JPH11225019A - 発振回路およびその特性調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 周波数変調幅と周波数変調の直線性とを同時
に最適値に設定できるようにした発振回路および、その
特性調整を容易に行う発振回路の特性調整方法を提供す
る。 【解決手段】 第１の線路１１の一端を抵抗１３により
終端し、他端にＦＥＴ１５による負性抵抗回路を接続
し、第２の線路１２の一方の端部に線路１２と平行な接
地電極１７を設け、この線路１２と接地電極１７をまた
ぐ所定位置にバラクタダイオード１６を実装する。この
バラクタダイオードの取り付け位置と誘電体共振器８の
取り付け位置とによって、周波数変調の直線性と変調幅
をそれぞれ最適値に設定可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、マイクロ波帯や
ミリ波帯で使用される発振回路およびその特性調整方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の移動体通信システムの需要の拡大
および伝送情報量の拡大などに伴って、通信帯域がマイ
クロ波帯からミリ波帯へも拡大されつつある。このよう
な高周波帯域において用いられる発振回路は、基板上に
マイクロストリップ線路を含む高周波回路を形成すると
ともに、同基板上に誘電体共振器を配置することによっ
て構成されている。

【０００３】その例を図７に示す。図７において６は誘
電体基板であり、その上にＦＥＴ１５による負性抵抗回
路とマイクロストリップ線路１１，１２などを形成し、
その誘電体基板６の上に円柱形状の誘電体共振器１８を
接着することによって、マイクロストリップ線路１１，
１２に対して誘電体共振器を結合させている。

【０００４】マイクロストリップ線路１１の端部にはＦ
ＥＴ１５を含む負性抵抗回路を接続している。またマイ
クロストリップ線路１２の端部にはバラクタダイオード
１６を接続している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図７に示したような従
来の発振回路において、周波数の調整は、主に誘電体共
振器１８の基板上における位置によって行われている。
すなわち、誘電体共振器１８が結合するマイクロストリ
ップ線路１１の結合位置の変化により、共振回路の反射
係数の位相角が変化するため、負性抵抗回路の反射位相
と共振回路の反射位相との関係で、発振条件を満足する
周波数（発振周波数）が変化する。また発振条件の変化
により発振出力も変化する。

【０００６】しかしながら、このような方法によって発
振周波数を調整した場合、誘電体共振器１８とマイクロ
ストリップ線路１２との結合位置も変化するため、その
結合位置から線路側を見た負荷のインピーダンスが変化
し、その結果、発振周波数の変調幅および変調の直線性
も変化する。

【０００７】上記の周波数変化、出力変化、変調幅変
化、および直線性の変化は、それぞれ誘電体共振器の位
置を変えることにより同時に生じるため、これらの特性
の各々を独立に調整することはできなかった。

【０００８】このような問題を解消する方法として、例
えば図８に示すように２つの線路１１，１２を構造上分
離し、互いに独立に誘電体共振器に対して動かせるよう
な構造とすることが考えられる。このような構造によれ
ば、発振周波数と発振出力の調整、および変調幅変化と
直線性の調整を独立して行える。しかし、変調幅と直線
性とを同時に最適な点に定めることはやはり困難であ
る。また、誘電体基板６に対する誘電体基板１９の相対
的位置関係、両誘電体基板と誘電体共振器１８との相対
的位置関係、および上記の各特性の関係が複雑であり、
調整作業の標準化が難しいという課題が残る。

【０００９】この発明の目的は上述した各種の問題を解
消して、周波数変調幅と周波数変調の直線性とを同時に
最適値に設定できるようにした発振回路および、その特
性調整を容易に行う発振回路の特性調整方法を提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】図７または図８に示した
ように、誘電体共振器と線路とが磁界結合する場合、線
路に電流が多く誘起されるインピーダンスの低い点で結
合が最も強くなる。従って、インピーダンスの低い点が
変調幅を大きくできる点である。このことは、線路の開
放端からλ／４離れた位置で線路と誘電体共振器とを結
合させればよいことを意味する。また、その線路の結合
位置からバラクタダイオード１６を見たインピーダンス
も変調幅に影響を与える要因となる。

