JP4667672B2 - ガン発振器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力線路にＮＲＤガイドを用い発振素子にガンダイオードを用いた、高周波信号を発生するガン発振器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＮＲＤガイドは、誘電体ストリップが平行に隔てられた上側導体板と下側導体板で挟まれただけの簡便な構造でありながら、ミリ波帯においても伝送損失が少なく、曲がりや不連続部で不要放射がないという特長を有している。またガンダイオードは５Ｖ前後のバイアス電圧を印加するだけで、高出力のミリ波信号を生成できる特長を有しており、この２つを組み合わせたガン発振器が、自動車衝突防止レーダや無線ＬＡＮ端末などで用いられている。
【０００３】
以下、従来のＮＲＤガイドを用いたガン発振器について説明する。
【０００４】
図６（ａ）は従来のガン発振器の全体構造を示す斜視図であり、図６（ｂ）は従来のガン発振器のガンダイオード部分の要部断面図である。なお、図６は、１０ＧＨｚ帯や２０ＧＨｚ帯といった発振周波数が比較的低く、上側導体板と下側導体板の間隔がガンダイオードの直径よりも大きい場合のガン発振器を示す。
【０００５】
図６において１ｄは従来のガン発振器、２は金属製のガンダイオードマウント、２ａはガンダイオード、３ａはガンダイオードマウント２の上面に設けた凹部、３ｂはガンダイオードマウント２の下面に設けた凹部である。凹部３ａ、３ｂのガンダイオード２ａの軸方向に向かう長さは発振周波数の自由空間における４分の１波長と等しい。４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄはガンダイオードマウント２の凸部である。凸部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのガンダイオード２ａの軸方向に向かう長さは発振周波数の自由空間における４分の１波長と等しい。５はガンダイオード２ａのカソード端子５である。ガンダイオード２ａはガンダイオードマウント２側面に設けたネジ穴にねじ込まれており、ガンダイオード２ａのカソード端子５はガンダイオードマウント２と接触している。６は誘電体基板上に作成されたバイアス線路、７はガンダイオード２ａのアノード端子である。バイアス線路６の先端部はガンダイオード２ａのアノード端子７に接続されている。なお、バイアス線路６には、発振出力のバイアス線路６側への漏洩を防ぐために、導体パターン幅を周期的に変えて構成される低域通過フィルタが形成されている。８は誘電体基板上に作製されたストリップ線路である。ストリップ線路８は、ガンダイオードマウント２に対して垂直に、かつガンダイオード２ａの中心軸上に配置されている。９は誘電体ストリップ、１０は金属箔が誘電体ストリップの中心に挿入されたモードサプレッサである。モードサプレッサ１０はストリップ線路８と誘電体ストリップ９の伝送路変換部における不要モードの発生を防ぐ機能を有する。１１は上側導体板、１１ａは下側導体板、１２はガンダイオード２ａヘバイアス電圧を印加するための端子、１２ａはガンダイオード２ａを接地するための端子である。上側導体板１１、下側導体板１１ａはガンダイオード２ａの放熱器としての機能も有する。
【０００６】
以上のように構成された従来のガン発振器の動作について、以下図を用いて説明する。
【０００７】
ガンダイオード２ａへのバイアス電圧は、端子１２からバイアス線路６を介してアノード端子７へ印加される。ガンダイオード２ａはバイアス電圧が印加されることによって高周波信号を発生するが、その発振出力はストリップ線路８を介して誘電体ストリップ９へ導かれる。以上のように、ガンダイオード２ａからの発振出力は最終的に誘電体ストリップ９から取り出される。なお、ガンダイオードマウント２の工作精度によっては、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１、あるいは下側導体板１１ａとの間に隙間が生じる場合も考えられるが、ガンダイオードマウント２に発振周波数の自由空間における４分の１波長の周期で凹凸が施されていることにより、この隙間からの発振出力の漏洩は防がれる。
【０００８】
また、従来のＮＲＤガイドを用いたガン発振器として、特許第２９８９３９１号公報には「高周波信号発生器」が開示されている。以下、従来の高周波信号発生器について説明する。
【０００９】
図７（ａ）は従来の高周波信号発生器の全体構造を示す図であり、図７（ｂ）は従来の高周波信号発生器のガンダイオード部分の要部断面図である。なお、図７は６０ＧＨｚ帯や７７ＧＨｚ帯といった発振周波数が比較的高く、上側導体板と下側導体板の間隔がガンダイオードの直径より小さい場合の高周波信号発生器を示す。
【００１０】
図７において、２０は従来の高周波信号発生器、２１は金属製のガンダイオードマウント、２２はガンダイオードである。ガンダイオード２２はガンダイオードマウント２１側面のネジ穴にねじ込まれており、ガンダイオード２２のカソード端子２３はガンダイオードマウント２１と接触している。２４は誘電体基板上に配設され低域通過フィルタの機能をもつバイアス線路である。バイアス線路２４の先端部はガンダイオード２２のアノード端子２５に接続される。２６は誘電体基板上に配設されたストリップ線路である。ストリップ線路２６はガンダイオードマウント２１に対して垂直に配置される。２７は誘電体ストリップ、２８は金属箔が誘電体ストリップ２７の中心に挿入されたモードサプレッサ、２９は上側導体板、２９ａは下側導体板、３０はガンダイオード２２ヘバイアス電圧を印加するための端子、３０ａはガンダイオード２ａを接地するための端子、３２、３３は各々上側導体板と下側導体板に設けられ、ガンダイオードマウント２１がはめこまれる溝である。なお上側導体板２９、下側導体板２９ａはガンダイオード２２の放熱器としての機能も有する。
【００１１】
ところで、ＮＲＤガイドでは上側導体板２９と下側導体板２９ａの間隔は、不要放射を抑制するため使用周波数の半波長以下に設定されるが、市販のガンダイオードは直径が３ｍｍ程度のパッケージに封入されているため、使用周波数帯が高くなると上側導体板２９と下側導体板２９ａの間隔がガンダイオード２２の直径よりも狭くなり、ガンダイオード２２および、ガンダイオード２２を保持するガンダイオードマウント２１を、上側導体板２９と下側導体板２９ａの間に挿入できなくなる。例えば、波長が５ｍｍの６０ＧＨｚ帯では上側導体板と下側導体板の間隔は２．５ｍｍ以下になるが、６０ＧＨｚ帯で動作する市販のガンダイオード２２は直径が３ｍｍであり、そのままで上側導体板２９と下側導体板２９ａの間に挿入することができない。これを解決するために、図７に示す高周波信号発生器では、上側導体板２９と下側導体板１２９に溝３２と溝３３を設け、ガンダイオードマウント２１をはめ込んでいる。
【００１２】
以上のように構成された高周波信号発生器の動作について、以下図を用いて説明する。ガンダイオード２２へのバイアス電圧は、端子３０からバイアス線路２４を介してアノード端子２５へ印加される。ガンダイオード２２はバイアス電圧が印加されることによって高周波信号を発生するが、その発振出力はストリップ線路２６を介して誘電体ストリップ２７へ導かれる。以上のように、ガンダイオード２２からの発振出力は誘電体ストリップ２７から取り出される。
【００１３】
以上のように、従来、構成の異なるガン発振器を発振周波数により使い分けて使用していた。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術は以下のような課題を有していた。
【００１５】
（１）従来のガン発振器は、現状のガンダイオードの発振効率は高々数パーセントであり、発振時にはガンダイオードから大量の熱が発生するが、ガンダイオードマウントと上側導体板および下側導体板の接触面積が少ないために、ガンダイオードから上側導体板と下側導体板への熱伝導が十分にできず、ガンダイオードが自分自身の発する熱により破損するという課題を有していた。
【００１６】
（２）従来の高周波信号発生器は、ガンダイオードマウントに設けた凹凸が無いため、工作誤差などによりガンダイオードマウントと上側導体板あるいは下側導体板の間に隙間が生じた場合、又は、ガンダイオードマウントと上側導体板と下側導体板との間の両方に隙間が生じた場合に、その隙間を伝って発振出力がガンダイオードマウント後方へ漏れるという課題を有していた。
【００１７】
（３）従来の高周波信号発生器のガンダイオードマウントに、従来のガン発振器のガンダイオードマウントと同様の凹凸を施した場合、ガンダイオードマウント後方への発振出力の漏れを抑えられるように思われるが、単にガンダイオードマウントの上面と下面に発振周波数の自由空間における４分の１波長の周期で凹凸をつけるだけでは、上側導体板と下側導体板に設けた溝へはめ込んだ時に、電磁波が漏れなくなる周波数が発振周波数からずれて、ガンダイオードマウント後方への発振出力の漏れを防ぐことができないという課題を有していた。
【００１８】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、ガンダイオードが発生する熱を上側導体板および下側導体板へ伝えやすくし熱によるガンダイオードの破損を防ぐことができ、また、上側導体板と下側導体板にガンダイオードマウントをはめ込む溝を設けた場合、発振出力のガンダイオードマウント後方への漏れを防ぐことができるガン発振器を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記従来の課題を解決するために、本発明のガン発振器は、平行に隔てられた２つの導体板と、導体板の間に誘電体ストリップを保持する出力線路としての非放射性誘電体線路（以下ＮＲＤガイドとよぶ）と、発振素子としてのガンダイオードと、ガンダイオードを側面に保持するガンダイオードマウントと、を備え、ガンダイオードマウントと導体板の接触部分のガンダイオード軸方向の長さが発振周波数の自由空間における４分の１波長の奇数倍となる少なくとも２つ以上の凸部と、凸部に挟まれガンダイオード軸方向と平行な面におけるガンダイオード軸方向の長さが発振周波数の自由空間における４分の１波長の奇数倍となる凹部が、導体板のガンダイオードマウントとの接触面に形成された構成を有する。
【００２０】
この構成により、ガンダイオードが発生する熱を上側導体板および下側導体板へ伝えやすくし熱によるガンダイオードの破損を防ぐことができ、また、上側導体板と下側導体板にガンダイオードマウントをはめ込む溝を設けた場合、発振出力のガンダイオードマウント後方への漏れを防ぐことができるガン発振器を提供することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載のガン発振器は、平行に隔てられた２つの導体板と、導体板の間に誘電体ストリップを保持する出力線路としての非放射性誘電体線路（以下ＮＲＤガイドとよぶ）と、発振素子としてのガンダイオードと、ガンダイオードを側面に保持するガンダイオードマウントと、を備え、ガンダイオードマウントと導体板の接触部分のガンダイオード軸方向の長さが発振周波数の自由空間における４分の１波長の奇数倍となる少なくとも２つ以上の凸部と、凸部に挟まれガンダイオード軸方向と平行な面におけるガンダイオード軸方向の長さが発振周波数の自由空間における４分の１波長の奇数倍となる凹部が、導体板のガンダイオードマウントとの接触面に形成された構成を有する。
【００２２】
この構成により、以下のような作用を有する。
