電圧制御発振器 - 特開２００４－７０３７

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【発明の名称】	電圧制御発振器
【発明者】	【氏名】川上　憲司【住所又は居所】東京都千代田区丸の内二丁目２番３号　三菱電機株式会社内【氏名】礒田　陽次【住所又は居所】東京都千代田区丸の内二丁目２番３号　三菱電機株式会社内【氏名】坪田　吉弘【住所又は居所】東京都千代田区丸の内二丁目２番３号　三菱電機株式会社内【氏名】濱野　聡【住所又は居所】東京都千代田区丸の内二丁目２番３号　三菱電機株式会社内【氏名】古屋　輝雄【住所又は居所】東京都千代田区丸の内二丁目２番３号　三菱電機株式会社内【氏名】松尾　浩一【住所又は居所】東京都千代田区丸の内二丁目２番３号　三菱電機株式会社内【氏名】田牧　務【住所又は居所】東京都千代田区丸の内二丁目２番３号　三菱電機株式会社内【氏名】鈴木　拓也【住所又は居所】東京都千代田区丸の内二丁目２番３号　三菱電機株式会社内
【要約】	【課題】従来は正の電圧だけしか印加しないため、本来のダイオードの容量変化幅を有効に使いきれないという課題があった。【解決手段】発振素子であるトランジスタ３と、位相調整用のマイクロストリップ線路２０と、共振器５とを備え、前記共振器は、先端開放または先端短絡のマイクロストリップ線路８と、９０度インバータ線路７と、インダクタ６と、前記インダクタにアノード側が直列接続された可変容量ダイオード４と、前記可変容量ダイオードのアノード側に抵抗１１を通じて正の電圧を印加する正の印加電源２と、前記可変容量ダイオードのカソード側に負の電圧を印加する負の印加電源１０と、前記可変容量ダイオードのカソード側に接続された先端開放スタブ９とを有する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給するＤＣ電圧の大きさによって、発振周波数を可変する電圧制御発振器であって、
発振素子であるトランジスタと、
前記トランジスタに接続された位相調整用の第１のマイクロストリップ線路と、
前記第１のマイクロストリップ線路に接続された共振器とを備え、
前記共振器は、
前記第１のマイクロストリップ線路に接続された先端開放または先端短絡の第２のマイクロストリップ線路と、
前記第１のマイクロストリップ線路に接続された９０度インバータ線路と、
前記９０度インバータ線路に接続されたインダクタと、
前記インダクタにアノード側が直列接続された可変容量ダイオードと、
前記可変容量ダイオードのアノード側に抵抗を通じて正の電圧を印加する正の印加電源と、
前記可変容量ダイオードのカソード側に負の電圧を印加する負の印加電源と、
前記可変容量ダイオードのカソード側に接続された先端開放スタブと
を有することを特徴とする電圧制御発振器。
【請求項２】
供給するＤＣ電圧の大きさによって、発振周波数を可変する電圧制御発振器であって、
発振素子であるトランジスタと、
前記トランジスタに接続された位相調整用の第１のマイクロストリップ線路と、
前記第１のマイクロストリップ線路に接続された共振器とを備え、
前記共振器は、
前記第１のマイクロストリップ線路に接続された先端開放または先端短絡の第２のマイクロストリップ線路と、
前記第１のマイクロストリップ線路に接続された９０度インバータ線路と、
前記９０度インバータ線路にカソード側が接続された第１の可変容量ダイオードと、
前記第１の可変容量ダイオードのカソード側に第１の抵抗を通じて負の電圧を印加する第１の負の印加電源と、
前記第１の可変容量ダイオードのアノード側に接続された第１のインダクタと、
前記第１のインダクタに接続された第２のインダクタと、
前記第１及び第２のインダクタの接続点に第２の抵抗を通じて正の電圧を印加する正の印加電源と、
前記第２のインダクタにアノード側が接続された第２の可変容量ダイオードと、
前記第２の可変容量ダイオードのカソード側に負の電圧を印加する第２の負の印加電源と、
前記第２の可変容量ダイオードのカソード側に接続された先端開放スタブと
を有することを特徴とする電圧制御発振器。
【請求項３】
前記正及び負の印加電源は、前記正の印加電源に基づいて正及び負の差動の電圧を生成して、前記可変容量ダイオードに正及び負の電圧を印加する差動電圧発生装置である
ことを特徴とする請求項１又は２記載の電圧制御発振器。
【請求項４】
前記正及び負の印加電源は、前記正の印加電源からの正の電圧を反転して負の電圧を生成し、前記可変容量ダイオードに正及び負の電圧を印加する負電圧発生装置である
ことを特徴とする請求項１又は２記載の電圧制御発振器。
【請求項５】
前記トランジスタの発振周波数のＮ倍波を出力する基本波及びＮ－１倍波反射回路
をさらに備えたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の電圧制御発振器。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロ波及びミリ波帯の無線通信システムや、レーダシステムの送受信機に用いられ、広帯域化を図った電圧制御発振器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電圧制御発振器について図面を参照しながら説明する。図７は、従来の電圧制御発振器の構成を示す図である。
