JP4008142B2

JP4008142B2 - NRD guide gun oscillator

Info

Publication number: JP4008142B2
Application number: JP06803199A
Authority: JP
Inventors: 潤寧馬場; 太司黒木
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2019-03-15
Also published as: JP2000269744A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、伝送線路にＮＲＤガイドを用いたＮＲＤガイドガン発振器、特に発振周波数の調整が容易なＮＲＤガイドガン発振器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＮＲＤガイド（非放射性誘電体線路、Ｎｏｎｒａｄｉａｔｉｖｅｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｗａｖｅｇｕｉｄｅ）とは、使用周波数の１／２波長以下の間隔で平行に隔てられた２枚の導体板の間に、矩形の誘電体ストリップを挿入して構成された伝送線路である。このＮＲＤガイドは、伝送路途中の不連続部分や、曲がり部分で不要な放射がないことや、マイクロストリップ線路では損失が大きくなるミリ波帯においても低損失性を保つことから、実用性の高い伝送線路としてここ最近注目されてきている。
【０００３】
上述した構造のＮＲＤガイドは、誘電体ストリップがないところでは平行に隔てられた導体板の遮断効果により電磁波は伝送することができないため、電磁波は誘電体ストリップに沿ってのみ伝送が可能となる。これまでに、このＮＲＤガイドと発振素子としてガンダイオードを用いたＮＲＤガイドガン発振器が試作されており、導波管を用いて構成した場合と同程度の発振出力が得られている。
【０００４】
ところでＮＲＤガイドガン発振器を、実際の通信機器に利用する場合には、十分な出力が得られることもさることながら、発振周波数を容易に調整できることも重要である。これまでは、誘電体共振器を発振器中の伝送線路に結合させると、自走発振周波数が誘電体共振器の引き込み範囲内にある場合には、発振周波数の安定性が向上すると共に共振器の共振周波数で発振するという、いわゆる自己注入同期とよばれる現象を利用して、まず金属ストリップ線路の長さを変えて発振周波数が誘電体共振器の引き込み範囲内に入るように粗調整し、その後、使用周波数で共振する誘電体共振器を誘電体ストリップ側面に配置して発振周波数を使用周波数に合わせていた。
【０００５】
図５は従来のＮＲＤガイドガン発振器の斜視図である。図５において１ａと１ｂは使用周波数の半波長以下の間隔で平行に隔てられた導体板であり、２は導体板１ａ，１ｂ間に挿入された金属マウントである。３はガンダイオードであり、金属マウント２に格納されている。４は誘電体基板上に作成されたバイアスチョークであり、５は誘電体基板上に作成された金属ストリップ線路である。６は導体板１ａ，１ｂの間隔と同じ高さをもつ誘電体ストリップであり、７は誘電体ストリップ６の側面に配置された誘電体共振器である。金属マウント２，誘電体ストリップ６，及び誘電体共振器７は、導体板１ａ，１ｂで挟まれ機械的に固定されている。
【０００６】
以上のように構成されたＮＲＤガイドガン発振器について、以下その動作を説明する。ガンダイオード３の発振動作に必要なバイアス電圧は、バイアスチョーク４を介してガンダイオード３のアノード端子へ印加される。ガンダイオード３からの発振出力は、まずＴＥＭ波として金属ストリップ線路５へ導かれ、その後誘電体ストリップ６へ導かれる。誘電体ストリップ６では、金属ストリップ線路５を伝送するＴＥＭ波と磁界が極めて類似しているＬＳＭ（ＬｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌＳｅｃｔｉｏｎＭａｇｎｅｔｉｃ）０１モードに変換されて伝送する。誘電体ストリップ６を伝送するＬＳＭ０１モードの電磁波は、そのまま出力される電力と誘電体共振器７に結合する電力とに分かれる。誘電体共振器７に結合した電力は再び誘電体ストリップ６に戻るが、その一部の電力は誘電体ストリップ６と金属ストリップ線路５を伝送して、ガンダイオード３に注入される。
【０００７】
このようにして、誘電体共振器７により自己注入同期が実現され、ガンダイオードは誘電体共振器７の共振周波数で発振する。従って、共振周波数が使用周波数と一致している誘電体共振器を用いることで、発振周波数を使用周波数に合わせることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように従来のＮＲＤガイドガン発振器では、誘電体共振器の共振周波数を使用周波数に合わせなければならないが、この誘電体共振器の共振周波数はわずかな寸法の違いで大きく共振周波数が変化してしまうにもかかわらず、誘電体共振器の物理的な寸法を変えて、調整を行なわなければならないために、共振周波数の変化は不連続となり、共振周波数を使用周波数に合わせるのはかなり困難である、すなわち発振周波数を使用周波数に合わせるのはかなり困難であるという問題点を有していた。
【０００９】
また使用周波数を変更する場合には、誘電体共振器を加工あるいは交換するために一度導体板を開かなければならないという問題も有していた。
【００１０】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、発振周波数を容易に使用周波数に合わせることができ、また使用周波数の変更にも容易に対応できるＮＲＤガイドガン発振器を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、バイアス電圧をガンダイオードに印加することによってＬＳＭ０１モードの電磁波を生成するＮＲＤガイドガン発振器であって、平行に隔てられた２枚の導体板と、前記導体板に挟まれた金属マウントと、前記金属マウント中に前記導体板と平行に格納されたガンダイオードと、前記金属マウントに張り付けられ、前記ガンダイオードにバイアス電圧を印加するバイアスチョークと、前記導体板に挟まれ、かつ前記金属マウントと平行に配置され、前記ガンダイオードからの出力を伝送する誘電体ストリップと、前記金属マウントと前記誘電体ストリップに対して垂直に、しかも前記誘電体ストリップの長手方向の中途の部分に配置し、かつガンダイオードの中心軸上に配置された金属ストリップ線路と、前記誘電体ストリップの延長線上に配置された方形共振器と、前記誘電体ストリップと前記方形共振器の延長線上に空隙を介して配置されて、前記誘電体ストリップの軸方向に使用周波数の４分の１波長の奇数倍の間隔で上下対称に凹凸を施された金属反射器で構成され、前記方形共振器と前記金属反射器との空隙長を変えて発振周波数を調整するようにした。
【００１２】
