JP4027777B2 - 高周波発振器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はミリ波やマイクロ波帯の高周波発振器を産業上の技術分野とし、特に同一の発振周波数とした第１と第２の発振器の出力を合成してなる高周波発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（発明の背景）高周波発振器（概ね1〜100ＧHz）は例えば光ケーブルと連動して高周波回線網の発振源として、あるいは測定器の発振源として有用される。このようなものの一つに、発振器の出力を合成して基本波の２倍波を出力する所謂Push−Push発振器（二倍波発振器とする、参照：特開平4-175001号公報）がある。
【０００３】
（従来技術の一例）第５図は一従来例の概要を説明する二倍波発振器のブロック回路図である。
二倍波発振器は、共振器１、第１と第２の発振部２（ａｂ）及び合成器３から構成される。共振器１は、例えば誘電体共振器やＩＣ内に設けたＬＣ素子やマイクロストリップライン（以下、ＭＳＬとする）９を用いてなる。各発振部２（ａｂ）は発振用増幅器６（ａｂ）及び帰還系を含み、共振器１を共有して同一発振周波数（基本波）ｆ0となる第１と第２の発振器５（ａｂ）を形成する。但し、各発振器からの基本波出力は180度の位相差を持ち、互いに逆相とする。合成器３は例えば差動増幅器からなる同相の合成器とし、各発振器の出力を合成する。そして、合成出力ｆoutを得る。
【０００４】
このようなものでは、第６図に示したように第１と第２の発振部２（ａｂ）からの基本波ｆ0の出力は、位相が180度反転するので「同図（ａｂ）」、その合成出力はそれぞれ相殺されて０となる「同図（ｃ）」。そして、基本波ｆ0の２倍波2ｆ0の出力は位相が一致するため「同図（ａｂ）」、両者が合成されて出力される「同図（ｃ）」。なお、基本波及びその奇数倍は相殺される。そして、各偶数倍波はいずれも２倍になるが、４倍波以降の偶数倍波は２倍波に比較して格段にレベルが小さい。その結果、合成出力ｆoutは、２倍波２ｆ0が最大レベルとなって出力される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
（従来技術の問題点）しかしながら、上記構成の二倍波発振器では、第１と第２の発振部２（ａｂ）の出力を合成する合成器３を必要とするので、小型化の促進を阻害する問題があった。また、合成器３も含めて第１と第２の発振部２（ａｂ）からの発振周波数（基本波）は、逆相とする位相差180度を維持しなければならず、電気的な回路設計では困難があった。
【０００６】
（発明の目的）本発明は、小型化を促進して逆相発振の設計を容易にした高周波発振器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段、請求項１に相当】
本発明は、出力端が対峙した一組の発振用増幅器を基板４の一主面に設けるとともに、前記発振用増幅器の入出力端に接続して発振閉ループを形成する一部領域にて隣接する一組の信号線を設け、前記信号線とともにＭＳＬを形成する接地導体を前記基板の他主面に設け、前記一部領域の接地導体を除去して前記隣接する信号線をコプレーナライン（以下、ＣＰＷとする）とする開口部を設けた構成とする。
【０００８】
本発明はＭＳＬの信号線が隣接する一部領域の接地導体を除去して開口部を設けたので、開口部内の隣接した信号線はＣＰＷを形成する。したがって、各発振閉ループのＭＳＬを伝播する不平衡モードの高周波は、開口部内ではＣＰＷにより平衡モードで伝播する。
【０００９】
そして、平衡モードは隣接した信号線間では逆電位とした逆相モードでの伝播になる。したがって、各発振閉ループの発振用増幅器は必然的に逆相での発振となる。これらから、各発振閉ループの出力を合成すれば基本波は相殺されて二倍波が抽出される。以下、本発明の一実施例を説明する。
