高周波発振源
【課題】位相雑音の劣化を抑制することができる高周波発振源を得ることを目的とする。
【解決手段】所定の周波数で発振する基準発振器１と、その基準発振器の出力波が注入されていない場合の発振周波数が、その基準発振器の出力波の周波数の整数倍に設定されている（または設定される）注入同期発振器とを備え、その基準発振器から注入同期発振器に注入される電力を、注入同期発振器の低離調周波数の位相雑音が基準発振器の位相雑音と(同じ周波数で比較した場合に)等しくなるように、かつ高離調周波数の位相雑音が注入電力がない時の注入同期発振器の位相雑音と(同じ周波数で比較した場合に)等しくなるように適切な注入電力とする電力調整手段を設ける。
【解決手段】所定の周波数で発振する基準発振器１と、その基準発振器の出力波が注入されていない場合の発振周波数が、その基準発振器の出力波の周波数の整数倍に設定されている（または設定される）注入同期発振器とを備え、その基準発振器から注入同期発振器に注入される電力を、注入同期発振器の低離調周波数の位相雑音が基準発振器の位相雑音と(同じ周波数で比較した場合に)等しくなるように、かつ高離調周波数の位相雑音が注入電力がない時の注入同期発振器の位相雑音と(同じ周波数で比較した場合に)等しくなるように適切な注入電力とする電力調整手段を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、位相雑音が低い電波を出力する高周波発振源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、フリーラン状態の高周波数帯の発振器は、安定度が低く、位相雑音が高い。
安定度を高めて、位相雑音を低減することが可能な高周波発振源として、位相同期発振器がある。
以下に、位相同期発振器の動作を簡単に説明する。
【０００３】
位相同期発振器を構成する電圧制御発振器（以下、「ＶＣＯ」と称する）の出力波が、緩衝増幅器を介して負荷に供給される一方、その出力波の一部が分周器に入力され、その分周器で１／Ｎの低周波数に変換される。
その分周器の出力波は、位相比較器によって、安定度の高い水晶発振器の出力波と比較され、それらの出力波の位相差に応じた直流近傍の電圧がループフィルタ（ローパスフィルタ）に入力される。
そのループフィルタにより平滑化された直流電圧は、上記ＶＣＯの制御端子に入力され、そのＶＣＯの発振周波数が水晶発振器の発振周波数のＮ倍に等しい周波数となるように制御される。
これにより、ＶＣＯの発振周波数の安定度は水晶発振器の安定度と等しくなる。
また、ループフィルタで決定される帯域により、ＶＣＯの低離調周波数の位相雑音が、水晶発振器、位相比較器及び分周器の位相雑音で決定され、高離調周波数の位相雑音が、フリーラン時のＶＣＯの位相雑音となる（例えば、非特許文献１を参照）。
【０００４】
他の高周波発振源としては、注入同期発振器を用いている発振源がある。
この発振器の動作を簡単に説明する。
安定度が高い低周波数帯の周波数シンセサイザを基準源とし、基準源の２倍の周波数で発振するＶＣＯを注入同期発振器として、その周波数シンセサイザの出力波をＶＣＯに注入する。
周波数シンセサイザの出力波をＶＣＯに注入することで、そのＶＣＯの出力波が、注入された周波数シンセサイザの出力波と同期するため、周波数安定度が周波数シンセサイザの安定度と等しくなる。
このとき、ＶＣＯの位相雑音は周波数シンセサイザの位相雑音と同等になる（例えば、非特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】10GHz Band Compact Phase Locked Oscillator with Low Phase Noise, 20th European Microwave Conference, Vol.2, pp.1766-1771, 1990.
【非特許文献２】Millimeter-wave HBT MMIC Synthesizers using subharmonically Injection-Locked Oscillators, GaAs IC Symposium, Technical Digest 1997, 19th Annual, pp.271-274, 1997.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の高周波発振源は以上のように構成されているので、位相同期を用いる場合、低離調周波数の位相雑音が、水晶発振器、位相比較器及び分周器の位相雑音で決定される。このため、その位相比較器と分周器の位相雑音によって、位相雑音が劣化してしまう課題があった。
また、注入同期を用いる場合、注入電力がないときの注入同期発振器の発振周波数が基準発振器の出力周波数のＮ倍（Ｎ＝１，２，３・・・）と異なるため、注入同期を確立するには高い注入電力が必要であり、注入同期発振器の位相雑音が全離調周波数帯域に渡って、基準発振器と同じとなる。このため、基準発振器として水晶発振器を用いると高離調周波数の位相雑音が高くなり、基準発振器として周波数シンセサイザを用いると、周波数シンセサイザ自体が位相同期を用いているために、低離調周波数の位相雑音が位相比較器及び分周器によって高くなり、位相雑音が劣化してしまう課題があった。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、位相雑音の劣化を抑制することができる高周波発振源を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る高周波発振源は、所定の周波数で発振する基準発振器と、その基準発振器の出力波が注入されていない場合の発振周波数が、その基準発振器の出力波の周波数の整数倍に設定されている（または設定される）注入同期発振器とを備え、その基準発振器から注入同期発振器に注入される電力を、注入同期発振器の低離調周波数の位相雑音が基準発振器の位相雑音と(同じ周波数で比較した場合に)等しくなるように、かつ高離調周波数の位相雑音が注入電力がない時の注入同期発振器の位相雑音と(同じ周波数で比較した場合に)等しくなるように適切な注入電力とする電力調整手段を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、所定の周波数で発振する基準発振器と、その基準発振器の出力波が注入されてない場合の発振周波数が、その基準発振器の出力波の周波数の整数倍に設定されている（または設定される）注入同期発振器とを備え、その基準発振器から注入同期発振器に注入される電力を適切な注入電力とする電力調整手段を備えた構成としたので、同じ周波数で比較して、注入同期発振器の低離調周波数の位相雑音を基準発振器の位相雑音と等しくし、かつ高離調周波数の位相雑音を注入電力がない時の注入同期発振器の位相雑音と等しくすることが可能となり、位相雑音の劣化を抑制することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１による高周波発振源を示す構成図である。
【図２】注入同期発振器２の位相雑音と基準発振器１の位相雑音を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態２による高周波発振源を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態２による高周波発振源の位相雑音モニタ４の詳細を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態３による高周波発振源を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態３による高周波発振源の周波数設定器５の詳細を示す構成図である。