この構成により、発振周波数を容易に使用周波数に合わせることができ、また使用周波数の変更にも容易に対応できるＮＲＤガイドガン発振器を実現できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、バイアス電圧をガンダイオードに印加することによってＬＳＭ０１モードの電磁波を生成するＮＲＤガイドガン発振器であって、平行に隔てられた２枚の導体板と、前記導体板に挟まれた金属マウントと、前記金属マウント中に前記導体板と平行に格納されたガンダイオードと、前記金属マウントに張り付けられ、前記ガンダイオードにバイアス電圧を印加するバイアスチョークと、前記導体板に挟まれ、かつ前記金属マウントと平行に配置され、前記ガンダイオードからの出力を伝送する誘電体ストリップと、前記金属マウントと前記誘電体ストリップに対して垂直に、かつガンダイオードの中心軸上に配置された金属ストリップ線路と、前記誘電体ストリップの延長線上に配置された方形共振器と、前記誘電体ストリップと前記方形共振器の延長線上に空隙を介して配置されて、前記誘電体ストリップの軸方向に使用周波数の４分の１波長の奇数倍の間隔で上下対称に凹凸を施された金属反射器で構成され、前記方形共振器と前記金属反射器との空隙長を変えて発振周波数を調整するようにした。
【００１４】
この構成により、方形共振器と金属反射器との空隙長を変えると、方形共振器の金属マウント側の端面での定在波分布が変わるために、方形共振器の電気長を等価的に変えることができ、方形共振器の共振周波数を変えることができる。すなわち方形共振器と、金属反射器との空隙長を変えることにより、ガン発振器の発振周波数を調整できる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、バイアス電圧をガンダイオードに印加することによってＬＳＭ０１モードの電磁波を生成するＮＲＤガイドガン発振器であって、平行に隔てられた２枚の導体板と、前記導体板に挟まれた金属マウントと、前記金属マウント中に前記導体板と平行に格納されたガンダイオードと、前記金属マウントに張り付けられ、前記ガンダイオードにバイアス電圧を印加するバイアスチョークと、前記導体板に挟まれ、かつ前記金属マウントと平行に配置され、前記ガンダイオードからの出力を伝送する誘電体ストリップと、前記金属マウントと前記誘電体ストリップに対して垂直に、しかも前記誘電体ストリップの長手方向の中途の部分に配置し、かつ前記ガンダイオードの中心軸上に配置された金属ストリップ線路と、前記誘電体ストリップの延長線上に配置された方形共振器と、前記方形共振器の前記誘電体ストリップと反対側の端部に、前記導体板と平行に、前記方形共振器の高さ方向の中心にスロットを設け、前記スロットと同じ厚みを有し、前記方形共振器と同じ幅を有する金属反射板と、前記金属反射板の両側面に前記導体板の間隔と同じ高さの金属側板を接続したＨ型金属反射器を前記スロットに挿入し、前記方形共振器の前記誘電体ストリップ側の端面から前記Ｈ型金属反射器までの長さを変えて発振周波数を調整するようにしたものである。
【００１６】
この構成により、ＮＲＤガイドガン発振器の伝送モードであるＬＳＭ０１モードは主要な電界成分が前記導体板と平行、すなわち金属反射板と平行であるため、方形共振器中では、金属反射板でＬＳＭ０１モードの電磁波は反射される。従って、方形共振器に設けたスロットへのＨ型金属反射器の挿入長を変えることにより、方形共振器の電気長を等価的に変えることができ、方形共振器の共振周波数を変えることができる。すなわち、Ｈ型金属反射器をスロットに挿入し、方形共振器の前記誘電体ストリップ側の端面からＨ型金属反射器までの長さを変えることにより、ガン発振器の発振周波数を調整できるという作用を有する。なお、Ｈ型金属反射器を構成する金属側板は、ＬＳＭ０１モードの反射へは直接は寄与しないが、金属反射板によるＬＳＭ０１モードからＴＥ０２モードへの不要なモード変換を防ぐために必要なものである。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、前記誘電体ストリップの前記方形共振器側の端部から前記金属ストリップ線路設置位置までの長さを、前記誘電体ストリップの端部に前記金属ストリップ線路を配置し、前記方形共振器と前記金属反射器あるいは前記Ｈ型金属反射器がない、いわゆる自走発振時の発振周波数の半波長にしたものである。
【００１８】
この構成により、ガンダイオードから外部回路をみたインピーダンスは、金属ストリップ線路を誘電体ストリップの端部に設置した場合と、誘電体ストリップの端部から半波長ずらした位置に設置した場合とで同じになるため、金属ストリップ線路を誘電体ストリップの途中に配置したことが発振出力の減少に与える影響はなく、発振出力の減少は前記方形共振器からの反射波が、ガンダイオードに再び戻る電力だけに抑えられるＮＲＤガイドガン発振器が得られる。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施の形態によるＮＲＤガイドガン発振器の斜視図を示すものである。図２は同方形共振器上の電圧定在波分布図であって、図１中の方形共振器８を比誘電率が２．０４のテフロンで作成し、その断面寸法を幅２．５ｍｍ、高さ２．２５ｍｍとした場合の、方形共振器８上の電圧定在波分布を示しており、図２（ａ）は金属反射器９が方共振器８上の電界が届かない十分離れた位置にある場合であり、図２（ｂ）は方形共振器８の端面に金属反射器９が接している場合を示している。
【００２０】
図３は本発明の一実施の形態によるＮＲＤガイドガン発振器の斜視図であって、方形共振器８に設けたスロットにＨ型金属反射器１１を挿入したＮＲＤガイドガン発振器を示すものである。図４は同方形共振器上の電圧定在波分布図であって、方形共振器８を比誘電率が２．０４のテフロンで作成し、その断面寸法を幅２．５ｍｍ、高さ２．２５ｍｍとしたときの、図３における方形共振器８上の電圧定在波分布を示すものである。なお、図５に示す従来の技術と同一要素には同一符号を付している。
【００２１】
図１において、８は方形共振器であり、９は伝送軸方向に使用周波数の４分の１波長の奇数倍の長さで凹凸が設けられた金属反射器であり、方形共振器８は誘電体ストリップ６の延長線上に設置している。金属反射器９に設けている凹凸は、金属反射器９と導体板１ａ，１ｂとの間に隙間が生じた場合でも、その隙間を電磁波が漏れていくのを防ぐためのものである。６は従来の技術と同様の誘電体ストリップであり、５は金属ストリップ線路であるが、金属ストリップ線路５は誘電体ストリップ６の端面から、方形共振器８と金属反射器９がなく、金属ストリップ線路５を誘電体ストリップ６の端面に設置したときときの発振周波数、いわゆる自走発振周波数における伝送波長の半波長の長さだけずらした位置に設置している。
【００２２】
一般に、方形共振器８の誘電体ストリップ６側での反射係数の位相をθ０（°）とし、方形共振器８の金属反射器９側での反射係数の位相をθ１（°）とし、方形共振器８の物理的な長さをｄとし、方形共振器内での伝送波長をλｇとし、Ｎを整数とすると、λｇが（数１）を満たす周波数で方形共振器８は共振する。
【００２３】
【数１】

