DE19952304C2

DE19952304C2 - Oszillator

Info

Publication number: DE19952304C2
Application number: DE19952304A
Authority: DE
Inventors: Kazumasa Haruta; Sadao Yamashita
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2002-04-04
Anticipated expiration: 2019-10-30
Also published as: US6369662B1; JP3405229B2; JP2000138536A; DE19952304A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Oszillator, insbesondere auf einen Oszillator, der für eine Hochfre quenzwelle, beispielsweise eine Millimeterwelle oder eine Mikrowelle, verwendet wird, bei dem die Temperaturabhängig keit einer Schwingfrequenz gering ist, sowie ein Bauelement mit einem dielektrischen Wellenleiter und einen Sender, der dieselben beinhaltet.

Ein Millimeterwellenoszillator ist ein Beispiel von Hochfre quenzoszillatoren. Der Millimeterwellenoszillator wird bei spielsweise in einem Fahrzeug-Antikollisionsradar-System verwendet. Als ein typisches Beispiel eines Millimeterwel lenoszillators wird häufig ein Halbleiter-Oszillatorelement, wie z. B. eine Gunn-Diode, verwendet.

In diesem Fall wird ein Oszillationssignal, das von einer Gunn-Diode ausgegeben wird, über einen dielektrischen Wel lenleiter, der elektromagnetisch zu einem dielektrischen Resonator koppelt, zu dem dielektrischen Resonator geführt. Dabei wirkt der dielektrische Resonator als ein primärer Strahler, um das Oszillationssignal zu einem Objekt abzu strahlen.

Fig. 8 zeigt ein äquivalentes Schaltungsdiagramm eines Os zillators unter Verwendung einer Gunn-Diode. Der Oszillator, der in Fig. 8 gezeigt ist, ist ein Reflektor-Typ-Oszillator.

Der Abschnitt, der von der gestrichelten Linie umgeben ist, ist die äquivalente Schaltung der Gunn-Diode, die einen ne gativen Widerstand -R, eine Reaktanz L1, die parallel zu einem Kondensator C1 geschaltet ist, und einen Kondensator C2, der parallel zu dem negativen Widerstand -R geschaltet ist, aufweist.

Darüberhinaus kann der Oszillator ferner einen Anregungswel lenleiter mit einer charakteristischen Impedanz Z1 und einer elektrischen Länge 1 sowie eine Last besitzen.

Fig. 9 zeigt die Temperaturabhängigkeit einer Schwingfre quenz des Oszillators. Wie in der Figur gezeigt ist, nimmt die Schwingfrequenz ab, wenn die Temperatur ansteigt. Allge mein ändert sich die Schwingfrequenz einer Gunn-Diode in einem Bereich von -50 bis -100 ppm/°C. Es wird davon ausge gangen, daß eine derartige Temperaturabhängigkeit der Schwingfrequenz von der Temperaturabhängigkeit des negativen Widerstands -R stammt.

Bei Radarsystemen ist jedoch die Stabilisierung der Schwing frequenzen von Oszillatoren von entscheidender Bedeutung.

Beispielsweise offenbart die japanische ungeprüfte Patent veröffentlichung 2-268445 einen Oszillator, der aus einer Gunn-Diode und einem Metallstreifen-Resonator gebildet ist. Bei der Anordnung des Oszillators wird das Ausgangssignal von dem Oszillator zu einem nicht-strahlenden dielektrischen Wellenleiter übertragen, in dessen Nähe ein Modulator ange ordnet ist, bei dem ein dielektrischer Resonator in der Nähe einer Diode mit variabler Kapazität, die auf einem nicht- strahlenden dielektrischen Bauglied angebracht ist, plaziert ist. Die Schwingfrequenz des Ausgangssignals von dem Oszil lator kann durch das Steuern des Modulators geändert werden.

Zusätzlich ist dort ein Verfahren zum Steuern der Oszilla tionsfrequenz durch das Ändern einer Vorspannungsspannung, die an eine Gunn-Diode angelegt wird, entsprechend der Umge bungstemperatur geboten.

Jedoch muß bei dem erstgenannten Verfahren der Modulator, der den dielektrischen Resonator aufweist, auf eine solche Art und Weise angeordnet sein, daß der Modulator nicht in Kontakt mit dem nicht-strahlenden dielektrischen Wellenlei ter ist. Bei dem letztgenannten Verfahren ist es notwendig, eine Temperatur-Kompensationsschaltung für die Vorspannungs spannung anzuordnen. Daher existieren nach dem Stand der Technik Probleme hinsichtlich der Größenreduzierung des Bau elements.

