を容量素子１０４の任意の一端に注入
してもよい。また、伝送線路１０２ａや１０２ｂの任意
の一端に注入してもよい。

【００６７】〔第２の実施の形態〕次に、図２に、本発
明の第２の実施の形態の構成を示す。この第２の実施の
形態は、上記第１の実施の形態と同じく、周波数負帰還
ループを有したマイクロ波ミリ波注入同期型発振器であ
り、動作原理は同様である。したがって、図２では、図
１と同一同義の部分には同じ記号を付して、異なる部分
について重点的に説明する。

【００６８】この第２の実施形態が前述の第１の実施形
態と異なっている点は、注入回路部１１６が、信号発生
器５の出力側に順に接続された高周波増幅器１０，バン
ドパスフィルタ２５を備えている点と、周波数負帰還ル
ープ部１１７がｍ逓倍器２１を備えていない点の２点だ
けである。

【００６９】この第２実施形態では、高調波増幅器１０
が、基準信号発生器５の信号のｈ次高調波(ｈ：整数)を
生成する。このｈ次高調波の周波数ｆは(ｈ×ｆｏ)であ
り、自由発振周波数ｆ'付近の周波数である。この周波
数ｆのｈ次高調波を、注入回路部１６から発振回路部１
５に注入することによって、上記ｈ次高調波を基本波と
して発振回路部１５での注入同期をとる。

【００７０】また、上記高周波増幅器１０を設けたこと
により、注入回路部１１６から電力分配器１１を経た信
号５２は、逓倍器を通すことなく直接に周波数混合器２
２に入力されることになる。

【００７１】この第２実施形態では、高調波増幅器１０
の非線形性によって高調波を発生させ、上記高調波成分
信号(ｆ＝ｈ×ｆｏ)をバンドパスフィルタ２５により取
り出し、この信号成分５４を電力分配器１１で２分配
し、一方の信号５３を上記共振回路部４の上記伝送線路
１０２ａの一端に注入する。そして、他方の信号５２の
周波数はすでに基本発振制御周波数ｆになっているの
で、この信号５２はそのまま周波数混合器２２へ入力さ
れる。

【００７２】そして、発振回路部１５の出力部４９から
出力される信号５５の周波数は、ｎｆ(＝ｎ×ｈ×ｆｏ)
となる。その他の動作は、第１の実施形態と同様であ
る。

【００７３】この第２実施形態によれば、高調波増幅器
１０が、発振回路部１５の外部で高調波を発生させるの
で、高調波発生の出力効率を高くすることができ、した
がって、基準信号源としての信号発生器５の動作周波数
を低くできる。

【００７４】また、この第２実施形態では、注入回路部
１１６から発振回路部１５に、基本発振周波数成分の信
号を注入するから、注入同期範囲を広くでき、安定な注
入同期特性を得ることができる。したがって、この第２
実施形態によれば、周波数負帰還ループ１７による周波
数・位相同期特性の向上と合わせて、より安定な動作特
性を得ることができる。

【００７５】例えば、ｈ＝１０、ｎ＝４に設定すること
により、水晶発振器を有した１.５ＧＨｚの信号発生器
５を用いて，発振回路部１５の出力部４９から、６０Ｇ
Ｈｚの安定で低位相雑音の信号を取り出すことができ
る。

【００７６】１.５ＧＨｚの信号発生器５としては、近
年、移動帯通信等で用いられている水晶発振器を有した
位相同期発振器(フェーズ・ロッキング・オシレータ
（ＰＬＯ）)を使用できる。この実施形態によれば、上
記位相同期発振器と同等に高い周波数安定度の６０ＧＨ
ｚ信号を得ることができ、かつ、小型で安価である。

【００７７】尚、上記実施の形態では、注入回路部１６
からの信号５３を、伝送線路１０２ａの一端に注入した
が、上記信号５３を容量素子１０４の任意の一端に注入
してもよい。また、伝送線路１０２ａや１０２ｂの任意
の一端に注入してもよい。

