JP4391722B2 - Voltage controlled oscillator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロ波帯およびミリ波帯の無線通信システムやレーダシステムなどの送受信機に用いられる電圧制御発振器に関し、特に位相雑音を低減させた電圧制御発振器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図12は従来の電圧制御発振器を示す回路構成図である。
図12において、1は電圧制御発振器の発振出力端子、5は電圧制御発振器の本体を構成する共振器である。
【0003】
2はDC電圧を生成する共振器5内の可変電圧電源であり、可変容量ダイオード4(後述する)のカソードに対する印加電源を構成している。
3は発振用FET(発振素子)からなるアクティブ素子であり、印加電圧に対して負性抵抗を有している。また、アクティブ素子3の出力端子は、発振出力端子1を構成している。
【0004】
4は共振器5内の可変容量ダイオードであり、カソードが可変電圧電源2の出力端子に接続され、アノードがグランドに接地されている。
後述するように、発振出力端子1から出力される発振周波数は、可変電圧電源2から可変容量ダイオード4に印加されるDC電圧の大きさに応じて可変設定されるようになっている。
【0005】
7は90度インバータ線路、8は90度インバータ線路7の一端に接続された先端開放(または、先端短絡)のマイクロストリップ線路である。マイクロストリップ線路8は、所望の発振周波数の1/2波長を有し、共振器5内のメイン(第1の)共振回路を構成している。
【0006】
90度インバータ線路7は、インダクタ21(後述する)および可変容量ダイオード4とともに、共振器5内のサブ(第2の)共振回路を構成しており、マイクロストリップ線路8に並列接続されている。
【0007】
10は共振器5の出力端子に挿入された位相調整用のマイクロストリップ線路であり、位相調整用のマイクロストリップ線路10の出力端子は、アクティブ素子3の入力端子に接続されている。
【0008】
21は可変容量ダイオード4のカソードに一端が接続された集中定数インダクタ(以下、単に「インダクタ」という)であり、インダクタ21の他端は、90度インバータ線路7に接続されている。
直列接続された可変容量ダイオード4、インダクタ21および90度インバータ線路7は、前述の第2の共振回路を構成している。
【0009】
図12に示すように、アクティブ素子3の入力側に接続された共振器5は、互いに並列接続された第1の共振回路(マイクロストリップ線路8)と、第2の共振回路(90度インバータ線路7、インダクタ21、可変容量ダイオード4)と、可変容量ダイオード4のカソードにDC電圧を印加する可変電圧電源2とを備えている。
【0010】
次に、図13〜図18を参照しながら、図12に示した従来の電圧制御発振器による動作について説明する。
図13は従来の電圧制御発振器を分離したときの両側の反射を示す説明図、図14は従来の電圧制御発振器による共振器5側の反射利得(振幅)の周波数特性を示す説明図、図15は従来の電圧制御発振器によるアクティブ素子3側の反射利得(振幅)の周波数特性を示す説明図、図16は従来の電圧制御発振器によるループ利得の周波数特性を示す説明図、図17は従来の電圧制御発振器によるループ位相の周波数特性を示す説明図、図18は従来の電圧制御発振器による各共振回路の接続点位相の周波数特性を示す説明図である。
【0011】
一般に、電圧制御発振器は、図12のように、負性抵抗を有するアクティブ素子3に共振器5を接続することにより、ループ利得を作り出している。
また、位相調整用のマイクロストリップ線路10を介して、ループ位相が同相で重ね合わされることにより、電力が増幅されて発振動作を行うように構成されている。
【0012】
さらに、一般的に、共振器5内のインダクタ21に可変容量ダイオード4を接続し、可変電圧電源2から可変容量ダイオード4に印加されるDC電圧により、発振周波数を可変設定するようになっている。
【0013】
図12において、アクティブ素子3に対して先端開放のマイクロストリップ線路8(第1の共振回路)が接続されることにより、発振動作が行われる。
また、可変容量ダイオード4、インダクタ21および90度インバータ線路7(第2の共振回路)からなる直列共振回路を、マイクロストリップ線路8に接続することにより、共振器5の全体が並列共振回路として動作し、電圧制御発振器としての動作が行われる。
【0014】
このとき、図12に示した電圧制御発振器を、図13のように、位相調整用のマイクロストリップ線路10と共振器5との接続点で分離し、共振器5側の第1の反射S11と、位相調整用のマイクロストリップ線路10側の第2の反射S22とを考慮する。
【0015】
ここで、第1の反射S11は、図14に示すように、所望(目標)の発振周波数foで損失をもつような振幅特性となる。
また、第2の反射S22は、図15のように、発振周波数foで利得をもつように設計される。
【0016】
各反射S11、S22を足し合わせたものがループ利得であるが、ループ利得は、図16のように、発振周波数foで利得を持つことになる。
【0017】
一方、ループ位相に関しては、各反射S11、S22の位相の重ね合わせが、図17に示すように、0[deg](つまり、同相)になった点で、発振条件を満たすことになる。
したがって、位相調整用のマイクロストリップ線路10の線路長を適切に設定することにより、発振周波数foで0度になるように設計が行われる。
【0018】
このとき、共振器5の全体の位相は、図18内の実線のように、第1の共振回路の位相(破線参照)と、第2の共振回路の位相(一点鎖線参照)との重ね合わせによって表現される。
【0019】
上記の構成は、たとえば1998年に開催された「Asia PacificMicrowave Conference」のTU3A−1、「A V−band MMIC VCO with a Sub−Resonator Coupled by a 90−degree inverter」の論文中に記載されている。
【0020】
図12のような電圧制御発振器における位相雑音特性は、共振器5のQ値が高ければ高いほど良い値になることが知られている。
共振器5のQ値は、共振器5の全体の位相傾きで表されるが、この位相傾きは、並列接続された2つの共振回路7、8の共振周波数における位相の傾きを重ね合わせたものである。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電圧制御発振器は以上のように、マイクロストリップ線路8からなる第1の共振回路と、90度インバータ線路7、インダクタ21および可変容量ダイオード4からなる第2の共振回路とを用いて、各共振回路の接続点で各共振回路の反射位相が180度になる周波数を、それぞれ発振周波数foに一致させていたので、誘電体共振器などと比べてQ値が低くなってしまい、位相雑音特性が悪化するという問題点があった。
