JP2009534975A - 放射線検出器 - Google Patents
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Abstract
Description
i)少なくとも1つの基板、
ii)検出すべき無線周波数信号を受信するための無線周波数入力端、
iii)局所発振器信号を受信するための局所発振器入力端、
iv)受信した無線周波数信号を局所発振器信号とミキシングすることにより中間周波数を生成する上で使用するために無線周波数入力端及び局所発振器入力端に結合され、且つ、基板によって支持されたミキサー、及び
v)検出器内の無線周波数信号の通過を制御し、中間周波数信号を抽出する上で使用するためのフィルタチャネルを有する電磁放射線検出器において、基板には、基板内に延びる軸方向を有するアパーチャが形成されており、フィルタチャネルの少なくとも一部分が上記アパーチャ内に収容されている電磁放射線検出器が提供されている。
i)検出すべき無線周波数信号を受信するための無線周波数入力端、
ii)無線周波数局所発振器信号を受信するための局所発振器入力端、
iii)無線周波数入力端に接続されると共に局所発振器入力端に接続され、受信した無線周波数信号を局所発振器信号とミキシングすることによって中間周波数信号を生成する上で使用するためのミキサー、及び
iv)中間周波数信号を抽出する上で使用するための中間周波数フィルタを有する電磁放射線検出器において、ミキサーから中間周波数フィルタへ中間周波数信号を送出するための電気的接続部が提供されており、上記電気的接続部は、中間周波数フィルタが検出器の使用中に無線周波数放射線に対し少なくとも実質的に開回路を提供するような形で、電磁放射線検出器内を走行する無線周波数放射線に対し中間周波数フィルタにより提供される電気的負荷を不整合させるように選択された長さを有している電磁放射線検出器が提供されている。
i)検出すべき無線周波数信号を受信するための無線周波数入力端、
ii)無線周波数局所発振器信号を受信するための局所発振器入力端、
iii)無線周波数入力端及び局所発振器入力端に結合され、受信した無線周波数信号を局所発振器信号とミキシングすることによって、中間周波数信号を生成する上で使用するためのミキサー、
iv)中間周波数信号を抽出する上で使用するための中間周波数フィルタを有する電磁放射線検出器において、ミキサーが局所発振器入力端及び無線周波数入力端に対してそれぞれの伝送線路によって結合されており、電磁放射線検出器は、さらに、無線周波数入力端の伝送線路に接続されたスタブ同調器を含み、上記スタブ同調器及び上記伝送線路の組合せの長さは、使用中にミキサーに対する局所発振器信号の結合を最適化するように選択されており、且つスタブ同調器の長さは、受信された無線周波数信号に対し中間仮想インピーダンスを提示するように選択されている電磁放射線検出器が提供されている。
・IF信号150GHz、代表的に0.1〜40GHz。
・RF放射線信号110GHz、代表的に200〜10000GHz。
・LO信号145GHz、代表的に100〜10000GHz。
図2を参照すると、フィードホーン115及びミキサー120は、実際には、各々そのミキサーを伴って共有一次基板210上のフィードホーンアレイの一部として構築され得る。1つの局所発振器(図2は図示せず)は、ミキサー120のうちのいくつかのものに対し分岐経路205に沿ってLO信号145を供給することができる。各々のミキサーからのIF出力のための経路215は、フィードホーン115から離れる方向で、基板210内に形成されている。
図3を参照すると、ミキサー120を収納する部域「M」は、より詳細には、入力されたRF信号110を送出する導波管300の端部と局所発振器信号145を送出する第2の導波管345の端部を含む。2つの導波管300、345の端部の間に延びている形で、金コーティングが施された石英基板315を収納する浅いチャネル305が存在する。石英基板315上の金コーティングは、パターニングされて以下のものを提供する。
・導波管300、345の端部からのRF信号及びLO信号110、145を結合させるための、基板310のいずれかの端部に1本ずつの2本のアンテナ320、335。
・アンテナにより送出されるそれぞれのRF信号及びLO信号110、145をミキシングするためのダイオードチップ310に対する支持体及び接続部。
・入力されたRF信号110がさらに走行するのを遮断するための高周波フィルタ314(「RFフィルタ」)。
すなわち、「ミリメートル、波長用エアブリッジ付きのガラス補強型GaAビームリード線ショットキーダイオード(Glass Reinforced GaAs Beam Lead Schottky Diode with Airbridge for Millimetre Wavelengths)」、1984年9月13日刊行、「エレクトロニクス レター(Electronics Letters)」、第20巻、第19号、787頁に公表されている。
