JPH0685542A - 周波数可変マイクロ波発振器 - Google Patents
周波数可変マイクロ波発振器Info
- Publication number
- JPH0685542A JPH0685542A JP4235471A JP23547192A JPH0685542A JP H0685542 A JPH0685542 A JP H0685542A JP 4235471 A JP4235471 A JP 4235471A JP 23547192 A JP23547192 A JP 23547192A JP H0685542 A JPH0685542 A JP H0685542A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- variable
- frequency
- microwave oscillator
- microwave
- changing
- Prior art date
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- Pending
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- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 低損失で可変幅の広いかつ温度安定な周波数
可変マイクロ波発振器を得る。 【構成】 ２枚の金属平行平板５，５ａの間隔ｄを機械
的変位素子で変えることにより静電容量を変化させる可
変静電容量素子１と低損失インダクタンス素子２を組み
合わせたマイクロ波共振子と負性抵抗回路を組み合わせ
る。また、機械的変位素子として、電気的に制御可能
な、圧電素子、磁歪素子を用いる。また、インダクタン
ス素子を、マイクロストリップラインで構成する。
可変マイクロ波発振器を得る。 【構成】 ２枚の金属平行平板５，５ａの間隔ｄを機械
的変位素子で変えることにより静電容量を変化させる可
変静電容量素子１と低損失インダクタンス素子２を組み
合わせたマイクロ波共振子と負性抵抗回路を組み合わせ
る。また、機械的変位素子として、電気的に制御可能
な、圧電素子、磁歪素子を用いる。また、インダクタン
ス素子を、マイクロストリップラインで構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高周波帯における電子
機器の小型化・高周波化・低電力化に対応して、これら
に用いられる重要部品である周波数可変マイクロ波発振
器の低雑音化・広可変幅化・温度安定化に関する。
機器の小型化・高周波化・低電力化に対応して、これら
に用いられる重要部品である周波数可変マイクロ波発振
器の低雑音化・広可変幅化・温度安定化に関する。
【０００２】
【従来の技術】集積回路の進歩にともない、高周波帯の
電子機器の小型化・高周波化・低電力化が急速に進んで
いる。その中で、周波数可変マイクロ波発振器の高性能
化は他の素子と比較すると遅れていると言える。特に、
１０ＭＨｚから５ＧＨｚ帯において、低損失で可変幅の
広い温度安定な周波数可変マイクロ波発振器の開発が強
く望まれている。これらの要求に答えるものとして、図
９に示すように、半導体ダイオードのＰＮ接合を用いた
可変静電容量素子１’とインダクタンス素子２を組み合
わせた周波数可変マイクロ波発振器が広く用いられてい
る。図９のマイクロ波共振子は可変静電容量素子１’と
インダクタンス素子２の並列接続の場合を示す。３はト
ランジスタにより構成される負性抵抗回路である。端子
４、４ａはマイクロ波の発振出力端子である。本負性抵
抗回路はベースＢ接地のエミッタＥ結合のコレクタＣ出
力の形式で構成されている。この周波数可変マイクロ波
発振器は小型で安価であることが特徴である。
電子機器の小型化・高周波化・低電力化が急速に進んで
いる。その中で、周波数可変マイクロ波発振器の高性能
化は他の素子と比較すると遅れていると言える。特に、
１０ＭＨｚから５ＧＨｚ帯において、低損失で可変幅の
広い温度安定な周波数可変マイクロ波発振器の開発が強
く望まれている。これらの要求に答えるものとして、図
９に示すように、半導体ダイオードのＰＮ接合を用いた
可変静電容量素子１’とインダクタンス素子２を組み合
わせた周波数可変マイクロ波発振器が広く用いられてい
る。図９のマイクロ波共振子は可変静電容量素子１’と
インダクタンス素子２の並列接続の場合を示す。３はト
ランジスタにより構成される負性抵抗回路である。端子
