JP5451987B2 - 電圧制御発振器 - Google Patents
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Description
図1は、この発明の実施の形態1に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。図中、1は、基本波周波数において1/2波長となる両端開放の線路共振器を示すブロック、2は、制御電圧によってリアクタンス値が可変である同調回路を示すブロック、3は、反射利得をもつ能動回路を示すブロック、4は、発振出力が取り出される負荷抵抗である。能動回路3は線路共振器1の基本波周波数におけるショート点となる中間位置からθ1の位置にタップ結合で接続され、同調回路2は線路共振器1の基本波周波数におけるショート点となる中間位置からθ2の位置にタップ結合で接続されているのが特徴である。
図6は、この発明の実施の形態2に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。図6では、実施の形態1による電圧制御発振器において、線路共振器1を基本波周波数において1/4波長となる一端が接地、もう一端が開放となる線路共振器5に置換えた構成である。線路共振器5の接地端が、実施の形態1による電圧制御発振器における線路共振器1の中間位置、つまりショート点に対応する。なお、図6において、図1と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。
Zi=jZ0tan(βθ1)=−jZ0cotβ(λ/4+θ1)ここで、Z0は線路の特性インピーダンス、βは位相定数、λは基本波周波数における波長を表す。
つまり、線路長がθ1の先端短絡スタブと線路長が1/4波長よりθ1だけ長い先端開放スタブとは、基本波周波数において等価な入力インピーダンスを有する。したがって、能動回路3側から線路共振器5側をみた反射位相は、図2と同等となる。反射位相は、非常に急峻な周波数特性をもち、低位相雑音の電圧制御発振器が得られる。
図7は、この発明の実施の形態3に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図であり、この発明の実施の形態1による電圧制御発振器において、線路共振器1の長さを基本波周波数においてn/2波長(n:3以上の奇数)とした構成である。図1と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。
この実施の形態3では線路共振器が実施の形態1より大きくなるが、実施の形態1と同様の効果が得られる。
図8は、この発明の実施の形態4による電圧制御発振器の構成を示す構成説明図であり、この発明の実施の形態2による電圧制御発振器において、線路共振器5の長さを基本波周波数において(1/4+n/2)波長(n:2以上の偶数)とした構成である。図6と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。
この実施の形態4では線路共振器が実施の形態2より大きくなるが、実施の形態2と同様の効果が得られる。
図9は、この発明の実施の形態5による電圧制御発振器の構成を示す構成説明図である。実施の形態3による電圧制御発振器において、線路共振器1の中間位置からθ3の位置に、別の同調回路2をさらに設けた構成である。図7と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。それぞれの同調回路2の線路共振器1との結合度合いは、独立にθ2およびθ3のみで決定されるため、θ2とθ3を異なる長さに設定することで、それぞれに異なる同調範囲の設定が可能になり、同調感度が異なる周波数制御手段を得られる効果がある。
図10は、この発明の実施の形態6に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。実施の形態6は、この発明の実施の形態1による電圧制御発振器において、能動回路3と線路共振器1との間に直列に抵抗6を挿入した構成である。図中、図1と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。
図1の電圧制御発振器において、低位相雑音化のためθ1を小さくしていくと、位相の傾きが急峻になり、所望の発振周波数と、所望の発振周波数以外で発振条件を満足する周波数と、の間の周波数間隔が狭くなる。そのため、能動回路の帯域によっては、所望周波数以外の発振条件を満足する周波数で不要な利得をもち、不要発振の原因となる。この不要発振を防止するために、抵抗6を挿入している。
