JP5955090B2 - 高周波発振器 - Google Patents

Description

本発明は、逆相または同相で発振動作を行う高周波発振器に関し、特にその低位相雑音化に関するものである。

従来、逆相で発振動作を行う高周波発振器としてプッシュプッシュ発振器がある。このようなプッシュプッシュ発振器は、同一の特性を持つ２つの能動回路と基本波で１／２波長の伝送線路を備え、この伝送線路の両端に２つの能動回路が接続されている。２つの能動回路は１／２波長離れた点に接続されているため、逆相で動作する。そのため、伝送線路の中点は仮想短絡点とみなすことができ、２つの能動回路はそれぞれ先端短絡の１／４波長伝送線路が接続された構成と等価となる。

１つの能動回路と先端短絡１／４波長伝送線路で構成される発振器は、発振条件を満足することで、能動回路による高周波雑音の増幅と、能動回路の周波数特性と先端短絡１／４波長伝送線路の共振特性による周波数選択を繰り返し、発振動作を行う。能動回路と共振器との接続点から共振器をみた反射位相は共振周波数で０°であるので、能動回路側をみた反射位相が前記共振周波数で０°であるとき、発振周波数は共振周波数と概略等しくなる。

以上から、上述した２つの能動回路は逆相で発振動作を行う。また、２つの能動回路の出力を接続することで、その中点では基本波は短絡点となり、２倍波は開放点となることから、基本波および奇数次高調波を抑圧し、偶数次高調波を出力することができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−３２３９３１号公報

従来のプッシュプッシュ発振器などの逆相で発振動作を行う発振器においては、所望の発振周波数で１／２波長となる伝送線路（共振器）の両端に能動回路を接続していたため、共振器の外部Ｑが低く、位相雑音が高いという課題があった。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、共振器の外部Ｑを高くし、位相雑音を低減することができる逆相または同相で発振動作を行う高周波発振器を提供することを目的とする。

この発明に係る高周波発振器は、同一の構成である第１および第２の能動回路と、発振周波数で１／４波長の整数倍となる伝送線路共振器とを備え、第１の能動回路の第１の端子は伝送線路共振器の短絡点からΔＬだけ離れた第１の接続点に接続され、第２の能動回路の第１の端子は伝送線路共振器の短絡点からΔＬだけ離れた第２の接続点に接続され、第１の接続点と第２の接続点は逆相または同相となる点であるようにするとともに、発振周波数における短絡点のうち直流における短絡点を除く少なくとも１つの短絡点にバイアス回路を接続したものである。

この発明の高周波発振器は、同一の構成である第１および第２の能動回路と、発振周波数で１／４波長の整数倍となる伝送線路共振器を備え、第１の能動回路の第１の端子は伝送線路共振器の短絡点からΔＬだけ離れた第１の接続点に接続され、第２の能動回路の第１の端子は伝送線路共振器の短絡点からΔＬだけ離れた第２の接続点に接続され、第１の接続点と第２の接続点は逆相または同相となる点であるようにするとともに、発振周波数における短絡点のうち直流における短絡点を除く少なくとも１つの短絡点にバイアス回路を接続したので、共振器の外部Ｑを高くし、位相雑音を低減することができる逆相または同相で発振動作を行う高周波発振器を得ることができる。

この発明の実施の形態１による高周波発振器を示す構成図である。 この発明の実施の形態１による伝送線路共振器の動作を示す図である。 この発明の実施の形態１による他の伝送線路共振器の動作を示す図である。 この発明の実施の形態１による他の伝送線路共振器の動作を示す図である。 この発明の実施の形態１による他の伝送線路共振器の動作を示す図である。 この発明の実施の形態１による他の伝送線路共振器の動作を示す図である。 この発明の実施の形態１による他の高周波発振器を示す構成図である。 この発明の実施の形態２による高周波発振器を示す構成図である。 この発明の実施の形態２による伝送線路共振器の動作を示す図である。 この発明の実施の形態２による他の伝送線路共振器の動作を示す図である。 この発明の実施の形態２による他の伝送線路共振器の動作を示す図である。 この発明の実施の形態２による他の伝送線路共振器の動作を示す図である。 この発明の実施の形態２による他の高周波発振器を示す構成図である。 この発明の実施の形態３による高周波発振器を示す構成図である。 この発明の実施の形態３による伝送線路共振器の動作を示す図である。 この発明の実施の形態３による他の伝送線路共振器の動作を示す図である。 この発明の実施の形態４による高周波発振器を示す構成図である。 この発明の実施の形態４による伝送線路共振器の動作を示す図である。 この発明の実施の形態４による他の伝送線路共振器の動作を示す図である。 この発明の実施の形態４による他の伝送線路共振器の動作を示す図である。 この発明の実施の形態５による高周波発振器を示す構成図である。 この発明の実施の形態５による伝送線路共振器の動作を示す図である。 この発明の実施の形態５による他の伝送線路共振器の動作を示す図である。 この発明の実施の形態５による他の伝送線路共振器の動作を示す図である。 この発明の実施の形態１から５による能動回路を示す構成図である。 この発明の実施の形態１から５による他の能動回路を示す構成図である。 この発明の実施の形態１から５による他の能動回路を示す構成図である。 この発明の実施の形態１から５による他の能動回路を示す構成図である。 この発明の実施の形態１から５による他の能動回路を示す構成図である。 この発明の実施の形態１から５による他の能動回路を示す構成図である。 この発明の実施の形態６による高周波発振器を示す構成図である。 この発明の実施の形態６による他の高周波発振器を示す構成図である。 この発明の実施の形態７による高周波発振器を示す構成図である。 この発明の実施の形態７による他の高周波発振器を示す構成図である。 この発明の実施の形態６から７による能動回路を示す構成図である。 この発明の実施の形態８による高周波発振器を示す構成図である。 この発明の実施の形態８による他の高周波発振器を示す構成図である。 この発明の実施の形態９による高周波発振器を示す構成図である。 この発明の実施の形態９による伝送線路共振器と可変容量素子の他の接続を示す構成図である。 この発明の実施の形態９による伝送線路共振器と可変容量素子の他の接続を示す構成図である。 この発明の実施の形態９による伝送線路共振器と可変容量素子の他の接続を示す構成図である。 この発明の実施の形態９による伝送線路共振器と可変容量素子の他の接続を示す構成図である。 この発明の実施の形態１０による高周波発振器を示す構成図である。 この発明の実施の形態１１による高周波発振器を示す構成図である。 この発明の実施の形態１２による高周波発振器を示す構成図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による高周波発振器を示す構成図である。
図１に示す高周波発振器は、第１の能動回路１１、第２の能動回路１２、伝送線路共振器２を備えている。第１の能動回路１１と第２の能動回路１２とは同一の構成である。伝送線路共振器２は発振周波数で１／２波長となる両端開放の伝送線路共振器であり、その短絡点３からそれぞれΔＬ（所定の距離）だけ離れた接続点２１と接続点２２に、第１の能動回路１１の第１の端子４１と第２の能動回路１２の第１の端子４２がそれぞれ接続されている。接続点２１と接続点２２とは伝送線路共振器２において異なる点である。なお、５１、５２は、それぞれ第１の能動回路１１および第２の能動回路１２の第２の端子（出力側端子）である。

