JPH07154140A - 電圧制御発振回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｃ／Ｎ比を悪化させることなく、発振周波数
の可変範囲を拡大することができる電圧制御発振回路を
提供することを目的としている。 【構成】 発振素子として用いる誘電体共振器１に直列
に接続された可変容量ダイオードＶＣに対して並列に、
最大可変周波数付近を同調周波数とする副共振回路２を
接続した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＰＬＬ[Phase Locked
Loop ]回路等に用いる電圧制御発振回路（ＶＣＯ[Volta
ge Controlled Oscilator]）に関する。

【０００２】

【従来の技術】電圧制御発振回路は、可変容量ダイオー
ド（バリキャップ）に制御電圧を印加して容量を変化さ
せることにより発振周波数を変化させる発振回路であ
り、例えば周波数シンセサイザのＰＬＬ回路に用いるこ
とにより送受信機の局部発振回路として利用されてい
る。

【０００３】ところで、ＶＳＡＴ（衛星通信）において
は、５１チャンネルの各送信周波数が１４．０ＧHz〜１
４．５ＧHzの帯域にわたっている。ただし、このままで
は第０チャンネルと第５０チャンネルとの間に５００Ｍ
Hzの周波数差があるため、ＯＤＵ（アウトドアユニッ
ト）の送信側コンバータでは、１８０ＭHz帯の送信信号
をチャンネルごとの２７６４ＭHz〜２８６４ＭHzの局部
発振周波数とミックスし、さらにこの局部発振周波数を
４逓倍した周波数とミックスすることにより１４．０Ｇ
Hz〜１４．５ＧHzの送信周波数を得ている。しかしなが
ら、この場合にも局部発振回路は、第０チャンネルと第
５０チャンネルとの間に１００ＭHzの周波数差のある２
７６４ＭHz〜２８６４ＭHzの範囲の発振を行う必要があ
る。そして、このためには、局部発振回路の周波数シン
セサイザに用いるＰＬＬ回路の電圧制御発振回路が、高
低に５０ＭHzのマージンを加えて、２００ＭHzの周波数
差の発振周波数を制御する必要があり、可変周波数の範
囲が非常に広いものを要求される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の電圧
制御発振回路は、発振周波数の可変範囲が可変容量ダイ
オードの制御電圧に対する容量の変化特性に依存してい
た。そして、この可変容量ダイオードは、制御電圧があ
る程度以上高くなると、十分に容量が小さくならなくな
り特性が不安定になる。従って、電圧制御発振回路の制
御電圧に対する発振周波数の特性は、図５の実線に示す
ように、制御電圧が低い場合には発振周波数がこれに比
例するが、制御電圧がある程度以上高くなると発振周波
数がこれに比例して上昇できなくなり、特性のリニアリ
ティが悪化していた。

【０００５】このため、従来の電圧制御発振回路をＰＬ
Ｌ回路に用いた場合には、ロック可能な周波数帯域が制
限されて周波数の可変範囲が狭くなり、無理に高い周波
数でロックさせようとすると、ループが不安定になって
発振周波数自身が変動し発振を始めるというおそれもあ
った。そして、上記ＶＳＡＴのＯＤＵにおける局部発振
回路として用いた場合には、周波数の可変範囲に十分な
マージンをとることができなくなり、回路の信頼性が低
下するという問題が発生していた。

【０００６】なお、電圧制御発振回路の発振周波数を高
くしたい場合、従来は、可変容量ダイオードに直列に接
続されるコンデンサの容量を大きくして合成容量が小さ
くなるようにしていた。しかしながら、これは単に周波
数の可変範囲を高周波側に推移させるだけであり、可変
範囲を拡大するものではない。また、このコンデンサの
容量を大きくすると、可変容量ダイオードの抵抗分によ
り発振回路のＣ／Ｎ比が悪化する可能性があり、しか
も、これが負荷となって発振停止等の不都合が発生する
おそれもある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、可変容量ダイオードに制御電圧を印加し
て容量を変化させることにより発振周波数を変化させる
電圧制御発振回路において、最大可変周波数付近を同調
周波数とする副共振回路を可変容量ダイオードに並列に
接続したことを特徴としている。

