JP3115431B2 - マイクロ波発振器 - Google Patents

マイクロ波発振器

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JP3115431B2 JP04271742A JP27174292A JP3115431B2 JP 3115431 B2 JP3115431 B2 JP 3115431B2 JP 04271742 A JP04271742 A JP 04271742A JP 27174292 A JP27174292 A JP 27174292A JP 3115431 B2 JP3115431 B2 JP 3115431B2
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    • H03L7/02—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a frequency discriminator comprising a passive frequency-determining element
    • H03L7/04—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a frequency discriminator comprising a passive frequency-determining element wherein the frequency-determining element comprises distributed inductance and capacitance
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
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    • H03B9/12—Generation of oscillations using transit-time effects using solid state devices, e.g. Gunn-effect devices
    • H03B2009/126—Generation of oscillations using transit-time effects using solid state devices, e.g. Gunn-effect devices using impact ionization avalanche transit time [IMPATT] diodes

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  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Waveguide Connection Structure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は発振装置、特にガンダイ
オードを装着し所望のマイクロ波周波数の電力を発生す
る導波管発振源空胴を具えるマイクロ波発振器に関する
ものであり、特に発振周波数を安定化させるマイクロ波
発振器に関するものである。また、本発明はかかる発振
器をマイクロ波信号源として具える簡単なマイクロ波送
信機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】この種の発振器はマイクロ波送信装置
（例えばビデオ分配システム）に、またはレーダに送信
発振源として用い得るように設計されており、或は又、
非送信モード（装置の局部発振器）に用いるように設計
されている。
【０００３】２６ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの周波数範囲で
作動する多くの導波管発振源に対しては、発振源の長期
間特性、特にその周波数安定性および／またはその振幅
安定性を改善するようにした廉価な制御装置が必要であ
る。従って、発振源の中心周波数を２年間に亘って１０
ＭＨｚ以上ドリフトさせることができる。
【０００４】発振源空胴の外側に設置した方向性カプラ
を経てマイクロ波発振器の出力をモニタすることは既知
である。この方向性カプラは発振周波数で導波管出力を
サンプルするとともに発振源空胴の外側に適宜に取り付
ける必要がある。特に、発振器のスペクトルのミリ波領
域ではかかるカプラは製造および装着が高価となる。ま
た、方向性カプラは有限の固定挿入損を有し、これは小
さな結合値で結合されたサンプル出力よりも一層顕著で
ある。ミリ波カプラに対してはこの固定挿入損は代表的
にはほぼ０．５ｄＢであり、従って発振源からの有効電
力は１０％以上も減少する。
【０００５】かかる挿入損は、発振源空胴に結合された
空胴共振器を用いる種々の周波数安定化へのアプローチ
を採用することによって防止することができる。特開昭
５５−８３，３０４号公報に提案されているようにかか
る既知の種々のアプローチの例では、空胴共振器も発振
器の検出器区分を構成する。これがため、上記特開昭５
５−８３，３０４号公報に記載のマイクロ波発振器は、
反射壁により検出器区分（空胴共振器）から分離された
発振源空胴と；この発振源空胴に装着され所望のマイク
ロ波周波数を発生する発振装置と；発振源空胴の一端に
設けられ発振装置により発生したマイクロ波出力を反射
