JP5984637B2 - 高周波発振源 - Google Patents
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Description
この高周波発振源では、プッシュプッシュ発振器が基本波で発振動作を行い、出力端子において、基本波を逆相合成することで相殺して2倍波を出力するようにしている。
2倍波の大部分は負荷に出力されるが、その一部が電力分配器によって分配され、注入波として、遅延線及び移相器を介して、プッシュプッシュ発振器に帰還される。
このとき、プッシュプッシュ発振器の出力波の位相雑音は、その出力波と注入波の位相に応じて変化するため、遅延線及び移相器による移相量を最適に設定することで(例えば、0°または2πの移相量)、低位相雑音の高周波発振源を得ることができる。
しかし、発振器として、電圧制御発振器などの可変周波数発振器が使用される場合、周波数に応じて帰還の移相量が変化してしまうため、発振器の全同調帯域に渡って低位相雑音化を図ることができない課題があった。
特許文献1では、注入波に同期して発振する注入同期発振器と、その注入同期発振器の出力波を分配する電力分配器と、その電力分配器により分配された出力波を遅延して、遅延後の出力波を注入波として注入同期発振器に帰還させる遅延手段とを設け、移相量制御手段が注入同期発振器の出力波又は遅延手段を介して注入同期発振器に帰還される注入波の少なくとも一方を監視し、その監視の結果に応じて遅延手段における出力波の移相量を制御するようにしている。
しかし、移相量制御のための出力波の監視が、注入同期発振器の出力端子から発生した出力波に対して行われているため、注入同期発振器内で位相が回ってしまうことにより誤差を生じ、十分に広帯域に渡って位相雑音を低減させることが難しいなどの課題があった。
図1はこの発明の実施の形態1による高周波発振源を示す構成図である。
図1において、注入同期電圧制御発振器(第一の注入同期発振器:IL−VCO)1は電圧により出力波の発振周波数が変化する注入同期発振器であり、注入同期電圧制御発振器1は注入波に同期して発振する。
注入同期電圧制御発振器1は出力波を負荷2に出力する。
遅延処理部4は注入同期電圧制御発振器1における注入波の入力経路に挿入されており、基準発振器3により発振された注入波を遅延して、遅延後の注入波を注入同期電圧制御発振器1に注入する。
移相器7は伝送線路5,6と共に、遅延処理部4を構成しており、移相量制御部11により制御される移相量を注入波に与えることで、遅延処理部4から出力される注入波の位相を変える。
なお、遅延処理部4は遅延手段を構成している。
検出処理部10はカプラ8の出力波を監視して、漏洩波と注入波の位相差を検出する。
移相量制御部11は検出処理部10により検出された位相差がゼロになるように、移相器7により注入波に与えられる移相量を制御する。
なお、検出処理部10及び移相量制御部11から移相量制御手段9が構成されている。
注入同期電圧制御発振器1は、遅延処理部4を介して入力される注入波に同期して発振する。
遅延処理部4の移相器7は、基準発振器3から注入波を受けると、移相量制御部11により制御される移相量を注入波に与えることで、その注入波を遅延して、遅延後の注入波を注入同期電圧制御発振器1に入力させる。
これにより、移相量制御部11が、漏洩波と注入波の位相差がゼロになると、所望波が同相合成される一方、位相雑音が同相合成されずに低減される。
ここでは、移相量制御部11が、漏洩波と注入波の位相差がゼロになるように、移相器7の移相量を自動制御するものについて示したが、ユーザが検出処理部10の検出結果を参照して、手動で移相器7の移相量を制御するようにしてもよい。
よって、位相差検出のために注入同期電圧制御発振器1の出力波のうち、注入端子から漏洩する漏洩波を使用することで、注入同期電圧制御発振器1内で位相が回ることによる誤差の影響を受けずに、発振周波数が可変である注入同期電圧制御発振器1の全同調帯域に渡って低位相雑音化を図ることができる効果を奏する。
この場合も、注入同期電圧制御発振器1内で位相が回ることによる誤差の影響を受けずに、注入同期電圧制御発振器1の全同調帯域に渡って低位相雑音化を図ることができる効果を奏する。
図2はこの発明の実施の形態2による高周波発振源を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
遅延処理部4に出力された電波は、当然ながら、注入同期電圧制御発振器1の発振周波数と同一周波数であることから、上記実施の形態1で示した注入波と全く同じ役割を果たす。
図3はこの発明の実施の形態3による高周波発振源を示す構成図であり、図において、図3と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
なお、位相同期回路31は移相量制御手段を構成している。
位相同期回路31のループフィルタ33は位相比較器32により検出された位相差に応じた電圧の高周波成分を除去して移相器7に印加し、移相器7の移相量を制御する。
注入同期電圧制御発振器1は、遅延処理部4を介して注入される注入波に同期して発振する。
遅延処理部4の移相器7は、位相同期回路31から出力される電圧によって制御される移相量が設定され、注入波を受けると、その移相量を注入波に与えることで、その注入波を遅延して、遅延後の注入波を注入同期電圧制御発振器1に入力させる。
