JP2012213089A

JP2012213089A - 帰還型発振装置

Info

Publication number: JP2012213089A
Application number: JP2011078307A
Authority: JP
Inventors: Hajime Kurosawa; 肇黒澤; Sachiyuki Ishida; 祥之石田
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Furukawa Automotive Systems Inc
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Furukawa Automotive Systems Inc
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2012-11-01

Abstract

【課題】設計および製造が容易で、装置のサイズが小さい帰還型発振装置を提供すること。
【解決手段】帰還型発振装置１において、入力端子から入力された信号を増幅して出力端子から出力するバイポーラトランジスタ１０と、マイクロストリップラインによって構成され、バイポーラトランジスタの出力端子と入力端子とを結合して出力端子から入力端子に所定の周波数の信号を帰還してバイポーラトランジスタを発振させる結合回路１５と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、帰還型発振装置に関するものである。

特許文献１には、電界効果トランジスタのゲート端子にマイクロストリップラインを介して誘電体共振器を結合させた発振装置が開示されている。

特開２００６−４２０１０号公報

ところで、特許文献１に記載された技術では、誘電体共振器を動作させるためには、誘電体共振器をシールドケース（キャビティ）によってシールドする必要がある。誘電体共振器自体のサイズもある程度大きいことから、このような誘電体共振器とシールドケースは基板上の大きなスペースを占有するため、回路規模が大きくなるという問題点がある。

また、特許文献１に記載された発振装置の発振周波数は、前述したシールドケースの形状、誘電体共振器の形状、電界効果トランジスタに流す電流、誘電体共振器とマイクロストリップラインとの結合度等によって変化することから、調整のパラメータが非常に多く、また、個々の部品のバラツキも大きいため、設計および製造に時間と労力を要するという問題がある。

そこで、本発明は設計および製造が容易で、装置のサイズが小さい帰還型発振装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、帰還型発振装置において、入力端子から入力された信号を増幅して出力端子から出力するバイポーラトランジスタと、マイクロストリップラインによって構成され、前記バイポーラトランジスタの前記出力端子と前記入力端子とを結合して前記出力端子から前記入力端子に所定の周波数の信号を帰還して前記バイポーラトランジスタを発振させる結合回路と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、設計および製造が容易で、装置のサイズが小さい帰還型発振装置を提供することができる。

また、他の発明は、上記発明に加えて、前記出力端子および前記入力端子は前記バイポーラトランジスタのそれぞれコレクタ端子およびベース端子であり、前記結合回路は前記コレクタ端子および前記ベース端子をマイクロストリップラインによって結合し、前記コレクタ端子から前記ベース端子へ前記所定の周波数の信号を帰還することを特徴とする。
このような構成によれば、熱雑音が少なく、また、位相雑音特性が良好な帰還型発振装置を提供することができる。

また、他の発明は、上記発明に加えて、前記結合回路に接続され、印加される電圧に応じて前記結合回路が有する容量成分を変化させることで前記発振周波数を調整するバラクタダイオードを有することを特徴とする。
このような構成によれば、発振周波数を容易かつ広帯域に調整することができる。

本発明によれば、設計および製造が容易で、装置のサイズが小さい帰還型発振装置を提供することが可能となる。また、機構的な制約がほとんど無い回路規模が小さく省スペース化にて構成可能である事は勿論の事、回路構成が自己完結している帰還型発振回路は、特に位相同期をする必要が無い車載レーダ等に用いた場合には有効的である。

本発明の実施形態に係る帰還型発振装置の構成例を示す回路図である。

次に、本発明の実施形態について説明する。

（Ａ）実施形態の構成の説明
図１は、本発明の実施形態に係る帰還型発振装置の構成例を示す回路図である。この図１に示すように、帰還型発振装置１は、バイポーラトランジスタ１０、抵抗素子１１〜１３、キャパシタ素子１４、結合回路１５、および、バラクタダイオード１６を有している。

