JP2002009551A - ガンダイオード電圧制御発振器及びその周波数調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来のガンダイオード電圧制御発振器は、回路
内に特別の調整のための構造をもたないため、一旦製造
工程で回路が作成されると中心周波数を変更する手段が
なく、特性のばらつき等により所望の周波数が得られな
いと不良品とせざるを得ず、歩留りが低下するという問
題があった。 【解決手段】ガンダイオードを接続する信号電極に接続
した伝送線路を設け、該伝送線路の端部をバラクタダイ
オードの一方の電極の接続用電極とするとともに、前記
伝送線路の端部又は途中の部分に一個又は複数個のオー
プンスタブを設けた。該オープンスタブの一部分を切除
して発振周波数を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波やミリ
波の供給源として使用されるガンダイオード電圧制御発
振器（以下「電圧制御発振器」は「ＶＣＯ」とも呼
ぶ。）に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガンダイオード発振器は、良好な位相雑
音や１／ｆノイズをもつことから、マイクロ波やミリ波
の有用な供給源として利用されてきた。ガンダイオード
発振器は主として導波管回路に実装され利用されている
が、このような構造のものは市場からの要求である低コ
スト大量生産には適していない。

【０００３】しかし最近、表面実装型のガンダイオード
をＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＳＩＣ（炭化珪素）等
の誘電体基板上に実装した発振器が開発され、上述の要
求を満たすものとして注目されている。また、ガンダイ
オードの後方にバラクタダイオードを搭載した表面実装
型ＶＣＯも開発され、良好な位相雑音特性、線形性が得
られている。

【０００４】図６は、従来の表面実装型ＶＣＯの一例の
斜視図である。ＡｌＮ基板１上にマイクロストリップ線
路１５の回路パターンが形成され、その電極上に表面実
装型ガンダイオード２０及び表面実装型バラクタダイオ
ード３０が搭載されている。マイクロストリップ線路１
５は、図７に示すようなパターンで、ＡｌＮ基板１上に
Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕが蒸着により形成され、更にその上に
Ａｕメッキが施されている。

【０００５】マイクロストリップ線路１５の回路パター
ンは、信号線路７、該信号線路に直流バイアスを印加す
るためのチョーク部６、信号線路７に接続された信号電
極３、該信号電極３を間隙を置いて挟むように配置され
た一対の接地電極４、一端にバラクタダイオード３０の
一方の電極が接続され、他端が信号電極３に連なる伝送
線路８、バラクタダイオード３０の他方の電極を高周波
的に接地するためのλ／４オープンスタブ９、及びバラ
クタダイオード３０にバイアスを印加するためのチョー
ク部１１で構成されている。また、各接地電極４はそれ
ぞれヴィアホール５（図６では、ＡｌＮ基板１を一部切
欠いて示している。）を介して裏面の接地導体１２に接
続されている。

【０００６】図８（ａ）は表面実装型ガンダイオード２
０の平面図、同（ｂ）は断面図である。このガンダイオ
ードは、ガリウム砒素基板２１の上面に第１のコンタク
ト層２２、活性層２３、第２のコンタクト層２４及び金
属層２５を積層し、その中央部に丸形状の凹部２６を形
成して金属層２５をアノード電極２５Ａとカソード電極
２５Ｋに区画し、アノード電極２５Ａの上に熱圧着し易
い金のバンプ２７を、カソード電極２５Ｋの上に同じく
金のバンプ２８を、各々同じ高さになるように形成した
ものである。 マイクロストリップ線路１５へのガンダ
イオード２０の実装搭載は、アノード電極のバンプ２７
が信号電極３に、カソード電極の一対のバンプ２８が一
対の接地電極４に接続されるように、熱圧着により行わ
れる。

【０００７】チョーク部６に直流電圧を印加すると、信
号線路７、信号電極３、ガンダイオード２０、接地電極
４、ヴィアホール５、接地導体１２の経路で電流が流
れ、ガンダイオードは電磁波（マイクロ波）を発生す
る。発生した電磁波は信号線路７を伝搬して外部へ出力
される。

【０００８】この電磁波の発振周波数は、ガンダイオー
ドから見た外部回路のインピーダンスによって決まる。
従ってチョーク部１１にバイアスを印加し、その電圧を
変えることによってバラクタダイオード３０の容量が変
化すると、それに伴い周波数が変化する。このようにし
て電圧による発振周波数の制御が行われるが、その中心
周波数は伝送線路８の長さを変えることにより変えるこ
とができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記に従来のガンダイ
オードＶＣＯの一例を示したが、従来のガンダイオード
ＶＣＯは、一般に回路内に特別の調整部分をもたない構
成で作られているため、一旦製造工程で回路が作成され
ると中心周波数を変更する手段がなく、特性のばらつき
等により所望の周波数が得られない場合は不良品とせざ
るを得ず、歩留りが低下するという問題があった。

