專利名稱：：電壓控制振蕩器、單片微波集成電路及高頻無(wú)線裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及電壓控制振蕩器、MMIC(單片微波集成電路)及高頻無(wú)線裝置，尤其涉及微波/毫米波區(qū)域中工作的電壓控制振蕩器、MMIC及高頻無(wú)線裝置。
背景技術(shù)：
：隨著車載雷達(dá)或便攜電話等高頻無(wú)線裝置的普及，對(duì)輸出頻率超過(guò)1GHz的振蕩器的高性能化要求越來(lái)越高。振蕩器指的是在電^各內(nèi)部產(chǎn)生高頻電信號(hào)的振蕩，并向外部發(fā)送高頻電信號(hào)的電路。特別是設(shè)有用于改變輸出頻率的控制電壓端子的振蕩器被稱為VCO(VoltageControlledOscillator:電壓控制振蕩器)。在振蕩器的內(nèi)部裝有用于放大高頻電信號(hào)的晶體管等有源元件和用于產(chǎn)生特定頻率的高頻電信號(hào)的振蕩的諧振器。為了實(shí)現(xiàn)輸出可變功能，VCO主要內(nèi)置具有變?nèi)荻O管(可變電容)的可變諧振器，通過(guò)對(duì)變?nèi)荻O管施加控制電壓改變變?nèi)荻O管的電容來(lái)改變輸出頻率。在VCO中要重視的特性是相位噪聲和輸出頻率。相位噪聲是表示輸出頻率的穩(wěn)定性的指標(biāo)。在采用高頻無(wú)線裝置作為雷達(dá)或通信裝置時(shí)對(duì)測(cè)距精度及通信誤碼率產(chǎn)生影響，因此相位噪聲優(yōu)選更低的值。控制VCO的相位噪聲的一種方法是改善諧振器的Q值(表示諧振器對(duì)于特定頻率的電信號(hào)能夠蓄積的能量的指標(biāo))。作為該方法之一例，報(bào)告了在諧振器使用多個(gè)短截線(stub)來(lái)作成具有高的Q值的諧振器的方法(例如，參照非專利文獻(xiàn)l)。此外，作為控制VCO的相位噪聲的另一方法，有才艮據(jù)稱為二次諧波信號(hào)、三次諧波信號(hào)、■■■的高次諧波信號(hào)抑制VCO內(nèi)部的晶體管的諧振器側(cè)端子上的電壓發(fā)生變化的現(xiàn)象的方法(例如，參照非專利文獻(xiàn)2)。如此對(duì)抑制相位噪聲的方法相關(guān)的提案數(shù)目很多，但是輸出頻率超過(guò)30GHz的VCO中，難以作成具有高的Q值的諧振器，得不到充分低的相位噪聲特性。此外，VCO最好直接輸出高頻無(wú)線裝置處理的頻率的信號(hào)。通過(guò)使用倍頻器(frequencymultiplier),也可使用輸出比無(wú)線裝置所處理的頻率低的頻率的信號(hào)的VCO,但是無(wú)線裝置的結(jié)構(gòu)變復(fù)雜，因此不利于低成本化。在發(fā)展無(wú)線裝置的高頻化的今天，希望提高VCO的輸出頻率。非專利文獻(xiàn)1:"ALowPhaseNoise19GHz-bandVCOusinaTwoDifferentFrequencyResonators",IEEEMTT-SInt.MicrowaveSymp.Digest,pp,2189-2191，2003年非專利文獻(xiàn)2:"將高次諧波負(fù)載最優(yōu)化的Ka波段二次諧波振蕩器"信學(xué)技報(bào)，VoU07,No.355，pp.29-32，2007年11月隨著輸出頻率的提高，原理上VCO的相位噪聲增加即劣化。而且如果成為毫米波段以上的輸出頻率(超過(guò)30GHz),就難以作成具有高的Q值的諧振器，無(wú)法作成具有充分低的相位噪聲特性的VCO。在非專利文獻(xiàn)l中記載的、使用多個(gè)諧振器的方法中，僅改善基波頻率即振蕩頻率中的Q值，無(wú)法將高次諧波頻率中電路的負(fù)載最優(yōu)化。此外，在非專利文獻(xiàn)2中記載的、抑制高次諧波信號(hào)產(chǎn)生的電壓變動(dòng)的方法中，僅考慮高次諧波頻率中的電路負(fù)載，無(wú)法改善基波頻率中的Q值。因此，在這些方法中，存在特別是輸出頻率超過(guò)大致30GHz的VCO中得不到充分低的相位噪聲特性的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題構(gòu)思而成，其目的在于得到即使在微波5段(1GHz以上)或毫米波段(30GHz以上)的輸出頻率中，也可以實(shí)現(xiàn)低的相位噪聲特性的電壓控制振蕩器(VCO)、MMIC(單片微波集成電路)及高頻無(wú)線裝置。本發(fā)明的具備可變諧振器的電壓控制振蕩器，其特征在于將至少一個(gè)前端開(kāi)路短截線并寫(xiě)關(guān)連接于所述可變諧振器上，所述前端開(kāi)路短截線的長(zhǎng)度最長(zhǎng)也是在高次諧波信號(hào)的1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍上相加高次諧波信號(hào)的1/16波長(zhǎng)的長(zhǎng)度，而最短也是從高次諧波信號(hào)的1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍中減去高次諧波信號(hào)的1/16波長(zhǎng)的長(zhǎng)度。