Die JP 06 350341 A beschreibt einen Hochfrequenzsignal generator, dessen erzeugte Frequenz einstellbar ist. Obere und untere leitfähige Platten, welche eine nicht-strahlende dielektrische Leitung bilden, haben eine Stufe deren Dicke sich entlang einer Ausbreitungsrichtung eines dielektrischen Stabes verändert. Ein metallischer Block umfaßt ein Hochfre quenzschwingelement, das ein Signal mit einer vorbestimmten Frequenz erzeugt, das durch die dielektrische Leitung ausge geben wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Oszillator von reduzierter Größe zu schaffen, dessen Oszil lationsfrequenz eine geringe Temperaturabhängigkeit auf weist.

Diese Aufgabe wird durch einen Oszillator nach Anspruch 1 gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft vorteilhaft einen Oszilla tor, ein Bauelement mit dielektrischem Wellenleiter, und ei nen Sender, der dieselben enthält, wobei eine spezielle Tem peratur-Kompensationsschaltung angeordnet ist, um Probleme zu lösen, die sich auf die Größe, eine reduzierte Produkti vität und einen Kostenanstieg beziehen.

Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem Aspekt einen Oszillator, der ein Schwingelement, dessen Schwingfrequenz eine Temperaturabhängigkeit zeigt, ein dielektrisches Sub strat und eine Übertragungsleitung, die auf demselben ange ordnet ist und die einen Eingangsabschnitt zum Empfangen ei nes Ausgangssignals von dem Schwingelement und einen Aus gangsabschnitt aufweist, umfaßt. Die dielektrische Konstante des dielektrischen Substrats zeigt eine Temperaturabhängig keit auf eine solche Art und Weise, daß die Temperaturabhän gigkeit einer Schwingfrequenz von dem Ausgangsabschnitt ver ringert ist.

Beispielsweise wird als ein typisches Schwingelement eine Gunn-Diode verwendet. Die Schwingfrequenz der Gunn-Diode nimmt ab, wenn die Umgebungstemperatur ansteigt. Wenn die Charakteristika der dielektrischen Konstante des dielektri schen Substrats geeignet eingestellt sind, verkürzt sich die elektrische Länge der Übertragungsleitung, die auf dem Sub strat gebildet ist ansprechend auf den Temperaturanstieg. Folglich ist die Schwingfrequenz, die von der Übertragungs leitung ausgegeben wird, erhöht. In anderen Worten heißt das, daß die Temperaturabhängigkeit der Schwingfrequenz der Gunn-Diode kompensiert werden kann, indem Änderungen der di elektrischen Konstante des dielektrischen Substrats ausge nutzt werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Temperaturabhän gigkeit der Schwingfrequenz eines Oszillators verringert werden, indem ein Material, das für das dielektrische Sub strat verwendet ist, geeignet ausgewählt wird. In diesem Fall ist es nicht notwendig, die physikalischen Eigenschaf ten des dielektrischen Substrats, das mit der Ausgangslei tung des Oszillators Eingriff nimmt, zu steuern. Da keine periphere Temperaturkompensationsschaltung zusätzlich erfor derlich ist, kann ein kompakter Oszillator erhalten werden.

Wenn die Schwingfrequenz eines Schwingelements abnimmt, wenn die Temperatur ansteigt, ist es beispielsweise bevorzugt, ein dielektrisches Substrat zu verwenden, dessen dielektri sche Konstante ansprechend auf den Temperaturanstieg ab nimmt.

Kurz gesagt ist es lediglich notwendig, ein geeignetes di elektrisches Substrat gemäß den Schwingfrequenzcharakteri stika des Oszillators auszuwählen, wobei eine Gunn-Diode als das Schwingelement bei der Erfindung verwendet werden kann. Wenn das Ausgangssignal des Oszillators zu einer geeigneten Übertragungsleitung geführt und ferner zu einem Strahler, beispielsweise einem dielektrischen Resonator, geleitet wird, kann darüberhinaus ein Sender mit guten Temperatur- Kompensationscharakteristika erzeugt werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1A eine teilweise abgeschnittene perspektivische An sicht eines Oszillators und eines dielektrischen Wellenleiters, der mit demselben verbunden ist, ge mäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung;

Fig. 1B eine vergrößerte Ansicht des Oszillators, der in Fig. 1A gezeigt ist;