【図７】この発明の実施の形態３による高周波発振源の周波数設定器５の詳細を示す構成図である。
【図８】基準発振器１及び注入同期発振器２の発振周波数を示す説明図である。
【図９】この発明の実施の形態４による高周波発振源を示す構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態４による高周波発振源の位相雑音モニタ４及び周波数設定器５の詳細を示す構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態４による高周波発振源の位相雑音モニタ４及び周波数設定器５の詳細を示す構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態４による高周波発振源の位相雑音モニタ４及び周波数設定器５の詳細を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による高周波発振源を示す構成図である。
図１において、基準発振器１は周波数ｆｒの電波を出力する発振器であり、出力波の周波数（または発振周波数）が固定の発振器でもよいし、出力波の周波数（または発振周波数）が可変可能な電圧制御発振器や電流制御発振器などであってもよい。
また、基準発振器１は、水晶発振器、ＳＡＷ発振器、あるいは、周波数シンセサイザなどで構成されていてもよい。
なお、基準発振器１の出力周波数ｆｒは発振周波数でもよいし、発振周波数の高調波であってもよい。
【００１２】
注入同期発振器２は、基準発振器１の出力波が注入されていない場合の発振周波数ｆ０が、基準発振器１の出力波の周波数ｆｒのＮ倍（Ｎ＝１，２，３・・・）に設定されている。基準発振器１の出力波が電力調整器３を介して注入同期発振器２に注入され、注入同期発振器２はその注入された電波に同期して発振する発振器である。
なお、注入同期発振器２は、発振周波数が固定の発振器でもよいし、発振周波数が可変可能な電圧制御発振器や電流制御発振器などであってもよい。
【００１３】
電力調整器３は例えば可変アッテネータ、可変抵抗、トランジスタ、ダイオード、共振回路、結合線路などで構成されており、基準発振器１から注入同期発振器２に注入される電波の電力を調整する電力調整手段である。
電力調整器３は、基準発振器１の出力波が注入されていない場合の注入同期発振器２の位相雑音と基準発振器１の位相雑音とが（同じ周波数で比較した場合において）一致する離調周波数を境にして、その離調周波数より低い低離調周波数では、注入同期発振器２の位相雑音が基準発振器１の位相雑音と等しくなるように、かつ、その離調周波数より高い高離調周波数では、注入同期発振器２の位相雑音が、基準発振器１の出力波が注入されていない場合の注入同期発振器２の位相雑音と等しくなるように、注入同期発振器２への注入電力を制御する。
【００１４】
なお、電力調整器３は、図１（ｂ）に示すように、逓倍機能を備えていてもよく、例えば、基準発振器１の出力波の周波数ｆｒの逓倍数をＭ（Ｍ＝１，２，３・・・）にすることで、周波数Ｍ・ｆｒの電波を注入同期発振器２に注入し、その周波数Ｍ・ｆｒのＬ倍（Ｌ＝１，２，３・・・）の周波数Ｌ・Ｍ・ｆｒの電波が注入同期発振器２から出力されるようにしてもよい。
この場合も、注入同期発振器２の発振周波数（または出力周波数）は、基準発振器１の出力周波数のＮ倍（Ｎ＝１，２，３・・・）になる。
【００１５】
次に動作について説明する。
基準発振器１は、安定度が高い発振器であり、周波数ｆｒで発振する。
注入同期発振器２は、基準発振器１の出力波が電力調整器３を介して注入され、その注入された電波に同期して発振する。
このとき、注入同期発振器２は、基準発振器１の出力波が注入されていない場合の発振周波数ｆ０が、基準発振器１の出力波の周波数ｆｒのＮ倍（Ｎ＝１，２，３・・・）に設定されており、基準発振器１の出力波が注入された場合、発振周波数ｆ０は、基準発振器１の出力波の周波数ｆｒのＮ倍（Ｎ＝１，２，３・・・）を維持する。
【００１６】
ここで、図２は同じ周波数で比較した場合の注入同期発振器２の位相雑音と基準発振器１の位相雑音を示す説明図である。
電力調整器３は、基準発振器１の出力波が注入されていない場合の注入同期発振器２の位相雑音と基準発振器１の位相雑音とが一致する離調周波数（図２では、注入同期発振器２の位相雑音と基準発振器１の位相雑音とが交わっている点に対応する離調周波数）より低い低離調周波数では、注入同期発振器２の位相雑音が基準発振器１の位相雑音と等しくなるように、かつ、その離調周波数より高い高離調周波数では、注入同期発振器２の位相雑音が、基準発振器１の出力波が注入されていない場合の注入同期発振器２の位相雑音と等しくなるように、基準発振器１から注入同期発振器２への注入電力を制御する。
基本的には低い注入電力とすることで、低離調周波数では、注入同期発振器２の位相雑音が基準発振器１の位相雑音と等しくなり、かつ高離調周波数では、注入同期発振器２の位相雑音が、基準発振器１の出力波が注入されていない場合の注入同期発振器２の位相雑音と等しくすることが可能となる。これは、注入同期発振器２におけるアドラー(Adler)の式から分かるように、注入電力が低いときの同調帯域幅が狭いためである。
これにより、図２に示すように、低離調周波数では、基準発振器１の低位相雑音特性が得られ、高離調周波数では、注入同期発振器２の低位相雑音特性が得られるため、全離調周波数にわたって低位相雑音特性が得られる。
【００１７】
なお、電力調整器３による注入電力の制御は、手動で行なってもよいし、電圧又は電流などで電子的に行なってもよい。
例えば、電力調整器３が可変抵抗であれば、軸を回すことで抵抗値を変化させることができ、電力調整器３が可変アッテネータであれば、電圧によって減衰量を変化させることができる。
また、電力調整器３がトランジスタであれば、バイアス電圧または電流によって利得を変化させることができ、電力調整器３がダイオードであれば、端子間電圧によって容量を変化させることで結合量（通過量）を変えることができる。
これらにより、注入電力を調整することが可能である。
【００１８】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、所定の周波数で発振する基準発振器１と、その基準発振器１の出力波が注入されていない場合の発振周波数が、その基準発振器１の出力波の周波数の整数倍に設定されており、基準発振器１の出力波が注入されることで、その注入された電波に同期して発振する注入同期発振器２とを備え、その基準発振器から注入同期発振器に注入される電力を、注入同期発振器の低離調周波数の位相雑音が基準発振器の位相雑音と(同じ周波数で比較した場合に)等しくなるように、かつ高離調周波数の位相雑音が注入電力がない時の注入同期発振器の位相雑音と(同じ周波数で比較した場合に)等しくなるように適切な注入電力とする電力調整手段を備えるように構成したので、位相雑音の劣化を抑制することができる効果を奏する。
【００１９】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による高周波発振源を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
位相雑音モニタ４は注入同期発振器２の位相雑音及び基準発振器１の位相雑音を監視し、所定の離調周波数において、注入同期発振器２の位相雑音と基準発振器１の位相雑音との差分が所定の閾値より低ければ、基準発振器１から注入同期発振器２への注入電力を低くする指令を電力調整器３に出力し、その差分が所定の閾値より高ければ、基準発振器１から注入同期発振器２への注入電力を高くする指令を電力調整器３に出力する処理を実施する。なお、位相雑音モニタ４は位相雑音モニタ手段を構成している。