【００２３】
（１）ガンダイオードマウントと上側の導体板に設けた溝との接触部分の長さ、およびガンダイオードマウントと下側の導体板に設けた溝との接触部分の長さが、発振周波数における４分の１波長の奇数倍になるため、ガンダイオード側のガンダイオードマウントと導体板の接触部端点において、ガンダイオードマウントと導体板が高周波的にほぼ短絡された状態となり、発振出力のガンダイオードマウント後方への漏れを防ぐことができる。
【００２４】
（２）ガンダイオードマウントと導体板との接触部分のガンダイオード軸方向の長さを長くし面積を広くすることができるので、発振動作時にガンダイオードから発生する熱が、放熱器を兼ねる導体板へ伝わりやすくなり、熱によるガンダイオードの破損を防ぐことができる。
【００２５】
（３）ガンダイオードマウントの上面に設けた凸部と上側の導体板の接触部の長さと、ガンダイオードマウントの下面に設けた凸部と下側の導体板の接触部の長さを発振周波数の自由空間における４分の３波長、４分の５波長のように長くすると、ガンダイオードマウントと導体板との接触部分の長さが増えガンダイオードから導体板への熱を伝えやすくすることができる。
【００２６】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のガン発振器であって、導体板が、各々ガンダイオードマウントが嵌合する溝を備えた構成を有する。
【００２７】
この構成により、請求項１の作用に加え、以下のような作用を有する。
【００２８】
（４）導体板とガンダイオードマウントとの接触面積を大きくできるので、ガンダイオードが発生する熱を導体板へ伝えやすくし熱によるガンダイオードの破損を防ぐことができる。
【００３４】
（５）ガンダイオードマウントに凹部を設ける場合に比べて凹部の深さを深くできるため、ガンダイオードマウントと導体板の接触部分とのインピーダンスの差を大きくすることができ、ガンダイオードマウント後方への発振出力の漏れを一層低減することができる。
【００３８】
本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載のガン発振器であって、導体板が、ガンダイオードマウント上面が接触する上側導体板とガンダイオードマウント下面が接触する下側導体板からなり、凸部及び凹部が、ガンダイオードマウントの上側導体板及び下側導体板との接触面、及び、上側導体板及び下側導体板のガンダイオードマウントとの接触面に形成され、ガンダイオードマウント上面に形成された凹部と上側導体板に形成された凹部のガンダイオード軸方向と平行な面におけるガンダイオードの軸方向の長さと位置が等しく、ガンダイオードマウント下面に形成された凹部と、下側導体板に形成された凹部のガンダイオード軸方向と平行な面におけるガンダイオードの軸方向の長さと位置が等しく、上側導体板に形成された凹部の深さとガンダイオードマウント上面に形成された凹部の深さを合わせた長さ及び下側導体板に形成された凹部の深さとガンダイオードマウント下面に形成された凹部の深さを合わせた長さが０．５ｍｍ以上である構成を有する。
【００３９】
この構成により、請求項１の作用に加え以下のような作用を有する。
【００４０】
（１）ガンダイオードマウント及び上側導体板、下側導体板に凹部が形成されているため、凹部内部の空間の断面積が広がり、ガンダイオードマウントと上側導体板及び下側導体板の接触部分と凹部のインピーダンス差を大きくすることができ、発振出力のガンダイオードマウント後方への漏れをより一層低減することができる。
【００４１】
なお、上側導体板に設けた凹部の深さとガンダイオードマウント上面に設けた凹部の深さを合わせた長さが０．５ｍｍ以上で、下側導体板に設けた凹部の深さとガンダイオードマウント下面に設けた凹部の深さを合わせた長さが０．５ｍｍ以上であれば、発振出力がほとんど漏れないようにすることができるが、その長さは長ければ長いほど漏洩電力を少なくする効果は高い。
【００４２】
本発明の請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のガン発振器であって、上側導体板に形成された凹部の深さと、下側導体板に形成された凹部の深さが等しい構成を有する。
【００４３】
この構成により、請求項１又は２の作用に加え以下のような作用を有する。
【００４４】
（１）上側導体板と下側導体板にフライス盤などの金属加工機を用いて凹部の加工をする際に、削り取る深さを変更しなくてすむため、上側導体板と下側導体板の生産効率を上げることができる。すなわち、ガンダイオードマウント後方への発振出力の漏洩が少ないガン発振器を効率よく生産できるようになる。
【００４７】
以下、本発明の一実態の形態について説明する。
【００４８】
（実施の形態１）
図１（ａ）は実施の形態１におけるガン発振器の全体構造の斜視図であり、図１（ｂ）は実施の形態１におけるガン発振器のガンダイオード部分の要部断面図であり、図１（ｃ）は図１（ｂ）の等価回路を示す説明図であり、図２（ａ）は凹部の深さに対する漏洩電力のシミュレーション結果を示すグラフであり、図２（ｂ）は実施の形態２におけるガン発振器のガンダイオード部分の要部断面図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）の等価回路を示す説明図である。なお、図２（ａ）はガンダイオードマウントと上側導体板の間に隙間が生じた場合の、凹部の深さに対する漏洩電力のシミュレーション結果を示すものである。なお、本実施の形態１は、ガン発振器の上側導体板と下側導体板に設けた溝の深さを等しくし、ガンダイオードマウントの上面と下面に上下対称な凹部と凸部を設けたものである。
【００４９】
図中、２はガンダイオードマウント、２ａはガンダイオード、５はカソード端子、６はバイアス線路、７はアノード端子、８はストリップ線路、９は誘電体ストリップ、１０はモードサプレッサ、１１は上側導体板、１１ａは下側導体板、１２は端子、１２ａは端子であり、これらは図６において説明したものと同様であるので同一の符号を付けて説明を省略する。１は本実施の形態１におけるガン発振器、３１はガンダイオードマウント２と上側導体板１１および下側導体板１１ａの接触部端点、３２は上側導体板１１に設けた溝、３３は下側導体板１１ａに設けた溝、３４ａはガンダイオードマウント２の上面に設けられた上面側凹部、３４ｂはガンダイオードマウント２の下面に設けられた、長さが発振周波数の４分の１波長の下面側凹部、３５ａ、３５ｂはガンダイオードマウント２の上面に設けられた上面側凸部、３５ｃ、３５ｄはガンダイオードマウント２の下面に設けられた下面側凸部である。なお、図１（ｂ）および図１（ｃ）中に矢印とともに示されたＡ、Ｄ、Ｅ、およびＡ´、Ｂ´、Ｃ´、Ｄ´、Ｅ´はそれぞれの部分の長さを示している。Ａ、Ａ´、Ｅ、およびＥ´は長さが等しく、ＡとＢを合わせた長さ、Ａ´とＢ´を合わせた長さ、ＤとＥを合わせた長さ、およびＤ´とＥ´を合わせた長さは、発振周波数の自由空間における４分の３波長であり、Ｃ、Ｃ´は発振周波数の自由空間における４分の１波長である。なお図１（ｂ）において、ストリップ線路８は記載を省略している。
【００５０】
図１に示すガン発振器１は、カソード端子５がガンダイオードマウント２を介して接続された端子１２ａを接地し、端子１２からバイアス線路６を介してアノード端子７にバイアス電圧が印加すると高周波信号を発生し、ストリップ線路８を介して誘電体ストリップ９から出力される。
【００５１】
従来のガン発振器では、ガンダイオードマウント２や、上側導体板１１に設けた溝３２、あるいは下側導体板１１ａに設けた溝３３の工作精度によっては、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１に設けた溝３２、あるいはガンダイオードマウント２と下側導体板１１ａに設けた溝３３の間に隙間が生じ、この隙間から発振出力が漏れてしまう場合があったが、図１（ｂ）に示すガンダイオードマウント２の構造では、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１の間に隙間が生じた場合でも、あるいはガンダイオードマウント２と下側導体板１１ａの間に隙間が生じた場合でも、また両方に隙間が生じた場合でも、それぞれの隙間について図１（ｃ）の等価回路が成り立ち、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１および下側導体板１１ａの接触部端点３１からガンダイオードマウント２側をみたインピーダンスＺMは非常に小さく、接触部端点３１は高周波的にほぼ短絡されているとみなせるようになる。そのため、十分な工作精度が得られずガンダイオードマウント２と上側導体板１１あるいは下側導体板１１ａの間に隙間が生じた場合でも、また、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１およびガンダイオードマウント２と下側導体板１１ａの間の両方に隙間が生じた場合でも、発振出力がガンダイオードマウント２後方に漏れなくすることができる。なお、図１（ｃ）においてＺOは上側導体板１１と下側導体板１１ａで構成される伝送路のインピーダンスであり、比較的大きな値を有する。
【００５２】
また図１に示すようにガンダイオードマウント２と上側導体板１１および下側導体板１１ａの接触部の長さを４分の３波長とすることにより、ガンダイオード２ａから発生する熱を効率的に上側導体板１１と下側導体板１１ａに伝えることができ、熱によるガンダイオード２ａの破損を防ぐことができる。なお、それでもガンダイオード２ａが発生する熱が上側導体板１１、下側導体板１１ａに十分に伝わらないようであれば、４分の５波長あるいは４分の７波長と長くしてもよい。
【００５３】
なお、上面側凹部３４ａ、下面側凹部３４ｂの深さについては、図２（ａ）に示すガンダイオードマウントと上側導体板の間に０．０５ｍｍの隙間ができた場合の、凹部の深さに対する漏洩電力のシミュレーション結果から分かるように、漏洩電力がほとんど無くなる０．５ｍｍ以上にするのが好ましい。なお、図２（ａ）は６０ＧＨｚでのシミュレーション結果であり、ここで用いたシミュレーションモデルは図２（ｂ）に示すように、上面に凹部を設けたガンダイオードマウントを厚みがゼロの上側導体板と下側導体板で挟んだ構造となっており、上側導体板と下側導体板の間隔は６０ＧＨｚ帯のＮＲＤガイドで一般に用いられる２．２５ｍｍとし、ガンダイオードマウントの凸部の長さは４分の３波長である３．７５ｍｍとし、凹部の長さは４分の１波長である１．２５ｍｍとしている。シミュレーションモデルの境界条件は、図２（ｃ）に示す通りであり、５ｍｍの幅で取り出したガンダイオードマウントの両側面は、ガンダイオードマウントと上側導体板の隙間を伝わる電磁波がＴＥＭ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）波になると考え磁気壁としている。また、ガンダイオードマウントと上側導体板の隙間を漏れ出た電磁波は、上側導体板と下側導体板の間を伝わり再び戻ってくることはないため、ガンダイオードマウントから５ｍｍ離れた位置に吸収境界条件を設定している。図２（ａ）の結果は、このようなシミュレーションモデルの形状および境界条件のもと、入力端子面からの入射電力と反射電力の比をシミュレーションで求め、その値から漏洩電力を算出している。なお、シミュレータにはＨＥＷＬＥＴＴ ＰＡＣＫＡＲＤ社の電磁界シミュレーションソフトであるＨＦＳＳ Ｖｅｒ５．４を用いている。
【００５４】