【0022】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、共振器内の第1および第2の共振回路の設定条件を変更して、各共振回路の接続点で各共振回路の反射位相が180度になる周波数を、発振周波数から互いに逆方向にシフトするように設定することにより、発振周波数の近傍でのQ値を高めて位相雑音特性を改善した電圧制御発振器を得ることを目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電圧制御発振器は、所望の発振周波数を供給する発振出力端子と、互いに並列接続された第1および第2の共振回路を有する共振器と、第1および第2の共振回路の接続点に接続された位相調整回路と、位相調整回路と発振出力端子との間に挿入されて負性抵抗を有する発振素子とを備え、第2の共振回路は、可変容量ダイオードを含み、可変容量ダイオードに印加されるDC電圧の大きさに応じて発振周波数が可変設定される電圧制御発振器であって、第1の共振回路は、第1の分布定数線路または集中定数インダクタを含む第1の回路要素により構成され、第2の共振回路は、第2の分布定数線路または集中定数インダクタを含む第2の回路要素と、第2の回路要素に直列接続された可変容量ダイオードとにより構成され、第1および第2の共振回路の接続点で第2の共振回路の反射位相が180度になる周波数は、発振周波数よりも高く設定され、第1および第2の共振回路の接続点で第1の共振回路の反射位相が180度になる周波数は、共振器の共振周波数が発振周波数と一致するように、発振周波数よりも低く設定されたものである。
【0024】
また、この発明に係る電圧制御発振器は、所望の発振周波数を供給する発振出力端子と、互いに並列接続された第1および第2の共振回路を有する共振器と、第1および第2の共振回路の接続点に接続された位相調整回路と、位相調整回路と発振出力端子との間に挿入されて負性抵抗を有する発振素子とを備え、第2の共振回路は、可変容量ダイオードを含み、可変容量ダイオードに印加されるDC電圧の大きさに応じて発振周波数が可変設定される電圧制御発振器であって、第1の共振回路は、第1の分布定数線路または集中定数インダクタを含む第1の回路要素により構成され、第2の共振回路は、第2の分布定数線路または集中定数インダクタを含む第2の回路要素と、第2の回路要素に直列接続された可変容量ダイオードとにより構成され、第1および第2の共振回路の接続点で第1の共振回路の反射位相が180度になる周波数は、発振周波数よりも高く設定され、第1および第2の共振回路の接続点で第2の共振回路の反射位相が180度になる周波数は、共振器の共振周波数が発振周波数と一致するように、発振周波数よりも低く設定されたものである。
【0025】
また、この発明に係る電圧制御発振器の第2の共振回路は、第1および第2の共振回路の接続点と第2の回路要素との間に挿入された結合線路を含むものである。
【0026】
また、この発明に係る電圧制御発振器の第1の共振回路は、第1の回路要素に直列接続された第2の可変容量ダイオードを含むものである。
【0027】
また、この発明に係る電圧制御発振器の第1および第2の分布定数線路は、それぞれ、第1および第2のマイクロストリップ線路により構成されたものである。
【0028】
また、この発明に係る電圧制御発振器の発振素子は、高移動度トランジスタまたはバイポーラトランジスタからなるアクティブ素子により構成されたものである。
【0029】
また、この発明に係る電圧制御発振器は、発振素子と発振出力端子との間に挿入されたN−1倍波反射回路を備え、発振出力端子から発振周波数のN倍波を出力するものである。
【0030】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態1について詳細に説明する。
【0031】
図1はこの発明の実施の形態1を示す回路構成図であり、前述(図12参照)と同様のものについては、同一符号を付して、または符号の後に「A」を付して、詳述を省略する。
【0032】
図1において、共振器5Aは、前述の90度インバータ線路7およびインダクタ21に代えて、マイクロストリップ線路6Aを備えている。
マイクロストリップ線路6Aは、可変容量ダイオード4とともに、共振器5A内の第2の共振回路を構成している。
【0033】
共振器5内の各共振回路の接続点において、第2の共振回路の反射位相が180度になる周波数は、所望の発振周波数foよりも高く設定され、第1の共振回路の反射位相が180度になる周波数は、共振器5の共振周波数が発振周波数foと一致するように、発振周波数foよりも低く設定されている。
これにより、共振周波数近傍での共振器5のQ値は、十分に高い値に設定されるようになっている。
【0034】
図2はこの発明の実施の形態1による共振器5Aの反射位相特性を示す説明図であり、2つの共振回路の接続点における共振器5Aの反射位相特性を示している。
図2において、細い実線11Aは第1の共振回路(マイクロストリップ線路8A)の反射位相特性を示し、破線12Aは第2の共振回路(可変容量ダイオード4およびマイクロストリップ線路6A)の反射位相特性を示し、太い実線13Aは共振器5Aの反射位相特性、foは所望の発振周波数を示している。
【0035】
次に、図2を参照しながら、図1に示したこの発明の実施の形態1による動作について説明する。
なお、図2のような周波数特性は、各ストリップ線路6A、8Aの線路長を調整することにより設定され得る。
【0036】
図2内の破線12Aで示すように、第2の共振回路(可変容量ダイオード4およびマイクロストリップ線路6A)の第1の短絡点(つまり、位相が180度になる点)は、所望の発振周波数foよりも十分に高い周波数f2Aに設定される。
【0037】
また、図2内の太い実線13Aで示すように、各共振回路が並列接続された共振器5Aの反射位相特性が、所望の発振周波数foで並列共振する(つまり、位相が0度となる)ように、マイクロストリップ線路8A(第1の共振回路)の第1の短絡点は、所望の発振周波数foよりも低い周波数f1Aに設定される。
【0038】
ここで、可変電圧電源2からのDC電圧を変化させて、可変容量ダイオード4の容量を変化させることにより、周波数f2Aが変化するので、これに応じて発振周波数foを変化させることができる。
【0039】
図2内の実線13Aで示される共振器5Aの反射位相特性は、2つの位相特性を示す実線11Aおよび破線12Aのうち、位相が180度に近い方(つまり、インピーダンスの低い方)に近づく特性があり、位相が急激に変化する。
【0040】
このことから、発振周波数foの近傍での実線13Aで示される位相特性は、各共振回路の位相の傾きに比べて、十分に大きな傾きを得ることができる。
したがって、発振周波数foの近傍での共振器5AのQ値を顕著に向上(増大)させることができる。
【0041】
上記構成からなる共振器5Aを有する電圧制御発振器は、Q値の高い状態で周波数を変化させることができ、位相雑音を低減させることができる。
【0042】
実施の形態2.
