KR20030070940A - 복수의 공진기를 포함하는 전압제어 발진 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 복수의 공진기를 포함하는 공진회로를 사용하여 발진회로를 구성함으로써 주파수 가변범위를 비약적으로 증대시키고 복수의 공진기 에 의한 Q 값을 거의 감소시키지 않아, 결과적으로 양호한 노이즈 특성을 갖는 발진 장치를 제공하기 위하여, 외부로부터 입력되는 제어 전압에 따라 주파수가 가변되는 신호를 출력하는 발진 장치에 있어서, (A) 상기 외부로부터의 제어 전압이 입력되는 제어 전압 단자; (B) 상기 주파수가 가변되는 신호가 출력되는 출력단; (C)(C-1)상기 제어 전압 단자로 입력된 제어 전압을 필터링하기 위한 저주파 필터와, (C-2) 상기 저주파 필터에 의하여 필터링된 전압이 그 캐소우드에 인가되는 버랙터 다이오드를 포함하되, 상기 버랙터 다이오드의 애노드는 접지되며, (C-3) 상기 버랙터 다이오드의 커패시턴스는 그 캐소우드에 인가되는 제어 전압의 크기에 따라 가변되는 전압제어부; (D)(D-1) 상호간에 용량성 또는 유도성으로 결합된 적어도 두 개 이상의 공진기와, (D-2) 상기 용량성 또는 유도성으로 결합된 공진기들의 전단에 연결및 후단에 각각 접속된 제1 및 제2 결합 커패시터를 포함하여, (D-3) 소정의 공진 주파수를 갖는 신호를 생성하는 공진부; (E)(E-1) 소정의 상기 공진부와 접속되어 상기 공진부로부터 전달되는 신호를 수신하는 증폭 소자와, (E-2) 상기 증폭 소자를 소정의 전위로 바이어스하기 위한 바이어스 소자를 포함하되, (E-4) 상기 공진부로부터 전달되는 소정 주파수의 신호와, 상기 제어 전압 단자를 통하여 인가되는 전압에 따른 상기 전압제어부의 가변용량을 결합시켜 발진 주파수 신호를 생성하는 발진부; 및 (F) 외부 회로와 상기 발진부 사이에 정합을 제공하여, 상기 발진부에 의하여 생성된 발진 주파수 신호 상기 출력단으로 출력하는 정합부를 포함하는 복수의 공진기를 포함하는 발진 장치를 제공한다.

Description

복수의 공진기를 포함하는 전압제어 발진 장치{A Voltage-Controlled Oscilator having a plurality of Resonators}

본 발명은 발진기에 관한 것으로서, 특히 외부로부터 전압 제어 단자로 입력되는 전압에 따라 연속적으로 주파수를 가변시키는 전압 제어 발진 장치에 관한 것이다.

전압 제어 발진 장치는 외부로부터 제어단자로 공급되는 전압에 따라 연속적으로 주파수를 가변하는 발진 장치를 말한다. 전압 제어 발진 장치는 특히 무선 송수신기에 필수적으로 사용된다.

전압 제어 발진 장치의 성능을 평가하기 위한 성능 평가 항목으로는 다양한 평가 항목이 있을 수 있는데, 그 중에서도 “위상 잡음”과 “주파수 가변 범위”를 전압 제어 발진 장치의 성능 평가 항목으로서 주요한 것으로 꼽을 수 있다. 여기서, “위상 잡음(Phase noise)”이란 [dBc/Hz]로 표시되며, 중심 주파수에서 몇 Hz 떨어진 주파수, 즉 소정의 오프셋(Offset) 주파수에서 중심 주파수 신호 에너지보다 얼마나 전력이 떨어지는가를 나타낸다. 중심 주파수 이외에서 나타나는 신호전력은 잡음이라고 볼 수 있기 때문에 결국 위상잡음은 잡음의 일종으로 분류된다. 또한, “주파수 가변 범위”란 [MHz/V]로 표시되며, 제어전압의 단위전압당 변하는주파수 범위를 말한다.

위상 잡음은 무선 송수신기의 성능과 직결되는 항목으로서 통화 품질과 통신 거리를 좌우한다. 주파수 가변 범위는 가용할 수 있는 주파수 범위를 결정한다. 우수한 전압 제어 발진기를 제작하기 위해서는 위상 잡음은 적게 하고 주파수 가변 범위는 크게 하는 것이 요망된다.