する反射壁と；前記発振源空胴の他方の壁部に設けられ
マイクロ波電力の１次出力を発生する第１開口と；前記
反射壁に設けてマイクロ波電力のサンプルを２次出力と
して発振源空胴から検出器区分に供給する結合開口と；
検出器区分に関連させて所望のマイクロ波周波数が発振
源空胴に発生したかどうかを表わす信号を前記サンプル
から発生させる検出器手段と；前記発振源空胴により発
生されたまた電力を制御するバイアス信号を供給するバ
イアス端子とを具える。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記特開昭５５−８
３，３０４号公報に記載のマイクロ波発振器では、前記
検出器手段は、空胴共振器の外側で空胴共振器内に突出
された結合部分により共振器に接続された検出ダイオー
ドとする。この共振空胴によって取出されたサンプルを
共振周波数で増幅する。この検出ダイオードには負荷抵
抗を接続し、この負荷抵抗の両端間の電圧を用いて空胴
共振器の共振周波数からの発振周波数のずれをモニタす
る。発振器が共振とは相違する不所望な波長を発生する
場合には抵抗の両端間には電圧は発生しない；この条件
が観察されると、発振器のバイアス信号が減少して発振
を停止することにより不所望な波長を抑圧する。
【０００７】発生した周波数が共振から変位している際
に空胴共振器を有するかかる検出装置を設けても、周波
数変位が高い方に向かうのかまたは低い方に向かうのか
を示すことはせず、検出ダイオードおよび負荷抵抗の回
路配置によっても発振器へのバイアス信号を自動的に調
整してその周波数作動を補正することはない。さらに、
かかる空胴共振器は製造が高価となる。
【０００８】本発明の目的は周波数安定化に対し異なる
アプローチを行って、方向性カプラを使用することによ
り生ずる固定の挿入損を防止し、（空胴共振器を必要と
することなく）結合開口を用いて発振源空胴に発生する
信号をサンプルし、発振器を自動調整してその周波数作
動を補正する手段を簡単且つ信頼性をもって提供し、し
かも発振源空胴および検出器区分の廉価な導波管を採用
し得るマイクロ波発振器を提供せんとするにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は反射壁によって
検出器区分から分離された発振源空胴を形成する導波管
と、前記発振源空胴に設置され所望のマイクロ波周波数
の出力を発生する発振装置と具え、前記反射壁は前記発
振源空胴の一端に存在させて前記発振装置により発生し
たマイクロ波出力を反射し、他に前記発振源空胴の他方
の反射壁部に存在しマイクロ波出力の１次出力を供給す
る第１開口部と、前記反射壁部に存在しマイクロ波出力
のサンプルを２次出力として前記発振源空胴から検出器
区分に供給する結合開口部と、前記検出器区分と関連し
前記サンプルから所望のマイクロ波周波数が前記発振源
空胴に発生されたか否かを表わす信号を発生する検出器
手段と、前記発振源空胴で終端しこの空胴に発生したマ
イクロ波出力を制御するバイアス信号を供給するバイア
ス手段とを具えるマイクロ波発振器において、前記検出
器手段は前記導波管の検出器区分に設置され安定な基準
信号と前記結合開口部からのサンプルとを混合して発振
器周波数の所望の周波数からの任意のエラーを具える周
波数信号を発生するミキサーとし、このミキサーおよび
前記バイアス端子との間のフィードバックループに周波
数弁別器を設けて前記ミキサーにより発生した周波数信
号に従って前記発振器の周波数を調整する補正バイアス
信号を供給するようにしたことを特徴とする。
【００１０】これがため、本発明によればマイクロ波発
振源空胴からサンプル出力信号を取出し且つ用いる簡単
な代交手段を有利なフィードバックループに設けて発振
器の１次出力信号のマイクロ波周波数を安定化し得るよ
うにする。ミキサーによって発生した周波数信号は発振
器周波数の変位の大きさおよび方向の双方を表わし、従
って発振器の周波数作動はフィードバックループからの
補正バイアス信号によって自動的に調整されるようにな
る。導波管の壁部で結合開口によるサンプリングを行う
ことにより、発振源空胴の外側の方向性カプラにより発
生する固定挿入損を防止し、１次出力信号の大きさを僅
かな結合値で実際に結合される僅かな値の出力で充分に
減少させることができる。さらに、空胴共振器を必要と
することなく、低い電力レベルをこれが検出される前に
増幅する必要がある。これがため、本発明によりフィー
ドバックループにミキサーを用いる場合には、極めて少
量の電力のみをミキサーを経て取出す必要があるととも
に、これは、発振装置により発生したマイクロ波電力を
反射する導波管発振源空胴の一端に存在する反射壁に結
合開口を設けることにより満足に達成し得ることを確か
めた。結合開口をかように位置決めすることによって導
入される発振源の妨害は極めて僅かであり、従ってその
１次出力電力はその他の主な特性は実際上不変のままで
ある。
【００１１】第１開口を経て取出される１次出力電力は
例えば５ｍＷ〜１Ｗの範囲にある。簡単なガンダイオー
ドは例えば１０ｍＷ程度の出力電力を有するが、ドップ
ラーレーダに対しては１００ｍＷ、ＦＭＣＷレーダに対
しては１Ｗ程度の出力電力である。これがため、例えば
０．１ｍＷ〜１ｍＷの電力を２次出力として取出すが、
結合開口を設けることにより発振源から得られる最大電
力レベルに左程影響は受けない。第１開口および結合開
口の相対的位置並びに大きさを適宜定めて（特定のシス
テム要求に従って）発振源の全出力電力の−１３ｄＢ以
