高頻振蕩器的製作方法
2023-05-20 14:28:06
專利名稱：高頻振蕩器的製作方法
技術領域：
本發明涉及高頻振蕩器，具體地說，涉及一種切換並輸出多種頻率信號的高頻振蕩器。
近年來，代替這種結構，已經實現具有如日本專利申請JP-2000-244682中所述結構的高頻振蕩器，它通過使晶體振子的輸出畸變並由SAW(切換表面波)濾波器選擇諧波成分獲得高頻輸出。採用這種結構，可以減少元件的數量，從而使振蕩器的外部尺寸明顯減小。
圖1是具有上述結構之高頻振蕩器的電路圖。
該圖所示的高頻振蕩器由晶體振子1、SAW(聲表面波)濾波器2和放大器3構成。晶體振子1由比如是AT切片的晶體諧振器4、未予示出並與晶體諧振器4一起形成諧振電路的分離式電容器(split capacitor)和反饋並放大諧振頻率的振蕩放大器5組成。這裡形成所謂科耳皮茲(Colpitts)型的振蕩電路。
通過在未予示出的壓電基板上形成輸入/輸出叉指換能器(IDT)構成所述SAW濾波器2。SAW濾波器2隻使特定頻率範圍輸入信號的成分通過，並輸出這種成分。
放大器3被做成寬帶放大器，如線性IC放大器等。採用這种放大器3，由線性部分，也即寬帶放大器3輸入/輸出特性的非飽和部分使SAW濾波器2的輸出被放大，從而獲得高頻輸出。
這裡提到的晶體振子1是電壓控制型的，是通過在晶體振子1的振蕩閉環中插入電壓可變電容元件6而實現的。通過控制由高頻阻擋電阻7所加給的電壓Vc，可以改變晶體振子1的振蕩頻率。另外，圖1中的Vcc是電源電壓。
在圖1所示的高頻振蕩器中，晶體振子1的振蕩輸出受到畸變。例如，通過使振蕩輸出的中心電壓Voo高於電源電壓Vcc的中心電壓Vco，削去正弦波的頂部，被畸變成圖2所示的矩形。晶體振子1的振蕩輸出受到畸變，如圖3所示，在所述振蕩輸出中，就使頻譜中的諧波成分f2至fn的電平相對於基波成分f1被升高。
使頻譜中的各個成分等於或高於有如圖3所示的預定電平值，從而可以通過將這個振蕩輸出輸入到SAW濾波器2中而選擇一個任意的諧波成分。例如，晶體振子1的基頻(基波成分)f1被做成155.52MHz，這幾乎與製造的限制一樣高，並由SAW濾波器2選擇，變成4倍頻波f4的諧波成分622.08MHz，再由放大器3放大，以獲得高頻輸出。如果不使晶體振子1的振蕩輸出受到畸變，則相對於基波成分而言，諧波成分的電平較低。因而，不能由SAW濾波器2選擇諧波成分。
然而，採用具有上述結構的高頻振蕩器，只能提供一種高頻信號，比如只能提供622.08MHz的信號。因此，如果通信設備需要2種頻率，如基波頻率(155.52MHz)，以及作為4倍頻波(622.08MHz)之諧波頻率的通信信號，則在一個給定的基板上安裝兩個高頻振蕩器，並且選擇來自任何一個振蕩器的輸出信號。於是，在這種情況下，高頻振蕩器的外形結構變得較大，導致成本的增加，並有礙於所述規定基板的外形尺寸。
本發明的高頻振蕩器包括輸出單元和倍頻單元，所述輸出單元以並聯方式輸出頻譜中的多種頻率成分，所述頻譜包含來自晶體振子之振蕩輸出的基波成分和諧波成分，而所述倍頻單元從多種頻率成分中選擇一種或多種頻率成分。
本發明的高頻振蕩器的第二種結構包括晶體振蕩單元、第一濾波單元、第二濾波單元和倍頻單元。
晶體振蕩單元畸變並輸出振蕩輸出。
第一濾波單元使第一種成分通過，所述第一種成分成為振蕩輸出頻譜的多種頻率成分之一。
第二濾波單元使第二種成分通過，所述第二種成分成為振蕩輸出頻譜的多種頻率成分之一。
倍頻單元選擇通過第一濾波單元和第二濾波單元中任何一個的信號。
本發明的高頻振蕩器的第三種結構包括晶體振蕩單元、多個濾波單元和倍頻單元。所述多個濾波單元中的每一個使振蕩輸出頻譜的多種頻率成分之一通過；所述倍頻單元從多個濾波單元通過的多種頻率成分中間選擇並輸出一種或多種頻率成分。
採用本發明的高頻振蕩器，以並聯方式輸出晶體振子的振蕩輸出的多種頻率成分，並從所述多種頻率成分中間選擇並輸出一種或多種頻率成分，從而可以從多種頻率信號中間選擇並輸出一個任意頻率的信號。