４、４ａはマイクロ波の発振出力端子である。本負性抵
抗回路はベースＢ接地のエミッタＥ結合のコレクタＣ出
力の形式で構成されている。この周波数可変マイクロ波
発振器は小型で安価であることが特徴である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記可変静電
容量素子１’は半導体ダイオードに逆方向に電圧を加え
て、キャリアのない空乏層を形成させその厚みを前記電
圧の大きさで制御して実現しているものであり、材料が
半導体であることから、本質的に導体損による高周波帯
の損失が大きい及び温度変化が大きいなどの欠点があっ
た。また、制御系と信号系の絶縁を完全に確保するため
には回路構成が複雑になるという問題点もあった。従っ
て、本発明は、上記従来技術の欠点と問題点を改善し、
低雑音でかつ変化幅の広い温度安定な周波数可変マイク
ロ波発振器を提供することを目的とするものである。
容量素子１’は半導体ダイオードに逆方向に電圧を加え
て、キャリアのない空乏層を形成させその厚みを前記電
圧の大きさで制御して実現しているものであり、材料が
半導体であることから、本質的に導体損による高周波帯
の損失が大きい及び温度変化が大きいなどの欠点があっ
た。また、制御系と信号系の絶縁を完全に確保するため
には回路構成が複雑になるという問題点もあった。従っ
て、本発明は、上記従来技術の欠点と問題点を改善し、
低雑音でかつ変化幅の広い温度安定な周波数可変マイク
ロ波発振器を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の周波数可変マイ
クロ波発振器は、２枚の金属平板の間隔を変えることに
より静電容量を変化させる可変静電容量素子とインダク
タンス素子を組み合わせたものであり、前記２枚の金属
平板の間隔を変える手段として電気的に制御可能な機械
的な方法を用いることを特徴としている。
クロ波発振器は、２枚の金属平板の間隔を変えることに
より静電容量を変化させる可変静電容量素子とインダク
タンス素子を組み合わせたものであり、前記２枚の金属
平板の間隔を変える手段として電気的に制御可能な機械
的な方法を用いることを特徴としている。
【０００５】
【作用】上記構成によれば、前記可変静電容量素子が損
失の小さい空気等を絶縁媒体とした平行平板コンデンサ
ーの構造を基本とし、かつ該平行平板の間隔を電気的に
制御可能な機械的変位素子で微妙に変化できることか
ら、低損失インダクタンス素子と組み合わせることによ
り、低雑音でかつ周波数変化幅の広い温度安定な周波数
可変マイクロ波発振器を実現できる。
失の小さい空気等を絶縁媒体とした平行平板コンデンサ
ーの構造を基本とし、かつ該平行平板の間隔を電気的に
制御可能な機械的変位素子で微妙に変化できることか
ら、低損失インダクタンス素子と組み合わせることによ
り、低雑音でかつ周波数変化幅の広い温度安定な周波数
可変マイクロ波発振器を実現できる。
【０００６】
【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を詳
細に説明する。図１は本発明の基本構成を説明する図で
ある。図の左側の部分は、平行平板５、５ａを有する可
変静電容量素子５とインダクタンス素子２の並列接続の
例を示す。３はトランジスタにより構成される負性抵抗
回路である。端子４、４ａはマイクロ波の発振出力端子
である。本負性抵抗回路はベースＢ接地のエミッタＥ結
合のコレクタＣ出力の形式で構成されている。可変静電
容量素子１は２枚の金属平行平板５、５ａの間隔ｄを機
械的な手段によってΔｄだけ変化させる構成となってい
る。金属平板５、５ａの表面積をＳ、絶縁媒体の比誘電
率をεとすると、可変静電容量素子１の静電容量Ｃは
細に説明する。図１は本発明の基本構成を説明する図で
ある。図の左側の部分は、平行平板５、５ａを有する可
変静電容量素子５とインダクタンス素子２の並列接続の
例を示す。３はトランジスタにより構成される負性抵抗
回路である。端子４、４ａはマイクロ波の発振出力端子
である。本負性抵抗回路はベースＢ接地のエミッタＥ結
合のコレクタＣ出力の形式で構成されている。可変静電
容量素子１は２枚の金属平行平板５、５ａの間隔ｄを機
械的な手段によってΔｄだけ変化させる構成となってい
る。金属平板５、５ａの表面積をＳ、絶縁媒体の比誘電
率をεとすると、可変静電容量素子１の静電容量Ｃは
【数１】Ｃ＝Ｋ1εεoＳ／ｄ で表わされる。ここで、εoは真空の誘電率、Ｋ1は１よ
り小さい比例係数である。 一方の２枚の金属平板５、
