JPH0461404A - 発振回路 - 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】 「産業上の利用分野」 本発明はマイクロストリップ線路を用いた発振回路、例
えば電圧制御発振回路（以下Ｖｃｏと記す）で、線路幅
及び線路長を極小化したマイクロストリップ線路の共振
回路を有する■ｃｏに関し、詳しくは、スタブを接続し
たマイクロストリップ線路でスタブをトリミングして発
振周波数を調整するものである。

「従来の技術」 従来より、自動車電話を代表とする移動体通信機用■Ｃ
Ｏ１衛星通信機用ＶＣＯには、共振回路部の共振素子と
してマイクロストリップ線路や誘電体同軸共振素子を用
いて構成することが広く知られていた。

第７図は、誘電体同軸共振素子の共振回路を有する電圧
制御型発振（ＶＣＯ）回路図である。

ＶＣＯは、能動素子からなる負性抵抗回路部６ａと誘電
体同軸共振素子６１を有する共振回路部６ｂとから構成
されるコルピッツ型発振回路である。

能動素子からなる負性抵抗回路部６ａは、トランジスタ
Ｑ１をコレクタ接地している。

共振回路部６ｂは誘電体同軸共振素子６１と、制’ａＮ
圧により容量が可変するバリキャップＣｖとバイパスコ
ンデンサＣＬ　Ｃ２と電圧制御発振周波数の可変範囲を
決定するためのコンデンサＣ３とクラップコンデンサ０
４などから構成される装置 このような共振回路部６ｂに使用される誘電体同軸共振
素子６１は第８図に示すように、誘電体ブロックの上面
７１から底面に貫く貫通穴７２を有し、ブロックの側面
に外導体７４、貫通穴７２の内面に内導体７５が形成さ
れ、さらに上面７１０反対面（図に現れない）で外導体
７４と内導体７５とが導通するように構成されている。

上述の回路において、誘電体同軸共振素子６１の誘導性
を、共振回路のインダクタンスとして利用していた。

しかしながら、誘電体同軸共振素子６１は、外形が約Ｉ
Ｃ１１角程度の電子部品となり、所定発振回路基板（図
示せず）上に精度よく半田っけをしなくてはならないた
めに、実装工程が煩雑となり、さらに発振回路全体の小
型化に制約があるなどの欠点がある。

そこで、共振回路部６ｂの誘電体同軸共振素子６１（イ
ンピーダンスＺ０−７Ω、誘電率ε、＝９０）を第９図
に示すようなマイクロストリップ線路８１に置換するこ
とが考えられる。上述の誘電体同軸共振素子６１と同等
、即ち、例えば共振周波数ｆ０を９００ＭＨｚでの等価
インダクタンスＬ０は約１．５５ｎＨであり、等価キャ
パシタンスＣ０は約２０ｐＦのマイクロストリップ線路
８１は、誘電体基板８２（誘電率ε、　＝９．６のアル
ミナ基板）上に、線路幅Ｗが９■、線路長りが２８．１
ｗａの導体で形成したものに相当する。

マイクロストリップ線路８１を例えば厚膜手法などで形
成することは、線路幅Ｗ９■と極めて幅広となることか
ら、実用上発振回路を小型化するのに極めて障、害とな
るのである。

このマイクロストリップ線路８１を小型化するために線
路幅Ｗを小さくすることが考えられるが、導体抵抗が増
加し、Ｑ値が低下してしまい、第５図の実線から破線の
ように、共振インピーダンスが低下し、さらにグラフの
急峻さに欠けてしまう。

結局、選択特性が悪い共振回路部となってしまい、よっ
て発振周波数を中心に、周辺の周波数帯域でノイズの抑
圧が困難となる。

「発明が解決しようとする課題」 マイクロストリップ線路を小型化するために、結局は、
線路幅Ｗを縮小すると、Ｑ値の低下及び導体抵抗の増加
が発生し、実際上の小型化が図れず、特性的に誘電体同
軸共振素子と同等またはそれ以上の特性を有する共振素
子が達成できなかった。さらに、このようなマイクロス
トリップ線路を有する発振回路において、発振周波数の
調整が容易且つ正確にできることが求められていた。

