JP4086160B2 - 高周波発振器機能回路 - Google Patents

Description

本発明はミリ波やマイクロ波帯等の所謂Push-Push発振による２倍波や４倍波等の偶数次倍調波を出力とした平面回路から構成される倍調波平面発振器を技術分野とし、特に多機能型とした倍調波平面発振器に関する。

（発明の背景）Push-Push発振による倍調波平面発振器は、基本波ｆ0に対して２倍以上の出力周波数を得られることから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、本出願人による小型化を促進して設計を容易にした、例えば基本波ｆ0に対して２倍波２ｆ0以上の偶数次倍調波を出力とした倍調波平面発振器がある。

（従来技術の一例）第３図は一従来例を説明する図で、同図（ａ）は注入同期を用いた２倍波とした倍調波平面発振器（以下、２倍波平面発振器とする）の平面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。

２倍波平面発振器は、基本的に、一対の発振用増幅器１（ａｂ）、発振系内の高周波伝送路であるマイクロストリップライン（以下、発振用ＭＳＬとする）２及び逆相発振とするスロットライン（以下、結合用ＳＬ３とする）からなる。

一対の発振用増幅器１（ａｂ）はそれぞれＦＥＴ等からなり、誘電体基板４上に入力側を対向して配置する。発振用ＭＳＬ２は誘電体基板４の一主面に信号線２Ａを他主面に接地導体５を有し、一対の発振用増幅器１（ａｂ）の入出力間を接続する。ここでは例えば矩形状とした閉ループとする。

結合用ＳＬ３は基板４の他主面の接地導体５に開口線路３Ａを設けてなり、矩形状とした発振用ＭＳＬ２の中央部を上下方向に横断する。但し、上下の発振用ＭＳＬ２から後述する発振周波数（基本波ｆ0）に対して概ねλ／４分突出する。一対の発振用増幅器１（ａｂ）の入力間を接続する発振用ＭＳＬ２の中央部（図の下側）には結合用ＳＬ３と重畳した出力線６が接続する。

このようなものでは、発振用ＭＳＬ２と結合用ＳＬ３とが電磁結合して２系統（左右）の発振系を形成する。この場合、発振用ＭＳＬ２の不平衡伝播モードから結合用ＳＬ３の平衡伝播モードに変換される。そして、結合用ＳＬ３の平衡伝播モードは開口線路の両端側では逆相となる伝播なので、２つの発振系は互いに逆相発振となる。但し、各発振系での発振周波数（基本波ｆ0）は、概ね、各閉ループの長さに依存し、同一発振周波数に設計される。

したがって、一対の発振用増幅器１（ａｂ）の入力間を接続する発振用ＭＳＬ２（出力線６）の中点では、発振周波数の基本波ｆ0及び奇数次倍調波は互いに逆相となって０電位になる。そして、２倍波以上の偶数次倍調波は合成され、４倍以上の倍調波は２倍波に対して相対的にレベルが小さい。したがって、基本波及ｆ0及びその他の倍調波を抑圧して、出力線６には２倍波２ｆ0が得られる。

なお、結合用ＳＬ３を発振用ＭＳＬ２の上下から基本波ｆ0に対してλ／４分突出させたので、接続点から見て電気的開放端となる。したがって、基本波ｆ0は結合用ＳＬ３を経て正帰還ループに効率よく伝送されて、発振回路のＱを高める。ここでのλ／４は電気的開放端になる程度の長さであって厳格にλ／４である必要はない。

（従来技術の問題点）しかしながら、上記構成による２倍波平面発振器では、単に発振周波数を高めるのみで、多機能型とした応用例については言及されていなかった。そこで、例えばＦＳＫやＡＳＫ等の直接変調への適用に想到した。

すなわち、従来のＦＳＫ変調では、例えば周波数の異なる２つの発振出力ｆ1、ｆ2を電子スイッチで切り替える。また、ＡＳＫ変調では発振器の出力を同様に電子スイッチでオン・オフするのが一般的であった。

しかし、これらの場合では、いずれも切り替えあるいはオン・オフ用の電子スイッチ等を要して回路設計を複雑にする問題があった。このことから、上記構成を用いた簡易構成による例えば直接変調用を含む多機能型の２倍波平面発振器の適用に想到した。

