JP3760051B2 - Ｎｒｄガイドミリ波帯発振器の周波数調整装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アップコンバータやレーダ装置あるいはコンピュータ間通信用デジタルトランシーバを構成するＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数調整装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
３５ＧＨｚ帯、６０ＧＨｚ帯等のミリ波電波の利用が検討され、その実用化が注目されている。３５ＧＨｚ帯、６０ＧＨｚ帯のようなミリ波帯の伝送線路として、遮断平行平板導波管内に方形誘電体ストリップを挿入して構成されるＮＲＤガイドが有利であることが知られている。ＮＲＤガイドは、図７に示すように上下に所定間隔をおいて平行配置されたアルミニウム、銅、真鍮などの良導電体・非磁性体材料よりなる厚さ４．０ｍｍ程度の上導体板６１と下導体板６２との間に高さａ、幅ｂの角棒状の誘電体ストリップ６３を配置して構成される。誘電体ストリップ６３として、ミリ波帯のような高周波で低損失な比誘電率が３．０以下、例えば２．０４のテフロン、２．１のポリエチレン、２．５６のポリスチレン等の誘電体が使用され、信号周波数の自由空間波長をλ0とすると、誘電体ストリップ線路６３の高さａは、ａ＝０．４５λ0の近傍、幅ｂは、比誘電率をεrとすると、
【０００３】
【数１】
【０００４】
に設定される。６０ＧＨｚ帯では、誘電体ストリップとしてテフロンを使用した場合、高さａ＝２．２５ｍｍ、幅ｂ＝２．５ｍｍに設定され、５５ＧＨｚから６５．５ＧＨｚで単一モード動作帯域を得ている。
【０００５】
このようなＮＲＤガイドに適用するミリ波帯発振器は、例えば、「ＮＲＤガイドを用いた６０ＧＨｚ帯ＦＭガン発振器」電子情報通信学会論文誌（Ｃ−Ｉ），Ｖｏｌ．Ｊ７７−Ｃ−Ｉ，Ｎｏ．１１、ｐｐ５９２−５９８（１９９４年１１月）に開示されている。ミリ波帯発振器は図８に示すように、遮断平行平板導波管内に方形誘電体ストリップを挿入して構成されるＮＲＤガイドを用い、ＩｎＰガンダイオードやＧａＡｓガンダイオードにより６０ＧＨｚを得ている。ガンダイオード６４は図８（ｂ）に示すように、ミリ波の漏れを抑えるため、λ／４ステップ低域フィルタを施した真鍮製の金属片６５の内部にねじ込んで固定され、上下導体板６６、６７の間に横向きに装荷される。ガンダイオード６４へのバイアス電圧は図８（ｃ）に示すように、前記金属片６５の上に貼り付けた厚み０．１３ｍｍのテフロン基板６８にエッチングにより形成したλ／４マイクロストリップ低域フィルタ６９を通して印加される。ガンダイオード６４からの発振出力は図８（ｄ）に示すように、テフロン基板７０に金属ストリップ７１を形成した金属ストリップ共振器７２を介してＮＲＤガイド７３に導かれる。金属ストリップ共振器７２は金属ストリップ７１の幅ｃ、長さｄ、テフロン基板６９の厚みｅによって発振周波数を決定することができる。この文献ではテフロン基板７０の厚みｅを０．２６５ｍｍ、金属ストリップ７１の幅ｃを１．４ｍｍとし、長さｄを１．５ｍｍから２．５ｍｍに変化したとき、５５ＧＨｚから６３ＧＨｚに可変することができ、６０ＧＨｚ帯ＮＲＤガイドの帯域をほぼカバーし、発振出力１３０ｍＷ以上を得ている。
【０００６】
また、「非放射性誘電体線路を用いた自己注入形ガン発振器」電子情報通信学会論文誌（Ｃ−Ｉ），Ｖｏｌ．Ｊ７２−Ｃ−Ｉ，Ｎｏ．１、ｐｐ５３２−５８（１９８９年１月）は、図９に示すように、金属片７４にねじ込んで取り付けられたガンダイオード７５からの発振出力を金属ストリップ共振器７６を介してＮＲＤガイドを構成する誘電体ストリップ７７に導くミリ波帯発振器において、誘電体ストリップ７７の近傍に帯域阻止形に誘電体ディスク共振器７８を側結合させて設置し、出力の一部を帰還注入し誘電体ディスク共振器７８とガンダイオード発振器の同期をとる自己注入形ガン発振器の構造を開示している。誘電体ディスク共振器７８は直径３．５ｍｍ、比誘電率２４．５のセラミックを比誘電率１．０３のポリフォーム又はテフロンで上下から挟みつけて構成され、セラミックの厚さ、誘電体ストリップ７７と誘電体ディスク共振器７８の間隔ｇ及びｚ方向位置を変化させて、発振出力、発振周波数を制御する方法を開示している。
【０００７】
また、特開平６−１７７６４９号公報及び特開平６−１７７６５０号公報は、図１０（ａ）に分解斜視図、図１０（ｂ）にプリント基板の平面図、図１０（ｃ）に実装状態の平面図を示すように、金属片８０に搭載したガンダイオード８１をプリント基板８２の貫通穴８３を通してプリント基板８２の表面側に露出させ、ガンダイオード８１をプリント基板８２の表面に形成した第１バイアス供給線路８４と長方形金属パターン８５の間に接続し、また長方形金属パターン８５と第２バイアス供給線路８６の間にバラクタダイオード８８を接続した、ＮＲＤガイドミリ波帯発振器を開示している。このＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数は長方形金属パターン８５の縦横寸法ｆ、ｈによって５７．５ＧＨｚから６１．８ＧＨｚに粗調整され、ガンダイオード発振器とＮＲＤガイドを構成する誘電体ストリップ８６との間に設置される金属ストリップ共振器８７によって微調整されることを記載している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記ＮＲＤガイドミリ波発振器は、自走状態で発振しているので、発振周波数は周囲温度、印加電圧等によりドリフトする。これを改善するため、図９のガン発振器はＮＲＤガイドを構成する誘電体ストリップ７７の近傍に高Ｑセラミックを含んで構成される誘電体ディスク共振器７８を側結合させている。自走時の発振周波数が誘電体ディスク共振器７８を構成するセラミックの共振周波数に対して±０．５％程度のずれの場合は、発振出力はセラミックの共振周波数に引き込まれ、位相雑音が除去された状態でその発振出力はガンダイオード７５に帰還する。この自己注入効果によりガンダイオード発振器はセラミックの共振周波数に同期して安定に発振する。
【０００９】
したがって、ガンダイオード発振器の発振周波数を調整する場合は、誘電体ストリップ７７と誘電体ディスク共振器７８の間隔ｇ、及びセラミックの形状を変化させればよく、従来はセラミックの厚さｔを変化させて所望の特性を得ていた。しかしながら、セラミックの厚さｔとその共振周波数は図１１（横軸はセラミックの厚さｔ、縦軸は周波数）に示すように、厚さが高々１０μｍ変化しただけで、周波数は４００ＭＨｚも変化してしまい、非常にクリティカルな関係にあり、数ＫＨｚの精度で共振周波数を制御することは困難であった。
【００１０】
また、特開平６−１７７６４９号公報及び特開平６−１７７６５０号公報は、長方形金属パターン８５の縦横寸法ｆ、ｈで粗調整し、金属ストリップ線路８７で微調整することを開示している。
【００１１】
しかし、上記した金属ストリップ線路７１の幅ｃ、長さｄ、テフロン基板７２の厚さｅによって周波数を調整する方法、誘電体ストリップ７７と誘電体ディスク共振器７８の間隔ｇを変化させる方法、セラミックの厚さｔを調整する方法、長方形金属パターン８５の縦横寸法ｆ、ｈ及び金属ストリップ共振器８７によって周波数を変化させる方法は、ガンダイオード発振器の設計段階で試作、実験をしながら決定することができるが、製品の組み立て後に調整できる手段ではない。
【００１２】
