JP3548819B2 - 周波数切替型発振器及びそれを用いた電子機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数切替型発振器及びそれを用いた電子機器、特に、共振系部又は増幅系部の帰還容量を切替えることにより、発振周波数を切替える周波数切替型発振器及びそれを用いた電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、発振器は共振系部と増幅系部とを有し、発振器が発振するためには、共振系部と増幅系部との関係が発振条件を満たすことが必要である。発振条件は、発振周波数において、増幅系部のインピーダンスが共振系部のインピーダンスの損失を補う負性抵抗を持ち、かつ、共振系部のインピーダンスの虚部と増幅系部のインピーダンスの虚部とが、符号が逆で、絶対値が同一でなければならない。更に、以下の説明で用いるコルピッツ型の発振器においては、共振系部のインピーダンスが誘導性を有することが発振の条件となる。
【０００３】
図８は、共振系部又は増幅系部のインピーダンスの周波数特性を示すスミスチャートである。円の上半分はインピーダンスが誘導性であることを示し、円の下半分はインピーダンスが容量性であることを示している。円の内部はインピーダンスが抵抗であることを示し、円の外部はインピーダンスが負性抵抗であることを示している。そして、円の右端に位置するインピーダンスが非常に大きな点を共振点と呼ぶ。インピーダンスの位相θは円の右端から左回りに０度から３６０度までを示している。図８において、実線はインピーダンスの周波数特性を示しており、実線上のある周波数におけるインピーダンスから右回りに移動すると、より高い周波数におけるインピーダンスになる。例として、周波数ｆａと周波数ｆｂとでは周波数ｆｂの方が周波数が高い。また、周波数ｆａと周波数ｆｂにおいてインピーダンスは抵抗であり、周波数ｆｃにおいてインピーダンスは負性抵抗である。更に、周波数ｆａと周波数ｆｂにおいてインピーダンスの位相の差は約３４０度ある。なお、位相の差と共振点の例として、スミスチャート上で、実線上のある周波数におけるインピーダンスと、そのインピーダンスから右回りに２周移動した周波数におけるインピーダンスとの位相の差は７２０度であるとし、その際に、共振点を２回通ることになる。
【０００４】
ところで、周波数切替型発振器とは、二以上の発振周波数の信号を出力する発振器であり、異なる発振周波数でそれぞれ発振条件を満たす必要がある。従来の周波数切替型発振器は、共振系部に切替手段であるスイッチ素子を設け、スイッチ素子の状態を切替えて、異なる周波数で発振条件を満たし、二以上の発振周波数を出力している。
【０００５】
図９に、従来の周波数切替型発振器１１を示す。なお、図９に示した周波数切替型発振器１１の基本的な考え方は、特開平９−３０７３５４号公報に開示されている。
【０００６】
図９において、周波数切替型発振器１１は、発振周波数がｆ１１、ｆ１２であるコルピッツ型の発振器であり、共振系部１２と増幅系部１３とを有し、共振系部１２と増幅系部１３とは接続されている。
【０００７】
まず、共振系部１２について、共振系部１２は、共振系のインピーダンスの決定に大きく寄与する要素であるコイルＬ１２とコイルＬ１３とコイルＬ１４とダイオードＤ１１とコンデンサＣ１３と切替電圧入力端子ａ１５とを有する。コイルＬ１２の一端は共振出力端子ａ１２を介して増幅系部１３に接続され、他端はダイオードＤ１１のアノードとコイルＬ１４の一端とに接続されている。コイルＬ１４の他端は、切替電圧入力端子ａ１５に接続され、更にコンデンサＣ１３を介して接地されている。ダイオードＤ１１のカソードは、コイルＬ１３を介して接地されている。
【０００８】
そして、切替電圧入力端子ａ１５に、切替電圧を印加したときは、ダイオードＤ１１が導通状態になり、コイルＬ１２とコイルＬ１３とによる終端接地の共振器として動作し、切替電圧を印加しないときは、ダイオードＤ１１が非導通状態になり、コイルＬ１２による終端開放の共振器として動作する。ここで、コイルＬ１４はチョークコイルであり、Ｃ１３は接地コンデンサである。
【０００９】
なお、周波数切替型発振器１１は、いわゆる電圧制御発振器であり、電圧制御の部分に相当するコイルＬ１１、コンデンサＣ１１、コンデンサＣ１２、可変容量ダイオードＶＤ１１と、制御電圧入力端子ａ１１とを有する。そして、チョークコイルであるコイルＬ１１を介して制御電圧入力端子ａ１１から入力された制御電圧により調整された可変容量ダイオードＶＤ１１の容量値が、コンデンサＣ１２を介してコイルＬ１２の一端に接続されている。
【００１０】
このような周波数切替型発振器１１の共振系部１２のインピーダンスは、周波数切替型発振器１１を共振系部１２と増幅系部１３とに分け、共振系部１２を共振出力端子ａ１２からみたインピーダンスである。
【００１１】
図１０に、共振系部１２のインピーダンスの周波数特性をスミスチャートを用いて示す。図１０（ａ）に、ダイオードＤ１１が導通状態のときのインピーダンスを示し、図１０（ｂ）に、ダイオードＤ１１が非導通状態のときのインピーダンスを示す。また、発振周波数ｆ１１、ｆ１２におけるインピーダンスをｆ１１、ｆ１２で示す。
【００１２】
図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、切替電圧入力端子ａ１５に切替電圧を印加することにより、ダイオードＤ１１を導通又は非導通状態にすると、共振系部１２のインピーダンスは、大きく変化する。図１０（ａ）は切替電圧入力端子ａ１５に切替電圧を印加した場合を示しており、共振系部１２のインピーダンスはｆ１１、ｆ１２において誘導性である。そして、図１０（ｂ）は切替電圧を印加しない場合を示しており、共振系部１２のインピーダンスはｆ１１において容量性であり、ｆ１２においては誘導性である。
【００１３】
また、図９において、増幅系部１３は、増幅素子であるトランジスタＴＲ１１のコレクタが、電源入力端子ａ１４とコンデンサＣ１９の一端とコンデンサＣ１７の一端とに接続されるとともに、コンデンサＣ１４を介して共振系部１２に接続されている。トランジスタＴＲ１１のベースは、コンデンサＣ１７の他端に接続され、コンデンサＣ１５を介して接地されており、さらに、抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２とにより分圧された電源電圧が入力されている。トランジスタＴＲ１１のエミッタは、コンデンサＣ１９の他端と接続され、コンデンサＣ１６、抵抗Ｒ１３を介して接地され、コンデンサＣ１８を介して発振出力端子ａ１６に接続されている。このように、増幅系部１３は、切替手段を有しておらず、増幅系部１３のインピーダンスは周波数特性が切替らない。
【００１４】
増幅系部１３のインピーダンスは、周波数切替型発振器１１を共振系部１２と増幅系部１３とに分け、増幅系部１３の発振入力端子ａ１３からみたインピーダンスである。図１１に増幅系部１３のインピーダンスを示し、発振周波数ｆ１１、ｆ１２におけるインピーダンスをｆ１１、ｆ１２で示す。図１１において、発振周波数ｆ１１及びｆ１２のとき、増幅系部１３のインピーダンスは負性抵抗になっている。
【００１５】
