JPS63102419A - マイクロ波帯周波数シンセサイザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、たとえば衛星通信における送信機、あるいは
受信機に用いられる局部発振器としてのマイクロ波帯周
波数シンセサイザに関するものである。

従来の技術 最近、マイクロ波帯における周波数シンセサイザは、衛
星通信の送信機、あるいはその受信機の局発源として、
さらにはマイクロ波デバイス評価用の信号源として盛ん
に利用されるようになってきた。これらのマイクロ波帯
周波数シンセサイザは、たとえば「フリケンシーシンセ
サイザ、シオリーアンドデザイン（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
　５ｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒｓ　。

Ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　）　ｊ　（著者
：バディオマナセピッチ（Ｖａｄｉｏ　Ｍａｎａｓｅｗ
ｉｔｓｃｈ　）　）の第７章、図７−３０に記載された
ものが知られている。

以下、第２図を参照しながら従来のマイクロ波帯の周波
数シンセサイザについて、その基本原理を説明する。

まず、位相比較器１は基準発振器２の信号な分周器３で
分周し、それを基準信号として、電圧制御発振器６の信
号な分周器５で分周した信号と比較して、位相の同期を
とる。次に電圧制御発振器６はループフィルタ４の出力
に応じて、発振信号を混合器７に送出する。混合器７で
はその発振信号と、逓倍器８を介して入力される基準発
振器２との信号とを加算し、逓倍器９に送出し、逓倍さ
れろ。

なお、具体的には端子１ｏから６６５０ＭＨｚ−７０５
０ＭＨｚの出力を得るためには、基準発振器２０周波数
を５ＭＨｚ、逓倍器８を８１倍に、逓倍器９を２０倍と
することが考えられる。

発明が解決しようとする問題点 しかし以上のような構成では、位相雑音が逓倍する毎に
劣化し、たとえばＮ逓倍した場合には逓倍前に比べて２
（１１ｏｇ　ＮｄＢの位相雑音劣化が生じる。

具体的にＮ＝２０では２６ｄＢ劣化し、当初−１００ｄ
Ｂ／ＨｚＯものは一７４ｄＢ／Ｈｚまで劣化する。また
、位相比較するための分周数が大きくなる構成では分周
器ＰＬＬ・ＩＣから発生する雑音のフロア−が上昇し、
ループの比較周波数がシンセサイザ出力に漏洩するとい
う問題があった。

本発明は上記問題点を解決するもので、位相雑音劣化の
少ない、低雑音のマイクロ波帯周波数シンセサイザを提
供するものである。

問題点を解決するための手段 本発明は出来るだげ逓倍回数及び周波数を減らして、広
帯域のマイクロ波帯周波数シンセサイザを構成し、特に
低雑音、高安定のために、低雑音の電圧制御水晶発振器
はたとえば恒温槽にて安定化された水晶発振器で温度特
性的に安定化し、これを基準発振器として２つの位相同
期ループを構成し、そのうち１つの可変周波数ループの
位相比較周波数は、可変周波数のステップ幅によって最
大値が決まり、可変ループ内で固定分周を行なったり、
ループの出力以降からシンセサイザ出力までに信号の逓
倍を行なったりすると、さらに固定分周数と逓倍数の積
だけ比較周波数のとり得る最大値が小さくなり、ループ
の固有周波数が高くできないだけでなく位相比較周波数
成分が実用上支障がある程漏洩することが多い。それを
改善するため、その可変周波数ループからの信号を基準
とするさらにもう一つの位相同期ループを構成し、そこ
での位相比較周波数を高く設定することにより位相比較
周波数成分の漏洩を改善し、さらにこれにより安定化し
た信号からの出力を周波数変換して信号出力を得、出来
る限りの逓倍数および分周数を少なくして、ループの位
相比較で発生する雑音を少な（し、またループの固有周
波数を高（して電圧制御発振器の雑音の影響を小さくす
るものである。

