JP2004080639A

JP2004080639A - ガンダイオード発振器および電圧制御発振器および無線装置

Info

Publication number: JP2004080639A
Application number: JP2002241096A
Authority: JP
Inventors: Takehisa Kajikawa; 梶川　武久
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-08-21
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】バイアス基板の孔に、ガンダイオードにマウントされたガンダイオードの突起部を挿入してなるガンダイオード発振器において、突起部が基板の表面よりも下に位置する構成を可能とするガンダイオード発振器を提供する。
【解決手段】バイアス基板上に形成された線路と、ガンダイオードの突起部にある導体部とを、下方に凸部を有する金属箔によって電気的に接続する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯やミリ波帯で発振動作するガンダイオード発振器およびそれを用いた電圧制御発振器、およびそれを用いた無線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＭレーダーモジュールなどにおいてマイクロ波帯やミリ波帯の高周波を発振させるためにガンダイオード発振器が用いられる。ガンダイオード発振器は、ガンダイオードマウント、ガンダイオード、バイアス基板からなる。ガンダイオードはガンダイオードマウントにマウントされている。また、バイアス基板上にはバイアス線路や共振電極などが形成されており、バイアス線路とガンダイオードの突起部の先端にある導体部とが電気的に接合されている。
【０００３】
そのようなガンダイオード発振器において、ガンダイオードマウントとバイアス基板との位置決めのために、バイアス基板に孔をあけてガンダイオードの突起部をこの孔に挿入する構造が特開平６−１７７６４９号公報、特開２００１−７７６５９号公報において開示されている。
【０００４】
特開平６−１７７６４９号公報に開示されている技術を図５に示す。図５はガンダイオード発振器を示す断面図である。ガンダイオード１０は、ピルパッケージ１１と突起部１２とからなる。突起部１２はセラミック円筒１３と導体部１４とからなっている。ピルパッケージ１１にガンダイオード素子１５がマウントされており、ガンダイオード素子１５の周囲はセラミック円筒１３で覆われ、その開口部を導体部１４によって閉じている。導体部１４とガンダイオード素子１５とは金線リード１６を介して電気的に接続されている。ガンダイオード１０とガンダイオードマウント２０とは螺着によって接合されており、バイアス基板３０にあけられた孔にガンダイオード１０の突起部１２が挿入されている。ガンダイオード１０の突起部１２の先端にある導体部１４とバイアス基板３０上のバイアス線路３１とは、金箔４２によって電気的に接合されている。
【０００５】
また、特開２００１−７７６５４号公報に開示される技術を図６に示す。図５と同一の部分には同一の符号を付し、詳しい説明を省略する。ガンダイオード１０とガンダイオードマウント２０とは螺合されており、バイアス基板３０にあけられた孔にガンダイオード１０の突起部１２が挿入されている。ガンダイオード１０の突起部１２の先端にある導体部１４とバイアス基板３０上の導体ランド３３とは、はんだ４３によって電気的に接続されている。図示していないが、導体ランド３３はバイアス線路、伝送線路と電気的に接続されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ガンダイオード発振器においては、バイアス基板の表面の線路とガンダイオードの突起部の先端にある導体部との距離によって特性が変化することがわかっており、ある条件の下では導体部をバイアス基板の表面よりも下になるように構成すると良好な特性を得られることがわかった。図７に示す実験結果はそのような場合の一例である。図中においてｘは、基板表面とガンダイオードの突起部の頂点との縦方向の相対的位置関係を表し、ｘ＝０とは、バイアス基板の表面とガンダイオードの突起部の頂点とが同一平面上にあることを意味し、ｘ＝−０．１３とは、ガンダイオードの突起部の頂点がバイアス基板の表面よりも０．１３ｍｍ下にあることを意味する。また、ΔＰは出力変動幅を示す。ｘ＝−０．１３とした場合はｘ＝０とした場合よりも出力が大きく、出力のバラツキ（ΔＰ）が小さいことがわかる。
【０００７】
ところが、上記の公開公報に開示された技術ではガンダイオードの導体部がバイアス基板の線路と同一平面上にあるか、または導体部がバイアス基板の表面より突出した構造となっていないと、導体部とバイアス基板の導体ランドあるいはバイアス線路、伝送線路とを接合できない。すなわち、上記特開平６−１７７６４９号公報に開示されている技術では、図５から明らかなようにバイアス基板３０の表面とガンダイオード１０の突起部１２の頂点とが略同一平面上になければならない。また、上記特開２００１−７７６５４号公報に開示されている技術では、図６から明らかなようにガンダイオード１０の突起部１２の頂点はバイアス基板３０の表面よりも上に形成されていなければならない。
