JP4074839B2 - 誘電体導波管共振器の入出力結合構造とそれを利用した発振器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体導波管共振器をプリント配線基板に搭載して外部回路と接続（結合）させる入出力結合構造と、それを能動素子（負性抵抗素子）と結合した発振回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開２００１−８５９０２号公報
【特許文献２】
特開２００１−１９６８１５号公報
【特許文献３】
特開２００１−２０３５１１号公報
【０００３】
マイクロ波帯およびミリ波帯の発振器は、無線通信機やドップラーレーダ等の高周波機器で使用される主要な部品の一つであり、その発振周波数の安定度は高周波機器の性能に大きな影響を与えるので重要な特性である。発振周波数を安定させる方法として、Ｑが高い誘電体共振器を発振回路に結合させる方法がよく用いられるが、一般的なＴＥ_{01 δ}共振モードを用いた円柱形の誘電体共振器は誘電体外部への電磁界の漏れが大きいため、堅牢なシールドケースに収容する必要がある。しかも、誘電体共振器のＱを低下させないためにはシールドケースの容積を大きくする必要があり、小型化および低コスト化が難しいという問題がある。
【０００４】
誘電体共振器として誘電体表面に導電膜を形成した誘電体導波管共振器を発振回路に結合させれば、共振器からの電磁界の漏れがないので大型で堅牢なシールドケースは不要となる。ただし、誘電体導波管共振器とプリント配線基板との結合部からの電磁界の漏れが生じて共振器のＱが低下するため、結合部からの電磁界の漏れが少ない構造を採用する必要がある。しかし、そのような構造はこれまで考案されておらず、誘電体導波管共振器の実用化の大きな障害となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、発振回路における発振周波数を安定させることのできる構造を提案するもので、誘電体導波管共振器を使用するに際して、電磁界の漏れが少ない簡便な結合構造を提供して、高周波発振器などの高周波回路の小型化および低コスト化を可能にするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、接続用のプリント配線基板を利用することによって、上記の課題を解決するものである。すなわち、直方体の誘電体導波管共振器を実装用プリント配線基板の導体線路と結合させる誘電体導波管共振器の入出力結合構造において、誘電体導波管共振器の一表面に誘電体が露出したスロットを具え、実装用プリント配線基板にはマイクロストリップ線路を具え、誘電体導波管共振器と実装用プリント配線基板との間に、一表面に導体膜の一部が除去されたスロットが形成されるとともに対向面にストリップ線路が形成された接続用プリント配線基板が配置され、誘電体導波管共振器のスロットと接続用プリント配線基板のスロットとが対向し、実装用プリント配線基板のマイクロストリップ線路と接続用プリント配線基板のストリップ線路とが接続されたことに特徴を有するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明によって発振器を形成する場合、能動素子と誘電体導波管共振器を実装する実装用プリント配線基板にマイクロストリップ線路を設ける。誘電体導波管共振器は接続用のプリント配線基板を介して実装する。接続用基板の表面にはスロットを、裏面にはストリップ導体の電極パターンを設ける。そして実装用プリント配線基板に実装した際にスロットの近辺がストリップ線路構造となるように電極パターンと基材を除去する。さらにストリップ導体の周囲を取り囲むような形で実装用および接続用のプリント配線基板の両方にスルーホール等を用いて導体壁を設ける。なお、導体壁は目的の周波数帯域においてＴＥＭモード以外は遮断状態となるように配置する。また、誘電体導波管共振器底面にもスロットを設け、スロット同士およびストリップ導体同士が対向するように、接続用基板を挟んで実装用プリント配線基板に実装する。接続用基板に設けたスロットを介してマイクロストリップ線路を伝搬するＴＥＭモードと誘電体導波管共振器の共振モードを結合させて狭帯域の帯域阻止フィルタとして動作させる。そして、目的の周波数帯域において負性抵抗を示す能動回路（負性抵抗回路）と組み合わせて発振回路を構成する。
【０００８】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。図１は本発明の実施例を示す分解斜視図である。実装用のプリント基板16にマイクロストリップ線路17を設ける。誘電体導波管共振器10は接続用のプリント基板12を介して実装される。図２に示すように、接続用のプリント基板12の表面にはスロット13を、裏面にはストリップ導体14の電極パターンを設ける。そして実装用基板ン16に実装した際にスロットの近辺がストリップ線路構造となるように、電極パターンと基材を除去する。さらに、ストリップ導体の周囲を取り囲むような形で、実装用および接続用のプリント基板の両方にスルーホール15、18等を用いて導体壁を設ける。なお、導体壁は目的の周波数帯においてＴＥＭモード以外は遮断状態となるように配置する。また、誘電体導波管共振器底面にもスロット11を設けて、スロット11、13同士が対向し、ストリップ導体14、17同士が対向するように、接続用基板12を間に挟んで実装用プリント基板16に実装する。
【０００９】
上記の組立構造によって、図３に示したように、接続用プリント基板に設けたスロットを介して、マイクロストリップ線路を伝搬するＴＥＭモードと誘電体導波管共振器の共振モードが結合し、狭帯域の帯域阻止フィルタとして動作する。そして、図４に示すように、目的の周波数帯域において負性抵抗を示すように設計した能動回路（負性抵抗回路）と組み合わせることにより、誘電体導波管共振器の共振周波数で安定して発振する発振回路を構成することができる。
【００１０】
誘電体導波管共振器直下の空間を遮断状態とすることにより、スロットから外界への電磁界の漏れが抑えられるため、共振器のＱの低下を抑えることができる。誘電体導波管共振器からの電磁界の漏れはなく、また、マイクロストリップ線路との結合部分であるスロットからの電磁界の漏れが少ないことから、小型で簡便なシースドケースを被せるだけでよく、発振器等の装置の小型化および低コスト化を図ることができる。
【００１１】
比誘電率4.5の誘電体材料を用いて作製した誘電体導波管共振器と、比誘電率2.2のプリント配線基板を使用して図１に示す構造の帯域阻止フィルタを試作した。この素子についてシールドケースの有無によって帯域阻止特性の変動を測定した結果を図５に示す。図中の破線はシールドケースを被せた時の特性で、負荷Ｑは約250であった。それに対して実線で示したシールドケースのない時の特性をみると負荷Ｑは約246となった。この結果からシールドケースの有無による負荷Ｑの変化は非常に小さいことがわかる。また、図４の構成で試作した発振器の発振特性を図６に示す。誘電体導波管共振器の共振周波数で安定して発振していることが分かる。
【００１２】
本発明による発振器に図７に示すようにチップ状の能動素子を用いて能動回路の小型化を図り、能動回路を誘電体導波管共振器の直下の接続用プリント基板の内側に配置できれば、発振器のサイズを共振器のサイズとほぼ一致させることができるまで小型化が可能となる。
【００１３】
【発明の効果】
ストリップ導体の周囲を導体壁で取り囲んで誘電体導波管共振器直下の空間を遮断状態にすることにより、スロットから外界への電磁界の漏れが抑えられるので、共振器のＱの低下を抑えることができる。誘電体導波管共振器からの電磁界の漏れがなく、また、マイクロストリップ線路との結合部分であるスロットからの電磁界の漏れが少ないことから、小型で簡便なシールドケースに入れるだけでよく、装置の小型化および低コスト化が可能となる。
【００１４】
接続用基板にスロットを設けることにより、スロットを介してマイクロストリップ線路を伝搬するＴＥＭモードと誘電体導波管共振器の共振モードが結合して狭帯域の帯域阻止フィルタとして動作する。この帯域阻止フィルタと能動回路（負性抵抗回路）を組み合わせることにより誘電体導波管共振器の共振周波数で安定して発振する発振回路を構成することができる。また、チップ形状の能動素子を用いることで能動回路を小型化し、能動回路を誘電体導波管共振器の直下に配置することが可能な場合には発振器の寸法を最小限にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例を示す分解斜視図
【図２】 その一部の（ａ）平面図、（ｂ）底面図
【図３】 本発明に用いる誘電体導波管共振器の結合状態を示す説明図
【図４】 本発明の実施例を示す斜視図
【図５】 本発明に用いる誘電体導波管共振器の特性の説明図
【図６】 本発明による発振器の特性の説明図
【図７】 本発明の他の実施例を示す分解斜視図
【符号の説明】
10：誘電体導波管共振器
11：スロット
12：接続用プリント基板
13：スロット
14：ストリップライン
15：スルーホール
16：実装用プリント基板
17：マイクロストリップ線路
18：スルーホール
49、79：能動素子