作用 本発明は上記構成で、低雑音かつ高安定な基準発振器を
構成し、これを基準とする可変周波数ループの位相比較
周波数を基準発振器の逓倍出力との周波数変換により下
げ、小さい可変分周比でなおかつ、動作を確実で容易と
するため、位相比較周波数を必要以上には高＜シないで
位相同期安定化しかつ、ループの固有周波数を窩＜シて
、低雑音化し、さらにその後段にその可変周波数ループ
の上記の周波数変換後の出力を基準とする可変設定周波
数の位相同期ループを設けて位相比較周波数成分の漏洩
を改善し、また基準発振器を基準とする低雑音の固定あ
るいは固定に近い狭範囲の可変の位相同期ループは、上
記の後段の可変ループ以稜の逓倍数を小さくしてループ
の固有周波数を憂く選べるようにし、かつ可変ループの
忠力周波数を低くするために設け、逓倍数および分周数
の小さい、低雑音なマイクロ波帯周波数シンセサイザを
提供するものである。

実施例 以下、本発明の一実施例について説、明する。

第１図は本発明の一実施例におけるマイクロ波帯周波数
シン七すイザの構成図である。

まず、第１の位相同期ループでは、電圧制御水晶発振器
１０を基準水晶発振器１１で安定化する。

この基準水晶発振器１１は例えば１０ＭＨｚの恒温槽に
入れられ温度制御された高安定な発振器を用いる。電圧
制御水晶発振器１０は例えば１００ＭＨｚのもので、安
定度は発振器１３はどではないが、キャリヤからの離調
周波数が太きいところでの位相雑音は発振器１３よりも
小さいため、この第１の位相同期ループではループの固
有周波数を選ぶことにより、２つの発振器がループ出力
の位相雑音へ寄与する離調周波数の範囲を分けることが
でき、低雑音で、かつ亮安定な基準信号が作られろ。次
に、これを基準発振器として、２つの位相同期ループに
より安定な発振信号を得る。１つは第２のループによる
可変周波数の信号であり、他の１つは第４のループによ
る固定周波数の出力である。

その第２の位相同期ループには電圧制御発振器１６を有
し、例えばその周波数は８８３．３　ＭＨｚから１０５
０ＭＨｚに設定される。この電力信号は、混合器１９を
介して、電圧制御水晶発振器１０を８逓倍した８　００
　ＭＨｚと混合減算され、可変分周器２０に入って比較
信号を生成し、位相比較器２１送出される。この位相比
較器２１では電圧制御水晶発振器１０の出力を例えば２
５０分の１に分周された信号が入力され、これを基準に
電圧制御発振器１６の出力が位相同期で安定化される。

この周波数は可変分周器２０分周数により変化し、例え
ば前記周波数範囲ではその分周数は２５０から７５０ま
で変えられる。

一方、第３の位相同期ループには、電圧制御発振２３を
有し、例えばその周波数は８８３．３ＭＨｚ−５・ら１
０５０ＭＨｚに設定される。この出力は混合器２５を通
して前記電圧制御発振器１０を８逓倍した８００ＭＨｚ
と混合減算され、固定分周器２６に入り、比較信号を作
り、位相比較器２７に入る。この位相比較器２７では、
前記第２のループの混合器１９の出力信号から固定分周
器２６と同じ分周数に設定された固定分周器２４により
分周された信号が入る。これを基準に電圧制御発振器の
出力が位相同期安定化される。このように第３のループ
の分周数は変わらないが、比較周波数は変化し、電圧制
御発振器２３の出力周波数は８８３．３　ＭＨｚから１
０５０ＭＨｚまで変化することになる。

一方、第４の位相同期ループには電圧制御発振器２９が
設けてあり、例えば６６２．５ＭＨｚの周波数とする。

そして電圧制御水晶発振器１０の６逓倍した信号である
６　００　ＭＨｚと、この電圧制御発振器２９の出力信
号は混合器３２で周波数変換され、固定分周器３３を経
て位相比較器３４に送出される。この位相比較器３４に
は比較基準として電圧制御水晶発振器１００８０分の１
に分周された信号が入力され、電圧制御発信器２９の出
力はループフィルタ３５０制御信号を介して安定化され
る。

この電圧制御発振器２９は、例えば６６２．５　ＭＨｚ
と固定の周波数のため、可変周波数幅の少ない発振器を
用い、例えば共振器として誘電体材料で形成されたもの
である。

