JPS6013323B2 - マイクロ波電波で動作するマイクロ波回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はマイクロ波電波で動作して、電磁エネルギーの
放射または受信を行うために使用されるマイクロ波回路
に関する。

この種の回路は現在はＬ送信回路では負性抵抗のために
発振器として動作するとともに、受信回路では混合器と
して動作するダイオードとトこのダイオードの保護と組
立のために使用されるケースと、発振周波数の選択また
はダイオードへの正しい負荷インピーダンスの印加を行
う共振空月同と、電磁エネルギー伝達用の導波管と「そ
のエネルギーを自由空間へ放射するためのホーンとを少
くとも備えている。

振動周波数を選択することと、ダィオード‘こ正しい負
荷を印加することは１っの同じ物理的事実を意味する。
いわゆるマイクロストリップ技術を導波管や空腕の代り
に用いることが可能であるが、ミリメートル波帯では減
衰度が大きい欠点がある。

低損失と高い透磁率を示す誘電体（たとえば高岡有抵抗
のシリコンまたはヒ化ガリウムあるいはァルミナ）を用
いると、電磁界を集中することが可能となり、この種の
誘電体からの電波は共振の発生を可能とするのに十分な
ほど弱いことは当業者は知っている。

この誘電体素子はその形状寸法に依存し、かつ共振周波
数を決定するモード‘こ従って共振する。この誘電体素
子は誘電体共振器と呼‘よれる。底が比較的狭くて高さ
の低い直方体について考えると、その最低共振周波数は
ほぼその体積のみに依存し、たとえば１立方ミリメート
ルの体積の場合には共振周波数はたとえば約５船ｍであ
る。

従来はこの種の共振器を簡単な手段を用いてマイクロ波
ダィオードーこより励振することは可能ではなく、かつ
導電管を用いて取り出す場合の他は、そのようにして発
生された電磁波を利用することも可能ではなかった。

本発明によれば、マイクロ波電波を反射するための導電
性基板と、誘電体共振器と、前記基板上に配置され、前
記共振器により囲まれる半導体ダイオードと、端子対と
、前記ダイオードを前記端子対に接続するための電気的
手段と、前記ダイオードを前記共振器に結合させるため
の結合器とを備え、マイクロ波電波で動作するマイクロ
波回路が得られる。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

電磁波の伝播は可逆的であるから、受信回路の受動部分
は送信回路の受動部品と同じである。

能動部品は、送信の場合には発振ターィオ−ドであり、
受信の場合には混合用ダイオードである。したがって、
以下の説明においては「送信回路を主として説明するこ
とにするが「各送信回路にはそれに類似する受信回路が
対応することを理解すべきである。繁‘図ａ，ｂに示す
第１の実施例においてはｔマイクロ波電波を反射するた
めの導電性基板を形成するために２枚の金属板１１，１
２が用いられる。

それらの金属板１１，１２は入／４トラツプを形成する
ために、公知の方法に従って加工作されたジョイントに
より同じ平面内で組立てられる。このジョイントには絶
縁体１３が充填される。

この絶縁体１３は２枚の金属板１ １と１２を相互に分
離させる。これらの金属板１１，１２には端子対（図示
せず）が取りつけられる。金属板１ １にはマイクロ波
ダイオード１４がハンダづけされ「 このダイオード１
４はワイヤ’６により金属板１２に接続される。それか
ら、誘電体共振器１６が金属板１１，１２に取りつけら
れる。この共振器１６は半導体材料、例えば高い固有抵
抗のＧａＡｓにより作られ、直方体状に機械加工される
。このブロック１６の中にはダイオード１４とワイヤ１
５を収めるための空胴１７が形成される。ダイオード１
４はケースのない小型のチップ形状をしており、空胴１
７の中に収められ、この空胴１７は金属板１１，１２と
絶縁体１３とによりふさがれるから、ダイオード１４は
外部から完全に保護される。ワイヤ１５は金属板１１，
１２に平行に延長これ、その長さは共振器１６の共振周
波数に同調された半波長ダィボールを構成するような長
さである。このようにワイヤ１５は、ダ‐ィオード１４
と金属板１２とを電気的に接続するとともに、このダイ
オード１４を共振器１６に結合させる結合器としての機
能を有している。第２図に示す本発明の第２の実施例に
おいては、第１実施例と同様に２枚の金属板２１と２２
が互いに接合されて入／４トラップを形成し、絶縁体２
３により互いに分離される。金属板２１にはマイクロ波
ダイオード２４がハンダづけされ、このダイオード２４
は金属板２２にワイヤ２５で接続される。それから、ダ
イオード２４とワイヤ２５を囲む誘電体共振器２６を形
成するために、低融点ガラスが金属板２ごと２２にダイ
オード２４とワィャ２５の上から付着される。ダイオー
ド２４とワイヤ２肌ま、付着されるガラスの融点に耐え
られるハンダづけ接合を生ずる公知の方法でハンダづけ
される。この誘電体共振器を形成するために、適当に融
点が低く、あるいは揮発性溶剤に溶解可能であり、もし
くは糊状から団体状へ重合可能な適当な他の誘電体を用
いて誘電体共振器を形成できる。したがって、ハンダづ
け方法はハンダづけ点が羊，らされる温度に応じて選択
すべきである。第２の実施例においても、第１の実施例
と同様にダィオ−ド２４はむき出しのままのチップ形状
ダイオードであり、ワイヤ２５は半波長ダィボールを構
成するように長さが選択される。

