JP4117142B2

JP4117142B2 - High frequency oscillator

Info

Publication number: JP4117142B2
Application number: JP2002087658A
Authority: JP
Inventors: 寛明吉岡
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: JP2003283247A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高周波発振器に関し、発振周波数の温度変動が少ない高周波発振器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の誘電体共振器を使用した高周波発振器には、（１）ＭＩＣ基板で製作した発振回路を筐体等で密閉封止する構造や、（２）別のＭＩＣ基板で製作した発振回路を金属パッケージで密閉封止し、それを更に先の金属パッケージ内の圧力と同等な圧力で筐体等にパッケージした構造のものがある。図７及び図８は、それぞれの高周波発振器の断面図である。これら図において、１はＭＩＣ基板、２は誘電体共振器、３は筐体等のパッケージ、４は別のＭＩＣ基板、５は金属パッケージ、６は発振周波数調整ねじである。
【０００３】
高周波発振器は、他の回路（ミキサー、アンプ等）と組み合わせてモジュール化することが多く、図７に示す高周波発振器の場合は、他の回路と同一のＭＩＣ基板１で構成できるため、安価にすることが可能である。しかし、発振周波数の温度変動の規格が厳しい場合などは、歩留まりが悪くなるため、図８に示すように金属パッケージで密閉封止された発振器を、他の回路基板と分けた構成として、これらを更に筐体等のパッケージ３に密閉封止する構造となっていた。このような構造にすると、発振器の発振周波数の温度変動が規格を越えた場合は、発振器のみを交換することで、歩留まりの低下が抑えられた。しかしながら、従来の高周波発振器においては、周辺温度が変動した場合に、誘電体共振器の発振周波数が変動しても、その変動を修正することができなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図８に示す構造の高周波発振器において、図７に示す構造の高周波発振器と比較して歩留まりの低下が抑えられるものの、周辺温度が変動すると、誘電体共振器の発振周波数が変動してしまい、その結果高周波発振器の発振周波数が変動してしまうという問題点があった。本発明はこのような問題点を解消し、歩留まりの低下を抑えることができると共に、周辺温度の変動があっても発振周波数の変動の少ない高周波発振器を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は可逆性の変形特性を有する部材で密閉封止された発振器を、さらに密閉封止した高周波発振器であり、前記発振器は、共振回路に誘電体共振器を具備し、該発振器の発振周波数が、常温から温度の上昇に伴い、低くなる特性を持つ場合には、前記誘電体共振器と該誘電体共振器上部の前記部材との間隔が狭くなるように前記部材が凹状に変形し、逆に発振周波数が高くなる特性を持つ場合には、前記誘電体共振器と該誘電体共振器上部の前記部材との間隔が広くなるように前記部材が凸状に変形して、前記発振器の前記温度変動による発振周波数の変動を緩和する高周波発振器であって、前記発振器の内部圧力と外部圧力とが異なり、前記発振器の発振周波数が、常温から温度の上昇に伴い、低くなる特性を持つ場合には、前記内部圧力が前記外部圧力より低く設定され、逆に発振周波数が高くなる特性を持つ場合には、前記内部圧力が前記外部圧力より高く設定されていることを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施形態】
図１は本発明の実施形態の高周波発振器を示す図で、１はＭＩＣ基板、２は誘電体共振器、３は筐体等のパッケージ、４は別のＭＩＣ基板、５は金属パッケージ、７は誘電体共振器２上部の可逆性の変形特性を有する部材からなる金属パッケージ部である。
【０００８】
図１に示すように、本発明は少なくとも誘電体共振器２上部が、可逆性の変形特性を有する部材からなる金属パッケージ部７で構成されている点が従来例と異なる。更に、室温においてＭＩＣ基板４と誘電体共振器２とで構成される発振回路を金属パッケージ５で密閉し、さらにこの発振器をＭＩＣ基板１に実装し、これら全体を筐体等のパッケージ３に密閉する際、金属パッケージ５の内部圧力と、外部圧力即ち筐体等のパッケージ３の内部圧力とを異ならせて密閉封止する点が従来例と異なる。
【０００９】
金属パッケージ５の内部圧力をＰ１、外部圧力即ち筐体等のパッケージ３の内部圧力をＰ２とすると、密閉封止する際の条件は、Ｐ１＝Ｐ２と設定したとき、発振器の発振周波数が、常温から温度の上昇に伴い、低くなる特性を持つ場合には、Ｐ１＜Ｐ２となるように設定する。逆に、常温から温度の上昇に伴い、発振周波数が高くなる特性を持つ場合、Ｐ１＞Ｐ２となるように設定する。
【００１０】
ここで具体的な数値を使って説明する。先ず、圧力差について理論式より計算すると下記のようになる。
ＰＶ／Ｔ＝Ｐ'Ｖ'／Ｔ'
Ｐ，Ｐ'：圧力、Ｖ，Ｖ'：体積、Ｔ，Ｔ'：絶対温度
尚、パッケージ等の熱膨張は考慮せず、体積は一定として扱うこととする。
【００１１】
図２は、金属パッケージ５の内部圧力Ｐ１を＋２５℃において１ａｔｍとし、外部圧力Ｐ２を−４０℃において１ａｔｍとした場合を示す。−４０℃、＋６０℃に温度が変動した場合、−４０℃、＋６０℃時の金属パッケージ内外の圧力差を比較すると、＋６０℃時の圧力差が０．３１ａｔｍであるのに対して、−４０℃時の圧力差は０．２２ａｔｍであり、＋６０℃時の圧力差の方が大きくなっている。つまり、温度が上昇するほど金属パッケージ内外の圧力差が大きくなることになる。
【００１２】
一方、一定温度において、高周波発振器の一例として、少なくとも誘電体共振器２の上部を厚さ０．３ｍｍの鉄製で形成した金属パッケージ５内外の圧力差と高周波発振器の発振周波数の関係を図３に示す。図３では、金属パッケージ５の内部圧力を１ａｔｍとし、外部圧力を１〜２．６ａｔｍに変化させた場合の発振周波数変動量を示す。図から明らかなように、金属パッケージ５の外部圧力が内部圧力よりも０．１ａｔｍ大きくなる毎に、発振周波数が約１０４ｋＨｚ高くなる。更に図３には示されていないが、金属パッケージ５の内部圧力より外部圧力の方が低くなる場合についても同様の関係にあることが確認されている。即ち、金属パッケージ５の外部圧力が内部圧力よりも０．１ａｔｍ小さくなる毎に、発振周波数が約１０４ｋＨｚ低くなる。この発振周波数の変動は、誘電体共振器上部の金属パッケージ部７と誘電体共振器２の間隔が変動するために生じるものである。
【００１３】
また、一定温度において、誘電体共振器上部の金属パッケージ部７と誘電体共振器２の間隔と高周波発振器の発振周波数の関係を図４に示す。誘電体共振器上部の金属パッケージ部７と誘電体共振器との間隔が１μm変化すると、発振周波数が約１４ｋＨｚ変動することが確認された。