次に、実施の形態１の動作について説明する。
図２に示すように、１／２波長となる両端開放の伝送線路共振器２には実線で示される定在波が立つ。破線は定在波の逆相を示している。伝送線路共振器２の短絡点３からそれぞれ逆方向に同じ距離ΔＬだけ離れた点（○と□）は、○と●が逆相、●と□が同相であることから、共振周波数において逆相の関係にあることが分かる。したがって第１の能動回路１１および第２の能動回路１２との接続点が１／２波長伝送線路の両端でなくとも、第１の能動回路１１による発振動作と第２の能動回路１２による発振動作は逆相の関係となる。

このとき、第１の能動回路１１には、片端開放片端短絡の１／４波長伝送線路共振器が伝送線路の途中で接続（タップ結合）されていることと等価となる。接続点２１からみて、１／４波長伝送線路共振器の開放端ａ側が容量性、短絡点３側が誘導性となり並列共振特性を示す。並列共振では、容量性が大きく、誘導性が小さいほうが、外部Ｑは高いため、接続点２１が短絡点３に近いほど外部Ｑが高く、位相雑音が低減する。

同様に、第２の能動回路１２には、片端開放片端短絡の１／４波長伝送線路共振器が伝送線路の途中で接続（タップ結合）されていることと等価となる。接続点２２からみて、１／４波長伝送線路共振器の開放端ｂ側が容量性、短絡点３側が誘導性となり並列共振特性を示す。接続点２２が短絡点３に近いほど外部Ｑが高く、位相雑音が低減する。

以上のように、実施の形態１によれば、同一の構成である第１の能動回路１１と第２の能動回路１２が、発振周波数で１／２波長となる両端開放の伝送線路共振器２の短絡点３からΔＬだけ離れた異なる接続点２１と接続点２２にそれぞれ接続されるので、発振条件を満足する範囲でΔＬを小さくすることで、低位相雑音の出力を逆相で得ることができる。

なお、図１の構成においては、発振周波数で１／２波長となる両端開放の伝送線路共振器２としたが、概略１／４波長の偶数倍（４，６，８，・・・）となる両端開放または両端短絡の伝送線路共振器２に対して同様に適用可能である。

また、伝送線路共振器２は図３から図５のようであっても、同様に効果が得られる。第１、第２の能動回路１１、１２との接続点２１、２２は、短絡点からΔＬ離れた点（○と□）である。即ち、図３の構成は、発振周波数で１波長となる両端開放の伝送線路共振器２の第１の短絡点３ａからの距離がΔＬとなるそれぞれ異なる点を接続点２１と接続点２２とにしたものである。また、図４の構成は、発振周波数で１波長となる両端開放の伝送線路共振器２の第１の短絡点３ａから開放端ａ側にΔＬだけ離れた点を接続点２１とし、第２の短絡点３ｂから開放端ａ側にΔＬだけ離れた点を接続点２２にしたものである。さらに、図５の構成は、発振周波数で１波長となる両端短絡の伝送線路共振器２の第１の短絡点（短絡端ａ）３ａから短絡端ｂ側にΔＬだけ離れた点を接続点２１とし、第２の短絡点３ｂから短絡端ｂ側にΔＬだけ離れた点を接続点２２にしたものである。

また、伝送線路共振器２は図６のように概略１波長またはその整数倍（１／４波長の４倍，８倍，１２倍，・・・）の波長のリング共振器であっても、同様に効果が得られる。なお、図６中、下側の図は短絡点３ｂで切断して展開した状態を示している。第１、第２の能動回路１１、１２との接続点２１、２２は任意であり、接続点２１、２２の中間が短絡点となる。したがって、接続点２１、２２は短絡点からそれぞれΔLだけ離れた点であるため、発振条件を満足する範囲で接続点２１、２２が近いほど位相雑音が低減する。

また、図７に示すように、伝送線路１５１、１５２を介して第１の能動回路１１と第２の能動回路１２のそれぞれの第２の端子５１と５２を接続し、その中点から偶数次の高調波を取り出しても良い。なお、図７において、伝送線路１５１は第１の能動回路の第２の端子５１側の伝送線路、伝送線路１５２は第２の能動回路の第２の端子５２側の伝送線路であり、電気長は等しい。

実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２による高周波発振器を示す構成図である。
図において、第１の能動回路１１と第２の能動回路１２は同一の構成である。第１の能動回路１１は発振周波数で１波長となる両端開放の伝送線路共振器２の第１の短絡点３ａからΔＬだけ離れた接続点２１に接続され、第２の能動回路１２は第２の短絡点３ｂからΔＬ離れた接続点２２に接続されている。その他の構成については、図１と同様であるので重複する説明を省略する。

次に、実施の形態２の動作について説明する。
図９に示すように、１波長となる両端開放の伝送線路共振器２の第１の短絡点３ａから開放端ａ側にΔＬ離れた接続点２１と第２の短絡点３ｂから開放端ｂ側にΔＬ離れた接続点２２は、共振周波数において同相の関係にあることが分かる。したがって第１の能動回路１１による発振動作と第２の能動回路１２による発振動作は同相の関係となる。

