专利名称：振荡电路和使用该振荡电路的无线通信装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及至少把表面声波谐振器安装在放大器的反馈路径中的振荡电路以及使用该振荡电路的无线通信装置。
背景技术：
专利文献1特开平10-75141号公报(第1页，图2)专利文献2特开平5-121949号公报(第2页，图1)专利文献3特开平10-173442号公报(第1页，图1)最近，在构成频率例如为GHz频带的振荡电路时，应用了使用表面声波谐振器的振荡电路。然而，该表面声波谐振器存在以下问题其抗电性比电介质滤波器等低，如果施加的功率(電力)大，则梳齿电极的劣化加速，导致振荡频率变动和振荡输出功率降低，进而导致振荡停止。
为了解决该问题，以往，提出了以下表面声波谐振器的制造方法，即形成压电基板状的由铝或铝合金构成的电极，在该电极上的至少一部分上，形成由具有大于等于铝的扩散系数的另一元素构成的层，并按照大于等于另一元素可扩散的温度，对由另一元素构成的层施加热处理，从而使另一元素在电极的厚度方向扩散，形成由含有另一元素的铝合金构成的电极，从而使抗电性提高(例如，参照专利文献1)。
并且，还提出了在振荡电路的后级具有局部振荡部的变频器(例如，参照专利文献2)，该局部振荡部使用增大输出功率的放大器来确保期望的输出功率。
而且，还提出了以下的石英振荡器(例如，参照专利文献3)把由振荡用的MOS-FET构成的振荡用的反相器与石英振子并联连接来构成石英振荡器，设定构成振荡用的反相器的MOS-FET的接通电阻值，并对施加给石英振子的功率进行控制。
然而，在上述专利文献1所述的现有例中，虽然可提高表面声波谐振器自身的抗电性，但存在如下未解决的问题如果使表面声波谐振器在施加了大功率的状态下处于连续振荡状态，则可维持连续振荡状态的经过时间缩短，不能使连续振荡状态长时间稳定持续。
并且，在上述专利文献2所述的现有例中，由于在局部振荡部中，把从振荡器输出的振荡输出用4倍增器进行倍增之后，用放大器进行放大后输出，因而可使输出功率增加，但是存在如下未解决的问题没有关于构成振荡器的表面声波谐振器的抗电性和延长寿命的方案。
而且，在上述专利文献3所述的现有例中，通过内设抑制放大器功率的电阻，抑制施加给石英振荡器的功率，但是存在如下未解决的问题不能应用于使用表面声波谐振器的振荡电路。
发明内容
因此，本发明是着眼于上述现有例的未解决问题而提出的，本发明的目的是提供一种能够对施加给表面声波谐振器的功率进行抑制，同时能够使连续振荡状态长时间持续的振荡电路以及使用该振荡电路的无线通信装置。
第1发明的振荡电路，至少具有放大器、安装在该放大器的反馈路径中的表面声波谐振器、以及把上述反馈路径内的振荡信号输出到外部的分配器，其特征在于，把上述表面声波谐振器与上述放大器的输入端连接，以便提供使该放大器达到饱和状态的输入电压，同时把上述分配器与上述放大器的输出端连接。
在本第1发明中，由于把表面声波谐振器与振荡用的放大器的输入端连接，以便提供使该放大器达到饱和状态并可使稳定振荡状态持续的输入电压，因而该表面声波谐振器被安装在放大器的反馈路径的最终级，可使输入到表面声波谐振器的施加功率达到必要最小限度，并可使表面声波谐振器的连续振荡状态长时间持续。并且，由于分配器与放大器的输出端连接，因而可把放大器的输出功率从该分配器直接输出到外部，由于可获得大的输出功率，因而无需在振荡电路的后级端设置使输出功率增大的放大器。
