JP3861155B2

JP3861155B2 - 発振器アレイ及びその同期方法

Info

Publication number: JP3861155B2
Application number: JP2004014580A
Authority: JP
Inventors: 紘松本; 真毅篠原
Original assignee: Kyoto University
Current assignee: Kyoto University
Priority date: 2004-01-22
Filing date: 2004-01-22
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2024-01-22
Also published as: EP1713182A4; US7427901B2; EP1713182B1; DE602005014339D1; JP2005210401A; WO2005071841A1; US20070188241A1; CN1910820A; CA2554230A1; EP1713182A1

Description

本発明は、フェーズドアンテナアレイのようにマイクロ波送電を行う発振器アレイ及びその同期方法に関する。

従来、直列接続（アレイ化）した複数の発振器を具える簡易構成の発振器アレイが従来提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。この場合、分配損などがない高効率な送電部として期待できるとともに、マイクロ波送電における装置規模を減少することができる。
特開２００２−２９９９４３号公報（請求項１）特開２００３−１３３９５２号公報（請求項１）特開２００３−２５８５５６号公報（請求項１）

しかしながら、複数の発振器をアレイ化するためには、各発振器の発振周波数の安定化するとともに、複数の発振器を同期させる必要がある。

本発明の目的は、各発振器の発振周波数の安定化するとともに、複数の発振器を同期させることができる発振器アレイ及びその同期方法を提供することである。

本発明による発振器アレイは、
直列接続された複数の発振器と、
これら発振器の間にそれぞれ配置された帯域阻止フィルタとを具えることを特徴とする。

本発明による発振器アレイの同期方法は、
直列接続された複数の発振器と、これら発振器の間にそれぞれ配置された帯域阻止フィルタとを具えることを特徴とする発振器アレイの同期方法であって、
発振器の各々から発せられた信号が、前記帯域阻止フィルタの阻止周波数において、対応する帯域阻止フィルタで反射した信号と同相になるとともに、対応する帯域阻止フィルタから漏洩した信号と逆相になることによって、前記発振器の発振周波数を、前記発振器固有の周波数と前記帯域阻止フィルタの阻止周波数との間の最適な周波数に均衡して安定した発振を行うとともに、前記阻止周波数を基準周波数として前記発振器を同期させることを特徴とする発振器アレイの同期方法。

本発明によれば、直列接続された複数の発振器と、これら発振器の間にそれぞれ配置された帯域阻止フィルタとを具える発振器アレイを同期するに際し、発振器の各々から発せられた信号が、帯域阻止フィルタの阻止周波数において、対応する帯域阻止フィルタで反射した信号と同相になる（すなわち、発振器の各々から発せられた信号と反射した信号との位相差が０°）とともに、対応する帯域阻止フィルタから漏洩した信号と逆相になる（すなわち、発振器の各々から発せられた信号と反射した信号との位相差が１８０°）。これによって、発振器の発振周波数を、発振器固有の周波数と帯域阻止フィルタの阻止周波数との間の最適な周波数に均衡して安定した発振を行うとともに、阻止周波数を基準周波数として発振器を同期させることができる。

好適には、前記発振器と前記帯域阻止フィルタとの間に他の帯域阻止フィルタを配置するとともに、前記帯域阻止フィルタと前記他の帯域阻止フィルタとの間のポイントと、接地点との間に抵抗を配置する。

本発明による発振器アレイ及びその同期方法の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明による発振器アレイの第１の実施の形態の概念図である。この発振器アレイは、直列接続されたｎ個の発振器（ＯＳＣ）１−１，１−２，．．．，１−ｎと、これら発振器１−１，１−２，．．．，１−ｎにそれぞれ接続したアンテナ２−１，２−２，．．．，２−ｎと、発振器１−１，１−２，．．．，１−ｎ間にそれぞれ配置された帯域阻止フィルタ（ＢＥＦ）３−１，３−２，．．．，３−ｎとを具える。なお、ｎを、２以上の自然数とする。

本実施の形態において、発振器を、例えばコルピッツ発振器とし、アンテナを、例えばマイクロストリップアンテナとし、帯域阻止フィルタをスタブとする。

本実施の形態の動作を説明する。発振器１−１，１−２，．．．，１−ｎから出力された高周波信号はそれぞれ、それに隣接する帯域阻止フィルタ３−１，３−２，．．．３−ｎに伝送される。帯域阻止フィルタ３−１，３−２，．．．３−ｎは、阻止周波数において高周波信号の大部分を反射して出力元の発振器１−１，１−２，．．．，１−ｎにそれぞれ戻す。この際、発振器１−１，１−２，．．．，１−ｎの出力端において、発振器１−１，１−２，．．．，１−ｎから出力された高周波信号と、帯域阻止フィルタ３−１，３−２，．．．３−ｎで反射された信号とは、位相差が０°になる。