【０００８】また、本発明は、発振素子として誘電体共
振器を用いたことを特徴としている。

【０００９】さらに、本発明は、可変容量ダイオードに
接続する副共振回路をコイルとコンデンサとの直列回路
からなる直列共振回路としたことを特徴としている。

【００１０】

【作用】電圧制御発振回路は、可変容量ダイオードに制
御電圧を印加して容量を変化させることにより同調回路
の回路定数を変化させ、これによって発振周波数を変化
させている。そして、従来の電圧制御発振回路では、制
御電圧がある程度以上高くなると、可変容量ダイオード
の容量がこれに比例して小さくならず、発振周波数のリ
ニアリティが悪化していた。

【００１１】しかしながら、本発明の構成によれば、制
御電圧が高くなって発振周波数が最大可変周波数に近づ
くに従って、この可変容量ダイオードに並列に接続され
た副共振回路の同調周波数に接近するので、この可変容
量ダイオードに代わり副共振回路が機能して発振周波数
を円滑に上昇させることができるようになる。

【００１２】従って、本発明は、最大可変周波数付近で
副共振回路が同調し可変容量ダイオードを補うことがで
きるので、この最大可変周波数付近における発振周波数
のリニアリティの悪化を防止し、発振周波数の可変範囲
を拡大することができるようになる。しかも、副共振回
路は、可変容量ダイオードに並列に接続されるので、発
振回路のＣ／Ｎ比が悪化するおそれも生じない。

【００１３】また、本発明は、電圧制御発振回路の発振
素子として誘電体共振器を用いることを特徴としてい
る。このように、発振素子として誘電体共振器を用いる
高周波用の電圧制御発振回路は、通常コルピッツ型に構
成された発振回路における誘導性の素子として誘電体共
振器を使用する。また、可変容量ダイオードは、この誘
電体共振器に対して直列又は並列に接続される。

【００１４】さらに、本発明は、副共振回路をコイルと
コンデンサとによる直列共振回路によって構成したこと
を特徴としている。この場合、コイルは、高周波成分を
遮断し直流成分をそのまま通過させる特性を有するの
で、可変容量ダイオードの制御電圧をこの直列共振回路
のコイルを介して印加することができる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明の実施例
を詳述する。

【００１６】図１は本発明の第１実施例を示すものであ
って、λ／２タイプの誘電体共振器を用いた電圧制御発
振回路の回路図である。

【００１７】本実施例は、電圧制御発振回路の発振素子
としてλ／２タイプの誘電体共振器を用いた場合を示
す。

【００１８】この電圧制御発振回路は、コレクタ接地の
トランジスタＱのコレクタ−ベース間に直列接続された
２個の帰還コンデンサＣ1，Ｃ2の間をエミッタに接続し
て帰還させるコルピッツ型の発振回路を用いている。な
お、ここで、ＲEはエミッタ抵抗、Ｒ1〜Ｒ4はバイアス
抵抗、Ｃ3は接地コンデンサである。また、端子Ｂには
バイアス電圧が印加される。

【００１９】誘電体共振器１は、上記２個の帰還コンデ
ンサＣ1，Ｃ2に並列に接続されて誘導性の素子として使
用される。誘電体共振器１は、セラミックス誘電体に貫
通孔を設け、このセラミックス誘電体の外周面と貫通孔
の内周面にそれぞれ外導体と内導体を設けた発振素子で
あり、ここでは、上記のようにλ／２タイプのものが用
いられるので、外導体と内導体が貫通孔の両端で開放さ
れている。

【００２０】可変容量ダイオードＶＣは、この誘電体共
振器１に直列に接続されている。即ち、トランジスタＱ
のベースに結合コンデンサＣ4を介して誘電体共振器１
の内導体の一端側が接続され、この誘電体共振器１の内
導体の他端側に結合コンデンサＣ4を介して可変容量ダ
イオードＶＣのカソード側が接続されている。そして、
可変容量ダイオードＶＣのアノード側は接地されてい
る。また、誘電体共振器１の外導体も接地されている。

