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【発明の名称】 マイクロ波発振器
【発明者】 【氏名】石原　和弘
【住所又は居所】東京都千代田区九段南４丁目７番１５号　健和ビル　日本電業工作株式会社内
【要約】 【課題】発振周波数以外の周波数域において負性抵抗を減少させ、不要な発振を防止し、安定して発振させることが可能なマイクロ波発振器を提供する。

【解決手段】トランジスタのコレクタに接続され、発振周波数でコレクタを高周波的に接地する先端開放線路と、一端がトランジスタのコレクタに接続され、他端が接地される抵抗器と、一端がトランジスタのエミッタに接続され、他端に負電圧が印加される第１の線路と、一端がトランジスタのエミッタに接続され、他端が出力端となり、トランジスタのエミッタから見て発振周波数で高インピーダンスとなる出力結合回路と、一端がトランジスタのベースに接続され、他端にバイアス電圧が印加される第２の線路と、発振周波数を決定する共振器と、共振器に結合されるとともに、一端がトランジスタのベースに接続され、他端が直流阻止コンデンサを介して終端抵抗器に接続される第３の線路とを有する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランジスタ（１）と、
前記トランジスタ（１）のコレクタに接続され、発振周波数で前記コレクタを高周波的に接地する先端開放線路（２）と、
一端が前記トランジスタ（１）のコレクタに接続され、他端が接地される抵抗器（３）と、
一端が前記トランジスタ（１）のエミッタに接続されるとともに、他端に負電圧が印加され、前記発振周波数の電流の通過を阻止するチョークコイルとして機能する第１の線路（４）と、
一端が前記トランジスタ（１）のエミッタに接続されるとともに、他端が出力端となり、前記トランジスタ（１）のエミッタから見て発振周波数で高インピーダンスとなる出力結合回路（５）と、
一端が前記トランジスタ（１）のベースに接続されるとともに、他端にバイアス電圧が印加され、前記発振周波数の電流の通過を阻止するチョークコイルとして機能する第２の線路（７）と、
発振周波数を決定する共振器（８）と、
前記共振器（８）に結合されるとともに、一端が前記トランジスタ（１）のベースに接続され、他端が直流阻止コンデンサ（１０）を介して終端抵抗器（１１）に接続される第３の線路（９）とを有し、
λｏを前記発振周波数の波長とするとき、前記先端開放線路（２）の長さ（Ｌ）が、０．５×λｏ／４≦Ｌ≦１．２×λｏ／４を満足することを特徴とするマイクロ波発振器。
【請求項２】
前記抵抗器（３）の他端に正電圧を印加するとともに、前記抵抗器（３）の他端をコンデンサ（１２）を介して接地し、
前記第１の線路（４）の他端を接地したことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波発振器。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波発振器に係わり、特に、アップ、ダウンコンバータなどの周波数変換器の基準発振器に使用されるマイクロ波発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来のコレクタ接地型マイクロ波発振器の回路構成を示す回路図である。
図５に示す従来のマイクロ波発振器は、コレクタ接地型増幅回路を構成するｎｐｎトランジスタ（以下、トランジスタと称する。）１を使用し、正帰還回路としてトランジスタの内部容量を利用した変形コルピッツ回路である。
図５に示す従来のマイクロ波発振器では、ｎｐｎトランジスタ１のコレクタが接地される。
トランジスタ１のエミッタには、他端に負電圧（ＶＥＥ）が印加され、発振周波数の電流の通過を阻止するチョークコイルとして機能する線路４と、トランジスタ１のエミッタから見て発振周波数で高インピーダンスとなる出力結合回路５とが接続される。出力結合回路５の他端は、直流阻止コンデンサ６を介して出力端に接続される。
また、トランジスタ１のベースには、他端にバイアス電圧（ＶＢ）が印加され、発振周波数の電流の通過を阻止するチョークコイルとして機能する線路７と、発振周波数を決定する共振器（例えば、誘電体共振器など）８に結合される線路９とが接続される。
この線路９の他端は、直流阻止コンデンサ１０を介して終端抵抗器１１に接続される。
【０００３】
変形コルピッツ回路は、よく知られているように、ＬＣ共振回路の損失を増幅器の負性抵抗で相殺して発振を持続させる発振回路である。
図５に示す変形コルピッツ回路では、増幅器の負性抵抗として、コレクタ接地型増幅回路を構成するトランジスタ１の負性抵抗を利用している。
即ち、図５に示す従来のマイクロ波発振器では、トランジスタ１のエミッタに接続され、トランジスタ１のエミッタから見て発振周波数で高インピーダンスとなる出力結合回路５により、トランジスタ１のベースからみた負性抵抗が発振周波数で大きくなるように動作させ、トランジスタのベースに接続された線路９と結合する共振器８により発振させる。