此外，本發(fā)明的具備可變諧振器的電壓控制振蕩器，其特征在于將至少一個(gè)前端短路短截線并聯(lián)連接于所述可變諧振器上，所述前端短路短截線的長(zhǎng)度最長(zhǎng)也是在高次諧波信號(hào)的波長(zhǎng)的整數(shù)倍上相加高次諧波信號(hào)的1/16波長(zhǎng)的長(zhǎng)度，而最短也是從高次諧波信號(hào)的波長(zhǎng)的整數(shù)倍中減去高次諧波信號(hào)的1/16波長(zhǎng)的長(zhǎng)度。(發(fā)明效果)本發(fā)明的具備可變諧振器的電壓控制振蕩器，其特征在于將至少一個(gè)前端開(kāi)路短截線并聯(lián)連接于所述可變諧振器上，所述前端開(kāi)^各短截線的長(zhǎng)度最長(zhǎng)也是在高次諧波信號(hào)的1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍上相加高次諧波信號(hào)的1/16波長(zhǎng)的長(zhǎng)度，而最短也是從高次諧波信號(hào)的1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍中減去高次諧波信號(hào)的1/16波長(zhǎng)的長(zhǎng)度。此外，本發(fā)明的具備可變諧振器的電壓控制振蕩器，其特征在于將至少一個(gè)前端短路短截線并聯(lián)連接于所述可變諧振器上，所述前端短路短截線的長(zhǎng)度最長(zhǎng)也是在高次諧波信號(hào)的波長(zhǎng)的整數(shù)倍上相加高次諧波信號(hào)的1/16波長(zhǎng)的長(zhǎng)度，而最短也是從高次諧波信號(hào)的波長(zhǎng)的整數(shù)倍中減去高次諧波信號(hào)的1/16波長(zhǎng)的長(zhǎng)度。從而，即使在微波段(lGHz以上)或毫米波段(30GHz以上)的輸出頻率中也可實(shí)現(xiàn)低的相位噪聲特性。圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的追加二次諧波中線路長(zhǎng)度為X/4的前端開(kāi)路短截線的電壓控制^^展蕩器的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。圖2是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的設(shè)置二次諧波中線路長(zhǎng)度為人的前端短路短截線的電壓控制振蕩器的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。圖3是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的基波信號(hào)即38GHz的電場(chǎng)強(qiáng)度分布的說(shuō)明圖。圖4是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的二次諧波信號(hào)即77GHz的電場(chǎng)強(qiáng)度分布的說(shuō)明圖。圖5是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的二次諧波信號(hào)頻率中諧振電路側(cè)的阻抗和相位噪聲的說(shuō)明圖。圖6是表示本發(fā)明實(shí)施方式3的設(shè)置具有二次諧波中線路長(zhǎng)度為X的線路和高頻短路電容的偏置電路的電壓控制振蕩器的結(jié)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)圖。圖7是表示本發(fā)明實(shí)施方式4的設(shè)置二次諧波中成為短路負(fù)載的LCR電路的電壓控制振蕩器的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。圖8是表示本發(fā)明實(shí)施方式4的設(shè)置二次諧波中成為短路負(fù)載的導(dǎo)波管電路的電壓控制振蕩器的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。圖9是表示本發(fā)明實(shí)施方式5的設(shè)置二次諧波中成為短路負(fù)載的前端開(kāi)路短截線的電壓控制振蕩器的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。圖10是表示另一例本發(fā)明實(shí)施方式5的設(shè)置二次諧波中成為短路負(fù)載的前端開(kāi)路短截線的電壓控制振蕩器的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。