JP2666880B2 - ビーム出力型マイクロ波ミリ波発振装置 - Google Patents
ビーム出力型マイクロ波ミリ波発振装置Info
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- resonator
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
- H03B7/00—Generation of oscillations using active element having a negative resistance between two of its electrodes
- H03B7/12—Generation of oscillations using active element having a negative resistance between two of its electrodes with frequency-determining element comprising distributed inductance and capacitance
- H03B7/14—Generation of oscillations using active element having a negative resistance between two of its electrodes with frequency-determining element comprising distributed inductance and capacitance active element being semiconductor device
- H03B7/146—Generation of oscillations using active element having a negative resistance between two of its electrodes with frequency-determining element comprising distributed inductance and capacitance active element being semiconductor device with several semiconductor devices
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/44—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element
- H01Q3/46—Active lenses or reflecting arrays
-
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
- H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
- H03B5/18—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising distributed inductance and capacitance
- H03B5/1864—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising distributed inductance and capacitance the frequency-determining element being a dielectric resonator
- H03B5/187—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising distributed inductance and capacitance the frequency-determining element being a dielectric resonator the active element in the amplifier being a semiconductor device
- H03B5/1876—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising distributed inductance and capacitance the frequency-determining element being a dielectric resonator the active element in the amplifier being a semiconductor device the semiconductor device being a field-effect device
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、マイクロ波〜ミリ波
帯の高いスペクトル純度の発振を実現し、ビーム出力と
して直接取り出す事ができる他、複数の発振素子からの
出力を共振器内で波面合成し高効率な電力合成を実現す
るビーム出力型マイクロ波ミリ波発振装置に関する。
帯の高いスペクトル純度の発振を実現し、ビーム出力と
して直接取り出す事ができる他、複数の発振素子からの
出力を共振器内で波面合成し高効率な電力合成を実現す
るビーム出力型マイクロ波ミリ波発振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】高周波発振出力の周波数安定化と低位相
雑音化のために高いＱ値の共振器に結合し発振させる方
法が通常用いられ、特に、準マイクロ〜マイクロ波帯で
は、トランジスタ回路に誘電体共振器（ＤＲＯ）を組み
合わせた平面回路型発振器が広く用いられる様になって
いる。一方、ミリ波帯では従来からの導波管マウントを
用いた発振器が現在も用いられており、これらは導波管
を仕切ったタイプの方形あるいは円筒状の共振器を用い
ているのが普通でありＱ値は低く、利得帯域の広いミリ
波用トランジスタとの組み合わせに対しては高品質の発
振スペクトルは期待できない。マイクロ波帯で用いられ
ている誘電体共振器をミリ波帯に拡張して用いるための
試みも成されている。しかし、短波長化による共振器Ｑ
値の低下の問題は同じようにあり、今後普及発展すると
考えられるマイクロ波ミリ波帯の平面回路との組み合わ
せに適した新しい高Ｑ値の共振器技術が必要になってい
る。
雑音化のために高いＱ値の共振器に結合し発振させる方
法が通常用いられ、特に、準マイクロ〜マイクロ波帯で
は、トランジスタ回路に誘電体共振器（ＤＲＯ）を組み
合わせた平面回路型発振器が広く用いられる様になって
いる。一方、ミリ波帯では従来からの導波管マウントを
用いた発振器が現在も用いられており、これらは導波管
を仕切ったタイプの方形あるいは円筒状の共振器を用い
ているのが普通でありＱ値は低く、利得帯域の広いミリ
波用トランジスタとの組み合わせに対しては高品質の発
振スペクトルは期待できない。マイクロ波帯で用いられ
ている誘電体共振器をミリ波帯に拡張して用いるための
試みも成されている。しかし、短波長化による共振器Ｑ
値の低下の問題は同じようにあり、今後普及発展すると
考えられるマイクロ波ミリ波帯の平面回路との組み合わ
せに適した新しい高Ｑ値の共振器技術が必要になってい
る。
【０００３】また、ミリ波以上の周波数帯では発振素子
単体の出力は原理的に制限され大きな出力を得る為に
は、複数の発振素子からの出力を電力合成する技術が必
要であり、近年この電力合成の為にファブリペロー共振
器を用いた実験が行われている。一組の平行平面鏡又は
平面鏡と球面鏡を対向させたファブリペロー共振器の内
部に、半導体素子、あるいは超伝導のジョセフソン素子
を共振器内部に二次元的に配置した方式が報告されてい
る。しかし、共振器技術を含め発振器の構成技術に問題
があると考えられ、実験的に得られている電力合成の効
率は低く、電力合成に関する原理的な実験にとどまって
いるのが現状である。
単体の出力は原理的に制限され大きな出力を得る為に
は、複数の発振素子からの出力を電力合成する技術が必
要であり、近年この電力合成の為にファブリペロー共振
器を用いた実験が行われている。一組の平行平面鏡又は
平面鏡と球面鏡を対向させたファブリペロー共振器の内
部に、半導体素子、あるいは超伝導のジョセフソン素子
を共振器内部に二次元的に配置した方式が報告されてい
る。しかし、共振器技術を含め発振器の構成技術に問題
があると考えられ、実験的に得られている電力合成の効
率は低く、電力合成に関する原理的な実験にとどまって
いるのが現状である。
【０００４】ファブリペロー共振器の内部に増幅素子を
配置する概念は、誘導放出による光増幅の作用を用いた
レーザー発振技術を相似的に用いている方式と考えるこ
ともできる。マイクロ波以上の高い周波数の電波では光
と同様なビームとしての扱いが便利である場合が多くな
り、特に、ミリ波帯では準光学的技術が非常に重要な側
面を担う様になっている。
配置する概念は、誘導放出による光増幅の作用を用いた
レーザー発振技術を相似的に用いている方式と考えるこ
ともできる。マイクロ波以上の高い周波数の電波では光
と同様なビームとしての扱いが便利である場合が多くな
り、特に、ミリ波帯では準光学的技術が非常に重要な側
面を担う様になっている。
【０００５】球面鏡を組み合わせたレーザー発振用共振
器としてのファブリペロー共振器は、１９６０年代に盛
んに研究が行われ、光技術として確立している。しか
し、光に比べ３桁以上長い波長となる近ミリ波（数百Ｇ
Ｈｚ帯のサブミリ波）以下の周波数の電波に対しては、
光技術とマイクロ波技術と境界技術領域でありマイクロ
波技術からの導波路技術、と光技術からのビーム技術と
の接続と相互変換技術部分に未開拓な問題が多く、また
高度に発達したマイクロ波回路技術もそのままの技術的
拡張では高性能な発振装置を実現し難くなっており、光
のビーム技術とマイクロ波ミリ波発振回路技術との有機
的な結合による新しい技術が重要となっている。
器としてのファブリペロー共振器は、１９６０年代に盛
んに研究が行われ、光技術として確立している。しか
し、光に比べ３桁以上長い波長となる近ミリ波（数百Ｇ
Ｈｚ帯のサブミリ波）以下の周波数の電波に対しては、
光技術とマイクロ波技術と境界技術領域でありマイクロ
波技術からの導波路技術、と光技術からのビーム技術と
の接続と相互変換技術部分に未開拓な問題が多く、また
高度に発達したマイクロ波回路技術もそのままの技術的
拡張では高性能な発振装置を実現し難くなっており、光
のビーム技術とマイクロ波ミリ波発振回路技術との有機
的な結合による新しい技術が重要となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】以上に述べた従来技術
においては、通信・計測技術上必要となる変調回路、制
御回路等の付属回路との一体化構成に適し、高Ｑ値の共
振器とを接続することによる周波数安定化及び低位相雑
音化と同時に、発振出力を低サイドローブのビーム出力
として取り出すことのできるマイクロ波ミリ波帯の発振
装置を実現するための概念はなく、これらの技術の組み
合わせに依って小形軽量な送信機の実現は困難である。
この付属回路との一体化構成への適合性は、現在盛んに
開発されつつあるマイクロ波ミリ波帯の集積回路（ＭＭ
ＩＣ）技術とあわせ、小形軽量で実用的な送受信機を実
現する上で重要である。また、マイクロ波ミリ波の発振
出力を増加する必要がある場合に用いられる従来技術の
電力合成では、増幅素子が共振器内部に置かれるため、
電力合成と同時に通信・計測等の実利用上必要な変調回
路や制御回路等の各種の付属回路との接続に非常に大き