Fig. 2A eine Schnittansicht des Oszillators und des dielek trischen Wellenleiters, die in Fig. 1A gezeigt sind, entlang der Linie, die parallel zu dem oberen und unteren Leiter durch die Gunn-Diode verläuft;

Fig. 2B eine Schnittansicht des dielektrischen Wellenlei ters, der in Fig. 1A gezeigt ist, entlang einer Li nie, die durch einen dielektrischen Streifen verti kal zu dem oberen und unteren Leiter verläuft;

Fig. 3 ein Diagramm zum Vergleichen der Schwingfrequenz- Temperaturabhängigkeit des Oszillators der vorlie genden Erfindung mit dem des Stands der Technik;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der inneren Struktur eines Oszillators und eines dielektrischen Wellen leiters, den derselbe enthält, gemäß eine zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine Draufsicht des Hauptteils eines Oszillators ge mäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung;

Fig. 6 eine Draufsicht eines Millimeterwellen-Radarmoduls, das den Oszillator der vorliegenden Erfindung beinhaltet;

Fig. 7 ein äquivalentes Schaltungsdiagramm des Moduls, das in Fig. 6 gezeigt ist;

Fig. 8 ein äquivalentes Schaltungsdiagramm eines Oszilla tors unter Verwendung einer Gunn-Diode gemäß dem Stand der Technik; und

Fig. 9 einen Graph, der die Temperaturabhängigkeit der Schwingfrequenz des Oszillators, der die Gunn-Diode verwendet, gemäß dem Stand der Technik zeigt.

Der Aufbau eines Oszillators gemäß einem ersten Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung wird bezugnehmend auf die Fig. 1A, 1B, 2A, 2B und 3 dargelegt.

Gemäß Fig. 1A umfaßt der Hauptteil des Oszillators der Er findung ein Schwingelement 1 und eine Streifenleitung 5 zum Ausbreiten eines Ausgangssignals von dem Schwingelement 1. Die Streifenleitung 5 ist auf einer dielektrischen Platte 3 angeordnet.

Eine Gunn-Diode ist als das Schwingelement 1 verwendet. Ein Gunn-Dioden-Chip, der ein typisches Beispiel einer Gunn-Dio de ist, ist von einem pillenförmigen Gehäuse eingehüllt und mit einem Ausgangsanschluß 2 elektrisch verbunden, der außerhalb des Gehäuses freiliegt. Obwohl die Plazierung des Gehäuses willkürlich ausgewählt werden kann, ist das Gehäuse bei diesem Ausführungsbeispiel auf eine solche Art und Weise in einen Metalleiter 8 eingebettet, daß nur auf den Aus gangsanschluß 2 von außen zugegriffen werden kann.

Der Ausgangsanschluß 2 ist mit einer Anschlußleitungsplatte 13 verbunden, um eine Vorspannungsspannung an die Gunn-Diode 1 anzulegen. Das andere Ende der Anschlußleitungsplatte 13 ist mit einem Vorspannungsanschluß 11 verbunden. Eine Vor spannungsspannung wird auf eine geeignete Weise von außen an den Vorspannungsanschluß 11 angelegt. An bestimmten Punkten auf der Anschlußleitungsplatte 13, die zwischen dem Vorspan nungsanschluß 11 und dem Ausgangsanschluß 2 liegen, sind Filter 12 plaziert. Die Filter 12 wirken als Tiefpaßfilter, die Übertragungsleitungen, die aus einer Mehrzahl von Mikro streifenleitungen gebildet sind, und einen Induktor enthal ten. Die Anschlußleitungsplatte 13, der Vorspannungsanschluß 11, die Filter 12 und der Ausgangsanschluß 2 sind durch Lö ten oder dergleichen verbunden.

Die Anschlußleitungsplatte 13, der Vorspannungsanschluß 11 und die Filter 12 sind auf einem einzigen Abschnitt eines Substrats 10 gebildet. Solange die äußere Vorspannungsspan nung an den Ausgangsanschluß 2 der Gunn-Diode angelegt wer den kann, können kurz gesagt andere Modifikationen hinsicht lich der vorliegenden Erfindung verwendet werden.