圖11是表示另一例本發(fā)明實(shí)施方式5的設(shè)置二次諧波中成為短路負(fù)載的前端開(kāi)路短截線及前端短路短截線的電壓控制振蕩器的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。圖12是表示具備從實(shí)施方式1至5的電壓控制振蕩器的高頻無(wú)線裝置的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。(符號(hào)說(shuō)明)1晶體管；2變?nèi)荻O管；3控制電壓端子；4輸出端子；5前端開(kāi)路短截線；6前端短^各短截線；7偏置電^各，8LCR電路；9導(dǎo)波管電路；20高頻無(wú)線裝置。具體實(shí)施例方式實(shí)施方式1圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的VCO的結(jié)構(gòu)的圖。圖1中示出串聯(lián)正反饋結(jié)構(gòu)的vco,且示出振蕩出頻率為所希望頻率的整數(shù)分之一的電信號(hào)(即基波信號(hào))后從輸出端子抽出高次諧波信號(hào)的高次諧波抽出型振蕩器。l是晶體管，2是變?nèi)荻O管，3是控制電壓端子，4是信號(hào)的輸出端子，5是相當(dāng)于二次諧波信號(hào)的1/4波長(zhǎng)的長(zhǎng)度的前端開(kāi)路短截線，12及13是線路，14是發(fā)射極線路，15是基波反射短截線，16是偏置電壓端子。變?nèi)荻O管2、線路12及控制電壓端子3通過(guò)變?nèi)荻O管2的可變電壓的電容分量和線路12的電感分量來(lái)構(gòu)成可變諧振器?？赏ㄟ^(guò)改變施加到控制電壓端子3的控制電壓Vt來(lái)改變輸出頻率。前端開(kāi)路短截線5與上述可變諧振器并聯(lián)連接。發(fā)射極線路14連接在晶體管1的發(fā)射極與接地之間?；ǚ瓷涠探鼐€15是例如相當(dāng)于在電路內(nèi)部振蕩的基波的1/4波長(zhǎng)的的前端開(kāi)路短截線，如圖l所示，連接于晶體管的輸出側(cè)安裝的線路13上。該VCO電路的結(jié)構(gòu)為例如MMIC,此外也可采用MIC(樣t波集成電路)或離散(discrete)元件。襯底可以采用GaAs(砷化鎵)、GaN(氮化鎵)、InP(磷化銦)、Si等材料。晶體管1的材料上沒(méi)有限制，可以使用硅、砷化鎵、氮化4家等。晶體管1的結(jié)構(gòu)上也沒(méi)有限制，可以使用雙極型晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、高電子遷移率晶體管等，也可為真空管。以下說(shuō)明動(dòng)作。電路內(nèi)部的熱噪聲等噪聲信號(hào)輸入到晶體管l并得到放大，然后通過(guò)來(lái)自晶體管1的發(fā)射極線路14的反饋或來(lái)自基波反射短截線15的反射，經(jīng)由線路13及晶體管1回到晶體管1的基極側(cè)，再次輸入到晶體管1得到放大。由此在VCO內(nèi)部發(fā)生基波頻率上的振蕩，但晶體管1也會(huì)發(fā)生基波頻率的2倍、3倍、■■'頻率的高次諧波信號(hào)(二次諧波信號(hào)、三次諧波信號(hào)、■■■)?；ǚ瓷涠探鼐€15對(duì)于二次諧波信號(hào)而言是開(kāi)路的，因此二次諧波信號(hào)向輸出端子4對(duì)面的振蕩器外部輸出?；ㄐ盘?hào)不會(huì)比基^^射短截線15更靠近輸出側(cè)而傳播，不會(huì)輸出到振蕩器外部。若這些高次諧波信號(hào)傳播到控制電壓端子4，會(huì)使控制電壓Vt變動(dòng)，這樣輸出頻率就會(huì)無(wú)意間變動(dòng)。即輸出頻率的穩(wěn)定性受損且增加相位噪聲。為了抑制該控制電壓Vt的變動(dòng)而使基波信號(hào)通過(guò)，在晶體管1和線路12之間追加前端開(kāi)路短截線5，吸收高次諧波信號(hào)。由于該前端開(kāi)路短截線5而高次諧波信號(hào)無(wú)法在控制電壓端子3中傳播。另一方面，基波信號(hào)傳播到變?nèi)荻O管2,因此通過(guò)從外部改變控制電壓Vt時(shí)的變?nèi)荻O管2的電容變化，可以改變振蕩頻率。在本實(shí)施方式中，前端開(kāi)路短截線5的長(zhǎng)度相當(dāng)于二次諧波信號(hào)的1/4波長(zhǎng)，因此基波頻率中前端開(kāi)路短截線5具有非短路且非開(kāi)路的負(fù)載，通過(guò)來(lái)自晶體管1的發(fā)射極線路14的反饋或來(lái)自基波反射短截線15的反射而返回的基波信號(hào)傳播到前端開(kāi)路短截線5和變?nèi)荻O管2這兩方。因此，構(gòu)成對(duì)基波使用多個(gè)短截線的諧振器，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)基波高的Q值。這時(shí)基波與高次諧波在振蕩器中具有6dB/oct的關(guān)系，因此能夠減少基波與高次諧波這兩方的相位噪聲。