JPH11500886A - 導波線路発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明の課題とするところは、導波線路内に基本波を発生し得るコスト上有利な導波線路発振器を提供することである。上記課題は、次のようにして解決される、即ち、基本波発振器は、プレーナ、平坦スロット線路−構造体（２）として構成されており、該プレーナ、平坦スロット線路−構造体は、導波線路（１）内にて、導波線路長手軸線に対してほぼ垂直に配置されており、２つの送信スロット線路（４，５）と、少なくとも１つの半導体−振動素子（３、３１８）と、少なくとも１つの補償−スロット線路（６，７）とを有しているのである。

Description

【発明の詳細な説明】 線路発振器 本発明は請求の範囲１の上位概念による、導波線路内に基本波を発生するため の導波線路発振器に関する。 導波線路（waveguide）内に基本波を発生するための公知導波線路発振器は、 導波線路（waveguide）内に組込、挿入される送信アンテナとして使用される柱 体と、半導体−振動素子とから成る。半導体−振動素子は導波線路内部空間の底 面上に配置されており、柱体は、半導体−振動素子のケーシング表面と対向する 導波線路面との間に挿入されており、その結果、導波線路内部空間内に自由に垂 直に直立して放射をし得る。半導体−振動素子としては、公知の導波線路発振器 では、ケーシング囲い付きガンダイオード、インパットダイオード又は類似のケ ーシング囲い付き半導体振動素子が使用され、該半導体振動素子は、直流電圧印 加の際、ＨＦ高周波振動を発生し得る。導波線路の特性インピーダンスへの発振 器の整合は、１／４波長短絡部を用いて行われる。前記短絡部は、片側が閉じら れた導波線路セクションから成り、該導波線路セクションの長さは、放射さるべ き基本波の波長のほぼ１／４であり、導波線路セクションの開放端部には、材体 が半 導体−振動素子と共に配置されている。公知の導波線路発振器は、精密技術部品 の取付及び作製により相当高価なものとなる。公知の導波線路発振器における半 導体−振動素子は、ただケーシング囲い付き素子としてしか使用され得ない、そ れというのは、前記半導体−振動素子には、柱体の圧着押圧力が作用するからで ある。ケーシング囲い付きダイオードは同様にケーシング囲いを施されていない チップダイオードに比して著しく高価である。 本発明の基礎を成す課題とするところは、導波線路内に基本波を発生し得るコ スト上有利な導波線路発振器を提供することにある。 前記課題は、請求の範囲１に規定された構成要件により解決される。本発明の 発展形態は、サブクレームに規定されている。 本発明は、従来導波線路発振器に比して同等の周波数安定性を有するが、一層 より大きな発振器−効率を有する。したがって、導波線路にて出力結合されるＨ Ｆ高周波−電力は、同じ直流電圧出力のもとで一層より大となる。安価なチップ ダイオードを使用できる、それというのは、本発明は、アンテナ素子とダイオー ドとの間のボンティング接合を許容するからである。 本発明の発振器は、それのスロット線路−構造体により、有利には、量産向き のものとなるのである、それというのは、当該の構造体は、エッチング技術によ り作製され得るからである。本発明の発振器の組込深度を有利には小さな値にし 得る、それというのは、インピーダンスマッチング整合のため１／４入、波長短 絡部が必ずしも必要でないからである。必要な場合、２つの半導体−振動素子及 び二重化使用により特徴付けられる本発明の発展形態では、同じ組込深度のもと で、発振器電力、出力の倍加が可能である。亦、本発明の他の発展形態によれば 、唯一の半導体−振動素子使用の場合、次のようにして発振器出力を増大させ得 る、即ち付加的アンテナ素子が半導体−振動素子の代わりに、ＨＦ高周波−短絡 部を備えるのである。二重化されたアンテナ素子を有する発展形態は、特に、導 波線路回路に適する、それというのは、導波線路フィールド、電磁界の対称特性 を充足するからである。 次に図を用いて本発明の実施例を詳述する。 図１には、１つの半導体−振動素子と、辺縁状に配置されたスロット線路とを 有する導波線路発振器を示す。 