DE60025563T2

DE60025563T2 - Oszillator und funkausrüstung

Info

Publication number: DE60025563T2
Application number: DE60025563T
Authority: DE
Inventors: Haruta, (A170) Intellectual Prop. Dept., Kazumasa, Nagaokakyo-shi; Yamashita, (A170) Intellectual Prop. Dept., Sadao, Nagaokakyo-shi; Sakamoto, (A170) Intellectual Prop. Dept., Koichi, Nagaokakyo-shi; Tanizaki, (A170) Intellectual Property Dept., Toru, Nagaokakyo-shi
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2020-09-29
Also published as: US6445256B1; DE60025563D1; EP1104951A3; JP2001102871A; JP3528702B2; EP1104951B1; EP1104951A2

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Mikrowellenband- oder Millimeterwellenband-Oszillator mit einer Oszillationsschaltung, die eine Gunn-Diode und andere verwendet, und einer Ausgangsübertragungsleitung zum Ausgeben von Oszillationssignalen und auf eine Funkausrüstung, die diesen Oszillator verwendet.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Von Mikrowellenband- oder Millimeterwellenband-Oszillatoren, die jeweils ein Negativwiderstandselement, wie z. B. eine Gunn-Diode, verwenden, sind Oszillatoren, die für Mehrfach-Oszillationen beabsichtigt sind, in den japanischen geprüften Patentanmeldungsveröffentlichungen 6-105851 und 6-22289 offenbart.
Die Verwendung einer solchen Oszillationsschaltung, die für Mehrfach-Oszillation beabsichtigt ist, kann sogar einen Oszillator mit z. B. einem Millimeterband von über 60-GHz-Band aufbauen, dessen Gunn-Diode nicht direkt oszillieren kann.
Der in der oben erwähnten japanischen geprüften Patentanmeldungsveröffentlichung 6-105851 offenbarte Oszillator ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Oszillation erhalten wird durch eine Hohlraumresonanz unter Verwendung eines Wellenleiters und dass die Resonanzfrequenz derselben durch ein räumliches Volumen bestimmt wird. Dies ergibt jedoch Probleme, da dieser Oszillator Schwierigkeiten hat beim Einstellen der Frequenz, ist derselbe ungeeignet für Massenproduktion, so dass er hohe Kosten verursacht und unvermeidlich eine große Größe aufweist.
Der in der oben erwähnten japanischen geprüften Patentanmeldungsveröffentlichung 6-22289 offenbarte Oszillator hat ein Merkmal, dass das Auftreten einer Grundwelle nur durch Mikrostreifenstrukturen verhindert wird. Dies erzeugt jedoch ein Problem, da es schwierig ist, das Auftreten einer Grundwelle ausreichend zu unterdrücken und die Mikrostreifenstrukturen zum Hemmen der Grundwellen sogar die Signale der höheren Harmonischen dämpfen, die zu verwenden ist, was zu einem erhöhten Verlust führt.
Eine Gunn-Diode in einem nicht-strahlenden dielektrischen Wellenleiter ist in einem Beitrag zu dem International Microwave Symposium Digest – 1989 IEEE MTT-S Digest – gezeigt.
Die US 3,919,666 zeigt auch einen Oszillator, der bei einigen Ausführungsbeispielen auf der Verwendung einer Gunn-Diode basiert. Dieser Oszillator verwendet auch eine Übertragung, die als ein Hochpassfilter arbeitet.
Zusammenfassung der Erfindung
Folglich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Probleme zu lösen und einen kleinen Oszillator zu schaffen, der die Einstellung einer Resonanzfrequenz ermöglicht, die für Massenproduktion geeignet ist und eine Kostenreduktion ermöglicht, und auch eine Funkausrüstung zu schaffen, die denselben verwendet.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Oszillator zu schaffen, der das Auftreten einer Grundwelle ausreichend unterdrückt und einen geringen Verlust ermöglicht, und eine Funkausrüstung zu schaffen, die denselben verwendet.
Diese Aufgaben werden durch einen Oszillator gemäß Anspruch 1 oder 6 gelöst.
Um diese Aufgaben zu lösen, umfasst der Oszillator gemäß der vorliegenden Erfindung eine Oszillationsschaltung, die auf einem dielektrischen Substrat gebildet ist, und eine Ausgangsübertragungsleitung zum Übertragen der Oszillationsausgangssignale der Oszillationsschaltung. Bei diesem Oszillator ist die Ausgangsübertragungsleitung eine Übertragungsleitung mit Grenzcharakteristika, wobei die Ausgangsübertragungsleitung einen dielektrischen Abschnitt zwischen zwei Leiterplatten umfasst, die im Wesentlichen parallel zueinander sind; und die Grenzfrequenz der Übertragungsleitung ist bestimmt, so dass die Grundwellenkomponente oder die Grundwellenkomponente und die harmonischen Komponenten niedriger Ordnung eines Oszillationssignals durch die Oszillationsschaltung gesperrt sind, und dass die höheren harmonischen Komponenten, die höhere Frequenzen aufweisen als dieselben, ausgebreitet werden.
Dadurch werden eine Grundwellenkomponente oder eine Harmonische niedrigerer Ordnung gesperrt und nur höhere Harmonische werden zu der Ausgangsübertragungsleitung ausgegeben. Außerdem wird durch Bilden der Oszillationsschaltung auf dem dielektrischen Substrat die Bildung einer Schaltungsstruktur ermöglicht und eine Reduktion bei der Größe wird erreicht.