ここで、共振系部１２と増幅系部１３のインピーダンスから次のことがわかる。まず、図１０（ａ）に示した発振周波数ｆ１１、ｆ１２におけるインピーダンスは、誘導性であり発振条件を満たす。また、図１１に示した発振周波数ｆ１１、ｆ１２におけるインピーダンスが、図１０（ａ）に示した発振周波数ｆ１１、ｆ１２におけるインピーダンスを補うために十分な負性抵抗を持ち発振条件を満たすか否かについては、発振周波数ｆ１１においては十分な負性抵抗を持ち発振条件を満たすが、発振周波数ｆ１２においては十分な負性抵抗を持たず発振条件を満たさない。そのため、ダイオードＤ１１が導通状態のときには、発振周波数ｆ１１においてのみ発振条件を満たす。
【００１６】
そして、図１０（ｂ）に示した発振周波数ｆ１１におけるインピーダンスは、容量性であり発振条件を満たさず、発振周波数ｆ１２におけるインピーダンスは、誘導性であり発振条件を満たす。図１１に示した発振周波数ｆ１２におけるインピーダンスが、図１０（ａ）に示した発振周波数ｆ１２におけるインピーダンスを補うために十分な負性抵抗を持ち発振条件を満たすか否かについては、発振周波数ｆ１２において十分な負性抵抗を持ち発振条件を満たす。そのため、ダイオードＤ１１が非導通状態のときには、発振周波数ｆ１２においてのみ発振条件を満たす。
【００１７】
したがって、周波数切替型発振器１１の発振信号ｓ１１は、切替電圧入力端子ａ１５に切替電圧を印加した場合は発振周波数ｆ１１となり、切替電圧入力端子ａ１５に切替電圧を印加しない場合は発振周波数ｆ１２となる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の周波数切替型発振器１１によれば、ダイオードＤ１１の内部抵抗による損失が共振系部１２の損失を増加させるため、出力レベルが低下したり、Ｃ／Ｎ特性が劣化したりするという問題があった。
【００１９】
また、従来の周波数切替型発振器１１によれば、発振周波数ｆ１１と発振周波数ｆ１２との切替幅を大きくしたい場合には、共振系部１２に設けた切替手段Ｄ１１により発振条件を満たすように設計することはできる。しかし、増幅系部１３に切替手段を設けていないため、増幅系部１３のインピーダンスが十分に大きな負性抵抗を持つ周波数の範囲が狭く、増幅系部１３が発振条件を満たすように設計することができない。このため、共振系部１２にのみ切替手段Ｄ１１を設けた従来の周波数切替型発振器１１では、発振周波数ｆ１１、ｆ１２の切替幅が大きくなるように設計することが困難であるという問題があった。特に、周波数切替幅が５００ＭＨｚ以上になった場合には、発振条件を満たすことが非常に困難になるという問題があった。なお、共振系部１２に切替手段Ｄ１１を設けるとともに、増幅系部１３にも切替手段を設ければ、発振周波数ｆ１１、ｆ１２の切替幅が大きくなるように設計できるが、部品点数が増加し、小型化、低コスト化が図れないという問題があった。
【００２０】
そこで、本発明は、切替手段による共振系部の損失をなくし、出力レベルが低下したり、Ｃ／Ｎ特性が劣化したりしない周波数切替型発振器を提供することを目的とする。
【００２１】
また、本発明は、発振周波数の切替幅を大きくすることが容易であり、かつ、部品点数が増加しない、小型化、低コスト化が図れる周波数切替型発振器を提供することを目的とする。特に、周波数切替幅が５００ＭＨｚ以上になった場合でも、発振条件を満たすことが容易な周波数切替型発振器を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の周波数切替型発振器は、共振系部と増幅系部とを有し、二つ以上の発振周波数を切替えて出力する周波数切替型発振器であって、前記共振系部は、すべての発振周波数に対する前記共振系部のインピーダンスの虚数成分の符号が等しく、かつ、各発振周波数の間に前記共振系部のインピーダンスの実数成分が極大および極小となる周波数が存在し、前記増幅系部は切替手段を有し、前記切替手段は、いずれか一つの発振周波数に対して前記増幅系部のインピーダンスが発振条件を満たし、他の発振周波数に対して前記増幅系部のインピーダンスが発振条件を満たさないように、前記増幅系部のインピーダンスを切替えることにより、二つ以上の発振周波数を切替えて出力することを特徴とする。
【００３２】
また、本発明の電子機器は、本発明の周波数切替型発振器を用いたことを特徴とする。
【００３３】
このように構成することにより、本発明の周波数切替型発振器は、増幅系部にのみ切替手段を備えるため、共振系部の切替手段による損失がないので、出力レベルの低下が少なく、Ｃ／Ｎ特性もよい。
【００３４】
また、本発明の周波数切替型発振器は、それぞれの発振周波数における共振系部のインピーダンスの位相に大きな差があるため、発振信号のＣ／Ｎ特性がよい。
【００３５】
また、本発明の周波数切替型発振器は、それぞれの発振周波数における共振系部のインピーダンスの位相に大きな差があり、増幅系部に切替手段を備えるため、発振周波数の切替幅が広い場合でも、容易に発振条件を満たすことができる。
【００３６】
また、本発明の周波数切替型発振器は、発振周波数の切替幅が広い場合でも、共振系部に切替手段を設けていないため、部品点数の削減が図れ、小型化、低コスト化が可能となる。
【００３７】
また、本発明の周波数切替型発振器は、二つ以上の発振周波数において、共振系部のインピーダンスが発振条件を満たしているので、共振系部に切替手段を設ける必要がなく、部品点数の削減が図れ、小型化、低コスト化が可能となる。
【００３９】
そして、本発明の電子機器は、出力レベルの低下が少なく、Ｃ／Ｎ特性の改善、小型化、低コスト化が図れる周波数切替型発振器を用いているため、製品の小型化、低コスト化が図れ、入出力特性もよい。
【００４０】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の周波数切替型発振器の一実施例である周波数切替型発振器を示す。図１において、周波数切替型発振器１は、共振系部２と増幅系部３とを有する。共振系部２は、共振出力端子ａ２を有し、増幅系部３は、発振入力端子ａ３と切替電圧入力端子ａ５と発振出力端子ａ６とを有する。そして、共振出力端子ａ２と発振入力端子ａ３とは接続されている。
【００４１】
このような構成を有する周波数切替型発振器１が、発振出力端子ａ６から、発振周波数がｆ１またはｆ２である発振信号ｓ１を出力するためには、共振系部２と増幅系部３とが発振条件を満たすように周波数切替型発振器１を構成する必要がある。
【００４２】
まず、周波数切替型発振器１の共振系部２の内部構成の具体例を図２を用いて説明し、共振出力端子ａ２から見た共振系部２のインピーダンスを図４を用いて説明する。なお、図２において、図１と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。また、図４（ａ）、（ｂ）に示したｆ１、ｆ２は発振周波数ｆ１、ｆ２におけるインピーダンスである。
【００４３】
図２において、共振系部２は、共振回路４と移相回路５とを有し、移相回路５はコンデンサＣ２とコイルＬ１とコンデンサＣ３とを有する。コイルＬ１は、一端が共振回路４に接続し、他端が共振出力端子ａ２に接続している。コイルＬ１の両端には、一端が接地したコンデンサＣ２とコンデンサＣ３の他端がそれぞれ接続している。また、共振系部２のインピーダンスは、図４（ａ）となる。図４（ａ）において、発振周波数ｆ１、ｆ２におけるインピーダンスは、誘導性であり、例えば、コルピッツ型の発振器のインダクタンス素子として用いることができる。しかも、発振周波数ｆ１、ｆ２におけるインピーダンスは大きな位相の差を有している。また、それぞれのインピーダンスの間には共振点が一つ存在している。