図２は、補償スロット線路が中央に配置されている場合における２つの半導体 −振動素子を有する導波線路発振器を示す。 図３は、第２の半導体−振動素子がＨＦ高周波−短絡部により置換されている 場合における、図２に相応する導波線路発振器を示す。 図４は、唯一のスタブ線路によりＨＦ高周波−短絡 部が形成されている場合における図３に相応する導波線路発振器を示す。 図５は、円形の横断面を有する導波線路用の導波線路発振器を示す。 図６は、本発明の手段の基礎を成すアンテナー及び補償スロット線路の共振カ ーブの共働の基本手法を示す。 図１は、矩形状中空導体である導波線路の横断面上に載置された、該導波線路 内に基本波を発生するための導波線路発振器のスロット線路−構造体２を示す。 スロット線路−構造体は、金属層にて片側が金属化されたプレーナ、平坦な誘電 性サブストレート基板上に構成されている。スロット線路−構造体２内には、２ つの送信−スロット線路４及び５、２つの補償スロット線路６及び７、１つの半 導体−振動素子３、２つの容量性素子１４，１５，２つのスタブ線路１２，１３ 及び１つのＬＰＦ２１が統合化されている。 送信スロット線路４，５は開放端部が相前後して直列的に接続されており、そ して、相互接続個所にて、ケーシング囲いを施されていない半導体−振動素子３ により橋絡されている。使用されている半導体−振動素子３は、直流電圧印加の 際、ＨＦ高周波エネルギを生じさせそして、適用例に応じて、ガンダイオード、 インパットダイオード、又は、類似の作用をするＨＦ高周波ダイオードであって 良い。半導体−振動素子３ は、ボンディング接合部を用いて、スロット線路−構造体２内に統合化され、組 み付けられている。半導体−振動素子３及び送信スロット線路４，５はスロット 線路−構造体２内に次のように配置されている、即ち、半導体−振動素子は隣接 する導波線路Ｅ−フィールド、電磁界の最大フィールド、電磁界ベクトル１０の 基点に隣接しているように配置されている。 両送信−スロット線路４，５は、同じように構成されており、従って、同じ共 振周波数Ｆ（ＯＩ）を有し、そして、スロット線路−構造体２内に次のように配 置されている、即ち、それの長さ全体に亘って、それの外縁を以て導波線路内部 空間１１の周縁に隣接するように配置されている。それの有効な電気長は、それ ぞれ生じさせるべき基本波の半波長である。相互に接続されてないそれの端部で は、送信スロット線路４，５は、それぞれ、容量性素子１４，１５でほぼ短絡さ れている。さらに容量性素子１４，１５は、導波線路内部空間１１の周縁外に配 置されている。 送信スロット線路４，５の短絡された端部には、それぞれ補償スロット線路６ ，７がつづいている。送信スロット線路４，５を短絡する容量性素子１４，１５ は、補償スロット線路６，７に対する接続個所にて、同様に短絡部を形成する。 補償スロット線路６，７は、それの外縁を以て、導波線路内部空間１１の周縁に 隣接し、同じように構成されており、同一の共振周波 数ｆ（ＯＩＩ）を有する。補償スロット線路６，７の長さは、それぞれほぼ発生 すべき基本波の半波長である。それの有効電気長、以て共振周波数ｆ（ＯＩＩ） は、それぞれ変換作用をするスタブ線路１２，１３により定まり、前記変換作用 をするスタブ線路１２，１３は補償スロット線路６，７の他端を終端する。前記 の変換作用をするスタブ線路１２，１３は、スロット線路−構造体２内に導波線 路１１の周縁外に配置されている。補償スロット線路６，７の共振周波数ｆ（Ｏ ＩＩ）は、図６に示すように、送信−スロット線路４，５の共振周波数ｆ（ＯＩ ）に関して次のようにセッティングされる、即ち、半導体−振動素子の領域及び 導波線路１にて生ぜしめられた無効電力が補償され、導波線路と発振器との間で 最適のインピーダンスマッチング、整合が達成されるようにセッティングされる 。 スロット線路−構造体２では、スロット線路４，５，６，７により、内側の線 路面８と外側の線路面９とが分離されている。半導体−振動素子３に対する直流 給電電圧が前記線路面を介して当該の素子に供給される。