【００１４】
以上のことから、本発明は、温度変化によって生じる誘電体発振器の特性変動を、金属パッケージの内外に圧力差をつけておき、誘電体共振器上部の金属パッケージ部７と誘電体共振器２の間隔を変化させ、その変動を緩和させるものである。
【００１５】
例えば、図１に示す構造の高周波発振器において、発振器の発振周波数が、温度の上昇に伴い上昇する場合、常温２５℃で筐体等のパッケージ３内の圧力Ｐ２が金属パッケージ５内の圧力Ｐ１よりも高ければ、２５℃から温度が上昇すると、圧力Ｐ２の上昇が圧力Ｐ１の上昇よりも大きくなる。つまり、温度上昇に伴い圧力Ｐ２と圧力Ｐ１の圧力差が大きくなる。その結果、金属パッケージ５が圧力Ｐ２により受ける力が大きくなり、誘電体共振器２上部の金属パッケージ部７が凹状に変形し、誘電体共振器２に接近する。これにより誘電体共振器２の発振周波数は上がることになる。その結果を図５に示す。本発明によれば、従来例（Ｐ１＝Ｐ２の場合）より温度の上昇に伴う発振周波数の変動が緩和されていることがわかる。
【００１６】
また逆に、発振器の発振周波数が、温度の上昇に伴い上昇する場合、筐体等のパッケージ３内の圧力Ｐ２を金属パッケージ５内の圧力Ｐ１よりも低く設定しておく。常温２５℃から温度が上昇すると、圧力Ｐ１の上昇が圧力Ｐ２の上昇よりも大きくなり、温度上昇に伴い圧力Ｐ１と圧力Ｐ２の圧力差が大きくなる。その結果、金属パッケージ５が圧力Ｐ１により受ける力が大きくなり、誘電体共振器２上部の金属パッケージ部７が凸状に変形し、誘電体共振器２から離れる。これにより誘電体共振器２の発振周波数は下がることになる。その結果を図３に示す。本発明によれば、従来例（Ｐ１＝Ｐ２の場合）より温度の上昇に伴う発振周波数の変動が緩和されていることがわかる。
【００１７】
なお、本発明は、図１に示す構造の高周波発振器に限定されるものではなく、種々変更することができることは言うまでもない。例えば、共振回路に誘電体共振器が用いられている発振器が使用されている場合において、金属パッケージ５の少なくとも誘電体共振器２の上部が可逆性の変形特性を有する部材で構成されていればよく、金属パッケージ５全体が、可逆性の変形特性を有する部材で構成されていても良い。さらに、誘電体共振器２の上部を変形しやすい形状としておくことも可能である。なお、その変形特性や誘電体共振器の温度特性に応じて、Ｐ１及びＰ２を適宜設定される。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、圧力差を利用することで、発振周波数を決めている誘電体共振器上部の金属パッケージ部を凹状あるいは凸状に変形（誘電体共振器に接近させたり離したり）することができるようになり、発振周波数の変動量を小さくすることができるようになる。さらに、発振器の内部圧力と外部圧力との圧力差、または金属パッケージの材質、構造等を任意に選ぶことで、発振周波数の温度特性曲線を変えることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態を説明する図である。
【図３】本発明の実施形態を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態を説明する図である。
【図５】本発明と従来例の発振周波数の温度特性曲線である。
【図６】別の本発明と従来例の発振周波数の温度特性曲線である。
【図７】従来の高周波発振器の断面図である。
【図８】従来の別の高周波発振器の断面図である。
【符号の説明】
１：ＭＩＣ基板、２：誘電体共振器、３：筐体等のパッケージ、４：別のＭＩＣ基板、５：金属パッケージ、６：発振周波数調整ねじ、７：金属パッケージ部、８：誘電体共振器上部の金属パッケージ部と誘電体共振器の間隔[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-frequency oscillator, and more particularly to a high-frequency oscillator having a small temperature fluctuation of the oscillation frequency.
[0002]
[Prior art]
For high-frequency oscillators using conventional dielectric resonators, (1) a structure in which an oscillation circuit made of an MIC substrate is hermetically sealed with a housing or the like, and (2) an oscillation circuit made of another MIC substrate is made of metal. There is a structure in which a package is hermetically sealed and is further packaged in a housing or the like under a pressure equivalent to the pressure in the metal package. 7 and 8 are cross-sectional views of the respective high-frequency oscillators. In these drawings, 1 is an MIC substrate, 2 is a dielectric resonator, 3 is a package such as a housing, 4 is another MIC substrate, 5 is a metal package, and 6 is an oscillation frequency adjusting screw.
[0003]