【００２４】
ここで、方形共振器内での伝送波長をλｇとし、Ｎを整数とすると、λｇが（数１）を満たす周波数で方形共振器８は共振する。
【００２５】
図１において、金属反射器９が方形共振器８上の電界が達しない十分離れた位置にある場合には、方形共振器８の端面での反射係数の位相は、方形共振器８で用いている誘電体材料の比誘電率とその断面寸法により定まり、例えば比誘電率が２．０４のテフロンを用い、断面寸法が幅２．５ｍｍ、高さ２．２５ｍｍの場合では約９０度となるため、方形共振器８では図２（ａ）の１０に示すような電圧定在波分布となる。この場合、方形共振器８は、λｇが（数２）を満たす周波数で共振する。
【００２６】
【数２】

【００２７】
この場合、方形共振器８はλｇが（数２）を満たす周波数で共振する。
【００２８】
なお図２（ａ）ではＮが１の場合を図示している。一方、金属反射器９が方形共振器８に密着した状態では、θ１が図２（ｂ）に示すように１８０°となるため、λｇが（数３）を満たす周波数で共振する。
【００２９】
【数３】

【００３０】
ここで、金属反射器９が方形共振器８に密着した状態では、θ１が図２（ｂ）に示すように１８０゜となるため、λｇが（数３）を満たす周波数で共振するものである。
【００３１】
なお図２（ｂ）ではＮが１の場合を図示している。このように、金属反射器９を方形共振器８から十分に離した位置から密着させた位置まで変えることにより、方形共振器８の金属反射器９側の端面での反射係数の位相θ１を変化させることができるため、方形共振器８の共振周波数を連続的に変えることができる。従って、方形共振器８と金属反射器９との間隔を変えることにより、発振器の発振周波数を連続的に変えることが可能となり、また発振周波数を変更する際にも、方形共振器８と金属反射器９の間隔を変えることで容易に対応でき、さらに金属反射器９の位置を変更するだけであれば、導体板１ａを開ける必要はないため作業効率の改善も図ることができる。
【００３２】
ところで、金属ストリップ線路５を誘電体ストリップ６の端面に設置した状態で、方形共振器８と金属反射器９を配置する構造も考えられれるが、金属ストリップ線路５を伝送する電磁波が直接、方形共振器８と結合し、そのことが方形共振器８の共振周波数の見積もりを難しくすると予想される。これを避けるためには、誘電体ストリップ６の途中に金属ストリップ線路５を設置することが望ましいが、金属ストリップ線路５の設置位置を適当に選ぶと、ガンダイオード３から外部回路をみたインピーダンスが変化し、発振周波数が著しく低下することが予想される。
【００３３】
そこで、図１に示すように、金属ストリップ線路５を誘電体ストリップ６の端面から、方形共振器８と金属反射器９がなく、金属ストリップ線路５を誘電体ストリップ６の端面に設置したとき、すなわち図５に示す従来のＮＲＤガイドガン発振器から誘電体共振器７を省いた、いわゆる自走発振時の発振周波数における伝送波長の半波長の長さだけずらした位置に設置している。ガンダイオード３から外部回路をみたインピーダンスは、金属ストリップ線路５を誘電体ストリップ６の端部に設置した場合と、誘電体ストリップ６の端部から自走発振時の伝送波長の半波長ずらした位置に設置した場合とで同じになるため、金属ストリップ線路５を誘電体ストリップ６の途中に配置したことが発振出力の減少に与える影響はほとんどなく、発振出力の減少は方形共振器８からの反射波が、ガンダイオード３に再び戻る電力だけとなる。
【００３４】
図５に示す従来のＮＲＤガイドガン発振器でも、出力の減少は誘電体共振器６からの反射波が再びガンダイオード３に戻る電力であるため、金属ストリップ線路５の設置位置を上記のように設定することにより、従来のＮＲＤガイドガン発振器と同等の出力が得られながら、なおかつ周波数調整の容易なＮＲＤガイドガン発振器が得られる。
【００３５】
図３において８は図１と同様の方形共振器であり誘電体ストリップ６とは反対側の端面において、高さ方向の中心に導体板１ａ，１ｂと平行にスロットを設けてある。１１はＨ型金属反射器であり、１２は金属反射板であり方形共振器８に設けたスロットと同じ厚みを有しており、１３は金属側板であり導体板１ａ，１ｂの間隔と同じ高さを有しており、金属側板１３の高さ方向の中心に導体板１ａ，１ｂと平行に金属反射板１２を設置してＨ型金属反射器１１を構成している。図４は方形共振器８の材料に比誘電率が２．０４のテフロンを用い、またその断面寸法を幅２．５ｍｍ、高さ２．２５ｍｍとした場合の、方形共振器８上での電圧定在波分布を示したものであり、誘電体共振器８とＨ型金属反射器１１近傍の断面を示している。
【００３６】
方形共振器８上の電界は、Ｈ型金属反射器１１により反射係数の位相がほぼ１８０°で反射され、また方形共振器８の誘電体ストリップ６側の端面における反射係数の位相は約９０°で固定されるため、方形共振器８上では図４の１４に示したような電圧定在波分布が生じる。このとき、方形共振器８は前記（数３）を満たす周波数で共振する。方形共振器８の誘電体ストリップ６側の端面からＨ型金属反射器１１間での長さを変えることは、前記（数３）中のｄを変えることに相当するため、Ｈ型金属反射器１１を移動することで方形共振器８の共振周波数を連続的に変えることができ、発振周波数を連続的に調整することができる。また図１の場合と同様に、発振周波数を変更する際にも、Ｈ型金属反射器１１を移動することで容易に対応でき、さらにＨ型金属反射器１１を移動するだけであれば、導体板１ａを開ける必要はないため作業効率の改善も図ることができる。
【００３７】
図３においても図１の場合と同様に、金属ストリップ線路５を伝送する電磁波が直接方形共振器８と結合するのを防ぐためには、誘電体ストリップ６の途中に設置した方がよいため、金属ストリップ線路５は誘電体ストリップ６の端面から、方形共振器８とＨ型金属反射器１１がなく、金属ストリップ線路５を誘電体ストリップ６の端面に設置したとき、すなわち図５に示す従来のＮＲＤガイドガン発振器から誘電体共振器７を省いた、いわゆる自走発振時の発振周波数における伝送波長の半波長だけずらした位置に設置している。ガンダイオードから外部回路をみたインピーダンスは、金属ストリップ線路５を誘電体ストリップ６の端部に設置した場合と、誘電体ストリップ６の端部から自走発振時の伝送波長の半波長ずらした位置に設置した場合とで同じになるため、金属ストリップ線路５を誘電体ストリップ６の途中に配置したことが発振出力の減少に与える影響はほとんどなく、発振出力の減少は方形共振器８からの反射波が、ガンダイオード３に再び戻る電力だけとなる。
【００３８】