Der Ausgangsanschluß 2 der Gunn-Diode ist mit einer Elektro de 4 auf der dielektrischen Platte 3 elektrisch verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Anschlußleitungsplat te 13 in Richtung zu der dielektrischen Platte 3 hin verlän gert, um die Elektrode 4 zu erreichen, so daß der Ausgangs anschluß 2 mit der Elektrode 4 elektrisch verbunden ist. Die Elektrode 4 wird durch die Verwendung einer Feder-belasteten Charakteristik der Anschlußleitungsplatte 13 in einer Rich tung vertikal zu der Hauptoberfläche der dielektrischen Platte 3 gedrückt. Um die dielektrische Platte 3 fest an Leitern 8 und 9 zu befestigen, ist die Elektrode der An schlußleitungsplatte 13 in der Nähe der Oberseite des Aus gangsanschlusses 2 gebogen, um sich entlang einer Richtung, in der sich der Ausgangsanschluß 2 erstreckt, zu erstrecken, und ist dann, in der Nähe der Elektrode 4, auf eine solche Art und Weise gefaltet, daß die Elektrode der Anschlußlei tungsplatte 13 in Kontakt mit der Elektrode 4 ist, wie in Fig. 2A gezeigt ist.

Die Elektrode 4 liegt dem Ende der Streifenleitung 5 mit ei nem Abstand zwischen denselben gegenüber. Das Ende der Streifenleitung 5 besitzt eine verjüngte Form, die sich zu der Elektrode 4 hin erstreckt. Bei dieser Anordnung koppelt die Elektrode 4 über eine Kapazität elektromagnetisch mit der Streifenleitung 5.

Die Streifenleitung 5 ist zu einem Ende der dielektrischen Platte hin verlängert, um einen Leerlauf 6 zu bilden.

Als nächstes wird der Betrieb des Oszillators nachfolgend beschrieben.

Eine auf den Vorspannungsanschluß 11 gegebene Vorspannungs spannung wird durch die Anschlußleitungsplatte 13 über die Filter 12 an den Ausgangsanschluß 2 der Gunn-Diode 1 ange legt. Die Gunn-Diode gibt ein Oszillationssignal zu dem Aus gangsanschluß 2 aus. Das Oszillationssignal wird zu der Elektrode 4 übertragen und über eine Kapazität zu der Strei fenleitung 5 geleitet, um das Leerlaufende 6 zu erreichen.

Damit die Streifenleitung 5 in diesem Fall zufriedenstellend als ein Anregungswellenleiter wirksam ist, ist es bevorzugt, daß die Leitungslänge zwischen der Elektrode 4 und dem Leer laufende 6 näherungsweise ein Viertel der Wellenlänge des Oszillationssignals beträgt.

Die folgende Gleichung zeigt die Beziehung zwischen der Lei tungslänge der Streifenleitung 5, der elektrischen Länge l_e und der dielektrischen Konstante ε_r der dielektrischen Plat te 3

l_e = 1 ×

Wenn die dielektrische Konstante abnimmt, nimmt die elektri sche Länge ab. Es ist gut bekannt, daß die Beziehung zwi schen einer elektrischen Länge und der Frequenz eines Si gnals, das sich durch einen Wellenleiter ausbreitet, umge kehrt proportional ist. Folglich nimmt die Frequenz des Aus breitungssignals zu, wenn die dielektrische Konstante der dielektrischen Platte 3 abnimmt.

Diese Erkenntnis kann verwendet werden, um die Temperaturab hängigkeit der Schwingfrequenz einer Gunn-Diode zu kompen sieren.

Wenn sich die Schwingfrequenz einer Gunn-Diode mit der Umge bungstemperatur ändert, ist es spezifischer möglich, die Temperaturabhängigkeit der Schwingfrequenz, die von dem Leerlaufende 6 ausgegeben wird, durch die Verwendung einer dielektrischen Platte, deren dielektrische Konstante sich mit der Umgebungstemperatur ändert, als die dielektrische Platte 3 zu verringern.

Wenn die Schwingfrequenz einer Gunn-Diode abnimmt, wenn die Temperatur zunimmt, ermöglicht die Verwendung einer dielek trischen Platte 3, deren dielektrische Konstante ansprechend auf den Temperaturanstieg abnimmt, daß die Zunahme und Ab nahme der Schwingfrequenz kompensiert wird, mit dem Ergeb nis, daß es schließlich möglich ist, die Temperaturabhängig keit der Frequenz eines Oszillationssignals, das von einem Oszillator ausgegeben wird, im wesentlichen zu beseitigen.