并且，第2发明的振荡电路，至少具有放大器、安装在该放大器的反馈路径中的表面声波谐振器、从外部输入控制电压来改变反馈路径内的相位的移相器、以及把上述反馈路径内的振荡信号输出到外部的分配器，其特征在于，把上述表面声波谐振器与上述放大器的输入端连接，以便提供使该放大器达到饱和状态的输入电压，同时把上述分配器与上述放大器的输出端连接。
在本第2发明中，也能够构成能使施加给表面声波谐振器的功率达到最小限度来使连续振荡状态长时间持续，并能获得大输出功率的电压控制型振荡电路。
而且，第3发明的特征在于，在上述第1或第2发明中，上述表面声波谐振器具有在金刚石基板上形成了梳齿状电极的结构。
在本第3发明中，由于表面声波谐振器采用在金刚石基板上形成梳齿状电极的结构，因而可增大金刚石基板中的传播速度，可振荡到更高频率，同时，由于与其他基板材料相比较，可增大表面声波谐振器的电极宽度，因而可提高抗电特性，而且，频率随温度变化的变动也减小，可实现更高精度的振荡电路。
并且，第4发明的无线通信装置，其特征在于，配备有具有上述权利要求1至3中任何一项的结构的振荡电路。
在本第4发明中，由于使用可使连续振荡状态长时间持续的振荡电路构成无线通信装置，因而也可以延长无线通信装置的寿命。
图1是表示本发明的第1实施方式的方框图。
图2是表示第1实施方式的放大器的输入输出特性的图。
图3是表示第1实施方式的表面声波谐振器的剖面图。
图4是表示本发明的第2实施方式的方框图。
图5是表示第2实施方式的连续振荡时的经过时间和频率偏差的关系的特性曲线图。
图6是把表面声波谐振器与放大器输出端相连接的情况的方框图。
图7是表示本发明的第3实施方式的方框图。
符号说明1振荡电路；2放大器；3反馈路径；4输出端子；5等分配器；6表面声波谐振器；7移相器；8a-3dB90°混合耦合器；8b附加控制部；71天线；72收发切换电路；73接收电路；74发送电路；75低噪声放大器；76带通滤波器；78混频器；79带通滤波器；80基带信号处理电路；81混频器；82带通滤波器；83功率放大器具体实施方式
以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示本发明的第1实施方式的方框图，图中，1是振荡电路，该振荡电路1具有振荡用的放大器2。
在该放大器2的输出端和输入端之间的反馈路径3中安装有等分配器5和表面声波谐振器6；等分配器5把与放大器2的输出端连接的振荡回路内的功率进行等分配，并把其中之一输出到振荡回路外的输出端子4；表面声波谐振器6输入该等分配器5的另一等分配输出，并与放大器2的输入端连接。这些各方框被调整为一定的特性阻抗例如50Ω并被连接。
此处，放大器2具有图2所示的输入输出特性。该输入输出特性被设定成当横轴取输入功率Pin[dBm]，纵轴取输出功率Pout[dBm]时，在输入功率Pin从-35dBm增加到-10dBm期间，输出功率Pout从-16dBm线性增加到8dBm，之后，在输入功率Pin增加到-5dBm期间，输出功率Pout缓慢增加，输入功率Pin达到-5dBm以上时，输出功率Pout成为约10dBm的恒定值，并到达成为稳定振荡状态的饱和区域。
并且，等分配器5把从放大器2输出的放大输出通过反馈路径3分别等分配输出到表面声波谐振器6和输出端子4。