帯域阻止フィルタ３−１，３−２，．．．３−ｎに伝送された高周波信号のうちの少量のものは、隣接する帯域阻止フィルタ３−１，３−２，．．．３−ｎなどに漏洩する。。この際、発振器１−１，１−２，．．．，１−ｎの出力端において、発振器１−１，１−２，．．．，１−ｎから出力された高周波信号と、帯域阻止フィルタ３−１，３−２，．．．３−ｎなどに漏洩した信号とは、位相差が１８０°になる。

本実施の形態によれば、発振器アレイを同期するに際し、発振器１−１、１−２、．．．、１−ｎの各々から発せられた信号が、帯域阻止フィルタ３−１、３−２、．．．、３−ｎの阻止周波数において、帯域阻止フィルタ３−１、３−２、．．．、３−ｎで反射した信号と同相になる（すなわち、発振器１−１、１−２、．．．、１−ｎの各々から発せられた信号と反射した信号との位相差が０°）とともに、対応する帯域阻止フィルタ３−１、３−２、．．．、３−ｎから漏洩した信号と逆相になる（すなわち、発振器１−１、１−２、．．．、１−ｎの各々から発せられた信号と反射した信号との位相差が１８０°）。これによって、発振器１−１、１−２、．．．、１−ｎの発振周波数を、発振器１−１、１−２、．．．、１−ｎ固有の周波数と帯域阻止フィルタ３−１、３−２、．．．、３−ｎの阻止周波数との間の最適な周波数に均衡して安定した発振を行うとともに、阻止周波数を基準周波数として発振器１−１、１−２、．．．、１−ｎを同期させることができる。

図２は、本発明による発振器アレイの第２の実施の形態の概念図である。本実施の形態では、帯域阻止フィルタを、マイクロストリップ線路を使用したオープンスタブ１１−１〜１１−４とし、図示しないアンテナが接続された図示しない発振器がそれぞれ、ポート１２−１〜１２−３に接続され、これら発振器間に一端が接続されるとともに他端が接地された終端抵抗１３−１，１３−２を具える。

本実施の形態をポート１２−１，１２−２間で更に詳しく説明すると、所定の周波数の波長をλとした場合、ポート１２−１，１２−２間をλとし、終端抵抗１３−１を、位相調整のためにポート１２−１とポート１２−２との中間に設ける。

本実施の形態のように、直列接続された図示しない発振器と、これら発振器の間にそれぞれ配置されたオープンスタブ１１−１，１１−３とを具えるとともに、図示しない発振器とオープンスタブ１１−１，１１−３との間に他のオープンスタブ１１−２，１１−４を配置するとともに、オープンスタブ１１−１，１１−３と他のオープンスタブ１１−２，１１−４との間のポイントと、接地点との間に終端抵抗１３−１，１３−２を配置した場合の同期動作は、以下の通りである。
（１）各発振器の各々の発振周波数及びオープンスタブ１１−１〜１１−４の阻止周波数が完全に一致することがないので、両周波数の間に均衡するように発振周波数が移る。
（２）各発振器の各々の発振周波数とオープンスタブ１１−１〜１１−４との差に関係するスタブを通過する僅かな漏洩信号は、隣り合う発振器に供給される。
（３）漏洩信号によって、各発振器の周波数及び位相は相互に制御し合う。
（４）周波数は、オープンスタブ１１−１〜１１〜４から自己に返る反射量と隣の発振器に漏洩する量の均衡がとれた箇所に遷移し、その箇所で安定する。
（４）位相は、隣り合う発振器と反転した状態に遷移する。
特に、自己の信号は、オープンスタブ１１−１〜１１−４によって反射され、正帰還が発振器に与えられ、確実な自走発振状態を保持するようになる。

ここで、本実施の形態の発振状態を、従来の発振器アレイ、すなわち、図２の発振器アレイにおいてオープンスタブ１１−１〜１１−４及び終端抵抗１３−１，１３−２を省略したものの発振状態と比較して説明する。

図３は、従来の発振器アレイの発振状態の測定結果を示す図であり、図４は、図２の発振器アレイにおいて終端抵抗を５０Ωとした場合の発振状態の測定結果を示す図であり、図５は、図２の発振器アレイにおいて終端抵抗を５００Ωとした場合の発振状態の測定結果を示す図である。