따라서, 발진 장치의 위상 잡음을 저감하고 주파수 가변 범위를 증가시키기 위한 해결책에 대한 요구가 증가하고 있는 실정이다. 이러한 요구에 대한 해결책으로 제안된 종래의 기술에 따른 장치로서, 하나의 공진기(RESONATOR)를 포함하는 발진 장치가 있다.

종래, 원하는 주파수를 얻기 위해 공진기에서 사용되는 부품으로는,표면탄성파(SAW), 수정(CRYSTAL), 공동(캐비티)(CAVITY), 전송선로(STRIP-LINE) 등을 예로 들 수 있으며, 이들을 발진기로 사용하는 경우에는 일반적으로 하나의 공진기로서 동작하게 된다. 도 1은 종래의 기술에 의한 하나의 공진기를 포함하는 전압제어 발진 장치의 일예를 도시한 회로도이다.

도1에 도시된 바와 같이, 상기 종래의 단일 공진기를 포함하는 발진 장치는, 제어전압단자(110)로부터 출력단(150) 사이에 직렬로 접속된 전압제어부(121), 공진부(120), 발진부(130) 및 정합부(140)를 포함한다.

상기 전압제어부(121)는 고주파 초크코일 L1 및 커패시터 C1으로 구성되는 저주파 필터 및 버랙터 다이오드 D1으로 구성된다. 상기 고주파 초크코일 L1의 일단과 상기 커패시터 C1의 일단은 입력단과 접속되고, 상기 커패시터 C1의 타단은접지된다. 상기 고주파 초크코일 L1의 타단은 상기 버랙터 다이오드 D1의 캐소드와 접속되고, 상기 버랙터 다이오드 D1의 애노드는 접지된다.

제어 전압은 제어 전압 단자(110)를 통해 인가되고, 인가된 제어 전압은 저주파 필터에 의해 필터링되어 버랙터 다이오드 D1의 캐소우드에 인가된다. 이 때, 버랙터 다이오드 D1의 커패시턴스는 캐소우드에 인가되는 제어 전압의 크기에 따라 가변된다.

상기 공진부(120)는 상기 전압제어부(121)의 상기 고주파 초크코일 L1의 타단과 상기 버랙터 다이오드 D1의 캐소드와 일단이 접속된 결합 커패시터 C2와, 상기 결합 커패시터 C2의 타단과 접지간에 접속되어 공진 인덕턴스 기능을 수행하는 공진기 X1과, 상기 결합 커패시터 C2의 타단과 상기 공진기 X1의 접속점과 그 일단이 접속된 결합 커패시터 C3를 포함한다.

상기 발진부(130)는 상기 공진부(120)의 상기 결합 커패시터 C3의 타단과 그 일단이 접속된 궤환 커패시터 C4 와, 상기 궤환 커패시터 C4의 타단 및 접지간에 접속된 궤환 커패시터 C5를 포함한다. 상기 발진부(130)는 또한 증폭 소자 Q1를 포함하는데, 상기 증폭 소자Q1는 바람직하기로는 npn형 트랜지스터이다. 상기 증폭 소자 Q1의 베이스는 상기 공진부(120)의 상기 결합 커패시터 C3의 타단과 접속되고, 상기 증폭 소자 Q1의 에미터는 상기 궤환 커패시터들 C4 및 C5의 접속점과 접속되고 일단이 접지된 임피던스 Z1의 타단과 접속되고, 상기 증폭 소자 Q1의 콜렉터는 고주파 쵸크 코일 L2을 통해 전원과 접속된다. 상기 발진부(130)의 베이스는 전원 전압 입력단과 접지간에 직렬 연결된 바이어스 저항 R1 및 R2를 통해 고정 바이어스 방식으로 전압을 공급받는다. 상기 발진부(130)는, 상기 공진부(120)에서 발생한 주파수 신호와, 상기 제어 전압 단자(110)를 통하여 인가되는 전압에 따른 상기 전압제어부(121)의 가변용량을 결합시켜 발진 주파수 신호를 생성한다.

상기 정합부(140)는 상기 발진부(130)의 상기 증폭 소자 Q1의 콜렉터와 출력단(150) 간에 접속되는 고주파 결합 커패시터 C7과, 이 고주파 결합 커패시터 C7의 출력단(150)측 접속단과 접지간에 접속된 바이패스 커패시터 C8을 포함한다. 상기 발진부(130)에서 생성된 발진 주파수 신호는 상기 정합부(140)를 거쳐 상기 출력단(150)을 통해 외부에 연결되는 회로로 출력된다. 상기 정합부(140)는 외부 회로와 상기 발진부(130) 사이에 정합을 제공한다.