なお、発振周波数は、線路９のトランジスタｌのベースから見た位相が１８０°で、共振器８で反射された信号が、トランジスタ１のベースに正帰還される周波数で決定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示す従来のマイクロ波発振器において、発振状態においては、トランジスタ１のコレタタを高周波的（または、交流的）に接地する必要があるが、発振周波数が高い場合には寄生インピーダンスのため高周波的に接地するのが難しく、不要な周波数で発振しやすいという問題点があった。
特に、発振周波数が、トランジスタ１のトランジション周波数（ｆＴ）に近い場合で、安定な発振を行わせるために、トランジスタ１の負性抵抗を大きくすると、図６に示すように、低い周波数域でも負性抵抗が極めて大きくなってしまい、不要な発振を起してしまうという間題があった。
なお、図６は、図５に示す回路におけるトランジスタ１の負性抵抗の状態の一例を示す図である。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、発振周波数以外の周波数域において負性抵抗を減少させ、不要な発振を防止し、安定して発振させることが可能となるマイクロ波発振器を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
即ち、本発明は、マイクロ波発振器であって、トランジスタ（１）と、前記トランジスタ（１）のコレクタに接続され、発振周波数で前記コレクタを高周波的に接地する先端開放線路（２）と、一端が前記トランジスタ（１）のコレクタに接続され、他端が接地される抵抗器（３）と、一端が前記トランジスタ（１）のエミッタに接続されるとともに、他端に負電圧が印加され、前記発振周波数の電流の通過を阻止するチョークコイルとして機能する第１の線路（４）と、一端が前記トランジスタ（１）のエミッタに接続されるとともに、他端が出力端となり、前記トランジスタ（１）のエミッタから見て発振周波数で高インピーダンスとなる出力結合回路（５）と、一端が前記トランジスタ（１）のベースに接続されるとともに、他端にバイアス電圧が印加され、前記発振周波数の電流の通過を阻止するチョークコイルとして機能する第２の線路（７）と、発振周波数を決定する共振器（８）と、前記共振器（８）に結合されるとともに、一端が前記トランジスタ（１）のベースに接続され、他端が直流阻止コンデンサ（１０）を介して終端抵抗器（１１）に接続される第３の線路（９）とを有し、λｏを前記発振周波数の波長とするとき、前記先端開放線路（２）の長さ（Ｌ）が、０．５×λｏ／４≦Ｌ≦１．２×λｏ／４を満足する。
また、本発明は、前記抵抗器（３）の他端に正電圧を印加するとともに、前記抵抗器（３）の他端をコンデンサ（１２）を介して接地し、前記第１の線路（４）の他端を接地する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［実施の形態１］
図１は、木発明の実施の形態のマイクロ波発振器の回路構成を示す回路図である。
本実施の形態のマイクロ波発振器は、トランジスタ１のコレクタに、発振周波数でトランジスタ１のコレクタを高周波的に接地する先端開放線路２と、他端に接地電圧が印加される抵抗器３とを接続した点で、図５に示す従来のマイクロ波発振器と相違する。
以下、本実施の形態のマイクロ波発振器を、図５に示す従来のマイクロ波発振器との相違点を中心に説明する。
【０００７】
なお、図１に示すマイクロ波発振器において、トランジスタ１のエミッタに接続され、他端に負電圧（ＶＥＥ）が印加される線路４が、本発明の第１の線路を意味する。
また、トランジスタ１のベースに接続され、他端にバイアス電圧（ＶＢ）が印加される線路７が、本発明の第２の線路を意味する。
なお、前述したように、線路４と線路７とは、発振周波数の電流の通過を阻止するチョークコイルとして機能する。
さらに、トランジスタ１のベースに接続される線路９が、本発明の第３の線路を意味する。
なお、トランジスタ１のエミッタから見て発振周波数で高インピーダンスとなる出力結合回路５は、長さ（Ｌ）が約（λｏ／４）である。ここで、λｏは、発振周波数の波長である。
前述したように、本実施の形態のマイクロ波発振器においても、発振周波数は、線路９のトランジスタｌのベースから見た位相が１８０°で、共振器８で反射された信号が、トランジスタ１のベースに正帰還される周波数で決定される。
【０００８】
前述したように、図１に示す変形コルピッツ回路が、発振器として動作するためには、正帰還される周波数において、トランジスタ１が負性抵抗を示すことが必要である。
しかしながら、発振周波数が、トランジスタ１のトランジション周波数（ｆＴ）近辺になると、トランジスタ１の内部インダクタンスなどの寄生インピータンスのため、トランジスタ１の内部での帰還が不十分となり、発振に必要な負性抵抗が得られないことがある。
そのため、本実施の形態では、トランジスタ１が、発振周波数で負性抵抗を示すように、トランジスタ１のコレクタに、長さが（λｏ／４）の先端開放線路２を接続し、発振周波数でコレクタを高周波的に最適接地している。
なお、先端開放線路２の長さは、必ずしも（λｏ／４）である必要はなく、先端開放線路２の長さ（Ｌ）は、０．５×λｏ／４≦Ｌ≦１．２×λｏ／４を満足すればよい。
【０００９】