Die Ausgangsübertragungsleitung kann eine planare dielektrische Leitung sein, die durch Bereitstellen von Leiterstrukturen gebildet wird, die die Schlitze bilden, die einander über eine dielektrische Platte auf der oberen und unteren Oberfläche gegenüberliegen.
Bei dem Oszillator gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Oszillationsschaltung gebildet durch Befestigen eines Negativwiderstandselements in der Nähe der Kurzschlussposition der Leitung, von der zumindest ein Ende offen ist, wobei die Leitung eine Länge von ganzzahligen Mehrfachen einer halben Wellenlänge aufweist, und die Leitung und die Ausgangsübertragungsleitung gekoppelt sind.
Bei dem Oszillator gemäß der vorliegenden Erfindung sind Stichleitungen auf einer Vorspannungsleitung vorgesehen, die die Vorspannungsspannung bezüglich des Negativwiderstandselements liefert, so dass die Impedanz, wenn die Vorspannungsleitungsquelle von dem Verbindungspunkt des Negativwiderstandselements aus betrachtet wird, unter der Frequenz der Grenzwelle und den Frequenzen der höheren Harmonischen eine hohe Impedanz zeigt.
Bei dem Oszillator gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Element mit variabler Reaktanz mit der Leitung der Oszillation verbunden und die Leitung zum Liefern der Steuerspannung zu dem Element mit variabler Reaktanz ist vorgesehen, die eine Einstellung oder Modulation einer Oszillationsfrequenz ermöglicht.
Bei dem Oszillator gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein schwach gekoppelter Anschluss zu der Oszillationsschaltung vorgesehen, so dass dieser Anschluss Oszillationssignale überwachen kann.
Bei dem Oszillator gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Ausgangsübertragungsleitung eine dielektrische Leitung sein, die durch Anordnen eines dielektrischen Streifens zwischen zwei im Wesentlichen parallel zueinander liegenden Leiterplatten gebildet wird, ein Schlitz wird in einer der Leiterplatten gebildet, das dielektrische Substrat ist auf der Außenseite der einen der Leiterplatten angeordnet, und die Leitung des Oszillators und die dielektrische Leitung sind gekoppelt.
Außerdem ist bei dem Oszillator gemäß der vorliegenden Erfindung das dielektrische Substrat in einem Gehäuse untergebracht, wobei die Vorspannungsleitung Abschnitte mit jeweils breiteren Breiten und Abschnitte mit jeweils schmaleren Breiten umfasst, und eine Feder zum Befestigen des dielektrischen Substrats an der Innenoberfläche des Gehäuses in der Nähe des schmaleren Abschnitts der Vorspannungsleitung vorgesehen ist.
Die Funkausrüstung gemäß der vorliegenden Erfindung ist als ein Sender/Empfänger gebildet, wie z. B. Millimeterwellenradar, durch Verwenden eines Oszillators, der irgendeine dieser Strukturen aufweist.
Die obigen und anderen Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden von der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen offensichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Diagramm, das den Aufbau eines Oszillators als ein erstes Vergleichsausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
2 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Leitung einer Oszillationsschaltung und den Verbindungspositionen für eine Gunn-Diode und andere in dem Oszillator in 1 zeigt,
3 ist ein Diagramm, das den Aufbau einer Vorspannungsleitung der Oszillationsschaltung des Oszillators in 1 zeigt,
4 ist ein Diagramm, das den Aufbau eines Oszillators als zweites Vergleichsausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
5 ist ein Diagramm, das den Aufbau eines Oszillators als ein drittes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
6 ist ein Diagramm, das den Aufbau eines Oszillators als ein viertes Vergleichsausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
7 ist ein Diagramm, das den Aufbau eines Oszillators als ein fünftes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und
8 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Millimeterwellenradars gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Der Aufbau eines Oszillators gemäß einem ersten Vergleichsausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezugnahme auf 1 bis 3 beschrieben.
1A ist eine Draufsicht, die einen Oszillator mit einer oberen und unteren Leiterplatten in dem Zustand ohne die obere Leiterplatte zeigt. 1B und 1C sind Querschnittsansichten entlang den Linien B-B bzw. C-C. Bei 1 bezeichnen die Bezugszeichen 1 und 2 eine untere Leiterplatte bzw. eine obere Leiterplatte. Diese beiden Leiterplatten bilden einen Oszillator in dem Raum, der zwischen denselben angeordnet ist. Die Bezugszeichen 3 und 4 bezeichnen jeweils dielektrische Substrate. Eine Leitung 7 für die Oszillationsschaltung ist auf der oberen Oberfläche des dielektrischen Substrats 3 vorgesehen und auf dem vorbestimmten Abschnitt desselben ist eine Gunn-Diode 6 verbunden. Die Gunn-Diode ist von einem Kugelgehäusetyp und ist auf der unteren Leiterplatte 1 befestigt. Die vorstehende Elektrode der Gunn-Diode ist durch ein Loch eingefügt, das in dem dielektrischen Substrat 3 gebildet ist und die Elektrode derselben ist durch Löten oder dergleichen elektrisch mit der Leitung 7 verbunden.