下、好適には−２０ｄＢを結合開口を経て取出し得るよ
うにする。
【００１２】結合開口が発振源空胴の一端で反射壁に存
在するため、簡潔良好な機械的組立体を容易に得ること
ができる。壁部は導波管区分の端部に例えばボルト付け
することができる。かかる反射壁部の端部装着は発振源
空胴とミキサーの他の導波管区分との間の反射壁部を容
易に含めることができる。通常の導波管区分はミキサー
に対して用いることができる。第１開口（１次出力）お
よび結合開口（２次出力）は導波管発振源空胴から逆の
方向に対向させ、導波管区分によって発振源空胴を形成
し、ミキサー区分は同一断面区分とする。これがため、
ミキサーの導波管区分および発振源空胴の双方は単一導
波管の延長部の切断された長さのものとすることがで
き、互いにボルト付けして一体としその間に反射壁部を
サンドイッチ状に設けることができる。さらにかかる端
部装着の特性は他の導波管区分の回路基板に形成された
ミキサーの装着にも適用することができる。
【００１３】従って、慣例のように他の導波管にミキサ
ーを装着する代わりに、他の導波管の両端間に装着さ
れ、発振源空胴の２次出力を基板の少なくとも１つのミ
キサーダイオードに結合する誘導性プローブを基板に有
する回路基板を具えるミキサーにより発振器のフィード
バック安定化に対する適宜のミキサー性能を得ることが
できる。この場合にこの他の導波管は２次導波管区分を
具え、これら導波管区分間にサンドイッチ状に設けられ
たミキサーの回路基板を設けることができる。
【００１４】これがため、本発明によれば、２つの導波
管区分間に装着され導波管区分の空胴内に延在する回路
基板を具える新規なミキサーを提供する。かかる回路基
板には、基板の周辺区域に設けられ導波管区分の反射壁
部に隣接して延在する接地板と、接地板でない基板中央
区域を横切って延在し、導波管区分の信号電界に結合す
るようにした誘導性プローブと、この誘導性プローブお
よび接地板間に接続された少なくとも１つのミキサーダ
イオードとを設ける。
【００１５】このミキサーは高調波ミキサーとするのが
有利である。従ってミキサーは回路基板上に設置され、
低域通過フィルタおよび誘導性プローブによって回路基
板の端子に接続する一対のミキサーダイオードを具える
ことができる。この端子にはミキサーからの出力端子と
基準信号用の入力端子とを設けるが、低域通過フィルタ
によって基準信号の高調波をミキサーダイオードの反射
して戻すようにする。かかるミキサーの他の有利な特徴
は特定の例につき後に詳細に説明する。
【００１６】本発明の他の例では、前記発振源空胴の１
次出力をアンテナに供給し、且つ発振源空胴の周波数調
整バイアス端子は前記フィードバックループからの第１
入力および前記送信機により送信すべき情報を表わすデ
ータ信号の第２入力を有するようにする。この形態の簡
単な周波数安定化送信機は、例えば、局部区域送信用ア
ナログビデオ信号に好適である。
【００１７】
【実施例】図面につき本発明の実施例を説明する。すべ
ての図面は概略図であり、寸法道理ではない。図面の各
部の相対的寸法および比率は説明の便宜上拡大または縮
小して示す。また種々の例において同一部分には同一符
号を付して示す。 図１に示す送信機のマイクロ波発振
器は発振装置１（例えば、負性抵抗発振ダイオード）を
具え、これによって所望の周波数のマイクロ波出力を発
生するとともに導波管３０の発振源空胴１０に装着す
る。発振源空胴の１つの導電性壁部に設けた第１開口１
１によって発振器の１次出力を発生する。この１次出力
を送信機のマイクロ波アンテナ６５に供給する。好適に
は、図２，３，６および１０に示すように、同調ダイオ
ード２も発振源空胴１０に装着して発振器の周波数を電
子的に同調する。以下に示すように、他の導波管区分１
５にミキサー２１を具えるフィードバックループ（１
２，２１，２３，２４，３６）を用いて発振器の周波数
をモニタするとともに端子３６を経て同調ダイオード２
のバイアスを調整する。また、同調ダイオード２のバイ
アスは、マイクロ波送信機により送信すべき情報を表わ
し且つフィードバックループの入力端子６４に供給され
るデータ信号によっても制御することができる。
【００１８】発振ダイオード１は同調ダイオード２とし
てバラクタを有するガンダイオードの形態とすることが
できる。導波管は発振器を組込んだシステムの好適な任
意の形状とすることができる。これがため導波管３０は
図１に破線のブロックで簡単に示す。１例として図２〜
８には矩形導波管を示す。第１開口１１を通過する１次
出力の出力レベルは例えば１００ｍＷ程度とする。この
１次出力の周波数は２６ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの範囲、
例えば個人通信回路網に対しほぼ２９ＧＨｚ、または、
ビデオ分配システムに対しほぼ４２ＧＨｚとすることが
できる。
【００１９】発振源空胴１０は短絡回路壁３２によって
導波管３０のミキサー区分１５から分離することがで
き、この短絡回路壁は発振源空胴１０の１端に設けて発
振装置１により発生したマイクロ波電力を反射し得るよ
うにする。短絡回路壁３２には結合開口１２を設けて発
振源空胴１０からのマイクロ波電力のサンプルをミキサ
ー区分１５に供給し得るようにする。このサンプルは発
振源空胴１０の２次出力とし、１次出力と位相を同一と
し、フィードバックループ（１２，２１，２３，２４，
３６）を経て発振器の周波数性能をモニタし、且つ安定
化するために用いる。本発明によればミキサー２１を有