本発明は上記したような問題点を解決することができるＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数調整装置を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数調整装置は、ミリ波発振器と、該ミリ波発振器からの発振信号が供給される、平行配置された導体板間に誘電体ストリップを挿入してなるＮＲＤガイドと、該ＮＲＤガイドに側結合するよう設置したセラミック共振器とで構成されるＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数調整装置であって、前記セラミック共振器の周囲はリング状の誘電体で被覆され、前記セラミック共振器の近傍にセラミック共振器の共振器長を変化させる機構を備え、前記セラミック共振器は、比較的硬く高誘電率を有する誘電体を真中にして上下を、前記高誘電体を有する誘電体に対して比較的柔らかく低誘電率を有する誘電体で挟みつける構造であり、前記セラミック共振器の共振器長を変化させる機構は、前記導体板を貫通するネジの回転によって前記導体板の間隔を変化させる機構よりなり、前記導体板の間隔が変化するとき、前記比較的柔らかく低誘電率を有する誘電体の厚みが変化することを特徴とする。本発明はこの特徴を有することにより、ミリ波発振器を組み立て後、セラミックの厚さを変化させることなくセラミック共振器の共振器長を変化させることができ、その周波数を高精度に微調整することができる。
【００１４】
また、前記セラミック共振器の周囲をリング状の誘電体で被覆しているので、セラミック共振器への湿度の悪影響を防止できると共に、セラミック共振器の形くずれを防止できる。
【００１５】
また、前記セラミック共振器が、比較的硬く高誘電率を有する誘電体を真中にして上下を、前記高誘電体を有する誘電体に対して比較的柔らかく低誘電率を有する誘電体で挟みつける構造であることによって、導体板の間隔を変化させたときも大部分は比較的柔らかく低誘電率を有する誘電体の厚さが変化し、比較的硬く高誘電率を有する誘電体の厚さは僅かしか変化しない。このためセラミック共振器の共振周波数の変化率は小さく、発振周波数を数ＫＨｚの精度で制御することができる。
【００１６】
また、前記セラミック共振器において、共振器長を変化させる機構は、前記比較的柔らかく低誘電率を有する誘電体の厚みを変化させ、前記高誘電体を有する誘電体の厚みは変化させないことにより、前記セラミック共振器の共振周波数の変化率は小さく、発振周波数を数ＫＨｚの精度で制御することができる。
【００１７】
また、前記セラミック共振器の共振器長を変化させる機構が前記導体板の間隔を変化させる機構よりなることにより、セラミック共振器の共振長は、導体板間隔が半波長の整数倍になる周波数で共振するので、その発振周波数を調整することができる。
【００１８】
また、前記導体板の間隔を変化させる機構は、導体板を貫通するネジよりなることにより、モニターを見ながらドライバーでネジを回して発振周波数を調整することができ、発振周波数を微細に正確に所望の周波数に合わせることができる。ネジはセラミック共振器の近傍に設置され、セラミック共振器の近傍の上下導体板間隔を変化させ、したがってミリ波発振器の発振周波数を有効に調整することができる。
【００１９】
また、本発明の請求項２に記載のＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数調整装置は、ＣＳテレビ信号とＢＳテレビ信号をアップコンバートするＮＲＤガイド送信機とＮＲＤガイド受信機にそれぞれ備えることを特徴とする。この特徴によりＮＲＤガイド送信機とＮＲＤガイド受信機にそれぞれ内蔵されるＮＲＤガイドミリ波帯発振器の発振周波数差を±１ＭＨｚ以下に抑えることができ、信号を確実に再生することができる。
【００２０】
また、本発明の請求項３に記載のＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数調整装置は、前記ネジは、セラミック共振器の半径方向の電磁界減衰量が８．６８ｐｒ≧３０ｄｂ（但し、ｐは横方向減衰定数で単位がＮｐ／ｍ、ｒは半径方向の座標で単位はｍ）となるように距離ｒを設定することを特徴とする。この特徴により、セラミック共振器の半径方向の電磁界に悪影響を及ぼすことなく、発振周波数を高精度に調整することができる。
【００２１】
また、本発明の請求項４に記載のＮＲＤガイド送信機は、前記周波数調整装置を具備したことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の請求項５に記載のＮＲＤガイド受信機は、前記周波数調整装置を具備したことを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（実施例）
図１は、本発明のＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数調整装置を、ＮＲＤガイドマルチチャネルテレビ信号伝送システムに利用した送受信機のブロック図を示す。衛星放送より送信されたＢＳアナログテレビ放送電波１と、ＣＳデジタルテレビ放送電波２はＢＳアンテナ３とＣＳアンテナ４でそれぞれ受信される。ＢＳテレビ放送波は全１５チャネルで１．０３５〜１．３３５ＧＨｚに周波数変換され、ＣＳテレビ放送波は垂直偏波と水平偏波を用い、１偏波につき７チャネル、計１４チャネルで１．２９３〜１．５４８ＧＨｚに周波数変換され、ブロックコンバータ５に入力する。ブロックコンバータ５ではＣＳテレビ信号の垂直・水平の各偏波をＢＳテレビ信号と混合できるよう垂直偏波を１．３８５〜１．６２５ＧＨｚ、水平偏波を１．６５５〜１．８９５ＧＨｚに周波数変換し、ＢＳテレビ信号とＣＳテレビ信号を１．０３５〜１．８９５ＧＨｚの一つのＩＦ信号に再配列する。このＩＦ信号はＩＦ信号出力端子７からＮＲＤガイド送信機６に供給される。
【００２４】
ＮＲＤガイド送信機６は、発振周波数が５９ＧＨｚ帯に設定されているガンダイオード発振器８からの発振信号がＮＲＤガイド用サーキュレータ９、１０により一定方向に伝送されていき、ショットキーバリアダイオードよりなるアップコンバータ１１へ入力される。アップコンバータ１１は、ガンダイオード発振器８からの発振信号と前記ブロックコンバータ５より入力されるＩＦ信号を混合して、ＩＦ信号を６０ＧＨｚ帯信号にアップコンバートする。周波数変換された信号は、帯域通過フィルタ１２を通過して和信号である６０ＧＨｚ帯信号だけが送信アンテナ１３に伝送される。差信号である５８ＧＨｚ帯信号は帯域通過フィルタ１２を通過できずに反射され、ＮＲＤガイド用サーキュレータ９、１０により無反射終端１４に導かれ、そこで吸収される。
【００２５】
送信アンテナ１３より送信された６０ＧＨｚ帯電波は、ＮＲＤガイド受信機１５の受信アンテナ１６で受信され、ＮＲＤガイド方向性結合器１７を介してバランスミキサ１８へと入力する。また、ガンダイオード発振器１９からの５９ＧＨｚ帯発振信号がバランスミキサ１８に加えられることによりダウンコンバートを行い、元のＩＦ信号に変換して出力する。このＩＦ信号はデバイダ２０によりＢＳテレビ信号とＣＳテレビ信号に分配され、ＣＳチューナ２１とＢＳチューナ２２に入力される。ＢＳテレビ信号はＢＳチューナ２２を通った後、ハイビジョンと一般のＢＳテレビ信号にデバイダ２３により分配され、それぞれテレビジョン受像機２４、２５、２６に入力され、映像が再現される。ここでＣＳチューナ及びＢＳチューナの入力信号周波数帯は、送信側で用いたブロックコンバータの周波数配列に一致して設定されているので、信号の再生を確実に行うためにはＮＲＤガイド送信機とＮＲＤガイド受信機のＩＦ信号の周波数差が±１ＭＨｚ以下でなければならない。なお、図１の実施例にＶＨＦ／ＵＨＦ帯の地上波テレビ放送信号を加え、同時にアップコンバートして伝送することも可能である。この場合、地上波テレビ放送信号のＩＦ信号はＢＳテレビ信号、ＣＳテレビ信号より高い周波数側である２ＧＨｚ帯に再配列するのがよい。
【００２６】
