２位相出力電圧制御発振器
【課題】小型で低価格および高精度な位相差を持った２位相出力電圧制御発振器を提供すること。
【解決手段】１つの電圧制御発振器とハイブリッドカプラとを備え、電圧制御発振器の出力をハイブリッドカプラにより２つに分岐して互いに（π／４）異なる位相差の２信号を出力する２位相出力電圧制御発振器１であって、１つの上記電圧制御発振器回路４が多層プリント配線板上の最上層に形成され、上記ハイブリッドカプラ回路２が同じ多層プリント配線板の内層で構成されると共に、上記ハイブリッドカプラ回路２はトリプレートストリップライン導体構造を有しかつ上記多層プリント配線板内層の同一平面上に形成されていることを特徴とする。
【解決手段】１つの電圧制御発振器とハイブリッドカプラとを備え、電圧制御発振器の出力をハイブリッドカプラにより２つに分岐して互いに（π／４）異なる位相差の２信号を出力する２位相出力電圧制御発振器１であって、１つの上記電圧制御発振器回路４が多層プリント配線板上の最上層に形成され、上記ハイブリッドカプラ回路２が同じ多層プリント配線板の内層で構成されると共に、上記ハイブリッドカプラ回路２はトリプレートストリップライン導体構造を有しかつ上記多層プリント配線板内層の同一平面上に形成されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆるデジタル無線通信に用いられる電圧制御発振器に係り、特に、１つの信号発生部から複数位相の出力信号が得られる多位相出力電圧制御発振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタル無線通信の変調方式には、限られた周波数帯域をできるだけ有効に利用して伝送スピードを稼ぐため、様々な偏移位相変調（ＰＳＫ；Phase Shift Keying）方式が採用されている。この変調方式では、復調時に、搬送波信号と、これに（π／２）や（π／４）、（π／８）等の位相差を持たせた高周波信号を用いる。一般のＰＳＫ復調器は、例えば特開平９−２３８１７２公報に記載されているように、局部発振器を１つ用い、信号を２つ以上に分配した後、（π／２）や（π／４）の移相器を配置して、所望の位相差のある局部発振信号としている。
【０００３】
また、デジタル無線通信の受信機には、ダイレクトコンバージョン方式の復調が有望視されている。ダイレクトコンバージョンは、例えば特許２７４３６３５公報に記載されているように、高周波信号と同じ周波数の局部発振信号をミックスして復調波信号を直接取り出す受信方式のため、回路構成がシンプルでＩＦフィルタを必要とせず、かつ、データレートが上昇する際には高いＳ／Ｎ比を確保することが可能で、将来の高速デジタル通信に有利であるといわれている。また、ＩＦを経由する復調方式に比べて、無線経路における周波数アップコンバージョンの１つまたは２つのステージが不要になるため、外付け部品数が大幅に低減され、コストも削減できる。但し、ダイレクトコンバージョンでは、高周波でかつＳ／Ｎ比のよい発振器を必要とするため、ＶＣＳＯ（電圧制御ＳＡＷ発振器）やＶＣＸＯ（電圧制御水晶発振器）等の高いＱ値を有する発振器が必要となる。
【特許文献１】特開平９−２３８１７２公報
【特許文献２】特許２７４３６３５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＰＳＫ復調では、２つあるいは２つ以上に分割した局部発振器の信号間の位相差を正確に（π／２）や（π／４）に合わせる必要がある。位相差が正確にとれないと、復調時のＳ／Ｎが悪くなり、つまりはジッタが増加するため、符号判定に支障をきたして伝送エラーレートに影響する。
【０００５】
しかし、ＧＨｚ帯のダイレクトコンバージョンによるＰＳＫ復調では、線路長差の影響や波形歪みの影響が無視できないため、２つに分割した局部発振器の信号間の位相差を正確に合わせることは困難である。また、ハイブリッドカプラを付加する場合には、一辺が（λ／４：λは使用する信号の波長）相当の実装面積を確保しなければならないため、電圧制御発振器と上記ハイブリッドカプラを合わせた実装面積は、例えば１ＧＨｚ帯で計算した場合、発振回路部の倍以上に拡大させる必要が生ずる。
【０００６】
本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、小型で低価格および高精度な位相差を持った２位相出力電圧制御発振器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、請求項１に係る発明は、