另一方面，在二次諧波頻率中前端開(kāi)路短截線5具有短路負(fù)載，二次諧波信號(hào)全部向前端開(kāi)路短截線5傳播，因此在變?nèi)荻O管2中不會(huì)傳播二次諧波信號(hào)。因此，基于二次諧波信號(hào)的控制電壓Vt的變動(dòng)得到抑制，在具有變?nèi)荻O管2的可變諧振電路中發(fā)生的相位噪聲減少。此外，前端開(kāi)路短截線5的連接部位不會(huì)產(chǎn)生二次諧波信號(hào)導(dǎo)致的電場(chǎng)變動(dòng)，因此抑制了二次諧波信號(hào)產(chǎn)生的晶體管1的基極電壓變動(dòng)，而且減少了相位噪聲。由以上能夠?qū)崿F(xiàn)低相位噪聲的VCO。圖1中，作為一例，前端開(kāi)路短截線5的線路長(zhǎng)度為二次諧波信號(hào)的1/4波長(zhǎng)，但也可為在二次諧波信號(hào)的1/4波長(zhǎng)相加二次諧波信號(hào)的半波長(zhǎng)整數(shù)倍后的長(zhǎng)度。即，若設(shè)二次諧波信號(hào)的波長(zhǎng)為X，則由下述的式(1)定義的長(zhǎng)度(二次諧波信號(hào)的1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍)即可。其原因是相當(dāng)于式(1)定義的長(zhǎng)度的前端開(kāi)路短截線，對(duì)于高次諧波具有短路負(fù)載，而對(duì)于基波具有非短路且非開(kāi)路的負(fù)載。(2n-l)X/4(n=l、2、…)(1)此外，前端開(kāi)路短截線5的長(zhǎng)度無(wú)需嚴(yán)格設(shè)定為上述式(1)的長(zhǎng)度，可具有士V16左右的誤差。其原因是如果在該誤差范圍內(nèi)，^v針對(duì)諧振電路側(cè)二次諧波負(fù)載阻抗的相位噪聲大小計(jì)算結(jié)果，與嚴(yán)格按式(1)的長(zhǎng)度設(shè)定時(shí)的相位噪聲相比惡化止于0.8dB至1.4dB左右，能夠充分期待位相噪聲的抑制效果。在本實(shí)施方式中，高次諧波信號(hào)設(shè)為二次諧波信號(hào)，但是如果三次諧波信號(hào)、四次諧波信號(hào)、...成為相位噪聲的主要劣化因素，就可以使用設(shè)定為對(duì)于三次諧波信號(hào)、四次諧波信號(hào)、...的波長(zhǎng);u葛足式(i)的線路長(zhǎng)度的前端開(kāi)路短截線，以在三次諧波頻率、四次諧波頻率、...中成為短路負(fù)載。此時(shí)即使有土X/16的誤差也能期待相位噪聲的抑制效果。還有，在圖l的例中，示出只將一個(gè)前端開(kāi)路短截線5并聯(lián)連接于可變諧振器的例子，但不限于這種情況，也可將2以上的前端開(kāi)3各短截線5并聯(lián)連接于可變諧振器。通過(guò)以上結(jié)構(gòu)，在本實(shí)施方式中，將一個(gè)以上的、最長(zhǎng)也是在高次諧波信號(hào)的1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍上相加高次諧波信號(hào)的1/16波長(zhǎng)的長(zhǎng)度且最短也是從高次諧波信號(hào)的1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍減去高次諧波信號(hào)的1/16波長(zhǎng)的長(zhǎng)度的前端開(kāi)路短截線5，并聯(lián)連接于可變諧振器。上述前端開(kāi)路短截線5具有在基波頻率中非短路且非開(kāi)路的負(fù)載，且具有在高次諧波頻率中短路的負(fù)載，因此在基波頻率中，基波信號(hào)傳播到前端開(kāi)路短截線5及變?nèi)荻O管2這兩方。即，構(gòu)成使用多個(gè)短截線的諧振器，能夠?qū)崿F(xiàn)高的Q值。另一方面，在高次諧波頻率中，前端開(kāi)路短截線5具有短路負(fù)載，高次諧波信號(hào)全部傳播到前端開(kāi)路短截線5,因此高次諧波信號(hào)不會(huì)傳播至變?nèi)荻O管2,抑制高次諧波10信號(hào)造成的控制電壓Vt的變動(dòng)。此外，在前端開(kāi)路短截線5的連接部位中不會(huì)產(chǎn)生高次諧波信號(hào)造成的電場(chǎng)變動(dòng)，因此抑制高次諧波信號(hào)造成的晶體管1的基極電壓的變動(dòng)。由以上可知，在本實(shí)施方式中，能夠改善基波頻率中的Q值，且能夠抑制因施加到變?nèi)荻O管及晶體管的電壓的高次諧波信號(hào)而產(chǎn)生的變動(dòng)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)相位噪聲低的VCO。此外，圖1中示出具有基波反射短截線15的高次諧波抽出型振蕩器的例子，即使是不具有基波反射短截線15而輸出基波的基波振蕩器，也同樣能實(shí)現(xiàn)相位噪聲低的VCO。