JPH09205304A - 発振器の整合回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発振素子と導電体線路とのインピーダンス整
合を的確に行えるようにし、また発振素子と非放射性誘
電体線路との結合量の調整または設定を容易に行えるよ
うにする。 【解決手段】 発振素子１の電極と導電体線路５の端部
とを導電体２で接続するとともに、発振素子１のチップ
からの電気長がλ／２の整数倍となる長さの電気長補正
用導電体パターン３を設け、これに続いてインピーダン
ス整合用導電体パターン４を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、マイクロ波帯ま
たはミリ波帯で使用される発振器の整合回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】非放射性誘電体線路（ＮＲＤガイド）を
用いた従来の発振器の構成を図１１および図１２に示
す。図１１は発振器部分の一部破断斜視図であり、平行
な導電体板８，９の間に誘電体ストリップ７を配置して
非放射性誘電体線路を構成している。この誘電体ストリ
ップ７に対して、励振プローブとしての導電体線路５を
設けた基板６を近接配置するとともに、ガンダイオード
などの発振素子１を導電体線路５の端部に接続してい
る。

【０００３】図１２は図１１に示した発振器部分の断面
図である。このように構成することによって、発振素子
１に対してバイアス電圧を印加すれば発振信号が導電体
線路５を伝搬し、誘電体ストリップ７およびその上下の
導電体板８，９による非放射性誘電体線路のＬＳＭモー
ドと導電体線路５とが結合して、発振信号が非放射性誘
電体線路を伝搬することになる。このような発振器にお
いて発振素子と非放射性誘電体線路との整合をとるため
に、励振プローブとしての導電体線路５の幅と長さおよ
び導電体線路５と誘電体ストリップ７との間隔を調整し
ている。

【０００４】また、マイクロストリップラインによる導
電体線路と発振素子との整合回路の例を図１３に示す。
図１３はその部分平面図であり、基板６上には端部にイ
ンピーダンス整合用導電体パターン４ａ，４ｂを設けた
導電体線路５を設けている。そしてガンダイオードなど
の発振素子１の電極とインピーダンス整合用導電体パタ
ーンとの間をワイヤやリボンなどの導電体２によってボ
ンディングしている。このように発振素子と導電体線路
との間にλ／４の間隔で線路幅を段階的に狭くした導電
体パターン（λ／４ステップ回路）を設けることによっ
て、一般に導電体線路より低インピーダンスの発振素子
と導電体線路とのインピーダンス整合がとられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図１１および図１２に
示したように、非放射性誘電体線路と発振素子とを整合
させる場合、ガンダイオードなどの発振素子は一般に１
〜５Ω程度とインピーダンスが非常に小さく、これに対
し非放射性誘電体線路は５００〜８００Ωとインピーダ
ンスが大きいため、従来方法により両者を結合させるた
めには、励振プローブとしての導電体線路５の線路長と
非放射性誘電体線路との結合量（等価回路上の静電容
量）で調整しなければならず、調整がクリチカルで、整
合帯域幅も非常に狭くしかとれない、という問題があっ
た。

【０００６】一方、図１３に示したように、導電体線路
のパターンを工夫することによって、発振素子と導電体
線路とのインピーダンス整合をとることができ、これを
非放射性誘電体線路に対する励振プローブとして用いれ
ば、理論的には整合帯域幅が広くとれる。但しそのため
には、発振素子の直近にインピーダンス整合用導電体パ
ターンを設ける必要がある。ここで、発振素子と基板と
の関係を断面図として図１４に示す。このように発振素
子１の頂部端子と基板上面の高さを合わせて、発振素子
１とインピーダンス整合用導電体パターンとを最短距離
で接続して、発振素子の直近にインピーダンス整合用導
電体パターンを構成することになる。しかしそれでも、
ｂ２＝ｂ１として発振素子１の頂部端子からインピーダ
ンス整合用導電体パターンまでの距離をゼロにすること
は不可能であり、発振素子１のパッケージと基板６間に
幾らかの間隙が生じる。さらに、基板６の裏面に接地電
極が設けられている場合、その接地電極を基板のエッジ
部分で発振素子１の接地電極と接続する必要があるが、
発振素子１の頂部端子を基板上面高さに合わせた場合、
発振素子１のツバ（フランジ）部分と基板６との間に段
差が生じることになるため、その接続作業は困難なもの
となる。