圖4是表示本發明一種優選實施例頻率選擇型高頻振蕩器結構的電路圖。
該圖中所示的高頻振蕩器是一個舉例，其中將本發明應用於圖1所示的高頻振蕩器結構。這種振蕩器被構造成輸出兩種不同頻率的信號。該圖中，與圖1中所示相同的結構元件基本以相同的參考標號表示，因而以下簡化或者省略對它們的說明。
在圖4所示的高頻振蕩器中，由第一選擇/放大單元8和第二選擇/放大單元9以並聯的形式輸出晶體振子1振蕩輸出頻譜的兩種頻率成分，並由倍頻器10選擇和輸出兩種頻率成分中的任何一種。以這種方式，可以選擇和輸出所述兩種頻率中間一個任意頻率的信號。
圖4所示的高頻振蕩器由晶體振子1、第一選擇/放大單元8、第二選擇/放大單元9和倍頻器10構成。類似於圖1中所示的晶體振子1，這裡的晶體振子1由晶體諧振器4、分離式電容器和振蕩放大器5組成。在這裡的晶體振子1中，譬如使中心電壓Voo高於電源電壓Vcc的中心電壓Vco，以使振蕩輸出之正弦波的頂部被削去，畸變成如圖2所示的矩形。或者比如可通過增大振蕩放大器5的放大率，使所述正弦波的頂部和底部都受到畸變，成為矩形。結果，如圖3所示那樣，晶體振子1的輸出頻譜中的諧波成分f2至fn的電平相對於該晶體振子1的基波成分f1變高。這裡的晶體振子1被做成電壓控制型的，其中將電壓可變電容元件6插入到振蕩閉環中，並由控制電壓Vc控制振蕩頻率。
按對於晶體振子1的輸出為並聯的方式布置所述第一選擇/放大單元8和第二選擇/放大單元9。
第一選擇/放大單元8由晶體濾波器11和放大器12組成，第二選擇/放大單元9由SAW濾波器2和放大器3組成。
第一選擇/放大單元8的晶體濾波器11由所謂MCF(單片晶體濾波器)實現，並採用聲耦合；通過在未予示出的晶體塊上形成輸入/輸出電極構成所述MCF。這個晶體濾波器11的傳輸特性(濾波器特性)是將晶體振子1的振蕩輸出中的基波成分(155.52MHz)用作中心頻率。也就是晶體濾波器11主要選擇基波成分，並使該基波成分通過(這個輸出被規定為第一輸出)。
第二選擇/放大單元9的SAW濾波器2的傳輸特性是將所述晶體振子的振蕩輸出中成為4倍頻波的諧波成分(622.08MHz)用作中心頻率。也就是SAW濾波器2主要選擇成為4倍頻波的諧波成分，並使該基波成分通過(這個輸出被規定為第二輸出)。
在第一選擇/放大單元8和第二選擇/放大單元9中，利用寬帶放大器3和12之輸入/輸出特性的線性部分，放大由晶體濾波器11和SAW濾波器2所選擇和輸出的各頻率成分。
倍頻器10被布置在繼第一選擇/放大單元8和第二選擇/放大單元9之後的一級。倍頻器10由選擇切換機構，從第一選擇/放大單元8和第二選擇/放大單元9選擇並輸出所述第一輸出和第二輸出之一。例如，如果將數位訊號「1」(高電平)輸入到選擇端S，則由所述選擇切換機構選擇第一輸出；或者如果輸入「0」(低電平)，則選擇第二輸出，以便從一個輸出端OUT輸出多種高頻之一。這裡一對輸出端OUT(a、b)輸出相反相位的互補信號。
另外，在本優選實施例中，如果由所述選擇切換機構選擇第一輸出和第二輸出之一，則不使另一個被輸入到倍頻器10中。例如，如果選擇第一輸出，則第二輸出就不被輸入到倍頻器10中。
圖4所示的結構包括電源盒13，該電源盒的一個接線端與電源Vcc連接，而多個接線端與第一選擇/放大單元8和第二選擇/放大單元9內的放大器3和12的電源相連，所述電源盒13根據對選擇端S的輸入，將電源Vcc選擇地提供給第一選擇/放大單元8或第二選擇/放大單元9一邊。以與數位訊號「1」或「0」輸入到所述選擇端S同步的方式切換要使其工作的放大器。按照舉例的方式，如果將選擇第一輸出的「1」(高電平)輸入到所述選擇端S，則電源盒13將電源Vcc連接到第一選擇/放大單元8內的放大器12，而不與第二選擇/放大單元9內的放大器3的電源相連。於是，只將所選擇的第一輸出輸入到倍頻器10，而不從第二選擇/放大單元9輸出第二輸出，也就不輸入到倍頻器10中。這是因為放大器3被斷電。