並列共振回路7は、並列共振周波数においてはインピーダンスが大きいため、直列に抵抗6を挿入しても、インピーダンスの変化は小さく、反射損失への影響も小さい。しかし、共振周波数以外においては、抵抗6の影響により損失が大きくなる。そのため、所望周波数での反射損失を変えることなく、所望周波数以外での反射損失を大きくして、不要発振を抑制することができる。
抵抗挿入の効果を示すため、発振条件の計算に用いられるループ特性での比較を行なう。ここで、ループ特性とは、発振器の回路を能動回路と共振回路との間で切断したときの、共振回路側をみたSパラメータと能動回路側をみたSパラメータとの積で表す。このループ特性において、位相が0度、かつ利得が0dBより大きい周波数において、発振器が発振する。
図14は、この発明の実施の形態7に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図であり、この発明の実施の形態1による電圧制御発振器において、能動回路3と線路共振器1との間に、基本波周波数において1/4波長の線路9を介して、一端が接地された並列の抵抗8を挿入した構成である。図中、図1と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。
図15に、図14において能動回路2から共振回路側をみた等価回路を示す。線路共振器1および同調回路2の合成回路は並列共振回路とみなせ、さらに1/4波長の線路9を介することで、全体としてはキャパシタンスが可変である直列共振回路10とみなすことができる。
直列共振回路10は、直列共振周波数においてはインピーダンスが小さいため、一端が接地された並列の抵抗8を接続しても、インピーダンスの変化は小さく、反射損失への影響も小さい。しかし、共振周波数以外においては、一端が接地された並列の抵抗8の影響により損失が大きくなる。そのため、所望周波数での反射損失を変えることなく、所望周波数以外での反射損失を大きくして、不要発振を抑制することができる。
図16は、この発明の実施の形態8に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。実施の形態8は、実施の形態1による電圧制御発振器において、同調回路2と線路共振器1との間に直列に抵抗6を挿入した構成である。図中、図1と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。
図16においては、同調回路が並列共振回路とみなせるので、並列共振周波数においてはインピーダンスが大きいため、直列に抵抗6を挿入しても、インピーダンスの変化は小さく、反射損失への影響も小さい。しかし、共振周波数以外においては、抵抗6の影響により損失が大きくなる。そのため、所望周波数での反射損失を変えることなく、所望周波数以外での反射損失を大きくして、不要発振を抑制することができる。
図17は、この発明の実施の形態9に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。実施の形態9は、実施の形態1による電圧制御発振器において、線路共振器1から同調回路側に基本波周波数において1/4波長隔てた位置に、一端が接地された並列の抵抗8を挿入した構成である。この位置は、図17において、同調回路2の90°インバータ線路2aのバラクタダイオード接続側の線路端に相当する。図中、図1と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。
バラクタダイオード2cとインダクタ2bの直列回路は、ほぼ直列共振器回路とみなせるので、直列共振周波数においてはインピーダンスが小さいため、一端が接地された並列の抵抗8を接続しても、インピーダンスの変化は小さく、反射損失への影響も小さい。しかし、共振周波数以外においては、一端が接地された並列の抵抗8の影響により損失が大きくなる。そのため、所望周波数での反射損失を変えることなく、所望周波数以外での反射損失を大きくして、不要発振を抑制することができる。
図18は、この発明の実施の形態10に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。実施の形態10の電圧制御発振器は、実施の形態6および実施の形態8での抵抗の挿入位置に、抵抗を複数同時に挿入した構成である。図中、抵抗6aと抵抗6bが挿入された抵抗を示している。尚、図中、図1と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。
図19に抵抗を複数同時に挿入したとき(図18の構成に相当)のループ特性の例のグラフを示す。図19から明らかなように、図13に現れていた0.7fo近傍の周波数における不要利得がさらに低減されていることが分かる。
