WO2020003514A1 - 位相振幅制御発振装置 - Google Patents

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WO2020003514A1
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oscillator
output wave
frequency
oscillation frequency
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PCT/JP2018/024898
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津留 正臣
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三菱電機株式会社
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    • H03L7/24Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal directly applied to the generator

Definitions

  • the present invention relates to a phase-amplitude controlled oscillator that controls the phase and amplitude of a combined output wave.
  • Patent Literature 1 discloses a phase-locked loop type frequency synthesizer of a fractional-N system (fractional dividing system).
  • the phase locked loop type frequency synthesizer disclosed in Patent Document 1 controls the phase of an output signal by offsetting a control pattern of a frequency divider synchronized with a reference signal.
  • the phase locked loop frequency synthesizer disclosed in Patent Document 1 can control the phase of an output signal.
  • the phase-locked loop frequency synthesizer disclosed in Patent Document 1 has a problem that the amplitude of the output signal cannot be controlled.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and has as its object to provide a phase-amplitude controlled oscillator that can control the phase and amplitude of a combined output wave.
  • a phase amplitude controlled oscillator includes a reference oscillator that outputs an oscillation frequency, a first oscillator that synchronizes the oscillation frequency of the reference oscillator with an oscillation frequency, and a second oscillator that synchronizes the oscillation frequency of the reference oscillator with the oscillation frequency.
  • Oscillator a combiner that combines the output wave of the first oscillator and the output wave of the second oscillator, a first controller that controls the phase of the oscillation frequency of the first oscillator, and a second oscillator A second controller for controlling the phase of the oscillation frequency of the first and second oscillators.
  • the first and second controllers perform control for shifting the phases of the respective oscillation frequencies of the first and second oscillators in the same direction.
  • control By controlling the phase of the output wave after combining by the combiner, and by performing control to shift the phase of each oscillation frequency in the first and second oscillators in the opposite direction, after the combining by the combiner, Control the amplitude of the output wave It is obtained by the.
  • the first and second controllers perform control to shift the phases of the respective oscillation frequencies in the first and second oscillators in the same direction, so that the output after the synthesis by the synthesizer is performed.
  • the amplitude of the output wave after synthesis by the synthesizer is controlled, A phase-amplitude controlled oscillator was constructed. Therefore, the phase-amplitude controlled oscillation device according to the present invention can control the phase and the amplitude of the combined output wave.
  • FIG. 1A is a configuration diagram illustrating a phase-amplitude controlled oscillation device according to a first embodiment under a situation where phase control is performed.
  • FIG. 1B is a diagram illustrating a phase-amplitude controlled oscillation according to a first embodiment under a situation where amplitude control is performed. It is a block diagram showing an apparatus.
  • Oscillation frequency f o1, f o2 is an explanatory view showing an output wave of the phase after the synthesis by the synthesis unit 4 when synchronizing the oscillation frequency f r.
  • Delta] f o only the control signal for changing the oscillation frequency is an explanatory diagram showing the phase and amplitude of the output wave after synthesis by the synthesizer 4 when given to the oscillation frequency control terminal 2a, 3a.
  • Delta] f o only the control signal for changing the oscillation frequency is given to the oscillation frequency control terminal 2a, after synthesis by the synthesizer 4 when the control signal for changing only the oscillating frequency -.DELTA.f o is given to the oscillation frequency control terminal 3a
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the phase and amplitude of the output wave of FIG.
  • FIG. 5A is a configuration diagram illustrating a phase-amplitude controlled oscillation device according to a second embodiment under a situation where phase control is performed.
  • FIG. 5B is a diagram illustrating a phase-amplitude controlled oscillation according to a second embodiment under a situation where amplitude control is performed. It is a block diagram showing an apparatus.
  • FIG. 6A is a configuration diagram illustrating a phase-amplitude controlled oscillation device according to a third embodiment in a state where phase control is performed.
  • FIG. 6B is a diagram illustrating a phase-amplitude controlled oscillation according to a third embodiment under a condition where amplitude control is performed. It is a block diagram showing an apparatus.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a relationship between respective control voltages and an oscillation frequency at an oscillation frequency control terminal 24a of a first voltage controlled oscillator 24 and an oscillation frequency control terminal 34a of a second voltage controlled oscillator 34.
  • FIG. 8A is a configuration diagram illustrating a phase-amplitude controlled oscillation device according to a fourth embodiment in a state where phase control is performed
  • FIG. 8B is a diagram illustrating a phase-amplitude controlled oscillation according to a fourth embodiment under amplitude controlled condition. It is a block diagram showing an apparatus.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a phase-amplitude controlled oscillator according to the first embodiment.
  • FIG. 1A is a configuration diagram showing the phase-amplitude controlled oscillation device according to the first embodiment in a situation where phase control is performed.
  • FIG. 1B is a configuration diagram showing the phase-amplitude controlled oscillator according to the first embodiment in a situation where the amplitude is controlled.
  • the reference oscillator 1 is an oscillator which outputs a stable oscillation frequency f r.
  • the first oscillator 2 is an injection locked voltage controlled oscillator (injection locked oscillator) into which the output wave of the reference oscillator 1 is injected.
  • the second oscillator 3 is an injection locked voltage controlled oscillator into which the output wave of the reference oscillator 1 is injected.
  • the first oscillator 2 and the second oscillator 3 are injection-locked voltage controlled oscillators having the same configuration, and have the same characteristics of the oscillation frequency with respect to the DC control voltage applied to the oscillation frequency control terminals 2a and 3a. .
  • the combiner 4 combines the output wave of the first oscillator 2 and the output wave of the second oscillator 3, and outputs the combined output wave.
  • the combiner 4 is a power combiner such as a Wilkinson combiner.
  • the first controller 5 is connected to the oscillation frequency control terminal 2a of the first oscillator 2, and outputs a control signal (DC voltage) for controlling the oscillation frequency fo1 of the first oscillator 2 to the oscillation frequency control terminal 2a. By controlling the phase of the oscillating frequency of the first oscillator 2 by outputting (applying) it to the first oscillator 2.
  • the second controller 6 is connected to the oscillation frequency control terminal 3a of the second oscillator 3, and outputs a control signal (DC voltage) for controlling the oscillation frequency fo2 of the second oscillator 3 to the oscillation frequency control terminal 3a.
  • a control signal DC voltage
  • the first controller 5 and the second controller 6 perform control to shift the phase of the oscillation frequency of the first oscillator 2 and the phase of the oscillation frequency of the second oscillator 3 in the same direction. , The phase of the output wave after the synthesis by the synthesizer 4 is controlled. The first controller 5 and the second controller 6 perform control to shift the phase of the oscillation frequency of the first oscillator 2 and the phase of the oscillation frequency of the second oscillator 3 in opposite directions. , The amplitude of the output wave after synthesis by the synthesizer 4 is controlled.
  • Reference oscillator 1 is stably oscillates at an oscillation frequency f r, the output wave of the frequency f r as an infusion wave, and outputs to each of the first oscillator 2 and second oscillator 3.
  • the first oscillator 2 by the output wave of the frequency f r from the reference oscillator 1 is injected, the oscillation frequency f o1 is synchronized with the oscillation frequency f r of the reference oscillator 1.
  • Second oscillator 3 by the output wave of the frequency f r from the reference oscillator 1 is injected, the oscillation frequency f o2 is synchronized with the oscillation frequency f r of the reference oscillator 1.
  • the first output wave of the phase of the oscillator 2 the oscillator frequency f r and the oscillation frequency f o1 of the reference oscillator 1 are synchronized
  • theta is r1
  • the oscillation frequency of the reference oscillator 1 f r and the oscillation frequency f the output wave of the phase of the second oscillator 3 o2 are synchronized
  • a theta r2 As shown in FIG. 2, the combiner 4 combines the output wave of the first oscillator 2 and the output wave of the second oscillator 3, and outputs the combined output wave.
  • the synthesis of the two output waves by the synthesizer 4 is a vector synthesis.
  • Figure 2 is an explanatory diagram showing an output wave of the phase after the synthesis by the synthesis unit 4 when the oscillation frequency f o1, f o2 is synchronized with the oscillation frequency f r.
  • reference numeral 11 denotes an output wave after the combining by the combiner 4.
  • the first oscillator 2 the output wave of the frequency f r is not injected from the reference oscillator 1, and, if no control signal for changing the oscillation frequency f o1 only Delta] f o is given to the oscillation frequency control terminal 2a Oscillate at the oscillation frequency fo1 .
  • the first oscillator 2 when the output wave of the frequency f r as an injection-wave is not injected, when the control signal for changing the oscillation frequency f o1 only Delta] f o is given to the oscillation frequency control terminal 2a, the oscillation frequency f It changes from o1 to (f o1 + ⁇ f o ).
  • the first oscillator 2 when the output wave of the frequency f r is injected from the reference oscillator 1, the control signal for changing the oscillation frequency f o1 only Delta] f o is given to the oscillation frequency control terminal 2a, the oscillation frequency f r, and the according to the difference between the oscillation frequency f r and the frequency (f o1 + ⁇ f o), the phase theta r1 of the output wave is phase shifted by [Delta] [theta] 1.