なお、位相同期回路31において、漏洩波と注入波の位相を比較するために、プリスケーラや分周器などを用いて、周波数の変換を行うことは自明である。
位相同期回路31のループフィルタ33は、位相比較器32が漏洩波と注入波の位相差を検出すると、その位相差に応じた電圧の高周波成分を除去して移相器7に印加することで、その位相差がゼロになるように移相器7の移相量を制御する。
これにより、漏洩波と注入波の位相差がゼロになると、所望波が同相合成される一方、位相雑音が同相合成されずに低減する。
図4はこの発明の実施の形態4による高周波発振源を示す構成図であり、図において、図3と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
ミクサの場合、その位相差に応じた電圧は、位相差が90°になったときにゼロとなるため、漏洩波と注入波の位相差をゼロにするための制御方法として、ミクサ41に入力する電波の少なくとも一方に移相器42を用いて、比較を行う周波数において90°の位相差を持たせる必要がある。
なお、ミクサ41を用いた位相同期回路31において、移相器42ではなく伝送線路を用いて90°の位相差を持たせてもよい。
また、移相器42もしくは伝送線路は漏洩波の伝送経路及び注入波の伝送経路のどちらに配置してもよい。
図5はこの発明の実施の形態5による高周波発振源を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
注入同期電圧制御発振器1の漏洩波と注入波の位相差を検出し、移相量制御部11からの出力電圧が注入同期電圧制御発振器51の制御電圧端子に接続されている。
注入同期電圧制御発振器51の出力波には制御電圧による自励発振周波数と注入波周波数の差に比例する位相差を生じることから、漏洩波と注入波の位相差に対応した移相量制御部11からの出力電圧が注入同期電圧制御発振器51の制御電圧として印加されることで、注入波の位相を遅延させて出力する遅延処理部4としての役割を、上記実施の形態1に示す移相器7の代わりに果たしている。
図6はこの発明の実施の形態6による高周波発振源を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
この実施の形態6では、増幅器61が遅延処理部4から出力された注入波の電力を増幅して、注入同期電圧制御発振器1に与える注入波の電力を高めているので、上記実施の形態1よりも、注入同期電圧制御発振器1における同期が容易になる効果が得られる。
図7はこの発明の実施の形態7による高周波発振源を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一又は相当部分を示すので、説明を省略する。
このため、遅延処理部4における反射を抑制することで、スプリアスを抑制することができる効果を奏する。
図8はこの発明の実施の形態8による高周波発振源を示す構成図であり、図において、図2と同一符号は同一又は相当部分を示すので、説明を省略する。
サーキュレータ81は注入同期電圧制御発振器1における注入波の入力経路に挿入されており、サーキュレータ81の入力端子は電力分配器2の出力端子と接続され、サーキュレータ81の通過端子は遅延処理部4の入力端子と接続され、サーキュレータ81のアイソレーション端子は終端抵抗82と接続されて、無反射終端されている。
このため、遅延処理部4における反射を抑制することで、スプリアスを抑制することができる効果を奏する。
なお、この実施の形態8では、図2を対象にして、電力分配器2と遅延処理部4の間にサーキュレータ81及び終端抵抗82を設けたが、図1を対象にして、基準発振器3と遅延処理部4の間にサーキュレータ81及び終端抵抗82を設けてもよい。
図9はこの発明の実施の形態9による高周波発振源を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一又は相当部分を示すので、説明を省略する。
カプラ92は、注入波に相当する電波のみを検出処理部10に出力している。
したがって、その他基本動作において違いがないことから、実施の形態9においても、注入同期電圧制御発振器1内で位相が回ることによる誤差の影響を受けずに、注入同期電圧制御発振器1の全同調帯域に渡って低位相雑音化を図ることができる効果を奏する。
なお、図9では、サーキュレータ91の入力端子側にカプラ92を示したが、カプラ93がサーキュレータ91の通過端子側にあっても同じ効果が得られることは自明である。
図10はこの発明の実施の形態10による高周波発振源を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一又は相当部分を示すので、説明を省略する。
なお、検出処理部10では、例えば、内蔵する分周器(図示せず)により、漏洩波の高調波を発振周波数と等しい周波数に変換したのちに、注入波との位相差を検出する。
図11は集中定数素子を用いた回路例である。
図11において、第1の端子、第2の端子間には発振周波数の2倍の周波数でオープンとなるような並列共振回路111を、第2の端子、第3の端子間には発振周波数においてオープンとなるような並列共振回路112を設けている。
この回路により、第1の端子から入力された発振周波数に等しい電波は選択的に第2の端子へと出力され、第2の端子から入力された発振周波数の2倍の電波波は選択的に第3の端子へと出力される。
図12において、第1の端子、第2の端子間は、2倍波に対するλ/4伝送線路121及びλ/4長オープンスタブ122により2倍波を選択的に遮断し、λ/4長ショートスタブ123により基本波の整合をとり、基本波を選択的に通過させている。