したがって、ワイヤ２５は、ダイオード２４と金属板２
２とを電気的に接続するとともに、このダイオード２４
を誘電体共振器２６に結合させる結合器としての機能を
有する。第３図ａ，ｂに示す第３の実施例においては、
固有抵抗の高いシリコンフロックが使用され、このシリ
コンブロックは誘電体共振器３１を形成するために直方
体となるように機械加工される。

集積回路の製造に採用される公知の方法を用いて、下記
のような要素が形成される。−２個所の拡散領域３２，
３３で構成されるマイクロ波ダイオード、ーダィオード
のメサ構造を構成する空月同部３４、−共振器３１を励
振するダィボールの２つの区間３７，３８の位置を定め
る空胸部３５，３６、−シリコン表面を保護し、シリコ
ンとダィポール３７／３８の間の絶縁体として機能する
シリコン酸化物層、−金属の蒸着により作られる２つの
部分３７，３８。

部分３７はダイオードの領域３３に接触し、部分３８は
ダイオードの領域３２に接触する。

それから、このようにして得られた回路を２枚の同心金
属板３１０，３１１の上に配置する。入／４トラップを
形成するために、これらの円板３１０，３１１の間の接
合部を機械加工する。円板３１０と３１１を互いに電気
絶縁するために、円板３１０と３１１の間の接合部を充
填するための絶縁体３１２が用いられる。円板３１０は
ダィポールの区間３８に接触し、円板３１１はダィポー
ルの区間３７と接触する。このダィポールの長さ‘ま共
振器３１の共振周波数に同調されるように選択される。
このように「本実施例では、部分３７，３８は、ダイオ
ードの領域３３，３２をそれぞれ円板３１１，３１０も
こ電気的に接続するとともに、このダイオードを共振器
３１に結合させる結合器としての機能を有する。この第
３実施例の変形例を第４図に示す。

この実施例は前記した実施例に全く類似するが、ただ１
つのダィポールの区間４１を有し、このダィポール区間
がダイオードの最も低い層に接触するマイクロ波回路の
製作より成る。ダイオードの外部層は円板４３に接続す
るための金属タブレット４２を有するだけである。この
ようにこの変形例では、区間４１だけがダイオ〜ドを共
振器に結合させる結合器としての機能を有する。以上説
明したマイクロ波回路を利用するためには、第１と第２
の実施例で用いられている金属板、または第３と第４の
実施例で用いられている金属円板を、使用しているダィ
オ−ドもこ応じてさまる極性の直流電源に使用すること
が必要なだけである。

そうするとこの回路はマイクロ波電波を自由空間へ直接
放射する。受信回路の場合には、マイクロ波ダィオード
‘ま非道線素子であって混合素子として使用され、この
受信回路には基板の２つの部分を介して局部マイクロ波
電波が供給される。

したがって、この受信回路は自由空間からマイクロ波電
波を直接に受信し、この受信したマイクロ波電波と局部
マイクロ波電波とを混合して得られる中間周波数は、２
枚の給電板によりこの受信回路から出てゆく。図面の簡
単な説明第１図ａは第１図ｂのＡ−Ａ線に沿うハイブリ
ッド回路の断面図、第１図ｂは第１図ａのＢ−Ｂ線に沿
う断面図、第２図は第１図に示す回路の変形例を示す断
面図、第３図ａは第３図ｂのＡ−Ａ線に沿うモノリシッ
ク回路の断面図、第３図ｂは第３図ａのＢ−Ｂ線に沿う
断面図、第４図は第３図ａ，ｂに示すモノリシック回路
の変形例を示す断面図である。

