JPH0823229A - 逓倍発振回路 - Google Patents

逓倍発振回路

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JPH0823229A
JPH0823229A JP6157075A JP15707594A JPH0823229A JP H0823229 A JPH0823229 A JP H0823229A JP 6157075 A JP6157075 A JP 6157075A JP 15707594 A JP15707594 A JP 15707594A JP H0823229 A JPH0823229 A JP H0823229A
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JP
Japan
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frequency
collector
circuit
harmonic
wave
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Withdrawn
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JP6157075A
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English (en)
Inventor
Akio Sasaki
章夫 佐々木
Sadanori Tanaka
貞徳 田中
Yoshinobu Haga
嘉伸 芳賀
Hirokazu Ueda
博和 植田
Kazunari Kishigami
一成 岸上
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • Y02B60/50

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  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 例えば、移動体通信システムで使用する逓倍
発振回路に関し、効率の向上を図ることを目的とする。 【構成】 トランジスタを用いて基本波の周波数f0で発
振させ、発振出力から周波数nf0 の高調波を取り出す逓
倍発振回路において、該トランジスタのエミッタに、周
波数f0で開放状態となり、周波数nf0 で短絡状態となる
第1の回路部分を、コレクタとベースのうちの何れか一
方に、周波数f0で短絡状態となり、周波数nf0 で開放状
態となる第2の回路部分をそれぞれ設け、該トランジス
タに、基本波の周波数f0に対しては発振動作、周波数nf
0 の高調波に対しては増幅動作の両方の動作を行わせる
ように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、移動体通信シ
ステムで使用する逓倍発振回路に関するものである。
【0002】一般に移動体通信システムで使用する移動
端末は電池から電力が供給される為、できるだけ消費電
力を少なくすることが要求されている。これに伴って、
逓倍発振回路も電力効率の向上を図ることが必要であ
る。
【0003】
【従来の技術】図9は従来例のコルピッツ型発振器の構
成図、図10は図9の動作説明図で、(a) はベースの電圧
振幅波形、(b) はエミッタの電圧振幅波形である。
【0004】以下、図10を参照して図9の動作を説明す
る。なお、図10(a), (b)の波形はCRT 画面上に現れたも
のである。また、図面上の下向き三角形の近傍に書かれ
たM1、M2、M3は周波数f0の基本波、2倍波、3倍波をそ
れぞれ示し、 "+7.4dBm", "-16.0dBm" はスペクトラム
アナライザで測定した時の基本波のレベルが7.4 dBm、
2倍波のレベルが-16.0dBmであることを示している。
【0005】先ず、発振は低周波数において発振させる
ことが比較的容易であるので、比較的低い発振周波数(
例えば、200MHz帯) で発振させ、その高調波( 例えば、
4倍波)を取り出して所望の発振出力を得る様にした逓
倍発振回路がある。
【0006】この回路は発振自体を歪ませて高調波を多
く含ませた上、フィルタなどで所望の高調波を取り出す
ので高出力を得ることが難しく、所定出力まで増幅しな
ければならない場合があった。
【0007】ここで、発振器の一例として図9に示す様
なコレクタ接地したコルピッツ型発振器があり、トラン
ジスタQ1のコレクタに電源電圧V0を、ベースに電源電圧
V0を抵抗R10, R11で分割した電圧をそれぞれ加えて直流
的な動作点を与える。
