JPH01106524A - 位相同期発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 無線通信袋、置その他において局部発振器として利用さ
れている位相同期発振器に関し、可変分周器に取り込ま
れる中間周波数信号を電圧制御発振器から直接取り出す
構成として、この中間周波数信号を得るための周波数変
換手段を不要にすることを目的とし、 一方の入力端子に基準周波数信号が入力され、他方の入
力端子に入力される信号との位相比較が行なわれる位相
比較器と、ループフィルタを介して入力される位相比較
器出力に応じて発振周波数が制御され、かつ固定周波数
信号が注入されて発振周波数信号とともにその中間周波
数信号が出力される電圧制御発振器と、この電圧制御発
振器から出力される信号から発振周波数信号と中間周波
数信号とを分岐抽出する分岐抽出手段と、発振周波数信
号が取り出される出力端子と、中間周波数信号を取り込
んで所定の分周比に応じて分周し、この分周信号を位相
比較器の他方の入力端子に送出する可変分周器とを備え
て構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、無線通信装置その他において局部発振器とし
て利用されている位相同期発振器に関する。特に、可変
分周器に取り込まれる中間周波数信号を得ていた周波数
変換手段を不要にし、回路規模を小さくすることができ
る位相同期発振器に関する。

〔従来の技術］ 無線通信用あるいは衛星通信用の送受信器には、周波数
安定度の高い局部発振器が備えられているが、この局部
発振器には通信方式によって、厳しい位相雑音特性や発
振周波数の可変の容易さが要求されている。

このような要求を満たす方式として、電圧制御発振器（
ＶＣＯ）の分岐出力と、水晶発振器など′から取り出さ
れる周波数安定度およびスペクトラム純度の高い基準周
波数信号との位相比較を行ない、その位相比較出力（誤
差信号）により電圧制御発振器を制御する位相同期ルー
プ（ＰＬ、Ｌ）により、発振周波数を制御する位相同期
発振器がよく用いられている。

なお、位相同期発振器の発振周波数１０が、水晶発振器
などにより得られる基準周波数１８より高い場合や、発
振周波数ｆ０を細かい周波数ステップで可変したい場合
には、電圧制御発振器から送出される発振周波数信号（
周波数「。）を可変分周器（分周比Ｎ）で分周して（周
波数ｆ。／Ｎ→ｆ、）から、基準周波数信号（周波数ｆ
、）と位相比較する構成がとられる。

また、マイクロ波通信のように局部発振器の発振周波数
が特に高い場合には、発振周波数ｆ０が通常の可変分周
器の動作上限を越えたり、分周比が大きくなることによ
る位相雑音の増加などの理由から分周比を小さくする目
的で、電圧制御発振器の発振周波数信号（ｆｏ）を他の
高安定発振器から出力される固定周波数信号（周波数「
Ｌ）と混合し、中間周波数信号（周波数ｆ　、−ｆ　ｔ
）に変換した後に分周するヘテロダイン方式による構成
がとられる。

第６図は、従来のヘテロダイン型位相同期発振器の構成
を示すブロック図である。

図において、位相比較器６２１の第一の入力端子には、
水晶発振器（分周器を含む）などで得られる基準周波数
信号（ｆｉ）が入力される。位相比較器６２１の出力は
、ループフィルタ（低域通過フィルタＬＰＦ）６２３を
介して電圧制御発振器（ＶＣＯ）６３７に入力される。

電圧制御発振器６３７から出力される発振周波数信号（
ｆｏ）は、分岐回路６４７を介して出力端子６５１およ
び混合器６６１の第一の入力端子に送出される。

混合器６６１の第二の入力端子には、固定周波数信号（
ｆ、）が入力され、発振周波数信号（ｆｏ）と混合され
る。混合器６６１から出力される信号は、低域通過フィ
ルタ（ＬＰＦ）６６３を介してその中間周波数信号（ｆ
ｏ　ｆＬ）が選択されて可変分周器（分周比Ｎ）６７１
に入力され、その分周信号（周波数（ｆｏ−ｒｔ、）／
Ｎ）が位相比較器６２１の第二の入力端子に送出される
。