５ａの間隔ｄをΔｄだけ小さくした場合、このときの静
電容量は
り小さい比例係数である。 一方の２枚の金属平板５、
５ａの間隔ｄをΔｄだけ小さくした場合、このときの静
電容量は
【数２】Ｃ＝Ｋ1εεoＳ／（ｄ−Δｄ） のように変化する。このとき、インダクタンス素子２の
インダクタンスをＬとすると、図１の並列共振回路の共
振周波数ｆは
インダクタンスをＬとすると、図１の並列共振回路の共
振周波数ｆは
【数３】 ｆ＝１／（２π√ＬＣ）＝√ｄ−Δｄ／（２π√Ｋ1εεoＳＬ） のように変化する。これにともない、数３で表される周
波数成分のマイクロ波だけが負性抵抗回路３で増幅さ
れ、端子４、４ａに同じ周波数のマイクロ波が出力され
る。図２は本発明の一つの実施例を示す。インダクタン
ス素子２として終端短絡のストリップライン２ａを用い
た。かつ可変静電容量素子１として機械的変位素子６に
より２枚の金属平行平板５、５ａの間隔を変化させる構
成を用いた。図中、７は地導体、８は絶縁体、９は機械
的変位手段６を固定する構造体である。地導体７の一部
分が盛り上がり、その上に平行平板の一方５ａが固定さ
れている。ストリップライン２ａと金属平板５は接続さ
れている。また、それらはトランジスタＴrのエミッタ
Ｅに接続されている。また、ベースは結合コンデンサＣ
2を介して、地導体７に接続されている。コレクタＣは
結合コンデンサＣ1を介して出力端子４となる。出力端
子の一方４ａは地導体７に接続されている。これによ
り、地導体に対して静電容量Ｃを有する可変静電容量素
子１とインダクタンス素子２との並列共振子を用いた周
波数可変マイクロ波発振器が実現できた。本実施例では
２枚の平行平板の間隔ｄは約２０μmとした。図３は直
列共振の本発明の他の実施例を示す。図２と異なるの
は、２枚の金属平行平板５、５ａはストリップライン２
ａに対して直列に接続されている点である。これによ
り、インダクタンス素子２に直列に静電容量Ｃを有する
可変静電容量素子１が接続された直列共振子が実現さ
れ、これと負性抵抗回路を組み合わせた周波数可変マイ
クロ波発振器が実現できた。本実施例では２枚の平行平
板の間隔ｄは約２０μmとした。図４は、前記実施例図
２及び図３を実行するために用いた機械的変位素子６と
しての圧電素子６ａの構成を示す。この素子は端子１
０、１０ａに電圧Ｖを印加することにより変位を得るも
のである。端子１０、１０ａに１５０Ｖの電圧を印加す
ることによりΔｄ＝１０μｍが得られた。一般に、圧電
素子６ａの変位量ΔｄはΔｄ＝Ｋ2Ｖのように、端子電
圧Ｖに比例するので、数２は次のようになる。
波数成分のマイクロ波だけが負性抵抗回路３で増幅さ
れ、端子４、４ａに同じ周波数のマイクロ波が出力され
る。図２は本発明の一つの実施例を示す。インダクタン
ス素子２として終端短絡のストリップライン２ａを用い
た。かつ可変静電容量素子１として機械的変位素子６に
より２枚の金属平行平板５、５ａの間隔を変化させる構
成を用いた。図中、７は地導体、８は絶縁体、９は機械
的変位手段６を固定する構造体である。地導体７の一部
分が盛り上がり、その上に平行平板の一方５ａが固定さ
れている。ストリップライン２ａと金属平板５は接続さ
れている。また、それらはトランジスタＴrのエミッタ
Ｅに接続されている。また、ベースは結合コンデンサＣ
2を介して、地導体７に接続されている。コレクタＣは
結合コンデンサＣ1を介して出力端子４となる。出力端
子の一方４ａは地導体７に接続されている。これによ
り、地導体に対して静電容量Ｃを有する可変静電容量素
子１とインダクタンス素子２との並列共振子を用いた周
波数可変マイクロ波発振器が実現できた。本実施例では
２枚の平行平板の間隔ｄは約２０μmとした。図３は直
列共振の本発明の他の実施例を示す。図２と異なるの
は、２枚の金属平行平板５、５ａはストリップライン２
ａに対して直列に接続されている点である。これによ
り、インダクタンス素子２に直列に静電容量Ｃを有する
可変静電容量素子１が接続された直列共振子が実現さ
れ、これと負性抵抗回路を組み合わせた周波数可変マイ
クロ波発振器が実現できた。本実施例では２枚の平行平
板の間隔ｄは約２０μmとした。図４は、前記実施例図
２及び図３を実行するために用いた機械的変位素子６と
しての圧電素子６ａの構成を示す。この素子は端子１
０、１０ａに電圧Ｖを印加することにより変位を得るも
のである。端子１０、１０ａに１５０Ｖの電圧を印加す
ることによりΔｄ＝１０μｍが得られた。一般に、圧電
素子６ａの変位量ΔｄはΔｄ＝Ｋ2Ｖのように、端子電
