JP2922547B2 - 高周波発振器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、誘電体共振器を用いた高周波発振器の改良
に関する。

（従来の技術） 一般的に、マイクロ波帯における高周波発振器は、第
２図に示すように負性抵抗回路１と共振回路２との組合
わせで構成される。

発振器における発振条件は下記（１）式で表わされ、
この（１）式により発振角周波数ω_o＝（２πf_o）及び
発振電力レベル（Ｖ）が決定される。

但し、ωは角周波数、Ｖは発振電圧振幅、Γ_d（ω,
V）は負性抵抗回路１の反射係数で電気振幅レベルに依
存し、Γ_l（ω）は共振回路２の反射係数を表す。

また、発振器の重要な性能の一つとして周波数安定度
があるが、高い周波数安定度を得るためには温度変化に
対して共振周波数変動の少ない高Ｑの共振器が必要であ
る。高Ｑを得るためマイクロ波帯の高周波発振器では誘
電体共振器（DR）が用いられる。

第３図は誘電体共振器21を採用した高周波発振器回路
を示すもので、電界効果トランジスタ（FET）11を用い
た負性抵抗回路１と、マイクロストリップ線路22に結合
した誘電体共振器21から成る共振回路２とが接続されて
構成されている。第３図で共振回路２の中のR_sは不要発
振を抑圧するための安定化抵抗、22は発振出力を取り出
すために誘電体共振器21と結合させたマイクロストリッ
プ線路、Z_oは外部負荷である。

10GH_z帯での動作を説明する。第４図は負性抵抗回路
１の周波数及び入射電力依存性を示したもので、反射係
数Γ_dの逆数（1/Γ_d）をプロットしている。（なお（1/
Γ_d）のプロットであるから半径１の円の内部の点が負
性抵抗領域である） またP_inは負性抵抗測定のための入射測定電力で、マ
イクロ波電圧振幅Ｖとは次式（２）で示す関係にある。

但し、Z_oは信号源インピーダンス、Z_dは負性インピー
ダンスを表す。

第４図は通常1/Γ_dの位相角は180度の周辺に位置する
ことを示している。

また、第３図で共振回路２の誘電体共振器21を横切る
レファレンス面（Ａ−Ａ線）から負荷方向を見た系の等
価回路は第５図のように表すことができ、共振周波数即
ち発振周波数ω_oは 誘電体共振器21で定まる無負荷ＱのQ_oはω_oC_o／G_o、外
部負荷で決まる外部ＱのQ_exはω_oC_o／G_ex、また負荷Ｑ
のQ_Lは として表わされる。この第５図の等価回路における反射
係数Γ_loの周波数特性は第６図に示すようになり、共振
周波数近傍では大きなリアクタンス変化を示す共振円が
得られる。オフレゾナンスでは共振円の一端は安定化抵
抗R_sの効果によりスミスチャートの中心部分に局在する
が、共振点では反射係数Γ_loが大きくなる。

もとより、反射係数Γ_loの大きさは発振レベルを規定
する重要なパラメータであるが、これは誘電体共振器21
とマイクロストリップ線路22との結合度に依存するの
で、両者間の距離を変えることによって調整することが
できる。

上記第４図の負性抵抗特性と第６図の共振器特性とか
ら分るように、10GH_z帯で発振させるには、位相角を約1
80度ずらす必要があり、そのために第３図に示すように
電気長θ（＝βl:βは電波伝播定数）からなる伝送線路
22′が挿入されている。第３図に示す回路において、10
GH_z帯における発振状態での負性抵抗特性（1/Γ_d）及び
共振回路特性（Γ_l）は第７図に示すようになる。

そこで、従来の高周波発振器において、共振回路２中
の誘電体共振器21とマイクロストリップ線路22との結合
方法は第８図（ａ）及び（ｂ）に示すように、マイクロ
ストリップ線路22はテフロングラスファイバやアルミナ
基板等の誘電体基板23上に構成され、その特性インピー
ダンスは線路の終端に接続される安定化抵抗R_sと同じイ
ンピーダンス（通常50Ω）に選択される。共振回路２は
通常高いQ_oを必要とするため誘電体共振器21を含め金属
ケース内に収納されている。金属ケース内においてマイ
クロストリップ線路22と誘電体共振器21とは通常TE₀₁δ
の様な低次共振モードにより結合する。結合の大きさは
マイクロストリップ線路22とその地導体とが作る閉路を
横切る誘電体共振器21の磁力線21aの磁束に比例するの
で誘電体共振器21とマイクロストリップ線路22との距離
を変えれば点線で示した磁束が変わり結合度を調整でき
る。21aは誘電体共振器21を支える支持用支柱である。

発振器を動作させるためには共振回路２の反射線数Γ
_lがある程度大きくなるようにする必要があり、そのた
めにはマイクロストリップ線路22と誘電体共振器21の結
合度を大きくしなければならない。

従来の高周波発振器では結合度を上げるために、マイ
クロストリップ線路22の基板厚を厚くしたり、高特性イ
ンピーダンスの線路を用いることがあるが、それでは線
路22の電磁界の空間分布が広がるために誘電体共振器21
の不要共振モードと結合しやすい欠点があった。

また、結合度の調整を誘電体共振器21とマイクロスト
リップ22との間隔調整で行なおうとすると、例えば第３
図に示したように誘電体共振器21に結合する線路が２本
（22と23）以上あると、一方の線路の結合度を調整する
ために誘電体共振器21の位置を変えると他の線路との結
合度が変化してしまうという不都合が生じた。