Eine Vorspannungsleitung 8 zum Liefern der Vorspannungsspannung bezüglich der Gunn-Diode 6 ist auf der oberen Oberfläche des dielektrischen Substrats 3 gebildet und Stichleitungen 9 und 10 sind auf den vorbestimmten Positionen derselben angeordnet. Ein Element mit variabler Reaktanz 12 ist auf dem dielektrischen Substrat 3 befestigt und zwischen der Leitung 7 und einer Stichleitung 11 für das Element mit variabler Reaktanz.
Eine Leitung 13 zum Liefern der Steuerspannung bezüglich des Elements mit variabler Reaktanz 12 ist auf der oberen Oberfläche des dielektrischen Substrats 4 gebildet, und Stichleitungen 14 und 15 sind auf den vorbestimmten Positionen derselben gebildet.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 5 einen dielektrischen Streifen. Der dielektrische Streifen 5 bildet eine Rille mit der gleichen Breite wie derjenigen des dielektrischen Streifens 5 an der vorbestimmten Position der oberen und unteren Leiterplatte 1 und 2, und der dielektrische Streifen 5 ist entlang der Rille angeordnet. Der dielektrische Streifen 5 und die obere und untere leitfähige Platte 1 und 2 bilden eine nicht-radioaktive dielektrische Leitung (hierin nachfolgend als „ein NRD-Leiter" bezeichnet). Insbesondere ist bei diesem Beispiel der Abstand zwischen der oberen und unteren Leiterplatte in den Raumabschnitten auf beiden Seiten des dielektrischen Streifens 5 eingestellt, um schmaler zu sein als der Abstand zwischen der oberen und unteren Leiterplatte in dem Abschnitt des die lektrischen Streifens 5, wodurch eine nicht-radioaktive dielektrische Leitung erreicht wird, die die Ausbreitung der LSE01-Mode hemmt und die LSM01 ausbreitet, die eine Einzelmode ist.
Das dielektrische Substrat 3 ist so angeordnet, dass die Umgebung des Endabschnitts der Leitung 7, die auf der oberen Oberfläche desselben vorgesehen ist, sich in der Richtung orthogonal zu der Axialrichtung des dielektrischen Streifens 5 erstreckt, und in der Richtung parallel zu der oberen und unteren Leiterplatte und so, dass das offene Ende davon an der Mitte in der Breiterichtung des dielektrischen Streifens 5 angeordnet ist. Dadurch sind die Mode der Schwebeleitung durch die Leitung 7 und die obere und untere Leiterplatte und die LSM01-Mode der dielektrischen Leitung magnetfeldgekoppelt.
In 2 ist der Aufbau der in 1 gezeigten Oszillationsschaltung dargestellt. Bei diesem Beispiel ist die Länge der Leitung 7 auf N × λg/2 eingestellt, wobei λg eine Wellenlänge auf der Leitung 7 ist und N eine Ganzzahl ist, die nicht größer und nicht kleiner als 1 ist. Die Leitung 7 ist auch eingestellt, um an beiden Enden offen zu sein. Da die Impedanz der Gunn-Diode 6 so niedrig wie mehrere Ohm ist, kann eine Impedanzanpassung durchgeführt werden durch Verbinden der Gunn-Diode 6 an der Position bei einem Abstand von λg/4 von einer der offenen Enden der Leitung, d. h. an der Position, die äquivalent der ungefähre Kurzschlusspunkt ist. Ein Element mit variabler Reaktanz 12 ist an einer vorbestimmten Position zwischen der Verbindungsposition und dem anderen offenen Ende verbunden. Da die Stichleitung 11 für das Element mit variabler Reaktanz 12 eine Länge von λg/4 hat und die Enden derselben offen sind, wird der Aufbau geliefert, bei dem das Element mit variabler Reaktanz 12 zwischen dem Verbindungspunkt derselben bezüglich der Leitung 7 und einer äquivalenten Masse verbunden ist.
Durch den oben beschriebenen Aufbau ist ein Oszillationssignal durch die Gunn-Diode 6 mit der dielektrischen Leitung über die Leitung 7 gekoppelt und wird über die dielektrische Leitung übertragen.
Der oben erwähnte NRD-Leiter hat Grenzcharakteristika und die dielektrische Konstante und die Abmessung des dielektrischen Streifens 5 und die Abmessung des Raums zwischen der oberen und unteren Leiterplatte sind bestimmt, so dass die Grenzfrequenz des NRD-Leiters höher ist als eine Grundwellenoszillationsfrequenz durch die Gunn-Diode 6 und niedriger als die Frequenz einer zweiten Harmonischen (Doppelwelle). Daher werden nur die höheren harmonischen Komponenten des Oszillationssignals zu dem NRD-Leiter übertragen. Wenn beispielsweise die Grundoszillationsfrequenz der Gunn-Diode 6 38 GHz ist, werden 76 GHz, was eine zweite Harmonische davon ist, zu dem NRD-Leiter übertragen.
Die Technik des Einstellens der Grenzfrequenz eines NRD-Leiters auf einen gewünschten Wert ist in dem Artikel von Kuroki u. a., „A millimeter wave band cut-off filter using a NRD guide", IEICE, '87/1, Band J70-C, Nr. 1, S. 117–119, beschrieben.