圧Ｖに比例するので、数２は次のようになる。
【数４】Ｃ＝Ｋ1εεoＳ／（ｄ−Ｋ2Ｖ） このように、端子電圧Ｖを変化させることにより静電容
量Ｃを変化させることができ、かつ数３に従い発振周波
数が変化する周波数可変マイクロ波発振器を実現でき
た。図５は、前記実施例図２及び図３を実行するために
用いた機械的変位手段６としての磁歪素子６ｂの構成を
示す。この素子は端子１１、１１ａに電流Ｉを流すこと
によりコイル１２により磁界が発生し、これにより磁歪
素子の変位を得るものである。端子１１、１１ａに２Ａ
の電流を流すことによりΔｄ＝１０μｍが得られた。一
般に、磁歪素子６ｂの変位量ΔｄはΔｄ＝Ｋ3Ｉ2のよう
に、端子電流Ｉの２乗に比例するので、数２は次のよう
になる。
量Ｃを変化させることができ、かつ数３に従い発振周波
数が変化する周波数可変マイクロ波発振器を実現でき
た。図５は、前記実施例図２及び図３を実行するために
用いた機械的変位手段６としての磁歪素子６ｂの構成を
示す。この素子は端子１１、１１ａに電流Ｉを流すこと
によりコイル１２により磁界が発生し、これにより磁歪
素子の変位を得るものである。端子１１、１１ａに２Ａ
の電流を流すことによりΔｄ＝１０μｍが得られた。一
般に、磁歪素子６ｂの変位量ΔｄはΔｄ＝Ｋ3Ｉ2のよう
に、端子電流Ｉの２乗に比例するので、数２は次のよう
になる。
【数５】Ｃ＝Ｋ1εεoＳ／（ｄ−Ｋ3Ｉ2） このように、端子電流Ｉを変化させることにより静電容
量Ｃを変化させることができ、かつ数３に従い発振周波
数が変化する周波数可変マイクロ波発振器５を実現でき
る。図６は、図２の実施例において、図４の圧電素子６
ａを用いた場合の、本発明の周波数可変マイクロ波発振
器の特性を示す図である。端子電圧を０から１５０Ｖに
変化させることにより、１.６ＧＨzから１.１３ＧＨzま
で発振周波数を変化させることができた。図７は、図２
の実施例において、図５の磁歪素子６ｂを用いた場合
の、本発明の周波数可変マイクロ波発振器の特性を示す
図である。端子電流を０から２Ａに変化させることによ
り、１.６ＧＨzから１.２ＧＨzまで発振周波数を変化さ
せることができた。図８は、本発明の周波数可変マイク
ロ波発振器の応用例を示すものである。発振器より出た
マイクロ波出力は方向性結合器により一部分がデバイダ
に導かれる。ここで、周波数が分割され、分周器に入
る。分周器は周波数を設定するコンピュータにより制御
された信号を出力する。この出力と水晶振動子の信号を
位相比較器により比較し、それらの信号の差に応じた制
御信号が電気的に制御可能な機械的変位素子の端子に導
かれる。このような操作により周波数が安定化されたマ
イクロ波出力が増幅器を介して外部に供給される。本発
明の周波数可変マイクロ波発振器は上記用途にきわめて
適した発振器である。
量Ｃを変化させることができ、かつ数３に従い発振周波
数が変化する周波数可変マイクロ波発振器５を実現でき
る。図６は、図２の実施例において、図４の圧電素子６
ａを用いた場合の、本発明の周波数可変マイクロ波発振
器の特性を示す図である。端子電圧を０から１５０Ｖに
変化させることにより、１.６ＧＨzから１.１３ＧＨzま
で発振周波数を変化させることができた。図７は、図２
の実施例において、図５の磁歪素子６ｂを用いた場合
の、本発明の周波数可変マイクロ波発振器の特性を示す
図である。端子電流を０から２Ａに変化させることによ
り、１.６ＧＨzから１.２ＧＨzまで発振周波数を変化さ
せることができた。図８は、本発明の周波数可変マイク
ロ波発振器の応用例を示すものである。発振器より出た
マイクロ波出力は方向性結合器により一部分がデバイダ
に導かれる。ここで、周波数が分割され、分周器に入
る。分周器は周波数を設定するコンピュータにより制御
された信号を出力する。この出力と水晶振動子の信号を
位相比較器により比較し、それらの信号の差に応じた制
御信号が電気的に制御可能な機械的変位素子の端子に導
かれる。このような操作により周波数が安定化されたマ
イクロ波出力が増幅器を介して外部に供給される。本発
明の周波数可変マイクロ波発振器は上記用途にきわめて
適した発振器である。
【０００７】
【発明の効果】本発明によれば、従来技術に比較し、可
変静電容量素子として低損失の絶縁体を媒体とする平行
平板コンデンサーを基本構成とし、その平行平板の間隔
を機械的変位素子で変化させることから、これを低損失
インダクタンス素子と組み合わせて、低雑音で可変幅の
広い温度安定な周波数可変のマイクロ波発振器を提供し
得る。