【０００３】
図７において、１は出力端子、２は可変容量ダイオード電圧制御端子、３は発振素子であるトランジスタ、４は可変容量ダイオード、５は共振器、６はインダクタ、７は９０度インバータ線路、８は主共振器、２０は位相調整用のマイクロストリップ線路である。
【０００４】
つぎに、従来の電圧制御発振器の動作について図面を参照しながら説明する。
【０００５】
図８は、従来の電圧制御発振器の動作を示す図であり、ダイオード両端に印加する電圧に対するダイオードの容量値と共振周波数のグラフである。
【０００６】
電圧制御発振器は、負性抵抗を持つ素子に共振器を接続することによりループ利得を作り出し、かつループの位相が同相で重ねあわされることによって電力が増幅され、発振動作を行う。また、これに可変容量ダイオードを接続し、与えるＤＣ電圧により、発振周波数を可変するのが電圧制御発振器である。
【０００７】
図７では、ＦＥＴに所望の周波数の１／２波長を有する先端開放のマイクロストリップ線路の主共振器８が接続され、発振動作を行う。また、インダクタ６および可変容量ダイオード４による直列共振回路を、インバータ７を介して接続することで、共振器５全体が並列共振回路として動作し、電圧制御の発振動作を行う。これらの構成は、１９９８年に開催された「Ａｓｉａ　Ｐａｃｉｆｉｃ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ」のＴＵ３Ａ－１、“Ａ　Ｖ－ｂａｎｄ　ＭＭＩＣ　ＶＣＯ　ｗｉｔｈ　ａ　Ｓｕｂ－Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　ｂｙ　ａ　９０－ｄｅｇｒｅｅ　ｉｎｖｅｒｔｅｒ”の論文中に記載されている。
【０００８】
この電圧制御発振器における発振周波数の帯域は、可変容量ダイオード４に印加する電圧によって容量が変化し、ＬＣの直列共振周波数が変化することにより定義される。
【０００９】
この様子を図８に示す。同図において、１２はダイオード４の両端に印加した電圧に対するダイオードの容量値、１３はＬＣの共振周波数を示す。
【００１０】
可変容量ダイオード４は、図８に示すように、印加する電圧を高めると容量値１２が徐々に小さくなり、共振周波数１３はその平方根の逆数に比例するので高くなる。たとえば、印加電圧が０から５Ｖまで可変できる場合、共振周波数はｆ１からｆ２の値をとることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の電圧制御発振器では、ダイオードの可変容量は、適用するシステムで与えられる電圧値が低い場合、従来は正の電圧だけしか印加しないため、本来のダイオードの容量変化幅を有効に使いきれないという問題点があった。
【００１２】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、１／４波長の先端開放スタブを設けて、ダイオードの一方をＲＦ的には短絡点とし、ＤＣ的には負の電圧を印加することで、ダイオード両端に印加する電圧を高め、発振周波数の可変幅を広げることができる電圧制御発振器を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る電圧制御発振器は、供給するＤＣ電圧の大きさによって、発振周波数を可変する電圧制御発振器であって、発振素子であるトランジスタと、前記トランジスタに接続された位相調整用の第１のマイクロストリップ線路と、前記第１のマイクロストリップ線路に接続された共振器とを備え、前記共振器は、前記第１のマイクロストリップ線路に接続された先端開放または先端短絡の第２のマイクロストリップ線路と、前記第１のマイクロストリップ線路に接続された９０度インバータ線路と、前記９０度インバータ線路に接続されたインダクタと、前記インダクタにアノード側が直列接続された可変容量ダイオードと、前記可変容量ダイオードのアノード側に抵抗を通じて正の電圧を印加する正の印加電源と、前記可変容量ダイオードのカソード側に負の電圧を印加する負の印加電源と、前記可変容量ダイオードのカソード側に接続された先端開放スタブとを有するものである。
【００１４】