この２つの信号を混合器３６で周波数変換し。

例えば１５４５．８３ＭＨｚから１７１２．５　ＭＨｚ
を得る。

さらに、第５の位相同期ループには電圧制御発振器３８
が設けてあり、例えば２６８７．５ＭＨｚの周波数とす
る。そして電圧制御水晶発振器１ｏの２４逓倍した信号
である２４００ＭＨｚと、この電圧制御発振器３８の出
力信号は混合器４２で周波数変換され、分周器４１を経
て位相比較器４３に入力される。そして電圧制御水晶発
振器】０の８０分の１に分周された基準信号と位相比較
され、ループフィルタを介して電圧制御発振器３８の出
力信号を安定化する。この電圧制御発振器３８は、例え
ば２６８７．５ＭＨｚと固定の周波数のため、可変周波
数幅の少ない発振器を用い、例えば共振器として誘電体
材料で形成されたものである。

そして、この電圧制御発振器３８の出力信号と、混合器
３６からのＩ　ＧＨｚ帯の信号を混合器３７で周波数変
換し、さらに逓倍器４５、増幅器４６を通して、例えば
＋　　１２７００ＭＨｚから１３２００ＭＨｚでマイク
ロ波出力５ｍＷ以上のマイクロ波帯周波数シンセサイザ
を得る。

以上本実施例によれば、第１のループで得うれた高安定
（例えば１０−’）で低雑音（例えば位相雑音として、
信号からＩ　ＫＨｚ離れたところで一１２０ｄＢｃ　／
Ｈｚ）の信号源を基準としており、マイクロ波帯の信号
出力としても、理論的劣化を除ぐ位相雑音の劣化ができ
る限り少なくなるよって、ループの固有周波数を高くし
、逓倍数、分周数を小さくできる構成として高安定で低
雑音化がはかれた信号を得ることができ、マイクロ波帯
のにバンド程度までの広帯域なマイクロ波帯周波数シン
セサイザが実親できる。

そして、例えば本実施例を衛星通信における送受機の局
部発振器として用いた場合、本周波数シンセサイザはＩ
　ＧＨｚ帯で合成された周波数シンセサイザの信号をさ
らに周波数変換、逓倍してＫｕバンドの周波数シンセサ
イザ出力を得る構成であり、１　ＧＨｚ帯の信号伝送ロ
スは比較的小さいので、Ｌバンド部とＫｕバンド部との
信号伝送ロスによる制限を小さくできる。また、Ｋｕバ
ンド部に設けた第５の位相同期ループは、その周波数を
適当に選定することにより送受信器の送信および受信の
局部発振器に共用できろ。例えば送信の局部発振器が１
２７００ＭＨｚ〜１３２００ＭＨｚで受信の局部発振器
が１０７１０７５Ｏの場合、本実施例のように第５の位
相同期ループの周波数を２６７８．５ＭＨｚにすること
により、その出力を送信に、その出力の４逓倍な受信に
と、送信および受信に共用することができる。