なお、上記実施の形態1では、第2の共振回路の反射位相特性(破線12A参照)の第1の短絡点での周波数f2Aを、第1の共振回路の反射位相特性(実線11A参照)の第2の短絡点での周波数f3Aよりも低く設定したが、各周波数f2A、f3Aの高低関係を逆に設定してもよい。
【0043】
図3は周波数f2Bを、周波数f3Bよりも高く設定したこの発明の実施の形態2による共振器5Bの反射位相特性を示す説明図であり、2つの共振回路の接続点における共振器5Bの反射位相特性を示している。
この場合、共振器5Bの回路構成は、図1に示した通りであり、各マイクロストリップ線路6A、8Aの線路長の設定値が異なるのみである。
【0044】
図3において、前述(図2参照)と同様のものについては、同一符号、または同一符号の後に「B」が付されており、細い実線11Bは第1の共振回路の反射位相特性、破線12Bは第2の共振回路の反射位相特性、太い実線13Bは共振器5Bの反射位相特性を示している。
【0045】
次に、図1とともに図3を参照しながら、この発明の実施の形態2による動作について説明する。
図3内の破線12Bのように、第2の共振回路の第1の短絡点は、所望の発振周波数foよりも十分に高い周波数f2Bに設定される。
【0046】
また、各共振回路を並列接続した共振器5Bの反射位相特性13Bが所望の発振周波数foで並列共振する(つまり、位相が0度となる)ように、第1の共振回路の第1の短絡点を、所望の発振周波数foよりも低い周波数f1Bに設定する。
【0047】
ここで、図1内の可変容量ダイオード4の容量を変化させることにより、周波数f2Bが変化するので、これに応じて発振周波数foも変化させることができる。
【0048】
このとき、第2の共振回路(破線12B参照)の第1の短絡点となる周波数f2Bを、第1の共振回路(実線11B参照)の第2の短絡点(つまり、位相が−180度になる点)となる周波数f3Bよりも高く設定しても、発振周波数foの近傍において、共振器5Bの反射位相特性(実線13B参照)は急激に変化するので、実施の形態1と同様の効果が得られる。
【0049】
実施の形態3.
なお、上記実施の形態1では、共振器5A内の各共振回路の接続点において、第2の共振回路の反射位相が180度になる周波数を発振周波数foよりも高く設定し、第1の共振回路の反射位相が180度になる周波数を、共振器5Aの共振周波数が発振周波数foと一致するように、発振周波数foよりも低く設定したが、各共振回路の反射位相が180度になる周波数を、発振周波数foに対して逆関係に設定してもよい。
【0050】
図4は各共振回路の反射位相が180度になる周波数を発振周波数foに対して逆関係に設定したこの発明の実施の形態3を示す回路構成図である。
図4において、前述(図1参照)と同様のものについては、同一符号を付して、または符号の後に「C」を付して、詳述を省略する。
【0051】
この場合、共振器5C内の各共振回路の接続点において、第1の共振回路の反射位相が180度になる周波数は、発振周波数foよりも高く設定され、第2の共振回路の反射位相が180度になる周波数は、共振器5Cの共振周波数が発振周波数foと一致するように、発振周波数foよりも低く設定されている。
【0052】
図5はこの発明の実施の形態3による共振器5Cの反射位相特性を示す説明図であり、各共振回路の接続点における共振器5Cの反射位相特性を示している。図5において、前述(図2参照)と同様のものには、同一符号、または符号の後に「C」が付されており、11Cは第1の共振回路の反射位相特性、12Cは第2共振回路の反射位相特性、13Cは共振器5Cの反射位相特性を示している。
【0053】
次に、図5を参照しながら、図4に示したこの発明の実施の形態3による動作について説明する。
図5内の直線11Cのように、第1の共振回路の第1の短絡点を、所望の発振周波数foよりも十分に高い周波数f1Cに設定する。
【0054】
また、共振器5Cの反射位相特性(実線13C参照)が所望の発振周波数foで並列共振する(つまり、位相が0度になる)ように、第2の共振回路の第1の短絡点を、所望の発振周波数foよりも低い周波数f2Cに設定する。
【0055】
ここで、可変容量ダイオード4の容量を変化させることにより、周波数f2Cが変化するので、これに応じて発振周波数foも変化させることができる。
【0056】
共振器5Cの反射位相特性(実線13C参照)は、2つの反射位相特性(実線11Cおよび破線12C参照)のうち、位相が180度に近い方(つまり、インピーダンスの低い方)に近づく特性があり、位相が急激に変化する。
【0057】
このことから、各共振回路の位相の傾きに比べて、共振器5Cの反射位相特性(実線13C参照)は、発振周波数foの近傍において十分に大きな傾きを得ることができ、したがって、共振器5CのQ値を顕著に向上させることができる。
【0058】
上記構成からなる共振器5Cを有する電圧制御発振器は、前述と同様に、Q値の高い状態で周波数を変化させることが可能となり、位相雑音を低減させることができる。
【0059】
実施の形態4.
なお、上記実施の形態3では、第1の共振回路の反射位相特性(実線11C参照)の第1の短絡点での周波数f1Cを、第2の共振回路の反射位相特性(破線12C参照)の第2の短絡点での周波数f4Cよりも低く設定したが、各周波数f1C、f4Cの高低関係を逆に設定してもよい。
【0060】
図6は周波数f1Dを、周波数f4Dよりも高く設定したこの発明の実施の形態4による共振器5Dの反射位相特性を示す説明図であり、2つの共振回路の接続点における共振器5Dの反射位相特性を示している。
この場合、共振器5Dの回路構成は、図4に示した通りであり、各マイクロストリップ線路6C、8Cの線路長の設定値が異なるのみである。
【0061】
図6において、前述(図5参照)と同様のものについては、同一符号、または同一符号の後に「D」が付されており、細い実線11Dは第1の共振回路の反射位相特性、破線12Dは第2の共振回路の反射位相特性、太い実線13Dは共振器5Dの反射位相特性を示している。
【0062】
次に、図5とともに図6を参照しながら、この発明の実施の形態4による動作について説明する。
第1の共振回路(実線11D参照)の第1の短絡点を所望の発振周波数foよりも十分に高い周波数f1Dに設定する。
【0063】
また、共振器5Dの反射位相特性(実線13D参照)が所望発振周波数foで並列共振する(つまり、位相が0度になる)ように、第2の共振回路(破線12D参照)の第1の短絡点を、所望の発振周波数foよりも低い周波数f2に設定する。
【0064】
ここで、可変容量ダイオード4(図4参照)の容量を変化させることにより、周波数f2Dが変化するので、これに応じて発振周波数foも変化させることができる。
【0065】
このとき、第1の共振回路(実線11D参照)の第1の短絡点f1Dを、第2の共振回路(破線12D参照)の第2の短絡点f4Dよりも高く設定しても、発振周波数foの近傍で共振器5Dの反射位相特性(実線13D参照)が急激に変化するので、前述の実施の形態3と同様の効果が得られる。
【0066】
実施の形態5.
なお、上記実施の形態1〜4では、第1の共振回路との接続点に第2の共振回路を直接的に接続したが、結合線路を介して接続してもよい。
【0067】
図7は第2の共振回路に結合線路を挿入したこの発明の実施の形態5を示す回路構成図である。
図7において、前述(図1、図4参照)と同様のものについては、同一符号を付して、または符号の後に「E」を付して、詳述を省略する。
【0068】
この場合、共振器5E内の各共振回路の接続点とマイクロストリップ線路6E(第2の回路要素)との間には、結合線路9Eが介在されている。
マイクロストリップ線路8Eは第1の共振回路を構成し、結合線路9E、マイクロストリップ線路6Eおよび可変容量ダイオード4は、第2の共振回路を構成している。
【0069】
図7のように、マイクロストリップ線路6Eに加えて、結合線路9Eを接続することにより、前述の作用効果に加えて、並列共振に必要なインダクタンス成分と帯域通過フィルタとの機能を兼ねることができ、所望の周波数帯域のみで第2の共振回路を動作させることができる。
【0070】
実施の形態6.