Wenn beispielsweise w, h1, h2 und h3, die in 2B gezeigt sind, und die dielektrische Konstante des dielektrischen Streifens 5 1,2 mm, 0,5 mm, 0,8 mm, 0,5 mm bzw. 2,04 sind, wird der Wert der Grenzfrequenz 67,06 GHz. Das bedeutet, dass das Signal einer Frequenz von nicht mehr als 67,06 GHz sich nicht durch den dielektrischen Streifen 5 ausbreitet. Hier ist w die Breite des dielektrischen Streifens 5, h1 ist der Abstand zwischen der oberen Oberfläche des dielektrischen Streifens 5 und der unteren Oberfläche der oberen Leiterplatte 2, h2 ist der Abstand zwischen der unteren Oberfläche der oberen Leiterplatte 2 und der oberen Oberfläche der unteren Leiterplatte 1 und h3 ist der Abstand zwischen der unteren Oberfläche des dielektrischen Streifens 5 und der oberen Oberfläche der unteren Leiterplatte 1.
Währenddessen wird eine Harmonische einer Größenordnung von nicht weniger als einer dritten Ordnung ebenfalls übertragen, aber da sich die Leistungsausgabe derselben verringert, während die Harmonische zu einer einer höheren Ordnung wird, wird der Einfluss derselben vernachlässigt im Vergleich zu dem der Grundwelle.
Da die Oszillationsfrequenz durch die Gunn-Diode 6 schwankt, abhängig von der Reaktanz des Elements mit variabler Reaktanz 12, das auf der Leitung 7 geladen ist, kann die Oszillationsfrequenz durch die Steuerspannung bezüglich des Elements mit variabler Reaktanz 12 eingestellt oder moduliert werden. Da außerdem das Verhältnis der Oszillationsfrequenzänderung bezüglich der Steuerspannungsänderung abhängig von der Verbindungsposition des Elements mit variabler Reaktanz 12 bezüglich der Leitung 7 schwankt, wird die Einstellungsbreite oder die Modulationsbreite für die Frequenz durch diese Verbindungsposition des Elements mit variabler Reaktanz 12 bestimmt.
Bei 3 ist der Aufbau des in 1 gezeigten Vorspannungsleitungsabschnitts dargestellt. Eine Stichleitung 9 ist an einem Abstand von (1) von der Position der Gunn-Diode 6 angeordnet und der Abstand von dem Verbindungspunkt derselben bezüglich der Vorspannungsleitung 8 zu dem offenen Ende ist auf (2) eingestellt. Andererseits ist eine Stichleitung 10 an einem Abstand von (3) von der Position der Gunn-Diode 6 angeordnet, und der Abstand von dem Verbindungspunkt derselben bezüglich der Vorspannungsleitung 8 zu dem offenen Ende ist auf (4) eingestellt. Hier ist (1) die Länge von der Verbindungsposition der Gunn-Diode, d. h. von der Position, die äquivalent der ungefähre Kurzschlusspunkt ist, und ist eingestellt, um etwa ein Viertel Wellenlänge lang zu sein bei der Wellenlänge der zweiten Harmonischen auf der Vorspannungsleitung. (2) ist eingestellt, um etwa eine Viertel Wellenlänge lang zu sein bei der Wellenlänge der zweiten Harmonischen. (3) ist die Länge von der Verbindungsposition der Gunn-Diode, d. h. von der Position, die äquivalent der ungefähre Kurzschlusspunkt ist, und ist eingestellt, um etwa ein Viertel Wellenlänge lang zu sein bei der Wellenlänge der Grundwelle auf der Vorspannungsleitung. (4) ist eingestellt, um etwa eine Viertel Wellenlänge lang zu sein bei der Wellenlänge der Grundwelle. Hier wurde die Länge (3) von dem oben beschriebenen ungefähren Kurzschlusspunkt zu dem Verbindungspunkt der Stichleitung 10 unter Berücksichtigung des Effekts der Stichleitung 9 bestimmt (die Längen von (1) und (2)).
Daher ist die Impedanz Z, wenn die Leistungsquellenseite von A betrachtet wird, eine hohe Impedanz (idealerweise der Impedanzmaximumpunkt auf dem Smith-Diagramm) in der Grundwellenfrequenz und der zweiten harmonischen Frequenz. Die Stichleitung 9 wirkt als die Sperre für die zweite harmonische Komponente und die Stichleitung 10 wirkt als die Sperre für die Grundwellenkomponente. Daher gibt es kein Risiko, dass ein Oszillationssignal über die Vorspannungsleitung zu der Vorspannungsleistungsquellenseite austritt, was zu einer Verbesserung bei den Modulationscharakteristika und einer Oszillationseffizienz führt.
Ähnliche Stichleitungen wie die oben erwähnten beiden Stichleitungen sind auf einer Leitung 13 für Steuerspannungsversorgung vorgesehen, wie es in 1 gezeigt ist. Eine Stichleitung 40 ist an der Position an einem Abstand von einer Viertel Wellenlänge in einer zweiten harmonischen Wellenlänge von dem äquivalenten Kurzschlusspunkt der Stichleitung 11 für das Element mit variabler Reaktanz verbunden, und die Länge von dem Verbindungspunkt derselben zu dem offenen Ende ist auf eine Viertel Wellenlänge in der zweiten harmonischen Wellenlänge eingestellt. Andererseits ist eine Stichleitung 15 an der Position an einem Abstand von einer Viertel Wellenlänge in der Grundwellenlänge von dem äquivalenten Kurzschlusspunkt der Stichleitung 11 für das Element mit variabler Reaktanz verbunden, und die Länge von dem Verbindungspunkt derselben zu dem offenen Ende ist auf eine Viertel Wellenlänge in der Grundwellenlänge eingestellt. Daher gibt es kein Risiko, dass ein Oszillationssignal zu der Seite der Leitung 13 für Steuerspannungsversorgung austritt, was zu einer Verbesserung bei den Modulationscharakteristika und einer Oszillationseffizienz führt.
