JPH03129908A

JPH03129908A - 電圧制御発振器

Info

Publication number: JPH03129908A
Application number: JP26487989A
Authority: JP
Inventors: Futoshi Nishihara; 西原　太; Mikio Takano; 三樹男高野; Kanaaki Sasaki; 金見佐々木; Tadashi Kanda; 正神田; Hiroshi Shimizu; 洋清水
Original assignee: Kokusai Electric Corp
Current assignee: Kokusai Electric Corp
Priority date: 1989-10-16
Filing date: 1989-10-16
Publication date: 1991-06-03
Anticipated expiration: 2013-10-30
Also published as: JP2819034B2

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】（発明の属する技術分野）本発明は、ＶＨＦ帯あるいはＵＨＦ帯の比較的広い周波
数帯域（例えば自動車電話システムでは、２５ＭＨｚ〜
３３ＭＨｚ）内の１波を任意に切替選択し、送信搬送波
又は送信、受信用局部発振源を得ることを目的とした無
線装置に適用される広帯域、低雑音、低消費電力の電圧
制御発振器（ＶＣＯ）に関するものである。

（従来技術とその問題点）ＶＨＦ帯あるいはＵＨＦ帯のマルチチャネルアクセス方
式の無線装置（特に携帯形、車載形）では比較的広い周
波数帯域内の１波を切替選択して使用するため、良く知
られているようにｖＣＯを使用したＰ　Ｌ　Ｌ　（Ｐｈ
ａｓｅ　Ｌｏｃｋｅｄ　Ｌｏｏｐ）によって周波数シン
セサイザを構成し、該シンセサイザは搬送波を発生する
手段が回路構成１周波数安定度の観点から極めて有効で
あり、広く用いられている。

このような広帯域周波数の任意の１波を選択して使用す
るシステムでは、広帯域に亘り所要の雑音特性（Ｃ／Ｎ
及びＳ／Ｎ）を得るため、能動素子の低雑音特性の向上
と発振器の発振出力レベルを上げるために直流入力電力
（電圧、電流）を増加するか、又は周波数可変発振器を
構成する回路素子のＱ（特にレゾネータのＱ）を大きく
して所要の雑音特性を満たしている。しかし、小形、軽
量を特徴とする携帯機にあっては、前者は消費電力の増
加を伴うことから電池寿命が甚だしく短くなり、後者は
比較的大形のレゾネータを必要とすることから携帯機の
小形、軽量化及び電池寿命の伸長化が甚だしく阻害され
る。

このため、レゾネータに小形の高Ｑ素子を利用すること
が多く試みられ、水晶振動子や弾性表面波等の共振子の
利用が検討されているが、表１に示すとおり高誘電体共
振子を除いて従来の水晶振動子１弾性表面波共振子等は
、本発明に用いるラブ波型弾性表面波共振子に比べて共
振子の持つ容量比（γ）が桁違いに大きく、従って、ｖ
ＣＯの周波数可変幅は、各種の広帯域化を図っても高々
１％にも達せず、広帯域■ＣＯの実現を大きく阻んでい
る。

表１（発明の目的）本発明は、前記従来の方法による欠点を克服するために
行ったものであり、優れた低消費電力特性を維持し、且
つ、低雑音化即ち７００発振出力の高純度化を図り、Ｃ
／Ｎの高い搬送波を実現した電圧制御発振器を提供する
ことにある。

（発明の構成及び作用）本発明による電圧制御発振器は、少なくとも１つの共振
子と該共振子に並列の関係に配置された容量素子とを有
する発振回路と、　前記共振子に並列関係に配置された
誘導性インピーダンスを有する第１の１ポート回路と、該第１の１ポート回路の１端側に１つの端子が接続され
た容量性インピーダンスを有する第゛２の１ポート回路
と、制御電圧端子を有し該第２の１ポート回路の他端側と前
記第１の１ポート回路の他端側との間に接続された可変
容量ダイオードと、前記可変容量ダイオードに並列に接続され、該可変容量
ダイオードに対して誘導性インピーダンスを有する第３
の１ポート回路と、を備え、前記可変容量ダイオードの制御電圧端子に印加
される制御電圧により発振周波数を制御するように構成
され、前記発振器は直列接続された２個の前記共振子を
用いて構成することもでき、前記少なくとも１つの共振
子としてラブ波型弾性表面波共振子を用いて構成される
ものである。

