振蕩器陣列及其同步方法
2023-08-13 03:47:41
專利名稱：振蕩器陣列及其同步方法
技術領域：
本發明涉及一種用於例如在相控天線陣中執行微波功率傳輸的振蕩器陣列及其同步方法。
背景技術：
現已提出一種簡化的具有多個串聯(陣列)的振蕩器的振蕩器陣列(例如，見所引專利文件1至3)。在這種情況中，期望這種振蕩器陣列是高效而沒有分布損耗(distribution loss)的功率傳輸單元，還期望能夠減小微波功率傳輸裝置的尺寸。
專利文件1日本專利申請公開No.2002-299943(權利要求1)專利文件2日本專利申請公開No.2003-133952(權利要求1)專利文件3日本專利申請公開No.2003-258556(權利要求1)發明內容本發明所要解決的技術問題然而，為使多個振蕩器成陣列，則需使每一振蕩器的振蕩頻率穩定，還需使該多個振蕩器同步。
因此，本發明的一個目的是，提供一種振蕩器陣列及其同步方法，其能夠穩定每一振蕩器的振蕩頻率，並且還能使多個振蕩器同步。
解決技術問題的手段本發明的振蕩器陣列具有多個串聯的振蕩器，以及至少一個位於各相鄰的兩個振蕩器之間的帶阻濾波器。
本發明的振蕩器陣列的同步是一種用於具有多個串聯的振蕩器以及至少一個位於各相鄰的兩個振蕩器之間的帶阻濾波器的振蕩器陣列的同步方法，在該方法中，每一振蕩器產生的信號與由相應帶阻濾波器所反射的信號在帶通濾波器的阻斷頻率(elimination frequency)處是同相的，而與從相應帶阻濾波器洩漏的信號是反相的，由此，振蕩器的振蕩頻率被均衡為振蕩器的固有頻率和帶阻濾波器的阻斷頻率之間的最佳頻率，同時振蕩器被作為基準頻率的阻斷頻率同步，實現了穩定的振蕩。
本發明的有益效果根據本發明，在同步具有多個串聯的振蕩器以及至少一個位於各相鄰的兩個振蕩器之間的帶阻濾波器的振蕩器陣列時，振蕩器產生的信號與由相應帶阻濾波器所反射的信號在帶通濾波器的阻斷頻率處是同相的(即，振蕩器產生的信號與反射的信號之間的相位差為0度)。同時，振蕩器產生的信號與從相應帶阻濾波器洩漏的信號是反相的(即，振蕩器產生的信號與反射的信號之間的相位差為180度)。由此，振蕩器的振蕩頻率被振蕩器的固有頻率與帶阻濾波器的阻斷頻率之間的最佳頻率均衡，，同時振蕩器被作為基準頻率的阻斷頻率同步，實現穩定的振蕩。
最好在振蕩器與帶阻濾波器之間設置另一帶阻濾波器，並在接地位置與帶阻濾波器和另一帶阻濾波器之間位置之間設置電阻。
圖1是表示本發明第一實施例的振蕩器陣列的框圖；[圖2]圖2是表示本發明第二實施例的振蕩器陣列的草圖；[圖3]圖3是表示常規振蕩器陣列的振蕩狀態的測量結果的圖；[圖4]圖4是表示本發明的振蕩器陣列的振蕩狀態的測量結果的圖；以及 圖5是表示本發明的振蕩器陣列的振蕩狀態的另一測量結果的圖。
附圖標記說明1-1、1-2、...、1-n 振蕩器(OSC)2-1、2-2、...、2-n 天線3-1、3-2、...、3-n 帶阻濾波器(BEF)11-1、11-2、11-3、11-4 開路短截線(open stub)12-1、12-2、12-3 埠13-1、13-2 終端電阻具體實施方式
下面將參考附圖詳細說明本發明的振蕩器陣列及其同步方法的實施例。
圖1是表示出本發明第一實施例中振蕩器陣列的草圖。該振蕩器陣列具有n個串聯的振蕩器(OSC)1-1、1-2、...、1-n；分別連接到振蕩器1-1、1-2、...、1-n的天線2-1、2-2、...、2-n；以及帶阻濾波器(BEF)3-1、3-2、...、3-n，每一個位於各相鄰的兩個振蕩器1-1、1-2、...、1-n之間。n是2或大於2的自然數。
在該實施例中，例如，振蕩器將是考必茲(Colpitts)振蕩器，天線將是微帶天線，而帶阻濾波器將是短截線。
