JP2001339247A - 高周波ダイオード発振器およびそれを用いたミリ波送受信器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】発振周波数を容易かつ再現性良く調整でき、ま
た高周波ダイオード発振器の小型化に有利なものとする
こと。 【解決手段】ＮＲＤガイド型のガンダイオード発振器に
おいて、チョーク型バイアス供給線路４ａの幅の広い線
路および幅の狭い線路の長さをそれぞれ略λ／４、帯状
導体５の長さを略｛（３／４）＋ｎ｝λ（ｎは０以上の
整数）とし、金属部材２と帯状導体５との隙間に対し略
平行なスリット状の貫通孔８が隙間の直上および／また
は直下の平行平板導体１の部位に形成され、中途に括れ
部または突出部が形成された誘電体板９が、隙間に入り
込み上下動することにより括れ部または突出部が隙間に
出入りするように貫通孔８に挿置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ミリ波集積回路等
の高周波回路に組み込まれるガンダイオード発振器等の
高周波ダイオード発振器であって、発振周波数の調整機
能を有する非放射性誘電体線路型の高周波ダイオード発
振器およびそれを用いたミリ波送受信器に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来のガンダイオード発振器を図６に示
す。同図において、１は一対の平行平板導体であり、そ
れらの間隔ｄをｄ≦λ／２とすることにより外部から誘
電体線路６へのノイズの侵入をなくしかつ外部への高周
波信号の放射をなくして信号を伝送させる、所謂非放射
性誘電体線路（NonRadiative Dielectric waveguide
で、以下、ＮＲＤガイドという）を構成する。なお、λ
は使用周波数において空気中を伝搬する電磁波（高周波
信号）の波長である。

【０００３】また、２はガンダイオード素子を設置（マ
ウント）するための略直方体状の金属ブロック等の金属
部材、３はマイクロ波，ミリ波を発振する高周波ダイオ
ードの１種であるガンダイオード素子、４は金属部材２
の一側面に設置され、ガンダイオード素子３にバイアス
電圧を供給するとともに高周波信号の漏れを防ぐローパ
スフィルタとして機能するチョーク型バイアス供給線路
４ａを形成した配線基板、５はチョーク型バイアス供給
線路４ａとガンダイオード素子３の上部導体とを接続す
る金属箔リボン等の帯状導体、６はガンダイオード素子
３の近傍に配置され高周波信号を受信し外部へ伝搬させ
る誘電体線路である。なお、図６では、内部を透視する
ために平行平板導体１の上側を一部切り欠いている。ま
た、帯状導体５は金属部材２の表面から所定間隔をあけ
てチョーク型バイアス供給線路４ａとガンダイオード素
子３との間に架け渡されている。

【０００４】そして、帯状導体５の主面に平行な主面を
有する略四角柱状の誘電体チップ７を帯状導体５に近接
配置して電磁結合させ、高周波信号の発振周波数を制御
可能とすることを本出願人は先に提案した（特願平１１
−２３７３１８号）。また、この場合、チョーク型バイ
アス供給線路４ａは、幅の広い線路の長さと幅の狭い線
路の長さとがそれぞれ略λ／４であるチョークを構成し
ており、帯状導体５の長さは略｛（３／４）＋ｎ｝λ
（ｎは０以上の整数）に設定され、チョーク型バイアス
供給線路４ａと帯状導体５とで共振器を構成している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ガ
ンダイオード発振器においては、高周波信号の発振周波
数を調整するために誘電体チップ７を帯状導体５に近接
配置させていたが、誘電体チップ７の位置調整による発
振周波数の制御は困難であり、再現性良く発振周波数を
微調整することは難しかった。また、誘電体チップ７を
手動により位置調整し易いように大型化しようとする
と、ガンダイオード発振器全体が大型化し、小型、軽量
化ができなくなるという問題点があった。

【０００６】従って、本発明は上記事情に鑑みて完成さ
れたものであり、その目的は、高周波ダイオード発振器
の発振周波数の微調整を再現性良く可能とし、また発振
周波数の調整量を変化させることが可能なものとするこ
とである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の高周波ダイオー
ド発振器は、高周波信号の波長λの２分の１以下の間隔
で配置した平行平板導体間に金属部材を設置し、該金属
部材に、高周波信号を発振する高周波ダイオードと、幅
の広い線路と幅の狭い線路が交互に形成されたチョーク
型バイアス供給線路と、前記高周波ダイオードと前記チ
ョーク型バイアス供給線路との間に架け渡されて直線状
に接続する帯状導体とを設けるとともに、前記平行平板
導体間の前記高周波ダイオードの近傍に前記高周波信号
を受信し伝搬させる誘電体線路を設けて成る高周波ダイ
オード発振器において、前記チョーク型バイアス供給線
路の幅の広い線路および幅の狭い線路の長さをそれぞれ
略λ／４、前記帯状導体の長さを略｛（３／４）＋ｎ｝
λ（ｎは０以上の整数）とするとともに、前記金属部材
と前記帯状導体との隙間に対し略平行なスリット状の貫
通孔が、前記隙間の直上および／または直下の前記平行
平板導体の部位に形成され、中途に括れ部または突出部
が形成された誘電体板が、前記隙間に入り込み上下動す
ることにより前記括れ部または前記突出部が前記隙間に
出入りするように前記貫通孔に挿置されていることを特
徴とする。

【０００８】本発明は、このような構成により、チョー
ク型バイアス供給線路と帯状導体とが高周波ダイオード
の発振周波数を決定する共振器として機能し、その共振
器の帯状導体と金属部材の間に中途に括れ部または突出
部を有する誘電体板を上下動可能に配置して、誘電体板
と帯状導体の重なる部分を容易かつ再現性良く微調整可
能な構成とすることで、帯状導体と金属部材の電磁結合
の状態を調整でき、その結果共振器の実質的な共振器長
を微妙に調整でき、従って発振周波数を再現性良く微調
整できるという作用効果を有する。

