JPS63248204A - 電圧制御発振器 - 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】 〔概要〕 外部からの制御用の直流電圧Ｖｃで静電容量を変化させ
共振周波数を可変するマイクロ波の電子同調共振器とマ
イクロ波増幅器と伝送線路で帰還ループを形成し一定帯
域のマイクロ波を帰還発振する電圧制御発振器であって
、前記直流電圧Ｖｃの変化に応じて移相量Δφの可変さ
れる可変移相器を帰還ループ内に設は発振器の発振周波
数の広帯域化と位相雑音の低減を計ったもの。

〔産業上の利用分野〕

本発明は外部からの制御用の直流電圧ＶＣで静電容量が
変化し共振周波数が可変するマイクロ波の電子同調共振
器とマイクロ波増幅器と伝送線路で帰還ループを形成し
一定帯域のマイクロ波を発振する電圧制御発振器に係り
、特にマイクロ波の電圧制御発振器の広帯域化、低雑音
化に関する。

マイクロ波帯で通信機などに使用される電圧制御発振器
としては、電子同調共振器の共振周波数を広範囲に変化
させても、最適位相で安定に発振できること、位相ゆら
ぎ雑音の少ないことが望まれている。

〔従来の技術〕

第４図に従来の電圧制御発振器の構成の一例を示す。図
の電圧制御発振器は、高周波信号を増幅する増幅器１１
と、直流電圧Ｖｃにより静電容量が変化する可変容量素
子２２をもち共振周波数が可変する共振器２１と、伝送
特性が一方向のアイソレータ３１．３２と、固定の移相
器７と、終端抵抗４２をもつ出力バイブリッド４１が１
つのループ回路を形成する様に接続され、共振器２１の
共振周波数ｆで帰還形の発振をして出力バイブリッド４
１から発振出力Ｐｏｕ　ｔを出力する発振回路である。

第３図Ａは、電圧制御発振器の増幅器１１の利得特性Ｇ
、位相特性Δφを示すもので、周波数ｆ＝６．４ＧＨｚ
を中心に＋−４００ＭＨｚ帯域の特性を示す。位相ずれ
Δφは中心周波数ｆ　＝６．４ＧＨｚにおける位相を０
として表してあり、横軸の動作周波数が中心周波数から
高い方に離れるにつれ位相遅延が大きくなるｆ頃向をも
つ。

第３図８１は第４図のマイクロ波の共振器２１の通過損
失Ｉル、位相ずれΔφの周波数特性を表すもので、Δφ
は中心周波数ｆｏの値を前同様にＯとして表している。

通過損失１ル及び位相ずれΔφは一般に次式で表わされ
る。

１、Ｌ＝２０１ｏｇ　　　（Ｑｏ／口ｏ−ＱＬ）ｄＢＧ
ｏは無負荷時のＱ、ＱＬは負荷時のＱを表す。

Δφ＝　ｊａｎ　（ＱＬ・２　　（＋ｕｌｏ　−ω）　
／（１）Ｏ）ω０は中心周波数、ωは離調周波数を表す
。

第３図８２は第４図のマイクロ波の共振器２１に可変容
量素子２２を付加した時の緒特性であって、共振器２１
のＱは可変容量素子２２の影響を受けて低下し通過損失
Ｉルが増加する。負荷時のＱのＱＬは１８＠で一定にな
るようにしてあり、中心周波数ｆ。

の上下周波数に対する位相ずれΔφは第３図Ｂｌと同じ
である。

第３図Ｃは第４図の共振器２１の周波数特性■、高周波
増幅器１１及び共振器２１を除いた帰還ループの伝送線
路（遅延線路と呼び線路長を４λに選定）の特性■、共
振器２１と遅延線路の特性の和■を周波数６．４Ｇｌ１
２を中心に周波数６．０〜６．８ＧＨｚの帯域で示した
ものであり、何れも周波数６．４ＧＨｚを中心に動作周
波数が高くなるにつれて位相ずれΔφは右下りの特性を
もつ。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の電圧制御発振器は、上述の如く、外部からの制御
電圧Ｖｃを変化させて可変容量素子２２の容量を変え電
子同調の共振器２１の共振周波数を帯域の中心周波数ｆ
ｏ　（６，４Ｇｌｌｚ）から上下した時、帰還ループが
位相ずれ（第３図への増幅器２１の位相ずれΔφと第３
図Ｃの■の位相ずれΔφの和）を起し、帰還ループが発
振しなかったり、発振しても位相ゆらぎが大きくて雑音
が多く、又は帰還利得が低下して発振出力Ｐｏｕ　ｔが
低下するという問題を生ずる。

