JPH0453046Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この考案は例えばスペクトラムアナライザ或は
シグナルジエネレータのような測定装置に用いる
ことができるYIG発振器に関する。

「考案の背景」 例えばスペクトラムアナライザでは周波数掃引
発振器を具備し、この周波数掃引発振器から出力
される周波数掃引信号を被検体に与え、この応答
出力のレベルを表示器に表示させて被検体の周波
数特性等を測定できる構造となつている。

YIG発振器は強磁性体から成るYIG球を共振子
とする発振器であり、YIG球に与える直流磁界を
変化させることにより発振周波数を大きく変化さ
せることできる特徴を具備し、スペクトラムアナ
ライザの周波数掃引発振器としてよく用いられて
いる。

「従来技術」 第３図に従来のYIG発振器の特にYIG球に与え
る直流磁界を発生させる部分の回路構造を示す。

図において１００はYIG球を示す。２００はこ
のYIG球１００に直流磁界と、周波数掃引のため
の励振磁界を与える励磁装置を示す。励磁装置２
００は磁気ヨーク２０２と、この磁気ヨーク２０
２に巻回した励磁コイル２０１とによつて構成さ
れる。これらYIG球１００と、励磁装置２００は
金属製のケースに納められ、磁気的なシールド、
静電的なシールドが施されて装置の機内に実装さ
れる。

励磁コイル２０１の端末は金属ケースから端子
２０３，２０４を介して取出され、端子２０３，
２０４に電流源回路３００が接続される。

電流源回路３００は演算増幅器３０１と、電流
ブースタートランジスタ３０２と、この電流ブー
スタートランジスタ３０２を流れる電流量を検出
する電流検出用抵抗器３０３と、この電流検出用
抵抗器３０３に発生する電圧を演算増幅器３０１
の反転入力端子に帰還させる帰還回路３０４とに
よつて構成することができる。

演算増幅器３０１の反転入力端子には入力端子
３０５を通じて掃引開始周波数を定める直流バイ
アス電圧を与える。また演算増幅器の非反転入力
端子には入力端子３０６を通じてランプ電圧を与
え、このランプ電圧によつて周波数掃引が行なわ
れる。

つまり入力端子３０５に一定のバイアス電圧が
与えられると、その一定のバイアス電圧が演算増
幅器によつて増減倍され、その電圧が電流ブース
タートランジスタ３０２のエミツタ電位となる。

このエミツタ電位と電流検出用抵抗器３０３に
よつて一定電流Ｉが作られ、この一定電流Ｉが励
磁コイル２０１に流れる。また電流ブースタート
ランジスタ３０２のエミツタ電圧は帰還抵抗３０
４を通じて演算増幅器３０１に負帰還され、安定
化されるので、電流Ｉも一定値に維持される。

この状態で入力端子３０６にランプ電圧が与え
られると、そのランプ電圧によつて励磁電流Ｉが
変化し、YIG球１００に与えられる励磁磁界が変
化してYIG球１００を共振子として発振する発振
回路（特に図示しない）の発振周波数が周波数掃
引される。

「考案が解決しようとする問題点」 YIG発振器は第３図に示した電流源回路３００
によつて駆動しても起動時点から発振周波数が安
定するまでに時間が掛る欠点がある。第４図にそ
の様子を示す。図に示すように起動時点から発振
周波数は序々に低下し、起動から１時間経過した
時点でも100kH／５分の速度で周波数が変化す
る。従つて起動時点から１時間〜２時間程度経過
しないと実用できない状況である。

また起動時点から充分時間が経過した状態にお
いて入力端子３０５に与えるバイアス電圧を大き
く変化させ掃引開始周波数を大きく変化させると
その後１時間程度の間周波数が変動する現象も見
られる。

この様子を第５図及び第６図に示す。第５図は
掃引開始周波数を低い周波数から高い周波数に変
化させたとき発生する周波数の変動を示してい
る。

第６図は掃引開始周波数を高い周波数から低い
周波数に変化させたとき発生する周波数変動を示
している。

周波数を低い周波数から高い周波数に移した場
合は周波数は目標の周波数に対して約５分間プラ
ス側に1MHz程度変動し、その後１時間程度掛つ
て序々に目標の周波数に戻る。

また周波数を高い周波数から低い周波数に移し
た場合は目標の周波数に対して約５分間でマイナ
ス側に1MHz変動し、その後１時間程度掛つて目
標の周波数に戻る。

このような変動が起きる原因としては起動時点
では磁気ヨーク２０２、励磁コイル２０１、YIG
球１００は共に室温となつており、起動によつて
周縁に配置した各部品から発熱が始まり、機内の
温度が上昇を始める。