なお、図２にはガンダイオードマウントと上側導体板の間に隙間ができた場合の電力漏洩についてのシミュレーション結果を示しているが、この結果はガンダイオードマウントと下側導体板の間に隙間ができた場合についても当てはまり、また両方に隙間ができた場合でも凹部の深さが０．５ｍｍ以上であれば、漏洩電力を十分に少なくすることができる。
【００５５】
なお、図２に示すシミュレーションモデルでは、上側導体板と下側導体板に溝は設けていないが、ガンダイオードマウントに設けた凹部の深さが漏洩電力を少なくする効果は、上側導体板と下側導体板に溝を設けガンダイオードマウントを嵌合させた場合も変わらないため、図１に示すガンダイオードマウント２の凹部の深さは、図２（ａ）のシミュレーション結果に基づいて決定してよい。
【００５６】
また、図２（ａ）は６０ＧＨｚでのシミュレーション結果ではあるが、ガンダイオードマウントと上側導体板、あるいは下側導体板の間に隙間が生じた場合にそこを伝わる電磁波のモードはＴＥＭモードになると考えられるため、図２（ａ）の結果はすべての周波数に適用してよい。
【００５７】
以上のように本実施の形態１におけるガン発振器は構成されているので、十分な工作精度が得られずガンダイオードマウント２と上側導体板１１あるいは下側導体板１１ａの間に隙間が生じた場合でも、また、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１およびガンダイオードマウント２と下側導体板１１ａの間の両方に隙間が生じた場合でも、発振出力がガンダイオードマウント２後方に漏れなくすることができるという作用を有する。
【００５８】
（実施の形態２）
図３（ａ）は実施の形態２におけるガン発振器の全体構造の斜視図であり、図３（ｂ）は実施の形態２におけるガン発振器のガンダイオード部分の要部断面図であり、図３（ｃ）は図２（ｂ）の等価回路を示す説明図である。なお、本実施の形態３は、ガン発振器の上側導体板と下側導体板に設けた溝の中の上下対称な位置に、凹部を設けたものである。
【００５９】
図３において、２はガンダイオードマウント、２ａはガンダイオード、５はカソード端子、６はバイアス線路、７はアノード端子、８はストリップ線路、９は誘電体ストリップ、１０はモードサプレッサ、１１は上側導体板、１１ａは下側導体板、１２は端子、１２ａは端子、３１は接触部端点、３２は溝、３３は溝であり、これらは図６において説明したものと同様であるので同一の符号を付けて説明を省略する。１ａは本実施の形態２におけるガン発振器、４０ａは上側導体板１１の溝３２の中に設けた上側凹部、４０ｂは下側導体板１１ａの溝３３の中に設けた下側凹部、４１ａ、４１ｂは上側導体板１１の溝３２に設けた上側凸部、４１ｃ、４１ｄは下側導体板１１ａの溝３３に設けた上側凸部である。なお、図３（ｂ）および図３（ｃ）中に矢印とともに示されたＦ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、およびＦ´、Ｇ´、Ｈ´、Ｉ´、Ｊ´はそれぞれの部分の長さを示している。Ｆ、Ｆ´、Ｊ、およびＪ´は長さが等しく、また、ＦとＧを合わせた長さ、Ｆ´とＧ´を合わせた長さ、ＩとＪを合わせた長さ、およびＩ´とＪ´を合わせた長さは、発振周波数の自由空間における４分の３波長であり、Ｈ、Ｈ´の長さは発振周波数の自由空間における４分の１波長である。なお図３（ｂ）において、ストリップ線路８は記載を省略している。
【００６０】
図３に示すガン発振器は、カソード端子５がガンダイオードマウント２を介して接続された端子１２ａを接地し、端子１２からバイアス線路６を介してアノード端子７にバイアス電圧が印加すると高周波信号を発生し、ストリップ線路８を介して誘電体ストリップ９から出力される。
【００６１】
従来のガン発振器では、ガンダイオードマウント２や、上側導体板１１に設けた溝３２、あるいは下側導体板１１ａに設けた溝３３の工作精度によっては、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１に設けた溝３２、あるいはガンダイオードマウント２と下側導体板１１ａに設けた溝３３の間に隙間が生じ、この隙間を伝って発振出力が漏れてしまう場合があったが、図３（ｂ）に示すガンダイオードマウント部の構造では、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１の間に隙間が生じた場合でも、あるいはガンダイオードマウント２と下側導体板１１ａの間に隙間が生じた場合でも、また両方に隙間が生じた場合でもそれぞれの隙間について図３（ｃ）の等価回路が成り立ち、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１および下側導体板１１ａの接触部端点３１からガンダイオードマウント２側をみたインピーダンスＺMは非常に小さく、接触部端点３１は高周波的におおよそ短絡されているとみなせるようになる。そのため、十分な工作精度が得られずガンダイオードマウント２と上側導体板あるいは下側導体板の間に隙間が生じた場合でも、また、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１およびガンダイオードマウント２と下側導体板１１ａの間の両方に隙間が生じた場合でも、発振出力がガンダイオードマウント２後方に漏れなくすることができる。
【００６２】
また図３に示すようにガンダイオードマウント２と上側導体板１１および下側導体板１１ａの接触部の長さを４分の３波長と長めすることにより、ガンダイオード１が発生する熱を効率的に上側導体板１１と下側導体板１１ａに伝えることができ、熱によるガンダイオード２ａの破損を防ぐことができる。なお、それでもガンダイオード２ａが発生する熱が上側導体板１１、下側導体板１１ａに十分に伝わらないようであれば、４分の５波長あるいは４分の７波長と長くしてもよい。
【００６３】
なお、本実施の形態２についても上側凹部４０ａ、下側凹部４０ｂの深さとガンダイオードマウント２後方への漏洩電力の関係は、実施の形態１の図２（ａ）に示すシミュレーション結果が当てはまる。従って、上側凹部４０ａ、下側凹部４０ｂの深さは０．５ｍｍ以上にするのが好ましい。
【００６４】
なお、本実施の形態２は、比較的形状の大きい上側導体板１１と下側導体板１１ａに上側凹部４０ａ、下側凹部４０ｂを設けるため、形状の小さいガンダイオードマウントに凹部を設ける実施の形態１に比べて、製作が容易になる利点がある。
【００６５】
以上のように本実施の形態２におけるガン発振器は構成されているので、十分な工作精度が得られずガンダイオードマウント２と上側導体板あるいは下側導体板の間に隙間が生じた場合でも、また、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１およびガンダイオードマウント２と下側導体板１１ａの間の両方に隙間が生じた場合でも、発振出力がガンダイオードマウント２後方に漏れなくすることができる。
【００６６】
（実施の形態３）
図４（ａ）は実施の形態３におけるガン発振器の全体構造の斜視図であり、図４（ｂ）は実施の形態３におけるガン発振器のガンダイオード部分の要部断面図であり、図４（ｃ）は図４（ｂ）の等価回路を示す説明図である。なお、本実施の形態３は、上側導体板に設けた溝の中と下側導体板設けた溝の中にそれぞれ凹部を設け、またガンダイオードマウントにも凹部を設けており、各々の凹部の長さおよび位置を上下対称としている。
【００６７】
図４において、２はガンダイオードマウント、２ａはガンダイオード、５はカソード端子、６はバイアス線路、７はアノード端子、８はストリップ線路、９は誘電体ストリップ、１０はモードサプレッサ、１１は上側導体板、１１ａは下側導体板、１２は端子、１２ａは端子、３１は接触部端点、３２は溝、３３は溝であり、これらは図６において説明したものと同様であるので同一の符号を付けて説明を省略する。１ｂは本実施の形態３におけるガン発振器、４２ａ、４２ｂはガンダイオードマウント２の上面に形成された上面側凸部、４２ｃ、４２ｄはガンダイオードマウント２の下面に形成された下面側凸部、４３ａはガンダイオードマウント２の上面に設けられた上面側凹部、４３ｂはガンダイオードマウント２の下面に設けられた下面側凹部、４４ａは上側導体板１１の溝３２に設けられた上側凹部、４４ｂは下側導体板１１ａの溝３３に設けられた下側凹部である。なお、図４（ｂ）および図４（ｃ）中に矢印とともに示されたＫ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、およびＫ´、Ｌ´、Ｍ´、Ｎ´はそれぞれの部分の長さを示している。ＫとＫ´は長さが等しく、ＫとＬを合わせた長さ、Ｋ´とＬ´を合わせた長さ、ＮとＮ´は、発振周波数の自由空間における４分の３波長であり、Ｍ、Ｍ´は発振周波数の自由空間における４分の１波長である。なお図４（ｂ）において、ストリップ線路８は記載を省略している。
【００６８】
図４に示すガン発振器は、カソード端子５がガンダイオードマウント２を介して接続された端子１２ａを接地し、端子１２からバイアス線路６を介してアノード端子７にバイアス電圧が印加すると高周波信号を発生し、ストリップ線路８を介して誘電体ストリップ９から出力される。
【００６９】
従来のガン発振器では、ガンダイオードマウント２や、上側導体板１１に設けた溝３２、あるいは下側導体板１１ａに設けた溝３３の工作精度によっては、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１に設けた溝３２、あるいはガンダイオードマウント２と下側導体板１１ａに設けた溝３３の間に隙間が生じ、この隙間を伝って発振出力が漏れてしまう場合があったが、図４（ｂ）に示すガンダイオードマウント部の構造では、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１の間に隙間が生じた場合でも、あるいはガンダイオードマウント２と下側導体板１１ａの間に隙間が生じた場合でも、また両方に隙間が生じた場合でも、それぞれの隙間について図４（ｃ）の等価回路が成り立ち、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１および下側導体板１１ａの接触部端点３１からガンダイオードマウント２側をみたインピーダンスＺMは非常に小さく、接触部端点３１は高周波的におおよそ短絡されているとみなせるようになる。
【００７０】
そのため、十分な工作精度が得られずガンダイオードマウント２と上側導体板１１あるいは下側導体板１１ａの間に隙間が生じた場合でも、また、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１およびガンダイオードマウント２と下側導体板１１ａの間の両方に隙間が生じた場合でも、発振出力がガンダイオードマウント２後方に漏れないようにすることができる。
【００７１】
ところで、上側導体板に設けた上側凹部４４ａとガンダイオードマウント２の上面に設けた上面側凹部４３ａを合わせた深さ、および下側導体板に設けた下側凹部４４ｂとガンダイオードマウント２の下面に設けた下面側凹部４３ｂを合わせた深さが、それぞれ図２（ａ）中の溝の深さに相当する。そのため、上側導体板に設けた上側凹部４４ａとガンダイオードマウント２の上面に設けた上面側凹部４３ａを合わせた深さ、および下側導体板に設けた下側凹部４４ｂとガンダイオードマウント２の下面に設けた下面側凹部４３ｂを合わせた深さは、ガンダイオードマウント２後方への電磁波の漏れを抑えるためには、それぞれ０．５ｍｍ以上にするのが望ましい。
【００７２】