ここで、低域通過フィルタ６６３は、混合器６６１から
送出される中間周波数信号（ｒ、−ｒＬ）以外の周波数
ｆ０、ｆｔ、ｆ、＋ｆｔ、の信号および他の高調波成分
を抑圧し、可変分周器６７１の誤動作を防止するために
設けられている。

このような構成により、基準周波数信号（ｆｉ）を得て
いる水晶発振器と同等の周波数安定度を有する局部発振
器が実現されるとともに、可変分周器６７１の分周比を
切り替えることにより、容易に発振周波数を可変させる
ことができる。

なお、中間周波数ｆ、−ｆＬが可変分周器６７１の動作
上限周波数を越える場合には、周波数ｒ０ｆｔで動作可
能なプリスケーラが用いられることがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、位相同期発振器の発振周波数がマイクロ波
帯になる場合には、可変分周器６７１の特性上、混合器
６６１などの周波数変換手段を用いて、発振周波数ｆ０
を中間周波数ｆ、−ｆＬにビートダウンさせる必要があ
った。

本発明は、このような周波数変換手段を不要にし、可変
分周器に取り込まれる中間周波数信号を電圧制御発振器
から直接取り出すことができる構成の位相同期発振器を
提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は、本発明の原理ブロック図である。

図において、位相比較器１２１は、一方の入力端子に基
準周波数信号が入力され、他方の入力端子に入力される
信号との位相比較が行なわれる。

電圧制御発振器１３０は、ループフィルタ１２３を介し
て入力される位相比較器出力に応じて発振周波数が制御
され、かつ固定周波数信号が注入されて発振周波数信号
とともにその中間周波数信号が出力される。

分岐抽出手段１４０は、この電圧制御発振器１３０から
出力される信号から゛発振周波数信号と中間周波数信号
とを分岐抽出する。

出力端子１５１には、分岐抽出された発振周波数信号が
取り出される。

可変分周器１７１は、分岐抽出された中間周波数信号を
取り込んで所定の分周比に応じて分周し、この分周信号
を位相比較器１２１の他方の入力端子に送出する。

〔作　用〕

本発明は、電圧制御発振器１３０が固定周波数信号の注
入可能な構成であり、出力端子から発振周波数信号とと
もに、この発振周波数信号と固定周波数信号との差周波
成分である中間周波数信号が取り出されることを利用す
る。

すなわち、電圧制御発振器１３０の出力である発振周波
数信号と、固定周波数信号の注入により生じた中間周波
数信号とを分岐抽出手段１４０を介してそれぞれ取り出
すことができ、可変分周器１７１には直接この中間周波
数信号が入力される構成であるので、中間周波数信号を
得るための混合器などの周波数変換手段を不要にするこ
とができる。

〔実施例〕

以下、図面に基づいて本発明の実施例について詳細に説
明する。

第２図は、本発明位相同期発振器における電圧制御発振
器（１３０）および分岐抽出手段（１４０）の一実施例
構成を示すブロック図である。

第２図（ａ）　ニは、電圧制御発振器（ＶＣＯ）２３１
の出力側から、固定周波数信号（周波数ｆＬ）が注入さ
れる場合の構成例を示す。

方向性結合器２３３は、固定周波数信号ＣｒＬ）を電圧
制御発振器２３１の出力側から注入するとともに、電圧
制御発振器２３１の出力信号を分岐抽出回路２４０に送
出する構成である。

なお、分岐抽出回路２４０に入力される信号には、電圧
制御発振器２３１の発振周波数信号（周波数ｆ、）およ
び中間周波数信号（周波数ｆ、−ｆＬ）の他に、例えば
固定周波数信号（ｆＬ）や周波数ｆ、＋ｆＬ、２ｆ、−
ｆ、などの高調波成分の信号などが含まれている。

したがって、分岐抽出回路２４０は、これらの中から効
率よく発振周波数信号（ｆｏ）および中間周波数信号（
ｒｏ　ｒｔ）を抽出する必要がある。

ここに示す例は、方向性結合器２４１で、まず発振周波
数信号（「。）を含む信号と、中間周波数信号（ｒ、−
ｒＬ）を含む信号とに分岐し、さらに帯域通過フィルタ
２４３および低域通過フィルタ２４５で、それぞれ発振
周波数信号（ｆｏ）および中間周波数信号（ｆ、−ｆＬ
）を取り出す構成である。

