JPS645487B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は周波数変換装置、特にマイクロ波周波
数領域におけるミキサーと周波数安定化された局
部発振器とを備えた周波数変換装置の改良に関す
る。

最近SHF帯の12GHz近くのマイクロ波を用いた
地上放送や衛星放送が計画され、更には実用化さ
れようとしているが、それらの地上放送や衛星放
送に用いられるSHF受信機の局部発振器に必要
とされる周波数安定度は非常に高いものが要求さ
れている。

SHF受信機の局部発振源としては、大きくわ
けて水晶発振器や弾性表面波発振器等の周波数安
定度の優れた発振器を周波数逓倍する方式と、ガ
ンダイオードやGaAs FET等の半導体発振素子
を直接発振させる方式とがある。

前者による方式は発振周波数の温度安定度は優
れているが、回路構成が複雑で微妙な調整を要す
るためにコストが高くなる、局部発振器全体の寸
法が大きくなる等の欠点を有している。

後者による方式は、無負荷Ｑ値が高くて共振周
波数の温度安定度の優れた高Ｑ誘電体共振器を用
いてマイクロ波発振器の発振周波数を安定化させ
る方式や、導波管型発振器の空胴共振器内に比誘
電率が温度変化する誘電体材料を直接挿入するこ
とにより発振周波数を安定化させる方式が実現さ
れており、これらの方式は回路構成が単純で調整
も安易なためにコストが安く、局部発振器全体を
小形、軽量にできる等の長所を有するものであ
る。

後者の方式により周波数安定化された局部発振
器は負荷回路により発振出力や周波数安定度が大
きく影響され、局部発振器と負荷回路との結合が
大きい程、負荷回路の影響を大きく受ける。負荷
回路の影響を小さくしようとすれば局部発振器と
負荷回路との結合を出来るだけ小さくすればよい
が、局部発振器と負荷回路との結合が小さくなる
と発振出力も小さくなる。

従つて消費電力の少ない局部発振器で、ミキサ
ーに必要な局部発振器の電力（通常10mW前後が
必要である）を効率良く得ようとすれば、局部発
振器と負荷回路との結合をある限度以下に小さく
することは出来ない。つまり、効率が良くかつ周
波数安定度の優れた局部発振器を得ようとすれ
ば、局部発振器が負荷回路から受ける影響を避け
ることができない。

従来では半導体発振素子を用いて周波数安定化
された局部発振器の発振出力をミキサーに加える
際には、局部発振器の負荷回路となるミキサーに
より局部発振器がモードジヤンプしたり、発振停
止したりしないように、また局部発振器の発振周
波数の温度特性が影響を受けないようにするため
局部発振器とミキサーとの間にアイソレータを挿
入し、局部発振器からミキサー側を見たインピー
ダンスがミキサーに関係なく常に整合されている
ようにしていた。第１図は従来のSHF受信機の
周波数変換装置の回路構成図である。すなわち局
部発振器１の出力はアイソレータ２を通して局発
帯域通過フイルタ３に注入される。そして更に局
発帯域通過フイルタ３を経た後、ミキサー４に導
かれる。そして前記局部発振器１からミキサー４
側を見ると整合がとれるようになつている。

いま、あるミキサーに対してアイソレータを通
さずに局発帯域通過フイルタ３の入力端子T₁か
らミキサー４側を見たインピーダンスの電圧定在
波比（VSWRと略記）の周波数特性をVSWRが
最小となる周波数を中心周波数と考えて図示する
と第２図のようになる。これからわかるように、
ミキサー４のダイオードのインピーダンスが
SHF帯の12GHzでは50Ωより低インピーダンスで
あるとか、局発帯域通過フイルタの入力インピー
ダンスが不整合になつているなどの理由により中
心周波数においてもVSWRは１（入力端子T₁から
ミキサー４側を見たインピーダンスの整合がとれ
ている時にはVSWRは１となる）にはなつてい
ない。ここで中心周波数とはVSWRが最小にな
る周波数のことである。

このようにアイソレータ２を除去して局部発振
器１とミキサー４とを局発帯域通過フイルタ３を
介して単純に直結する周波数変換装置において
は、局部発振器１から見たミキサー４側のインピ
ーダンスが第２図に示したように整合がとれてい
ないため、モードジヤンプや発振停止などの異常
特作を示すだけでなく、更には局部発振器１の負
荷が整合負荷の場合の周波数温度特性とは違つた
温度特性をも示すようにもなるので、局部発振器
１と局発帯域通過フイルタ３との間に前述したご
とくアイソレータ２を挿入することが通常であ
る。従つて従来の周波数変換装置ではアイソレー
タ２の挿入により装置の大形化、コスト上昇を招
き、特にコスト上昇は低コストのSHF受信機が
要求されるSHF放送には重大な障害となる欠点
があつた。