  • Second oscillator 3 the output wave of the frequency f r is not injected from the reference oscillator 1, and, if no control signal for changing the oscillation frequency f o2 only Delta] f o is given to the oscillation frequency control terminal 3a Oscillate at the oscillation frequency fo2 .
  • Second oscillator 3 when the output wave of the frequency f r is not injected, when the control signal for changing the oscillation frequency f o2 only Delta] f o is given to the oscillation frequency control terminal 3a, the oscillation frequency from f o2 ( f o2 + ⁇ f o ).
  • Second oscillator 3 when the output wave of the frequency f r is injected from the reference oscillator 1, the control signal for changing the oscillation frequency f o2 only Delta] f o is given to the oscillation frequency control terminal 3a, the oscillation frequency f r, and the according to the difference between the oscillation frequency f r and the frequency (f o2 + ⁇ f o), the phase theta r2 of the output wave is shifted by [Delta] [theta] 2.
  • the first oscillator 2 and the second oscillator 3 are injection-locked voltage controlled oscillators having the same configuration, and the characteristics of the oscillation frequency with respect to the control voltage applied to the oscillation frequency control terminals 2a and 3a are the same.
  • the combiner 4 combines the output wave of the first oscillator 2 and the output wave of the second oscillator 3, and outputs the combined output wave.
  • Figure 3 is an explanatory diagram showing the phase and amplitude of the output wave after synthesis by the synthesizer 4 when the control signal for changing the oscillation frequency by Delta] f o is given to the oscillation frequency control terminal 2a, 3a.
  • the output wave of the frequency f r are injected into each of the first oscillator 2 and second oscillator 3, Delta] f o only the control signal for changing the oscillation frequency oscillation frequency control terminal 2a, 3A shows an output wave after synthesis when it is not given to 3a.
  • the output wave of the frequency f r are injected into each of the first oscillator 2 and second oscillator 3, Delta] f o only the control signal for changing the oscillation frequency oscillation frequency control terminal 2a, given 3a 3 shows an output wave after synthesis by the synthesizer 4 when the output wave is in the state.
  • the first controller 5 and the second controller 6 perform control to shift the phase of the oscillation frequency of the first oscillator 2 and the phase of the oscillation frequency of the second oscillator 3 in the same direction.
  • the phase can be changed without changing the amplitude of the output wave after being synthesized by the synthesizer 4.
  • Second oscillator 3 when the output wave of the frequency f r is not injected, when the control signal for changing the oscillation frequency f o2 only -.DELTA.f o is given to the oscillation frequency control terminal 3a, the oscillation frequency f o2 (F o2 ⁇ f o ).
  • Second oscillator 3 when the output wave of the frequency f r is injected from the reference oscillator 1, the control signal for changing the oscillation frequency f o2 only -.DELTA.f o is given to the oscillation frequency control terminal 3a, the oscillation frequency There becomes f r, in accordance with the difference between the oscillation frequency f r and the frequency (f o2 - ⁇ f o), the phase theta r2 of the output wave is shifted by - ⁇ 2.
  • the first oscillator 2 and the second oscillator 3 are injection-locked voltage controlled oscillators having the same configuration, and the characteristics of the oscillation frequency with respect to the control voltage applied to the oscillation frequency control terminals 2a and 3a are the same.
  • the combiner 4 combines the output wave of the first oscillator 2 and the output wave of the second oscillator 3, and outputs the combined output wave.
  • Figure 4 is a combiner when the control signal for changing the oscillation frequency by Delta] f o is supplied to the oscillation frequency control terminal 2a, a control signal for changing only the oscillating frequency -.DELTA.f o is given to the oscillation frequency control terminal 3a
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the phase and amplitude of an output wave after synthesis by No.
  • the output wave of the frequency f r are injected into each of the first oscillator 2 and second oscillator 3, applied to the control signal for changing the oscillation frequency oscillation frequency control terminal 2a, 3a It shows the output wave after synthesis when it is not performed.
  • the output wave of the frequency f r are injected into each of the first oscillator 2 and second oscillator 3, a control signal for changing the oscillation frequency by Delta] f o is supplied to the oscillation frequency control terminal 2a, - control signal is changed by Delta] f o indicates an output wave after synthesis when applied to the oscillation frequency control terminal 3a. Comparing the combined output wave 14 and the combined output wave 15, the phase is the same, but the amplitude is different.
  • the first controller 5 and the second controller 6 perform control to shift the phase of the output wave of the first oscillator 2 and the phase of the second oscillator 3 in opposite directions,
  • the amplitude can be changed without changing the phase of the output wave after being synthesized by the synthesizer 4.
  • both the phase and the amplitude of the output wave after being synthesized by the synthesizer 4 can be changed, and the phase and amplitude modulation can be performed. Therefore, the synthesizer 4 can output a phase modulation signal, an amplitude modulation signal, or a phase amplitude modulation signal as an output wave after synthesis.
  • the first controller 5 and the second controller 6 shift the respective phases of the oscillation frequency of the first oscillator 2 and the oscillation frequency of the second oscillator 3 in the same direction.
  • the phase of the output wave after synthesis by the synthesizer 4 is controlled, and the respective phases of the oscillation frequency of the first oscillator 2 and the oscillation frequency of the second oscillator 3 are shifted in opposite directions.
  • the phase-amplitude controlled oscillation device was configured to control the amplitude of the output wave after being synthesized by the synthesizer 4. Therefore, the phase-amplitude controlled oscillation device can control the phase and the amplitude of the output wave after being synthesized by the synthesizer 4.
  • an injection-locked voltage-controlled oscillator is used as the first oscillator 2 and the second oscillator 3.
  • an injection-locked voltage controlled oscillator is used as the first oscillator 2 and the second oscillator 3.
  • the change in output power with respect to the power of the injection wave is small, and the output power is substantially constant. Therefore, since the output power from the first oscillator 2 and the second oscillator 3 to the synthesizer 4 becomes substantially constant, for example, it is necessary to reduce the fluctuation of the power of the output wave after synthesis when the phase control is performed. Can be.
  • the first oscillator 2 and second oscillator 3 when using the injection locking a voltage controlled oscillator, reference oscillator 1 in the oscillation frequency f r is 1 times the half of the oscillation frequency f o1 ( ⁇ f o2), It may be 1/3, 2 or 3 times. Therefore, the output wave of the reference oscillator 1 may be a divided frequency of each of the output waves of the first oscillator 2 and the second oscillator 3, or may be a higher-order harmonic. By making the output wave of the reference oscillator 1 a divided frequency, for example, the output wave can be transmitted with low loss.
  • an injection-locked voltage-controlled oscillator is used as the first oscillator 2 and the second oscillator 3.
  • an injection-locked current control oscillator injection-locked oscillator
  • the respective control signals output from the first controller 5 and the second controller 6 are voltage signals.
  • the respective control signals output from the first controller 5 and the second controller 6 are current signals.
  • Embodiment 2 FIG.
  • the output wave of the reference oscillator 1 is injected into each of the first oscillator 2 and the second oscillator 3.
  • a phase-amplitude controlled oscillator in which the output wave of the reference oscillator 1 is injected into the first oscillator 2 and a part of the output wave of the first oscillator 2 is injected into the second oscillator 8 explain.
  • FIG. 5 is a configuration diagram showing a phase and amplitude controlled oscillator according to the second embodiment.
  • FIG. 5A is a configuration diagram showing the phase-amplitude controlled oscillator according to the second embodiment under a situation where the phase is controlled.
  • FIG. 5B is a configuration diagram illustrating the phase-amplitude controlled oscillation device according to the second embodiment under a situation where amplitude control is performed.
  • the distributor 7 distributes the output wave of the first oscillator 2, outputs one output wave after the distribution to the synthesizer 4, and outputs the other output wave after the distribution to the second oscillator 8.
  • the second oscillator 8 is an injection-locked voltage-controlled oscillator into which the other output wave output from the distributor 7 is injected.
  • the second oscillator 8 synchronizes the oscillation frequency f o2 with the oscillation frequency f o1 of the first oscillator 2 by injecting the other output wave output from the distributor 7.
  • Second oscillator 8, by the control signal from the second controller 6 is supplied to the oscillation frequency control terminal 8a, similarly to the second oscillator 3 shown in FIG. 1, the oscillation frequency f o2 is varied.
  • the phase-amplitude controlled oscillation device shown in FIG. 5 includes a divider 7 and the phase-amplitude controlled oscillation device shown in FIG. It is different from the device.
  • the second oscillator 8 synchronizes the oscillation frequency f o2 with the oscillation frequency f o1 of the first oscillator 2 by injecting the other output wave output from the distributor 7.
  • the first oscillator 2 from the reference oscillator 1 by the output wave of the frequency f r is injected, the oscillation frequency f o1 is synchronized with the oscillation frequency f r of the reference oscillator 1, a second oscillator 8 the oscillation frequency f o2 also consequently, synchronized with the oscillation frequency f r of the reference oscillator 1.
  • phase-amplitude controlled oscillator shown in FIG. 5 is the same as the phase-amplitude controlled oscillator shown in FIG.