この発明の請求項２に係る電圧制御発振器は、供給するＤＣ電圧の大きさによって、発振周波数を可変する電圧制御発振器であって、発振素子であるトランジスタと、前記トランジスタに接続された位相調整用の第１のマイクロストリップ線路と、前記第１のマイクロストリップ線路に接続された共振器とを備え、前記共振器は、前記第１のマイクロストリップ線路に接続された先端開放または先端短絡の第２のマイクロストリップ線路と、前記第１のマイクロストリップ線路に接続された９０度インバータ線路と、前記９０度インバータ線路にカソード側が接続された第１の可変容量ダイオードと、前記第１の可変容量ダイオードのカソード側に第１の抵抗を通じて負の電圧を印加する第１の負の印加電源と、前記第１の可変容量ダイオードのアノード側に接続された第１のインダクタと、前記第１のインダクタに接続された第２のインダクタと、前記第１及び第２のインダクタの接続点に第２の抵抗を通じて正の電圧を印加する正の印加電源と、前記第２のインダクタにアノード側が接続された第２の可変容量ダイオードと、前記第２の可変容量ダイオードのカソード側に負の電圧を印加する第２の負の印加電源と、前記第２の可変容量ダイオードのカソード側に接続された先端開放スタブとを有するものである。
【００１５】
この発明の請求項３に係る電圧制御発振器は、前記正及び負の印加電源を、前記正の印加電源に基づいて正及び負の差動の電圧を生成して、前記可変容量ダイオードに正及び負の電圧を印加する差動電圧発生装置としたものである。
【００１６】
この発明の請求項４に係る電圧制御発振器は、前記正及び負の印加電源を、前記正の印加電源からの正の電圧を反転して負の電圧を生成し、前記可変容量ダイオードに正及び負の電圧を印加する負電圧発生装置としたものである。
【００１７】
この発明の請求項５に係る電圧制御発振器は、前記トランジスタの発振周波数のＮ倍波を出力する基本波及びＮ－１倍波反射回路をさらに備えたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る電圧制御発振器について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る電圧制御発振器の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００１９】
図１において、１は出力端子、２は可変容量ダイオードの正の印加電源、３は発振素子であるトランジスタ、４は可変容量ダイオード、５は共振器、６はインダクタ、７は９０度インバータ線路、８は先端開放または先端短絡のマイクロストリップ線路、２０は位相調整用のマイクロストリップ線路である。
【００２０】
また、同図において、９は発振周波数の１／４波長を有する先端開放スタブ、１０は可変容量ダイオード４の負の印加電源、１１は抵抗である。なお、マイクロストリップ線路８により第１の共振器を構成し、インダクタ６と可変容量ダイオード４により第２の共振器を構成する。
【００２１】
つぎに、この実施の形態１に係る電圧制御発振器の動作について図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図２は、この発明の実施の形態１に係る電圧制御発振器の動作を示す図であり、ダイオード両端に印加する電圧に対する可変容量ダイオードの容量値および共振周波数を模式的に示した図である。
【００２３】
発振動作は、従来例の動作と同様である。可変容量ダイオ－ド４の両端に正の電源２および負の電源１０を印加することにより、ダイオードの容量を変化させる。
【００２４】
システムにおいて、正と負の供給電圧に制限がある場合に従来の正電圧だけでなく、負電圧を印加することにより、ダイオード両端に印加される電圧を大きくすることができる。
【００２５】
たとえば、正負の電圧がプラスマイナス５Ｖまでしか得られない場合、従来の構成であれば０から＋５Ｖまでの電圧しか変化させることができなかったが、両電圧を用いることでダイオードに対しては０から１０Ｖまで変化させることができ、図２において、ｆ１からｆ３まで共振周波数１３を変化させることができるようになる。
【００２６】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る電圧制御発振器について図面を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態２に係る電圧制御発振器の構成を示す図である。
【００２７】
図３において、１は出力端子、２は可変容量ダイオードの正の印加電源、３は発振素子であるトランジスタ、４ａおよび４ｂは可変容量ダイオード、５は共振器、６ａおよび６ｂはインダクタ、７は９０度インバータ線路、８は先端開放または先端短絡のマイクロストリップ線路、２０は位相調整用のマイクロストリップ線路である。
【００２８】
また、同図において、９は発振周波数の１／４波長を有する先端開放スタブ、１０ａおよび１０ｂは可変容量ダイオードの負の印加電源、１１ａおよび１１ｂは抵抗である。なお、マイクロストリップ線路８により第１の共振器を構成し、インダクタ６ａ、６ｂと可変容量ダイオード４ａ、４ｂにより第２の共振器を構成する。
【００２９】
つぎに、この実施の形態２に係る電圧制御発振器の動作について図面を参照しながら説明する。
【００３０】
発振動作は、上記の実施の形態１と同様である。可変容量ダイオ－ド４ａ、４ｂを２つ逆直列に接続することで、ダイオードの低周波雑音をキャンセルする効果がある。これは、従来より用いられている回路構成である。
【００３１】