「課題を解決するための手段および作用」本発明は上述
の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は従
来の誘電体同軸共振素子と同等、それ以上の特性が得ら
れ、さらに小型化が達成されるマイクロストリップ線路
を共振回路部にもち、発振周波数の調整が容易且つ正確
にできる発振回路を提供することにある。

本発明が上述の目的を達成するために行った具体的な手
段は、マイクロストリップ線路を有する共振回路部と能
動素子からなる負性抵抗回路部とからなり、該マイクロ
ストリップ線路の一方の端部が接地され、該マイクロス
トリップ線路の他端部が付加容量成分に接続されるとと
もに、該マイクロストリップ線路単体の共振周波数を発
振回路の発振周波数よりも充分高い、例えば２倍以上の
ＧＨｚ帯での周波数に設定し、該付加容量成分により、
該共振周波数を発振回路の発振周波数近傍にまで低減さ
せるように構成するとともにマイクロストリップ線路に
スタブを接続し、該スタブをトリミングして発振周波数
を調整することで達成される。

「実施例」 以下、本発明の発振回路を図面に基づいて詳説する。

第１図は、本発明のマイクロストリップ線路を有する発
振回路の回路図である。

発振回路は、能動素子からなる負性抵抗回路部ａとマイ
クロストリップ線路１を有する共振回路部すとから構成
されている。

能動素子からなる負性抵抗回路部ａは増幅用トランジス
タＱ１をコレクタ接地して構成されている。尚、増幅部
ａの端子Ｂは電源端子、端子Ｐは出力端子である。

共振回路部すはマイクロストリップ線路１と、付加容量
成分Ｃｘと、制御電圧により容量が可変するバリキャッ
プＣｖとバイパスコンデンサＣＩ、Ｃ２と、電圧制御発
振周波数の可変範囲を決定するためのコンデンサＣ３と
、タラップコンデンサ０４などから構成されている。尚
、共振回路すの端子Ｖｔは制御電圧端子、端子Ｍは変調
端子である。

共振回路部すのマイクロストリップ線路ｌは、第２図（
ａ）に示すように、安価な低誘電率系基板、例えばアル
ミナ基板２上に、従来よりも極めて小さい線路幅Ｗ、線
路長しの導体として形成されて、構成される。導体は高
導電率の金属である銅が好ましい。

また、マイクロストリップ線路１が形成された基板２の
裏面側には、アース導体３が形成され、マイクロストリ
ップ線路１の一端がスルーホール４を介してアース導体
３に接続されている。

さらに、マイクロストリップ線路１の他端には、付加容
量成分Ｃｘがマイクロストリップ線路１に接続されてい
る。

付加容量成分Ｃｘは、マイクロストリップ線路１の小型
化によって生じるマイクロストリップ線路１単体の充分
に高い共振周波数ｆ１を、発振回路の発振周波数の近傍
の所期の共振周波数ｆ０に低減させるためのものであり
、マイクロストリップ線路１の他端にチップコンデンサ
５等の容量成分を接続して構成される。

マイクロストリップ線路１の線路幅Ｗ、線路長しの決定
にあたり、所期の共振周波数ｆ０として９００ＭＨｚ、
緒特性として 上述の誘電体同軸共振素子６１と同様の、特性インピー
ダンスＺ、　　　　　　　７ｎ等価インダクタンスＬ＝
　　　　１．５５ｎＨ等価キャパシタンスＣ０２０ｐ　
Ｆとする。

上述の設定ではマイクロストリップ線路の幅Ｗは、上述
のように特性インピーダンスＺ０より等測的な約９ｍと
なってしまう。

そこで、本発明は、小型化するために、マイクロストリ
ップ線路１の線路幅Ｗを例えば１．０ｍｍに設定する。

マイクロストリップ線路１の線路幅Ｗを１．０ｍａ＋と
小さくすることは、第３図に示すように特性インピーダ
ンスＺ０が約３８．８０Ωとなる。尚、第３図の特性の
測定条件は、共振周波数が９００ＭＨｚ、基板２の誘電
率ε１が９．６、基板２の厚みｈが０．６３５閣、マイ
クロストリップ線路１の厚みｔが１４ｍである。

このように、線路幅Ｗが極小化したマイクロストリップ
線路１の等価回路は第２図ら）に示すよう、に、等価イ
ンダクタンスし、と等価キャパシタンスＣ０とからなる
。そして、等価インダクタンスし、は ただし、 Ｚｏ　：特性インピーダンス ｆｏ　：共振周波数 となる。特性インピーダンスＺ０が３８．８Ωのマイク
ロストリップ線路１での等価インダクタンスし。

