JPH03172025A

JPH03172025A - 高周波発振装置

Info

Publication number: JPH03172025A
Application number: JP1311578A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Kaneko; 洋一金子; Hirobumi Higuchi; 博文樋口
Original assignee: Yagi Antenna Co Ltd
Current assignee: Yagi Antenna Co Ltd
Priority date: 1989-11-30
Filing date: 1989-11-30
Publication date: 1991-07-25

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】［産業上の利用分野コ本発明は、衛星通信あるいは移動通信等における送受信
機器の局部発振器として使用され、共振器と能動素子に
より構成した高安定・低雑音特性を有する高周波発振装
置に関する。

［従来の技術コ例えば衛星通信システム又は移動通信システムでは、そ
の信号伝送方式として位相変調方式や周波数変調方式が
利用される。一般に、これらの通信１」的に使用するＵ
ＨＦ帯〜ＳＨＦ帯の高周波装置では、その高周波帯の局
発（局部発振）を得るのに、比較的周波数の低いＭ　Ｉ
Ｉ　Ｚ　：ｔＦの水晶発振信号等を越準発振信号とした
位相制ｉ３ｌｌｌ（ＰＬＬ）方式の送信局発あるいは受
信局発を用いている。

この場合、上記局部発振器としては、伝送信号の信号対
雑音比を確保するため、特に１〜数１０Ｋｌｌｚにおけ
る泣相雑音の少ない特性のものが必要とされる。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上記従来の位相ｊ，りｇｆＪ（ＰＬＬ）
方式による局部発振器では、超低周波域の周波数領域に
おける信号制御は可能であるが、１〜数１０Ｋｌｌｚと
いう比較的高域の周波数領域における位相雑音を低減す
ることは困難である。したがって、従来は、局部発振器
として用いる電圧同調発振器（Ｖ　Ｃ　Ｏ）として、特
に位相雑音の少ないものが必要とされ、その製作は大変
困難であった。

すなわち、電圧同調発振器（Ｖ　Ｃ　Ｏ）における位相
雑音を低威するには、該ＶＣＯに用いた共振回路のＱ値
を高くし、またその発振用の能動素子として用いたトラ
ンジスタに低周波雑音や１／ｆ雑音の少ないものを使用
することで改善できるが、システムとしての要求性能を
十分満たすのは容易ではなかった。

つまり、上記電圧同調発振器における周波数同調範囲を
広げるには、例えば該ｖＣＯの共振回路にｔｒｉ人する
バラクタダイオードの桔合度を強くしなければならない
が、それによって共振回路の負（’Ｊ　Ｑが低下するた
め、その周波数同調範囲には自ずと制約があった。

また、ＳＨＦ帯の局部発振用発振回路を構成するには、
遮断周波数の高いＧａ　Ａｓ　ＦＥＴを使用することが
考えられるが、このＧａＡｓＦＥＴはＳｌバイポーラト
ランジスタに比べその１／ｆ雑音が現状で２０ｄＢ以上
と大きいため、実際には使用困難であり、一方、Ｓｌ　
　｝ランジスタでは、１０Ｇｌｌｚ以上における発振効
率が悪いため、目的とする発振周波数より１／２〜数分
の１の周波数で発振動作させ、これを周波数逓倍する等
のやっかいな手段を採用する必ザがある。

本発明は上記課題に鑑み成されたもので、能動素子を含
む各回路素子の選択を厳密に行なう必要なく、位相雑音
特性を大幅に向上することが可能になる高周波発振装置
を堤供することを目的とする。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明に係わる
高周波発振装置は、共振回路と、この共振回路からの共
振出力信号を増幅出力すると共にその入力端に負性コン
ダクタンスを発生させる能動素子回路と、上記共振回路
と能動素子回路との間に接続された可変リアクタンス素
子とからなる同調発振器と、この同調発振器における共
振回路の共振電流信号と能動素子回路における出力信号
とを位相比較しその位相誤差信号を上記可変リアクタン
ス素子に帰還供給する位相比較器とを備えて構成したも
のである。

［作　用］すなわち、上記同調発振器における能動素子回路側の雑
音に伴なうリアクタンス変動とその結果生じる動作周波
数の微小な変化を、該同調発振器の共振回路における電
流位相との比較変化として検出し、これを周波数変動分
が最小になるよう上記能動素子回路側の可変リアクタン
ス素子に帰還供給することで、位相雑音あるいは周波数
変：ＪＪ雑音の低減化が図れることになる。

【実施例］以下図面により本発明の一実施例について説明する。

第１図は高周波発振装置１の回路構成を示すもので、こ
の高周波発振装置１は、電圧同調発振器（ＶＣＯ）２、
位相制ｇａ（ＰＬＬ）回路３、共振器電流位相比較器４
から構成される。