なお、図４の実施の形態では、ガンダイオードマウント２の上面と下面および上側導体板１１と下側導体板１１ａの両方に凹部を設けているため、図２あるいは図３の実施の形態に示すようなどちらか片方に凹部を設ける場合に比べて、凹部の深さを深くすることができ発振出力の漏洩を抑える効果をさらに大きくすることができる。
【００７３】
また図４に示すようにガンダイオードマウント２と上側導体板１１および下側導体板１１ａの接触部の長さを４分の３波長と長めすることにより、ガンダイオード２ａが発生する熱を効率的に上側導体板１１と下側導体板１１ａに伝えることができ、熱によるガンダイオード２ａの破損を防ぐことができる。なお、それでもガンダイオード２ａが発生する熱が上側導体板１１、下側導体板１１ａに十分に伝わらないようであれば、４分の５波長あるいは４分の７波長と長くしてもよい。
【００７４】
以上のように本実施の形態３におけるガン発振器は構成されているので、十分な工作精度が得られずガンダイオードマウント２と上側導体板１１あるいは下側導体板１１ａの間に隙間が生じた場合でも、また、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１およびガンダイオードマウント２と下側導体板１１ａの間の両方に隙間が生じた場合でも、発振出力がガンダイオードマウント２後方に漏れないようにすることができるという作用を有する。
【００７５】
（実施の形態４）
図５（ａ）は実施の形態４におけるガン発振器の全体構造の斜視図であり、図５（ｂ）は実施の形態４におけるガン発振器のガンダイオード部分の要部断面図である。なお、本実施の形態４は、ガン発振器のガンダイオードから上側導体板および下側導体板への熱を伝わりやすくするため、ガンダイオードマウントのガンダイオード側の凸部の長さを４分の３波長としたものである。
【００７６】
図５において、２はガンダイオードマウント、２ａはガンダイオード、５はカソード端子、６はバイアス線路、７はアノード端子、８はストリップ線路、９は誘電体ストリップ、１０はモードサプレッサ、１１は上側導体板、１１ａは下側導体板、１２は端子、１２ａは端子、３１は接触部端点であり、これらは図６において説明したものと同様であるので同一の符号を付けて説明を省略する。１ｃは本実施の形態４におけるガン発振器、５０ａ、５０ｂはガンダイオードマウント２の上面に形成された上面側凸部、５０ｃ、５０ｄはガンダイオードマウント２の下面に形成された下面側凸部、５１ａはガンダイオードマウント２の上面に設けられた上面側凹部、５１ｂはガンダイオードマウント２の下面に設けられた下面側凹部である。なお、図５（ｂ）中に矢印とともに示されたＯ、Ｐ、Ｑ、およびＯ´、Ｐ´、Ｑ´はそれぞれの部分の長さを示している。ＯとＯ´は長さが等しく、ＰとＰ´は長さが等しく、またＱとＱ´も長さが等しい。また、ＯとＯ´は発振周波数の自由空間における４分の３波長とし、ＰとＰ´、ＱとＱ´は、それぞれ発振周波数の自由空間における４分の１波長としている。なお図５（ｂ）において、ストリップ線路８は記載を省略している。
【００７７】
図５に示す本実施の形態４のガン発振器１ｃと図６に示す従来のガン発振器１ｄとの相違点は、ガンダイオードマウント２に設けた上面側凸部５０ａの長さＯと下面側凸部５０ｃの長さＯ´にあり、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１およびガンダイオードマウント２と下側導体板１１ａとの接触部の長さを長くすることにより、ガンダイオード２ａが発生する熱を上側導体板１１と下側導体板１１ａへ伝わりやすくしている。なお、図５の実施の形態ではガンダイオード２ａの上面側凸部５０ｂと５０ｄは発振周波数の自由空間における４分の１波長としているが、ガンダイオードマウント２の大きさに制約がなければこれらも発振周波数の４分の３波長として、さらに熱を伝わりやすくすることも可能である。また、熱伝導性をさらに高めたい場合には、ガンダイオードマウント２の上面側凸部５０ａ、５０ｂ、下面側凸部５０ｃ、５０ｄを発振周波数の４分の５波長あるいは４分の７波長とさらに長くしてもよい。なお、上面側凸部５０ａ、５０ｂ、下面側凸部５０ｃ、５０ｄの長さ、および上面側凹部５１ａ、下面側凹部５１ｂの長さが、発振周波数の４分の１波長の奇数倍であれば接触部端点３１からガンダイオードマウント２側をみたインピーダンスは高周波的に短絡されている状態に近づけることができるため、工作誤差などによってガンダイオードマウント２と上側導体板１１、あるいは下側導体板１１ａの間に隙間が生じた場合でも、また、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１およびガンダイオードマウント２と下側導体板１１ａの間の両方に隙間が生じた場合でも、発振出力がガンダイオードマウント後方へ漏れないようにすることができる。
【００７８】
以上のように本実施の形態４におけるガン発振器は構成されているので、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１およびガンダイオードマウント２と下側導体板１１ａとの接触部の長さを長くすることにより、ガンダイオード２ａが発生する熱を上側導体板１１と下側導体板１１ａへ伝わりやすくすることができ、ガンダイオードの熱による破損を起こりにくくすることができるという作用を有する。
【００７９】
【発明の効果】
以上のように本発明のガン発振器によれば、以下のような有利な効果が得られる。
【００８０】
請求項１に記載の発明によれば、
（１）ガンダイオード側のガンダイオードマウントと導体板の接触部端点において、ガンダイオードマウントと導体板が高周波的にほぼ短絡された状態となり、発振出力のガンダイオードマウント後方への漏れを防ぐことができるガン発振器を提供することができる。
【００８１】
（２）発振動作時にガンダイオードから発生する熱が、放熱器を兼ねる導体板へ伝わりやすくなり、熱によるガンダイオードの破損を防ぐことができるガン発振器を提供することができる。
【００８２】
（３）ガンダイオードマウントの上面に設けた凸部と上側の導体板の接触部の長さと、ガンダイオードマウントの下面に設けた凸部と下側の導体板の接触部の長さを発振周波数の自由空間における４分の３波長、４分の５波長のように長くすると、ガンダイオードマウントと導体板との接触部分の長さが増えガンダイオードから導体板への熱を伝えやすくすることができるガン発振器を提供することができる。
【００８３】
（４）導体板とガンダイオードマウントとの接触面積を大きくできるので、ガンダイオードが発生する熱を導体板へ伝えやすくし熱によるガンダイオードの破損を防ぐことができる耐久性に優れたガン発振器を提供することができる。
【００８５】
（５）ガンダイオードマウントに凹部を設ける場合に比べて凹部の深さを深くできるため、ガンダイオードマウントと導体板の接触部分とのインピーダンスの差を大きくすることができ、ガンダイオードマウント後方への発振出力の漏れを一層低減することができるガン発振器を提供することができる。
【００８７】
請求項２記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、
（１）ガンダイオードマウント及び上側導体板、下側導体板に凹部が形成されているため、凹部内部の空間の断面積が広がり、ガンダイオードマウントと上側導体板及び下側導体板の接触部分と凹部のインピーダンス差を大きくすることができ、発振出力のガンダイオードマウント後方への漏れをより一層低減することができるガン発振器を提供することができる。
【００８８】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、
（１）上側導体板と下側導体板にフライス盤などの金属加工機を用いて凹部の加工をする際に、削り取る深さを変更しなくてすむため、上側導体板と下側導体板の生産効率を上げることができる。すなわち、ガンダイオードマウント後方への発振出力の漏洩が少ないガン発振器を効率よく生産できる生産性に優れたガン発振器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）実施の形態１におけるガン発振器の全体構造の斜視図
（ｂ）実施の形態１におけるガン発振器のガンダイオード部分の要部断面図
（ｃ）図１（ｂ）の等価回路を示す説明図
【図２】（ａ）凹部の深さに対する漏洩電力のシミュレーション結果を示すグラフ
（ｂ）シミュレーションモデルの寸法を示す説明図
（ｃ）シミュレーションモデルの境界条件を示す説明図
【図３】（ａ）実施の形態２におけるガン発振器の全体構造の斜視図
（ｂ）実施の形態２におけるガン発振器のガンダイオード部分の要部断面図
（ｃ）図３（ｂ）の等価回路を示す説明図
【図４】（ａ）実施の形態３におけるガン発振器の全体構造の斜視図
（ｂ）実施の形態３におけるガン発振器のガンダイオード部分の要部断面図
（ｃ）図４（ｂ）の等価回路を示す説明図
【図５】（ａ）実施の形態４におけるガン発振器の全体構造の斜視図
（ｂ）実施の形態４におけるガン発振器のガンダイオード部分の要部断面図
【図６】（ａ）従来のガン発振器の全体構造を示す斜視図
（ｂ）従来のガン発振器のガンダイオード部分の要部断面図
【図７】（ａ）従来の高周波信号発生器の全体構造を示す図
（ｂ）従来の高周波信号発生器のガンダイオード部分の要部断面図
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ ガン発振器
２ ガンダイオードマウント
２ａ ガンダイオード
３ａ、３ｂ 凹部
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ 凸部
５ カソード端子
６ バイアス線路
７ アノード端子
８ ストリップ線路
９ 誘電体ストリップ
１０ モードサプレッサ
１１ 上側導体板
１１ａ 下側導体板
１２、１２ａ 端子
２０ 高周波信号発生器
２１ ガンダイオードマウント
２２ ガンダイオード
２３ カソード端子
２４ バイアス線路
２５ ガンダイオード２２のアノード端子
２６ ストリップ線路
２７ 誘電体ストリップ
２８ モードサプレッサ
２９ 上側導体板
２９ａ 下側導体板
３０、３０ａ 端子
３１ 接触部端点
３２、３３ 溝
３４ａ、４３ａ、５１ａ 上面側凹部
３４ｂ、４３ｂ、５１ｂ 下面側凹部
３５ａ、３５ｂ、４２ａ、４２ｂ、５０ａ、５０ｂ 上面側凸部
３５ｃ、３５ｄ、４２ｃ、４２ｄ、５０ｃ、５０ｄ 下面側凸部
４０ａ、４４ａ 上側凹部
４０ｂ、４４ｂ 下側凹部
４１ａ、４１ｂ 上側凸部
４１ｃ、４１ｄ 下側凸部
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力線路にＮＲＤガイドを用い発振素子にガンダイオードを用いた、高周波信号を発生するガン発振器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＮＲＤガイドは、誘電体ストリップが平行に隔てられた上側導体板と下側導体板で挟まれただけの簡便な構造でありながら、ミリ波帯においても伝送損失が少なく、曲がりや不連続部で不要放射がないという特長を有している。またガンダイオードは５Ｖ前後のバイアス電圧を印加するだけで、高出力のミリ波信号を生成できる特長を有しており、この２つを組み合わせたガン発振器が、自動車衝突防止レーダや無線ＬＡＮ端末などで用いられている。
【０００３】
以下、従来のＮＲＤガイドを用いたガン発振器について説明する。
【０００４】