１１，１２，２１，２２，３１０，３１１・・・・・・
金属板、１２，２３，３１２・・・・・・絶縁体、１６
，２６，３１・・・・・・誘電体共振器、１４，２４・
・・・・・マイクロ波ダーィオ−ド、３２，３３・・・
…拡散領域、３４，３５，３６・…・・空月同部、３９
・・・・・・シリコン酸化物層。

面，ｌ 印前，２ 凹面− ３ Ｅ直．４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ マイクロ波電波を反射するための導電性基板と、誘
   電体共振器と、前記基板上に配置され、前記共振器で囲
   まれる半導体ダイオードと、端子対と、前記ダイオード
   を前記端子対に接続するための電気的手段と、前記ダイ
   オードを前記共振器に結合させるための結合器とを備え
   たことを特徴とするマイクロ波電波で動作するマイクロ
   波回路。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のマイクロ波回路におい
   て、前記半導体ダイオードは負性抵抗素子であって２つ
   の接続部を有し、かつ前記マイクロ波電波を発生するた
   めに前記共振器と協働するおことを特徴とするマイクロ
   波回路。 ３ 特許請求の範囲第２項記載のマイクロ波回路におい
   て、前記誘電体共振器は半導体材料で作られ、前記マイ
   クロ波ダイオードは、前記誘電体共振器の、前記導電性
   基板に対向する面上に集積化された構造であることを特
   徴とするマイクロ波回路。 ４ 特許請求の範囲第２項記載のマイクロ波回路におい
   て、前記導電性基板はマイクロ波トラツプの形の誘電体
   間隙により分離される２つの部分の分割され、これらの
   ２つの部分は前記ダイオードを接続するための前記電気
   的手段と一体であることを特徴とするマイクロ波回路。 ５ 特許請求の範囲第４項記載のマイクロ波回路におい
   て、前記２つの部分のうちの一方は前記２つの接続部の
   一方に直結され、前記２つの部分のうちの他方は導体を
   介して前記２つの接続部の他方に接続され、前記導体は
   前記結合器と一体であって、前記誘電体共振器の共振周
   波数に同調されることを特徴とするマイクロ波回路。６
   特許請求の範囲第４項記載のマイクロ波回路において
   、前記２つの部分は２つの導体により前記２つの接続部
   にそれぞれ接続され、前記導体は前記結合器と一体であ
   って、前記誘電体共振器の基準周波数に同調されること
   を特徴とするマイクロ波回路。 ７ 特許請求の範囲第１項記載のマイクロ波回路におい
   て、前記半導体ダイオードは前記マイクロ波電波を局部
   マイクロ波電波と結合するための非直線要素であり、そ
   の要素は２つの接続部を有することを特徴とするマイク
   ロ波回路。 ８ 特許請求の範囲第７項記載のマイクロ波回路におい
   て、前記誘電体共振器は半導体材料で作られ、前記マイ
   クロ波ダイオードは前記導電性基板に近接する前記誘電
   体共振器の表面に属する集積化された構造であることを
   特徴とするマイクロ波回路。 ９ 特許請求の範囲第８項記載のマイクロ波回路におい
   て、前記導電性基板はマイクロ波トラツプの形の誘電体
   間隙により分離される２つの部分に分割され、それらの
   ２つの部分は前記ダイオードを接続するための前記電気
   的手段と一体であることを特徴とするマイクロ波回路。 １０ 特許請求の範囲第９項記載のマイクロ波回路にお
   いて、前記２つの部分の一方は前記２つの接続部の一方
   に直結され、前記２つの部分の他方は前記２つの接続部
   の他方へ導体により接続され、その導体は前記結合器と
   一体で前記誘電体共振器の共振周波数に同調されること
   を特徴とするマイクロ波回路。１１ 特許請求の範囲第
   ９項記載のマイクロ波回路において、前記２つの部分は
   ２つの導体により前記２つの接続部にそれぞれ接続され
   、前記導体は前記結合器と一体で、前記誘電体共振器の
   共振周波数に同調されることを特徴とするマイクロ波回
   路。