このとき、第１の能動回路１１には、片端開放片端短絡の１／４波長伝送線路共振器が伝送線路の途中で接続（タップ結合）されていることと同様となる。接続点２１からみて、１／４波長伝送線路共振器の開放端ａ側が容量性、第１の短絡点３ａ側が誘導性となり並列共振特性を示す。並列共振では、容量性が大きく、誘導性が小さいほうが、外部Ｑは高いため、接続点２１が第１の短絡点３ａに近いほど外部Ｑが高く、位相雑音が低減する。

同様に、第２の能動回路１２には、片端開放片端短絡の１／４波長伝送線路共振器が伝送線路の途中で接続（タップ結合）されていることと同様となる。接続点２２からみて、１／４波長伝送線路共振器の開放端ｂ側が容量性、第２の短絡点３ｂ側が誘導性となり並列共振特性を示す。接続点２２が第２の短絡点３ｂに近いほど外部Ｑが高く、位相雑音が低減する。

以上のように、実施の形態２によれば、第１の能動回路１１が発振周波数で１波長となる両端開放の伝送線路共振器２の第１の短絡点３ａから開放端ａ側にΔＬだけ離れた接続点２１に接続され、第１の能動回路１１と同一の構成である第２の能動回路１２が第２の短絡点３ｂから開放端ｂ側にΔＬだけ離れた接続点２２に接続されるので、発振条件を満足する範囲でΔＬを小さくすることで、低位相雑音の出力を同相で得ることができる。

なお、図８の構成においては、発振周波数で１波長となる両端開放の伝送線路共振器２としたが、概略１／４波長の偶数倍（６，８，１０，・・・）となる両端開放および１／４波長の偶数倍（２，４，６，・・・）となる両端短絡の伝送線路共振器２に対して同様に適用可能である。

また、伝送線路共振器２は図１０から図１２のようであっても、同様に効果が得られる。即ち、図１０の構成は、発振周波数で１波長となる両端開放の伝送線路共振器２の第１の短絡点３ａから第２の短絡点３ｂ側にΔＬだけ離れた点を接続点２１とし、第２の短絡点３ｂから第１の短絡点３ａ側にΔＬだけ離れた点を接続点２２としたものである。また、図１１の構成は、発振周波数で１／２波長となる両端短絡の伝送線路共振器２における短絡端ａ，ｂである第１の短絡点３ａおよび第２の短絡点３ｂからそれぞれΔＬだけ離れた点をそれぞれ接続点２１と接続点２２にしたものである。さらに、図１２の構成は、発振周波数で１波長となる両端短絡の伝送線路共振器２における短絡端ａである第１の短絡点３ａからΔＬだけ離れた点を接続点２１とし、中心に位置する第２の短絡点３ｂから第１の短絡点３ａ側にΔＬだけ離れた点を接続点２２にしたものである。

また、実施の形態２においても、図１３に示すように、伝送線路１５１、１５２を介して第１、第２の能動回路１１、１２のそれぞれの第２の端子５１、５２を接続し、その中点から基本波または高調波を取り出しても良い。なお、図１３において、伝送線路１５１は第１の能動回路の第２の端子５１側の伝送線路、伝送線路１５２は第２の能動回路の第２の端子５２側の伝送線路であり、電気長は等しい。

実施の形態３．
図１４はこの発明の実施の形態３による高周波発振器を示す構成図である。
図において、同一の構成である第１の能動回路１１と第２の能動回路１２は、発振周波数で３／４波長となる片端開放片端短絡の伝送線路共振器２の第１の短絡点（開放端側の短絡点）３ａからΔＬだけ離れた接続点２１と接続点２２にそれぞれ接続されており、接続点２１と接続点２２は異なる点である。なお、第２の短絡点３ｂは短絡端である。

次に、実施の形態３の動作について説明する。
図１５に示すように、３／４波長となる片端開放片端短絡の伝送線路共振器２には実線で示される定在波が立つ。破線は定在波の逆相を示している。伝送線路共振器２の短絡点３ａからそれぞれ逆方向に同じ距離ΔＬだけ離れた点（○と□）は、○と●が逆相、●と□が同相であることから、共振周波数において逆相の関係にあることが分かる。したがって第１の能動回路１１による発振動作と第２の能動回路１２による発振動作は逆相の関係となる。

このとき、第１の能動回路１１には、片端開放片端短絡の１／４波長伝送線路共振器が伝送線路の途中で接続（タップ結合）されていることと等価となる。接続点２１からみて、１／４波長伝送線路共振器の開放端側が容量性、第１の短絡点３ａ側が誘導性となり並列共振特性を示す。並列共振では、容量性が大きく、誘導性が小さいほうが、外部Ｑは高いため、接続点２１が第１の短絡点３ａに近いほど外部Ｑが高く、位相雑音が低減する。

同様に、第２の能動回路１２には、片端開放片端短絡の１／４波長伝送線路共振器が伝送線路の途中で接続（タップ結合）されていることと同様となる。接続点２２からみて、１／４波長伝送線路共振器の開放点側が容量性、第１の短絡点３ａ側が誘導性となり並列共振特性を示す。接続点２２が第１の短絡点３ａに近いほど外部Ｑが高く、位相雑音が低減する。

以上のように、実施の形態３によれば、同一の構成である第１の能動回路１１と第２の能動回路１２が、発振周波数で３／４波長となる片端開放片端短絡の伝送線路共振器２の第１の短絡点３ａからΔＬだけ離れた異なる接続点２１と接続点２２にそれぞれ接続されるので、発振条件を満足する範囲でΔＬを小さくすることで、低位相雑音の出力を逆相で得ることができる。

なお、図１４の構成においては、発振周波数で３／４波長となる片端開放片端短絡の伝送線路共振器２としたが、概略１／４波長の奇数倍（３，５，７，・・・）となる片端開放片端短絡の伝送線路共振器２に対して同様に適用可能である。

また、伝送線路共振器２は図１６のようであっても、同様に効果が得られる。第１の能動回路１１との接続点２１は第１の短絡点３ａから開放端側へΔＬ離れた点（○）であり、第２の能動回路１２は第２の短絡点３ｂ（短絡端）からΔＬ離れた点（□）である。