図3及び5bを参照すると、共有一次基板210は、それを貫通して作られ、IF出力フィルタピン350を収納するビア340を有する。IF出力ピン350は、ガラス支持ビーズ330により所定の位置に保持されている。ピン350自体は、ベリリウム銅合金から機械加工され、金めっきされ、次に、銀含有エポキシ525によりガラスビーズ330の中心導体510に付着される。コネクタとマイクロ回路との間で収納壁のための密閉型フィードスルー構造を形成する上で使用されるのに適したガラスビーズは、アンリツ株式会社(Anritsu Corporation)といったようなメーカーによって供給される。ビーズ330自体は、中心導体510と同軸上に構成されている外部導体515を有し、インジウムを含むはんだ材料520を用いてビア340に固定される。外部導体515は、ビア340内部でメタライゼーションを用いて接地される。
・ピン350の横断面は、ダイオードチップ310からIF出力信号150のみを通過させ、LO信号及びRF信号145、110を遮断するべく、公知の原理に従ってプロファイリングされている。
・ビーズ330の中心導体510及びピン350の金めっきは、ダイオードチップ310にバイアス電流又は電圧を送出する上で使用可能である。
・ガラスビーズ330は、IF出力端のまわりに気密シールを提供し、かくして、完成した製品内にミキサー120を収納する部域「M」の環境を保護する。
図5b及び図9を参照すると、中心導体510により伝送されるミキサーのIF出力は、金ボンドワイヤ500及びバイアス送出回路500を用いて、例えば画像形成において使用するために送出される。バイアス送出回路500は、IF出力信号(IFin)150に対し透明であり、かくして、この信号はバイアス送出回路を横切って増幅及び画像形成機器まで送出され得る(IF出力信号(IFout)になる)。バイアス送出回路500の強度は、ダイオードチップ310に対し「もう一方の方向で」直流(「DC」)バイアス電圧又は電流を送出するためにこの回路を使用できる程度のものである。
大部分の検出においてそうであるように、本発明の実施形態の重要な1つの態様は、検出された信号の信号対雑音比にある。負荷内へといったように重要な点における電力の結合を改善するためにスタブ同調器を用いることにより無線周波数で動作するデバイスの性能を改善することは、公知である。スタブ同調器は、それらの設置点で純粋リアクタンスを生成する伝送線路の短絡又は開回路長として提供され得る。スタブ同調器の長さをゼロから半波長まで変動させることにより、あらゆる値のリアクタンスを作ることができるが、各々のスタブ同調器は1つの周波数でのみ有効に動作する。同様に、デバイスがうまく機能する周波数スペクトルを広げるために、2つ以上のスタブ同調器を使用することも知られている。
・LO信号に対するIF回路の影響を無視するのを助ける。
・石英基板315上の回路からIFピン350までのロバストな機械的インタフェースを形成する。
・ IF出力信号150をピン350まで伝送する。
1.LO導波管345からダイオードチップ310まで、そしてそれ以上には行かない、LO信号145の送出(「LO回路」)。
2.RF導波管300からダイオードチップ310まで、そしてそれ以上には行かない、RF信号110の送出(「RF回路」)。
3.ダイオードチップ310からIF出力ピン350までのミキシングされたLO/RF信号の送出(「IF信号」)。
2本のボンドワイヤ355は、ミキサー基板210のメタライズされた表面にそれらを超音波ボンディングすることによって、その自由端部で接地される。各々のボンドワイヤが基板210と接合する点は、無線周波数での物理的短絡部を形成する。この物理的短絡部が、上記の物理的な点における短絡部に対するLO信号及びRF信号の両回路の動作を有効にロックする。このとき、その他の全ての長さはこの位置との関係におけるものとなる。このことは、位相及び大きさの両方に関して言える。仮想短絡部ではなく物理的短絡部である上記の短絡部は、RF信号及びLO信号の両方の周波数に共通である。
その一方で、2本のボンドワイヤ355の長さ「S」は、ダイオードチップ310に対し中間仮想インピーダンス(すなわち、RF周波数で開回路と短絡との間の任意の値)を提示するRF周波数でおよそ3/4λである。この場合、ダイオードチップ310とRFフィルタ314との間のマイクロストリップの部分の長さ「Y」を変動させて、RF周波数でダイオードチップ310に対する最適な結合を提供することが可能である。長さ「Y」を変更することによるLO信号145に対する影響は最小限である。