Claims (4)

1. 直方体の誘電体導波管共振器を実装用プリント配線基板の導体線路と結合させる誘電体導波管共振器の入出力結合構造において、
   誘電体導波管共振器の一表面に誘電体が露出したスロットを具え、
   実装用プリント配線基板には導体線路となるマイクロストリップ線路とその両側に平行に配置されて導体が充填された複数のスルーホールを具え、
   一表面に導体膜の一部が除去されたスロットが形成されるとともにその対向面にストリップ線路が形成されるとともに、スロットとストリップ線路の両側に平行に配置されて導体が充填された複数のスルーホールを具えた接続用プリント配線基板が、誘電体導波管共振器と実装用プリント配線基板との間に配置され
   誘電体導波管共振器のスロットと接続用プリント配線基板のスロットとが対向し、実装用プリント配線基板のマイクロストリップ線路と接続用プリント配線基板のストリップ線路が接続され、かつ、
   それらのスロットおよびストリップ線路の周囲が接続用及び実装用プリント配線基板のスルーホールに充填された導体により構成された導体壁で遮断されたことを特徴とする誘電体導波管共振器の入出力結合構造。
2. スルーホールに充填された導体がアース電位に接続された請求項１記載の誘電体導波管共振器の入出力結合構造。
3. 請求項１または請求項２に記載の誘電体導波管共振器の接続構造における実装用プリント配線基板のマイクロストリップ線路に能動回路を接続した発振器。
4. 能動回路を誘電体導波管共振器と実装用プリント配線基板の間に収容した請求項３記載の発振器。

Images