さらに、図７の構成と同様に、伝送線路１５１、１５２を介して第１の能動回路１１と第２の能動回路１２におけるそれぞれの第２の端子５１、５２を接続し、その中点から偶数次の高調波を取り出しても良い。なお、伝送線路１５１は第１の能動回路の第２の端子５１側の伝送線路、伝送線路１５２は第２の能動回路の第２の端子５２側の伝送線路であり、電気長は等しい。

実施の形態４．
図１７はこの発明の実施の形態４による高周波発振器を示す構成図である。
図において、同一の構成である第１の能動回路１１と第２の能動回路１２とは、発振周波数で１／２波長となる両端開放の伝送線路共振器２の短絡点３からΔＬだけ離れた接続点２１と接続点２２にそれぞれ接続されている。また、接続点２１と接続点２２は同じ点である。

次に、実施の形態４の動作について説明する。
図１８に示すように、１／２波長となる両端開放の伝送線路共振器２には実線で示される定在波が立つ。伝送線路共振器２の短絡点３から距離ΔＬだけ離れた同じ点（○）に第１の能動回路１１と第２の能動回路１２が接続されるため、第１の能動回路１１による発振動作と第２の能動回路１２による発振動作は同相の関係となる。

このとき、第１の能動回路１１および第２の能動回路１２には、片端開放片端短絡の１／４波長伝送線路共振器が伝送線路の途中で接続（タップ結合）されていることと同様となる。接続点２１および接続点２２からみて、１／４波長伝送線路共振器の開放端ａ側が容量性、短絡点３側が誘導性となり並列共振特性を示す。並列共振では、容量性が大きく、誘導性が小さいほうが、外部Ｑは高いため、接続点２１および接続点２２が短絡点３に近いほど外部Ｑが高く、位相雑音が低減する。

以上のように、実施の形態４によれば、同一の構成である第１の能動回路１１と第２の能動回路１２が、発振周波数で１／２波長となる両端開放の伝送線路共振器２の短絡点３からΔＬだけ離れた同じ接続点２１と接続点２２にそれぞれ接続されるので、発振条件を満足する範囲でΔＬを小さくすることで、低位相雑音の出力を同相で得ることができる。

なお、図１７の構成においては、発振周波数で１／２波長となる両端開放の伝送線路共振器２としたが、概略１／４波長の偶数倍（２，４，６，・・・）となる両端開放または両端短絡の伝送線路共振器２に対して同様に適用可能である。

また、伝送線路共振器２は図１９や図２０に示すものであっても、同様な効果が得られることが明らかである。即ち、図１９の構成は、発振周波数で１波長となる両端開放の伝送線路共振器２の短絡点３からの距離がΔＬとなる同一の点を接続点２１と接続点２２とにしたものである。また、図２０の構成は、１／２波長となる両端短絡の伝送線路共振器２の短絡点（短絡端３からの距離がΔＬとなる同一の点を接続点２１と接続点２２とにしたもの）である。

さらに、図１３の構成と同様に、伝送線路１５１、１５２を介して第１の能動回路１１と第２の能動回路１２における第２の端子５１、５２を接続し、その中点から基本波または高調波を取り出しても良い。なお、伝送線路１５１は第１の能動回路の第２の端子５１側の伝送線路、伝送線路１５２は第２の能動回路の第２の端子５２側の伝送線路であり、電気長は等しい。

実施の形態５．
図２１はこの発明の実施の形態５による高周波発振器を示す構成図である。
図において、同一の構成である第１の能動回路１１と第２の能動回路１２は、発振周波数で１／４波長となる片端開放片端短絡の伝送線路共振器２の短絡点３からΔＬだけ離れた接続点２１と接続点２２にそれぞれ接続されており、接続点２１と接続点２２は同じ点である。

次に、実施の形態５の動作について説明する。
図２２に示すように、１／４波長となる片端開放片端短絡の伝送線路共振器２には実線で示される定在波が立つ。伝送線路共振器２の短絡点３から距離ΔＬだけ離れた同じ点（○）に第１の能動回路１１と第２の能動回路１２が接続されるため、第１の能動回路１１による発振動作と第２の能動回路１２による発振動作は同相の関係となる。

このとき、第１の能動回路１１および第２の能動回路１２には、片端開放片端短絡の１／４波長伝送線路共振器が伝送線路の途中で接続（タップ結合）されていることと等価となる。接続点２１および接続点２２からみて、１／４波長伝送線路共振器の開放端側が容量性、短絡点３側が誘導性となり並列共振特性を示す。並列共振では、容量性が大きく、誘導性が小さいほうが、外部Ｑは高いため、接続点２１および接続点２２が短絡点３に近いほど外部Ｑが高く、位相雑音が低減する。

以上のように、実施の形態５によれば、同一の構成である第１の能動回路１１と第２の能動回路１２が、発振周波数で１／４波長となる片端開放片端短絡の伝送線路共振器２の短絡点３からΔＬだけ離れた同じ接続点２１と接続点２２にそれぞれ接続されるので、発振条件を満足する範囲でΔＬを小さくすることで、低位相雑音の出力を同相で得ることができる。

なお、図２１の構成においては、発振周波数で１／４波長となる片端開放片端短絡の伝送線路共振器２としたが、概略１／４波長の奇数倍（３，５，７，・・・）となる片端開放片端短絡の伝送線路共振器２に対して同様に適用可能である。

また、伝送線路共振器２は図２３や図２４のようであっても、同様な効果であることは明らかである。これらの構成は、発振周波数で３／４波長となる片側開放片側短絡の伝送線路共振器２の例であり、図２３の構成は短絡点３から開放端側にΔＬだけ離れた点を接続点２１および接続点２２とし、図２４の構成は短絡点３から短絡端側にΔＬだけ離れた点を接続点２１および接続点２２としたものである。

さらに、図１３の場合と同様に、伝送線路１５１、１５２を介して第１の能動回路１１と第２の能動回路１２における第２の端子５１、５２を接続し、その中点から基本波または高調波を取り出しても良い。なお、伝送線路１５１は第１の能動回路の第２の端子５１側の伝送線路、伝送線路１５２は第２の能動回路の第２の端子５２側の伝送線路であり、電気長は等しい。