【００７８】〔第３の実施の形態〕次に、図３に、この
発明の第３の実施の形態の構成を示す。この第３の実施
の形態は、上記第２の実施の形態と同じく、周波数負帰
還ループを有したマイクロ波ミリ波注入同期型発振器で
ある。したがって、図３では、図２と同じ部分には同じ
記号を付して、異なる点について重点的に説明する。

【００７９】この第３の実施形態が前述の第２実施形態
と異なっている点は、周波数負帰還ループ部２１７がｍ
次逓倍器２２１(ｍ：整数)を備えている点だけである。
別の表現をすれば、この第３の実施形態は、第１の実施
形態と第２の実施形態を組合わせた構成である。

【００８０】この第３実施形態では、高調波増幅器１０
は、その非線形性によって、信号発生器５が出力する周
波数ｆ₀の信号のｈ次高調波を発生する。このｈ次高調
波の周波数は、周波数ｆ₀×ｈであり、基本発振制御周波
数ｆの１／ｍ、つまり、 ｆ／ｍである。

【００８１】そして、バンドパスフィルタ２５で、上記
基本発振周波数ｆの１／ｍの付近の周波数信号成分５４
のみを取り出し、この信号成分５４を電力分配器１１で
２分配する。一方の信号５３は、共振回路４の上記伝送
線路１０２ａの一端に注入される。そして、この信号５
３が入力された発振回路部１５は、発振回路部１５内部
の非線形性によって、基準信号の高調波を発生させる。

【００８２】また、他方の信号５２は、ｍ次逓倍器２２
１で周波数がｍ逓倍されて、基本発振制御周波数ｆ(＝
ｆｏ×ｈ×ｍ)の信号成分として、周波数混合器２２に
入力される。その他の動作は、第１および第２の実施の
形態と同じである。

【００８３】そして、発振回路部１５の出力部４９から
出力される信号の周波数は、ｎｆ(＝ｎ×ｈ×ｍ×ｆo)と
なる。

【００８４】このように、この第３の実施形態では、第
１実施形態と第２実施形態とを組み合わせた構成とする
ことによって、発振回路部１５の出力部４９から出力す
る信号の出力周波数を一層高くできる。

【００８５】例えば、発振回路部１５の自由基本発振周
波数を３０ＧＨｚとし、かつ、水晶発振器を有した１.
５ＧＨｚの信号発生器５を用いたとする。この場合、ｈ
＝１０、ｎ＝４、ｍ＝２に設定することにより、発振回
路部１５の出力部４９から、１２０ＧＨｚの安定で低位
相雑音の信号を取り出すことができる。

【００８６】尚、上記実施の形態では、注入回路部１６
からの信号５３を、伝送線路１０２ａの一端に注入した
が、上記信号５３を容量素子１０４の任意の一端に注入
してもよい。また、伝送線路１０２ａや１０２ｂの任意
の一端に注入してもよい。

【００８７】〔第４の実施の形態〕次に、図４に、本発
明の第４の実施の形態の構成を示す。この第４の実施の
形態は、上記第２の実施形態と同じく、周波数負帰還ル
ープを有したマイクロ波ミリ波注入同期型発振器であ
り、動作原理は同様である。したがって、図４では、図
２と同一同義の部分には同じ記号を付し、異なる部分に
ついて重点的に説明する。

【００８８】この第４の実施の形態が前述の第２の実施
形態と異なっている点は、注入回路部３１６が、信号発
生器５と高調波増幅器１０との間に接続された電力分配
器３１１を備える一方、バンドパスフィルタ２５を備え
ていない点と、周波数負帰還ループ部３１７が、周波数
混合器２２とバンドパスフィルタ２４の間に接続された
分周器６１を備えている点だけである。

【００８９】この第４の実施の形態では、図４に示すよ
うに、分波器８からの出力信号５１を分周器６１で分周
して、動作周波数を低くして、周波数混合器２２に入力
させる。一方、信号発生器５からの信号を、逓倍するこ
となく、電力分配器３１１で直接２分配して、一方の信
号５２を周波数混合器２２へ入力する。