このために、スロット 線路−構造体２内に、マイクロストリップ−ＬＰＦ２１が統合化されており、該 マイクロストリップ−ＬＰＦは、導電的に外側の線路面とは別個に内側線路面８ を接触接続する。 スロット線路−構造体２は、それの内側線路面９を 以て、導波線路１の横断面の適合する凹入部内にろう付けされて組み付けられる 。接着技術を用いてのスロット線路−構造体の取付は、同様に可能である。亦変 形された形態で、スロット線路−構造体２は、任意に導波線路の外側周縁を越え て張出し得る。 半導体−振動素子３は、共振器として作用する２つのスロット線路を給電し、 そして、生ぜしめられた無効電力が同様に、共振器として作用する２つのスロッ ト線路で補償されるので、導波線路発振器は、高い位相急峻度、以て良好な周波 数安定性を有する。半導体−振動素子からの補償スロット線路の僅かな距離に基 づき、導波線路発振器の振動特性は、一義的である。図６ｃは、本発明の発振器 回路の最大位相急峻度の領域における発振器−周波数ｆ（ＯＳＺ）、例えば、ガ ン効果−発振器の発振器−周波数ｆ（ＯＳＺ）の特性を示す。前記回路は、当該 の周波数のもとで、次のようなリアクティブ、無効電力を有する、即ち、半導体 −振動素子の無効電力の補償のため用いられる無効電力を有する。 図２は、図１に示す実施形態に比して増大された発振器出力を有する導波線路 発振器を示し、該増大された発振器出力は、送信スロット線路システムの二重化 及び、付加的な半導体−振動素子１８により達成される。両方の、半導体線路系 及び送信スロット線路系は、同じ構成にされており、スロット線路−構造体２に て相互に鏡対称的に配置されており、その結果半導体−振動素子３は、隣接する 導波線路−Ｅフィールド、電磁界の最大フィールド、電磁界ベクトル１０の基点 に隣接しており、そして、他方の半導体−振動素子１８が第１の半導体−振動素 子３に対向して配置されている。すべてのスロット線路が夫々、生じさせるべき 基本波の半波長の有効電気長を有し、そして、それの外縁を以て、導波線路内部 空間１１の周縁に隣接して配置されている。両スロット線路システムは、それの 半導体−振動素子と離隔したほうの端部で夫々、容量性素子１４，１５を用いて ほぼ短絡されている。前記素子は、それの構成が図１に示す素子に相応する。半 導体−振動素子３，１８への直流電圧給電が、ＬＰＦ２１を介して行われ、該Ｌ ＰＦは、本実施例では、側方で、容量性素子１４，１５のうちの１つに結合され ている。前記のＬＰＦの配置構成は、代替選択的に、図１で示す実施例において も使用され得る。 送信−スロット線路により生ぜしめらた無効電力の補償が２つの補償スロット 線路６，７を用いて行われ、該２つの補償スロット線路６，７は、それの開放端 部が相互に接続されている。他方の端部は、短絡部を形成し、次のように構成さ れている、すなわち、相互接続された補償スロット線路が１つのＨ絞りの形態を 成すように構成されている。代替選択的に補償スロット線路６，７に対する他の 形態をも使用し得る。Ｈ絞 りは、スロット線路−構造体２内に中心に次のように配置されている、即ちそれ の中央部材が最大フィールド、電磁界強度ベクトル１０に対して垂直に位置する ように配置されている。補償スロット線路６，７の共振周波数は、送信スロット 線路４，５，１６，１７と異なってセッティングされており、それにより、導波 線路内に放射される送信スロット線路の無効電力が導波線路１にて補償される。 図３に示す導波線路発振器は、二重化された送信スロット線路システム及び中 心に配置されたＨ絞りを有するそれの基本構成にて、図２に示す実施例に相応す る。そこに示されている構成例と異なって、第２の半導体−振動素子１８を省い てある。このために、それに関するスロット線路端部間に、変換作用をするよう に作成されたＨＦ高周波−短絡部が配置されている。前記短絡部は、スタブ線路 １２，１３から成り、該スタブ線路は、発生すべき基本波の１／４波長の有効電 気長を有し、外側線路面９から導電的に切り離されている。送信スロット線路１ ６，１７上でのフィールド、電磁界分布は、第２の半導体−振動素子１８を有す る前述の実施形態のフィールド、電磁界分布に相応する。