上記電圧同調発振器２には、ストリップ線路共振器５が
備えられ、このストリップ線路共振器５は、基板６の表
面に形成された一端開放で他端がその側聖部を介して裏
面導体に短絡された４分の１波長ストリップ線路７と、
このストリップ線路７の開放端に可変リアクタンス素子
として接続されたバラクタダイオード８及び直列コンデ
ンサ９から構成される。上記バラクタダイオード８には
、コンデンサ１３を介して高周波信号（ＲＦ）がアース
にバイパスされる同調電圧端子１４を通して上記位相制
御（Ｐ　Ｌ　Ｌ）回路３側から同，２！Ｊ電圧信号が与
えられる。

ここで、上記ストリップ線＋！δ共振器５の出力端に接
続されるコンデンサ１５は、負性コンダクタンス発生回
路１７との桔合コンデンサとして作用する。

また、上記ストリップ線路共振器５において、４分の１
波長ストリップ線路７に近接配置されると共に、一端が
Ｕ板側壁部を介して裏面導体に短路されｕ板表面アース
導体１］に接続されたルーブ状のストリップ線路１０は
、該共振器５に流れる高周波（ＲＦ）電流を磁界桔合に
より取出すもので、このストリップ線路１０に取出され
た共振器高周波電流信号は、信号線１６を介して上記共
振ｓ’ｉｓ流位相比較器４側に送出される。

上記電圧同調発振器２の負性コンダクタンス発生回路１
７には、一般に用いられるコルビッツ型発振囲路に類似
形式の回路を用いるもので、能動素子の出力信号を容量
性回路素子を通して人力側に婦還している。すなわち、
トランジスタ１８のベースに対する共振器５側からの人
力ｆ３号は、方でコンデンサ１９．２０に流れる共に、
該トランジスタ１８により増幅され、そのエミッタ出力
ＹＳ流はコンデンサ２０に上記人力信号と同相で加えら
れる。この場合、トランジスタ１８には疋帰還ループが
構威され、その入力端子２１には負性コンダクタンスが
発生される。

また、上記トランジスタ１８におけるベース電極のエミ
ッタ電極に対する直流バイアスには、抵抗２９．３０に
よる固定バイアスと該トランジス夕１８に流れる直流電
流の抵抗２２による電圧効果分を使用した自己バイアス
方式とを併用し、直流電流値及び発振の安定化が図られ
る。また、トランジスタ１８のコレクタ電極には、コン
デンサ２３を通して高周波（ＲＦ）信号がバイパスされ
る端子２４からの直流電圧が安定化抵抗２５を介してバ
イアスされる。ここで、上記安定化抵抗２５とトランジ
スタ１８のコレクタ電極との間に介装されたインダクタ
２６、及び該コレクタ電極と出力端子２８との間に介装
されたコンデンサ２７は、それぞれ該出力端子２８から
高周波出力（ＲＦ　　ＯＵＴ）を得るための整合素子と
して作用する。

一方、負性コンダクタンス発生回路１７の入力端子２１
に、上記ストリップ線路共振器５の出力端との間に接続
されたバラクタ３３には、抵抗３０．３１により分圧さ
れた直流バイアス信号と、共振器電流位相比較器４側か
ら出力される周波数変調雑音抑圧信号とが、それぞれ抵
抗３２を介して加えられ、能動素子におけるリアクタン
ス変動が相殺される。

上記共振器電流位相比較器４は、基板３４上に２本のス
トリップ線路３５．３６を近接配置して備えると共に、
方向性結合器型の３ｄＢハイブリッド回路と、上記スト
リップ線路３５．３６の出力側に接続したミクサダイオ
ード３７．３８、及びこのダイオード３７．３８の接続
点を高周波的に短絡するオープンスタブ３９，４０と、
それぞれのダイオード３７．３８における直流信号の帰
路として作用するチョーク回路４１．４２とから構成さ
れる。

電圧同調発振器２のトランジスタ１８からコンデンサ４
３を介して分岐出力される高周波（ＲＦ）信号は、上記
共振器電流位相比較器４の一入力端となる線路長を利用
した位相調整回路４４に加えられ、また、電圧同調発振
器２の共振器５における共振器電流に比例した高周波（
ＲＦ）信号は、共振器電流位相比較器４の他の入力端と
なる信号線１６に加えられる。この共振器電流位相比較
器４において、ハイブリッド回路の一般的特性によりそ
れぞれのダイオード３７．３８の検波出力の差を取った
誤差検出信号は、上記電圧同調発振器２のトランジスタ
１８から分岐出力される高周波（ＲＦ）信号と、上記共
振器５からの高周波（ＲＦ）１３号との位相差に比列す
るもので、位相則整同路４４では、電圧同調発振器２の
発振動作周波数が、上記バラクタダイオード８を含むス
トリップ線路共振器５の共振動作周波数に一致した特に
、上記誤差検出信号が“零゜になるようその線路長が設
定される。そして、共振器電流位相比較器４における発
振動作Ｕ．￥２；差検出信号は、低雑片オペアンプから
なる増幅器４５により増幅されると共に、コンデンサ４
６を通して高城通過特性が与えられ、雑片抑圧信号とし
て上記負性コンダクタンス允性同路１７の入力端子２１
に接続されたバラクタダイオード３３に帰還１１（給さ
れる。