採用圖4所示結構的高頻振蕩器，由晶體濾波器11和SAW濾波器12以並聯的方式從振蕩輸出內選擇基波成分和一個成為4倍頻波的諧波成分，所述振蕩輸出中的諧波成分電平相對於晶體振子1的基波成分要高，使得所述第一和第二輸出被分離。在所述輸出分別被放大之後，由倍頻器10的選擇切換機構選擇第一和第二輸出之一，並將被選擇的輸出規定為是一個高頻輸出。於是，可以從一個晶體振子獲得兩個高頻輸出。
此外，在圖4所示的舉例中，只有第一選擇/放大單元8中的放大器12與第二選擇/放大單元9中的放大器13的一個電源與一個輸入同步地被連接到倍頻器10的選擇切換機構的選擇端S。只有第一和第二選擇/放大單元8和9的輸出之一被輸入到倍頻器10，所述的這個輸出對應於對所述選擇端S的輸入；而另一個的輸出被阻塞。結果，可以防止倍頻器10、第一選擇/放大單元8和第二選擇/放大單元9之間的電子互擾，從而進一步降低相位噪聲。
在上面給出的說明中，假設高頻振蕩器的高頻輸出是晶體振子1的基波成分(155.52MHz)和諧波成分(622.08MHz)。不過，所述兩個輸出可以都是諧波成分。在這種情況下，可將晶體振子1的基波成分設定為一個較低的值。所述晶體塊的厚度與所述振蕩頻率成反比，這有利於製造晶體諧振器4。要點在於所述第一和第二輸出都是晶體振子1的振蕩輸出頻譜中的任意頻率成分。但要說明的是，這裡的「第一」和「第二」並非指序數1和2，而是任意的序數。
另外，所述高頻輸出被假設是兩個頻率155.52MHz和622.08MHz。但所述高頻輸出並不限於這些值，而可以選擇所述頻譜中的兩個任意的頻率成分。不過，由於155.52MHz和622.08MHz在當前條件下符合國際標準，所以用於輸出這些頻率的結構是首選的。
此外，採用MCF選擇第一選擇/放大單元的第一輸出(155.52MHz)。理由是如果應用SAW濾波器2，則與所述頻率成反比的各叉指換能器之間的間隙變寬，導致濾波器的尺寸略為增大。如果不在意這一點，則可以採用SAW濾波器2。另外，具有與SAW濾波器2和晶體濾波器11類似功能的濾波器可被用為替代。
再有，由於所述選擇切換機構，可以根據數位訊號「0」或「1」選擇並切換第一和第二選擇/放大單元8和9中放大器3和12的電源，將其輸入到所述選擇端S，用以切換倍頻器10的輸出。但也可以通過另外的結構切換這些電源。例如，對每個放大器3和12，將電子開關布置在電源線上，並且可與所述選擇端S的數位訊號輸入同步地選擇所述輸出。在這種情況下，可以任意的方式構成與一個輸入信號同步地選擇和切換。
再者，對第一和第二選擇/放大單元8和9中的晶體濾波器11和SAW濾波器2分別布置放大器3和12。但如果濾波器2和11的輸出電平足夠高，也並非總是需要所述放大器3和12。
另外，作為第一選擇/放大單元基波成分的第一輸出(155.52MHz)是由MCF選擇的。但由於基波成分的電平相對於諧波成分原先就高，所以，根據所述畸變的程度，也可以採用不設置MCF的結構。採用這樣的結構可以促進高頻振蕩器減小尺寸。
還有，為了便於說明，圖4表示的結構安排兩個選擇/放大單元，並選擇和輸出兩種頻率，如基波成分和4倍頻波的諧波成分。然而，這個優選實施例並不限於所述的結構，即從上述兩種頻率的信號中間選擇並輸出一個信號。可以實現布置三個或多個選擇/放大單元的結構，並從三種或多種不同頻率的信號中間選擇和輸出一個或多個信號。
圖5示例另一種優選實施例高頻振蕩器的結構。
該圖所示高頻振蕩器的結構中，將放大器23布置在最後一級。這種振蕩器包括多個濾波器21-1到21-n，其中的每一個都從晶體振子1的輸出取出一個特定頻率的信號；倍頻器22，它根據對所述選擇端S的輸入，從所述多個濾波器21-1到21-n輸出的信號中間選擇並輸出一個信號；以及放大器23，它放大倍頻器22的輸出。
在這種結構中，即使要輸出的頻率信號數目增多，雖然對應於若干個要輸出的頻率信號的數目必須安排多個濾波器21，但只需要安排一個放大器23。相應地，即使對於有許多頻率輸出的結構，也能夠使電路的線度、能力、成本等得以被壓縮。