１つの電圧制御発振器とハイブリッドカプラとを備え、上記電圧制御発振器の出力をハイブリッドカプラにより２つに分岐して、互いに（π／４）異なる位相差の２信号を出力する２位相出力電圧制御発振器を前提とし、
１つの上記電圧制御発振器回路が多層プリント配線板上の最上層に形成され、上記ハイブリッドカプラ回路が同じ多層プリント配線板の内層で構成されると共に、上記ハイブリッドカプラ回路はトリプレートストリップライン導体構造を有しかつ上記多層プリント配線板内層の同一平面上に形成されていることを特徴とし、
また、請求項２に係る発明は、
請求項１に記載の発明に係る２位相出力電圧制御発振器を前提とし、
１つの上記電圧制御発振器回路として、電圧制御ＳＡＷ発振器または電圧制御水晶発振器が適用されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載の発明に係る２位相出力電圧制御発振器によれば、
最上層に１つの電圧制御発振器回路が形成された多層プリント配線板の内層でトリプレートストリップライン導体構造を有するハイブリッドカプラ回路が構成されているため、互いに（π／４）異なる位相差を持って出力される２信号間、特に高周波領域においても良好な上記位相差関係を確保することができると共に、１つの電圧制御発振器回路が形成された同じ多層プリント配線板の内層で上記ハイブリッドカプラ回路が構成されているため、２位相出力電圧制御発振器の大型化を回避することが可能となる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明に係る２位相出力電圧制御発振器によれば、
１つの電圧制御発振器回路として、電圧制御ＳＡＷ発振器または電圧制御水晶発振器が適用されているため、高いＱ値と良好なジッタ特性を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
尚、図１は本発明に係る２位相出力電圧制御発振器を構成する多層プリント配線板（実装基板）の概略分解斜視図、図２は上記２位相出力電圧制御発振器の機能を示すブロック図、図３は１つの電圧制御発振器回路として適用された電圧制御ＳＡＷ発振器のブロック図、図４（Ａ）は本発明に係る２位相出力電圧制御発振器の表面を斜め上方から視た概略斜視図、図４（Ｂ）は本発明に係る２位相出力電圧制御発振器の裏面を斜め下方から視た概略斜視図である。
【００１２】
すなわち、本発明に係る２位相出力電圧制御発振器１は、図１に示すように、多層プリント配線板（実装基板）の最上層に１つの電圧制御発振器回路４が配置され、絶縁層５を介して２層目にはトリプレートストリップラインを構成するためのアイソレーション（Isolation：ＧＮＤ）層６１が配置され、かつ、絶縁層５を介して３層目にはトリプレートストリップラインで構成したハイブリッドカプラ回路２が配置されると共に、最後に絶縁層５を介して４層目にはトリプレートストリップラインを構成するためのアイソレーション（Isolation：ＧＮＤ、Bottom）層６２が配置された構造になっている。
【００１３】
そして、最上層に配置された電圧制御発振器回路４からの出力はスルーホールを介して３層目のハイブリッドカプラ回路２に出力され、また、ハイブリッドカプラ回路２のアイソレーション（Isolation）ポートは、スルーホールを介し最上層に出て５０Ωの負荷抵抗器３によりＧＮＤに接続される。更に、ハイブリッドカプラ回路２の２つの出力ポートは、それぞれ多層プリント配線板（実装基板）の出力端子に接続され、互いに（π／４）の位相差を持った信号が出力される。
【００１４】
以下、本発明の実施例について具体的に説明する。
【実施例１】
【００１５】
１つの電圧制御発振器回路４として図３のブロック図で示される１．５ＧＨｚ電圧制御ＳＡＷ発振器を用い、１０ｍｍ×１０ｍｍの４層プリント配線板（実装基板）の最上層に上記電圧制御発振器回路４を配置した。また、４層プリント配線板（実装基板）の材質はＦＲ−４（ガラスエポキシ基板）を使用し、トリプレートストリップラインを構成するためのアイソレーション層６１、６２の厚みは２層とも０．２ｍｍとした。また、４層プリント配線板（実装基板）の総厚みは０．８ｍｍである。
【００１６】
上記構造により得られた実施例１に係る２位相出力電圧制御発振器の測定結果を以下の表１に示す。
【００１７】
【表１】