な制限が生じ、実用上不都合な点が多く、マイクロ波ミ
リ波発振装置の新しい構成技術の開発が望まれている。
においては、通信・計測技術上必要となる変調回路、制
御回路等の付属回路との一体化構成に適し、高Ｑ値の共
振器とを接続することによる周波数安定化及び低位相雑
音化と同時に、発振出力を低サイドローブのビーム出力
として取り出すことのできるマイクロ波ミリ波帯の発振
装置を実現するための概念はなく、これらの技術の組み
合わせに依って小形軽量な送信機の実現は困難である。
この付属回路との一体化構成への適合性は、現在盛んに
開発されつつあるマイクロ波ミリ波帯の集積回路（ＭＭ
ＩＣ）技術とあわせ、小形軽量で実用的な送受信機を実
現する上で重要である。また、マイクロ波ミリ波の発振
出力を増加する必要がある場合に用いられる従来技術の
電力合成では、増幅素子が共振器内部に置かれるため、
電力合成と同時に通信・計測等の実利用上必要な変調回
路や制御回路等の各種の付属回路との接続に非常に大き
な制限が生じ、実用上不都合な点が多く、マイクロ波ミ
リ波発振装置の新しい構成技術の開発が望まれている。
【０００６】本発明は、上記の事情に艦がみてなされた
もので、マイクロ波からサブミリ波帯まで用いる事ので
きる高Ｑ値の共振器技術を用い、発振周波数の安定化と
低位相雑音化が可能で、直線偏波又は円偏波の形で直接
発振し、該発振出力を直接低サイドローブのビームとし
て取り出すことができる他、通信技術や計測技術での利
用の上で欠く事のできない低速〜高速の各種の変調回路
や制御のための付属回路を効率よく組み合わせ可能で、
ミリ波集積回路（ＭＭＩＣ）等との一体化に適した、準
平面的な送信機を実現でき、発振出力の増加を必要とす
る場合には高効率な電力合成機能を付加することが可能
な、実用技術上の重要な特徴をもつ新しいビーム出力型
マイクロ波ミリ波発振装置を提供することにある。
もので、マイクロ波からサブミリ波帯まで用いる事ので
きる高Ｑ値の共振器技術を用い、発振周波数の安定化と
低位相雑音化が可能で、直線偏波又は円偏波の形で直接
発振し、該発振出力を直接低サイドローブのビームとし
て取り出すことができる他、通信技術や計測技術での利
用の上で欠く事のできない低速〜高速の各種の変調回路
や制御のための付属回路を効率よく組み合わせ可能で、
ミリ波集積回路（ＭＭＩＣ）等との一体化に適した、準
平面的な送信機を実現でき、発振出力の増加を必要とす
る場合には高効率な電力合成機能を付加することが可能
な、実用技術上の重要な特徴をもつ新しいビーム出力型
マイクロ波ミリ波発振装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】球面鏡と平面鏡叉は、二
つの球面鏡からなる一対の反射鏡を、双方の鏡面での反
射波が繰り返し重畳されるように対向させ保持する機構
と、一方の反射鏡面に当該共振器の光軸を中心とする円
形の部分透過性の鏡面領域を設け自由空間との電磁波結
合部を成し、当該部分透過性の鏡面領域が波長に比較し
て細かな格子状の高導電性の導体パターンからなる高反
射率の鏡面であり、当該共振器を構成する他方の反射鏡
は、導体反射鏡面からなり、該反射鏡面の部分を成すス
トリップ素子と、該ストリップ素子の裏面に高周波信号
の導波路との結合部を備え、該導波路に接続する負性抵
抗増幅回路とからなり、当該共振器と該導波路との該結
合部の結合度は密結合である。
つの球面鏡からなる一対の反射鏡を、双方の鏡面での反
射波が繰り返し重畳されるように対向させ保持する機構
と、一方の反射鏡面に当該共振器の光軸を中心とする円
形の部分透過性の鏡面領域を設け自由空間との電磁波結
合部を成し、当該部分透過性の鏡面領域が波長に比較し
て細かな格子状の高導電性の導体パターンからなる高反
射率の鏡面であり、当該共振器を構成する他方の反射鏡
は、導体反射鏡面からなり、該反射鏡面の部分を成すス
トリップ素子と、該ストリップ素子の裏面に高周波信号
の導波路との結合部を備え、該導波路に接続する負性抵
抗増幅回路とからなり、当該共振器と該導波路との該結
合部の結合度は密結合である。
【０００８】また、上記一対の反射鏡の一方の反射鏡面
に、自由空間との電磁波結合部として設ける円形の部分
透過性の鏡面領域が、波長に比較して細かな二次元格子
状の導体パターンからなる反射鏡面であり、他方の反射
鏡面の上記部分透過性の鏡面領域と対面する部分を成す
ストリップ素子の裏面に直交する二つの偏波成分に対応
する高周波信号の導波路との結合部を備える負性抵抗増
幅回路とからなる。
に、自由空間との電磁波結合部として設ける円形の部分
透過性の鏡面領域が、波長に比較して細かな二次元格子
状の導体パターンからなる反射鏡面であり、他方の反射
鏡面の上記部分透過性の鏡面領域と対面する部分を成す
ストリップ素子の裏面に直交する二つの偏波成分に対応
する高周波信号の導波路との結合部を備える負性抵抗増
幅回路とからなる。
【０００９】また、該共振器を形成し、当該共振器の光
軸を中心とする円形の部分透過性の鏡面領域を設けた一
方の反射鏡に対向する、他方の反射鏡の導体反射鏡面が
当該反射鏡面の部分を成す複数のストリップ素子と当該
ストリップ素子の各々の裏側に高周波信号の導波路との
結合部を備え、該各々の導波路に接続する負性抵抗増幅
回路と、該各々のストリップ素子と結合部及び導波路を
経て接続する各々の負性抵抗増幅回路までの電気長が相
互に等しくなる構成である。
軸を中心とする円形の部分透過性の鏡面領域を設けた一
方の反射鏡に対向する、他方の反射鏡の導体反射鏡面が
当該反射鏡面の部分を成す複数のストリップ素子と当該
ストリップ素子の各々の裏側に高周波信号の導波路との
結合部を備え、該各々の導波路に接続する負性抵抗増幅
回路と、該各々のストリップ素子と結合部及び導波路を
経て接続する各々の負性抵抗増幅回路までの電気長が相
互に等しくなる構成である。
【００１０】また、該一対の反射鏡面間に低損失誘電体
を充填したと等価な構造を持つ。
を充填したと等価な構造を持つ。
【００１１】また、該一対の反射鏡間の間隔を変化させ
保持する機構を持つ。
保持する機構を持つ。
【００１２】また、該一対の反射鏡で形成される共振器
の反射鏡間隔を保持する機構と、該共振器と電磁的に結
合する導波路を備え、当該導波路のリアクタンス成分を
変化させる機構を備える。
の反射鏡間隔を保持する機構と、該共振器と電磁的に結
合する導波路を備え、当該導波路のリアクタンス成分を
変化させる機構を備える。
【００１３】また、該一方の反射鏡面に設ける高周波電
磁界の導波路との結合部は、金属導波管、同軸伝送路、
ストリップライン型及びコプレーナ型の平面導波路のい
ずれとの結合であってもよい。
磁界の導波路との結合部は、金属導波管、同軸伝送路、
ストリップライン型及びコプレーナ型の平面導波路のい
ずれとの結合であってもよい。
【００１４】
【作用】上記構成の発振装置によれば、導波路を伝送さ
れた負性抵抗増幅回路からの微小振幅の高周波信号成分
は一方の反射鏡面の部分を成す導体反射鏡面領域（スト
リップ素子）の裏面にある高周波信号の導波路との結合
部を経て該一方の反射鏡面の部分を成すストリップ素子
に高周波電流を誘起し、該ストリップ素子上の高周波電
流は、球面鏡と平面鏡からなる一対の反射鏡を、双方の
鏡面での反射波が繰り返し重畳されるように対向させ構
成された共振器内に放射され、該負性抵抗増幅回路から
の微小振幅の高周波信号成分のうち当該一対の反射鏡面
の間隔が２πの整数倍の位相差を生じさせる周波数成分
については、球面鏡の集光作用により軸に沿った安定な
電磁界分布が形成され、電磁波のエネルギー分布は電磁
波の伝搬する方向の中心軸付近で高くその軸から離れる
に従って急激に低下するガウシアンビーム（基本モード
ＴＥＭooq ；ｑは縦モード数を表す整数）で表現される
共振器モードが励振され、発振の初期段階では共振器内
部からの微弱な反射波が該共振器へ結合入射したのと逆
向きの経路を経て負性抵抗増幅回路に返り、増幅されて
再び導波路を伝送され結合部を経て共振器に結合し、こ
の増幅帰還のループの繰り返しにより共振器内部の電磁
界振幅は増大し、電磁界振幅の成長とともに負性抵抗に
よる増幅利得が減少し一定振幅の発振状態となり、共振
器内部に蓄積された高周波電力は、当該共振器を形成す
る他方の反射鏡面に設けられ自由空間との電磁波結合部
を成す円形の部分透過性の鏡面領域からガウシアンビー
ムを空間へしみ出させる形で放射し、開口面電力分布が
ガウシアン又はそれの中心部分を切りとった形態を成す
ことから、低サイドローブ特性のマイクロ波ミリ波発振
装置となる。
れた負性抵抗増幅回路からの微小振幅の高周波信号成分
は一方の反射鏡面の部分を成す導体反射鏡面領域（スト
リップ素子）の裏面にある高周波信号の導波路との結合
部を経て該一方の反射鏡面の部分を成すストリップ素子
に高周波電流を誘起し、該ストリップ素子上の高周波電
流は、球面鏡と平面鏡からなる一対の反射鏡を、双方の
鏡面での反射波が繰り返し重畳されるように対向させ構
成された共振器内に放射され、該負性抵抗増幅回路から
の微小振幅の高周波信号成分のうち当該一対の反射鏡面
の間隔が２πの整数倍の位相差を生じさせる周波数成分
については、球面鏡の集光作用により軸に沿った安定な
電磁界分布が形成され、電磁波のエネルギー分布は電磁
波の伝搬する方向の中心軸付近で高くその軸から離れる
に従って急激に低下するガウシアンビーム（基本モード
ＴＥＭooq ；ｑは縦モード数を表す整数）で表現される
共振器モードが励振され、発振の初期段階では共振器内
部からの微弱な反射波が該共振器へ結合入射したのと逆
向きの経路を経て負性抵抗増幅回路に返り、増幅されて
再び導波路を伝送され結合部を経て共振器に結合し、こ
の増幅帰還のループの繰り返しにより共振器内部の電磁
界振幅は増大し、電磁界振幅の成長とともに負性抵抗に
よる増幅利得が減少し一定振幅の発振状態となり、共振
器内部に蓄積された高周波電力は、当該共振器を形成す
る他方の反射鏡面に設けられ自由空間との電磁波結合部
を成す円形の部分透過性の鏡面領域からガウシアンビー
ムを空間へしみ出させる形で放射し、開口面電力分布が
ガウシアン又はそれの中心部分を切りとった形態を成す
ことから、低サイドローブ特性のマイクロ波ミリ波発振
装置となる。
【００１５】また、上記構成のビーム出力型マイクロ波
ミリ波発振装置によれば、共振器内に互いに直交する偏
波成分を同時に励振し、直交偏波成分相互の位相角が９
０度となるようにに設定することができ、その際いずれ
の直交成分の位相角が９０度進んでいるかによって右回
り或いは左回りの円偏波を選択的に励振することにな
り、二次元格子状の導体パターンからなる部分透過性の
鏡面領域から円偏波ビーム出力として放射するマイクロ
波ミリ波発振装置が実現できる。
ミリ波発振装置によれば、共振器内に互いに直交する偏
波成分を同時に励振し、直交偏波成分相互の位相角が９
０度となるようにに設定することができ、その際いずれ
の直交成分の位相角が９０度進んでいるかによって右回
り或いは左回りの円偏波を選択的に励振することにな
り、二次元格子状の導体パターンからなる部分透過性の
鏡面領域から円偏波ビーム出力として放射するマイクロ
波ミリ波発振装置が実現できる。
【００１６】また、上記構成のビーム出力型マイクロ波
ミリ波発振装置によれば、共振器を構成する一方の導体
反射鏡面の部分を成す複数のストリップ素子は各々の負
性抵抗増幅器により同位相で励振され、当該共振器を共
有する複数の負性抵抗増幅素子の発振が同位相で互いに
重畳され高い効率の電力合成を実現し、ビーム出力とし
て放射するマイクロ波ミリ波発振装置が実現できる。
ミリ波発振装置によれば、共振器を構成する一方の導体
反射鏡面の部分を成す複数のストリップ素子は各々の負