【０００９】本発明のミリ波送受信器は、ミリ波信号の
波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間
に、高周波ダイオード発振器が一端部に付設され、前記
高周波ダイオード発振器から出力されたミリ波信号を伝
搬させる第１の誘電体線路と、バイアス電圧印加方向が
前記ミリ波信号の電界方向に合致するように配置され、
前記バイアス電圧を周期的に制御することによって前記
ミリ波信号を周波数変調した送信用のミリ波信号として
出力する可変容量ダイオードと、前記第１の誘電体線路
に一端側が電磁結合するように近接配置されるかまたは
一端が接合されて、前記ミリ波信号の一部をミキサー側
へ伝搬させる第２の誘電体線路と、前記平行平板導体に
平行に配設されたフェライト板の周縁部に所定間隔で配
置されかつそれぞれ前記ミリ波信号の入出力端とされた
第1の接続部，第2の接続部および第3の接続部を有し、
一つの前記接続部から入力された前記ミリ波信号をフェ
ライト板の面内で時計回りまたは反時計回りに隣接する
他の接続部より出力させるサーキュレータであって、前
記第1の誘電体線路の前記ミリ波信号の出力端に前記第1
の接続部が接合されたサーキュレータと、該サーキュレ
ータの第２の接続部に接合され、前記ミリ波信号を伝搬
させるとともに先端部に送受信アンテナを有する第３の
誘電体線路と、前記送受信アンテナで受信され第３の誘
電体線路を伝搬して前記サーキュレータの第３の接続部
より出力した受信波をミキサー側へ伝搬させる第４の誘
電体線路と、前記第２の誘電体線路の中途と前記第４の
誘電体線路の中途とを近接させて電磁結合させるかまた
は接合させて成り、ミリ波信号の一部と受信波とを混合
させて中間周波信号を発生させるミキサー部と、を設け
たミリ波送受信器において、前記高周波ダイオード発振
器を上記本発明の高周波ダイオード発振器としたことを
特徴とする。

【００１０】本発明のミリ波送受信器は、上記構成によ
り、ミリ波信号の周波数を微妙に調整可能であるととも
に、その伝送特性に優れ、その結果ミリ波レーダーの探
知距離を増大し得、また最適周波数で使用可能なものと
なる。

【００１１】また、本発明のミリ波送受信器は、ミリ波
信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導
体間に、高周波ダイオード発振器が一端部に付設され、
前記高周波ダイオード発振器から出力されたミリ波信号
を伝搬させる第１の誘電体線路と、バイアス電圧印加方
向が前記ミリ波信号の電界方向に合致するように配置さ
れ、前記バイアス電圧を周期的に制御することによって
前記ミリ波信号を周波数変調した送信用のミリ波信号と
して出力する可変容量ダイオードと、前記第１の誘電体
線路に一端側が電磁結合するように近接配置されるかま
たは一端が接合されて、前記ミリ波信号の一部をミキサ
ー側へ伝搬させる第２の誘電体線路と、前記平行平板導
体に平行に配設されたフェライト板の周縁部に所定間隔
で配置されかつそれぞれ前記ミリ波信号の入出力端とさ
れた第1の接続部，第2の接続部および第3の接続部を有
し、一つの前記接続部から入力された前記ミリ波信号を
フェライト板の面内で時計回りまたは反時計回りに隣接
する他の接続部より出力させるサーキュレータであっ
て、前記第１の誘電体線路の前記ミリ波信号の出力端に
第１の接続部が接続されるサーキュレータと、該サーキ
ュレータの第２の接続部に接続され、前記ミリ波信号を
伝搬させるとともに先端部に送信アンテナを有する第３
の誘電体線路と、先端部に受信アンテナ、他端部にミキ
サーが各々設けられた第４の誘電体線路と、前記サーキ
ュレータの第３の接続部に接続され、前記送信アンテナ
で受信混入したミリ波信号を伝搬させるとともに先端部
に設けられた無反射終端部で前記ミリ波信号を減衰させ
る第５の誘電体線路と、前記第２の誘電体線路の中途と
前記第４の誘電体線路の中途とを近接させて電磁結合さ
せるかまたは接合させることにより、ミリ波信号の一部
と受信波とを混合させて中間周波信号を発生させるミキ
サー部と、を設けたミリ波送受信器において、前記高周
波ダイオード発振器を請求項１記載の高周波ダイオード
発振器としたことを特徴とする。

【００１２】本発明のミリ波送受信器は、このような構
成により、ミリ波信号の周波数を微調整可能であるとと
もに、送信用のミリ波信号がサーキュレータを介してミ
キサーへ混入することがなく、その結果受信信号のノイ
ズが低減し探知距離が増大し、ミリ波信号の伝送特性に
優れ、ミリ波レーダーの探知距離をさらに増大し得るも
のとなる。

【００１３】上記ミリ波送受信器において、好ましく
は、前記第２の誘電体線路は、前記第３の誘電体線路に
一端側が電磁結合するように近接配置されるかまたは一
端が接合されて、前記ミリ波信号の一部をミキサー側へ
伝搬させるように配置されていることを特徴とする。こ
の構成においても、上記と同様の作用効果を奏する。

【００１４】また、上記ミリ波送受信器において、好ま
しくは、前記第１の誘電体線路の前記第２の誘電体線路
との信号分岐部と、前記サーキュレータとの間に、バイ
アス電圧印加方向が前記ミリ波信号の電界方向に合致す
るように配置され、前記バイアス電圧をＯＮ−ＯＦＦす
ることによって前記ミリ波信号をパルス変調し送信用の
ミリ波信号として出力するパルス変調用ダイオードを設
けたことを特徴とする。

【００１５】上記構成により、ミリ波信号をパルス化し
て送受信するパルス方式のミリ波レーダーモジュール等
のミリ波送受信器を構成できるとともに、ミリ波信号の
周波数を微調整できるとともに、その伝送特性に優れ、
ミリ波レーダーの探知距離を増大し得るものとなる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の高周波ダイオード発振器
について以下に説明する。図１〜図３は本発明のＮＲＤ
ガイド型の高周波ダイオード発振器を示し、これらの図
において、１はガンダイオード素子等の高周波ダイオー
ドが発振する高周波信号の空気中での波長λの２分の１
以下の間隔で配置した一対の平行平板導体、２はガンダ
イオード素子３を設置（マウント）するための略直方体
状の金属ブロック等の金属部材、３はマイクロ波，ミリ
波を発振する高周波ダイオードの１種であるガンダイオ
ード素子、４は金属部材２の一側面に設置され、ガンダ
イオード素子３にバイアス電圧を供給するとともに高周
波信号の漏れを防ぐローパスフィルタとして機能するチ
ョーク型バイアス供給線路４ａを形成した配線基板、５
はチョーク型バイアス供給線路４ａとガンダイオード素
子３の上部導体とを接続する金属箔リボン等の帯状導
体、６はガンダイオード素子３の近傍に配置され高周波
信号を受信し外部へ伝搬させる誘電体線路である。な
お、図１では、内部を透視するために平行平板導体１の
上側を一部切り欠いて描いている。