  • the first oscillator 21 is a first phase-locked oscillator of a fractional-N system (fractional frequency division system)
  • the second oscillator 31 is a second phase-locked oscillator of a fractional-N system.
  • a description will be given of a phase-amplitude controlled oscillator, which is an oscillator.
  • FIG. 6 is a configuration diagram showing a phase and amplitude controlled oscillator according to the third embodiment.
  • FIG. 6A is a configuration diagram illustrating a phase-amplitude controlled oscillator according to a third embodiment under a situation where phase control is performed.
  • FIG. 6B is a configuration diagram illustrating the phase-amplitude controlled oscillation device according to the third embodiment under a situation where amplitude control is performed.
  • a reference oscillator 20 is a crystal oscillator that outputs an output wave having a frequency of f r and a phase of ⁇ r to each of a first oscillator 21 and a second oscillator 31.
  • the first oscillator 21 includes a first phase comparator 22, a first loop filter 23, a first voltage controlled oscillator 24, a first distributor 25, and a first frequency divider 26.
  • the first oscillator 21 is a first phase-locked oscillator of the fractional-N system, and includes a PLL (phase-locked loop).
  • the output wave of the first voltage controlled oscillator 24 is distributed by the first distributor 25, and one output wave after the distribution is output to the combiner 40 as the output wave of the first oscillator 21.
  • the other output wave after the distribution is output to the first frequency divider 26.
  • the phase error between the phase of the other output wave (output wave of the first voltage controlled oscillator 24) divided by the first frequency divider 26 and the output wave of the reference oscillator 20 becomes smaller.
  • the first phase comparator 22 converts the voltage corresponding to the phase error between the phase ⁇ r of the output wave of the reference oscillator 20 and the phase ⁇ r1 of the output wave of the first frequency divider 26 into a first loop filter 23 Output to
  • the first loop filter 23 allows only the vicinity of the DC component of the voltage output from the first phase comparator 22 to pass, and outputs the vicinity of the DC component to the oscillation frequency control terminal 24 a of the first voltage controlled oscillator 24. .
  • the first voltage control oscillator 24 changes the oscillation frequency f according to the control voltage as shown in FIG. O1 is a variable oscillator.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing, as an example, the relationship between the respective control voltages and the oscillation frequency at the oscillation frequency control terminal 24a of the first voltage controlled oscillator 24 and the oscillation frequency control terminal 34a of the second voltage controlled oscillator 34. is there.
  • the second oscillator 31 includes a second phase comparator 32, a second loop filter 33, a second voltage controlled oscillator 34, a second distributor 35, and a second frequency divider 36.
  • the second oscillator 31 is a fractional-N second phase-locked oscillator and includes a PLL.
  • the output wave of the second voltage controlled oscillator 34 is distributed by the second distributor 35, and one output wave after the distribution is output to the combiner 40 as the output wave of the second oscillator 31.
  • the other output wave after the distribution is output to the second frequency divider 36.
  • the phase error between the phase of the other output wave (the output wave of the second voltage controlled oscillator 34) divided by the second frequency divider 36 and the phase of the output wave of the reference oscillator 20 is reduced.
  • the second phase comparator 32 converts the voltage corresponding to the phase error between the phase ⁇ r of the output wave of the reference oscillator 20 and the phase ⁇ r2 of the output wave of the second frequency divider 36 into a second loop filter 33. Output to
  • the second loop filter 33 allows only the vicinity of the DC component of the voltage output from the second phase comparator 32 to pass, and outputs the vicinity of the DC component to the oscillation frequency control terminal 34a of the second voltage controlled oscillator 34.
  • the second voltage controlled oscillator 34 changes the oscillation frequency fo2 as shown in FIG. It is.
  • the combiner 40 combines one output wave after the distribution by the first distributor 25 and the other output wave after the distribution by the second distributor 35, and outputs the combined output wave.
  • the combiner 40 is, for example, a power combiner such as a Wilkinson combiner.
  • the first controller 41 can control the oscillation frequency of the first voltage-controlled oscillator 24 by controlling the frequency division number of the first frequency divider 26, and by changing the frequency division number control pattern.
  • the phase of the output wave of the first voltage controlled oscillator 24 can be controlled.
  • the second controller 42 can control the oscillation frequency of the second voltage-controlled oscillator 34 by controlling the frequency division number of the second frequency divider 36, and by changing the control pattern of the frequency division number.
  • the phase of the output wave of the second voltage controlled oscillator 34 can be controlled.
  • the reference oscillator 20 outputs an output wave having a frequency f r and a phase ⁇ r to each of the first oscillator 21 and the second oscillator 31.
  • the first divider 25 distributes the output wave of the first voltage controlled oscillator 24, outputs one of the divided output waves to the combiner 40, and outputs the other divided output wave to the first divided frequency. Output to the device 26.
  • the first frequency divider 26 receives the other output wave after distribution from the first distributor 25, the first frequency divider 26 divides the output wave by N (N is an integer of 2 or more), and the frequency is f o1 / N.
  • the output wave having the phase ⁇ r1 is output to the first phase comparator 22.
  • the first phase comparator 22 compares the phase ⁇ r of the output wave of the reference oscillator 20 with the phase ⁇ r1 of the output wave of the first frequency divider 26, and determines the phase between the phase ⁇ r and the phase ⁇ r1.
  • a voltage (or current) corresponding to the error ( ⁇ r ⁇ r1 ) is output to the first loop filter 23.
  • the first loop filter 23 receives a voltage (or current) according to the phase error ( ⁇ r ⁇ r1 ) from the first phase comparator 22, it passes only the DC component near the voltage (or current). Then, the control voltage near the DC component is output to the oscillation frequency control terminal 24 a of the first voltage controlled oscillator 24.
  • the first voltage control oscillator 24 changes the oscillation frequency fo1 according to the control voltage as shown in FIG. I do.
  • the second divider 35 distributes the output wave of the second voltage controlled oscillator 34, outputs one of the divided output waves to the combiner 40, and outputs the other divided output wave to the second frequency divider. Output to the device 36.
  • the second frequency divider 36 receives the other output wave after the distribution from the second distributor 35, the second frequency divider 36 divides the output wave by N and converts the output wave having the frequency f o2 / N and the phase ⁇ r2.
  • the signal is output to the second phase comparator 32.
  • the second phase comparator 32 compares the phase ⁇ r of the output wave of the reference oscillator 20 with the phase ⁇ r2 of the output wave of the second frequency divider 36, and calculates the phase between the phase ⁇ r and the phase ⁇ r2.
  • a voltage (or current) corresponding to the error ( ⁇ r ⁇ r2 ) is output to the second loop filter 33.
  • the second loop filter 33 receives a voltage (or current) according to the phase error ( ⁇ r ⁇ r2 ) from the second phase comparator 32, it passes only the DC component near the voltage (or current).
  • the control voltage near the DC component is output to the oscillation frequency control terminal 34a of the second voltage controlled oscillator 34.
  • the second voltage controlled oscillator 34 changes the oscillation frequency fo2 according to the control voltage as shown in FIG. I do.
  • the first controller 41 controls the frequency division number N of the first frequency divider 26.
  • the control output from the first loop filter 23 to the oscillation frequency control terminal 24a of the first voltage controlled oscillator 24 by the first controller 41 changing the frequency division number N of the first frequency divider 26.
  • the voltage changes, and the oscillation frequency changes.
  • the frequency division number N is given by an average value Nave in a certain cycle. If the Nave is constant, the oscillation frequency is constant.
  • the phase can be changed while the oscillation frequency is kept constant.
  • the frequency division number is 100, 100, 100, 101
  • the average value is 100.25
  • the timing is shifted to 100, 101, 100, 100
  • the average value is 100.25.
  • the control pattern of the frequency division number is a pattern offset on the time axis, the oscillation frequency does not change and the phase changes.
  • the second controller 42 controls the frequency division number N of the second frequency divider 36.
  • the second controller 42 changes the frequency division number N of the second frequency divider 36 to control the output from the second loop filter 33 to the oscillation frequency control terminal 34a of the second voltage controlled oscillator 34.
  • the voltage changes, and the oscillation frequency changes.
  • the oscillation frequency is constant. By shifting the timing of the control pattern of the frequency division number within the cycle, the phase can be changed while the oscillation frequency is kept constant.
  • the first controller 41 shifts the timing of the control pattern of the frequency division number while maintaining the average value of the frequency division number within a certain period of the first frequency divider 26 as the first control pattern.
  • the second controller 42 controls the second control pattern that shifts the timing of the control pattern of the frequency division number while keeping the average value of the frequency division number within a certain period of the second frequency divider 36 constant. Do.
  • the first controller 41 advances the timing at which the first control pattern is output to the first frequency divider 26 by ⁇ t, so that the output wave of the first voltage-controlled oscillator 24 is The phase can be shifted by ⁇ 0 .
  • the first controller 41 delays the timing at which the first control pattern is output to the first frequency divider 26 by ⁇ t, for example, so that the phase of the output wave of the first voltage controlled oscillator 24 is ⁇
  • the phase can be shifted by zero .
  • the second controller 42 advances the timing of outputting the second control pattern to the second frequency divider 36 by ⁇ t, for example, so that the phase of the output wave of the second voltage controlled oscillator 34 is increased by ⁇ 0. Can be phase shifted.
