JPH0666588B2 - マイクロ波ダイオード同調回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、負性抵抗デバイスを能動素子として用いた
マイクロ波同調回路に係り、特に、IMPATTダイオード用
の同軸マイクロストリップ同調回路に関する。

〔従来の技術〕

相当に大きいパワー・レベルでの出力を得るため、複数
個のマイクロ波ダイオードの出力を組み合わせるよう動
作する同調回路は、通常、同軸の同調共振空洞コンバイ
ナ・タイプである。アール・エル・シルフォ他（R.L.Ch
illuffo et al.）に対して1984年８月28日に付与され
た米国特許第4,468,633号、および、シー・ピー・トレ
セルト（C.P.Tresselt）に対して1982号11月16日に付与
された米国特許第4,359,700号には、そのような回路が
示されている。この種の同軸共振空洞コンバイナ回路
は、ジェイ・エル・ランペン他（J.L.Jampen）に対して
1978年６月27日に付与された米国特許第4,097,821号に
も示されている。

このような同調コンバイナ形の回路の不利益点として、
構造が相当に大きいものである点、コストが高い点、お
よび、最適出力を得るように、個々のダイオードの同調
を調節することが困難である点などがある。その構造の
大型化は、導波管の共振空洞における高い寸法安定性の
維持の必要から生じる。コスト高は、そのような構造物
を極めて精密な寸法で製造することの必要性から生じる
ものであり、また、同調に困難性があることは、共振空
洞を共用する同調回路間での相互作用からもたらされる
ものである。

同軸マイクロストリップの同調コンバイナ回路は、その
大きさ、コストおよびダイオードの同調の容易化に関し
ては、同軸空洞式の同調コンバイナよりは優れている。
マイクロストリップ回路は寸法的には安定なものであ
る。それらの製造は、プリント回路の方法を用いること
により、妥当なコストを持って高精度に行うことが可能
であり、又、能動デバイス間に高度の絶縁をもたらすよ
うな設計を行うことが可能であって、これにより個々の
デバイスの同調動作が簡単化される。

先行技術の同軸マイクロストリップの同調コンバイナに
含まれている同軸形のIMPATTダイオード・ホルダは、イ
ンピーダンス整合の長さのマイクロストリップを通し
て、調節可能なコンデンサに結合されるものであった。
該ダイオードの粗な誘導性同調は、種々の長さの変成器
セクションを該ダイオードと直列に挿入することによっ
て達成された。その精密な同調は、限定された範囲で連
続可変なコンデンサの調節によって達成された。従っ
て、コンデンサによって同調可能な範囲に入るまで、種
々の長さの変成器セクションをホルダ内に挿入してみる
ことになり、何度もダイオードの取り外し再挿入が必要
とされるから、同調の調節は時間がかかるものであっ
た。また、ダイオードによっては、利用可能な限定され
た個数の変成器セクションでは同調をとることができ
ず、利用可能なダイオードの範囲が狭くな制限されてし
まう。。

〔発明の概要〕

本発明の目的は、ダイオードの同調をとることが簡単化
され、その所要時間を短くできる、IMPATTダイオード用
の同軸マイクロストリップの同調コンバイナ回路を提供
することにある。

本発明の利点には、同調の調節の容易化の他に、ダイオ
ードの不所望なモードの発振を抑制するための手段が含
まれている、IMPATTダイオードのための同軸マイクロス
トリップの同調回路が提供できることである。

本発明の他の目的は、限定された範囲においてダイオー
ドの誘導性の同調を連続的にとることができる、IMPATT
ダイオードのための同軸マイクロストリップの同調回路
を提供することにある。