The high-frequency oscillator is often modularized in combination with other circuits (mixer, amplifier, etc.). In the case of the high-frequency oscillator shown in FIG. It is possible. However, when the standard of fluctuation in temperature of the oscillation frequency is severe, the yield is poor. Therefore, as shown in FIG. 8, the oscillator hermetically sealed with a metal package is separated from other circuit boards. Further, the structure is hermetically sealed in a package 3 such as a housing. With such a structure, when the temperature fluctuation of the oscillation frequency of the oscillator exceeded the standard, the yield reduction was suppressed by replacing only the oscillator. However, in the conventional high frequency oscillator, when the ambient temperature fluctuates, even if the oscillation frequency of the dielectric resonator fluctuates, the fluctuation cannot be corrected.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the high-frequency oscillator having the structure shown in FIG. 8, the yield reduction can be suppressed as compared with the high-frequency oscillator having the structure shown in FIG. 7, but when the ambient temperature changes, the oscillation frequency of the dielectric resonator changes. As a result, there was a problem that the oscillation frequency of the high frequency oscillator fluctuated. It is an object of the present invention to provide a high-frequency oscillator that can eliminate such problems and suppress a decrease in yield, and that has a small fluctuation in oscillation frequency even when the ambient temperature fluctuates.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, an oscillator invention has been hermetically sealed by a member having deformation characteristics of reversible according to claim 1, a further sealed sealed high-frequency oscillator, the oscillator, the dielectric in the resonant circuit When the resonator has a characteristic that the oscillation frequency of the oscillator decreases as the temperature rises from room temperature, the distance between the dielectric resonator and the member above the dielectric resonator is narrow. In the case where the member is deformed into a concave shape and the oscillation frequency is increased, the member is arranged so that a gap between the dielectric resonator and the member on the dielectric resonator is widened. Is a high frequency oscillator that is deformed into a convex shape and alleviates fluctuations in the oscillation frequency due to the temperature fluctuations of the oscillator , wherein the internal pressure and the external pressure of the oscillator are different, and the oscillation frequency of the oscillator is from room temperature to temperature As the rise of When having Kunar characteristics, the internal pressure is set lower than the external pressure, that when having becomes higher characteristic oscillation frequency Conversely, the internal pressure is set higher than the external pressure It is a feature.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram showing a high-frequency oscillator according to an embodiment of the present invention. 1 is an MIC substrate, 2 is a dielectric resonator, 3 is a package such as a housing, 4 is another MIC substrate, 5 is a metal package, and 7 is a metal package. This is a metal package portion made of a member having reversible deformation characteristics on the upper part of the dielectric resonator 2.