在實現圖5所示的結構時，應該將這樣的放大器用作放大器23，所述這种放大器的輸入阻抗覆蓋很寬的範圍，而且通過使它的輸出電平恆定，即使輸入信號的頻率明顯改變，也能夠放大輸入信號。
在上面參照圖4和5給出的說明中，各濾波器分別從晶體振子1設置並輸出的振蕩輸出中取出基波成分和諧波成分，而倍頻器10選擇各成分中之一。然而，本發明並不限於這樣來實現。只要以並聯的方式輸出晶體振子的振蕩輸出頻譜中的多種頻率成分，並選擇一種或多種成分，則各種不同的結構都可以是基本適用的。
另外，圖4和5所示的高頻振蕩器實現互補的輸出。然而，可以安排單獨一個輸出端OUT實現一個輸出。此外，在上述各優選實施例中，雖然可將晶體振子1作為電壓控制型得以被實現，但它也可以只是一個晶體振子。
權利要求
1.一種高頻振蕩器，包括輸出單元，它並聯輸出頻譜中的多種頻率成分，所述頻譜包含來自晶體振子之振蕩輸出的基波成分和諧波成分；倍頻單元，它從多種頻率成分中選擇一種或多種頻率成分。
2.一種高頻振蕩器，包括晶體振蕩單元，它畸變並輸出振蕩輸出；第一濾波單元，它使第一種成分通過，所述第一種成分成為振蕩輸出頻譜的多種頻率成分之一；第二濾波單元，它使第二種成分通過，所述第二種成分成為振蕩輸出頻譜的多種頻率成分之一；倍頻單元，它選擇通過所述第一濾波單元和所述第二濾波單元之一的信號。
3.按照權利要求2所述的高頻振蕩器，其特徵在於，還包括一個單元，當所述倍頻單元選擇所述第一濾波單元和所述第二濾波單元中之一的信號並使之通過時，該單元阻塞所述第一濾波單元和所述第二濾波單元中另一個的信號不被選擇也不輸入到所述倍頻單元。
4.按照權利要求2所述的高頻振蕩器，其特徵在於，所述第一成分是基波成分，所述第二成分是諧波成分。
5.按照權利要求2所述的高頻振蕩器，其特徵在於，所述第二濾波單元以與所述第一濾波單元並聯的方式與所述晶體振蕩單元連接。
6.按照權利要求2所述的高頻振蕩器，其特徵在於，至少所述第一濾波單元與第二濾波單元之一是聲表面波濾波器。
7.按照權利要求6所述的高頻振蕩器，其特徵在於，所述第一濾波單元是單片晶體濾波器，而所述第二濾波單元是聲表面波濾波器。
8.按照權利要求7所述的高頻振蕩器，其特徵在於，所述第一成分是基波成分，第二成分是諧波成分。
9.按照權利要求2所述的高頻振蕩器，其特徵在於，還包括第一放大單元，它放大通過所述第一濾波單元的信號；第二放大單元，它放大通過所述第二濾波單元的信號；其中所述倍頻單元選擇由所述第一放大單元和所述第二放大單元之一放大的信號。
10.按照權利要求9所述的高頻振蕩器，其特徵在於，還包括電源單元，當所述倍頻單元選擇被所述第一放大單元放大的信號時，它不與所述第二放大單元的電源連接，而當所述倍頻單元選擇被所述第二放大單元放大的信號時，它不與所述第一放大單元的電源連接。
11.一種高頻振蕩器，包括晶體振蕩單元，它畸變並輸出振蕩輸出；多個濾波單元，其中的每一個使振蕩輸出頻譜中的一種頻率成分通過；倍頻單元，它選擇通過所述多個濾波單元之一的一個或多個信號。
12.按照權利要求11所述的高頻振蕩器，其特徵在於，還包括一個單元，當所述倍頻單元選擇通過所述多個濾波單元之一的信號時，該單元阻塞所述倍頻單元不從通過所述多個濾波單元任何一個的各個信號中間選擇信號輸入到所述倍頻單元。
13.一種高頻振蕩方法，其特徵在於，包括如下步驟以並聯方式輸出晶體振子的振蕩輸出頻譜中的多種頻率成分；從所述多種頻率成分中間選擇並輸出一種或多種頻率成分。
全文摘要
本發明的高頻振蕩器能夠輸出多種頻率信號。所述高頻振蕩器以並聯的方式輸出晶體振子的振蕩輸出頻譜中的多種頻率成分,從多種頻率成分中間選擇一種或多種頻率成分,並作為高頻輸出輸出所選擇的各種成分。按照這種方式,可以從一個晶體振子獲得多個高頻信號。
文檔編號H03B5/36GK1377133SQ0210777
公開日2002年10月30日 申請日期2002年3月22日 優先權日2001年3月22日
發明者追田武雄, 佐藤雄一 申請人:日本電波工業株式會社