JPH0618290B2 - マイクロ波発振器 - Google Patents

マイクロ波発振器

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JPH0618290B2
JPH0618290B2 JP62241274A JP24127487A JPH0618290B2 JP H0618290 B2 JPH0618290 B2 JP H0618290B2 JP 62241274 A JP62241274 A JP 62241274A JP 24127487 A JP24127487 A JP 24127487A JP H0618290 B2 JPH0618290 B2 JP H0618290B2
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capacitive element
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、3端子の発振用能動素子を使用したマイクロ
波発振器に関するものである。
従来の技術 従来のマイクロ波発振器としては、特公昭60−477
64号公報に記載されているように直列帰還型発振回路
及び並列帰還型発振回路の2種類がある。
第14図はこの従来のドレイン接地での直列帰還型発振
回路の等価回路を示すものである。1は電界効果トラン
ジスタ(以下FETと称す)、2はゲート端子、3はド
レイン端子、4はソース端子である。5は容量性又は誘
導性素子6,7から構成された直列帰還回路で、素子
6,7は一方が誘導性であるとき他方は容量性であるよ
うに選ばれている。また、ソース端子4は負荷インピー
ダンス素子8に接続され、素子6,7,8の他端は共通
に接続されている。
第15図はこの従来のマイクロ波発振器の具体例を示す
ものであり、第14図と同一物については同一符号を付
して説明する。1はFETであり、2はゲート端子、3
はドレイン端子、4はソース端子である。9はストリッ
プ線路でゲート端子2に一端を、他端を終端抵抗10で
終端されている。11は誘電体共振器でストリップ線路
9に結合するように配置されている。12は電源供給端
子、13は発振周波数でのおおよそ1/4波長の長さをも
つ終端開放1/4波長線路である。14はセルフバイアス
抵抗、15は低域通過フィルタである。16は出力端子
である。
以上のように構成された従来のマイクロ波発振器におい
て、1/4波長線路13の線路長が正確な1/4波長よりずら
してあるために生ずるリアクタンスが第14図の素子6
に相当し、誘電体共振器11とストリップ線路9から成
る共振回路が第14図の素子7に相当し、第15図の回
路は直列帰還型発振回路となる。第15図において、電
源供給端子12より直流電源を供給すると、セルフバイ
アス抵抗14を流れる電流による電圧降下でゲート端子
2の電位がソース端子4の電位より低くなる。このと
き、ドレイン端子3に終端開放1/4波長線路13を接続
するとゲート端子2に負性抵抗が発生し、ゲート端子2
よりFET1側を見たときの反射率をΥとすると|ΥG
|>1となる。ゲート端子2よりストリップ線路9側を
見たときの誘電体共振器11の共振周波数近傍での反射
率をΥとすると、 |ΥR|・|ΥG| −(1) の場合にはゲート端子2とストリップ線路9との間に、
くり返し反射が生じ発振を開始する。その出力をソース
端子より得ていた。
第16図は従来のソース接地並列帰還型発振回路の等価
回路を示すものである。第14図,第15図と同一物につ
いては同一番号を付して説明する。1はFET、2はゲ
ート端子、3はドレイン端子、4はソース端子である。
17は容量性又は誘導性素子18,19より構成された
並列帰還回路である。素子18および19は一方が誘導
性であるとき他方は容量性であるように選定されてい
る。素子18はFET1のゲート端子2とソース端子4
との間に接続され、素子19はFET1のゲート端子2
とドレイン端子3との間に、負荷アドミッタンス素子2
0はFET1のドレイン端子3の間に接続されている。
第17図は並列帰還型発振器の具体的な構成の等価回路
を示す。1はFETであり、2はゲート端子、3はドレ
イン端子、4はソース端子である。21,22は終端開
放ストリップ線路で誘電体共振器23と電磁的に結合し
ている。24はドレイン端子に接続された出力端子であ