  • the second controller 42 delays the timing of outputting the second control pattern to the second frequency divider 36 by ⁇ t, for example, so that the phase of the output wave of the second voltage controlled oscillator 34 becomes ⁇ .
  • the phase can be shifted by zero .
  • the combiner 40 operates after the distribution by the first distributor 25.
  • the amplitude of the combined output wave does not change, but the phase is shifted by ⁇ 0 . If this is performed continuously, phase modulation is possible.
  • the combiner 40 operates after the distribution by the first distributor 25. And the output wave after distribution by the second distributor 35 are combined, the phase of the combined output wave does not change, but the amplitude changes. If this is performed continuously, amplitude modulation is possible.
  • both the phase and the amplitude of the output wave after the synthesis by the synthesizer 40 can be changed, and the phase and amplitude modulation is possible. Therefore, the synthesizer 40 can output a phase modulation signal, an amplitude modulation signal, or a phase amplitude modulation signal as an output wave after synthesis.
  • the first controller 41 controls the frequency of the frequency division of the first phase-locked oscillator, thereby controlling the phase of the output wave of the first phase-locked oscillator.
  • the controller 42 controls the frequency division number of the second phase-locked oscillator to control the phase of the output wave of the second phase-locked oscillator, thereby configuring the phase-amplitude controlled oscillator. Therefore, the phase-amplitude controlled oscillation device can control the phase and the amplitude of the output wave after being synthesized by the synthesizer 40.
  • a fractional-N type phase-locked oscillator is used as the first oscillator 21 and the second oscillator 31.
  • a fractional-N type phase-locked oscillator is used as the first oscillator 21 and the second oscillator 31, in addition to controlling the phase and amplitude of the output wave after synthesis by the synthesizer 40, The frequency can also be controlled.
  • each of the first controller 41 and the second controller 42 may be constituted by a digital circuit. it can.
  • Embodiment 4 In the phase-amplitude controlled oscillator of the third embodiment, the output wave of the reference oscillator 20 is output to each of the first phase comparator 22 and the second phase comparator 32.
  • the phase amplitude control in which the output wave of the reference oscillator 20 is output to the first phase comparator 22 and the output wave of the first frequency divider 26 is output to the second phase comparator 37 The oscillation device will be described.
  • FIG. 8 is a configuration diagram showing a phase and amplitude controlled oscillator according to the fourth embodiment.
  • FIG. 8A is a configuration diagram illustrating a phase-amplitude controlled oscillator according to a fourth embodiment under a situation where phase control is performed.
  • FIG. 8B is a configuration diagram showing the phase-amplitude controlled oscillator according to the fourth embodiment in a situation where the amplitude is controlled.
  • the second oscillator 31 includes a second phase comparator 37, a second loop filter 33, a second voltage controlled oscillator 34, a second distributor 35, and a second frequency divider 36.
  • the second phase comparator 37 converts the voltage corresponding to the phase error between the phase ⁇ r1 of the output wave of the first frequency divider 26 and the phase ⁇ r2 of the output wave of the second frequency divider 36 into a second voltage. Is output to the loop filter 33.
  • the phase amplitude controlled oscillator shown in FIG. 8 is different from the phase amplitude controlled oscillator shown in FIG. 6 only in that the second oscillator 31 includes a second phase comparator 37 instead of the second phase comparator 32. It is different from the controlled oscillator.
  • the second oscillator 31 is synchronized with the reference oscillator 20. I do. Since the control itself of the first controller 41 and the second controller 42 is the same as that of the third embodiment, the phase-amplitude controlled oscillator shown in FIG. 8 is the same as the phase-amplitude controlled oscillator shown in FIG. In addition, it is possible to control the phase and amplitude of the output wave after being synthesized by the synthesizer 40.
  • any combination of the embodiments, a modification of an arbitrary component of each embodiment, or an omission of any component in each embodiment is possible within the scope of the invention. .
  • the present invention is suitable for a phase and amplitude controlled oscillator for controlling the phase and amplitude of an output wave.

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Abstract

第1の制御器(5)及び第2の制御器(6)が、第1の発振器(2)の発振周波数及び第2の発振器(3)の発振周波数のそれぞれの位相を同方向に移相する制御を行うことで、合成器(4)による合成後の出力波の位相を制御し、第1の発振器(2)の発振周波数及び第2の発振器(3)の発振周波数のそれぞれの位相を逆方向に移相する制御を行うことで、合成器(4)による合成後の出力波の振幅を制御するように、位相振幅制御発振装置を構成した。

Description

位相振幅制御発振装置
 この発明は、合成後の出力波の位相及び振幅を制御する位相振幅制御発振装置に関するものである。
 以下の特許文献1には、フラクショナル-N方式(分数分周方式)の位相同期ループ形周波数シンセサイザが開示されている。
 特許文献1に開示されている位相同期ループ形周波数シンセサイザは、基準信号に同期している分周器の制御パターンをオフセットさせることで、出力信号の位相を制御している。
国際公開第2007/091516号
 特許文献1に開示されている位相同期ループ形周波数シンセサイザは、出力信号の位相を制御することができる。
 しかし、特許文献1に開示されている位相同期ループ形周波数シンセサイザは、出力信号の振幅を制御することができないという課題があった。
 この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、合成後の出力波の位相及び振幅を制御することができる位相振幅制御発振装置を得ることを目的とする。
 この発明に係る位相振幅制御発振装置は、発振周波数を出力する基準発振器と、基準発振器の発振周波数と発振周波数が同期する第1の発振器と、基準発振器の発振周波数と発振周波数が同期する第2の発振器と、第1の発振器の出力波と第2の発振器の出力波とを合成する合成器と、第1の発振器の発振周波数の位相を制御する第1の制御器と、第2の発振器の発振周波数の位相を制御する第2の制御器とを備え、第1及び第2の制御器が、第1及び第2の発振器におけるそれぞれの発振周波数の位相を同方向に移相する制御を行うことで、合成器による合成後の出力波の位相を制御し、第1及び第2の発振器におけるそれぞれの発振周波数の位相を逆方向に移相する制御を行うことで、合成器による合成後の出力波の振幅を制御するようにしたものである。
 この発明によれば、第1及び第2の制御器が、第1及び第2の発振器におけるそれぞれの発振周波数の位相を同方向に移相する制御を行うことで、合成器による合成後の出力波の位相を制御し、第1及び第2の発振器におけるそれぞれの発振周波数の位相を逆方向に移相する制御を行うことで、合成器による合成後の出力波の振幅を制御するように、位相振幅制御発振装置を構成した。したがって、この発明に係る位相振幅制御発振装置は、合成後の出力波の位相及び振幅を制御することができる。
図1Aは、位相制御されている状況下での実施の形態1の位相振幅制御発振装置を示す構成図、図1Bは、振幅制御されている状況下での実施の形態1の位相振幅制御発振装置を示す構成図である。 発振周波数fo1,fo2が発振周波数fと同期しているときの合成器4による合成後の出力波の位相を示す説明図である。 Δfだけ発振周波数を変化させる制御信号が発振周波数制御端子2a,3aに与えられているときの合成器4による合成後の出力波の位相及び振幅を示す説明図である。 Δfだけ発振周波数を変化させる制御信号が発振周波数制御端子2aに与えられ、-Δfだけ発振周波数を変化させる制御信号が発振周波数制御端子3aに与えられているときの合成器4による合成後の出力波の位相及び振幅を示す説明図である。 図5Aは、位相制御されている状況下での実施の形態2の位相振幅制御発振装置を示す構成図、図5Bは、振幅制御されている状況下での実施の形態2の位相振幅制御発振装置を示す構成図である。 図6Aは、位相制御されている状況下での実施の形態3の位相振幅制御発振装置を示す構成図、図6Bは、振幅制御されている状況下での実施の形態3の位相振幅制御発振装置を示す構成図である。 第1の電圧制御発振器24の発振周波数制御端子24a及び第2の電圧制御発振器34の発振周波数制御端子34aにおけるそれぞれの制御電圧と発振周波数との関係を示す説明図である。 図8Aは、位相制御されている状況下での実施の形態4の位相振幅制御発振装置を示す構成図、図8Bは、振幅制御されている状況下での実施の形態4の位相振幅制御発振装置を示す構成図である。
 以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態1.