第２図（１））には、電圧制御発振器（ＶＣＯ）２３５
の出力端子以外の端子から、固定周波数信号（周波数ｆ
Ｌ）が注入される場合の構成例を示す。

この場合には、固定周波数信号（ｆｔ　）を注入するた
めの方向性結合器は不要である。したがって、電圧制御
発振器２３５から出力される信号は、同様の分岐抽出回
路２４０に直接入力される構成である。

なお、分岐抽出回路２４０を構成する方向性結合器２４
１は、回路基板上に分布定数の回路パターンとして容易
に実現できる。また、この方向性結合器は、広帯域特性
を有する分岐回路（抵抗素子で実現可能）であれば、そ
れに代替可能である。

次に、第２図に示される電圧制御発振器（ｖＣＯ）２３
１，２３５の一実施例構成について第３図に示す。ここ
では、コレクタ接地でベース側ニ半同軸共振器を付加し
た真性抵抗型発振器を示す。

第３回（ａ）は、出力側から固定周波数信号（ｒｔ）が
注入される構成の電圧制御発振器（ＶＣＯ）である。

第３図（ｂ）は、固定周波数信号（ｒｔ　）が注入され
る端子と、発振周波数信号（ｆｏ）その他の出力端子と
を別個に備える構成の電圧制御発振器（ＶＣＯ）である
。

第３図（ａ）において、発振素子（接合型トランジスタ
）３０１のベース側には、キャパシタ３０３を介して主
共振器３０５が接続される。副共振器３０７には、可変
容量素子（ダイオード）３ｏ９およびバイアス回路３１
１を介して、ループフィルタを介した位相比較器出力（
発振周波数制御信号）が入力される電圧制御端子３１３
が接続される。発振素子３０１のベース・エミッタ間に
はバイアス回路３１５が接続され、またエミッタ側には
整合素子３１７および直流阻止用のキャパシタ３１９を
介して出力端子３２１が接続される。

この出力端子３２１に固定周波数信号（ｒｔ　）が注入
され、また出力端子３２１がら発振周波数信号（ｆｏ）
あるいは中間周波数信号（ｆｏ　ｆｔ）などが出力され
る。

第３図（ｂ）において、基本構成は第３図（ａ）に示す
電圧制御発振器と同様であるが、固定周波数信号（ｆｔ
　）が注入される注入端子３２３は、発振素子３０１の
エミッタ側に整合素子３１７、直流阻止用のキャパシタ
３１９および抵抗減衰器３２５を介して接続され、出力
端子３２１は発振素子３０１のベース側の主共振器３０
５に結合器３２７を介して接続される。この出力端子３
２１がら発振周波数信号（ｆｏ）あるいは中間周波数信
号（ｆ　、−ｆ　ｔ）などが出力される。

ここに示すいずれの電圧制御発振器の場合も、発振状態
では発振素子がオフ状態から飽和領域まで動作し、発振
周波数ｆ０の周期でエミッタ・コレクタ間の電圧が大振
幅で振動することを利用するもので、これに固定周波数
信号（ｒＬ）が重畳されると、たとえば２次歪成分は、 （Ａｏｃｏｓωｏｔ＋Ａｔｃｏｓωｔｔ）”＝　（Ａｏ
ｃｏｓωｏｔ）”＋２ＡｏＡｔｃｏｓω、ｔｃｏｓωＬ
ｔ）＋（Ａ　ＬＣＯ３ωＬｔ）２ となり、第２項より （ω０−ω１）１．（ω。＋ω１）１ の成分が生じることがわかる。すなわち、周波数ｆ０±
ｆｔの信号が発生する。同様に、他の高調波成分の信号
（例えば周波数２ｆＬ−ｆ、）が発生する。

したがって、第２図に示すように、帯域通過フィルタ２
４３で発振周波数信号（ｆ、）を取り出し、低域通過フ
ィルタ２４５で中間周波数信号（ｆｏ−ｆＬ）を取り出
す構成が必要になる。

なお、第３図（ａ）、　（ｔ））では、固定周波数信号
（ｆｔ、）がエミッタ側から注入されているが、ベース
側共振器に固定周波数信号（ｆ、）を結合させてベース
側から注入し、ベース・エミッタ間電圧とコレクタ電流
（■。−Ｔｃ）の二乗特性を利用してもよい。