【０００７】上述した問題は発振素子のパッケージと基
板との関係で生じるものであるが、発振素子自体にも、
発振素子の直近にインピーダンス整合用導電体パターン
が設けられない要因がある。ここでガンダイオードの等
価回路を図１５に示す。図１５において−Ｒは負性抵
抗、Ｃｃはチップストレー容量、Ｌｐはチップから頂部
端子までの内部接続インダクタンス、Ｃｐはパッケージ
構造などにより生じるストレー容量である。このように
発振素子パッケージ内部においてもリアクタンスが存在
するため、発振素子の頂部端子とインピーダンス整合用
導電体パターン間を最短距離で接続できたとしても、発
振素子パッケージ内部に存在するリアクタンスの影響を
受けることになる。

【０００８】ここで図１３に示したインピーダンス整合
回路の等価回路を図１６に示す。（Ａ）に示すように、
インピーダンス整合用導電体パターン４ａ，４ｂのイン
ピーダンスをＺ１，Ｚ２とし、ｂ点から負荷を見たイン
ピーダンスをＺｂとすれば、インピーダンス整合用導電
体パターン４ｂのインピーダンスＺ２はＺ２＝√（Ｚｂ
＊Ｚｎ）となるように設定され、ａ点から負荷を見たイ
ンピーダンスをＺａとすれば、インピーダンス整合用導
電体パターン４ａのインピーダンスＺ１はＺ１＝√（Ｚ
ａ＊Ｚｂ）となるように設定される。また、Ｚａが発振
素子１のインピーダンスに等しくなるようにＺ１および
Ｚ２が定められることになる。ところが、発振素子１と
インピーダンス整合用導電体パターン４ａとの間には図
１６の（Ｂ）に示すように、線路やリアクタンスを含む
回路が現実には存在するため、発振素子１から負荷を見
たインピーダンスＺｉｎとインピーダンス整合用導電体
パターン４ａの入力点ａから負荷を見たインピーダンス
Ｚａとは一致せず、λ／４ステップ回路がうまく作用せ
ずにインピーダンス整合回路の機能が十分果たされなか
った。

【０００９】この発明の目的は、発振素子と導電体線路
との結合量の調整または設定を容易に行えるようにした
発振器の整合回路を提供することにある。

【００１０】この発明の他の目的は、発振素子と非放射
性誘電体線路とのインピーダンス整合を的確に行えるよ
うにした発振器の整合回路を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の発振器の整合
回路は、例えばλ／４ステップ回路などのインピーダン
ス整合用導電体パターンが的確に作用するように、請求
項１に記載の通り、発振素子の電極と導電体線路の端部
とを導電体で接続するとともに、前記発振素子のチップ
からの電気長がλ／２またはλ／２の整数倍となる長さ
の電気長補正用導電体パターンを前記導電体線路の端部
に設け、この電気長補正用導電体パターンに続いて、特
性インピーダンスの異なった部分からなるインピーダン
ス整合用導電体パターンを前記導電体線路に設ける。

【００１２】上記発振器の整合回路の構成を図１および
図２に示す。図１において基板６には導電体線路５を設
けていて、発振素子１の電極と導電体線路５の端部とを
導電体２で接続している。導電体線路５の端部には、発
振素子１のチップからの電気長がλ／２またはλ／２の
整数倍となる長さの電気長補正用導電体パターン３を設
けている。そして、この電気長補正用導電体パターン３
に続いて特性インピーダンスの異なった部分４ａ，４ｂ
からなるインピーダンス整合用導電体パターン４を設け
ている。

【００１３】図２は図１の等価回路図である。図２にお
いてＡで示す回路は発振素子のチップから電気長補正用
導電体パターンの接続部までの間の回路であり、例えば
図１５に示したＣｃ，Ｌｐ，Ｃｐ、および図１に示した
導電体２など相当する。電気長補正用導電体パターン３
の電気長θｏは、図２における発振素子１からａ点まで
の電気長がλ／２またはその整数倍となる長さに定め
る。なお電気長補正用導電体パターン３のインピーダン
スＺｏは任意であり、発振素子のインピーダンスおよび
後続のインピーダンス整合用導電体パターンのインピー
ダンスには無関係である。このような構成であるため、
ａ点とａ′点とは電気的に等価となり、Ｚａ＝Ｚｉｎと
して設計したインピーダンス整合用導電体パターン４
ａ，４ｂがインピーダンス整合回路として的確に機能す
ることになる。

