JPS6218101A - 半同軸形共振器制御発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、マイクロ波やミリ波（以下、マイクロ波とい
う）を発振する半同軸形共振器制御発振器に関するもの
である。

（従来の技術） 従来、このような分野の技術としては、例えば第２図〜
第５図のようなものがあった。以下、その構成を説明す
る。

第２図〜第４図は従来のマイクロ波伝送回路の概略概念
図を示すもので、第２図は同軸管、第３図は半同軸伝送
路、および第４図は全同軸伝送路である。

第２図の同軸管は、角筒状の外部導体１内に内部導体２
が収納された構造をなし、第３図の半同軸伝送路は導電
板をほぼＬ字形に折り曲げた外部導体３とその外部導体
３に固定した内部導体４とで構成される。さらに、第４
図の全同軸伝送路は板状の外部導体５とそれに平行に配
置された内部導体６とで構成される。

第５図は半同軸伝送路を用いて構成した従来の半回軸形
発振器の一構成例を示す図である。

第５図において、ｌＯは外部導体を兼るケースで、この
ケース１０は角筒形の第１の収納部１０ａとこれに連設
された角形の第２の収納部１０ｂとで構成される。？、
■の収納部１０ａ内には伝送路であるマイクロストリッ
プ基板１１が収納され、このマイクロストリップ基板１
１には発振用トランジスタ１２が接続されている。第２
の収納部ｔｏｂ内には共振棒１３とこれに対峙する周波
数微調整部材１４とが収納されている。共振棒１３には
結合コンデンサ１５が設けられ、この結合コンデンサ１
５がトランジスタ１２と接続されている。

以上の構成において、トランジスタ１２で増幅された信
号は、共振棒１３及び結合コンデンサ１５等からなる同
調回路を介してトランジスタ１２に帰還され、マイクロ
波がマイクロストリップ基板１１を介して出力される。

ここで、発振条件と発振周波数とは、共振棒１３、周波
数微調整部材１４．結合１コンデンサ１５及びトランジ
スタ１２の４要素で決まる。例えば、発振周波数を変更
すために共振棒１３の長さを変えた場合は、発振条件も
同時に変化する。

半同軸形共振器を構成する共振棒１３は、発振器の共振
器を兼ねているため、理想的には無限空間に配置するの
が好ましいが、周囲の変化を直接受けることになり、発
振器としての条件を満足できなくなって製作１−でも実
現性がない。そこで、電気的特性を満足する実現可能な
有限空間、つまり共振棒１３を壁で囲む閉空間とする。

その場合、共振棒１３と壁との間に浮遊容量が発生する
ので、一般に共振棒１３はどの面からも等距離の対称位
置に配置するが、外圧や温度変化によって壁が変形する
と共振棒１３との距離が変わり、こ、れによって浮遊容
量が変化して周波数が変化し、はなはだしいときには発
振条件が大幅に変化する。また、壁の構造が不完全です
き間等がある場合、マイクロ波が輻射されて他に不要な
干渉をあたえる。

このような理由から、半同軸形共振器の外部導体に相昌
する壁、すなわち堅牢なケース１０が必要となる。しか
も半同軸形共振器とトランジスタ１２とを接続する必要
があるため、ケース１０は第５図のような加工しにくい
形状をしている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記構成の半回軸形発振器では、次のよ
うな問題点があった。

（１）発振周波数は、共振棒１３のインダクタンスと、
共振棒１３と周波数微調整部材１４との間の容量と、結
合コンデンサ１５の容量との共振でおよそ決定している
。

発振周波数を変更する場合、共振棒１３の長さを変える
ことも考えられる。しかし、共振棒１３の長さが変わる
と発振条件も同時に変化するので、調整が非常に難しく
、そのため共振棒１３による調整では発振周波数および
安定度の制御を目的とした共振器としての性能を充分満
足させることができない。

そこで、挟い周波数範囲を調整する場合には、周波数微
調整部材１４を調整する。

ところが、広い周波数範囲を調整する場合は、共振棒１
３の長さのちがうものと、結合コンデンサ１５の容量の
ちがうものとの組合せが必要となるため、所要周波数帯
域に応じてそれらを用意しなければならず、コストの上
昇を招くばかりか、周波数に対する柔軟性を欠き、調整
を困難にしているという問題点があった。

（２）半同軸形共振器の外部導体とトランジスタ１２の
収納とを兼る堅牢なケース１０が必要となるため、グイ
キャストケースか、フライス盤（ミーリングマシン）に
よる複雑な加工のケースを使用することになり、コスト
の上昇を招くという問題点があった。

本発明は、前記従来技術が持っていた問題点として、共
振棒１３や結合コンデンサ１５の構造的要素によって周
波数の変更等の電気的性能が大きく制約を受け、これに
よって調整が困難になる点と、コストが上昇する点につ
いて解決した半同軸形共振器制御発振器を提供するもの
である。