は８．７ｎＨと従来の誘電体同軸共振素子６１に比較し
て６倍程度も大きくなる。さらに、マイクロストリップ
線路１の導体抵抗も太き（なり、Ｑ値の低下が発生して
しまう。

上述の０式で求まる等価インダクタンスＬ、を目標の特
性（１，５５ｎＨ）にするには、特性インピーダンスＺ
０に比例して、共振周波数１０を充分高い共振周波数ｆ
１に置換すればよい。即ち、共振周波数ｆ、を約４．７
ＧＨｚとすればよい。

マイクロストリップ線路１の線路長ｌは、１＝　　　　
　（２ｎ−１）　　λｇ　−■＝１゜ヱ　　　　０ “ゝ””　４−ｆ。２　　　■ となる。

並列共振Ｑ値としわとの関係式は、 Ｚ、＝Ｑ２πｆｏＬｏ　　　　　　　　■−尚、ｌ：マ
イクロストリップ線路の長さＣ：光速 ｆ、：共振周波数 ε、：実効比誘電率 Ｚ２．共振時のインピーダンス であるかり、充分高い共振周波数ｆ、を得るには、素子
の長さ、即ちマイクロストリップ線路１０線路長ｌを短
くすることによって達成できる。これにより、マイクロ
ストリップ線路１の線路幅Ｗが１．０諺、線路長ｌが６
．２ｍと極小化ができる。

さらに、マイクロストリップ線路１のＱ値は、前述した
ように、線路幅Ｗの縮小によりＱ値が低下するが、線路
長ｌの設計により式■″から理解されるようにＱ値が向
上する。

このような極小化されたマイクロストリップ線路工を共
振回路部すに実装するには、特性インピーダンスＺ、に
比例して、充分に高い共振周波数ｆ　ｒ　（４，７ＧＨ
ｚ）を発振回路の発振周波数近傍の周波数ｆ　ｏ　（９
００ＭＨｚ）に低下補正することが重要となる。

具体的な補正手段として、第１図の破線枠の共振部Ｒで
示したように、マイクロストリップ線路１の一方端に、
該マイクロストリップ線路１の並列的に付加容量成分Ｃ
ｘを接続する。

付加容量成分Ｃｘは、第４図の等測的な電気回路のよう
に、マイクロストリップ線路１の等価キャパシタンス成
分Ｃ０と付加容量成分Ｃｘとが並列的に接続される。こ
こで、共振周波数ｆｏ、マイクロストリップ線路１単体
の充分に高い共振周波数ｆＩとし、共振周波数ｆｌは共
振周波数ｆ０のｍ倍であるとする。

第４図の容量成分Ｃ０及びＣｘの合成による等価回路図
において、付加容量成分Ｃχとマイクロストリップ線路
１を含む共振部Ｒの共振周波数ｆ０が、発振回路の発振
周波数の近傍の共振周波数ｆ０になるように、付加容量
成分Ｃｘを決定すればよい。

１・−”１°−２！ｒσ ■ 即ち、式■、■より、付加容量成分Ｃｘは、キャパシタ
ンス成分Ｃ０に対して、 Ｃｘ　＝Ｃ＠　（ｍ”　　　１） となるように設定すれば、所期の共振周波数ｆ。

が達成され、従来の誘電体同軸共振素子と同一共振周波
数で且つ特性的にも同等またはそれ以上のマイクロスト
リップ線路１による共振部Ｒが達成される。

即ち、本発明は、マイクロストリップ線路１の小型化及
びＱ値の向上のために、マイクロストリップ線路長し及
び線路幅Ｗを極小化することによって、発生する充分に
高い共振周波数ｆ、を、付加容量成分Ｃχの接続によっ
て、発振器の発振周波数に近接した共振周波数に低下補
正したものであり、これにより、マイクロストリップ線
路１の小型化、即ち、発振回路の小型化及び誘電体同軸
共振素子と同等の特性が容易に得ることができることに
なる。

尚、発明の共振回路の周波数（マイクロストリップ線路
１と付加容量成分Ｃｘで構成した共振体Ｒの補正された
共振周波数）ｆｏとマイクロストリップ線路１単体の共
振周波数ｆ＋　との係数ｍは、２＜ｍ＜７の範囲が好ま
しい。