る。第17図の回路において、誘電体共振器23の共振
周波数近傍では、ドレイン端子3からストリップ線路2
1,22と誘電体共振器23を介してゲート端子2へ正
帰還がかかる。この帰還路の利得をG(|GR|<1)と
し、FET1のゲート端子2とソース端子3間の利得を
とすると、 |GR|・|GF| | (2) の場合に第17図の回路は誘電体共振器23の共振周波
数近傍で発振を開始し、その出力を出力端子24より取
り出していた。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら第15図の構成では、FET1の利得が低
い場合や、FET1内部のゲート・ソース間容量が大き
い場合に、ゲート端子2よりFET1側を見た反射率の絶
対値|ΥG|が低くなり発振開始が確実でなくなるという
問題点を有していた。
また、第17図の構成ではFET1の利得の絶対値|GF|
が低い場合や、ドレイン端子3からストリップ線路2
1,22と誘電体共振器23を介してゲート端子2に帰
還する帰還路の利得の絶対値|GR|が低い場合には発振を
開始しなかったり、出力が低下するという問題点を有し
ていた。
本発明はかかる点に鑑み、発振用能動素子の利得がある
程度低い場合でも、またその内部容量が大きい場合でも
安定に発振するマイクロ波発振路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 上記目的を達成するために本発明のマイクロ波発振器
は、電界効果トランジスタと、一端が高周波的に接地さ
れ他端が前記電界効果トランジスタのドレイン端子に接
続された第1の誘導性素子と、前記電界効果トランジス
タのゲート端子に接続された共振回路と、一端が前記ド
レイン端子に他端が前記電界効果トランジスタのソース
端子に接続された第1の容量性素子を備えたことを特徴
とするものである。
作用 上記構成により、直列帰還回路を電界効果トランジスタ
のドレイン端子に接続された誘導性の素子と前記電界効
果トランジスタのゲートの端子に接続された共振回路で
構成し、並列帰還回路を前記ドレイン端子と前記電界効
果トランジスタのソース端子に両端を接続された容量性
の素子で構成し、発振用能動素子の前記ゲート端子に生
ずる負性抵抗を従来のマイクロ波発振器より高めること
により確実に発振を開始するマイクロ波発振器を得るこ
とができる。
実施例 以下、図面に基づき本発明の実施例について詳しく説明
する。
第1図に本発明の一実施例のマイクロ波発振器の高周波
等価回路を示す。なお第14,15,16,17図と同
一物には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
第1図において、1は発振用能動素子であるFET、2
はゲート端子、3はドレイン端子、4はソース端子であ
る。25は直列帰還回路であり、誘導性の素子26,容
量性の素子27から構成されている。また、28は容量
性の素子であり、素子28の一端はソース端子4に、他
端はドレイン端子3に接続され、並列帰還回路29を構
成している。また、ソース端子4は負荷インピーダンス
素子30に接続され、素子26,27,30の他端は共
通に接続される。第1図の第14図,第16図と比較す
れば明らかなように、従来の直列帰還型発振回路でもな
く、並列帰還型発振回路でもない。直列・並列両帰還併
用型発振回路である。
第2図に第1の実施例のマイクロ波発振器の具体的構成
例を示す。31はチップFETである。32はゲート端
子、33はドレイン端子、34はソース端子である。3
5はインダクタであり第1図の素子26に相当し、一端
をバイパスコンデンサ36を介し高周波的に接地され、
他端をドレイン端子33に接続されている。37はコン
デンサであり、一端をソース端子34に、他端をドレイ
ン端子33に接続されている。コンデンサ37は第1図
において素子28に相当する。38はストリップ線路で
あり、一端を終端抵抗39で終端され、他端はゲート端
子32に接続されている。40は、ストリップ線路38
に電磁的に結合するように配置された誘電体共振器であ
る。ストリップ線路38,終端抵抗39,誘電体共振器
40により共振回路41が構成され、この共振回路の共
振周波数近傍でのインピーダンスが第1図の素子27の
インピーダンスに相当する。42はセルフバイアス抵