図５に示すＮＲＤガイドガン発振器でも、出力の減少は誘電体共振器７からの反射波が再びガンダイオード３に戻る電力であるため、金属ストリップ線路５の設置位置を上記のように設定することにより、従来のＮＲＤガイドガン発振器と同等の出力が得られながら、なおかつ周波数調整の容易なＮＲＤガイドガン発振器が得られる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、従来のＮＲＤガイドガン発振器と同等の出力が得られながら、発振周波数を連続的に変えることができ、また発振周波数の変更にも容易に対応でき、また導体板を開ずに発振周波数の調整や変更ができるＮＲＤガイドガン発振器が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるＮＲＤガイドガン発振器の斜視図
【図２】本発明の一実施の形態によるＮＲＤガイドガン発振器の方形共振器上の電圧定在波分布図
【図３】本発明の一実施の形態によるＮＲＤガイドガン発振器の斜視図
【図４】本発明の一実施の形態によるＮＲＤガイドガン発振器の方形共振器上の電圧定在波分布図
【図５】従来のＮＲＤガイドガン発振器の斜視図
【符号の説明】
１ａ，１ｂ導体板
２金属マウント
３ガンダイオード
４バイアスチョーク
５金属ストリップ線路
６誘電体ストリップ
８方形共振器
９金属反射器
１０電圧定在波分布
１１Ｈ型金属反射器
１２金属反射板
１３金属側板
１４電圧定在波分布[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an NRD guide gun oscillator using an NRD guide in a transmission line, and more particularly to an NRD guide gun oscillator in which the oscillation frequency can be easily adjusted.
[0002]
[Prior art]
The NRD guide (Nonradiative dielectric waveguide) is a structure in which a rectangular dielectric strip is inserted between two conductor plates that are separated in parallel at an interval of ½ wavelength or less of the operating frequency. Transmission line. This NRD guide has high practicality because there is no unnecessary radiation in the discontinuous part or in the bent part of the transmission line, and it maintains low loss even in the millimeter wave band where the loss is large in the microstrip line. Recently, it has been attracting attention as a transmission line.
[0003]
Since the NRD guide having the above-described structure cannot transmit electromagnetic waves due to the blocking effect of the conductor plates separated in parallel where there is no dielectric strip, the electromagnetic waves can be transmitted only along the dielectric strip. So far, an NRD guide gun oscillator using this NRD guide and a Gunn diode as an oscillating element has been experimentally produced, and an oscillation output comparable to that obtained by using a waveguide is obtained.
[0004]
By the way, when the NRD guide gun oscillator is used for an actual communication device, it is important that the oscillation frequency can be easily adjusted as well as obtaining a sufficient output. Until now, when a dielectric resonator is coupled to a transmission line in an oscillator, if the free-running oscillation frequency is within the pull-in range of the dielectric resonator, the stability of the oscillation frequency is improved and the resonator Utilizing the phenomenon called so-called self-injection synchronization, which oscillates at the resonance frequency, first, the length of the metal strip line is changed and coarse adjustment is made so that the oscillation frequency falls within the pull-in range of the dielectric resonator. A dielectric resonator that resonates at the operating frequency is arranged on the side surface of the dielectric strip to adjust the oscillation frequency to the operating frequency.
[0005]
FIG. 5 is a perspective view of a conventional NRD guide gun oscillator. In FIG. 5,