此外，即使在晶體管l的發(fā)射極側(cè)或集電極側(cè)連接上述可變諧振器的VCO中，在上述可變諧振器上并聯(lián)連接前端開(kāi)路短截線5就同樣能夠?qū)崿F(xiàn)相位噪聲低的VCO。在本實(shí)施方式中，即使基波信號(hào)或高次諧波信號(hào)的頻率不足lGHz，只要能夠?qū)⑶岸碎_(kāi)路短截線5的線路長(zhǎng)度作成為式(1)表示的長(zhǎng)度，就會(huì)起到與上述同樣的效果。此外，圖1中可變諧振器構(gòu)成為具有變?nèi)荻O管1和線路12,但由包含變?nèi)荻O管的LCR電路構(gòu)成也可。實(shí)施方式2圖2是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的VCO的結(jié)構(gòu)的圖。圖2中，1~4和1216與圖l相同，6是長(zhǎng)度相當(dāng)于二次諧波信號(hào)的波長(zhǎng)的前端短路短截線。與在二次諧波頻率中具有短路負(fù)載的可變諧振器并聯(lián)連接的短截線，采用前端短路短截線也能實(shí)現(xiàn)，對(duì)于二次諧波信號(hào)的波長(zhǎng)人，作成下述式(2)表示的線路長(zhǎng)度(二次諧波信號(hào)的波長(zhǎng)的整凄t倍)即可。nX(n=l、2、…)(2)在大致不足lGHz的低頻率中由式(2)表示的線路長(zhǎng)度的前端短路短截線6在基波頻率中也成為短路負(fù)載。因此，不會(huì)向包含變?nèi)荻O管2的可變諧振器傳播基波信號(hào)，不能改變振蕩頻率。另一方面，隨著成為高頻，因前端短路短截線6的線路中包含的寄生C分量或寄生L分量而由式(2)表示的線路長(zhǎng)度不會(huì)成為基波信號(hào)的半波長(zhǎng)的整數(shù)倍，因此式(2)的線路長(zhǎng)度的前端短路短截線6在基波頻率中具有非短路且非開(kāi)路的負(fù)載。因此，在以大致lGHz以上的基波頻率進(jìn)行振蕩的VCO中，能夠使用式(2)表示的線路長(zhǎng)度的前端短路短截線6，以取代實(shí)施方式1的前端開(kāi)路短截線5。本實(shí)施方式的VCO的工作原理基本上與實(shí)施方式1的VCO相同。在圖3和圖4中分別示出一例計(jì)算必須確認(rèn)本實(shí)施方式的VCO的動(dòng)作的、將電路結(jié)構(gòu)作成MMIC并從晶體管基極端子向圖2中的虛線框內(nèi)輸入38GHz基波信號(hào)及76GHz的二次諧波信號(hào)時(shí)的、圖2中的虛線框內(nèi)的電場(chǎng)分布。該計(jì)算是配置成在前端短路短截線6的中間連接偏置電壓端子16的情況下進(jìn)行，但是本質(zhì)上與圖2所示的VCO沒(méi)有區(qū)別。由圖3所示的電場(chǎng)分布可知38GHz基波信號(hào)向前端短路短截線6及變?nèi)荻O管2這兩者傳播。另一方面，由圖4所示的電場(chǎng)分布可知76GHz的二次諧波信號(hào)僅向前端短路短截線6傳播，不會(huì)向變?nèi)荻O管2傳播。而且，可知在晶體管基極端子中76GHz的二次諧波信號(hào)造成的電場(chǎng)成為零，即，基極電壓不會(huì)變動(dòng)。表1中示出一例實(shí)施方式2的VCO的相位噪聲的計(jì)算結(jié)果。由表1的結(jié)果可知在沒(méi)有設(shè)置前端短路短截線6的情況下與設(shè)置的情況下，輸出頻率上沒(méi)有大的變動(dòng)，而通過(guò)追加前端短路短截線6，相位噪聲得到抑制。此外，根據(jù)施加到控制電壓端子3的電壓，均可以做大致lGHz的頻率變化。<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>還有，在本實(shí)施方式中，也與實(shí)施方式l同樣地，無(wú)需將前端短路短截線6嚴(yán)格設(shè)定為式(2)的長(zhǎng)度，即使有士X/16的誤差也能期待相位噪聲的抑制效果。圖5中在50Q的史密斯圓圖(smithchart)中用點(diǎn)表示將前端短路短截線6的長(zhǎng)度設(shè)為X-A-X/32、X、人+A732、人+X/16時(shí)的、從晶體管1的基極側(cè)觀看的諧振電路側(cè)(可變諧振電路及前端短路短截線6)的二次諧波負(fù)載阻抗。此外，將針對(duì)諧振電路側(cè)二次諧波負(fù)載阻抗的相位噪聲大小的計(jì)算結(jié)果，以史密斯圓圖上的0.2dB步長(zhǎng)的等高線來(lái)表示。前端短路短截線6的長(zhǎng)度為X時(shí)，取最抑制相位噪聲的最佳點(diǎn)即史密斯圓圖的左端。隨著長(zhǎng)度從入偏離，諧振電路側(cè)的阻抗在史密斯圓圖的外周上移動(dòng)，可知相位噪聲正在劣化。乂人計(jì)算結(jié)果可知當(dāng)前端短5^短截線6的長(zhǎng)度成為UA716時(shí)，相位噪聲從最佳點(diǎn)劣化0.8dB至1.4dB左右，但是該場(chǎng)合也能充分期待相位噪聲的抑制效果。