表１に記載の特性値から確認されるように、出力周波数範囲１．５ＧＨｚ±１．５ＭＨｚの範囲で、２つの出力間の位相差は「９０±１ｄｅｇ以内」である。
【００１８】
また、出力レベルのバランスやリターンロスについても、ハイブリッドカプラを用いているため、全く問題無いレベルであることが確認される。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明によれば、小型で低価格および高精度な位相差を持った２位相出力電圧制御発振器を提供できるため、例えばデジタル無線通信に適用される産業上の利用可能性を有している。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る２位相出力電圧制御発振器を構成する多層プリント配線板（実装基板）の概略分解斜視図。
【図２】２位相出力電圧制御発振器の機能を示すブロック図。
【図３】１つの電圧制御発振器回路として適用された電圧制御ＳＡＷ発振器のブロック図。
【図４】図４（Ａ）は本発明に係る２位相出力電圧制御発振器の表面を斜め上方から視た概略斜視図、図４（Ｂ）は本発明に係る２位相出力電圧制御発振器の裏面を斜め下方から視た概略斜視図。
【符号の説明】
【００２１】
１ ２位相出力電圧制御発振器
２ ハイブリッドカプラ回路
３ 負荷抵抗器
４ 電圧制御発振器回路
５ 絶縁層
１１ ＳＡＷフィルタ
１２ 整合回路
１３ 増幅回路
１４ 分配回路
１５ 電圧制御可変移相器
１６ 固定移相器
６１ アイソレーション（Isolation：ＧＮＤ）層
６２ アイソレーション（Isolation：ＧＮＤ、Bottom）層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆるデジタル無線通信に用いられる電圧制御発振器に係り、特に、１つの信号発生部から複数位相の出力信号が得られる多位相出力電圧制御発振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタル無線通信の変調方式には、限られた周波数帯域をできるだけ有効に利用して伝送スピードを稼ぐため、様々な偏移位相変調（ＰＳＫ；Phase Shift Keying）方式が採用されている。この変調方式では、復調時に、搬送波信号と、これに（π／２）や（π／４）、（π／８）等の位相差を持たせた高周波信号を用いる。一般のＰＳＫ復調器は、例えば特開平９−２３８１７２公報に記載されているように、局部発振器を１つ用い、信号を２つ以上に分配した後、（π／２）や（π／４）の移相器を配置して、所望の位相差のある局部発振信号としている。
【０００３】
また、デジタル無線通信の受信機には、ダイレクトコンバージョン方式の復調が有望視されている。ダイレクトコンバージョンは、例えば特許２７４３６３５公報に記載されているように、高周波信号と同じ周波数の局部発振信号をミックスして復調波信号を直接取り出す受信方式のため、回路構成がシンプルでＩＦフィルタを必要とせず、かつ、データレートが上昇する際には高いＳ／Ｎ比を確保することが可能で、将来の高速デジタル通信に有利であるといわれている。また、ＩＦを経由する復調方式に比べて、無線経路における周波数アップコンバージョンの１つまたは２つのステージが不要になるため、外付け部品数が大幅に低減され、コストも削減できる。但し、ダイレクトコンバージョンでは、高周波でかつＳ／Ｎ比のよい発振器を必要とするため、ＶＣＳＯ（電圧制御ＳＡＷ発振器）やＶＣＸＯ（電圧制御水晶発振器）等の高いＱ値を有する発振器が必要となる。
【特許文献１】特開平９−２３８１７２公報
【特許文献２】特許２７４３６３５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＰＳＫ復調では、２つあるいは２つ以上に分割した局部発振器の信号間の位相差を正確に（π／２）や（π／４）に合わせる必要がある。位相差が正確にとれないと、復調時のＳ／Ｎが悪くなり、つまりはジッタが増加するため、符号判定に支障をきたして伝送エラーレートに影響する。
【０００５】
しかし、ＧＨｚ帯のダイレクトコンバージョンによるＰＳＫ復調では、線路長差の影響や波形歪みの影響が無視できないため、２つに分割した局部発振器の信号間の位相差を正確に合わせることは困難である。また、ハイブリッドカプラを付加する場合には、一辺が（λ／４：λは使用する信号の波長）相当の実装面積を確保しなければならないため、電圧制御発振器と上記ハイブリッドカプラを合わせた実装面積は、例えば１ＧＨｚ帯で計算した場合、発振回路部の倍以上に拡大させる必要が生ずる。