するフィードバックループ（１２，２１，２３，２４，
３６）内に結合開口１２を用いることにより最小電力を
消費するだけで前記安定化を達成することができる。
【００２０】発振器の所望の出力周波数に関連する局部
発振器（ＬＯ）の基準周波数を導波管３０の外側の安定
電源２２から導波管区分１５のミキサー２１に供給す
る。図２〜１０の特定の例では、ミキサー２１を高調波
ミキサーとし、これにより局部発振器の周波数を乗算し
て発振器の所望の出力周波数に近似の高調波を有する低
周波発振源２２を利用し得るようにする。これがため、
廉価な安定電源を用いることができる。
【００２１】図２および３は導波管発振源空胴１５を横
切って垂直にポストに装着されたミキサーダイオード５
１の逆並列対を具える高調波ミキサー２１の既知の構成
のものを示す。ミキサー空胴１５は反射バック短絡壁３
３を有する。一方の垂直装着ポストミキサーダイオード
５１のバイアス端子を構成し、ダイオード５１の逆並列
対からの共通接続部はミキサー空胴１５の側壁を通過す
る水平クロスバー３５によって構成する。このクロスバ
ー接続部３５は導波管３０の外側のダイプレクシングフ
ィルタ（図示せず）に導きこのフィルタを経て基準発振
源２２および周波数弁別器２３をミキサー２１に接続し
得るようにする。。このポスト装着配置の代わりに、ミ
キサー空胴１５のＥ面に設けられた水平回路基板にミキ
サー部品を設けることができる。また、後述するように
垂直基板配置も可能である。
【００２２】他の空胴１５に形成された高調波２１は第
２開口１２からの極めて低い出力レベル、例えばほぼ
０．３ｍＷのみを必要とする。これがため、１００ｍＷ
を発生するガンダイオードによりほぼ９９．７ｍＷをも
１次出力端子１１に得ることができる。これは０．５ｄ
Ｂの損失の方向性カプラを使用することができ著しい改
善である。
【００２３】このミキサー２１は同調ダイオード２を調
整するために２次出力電力の極めて低いレベルのものを
必要とするため、最小電界または極めて低い電界強度を
有する発振源空胴１０の箇所に位置決めされた結合開口
１２と容易に両立させることができる。発振源空胴１０
の１端における短絡回路壁３２は発振器の性能、例えば
その１次出力電力およびその同調特性に最小の妨害を生
ぜしめる低電界箇所とする。開口１２を経る結合は電界
を経て行う。短絡回路壁３２はガンダイオード１により
発生したマイクロ波電力を反射し、従ってこの短絡回路
壁３２の電界強度は実質上零となる。しかし、開口１２
を傾斜させることによって短絡回路壁３２の反射特性を
僅かに漏洩させて著しく低レベルの電力が開口１２で短
絡回路壁３２を経て漏洩するようになることを確かめ
た。従って短絡回路壁３２の開口１２の直径がほぼ３ｍ
ｍ以下である場合には１次出力電力を発生する発振器の
発振源空胴１０から０．１ｍＷ〜１ｍＷの電力を取出す
ことができることを確かめた。
【００２４】実際上、かかる発振器を用いる場合には、
電界が短絡回路壁３２における場合よりも充分に高い発
振源空胴１０の他の壁部箇所に設けられた開口を経てか
かる低い電力レベルを結合することが実現不可能である
ことを確かめた。その理由はこの他の電界箇所に必要な
開口の寸法が著しく小さくてこれを導波管に形成するの
が困難であるからである。
【００２５】反射端部壁３２におけるこの開口１２のこ
の位置も本発明高調波ミキサーを機械的に装着するのが
有利である。これがため、図２〜６に示す特定の例の場
合のように、両発振源空胴１０およびミキサー空胴１５
は単一導波管の分割長さ３０ａ，３０ｂ（３０ｃ，３０
ｄ）から形成することができ、これら分割部分は互いに
端部を突き合わせてボルト締めし且つその間に短絡回路
壁３２をサンドイッチ状に介挿して一体に構成すること
ができる。導波管区分３０ａおよび３０ｂ並びに短絡回
路壁３２にあけた適宜位置のボルト孔３４を図５に示
す。空胴１０および１５は結合開口１２を具える短絡回
路壁３２によって分割する。
【００２６】発振源空胴１０からのフィードバックルー
プは結合開口１２，周波数弁別器２１，演算増幅器２４
および発振源空胴１０へのバイアス端子３６を具える。
開口１２からのサンプル出力を発振源２２からの局部発
振器ＬＯの基準信号の高調波によりヘテロダイン処理す
ることによって高調波ミキサー２１によって中間周波
（ＩＦ）信号を発生する。この中間周波信号の周波数は
発振器の１次出力１１の任意の周波数ドリフトを周波数
成分として具えている。この周波数成分（代表的には１
００ＭＨｚ程度）は例えば同軸ケーブルに沿って高調波
ミキサーから周波数弁別器２３に供給される。小型の低
周波増幅器は周波数弁別器２３の出力側に設けることが
できる。周波数弁別器２３はミキサー２１から低電力入
力のみを必要とし、且つ入力周波数を既知のように出力
電圧に変換する。この周波数弁別器２３は既知のように
例えばフォスタシーレイ弁別器、または無線検波器、或
は、例えば位相ロックループ、または周波数エラー信号
と安定信号源とを比較して出力電圧を発生するプリセッ
トプログラマブルコンパレータとすることができる。次
いでこの出力電圧を低域通過フィルタ２５を経て演算増
幅器２４の一方の入力端子６３に補正信号として供給す
る。アンテナ６５によって送信すべき情報を表わすデー
タを演算増幅器２４の他方の入力端子６４にバイアス電
圧信号Ｖとして供給し、この演算増幅器の出力を発振源
空胴１０の同調ダイオード２の補正されたバイアス信号
とする。この配置は、例えば局部区域のビデオ分配シス
