KR950002960B1

KR950002960B1 - Microwave oscillator

Info

Publication number: KR950002960B1
Application number: KR1019920009951A
Authority: KR
Inventors: 박문수
Original assignee: 대우전자 주식회사; 배순훈
Priority date: 1992-06-09
Filing date: 1992-06-09
Publication date: 1995-03-28

Abstract

The microwave frequency oscillator includes; an active device; a first resonance circuit having a predetermined oscillation frequency, which is connected to the input of the active device; a micro strip line connected to the active device; a second resonance circuit which oscillates a frequency the same as the oscillation frequency of the first resonance circuit together with the micro strip line, forms very low resistance value and provides the first resonance circuit with positive feedback and includes a micro strip resonator having a genuine resistance component at the oscillation frequency band; and an output circuit for outputting the oscillation frequency of the first resonance circuit. The oscillator prevent parasitic oscillation.

Description

Microwave frequency oscillator

제1도는 종래의 마이크로파 주파수 발진기 패턴도.1 is a conventional microwave frequency oscillator pattern diagram.

제2도는 본 발명에 따른 마이크로파 주파수 발진기 패턴도.2 is a microwave frequency oscillator pattern diagram according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : FET1: FET

2,5,8,9,10,11,12,17,18,19,20,21 : 마이크로 스트립 선로2,5,8,9,10,11,12,17,18,19,20,21: Micro strip track

3,5,15 : 저항 DR : 유전체공진기3,5,15: resistance DR: dielectric resonator

MR : 마이크로 스트립 공진기 23 : 임피던스 변환기MR: Microstrip Resonator 23: Impedance Converter

L1,L2 : 인덕터 C1 : 캐패시터L1, L2: Inductor C1: Capacitor

본 발명은 마이크로파 주파수 발진기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로파 주파수 발진기에서 발생하는 기생발진을 억제한 마이크로파 주파수 발진기에 관한 것이다.The present invention relates to a microwave frequency oscillator, and more particularly, to a microwave frequency oscillator suppressing parasitic oscillations generated in the microwave frequency oscillator.