本発明は従来技術の上記欠点を除くもので、そ
の目的はアイソレータを除去してもモードジヤン
プや発振停止などの異常現象を示さず、更には周
波数温度特性も整合負荷の場合と全く同じ特性を
示すような局部発振器と局発帯域通過フイルタ、
ミキサーとの結合構成を示し、小形低廉化された
周波数変換装置を提供することにある。

本発明はミキサーと局部発振器を結合する伝送
線路の一端から前記ミキサー側を見たインピーダ
ンスが前記局部発振器の周波数で不整合となる周
波数変換装置において、局部発振器の負荷を伝送
線路の特性インピーダンスに等しい負荷とする整
合負荷にした時のプツシング・フイギユア（ここ
では局部発振器の半導体発振素子に印加されてい
るバイアス電圧の微小変化ΔVに対する発振周波
数の微少変化Δfの比Δf／ΔVで定義される量であ る。）と、上記伝送線路を介して局発帯域通過フ
イルタ、ミキサーと結合された局部発振器のプツ
シング・フイギユアあるいは発振出力とが同じ大
きさになるように上記伝送線路（具体的には導波
管線路、同軸線路、マイクロストリツプ線路など
である）の電気長を調整することにより、局部発
振器を局発帯域通過フイルタ、ミキサーに結合さ
せた時の発振動作が、局部発振器の負荷を整合負
荷にした時の発振動作と同じようにすることがで
きる。従つて局部発振器の負荷インピーダンスが
整合負荷から大きくずれることで、負荷が重くな
り過ぎて、モードジヤンプや発振停止などの異常
動作を示すことがないようにすることができ、更
には周波数温度特性も整合負荷時の温度特性と同
じになるようにした点に特徴を有する。

以下本発明の一実施例を、周波数安定化された
ガン発振器を周波数変換装置の局部発振器として
使用した場合のガン発振器と局発帯域通過フイル
タとの結合の方法において説明する。第３図にお
いて、ガン発振器５の出力は電気長θの伝送線路
６を通して局発帯域通過フイルタ７に注入され
る。そして更に該局発帯域通過フイルタ７を経た
後、ミキサー８に導かれる。ここで伝送線路６の
電気長θはガン発振器５の負荷を整合負荷とした
時のプツシング・フイギユアと、第３図の構成の
ガン発振器５のプツシング・フイギユアとが同じ
大きさにるように設定するが、その設定方法を第
４図、第５図を用いて説明する。

第４図はガン発振器５に整合負荷を接続し、ガ
ン発振器と整合負荷との間に例えば容量性スタブ
を挿入し、この容量性スタブの大きさを変えてガ
ン発振器５の負荷インピーダンスのVSWRを変
化させ、ガン発振器５と容量性スタブとの距離を
変えてガン発振器５の負荷インピーダンスの位相
を変化させ、このようにガン発振器５の負荷イン
ピーダンスを変えて整合負荷に供給される発振出
力を変え、この発振出力Poutを横軸に、プツシ
ング・フイギユアを縦軸にとつて示したもので、
点Ａは整合負荷時の発振出力P₀とプツシング・
フイギユアの関係を示す位置である。第４図に示
すようにガン発振器５の負荷インピーダンスの
VSWRと位相が変化してもガン発振器５の発振
出力Poutとプツシング・フイギユアの大きさは
一対一の曲線上に乗り、負荷インピーダンスの
VSWRと位相を変えて発振出力Poutを増大させ
るに従い、プツシング・フイギユアの値は大きく
なる。

第５図は、ガン発振器５の基準面を第３図に示
すような位置T₂にとり、基準面T₂から見たガン
発振器５の負荷インピーダンスのVSWRと位相
を変えてガン発振器５の等出力線（実線で示す
線）および等周波数線（破線で示す線）をスミス
チヤート上にプロツトして示したリーケ線図であ
る。

例えば伝送線路６の一端T₃から局発帯域通過
フイルタ７側を見たインピーダンスが第５図の点
Ｚにあるとすると、点Ｚの負荷インピーダンスの
VSWRは2.0となる。従つて点Ｏを中心に点Ｚを
点Ｂへ、あるいは点Ｚを点Ｃへ回転させるのに対
応した伝送線路６の電気長θを選ぶことにより、
ガン発振器５の基準面T₂から局発帯域通過フイ
ルタ７を見たインピーダンスを点Ｚの負荷インピ
ーダンスのVSWRと同じになる点Ｂまたは点Ｃ
へもつていくことができる。点Ｂ、点Ｃは共に整
合負荷時の発振出力P₀に等しい等出力線上にあ
るので、第４図に示す関係により、点Ｂ、点Ｃで
のプツシング・フイギユアは共に整合負荷時のプ
ツシング・フイギユアに等しい。

ガン発振器５のモードジヤンプや発振停止等の
異常動作は発振出力が大きくなる程、起り易くな
ることが確認されており、整合負荷時の発振出力
と同じ発振出力を示す点Ｂ、点Ｃの動作状態では
ガン発振器５は整合負荷時と同じくモードジヤン
プや発振停止等の異常動作を起さなくなる。