この発明は、簡単に言えば、同軸のIMPATTダイオード・
ホルダと、インピーダンス整合された長さのマイクロス
トリップ伝送線路を介してこのホルダに並列共振回路を
なすよう接続された調節可能なコンデンサとを含む。マ
イクロストリップ伝送線路は、共振回路を構成する部分
の他に、帯域周波数外の周波数を減少させるための安定
化ネットワーク、バイアス挿入ネットワーク、および、
２つのダイオード同調ネットワークを一緒に結合させる
ためのハイブリッド結合部も含む。ダイオード・ホルダ
は、ダイオードが取り付けられるネジ切りされたロッド
のような中央部導体、この中央部導体およびダイオード
をハウジング中に支持するための、ネジ切りされた内周
及び外周を持つスリーブを含む。ハウジングは同軸伝送
線路の外側導体に対応しており、また、ネジ切りされた
ロッドは同軸伝送線路の中心導体に対応している。ネジ
切されたスリーブは、このような線路における中心導体
と外側導体との間の短絡回路と等価であって、ダイオー
ドに対するその位置は、ハウジング中へのスリーブの挿
入深さの調節に従って変動する。ダイオード側でスリー
ブの下端部を越えて延長するロッド部分は、ダイオード
の一方の電極との間に直列に接続されるインダクタンス
を構成する。このインダクタンスは、ハウジング中のス
リーブ長さを調節することにより、限定された範囲にお
いて連続的に変化させることができる。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明の同調回路の概略図である。

第２図は、２つの相互に等しい同調回路をパワー増大の
ために組み合わせるための手段を含む、本発明の一実施
例の平面図である。

第３図は、第４図の３−３線に沿う断面図である。。

第４図は、第２図に対応する一部欠切底面図である。

第５図は、第４図の５−５線に沿う断面図である。

第６図は、第４図の６−６線に沿う断面図である。

〔実施例〕

第１図は、本発明の同調回路の概略図である。IMPATTダ
イオード10はホルダ内に配置され、そのホルダによりダ
イオード10のアノードと接地との間に直列に可変インダ
クタンス11が形成される。ダイオード10のカソードは、
インピーダンス変成器12およびインピーダンス整合され
た長さのマイクロストリップ13を通して、ノード14に接
続されている。可変コンデンサ15がノード14と接地との
間に接続される。マイクロストリップ伝送線路の特性イ
ンピーダンスZoに等しい値をもつ抵抗16は、ノード14と
マイクロストリップの半波長スタブ17との間に接続され
ている。ノード14は、マイクロストリップの半波長部分
18を通して、ノード19に接続されている。負荷20は、直
流阻止用コンデンサ21を通して、ノード19に接続されて
いる。負荷20には、２個のダイオード出力をパワー増大
のために組み合わせる場合には、マイクロストリップに
よるハイブリッド結合部への入力ターミナルが含まれ
る。直流またはパルス状直流のバイアスは、図示しない
バイアス源からノード23に接続された導体22を通して、
ダイオード10に供給される。ＲとＣのネットワーク24、
分布容量25およびフェライト・ビーズ（bead）26からな
るフィルタは、バイアス電圧における低周波発振に対す
る安定化のためのものである。ノード23のバイアス電圧
は、マイクロストリップの１／４波長部分27を通して、
ノード19に伝えられる。ノード19からのバイアスは、マ
イクロストリップの部分18,13および変成器12を通し
て、ダイオード10に流れるけれども、阻止用コンデンサ
21により負荷20に流入することは防止される。マイクロ
ストリップの１／４波長スタブ30がノード23に接続さ
れ、マイクロストリップの１／２波長スタブ31がノード
19に接続されている。スタブ17および31の果たす目的
は、ダイオード10がその動作周波数で発信するときに、
その出力に（例えば動作周波数の１／２の周波数のよう
な）サブハーモニック周波数の成分が含まれることを抑
制することである。

動作周波数においては、スタブ17および31は開放回路と
等価である。抵抗16はノード14におけるインピーダンス
に対して影響を及ぼすことはなく、また、部分18により
ノード19におけるインピーダンスが、変化させられるこ
となくノード14のインピーダンスとなる。スタブ30はノ
ード23における短絡回路を呈する。ノード23におけるこ
の開放回路は、部分27によってノード19における開放回
路にされる。かくして、動作周波数におけるパワーは、
ノード19からノード23へと送られることはない。

動作周波数の半分の周波数について検討すると、スタブ
17は１／４波長線路になり、これによって抵抗16は接地
される。同様にして、部分18およびスタブ31は１／４波
長線路になり、スタブ31はノード19における短絡回路と
なり、部分18により開放回路状態にあるノード14が短絡
状態にされる。かくして、半分の周波数における発振は
抵抗16において吸収されて、負荷20に入ることが阻止さ
れる。