[0008]
As shown in FIG. 1, the present invention is different from the conventional example in that at least the upper part of the dielectric resonator 2 is composed of a metal package portion 7 made of a member having reversible deformation characteristics. Further, an oscillation circuit composed of the MIC substrate 4 and the dielectric resonator 2 is sealed with a metal package 5 at room temperature, and the oscillator is further mounted on the MIC substrate 1, and the whole is sealed in a package 3 such as a housing. In this case, the internal pressure of the metal package 5 and the external pressure, that is, the internal pressure of the package 3 such as a casing are made different to be hermetically sealed.
[0009]
Assuming that the internal pressure of the metal package 5 is P1, and the external pressure, ie, the internal pressure of the package 3 such as a housing is P2, the condition for hermetic sealing is that the oscillation frequency of the oscillator is room temperature when P1 = P2. If it has a characteristic that becomes lower as the temperature increases, P1 <P2. Conversely, if the oscillation frequency increases as the temperature rises from room temperature, P1> P2 is set.
[0010]
Here, explanation will be made using specific numerical values. First, the pressure difference is calculated from the theoretical formula as follows.
PV / T = P'V '/ T'
P, P ': Pressure, V, V': Volume, T, T ': Absolute temperature Note that the volume is treated as constant without considering thermal expansion of the package.
[0011]
FIG. 2 shows a case where the internal pressure P1 of the metal package 5 is 1 atm at + 25 ° C. and the external pressure P2 is 1 atm at −40 ° C. When the temperature fluctuates to −40 ° C. and + 60 ° C., the pressure difference between the inside and outside of the metal package at −40 ° C. and + 60 ° C. is compared with the pressure difference at + 60 ° C. of 0.31 atm. The pressure difference at 0 ° C. is 0.22 atm, and the pressure difference at + 60 ° C. is larger. That is, the pressure difference between the inside and outside of the metal package increases as the temperature rises.
[0012]
On the other hand, as an example of a high-frequency oscillator at a constant temperature, the relationship between the pressure difference inside and outside the metal package 5 in which at least the upper part of the dielectric resonator 2 is made of iron is 0.3 mm and the oscillation frequency of the high-frequency oscillator is shown in FIG. Show. FIG. 3 shows the oscillation frequency variation when the internal pressure of the metal package 5 is 1 atm and the external pressure is changed to 1 to 2.6 atm. As is apparent from the figure, the oscillation frequency increases by about 104 kHz each time the external pressure of the metal package 5 becomes 0.1 atm greater than the internal pressure. Further, although not shown in FIG. 3, it is confirmed that the same relationship is obtained when the external pressure is lower than the internal pressure of the metal package 5. That is, every time the external pressure of the metal package 5 becomes 0.1 atm lower than the internal pressure, the oscillation frequency is lowered by about 104 kHz. The fluctuation of the oscillation frequency occurs because the distance between the metal package portion 7 above the dielectric resonator and the dielectric resonator 2 fluctuates.
[0013]
Further, FIG. 4 shows the relationship between the interval between the metal package portion 7 above the dielectric resonator and the dielectric resonator 2 and the oscillation frequency of the high-frequency oscillator at a constant temperature. It has been confirmed that the oscillation frequency fluctuates by about 14 kHz when the distance between the metal package portion 7 above the dielectric resonator and the dielectric resonator changes by 1 μm.
[0014]
From the above, in the present invention, the characteristic variation of the dielectric oscillator caused by the temperature change is made by applying a pressure difference between the inside and outside of the metal package, and the metal package portion 7 and the dielectric resonator 2 above the dielectric resonator. The interval is changed to reduce the fluctuation.
