JP5451987B2

JP5451987B2 - 電圧制御発振器

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Publication number: JP5451987B2
Application number: JP2008133302A
Authority: JP
Inventors: 和広西田; 憲司川上; 正臣津留; 浩之水谷; 護重檜枝
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-11-22
Filing date: 2008-05-21
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2028-05-21
Also published as: JP2009147899A

Description

この発明は、例えばマイクロ波帯やミリ波帯の電圧制御発振器に関し、特に電圧制御発振器の低位相雑音化に関するものである。

従来の低位相雑音発振器としては、例えば、特許第３１７５７６３号がある。基本波の波長と比較して十分に短い長さをδとしたとき、基本波の１／４波長よりδだけ短い先端開放スタブと、基本波の１／４波長よりδだけ長い先端開放スタブとを並列接続した、全長が１／２波長である線路共振器を有した構成である。ここでいう波長とは、先端開放スタブや先端短絡スタブや伝送線路を伝播する電磁波の実効波長をさす。共振回路が非常に急峻な周波数特性を持っているため、Ｑ値を高めることができ、低位相雑音化が実現されている。δはより小さいほど、急峻な周波数特性が得られる。また、この発振器の発振周波数は固定である。

また、線路共振器への入出力結合法として、外部Ｑ（Ｑｅ）の調整が容易なタップ結合法がある。この手法を用いたタップ結合型共振器は、例えば、アイ・イー・アイ・シー・イートランザクションズオンエレクトロニクス第Ｅ８３−Ｃ巻、１７６３頁（IEICE TRANSACTIONS on Electronics vol．E83-C， no．7， p．1763-1775，2000）に記載されている。タップ結合法は、線路共振器の側面の中間位置に対して入出力部を接続しその位置変化によってＱｅを調整することができる。Ｑｅを変えることで、入出力と線路共振器との結合度を変えることができる。

特許第３１７５７６３号公報 IEICE TRANSACTIONS on Electronics vol．E83-C， no．7， p．1763-1775，2000

上述した特許第３１７５７６３号で実施例として示されているのは、発振周波数が固定の発振器である。これを、バラクタダイオードなどの可変リアクタンス素子を含む同調回路を装荷することで電圧制御発振器とする。ただし、能動回路と同調回路とを線路で接続し、特許第３１７５７６３号で示される基本波の１／４波長よりδだけ短い先端開放スタブと、基本波の１／４波長よりδだけ長い先端開放スタブとを並列接続した共振器を、その線路上に接続した場合、以下のような問題が生じる。

位相雑音を低くするため、反射位相の周波数特性が急峻となるようδを小さくすると、逆に、同調回路と共振器との間の結合が小さくなり、周波数同調範囲が狭くなる。一方、同調範囲を大きくするため、δを大きくすると、逆に位相雑音が悪くなるという問題がある。つまり、同調範囲と位相雑音とはδで関連づけられており、それぞれの特性がトレードオフの関係にあり、設定の自由度が小さいという課題がある。

この発明は上記の課題を解決するためになされたもので、発振周波数を変化させる同調回路を有し、さらに、同調範囲と位相雑音の設定の自由度を高めた電圧制御発振器を得ることを目的とする。

この発明に係わる電圧制御発振器は、線路長が基本波周波数において１／２波長となる両端開放線路からなる線路共振器と、反射利得を有する能動回路と、インダクタとバラクタダイオードとからなる直列共振回路に９０°インバータ回路を直列接続して形成され、制御電圧によってリアクタンス値が可変である同調回路と、を備え、前記能動回路を前記両端開放線路の前記基本波周波数におけるショート位置から所定の位相雑音に基づいて選定された波長分θ1隔てた位置で前記両端開放線路に接続し、前記同調回路を前記両端開放線路の前記基本波周波数におけるショート位置から所定の周波数同調範囲に基づいて選定された波長分θ2隔てた位置で前記両端開放線路に接続したものである。

この発明は、能動回路を両端開放線路の前記基本波周波数におけるショート位置から所定の位相雑音に基づいて選定された波長分θ₁隔てた位置で前記両端開放線路に接続し、同調回路を両端開放線路の前記基本波周波数におけるショート位置から所定の周波数同調範囲に基づいて選定された波長分θ₂隔てた位置で前記両端開放線路に接続するので、θ₁とθ₂を別々に設定でき、位相雑音と同調範囲の設定の自由度を高めた電圧制御発振器を得られる効果がある。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。図中、１は、基本波周波数において１／２波長となる両端開放の線路共振器を示すブロック、２は、制御電圧によってリアクタンス値が可変である同調回路を示すブロック、３は、反射利得をもつ能動回路を示すブロック、４は、発振出力が取り出される負荷抵抗である。能動回路３は線路共振器１の基本波周波数におけるショート点となる中間位置からθ₁の位置にタップ結合で接続され、同調回路２は線路共振器１の基本波周波数におけるショート点となる中間位置からθ₂の位置にタップ結合で接続されているのが特徴である。

同調回路２は、たとえば図１に示すように、インダクタ２ｂとバラクタダイオード２ｃとからなる直列共振回路に９０°インバータ回路２ａを直列接続した回路とする。また、能動回路３は、能動素子３ａのエミッタ端子には、帰還用の先端短絡スタブ３ｂを接続し、ベース端子には、伝送線路３ｃが接続され、コレクタ端子には、伝送線路３ｃと帰還用の先端開放スタブ３ｄ、さらに直流阻止用のキャパシタ３ｅが接続されている。