 図1は、実施の形態1による位相振幅制御発振装置を示す構成図である。
 図1Aは、位相制御されている状況下での実施の形態1の位相振幅制御発振装置を示す構成図である。
 図1Bは、振幅制御されている状況下での実施の形態1の位相振幅制御発振装置を示す構成図である。
 図1において、基準発振器1は、安定した発振周波数fを出力する発振器である。
 第1の発振器2は、基準発振器1の出力波が注入される注入同期電圧制御発振器(注入同期発振器)である。
 第1の発振器2は、基準発振器1の出力波が注入されることで、発振周波数fo1が基準発振器1の発振周波数fと同期する。
 第2の発振器3は、基準発振器1の出力波が注入される注入同期電圧制御発振器である。
 第2の発振器3は、基準発振器1の出力波が注入されることで、発振周波数fo2が基準発振器1の発振周波数fと同期する。
 なお、第1の発振器2と第2の発振器3は、同じ構成の注入同期電圧制御発振器であり、発振周波数制御端子2a,3aに与えられる直流の制御電圧に対する発振周波数の特性などは同一である。
 合成器4は、第1の発振器2の出力波と第2の発振器3の出力波とを合成し、合成後の出力波を出力する。合成器4は、例えばウィルキンソン合成器などの電力合成器である。
 第1の制御器5は、第1の発振器2の発振周波数制御端子2aと接続されており、第1の発振器2の発振周波数fo1を制御する制御信号(直流電圧)を発振周波数制御端子2aに出力(印加)することで、第1の発振器2の発振周波数の位相を制御する。
 第2の制御器6は、第2の発振器3の発振周波数制御端子3aと接続されており、第2の発振器3の発振周波数fo2を制御する制御信号(直流電圧)を発振周波数制御端子3aに出力(印加)することで、第2の発振器3の発振周波数の位相を制御する。
 第1の制御器5及び第2の制御器6は、第1の発振器2の発振周波数の位相と、第2の発振器3の発振周波数の位相とを同方向に移相する制御を行うことで、合成器4による合成後の出力波の位相を制御する。
 第1の制御器5及び第2の制御器6は、第1の発振器2の発振周波数の位相と、第2の発振器3の発振周波数の位相とを逆方向に移相する制御を行うことで、合成器4による合成後の出力波の振幅を制御する。
 次に、図1に示す位相振幅制御発振装置の動作について説明する。
 基準発振器1は、発振周波数fで安定して発振し、周波数fの出力波を注入波として、第1の発振器2及び第2の発振器3のそれぞれに出力する。
 第1の発振器2は、基準発振器1から周波数fの出力波が注入されることで、発振周波数fo1が基準発振器1の発振周波数fと同期する。
 第2の発振器3は、基準発振器1から周波数fの出力波が注入されることで、発振周波数fo2が基準発振器1の発振周波数fと同期する。
 第1の発振器2の発振周波数fo1及び第2の発振器3の発振周波数fo2が、基準発振器1の発振周波数fと同期することで、fo1=fo2=fとなる。
 ここで、基準発振器1の発振周波数fと発振周波数fo1が同期している第1の発振器2の出力波の位相は、θr1であり、基準発振器1の発振周波数fと発振周波数fo2が同期している第2の発振器3の出力波の位相は、θr2であるとする。
 合成器4は、図2に示すように、第1の発振器2の出力波と第2の発振器3の出力波とを合成し、合成後の出力波を出力する。合成器4による2つの出力波の合成は、ベクトル合成である。
 図2は、発振周波数fo1,fo2が発振周波数fと同期しているときの合成器4による合成後の出力波の位相を示す説明図である。
 図2において、11は、合成器4による合成後の出力波を示している。
 第1の発振器2は、基準発振器1から周波数fの出力波が注入されておらず、かつ、発振周波数fo1をΔfだけ変化させる制御信号が発振周波数制御端子2aに与えられていなければ、発振周波数fo1で発振する。
 第1の発振器2は、注入波として周波数fの出力波が注入されていないとき、発振周波数fo1をΔfだけ変化させる制御信号が発振周波数制御端子2aに与えられると、発振周波数がfo1から(fo1+Δf)に変化する。
 第1の発振器2は、基準発振器1から周波数fの出力波が注入されているとき、発振周波数fo1をΔfだけ変化させる制御信号が発振周波数制御端子2aに与えられると、発振周波数がfとなり、発振周波数fと周波数(fo1+Δf)との差分に応じて、出力波の位相θr1がΔθだけ移相される。
 第2の発振器3は、基準発振器1から周波数fの出力波が注入されておらず、かつ、発振周波数fo2をΔfだけ変化させる制御信号が発振周波数制御端子3aに与えられていなければ、発振周波数fo2で発振する。
 第2の発振器3は、周波数fの出力波が注入されていないとき、発振周波数fo2をΔfだけ変化させる制御信号が発振周波数制御端子3aに与えられると、発振周波数がfo2から(fo2+Δf)に変化する。
 第2の発振器3は、基準発振器1から周波数fの出力波が注入されているとき、発振周波数fo2をΔfだけ変化させる制御信号が発振周波数制御端子3aに与えられると、発振周波数がfとなり、発振周波数fと周波数(fo2+Δf)との差分に応じて、出力波の位相θr2がΔθだけ移相される。
 ここで、第1の発振器2と第2の発振器3は、同じ構成の注入同期電圧制御発振器であり、発振周波数制御端子2a,3aに与えられる制御電圧に対する発振周波数の特性などは同一であるため、fo2はfo1とほぼ等しく、Δθ=Δθ=Δθoである。
 合成器4は、図3に示すように、第1の発振器2の出力波と第2の発振器3の出力波とを合成し、合成後の出力波を出力する。
 図3は、Δfだけ発振周波数を変化させる制御信号が発振周波数制御端子2a,3aに与えられているときの合成器4による合成後の出力波の位相及び振幅を示す説明図である。
 図3において、12は、周波数fの出力波が第1の発振器2及び第2の発振器3のそれぞれに注入されており、Δfだけ発振周波数を変化させる制御信号が発振周波数制御端子2a,3aに与えられていないときの合成後の出力波を示している。
 13は、周波数fの出力波が第1の発振器2及び第2の発振器3のそれぞれに注入されており、Δfだけ発振周波数を変化させる制御信号が発振周波数制御端子2a,3aに与えられているときの合成器4による合成後の出力波を示している。
 合成後の出力波12と合成後の出力波13とを比較すると、振幅は同じであるが、位相が異なっている。
 したがって、第1の制御器5及び第2の制御器6が、第1の発振器2の発振周波数の位相と、第2の発振器3の発振周波数の位相とを同方向に移相する制御を行うことで、合成器4による合成後の出力波の振幅を変えずに、位相を変えることができる。
 第2の発振器3は、周波数fの出力波が注入されていないとき、発振周波数fo2を-Δfだけ変化させる制御信号が発振周波数制御端子3aに与えられると、発振周波数がfo2から(fo2-Δf)に変化する。
 第2の発振器3は、基準発振器1から周波数fの出力波が注入されているとき、発振周波数fo2を-Δfだけ変化させる制御信号が発振周波数制御端子3aに与えられると、発振周波数がfとなり、発振周波数fと周波数(fo2-Δf)との差分に応じて、出力波の位相θr2が-Δθだけ移相される。
 ここで、第1の発振器2と第2の発振器3は、同じ構成の注入同期電圧制御発振器であり、発振周波数制御端子2a,3aに与えられる制御電圧に対する発振周波数の特性などは同一であるため、fo2はfo1とほぼ等しく、Δθ=Δθ=Δθoである。
 合成器4は、図4に示すように、第1の発振器2の出力波と第2の発振器3の出力波とを合成し、合成後の出力波を出力する。
 図4は、Δfだけ発振周波数を変化させる制御信号が発振周波数制御端子2aに与えられ、-Δfだけ発振周波数を変化させる制御信号が発振周波数制御端子3aに与えられているときの合成器4による合成後の出力波の位相及び振幅を示す説明図である。
 図4において、14は、周波数fの出力波が第1の発振器2及び第2の発振器3のそれぞれに注入されており、発振周波数を変化させる制御信号が発振周波数制御端子2a,3aに与えられていないときの合成後の出力波を示している。
 15は、周波数fの出力波が第1の発振器2及び第2の発振器3のそれぞれに注入されており、Δfだけ発振周波数を変化させる制御信号が発振周波数制御端子2aに与えられ、-Δfだけ変化させる制御信号が発振周波数制御端子3aに与えられるときの合成後の出力波を示している。
 合成後の出力波14と合成後の出力波15とを比較すると、位相は同じであるが、振幅が異なっている。
 したがって、第1の制御器5及び第2の制御器6が、第1の発振器2の出力波の位相と、第2の発振器3の位相とを逆方向に移相する制御を行うことで、合成器4による合成後の出力波の位相を変えずに、振幅を変えることができる。
 なお、上記の組合せにより、合成器4による合成後の出力波の位相及び振幅の双方を変えることができ、位相振幅変調が可能である。
 したがって、合成器4は、合成後の出力波として、位相変調信号、振幅変調信号又は位相振幅変調信号を出力することができる。
 以上の実施の形態1は、第1の制御器5及び第2の制御器6が、第1の発振器2の発振周波数及び第2の発振器3の発振周波数のそれぞれの位相を同方向に移相する制御を行うことで、合成器4による合成後の出力波の位相を制御し、第1の発振器2の発振周波数及び第2の発振器3の発振周波数のそれぞれの位相を逆方向に移相する制御を行うことで、合成器4による合成後の出力波の振幅を制御するように、位相振幅制御発振装置を構成した。したがって、位相振幅制御発振装置は、合成器4による合成後の出力波の位相及び振幅を制御することができる。
 実施の形態1の位相振幅制御発振装置では、第1の発振器2及び第2の発振器3として、注入同期電圧制御発振器を用いている。第1の発振器2及び第2の発振器3として、注入同期電圧制御発振器を用いる場合、注入波の電力に対する出力電力の変化が小さくなり、出力電力が概ね一定になる。したがって、第1の発振器2及び第2の発振器3から合成器4への出力電力が概ね一定になるため、例えば、位相制御を実施したときの合成後の出力波の電力の変動を低減することができる。
 また、第1の発振器2及び第2の発振器3として、注入同期電圧制御発振器を用いる場合、基準発振器1の発振周波数fが、発振周波数fo1(≒fo2)の2分の1倍、3分の1倍、2倍又は3倍などであってもよい。したがって、基準発振器1の出力波として、第1の発振器2及び第2の発振器3におけるそれぞれの出力波の分周波であってもよいし、高次高調波であってもよい。
 基準発振器1の出力波を例えば分周波とすることで、出力波を低損失で伝送することができる。
 実施の形態1の位相振幅制御発振装置では、第1の発振器2及び第2の発振器3として、注入同期電圧制御発振器を用いている。しかし、これは一例に過ぎず、第1の発振器2及び第2の発振器3として、例えば、注入同期電流制御発振器(注入同期発振器)を用いるようにしてもよい。
 なお、第1の発振器2及び第2の発振器3が注入同期電圧制御発振器であれば、第1の制御器5及び第2の制御器6から出力されるそれぞれの制御信号は、電圧信号である。
 第1の発振器2及び第2の発振器3が注入同期電流制御発振器であれば、第1の制御器5及び第2の制御器6から出力されるそれぞれの制御信号は、電流信号である。
実施の形態2.