〔問題点を解決するための手段〕

この問題は、外部からの制′４Ｂ電圧Ｖｃを変化させて
可変容量素子２２の容量を変え電子同調共振器２１の共
振周波数を変えるとき、制御電圧Ｖｃが零のときオフセ
ット電圧Ｖｓを出力し、制御電圧νＣの増加に応じて増
加する直流電圧Ｖｄを発生する直流電圧発生器５と、該
直流電圧発生器５の直流出力Ｖｄにより所定の移相量Δ
φを発生する可変移相器６を帰還ループ内に設け、該可
変移相器６の帰還ループに付与する移相量Δφが、帰還
ループの位相ずれΔφを補償し発振周波数を変えても、
帰還ループの位相遅延量が常に一定に保たれるようにす
る本発明によって解決される。

第１図の本発明の原理ブロック図において、１は高周波
信号を増幅する増幅器、２は直流電圧Ｖｃにより共振周
波数が変わる電子同調共振器、３は高周波信号の伝送線
路、４は発振出力の出力分配器、５は直流電圧Ｖｃに駆
動され直流電圧Ｖｄを出力する直流電圧発生器、６は可
変移相器である。

〔作用〕

増幅器１、電子同調共振器２、伝送線路３、出力分配器
４、可変移相器６は１つの帰還ループを形成する様に接
続され、増幅器１の出力する高周波信号が自分自身の入
力に帰還して電子同調共振器２の共振周波数ｆで発振す
る。

電子同調共振器２の共振周波数ｆを制御する直流電圧Ｖ
ｃが零から一定範囲で変化されるとき、電子同調共振器
２はその直流電圧Ｖｃによりその共振周波数を変化する
が、同時に直流電圧Ｖｃは直流型オフセット電圧Ｖｓを
出力し、直流電圧Ｖｃの増加に応じてオフセット電圧Ｖ
ｓを起点として増加する直流電圧Ｖｄを発生する。

その直流電圧Ｖｄは可変移相器６に印加され、その直流
電圧Ｖｄに応じた移相量Δφを発生させる。

可変移相器６の発生する移相量Δφは、帰還ループ内の
高周波信号に付与されループの位相補償に使用される。

即ち、発振器の発振周波数ｆが帯域の中心周波数ｆｏに
設定される時、オフセット電圧Ｖｓにより中心周波数ｆ
ｏの発振に最適な位相になる様に設定され、又発振周波
数ｆが帯域の中心周波数ｆｏから上下する時、その時の
ループの位相が最適位相からΔφの位相ずれを起こすが
、可変移相器６の発生する移相量Δφが、帰還ループの
位相ずれΔφを補償して該帰還ループの全体の位相遅延
が、常に中心周波数ｆｏにおける発振に最適な一定位相
に保たれる。

従って、本発明の電圧制御発振器では、電子同調共振器
２の共振周波数が、制御用の直流電圧Ｖｃによって広く
変化したときも、直流電圧発生器５と可変移相器６によ
って帰還ループの全体の位相が常に発振に最適の位相に
保たれるので、発振出力Ｐｏｕｔは常に大きさが一定と
なり位相ゆらぎに基づく雑音も無くなり問題は解決され
る。

〔実施例〕

第２図は本発明の実施例の電圧制御発振器の構成を示す
ブロック図である。

増幅器１は、マイクロ波信号を増幅する高周波増幅器１
１であり、共振器２は、マイクロ波信号に共振する共振
器２１とバラクタダイオードなどの可変容量素子２２か
らなり、制御直流電圧Ｖｃにより可変容量素子２２の容
量が変化され、可変容量素子２２の容量変化により共振
器２の共振周波数が変化される。