【００１０】
【実施例】
第１図は本発明の一実施例を説明する二倍波発振器の図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。
高周波発振器は基板４に並設された第１と第２の発振器５（ａｂ）と合成出力線１１とからなる。第１と第２の発振器５（ａｂ）はいずれも発振用増幅器６（ａｂ）と伝送路７（ａｂ）からなる。各発振用増幅器６（ａｂ）は出力端を対峙して基板４の一主面に配置し、同一発振周波数の出力とする。伝送路７は信号線８と接地導体９からなる。なお、発振周波数は発振用増幅器６（ａｂ）を含めた伝送路７の電気長によって決定される。
【００１１】
信号線８は各発振用増幅器６（ａｂ）の入出力端を接続して、一部領域が隣接して各発振閉ループを形成する。接地導体９は信号線８の隣接した一部領域を除いて形成され、信号線８とともにＭＳＬを形成する。接地導体９が除去された一部領域の長さＬとした開口部１０は、隣接する信号線８（ａｂ）をＣＰＷとする。
【００１２】
合成出力線１１は、第１と第２の発振用増幅器６（ａｂ）の各出力端側に二倍波２ｆ0の波長に対してλ／４となる引出線１２を突出させ、その間にＭＳＬの信号線を挿入してなる。
【００１３】
このような構成であれば、電源投入後、第１と第２の発振器５（ａｂ）は各伝送路７を高周波が伝播して発振する。そして、各発振器５（ａｂ）からのＭＳＬによる不平衡モードの出力は、信号線８が隣接した一部領域ではＣＰＷによる平衡モードに変換されて進行し、再びＭＳＬの不平衡モードに変換されて帰還する。
【００１４】
ここで、ＣＰＷによる平衡モードは、隣接する信号線８（ａｂ）間では逆相モードで進行する。すなわち、一方の信号線８ａから他方の信号線８ｂに電界を生じて進行する。したがって、一方の信号線８ａが＋電位であれば他方の信号線８ｂは−電位となり、互いに逆相になる。このことから、ＣＰＷを形成する開口部の長さＬを大きくすることにより逆相モードでの高周波が支配的になり、第１と第２の発振用増幅器６（ａｂ）は互いに逆相での発振となる。
【００１５】
したがって、第１と第２の発振用増幅器６（ａｂ）の出力を合成すれば、前述のように基本波ｆ0は相殺され、二倍波２ｆ0が合成されて出力される。ここでは、第１と第２の発振用増幅器６（ａｂ）の合成出力線１１と各引出線１２とが二倍波の波長に対してλ／４の長さで電磁結合する。したがって、合成出力線１１には、第１と第２の発振用増幅器６（ａｂ）の逆相とした出力が合成され、二倍波を得ることができる。
【００１６】
【第２実施例】
第２図は本発明の第２実施例を説明する二倍波発振器の図である。なお、前実施例と同一部分の説明は省略又は簡略する。
前第１実施例では、ＣＰＷを形成する開口部１０の長さＬを大きくして逆相での発振を維持したが、この例では基本波ｆ0の波長に対して隣接する各信号線８（ａｂ）からの開口部の延出長を約λ／４分の長さとする。
【００１７】
このようにすれば、ＭＳＬを伝播する基本波ｆ0はλ／４とした開口部１０によって遮断されるので、逆相モードのみがＣＰＷによって通過する。したがって、開口部１０の長さＬを短縮できるので、小型化を促進できる。
【００１８】
【第３実施例】
第３図は本発明の第３実施例を説明する二倍波発振器の図である。なお、前第１実施例と同一部分の説明は省略又は簡略する。
第３実施例は、前第１実施例の二倍波発振器に注入同期を加えて発振器のＱを大きくし、発振周波数の安定度を高めたものである。すなわち、第３実施例では、第１と第２の発振用増幅器６（ａｂ）の信号線８を共通接続して同期信号の注入線１３を形成する。注入線１３はＭＳＬからなり、合成出力線とは反対側に設けられ、基本波ｆ0の波長に対して約λ／４分だけ突出させて共通接続する。そして、同期信号を注入する。
【００１９】