 実施の形態1の位相振幅制御発振装置では、基準発振器1の出力波が第1の発振器2及び第2の発振器3のそれぞれに注入されている。
 実施の形態2では、基準発振器1の出力波が第1の発振器2に注入され、第1の発振器2の出力波の一部が第2の発振器8に注入されている位相振幅制御発振装置について説明する。
 図5は、実施の形態2による位相振幅制御発振装置を示す構成図である。
 図5Aは、位相制御されている状況下での実施の形態2の位相振幅制御発振装置を示す構成図である。
 図5Bは、振幅制御されている状況下での実施の形態2の位相振幅制御発振装置を示す構成図である。
 図5において、図1と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
 分配器7は、第1の発振器2の出力波を分配し、分配後の一方の出力波を合成器4に出力し、分配後の他方の出力波を第2の発振器8に出力する。
 第2の発振器8は、分配器7から出力された他方の出力波が注入される注入同期電圧制御発振器である。
 第2の発振器8は、分配器7から出力された他方の出力波が注入されることで、発振周波数fo2が第1の発振器2の発振周波数fo1と同期する。
 第2の発振器8は、第2の制御器6から制御信号が発振周波数制御端子8aに与えられることで、図1に示す第2の発振器3と同様に、発振周波数fo2が変化する。
 次に、図5に示す位相振幅制御発振装置の動作について説明する。
 図5に示す位相振幅制御発振装置は、分配器7を備え、分配器7から出力された他方の出力波が第2の発振器8に注入される点でのみ、図1に示す位相振幅制御発振装置と相違している。
 第2の発振器8は、分配器7から出力された他方の出力波が注入されることで、発振周波数fo2が第1の発振器2の発振周波数fo1と同期する。
 第1の発振器2は、基準発振器1から周波数fの出力波が注入されることで、発振周波数fo1が基準発振器1の発振周波数fと同期しているので、第2の発振器8の発振周波数fo2も、結果的に、基準発振器1の発振周波数fと同期する。
 したがって、図5に示す位相振幅制御発振装置についても、図1に示す位相振幅制御発振装置と同様に、fo1=fo2=fとなる。
 第1の制御器5及び第2の制御器6の制御自体は、実施の形態1と同様であるため、図5に示す位相振幅制御発振装置は、図1に示す位相振幅制御発振装置と同様に、合成器4による合成後の出力波の位相及び振幅を制御することができる。
実施の形態3.
 実施の形態3では、第1の発振器21が、フラクショナル-N方式(分数分周方式)の第1の位相同期発振器であり、第2の発振器31が、フラクショナル-N方式の第2の位相同期発振器である位相振幅制御発振装置について説明する。
 図6は、実施の形態3による位相振幅制御発振装置を示す構成図である。
 図6Aは、位相制御されている状況下での実施の形態3の位相振幅制御発振装置を示す構成図である。
 図6Bは、振幅制御されている状況下での実施の形態3の位相振幅制御発振装置を示す構成図である。
 図6において、基準発振器20は、周波数がfで位相がθの出力波を第1の発振器21及び第2の発振器31のそれぞれに出力する水晶発振器である。
 第1の発振器21は、第1の位相比較器22、第1のループフィルタ23、第1の電圧制御発振器24、第1の分配器25及び第1の分周器26を備えている。
 第1の発振器21は、フラクショナル-N方式の第1の位相同期発振器であり、PLL(位相同期ループ)を備えている。
 第1の電圧制御発振器24の出力波は、第1の分配器25で分配され、分配後の一方の出力波は、第1の発振器21の出力波として、合成器40に出力される。分配後の他方の出力波は、第1の分周器26に出力される。
 第1の分周器26により分周された分配後の他方の出力波(第1の電圧制御発振器24の出力波)の位相と、基準発振器20の出力波の位相との位相誤差が小さくなるように、発振周波数fo1が変化する。
 第1の位相比較器22は、基準発振器20の出力波の位相θと、第1の分周器26の出力波の位相θr1との位相誤差に応じた電圧を第1のループフィルタ23に出力する。
 第1のループフィルタ23は、第1の位相比較器22から出力された電圧の直流成分近傍のみを通過させて、直流成分近傍を第1の電圧制御発振器24の発振周波数制御端子24aに出力する。
 第1の電圧制御発振器24は、第1のループフィルタ23から出力された電圧(制御電圧)が発振周波数制御端子24aに与えられると、図7に示すように、制御電圧に応じて発振周波数fo1が変化する発振器である。
 図7は、一例として、第1の電圧制御発振器24の発振周波数制御端子24a及び第2の電圧制御発振器34の発振周波数制御端子34aにおけるそれぞれの制御電圧と発振周波数との関係を示す説明図である。
 第2の発振器31は、第2の位相比較器32、第2のループフィルタ33、第2の電圧制御発振器34、第2の分配器35及び第2の分周器36を備えている。
 第2の発振器31は、フラクショナル-N方式の第2の位相同期発振器であり、PLLを備えている。
 第2の電圧制御発振器34の出力波は、第2の分配器35で分配され、分配後の一方の出力波は、第2の発振器31の出力波として、合成器40に出力される。分配後の他方の出力波は、第2の分周器36に出力される。
 第2の分周器36により分周された分配後の他方の出力波(第2の電圧制御発振器34の出力波)の位相と、基準発振器20の出力波の位相との位相誤差が小さくなるように、発振周波数fo2が変化する。
 第2の位相比較器32は、基準発振器20の出力波の位相θと、第2の分周器36の出力波の位相θr2との位相誤差に応じた電圧を第2のループフィルタ33に出力する。
 第2のループフィルタ33は、第2の位相比較器32から出力された電圧の直流成分近傍のみを通過させて、直流成分近傍を第2の電圧制御発振器34の発振周波数制御端子34aに出力する。
 第2の電圧制御発振器34は、第2のループフィルタ33から出力された電圧(制御電圧)が発振周波数制御端子34aに与えられると、図7に示すように、発振周波数fo2が変化する発振器である。
 合成器40は、第1の分配器25による分配後の一方の出力波と第2の分配器35による分配後の他方の出力波とを合成し、合成後の出力波を出力する。合成器40は、例えば、ウィルキンソン合成器などの電力合成器である。
 第1の制御器41は、第1の分周器26の分周数を制御することで、第1の電圧制御発振器24の発振周波数を制御でき、分周数の制御パターンを変更することで、第1の電圧制御発振器24の出力波の位相を制御できる。
 第2の制御器42は、第2の分周器36の分周数を制御することで、第2の電圧制御発振器34の発振周波数を制御でき、分周数の制御パターンを変更することで、第2の電圧制御発振器34の出力波の位相を制御できる。
 次に、図6に示す位相振幅制御発振装置の動作について説明する。
 基準発振器20は、周波数がfで位相がθの出力波を第1の発振器21及び第2の発振器31のそれぞれに出力する。
 第1の分配器25は、第1の電圧制御発振器24の出力波を分配し、分配後の一方の出力波を合成器40に出力し、分配後の他方の出力波を第1の分周器26に出力する。
 第1の分周器26は、第1の分配器25から分配後の他方の出力波を受けると、出力波をN(Nは2以上の整数)分周し、周波数がfo1/Nで位相がθr1の出力波を第1の位相比較器22に出力する。
 第1の位相比較器22は、基準発振器20の出力波の位相θと、第1の分周器26の出力波の位相θr1とを比較し、位相θと位相θr1との位相誤差(θ-θr1)に応じた電圧(または電流)を第1のループフィルタ23に出力する。
