JP4405136B2 - 多周波数用の誘電共振器発振器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多周波数用の誘電共振器発振器に関り、より詳細には、マイクロ波周波数で動作する発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波発振器は、伝送システム、より具体的には、アンテナの付近で使用され、中間周波数帯域と送信周波数帯域間の周波数の変換を行う。周波数の変換は、２つのユニットを使用することによるものであり、一般的に、１つのユニットは建物の内部に、もう１つのユニットは、アンテナの付近で外側に配置される。内部ユニット及び外部ユニットは、電気導体、例えば、同軸ケーブルによって接続され、これは、使用される伝送周波数の、例えば、１０ＧＨｚ以上の損失につながる。
【０００３】
通信システムは、ますます高い伝送周波数及び広い周波数帯域を使用するようになってきている。１つの周波数の変換には、伝送周波数と同じ幅の帯域を、中間周波数に使用する。しかし、１ＧＨｚより大きい中間周波数を使用すると、実施の問題が発生する。これは、内部ユニットと外部ユニットを接続する同軸ケーブルにおける損失が、中間帯域幅に亘ってかなり変動するからである。更に、非常に広い中間周波数帯域を走査するのに必要な周波数に関し敏捷性を与えることが可能な周波数シンセサイザを製造することは費用がかかる。
【０００４】
送信帯域より狭い中間周波数を得るには、送信帯域を、変換する前に分割することが可能である。このような分割は、外部ユニットにおける幾つかのスイッチ発振器を使用して行われ得る。選択される発振器に依存して、中間周波数帯域は、伝送帯域の一部のみを受信し、この一部は、選択される周波数に対応する。
【０００５】
誘電共振器発振器は一般的に、外部の伝送システムユニットに使用される。誘電共振器は一般的に、例えば、図１Ａ又は図１Ｂのうちのいずれかに示すように、フィードバックループに使用される。誘電共振器ＤＲと電気回路との間の結合は、誘電共振器ＤＲと電気回路の導体ＣＬを近くにすることによって形成される。導体は、例えば、マイクロストリップラインである。誘電共振器の位置決めは、結合の度合い、発振器の出力電力、周波数安定度、及び、発振器周波数に直接影響を及ぼす。
【０００６】
誘電共振器発振器の発振周波数は、その寸法及びその環境の電磁特性に依存する。これらのファクタを制御するために、共振器は、遮蔽されたキャビティ内に配置され、その中を導体が通される。図２は、このような種類の実施例を示し、マイクロストリップラインＣＬが遮蔽されたキャビティＣＡＶの中を通され、キャビティＣＡＶ内には、誘電共振器ＤＲがある。共振器ＤＲは、キャビティＣＡＶ内にスペーサ（図示せず）によって保持される。誘電共振器発振器の製造に関する詳細については、当業者は、Noble Publishing Corporationによって１９９８年に出版されたDarko Kajfez及びPierre Guillonによる「Dielectric Resonators」なる名称の本（第２版）を参照されたい。
【０００７】
誘電共振器発振器から幾つかの周波数を得る周知の解決策としては、幾つかの発振器を使用し、それらの出力を切替えることが挙げられる。発振器の数を増やすことは、外部ユニット内に配置される回路の寸法を増加してしまう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、幾つかの変換周波数を使用する外部ユニットの寸法を小さくすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この為に、本発明は、その発振周波数が幾つかの値をとりうる誘電共振器発振器を提供する。本発明の装置では、１つの共振器を使用しながら、誘電共振器の付近にあるスイッチング干渉用導体を使用して発振器の周波数を変更する。干渉用導体は、２つの別個の導体か又は金属面として動作する。
【００１０】
本発明は、結合導体の付近に配置される誘電共振器を含む発振器回路である。結合導体は、発振器回路の他の部分と結合する。共振器と結合導体は、キャビティ内に配置される。発振回路は、キャビティ内において、共振器の付近に配置される少なくとも１対の干渉用導体を含む。スイッチング手段によって、干渉用導体間での電気接触が切替えられる。
