JPS58681B2 - コタイハツシンキ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はマイクロ波領域において周波数変調波をパルス
状に発生する固体発振器に関するものである。

以下固体発振用素子としてガンダイオードを例に用いた
場合について説明する。

第１図はＦＮ変調ガン発振器の例を示す図で、基本構成
は空胴共振器１と、その中に取りつけられたガンダイオ
ード２と、ＦＮ変調用バラクタダイオード３とから成り
立っている。

連続動作の場合にはその例を第２図ａに示すごとくガン
ダイオード２に端子１２を通じて所定バイアス電圧ＶＧ
Ｏを連続的に与え、同図すに示すごとくバラクタダイオ
ードに変調電圧ＶＶを端子１３を通して与えることによ
り同図ｃに示すごと＜ｆ１とｆ２の間で周波数変調され
た出力波を得ることができることはよく知られている。

このようなＦＭ変調波を更にパルス状に発生させるため
には第３図ａに示すごとく、ガンダイオードバイアス電
圧ＶＧをパルス状に与えることが従来行われて来た。

しかしこの従来の方法では変調発振周波数が時間と共に
ドリフトし第３図ｃのごとくなり、実用上の難点が生じ
る。

更にガンダイオードをパルスバイアスする場合には通常
パルスバイアス電圧の立上りに対して発振開始時間の遅
れτｒが存在する。

発振周波数ドリフト時定数τｄはガンダイオードの電力
消費による温度上昇と関連しており、放熱条件によって
異るが通常実用上の問題となっている時間は５〜２０μ
ｓｅｃ程度である。

又、発振開始時間の遅れτｒはパルスバイアス電圧によ
って異なり、パルスバイアス電圧が高くなる程遅れ時間
τｒは短くなるが１〜１０μｓｅｃ程度であるのが普通
である。

更に、実用上はバイアス電圧を高くとることは電波との
関係で好ましくないことが多い。

本発明においてはこのような従来のＦＭ変調波をパルス
状に発生するガン発振器の実用上の難点をとりのぞくこ
とを目的とするものである。

すなわち本発明は第３図ｃに示されている発振周波数の
ドリフトがガンダイオードの熱的過渡現象によるもので
あるため、ガンダイオードを充分に熱的に安定な状態に
置いておくことを考慮し、そして目的とするパルス状の
発振を回路条件によって実現するようにしたものである
。

本発明の実施例を第４図を用いて説明すると、ガンダイ
オードのバイアス電圧ＶＧＯを第４図ａに示すように時
刻ｔ＝０からパルスくり返し周期τ２よりも充分長い全
動作時間Ｔの間第１図の端子１２に与える。

他方第４図すに示すような変調用バラクタバイアス電圧
ＶＶを第１図の端子１３に与える。

即ちｔ＝０からｔ＝τ１迄は変調用電圧波形が与えられ
、ｔ＝τ１からｔ＝τ２迄はバラクタダイオードに順方
向電流が流れるように一δＶを与える。

このようにτ２を周期とした第４図すに示すくり返し電
圧を第１図のバラクタ端子１３に与えるとガン発振器の
発振周波数は第４図ｃのようになる。

即ち時間ｔ＝０からｔ＝τ１迄の間では第３図ｃと同様
の発振開始遅れτｒと周波数ドリフト（時定数τｄ）と
を併った周波数変調発振が現れるが、ｔ＝τ２，２τ２
，３τ２・・・・・・（但しτ２＞τｄ）から始まる発
振には発振開始遅れや、周波数ドリフトはｔ＝０から始
まる第１周期の発振と比較して極めて小さく、実用上全
く問題のないことが実験事実として明らかとなった。

例えばτ１＝２００μｓｅｃ、τ２＝１ｍｓｅｃとした
ガン発振器の動作例においては第１周期目にはτｒ＝５
μｓｅｃ、τｄ＝１０μｓｅｃで、発振周波数ドリフト
巾δｆは１０ＭＨｚ程度であったが、２周期目以後にお
いでは発振開始遅れは５ｎｓｅｃ以下、周波数ドリフト
幅は０．５ＭＨｚ以下であった。

第４図すにおいてｔ＝τ１からｔ＝τ２迄の間のように
バラクタダイオードが順方向に電流が流れるように一δ
Ｖだけバイアスされている区間はガンダイオードには所
定のバイアスが与えられていてもマイクロ波発振は停止
することが知られている。