Als Nächstes ist der Aufbau eines Oszillators gemäß dem zweiten Vergleichsausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in 4 gezeigt. 4 ist eine Draufsicht, die den Oszillator in dem Zustand ohne die obere Leiterplatte zeigt. Anders als das in 1 gezeigte Beispiel sind eine Elektrode 21 und ein Einstellungsanschluss 20, der mit derselben verbunden ist, auf dem dielektrischen Substrat 3 vorgesehen. Bei diesem Beispiel ist eine Struktur zum Herstellen einer Frequenzvariablen durch Spannungssteuerung nicht vorgesehen.
In 4 ist die Elektrode 21 schwach gekoppelt mit der Leitung 7 und ist angeordnet, um Oszillationssignale zu überwachen durch Verbinden eines Spektrumanalysators oder dergleichen mit dem Einstellungsanschluss 20. Wenn beispielsweise eine Oszillationsfrequenz eingestellt wird, wird bezüglich des einen Offenes-Ende-T-Abschnitts der Leitung 7 Trimmen durchgeführt, so dass die Grundfrequenz desselben ein halber Wert der zweiten harmonischen Frequenz wird, die tatsächlich zu verwenden ist.
Da die Elektrode 21 somit nur schwach mit der Leitung 7 gekoppelt ist, übt dieselbe keinen nachteiligen Effekt aus. Da die Elektrode 21 außerdem schwach mit der Leitung 7 gekoppelt ist, wo die Grenzwellenkomponente nicht entfernt wurde, und Oszillationssignale überwacht, kann dieselbe eine Grenzwellenfrequenz messen, die eine Frequenz ist, die niedriger ist als die Oszillationsfrequenz, die zu dem NRD-Leiter ausgegeben werden soll. Dies ermöglicht die Verwendung eines kostengünstigen Spektrumanalysators.
Wie es in dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt ist, kann die Stabilisierung der Oszillationsfrequenz außerdem erreicht werden durch Liefern eines Elements mit variabler Reaktanz, um es zu ermöglichen, dass die Oszillationsfrequenz durch Spannung gesteuert wird, und durch Ausführen einer Rückkopplung bezüglich der Steuerspannung, damit dieselbe eine vorbestimmte Frequenz ist, nach dem Erfassen der Oszillationsfrequenz von dem Signal das von dem oben erwähnten Einstellungsanschluss entnommen wird.
Dann wird der Aufbau eines Oszillators gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf 5 beschrieben.
In dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel ist das dielektrische Substrat 3 in dem Raum angeordnet, der zwischen der oberen und unteren Leiterplatte angeordnet ist, aber bei diesem dritten Ausführungsbeispiel ist ein dielektrisches Substrat 3 auf der Außenseite der oberen und unteren Leiterplatte angeordnet. Genauer gesagt, ein Schlitz 22 ist entlang der Längsseite des dielektrischen Streifens 5 auf der oberen Leiterplatte 2 gebildet, und das dielektrische Substrat 3 ist so angeordnet, dass die Leitung 7 eine Oszillationsschaltung orthogonal zu dem Schlitz 22 ist. Der Aufbau dieses dielektrischen Substrats 3 ist im Allgemeinen der gleiche wie einer, der in 1 oder 4 gezeigt ist. Die Mode (TEM-Mode) der Mikrostreifenleitung, die sich durch die Leitung 7 der Oszillationsschaltung ausbreitet, und die LSM-Mode der dielektrischen Leitung sind jedoch über den Schlitz 22 magnetfeldgekoppelt. Zu diesem Zeitpunkt breitet sich das Magnetfeld der TEM-Mode über den Schlitz 22 aus, während das der LSM-Mode kaum von dem Schlitz 22 zu der Seite des dielektrischen Substrats 3 austritt. Folglich macht die LSM-Mode eine unidirektionale Kopplung von der Leitung 7 zu dem NRD-Leiter. selbst wenn eine reflektierte Welle auf dem diskontinuierlichen Abschnitt des NRD-Leiters zu der Seite der Gunn-Diode zurück kehrt, würde das Signal, das zu der Seite der Gunn-Diode 6 zurückkehrt, bei solch einem Aufbau keine Grundwellenkomponente umfassen, da der Signalpegel derselben unterdrückt ist und der NRD-Leiter keine Grundwellenkomponente ausbreitet. Der Einfluss der reflektierten Welle auf die Oszillationscharakteristika ist daher sehr gering.
Als Nächstes wird der Aufbau eines Oszillators gemäß dem vierten Vergleichsausführungsbeispiel der Erfindung mit Bezugnahme auf 6 beschrieben.
