JPH1146116A - 発振器及びそれを用いた発振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で、かつ発振が容易な発振器及びそれを
用いた発振装置を提供する。 【解決手段】 発振器１０は、シリコンバイポーラトラ
ンジスタのような発振用トランジスタ１１が、誘電体基
板上に配置され、そのベースには１／４波長開放端スタ
ブ１２が接続される。また、発振用トランジスタ１１の
コレクタはコンデンサ１３を介して接地される。さら
に、発振用トランジスタ１１のエミッタは帰還容量Ｃ
１、Ｃ２を介してコレクタ及びベースに接続される。こ
の際、１／４波長開放端スタブ１２は、分布定数的に見
ると、接地とみなせるので、この発振器１０はベース接
地となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発振器及びそれを
用いた発振装置に関し、トランジシタのベースあるいは
ゲートに１／４波長開放端スタブが接続されたベース接
地型あるいはゲート接地型の発振器及びそれを用いた発
振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の誘電体共振器を用いた発振器とし
て、例えば図７に示すような回路構成を有するものがあ
る。図７に示した発振器５０は、帯域反射型と呼ばれる
もので、シリコンバイポーラトランジスタのような発振
用トランジスタ５１が、例えば誘電体基板（図示せず）
上に配置され、そのベースにはストリップライン５２が
接続される。ストリップライン５２には、ＤＣカットコ
ンデンサ５３及び終端抵抗５４が順次接続される。ま
た、ストリップライン５２の近傍には、誘電体共振器５
５が配置され、それによって、ストリップライン５２は
誘電体共振器５５と磁気的に結合する。さらに、発振用
トランジスタ５１のコレクタは接地される。また、発振
用トランジスタ５１のエミッタはコレクタ及びベースに
接続される。ここで、終端抵抗５４は、誘電体共振器５
５の共振周波数以外の不要発振を除去する働きをする。
なお、図７において、発振用トランジスタ５１のエミッ
タ・コレクタ間及びエミッタ・ベース間に示されている
容量は、発振用トランジスタ５１の内部容量と浮遊容量
で代用することができるため、一般的には、部品として
は取付けられない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の従来
の誘電体共振器を用いた発振器においては、誘電体共振
器の特定の周波数での共振により発振するため、高周波
帯域でよく用いられるが、誘電体共振器が大きいこと
や、誘電体共振器の磁束を遮断するための金属ケースが
必要となることで大型化するという問題があった。

【０００４】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、小型で、かつ発振が容易な発
振器及びそれを用いた発振装置を提供することを目的と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述する問題点を解決す
るため本発明は、発振用トランジスタと、該発振用トラ
ンジスタのベースあるいはゲートに接続される１／４波
長開放端スタブと、前記発振用トランジスタのコレクタ
あるいはドレインに接続される発振周波数よりも低い共
振周波数を有するコンデンサとを備えることを特徴とす
る。

【０００６】また、前記コンデンサに、高インピーダン
ス線路を直列接続したことを特徴とする。

【０００７】また、前記発振器と１／４波長短絡端スタ
ブからなる共振器とが磁気結合されることを特徴とす
る。

【０００８】本発明の発振器によれば、発振用トランジ
スタと、１／４波長開放端スタブと、コンデンサとで発
振器が構成されるため、発振器の小型化が可能となる。

【０００９】また、本発明の発振装置によれば、発振器
と共振器とを磁気結合させることにより、発振器と共振
器とを互いに共鳴させるため、共振器をほぼ無負荷状態
で共鳴させることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例を説明する。図１は、本発明に係る発振器の第１の
実施例の回路構成図である。発振器１０は、シリコンバ
イポーラトランジスタのような発振用トランジスタ１１
が、例えば誘電体基板（図示せず）上に配置され、その
ベースには１／４波長開放端スタブ１２が接続される。

【００１１】また、発振用トランジスタ１１のコレクタ
はコンデンサ１３を介して接地される。さらに、発振用
トランジスタ１１のエミッタは帰還容量Ｃ１，Ｃ２を介
してコレクタ及びベースに接続される。

【００１２】なお、１／４波長開放端スタブ１２は、分
布定数的に見ると、接地とみなせるので、この発振器１
０はベース接地となる。また、１／４波長開放端スタブ
１２は、ストリップラインあるいはマイクロストリップ
ラインで構成される。