図３では、各発振器からの信号のオープンスタブからの反射がなくなるとともにオープンスタブからの漏洩が増大し、自走発振が不安定になるため、多くの影像周波数が発生することによって同期状態にないことを示す。

それに対して、図４では、同期状態が維持され、図３に比べて出力が１０ｄBほど大きい状態である。さらに、図５では、オープンスタブからの漏洩量が図４の場合に比べて増大することによって更に良好な同期状態が維持されていることを示す。

上記第１及び第２の実施の形態は、次の利点を有する。
（１）発振器間の線路長や帯域防止フィルタの特性で全発振器の発振周波数が決定され、全体が同期するので、複数の発振器の同期を容易に行うことができる。
（２）自走発振の助長作用と発振器相互による同期の助長作用を有するので、個々の発振器が助長しあう同期機構を実現することができる。
（３）発振器間の線路長や帯域阻止フィルタの特性で全発振器の発振周波数が決定されるとともに、基準信号を注入することなく全発振器が帯域阻止フィルタの阻止周波数に均衡するように動作し及び同期するので、基準発生器などの付加装置を必要とすることなく複数の発振器の同期を容易に行うことができる。
（４）自走発振の助長作用と発振器相互による同期の助長作用を有するとともに、外乱及び電源電圧の変動に対して高い周波数安定性を有するので、低コストで周波数安定度の高い発振器を容易に実現することができる。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。
例えば、上記第１の実施の形態において、発振器を任意の個数にするとともに、帯域阻止フィルタを、発振器の個数より１個少ない個数にすることができる。また、上記第２の実施の形態において、発振器を任意の個数にし、帯域阻止フィルタを、発振器の個数より１個少ない個数を２倍にした個数にし、かつ、抵抗の個数を、発振器の個数より１個少ない個数にすることができる。

さらに、発振器として、コルピッツ型発振器以外の任意のタイプの発振器を用いることができ、アンテナとしてマイクロストリップアンテナ以外の任意のタイプのアンテナを用いることができ、帯域阻止フィルタとして（オープン）スタブ以外の任意のタイプの帯域阻止フィルタを用いることができる。

本発明による発振器アレイの第１の実施の形態のブロック図である。本発明による発振器アレイの第２の実施の形態の概念図である。従来の発振器アレイの発振状態の測定結果を示す図である。本発明による発振器アレイの発振状態の測定結果を示す図である。本発明による他の発振器アレイの発振状態の測定結果を示す図である。

符号の説明

１−１，１−２，．．．，１−ｎ発振器（ＯＳＣ）
２−１，２−２，．．．，２−ｎアンテナ
３−１，３−２，．．．，３−ｎ帯域阻止フィルタ（ＢＥＦ）
１１−１，１１−２，１１−３，１１−４オープンスタブ
１２−１，１２−２，１２−３ポート
１３−１，１３−２終端抵抗

Claims

直列接続された複数の発振器と、
これら発振器の間にそれぞれ配置された帯域阻止フィルタとを具えることを特徴とする発振器アレイ。
前記発振器と前記帯域阻止フィルタとの間に他の帯域阻止フィルタを配置するとともに、前記帯域阻止フィルタと前記他の帯域阻止フィルタとの間のポイントと、接地点との間に抵抗を配置したことを特徴とする請求項１記載の発振器アレイ。
直列接続された複数の発振器と、これら発振器の間にそれぞれ配置された帯域阻止フィルタとを具えることを特徴とする発振器アレイの同期方法であって、
発振器の各々から発せられた信号が、前記帯域阻止フィルタの阻止周波数において、対応する帯域阻止フィルタで反射した信号と同相になるとともに、対応する帯域阻止フィルタから漏洩した信号と逆相になることによって、前記発振器の発振周波数を、前記発振器固有の周波数と前記帯域阻止フィルタの阻止周波数との間の最適な周波数に均衡して安定した発振を行うとともに、前記阻止周波数を基準周波数として前記発振器を同期させることを特徴とする発振器アレイの同期方法。
前記帯域阻止フィルタは、該帯域阻止フィルタの阻止周波数において、(i)該帯域阻止フィルタに対応する発振器から発せられた信号の一部を、対応する前記発振器へ同相で反射するとともに、(ii)対応する前記発振器から発せられた信号の他の一部を逆相で漏洩することを特徴とする請求項１記載の発振器アレイ。