【００４４】
ここで、共振系部２から移相回路５を取除いたとき、端子ａ２′からみたインピーダンスは、図４（ｂ）となる。図４（ｂ）において、発振周波数ｆ２におけるインピーダンスは容量性のインピーダンスであり、コルピッツ型の発振器の発振条件を満たさない。このように、共振系部２は、移相回路５を設けることにより、インピーダンスの位相の差が大きくなり、同時に発振条件を満たしている。なお、図４（ｂ）に示した、共振系部２から移相回路５を取り除いたとき端子ａ２′からみたインピーダンスが、発振条件を満たしている場合は、移相回路５を設ける必要はない。
【００４５】
次に、周波数切替型発振器１の増幅系部３の内部構成の具体例を図３を用いて説明し、発振入力端子ａ３から見た増幅系部３のインピーダンスを図５を用いて説明する。図３において、図１と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。なお、図５（ａ）、（ｂ）に示したｆ１、ｆ２は発振周波数ｆ１、ｆ２におけるインピーダンスである。
【００４６】
図３において、増幅系部３は、容量手段であるコンデンサＣ１と切替手段であるダイオードＤ１とを有する。そして、ダイオードＤ１のカソードとコンデンサＣ１と切替電圧入力端子ａ５の一端はそれぞれ接続されている。ここで、切替電圧入力端子ａ５に切替電圧を印加しないときダイオードＤ１は導通状態となり、切替電圧入力端子ａ５に切替電圧を印加するときダイオードＤ１は非導通状態となる。また、増幅系部３のインピーダンスは図５となる。図５（ａ）は切替電圧入力端子ａ５に切替電圧を印加しないときのインピーダンスであり、図５（ｂ）は切替電圧入力端子ａ５に切替電圧を印加したときのインピーダンスである。
【００４７】
切替電圧入力端子ａ５に切替電圧を印加しない場合は、発振周波数ｆ１においては、図４（ａ）に示した共振系部２のインピーダンスを補うために十分な負性抵抗を持ち、発振周波数ｆ２においては、共振系部２のインピーダンスを補うために十分な負性抵抗を持たない。したがって、周波数切替型発振器１は、発振周波数ｆ１において発振条件を満たし、発振周波数ｆ２において発振条件を満たさない。
【００４８】
一方、切替電圧入力端子ａ５に切替電圧を印加する場合は、発振周波数ｆ１においては、図４（ａ）に示した共振系部２のインピーダンスを補うために十分な負性抵抗を持たず、発振周波数ｆ２においては、共振系部２のインピーダンスを補うために十分な負性抵抗を持つ。したがって、周波数切替型発振器１は、発振周波数ｆ１において発振条件を満たさず、発振周波数ｆ２において発振条件を満たす。
【００４９】
したがって、上記構成を有する周波数切替型発振器１は、共振系部２と増幅系部３とを接続した状態で、発振出力端子ａ６から出力される発振信号ｓ１は、切替電圧入力端子ａ５に切替電圧を印加しない場合は、発振周波数がｆ１となり、切替電圧を印加する場合は、発振周波数がｆ２となる。
【００５０】
図６に、図１に示した本発明の周波数切替型発振器の具体的な回路図を示す。図６において、周波数切替型発振器１は、共振系部２と増幅系部３とを有する。共振系部２は、共振回路４と移相回路５とを有する。周波数切替型発振器１は、いわゆる電圧制御発振器であるため、その共振回路４は、抵抗Ｒ１と可変容量ダイオードＶＤ１とコンデンサＣ４，Ｃ５とコイルＬ２とを有する。抵抗Ｒ１は、一端が制御電圧入力端子ａ１に接続され、他端が可変容量ダイオードＶＤ１のカソードに接続されている。可変容量ダイオードＶＤ１のアノードは接地されている。可変容量ダイオードＶＤ１のカソードは更に、コンデンサＣ４を介してコイルＬ２の一端に接続され、コイルＬ２の他端は接地されている。コイルＬ２の一端は更に、コンデンサＣ５を介して移相回路５に接続されている。移相回路５は、コイルＬ１とコンデンサＣ２、Ｃ３とを有する。コイルＬ１の一端は、共振回路４に接続されるとともに、コンデンサＣ２を介して接地されている。コイルＬ１の他端は、増幅系部３に接続されるとともに、コンデンサＣ３を介して接地されている。なお、共振系部２のインピーダンスを図４（ａ）に示し、共振系部２から移相回路５を取除いたときの点ａ２′におけるインピーダンスを図４（ｂ）に示すことは、前述した通りである。
【００５１】
増幅系部３は、増幅素子であるトランジスタＴＲ１と切替手段であるダイオードＤ１と容量手段であるコンデンサＣ１とコンデンサＣ６、Ｃ７、Ｃ８とコイルＬ３と抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６とを有する。電源電圧入力端子ａ４は、コイルＬ３を介してトランジスタＴＲ１のコレクタに接続され、抵抗Ｒ５を介してＴＲ１のベースに接続されている。トランジスタＴＲ１のコレクタは、接地コンデンサＣ６を介して高周波的に接地されている。トランジスタＴＲ１のベースは、発振入力端子ａ３を介して共振系部２と接続され、抵抗Ｒ４を介して接地されている。トランジスタＴＲ１のエミッタは、ダイオードＤ１のアノードと接続され、抵抗Ｒ６、コンデンサＣ７を介して接地され、コンデンサＣ８を介して発振出力端子ａ６に接続されている。ダイオードＤ１のカソードは、コンデンサＣ１を介してトランジスタＴＲ１のベースに接続され、抵抗Ｒ３を介して接地され、抵抗Ｒ２を介して切替電圧入力端子ａ５に接続されている。このように、具体的な回路においては、切替手段であるダイオードＤ１と切替電圧入力端子ａ５とを接続する際に、保護用の抵抗Ｒ２を間に設けることが望ましい。そして、コイルＬ３はチョークコイルであり、コンデンサＣ６は接地コンデンサであり、コンデンサＣ７はトランジスタＴＲ１のエミッタ−コレクタ間容量となり、抵抗Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６はバイアス抵抗である。そして、発振信号ｓ１は、コンデンサＣ８を介して発振出力端子ａ６から出力される。
【００５２】
このような構成を有する周波数切替型発振器１において、トランジスタＴＲ１のベース−エミッタ間容量であるコンデンサＣ１とダイオードＤ１との合成容量は、増幅系部３が負性抵抗を持つ周波数の決定に大きく寄与する。そして、切替電圧入力端子ａ５に切替電圧を印加する場合は、ダイオードＤ１が非導通状態となり、トランジスタＴＲ１のベース−エミッタ間容量はコンデンサＣ１の容量とダイオードＤ１の容量とを直列に接続した値になる。切替電圧入力端子ａ５に切替電圧を印加しない場合は、ダイオードＤ１が導通状態となり、トランジスタＴＲ１のベース−エミッタ間容量はコンデンサＣ１の容量の値になる。なお、増幅系部３のインピーダンスは、ダイオードＤ１が導通状態のとき図５（ａ）となり、ダイオードＤ１が非導通状態のとき図５（ｂ）となることは、前述した通りである。そして、増幅系部３のインピーダンスは、ダイオードＤ１が導通状態のとき、発振周波数ｆ１においては共振系部２のインピーダンスを補うために十分な負性抵抗を持ち、発振周波数ｆ２においては抵抗である。また、ダイオードＤ１が非導通状態のとき、発振周波数ｆ１においては抵抗であり、発振周波数ｆ２においては共振系部２のインピーダンスを補うために十分な負性抵抗を持つ。
【００５３】
具体的な例として、周波数切替型発振器１を用いて、ｆ１＝８９２．０ＭＨｚ、ｆ２＝１７５７．４ＭＨｚの発振周波数を出力させたとき、ｆ１についての出力レベルは３．０４ｄＢｍ、Ｃ／Ｎ特性は−１２１ｄＢｃ／Ｈｚとなり、ｆ２についての出力レベルは４．３ｄＢｍ、Ｃ／Ｎ特性は−１１７ｄＢｃ／Ｈｚとなった。