【０００６】
本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、小型で低価格および高精度な位相差を持った２位相出力電圧制御発振器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、請求項１に係る発明は、
１つの電圧制御発振器とハイブリッドカプラとを備え、上記電圧制御発振器の出力をハイブリッドカプラにより２つに分岐して、互いに（π／４）異なる位相差の２信号を出力する２位相出力電圧制御発振器を前提とし、
１つの上記電圧制御発振器回路が多層プリント配線板上の最上層に形成され、上記ハイブリッドカプラ回路が同じ多層プリント配線板の内層で構成されると共に、上記ハイブリッドカプラ回路はトリプレートストリップライン導体構造を有しかつ上記多層プリント配線板内層の同一平面上に形成されていることを特徴とし、
また、請求項２に係る発明は、
請求項１に記載の発明に係る２位相出力電圧制御発振器を前提とし、
１つの上記電圧制御発振器回路として、電圧制御ＳＡＷ発振器または電圧制御水晶発振器が適用されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載の発明に係る２位相出力電圧制御発振器によれば、
最上層に１つの電圧制御発振器回路が形成された多層プリント配線板の内層でトリプレートストリップライン導体構造を有するハイブリッドカプラ回路が構成されているため、互いに（π／４）異なる位相差を持って出力される２信号間、特に高周波領域においても良好な上記位相差関係を確保することができると共に、１つの電圧制御発振器回路が形成された同じ多層プリント配線板の内層で上記ハイブリッドカプラ回路が構成されているため、２位相出力電圧制御発振器の大型化を回避することが可能となる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明に係る２位相出力電圧制御発振器によれば、
１つの電圧制御発振器回路として、電圧制御ＳＡＷ発振器または電圧制御水晶発振器が適用されているため、高いＱ値と良好なジッタ特性を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
尚、図１は本発明に係る２位相出力電圧制御発振器を構成する多層プリント配線板（実装基板）の概略分解斜視図、図２は上記２位相出力電圧制御発振器の機能を示すブロック図、図３は１つの電圧制御発振器回路として適用された電圧制御ＳＡＷ発振器のブロック図、図４（Ａ）は本発明に係る２位相出力電圧制御発振器の表面を斜め上方から視た概略斜視図、図４（Ｂ）は本発明に係る２位相出力電圧制御発振器の裏面を斜め下方から視た概略斜視図である。
【００１２】
すなわち、本発明に係る２位相出力電圧制御発振器１は、図１に示すように、多層プリント配線板（実装基板）の最上層に１つの電圧制御発振器回路４が配置され、絶縁層５を介して２層目にはトリプレートストリップラインを構成するためのアイソレーション（Isolation：ＧＮＤ）層６１が配置され、かつ、絶縁層５を介して３層目にはトリプレートストリップラインで構成したハイブリッドカプラ回路２が配置されると共に、最後に絶縁層５を介して４層目にはトリプレートストリップラインを構成するためのアイソレーション（Isolation：ＧＮＤ、Bottom）層６２が配置された構造になっている。
【００１３】
そして、最上層に配置された電圧制御発振器回路４からの出力はスルーホールを介して３層目のハイブリッドカプラ回路２に出力され、また、ハイブリッドカプラ回路２のアイソレーション（Isolation）ポートは、スルーホールを介し最上層に出て５０Ωの負荷抵抗器３によりＧＮＤに接続される。更に、ハイブリッドカプラ回路２の２つの出力ポートは、それぞれ多層プリント配線板（実装基板）の出力端子に接続され、互いに（π／４）の位相差を持った信号が出力される。
【００１４】
以下、本発明の実施例について具体的に説明する。
【実施例１】
【００１５】
１つの電圧制御発振器回路４として図３のブロック図で示される１．５ＧＨｚ電圧制御ＳＡＷ発振器を用い、１０ｍｍ×１０ｍｍの４層プリント配線板（実装基板）の最上層に上記電圧制御発振器回路４を配置した。また、４層プリント配線板（実装基板）の材質はＦＲ−４（ガラスエポキシ基板）を使用し、トリプレートストリップラインを構成するためのアイソレーション層６１、６２の厚みは２層とも０．２ｍｍとした。また、４層プリント配線板（実装基板）の総厚みは０．８ｍｍである。
