JPH08307150A - マイクロ波発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 発振周波数が周囲温度の変動に対して安定で
かつコスト的にも安価にできるラジオゾンデ用マイクロ
波発振器を提供すること。 【構成】 発振用能動素子としてトランジスタを用いる
と共にトランジスタに共振回路を付加して構成されかつ
気象観測ラジオゾンデに搭載されるマイクロ波発振器で
あって、上記共振回路が、セラミックス誘電体で形成さ
れた筒状本体21とこの筒状本体の少なくとも内周面と外
周面に設けられた導電層22、23から成る同軸型誘電体共
振器２にて構成されることを特徴とする。そして、比誘
電率の温度変化に起因する共振周波数変動と体積の温度
変化に起因する共振周波数変動とを補償するような材料
設計を行うことにより周囲温度が変化してもその共振周
波数が変動し難い特性を上記同軸型誘電体共振器２に具
備させることができ、かつ、この同軸型誘電体共振器は
量産性に優れるため安価に製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気象観測ラジオゾンデ
に搭載されるマイクロ波発振器に係り、特に発振周波数
が周囲温度の変動に対して安定でかつコスト的にも安価
にできるラジオゾンデ用マイクロ波発振器の改良に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】気象観測ラジオゾンデとは、気球に吊り
下げられた温度、湿度、気圧等の観測機器からの測定デ
ータを１．６ＧＨｚ〜１．８ＧＨｚの電波を用いて地上
へ伝送することにより高層での気象観測データを取得す
る装置である。そして、気象観測ラジオゾンデは、気象
データ測定用の温度、湿度、気圧等の測定用センサと、
測定データを地上へ伝送するマイクロ波帯送信器、及
び、マイクロ波を放射するアンテナ素子とでその主要部
が構成されている。上記マイクロ波帯送信器はマイクロ
波での発振回路を備えており、ここで地上へ伝送するた
めに必要な信号電力を確保している。また、センサから
の信号をデジタル変調する回路も備えており、これによ
り測定データを地上へ伝送する。また、上記アンテナ素
子は一般に地上に向けて垂直な１／４波長型線状アンテ
ナが使用されており、このアンテナを通じて地上へマイ
クロ波を伝送する。

【０００３】図６は従来から用いられている気象観測ラ
ジオゾンデの送信器とアンテナの構成例を示したもので
ある。すなわち、この送信器は、両面に導体箔a1，a2が
形成された絶縁性基板ａと、この面上に設けられかつ箱
型状に加工された電気伝導度が良好な軽い金属板から成
る第一金属体b1と、この第一金属体b1内に収納されるよ
うに配置されかつ断面略コ字状に加工された電気伝導度
が良好な軽い金属板から成る第二金属体b2と、この第二
金属体b2の上部側面上に配置された誘電体ｃと、この誘
電体ｃ面上の一部に設けられた導体板ｄと、上記第二金
属体b2の下部側面上に配置された発振用能動素子として
のトランジスタｅとでその主要部が構成されており、ト
ランジスタｅのコレクタ（Ｃ）に上記アンテナｆが接続
されている。そして、この送信器の第一金属体b1と第二
金属体b2おいて、図７に示すように第一金属体b1の一面
b1'とこの面に対向した第二金属体b2の一面b2'との空間
に静電容量Ｃ1を持たせることができ、また、第二金属
体b2の一面b2"とこの面に対向した調整用ビスｇとの空
間に静電容量Ｃ2を持たせることができることから、図
７〜図８に示すように長さｌの部分が示すインピーダン
スＬと静電容量Ｃ（但しＣ＝Ｃ1＋Ｃ2）とで定まる共振
回路が構成され、この共振回路と上記発振用能動素子と
してのトランジスタｅとでマイクロ波発振回路を構成し
ている。尚、このマイクロ波発振器の周波数としては、
上述したように一般的に１．６ＧＨｚ〜１．８ＧＨｚが
多いが、これ以外の周波数帯が使われることもある。ま
た、伝送される信号電力は０．１Ｗ〜１Ｗ程度で、観測
しようとする高度や使用する周波数帯に応じて変えられ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に気象
観測ラジオゾンデは地上から気球により放出され、ゆっ
くり高度を上げて約３０ｋｍ上空まで上昇する。従っ
て、その動作環境は極めて厳しく、特に周囲温度は−４
０℃〜−５０℃まで低下する。そして、電気伝導度が良
好な軽い金属板から成る第一金属体b1と第二金属体b2と
でその主要部が構成される従来の共振回路においては、
周囲温度が下がれば金属の膨張係数に起因して上記第一
金属体b1と第二金属体b2の長さが短くなるためその共振
周波数は低くなり、これに伴いマイクロ波発振器の発振
周波数は低くなる。