【００２０】
上記実施の形態１では、電力調整器３が、低離調周波数では、注入同期発振器２の位相雑音が基準発振器１の位相雑音と等しくなるように、かつ、高離調周波数では、注入同期発振器２の位相雑音が、基準発振器１の出力波が注入されていない場合の注入同期発振器２の位相雑音と等しくなるように、基準発振器１から注入同期発振器２への注入電力を制御するものを示したが、位相雑音モニタ４の指令の下で、電力調整器３が注入電力を制御するようにしてもよい。
【００２１】
以下、位相雑音モニタ４の処理内容を説明する。
位相雑音モニタ４は、例えば、位相雑音のレベルを測定する測定器などから構成されている場合、その測定器によって、注入同期発振器２の位相雑音のレベルを測定するとともに、基準発振器１の位相雑音のレベルを測定する。
注入同期発振器２の位相雑音レベルと基準発振器１の位相雑音レベルが所定の離調周波数において、差分が小さい場合は注入電力が低くなるように電力調整器３を制御し、差分が大きい場合は注入電力が高くなるように電力調整器３を制御する。
【００２２】
これにより、注入同期発振器２における所定の離調周波数未満の位相雑音が基準発振器１の位相雑音と等しくなるように電力調整器３が制御され、所定の離調周波数以上の位相雑音が、基準発振器１の出力波が注入されていない場合の注入同期発振器２の位相雑音と等しくなるように電力調整器３が制御される。
電力調整器３の制御は、位相雑音モニタ４の結果を見ながら、手動または自動で行っても良い。
【００２３】
ここでは、位相雑音モニタ４が、位相雑音のレベルを測定する測定器などから構成されている例を示したが、注入同期発振器２及び基準発振器１の出力波を比較し、その差分に応じた直流の出力電圧を検出し、その出力電圧によって電力調整器３を電子的に制御する位相雑音検出回路などから構成されていてもよい。
注入同期発振器２と基準発振器１は低離調周波数では同期しているため位相雑音はコヒーレントであり、その差分はキャンセルされる。
一方、高離調周波数では同期していないため位相雑音はコヒーレントではなく、位相雑音のレベル差に応じた電力が存在し、どの離調周波数帯まで同期しているかが検出可能である。
【００２４】
具体的には、位相雑音モニタ４は、図４に示すように、分周器１１（図では「÷Ｎ」と表記）、ミクサ１２、増幅器１３、アナログ−ディジタル変換器１４（図では「ＡＤＣ」と表記）、信号処理部１５、電圧比較器１６、ディジタル−アナログ変換器１７（図では「ＤＡＣ」と表記）及び積分回路１８で構成されていてもよい。
なお、ミクサ１２、増幅器１３、アナログ−ディジタル変換器１４及び信号処理部１５から雑音差分検出手段が構成されており、電圧比較器１６、ディジタル−アナログ変換器１７及び積分回路１８から指令出力手段が構成されている。
【００２５】
位相雑音モニタ４の分周器１１は、注入同期発振器２の出力波をＮ分周し、Ｎ分周後の出力波をミクサ１２に入力する。
ミクサ１２は、分周器１１から出力されたＮ分周後の出力波と基準発振器１の出力波が入力され、それらの位相雑音の差分に応じた電圧値を増幅器１３に入力する。
ミクサ１２から出力される電圧値は非常に小さい値であるため、増幅器１３は、ミクサ１２の出力電圧値を増幅し、増幅後の電圧値をアナログ−ディジタル変換器１４に入力する。
アナログ−ディジタル変換器１４は、増幅器１３から出力された増幅後の電圧値をアナログ値からディジタル値に変換し、そのディジタル値を信号処理部１５に入力する。
【００２６】
信号処理部１５は、アナログ−ディジタル変換器１４からディジタル値を受けると、そのディジタル値に対する信号処理（例えば、フーリエ変換処理など）を実施することで、離調周波数に対する位相雑音の差分（注入同期発振器２の位相雑音と、基準発振器１の位相雑音との差分）のレベルを検出する。
電圧比較器１６は、信号処理部１５が位相雑音の差分レベルを検出すると、その差分レベルと所定の閾値を比較し、その差分レベルが閾値より低ければ、基準発振器１から注入同期発振器２への注入電力を低くするために、その差分レベルと閾値の差に相当する電圧値をディジタル−アナログ変換器１７に入力する。
一方、その差分レベルが閾値より高ければ、基準発振器１から注入同期発振器２への注入電力を高くするために、その差分レベルと閾値の差に相当する電圧値をディジタル−アナログ変換器１７に入力する。
【００２７】
ディジタル−アナログ変換器１７は、電圧比較器１６から出力された電圧値をディジタル値からアナログ値に変換し、そのアナログ値を積分回路１８に入力する。
積分回路１８は、ディジタル−アナログ変換器１７から出力されたアナログ値を積分し、その積分値を注入電力の上げ指令又は下げ指令として電力調整器３に入力する。
【００２８】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、位相雑音モニタ４が、注入同期発振器２の位相雑音及び基準発振器１の位相雑音を監視し、注入同期発振器２の位相雑音と基準発振器１の位相雑音との差分が所定の閾値より低ければ、基準発振器１から注入同期発振器２への注入電力を低くする指令を電力調整器３に入力し、その差分が所定の閾値より高ければ、基準発振器１から注入同期発振器２への注入電力を高くする指令を電力調整器３に入力するように構成したので、注入同期発振器２における所望の離調周波数未満の位相雑音が基準発振器１の位相雑音と等しくなるように、かつ、所望の離調周波数以上の位相雑音が、基準発振器１の出力波が注入されていない場合の注入同期発振器２の位相雑音と等しくなるように電力調整器３が制御され、その結果、位相雑音の劣化を抑制することができる効果を奏する。
【００２９】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３による高周波発振源を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
周波数設定器５は注入同期発振器２の出力波の周波数ｆ０を監視し、基準発振器１の出力波が注入同期発振器２へ注入されていないとき、その周波数ｆ０が基準発振器１の出力波の周波数ｆｒのＮ倍（Ｎ＝１，２，３・・・）になるように注入同期発振器２を制御する処理を実施する。なお、周波数設定器５は周波数設定手段を構成している。
【００３０】
図６はこの発明の実施の形態３による高周波発振源の周波数設定器５の詳細を示す構成図である。
図６（ａ）は位相同期確立前の状態を示し、図６（ｂ）は位相同期確立後の状態を示している。
図６において、位相同期回路２１は注入同期発振器２の出力波を分周して、分周後の出力波と基準発振器２３の出力波との位相を比較し、その位相差に応じた制御電圧を出力して、注入同期発振器２に対して位相同期を確立する処理を実施する。
【００３１】
位相同期回路２１の分周器２２（図では「÷Ｎ」と表記）は注入同期発振器２の出力波をＮ分周し、Ｎ分周後の出力波を位相比較器２４に入力する処理を実施する。
基準発振器２３は周波数ｆｒの信号を出力する発振器であり、周波数ｆｒの出力波を位相比較器２４に入力する。
図６の例では、位相同期回路２１が基準発振器２３を実装しているが、図７に示すように、基準発振器１の出力波を分配し、その一部の出力波を位相比較器２４に入力するようにしてもよい。
【００３２】
位相比較器２４は分周器２２から出力されたＮ分周後の出力波と基準発振器２３（または、基準発振器１）の出力波との位相を比較し、その位相差に応じた電圧値をループフィルタ２５（図では「ＬＦ」と表記）に入力する処理を実施する。
ループフィルタ２５は位相比較器２４から出力された電圧値を平滑化し、平滑化後の電圧値（制御電圧）を出力する処理を実施する。
【００３３】