周囲の温度が上昇を始めるとこの熱が磁気ヨー
ク２０２に伝達され、磁気ヨーク２０２の温度が
上昇を始める。磁気ヨーク２０２の温度が上昇を
始めると磁気ヨーク２０２の磁気抵抗値が上昇を
始め、これによつて直流磁界が漸減しYIG発振器
の発振周波数を漸次低下させるものと考えられ
る。

一方磁気ヨーク２０２の温度が或る温度に到達
すると発振周波数は安定する。この状態で演算増
幅器３０１の反転入力端子に与えるバイアス電圧
を変化させ励磁コイル２０１を流れる励磁電流を
例えば増加する方向に変化させ、発振周波数を低
い周波数から高い周波数に移動させたとすると、
今度は励磁コイル２０１の温度、つまり励磁装置
の内部側で温度の変化が発生する。この温度変化
によつて第５図に示したように５分間程度急激に
発振周波数が上昇し、その後序々に発振周波数が
低下する現象が見られる。

また磁気ヨーク２０２の温度が一定値に達した
状態において励磁電流を減少させ、発振周波数を
低下させる方向に変化させると励磁装置２００の
内部側で温度が低下方向に変化する温度変動が発
生するから、その熱的な歪によつて発振周波数が
急激に低下し、その後序々に上昇に向う変動を呈
する。

このように励磁装置２００の内側において温度
の上昇及び下降の変動が発生すると、その熱的な
衝撃がYIG球１００に伝わり発振周波数が急激に
変動するものと考えられている。

このため機種によつてはフエイズロツクループ
或はその他の形式の自動周波数制御回路等を付加
し、発振周波数の変動を抑制し、実用が可能なよ
うにしている。

然し乍らフエイズロツクループ或は自動周波数
制御回路等を付加するためには、YIG発振器の発
振周波数範囲が例えば４〜8GHzのように広いた
め、このように広い周波数範囲を自動周波数制御
するための回路は構造が複雑になりコストが高く
なる欠点がある。

この考案の目的はフエイズロツクループ或は自
動周波数安定化回路等を設ける場合より安価に作
ることができ、周波数ドリフトの少ないYIG発振
器を提供しようとするものである。

「問題点を解決するための手段」 この考案では Ａ YIG球に磁界を与える励磁コイル及び磁気ヨ
ークから成る励磁装置と、 Ｂ この励磁コイルに定電流を与える電流源回路
と、 Ｃ 励磁コイルに発生する電圧を検出し、その電
圧変化を電流源回路に与え、この電流源回路の
出力電流を補正し、上記励磁装置の内部で発生
する温度変化を検出する内部温度検出回路と、 Ｄ 励磁装置の周囲温度を検出し、温度変化検出
信号を電流源回路に与え、温度変動に対応して
電流源回路の出力電流を補正する周囲温度検出
回路と を具備したYIG発振器を提案するものである。

「作用」 この考案の構成によれば内部温度検出回路と周
囲温度検出回路によつて励磁装置の内部で温度変
化が発生したか、外部で温度変化が発生したかを
別々に検出することができる。

よつて励磁装置の内部で上昇方向の温度変化が
生じた場合は励磁電流を絞る方向に補正して周波
数の上昇を抑制し、その後序々に周波数が低下す
る変動に対しては周囲温度検出装置の検出信号に
よつて序々に発振周波数を上昇させる補正を行な
う。

また励磁電流を減少させる方向に操作した場合
も内部温度検出回路によつて励磁装置の内部で温
度が低下する方向の温度変化が発生したことを検
出することができる。この検出信号によつて励磁
電流を増加させる補正を行ない、発振周波数が急
激に低下する変動を抑制する。励磁装置の内部に
おける温度変化が磁気ヨークの外側に伝達される
とその温度変動を周囲温度検出回路が検出し、こ
の検出信号によつて磁気ヨークの外側の温度が序
序に降下することによつて発振周波数が漸次上昇
する変動を抑制する。

このようにしてこの考案によれば二つの温度検
出回路の補正動作によつて起動時も、また動作中
において掃引開始周波数を変更した場合もYIG発
振器の発振周波数を安定化することができる。

「実施例」 第１図にこの考案の一実施例を示す。図中１０
０はYIG球、２００はこのYIG球１００に磁界お
与える励磁装置、３００はこの励磁装置２００を
構成する励磁コイル２０１に励磁電流を与える電
流源回路を示す点は従来の構造と同じである。