【００１１】一方、直線性に関しては、上記結合位置か
らバラクタダイオード１６（可変容量素子）側を見たイ
ンピーダンスの変化が問題となる。すなわち、直線性に
影響を与えるのは、可変容量素子に与える制御電圧に対
する静電容量変化の直線性以外に、可変容量素子の接続
状態で生じる寄生成分（たとえばビームリードダイオー
ドではビームリードのインダクタンスとビームリードと
基板の接地電極間のキャパシタンス）およびその結合位
置と可変容量素子との距離がパラメータとなる。

【００１２】従って、可変容量素子が接続される線路の
誘電体共振器の結合位置からその線路の開放端までの距
離と、結合位置から可変容量素子までの距離が主に変調
幅の大きさを決定し、結合位置から可変容量素子までの
距離が主に直線性を決定する。

【００１３】そこで、本願発明は請求項１に記載のとお
り、誘電体共振器と、可変容量素子と、負性抵抗回路
と、一端が抵抗終端され多端が前記負性抵抗回路に接続
され前記誘電体共振器と結合する第１の線路と、前記誘
電体共振器と結合する第２の線路とから成る発振回路に
おいて、前記誘電体共振器を前記第１と第２の線路に沿
った方向の所定位置に設けるとともに、前記可変リアク
タンス回路を、前記第２の線路と該第２の線路に対して
平行に一定の間隔を隔てた接地用電極と、前記第２の線
路と前記接地用電極との間の当該第２の線路と接地用電
極に沿った方向の所定位置に設けた可変容量素子とから
構成する。

【００１４】また、請求項４に記載のとおり、前記誘電
体共振器の位置を前記第１の線路に沿った方向に変化さ
せ、さらに前記可変容量素子の位置を前記第２の線路に
沿った方向に変化させて、発振周波数の変化幅およびそ
の直線性を調整する。

【００１５】このように誘電体共振器を第１と第２の線
路に沿った方向の所定位置に設けるとともに、第２の線
路と、これに平行に配置した接地用電極との間の所定位
置に可変容量素子を設けるようにしたため、第２の線路
に対する誘電体共振器の結合位置から第２の線路の開放
端までの距離と、前記結合位置から可変容量素子までの
距離を独立して定めることができ、変調幅と直線性を同
時に最適値に設定可能となる。

【００１６】前記可変リアクタンス回路における接地用
電極は、請求項２に記載のとおり、その接地用電極およ
び前記第１・第２の線路が設けられた基板の裏面に設け
た接地電極に接続する。これにより第２の線路の所定位
置と接地電極との間に可変容量素子を設けることができ
る。

【００１７】また、請求項３に記載のとおり、請求項１
に記載の可変リアクタンス回路を、前記マイクロストリ
ップ線路と前記接地用電極に代わる、基板表面に設けた
２つの導体から成るコプレーナ線路と、該コプレーナ線
路を構成する前記２つの導体間に設けた可変容量素子と
から構成すれば、スルーホールを介して誘電体基板の下
面側の接地電極に接続することなく、第２の線路に可変
容量素子を装荷することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】この発明の実施形態に係る発振回
路の構成を図１〜図５を参照して、以下に説明する。

【００１９】図１は発振回路のモジュールの斜視図、図
２はその平面図である。両図において６が誘電体基板で
あり、その図における下面には所定箇所に接地電極を形
成していて、上面に１１，１２で示すマイクロストリッ
プ線路およびその他のマイクロストリップ線路を形成し
ている。１４，１７はそれぞれ接地電極であり、誘電体
基板６の図における下面側に設けた接地電極にスルーホ
ールを介して接続している。マイクロストリップ線路１
１はこの発明に係る第１の線路であり、その一端と接地
電極１４との間に終端抵抗１３を接続し、他端にＦＥＴ
１５を接続している。このＦＥＴ１５は直列帰還用線路
２０上に実装している。２１，２２はＦＥＴに対するバ
イアス回路、２４は出力回路である。マイクロストリッ
プ線路１２はこの発明に係る第２の線路であり、その一
端を開放端とし、他端と接地電極１７との間にバラクタ
ダイオード１６を実装している。２３はバラクタダイオ
ード１６に対するバイアス回路である。誘電体基板６の
下面側には誘電体共振器８を実装している。