また、発振素子３０１に用いた接合型トランジスタを電
界効果トランジスタ（ＦＥＴ）に置き換え、ドレインコ
ンダクタンスの非線形特性により同様の動作をさせるよ
うにしてもよい。

第４図は、出力端子から固定周波数信号（ｒｔ）が注入
される構成の電圧制御発振器（ＶＣＯ）を用いた（第２
図（ａ）対応）位相同期発振器の一実施例構成を示すブ
ロック図である。

図において、基準周波数信号（ｆ　ｘ　＝２５０ｋｌｌ
ｚ）および固定周波数信号（ｆ　Ｌ　＝　２５６０　Ｍ
　１ｌｚ）は、発振周波数１０Ｍ！Ｉｚ（７）水晶発振
器（ＸＯＳＣ）　４０１がら、それぞれ分周器（１／４
０）　４０３および位相同期逓倍器（２５６／１　）　
４１０により生成される。

基準周波数信号（ｆ　＝　＝２５０ｋＨｚ）は、位相比
較器４２１の第一の入力端子に入力される。位相比較器
４２１の出力は、ループフィルタ（低域通過フィルタＬ
ＰＦ）４２３を介して電圧制御発振器（ＶＣＯ）４３１
の電圧制御端子に入力される。電圧制御発振器４３１の
出力端子には、位相同期逓倍器４１０から出力される固
定周波数信号（ｆＬ＝　２５６０　Ｍ　Ｈｚ）が方向性
結合器４３３を介して注入される。電圧制御発振器４３
１の出力は、方向性結合器４３３および方向性結合器４
４１を介して、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）４４３およ
び低域通過フィルタ（ＬＰＦ）４４５に入力される。

帯域通過フィルタ４４３から発振周波数信号（ｆ　０＝
２８００〜３３００ＭＨｚ）が出力端子４５１に取り出
され、低域通過フィルタ４４５から中間周波数信号（ｆ
　０ｆ　ｔ＝２４０〜７４０ＭＨｚ）が取り出される。

中間周波数信号（Ｌ　　ｆＬ）は可変分周器（分周比Ｎ
＝９６０〜２９６０）　４７１に入力され、その分周信
号（周波数（ｆｏ　ｆＬ）／Ｎ）が位相比較器４２１の
第二の入力端子に送出される。

なお、位相同期逓倍器４１０は、位相比較器４１１、ル
ープフィルタ（ＬＰＦ）４１３、狭帯域の電圧制御発振
器（ＶＣＯ）４１５および分周器（１／１２８）　　４
１７により構成される固定周波数信号を得るための位相
同期発振器（ＰＬＬ回路）であり、水晶発振器４０１の
出力信号（周波数１０Ｍｌ１ｚ）に位相同期した周波数
１２８０Ｍ！ｌｚの信号を発生させ、さらに２逓倍器４
１９を介して周波数２５６０Ｍｔｌｚの固定周波数信号
（ｆ、）を送出する構成である。

電圧制御発振器４３１は、２８００〜３３００　Ｍ　ｆ
ｉｚの発振周波数ｆ０で発振可能な広帯域の発振器であ
り、その出力端子（３２１）には、発振周波数信号（「
。）の他に、水晶発振器４０１および位相同期逓倍器４
１０で得られた高安定の固定周波数信号（ｆ　ｔ　＝　
２５６０　Ｍ　Ｈｚ）と発振周波数信号（ｆｏ）との混
合により生じた中間周波数信号（ｆ　、−ｆ　Ｌ＝２４
０〜７４０　ＭＨｚ）　、およびその他の周波数の信号
が取り出される。

第５図は、電圧制御発振器４３１から出力される信号の
周波数構成の一部を示す図である。

このように、電圧制御発振器４３１からは各周波数の信
号が出力されるので、方向性結合器４４１、帯域通過フ
ィルタ４４３および低域通過フィルタ４４５により、発
振周波数信号（ｆｏ）および中間周波数信号（ｆ、　　
ｆＬ）が分岐抽出される。