잘 알려진 바와같이 마이크로과 주파수 발진기에 요구되는 가장 중요한 사양중의 하나는 주변온도나, 바이어스 전압등의 외적 변화요인에 대해 발진 주파수가 높은 수준으로 안정되어야 한다는 점이다. 그중에서도 가장 중요한 것을 발진기에 사용된 필드 효과 트랜지스터(이하, FET라 함)와 같은 능동소자의 온도에 대한 특성 변동이다. 이러한 특성변동은 능동 소자의 β값등의 전기적 상수값의 변동을 가져오므로 능동소자의 외부에 이러한 변동요인을 보상해 주는 보상 회로를 추가하여 사용하게 된다. 그중 널리 사용하는 방법은 높은 Q값을 갖는 고안정의 공진기를 사용하는 것이다. 이와같이 높은 Q값을 갖는 공진기로는 통상 유전체 공진기가 사용되고 있다. 제1도는 이러한 유전체 공진기를 이용한 마이크로파 주파수 발진기의 패턴도로서, (1)은 FET이며, (1G), (1D), (1S)는 각각 FET의 게이트 단자, 드레인 단자, 소오스 단자를 나타낸다. 이때, 상기 게이트 단자(1G)는 마이크로 스트립 선로(2)에 연결되고, 마이크로 스트립 선로(2)의 적당한 위치에 유전체 공진기(DR)가 상기 마이크로 스트립 선로와 전자기적으로 결합하도록 위치한다. 그리고, 상기 마이크로 스트립(2)의 타단부는 선로의 특성 임피던스와 동일값을 갖는 저항소자(이하 더미저항이라 함)(3)에 연결되고, 상기 저항 소자(3)는 패드(4)의 관통홀(Thru-hole)을 통해 접지된다. 또한 FET의 드레인 단자(1D)는 마이크로 스트립 선로(5)를 통하여 캐패시터 소자(6)에 연결되며, 상기 캐패시터 소자(6)는 출력패드(7)에 연결되어 있다. 이때 부호(13)는 직류입력단자이며, 상기 단자(13)는 여파기 회로를 구성하는 인덕터(L1, L2) 및 캐패시터(C1)에 연결되어 있다. 이때, 이 여파기회로는 상기 단자(13)을 통해 FET의 드레인 단자에 바이어스를 공급하며 드레인 단자에서 출력되는 발진신호에는 영향을 주지 않도록 발진 주파수에서의 임력 임피던스가 높은 값을 갖도록 구성하는 저역여파기이다. 상기 FET의 소오스 단자(1S)는 마이크로 스트립 선로(14)의 관통홀을 통하여 접지되므로 상기 게이트 단자(1G)와 정궤환 회로를 구성하게 된다.As is well known, one of the most important specifications required for micro and frequency oscillators is that the oscillation frequency must be stable to a high level against external variations such as ambient temperature and bias voltage. The most important of these is the variation of the characteristics of the temperature of active devices such as field effect transistors (hereinafter referred to as FETs) used in the oscillator. This characteristic variation causes variations in electrical constant values such as β values of the active elements, so that compensation circuits for compensating for such variation factors are added to the outside of the active elements. Among them, a widely used method is to use a high definition resonator having a high Q value. As the resonator having such a high Q value, a dielectric resonator is usually used. FIG. 1 is a pattern diagram of a microwave frequency oscillator using such a dielectric resonator, where 1 is a FET, and 1G, 1D, and 1S respectively represent a gate terminal, a drain terminal, and a source terminal of the FET. At this time, the gate terminal 1G is connected to the micro strip line 2, and the dielectric resonator DR is positioned at the appropriate position of the micro strip line 2 so as to electromagnetically couple with the micro strip line. The other end of the micro strip 2 is connected to a resistor element (hereinafter referred to as a dummy resistor) 3 having the same value as the characteristic impedance of the line, and the resistor element 3 penetrates the pad 4. It is grounded through a through-hole. The drain terminal 1D of the FET is also connected to the capacitor element 6 via the micro strip line 5, which is connected to the output pad 7. At this time, the reference numeral 13 is a DC input terminal, and the terminal 13 is connected to the inductors L1 and L2 and the capacitor C1 constituting the filter circuit. In this case, the filter circuit is a low-pass filter configured to supply a bias to the drain terminal of the FET through the terminal 13 and have a high force impedance at the oscillation frequency so as not to affect the oscillation signal output from the drain terminal. . Since the source terminal 1S of the FET is grounded through the through hole of the micro strip line 14, the source terminal 1S forms a positive feedback circuit with the gate terminal 1G.

이와같이 구성된 종래의 마이크로파 주파수 발진기는 높은 Q값을 갖는 유전체 공진기(DR)와 마이크로스트립 산로(2)로 이루어지는 공진회로에 의해 유전체 공진기(DR)의 공진주파수에서 발진을 일으킨다. 이때, 상기 단자(13)의 직류전압은 인덕터(L1, L2) 및 캐패시터(C1)에 의한 여파회로에 의해 FET의 드레인단자(1D)에 바이어스 전압으로 제공되며, FET의 게이트(1G)단의 발진 주파수는 캐패시터 소자(6)을 통햐출력되는 것이다.The conventional microwave frequency oscillator configured as described above generates an oscillation at the resonant frequency of the dielectric resonator DR by the resonant circuit composed of the dielectric resonator DR having the high Q value and the microstrip acid furnace 2. At this time, the DC voltage of the terminal 13 is provided as a bias voltage to the drain terminal 1D of the FET by the filtering circuit by the inductors L1 and L2 and the capacitor C1, and is applied to the gate 1G terminal of the FET. The oscillation frequency is output through the capacitor element 6.