【０００５】従って、気象観測ラジオゾンデに搭載され
たマイクロ波発振器の発振周波数は気象観測ラジオゾン
デの上昇に伴い大幅に変動するため、測定データを受信
する受信局での受信作業が繁雑となる問題を有してい
た。なぜなら、マイクロ波発振器における発振周波数の
変動に伴い、受信周波数をそれに合わせて追従（トラッ
キング）させる必要があるからである。

【０００６】この場合、水晶発振器を基準周波数源とし
たその周波数の温度安定性に優れたＰＬＬ（Phase Lock
ed Loop）発振器の適用が考えられるが、価格が高くな
るため現実的には適用困難である。すなわち、気象観測
ラジオゾンデは、観測終了後使い捨てとなるため安価で
あることが重要な要件になるからである。

【０００７】本発明はこの様な問題点に着目してなされ
たもので、その課題とするところは、発振周波数が周囲
温度の変動に対して安定でかつコスト的にも安価にでき
るラジオゾンデ用マイクロ波発振器を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１に係
る発明は、発振用能動素子としてトランジスタを用いる
と共に、このトランジスタに共振回路を付加して構成さ
れ、かつ、気象観測ラジオゾンデに搭載されるマイクロ
波発振器を前提とし、上記共振回路が、セラミックス誘
電体で形成された筒状本体とこの筒状本体の少なくとも
内周面と外周面に設けられた導電層から成る同軸型誘電
体共振器にて構成されていることを特徴とするものであ
る。

【０００９】この発明において上記同軸型誘電体共振器
は周囲温度の変化に対してその比誘電率及び体積が変化
する。そして、共振器においては一般的にその比誘電率
が低くなると共振周波数は高くなり、共振器の体積が増
加するとその共振周波数は低くなる傾向を示す。従っ
て、比誘電率の温度変化に起因する共振周波数変動と体
積の温度変化に起因する共振周波数変動とを補償するよ
うに上記同軸型誘電体共振器の材料設計を行うことによ
り、結果的に周囲温度が変化しても共振周波数が変動し
難い共振器を構成することが可能となる。また、この同
軸型誘電体共振器は、セラミックス誘電体で形成された
筒状本体とこの筒状本体の少なくとも内周面と外周面に
設けられた導電層とで構成され、その構造が比較的単純
なため量産性に優れ、かつ、材料自体のコストもそれ程
高くないため安価に製造することが可能である。これ等
のことから、発振周波数が周囲温度の変動に対して安定
でかつコスト的にも安価なラジオゾンデ用マイクロ波発
振器を提供することが可能となる。

【００１０】

【作用】請求項１記載の発明に係るマイクロ波発振器に
よれば、共振回路がセラミックス誘電体で形成された筒
状本体とこの筒状本体の少なくとも内周面と外周面に設
けられた導電層から成る同軸型誘電体共振器にて構成さ
れており、この同軸型誘電体共振器について、比誘電率
の温度変化に起因する共振周波数変動と体積の温度変化
に起因する共振周波数変動とを補償するような材料設計
を行うことにより周囲温度が変化してもその共振周波数
が変動し難い特性を具備させることができ、かつ、同軸
型誘電体共振器はその構造が比較的単純なため量産性に
優れ材料自体のコストもそれ程高くないため安価に製造
することが可能となる。

【００１１】

【実施例】以下、気象観測ラジオゾンデに組込まれた実
施例に係るマイクロ波発振器について説明する。すなわ
ち、このマイクロ波発振器は図１に示すように両面に導
体箔100，200が製膜されたガラス・エポキシ基板１上に
設けられ、共振回路を構成する同軸型誘電体共振器２
と、発振用能動素子としてのトランジスタ３と、アンテ
ナ４とでその主要部が構成され、かつ、この回路は図３
に示すようにトランジスタ３のコレクタ端子（Ｃ）を接
地し、エミッタ端子（Ｅ）に負電圧の電源１３０を接続
したコレクタ接地型発振回路である。

【００１２】また、トランジスタ３のベース端子（Ｂ）
には発振周波数を決定するための上記同軸型誘電体共振
器２がコンデンサ７を介して接続され、また、発振出力
は同様にベース端子（Ｂ）からコンデンサ６を介して出
力される。尚、発振出力をベース端子（Ｂ）から出力す
る理由は、ベース端子（Ｂ）には上記同軸型誘電体共振
器２による共振回路が接続されているため、エミッタ端
子（Ｅ）から出力する場合に較べて発振信号の高周波成
分が少なくクリーンな信号を出力できるためである。