この考案においては励磁コイル２０１に発生す
る電圧を検出し、これにより実質的に励磁装置２
００の内部温度を検出する内部温度検出回路４０
０と、励磁装置２００の外側に設け、磁気ヨーク
２０２の周縁の温度変化を検出する周囲温度検出
回路５００とを設ける。

内部温度検出回路４００はこの例ではバツフア
増幅器４０１とこのバツフア増幅器４０１の後段
に設けた差動増幅器４０２とによつて構成した場
合を示す。

差動増幅器４０２の一方の入力端子に励磁コイ
ル２０１の一方の端子２０３の電圧を与え、差動
増幅器４０２の他方の入力端子にはバツフア増幅
器４０１を介して励磁コイル２０１他方の端子２
０４の電圧を与える。

励磁コイル２０１の一方の端子２０３は電源に
接続されており、一定の電圧に維持される。従つ
て差動増幅器４０２の出力端子には端子２０４の
電位変化に対応した電圧が取出される。この電圧
信号は励磁コイル２０１における電圧降下に対応
した電圧信号であり、励磁コイル２０１の温度検
出信号に対応する。

差動増幅器４０２から出力される電圧信号は電
流源回路３００を構成する演算増幅器３０１の反
転入力端子に与える。

一方周囲温度検出回路５００は磁気ヨーク２０
２の外側に設けた温度センサ５０１と、この温度
センサ５０１の温度検出信号を演算増幅器３０１
に与えるバツフア増幅器５０２とによつて構成す
ることができる。

温度センサ５０１としては例えばダイオードを
用いる。ダイオードに順方向バイアス電圧を与え
ておき、その順方向電圧降下をバツフア増幅器５
０２で取出し、バツフア増幅器５０２の出力電圧
を演算増幅器３０１の反転入力端子に与え温度補
正電圧を励磁コイル２０１の電圧検出信号に加え
合せる。

このように構成することにより先ず起動時の補
正動作について説明する。

例えばスペクトラムアナライザでは励磁装置２
００より他の発熱量が大きいものが存在する。こ
のため励磁装置２００の自己発熱による温度上昇
より機内の温度が上昇する方が速い。よつて磁気
ヨーク２０２の温度は外部側から変動を始める。

磁気ヨーク２０２の外側から温度変動が与えら
れると周囲温度検出回路５００が検出信号を出力
する。周囲温度検出回路５００は温度センサ５０
１としてダイオードを用いた場合を示す。磁気ヨ
ーク２０２の外側の温度が上昇すると温度センサ
５０１を構成するダイオードの順方向導通電圧が
低下する。

温度センサ５０１の検出信号はバツフア増幅器
５０２を通じて演算増幅器３０１の反転入力端子
に与えられ、演算増幅器３０１の出力電圧及び電
流ブースタートランジスタ３０２のエミツタ電圧
を上昇させる方向に補正を行う。この結果励磁電
流Ｉは漸次増加し、YIG発振周波数も増加し、補
正が行われる。

よつてこの補正動作によつて第４図に示した起
動時から発振周波数が漸次低下する特性の周波数
変動は阻止され第２図に示すように起動時から発
振周波数を安定に維持させることができる。

次に起動時から充分時間が経過した時点で掃引
開始周波数を変化させた場合の補正動作について
説明する。

掃引開始周波数を低い周波数から高い周波数に
移した場合は励磁コイル２０１を流れる励磁電流
が増加し、励磁コイル２０１の温度が上昇する方
向の温度変動が発生する。

この温度変動は励磁コイル２０１の端子間電圧
の増大となつて現われ、差動増幅器４０２の出力
電圧を上昇させる。つまり内部温度検出回路４０
０の検出信号は励磁コイル２０１の温度上昇に伴
なつて電圧が上昇する電圧信号で演算増幅器３０
１に入力される。演算増幅器３０１の反転入力端
子に電圧が上昇する補正信号を与えることにより
電流ブースタートランジスタ３０２のエミツタ電
圧を下降させる方向に補正が行われ、その結果励
磁電流Ｉは減少し、発振周波数の上昇を抑制す
る。

この結果第５図に示した変動特性のように急激
に発振周波数が上昇する変動は抑制され、或る時
間、例えば５分程度経過すると励磁コイル２０１
の温度は或る温度に到達し安定する。