図20は、この発明の実施の形態11に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。実施の形態11の電圧制御発振器は、実施の形態6および実施の形態7での抵抗の挿入位置に、抵抗を複数同時に挿入した構成である。図中、抵抗6と抵抗8が挿入された抵抗を示している。尚、図中、図1と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。
図21は、この発明の実施の形態12に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。この実施の形態12の電圧制御発振器は、実施の形態6および実施の形態9での抵抗の挿入位置に、抵抗を複数同時に挿入した構成である。図中、抵抗6と抵抗8が挿入された抵抗を示している。尚、図中、図1と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。
図22は、この発明の実施の形態13に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。実施の形態13の電圧制御発振器は、実施の形態7および実施の形態8での抵抗の挿入位置に、抵抗を複数同時に挿入した構成である。図中、抵抗8と抵抗6が挿入された抵抗を示している。尚、図中、図1と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。
図23は、この発明の実施の形態14に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。実施の形態14の電圧制御発振器は、実施の形態7および実施の形態9での抵抗の挿入位置に、抵抗を複数同時に挿入した構成である。図中、抵抗8aと抵抗8bが挿入された抵抗を示している。尚、図中、図1と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。
図24は、この発明の実施の形態15に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。実施の形態15の電圧制御発振器は、実施の形態8および実施の形態9での抵抗の挿入位置に、抵抗を複数同時に挿入した構成である。図中、抵抗6と抵抗9が挿入された抵抗を示している。尚、図中、図1と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。
図25は、この発明の実施の形態16に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。実施の形態16の電圧制御発振器は、実施の形態6から実施の形態8での抵抗の挿入位置に、抵抗を複数同時に挿入した構成である。図中、抵抗6aと抵抗8と抵抗6bが挿入された抵抗を示している。尚、図中、図1と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。
図26は、この発明の実施の形態17に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。実施の形態17の電圧制御発振器は、実施の形態6、実施の形態7および実施の形態9での抵抗の挿入位置に、抵抗を複数同時に挿入した構成である。図中、抵抗6と抵抗8aと抵抗8bが挿入された抵抗を示している。尚、図中、図1と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。
図27は、この発明の実施の形態18に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。実施の形態18の電圧制御発振器は、実施の形態6、実施の形態8および実施の形態9での抵抗の挿入位置に、抵抗を複数同時に挿入した構成である。図中、抵抗6aと抵抗6bと抵抗8が挿入された抵抗を示している。尚、図中、図1と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。
図28は、この発明の実施の形態19に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。実施の形態19の電圧制御発振器は、実施の形態7から実施の形態9での抵抗の挿入位置に、抵抗を複数同時に挿入した構成である。図中、抵抗8aと抵抗6と抵抗8bが挿入された抵抗を示している。尚、図中、図1と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。