まず、動作原理について説明する。最初に、低位相雑音となる原理を説明する。発振器の低位相雑音化のためには、共振器のＱ値を高めることが重要である。共振器のＱ値と共振器の反射位相の傾きとは比例の関係にあることが知られている。線路共振器１へのタップ結合による接続では、θ₁を小さくすることで外部Ｑを高め、反射位相の傾きを大きくすることができる。

そこで、図２に、能動回路３から線路共振器１側を見た反射位相の計算結果を、１８０°先端開放スタブの共振器での反射位相と比較して示す。計算では、θ₁は１／３６波長に設定した。図２より、基本波周波数ｆｏにおいて、１８０°先端開放スタブの共振器での反射位相と比較して、図１の線路共振器での反射位相が、非常に急峻な周波数特性を持っていることが分かる。そのため、Ｑ値を高めることができ、発振器の低位相雑音化が実現できる。

次に、周波数同調範囲について述べる。線路共振器１への同調回路２のタップ結合による接続において、θ₂が０の場合を考える。このとき、同調回路２が接続される位置は、基本波周波数において、線路共振器１のショート点にあたる。ショート点に同調回路２を接続してもインピーダンスは変化しないため、同調範囲は、ほぼ０である。よって、同調回路２と線路共振器１との間の結合はほぼ０である。また、θ₂が大きくなるに従って、同調回路２と線路共振器１との間の結合が大きくなり、同調範囲も広くなる。つまり、θ₂によって同調範囲が設定可能である。

図３に、同調回路２が線路共振器１に接続される位置θ₂と周波数同調範囲の関係の計算例を示す。また、図４に、能動回路３が線路共振器１に接続される位置θ₁と位相雑音の関係の計算例を示す。計算には、ハーモニック・バランス法を用いた。図３のグラフより、θ₂が大きくなるに従って、同調範囲が広くなることが分かる。また、図４のグラフより、θ₁が小さくなるに従って、位相雑音が下がることが分かる。

以上のように、この実施の形態１によれば、線路共振器１と同調回路２および能動回路３とを接続する位置θ₁、θ₂を別々に設定できるため、低位相雑音化と同調範囲との設定に自由度をもたせることができる。線路共振器１の構成については、マイクロストリップ線路、コ・プレーナウェーブガイド線路、トリプレート線路など種々の線路への適用が考えられる。また、能動素子３ａについても、以上の実施の形態では、バイポーラトランジスタの場合について述べたが、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）、ダイオードなど、様々な種類のデバイスを用いたマイクロ波発振器にも適用できる。

また、マイクロ波発振器の回路形式についても、９０°インバータ線路２ａの通過位相は、必ずしも９０°である必要はない。図５に示すように、同調回路２と能動回路３とが、線路共振器１の同じ側にあっても同様の効果が得られる。図１および図５では、マイクロストリップ線路などシングルエンドタイプの電圧制御発振器について説明したが、差動タイプの電圧制御発振器でも良い。さらに、実施の形態１では基本波出力の電圧制御発振器について説明したが、たとえば能動回路３の先端開放スタブ３ｄの長さを基本波の周波数で１／４波長として、２倍波を取り出す構成としても良い。

実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。図６では、実施の形態１による電圧制御発振器において、線路共振器１を基本波周波数において１／４波長となる一端が接地、もう一端が開放となる線路共振器５に置換えた構成である。線路共振器５の接地端が、実施の形態１による電圧制御発振器における線路共振器１の中間位置、つまりショート点に対応する。なお、図６において、図１と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。

まず、動作原理について説明する。最初に、低位相雑音となる原理を説明する。線路長がθ₁の先端短絡スタブと線路長が１／４波長よりθ₁だけ長い先端開放スタブのインピーダンスについて考える。伝送線路は無損失であると仮定すると、基本波周波数における線路長がθ₁の先端短絡スタブの入力インピーダンスＺ_iは、
Ｚ_i＝ｊＺ₀ｔａｎ（βθ₁）＝−ｊＺ₀ｃｏｔβ（λ／４＋θ₁）ここで、Ｚ₀は線路の特性インピーダンス、βは位相定数、λは基本波周波数における波長を表す。
つまり、線路長がθ₁の先端短絡スタブと線路長が１／４波長よりθ₁だけ長い先端開放スタブとは、基本波周波数において等価な入力インピーダンスを有する。したがって、能動回路３側から線路共振器５側をみた反射位相は、図２と同等となる。反射位相は、非常に急峻な周波数特性をもち、低位相雑音の電圧制御発振器が得られる。

次に、周波数同調範囲について述べる。線路共振器５への同調回路２のタップ結合での接続において、θ₂が０の場合を考える。同調回路２が接続される位置は、基本波周波数において、線路共振器１の短絡点にあたる。短絡点に同調回路２を接続してもインピーダンスは変化しないため、同調範囲は、ほぼ０である。よって、同調回路２と線路共振器１との間の結合は０である。また、θ₂が大きくなるに従って、同調回路２と線路共振器１との間の結合が大きくなり、同調範囲も広くなる。つまり、θ₂によって同調範囲が設定可能である。