第２図，第３図および第４図は、それぞれに、第１図に
おける同調回路の実施例の、平面図，断面図および底面
図であり、パワー増大のために、２つの第１図のような
回路が組み合わされている。第４図において、その上半
分と下半分とが対称に構成されていることに注意された
い。

先ず、第４図を参照すると、第１図の伝送線路が、絶縁
材料のボード40上に支持された導電性経路のパターンと
して設けられる。第１図における種々の線路は、第４図
においても第１図と同じ参照数字で示されている。経路
の幅は、特定の線路の長さに対して適切なインピーダン
スを実現するよう、必要に応じてそのパターンに沿って
変化している。

ボード40は、ハウジング42内に形成された下方向きの凹
部41内に支持されている（第３図）。凹部41の表面43は
ボード40の導電性経路に対する接地平面を形成する。凹
部41の開放面は、ネジ45によって適切な位置に固定され
た底部プレート44によってカバーされている。プレート
44のエッジ部に沿って配置されたネジ46は、組立体をシ
ャーシ（図示されない）に装着するためのものである。

第３図および第５図を参照すると、同調インダクタンス
11を含んでいるホルダ47にはダイオード10が収納されて
いる。ネジ切りされた開口部50は、経路部分13にハンダ
付けされた導電性リボン53（後述される）の端部上にそ
の中心があり、ハウジング42を貫通している。開口部51
は、前記の開口部50と同心状のものであるがその直径は
小さく、ボード40を貫通している。変成器12はステップ
状部をもつ金属シリンダからなり、誘電体のシェル52で
カバーされている。変成器12は、開口部50内にきちんと
収まり、変成器12のステップ状部は、ボード40の導電性
経路が設けられる表面まで、開口部51を通って延びてい
る。経路部分13の一端部にハンダ付けされていて、それ
からの延長部分をなすリボン53は、変成器12のステップ
状部の端部と接触している。スプリングで押圧された誘
電体のクランプ54により、リボン53は変成器12と接触が
保持されている（詳細は後述する）。

ダイオード10は、ネジ切りされた中央導体をなす導電性
ロッド55の端部に取り付けられている。ロッド55はネジ
切りされた内周と外周とを持つスリーブ56にネジ込まれ
ており、また、スリーブ56は開口部50にネジ込まれてい
る。スリーブ56が開口部50にネジ込まれる深さを調節す
ることにより、スリーブ56の下端部を越えて延長する、
ロッド55の延長端部の長さが変動する。ロッド55のこの
延長端部により、第１図における同調インダクタンス11
が構成される。スリーブ56の頂端部は６角形のリード部
57とのスリ合わせがされて、スリーブの深さの調節が容
易にされている。ジャム（jamb）・ナッナ58,59は、ロ
ッド55およびスリーブ56にそれぞれネジ込まれている。

再び第３図を参照すると、調節可能なコンデンサ15は導
電性のロッド61からなるものであって、その端部の部分
は直径がステップ式に減少しており、ハウジング42を貫
通する開口部62内にネジ込まれている。開口部62の中心
位置は、メッキされたスルー・ホール部64に合わせてい
る。このスルー・ホール64は、ノード14の近傍の導電性
経路上の部分から、ボード40の裏側の表面上の絶縁パッ
ドまで延びている。ジャム・ナット56はロッド61の上端
部までネジ込まれている。

第４図および第６図を参照する。第４図にはクランプ54
が示されている（ここで第４図はその上半分と下半分と
が対称であるから、上半分の部分にも参照数字を付して
ないがクランプがあることを理解されたい。）クランプ
54を構成する誘電性材料の底部ピース66の幅は、開口部
51の縁を越えてリボン53上まで及んでいる。底部ピース
66の長手方向の端部のそれぞれにネジ切りされた開口部
67が設けられ、その開口部67はネジ68を受け入れる。ネ
ジ68（第４図における上半分に示されるクランプの下方
の端部を止めるネジ）は、第４図に６−６線に沿った断
面図を示す第６図に示されてい。ネジ68の各々は、ハウ
ジング42のクリアランス開口部69およびボード40の開口
部を通して延びて、底部ピース66の開口部67にネジ込ま
れている。ネジ68の上部にはめられたスプリング71は、
その下端が開口部69の肩部72に係止しており、また、そ
の上端がネジ68の頭に係止している。ネジ68が底部ピー
ス66にネジ込まれる長さは、リボン53と変成器12との接
触を適切に維持するのに十分であるようにされている。