【００１０】本発明の目的は、上記問題点を解決し、回
路作成後であっても中心周波数の調整が可能なガンダイ
オードＶＣＯを提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するために、表面実装型ガンダイオードと表面実装型
バラクタダイオードとを誘電体基板に設けた導体回路上
に搭載してなるガンダイオード電圧制御発振器におい
て、前記導体回路は、前記誘電体基板の上面に線路を有
し、該基板の裏面全面に接地導体を有するマイクロスト
リップ線路で構成し、前記誘電体基板の上面には、出力
用の信号線路、ガンダイオード接続用の信号電極及び接
地電極、前記信号電極に接続した、又は該信号電極に高
周波的に結合した伝送線路を設け、該伝送線路の端部を
前記バラクタダイオードの一方の電極の接続用電極とす
るとともに、前記伝送線路の端部又は途中の部分に該伝
送線路と略直角に一個又は複数個のオープンスタブを設
けたものである。

【００１２】また、上記のガンダイオード電圧制御発振
器において、前記導体回路は、マイクロストリップ線路
に代えて、前記誘電体基板の上面に線路を有し、前記線
路の両側に沿って接地導体を有するコプレーナ線路で構
成した。

【００１３】上記のように構成したガンダイオード電圧
制御発振器は、前記一個又は複数個のオープンスタブの
一部分を切除してその線路長を変えることにより、該発
振器の発振周波数を調整することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明のガンダイオード
ＶＣＯの実施例の構造を示す斜視図である。従来例と同
様、ＡｌＮ基板上にマイクロストリップ線路が形成さ
れ、その上に表面実装型ガンダイオード２０とバラクタ
ダイオード３０が搭載されている。図２に、本実施例の
マイクロストリップ線路２の回路パターンを示す。伝送
線路８に、これと略直角に導出するオープンスタブ１０
が接続されている以外は従来例と同じである。

【００１５】図３（ａ）は、本発明のガンダイオードＶ
ＣＯの等価回路図である。同回路では、ガンダイオード
２０の等価回路４０は負性コンダクタンス−Ｇｄと素子
容量Ｃｄの並列回路、バラクタダイオード３０の等価回
路５０は素子容量Ｃｖと寄生インダクタンスＬｖの直列
回路で示している。また、各接地電極４は、それぞれヴ
ィアホール５までの長さのショートスタブで表してい
る。

【００１６】図３（ｂ）は、図３（ａ）で示したように
ガンダイオード（４０）の一方の端子からバラクタダイ
オード（５０）側を見たインピーダンスをＺ１、同端子
から負荷側を見たインピーダンスをＺＬ、ガンダイオー
ド（４０）の他方の端子から接地電極側を見たインピー
ダンスをＺ２としたときの等価回路である。

【００１７】ここで、ガンダイオード素子のアドミッタ
ンスをＹｄ＝−Ｇｄ＋ｊＢｄ、ガンダイオード素子から
外部回路を見たアドミッタンスをＹｏ＝Ｇｏ＋ｊＢｏと
すると、ガンダイオード素子の負性コンダクタンス−Ｇ
ｄの絶対値が上記外部回路のコンダクタンスＧｏに等し
く（Ｇｄ＝Ｇｏ）、かつ、ガンダイオードのサセプタン
スＢｄと上記外部回路のサセプタンスＢｏの和が零（Ｂ
ｄ＋Ｂｏ＝０）のとき、発振条件が成立する。

【００１８】図４は、伝送線路８に接続されたオープン
スタブ１０の長さＬ（図２参照）を変えたときの発振周
波数の変化（計算結果）を示したものである。ただし、
発振条件を満たす周波数が複数ある場合は最も高い周波
数のみを示している。このように、オープンスタブ１０
の長さＬが長くなるにつれて周波数が低くなる。

【００１９】上記のように、オープンスタブ１０の長さ
Ｌにより周波数が変化することから、一旦線路パターン
が形成された後であっても、長さＬを調節することによ
り、目標の周波数に調整することができる。

【００２０】実際の生産においては、オープンスタブ１
０の長さを、所望の中心周波数より少し低めの周波数に
合わせて長めに設定しておき、例えばレーザトリミング
装置などを用いて、スタブの先端を削りとり所要の周波
数となるように調整する。

【００２１】上述の実施例ではオープンス１０が伝送線
路８の端に設けられているが、線路の途中でもよく、ま
た必要な場合はオープンスタブの数を二つ以上にしても
よい。