変静電容量素子として低損失の絶縁体を媒体とする平行
平板コンデンサーを基本構成とし、その平行平板の間隔
を機械的変位素子で変化させることから、これを低損失
インダクタンス素子と組み合わせて、低雑音で可変幅の
広い温度安定な周波数可変のマイクロ波発振器を提供し
得る。
【図１】本発明の基本原理の説明図である。
【図２】本発明の実施例の構造を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例を実現するための部品の構造断
面図である。
面図である。
【図５】本発明の実施例を実現するための部品の構造断
面図である。
面図である。
【図６】本発明の実施例の特性図である。
【図７】本発明の実施例の特性図である。
【図８】本発明の応用例を示すブロック図である。
【図９】従来技術を示す部品記号図である。
１ 可変静電容量素子 ２ インダクタンス素子 ３ 負性抵抗回路 ４ 出力端子 ５ 金属平行平板 ６ 機械的変位素子 ７ 地導体 ８ 絶縁体 ９ 構造体 １０ 制御端子 １１ 制御端子 １２ コイル
Claims (4)
- 【請求項１】 静電容量素子とインダクタンス素子の組
合せにより構成されるマイクロ波共振子、前記マイクロ
波共振子と負性抵抗回路を結合させたマイクロ波発振器
であって、前記静電容量素子の静電容量を変化させるこ
とにより共振周波数が変化する前記マイクロ波共振子、
前記マイクロ波共振子の共振周波数の変化にともない前
記マイクロ波発振器の発振周波数が変化する周波数可変
マイクロ波発振器において、前記静電容量素子として２
枚の金属平板の間隔を電気的に制御可能な機械的手段に
より変化させることができる可変静電容量素子を用いた
ことを特徴とする周波数可変マイクロ波発振器。 - 【請求項２】 前記２枚の金属平板の間隔を変えるため
の電気的に制御可能な機械的手段として圧電素子を用い
たことを特徴とする請求項１の周波数可変マイクロ波発
振器。 - 【請求項３】 前記２枚の金属平板の間隔を変えるため
の電気的に制御可能な機械的手段として磁歪素子を用い
たことを特徴とする請求項１の周波数可変マイクロ波発
振器。 - 【請求項４】 前記インダクタンス素子がマイクロスト
リップラインにより構成されていることを特徴とする請
求項１の周波数可変マイクロ波発振器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4235471A JPH0685542A (ja) | 1992-09-03 | 1992-09-03 | 周波数可変マイクロ波発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4235471A JPH0685542A (ja) | 1992-09-03 | 1992-09-03 | 周波数可変マイクロ波発振器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0685542A true JPH0685542A (ja) | 1994-03-25 |
Family
ID=16986575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4235471A Pending JPH0685542A (ja) | 1992-09-03 | 1992-09-03 | 周波数可変マイクロ波発振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0685542A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008520091A (ja) * | 2004-11-12 | 2008-06-12 | オー・ツェー・エリコン・バルザース・アクチェンゲゼルシャフト | 大面積基板に好適な容量結合型ｒｆプラズマ反応器のインピーダンス整合 |
-
1992
- 1992-09-03 JP JP4235471A patent/JPH0685542A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008520091A (ja) * | 2004-11-12 | 2008-06-12 | オー・ツェー・エリコン・バルザース・アクチェンゲゼルシャフト | 大面積基板に好適な容量結合型ｒｆプラズマ反応器のインピーダンス整合 |
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