図29は、この発明の実施の形態20に係わる電圧制御発振器を示す構成説明図である。実施の形態20の電圧制御発振器は、実施の形態6から実施の形態9での抵抗の挿入位置に、抵抗を複数同時に挿入した構成である。図中、抵抗6aと抵抗6bと抵抗8aと抵抗8bが挿入された抵抗を示している。尚、図中、図1と同一またはそれに相当する構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。
Claims (21)
- 線路長が基本波周波数において1/2波長となる両端開放線路からなる線路共振器と、反射利得を有する能動回路と、インダクタとバラクタダイオードとからなる直列共振回路に90°インバータ回路を直列接続して形成され、制御電圧によってリアクタンス値が可変である同調回路と、を備え、
前記能動回路を前記両端開放線路の前記基本波周波数におけるショート位置から所定の位相雑音に基づいて選定された波長分θ1隔てた位置で前記両端開放線路に接続し、前記同調回路を前記両端開放線路の前記基本波周波数におけるショート位置から所定の周波数同調範囲に基づいて選定された波長分θ2隔てた位置で前記両端開放線路に接続したことを特徴とする電圧制御発振器。 - 線路長が基本波周波数において1/4波長となる一端が接地、もう一端が開放の線路からなる線路共振器と、反射利得を有する能動回路と、インダクタとバラクタダイオードとからなる直列共振回路に90°インバータ回路を直列接続して形成され、制御電圧によってリアクタンス値が可変である同調回路と、を備え、
前記能動回路を前記線路の前記接地位置から所定の位相雑音に基づいて選定された波長分θ1隔てた位置で前記線路に接続し、前記同調回路を前記線路の前記接地位置から所定の周波数同調範囲に基づいて選定された波長分θ2隔てた位置で前記線路に接続したことを特徴とする電圧制御発振器。 - 線路長が基本波周波数において1/2波長となる両端開放線路からなる線路共振器と、反射利得を有する能動回路と、インダクタとバラクタダイオードとからなる直列共振回路に90°インバータ回路を直列接続して形成され、制御電圧によってリアクタンス値が可変である第1の同調回路と、インダクタとバラクタダイオードとからなる直列共振回路に90°インバータ回路を直列接続して形成され、制御電圧によってリアクタンス値が可変である第2の同調回路と、を備え、
前記能動回路を前記両端開放線路の前記基本波周波数におけるショート位置から所定の位相雑音に基づいて選定された波長分θ1隔てた位置で前記両端開放線路に接続し、前記第1の同調回路を前記両端開放線路の前記基本波周波数におけるショート位置から所定の周波数同調範囲に基づいて選定された波長分θ2隔てた位置で前記両端開放線路に接続し、前記第2の同調回路を前記両端開放線路の前記基本波周波数におけるショート位置から所定の周波数同調範囲に基づいて選定された波長分θ3隔てた位置で前記両端開放線路に接続したことを特徴とする電圧制御発振器。 - 線路長が基本波周波数において1/4波長となる一端が接地、もう一端が開放の線路からなる線路共振器と、反射利得を有する能動回路と、インダクタとバラクタダイオードとからなる直列共振回路に90°インバータ回路を直列接続して形成され、制御電圧によってリアクタンス値が可変である第1の同調回路と、インダクタとバラクタダイオードとからなる直列共振回路に90°インバータ回路を直列接続して形成され、制御電圧によってリアクタンス値が可変である第2の同調回路と、を備え、
前記能動回路を前記線路の前記接地位置から所定の位相雑音に基づいて選定された波長分θ1隔てた位置で前記線路に接続し、前記第1の同調回路を前記線路の前記接地位置から所定の周波数同調範囲に基づいて選定された波長分θ2隔てた位置で前記線路に接続し、前記第2の同調回路を前記線路の前記接地位置から所定の周波数同調範囲に基づいて選定された波長分θ3隔てた位置で前記線路に接続したことを特徴とする電圧制御発振器。 - 前記線路共振器の線路長を基本波周波数においてn/2波長(nは3以上の奇数)としたことを特徴とする請求項1又は3記載の電圧制御発振器。
- 前記線路共振器の線路長を基本波周波数において(1/4+n/2)波長(nは2以上の偶数)としたことを特徴とする請求項2又は4記載の電圧制御発振器。
- 能動回路と線路共振器との間に直列に接続された抵抗を備えたことを特徴とする請求項1から請求項6のうちのいずれか1項記載の電圧制御発振器。
- 能動回路と線路共振器との間に、前記線路共振器から基本波周波数において1/4波長隔てた位置に接続され、一端が接地された並列の抵抗を備えたことを特徴とする請求項1から請求項6のうちのいずれか1項記載の電圧制御発振器。