【００１７】また本発明において、チョーク型バイアス
供給線路４ａは、図２に示すように、幅の広い線路およ
び幅の狭い線路の長さがそれぞれ略λ／４の広狭線路か
ら成り、また帯状導体５の長さは略｛（３／４）＋ｎ｝
λ（ｎは０以上の整数）である。この帯状導体５の長さ
は略３λ／４〜略｛（３／４）＋３｝λが良く、略
｛（３／４）＋３｝λを超えると帯状導体５が長くな
り、撓み、捩じれ等が生じ易くなり、個々の高周波ダイ
オード発振器間で発振周波数等の特性のばらつきが大き
くなるとともに、種々の共振モードが発生して、所望の
発振周波数と異なる周波数の信号が発生するという問題
が生じる。より好ましくは、略３λ／４，略｛（３／
４）＋１｝λである。

【００１８】また、略｛（３／４）＋ｎ｝λとしたの
は、｛（３／４）＋ｎ｝λから多少ずれていても共振は
可能だからである。例えば、帯状導体５を｛（３／４）
＋ｎ｝λよりも１０〜２０％程度長く形成しても良く、
その場合、帯状導体５の接するチョーク型バイアス供給
線路４ａの１パターン目の長さλ／４のうち一部が共振
に寄与すると考えられるからである。従って、帯状導体
５の長さは｛（３／４）＋ｎ｝λ±２０％程度の範囲内
で変化させることができる。

【００１９】これらチョーク型バイアス供給線路４ａお
よび帯状導体５の材料は、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，
Ｗ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｐｄ，Ｐｔ等から成り、特にＣ
ｕ，Ａｇが、電気伝導度が良好であり、損失が小さく、
発振出力が大きくなるといった点で好ましい。

【００２０】また、帯状導体５は金属部材２の表面から
所定間隔をあけて金属部材２と電磁結合しており、チョ
ーク型バイアス供給線路４ａとガンダイオード素子３間
に架け渡されている。即ち、帯状導体５の一端はチョー
ク型バイアス供給線路４ａの一端に半田付け等により接
続され、帯状導体５の他端はガンダイオード素子３の上
部導体に半田付け等により接続されており、帯状導体５
の接続部を除く中途部分は宙に浮いた状態となってい
る。

【００２１】そして、金属部材２は、ガンダイオード素
子３の電気的な接地（アース）を兼ねているため金属導
体であれば良く、その材料は金属（合金を含む）導体で
あれば特に限定するものではなく、真鍮（黄銅：Ｃｕ−
Ｚｎ合金），Ａｌ，Ｃｕ，ＳＵＳ（ステンレススチー
ル），Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ等から成る。また金属部材２
は、全体が金属から成る金属ブロック、セラミックスや
プラスチック等の絶縁基体の表面全体または部分的に金
属メッキしたもの、絶縁基体の表面全体または部分的に
導電性樹脂材料等をコートしたものであっても良い。

【００２２】また、誘電体線路６の材料は、コーディエ
ライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）セラミッ
クス（比誘電率４〜５），アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）セラミ
ックス（比誘電率９〜１０）等が好ましく、これらは高
周波帯域において低損失である。ガンダイオード素子３
と誘電体線路６との間隔は１．０ｍｍ程度以下が好まし
く、１．０ｍｍを超えると損失を小さくして電磁的結合
が可能な最大離間幅を超える。

【００２３】本発明の高周波ダイオード発振器につい
て、誘電体板９周辺の側面図を図３の（ａ）に、（ａ）
のＡ−Ａ線における断面図を（ｂ）に示す。同図に示す
ように、金属部材２と帯状導体５との隙間に対し略平行
なスリット状の貫通孔８が、隙間の直上および／または
直下の平行平板導体１の部位に形成され、中途に括れ部
または突出部が形成された誘電体板９が、隙間に入り込
み上下動することにより括れ部または突出部が隙間に出
入りするように貫通孔８に挿置されている。この場合、
平行平板導体１の外側より誘電体板９を挿入して、位置
調整をすることができる。

【００２４】上記スリット状の貫通孔８は一対の平行平
板導体１に対向させて一対形成してもよいし、一方の平
行平板導体１にのみ形成してもよい。

【００２５】また、誘電体板９をアクチュエーター等で
上下動させ位置を制御することにより、誘電体板９の位
置調整の再現性がより向上し、より細かい調整が可能と
なる。

【００２６】さらに、図４に誘電体板９の例を示す。こ
の図のように、誘電体板９の括れ部の形状としては階段
状（ａ）、円弧状（ｂ）、上下非対称の楔状（＞状）
（ｃ）、突出部の形状としては山状（＜状）（ｄ）等が
あり、周波数調整の目的に応じて選択が可能である。例
えば、階段状の誘電体板９を用いた場合、段階的に周波
数を変えることが可能である。また、誘電体板９の括れ
部としては、図５のように、誘電体板９の主面に窪みを
付けたことにより括れ部を設けた場合でも同様の効果が
得られる。さらに、誘電体板９の先端部を先細り状と
し、その先細り部を隙間に出入りさせるものも本発明で
は使用でき、本発明の範疇である。

【００２７】誘電体板９の括れ部または突出部は、換言
すれば誘電体板９の断面形状の変化部ということもでき
る。また、この括れ部または突出部は、漸次または段階
的にその形状が変化する部分を有していることが、周波
数の微調整の点で好ましい。さらには、この誘電体板９
は上下動ばかりでなく、横方向に動くようにしてもよ
い。