상기 공진부(120)의 공진기 X1는 소정값을 갖는 인덕턴스 L과 커패시턴스 C의 병렬 접속 회로에 의해 등가적으로 표현될 수 있다. 도 2는 도 1의 전압제어 발진 장치의 고주파 등가회로도이며, 도 3은 도 2의 주파수 전달특성을 도시한 그래프이다. 도 3을 참조하면, 제1곡선(300)은 주파수 전달특성을 나타내고, 제2곡선(310)은 반사특성을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 주파수 전달특성이 하나의 공진 주파수에서 최대크기를 가지는데, 이 회로에 의한 발진은 도시된 전달특성을 이용하므로 제어전압에 따른 주파수 가변범위는 이 최대크기의 지점을 중심으로 정해진다. 따라서, 도 1에 도시된 발진 장치의 주파수 가변범위는 매우 제한적일 수 밖에 없다.

또한, 발진회로를 구성 할 때 주파수 가변범위를 넓히기 위해서는, 주파수 가변회로의 결합 커패시터 C2또는 C3의 크기를 증가시켜야 하는데, 여기에는 한계가 있으므로 주파수 가변범위가 만족스럽지 못하다는 문제점이 있다.

도 4는 도 2의 회로에 있어서, 결합 커패시터 C2 또는 C3의 결합용량을 증가시킨 회로의 등가회로도이며, 도 5는 도 4의 회로의 주파수 전달특성을 도시한 그래프이다. 도 5를 참조하면, 도 3과 비교하여 주파수 전달특성의 기울기가 완만해진 것을 볼 수 있는데 이는 공진회로의 무부하 Q가 감소된 것을 의미한다.

공진회로의 Q가 감소하면 발진기의 위상잡음이 급격히 증가하며 발진기 자체도 불안정하게 되어 결과적으로 전체적으로 불안정한 회로가 될 수밖에 없는 문제점이 발생한다.

도 6은 종래의 기술에 의한 복수의 공진기를 포함하는 전압제어 발진 장치의 일예를 도시한 회로도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 의한 복수의 공진기를 포함하는 발진 장치는, 그 제어 전압 단자(110)와 출력단(150) 사이에 직렬로 접속된 전압제어부(121), 공진부(124), 발진부(130) 및 정합부(140)를 구비하고 있다.

도시된 바와 같이, 상기 발진부(130)는 상기 공진부(124)에서 발생한 주파수 신호와, 상기 제어 전압 단자(110)를 통하여 외부로부터 인가되는 제어 전압에 따라 가변되는 상기 전압제어부(121)의 가변용량을 결합시켜 발진 주파수 신호를 생성한다. 그리고 상기 정합부(140)는 외부에 연결되는 회로와 상기 발진부(130) 사이에 정합을 제공한다.

한편, 상기 공진부(124)는, 상기 전압제어부(121)의 상기 고주파 초크코일 L1의 타단과 상기 버랙터 다이오드 D1의 캐소드와 일단이 접속된 결합 커패시터 C2와, 상기 결합 커패시터 C2의 타단과 그 일단이 접속되어 공진 인덕턴스 기능을 수행하는 제1공진기 X1과, 상기 결합 커패시터 C2의 타단과 상기 공진기 X1의 접속점과 그 일단이 접속된 결합 커패시터 C3를 포함한다.

나아가, 상기 공진기(124)는, 상기 제1공진기 X1과 상기 결합 커패시터 C3의 접속점에 그 일단이 접속된 제2공진기X2를 더 포함한다. 나아가, 상기 공진기(124)는, 상기 제1 및 제2공진기들 X1 및 X2의 타단과 접지사이에 각각 연결된 스위칭 다이오드들 D1및 D2를 포함한다. 또한, 상기 공진부(124)는, 상기 제1및 제2공진기들 X1 및 X2의 각각의 타단과 상기 스위칭 다이오드들 D1 및 D2 각각의 접속점에 일단이 각각 접속되어 상기 각각의 스위칭 다이오드 D1 및 D2를 제어하기 위한 밴드(BAND) 선택신호 공급저항들 R4및 R5를 구비하고 있다. 상기 밴드 선택신호 공급저항들 R4 및 R5 각각의 타단에는 제1 및 제2 밴드 선택신호 입력단자(160 및 162)가 접속된다.