IF信号出力端は、LO回路にとって見えないものであることが望ましい。フィルタピン350に対する接続部は、その遠位端部で金めっきフィルタピン350に接続されている第2の金ボンドワイヤ対325によって提供される。RF回路内のボンドワイヤ355に関して前述のものと同じ原理があてはまる。この場合、第2の金ボンドワイヤ325は高周波フィルタ314上で付着されてRF信号110を遮断することから、考慮すべき周波数はLO周波数だけである。このとき、フィルタピン350までのワイヤ325の長さ(図3に示されているような「T」)は、IFフィルタピンアセンブリと組合わされた場合に、IF出力全体の効果がダイオードチップ310に対するLO結合に関して最小限となるような形で選択される。LO周波数でIF出力により提示される負荷をデチューニングつまりチューニングアウトする長さを選択することにより、ワイヤ325をLO信号145にとって実質的に見えなくすることができる。実際には、長さ「T」は経験的に選択され、ボンドワイヤ326とピン350との間の相互接続に付随する寄生抵抗及びピン350の第1の部分の長さが、フィルタのLO信号145に対し無線周波数開回路を可能なかぎり遠くに提供することができるようにする。これらの要因が組合わさってLO周波数でλ/4又はλ/2長を提示する場合、同相反射及び所望の開回路が存在することになる。前述の実施形態においては、適切な長さ「T」は570μmである。
Claims (33)
- i)少なくとも1つの基板、
ii)検出すべき無線周波数信号を受信するための無線周波数入力端、
iii)局所発振器信号を受信するための局所発振器入力端、
iv)受信した無線周波数信号を局所発振器信号とミキシングすることにより中間周波数を生成する上で使用するために前記無線周波数入力端及び前記局所発振器入力端に結合され、且つ、前記基板によって支持されたミキサー、及び
v)検出器内の無線周波数信号の通過を制御し、前記中間周波数信号を抽出する上で使用するためのフィルタチャネルを有する電磁放射線検出器において、
前記基板には、前記基板内に延びる軸方向を有するアパーチャが形成されており、前記フィルタチャネルの少なくとも一部分が前記アパーチャ内に収容されていることを特徴とする、電磁放射線検出器。 - 前記基板が第1の対向する表面及び第2の対向する表面を有し、前記アパーチャの軸方向が前記第1の対向する表面から前記第2の対向する表面まで延びている、請求項1に記載の電磁放射線検出器。
- 前記ミキサーが前記基板の前記第1の対向する表面によって支持されている、請求項2に記載の電磁放射線検出器。
- 前記アパーチャが、前記検出器から前記中間周波数信号を抽出するための前記フィルタチャネルの中間周波数抽出部分を収容する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の電磁放射線検出器。
- 前記中間周波数抽出部分が、前記中間周波数信号の抽出を提供するように選択された物理的寸法を有する同軸フィルタを含む、請求項4に記載の電磁放射線検出器。
- 前記同軸フィルタが、4分の1波長フィルタを含む、請求項5に記載の電磁放射線検出器。
- 前記同軸フィルタが、前記アパーチャの全体的に円筒形の部分、及び全体的に円筒形の横断面を有するピンを含み、前記ピンが、前記円筒形の部分内に同軸上に取付けられている、請求項5又は6に記載の電磁放射線検出器。
- 前記アパーチャの円筒形の部分が導電性材料の表面を有し、前記ピンが、その1つの円筒形表面上又は複数の円筒形表面上に導電性コーティングを有する電気絶縁材料を含み、これらが一緒になって同軸フィルタを提供している、請求項7に記載の電磁放射線検出器。
- 同軸フィルタが、全体的に円筒形の横断面を有するピンを含み、前記ピンが、前記4分の1波長フィルタを提供するべくそれぞれ異なる直径をもつ少なくとも2つの部分を有する、請求項6〜8のいずれか一項に記載の電磁放射線検出器。
- 前記アパーチャ内に前記フィルタチャネルの前記少なくとも一部分を密封する気密シールをさらに含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の電磁放射線検出器。
- 前記ピンが、前記アパーチャに対し気密シールを提供するべく環状要素を用いて前記円筒形の部分内に取付けられている、請求項7〜9のいずれか一項に記載の電磁放射線検出器。
- 前記アパーチャの前記円筒形の部分が、環状要素が接して据付けられる少なくとも1つの突合せ表面を提供するべく横断面内に階段状変化を有する、請求項11に記載の電磁放射線検出器。
- i)検出すべき無線周波数信号を受信するための無線周波数入力端、
ii)無線周波数局所発振器信号を受信するための局所発振器入力端、
iii)前記無線周波数入力端に接続されると共に前記局所発振器入力端に接続され、受信した無線周波数信号を局所発振器信号とミキシングすることによって中間周波数信号を生成する上で使用するためのミキサー、及び
iv)前記中間周波数信号を抽出する上で使用するための中間周波数フィルタを有する電磁放射線検出器において、