電圧源２６は位相同期回路２１から位相同期の確立時に出力されていた制御電圧と等しい制御電圧を出力する電源である。
スイッチ２７は図示せぬ制御回路又は位相同期回路２１の制御の下、位相同期が確立するまでの期間中はオン状態であり、位相同期の確立後にオフ状態になる開閉器である。
スイッチ２８は図示せぬ制御回路又は位相同期回路２１の制御の下、位相同期が確立するまでの期間中はオフ状態であり、位相同期の確立後にオン状態になる開閉器である。
スイッチ２７，２８によって、位相同期が確立するまでの期間は、位相同期回路２１から出力された制御電圧が注入同期発振器２の制御端子に与えられ、位相同期の確立後は電圧源２６から出力された制御電圧が注入同期発振器２の制御端子に与えられる。
【００３４】
上記実施の形態１では、基準発振器１の出力波が注入されていない場合の注入同期発振器２の出力波の周波数ｆ０が、基準発振器１の出力波の周波数ｆｒのＮ倍（Ｎ＝１，２，３・・・）に設定されているものを示したが、周波数設定器５が、注入同期発振器２の出力波の周波数ｆ０を監視し、その出力波の周波数ｆ０が基準発振器１の出力波の周波数ｆｒのＮ倍（Ｎ＝１，２，３・・・）になるように注入同期発振器２を制御するようにしてもよい。
【００３５】
以下、周波数設定器５の処理内容を説明する。
周波数設定器５の位相同期回路２１による位相同期が確立する前は、スイッチ２７がオン状態で、スイッチ２８がオフ状態である。
位相同期回路２１の分周器２２は、注入同期発振器２の出力波をＮ分周し、Ｎ分周後の出力波を位相比較器２４に入力する。
【００３６】
位相比較器２４は、分周器２２が注入同期発振器２の出力波をＮ分周すると、Ｎ分周後の出力波と基準発振器２３（または、基準発振器１）の出力波との位相を比較し、その位相差に応じた電圧値をループフィルタ２５に出力する。
ループフィルタ２５は、位相比較器２４から電圧値を受けると、その電圧値を平滑化して、平滑化後の電圧値を制御電圧として注入同期発振器２の制御端子に与える。
【００３７】
位相同期回路２１による位相同期が確立すると、スイッチ２７がオン状態からオフ状態になり、スイッチ２８がオフ状態からオン状態になる。
電圧源２６は、位相同期回路２１から位相同期の確立時に出力されていた制御電圧と等しい制御電圧を注入同期発振器２の制御端子に与える。
これにより、注入同期発振器２の出力波の周波数ｆ０が、図８に示すように、基準発振器２３の出力波の周波数ｆｒのＮ倍（Ｎ＝１，２，３・・・）に設定されるようになる。
【００３８】
一般的に、位相同期よりも注入同期の方が同期速度は速いが、図６に示すように、位相同期回路２１を用いることで、同期速度が制限される。しかし、位相同期のみの場合と比較して、同期速度を高めるためにループ帯域を広げても最終的な位相雑音特性に影響を及ぼさないため高速化が可能である。
【００３９】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、周波数設定器５が、注入同期発振器２の出力波の周波数ｆ０を監視し、その出力波の周波数ｆ０が基準発振器１の出力波の周波数ｆｒのＮ倍（Ｎ＝１，２，３・・・）になるように注入同期発振器２を制御する構成にしたので、基準発振器１の出力波が注入されていない場合の注入同期発振器２の出力波の周波数ｆ０が、確実に、基準発振器１の出力波の周波数ｆｒのＮ倍（Ｎ＝１，２，３・・・）に設定され、その結果、電力調整器３の制御により位相雑音の劣化を抑制することができる効果を奏する。
【００４０】
実施の形態４．
図９はこの発明の実施の形態４による高周波発振源を示す構成図であり、図において、図３及び図５と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
上記実施の形態２では、位相雑音モニタ４が実装され、上記実施の形態３では、周波数設定器５が実装されている高周波発振源を示したが、図９に示すように、位相雑音モニタ４と周波数設定器５が高周波発振源に実装されていてもよい。
なお、位相雑音モニタ４の処理内容は上記実施の形態２と同様であり、周波数設定器５の処理内容は上記実施の形態３と同様である。
図１０〜図１２は高周波発振源の位相雑音モニタ４及び周波数設定器５の詳細を示す構成図である。
【００４１】
この実施の形態４によれば、低離調周波数では、基準発振器１の低位相雑音特性が得られ、高離調周波数では、注入同期発振器２の低位相雑音特性が得られるため、全離調周波数にわたって低位相雑音特性が得られる。
【００４２】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 基準発振器、２ 注入同期発振器、３ 電力調整器、４ 位相雑音モニタ（位相雑音モニタ手段）、５ 周波数設定器（周波数設定手段）、１１ 分周器、１２ ミクサ（雑音差分検出手段）、１３ 増幅器（雑音差分検出手段）、１４ アナログ−ディジタル変換器（雑音差分検出手段）、１５ 信号処理部（雑音差分検出手段）、１６ 電圧比較器（指令出力手段）、１７ ディジタル−アナログ変換器（指令出力手段）、１８ 積分回路（指令出力手段）、２１ 位相同期回路、２２ 分周器、２３ 基準発振器、２４ 位相比較器、２５ ループフィルタ、２６ 電圧源、２７，２８ スイッチ。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、位相雑音が低い電波を出力する高周波発振源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、フリーラン状態の高周波数帯の発振器は、安定度が低く、位相雑音が高い。
安定度を高めて、位相雑音を低減することが可能な高周波発振源として、位相同期発振器がある。
以下に、位相同期発振器の動作を簡単に説明する。
【０００３】
位相同期発振器を構成する電圧制御発振器（以下、「ＶＣＯ」と称する）の出力波が、緩衝増幅器を介して負荷に供給される一方、その出力波の一部が分周器に入力され、その分周器で１／Ｎの低周波数に変換される。
その分周器の出力波は、位相比較器によって、安定度の高い水晶発振器の出力波と比較され、それらの出力波の位相差に応じた直流近傍の電圧がループフィルタ（ローパスフィルタ）に入力される。
そのループフィルタにより平滑化された直流電圧は、上記ＶＣＯの制御端子に入力され、そのＶＣＯの発振周波数が水晶発振器の発振周波数のＮ倍に等しい周波数となるように制御される。
これにより、ＶＣＯの発振周波数の安定度は水晶発振器の安定度と等しくなる。
また、ループフィルタで決定される帯域により、ＶＣＯの低離調周波数の位相雑音が、水晶発振器、位相比較器及び分周器の位相雑音で決定され、高離調周波数の位相雑音が、フリーラン時のＶＣＯの位相雑音となる（例えば、非特許文献１を参照）。
【０００４】
他の高周波発振源としては、注入同期発振器を用いている発振源がある。
この発振器の動作を簡単に説明する。
安定度が高い低周波数帯の周波数シンセサイザを基準源とし、基準源の２倍の周波数で発振するＶＣＯを注入同期発振器として、その周波数シンセサイザの出力波をＶＣＯに注入する。
周波数シンセサイザの出力波をＶＣＯに注入することで、そのＶＣＯの出力波が、注入された周波数シンセサイザの出力波と同期するため、周波数安定度が周波数シンセサイザの安定度と等しくなる。
このとき、ＶＣＯの位相雑音は周波数シンセサイザの位相雑音と同等になる（例えば、非特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】10GHz Band Compact Phase Locked Oscillator with Low Phase Noise, 20th European Microwave Conference, Vol.2, pp.1766-1771, 1990.