実施の形態１から実施の形態５において、第１の能動回路１１および第２の能動回路１２としては、例えば、図２５および図２６のような直列帰還形発振器に用いる能動回路の構成、図２７のような並列帰還形（コルピッツ、ハートレー形など）発振器に用いる能動回路の構成が挙げられる。また、逆相動作の場合は図２８のように短絡端同士を接続しても良く、同相動作の場合は図２９のように開放端同士を接続しても良い。また、トランジスタ（第１の能動素子６１、第２の能動素子６２）は、図２５のように電界効果トランジスタ（ＭＥＳ−ＦＥＴやＭＯＳ−ＦＥＴなど）でも良く、図３０のようにバイポーラトランジスタでも良い。なお、図２５〜図３０において、７１，７２，８１，８２，９１，９２はリアクタンス素子または回路を示している。
能動回路は、共振器とともに所望の発振周波数でループ利得が０ｄＢ以上、ループ位相が０度となるように設計される。

実施の形態６．
図３１はこの発明の実施の形態６による高周波発振器を示す構成図である。
図において、能動回路１０１はクロスカップル型の能動回路である。能動回路１０１の一方の第１の端子１１１と他方の第１の端子１１２は発振周波数で３／４波長となる片端開放片端短絡の伝送線路共振器２の短絡点（第１の短絡点）３ａからΔＬだけ離れた接続点２１と接続点２２にそれぞれ接続されている。その他の構成については、図１と同様であるので重複する説明を省略する。また、実施の形態６においても、概略１／４波長の奇数倍（３，５，７，・・・）となる片端開放片端短絡の伝送線路共振器２に対して同様に適用可能である。

次に、実施の形態６の動作について説明する。
図１５に示すように、１／２波長となる片端開放片端短絡の伝送線路共振器２には実線で示される定在波が立つ。破線は定在波の逆相を示している。伝送線路共振器２の第１の短絡点３ａからそれぞれ逆方向に同じ距離ΔＬだけ離れた点（○と□）は、共振周波数において逆相の関係にあることが分かる。

このとき、能動回路１０１の一方の第１の端子１１１には、片端開放片端短絡の１／４波長伝送線路共振器が伝送線路の途中で接続（タップ結合）されていることと等価となる。接続点２１からみて、１／４波長伝送線路共振器の開放端側が容量性、短絡点３ａ側が誘導性となり並列共振特性を示す。並列共振では、容量性が大きく、誘導性が小さいほうが、外部Ｑは高いため、接続点２１が短絡点３ａに近いほど外部Ｑが高く、位相雑音が低減する。

同様に、能動回路１０１の他方の第１の端子１１２には、片端開放片端短絡の１／４波長伝送線路共振器が伝送線路の途中で接続（タップ結合）されていることと等価となる。接続点２２からみて、１／４波長伝送線路共振器の開放点側が容量性、短絡点３ａ側が誘導性となり並列共振特性を示す。接続点２２が短絡点３ａに近いほど外部Ｑが高く、位相雑音が低減する。

以上のように、実施の形態６によれば、クロスカップル型の能動回路１０１が、発振周波数で３／４波長となる片端開放片端短絡の伝送線路共振器２の短絡点３ａからΔＬだけ離れた異なる接続点２１と接続点２２にそれぞれ接続されるので、発振条件を満足する範囲でΔＬを小さくすることで、低位相雑音の出力を逆相で得ることができる。

また、伝送線路共振器２は図１６のようであっても、同様に効果が得られる。能動回路１０１との接続点は、短絡点からΔＬ離れた点（○と□）である。

さらに、図３２に示すように、伝送線路１５１、１５２を介して能動回路１０１の一方の第２の端子（第１の出力端子）１２１と他方の第２の端子（第２の出力端子）１２２を接続し、その中点から偶数次の高調波を取り出しても良い。なお、伝送線路１５１は第１の出力端子１２１側の伝送線路、伝送線路１５２は第２の出力端子１２２側の伝送線路であり、電気長は等しい。

実施の形態７．
図３３はこの発明の実施の形態７による高周波発振器を示す構成図である。
図において、能動回路１０１はクロスカップル型の能動回路である。能動回路１０１の一方の第１の端子１１１と他方の第１の端子１１２は発振周波数で１／２波長となる両端開放の伝送線路共振器２の短絡点３からΔＬだけ離れた接続点２１と接続点２２にそれぞれ接続されている。その他の構成については、図１および図３１と同様であるので重複する説明を省略する。また、実施の形態７においても、概略１／４波長の偶数倍（２，４，６，・・・）となる両端開放または両端短絡の伝送線路共振器２に対して同様に適用可能である。

次に、実施の形態７の動作について説明する。
図２に示すように、１／２波長となる両端開放の伝送線路共振器２には実線で示される定在波が立つ。破線は定在波の逆相を示している。伝送線路共振器２の短絡点３からそれぞれ逆方向に同じ距離ΔＬだけ離れた点（○と□）は、共振周波数において逆相の関係にあることが分かる。

このとき、能動回路１０１の一方の第１の端子１１１には、片端開放片端短絡の１／４波長伝送線路共振器が伝送線路の途中で接続（タップ結合）されていることと等価となる。接続点２１からみて、１／４波長伝送線路共振器の開放端ａ側が容量性、短絡点３側が誘導性となり並列共振特性を示す。並列共振では、容量性が大きく、誘導性が小さいほうが、外部Ｑは高いため、接続点２１が短絡点３に近いほど外部Ｑが高く、位相雑音が低減する。

同様に、能動回路１０１の他方の第１の端子１１２には、片端開放片端短絡の１／４波長伝送線路共振器が伝送線路の途中で接続（タップ結合）されていることと等価となる。接続点２２からみて、１／４波長伝送線路共振器の開放端ｂ側が容量性、短絡点３側が誘導性となり並列共振特性を示す。接続点２２が短絡点３に近いほど外部Ｑが高く、位相雑音が低減する。

以上のように、実施の形態７によれば、クロスカップル型の能動回路１０１が、発振周波数で１／２波長となる両端開放の伝送線路共振器２の短絡点３からΔＬだけ離れた異なる接続点２１と接続点２２にそれぞれ接続されるので、発振条件を満足する範囲でΔＬを小さくすることで、低位相雑音の出力を逆相で得ることができる。