【００１１】
本発明の他の特定の特徴及び利点は、添付図面を参照しながら以下の説明を読むことにより明らかとなり、より理解することができるであろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】
上述したように、図１Ａ及び図１Ｂは、誘電共振器発振器回路を示す。これらの電気発振器回路は、本発明、及び、発振器の周波数が共振器ＤＲ及びその環境のみによって決定される他の周知の回路と共に使用できる。
【００１３】
図３は、図１Ａ又は図１Ｂのいずれか１つの発振器回路の導線ＣＬの付近にある誘電共振器ＤＲの組立体を示す斜視図である。図４は、この組立体の側面図である。
【００１４】
遮蔽されるキャビティＣＡＶが共振器ＤＲを囲み、共振器を外部の電磁的な干渉から絶縁させる。キャビティＣＡＶは、例えば、アースに接続される金属カバーから構成される。基板１０によって、遮蔽されるキャビティＣＡＶが閉じられる。基板１０は、キャビティＣＡＶ内に配置される面には、例えば、マイクロストリップラインを使用して形成される導体ＣＬを含む。キャビティの外側に配置される基板１０の面には、アース面があり、電磁シーリングを供給する。キャビティＣＡＶのどちら側にも置かれるオリフィス１５によって、導体ＣＬが通される。基板１０は、キャビティを越えて延在し、発振器回路の残りの部分を支持する。
【００１５】
第２の基板が、例えば、接着結合によって、キャビティＣＡＶ内に保持される。共振器ＤＲは、第２の基板２０の１つの面に接着結合される。共振器ＤＲは第２の基板２０上に配置され、第２の基板２０は、共振器ＤＲと導体ＣＬとの間の結合を保証するよう公知の技術でキャビティＣＡＶ内に配置される。
【００１６】
第２の基板２０は、共振器とは反対側の面に、干渉用導体３０及び３１を含む。干渉用導体３０及び３１は、例えば、プリントラインを使用して形成される。干渉用導体３０及び３１と導体ＣＬとの間の寄生結合を阻止するために、干渉用導体３０及び３１は、導体ＣＬに対し垂直な面に沿って方向付けられることが好適である。共振器ＤＲの磁力線は、第２の基板に対し垂直であることが好適である。
【００１７】
図５は、本発明の動作上の面を示す。干渉用導体３０及び３１は、共振器ＤＲの上方で左右対称となるよう配置される。干渉用導体の長さは、得ることが所望される最も低い周波数の波長の半分に略等しく、波長は、波を伝搬する媒体を考慮する。この例では、媒体は、基板である。共振器ＤＲは、干渉用導体３０及び３１に対し中心にされるべきである。干渉用導体３０及び３１は、共振器ＤＲの多くの領域を覆わないよう共振器ＤＲの両側に配置される。更に、干渉用導体３０及び３１を組合わせると、共振器ＤＲの領域より寸法が大きい領域が画成される。
【００１８】
干渉用導体３０は、整合インピーダンスＺ１を介しアースに接続される。干渉用導体３１は、整合インピーダンスＺ２を介し制御線に接続される。整合インピーダンスＺ１及びＺ２は、低域通過フィルタとして動作し、これは、低周波の短絡及び生成された発振器の周波数範囲の開回路に等価である。干渉用導体３０及び３１は、好適にはその中心において、例えば、ＰＩＮ型ダイオード３３を介し相互接続される。制御線は、第１及び第２の制御状態に応じて２つの状態となり得る。インピーダンスＺ１、Ｚ２、ダイオード３３、及び、制御線は、第２の基板２０に配置されるスイッチング回路を形成する。
【００１９】
第１の制御状態では、制御線は、ダイオード３３がスイッチオフされる電位にある。この第１の制御状態では、干渉用導体３０及び３１は電気的に独立している。磁界は、第２の基板を通り、キャビティの上面まで伝搬する。このとき、共振器ＤＲによって生成される磁界の結合は、干渉用導体３０と３１の間で最大となる。発振周波数は、低い動作周波数に対応し、低い動作周波数の値は、干渉用導体の長さ及び幅、干渉用導体間の空間、及び、キャビティの寸法に依存する。
【００２０】