性抵抗増幅器により同位相で励振され、当該共振器を共
有する複数の負性抵抗増幅素子の発振が同位相で互いに
重畳され高い効率の電力合成を実現し、ビーム出力とし
て放射するマイクロ波ミリ波発振装置が実現できる。
【００１７】また、上記構成のビーム出力型マイクロ波
ミリ波発振装置によれば、機械的又は電気的に該共振器
の共振周波数を変化し、発振周波数を可変するビーム出
力型マイクロ波ミリ波発振装置が実現できる。
ミリ波発振装置によれば、機械的又は電気的に該共振器
の共振周波数を変化し、発振周波数を可変するビーム出
力型マイクロ波ミリ波発振装置が実現できる。
【００１８】
【実施例】以下、この発明の実施例について、図面を参
照して詳細に説明する。
照して詳細に説明する。
【００１９】本発明の、ビーム出力型マイクロ波ミリ波
発振装置の形態上の特徴を明らかにするために発振装置
の構成の概略を明らかにする。図１は、公知の発振装置
の一構成例の概略を示す図であり、共振器１の内部に負
性抵抗増幅回路２が組み込まれ、インピーダンスＺL で
表される負荷３は発振電力を共振器外部へ取り出すこと
による損失の付加分を表現している。この構成例に代表
されものに、増幅媒質を共振器内部に持つレーザー発振
装置があり、この場合空間にビームとして発振電力を取
り出すことが負荷３に対応している。
発振装置の形態上の特徴を明らかにするために発振装置
の構成の概略を明らかにする。図１は、公知の発振装置
の一構成例の概略を示す図であり、共振器１の内部に負
性抵抗増幅回路２が組み込まれ、インピーダンスＺL で
表される負荷３は発振電力を共振器外部へ取り出すこと
による損失の付加分を表現している。この構成例に代表
されものに、増幅媒質を共振器内部に持つレーザー発振
装置があり、この場合空間にビームとして発振電力を取
り出すことが負荷３に対応している。
【００２０】図２は、公知の発振装置の他の構成例の概
略を示す図であり、共振器１と負性抵抗増幅回路２が接
続され、負荷３は負性抵抗増幅回路２の他の端子に取り
付けられ発振電力が共振器１とは別のポートから取り出
される場合を示している。これは、マイクロ波以下の周
波数帯の携帯用通信装置に広く用いられている発振装置
の構成であり、共振器１には高誘電率の小型化した誘電
体共振器が組み込まれている。
略を示す図であり、共振器１と負性抵抗増幅回路２が接
続され、負荷３は負性抵抗増幅回路２の他の端子に取り
付けられ発振電力が共振器１とは別のポートから取り出
される場合を示している。これは、マイクロ波以下の周
波数帯の携帯用通信装置に広く用いられている発振装置
の構成であり、共振器１には高誘電率の小型化した誘電
体共振器が組み込まれている。
【００２１】図３は、本発明の発振装置の構成を最も簡
単に表現した図であり、共振器１と負性抵抗増幅回路２
が導波路４で接続され、インピーダンスＺL で表される
負荷３は発振電力をビーム５の形で共振器外部へ取り出
すことによる損失の付加分を表現している。
単に表現した図であり、共振器１と負性抵抗増幅回路２
が導波路４で接続され、インピーダンスＺL で表される
負荷３は発振電力をビーム５の形で共振器外部へ取り出
すことによる損失の付加分を表現している。
【００２２】図１〜３図の発振装置で、共振器１側から
見た負性抵抗増幅回路２の利得を負性抵抗（−ｒ）で表
すことができる。発振が開始するための条件は、負性抵
抗増幅回路の利得が負荷の損失を上回っていることすな
わちｒ＞Ｒｅ（ＺL）である。発振の定常状態では利得
と損失が釣りあった状態であり、このとき負荷３で消費
される電力を負性抵抗増幅回路２が供給し補っている。
見た負性抵抗増幅回路２の利得を負性抵抗（−ｒ）で表
すことができる。発振が開始するための条件は、負性抵
抗増幅回路の利得が負荷の損失を上回っていることすな
わちｒ＞Ｒｅ（ＺL）である。発振の定常状態では利得
と損失が釣りあった状態であり、このとき負荷３で消費
される電力を負性抵抗増幅回路２が供給し補っている。
【００２３】準光学的共振器を用いたマイクロ波ミリ波
帯の発振装置の実験は、図１に示す構成の発振装置で電
力合成技術の研究として行われている。図４は、Rutled
geらによる実験例（Z.B.Popovic, M.Kim, D.B.Rutledg
e, Inter. J. of Infrared and Millimeter Waves, Vo
l.9, pp.647-654, 1988.）を示し、部分透過性平面鏡６
と平面反射鏡７からなる平行平面型共振器の内部に負性
抵抗増幅素子の二次元アレー８を配置した構成であり、
信号の振幅は該負性抵抗増幅素子の二次元アレー８を通
過するごとに増幅され、二つの鏡面間での反射による位
相差が、２πの整数倍に等しいとき発振状態となり、合
成された発振出力は部分透過性平面鏡６から放射され
る。
帯の発振装置の実験は、図１に示す構成の発振装置で電
力合成技術の研究として行われている。図４は、Rutled
geらによる実験例（Z.B.Popovic, M.Kim, D.B.Rutledg
e, Inter. J. of Infrared and Millimeter Waves, Vo
l.9, pp.647-654, 1988.）を示し、部分透過性平面鏡６
と平面反射鏡７からなる平行平面型共振器の内部に負性
抵抗増幅素子の二次元アレー８を配置した構成であり、
信号の振幅は該負性抵抗増幅素子の二次元アレー８を通
過するごとに増幅され、二つの鏡面間での反射による位
相差が、２πの整数倍に等しいとき発振状態となり、合
成された発振出力は部分透過性平面鏡６から放射され
る。
【００２４】また、球面反射鏡を用いたファブリペロー
共振器による電力合成技術の研究としては、水野らによ
るグルーブドミラー（金属鏡に平行な溝加工をした鏡
面）を用いた実験（図５参照；J.Bae, Y.Aburakawa, H.
Kondo, T.Tanaka, and K.Mizuno, IEEE Trans. Microwa
ve Theory and Techniques vol.41, pp1851-1855, 199
3.）と、Frayne らによる発振素子と一体化したパッチ
アンテナのアレーを共振器内部に配置した実験がある
（図６参照）。
共振器による電力合成技術の研究としては、水野らによ
るグルーブドミラー（金属鏡に平行な溝加工をした鏡
面）を用いた実験（図５参照；J.Bae, Y.Aburakawa, H.
Kondo, T.Tanaka, and K.Mizuno, IEEE Trans. Microwa
ve Theory and Techniques vol.41, pp1851-1855, 199
3.）と、Frayne らによる発振素子と一体化したパッチ
アンテナのアレーを共振器内部に配置した実験がある
（図６参照）。
【００２５】図５の構成の発振装置の共振器は、球面反
射鏡９に対向して固定反射部１０及び可動反射部１１か
らなるグルーブドミラーを配置し、溝領域１２に負性抵
抗増幅素子１３をマウントし、球面反射鏡９と固定反射
部１０の間隔と可動反射部１１の位置を調整することで
発振させ電力合成された共振器内のエネルギーは結合孔
１４から導波管１５をへて取り出される。
射鏡９に対向して固定反射部１０及び可動反射部１１か
らなるグルーブドミラーを配置し、溝領域１２に負性抵
抗増幅素子１３をマウントし、球面反射鏡９と固定反射
部１０の間隔と可動反射部１１の位置を調整することで
発振させ電力合成された共振器内のエネルギーは結合孔
１４から導波管１５をへて取り出される。
【００２６】図６の構成の発振装置の共振器は、球面反
射鏡９と負性抵抗増幅素子と一体化したパッチアンテナ
１６のアレーの接地導体面とを兼ねる平面反射鏡面７に
より形成され、負性抵抗増幅回路２にはガンダイオード
が用いられており、共振器内部で電力合成された高周波
電力は結合孔１４から取り出される。（P.G.Frayne,and
J.Potter, Electronics Letters vol.26, p2070, 199
0.）
射鏡９と負性抵抗増幅素子と一体化したパッチアンテナ
１６のアレーの接地導体面とを兼ねる平面反射鏡面７に
より形成され、負性抵抗増幅回路２にはガンダイオード
が用いられており、共振器内部で電力合成された高周波
電力は結合孔１４から取り出される。（P.G.Frayne,and
J.Potter, Electronics Letters vol.26, p2070, 199
0.）
【００２７】以上のように、準光学的共振器を用いた発
振装置では、負性抵抗増幅回路２はビーム出力型である
か導波管出力型であるかを問わず、図１に示すような共
振器１の内部に配置される構成であるため、電気通信技
術や計測技術応用を考慮した場合付属回路との一体化や
接続に不都合であり、マイクロ波ミリ波集積回路との一
体化を考慮した発振装置の新しい構成が必要である。
振装置では、負性抵抗増幅回路２はビーム出力型である
か導波管出力型であるかを問わず、図１に示すような共
振器１の内部に配置される構成であるため、電気通信技
術や計測技術応用を考慮した場合付属回路との一体化や
接続に不都合であり、マイクロ波ミリ波集積回路との一
体化を考慮した発振装置の新しい構成が必要である。
【００２８】本発明によるビーム出力型マイクロ波ミリ
波発振装置では、図３に示すように、負性抵抗増幅回路
２が物理的構造において共振器１の外側に配置され導波
路４により相互に接続され、発振出力は共振器１からビ
ーム５として空間に取り出される構成であり、この損失
分が負荷３として表されている。
波発振装置では、図３に示すように、負性抵抗増幅回路
２が物理的構造において共振器１の外側に配置され導波
路４により相互に接続され、発振出力は共振器１からビ
ーム５として空間に取り出される構成であり、この損失
分が負荷３として表されている。
【００２９】本発明によるビーム出力型マイクロ波ミリ
波発振装置では、原理的に各種のタイプの負性抵抗増幅
回路２が組み合わせ可能であるが、以下に具体的な実施
例に付いて述べる。
波発振装置では、原理的に各種のタイプの負性抵抗増幅
回路２が組み合わせ可能であるが、以下に具体的な実施
例に付いて述べる。
【００３０】負性抵抗は、発振を生じさせるために基本
的に必要であるが、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、
高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、ヘテロバイポ
ーラトランジスタ（ＨＢＴ）等のマイクロ波ミリ波用ト
ランジスタ素子を用い負性抵抗増幅回路２が構成でき
る。図７は、ＨＥＭＴを用いて試作し、本発明によるビ
ーム出力型マイクロ波ミリ波発振装置の実験に使用した
負性抵抗増幅回路２の実施例を示す図であり、Ｘバンド
の発振用にはパッケージＨＥＭＴ（Fujitsu FHX35LG）
を、Ｋaバンドの発振用にはチップＨＥＭＴ（Fujitsu F
HR10X）を用いた。
的に必要であるが、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、
高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、ヘテロバイポ
ーラトランジスタ（ＨＢＴ）等のマイクロ波ミリ波用ト
ランジスタ素子を用い負性抵抗増幅回路２が構成でき
る。図７は、ＨＥＭＴを用いて試作し、本発明によるビ
ーム出力型マイクロ波ミリ波発振装置の実験に使用した
負性抵抗増幅回路２の実施例を示す図であり、Ｘバンド
の発振用にはパッケージＨＥＭＴ（Fujitsu FHX35LG）
を、Ｋaバンドの発振用にはチップＨＥＭＴ（Fujitsu F