【0008】また、トランジスタQ1のコレクタをコンデ
ンサC23 で接地すると共に、ベースとエミッタ間にコン
デンサC21 、エミッタとアース間にコンデンサC22 をそ
れぞれ接続し、ベースから共振器2の方を見たインピー
ダンスを誘導性にしているので、共振器2とコンデンサ
C20, C21, C22 で決まる周波数で発振する。
【0009】そして、発振出力はエミッタからコンデン
サC24 、バッファを介して取り出す様にしている。次
に、図9の構成の場合にトランジスタQ1のベース及びエ
ミッタの高周波電圧は、例えば、図10(a), (b)示す様
に、ベースでは基本波M1のレベルに対して2倍波M2のレ
ベルは約23dB、3倍波M3のレベルは約32dBそれぞれ下が
って存在し、エミッタでは基本波M1のレベルに対して2
倍波M2のレベルは約17dB、3倍波M3のレベルは約25dBと
それぞれ下がって存在している。
【0010】その様に、2倍波、3倍波のレベルが基本
波のレベルよりも低下しているので、フイルタで所望の
高調波を取り出した時、レベルが不足であれば必要なレ
ベルまで増幅しなければならない。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上記の様に、出力が規
定レベルまで達しない場合、増幅器で規定レベルまで増
幅しなければならず回路の消費電力が増える。この為、
電力効率( 高周波出力電力/ 直流供給電力) が低下する
と云う課題がある。また、増幅する為に部品点数が増加
し、形状が大きくなるなどの課題も生ずる。
【0012】本発明は、効率の向上を図ることを目的と
する。
【0013】
【課題を解決するための手段】第1の本発明は、1つの
トランジスタのエミッタに、周波数f0で開放状態とな
り、周波数nf0 で短絡状態となる第1の回路部分を、コ
レクタとベースのうちの何れか一方に、周波数f0で短絡
状態となり、周波数nf0 で開放状態となる第2の回路部
分をそれぞれ設け、該トランジスタに、基本波の周波数
f0に対しては発振動作、周波数nf0 の高調波に対しては
増幅動作の両方の動作を行わせる様に構成にした。
【0014】第2の本発明は、上記第1、第2の回路部
分を集中定数素子を用いる構成にした。第3の本発明
は、上記第1,第2の回路部分を分布定数素子を用いる
構成にした。
【0015】第4の本発明は、上記トランジスタのエミ
ッタから該基本波を取り出し、コレクタから該高調波を
取り出す構成にした。
【0016】
【作用】第1の本発明は、1つのトランジスタに基本波
の周波数f0で発振する発振動作と、発振動作で生した高
周波のうち、周波数nf0 の所望の高調波を増幅する幅動
作の2つの動作を行わせる様にした。
【0017】具体的には、コレクタ接地とベース接地の
うちの何れか一方の接地方式でトランジスタに発振動作
をさせるとベースに基本波と基本波の高調波が現れる
(発振は非線形動作の為に当然、現れる)。
【0018】トランジスタは所望の高調波に対してはエ
ミッタ接地として動作する様に構成されているのて、ベ
ースに現れた所望の高調波は増幅されてコレクタ側に現
れ、出力として取り出される。
【0019】なお、発振動作と増幅動作で所望の接地方
式となる様に、エミッタに基本波に対しては開放状態、
所望の高調波に対しては短絡状態となる第1の回路部分
を、コレクタとベースのうちの何れか一方に、基本波に
対しては短絡状態、所望の高調波に対しては開放状態と
なる第2の回路部分を設けてあるので、トランジスタは
基本波と所望の高調波に対して上記の異なる動作を行
う。
【0020】この様に、1つのトランジスタで2つの動
作を行うので、従来例に比較して電力効率の向上を図る
ことができる。第2の本発明は、第1、第2の回路部分
を集中定数素子を用いて構成した。
【0021】第3の本発明は、第1,第2の回路部分を
分布定数素子を用いて構成した。第4の本発明は、上記
トランジスタのエミッタから基本波を取り出し、コレク
タから高調波を取り出す構成した。
【0022】
【実施例】図1は第1、第2の本発明の実施例の構成図
(コレクタ接地)、図2は図1の動作説明図で、(a) は
出力端子の電圧振幅波形、(b) はベースの電圧振幅波
形、図3は第1、第2の本発明の別の実施例の要部構成
図(ベース接地)である。
【0023】図4は第3の本発明の実施例の構成図、図
5は図4の動作説明図で、(a) は出力端子の電圧振幅波
形、(b) はベースの電圧振幅波形、図6は第4の本発明
の実施例の構成図、図7は図6の動作説明図で、(a) は
2倍波の出力電圧振幅波形、(b) は基本波の出力電圧振
幅波形である。
【0024】図8は本発明をVCOに適用した場合の説