그리고, 제어 전압은 상기 제어 전압 단자(110)으로부터, 고주파 차단 쵸크 코일(choke coil) L1과 커패시터 C1으로 구성되는 저주파 필터를 통하여 상기 전압제어부(121)의 버랙터 다이오드 D1의 캐소드와 결합 커패시터 C2의 일단에 인가된다. 상기 버랙터 다이오드 D1의 캐소드는 상기 고주파 차단 쵸크 코일(choke coil) L1의 타단에 연결되며, 상기 버랙터 다이오드 D1의 에노드는 접지와 연결되고, 상기 버랙터 다이오드 D1의 커패시턴스는 상기 제어 전압 단자(110)를 통하여 인가되는 제어 전압에 따라 가변된다.

상기 발진부(130)는 발진 트랜지스터 Q1을 포함하고 있으며, 상기 발진 트랜지스터 Q1의 베이스와 에미터에는 발진을 위한 궤환 커패시터 C4가 접속되며 에미터와 접지간에는 C5가 연결되어 있다.

또한 상기 발진 트랜지스터 Q1의 에미터와 접지사이에 직류 전류를 흘리기 위한 임피던스 Z1가 연결되어 있으며, 전원 전압 입력단과 접지 사이에 직렬로 접속된 바이어스 저항 R1과 저항 R2에 의하여 고정 바이어스 방식으로 전압을 공급받고 있다.

그리고, 상기 발진부(130)의 발진 트랜지스터 Q1의 컬렉터는 쵸크코일 L3을 통하여 전원 전압 공급선과 연결되어 있다.

한편, 상기 발진부(130)의 발진 트랜지스터 Q1은, 그 베이스에 연결된 공진부(124)에 의하여 상기 제1 및 제2 밴드 선택신호에 응답하여 선택된 하나의 공진 주파수에 따라 발진 주파수를 생성하여 출력한다.

상기 정합부(140)는 상기 발진부(130)의 발진 트랜지스터 Q1의 컬렉터와 출력단(150) 사이에 연결되어 있는 정합 커패시터 C7과 이 정합 커패시터 C7의 일단과 접지사이에 연결된 고주파 바이패스 커패시터 C8을 구비하고 있다.

상기 발진부(130)에서 발진된 신호는 상기 발진부(130)의 발진 트랜지스터 Q1의 컬렉터로부터 상기 정합부(140)의 정합 커패시터 C7 및 고주파 바이패스 커패시터 C8을 통하여 RF출력으로서 출력단(150)으로 출력된다.

그러나, 상기 종래의 복수의 공진기 X1및 X2를 포함하는 발진 장치는, 주파수 전환을 하기 위한 제1 및 제2 밴드 선택신호에 의해서 결정되는 하나의 공진 주파수를 가지므로 제어전압에 따른 주파수 가변범위는 역시 매우 제한적일 수밖에없다는 문제점을 갖는다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 복수의 공진기를 포함하는 공진회로를 사용하여 발진회로를 구성함으로써 주파수 가변범위를 비약적으로 증대시키고 복수의 공진기 에 의한 Q 값을 거의 감소시키지 않아, 결과적으로 양호한 노이즈 특성을 갖는 발진 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 기술에 의한 하나의 공진기를 포함하는 전압제어 발진 장치의 일예를 도시한 회로도.

도 2는 도 1의 전압제어 발진 장치의 고주파 등가회로도.

도 3은 도 2의 주파수 전달특성을 도시한 그래프.

도 4는 도 2의 회로에 있어서, 결합용량을 증가시킨 회로의 등가회로도.

도 5는 도 4의 회로의 주파수 전달특성을 도시한 그래프.

도 6은 종래의 기술에 의한 복수의 공진기를 포함하는 전압제어 발진 장치의 일예를 도시한 회로도.

도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 복수 공진기를 포함하는 전압제어 발진 장치의 회로도.

도 8은 도 7의 전압제어 발진 장치의 고주파 등가회로도.

도 9는 도 8의 주파수 전달특성을 도시한 그래프.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 복수의 공진기를 포함하는 전압제어 발진 장치의 고주파 등가회로도.