第３図および第４図を参照すると、フィード・スルー・
フィルタ（feed through filter）73の導体22に接続
されたケーブル（図示されていない）を通して、バイア
ス源からのバイアスが供給される。フィルタ73がネジ込
まれたハウジング42における開口部内の導体22の下部に
は、フェライト・ビーズ26が配置されている。導体22の
下端部および導電性経路のノード23にハンダ付けされた
ジャンパ・ワイヤ74により、導体22から導電性経路およ
びダイオード10までの接続が行われる。

回路の同調動作は容易に達成される。ロッド55を変成器
12と接触しているダイオード10に対して静止状態に維持
した状態で、ジャム・ナット58,59,65が緩められて、ス
リーブ56およびロッド61の位置が適切な同調動作のため
に調節される。その後で、ナット58,59,65が締め付けら
れて、スリーブ56およびロッド61を適切な位置に保持さ
れる。

２つの実質的に等価のIMPATTダイオード同調回路の組立
体が図示されており、各同調回路の出力は、パワー増大
のためのハイブリッド結合部において組み合わされる。
第４図において、上半分に示されている上方の同調回路
と、下半分に示されている下方の同調回路の差異は、上
方の経路パターンは下方の経路パターンの鏡像であると
いうことだけである。第４図において、下方の同調回路
の（下方のノード19に現れる）出力は、ハイブリッド結
合部76の第１の入力ポート75に、下方のコンデンサ21を
通して結合されている。上方の同調回路の（上方のノー
ド19に現れる）出力は、結合部76の第２の入力ポート77
に、上方のコンデンサ21を通して結合されている。ハウ
ジング42の壁部79は、同調回路の間で部分的に延長して
いて、その間での絶縁を強化している。

ハイブリッド結合部76は従来から知られている形式のも
のである。入力ポート75,77における入力信号間の位相
のコヒーレンスにより、入力ポート75,77の入力信号
は、ジャンクション出力ポート78,84の一方で組み合わ
されてその一方の出力ポートに総合出力が生じ、他方の
出力ポートには何も現れない。ハイブリッド結合部への
入力信号間に位相コヒーレンスを与えるために、注入ロ
ック信号が、何れか１つの出力ポートを介して、ハイブ
リッド結合部に加えられる。ハイブリッドの入力ポート
において組み合わされた信号は、他方のハイブリッドの
出力ポートに現れる。外部（図示されない）からの注入
ロック信号が同軸コネクタ81を通してポート78に加えら
れるたとすると、ポート75,77において組み合わされた
信号が出力ポート84に現れる。このために、組み合わさ
れた信号は同軸コネクタ82を通して伝送される。

