JPS6224970B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はマイクロ波通信装置に適した位相制御
形発振器であつて位相制御動作を改良した発振装
置に関する。

高い周波数安定度を必要とするマイクロ波通信
装置には水晶発振器の出力を基準とする位相制御
形発振器が広く用いられる。

このような位相制御形発振器は一般的に第１図
に示すように水晶発振器からなる基準周波数信号
源１、印加電圧に対応した発振周波数を得る電圧
制御発振回路２、位相比較回路３、位相差信号増
幅回路４、低域通過ろ波回路５によつて構成され
る。

この発振器の動作を簡単に説明する。位相比較
回路３は基準周波数信号源１の出力信号と、電圧
制御発振回路２の出力信号の一部を入力して両信
号の周波数が一致している場合には両信号の位相
差に対応した直流の位相差信号を出力する。電圧
制御発振回路２の出力信号の残りの部分はこの位
相制御形発振器の出力電力として外部負荷に供給
される。

位相比較回路３で得られた直流位相差信号は、
位相差信号増幅回路４により増幅され低域通過ろ
波回路５を経て電圧制御発振回路２に制御電圧と
して印加され上記回路群はいわゆる位相制御ルー
プを構成する。基準周波数信号源１の出力信号と
電圧制御発振回路２の出力信号の位相差が位相制
御ループ特性の制御範囲内にある場合は電圧制御
発振回路２の出力信号周波数は基準周波数信号源
１の出力信号周波数と一対一に対応する様に制御
される。この位相制御ループの制御範囲は位相比
較回路３の出力が大きい程、あるいは位相差信号
増幅回路４の利得を高くする程広くすることがで
きるが電圧制御発振回路２の制御範囲もしくは電
圧制御発振回路２へ印加し得る制御電圧の範囲す
なわち位相差信号増幅回路４の出力し得る直流電
圧の範囲に制限される。

基準周波数信号源１の出力周波数と電圧制御発
振回路２の発振周波数が異なる場合は位相比較回
路３は単なる周波数混合回路として動作し両信号
周波数が近傍にあればその差の周波数の出力信号
を得る。得られた差周波数信号は増幅回路４によ
り増幅され低域通過ろ波回路５を経て電圧制御発
振回路２に帰還される。したがつて電圧制御発振
回路２は差周波数信号により周波数変調を受ける
ことになるがこの変調を受けた電圧制御発振回路
２の出力信号は再度位相比較回路３に入力され基
準周波数信号源１の出力信号と混合され前記差周
波数信号と同様に増幅され低域通過ろ波回路５を
経て電圧制御発振回路２に帰還される。この過程
は当然瞬時にして何回も繰返される訳であるが総
体として見れば電圧制御発振回路２に帰還される
信号は、閉ループ内では低周波である程大きく、
言換えれば基準周波数信号源１の出力周波数に電
圧制御発振回路２の発振周波数が近づけば近づく
程大きくなるので両周波数をより近づけようとす
る方向の直流成分が生じる。したがつて電圧制御
発振回路２の発振周波数が基準周波数信号源１の
出力周波数と或る周波数範囲内の近傍にあると両
信号周波数は一致する。すなわち前記の位相制御
状態に引き込まれる。この位相制御状態に引き込
まれる周波数範囲は電圧制御発振回路２の変調感
度^*が大きい程広くなり、また前記位相制御範囲
と同様に位相比較回路３の出力が大きい程、或い
は増幅回路４の利得が高い程広くなる。 ^*ここ
で変調感度とは印加制御電圧の一定変化に対する
電圧制御発振回路の発振周波数の変化量をいう。
但し、この周派数範囲は位相制御ループの電気長
による位相遅れを無視できる。とすれば構成する
各要素すなわち、電圧制御発振回路２、位相比較
回路３、増幅回路４、低域通過ろ波回路５等にお
ける位相の周波数応答特性により制限される。特
に低域通過ろ波回路５は基本的な位相特性として
遮断周波数近傍からそれより高い周波数にかけて
位相遅れを生じる。位相制御ループにおけるダン
ピング係数は、位相制御ループのループ利得と位
相余裕により決まる。すなわち或るループ利得の
状態では位相余裕が小さくなる程ダンピング係数
が減少し、また或る位相特性の状態ではループ利
得が高くなる程ダンピング係数が減少して位相制
御ループの安定度が損われる。したがつて一般に
高いループ利得と位相制御ループの安定性を得る
ために、低域通過ろ波回路５としていわゆるラ
グ・リード特性を有するろ波回路を使用した二次
系位相制御ループの構成が広く用いられる。一方
位相比較回路３の出力および電圧制御発振回路２
の変調感度には限界があるので、ループ利得を或
る程度以上高くするには増幅回路４の利得を高く
する必要がある。この様な構成の発振器で増幅回
路４には集積回路による演算増幅器が使用される
が利得を大きくとると広帯域特性が犠性になるの
で増幅回路４自体の位相特性が前記のように位相
制御ループの位相余裕を減少せしめる。この様な
欠点を改良するため増幅回路４およびラグリード
特性を備えた低域通過ろ波回路の代わりに直流か
ら低周波域に高い利得を備えた増幅回路と広帯域
に亘つて平坦な利得を有する増幅回路との並列回
路が使用される（特願昭50―93613）。一方、位相
制御形発振器には位相制御警報回路を備えたもの
が一般に用いられる。この位相制御警報回路は主
として位相制御ループが制御動作しなくなつた時
もしくは制御範囲を越えた時警報を送出する。通
常、位相制御警報は位相制御状態であるか否かに
よる位相差信号増幅回路の負荷インピーダンスの
相違を利用してそれを検出する方式が採用されて
いる。その一例としては位相差信号増幅回路に発
振用の正帰還回路を設け、その正帰還量と発振周
波数を適当に定めて位相制御されない場合の負荷
インピーダンス条件で発振する様にして、その発
振を検出して警報を送出する方法がある。前記の
様に位相制御ループの安定性余裕と高ループ利得
を得るため直流から低周波域に高い利得を備えた
増幅回路（以下直流系増幅回路と云う）と広帯域
に亘つて平坦な利得を有する増幅回路（以下交流
系増幅回路と云う）との並列回路を使用した位相
制御形発振器においては位相制御警報回路に上記
の方法を導入すると以下に述べる問題が生じる。