明図で、(a) は共振器の変更例、(b) は同調回路の変更
例である。ここで、全図を通じて同一符号は同一対象物
を示す。以下、n=2として図1〜図8の説明を行う
が、上記で詳細説明した部分については概略説明し、本
発明の部分について詳細説明する。
【0025】なお、コンデンサC1, C2, C3, 共振器11は
発振周波数を決定する部分、抵抗R3はトランジスタQ1
コレクタ電流を制限する部分、抵抗R4は50Ωの負荷であ
る。先ず、図1の発振形式は従来例と同じくコレクタ接
地のコルピッツ型になっているが、大きく異なる点は1
つのトランジスタQ1で発振動作と増幅動作を行う為、エ
ミッタとコレクタにそれぞれ集中定数素子のからなる第
1,第2の回路部分12a, 13aが設けられ、コレクタから
2倍波の出力を取り出す様にしてある。
【0026】第1の回路部分12a はコイルL1とコンデン
サC5、第2の回路部分13a はコイルL2とコンデンサすC7
で構成され、同調周波数は前者が周波数f0, 後者が2f0
になっているので、周波数f0ではエミッタが高インピー
ダンス、コレクタが低インピーダンス、周波数2f0では
エミッタが低インピーダンス、コレクタが高インピーダ
ンスになる。
【0027】これにより、周波数f0の基本波に対しては
コレクタ接地のコルピッツ型発振器として、2f0の2倍
波に対してはエミッタ接地増幅器として動作し、ベース
に存在する2倍波を増幅してコレクタより出力する。
【0028】なお、出力側に設けられているコイルL3
コンデンサC8で構成されたフィルタ14は、周波数f0で高
インピーダンスとなり、基本波が全て第2の回路部分13
でアース側に落ちる様にしてある( 理想的なコレクタ接
地に近ずける為) 。
【0029】また、実用上、高インピーダンスの状態は
数百〜数キロΩ以上、低インピーダンスの状態は数Ω以
下であればよい。次に、図1の出力端子の電圧振幅波形
とベースにおける電圧振幅波形は図2(a), (b) に示す
様に、ベースでは基本波M1のレベルが+9.1dBm、2倍波
M2のレベルが−20.0dBm であったものが、出力端子では
基本波M1のレベルが−47.3dBm 、2倍波M2のレベルが+
1.7dBmとなり、ベースに存在する2倍波が増幅されてい
るのが判る。なお、図中の波形はCRT 画面上に現れた出
力端子及びベースの電圧振幅である。
【0030】図3はベース接地をしたコルピッツ型発振
器で、第3の回路部分15はコイルL4とコンデンサC
11 で、第4の回路部分16はコイルL5とコンデンサすC
13 で、第5の回路部分17はコイルL6とコンデンサC14
でそれぞれ構成されている。
【0031】そして、同調周波数は第3、第4の回路部
分15, 16が周波数f0、第5の回路部分17が周波数2f0
なっているので、周波数f0では第3、第5の回路部分が
高インピーダンス、第5の回路部分が低インピーダンス
になり、周波数2f0では第3、第5の回路部分が低イン
ピーダンス、第5の回路部分が高インピーダンスにな
る。
【0032】これにより、トランジスタQ2を含む図3の
回路は周波数f0でベース接地のコルピッツ型発振器とし
て動作するが、この動作により基本波及び基本波の高調
波がベースに現れる( 図2(b) 参照) 。一方、2倍波に
対してはベースが高インピーダンスとなり、エミッタ接
地の増幅器として動作するので、2倍波は増幅されてコ
レクタより出力する。
【0033】なお、図3に示す回路の負性抵抗はコレク
タに発生するので、負荷が変動すると負性抵抗が変化
し、発振が不安定になる。この為、第4の回路部分16を
設けて基本波において出力側を見た時に高インピーダン
スにして、負荷変動があっても安定な発振が行える様に
したもので、第4の回路部分がなくてもコルピッツ構成
になっているので発振は可能である。しかし、安定な発
振を保つ為にはこの回路部分が必要である。
【0034】図4は、図1中の第1の回路部分、第2の
回路部分を集中定数回路から分布定数回路(ストリップ
ライン)にした例で、第1のスタブ12b と第2のスタブ
13bの長さをそれぞれ周波数f0, 周波数2f0のλ/4のシ
ョートスタブにすれば同様の効果が得られる。なお、他
の部分は図1と同じである。
【0035】また、図4の出力端子の電圧振幅波形とベ
ースにおける電圧振幅波形は図5(a),(b) に示す様に、
2倍波 M2 の振幅がベースでは-25dBm, 出力端子では -
0.98dBm となり、トランジスタQ1で約 24dB 増幅してい
ることが判る。
【0036】図6は、2倍波のみを取り出す図1の回路
にトランジスタQ1のエミッタから基本波も取り出す様に
したもので、2 倍波M2は図7(a) に示す様に-0.3dBm(基