Selbst in einem Fall, in dem die Temperaturcharakteristika eines Schwingelements entgegengesetzt zu dem oben beschrie benen Fall sind, können die gleichen Vorteile erhalten wer den, indem die Eigenschaften der dielektrischen Platte 3 ge eignet ausgewählt werden. Es ist bereits bekannt, daß Sub stratmaterialien existieren, deren dielektrische Konstante mit der Umgebungstemperatur variiert, wobei unter diesen diejenigen Substrate mit verschiedenen Charakteristika ent sprechend der Verwendung ausgewählt werden können. Dieses Ausführungsbeispiel eignet sich für ein Substrat LFYD 150- 030N40ES210, das durch die Murata Manufacturing Company, Ltd., hergestellt wird.

Die Gunn-Diode, die bei diesem Ausführungsbeispiel verwendet wird, besitzt eine Charakteristik, bei der sich die Schwingfrequenz derselben ansprechend auf einen Temperaturanstieg um -75 ppm/°C ändert.

Basierend auf den Frequenzcharakteristikdaten der Gunn-Diode wird die Schwingfrequenz des Oszillators, der in den Fig. 1A und 1B gezeigt ist, bei jeder Temperatur durch einen Schal tungssimulator berechnet. In anderen Worten kann, wenn die Schwingfrequenz einer Gunn-Diode bei einer bestimmten Tem peratur bekannt ist, die Schwingfrequenz des Oszillators be rechnet werden, indem die Länge und die Impedanzdaten der Streifenleitung 5 und die Dicke und die Breitendaten der di elektrischen Platte 3 berücksichtigt werden. In diesem Fall sollte die dielektrische Konstante der dielektrischen Platte 3 auf eine solche Art und Weise ausgewählt werden, daß Ände rungen der Schwingfrequenz des Oszillators über den gesamten Temperaturbereich so stark wie möglich reduziert sind. Das heißt, daß die bei jeder Temperatur auszuwählende dielektri sche Konstante geändert werden sollte.

Folglich können Änderungen der dielektrischen Konstante, die die dielektrische Platte 3 zeigt, über den gesamten Tempera turbereich erhalten werden. Somit kann der Oszillator der vorliegenden Erfindung erhalten werden, indem ein Material ausgewählt wird, das solche Änderungen der dielektrischen Konstante zeigt, und indem die dielektrische Platte 3 durch das ausgewählte Material hergestellt wird.

Es wurde herausgefunden, daß das Material einer Gunn-Diode, die die oben beschriebenen Charakteristika aufweist, ein dielektrisches Material sein kann, bei dem die dielektrische Konstante ansprechend auf einen Temperaturanstieg um -182 ppm/°C abnimmt.

Fig. 3 zeigt den Vergleich zwischen Temperaturänderungen der Schwingfrequenz des Oszillators, der bei der vorliegenden Erfindung verwendet ist, und der eines herkömmlichen Oszil lators.

Bei dem herkömmlichen Oszillator ist die dielektrische Kon stante der dielektrischen Platte 3 über den gesamten Tempe raturbereich beinahe fest. Bei diesem Oszillator beträgt die Schwingfrequenz 60 GHz, wenn die Temperatur 25°C beträgt, und die Schwingfrequenz beträgt 59,8 GHz, wenn die Tempera tur 80°C beträgt. Folglich wird eine Frequenzänderung von 0,2 GHz erhalten.

Im Gegensatz dazu ist bei dem Oszillator der vorliegenden Erfindung eine Frequenzzunahme von nur 0,01 GHz zu sehen.

Als nächstes wird ein Beispiel unter Verwendung des Oszilla tors der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Der Oszillator ist in der Nähe des Leerlaufendes 6 der Streifenleitung 5 plaziert, auf eine solche Art und Weise, daß der Oszillator elektromagnetisch zu einer weiteren Über tragungsleitung koppelt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist als die weitere Übertragungsleitung ein Hyper-NRD-Wellenlei ter (Hyper Non Radiative Dielectric Waveguide = nicht-strah lender dielektrischer Hyper-Wellenleiter) verwendet. Der Hy per-NRD-Wellenleiter besitzt gute Charakteristika bezüglich des Übertragungswirkungsgrads eines Hochfrequenzsignals, ge ringe Kosten, ein geringes Gewicht und dergleichen.

Hinsichtlich der Anwendung des Bauelements können andere Hochfrequenz-Übertragungsleitungen, beispielsweise ein nicht-strahlender Wellenleiter (NRD), ein dielektrischer Wellenleiter (DWG) und eine Hängeleitung (suspended line) verwendet werden.

Die Struktur des Hyper-NRD-Wellenleiters wird nachfolgend beschrieben.