下面討論該實施例的操作。從振蕩器1-1、1-2、...、1-n輸出的高頻信號分別傳送到與振蕩器1-1、1-2、...、1-n相鄰的帶阻濾波器3-1、3-2、...、3-n。帶阻濾波器3-1、3-2、...、3-n在其阻斷頻率處反射大部分高頻信號，使將這大部分高頻信號分別返回到振蕩器1-1、1-2、...、1-n作為輸出源。此時，在振蕩器1-1、1-2、...、1-n的每一輸出端處，從振蕩器1-1、1-2、...、1-n輸出的高頻信號與由帶阻濾波器3-1、3-2、...、3-n所反射的信號之間的相位差為0度。
傳送到帶阻濾波器3-1、3-2、...、3-n的高頻信號的小部分洩漏到相鄰帶阻濾波器3-1、3-2、...、3-n等中。此時，在振蕩器1-1、1-2、...、1-n的每一輸出端處，從振蕩器1-1、1-2、...、1-n輸出的高頻信號與洩漏到各帶阻濾波器3-1、3-2、...、3-n的信號之間分別存在180度的相位差。
根據該實施例，在使振蕩器陣列同步時，從振蕩器1-1、1-2、...、1-n產生的信號分別與由相應帶阻濾波器3-1、3-2、...、3-n所反射的信號在帶阻濾波器3-1、3-2、...、3-n的阻斷頻率處是同相的(即，在從每一振蕩器1-1、1-2、...、1-n產生的信號與反射的信號之間的相位差為0度)。同時，從振蕩器1-1、1-2、...、1-n產生的信號分別與從相應帶阻濾波器3-1、3-2、...、3-n洩漏的信號反相(即，在從每一振蕩器1-1、1-2、...、1-n產生的信號與反射的信號之間相位差為180度)。其結果是，振蕩器1-1、1-2、...、1-n的振蕩頻率分別被均衡為振蕩器的固有頻率與帶阻濾波器的阻斷頻率之間的最佳頻率，同時振蕩器可被作為基準頻率的阻斷頻率同步，實現了穩定的振蕩。
圖2是表示本發明第二實施例的振蕩器陣列的草圖。在該實施例中，帶阻濾波器是採用微帶線的開路短截線11-1至11-4。連接到天線(未示出)的振蕩器(未示出)分別連接到埠12-1至12-3。並設置有終端電阻13-1和13-2。每一終端電阻13-1和13-2的一端連接在振蕩器之間，而每一終端電阻13-1和13-2的另一端接地。
下面在埠12-1和12-2之間更詳細解釋該實施例，如果預定頻率的波長是λ，則將埠12-1與12-2之間的距離設置為λ，並在埠12-1與12-2中間設置終端電阻13-1，以用於相位調節。
在這樣的情況下，即具有串聯的振蕩器(未示出)；每一個位於各相鄰的兩個振蕩器之間的開路短截線11-1和11-3；位于振蕩器(未示出)與開路短截線11-1之間的另一開路短截線11-2；位于振蕩器(未示出)與開路短截線11-3之間的另一開路短截線11-4；位於接地位置與開路短截線11-1和11-2之間位置之間的終端電阻13-1；以及位於接地位置與開路短截線13-3和13-4之間位置之間的終端電阻13-2，同步操作如下。
(1)由於每一振蕩器的振蕩頻率和開路短截線11-1至11-4的阻斷頻率並不完全匹配，因此振蕩頻率需切換以便在兩個頻率之間均衡。
(2)通過與每一振蕩器的振蕩頻率和開路短截線11-1至11-4之間的差有關的短截線傳送的輕微洩漏信號被提供到相鄰振蕩器。
(3)由於該洩漏信號，每一振蕩器的頻率和相位彼此受控制。
(4)頻率變化成使從開路短截線11-1至11-4返回到振蕩器自身的反射量與洩漏到相鄰振蕩器的量均衡的頻率，並穩定在該頻率上。
(4)相位變化成相對於相鄰振蕩器的相位是反相的相位。
特別是，振蕩器自身的信號被開路短截線11-1至11-4反射，從而給該振蕩器以正反饋，使得其維持可靠的自由振蕩(free-runningoscillation)狀態。
現在，與常規振蕩器陣列、即在圖2的振蕩器陣列中略去了開路短截線11-1至11-4和終端電阻13-1和13-2的振蕩器陣列的振蕩狀態對比，說明本實施例的振蕩狀態。