同期信号はＱが大きくて安定度の高い例えば水晶発振器によるオーバトーンや逓倍による発振周波数とする。そして、高周波発振器の基本波ｆ0に対して１／ｎ（但し、ｎは整数）となる周波数とする。以下、例えばｎ＝２として説明する。
【００２０】
このようなものでは、注入線１３からの同期信号によって、第１と第２の発振用増幅器６（ａｂ）による各発振閉ループの高周波は、位相が揃えられる。この場合は、第４図に示したように、高周波発振器の基本波ｆ0に対して同期信号はｆ0／２なので、第１と第２の発振閉ループによる基本波ｆ0「同図（ａｂ）」の波長の２λごとに同期する。但し、第１と第２の発振閉ループの出力は互いに逆相なので、λ分ずれて同期する。これにより、基本波ｆ0が安定するので、結果として出力線５からの２倍波２ｆ0も安定する。
【００２１】
なお、ここでは同期信号源として水晶発振器を適用し、高周波発振器の基本波ｆ0（例えば１ＧHz）に対して、オーバトーンや逓倍によってｆ0／２（500ＭHz）の周波数を得たが、同期信号をｆ0／10にすれば100ＭHzとなるので、水晶発振器の基本波を適用できる。この場合、逓倍回路等を不要にするので、小型化や経済性に適する。なお、水晶発振器では、逓倍数を多くしても現状では前述の500ＭHz程度が限度である。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は、出力端が対峙した一組の発振用増幅器６（ａｂ）を基板４の一主面に設けるとともに、前記発振用増幅器６（ａｂ）の入出力端に接続して発振閉ループを形成する一部領域にて隣接する一組の信号線８を設け、前記信号線８とともにマイクロストリップラインを形成する接地導体９を前記基板４の他主面に設け、前記一部領域の接地導体９を除去して前記隣接する信号線８をＣＰＷとする開口部１０を設けた構成とする。したがって、小型化を促進して逆相発振の設計を容易にした高周波発振器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を説明する二倍波発振器の構成図で、同図（ａ）は基板の一主面の図、同図（ｂ）は他主面の図である。
【図２】本発明の第２実施例を説明する2倍波発振器の構成図で、基板の一主面の図である。
【図３】本発明の第３実施例を説明する注入同期を加えた２倍波発振器の構成図で、基板の一主面の図である。
【図４】本発明の第３実施例の作用を説明する注入同期の出力特性図である。
【図５】従来例を説明する２倍波発振器のブロック図である。
【図６】従来例を説明する２倍波発振器の出力特性図である。
【符号の説明】
１ 共振器、２ 発振部、３ 合成器、４ 基板、５ 発振器、６ 発振用増幅器、７ 伝送路、８ 信号線、９ 接地電極、１０ 開口部、１１、合成出力線、１２ 引出線、１３ 注入線．

Claims (3)

1. 二つの発振器の出力を合成してなる高周波発振器において、基板の一主面に設けられて出力端が対峙した一組の発振用増幅器と、前記一組の発振用増幅器のそれぞれの入出力端に接続して同一の発振周波数とする発振閉ループをするとともに基板の一主面に設けられて一部領域にて隣接する一組の信号線と、前記基板の他主面に設けられて前記信号線とともにマイクロストリップラインを形成する接地導体と、前記一部領域の接地導体を除去して前記隣接する信号線を横断して前記隣接する信号線をコプレーナラインとする開口部とからなる高周波発振器。
2. 前記隣接する信号線を横断してコプレーナラインとする開口部の延出長を、前記隣接する信号線からそれぞれ基本波とした発振周波数の波長λに対して１／４の長さとした請求項１の高周波発振器。
3. 前記一組の発振用増幅器の信号線を共通接続して同期信号の注入線を設けた請求項１又は２の高周波発振器。

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