ここで、バイポーラトランジスタ１０は、コレクタ端子が電源Ｖｃ、抵抗素子１１の一端、および、結合回路１５の端子Ｃに接続され、ベース端子が結合回路１５の端子Ａ、抵抗素子１１の他端、および、抵抗素子１２の一端に接続され、エミッタ端子が抵抗素子１３およびキャパシタ素子１４の一端に接続されている。抵抗素子１１は一端がコレクタ端子、電源Ｖｃ、および、結合回路１５の端子Ｃに接続され、他端がバイポーラトランジスタ１０のベース端子、結合回路１５の端子Ａ、および、抵抗素子１２の一端に接続されている。抵抗素子１２は一端がバイポーラトランジスタ１０のベース端子、抵抗素子１１の他端、および、結合回路１５の端子Ａに接続され、他端が接地されている。抵抗素子１３は一端がバイポーラトランジスタ１０のエミッタ端子およびキャパシタ素子１４の一端に接続され、他端が接地されている。キャパシタ素子１４は一端がバイポーラトランジスタ１０のエミッタ端子および抵抗素子１３の一端に接続され、他端が接地されている。なお、抵抗素子１１〜１３は、電流帰還バイアス回路を構成し、抵抗素子１１，１２によって電源Ｖｃが分圧された電圧がベース端子に印加され、抵抗素子１３はエミッタ端子に流れる電流に応じた電圧を生じ、負帰還動作を行う。キャパシタ素子１４は、交流成分に対するバイパスコンデンサとして機能する。

結合回路１５は、マイクロストリップラインによって構成される結合回路であり、例えば、ウィルキンソン型、ブランチライン型、分布結合型、または、ラットレース型結合回路によって構成される。ここで、結合回路１５の端子Ａはバイポーラトランジスタ１０のベース端子、抵抗素子１１の他端、および、抵抗素子１２の一端に接続され、端子Ｂは出力端子とされ、端子Ｃはバイポーラトランジスタ１０のコレクタ端子、電源Ｖｃ、および、抵抗素子１１の一端に接続され、端子Ｄはバラクタダイオード１６のカソード端子および電源Ｖｆに接続されている。結合回路１５は、端子Ｃから端子Ａへ発振周波数の信号を選択的に通過するように、これらの間で誘導性および容量性の結合を行っている。これにより、バイポーラトランジスタ１０のコレクタ端子からベース端子に向けて、発振周波数の信号を帰還させて発振を励起および持続する。端子Ｂは、端子Ｃに印加された信号の一部を出力する。端子Ｄは、端子Ｃと端子Ａの間の容量性の結合に対して、バラクタダイオード１６が有する容量成分を追加的に結合させることにより、端子Ｃと端子Ａの間の容量成分を変化させ、発振周波数を調整する。

バラクタダイオード（Varactor Diode）１６は、カソード端子に印加される電圧Ｖｆによってその静電容量が変化するダイオードであり、アノード端子が接地され、カソード端子が電源Ｖｆおよび結合回路１５の端子Ｄに接続されている。

電源Ｖｃは、バイポーラトランジスタに対して電源電圧を供給する。電源Ｖｆは、バラクタダイオード１６に電圧を印加し、その容量を変化させることにより、発振周波数を変更する。

（Ｂ）実施形態の構成の説明
つぎに、図１に示す実施形態の動作について説明する。電源Ｖｃの供給が開始されると、電流帰還回路を構成する抵抗素子１１〜１３に電圧が印加され、バイポーラトランジスタ１０に対してバイアス電圧が供給されてバイポーラトランジスタ１０が動作可能の状態になる。

バイポーラトランジスタ１０が動作可能の状態になると、コレクタ端子には、ノイズ成分を含む信号（例えば、ホワイトノイズ成分）が出力される。このコレクタ端子に現れた信号は、結合回路１５の端子Ｃに印加される。結合回路１５は、端子Ｃに印加された信号のうち、発振周波数に対応する信号を選択的に端子Ａに出力するので、コレクタ端子からベース端子に対して信号が帰還される。このとき、帰還される信号は、所定の周波数において入力信号と同位相となるように帰還（正帰還）がなされるので、バイポーラトランジスタ１０はこの周波数において発振が励起される。そして、コレクタ端子から出力された発振信号は、結合回路１５の端子Ｂを介して取り出すことができる。なお、発振周波数は、結合回路１５の端子Ｃと端子Ａの間の結合に係るパラメータ、すなわち、容量性および誘導性のパラメータによって決定される。これらのパラメータは、結合回路１５を構成するマイクロストリップラインの物理的な長さ、幅、距離等によって一意に定まるので、発振周波数の安定性が高い。また、設計時には結合回路１５を構成するマイクロストリップラインの物理的な長さ、幅、距離等を計算することで、所望の周波数を得ることができるので、設計を容易に行うことができる。