6A ist eine Draufsicht, die einen Oszillationsabschnitt in dem Zustand ohne die obere Leiterplatte zeigt. 6B ist eine Ansicht eines Querschnitts orthogonal zu der Vorspannungsleitung in dem Zustand, wo die obere Leiterplatte vorgesehen ist. Bei diesem Beispiel werden auf der Vorspannungsleitung 8 wiederholte Strukturen, wobei die Abschnitte w jeweils breitere Breiten und Abschnitte n jeweils schmalere Breiten aufweisen, abwechselnd gebildet, was Charakteristika eines Tiefpassfilters liefert, die eine Oszillationssignalkomponente sperren. Außerdem ist eine konkave Feder 23 auf einem schmaleren Wegabschnitt angeordnet, der durch n angezeigt ist. Die konkave Feder 23 drückt das dielektrische Substrat 3 gegen die Seite der unteren Leiterplatte 1 in dem Raum zwischen dem dielektrischen Substrat 3 und der oberen Leiterplatte 2 in dem Zustand, in dem das dielektrische Substrat 3 in dem Raum angeordnet ist, der zwischen der oberen und unteren Leiterplatte 1 und 2 gebildet ist. Selbst wenn das dielektrische Substrat 3 eine leichte Wölbung hat, wäre daher das dielektrische Substrat 3 sicher in dem Raum befestigt, der durch die obere und untere Leiterplatte erzeugt wird und würde stabile Frequenzcharakteristika liefern.
Da die konkave Feder auf dem schmaleren Weg der Vorspannungsleitung vorgesehen ist, gibt es kein Risiko, dass die konkave Feder eine elektrische Kontinuität mit der Vorspannungsleitung hat, und da dieser Abschnitt ein Abschnitt ist, bei dem die Vorspannungsleitung äquivalent als ein Induktor funktioniert, hat dieselbe kaum Auswirkung auf die Vorspannungsleitung.
Dann wird ein Beispiel, bei dem eine planare dielektrische Leitung als eine Ausgangsübertragungsleitung verwendet wird, mit Bezugnahme auf 7 beschrieben.
7 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau des Hauptabschnitts eines Oszillators zeigt, einschließlich einer Oszillationsschaltung und einer Ausgangsübertragungsleitung. In 7 bezeichnet das Bezugszeichen 30 ein dielektrisches Substrat. Das dielektrische Substrat 30 weist Elektroden 31a und 31b auf, die auf der oberen Oberfläche desselben angeordnet sind, und bildet einen Schlitz an dem Bereich, der zwischen den beiden Elektroden 31a und 31b angeordnet ist. Das dielektrische Substrat 30 hat auch Elektroden 32a und 32b, die auf der unteren Oberfläche desselben angeordnet sind und bildet einen Schlitz an dem Bereich, der zwischen den beiden Elektroden 32a und 32b angeordnet ist. Mit dieser Struktur ist eine planare dielektrische Leitung (PDTL) gebildet, die den Bereich, der zwischen dem oberen und unteren Schlitz in dem dielektrischen Substrat angeordnet ist, als einen Ausbreitungsweg verwendet. Der gestrichelte Pfeil und der durchgezogene Pfeil in 7 stellen einen Magnetfeldvektor bzw. Elektrikfeldvektor dar. In dieser Figur bezeichnet das Bezugszeichen 3 ein dielektrisches Substrat. Das dielektrische Substrat 3 baut eine Mikrostreifenleitung auf durch Bilden einer Leitung 7. Die Leitung 7 und die oben erwähnte planare dielektrische Leitung sind angeordnet, so dass die Oberfläche der Leitung 7 bündig ist mit der Oberfläche an dem Mittelabschnitt der planaren dielektrischen Leitung und dass die Leitung 7 orthogonal wird zu der Elektromagnetwellenausbreitungsrichtung der planaren dielektrischen Leitung. Die Aufbauten anderer Abschnitte sind ähnlich zu den in 1 gezeigten.
Durch einen solchen Aufbau sind die planare dielektrische Leitung und die Mikrostreifenleitung magnetfeldgekoppelt und erreichen einen Oszillator unter Verwendung einer planaren dielektrischen Leitung als eine Ausgangsübertragungsleitung.
Als Nächstes wird als ein Ausführungsbeispiel der Funkausrüstung das Aufbaubeispiel eines Millimeterwellenradars mit Bezugnahme auf 8 beschrieben.
In 8 ist der VCO ein Oszillator, der bei dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt ist. Dieser VCO führt Frequenzmodulation über ein Signal durch, wie z. B. ein dreieckförmiges Signal, gegeben durch eine Signalverarbeitungsschaltung, und gibt ein Oszillationsausgangssignal aus. Dieses Oszillationsausgangssignal wird über einen Isolator, einen Koppler und einen Zirkulator in dieser Reihenfolge an einen Primärstrahler übertragen. Dadurch überträgt der Primärstrahler eine Millimeterwelle mit einer vorbestimmten Strahlbreite über eine dielektrische Linse oder dergleichen. Der Koppler gibt einen Abschnitt des Übertragungssignals zu einem Mischer als ein lokales Signal. Wenn die reflektierte Welle von einem Objekt in den Primärstrahler eindringt, wird ein Empfangssignal über den Zirkulator an den Mischer gegeben. Der Mischer erzeugt ein Zwischenfrequenzsignal durch Mischen des Empfangssignals von dem Zirkulator und des lokalen Signals. Ein ZF- (Zwischenfrequenz-) Verstärker verstärkt dieses Zwischenfrequenzsignal und gibt es an die Signalverarbeitungsschaltung. Die Signalverarbeitungsschaltung erfasst den Abstand von demselben zu dem Objekt und die relative Geschwindigkeit des Objekts von dem Modulationssignal und dem Zwischenfrequenzsignal, das dem VCO gegeben wird.