【００１６】
上記構造により得られた実施例１に係る２位相出力電圧制御発振器の測定結果を以下の表１に示す。
【００１７】
【表１】
表１に記載の特性値から確認されるように、出力周波数範囲１．５ＧＨｚ±１．５ＭＨｚの範囲で、２つの出力間の位相差は「９０±１ｄｅｇ以内」である。
【００１８】
また、出力レベルのバランスやリターンロスについても、ハイブリッドカプラを用いているため、全く問題無いレベルであることが確認される。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明によれば、小型で低価格および高精度な位相差を持った２位相出力電圧制御発振器を提供できるため、例えばデジタル無線通信に適用される産業上の利用可能性を有している。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る２位相出力電圧制御発振器を構成する多層プリント配線板（実装基板）の概略分解斜視図。
【図２】２位相出力電圧制御発振器の機能を示すブロック図。
【図３】１つの電圧制御発振器回路として適用された電圧制御ＳＡＷ発振器のブロック図。
【図４】図４（Ａ）は本発明に係る２位相出力電圧制御発振器の表面を斜め上方から視た概略斜視図、図４（Ｂ）は本発明に係る２位相出力電圧制御発振器の裏面を斜め下方から視た概略斜視図。
【符号の説明】
【００２１】
１ ２位相出力電圧制御発振器
２ ハイブリッドカプラ回路
３ 負荷抵抗器
４ 電圧制御発振器回路
５ 絶縁層
１１ ＳＡＷフィルタ
１２ 整合回路
１３ 増幅回路
１４ 分配回路
１５ 電圧制御可変移相器
１６ 固定移相器
６１ アイソレーション（Isolation：ＧＮＤ）層
６２ アイソレーション（Isolation：ＧＮＤ、Bottom）層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの電圧制御発振器とハイブリッドカプラとを備え、上記電圧制御発振器の出力をハイブリッドカプラにより２つに分岐して、互いに（π／４）異なる位相差の２信号を出力する２位相出力電圧制御発振器において、
１つの上記電圧制御発振器回路が多層プリント配線板上の最上層に形成され、上記ハイブリッドカプラ回路が同じ多層プリント配線板の内層で構成されると共に、上記ハイブリッドカプラ回路はトリプレートストリップライン導体構造を有しかつ上記多層プリント配線板内層の同一平面上に形成されていることを特徴とする２位相出力電圧制御発振器。
【請求項２】
１つの上記電圧制御発振器回路として、電圧制御ＳＡＷ発振器または電圧制御水晶発振器が適用されていることを特徴とする請求項１に記載の２位相出力電圧制御発振器。
【請求項１】
１つの電圧制御発振器とハイブリッドカプラとを備え、上記電圧制御発振器の出力をハイブリッドカプラにより２つに分岐して、互いに（π／４）異なる位相差の２信号を出力する２位相出力電圧制御発振器において、
１つの上記電圧制御発振器回路が多層プリント配線板上の最上層に形成され、上記ハイブリッドカプラ回路が同じ多層プリント配線板の内層で構成されると共に、上記ハイブリッドカプラ回路はトリプレートストリップライン導体構造を有しかつ上記多層プリント配線板内層の同一平面上に形成されていることを特徴とする２位相出力電圧制御発振器。
【請求項２】
１つの上記電圧制御発振器回路として、電圧制御ＳＡＷ発振器または電圧制御水晶発振器が適用されていることを特徴とする請求項１に記載の２位相出力電圧制御発振器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−４８３２（Ｐ２００９−４８３２Ａ）
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６０９７８（Ｐ２００７−１６０９７８）
【出願日】平成１９年６月１９日（２００７．６．１９）
【出願人】（０００１８３３０３）住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１９日（２００７．６．１９）
【出願人】（０００１８３３０３）住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【Ｆターム（参考）】
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