テムのビデオ信号の安定でしかも比較的簡単なマイクロ
波送信機に特に好適である。アナログビデオデータは増
幅器２４によって同調ダイオード２のバイアス部に簡単
に加算する。かかる適用には周波数安定化のみを必要と
し、位相ロックは必要ではない。その理由はガンダイオ
ード発振器がアナログビデオ送信機と完全に両立性のあ
る良好な位相雑音特性を有するからである。フィードバ
ックループは極めて小さな帯域幅（代表的にはほぼ１Ｈ
ｚ）を有し、且つ基準発振源２２によって基準位相雑音
特性を必要とすることなく、安定な基準周波数を供給す
る。これがため、基準発振源２２は比較的簡単且つ廉価
な例えば誘電体共振発振器とすることができる。
【００２７】ガンダイオード１は短絡回路壁３２から１
／４波長またはその奇数倍離間されている。この短絡回
路壁３２に対しこれらダイオード１および２を正確に位
置決めすることによって同調ダイオード２のバイアスで
得られる同調範囲を制御する。伝搬導波管３０の出力１
１は短絡回路壁３２から反対端に、即ち、ガンダイオー
ド１から１／２波長の箇所に位置する。かかる構成の２
つの変形例を図２〜４の実施例に、および図６の実施例
に示す。
【００２８】図２〜４に示す発振器はポスト結合１次出
力端子を有する。この例では、発振源空胴１０は一端１
１では開口されたある長さの伝搬導波管３０ａを具えて
１次出力を発生するが、２次出力は反対端で短絡回路壁
３２の開口１２から発生する。第１開口１１から発振源
空胴１０内を見た図４は導波管３０の導電性装着ポスト
３８間のガンダイオード１を示す。
【００２９】図６の例では、１次および２次出力の双方
を導波管３０ａの長さの両端に装着された第１および第
２導電壁部３１および３２の各開口１１および１２によ
って取出す。開口１１具える第１導電壁部３１は導波管
区分３０ａおよび３０ｄの対向端部間に装着する。ミキ
サー空胴１５は導波管区分３０ｂおよび３０ｄの閉成反
対端部３３と、第２開口１２を具える短絡回路壁３２と
の間に形成する。開口１１は開口１２よりも大きくす
る。
【００３０】実施例では、図２，３，５および６に開口
１２を円形開口として示す。この円形の開口は短絡回路
壁３２に例えばドリル処理により容易に形成することが
できる。しかし、開口１２として他の形状、例えば多角
形、正方形或は長方形の形状とすることができ、長方形
の場合にはその辺を例えば導波管３０の辺に平行に整列
させることができる。
【００３１】図６の例では、１次出力を発生する開口１
１は開口１２と同一の形状とするが、これを他の形状と
することもできる。開口１１の寸法は発振源空胴１０の
その位置における電界強度に関連して１次出力に必要な
最大電力に従って選定することができる。
【００３２】図２〜６の実施例の特定の例では、開口１
１および１２のその種々の異なる電界位置における相対
寸法（および形状）は、発振器の総合出力電力の多くと
も−１３ｄＢ（例えば、ほぼ−２０ｄＢ）が第２開口１
２を経て取出されるように設定する。２次出力はほぼ
０．１ｍＷ〜０．５ｍＷのレベルとし、このレベルは上
述したようにフィードバックループ１２，２１，２３，
２４，３６の有利な高調波ミキサー２１を用いる同調ダ
イオード２を制御するには充分である。この２次出力電
力のレベルが低い場合に発振器の特性およびその開口１
１を経る１次出力に及ぼす影響は、最大出力がほぼ１０
ｍＷ程度の発振器の場合でも極めて僅かである。
【００３３】また、図６は、発振源空胴１０の外側から
各開口１１および１２の近くに金属同調ネジ４１および
４２を設けて発振源空胴１０から開口１１または１２に
より結合される出力電力を同調し得るようにする場合を
示す。これにより発振器が組立てられた後でその使用作
動中も出力電力をさらに制御し得るようにする。このネ
ジ４１または４２は各開口１１または１２を通過する出
力電力に影響を及ぼさない程度に充分に螺入することが
できる。ネジ４１または４２がこの位置から螺入される
につれて出力電力はまず最初ピーク値まで増大し、次い
でネジが各開口１１または１２を一層ふさぐにつれて減
少する。これらネジ４１および４２は発振源空胴１０の
外側で各開口１１または１２にできるだけ近接して装着
するのが好適である。図６に１点鎖線で示すように、同
調ネジ４２は２次出力をかように同調する必要がないか
または同調するのが好適でない場合には省略することが
できる。またネジ４１も省略することができる。
【００３４】図２〜５および図６に示す２例では、バラ
クタダイオード２は、電界強度が発振器の所望同調範囲
に必要な結合の程度に好適となる発振源空胴１０の任意
の箇所に位置決めすることができる。
【００３５】図２〜６に示すように、高調波ミキサー２
１のマイクロ波構成部分を他の導波管空胴１５の発振源
空胴１０のバック短絡部３２のすぐ背後に設置する。ミ
キサーダイオード（またはダイオード）５１は図２およ
び３に示すように空洞１５のの導波管ポストに装着する
ことができる。しかし、図６〜９は、ミキサー２１が他
の空胴１５を横切って装着されたマイクロストリップ基
板５０の構成部分を具える一層有利な配置を示す。
【００３６】これらの構成部分は誘導性プローブ５２、
逆並列対のミキサーダイオード５１、低域通過フィルタ
５３および５４並びにバイパスコンデンサ５５を具え
る。また、接地板５６および５７も設ける。このミキサ
ー回路基板５０は２つの導波管区分３０ｂおよび３０ｃ
間に装着されこれら導波管区分３０ｂおよび３０ｃの空