【００５４】
このように、上記構成を有する周波数切替型発振器１は、切替手段であるダイオードＤ１を共振系部２には設けず、増幅系部３にのみ設けた構造を有し、増幅系部３に設けたダイオードＤ１の状態が変化することによって、増幅系部３のインピーダンスが負性抵抗となる周波数が変化し、発振信号ｓ１の発振周波数をｆ１又はｆ２に切替えることができる。
【００５５】
また、本発明の周波数切替型発振器は、コルピッツ型以外の発振器であってもよいことも言うまでもない。なお、本発明の周波数切替型発振器は、三つ以上の発振周波数を切替えて出力する周波数切替型発振器であってもよく、共振回路４又は移相回路５は実施例として示したものであって、その他の構成でもよい。なお、増幅手段としてＮＰＮトランジスタを用いて説明したが、ＰＮＰトランジスタ、ＦＥＴなどを用いてもよく、コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３は、ストリップライン、マイクロストリップライン又はチップコイルを用いてもよく、切替手段としては、ダイオード、トランジスタ等の他に、機械的なスイッチとコンデンサとを並列に接続したものなどを用いてもよい。なお、共振回路４にも切替手段を設けてもよい。
【００５６】
図７に本発明の電子機器の一実施例である通信機のブロック図を示す。図７において、通信機２０は、信号処理回路２１と帯域通過フィルタ２２、２６、３０、３４と増幅器２３、２７、３１、３５とミキサ２５、３３とデュプレクサ２８とアンテナ２９と、本発明の周波数切替型発振器１ａ、１ｂとで構成されている。ここで、信号処理回路２１の出力は帯域通過フィルタ２２と増幅器２３とを直列に介してミキサ２５に接続されている。また、周波数切替型発振器１ａの出力もミキサ２５に接続されている。そして、ミキサ２５の出力は、帯域通過フィルタ２６と増幅器２７とを直列に介して、アンテナ２９に接続されたデュプレクサ２８に接続されている。そして、デュプレクサ２８は、帯域通過フィルタ３０と増幅器３１とを直列に介してミキサ３３に接続されている。周波数切替型発振器１ｂの出力もミキサ３３に接続されている。ミキサ３３の出力は、帯域通過フィルタ３４と増幅器３５とを直列に介して信号処理回路２１に接続されている。
【００５７】
このように構成された通信機２０において、まず送信時には、信号処理回路２１で作られた出力信号は、帯域通過フィルタ２２で不要な信号が取り除かれ、増幅器２３で増幅され、ミキサ２５で周波数切替型発振器１ａからの信号と掛け合わされてＲＦ信号に周波数変換され、帯域通過フィルタ２６で不要な信号が取り除かれ、増幅器２７で増幅され、デュプレクサ２８を経由して、アンテナ２９から放射される。また、受信時には、アンテナ２９で受信したＲＦ信号は、デュプレクサ２８を介して帯域通過フィルタ３０に入力され、帯域通過フィルタ３０で不要な信号が取り除かれ、増幅器３１で増幅され、ミキサ３３で周波数切替型発振器１ｂからの信号と掛け合わされてＩＦ信号に周波数変換され、帯域通過フィルタ３４で不要な信号が取り除かれ、増幅器３５で増幅され、信号処理回路２１に入力される。このようにして、信号の送信及び受信が行われる。
【００５８】
このように、上記構成を有する通信機２０は、共振系部に切替手段を設ける必要がない本発明の周波数切替型発振器１ａ、１ｂを用いているため、部品点数の削減が図れるので、小型化、低コスト化が可能となる。
【００５９】
また、上記構成を有する通信機２０は、出力レベルの低下が少なく、Ｃ／Ｎ特性のよい本発明の周波数切替型発振器１ａ、１ｂを用いているため、高性能の製品を提供することができる。
【００６０】
以上、通信機２０を用いて、本発明の周波数切替型発振器を用いた電子機器を説明したが、本発明の電子機器はこの構成の通信機に限られるものではないことは言うまでもない。
【００６１】
【発明の効果】
本発明の周波数切替型発振器は、共振系部ではなく増幅系部に切替手段を備えるため、共振系部の切替手段による損失がないので、出力レベルの低下が少なく、Ｃ／Ｎ特性もよい。
【００６２】
また、本発明の周波数切替型発振器は、それぞれの発振周波数における共振系部のインピーダンスの位相に大きな差があるため、発振信号のＣ／Ｎ特性がよい。
【００６３】
また、本発明の周波数切替型発振器は、それぞれの発振周波数における共振系部のインピーダンスの位相に大きな差があり、増幅系部に切替手段を備えるため、発振周波数の切替幅が広い場合でも、容易に発振条件を満たすことができる。
【００６４】
また、本発明の周波数切替型発振器は、発振周波数の切替幅が広い場合でも、共振系部に切替手段を設けていないため、部品点数の削減が図れるので、小型化、低コスト化が可能となる。
【００６５】
また、本発明の周波数切替型発振器は、二つ以上の発振周波数において、共振系部のインピーダンスが発振条件を満たしているので、共振系部に切替手段を設ける必要がないので、部品点数の削減が図れるので、小型化、低コスト化が可能となる。
【００６６】
そして、本発明の周波数切替型発振器は、共振系部に移相回路を設けることにより、共振系部のインピーダンスの位相の差を大きくすることができるので、容易に、発振条件を満たすことができ、発振信号のＣ／Ｎ特性を改善することができる。
【００６７】
なお、本発明の周波数切替型発振器を用いた電子機器も、上述した各効果と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の周波数切替型発振器の一実施例を示すブロック図である。
【図２】図１の周波数切替型発振器の共振系部の具体例を示す図である。
【図３】図１の周波数切替型発振器の増幅系部の具体例を示す図である。
【図４】図１の周波数切替型発振器の共振系部のインピーダンスを示すスミスチャートであり、（ａ）は点ａ２におけるインピーダンスであり、（ｂ）は点ａ２′におけるインピーダンスである。
【図５】図１の周波数切替型発振器の増幅系部のインピーダンスを示すスミスチャートであり、（ａ）はダイオードＤ１が導通状態のインピーダンスであり、（ｂ）はダイオードＤ１が非導通状態のインピーダンスである。
【図６】図１の周波数切替型発振器の具体例を示す回路図である。
【図７】本発明の電子機器の一実施例を示すブロック図である。
【図８】周波数切替型発振器の共振系部や増幅系部のインピーダンスを示すスミスチャートである。
【図９】従来の周波数切替型発振器を示す回路図である。
【図１０】図９の周波数切替型発振器の共振系部のインピーダンスを示すスミスチャートであり、（ａ）はダイオードＤ１１が導通状態のインピーダンスであり、（ｂ）はダイオードＤ１１が非導通状態のインピーダンスである。
【図１１】図９の周波数切替型発振器の増幅系部のインピーダンスを示すスミスチャートである。
【符号の説明】
１…周波数切替型発振器
２０…通信機
２…共振系部
３…増幅系部
４…共振回路
５…移相回路
Ｃ１…容量手段