HR10X）を用いた。
【００３１】ドレイン１７側に一端開放スタブ１８と、
ソース１９側のソースインダクタンス２０により、ゲー
ト２１側から素子を見たインピーダンスが負性抵抗を持
つようにしてある。ゲートバイアスパッド２２と、ドレ
インバイアスパッド２３はＨＥＭＴへの直流バイアス供
給用であり、導波路２４により共振器１と接続された。
図７は、マイクロストリップラインで構成された平面回
路であるが、コプレーナ型ラインによる負性抵抗増幅回
路２も同様に用いることが可能である。
ソース１９側のソースインダクタンス２０により、ゲー
ト２１側から素子を見たインピーダンスが負性抵抗を持
つようにしてある。ゲートバイアスパッド２２と、ドレ
インバイアスパッド２３はＨＥＭＴへの直流バイアス供
給用であり、導波路２４により共振器１と接続された。
図７は、マイクロストリップラインで構成された平面回
路であるが、コプレーナ型ラインによる負性抵抗増幅回
路２も同様に用いることが可能である。
【００３２】また、発振装置の構成に必要な負性抵抗増
幅回路２は、ガンダイオード、インパットダイオード、
又はエサキダイオード等の負性抵抗形二端子素子（ダイ
オード）を用いることで実現できる。図８は、負性抵抗
形ダイオード２６を導波管２５の中にマウントする場合
の構成を示す図であって２７は負性抵抗形ダイオードの
ポストであり、ダイオードに加える直流バイアス（図８
中では省略してある）と可動短絡板（バックショート）
２８の調整によって負性抵抗が発生でき、本発明による
ビーム出力型マイクロ波ミリ波発振装置の共振器１と接
続する負性抵抗増幅回路として用いることができる。こ
こでは、導波管マウントの場合を示したが負性抵抗形ダ
イオード２６のマウント及び導波路としては同軸形マウ
ントの他、ストリップライン、コプレーナラインと組み
合わせた場合が可能なのは勿論である。
幅回路２は、ガンダイオード、インパットダイオード、
又はエサキダイオード等の負性抵抗形二端子素子（ダイ
オード）を用いることで実現できる。図８は、負性抵抗
形ダイオード２６を導波管２５の中にマウントする場合
の構成を示す図であって２７は負性抵抗形ダイオードの
ポストであり、ダイオードに加える直流バイアス（図８
中では省略してある）と可動短絡板（バックショート）
２８の調整によって負性抵抗が発生でき、本発明による
ビーム出力型マイクロ波ミリ波発振装置の共振器１と接
続する負性抵抗増幅回路として用いることができる。こ
こでは、導波管マウントの場合を示したが負性抵抗形ダ
イオード２６のマウント及び導波路としては同軸形マウ
ントの他、ストリップライン、コプレーナラインと組み
合わせた場合が可能なのは勿論である。
【００３３】また、本願発明者の一人は、超伝導体で弱
結合したＳＮＳ（あるいはＳＳ’Ｓ）型ジョセフソン素
子がゼロ電圧電流領域から有限電圧領域に立ち上がる領
域にアンドリーフ反射に基づき発生する負性抵抗領域で
顕著な増幅作用を示すことを見いだしており（特許出願
番号 特願平 03-222515）、超伝導弱結合型ジョセフソ
ン素子の負性抵抗領域に電圧バイアス源（特許出願番号
特願昭61-308151）によりバイアスすることで負性抵
抗増幅器が実現できることから、本発明によるビーム出
力型発振装置を構成する高Ｑ値の共振器１と接続する負
性抵抗増幅回路２として超伝導弱結合型ジョセフソン素
子と電圧源バイアス回路とを組み合わせて用いることが
できる。
結合したＳＮＳ（あるいはＳＳ’Ｓ）型ジョセフソン素
子がゼロ電圧電流領域から有限電圧領域に立ち上がる領
域にアンドリーフ反射に基づき発生する負性抵抗領域で
顕著な増幅作用を示すことを見いだしており（特許出願
番号 特願平 03-222515）、超伝導弱結合型ジョセフソ
ン素子の負性抵抗領域に電圧バイアス源（特許出願番号
特願昭61-308151）によりバイアスすることで負性抵
抗増幅器が実現できることから、本発明によるビーム出
力型発振装置を構成する高Ｑ値の共振器１と接続する負
性抵抗増幅回路２として超伝導弱結合型ジョセフソン素
子と電圧源バイアス回路とを組み合わせて用いることが
できる。
【００３４】つぎに、本発明による、ビーム出力型マイ
クロ波ミリ波発振装置の、入出力部を含む共振器の具体
的な実施例について詳細に述べる。
クロ波ミリ波発振装置の、入出力部を含む共振器の具体
的な実施例について詳細に述べる。
【００３５】本発明によるビーム出力型マイクロ波ミリ
波発振装置では、球面鏡と平面鏡あるいは二つの球面鏡
からなる一対の反射鏡を双方の鏡面での反射波が繰り返
し重畳されるように対向させファブリ・ペロー共振器を
構成する。図９は、本発明によるビーム出力型マイクロ
波ミリ波発振装置の一つの構成を示す図である。球面反
射鏡２８の鏡面上に部分透過性の鏡面領域２９が設けら
れ、それと対向して配置される平面反射鏡３０は金属反
射鏡面３１と該平面反射鏡３０の一部分を成すストリッ
プ素子３２と、ストリップ素子３２の背面に設けられる
高周波信号の導波路との結合部３３があり、背面の他の
部分は導体面３４で構成する。負性抵抗増幅回路２から
の導波路モードの信号３５は、導波路４中を伝送され結
合部３３からストリップ素子３２を介して共振器に放射
され、或いは共振器内のエネルギーはストリップ素子３
２と結合部３３を経て導波路モードの信号３５に変換さ
れ取り出される。部分透過性鏡面領域２９あるいはスト
リップ素子３２を経て共振器内に入った高周波信号波の
周波数がファブリ・ペロー共振器の共振周波数と等しい
とき、一対の反射鏡の間の繰り返し反射波は２πの整数
倍の位相差となり、双方の鏡面での反射波は繰り返し重
畳され、球面鏡１の集光作用により軸に沿った安定な電
磁界分布が形成され、高周波エネルギーとして蓄積さ
れ、その一部がビーム出力３６として放射される。
波発振装置では、球面鏡と平面鏡あるいは二つの球面鏡
からなる一対の反射鏡を双方の鏡面での反射波が繰り返
し重畳されるように対向させファブリ・ペロー共振器を
構成する。図９は、本発明によるビーム出力型マイクロ
波ミリ波発振装置の一つの構成を示す図である。球面反
射鏡２８の鏡面上に部分透過性の鏡面領域２９が設けら
れ、それと対向して配置される平面反射鏡３０は金属反
射鏡面３１と該平面反射鏡３０の一部分を成すストリッ
プ素子３２と、ストリップ素子３２の背面に設けられる
高周波信号の導波路との結合部３３があり、背面の他の
部分は導体面３４で構成する。負性抵抗増幅回路２から
の導波路モードの信号３５は、導波路４中を伝送され結
合部３３からストリップ素子３２を介して共振器に放射
され、或いは共振器内のエネルギーはストリップ素子３
２と結合部３３を経て導波路モードの信号３５に変換さ
れ取り出される。部分透過性鏡面領域２９あるいはスト
リップ素子３２を経て共振器内に入った高周波信号波の
周波数がファブリ・ペロー共振器の共振周波数と等しい
とき、一対の反射鏡の間の繰り返し反射波は２πの整数
倍の位相差となり、双方の鏡面での反射波は繰り返し重
畳され、球面鏡１の集光作用により軸に沿った安定な電
磁界分布が形成され、高周波エネルギーとして蓄積さ
れ、その一部がビーム出力３６として放射される。
【００３６】図１０は、上記の球面鏡２８と平面鏡３０
からなる他の構成を示す図であり、鏡面相互の役割を入
れ換えた構成である。図１１は、本発明によるビーム出
力型マイクロ波ミリ波発振装置の二つの球面反射鏡２
８、３７からなる構成を示す図である。また、図１２
は、本発明によるビーム出力型マイクロ波ミリ波発振装
置の反射鏡面間に低損失誘電体３８を充填したものと等
価な構成を示す図である。図１２の構成では、部分透過
性鏡面領域２９、金属反射鏡面３１及びストリップ素子
３２の全部及び一部が、低損失誘電体３８の表面に金属
プレーティング、蒸着、スパッタ等の真空成膜法、ある
いメッキ法等により一体化されて形成されていても良
い。本発明によるビーム出力型マイクロ波ミリ波発振装
置の内部に蓄積される電磁波のエネルギー分布は電磁波
の伝搬する方向の中心軸で高くその軸から離れるに従っ
て急激に低下するガウシアンビーム（基本モードＴＥＭ
ooq ；ｑは縦モード数を表す整数）となる。本発明によ
るビーム出力型マイクロ波ミリ波発振装置の開口面電力
分布３９を模式的に示したのが図１３である。導波路と
の結合部３３とストリップ素子３２の領域で導波路中の
モード４０から共振器内の基本ガウシアンビーム４１へ
と変換される。ビーム出力型マイクロ波ミリ波発振装置
を構成する反射鏡の一方は平面鏡及び球面鏡のいずれで
もよく、図９〜１１に示すようにいずれか一方が球面鏡
であればよい。
からなる他の構成を示す図であり、鏡面相互の役割を入
れ換えた構成である。図１１は、本発明によるビーム出
力型マイクロ波ミリ波発振装置の二つの球面反射鏡２
８、３７からなる構成を示す図である。また、図１２
は、本発明によるビーム出力型マイクロ波ミリ波発振装
置の反射鏡面間に低損失誘電体３８を充填したものと等
価な構成を示す図である。図１２の構成では、部分透過
性鏡面領域２９、金属反射鏡面３１及びストリップ素子
３２の全部及び一部が、低損失誘電体３８の表面に金属
プレーティング、蒸着、スパッタ等の真空成膜法、ある
いメッキ法等により一体化されて形成されていても良
い。本発明によるビーム出力型マイクロ波ミリ波発振装
置の内部に蓄積される電磁波のエネルギー分布は電磁波
の伝搬する方向の中心軸で高くその軸から離れるに従っ
て急激に低下するガウシアンビーム（基本モードＴＥＭ
ooq ；ｑは縦モード数を表す整数）となる。本発明によ
るビーム出力型マイクロ波ミリ波発振装置の開口面電力
分布３９を模式的に示したのが図１３である。導波路と
の結合部３３とストリップ素子３２の領域で導波路中の
モード４０から共振器内の基本ガウシアンビーム４１へ
と変換される。ビーム出力型マイクロ波ミリ波発振装置
を構成する反射鏡の一方は平面鏡及び球面鏡のいずれで
もよく、図９〜１１に示すようにいずれか一方が球面鏡
であればよい。
【００３７】共振器中に蓄積された電磁波エネルギーを
ビームとして取り出す側の反射鏡の表面には、自由空間
との電磁波結合部を成す円形の部分透過性鏡面領域２９
として波長に比較し細かな格子状の導体パターンからな
る反射鏡面を設ける。発明者らの研究の結果、上記のご
とき反射鏡面では、高い反射率を持つ鏡面の微小な透過
率が格子状の導体パターンの寸法を変化することで選択
調整できることが実証されている（米国特許 "Open Res
onator for Electromagnetic Waves Habving aPolarize
d Coupling Region"， 登録番号 第5,012,212 号、199
1.4.30 登録）。共振器内に蓄積された電磁波エネルギ
ーは、この部分透過性の鏡面領域を通じて、ガウシアン
ビーム或いは、その一部を鏡面領域からしみ出させる形
でビームとして自由空間へ放射される。
ビームとして取り出す側の反射鏡の表面には、自由空間
との電磁波結合部を成す円形の部分透過性鏡面領域２９
として波長に比較し細かな格子状の導体パターンからな
る反射鏡面を設ける。発明者らの研究の結果、上記のご
とき反射鏡面では、高い反射率を持つ鏡面の微小な透過
率が格子状の導体パターンの寸法を変化することで選択
調整できることが実証されている（米国特許 "Open Res
onator for Electromagnetic Waves Habving aPolarize
d Coupling Region"， 登録番号 第5,012,212 号、199
1.4.30 登録）。共振器内に蓄積された電磁波エネルギ
ーは、この部分透過性の鏡面領域を通じて、ガウシアン
ビーム或いは、その一部を鏡面領域からしみ出させる形
でビームとして自由空間へ放射される。