【非特許文献２】Millimeter-wave HBT MMIC Synthesizers using subharmonically Injection-Locked Oscillators, GaAs IC Symposium, Technical Digest 1997, 19th Annual, pp.271-274, 1997.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の高周波発振源は以上のように構成されているので、位相同期を用いる場合、低離調周波数の位相雑音が、水晶発振器、位相比較器及び分周器の位相雑音で決定される。このため、その位相比較器と分周器の位相雑音によって、位相雑音が劣化してしまう課題があった。
また、注入同期を用いる場合、注入電力がないときの注入同期発振器の発振周波数が基準発振器の出力周波数のＮ倍（Ｎ＝１，２，３・・・）と異なるため、注入同期を確立するには高い注入電力が必要であり、注入同期発振器の位相雑音が全離調周波数帯域に渡って、基準発振器と同じとなる。このため、基準発振器として水晶発振器を用いると高離調周波数の位相雑音が高くなり、基準発振器として周波数シンセサイザを用いると、周波数シンセサイザ自体が位相同期を用いているために、低離調周波数の位相雑音が位相比較器及び分周器によって高くなり、位相雑音が劣化してしまう課題があった。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、位相雑音の劣化を抑制することができる高周波発振源を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る高周波発振源は、所定の周波数で発振する基準発振器と、その基準発振器の出力波が注入されていない場合の発振周波数が、その基準発振器の出力波の周波数の整数倍に設定されている（または設定される）注入同期発振器とを備え、その基準発振器から注入同期発振器に注入される電力を、注入同期発振器の低離調周波数の位相雑音が基準発振器の位相雑音と(同じ周波数で比較した場合に)等しくなるように、かつ高離調周波数の位相雑音が注入電力がない時の注入同期発振器の位相雑音と(同じ周波数で比較した場合に)等しくなるように適切な注入電力とする電力調整手段を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、所定の周波数で発振する基準発振器と、その基準発振器の出力波が注入されてない場合の発振周波数が、その基準発振器の出力波の周波数の整数倍に設定されている（または設定される）注入同期発振器とを備え、その基準発振器から注入同期発振器に注入される電力を適切な注入電力とする電力調整手段を備えた構成としたので、同じ周波数で比較して、注入同期発振器の低離調周波数の位相雑音を基準発振器の位相雑音と等しくし、かつ高離調周波数の位相雑音を注入電力がない時の注入同期発振器の位相雑音と等しくすることが可能となり、位相雑音の劣化を抑制することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１による高周波発振源を示す構成図である。
【図２】注入同期発振器２の位相雑音と基準発振器１の位相雑音を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態２による高周波発振源を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態２による高周波発振源の位相雑音モニタ４の詳細を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態３による高周波発振源を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態３による高周波発振源の周波数設定器５の詳細を示す構成図である。
【図７】この発明の実施の形態３による高周波発振源の周波数設定器５の詳細を示す構成図である。
【図８】基準発振器１及び注入同期発振器２の発振周波数を示す説明図である。
【図９】この発明の実施の形態４による高周波発振源を示す構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態４による高周波発振源の位相雑音モニタ４及び周波数設定器５の詳細を示す構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態４による高周波発振源の位相雑音モニタ４及び周波数設定器５の詳細を示す構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態４による高周波発振源の位相雑音モニタ４及び周波数設定器５の詳細を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による高周波発振源を示す構成図である。
図１において、基準発振器１は周波数ｆｒの電波を出力する発振器であり、出力波の周波数（または発振周波数）が固定の発振器でもよいし、出力波の周波数（または発振周波数）が可変可能な電圧制御発振器や電流制御発振器などであってもよい。
また、基準発振器１は、水晶発振器、ＳＡＷ発振器、あるいは、周波数シンセサイザなどで構成されていてもよい。
なお、基準発振器１の出力周波数ｆｒは発振周波数でもよいし、発振周波数の高調波であってもよい。
【００１２】
注入同期発振器２は、基準発振器１の出力波が注入されていない場合の発振周波数ｆ０が、基準発振器１の出力波の周波数ｆｒのＮ倍（Ｎ＝１，２，３・・・）に設定されている。基準発振器１の出力波が電力調整器３を介して注入同期発振器２に注入され、注入同期発振器２はその注入された電波に同期して発振する発振器である。
なお、注入同期発振器２は、発振周波数が固定の発振器でもよいし、発振周波数が可変可能な電圧制御発振器や電流制御発振器などであってもよい。
【００１３】
電力調整器３は例えば可変アッテネータ、可変抵抗、トランジスタ、ダイオード、共振回路、結合線路などで構成されており、基準発振器１から注入同期発振器２に注入される電波の電力を調整する電力調整手段である。
電力調整器３は、基準発振器１の出力波が注入されていない場合の注入同期発振器２の位相雑音と基準発振器１の位相雑音とが（同じ周波数で比較した場合において）一致する離調周波数を境にして、その離調周波数より低い低離調周波数では、注入同期発振器２の位相雑音が基準発振器１の位相雑音と等しくなるように、かつ、その離調周波数より高い高離調周波数では、注入同期発振器２の位相雑音が、基準発振器１の出力波が注入されていない場合の注入同期発振器２の位相雑音と等しくなるように、注入同期発振器２への注入電力を制御する。
【００１４】
なお、電力調整器３は、図１（ｂ）に示すように、逓倍機能を備えていてもよく、例えば、基準発振器１の出力波の周波数ｆｒの逓倍数をＭ（Ｍ＝１，２，３・・・）にすることで、周波数Ｍ・ｆｒの電波を注入同期発振器２に注入し、その周波数Ｍ・ｆｒのＬ倍（Ｌ＝１，２，３・・・）の周波数Ｌ・Ｍ・ｆｒの電波が注入同期発振器２から出力されるようにしてもよい。
この場合も、注入同期発振器２の発振周波数（または出力周波数）は、基準発振器１の出力周波数のＮ倍（Ｎ＝１，２，３・・・）になる。
【００１５】
次に動作について説明する。
基準発振器１は、安定度が高い発振器であり、周波数ｆｒで発振する。
注入同期発振器２は、基準発振器１の出力波が電力調整器３を介して注入され、その注入された電波に同期して発振する。
このとき、注入同期発振器２は、基準発振器１の出力波が注入されていない場合の発振周波数ｆ０が、基準発振器１の出力波の周波数ｆｒのＮ倍（Ｎ＝１，２，３・・・）に設定されており、基準発振器１の出力波が注入された場合、発振周波数ｆ０は、基準発振器１の出力波の周波数ｆｒのＮ倍（Ｎ＝１，２，３・・・）を維持する。
【００１６】
ここで、図２は同じ周波数で比較した場合の注入同期発振器２の位相雑音と基準発振器１の位相雑音を示す説明図である。
電力調整器３は、基準発振器１の出力波が注入されていない場合の注入同期発振器２の位相雑音と基準発振器１の位相雑音とが一致する離調周波数（図２では、注入同期発振器２の位相雑音と基準発振器１の位相雑音とが交わっている点に対応する離調周波数）より低い低離調周波数では、注入同期発振器２の位相雑音が基準発振器１の位相雑音と等しくなるように、かつ、その離調周波数より高い高離調周波数では、注入同期発振器２の位相雑音が、基準発振器１の出力波が注入されていない場合の注入同期発振器２の位相雑音と等しくなるように、基準発振器１から注入同期発振器２への注入電力を制御する。