次に、マイクロストリップ線路１の導電率における導体
損失は、マイクロストリップ線路１の線路長し及び線路
幅Ｗに大きく起因する。

このため、マイクロストリップ線路１を形成する際に、
高導電率の材料、例えば銀、銅などの金属をベースとし
た導体が望ましい。

尚、上述の実施例では、マイクロストリップ線路１の一
端は、付加容量と並列的に接続されており、もう一端は
、電気的に接地されているが、共振条件に応じて、必要
に応じてインダクタンス成分やキャパシタンス成分を付
加して接地してもよい。

以上のように、マイクロストリップ線路１および付加容
量Ｃｘを設け、小型化した発振回路と構成しても、その
他の電子部品の特性のばらつきや接合状態で発振周波数
が変化してしまうことがある０本発明では、さらに上述
の発振回路に適した周波数調整手段として、マイクロス
トリップ線路１と一体化し、マイクロストリップ線路１
と同一工程で形成でき、さらに機械的な調整を使用する
ことのないトリミング手段、即ち、ショートスタブを設
け、容易に且つ安定した周波数調整を可能とした。

本発明のショートスタブによる周波数調整について述べ
る。

第１０図（ａ）には、本発明の発振回路に用いられるマ
イクロストリップ線路ｌの側部にショートスタブ１０１
１．１０１７．１０１１．１０１．を備えたものを示す
。

ここでも、第２図に示した場合と同様に、マイクロスト
リップ線路１は印刷で誘電体基板２上に形成し、基板２
の裏面にはアース導体が形成され、基板２に穿設したス
ルホール（ＧＮＤ）４を介してマイクロストリップ線路
ｌとアース導体とは短絡されている。この回路を等価的
回路図で示すと、第１０図（ｂ）に示すとおりで、ショ
ートスタブ１０１１．１０１□、１０１８．１０１４の
４個がΔｌの間隔で接続しである。このショートスタブ
１０１１．　ｔｏｉｚ、１０１１．１０１４を順次レー
ザ等により切断することで周波数調整を行う０図波破線
矢印はトリミングの方向を示す。

そのショートスタブ１０１１．１０１７．１０１１．１
０１４の切断と周波数との関係は第１０図（Ｃ）に示す
とおりで、ショートスタブ１０１の切断が１０１８．１
０１７．１０１３．１０１４になるに従って周波数が徐
々に小さくなるのが示されている。

本周波数調整では、ショートスタブ１０１１．１０１ｇ
、１０１１．１０１．を切断するごとに、第１０図（Ｃ
）に示すとおり直線的に周波数が変化し変化率が等しい
。また、ショートスタブ１０１の幅と間隔を選定するこ
とにより、周波数の変化率を任意に設定できる。

さらに、Ｃ／Ｎ等の発振回路の性能を劣下させることな
く周波数の調整ができる。その上、本周波数調整ではシ
ョートスタブ１０１のトリミングをレーザ等で行えるた
め、実施が容易である。

第１１図（ａ）には、本発明の発振回路に用いられるマ
イクロストリップ線路１の両側部にショートスタブ１０
１．、．１０１＋ｚ　、１０１゜、１０１．、　、１０
１□１．１０１ｚｔ　、１ｏ１□、１０１□４．を備え
たもので、ショートスタブ１０１の切断を、一方何のシ
ョートスタブ１０１．を切断し、次に他方側のショート
スタブ１０１゜を切断するように順次交互に切断するも
のである。

この回路を等価的回路図で示すと、第１１図０））に示
すとおりで、ショートスタブ１０１の切断が１０１□１
．１０１□、１０１゜、１０１＋３・・・・・・になる
に従って周波数が徐々に小さくなるのが示されている。

本例にはショートスタブ１０１間隔が製造的に限界があ
る場合や周波数の変化率を小刻みにさせる場合に適用で
き、前記例の周波数の変化の約半分にすることができる
。

第１２図（ａ）には、本発明の発振回路に用いられるマ
イクロストリップ線路１の側部に１本のショートスタブ
１０１□を備え、そのショートスタブ１０１！。

の側部に更にショートスタブ１０１．、．１０１．！　
、１０１．３．１０１、、を等間隔に備えさせたもので
ある。周波数の調整は、ショートスタブ１０１．、．１
０１．□、１０１．３．１０１４、を順次切断して行う
、この回路を等価的回路図で示すと、第１２図（ｂ）に
示すとおりで、周波数の変化例を第１２図（Ｃ）に示す
。