上記ＮＲＤガイド送信機６の具体的構造は、図２（ａ）に示す平面図及び図２（ｂ）に示す立体図のように構成され、図１と同一部分には同一符号を付して示す。ガンダイオード２８はＨ形断面形状を有する金属片２７の側面に円筒状磁器パッケージの中に封入されてマウントされ、これにλ／４チョークパターンからなるマイクロストリップ線路を介してバイアス電圧を印加してガンダイオード発振器８から６０ＧＨｚ帯発振信号を得る。この発振信号は金属ストリップ共振器２９を経てＮＲＤガイド３１に導かれる。ここで、ＮＲＤガイド３１が金属ストリップ共振器２９に接する先端部に結合部分で生じる不要モードを抑えるためモードサプレッサ３１ａを挿入するのが望ましい。金属ストリップ共振器２９は金属ストリップの長さを変えて目的の周波数５９ＧＨｚ帯に調整される。この実施例では５８．３６ＧＨｚ又は５９．１５ＧＨｚに調整された。
【００２７】
前記ＮＲＤガイド３１の近くに周波数安定化のための高Ｑを有するセラミック共振器３２が側結合するように配置され、セラミック共振器３２は上下導体板間隔の方向を共振器長として動作することにより周波数安定化を図る。セラミック共振器３２は高Ｑのセラミックディスク３２ａを真中にして上下をテフロンディスク３２ｂ、３２ｃで挟んで構成され、セラミックディスク３２ａが上下導体板の中心にくるようにして放射がなくなるようにしてある。セラミックディスク３２ａは厚さｔを薄くすることで共振器長を短くして共振周波数を高くでき、厚さが０．４７ｍｍにすると、共振周波数が５９ＧＨｚになった。このセラミック共振器３２はＮＲＤガイド３１からの距離ｇを１．３５ｍｍに設定し、定在波比を２とした。
【００２８】
ＮＲＤガイド３１に入力された発振信号は、ＮＲＤガイド用サーキュレータ９、１０によりアップコンバータ１１の方向に導かれ入力する。ＮＲＤガイド用サーキュレータ９と１０の間、ＮＲＤガイド用サーキュレータ１０とアップコンバータ１１の間にそれぞれＮＲＤガイド３３、３４が挿入され、各間を接続する。発振信号出力を１３ｍＷとするとき、アップコンバータ１１に１１ｄＢｍが入力される。
【００２９】
アップコンバータ１１には端子３０から前記ＢＳテレビ信号、ＣＳテレビ信号を１．０３５〜１．８９５ＧＨｚに再配列されたＩＦ信号が入力されており、ここで周波数変換される。ＩＦ信号に２ＧＨｚ帯に再配列された地上波テレビ放送信号が加えられてもよい。周波数変換された和信号と差信号は、ＮＲＤガイド用サーキュレータ１０及びＮＲＤガイド３５を通して帯域通過フィルタ１２に向かう。帯域通過フィルタ１２は、中心周波数６０．６２５ＧＨｚ、帯域幅２ＧＨｚ、０．５ｄＢリップルの３段チェビシェフフィルタで構成され、和信号のみを通過させ、送信アンテナ１３に伝送する。アップコンバータ１１の和信号及び差信号の出力を０ｄＢｍとするとき、帯域通過フィルタ１２の出力における和信号出力は０ｄＢｍである。帯域通過フィルタ１２を通過できなかった差信号は反射され、ＮＲＤガイド用サーキュレータ９、１０によりＮＲＤガイド３６を介して無反射終端１４に導かれ、吸収される。
【００３０】
ＮＲＤガイド受信機１５の具体的構造は、図３（ａ）の平面図、図３（ｂ）の立体図に示すように構成され、図１と同じ部分には同一符号を付して示す。受信アンテナ１６で受信された６０ＧＨｚ帯電波はＮＲＤガイド４１、４５が湾曲して構成される３ｄＢのＮＲＤガイド方向性結合器１７を通して２つに分けられる。湾曲の曲率半径と角度はＮＲＤガイド４１がｒ＝１０ｍｍ、θ＝１１０度、ＮＲＤガイド４５がｒ＝４３ｍｍである。ＮＲＤガイド４５は直線で構成することも可能である。６０ＧＨｚ帯電波がＮＲＤガイド方向性結合器１７により２つに分けられた後、バランスミキサ１８ａ、１８ｂに導入される。バランスミキサ１８ａ、１８ｂは２つのショットキーバリアダイオード１８ｃ、１８ｄで検波する構造であり、検波感度を高めている。ショットキーバリアダイオード１８ｃ、１８ｄのマウントの前面にテフロンチップ１８ｅ、１８ｆを取り付け、ショットキーバリアダイオード１８ｃ、１８ｄが壊れないよう保護している。またショットキーバリアダイオード１８ｃ、１８ｄのマウントの裏面には高誘電率薄膜を取り付け、抵抗が小さいショットキーバリアダイオード１８ｃ、１８ｄと、インピーダンスの高いＮＲＤガイド４１、４５との整合を取っている。高誘電率薄膜の厚さはλ／４である。さらに高誘電率薄膜の後にテフロンチップ１８ｇ、１８ｈを取り付けＮＲＤガイドとの整合をより高めている。
【００３１】
ガンダイオード発振器１９からの５９ＧＨｚ発振信号がＮＲＤガイド４５によりＮＲＤガイド方向性結合器１７を通してバランスミキサ１８に加えられ、そこでダウンコンバートされて、元のＩＦ信号を端子４２に得る。
【００３２】
このＮＲＤガイド受信機１５においても、ガンダイオード発振器１９は、ＮＲＤガイド送信機６のガンダイオード発振器８と同様に、金属片４３にガンダイオードがマウントされ、ガンダイオード発振器１９からの発振信号は金属ストリップ共振器４４を経てＮＲＤガイド４５に導かれる。ＮＲＤガイドの先端部には金属ストリップ共振器４４との結合部分で生じる不要モードを抑えるためモードサプレッサ４６を挿入するのがよい。前記ＮＲＤガイド４５の近くにＮＲＤガイド送信機６におけるセラミック共振器３２と同様に、周波数安定化のためのセラミック共振器４７が側結合するように配置され、セラミック共振器４７は上下導体板間隔の方向を共振器長として動作することにより周波数安定化を図る。セラミック共振器４７は高Ｑのセラミックディスクを真中にして上下をテフロンディスクで挟んで構成され、セラミックディスクが上下導体板の真中にくるようにして放射がなくなるようにしてある。セラミックディスクは厚さｔを０．４７ｍｍにして、共振周波数を５９ＧＨｚにした。このセラミック共振器４７はＮＲＤガイド４５からの距離を１．３５ｍｍに設定し、定在波比を２とした。
【００３３】
ＮＲＤガイド送信機６に備えられるセラミック共振器３２およびＮＲＤガイド受信機１５に備えられるセラミック共振器４７は、セラミックディスクの代替としてアルミナ等を使用することができ、またテフロンディスクの代替としてポリエチレン、ポリスチレン、ボロンナイトライド等を使用することができる。形状は円形以外に楕円形、三角形、方形にすることが可能であるが、円形が最も製作しやすい。更に、セラミック共振器はセラミックディスクが上下導体板の真中になるように上側又は下側の一方をテフロンディスクで支持する構造とし、他方を空間とする構成でもよい。この場合、セラミックディスクは誘電率が無限大に近いほうがよい。
【００３４】
上記ＮＲＤガイド送信機６のガンダイオード発振器８およびＮＲＤガイド受信機１５のガンダイオード発振器１９は、以上に説明したように同様の構造であって、ＮＲＤガイドの近くに周波数安定化のためセラミック共振器が備えられる。ここでは、上記ＮＲＤガイド送信機６のガンダイオード発振器８について説明するが、ＮＲＤガイド受信機１５のガンダイオード発振器１９にも適用されるものである。図４はＮＲＤガイド送信機６のガンダイオード発振器８、ＮＲＤガイド３１及びセラミック共振器３２付近の立体図を示し、図５は図４のＡ−Ａ’線断面図を示す。ガンダイオード発振器８は、発振周波数を数ＫＨｚの精度で可変、制御が可能な自己注入同期ＮＲＤガン発振器で構成される。
【００３５】