本波は-45.3dBm) 、基本波M1は図7(b) に示す様に-4.8
dBm(2倍波は-21.5dBm) である。
【0037】ここで、図8に示す様に、集中定数素子や
分布定数素子を用いた共振器(例えば、図1中の11の部
分) に可変容量ダイオードD1を並列に接続することによ
り、電圧制御発振器(VCO) にも応用できる( 図8(a) 参
照) 。
【0038】共振器やショートスタブは同調周波数前後
のある程度の帯域で高インピーダンスと見ることができ
るので、その帯域において共振器の共振周波数f を変化
させればVCO として動作する。また、広帯域のVCO も図
8(b) に示す様に共振器の同調周波数を可変にすること
で実現できる。
【0039】
【発明の効果】以上詳細に説明した様に本発明によれ
ば、1つのトランジスタを発振動作と増幅動作の2通り
に使用するので、効率の向上が図れると云う効果があ
る。
【0040】この他、 1.発振器の後に逓倍器が必要な回路では部品数の削減
が可能となる。 2.共振回路の追加と僅かな調整で、従来の発振器を逓
倍発振器に際構成できる 3.高次の高調波でもある程度のレベルがあれば、また
はそのような調整をし、共振回路の同調周波数を目的の
高調波に合わせれば、トランジスタの動作帯域内であれ
ば2倍波のみならず、3倍波以上の発振回路とすること
が出来ると云う効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1、第2の本発明の実施例の構成図(コレク
タ接地)である。
【図2】図1の動作説明図で、(a) は出力端子の電圧振
幅波形、(b) はベースの電圧振幅波形である。
【図3】第1、第2の本発明の別の実施例の要部構成図
(ベース接地)である。
【図4】第3の本発明の実施例の構成図である。
【図5】図4の動作説明図で、(a) は出力端子の電圧振
幅波形、(b) はベースの電圧振幅波形である。
【図6】第4の本発明の実施例の構成図である。
【図7】図6の動作説明図で、(a) は2倍波の出力電圧
振幅波形、(b) は基本波の出力電圧振幅波形である。
【図8】本発明をVCOに適用した場合の説明図で、
(a) は共振器の変更例、(b) は同調回路の変更例であ
る。
【図9】従来例のコルピッツ型発振器の構成図である。
【図10】図9の動作説明図で、(a) はベースの電圧振
幅波形、(b) はエミッタの電圧振幅波形である。
【符号の説明】
11 共振器 12a, 12b 第1
の回路部分 13a, 13b 第2の回路部分 14 フイルタ 15 第3の回路部分 16 第4の回路
部分 17 第5の回路部分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芳賀 嘉伸 北海道札幌市中央区北一条西2丁目1番地 富士通北海道ディジタル・テクノロジ株 式会社内 (72)発明者 植田 博和 北海道札幌市中央区北一条西2丁目1番地 富士通北海道ディジタル・テクノロジ株 式会社内 (72)発明者 岸上 一成 北海道札幌市中央区北一条西2丁目1番地 富士通北海道ディジタル・テクノロジ株 式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1つのトランジスタを用いて基本波の周
    波数f0で発振させ、発振出力から周波数nf0 (nは正の整
    数) の高調波を取り出す逓倍発振回路において、 該トランジスタのエミッタに、周波数f0で開放状態とな
    り、周波数nf0 で短絡状態となる第1の回路部分を、コ
    レクタとベースのうちの何れか一方に、周波数f0で短絡
    状態となり、周波数nf0 で開放状態となる第2の回路部
    分をそれぞれ設け、 該トランジスタに、基本波の周波数f0に対しては発振動
    作、周波数nf0 の高調波に対しては増幅動作の両方の動
    作を行わせる構成にしたことを特徴とする逓倍発振回
    路。
  2. 【請求項2】 上記第1,第2の回路部分を集中定数素
    子を用いて構成したことを特徴とする請求項1の逓倍発
    振回路。
  3. 【請求項3】 上記第1,第2の回路部分を分布定数素
    子を用いて構成したことを特徴とする請求項1の逓倍発
    振回路。
  4. 【請求項4】 上記トランジスタのエミッタから該基本
    波を取り出し、コレクタから該高調波を取り出す構成に
    したことを特徴とする請求項1の逓倍発振回路。
JP6157075A 1994-07-08 1994-07-08 逓倍発振回路 Withdrawn JPH0823229A (ja)

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