도 11은 도 10의 주파수 전달특성을 도시한 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

120 : 공진부 121 : 전압제어부

130 : 발진부 131 : 고조파 조정부

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 외부로부터 입력되는 제어 전압에 따라 주파수가 가변되는 신호를 출력하는 발진 장치에 있어서, (A) 상기 외부로부터의 제어 전압이 입력되는 제어 전압 단자; (B) 상기 주파수가 가변되는 신호가 출력되는 출력단; (C)(C-1)상기 제어 전압 단자로 입력된 제어 전압을 필터링하기 위한 저주파 필터와, (C-2) 상기 저주파 필터에 의하여 필터링된 전압이 그 캐소우드에 인가되는 버랙터 다이오드를 포함하되, 상기 버랙터 다이오드의 애노드는 접지되며, (C-3) 상기 버랙터 다이오드의 커패시턴스는 그 캐소우드에 인가되는 제어 전압의 크기에 따라 가변되는 전압제어부; (D)(D-1) 상호간에 용량성 또는 유도성으로 결합된 적어도 두 개 이상의 공진기와, (D-2) 상기 용량성 또는 유도성으로 결합된 공진기들의 전단에 연결및 후단에 각각 접속된 제1 및 제2 결합 커패시터를 포함하여, (D-3) 소정의 공진 주파수를 갖는 신호를 생성하는 공진부; (E)(E-1) 소정의 상기 공진부와 접속되어 상기 공진부로부터 전달되는 신호를 수신하는 증폭 소자와, (E-2) 상기 증폭 소자를 소정의 전위로 바이어스하기 위한 바이어스 소자를 포함하되, (E-4) 상기 공진부로부터 전달되는 소정 주파수의 신호와, 상기 제어 전압 단자를 통하여 인가되는 전압에 따른 상기 전압제어부의 가변용량을 결합시켜 발진 주파수 신호를 생성하는 발진부; 및 (F) 외부 회로와 상기 발진부 사이에 정합을 제공하여, 상기 발진부에 의하여 생성된 발진 주파수 신호 상기 출력단으로 출력하는 정합부를 포함하는 복수의 공진기를 포함하는 발진 장치를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 복수의 공진기를 포함하는 발진 장치의 양호한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 7을 참조하면, 도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 복수 공진기를 포함하는 전압제어 발진 장치의 회로도이다.도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 공진기를 포함하는 발진 장치(700)는, 제어 전압 단자(710)와 출력단(750) 사이에 연결된 전압제어부(721), 공진부(720), 발진부(730) 및 고조파 조정부(731)와 정합부(740)를 포함한다.

상기 본 발명에 의한 발진 장치(700)의 전압제어부(721)는 고주파 초크코일 L11 및 커패시터 C11로 구성되는 저주파 필터와 버랙터 다이오드 D11을 포함한다. 상기 고주파 초크코일 L11의 일단과 상기 커패시터 C11의 일단은 상기 제어 전압 단자(710)와 접속되고, 상기 커패시터 C11의 타단은 접지된다. 상기 고주파 초크코일 L11의 타단은 상기 버랙터 다이오드 D11의 캐소드와 접속되고, 상기 버랙터 다이오드 D11의 애노드는 접지된다.

제어 전압은 상기 제어 전압 단자(710)를 통해 인가되고, 인가된 제어 전압은 상기 저주파 필터에 의해 필터링되어 상기 버랙터 다이오드 D11의 캐소우드에 인가된다. 이때, 상기 버랙터 다이오드 D11의 커패시턴스는 그 캐소우드에 인가되는 제어 전압의 크기에 따라 가변된다.

상기 공진부(720)는 상기 전압제어부(721)의 상기 고주파 초크코일 L11의 타단과 상기 버랙터 다이오드 D11의 캐소드의 접속점에 일단이 접속된 결합 커패시터 C21와, 상기 결합 커패시터 C21의 타단과 접지간에 접속되어 공진 인덕턴스 기능을 수행하는 제1공진기 X11을 포함한다.

또한, 상기 공진부(720)는, 상기 결합 커패시터 C21의 타단과 상기 제1공진기 X11의 접속점과 일단이 접속된 내부 결합 커패시터 CC와, 상기 내부 결합 커패시터 CC의 타단과 접지간에 접속되어 공진 인덕턴스 기능을 수행하는 제2공진기 X21을 더 포함한다.

나아가, 상기 공진부(720)는, 상기 내부 결합 커패시터 CC의 타단과 상기 제2공진기 X21의 접속점과 일단이 접속된 결합 커패시터 C31을 포함한다.

다음으로, 상기 발진부(730)는, 상기 공진부(720)의 상기 결합 커패시터 C31의 타단과 그 일단이 접속된 궤환 커패시터 C41과, 상기 궤환 커패시터 C41의 타단 및 접지간에 접속된 궤환 커패시터 C51을 포함한다.