Wie in den Fig. 1A und 2B zu sehen ist, ist ein Streifen 7, dessen Schnittansicht vertikal zu seiner Erstreckungsrich tung rechteckig ist, zwischen dem oberen und dem unteren Leiter 8 und 9 positioniert. In Fig. 1A sind der obere und der untere Leiter 8 und 9, die sich vor dem Oszillator be finden, nicht gezeigt. Wie in Fig. 2B zu sehen ist, er strecken sich der obere und der untere Leiter 8 und 9 weiter über den Oszillator hinaus. In diesem Fall ist der Oszilla tor in den oberen und den unteren Leiter 8 und 9 eingebet tet. Da der Oszillator elektrisch leitfähige Bauglieder 2, 5 und 13 und dergleichen besitzt, ist der Oszillator derart eingebettet, daß der obere und der untere Leiter 8 und 9 nicht in Kontakt mit diesen Baugliedern sind.

Beispielsweise ist ein Freiraum zwischen den elektrische leitfähigen Teilen des Oszillators und dem oberen und dem unteren Leiter 8 und 9 angeordnet.

Als ein typisches Material für den Streifen 7 kann ein Harz, beispielsweise Teflon (eingetragenes Warenzeichen) verwendet werden. Statt der Leiter 8 und 9 ist es möglich, ein leitfä higes Material, das auf eine Oberfläche einer dielektrischen Platte aufgebracht ist, zu verwenden. Kurz gesagt kann jeg liche andere Anordnung verwendet werden, solange ein Paar von leitfähigen Oberflächen, die sich über den Streifen 7 gegenüberliegen, angeordnet ist. Eine flache Rille ist in den Leitern 8 und 9 entlang einer Richtung, in der sich der Streifen erstreckt, gebildet, so daß ein Teil des Streifens 7 in die Rille eingepaßt ist.

Vorzugsweise ist der Abstand zwischen den Leitern 8 und 9 gleich oder kleiner als die Hälfte der Wellenlänge einer elektromagnetischen Welle, die über den Streifen 7 übertra gen wird. Bei einer solchen Anordnung ist die Region mit Ausnahme des Streifens 7 zwischen den Leitern 8 und 9 eine Region, in der die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle begrenzt ist. Wenn der Abstand zwischen den Leitern 8 und 9 derart eingestellt ist, daß die Grenzfrequenz eines LSM01-Modes geringer ist als die Grenzfrequenz eines LSE01- Modes, kann darüberhinaus nur die Grenzfrequenz des LSM01- Modes durch den Streifen 7 ausgebreitet werden.

Der Hyper-NRD-Wellenleiter und der Oszillator koppeln elek tromagnetisch in der Nähe des Leerlaufendes 6 des Streifen leiters 5. Das Leerlaufende 6 und der Streifen 7 koppeln elektromagnetisch über die dielektrische Platte 3.

In der Nähe der Koppelregion umfassen die dielektrische Platte 3 und der Streifenleiter 5 eine Hängeleitung (sus pended line). Die aufgehängte Leitung erstreckt sich zu der Gunn-Diode hin, um den Teil zu erreichen, in dem die hintere Oberfläche der dielektrischen Platte 3 den Leitern 8 und 9 gegenüberliegt. Wenn die hintere Oberfläche der dielektri schen Platte leitfähig wird, ist eine Mikrostreifenleitung durch die Leiter, die dielektrische Platte 3 in Kontakt mit denselben und den Streifenleiter 5 gebildet. Auf diese Weise wird das Oszillationssignal von der Gunn-Diode über die Mi krostreifenleitung und die Hängeleitung zu dem Hyper-NRD- Wellenleiter geführt. Die Grenzen zwischen diesen verschie denen Typen von Leitungen können als Leitungsumwandlungsab schnitte betrachtet werden. Folglich besitzt der Anregungs wellenleiter bei dem Oszillator der vorliegenden Erfindung zusätzlich eine Leitungsumwandlungsfunktion. In anderen Wor ten heißt das, daß, wenn nur ein einzelnes Substrat zum Ver binden des Schwingelements 1 und der Übertragungsleitung 7 vorgesehen ist, die Temperaturabhängigkeit der Schwingfre quenz des Oszillators kompensiert werden kann, während fer ner die Leitungsumwandlung zwischen dem Oszillator und dem NRD-Wellenleiter durchgeführt werden kann.