【００２２】また、同実施例では、伝送線路８は信号電
極３に直接接続しているが、両者間の接続は、必ずしも
直流的に接続する必要はなく、高周波的に結合されるも
のであればよい。バイアス電圧供給の関連で直流分カッ
トの必要がある場合は、両者間に適当な間隙を設ること
で、直流分はカットし、高周波的には結合させることが
できる。

【００２３】また、上述の実施例の説明では、導体回路
としてマイクロストリップ線路を用いた場合について述
べたが、マイクロストリップ線路の代わりに、コプレー
ナ線路を用いて構成することもできる。図５は、コプレ
ーナ線路を用いて構成した実施例の構造を示す斜視図で
ある。

【００２４】コプレーナ線路１４は、誘電体基板の表面
に形成された線路パターンと、図のように各線路の両側
に沿って形成された接地導体１３とにより構成される。

【００２５】

【発明の効果】上述したように、本発明のガンダイオー
ドＶＣＯは、表面実装型ガンダイオードと表面実装型バ
ラクタダイオードとを誘電体基板に設けた導体回路上に
搭載してなるガンダイオードＶＣＯにおいて、誘電体基
板上には、ガンダイオード接続用の信号電極に接続し
た、又は該信号電極に高周波的に結合した伝送線路を設
け、該伝送線路の端部を前記バラクタダイオードの一方
の電極の接続用電極とするとともに、前記伝送線路の端
部又は途中の部分に一個又は複数個のオープンスタブを
設けた構成としたので、該オープンスタブを周波数調整
用の部位として利用することができる。上記オープンス
タブはその一部分を切除することにより、容易に発振周
波数を調整を行うことができる。

【００２６】上記オープンスタブによる中心周波数の調
整は、ガンダイオードＶＣＯの作成後であっても行うこ
とができるので、製造上のばらつきにより周波数が所望
値からずれた製品を生じても、上記オープンスタブによ
る調整により良品化することが可能であり、歩留りの向
上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガンダイオードＶＣＯの一実施例の斜
視図である。

【図２】同上実施例のマイクロストリップ線路のパター
ン図である。

【図３】同上実施例の等価回路図である。

【図４】本発明のガンダイオードＶＣＯの発振周波数の
オープンスタブ長依存性を示す図である。

【図５】本発明のガンダイオードＶＣＯの別の実施例の
斜視図である。

【図６】従来のガンダイオードＶＣＯの一例の斜視図で
ある。

【図７】同上従来例のマイクロストリップ線路のパター
ン図である。

【図８】表面実装型ガンダイオードの平面図及び断面図
である。

【符号の説明】

１：ＡｌＮ基板、２：マイクロストリップ線路、３：信
号電極、４：接地電極、５：ヴィアホール、６：チョー
ク部、７：信号線路、８：伝送線路、９：λ／４オープ
ンスタブ、１０：オープンスタブ、１１：チョーク部、
１２，１３：接地導体、１４：コプレーナ線路、１５：
マイクロストリップ線路、２０：ガンダイオード、２
１：ＧａＡｓ基板、２２：第１のコンタクト層、２３：
活性層、２４：第２のコンタクト層、２５：金属層、２
５Ａ：アノード電極、２５Ｋ：カソード電極、２６：凹
部、２７，２８：バンプ、３０：バラクタダイオード、
４０：ガンダイオードの等価回路、 ５０：バラクタ
ダイオードの等価回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面実装型ガンダイオードと表面実装型
   バラクタダイオードとを誘電体基板に設けた導体回路上
   に搭載してなるガンダイオード電圧制御発振器におい
   て、 前記導体回路は、前記誘電体基板の上面に線路を有し、
   該基板の裏面全面に接地導体を有するマイクロストリッ
   プ線路で構成し、 前記誘電体基板の上面には、出力用の信号線路、ガンダ
   イオード接続用の信号電極及び接地電極、前記信号電極
   に接続した、又は該信号電極に高周波的に結合した伝送
   線路を設け、該伝送線路の端部を前記バラクタダイオー
   ドの一方の電極の接続用電極とするとともに、 前記伝送線路の端部又は途中の部分に該伝送線路と略直
   角に一個又は複数個のオープンスタブを設けたことを特
   徴とするガンダイオード電圧制御発振器。
2. 【請求項２】 請求項１のガンダイオード電圧制御発振
   器において、前記導体回路は、マイクロストリップ線路
   に代えて、前記誘電体基板の上面に線路を有し、前記線
   路の両側に沿って接地導体を有するコプレーナ線路とし
   たことを特徴とするガンダイオード電圧制御発振器。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２のガンダイオード
   電圧制御発振器に設けた一個又は複数個のオープンスタ
   ブの一部分を切除することにより、該オープンスタブの
   線路長を変え、該発振器の発振周波数を調整することを
   特徴とするガンダイオード電圧制御発振器の周波数調整
   方法。