而且，表面声波谐振器6，如图3(a)所示，采用以下结构在金刚石层或金刚石状碳膜层28a上使用喷镀法或气相合成法等形成ZnO、AlN、Pb(Zr，Ti)O2等的薄膜压电体层28b，并在该薄膜压电体层28b上形成梳齿状电极28c。此外，也可以如图3(b)所示，在金刚石层或金刚石状碳膜层28a和压电体层28b之间，通过在绝缘性金刚石单晶体内导入B、Al、P、S等杂质，和/或通过离子注入或电子束照射导入晶格缺陷，形成半导电性金刚石层28d，也可以进而用半导电性金刚石层形成梳齿状电极28c。这样，通过在金刚石层或金刚石状碳膜层上形成梳齿状电极，可增大基板中的传播速度，可振荡到更高频率，同时，由于与其他基板材料相比较，可增大表面声波谐振器的电极宽度，因而可提高抗电特性，而且，频率随温度变化的变动也减小，可实现更高精度的振荡电路。
具有上述结构的振荡电路1具有使反馈路径与振荡用放大器2连接的反馈型振荡器的结构。
因此，现在，在放大率为G的放大器2的输入端出现被称为Vi的输入电压时，在输出端出现是输入电压Vi的G倍的输出电压Vo(＝Vi·G)。该输出电压Vo通过反馈率为β的反馈路径，把反馈电压Vf(Vf＝Vo·β＝Vi·G·β)返回到输入端。
此时，如果反馈电压Vf和输入电压Vi的相位相等，则反馈电压Vf大于输入电压Vi，因而成为正反馈，发生振荡。
此处，假定输入电压Vi的相位为θi，反馈电压Vf的相位为θf，放大器2的相位变化为θG，反馈路径中的相位变化为θβ，则要产生振荡，必须使以下的(1)式成立。
Vi·G·β·ej(θi+θG+θβ)≥Vi·ej(2π+θi)……(1)在(1)式中，当输入电压Vi通过放大器2和反馈路径被反馈到输入端时，相位必须与最初输入时相同。即，必须使θG+θβ＝2nπ(n＝0，1，2，……)……(2)G·β＞1……(3)成立。
另外，(2)式表示振荡器的相位条件，(3)式表示振幅条件。
实际上，如果反馈电压Vf增大，则放大器2的输出电压Vo饱和并处于稳定状态，G·β＝1。
而且，由于可使用等分配器5对从放大器2输出的输出功率进行等分配并将其输出到振荡回路外，而不会扰乱振荡回路内的阻抗，因而可对负荷进行更稳定的电路动作。
下面，对上述第1实施方式的动作进行说明。
如上所述，振荡用的放大器2的输入输出特性被设定成如图2所示，输入功率Pin大于等于-5dBm时达到饱和状态，输出功率Pout在达到约10dBm时变得恒定，达到稳定振荡状态。
在该稳定振荡状态下，由等分配器5把从放大器2输出的10dBm的输出功率Pout等分配给输出端子4和反馈路径3而分别输出4dBm。因此，4dBm的输入功率被输入到表面声波谐振器6的输入端，减去该表面声波谐振器6的插入损失6dB后所得到的-2dBm成为放大器2的输入功率Pin。
这样，通过采用使表面声波谐振器6与振荡用的放大器2的反馈路径3内的放大器2的输入端连接的结构，使施加给表面声波谐振器6的输入功率为4dBm，与在振荡用的放大器2的输出端设置表面声波谐振器的情况下的输入功率10dBm相比较，该输入功率小得多，即，用毫瓦换算约为1/16。
因此，可以使施加给表面声波谐振器6内部的亚微米级的细微梳齿状电极的功率达到最小，可防止电极劣化，并可长时间维持稳定的谐振器特性。因此，即使在振荡电路组装完成时，频率的时效变化也少，可获得可靠性高的振荡特性。
并且，由于可使用与放大器2的输出端连接的等分配器5把放大器2的增益无浪费地输出到外部，因而振荡电路的输出功率也增大，从而使信噪(S/N)比提高，因而可获得相位噪声特性优良的振荡输出信号。
而且，由于可使用1个振荡电路1获得高输出功率，因而不象现有例那样需要在振荡器的后级设置使输出功率进一步放大的缓冲放大器，因而作为整体可实现小型化、省功率化和低成本化。