このような構成においても、それぞれのダイオードに正および負の電圧を印加することにより、上記の実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００３２】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る電圧制御発振器について図面を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態３に係る電圧制御発振器の構成を示す図である。
【００３３】
図４において、１は出力端子、２は可変容量ダイオードの正の印加電源、３は発振素子であるトランジスタ、４は可変容量ダイオード、５は共振器、６はインダクタ、７は９０度インバータ線路、８は先端開放または先端短絡のマイクロストリップ線路、２０は位相調整用のマイクロストリップ線路である。
【００３４】
また、同図において、９は発振周波数の１／４波長を有する先端開放スタブ、１１は抵抗、１５はオペレーショナルアンプ等の差動電圧発生装置である。なお、マイクロストリップ線路８により第１の共振器を構成し、インダクタ６と可変容量ダイオード４により第２の共振器を構成する。
【００３５】
つぎに、この実施の形態３に係る電圧制御発振器の動作について図面を参照しながら説明する。
【００３６】
発振動作は、上記の実施の形態１と同様である。差動電圧発生装置１５は、正の電源２から正および負の差動の電圧を生成し、可変容量ダイオード４に正および負の電圧を印加することにより、上記の実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００３７】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る電圧制御発振器について図面を参照しながら説明する。図５は、この発明の実施の形態４に係る電圧制御発振器の構成を示す図である。
【００３８】
図５において、１は出力端子、２は可変容量ダイオードの正の印加電源、３は発振素子であるトランジスタ、４は可変容量ダイオード、５は共振器、６はインダクタ、７は９０度インバータ線路、８は先端開放または先端短絡のマイクロストリップ線路、２０は位相調整用のマイクロストリップ線路である。
【００３９】
また、同図において、９は発振周波数の１／４波長を有する先端開放スタブ、１１は抵抗、１６は電圧反転回路による負電圧発生装置である。なお、マイクロストリップ線路８により第１の共振器を構成し、インダクタ６と可変容量ダイオード４により第２の共振器を構成する。
【００４０】
つぎに、この実施の形態４に係る電圧制御発振器の動作について図面を参照しながら説明する。
【００４１】
発振動作は、上記の実施の形態１と同様である。負電圧発生装置１６は、正の電源２からの正の電圧を反転して負の電圧を生成し、可変容量ダイオード４に正の印加電源２からの正の電圧と、生成した負の電圧を印加することにより、上記の実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００４２】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係る電圧制御発振器について図面を参照しながら説明する。図６は、この発明の実施の形態５に係る電圧制御発振器の構成を示す図である。
【００４３】
図６において、１は出力端子、２は可変容量ダイオードの正の印加電源、３は発振素子であるトランジスタ、４は可変容量ダイオード、５は共振器、６はインダクタ、７は９０度インバータ線路、８は先端開放または先端短絡のマイクロストリップ線路、２０は位相調整用のマイクロストリップ線路である。
【００４４】
また、同図において、９は発振周波数の１／４波長を有する先端開放スタブ、１０は可変容量ダイオードの負の印加電源、１１は抵抗、１７は基本波及びＮ－１倍波反射回路である。
【００４５】
上記の実施の形態１から４のいずれかに記載された構成の電圧制御発振器において、出力回路に基本波及びＮ－１倍波反射回路１７を設けた構成とし、発振周波数のＮ倍波を出力端子１から出力する。これにより、上記の実施の形態４までの効果を保持したまま、より発振周波数を高めることができる。
【００４６】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係る電圧制御発振器は、以上説明したとおり、供給するＤＣ電圧の大きさによって、発振周波数を可変する電圧制御発振器であって、発振素子であるトランジスタと、前記トランジスタに接続された位相調整用の第１のマイクロストリップ線路と、前記第１のマイクロストリップ線路に接続された共振器とを備え、前記共振器は、前記第１のマイクロストリップ線路に接続された先端開放または先端短絡の第２のマイクロストリップ線路と、前記第１のマイクロストリップ線路に接続された９０度インバータ線路と、前記９０度インバータ線路に接続されたインダクタと、前記インダクタにアノード側が直列接続された可変容量ダイオードと、前記可変容量ダイオードのアノード側に抵抗を通じて正の電圧を印加する正の印加電源と、前記可変容量ダイオードのカソード側に負の電圧を印加する負の印加電源と、前記可変容量ダイオードのカソード側に接続された先端開放スタブとを有するので、発振可能な周波数範囲を広げることができるという効果を奏する。