以上のように、この実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果が得られ、さらに、線路共振器の長さが半分で良いため、回路の小型化が可能である。

実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図であり、この発明の実施の形態１による電圧制御発振器において、線路共振器１の長さを基本波周波数においてｎ／２波長（ｎ：３以上の奇数）とした構成である。図１と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。
この実施の形態３では線路共振器が実施の形態１より大きくなるが、実施の形態１と同様の効果が得られる。

なお、図７では、線路共振器１の基本波周波数におけるショート点として、線路共振器１の中間付近のショート点を選定し、そのショート点からθ₁の位置にタップ結合で能動回路３を接続し、θ₂の位置にタップ結合で同調回路２を接続した場合を例示して説明したが、線路共振器１のその他のショート点からそれぞれθ₁、θ₂の位置に、能動回路１と同調回路２を接続した場合も上記同様の効果を得られる。

実施の形態４．
図８は、この発明の実施の形態４による電圧制御発振器の構成を示す構成説明図であり、この発明の実施の形態２による電圧制御発振器において、線路共振器５の長さを基本波周波数において（１／４＋ｎ／２）波長（ｎ：２以上の偶数）とした構成である。図６と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。
この実施の形態４では線路共振器が実施の形態２より大きくなるが、実施の形態２と同様の効果が得られる。

実施の形態５．
図９は、この発明の実施の形態５による電圧制御発振器の構成を示す構成説明図である。実施の形態３による電圧制御発振器において、線路共振器１の中間位置からθ₃の位置に、別の同調回路２をさらに設けた構成である。図７と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。それぞれの同調回路２の線路共振器１との結合度合いは、独立にθ₂およびθ₃のみで決定されるため、θ₂とθ₃を異なる長さに設定することで、それぞれに異なる同調範囲の設定が可能になり、同調感度が異なる周波数制御手段を得られる効果がある。

なお、図９では、線路共振器１の基本波周波数におけるショート点として、線路共振器１の中間付近のショート点を選定し、そのショート点からθ₁の位置にタップ結合で能動回路３を接続し、θ₂とθ₃の位置にタップ結合でそれぞれ同調回路２を接続した場合を例示して説明したが、線路共振器１のその他のショート点からそれぞれθ₁、θ₂、θ₃の位置に、能動回路１と２つの同調回路２を接続した場合も上記同様の効果を得られる。

また、上記図９の説明では、実施の形態３で示した図７を用いて実施の形態５に係わる発明を説明したが、これに限るものではなく、例えば実施の形態１〜４のいずれを用いても前記同様に構成でき、同様の効果を奏する。

実施の形態６．
図１０は、この発明の実施の形態６に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。実施の形態６は、この発明の実施の形態１による電圧制御発振器において、能動回路３と線路共振器１との間に直列に抵抗６を挿入した構成である。図中、図１と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。
図１の電圧制御発振器において、低位相雑音化のためθ₁を小さくしていくと、位相の傾きが急峻になり、所望の発振周波数と、所望の発振周波数以外で発振条件を満足する周波数と、の間の周波数間隔が狭くなる。そのため、能動回路の帯域によっては、所望周波数以外の発振条件を満足する周波数で不要な利得をもち、不要発振の原因となる。この不要発振を防止するために、抵抗６を挿入している。

図１１に、図１０において能動回路３から共振回路側をみた等価回路を示す。線路共振器１および同調回路２の合成回路は、インダクタンスが可変である並列共振回路７とみなすことができる。
並列共振回路７は、並列共振周波数においてはインピーダンスが大きいため、直列に抵抗６を挿入しても、インピーダンスの変化は小さく、反射損失への影響も小さい。しかし、共振周波数以外においては、抵抗６の影響により損失が大きくなる。そのため、所望周波数での反射損失を変えることなく、所望周波数以外での反射損失を大きくして、不要発振を抑制することができる。
抵抗挿入の効果を示すため、発振条件の計算に用いられるループ特性での比較を行なう。ここで、ループ特性とは、発振器の回路を能動回路と共振回路との間で切断したときの、共振回路側をみたＳパラメータと能動回路側をみたＳパラメータとの積で表す。このループ特性において、位相が０度、かつ利得が０ｄＢより大きい周波数において、発振器が発振する。

図１２に抵抗がないとき（図１の構成に相当）のループ特性の例のグラフを示す。図１２より、所望周波数ｆｏにおいて、位相が０度かつ利得が５ｄＢ以上であり、発振条件を満足している。ただし、０．７ｆｏ近傍の周波数においても、利得が２ｄＢ程度あり、発振条件を満足するため、不要発振する可能性がある。図１３に抵抗を挿入したとき（図１０の構成に相当）のループ特性の例のグラフを示す。抵抗挿入の効果により、ｆｏ以外の周波数で、利得が０ｄＢ以下に抑圧されていることが分かる。

以上のように、実施の形態６の電圧制御発振器によれば、線路共振器と能動回路との間に直列に抵抗を挿入することで、電圧制御発振器における不要な発振を抑制する効果が得られる。

実施の形態７．
図１４は、この発明の実施の形態７に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図であり、この発明の実施の形態１による電圧制御発振器において、能動回路３と線路共振器１との間に、基本波周波数において１／４波長の線路９を介して、一端が接地された並列の抵抗８を挿入した構成である。図中、図１と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。
図１５に、図１４において能動回路２から共振回路側をみた等価回路を示す。線路共振器１および同調回路２の合成回路は並列共振回路とみなせ、さらに１／４波長の線路９を介することで、全体としてはキャパシタンスが可変である直列共振回路１０とみなすことができる。