在使用前端開(kāi)路短截線5的實(shí)施方式1中，針對(duì)諧振電路側(cè)二次諧波負(fù)載阻抗的相位噪聲大小的計(jì)算結(jié)果也圖5相同。此外，可以使用對(duì)于三次諧波信號(hào)、四次諧波信號(hào)、■■'的波長(zhǎng)使線路長(zhǎng)度滿足式(2)的前端短路短截線，以在三次諧波頻率、四次諧波頻率、■■■中成為短路負(fù)載。此時(shí)即使具有士X716的誤差也能期待相位噪聲的抑制效果。還有，在圖2的例子中，示出只將一個(gè)前端短路短截線6并聯(lián)連接于可變諧振器的例子，但并不限于此，可將2個(gè)以上的前端短路短截線6并聯(lián)連接于可變諧振器。此外，前端短路短截線6的前端可經(jīng)由以MIM(金屬-絕緣體-金屬)電容器為一例的電容，只使高頻與接地端短路。在本實(shí)施方式中，將1個(gè)以上的、最長(zhǎng)也是在高次諧波信號(hào)的波長(zhǎng)的整數(shù)倍上相加高次諧波信號(hào)的1/16波長(zhǎng)的長(zhǎng)度而最短也是從高次諧波信號(hào)的波長(zhǎng)的整數(shù)倍減去高次諧波信號(hào)的1/16波長(zhǎng)的長(zhǎng)度的前端短路短截線，并聯(lián)連接于可變諧振器。上述前端短路短截線6在基波頻率中具有非短路且非開(kāi)路的負(fù)載，且在高次諧波頻率中具有短路的負(fù)載，因此在基波頻率中，傳播至前端短路短截線6及變?nèi)荻O管2這兩方。即，構(gòu)成使用多個(gè)短截線的諧振器，能夠?qū)崿F(xiàn)高的Q值。另一方面，在高次諧波頻率中，前端開(kāi)路短截線5具有短路負(fù)載，高次諧波信號(hào)全部傳播到前端短路短截線6,因此向變?nèi)荻O管2不會(huì)傳播高次諧波信號(hào)，抑制高次諧波信號(hào)造成的控制電壓Vt的變動(dòng)。此外，由于在前端短路短截線6的連接部位上不會(huì)產(chǎn)生高次諧波信號(hào)導(dǎo)致的電場(chǎng)變動(dòng)，抑制高次諧波信號(hào)造成的晶體管1的基才及電壓的變動(dòng)。由以上結(jié)構(gòu)，在本實(shí)施方式中也與實(shí)施方式1同樣，能夠?qū)崿F(xiàn)孑氐相位噪聲的VCO。此外，在圖2中示出具有基波反射短截線15的高次諧波抽出型振蕩器的例子，但是不具有基波反射短截線15而輸出基波的基波振蕩器也同樣能實(shí)現(xiàn)相位噪聲低的VCO。此外，即使在可變諧振器連接到晶體管1的發(fā)射極側(cè)或集電極側(cè)的VCO中，只要前端短路短截線6并聯(lián)連接于上述可變諧振器，也同樣能實(shí)現(xiàn)相位噪聲低的VCO。圖2中可變諧振器構(gòu)成為具有變?nèi)荻O管1和線路12，但是由包含變?nèi)荻O管的LCR電路構(gòu)成也可。實(shí)施方式3圖6是表示本發(fā)明實(shí)施方式3的VCO的結(jié)構(gòu)的圖。圖6中，1~4和12~15與圖1相同，7是從連接部位經(jīng)由電容(電容器)11到高頻短路部位的線路長(zhǎng)度相當(dāng)于二次諧波信號(hào)的波長(zhǎng)的偏置電路。如在上述實(shí)施方式2中說(shuō)明的那樣，即便沒(méi)有重新增加前端短路短截線6，在偏置電路中，通過(guò)從連接部位4又偏離滿足上述式(2)的距離的部位上經(jīng)由電容11進(jìn)行短路,也能得到與上述實(shí)施方式2的前端短3各短截線的追加同樣的效果。此外，在上述說(shuō)明中，偏置電路7的線路長(zhǎng)度相當(dāng)于二次諧波信號(hào)的波長(zhǎng)的長(zhǎng)度情況下進(jìn)行了說(shuō)明，但并不限于這種場(chǎng)合，偏置電路7的線路長(zhǎng)度相當(dāng)于二次諧波信號(hào)的波長(zhǎng)的整數(shù)倍的長(zhǎng)度即可。此外，14并不限于二次諧波信號(hào)而相當(dāng)于三次諧波以上的高次諧波波長(zhǎng)的整數(shù)倍的長(zhǎng)度也可。此外，即使偏置電路7的線路長(zhǎng)度有士X/16的誤差也能期待相位噪聲的抑制效果。如上所述，在本實(shí)施方式中，從偏置電路連接部位經(jīng)由電容器到接地部位的線路長(zhǎng)度，最長(zhǎng)也是在高次諧波信號(hào)的波長(zhǎng)的整數(shù)倍上相加高次諧波信號(hào)的1/16波長(zhǎng)的長(zhǎng)度，而最短也是從高次諧波信號(hào)的波長(zhǎng)的整數(shù)倍減去高次諧波信號(hào)的1/16波長(zhǎng)的長(zhǎng)度，將具有這種長(zhǎng)度的偏置電路并聯(lián)連接于可變諧振器，因此與實(shí)施方式2同樣地，在本實(shí)施方式中也能實(shí)現(xiàn)^^目位噪聲的VCO。實(shí)施方式4圖7是表示本發(fā)明實(shí)施方式4的VCO的結(jié)構(gòu)的圖。圖7.中，1~4和12~16與圖1相同，8是在二次諧波頻率中具有短路負(fù)載的LCR電路。