セラミック共振器３２は、前記説明の通り高Ｑを有する比較的硬い誘電体であるセラミックディスク３２ａを真中にして上下をセラミックよりは誘電率が低く柔らかい誘電体であるテフロンディスク３２ｂ、３２ｃで挟むようにして、セラミックディスク３２ａが上下導体板の中心に位置するよう構成される。セラミック共振器３２は円形に形成され、その周囲をリング状の誘電率が低い誘電体よりなるテフロンチューブ３２ｄで被覆される。テフロンチューブ３２ｄはセラミック共振器３２の形くずれを防止すると同時に、ＮＲＤガイド送信機、ＮＲＤガイド受信機内部に結露等による湿度の影響を防止する。セラミック共振器３２の共振周波数は、その厚さｔを含め上下導体板間隔の方向を共振器長とする上下導体板の間隔で決定され、この間隔が電気的に半波長の整数倍になる周波数で共振する。このセラミック共振器３２はＴＥ20δで共振するので、セラミックディスク３２ａを薄くして共振周波数を高くすることができる。セラミック共振器３２の全体の高さを上下導体板の間隔２．２５ｍｍに調整しながら、セラミックディスク３２ａを薄く、テフロンディスク３２ｂ、３２ｃを厚くして共振周波数を調整する。セラミックディスク３２ａの厚さを０．４７ｍｍにして５９ＧＨｚ帯の共振周波数を得る。
【００３６】
セラミック共振器３２は、ＮＲＤガイド３１とセラミック共振器３２間隔ｇをその定在波比が２になる位置に決める。このときｇ＝１．３５ｍｍであった。また、ＮＲＤガイド３１のモードサプレサ端面からセラミック共振器３２の中心までの距離ｚをセラミック共振器３２がロッキングする位置に設定した。ロッキング位置は、図６に示すように６．０ｍｍと６．５ｍｍであった。ロッキング時、スペクトラムアナライザの周波数軸（ＳＰＡＮ）を５０ｋＨｚにしても発振周波数の変動は観測されず、波形もきれいであった。
【００３７】
セラミック共振器３２の近傍に上導体板３７、下導体板３８を貫通するネジ３９を設ける。ネジは、共振電磁界が無視できるほどに小さくなる位置に設ける。セラミック共振器の半径方向の電磁界分布は、半径方向の座標をｒ［ｍ］、電磁界理論より解析される横方向減衰定数をｐ［Ｎｐ／ｍ］として、ｅ-prの変化で減衰するから、一般的にはセラミック共振器の半径方向の電磁界の減衰量が、８．６８６ｐｒ≧３０ｄＢとなる距離ｒに設定する。この実施例ではＮＲＤガイド３１から垂直方向でセラミック共振器３２を通る線上にネジ３９が配置される。下導体板３８の外側にナットを設けて締め付けを強くするのが望ましい。ネジ３９をドライバー等で回転させると、セラミック共振器３２の近傍の上導体板３７と下導体板３８の間隔が変化し、発振周波数を数ＫＨｚの精度で制御することができる。即ち上下導体板間隔を変化させると、セラミック共振器３２の共振器長が変化するが、セラミックディスク３２ａの厚みに対する周波数変化は、比誘電率が高いため大きく変化する。一方テフロンディスク３２ｂ、３２ｃは、比誘電率が低く、かつセラミックディスク３２ａ内部では共振電磁界が指数関数的に減衰しているので、その厚さが変化しても、その共振器周波数変化は小さい。更にセラミックディスク３２ａは比較的硬く、テフロンディスク３２ｂ、３２ｃは比較的柔らかいため、テフロンディスク３２ｂ、３２ｃの方が大きく厚みを変化し、セラミックディスク３２ａの方はほとんど変化しない。したがって、モニターを見ながらネジを回転させて発振周波数を数ＫＨｚの精度で所望の周波数に合わせ込むことができる。調整後はネジの回転止めをして不要に周波数が変化しないようにする。この結果、ＮＲＤガイド送信機６とＮＲＤガイド受信機１５のＩＦ周波数差を数ＫＨｚにすることができ、信号を確実に再生することができる。
【００３８】
ネジの形状は種々変形が可能で、要するに上下導体板間隔を調整できる構造であればよく、レバー、歯車その他種々の構造を使用することができる。上下導体板間隔の調整機構はセラミック共振器３２の片側だけでなく、両側に設けてセラミック共振器の厚さを均等に変化させる構造が望ましい。
【００３９】
上記実施例は、アップコンバータについて説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、レーダ装置やコンピュータ間通信用デジタルトランシーバの外にＰＯＳ端末通信システム、対列車ミリ波通信、ミリ波ＩＤシステム、交通情報ビーコン、ワイヤレスカメラ（ＦＰＵ）等を構成するＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数調整装置に適用可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ミリ波発振器を組み立て後、セラミック共振器の共振器長を変化させることができ、テフロンディスクの厚さを変化させることにより周波数を高精度に微調整することができる。また、本発明によれば、導体板間隔が半波長の整数倍になる周波数で共振するので、その発振周波数を調整することができる。さらに本発明によれば、モニターを見ながらドライバーでネジを回して発振周波数を調整することができ、発振周波数を微細に正確に所望の周波数に合わせることができる。ネジはセラミック共振器の近傍に設置され、セラミック共振器の近傍の上下導体板間隔を変化させ、したがってミリ波発振器の発振周波数を有効に調整することができる。また、本発明によれば、導体板の間隔を変化させたときも大部分は低誘電率の誘電体の厚さが変化し、セラミックの厚さは僅かである。このためセラミック共振器の共振周波数の変化は小さく、発振周波数を数ＫＨｚの精度で制御することができる。また本発明によれば、ＮＲＤガイド送信機とＮＲＤガイド受信機のＮＲＤガイドミリ波帯発振器のＩＦ信号の周波数差を±１ＭＨｚほどにすることができ、信号を確実に再生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明をＮＲＤガイドマルチチャネルＴＶ信号伝送システムに応用した場合の送受信機のブロック図である。
【図２】 ＮＲＤガイド送信機の構成図である。
【図３】 ＮＲＤガイド受信機の構成図である。
【図４】 ＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数調整装置の一部斜視図である。
【図５】 図４のＡ−Ａ’断面図である。
【図６】 セラミック共振器の位置ｚを変化させたときの周波数と出力の特性図である。
【図７】 ＮＲＤガイドを説明する構成図である。
【図８】 ＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数調整装置の構成説明図である。
【図９】 従来のＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数調整装置の構造図である。
【図１０】 他の従来のＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数調整装置の構成説明図である。
【図１１】 セラミックディスクの厚さと周波数の関係図である。
【符号の説明】
３１、３３、３４、３５、３６ ＮＲＤガイド
３２ セラミック共振器
３２ａ セラミックディスク
３２ｂ、３２ｃ テフロンディスク
３２ｄ テフロンチューブ
３７、３８ 導体板
３９ ネジ
【発明の属する技術分野】
本発明は、アップコンバータやレーダ装置あるいはコンピュータ間通信用デジタルトランシーバを構成するＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数調整装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
３５ＧＨｚ帯、６０ＧＨｚ帯等のミリ波電波の利用が検討され、その実用化が注目されている。３５ＧＨｚ帯、６０ＧＨｚ帯のようなミリ波帯の伝送線路として、遮断平行平板導波管内に方形誘電体ストリップを挿入して構成されるＮＲＤガイドが有利であることが知られている。ＮＲＤガイドは、図７に示すように上下に所定間隔をおいて平行配置されたアルミニウム、銅、真鍮などの良導電体・非磁性体材料よりなる厚さ４．０ｍｍ程度の上導体板６１と下導体板６２との間に高さａ、幅ｂの角棒状の誘電体ストリップ６３を配置して構成される。誘電体ストリップ６３として、ミリ波帯のような高周波で低損失な比誘電率が３．０以下、例えば２．０４のテフロン、２．１のポリエチレン、２．５６のポリスチレン等の誘電体が使用され、信号周波数の自由空間波長をλ0とすると、誘電体ストリップ線路６３の高さａは、ａ＝０．４５λ0の近傍、幅ｂは、比誘電率をεrとすると、