このとき、電圧制御発振器の発振条件の観点からは、１／４波長の線路９を挿入したことで、能動回路３と線路共振器１との間の長さが変わるため、所望の周波数で発振条件を満たすように、伝送線路３ｃの線路長を再設定する必要がある。
直列共振回路１０は、直列共振周波数においてはインピーダンスが小さいため、一端が接地された並列の抵抗８を接続しても、インピーダンスの変化は小さく、反射損失への影響も小さい。しかし、共振周波数以外においては、一端が接地された並列の抵抗８の影響により損失が大きくなる。そのため、所望周波数での反射損失を変えることなく、所望周波数以外での反射損失を大きくして、不要発振を抑制することができる。

以上のように、実施の形態７の電圧制御発振器によれば、能動回路と線路共振器との間に、線路共振器から基本波周波数において１／４波長隔てた位置に接続され、一端が接地された並列の抵抗を備えたので、実施の形態６と同様に、電圧制御発振器における不要な発振を抑制する効果が得られる。

実施の形態８．
図１６は、この発明の実施の形態８に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。実施の形態８は、実施の形態１による電圧制御発振器において、同調回路２と線路共振器１との間に直列に抵抗６を挿入した構成である。図中、図１と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。
図１６においては、同調回路が並列共振回路とみなせるので、並列共振周波数においてはインピーダンスが大きいため、直列に抵抗６を挿入しても、インピーダンスの変化は小さく、反射損失への影響も小さい。しかし、共振周波数以外においては、抵抗６の影響により損失が大きくなる。そのため、所望周波数での反射損失を変えることなく、所望周波数以外での反射損失を大きくして、不要発振を抑制することができる。

以上のように、実施の形態８の電圧制御発振器によれば、同調回路と線路共振器との間に直列に接続された抵抗を備えたので、実施の形態６と同様に、電圧制御発振器における不要な発振を抑制する効果が得られる。

実施の形態９．
図１７は、この発明の実施の形態９に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。実施の形態９は、実施の形態１による電圧制御発振器において、線路共振器１から同調回路側に基本波周波数において１／４波長隔てた位置に、一端が接地された並列の抵抗８を挿入した構成である。この位置は、図１７において、同調回路２の９０°インバータ線路２ａのバラクタダイオード接続側の線路端に相当する。図中、図１と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。
バラクタダイオード２ｃとインダクタ２ｂの直列回路は、ほぼ直列共振器回路とみなせるので、直列共振周波数においてはインピーダンスが小さいため、一端が接地された並列の抵抗８を接続しても、インピーダンスの変化は小さく、反射損失への影響も小さい。しかし、共振周波数以外においては、一端が接地された並列の抵抗８の影響により損失が大きくなる。そのため、所望周波数での反射損失を変えることなく、所望周波数以外での反射損失を大きくして、不要発振を抑制することができる。

以上のように、実施の形態９の電圧制御発振器によれば、同調回路と線路共振器との間に、線路共振器から基本波周波数において１／４波長隔てた同調回路内の位置に接続され、一端が接地された並列の抵抗を備えたので、実施の形態６と同様に、電圧制御発振器における不要な発振を抑制する効果が得られる。

実施の形態１０．
図１８は、この発明の実施の形態１０に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。実施の形態１０の電圧制御発振器は、実施の形態６および実施の形態８での抵抗の挿入位置に、抵抗を複数同時に挿入した構成である。図中、抵抗６ａと抵抗６ｂが挿入された抵抗を示している。尚、図中、図１と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。
図１９に抵抗を複数同時に挿入したとき（図１８の構成に相当）のループ特性の例のグラフを示す。図１９から明らかなように、図１３に現れていた０．７ｆｏ近傍の周波数における不要利得がさらに低減されていることが分かる。

以上のように、実施の形態１０の電圧制御発振器によれば、能動回路と線路共振器との間に直列に接続された第１の抵抗と、同調回路と前記線路共振器との間に直列に接続された第２の抵抗とを備えたので、所望周波数での反射損失を変えることなく、所望周波数以外でのより広範囲な周波数にわたって反射損失を大きくして、不要発振を抑圧することができる。また、それぞれの抵抗挿入による不要利得の抑圧の効果は、使用する周波数や、能動回路および線路共振器などの製造バラツキによっても変化するため、複数の抵抗を挿入しておくことで抵抗挿入の効果を保つことができる。

実施の形態１１．
図２０は、この発明の実施の形態１１に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。実施の形態１１の電圧制御発振器は、実施の形態６および実施の形態７での抵抗の挿入位置に、抵抗を複数同時に挿入した構成である。図中、抵抗６と抵抗８が挿入された抵抗を示している。尚、図中、図１と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。

以上のように、実施の形態１１の電圧制御発振器によれば、能動回路と線路共振器との間に、線路共振器と接続された抵抗と、この抵抗から基本波周波数において１／４波長隔てた位置に接続され、一端が接地された並列の抵抗とを備えたので、所望周波数での反射損失を変えることなく、所望周波数以外でのより広範囲な周波数にわたって反射損失を大きくして、不要発振を抑圧することができる。また、それぞれの抵抗挿入による不要利得の抑圧の効果は、使用する周波数や、能動回路および線路共振器などの製造バラツキによっても変化するため、複数の抵抗を挿入しておくことで抵抗挿入の効果を保つことができる。

