專利名稱：高頻晶體振蕩器和高頻信號產生方法
技術領域：
本發(fā)明涉及采用石英晶體元件的高頻晶體振蕩器(之后稱為高頻振蕩器)，具體地說，涉及可以減小尺寸和防止出現(xiàn)噪聲的高頻振蕩器。
作為這樣的例子，已知的高頻振蕩器公開在日本專利申請No,2000-244682中(之后稱為相關參考文件1)。


圖1示出相關參考文件1的高頻振蕩器的電路圖。
圖1所示的高頻振蕩器包括壓控型晶體振蕩器1、聲表面波濾波器(SAW濾波器)2、寬頻帶放大器3。晶體振蕩器1有諧振電路和振蕩晶體管5。諧振電路由是電感的石英晶體元件4和分離的電容器C1、C2構成。振蕩晶體管5反饋放大諧振頻率。具有這種結構的振蕩器被稱為科耳皮茲型振蕩器。
由于分離電容器C1、C2之外的電路電容的作用，使振蕩頻率稍微低于諧振電路的諧振頻率。在這個例子中，振蕩頻率是基頻155.52MHz。振蕩晶體管5的基極、發(fā)射極和集電極分別連接到石英晶體元件4的一端、分離電容器C1、C2的連接點和電源Vcc。如可變電容二極管那樣的電壓可變電容器件連接在諧振電路的石英晶體元件4的另一端和地之間。結果，實現(xiàn)了壓控型的振蕩晶體管5?？刂齐妷篤c通過高頻抑制電阻R1加到石英晶體元件4?？刂齐妷篤c是可變電容二極管6的反向電壓。利用該控制電壓Vc改變振蕩頻率。
在圖1所示的高頻振蕩器中，適當設置振蕩晶體管5的基極電阻R2和偏壓電阻R3的阻抗比、振蕩晶體管5的集電極端負載電阻R4和發(fā)射極端負載電阻R5的阻抗比，以至振蕩輸出信號Vo的中心電壓Vo0高于電源電壓Vcc的中心電源Vcc0。此外，如圖2所示，通常是正弦波的振蕩輸出信號波形的頂部失真了。因此，如圖3所示，增加了相對振蕩輸出信號Vo的基頻f1的較高次諧波分量(f2-fn)的電平。
SAW濾波器2是以下面這種方式形成的，指狀變頻器形成在壓電基片的表面(未示出)。壓電基片由具有大耦合系數(shù)的鋰鉭酸鹽(LiTaO3)構成，以至實現(xiàn)寬頻帶和低插入損耗。由濾波器從振蕩輸出電壓中選出高于基頻四倍的高次諧波分量f4(622.08MHz)，并由SAW濾波器將其輸出。
寬頻帶放大器3是由線性IC放大器構成的最后級放大器，線性IC放大器將輸入電平變?yōu)榫€性輸出電平。此外，寬頻帶放大器3保持輸入信號的波形并將輸出頻率的電平放置在預定值，由于低功率消耗和高放大因子的特點，所以使用線性IC放大器作為后級放大器。在圖1所示的例子中，電源電壓Vcc是3.3V。在圖3中，參考符號C3標示耦合電容。只要能夠放大特定高次諧波分量，不必要總是使用寬頻帶放大器。
作為另一個例子，已知的日本專利申請No.平11-329318公開了一種高頻振蕩器(之后稱為相關參考文件2)。
在相關參考文件2中，使用寬頻帶放大器的飽和區(qū)放大振蕩輸出，而不是使晶體振蕩器的輸出波形失真，以至高次諧波分量(f2-fn)的電平總是與基頻f1的電平相同。像相關參考文件1一樣，由SAW濾波器選擇高于基頻F1四倍的高次諧波分量，并將選擇的高次諧波放大。
因為相關參考文件1和2的高頻振蕩器基本上由三個器件構成，即壓控型晶體振蕩器1、SAW濾波器2和寬頻帶放大器3，或包括在電路中的四個器件構成。因此，這些高頻振蕩器的器件數(shù)量可以減少。按照每個相關參考文件，與所謂的高頻倍頻放大器進行比較，可以大大減小高頻振蕩器的尺寸，在該高頻倍頻放大器中，晶體振蕩器的振蕩頻率(基頻)由每個都是LC諧振電路的多級倍頻放大器進行放大。例如，相關參考文件1的高頻振蕩器的體積是上述高頻倍頻振蕩器的1/8倍。
然而，由于SAW濾波器2的存在，相關參考文件的高頻振蕩器具有下述問題。
如上所述，包括SAW濾波器2的壓電基片是具有大耦合系數(shù)的鋰鉭酸鹽。然而，因為鋰鉭酸鹽具有鐵電特性，所以它具有熱電效應。熱電效應是這樣一種現(xiàn)象，即大的溫度變化在晶體的兩點產生電位，該電位產生放電。由于這種現(xiàn)象，在SAW濾波器的輸出端檢測到放電脈沖。
在SAW濾波器2的輸出端由這種現(xiàn)象產生的脈沖由寬頻帶放大器3進行放大。因此，該脈沖在高頻振蕩器的輸出頻率信號中產生噪聲。由于通信單元使用在存在大溫度變化的惡略環(huán)境下的室外，所以這種情況導致嚴重的問題。