抗、43は発振周波数での波長の1/4の長さをもつ1/4波
長線路である。44はバイアス端子、45は出力端子で
ある。
以上のように構成された第2図の実施例のマイクロ波発
振器について以下その動作を説明する。
1/4波長線路43は、一端が接地されるため他端は発振
周波数で開放となり、直流バイアス電流のみを通し、出
力信号がセルフバイアス抵抗42で消費されるのを防
ぐ。インダクタ35及びコンデンサ37は、それぞれの
インダクタンス,キャパシタンスを適切に設定すること
により、FET31のゲート端子32からFET31側
を見た反射率の絶対値|Υ|を増大させる作用を有す
る。共振回路41の誘電体共振器40の共振周波数近傍
での反射率の絶対値を|Υ|とすると、 |ΥR|・|ΥG|1 −(3) で、ゲート端子32と共振回路41の間で誘電体共振器
40の共振周波数近傍の信号のみがくり返し反射をし、
発振を開始する。
第3図は、ゲート端子32からFET31側を見た発振
周波数10.75GHzでの反射率|ΥG|とインダクタ35
のインダクタンスLの関係を、コンデンサ37のキャパ
シタンスCをパラメータとして、あるチップFETに
ついて計算したものである。第3図の場合、ドレイン端
子33を直接高周波的に接地する(L=Oに相当)より
も、1.1nHのインダクタ2を介して接地し、コンデ
ンサ37のキャパシタンスCを0.2PFにした場合
(この時、 の関係が成立している。)の方が、ゲート端子32より
FET側を見た反射率の絶対値|ΥG|を高くすることが
でき、共振回路の反射率|ΥR|が低くても発振条件であ
る(3)式を満たすことが可能となる。よって|ΥR|が低く
ても確実に発振を開始するマイクロ波発振器を得ること
ができる。そして、コンデンサ37の素子値を適当にと
れば低い値のインダクタ35でも高いゲート端子32で
の反射率|ΥG|を得る。
以上のようにこの実施例によれば、マイクロ波発振器に
おいて、FET31のドレイン端子33を適当な値のイ
ンダクタ35を介して接地し、FET31のドレイン端
子33とソース端子34を適当な値のコンデンサ37で
接続することにより、確実に発振を開始するマイクロ波
発振器を得ることができる。しかも、コンデンサ37を
ソース端子34とドレイン端子33間に挿入すること
で、低いインダクタンス値のインダクタ35でも高いゲ
ート端子32での反射率|ΥG|を得られるため回路の小
型化・IC化に適する。
第4図は本発明の第2の実施例のマイクロ波発振器を示
すものである。第2図と同一物には同一符号を付して説
明する。ソース端子34と出力端子45の間にコンデン
サ46が直列に挿入されている以外は第2図の同様な構
成である。
前記のように構成された第4図の実施例のマイクロ波発
振器について、以下その動作を説明する。
第4図においてコンデンサ46以外の動作は第2図と全
く同一である。コンデンサ46は発振周波数においてF
ET31のゲート端子32からFET31側を見た反射
率の絶対値|ΥG|を第2図のマイクロ波発振器の場合よ
りさらに増大させる働きをもつ。
第5図は、あるチップFETについて、インダクタ35
のインダクタンスLを1.1nH,キャパシタ37のキ
ャパシタンスCを0.2PFとしたときのコンデンサ
46のキャパシタンスCと発振周波数10.75GH
zでのゲート端子32からFET31側を見た反射率の
絶対値|ΥG|との関係を示したものであり、この場合コ
ンデンサ46のキャパシタンスCが0.45PFの場
合がゲート端子32からFET31側を見た反射率の絶
対値|ΥG|が最大となり、コンデンサ46のない第2図
の場合に比べ一層確実に発振を開始するマイクロ波発振
器を構成できる。しかも、コンデンサ46により出力端
子45とソース端子34とが直流的に遮断されるため、
あらためて直流遮断用のコンデンサを出力に挿入する必
要がない。
以上のように、第4図の実施例によれば、第2図のマイ
クロ波発振器にチップFET31の近傍で、かつ、ソー
ス端子34と出力端子45との間にコンデンサ46を挿
入することにより、さらに確実に発振を開始するマイク
ロ波発振器を構成できる。
第6図は本発明の第3の実施例のマイクロ波発振器を示
すものである。第2,4図と同一物は同一符号を付して
説明する。第6図において、出力端子45と接地間にコ
ンデンサ47を挿入した以外は第4図と同様な構成であ
る。