実施の形態１２．
図２１は、この発明の実施の形態１２に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。この実施の形態１２の電圧制御発振器は、実施の形態６および実施の形態９での抵抗の挿入位置に、抵抗を複数同時に挿入した構成である。図中、抵抗６と抵抗８が挿入された抵抗を示している。尚、図中、図１と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。

以上のように、実施の形態１２の電圧制御発振器によれば、能動回路と線路共振器との間に直列に接続された抵抗と、同調回路と線路共振器との間に、線路共振器から基本波周波数において１／４波長隔てた同調回路内の位置に接続され、一端が接地された並列の抵抗とを備えたので、所望周波数での反射損失を変えることなく、所望周波数以外でのより広範囲な周波数にわたって反射損失を大きくして、不要発振を抑圧することができる。また、それぞれの抵抗挿入による不要利得の抑圧の効果は、使用する周波数や、能動回路および線路共振器などの製造バラツキによっても変化するため、複数の抵抗を挿入しておくことで抵抗挿入の効果を保つことができる。

実施の形態１３．
図２２は、この発明の実施の形態１３に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。実施の形態１３の電圧制御発振器は、実施の形態７および実施の形態８での抵抗の挿入位置に、抵抗を複数同時に挿入した構成である。図中、抵抗８と抵抗６が挿入された抵抗を示している。尚、図中、図１と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。

以上のように、実施の形態１３の電圧制御発振器によれば、能動回路と線路共振器との間に、線路共振器から基本波周波数において１／４波長隔てた位置に接続され、一端が接地された並列の抵抗と、同調回路と線路共振器との間に直列に接続された抵抗とを備えたので、所望周波数での反射損失を変えることなく、所望周波数以外でのより広範囲な周波数にわたって反射損失を大きくして、不要発振を抑圧することができる。また、それぞれの抵抗挿入による不要利得の抑圧の効果は、使用する周波数や、能動回路および線路共振器などの製造バラツキによっても変化するため、複数の抵抗を挿入しておくことで抵抗挿入の効果を保つことができる。

実施の形態１４．
図２３は、この発明の実施の形態１４に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。実施の形態１４の電圧制御発振器は、実施の形態７および実施の形態９での抵抗の挿入位置に、抵抗を複数同時に挿入した構成である。図中、抵抗８ａと抵抗８ｂが挿入された抵抗を示している。尚、図中、図１と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。

以上のように、実施の形態１４の電圧制御発振器によれば、能動回路と線路共振器との間に、線路共振器から基本波周波数において１／４波長隔てた位置に接続され、一端が接地された第１の並列の抵抗と、同調回路と線路共振器との間に、線路共振器から基本波周波数において１／４波長隔てた同調回路内の位置に接続され、一端が接地された第２の並列の抵抗とを備えたので、所望周波数での反射損失を変えることなく、所望周波数以外でのより広範囲な周波数にわたって反射損失を大きくして、不要発振を抑圧することができる。また、それぞれの抵抗挿入による不要利得の抑圧の効果は、使用する周波数や、能動回路および線路共振器などの製造バラツキによっても変化するため、複数の抵抗を挿入しておくことで抵抗挿入の効果を保つことができる。

実施の形態１５．
図２４は、この発明の実施の形態１５に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。実施の形態１５の電圧制御発振器は、実施の形態８および実施の形態９での抵抗の挿入位置に、抵抗を複数同時に挿入した構成である。図中、抵抗６と抵抗９が挿入された抵抗を示している。尚、図中、図１と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。

以上のように、実施の形態１５の電圧制御発振器によれば、同調回路と線路共振器との間に、線路共振器と接続された抵抗と、この抵抗から基本波周波数において１／４波長隔てた同調回路内の位置に接続され、一端が接地された並列の抵抗とを備えたので、所望周波数での反射損失を変えることなく、所望周波数以外でのより広範囲な周波数にわたって反射損失を大きくして、不要発振を抑圧することができる。また、それぞれの抵抗挿入による不要利得の抑圧の効果は、使用する周波数や、能動回路および線路共振器などの製造バラツキによっても変化するため、複数の抵抗を挿入しておくことで抵抗挿入の効果を保つことができる。

実施の形態１６．
図２５は、この発明の実施の形態１６に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。実施の形態１６の電圧制御発振器は、実施の形態６から実施の形態８での抵抗の挿入位置に、抵抗を複数同時に挿入した構成である。図中、抵抗６ａと抵抗８と抵抗６ｂが挿入された抵抗を示している。尚、図中、図１と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。

以上のように、実施の形態１６の電圧制御発振器によれば、能動回路と線路共振器との間に、線路共振器と接続された第１の抵抗と、第１の抵抗から基本波周波数において１／４波長隔てた位置に接続され、一端が接地された並列の抵抗と、同調回路と線路共振器との間に直列に接続された第２の抵抗とを備えたので、所望周波数での反射損失を変えることなく、所望周波数以外でのより広範囲な周波数にわたって反射損失を大きくして、不要発振を抑圧することができる。また、それぞれの抵抗挿入による不要利得の抑圧の効果は、使用する周波数や、能動回路および線路共振器などの製造バラツキによっても変化するため、複数の抵抗を挿入しておくことで抵抗挿入の効果を保つことができる。