図６（ａ）は従来のガン発振器の全体構造を示す斜視図であり、図６（ｂ）は従来のガン発振器のガンダイオード部分の要部断面図である。なお、図６は、１０ＧＨｚ帯や２０ＧＨｚ帯といった発振周波数が比較的低く、上側導体板と下側導体板の間隔がガンダイオードの直径よりも大きい場合のガン発振器を示す。
【０００５】
図６において１ｄは従来のガン発振器、２は金属製のガンダイオードマウント、２ａはガンダイオード、３ａはガンダイオードマウント２の上面に設けた凹部、３ｂはガンダイオードマウント２の下面に設けた凹部である。凹部３ａ、３ｂのガンダイオード２ａの軸方向に向かう長さは発振周波数の自由空間における４分の１波長と等しい。４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄはガンダイオードマウント２の凸部である。凸部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのガンダイオード２ａの軸方向に向かう長さは発振周波数の自由空間における４分の１波長と等しい。５はガンダイオード２ａのカソード端子５である。ガンダイオード２ａはガンダイオードマウント２側面に設けたネジ穴にねじ込まれており、ガンダイオード２ａのカソード端子５はガンダイオードマウント２と接触している。６は誘電体基板上に作成されたバイアス線路、７はガンダイオード２ａのアノード端子である。バイアス線路６の先端部はガンダイオード２ａのアノード端子７に接続されている。なお、バイアス線路６には、発振出力のバイアス線路６側への漏洩を防ぐために、導体パターン幅を周期的に変えて構成される低域通過フィルタが形成されている。８は誘電体基板上に作製されたストリップ線路である。ストリップ線路８は、ガンダイオードマウント２に対して垂直に、かつガンダイオード２ａの中心軸上に配置されている。９は誘電体ストリップ、１０は金属箔が誘電体ストリップの中心に挿入されたモードサプレッサである。モードサプレッサ１０はストリップ線路８と誘電体ストリップ９の伝送路変換部における不要モードの発生を防ぐ機能を有する。１１は上側導体板、１１ａは下側導体板、１２はガンダイオード２ａヘバイアス電圧を印加するための端子、１２ａはガンダイオード２ａを接地するための端子である。上側導体板１１、下側導体板１１ａはガンダイオード２ａの放熱器としての機能も有する。
【０００６】
以上のように構成された従来のガン発振器の動作について、以下図を用いて説明する。
【０００７】
ガンダイオード２ａへのバイアス電圧は、端子１２からバイアス線路６を介してアノード端子７へ印加される。ガンダイオード２ａはバイアス電圧が印加されることによって高周波信号を発生するが、その発振出力はストリップ線路８を介して誘電体ストリップ９へ導かれる。以上のように、ガンダイオード２ａからの発振出力は最終的に誘電体ストリップ９から取り出される。なお、ガンダイオードマウント２の工作精度によっては、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１、あるいは下側導体板１１ａとの間に隙間が生じる場合も考えられるが、ガンダイオードマウント２に発振周波数の自由空間における４分の１波長の周期で凹凸が施されていることにより、この隙間からの発振出力の漏洩は防がれる。
【０００８】
また、従来のＮＲＤガイドを用いたガン発振器として、特許第２９８９３９１号公報には「高周波信号発生器」が開示されている。以下、従来の高周波信号発生器について説明する。
【０００９】
図７（ａ）は従来の高周波信号発生器の全体構造を示す図であり、図７（ｂ）は従来の高周波信号発生器のガンダイオード部分の要部断面図である。なお、図７は６０ＧＨｚ帯や７７ＧＨｚ帯といった発振周波数が比較的高く、上側導体板と下側導体板の間隔がガンダイオードの直径より小さい場合の高周波信号発生器を示す。
【００１０】
図７において、２０は従来の高周波信号発生器、２１は金属製のガンダイオードマウント、２２はガンダイオードである。ガンダイオード２２はガンダイオードマウント２１側面のネジ穴にねじ込まれており、ガンダイオード２２のカソード端子２３はガンダイオードマウント２１と接触している。２４は誘電体基板上に配設され低域通過フィルタの機能をもつバイアス線路である。バイアス線路２４の先端部はガンダイオード２２のアノード端子２５に接続される。２６は誘電体基板上に配設されたストリップ線路である。ストリップ線路２６はガンダイオードマウント２１に対して垂直に配置される。２７は誘電体ストリップ、２８は金属箔が誘電体ストリップ２７の中心に挿入されたモードサプレッサ、２９は上側導体板、２９ａは下側導体板、３０はガンダイオード２２ヘバイアス電圧を印加するための端子、３０ａはガンダイオード２ａを接地するための端子、３２、３３は各々上側導体板と下側導体板に設けられ、ガンダイオードマウント２１がはめこまれる溝である。なお上側導体板２９、下側導体板２９ａはガンダイオード２２の放熱器としての機能も有する。
【００１１】
ところで、ＮＲＤガイドでは上側導体板２９と下側導体板２９ａの間隔は、不要放射を抑制するため使用周波数の半波長以下に設定されるが、市販のガンダイオードは直径が３ｍｍ程度のパッケージに封入されているため、使用周波数帯が高くなると上側導体板２９と下側導体板２９ａの間隔がガンダイオード２２の直径よりも狭くなり、ガンダイオード２２および、ガンダイオード２２を保持するガンダイオードマウント２１を、上側導体板２９と下側導体板２９ａの間に挿入できなくなる。例えば、波長が５ｍｍの６０ＧＨｚ帯では上側導体板と下側導体板の間隔は２．５ｍｍ以下になるが、６０ＧＨｚ帯で動作する市販のガンダイオード２２は直径が３ｍｍであり、そのままで上側導体板２９と下側導体板２９ａの間に挿入することができない。これを解決するために、図７に示す高周波信号発生器では、上側導体板２９と下側導体板１２９に溝３２と溝３３を設け、ガンダイオードマウント２１をはめ込んでいる。
【００１２】
以上のように構成された高周波信号発生器の動作について、以下図を用いて説明する。ガンダイオード２２へのバイアス電圧は、端子３０からバイアス線路２４を介してアノード端子２５へ印加される。ガンダイオード２２はバイアス電圧が印加されることによって高周波信号を発生するが、その発振出力はストリップ線路２６を介して誘電体ストリップ２７へ導かれる。以上のように、ガンダイオード２２からの発振出力は誘電体ストリップ２７から取り出される。
【００１３】
以上のように、従来、構成の異なるガン発振器を発振周波数により使い分けて使用していた。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術は以下のような課題を有していた。
【００１５】
（１）従来のガン発振器は、現状のガンダイオードの発振効率は高々数パーセントであり、発振時にはガンダイオードから大量の熱が発生するが、ガンダイオードマウントと上側導体板および下側導体板の接触面積が少ないために、ガンダイオードから上側導体板と下側導体板への熱伝導が十分にできず、ガンダイオードが自分自身の発する熱により破損するという課題を有していた。
【００１６】
（２）従来の高周波信号発生器は、ガンダイオードマウントに設けた凹凸が無いため、工作誤差などによりガンダイオードマウントと上側導体板あるいは下側導体板の間に隙間が生じた場合、又は、ガンダイオードマウントと上側導体板と下側導体板との間の両方に隙間が生じた場合に、その隙間を伝って発振出力がガンダイオードマウント後方へ漏れるという課題を有していた。
【００１７】
（３）従来の高周波信号発生器のガンダイオードマウントに、従来のガン発振器のガンダイオードマウントと同様の凹凸を施した場合、ガンダイオードマウント後方への発振出力の漏れを抑えられるように思われるが、単にガンダイオードマウントの上面と下面に発振周波数の自由空間における４分の１波長の周期で凹凸をつけるだけでは、上側導体板と下側導体板に設けた溝へはめ込んだ時に、電磁波が漏れなくなる周波数が発振周波数からずれて、ガンダイオードマウント後方への発振出力の漏れを防ぐことができないという課題を有していた。
【００１８】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、ガンダイオードが発生する熱を上側導体板および下側導体板へ伝えやすくし熱によるガンダイオードの破損を防ぐことができ、また、上側導体板と下側導体板にガンダイオードマウントをはめ込む溝を設けた場合、発振出力のガンダイオードマウント後方への漏れを防ぐことができるガン発振器を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記従来の課題を解決するために、本発明のガン発振器は、平行に隔てられた２つの導体板と、導体板の間に誘電体ストリップを保持する出力線路としての非放射性誘電体線路（以下ＮＲＤガイドとよぶ）と、発振素子としてのガンダイオードと、ガンダイオードを側面に保持するガンダイオードマウントと、を備え、ガンダイオードマウントと導体板の接触部分のガンダイオード軸方向の長さが発振周波数の自由空間における４分の１波長の奇数倍となる少なくとも２つ以上の凸部と、凸部に挟まれガンダイオード軸方向と平行な面におけるガンダイオード軸方向の長さが発振周波数の自由空間における４分の１波長の奇数倍となる凹部が、導体板のガンダイオードマウントとの接触面に形成された構成を有する。
【００２０】
この構成により、ガンダイオードが発生する熱を上側導体板および下側導体板へ伝えやすくし熱によるガンダイオードの破損を防ぐことができ、また、上側導体板と下側導体板にガンダイオードマウントをはめ込む溝を設けた場合、発振出力のガンダイオードマウント後方への漏れを防ぐことができるガン発振器を提供することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載のガン発振器は、平行に隔てられた２つの導体板と、導体板の間に誘電体ストリップを保持する出力線路としての非放射性誘電体線路（以下ＮＲＤガイドとよぶ）と、発振素子としてのガンダイオードと、ガンダイオードを側面に保持するガンダイオードマウントと、を備え、ガンダイオードマウントと導体板の接触部分のガンダイオード軸方向の長さが発振周波数の自由空間における４分の１波長の奇数倍となる少なくとも２つ以上の凸部と、凸部に挟まれガンダイオード軸方向と平行な面におけるガンダイオード軸方向の長さが発振周波数の自由空間における４分の１波長の奇数倍となる凹部が、導体板のガンダイオードマウントとの接触面に形成された構成を有する。
【００２２】
この構成により、以下のような作用を有する。
【００２３】
（１）ガンダイオードマウントと上側の導体板に設けた溝との接触部分の長さ、およびガンダイオードマウントと下側の導体板に設けた溝との接触部分の長さが、発振周波数における４分の１波長の奇数倍になるため、ガンダイオード側のガンダイオードマウントと導体板の接触部端点において、ガンダイオードマウントと導体板が高周波的にほぼ短絡された状態となり、発振出力のガンダイオードマウント後方への漏れを防ぐことができる。
【００２４】
（２）ガンダイオードマウントと導体板との接触部分のガンダイオード軸方向の長さを長くし面積を広くすることができるので、発振動作時にガンダイオードから発生する熱が、放熱器を兼ねる導体板へ伝わりやすくなり、熱によるガンダイオードの破損を防ぐことができる。
【００２５】
（３）ガンダイオードマウントの上面に設けた凸部と上側の導体板の接触部の長さと、ガンダイオードマウントの下面に設けた凸部と下側の導体板の接触部の長さを発振周波数の自由空間における４分の３波長、４分の５波長のように長くすると、ガンダイオードマウントと導体板との接触部分の長さが増えガンダイオードから導体板への熱を伝えやすくすることができる。