In diesem Fall sind vorzugsweise sowohl der Abstand zwischen der Streifenleitung 5 und dem oberen Leiter 8 als auch der Abstand zwischen dem Streifenleiter 5 und dem unteren Leiter 9 gleich. Der Grund für diese Anordnung besteht darin, daß die Stromverteilung, die durch das Oszillationssignal, das sich durch die Streifenleitung 5 ausbreitet, in den Leitern 8 und 9 bewirkt wird, zwischen dem oberen und dem unteren Teil der Streifenleitung symmetrisch ist, so daß das Auftre ten einer Stör-Mode-Frequenz unterdrückt wird, was zur Folge hat, daß der Leitungsumwandlungswirkungsgrad verbessert ist.

Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung. Ein oberer Endabschnitt 13' der Anschlußlei tungsplatte 13 ist bei diesem Ausführungsbeispiel gezeigt. Folglich besitzt die Struktur der Anschlußleitungsplatte 13 bezüglich des Falls des ersten Ausführungsbeispiels ein un terschiedliches Teil. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Anschlußleitungsplatte 13 aus einem Feder-belasteten leitfähigen Material gebildet, wobei an dem Ende 13' dersel ben bestimmte Zweige auf eine solche Art und Weise angeord net sind, daß die Zweige den Ausgangsanschluß 2 der Gunn- Diode 1 umfassen. Diese Anordnung ermöglicht, daß auf ein Löten der Anschlußleitungsplatte 13 und des Ausgangsan schlusses 2 verzichtet wird. Während des Zusammenbaus der Vorrichtung muß daher die Anschlußleitungsplatte eines vor her zusammengebauten Vorspannungsmoduls nur an dem Endab schnitt 13' der Anschlußleitungsplatte auf den Ausgangsan schluß 2 aufgesetzt werden. Ein Löten kann zusätzlich ver wendet werden, um einen festeren Anschluß zu erhalten.

Fig. 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine va riable Reaktanz vorgesehen, die mit der Elektrode 4 verbun den ist. Diese Anordnung unterscheidet sich von dem Fall des ersten Ausführungsbeispiels. Das zweite Ende der variablen Reaktanz ist mit einer Masseelektrode 14 verbunden. Als va riable Reaktanz kann ein typischer Vertreter einer variablen Reaktanz verwendet werden, beispielsweise eine Varactor-Dio de oder eine Schottky-Sperrschicht-Diode.

Die Schwingfrequenz des Oszillators kann moduliert werden, indem ein Modulationssignal an die variable Reaktanz 15 an gelegt wird. Das heißt, daß ein Oszillator mit variabler Schwingfrequenz hergestellt werden kann. Da die Temperatur abhängigkeit der Charakteristika einer variablen Reaktanz allgemein gering ist, ist keine Temperaturkompensations schaltung notwendig.

Als ein Beispiel der obigen Oszillatoren wird bezugnehmend auf die Fig. 6 und 7 die Struktur eines Millimeterwellen-Ra darmoduls beschrieben.

Das Modul umfaßt Untersysteme, die einen Oszillator 100, ein Trennglied 101, Koppler 102 und 105, einen Zirkulator 104, einen Mischer 106 und einen primären Stahler 107 umfassen. In jeder der Einheiten ist ein NRD-Wellenleiter als ein Übertragungswellenleiter verwendet. In anderen Worten heißt das, daß die Streifenleitung, die zwischen dem unteren und dem oberen Leiter jedes Moduls positioniert ist, als der Übertragungswellenleiter verwendet ist. In Fig. 6 ist der obere Leiter weggelassen. Die Enden der NRD-Wellenleiter sind an der Grenze jedes Untersystems miteinander verbunden. Dies ermöglicht, daß eine Signalübertragung zwischen den Mo dulen durchgeführt wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Oszillator, der in Fig. 5 gezeigt ist, in dem Oszillator 100 verwendet. Andere Typen von Oszillatoren können bei dieser Erfindung verwendet werden. Das Oszillationssignal wird über den NRD-Wellenlei tern in das Trennglied 101 eingegeben. Das Trennglied 101 umfaßt einen Zirkulator und ein Abschlußglied 21 zum Absor bieren eines reflektierten Signals von dem Zirkulator. Die zwei NRD-Wellenleiter sind in dem Koppler 102 nahe beieinan der benachbart zu dem Trennglied 101 angeordnet. In den Koppler wird ein Lokalsignal Lo extrahiert und zu dem ande ren Koppler 105 gesendet. Währenddessen wird ein Oszilla tionssignal zu dem Zirkulator 104 gesendet und als nächstes zu dem primären Strahler 107 gesendet.