なお、上記実施の形態1〜5では、第1の共振回路を先端開放(または、先端短絡)のマイクロストリップ線路により構成したが、第2の共振回路と同様に、マイクロストリップ線路と可変容量ダイオードとの直列回路により構成してもよい。
【0071】
図8は第1の共振回路を第2の共振回路と同様に構成したこの発明の実施の形態6を示す回路構成図である。
図8において、前述(図1、図4、図7参照)と同様のものについては、同一符号を付して、または符号の後に「F」を付して、詳述を省略する。この場合も、動作原理は前述と同様である。
【0072】
2a、4aおよび6aは、それぞれ、第2の共振回路を構成する可変電圧電源、可変容量ダイオードおよびマイクロストリップ線路である。
同様に、2b、4bおよび6bは、それぞれ、第1の共振回路を構成する可変電圧電源、可変容量ダイオードおよびマイクロストリップ線路である。
【0073】
図9はこの発明の実施の形態6による共振器5Fの反射位相特性を示す説明図であり、各短絡点の周波数f1F、f2F、f4Fの設定方法は、前述と同様である。
【0074】
図8のように、第1の共振回路にも可変容量ダイオード4bを設けることにより、前述の作用効果に加えて、図9内の各共振回路の短絡点f1Fおよびf2Fを同時に動かすことができるので、Q値の変動を少なくすることができる。
【0075】
また、可変容量ダイオード4bに対する印加電圧として、可変電圧電源2aとは別の可変電圧電源2bからのDC電圧を設定することにより、可変周波数範囲を広くすることができる。
【0076】
実施の形態7.
なお、上記実施の形態1〜6では、各共振回路内の回路要素として、それぞれマイクロストリップ線路(分布定数線路)を設けたが、インダクタを設けてもよい。
【0077】
図10は共振器内のマイクロストリップ線路に代えてインダクタを設けたこの発明の実施の形態7を示す回路構成図である。
図10において、前述(図1、図4、図7、図8参照)と同様のものについては、同一符号を付して、または符号の後に「G」を付して、詳述を省略する。
【0078】
21aは各共振回路の接続点に接続されて第2の共振回路を構成するインダクタであり、他端は可変容量ダイオード4に接続されている。
21bは第2の共振回路を構成するインダクタであり、他端はグランドに接地されている。
【0079】
前述の実施の形態においては、共振回路に必要なインダクタンス成分をマイクロストリップ線路で作成していたが、このマイクロストリップ線路の個所を、図10のように集中定数のインダクタンス21a、21bに置換することにより、前述の作用効果に加えて、さらに小形化を実現するとともに、さらに高いQ値の設定が可能となる。
【0080】
実施の形態8.
なお、上記実施の形態1〜7では、アクティブ素子3として発振用FETを用いたが、バイポーラトランジスタやHBT、高移動度トランジスタ(HEMT)などを用いてもよい。
【0081】
この場合も、前述と同様に、共振器のQ値を高めることができるので、どの素子をアクティブ素子3として選択しても共通に適用することができる。
【0082】
また、たとえば、HEMTを用いることにより、さらに高周波化を実現することができ、バイポーラ系の素子を適用することにより、さらに位相雑音を低減させることができる。
【0083】
実施の形態9.
なお、上記実施の形態1〜8では、アクティブ素子3の出力端子を発振出力端子1に直接的に接続したが、N−1倍波反射回路を介在させてもよい。
【0084】
図11は、発振出力端子1とアクティブ素子3との間にN−1倍波反射回路を挿入したこの発明の実施の形態9を示す回路構成図である。
図11において、前述(図1、図4、図7、図8、図10参照)と同様のものについては、同一符号を付して、または符号の後に「H」を付して、詳述を省略する。
【0085】
この場合、アクティブ素子3の出力端子と発振出力端子1との間には、N−1倍波反射回路22Hが介在されている。
図11のように、電圧制御発振器の出力回路に、基本波を含むN−1倍波反射回路を設け、発振出力端子1から発振周波数foのN倍波を出力することにより、前述の作用効果に加えて、さらに発振周波数を高めることができる。
【0086】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、所望の発振周波数を供給する発振出力端子と、互いに並列接続された第1および第2の共振回路を有する共振器と、第1および第2の共振回路の接続点に接続された位相調整回路と、位相調整回路と発振出力端子との間に挿入されて負性抵抗を有する発振素子とを備え、第2の共振回路は、可変容量ダイオードを含み、可変容量ダイオードに印加されるDC電圧の大きさに応じて発振周波数が可変設定される電圧制御発振器であって、第1の共振回路は、第1の分布定数線路または集中定数インダクタを含む第1の回路要素により構成され、第2の共振回路は、第2の分布定数線路または集中定数インダクタを含む第2の回路要素と、第2の回路要素に直列接続された可変容量ダイオードとにより構成され、第1および第2の共振回路の接続点で第2の共振回路の反射位相が180度になる周波数は、発振周波数よりも高く設定され、第1および第2の共振回路の接続点で第1の共振回路の反射位相が180度になる周波数は、共振器の共振周波数が発振周波数と一致するように、発振周波数よりも低く設定されたので、発振周波数の近傍でのQ値を高めて位相雑音特性を改善した電圧制御発振器が得られる効果がある。
【0087】
また、この発明によれば、所望の発振周波数を供給する発振出力端子と、互いに並列接続された第1および第2の共振回路を有する共振器と、第1および第2の共振回路の接続点に接続された位相調整回路と、位相調整回路と発振出力端子との間に挿入されて負性抵抗を有する発振素子とを備え、第2の共振回路は、可変容量ダイオードを含み、可変容量ダイオードに印加されるDC電圧の大きさに応じて発振周波数が可変設定される電圧制御発振器であって、第1の共振回路は、第1の分布定数線路または集中定数インダクタを含む第1の回路要素により構成され、第2の共振回路は、第2の分布定数線路または集中定数インダクタを含む第2の回路要素と、第2の回路要素に直列接続された可変容量ダイオードとにより構成され、第1および第2の共振回路の接続点で第1の共振回路の反射位相が180度になる周波数は、発振周波数よりも高く設定され、第1および第2の共振回路の接続点で第2の共振回路の反射位相が180度になる周波数は、共振器の共振周波数が発振周波数と一致するように、発振周波数よりも低く設定されたので、発振周波数の近傍でのQ値を高めて位相雑音特性を改善した電圧制御発振器が得られる効果がある。
【0088】
また、この発明によれば、第2の共振回路は、第1および第2の共振回路の接続点と第2の回路要素との間に挿入された結合線路を含むので、並列共振に必要なインダクタンス成分と帯域通過フィルタとの機能を兼ねることができ、所望の周波数帯域のみで第2の共振回路を動作させることのできる電圧制御発振器が得られる効果がある。
【0089】
また、この発明によれば、第1の共振回路は、第1の回路要素に直列接続された第2の可変容量ダイオードを含むので、各共振回路の短絡点を同時に動かすことにより、Q値の変動を抑制することができるとともに、第2の可変容量ダイオードに対して個別に印加されるDC電圧を設定することにより、可変周波数範囲を広くすることのできる電圧制御発振器が得られる効果がある。
【0090】
また、この発明によれば、第1および第2の分布定数線路は、それぞれ、第1および第2のマイクロストリップ線路により構成されたので、線路長を容易に可変設定することができ、各共振回路の短絡点を容易に調整することのできる電圧制御発振器が得られる効果がある。
【0091】
また、この発明によれば、発振素子は、高移動度トランジスタまたはバイポーラトランジスタからなるアクティブ素子により構成されたので、さらに高周波化を実現し、または、さらに位相雑音を低減させることのできる電圧制御発振器が得られる効果がある。
【0092】
また、この発明によれば、発振素子と発振出力端子との間に挿入されたN−1倍波反射回路を備え、発振出力端子から発振周波数のN倍波を出力するようにしたので、さらに発振周波数を高めることのできる電圧制御発振器が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1を示す回路構成図である。
【図2】 この発明の実施の形態1による共振器の反射位相特性を示す説明図である。
【図3】 この発明の実施の形態2による共振器の反射位相特性を示す説明図である。
【図4】 この発明の実施の形態3を示す回路構成図である。
【図5】 この発明の実施の形態3による共振器の反射位相特性を示す説明図である。
【図6】 この発明の実施の形態4による共振器の反射位相特性を示す説明図である。
【図7】 この発明の実施の形態5を示す回路構成図である。
【図8】 この発明の実施の形態6を示す回路構成図である。
【図9】 この発明の実施の形態6による共振器の反射位相特性を示す説明図である。
【図10】 この発明の実施の形態7を示す回路構成図である。
【図11】 この発明の実施の形態9を示す回路構成図である。
【図12】 従来の電圧制御発振器を示す回路構成図である。
【図13】 従来の電圧制御発振器による動作を示す説明図である。
【図14】 従来の電圧制御発振器による共振器側の反射振幅を示す説明図である。
【図15】 従来の電圧制御発振器による発振素子側の反射振幅を示す説明図である。
【図16】 従来の電圧制御発振器によるループ利得を示す説明図である。
【図17】 従来の電圧制御発振器によるループ位相を示す説明図である。
【図18】 従来の電圧制御発振器による各共振回路の接続点の位相を示す説明図である。
【符号の説明】
1 発振出力端子、2、2a、2b 可変電圧電源、3 アクティブ素子、4、4a、4b 可変容量ダイオード、5A〜5H 共振器、6A、6a、6b、6C、6E、6H マイクロストリップ線路(第2の回路要素)、8A、8C、8E、8H マイクロストリップ線路(第1の共振回路)、9E 結合線路、10A、10C、10E〜10H 位相調整用のマイクロストリップ線路、11A〜11D、11F 第1の共振回路の反射位相特性、12A〜12D、12F 第2の共振回路の反射位相特性、13A〜13D、13F 共振器の反射位相特性、21a、21b 集中定数インダクタ、22H N−1倍波反射回路、f1A、f1D、f1F 第1の共振回路の位相短絡点、f2A、f2D、f2F 第2の共振回路の位相短絡点、fo 発振周波数。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a voltage controlled oscillator used for a transceiver such as a radio communication system and a radar system in a microwave band and a millimeter wave band, and more particularly to a voltage controlled oscillator with reduced phase noise.