（発明の目的）本発明は設計を容易にして簡易構成とした高周波発振器機能回路を提供することを目的とする。

本発明の特許請求の範囲（請求項１）では、一対の発振用増幅器の入出力間を基板の一主面に設けた高周波伝送路で接続し、前記一対の発振用増幅器の入力間と出力間に前記高周波伝送路と電磁結合するスロットラインを前記基板の他主面に設けるとともに前記入力間と出力間の前記高周波伝送路は前記スロットラインを横断して、発振周波数（基本波ｆ0）に対して互いに逆相発振となる２つの発振系を形成し、前記一対の発振用増幅器の入出力間であって前記スロットラインを横断する前記入力間の高周波伝送路に出力線を接続して前記スロットラインの一端側方向に導出し、前記基本波ｆ0の偶数次倍調波を得る倍調波平面発振器において、前記入力間と出力間を接続して前記スロットラインを横断する高周波伝送路間となる前記スロットラインの両側の導体間に前記スロットラインの電磁波動場を制御する電子素子としての逆極性接続のバラクタダイオード又は逆極性接続のスイッチングダイオードを配置して前記スロットラインの両側の導体間を接続し、前記電子素子の逆接続点に前記スロットライン内に設けた第１信号線の一端を接続し、前記基板の一主面に設けた第２信号線に前記第１信号線の他端をビアホールによって接続して、前記第２信号線は前記スロットラインの他端側方向に導出し、前記第２信号線から前記電子素子に制御信号を入力した構成とする。

請求項２では、請求項１において、前記制御信号の入力される電圧可変容量素子は逆極性接続とした一対のバラクタダイオードであって、前記一対のバラクタダイオードの接続点に前記制御信号を入力するとともに、前記制御信号はＦＳＫ変調用である高周波発振器機能回路。

請求項３では、請求項１において、記制御信号の入力される前記スイッチング素子は逆極性接続とした一対のスイッチングダイオードであって、前記制御信号を前記一対のスイッチングダイオードの接続点に入力するとともに、前記制御信号はＡＳＫ変調用である高周波発振器機能回路。

本発明（請求項１）では、電磁波動場を制御する電子素子を結合用ＳＬに接続して制御信号を印加する。したがって、結合用ＳＬの電磁波動場が制御信号に依存して可変され、結果的に結合用ＳＬの電気長を変えて倍調波とした発振周波数が変化し、あるいは発振が停止する。これらにより、簡易構成で設計を容易とした高周波発振器機能回路を得ることができる。

請求項２では制御信号はＦＳＫ変調用とするので、２値の周波数によるデジタル通信の直接変調発振器として有用となる。

請求項３では制御信号はＡＳＫ変調用とするので、周波数の有無による２値としたデジタル通信の直接変調発振器として有用となる。

第１図は本発明の一実施例を説明する多機能型とした２倍波平面発振器の平面図である。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。

２倍波平面発振器は、前述同様に、一対の発振用増幅器１（ａｂ）、高周波伝送路としての出力線６を有する発振用ＭＳＬ２及び逆相発振とする結合用ＳＬ３からなる。そして、基板４の他主面における結合用ＳＬ３の略中央に電磁波動場を制御する電子素子７を配置する。ここでの電子素子７はリアクタンス可変素子とし、電圧によって容量の変化する一対のバラクタダイオードからなる。

一対のバラクタダイオードは逆極性接続として例えばカソードを接続して結合用ＳＬ３内に配置され、各アノードを両側の導体に接続する。そして、一対のバラクタダイオードの接続点（カソード）に第１信号線８ａが接続し、結合用ＳＬ３内のビアホール９を経て一主面の第２信号線８ｂに接続する。そして、ここでは第２信号線８ｂにはＦＳＫ変調用の例えば２値の電圧信号が供給される。

このような構成であれば、ＦＳＫ用の変調信号が第２信号線８ｂに供給されると、変調信号の電圧レベルに基づいて一対のバラクタダイオードにおける端子間での容量値が変化する。これにより、結合用ＳＬ３の電磁気的な境界条件が変化して電磁波動場が可変し、結果的には結合ＳＬの実質的な電気長を変化する。したがって、発振周波数を決定する各発振閉ループの電気長も変化する。これらのことから、２値の変調信号に依存して発振周波数がｆ1又はｆ2に直接的に変化する。

これらの場合でも、ＦＳＫでの直接的に変調された発振周波数ｆ1又はｆ2の基本波ｆ10又はｆ20は、出力線６の接続する中点では逆相なので０電位になる。そして、２倍波２ｆ10又は２ｆ20が合成されて出力する。これらのことから、構成簡易にて設計が容易なＦＳＫとした直接変調用の２倍波平面発振器を得ることができる。

なお、この例では制御信号はＦＳＫ用とした２値の変調信号としたが、アナログ的な変調信号であってもよい。さらに、変調信号に拘わらず、アナログ的な制御信号を印加して所謂電圧制御型として、ＰＬＬや周波数可変型の２倍波平面発振器としてもよい。