発明の効果 以上のように本発明は、マイクロ波帯でも純度の良い広
い帯域で高安定な信号源を得ることができ、マイクロ波
帯周波数シンセサイザとして低雑音化することができ、
その効果は大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるマイクロ波帯周波数
シンセサイザのブロック構成図、第２図は従来のマイク
ロ波帯周波数シンセサイザのブロック構成図である。 １０・・・電圧制御水晶発振器、１１・・・基準水晶発
振器、１６．２３．２９．３８・・・電圧制御発振器、
１８．３１．４５・・・逓倍器、１９．２５．３２．３
６．３７．４２・・・混合器。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. （１）高安定度の水晶発振器を基準として、第１の位相
   同期ループにより一定周波数に位相同期安定化させた、
   低雑音の電圧制御水晶発振器を有し、この第１の位相同
   期ループからの出力を基準とする可変設定周波数の第２
   の位相同期ループを有し、この第２の位相同期ループの
   電圧制御発振器の出力と前期第１の位相同期ループの電
   圧制御水晶発振器の出力を逓倍した出力とを周波数変換
   して周波数を下げて、第２の位相同期ループの位相比較
   を行ない位相同期を安定化し、さらにその第２の位相同
   期ループの前記周波数変換後の出力を固定分周した出力
   を基準とする可変設定周波数の第３の位相同期ループを
   有し、第３の位相同期ループの電圧制御発振器の出力と
   第１の位相同期ループの電圧制御水晶発振器の出力を逓
   倍した出力とを周波数変換して周波数を下げてこの第３
   の位相同期ループの位相比較を行ない、位相同期を安定
   化するとともに、前記第１の位相同期ループからの出力
   を基準とする第４の位相同期ループを有し、この第４の
   位相同期ループの電圧制御発振器の出力と前記第１の位
   相同期ループの電圧制御水晶発振器の出力を逓倍した出
   力とを周波数変換して周波数を下げて前記第４の位相同
   期ループの位相比較を行ない位相同期を安定化し、さら
   に前記第１の位相同期ループからの出力を基準とする第
   ５の位相同期ループを有し、この第５の位相同期ループ
   の電圧制御発振器の出力と前記第１の位相同期ループの
   電圧制御水晶発振器の出力を逓倍した出力とを周波数変
   換して周波数を下げて前記第５の位相同期ループの位相
   比較を行ない位相同期を安定化し、前記第３の位相同期
   ループからの信号と、前記第４の位相同期ループからの
   信号とにより周波数変声を行なった第１出力信号と、前
   記第５の位相同期ループの信号を周波数変換した第２出
   力信号より、マイクロ波信号を得ることを特徴とするマ
   イクロ波帯周波数シンセサイザ。
2. （２）第３の位相同期ループからの信号と第４の位相同
   期ループからの信号とにより周波数変換を行なった第１
   出力信号と、第５の位相同期ループからの信号とを周波
   数変換を行なった第２出力信号を逓倍してマイクロ波信
   号を得ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   マイクロ波帯周波数シンセサイザ。
3. （３）第３の位相同期ループの出力信号と第４の位相同
   期ループの逓倍出力信号とによる周波数変換を行なうこ
   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
   帯周波数シンセサイザ。
4. （４）第３の位相同期ループの逓倍出力信号と第４の位
   相同期ループの出力信号とにより周波数変換を行なうこ
   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
   帯周波数シンセサイザ。
5. （５）第３の位相同期ループの逓倍出力信号と第４の位
   相同期ループの逓倍出力信号とにより周波数変換を行な
   うことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のマイク
   ロ波帯周波数シンセサイザ。
6. （６）第４の位相同期ループの出力周波数が一定である
   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
   波帯周波数シンセサイザ。
7. （７）第５の位相同期ループの出力周波数が一定である
   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
   波帯周波数シンセサイザ。
8. （８）第３の位相同期ループの可変設定周波数の単位幅
   を第４の位相同期ループの全周波数可変設定幅とし、第
   ３の位相同期ループと第４の位相同期ループとにある各
   々の可変分周器の分周数を制御することにより、周波数
   の設定を行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のマイクロ波帯周波数シンセサイザ。
9. （９）第１の位相同期ループを構成する基準信号源には
   、恒温槽によって温度制御安定化された水晶発振器を用
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のマイ
   クロ波帯周波数シンセサイザ。
10. （１０）第２の位相同期ループと、第４の位相同期ルー
    プおよび第５の位相同期ループの基準信号として、第１
    の位相同期ループの水晶発振器の出力を固定分周するこ
    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
    帯周波数シンセサイザ。
11. （１１）第２の位相同期ループと、第４の位相同期ルー
    プおよび第５の位相同期ループの基準信号として第１の
    位相同期ループの電圧制御水晶発振器の出力を固定分周
    することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のマイ
    クロ波帯周波数シンセサイザ。
12. （１２）第４の位相同期ループおよび第５の位相同期ル
    ープの電圧制御発振器に、誘電体共振器を用いたことを
    特徴とする特許請求の範囲第１項記載のマイクロ波帯周
    波数シンセサイザ。
13. （１３）第１の電圧制御水晶発振器として、低雑音で１
    ００ＭＨｚのものを用い、第３の電圧制御発振器は８８
    ３．３ＭＨｚから１０５０ＭＨｚまで可変の周波数とし
    、第４の電圧制御発振器として、６６２．５ＭＨｚのも
    のを用い、第５の電圧制御発振器は２６８７．５ＭＨｚ
    を用いて、その出力の周波数変換による加算および逓倍
    を行なって１２７００ＧＨｚから１３．２ＧＨｚの信号
    周波数を得ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
    載のマイクロ波帯周波数シンセサイザ。