第６図は本発明の別の効果を説明するためのも
のであり、ガン発振器５のプツシング・フイギユ
アと発振周波数の温度変化量の関係を示す。点Ｄ
はガン発振器５の負荷が整合負荷の場合である。
この第６図は、ガン発振器５の負荷インピーダン
スがたとえ異なつていても、同じ大きさのプツシ
ング・フイギユアを有するものであれば、ガン発
振器５の発振周波数の温度変化量が同じであるこ
とを示している。つまりプツシング・フイギユア
と発振周波数の温度特性が一対一の関係にあるこ
とを意味している。

また、第４図、第６図からガン発振器５のプツ
シング・フイギユアを調べれば、負荷に供給され
ている発振出力および発振周波数の温度特性が予
測でき、かつ発振出力と発振周波数の温度特性を
一対一の関係にあると言える。

従つて、ガン発振器５の負荷が整合負荷の時
も、点Ｂ、点Ｃに対応する負荷の時も、すべて第
５図に示す等出力線上にあるので、第４図に示す
関係よりプツシング・フイギユアはすべて同じ大
きさとなり、更に第６図に示す関係より発振周波
数の温度変化量も同じ大きさとなる。このよう
に、ガン発振器５の基準面T₂から局発帯域通過
フイルタ７を見たインピーダンスが整合状態から
ずれた点Ｚの位置にあつたとしても、ガン発振器
５と局発帯域通過フイルタとの間に伝送線路を設
け、かつガン発振器５の負荷インピーダンスが点
Ｚから点Ｂまたは点Ｃへ変化させるように伝送線
路の電気長を選ぶことにより、ガン発振器５のプ
ツシング・フイギユア、発振出力、発振周波数の
温度特性などの特性を整合負荷時の特性と同じよ
うに設定できる。

第７図は本発明の他の実施例を示し、第３図と
同一箇所には同一番号を付して説明する。ガン発
振器５の出力は移相器等の電気長可変の伝送線路
９を通して局発帯域通過フイルタ７に注入され
る。そして更に該局発帯域通過フイルタ７を経た
後、ミキサー８に導かれる。

上記実施例においては、局部発振器としてガン
発振器を用いて説明したが、負荷回路によつて発
振出力、発振周波数、周波数温度特性等の発振条
件が影響を受ける局部発振器であれば、局部発振
器としてガン発振器に限定されることはなく、
GaAs FET発振器やインパツト発振器等でもよ
い。

以上説明したように、本発明によれば、ミキサ
ーと局部発振器を結合する伝送線路の一端から前
記ミキサー側を見たインピーダンスが前記局部発
振器の周波数で不整合となる周波数変換装置にお
いて、局部発振器と局発帯域通過フイルタ、ミキ
サーとを伝送線路を介して結合させるに際し、局
部発振部の負荷を整合負荷にした時のプツシン
グ・フイギユアと、伝送線路を介して局発帯域通
過フイルタ、ミキサーと結合された局部発振器の
プツシング・フイギユアとが同じ大きさになるよ
うに上記伝送線路の電気長を設定することによ
り、局部発振器にモードジヤンプや発振停止など
の異常動作を示さないようにすることができ、更
には周波数温度特性も整合負荷時の温度特性と同
じになるようにすることができる効果をも有す
る。しかも従来の周波数変換装置に必要となつて
いた局部発振器の異常動作防止のためのアイソレ
ータが不必要になり、装置全体として小形化、軽
量化、低コスト化などを図ることができる。また
局部発振器と負荷回路の結合を大きくすることに
より発振効率を高めることができるので、局部発
振器の消費電力を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例による周波数変換装置のブロツ
ク図、第２図は局発帯域通過フイルタの入力端子
T₁から見たミキサーの入力VSWRの周波数特性
図、第３図は本発明の一実施例を示すブロツク
図、第４図は局部発振器の発振出力とプツシン
グ・フイギユアの関係を示す特性図、第５図は局
部発振器の負荷特性を示すリーケ線図、第６図は
周波数安定化された局部発振器のプツシング・フ
イギユアと発振周波数の温度変化量の関係を示す
特性図、第７図は本発明の他の実施例を示すブロ
ツク図である。 １……局部発振器、６，９……伝送線路、７…
…局発帯域通過フイルタ、８……ミキサー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ミキサーと局部発振器を結合する伝送線路の
   一端から前記ミキサー側を見たインピーダンスが
   前記局部発振器の周波数で不整合となる周波数変
   換装置であつて、前記伝送線路の電気長を、前記
   局部発振器の負荷を前記伝送線路の特性インピー
   ダンスに等しい負荷とする整合負荷にした時の前
   記局部発振器のバイアス電圧変化またはバイアス
   電流変化に対する前記局部発振器の周波数変化の
   大きさと、前記局部発振器を前記伝送線路を介し
   て前記ミキサーと結合した時の前記局部発振器の
   バイアス電圧変化またはバイアス電流変化に対す
   る前記局部発振器の周波数変化の大きさとが同じ
   になるように設定したことを特徴とする周波数変
   換装置。