一方、位相制御回路３は、電圧同調発振器２の出力端子
２８から得られる高周波（ＲＦ）出力信号を予め設定さ
れた分周率（１／Ｎ）で分周する可変分周器４７を備え
、この可変分周器４７による発振周波数の分周信号は位
相比較器４８に送られる。この位相比較器４８は、上記
可変分周器４７による発振周波数の分周信号と、水晶発
振器を用いた基準発振器４９からの基準周波数ｔｓ号と
を比較するもので、この位相比較器４８による位相比較
出力信号は、帰還回路５０を通して上記電圧同調発振器
２の電圧同調端子１４に帰還供給され、上記出力端子２
８における高周波（ＲＦ）出力信号が所望の周波数に調
整設定される。

ここで、上記位相制御回路３における帰還回路５０は、
低域フィルタ（ＬＰＦ）５１，抵抗５２，オペアンプ５
５による直列回路と、該オペアンブ５５に対する抵抗５
３及びコンデンサ５４による並列回路とからなる積分回
路により構成される。

第２図は上記第１図における高周波発振装置の主要部等
価回路を示す図、第３図は第２図におけるＬＣ共振器の
動作特性を示す図である。

すなわち、電圧同調発振器２におけるストリップ線路共
振器５は、第２図におけるＬＣ並列共振回路で表わされ
、能動素子（トランジスタ１８）を含む発振回路部は、
負性コンダクタンス−６とサセブタンスΔＢ，及び内部
損失ｒと両同路を結合するコンデンサＣ，により表わさ
れる。

ここで、電圧同調発振器２において、能動素子（１・ラ
ンジスタ１８）側の電圧又は励振電流Ｉ１に対し、スト
リップ線路共振器５に流れる共振電流Ｉ２の位相差は、
第３図に示すように、Ｊ（振点ｆｏからの周波数変化に
応じて±９０°の範囲で女化し、その粂化率は該共振器
５における負荷Ｑか，坊い捏急峻になる。

よって、この電圧同調発振器２における各電流１，，＋
２の（立川差特性を利用し、該位相差を』（振器電流位
ｒｌｌ比較器４で険出・指幅して再び電圧同調発振器２
における能動素子（トランジスタ］８）に（−１加した
可変リアクタンス素子（バラクタダイオード３３）に帰
還供給することにより、誂能動素子のサセブタンス変動
とこれによる信号周波数の変動を大幅に低減することが
でき、位相雑ｊテのａ（減化及び発振周波数の安定化が
図れるようになる。また、これにより、負ＧｆＱが尖効
的に非常に高い発振器と同等の特性を得ることができる
。

したがって、上記構成の高周波発振装置によれば、電圧
同調発振器の動作周波数に敏感な共振器電流の位相を、
能動素子側の電圧あるいは電流信号の位相と比較し、そ
の誤差電圧を該能動素子に付加した可変リアクタンス素
子に帰還供給することで、位相雑音特性及び高周波数安
定度を大幅に向上することができる。

尚、上記実施例では、電圧同調発振器２の分岐出力信号
をトランジスタ１８のコレクタ電極より得たが、ベース
あるいはエミッタ電極から得るようにしてもよい。

また、電圧同調発振器２におけるストリップ線路共振器
５と負性コンダクタンス発生回路１７との結合コンデン
サ１５に対し、直列に抵抗を介装することにより、該共
振器５の負荷Ｑ低下を抑制することが可能になる。

さらに、上記実施例では、位相制御（ＰＬＬ制御）によ
る電圧同調発振器（ＶＣＯ）を主体にして横成したが、
固定発振器を主体にした周波数安定化や位相雑音の低減
化にも応用することができる。例えば、特別な場合とし
て、極めてＱの高い水品発振器に適用することにより、
従来よりさらに一段と低雑音で、しかも能動素子の温度
やバイアス電圧に対する周波数変動の要因を大幅に改善
した基準用発振器を実現できる。

また、上記実施例では、共振器電流位相比較器４による
周波数誤差検出信号を、コンデンサ４６による高城フィ
ルタを通して帰還構成したが、必要に応じて帯域通過フ
ィルタや低域フィルタを用いてもよい。特に、固定発振
器を主体にして構或する場合には、低域フィルタを用い
ることが好ましい。