以下図面により本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明を実施した弾性表面波共振子を用いた
広帯域ｖＣＯの基本交流等価回路側図である。図中の（
）内の記号は、該当する受動素子であるコンデンサもし
くは可変容量ダイオードのキャパシタンス及びコイルの
インダクタンスの素子値を示している。

第１図中、１は発振能動素子であるトランジスタ、２及
び３はそれぞれキャパシタンスＣ２及びＣ３を有するコ
ンデンサであり、トランジスタ１のコレクタＣとエミッ
タＥ間、及びベースＢとエミッタＥ間に接続されている
。

４はキャパシタンスＣ４を有するコンデンサである。５
は等価インダクタンスし、を有する共振子例えば水晶振
動子１弾性表面波共振子であり、コンデンサ４と共振子
５は直列にトランジスタ１のコレクタＣとベース８間に
接続される。６は等価インダクタンスＬ６を有する固定
コイル又は複合リアクタンスであり、共振子５に並列接
続される。

７は発振周波数において容量性インピーダンスを有する
ｌボート回路である。８は可変キャパシタンスＣ８を有
し、且つ、Ｃ８の値を制御する制御電圧端子Ｍ８を有す
る第１の可変容量ダイオードであり、１ポート回路７と
直列に接続され、総合して容量性インピーダンスを有す
る回路であり、共振子５及びインダクタンス６の両端（
Ｃ，Ｂ’とする）に接続されブランチ回路を構成する。

９は等価インダクタンスし、を有する固定又は複合のリ
アクタンス回路であり、第１の可変容量ダイオード８に
並列に接続される。

以上の接続は、６，７，８．９を除く他の部分に着目す
ると、公知のコルピッツ形発振回路又はその変形である
クラップ形発振回路を構成しているが、ここで周波数を
規定する受動素子のみに着目し発振回路の形式に依存し
ない一般的な周波数に関する等価回路として第１図を表
現しなおすと第２図に示すような回路となる。

第２図において５，６，７，８．９は第１図と同一であ
るが、１０は第１図の端子Ｃ，Ｂ’　よりトランジスタ
側（コンデンサ２，３．４）をみたときの総合キャパシ
タンスＣ３゜を有する等価コンデンサであり、共振子５
に並列接続される。なお、第１図、第２図において可変
容量ダイオード８は、そのキャパシタンスＣ８を制御す
る制御電圧端子Ｍ、（交流遮断、直流バイアス回路の詳
細は省略して図示しである。）を有している。第１図に
示した■Ｃ○を用いた公知のＰＬＬ回路において、■Ｃ
Ｏの出力周波数と基準周波数信号との位相比較出力のル
ープフィルタを介した信号を帰還直流信号として前述の
制御電圧端子に印加することにより、安定な発振周波数
を得ることが出来る。また、本発明の主要部分となる１
ポート回路６，７．９は、後述するように周波数制御電
圧によって共振子固有のパラメータ（第３図のＣｏ、　
Ｌ　ｏ、　ｒ　ｏ、Ｃｓ）と総合して、広帯域に亘って
リアクタンスを変化させる機能を担っている。

１ポート回路６は、第３図に示す共振子等価回路のＣ５
を消去するように働くインダクタンスとして作用し、共
振子固有の反共振周波数（ｆｌ）を高めるよう作用する
ものである。ｌボート回路７及び９は、可変容量ダイオ
ード８によるキャパシタンスの変化に追随して、更にリ
アクタンスの変化量が拡大する方向に作用するよう設定
された単独又は合成されたりアクタンス回路である。

第３図は■ＣＯを構成する共振子５の等価回路であり、
良く知られているとおり、ＣＯ＋　Ｌ　Ｏ＋　ｒ　Ｏで
定まる共振周波数（ｆ、）と、Ｃｓを総合した反共振周
波数（ｆ、）を有するものである。

上記のような特性を実現するために、本発明の主要部分
を構成する１ポート回路６，７．９のブランチ回路の３
種類の構成実施例を第４図（Ａ）。

（Ｂ）、　（Ｃ）に示す。なお、第４図では、第１図。

第２図の場合と同様可変容量ダイオード８の制御電圧端
子Ｍ８の交流遮断回路、直流バイアス回路の詳細は省略
して図示しである。又、点線で囲まれた部分は、第２図
の６．７及び９の各該当する１ポート回路部分を示して
いる。