- 同調回路と線路共振器との間に直列に接続された抵抗を備えたことを特徴とする請求項1から請求項6のうちのいずれか1項記載の電圧制御発振器。
- 同調回路と線路共振器との間に、前記線路共振器から基本波周波数において1/4波長隔てた前記同調回路内の位置に接続され、一端が接地された並列の抵抗を備えたことを特徴とする請求項1から請求項6のうちのいずれか1項記載の電圧制御発振器。
- 能動回路と線路共振器との間に直列に接続された第1の抵抗と、同調回路と前記線路共振器との間に直列に接続された第2の抵抗とを備えたことを特徴とする請求項1から請求項6のうちのいずれか1項記載の電圧制御発振器。
- 能動回路と線路共振器との間に、前記線路共振器と接続された抵抗と、当該抵抗から基本波周波数において1/4波長隔てた位置に接続され、一端が接地された並列の抵抗とを備えたことを特徴とする請求項1から請求項6のうちのいずれか1項記載の電圧制御発振器。
- 能動回路と線路共振器との間に直列に接続された抵抗と、同調回路と前記線路共振器との間に、前記線路共振器から基本波周波数において1/4波長隔てた前記同調回路内の位置に接続され、一端が接地された並列の抵抗とを備えたことを特徴とする請求項1から請求項6のうちのいずれか1項記載の電圧制御発振器。
- 能動回路と線路共振器との間に、前記線路共振器から基本波周波数において1/4波長隔てた位置に接続され、一端が接地された並列の抵抗と、同調回路と前記線路共振器との間に直列に接続された抵抗とを備えたことを特徴とする請求項1から請求項6のうちのいずれか1項記載の電圧制御発振器。
- 能動回路と線路共振器との間に、前記線路共振器から基本波周波数において1/4波長隔てた位置に接続され、一端が接地された第1の並列の抵抗と、同調回路と前記線路共振器との間に、前記線路共振器から基本波周波数において1/4波長隔てた前記同調回路内の位置に接続され、一端が接地された第2の並列の抵抗とを備えたことを特徴とする請求項1から請求項6のうちのいずれか1項記載の電圧制御発振器。
- 同調回路と線路共振器との間に、前記線路共振器と接続された抵抗と、当該抵抗から基本波周波数において1/4波長隔てた前記同調回路内の位置に接続され、一端が接地された並列の抵抗とを備えたことを特徴とする請求項1から請求項6のうちのいずれか1項記載の電圧制御発振器。
- 能動回路と線路共振器との間に、前記線路共振器と接続された第1の抵抗と、前記第1の抵抗から基本波周波数において1/4波長隔てた位置に接続され、一端が接地された並列の抵抗と、同調回路と前記線路共振器との間に直列に接続された第2の抵抗とを備えたことを特徴とする請求項1から請求項6のうちのいずれか1項記載の電圧制御発振器。
- 能動回路と線路共振器との間に、前記線路共振器と接続された抵抗と、当該抵抗から基本波周波数において1/4波長隔てた位置に接続され、一端が接地された第1の並列の抵抗と、同調回路と前記線路共振器との間に、前記線路共振器から基本波周波数において1/4波長隔てた前記同調回路内の位置に接続され、一端が接地された第2の並列の抵抗とを備えたことを特徴とする請求項1から請求項6のうちのいずれか1項記載の電圧制御発振器。
- 能動回路と線路共振器との間に直列に接続された第1の抵抗と、同調回路と前記線路共振器との間に、前記線路共振器と接続された第2の抵抗と、当該第2の抵抗から基本波周波数において1/4波長隔てた前記同調回路内の位置に接続され、一端が接地された並列の抵抗とを備えたことを特徴とする請求項1から請求項6のうちのいずれか1項記載の電圧制御発振器。
- 能動回路と線路共振器との間に、前記線路共振器から基本波周波数において1/4波長隔てた位置に接続され、一端が接地された第1の並列の抵抗と、同調回路と前記線路共振器との間に、前記線路共振器と接続された抵抗と、当該抵抗から基本波周波数において1/4波長隔てた前記同調回路内の位置に接続され、一端が接地された第2の並列の抵抗とを備えたことを特徴とする請求項1から請求項6のうちのいずれか1項記載の電圧制御発振器。
- 能動回路と線路共振器との間に、前記線路共振器と接続された第1の抵抗と、当該第1の抵抗から基本波周波数において1/4波長隔てた位置に接続され、一端が接地された第1の並列の抵抗と、同調回路と前記線路共振器との間に、前記線路共振器と接続された第2の抵抗と、当該第2の抵抗から基本波周波数において1/4波長隔てた前記同調回路内の位置に接続され、一端が接地された第2の並列の抵抗とを備えたことを特徴とする請求項1から請求項6のうちのいずれか1項記載の電圧制御発振器。
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