JPH02185121A - マイクロ波帯位相同期発振器 - Google Patents

マイクロ波帯位相同期発振器

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JPH02185121A
JPH02185121A JP1005723A JP572389A JPH02185121A JP H02185121 A JPH02185121 A JP H02185121A JP 1005723 A JP1005723 A JP 1005723A JP 572389 A JP572389 A JP 572389A JP H02185121 A JPH02185121 A JP H02185121A
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JP
Japan
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resonator
oscillator
frequency
phase
vco
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Application number
JP1005723A
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English (en)
Inventor
Takao Goto
隆男 後藤
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [概要] マイクロ波帯無線装置等の送信或いは受信に用いられる
マイクロ波帯位相同期発振器に関し、電圧制御発振器の
制御電圧が変化した場合でも位相雑音特性を劣化させな
いようにすることを目的とし、 基準信号を発生する基準発振器と、該基準発振器の出力
とフィードバック信号との位相を比較する位相比較器と
、該位相比較器で位相比較した時の差分を所定ループ定
数を持って直流電圧として出力するループフィルタと、
該ループフィルタの出力レベルに応じた発振周波数信号
を発生する電圧制御発振器と、該電圧制御発振器の出力
を所定の分周比で分周してその出力を前記フィードバッ
り信号とする分周器とにより構成され、前記電圧制御発
振器の制御電圧に対する発振周波数特性を非線形特性と
するように構成する。
【産業上の利用分野] 本発明はマイクロ波帯無線装置等の送信或いは受信に用
いられるマイクロ波帯位相同期発振器に関する。
従来よりマイクロ波帯無線伝送の分野ではマイクロ波帯
位相同期発振器(Phase  LockLoop  
0scillator  略してPLO)が広く用いら
れてる。この種のPLOでは、基準発振器(例えばpp
m以下の安定度を有する水晶発振器)と等しい安定度を
容易に得ることができる。このため、各種無線機器等に
広く用いられている。特に、近年マイクロ波帯多重無線
の多値化(例えば256QAM方式)に伴い、周囲温度
の変動及び経時変化によっても常に高安定及び低(位相
)雑音特性を実現できるPLOが必要となってきている
[従来の技術J 第5図はPLO(ここでは直接分周方式を示す)の従来
構成例を示す図である。図において、1は基準信号を発
生する基準発振器、2は該基準発振器1の出力とフィー
ドバック信号との位相を比較する位相比較器、3は該位
相比較器2で位相比較した時の差分を所定ループ定数を
持って直流電圧として出力するループフィルタである。
4は該ループフィルタ3の出力レベルに応じたマイクロ
波帯の周波数信号を発生する電圧制御発振器(V。
ltage  Controlled  0scill
ator  VCOと略される)、5は該VCO4の出
力を所定の分周比で分周してその出力を前記フィードバ
ック信号とする分周器である。分周器5には、発振出力
を予め大まかに分周するマイクロ波帯プリスケーラが含
まれている。
このように構成された回路において、基準発振器1から
出力された基準周波数frの信号は、続く位相比較器2
に入り、分周器5からフィードバックされてくる信号と
の位相比較を行う。比較の結果得られた差分信号は、ル
ープフィルタ3に入って直流信号に変換される。変換さ
れた直流信号は制御信号VCとしてVCO4に入り、入
力信号Vcに応じた周波数foの発振を行う。
この発振周波数は、分周器5に入り該分周器5の分周に
より基準発振周波数と等しい周波数となるべく、所定の
分周比Mで分周される。つまり、分周器5の分周比をM
としてfr−fox(1/M)の関係が成立するように
分周比Mを決定する。
分周された分周器5の出力は位相比較器2に入って基準
信号との位相比較が行われる。そして、最終的には位相
比較器2の出力がゼロになるようにVCO4を制御する
一般に、Cバンド以上のvCOでは、高安定。
低雑音特性を実現するために、第6図に示すような主共
振器としてマイクロ波帯で高いQ(8000以上)を有
する誘電体共振器が用いられる。図において、11は誘
電体共振器により実現される主共振器、12は副共振器
である。主共振器11と副共振器12間の結合係数をk
とする。副共振器12側には、可変容量ダイオード(バ