【００２８】この誘電体板９の括れ部の最小幅は０．１
ｍｍ以上であるのがよく、０．１ｍｍ未満では、強度が
低下し使用中に破損し易くなる。また、誘電体板９の括
れ部以外の幅はλ／２以下であるのがよく、λ／２を超
えると、誘電体板９の誘電体損失が発振出力に大きく影
響する。誘電体板９の厚さは０．１ｍｍであるのがよ
く、０．１ｍｍ未満では、強度が低下し使用中に破損し
易くなる。また、図5のように、誘電体板９に窪みを形
成して括れ部とする場合、その窪み部の厚さは０．１ｍ
ｍであるのがよく、０．１ｍｍ未満では、強度が低下し
使用中に破損し易くなる。

【００２９】さらに、発振周波数の変化幅、発振周波数
の変化率、Ｑ特性等について、種々の制御が可能なよう
に、複数種の誘電体板９を使用してもよい。これらの誘
電体板９を帯状導体５の中央部分とチョーク型バイアス
供給線路４ａ近くに設け、帯状導体５の中央部分の誘電
体板９で、周波数を粗調整し、チョーク型バイアス供給
線路４ａ側で周波数を微調整することもできる。なぜな
ら、帯状導体５の中央部分は電界が最も強く分布してお
り、誘電体板９との結合が強く周波数の変化量も大きく
なるからである。

【００３０】誘電体板９の材料としては、コーディエラ
イト（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）セラミック
ス，アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）セラミックスやガラスエポキ
シ樹脂等の誘電体から成るのがよく、これらは高周波信
号に対する誘電体損失が小さい。

【００３１】また、誘電体板９の比誘電率は２〜１０が
好ましく、２以下では周波数の調整幅が小さくなりす
ぎ、１０を超えると電磁場が誘電体板９に集中し過ぎる
ため、誘電体板９の誘電体損失が大きく影響し、発振出
力の低下等の影響がでてくる。

【００３２】このように、周波数調整用の誘電体板９を
帯状導体５と金属部材２との間に設け、誘電体板９の括
れ部または突出部により帯状導体５との重なる部位の面
積を調整することで、帯状導体５の金属部材２に対する
電磁結合長を調整することができ、その結果チョーク型
バイアス供給線路４ａと帯状導体５とから成る共振器の
実質的な共振器長を微妙に調整できる。例えば、帯状導
体５の電気的な共振器長を略｛（３／４）＋ｎ｝λより
も僅かに大きくし、発振周波数を低くすることが可能と
なる。

【００３３】本発明でいう高周波帯域は、数１０〜数１
００ＧＨｚ帯域のマイクロ波帯域およびミリ波帯域に相
当し、例えば３０ＧＨｚ以上、特に５０ＧＨｚ以上、更
には７０ＧＨｚ以上の高周波帯域が好適である。

【００３４】また、本発明の高周波ダイオードとして
は、インパット（impatt：impact ionisation avalan
che transit time）・ダイオード，トラパット（trap
att：trapped plasma avalanche triggered transi
t）・ダイオード，ガンダイオード等のマイクロ波ダイ
オードおよびミリ波ダイオードが好適に使用される。

【００３５】本発明のＮＲＤガイド用の平行平板導体１
は、高い電気伝導度および加工性等の点で、Ｃｕ，Ａ
ｌ，Ｆｅ，ＳＵＳ（ステンレススチール），Ａｇ，Ａ
ｕ，Ｐｔ等の導体板、あるいはセラミックス，樹脂等か
ら成る絶縁板の表面にこれらの導体層を形成したもので
もよい。

【００３６】また、本発明のＮＲＤガイド型の高周波ダ
イオード発振器は、無線ＬＡＮ，自動車のミリ波レーダ
等に使用されるものであり、例えば自動車の周囲の障害
物および他の自動車に対しミリ波を照射し、反射波を元
のミリ波と合成して中間周波信号を得、この中間周波信
号を分析することにより障害物および他の自動車までの
距離、それらの移動速度等が測定できる。

【００３７】かくして、本発明は、チョーク型バイアス
供給線路４ａと帯状導体５とが高周波ダイオードの発振
周波数を決定する共振器として機能し、帯状導体５と金
属部材２の間に誘電体板９を配置して、誘電体板９に括
れ部または突出部を形成することで、帯状導体５と金属
部材２との電磁結合長を調整し、その結果共振器の実質
的な共振器長を微妙に調整でき、発振周波数を再現性良
く微調整できる。

【００３８】尚、本発明は上記実施形態に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の
変更を行っても何等差し支えない。

【００３９】本発明のミリ波送受信器について、以下に
説明する。図７~９は本発明のミリ波送受信器について
示すものであり、図７は送信アンテナと受信アンテナが
一体化されたものの平面図、図８は送信アンテナと受信
アンテナが独立したものの平面図、図９はスイッチ用の
ＰＩＮダイオードやショットキーバリアダイオードを設
けた配線基板の斜視図である。

【００４０】図７において、５１は本発明の一方の平行
平板導体（他方は省略する）、５２は第１の誘電体線路
５３の一端に設けられた電圧制御型のミリ波信号発振
部、即ち本発明の高周波ダイオード発振器を具備してお
り、さらに、バイアス電圧印加方向が高周波信号の電界
方向に合致するように、第１の誘電体線路５３の高周波
ダイオード（高周波発生素子）近傍に配置された可変容
量ダイオードのバイアス電圧を周期的に制御して、三角
波，正弦波等とすることにより、周波数変調した送信用
のミリ波信号として出力する。

【００４１】５３は、高周波ダイオードから出力された
高周波信号が変調されたミリ波信号を伝搬させる第１の
誘電体線路、５４は、第１，第３，第４の誘電体線路に
それぞれ結合される第１，第２，第３の接続部（図示せ
ず）を有する、フェライト円板等から成るサーキュレー
タ、５５は、サーキュレータ５４の第２の接続部に接続
され、ミリ波信号を伝搬させるとともに先端部に送受信
アンテナ５６を有する第３の誘電体線路、５６は、第３
の誘電体線路５５に金属導波管を介して接続される送受
信アンテナ、または第３の誘電体線路５５の先端部をテ
ーパー状等とすることにより構成された送受信アンテナ
である。