[0002]
[Prior art]
FIG. 12 is a circuit configuration diagram showing a conventional voltage controlled oscillator.
In FIG. 12, 1 is an oscillation output terminal of the voltage controlled oscillator, and 5 is a resonator constituting the main body of the voltage controlled oscillator.
[0003]
[0004]
As will be described later, the oscillation frequency output from the
[0005]
[0006]
The 90-
[0007]
[0008]
The
[0009]
As shown in FIG. 12, the
[0010]
Next, the operation of the conventional voltage controlled oscillator shown in FIG. 12 will be described with reference to FIGS.
FIG. 13 is an explanatory view showing reflection on both sides when a conventional voltage controlled oscillator is separated, FIG. 14 is an explanatory view showing frequency characteristics of reflection gain (amplitude) on the
[0011]
In general, a voltage controlled oscillator creates a loop gain by connecting a
Further, the loop phase is superimposed in the same phase through the phase adjusting
[0012]
Further, generally, the
[0013]
In FIG. 12, an oscillation operation is performed by connecting a microstrip line 8 (first resonance circuit) having an open end to the
Further, by connecting a series resonance circuit composed of the
[0014]
At this time, as shown in FIG. 13, the voltage controlled oscillator shown in FIG. 12 is separated at the connection point between the
[0015]
Here, as shown in FIG. 14, the first reflection S11 has an amplitude characteristic having a loss at a desired (target) oscillation frequency fo.
The second reflection S22 is designed to have a gain at the oscillation frequency fo as shown in FIG.
[0016]
The sum of the reflections S11 and S22 is the loop gain, and the loop gain has a gain at the oscillation frequency fo as shown in FIG.
[0017]
On the other hand, with respect to the loop phase, the oscillation condition is satisfied in that the superposition of the phases of the reflections S11 and S22 becomes 0 [deg] (that is, in-phase) as shown in FIG.
Therefore, the design is performed so that the oscillation frequency fo becomes 0 degrees by appropriately setting the line length of the
[0018]
At this time, the entire phase of the
[0019]
The above configuration is described in, for example, a paper described in “Asia Pacific Microwave Conference” TU3A-1 held in 1998, “AV-band MMIC VCO with a Sub-Resonator Coupled by a 90-degree inverter”. .
[0020]
It is known that the phase noise characteristic in the voltage controlled oscillator as shown in FIG. 12 is better as the Q value of the
The Q value of the
[0021]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional voltage controlled oscillator uses the first resonance circuit composed of the
[0022]
The present invention has been made to solve the above-described problems. The setting conditions of the first and second resonance circuits in the resonator are changed, and each resonance circuit is connected at the connection point of each resonance circuit. By setting the frequency at which the reflection phase is 180 degrees to shift in the opposite direction from the oscillation frequency, a voltage controlled oscillator with improved phase noise characteristics can be obtained by increasing the Q value in the vicinity of the oscillation frequency. Objective.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
A voltage controlled oscillator according to the present invention includes an oscillation output terminal that supplies a desired oscillation frequency, a resonator having first and second resonance circuits connected in parallel to each other, and a connection between the first and second resonance circuits A phase adjustment circuit connected to the point, and an oscillation element having a negative resistance inserted between the phase adjustment circuit and the oscillation output terminal, the second resonance circuit including a variable capacitance diode, and a variable capacitance A voltage controlled oscillator in which an oscillation frequency is variably set according to the magnitude of a DC voltage applied to a diode, wherein the first resonance circuit includes a first distributed constant line or a lumped constant inductor. The second resonance circuit includes a second circuit element including a second distributed constant line or a lumped constant inductor, and a variable capacitance diode connected in series to the second circuit element. The frequency at which the reflection phase of the second resonance circuit is 180 degrees at the connection point of the first and second resonance circuits is set to be higher than the oscillation frequency, and the first is the connection point of the first and second resonance circuits. The frequency at which the reflection phase of the resonance circuit becomes 180 degrees is set lower than the oscillation frequency so that the resonance frequency of the resonator matches the oscillation frequency.