前記のように構成された第6図の実施例のマイクロ波発
振器について、以下その動作を説明する。第7図は、第
6図の実施例についてソース端子34より負荷側を見た
インピーダンスをスミス図表上に示したもので、ソース
端子43よりコンデンサ46,47および端子45に接
続される負荷側(コンデンサ37は除く)を見たインピ
ーダンスは、コンデンサ46,コンデンサ47のキャパ
シタンスを変化させることにより第7図において斜線で
示された範囲48のあらゆる点を実現できる。このた
め、FET31の負荷インピーダンスを発振時の大信号
動作に最適な負荷インピーダンスに容易に合わせること
が可能となる。負荷インピーダンスを最適化することに
より、出力電力の大きなマイクロ波発振器や負荷インピ
ーダンスが大きく変動しても発振を停止しない高安定な
マイクロ波発振器を得ることができる。
以上のように、第6図の実施例において、インダクタ3
5,コンデンサ37,コンデンサ46,コンデンサ47
のそれぞれのインダクタンス及びキャパシタンスを適切
に設定することにより、確実に発振を開始しかつ出力電
力が大きいマイクロ波発振器や、負荷のインピーダンス
が大きく変動しても発振を停止しない高安定なマイクロ
波発振器を得ることができる。
第8図は、本発明の第4の実施例のマイクロ波発振器を
示すものである。第2図,第4図,第6図と同一物につ
いては同一符号を付して説明する。31はチップFE
T、32はゲート端子、33はドレイン端子、34はソ
ース端子である。37は一端をドレイン端子33に、他
端をソース端子34に接続されたコンデンサである。3
8は一端をゲート端子32に接続され、他端を終端抵抗
39で終端されたストリップ線路である。40はストリ
ップ線路38に電磁的に結合するように配置した誘電体
共振器である。41はストリップ線路38,終端抵抗3
9,誘電体共振器40からなる共振回路である。36は
バイパスコンデンサ、42はセルフバイアス抵抗、43
は一端を接地した発振周波数での波長の1/4の長さをも
つ1/4波長線路であり、44は電源供給端子である。4
5は出力端子、46はコンデンサ、49は特性インピー
ダンスZ01,長さlの容量性終端開放ストリップ線路
であり、50は特性インピーダンスZ02,長さlのス
トリップ線路、51は特性インピーダンスZ03,長さl
のストリップ線路である。
以上のように構成された第8図の実施例のマイクロ波発
振器について以下その動作を説明する。
1/4波長線路43は、一端が接地されているため他端は
発振周波数で開放となり、直流バイアス電流のみを通
し、出力信号がセルフバイアス抵抗42で消費されるの
を防止する。一端をドレイン端子33に接続され他端を
バイパスコンデンサ36によって高周波的に接地された
ストリップ線路51はその特性インピーダンスZ03およ
び長さlを適切に設定することによりゲート端子32
よりFET31側を見た反射率の絶対値|ΥG|を増大さ
せる作用を有する。また、コンデンサ37,コンデンサ
46はゲート端子32よりFET31側を見た反射率の
絶対値をさらに増大させる作用を有する。また、容量性
終端開放ストリップ線路49はその長さを発振周波数で
の波長の1/4より短かくすることにより等価的にキャパ
シタとして作用する。ストリップ線路49および50の
それぞれの特性インピーダンスZ01,Z02と長さl,l
を適切に設定することによりFET1のソース端子3
4から負荷側を見たインピーダンスを第6図の実施例よ
りも広い範囲に設定できる。
第9図は、第8図のマイクロ波発振器についてFET3
1のソース端子34から負荷側(コンデンサ37は除
く)を見たインピーダンスをスミス図表上に示したもの
である。
ソース端子34より負荷側を見たインピーダンスはコン
デンサ46のキャパシタンス,ストリップ線路49の特
性インピーダンスZ01,長さl,および、ストリップ
線路50の特性インピーダンスZ02,長さlを変化さ
せることにより、第99で斜線で示された範囲52のあ
らゆる点を実現できる。この範囲52は第7図の範囲4
8よりも明らかに広い。よって第8図の実施例において
は、第6図の実施例よりも負荷インピーダンスの設定範
囲が広いため、第6図の実施例よりも容易に、より高性
能な出力電力が大きい又は負荷インピーダンス変動に強
いマイクロ波発振器を得ることができる。
以上のように、第8図の実施例において、コンデンサ3