【００４２】また５７は、送受信アンテナ５６で受信さ
れ第３の誘電体線路５５を伝搬してサーキュレータ５４
の第３の接続部より出力した受信波をミキサー５９側へ
伝搬させる第４の誘電体線路、５８は、第１の誘電体線
路５３に一端側が電磁結合するように近接配置されるか
または第１の誘電体線路５３に一端が接合されて、ミリ
波信号の一部をミキサー５９側へ伝搬させる第２の誘電
体線路、５８ａは、第２の誘電体線路５８のミキサー５
９と反対側の一端部に設けられた無反射終端部（ターミ
ネータ）である。また、図中Ｍ１は、第２の誘電体線路
５８の中途と第４の誘電体線路５７の中途とを近接させ
て電磁結合させるかまたは接合させることにより、ミリ
波信号の一部と受信波を混合させて中間周波信号を発生
させるミキサー部である。

【００４３】本発明のサーキュレータ５４は、平行平板
導体１５，１５間に平行に配設された一対のフェライト
円板の周縁部に所定間隔、例えばフェライト円板の中心
点に関して角度で１２０°間隔で配置され、かつそれぞ
れミリ波信号の入出力端とされた第1の接続部，第2の接
続部および第3の接続部を有し、一つの接続部から入力
されたミリ波信号をフェライト板の面内で時計回りまた
は反時計回りに隣接する他の接続部より出力させるもの
である。また、平行平板導体１５の外側主面のフェライ
ト円板に相当する部位には、フェライト板を伝搬する電
磁波の波面を回転させるための磁石が、磁力線がフェラ
イト板に対し略垂直方向（略上下方向）に通過するよう
に設けられる。

【００４４】本発明では、第１の誘電体線路５３と第２
の誘電体線路５８とを接合する場合、これらの誘電体線
路５３，５８のうちいずれか一方の接合部を円弧状とな
し、その円弧状部の曲率半径ｒを高周波信号の波長λ以
上とするのがよい。これにより、高周波信号を損失を小
さくして均等の出力で分岐させることができる。また、
第２の誘電体線路５８と第４の誘電体線路５７とを接合
する場合、上記と同様に、これらの誘電体線路５８，５
７のうちいずれか一方の接合部を円弧状となし、その円
弧状部の曲率半径ｒを高周波信号の波長λ以上とするの
がよい。

【００４５】そして、これらの各種部品は、ミリ波信号
の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間
に設けられている。

【００４６】図７のものにおいて、第１の誘電体線路５
３の中途にスイッチを設け、それをＯＮ−ＯＦＦするこ
とでパルス変調制御することもできる。例えば、図9に
示すように、配線基板３８の一主面に第２のチョーク型
バイアス供給線路４０を形成し、その中途に半田実装さ
れたビームリードタイプのＰＩＮダイオードやショット
キーバリアダイオードを設けたスイッチである。この配
線基板３８を、第１の誘電体線路５３の第２の誘電体線
路５８との信号分岐部とサーキュレータ５４との間に、
ＰＩＮダイオードやショットキーバリアダイオードのパ
ルス変調用ダイオードのバイアス電圧印加方向がＬＳＭ
モードの高周波信号の電界方向に合致するように配置
し、第１の誘電体線路５３に介在させるものである。ま
た、第１の誘電体線路５３にもう一つのサーキュレータ
を介在させ、その第１，第３の接続部に第１の誘電体線
路５３を接続し、第２の接続部に他の誘電体線路を接続
し、その誘電体線路の先端部の端面に、図９ようなショ
ットキーバリアダイオードを設けたスイッチを設置して
もよい。

【００４７】また、本発明のミリ波送受信器の他の実施
形態として、送信アンテナと受信アンテナを独立させた
図８のタイプがある。同図において、６１は本発明の一
方の平行平板導体（他方は省略する）、６２は第１の誘
電体線路６３の一端に設けられた電圧制御型のミリ波信
号発振部、即ち本発明の高周波ダイオード発振器を具備
するものであり、さらに、バイアス電圧印加方向が高周
波信号の電界方向に合致するように第１の誘電体線路６
３の高周波ダイオード近傍に配置された可変容量ダイオ
ードのバイアス電圧を周期的に制御して、三角波，正弦
波等とすることにより、周波数変調した送信用のミリ波
信号として出力する。

【００４８】６３は、高周波ダイオードから出力された
高周波信号が変調されたミリ波信号を伝搬させる第１の
誘電体線路、６４は、第１，第３，第５の誘電体線路６
３，６５，６７にそれぞれ接続される第１，第２，第３
の接続部（図示せず）を有する、フェライト円板等から
成るサーキュレータ、６５は、サーキュレータ６４の第
２の接続部に接続され、ミリ波信号を伝搬させるととも
に先端部に送信アンテナ６６を有する第３の誘電体線
路、６６は、第３の誘電体線路６５に金属導波管を介し
て接続される送信アンテナ、６７は、サーキュレータ６
４の第３の接続部に接続され、送信用のミリ波信号を減
衰させる無反射終端部６７ａが先端に設けられた第５の
誘電体線路である。

【００４９】また６８は、第１の誘電体線路６３に一端
側が電磁結合するように近接配置されるかまたは第１の
誘電体線路６３に一端が接合されて、ミリ波信号の一部
をミキサー７１側へ伝搬させる第２の誘電体線路、６８
ａは、第２の誘電体線路６８のミキサー７１と反対側の
一端部に設けられた無反射終端部、６９は、受信アンテ
ナ７０で受信された受信波をミキサー７１側へ伝搬させ
る第４の誘電体線路である。また、図中Ｍ２は、第２の
誘電体線路６８の中途と第４の誘電体線路６９の中途と
を近接させて電磁結合させるかまたは接合させることに
より、ミリ波信号の一部と受信波とを混合させて中間周
波信号を発生させるミキサー部である。

【００５０】本発明では、第１の誘電体線路６３と第２
の誘電体線路６８とを接合する場合、これらの誘電体線
路６３，６８のうちいずれか一方の接合部を円弧状とな
し、その円弧状部の曲率半径ｒを高周波信号の波長λ以
上とするのがよい。これにより、高周波信号を損失を小
さくして均等の出力で分岐させることができる。また、
第２の誘電体線路６８と第４の誘電体線路６９とを接合
する場合、上記と同様に、これらの誘電体線路６８，６
９のうちいずれか一方の接合部を円弧状となし、その円
弧状部の曲率半径ｒを高周波信号の波長λ以上とするの
がよい。