상기 발진부(730)는 또한, 증폭 소자 Q11을 포함하는데, 상기 증폭 소자Q11은 바람직하기로는 npn형 트랜지스터이다. 상기 증폭 소자 Q11의 베이스는 상기 공진부(720)의 상기 결합 커패시터 C31의 타단과 접속되고, 상기 증폭 소자 Q11의 에미터는 상기 궤환 커패시터들 C41 및 C51의 접속점과 접속되고 일단이 접지된 임피던스 Z11의 타단과 접속되며, 상기 증폭 소자 Q11의 콜렉터는 고주파 쵸크 코일 L21을 통해 전원과 접속된다. 상기 발진부(730)의 증폭소자 Q11의 베이스는 전원 전압 입력단과 접지간에 직렬 연결된 바이어스 저항 R11 및 R21을 통해 고정 바이어스 방식으로 전압을 공급받는다.

상기 발진부(730)는, 상기 공진부(720)에서 발생한 주파수 신호와, 상기 제어 전압 단자(710)를 통하여 인가되는 전압에 따른 상기 전압제어부(721)의 가변용량을 결합시켜 발진 주파수 신호를 생성한다.

다음으로, 상기 고조파 조정부(731)는, 상기 증폭소자 Q11의 에미터와 상기 임피던스 Z11의 일단이 접속된 접속점과 접지 사이에 직렬로 접속된 저항 R41과 조정 커패시터 VC를 포함한다. 상기 조정 커패시터 VC는 그 커패시턴스를 조정할 수 있는 가변 커패시터인 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 정합부(740)는 상기 발진부(730)의 상기 증폭 소자 Q11의 콜렉터와 출력단(750) 사이에 접속되는 고주파 결합 커패시터 C71과, 이 고주파 결합 커패시터 C71의 출력단(750)측 접속단과 접지간에 접속된 바이패스 커패시터 C81을 포함한다. 상기 발진부(730)에서 생성된 발진 주파수 신호는 상기 정합부(740)를 거쳐 상기 출력단(750)을 통해 외부에 연결되는 회로로 출력된다. 상기 정합부(740)는 외부 회로와 상기 발진부(730) 사이에 정합을 제공한다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 발진 장치(700)의 동작을 설명한다. 먼저, 상기 제어 전압 단자(710)로부터 주파수가 변화하는 제어 전압이 인가된다. 상기 제어 전압의 전위가 증가하면 상기 전압제어부(721)의 버랙터 다이오드 D1의 가변 커패시턴스가 감소한다. 만약, 상기 버랙터 다이오드 D1의 캐소드에 공급되는 전압의 전위가 낮을 때에는 상기 버랙터 다이오드 D1의 가변 커패시턴스가 증가한다. 상기 버랙터 다이오드 D1의 가변 커패시턴스가 증가하면 그 캐소드 부분의 고주파 전력에 대한 임피던스가 낮아지게 된다. 이렇게 고주파 전력에 대한 임피던스가 낮아지게 되면 상기 발진부(730)의 커패시턴스가 높아지게 되므로 상기 공진부(720)의 복수의 공진 주파수 특성에 있어서, 낮은 주파수 성분이 우세하게 작용하게 되어, 낮은 주파수대의 신호가 발진하게 된다. 이에 대하여, 제어 전압의 전위가 높아지면 상기 버랙터 다이오드 D1의 가변 커패시턴스가 감소하여 상기 공진부(720)의 복수의 공진 주파수 특성에 있어서 높은 주파수 성분이 우세하게 작용하여 높은 주파수대의 신호가 발진하게 된다.

한편, 상기 버랙터 다이오드 D1의 캐소드에 공급되는 전압에 따라 그 크기가 변하는 가변 커패시턴스는, 상기 버랙터 다이오드 D1의 역전압 특성에 따른 선형성을 가지므로, 상기 발진부(730)의 발진 트랜지스터 Q11로부터 상기 공진부(720)의 제1 및 제2공진기 X1및 X2측으로 바라본 임피던스도 선형성을 가지며, 상기 공진부(720)의 복수의 공진 주파수 범위를 넘나들게 된다.

결과적으로 이러한 특성은, 공진 주파수가 서로 다른 공진기를 바꾸어 연결하는 경우의 특성과 같으며, 이와 연결된 상기 발진부(730)에서는 상기 공진부(720)의 복수의 공진 주파수 범위에 근접한 주파수 범위에서 발진하게 된다.

따라서, 본 발명에 의한 발진 장치(700)은, 종래의 기술에 의한 발진 장치와비교하여, 주파수 가변범위를 크게 증가시킬 수 있게 된다.