7,46の素子値とストリップ線路49,50,51の
寸法を適切に設定することで第2図,第4図,第6図の
実施例より高性能なマイクロ波発振器を容易に得ること
ができる。
第10図は本発明によるマイクロ波発振器の第5の実施
例を示すものであり、第2図,第4図,第6図,第8図
と同一物については同一符号を付して説明する。ソース
端子34と接地間にコンデンサ53が挿入されている以
外は第2図と同様な構成である。
前記のように構成された第10図の実施例のマイクロ波
発振器について以下その動作を説明する。第10図にお
いてコンデンサ53以外の動作は第2図と全く同一であ
る。コンデンサ53は発振周波数においてFET31の
ゲート端子32からFET31側を見た反射率の絶対値
G|を第2図の場合より増大させる働きをもつ。
第11図は、あるチップFETについてインダクタ35
のインダクタンスを1.1nH,キャパシタ37のキャ
パシタンスCを0.2PFとした場合について、コン
デンサ53のキャパシタンスC2と発振周波数10.7
5GHzでのゲート端子32からFET31側を見た反
射率との関係を示したものである。第11図よりコンデ
ンサ53のキャパシタンスCが0.13PFの場合が
ゲート端子32からFET31側を見た反射率の絶対値
G|が最大となる。よって第11図の実施例ではコン
デンサ53のない第2図の場合に比べ一層確実に発振を
開始するマイクロ波発振器を構成できる。
以上のように、第10図の実施例によれば、第2図のマ
イクロ波発振器にチップFET31の近傍でかつソース
端子34に終端を接地した適当なキャパシタンスのコン
デンサ53を接続することにより、一層確実に発振を開
始するマイクロ波発振器を得る。
第12図は、本発明の第6の実施例で、マイクロ波発振
器の回路構成図である。第2図,第4図,第6図,第8
図,第10図と同一物については同一符号を付して説明
する。第10図のコンデンサ53の接地されていない端
子にコンデンサ54の一端を接続し他端より出力をとり
出す以外は第10図と同様な構成である。
以上のように構成された第12図の実施例のマイクロ波
発振器について以下その動作を説明する。第12図の実
施例では、コンデンサ53,54によりマイクロ波発振
器の負荷インピーダンスを広い範囲にわたり設定するこ
とができる。第13図は、第12図の実施例についてソ
ース端子34より負荷側(コンデンサ37は除く)を見
たインピーダンスをスミス図表上に示したものである。
ソース端子34より負荷側を見たインピーダンスは、コ
ンデンサ53,54の値をそれぞれ変化させることによ
り第13図の斜線で示された範囲55のあらゆる点を実
現できる。このため、FET31の負荷インピーダンスを
発振時の大信号動作に最適な負荷インピーダンスを容易
に合わせることが可能となる。負荷インピーダンスを最
適化することにより、出力電力の大きなマイクロ波発振
器や、負荷インピーダンスが大きく変動しても発振を停
止しない高安定なマイクロ波発振器を得ることができ
る。しかも、コンデンサ54により出力端子45とソー
ス端子34を直流的に斜断できるためあらためて直流遮
断回路を必要としない。
以上のように、第12図の実施例において、インダクタ
35,コンデンタ37,53,54のそれぞれの素子値
を適切に設定することにより高安定なマイクロ波発振器
を得る。
なお、第2図,第4図,第6図,第8図,第10図,第
12図の実施例ではチップFETを用いたが、パッケー
ジFET,バイポーラトランジスタ又は他の3端子を有
する発振用能動素子でもよい。また、回路全体または一
部分をMMIC化してもよい。第2図,第4図,第6
図,第8図,第10図,第12図において誘電体共振器
40を利用した共振回路41を用いたがそれ以外の共振
器または共振回路を用いてもよい。第2図,第4図,第
6図,第10図,第12図で集中定数で表現してあるイ
ンダクタ,コンデンサについては等価なスタブ線路等の
分布定数回路で実現してもよい。第8図において、スト
リップ線路50,51のどちらか一方もしくは両方とも
集中定数素子のインダクタで実現してもよい。同じく第
8図において、ストリップ線路49のかわりに容量性の
終端短絡線路やMIM(金属−絶縁体−金属)キャパシ
タ等の集中定数素子のキャパシタを用いてもよい。ま
た、第1図から第12図までの図で実施例の説明に用い