また、伝送線路共振器２は図３から図５のようであっても、同様に効果が得られる。能動回路１との接続点は、短絡点からΔＬ離れた点（○と□）である。
また、伝送線路共振器２は図６のように概略１波長またはその整数倍（１／４波長の４倍，８倍，１２倍，・・・）の波長のリング共振器であっても、同様に効果が得られる。第１、第２の能動回路１１、１２との接続点２１、２２は任意であり、接続点２１、２２の中間が短絡点となる。したがって、接続点２１、２２は短絡点からそれぞれΔLだけ離れた点である。

さらに、図３４に示すように、伝送線路１５１、１５２を介して能動回路１０１の一方の第２の端子（第１の出力端子）１２１と他方の第２の端子（第２の出力端子）１２２を接続して、その中点から偶数次の高調波を取り出しても良い。なお、伝送線路１５１は第１の出力端子１２１側の伝送線路、伝送線路１５２は第２の出力端子１２２側の伝送線路であり、電気長は等しい。

実施の形態６と実施の形態７において、能動回路１０１としては、例えば図３５（ａ）のようなクロスカップル形の能動回路の構成が挙げられる。また、トランジスタ（第１の能動素子６１、第２の能動素子６２）は図３５（ａ）のようにバイポーラトランジスタでも良く、図３５（ｂ）のように電界効果トランジスタ（ＭＥＳ−ＦＥＴやＭＯＳ−ＦＥＴなど）でも良い。なお、図中、１１１、１１２は能動回路１０１の一方の第１の端子、他方の第１の端子、１２１，１２２は能動回路１０１の一方の第２の端子（第１の出力端子），他方の第２の端子（第２の出力端子）、１３１は電流源、１４１，１４２はキャパシタを示している。
能動回路１０１は、共振器と共に所望の発振周波数でループ利得が０ｄＢ以上、ループ位相が０度となるように設計される。

実施の形態８．
図３６はこの発明の実施の形態８による高周波発振器を示す構成図である。
図において、同一の構成である第１の能動回路１１と第２の能動回路１２は、発振周波数で１／２波長となる両端開放の伝送線路共振器２の短絡点３からΔＬだけ離れた接続点２１と接続点２２にそれぞれ接続されており、接続点２１と接続点２２は異なる点である。第１の能動回路１１と第２の能動回路１２はそれぞれ可変容量素子１７１、１７２を備えている。

次に、実施の形態８の動作について説明する。
基本となる動作は、実施の形態１と同様である。実施の形態１の動作に加えて、第１の能動回路１１と第２の能動回路１２が備える可変容量素子１７１，１７２を電圧により制御することで可変容量素子１７１，１７２の容量値が変化し、発振条件を満足する発振周波数が変化する。

以上のように、実施の形態８によれば、同一の構成である第１の能動回路１１と第２の能動回路１２が、発振周波数で１／２波長となる両端開放の伝送線路共振器２の短絡点３からΔＬだけ離れた異なる接続点２１と接続点２２にそれぞれ接続されるので、発振条件を満足する範囲でΔＬを小さくすることで、低位相雑音の出力を逆相で得ることができ、かつ可変容量素子１７１、１７２の制御により発振周波数を可変できる。

また、図３７のように、リアクタンス回路８１，８２に可変容量素子１８１、１８２を接続しても良く、第１、第２の能動回路１１、１２の第１の端子４１、４２からみた能動回路側の反射位相が可変容量素子により制御される構成であれば発振周波数を可変できる。

また、実施の形態２から実施の形態７においても、同様に能動回路に可変容量素子を備えることで、発振周波数を可変でき、低位相雑音の出力を逆相または同相で得ることができる。

また、図２５から図３０または図３５に示した能動回路に可変容量素子を備えた構成でも良い。

実施の形態９．
図３８はこの発明の実施の形態９による高周波発振器を示す構成図である。
図において、同一の構成である第１の能動回路１１と第２の能動回路１２は、発振周波数で１／２波長となる両端開放の伝送線路共振器２の短絡点３からΔＬだけ離れた接続点２１と接続点２２にそれぞれ接続されており、接続点２１と接続点２２は異なる点である。また、伝送線路共振器２には伝送線路２０１、２０２を介して可変容量素子１９１、１９２が接続されている。

次に、実施の形態９の動作について説明する。
基本となる動作は、実施の形態１と同じである。実施の形態１の動作に加えて、可変容量素子１９１、１９２は伝送線路２０１、２０２によりインピーダンスが変換され高インピーダンスとなる。より分かりやすい例としては、可変容量素子とインダクタで構成される直列共振器を１／４波長伝送線路により短絡から開放にインピーダンスを変換することである。電圧により可変容量素子１９１、１９２を制御することで可変容量素子１９１、１９２の容量値が変化し、発振条件を満足する発振周波数が変化する。発振周波数の変化幅は伝送線路２０１，２０２が伝送線路共振器２に接続される位置に依存し、短絡点３に近いほど変化幅は小さくなる。

以上のように、実施の形態９によれば、同一の構成である第１の能動回路１１と第２の能動回路１２が、発振周波数で１／２波長となる両端開放の伝送線路共振器２の短絡点３からΔＬだけ離れた異なる接続点２１と接続点２２にそれぞれ接続されるので、発振条件を満足する範囲でΔＬを小さくすることで、低位相雑音の出力を逆相で得ることができ、かつ可変容量素子１９１、１９２の制御により発振周波数を可変できる。

また、伝送線路共振器２と可変容量素子１９１、１９２の接続は図３９から図４２のようであっても良く、第１、第２の能動回路１１、１２の第１の端子４１、４２からみた伝送線路共振器２側の反射位相が可変容量素子により制御される構成であれば発振周波数を可変できる。即ち、図３９の構成は可変容量素子１９１、１９２を、それぞれ接続点２１、２２に接続したものであり、この構成では、矢印Ａに示すように、１／４波長伝送線路共振器が可変容量分短くなる。また、図４０の構成は、矢印Ｂに示すように結合線路による接続であり、図４１の構成は、伝送線路共振器２の両端に可変容量素子１９１、１９２を接続したものである。さらに、図４２の構成は、伝送線路共振器２の両端にインダクタ２１１、２１２を介して可変容量素子１９１、１９２を接続したものである。インダクタ２１１、２１２と可変容量素子１９１、１９２それぞれで直列共振器を構成すれば、伝送線路共振器２は両端短絡のλ伝送線路共振器と等価となる。