已經(jīng)建議和使用了防止熱電效應引起的放電脈沖的技術(例如，日本專利公告No.昭63-67363)。按照這種技術，由鉻(Cr)之類制成的電阻膜設置在SAW濾波器的前表面并接地，以至防止了由熱電效應引起的放電脈沖。然而，在實際中，很難制成具有高阻抗的鉻(Cr)薄膜。因此，這種技術不能有效地解決上述問題。
本發(fā)明是一種高頻晶體振蕩器，通過使用石英晶體元件增加相對振蕩電路基頻電平的高次諧波分量的電平，由聲表面波濾波器選擇任何高次諧波分量，放大選擇的高次諧波分量，獲得高頻振蕩輸出信號，其中，構成聲表面波濾波器的壓電基片是晶體基片。
按照本發(fā)明高頻晶體振蕩器的第一方面包括晶體振蕩單元，使得振蕩輸出信號的中心電壓高于電源電壓的中心電壓，以便使輸出信號失真，并輸出該輸出信號；聲表面波濾波器，用于提取晶體振蕩單元輸出信號的特定頻率分量，晶體振蕩器單元的壓電基片是晶體基片。
按照本發(fā)明高頻晶體振蕩器的第二方面包括使用石英晶體元件的振蕩單元；放大單元，用于放大振蕩單元輸出信號的高次諧波分量；聲表面波濾波器，用于選擇性地輸出由放大單元放大的輸出信號的特定頻率的高次諧波分量，聲表面波濾波器的壓電基片是晶體基片。
按照本發(fā)明，因為在聲表面波濾波器中抑制了熱電效應產生的脈沖，所以高頻振蕩器可以使用在存在大溫度變化的惡略環(huán)境中。
此外，與常規(guī)的高頻振蕩器比較，本發(fā)明的高頻振蕩器的尺寸較小。
本發(fā)明的這些和其它目的、特點和優(yōu)點將通過下面的詳細描述和所示的附圖變得更加清楚。
此外，當本發(fā)明應用到相關參考文件1和2的技術時，增加了高次諧波分量的電平，由SAW濾波器選擇任何高次諧波分量，并放大選擇的高次諧波分量。結果，可以實現(xiàn)大大減小高頻振蕩器的尺寸。在這種情況中，增加了振蕩頻率(基頻)的高次諧波分量的電平。由SAW濾波器從這些分量中選擇特定頻率分量。放大所選擇的分量電平。因此，不再需要多級倍頻放大器。此外，因為SAW濾波器由晶體基片構成，抑制了溫度變化引起的熱電效應的放電。因此，在如室外的大溫度變化的惡略環(huán)境中，抑制了高頻輸出信號中產生的噪聲。
下面，作為本發(fā)明的實施例，描述本發(fā)明應用到相關參考文件1的結構中的例子。
參考圖1到圖3描述實施例。在該實施例的高頻振蕩器中，將簡化或省略已經(jīng)描述過的類似的部分。
與上述相關參考文件1一樣，本實施例的高頻振蕩器包括科耳皮茲型晶體振蕩器1、SAW濾波器2和寬頻帶放大器3。在晶體振蕩器1中，壓控型諧振電路由石英晶體元件4和分離電容器C1、C2構成。失真輸出波形，以便增加高次諧波分量(f1-fn)的電平。SAW濾波器2選擇高于基頻f1(155.52MHz)四倍的高次諧波分量f4(622.08MHz)，并輸出選擇的分量。寬頻帶放大器3放大四倍高頻諧波分量f4。
此外，按照實施例，構成SAW濾波器2的壓電基片是晶體基片而不是由鋰鉭酸鹽制成的基片。例如，晶體基片是ST-切片。在晶體基片上形成橫切型輸入和輸出指型變頻器(IDT)(未示出)。IDT電極以這種方式構成，電極指狀物從一對共用電極伸出，并且相互之間交叉。如上所述，通過輸入IDT電極，從晶體振蕩器的振蕩輸出信號中選擇出四倍高頻諧波分量。
下面，描述本發(fā)明應用到相關參考文件2的結構的實施例。
圖4示出該實施例的高頻振蕩器的電路圖。
圖4所示施實例的高頻振蕩器包括晶體振蕩器11、寬頻帶放大器13A、SAW濾波器12、寬頻帶放大器13B。
晶體振蕩器11是使用石英晶體元件的科耳皮茲型振蕩電路。晶體振蕩器11根據(jù)通過高頻抑制電阻R11輸入的控制電壓Vc改變可變電容二極管16的電容。寬頻帶放大器13A和13B是線性IC放大器，其放大頻率信號的范圍從如100MHz到2000MHz。如圖5所示，寬頻帶放大器13A和13B線性地把輸入信號的電平放大到預定值。當輸入電平超過預定值時，輸出電平被飽和。