Obwohl eine Gunn-Diode des Kugeltyps verwendet wurde, kann bei jedem der Ausführungsbeispiele eine Gunn-Diode des Oberflächenbefestigungstyps auf einem dielektrischen Substrat befestigt werden. Außerdem kann abgesehen von einer Gunn-Diode ein Drei-Anschluss-Typ-Element, wie z. B. ein FET, als ein Negativwiderstandselement verwendet werden. Wenn beispielsweise ein MOS-FET verwendet wird, ist eine Leitung für die Verbindung mit einem NRD-Leiter mit dem Drain desselben verbunden, eine Resonanzleitung ist mit der Source desselben verbunden und eine Vorspannungsleitung ist mit dem Gate desselben verbunden.
Ferner kann bei jedem der Ausführungsbeispiele, bei dem die Gunn-Diode, deren Grundwelle 38 GHz ist, verwendet wurde, um ein 67-GHz-Band Oszillationssignal zu erreichen, das die zweite Harmonische desselben ist, aber abhängig vom Zweck, eine Grenzfrequenz eingestellt werden zwischen einer zweiten Harmonischen und einer dritten Harmonischen, um die harmonische Komponente einer Größenordnung, die nicht geringer ist als eine dritte Ordnung, zu einer Ausgangsübertragungsleitung zu übertragen.
Obwohl die Kopplung zwischen Leitungen durch Nähern der Leitung 7, die auf dem dielektrischen Substrat 3 vorgesehen ist, zu dem Endabschnitt eines dielektrischen Streifens 5 ausgeführt wurde, können darüber hinaus bei jedem der Ausführungsbeispiele die Leitung einer Oszillationsschaltung und ein NRD-Leiter gekoppelt werden durch Teilen des dielektrischen Streifens durch eine Oberfläche parallel zu einer oberen und unteren Leiterplatte in obere und untere Abschnitte und durch Anordnen eines dielektrischen Substrats zwischen dem oberen und unteren dielektrischen Streifen.
Wie es hierin oben beschrieben ist, können bei dem Oszillator gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung Hochfrequenzsignale, die schwierig direkt zu oszillieren sind, ohne weiteres erhalten werden. Da bei diesem Oszillator die Oszillationsschaltung unter Verwendung eines dielektrischen Substrats gebildet ist, und eine Ausgangsübertragungsleitung, die einen dielektrischen Materialabschnitt umfasst, zwischen den beiden Leiteroberflächen parallel zueinander verwendet wird, wird eine Größenreduktion erreicht, die Einstellung einer Resonanzfrequenz wird ermöglicht und eine Geeignetheit zur Massenproduktion ist vorgesehen, die zu einer Reduktion der Kosten führt, anders als der Fall, wo ein Hohlraumwellenleiter verwendet wird. Da außerdem eine Grenzwellenkomponente oder Harmonische niedriger Ordnung sicherlich auf der Ausgangsübertragungsleitung gesperrt sind, und nur die höhere harmonische Komponente, die zu verwenden ist, übertragen wird, gibt es kein Risiko, dass das höhere harmonische Signal, das zu verwenden ist, gedämpft wird, was zu keinem Verlust führt.
Da ferner bei dem Oszillator gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Kopplungsstruktur der Leitung, die auf dem dielektrischen Substrat mit der Ausgangsübertragungsleitung gebildet ist, vereinfacht ist, kann eine Reduktion der Gesamtgröße erhalten werden.
Da darüber hinaus bei dem Oszillator gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Impedanzanpassung zwischen dem Negativwiderstandselement, wie z. B. die Gunn-Diode mit einer niedrigen Impedanz und der Leitung ohne weiteres erhalten werden kann, kann eine Leistungsausgabe kann verbessert werden.
Da es außerdem bei dem Oszillator gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung kein Risiko gibt, dass ein Oszillationssignal zu der Vorspannungsleitung austritt, sind die Modulationscharakteristika und die Oszillationseffizienz verbessert.
Da außerdem bei dem Oszillator gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Oszillationsfrequenz durch die Steuerspannung variabel gemacht werden kann, ist es möglich, den vorliegenden Oszillator als einen Spannungssteueroszillator zu verwenden.
Da ein Grundfrequenzsignal mit niedrigerer Frequenz als die Frequenz, die zu verwenden ist, überwacht werden kann, ohne einen nachteiligen Effekt auf die Oszillationsschaltung auszuüben, kann außerdem bei dem Oszillator gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine kostengünstige Messausrüstung verwendet werden.
Da ferner bei dem Oszillator gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung das Auftreten des Rückführungssignals von der dielektrischen Leitung zu der Oszillationsschaltung unterdrückt ist und das Grundfrequenzsignal nicht zurückkehrt, können stabile Oszillationscharakteristika erreicht werden.
Darüber hinaus können bei dem Oszillator gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung aufgrund des Auftretens der Schwankungen bei den Charakteristika aufgrund der Deformation des dielektrischen Substrats stabile Charakteristika erhalten werden.
Durch die Funkausrüstung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Millimeterwellenradar, der in der Gesamtgröße klein ist, und einen geringen Verlust und hohen Gewinn aufweist, erhalten werden.
Obwohl die Erfindung in ihren bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, sind selbstverständlich viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung bezüglich der obigen Lehren möglich. Es ist daher klar, dass innerhalb des Schutzbereichs der angehängten Ansprüche die Erfindung auch anders als speziell beschrieben praktiziert werden kann.