Ｃ問題点を解決するための手段） 本発明は前記問題点を解決するために、半同軸形共振器
制御発振器において、マイクロストリップ線路共振器を
有し、比較的外部Ｑ（共振の選択性）が低く、かつ比較
的穏やかなサセプタンス変化をする特性を持ったマイク
ロ波クラップ発振器と、前記マイクロストリップ線路共
振器と疎結合されて前記Ｑよりも高いＱの状態が保持さ
れ、かつ急激なサセプタンス変化をする特性を持った半
同軸形共振器とを備え、この半同軸形共振器でマイクロ
波クラップ発振器の発振周波数および周波数安定度を強
制的に制御するようにしたものである。

（作　用） 本発明によれば１以上のように半同軸形共振器制御発振
器を構成したので、マイクロ波クラップ発振器はそれ自
体で発振するように働き、また半同軸形共振器は前記マ
イクロ波タラップ発振器の発振周波数を移動調整するよ
うに働く。このマイクロ波タラップ発振器と半同軸形共
振器による働きによって所定の発振周波数を得て、かつ
発振周波数の安定化が計れるのである。そのため、発振
周波数の調整が容易になるばかりか、各構成要素の配置
形態の自由度が増して構造の簡単化とコストの低減化が
可能となる。したがって、前記問題点を除去できるので
ある。

は流側） 第１図は本発明の実施例を示す半同軸形共振器制御発振
器の構造図である。

２０はＵ字形のケースであり、このケース２０の底部右
側にはマイクロストリップ基板２１が収納されている。

マイクロストリップ基板２１上には、発振用トランジス
タ２２と、このトランジスタ２２の両側に位置して該ト
ランジスタ２２と接続されたマイクロストリップ線路共
振器２３及びマイクロストリップ容量性パターン２４と
が設けられ、これらによってコルピッツ発振器の応用で
ある周波数可変でかつ周波数の安定性が良いマイクロ波
タラップ発振器が構成されている。

また、ケース２０の左側には、マイクロストリップ線路
共振器２３とほぼ平行に配置された共振棒２５が収納さ
れ、この共振棒２５が固定部材２６によって可動自在に
ケース側壁に取付けられている。

ケース２０と共振ＪＰａ２５とによって半同軸形共振器
が構成されている。

第６図は前記マイクロ波クラップ発振器の回路図である
。この発振器では、ＮＰＮ型トランジスタＴＩ’ｌがト
ランジスタ２２に、キャパシタンスＣ１がトランジスタ
２２の内部容量に、キャパシタンスＣ２がマイクロスト
リップ容量性パターン２４に、キャパシタンスＣ３及び
インダクタンスＬがマイクロストリップ線路共振器２３
に、それぞれ対応している。

トランジスタＴＲには、そのエミッタ・コレクタ間にキ
ャパシタンスＣ１が、そのエミッタｅベース間にキャパ
シタンスＣ２が、そのコレクタ・ベース間にキャパシタ
ンスＣ３及びインダクタンスＬからなる直列共振回路が
、それぞれ接続されている。

キャパシタンスＣ２，Ｃ３及びインダクタンスＬはマイ
クロストリンブパターンで構成されている。

キャパシタンスＣ３はキャパシタンスＣＩ、０２に比べ
て大きな容量である。

以上のように構成される半同軸形共振器制御発振器の動
作を、第７図〜第１０図を参照しつつ説明する。

先ず、第６図のマイクロ波タラップ発振器の動作を説明
する。トランジスタＴＲのベース嗜エミッタ間に微小振
動電圧が加わったとすると、その電圧はトランジスタＴ
Ｒで増幅されてキャパシタンスＣＩと０２の両端に現わ
れる。キャパシタンスＣＩ、Ｃ２の両端電圧は、キャパ
シタンスＣ１，Ｃ２，０３及びインダクタンスＬからな
る同調回路によってトランジスタＴＲへ帰還され、発振
がＪ＆長していく。

その後、トランジスタ↑Ｒの非直線性のためにキャパシ
タンスＣ１の両端電圧がトランジスタＴＨのベース・エ
ミッタ間電圧と等しくなって定常状態に落ち着く。

第７図は前記同調回路の等価回路図である。この同調回
路は、キャパシタンスＣＩ、Ｃ２及び抵抗Ｒｐの直列回
路と、リアクタンスＬ、キャパシタンスＣ３及び抵抗Ｒ
ｓの直列回路とが、並列接続された構成をなす。抵抗Ｒ
ｐ、Ｒｓはマイクロストリップに生じる抵抗である。

第８図はマイクロ波タラップ発振器のサセプタンス曲線
を示しており、横軸は発振周波数ω、縦軸はサセプタン
スＢである。

第８図において、サセプタンス曲線が右上り状態で横軸
（Ｂ＝０）と交差する点の発振周波数ωｐが発振条件を
満足している。第７図におけるキャパシタンスＣ３はＣ
１，０２に比して大キいので、並列共振としては無視で
きる。そのため発振周波数ωｐは、キャパシタンスＣ１
，Ｃ２の直列容量とインダクタンスＬとで決定される。