【００５１】そして、これらの各種部品は、ミリ波信号
の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間
に設けられる。

【００５２】図８のものにおいて、サーキュレータ６４
をなくし、第１の誘電体線路６３の先端部に送信アンテ
ナ６６を接続した構成とすることもできる。この場合、
小型化されたものとなるが、受信波の一部がミリ波信号
発振部６２に混入しノイズ等の原因となり易いため、図
８のタイプが好ましい。

【００５３】この図８のものにおいて、第１の誘電体線
路６３の中途に、図９に示したものと同様に構成したス
イッチを設け、それをＯＮ−ＯＦＦすることでパルス変
調制御することもできる。例えば、図９のように、配線
基板３８の一主面に第２のチョーク型バイアス供給線路
４０を形成し、その中途に半田実装されたビームリード
タイプのＰＩＮダイオードやショットキーバリアダイオ
ードを設けたスイッチである。この配線基板３８を、第
１の誘電体線路６３の第２の誘電体線路６８との信号分
岐部と、サーキュレータ６４との間に、ＰＩＮダイオー
ドやショットキーバリアダイオードのバイアス電圧印加
方向がＬＳＭモードの高周波信号の電界方向に合致する
ように配置し、図９に示すように第１の誘電体線路６３
に介在させるものである。

【００５４】また、第１の誘電体線路６３にもう一つの
サーキュレータを介在させ、その第１，第３の接続部に
第１の誘電体線路６３を接続し、第２の接続部に他の誘
電体線路を接続し、その誘電体線路の先端部の端面に、
図９のようなショットキーバリアダイオードを設けたス
イッチを設置してもよい。

【００５５】図８のタイプにおいて、第２の誘電体線路
６８が、第３の誘電体線路６５に一端側が電磁結合する
ように近接配置されるかまたは第３の誘電体線路６５に
一端が接合されて、ミリ波信号の一部をミキサー７１側
へ伝搬させるように配置されていてもよい。

【００５６】また、これらのミリ波送受信器において、
平行平板導体間の間隔は、ミリ波信号の空気中での波長
であって、使用周波数での波長の２分の１以下となる。

【００５７】図７，図８のミリ波送受信器用のミリ波信
号発振部５２，６２は、図１〜図３に示した高周波ダイ
オード発信器を具備し、さらに、例えば図１において、
帯状導体５近傍に、周波数変調用ダイオードであって可
変容量ダイオードの１種であるバラクタダイオードを装
荷した配線基板（図示せず）を設置することもできる。
このバラクタダイオードのバイアス電圧印加方向は、帯
状導体５の電界方向と合致しており、共振器を成す帯状
導体５に周波数変調用ダイオードを近接配置して電磁結
合させ、周波数変調用ダイオードに印加するバイアス電
圧を変化させることで発振周波数を制御でき、また誘電
体線路中に周波数変調用ダイオードを配置する必要がな
いため、損失が小さく高出力が得られるとともに、全体
が小型化する。さらに、周波数変調用ダイオードの位置
を調整することにより、共振器としても機能する帯状導
体と周波数変調用ダイオードとの電磁結合の強さを変え
ることができ、それにより周波数変調幅を調整し得る。

【００５８】また、図７，図８のミリ波送受信器はＦＭ
ＣＷ（Frequency Modulation Cotinuous Waves）方
式であり、ＦＭＣＷ方式の動作原理は以下のようなもの
である。ミリ波信号発振部の変調信号入力用のＭＯＤＩ
Ｎ端子に、電圧振幅の時間変化が三角波等となる入力信
号を入力し、その出力信号を周波数変調し、ミリ波信号
発振部の出力周波数偏移を三角波等になるように偏移さ
せる。そして、送受信アンテナ５６，送信アンテナ６６
より出力信号（送信波）を放射した場合、送受信用アン
テナ５６，送信アンテナ６６の前方にターゲットが存在
すると、電波の伝搬速度の往復分の時間差をともなっ
て、反射波（受信波）が戻ってくる。この時、ミキサー
５９，７１の出力側のＩＦＯＵＴ端子には、送信波と受
信波の周波数差が出力される。

【００５９】このＩＦＯＵＴ端子の出力周波数等の周波
数成分を解析することで、Ｆif＝４Ｒ・ｆｍ・Δｆ／ｃ
｛Fif：ＩＦ（Intermediate Frequency）出力周波数，
Ｒ：距離，ｆｍ：変調周波数，Δｆ：周波数偏移幅，
ｃ：光速｝という関係式から距離を求めることができ
る。

【００６０】かくして、本発明のミリ波送受信器は、ミ
リ波信号の伝送特性に優れ、ミリ波レーダーの探知距離
を増大し得るものとなり（図７のもの）、また送信用の
ミリ波信号がサーキュレータを介してミキサーへ混入す
ることがなく、その結果受信信号のノイズが低減し探知
距離が増大するものであって（図８のもの）、ミリ波信
号の伝送特性に優れ、ミリ波レーダーの探知距離をさら
に増大し得るものとなる。

【００６１】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内におい
て種々の変更を行うことは何等差し支えない。

【００６２】

【実施例】本発明の実施例を以下に説明する。 （実施例）図１のＮＲＤガイド型のガンダイオード発振
器を以下のように構成した。一対の平行平板導体１，１
として、縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ２ｍｍのＡ
ｌ板を１．８ｍｍの間隔で配置し、それらの間にガンダ
イオード素子３をネジ止めした真鍮性の金属部材２とコ
ーディエライトセラミックスから成る誘電体線路６を設
置した。この金属部材２は高さが約１．８ｍｍの直方体
状であり、その一側面には、発振周波数約７７ＧＨｚで
波長λが約３．９ｍｍの高周波信号（電磁波）を発振す
るガンダイオード素子３と、ガンダイオード素子３にバ
イアス電圧を入力するチョーク型バイアス供給線路４ａ
が形成された配線基板４と、チョーク型バイアス供給線
路４ａとガンダイオード素子３の上部導体とに接続され
架け渡された帯状導体５を設けた。