Claims

Ein Oszillator, der folgende Merkmale umfasst: eine Oszillationsschaltung, die auf einem dielektrischen Substrat (3) gebildet ist; und eine Ausgangsübertragungsleitung zum Übertragen der Oszillationsausgangssignale der Oszillationsschaltung, wobei: die Ausgangsübertragungsleitung eine Übertragungsleitung mit Grenzcharakteristika ist, wobei die Ausgangsübertragungsleitung einen dielektrischen Materialabschnitt zwischen zwei Leiterplatten umfasst, die im Wesentlichen parallel zueinander sind, wobei der dielektrische Materialabschnitt eine dielektrische Platte (30) ist, und die Ausgangsübertragungsleitung eine planare dielektrische Leitung ist, wobei die Leiterplatten in Form von Leiterstrukturen (31a, 31b, 32a, 32b) angeordnet sind, die Schlitze bilden, die einander über der dielektrischen Platte (30) auf der oberen und unteren Oberfläche gegenüberliegen; und die Grenzfrequenz der Übertragungsleitung bestimmt ist, so dass die Grundwellenkomponente oder die Grundwellenkomponente und die harmonischen Komponenten niedriger Ordnung eines Oszillationssignals durch die Oszillationsschaltung gesperrt sind, und dass die höheren harmonischen Komponenten, die höhere Frequenzen aufweisen als dieselben, ausgebreitet werden.
Ein Oszillator gemäß Anspruch 1, bei dem die Oszillationsschaltung durch Befestigen eines Negativwiderstandselements (6) in der Nähe der Kurzschlussposition einer Leitung (7) gebildet wird, von der zumindest ein Ende offen ist, wobei die Leitung (7) eine Länge von ganzzahligen Mehrfachen einer halben Wellenlänge (λg) aufweist; und die Leitung (7) und die Ausgangsübertragungsleitung gekoppelt sind.
Ein Oszillator gemäß Anspruch 2, der ferner folgende Merkmale umfasst: Stichleitungen (9, 10), die auf einer Vorspannungsleitung (8) vorgesehen sind, zum Liefern der Vorspannungsspannung bezüglich des Negativwiderstandselements (6), so dass die Impedanz, wenn eine Vorspannungsleistungsquelle von dem Verbindungspunkt des Negativwiderstandselements (6) betrachtet wird, unter der Frequenz der Grundwelle und den Frequenzen der höheren Harmonischen eine hohe Impedanz zeigt.
Ein Oszillator gemäß Anspruch 2 oder 3. der ferner folgende Merkmale umfasst: ein Element mit variabler Reaktanz (12), das mit der Leitung (7) der Oszillation verbunden ist; und eine Leitung (13) zum Liefern der Steuerspannung bezüglich des Elements mit variabler Reaktanz (12).
Ein Oszillator gemäß Anspruch 2, 3 oder 4, der ferner folgendes Merkmal umfasst: einen schwach gekoppelten Anschluss (21), der an der Oszillationsschaltung vorgesehen ist.
Ein Oszillator, der folgende Merkmale umfasst: eine Oszillationsschaltung, die auf einem dielektrischen Substrat (3) gebildet ist; und eine Ausgangsübertragungsleitung zum Übertragen der Oszillationsausgangssignale der Oszillationsschaltung, wobei: die Ausgangsübertragungsleitung eine Übertragungsleitung mit Grenzcharakteristika ist und eine dielektrische Leitung ist, die durch Anordnen eines dielektrischen Streifens zwischen zwei Leiterplatten (1, 2) gebildet wird, die im Wesentlichen parallel zueinander sind; die Oszillationsschaltung gebildet wird durch Befestigen eines Negativwiderstandselements (6) in der Nähe der Kurzschlussposition einer Leitung (7), von der zumindest ein Ende geöffnet ist, wobei die Leitung eine Länge von ganzzahligen Mehrfachen einer halben Wellenlänge (λg) aufweist; die Leitung (7) und die Ausgangsübertragungsleitung gekoppelt sind; ein Schlitz (22) in einer (2) der Leiterplatten (1, 2) gebildet ist; das dielektrische Substrat (3) auf der Außenseite der einen (2) der Leiterplatten (1, 2) gebildet ist; die Leitung (7) des Oszillators und die dielektrische Leitung gekoppelt sind; und die Grenzfrequenz der Übertragungsleitung bestimmt ist, so dass die Grenzwellenkomponente oder die Grenzwellenkomponente und die harmonischen Komponente niedrigerer Ordnung eines Oszillationssignals durch die Oszillationsschaltung gesperrt sind, und dass die harmonischen Komponenten, die höhere Frequenzen als dieselben aufweisen, ausgebreitet werden.
Ein Oszillator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, der ferner folgende Merkmale umfasst: ein Gehäuse zum Unterbringen des dielektrischen Substrats (3); wobei die Vorspannungsleitung (8) Abschnitte mit jeweils breiteren Breiten und Abschnitte mit jeweils schmaleren Breiten umfasst; und eine Feder (23) zum Befestigen des dielektrischen Substrats (3) an der Innenoberfläche des Gehäuses, wobei die Feder (23) in der Nähe des schmaleren Abschnitts der Vorspannungsleitung (8) vorgesehen ist.
Funkausrüstung, die einen Oszillator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 verwendet.