一方５分程度経過すると内部で発生した温度変
動が磁気ヨーク２０２の外側に伝達され、この温
度変動によつて第５図に示したように発振周波数
が漸次低下する現象が見られるが、この考案によ
れば磁気ヨーク２０２の外側に温度センサ５０１
を設けたから内部で発生した温度変動が磁気ヨー
ク２０２の外側に達すると周囲温度検出回路５０
０がその温度変動をとらえて補正信号を出力す
る。つまり磁気ヨーク２０２の外側の温度が漸次
上昇すると温度センサ５０１の検出電圧が低下
し、これがバツフア増幅器５０２を介して演算増
幅器３０１の反転入力端子に与えられるため演算
増幅器３０１の出力電圧は上昇し、さらに電流ブ
ースタートランジスタ３０２のエミツタ電圧も上
昇し、その結果励磁電流Ｉも増加し、発振周波数
の低下を抑制する。よつてこの場合も第２図に示
すように掃引開始周波数の変更に伴なう周波数変
動は抑制されYIG発振器の発振周波数は安定に維
持される。

また動作中においてYIG発振器の発振周波数を
高い周波数から低い周波数に変化させた場合はそ
の周波数変化幅に対応した量の励磁電流が減少す
るから励磁コイル２０１の温度が低下する。この
温度の低下は内部温度検出回路４００によつて検
出され電圧が低下する方向の補正信号を出力す
る。この補正信号は演算増幅器３０１の反転入力
端子の電位を低下させるから演算増幅器３０１の
出力の電圧は上昇し電流ブースタートランジスタ
３０２のエミツタ電圧も上昇し、この結果発振周
波数の低下を抑制する。この補正によつて第６図
に示した急激に発振周波数が低下する変動が抑制
される。

この状態で５分程度経過すると励磁コイル２０
１の温度変動は磁気ヨーク２０２の外側に伝達さ
れ周囲温度検出回路５００がその温度変動を検出
する。周囲温度検出回路５００は温度の低下が与
えられると温度センサ５０１の電圧が上昇し演算
増幅器３０１の反転入力端子の電位を漸次上昇さ
せる。この電位上昇により演算増幅器３０１の出
力電圧は低下し電流ブースタートランジスタ３０
２のエミツタ電圧も低下し、その結果励磁電流Ｉ
が減少する。

励磁電流の減少により第６図に示した周波数の
漸次上昇する変動が抑制され、結果として第２図
に示すように発振周波数は安定化される。

「考案の効果」 以上説明したようにこの考案によれば内部温度
検出回路４００と、周囲温度検出回路５００を設
けた構造によつてYIG発振器の発振周波数を安定
化することができるから自動周波数制御回路を付
加する場合より安価に作ることができる。

特に内部温度検出回路４００は温度センサとし
て励磁コイル２０１を流用し、然もバツフア増幅
器４０１と差動増幅器４０２によつて構成できる
からそのコストは極めて安価である。

また外部温度検出回路もダイオードとバツフア
増幅器５０２によつて構成できるから、これのコ
ストも安価である。

よつて全体としてもコストの上昇は極めて小さ
くでき、安定に動作するYIG発振器を安価に提供
できる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例を示す接続図、第
２図はこの考案によつて得られるYIG発振器の発
振特性を示すグラフ、第３図は従来のYIG発振器
の構造を説明するための接続図、第４図乃至第６
図は従来技術の欠点を説明するためのグラフであ
る。 １００……YIG球、２００……励磁装置、２０
１……励磁コイル、２０２……磁気ヨーク、３０
０……電流源回路、４００……内部温度検出回
路、５００……周囲温度検出回路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 Ａ YIG球に励磁コイルと磁気ヨークとによつて
   構成される励磁装置により直流磁界を与え、こ
   の直流磁界の変化によつてYIG球によつて構成
   されるYIG発振器の発振周波数が規定される
   YIG発振器において、 Ｂ 上記励磁コイルに定電流を与え上記YIG発振
   器の発振周波数を安定する電流源回路と、 Ｃ 上記励磁コイルに発生する電圧変化を検出
   し、等価的に上記励磁装置の内部で発生する温
   度変化に基づく発振周波数の変化を検出する電
   圧検出回路によつて構成され、この電圧検出回
   路の検出信号を上記電流源回路に与え、この電
   流源回路の出力電流を補正して上記YIG発振器
   の周波数変動を抑制する内部温度検出回路と、 Ｄ 上記励磁装置の外側に設けられた温度センサ
   と、この温度センサの電圧変化によつて上記励
   磁装置の周囲温度変化を検出して等価的に上記
   YIG発振器の発振周波数変動を検出するバツフ
   ア増幅器とによつて構成され、このバツフア増
   幅器の検出信号を上記電流源回路に与え、上記
   励磁装置の外部温度変化に基づく上記YIG発振
   器の発振周波数の変動を抑制する周囲温度検出
   回路と、 を付加して成るYIG発振器。