第２の制御状態では、制御線は、ダイオード３３が導通状態となるのに十分である正の電圧にある。ダイオード３３はスイッチオンされ、干渉用導体３０及び３１が電気的に接続される。このとき、２つの干渉用導体３０及び３１は、長さＬを有する干渉用金属面として動作する。干渉用金属面は、基板の厚さに対応する略ゼロの距離において、共振器ＤＲの磁界をブロックする。発振周波数は、共振器ＤＲの最大周波数に対応する。干渉用導体３０及び３１の間の電位は、ダイオード３３のしきい電圧に対応するが、発振周波数では、電位における変動は両方の干渉用導体において同じである。
【００２１】
例として挙げるに、９．９ＧＨｚの公称周波数の誘電共振器を、９．１ｍｍの長さ、及び、３．５ｍｍの幅を有し、２．５ｍｍの距離によって離間されるマイクロストリップラインを使用して形成される干渉用導体に結合することにより、９ＧＨｚである低周波数と、１０．９ＧＨｚである高周波数が得られる。
【００２２】
同一の共振器で異なる周波数を得るために、上限の周波数を小さくするために、干渉用導体が配置される面を取り除くことが可能である。更に、低周波数を変えるために干渉用導体の寸法を変えることも可能である。
【００２３】
本発明の装置の設計及び寸法の制約を少なくするために、調整ネジを使用することが可能である。図６は、ネジの位置決めする１つの可能な方法を示し、上限の周波数及び下限の周波数を調整することができる。第１のネジ４０は、キャビティＣＡＶの上部において、共振器ＤＲの磁気軸に沿って通される。第２のネジ５０は、キャビティの側面を、共振器ＤＲの磁気軸に対し垂直に通され、共振器ＤＲは、ネジの軸に沿って配置される。第１のネジ及び第２のネジは、高い周波数と低い周波数の独立した調整を与える。
【００２４】
第２の制御状態では、干渉用導体３０及び３１は、共振器ＤＲの上方に金属面を形成する。第１のネジ４０は無効となる。高い周波数は、第２のネジ５０を使用して調整できる。
【００２５】
第１の制御状態では、干渉用導体３０及び３１は、磁界が、目に見える金属面を形成するキャビティの上部まで通ることを可能にする。第１のネジの挿入の度合いが、磁界を妨害し、それにより、低い周波数を調整できる。
【００２６】
本発明は更に、２つ以上の周波数を供給できるスイッチ発振器を生成することを可能にする。図７は、第２の基板２０の上方に、第３の基板３９が配置される実施例を示す。第３の基板３９は、２つの干渉用導体４１及び４２と、図５に示すようなスイッチング回路と同様のスイッチング回路を含む。干渉用導体４１及び４２は、干渉用導体３０及び３１と平行である。導体４１は、干渉用導体３０の上方に配置され、アースに接続される。スイッチング回路の様々な制御状態に依存して、３つの動作上の可能性がある。
【００２７】
第１の状態では、干渉用導体３０及び３１は第１の金属面を形成し、これは高い動作周波数に対応する。この状態は、導体４１及び４２とは独立している。
【００２８】
第２の状態では、導体３０及び３１は電気的に接続されず、導体４１及び４２が、共振器ＤＲから異なる距離に金属面を形成する。この状態は、中間の動作周波数に対応する。
【００２９】
第３の状態では、導体３０、３１、４１、及び、４２は全て電気的に独立される。この状態は、低い動作周波数に対応する。
【００３０】
他の干渉用導体を支持する他の基板を追加することにより、その他の動作周波数を得ることができる。ｎ個の基板に対し、ｎ＋１個の動作周波数が得られる。
【００３１】
他の実施例も可能である。
【００３２】
上述の実施例では、一方で共振器ＤＲを、他方で銅にプリントされるラインを使用して形成される導体３０及び３１を支持する基板２０が説明される。これは単純且つ効果的な解決策である。しかし、基板ではなくスペーサを使用して共振器を固定することも可能である。更に、何らかの手段によってキャビティ内に保持されるプリントライン以外の導体を使用することも可能である。同様に、導体３０及び３１は、共振器ＤＲから出る磁力線に対し垂直な面に配置される必要はない。２つの線形導体を切替えることにより、金属面が形成される又は形成されないことにより、２つの異なる動作周波数を得ることができる。提案される実施例は、実施するのに最も単純なものであると思われる。
【００３３】