【０００８】
本発明の目的は、ガンダイオード１０の突起部１２の頂点がバイアス基板３０の表面よりも下に位置するように設計することが可能になるようなガンダイオード発振器の構成を提供することであり、また、そのガンダイオード発振器を用いた電圧制御発振器、その電圧制御発振器を用いた無線装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明のガンダイオード発振器は、孔が設けられ、かつ表面に伝送線路が形成された基板と、ガンダイオードマウントと、該ガンダイオードマウントに一部が埋め込まれたガンダイオードとを有し、前記基板は前記ガンダイオードマウント上に取り付けられ、前記ガンダイオードの突起部は、その頂点が前記基板の表面よりも下に位置するように、前記基板の裏面側から前記孔に挿入され、凸部が形成された金属箔が前記孔上に張り渡され、前記金属箔を張り渡している両端部が前記伝送線路に接合され、前記金属箔の凸部は前記ガンダイオードの突起部にある導体部と接合されていることを特徴とする。
【００１０】
上記の構造により、ガンダイオードの突起部の頂点が基板の表面よりも下に位置するような設計が可能となり、出力や出力変動幅などの特性が良好なガンダイオード発振器を得ることができる。
【００１１】
また、本発明の電圧制御発振器は、上記ガンダイオード発振器と、可変容量ダイオードと、共振器とを含むことを特徴とする。これによって出力や出力変動幅などの特性が良好な電圧制御発振器を得ることができる。
【００１２】
また、本発明の無線装置は、上記電圧制御発振器を含むことを特徴とする。これによって出力や出力変動幅などの特性が良好な無線装置を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）以下に図を参照しつつ、本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は本実施例に係るガンダイオード発振器を示す断面図である。図２はガンダイオードが接続されたバイアス基板の平面図を示す。
【００１４】
ガンダイオード１０は、外側面にネジが切られているピルパッケージ１１と、突起部１２とからなる。突起部１２はセラミック円筒１３と導体部１４とからなっている。ピルパッケージ１１にガンダイオード素子１５がマウントされており、ガンダイオード素子１５の周囲はセラミック円筒１３で覆われ、その開口部を導体部１４によって閉じている。導体部１４とガンダイオード素子１５とは金線リード１６を介して電気的に接続されている。ガンダイオード１０は接地電位に保たれたガンダイオードマウント２０に螺着によって保持され、ガンダイオードマウント２０を一方の電極、導体部１４を他方の電極としている。
【００１５】
バイアス基板３０には孔３０ａが設けられており、ガンダイオード１０の突起部１２が、この孔３０ａに挿入されている。このとき、突起部１２の上端はバイアス基板３０の表面よりも下にある。バイアス基板３０上のバイアス線路３１と伝送線路３２との間には凸部付きの銅箔４１が凸部を下にして張り渡されており、銅箔４１の凸部がガンダイオード１０の突起部１２の上面にある導体部１４と接合されている。
【００１６】
バイアス基板３０の表面とガンダイオード１０の突起部１２の頂点との位置関係は、ガンダイオード発振器の発振周波数や出力などの特性に影響を与え、ある設計の下では、突起部１２がバイアス基板３０の表面と同一平面上、あるいはバイアス基板３０の表面よりも突出していると特性の悪化を招くことがわかった。本発明は、突起部１２をバイアス基板３０の表面よりも下に構成したときに良好な特性を得られる場合に向けられたものである。
【００１７】
本発明ではバイアス基板３０の表面に形成されたバイアス線路３１および伝送線路３２と、突起部１２の上面にある導体部１４とは、凸部を有する銅箔４１によって電気的に接合されている。銅箔４１は下方に凸部を有しているため、バイアス基板３０を曲げるなどすることなくバイアス線路３１および伝送線路３２と導体部１４との導通を図ることが可能となり、これによって銅箔４１と導体部１４との導通は安定し、ガンダイオード発振器の特性が安定する。なお、図２（ａ）は、銅箔４１を接合する前のバイアス基板３０の平面図であり、図２（ｂ）は銅箔４１を接合した後のバイアス基板３０の平面図を示している。また、図２において３４は共振電極であり、共振電極３４の寸法によってガンダイオード発振器の発振周波数が決まる。
【００１８】
次に本発明のガンダイオード発振器の動作を説明する。バイアス基板３０上に形成されたバイアス線路３１からガンダイオード１０にバイアス電圧が供給され、ガンダイオード１０は発振する。ガンダイオード１０で発振された信号は伝送線路３２を伝わって共振電極３４へと導かれる。共振電極３４に伝えられた信号は、図示していないが、誘電体線路などに伝播される。
【００１９】