【００１３】さらに、コンデンサ１３は、この発振器１
０の発振周波数ｆｏよりも低い共振周波数ｆｒを有す
る。また、発振用トランジスタ１１のエミッタ・コレク
タ間及びエミッタ・ベース間の帰還容量Ｃ１，Ｃ２は、
例えばこの発振器１０が使用される６ＧＨｚ程度の高周
波においては、微少な容量で良いため、発振用トランジ
スタ１１の内部容量と浮遊容量で代用され、部品として
は取付けられていない。

【００１４】以上の構成で、コンデンサ１３は共振周波
数ｆｒ以上でインダクタンス成分として働くこととな
り、発振器１０はコルピッツ型の発振器となる。したが
って、発振器１０は、１／４波長開放端スタブ１２及び
コンデンサ１３の誘導性リアクタンス成分と、帰還容量
Ｃ１，Ｃ２の容量性リアクタンス成分との合成リアクタ
ンスがゼロとなる周波数で発振が始まり、その発振周波
数ｆｏは、１／４波長開放端スタブ１２とコンデンサ１
３との合成インダクタンスをＬとすると、次のようにな
る。 ２πｆｏ＝１／（Ｌ（Ｃ１＋Ｃ２））^1/2 図２に、発振器１０の周波数特性を示す。この図から、
発振器１０は５．７６６７ＧＨｚの周波数で発振してい
ることがわかる。

【００１５】上述の第１の実施例によれば、発振器が、
バイポーラトランジスタあるいは電界効果トランジスタ
と、１／４波長開放端スタブと、コンデンサとで構成さ
れるため、発振器の小型化が可能となる。

【００１６】また、コンデンサが発振周波数よりも低い
共振周波数を有するため、その共振周波数以上でコンデ
ンサはインダクタンス成分として働くこととなり、発振
器はコルピッツ型の発振器となる。したがって、発振器
の合成インダクタンスがゼロとなる周波数で容易に発振
させることが可能となる。

【００１７】図３は、本発明に係る発振器の第２の実施
例の回路構成図である。発振器２０は、実施例１の発振
器１０（図１）と比較して、トランジスタ１１のコレク
タとグランドとの間に接続されたコンデンサ１３に、高
インピーダンス線路２１が直列接続される点で異なる。

【００１８】上述の第２の実施例によれば、高インピー
ダンス線路２１の長さを調整することにより、第１の実
施例の発振器１０と比較して、１／４波長開放端スタブ
１２とコンデンサ１３と高インピーダンス線路２１との
合成インダクタンスの最適化が容易となる。したがっ
て、発振器２０の発振周波数ｆｏの調整が容易となる。

【００１９】図４は、本発明に係る発振装置の一実施例
の回路構成図である。発振装置３０は、発振器１０（図
１）と共振器３１とで構成される。

【００２０】共振器３１は、１／４波長短絡端スタブ３
２からなる。そして、発振器１０の１／４波長開放端ス
タブ１２とこの共振器３１の１／４波長短絡端スタブ３
２とを磁気結合させることにより、発振器１０と共振器
３１とを磁気結合させることになる。なお、１／４波長
短絡端スタブ３２は、ストリップラインあるいはマイク
ロストリップラインで構成される。

【００２１】以上の構成によって、発振器１０と共振器
３１とを磁気結合させるため、発振器１０と共振器３１
とが互いに共鳴する。したがって、図５に示すように、
発振装置３０では、２つの共振周波数ｆｒ１，ｆｒ２が
得られる。比較のために、発振器１０の特性を破線で示
す。

【００２２】この共振周波数ｆｒ１，ｆｒ２は、発振器
１０と共振器３１との磁気結合の強さによって変化し、
発振装置３０は共振周波数ｆｒ１，ｆｒ２のいずれか一
方で発振する。したがって、発振器１０と共振器３１と
の磁気結合の強さを変えることによって、発振装置３０
の発振周波数を容易に変えることができる。

【００２３】また、発振器１０と共振器３１とを磁気結
合させることにより、発振器１０と共振器３１とを互い
に共鳴させるため、共振器３１をほぼ無負荷状態で共鳴
させることができ、その結果、出力電圧（Ｃａｒｒｉｅ
ｒ）と発振周波数の近傍の雑音電圧（Ｎｏｉｓｅ）の比
であるＣ／Ｎを向上させることができる。

【００２４】すなわち、実験によれば、発振周波数６Ｇ
Ｈｚにおける発振装置３０のＣ／Ｎが−９０．８ｄＢ
と、発振器１０（図１）のＣ／Ｎである−８８．３ｄＢ
と比較して、２．５ｄＢも向上している。