【００２６】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のガン発振器であって、導体板が、各々ガンダイオードマウントが嵌合する溝を備えた構成を有する。
【００２７】
この構成により、請求項１の作用に加え、以下のような作用を有する。
【００２８】
（４）導体板とガンダイオードマウントとの接触面積を大きくできるので、ガンダイオードが発生する熱を導体板へ伝えやすくし熱によるガンダイオードの破損を防ぐことができる。
【００３４】
（５）ガンダイオードマウントに凹部を設ける場合に比べて凹部の深さを深くできるため、ガンダイオードマウントと導体板の接触部分とのインピーダンスの差を大きくすることができ、ガンダイオードマウント後方への発振出力の漏れを一層低減することができる。
【００３８】
本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載のガン発振器であって、導体板が、ガンダイオードマウント上面が接触する上側導体板とガンダイオードマウント下面が接触する下側導体板からなり、凸部及び凹部が、ガンダイオードマウントの上側導体板及び下側導体板との接触面、及び、上側導体板及び下側導体板のガンダイオードマウントとの接触面に形成され、ガンダイオードマウント上面に形成された凹部と上側導体板に形成された凹部のガンダイオード軸方向と平行な面におけるガンダイオードの軸方向の長さと位置が等しく、ガンダイオードマウント下面に形成された凹部と、下側導体板に形成された凹部のガンダイオード軸方向と平行な面におけるガンダイオードの軸方向の長さと位置が等しく、上側導体板に形成された凹部の深さとガンダイオードマウント上面に形成された凹部の深さを合わせた長さ及び下側導体板に形成された凹部の深さとガンダイオードマウント下面に形成された凹部の深さを合わせた長さが０．５ｍｍ以上である構成を有する。
【００３９】
この構成により、請求項１の作用に加え以下のような作用を有する。
【００４０】
（１）ガンダイオードマウント及び上側導体板、下側導体板に凹部が形成されているため、凹部内部の空間の断面積が広がり、ガンダイオードマウントと上側導体板及び下側導体板の接触部分と凹部のインピーダンス差を大きくすることができ、発振出力のガンダイオードマウント後方への漏れをより一層低減することができる。
【００４１】
なお、上側導体板に設けた凹部の深さとガンダイオードマウント上面に設けた凹部の深さを合わせた長さが０．５ｍｍ以上で、下側導体板に設けた凹部の深さとガンダイオードマウント下面に設けた凹部の深さを合わせた長さが０．５ｍｍ以上であれば、発振出力がほとんど漏れないようにすることができるが、その長さは長ければ長いほど漏洩電力を少なくする効果は高い。
【００４２】
本発明の請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のガン発振器であって、上側導体板に形成された凹部の深さと、下側導体板に形成された凹部の深さが等しい構成を有する。
【００４３】
この構成により、請求項１又は２の作用に加え以下のような作用を有する。
【００４４】
（１）上側導体板と下側導体板にフライス盤などの金属加工機を用いて凹部の加工をする際に、削り取る深さを変更しなくてすむため、上側導体板と下側導体板の生産効率を上げることができる。すなわち、ガンダイオードマウント後方への発振出力の漏洩が少ないガン発振器を効率よく生産できるようになる。
【００４７】
以下、本発明の一実態の形態について説明する。
【００４８】
（実施の形態１）
図１（ａ）は実施の形態１におけるガン発振器の全体構造の斜視図であり、図１（ｂ）は実施の形態１におけるガン発振器のガンダイオード部分の要部断面図であり、図１（ｃ）は図１（ｂ）の等価回路を示す説明図であり、図２（ａ）は凹部の深さに対する漏洩電力のシミュレーション結果を示すグラフであり、図２（ｂ）は実施の形態２におけるガン発振器のガンダイオード部分の要部断面図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）の等価回路を示す説明図である。なお、図２（ａ）はガンダイオードマウントと上側導体板の間に隙間が生じた場合の、凹部の深さに対する漏洩電力のシミュレーション結果を示すものである。なお、本実施の形態１は、ガン発振器の上側導体板と下側導体板に設けた溝の深さを等しくし、ガンダイオードマウントの上面と下面に上下対称な凹部と凸部を設けたものである。
【００４９】
図中、２はガンダイオードマウント、２ａはガンダイオード、５はカソード端子、６はバイアス線路、７はアノード端子、８はストリップ線路、９は誘電体ストリップ、１０はモードサプレッサ、１１は上側導体板、１１ａは下側導体板、１２は端子、１２ａは端子であり、これらは図６において説明したものと同様であるので同一の符号を付けて説明を省略する。１は本実施の形態１におけるガン発振器、３１はガンダイオードマウント２と上側導体板１１および下側導体板１１ａの接触部端点、３２は上側導体板１１に設けた溝、３３は下側導体板１１ａに設けた溝、３４ａはガンダイオードマウント２の上面に設けられた上面側凹部、３４ｂはガンダイオードマウント２の下面に設けられた、長さが発振周波数の４分の１波長の下面側凹部、３５ａ、３５ｂはガンダイオードマウント２の上面に設けられた上面側凸部、３５ｃ、３５ｄはガンダイオードマウント２の下面に設けられた下面側凸部である。なお、図１（ｂ）および図１（ｃ）中に矢印とともに示されたＡ、Ｄ、Ｅ、およびＡ´、Ｂ´、Ｃ´、Ｄ´、Ｅ´はそれぞれの部分の長さを示している。Ａ、Ａ´、Ｅ、およびＥ´は長さが等しく、ＡとＢを合わせた長さ、Ａ´とＢ´を合わせた長さ、ＤとＥを合わせた長さ、およびＤ´とＥ´を合わせた長さは、発振周波数の自由空間における４分の３波長であり、Ｃ、Ｃ´は発振周波数の自由空間における４分の１波長である。なお図１（ｂ）において、ストリップ線路８は記載を省略している。
【００５０】
図１に示すガン発振器１は、カソード端子５がガンダイオードマウント２を介して接続された端子１２ａを接地し、端子１２からバイアス線路６を介してアノード端子７にバイアス電圧が印加すると高周波信号を発生し、ストリップ線路８を介して誘電体ストリップ９から出力される。
【００５１】
従来のガン発振器では、ガンダイオードマウント２や、上側導体板１１に設けた溝３２、あるいは下側導体板１１ａに設けた溝３３の工作精度によっては、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１に設けた溝３２、あるいはガンダイオードマウント２と下側導体板１１ａに設けた溝３３の間に隙間が生じ、この隙間から発振出力が漏れてしまう場合があったが、図１（ｂ）に示すガンダイオードマウント２の構造では、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１の間に隙間が生じた場合でも、あるいはガンダイオードマウント２と下側導体板１１ａの間に隙間が生じた場合でも、また両方に隙間が生じた場合でも、それぞれの隙間について図１（ｃ）の等価回路が成り立ち、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１および下側導体板１１ａの接触部端点３１からガンダイオードマウント２側をみたインピーダンスＺMは非常に小さく、接触部端点３１は高周波的にほぼ短絡されているとみなせるようになる。そのため、十分な工作精度が得られずガンダイオードマウント２と上側導体板１１あるいは下側導体板１１ａの間に隙間が生じた場合でも、また、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１およびガンダイオードマウント２と下側導体板１１ａの間の両方に隙間が生じた場合でも、発振出力がガンダイオードマウント２後方に漏れなくすることができる。なお、図１（ｃ）においてＺOは上側導体板１１と下側導体板１１ａで構成される伝送路のインピーダンスであり、比較的大きな値を有する。
【００５２】
また図１に示すようにガンダイオードマウント２と上側導体板１１および下側導体板１１ａの接触部の長さを４分の３波長とすることにより、ガンダイオード２ａから発生する熱を効率的に上側導体板１１と下側導体板１１ａに伝えることができ、熱によるガンダイオード２ａの破損を防ぐことができる。なお、それでもガンダイオード２ａが発生する熱が上側導体板１１、下側導体板１１ａに十分に伝わらないようであれば、４分の５波長あるいは４分の７波長と長くしてもよい。
【００５３】
なお、上面側凹部３４ａ、下面側凹部３４ｂの深さについては、図２（ａ）に示すガンダイオードマウントと上側導体板の間に０．０５ｍｍの隙間ができた場合の、凹部の深さに対する漏洩電力のシミュレーション結果から分かるように、漏洩電力がほとんど無くなる０．５ｍｍ以上にするのが好ましい。なお、図２（ａ）は６０ＧＨｚでのシミュレーション結果であり、ここで用いたシミュレーションモデルは図２（ｂ）に示すように、上面に凹部を設けたガンダイオードマウントを厚みがゼロの上側導体板と下側導体板で挟んだ構造となっており、上側導体板と下側導体板の間隔は６０ＧＨｚ帯のＮＲＤガイドで一般に用いられる２．２５ｍｍとし、ガンダイオードマウントの凸部の長さは４分の３波長である３．７５ｍｍとし、凹部の長さは４分の１波長である１．２５ｍｍとしている。シミュレーションモデルの境界条件は、図２（ｃ）に示す通りであり、５ｍｍの幅で取り出したガンダイオードマウントの両側面は、ガンダイオードマウントと上側導体板の隙間を伝わる電磁波がＴＥＭ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）波になると考え磁気壁としている。また、ガンダイオードマウントと上側導体板の隙間を漏れ出た電磁波は、上側導体板と下側導体板の間を伝わり再び戻ってくることはないため、ガンダイオードマウントから５ｍｍ離れた位置に吸収境界条件を設定している。図２（ａ）の結果は、このようなシミュレーションモデルの形状および境界条件のもと、入力端子面からの入射電力と反射電力の比をシミュレーションで求め、その値から漏洩電力を算出している。なお、シミュレータにはＨＥＷＬＥＴＴ ＰＡＣＫＡＲＤ社の電磁界シミュレーションソフトであるＨＦＳＳ Ｖｅｒ５．４を用いている。
【００５４】
なお、図２にはガンダイオードマウントと上側導体板の間に隙間ができた場合の電力漏洩についてのシミュレーション結果を示しているが、この結果はガンダイオードマウントと下側導体板の間に隙間ができた場合についても当てはまり、また両方に隙間ができた場合でも凹部の深さが０．５ｍｍ以上であれば、漏洩電力を十分に少なくすることができる。
【００５５】
なお、図２に示すシミュレーションモデルでは、上側導体板と下側導体板に溝は設けていないが、ガンダイオードマウントに設けた凹部の深さが漏洩電力を少なくする効果は、上側導体板と下側導体板に溝を設けガンダイオードマウントを嵌合させた場合も変わらないため、図１に示すガンダイオードマウント２の凹部の深さは、図２（ａ）のシミュレーション結果に基づいて決定してよい。
【００５６】
また、図２（ａ）は６０ＧＨｚでのシミュレーション結果ではあるが、ガンダイオードマウントと上側導体板、あるいは下側導体板の間に隙間が生じた場合にそこを伝わる電磁波のモードはＴＥＭモードになると考えられるため、図２（ａ）の結果はすべての周波数に適用してよい。
【００５７】