【００２１】可変容量ダイオードＶＣの制御電圧は、電
流制限抵抗Ｒ5及び副共振回路２を介して、この可変容
量ダイオードＶＣのカーソド側に印加されるようになっ
ている。この電流制限抵抗Ｒ5の制御電圧印加側に接続
されたバイパスコンデンサ（パスコン）Ｃ7は、発振周
波数が制御電圧源側に漏出するのを防止するためのもの
である。

【００２２】上記副共振回路２は、可変容量ダイオード
ＶＣと電流制限抵抗Ｒ5との間に挿入されたコイルＬ1
と、このコイルＬ1と電流制限抵抗Ｒ5との接続点と接地
との間に挿入されたコンデンサＣ6とで構成されてい
る。そして、これらコイルＬ1とコンデンサＣ6は、可変
容量ダイオードＶＣに並列に接続された直列共振回路を
形成し、電圧制御発振回路の最大可変周波数付近で同調
するように設定されている。

【００２３】上記構成の電圧制御発振回路は、コルピッ
ツ型の発振器における２個の容量性の素子を帰還コンデ
ンサＣ1，Ｃ2によって構成し、誘導性の素子を誘電体共
振器１によって構成することにより発振を行う。そし
て、この誘電体共振器１に直列に接続された可変容量ダ
イオードＶＣの容量を制御電圧によって変化させること
により発振周波数を変化させることができる。即ち、制
御電圧を高くして可変容量ダイオードＶＣの容量を小さ
くすると、上記図５に示すように、発振周波数が高くな
り、制御電圧が低い間はこれらが比例関係となる。

【００２４】ただし、この制御電圧がさらに高くなっ
て、可変範囲の最大の周波数に近づくと、可変容量ダイ
オードＶＣの容量は十分に小さくならなずインピーダン
スも大きくなる。しかしながら、本実施例の電圧制御発
振回路の場合には、この可変容量ダイオードＶＣに並列
に接続された副共振回路２が最大可変周波数付近で同調
するため、コイルＬ1とコンデンサＣ6による直列共振回
路のインピーダンスが低下する。従って、この最大可変
周波数付近では、可変容量ダイオードＶＣに代えて副共
振回路２が機能し、これによって図５の１点鎖線に示す
ように、発振周波数がさらにある程度の範囲で円滑に上
昇するようになる。

【００２５】この結果、本実施例の電圧制御発振回路に
よれば、制御電圧と発振周波数の特性におけるリニアリ
ティを有する範囲が副共振回路２によって高周波側にさ
らに延長され、発振周波数の可変範囲を広げることがで
きるようになる。従って、この電圧制御発振回路を周波
数シンセサイザのＰＬＬ回路に用いてＶＳＡＴのＯＤＵ
における局部発振回路として使用した場合にも、高低の
周波数範囲に十分なマージンをとって発振周波数を制御
できるようになる。

【００２６】図２は本発明の第２実施例を示すものであ
って、λ／４タイプの誘電体共振器を用いた電圧制御発
振回路の回路図である。なお、上記図１に示した第１実
施例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記
して説明を省略する。

【００２７】本実施例は、電圧制御発振回路の発振素子
としてλ／４タイプの誘電体共振器を用いた場合を示
す。

【００２８】λ／４タイプの誘電体共振器３は、図示の
ように、内導体と外導体とが一端側で開放され、他端側
で短絡されている。従って、誘電体共振器３の内導体の
一端側が結合コンデンサＣ4を介してトランジスタＱの
ベースに接続される点は第１実施例と同じであるが、可
変容量ダイオードＶＣも、カソード側が結合コンデンサ
Ｃ5を介してこの誘電体共振器３の内導体の一端側に接
続されている。

【００２９】副共振回路２は、第１実施例と同じ構成で
あり、電流制限抵抗Ｒ5とバイパスコンデンサＣ7も同様
に接続され、これらを介して制御電圧が可変容量ダイオ
ードＶＣに印加されるようになっている。

【００３０】本実施例の場合にも、制御電圧が高くなっ
て、最大可変周波数に近づくと、可変容量ダイオードＶ
Ｃに代わり副共振回路２が機能して発振周波数を円滑に
上昇させることができる。従って、第１実施例の場合と
同様に、発振周波数の可変範囲を高周波側に広げること
ができるようになる。