【００３８】反射鏡表面が高い導電性を持つ高純度の銅
やアルミニウム、金、或いは銀のような金属導体による
滑らかな鏡面でできている場合、表面抵抗損失による鏡
面反射損失は、短ミリ波帯で0.1〜0.2％程度以下が達成
できる。これらの高品質な金属薄膜素材を用い薄膜微細
加工技術を適用する事で、サブミリ波帯までの高効率な
部分透過性鏡面２が実現できる。
やアルミニウム、金、或いは銀のような金属導体による
滑らかな鏡面でできている場合、表面抵抗損失による鏡
面反射損失は、短ミリ波帯で0.1〜0.2％程度以下が達成
できる。これらの高品質な金属薄膜素材を用い薄膜微細
加工技術を適用する事で、サブミリ波帯までの高効率な
部分透過性鏡面２が実現できる。
【００３９】本発明によるビーム出力型マイクロ波ミリ
波発振装置の、部分透過性鏡面領域２９については、鏡
面透過における吸収損失を微小量に抑えることが高い放
射出力効率得る上で必要である。高い導伝率を持つ良質
な金属鏡面を素材として用い、有限な高周波表面抵抗に
よる損失の効果を最小限にとどめ且つ、部分透過性鏡面
領域２９の表面に設ける金属膜による格子パターンを波
長の１／１０〜１／１００程度の空間周期の範囲のサイ
ズに選ぶことで、電磁波が金属格子領域を染みでる効果
が反射率を支配しするように設計し、透過率１〜２パー
セント以下の反射鏡面領域として用いることで金属格子
での透過吸収の効果は小さく、しかも高反射率の部分透
過性鏡面領域２９として高Ｑ値の共振器を実現できる。
図１４は、部分透過性鏡面領域２９を形成する金属格子
パターンを模式的に示した図である。一次元格子パター
ン４２と二次元格子パターン４３の概念を示しており、
これらに導体と空隙の比率における増減を加える変化
や、その他の形状における変形を加えたものがパターン
として利用可能なことはもちろんである。
波発振装置の、部分透過性鏡面領域２９については、鏡
面透過における吸収損失を微小量に抑えることが高い放
射出力効率得る上で必要である。高い導伝率を持つ良質
な金属鏡面を素材として用い、有限な高周波表面抵抗に
よる損失の効果を最小限にとどめ且つ、部分透過性鏡面
領域２９の表面に設ける金属膜による格子パターンを波
長の１／１０〜１／１００程度の空間周期の範囲のサイ
ズに選ぶことで、電磁波が金属格子領域を染みでる効果
が反射率を支配しするように設計し、透過率１〜２パー
セント以下の反射鏡面領域として用いることで金属格子
での透過吸収の効果は小さく、しかも高反射率の部分透
過性鏡面領域２９として高Ｑ値の共振器を実現できる。
図１４は、部分透過性鏡面領域２９を形成する金属格子
パターンを模式的に示した図である。一次元格子パター
ン４２と二次元格子パターン４３の概念を示しており、
これらに導体と空隙の比率における増減を加える変化
や、その他の形状における変形を加えたものがパターン
として利用可能なことはもちろんである。
【００４０】本発明によるビーム出力型マイクロ波ミリ
波発振は、負性抵抗型増幅回路との相互作用を考える場
合、２つのポートを持つ共振器とみなすことができる。
一対の凹球面反射鏡あるいは凹球面反射鏡と平面鏡から
構成される上記のごとき、ファブリ・ペロー共振器で
は、反射鏡の開口径を大きく採る事で鏡面間での繰り返
し反射の際に反射鏡の縁から漏れ共振器外部へ失われる
回折損失の影響を鏡面反射に伴うその他の損失に比べ、
相対的に無視できる微小量に設定できる。
波発振は、負性抵抗型増幅回路との相互作用を考える場
合、２つのポートを持つ共振器とみなすことができる。
一対の凹球面反射鏡あるいは凹球面反射鏡と平面鏡から
構成される上記のごとき、ファブリ・ペロー共振器で
は、反射鏡の開口径を大きく採る事で鏡面間での繰り返
し反射の際に反射鏡の縁から漏れ共振器外部へ失われる
回折損失の影響を鏡面反射に伴うその他の損失に比べ、
相対的に無視できる微小量に設定できる。
【００４１】回折損失が無視できる場合の共振器のＱ
値、ＱLは、次式のように与えられる。
値、ＱLは、次式のように与えられる。
【００４２】
【数１】
【００４３】ここで、Ｑ0 は共振器を形成する二つの反
射鏡面が有限な導電性を持つ導体面で形成されることに
伴う表面抵抗損失に対応する無負荷Ｑであり、一方、共
振器を外部から励振し、また共振器内部のエネルギーを
外部に取り出すために反射鏡面に結合部が設けられた場
合、結合部を通じてての信号の取り出し自体が共振器内
部から見れば蓄積された電磁波エネルギーの損失であ
り、Ｑ1は、ストリップ素子３２と導波路４との間に設
ける結合部３３による損失の増加分に対応するＱ値と
し、Ｑ2は、部分透過性鏡面領域２９による空間との結
合部を設けた事による損失の増加分に対応したＱ値であ
る。
射鏡面が有限な導電性を持つ導体面で形成されることに
伴う表面抵抗損失に対応する無負荷Ｑであり、一方、共
振器を外部から励振し、また共振器内部のエネルギーを
外部に取り出すために反射鏡面に結合部が設けられた場
合、結合部を通じてての信号の取り出し自体が共振器内
部から見れば蓄積された電磁波エネルギーの損失であ
り、Ｑ1は、ストリップ素子３２と導波路４との間に設
ける結合部３３による損失の増加分に対応するＱ値と
し、Ｑ2は、部分透過性鏡面領域２９による空間との結
合部を設けた事による損失の増加分に対応したＱ値であ
る。
【００４４】ストリップ素子３２を設けた反射鏡面の結
合係数をβ1とし、部分透過性鏡面領域２９を設けた反
射鏡面の結合係数をβ2とすれば、β1＝Ｑ0／Ｑ1、β2
＝Ｑ0／Ｑ2とおくことができる。本発明によるビーム出
力型マイクロ波ミリ波発振装置では、発振出力をビーム
出力として放射する部分透過性反射鏡面２９の鏡面反射
率を高くすなわちＱ2を大きく採り、それに対し負性抵
抗増幅回路２と導波路４で接続しストリップ素子３２を
設けた反射鏡面の透過率を相体的に高めになるようにと
り、安定な発振を起こさせる様に、負荷Ｑの値ＱLが、
結合Ｑ値Ｑ1で支配され、負性抵抗増幅回路２側から見
た共振器の結合が密結合となるようにする必要がある。
Ｑ1、Ｑ2は、それぞれ反射鏡面の反射率Ｒ1、Ｒ2を用い
て次式の様に表せる。
合係数をβ1とし、部分透過性鏡面領域２９を設けた反
射鏡面の結合係数をβ2とすれば、β1＝Ｑ0／Ｑ1、β2
＝Ｑ0／Ｑ2とおくことができる。本発明によるビーム出
力型マイクロ波ミリ波発振装置では、発振出力をビーム
出力として放射する部分透過性反射鏡面２９の鏡面反射
率を高くすなわちＱ2を大きく採り、それに対し負性抵
抗増幅回路２と導波路４で接続しストリップ素子３２を
設けた反射鏡面の透過率を相体的に高めになるようにと
り、安定な発振を起こさせる様に、負荷Ｑの値ＱLが、
結合Ｑ値Ｑ1で支配され、負性抵抗増幅回路２側から見
た共振器の結合が密結合となるようにする必要がある。
Ｑ1、Ｑ2は、それぞれ反射鏡面の反射率Ｒ1、Ｒ2を用い
て次式の様に表せる。
【００４５】
【数２】
【００４６】ここで、ｋ＝１及び２であり、Ｄは反射鏡
面間隔である。このときの、基本モードＴＥＭooqの共
振周波数ｆqは、
面間隔である。このときの、基本モードＴＥＭooqの共
振周波数ｆqは、
【００４７】
【数３】
【００４８】で表される。ここで、ｃは共振器内媒質中
の光速度であり、ｑ＝０，１，２・・・であり、δは共
振器内部の電磁波の伝搬が平面波では無くガウシアンビ
ームである事による補正量である。δは反射鏡の組み合
わせに依存し、平面鏡と球面鏡の組み合わせのとき、δ
＝（１／２π）arccos（１−２Ｄ／Ｒ0）であり、二つ
の球面鏡の組み合わせのとき、δ＝（１／π）arccos
（１−Ｄ／Ｒ0）で与えられる。ここで、Ｒ0は球面反射
鏡の曲率半径である。
の光速度であり、ｑ＝０，１，２・・・であり、δは共
振器内部の電磁波の伝搬が平面波では無くガウシアンビ
ームである事による補正量である。δは反射鏡の組み合
わせに依存し、平面鏡と球面鏡の組み合わせのとき、δ
＝（１／２π）arccos（１−２Ｄ／Ｒ0）であり、二つ
の球面鏡の組み合わせのとき、δ＝（１／π）arccos
（１−Ｄ／Ｒ0）で与えられる。ここで、Ｒ0は球面反射
鏡の曲率半径である。
【００４９】δは、通常小さな量であり反射鏡面間隔Ｄ
は、ほぼ１／２波長の整数倍の大きさである。部分透過
性鏡面領域２９の鏡面の反射率を99〜99.5％程度に設定
し、ストリップ素子３２の鏡面の反射率をそれより少し
ちいさ目として97〜99％程度とし、共振器内部の縦モー
ド数を１〜５（ｑ＝0,1,2,3,4）とすることを想定すれ
ば、ＱLは、300〜2500程度となる。縦モード数を増やせ
ばＱ値は、ほぼ比例して増加する。また、複数の能動素
子による電力合成となる場合鏡面反射率は、より低めの
値で発振条件は十分満たされる。
は、ほぼ１／２波長の整数倍の大きさである。部分透過
性鏡面領域２９の鏡面の反射率を99〜99.5％程度に設定
し、ストリップ素子３２の鏡面の反射率をそれより少し
ちいさ目として97〜99％程度とし、共振器内部の縦モー
ド数を１〜５（ｑ＝0,1,2,3,4）とすることを想定すれ
ば、ＱLは、300〜2500程度となる。縦モード数を増やせ
ばＱ値は、ほぼ比例して増加する。また、複数の能動素
子による電力合成となる場合鏡面反射率は、より低めの
値で発振条件は十分満たされる。
【００５０】ガウシアンビームの形状とビーム広がりは
図５に模式的に示されているが、一般に基本ガウシアン
ビームの形状は最小スポットサイズｗ0 とその位置とに
より特定される。本発明によるビーム出力型マイクロ波
ミリ波発振装置では、最小スポットサイズｗ0 は、球面
反射鏡の曲率半径Ｒ0 と反射鏡面間隔Ｄを適当に選択す
ることで自由に設定できる。平面反射鏡面に得られる最
小スポットサイズｗ0は、
図５に模式的に示されているが、一般に基本ガウシアン
ビームの形状は最小スポットサイズｗ0 とその位置とに
より特定される。本発明によるビーム出力型マイクロ波
ミリ波発振装置では、最小スポットサイズｗ0 は、球面
反射鏡の曲率半径Ｒ0 と反射鏡面間隔Ｄを適当に選択す
ることで自由に設定できる。平面反射鏡面に得られる最
小スポットサイズｗ0は、
【００５１】
【数４】
【００５２】で与えられる。広く知られた回折広がりの
関係として、半径ｗ0 の開口内に閉じ込められた波動の
遠方界での半頂角は
関係として、半径ｗ0 の開口内に閉じ込められた波動の
遠方界での半頂角は
【００５３】
【数５】
【００５４】で与えられる。このように、本発明による
ビーム出力型マイクロ波ミリ波発振装置では、最小ビー
ムスポットサイズを設計し、出力ビームの放射パターン
を設定できる。
ビーム出力型マイクロ波ミリ波発振装置では、最小ビー
ムスポットサイズを設計し、出力ビームの放射パターン
を設定できる。
【００５５】ここで導波路モードと、共振器モード間の
変換に重要な役割を果たす、ストリップ素子３２の各種
についてふれる。図１５は、本発明におけるビーム出力
型マイクロ波ミリ波発振装置の導波路との結合部を備え
る金属反射鏡面３１の一部を成すストリップ素子３２と
して直線偏波用に適用できる各種の形態を模式的に示す
図である。４４は方形パッチ、４５は、方形パッチ４４
の形状に変形を加えた広帯域化のためのパッチ、４６は
導体グリッド型、４７は４６の広帯域化の導体グリッド
型、４９は円形パッチであり、４８は広帯域化のための
楕円パッチである。これらは使用周波数に応じて最適化
が必要である。
変換に重要な役割を果たす、ストリップ素子３２の各種
についてふれる。図１５は、本発明におけるビーム出力
型マイクロ波ミリ波発振装置の導波路との結合部を備え
る金属反射鏡面３１の一部を成すストリップ素子３２と
して直線偏波用に適用できる各種の形態を模式的に示す
図である。４４は方形パッチ、４５は、方形パッチ４４
の形状に変形を加えた広帯域化のためのパッチ、４６は