圖3是表示常規振蕩器陣列的振蕩狀態的測量結果的圖。圖4是表示在圖2的振蕩器陣列中的終端電阻為50Ω的條件下的振蕩狀態的測量結果的圖。圖5是表示圖2的振蕩器陣列中的終端電阻為500Ω的條件下的振蕩狀態的測量結果的圖。
圖3表示未處於同步狀態的情況，因為沒有從每一振蕩器輸出的信號被開路短截線反射，且從開路短截線的洩漏增加，以及自由振蕩不穩定，產生了許多像頻。
相反，圖4表示維持同步狀態的情況，其中輸出比圖3的情況大10dB。而且，圖5表示由於從開路短截線的洩漏量增加得比圖4的情況大，因而維持了更好的同步狀態的情況。
上述第一和第二實施例具有如下的優點。
(1)所有振蕩器的振蕩頻率都是基於相鄰的兩個振蕩器之間的線路長度以及帶阻濾波器的特性而確定的，並且使它們同步如同一個整體，從而能夠容易地使多個振蕩器同步。
(2)提供了振蕩器對自由振蕩的促進作用，以及對同步的促進作用，使得能夠實現通過單個振蕩器共同促進的同步機制。
(3)所有振蕩器的振蕩頻率都是基於相鄰的兩個振蕩器之間的線路長度以及帶阻濾波器的特性而確定的，並且所有振蕩器都工作並被同步，以利用帶阻濾波器的阻斷頻率來使其均衡，而不引入基準信號。因此，能夠容易地使多個振蕩器同步而無需額外的裝置，如基準發生器。
(4)提供了振蕩器對自由振蕩的促進作用，以及對同步的促進作用，並且具有對電源電壓的擾動和變化的高頻穩定性。因此，能夠容易以低成本實現具有高頻穩定性的振蕩器。
本發明並不限於上述實施例，而是可以進行多種變化和修改。
舉例來說，在上述第一實施例中，能夠設置任意數目的振蕩器，並將帶阻濾波器的數目設為振蕩器數目減1所得的數目。此外，在上述第二實施例中，能夠設置任意數目的振蕩器，並將帶阻濾波器的數目設為振蕩器數目減1所得數目的兩倍，並將電阻的數目設置為振蕩器數目減1所得的數目。
而且，除考必茲振蕩器外，也可以使用任意其他類型的振蕩器來作為所述振蕩器。除微帶天線外，也可以使用任意其他類型的天線來作為所述天線。除(開路)短截線外，也可以使用任意其他類型的帶阻濾波器來作為所述帶阻濾波器。
工業適用性本發明的振蕩器陣列及其同步方法能夠應用於沒有分布損耗的高效傳輸單元，並且還可以應用於例如在相控天線陣中執行微波功率傳輸的振蕩器陣列及其同步方法。
權利要求
1.一種振蕩器陣列，包括多個串聯的振蕩器；以及至少一個位於所述振蕩器各相鄰兩個之間的帶阻濾波器。
2.如權利要求1所述的振蕩器陣列，還包括位於所述振蕩器和所述帶阻濾波器之間的另一帶阻濾波器，以及位於接地位置與所述帶阻濾波器和所述另一帶阻濾波器之間位置之間的電阻。
3.一種振蕩器陣列的同步方法，該振蕩器陣列包括多個串聯的振蕩器以及至少一個位於所述振蕩器各相鄰兩個之間的帶阻濾波器，在所述方法中每一所述振蕩器產生的信號與由相應帶阻濾波器所反射的信號在所述帶通濾波器的阻斷頻率處是同相的，而與從相應帶阻濾波器洩漏的信號是反相的，由此，所述振蕩器的振蕩頻率被均衡為所述振蕩器的固有頻率和所述帶阻濾波器的阻斷頻率之間的最佳頻率，同時所述振蕩器被作為基準頻率的阻斷頻率同步，實現了穩定的振蕩。
全文摘要
振蕩器(1－1、1－2、…、1－n)產生的信號與由帶阻濾波器(3－1、3－2、…、3－n)反射的信號在帶阻濾波器(3－1、3－2、…、3－n)的阻斷頻率處是同相的，而與從相應帶阻濾波器(3－1、3－2、…、3－n)洩漏的信號是反相的。這樣一來，振蕩器(1－1、1－2、…、1－n)的振蕩頻率被均衡為振蕩器(1－1、1－2、…、1－n)的固有頻率和帶阻濾波器(3－1、3－2、…、3－n)的阻斷頻率之間的最佳頻率，同時可用阻斷頻率作為基準頻率來同步振蕩器(1－1、1－2、…、1－n)，實現了穩定的振蕩。
文檔編號H03L7/24GK1910820SQ20058000301
公開日2007年2月7日 申請日期2005年1月24日 優先權日2004年1月22日
發明者松本紘, 篠原真毅 申請人:國立大學法人京都大學