サセプタンス曲線が右下り状態で横軸と交差する直列共
振点の共振周波数ωＳは、リアクタンスＬとキャパシタ
ンスＣ３とで決まるが、Ｃ３＞Ｃ１，Ｃ２のために、該
共振周波数ωＳは周波数ωｐよりかなり低い。

また、マイクロ波タラップ発振器は、マイクロストリッ
プ回路で構成されているため、全般に外部Ｑが低く、周
波数ωｐをはさむサセプタンス傾斜が比較的穏やかな曲
線となっている。

第９図は共振棒２５のサセプタンス曲線を示している。

一般に、キャパシタンス性はＱが高く、リアクタンス性
はＱが低いため、サセプタンス曲線がＢ＝Ｏ点を境に非
対称となる。

第１０図は、マイクロ波タラップ発振器に共振棒２５を
結合させた場合のサセプタンス曲線を示している。

共振棒２５がない場合は、周波数ωｐで発振している。

マイクロ波クラ・ツブ発振器と共振棒２５とが適確に結
合している場合は、例えば発振周波数がωｐ１となる。

固定部材２６により共振棒２５を周波数ωｐｉより高い
側に調整して０２２点とした場合、第１０図に示すよう
に発振条件を満足しなくなる。そのため発振周波数がω
ｐとなり、ωｐ２より少し手前の周波数点が上限値とな
る。

また、固定部材２８により共振棒２５を周波数ωｐより
低い側に調整してωｐ３とした場合、同じく発振条件を
満足しなくなり、発振周波数がωｐとなる。

周波数ωｐ３とωｐ１の間は、マイクロ波タラップ発振
器と共振棒２５の種々の特性変化等により、設定した発
振周波数がジャンプしてωｐとなる可能性があるため、
設定範囲として不適当である。

実験によれば、周波数ωｐ１はωｐより７〜８％位高い
点が良く、ωｐ１とωｐ２の帯域は５〜６％位が実現可
能である。従って固定部材２日を調整することにより、
周波数ωｐｌと０２２間の領域において発振周波数を可
変できることになる。

而して本実施例では、マイクロストリップ基板２１上で
マイクロ波クランプ発振器を構成しているので、それを
発振させるために共振棒２５に結合コンデン・す等を使
用して直接的に結合する必要がない。そのため次のよう
な利点を有する。

（ｉ）従来のような交換が困難な結合コンデンサが不用
となる。

（ｉｉ）共振棒２５を可動構造にしたので、それを調整
することによって広範囲の周波数調整が簡単に行える。

（ｉｉｉ）共振棒２５はマイクロ波タラップ発振器と疎
結合のため、共振棒２５により周波数を可変にしても、
発振条件がみだされず、発振の安定化が計れる。

（ｉｖ）共振棒２５とマイクロ波クラップ発振器とを疎
結合にしたため、両者の設置位置の自由度が増し、これ
によってケース２０の形状を単純化でき、コストの低減
化が可能となる。

（７）共振棒２５及びマイクロ波クラップ発振器の１設
置位置や、その回路構成は、図示のものに限定されず、
種々の変形が可能である。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、マイクロ
波タラップ発振器とその発振周波数を調整する半同軸形
共振器とで構成したので、発振周波数の調整が簡易的確
に行え、しかも構造が筒中になるために製造コストが安
くなるという効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す半同軸形共振器制御発振
器の構造図、第２図、第３図および第４図は従来のマイ
クロ波伝送路の概略概念図で、第２図は同軸管、第３図
は半同軸伝送路、および第３図は全同軸伝送路の図、第
５図は従来の発振器の構造図、第６図は第１図中の発振
器の回路図、第７図は第６図中の同調回路の回路図、第
８図、ｆ５９図および第１０図は第１図の動作を説明す
るためのサセプタンス曲線図である。 ２０・・・・・・ケース、２１・・・・・・マイクロス
トリップ基板、２２・・・・・・発振用トランジスタ、
２３・・・・・・マイクロストリップ線路共振器、２４
・・・・・・マイクロストリップ容量性パターン、２５
・・・・・・共振棒、２６・・・・・・固定部材。 出願人代理人　　　柿　　木　　恭　　成杢発明の発振
器 第１図 全同軸伝送路 第４図 従来の発振器 第５図 第１図中の発蚕器のサセプタシス曲線区第８図 第１図中の共振器のすし方）ス白依図 第１図の合成サセ方シ又曲線図 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 マイクロストリップ線路共振器を有し、比較的外部Ｑが
   低く、かつ緩慢なサセプタンス変化をする特性を持った
   マイクロ波クラップ発振器と、前記マイクロストリップ
   線路共振器と疎結合されて前記外部Ｑよりも高いＱの状
   態が保持され、かつ急激なサセプタンス変化をする特性
   を持った半同軸形共振器とを備え、 前記半同軸形共振器でマイクロ波クラップ発振器の発振
   周波数および周波数安定度を制御することを特徴とする
   半同軸形共振器制御発振器。