すなわち、帯域通壱フィルタ４４３は、出力端子４５１
に発振周波数信号（ｒｏ）以外の信号（例えば周波数ｆ
０±ｆＬ、ｆｔ、２ｆｔ　　ｆ、の信号）がリークする
のを抑圧し、低域通過フィルタ４４５は、可変分周器４
７１の誤動作を避けるために、中間周波数信号（ｆ、−
ｆＬ）以外の信号（例えば周波数２ｆｔ　　ｆｏ、ｆｃ
、ｆｏ、ｆｃ、十ｆｔ、の信号）を抑圧する。

この中間周波数信号（ｆ、　　ｆＬ）は可変分周器４７
１で分周され、同様に水晶発振器４０１および分周器４
０３で得られた基準周波数信号（ｆ。

＝　２５０ｋＨｚ）と位相比較され、電圧制御発振器４
３１の発振周波数制御に供される。

以上の構成により、本発明位相同期発振器は、可変分周
器４７１の分周比（Ｎ　＝９６０〜２９６０）を外部か
ら設定することにより、それに応じて２５０ｋｌｌｚ間
隔で発振周波数ｆ０を２８００〜３３００ＭＨｚの範囲
内で変更することができる。

なお、中間周波数信号（ｆ　、　　ｆ　Ｌ−２４０〜７
４０Ｍ１ｌｚ）を２５０ｋＨｚの信号に分周する可変分
周器４７１は、高周波帯シンセサイザで用いられている
ように、モデュラスコントロール付きプリスケーラとプ
ログラマブル分周器の組み合わせで実現可能である。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明によれば、固定周波数信号を電
圧制御発振器に直接注入して中間周波数信号を取り出す
構成であるので、中間周波数信号を得るための周波数変
換手段が不要となり、小さな回路規模でヘテロダイン方
式による位相同期発振器を構成することができ、実用的
には極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理ブロック図、 第２図は本発明位相同期発振器の電圧制御発振器および
分岐抽出手段の一実施例構成を示すブロック図、 第３図は本発明位相同期発振器に用いられる電圧制御発
振器（ＶＣＯ）の一実施例構成を示すブロック図、 第４図は本発明位相同期発振器の一実施例構成を示すブ
ロック図、 第５図は電圧制御発振器から出力される信号の周波数構
成の一部を示す図、 第６図は従来のヘテロゲイン型位相同期発振器の構成を
示すブロック図である。 図において、 １２１は位相比較器、 １２３はループフィルタ、 １３０は電圧制御発振器、 １４０は分岐抽出手段、 １５１は出力端子、 １７１は可変分周器、 ４０１は水晶発振器（ＸＯ３Ｃ）、 ４０３は分周器（１／４０）、 ４１０は位相同期逓倍３　（２５６／１）、４２１は位
相比較器、 ４２３はループフ、イルタ（ＬＰＦ）、２３１．２３５
，４３１は電圧制御発振器（ＶＣＯ）、 ２３３．４３３は方向性結合器、 ２４１．４４１は方向性結合器、 ２４３．４４３は帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）、２４５
．４４５は低域通過フィルタ（ＬＰＦ）、４５１は出力
端子、 ４７１は可変分周器（分周比Ｎ）である。 ＋２３　　　　　　　１３０　　　　　　　１４０４４
で１明や裡７″ロ１，７図 第１図 第２図 水経咋か矧同期ｉ琳袴困・・ζ綿ＶＣ○ｘｏｓｃ 、？、、コシ城連ヒイ列フケ１ヘニ７ジ５［第４図 ｖｃｏ止力硅号の＋１壇丈構代 第５図 ！Ａ肉ヒ　采　イ列 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一方の入力端子に基準周波数信号が入力され、他方の入
   力端子に入力される信号との位相比較が行なわれる位相
   比較器（１２１）と、 ループフィルタ（１２３）を介して入力される位相比較
   器出力に応じて発振周波数が制御され、かつ固定周波数
   信号が注入されて発振周波数信号とともにその中間周波
   数信号が出力される電圧制御発振器（１３０）と、 この電圧制御発振器（１３０）から出力される信号から
   発振周波数信号と中間周波数信号とを分岐抽出する分岐
   抽出手段（１４０）と、 分岐抽出された発振周波数信号が取り出される出力端子
   （１５１）と、 分岐抽出された中間周波数信号を取り込んで所定の分周
   比に応じて分周し、この分周信号を前記位相比較器（１
   ２１）の他方の入力端子に送出する可変分周器（１７１
   ）と を備えたことを特徴とする位相同期発振器。