実施の形態１７．
図２６は、この発明の実施の形態１７に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。実施の形態１７の電圧制御発振器は、実施の形態６、実施の形態７および実施の形態９での抵抗の挿入位置に、抵抗を複数同時に挿入した構成である。図中、抵抗６と抵抗８ａと抵抗８ｂが挿入された抵抗を示している。尚、図中、図１と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。

以上のように、実施の形態１７の電圧制御発振器によれば、能動回路と線路共振器との間に、線路共振器と接続された抵抗と、この抵抗から基本波周波数において１／４波長隔てた位置に接続され、一端が接地された第１の並列の抵抗と、同調回路と線路共振器との間に、線路共振器から基本波周波数において１／４波長隔てた同調回路内の位置に接続され、一端が接地された第２の並列の抵抗とを備えたので、所望周波数での反射損失を変えることなく、所望周波数以外でのより広範囲な周波数にわたって反射損失を大きくして、不要発振を抑圧することができる。また、それぞれの抵抗挿入による不要利得の抑圧の効果は、使用する周波数や、能動回路および線路共振器などの製造バラツキによっても変化するため、複数の抵抗を挿入しておくことで抵抗挿入の効果を保つことができる。

実施の形態１８．
図２７は、この発明の実施の形態１８に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。実施の形態１８の電圧制御発振器は、実施の形態６、実施の形態８および実施の形態９での抵抗の挿入位置に、抵抗を複数同時に挿入した構成である。図中、抵抗６ａと抵抗６ｂと抵抗８が挿入された抵抗を示している。尚、図中、図１と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。

以上のように、実施の形態１８の電圧制御発振器によれば、能動回路と線路共振器との間に直列に接続された第１の抵抗と、同調回路と線路共振器との間に、線路共振器と接続された第２の抵抗と、第２の抵抗から基本波周波数において１／４波長隔てた同調回路内の位置に接続され、一端が接地された並列の抵抗とを備えたので、所望周波数での反射損失を変えることなく、所望周波数以外でのより広範囲な周波数にわたって反射損失を大きくして、不要発振を抑圧することができる。また、それぞれの抵抗挿入による不要利得の抑圧の効果は、使用する周波数や、能動回路および線路共振器などの製造バラツキによっても変化するため、複数の抵抗を挿入しておくことで抵抗挿入の効果を保つことができる。

実施の形態１９．
図２８は、この発明の実施の形態１９に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。実施の形態１９の電圧制御発振器は、実施の形態７から実施の形態９での抵抗の挿入位置に、抵抗を複数同時に挿入した構成である。図中、抵抗８ａと抵抗６と抵抗８ｂが挿入された抵抗を示している。尚、図中、図１と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。

以上のように、実施の形態１９の電圧制御発振器によれば、能動回路と線路共振器との間に、線路共振器から基本波周波数において１／４波長隔てた位置に接続され、一端が接地された第１の並列の抵抗と、同調回路と線路共振器との間に、線路共振器と接続された抵抗と、この抵抗から基本波周波数において１／４波長隔てた同調回路内の位置に接続され、一端が接地された第２の並列の抵抗とを備えたので、所望周波数での反射損失を変えることなく、所望周波数以外でのより広範囲な周波数にわたって反射損失を大きくして、不要発振を抑圧することができる。また、それぞれの抵抗挿入による不要利得の抑圧の効果は、使用する周波数や、能動回路および線路共振器などの製造バラツキによっても変化するため、複数の抵抗を挿入しておくことで抵抗挿入の効果を保つことができる。

実施の形態２０．
図２９は、この発明の実施の形態２０に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。実施の形態２０の電圧制御発振器は、実施の形態６から実施の形態９での抵抗の挿入位置に、抵抗を複数同時に挿入した構成である。図中、抵抗６ａと抵抗６ｂと抵抗８ａと抵抗８ｂが挿入された抵抗を示している。尚、図中、図１と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。

以上のように、実施の形態２０の電圧制御発振器によれば、能動回路と線路共振器との間に、線路共振器と接続された第１の抵抗と、第１の抵抗から基本波周波数において１／４波長隔てた位置に接続され、一端が接地された第１の並列の抵抗と、同調回路と線路共振器との間に、線路共振器と接続された第２の抵抗と、第２の抵抗から基本波周波数において１／４波長隔てた同調回路内の位置に接続され、一端が接地された第２の並列の抵抗とを備えたので、所望周波数での反射損失を変えることなく、所望周波数以外でのより広範囲な周波数にわたって反射損失を大きくして、不要発振を抑圧することができる。また、それぞれの抵抗挿入による不要利得の抑圧の効果は、使用する周波数や、能動回路および線路共振器などの製造バラツキによっても変化するため、複数の抵抗を挿入しておくことで抵抗挿入の効果を保つことができる。