図４は、図１に示す変形コルピッツ回路において、抵抗器３を省略し、先端開放線路２により、コレクタを高周波的に接地した場合の、トランジスタ１の負性抵抗の状態の一例を示す図である。
図４に示すように、図１に示す変形コルピッツ回路において、抵抗器３を省略し、先端開放線路２によりコレクタを高周波的に接地した場合には、トランジスタ１の負性抵抗として、発振周波数領域において所定の負性抵抗が得られるが、発振周波数以外の周波数域（発振周波数よりも低い周波数領域）でも不要の負性抵抗が発生する。
そのため、他端にバイアス電圧が印加される線路７、あるいは、回路の寄生インピーダンスにより、発振周波数以外の周波数で不要な発振を起こす場合がある。
本実施の形態では、この不要発振を防止するために、この不要発振を引き起こす発振周波数領域以外の周波数域での負性抵抗を消滅させる目的で、トランジスタ１のコレクタに、他端が接地された抵抗器３を接続するようにしている。
【００１０】
図３は、本実施の形態のトランジスタ１の負性抵抗の状態の一例を示す図である。
図３に示すように、本実施の形態では、発振周波数領域においてのみ、トランジスタ１の負性抵抗として所定の負性抵抗が得られる。
即ち、本実施の形態では、発振周波数以外の周波数域（発振周波数よりも低い周波数域）では、所定の負性抵抗が発生することがないので、回路の寄生インピーダンスなどにより、発振周波数以外の周波数で不要な発振が起きるのを防止することが可能となる。
このように、本実施の形態によれば、トランジスタ１のコレクタに接続された先端開放線路２により、発振周波数でコレクタを高周波的に最適接地し、かつ、トランジスタ１のコレクタに接続された抵抗器３により、発振周波数以外の周波数において負性抵抗を減少させるようにしたので、不要発振を防止して、安定して発振させることが可能となる。
【００１１】
［実施の形態２］
図２は、本発明の実施の形態２のマイクロ波発振器の回路構成を示す回路図である。
本実施の形態のマイクロ波発振器は、前述の実施の形態１のマイクロ波発振器において、トランジスタ１のエミッタに一端が接続される線路４の他端を接地し、トランジスタ１のコレクタに一端が接続される抵抗器３の他端に正電圧（ＶＣＣ）を印加するようにしたものである。
一般に、コレクタ接地型増幅回路を構成するトランジスタ１を用い、正帰還回路としてトランジスタの内部容量を利用した変形コルピッツ回路においては、トランジスタ１のコレクタを接地する必要がある。
しかしながら、前述の実施の形態１のマイクロ波発振器では、先端開放線路２により、トランジスタ１のコレクタを高周波的に接地することができるので、トランジスタ１のコレクタに正電圧（ＶＣＣ）を印加することが可能となる。
なお、図２に示すコンデンサ１２は、発振周波数領域以外の周波数を高周波的に接地するためのコンデンサである。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００１２】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明のマイクロ波発振器によれば、トランジスタのコレクタに接続された先端開放線路により、発振周波数でコレクタを高周波的に接地し、かつ、トランジスタのコレクタに接続された抵抗器により、発振周波数以外の周波数において負性抵抗を減少させるようにしたので、不要な発振を防止して、安定して発振させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のマイクロ波発振器の回路構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態２のマイクロ波発振器の回路構成を示す回路図である。
【図３】本発明の実施の形態１のｎｐｎ型トランジスタの負性抵抗の状態の一例を示す図である。
【図４】図１に示す回路において、抵抗器を省略し、先端開放線路によりトランジスタのコレクタを高周波的に接地した場合の、ｎｐｎ型トランジスタの負性抵抗の状態の一例を示す図である。
【図５】従来のコレクタ接地型マイクロ波発振器の回路構成を示す回路図である。
【図６】図５に示す回路における、ｎｐｎ型トランジスタの負性抵抗の状態の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…トランジスタ１、２…先端開放線路、３…抵抗器、４，７…発振周波数の電流の通過を阻止するチョークコイルとして機能する線路、５…出力結合回路、６，１０…直流阻止コンデンサ、８…共振器、９…線路、１１…終端抵抗器、１２…コンデンサ。
【出願人】 【識別番号】０００２３２２８７
【氏名又は名称】日本電業工作株式会社
【住所又は居所】東京都千代田区九段南４丁目７番１５号　健和ビル
【出願日】 平成１４年５月３１日（２００２．５．３１）
【代理人】 【識別番号】１０００８３５５２
【弁理士】
【氏名又は名称】秋田　収喜

【識別番号】１００１０３７４６
【弁理士】
【氏名又は名称】近野　恵一
【公開番号】 特開２００４−７１２５（Ｐ２００４−７１２５Ａ）
【公開日】 平成１６年１月８日（２００４．１．８）
【出願番号】 特願２００２−１５８７６４（Ｐ２００２−１５８７６４）