그러나, 상술한 바와같이 구성한 마이크로파 구파수 발진기에서는 주파수 안정도를 실현할 수 있다는 효과가 있으나, 동작 주파수 대역밖의 주파수(통상 낮은 주파수 대역))에서는 원치않는 기생발진이 일어난다는 문제가 있다. 즉, 상기 FET의 소오스 단자(IS)가 순수리액턴스만을 갖는 주파수 대역에서는 자연적인 기생발진이 발생하기 때문에 마이크로파 주파수 발진기의 높은 안정도를 기대할 수 없게 된다. 이와같은 기생발진을 억제할 수 있는 일방법은 저항성 소자를 삽입하여 기생발진에 일어나는 주파수 대역에서의 기생발진 신호를 억제하는 것이다. 그러나, 이와같이 저항소자를 삽입하게 되면, 회로의 이득이 감소되어 정궤한레벨이 낮아지므로 결국 유전체 공진기(DR)에 의한 발진 주파수 출력신호의 레벨이 떨어진다는 문제가 있게 된다.However, in the microwave wave oscillator configured as described above, there is an effect that frequency stability can be realized, but there is a problem that unwanted parasitic oscillation occurs at frequencies outside the operating frequency band (usually low frequency band). That is, natural parasitic oscillation occurs in a frequency band in which the source terminal IS of the FET has only pure reactance, and thus high stability of the microwave frequency oscillator cannot be expected. One way to suppress such parasitic oscillation is to insert a resistive element to suppress the parasitic oscillation signal in the frequency band occurring in parasitic oscillation. However, when the resistance element is inserted in this way, the gain of the circuit is reduced, so that the lower limit level is lowered, resulting in a problem that the level of the oscillation frequency output signal by the dielectric resonator DR is lowered.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 유전체 공진기에 의한 발진 주파수대역외의 기생발진 주파수 대역에서만 저항값을 증가시킴으로서 안정된 마이크로 주파수 신호를 얻을 수 있는 마이크로 주파수 발진기를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve this problem, and an object of the present invention is to provide a micro frequency oscillator capable of obtaining a stable micro frequency signal by increasing the resistance value only in the parasitic oscillation frequency band other than the oscillation frequency band by the dielectric resonator.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 능동소자와; 상기 능동소자의 입력단에 연결되는 제1공진회로와; 상기 능동소자에 연결되며 소정주파수를 발진하여 상기 제1공진회로에 정궤환을 제공하는 제2공진회로와; 상기 능동소자의 출력단에 연결되어 상기 제1공진회로의 발진 주파수를 출력하는 출력회로를 구비하는 마이크로파 주파수 발진기에 있다.Features of the present invention for achieving this object, the active element; A first resonant circuit connected to an input terminal of the active element; A second resonant circuit connected to the active element and oscillating a predetermined frequency to provide a positive feedback to the first resonant circuit; And a microwave frequency oscillator having an output circuit connected to an output terminal of the active element and outputting an oscillation frequency of the first resonance circuit.

이하 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면에 따라 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제2도는 본 발명에 따른 마이크로 주파수 발진기의 패턴도로서, (100)은 제1공진회로이며, (200)은 제2공진회로 (300)은 제1공진회로의 발진 주파수 신호를 출력하는 출력회로이다. 이때, 제2도의 도면에서는 제1도에 도시된 소자와 동일한 소자에 대해 동일한 부호를 사용하였다.2 is a pattern diagram of a micro frequency oscillator according to the present invention, where 100 is a first resonant circuit, 200 is a second resonant circuit 300 and an output circuit for outputting an oscillation frequency signal of the first resonant circuit. to be. In this case, the same reference numerals are used for the same elements as those shown in FIG.