Ｄ１…切替手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数切替型発振器及びそれを用いた電子機器、特に、共振系部又は増幅系部の帰還容量を切替えることにより、発振周波数を切替える周波数切替型発振器及びそれを用いた電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、発振器は共振系部と増幅系部とを有し、発振器が発振するためには、共振系部と増幅系部との関係が発振条件を満たすことが必要である。発振条件は、発振周波数において、増幅系部のインピーダンスが共振系部のインピーダンスの損失を補う負性抵抗を持ち、かつ、共振系部のインピーダンスの虚部と増幅系部のインピーダンスの虚部とが、符号が逆で、絶対値が同一でなければならない。更に、以下の説明で用いるコルピッツ型の発振器においては、共振系部のインピーダンスが誘導性を有することが発振の条件となる。
【０００３】
図８は、共振系部又は増幅系部のインピーダンスの周波数特性を示すスミスチャートである。円の上半分はインピーダンスが誘導性であることを示し、円の下半分はインピーダンスが容量性であることを示している。円の内部はインピーダンスが抵抗であることを示し、円の外部はインピーダンスが負性抵抗であることを示している。そして、円の右端に位置するインピーダンスが非常に大きな点を共振点と呼ぶ。インピーダンスの位相θは円の右端から左回りに０度から３６０度までを示している。図８において、実線はインピーダンスの周波数特性を示しており、実線上のある周波数におけるインピーダンスから右回りに移動すると、より高い周波数におけるインピーダンスになる。例として、周波数ｆａと周波数ｆｂとでは周波数ｆｂの方が周波数が高い。また、周波数ｆａと周波数ｆｂにおいてインピーダンスは抵抗であり、周波数ｆｃにおいてインピーダンスは負性抵抗である。更に、周波数ｆａと周波数ｆｂにおいてインピーダンスの位相の差は約３４０度ある。なお、位相の差と共振点の例として、スミスチャート上で、実線上のある周波数におけるインピーダンスと、そのインピーダンスから右回りに２周移動した周波数におけるインピーダンスとの位相の差は７２０度であるとし、その際に、共振点を２回通ることになる。
【０００４】
ところで、周波数切替型発振器とは、二以上の発振周波数の信号を出力する発振器であり、異なる発振周波数でそれぞれ発振条件を満たす必要がある。従来の周波数切替型発振器は、共振系部に切替手段であるスイッチ素子を設け、スイッチ素子の状態を切替えて、異なる周波数で発振条件を満たし、二以上の発振周波数を出力している。
【０００５】
図９に、従来の周波数切替型発振器１１を示す。なお、図９に示した周波数切替型発振器１１の基本的な考え方は、特開平９−３０７３５４号公報に開示されている。
【０００６】
図９において、周波数切替型発振器１１は、発振周波数がｆ１１、ｆ１２であるコルピッツ型の発振器であり、共振系部１２と増幅系部１３とを有し、共振系部１２と増幅系部１３とは接続されている。
【０００７】
まず、共振系部１２について、共振系部１２は、共振系のインピーダンスの決定に大きく寄与する要素であるコイルＬ１２とコイルＬ１３とコイルＬ１４とダイオードＤ１１とコンデンサＣ１３と切替電圧入力端子ａ１５とを有する。コイルＬ１２の一端は共振出力端子ａ１２を介して増幅系部１３に接続され、他端はダイオードＤ１１のアノードとコイルＬ１４の一端とに接続されている。コイルＬ１４の他端は、切替電圧入力端子ａ１５に接続され、更にコンデンサＣ１３を介して接地されている。ダイオードＤ１１のカソードは、コイルＬ１３を介して接地されている。
【０００８】
そして、切替電圧入力端子ａ１５に、切替電圧を印加したときは、ダイオードＤ１１が導通状態になり、コイルＬ１２とコイルＬ１３とによる終端接地の共振器として動作し、切替電圧を印加しないときは、ダイオードＤ１１が非導通状態になり、コイルＬ１２による終端開放の共振器として動作する。ここで、コイルＬ１４はチョークコイルであり、Ｃ１３は接地コンデンサである。
【０００９】
なお、周波数切替型発振器１１は、いわゆる電圧制御発振器であり、電圧制御の部分に相当するコイルＬ１１、コンデンサＣ１１、コンデンサＣ１２、可変容量ダイオードＶＤ１１と、制御電圧入力端子ａ１１とを有する。そして、チョークコイルであるコイルＬ１１を介して制御電圧入力端子ａ１１から入力された制御電圧により調整された可変容量ダイオードＶＤ１１の容量値が、コンデンサＣ１２を介してコイルＬ１２の一端に接続されている。
【００１０】
このような周波数切替型発振器１１の共振系部１２のインピーダンスは、周波数切替型発振器１１を共振系部１２と増幅系部１３とに分け、共振系部１２を共振出力端子ａ１２からみたインピーダンスである。
【００１１】
図１０に、共振系部１２のインピーダンスの周波数特性をスミスチャートを用いて示す。図１０（ａ）に、ダイオードＤ１１が導通状態のときのインピーダンスを示し、図１０（ｂ）に、ダイオードＤ１１が非導通状態のときのインピーダンスを示す。また、発振周波数ｆ１１、ｆ１２におけるインピーダンスをｆ１１、ｆ１２で示す。
【００１２】
図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、切替電圧入力端子ａ１５に切替電圧を印加することにより、ダイオードＤ１１を導通又は非導通状態にすると、共振系部１２のインピーダンスは、大きく変化する。図１０（ａ）は切替電圧入力端子ａ１５に切替電圧を印加した場合を示しており、共振系部１２のインピーダンスはｆ１１、ｆ１２において誘導性である。そして、図１０（ｂ）は切替電圧を印加しない場合を示しており、共振系部１２のインピーダンスはｆ１１において容量性であり、ｆ１２においては誘導性である。
【００１３】
また、図９において、増幅系部１３は、増幅素子であるトランジスタＴＲ１１のコレクタが、電源入力端子ａ１４とコンデンサＣ１９の一端とコンデンサＣ１７の一端とに接続されるとともに、コンデンサＣ１４を介して共振系部１２に接続されている。トランジスタＴＲ１１のベースは、コンデンサＣ１７の他端に接続され、コンデンサＣ１５を介して接地されており、さらに、抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２とにより分圧された電源電圧が入力されている。トランジスタＴＲ１１のエミッタは、コンデンサＣ１９の他端と接続され、コンデンサＣ１６、抵抗Ｒ１３を介して接地され、コンデンサＣ１８を介して発振出力端子ａ１６に接続されている。このように、増幅系部１３は、切替手段を有しておらず、増幅系部１３のインピーダンスは周波数特性が切替らない。
【００１４】
増幅系部１３のインピーダンスは、周波数切替型発振器１１を共振系部１２と増幅系部１３とに分け、増幅系部１３の発振入力端子ａ１３からみたインピーダンスである。図１１に増幅系部１３のインピーダンスを示し、発振周波数ｆ１１、ｆ１２におけるインピーダンスをｆ１１、ｆ１２で示す。図１１において、発振周波数ｆ１１及びｆ１２のとき、増幅系部１３のインピーダンスは負性抵抗になっている。
【００１５】
ここで、共振系部１２と増幅系部１３のインピーダンスから次のことがわかる。まず、図１０（ａ）に示した発振周波数ｆ１１、ｆ１２におけるインピーダンスは、誘導性であり発振条件を満たす。また、図１１に示した発振周波数ｆ１１、ｆ１２におけるインピーダンスが、図１０（ａ）に示した発振周波数ｆ１１、ｆ１２におけるインピーダンスを補うために十分な負性抵抗を持ち発振条件を満たすか否かについては、発振周波数ｆ１１においては十分な負性抵抗を持ち発振条件を満たすが、発振周波数ｆ１２においては十分な負性抵抗を持たず発振条件を満たさない。そのため、ダイオードＤ１１が導通状態のときには、発振周波数ｆ１１においてのみ発振条件を満たす。
【００１６】