たインダクタ35,コンデンサ37,46,47,5
3,54のそれぞれのインダクタンスやキャパシタンス
の最適値がFET31の特性や発振周波数により異なっ
た値となることはいうまでもない。
発明の効果 以上説明したように、本発明によれば次の効果がある。
(1) 反射率を高めて発振を安定に開始させることができ
る。
(2) 接地間のインダクタを小さくできるため回路を小型
化できる。特にMMIC化時の実用的価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のマイクロ波発振器の高周波等価回路、
第2図は本発明の第1の実施例におけるマイクロ波発振
器の回路図、第3図は同実施例の回路特性図、第4図は
本発明の第2の実施例におけるマイクロ波発振器の回路
図、第5図は同実施例の回路特性図、第6図は本発明の
第3の実施例におけるマイクロ波発振器の回路図、第7
図は同実施例の回路特性を示す図、第8図は本発明の第
4の実施例におけるマイクロ波発振器の回路図、第9図
は同実施例の特性図、第10図は本発明の第5の実施例
におけるマイクロ波発振器の回路図、第11図は同実施
例の特性図、第12図は本発明の第6の実施例における
マイクロ波発振器の回路図、第13図は同実施例の特性
図、第14図,第15図,第16図,第17図はそれぞ
れ従来のマイクロ波発振器の回路図である。 31……FET、32……ゲート端子、33……ドレイ
ン端子、34……ソース端子、35……インダクタ、3
7,46,47,53,54……コンデンサ、41……
共振回路、44……バイアス端子、45……出力端子、
49……容量性終端開放ストリップ線路、50,51…
…ストリップ線路。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電界効果トランジスタと、一端が高周波的
    に接地され他端が前記電界効果トランジスタのドレイン
    端子に接続された第1の誘導性素子と、前記電界効果ト
    ランジスタのゲート端子に接続された共振回路と、一端
    が前記ドレイン端子に他端が前記電界効果トランジスタ
    のソース端子に接続された第1の容量性素子を備えたこ
    とを特徴とするマイクロ波発振器。
  2. 【請求項2】第1の誘導性素子のインダクタンスをL、
    第1の容量性素子のキャパシタンスをC、発振周波数を
    fとしたときに、 の関係が成立するように第1の誘導性素子および第1の
    容量性素子のインピーダンスを選んだことを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載のマイクロ波発振器。
  3. 【請求項3】ソース端子に第2の容量性素子の一端を接
    続し、第2の容量性素子の他端より出力を取り出すよう
    にしたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のマ
    イクロ波発振器。
  4. 【請求項4】出力端子に終端を高周波的に接地した第3
    の容量性素子を接続したことを特徴とする特許請求の範
    囲第3項記載のマイクロ波発振器。
  5. 【請求項5】ソース端子に第2の容量性素子と第2の誘
    導性素子を直列に接続した回路の一端を接続し、前記回
    路の他端に出力端子を設け、前記出力端子に終端を接地
    した第3の容量性素子を接続したことを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載のマイクロ波発振器。
  6. 【請求項6】電界効果トランジスタのソース端子に終端
    を接地した第2を容量性素子を接続し、前記電界効果ト
    ランジスタのソース端子より出力を取り出すことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載のマイクロ波発振器。
  7. 【請求項7】出力端子に第3の容量性素子の一端を接続
    し、この第3の容量性素子の他端より出力を取り出すこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第6項記載のマイクロ波
    発振器。
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