基本的には低い注入電力とすることで、低離調周波数では、注入同期発振器２の位相雑音が基準発振器１の位相雑音と等しくなり、かつ高離調周波数では、注入同期発振器２の位相雑音が、基準発振器１の出力波が注入されていない場合の注入同期発振器２の位相雑音と等しくすることが可能となる。これは、注入同期発振器２におけるアドラー(Adler)の式から分かるように、注入電力が低いときの同調帯域幅が狭いためである。
これにより、図２に示すように、低離調周波数では、基準発振器１の低位相雑音特性が得られ、高離調周波数では、注入同期発振器２の低位相雑音特性が得られるため、全離調周波数にわたって低位相雑音特性が得られる。
【００１７】
なお、電力調整器３による注入電力の制御は、手動で行なってもよいし、電圧又は電流などで電子的に行なってもよい。
例えば、電力調整器３が可変抵抗であれば、軸を回すことで抵抗値を変化させることができ、電力調整器３が可変アッテネータであれば、電圧によって減衰量を変化させることができる。
また、電力調整器３がトランジスタであれば、バイアス電圧または電流によって利得を変化させることができ、電力調整器３がダイオードであれば、端子間電圧によって容量を変化させることで結合量（通過量）を変えることができる。
これらにより、注入電力を調整することが可能である。
【００１８】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、所定の周波数で発振する基準発振器１と、その基準発振器１の出力波が注入されていない場合の発振周波数が、その基準発振器１の出力波の周波数の整数倍に設定されており、基準発振器１の出力波が注入されることで、その注入された電波に同期して発振する注入同期発振器２とを備え、その基準発振器から注入同期発振器に注入される電力を、注入同期発振器の低離調周波数の位相雑音が基準発振器の位相雑音と(同じ周波数で比較した場合に)等しくなるように、かつ高離調周波数の位相雑音が注入電力がない時の注入同期発振器の位相雑音と(同じ周波数で比較した場合に)等しくなるように適切な注入電力とする電力調整手段を備えるように構成したので、位相雑音の劣化を抑制することができる効果を奏する。
【００１９】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による高周波発振源を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
位相雑音モニタ４は注入同期発振器２の位相雑音及び基準発振器１の位相雑音を監視し、所定の離調周波数において、注入同期発振器２の位相雑音と基準発振器１の位相雑音との差分が所定の閾値より低ければ、基準発振器１から注入同期発振器２への注入電力を低くする指令を電力調整器３に出力し、その差分が所定の閾値より高ければ、基準発振器１から注入同期発振器２への注入電力を高くする指令を電力調整器３に出力する処理を実施する。なお、位相雑音モニタ４は位相雑音モニタ手段を構成している。
【００２０】
上記実施の形態１では、電力調整器３が、低離調周波数では、注入同期発振器２の位相雑音が基準発振器１の位相雑音と等しくなるように、かつ、高離調周波数では、注入同期発振器２の位相雑音が、基準発振器１の出力波が注入されていない場合の注入同期発振器２の位相雑音と等しくなるように、基準発振器１から注入同期発振器２への注入電力を制御するものを示したが、位相雑音モニタ４の指令の下で、電力調整器３が注入電力を制御するようにしてもよい。
【００２１】
以下、位相雑音モニタ４の処理内容を説明する。
位相雑音モニタ４は、例えば、位相雑音のレベルを測定する測定器などから構成されている場合、その測定器によって、注入同期発振器２の位相雑音のレベルを測定するとともに、基準発振器１の位相雑音のレベルを測定する。
注入同期発振器２の位相雑音レベルと基準発振器１の位相雑音レベルが所定の離調周波数において、差分が小さい場合は注入電力が低くなるように電力調整器３を制御し、差分が大きい場合は注入電力が高くなるように電力調整器３を制御する。
【００２２】
これにより、注入同期発振器２における所定の離調周波数未満の位相雑音が基準発振器１の位相雑音と等しくなるように電力調整器３が制御され、所定の離調周波数以上の位相雑音が、基準発振器１の出力波が注入されていない場合の注入同期発振器２の位相雑音と等しくなるように電力調整器３が制御される。
電力調整器３の制御は、位相雑音モニタ４の結果を見ながら、手動または自動で行っても良い。
【００２３】
ここでは、位相雑音モニタ４が、位相雑音のレベルを測定する測定器などから構成されている例を示したが、注入同期発振器２及び基準発振器１の出力波を比較し、その差分に応じた直流の出力電圧を検出し、その出力電圧によって電力調整器３を電子的に制御する位相雑音検出回路などから構成されていてもよい。
注入同期発振器２と基準発振器１は低離調周波数では同期しているため位相雑音はコヒーレントであり、その差分はキャンセルされる。
一方、高離調周波数では同期していないため位相雑音はコヒーレントではなく、位相雑音のレベル差に応じた電力が存在し、どの離調周波数帯まで同期しているかが検出可能である。
【００２４】
具体的には、位相雑音モニタ４は、図４に示すように、分周器１１（図では「÷Ｎ」と表記）、ミクサ１２、増幅器１３、アナログ−ディジタル変換器１４（図では「ＡＤＣ」と表記）、信号処理部１５、電圧比較器１６、ディジタル−アナログ変換器１７（図では「ＤＡＣ」と表記）及び積分回路１８で構成されていてもよい。
なお、ミクサ１２、増幅器１３、アナログ−ディジタル変換器１４及び信号処理部１５から雑音差分検出手段が構成されており、電圧比較器１６、ディジタル−アナログ変換器１７及び積分回路１８から指令出力手段が構成されている。
【００２５】
位相雑音モニタ４の分周器１１は、注入同期発振器２の出力波をＮ分周し、Ｎ分周後の出力波をミクサ１２に入力する。
ミクサ１２は、分周器１１から出力されたＮ分周後の出力波と基準発振器１の出力波が入力され、それらの位相雑音の差分に応じた電圧値を増幅器１３に入力する。
ミクサ１２から出力される電圧値は非常に小さい値であるため、増幅器１３は、ミクサ１２の出力電圧値を増幅し、増幅後の電圧値をアナログ−ディジタル変換器１４に入力する。
アナログ−ディジタル変換器１４は、増幅器１３から出力された増幅後の電圧値をアナログ値からディジタル値に変換し、そのディジタル値を信号処理部１５に入力する。
【００２６】
信号処理部１５は、アナログ−ディジタル変換器１４からディジタル値を受けると、そのディジタル値に対する信号処理（例えば、フーリエ変換処理など）を実施することで、離調周波数に対する位相雑音の差分（注入同期発振器２の位相雑音と、基準発振器１の位相雑音との差分）のレベルを検出する。
電圧比較器１６は、信号処理部１５が位相雑音の差分レベルを検出すると、その差分レベルと所定の閾値を比較し、その差分レベルが閾値より低ければ、基準発振器１から注入同期発振器２への注入電力を低くするために、その差分レベルと閾値の差に相当する電圧値をディジタル−アナログ変換器１７に入力する。
一方、その差分レベルが閾値より高ければ、基準発振器１から注入同期発振器２への注入電力を高くするために、その差分レベルと閾値の差に相当する電圧値をディジタル−アナログ変換器１７に入力する。
【００２７】
ディジタル−アナログ変換器１７は、電圧比較器１６から出力された電圧値をディジタル値からアナログ値に変換し、そのアナログ値を積分回路１８に入力する。
積分回路１８は、ディジタル−アナログ変換器１７から出力されたアナログ値を積分し、その積分値を注入電力の上げ指令又は下げ指令として電力調整器３に入力する。
【００２８】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、位相雑音モニタ４が、注入同期発振器２の位相雑音及び基準発振器１の位相雑音を監視し、注入同期発振器２の位相雑音と基準発振器１の位相雑音との差分が所定の閾値より低ければ、基準発振器１から注入同期発振器２への注入電力を低くする指令を電力調整器３に入力し、その差分が所定の閾値より高ければ、基準発振器１から注入同期発振器２への注入電力を高くする指令を電力調整器３に入力するように構成したので、注入同期発振器２における所望の離調周波数未満の位相雑音が基準発振器１の位相雑音と等しくなるように、かつ、所望の離調周波数以上の位相雑音が、基準発振器１の出力波が注入されていない場合の注入同期発振器２の位相雑音と等しくなるように電力調整器３が制御され、その結果、位相雑音の劣化を抑制することができる効果を奏する。
【００２９】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３による高周波発振源を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