한편, 상기 고조파 조정부(731)는 실제 제조시에 발생할 수도 있는 개별 부품들의 성능상의 편차로 인하여, 전체적인 특성의 차이를 유발할 수 있는데, 본 발명에 의하면, 연속적으로 그 크기를 가변시킬 수 있는 가변 커패시터 VC를 사용하여, 상기 발진부(730)에서 발생한 주파수 신호에 포함된 고조파(Harmonics) 성분을 감소시켜 최적의 발진조건이 되도록 설정한다.

다음으로,도 9를 참조하면, 도 9는 도 8의 주파수 전달특성을 도시한 그래프이다. 도시된 바와 같이, 하부에 도시된 제1곡선(900)은 주파수 전달 특성을 나타내며, 상부에 도시된 제2곡선(910)은 반사특성을 나타내는데, 상기 발진부(730)에서는 상기 제1곡선(900)으로 도시된 주파수 전달특성을 이용하여 발진한다.

도 9에 도시된 주파수 전달 특성과 도 3에 도시된 주파수 전달 특성을 비교하면, 공진점을 나타내는 최대점이 도 9에서 더 넓은 주파수 대역을 차지하고 있음을 볼 수 있는데, 이것은 곧 본 발명의 발진 장치(700)에 의하여 구현할 수 있는 발진 주파수의 범위를 의미한다.

또한, 도 9의 주파수 전달 특성과 도 5의 주파수 전달 특성을 비교하면, 주파수 가변 범위를 증가시키기 위해서, 상기 전압제어부(721)와 연결된 결합커패시터 C21과 상기 발진부(730)의 발진 트랜지스터 Q11의 베이스와 연결된 결합커패시터 C31을 도 2의 경우보다 더 큰 값을 갖도록 증가시켰음에도 불구하고, 도 5의 경우에 비하여 기울기가 크게 저감되지 않았음을 볼 수 있다.

다음으로, 도 10 및 도 11을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 관하여 설명한다. 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 복수의 공진기를 포함하는 전압제어 발진 장치의 고주파 등가회로도이고, 도 11은 도 10의 주파수 전달특성을 도시한 그래프이다. 도시된 바와 같이, 복수의 공진기(제1 및 제2 공진기 X1 및 X2)를 연결하는 구조에서, 내부 결합을 용량성이 아닌 유도성으로 구현하여도 동일한 효과를 달성할 수 있다.

따라서, 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 복수의 공진기의 결선 방법에 의하면, 공진기의 선택도는 크게 감소시키지 않으면서도 넓은 공진 주파수 대역을 갖는 발진 장치(700)를 구성할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면,주파수 가변 범위가 매우 크며 또한 사용 범위가 매우 넓은 발진 장치를 구현할 수 있다.

이상에서 본 발명의 복수의 공진 특성을 포함하고 있는 발진 장치에 대한 기술사상을 첨부된 도면을 참조하여 서술하였으나, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함을 주의하여야 한다.

예를 들어, 상기 설명에서는 제1 및 제2 공진기 X1 및 X2의 두 개의 공진기를 용량성 또는 유도성으로 결합시켜 사용하는 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 기술 사상은 단지 두 개의 공진기만을 결합하는 실시예에 한정되지 않는다.즉, 그 실시상의 필요성에 따라, 세 개 또는 그 이상의 공진기를 상호간에 용량성 또는 유도성으로 결합시킨 경우에도 본 발명의 기술 사상에 의한 원리가 동일하게 적용되어 그 효과를 실현할 수 있으며, 나아가 세 개 이상의 공진기 상호간에는 용량성 결합과 유도성 결합이 혼용될 수도 있다. 따라서, 상기와 같은 실시예를 포괄하는 본 발명에 의한 기술 사상은 하기의 특허청구범위에 의하여 결정되어야만 함을 주의하여야 한다.

Claims (8)

1. 외부로부터 입력되는 제어 전압에 따라 주파수가 가변되는 신호를 출력하는 발진 장치에 있어서,

   (A) 상기 외부로부터의 제어 전압이 입력되는 제어 전압 단자;

   (B) 상기 주파수가 가변되는 신호가 출력되는 출력단;

   (C) (C-1)상기 제어 전압 단자로 입력된 제어 전압을 필터링하기 위한 저주파 필터와,

   (C-2) 상기 저주파 필터에 의하여 필터링된 전압이 그 캐소우드에 인가되는 버랙터 다이오드를 포함하되, 상기 버랙터 다이오드의 애노드는 접지되며,