ラクタダイオードともいう)12aが接続されている。
VCO4の発信周波数foは、副共振器12を主共振器
11に磁気的に結合係数にで結合させ、可変容量ダイオ
ード12aの容量を電気的に変化させることによって、
制御可能である。
第7図はこのような回路構成(二重共振回路という)に
より得られるvCOの変調特性の一例を示す図である。
図において、縦軸は発信周波数fO1横軸は制御電圧V
cである。制御電圧Vcに対する発信周波数foの変化
の割合Δfo/ΔVCは変調感度Kv(単位Hz/V)
と呼ばれている。この変調感度Kdは、vCOを変調器
として使用する場合は変調特性の直線性が問題になり、
Vcの値の如何に拘らず一定となることが要求される。
しかしながら、単一の周波数を発信するだけのPLOで
はその直線性はさほど問題とならず、vCOの周囲温度
、経時変化等による変動分を補正できる程度のvCOの
変調感度Kvが得られるように設計される。
[発明が解決しようとする課題] 従来のPLO中のvCOは第7図に示すようなほぼ直線
に近い変調特性を有するように設計されている。ところ
で、可変容量ダイオードの容量CVはダイオードの逆方
向電圧VR(PLOでは制御電圧Vcに対応する)、接
触電位差φ、容量変化率γによって、次式のように表わ
すことができる。
CvOc (V*  +φ)−(1) 従って、逆方向電圧vRの低い方で、つまり制御電圧V
cの小さい方で可変容量ダイオードd容量Cvは増大す
る。このため、その損失が増すこととなり、Cvの性能
指数Qが劣化することになる。また、第6図に示すよう
に可変容量ダイオード12aで構成される副共振器12
は、主共振器11に対する負荷となり、副共振器12の
Qは主共振器のQと比べて低いため、主共振器11と副
共振器12の結合が強い捏、vRの低い方で共振器全体
のQが落ち、位相・雑音特性が劣化するという問題があ
った。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって
、vCOの制御電圧が変化した場合でも位相雑音特性を
劣化させないようにしたマイクロ波帯位相同期発振器を
提供することを目的としている。
[課題を解決するための手段] 第1図は本発明の原理ブロック図である。第5図と同一
のものは、同一の符号を付して示す。図において、第5
図と異なる点は、電圧制御発振器(VCO)として、制
御電圧に対する発振周波数特性を非線形特性とした電圧
制御発振器15を用いた点である。その他の構成例は、
第5図の従来例と同じである。
〔作用J 制御電圧Vcに対する発振周波数特性として第2図のA
2に示すようなVcの小さい領域で変調感度Kdが大と
なるような非線形特性を有するVCOを用いる。PLO
の位相・雑音特性を決定づけるループ定数である固有振
動数ωNは、次式で表わされる。
ωN− ((Kv−Kd)/(r・M))”2  (2)ここで
、Kv;VCOの変換利得 (rad/Vs) Kd;位相比較器2の変換利得 (V/ r a d) τ ;2次アクティブフィルタの時 定数 M ;分周器5の分周比 この式より固有振動数ωNは、/TVに比例することが
分かる。
一方、ω9に対する雑音圧縮特性は第3図に示すように
、ωが高くなる程圧縮効率が向上する。
図において、縦軸は位相・雑音(dB/Hz)、横軸は
VCO15の発振周波数のfoからのオフセット(ずれ
 単位Hz)を示す。曲線A3(対応する固有振動数ω
N+)からA4 (対応する固有振動数ωN2)へと、
オフセット周波数が大きくなる程、位相・雑音は減少し
ている。そこで、Vcが小さくなって雑音時性が低下す
るのを変換利得Kdを第2図に示すように上げてやり、
それにより固有振動数ωを高くしてやることにより、雑
音を圧縮することができる。
[実施例] 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
第4図は本発明の一実施例の要部構成例を示す図で、反
射形の電圧制御発振器(V CO)の回路図を示してい
る。その他のPLOの構成要素は、従来例と全く同様で
ある。図において、20は誘電体共振器(DRと略され
る)である。Llは主共振器用の主共振線路、L2は副
共振器用の副共振線路である。これら主共振線路L1及
び副共振線路L2としては、具体的にはマイクロストリ
ップ線路が用いられる。主共振線路L1の一方の端はコ
ンデンサC1及び抵抗Rの直列回路により接地されてお
り、他方の端には発振用のトランジスタTRが接続され
ている。21は該トランジスタTRにより駆動される整
合回路で、出力を損失なく取り出すためのものである。
副共振線路L2にはコンデンサC2とコイルLの直列回
路が接続されており、コンデンサC2とコイルLとの接
続点には可変容量ダイオード(バラクタダイオードとも
いう)vT)が接続され、該可変容量ダイオードVDの
他端は接地されている。
コイルLの他端には、周波数制御用の制御電圧VCが人
力されている。
誘電体共振器20は主共振線路L1と結合し、共振周波
数ω1の主共振器を構成する。一方、副共振線路L2は
その長さgがλ/4より長いため誘導成分(インダクタ