【００２５】上述の第３の実施例によれば、発振器と共
振器とを磁気結合させ、その磁気結合の強さを変えるこ
とにより、発振装置の発振周波数を制御することができ
る。

【００２６】また、発振装置を構成する共振器をほぼ無
負荷状態で共鳴させることができるため、発振装置のＣ
／Ｎを向上させることができ、高Ｃ／Ｎ化が実現でき
る。

【００２７】さらに、図６に示すように、共振器３１の
１／４波長短絡端スタブ３２に、発振周波数調整回路３
３を構成する１／４波長開放端スタブ３４を磁気結合さ
せ、電圧で容量が変化する素子であるバラクタダイオー
ドＶＤによって、発振周波数調整回路３３の容量成分を
制御することにより、発振器１０と共振器３１との磁気
結合の強さを制御すれば、電圧により発振周波数の制御
が可能となり、電圧制御発振器に応用できる。

【００２８】なお、第１〜第３の実施例においては、バ
イポーラトランジスタを用いた場合について説明した
が、電界効果トランジスタを用いた場合も同様の効果が
得られる。

【００２９】また、第３の実施例においては、１つの１
／４波長開放端スタブと１つの１／４波長短絡端スタブ
とが磁気結合する場合について説明したが、１／４波長
開放端スタブと１／４波長短絡端スタブとをそれぞれ複
数個用いて、例えば櫛形に構成し磁気結合させてもよ
い。この場合には、共振周波数が３つ以上となり、発振
器の発振周波数の安定性が増す。

【００３０】さらに、電圧で容量が変化する素子として
バラクターダイオードを用いる場合について説明した
が、ＰＩＮダイオード、トランジスタなどを用いても同
様に電圧制御発振器に応用できる。

【００３１】また、電圧によって誘電率が可変である素
材上に、発振器を形成しても同様に電圧制御発振器に応
用できる。

【００３２】

【発明の効果】請求項１の発振器によれば、発振器が、
発振用トランジスタと、１／４波長開放端スタブと、コ
ンデンサとで構成されるため、発振器の小型化が可能と
なる。

【００３３】また、コンデンサが発振周波数よりも低い
共振周波数を有するため、その共振周波数以上でコンデ
ンサはインダクタンス成分として働くこととなり、発振
器はコルピッツ型の発振器となる。したがって、発振器
の合成インダクタンスがゼロとなる周波数で容易に発振
させることが可能となる。

【００３４】請求項２の発振器によれば、トランジスタ
のコレクタとグランドとの間に接続されたコンデンサ
に、高インピーダンス線路が直列接続されるため、その
高インピーダンス線路の長さを調整することにより、１
／４波長開放端スタブとコンデンサと高インピーダンス
線路との合成インダクタンスの最適化が容易となる。し
たがって、発振周波数の調整が容易となる。

【００３５】請求項３の発振装置によれば、発振器と共
振器とを磁気結合させ、その磁気結合の強さを変えるこ
とにより、発振装置の発振周波数を制御することができ
る。

【００３６】また、共振器がほぼ無負荷状態で共鳴する
ため、発振装置のＣ／Ｎを向上させることができ、高Ｃ
／Ｎ化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の発振器に係る第１の実施例の回路構成
図である。

【図２】図１の発振器の周波数特性を示す図である。

【図３】本発明の発振器に係る第２の実施例の回路構成
図である。

【図４】本発明の発振装置に係る一実施例の回路構成図
である。

【図５】図４の発振装置の周波数特性を示す図である。

【図６】図４の発振装置を電圧制御発振器に応用した場
合の回路構成図である。

【図７】従来の発振器の回路構成を示す図である。

【符号の説明】

１０、２０ 発振器 １１ 発振用トランジスタ １２ １／４波長開放端スタブ １３ コンデンサ ２１ 高インピーダンス線路 ３０ 発振装置 ３１ 共振器 ３２ １／４波長短絡端スタブ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発振用トランジスタと、該発振用トラン
   ジスタのベースあるいはゲートに接続される１／４波長
   開放端スタブと、前記発振用トランジスタのコレクタあ
   るいはドレインに接続される発振周波数よりも低い共振
   周波数を有するコンデンサとを備えることを特徴とする
   発振器。
2. 【請求項２】 前記コンデンサに、高インピーダンス線
   路を直列接続したことを特徴とする請求項１に記載の発
   振器。
3. 【請求項３】 前記発振器と１／４波長短絡端スタブか
   らなる共振器とが磁気結合されることを特徴とする請求
   項１あるいは請求項２に記載の発振器を用いた発振装
   置。