伝送線路３を構成するアイソレータ３１．３２．３３は
夫々矢印の方向の伝送損失が低く逆方向の伝送損失が高
い伝送線路である。

出力分配器４は、終端抵抗４２で終端されたハイブリッ
ド４１で構成され、該ハイブリッド４１の１つの分配出
力は帰還ループのアイソレータ３３に印加されるが、他
の１つの分配出力は発振器の発振出力Ｐｏｕ　ｔとして
外部に出力される。

直流電圧発生器５は差動演算増幅器５０Ａ　、５０Ｂと
固定抵抗Ｒ１−Ｒ８、可変抵抗ＲＶＩ、ＲＶ２　、：Ｉ
　７デンサＣ１，Ｃ２からなり、共振器２の制御用の直
流電圧ＶＣを入力して可変移相器６の制御用の直流電圧
Ｖｄを発生する。

可変移相器６は、ハイブリッド６１と２つのバラクタダ
イオード６２Ａ　、６２Ｂからなるアナログ形式の反射
形移相器であって前記直流電圧Ｖｄがバラクタダイオー
ド６２Ａ　、６２Ｂに印加される。

本実施例の電圧制御発振器の制御用の直流電圧Ｖｃは、
共振器２の可変容量素子２２に印加されると同時に、直
流電圧発生器５の固定抵抗Ｒ１，可変抵抗ＲＶＩを経て
差動演算増幅器５０Ａの反転入力端子−に入力される。

差動演算増幅器５０＾の非反転入力端子子には、制御直
流電圧Ｖｃが零の時のオフセット電圧Ｖｓが抵抗Ｒ３を
介して入力される。オフセット電圧Ｖｓは、一定電圧１
２Ｖを抵抗Ｒ２，と可変抵抗ＲＶ２で分割して得られる
。

抵抗Ｒ４は差動演算増幅器５０Ａの帰還抵抗で、演算増
幅器５０Ａの電圧増幅率がＲ４／　（Ｒ１＋ＲＶ１）で
決まり、増幅された電圧は、電圧利得が１の反転増幅器
の演算増幅器５０Ｂ及び抵抗Ｒ？、コンデンサＣ２を経
て可変移相器６に制御用の直流電圧Ｖｄとして入力され
る。

可変移相器６に入力された制御用直流電圧Ｖｄは、その
一端が接地されたバラクタダイオード６２Ａ　、６２Ｂ
の他端に印加され、その静電容量を変化させる。

一端が接地され他端に制御電圧Ｖｄを印加したバラクタ
ダイオード６２Ａ　、６２Ｂをその２つの反射端子にも
つハイブリッド６１は、その入力端と出力端の間に所定
の移相量Δφを発生して帰還ループのアイソレータ３３
の出力の高周波信号に移相量Δφを付与する。

第３図Ａ−Ｄは本実施例の電圧制御発振器に用いる各回
路の特性図であって、第３図Ａ−Ｃは従来技術で説明し
たものと同じである。

第３図りは、本実施例の電圧制御発振器の可変移相器６
の通過損失Ｉルと位相ずれΔφの電圧特性を示すもので
あって、制御用の直流電圧Ｖｄに対する移相量Δφの特
性の一例を示す。可変移相器６の発生する移相量Δφは
、印加する制御電圧Ｖｄの０〜８ｖの変化範囲で電圧増
加に対して略比例的に増加し、この間、可変移相器６の
挿入損失■ルは略一定で且つ周波数帯域６．０〜６．８
ＧＨ２で大きな差が無い。

従って共振器２の制御電圧Ｖｃが零の時の可変移相器６
の制御電圧Ｖｄ　（オフセット電圧Ｖｓ）を、制御電圧
Ｖｄの中央の約４ｖに選び、この時、電圧制御発振器の
発振周波数ｆが帯域の中心周波数６．４ＧＨｚで安定に
発振するように可変移相器５の初期位相を設定する。

第３図りの可変移相器６の移相量Δφは、第３図＾に示
す高周波増幅器１１の位相特性、第３図Ｃに示す伝送線
路の通過位相特性とその動作周波数に対する特性傾斜が
逆の右上り傾斜である。