この発明の実施の形態１に係わる電圧制御発振器の構成を説明するための構成説明図である。図１の線路共振器および１８０°先端開放スタブの反射位相の計算結果グラフである。 θ₂と周波数同調範囲との関係の計算結果グラフである。 θ₁と位相雑音との関係の計算結果グラフである。この発明の実施の形態１に係わる電圧制御発振器の他の構成を説明するための構成説明図である。この発明の実施の形態２に係わる電圧制御発振器の構成を説明するための構成説明図である。この発明の実施の形態３に係わる電圧制御発振器の構成を説明するための構成説明図である。この発明の実施の形態４に係わる電圧制御発振器の構成を説明するための構成説明図である。この発明の実施の形態５に係わる電圧制御発振器の構成を説明するための構成説明図である。この発明の実施の形態６に係わる電圧制御発振器の構成を説明するための構成説明図である。図１０の等価回路図である。図１の構成の場合のループ特性の計算結果である。図１０の構成の場合のループ特性の計算結果である。この発明の実施の形態７に係わる電圧制御発振器の構成を説明するための構成説明図である。図１４の等価回路図である。この発明の実施の形態８に係わる電圧制御発振器の構成を説明するための構成説明図である。この発明の実施の形態９に係わる電圧制御発振器の構成を説明するための構成説明図である。この発明の実施の形態１０に係わる電圧制御発振器の構成を説明するための構成説明図である。図１８の構成のループ特性の計算結果である。この発明の実施の形態１１に係わる電圧制御発振器の構成を説明するための構成説明図である。この発明の実施の形態１２に係わる電圧制御発振器の構成を説明するための構成説明図である。この発明の実施の形態１３に係わる電圧制御発振器の構成を説明するための構成説明図である。この発明の実施の形態１４に係わる電圧制御発振器の構成を説明するための構成説明図である。この発明の実施の形態１５に係わる電圧制御発振器の構成を説明するための構成説明図である。この発明の実施の形態１６に係わる電圧制御発振器の構成を説明するための構成説明図である。この発明の実施の形態１７に係わる電圧制御発振器の構成を説明するための構成説明図である。この発明の実施の形態１８に係わる電圧制御発振器の構成を説明するための構成説明図である。この発明の実施の形態１９に係わる電圧制御発振器の構成を説明するための構成説明図である。この発明の実施の形態２０に係わる電圧制御発振器の構成を説明するための構成説明図である。

符号の説明

１線路共振器、２同調回路、２ａ９０°インバータ線路、２ｂインダクタ、２ｃバラクタダイオード、３能動回路、３ａ能動素子、３ｂ帰還用の先端短絡スタブ、３ｃ伝送線路、３ｄ帰還用の先端開放スタブ、３ｅ直流阻止用のキャパシタ、４負荷抵抗、５線路共振器、６ａ，６ｂ抵抗、７並列共振回路、８ａ，８ｂ一端が接地された並列の抵抗、９基本波周波数において１／４波長の線路、１０直列共振回路。