周波数設定器５は注入同期発振器２の出力波の周波数ｆ０を監視し、基準発振器１の出力波が注入同期発振器２へ注入されていないとき、その周波数ｆ０が基準発振器１の出力波の周波数ｆｒのＮ倍（Ｎ＝１，２，３・・・）になるように注入同期発振器２を制御する処理を実施する。なお、周波数設定器５は周波数設定手段を構成している。
【００３０】
図６はこの発明の実施の形態３による高周波発振源の周波数設定器５の詳細を示す構成図である。
図６（ａ）は位相同期確立前の状態を示し、図６（ｂ）は位相同期確立後の状態を示している。
図６において、位相同期回路２１は注入同期発振器２の出力波を分周して、分周後の出力波と基準発振器２３の出力波との位相を比較し、その位相差に応じた制御電圧を出力して、注入同期発振器２に対して位相同期を確立する処理を実施する。
【００３１】
位相同期回路２１の分周器２２（図では「÷Ｎ」と表記）は注入同期発振器２の出力波をＮ分周し、Ｎ分周後の出力波を位相比較器２４に入力する処理を実施する。
基準発振器２３は周波数ｆｒの信号を出力する発振器であり、周波数ｆｒの出力波を位相比較器２４に入力する。
図６の例では、位相同期回路２１が基準発振器２３を実装しているが、図７に示すように、基準発振器１の出力波を分配し、その一部の出力波を位相比較器２４に入力するようにしてもよい。
【００３２】
位相比較器２４は分周器２２から出力されたＮ分周後の出力波と基準発振器２３（または、基準発振器１）の出力波との位相を比較し、その位相差に応じた電圧値をループフィルタ２５（図では「ＬＦ」と表記）に入力する処理を実施する。
ループフィルタ２５は位相比較器２４から出力された電圧値を平滑化し、平滑化後の電圧値（制御電圧）を出力する処理を実施する。
【００３３】
電圧源２６は位相同期回路２１から位相同期の確立時に出力されていた制御電圧と等しい制御電圧を出力する電源である。
スイッチ２７は図示せぬ制御回路又は位相同期回路２１の制御の下、位相同期が確立するまでの期間中はオン状態であり、位相同期の確立後にオフ状態になる開閉器である。
スイッチ２８は図示せぬ制御回路又は位相同期回路２１の制御の下、位相同期が確立するまでの期間中はオフ状態であり、位相同期の確立後にオン状態になる開閉器である。
スイッチ２７，２８によって、位相同期が確立するまでの期間は、位相同期回路２１から出力された制御電圧が注入同期発振器２の制御端子に与えられ、位相同期の確立後は電圧源２６から出力された制御電圧が注入同期発振器２の制御端子に与えられる。
【００３４】
上記実施の形態１では、基準発振器１の出力波が注入されていない場合の注入同期発振器２の出力波の周波数ｆ０が、基準発振器１の出力波の周波数ｆｒのＮ倍（Ｎ＝１，２，３・・・）に設定されているものを示したが、周波数設定器５が、注入同期発振器２の出力波の周波数ｆ０を監視し、その出力波の周波数ｆ０が基準発振器１の出力波の周波数ｆｒのＮ倍（Ｎ＝１，２，３・・・）になるように注入同期発振器２を制御するようにしてもよい。
【００３５】
以下、周波数設定器５の処理内容を説明する。
周波数設定器５の位相同期回路２１による位相同期が確立する前は、スイッチ２７がオン状態で、スイッチ２８がオフ状態である。
位相同期回路２１の分周器２２は、注入同期発振器２の出力波をＮ分周し、Ｎ分周後の出力波を位相比較器２４に入力する。
【００３６】
位相比較器２４は、分周器２２が注入同期発振器２の出力波をＮ分周すると、Ｎ分周後の出力波と基準発振器２３（または、基準発振器１）の出力波との位相を比較し、その位相差に応じた電圧値をループフィルタ２５に出力する。
ループフィルタ２５は、位相比較器２４から電圧値を受けると、その電圧値を平滑化して、平滑化後の電圧値を制御電圧として注入同期発振器２の制御端子に与える。
【００３７】
位相同期回路２１による位相同期が確立すると、スイッチ２７がオン状態からオフ状態になり、スイッチ２８がオフ状態からオン状態になる。
電圧源２６は、位相同期回路２１から位相同期の確立時に出力されていた制御電圧と等しい制御電圧を注入同期発振器２の制御端子に与える。
これにより、注入同期発振器２の出力波の周波数ｆ０が、図８に示すように、基準発振器２３の出力波の周波数ｆｒのＮ倍（Ｎ＝１，２，３・・・）に設定されるようになる。
【００３８】
一般的に、位相同期よりも注入同期の方が同期速度は速いが、図６に示すように、位相同期回路２１を用いることで、同期速度が制限される。しかし、位相同期のみの場合と比較して、同期速度を高めるためにループ帯域を広げても最終的な位相雑音特性に影響を及ぼさないため高速化が可能である。
【００３９】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、周波数設定器５が、注入同期発振器２の出力波の周波数ｆ０を監視し、その出力波の周波数ｆ０が基準発振器１の出力波の周波数ｆｒのＮ倍（Ｎ＝１，２，３・・・）になるように注入同期発振器２を制御する構成にしたので、基準発振器１の出力波が注入されていない場合の注入同期発振器２の出力波の周波数ｆ０が、確実に、基準発振器１の出力波の周波数ｆｒのＮ倍（Ｎ＝１，２，３・・・）に設定され、その結果、電力調整器３の制御により位相雑音の劣化を抑制することができる効果を奏する。
【００４０】
実施の形態４．
図９はこの発明の実施の形態４による高周波発振源を示す構成図であり、図において、図３及び図５と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
上記実施の形態２では、位相雑音モニタ４が実装され、上記実施の形態３では、周波数設定器５が実装されている高周波発振源を示したが、図９に示すように、位相雑音モニタ４と周波数設定器５が高周波発振源に実装されていてもよい。
なお、位相雑音モニタ４の処理内容は上記実施の形態２と同様であり、周波数設定器５の処理内容は上記実施の形態３と同様である。
図１０〜図１２は高周波発振源の位相雑音モニタ４及び周波数設定器５の詳細を示す構成図である。
【００４１】
この実施の形態４によれば、低離調周波数では、基準発振器１の低位相雑音特性が得られ、高離調周波数では、注入同期発振器２の低位相雑音特性が得られるため、全離調周波数にわたって低位相雑音特性が得られる。
【００４２】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 基準発振器、２ 注入同期発振器、３ 電力調整器、４ 位相雑音モニタ（位相雑音モニタ手段）、５ 周波数設定器（周波数設定手段）、１１ 分周器、１２ ミクサ（雑音差分検出手段）、１３ 増幅器（雑音差分検出手段）、１４ アナログ−ディジタル変換器（雑音差分検出手段）、１５ 信号処理部（雑音差分検出手段）、１６ 電圧比較器（指令出力手段）、１７ ディジタル−アナログ変換器（指令出力手段）、１８ 積分回路（指令出力手段）、２１ 位相同期回路、２２ 分周器、２３ 基準発振器、２４ 位相比較器、２５ ループフィルタ、２６ 電圧源、２７，２８ スイッチ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数で発振する基準発振器と、上記基準発振器の出力波が注入され、上記出力波に同期して発振する注入同期発振器とを備えた高周波発振源において、
上記基準発振器の出力波が注入されていない場合の上記注入同期発振器の出力波の周波数が、上記基準発振器の出力波の周波数の整数倍に設定され、
上記基準発振器から上記注入同期発振器への注入電力を調整する電力調整手段を設けたことを特徴とする高周波発振源。
【請求項２】
電力調整手段は、基準発振器の出力波が注入されていない場合の注入同期発振器の位相雑音と上記基準発振器の位相雑音とが同じ周波数で比較して一致する離調周波数を境にして、上記離調周波数より低い低離調周波数では、上記注入同期発振器の位相雑音が上記基準発振器の位相雑音と同じ周波数で比較して等しくなるように、かつ、上記離調周波数より高い高離調周波数では、上記注入同期発振器の位相雑音が、上記基準発振器の出力波が注入されていない場合の上記注入同期発振器の位相雑音と等しくなるように、上記基準発振器から上記注入同期発振器への注入電力を制御することを特徴とする請求項１記載の高周波発振源。
【請求項３】
注入同期発振器の位相雑音及び基準発振器の位相雑音を監視し、上記注入同期発振器の位相雑音と上記基準発振器の位相雑音の同じ周波数における差分が所定の閾値より低ければ、上記基準発振器から上記注入同期発振器への注入電力を低くする指令を上記電力調整手段に入力し、上記差分が所定の閾値より高ければ、上記基準発振器から上記注入同期発振器への注入電力を高くする指令を上記電力調整手段に入力する位相雑音モニタ手段を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の高周波発振源。
【請求項４】