δＶの値は発振器の条件によって異るが、一般にはＯＶ
近くの負の値又はＯＶ又はＯＶ近くの正の値をとり、正
の値をとる程発振を停止し得る場合が多くなり、δＶを
正方向に大きくすることによりいかなる場合にも発振を
停止することができるようになる。

このバラクタダイオードによる発振停止現象については
特開昭４９−３４２６３により既に提案されており、こ
の発明は周波数ドリフトの大きな第１周期目の発振を第
４図ｅのごとく停止させるために上記バラクタダイオー
ドによる発振停止現象を利用したもので、第４図ｄのご
とくバラクタ端子電圧を与えればよいことは上記説明で
明らかであろう。

実用上消費電力節約のため消費電力の大きなガンダイオ
ードのバイアス電圧をパルス状にしたい場合の実施例を
第５図に示す。

第５図においては、ガンダイオードバイアス電圧は同図
ａに示すごとくパルス状となっている。

但し、第３図と比較すればいっそう明らかなごとく第２
パルス以後は発振開始時間ｔ＝τ２，２τ２・・・・・
・に先だつ部分τｂを有し、全体としてパルス中をτｂ
としている。

こゝにτｂ＞τｄである。他方バラクタダイオード端子
電圧を同図すのごとく与えると発振周波数は同図ｃのよ
うになることは先の説明で明らかである。

もし、発振立遅れがあり周波数ドリフトの大きな第１パ
ルス発振部分を取りのぞく必要があるときにはバラクタ
ダイオード端子電圧を同図ｄのように支えれば結果とし
て、同図ｅの周波数変調パルス発振が得られることは明
らかである。

以上の如く本発明によればＦＭ変調ガン発振器をパルス
動作させる時に生じる実用上の難点である発振開始の遅
れや動作パルス内での発振周波数のドリフトを実用上問
題なく使用し得る程度に充分小さくすることができ、そ
の工業的意義は大である。

なお、上記実施例においては、固体発振器の例としてガ
ンダイオード、バラクタダイオードおよびこれ等を納め
る空胴共振器とから成る発振器の場合について説明した
が、本発明は発振素子としてガンダイオードのかわりに
インパットダイオード、トラパットダイオードなど他の
マイクロ波発振素子を用いた場合にも同様に適用し得る
こと、又バラクタダイオードとしてはＰ−Ｎ型ダイオー
ドでもショットキ型ダイオードでも良いこと、更に発振
用共振器としては必らずしも空胴共振器でなくでもよく
ＭＩＣ共振器、同軸共振器又は集中定数共振器の場合に
も同様に適用し得るものであることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は周波数変調ガン発振器の一例を示す図。 第２図は連続動作周波数変調ガン発振器の動作例を示す
図でａはガンダイオード端子電圧をｂはバラクタダイオ
ード端子電圧を、ｃは発振周波数をそれぞれ時間に対し
て示したものである。 第３図は周波数変調ガン発振器をパルス動作させた従来
の方法を示す図で、ａ、ｂ、ｃは第２図ａ、ｂ。 ｃに対応する。 第４図、第５図は本発明のＦＭ変調パルス発振動作例を
示す図で、図中ａ、ｂ、ｃは第２図ａ、ｂ、ｃに対応し
、ｄ、ｅはそれぞれバラクタダイオード端子電圧および
それに対応する発振周波数を示している。 図において１は空胴共振器、２はガンダイオード、３は
バラクタダイオード、１２はガンダイオードバイアス端
子、１３はバラクタダイオードバイアス端子である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 半導体マイクロ波直接発振素子、周波数変調用バラ
   クタダイオードおよび共振器からなる周波数変調マイク
   ロ波発振器において、前記半導体マイクロ波直接発振素
   子に所定のパルス発振時間帯を含む連続的バイアス電圧
   又は所定のパルス発振時間帯を含みその時間帯の最初の
   時刻に先行する区間を有するパルスバイアス電圧を与え
   、更にバラクタダイオードには所定のパルス発振時間帯
   では周波数変調用電圧を又非発振時間帯では発振が停止
   するようなバイアス電圧を与えることにより周波数変調
   されたマイクロ波をパルス状に発振させるようにしたこ
   とを特徴とする固体発振器。