reference numerals

1a and 1b denote conductor plates which are spaced in parallel at intervals of half a wavelength or less of the operating frequency, and 2 denotes a metal mount inserted between the

conductor plates

1a and 1b. A Gunn diode 3 is housed in the metal mount 2. 4 is a bias choke formed on the dielectric substrate, and 5 is a metal strip line formed on the dielectric substrate. Reference numeral 6 denotes a dielectric strip having the same height as the distance between the

conductor plates

1a and 1b, and reference numeral 7 denotes a dielectric resonator disposed on the side surface of the dielectric strip 6. The metal mount 2, the dielectric strip 6, and the dielectric resonator 7 are sandwiched between the

conductor plates

1a and 1b and mechanically fixed.
[0006]
The operation of the NRD guide gun oscillator configured as described above will be described below. A bias voltage necessary for the oscillation operation of the Gunn diode 3 is applied to the anode terminal of the Gunn diode 3 via the bias choke 4. The oscillation output from the Gunn diode 3 is first guided to the metal strip line 5 as a TEM wave and then to the dielectric strip 6. The dielectric strip 6 is converted into an LSM (Longitudinal Section Magnetic) 01 mode in which the magnetic field is very similar to the TEM wave transmitted through the metal strip line 5 and transmitted. The LSM01 mode electromagnetic wave transmitted through the dielectric strip 6 is divided into power output as it is and power coupled to the dielectric resonator 7. The electric power coupled to the dielectric resonator 7 returns to the dielectric strip 6 again, but a part of the electric power is transmitted through the dielectric strip 6 and the metal strip line 5 and injected into the Gunn diode 3.
[0007]
In this way, self-injection locking is realized by the dielectric resonator 7, and the Gunn diode oscillates at the resonance frequency of the dielectric resonator 7. Therefore, by using a dielectric resonator whose resonance frequency matches the operating frequency, the oscillation frequency can be adjusted to the operating frequency.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, in the conventional NRD guide gun oscillator, the resonance frequency of the dielectric resonator has to be matched with the operating frequency, but the resonance frequency of the dielectric resonator is large due to a slight difference in dimensions. In spite of the change, since the physical dimensions of the dielectric resonator must be changed and adjusted, the change in the resonance frequency becomes discontinuous, and it is quite difficult to adjust the resonance frequency to the operating frequency. There is a problem that it is difficult, that is, it is quite difficult to adjust the oscillation frequency to the operating frequency.
[0009]
Further, when changing the operating frequency, there is a problem that the conductor plate must be opened once in order to process or replace the dielectric resonator.
[0010]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and an object thereof is to provide an NRD guide gun oscillator that can easily adjust the oscillation frequency to the use frequency and can easily cope with the change of the use frequency. .
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides an NRD guide gun oscillator that generates an electromagnetic wave of an LSM01 mode by applying a bias voltage to a Gunn diode, and includes two conductor plates separated in parallel, and the conductor A metal mount sandwiched between plates, a Gunn diode housed in parallel with the conductor plate in the metal mount, a bias choke attached to the metal mount and applying a bias voltage to the Gunn diode, and the conductor plate A dielectric strip sandwiched between and disposed parallel to the metal mount for transmitting the output from the Gunn diode, and perpendicular to the metal mount and the dielectric strip, and in the longitudinal direction of the dielectric strip and placed in the middle part, and the Gunn diode metal strip line disposed on the central axis of A rectangular resonator disposed on the extension line of the dielectric strip, and a space between the dielectric strip and the extension line of the rectangular resonator via a gap so that a quarter of the operating frequency is provided in the axial direction of the dielectric strip. In this case, the oscillating frequency is adjusted by changing the gap length between the rectangular resonator and the metallic reflector.
[0012]
With this configuration, it is possible to realize an NRD guide gun oscillator that can easily adjust the oscillation frequency to the use frequency and can easily cope with the change of the use frequency.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The invention according to claim 1 is an NRD guide gun oscillator that generates an electromagnetic wave of an LSM01 mode by applying a bias voltage to a Gunn diode, and includes two conductor plates separated in parallel, and the conductor plates A sandwiched metal mount, a Gunn diode stored in parallel with the conductor plate in the metal mount, a bias choke attached to the metal mount and applying a bias voltage to the Gunn diode, and sandwiched between the conductor plates And a dielectric strip that is disposed in parallel with the metal mount and transmits an output from the Gunn diode, and is disposed perpendicular to the metal mount and the dielectric strip and on a central axis of the Gunn diode. A metal strip line, a rectangular resonator disposed on an extension of the dielectric strip, and the dielectric Metal reflection which is arranged on the extension line of the trip and the rectangular resonator through the air gap and is unevenly symmetrical in the vertical direction at intervals of an odd multiple of a quarter wavelength of the operating frequency in the axial direction of the dielectric strip. The oscillation frequency is adjusted by changing the gap length between the rectangular resonator and the metal reflector.
[0014]
With this configuration, if the gap length between the square resonator and the metal reflector is changed, the standing wave distribution on the end surface of the square resonator on the metal mount side changes, so the electrical length of the square resonator is equivalently changed. And the resonant frequency of the square resonator can be changed. That is, by changing the gap length between the rectangular resonator and the metal reflector, the oscillation frequency of the gun oscillator can be adjusted.
[0015]