また、実施の形態２から実施の形態８においても、同様に伝送線路共振器に可変容量素子を備えることで、発振周波数を可変でき、低位相雑音の出力を逆相または同相で得ることができる。

実施の形態１０．
図４３はこの発明の実施の形態１０による高周波発振器を示す構成図である。
図において、同一の構成である第１の能動回路１１と第２の能動回路１２は、発振周波数で１／２波長となる両端開放の伝送線路共振器２の短絡点３からΔＬだけ離れた接続点２１と接続点２２にそれぞれ接続されており、接続点２１と接続点２２は異なる点である。接続点２１と第１の能動回路１１の第１の端子４１との間、および接続点２２と第２の能動回路１２の第１の端子４２との間にそれぞれ抵抗２４１、２４２が接続されている。

次に、実施の形態１０の動作について説明する。
基本となる動作は、実施の形態１と同じである。実施の形態１の動作に加えて、第１の能動回路１１の第１の端子４１および第２の能動回路１２の第１の端子４２からみた伝送線路共振器２のインピーダンスは発振周波数で並列共振しているため開放（オープンインピーダンス）である。したがって開放点に接続された抵抗２４１、２４２は発振周波数では見えておらず、損失を生じない。一方、並列共振とならない周波数では抵抗２４１、２４２が見えて、損失を生じる。したがって、所望の発振条件に影響を与えることなく、不要発振を抑制できる。

以上のように、実施の形態１０によれば、同一の構成である第１の能動回路１１と第２の能動回路１２が、発振周波数で１／２波長となる両端開放の伝送線路共振器２の短絡点３からΔＬだけ離れた異なる接続点２１と接続点２２にそれぞれ接続されるので、発振条件を満足する範囲でΔＬを小さくすることで、低位相雑音の出力を逆相で得ることができ、かつ接続点２１と第１の能動回路１１の第１の端子４１との間、および接続点２２と第２の能動回路１２の第１の端子４２との間にそれぞれ接続された抵抗２４１、２４２により不要発振を抑制することができる。

また、他の開放点に抵抗を接続することで、同様に効果が得られる。

また、実施の形態２から実施の形態９においても、同様に開放点に抵抗を接続することで、同様の効果が得られる。

実施の形態１１．
図４４はこの発明の実施の形態１１による高周波発振器を示す構成図である。
図において、同一の構成である第１の能動回路１１と第２の能動回路１２は、発振周波数で１／２波長となる両端開放の伝送線路共振器２の短絡点３からΔＬだけ離れた接続点２１と接続点２２にそれぞれ接続されており、接続点２１と接続点２２は異なる点である。伝送線路共振器２の短絡点３には出力端子２２１が接続されている。

次に、実施の形態１１の動作について説明する。
基本となる動作は、実施の形態１と同じである。実施の形態１の動作に加えて、出力端子２２１は伝送線路共振器２の短絡点３に接続されているため、発振周波数および奇数次の高調波においては接続されていないことと等価である。したがって、基本波および奇数次の高調波の出力を抑制し、偶数次の高調波を出力することができる。

以上のように、実施の形態１１によれば、同一の構成である第１の能動回路１１と第２の能動回路１２が、発振周波数で１／２波長となる両端開放の伝送線路共振器２の短絡点３からΔＬだけ離れた異なる接続点２１と接続点２２にそれぞれ接続されるので、発振条件を満足する範囲でΔＬを小さくすることで、低位相雑音の出力を逆相で得ることができ、かつ伝送線路共振器２の短絡点３に出力端子２２１から偶数次の高調波を得ることができる。

また、直流短絡点（グランド）を除く他の短絡点に出力端子を接続することで、同様の効果が得られることは明らかである。

また、実施の形態２から実施の形態１０においても、同様に直流短絡点（グランド）を除く短絡点に出力端子を接続することで、同様の効果が得られることは明らかである。

実施の形態１２．
図４５は、この発明の実施の形態１２による高周波発振器を示す構成図である。
図において、同一の構成である第１の能動回路１１と第２の能動回路１２は、発振周波数で１／２波長となる両端開放の伝送線路共振器２の短絡点３からΔＬだけ離れた接続点２１と接続点２２にそれぞれ接続されており、接続点２１と接続点２２は異なる点である。伝送線路共振器２の短絡点３にバイアス回路２３１が接続されている。

次に、実施の形態１２の動作について説明する。
基本となる動作は、実施の形態１と同じである。実施の形態１の動作に加えて、バイアス回路２３１は伝送線路共振器２の短絡点３に接続されているので、発振周波数においては接続されていないことと等価である。したがって、バイアス回路２３１による発振器への影響が抑制される。

以上のように、実施の形態１２によれば、同一の構成である第１の能動回路１１と第２の能動回路１２が、発振周波数で１／２波長となる両端開放の伝送線路共振器２の短絡点３からΔＬだけ離れた異なる接続点２１と接続点２２にそれぞれ接続されるので、発振条件を満足する範囲でΔＬを小さくすることで、低位相雑音の出力を逆相で得ることができ、かつ伝送線路共振器２の短絡点３にバイアス回路２３１が接続されているので、バイアス回路２３１による発振器への影響が抑制される。

また、直流短絡点（グランド）を除く他の短絡点にバイアス回路を接続することで、同様の効果が得られることは明らかである。

また、実施の形態２から実施の形態１１においても、同様に直流短絡点（グランド）を除く短絡点にバイアス回路を接続することで、同様の効果が得られることは明らかである。

さらに、実施の形態１から実施の形態１２において、直流と高周波の分離などに関してＤＣカット用のキャパシタを用いるのは、当業者であれば自明のことである。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１１ 第１の能動回路、１２ 第２の能動回路、２ 伝送線路共振器、２１ 第１の接続点、２２ 第２の接続点、３ 短絡点、４１、４２ 第１の端子、５１、５２ 第２の端子、６１ 第１の能動素子、６２ 第２の能動素子、７１，７２，８１，８２，９１，９２ リアクタンス素子または回路、１０１ 能動回路、１１１ 能動回路の一方の第１の端子、１１２ 能動回路の他方の第１の端子、１２１ 能動回路の一方の第２の端子、１２２ 能動回路の他方の第２の端子、１３１ 電流源、１４１，１４２ キャパシタ、１５１，１５２，２０１，２０２ 伝送線路、１７１，１７２，１８１，１８２，１９１，１９２ 可変容量素子、２１１，２１２ インダクタ、２２１ 出力端子、２３１ バイアス回路、２４１，２４２ 抵抗。