（発明が解決しようとする課題） 従来の高周波発振器は、良好な発振状態を得るため
に、調整により誘電体共振器とマイクロストリップ線路
との結合度を高める必要が生じるが、誘電体共振器の不
要共振モードと結合しやすくなったり、負荷側の線路と
の結合度が変化し最適な条件で発振出力を取出し得ない
等の欠点があった。

そこで本発明は、簡単な構成により、誘電体共振器と
マイクロストリップ線路との結合度のみを容易に調整可
能としたことを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成刷るために本発明では、誘電体共振器
と伝送線路との結合による共振回路を具備した高周波発
振器において、金属ケース内に収納された前記誘電体共
振器を有し、この誘電体共振器と前記伝送線路との結合
を前記金属ケースに設けられたスリットを介して行わせ
るとともに、このスリットの間隙の大きさを調整可能な
調整手段を備えたことを特徴とする。

（作用） 本発明による高周波発振器は、共振回路における誘電
体共振器とマイクロストリップ線路との結合度制御を、
両者の磁気結合路である金属ケースのスリットの間隙の
大きさを調整して行うように構成したものである。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第１図を参照して詳細に説明
する。

即ち、第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明による高周波
発振器に使用される共振回路を示した平面図で、金属ケ
ース24の中に支持用支柱21aを介して誘電体共振器21が
収納されている。

金属ケース24の側壁部には誘電体共振器21側に開口し
たスリット24aが形成され、スリット24aの底部に取付け
られた誘電体基板22a上のマイクロストリップ線路22と
前記誘電体共振器21の共振モード電磁界との磁気結合が
可能となるように構成される。即ち、点線で示すよう
に、誘電体共振器21の磁力線の一部がスリット24aを通
過してマイクロストリップ線路22と結合する。

そこで、誘電体共振器21とマイクロストリップ線路22
との間の結合度は、前記スリット24aを通過して周回す
る磁束に比例するので、スリット24aの開口面積と結合
度は略比例する。もっとも、結合度は誘電体共振器21と
マイクロストリップ線路22との間の距離にはほぼ反比例
する。

本発明では、金属ケース24に前記スリット24a内に向
けその挿入長が調整可能に金属ねじ25が設けられ、スリ
ット24aの間隙の実質上の大きさを調整する調整手段が
形成されている。

従って、金属ねじ25を制御し、スリット24aにおける
実質開口面積を変えることによって、誘電体共振器21と
マイクロストリップ線路22との形成を容易に調整するこ
とが可能である。

なお、金属ケース24には、コネクタ26,27が取付けら
れ、一方は線路インピーダンスとほぼ等しい抵抗値を持
つ安定化抵抗（R_s）に、また他方は負性抵抗回路１に接
続される。

このように、本発明によれば、ねじ25等による簡単な
機械的調整手段によって、誘電体共振器21とマイクロス
トリップ線路22との結合度が変えらられるものであり、
従来のように誘電体共振器21が仮に他の線路と結合して
いたとしても、それに影響を与えることもなく、また誘
電体共振器21の不要モードとの結合も極めて小さくな
り、安定した発振周波数信号を取出すことができる。

これは、結合部の領域が空間的に局在していること
と、スリット形状による磁界結合の窓によって、結合す
る共振モードが選択されることによるものである。

なお、第１図に示す回路では、誘電体共振器21に他の
１つの回路（負性抵抗回路１）のみを結合させ高周波発
振器を構成した例を示したが、同様な結合法により２つ
以上（複数）の回路を誘電体共振器21に結合させること
も可能である。例えば、上記高周波発振器にバラクタダ
イオードによる変調回路を付加すれば、電圧制御発振器
（VCO）を構成できる。また、それらの出力は、１つ又
は複数の出力回路を誘電体共振器21に結合させて取り出
すことができる。更に、夫々のスリットの大きさを機械
的に可変し、誘電体共振器と各回路との結合を調整すれ
ば、前者においては周波数変調感度を自由に変化するこ
とが可能であり、後者においては発振出力レベルを自由
に変えることが可能となる。

以上のように、本発明によれば、誘電体共振器に複数
の回路を結合させる高周波発振器の調整が、極めて容易
に行うことができる。

〔発明の効果〕

上述のように、本発明による高周波発振器は、共振回
路における誘電体共振器とマイクロストリップ線路との
結合度の調整を、スリット開口面積を調整する簡単な機
械的調整手段により実現したものであり、しかも小形で
不要発振モードの生じにくい利点があり、実用上の効果
大である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明による高周波発振器の一実施例を
示すもので特に共振回路を示す平面図、第１図（ｂ）は
同図（ａ）のＡ−Ａ線断路図、第２図は高周波発振器の
動作を説明する概念図、第３図は第２図に示す高周波発
振器の回路図、第４図は第３図に示す負性抵抗回路の特
性図、第５図は第３図に示す共振回路の等価回路図、第
６図は第３図に示す共振回路の特性図、第７図は第３図
における10GH_z帯の動作特性図、第８図（ａ）は従来の
高周波発振器の特に共振回路の主要部を示す平面図、第
８図（ｂ）は同図（ａ）の側面図である。 １…負性抵抗回路、11…FET、２…共振回路、21…誘電
体共振器、22…マイクロストリップ線路、24…金属ケー
ス、24a…スリット、25…ねじ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】誘電体共振器と伝送線路との結合による共
   振回路を具備した高周波発振器において、金属ケース内
   に収納された前記誘電体共振器を有し、この誘電体共振
   器と前記伝送線路との結合を前記金属ケースに設けられ
   たスリットを介して行わせるとともに、このスリットの
   間隙の大きさを調整可能な調整手段を備えたことを特徴
   とする高周波発振器。