【００１４】また、この発明の発振器の整合回路は、発
振素子を導電体線路に接続するとともに、その導電体線
路を介して前記発振素子から出力される発振信号を非放
射性誘電体線路に伝搬させるようにしたものにおいて、
発振素子と非放射性誘電体線路との結合量の調整または
設定を容易に行えるようにするため、請求項２に記載の
通り、発振素子の電極と導電体線路の端部とを導電体で
接続するとともに、前記発振素子のチップからの電気長
がλ／２またはλ／２の整数倍となる長さの電気長補正
用導電体パターンを前記導電体線路の端部に設け、この
電気長補正用導電体パターンに続いて、特性インピーダ
ンスの異なった部分からなるインピーダンス整合用導電
体パターンを前記導電体線路に設ける。さらに、請求項
３に記載の通り、前記非放射性誘電体線路を平行な導電
体面の間に誘電体ストリップとともに回路基板を配置し
て構成し、前記導電体線路を前記回路基板に設け、前記
発振素子を前記平行な導電体面の間に配置する。

【００１５】このように発振素子と非放射性誘電体線路
との整合回路において、励振プローブとしての導電体線
路に電気長補正用導電体パターンおよびインピーダンス
整合用導電体パターンを設けたことによって、励振プロ
ーブとしての導電体線路のインピーダンスを高くして、
非放射性誘電体線路との結合量（等価回路上の静電容
量）を比較的大きくすることができ、非放射性誘電体線
路との結合量の調整または設定が容易となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】この発明の第１の実施形態に係る
発振器の整合回路の構成を図３および図４に示す。

【００１７】図３は非放射性誘電体線路の上部導電体面
を構成する上部の導電体板を取り外した状態における平
面図、（Ｂ）は（Ａ）において上部の導電体板を被せた
状態でのＡ−Ａ部分の断面図である。図３に示すよう
に、導電体板８，９の間に誘電体ストリップ７を配置し
て非放射性誘電体線路を構成するとともに、上下の導電
体板８，９の間に基板６を収納している。基板６には励
振プローブとしての導電体線路５、インピーダンス整合
用導電体パターン４、電気長補正用導電体パターン３お
よびバイアス電圧供給用導電体パターン１０を形成して
いる。下部の導電体板８にはガンダイオードである発振
素子１を取り付けていて、発振素子１の頂部端子と電気
長補正用導電体パターン３との間および発振素子１の頂
部端子とバイアス電圧供給用導電体パターン１０との間
をワイヤまたはリボンによって接続している。バイアス
電圧供給用導電体パターン１０はローパスフィルタとし
て作用し、このローパスフィルタを介して接地電位との
間で発振素子１に所定のバイアス電圧を印加することに
よって、発振素子は所定周波数で発振し、その発振信号
が導電体線路５を介して、誘電体ストリップ７および導
電体板８，９からなる非放射性誘電体線路に結合される
ことになる。

【００１８】図４は図３に示した回路の等価回路図であ
る。図４においてＡで示す回路は発振素子のチップから
電気長補正用導電体パターンの接続部までの間の回路で
ある。電気長補正用導電体パターン３の長さＬｏは、発
振素子１のチップからａ点までの電気長がλ／２となる
ように定める。電気長補正用導電体パターン３のインピ
ーダンスＺｏは任意であるので、製作しやすい線幅であ
ればよく、通常インピーダンス整合用導電体パターン４
より幅の細い線路とする。このように発振素子１のチッ
プからａ点までの電気長がλ／２であるため、インピー
ダンス整合用導電体パターン４の入力点ａに発振素子１
のチップを設けたことと電気的に等価となり、Ｚａ＝Ｚ
ｉｎとなる。Ｚｎは励振プローブとしての導電体線路５
およびこれに結合する非放射性誘電体線路による線路の
インピーダンスであり、これを６００Ωとし、発振素子
１のインピーダンスを３Ωとすれば、Ｚ１＝√（Ｚａ×
Ｚｎ）＝√（Ｚｉｎ×Ｚｎ）＝√（６００×３）＝４
２．４となり、インピーダンス整合用導電体パターン４
を４２．４Ωのλ／４線路とすればよい。このように励
振プローブとしての導電体線路と発振素子との間にλ／
４線路のインピーダンス整合用導電体パターンを設ける
ことによって、整合帯域幅が広くなり、導電体線路５と
非放射性誘電体線路との結合量（等価回路上の静電容
量）を大きくして、励振プローブとしての導電体線路５
と誘電体ストリップ７間の距離の調整または設定も容易
となる。