而且，作为表面声波谐振器6，通过采用具有如下金刚石基板的结构，该金刚石基板在金刚石层或金刚石状碳膜层28a上形成薄膜压电体层28b，并在该薄膜压电体层28b上形成梳齿状电极28c，由于与把石英或钽酸锂作为基板材料的表面声波谐振器相比较，基板材料中的传播速度增大，因而可振荡到更高频率(GHz频带)，同时由于与其他基板材料相比较，可增大与相同频率对应的梳齿状电极的电极宽度，因而可防止梳齿状电极劣化，可提高抗电特性，而且由于频率随温度变化的变动也小，因而可实现更高精度的振荡电路。
另外，在上述第1实施方式中，对使用等分配器5把振荡用的放大器2的放大输出等分配给振荡回路内和振荡回路外的情况作了说明，然而不限于此，也可以使用不等分配器把放大器2的放大输出按照任意分配比分配给振荡回路内和振荡回路外。
下面，参照图4和图5对本发明的第2实施方式进行说明。
在该第2实施方式中，把本发明应用于电压控制型振荡电路。
即，在第2实施方式中，如图4所示，在上述第1实施方式的图1的结构中，在等分配器5的振荡回路内，输出端子和表面声波谐振器6之间安装有通过从外部输入控制电压来改变振荡回路内的相位的移相器7，除此之外，具有与图1相同的结构，与图1的对应部分标注相同符号，省略其详细说明。
此处，移相器7具有-3dB90°混合耦合器8a和附加控制部8b。
在-3dB90°混合耦合器8a内设置有电容器C1～C4和线圈L1～L4。而且，线圈L1～L4连接成环状，在线圈L1和线圈L2之间连接有电容器C1，同时连接有等分配器5的输出端，在线圈L2和线圈L3之间连接有电容器C3，在线圈L3和线圈L4之间连接有电容器C4，在线圈L4和线圈L1之间连接有电容器C2，同时连接有表面声波谐振器6的输入端。
并且，附加控制部8b由电抗可变电路构成，并设置有电容器C5～C8，线圈L5、L6，电阻R1、R2以及变容二极管A1、A2。而且，把电容器C5、线圈L5、电容器C6、电阻R1、电阻R2、电容器C8、线圈L6以及电容器C7按顺序串联连接，电容器C5和线圈L5之间的端子与-3dB90°混合耦合器8a的电容器C3和线圈L2之间的端子连接，电容器C7和线圈L6之间的端子与-3dB90°混合耦合器8a的电容器C4和线圈L4之间的端子连接。
而且，在电容器C6和电阻R1之间连接有变容二极管A1，在电容器C8和电阻R2之间连接有变容二极管A2，在电阻R1和电阻R2之间设置有控制电压Vc的输入端子。
下面，对上述第2实施方式的动作进行说明。
现在，假定振荡用的放大器2处于饱和状态，放大输出功率与第1实施方式同样为10dBm，则该放大输出由等分配器5各分配4dBm，分配功率之一被输出端子4输出，另一分配功率被提供给移相器7。
在该移相器7中，由于具有-3dB90°混合耦合器8a，因而，利用该混合耦合器的插入损失，具有90°的相位差并且使所输入的输入功率4dBm衰减3dB后的1dBm的功率从输出端输出到表面声波谐振器6。
因此，在表面声波谐振器6中，由于把减去该插入损失6dB而使1dbm的输入功率成为-5dBm的输出功率，输入到振荡用的放大器2，因而，该振荡用的放大器2在饱和区域动作，并维持期望高频率的振荡状态。
在该状态下，通过调整移相器7的控制电压Vc，变更上述(1)式中的移相变化量θβ，变更振荡电路1的振荡频率，并从输出端子4输出期望频率的振荡输出。
根据该第2实施方式，由于也把表面声波谐振器6与振荡用的放大器2的输入端连接，并把等分配器5与输出端连接，因而，与上述第1实施方式相同，由于可把表面声波谐振器6的输入功率抑制为低功率值，因而可使施加给表面声波谐振器6内部的亚微米级的细微梳齿状电极的功率达到最小，可防止电极劣化，并可长时间维持稳定的谐振器特性。因此，即使在振荡电路组装已完成的情况下，频率的时效变化也少，可获得可靠性高的振荡特性。