此外，圖8是表示本發(fā)明的實(shí)施方式4的另一例VCO的結(jié)構(gòu)的圖。圖8中，1~4和12~16與圖1相同，9是在二次諧波頻率中具有短路負(fù)載的導(dǎo)波管電路。此外，LCR電路8和導(dǎo)波管電路9在高次諧波信號(hào)的頻率中都是短路負(fù)載或接近短路負(fù)載的例如-30jQ以上+30jQ以下范圍的負(fù)載。該范圍的負(fù)載在50。的類型中使特性阻抗對(duì)應(yīng)于實(shí)施方式2的前端短路短截線6時(shí)相當(dāng)于UA716的范圍，由圖5可知，相位噪聲收縮在從最佳點(diǎn)劣化0.8dB至1.4dB左右的范圍，因此具有抑制相位噪聲的效果。此外，由圖5的史密斯圓圖可知，即使設(shè)阻抗為在上迷虛數(shù)分量外還具有以上15Q以下的實(shí)數(shù)分量，相位噪聲也收縮在從最佳點(diǎn)劣化0.8dB至1.4dB左右的范圍，具有抑制相位噪聲的效果。在上述實(shí)施方式1或2中追加的電路，在基波頻率中具有非短路且非開(kāi)路的負(fù)載而在高次諧波頻率中具有短路負(fù)載即可，無(wú)需為線路短截線。因而，如本實(shí)施方式所示，也可以使用LCR電路8或?qū)Рü茈娐?。如上所述，在本實(shí)施方式中，至少將一個(gè)對(duì)于基本頻率不短路且在高次諧波信號(hào)的頻率中具有實(shí)數(shù)分量為以上15Q以下且虛數(shù)分量為-30jQ以上+30jQ以下的負(fù)載的LCR電路8或?qū)Рü茈娐?,并聯(lián)連接于可變諧振器，因此與上述實(shí)施方式2或3同樣，能夠?qū)崿F(xiàn)低相位噪聲的VCO。實(shí)施方式5如圖9所示，也可以追加多個(gè)上述實(shí)施方式1、2、4中追加的電路。圖9中示出連接3個(gè)長(zhǎng)度相當(dāng)于實(shí)施方式1中所示的二次諧波信號(hào)的1/4波長(zhǎng)的前端開(kāi)路短截線5、5A、5B的例子，便是可為實(shí)施方式2中所示的前端短路短截線6，也可為實(shí)施方式4中所示的LCR電路8或?qū)Рü茈娐?。此外，數(shù)目也不限于3個(gè)，可為適當(dāng)?shù)娜我鈹?shù)目。此外，如果多個(gè)次數(shù)的高次諧波信號(hào)成為相位噪聲的劣化因素，則如圖10所示，也可以使多個(gè)追加的電路相對(duì)于各自不同次數(shù)的高次諧波信號(hào)成為短路負(fù)載。在圖10的例子中，追加了長(zhǎng)度與實(shí)施方式1所示的三次諧波信號(hào)的1/4波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)那岸碎_(kāi)路短截線5;長(zhǎng)度與三次諧波信號(hào)的1/4波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)那岸碎_(kāi)路短截線5C;以及長(zhǎng)度與四次諧波信號(hào)的1/4波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)那岸碎_(kāi)路短截線5D，但這是一個(gè)例子，并不限定于此?；谙辔辉肼暤牧踊蛩?，適當(dāng)選擇組合。再者，如圖ll所示，多個(gè)追加的電i各可與前端短路短截線、前端開(kāi)路短截線、LCR電路和導(dǎo)波管電路不同。在圖11的例子中，設(shè)置了長(zhǎng)度與四次諧波信號(hào)的波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)那岸硕搪范探鼐€6A;長(zhǎng)度與三次諧波信號(hào)的1/4波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)那岸碎_(kāi)路短截線5E;以及長(zhǎng)與度實(shí)施方式2中所示的二次諧波信號(hào)的波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)那岸硕搪范探鼐€6，但并不限定于此。對(duì)此也可根據(jù)相位噪聲的劣化因素，適選擇組合。如上所述，在本實(shí)施方式中也與上述實(shí)施方式1、2、4同樣，能夠?qū)崿F(xiàn)低位相噪聲的VCO。頁(yè)實(shí)施方式6圖12是具備實(shí)施方式1至5的電壓控制振蕩器的高頻無(wú)線裝置的結(jié)構(gòu)例。高頻無(wú)線裝置20是雷達(dá)或便攜電話等，使用微波或毫米波進(jìn)行發(fā)送或接收或這兩方的裝置。電壓控制振蕩器22以來(lái)自頻率控制裝置21的電壓信號(hào)產(chǎn)生的頻率進(jìn)行振蕩,.用放大器23放大振蕩信號(hào)，由輸出天線2發(fā)送微波或毫米波。利用接收天線25接收微波或毫米波，基于頻率控制裝置26的電壓信號(hào)，將電壓控制振蕩器27輸出的振蕩信號(hào)與來(lái)自接收天線25的接收信號(hào)，利用變頻器28來(lái)進(jìn)行頻率變換后輸出所希望的信號(hào)。