なお、電源Ｖｆの電圧を調整することにより、バラクタダイオード１６の容量を変化させ、結合回路１５の端子Ｃと端子Ａの間の結合に係るパラメータのうち、容量性のパラメータを変化させることで、発振周波数を調整することができる。

以上に説明したように、本実施形態では、マイクロストリップラインによる結合回路１５を用いて発振装置を構成するようにしたので、誘電体共振器を使用する場合に比較して、結合回路１５自体のサイズが誘電体共振器に比較して小さく、また、シールドケース等を使用しなくてもよいので、回路のサイズを縮小するとともに、構造を簡略化することができる。

また、結合回路１５は、マイクロストリップラインを用いて構成していることから、マイクロストリップラインの物理的な長さ、幅、距離等を調整することにより、発振周波数およびＱ値を設定できることから、設計を容易に行うことができる。また、これらのパラメータは、温度等による変化が少ないことから、安定した発振状態を得ることができる。さらに、マイクロストリップラインは、エッチングによって形成することができ、その加工精度は一般に高いことから、発振周波数を精度よく設定することができる。

また、以上の実施形態では、増幅素子としてバイポーラトランジスタ１０を用いていることから、例えば、ＧａＡｓ等の増幅素子を用いる場合に比較して、熱雑音を低減することができ、また、これによって位相雑音特性を改善することができる。また、例えば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）やＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）を用いる場合には、ゲート端子にマイナス電源を印加する必要があるので、正負２系統の電源が必要になるが、バイポーラトランジスタを用いる場合には１系統の電源だけでよいので、電源を簡略化することで回路構成を簡略化することができる。

また、以上の実施形態では、誘電体共振器およびシールドケースを使用する必要がなく、また、高い周波数での安定した発振が可能となることから、特に、携帯無線通信装置や車載レーダなど小型化の望まれる装置に使用する場合に好適である。

（Ｄ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、バラクタダイオード１６を付加して発振周波数を調整可能としたが、バラクタダイオード１６は除外するようにしてもよい。その場合、電源Ｖｆおよび結合回路１５の端子Ｄは除外することができる。

また、以上の実施形態では、バイポーラトランジスタ１０のバイアス回路としては、電流帰還バイアス回路を用いるようにしたが、これ以外にも、例えば、固定バイアス回路または自己バイアス回路を用いることも可能である。

また、以上の実施形態では、バイポーラトランジスタ１０としてＮＰＮ型のトランジスタを用いているが、高周波用としてはキャリアの移動度の大きなＮＰＮ型が用いられる。

１帰還型発振装置
１０バイポーラトランジスタ
１１〜１３抵抗素子
１４キャパシタ素子
１５結合回路
１６バラクタダイオード

Claims

帰還型発振装置において、
入力端子から入力された信号を増幅して出力端子から出力するバイポーラトランジスタと、
マイクロストリップラインによって構成され、前記バイポーラトランジスタの前記出力端子と前記入力端子とを結合して前記出力端子から前記入力端子に所定の周波数の信号を帰還して前記バイポーラトランジスタを発振させる結合回路と、
を有することを特徴とする帰還型発振装置。
前記出力端子および前記入力端子は前記バイポーラトランジスタのそれぞれコレクタ端子およびベース端子であり、
前記結合回路は前記コレクタ端子および前記ベース端子をマイクロストリップラインによって結合し、前記コレクタ端子から前記ベース端子へ前記所定の周波数の信号を帰還する、
ことを特徴とする請求項１記載の帰還型発振装置。
前記結合回路に接続され、印加される電圧に応じて前記結合回路が有する容量成分を変化させることで前記発振周波数を調整するバラクタダイオードを有することを特徴とする請求項１または２に記載の帰還型発振装置。