【００４７】
この発明の請求項２に係る電圧制御発振器は、以上説明したとおり、供給するＤＣ電圧の大きさによって、発振周波数を可変する電圧制御発振器であって、発振素子であるトランジスタと、前記トランジスタに接続された位相調整用の第１のマイクロストリップ線路と、前記第１のマイクロストリップ線路に接続された共振器とを備え、前記共振器は、前記第１のマイクロストリップ線路に接続された先端開放または先端短絡の第２のマイクロストリップ線路と、前記第１のマイクロストリップ線路に接続された９０度インバータ線路と、前記９０度インバータ線路にカソード側が接続された第１の可変容量ダイオードと、前記第１の可変容量ダイオードのカソード側に第１の抵抗を通じて負の電圧を印加する第１の負の印加電源と、前記第１の可変容量ダイオードのアノード側に接続された第１のインダクタと、前記第１のインダクタに接続された第２のインダクタと、前記第１及び第２のインダクタの接続点に第２の抵抗を通じて正の電圧を印加する正の印加電源と、前記第２のインダクタにアノード側が接続された第２の可変容量ダイオードと、前記第２の可変容量ダイオードのカソード側に負の電圧を印加する第２の負の印加電源と、前記第２の可変容量ダイオードのカソード側に接続された先端開放スタブとを有するので、発振可能な周波数範囲を広げることができるという効果を奏する。
【００４８】
この発明の請求項３に係る電圧制御発振器は、以上説明したとおり、前記正及び負の印加電源を、前記正の印加電源に基づいて正及び負の差動の電圧を生成して、前記可変容量ダイオードに正及び負の電圧を印加する差動電圧発生装置としたので、発振可能な周波数範囲を広げることができるという効果を奏する。
【００４９】
この発明の請求項４に係る電圧制御発振器は、以上説明したとおり、前記正及び負の印加電源を、前記正の印加電源からの正の電圧を反転して負の電圧を生成し、前記可変容量ダイオードに正及び負の電圧を印加する負電圧発生装置としたので、発振可能な周波数範囲を広げることができるという効果を奏する。
【００５０】
この発明の請求項５に係る電圧制御発振器は、以上説明したとおり、前記トランジスタの発振周波数のＮ倍波を出力する基本波及びＮ－１倍波反射回路をさらに備えたので、発振周波数を高めることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電圧制御発振器の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る電圧制御発振器の動作を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る電圧制御発振器の構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係る電圧制御発振器の構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態４に係る電圧制御発振器の構成を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態５に係る電圧制御発振器の構成を示す図である。
【図７】従来の電圧制御発振器の構成を示す図である。
【図８】従来の電圧制御発振器の動作を示す図である。
【符号の説明】
１　出力端子、２　正の印加電源、３　トランジスタ、４、４ａ、４ｂ　可変容量ダイオード、５　共振器、６、６ａ、６ｂ　インダクタ、７　９０度インバータ線路、８　先端開放または先端短絡のマイクロストリップ線路、９　先端開放スタブ、１０、１０ａ、１０ｂ　負の印加電源、１１、１１ａ、１１ｂ　抵抗、１５　差動電圧発生装置、１６　負電圧発生装置、１７　Ｎ－１倍波反射回路、２０　位相調整用のマイクロストリップ線路。

【出願人】	【識別番号】０００００６０１３【氏名又は名称】三菱電機株式会社【住所又は居所】東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
【出願日】	平成１４年５月３０日（２００２．５．３０）
【代理人】	【識別番号】１０００５７８７４【弁理士】【氏名又は名称】曾我　道照【識別番号】１００１１０４２３【弁理士】【氏名又は名称】曾我　道治【識別番号】１０００７１６２９【弁理士】【氏名又は名称】池谷　豊【識別番号】１０００８４０１０【弁理士】【氏名又は名称】古川　秀利【識別番号】１０００９４６９５【弁理士】【氏名又は名称】鈴木　憲七【識別番号】１００１１１６４８【弁理士】【氏名又は名称】梶並　順【識別番号】１００１０９２８７【弁理士】【氏名又は名称】白石　泰三
【公開番号】	特開２００４－７０３７（Ｐ２００４－７０３７Ａ）
【公開日】	平成１６年１月８日（２００４．１．８）
【出願番号】	特願２００２－１５７４６３（Ｐ２００２－１５７４６３）