前記ミキサーから前記中間周波数フィルタへ前記中間周波数信号を送出するための電気的接続部が提供されており、前記電気的接続部は、前記中間周波数フィルタが前記電磁放射線検出器の使用中に無線周波数放射線に対し少なくとも実質的に開回路を提供するような形で、前記電磁放射線検出器内を走行する無線周波数放射線に対し前記中間周波数フィルタにより提供される電気的負荷を不整合させるように選択された長さを有していることを特徴とする、電磁放射線検出器。 - 前記電気的接続部が、前記局所発振器入力端に接続される、請求項13に記載の電磁放射線検出器。
- 前記無線周波数入力端及び前記局所発振器入力端が各々少なくとも1つの導電体を含み、前記導電体の各々の長さが、前記電磁放射線検出器の使用中、前記中間周波数信号の波長よりもはるかに小さいものである、請求項13又は14に記載の電磁放射線検出器。
- 前記導電体の各々の長さが、前記電磁放射線検出器の使用中、前記中間周波数信号の波長の10分の1以下である、請求項15に記載の電磁放射線検出器。
- 前記導電体の各々が伝送線路を含む、請求項15又は16に記載の電磁放射線検出器。
- 前記ミキサーから前記中間周波数フィルタへ前記中間周波数信号を送出するための前記電気的接続部が、少なくとも1本のワイヤを含む、請求項13〜17のいずれか一項に記載の電磁放射線検出器。
- i)検出すべき無線周波数信号を受信するための無線周波数入力端、
ii)無線周波数局所発振器信号を受信するための局所発振器入力端、
iii)前記無線周波数入力端及び前記局所発振器入力端に結合され、受信した無線周波数信号を局所発振器信号とミキシングすることによって中間周波数信号を生成する上で使用するためのミキサー、及び
iv)前記中間周波数信号を抽出する上で使用するための中間周波数フィルタを有する電磁放射線検出器において、
前記ミキサーが前記局所発振器入力端及び前記無線周波数入力端に対してそれぞれの伝送線路によって結合されており、前記電磁放射線検出器は、さらに、前記無線周波数入力端の伝送線路に接続されたスタブ同調器を含み、前記スタブ同調器及び前記伝送線路の組合せの長さは、使用中に前記ミキサーに対する前記局所発振器信号の結合を最適化するように選択されており、且つ前記スタブ同調器の長さは、受信した無線周波数信号に対し中間仮想インピーダンスを提示するように選択されていることを特徴とする、電磁放射線検出器。 - 前記スタブ同調器の長さが、前記電磁放射線検出器の使用中、前記局所発振器信号の波長の半分未満と同等の距離を提示している、請求項19に記載の電磁放射線検出器。
- 前記スタブ同調器の長さが、前記電磁放射線検出器の使用中、前記局所発振器信号の波長の半分未満に等しい、請求項20に記載の電磁放射線検出器。
- 前記局所発振器入力端が、前記電磁放射線検出器内の受信した無線周波数信号の走行を制限するための無線周波数フィルタを含む、請求項19〜21のいずれか一項に記載の電磁放射線検出器。
- 前記局所発振器入力端が、前記無線周波数フィルタを前記ミキサーに接続する伝送線路を含み、前記伝送線路の長さが、使用中に、前記ミキサーに対し受信した無線周波数信号の結合を最適化するように前記スタブ同調器の長さと併せて選択される、請求項22に記載の電磁放射線検出器。
- 前記スタブ同調器の長さが、前記電磁放射線検出器の使用中、受信した無線周波数信号の全波長未満で波長の半分超と同等の距離を提示している、請求項19〜23のいずれか一項に記載の電磁放射線検出器。
- 前記スタブ同調器の長さが、前記電磁放射線検出器の使用中、受信した無線周波数信号の全波長未満で波長の半分超に等しい、請求項19〜24のいずれか一項に記載の電磁放射線検出器。
- 前記ミキサーが基板により支持されており、前記基板が導電性表面を有し、前記スタブ同調器の片端が前記導電性表面に接続されている、請求項19〜25のいずれか一項に記載の電磁放射線検出器。
- 前記無線周波数入力端、前記局所発振器入力端及び前記ミキサーが全て、それ自体導電性表面を有する前記基板により支持されている共有基板上に取付けられている、請求項26に記載の電磁放射線検出器。
- 導電性表面をもつ前記基板には貫通するアパーチャが形成されており、前記中間周波数フィルタが前記アパーチャ内に取付けられている、請求項26又は27に記載の電磁放射線検出器。
- 前記スタブ同調器が、少なくとも1本のワイヤを含む、請求項19〜28のいずれか一項に記載の電磁放射線検出器。
- 前記スタブ同調器が、異なる長さの少なくとも2つの導電性要素を含む、請求項19〜29のいずれか一項に記載の電磁放射線検出器。
- 前記ミキサーが、分数調波ミキサーを含む、請求項1〜30のいずれか一項に記載の電磁放射線検出器。
- 前記ミキサーが、一対の平衡型ダイオードを含む、請求項1〜31のいずれか一項に記載の電磁放射線検出器。
- 請求項1〜32のいずれか一項に記載の電磁放射線検出器を含むテラヘルツ放射カメラ。
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