そして、図１０（ｂ）に示した発振周波数ｆ１１におけるインピーダンスは、容量性であり発振条件を満たさず、発振周波数ｆ１２におけるインピーダンスは、誘導性であり発振条件を満たす。図１１に示した発振周波数ｆ１２におけるインピーダンスが、図１０（ａ）に示した発振周波数ｆ１２におけるインピーダンスを補うために十分な負性抵抗を持ち発振条件を満たすか否かについては、発振周波数ｆ１２において十分な負性抵抗を持ち発振条件を満たす。そのため、ダイオードＤ１１が非導通状態のときには、発振周波数ｆ１２においてのみ発振条件を満たす。
【００１７】
したがって、周波数切替型発振器１１の発振信号ｓ１１は、切替電圧入力端子ａ１５に切替電圧を印加した場合は発振周波数ｆ１１となり、切替電圧入力端子ａ１５に切替電圧を印加しない場合は発振周波数ｆ１２となる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の周波数切替型発振器１１によれば、ダイオードＤ１１の内部抵抗による損失が共振系部１２の損失を増加させるため、出力レベルが低下したり、Ｃ／Ｎ特性が劣化したりするという問題があった。
【００１９】
また、従来の周波数切替型発振器１１によれば、発振周波数ｆ１１と発振周波数ｆ１２との切替幅を大きくしたい場合には、共振系部１２に設けた切替手段Ｄ１１により発振条件を満たすように設計することはできる。しかし、増幅系部１３に切替手段を設けていないため、増幅系部１３のインピーダンスが十分に大きな負性抵抗を持つ周波数の範囲が狭く、増幅系部１３が発振条件を満たすように設計することができない。このため、共振系部１２にのみ切替手段Ｄ１１を設けた従来の周波数切替型発振器１１では、発振周波数ｆ１１、ｆ１２の切替幅が大きくなるように設計することが困難であるという問題があった。特に、周波数切替幅が５００ＭＨｚ以上になった場合には、発振条件を満たすことが非常に困難になるという問題があった。なお、共振系部１２に切替手段Ｄ１１を設けるとともに、増幅系部１３にも切替手段を設ければ、発振周波数ｆ１１、ｆ１２の切替幅が大きくなるように設計できるが、部品点数が増加し、小型化、低コスト化が図れないという問題があった。
【００２０】
そこで、本発明は、切替手段による共振系部の損失をなくし、出力レベルが低下したり、Ｃ／Ｎ特性が劣化したりしない周波数切替型発振器を提供することを目的とする。
【００２１】
また、本発明は、発振周波数の切替幅を大きくすることが容易であり、かつ、部品点数が増加しない、小型化、低コスト化が図れる周波数切替型発振器を提供することを目的とする。特に、周波数切替幅が５００ＭＨｚ以上になった場合でも、発振条件を満たすことが容易な周波数切替型発振器を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の周波数切替型発振器は、共振系部と増幅系部とを有し、二つ以上の発振周波数を切替えて出力する周波数切替型発振器であって、前記共振系部は、すべての発振周波数に対する前記共振系部のインピーダンスの虚数成分の符号が等しく、かつ、各発振周波数の間に前記共振系部のインピーダンスの実数成分が極大および極小となる周波数が存在し、前記増幅系部は切替手段を有し、前記切替手段は、いずれか一つの発振周波数に対して前記増幅系部のインピーダンスが発振条件を満たし、他の発振周波数に対して前記増幅系部のインピーダンスが発振条件を満たさないように、前記増幅系部のインピーダンスを切替えることにより、二つ以上の発振周波数を切替えて出力することを特徴とする。
【００３２】
また、本発明の電子機器は、本発明の周波数切替型発振器を用いたことを特徴とする。
【００３３】
このように構成することにより、本発明の周波数切替型発振器は、増幅系部にのみ切替手段を備えるため、共振系部の切替手段による損失がないので、出力レベルの低下が少なく、Ｃ／Ｎ特性もよい。
【００３４】
また、本発明の周波数切替型発振器は、それぞれの発振周波数における共振系部のインピーダンスの位相に大きな差があるため、発振信号のＣ／Ｎ特性がよい。
【００３５】
また、本発明の周波数切替型発振器は、それぞれの発振周波数における共振系部のインピーダンスの位相に大きな差があり、増幅系部に切替手段を備えるため、発振周波数の切替幅が広い場合でも、容易に発振条件を満たすことができる。
【００３６】
また、本発明の周波数切替型発振器は、発振周波数の切替幅が広い場合でも、共振系部に切替手段を設けていないため、部品点数の削減が図れ、小型化、低コスト化が可能となる。
【００３７】
また、本発明の周波数切替型発振器は、二つ以上の発振周波数において、共振系部のインピーダンスが発振条件を満たしているので、共振系部に切替手段を設ける必要がなく、部品点数の削減が図れ、小型化、低コスト化が可能となる。
【００３９】
そして、本発明の電子機器は、出力レベルの低下が少なく、Ｃ／Ｎ特性の改善、小型化、低コスト化が図れる周波数切替型発振器を用いているため、製品の小型化、低コスト化が図れ、入出力特性もよい。
【００４０】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の周波数切替型発振器の一実施例である周波数切替型発振器を示す。図１において、周波数切替型発振器１は、共振系部２と増幅系部３とを有する。共振系部２は、共振出力端子ａ２を有し、増幅系部３は、発振入力端子ａ３と切替電圧入力端子ａ５と発振出力端子ａ６とを有する。そして、共振出力端子ａ２と発振入力端子ａ３とは接続されている。
【００４１】
このような構成を有する周波数切替型発振器１が、発振出力端子ａ６から、発振周波数がｆ１またはｆ２である発振信号ｓ１を出力するためには、共振系部２と増幅系部３とが発振条件を満たすように周波数切替型発振器１を構成する必要がある。
【００４２】
まず、周波数切替型発振器１の共振系部２の内部構成の具体例を図２を用いて説明し、共振出力端子ａ２から見た共振系部２のインピーダンスを図４を用いて説明する。なお、図２において、図１と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。また、図４（ａ）、（ｂ）に示したｆ１、ｆ２は発振周波数ｆ１、ｆ２におけるインピーダンスである。
【００４３】
図２において、共振系部２は、共振回路４と移相回路５とを有し、移相回路５はコンデンサＣ２とコイルＬ１とコンデンサＣ３とを有する。コイルＬ１は、一端が共振回路４に接続し、他端が共振出力端子ａ２に接続している。コイルＬ１の両端には、一端が接地したコンデンサＣ２とコンデンサＣ３の他端がそれぞれ接続している。また、共振系部２のインピーダンスは、図４（ａ）となる。図４（ａ）において、発振周波数ｆ１、ｆ２におけるインピーダンスは、誘導性であり、例えば、コルピッツ型の発振器のインダクタンス素子として用いることができる。しかも、発振周波数ｆ１、ｆ２におけるインピーダンスは大きな位相の差を有している。また、それぞれのインピーダンスの間には共振点が一つ存在している。
【００４４】
ここで、共振系部２から移相回路５を取除いたとき、端子ａ２′からみたインピーダンスは、図４（ｂ）となる。図４（ｂ）において、発振周波数ｆ２におけるインピーダンスは容量性のインピーダンスであり、コルピッツ型の発振器の発振条件を満たさない。このように、共振系部２は、移相回路５を設けることにより、インピーダンスの位相の差が大きくなり、同時に発振条件を満たしている。なお、図４（ｂ）に示した、共振系部２から移相回路５を取り除いたとき端子ａ２′からみたインピーダンスが、発振条件を満たしている場合は、移相回路５を設ける必要はない。