[0024]
The voltage controlled oscillator according to the present invention includes an oscillation output terminal for supplying a desired oscillation frequency, a resonator having first and second resonance circuits connected in parallel to each other, and first and second resonance circuits. A phase adjustment circuit connected to the connection point of the oscillation circuit, and an oscillation element having a negative resistance inserted between the phase adjustment circuit and the oscillation output terminal, the second resonance circuit includes a variable capacitance diode, A voltage controlled oscillator in which an oscillation frequency is variably set according to the magnitude of a DC voltage applied to a variable capacitance diode, wherein the first resonance circuit includes a first distributed constant line or a lumped constant inductor. The second resonant circuit includes a second circuit element including a second distributed constant line or a lumped constant inductor, and a variable capacitance diode connected in series to the second circuit element. The frequency at which the reflection phase of the first resonance circuit is 180 degrees at the connection point of the first and second resonance circuits is set higher than the oscillation frequency, and the connection point between the first and second resonance circuits is The frequency at which the reflection phase of the second resonance circuit becomes 180 degrees is set lower than the oscillation frequency so that the resonance frequency of the resonator matches the oscillation frequency.
[0025]
The second resonant circuit of the voltage controlled oscillator according to the present invention includes a coupled line inserted between the connection point of the first and second resonant circuits and the second circuit element.
[0026]
The first resonance circuit of the voltage controlled oscillator according to the present invention includes a second variable capacitance diode connected in series to the first circuit element.
[0027]
In addition, the first and second distributed constant lines of the voltage controlled oscillator according to the present invention are constituted by first and second microstrip lines, respectively.
[0028]
The oscillation element of the voltage controlled oscillator according to the present invention is constituted by an active element made of a high mobility transistor or a bipolar transistor.
[0029]
The voltage controlled oscillator according to the present invention includes an N-1 harmonic reflection circuit inserted between an oscillation element and an oscillation output terminal, and outputs an N harmonic of the oscillation frequency from the oscillation output terminal. .
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0031]
FIG. 1 is a circuit configuration
[0032]
In FIG. 1, a resonator 5A includes a
The
[0033]
The frequency at which the reflection phase of the second resonance circuit is 180 degrees at the connection point of each resonance circuit in the
Thereby, the Q value of the
[0034]
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the reflection phase characteristic of the resonator 5A according to the first embodiment of the present invention, and shows the reflection phase characteristic of the resonator 5A at the connection point of the two resonance circuits.
In FIG. 2, a thin
[0035]
Next, the operation according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.
Note that the frequency characteristics as shown in FIG. 2 can be set by adjusting the line lengths of the
[0036]
As indicated by a
[0037]
Further, as shown by a thick
[0038]
Here, since the frequency f2A changes by changing the DC voltage from the variable
[0039]
The reflection phase characteristic of the resonator 5A indicated by the
[0040]
From this, the phase characteristic indicated by the
Therefore, the Q value of the resonator 5A in the vicinity of the oscillation frequency fo can be significantly improved (increased).
[0041]
The voltage-controlled oscillator having the resonator 5A having the above configuration can change the frequency with a high Q value, and can reduce phase noise.
[0042]
In the first embodiment, the frequency f2A at the first short-circuit point of the reflection phase characteristic (see the
[0043]
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the reflection phase characteristic of the resonator 5B according to the second embodiment of the present invention in which the frequency f2B is set higher than the frequency f3B, and the reflection phase of the resonator 5B at the connection point of the two resonance circuits. The characteristics are shown.
In this case, the circuit configuration of the resonator 5B is as shown in FIG. 1, and only the set values of the line lengths of the
[0044]
In FIG. 3, the same reference numerals as those described above (see FIG. 2) are given the same reference numerals or “B” after the same reference numerals, and the thin
[0045]
Next, the operation according to
As indicated by a
[0046]
Further, the first short circuit of the first resonance circuit is set so that the reflection phase characteristic 13B of the resonator 5B in which the resonance circuits are connected in parallel resonates in parallel at the desired oscillation frequency fo (that is, the phase becomes 0 degree). The point is set to a frequency f1B lower than the desired oscillation frequency fo.
[0047]
Here, since the frequency f2B is changed by changing the capacitance of the
[0048]
At this time, the frequency f2B, which is the first short circuit point of the second resonance circuit (see the
[0049]
In the first embodiment, the frequency at which the reflection phase of the second resonance circuit is 180 degrees is set higher than the oscillation frequency fo at the connection point of each resonance circuit in the resonator 5A, and the first resonance The frequency at which the reflection phase of the circuit is 180 degrees is set lower than the oscillation frequency fo so that the resonance frequency of the resonator 5A matches the oscillation frequency fo, but the frequency at which the reflection phase of each resonance circuit is 180 degrees. May be set in an inverse relationship to the oscillation frequency fo.
[0050]
FIG. 4 is a circuit configuration
In FIG. 4, the same components as those described above (see FIG. 1) are denoted by the same reference numerals or “C” after the reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0051]
In this case, the frequency at which the reflection phase of the first resonance circuit is 180 degrees at the connection point of each resonance circuit in the
[0052]
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the reflection phase characteristic of the
[0053]
Next, the operation according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 4 will be described with reference to FIG.
As shown by a
[0054]
Further, the first short-circuit point of the second resonance circuit is set so that the reflection phase characteristic of the
[0055]
Here, since the frequency f2C is changed by changing the capacitance of the
[0056]
The reflection phase characteristic of the
[0057]
From this, the reflection phase characteristic of the
[0058]
As described above, the voltage controlled oscillator having the
[0059]
In the third embodiment, the frequency f1C at the first short circuit point of the reflection phase characteristic (see the
[0060]
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the reflection phase characteristics of the resonator 5D according to the fourth embodiment of the present invention in which the frequency f1D is set higher than the frequency f4D, and the reflection phase of the resonator 5D at the connection point of the two resonance circuits. The characteristics are shown.
In this case, the circuit configuration of the resonator 5D is as shown in FIG. 4, and only the set values of the line lengths of the
[0061]
In FIG. 6, the same reference numerals as those described above (see FIG. 5) are given the same reference numerals or “D” after the same reference numerals, and the thin
[0062]
Next, the operation according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6 together with FIG.