與相關參考文件1的結構一樣，這個實施例的SAW濾波器由作為壓電基片的晶體基片構成。例如，晶體基片是ST-切片。如橫切型的輸入和輸出IDT電極形成在晶體基片上。
在晶體振蕩器11的輸出信號中獲得了高于基頻(f1)的整數(shù)倍的高頻諧波分量f2、f3...，這些高頻諧波分量連同基頻f1一起由寬頻帶放大器13A放大。在這點上，它們使用寬頻帶放大器13A的飽和區(qū)被放大。因此，高次諧波分量f2、f3...的電平被放大到接近基頻f1的電平。
寬頻帶放大器13A的輸出信號被輸入到SAW濾波器12。SAW濾波器12選擇特定頻率分量，例如，高于基頻f1四倍的高頻分量f4，并輸出選擇的頻率分量f4。最后，從SAW濾波器12輸出的頻率分量f4由寬頻帶放大器13B放大。在這點上，頻率分量f4使用圖5所示的寬頻帶放大器13B的輸入和輸出特性的線性區(qū)進行放大。
SAW濾波器2和12可以是使用如對稱模式或傾斜對稱模式的諧振型而不是橫切型。
因為作為壓電基片的晶體基片不是鐵電體，它基本上不具有熱電效應。因此，即使存在大溫度變化，也沒有電位產生在晶體基片上。結果，既檢測不到產生的放電也檢測不到由于放電產生的脈沖。因此，熱電效應產生的噪聲沒有發(fā)生在實施例的高頻振蕩器的高頻輸出信號中。此外，因為減少了器件的數(shù)量，所以減小了高頻振蕩器的尺寸。
在本發(fā)明的高頻晶體振蕩器中，因為振蕩電路的輸出信號失真，所以增加了高次諧波分量的電平。任何高次諧波分量是由SAW濾波器選擇的。選擇的高次諧波分量被放大，并獲得放大的高頻振蕩輸出信號。此外，因為使用晶體基片作為構成SAW濾波器的壓電基片，所以在高頻輸出信號中防止了噪聲的出現(xiàn)。而且，因為減少了器件的數(shù)量，所以減小了高頻晶體振蕩器的尺寸。
應當理解，本發(fā)明可以應用到任何高頻振蕩器中，只要選擇特定頻率分量并使用SAW濾波器將其輸出，以及使用相關參考文件1和2的結構。
盡管本發(fā)明已經(jīng)對最佳實施例進行了顯示和描述，本領域的技術人員應當理解，在沒有脫離本發(fā)明的精神和范圍內，可以對本發(fā)明的形式和細節(jié)進行各種變形、省略和附加。
權利要求
1.一種高頻晶體振蕩器，通過使用石英晶體元件增加相對振蕩電路基頻電平的高次諧波分量的電平，由聲表面波濾波器選擇任何高次諧波分量，放大選擇的高次諧波分量，獲得高頻振蕩輸出信號，其中，構成聲表面波濾波器的壓電基片是晶體基片。
2.一種高頻晶體振蕩器，其中包括晶體振蕩單元，使得振蕩輸出信號的中心電壓高于電源電壓的中心電壓，以便使輸出信號失真，并輸出該輸出信號；聲表面波濾波器，用于提取晶體振蕩單元輸出信號的特定頻率分量，聲表面波濾波器的壓電基片是晶體基片。
3.一種高頻晶體振蕩器，其中包括使用石英晶體元件的振蕩單元；放大單元，用于放大振蕩單元輸出信號的高次諧波分量；聲表面波濾波器，用于選擇性地輸出由放大單元放大的輸出信號的特定頻率的高次諧波分量，聲表面波濾波器的壓電基片是晶體基片。
4.按權利要求3所述的高頻晶體振蕩器，其特征在于放大單元使用輸入和輸出特性的飽和區(qū)放大輸出信號的高諧波分量。
5.一種高頻信號振蕩方法，其中包括使采用晶體振蕩器的振蕩電路的輸出信號失真，并輸出該輸出信號；通過把輸出信號供給到由晶體基片作為壓電基片的聲表面波濾波器，從輸出信號中提取特定頻率分量。
6.一種高頻信號振蕩方法，其中包括步驟放大使用石英晶體元件的振蕩單元輸出信號的高次諧波分量；通過把放大的輸出信號供給到由晶體基片作為壓電基片的聲表面波濾波器，從輸出信號中提取特定頻率分量。
全文摘要
本發(fā)明高頻振蕩器的尺寸較小并在大溫度變化的惡略環(huán)境中防止產生噪聲。在本發(fā)明的高頻振蕩器中,使用石英晶體元件增加相對振蕩電路基頻電平的高次諧波分量的電平。由晶體基片作為壓電基片的聲表面波濾波器選擇高次諧波分量的任何分量。放大被選擇的分量,獲得高頻振蕩輸出信號。
文檔編號H03B5/32GK1369964SQ0210349
公開日2002年9月18日 申請日期2002年2月6日 優(yōu)先權日2001年2月9日
發(fā)明者追田武雄 申請人:日本電波工業(yè)株式會社