（実施の形態２）本発明の第２の実施の形態として、上述したガンダイオード発振器を用いた電圧制御発振器（ＶＣＯ）について説明する。図３に本発明の電圧制御発振器の斜視図を示す。図３では上部導体板５１を透視して示している。下部導体板５２はガンダイオードマウントとなっており、下部導体板５２上にはガンダイオード、バイアス基板３０、誘電体ストリップ６０が取り付けられている。誘電体ストリップ６０は、上部導体板５１および下部導体板５２にそれぞれ形成されている溝にはめ込まれており、非放射性誘電体線路となっている。上部導体板５１の裏面のうちバイアス基板３０と対向する部分には凹部がある。バイアス基板３０上にはバイアス供給線路３１、３１ａ、３１ｂ、伝送線路３２、共振電極３４が形成されている。また、共振電極３４には可変容量ダイオード７０が接続されている。バイアス線路３１および伝送線路３２とガンダイオードの導体部とは、上述したように凸部付きの銅箔４１によって電気的に接続されている。
【００２０】
次に、この電圧制御発振器の動作について説明する。ガンダイオードには第１のバイアス供給線路３１ａから電圧が供給され、第１のバイアス線路３１に供給される電圧によってガンダイオードのバイアス電圧が調整される。また、可変容量ダイオード７０の制御電圧は、第１のバイアス線路３１ａと第２のバイアス線路３１ｂとの電圧の差によって調整される。ガンダイオードで発振された信号は共振電極３４を介して誘電体ストリップ６０に伝搬されるが、このとき可変容量ダイオード７０の制御電圧によって信号の周波数が調整される。よって、可変容量ダイオード７０の制御電圧を調整することによって電圧制御発振器の発振周波数を変化させることができる。
【００２１】
（実施の形態３）本発明の第３の実施の形態として、上記の電圧制御発振器を用いた無線装置について説明する。図４は本発明の無線装置のブロック図である。この無線装置は、例えばＦＭレーダモジュールなどに使用されるものである。
【００２２】
ここでＶＣＯは、第２の実施例に記載の電圧制御発振器であり、変調信号に応じたミリ波信号を発振する。アイソレータは、ＶＣＯの発振信号をカプラ方面へ伝送すると共に、アイソレータ方向から伝搬してくる反射波がＶＣＯ方向へ伝搬されることを防ぐ。カプラは、アイソレータ方向からの信号を送信信号Ｔｘとしてサーキュレータ方向へ伝送すると共に、その一部をローカル信号Ｌｏとして取り出し、ミキサへ伝送する。終端器は、サーキュレータからカプラ方向へ戻る反射波を吸収する。サーキュレータは送信信号Ｔｘをアンテナへ伝搬させると共に、アンテナからの受信信号Ｒｘをミキサへ伝搬させる。ミキサは受信信号Ｒｘとローカル信号Ｌｏとをミキシングし、これらの差の周波数成分を中間波信号ＩＦとして生成し、出力する。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、凸部付きの金属箔を用いてバイアス線路とガンダイオードの導体部とを電気的に接続することによってガンダイオードの導体部がバイアス基板の表面よりも下に位置するような構成が可能となり、出力や出力変動幅などの特性が良好なガンダイオード発振器を構成することができる。
【００２４】
請求項２に記載の発明によれば、ガンダイオードを用いる電圧制御発振器において、出力や出力変動幅などの特性が良好な電圧制御発振器を構成することができる。
【００２５】
請求項３に記載の発明によれば、ミリ波レーダなどに用いられる無線装置において、出力や出力変動幅などの特性が良好な無線装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係るガンダイオード発振器を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係るガンダイオード発振器の、バイアス基板を示す平面図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係る電圧制御発振器を示す斜視図である。
【図４】本発明の第３の実施例に係る無線装置を示すブロック図である。
【図５】従来のガンダイオード発振器を示す断面図である。
【図６】従来のガンダイオード発振器を示す断面図である。
【図７】ガンダイオード発振器の特性を示す図である。
【符号の説明】
１０　　ガンダイオード
１１　　ピルパッケージ
１２　　突起部
１３　　セラミック円筒
１４　　導体部
１５　　ガンダイオード素子
１６　　金線リード
２０　　ガンダイオードマウント
３０　　バイアス基板
３０ａ　孔
３１　　バイアス線路
３１ａ　第１のバイアス線路
３１ｂ　第２のバイアス線路
３２　　伝送線路
３３　　導体ランド
３４　　共振電極
４１　　銅箔
４２　　金箔
４３　　はんだ
５１　　上部導体板
５２　　下部導体板
６０　　誘電体ストリップ
７０　　可変容量ダイオード

Claims

孔が設けられ、かつ表面に伝送線路が形成された基板と、ガンダイオードマウントと、該ガンダイオードマウントに一部が埋め込まれたガンダイオードとを有し、
前記基板は前記ガンダイオードマウント上に取り付けられ、
前記ガンダイオードの突起部は、その頂点が前記基板の表面よりも下に位置するように、前記基板の裏面側から前記孔に挿入され、
凸部が形成された金属箔が前記孔上に張り渡され、
前記金属箔を張り渡している両端部が前記伝送線路に接合され、
前記金属箔の凸部は前記ガンダイオードの突起部にある導体部と接合されていることを特徴とする、ガンダイオード発振器。
請求項１に記載のガンダイオード発振器と、可変容量ダイオードと、共振器とを含むことを特徴とする、電圧制御発振器。
請求項２に記載の電圧制御発振器を含むことを特徴とする、無線装置。