前記実施形態に対する ＬＰＦ２１は、ＨＦ高周波−短絡部に結合されており、容量性素子１４，１５の うちの１つに結合されていてもよい。 図４は、ＨＦ高周波−短絡部の一層より簡単な実施 形態を示す。ここで唯一のスタブ線路１２のみが作用し、これにより、図４に示 す実施例に比して、発振器作用の極く僅かな劣化しか来さない。 図５は、唯一の構成の実施形態を示すが、該実施形態は、図１の構成と異なっ て、導波線路１に対して円形の横断面で構成されており、それの基本的構成の点 では、図１に就いて行った説明の内容に相応する。重要なことは、半導体−振動 素子３は、最大フィールド、電磁界強度ベクトル１０の基点に隣接していること である。図５に示す手法では、図２〜図４に示す実施例も円形の導波線路に転用 可能である。 図６ａ〜図６ｃは、導波線路発振器の無効電力ー共振特性カーブを示す。図６ ａには送信スロット線路の放射された無効電力Ｐ（ＳＥ）がプロットしてある。 図６ｂは、補償スロット線路の無効電力ｐ（ＫＯ）を示し、図６ｃは回路全体に おける重畳された無効電力Ｐを示す。周波数ｆ（ＯＳＺ）は、それにより、半導 体−振動素子３，１８が本発明の回路で作動される周波数に相応する。 補償スロット線路６，７の作用は、前述の実施例のすべてにおいて次のように して高められ得る、即ち、スロット線路−構造体２が導波線路１の短絡された端 部から１／４λ波長の距離間隔をおいたところに、挿入、組み付けられているよ うにするのである。 当該の１／４λ波長−短絡部により反射されたＨＦ高 周波成分が送信スロット線路により放射された無効電力の補償のため共に寄与す るのである。。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 導波線路内に基本波を発生するための導波線路発振器であって、前記導波 線路中に少なくとも１つの半導体−振動素子と、少なくとも１つの送信アンテナ 素子とを有するものにおいて、 基本波発振器は、プレーナ、平坦スロット線路−構造体（２）として構成さ れており、該プレーナ、平坦スロット線路−構造体は、細長い導波線路（１）の 横断面内にて、導波線路軸線に対してほぼ垂直に配置されており、２つの送信ス ロット線路（４，５）を有し、該２つの送信スロット線路は、その開放端部が、 直列的に配列ないし連結されており、前記半導体−振動素子（３）は、スロット 線路−構造体（２）内に統合化されており、送信−スロット線路（４，５）の相 互に接続された開放端部を橋絡するように構成されており、送信−スロット線路 （４，５）はそれの共振周波数（ＯＩ）が相一致しており、スロット線路−構造 体（２）は、少なくとも１つの補償−スロット線路（６，７）を有し、該補償ス ロット線路の共振周波数ｆ（ＯＩＩ）は、送信−スロット線路（４，５）の共振 周波数（ＯＩ）とは異なっており、半導体−振動素子にはスロット線路−構造体 （２）内にて導電的に相互に分離されている内側線路面（８）と外側線路面（９ ）とを介して 直流給電電圧が供給されるように構成されていることを特徴とする導波線路発振 器。 ２． 送信−スロット線路（４，５）の開放端部を橋絡する半導体−振動素子（ ３）は、スロット線路−構造体（２）内に次のような個所に配置されており、即 ち、そこでは、隣接する導波線路−Ｅ−フィールド電磁界の最大フィールド、電 磁界強度ベクトルの基点に当該の振動素子が隣接する個所に配置されていること を特徴とする請求の範囲１記載の発振器。 ３． 送信スロット線路（４，５）の有効電気長さが、発生さるべき基本波の波 長の１／２であることを特徴とする請求の範囲１又は２記載の発振器。 ４． 送信スロット線路（４，５）は、それの全長に亘り、それの外縁を以て、 ほぼ導波線路内部空間（１１）の周縁に隣接していることを特徴とする請求の範 囲１から３までのうちいずれか１項記載の発振器。 ５． スロット線路−構造体（２）は、２つの同じように構成された補償スロッ ト線路（６，７）を有し、該補償スロット線路の開放端部は、相互に接続されて いることを特徴とする請求の範囲１から４までのうちいずれか１項記載の発振器 。 ６．