第２実施例は前実施例の電子素子をスイッチング素子とした例である。なお、前第1図を参照して同一部分の説明は省略又は簡略する。

電子素子としてのスイッチング素子は一対のスイッチングダイオードからなり、前述同様に逆極性接続として結合用ＳＬ３内に配置され、両側の導体５に接続する。そして、一対のスイッチングダイオードの接続点にビアホール９を経て第２信号線８ｂが接続する。ここでは、ＡＳＫ変調用とした例えば２値の電圧信号が第２信号線８ｂに供給される。

このような構成であれば、ＡＳＫ用の変調信号が第２信号線８ｂに供給されると、変調信号の電圧レベルに基づいて一対のスイッチングダイオードがＯＮ（導通）、ＯＦＦ（非導通）になる。これにより、ＯＮの場合は結合用ＳＬ３の両側の導体５が接続部分で短絡するので、結合用ＳＬ３が遮断される。したがって、各発振系が開ループとなって発振を停止する。

これに対し、一対のスイッチングダイオードがＯＦＦの場合は、結合用ＳＬ３の両側の導体間は開放されて、結合用ＳＬ３はそのまま維持される。したがって、各発振系は閉ループを形成し、発振が持続される。この場合でも、発振周波数の基本波ｆ0は出力線の中点では逆相で０電位になり、２倍波２ｆ0が合成される。

これらから、変調信号に基づいて発振の停止又は持続とする、ＡＳＫとした直接変調用の２倍波平面発振器を得る。そして、この場合でも変調に拘わらず、例えば間歇発振器に適用できる。

（他の事項）上記実施例では倍調波平面発振器を2倍波平面発振器として説明したが、例えば第２図に示したようにすれば４倍波４ｆ0が得られる。すなわち、例えば出力線６の両側や中点から結合ＳＬ内に２倍波２ｆ0に対して概ねλ／４のフィルタ用ＭＳＬ１０を形成する。

このようにすれば、出力線６の接続点から見てフィルタ用ＭＳＬは電気的短絡端になるので、２倍波２ｆ0は電気的短絡端に流入する。したがって、出力線６（出力端）には、２倍波を除いてレベルが最も大きい４倍波が得られる。勿論、４倍波用のフィルタを併設すれば８倍波８ｆ0が得られる。

また、高周波伝送はＭＳＬとしたが、例えばコプレーナラインや、これとＭＳＬとの組合せでも構成できる。また、これらの倍調波平面発振器はＭＭＩＣ化も容易であり、特に小型化に有利である。

本発明の第１及び第２実施例を説明する多機能型とした２倍波平面発振器の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ平面図である。 本発明の他の例を説明する多機能型とした２倍波平面発振器の平面図である。 従来例を説明する２倍波発振器の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１ 増幅器、２ 発振用ＭＳＬ、３ 結合用ＳＬ、４ 基板、５ 接地導体、６ 出力線、７ 電子素子、８ 信号線。

Claims (3)

1. 一対の発振用増幅器の入出力間を基板の一主面に設けた高周波伝送路で接続し、前記一対の発振用増幅器の入力間と出力間に前記高周波伝送路と電磁結合するスロットラインを前記基板の他主面に設けるとともに前記入力間と出力間の前記高周波伝送路は前記スロットラインを横断して、発振周波数（基本波ｆ0）に対して互いに逆相発振となる２つの発振系を形成し、
   前記一対の発振用増幅器の入出力間であって前記スロットラインを横断する前記入力間の高周波伝送路に出力線を接続して前記スロットラインの一端側方向に導出し、前記基本波ｆ0の偶数次倍調波を得る倍調波平面発振器において、
   前記入力間と出力間を接続して前記スロットラインを横断する高周波伝送路間となる前記スロットラインの両側の導体間に前記スロットラインの電磁波動場を制御する電子素子としての逆極性接続のバラクタダイオード又は逆極性接続のスイッチングダイオードを配置して前記スロットラインの両側の導体間を接続し、
   前記電子素子の逆接続点に前記スロットライン内に設けた第１信号線の一端を接続し、前記基板の一主面に設けた第２信号線に前記第１信号線の他端をビアホールによって接続して、前記第２信号線は前記スロットラインの他端側方向に導出し、前記第２信号線から前記電子素子に制御信号を入力したことを特徴とする高周波発振器機能回路。
2. 請求項１において、前記制御信号の入力される電圧可変容量素子は逆極性接続とした一対のバラクタダイオードであって、前記一対のバラクタダイオードの接続点に前記制御信号を入力するとともに、前記制御信号はＦＳＫ変調用である高周波発振器機能回路。
3. 請求項１において、記制御信号の入力される前記スイッチング素子は逆極性接続とした一対のスイッチングダイオードであって、前記制御信号を前記一対のスイッチングダイオードの接続点に入力するとともに、前記制御信号はＡＳＫ変調用である高周波発振器機能回路。

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