이러한 구성을 구체적으로 설명하면 상기 제1공진회로(100)는 FET(1)의 게이트 단자(1G)에 마이크로 스트립 선로(2), 더미저항(3) 및 접지 단자(4)가 연결되어 있다. 이때, 상기 마이크로 스트립 선로(2)의 소정위치에는 높은 Q값을 갖는 유전체 공진기(DR)가 상기 마이크로 스트립 선로(2)와 전자기적으로 결합되고, 상기 접지 단자(4)는 관통홀을 통하여 접지된다.Specifically, the first resonant circuit 100 has a microstrip line 2, a dummy resistor 3, and a ground terminal 4 connected to the gate terminal 1G of the FET 1. At this time, a dielectric resonator DR having a high Q value is electromagnetically coupled to the micro strip line 2 at a predetermined position of the micro strip line 2, and the ground terminal 4 is grounded through a through hole. do.

상기 FET(1)의 소오스 단자에 연결되는 제2공진회로(200)는 마이크로 스트립 선로(14), 더미저항(15)및 관통홀을 갖는 접지단자(16)로 구성된다. 이때, 상기 마이크로 스트립 선로(14)의 일단에는 마이크로 스트립 선로(17∼21)가 인턱턴스 및 캐패시턴스 특성을 갖도록 형상을 구성하여 상기 선로(17∼21)가 여파기회로를 구성하게 하였다. 이때, 상기 선로(21)에는 직류 바이어스 전압이 제공돠는 직류입력단자(22)가 연결된다. 제2공진회로(200)는 상기 구성들외에 상기 마이크로 스트립 선로(14)의 소정위치에 마이크로 스트립 공진기(MR)가 연결된다. 상기 마이크로 스트립 공진기(MR)는 부채꼴형상을 가지며, 부채꼴 형상의 중심축이 상기 마이크로 스트럽 선로(14)와 직각을 형성하도록 한다. 즉, 상기 마이크로 스트립 공진기(MR)의 원호 부분은 상기 미이크로 스트립 선로(14)와의 개방회로를 꼭지점에서 단락회로로 변환시키는 것이다.이때 상기 마이크로 스트립 공진기(MR)는 상기 유전제 공진기보다 낮은 Q값을 갖도록 설정한다. 상기 마이크로 스트립 공진기(MR)는 1/4파장 마이크로 스트립 선로로 구성할 수도 있다.The second resonant circuit 200 connected to the source terminal of the FET 1 includes a micro strip line 14, a dummy resistor 15, and a ground terminal 16 having a through hole. At this time, one end of the microstrip line 14 is configured such that the microstrip lines 17 to 21 have inductance and capacitance characteristics so that the lines 17 to 21 form a filter circuit. At this time, the line 21 is connected to a DC input terminal 22 provided with a DC bias voltage. The second resonant circuit 200 has a microstrip resonator MR connected to a predetermined position of the microstrip line 14 in addition to the above configurations. The micro strip resonator MR has a fan shape, and the central axis of the fan shape forms a right angle with the micro strip line 14. That is, the arc portion of the microstrip resonator MR converts an open circuit with the microstrip line 14 into a short circuit at a vertex. In this case, the microstrip resonator MR has a lower Q than the dielectric resonator. Set to have a value. The micro strip resonator MR may be configured as a 1/4 wavelength micro strip line.