この周波数調整は、周波数のバラツキが少ない回路組立
時のような場合に適し、且つ周波数の微調整が必要な場
合に有効である。

第１３図は、本発明の発振回路に用いられるマイクロス
トリップ線路１の側部に蛇行させたオープンスタブ１０
１６．を備えたものである。オーブンスタブ１０１ｔｈ
ｌの解放端から順次切断していく。

本周波数調整では、オープンスタブ１０１．、が蛇行し
ているため、切断を連続的に行えるので、調整が容易で
ある。また、蛇行したオープンスタブ１０１、、を切断
するごとに周波数は直線的に変化する。さらに、オーブ
ンスタブ１０１．１　の蛇行させる長さを選定すること
により、周波数の変化率を任意に設定できる。その上、
オーブンスタブ１０１．。

を切断して周波数の調整を行うので、発振回路の性能を
劣化させることなく調整できる。

「発明の効果」 以上、詳述したように、本発明はマイクロストリップ線
路を有する共振回路部と能動素子からなる負性抵抗回路
部とからなり、該マイクロストリップ線路の他端部が並
列的に容量成分に接続されるとともに、該マイクロスト
リップ線路を発振回路の発振周波数よりも充分に高い共
振周波数で共振させ、該容量成分により、該共振周波数
を発振回路の発振周波数近傍にまで低減させたため、特
性的に同等遜色することなく、Ｑ値の劣下を完全に解決
及び防止でき、さらに、小型化、部品点数コスト、実装
コストの低減となり、マイクロストリップ線路にスタブ
を接続し、該スタブをトリミングして発振周波数を調整
するようにしたから、発振周波数の調整が容易で正確に
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のマイクロストリップ線路を共振部に
有する発振回路の回路図である。 第２図（ａ）は、本発明の発振回路に用いられるマイク
ロストリップ線路の斜視図であり、第２図（ｂ）は、そ
の等測的な電気回路図である。 第３図は特性インピーダンスｚ０とマイクロストリップ
線路の線路幅Ｗとの関係を示した特性図である。 第４図は、本発明の発振回路の共振部、即ち、マイクロ
ストリップ線路と付加容量成分とを接続した状態の等価
回路図である。 第５図は、マイクロストリップ線路の共振周波数と共振
インピーダンスの関係を示す特性図である。 第６図はマイクロストリップ線路の導体抵抗を考慮した
ときの等価回路図である。 第７図は、従来の共振回路部に誘電体同軸共振素子を有
する発振回路の回路図である。 第８図は、従来の誘電体同軸共振素子の一例を示す外観
斜視図である。 第９図は、従来の共振回路部をマイクロストリップ線路
に置換した場合の一部外観斜視図である。 第１０図（ａ）は、本発明の発振回路に用いられるショ
ートスタブを備えるマイクロストリップ線路の平面図、
第１０図（ｂ）はその等価的回路図、第１０図（Ｃ）は
ショートスタブ切断と周波数との関係を示す図表である
。 第１１図（ａ）は、本発明の発振回路に用いられるシラ
ートスタブを備えるマイクロストリップ線路の平面図、
第１１図（ｂ）はその等価的回路図、第１１図（Ｃ）は
ショートスタブ切断と周波数との関係を示す図表である
。 第１２図（ａ）は、本発明の発振回路に用いられるショ
ートスタブを備えるマイクロストリップ線路の平面図、
第１２図ら）はその等価的回路図、第１２図（Ｃ）はシ
ョートスタブ切断と周波数との関係を示す図表である。 第１３図は、本発明の発振回路に用いられる蛇行したオ
ーブンスタブを備えたマイクロストリップ線路の平面図
である。 図面の浄書

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）マイクロストリップ線路を有する共振回路部と能
   動素子からなる負性抵抗回路部とからなり、該マイクロ
   ストリップ線路の一方端部を接地に、他端部を付加容量
   成分に接続するとともに、前記マイクロストリップ線路
   にトリミングにより発振周波数を調整し得るスタブを接
   続したことを特徴とする発振回路。