【００２０】図１および図２に示したモジュールは、誘
電体基板６の両主面から一定距離隔てて誘電体基板６に
平行な導体面を有する導電体ケース内に収納する。その
導電体ケースには回路基板実装用の端子または電極を設
けておき、上記モジュールの各電極を導電体ケースの各
端子または各電極に接続する。

【００２１】図３は上記誘電体共振器８の構造を示す断
面図である。これは矩形板上の誘電体板１の両主面に互
いに対向する円形の開口部４，５を有する電極２，３を
形成するとともに、電極２，３を誘電体板１の側面を介
して接続したものである。このような円形の電極開口部
が対向した部分がＴＥ０１０モードの誘電体共振器とし
て作用する。

【００２２】図２に示したように、誘電体共振器８の電
極開口部の平面投影部内にマイクロストリップ線路１
１，１２が入るように、それらの位置関係を定めてい
る。なお、誘電体板６の下面側の上記誘電体共振器の電
極開口部が対向する箇所には接地電極を形成していない
ので、マイクロストリップ線路１１，１２は誘電体共振
器８のＴＥ０１０モードに対し磁界結合する。

【００２３】図４は上記発振回路の等価回路図である。
同図においてＦＥＴ１５は負性抵抗回路を構成し、この
負性抵抗回路と第１の線路１１およびそれに結合する誘
電体共振器８とによって帯域反射型発振回路を構成して
いる。また誘電体共振器８に結合する第２の線路１２に
装荷されるバラクタダイオード１６の静電容量に応じて
その発振周波数が変化する。すでに述べたように、誘電
体共振器８との結合位置から開放端までの距離Ｌ２と、
結合位置からバラクタダイオード１６までの距離Ｌ１が
変調幅の大きさを決定し、またこのＬ１が直線性を決定
する。更に第１の線路１１と誘電体共振器８との結合位
置から負性抵抗回路の接続位置までの距離Ｌ０が発振条
件を満足する周波数（発振周波数）を決定する。

【００２４】先ず、発振周波数と周波数変調幅が所定の
範囲内に納まるようにマイクロストリップ線路１１，１
２に対する誘電体共振器８の取付位置を決定する。すな
わち、誘電体共振器８の取り付け位置を変えて、図４に
示した距離Ｌ０を変えると発振周波数および発振出力が
変化し、これと同時にＬ２が変化することによって周波
数変調幅が変化するので、これらが所定の特性範囲内に
納まるように誘電体共振器８の取り付け位置を決定す
る。

【００２５】次に、所定の周波数変調の直線性と変調幅
が得られるように、バラクタダイオード１６の取付位置
を決定する。ここで、上記誘電体共振器として、比誘電
率を２４、電極開口部の半径を１．５ｍｍとしたＴＥ０
１０モードの誘電体共振器を用いた場合の、バラクタダ
イオード１６の位置と周波数変調の直線性との理論的な
関係を図５に示す。バラクタダイオード１６が誘電体共
振器８の結合位置に近すぎると、高周波側で周波数変調
の直線性が悪くなり（周波数変調感度が小さくなり）、
遠すぎると低周波側で周波数変調の直線性が悪くなる
（周波数変調感度が小さくなる）。従って周波数変調の
直線性の調整方法としては、まずバラクタダイオードを
誘電体共振器から離れた位置に配置して周波数変調の直
線性を測定する。低周波側で周波数変調感度が小さく、
高周波側で大きい場合には、バラクタダイオード１６の
位置を誘電体共振器８側に近づける。そして、低周波側
と高周波側とで周波数変調感度がほぼ等しくなる位置に
バラクタダイオード１６の取り付け位置を決定する。

【００２６】また、図５に示したように、周波数変調の
直線性が良好な範囲でもバラクタダイオード１６の取り
付け位置を変えることによって変調幅（変調感度）も多
少変化する。従って、バラクタダイオード１６の取り付
け位置をわずかに移動させることによって周波数変調の
直線性ともに変調幅の調整を行う。

【００２７】以上のバラクタダイオードと誘電体共振器
の取り付け位置の調整を何度か繰り返すことによって周
波数変調の直線性と変調幅をそれぞれ最適値に設定でき
るようになる。