一方で、第2の端子、第3の端子間は基本波に対するλ/4伝送線路124及びλ/4長オープンスタブ125により基本波を選択的に遮断し、2倍波を選択的に通過させている。
この回路により、第1の端子から入力された発振周波数に等しい電波は選択的に第2の端子へと出力され、第2の端子から入力された発振周波数の2倍の電波は選択的に第3の端子へと出力される。
Claims (13)
- 注入波を生成する基準発振器と、
上記基準発振器の注入波を遅延する遅延手段と、
上記遅延手段による遅延後の注入波に同期して発振する第一の注入同期発振器と、
上記第一の注入同期発振器の出力波のうちの注入端子から漏洩する漏洩波及び上記遅延手段を介して上記第一の注入同期発振器に入力される注入波の両方を監視し、その監視の結果に応じて上記遅延手段における注入波の移相量を制御する移相量制御手段とを備えた高周波発振源。 - 注入波に同期して発振する第一の注入同期発振器と、
上記第一の注入同期発振器の出力波を分配する電力分配器と、
上記電力分配器により分配された出力波を注入波として遅延して、遅延後の注入波を上記第一の注入同期発振器に帰還させる遅延手段と、
上記第一の注入同期発振器の出力波のうちの注入端子から漏洩する漏洩波及び上記遅延手段を介して上記第一の注入同期発振器に帰還される注入波の両方を監視し、その監視の結果に応じて上記遅延手段における注入波の移相量を制御する移相量制御手段とを備えた高周波発振源。 - 移相量制御手段は、
漏洩波と注入波の位相差を検出して、その位相差がゼロとなるように遅延手段を通る注入波の移相量を制御することを特徴とする請求項1または請求項2記載の高周波発振源。 - 移相量制御手段は、
位相同期回路であることを特徴とする請求項3記載の高周波発振源。 - 注入波の周波数が第一の注入同期発振器の発振周波数に等しく、
漏洩波の周波数がその発振周波数の2倍以上の整数倍である高調波であることを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載の高周波発振源。 - 移相量制御手段は、
分周器により、漏洩波を第一の注入同期発振器の発振周波数と等しい周波数に変換したのちに、漏洩波と注入波の両方を監視することを特徴とする請求項5記載の高周波発振源。 - 遅延手段は、
移相器を用いて注入波の移相量を制御する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項記載の高周波発振源。 - 遅延手段は、
第二の注入同期発振器を用いて注入波の移相量を制御する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項記載の高周波発振源。 - 第一の注入同期発振器における注入波の入力経路に増幅器を設けたことを特徴とする請求項1から請求項8のうちのいずれか1項記載の高周波発振源。
- 第一の注入同期発振器における注入波の入力経路にサーキュレータを設け、
上記サーキュレータの入力端子が遅延手段の出力端子側に接続され、
上記サーキュレータの通過端子が上記第一の注入同期発振器の注入端子側に接続され、
上記サーキュレータのアイソレーション端子が無反射終端されていることを特徴とする請求項1から請求項9のうちのいずれか1項記載の高周波発振源。 - 第一の注入同期発振器における注入波の入力経路にサーキュレータを設け、
上記サーキュレータの通過端子が遅延手段の入力端子側に接続され、
上記サーキュレータのアイソレーション端子が無反射終端され、
上記サーキュレータの入力端子から、上記第一の注入同期発振器における注入波が入力される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源。 - 第一の注入同期発振器における注入波の入力経路にサーキュレータを設け、
上記サーキュレータの入力端子が遅延手段の出力端子側に接続され、
上記サーキュレータの通過端子が上記第一の注入同期発振器の注入端子側に接続され、
上記サーキュレータのアイソレーション端子が移相量制御手段に接続され、上記第一の注入同期発振器の出力波のうちの注入端子から漏洩する漏洩波をその移相量制御手段に出力する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源。 - 第一の注入同期発振器における注入波の入力経路に3つの端子を持つ周波数分配器を設け、
上記周波数分配器の第1の端子が遅延手段の出力端子側に接続され、
上記周波数分配器の第2の端子が上記第一の注入同期発振器の注入端子側に接続され、
上記周波数分配器の第3の端子が移相量制御手段に接続され、
上記周波数分配器の第1の端子から入力された上記第一の注入同期発振器の発振周波数に等しい電波が選択的にその周波数分配器の第2の端子へと出力され、
上記周波数分配器の第2の端子から入力された発振周波数の2倍以上の整数倍である高調波の少なくとも一つの周波数に対する電波が選択的に上記周波数分配器の第3の端子へと出力され、上記第一の注入同期発振器の出力波のうちの注入端子から漏洩する漏洩波の高調波を上記移相量制御手段に入力する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源。
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