位相制御状態で電圧制御発振回路に印加される
電圧（以下位相制御電圧と云う）の範囲は直流系
増幅回路の出力し得る電圧範囲に制限される。す
なわち位相制御電圧はこの範囲を越える事はでき
ず基準周波数信号源の出力周波数が、この電圧制
御発振回路の発振周波数限界を越える場合には、
位相制御警報が送出されなければならない。位相
制御警報の送出用に発振回路を構成するには、位
相制御ループ特性と警報用発振周波数の関係から
直流系増幅回路に限られる。前記のように基準周
波数信号源の出力周波数が電圧制御発振回路の発
振周波数限界を越える場合でかつ両周波数が近傍
にある場合、例えば電圧制御発振回路の自励発振
周波数^*が漸次偏移しそれにつれ位相制御電圧も
変化して限界まで追い込まれ両周波数に差を生じ
た場合には、位相比較回路により差周波数（以下
ビートと云う）が検出され交流系増幅回路を経て
電圧制御発振回路に帰還されるので前記のように
このビートは閉ループ内で位相制御状態に引き込
む方向の歪み（直流成分）を生じる。 ^*ここで
自励発振周波数とは固定の制御電圧を印加した際
の電圧制御発振回路の発振周波数を云う。この直
流成分は引き続き直流系増幅回路の出力電圧を出
力し得る電圧範囲の限界に追い込みいわゆる飽和
状態とする。この様に直流系増幅回路が飽和状態
に追い込まれているのでその動作点では利得が無
く警報用の発振状態に移る事ができず位相制御状
態でないにもかかわらず警報を送出し得ないとい
う事態が生じる。

本発明はこのような欠点を改良するもので、そ
の目的は位相制御ループ特性の安定度の余裕と高
ループ利得が得られる位相制御形発振器で位相制
御されない状態の全ての場合について位相制御警
報を送出できる発振装置を提供することにある。

前記目的を達成するために本発明による位相制
御形発振装置は基準周波数信号と出力信号の位相
差に対応した直流電圧を得て、直流から低周波に
かけて高い利得を持つ直流系増幅回路と広帯域に
亘つて低い利得を持つ直流系増幅回路との並列回
路により増幅し、前記増幅回路で得られる直流電
圧で電圧制御発振回路を制御する位相制御ループ
から構成され、前記ループが位相制御されない状
態になつたとき、これを検出して警報を発するた
め前記直流系増幅回路を発振させるための帰還回
路を備える位相制御形発振装置において、前記直
流系増幅回路に出力される直流電圧に対応して前
記交流系増幅回路の利得を抑制する回路を設ける
ことにより、位相制御されないすべての状態にお
いて前記直流系増幅回路を飽和状態に追込まない
ように構成してある。

上記構成によれば直流系増幅回路は位相制御さ
れない状態になつたとき確実に発振状態となり、
警報を送出する。

以下図面等を参照して本発明をさらに詳しく説
明する。

第２図は本発明による発振装置の実施例を示す
回路系統図である。図において１は基準周波数信
号源、２は電圧制御発振回路、３は位相比較回
路、６は直流系増幅回路、７は交流系増幅回路、
８は位相制御警報発振のための正帰還回路、９は
直流系増幅回路６の出力電圧が飽和電圧近傍にな
つた時減衰量の大きくなる減衰回路である。

位相制御電圧が電圧制御発振回路２の自励発振
周波数等の偏移により変化して直流系増幅回路６
の飽和電圧近傍に至ると減衰回路９の働きにより
交流系増幅回路７の利得は見かけ上低減する。し
たがつて周波数の偏移が位相制御範囲を越えた場
合に位相比較回路３の出力するビートは直流系増
幅回路６を飽和させるだけの直流成分を生じない
ため直流系増幅回路６は正帰還回路８により発振
状態となり位相制御警報を送出する。