發(fā)送天線24和接收天線25可為一體。頻率控制裝置21和26、電壓控制振蕩器22和27分別為一也可。此外，發(fā)送部分和接收部分中的一個(gè)使用實(shí)施方式1至5的電壓控制振蕩器也可。高頻無(wú)線裝置使用實(shí)施方式1至5的電壓控制振蕩器，從而能夠發(fā)送相位噪聲少的高品質(zhì)的微波或毫米波。此外能夠減少接收時(shí)的噪聲。權(quán)利要求1.一種具備可變諧振器的電壓控制振蕩器，其特征在于將至少一個(gè)前端開(kāi)路短截線并聯(lián)連接于所述可變諧振器上，所述前端開(kāi)路短截線的長(zhǎng)度最長(zhǎng)也是在高次諧波信號(hào)的1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍上相加高次諧波信號(hào)的1/16波長(zhǎng)的長(zhǎng)度，而最短也是從高次諧波信號(hào)的1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍中減去高次諧波信號(hào)的1/16波長(zhǎng)的長(zhǎng)度。2.—種具備可變諧振器的電壓控制振蕩器，其特征在于將至少一個(gè)前端短路短截線并聯(lián)連接于所述可變諧振器上，所述前端短路短截線的長(zhǎng)度最長(zhǎng)也是在高次諧波信號(hào)的波長(zhǎng)的整數(shù)倍上相加高次諧波信號(hào)的1/16波長(zhǎng)的長(zhǎng)度，最短也是從高次諧波信號(hào)的波長(zhǎng)的整數(shù)倍中減去高次諧波信號(hào)的1/16波長(zhǎng)的長(zhǎng)度。3.—種具備可變諧振器的電壓控制振蕩器，其特征在于將偏置電路并聯(lián)連接于所述可變諧振器上，所述偏置電路中，從偏置電路連接部位經(jīng)由電容器到接地部位的線路長(zhǎng)度，最長(zhǎng)也是在高次諧波信號(hào)的波長(zhǎng)的整數(shù)倍上相加高次諧波信號(hào)的1/16波長(zhǎng)的長(zhǎng)度，而最短也是從高次諧波信號(hào)的波長(zhǎng)的整數(shù)倍中減去高次諧波信號(hào)的1/16波長(zhǎng)的長(zhǎng)度。4.一種具備可變諧振器的電壓控制振蕩器，其特征在于將至少一個(gè)LCR電路并聯(lián)連接于所述可變諧振器上，所述LCR電路相對(duì)于振蕩頻率不是短路，而在高次諧波信號(hào)的頻率中，具有實(shí)數(shù)分量為0Q以上15Q以下、且虛數(shù)分量為-30jQ以上+30jQ以下的負(fù)載。5.—種具備可變諧振器的電壓控制振蕩器，其特征在于將至少一個(gè)導(dǎo)波管電路并聯(lián)連接于所述可變諧振器，所述導(dǎo)波管電路相對(duì)于振蕩頻率不是短路，而在高次諧波信號(hào)的頻率中，具有實(shí)數(shù)分量為以上15Q以下、且虛數(shù)分量為-30jQ以上+30jQ以下的負(fù)載。6.—種單片微波集成電路，具備權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的電壓控制振蕩器。7.—種高頻無(wú)線裝置，具備權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的電壓控制振蕩器。全文摘要實(shí)現(xiàn)低相位噪聲的電壓控制振蕩器。在具備在包含變?nèi)荻O管(2)和控制電壓端子(3)的可變諧振器的電壓控制振蕩器中，對(duì)該可變諧振器并聯(lián)連接具有最長(zhǎng)也是在高次諧波信號(hào)的1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍上相加高次諧波信號(hào)的1/16波長(zhǎng)的長(zhǎng)度而最短也是從高次諧波信號(hào)的1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍中減去高次諧波信號(hào)的1/16波長(zhǎng)的長(zhǎng)度的前端開(kāi)路短截線(5)。通過(guò)該結(jié)構(gòu)，在基波頻率中，基波信號(hào)向前端開(kāi)路短截線(5)和變?nèi)荻O管(2)這兩方傳播，能實(shí)現(xiàn)高的Q值，而在高次諧波頻率中，前端開(kāi)路短截線(5)具有短路負(fù)載，高次諧波信號(hào)全部向前端開(kāi)路短截線(5)傳播，因此抑制高次諧波信號(hào)造成的控制電壓(Vt)的變動(dòng)。文檔編號(hào)H03L7/00GK101667829SQ200910159440公開(kāi)日2010年3月10日申請(qǐng)日期2009年6月30日優(yōu)先權(quán)日2008年9月1日發(fā)明者后藤清毅,塚原良洋,渡邊伸介,金谷康申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社