   (C-3) 상기 버랙터 다이오드의 커패시턴스는 그 캐소우드에 인가되는 제어 전압의 크기에 따라 가변되는 전압제어부;

   (D) (D-1) 상호간에 용량성 또는 유도성으로 결합된 적어도 두 개 이상의 공진기와,

   (D-2) 상기 용량성 또는 유도성으로 결합된 공진기들의 전단에 연결및 후단에 각각 접속된 제1 및 제2 결합 커패시터를 포함하여,

   (D-3) 소정의 공진 주파수를 갖는 신호를 생성하는 공진부;

   (E) (E-1) 소정의 상기 공진부와 접속되어 상기 공진부로부터 전달되는 신호를 수신하는 증폭 소자와,

   (E-2) 상기 증폭 소자를 소정의 전위로 바이어스하기 위한 바이어스 소자를포함하되,

   (E-4) 상기 공진부로부터 전달되는 소정 주파수의 신호와, 상기 제어 전압 단자를 통하여 인가되는 전압에 따른 상기 전압제어부의 가변용량을 결합시켜 발진 주파수 신호를 생성하는 발진부; 및

   (F) 외부 회로와 상기 발진부 사이에 정합을 제공하여, 상기 발진부에 의하여 생성된 발진 주파수 신호 상기 출력단으로 출력하는 정합부를 포함하는 복수의 공진기를 포함하는 발진 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전압제어부의 상기 저주파 필터는 고주파 초크코일 및 커패시터로 구성되며,

   상기 고주파 초크코일의 일단과 상기 커패시터의 일단은 상기 제어 전압 단자와 접속되고,

   상기 커패시터의 타단은 접지되며,

   상기 고주파 초크코일의 타단은 상기 버랙터 다이오드 의 캐소드와 접속되는 복수의 공진기를 포함하는 발진 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 공진부는,

   상기 전압제어부의 상기 고주파 초크코일의 타단과 상기 버랙터 다이오드의캐소드의 접속점에 일단이 접속된 제1 결합 커패시터와,

   상기 제1 결합 커패시터의 타단과 접지간에 접속되어 공진 인덕턴스 기능을 수행하는 제1공진기와,

   상기 제1 결합 커패시터의 타단과 상기 제1공진기의 접속점에 일단이 접속된 내부 결합 커패시터와,

   상기 내부 결합 커패시터의 타단과 접지간에 접속되어 공진 인덕턴스 기능을 수행하는 제2공진기와,

   상기 내부 결합 커패시터의 타단과 상기 제2공진기의 접속점에 일단이 접속된 제2 결합 커패시터를 포함하는 복수의 공진기를 포함하는 발진 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 발진부는,

   상기 공진부의 상기 제2 결합 커패시터의 타단과 그 일단이 접속된 제1 궤환 커패시터와,

   상기 제1 궤환 커패시터의 타단 및 접지간에 접속된 제2 궤환 커패시터를 포함하며;

   상기 증폭 소자의 제1단자는 상기 공진부의 상기 제2 결합 커패시터의 타단과 접속되고, 상기 증폭 소자의 제2단자는 상기 제1 및 제2궤환 커패시터들의 접속점에 접속되고 일단이 접지된 임피던스의 타단과 접속되며, 상기 증폭 소자의 제3단자는 제2 고주파 쵸크 코일을 통해 전원과 접속되며, 상기 증폭 소자의 상기 제1단자는 전원 전압 입력단과 접지간에 직렬 연결된 소정의 바이어스 저항을 통해 고정 바이어스 방식으로 전압을 공급받는 복수의 공진기를 포함하는 발진 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 정합부는,

   상기 발진부의 상기 증폭 소자와 상기 출력단 사이에 접속되는 고주파 결합 커패시터와,

   상기 고주파 결합 커패시터의 상기 출력단측 접속단과 접지간에 접속된 바이패스 커패시터를 포함하는 복수의 공진기를 포함하는 발진 장치.
6. 제1항 내지 제5항의 어느 한 항에 있어서,

   상기 발진부에서 발생한 주파수 신호에 포함된 고조파 성분을 감소시키기 위한 고조파 조정부를 더 포함하는 복수의 공진기를 포함하는 발진 장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 고조파 조정부는,

   상기 증폭 소자와 접지 사이에 직렬로 접속된 저항과 조정 커패시터를 포함하는 복수의 공진기를 포함하는 발진 장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 조정 커패시터는 그 커패시턴스를 조정할 수 있는 가변 커패시터인 복수의 공진기를 포함하는 발진 장치.