【００９０】また、２分配された他方の信号５３は、高
調波増幅器１０に入力されて、信号発生器５の高調波成
分が生成される。この高調波成分の周波数ｆは、ｆｏ×
ｈであり、上記高調波成分は、共振回路部４の伝送線路
１０２ａの一端に注入される。そして、発振回路部１５
の出力部４９から出力される信号の周波数は、ｎｆ(＝ｎ
×ｈ×ｆｏ)となる。

【００９１】この第４実施形態の構成によれば、周波数
混合器２２の動作周波数を低減することができ、周波数
負帰還ループ部１７を非常に簡易かつ安価に作製するこ
とが可能となる。

【００９２】例えば、発振回路部１５の自由基本発振周
波数を１６ＧＨｚとし、ｈ＝８、ｎ＝４、に設定するこ
とにより、水晶発振器を有した２ＧＨｚの基準信号源５
を用いれば、発振回路部１５の出力部４９から６４ＧＨ
ｚの周波数の信号を出力できる。ここにおいて、周波数
混合器２２の動作周波数は２ＧＨｚですむ。

【００９３】尚、この実施の形態では、分周器６１を使
用したが、分周器６１に替えて周波数混合器を使用して
もよい。

【００９４】また、上記実施の形態では、注入回路部１
６からの信号５３を、伝送線路１０２ａの一端に注入し
たが、上記信号５３を容量素子１０４の任意の一端に注
入してもよい。また、伝送線路１０２ａや１０２ｂの任
意の一端に注入してもよい。 〔第５の実施の形態〕次に、図５に、この発明の第５の
実施の形態の構成を示す。この第５の実施の形態は、上
記第４の実施の形態と同じく、周波数負帰還ループを有
したマイクロ波ミリ波注入同期型発振器である。したが
って、図５では、図４と同じ部分には同じ記号を付し
て、異なる点について重点的に説明する。

【００９５】この第５の実施の形態が、前述の第４実施
形態と異なっている点は、信号発生器５０５の構成と、
分周器５６１の構成とだけである。

【００９６】すなわち、この第５実施形態では、プリス
ケーラおよびプログラマブルデバイダで構成される分周
器５６１を用いることによって、１００００分周以上し
た信号を周波数混合器２２へ入力できる。

【００９７】また、この第５の実施形態では、位相同期
発振器で構成された準マイクロ波帯の基準信号発生器５
０５を用いる。この基準信号発生器５０５は、電圧制御
発振器８４と、分周器８５と、水晶発振器(温度制御水
晶発振器)８７と、リファレンスカウンタ８１と、周波
数混合器８２と、ループフィルタ８８で構成されてい
る。上記リファレンスカウンタ８１からリファレンス信
号出力点８３にリファレンス信号を出力し、周波数混合
器２２の比較基準信号としている。

【００９８】一方、基準信号発生器５０５の電圧制御発
振器８４からの信号５４は、ｈ次(ｈ:整数)高調波増幅
器１０を経て、共振回路４の伝送線路１０２ａの一端に
注入される。そして、発振回路部１５の出力部４９から
は、周波数ｎ×ｆ(＝ｎ×ｈ×ｆｏ)の信号が出力され
る。

【００９９】例えば、発振回路部１５の基本発振周波数
を１５ＧＨｚとすると、出力部４９から、６０ＧＨｚの
周波数が安定した低位相雑音の信号を引き出すことがで
きる。この引き出される信号は、基準信号発生器５０５
の周波数安定性と低位相雑音特性に支配される特性(す
なわち、水晶発振器８７の周波数安定性と低位相雑音特
性に支配される特性)を持っている。

【０１００】この第５の実施の形態の構成によれば、分
波器８から分周器５６１までは、高周波信号で伝搬する
が、分周器５６１から周波数混合器２２までの配線、お
よびリファレンス信号出力点８３から周波数混合器２２
に至る配線には、ＫＨｚ〜ＭＨｚのオーダの周波数の信
号が伝搬する。したがって、信号伝搬のための配線，実
装等のアッセンブリが非常に容易になるというメリット
がある。