ンス成分)を有しており、可変容量ダイオードVDと共
に共振周波数ω2の副共振器を構成する。このように、
図に示す回路は主共振器と副共振器とで構成されている
ため、二重共振回路方式のvCOと言われる。このよう
に構成された回路の動作を説明すれば、以下のとおりで
ある。
周波数制御電圧Vcが副共振器側に入力されると、可変
容量ダイオードVDの容量はVcに応じて変化する。こ
の結果、副共振器の発振周波数ω2が変化する。一方、
この副共振器は、誘電体共振器20と結合して図に示す
vCOの発振周波数ω。を変化させる。つまり、副共振
器の発振周波数の変化は主共振周波数ω、を変化させ、
結果としてvCOの発振周波数ω。を変化させることに
なる。
ここで、可変容量ダイオードVDの容量の変化は、(1
)式に示すように制御電圧VC(VR)により変化する
が、Vcが高くなるにつれてその変化量は小さくなる。
従って、通常はリニアな変調特性は得られない。しかし
ながら上述したような二重共振回路の構成を有するvC
Oでは、ω0〉ω、〉ω2の条件下では、良い線形特性
を得ることができる(小検出; “バラクタダイオード
によるガン発振器の周波数変調” 通信学会論(B)、56−B、10.P423(昭48
−10)) 更に、前記条件よりももっと低い副共振器の発振周波数
を選ぶことにより、可変容量ダイオードVDの特性が見
え、第2図のA2のような変調特性を持たせることが可
能になる。
一般的に、VCOの発振周波数が外部条件によって高い
周波数の方へずれ、それを下げるためにVcを小さくす
るようなネガティブフィードバック制御を行うとVCO
の雑音特性が通常は劣化する。しかしながら第4図に示
す実施例によれば、PLOの固有振動数ω9が変調感度
Kdが高くなることにより上がり、この結果第3図に示
すように雑音を圧縮する。従って、常に一定の位相・雑
音特性を得ることができる。
上述の実施例では、電圧制御発振器(VCO)の制御電
圧に対する発振周波数特性を非線形特性とするために、
可変容量ダイオードを用いた。しかしながら、本発明は
これに限るものではなくvCOの制御電圧に対する発振
周波数特性を第2図に示すように非線形特性とすること
ができるものであれば、どのような方式を用いてもよい
[発明の効果] 以上、詳細に説明したように、本発明によればPLO内
の発振周波数を一定にするためにVCOの制御電圧Vc
が変化した場合でも雑音特性を劣化させることなく安定
した発振出力を得ることができるマイクロ波帯位相同期
発振器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理ブロック図、 第2図はvCOの変調特性例を示す図、第3図はPLO
の位相雑音特性を示す図、134図は本発明の一実施例
の要部構成例を示す図、 第5図は位相同期発振器の従来構成例を示す図、第6図
は電圧制御部の等価回路例を示す図、第7図はvCOの
変調特性例を示す図である。 第1図において、 1は基準発振器、 2は位相比較器、 3はループフィルタ、 5は分周器、 15は電圧制御発振器である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基準信号を発生する基準発振器(1)と、該基準
    発振器(1)の出力とフィードバック信号との位相を比
    較する位相比較器(2)と、該位相比較器(2)で位相
    比較した時の差分を所定ループ定数を持って直流電圧と
    して出力するループフィルタ(3)と、 該ループフィルタ(3)の出力レベルに応じた発振周波
    数信号を発生する電圧制御発振器(15)と、 該電圧制御発振器(15)の出力を所定の分周比で分周
    してその出力を前記フィードバック信号とする分周器(
    5)とにより構成され、 前記電圧制御発振器(15)の制御電圧に対する発振周
    波数特性を非線形特性としたことを特徴とするマイクロ
    波帯位相同期発振器。
  2. (2)前記電圧制御発振器(15)として主共振器と副
    共振器を用いた二重共振回路方式を用い、発振特性を誘
    電体共振器と可変容量ダイオードからなる二重共振回路
    の副共振周波数、結合度を変えることにより非線形とし
    たことを特徴とする請求項1記載のマイクロ波帯位相同
    期発振器。
JP1005723A 1989-01-12 1989-01-12 マイクロ波帯位相同期発振器 Pending JPH02185121A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100563595B1 (ko) * 2002-03-21 2006-03-23 주식회사 서일하이텍 유전체 공진기를 이용한 고주파신호 발생기

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100563595B1 (ko) * 2002-03-21 2006-03-23 주식회사 서일하이텍 유전체 공진기를 이용한 고주파신호 발생기

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