第３図は直流系増幅回路６の出力電圧が飽和電
圧近傍になつた場合に直流系増幅回路７の利得を
見かけ上低減せしめる減衰回路９の具体例を示す
回路図である。

図において６は直流系増幅回路、７は交流系増
幅回路、１０，１１，１２は抵抗器、１３，１４
はコンデンサ、１５はPINダイオード、１６はト
ランジスタ、１７は直流系出力端子、１８は交流
系出力端子、１９は負電圧電源入力端子である。

この回路は負電源電圧で駆動する場合の例であ
るが直流系増幅回路６の出力電圧の浅い方の飽和
電圧に対して有効な回路である。一般に電圧制御
発振回路は印加電圧に対して発振周波数が第４図
のように変化する。印加電圧の浅くなるにしたが
い発振周波数変化が大きくなるので位相制御形発
振器において、例えば第４図中のＡ点からＢ点ま
でが直流系増幅回路の出力電圧範囲である場合、
すなわちＡ点およびＢ点が直流系増幅回路の飽和
電圧である場合は印加電圧の深い方のＢ点では、
位相制御ループのループ利得が比較的低いため前
記のように位相比較回路の出力するビートの歪み
に対しては一般に問題とならない。したがつて通
常印加電圧の浅い方の飽和電圧のみを考慮すれば
良い。

第３図中でPINダイオード１５は順方向電流が
増加すると抵抗値が減少するのでコンデンサ１３
の容量値が充分大きければほぼ抵抗器１０との分
割比によつて減衰量が増大し交流系出力端子１８
への信号は減少する。本回路は直流系増幅回路７
の出力電圧がほぼ一定である事を利用しているが
PINダイオード１５に順方向電流が流れるために
は直流系増幅回路６の出力電圧が交流系増幅回路
７の出力端電圧よりも充分浅くなる必要がある。
また、抵抗器１０，１１の抵抗値によつてPINダ
イオード１５に流れる電流が決まるので直流系増
幅回路６の出力電圧の浅い側の飽和電圧近傍で所
要の減衰量を得る様に抵抗器１０，１１の抵抗値
を設定する事により本回路が構成される。ここ
で、トランジスタ１６および抵抗器１２からなる
エミツタフオロワ回路は直流系増幅回路６の出力
電圧を高インピーダンスにて分岐するためのいわ
ゆるバフアー回路として使用されている。コンデ
ンサ１４は直流遮断のため使用されている。

以上説明したように本発明による位相制御形発
振装置は直流系増幅回路６の出力電圧が飽和電圧
近傍に至つて位相制御状態を脱する場合にも交流
系増幅回路７の見かけ上の利得を低減しているの
で位相比較回路３の出力と閉ループによるビート
の歪みによつて直流系増幅回路６が飽和状態に追
込まれることなく位相制御警報送出のための発振
を開始できるという利点を有する。

なお、以上説明した実施例について種々の変形
を施すことができる。例えば第３図中減衰回路は
負電源電圧駆動の場合の例を挙げたが正電源電圧
駆動にすることもできる。この場合はPINダイオ
ード１５の極性とエミツタフオロア回路の極性を
反転させて接続すればよい。また、エミツタフオ
ロア回路に代えて演算増幅回路を使用することも
可能である。本発明による発振装置はこれら変形
例も含めて特許請求の範囲すべてに及ぶものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の一般的な位相制御形発振器の例
を示す回路構成図、第２図は本発明による発振装
置の実施例を示す回路系統図、第３図は減衰回路
部分の具体的な回路構成図、第４図は一般的な電
圧制御発振回路の印加制御電圧に対する発振周波
数変化を示す特性図である。 １……基準周波数信号源、２……電圧制御発振
回路、３……位相比較回路、４……増幅回路、５
……低域通過ろ波回路、６……直流から低周波数
域に高い利得を備えた増幅回路（直流系増幅回
路）、７……広帯域に平坦な利得を備えた増幅回
路（交流系増幅回路）、８……位相制御警報時発
振用の正帰還回路、９……印加される電圧に対し
て減衰量を変化させる減衰回路、１０１１，１２
……抵抗器、１３，１４……コンデンサ、１５…
…PINダイオード、１６……トランジスタ、１
７，１８……増幅器出力端子、１９……負電圧電
源入力端子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基準周波数信号と出力信号の位相差に対応し
   た直流電圧を得て、直流から低周波にかけて高い
   利得を持つ直流系増幅回路と広帯域に亘つて低い
   利得を持つ交流系増幅回路との並列回路により増
   幅し、前記増幅回路で得られる直流電圧で電圧制
   御発振回路を制御する位相制御ループから構成さ
   れ、前記ループが位相制御されない状態になつた
   とき、これを検出して警報を発するため前記直流
   系増幅回路を発振させるための帰還回路を備える
   位相制御形発振装置において、前記直流系増幅回
   路に出力される直流電圧に対応して前記交流系増
   幅回路の利得を抑制する回路を設けることによ
   り、位相制御されないすべての状態において前記
   直流系増幅回路を飽和状態に追込まないように構
   成したことを特徴とする位相制御形発振装置。