本実施例の電圧制御発振器では、直流電圧発生器５の出
力Ｖｄにより制御される可変移相器６の位相は、先づ共
振器２の制御電圧Ｖｃが零のとき直流電圧発生器各の発
生するオフセント電圧Ｖｓにより、帯域の中心周波数ｆ
Ｏを安定に発振するループの最適位相に初期設定され、
次に共振器２の制御電圧Ｖｃの増加により発振周波数ｆ
を中心周波数ｆＯから高い方に離隔する時の帰還ループ
の位相の初期設定値からの位相ずれΔφを、直流電圧発
生器５の出力のオフセット電圧Ｖｓを起点として増減す
る電圧Ｖｄに応じて変化する可変移相器６の移相量Δφ
によって補償する。即ち可変移相器６の移相量Δφが、
帰還ループを構成する高周波増幅器１１．出力分配器４
．アイソレータ３３．アイソレータ３２゜電子同調共振
器２１．アイソレータ３１の位相ずれの和を補償する。

従って、本実施例の電圧制御発振器では、制御用の直流
電圧Ｖｃによって電子同調共振器２の共振位相が常に発
振に最適の位相に保たれるので、発振器の発振出力１’
ｏｕ　ｔは常に大きさが一定となり位相ゆらぎ雑音も無
く問題は無い。

〔発明の効果〕

以上説明した如く、本発明によれば、制御用の直流電圧
Ｖｃを変化させ発振周波数を広い範囲で変化させる電圧
制御発振器の帰還ループの位相ずれが自動的に補正され
、常に電子同調共振器の共振周波数での発振が可能とな
り、位相ずれによる出力低下も防止でき、発振出力電力
、位相雑音特性の劣化の無い安定な広帯域の発振器を実
現できる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電圧制御発振器の構成を示す原理ブロ
ック図、 第２図は本発明の実施例の電圧制御発振器の構成を示す
ブロック図、 第３図は本発明の実施例の電圧制御発振器の動作を説明
するための特性図、 第４図は従来例の電圧制御発振器のブロック図である。 第１図、第２図において、 １は増幅器、 ２は電子同調゛共振器、 ２１は共振器、 ２２は可変容量素子、 ３は伝送線路、 ３１〜３３はアイソレータ、 ４は出力分配器、 ５は直流電圧発生器、 ５０Ａ　、５０Ｂは差動演算増幅器、 ６は可変移相器、 ６１はバイブリド、 ６２Ａ　、６２Ｂはバラクタダイオードである。 オ◇ｔ−月の電圧法・」符ρ４号η良）引の祷へΣ力で
す原理ブロッ７図第　１図 オり范旧月め大力４イケ」の電／ＥＥ−１１．’Ｊイ卸
槽５１、沼−のオに〃党＆示Ｔブロッフ図第２ｍ Ａ　　　す１９リヂ＾器６勺才・」イ１シ・イヱＬ−冬
ｇ＊・ｒ上第３凹　（Ａ） θ メー＼　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
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） 市カイ乍ｔＳａ昌１６Ｔこ汐）の今シｒ生りら第　３層
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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 高周波信号を増幅する増幅器（１）と、該増幅器（１）
   の増幅した高周波信号を一方向に伝送する伝送線路（３
   ）と、該伝送線路（３）の伝送する高周波信号の１つの
   周波数ｆに外部からの直流電圧Ｖｃにより制御されて電
   子的に共振する電子同調共振器（２）と、該電子同調共
   振器（２）の出力を前記増幅器（１）に入力する伝送線
   路（３）で帰還ループを形成し前記電子同調共振器（２
   ）の共振周波数ｆで発振する電圧制御発振器において、 前記直流電圧Ｖｃが零のときオフセット電圧Ｖｓを発生
   し直流電圧Ｖｃの増加に応じて増加する直流電圧Ｖｄを
   発生する直流電圧発生器（５）と、該直流電圧発生器（
   ５）の出力Ｖｄにより所定の移相量Δφを発生し前記帰
   還ループ内の高周波信号に付与する可変移相器（６）を
   設け、 直流電圧Ｖｃにより電子同調共振器（２）の共振周波数
   ｆが所要帯域の中心周波数ｆ＿０から上下するときの帰
   還ループの位相変化Δφが、可変移相器（６）の付与す
   る移相量Δφにより補償されることを特徴とする電圧制
   御発振器。