同様に、図５は、スイッチング回路を有する干渉用導体を示す。この回路は、ダイオードと、それが使用することを所望する制御電圧に依存して整合される。インピーダンスの低周波動作は、電流を制限するよう作用するバイアス抵抗と等価である。更に、Ｚ１をアースに接続するよう選択されるが、これによって、制御電圧が略ゼロボルトとなると、ダイオードをスイッチオフできる。他の選択も可能である。より一般的には、少なくとも高周波数が得られるよう２つの干渉用導体が電気的に接続されることを可能にする限り、任意の他の種類のスイッチング回路を使用できる。
【００３４】
上述した実施例では、キャビティＣＡＶは、アース面で覆われ、導体ＣＬを支持する基板１０によって閉じられる。１つの変形として、その中を導線が単純に通される閉じられた金属キャビティを使用することも可能である。
【００３５】
本発明の説明では、キャビティは矩形である。例えば、円筒状キャビティといった他の形状のキャビティを使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】誘電共振器発振器を示す回路図である。
【図１Ｂ】誘電共振器発振器を示す回路図である。
【図２】従来技術の共振器組立体を示す図である。
【図３】１つの視点及び面から見た本発明の誘電共振器組立体を示す図である。
【図４】１つの視点及び面から見た本発明の誘電共振器組立体を示す図である。
【図５】１つの視点及び面から見た本発明の誘電共振器組立体を示す図である。
【図６】図３乃至５に示す組立体の改善を示す図である。
【図７】本発明の変形を示す図である。
【符号の説明】
１０ 基板
１５ オリフィス
２０ 第２の基板
３０、３１ 干渉用導体
３３ ダイオード
３９ 第３の基板
４０、５０ 調整ネジ
４１、４２ 更なる干渉用導体
ＤＲ 共振器
ＣＬ 導体
ＣＡＶ キャビティ

Claims (8)

1. 結合導体の近くに配置される誘電共振器を含む発振器回路であって、上記結合導体は上記発振器回路の残りの部分と結合し、上記誘電共振器及び上記結合導体はキャビティ内に配置され、上記発振器回路は更に、
   上記キャビティ内において、上記誘電共振器の近くに配置される少なくとも１対の直線的干渉用導体と、を有し、
   上記少なくとも１対の直線的干渉用導体の各直線的干渉用導体はスイッチング手段により互いに電気的に接続されることを特徴とする発振器回路。
2. １対の直線的干渉用導体の上記スイッチング手段は、ダイオードを含むことを特徴とする請求項１記載の回路。
3. 上記ダイオードと上記１対の直線的干渉用導体の各直線的干渉用導体との接触点は、上記各直線的干渉用導体の中心に配置されることを特徴とする請求項２記載の回路。
4. 上記１対の直線的干渉用導体の各直線的干渉用導体の長さは、上記発振器回路が供給可能である最も低い周波数の波長の半分と略等しいことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の回路。
5. ２つの面を有する基板を含み、上記誘電共振器は、上記２つの面のうちの１つの面に接着結合され、上記１対の直線的干渉用導体は、プリントラインを使用してもう一方の面に形成されることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の回路。
6. 上記１対の直線的干渉用導体の各直線的干渉用導体は、上記結合導体に対し垂直に配置されることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の回路。
7. 上記キャビティ内に配置される第２の１対の直線的干渉用導体を有し、上記第２の１対の直線的干渉用導体の各直線的干渉用導体は第２のスイッチング手段により互いに電気的に接続されることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の回路。
8. １対の直線的干渉用導体の各直線的干渉用導体は、上記誘電共振器から発生する磁界に対し垂直な面に配置されることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の回路。

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