【０１０１】尚、上記実施の形態では、注入回路部１６
からの信号５３を、伝送線路１０２ａの一端に注入した
が、上記信号５３を容量素子１０４の任意の一端に注入
してもよい。また、伝送線路１０２ａや１０２ｂの任意
の一端に注入してもよい。

【０１０２】

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１の発
明のマイクロ波ミリ波注入同期型発振器は、共振回路の
出力側の分波器からの信号と基準信号発生器からの信号
とが入力される周波数混合器で周波数負帰還ループを構
成し、発振回路部の自由発振周波数を基準信号発生器が
発生する基準信号に周波数同期させる。これにより、注
入同期レンジ間で注入信号の周波数を変えたときにで
も、発振回路部から出力する信号の自由発振周波数を注
入信号の周波数に追随させることができる。そして、注
入信号と注入同期信号の位相を常に一定の関係に保つこ
とができる。

【０１０３】したがって、この発明の注入同期型発振器
によれば、同期検波のための信号源としても用いること
が可能であり、かつ、ｎ次高調波の出力信号の安定化
や、位相雑音の低減および不要波スプリアス信号を抑え
ることができる。さらに、注入同期レンジを広くするこ
とができる。

【０１０４】さらに、位相雑音と引き込み時間とをルー
プフィルタまたはローパスフィルタで制御することな
く、注入同期法によって制御するから、高速引き込みと
低位相雑音化を達成でき、かつ、周波数可変範囲を拡大
できる。

【０１０５】また、請求項２の発明は、請求項１に記載
のマイクロ波ミリ波注入同期型発振器において、基準信
号発生器からの信号を分配器で入力手段と周波数混合器
との２方に分配して、注入同期と周波数負帰還ループの
２つの動作に役立てることができる。

【０１０６】また、請求項３の発明は、請求項２に記載
のマイクロ波ミリ波注入同期型発振器において、基準信
号発生器が発生した基準信号をｍ次逓倍器で周波数をｍ
倍してから、周波数混合器に入力する。したがって、高
い安定性と低い位相雑音特性と有している準マイクロ波
帯等のデジタル無線通信で用いられている位相同期発振
器を、上記基準信号発生器として用いることができる。
したがって、基準信号発生器を小型かつ低コストにで
き、小型で低コストの周波数シンセサイザを実現でき
る。

【０１０７】また、請求項４の発明は、請求項３に記載
のマイクロ波ミリ波注入同期型発振器において、発振回
路部の分波器に接続されたｎ次高調波整合回路から、基
準信号の周波数のｎ次高調波を最大出力で取り出すこと
ができる。

【０１０８】また、請求項５の発明は、ｈ次高調波増幅
器が、共振回路の前段で基準信号発生器からの信号を受
けて、その信号のｈ次高調波を発生させるので、高調波
発生の出力効率を高くすることができる。その上に、基
準信号発生器の動作周波数を低くして、コストダウンを
図れる。

【０１０９】また、請求項６の発明は、請求項５に記載
のマイクロ波ミリ波注入同期型発振器において、分配器
と周波数混合器との間に接続されたｍ次逓倍器でｈ次高
調波増幅器からのｈ次高調波の周波数を更にｍ倍するか
ら、同期周波数をより高くして、発振回路部から出力さ
せる信号周波数を一層高くできる。

【０１１０】また、請求項７の発明は、請求項２に記載
のマイクロ波ミリ波注入同期型発振器において、ｈ次高
調波増幅器が分配器と入力手段との間に接続されている
から、周波数負帰還ループへは、ｈ次高調波増幅器に入
力される前の基準信号が入力され、一方、発振回路部へ
は、ｈ次高調波増幅器からのｈ次高調波が入力される。
そして、上記分波器からの高調波は上記分周器で分周さ
れて、周波数が低くされて、周波数混合器に入力され
る。したがって、この請求項７の発明では、発振回路部
の発振周波数を低下させることなく、周波数混合器の動
作周波数を低く抑えることができ、周波数負帰還ループ
を簡単，安価に製作できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のマイクロ波ミリ波注入同期型発振器
の第１の実施の形態の回路構成を示す図である。