導体グリッド型、４７は４６の広帯域化の導体グリッド
型、４９は円形パッチであり、４８は広帯域化のための
楕円パッチである。これらは使用周波数に応じて最適化
が必要である。
【００５６】次に、本発明によるビーム出力型マイクロ
波ミリ波発振装置を円偏波ビーム出力型発振装置として
用いるときに採用可能な各種のストリップ素子３２につ
いて図１６に示す。５０は一対の直交偏波用方形パッチ
で、５１は同様に一対の直交偏波用円形パッチである。
５２は一個の円形パッチを直交偏波で共用するタイプで
あり、５３は同様に正方形パッチで独立した励振をして
共用している。５０−５３はいずれも直交偏波成分に関
して９０度の位相差を保持する必要がある。これに対
し、５４、５５、５６、及び５７に示した変形パッチは
一点給電によりパッチ上の電流分布が直交方向成分に関
して９０度の位相差を生じるように工夫された素子であ
る。円偏波用のこれらのストリップ素子３２にたいして
は、対向する部分透過性鏡面領域２９の導体格子は二次
元格子４３と組み合わせる必要がある。
波ミリ波発振装置を円偏波ビーム出力型発振装置として
用いるときに採用可能な各種のストリップ素子３２につ
いて図１６に示す。５０は一対の直交偏波用方形パッチ
で、５１は同様に一対の直交偏波用円形パッチである。
５２は一個の円形パッチを直交偏波で共用するタイプで
あり、５３は同様に正方形パッチで独立した励振をして
共用している。５０−５３はいずれも直交偏波成分に関
して９０度の位相差を保持する必要がある。これに対
し、５４、５５、５６、及び５７に示した変形パッチは
一点給電によりパッチ上の電流分布が直交方向成分に関
して９０度の位相差を生じるように工夫された素子であ
る。円偏波用のこれらのストリップ素子３２にたいして
は、対向する部分透過性鏡面領域２９の導体格子は二次
元格子４３と組み合わせる必要がある。
【００５７】図１５及び図１６に示したストリップ素子
の他に、渦巻状導体膜パターン等も円偏波ビーム出力用
共振器の導体反射鏡面４のストリップ素子として利用で
きる。また、これらのすべてのストリップ素子は、一方
の反射鏡面上複数個配置することができる。大口径のビ
ーム出力型マイクロ波ミリ波発振装置の場合、導波路と
の結合が相体的に弱くなるため複数箇所での給電が有効
となる。
の他に、渦巻状導体膜パターン等も円偏波ビーム出力用
共振器の導体反射鏡面４のストリップ素子として利用で
きる。また、これらのすべてのストリップ素子は、一方
の反射鏡面上複数個配置することができる。大口径のビ
ーム出力型マイクロ波ミリ波発振装置の場合、導波路と
の結合が相体的に弱くなるため複数箇所での給電が有効
となる。
【００５８】図１７、図１８、図１９及び図２０は、本
発明によるビーム出力型マイクロ波ミリ波発振装置と接
続される各種の導波路の場合について、ストリップ素子
３２と結合部３３の接続構成を示す説明図である。
発明によるビーム出力型マイクロ波ミリ波発振装置と接
続される各種の導波路の場合について、ストリップ素子
３２と結合部３３の接続構成を示す説明図である。
【００５９】ここで、本発明によるビーム出力型マイク
ロ波ミリ波発振装置の平面導波路結合による具体的実施
例について述べる。図２１にその概要を示す。金属格子
からなる部分透過性の結合領域を球面反射鏡面上に設
け、高反射率で低い透過吸収損失の反射鏡面を形成し
た。Ｘバンドでの実験のため球面鏡は直径２５０mmに成
形した銅張りテフロンクロス基板を用い、曲率半径１ｍ
の球面に熱成形したものを用いている。部分透過性の円
形結合領域の直径は、２００mmである。また、Ｋバンド
の実験では球面鏡及び平面鏡とも８０mmφの銅張りテフ
ロンクロス基盤を用い、いずれもグリッドパターン成形
後、型を用いて球面鏡成形を行った。反射鏡の構造パラ
メータを表１にまとめて示す。
ロ波ミリ波発振装置の平面導波路結合による具体的実施
例について述べる。図２１にその概要を示す。金属格子
からなる部分透過性の結合領域を球面反射鏡面上に設
け、高反射率で低い透過吸収損失の反射鏡面を形成し
た。Ｘバンドでの実験のため球面鏡は直径２５０mmに成
形した銅張りテフロンクロス基板を用い、曲率半径１ｍ
の球面に熱成形したものを用いている。部分透過性の円
形結合領域の直径は、２００mmである。また、Ｋバンド
の実験では球面鏡及び平面鏡とも８０mmφの銅張りテフ
ロンクロス基盤を用い、いずれもグリッドパターン成形
後、型を用いて球面鏡成形を行った。反射鏡の構造パラ
メータを表１にまとめて示す。
【００６０】
【表１】
【００６１】本発明のビーム出力型マイクロ波ミリ波発
振装置の共振器を構成する為に、銅張りテフロンクロス
基板を用い、平面反射鏡面上のマイクロストリップ素子
として図７の４４に示す方形パッチを用いその裏面に薄
膜スロットを形成し、マイクロストリップライン導波路
の結合部とした。発振のための能動回路としては、Ｘバ
ンド用としてパッケージＨＥＭＴ（Fujitsu FHX35L
G）、またＫバンド用としてチップＨＥＭＴ（Fujitsu F
HR10X）を使用し、図７に示す負性抵抗発振回路を用い
ている。ドレイン側の一端開放スタブとソースインダク
タンスにより、ゲート側から素子を見たインピーダンス
が負性抵抗を持つようにしている。回路設計には素子の
小信号Ｓパラメータを用いた。スロットはゲート側のグ
ランドプレーン内に形成されている。
振装置の共振器を構成する為に、銅張りテフロンクロス
基板を用い、平面反射鏡面上のマイクロストリップ素子
として図７の４４に示す方形パッチを用いその裏面に薄
膜スロットを形成し、マイクロストリップライン導波路
の結合部とした。発振のための能動回路としては、Ｘバ
ンド用としてパッケージＨＥＭＴ（Fujitsu FHX35L
G）、またＫバンド用としてチップＨＥＭＴ（Fujitsu F
HR10X）を使用し、図７に示す負性抵抗発振回路を用い
ている。ドレイン側の一端開放スタブとソースインダク
タンスにより、ゲート側から素子を見たインピーダンス
が負性抵抗を持つようにしている。回路設計には素子の
小信号Ｓパラメータを用いた。スロットはゲート側のグ
ランドプレーン内に形成されている。
【００６２】本発明によるビーム出力型マイクロ波ミリ
波発振装置の発振スペクトルの測定を行った。図２２
に、Ｘバンド（10.2 GHz）の発振スペクトルの例を示
す。また、図２３に、Ｋバンド（25.5 GHz）の発振スペ
クトルを示す。共振器長を機械的に変化することで発振
周波数を１ＧＨｚの範囲で同調させることができた。誘
電体共振器を用いた発振装置と同等の低位相雑音特性が
得られた。
波発振装置の発振スペクトルの測定を行った。図２２
に、Ｘバンド（10.2 GHz）の発振スペクトルの例を示
す。また、図２３に、Ｋバンド（25.5 GHz）の発振スペ
クトルを示す。共振器長を機械的に変化することで発振
周波数を１ＧＨｚの範囲で同調させることができた。誘
電体共振器を用いた発振装置と同等の低位相雑音特性が
得られた。
【００６３】本発明によるビーム出力型マイクロ波ミリ
波発振装置の放射パターンの測定を電波無響室で行っ
た。被測定ビーム出力型発振装置は、送信アンテナとし
て回転台にセットされ角度を変えながらホーンアンテナ
により送信信号を受信し受信電力の角度依存性を測定し
た。図２４は、１１．９ＧＨｚでのビーム出力の放射パ
ターンの測定例で縦軸は相対利得を、横軸は回転角度を
表す。この測定での縦モードはｑ＝５に対応し、鏡面間
隔はほぼ３波長である。ガウシアンビームの特徴として
低サイドローブ特性が得られている。球面鏡の曲率半径
Ｒ0、鏡面間隔Ｄ、波長λの値を式４及び式５に代入し
て得られる理論値と放射パターン測定値の結果の差は測
定誤差以内であり、共振器内にガウシアンビームが形成
され部分透過性の鏡面領域から取り出され開口面上でガ
ウス強度分布する波源として放射されていることが実証
できた。球面鏡上の部分透過性鏡面領域の径に対するビ
ームスポットサイズの比は約１．９であった。Ｋバンド
の場合にも同様の測定を行ったが、この場合も式４、式
５に諸パラメータを代入して得られる理論値と測定結果
は測定誤差以内で一致した。ビーム出力放射特性を表２
にまとめて示す。
波発振装置の放射パターンの測定を電波無響室で行っ
た。被測定ビーム出力型発振装置は、送信アンテナとし
て回転台にセットされ角度を変えながらホーンアンテナ
により送信信号を受信し受信電力の角度依存性を測定し
た。図２４は、１１．９ＧＨｚでのビーム出力の放射パ
ターンの測定例で縦軸は相対利得を、横軸は回転角度を
表す。この測定での縦モードはｑ＝５に対応し、鏡面間
隔はほぼ３波長である。ガウシアンビームの特徴として
低サイドローブ特性が得られている。球面鏡の曲率半径
Ｒ0、鏡面間隔Ｄ、波長λの値を式４及び式５に代入し
て得られる理論値と放射パターン測定値の結果の差は測
定誤差以内であり、共振器内にガウシアンビームが形成
され部分透過性の鏡面領域から取り出され開口面上でガ
ウス強度分布する波源として放射されていることが実証
できた。球面鏡上の部分透過性鏡面領域の径に対するビ
ームスポットサイズの比は約１．９であった。Ｋバンド
の場合にも同様の測定を行ったが、この場合も式４、式
５に諸パラメータを代入して得られる理論値と測定結果
は測定誤差以内で一致した。ビーム出力放射特性を表２
にまとめて示す。
【００６４】
【表２】
【００６５】
【発明の効果】本発明によるビーム出力型マイクロ波ミ
リ波発振装置の技術によって、マイクロ波から短ミリ波
帯まで用いる事のできる高Ｑ値の共振器で且つ発振出力
をビームとして取り出すことのできる高スペクトル純度
の新しい発振装置が実現できる他、高効率な電力合成が
可能である。さらに、本発明では共振器外部に発振素子
回路を配置することから通信技術や計測技術での利用の
上で欠く事のできない低速〜高速の各種の変調回路や制
御のための付属回路を容易に組み合わせ効率よく動作さ
せる事が可能となる実用技術上の重要な特徴をもってい
る。ミリ波一体化集積回路（ＭＭＩＣ）等組み合わせ、
平面的な送信器を実現できる。本発明は、ミリ波集積回
路技術の開発とともに実現する事が期待される小形軽量
で実用的な、準平面的な送受信機への利用を想定して開
発した新しいビーム出力型のマイクロ波ミリ波帯発振器
技術であり、ミリ波技術の発展の中で多方面へ応用され
る可能性が高い。上記のように、本発明によれば、従来
不可能であった多くの技術困難が克服できた他、新しい
多くの分野への利用が期待できる。
リ波発振装置の技術によって、マイクロ波から短ミリ波
帯まで用いる事のできる高Ｑ値の共振器で且つ発振出力
をビームとして取り出すことのできる高スペクトル純度
の新しい発振装置が実現できる他、高効率な電力合成が
可能である。さらに、本発明では共振器外部に発振素子
回路を配置することから通信技術や計測技術での利用の
上で欠く事のできない低速〜高速の各種の変調回路や制
御のための付属回路を容易に組み合わせ効率よく動作さ
せる事が可能となる実用技術上の重要な特徴をもってい
る。ミリ波一体化集積回路（ＭＭＩＣ）等組み合わせ、
平面的な送信器を実現できる。本発明は、ミリ波集積回
路技術の開発とともに実現する事が期待される小形軽量
で実用的な、準平面的な送受信機への利用を想定して開
発した新しいビーム出力型のマイクロ波ミリ波帯発振器
技術であり、ミリ波技術の発展の中で多方面へ応用され
る可能性が高い。上記のように、本発明によれば、従来
不可能であった多くの技術困難が克服できた他、新しい
多くの分野への利用が期待できる。
【図１】公知の発振装置の一構成例を示す説明図。
【図２】公知の発振装置の他の構成例を示す説明図。
【図３】本発明によるビーム出力型マイクロ波ミリ波発
振装置の構成を簡単に示すための説明図。