胴を横切って延在し得るようにする。この基板は穴３４
を経てボルト締めすることにより固着する。このミキサ
ー配置も図２〜５の発振器の変形に用いることができ
る。
【００３７】基板５０は例えばＲＴドゥロイド（商品
名）として市販されている誘電体材料とするのが好適で
ある。基板５０への金属化区域は図７および８に斜線を
付して示す。図８に示すように基板５０の背面は導波管
区分３０ｂおよび３０ｃの壁部に隣接して延在する周辺
区域を囲む接地板５７で金属化する。図７に示すよう
に、基板５０の前面の金属化は接地板５７の延長部５６
を具え、この延長部は金属化ビア孔５８を経て前記背面
接地板５７に直接接続する。前記前面の他の金属化区域
５５は背面接地板５７と相俟って結合開口１２、局部発
信源２２およびその高調波並びにミキサーのＩＦ（中間
周波）出力からの信号の周波数で接地されるＲＦ（無線
周波）バイパスコンデンサを構成する。導波管区分３０
ｂおよび３０ｃの空胴区域に存在する基板５０の中央区
域は接地板およびコンデンサ金属化区域５５，５６およ
び５７とは分離する。
【００３８】金属化ストリップ５２により形成された誘
導性プローブはこれを横切って延在するが基板５０の中
央区域から分離され開口１２からの空胴１５内でサンプ
ル電界と結合し得るようにする。接地板金属化部５６お
よびプローブ５２の一端間のギャップを横切って一方の
ミキサーダイオード５１を接続する。他方のミキサーダ
イオード５１はコンデンサ金属化部５５およびプローブ
５２の同一端間のギャップを横切って接続する。金属化
区域５５および５６間のギャップ５９によってこれら逆
並列ダイオード５１のバイアスを行うようにする。金属
化５４により（接地板５７と相俟って）形成される誘導
性素子および容量性素子は入力端子６０からダイオード
５１に直流バイアスを提供する低域通過フィルタを構成
する。また入力端子６０にはミキサーからのＩＦ出力端
子および局部発振器２２からの基準信号の入力端子を設
け、且つこの理由で端子６０によってＩＦおよびＬＯ信
号用の導波管３０の外側でダイプレクシングフィルタに
供給する。これがため、基板５０は単一入／出力接続６
０を行う。
【００３９】ミキサーダイオード５１の逆並列対を誘導
性プローブ５２行う。低域通過フィルタ５３によって端
子６０に接続する。この低域通過フィルタは（接地板５
７と相俟って）金属化５３によって形成された誘導性お
よび容量性素子を具え、局部発振器２２の基本周波数以
上の周波数に対する短絡回路を構成する。従って、ミキ
サーに発生する局部発振器の周波数の高調波はフィルタ
５３によってミキサーダイオード５１に反射されるよう
になる。
【００４０】金属化区域５３〜５５の導波管区分３０ｂ
または３０ｃの対向面への短絡を防止するために、基板
５０の全面の少なくともこの周辺区域を絶縁フィルムま
たは絶縁層により被覆する。かかる絶縁フィルムまたは
層は図８に示す背後金属化の斜線を付した区域を有し、
基板５０の空胴区域およびそのプローブ５２がオーバレ
イされないようにする。しかし、プローブ５２の区域を
含む基板５０の前面全体は絶縁フィルムまたは層にオー
バレイさせることができる。
【００４１】発振器のその他の形状のものもの本発明に
従って設計することができる。従って、例えば、図１０
は開口１１の１次出力をガンダイオード１の固有周波数
の第２高調波で取出す発振器を示す。この第２高調波の
発振器は、エレクトロニクスレターズ（１９８７年７月
２日）第２３巻、第１４号、第７１４〜７１５頁にＲ．
Ｎ．ベイツが発表した論文およびＳ．フェ−ニイによる
ヨーロッパ特許出願ＥＰ−Ａ−０１１４４３７号に記載
されているものと同一の型の発振器である。この場合に
は発振源空胴１０は１次空胴４３および２次空胴４４を
具え、これら空胴は例えば共通の隔壁を介してプローブ
４５により互いに結合する。１次空胴４３によって開口
１１に１次出力を供給するとともにこの空胴は２次高調
波でこれに結合された発振器ダイオード１を具える。ま
た空胴４３には摺動短絡回路４６をも示す。２次空胴４
４は同調ダイオード２を具えるとともに前記発振器ダイ
オード１の基本周波数で共振する。共振空胴４４には摺
動短絡回路４６をも具える。
【００４２】本発明によれば、図１０の発振器をヨーロ
ッパ特許出願ＥＯ−Ａ−１１４４３７号およびエレクト
ロニクスレターズペーパーの基本形式のものと比較し、
空胴４３および４４の外側端壁の任意のものに設け得る
開口１２の形状の２次マイクロ波出力側からフィードバ
ックループ１２，２１，２３，２４，３６（図１に示
す）を設けることにより変形する。かかる２次出力を１
次空胴４３から取出す場合には、これが２次高調波とな
る。しかし、２次出力を２次空胴４４から取出す場合に
は図１０に示すように、開口１２が空胴４４の一端で反
射短絡回路壁に存在するようになる。この場合には２次
空胴４４により基本周波数で、即ち、１次出力の１／２
周波数で、しかも１次出力と同相で２次出力を供給す
る。この２次出力の信号を他の導波管空胴１５のミキサ
ー２１に供給し、ここでこの信号を２次高調波に関する
（発振源からの）基準周波数と混合してバラクタダイオ
ード２をバイアスする補正制御信号を図１の場合と同様
に供給し得るようにする。
【００４３】上述した特定の例では、発振器は発振源装
置としてガンダイオードを具える。しかし、その代わり
に他の型の負性抵抗発振ダイオード、例えばＩＭＰＡＴ
Ｔダイオードを用いることができる。或は又、電界効果
トランジスタを用い、これをフィードバック同調回路網