【０００３】
【数１】
に設定される。６０ＧＨｚ帯では、誘電体ストリップとしてテフロンを使用した場合、高さａ＝２．２５ｍｍ、幅ｂ＝２．５ｍｍに設定され、５５ＧＨｚから６５．５ＧＨｚで単一モード動作帯域を得ている。
【０００５】
このようなＮＲＤガイドに適用するミリ波帯発振器は、例えば、「ＮＲＤガイドを用いた６０ＧＨｚ帯ＦＭガン発振器」電子情報通信学会論文誌（Ｃ−Ｉ），Ｖｏｌ．Ｊ７７−Ｃ−Ｉ，Ｎｏ．１１、ｐｐ５９２−５９８（１９９４年１１月）に開示されている。ミリ波帯発振器は図８に示すように、遮断平行平板導波管内に方形誘電体ストリップを挿入して構成されるＮＲＤガイドを用い、ＩｎＰガンダイオードやＧａＡｓガンダイオードにより６０ＧＨｚを得ている。ガンダイオード６４は図８（ｂ）に示すように、ミリ波の漏れを抑えるため、λ／４ステップ低域フィルタを施した真鍮製の金属片６５の内部にねじ込んで固定され、上下導体板６６、６７の間に横向きに装荷される。ガンダイオード６４へのバイアス電圧は図８（ｃ）に示すように、前記金属片６５の上に貼り付けた厚み０．１３ｍｍのテフロン基板６８にエッチングにより形成したλ／４マイクロストリップ低域フィルタ６９を通して印加される。ガンダイオード６４からの発振出力は図８（ｄ）に示すように、テフロン基板７０に金属ストリップ７１を形成した金属ストリップ共振器７２を介してＮＲＤガイド７３に導かれる。金属ストリップ共振器７２は金属ストリップ７１の幅ｃ、長さｄ、テフロン基板６９の厚みｅによって発振周波数を決定することができる。この文献ではテフロン基板７０の厚みｅを０．２６５ｍｍ、金属ストリップ７１の幅ｃを１．４ｍｍとし、長さｄを１．５ｍｍから２．５ｍｍに変化したとき、５５ＧＨｚから６３ＧＨｚに可変することができ、６０ＧＨｚ帯ＮＲＤガイドの帯域をほぼカバーし、発振出力１３０ｍＷ以上を得ている。
【０００６】
また、「非放射性誘電体線路を用いた自己注入形ガン発振器」電子情報通信学会論文誌（Ｃ−Ｉ），Ｖｏｌ．Ｊ７２−Ｃ−Ｉ，Ｎｏ．１、ｐｐ５３２−５８（１９８９年１月）は、図９に示すように、金属片７４にねじ込んで取り付けられたガンダイオード７５からの発振出力を金属ストリップ共振器７６を介してＮＲＤガイドを構成する誘電体ストリップ７７に導くミリ波帯発振器において、誘電体ストリップ７７の近傍に帯域阻止形に誘電体ディスク共振器７８を側結合させて設置し、出力の一部を帰還注入し誘電体ディスク共振器７８とガンダイオード発振器の同期をとる自己注入形ガン発振器の構造を開示している。誘電体ディスク共振器７８は直径３．５ｍｍ、比誘電率２４．５のセラミックを比誘電率１．０３のポリフォーム又はテフロンで上下から挟みつけて構成され、セラミックの厚さ、誘電体ストリップ７７と誘電体ディスク共振器７８の間隔ｇ及びｚ方向位置を変化させて、発振出力、発振周波数を制御する方法を開示している。
【０００７】
また、特開平６−１７７６４９号公報及び特開平６−１７７６５０号公報は、図１０（ａ）に分解斜視図、図１０（ｂ）にプリント基板の平面図、図１０（ｃ）に実装状態の平面図を示すように、金属片８０に搭載したガンダイオード８１をプリント基板８２の貫通穴８３を通してプリント基板８２の表面側に露出させ、ガンダイオード８１をプリント基板８２の表面に形成した第１バイアス供給線路８４と長方形金属パターン８５の間に接続し、また長方形金属パターン８５と第２バイアス供給線路８６の間にバラクタダイオード８８を接続した、ＮＲＤガイドミリ波帯発振器を開示している。このＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数は長方形金属パターン８５の縦横寸法ｆ、ｈによって５７．５ＧＨｚから６１．８ＧＨｚに粗調整され、ガンダイオード発振器とＮＲＤガイドを構成する誘電体ストリップ８６との間に設置される金属ストリップ共振器８７によって微調整されることを記載している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記ＮＲＤガイドミリ波発振器は、自走状態で発振しているので、発振周波数は周囲温度、印加電圧等によりドリフトする。これを改善するため、図９のガン発振器はＮＲＤガイドを構成する誘電体ストリップ７７の近傍に高Ｑセラミックを含んで構成される誘電体ディスク共振器７８を側結合させている。自走時の発振周波数が誘電体ディスク共振器７８を構成するセラミックの共振周波数に対して±０．５％程度のずれの場合は、発振出力はセラミックの共振周波数に引き込まれ、位相雑音が除去された状態でその発振出力はガンダイオード７５に帰還する。この自己注入効果によりガンダイオード発振器はセラミックの共振周波数に同期して安定に発振する。
【０００９】
したがって、ガンダイオード発振器の発振周波数を調整する場合は、誘電体ストリップ７７と誘電体ディスク共振器７８の間隔ｇ、及びセラミックの形状を変化させればよく、従来はセラミックの厚さｔを変化させて所望の特性を得ていた。しかしながら、セラミックの厚さｔとその共振周波数は図１１（横軸はセラミックの厚さｔ、縦軸は周波数）に示すように、厚さが高々１０μｍ変化しただけで、周波数は４００ＭＨｚも変化してしまい、非常にクリティカルな関係にあり、数ＫＨｚの精度で共振周波数を制御することは困難であった。
【００１０】
また、特開平６−１７７６４９号公報及び特開平６−１７７６５０号公報は、長方形金属パターン８５の縦横寸法ｆ、ｈで粗調整し、金属ストリップ線路８７で微調整することを開示している。
【００１１】
しかし、上記した金属ストリップ線路７１の幅ｃ、長さｄ、テフロン基板７２の厚さｅによって周波数を調整する方法、誘電体ストリップ７７と誘電体ディスク共振器７８の間隔ｇを変化させる方法、セラミックの厚さｔを調整する方法、長方形金属パターン８５の縦横寸法ｆ、ｈ及び金属ストリップ共振器８７によって周波数を変化させる方法は、ガンダイオード発振器の設計段階で試作、実験をしながら決定することができるが、製品の組み立て後に調整できる手段ではない。
【００１２】
本発明は上記したような問題点を解決することができるＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数調整装置を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数調整装置は、ミリ波発振器と、該ミリ波発振器からの発振信号が供給される、平行配置された導体板間に誘電体ストリップを挿入してなるＮＲＤガイドと、該ＮＲＤガイドに側結合するよう設置したセラミック共振器とで構成されるＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数調整装置であって、前記セラミック共振器の周囲はリング状の誘電体で被覆され、前記セラミック共振器の近傍にセラミック共振器の共振器長を変化させる機構を備え、前記セラミック共振器は、比較的硬く高誘電率を有する誘電体を真中にして上下を、前記高誘電体を有する誘電体に対して比較的柔らかく低誘電率を有する誘電体で挟みつける構造であり、前記セラミック共振器の共振器長を変化させる機構は、前記導体板を貫通するネジの回転によって前記導体板の間隔を変化させる機構よりなり、前記導体板の間隔が変化するとき、前記比較的柔らかく低誘電率を有する誘電体の厚みが変化することを特徴とする。本発明はこの特徴を有することにより、ミリ波発振器を組み立て後、セラミックの厚さを変化させることなくセラミック共振器の共振器長を変化させることができ、その周波数を高精度に微調整することができる。