【００１９】次に、この発明の第２の実施形態に係る発
振器の整合回路の構成を図５および図６に示す。

【００２０】図５は非放射性誘電体線路の上部導電体面
を構成する上部の導電体板を取り外した状態における平
面図、（Ｂ）は（Ａ）において上部の導電体板を被せた
状態でのＡ−Ａ部分の断面図である。第１の実施形態と
して図３に示した例と異なる点は、インピーダンス整合
用導電体パターンのステップを２段にした点である。す
なわち、基板６には励振プローブとしての導電体線路
５、各々λ／４長のインピーダンス整合用導電体パター
ン４ａ，４ｂおよび電気長補正用導電体パターン３を設
けている。その他の構成は第１の実施形態として図３に
示したものと同様である。

【００２１】図６は図５に示した回路の等価回路図であ
る。ここで線路のインピーダンスＺｎを６００Ω、イン
ピーダンス整合用導電体パターンの中間点ｂより負荷を
みたインピーダンスＺｂを５０Ωとすれば、Ｚ２＝√
（Ｚｂ×Ｚｎ）＝√（５０×６００）＝１７３．２とな
り、発振素子１のインピーダンスを５Ωとすれば、Ｚ１
＝√（Ｚａ×Ｚｂ）＝√（Ｚｉｎ×Ｚｂ）＝√（５×５
０）＝１５．８となる。従ってインピーダンス整合用導
電体パターン４ａ，４ｂのインピーダンスがそれぞれ１
５．８Ω，１７３．２Ωとなる線幅とする。

【００２２】次に、この発明の第３の実施形態に係る発
振器の整合回路の構成を図７に示す。図７の（Ａ）は非
放射性誘電体線路の上部導電体面を構成する上部の導電
体板を取り外した状態における平面図、（Ｂ）は上部の
導電体板を設けた状態での（Ａ）におけるＡ−Ａ部分の
断面図である。この第３の実施形態では、基板６を挟み
込む形で、基板６の上下に誘電体ストリップ７ａ，７ｂ
を配置するとともに、これらを導電体板８，９の間に設
けている。基板６の上面には誘電体ストリップ７ａ，７
ｂに近接してＴＥ０１δモードの円柱状誘電体共振器１
１を実装している。また、基板６の上面には、誘電体ス
トリップ７ａ，７ｂの端部位置で終端抵抗として作用す
る抵抗体膜１２を設け、さらに励振プローブとしての導
電体線路５、インピーダンス整合用導電体パターン４、
電気長補正用導電体パターン３およびバイアス電圧供給
用導電体パターン１０を設けている。導電体線路５は誘
電体ストリップ７ａの配置位置の内部にまで突出するよ
うに形成している。バイアス電圧供給用導電体パターン
１０以外の導電体線路５、インピーダンス整合用導電体
パターン４、および電気長補正用導電体パターン３部分
の基板裏面には接地電極は無く、これらはそれぞれサス
ペンデッドラインを構成する。下部の導電体板８には発
振素子１およびバイアス電圧供給用端子１３を取り付け
ている。そして発振素子１の頂部端子とバイアス電圧供
給用導電体パターン１０との間および電気長補正用導電
体パターン３との間をワイヤでそれぞれ接続し、バイア
ス電圧供給用端子１３とバイアス電圧供給用導電体パタ
ーン１０との間をリード線で接続している。以上の構成
により、誘電体共振器を用いた帯域反射型の発振器とし
て作用し、誘電体共振器の温度安定性を有する発振信号
が、誘電体ストリップ７ａ，７ｂを、図７の（Ａ）にお
ける右方向へ伝搬することになる。