FET(1)의 드레인 단자(1D)에 연결된 출력회로(300)는 상기 드레인 단자(1D)에 마이크로 스트립 선로로 이루어진 임피던스 변환기(23)가 연결되고, 상기 임피던스 변환기(23)의 일단에는 마이크로 스트립 선로(8∼12)로 형성되는 여파기 회로가 연결된다. 이때, 선로(8, 10)는 인덕터의 특성을 갖게하고 선로(9, 10)는 캐패시턴스 특성을 갖게하여 저역 여파기를 구성한다. 상기 마이크로 스트립 선로(12)에는 직류입력단자(13)가 연결된다. 상기 임피던스 변환기(23)의 타단은 마이크로 스트립 선로가 소정 거리를 두고 분할되어 다른 마이크로 스트립 선로(25)와 교류결합 선로(24)를 형성한다. 즉, 마이크로 스트립 서로가 상호 분할되므로서 직류를 차단하고, 임피던스 변환기(20)로부터 공급되는 소정 주파수의 교류 신호만이 상기 마이크로스트립 선로(25)에 여기될 수 있는 것이다.In the output circuit 300 connected to the drain terminal 1D of the FET 1, an impedance converter 23 made of a micro strip line is connected to the drain terminal 1D, and one end of the impedance converter 23 is connected to a micro strip. The filter circuit formed by the lines 8-12 is connected. At this time, the lines 8 and 10 have the characteristics of the inductor and the lines 9 and 10 have the capacitance characteristics to form a low pass filter. The DC input terminal 13 is connected to the micro strip line 12. The other end of the impedance converter 23 is divided into a micro strip line at a predetermined distance to form an AC coupling line 24 with another micro strip line 25. That is, the microstrips are divided with each other to cut off direct current, and only an AC signal of a predetermined frequency supplied from the impedance converter 20 can be excited to the microstrip line 25.

이와같이 구성된 본 발명에 따른 마이크로파 주파수 발진기는 종래와 동일하게 상기 유전체 공진기(DR)와 마이크로 스트립 선로(2)로 이루어지는 공진회로에 의해 유전체 공진기(DR)의 공진 주파수에서 발진을 일으킨다.The microwave frequency oscillator according to the present invention configured as described above generates an oscillation at the resonance frequency of the dielectric resonator DR by a resonance circuit composed of the dielectric resonator DR and the micro strip line 2 as in the related art.

이때, 상기 FET(1)의 소오스 단자(1S)에 언결된 제2공진회로(200)에서의 리액턴스는 상기 마이크로 스트립 공진기(MR)의 마이크로 스트립 선로(14)상의 위치에 의해 결정된다. 사용자는 제2공진회로(200)의 리액턴스를 가변시키면서, 즉 마이크로 스트립 공진기(MR)와 마이크로 스트립 선로(14)에 의한 발진 주파수가 상기 제1공진회로(100)에 의한 발진 주파수와 동기화 되게 한다. 이때, 상기 마이크로 스트립 공진기(MR)는 상기 유전체 공진기(DR)보다 낮은 Q값을 갖기 때문에 상기 제1공진회로(100)와 공진점을 동기화하는 것은 용이하다.At this time, the reactance in the second resonant circuit 200 which is fixed to the source terminal 1S of the FET 1 is determined by the position on the micro strip line 14 of the micro strip resonator MR. The user varies the reactance of the second resonant circuit 200, that is, the oscillation frequency by the micro strip resonator MR and the micro strip line 14 is synchronized with the oscillation frequency by the first resonant circuit 100. . In this case, since the microstrip resonator MR has a lower Q value than the dielectric resonator DR, it is easy to synchronize the resonance point with the first resonant circuit 100.

이와같이 상기 마이크로 스트립 공진기(MR)가 공진하게 되면, 상기 마이크로 스트립 공진기(MR)의 둥근 단부에서의 개방회로는 꼭지점 부분에서는 단락회로로 동작하여 매우 낮은 저항값을 형성하게 되어 결국, 레벨의 정궤환을 얻을 수 있게 되므로 상기 제1공진회로(100)에 의한 발진 주파수의 출력레벨이 높아진다.When the microstrip resonator MR resonates in this manner, the open circuit at the rounded end of the microstrip resonator MR acts as a short circuit at a vertex portion to form a very low resistance value, resulting in positive feedback of the level. Since it is possible to obtain the output level of the oscillation frequency by the first resonant circuit 100 is increased.