補償スロット線路（６，７）は、それの全長に亘り、ほぼそれの外縁を以て 、導波線路内部空間（１ １）の周縁に隣接しており、さらに、補償スロット線路（６，７）の開放端部の 相互接続点が、半導体−振動素子（３）に対向して配置されており、補償スロッ ト線路（６，７）の共振周波数ｆ（ＯＩＩ）が夫々スタブ線路（１２，１３）を 用いて電気的に整合されており、前記スタブ線路（１２，１３）は、導波線路内 部空間（１１）の周縁外でスロット線路−構造体（２）に統合化されていること を特徴とする請求の範囲５記載の発振器。 ７． その都度共働する送信スロット線路及び補償スロット線路（４及び６，５ 及び７）の相互接続されてない端部が、相互に移行し合うように構成されており 、そして、当該の移行個所にてスロット線路−構造体（２）内に構成された容量 性素子（１４，１５）を用いて相互に短絡されており、容量素子は、スロット線 路−構造体（２）内でスロット線路内部空間（１１）の周縁外に構成されている ことを特徴とする請求の範囲５又は６記載の発振器。 ８． 相互に接続された補償スロット線路（６，７）は、ほぼ１／４波長の長さ であり、短絡されたスロット線路であり、該スロット線路は、隣接する導波線路 −Ｅフィールド、電磁界のベクトルに対して垂直方向に中央に配置されているこ とを特徴とする請求の範囲５記載の発振器。 ９． 相互接続された補償スロット線路（６，７）は 、Ｈ絞りとして構成されていることを特徴とする請求の範囲８記載の発振器。 １０． スロット線路−構造体（２）は、２つの付加的な送信スロット線路（１ ６，１７）を有し、該送信スロット線路は、全長に亘って、それの外縁が、ほぼ 導波線路内部空間（１１）の周縁に隣接しており、その共振周波数が第１の両ス ロット線路（４，５）の共振周波数ｆ（ＯＩ）と一致していることを特徴とする 請求の範囲８又は９記載の発振器。 １１． ２つの付加的送信スロット線路（１６，１７）は、開放端部が相互接続 されており、相互接続の個所にて半導体−振動素子（１８）により橋絡されてお り、該半導体−振動素子（１８）は、半導体−振動素子（３）に対向してスロッ ト線路−構造体（２）内に統合化されていることを特徴とする請求の範囲１０記 載の発振器。 １２． 半導体−振動素子（３，１８）の同じ側に配置された送信スロット線路 （４及び１６、５及び１７）は、夫々、スロット線路−構造体（２）内に構成さ れた容量性素子（１５，１６）により相互に短絡されており、該容量性素子は、 導波線路内部空間（１１）の周縁外に配置されていることを特徴とする請求の範 囲１１記載の発振器。 １３． 付加的な送信スロット線路（１６，１７）は、一端にて、夫々ＨＦ高周 波−短絡部（１２，１３ ）を有し、ＨＦ高周波−短絡部（１２，１３）を備えた、送信スロット線路（１ ６，１７）の端部は、半導体−振動素子（３）に対向して配置されていることを 特徴とする請求の範囲１０記載の発振器。 １４． 半導体−振動素子（３）の同じ側に配置された送信スロット線路（４及 び１６、５及び１７）は、夫々、スロット線路−構造体（２）内に構成された容 量性素子（１５，１６）により相互に短絡されており、該容量性素子は、導波線 路内部空間（１１）の周縁外に配置されていることを特徴とする請求の範囲１３ 記載の発振器。 １５． 送信スロット線路（４，５、１６、１７）の有する有効電気長が、導波 線路内にて発生さるべき基本波の１／２波長に相応するものであることを特徴と する請求の範囲１又は２記載の発振器。 １６． 導波線路（１）は、該導波線路（１）内に組込、挿入されたスロット線 路−構造体（２）の一方の側で、１／４波長−短絡部を有し、スロット線路−構 造体（２）は、他方の側で導波線路（１）のさらに続くセクション内に基本波を 給電するように構成されていることを特徴とする請求の範囲１０項から１５項ま でのうち何れか１項記載の発振器。 １７． 導波線路軸線に対して垂直方向に位置する、導波線路（１）の横断面が 矩形状であることを特徴とする請求の範囲１から１６までのうちいずれか１ 項記載の発振器。 １８． 導波線路軸線に対して垂直方向に位置する、導波線路（１）の横断面が 円形であることを特徴とする請求の範囲１から１６までのうちいずれか１項記載 の発振器。