The invention according to claim 2 is an NRD guide gun oscillator that generates an electromagnetic wave of an LSM01 mode by applying a bias voltage to the Gunn diode, and includes two conductor plates separated in parallel, and the conductor plates A sandwiched metal mount, a Gunn diode stored in parallel with the conductor plate in the metal mount, a bias choke attached to the metal mount and applying a bias voltage to the Gunn diode, and sandwiched between the conductor plates A dielectric strip disposed parallel to the metal mount and transmitting an output from the Gunn diode, and perpendicular to the metal mount and the dielectric strip, and halfway in the longitudinal direction of the dielectric strip. And a metal strip line disposed on the central axis of the Gunn diode, and A rectangular resonator disposed on the extension of the conductor strip, the ends of the dielectric strip and the opposite side of the rectangular resonator parallel to the conductor plate, in the height direction of the center of the square resonator A slot is provided, a metal reflector having the same thickness as the slot and having the same width as the rectangular resonator, and metal side plates having the same height as the gap between the conductor plates are connected to both side surfaces of the metal reflector. An H-shaped metal reflector is inserted into the slot, and the oscillation frequency is adjusted by changing the length from the end surface of the rectangular resonator on the dielectric strip side to the H-shaped metal reflector.
[0016]
With this configuration, the LSM01 mode, which is the transmission mode of the NRD guide gun oscillator, has a main electric field component parallel to the conductor plate, that is, parallel to the metal reflector. Electromagnetic waves are reflected. Therefore, by changing the insertion length of the H-type metal reflector into the slot provided in the square resonator, the electrical length of the square resonator can be changed equivalently, and the resonance frequency of the square resonator can be changed. . That is, by inserting an H-type metal reflector into the slot and changing the length from the end surface of the rectangular resonator on the dielectric strip side to the H-type metal reflector, the oscillation frequency of the gun oscillator can be adjusted. Have. The metal side plate constituting the H-type metal reflector does not directly contribute to the reflection of the LSM01 mode, but is necessary to prevent unnecessary mode conversion from the LSM01 mode to the TE02 mode by the metal reflector.
[0017]
According to a third aspect of the present invention, the length of the dielectric strip from the end on the rectangular resonator side to the metal strip line installation position is set, and the metal strip line is arranged at the end of the dielectric strip. The half-wavelength of the oscillation frequency at the time of so-called free-running oscillation without the rectangular resonator and the metal reflector or the H-type metal reflector.
[0018]
With this configuration, the impedance of the external circuit viewed from the Gunn diode is the same when the metal strip line is installed at the end of the dielectric strip and when it is installed at a position shifted by half a wavelength from the end of the dielectric strip. Therefore, the arrangement of the metal strip line in the middle of the dielectric strip has no effect on the decrease in the oscillation output, and the decrease in the oscillation output is limited to the power that the reflected wave from the rectangular resonator returns to the Gunn diode again. A suppressed NRD guide gun oscillator is obtained.
[0019]
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a perspective view of an NRD guide gun oscillator according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a voltage standing wave distribution diagram on the rectangular resonator. The rectangular resonator 8 in FIG. 1 is made of Teflon having a relative dielectric constant of 2.04, and its cross-sectional dimension is 2.5 mm in width. FIG. 2A shows the voltage standing wave distribution on the rectangular resonator 8 when the height is 2.25 mm. FIG. 2A shows that the metal reflector 9 is sufficiently separated from the electric field on the rectangular resonator 8 to reach. FIG. 2B shows the case where the metal reflector 9 is in contact with the end face of the rectangular resonator 8.
[0020]
FIG. 3 is a perspective view of an NRD guide gun oscillator according to an embodiment of the present invention, and shows an NRD guide gun oscillator in which an H-type metal reflector 11 is inserted into a slot provided in a rectangular resonator 8. FIG. 4 is a voltage standing wave distribution diagram on the rectangular resonator, in which the rectangular resonator 8 is made of Teflon having a relative dielectric constant of 2.04 and has a cross-sectional dimension of 2.5 mm in width and 2. mm in height. The voltage standing wave distribution on the square resonator 8 in FIG. 3 when it is 25 mm is shown. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same element as the prior art shown in FIG.
[0021]
In FIG. 1, 8 is a rectangular resonator, 9 is a metal reflector provided with irregularities with a length that is an odd multiple of a quarter wavelength of the operating frequency in the transmission axis direction, and the rectangular resonator 8 is a dielectric resonator. It is installed on the extension line of the body strip 6. The unevenness provided in the metal reflector 9 is for preventing electromagnetic waves from leaking through the gap even when a gap is generated between the metal reflector 9 and the conductor plates 1a and 1b. 6 is a dielectric strip similar to the prior art, and 5 is a metal strip line, but the metal strip line 5 has no rectangular resonator 8 and metal reflector 9 from the end face of the dielectric strip 6, and the metal strip. The line 5 is installed at a position shifted by the half wavelength of the transmission wavelength at the oscillation frequency when the line 5 is installed on the end face of the dielectric strip 6, so-called free-running oscillation frequency.
[0022]
In general, the phase of the reflection coefficient on the dielectric strip 6 side of the square resonator 8 is θ0 (°), the phase of the reflection coefficient on the metal reflector 9 side of the square resonator 8 is θ1 (°), and the square resonance. If the physical length of the resonator 8 is d, the transmission wavelength in the rectangular resonator is λg, and N is an integer, the rectangular resonator 8 resonates at a frequency satisfying (Equation 1).
[0023]
[Expression 1]

