JP6666652B2 - 高周波発振器 - Google Patents
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Description
まず、分布定数線路の端部を接地端とする際に接地導体が必要となる。そのため、製造コストを低減させることができないという問題がある。また、接地導体と導通するビアホールの存在によって分布定数線路の電気長が変動するという問題もある。分布定数線路の電気長は、伝搬する信号の位相を決めるものなので、電気長が変動すると複数の信号の位相を同期させることが困難となる。ビアホールは、その材質にもよるが、一般にミリ波帯になると、寄生インダクタンスや抵抗成分の損失の影響が大きくなり、分布定数線路の電気長を変動させてしまう。
本発明は、分布定数線路を用いた場合において、接地端を形成した場合と同等以上の電気的特性を得ることができる簡易な構造の高周波発振器を提供することを課題とするものである。
そのために、ゲート端子14に第1反射部11を設ける。第1反射部11は、発振条件を満たすように信号を反射して、帰還増幅部10の発振を誘起する。第1反射部11を設けることで、帰還増幅部10は、マイクロ波帯以上の高周波の発振信号を安定して生成することができるようになる。
また、能動素子101のドレイン−ソース間も負性抵抗であるために、ソース端子15(第2端子)から見た帰還増幅部10(能動素子101)も負性抵抗を有し、1.0を超える反射利得を持つ。そのために、ソース端子15に第2反射部12を設ける。第2反射部12は、ソース端子15に生じる信号を能動素子101に向けて反射することで、発振効率を向上させる。
ΓG=S11+(S21・S12・Γ2/(1−S22・Γ2)) (式1)
|ΓG|・|Γ1|>1 (式2)
Im(ΓG*Γ1)=0 (式3)
ΓS=S22+(S21・S12・Γ1/(1−S11・Γ1)) (式4)
|ΓS|・|Γ2|を極力大きく (式5)
Im(ΓS*Γ2)=0 (式6)
式5は、|Γ2|を極力大きくすることを表す。
次に、高周波発振器1の実施例について説明する。ここでは、1つの基板上に上述した高周波発振器1を実装した高周波発振器2の例を説明する。この高周波発振器2は、例えば高分解レーダに用いられる、発振周波数が24[GHz]の発振信号を出力する。基板には、比誘電率3.5、厚み0.25[mm]の高周波用樹脂基板を用いた。基板上には、プリント配線でマイクロストリップ線路を形成した。マイクロストリップ線路は、表皮効果を考慮して、複数階層の金属膜で形成した。具体的には、基板上に厚み18[μm]の銅を形成し、最上層で露出する金属膜を、耐蝕性が最も高くかつ伝導度の高い金属層(金メッキ)とした。なお、発振周波数がKa帯以上(26[GHz]以上)であれば、基板をセラミック系の材料で形成し、マイクロストリップ線路を厚み3[μm]程度の薄膜金で構成するのが一般的である。
Claims (10)
- 第1端子の信号により第2端子と第3端子との間の信号が変化し、所定の周波数以上では負性抵抗素子として動作する能動素子と、
前記第3端子の信号を前記第1端子に正帰還させる帰還部と、
前記第1端子に接続される第1反射部と、
前記第2端子に接続される第2反射部とを備え、
前記第1反射部及び前記第2反射部は、それぞれ伝搬信号を接地導体を要することなく反射させるために分布定数線路で形成されており、
前記第1反射部で反射された信号は、前記帰還部で帰還された信号と同期して前記第1端子に入力され、
前記第2反射部で反射された信号は、前記第2端子を通じて前記第3端子に向けて伝搬し、
前記第3端子からは、前記能動素子で増幅された信号と前記第2反射部で反射された信号とが同期した発振信号が出力される、
高周波発振器。 - 前記第1反射部および前記第2反射部は、それぞれ高周波開放端を有する分布定数線路で形成されており、伝搬した信号を全反射させる、
請求項1に記載の高周波発振器。 - 前記発振信号の周波数が、前記負性抵抗素子の反射利得と前記第1反射部の分布定数線路の電気長で定まる、
請求項2に記載の高周波発振器。 - 前記分布定数線路が複数階層の金属膜で形成されており、最上層で露出する金属膜が、耐蝕性が最も高い金属層である、
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の高周波発振器。 - 前記第1反射部および前記第2反射部が形成された基板を備えており、
前記能動素子が、前記第1反射部および前記第2反射部にフリップチップ接続される、
請求項1ないし4のいずれか1項に記載の高周波発振器。 - 前記基板上の前記第1反射部および前記第2反射部に、それぞれ前記能動素子を負性抵抗領域で動作させるためのバイアス部が一体形成されている、
請求項5に記載の高周波発振器。 - 前記バイアス部が、1/4波長の長さのマイクロストリップ線路と1/4波長の長さのラディアル・スタブとを組み合わせて形成される、
請求項6に記載の高周波発振器。 - 前記基板上に、さらに、前記発振信号のインピーダンス整合及び不要波の抑圧のためのトラップ部と、前記発振信号のフィルタリングを行うフィルタと、このフィルタを通過した前記発振信号を外部へ出力するための出力部とが形成されている、
請求項5ないし7のいずれか1項に記載の高周波発振器。 - 前記トラップ部は、電気長が1/8波長の長さのオープンスタブと、電気長が1/4波長の長さのオープンスタブと、を組み合わせて形成される、
請求項8記載の高周波発振器。 - 前記能動素子がFET、HEMT、HBTのいずれかで構成されている、
請求項1ないし9のいずれか1項に記載の高周波発振器。
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