【００２３】次に、この発明の第４の実施形態に係る発
振器の整合回路の構成を図８に示す。図８では基板上の
構成のみを示している。基板６には接地電極１４、電気
長補正用導電体パターン３、インピーダンス整合用導電
体パターン４、導電体線路５、バイアス電圧供給用導電
体パターン１０および抵抗体膜１２を設けていて、所定
位置に誘電体共振器１１を配置している。接地電極１４
上にはいわゆるベアチップ形状のガンダイオードなどの
発振素子１をマウントしていて、その上面電極と電気長
補正用導電体パターン３との間をワイヤまたはリボンで
接続している。なお基板６の裏面には、上部の誘電体ス
トリップ７ａに対向して下部の誘電体ストリップを設け
ている。このような構成を図７に示したものと同様に、
上下の導電体板の間に設ける。この場合、接地電極１４
とバイアス電圧供給用導電体パターン１０の端部との間
にバイアス電圧を印加することによって、発振素子１が
発振し、電気長補正用導電体パターン３、インピーダン
ス整合用導電体パターン４および導電体線路５を介して
非放射性誘電体線路に結合することになる。このように
ベアチップ形状の発振素子を基板上に直接マウントする
ことによって、全体に小型化される。

【００２４】次に、この発明の第５の実施形態に係る発
振器の整合回路の構成を図９および図１０に示す。第１
〜第４の実施形態では、導電体線路の線路幅を変えるこ
とによってインピーダンス整合用導電体パターンを形成
する例を示したが、この第５の実施形態では、導電体線
路と上下の導電体板との間隔を変えることによってイン
ピーダンス整合用導電体パターンを等価的に形成する例
を示す。図９は第２の実施形態として図５の（Ｂ）に示
した断面図に対応する箇所の断面図である。第２の実施
形態では図５の（Ｂ）に示したように、基板６と上下の
導電体板８，９との間隔を一定としたが、この第５の実
施形態では、図９に示すように、基板６の所定部分で、
この基板６と導電体板８，９との間隔を変えている。す
なわち図９においてＢの部分では上部の導電体板９と基
板６との間隔を狭め、Ｃの部分では上部の導電体板９と
基板６との間隔をさらに狭めるとともに、下部の導電体
板８との間隔も狭めている。

【００２５】図１０は図９における基板６の平面図であ
り、（Ａ）に示すように、基板６上にバイアス電圧供給
用導電体パターン１０とともに、線幅一定の導電体線路
５を形成している。ここでＢ，Ｃで示す範囲は、Ａ，Ｄ
で示す範囲より、上下の導電体板との間隔が狭いため、
その間隔に応じて線路の特性インピーダンスが低くなっ
ている。基板６と上下の導電体板との間隔を一定とした
場合、図１０の（Ａ）の導電体線路５は等価的に図１０
の（Ｂ）に示すようになる。Ｂ，Ｃの長さをλ／４とし
て、その特性インピーダンスをインピーダンス整合がと
れる値にすれば、このＢ，Ｃ部分がλ／４ステップ回路
となる。またＤ部分が電気長補正用導電体パターン３と
して作用する。したがって、発振素子のチップからイン
ピーダンス整合用導電体パターン４ａの入力点までの電
気長がλ／２の整数倍となるようにＤの長さを定めれば
よい。なお、導電体線路５と導電体板との間隔は、上下
方向に限らず、導電体線路５に対して左右方向の間隔を
変えることによって、インピーダンス整合用導電体パタ
ーンおよび電気長補正用導電体パターンを形成してもよ
い。

【００２６】上述の各実施形態では、誘電体ストリップ
に垂直な方向に励振プローブとしての導電体線路を配置
して、非放射性誘電体線路のＬＳＭモードと結合する例
を示したが、誘電体ストリップの長手方向と同方向に励
振プローブとしての導電体線路を配置して、ＬＳＥモー
ドと結合するようにした場合でも本願発明は同様に適用
できる。