[0015]
For example, in the high-frequency oscillator having the structure shown in FIG. 1, when the oscillation frequency of the oscillator increases as the temperature rises, the pressure P2 in the package 3 such as the housing is higher than the pressure P1 in the metal package 5 at room temperature of 25 ° C. If the temperature rises from 25 ° C., the increase in the pressure P2 becomes larger than the increase in the pressure P1. That is, the pressure difference between the pressure P2 and the pressure P1 increases as the temperature rises. As a result, the force received by the metal package 5 due to the pressure P <b> 2 increases, and the metal package portion 7 on the top of the dielectric resonator 2 is deformed into a concave shape and approaches the dielectric resonator 2. As a result, the oscillation frequency of the dielectric resonator 2 is increased. The result is shown in FIG. According to the present invention, it can be seen that the fluctuation of the oscillation frequency accompanying the rise in temperature is mitigated from the conventional example (when P1 = P2).
[0016]
Conversely, when the oscillation frequency of the oscillator rises as the temperature rises, the pressure P2 in the package 3 such as the housing is set lower than the pressure P1 in the metal package 5. When the temperature rises from the room temperature of 25 ° C., the rise in the pressure P1 becomes larger than the rise in the pressure P2, and the pressure difference between the pressure P1 and the pressure P2 increases as the temperature rises. As a result, the force received by the metal package 5 due to the pressure P <b> 1 increases, and the metal package portion 7 on the top of the dielectric resonator 2 is deformed into a convex shape and separated from the dielectric resonator 2. As a result, the oscillation frequency of the dielectric resonator 2 is lowered. The result is shown in FIG. According to the present invention, it can be seen that the fluctuation of the oscillation frequency accompanying the rise in temperature is mitigated from the conventional example (when P1 = P2).
[0017]
Needless to say, the present invention is not limited to the high-frequency oscillator having the structure shown in FIG. 1, and various modifications can be made. For example, when an oscillator in which a dielectric resonator is used in the resonance circuit is used, if at least the upper part of the dielectric resonator 2 of the metal package 5 is composed of a member having reversible deformation characteristics. The whole metal package 5 may be made of a member having reversible deformation characteristics. Furthermore, the upper part of the dielectric resonator 2 can be easily deformed. Note that P1 and P2 are appropriately set according to the deformation characteristics and the temperature characteristics of the dielectric resonator.
[0018]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by utilizing the pressure difference, the metal package portion on the top of the dielectric resonator that determines the oscillation frequency is deformed into a concave shape or a convex shape (such as approaching the dielectric resonator). And the fluctuation amount of the oscillation frequency can be reduced. Furthermore, the temperature characteristic curve of the oscillation frequency can be changed by arbitrarily selecting the pressure difference between the internal pressure and the external pressure of the oscillator or the material and structure of the metal package.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a temperature characteristic curve of the oscillation frequency of the present invention and a conventional example.
FIG. 6 is a temperature characteristic curve of oscillation frequency of another embodiment of the present invention and a conventional example.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional high-frequency oscillator.
FIG. 8 is a cross-sectional view of another conventional high-frequency oscillator.
[Explanation of symbols]
1: MIC substrate, 2: dielectric resonator, 3: package such as housing, 4: another MIC substrate, 5: metal package, 6: oscillation frequency adjusting screw, 7: metal package portion, 8: dielectric resonance Between the metal package at the top of the chamber and the dielectric resonator

Claims

The hermetically sealed oscillator member having deformation characteristics of reversibility, a further sealed sealed high-frequency oscillator,
The oscillator includes a dielectric resonator in a resonance circuit,
When the oscillation frequency of the oscillator has a characteristic that decreases with increasing temperature from room temperature, the member is arranged so that the distance between the dielectric resonator and the member on the dielectric resonator is narrowed. If it has a characteristic of deforming into a concave shape and increasing the oscillation frequency, the member is deformed into a convex shape so that the distance between the dielectric resonator and the member at the top of the dielectric resonator is widened. A high-frequency oscillator that relieves fluctuations in oscillation frequency due to temperature fluctuations of the oscillator ,
When the internal pressure of the oscillator is different from the external pressure, and the oscillation frequency of the oscillator has a characteristic that decreases with increasing temperature from room temperature, the internal pressure is set lower than the external pressure, and conversely The high-frequency oscillator characterized in that the internal pressure is set higher than the external pressure when the oscillation frequency has a characteristic of increasing .