【００６３】前記配線基板４はガラスエポキシ樹脂から
成り、金属部材２に接着剤により固定した。また、チョ
ーク型バイアス供給線路４ａの幅の広い線路と幅の狭い
線路について、幅の広い線路の長さはλ／４＝０．７０
ｍｍ（誘電体基板上では短波長化する）、幅の狭い線路
の長さはλ／４＝０．７０ｍｍであり、幅の広い線路部
の幅は１．５ｍｍ、幅の狭い線路部の幅は０．２ｍｍで
ある。帯状導体５は厚さ３５μｍ，幅０．６ｍｍ，長さ
３．３ｍｍの銅箔リボンから成り、一端をチョーク型バ
イアス供給線路４ａに他端をガンダイオード素子３の上
部導体に各々半田付けした。誘電体線路６は、比誘電率
５のコーディエライトセラミックスから成り、ガンダイ
オード素子３の上部導体から約０．５ｍｍの間隔をあけ
て配置した。

【００６４】そして、図３に示すように、金属部材２と
帯状導体５との隙間に対し略平行なスリット状の貫通孔
８を、隙間の直上および直下の平行平板導体１の部位に
形成した。即ち、断面が２．０ｍｍ×０．２ｍｍの大き
さのスリット状の貫通孔８を、上下平行平板導体１，１
に形成した。そして、誘電体板９として、図３のよう
に、中央部分が１辺１．８ｍｍの正三角形状に括れて最
小幅が約０．２４ｍｍとされた、幅２．０ｍｍ、厚み
０．２ｍｍのガラスエポキシ基板（比誘電率４．７）を
貫通孔８から挿入し、帯状導体５と金属部材２の隙間に
入り込ませた。正三角形状の括れ部の最小部が帯状導体
５の中央に位置した場合の発振周波数は７８．０６９Ｇ
Ｈｚであり、誘電体板９を上へ０．３ｍｍずらした場合
の発振周波数は７７．６１８ＧＨｚとなり、４５２ＭＨ
ｚ変化させることができた。さらに、誘電体板９を上へ
０．６ｍｍずらすと発振周波数は７６．２０９ＧＨｚと
なり、１．８６ＧＨｚも変化させることができた。ま
た、誘電体板９の移動距離を調整することで再現性良く
発振周波数を制御できた。

【００６５】

【発明の効果】本発明は、ＮＲＤガイド型の高周波ダイ
オード発振器において、チョーク型バイアス供給線路の
幅の広い線路および幅の狭い線路の長さをそれぞれ略λ
／４、帯状導体の長さを略｛（３／４）＋ｎ｝λ（ｎは
０以上の整数）とするとともに、金属部材と帯状導体と
の隙間に対し略平行なスリット状の貫通孔が隙間の直上
および／または直下の平行平板導体の部位に形成され、
中途に括れ部または突出部が形成された誘電体板が、隙
間に入り込み上下動することにより括れ部または突出部
が隙間に出入りするように貫通孔に挿置されていること
により、チョーク型バイアス供給線路と帯状導体とが高
周波ダイオードの発振周波数を決定する共振器として機
能し、中途に括れ部または突出部を有する誘電体板を金
属部材と帯状導体との隙間に挿入することで、帯状導体
と誘電体板の括れ部または突出部との重なる量（面積）
を調整して、金属部材と帯状導体との電磁結合長を微調
整でき、その結果チョーク型バイアス供給線路と帯状導
体とから成る共振器の実質的な共振器長を微妙に調整で
き、また発振周波数を再現性良く調整できる。

【００６６】本発明の送受信アンテナを兼用するタイプ
のミリ波送受信器は、ミリ波信号発振部が本発明の高周
波ダイオード発振器を具備することにより、発振周波数
を再現良く微調整できるとともに、送信波の一部がサー
キュレータを介してミキサーへ混入する量が減少し、そ
の結果ミリ波レーダー等に適用した場合にその探知距離
を増大し得るものとなる。

【００６７】また、本発明の送信アンテナと受信アンテ
ナが独立したタイプのミリ波送受信器は、ミリ波信号発
振部が本発明の高周波ダイオード発振器を具備すること
により、発振周波数を再現良く微調整できるとともに、
送信アンテナで受信したミリ波信号がミリ波信号発振部
へ混入することがなく、従ってミリ波レーダーに適用し
た場合受信信号のノイズが低減し、ミリ波信号の伝搬特
性に優れ、ミリ波レーダーの探知距離をさらに増大し得
るものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＮＲＤガイド型の高周波ダイオード発
振器の内部を透視した斜視図である。

【図２】チョーク型バイアス供給線路および帯状導体の
平面図である。

【図３】本発明の高周波ダイオード発振器を示し、
（ａ）はチョーク型バイアス供給線路，帯状導体および
誘電体板付近の側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線にお
ける断面図である。