그리나, 상기 제1공진회로(100)에 의한 발진 주파수 대역외에서의 기생발진은 억제되어진다. 즉, 이와같은 기생 발진은 주로 동작주파수 대역(즉, 상기 마이크로 스트럽 공진기(MR)의 Q값에 의해 설정되는 수파수 대역) 보다 낮은 수파수 대역에서 발생되나, 이러한 주파수 대역은 상기 마이크로 스트립 공진기(MR)의 공진 대역에서 벗어나기 때문에 결국, 마이크로 스트립 선로(14)와 마이크로 스트립 공진기(MR)에서의 임피던스는 순수저항 성분만이 존재하기 때문이다. 이때, 상기 마이크로 스트립 선로(17∼21)에 의해 구성된 여파기 회로에 의해 마이크로 스트립 선로(14)에는 직류입력단자(22)의 직류바이어스 전압이 공급될 수있다. 상기 FET(1)의 드레인 단자(10)는 종래와 동일하게, 상기 공진회로(100)에서 발진된 주파수 신호를 상기 임피던스 변환기(23) 및 교류결합선로(24)를 통하여 출력한다.However, parasitic oscillation outside the oscillation frequency band by the first resonant circuit 100 is suppressed. That is, such parasitic oscillation occurs mainly in the frequency band lower than the operating frequency band (i.e., the frequency band set by the Q value of the micro stirrup resonator MR). This is because the impedances in the micro strip line 14 and the micro strip resonator MR are only pure resistance components because they deviate from the resonance band of (MR). At this time, the DC bias voltage of the DC input terminal 22 may be supplied to the micro strip line 14 by the filter circuit formed by the micro strip lines 17 to 21. The drain terminal 10 of the FET 1 outputs the frequency signal oscillated in the resonance circuit 100 through the impedance converter 23 and the AC coupling line 24 as in the prior art.

즉, 본 발명은 FET의 소오스 단자에 연결되는 마이크로 스트립 선로에 낮은 Q값을 갖는 마이크로 스트립 공진기를 연결하고, 상기 마이크로 스트립 공진기의 공진정 주기를 상기 FET의 게이트단에 연결되는 공진회로의 유전체 공진기 공진정 주기와 동기화함으로서, 동작 주파수 대역밖의 기생발진 주파수에서의 저항성분을 증대시켜 기생발진을 억제하는 효과가 있다.That is, the present invention connects a microstrip resonator having a low Q value to the microstrip line connected to the source terminal of the FET, and the dielectric resonator of the resonant circuit in which the resonant constant period of the microstrip resonator is connected to the gate end of the FET. By synchronizing with the resonance crystal period, the parasitic oscillation can be suppressed by increasing the resistance component at the parasitic oscillation frequency outside the operating frequency band.

Claims

An active element 1; A first resonant circuit 100 connected to the input terminal of the active element 1 and having a predetermined oscillation frequency; To provide positive feedback to the first resonant circuit 100, a) a microstrip line 14 connected to the active element 1, and b) is placed at a predetermined position of the microstrip line 14 Oscillates with the microstrip line 14 with the same frequency signal as the oscillation frequency of the first resonant circuit 100, and has a fan shape so that the center axis of the vertex forms a right angle with the microstrip line 14 to form a fan. The open circuit at the rounded end of the shape forms a very low resistance value by operating the vertex portion at the oscillation frequency as a short circuit to provide a positive feedback to the first resonant circuit 100, and a band other than the oscillation frequency. The oscillation of the first resonant circuit 100 is connected to the second resonant circuit 200 including a microstrip resonator (MR) having only a pure resistance component and an output terminal of the active element 1. Microwave frequency oscillator having an output circuit 300 for outputting a frequency.

A microwave frequency oscillator according to claim 1, wherein said active element (1) is a field effect transistor.

The microwave frequency oscillator according to claim 1, wherein the micro strip resonator (MR) is configured by replacing with a quarter-wave micro strip line.

The method of claim 1, wherein the microstrip resonator (MR) sets the Q value so that the frequency band resonating with the microstrip line 14 covers the frequency band resonating in the first resonant circuit 100. Microwave frequency oscillator.