【００４５】
次に、周波数切替型発振器１の増幅系部３の内部構成の具体例を図３を用いて説明し、発振入力端子ａ３から見た増幅系部３のインピーダンスを図５を用いて説明する。図３において、図１と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。なお、図５（ａ）、（ｂ）に示したｆ１、ｆ２は発振周波数ｆ１、ｆ２におけるインピーダンスである。
【００４６】
図３において、増幅系部３は、容量手段であるコンデンサＣ１と切替手段であるダイオードＤ１とを有する。そして、ダイオードＤ１のカソードとコンデンサＣ１と切替電圧入力端子ａ５の一端はそれぞれ接続されている。ここで、切替電圧入力端子ａ５に切替電圧を印加しないときダイオードＤ１は導通状態となり、切替電圧入力端子ａ５に切替電圧を印加するときダイオードＤ１は非導通状態となる。また、増幅系部３のインピーダンスは図５となる。図５（ａ）は切替電圧入力端子ａ５に切替電圧を印加しないときのインピーダンスであり、図５（ｂ）は切替電圧入力端子ａ５に切替電圧を印加したときのインピーダンスである。
【００４７】
切替電圧入力端子ａ５に切替電圧を印加しない場合は、発振周波数ｆ１においては、図４（ａ）に示した共振系部２のインピーダンスを補うために十分な負性抵抗を持ち、発振周波数ｆ２においては、共振系部２のインピーダンスを補うために十分な負性抵抗を持たない。したがって、周波数切替型発振器１は、発振周波数ｆ１において発振条件を満たし、発振周波数ｆ２において発振条件を満たさない。
【００４８】
一方、切替電圧入力端子ａ５に切替電圧を印加する場合は、発振周波数ｆ１においては、図４（ａ）に示した共振系部２のインピーダンスを補うために十分な負性抵抗を持たず、発振周波数ｆ２においては、共振系部２のインピーダンスを補うために十分な負性抵抗を持つ。したがって、周波数切替型発振器１は、発振周波数ｆ１において発振条件を満たさず、発振周波数ｆ２において発振条件を満たす。
【００４９】
したがって、上記構成を有する周波数切替型発振器１は、共振系部２と増幅系部３とを接続した状態で、発振出力端子ａ６から出力される発振信号ｓ１は、切替電圧入力端子ａ５に切替電圧を印加しない場合は、発振周波数がｆ１となり、切替電圧を印加する場合は、発振周波数がｆ２となる。
【００５０】
図６に、図１に示した本発明の周波数切替型発振器の具体的な回路図を示す。図６において、周波数切替型発振器１は、共振系部２と増幅系部３とを有する。共振系部２は、共振回路４と移相回路５とを有する。周波数切替型発振器１は、いわゆる電圧制御発振器であるため、その共振回路４は、抵抗Ｒ１と可変容量ダイオードＶＤ１とコンデンサＣ４，Ｃ５とコイルＬ２とを有する。抵抗Ｒ１は、一端が制御電圧入力端子ａ１に接続され、他端が可変容量ダイオードＶＤ１のカソードに接続されている。可変容量ダイオードＶＤ１のアノードは接地されている。可変容量ダイオードＶＤ１のカソードは更に、コンデンサＣ４を介してコイルＬ２の一端に接続され、コイルＬ２の他端は接地されている。コイルＬ２の一端は更に、コンデンサＣ５を介して移相回路５に接続されている。移相回路５は、コイルＬ１とコンデンサＣ２、Ｃ３とを有する。コイルＬ１の一端は、共振回路４に接続されるとともに、コンデンサＣ２を介して接地されている。コイルＬ１の他端は、増幅系部３に接続されるとともに、コンデンサＣ３を介して接地されている。なお、共振系部２のインピーダンスを図４（ａ）に示し、共振系部２から移相回路５を取除いたときの点ａ２′におけるインピーダンスを図４（ｂ）に示すことは、前述した通りである。
【００５１】
増幅系部３は、増幅素子であるトランジスタＴＲ１と切替手段であるダイオードＤ１と容量手段であるコンデンサＣ１とコンデンサＣ６、Ｃ７、Ｃ８とコイルＬ３と抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６とを有する。電源電圧入力端子ａ４は、コイルＬ３を介してトランジスタＴＲ１のコレクタに接続され、抵抗Ｒ５を介してＴＲ１のベースに接続されている。トランジスタＴＲ１のコレクタは、接地コンデンサＣ６を介して高周波的に接地されている。トランジスタＴＲ１のベースは、発振入力端子ａ３を介して共振系部２と接続され、抵抗Ｒ４を介して接地されている。トランジスタＴＲ１のエミッタは、ダイオードＤ１のアノードと接続され、抵抗Ｒ６、コンデンサＣ７を介して接地され、コンデンサＣ８を介して発振出力端子ａ６に接続されている。ダイオードＤ１のカソードは、コンデンサＣ１を介してトランジスタＴＲ１のベースに接続され、抵抗Ｒ３を介して接地され、抵抗Ｒ２を介して切替電圧入力端子ａ５に接続されている。このように、具体的な回路においては、切替手段であるダイオードＤ１と切替電圧入力端子ａ５とを接続する際に、保護用の抵抗Ｒ２を間に設けることが望ましい。そして、コイルＬ３はチョークコイルであり、コンデンサＣ６は接地コンデンサであり、コンデンサＣ７はトランジスタＴＲ１のエミッタ−コレクタ間容量となり、抵抗Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６はバイアス抵抗である。そして、発振信号ｓ１は、コンデンサＣ８を介して発振出力端子ａ６から出力される。
【００５２】
このような構成を有する周波数切替型発振器１において、トランジスタＴＲ１のベース−エミッタ間容量であるコンデンサＣ１とダイオードＤ１との合成容量は、増幅系部３が負性抵抗を持つ周波数の決定に大きく寄与する。そして、切替電圧入力端子ａ５に切替電圧を印加する場合は、ダイオードＤ１が非導通状態となり、トランジスタＴＲ１のベース−エミッタ間容量はコンデンサＣ１の容量とダイオードＤ１の容量とを直列に接続した値になる。切替電圧入力端子ａ５に切替電圧を印加しない場合は、ダイオードＤ１が導通状態となり、トランジスタＴＲ１のベース−エミッタ間容量はコンデンサＣ１の容量の値になる。なお、増幅系部３のインピーダンスは、ダイオードＤ１が導通状態のとき図５（ａ）となり、ダイオードＤ１が非導通状態のとき図５（ｂ）となることは、前述した通りである。そして、増幅系部３のインピーダンスは、ダイオードＤ１が導通状態のとき、発振周波数ｆ１においては共振系部２のインピーダンスを補うために十分な負性抵抗を持ち、発振周波数ｆ２においては抵抗である。また、ダイオードＤ１が非導通状態のとき、発振周波数ｆ１においては抵抗であり、発振周波数ｆ２においては共振系部２のインピーダンスを補うために十分な負性抵抗を持つ。
【００５３】
具体的な例として、周波数切替型発振器１を用いて、ｆ１＝８９２．０ＭＨｚ、ｆ２＝１７５７．４ＭＨｚの発振周波数を出力させたとき、ｆ１についての出力レベルは３．０４ｄＢｍ、Ｃ／Ｎ特性は−１２１ｄＢｃ／Ｈｚとなり、ｆ２についての出力レベルは４．３ｄＢｍ、Ｃ／Ｎ特性は−１１７ｄＢｃ／Ｈｚとなった。
【００５４】
このように、上記構成を有する周波数切替型発振器１は、切替手段であるダイオードＤ１を共振系部２には設けず、増幅系部３にのみ設けた構造を有し、増幅系部３に設けたダイオードＤ１の状態が変化することによって、増幅系部３のインピーダンスが負性抵抗となる周波数が変化し、発振信号ｓ１の発振周波数をｆ１又はｆ２に切替えることができる。
【００５５】