并且，作为移相器7，通过使用-3dB90°混合耦合器及其附带的电抗可变电路，能以低插入损失和低回波损耗带来大的移相变化。其结果，可以使电压控制型振荡电路的频率可变宽度增大，可针对控制电压Vc，获得良好的频率可变特性，并可用作传送速度超过数千兆比特/秒的通信网络系统的基准振荡器。
而且，由于低插入损失和低回波损耗，因而可把电路损失控制到最小限度，并可实现输出变动少且效率高的电压控制型振荡电路。
而且，使具有上述第2实施方式的结构的电压控制型振荡电路处于连续振荡状态，并对该连续振荡时的经过时间和频率偏差Δf(1×10-6)的关系作了测定，证实了如图5实线所示，即使在经过了10000小时的状态下，也能维持频率偏差Δf约为8×10-6，并可充分承受长时间的连续振荡。
与此相对，如图6所示，当在振荡用的放大器2的输出端设置了表面声波谐振器6时，放大器2的输出功率10dBm被输入到表面声波谐振器6，该表面声波谐振器6的输出功率为4dBm，该输出功率由等分配器5进行等分配，振荡回路内和振荡回路外的输出功率为-2dBm，通过把振荡回路内的输出功率输入到移相器7，该移相器7的输出为-5dBm，该输出被反馈到振荡用的放大器2，进行振荡。
然而，在该图6的结构的情况下，如果表面声波谐振器6的输入功率为10dBm，则与第1和第2实施方式的4dBm和3dBm相比较，该值要高得多，对使该结构的电压控制型振荡电路连续振荡时的频率偏差Δf作了测定，结果，如图5虚线所示，从经过了100小时的时刻开始频率偏差Δf开始变化，在经过了1000小时的时刻，达到超过-30×10-6的状态，因而不能使连续振荡状态长时间持续。
而且，在图6的结构中，从输出端子4输出的输出功率为-2dBm，与第1和第2实施方式的输出功率4dBm相比较，该值小得多，因而，输出功率不足，必须在后级设置缓冲放大器等进行功率放大。
另外，在上述第2实施方式中，对用集总常数形式构成-3dB90°混合耦合器8a的情况作了说明，然而不限于此，也可以用分布常数形式来构成。
并且，在上述第2实施方式中，对把移相器7的输出直接输入到表面声波谐振器6的情况作了说明，然而不限于此，也可以通过具有滤波器结构的频率调整电路来提供该输出，可使电压控制型振荡电路的结构小型化，同时可容易地进行振荡频率的调整。
下面，参照图7对本发明的第3实施方式进行说明。
该第3实施方式中，把本发明的倍增振荡电路1应用于作为便携式无线通信装置的无线LAN装置。
即，在第3实施方式中，如图7所示，收发天线71与收发切换电路72连接，该收发切换电路72的接收端输出端子与接收电路73连接，发送端输入端子与发送电路74连接。
接收电路73具有低噪声放大器(LNA)75，其输入从收发切换电路72输出的接收信号；带通滤波器76，其输入该低噪声放大器75的放大输出信号；混频器78，其输入该带通滤波器76的滤波器输出，同时输入从上述第1实施方式或第2实施方式的振荡电路1输出的数GHz的局部振荡信号，对滤波器输出进行下变频并变换成中频信号IF；以及带通滤波器79，其输入从该混频器78输出的中频信号IF，带通滤波器79的滤波器输出作为接收数据被输入到基带信号处理电路80。
另一方面，发送电路74具有混频器81，其输入由基带信号处理电路80输入的发送信号，同时输入从上述倍增振荡电路1输出的局部振荡信号，把发送信号进行上变频并将其输出；带通滤波器82，其输入从该混频器81输出的发送信号；以及功率放大器83，其把该带通滤波器82的滤波器输出进行放大并输出到收发切换电路72。