【００１４】
また、前記セラミック共振器の周囲をリング状の誘電体で被覆しているので、セラミック共振器への湿度の悪影響を防止できると共に、セラミック共振器の形くずれを防止できる。
【００１５】
また、前記セラミック共振器が、比較的硬く高誘電率を有する誘電体を真中にして上下を、前記高誘電体を有する誘電体に対して比較的柔らかく低誘電率を有する誘電体で挟みつける構造であることによって、導体板の間隔を変化させたときも大部分は比較的柔らかく低誘電率を有する誘電体の厚さが変化し、比較的硬く高誘電率を有する誘電体の厚さは僅かしか変化しない。このためセラミック共振器の共振周波数の変化率は小さく、発振周波数を数ＫＨｚの精度で制御することができる。
【００１６】
また、前記セラミック共振器において、共振器長を変化させる機構は、前記比較的柔らかく低誘電率を有する誘電体の厚みを変化させ、前記高誘電体を有する誘電体の厚みは変化させないことにより、前記セラミック共振器の共振周波数の変化率は小さく、発振周波数を数ＫＨｚの精度で制御することができる。
【００１７】
また、前記セラミック共振器の共振器長を変化させる機構が前記導体板の間隔を変化させる機構よりなることにより、セラミック共振器の共振長は、導体板間隔が半波長の整数倍になる周波数で共振するので、その発振周波数を調整することができる。
【００１８】
また、前記導体板の間隔を変化させる機構は、導体板を貫通するネジよりなることにより、モニターを見ながらドライバーでネジを回して発振周波数を調整することができ、発振周波数を微細に正確に所望の周波数に合わせることができる。ネジはセラミック共振器の近傍に設置され、セラミック共振器の近傍の上下導体板間隔を変化させ、したがってミリ波発振器の発振周波数を有効に調整することができる。
【００１９】
また、本発明の請求項２に記載のＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数調整装置は、ＣＳテレビ信号とＢＳテレビ信号をアップコンバートするＮＲＤガイド送信機とＮＲＤガイド受信機にそれぞれ備えることを特徴とする。この特徴によりＮＲＤガイド送信機とＮＲＤガイド受信機にそれぞれ内蔵されるＮＲＤガイドミリ波帯発振器の発振周波数差を±１ＭＨｚ以下に抑えることができ、信号を確実に再生することができる。
【００２０】
また、本発明の請求項３に記載のＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数調整装置は、前記ネジは、セラミック共振器の半径方向の電磁界減衰量が８．６８ｐｒ≧３０ｄｂ（但し、ｐは横方向減衰定数で単位がＮｐ／ｍ、ｒは半径方向の座標で単位はｍ）となるように距離ｒを設定することを特徴とする。この特徴により、セラミック共振器の半径方向の電磁界に悪影響を及ぼすことなく、発振周波数を高精度に調整することができる。
【００２１】
また、本発明の請求項４に記載のＮＲＤガイド送信機は、前記周波数調整装置を具備したことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の請求項５に記載のＮＲＤガイド受信機は、前記周波数調整装置を具備したことを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（実施例）
図１は、本発明のＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数調整装置を、ＮＲＤガイドマルチチャネルテレビ信号伝送システムに利用した送受信機のブロック図を示す。衛星放送より送信されたＢＳアナログテレビ放送電波１と、ＣＳデジタルテレビ放送電波２はＢＳアンテナ３とＣＳアンテナ４でそれぞれ受信される。ＢＳテレビ放送波は全１５チャネルで１．０３５〜１．３３５ＧＨｚに周波数変換され、ＣＳテレビ放送波は垂直偏波と水平偏波を用い、１偏波につき７チャネル、計１４チャネルで１．２９３〜１．５４８ＧＨｚに周波数変換され、ブロックコンバータ５に入力する。ブロックコンバータ５ではＣＳテレビ信号の垂直・水平の各偏波をＢＳテレビ信号と混合できるよう垂直偏波を１．３８５〜１．６２５ＧＨｚ、水平偏波を１．６５５〜１．８９５ＧＨｚに周波数変換し、ＢＳテレビ信号とＣＳテレビ信号を１．０３５〜１．８９５ＧＨｚの一つのＩＦ信号に再配列する。このＩＦ信号はＩＦ信号出力端子７からＮＲＤガイド送信機６に供給される。
【００２４】
ＮＲＤガイド送信機６は、発振周波数が５９ＧＨｚ帯に設定されているガンダイオード発振器８からの発振信号がＮＲＤガイド用サーキュレータ９、１０により一定方向に伝送されていき、ショットキーバリアダイオードよりなるアップコンバータ１１へ入力される。アップコンバータ１１は、ガンダイオード発振器８からの発振信号と前記ブロックコンバータ５より入力されるＩＦ信号を混合して、ＩＦ信号を６０ＧＨｚ帯信号にアップコンバートする。周波数変換された信号は、帯域通過フィルタ１２を通過して和信号である６０ＧＨｚ帯信号だけが送信アンテナ１３に伝送される。差信号である５８ＧＨｚ帯信号は帯域通過フィルタ１２を通過できずに反射され、ＮＲＤガイド用サーキュレータ９、１０により無反射終端１４に導かれ、そこで吸収される。
【００２５】
送信アンテナ１３より送信された６０ＧＨｚ帯電波は、ＮＲＤガイド受信機１５の受信アンテナ１６で受信され、ＮＲＤガイド方向性結合器１７を介してバランスミキサ１８へと入力する。また、ガンダイオード発振器１９からの５９ＧＨｚ帯発振信号がバランスミキサ１８に加えられることによりダウンコンバートを行い、元のＩＦ信号に変換して出力する。このＩＦ信号はデバイダ２０によりＢＳテレビ信号とＣＳテレビ信号に分配され、ＣＳチューナ２１とＢＳチューナ２２に入力される。ＢＳテレビ信号はＢＳチューナ２２を通った後、ハイビジョンと一般のＢＳテレビ信号にデバイダ２３により分配され、それぞれテレビジョン受像機２４、２５、２６に入力され、映像が再現される。ここでＣＳチューナ及びＢＳチューナの入力信号周波数帯は、送信側で用いたブロックコンバータの周波数配列に一致して設定されているので、信号の再生を確実に行うためにはＮＲＤガイド送信機とＮＲＤガイド受信機のＩＦ信号の周波数差が±１ＭＨｚ以下でなければならない。なお、図１の実施例にＶＨＦ／ＵＨＦ帯の地上波テレビ放送信号を加え、同時にアップコンバートして伝送することも可能である。この場合、地上波テレビ放送信号のＩＦ信号はＢＳテレビ信号、ＣＳテレビ信号より高い周波数側である２ＧＨｚ帯に再配列するのがよい。
【００２６】
上記ＮＲＤガイド送信機６の具体的構造は、図２（ａ）に示す平面図及び図２（ｂ）に示す立体図のように構成され、図１と同一部分には同一符号を付して示す。ガンダイオード２８はＨ形断面形状を有する金属片２７の側面に円筒状磁器パッケージの中に封入されてマウントされ、これにλ／４チョークパターンからなるマイクロストリップ線路を介してバイアス電圧を印加してガンダイオード発振器８から６０ＧＨｚ帯発振信号を得る。この発振信号は金属ストリップ共振器２９を経てＮＲＤガイド３１に導かれる。ここで、ＮＲＤガイド３１が金属ストリップ共振器２９に接する先端部に結合部分で生じる不要モードを抑えるためモードサプレッサ３１ａを挿入するのが望ましい。金属ストリップ共振器２９は金属ストリップの長さを変えて目的の周波数５９ＧＨｚ帯に調整される。この実施例では５８．３６ＧＨｚ又は５９．１５ＧＨｚに調整された。
【００２７】