第２図に、および第３図に部分的に、示されているの
は、分離絶縁体80およびその温度を検知するためにハウ
ジング42上に搭載されているサーミスタ83である。サー
ミスタ83は、ハウジングの温度変化によるバイアス電流
の補償をするための信号をバイアス源に与える。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−200607（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マイクロ波ダイオード（10）と可変インダ
   クタ（11）との直列回路が、マイクロストリップ伝送線
   路（13）を介して可変コンデンサ（15）に組みわされて
   並列共振回路とされ、インピーダンス整合手段（12）に
   よりマイクロストリップ伝送線路の特性インピーダンス
   に整合させられたインピーダンスを有してる、マイクロ
   波ダイオード同調回路であって、 マイクロストリップ伝送線路は絶縁基板（40）のほぼ平
   らな一方の面の上の導電性経路（13,18）で形成されて
   おり、絶縁基板（40）は導電性ハウジング（42）に入れ
   られ、絶縁基板（40）に裏側のほぼ平らな他方の面は、
   導電性経路（13,18）に対する接地平面を与えるよう、
   ハウジング（42）のほぼ平らな内面に直接接触してお
   り、 可変インダクタ（11）およびインピーダンス整合手段
   （12）を双方のダイオード（10）に直列に結合するた
   め、ハウジング（42）を貫通したダイオード・ホルダ
   （47）が設けられ、インピーダンス整合手段（12）がダ
   イオード（10）のインピーダンス値とマイクロストリッ
   プ伝送線路の特性インピーダンスとの間の値を有してい
   てダイオード（10）をマイクロストリップ伝送線路（1
   3）に接続し、 前記ダイオード・ホルダ（47）は、 中央導体（55）と、 前記ハウジング（42）により構成される外側導体と、 外側導体および中央導体（55）に同軸であって、外側導
   体内で中央導体（55）を支持するスリーブ（55）とを備
   え、 外側導体は前記接地平面に電気的に導通しており、スリ
   ーブ（56）は中央導体（55）および外側導体に電気接続
   され、スリーブ（56）は中央導体（55）の長手方向に沿
   って調節可能であって下端を有し、中央導体（55）はス
   リーブ（56）の下端を越えて延びる延長端部を有し、 ダイオード（10）のアノード電極およびカソード電極の
   一方は中央導体（55）の延長端部に電気接続され、他方
   はインピーダンス整合手段（12）を介して、可変コンデ
   ンサ（15）が接続されて第１のノード（14）をなす一端
   を持つマイクロストリップ伝送線路（13）の他端に対し
   て電気接続され、 可変インダクタ（11）はスリーブ（56）を中央導体（5
   5）の長手方向に沿って調節することにより変化させら
   れる ことを特徴とするマイクロ波ダイオード同調回路。
2. 【請求項２】請求項１記載のマイクロ波ダイオード同調
   回路であって、 前記外側導体は、前記ハウジングを通して内周にネジ切
   りされた開口部（50）の壁面で構成され、 前記スリーブは上記開口部にネジ込まれており、 前記中央導体は、ネジ切りされたロッド（55）で構成さ
   れ、そのロッドは前記スリーブにねじ込まれて上記開口
   部内において前記スリーブを越えている ことを特徴とするマイクロ波ダイオード同調回路。
3. 【請求項３】請求項２記載のマイクロ波ダイオード同調
   回路であって、 マイクロストリップ伝送線路の特性インピーダンスに等
   価の抵抗（16）が設けられ、抵抗（16）の一端は、可変
   コンデンサ（15）とマイクロストリップ伝送線路（13）
   との接続点である第１のノード（14）に接続され、他端
   は、絶縁基板の一方の面上の導電性経路で構成されてダ
   イオードの導電性経路動作波長の１／２の長さを持つ第
   １のスタブ（17）に接続されている ことを特徴とするマイクロ波ダイオード同調回路。
4. 【請求項４】請求項３記載のマイクロ波ダイオード同調
   回路であって、 前記第１のノード（14）には、ダイオードの導電性経路
   動作波長の１／２の長さを持つ他のマイクロストリップ
   伝送線路（18）の一端が接続され、この他のマイクロス
   トリップ伝送線路（18）の他端は、導電性経路で構成さ
   れてダイオードの導電性経路動作波長の１／２の長さを
   持つ第２のスタブ（31）の一端に接続され、第２のスタ
   ブ（31）の他端は開放され、 上記他のマイクロストリップ伝送線路（18）の他端は、
   第３のスタブ（27）を介して導電性経路の第４のスタブ
   （30）に接続され、第３のスタブ（27）は導電性経路で
   構成されてダイオードの導電性経路動作波長の１／２の
   長さを持ち、第３のスタブ（27）の一端はダイオード
   （10）を付勢するバイアス源に接続され、第３のスタブ
   （27）の他端は上記他のマイクロストリップ伝送線路
   （18）に接続され、 第４のスタブ（30）は、ダイオードの導電性経路動作波
   長の１／２の長さ持ち、第４のスタブ（30）の一端は第
   ３のスタブ（27）の一端に接続され、第４のスタブ（3
   0）の他端は開放されている ことを特徴とするマイクロ波ダイオード同調回路。