The first short-circuit point of the first resonance circuit (see
[0063]
Further, the first resonance circuit (see the
[0064]
Here, since the frequency f2D is changed by changing the capacitance of the variable capacitance diode 4 (see FIG. 4), the oscillation frequency fo can be changed accordingly.
[0065]
At this time, even if the first short circuit point f1D of the first resonance circuit (see the
[0066]
In the first to fourth embodiments, the second resonant circuit is directly connected to the connection point with the first resonant circuit. However, the second resonant circuit may be connected via a coupling line.
[0067]
FIG. 7 is a circuit configuration
In FIG. 7, the same components as those described above (see FIGS. 1 and 4) are denoted by the same reference numerals, or “E” after the reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0068]
In this case, a
The
[0069]
As shown in FIG. 7, by connecting the
[0070]
Embodiment 6 FIG.
In the first to fifth embodiments described above, the first resonance circuit is configured by a microstrip line with an open tip (or short-circuited tip). However, similarly to the second resonance circuit, the microstrip line and the variable capacitance diode are used. You may comprise by a series circuit.
[0071]
FIG. 8 is a circuit configuration diagram showing Embodiment 6 of the present invention in which the first resonance circuit is configured in the same manner as the second resonance circuit.
In FIG. 8, the same components as those described above (see FIGS. 1, 4, and 7) are denoted by the same reference numerals, or “F” after the reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Also in this case, the operation principle is the same as described above.
[0072]
Reference numerals 2a, 4a, and 6a denote a variable voltage power source, a variable capacitance diode, and a microstrip line that form the second resonance circuit, respectively.
Similarly, 2b, 4b, and 6b are a variable voltage power source, a variable capacitance diode, and a microstrip line that constitute the first resonance circuit, respectively.
[0073]
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the reflection phase characteristics of the
[0074]
As shown in FIG. 8, by providing the
[0075]
Further, by setting a DC voltage from a variable voltage power supply 2b different from the variable voltage power supply 2a as a voltage applied to the
[0076]
In the first to sixth embodiments, the microstrip line (distributed constant line) is provided as the circuit element in each resonance circuit, but an inductor may be provided.
[0077]
FIG. 10 is a circuit diagram showing a seventh embodiment of the present invention in which an inductor is provided in place of the microstrip line in the resonator.
In FIG. 10, the same components as those described above (see FIGS. 1, 4, 7, and 8) are denoted by the same reference numerals or “G” after the reference numerals, and detailed description thereof is omitted. .
[0078]
[0079]
In the above-described embodiment, the inductance component necessary for the resonance circuit is created by the microstrip line. However, the location of the microstrip line is replaced with the lumped
[0080]
Although the oscillation FET is used as the
[0081]
In this case as well, since the Q value of the resonator can be increased as described above, it can be applied in common regardless of which element is selected as the
[0082]
Further, for example, higher frequency can be realized by using HEMT, and phase noise can be further reduced by applying a bipolar element.
[0083]
Embodiment 9 FIG.
In the above first to eighth embodiments, the output terminal of the
[0084]
FIG. 11 is a circuit configuration diagram showing Embodiment 9 of the present invention in which an N−1 harmonic reflection circuit is inserted between the
In FIG. 11, the same components as those described above (see FIGS. 1, 4, 7, 8, and 10) are denoted by the same reference numerals or “H” after the reference numerals. Is omitted.
[0085]
In this case, an N-1
As shown in FIG. 11, the N-1 harmonic reflection circuit including the fundamental wave is provided in the output circuit of the voltage controlled oscillator and the N harmonic wave of the oscillation frequency fo is output from the
[0086]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the oscillation output terminal for supplying a desired oscillation frequency, the resonator having the first and second resonance circuits connected in parallel to each other, and the first and second resonance circuits A phase adjustment circuit connected to the connection point of the oscillation circuit, and an oscillation element having a negative resistance inserted between the phase adjustment circuit and the oscillation output terminal, the second resonance circuit includes a variable capacitance diode, A voltage controlled oscillator in which an oscillation frequency is variably set according to the magnitude of a DC voltage applied to a variable capacitance diode, wherein the first resonance circuit includes a first distributed constant line or a lumped constant inductor. The second resonance circuit includes a second circuit element including a second distributed constant line or a lumped constant inductor, and a variable capacitance diode connected in series to the second circuit element. The frequency at which the reflection phase of the second resonance circuit is 180 degrees at the connection point of the first and second resonance circuits is set to be higher than the oscillation frequency, and the first is the connection point of the first and second resonance circuits. The frequency at which the reflection phase of the resonance circuit is 180 degrees is set lower than the oscillation frequency so that the resonance frequency of the resonator matches the oscillation frequency. There is an effect that a voltage controlled oscillator having improved noise characteristics can be obtained.
[0087]
Further, according to the present invention, an oscillation output terminal that supplies a desired oscillation frequency, a resonator having first and second resonance circuits connected in parallel to each other, and a connection point between the first and second resonance circuits A phase adjustment circuit connected to the oscillation circuit, and an oscillation element having a negative resistance inserted between the phase adjustment circuit and the oscillation output terminal. The second resonance circuit includes a variable capacitance diode, and the variable capacitance diode And a first circuit element including a first distributed constant line or a lumped constant inductor, wherein the oscillation frequency is variably set according to the magnitude of the DC voltage applied to the first resonant circuit. The second resonant circuit includes a second circuit element including a second distributed constant line or a lumped constant inductor, and a variable capacitance diode connected in series to the second circuit element. Oh The frequency at which the reflection phase of the first resonance circuit is 180 degrees at the connection point of the second resonance circuit is set to be higher than the oscillation frequency, and the second resonance is generated at the connection point of the first and second resonance circuits. The frequency at which the reflection phase of the circuit is 180 degrees is set lower than the oscillation frequency so that the resonance frequency of the resonator matches the oscillation frequency. Therefore, the Q value near the oscillation frequency is increased to increase the phase noise characteristic. There is an effect that a voltage-controlled oscillator with improved can be obtained.
[0088]
In addition, according to the present invention, the second resonance circuit includes the coupling line inserted between the connection point of the first and second resonance circuits and the second circuit element, so that it is necessary for parallel resonance. There is an effect that a voltage-controlled oscillator that can serve both as an inductance component and a band-pass filter and can operate the second resonance circuit only in a desired frequency band is obtained.
[0089]
In addition, according to the present invention, the first resonant circuit includes the second variable capacitance diode connected in series with the first circuit element. Therefore, by simultaneously moving the short-circuit point of each resonant circuit, the Q value In addition to being able to suppress fluctuations, there is an effect that a voltage controlled oscillator capable of widening the variable frequency range can be obtained by setting a DC voltage individually applied to the second variable capacitance diode.