【００１３】ベース端子（Ｂ）に接続した同軸型誘電体
共振器２は、図２（Ａ）〜（Ｂ）に示すようにバリウ
ム、チタン系の酸化物セラミックスで形成された筒状本
体２１と、この筒状本体２１の内周面と外周面に設けら
れた厚膜銀ペーストから成る導電層２２，２３とでその
主要部が構成され、上記筒状本体２１は外形４ｍｍ角の
断面を有しその長さは６ｍｍ、断面の中心に直径１．５
ｍｍの孔２０が形成されている。また、筒状本体２１の
一端側面にも厚膜銀ペーストから成る導電層２３が設け
られている（図２Ａ参照）。この構造により、メタライ
ズされていない一断面側（すなわち筒状本体２１の厚膜
銀ペーストから成る導電層２３が設けられていない端面
側）から見ると、上記導電層２２，２３は先端がショー
トした同軸線路として動作する。

【００１４】尚、ここで用いたバリウム、チタン系の酸
化物セラミックスの比誘電率は３８であり、上記寸法の
同軸型誘電体共振器２を単体で使用した場合にはその共
振周波数はおよそ２．２ＧＨｚとなる。このため、この
実施例においては同軸型誘電体共振器２と並列に可変コ
ンデンサ５が接続されており、この可変コンデンサ５の
容量を変化させることで共振周波数を微調整できるよう
になっている。そして調整後の共振周波数は１．７ＧＨ
Ｚであった。

【００１５】ここで、図１及び図３中、８，９はＲＦチ
ョークコイル、１０，１１，１２はバイアス用抵抗、１
３は電源端子をそれぞれ示している。

【００１６】この様に構成された実施例に係るマイクロ
波発振器についてその発振周波数の温度安定度を測定し
た。この結果を図４に示す。温度を−２０℃〜＋４０℃
まで変えたときの発振周波数の変化は、図４のグラフ図
からおよそ１ＭＨｚであった。参考までに、図６に示し
た従来例に係るマイクロ波発振器についても同様にその
発振周波数の温度安定度を測定した。この結果を図５に
示す。温度を−２０℃〜＋４０℃まで変えたときの発振
周波数の変化は、図５のグラフ図からおよそ５ＭＨｚで
あった。

【００１７】そして、この結果から明らかなように共振
回路が同軸型誘電体共振器にて構成されたマイクロ波発
振器における発振周波数の温度安定度は、従来例に係る
マイクロ波発振器より５〜６倍向上していることが確認
された。

【００１８】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、気象観測
ラジオゾンデに搭載されるマイクロ波発振器の共振回路
が、セラミックス誘電体で形成された筒状本体とこの筒
状本体の少なくとも内周面と外周面に設けられた導電層
から成る同軸型誘電体共振器にて構成されているため、
比誘電率の温度変化に起因する共振周波数変動と体積の
温度変化に起因する共振周波数変動とを補償するような
材料設計を行うことにより周囲温度が変化してもその共
振周波数が変動し難い特性を同軸型誘電体共振器に具備
させることができ、かつ、この同軸型誘電体共振器はそ
の構造が比較的単純なため量産性に優れ材料自体のコス
トもそれ程高くないため安価に製造することが可能とな
る。

【００１９】従って、製造コストを割高にすることなく
マイクロ波発振器における発振周波数の温度安定性を向
上させることができ、受信データを受信する受信局での
受信作業の大幅な改善が図れる効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係るマイクロ波発振器の概略斜視図。

【図２】図２（Ａ）は上記マイクロ波発振器の一部を構
成する同軸型誘電体共振器の図１におけるＩ−Ｉ面断面
図、図２（Ａ）は上記同軸型誘電体共振器の図１におけ
るII−II面断面図。

【図３】実施例に係るマイクロ波発振器の等価回路図。

【図４】実施例に係るマイクロ波発振器の発振周波数の
温度安定度を示すグラフ図。

【図５】従来例に係るマイクロ波発振器の発振周波数の
温度安定度を示すグラフ図。

【図６】従来例に係るマイクロ波発振器の概略斜視図。

【図７】図６のIII−III面の概略断面図。

【図８】従来例に係るマイクロ波発振器の等価回路図。

【符号の説明】

１ ガラス・エポキシ基板 ２ 同軸型誘電体共振器 ３ トランジスタ ４ アンテナ ５ 可変コンデンサ ２１ 筒状本体 ２２ 導電層 ２３ 導電層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発振用能動素子としてトランジスタを用い
   ると共に、このトランジスタに共振回路を付加して構成
   され、かつ、気象観測ラジオゾンデに搭載されるマイク
   ロ波発振器において、 上記共振回路が、セラミックス誘電体で形成された筒状
   本体とこの筒状本体の少なくとも内周面と外周面に設け
   られた導電層から成る同軸型誘電体共振器にて構成され
   ていることを特徴とするマイクロ波発振器。