【００２８】次に、図６を参照して、コプレーナ線路に
バラクタダイオードを取り付ける例について示す。図６
において、２０は線路１２の一部とともにコプレーナ線
路を構成する電極であり、接地電極として用いる。この
ように２導体によるコプレーナ線路の所定位置をまたぐ
ようにバラクタダイオード１６を実装することによっ
て、線路１２の所定位置と接地との間にバラクタダイオ
ードを接続できることになる。

【００２９】なお、各実施形態において、マイクロスト
リップ線路１２のバラクタダイオード取り付け位置側の
端部とバラクタダイオードの取り付け位置までの線路は
余分な線路であるが、これを切削すれば、その余分な線
路による寄生成分の影響を受けることもない。

【００３０】以上に示した実施形態はＴＥ０１０モード
の誘電体共振器を用いたが、ＴＥ０１δモード誘電体共
振器などの他のモードの共振器を用いても同様の効果が
得られる。

【００３１】

【発明の効果】請求項１，４に係る発明によれば、誘電
体共振器を第１と第２の線路に沿った方向の所定位置に
設けるとともに、第２の線路と、これに平行に配置した
接地用電極との間の所定位置に可変容量素子を設けるよ
うにしたため、第２の線路に対する誘電体共振器の結合
位置から第２の線路の開放端までの距離と、前記結合位
置から可変容量素子までの距離を独立して定めることが
でき、変調幅と直線性を同時に最適値に設定可能とな
る。

【００３２】請求項２，３に係る発明によれば、接地電
極と線路との間または、２つの導体間に可変容量素子を
実装するだけで、所定位置に容易に可変リアクタンス回
路が構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る発振回路の主要部の構成を示す斜
視図

【図２】同発振回路の平面図

【図３】誘電体共振器の構造を示す断面図

【図４】発振回路の等価回路図

【図５】バラクタダイオード取り付け位置と周波数変調
の直線性との関係を示す図

【図６】従来の発振回路の構成例を示す斜視図

【図７】従来の他の発振回路の構成例を示す斜視図

【図８】従来の他の発振回路の構成例を示す斜視図

【符号の説明】

１−誘電体板 ２，３−電極 ４，５−開口部 ６−誘電体基板 ８−誘電体共振器 １１−マイクロストリップ線路（第１の線路） １２−マイクロストリップ線路（第２の線路） １３−終端抵抗 １４−接地電極 １５−ＦＥＴ １６−バラクタダイオード １７−接地電極 １８−誘電体共振器 １９−誘電体基板 ２０−直列帰還用線路 ２１，２２，２３−バイアス回路 ２４−出力回路

フロントページの続き (72)発明者 藤井 康生 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体共振器と、可変リアクタンス回路
   と、負性抵抗回路と、一端が抵抗終端され他端が前記負
   性抵抗回路に接続されて前記誘電体共振器と結合する第
   １の線路と、前記可変リアクタンス回路が接続され前記
   誘電体共振器と結合する第２の線路とから成る発振回路
   において、 前記誘電体共振器を前記第１と第２の線路に沿った方向
   の所定位置に設けるとともに、 前記可変リアクタンス回路を、前記第２の線路と該第２
   の線路に対して平行に一定の間隔を隔てた接地用電極
   と、前記第２の線路と前記接地用電極との間の当該第２
   の線路と接地用電極に沿った方向の所定位置に設けた可
   変容量素子とから構成したことを特徴とする発振回路。
2. 【請求項２】 前記接地用電極は当該接地用電極および
   前記第１・第２の線路が設けられた基板の裏面に設けた
   接地電極に接続されていることを特徴とする発振回路。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の可変リアクタンス回路
   を、前記マイクロストリップ線路と前記接地用電極に代
   わる、基板表面に設けた２つの導体から成るコプレーナ
   線路と、該コプレーナ線路を構成する前記２つの導体間
   に設けた可変容量素子とから構成したことを特徴とする
   発振回路。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のうちのいずれかに記載の
   発振回路の特性調整方法であって、前記誘電体共振器の
   位置を前記第１の線路に沿った方向に変化させ、さらに
   前記可変容量素子の位置を前記第２の線路に沿った方向
   に変化させて、発振周波数の変化幅およびその直線性を
   調整することを特徴とする発振回路の特性調整方法。