前記ＮＲＤガイド３１の近くに周波数安定化のための高Ｑを有するセラミック共振器３２が側結合するように配置され、セラミック共振器３２は上下導体板間隔の方向を共振器長として動作することにより周波数安定化を図る。セラミック共振器３２は高Ｑのセラミックディスク３２ａを真中にして上下をテフロンディスク３２ｂ、３２ｃで挟んで構成され、セラミックディスク３２ａが上下導体板の中心にくるようにして放射がなくなるようにしてある。セラミックディスク３２ａは厚さｔを薄くすることで共振器長を短くして共振周波数を高くでき、厚さが０．４７ｍｍにすると、共振周波数が５９ＧＨｚになった。このセラミック共振器３２はＮＲＤガイド３１からの距離ｇを１．３５ｍｍに設定し、定在波比を２とした。
【００２８】
ＮＲＤガイド３１に入力された発振信号は、ＮＲＤガイド用サーキュレータ９、１０によりアップコンバータ１１の方向に導かれ入力する。ＮＲＤガイド用サーキュレータ９と１０の間、ＮＲＤガイド用サーキュレータ１０とアップコンバータ１１の間にそれぞれＮＲＤガイド３３、３４が挿入され、各間を接続する。発振信号出力を１３ｍＷとするとき、アップコンバータ１１に１１ｄＢｍが入力される。
【００２９】
アップコンバータ１１には端子３０から前記ＢＳテレビ信号、ＣＳテレビ信号を１．０３５〜１．８９５ＧＨｚに再配列されたＩＦ信号が入力されており、ここで周波数変換される。ＩＦ信号に２ＧＨｚ帯に再配列された地上波テレビ放送信号が加えられてもよい。周波数変換された和信号と差信号は、ＮＲＤガイド用サーキュレータ１０及びＮＲＤガイド３５を通して帯域通過フィルタ１２に向かう。帯域通過フィルタ１２は、中心周波数６０．６２５ＧＨｚ、帯域幅２ＧＨｚ、０．５ｄＢリップルの３段チェビシェフフィルタで構成され、和信号のみを通過させ、送信アンテナ１３に伝送する。アップコンバータ１１の和信号及び差信号の出力を０ｄＢｍとするとき、帯域通過フィルタ１２の出力における和信号出力は０ｄＢｍである。帯域通過フィルタ１２を通過できなかった差信号は反射され、ＮＲＤガイド用サーキュレータ９、１０によりＮＲＤガイド３６を介して無反射終端１４に導かれ、吸収される。
【００３０】
ＮＲＤガイド受信機１５の具体的構造は、図３（ａ）の平面図、図３（ｂ）の立体図に示すように構成され、図１と同じ部分には同一符号を付して示す。受信アンテナ１６で受信された６０ＧＨｚ帯電波はＮＲＤガイド４１、４５が湾曲して構成される３ｄＢのＮＲＤガイド方向性結合器１７を通して２つに分けられる。湾曲の曲率半径と角度はＮＲＤガイド４１がｒ＝１０ｍｍ、θ＝１１０度、ＮＲＤガイド４５がｒ＝４３ｍｍである。ＮＲＤガイド４５は直線で構成することも可能である。６０ＧＨｚ帯電波がＮＲＤガイド方向性結合器１７により２つに分けられた後、バランスミキサ１８ａ、１８ｂに導入される。バランスミキサ１８ａ、１８ｂは２つのショットキーバリアダイオード１８ｃ、１８ｄで検波する構造であり、検波感度を高めている。ショットキーバリアダイオード１８ｃ、１８ｄのマウントの前面にテフロンチップ１８ｅ、１８ｆを取り付け、ショットキーバリアダイオード１８ｃ、１８ｄが壊れないよう保護している。またショットキーバリアダイオード１８ｃ、１８ｄのマウントの裏面には高誘電率薄膜を取り付け、抵抗が小さいショットキーバリアダイオード１８ｃ、１８ｄと、インピーダンスの高いＮＲＤガイド４１、４５との整合を取っている。高誘電率薄膜の厚さはλ／４である。さらに高誘電率薄膜の後にテフロンチップ１８ｇ、１８ｈを取り付けＮＲＤガイドとの整合をより高めている。
【００３１】
ガンダイオード発振器１９からの５９ＧＨｚ発振信号がＮＲＤガイド４５によりＮＲＤガイド方向性結合器１７を通してバランスミキサ１８に加えられ、そこでダウンコンバートされて、元のＩＦ信号を端子４２に得る。
【００３２】
このＮＲＤガイド受信機１５においても、ガンダイオード発振器１９は、ＮＲＤガイド送信機６のガンダイオード発振器８と同様に、金属片４３にガンダイオードがマウントされ、ガンダイオード発振器１９からの発振信号は金属ストリップ共振器４４を経てＮＲＤガイド４５に導かれる。ＮＲＤガイドの先端部には金属ストリップ共振器４４との結合部分で生じる不要モードを抑えるためモードサプレッサ４６を挿入するのがよい。前記ＮＲＤガイド４５の近くにＮＲＤガイド送信機６におけるセラミック共振器３２と同様に、周波数安定化のためのセラミック共振器４７が側結合するように配置され、セラミック共振器４７は上下導体板間隔の方向を共振器長として動作することにより周波数安定化を図る。セラミック共振器４７は高Ｑのセラミックディスクを真中にして上下をテフロンディスクで挟んで構成され、セラミックディスクが上下導体板の真中にくるようにして放射がなくなるようにしてある。セラミックディスクは厚さｔを０．４７ｍｍにして、共振周波数を５９ＧＨｚにした。このセラミック共振器４７はＮＲＤガイド４５からの距離を１．３５ｍｍに設定し、定在波比を２とした。
【００３３】
ＮＲＤガイド送信機６に備えられるセラミック共振器３２およびＮＲＤガイド受信機１５に備えられるセラミック共振器４７は、セラミックディスクの代替としてアルミナ等を使用することができ、またテフロンディスクの代替としてポリエチレン、ポリスチレン、ボロンナイトライド等を使用することができる。形状は円形以外に楕円形、三角形、方形にすることが可能であるが、円形が最も製作しやすい。更に、セラミック共振器はセラミックディスクが上下導体板の真中になるように上側又は下側の一方をテフロンディスクで支持する構造とし、他方を空間とする構成でもよい。この場合、セラミックディスクは誘電率が無限大に近いほうがよい。
【００３４】
上記ＮＲＤガイド送信機６のガンダイオード発振器８およびＮＲＤガイド受信機１５のガンダイオード発振器１９は、以上に説明したように同様の構造であって、ＮＲＤガイドの近くに周波数安定化のためセラミック共振器が備えられる。ここでは、上記ＮＲＤガイド送信機６のガンダイオード発振器８について説明するが、ＮＲＤガイド受信機１５のガンダイオード発振器１９にも適用されるものである。図４はＮＲＤガイド送信機６のガンダイオード発振器８、ＮＲＤガイド３１及びセラミック共振器３２付近の立体図を示し、図５は図４のＡ−Ａ’線断面図を示す。ガンダイオード発振器８は、発振周波数を数ＫＨｚの精度で可変、制御が可能な自己注入同期ＮＲＤガン発振器で構成される。
【００３５】
セラミック共振器３２は、前記説明の通り高Ｑを有する比較的硬い誘電体であるセラミックディスク３２ａを真中にして上下をセラミックよりは誘電率が低く柔らかい誘電体であるテフロンディスク３２ｂ、３２ｃで挟むようにして、セラミックディスク３２ａが上下導体板の中心に位置するよう構成される。セラミック共振器３２は円形に形成され、その周囲をリング状の誘電率が低い誘電体よりなるテフロンチューブ３２ｄで被覆される。テフロンチューブ３２ｄはセラミック共振器３２の形くずれを防止すると同時に、ＮＲＤガイド送信機、ＮＲＤガイド受信機内部に結露等による湿度の影響を防止する。セラミック共振器３２の共振周波数は、その厚さｔを含め上下導体板間隔の方向を共振器長とする上下導体板の間隔で決定され、この間隔が電気的に半波長の整数倍になる周波数で共振する。このセラミック共振器３２はＴＥ20δで共振するので、セラミックディスク３２ａを薄くして共振周波数を高くすることができる。セラミック共振器３２の全体の高さを上下導体板の間隔２．２５ｍｍに調整しながら、セラミックディスク３２ａを薄く、テフロンディスク３２ｂ、３２ｃを厚くして共振周波数を調整する。セラミックディスク３２ａの厚さを０．４７ｍｍにして５９ＧＨｚ帯の共振周波数を得る。
【００３６】
セラミック共振器３２は、ＮＲＤガイド３１とセラミック共振器３２間隔ｇをその定在波比が２になる位置に決める。このときｇ＝１．３５ｍｍであった。また、ＮＲＤガイド３１のモードサプレサ端面からセラミック共振器３２の中心までの距離ｚをセラミック共振器３２がロッキングする位置に設定した。ロッキング位置は、図６に示すように６．０ｍｍと６．５ｍｍであった。ロッキング時、スペクトラムアナライザの周波数軸（ＳＰＡＮ）を５０ｋＨｚにしても発振周波数の変動は観測されず、波形もきれいであった。