また、本発明の周波数切替型発振器は、コルピッツ型以外の発振器であってもよいことも言うまでもない。なお、本発明の周波数切替型発振器は、三つ以上の発振周波数を切替えて出力する周波数切替型発振器であってもよく、共振回路４又は移相回路５は実施例として示したものであって、その他の構成でもよい。なお、増幅手段としてＮＰＮトランジスタを用いて説明したが、ＰＮＰトランジスタ、ＦＥＴなどを用いてもよく、コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３は、ストリップライン、マイクロストリップライン又はチップコイルを用いてもよく、切替手段としては、ダイオード、トランジスタ等の他に、機械的なスイッチとコンデンサとを並列に接続したものなどを用いてもよい。なお、共振回路４にも切替手段を設けてもよい。
【００５６】
図７に本発明の電子機器の一実施例である通信機のブロック図を示す。図７において、通信機２０は、信号処理回路２１と帯域通過フィルタ２２、２６、３０、３４と増幅器２３、２７、３１、３５とミキサ２５、３３とデュプレクサ２８とアンテナ２９と、本発明の周波数切替型発振器１ａ、１ｂとで構成されている。ここで、信号処理回路２１の出力は帯域通過フィルタ２２と増幅器２３とを直列に介してミキサ２５に接続されている。また、周波数切替型発振器１ａの出力もミキサ２５に接続されている。そして、ミキサ２５の出力は、帯域通過フィルタ２６と増幅器２７とを直列に介して、アンテナ２９に接続されたデュプレクサ２８に接続されている。そして、デュプレクサ２８は、帯域通過フィルタ３０と増幅器３１とを直列に介してミキサ３３に接続されている。周波数切替型発振器１ｂの出力もミキサ３３に接続されている。ミキサ３３の出力は、帯域通過フィルタ３４と増幅器３５とを直列に介して信号処理回路２１に接続されている。
【００５７】
このように構成された通信機２０において、まず送信時には、信号処理回路２１で作られた出力信号は、帯域通過フィルタ２２で不要な信号が取り除かれ、増幅器２３で増幅され、ミキサ２５で周波数切替型発振器１ａからの信号と掛け合わされてＲＦ信号に周波数変換され、帯域通過フィルタ２６で不要な信号が取り除かれ、増幅器２７で増幅され、デュプレクサ２８を経由して、アンテナ２９から放射される。また、受信時には、アンテナ２９で受信したＲＦ信号は、デュプレクサ２８を介して帯域通過フィルタ３０に入力され、帯域通過フィルタ３０で不要な信号が取り除かれ、増幅器３１で増幅され、ミキサ３３で周波数切替型発振器１ｂからの信号と掛け合わされてＩＦ信号に周波数変換され、帯域通過フィルタ３４で不要な信号が取り除かれ、増幅器３５で増幅され、信号処理回路２１に入力される。このようにして、信号の送信及び受信が行われる。
【００５８】
このように、上記構成を有する通信機２０は、共振系部に切替手段を設ける必要がない本発明の周波数切替型発振器１ａ、１ｂを用いているため、部品点数の削減が図れるので、小型化、低コスト化が可能となる。
【００５９】
また、上記構成を有する通信機２０は、出力レベルの低下が少なく、Ｃ／Ｎ特性のよい本発明の周波数切替型発振器１ａ、１ｂを用いているため、高性能の製品を提供することができる。
【００６０】
以上、通信機２０を用いて、本発明の周波数切替型発振器を用いた電子機器を説明したが、本発明の電子機器はこの構成の通信機に限られるものではないことは言うまでもない。
【００６１】
【発明の効果】
本発明の周波数切替型発振器は、共振系部ではなく増幅系部に切替手段を備えるため、共振系部の切替手段による損失がないので、出力レベルの低下が少なく、Ｃ／Ｎ特性もよい。
【００６２】
また、本発明の周波数切替型発振器は、それぞれの発振周波数における共振系部のインピーダンスの位相に大きな差があるため、発振信号のＣ／Ｎ特性がよい。
【００６３】
また、本発明の周波数切替型発振器は、それぞれの発振周波数における共振系部のインピーダンスの位相に大きな差があり、増幅系部に切替手段を備えるため、発振周波数の切替幅が広い場合でも、容易に発振条件を満たすことができる。
【００６４】
また、本発明の周波数切替型発振器は、発振周波数の切替幅が広い場合でも、共振系部に切替手段を設けていないため、部品点数の削減が図れるので、小型化、低コスト化が可能となる。
【００６５】
また、本発明の周波数切替型発振器は、二つ以上の発振周波数において、共振系部のインピーダンスが発振条件を満たしているので、共振系部に切替手段を設ける必要がないので、部品点数の削減が図れるので、小型化、低コスト化が可能となる。
【００６６】
そして、本発明の周波数切替型発振器は、共振系部に移相回路を設けることにより、共振系部のインピーダンスの位相の差を大きくすることができるので、容易に、発振条件を満たすことができ、発振信号のＣ／Ｎ特性を改善することができる。
【００６７】
なお、本発明の周波数切替型発振器を用いた電子機器も、上述した各効果と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の周波数切替型発振器の一実施例を示すブロック図である。
【図２】図１の周波数切替型発振器の共振系部の具体例を示す図である。
【図３】図１の周波数切替型発振器の増幅系部の具体例を示す図である。
【図４】図１の周波数切替型発振器の共振系部のインピーダンスを示すスミスチャートであり、（ａ）は点ａ２におけるインピーダンスであり、（ｂ）は点ａ２′におけるインピーダンスである。
【図５】図１の周波数切替型発振器の増幅系部のインピーダンスを示すスミスチャートであり、（ａ）はダイオードＤ１が導通状態のインピーダンスであり、（ｂ）はダイオードＤ１が非導通状態のインピーダンスである。
【図６】図１の周波数切替型発振器の具体例を示す回路図である。
【図７】本発明の電子機器の一実施例を示すブロック図である。
【図８】周波数切替型発振器の共振系部や増幅系部のインピーダンスを示すスミスチャートである。
【図９】従来の周波数切替型発振器を示す回路図である。
【図１０】図９の周波数切替型発振器の共振系部のインピーダンスを示すスミスチャートであり、（ａ）はダイオードＤ１１が導通状態のインピーダンスであり、（ｂ）はダイオードＤ１１が非導通状態のインピーダンスである。
【図１１】図９の周波数切替型発振器の増幅系部のインピーダンスを示すスミスチャートである。
【符号の説明】
１…周波数切替型発振器
２０…通信機
２…共振系部
３…増幅系部
４…共振回路
５…移相回路
Ｃ１…容量手段
Ｄ１…切替手段
Claims (2)
- 共振系部と増幅系部とを有し、二つ以上の発振周波数を切替えて出力する周波数切替型発振器であって、
前記共振系部は、すべての発振周波数に対する前記共振系部のインピーダンスの虚数成分の符号が等しく、かつ、各発振周波数の間に前記共振系部のインピーダンスの実数成分が極大および極小となる周波数が存在し、
前記増幅系部は切替手段を有し、
前記切替手段は、いずれか一つの発振周波数に対して前記増幅系部のインピーダンスが発振条件を満たし、他の発振周波数に対して前記増幅系部のインピーダンスが発振条件を満たさないように、前記増幅系部のインピーダンスを切替えることにより、二つ以上の発振周波数を切替えて出力することを特徴とする、周波数切替型発振器。 - 請求項１に記載の周波数切替型発振器を用いたことを特徴とする電子機器。
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