在该第3实施方式中，当基带信号处理电路80内不存在发送信号时，把收发切换电路72切换到接收电路73端而成为接收状态，使用收发天线71接收从其他接入点等发送的发送信号时，该发送信号通过收发切换电路72被提供给低噪声放大器75，在该低噪声放大器75中进行放大之后，在混频器78中下变频成中频信号，把在带通滤波器79中作了滤波处理的接收数据输入到基带信号处理电路80，从而进行接收数据处理。
并且，当基带信号处理电路80内存在发送给其他接入点等的发送数据时，把收发切换电路72切换到发送电路74端，并把发送数据输出到混频器81，从而在该混频器81中进行上变频，之后在带通滤波器82中进行滤波处理，最后在功率放大器83中进行放大，通过收发切换电路72提供给收发天线71，发送到其他接入点等。
在该无线LAN装置中，通过采用第1实施方式或第2实施方式的振荡电路1作为局部振荡器，也可使局部振荡器小型化，同时可延长寿命，并可使无线LAN装置整体的结构小型化，并可延长其寿命。
另外，在上述第3实施方式中，对进行1级变频的情况作了说明，然而不限于此，在进行多级变频的情况下，也能应用本发明。
并且，在上述第3实施方式中，对把本发明应用于无线LAN装置的情况作了说明，然而不限于此，可应用于使用2.4GHz频带的ISM频带以跳频方式进行无线通信的近距离无线通信设备、以及移动电话机等移动无线通信设备等，而且还能应用于卫星播送收发装置，并可应用于其他任意的通信设备。
由于在放大器的反馈路径中把表面声波谐振器与放大器的输入端连接，以便提供使该放大器达到饱和状态的输入电压，因而可使施加给表面声波谐振器的功率达到必要最小限度，可使连续振荡状态长时间持续，可应用于长时间使用的无线通信装置。
权利要求
1.一种振荡电路，该振荡电路至少具有放大器、安装在该放大器的反馈路径中的表面声波谐振器、以及把上述反馈路径内的振荡信号输出到外部的分配器，其特征在于，把上述表面声波谐振器与上述放大器的输入端连接，以便提供使该放大器达到饱和状态的输入电压，同时，把上述分配器与上述放大器的输出端连接。
2.一种振荡电路，该振荡电路至少具有放大器、安装在该放大器的反馈路径中的表面声波谐振器、从外部输入控制电压来改变反馈路径内的相位的移相器、以及把上述反馈路径内的振荡信号输出到外部的分配器，其特征在于，把上述表面声波谐振器与上述放大器的输入端连接，以便提供使该放大器达到饱和状态的输入电压，同时，把上述分配器与上述放大器的输出端连接。
3.根据权利要求1或2所述的振荡电路，其特征在于，上述表面声波谐振器具有在金刚石基板上形成了梳齿状电极的结构。
4.一种无线通信装置，其特征在于，配备有具有上述权利要求1至3中任何一项的结构的振荡电路。
全文摘要
一种振荡电路和使用该振荡电路的无线通信装置，可以抑制施加给表面声波谐振器的功率，同时使连续振荡状态长时间持续。在振荡用的放大器(2)的反馈路径(3)中安装分配器(5)和表面声波谐振器(6)，把表面声波谐振器(6)与放大器(2)的输入端连接，同时把分配器(5)与放大器(2)的输出端连接，对输入到表面声波谐振器(6)的输入功率进行抑制，同时确保从分配器的输出端子(4)输出的振荡信号的输出功率。
文档编号H03H9/25GK1581678SQ20041007045
公开日2005年2月16日 申请日期2004年8月2日 优先权日2003年8月1日
发明者高田丰 申请人:精工爱普生株式会社