第４図（Ａ）は、１ポート回路６．７及び９をそれぞれ
単独に配置し、９を無限大としている。

６は固定インダクタンスＬ６であり、７１は第２の可変
容量ダイオードＣＨ＋で第１の可変容量ダイオード８と
直列に接続され、且つ、固定インダクタンス６と並列に
接続されて反共振回路を形成している。第２の可変容量
ダイオード７１の制御電圧端子Ｍ　７１に印加される制
御電圧は、第１の可変容量ダイオード８の制御電圧端子
Ｍ８に印加される制御電圧と同一方向に制御され、反共
振回路の合成リアクタンスを急峻に変化させる。

第４図（Ｂ）及び（Ｃ）は、１ポート回路６及び７に加
えて９を可変容量ダイオード８と並列に接続して反共振
回路を構成し、積極的に可変キャパシタンスＣ８の変化
量を拡大するための構成例である。

第５図は、第４図（Ｃ）に示した構成の場合の制御電圧
対発振周波数ｆ０及びＣ／Ｎの一特性例図である。発振
器の動作条件は、電源電圧１．ＯＶ。

コレクタ電流５００μＡ、出力−２４ｄＢｍにおけるＣ
ＺＮ値である。また、周波数を制御する可変容量ダイオ
ードの制御電圧は、０．５ｖ〜２．５ｖの範囲に限定し
たものである。

第６図は、第４図（Ｃ）に示した構成の場合の可変容量
対発振周波数ｆ０及びＣ／Ｎの一特性例図であり、動作
条件は、第５図の場合と同一である。

第１図及び第２図に示した共振子５として、容量比（γ
＝Ｃ，／Ｃ０）の小さい共振子例えばラブ波型弾性表面
波共振子を用いることにより、さらに発振周波数可変幅
の広帯域化を図ることができ、実験によれば５％以上の
可変幅を得ることができた。

さらに、第７図に示したように、第２図の共振子５の接
続端子ＤＤ’間に２個の共振子５を直列接続することに
よっても周波数可変幅を拡大することができる。

（発明の効果）以上詳細に説明したとおり、本発明によれば、簡単な構
成であるにも関わらず、従来困難とされていた弾性表面
波共振子による１％以上の発振周波数可変幅を実現し、
且つ、比較的高いＱ値の回路を構成することができるた
め低雑音特性のｖＣＯを実現することが出来る。

また、共振子固有のＱ値に対して影響の少ない範囲に発
振回路の実効Ｑを設定することにより、従来の同種のｖ
ＣＯの約１指手さな消費電力のｖＣＯを実現することが
出来、小形、低雑音、低消費電力を要求される携帯形、
ポケット形等の無線装置に広く応用することができ、電
池を含めて装置の小形、軽量化及び経済化を図ることが
できるため極めて大きい効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施した広帯域ＶＣＯの基本交流等価
回路の一構成例図、第２図は第１図の周波数に関する等
価回路、第３図は共振子の等価回路、第４図は第２図の
１ポート回路６，７．９のブランチ回路の構成側図、第
５図は第４図（Ｃ）の場合の制御電圧対発振周波数及び
Ｃ／Ｎの一特性例図、第６図は第４図（Ｃ）の場合の可
変容量対発振周波数及びＣ／Ｎの一特性例図、第７図は
第２図のＤＤ’間に共振子を２個直列接続した回路図で
ある。１・・・トランジスタ、　　２．３．４・・・コンデン
サ、５・・・共振子、　６．９・・・誘導性インピーダ
ンスの１ポート回路、　７・・・容量性インピーダンス
の１ポート回路、　８．７１．７３・・・可変容量ダイ
オード、　１０・・・合成等価キャパシタ、Ｍ＠、Ｍ、
１・・・制御電圧端子。招　１図蛸２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも１つの共振子と該共振子に並列の関係
に配置された容量素子とを有する発振回路と、前記共振
子に並列関係に配置された誘導性インピーダンスを有す
る第１の１ポート回路と、該第１の１ポート回路の１端
側に１つの端子が接続された容量性インピーダンスを有
する第２の１ポート回路と、制御電圧端子を有し該第２の１ポート回路の他端側と前
記第１の１ポート回路の他端側との間に接続された可変
容量ダイオードと、前記可変容量ダイオードに並列に接続され、該可変容量
ダイオードに対して誘導性インピーダンスを有する第３
の１ポート回路と、を備え、前記可変容量ダイオードの制御電圧端子に印加
される制御電圧により発振周波数を制御するように構成
された電圧制御発振器。
（２）前記発振器は直列接続された２個の前記共振子を
用いて構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の電圧制御発振器。
（３）前記少なくとも１つの共振子としてラブ波型弾性
表面波共振子を用いたことを特徴とする特許請求の範囲
第１項または第２項記載の電圧制御発振器。