【００３１】図３は本発明の第３実施例を示すものであ
って、副共振回路にλ／２タイプの誘電体共振器を用い
た電圧制御発振回路の回路図である。なお、上記図１及
び図２に示した実施例と同様の機能を有する構成部材に
は同じ番号を付記して説明を省略する。

【００３２】本実施例の電圧制御発振回路は、発振素子
として用いる誘電体共振器１に第１実施例と同様のλ／
２タイプのものを使用している。ただし、第２実施例と
同様にλ／４タイプの誘電体共振器３を用いることも可
能である。

【００３３】副共振回路２は、λ／２タイプの誘電体共
振器４によって構成されている。即ち、可変容量ダイオ
ードＶＣのカソード側と電流制限抵抗Ｒ5との間に誘電
体共振器４の内導体を挿入すると共に、この誘電体共振
器４の外導体を接地している。そして、この誘電体共振
器４は、直列共振周波数が電圧制御発振回路の最大可変
周波数付近となるように設定されている。なお、この副
共振回路２にλ／４タイプの誘電体共振器４を用いるこ
とはできない。

【００３４】本実施例の場合にも、制御電圧が高くなっ
て、最大可変周波数に近づくと、副共振回路２の誘電体
共振器４が同調して発振周波数を円滑に上昇させること
ができる。従って、第１実施例及び第２実施例の場合と
同様に、発振周波数の可変範囲を高周波側に広げること
ができるようになる。

【００３５】図４は本発明の第４実施例を示すものであ
って、空芯コイルを用いた電圧制御発振回路の回路図で
ある。なお、上記図１〜図３に示した実施例と同様の機
能を有する構成部材には同じ番号を付記して説明を省略
する。

【００３６】本実施例は、電圧制御発振回路の発振素子
として空芯コイルを用いた場合を示すものであり、図１
に示した第１実施例における誘電体共振器１を図４に示
す空芯コイルＬ2に差し替えただけで、他の構成はまっ
たく同じである。

【００３７】本実施例の電圧制御発振回路は、上記第１
〜第３実施例の電圧制御発振回路よりも低い周波数帯域
で用いられる。しかしながら、この場合にも、制御電圧
が高くなって、最大可変周波数に近づくと、可変容量ダ
イオードＶＣに代わり副共振回路２が機能して発振周波
数を円滑に上昇させることができるのは上記第１〜第３
実施例と同じであり、これによって発振周波数の可変範
囲を高周波側に広げることができるようになる。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の電圧制御発振回路によれば、副共振回路によって最大
可変周波数付近における発振周波数のリニアリティの悪
化を防止することにより、発振周波数の可変範囲を拡大
することができるようになるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すものであって、λ／
２タイプの誘電体共振器を用いた電圧制御発振回路の回
路図である。

【図２】本発明の第２実施例を示すものであって、λ／
４タイプの誘電体共振器を用いた電圧制御発振回路の回
路図である。

【図３】本発明の第３実施例を示すものであって、副共
振回路にλ／２タイプの誘電体共振器を用いた電圧制御
発振回路の回路図である。

【図４】本発明の第４実施例を示すものであって、空芯
コイルを用いた電圧制御発振回路の回路図である。

【図５】電圧制御発振回路における制御電圧と発振周波
数との関係を示す図である。

【符号の説明】

１ 誘電体共振器 ２ 副共振回路 ３ 誘電体共振器 ４ 誘電体共振器 ＶＣ 可変容量ダイオード Ｌ1 コイル Ｃ6 コンデンサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可変容量ダイオードに制御電圧を印加して
   容量を変化させることにより発振周波数を変化させる電
   圧制御発振回路において、 最大可変周波数付近を同調周波数とする副共振回路を可
   変容量ダイオードに並列に接続したことを特徴とする電
   圧制御発振回路。
2. 【請求項２】発振素子として誘電体共振器を用いたこと
   を特徴とする請求項１に記載の電圧制御発振回路。
3. 【請求項３】可変容量ダイオードに接続する副共振回路
   をコイルとコンデンサとの直列回路からなる直列共振回
   路としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載
   の電圧制御発振回路。