振装置の構成を簡単に示すための説明図。
【図４】公知の平行平面型共振器の内部に負性抵抗増幅
素子の二次元アレーを配置した電力合成型発振装置を示
す説明図。
素子の二次元アレーを配置した電力合成型発振装置を示
す説明図。
【図５】公知の球面反射鏡と溝領域に複数の負性抵抗増
幅素子を組み込んだグルーブドミラーの組み合わせによ
る電力合成型発振装置を示す説明図。
幅素子を組み込んだグルーブドミラーの組み合わせによ
る電力合成型発振装置を示す説明図。
【図６】公知の球面反射鏡と負性抵抗ダイオードと一体
化したパッチアンテナアレーの接地導体を兼ねる平面反
射鏡により構成された電力合成型発振装置を示す説明
図。
化したパッチアンテナアレーの接地導体を兼ねる平面反
射鏡により構成された電力合成型発振装置を示す説明
図。
【図７】公知の負性抵抗増幅回路の平面回路構成例を示
す説明図。
す説明図。
【図８】公知の負性抵抗型ダイオードを用いた負性抵抗
増幅回路の構成例を示す説明図。
増幅回路の構成例を示す説明図。
【図９】本発明によるビーム出力型マイクロ波ミリ波発
振装置の平面鏡と球面鏡からなる一つの構成を示す説明
図。
振装置の平面鏡と球面鏡からなる一つの構成を示す説明
図。
【図１０】本発明によるビーム出力型マイクロ波ミリ波
発振装置の平面鏡と球面鏡からなる他の構成を示す説明
図。
発振装置の平面鏡と球面鏡からなる他の構成を示す説明
図。
【図１１】本発明によるビーム出力型マイクロ波ミリ波
発振装置の二つの球面鏡からなる構成を示す説明図。
発振装置の二つの球面鏡からなる構成を示す説明図。
【図１２】本発明によるビーム出力型マイクロ波ミリ波
発振装置の一対の鏡面間に低損失誘電体を充填したもの
と等価な構成を示す説明図。
発振装置の一対の鏡面間に低損失誘電体を充填したもの
と等価な構成を示す説明図。
【図１３】本発明によるビーム出力型マイクロ波ミリ波
発振装置の開口面上の電力分布を模式的に示す説明図。
発振装置の開口面上の電力分布を模式的に示す説明図。
【図１４】本発明によるビーム出力型マイクロ波ミリ波
発振装置の一方の反射鏡面上に設ける部分透過性鏡面領
域を形成する金属格子パターンを模式的に示した図であ
る。
発振装置の一方の反射鏡面上に設ける部分透過性鏡面領
域を形成する金属格子パターンを模式的に示した図であ
る。
【図１５】本発明によるビーム出力型マイクロ波ミリ波
発振装置の他方の反射鏡面の部分を成すストリップ素子
の一分類を模式的に示す説明図
発振装置の他方の反射鏡面の部分を成すストリップ素子
の一分類を模式的に示す説明図
【図１６】本発明によるビーム出力型マイクロ波ミリ波
発振装置の他方の反射鏡面の部分を成すストリップ素子
の他の分類を模式的に示す説明図
発振装置の他方の反射鏡面の部分を成すストリップ素子
の他の分類を模式的に示す説明図
【図１７】本発明によるビーム出力型マイクロ波ミリ波
発振装置の金属導波管との結合部を模式的に示す説明
図。
発振装置の金属導波管との結合部を模式的に示す説明
図。
【図１８】本発明によるビーム出力型マイクロ波ミリ波
発振装置の同軸伝送路との結合部を模式的に示す説明
図。
発振装置の同軸伝送路との結合部を模式的に示す説明
図。
【図１９】本発明によるビーム出力型マイクロ波ミリ波
発振装置のマイクロストリップラインとの結合部を模式
的に示す説明図。
発振装置のマイクロストリップラインとの結合部を模式
的に示す説明図。
【図２０】本発明によるビーム出力型マイクロ波ミリ波
発振装置のトリプレート型ストリップラインとの結合部
を模式的に示す説明図。
発振装置のトリプレート型ストリップラインとの結合部
を模式的に示す説明図。
【図２１】本発明によるビーム出力型マイクロ波ミリ波
発振装置の平面導波路結合による一実施例の構成を示す
説明図。
発振装置の平面導波路結合による一実施例の構成を示す
説明図。
【図２２】本発明によるビーム出力型マイクロ波ミリ波
発振装置の平面導波路結合による一実施例のＸバンド
（１０．２ＧＨｚ）発振スペクトル特性を示す説明図。
発振装置の平面導波路結合による一実施例のＸバンド
（１０．２ＧＨｚ）発振スペクトル特性を示す説明図。
【図２３】本発明によるビーム出力型マイクロ波ミリ波
発振装置の平面導波路結合による一実施例のＫバンド
（２５．５ＧＨｚ）発振スペクトル特性を示す説明図。
発振装置の平面導波路結合による一実施例のＫバンド
（２５．５ＧＨｚ）発振スペクトル特性を示す説明図。
【図２４】本発明によるビーム出力型マイクロ波ミリ波
発振装置の一実施例のビーム出力の放射パターンの測定
結果を示す説明図。
発振装置の一実施例のビーム出力の放射パターンの測定
結果を示す説明図。
１：共振器 ２：負性抵抗増幅回路 ３：負荷 ４：導波路 ５：ビーム ６：部分透過性平面反射鏡 ７：平面反射鏡 ８：負性抵抗増幅素子の二次元アレー ９：球面反射鏡 １０：固定反射部 １１：可動反射部 １２：溝領域 １３：負性抵抗増幅素子 １４：結合孔 １５：導波管 １６：負性抵抗増幅素子と一体化したパッチアンテナ １７：ドレイン １８：開放スタブ １９：ソース ２０：ソースインダクタンス ２１：ゲート ２２：ゲートバイアスパッド ２３：ドレインバイアスパッド ２４：導波路 ２５：導波管 ２６：負性抵抗型ダイオード ２７：可動短絡板 ２８：球面反射鏡 ２９：部分透過性の鏡面領域 ３０：平面反射鏡 ３１：金属反射鏡 ３２：ストリップ素子 ３３：導波路との結合部 ３４：導体面 ３５：導波路給電 ３６：送受信ビーム ３７：球面反射鏡 ３８：低損失誘電体 ３９：開口面電力分布 ４０：導波路モード ４１：基本ガウシアンビーム ４２：一次元格子パターン ４３：二次元格子パターン ４４：方形パッチ ４５：広帯域化パッチ ４６：導体グリッド型パッチ ４７：広帯域化導体グリッド型パッチ ４８：広帯域化楕円パッチ ４９：円形パッチ ５０：一対の直交偏波用方形パッチ ５１：一対の直交偏波用円形パッチ ５２：二点給電円偏波用円形パッチ ５３：二点給電円偏波用正方形パッチ ５４：刻み目を用いた一点給電円偏波用円形パッチ ５５：スロットを用いた一点給電円偏波用円形パッチ ５６：刻み目を用いた一点給電円偏波用正方形パッチ ５７：スロットを用いた一点給電円偏波用正方形パッチ ５８：導波管 ５９：導波管スロット ６０：同軸線路 ６１：ピンコンタクト ６２：マイクロストリップライン ６３：薄膜スロット ６４：トリプレート型ストリップライン ６５：遮蔽板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０３Ｂ 7/12 Ｇ０２Ｂ 7/18 Ｂ ＺＡＡ Ｈ０１Ｓ 3/08 Ｚ (56)参考文献 特開 平１−94686（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−279704（ＪＰ，Ａ) 米国特許5012212（ＵＳ，Ａ) Ｋ．ＭＩＺＵＮＯ ＡＮＤ Ｔ．ＡＪ ＩＫＡＴＡ ＡＮＤ Ｍ．ＨＩＥＤＡ ＡＮＤ Ｍ．ＮＡＫＡＹＡＭＡ，”ＱＵ ＡＳＩ−ＯＰＴＩＣＡＬ ＲＥＳＯＮＡ ＴＯＲ ＦＯＲ ＭＩＬＬＩＭＥＴＲＥ ＡＮＤ ＳＵＢＭＩＬＬＩＭＥＴＲＥ ＷＡＶＥ ＳＯＬＩＤ−ＳＴＡＴＥ ＳＯＵＲＣＥＳ”，ＥＬＥＣＴＲＯＮＩ ＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，ＶＯＬ．24，Ｎ Ｏ．13，ＰＰ．792−793，ＪＵＮＥ 1988 Ｋ．Ｄ．ＳＴＥＰＨＡＮ ＡＮＤ Ｓ．Ｌ．ＹＯＵＮＧ，”ＯＰＥＮ−ＣＡ ＶＩＴＹ ＲＥＳＯＮＡＴＯＲ ＡＳ ＨＩＧＨ−Ｑ ＭＩＣＲＯＳＴＲＩＰＣ ＩＲＣＵＩＴ ＥＬＥＭＥＮＴ”，ＥＬ ＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ, ＶＯＬ．23，ＮＯ．19，ＰＰ．1028− 1029，ＳＥＰＴＥＭＢＥＲ 1987 Ｒ．Ｍ．ＷＥＩＫＬＥ ＡＮＤ Ｍ. ＫＩＭ ＡＮＤ Ｊ．Ｂ．ＨＡＣＫＥＲ ＡＮＤ Ｍ．Ｐ．ＤＥ ＬＩＳＩＯ ＡＮＤ Ｄ．Ｂ．ＲＵＴＬＥＤＧＥ，" ＰＬＡＮＡＲ ＭＥＳＦＥＴ ＧＲＩＤ ＯＳＣＩＬＬＡＴＯＲＳ ＵＳＩＮＧ ＧＡＴＥ ＦＥＥＤＢＡＣＫ”，ＩＥ ＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ ＴＨＥＯＲＹ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ，ＶＯ Ｌ．40，ＮＯ．11，ＰＰ．1997−2003, ＮＯＶ．1992 Ｍ．Ｎ．ＡＦＳＡＲ ＡＮＤ Ｘ．Ｌ Ｉ ＡＮＤ Ｈ．ＣＨＩ，”ＡＮ ＡＵ ＴＯＭＡＴＥＤ 60 ＧＨＺ ＯＰＥＮ ＲＥＳＯＮＡＴＯＲ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ ＤＩＥＬ ＥＣＴＲＩＣ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮ Ｔ”，ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯ ＮＳ ＯＮ ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ ＴＨ ＥＯＲＹ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ Ｓ，ＶＯＬ．38，ＮＯ．12，ＰＰ．1845 −1990，ＤＥＣ．1990
Claims (15)
- 【請求項１】球面鏡と平面鏡又は、二つの球面鏡からな
る一対の反射鏡を、双方の鏡面での反射波が繰り返し重
畳されるように対向させ保持する機構と、一方の反射鏡
面に当該共振器の光軸を中心とする円形の部分透過性の
鏡面領域を設け自由空間との電磁波結合部を成し、当該
部分透過性の鏡面領域が波長に比較して細かな格子状の
高導電性の導体パターンからなる高反射率の鏡面であ
り、当該共振器を構成する他方の反射鏡は、導体反射鏡
面からなり、該反射鏡面の部分を成すストリップ素子
と、該ストリップ素子の裏面に高周波信号の導波路との
結合部を備え、該導波路に接続する負性抵抗増幅回路と
からなり、当該共振器と該導波路との該結合部の結合度
は密結合であることを特徴とするビーム出力型マイクロ
波ミリ波発振装置。 - 【請求項２】 上記一対の反射鏡の一方の反射鏡面に、
自由空間との電磁波結合部として設ける円形の部分透過
性の鏡面領域は、波長に比較して細かな二次元格子状の
導体パターンからなる反射鏡面であり、他方の反射鏡面
には上記部分透過性の鏡面領域と対面するように構成さ
れたストリップ素子の裏面には直交する二つの偏波成分
に対応する高周波信号の導波路との結合部を備えたこと
を特徴とする請求項１に記載のビーム出力型マイクロ波
ミリ波発振装置。 - 【請求項３】 上記共振器を形成し、当該共振器の光軸
を中心とする円形の部分透過性の鏡面領域を設けた一方
の反射鏡に対向する他方の反射鏡の導体反射鏡面が当該
反射鏡面の部分を成す複数のストリップ素子と当該スト
リップ素子の各々の裏側に高周波信号の導波路との結合
部を備え、該各々の導波路に接続する負性抵抗増幅回路
と、該各々のストリップ素子と結合部及び導波路を経て
接続する各々の負性抵抗増幅回路までの電気長が相互に
等しくなる構成であることを特徴とする請求項１か若し
くは請求項２の何れかに記載のビーム出力型マイクロ波
ミリ波発振装置。 - 【請求項４】 上記一対の反射鏡面間に低損失誘電体を
充填したと等価な構造を持つことを特徴とする請求項１
乃至請求項３の何れかに記載のビーム出力型マイクロ波
ミリ波発振装置。 - 【請求項５】 上記導波路に接続する負性抵抗増幅回路
は、ＦＥＴ、ＨＥＭＴ、及びＨＢＴ等の超高周波用トラ
ンジスタ素子を用いた回路であることを特徴とする請求
項１乃至請求項４の何れかに記載のビーム出力型マイク