さらに、上記丈施例における２＠子共振器の代わりに、
通過型の共振器と遅延回路とを州幅器の人出力端子間に
神人した形式の発振器を用い、能動素子の変動要素によ
る周波数変動を検出し、そのｚ１差信号を能動素子に付
加したりアクタンス素子又は該能動素子自身のバイアス
電圧として帰還することにより、周波数の安定化及び低
雑音化が可能になる。

また、上記実施例における電圧同調発振器は、電流同調
発振器として構成してもよい。

［発明の効果］以上のように本発明によれば、共振回路と、この共振回
路からの共振出力信号を増幅出力すると共にその入力端
に負性コンダクタンスを発生させる能動素子回路と、上
記共振回路と能動素子回路との間に接続された可変リア
クタンス素子とからなる同調発振器と、この同調発振器
における共振回路の共振電流信号と能動素子回路におけ
る出力信号とを位相比較しその位相誤差信号を上記可変
リアクタンス素子に帰還供給する位相比較器とを備えて
構成し、上記同調発振器における能動素子回路側の雑音
に伴なうリアクタンス変動とその結果生じる動作周波数
の微小な変化を、該同調発振器の共振回路における電流
位相との比較変化として検出し、これを周波数変動分が
最小になるよう上記能動素子回路側の可変リアクタンス
素子に帰還供給するので、位相雑音あるいは周波数変調
雑音の低減化が図られ、能動素子を含む各回路素子の選
択を厳密に行なう必要なく、位相雑音特性を大福に向上
することが可能になる高周波発振装置を堤供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる高周波允振装置の構
成を示す回路図、第２図は上記高周波発振装置の主要部
等価回路を示す図、第３図は上記高周波発振装置の主要
部等価回路におけるＬＣ共振器の動作特性を示す図であ
る。１・・・高周波発振装置、２・・・電圧同調発振器、３
・・・位相制御回路、４・・・共振器電流位相比較器、
５・・・ストリップ線路共振器、６、３４・・・基板、
７、１０、３５、３６・・・ストリップ線路、８、３３
・・・バラクタダイオード、９・・・直列コンデンサ、
１１・・・基板表面アース導体、１２、２２、２つ、３
０、３１、３２、５２、５３・・・抵抗、１３、１９、
２０、２３、２７、４３、４６、５４・・・コンデンサ
、１４・・・電圧同調端子、１５・・・結合コンデンサ
、１６・・・信号線、１７・・・負性コンダクタンス発
生回路、１８・・・トランジスタ、２１・・・入力端子
、２４・・・直流端子、２５・・・安定化抵抗、２６・
・・インダクタ、２８・・・出力端子、３７、３８・・
・ミクサダイオード、３９、４０・・・オーブンスタブ
、４１、４２・・・チョーク回路、４４・・・位相調整
回路、４５・・・増幅器、４７・・・可変分周器、４８
・・・位相比較器、４つ・・・基準発振器、５０・・・
帰還回路、５１・・・低域フィルタ、５５・・・オペア
ンプ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）共振回路と、この共振回路からの共振出力信号を
増幅出力すると共にその入力端に負性コンダクタンスを
発生させる能動素子回路と、上記共振回路と能動素子回
路との間に接続された可変リアクタンス素子とからなる
同調発振器と、この同調発振器における共振回路の共振
電流信号と能動素子回路における出力信号とを位相比較
しその位相誤差信号を上記可変リアクタンス素子に帰還
供給する位相比較器とを具備したことを特徴とする高周
波発振装置。
（２）共振回路と、この共振回路からの共振出力信号を
増幅出力すると共にその入力端に負性コンダクタンスを
発生させる能動素子回路と、上記共振回路の出力端及び
この出力端に結合素子を介して上記能動素子回路との間
にそれぞれ接続された第１及び第２の可変リアクタンス
素子とからなる同調発振器と、この同調発振器の能動素
子回路における出力信号と基準発振信号とを位相比較し
その位相誤差信号を上記第１の可変リアクタンス素子に
帰還供給する第１の位相比較器と、上記同調発振器の共
振回路における共振電流信号と能動素子回路における出
力信号とを位相比較しその位相誤差信号を上記第２の可
変リアクタンス素子に帰還供給する第２の位相比較器と
を具備し、上記同調発振器における能動素子回路の出力
信号周波数を上記基準発振信号周波数に同期させると共
にその位相雑音を低減させることを特徴とする高周波発
振装置。
（３）上記同調発振器における共振回路と能動素子回路
との結合部に直列にして抵抗を介在し、該共振回路の負
荷Ｑ値の低下を少なくしたことを特徴とする請求項１又
は請求項２記載の高周波発振装置。