以上のように本実施の形態１におけるガン発振器は構成されているので、十分な工作精度が得られずガンダイオードマウント２と上側導体板１１あるいは下側導体板１１ａの間に隙間が生じた場合でも、また、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１およびガンダイオードマウント２と下側導体板１１ａの間の両方に隙間が生じた場合でも、発振出力がガンダイオードマウント２後方に漏れなくすることができるという作用を有する。
【００５８】
（実施の形態２）
図３（ａ）は実施の形態２におけるガン発振器の全体構造の斜視図であり、図３（ｂ）は実施の形態２におけるガン発振器のガンダイオード部分の要部断面図であり、図３（ｃ）は図２（ｂ）の等価回路を示す説明図である。なお、本実施の形態３は、ガン発振器の上側導体板と下側導体板に設けた溝の中の上下対称な位置に、凹部を設けたものである。
【００５９】
図３において、２はガンダイオードマウント、２ａはガンダイオード、５はカソード端子、６はバイアス線路、７はアノード端子、８はストリップ線路、９は誘電体ストリップ、１０はモードサプレッサ、１１は上側導体板、１１ａは下側導体板、１２は端子、１２ａは端子、３１は接触部端点、３２は溝、３３は溝であり、これらは図６において説明したものと同様であるので同一の符号を付けて説明を省略する。１ａは本実施の形態２におけるガン発振器、４０ａは上側導体板１１の溝３２の中に設けた上側凹部、４０ｂは下側導体板１１ａの溝３３の中に設けた下側凹部、４１ａ、４１ｂは上側導体板１１の溝３２に設けた上側凸部、４１ｃ、４１ｄは下側導体板１１ａの溝３３に設けた上側凸部である。なお、図３（ｂ）および図３（ｃ）中に矢印とともに示されたＦ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、およびＦ´、Ｇ´、Ｈ´、Ｉ´、Ｊ´はそれぞれの部分の長さを示している。Ｆ、Ｆ´、Ｊ、およびＪ´は長さが等しく、また、ＦとＧを合わせた長さ、Ｆ´とＧ´を合わせた長さ、ＩとＪを合わせた長さ、およびＩ´とＪ´を合わせた長さは、発振周波数の自由空間における４分の３波長であり、Ｈ、Ｈ´の長さは発振周波数の自由空間における４分の１波長である。なお図３（ｂ）において、ストリップ線路８は記載を省略している。
【００６０】
図３に示すガン発振器は、カソード端子５がガンダイオードマウント２を介して接続された端子１２ａを接地し、端子１２からバイアス線路６を介してアノード端子７にバイアス電圧が印加すると高周波信号を発生し、ストリップ線路８を介して誘電体ストリップ９から出力される。
【００６１】
従来のガン発振器では、ガンダイオードマウント２や、上側導体板１１に設けた溝３２、あるいは下側導体板１１ａに設けた溝３３の工作精度によっては、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１に設けた溝３２、あるいはガンダイオードマウント２と下側導体板１１ａに設けた溝３３の間に隙間が生じ、この隙間を伝って発振出力が漏れてしまう場合があったが、図３（ｂ）に示すガンダイオードマウント部の構造では、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１の間に隙間が生じた場合でも、あるいはガンダイオードマウント２と下側導体板１１ａの間に隙間が生じた場合でも、また両方に隙間が生じた場合でもそれぞれの隙間について図３（ｃ）の等価回路が成り立ち、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１および下側導体板１１ａの接触部端点３１からガンダイオードマウント２側をみたインピーダンスＺMは非常に小さく、接触部端点３１は高周波的におおよそ短絡されているとみなせるようになる。そのため、十分な工作精度が得られずガンダイオードマウント２と上側導体板あるいは下側導体板の間に隙間が生じた場合でも、また、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１およびガンダイオードマウント２と下側導体板１１ａの間の両方に隙間が生じた場合でも、発振出力がガンダイオードマウント２後方に漏れなくすることができる。
【００６２】
また図３に示すようにガンダイオードマウント２と上側導体板１１および下側導体板１１ａの接触部の長さを４分の３波長と長めすることにより、ガンダイオード１が発生する熱を効率的に上側導体板１１と下側導体板１１ａに伝えることができ、熱によるガンダイオード２ａの破損を防ぐことができる。なお、それでもガンダイオード２ａが発生する熱が上側導体板１１、下側導体板１１ａに十分に伝わらないようであれば、４分の５波長あるいは４分の７波長と長くしてもよい。
【００６３】
なお、本実施の形態２についても上側凹部４０ａ、下側凹部４０ｂの深さとガンダイオードマウント２後方への漏洩電力の関係は、実施の形態１の図２（ａ）に示すシミュレーション結果が当てはまる。従って、上側凹部４０ａ、下側凹部４０ｂの深さは０．５ｍｍ以上にするのが好ましい。
【００６４】
なお、本実施の形態２は、比較的形状の大きい上側導体板１１と下側導体板１１ａに上側凹部４０ａ、下側凹部４０ｂを設けるため、形状の小さいガンダイオードマウントに凹部を設ける実施の形態１に比べて、製作が容易になる利点がある。
【００６５】
以上のように本実施の形態２におけるガン発振器は構成されているので、十分な工作精度が得られずガンダイオードマウント２と上側導体板あるいは下側導体板の間に隙間が生じた場合でも、また、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１およびガンダイオードマウント２と下側導体板１１ａの間の両方に隙間が生じた場合でも、発振出力がガンダイオードマウント２後方に漏れなくすることができる。
【００６６】
（実施の形態３）
図４（ａ）は実施の形態３におけるガン発振器の全体構造の斜視図であり、図４（ｂ）は実施の形態３におけるガン発振器のガンダイオード部分の要部断面図であり、図４（ｃ）は図４（ｂ）の等価回路を示す説明図である。なお、本実施の形態３は、上側導体板に設けた溝の中と下側導体板設けた溝の中にそれぞれ凹部を設け、またガンダイオードマウントにも凹部を設けており、各々の凹部の長さおよび位置を上下対称としている。
【００６７】
図４において、２はガンダイオードマウント、２ａはガンダイオード、５はカソード端子、６はバイアス線路、７はアノード端子、８はストリップ線路、９は誘電体ストリップ、１０はモードサプレッサ、１１は上側導体板、１１ａは下側導体板、１２は端子、１２ａは端子、３１は接触部端点、３２は溝、３３は溝であり、これらは図６において説明したものと同様であるので同一の符号を付けて説明を省略する。１ｂは本実施の形態３におけるガン発振器、４２ａ、４２ｂはガンダイオードマウント２の上面に形成された上面側凸部、４２ｃ、４２ｄはガンダイオードマウント２の下面に形成された下面側凸部、４３ａはガンダイオードマウント２の上面に設けられた上面側凹部、４３ｂはガンダイオードマウント２の下面に設けられた下面側凹部、４４ａは上側導体板１１の溝３２に設けられた上側凹部、４４ｂは下側導体板１１ａの溝３３に設けられた下側凹部である。なお、図４（ｂ）および図４（ｃ）中に矢印とともに示されたＫ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、およびＫ´、Ｌ´、Ｍ´、Ｎ´はそれぞれの部分の長さを示している。ＫとＫ´は長さが等しく、ＫとＬを合わせた長さ、Ｋ´とＬ´を合わせた長さ、ＮとＮ´は、発振周波数の自由空間における４分の３波長であり、Ｍ、Ｍ´は発振周波数の自由空間における４分の１波長である。なお図４（ｂ）において、ストリップ線路８は記載を省略している。
【００６８】
図４に示すガン発振器は、カソード端子５がガンダイオードマウント２を介して接続された端子１２ａを接地し、端子１２からバイアス線路６を介してアノード端子７にバイアス電圧が印加すると高周波信号を発生し、ストリップ線路８を介して誘電体ストリップ９から出力される。
【００６９】
従来のガン発振器では、ガンダイオードマウント２や、上側導体板１１に設けた溝３２、あるいは下側導体板１１ａに設けた溝３３の工作精度によっては、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１に設けた溝３２、あるいはガンダイオードマウント２と下側導体板１１ａに設けた溝３３の間に隙間が生じ、この隙間を伝って発振出力が漏れてしまう場合があったが、図４（ｂ）に示すガンダイオードマウント部の構造では、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１の間に隙間が生じた場合でも、あるいはガンダイオードマウント２と下側導体板１１ａの間に隙間が生じた場合でも、また両方に隙間が生じた場合でも、それぞれの隙間について図４（ｃ）の等価回路が成り立ち、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１および下側導体板１１ａの接触部端点３１からガンダイオードマウント２側をみたインピーダンスＺMは非常に小さく、接触部端点３１は高周波的におおよそ短絡されているとみなせるようになる。
【００７０】
そのため、十分な工作精度が得られずガンダイオードマウント２と上側導体板１１あるいは下側導体板１１ａの間に隙間が生じた場合でも、また、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１およびガンダイオードマウント２と下側導体板１１ａの間の両方に隙間が生じた場合でも、発振出力がガンダイオードマウント２後方に漏れないようにすることができる。
【００７１】
ところで、上側導体板に設けた上側凹部４４ａとガンダイオードマウント２の上面に設けた上面側凹部４３ａを合わせた深さ、および下側導体板に設けた下側凹部４４ｂとガンダイオードマウント２の下面に設けた下面側凹部４３ｂを合わせた深さが、それぞれ図２（ａ）中の溝の深さに相当する。そのため、上側導体板に設けた上側凹部４４ａとガンダイオードマウント２の上面に設けた上面側凹部４３ａを合わせた深さ、および下側導体板に設けた下側凹部４４ｂとガンダイオードマウント２の下面に設けた下面側凹部４３ｂを合わせた深さは、ガンダイオードマウント２後方への電磁波の漏れを抑えるためには、それぞれ０．５ｍｍ以上にするのが望ましい。
【００７２】
なお、図４の実施の形態では、ガンダイオードマウント２の上面と下面および上側導体板１１と下側導体板１１ａの両方に凹部を設けているため、図２あるいは図３の実施の形態に示すようなどちらか片方に凹部を設ける場合に比べて、凹部の深さを深くすることができ発振出力の漏洩を抑える効果をさらに大きくすることができる。
【００７３】
また図４に示すようにガンダイオードマウント２と上側導体板１１および下側導体板１１ａの接触部の長さを４分の３波長と長めすることにより、ガンダイオード２ａが発生する熱を効率的に上側導体板１１と下側導体板１１ａに伝えることができ、熱によるガンダイオード２ａの破損を防ぐことができる。なお、それでもガンダイオード２ａが発生する熱が上側導体板１１、下側導体板１１ａに十分に伝わらないようであれば、４分の５波長あるいは４分の７波長と長くしてもよい。
【００７４】