 第1のループフィルタ23は、第1の位相比較器22から位相誤差(θ-θr1)に応じた電圧(または電流)を受けると、電圧(または電流)の直流成分近傍のみを通過させて、直流成分近傍を制御電圧として、第1の電圧制御発振器24の発振周波数制御端子24aに出力する。
 第1の電圧制御発振器24は、第1のループフィルタ23から出力された制御電圧が発振周波数制御端子24aに与えられると、図7に示すように、制御電圧に応じて発振周波数fo1が変化する。
 第1の電圧制御発振器24の発振周波数fo1は、基準発振器20の発振周波数fと同期し、fo1=Nfとなり、第1の電圧制御発振器24の出力波の位相Nθr1は、基準発振器20の出力波の位相θと同期し、θr1=θとなる。
 第2の分配器35は、第2の電圧制御発振器34の出力波を分配し、分配後の一方の出力波を合成器40に出力し、分配後の他方の出力波を第2の分周器36に出力する。
 第2の分周器36は、第2の分配器35から分配後の他方の出力波を受けると、出力波をN分周し、周波数がfo2/Nで位相がθr2の出力波を第2の位相比較器32に出力する。
 第2の位相比較器32は、基準発振器20の出力波の位相θと、第2の分周器36の出力波の位相θr2とを比較し、位相θと位相θr2との位相誤差(θ-θr2)に応じた電圧(または電流)を第2のループフィルタ33に出力する。
 第2のループフィルタ33は、第2の位相比較器32から位相誤差(θ-θr2)に応じた電圧(または電流)を受けると、電圧(または電流)の直流成分近傍のみを通過させて、直流成分近傍を制御電圧として、第2の電圧制御発振器34の発振周波数制御端子34aに出力する。
 第2の電圧制御発振器34は、第2のループフィルタ33から出力された制御電圧が発振周波数制御端子34aに与えられると、図7に示すように、制御電圧に応じて発振周波数fo2が変化する。
 第2の電圧制御発振器34の発振周波数fo2は、基準発振器20の発振周波数fと同期し、fo2=Nfとなり、第2の電圧制御発振器34の出力波の位相Nθr2は、基準発振器20の出力波の位相θと同期し、θr2=θとなる。
 第1の制御器41は、第1の分周器26の分周数Nを制御する。
 第1の制御器41が第1の分周器26の分周数Nを変化させることで、第1のループフィルタ23から第1の電圧制御発振器24の発振周波数制御端子24aに出力される制御電圧が変化し、発振周波数が変化する。
 フラクショナル-N方式では、分周数Nをある周期における平均値Naveで与える。Naveが一定であれば発振周波数は一定である。ここで、周期内における分周数の制御パターンのタイミングをずらすと、発振周波数は一定のまま位相を変化させることができる。例えば、分周数を100、100、100、101とした場合、平均値は、100.25であり、タイミングをずらして100、101、100、100としても、平均値は、100.25である。このとき分周数の制御パターンは、時間軸にオフセットしたパターンであるため、発振周波数は変化せず、位相が変化する。
 第2の制御器42は、第2の分周器36の分周数Nを制御する。
 第2の制御器42が第2の分周器36の分周数Nを変化させることで、第2のループフィルタ33から第2の電圧制御発振器34の発振周波数制御端子34aに出力される制御電圧が変化し、発振周波数が変化する。
 第2の発振器31においても、Naveが一定であれば発振周波数は一定である。周期内における分周数の制御パターンのタイミングをずらすと、発振周波数は一定のまま位相を変化させることができる。
 ここで、第1の制御器41は、第1の分周器26のある周期内における分周数の平均値を一定としたまま、分周数の制御パターンのタイミングをずらす第1の制御パターンの制御を行う。
 第1の制御器41が第1の制御パターンを制御することで、第1の電圧制御発振器24の出力波の周波数f01(=Nf)を変化させることなく、第1の電圧制御発振器24の出力波の位相を移相することができる。
 即ち、第1の制御器41は、分周数の平均値を一定としたまま第1の制御パターンをオフセットするタイミング又は第1の制御パターンをリセットのタイミングを制御する。
 第2の制御器42は、第2の分周器36のある周期内における分周数の平均値を一定としたまま、分周数の制御パターンのタイミングをずらす第2の制御パターンの制御を行う。
 第2の制御器42が第2の制御パターンを制御することで、第2の電圧制御発振器34の出力波の周波数f02(=Nf)を変化させることなく、第2の電圧制御発振器34の出力波の位相を移相することができる。
 即ち、第2の制御器42は、分周数の平均値を一定としたまま第2の制御パターンをオフセットするタイミング又は第2の制御パターンをリセットのタイミングを制御する。
 具体的には、第1の制御器41が、例えば、第1の制御パターンを第1の分周器26に出力するタイミングをΔtだけ早めることで、第1の電圧制御発振器24の出力波の位相をΔθだけ移相することができる。
 第1の制御器41が、例えば、第1の制御パターンを第1の分周器26に出力するタイミングをΔtだけ遅くすることで、第1の電圧制御発振器24の出力波の位相を-Δθだけ移相することができる。
 第2の制御器42が、例えば、第2の制御パターンを第2の分周器36に出力するタイミングをΔtだけ早めることで、第2の電圧制御発振器34の出力波の位相をΔθだけ移相することができる。
 第2の制御器42が、例えば、第2の制御パターンを第2の分周器36に出力するタイミングをΔtだけ遅くすることで、第2の電圧制御発振器34の出力波の位相を-Δθだけ移相することができる。
 第1の制御器41が位相をΔθだけ移相し、第2の制御器42が位相をΔθだけ移相しているとき、合成器40が、第1の分配器25による分配後の出力波と第2の分配器35による分配後の出力波とを合成すると、合成後の出力波の振幅は変化しないが、位相がΔθだけ移相する。これを連続的に行えば、位相変調が可能である。
 第1の制御器41が位相をΔθだけ移相し、第2の制御器42が位相を-Δθだけ移相しているとき、合成器40が、第1の分配器25による分配後の出力波と第2の分配器35による分配後の出力波とを合成すると、合成後の出力波の位相は変化しないが、振幅が変化する。これを連続的に行えば、振幅変調が可能である。
 なお、上記の組合せにより、合成器40による合成後の出力波の位相及び振幅の双方を変えることができ、位相振幅変調が可能である。
 したがって、合成器40は、合成後の出力波として、位相変調信号、振幅変調信号又は位相振幅変調信号を出力することができる。
 以上の実施の形態3は、第1の制御器41が、第1の位相同期発振器の分周数を制御することで、第1の位相同期発振器の出力波の位相を制御し、第2の制御器42が、第2の位相同期発振器の分周数を制御することで、第2の位相同期発振器の出力波の位相を制御するように、位相振幅制御発振装置を構成した。したがって、位相振幅制御発振装置は、合成器40による合成後の出力波の位相及び振幅を制御することができる。
 実施の形態3の位相振幅制御発振装置では、第1の発振器21及び第2の発振器31として、フラクショナル-N方式の位相同期発振器を用いている。第1の発振器21及び第2の発振器31として、フラクショナル-N方式の位相同期発振器を用いる場合、合成器40による合成後の出力波の位相及び振幅の制御の他に、合成後の出力波の周波数も制御することができる。
 また、第1の発振器21及び第2の発振器31として、フラクショナル-N方式の位相同期発振器を用いる場合、第1の制御器41及び第2の制御器42のそれぞれをディジタル回路で構成することができる。
実施の形態4.