に既知のように接続して発振装置として作用させること
もできる。
【００４４】発振源空胴１０にバラクタその他の同調装
置２を設ける代わりに、増幅器２４からの補正されたバ
イアス電圧を発振器装置１のバイアス端子３６に供給す
ることができる。この場合には発振器の出力周波数は発
振器装置１のバイアスを調整することにより直接同調さ
せることができるが、バイアス電圧のこの変化も発振器
装置１からの出力電力のレベルに影響を及ぼすようにな
る。同調ダイオードを使用すると、コントラストにより
出力電力のレベルを変えることなく周波数同調を行い、
同調のためには僅かの入力電力を必要とするのみで広い
直線性同調範囲を提供することができる。これがため、
調整された同調装置２を有する図１の配置によって発振
周波数の微同調を行うことができ、従って高い性能を必
要とする箇所に好適に用いることができる。
【００４５】高調波ミキサー２１を用いる代わりに、基
準信号発生源２２および発振源空胴１５の非高調波ミキ
サー２１間の接続部に高調波乗算器を設けることができ
る。かようにして、基準信号発生源２２からのＬＯ信号
の基本周波数は結合開口１２からのサンプルとの混合を
行うミキサー２１に供給される前に乗算（例えば１０
倍）することができる。
【００４６】本発明は乗算例にのみ限定されるものでは
なく、要旨を変更しない範囲内で種々の変形または変更
を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】出力をアンテナに供給するとともにアナログデ
ータ入力端子を有するフィードバック制御ループを有す
るマイクロ波発振器を具えるマイクロ波送信機の構成を
示す説明図である。
【図２】図１の発振器の導波管構造の１例を示す断面図
である。
【図３】図２の導波管構造をそのIII−III線上を断面と
して示す断面図である。
【図４】図２および３の発振器導波管空胴から１次開口
を見たそのIV−IV線上の断面図である。
【図５】図２および３の発振器の主導波管構成部分の斜
視図である。
【図６】図２および３導波管構成の変形例を示す断面図
である。
【図７】本発明ミキサーを具え図１および６の発振器を
装着するに好適な回路基板の全面を示す平面図である。
【図８】図７の回路基板の背面を示す平面図である。
【図９】図７および８のミキサーの構成を示す回路図で
ある。
【図１０】本発明による２次高調波導波管発振器の１例
を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 発振装置 ２ 同調ダイオード １０ 発振源空胴 １１ 第１開口 １２ 第２開口 １５ 導波管区分（ミキサー区分） ２１ ミキサー ２２ 低周波発生源（安定電源） ２３ 周波数弁別器 ２４ 演算増幅器 ２５ 低域通過フィルタ ３０ 導波管 ３１ 第１導電壁 ３２ 短絡回路壁（第２導電壁） ３３ 反射性背面短絡壁 ３４ ボルト穴 ３５ 水平交差バー ３６ バイアス端子 ３８ 導電性装着ポスト ４１ ネジ ４２ ネジ ４３ １次空胴 ４４ ２次空胴 ４５ プローブ ４６ 摺動短絡回路 ５０ 基板 ５１ ミキサーダイオード ５３，５４ 低域通過フィルタ ５５ 金属化区域 ５６，５７ 接地板 ６０ 端子 ６４ 入力端子 ６５ マイクロ波アンテナ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 590000248 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １, 5621 ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔ ｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ (72)発明者 デビッド ヒラリー エバンス イギリス国 ウエスト サセックス ク ローリー ブロードフィールド ブッチ ャンス ローン 24 (72)発明者 ケネス ホルフォード イギリス国 サセックス クローリー スリー ブリッジ バーチ リア ８ (56)参考文献 特開 昭49−40848（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−83304（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−11670（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−10945（ＪＰ，Ａ) 仏国特許出願公開2197264（ＦＲ，Ａ １) 欧州特許出願公開164994（ＥＰ，Ａ １) 米国特許3705364（ＵＳ，Ａ) 米国特許3626327（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H03B 9/14 H01P 1/00 - 7/06 H03L 7/06

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 反射壁によって検出器区分から分離され
    た発振源空胴を形成する導波管と、前記発振源空胴に設
    置され所望のマイクロ波周波数の出力を発生する発振装
    置と具え、前記反射壁は前記発振源空胴の一端に存在さ
    せて前記発振装置により発生したマイクロ波出力を反射
    し、他に前記発振源空胴の他方の反射壁部に存在しマイ
    クロ波出力の１次出力を供給する第１開口部と、前記反