【図２】 本発明の第２の実施形態の回路構成を示す図
である。

【図３】 本発明の第３の実施形態の回路構成を示す図
である。

【図４】 本発明の第４の実施形態の回路構成を示す図
である。

【図５】 本発明の第５の実施形態の回路構成を示す図
である。

【図６】 従来のマイクロ波ミリ波注入同期発振回路の
構成図である。

【符号の説明】

１…能動素子部、２…反射帰還制御回路、３…ｎ次高調
波整合回路、４…周波数可変共振回路、５…基準信号発
生器、６…電圧制御端子、７…信号入力端子、８…分波
器、１０…高調波増幅器、１１…電力分配器、１５…発
振回路部、１６，１１６…注入回路部、１７，１１７，
２１７，３１７，５１７…周波数負帰還ル一プ部、２
１，２２１…ｍ次逓倍器、２２…周波数混合器、２３…
ローパスフィルタ、２４…バンドパスフイルタ、４９…
出力部、７５…高周波伝送線路、８３…リファレンス信
号出力点、８７…水晶発振器、１０１…可変容量素子、
１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ…伝送線路、Ｔ１，Ｔ
２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６…伝送線路。

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基準信号発生器を有する注入回路部と、可変容量成分と伝送線路とを有した周波数可変 共振回路
   とこの周波数可変共振回路の出力側に接続された分波器
   に加えて上記周波数可変共振回路と上記分波器との間に
   接続されたマイクロ波トランジスタを含む能動素子部を
   有する発振回路部と、 上記基準信号発生器からの信号を上記周波数可変共振回
   路の入力側に入力する入力手段と、 上記分波器からの信号と上記基準信号発生器からの信号
   とが入力される周波数混合器およびローパスフィルタを
   有し、この周波数混合器が出力する誤差信号を上記ロー
   パスフィルタを経由して上記周波数可変共振回路にフィ
   ードバックして上記周波数可変共振回路を上記基準信号
   発生器からの信号に周波数同期させる周波数負帰還ルー
   プとを備えたことを特徴とするマイクロ波ミリ波注入同
   期型発振器。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のマイクロ波ミリ波注入
   同期型発振器において、 上記基準信号発生器からの信号を上記入力手段と上記周
   波数混合器との２方に分配する分配器を備えたことを特
   徴とするマイクロ波ミリ波注入同期型発振器。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のマイクロ波ミリ波注入
   同期型発振器において、 上記周波数負帰還ループは、上記分配器と上記周波数混
   合器との間に接続されたｍ次逓倍器を備えたことを特徴
   とするマイクロ波ミリ波注入同期型発振器。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のマイクロ波ミリ波注入
   同期型発振器において、 上記発振回路部は、上記分波器に接続されて上記共振回
   路からｎ次高調波を取り出すｎ次高調波整合回路を備え
   たことを特徴とするマイクロ波ミリ波注入同期型発振
   器。
5. 【請求項５】 請求項２に記載のマイクロ波ミリ波注入
   同期型発振器において、 上記基準信号発生器と上記分配器との間に接続されたｈ
   次高調波増幅器を備えたことを特徴とするマイクロ波ミ
   リ波注入同期型発振器。
6. 【請求項６】 請求項５に記載のマイクロ波ミリ波注入
   同期型発振器において、 上記分配器と上記周波数混合器との間に接続されたｍ次
   逓倍器を備えたことを特徴とするマイクロ波ミリ波注入
   同期型発振器。
7. 【請求項７】 請求項２に記載のマイクロ波ミリ波注入
   同期型発振器において、 上記分配器と上記入力手段との間に接続されたｈ次高調
   波増幅器と、 上記分波器と周波数混合器との間に接続された分周器と
   を備えたことを特徴とするマイクロ波ミリ波注入同期型
   発振器。