【図４】（ａ）〜（ｄ）は本発明の括れ部，突出部を有
する各種誘電体板の平面図である。

【図５】本発明の主面に窪みを設けることで括れ部を形
成した誘電体板の斜視図である。

【図６】従来のNRDガイド型の高周波ダイオード発振器
の内部を透視した斜視図である。

【図７】本発明によるＮＲＤガイド型のミリ波送受信器
の一実施形態の平面図である。

【図８】本発明によるＮＲＤガイド型のミリ波送受信器
の他の実施形態の平面図である。

【図９】ミリ波信号を周波数変調またはパルス変調させ
るためのスイッチであり、ＰＩＮダイオードやショット
キーバリアダイオードを設けた配線基板の斜視図であ
る。

【符号の説明】

１：平行平板導体 ２：金属部材 ３：ガンダイオード素子 ４：配線基板 ４ａ：チョーク型バイアス供給線路 ５：帯状導体 ６：誘電体線路 ８：貫通孔 ９：誘電体板

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高周波信号の波長λの２分の１以下の間隔
   で配置した平行平板導体間に金属部材を設置し、該金属
   部材に、高周波信号を発振する高周波ダイオードと、幅
   の広い線路と幅の狭い線路が交互に形成されたチョーク
   型バイアス供給線路と、前記高周波ダイオードと前記チ
   ョーク型バイアス供給線路との間に架け渡されて直線状
   に接続する帯状導体とを設けるとともに、前記平行平板
   導体間の前記高周波ダイオードの近傍に前記高周波信号
   を受信し伝搬させる誘電体線路を設けて成る高周波ダイ
   オード発振器において、 前記チョーク型バイアス供給線路の幅の広い線路および
   幅の狭い線路の長さをそれぞれ略λ／４、前記帯状導体
   の長さを略｛（３／４）＋ｎ｝λ（ｎは０以上の整数）
   とするとともに、前記金属部材と前記帯状導体との隙間
   に対し略平行なスリット状の貫通孔が、前記隙間の直上
   および／または直下の前記平行平板導体の部位に形成さ
   れ、中途に括れ部または突出部が形成された誘電体板
   が、前記隙間に入り込み上下動することにより前記括れ
   部または前記突出部が前記隙間に出入りするように前記
   貫通孔に挿置されていることを特徴とする高周波ダイオ
   ード発振器。
2. 【請求項２】ミリ波信号の波長の２分の１以下の間隔で
   配置した平行平板導体間に、 高周波ダイオード発振器が一端部に付設され、前記高周
   波ダイオード発振器から出力されたミリ波信号を伝搬さ
   せる第１の誘電体線路と、 バイアス電圧印加方向が前記ミリ波信号の電界方向に合
   致するように配置され、前記バイアス電圧を周期的に制
   御することによって前記ミリ波信号を周波数変調した送
   信用のミリ波信号として出力する可変容量ダイオード
   と、 前記第１の誘電体線路に一端側が電磁結合するように近
   接配置されるかまたは一端が接合されて、前記ミリ波信
   号の一部をミキサー側へ伝搬させる第２の誘電体線路
   と、 前記平行平板導体に平行に配設されたフェライト板の周
   縁部に所定間隔で配置されかつそれぞれ前記ミリ波信号
   の入出力端とされた第1の接続部，第2の接続部および第
   3の接続部を有し、一つの前記接続部から入力された前
   記ミリ波信号をフェライト板の面内で時計回りまたは反
   時計回りに隣接する他の接続部より出力させるサーキュ
   レータであって、前記第1の誘電体線路の前記ミリ波信
   号の出力端に前記第1の接続部が接合されたサーキュレ
   ータと、 該サーキュレータの第２の接続部に接合され、前記ミリ
   波信号を伝搬させるとともに先端部に送受信アンテナを
   有する第３の誘電体線路と、 前記送受信アンテナで受信され第３の誘電体線路を伝搬
   して前記サーキュレータの第３の接続部より出力した受
   信波をミキサー側へ伝搬させる第４の誘電体線路と、 前記第２の誘電体線路の中途と前記第４の誘電体線路の
   中途とを近接させて電磁結合させるかまたは接合させて
   成り、ミリ波信号の一部と受信波とを混合させて中間周
   波信号を発生させるミキサー部と、を設けたミリ波送受
   信器において、 前記高周波ダイオード発振器を請求項１記載の高周波ダ
   イオード発振器としたことを特徴とするミリ波送受信
   器。
3. 【請求項３】ミリ波信号の波長の２分の１以下の間隔で
   配置した平行平板導体間に、 高周波ダイオード発振器が一端部に付設され、前記高周
   波ダイオード発振器から出力されたミリ波信号を伝搬さ
   せる第１の誘電体線路と、 バイアス電圧印加方向が前記ミリ波信号の電界方向に合
   致するように配置され、前記バイアス電圧を周期的に制
   御することによって前記ミリ波信号を周波数変調した送
   信用のミリ波信号として出力する可変容量ダイオード
   と、 前記第１の誘電体線路に一端側が電磁結合するように近
   接配置されるかまたは一端が接合されて、前記ミリ波信
   号の一部をミキサー側へ伝搬させる第２の誘電体線路
   と、 前記平行平板導体に平行に配設されたフェライト板の周
   縁部に所定間隔で配置されかつそれぞれ前記ミリ波信号
   の入出力端とされた第1の接続部，第2の接続部および第
   3の接続部を有し、一つの前記接続部から入力された前
   記ミリ波信号をフェライト板の面内で時計回りまたは反
   時計回りに隣接する他の接続部より出力させるサーキュ
   レータであって、前記第１の誘電体線路の前記ミリ波信
   号の出力端に第１の接続部が接続されるサーキュレータ
   と、 該サーキュレータの第２の接続部に接続され、前記ミリ
   波信号を伝搬させるとともに先端部に送信アンテナを有
   する第３の誘電体線路と、 先端部に受信アンテナ、他端部にミキサーが各々設けら
   れた第４の誘電体線路と、 前記サーキュレータの第３の接続部に接続され、前記送
   信アンテナで受信混入したミリ波信号を伝搬させるとと
   もに先端部に設けられた無反射終端部で前記ミリ波信号
   を減衰させる第５の誘電体線路と、 前記第２の誘電体線路の中途と前記第４の誘電体線路の
   中途とを近接させて電磁結合させるかまたは接合させる
   ことにより、ミリ波信号の一部と受信波とを混合させて
   中間周波信号を発生させるミキサー部と、を設けたミリ
   波送受信器において、 前記高周波ダイオード発振器を請求項１記載の高周波ダ
   イオード発振器としたことを特徴とするミリ波送受信
   器。
4. 【請求項４】前記第２の誘電体線路は、前記第３の誘電
   体線路に一端側が電磁結合するように近接配置されるか
   または一端が接合されて、前記ミリ波信号の一部をミキ
   サー側へ伝搬させるように配置されていることを特徴と
   する請求項３記載のミリ波送受信器。
5. 【請求項５】前記第１の誘電体線路の前記第２の誘電体
   線路との信号分岐部と、前記サーキュレータとの間に、
   バイアス電圧印加方向が前記ミリ波信号の電界方向に合
   致するように配置され、前記バイアス電圧をＯＮ−ＯＦ
   Ｆすることによって前記ミリ波信号をパルス変調し送信
   用のミリ波信号として出力するパルス変調用ダイオード
   を設けたことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記
   載のミリ波送受信器。