Claims

線路長が基本波周波数において１／２波長となる両端開放線路からなる線路共振器と、反射利得を有する能動回路と、インダクタとバラクタダイオードとからなる直列共振回路に９０°インバータ回路を直列接続して形成され、制御電圧によってリアクタンス値が可変である同調回路と、を備え、
前記能動回路を前記両端開放線路の前記基本波周波数におけるショート位置から所定の位相雑音に基づいて選定された波長分θ1隔てた位置で前記両端開放線路に接続し、前記同調回路を前記両端開放線路の前記基本波周波数におけるショート位置から所定の周波数同調範囲に基づいて選定された波長分θ2隔てた位置で前記両端開放線路に接続したことを特徴とする電圧制御発振器。
線路長が基本波周波数において１／４波長となる一端が接地、もう一端が開放の線路からなる線路共振器と、反射利得を有する能動回路と、インダクタとバラクタダイオードとからなる直列共振回路に９０°インバータ回路を直列接続して形成され、制御電圧によってリアクタンス値が可変である同調回路と、を備え、
前記能動回路を前記線路の前記接地位置から所定の位相雑音に基づいて選定された波長分θ1隔てた位置で前記線路に接続し、前記同調回路を前記線路の前記接地位置から所定の周波数同調範囲に基づいて選定された波長分θ2隔てた位置で前記線路に接続したことを特徴とする電圧制御発振器。
線路長が基本波周波数において１／２波長となる両端開放線路からなる線路共振器と、反射利得を有する能動回路と、インダクタとバラクタダイオードとからなる直列共振回路に９０°インバータ回路を直列接続して形成され、制御電圧によってリアクタンス値が可変である第１の同調回路と、インダクタとバラクタダイオードとからなる直列共振回路に９０°インバータ回路を直列接続して形成され、制御電圧によってリアクタンス値が可変である第２の同調回路と、を備え、
前記能動回路を前記両端開放線路の前記基本波周波数におけるショート位置から所定の位相雑音に基づいて選定された波長分θ1隔てた位置で前記両端開放線路に接続し、前記第１の同調回路を前記両端開放線路の前記基本波周波数におけるショート位置から所定の周波数同調範囲に基づいて選定された波長分θ2隔てた位置で前記両端開放線路に接続し、前記第２の同調回路を前記両端開放線路の前記基本波周波数におけるショート位置から所定の周波数同調範囲に基づいて選定された波長分θ3隔てた位置で前記両端開放線路に接続したことを特徴とする電圧制御発振器。
線路長が基本波周波数において１／４波長となる一端が接地、もう一端が開放の線路からなる線路共振器と、反射利得を有する能動回路と、インダクタとバラクタダイオードとからなる直列共振回路に９０°インバータ回路を直列接続して形成され、制御電圧によってリアクタンス値が可変である第１の同調回路と、インダクタとバラクタダイオードとからなる直列共振回路に９０°インバータ回路を直列接続して形成され、制御電圧によってリアクタンス値が可変である第２の同調回路と、を備え、
前記能動回路を前記線路の前記接地位置から所定の位相雑音に基づいて選定された波長分θ1隔てた位置で前記線路に接続し、前記第１の同調回路を前記線路の前記接地位置から所定の周波数同調範囲に基づいて選定された波長分θ2隔てた位置で前記線路に接続し、前記第２の同調回路を前記線路の前記接地位置から所定の周波数同調範囲に基づいて選定された波長分θ3隔てた位置で前記線路に接続したことを特徴とする電圧制御発振器。
前記線路共振器の線路長を基本波周波数においてｎ／２波長（ｎは３以上の奇数）としたことを特徴とする請求項１又は３記載の電圧制御発振器。
前記線路共振器の線路長を基本波周波数において（１／４＋ｎ／２）波長（ｎは２以上の偶数）としたことを特徴とする請求項２又は４記載の電圧制御発振器。
能動回路と線路共振器との間に直列に接続された抵抗を備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の電圧制御発振器。
能動回路と線路共振器との間に、前記線路共振器から基本波周波数において１／４波長隔てた位置に接続され、一端が接地された並列の抵抗を備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の電圧制御発振器。
同調回路と線路共振器との間に直列に接続された抵抗を備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の電圧制御発振器。
同調回路と線路共振器との間に、前記線路共振器から基本波周波数において１／４波長隔てた前記同調回路内の位置に接続され、一端が接地された並列の抵抗を備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の電圧制御発振器。
能動回路と線路共振器との間に直列に接続された第１の抵抗と、同調回路と前記線路共振器との間に直列に接続された第２の抵抗とを備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の電圧制御発振器。
能動回路と線路共振器との間に、前記線路共振器と接続された抵抗と、当該抵抗から基本波周波数において１／４波長隔てた位置に接続され、一端が接地された並列の抵抗とを備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の電圧制御発振器。
能動回路と線路共振器との間に直列に接続された抵抗と、同調回路と前記線路共振器との間に、前記線路共振器から基本波周波数において１／４波長隔てた前記同調回路内の位置に接続され、一端が接地された並列の抵抗とを備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の電圧制御発振器。
能動回路と線路共振器との間に、前記線路共振器から基本波周波数において１／４波長隔てた位置に接続され、一端が接地された並列の抵抗と、同調回路と前記線路共振器との間に直列に接続された抵抗とを備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の電圧制御発振器。
能動回路と線路共振器との間に、前記線路共振器から基本波周波数において１／４波長隔てた位置に接続され、一端が接地された第１の並列の抵抗と、同調回路と前記線路共振器との間に、前記線路共振器から基本波周波数において１／４波長隔てた前記同調回路内の位置に接続され、一端が接地された第２の並列の抵抗とを備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の電圧制御発振器。
同調回路と線路共振器との間に、前記線路共振器と接続された抵抗と、当該抵抗から基本波周波数において１／４波長隔てた前記同調回路内の位置に接続され、一端が接地された並列の抵抗とを備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の電圧制御発振器。
能動回路と線路共振器との間に、前記線路共振器と接続された第１の抵抗と、前記第１の抵抗から基本波周波数において１／４波長隔てた位置に接続され、一端が接地された並列の抵抗と、同調回路と前記線路共振器との間に直列に接続された第２の抵抗とを備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の電圧制御発振器。
能動回路と線路共振器との間に、前記線路共振器と接続された抵抗と、当該抵抗から基本波周波数において１／４波長隔てた位置に接続され、一端が接地された第１の並列の抵抗と、同調回路と前記線路共振器との間に、前記線路共振器から基本波周波数において１／４波長隔てた前記同調回路内の位置に接続され、一端が接地された第２の並列の抵抗とを備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の電圧制御発振器。
能動回路と線路共振器との間に直列に接続された第１の抵抗と、同調回路と前記線路共振器との間に、前記線路共振器と接続された第２の抵抗と、当該第２の抵抗から基本波周波数において１／４波長隔てた前記同調回路内の位置に接続され、一端が接地された並列の抵抗とを備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の電圧制御発振器。
能動回路と線路共振器との間に、前記線路共振器から基本波周波数において１／４波長隔てた位置に接続され、一端が接地された第１の並列の抵抗と、同調回路と前記線路共振器との間に、前記線路共振器と接続された抵抗と、当該抵抗から基本波周波数において１／４波長隔てた前記同調回路内の位置に接続され、一端が接地された第２の並列の抵抗とを備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の電圧制御発振器。
能動回路と線路共振器との間に、前記線路共振器と接続された第１の抵抗と、当該第１の抵抗から基本波周波数において１／４波長隔てた位置に接続され、一端が接地された第１の並列の抵抗と、同調回路と前記線路共振器との間に、前記線路共振器と接続された第２の抵抗と、当該第２の抵抗から基本波周波数において１／４波長隔てた前記同調回路内の位置に接続され、一端が接地された第２の並列の抵抗とを備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の電圧制御発振器。