以上のように本実施の形態３におけるガン発振器は構成されているので、十分な工作精度が得られずガンダイオードマウント２と上側導体板１１あるいは下側導体板１１ａの間に隙間が生じた場合でも、また、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１およびガンダイオードマウント２と下側導体板１１ａの間の両方に隙間が生じた場合でも、発振出力がガンダイオードマウント２後方に漏れないようにすることができるという作用を有する。
【００７５】
（実施の形態４）
図５（ａ）は実施の形態４におけるガン発振器の全体構造の斜視図であり、図５（ｂ）は実施の形態４におけるガン発振器のガンダイオード部分の要部断面図である。なお、本実施の形態４は、ガン発振器のガンダイオードから上側導体板および下側導体板への熱を伝わりやすくするため、ガンダイオードマウントのガンダイオード側の凸部の長さを４分の３波長としたものである。
【００７６】
図５において、２はガンダイオードマウント、２ａはガンダイオード、５はカソード端子、６はバイアス線路、７はアノード端子、８はストリップ線路、９は誘電体ストリップ、１０はモードサプレッサ、１１は上側導体板、１１ａは下側導体板、１２は端子、１２ａは端子、３１は接触部端点であり、これらは図６において説明したものと同様であるので同一の符号を付けて説明を省略する。１ｃは本実施の形態４におけるガン発振器、５０ａ、５０ｂはガンダイオードマウント２の上面に形成された上面側凸部、５０ｃ、５０ｄはガンダイオードマウント２の下面に形成された下面側凸部、５１ａはガンダイオードマウント２の上面に設けられた上面側凹部、５１ｂはガンダイオードマウント２の下面に設けられた下面側凹部である。なお、図５（ｂ）中に矢印とともに示されたＯ、Ｐ、Ｑ、およびＯ´、Ｐ´、Ｑ´はそれぞれの部分の長さを示している。ＯとＯ´は長さが等しく、ＰとＰ´は長さが等しく、またＱとＱ´も長さが等しい。また、ＯとＯ´は発振周波数の自由空間における４分の３波長とし、ＰとＰ´、ＱとＱ´は、それぞれ発振周波数の自由空間における４分の１波長としている。なお図５（ｂ）において、ストリップ線路８は記載を省略している。
【００７７】
図５に示す本実施の形態４のガン発振器１ｃと図６に示す従来のガン発振器１ｄとの相違点は、ガンダイオードマウント２に設けた上面側凸部５０ａの長さＯと下面側凸部５０ｃの長さＯ´にあり、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１およびガンダイオードマウント２と下側導体板１１ａとの接触部の長さを長くすることにより、ガンダイオード２ａが発生する熱を上側導体板１１と下側導体板１１ａへ伝わりやすくしている。なお、図５の実施の形態ではガンダイオード２ａの上面側凸部５０ｂと５０ｄは発振周波数の自由空間における４分の１波長としているが、ガンダイオードマウント２の大きさに制約がなければこれらも発振周波数の４分の３波長として、さらに熱を伝わりやすくすることも可能である。また、熱伝導性をさらに高めたい場合には、ガンダイオードマウント２の上面側凸部５０ａ、５０ｂ、下面側凸部５０ｃ、５０ｄを発振周波数の４分の５波長あるいは４分の７波長とさらに長くしてもよい。なお、上面側凸部５０ａ、５０ｂ、下面側凸部５０ｃ、５０ｄの長さ、および上面側凹部５１ａ、下面側凹部５１ｂの長さが、発振周波数の４分の１波長の奇数倍であれば接触部端点３１からガンダイオードマウント２側をみたインピーダンスは高周波的に短絡されている状態に近づけることができるため、工作誤差などによってガンダイオードマウント２と上側導体板１１、あるいは下側導体板１１ａの間に隙間が生じた場合でも、また、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１およびガンダイオードマウント２と下側導体板１１ａの間の両方に隙間が生じた場合でも、発振出力がガンダイオードマウント後方へ漏れないようにすることができる。
【００７８】
以上のように本実施の形態４におけるガン発振器は構成されているので、ガンダイオードマウント２と上側導体板１１およびガンダイオードマウント２と下側導体板１１ａとの接触部の長さを長くすることにより、ガンダイオード２ａが発生する熱を上側導体板１１と下側導体板１１ａへ伝わりやすくすることができ、ガンダイオードの熱による破損を起こりにくくすることができるという作用を有する。
【００７９】
【発明の効果】
以上のように本発明のガン発振器によれば、以下のような有利な効果が得られる。
【００８０】
請求項１に記載の発明によれば、
（１）ガンダイオード側のガンダイオードマウントと導体板の接触部端点において、ガンダイオードマウントと導体板が高周波的にほぼ短絡された状態となり、発振出力のガンダイオードマウント後方への漏れを防ぐことができるガン発振器を提供することができる。
【００８１】
（２）発振動作時にガンダイオードから発生する熱が、放熱器を兼ねる導体板へ伝わりやすくなり、熱によるガンダイオードの破損を防ぐことができるガン発振器を提供することができる。
【００８２】
（３）ガンダイオードマウントの上面に設けた凸部と上側の導体板の接触部の長さと、ガンダイオードマウントの下面に設けた凸部と下側の導体板の接触部の長さを発振周波数の自由空間における４分の３波長、４分の５波長のように長くすると、ガンダイオードマウントと導体板との接触部分の長さが増えガンダイオードから導体板への熱を伝えやすくすることができるガン発振器を提供することができる。
【００８３】
（４）導体板とガンダイオードマウントとの接触面積を大きくできるので、ガンダイオードが発生する熱を導体板へ伝えやすくし熱によるガンダイオードの破損を防ぐことができる耐久性に優れたガン発振器を提供することができる。
【００８５】
（５）ガンダイオードマウントに凹部を設ける場合に比べて凹部の深さを深くできるため、ガンダイオードマウントと導体板の接触部分とのインピーダンスの差を大きくすることができ、ガンダイオードマウント後方への発振出力の漏れを一層低減することができるガン発振器を提供することができる。
【００８７】
請求項２記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、
（１）ガンダイオードマウント及び上側導体板、下側導体板に凹部が形成されているため、凹部内部の空間の断面積が広がり、ガンダイオードマウントと上側導体板及び下側導体板の接触部分と凹部のインピーダンス差を大きくすることができ、発振出力のガンダイオードマウント後方への漏れをより一層低減することができるガン発振器を提供することができる。
【００８８】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、
（１）上側導体板と下側導体板にフライス盤などの金属加工機を用いて凹部の加工をする際に、削り取る深さを変更しなくてすむため、上側導体板と下側導体板の生産効率を上げることができる。すなわち、ガンダイオードマウント後方への発振出力の漏洩が少ないガン発振器を効率よく生産できる生産性に優れたガン発振器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）実施の形態１におけるガン発振器の全体構造の斜視図
（ｂ）実施の形態１におけるガン発振器のガンダイオード部分の要部断面図
（ｃ）図１（ｂ）の等価回路を示す説明図
【図２】（ａ）凹部の深さに対する漏洩電力のシミュレーション結果を示すグラフ
（ｂ）シミュレーションモデルの寸法を示す説明図
（ｃ）シミュレーションモデルの境界条件を示す説明図
【図３】（ａ）実施の形態２におけるガン発振器の全体構造の斜視図
（ｂ）実施の形態２におけるガン発振器のガンダイオード部分の要部断面図
（ｃ）図３（ｂ）の等価回路を示す説明図
【図４】（ａ）実施の形態３におけるガン発振器の全体構造の斜視図
（ｂ）実施の形態３におけるガン発振器のガンダイオード部分の要部断面図
（ｃ）図４（ｂ）の等価回路を示す説明図
【図５】（ａ）実施の形態４におけるガン発振器の全体構造の斜視図
（ｂ）実施の形態４におけるガン発振器のガンダイオード部分の要部断面図
【図６】（ａ）従来のガン発振器の全体構造を示す斜視図
（ｂ）従来のガン発振器のガンダイオード部分の要部断面図
【図７】（ａ）従来の高周波信号発生器の全体構造を示す図
（ｂ）従来の高周波信号発生器のガンダイオード部分の要部断面図
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ ガン発振器
２ ガンダイオードマウント
２ａ ガンダイオード
３ａ、３ｂ 凹部
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ 凸部
５ カソード端子
６ バイアス線路
７ アノード端子
８ ストリップ線路
９ 誘電体ストリップ
１０ モードサプレッサ
１１ 上側導体板
１１ａ 下側導体板
１２、１２ａ 端子
２０ 高周波信号発生器
２１ ガンダイオードマウント
２２ ガンダイオード
２３ カソード端子
２４ バイアス線路
２５ ガンダイオード２２のアノード端子
２６ ストリップ線路
２７ 誘電体ストリップ
２８ モードサプレッサ
２９ 上側導体板
２９ａ 下側導体板
３０、３０ａ 端子
３１ 接触部端点
３２、３３ 溝
３４ａ、４３ａ、５１ａ 上面側凹部
３４ｂ、４３ｂ、５１ｂ 下面側凹部
３５ａ、３５ｂ、４２ａ、４２ｂ、５０ａ、５０ｂ 上面側凸部
３５ｃ、３５ｄ、４２ｃ、４２ｄ、５０ｃ、５０ｄ 下面側凸部
４０ａ、４４ａ 上側凹部
４０ｂ、４４ｂ 下側凹部
４１ａ、４１ｂ 上側凸部
４１ｃ、４１ｄ 下側凸部
Claims (3)
- 平行に隔てられた２つの導体板と、
前記導体板の間に誘電体ストリップを保持する出力線路としての非放射性誘電体線路（以下ＮＲＤガイドとよぶ）と、
発振素子としてのガンダイオードと、
前記ガンダイオードを側面に保持するガンダイオードマウントと、を備え、
前記ガンダイオードマウントと前記導体板の接触部分の前記ガンダイオード軸方向の長さが発振周波数の自由空間における４分の１波長の奇数倍となる少なくとも２つ以上の凸部と、
前記凸部に挟まれ前記ガンダイオード軸方向と平行な面における前記ガンダイオード軸方向の長さが前記発振周波数の自由空間における４分の１波長の奇数倍となる凹部が、
前記導体板の前記ガンダイオードマウントとの接触面に形成されたことを特徴とするガン発振器。 - 前記導体板が、前記ガンダイオードマウント上面が接触する上側導体板と前記ガンダイオードマウント下面が接触する下側導体板からなり、前記凸部及び前記凹部が、前記ガンダイオードマウントの前記上側導体板及び前記下側導体板との接触面、及び、前記上側導体板及び前記下側導体板の前記ガンダイオードマウントとの接触面に形成され、前記ガンダイオードマウント上面に形成された凹部と前記上側導体板に形成された凹部の前記ガンダイオード軸方向と平行な面における前記ガンダイオードの軸方向の長さと位置が等しく、前記ガンダイオードマウント下面に形成された凹部と、前記下側導体板に形成された凹部の前記ガンダイオード軸方向と平行な面における前記ガンダイオードの軸方向の長さと位置が等しく、前記上側導体板に形成された凹部の深さと前記ガンダイオードマウント上面に形成された凹部の深さを合わせた長さ及び前記下側導体板に形成された凹部の深さと前記ガンダイオードマウント下面に形成された凹部の深さを合わせた長さが０．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載のガン発振器。
- 前記上側導体板に形成された凹部の深さと、前記下側導体板に形成された凹部の深さが等しいことを特徴とする請求項１又は２記載のガン発振器。
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