[0024]
Here, when the transmission wavelength in the rectangular resonator is λg and N is an integer, the rectangular resonator 8 resonates at a frequency at which λg satisfies (Equation 1).
[0025]
In FIG. 1, when the metal reflector 9 is located at a position sufficiently away from the electric field on the rectangular resonator 8, the phase of the reflection coefficient at the end face of the rectangular resonator 8 is used in the rectangular resonator 8. It is determined by the relative dielectric constant of the dielectric material and its cross-sectional dimension. For example, when Teflon having a relative dielectric constant of 2.04 is used and the cross-sectional dimension is 2.5 mm wide and 2.25 mm high, it is about 90 degrees The square resonator 8 has a voltage standing wave distribution as indicated by 10 in FIG. In this case, the square resonator 8 resonates at a frequency at which λg satisfies (Expression 2).
[0026]
[Expression 2]

[0027]
In this case, the rectangular resonator 8 resonates at a frequency where λg satisfies (Equation 2).
[0028]
FIG. 2A shows the case where N is 1. On the other hand, in a state in which the metal reflector 9 is in close contact with the rectangular resonator 8, θ1 is 180 ° as shown in FIG. 2B, so that resonance occurs at a frequency satisfying (Equation 3).
[0029]
[Equation 3]

[0030]
Here, in a state where the metal reflector 9 is in close contact with the rectangular resonator 8, θ1 is 180 ° as shown in FIG. 2B, so that λg resonates at a frequency satisfying (Equation 3). .
[0031]
FIG. 2B shows a case where N is 1. In this way, the phase θ1 of the reflection coefficient at the end face of the rectangular resonator 8 on the metal reflector 9 side is changed by changing the metal reflector 9 from a position sufficiently away from the rectangular resonator 8 to a close contact position. Therefore, the resonance frequency of the rectangular resonator 8 can be continuously changed. Therefore, it is possible to continuously change the oscillation frequency of the oscillator by changing the interval between the square resonator 8 and the metal reflector 9, and also when changing the oscillation frequency, the rectangular resonator 8 and the metal reflector 9 can be changed. It is possible to easily cope with this by changing the interval of the vessel 9, and if only the position of the metal reflector 9 is changed, it is not necessary to open the conductor plate 1a, so that the work efficiency can be improved.
[0032]
By the way, a structure in which the rectangular resonator 8 and the metal reflector 9 are arranged in a state where the metal strip line 5 is installed on the end face of the dielectric strip 6 is also conceivable. However, the electromagnetic wave transmitted through the metal strip line 5 is directly square. It is expected that coupling with the resonator 8 makes it difficult to estimate the resonance frequency of the rectangular resonator 8. In order to avoid this, it is desirable to install the metal strip line 5 in the middle of the dielectric strip 6, but if the installation position of the metal strip line 5 is appropriately selected, the impedance of the external circuit viewed from the Gunn diode 3 changes. However, the oscillation frequency is expected to be significantly reduced.
[0033]
Therefore, as shown in FIG. 1, when the metal strip line 5 is installed from the end face of the dielectric strip 6 without the rectangular resonator 8 and the metal reflector 9, and the metal strip line 5 is installed on the end face of the dielectric strip 6, That is, the dielectric resonator 7 is omitted from the conventional NRD guide gun oscillator shown in FIG. 5, and is installed at a position shifted by the half wavelength of the transmission wavelength at the oscillation frequency at the time of so-called free-running oscillation. The impedance of the external circuit viewed from the Gunn diode 3 is a position where the metal strip line 5 is installed at the end of the dielectric strip 6 and a position shifted from the end of the dielectric strip 6 by a half wavelength of the transmission wavelength during free-running oscillation. Therefore, the arrangement of the metal strip line 5 in the middle of the dielectric strip 6 has almost no influence on the decrease in the oscillation output, and the decrease in the oscillation output is reflected from the rectangular resonator 8. The wave is only the power that returns to the Gunn diode 3 again.
[0034]
Even in the conventional NRD guide gun oscillator shown in FIG. 5, since the decrease in output is the power that returns the reflected wave from the dielectric resonator 6 to the Gunn diode 3 again, the installation position of the metal strip line 5 is set as described above. By doing so, an NRD guide gun oscillator with an output equivalent to that of the conventional NRD guide gun oscillator and an easy frequency adjustment can be obtained.
[0035]
In FIG. 3, reference numeral 8 denotes a rectangular resonator similar to that in FIG. 1, and a slot is provided at the center in the height direction on the end surface opposite to the dielectric strip 6 in parallel with the conductor plates 1a and 1b. 11 is an H-shaped metal reflector, 12 is a metal reflector having the same thickness as the slot provided in the

rectangular resonator

8, and 13 is a metal side plate having the same height as the distance between the

conductor plates

1a and 1b. An H-shaped metal reflector 11 is configured by installing a metal reflector 12 in parallel with the