Das Signal, das durch den primären Strahler 107 empfangen wird, wird über den Zirkulator 104 zu dem Koppler 105 gesen det, um mit dem Lokalsignal gekoppelt zu werden. Ein Mischen vom symmetrischen Typ wird bezüglich der zwei Signalarten, die zu dem Mischer 106 gesendet werden, durchgeführt, um ein Zwischenfrequenzsignal (IF-Signal) zu erhalten.

Das obige Modul besitzt eine Steuerung, bei der beispiels weise die Schwingfrequenz des Oszillators 100 mit einem FM- CM-System gesteuert wird, und ein IF-Signal verarbeitet wird, um Abstände zu messen.

Claims

1. Oszillator mit folgenden Merkmalen:
einem Schwingelement (1), dessen Schwingfrequenz eine Temperaturabhängigkeit zeigt;
einem dielektrischen Substrat (3); und
einer Übertragungsleitung (5), die auf dem dielek trischen Substrat (3) angeordnet ist, die einen Ein gangsabschnitt zum Empfangen eines Ausgangssignals von dem Schwingelement (1) und einen Ausgangsabschnitt (6) aufweist,
wobei die dielektrische Konstante des dielektrischen Substrats (3) eine Temperaturabhängigkeit aufweist, der art, daß die Temperaturabhängigkeit der Schwingfrequenz an dem Ausgangsabschnitt (6) verringert ist.

2. Oszillator nach Anspruch 1, bei dem, ansprechend auf ei nen Temperaturanstieg, die Schwingfrequenz des Schwing elements (1) abnimmt und die dielektrische Konstante des dielektrischen Substrats (3) abnimmt.

3. Oszillator nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Schwing element (1) eine Gunn-Diode ist.

4. Oszillator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der ferner einen Ausgangsanschluß (2) aufweist, der mit dem Schwingelement (1) verbunden und zwischen dem Eingangs abschnitt der Übertragungsleitung (5) und dem Schwing element (1) angeordnet ist, wobei der Ausgangsanschluß (2) elektromagnetisch mit der Übertragungsleitung (5) gekoppelt ist.

5. Oszillator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der ferner folgende Merkmale aufweist:
einem Vorspannungsanschluß (11) zum Eingeben einer Vor spannungsspannung, die an die Gunn-Diode angelegt wird; und
ein Filter (12), das zwischen dem Vorspannungsanschluß (11) und dem Schwingelement (1) angeordnet ist.

6. Oszillator nach Anspruch 4, der ferner eine variable Re aktanz (15), die mit dem Ausgangsanschluß (2) verbunden ist, aufweist.

7. Oszillator nach Anspruch 4, bei dem der Eingangsab schnitt eine verjüngte Konfiguration besitzt, die sich zu dem Ausgangsanschluß (2) des Schwingelements (1) hin verbreitert.

8. Oszillator nach Anspruch 5, der ferner einen Leiter um faßt, der in Kontakt mit dem Vorspannungsanschluß (11), dem Filter (12), dem Schwingelement (1) und dem Aus gangsanschluß (2) ist.

9. Oszillator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, der ferner einen nicht-strahlenden dielektrischen Wellenleiter (7, 8, 9) aufweist, der elektromagnetisch mit dem Ausgangs abschnitt (6) gekoppelt ist.

10. Oszillator nach Anspruch 9, bei dem der nicht-strahlen de dielektrische Wellenleiter einen dielektrischen Stab (7), der über das dielektrische Substrat (3) mit dem Ausgangsabschnitt (6) elektromagnetisch gekoppelt ist, und zwei leitfähige Gehäusehälften (8, 9) aufweist, die einzeln auf der Oberseite und Unterseite des dielektri schen Stabs (7) angeordnet sind.

11. Oszillator nach Anspruch 10, bei dem ein Teil des dielektrischen Stabs (7) in ein Paar von Rillen, die auf der oberen und der unteren leitfähigen Gehäusehälfte (8, 9) angeordnet sind und sich entlang des Stabs (7) er strecken, eingebettet ist.

12. Oszillator nach Anspruch 10 oder 11, bei dem das Schwingelement (1) in den leitfähigen Gehäusehälften (8, 9) eingebettet ist.

13. Oszillator nach einem der Ansprüche 9 bis 12, der fer ner einen Primärstrahler (107) aufweist, der an einem anderen Ende desselben elektromagnetisch mit dem nicht- strahlenden dielektrischen Wellenleiter (7) gekoppelt ist.