 実施の形態3の位相振幅制御発振装置では、基準発振器20の出力波が第1の位相比較器22及び第2の位相比較器32のそれぞれに出力されている。
 実施の形態4では、基準発振器20の出力波が第1の位相比較器22に出力され、第1の分周器26の出力波が第2の位相比較器37に出力されている位相振幅制御発振装置について説明する。
 図8は、実施の形態4による位相振幅制御発振装置を示す構成図である。
 図8Aは、位相制御されている状況下での実施の形態4の位相振幅制御発振装置を示す構成図である。
 図8Bは、振幅制御されている状況下での実施の形態4の位相振幅制御発振装置を示す構成図である。
 図8において、図1及び図6と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
 第2の発振器31は、第2の位相比較器37、第2のループフィルタ33、第2の電圧制御発振器34、第2の分配器35及び第2の分周器36を備えている。
 第2の位相比較器37は、第1の分周器26の出力波の位相θr1と、第2の分周器36の出力波の位相θr2との位相誤差に応じた電圧を第2のループフィルタ33に出力する。
 次に、図8に示す位相振幅制御発振装置の動作について説明する。
 図8に示す位相振幅制御発振装置は、第2の発振器31が、第2の位相比較器32の代わりに、第2の位相比較器37を備えている点でのみ、図6に示す位相振幅制御発振装置と相違している。
 第2の発振器31が、第2の位相比較器37を備えている場合、第1の位相比較器22において、θr1=θとなり、第2の位相比較器37において、θr2=θr1となる。したがって、第1の発振器21は、基準発振器20と同期し、第2の発振器31は、第1の発振器21と同期するため、結果的には、第2の発振器31は、基準発振器20と同期する。
 第1の制御器41及び第2の制御器42の制御自体は、実施の形態3と同様であるため、図8に示す位相振幅制御発振装置は、図6に示す位相振幅制御発振装置と同様に、合成器40による合成後の出力波の位相及び振幅を制御することができる。
 なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
 この発明は、出力波の位相及び振幅を制御する位相振幅制御発振装置に適している。
 1 基準発振器、2 第1の発振器、2a 発振周波数制御端子、3 第2の発振器、3a 発振周波数制御端子、4 合成器、5 第1の制御器、6 第2の制御器、7 分配器、8 第2の発振器、8a 発振周波数制御端子、11~15 合成後の出力波、20 基準発振器、21 第1の発振器、22 第1の位相比較器、23 第1のループフィルタ、24 第1の電圧制御発振器、24a 発振周波数制御端子、25 第1の分配器、26 第1の分周器、31 第2の発振器、32,37 第2の位相比較器、33 第2のループフィルタ、34 第2の電圧制御発振器、34a 発振周波数制御端子、35 第2の分配器、36 第2の分周器、40 合成器、41 第1の制御器、42 第2の制御器。

Claims (11)

  1.  発振周波数を出力する基準発振器と、
     前記基準発振器の発振周波数と発振周波数が同期する第1の発振器と、
     前記基準発振器の発振周波数と発振周波数が同期する第2の発振器と、
     前記第1の発振器の出力波と前記第2の発振器の出力波とを合成する合成器と、
     前記第1の発振器の発振周波数の位相を制御する第1の制御器と、
     前記第2の発振器の発振周波数の位相を制御する第2の制御器とを備え、
     前記第1及び第2の制御器は、前記第1及び第2の発振器におけるそれぞれの発振周波数の位相を同方向に移相する制御を行うことで、前記合成器による合成後の出力波の位相を制御し、前記第1及び第2の発振器におけるそれぞれの発振周波数の位相を逆方向に移相する制御を行うことで、前記合成器による合成後の出力波の振幅を制御することを特徴とする位相振幅制御発振装置。
  2.  前記第1の発振器及び前記第2の発振器のそれぞれは、注入同期発振器であり、
     前記基準発振器の出力波が前記第1及び第2の発振器のそれぞれに注入されることで、前記第1及び第2の発振器におけるそれぞれの発振周波数が前記基準発振器の発振周波数と同期することを特徴とする請求項1記載の位相振幅制御発振装置。
  3.  前記第1の発振器の出力波を分配し、分配後の一方の出力波を前記合成器に出力し、分配後の他方の出力波を前記第2の発振器に出力する分配器を備え、
     前記第1の発振器及び前記第2の発振器のそれぞれは、注入同期発振器であり、
     前記基準発振器の出力波が前記第1の発振器に注入されることで、前記第1の発振器の発振周波数が前記基準発振器の発振周波数と同期し、
     前記分配器から出力された前記他方の出力波が前記第2の発振器に注入されることで、前記第2の発振器の発振周波数が前記第1の発振器の発振周波数と同期することを特徴とする請求項1記載の位相振幅制御発振装置。
  4.  前記第1の制御器は、前記第1の発振器の発振周波数を制御する端子に印加する直流電圧又は電流を制御することで、前記第1の発振器の発振周波数の位相を制御し、
     前記第2の制御器は、前記第2の発振器の発振周波数を制御する端子に印加する直流電圧又は電流を制御することで、前記第2の発振器の発振周波数の位相を制御することを特徴とする請求項1記載の位相振幅制御発振装置。
  5.  前記第1の発振器は、前記合成器に出力する出力波の一部を分周し、分周後の出力波の位相と前記基準発振器の出力波の位相との位相誤差が小さくなるように発振周波数を制御する分数分周方式の第1の位相同期発振器であり、
     前記第2の発振器は、前記合成器に出力する出力波の一部を分周し、分周後の出力波の位相と前記基準発振器の出力波の位相との位相誤差が小さくなるように発振周波数を制御する分数分周方式の第2の位相同期発振器であり、
     前記第1の制御器は、前記第1の位相同期発振器の分周数の制御パターンを制御して、前記第1の位相同期発振器の発振周波数の位相を制御し、
     前記第2の制御器は、前記第2の位相同期発振器の分周数の制御パターンを制御して、前記第2の位相同期発振器の発振周波数の位相を制御することを特徴とする請求項1記載の位相振幅制御発振装置。
  6.  前記第1の位相同期発振器は、
     制御電圧によって発振周波数が変化する第1の電圧制御発振器と、
     前記第1の電圧制御発振器の出力波を分配し、分配後の一方の出力波を前記合成器に出力する第1の分配器と、
     前記第1の分配器による分配後の他方の出力波を分周する第1の分周器と、
     前記基準発振器の出力波の位相と前記第1の分周器の出力波の位相との位相誤差に応じて制御電圧を出力する第1の位相比較器と、
     前記第1の位相比較器から出力された制御電圧を前記第1の電圧制御発振器に出力する第1のループフィルタとを備え、
     前記第2の位相同期発振器は、
     制御電圧によって発振周波数が変化する第2の電圧制御発振器と、
     前記第2の電圧制御発振器の出力波を分配し、分配後の一方の出力波を前記合成器に出力する第2の分配器と、
     前記第2の分配器による分配後の他方の出力波を分周する第2の分周器と、
     前記基準発振器の出力波の位相と前記第2の分周器の出力波の位相との位相誤差に応じて制御電圧を出力する第2の位相比較器と、
     前記第2の位相比較器から出力された制御電圧を前記第2の電圧制御発振器に出力する第2のループフィルタとを備え、
     前記第1の制御器は、前記第1の分周器の分周数の制御パターンを制御し、
     前記第2の制御器は、前記第2の分周器の分周数の制御パターンを制御することを特徴とする請求項5記載の位相振幅制御発振装置。
  7.  前記第1の制御器は、前記第1の分周器の分周数の制御パターンをオフセットさせることで、前記第1の発振器の発振周波数の位相を制御し、
     前記第2の制御器は、前記第2の分周器の分周数の制御パターンをオフセットさせることで、前記第2の発振器の発振周波数の位相を制御することを特徴とする請求項6記載の位相振幅制御発振装置。
  8.  前記第1の発振器は、前記合成器に出力する出力波の一部を分周し、分周後の出力波の位相と前記基準発振器の出力波の位相との位相誤差が小さくなるように発振周波数を制御する分数分周方式の第1の位相同期発振器であり、
     前記第2の発振器は、前記合成器に出力する出力波の一部を分周し、分周後の出力波の位相と前記第1の位相同期発振器による分周後の出力波の位相との位相誤差が小さくなるように発振周波数を制御する分数分周方式の第2の位相同期発振器であり、
     前記第1の制御器は、前記第1の位相同期発振器の分周数の制御パターンを制御して、前記第1の位相同期発振器の発振周波数の位相を制御し、
     前記第2の制御器は、前記第2の位相同期発振器の分周数の制御パターンを制御して、前記第2の位相同期発振器の発振周波数の位相を制御することを特徴とする請求項1記載の位相振幅制御発振装置。
  9.  前記第1の位相同期発振器は、
     制御電圧によって発振周波数が変化する第1の電圧制御発振器と、
     前記第1の電圧制御発振器の出力波を分配し、分配後の一方の出力波を前記合成器に出力する第1の分配器と、
     前記第1の分配器による分配後の他方の出力波を分周する第1の分周器と、
     前記基準発振器の出力波の位相と前記第1の分周器の出力波の位相との位相誤差に応じた制御電圧を出力する第1の位相比較器と、
     前記第1の位相比較器から出力された制御電圧を前記第1の電圧制御発振器に出力する第1のループフィルタとを備え、
     前記第2の位相同期発振器は、
     制御電圧によって発振周波数が変化する第2の電圧制御発振器と、
     前記第2の電圧制御発振器の出力波を分配し、分配後の一方の出力波を前記合成器に出力する第2の分配器と、
     前記第2の分配器による分配後の他方の出力波を分周する第2の分周器と、
     前記第1の分周器により分周された出力波の位相と前記第2の分周器の出力波の位相との位相誤差に応じた制御電圧を出力する第2の位相比較器と、
     前記第2の位相比較器から出力された制御電圧を前記第2の電圧制御発振器に出力する第2のループフィルタとを備え、
     前記第1の制御器は、前記第1の分周器の分周数の制御パターンを制御し、
     前記第2の制御器は、前記第2の分周器の分周数の制御パターンを制御することを特徴とする請求項8記載の位相振幅制御発振装置。
  10.  前記第1の制御器は、一定の周期における前記第1の分周器の分周数の平均値を一定とした第1の制御パターンを前記第1の分周器に出力し、前記第1の制御パターンを制御することで、前記第1の発振器の発振周波数の位相を制御し、
     前記第2の制御器は、一定の周期における前記第2の分周器の分周数の平均値を一定とした第2の制御パターンを前記第2の分周器に出力し、前記第2の制御パターンを制御することで、前記第2の発振器の発振周波数の位相を制御することを特徴とする請求項5記載の位相振幅制御発振装置。
  11.  前記第1及び第2の制御器によって、前記第1及び第2の発振器の発振周波数の位相が制御されることで、前記合成器は、合成後の出力波として、位相変調信号、振幅変調信号又は位相振幅変調信号を出力することを特徴とする請求項1記載の位相振幅制御発振装置。
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