Claims (15)

1. 同一の構成である第１および第２の能動回路と、
   発振周波数で概略１／４波長の偶数倍となる両端開放または両端短絡の伝送線路共振器とを備え、
   前記第１の能動回路の第１の端子は前記伝送線路共振器の短絡点からΔＬだけ離れた第１の接続点に接続され、
   前記第２の能動回路の第１の端子は前記伝送線路共振器の短絡点からΔＬだけ離れた第２の接続点に接続され、
   前記第１の接続点と前記第２の接続点は異なる点であり、
   発振周波数における短絡点のうち直流における短絡点を除く少なくとも１つの短絡点にバイアス回路を接続したことを特徴とする高周波発振器。
2. 同一の構成である第１および第２の能動回路と、
   発振周波数で概略１／４波長の１を除く奇数倍となる片端開放片端短絡の伝送線路共振器とを備え、
   前記第１の能動回路の第１の端子は前記伝送線路共振器の短絡点からΔＬだけ離れた第１の接続点に接続され、
   前記第２の能動回路の第１の端子は前記伝送線路共振器の短絡点からΔＬだけ離れた第２の接続点に接続され、
   前記第１の接続点と前記第２の接続点は異なる点であり、
   発振周波数における短絡点のうち直流における短絡点を除く少なくとも１つの短絡点にバイアス回路を接続したことを特徴とする高周波発振器。
3. 同一の構成である第１および第２の能動回路と、
   発振周波数で概略１／４波長の偶数倍となる両端開放または両端短絡の伝送線路共振器とを備え、
   前記第１の能動回路の第１の端子は前記伝送線路共振器の短絡点からΔＬだけ離れた第１の接続点に接続され、
   前記第２の能動回路の第１の端子は前記伝送線路共振器の短絡点からΔＬだけ離れた第２の接続点に接続され、
   前記第１の接続点と前記第２の接続点は同じ点であることを特徴とする高周波発振器。
4. 同一の構成である第１および第２の能動回路と、
   発振周波数で概略１／４波長の奇数倍となる片端開放片端短絡の伝送線路共振器とを備え、
   前記第１の能動回路の第１の端子は前記伝送線路共振器の短絡点からΔＬだけ離れた第１の接続点に接続され、
   前記第２の能動回路の第１の端子は前記伝送線路共振器の短絡点からΔＬだけ離れた第２の接続点に接続され、
   前記第１の接続点と前記第２の接続点は同じ点であることを特徴とする高周波発振器。
5. 同一の構成である第１および第２の能動回路と、
   発振周波数で概略１波長の整数倍となるリング型の伝送線路共振器とを備え、
   前記第１の能動回路の第１の端子と前記第２の能動回路の第１の端子は前記リング型伝送線路共振器の任意の異なる点に接続され、
   前記リング型伝送線路共振器の前記異なる接続点の中間となる２つの点をそれぞれ短絡点とし、前記短絡点の中間となる２つの点をそれぞれ開放点とするよう動作することを特徴とする高周波発振器。
6. 前記第１および第２の能動回路のそれぞれの第２の端子を接続し、その中点から出力を得ることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の高周波発振器。
7. クロスカップル型の能動回路と、
   発振周波数で概略１／４波長の１を除く奇数倍となる片端開放片端短絡の伝送線路共振器とを備え、
   前記能動回路の一方の第１の端子は前記伝送線路共振器の短絡点からΔＬだけ離れた第１の接続点に接続され、
   前記能動回路の他方の第１の端子は前記伝送線路共振器の短絡点からΔＬだけ離れた第２の接続点に接続され、
   前記第１の接続点と前記第２の接続点は逆相となる点であることを特徴とする高周波発振器。
8. クロスカップル型の能動回路と、
   発振周波数で概略１／４波長の偶数倍となる両端開放または両端短絡の伝送線路共振器とを備え、
   前記能動回路の一方の第１の端子は前記伝送線路共振器の短絡点からΔＬだけ離れた第１の接続点に接続され、
   前記能動回路の他方の第１の端子は前記伝送線路共振器の短絡点からΔＬだけ離れた第２の接続点に接続され、
   前記第１の接続点と前記第２の接続点は逆相となる点であることを特徴とする高周波発振器。
9. １つのクロスカップル型の能動回路と、
   発振周波数で概略１波長の整数倍となる１つのリング型の伝送線路共振器とを備え、
   前記能動回路の一方の第１の端子と他方の第１の端子は前記リング型伝送線路共振器の１つの伝送線路上の任意の異なる点に接続されたことを特徴とする高周波発振器。
10. 前記能動回路の一方の第２の端子と他方の第２の端子を接続し、その中点から出力を得ることを特徴とする請求項７から請求項９のうちのいずれか１項記載の高周波発振器。
11. 前記能動回路に可変容量素子を備えたことを特徴とする請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項記載の高周波発振器。
12. 前記伝送線路共振器に可変容量素子を接続したことを特徴とする請求項１から請求項１１のうちのいずれか１項記載の高周波発振器。
13. 前記開放点に抵抗を接続したことを特徴とする請求項１から請求項１２のうちのいずれか１項記載の高周波発振器。
14. 発振周波数における短絡点のうち直流における短絡点を除く少なくとも１つの短絡点から偶数次の高調波を出力することを特徴とする請求項１から請求項１３のうちのいずれか１項記載の高周波発振器。
15. 発振周波数における短絡点のうち直流における短絡点を除く少なくとも１つの短絡点にバイアス回路を接続したことを特徴とする請求項３から請求項１４のうちのいずれか１項記載の高周波発振器。

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