【００３７】
セラミック共振器３２の近傍に上導体板３７、下導体板３８を貫通するネジ３９を設ける。ネジは、共振電磁界が無視できるほどに小さくなる位置に設ける。セラミック共振器の半径方向の電磁界分布は、半径方向の座標をｒ［ｍ］、電磁界理論より解析される横方向減衰定数をｐ［Ｎｐ／ｍ］として、ｅ-prの変化で減衰するから、一般的にはセラミック共振器の半径方向の電磁界の減衰量が、８．６８６ｐｒ≧３０ｄＢとなる距離ｒに設定する。この実施例ではＮＲＤガイド３１から垂直方向でセラミック共振器３２を通る線上にネジ３９が配置される。下導体板３８の外側にナットを設けて締め付けを強くするのが望ましい。ネジ３９をドライバー等で回転させると、セラミック共振器３２の近傍の上導体板３７と下導体板３８の間隔が変化し、発振周波数を数ＫＨｚの精度で制御することができる。即ち上下導体板間隔を変化させると、セラミック共振器３２の共振器長が変化するが、セラミックディスク３２ａの厚みに対する周波数変化は、比誘電率が高いため大きく変化する。一方テフロンディスク３２ｂ、３２ｃは、比誘電率が低く、かつセラミックディスク３２ａ内部では共振電磁界が指数関数的に減衰しているので、その厚さが変化しても、その共振器周波数変化は小さい。更にセラミックディスク３２ａは比較的硬く、テフロンディスク３２ｂ、３２ｃは比較的柔らかいため、テフロンディスク３２ｂ、３２ｃの方が大きく厚みを変化し、セラミックディスク３２ａの方はほとんど変化しない。したがって、モニターを見ながらネジを回転させて発振周波数を数ＫＨｚの精度で所望の周波数に合わせ込むことができる。調整後はネジの回転止めをして不要に周波数が変化しないようにする。この結果、ＮＲＤガイド送信機６とＮＲＤガイド受信機１５のＩＦ周波数差を数ＫＨｚにすることができ、信号を確実に再生することができる。
【００３８】
ネジの形状は種々変形が可能で、要するに上下導体板間隔を調整できる構造であればよく、レバー、歯車その他種々の構造を使用することができる。上下導体板間隔の調整機構はセラミック共振器３２の片側だけでなく、両側に設けてセラミック共振器の厚さを均等に変化させる構造が望ましい。
【００３９】
上記実施例は、アップコンバータについて説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、レーダ装置やコンピュータ間通信用デジタルトランシーバの外にＰＯＳ端末通信システム、対列車ミリ波通信、ミリ波ＩＤシステム、交通情報ビーコン、ワイヤレスカメラ（ＦＰＵ）等を構成するＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数調整装置に適用可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ミリ波発振器を組み立て後、セラミック共振器の共振器長を変化させることができ、テフロンディスクの厚さを変化させることにより周波数を高精度に微調整することができる。また、本発明によれば、導体板間隔が半波長の整数倍になる周波数で共振するので、その発振周波数を調整することができる。さらに本発明によれば、モニターを見ながらドライバーでネジを回して発振周波数を調整することができ、発振周波数を微細に正確に所望の周波数に合わせることができる。ネジはセラミック共振器の近傍に設置され、セラミック共振器の近傍の上下導体板間隔を変化させ、したがってミリ波発振器の発振周波数を有効に調整することができる。また、本発明によれば、導体板の間隔を変化させたときも大部分は低誘電率の誘電体の厚さが変化し、セラミックの厚さは僅かである。このためセラミック共振器の共振周波数の変化は小さく、発振周波数を数ＫＨｚの精度で制御することができる。また本発明によれば、ＮＲＤガイド送信機とＮＲＤガイド受信機のＮＲＤガイドミリ波帯発振器のＩＦ信号の周波数差を±１ＭＨｚほどにすることができ、信号を確実に再生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明をＮＲＤガイドマルチチャネルＴＶ信号伝送システムに応用した場合の送受信機のブロック図である。
【図２】 ＮＲＤガイド送信機の構成図である。
【図３】 ＮＲＤガイド受信機の構成図である。
【図４】 ＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数調整装置の一部斜視図である。
【図５】 図４のＡ−Ａ’断面図である。
【図６】 セラミック共振器の位置ｚを変化させたときの周波数と出力の特性図である。
【図７】 ＮＲＤガイドを説明する構成図である。
【図８】 ＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数調整装置の構成説明図である。
【図９】 従来のＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数調整装置の構造図である。
【図１０】 他の従来のＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数調整装置の構成説明図である。
【図１１】 セラミックディスクの厚さと周波数の関係図である。
【符号の説明】
３１、３３、３４、３５、３６ ＮＲＤガイド
３２ セラミック共振器
３２ａ セラミックディスク
３２ｂ、３２ｃ テフロンディスク
３２ｄ テフロンチューブ
３７、３８ 導体板
３９ ネジ
Claims (5)
- ミリ波発振器と、該ミリ波発振器からの発振信号が供給される、平行配置された導体板間に誘電体ストリップを挿入してなるＮＲＤガイドと、該ＮＲＤガイドに側結合するよう設置したセラミック共振器とで構成されるＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数調整装置であって、
前記セラミック共振器の周囲はリング状の誘電体で被覆され、
前記セラミック共振器の近傍にセラミック共振器の共振器長を変化させる機構を備え、
前記セラミック共振器は、比較的硬く高誘電率を有する誘電体を真中にして上下を、前記高誘電体を有する誘電体に対して比較的柔らかく低誘電率を有する誘電体で挟みつける構造であり、
前記セラミック共振器の共振器長を変化させる機構は、前記導体板を貫通するネジの回転によって前記導体板の間隔を変化させる機構よりなり、
前記導体板の間隔が変化するとき、前記比較的柔らかく低誘電率を有する誘電体の厚みが変化することを特徴とするＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数調整装置。 - 前記請求項１記載のＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数調整装置を、ＣＳテレビ信号とＢＳテレビ信号をアップコンバートするＮＲＤガイド送信機とＮＲＤガイド受信機にそれぞれ備えることを特徴とするＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数調整装置。
- 前記ネジは、セラミック共振器の半径方向の電磁界減衰量が８．６８ｐｒ≧３０ｄｂ（但し、ｐは横方向減衰定数で単位がＮｐ／ｍ、ｒは半径方向の座標で単位はｍ）となるように距離ｒを設定することを特徴とする請求項１に記載のＮＲＤガイドミリ波帯発振器の周波数調整装置。
- 請求項１または３の周波数調整装置を具備したことを特徴とするＮＲＤガイド送信機。
- 請求項１または３の周波数調整装置を具備したことを特徴とするＮＲＤガイド受信機。
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