位相雑音モニタ手段は、注入同期発振器の出力波を分周する分周器と、上記分周器により分周された出力波と基準発振器の出力波の離調周波数に対する位相雑音の差分レベルを検出する雑音差分検出手段と、上記雑音差分検出手段により検出された位相雑音の差分レベルが所定の閾値より低ければ、上記基準発振器から上記注入同期発振器への注入電力を低くする指令を上記電力調整手段に入力し、上記位相雑音の差分レベルが所定の閾値より高ければ、上記基準発振器から上記注入同期発振器への注入電力を高くする指令を上記電力調整手段に入力する指令出力手段とから構成されていることを特徴とする請求項３記載の高周波発振源。
【請求項５】
雑音差分検出手段は、ミクサと、増幅器と、アナログ−ディジタル変換器と、信号処理部とから構成され、
指令出力手段は、電圧比較器と、ディジタル−アナログ変換器と、積分回路とから構成されており、
上記ミクサの第１の入力端子に基準発振器の出力の一部が入力され、
上記ミクサの第２の入力端子に分周器の出力が入力され、
上記ミクサの出力端子は上記増幅器の入力端子に接続され、
上記増幅器の出力端子は上記アナログ−ディジタル変換器の入力端子に接続され、
上記アナログ−ディジタル変換器の出力端子は上記信号処理部の入力端子に接続され、
上記信号処理部の出力端子は上記電圧比較器の入力端子に接続され、
上記電圧比較器の出力端子は上記ディジタル-アナログ変換器の入力端子に接続され、
上記ディジタル-アナログ変換器の出力端子は上記積分回路の入力端子に接続され、
上記積分回路の出力により、
電力調整手段が制御されることを特徴とする請求項４記載の高周波発振源。
【請求項６】
注入同期発振器の出力波の周波数を監視し、基準発振器からの出力波が上記注入同期発振器へ注入されていないときに、上記注入同期発振器の出力波の周波数が上記基準発振器の出力波の周波数の整数倍になるように上記注入同期発振器を制御する周波数設定手段を設けたことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の高周波発振源。
【請求項７】
周波数設定手段は、注入同期発振器の出力波を分周して、分周後の出力波と基準発振器または上記基準発振器の代用となる他の基準発振器の出力波との位相を比較し、その位相差に応じた制御電圧を出力して、上記注入同期発振器に対して位相同期を確立する位相同期回路と、上記位相同期回路から位相同期の確立時に出力されていた制御電圧と等しい制御電圧を出力する電圧源と、位相同期が確立するまでの期間は上記位相同期回路から出力された制御電圧を上記注入同期発振器に与え、位相同期の確立後は上記電圧源から出力された制御電圧を上記注入同期発振器に与えるスイッチとから構成されていることを特徴とする請求項６記載の高周波発振源。
【請求項８】
電力調整手段は、基準発振器から注入同期発振器への注入電力を調整する際、上記基準発振器の出力波の周波数をM逓倍（M=１、２、３、．．．）し、M逓倍後の出力波を上記注入同期発振器に注入することを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載の高周波発振源。
【請求項１】
所定の周波数で発振する基準発振器と、上記基準発振器の出力波が注入され、上記出力波に同期して発振する注入同期発振器とを備えた高周波発振源において、
上記基準発振器の出力波が注入されていない場合の上記注入同期発振器の出力波の周波数が、上記基準発振器の出力波の周波数の整数倍に設定され、
上記基準発振器から上記注入同期発振器への注入電力を調整する電力調整手段を設けたことを特徴とする高周波発振源。
【請求項２】
電力調整手段は、基準発振器の出力波が注入されていない場合の注入同期発振器の位相雑音と上記基準発振器の位相雑音とが同じ周波数で比較して一致する離調周波数を境にして、上記離調周波数より低い低離調周波数では、上記注入同期発振器の位相雑音が上記基準発振器の位相雑音と同じ周波数で比較して等しくなるように、かつ、上記離調周波数より高い高離調周波数では、上記注入同期発振器の位相雑音が、上記基準発振器の出力波が注入されていない場合の上記注入同期発振器の位相雑音と等しくなるように、上記基準発振器から上記注入同期発振器への注入電力を制御することを特徴とする請求項１記載の高周波発振源。
【請求項３】
注入同期発振器の位相雑音及び基準発振器の位相雑音を監視し、上記注入同期発振器の位相雑音と上記基準発振器の位相雑音の同じ周波数における差分が所定の閾値より低ければ、上記基準発振器から上記注入同期発振器への注入電力を低くする指令を上記電力調整手段に入力し、上記差分が所定の閾値より高ければ、上記基準発振器から上記注入同期発振器への注入電力を高くする指令を上記電力調整手段に入力する位相雑音モニタ手段を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の高周波発振源。
【請求項４】
位相雑音モニタ手段は、注入同期発振器の出力波を分周する分周器と、上記分周器により分周された出力波と基準発振器の出力波の離調周波数に対する位相雑音の差分レベルを検出する雑音差分検出手段と、上記雑音差分検出手段により検出された位相雑音の差分レベルが所定の閾値より低ければ、上記基準発振器から上記注入同期発振器への注入電力を低くする指令を上記電力調整手段に入力し、上記位相雑音の差分レベルが所定の閾値より高ければ、上記基準発振器から上記注入同期発振器への注入電力を高くする指令を上記電力調整手段に入力する指令出力手段とから構成されていることを特徴とする請求項３記載の高周波発振源。
【請求項５】
雑音差分検出手段は、ミクサと、増幅器と、アナログ−ディジタル変換器と、信号処理部とから構成され、
指令出力手段は、電圧比較器と、ディジタル−アナログ変換器と、積分回路とから構成されており、
上記ミクサの第１の入力端子に基準発振器の出力の一部が入力され、
上記ミクサの第２の入力端子に分周器の出力が入力され、
上記ミクサの出力端子は上記増幅器の入力端子に接続され、
上記増幅器の出力端子は上記アナログ−ディジタル変換器の入力端子に接続され、
上記アナログ−ディジタル変換器の出力端子は上記信号処理部の入力端子に接続され、
上記信号処理部の出力端子は上記電圧比較器の入力端子に接続され、
上記電圧比較器の出力端子は上記ディジタル-アナログ変換器の入力端子に接続され、
上記ディジタル-アナログ変換器の出力端子は上記積分回路の入力端子に接続され、
上記積分回路の出力により、
電力調整手段が制御されることを特徴とする請求項４記載の高周波発振源。
【請求項６】
注入同期発振器の出力波の周波数を監視し、基準発振器からの出力波が上記注入同期発振器へ注入されていないときに、上記注入同期発振器の出力波の周波数が上記基準発振器の出力波の周波数の整数倍になるように上記注入同期発振器を制御する周波数設定手段を設けたことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の高周波発振源。
【請求項７】
周波数設定手段は、注入同期発振器の出力波を分周して、分周後の出力波と基準発振器または上記基準発振器の代用となる他の基準発振器の出力波との位相を比較し、その位相差に応じた制御電圧を出力して、上記注入同期発振器に対して位相同期を確立する位相同期回路と、上記位相同期回路から位相同期の確立時に出力されていた制御電圧と等しい制御電圧を出力する電圧源と、位相同期が確立するまでの期間は上記位相同期回路から出力された制御電圧を上記注入同期発振器に与え、位相同期の確立後は上記電圧源から出力された制御電圧を上記注入同期発振器に与えるスイッチとから構成されていることを特徴とする請求項６記載の高周波発振源。
【請求項８】
電力調整手段は、基準発振器から注入同期発振器への注入電力を調整する際、上記基準発振器の出力波の周波数をM逓倍（M=１、２、３、．．．）し、M逓倍後の出力波を上記注入同期発振器に注入することを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載の高周波発振源。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２４４５８６（Ｐ２０１２−２４４５８６Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１６０２７（Ｐ２０１１−１１６０２７）
【出願日】平成２３年５月２４日（２０１１．５．２４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２４日（２０１１．５．２４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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