    射壁部に存在しマイクロ波出力のサンプルを２次出力と
    して前記発振源空胴から検出器区分に供給する結合開口
    部と、前記検出器区分と関連し前記サンプルから所望の
    マイクロ波周波数が前記発振源空胴に発生されたか否か
    を表わす信号を発生する検出器手段と、前記発振源空胴
    で終端しこの空胴に発生したマイクロ波出力を制御する
    バイアス信号を供給するバイアス手段とを具えるマイク
    ロ波発振器において、前記検出器手段は前記導波管の検
    出器区分に設置され安定な基準信号と前記結合開口部か
    らのサンプルとを混合して発振器周波数の所望の周波数
    からの任意のエラーを具える周波数信号を発生するミキ
    サーとし、このミキサーおよび前記バイアス端子との間
    のフィードバックループに周波数弁別器を設けて前記ミ
    キサーにより発生した周波数信号に従って前記発振器の
    周波数を調整する補正バイアス信号を供給するようにし
    たことを特徴とするマイクロ波発振器。
  2. 【請求項２】 前記ミキサーは誘導性プローブを有する
    回路基板を具え、これにより前記開口部からのサンプル
    を回路基板上の少なくとも１つのミキサーダイオードに
    結合し、且つ前記導波管の検出器区分は２つの導波管区
    分を具え、これら導波管区分間で検出器区分の両端間に
    ミキサー基板を設置するようにしたことを特徴とする請
    求項１に記載のマイクロ波発振器。
  3. 【請求項３】 前記回路基板にはその周辺区域に接地板
    を設けて導波管区分の壁部に隣接し前記誘導性プローブ
    を前記基板の前記接地板の設けられていない中心区域の
    両端間に延在させて前記検出器区分のサンプル電界に結
    合し得るようにし、少なくとも１つのミキサーダイオー
    ドを前記誘導性プローブおよび前記接地板間に接続する
    ようにしたことを特徴とする請求項２に記載のマイクロ
    波発振器。
  4. 【請求項４】 前記ミキサーを高調波ミキサーとすると
    ともにこのミキサーは一対のミキサーダイオードを具
    え、これらダイオードは低域通過フィルタおよび誘導性
    プローブによって回路基板の端子に接続し、この端子は
    ミキサーからの出力を供給するとともに基準信号の入力
    を受け、前記低域通過フィルタによって基準信号の高調
    波を前記ミキサーダイオードに反射するようにしたこと
    を特徴とする請求項３に記載のマイクロ波発振器。
  5. 【請求項５】 前記第１開口部および結合開口部は導波
    管の前記発振源空胴内で対向し、前記発振源空胴および
    検出器区分を構成する前記導波管区分をほぼ同一断面と
    するようにしたことを特徴とする請求項１〜４の何れか
    の項に記載のマイクロ波発振器。
  6. 【請求項６】 前記発振源空胴はある長さの導波管を具
    え、この導波管は一端に反射壁を設けるとともに他端を
    開口して１次出力を発生し得るようにしたことを特徴と
    する請求項１に記載のマイクロ波発振器。
  7. 【請求項７】 前記発振源空胴はある長さの導波管を具
    え、この導波管は一端に反射壁を設けるとともに他端に
    これから離間された他の壁部を設け、この他の壁部には
    １次出力を発生する他の開口を設け、この他の開口を２
    次出力を発生する開口よりも大きくするようにしたこと
    を特徴とする請求項５に記載のマイクロ波発振器。
  8. 【請求項８】 前記導波管の発振源空胴は、互いに結合
    され１次出力および２次出力をそれぞれ発生する１次お
    よび２次空胴を具え、１次空胴はこれに第２高調波で結
    合された発振装置を具え、２次空胴は発振装置の基本周
    波数で共振するとともに前記発振源のマイクロ波出力の
    周波数を電子的に同調する同調装置を具え、前記２次空
    胴および前記検出器区分間の反射壁に前記結合開口部を
    設けて前記サンプルを発振装置の基本周波数で発生さ
    せ、前記１次空胴の第１開口により１次出力を第２高調
    波で発生させるようにしたことを特徴とする請求項１〜
    ５の何れかの項に記載のマイクロ波発振器。
  9. 【請求項９】 前記発振源空胴には前記発振器によって
    発生されたマイクロ波出力の周波数を電子的に同調する
    同調装置を設け、前記発振源空胴のバイアス端子を同調
    装置のバイアス端子としたことを特徴とする請求項１〜
    ７の何れかの項に記載のマイクロ波発振器。
  10. 【請求項１０】 前記第１開口および結合開口の相対位
    置および大きさを適宜定めて結合開口を経て取出した出
    力が発振源の全出力の−１３ｄＢ以下且つ１ｍＷ以下と
    なるようにしたことを特徴とする請求項１〜９の何れか
    の項に記載のマイクロ波発振器。
  11. 【請求項１１】 前記発振源空胴の１次出力をアンテナ
    に供給し、且つ発振源空胴の周波数調整バイアス端子は
    前記フィードバックループからの第１入力および前記送
    信機により送信すべき情報を表わすデータ信号の第２入
    力を有することを特徴とする請求項１〜３の何れかの項
    に記載の発振器を具えるマイクロ波送信機。
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