[0090]
Further, according to the present invention, since the first and second distributed constant lines are constituted by the first and second microstrip lines, respectively, the line length can be easily variably set, and each resonance There is an effect that a voltage controlled oscillator capable of easily adjusting the short-circuit point of the circuit can be obtained.
[0091]
Further, according to the present invention, since the oscillating element is composed of an active element composed of a high mobility transistor or a bipolar transistor, a voltage controlled oscillator capable of realizing higher frequency or further reducing phase noise. Is effective.
[0092]
In addition, according to the present invention, the N-1 harmonic reflection circuit inserted between the oscillation element and the oscillation output terminal is provided, and the N harmonic of the oscillation frequency is output from the oscillation output terminal. There is an effect of obtaining a voltage controlled oscillator capable of increasing the oscillation frequency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing reflection phase characteristics of the resonator according to the first embodiment of the invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing reflection phase characteristics of a resonator according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit configuration
FIG. 5 is an explanatory diagram showing reflection phase characteristics of a resonator according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing reflection phase characteristics of a resonator according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a circuit configuration
FIG. 8 is a circuit configuration diagram showing Embodiment 6 of the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing reflection phase characteristics of a resonator according to a sixth embodiment of the invention.
FIG. 10 is a circuit configuration
FIG. 11 is a circuit configuration diagram showing Embodiment 9 of the present invention.
FIG. 12 is a circuit configuration diagram showing a conventional voltage controlled oscillator.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing the operation of a conventional voltage controlled oscillator.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing the reflection amplitude on the resonator side by a conventional voltage controlled oscillator.
FIG. 15 is an explanatory diagram showing the reflection amplitude on the oscillation element side by a conventional voltage controlled oscillator.
FIG. 16 is an explanatory diagram showing loop gain by a conventional voltage controlled oscillator.
FIG. 17 is an explanatory diagram showing a loop phase by a conventional voltage controlled oscillator.
FIG. 18 is an explanatory diagram showing a phase of a connection point of each resonance circuit by a conventional voltage controlled oscillator.
[Explanation of symbols]
1
Claims (7)
互いに並列接続された第1および第2の共振回路を有する共振器と、
前記第1および第2の共振回路の接続点に接続された位相調整回路と、
前記位相調整回路と前記発振出力端子との間に挿入されて負性抵抗を有する発振素子とを備え、
前記第2の共振回路は、可変容量ダイオードを含み、
前記可変容量ダイオードに印加されるDC電圧の大きさに応じて前記発振周波数が可変設定される電圧制御発振器であって、
前記第1の共振回路は、第1の分布定数線路または集中定数インダクタを含む第1の回路要素により構成され、
前記第2の共振回路は、第2の分布定数線路または集中定数インダクタを含む第2の回路要素と、前記第2の回路要素に直列接続された前記可変容量ダイオードとにより構成され、
前記第1および第2の共振回路の接続点で前記第2の共振回路の反射位相が180度になる周波数は、前記発振周波数よりも高く設定され、
前記第1および第2の共振回路の接続点で前記第1の共振回路の反射位相が180度になる周波数は、前記共振器の共振周波数が前記発振周波数と一致するように、前記発振周波数よりも低く設定されたことを特徴とする電圧制御発振器。An oscillation output terminal for supplying a desired oscillation frequency;
A resonator having first and second resonant circuits connected in parallel to each other;
A phase adjustment circuit connected to a connection point of the first and second resonance circuits;
An oscillation element having a negative resistance inserted between the phase adjustment circuit and the oscillation output terminal;
The second resonant circuit includes a variable capacitance diode,
A voltage controlled oscillator in which the oscillation frequency is variably set according to the magnitude of a DC voltage applied to the variable capacitance diode;
The first resonant circuit is constituted by a first circuit element including a first distributed constant line or a lumped constant inductor,
The second resonant circuit includes a second circuit element including a second distributed constant line or a lumped constant inductor, and the variable capacitance diode connected in series to the second circuit element.
The frequency at which the reflection phase of the second resonance circuit is 180 degrees at the connection point of the first and second resonance circuits is set higher than the oscillation frequency,
The frequency at which the reflection phase of the first resonance circuit is 180 degrees at the connection point of the first and second resonance circuits is greater than the oscillation frequency so that the resonance frequency of the resonator matches the oscillation frequency. A voltage-controlled oscillator characterized by being set low.
互いに並列接続された第1および第2の共振回路を有する共振器と、
前記第1および第2の共振回路の接続点に接続された位相調整回路と、
前記位相調整回路と前記発振出力端子との間に挿入されて負性抵抗を有する発振素子とを備え、
前記第2の共振回路は、可変容量ダイオードを含み、
前記可変容量ダイオードに印加されるDC電圧の大きさに応じて前記発振周波数が可変設定される電圧制御発振器であって、
前記第1の共振回路は、第1の分布定数線路または集中定数インダクタを含む第1の回路要素により構成され、
前記第2の共振回路は、第2の分布定数線路または集中定数インダクタを含む第2の回路要素と、前記第2の回路要素に直列接続された前記可変容量ダイオードとにより構成され、
前記第1および第2の共振回路の接続点で前記第1の共振回路の反射位相が180度になる周波数は、前記発振周波数よりも高く設定され、
前記第1および第2の共振回路の接続点で前記第2の共振回路の反射位相が180度になる周波数は、前記共振器の共振周波数が前記発振周波数と一致するように、前記発振周波数よりも低く設定されたことを特徴とする電圧制御発振器。An oscillation output terminal for supplying a desired oscillation frequency;
A resonator having first and second resonant circuits connected in parallel to each other;
A phase adjustment circuit connected to a connection point of the first and second resonance circuits;
An oscillation element having a negative resistance inserted between the phase adjustment circuit and the oscillation output terminal;
The second resonant circuit includes a variable capacitance diode,
A voltage controlled oscillator in which the oscillation frequency is variably set according to the magnitude of a DC voltage applied to the variable capacitance diode;
The first resonant circuit is constituted by a first circuit element including a first distributed constant line or a lumped constant inductor,
The second resonant circuit includes a second circuit element including a second distributed constant line or a lumped constant inductor, and the variable capacitance diode connected in series to the second circuit element.
The frequency at which the reflection phase of the first resonant circuit is 180 degrees at the connection point of the first and second resonant circuits is set higher than the oscillation frequency,
The frequency at which the reflection phase of the second resonance circuit is 180 degrees at the connection point of the first and second resonance circuits is greater than the oscillation frequency so that the resonance frequency of the resonator matches the oscillation frequency. A voltage-controlled oscillator characterized by being set low.
前記発振出力端子から前記発振周波数のN倍波を出力することを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の電圧制御発振器。An N-1 harmonic reflection circuit inserted between the oscillation element and the oscillation output terminal;
The voltage controlled oscillator according to any one of claims 1 to 6, wherein an N-fold wave of the oscillation frequency is output from the oscillation output terminal.
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