conductor plates

1a and 1b at the center of the metal side plate 13 in the height direction. FIG. 4 shows the voltage on the rectangular resonator 8 when Teflon having a relative dielectric constant of 2.04 is used as the material of the rectangular resonator 8 and the cross-sectional dimensions are 2.5 mm in width and 2.25 mm in height. The standing wave distribution is shown, and a cross section in the vicinity of the dielectric resonator 8 and the H-type metal reflector 11 is shown.
[0036]
The electric field on the rectangular resonator 8 is reflected by the H-shaped metal reflector 11 at a phase of the reflection coefficient of approximately 180 °, and the phase of the reflection coefficient at the end face of the rectangular resonator 8 on the dielectric strip 6 side is approximately 90 °. Therefore, a voltage standing wave distribution as shown at 14 in FIG. 4 is generated on the rectangular resonator 8. At this time, the rectangular resonator 8 resonates at a frequency satisfying the above (Equation 3). Since changing the length between the end face of the rectangular resonator 8 on the dielectric strip 6 side and the H-type metal reflector 11 corresponds to changing d in the above (Equation 3), the H-type metal reflector By moving 11, the resonance frequency of the rectangular resonator 8 can be continuously changed, and the oscillation frequency can be continuously adjusted. Similarly to the case of FIG. 1, when the oscillation frequency is changed, it can be easily handled by moving the H-type metal reflector 11, and if only the H-type metal reflector 11 is moved, the conductor Since it is not necessary to open the plate 1a, work efficiency can be improved.
[0037]
In FIG. 3, as in the case of FIG. 1, in order to prevent the electromagnetic wave transmitted through the metal strip line 5 from being directly coupled to the rectangular resonator 8, it is better to install it in the middle of the dielectric strip 6. The strip line 5 does not have the rectangular resonator 8 and the H-shaped metal reflector 11 from the end face of the dielectric strip 6, and when the metal strip line 5 is installed on the end face of the dielectric strip 6, that is, the conventional NRD shown in FIG. The dielectric resonator 7 is omitted from the guide gun oscillator, and is installed at a position shifted by a half wavelength of the transmission wavelength at the so-called free-running oscillation frequency. The impedance of the external circuit viewed from the Gunn diode is the same as when the metal strip line 5 is installed at the end of the dielectric strip 6 and at a position shifted from the end of the dielectric strip 6 by a half wavelength of the transmission wavelength during free-running oscillation. Since it is the same as the case where it is installed, the arrangement of the metal strip line 5 in the middle of the dielectric strip 6 has almost no effect on the decrease in the oscillation output, and the decrease in the oscillation output is caused by the reflected wave from the rectangular resonator 8. However, only the power returning to the Gunn diode 3 is obtained.
[0038]
Even in the NRD guide gun oscillator shown in FIG. 5, the decrease in the output is the power at which the reflected wave from the dielectric resonator 7 returns to the Gunn diode 3 again, so that the installation position of the metal strip line 5 is set as described above. Thus, an NRD guide gun oscillator can be obtained which can obtain an output equivalent to that of a conventional NRD guide gun oscillator and which can be easily adjusted in frequency.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to continuously change the oscillation frequency while easily obtaining an output equivalent to that of the conventional NRD guide gun oscillator, and to easily cope with the change of the oscillation frequency. An NRD guide gun oscillator that can adjust or change the oscillation frequency without opening the plate is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an NRD guide gun oscillator according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a voltage standing wave distribution diagram on a rectangular resonator of the NRD guide gun oscillator according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a perspective view of an NRD guide gun oscillator according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a voltage standing wave distribution diagram on a rectangular resonator of an NRD guide gun oscillator according to an embodiment of the present invention. Perspective view of NRD guide gun oscillator 【Explanation of symbols】
1a, 1b Conductor plate 2 Metal mount 3 Gunn diode 4 Bias choke 5 Metal strip line 6 Dielectric strip 8 Rectangular resonator 9 Metal reflector 10 Voltage standing wave distribution 11 H-type metal reflector 12 Metal reflector 13 Metal side plate 14 Voltage standing wave distribution

Claims

An NRD guide gun oscillator that generates an electromagnetic wave of an LSM01 mode by applying a bias voltage to a Gunn diode, comprising two conductor plates separated in parallel, a metal mount sandwiched between the conductor plates, and the metal A Gunn diode stored in parallel with the conductor plate during mounting, a bias choke attached to the metal mount and applying a bias voltage to the Gunn diode, and sandwiched between the conductor plates and in parallel with the metal mount A dielectric strip disposed to transmit the output from the Gunn diode, disposed perpendicular to the metal mount and the dielectric strip, and in a midway portion of the dielectric strip in the longitudinal direction, and the Gunn diode A metal strip line disposed on the central axis of the dielectric strip and an extension of the dielectric strip A rectangular resonator disposed on the dielectric strip and an extension line of the rectangular resonator with an air gap between them, and an interval of an odd multiple of a quarter wavelength of the operating frequency in the axial direction of the dielectric strip. The NRD guide gun oscillator is characterized in that it is composed of a metal reflector that is unevenly symmetrical in the vertical direction, and the oscillation frequency is adjusted by changing the gap length between the rectangular resonator and the metal reflector.

An NRD guide gun oscillator that generates an electromagnetic wave of an LSM01 mode by applying a bias voltage to a Gunn diode, comprising two conductor plates separated in parallel, a metal mount sandwiched between the conductor plates, and the metal A Gunn diode stored in parallel with the conductor plate during mounting, a bias choke attached to the metal mount and applying a bias voltage to the Gunn diode, and sandwiched between the conductor plates and in parallel with the metal mount A dielectric strip disposed to transmit the output from the Gunn diode, perpendicular to the metal mount and the dielectric strip, and disposed in a midway in the longitudinal direction of the dielectric strip, and the gun A metal strip line disposed on the central axis of the diode and an extension of the dielectric strip; A rectangular resonator arranged in the said end portion of the dielectric strip and the opposite side of the square resonator in parallel with the conductor plate, a slot is provided in the height direction of the center of the rectangular cavity, said slot A metal reflector having the same thickness and the same width as the rectangular resonator, and an H-type metal reflector in which metal side plates having the same height as the gap between the conductor plates are connected to both side surfaces of the metal reflector. An NRD guide gun oscillator which is inserted into the slot and adjusts an oscillation frequency by changing a length from an end surface of the rectangular resonator on the dielectric strip side to the H-shaped metal reflector.

The length of the dielectric strip from the end on the rectangular resonator side to the position where the metal strip line is installed, the metal strip line at the end of the dielectric strip, the rectangular resonator and the metal reflection 3. The NRD guide gun oscillator according to claim 1, wherein a half wavelength of a transmission wavelength at an oscillation frequency at the time of self-running oscillation in which no detector or the H-type metal reflector is installed.