ロ波ミリ波発振装置。 - 【請求項６】 上記導波路に接続する負性抵抗増幅回路
は、ガンダイオード、インパットダイオード、又はエサ
キダイオード等の負性抵抗形二端子素子を用いたもので
あることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに
記載のビーム出力型マイクロ波ミリ波発振装置。 - 【請求項７】 上記導波路に接続する負性抵抗増幅回路
は、超伝導弱結合型ジョセフソン素子等の超伝導負性抵
抗素子と電圧バイアス源とからなることを特徴とする請
求項１乃至請求項４の何れかに記載のビーム出力型マイ
クロ波ミリ波発振装置。 - 【請求項８】 上記一方の反射鏡に設ける高周波電磁界
の導波路との結合部は、金属導波管との結合であること
を特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載のビ
ーム出力型マイクロ波ミリ波発振装置。 - 【請求項９】 上記一方の反射鏡に設ける高周波電磁界
の導波路との結合部は、同軸伝送路との結合であること
を特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載のビ
ーム出力型マイクロ波ミリ波発振装置。 - 【請求項１０】 上記一方の反射鏡に設ける高周波電磁
界の導波路との結合部は、トリプレート型ストリップラ
イン又はマイクロストリップラインとの結合であること
を特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載のビ
ーム出力型マイクロ波ミリ波発振装置。 - 【請求項１１】 上記一方の反射鏡に設ける高周波電磁
界の導波路との結合部は、コプレーナ型ラインとの結合
であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか
に記載のビーム出力型マイクロ波ミリ波発振装置。 - 【請求項１２】 上記一対の反射鏡の鏡面は、発振周波
数の電磁波に対し表面反射損失の小さい銅、アルミニウ
ム、金、銀等の金属、又はＮｂ、ＮｂＮ等の金属系超伝
導体、もしくはイットリウム系、ビスマス系、タリウム
系等の酸化物高温超伝導体から構成されることを特徴と
する請求項１乃至請求項４の何れかに記載のビーム出力
型マイクロ波ミリ波発振装置。 - 【請求項１３】 上記一対の反射鏡間に充填する低損失
誘電体として、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マ
グネシウム、ケイ素、ガリウムヒ素、インジウムリン、
窒化アルミニウム、ポリオレフィン系樹脂、ポリエチレ
ン樹脂、及びフッ素樹脂等の誘電体の内、少なくとも何
れかを用いることを特徴とする請求項４に記載のビーム
出力型マイクロ波ミリ波発振装置。 - 【請求項１４】 上記一対の反射鏡間の間隔を可変可能
に保持する機構を設けたことを特徴とする請求項１乃至
請求項４の何れかに記載のビーム出力型マイクロ波ミリ
波発振装置。 - 【請求項１５】 上記一対の反射鏡で形成される共振器
の反射鏡間隔を保持する機構と、該共振器と電磁気的に
結合する導波路を備え、当該導波路のリアクタンス成分
を変化させる機構を備えることを特徴とする請求項１乃
至請求項４の何れかに記載のビーム出力型マイクロ波ミ
リ波発振装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6039184A JP2666880B2 (ja) | 1994-02-14 | 1994-02-14 | ビーム出力型マイクロ波ミリ波発振装置 |
| US08/290,076 US5450040A (en) | 1994-02-14 | 1994-08-12 | Gaussian-beam oscillator for microwave and millimeter waves |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6039184A JP2666880B2 (ja) | 1994-02-14 | 1994-02-14 | ビーム出力型マイクロ波ミリ波発振装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08102621A JPH08102621A (ja) | 1996-04-16 |
| JP2666880B2 true JP2666880B2 (ja) | 1997-10-22 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6039184A Expired - Lifetime JP2666880B2 (ja) | 1994-02-14 | 1994-02-14 | ビーム出力型マイクロ波ミリ波発振装置 |
Country Status (2)
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|---|---|
| US (1) | US5450040A (ja) |
| JP (1) | JP2666880B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009041736A1 (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-02 | National Institute Of Information And Communications Technology | 無線通信ネットワークシステム |
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| US5898802A (en) * | 1997-03-27 | 1999-04-27 | Cogent Light Technologies, Inc. | Coupling method and apparatus for coupling polymer fibers to a light source for improving power handling capabilities of the polymer fibers |
| US6496620B1 (en) | 1997-03-27 | 2002-12-17 | Wavien, Inc. | Method and apparatus for improving power handling capabilities of polymer fibers |
| JP3297728B2 (ja) * | 1997-07-11 | 2002-07-02 | 独立行政法人通信総合研究所 | マイクロ波ミリ波放射型発振装置 |
| JP3146260B2 (ja) | 1999-03-05 | 2001-03-12 | 郵政省通信総合研究所長 | 平面放射型発振装置 |
| US6876272B2 (en) * | 2001-10-23 | 2005-04-05 | Wavestream Wireless Technologies | Reflection-mode, quasi-optical grid array wave-guiding system |
| JP4046567B2 (ja) * | 2002-07-29 | 2008-02-13 | 富士通テン株式会社 | 移動体検知装置 |
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| US4496913A (en) * | 1982-11-24 | 1985-01-29 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Millimeter wave power combiner using concave reflectors |
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| JPH0697244B2 (ja) * | 1991-10-23 | 1994-11-30 | 郵政省通信総合研究所長 | 試料表面のインピーダンス測定方法及び装置 |
-
1994
- 1994-02-14 JP JP6039184A patent/JP2666880B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1994-08-12 US US08/290,076 patent/US5450040A/en not_active Expired - Lifetime
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| Ｋ．ＭＩＺＵＮＯ ＡＮＤ Ｔ．ＡＪＩＫＡＴＡ ＡＮＤ Ｍ．ＨＩＥＤＡ ＡＮＤ Ｍ．ＮＡＫＡＹＡＭＡ，"ＱＵＡＳＩ−ＯＰＴＩＣＡＬ ＲＥＳＯＮＡＴＯＲ ＦＯＲ ＭＩＬＬＩＭＥＴＲＥ ＡＮＤ ＳＵＢＭＩＬＬＩＭＥＴＲＥ ＷＡＶＥ ＳＯＬＩＤ−ＳＴＡＴＥ ＳＯＵＲＣＥＳ"，ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，ＶＯＬ．２４，ＮＯ．１３，ＰＰ．７９２−７９３，ＪＵＮＥ １９８８ |
| Ｍ．Ｎ．ＡＦＳＡＲ ＡＮＤ Ｘ．ＬＩ ＡＮＤ Ｈ．ＣＨＩ，"ＡＮ ＡＵＴＯＭＡＴＥＤ ６０ ＧＨＺ ＯＰＥＮ ＲＥＳＯＮＡＴＯＲ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ"，ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ ＴＨＥＯＲＹ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ，ＶＯＬ．３８，ＮＯ．１２，ＰＰ．１８４５−１９９０，ＤＥＣ．１９９０ |
| Ｒ．Ｍ．ＷＥＩＫＬＥ ＡＮＤ Ｍ．ＫＩＭ ＡＮＤ Ｊ．Ｂ．ＨＡＣＫＥＲ ＡＮＤ Ｍ．Ｐ．ＤＥ ＬＩＳＩＯ ＡＮＤ Ｄ．Ｂ．ＲＵＴＬＥＤＧＥ，"ＰＬＡＮＡＲ ＭＥＳＦＥＴ ＧＲＩＤ ＯＳＣＩＬＬＡＴＯＲＳ ＵＳＩＮＧ ＧＡＴＥ ＦＥＥＤＢＡＣＫ"，ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ ＴＨＥＯＲＹ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ，ＶＯＬ．４０，ＮＯ．１１，ＰＰ．１９９７−２００３，ＮＯＶ．１９９２ |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2009041736A1 (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-02 | National Institute Of Information And Communications Technology | 無線通信ネットワークシステム |
| US8411613B2 (en) | 2007-09-28 | 2013-04-02 | National Institute Of Information And Communications Technology | Wireless communication network system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08102621A (ja) | 1996-04-16 |
| US5450040A (en) | 1995-09-12 |
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