【００２７】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、発振素
子のチップとインピーダンス整合用導電体パターンとの
間に接続用の線路やリアクタンスが存在していても、発
振素子のチップをインピーダンス整合用導電体パターン
の入力点に設けたことと電気的に等価となるため、イン
ピーダンス整合用導電体パターンの入力点から負荷をみ
たインピーダンスを発振素子のチップのインピーダンス
と等しく設計したインピーダンス整合用導電体パターン
が、インピーダンス整合回路として的確に機能する。ま
た、発振素子の直近にインピーダンス整合用導電体パタ
ーンを配置する必要がないため、発振素子の取付方の自
由度が高くなり、その設計および取付作業も容易とな
る。

【００２８】請求項２に記載の発明によれば、発振素子
と非放射性誘電体線路との整合回路において、励振プロ
ーブとしての導電体線路に電気長補正用導電体パターン
およびインピーダンス整合用導電体パターンを設けたこ
とによって、励振プローブとしての導電体線路のインピ
ーダンスを高くして、非放射性誘電体線路との結合量
（等価回路上の静電容量）を比較的大きくすることがで
き、非放射性誘電体線路との結合量の調整または設定が
容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に係る発振器の整合回路の構成例を示
す図である。

【図２】図１の等価回路図である。

【図３】第１の実施形態に係る発振器の整合回路の構成
を示す図である。

【図４】図３の等価回路図である。

【図５】第２の実施形態に係る発振器の整合回路の構成
を示す図である。

【図６】図５の等価回路図である。

【図７】第３の実施形態に係る発振器の整合回路の構成
を示す図である。

【図８】第４の実施形態に係る発振器の整合回路の構成
を示す図である。

【図９】第５の実施形態に係る発振器の整合回路の構成
を示す図である。

【図１０】図９における基板の平面図である。

【図１１】従来の非放射性誘電体線路における発振器の
構成を示す一部破断斜視図である。

【図１２】図１１における断面図である。

【図１３】従来のインピーダンス整合回路の構成を示す
平面図である。

【図１４】発振素子と基板との接続部の構成を示す断面
図である。

【図１５】ガンダイオードの等価回路図である。

【図１６】インピーダンス整合回路の等価回路図であ
る。

【符号の説明】

１−発振素子（ガンダイオード） ２−導電体（ワイヤ，リボン） ３−電気長補正用導電体パターン ４−インピーダンス整合用導電体パターン ５−導電体線路（励振プローブ） ６−基板 ７−誘電体ストリップ ８，９−導電体板 １０−バイアス電圧供給用導電体パターン（ローパスフ
ィルタ） １１−誘電体共振器 １２−抵抗体膜 １３−バイアス電圧供給用端子 １４−接地電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発振素子の電極と導電体線路の端部とを
   導電体で接続するとともに、前記発振素子のチップから
   の電気長がλ／２またはλ／２の整数倍となる長さの電
   気長補正用導電体パターンを前記導電体線路の端部に設
   け、この電気長補正用導電体パターンに続いて、特性イ
   ンピーダンスの異なった部分からなるインピーダンス整
   合用導電体パターンを前記導電体線路に設けたことを特
   徴とする発振器の整合回路。
2. 【請求項２】 発振素子を導電体線路に接続するととも
   に、その導電体線路を介して前記発振素子から出力され
   る発振信号を非放射性誘電体線路に伝搬させるようにし
   た発振器の整合回路において、 発振素子の電極と導電体線路の端部とを導電体で接続す
   るとともに、前記発振素子のチップからの電気長がλ／
   ２またはλ／２の整数倍となる長さの電気長補正用導電
   体パターンを前記導電体線路の端部に設け、この電気長
   補正用導電体パターンに続いて、特性インピーダンスの
   異なった部分からなるインピーダンス整合用導電体パタ
   ーンを前記導電体線路に設けたことを特徴とする発振器
   の整合回路。
3. 【請求項３】 前記非放射性誘電体線路を、平行な導電
   体面の間に誘電体ストリップとともに回路基板を配置し
   て構成し、前記導電体線路を前記回路基板に設け、前記
   発振素子を前記平行な導電体面の間に配置したことを特
   徴とする請求項２に記載の発振器の整合回路。