WO2005004322A1

WO2005004322A1 - 発振器装置および送受信装置

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Publication number: WO2005004322A1
Application number: PCT/JP2004/009319
Authority: WO
Inventors: Takahiro Baba; Toshiro Hiratsuka; Tomiya Sonoda
Original assignee: Murata Manufacturing Co., Ltd.
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2004-07-01
Publication date: 2005-01-13
Also published as: US20070057738A1; JPWO2005004322A1

Abstract

　製造コストを低減できる高出力で広帯域変調に使用可能な発振器装置および送受信装置を提供する。　発振回路基板１にマイクロストリップ線路５，１６等からなる発振回路部２と周波数制御回路部１５を形成する。また、誘電体基板２２に共振器電極２３Ａ，２３ＢからなるＴＭ０１０モード共振器２３を形成すると共に、励振電極２４，２５を形成し、誘電体共振器チップ２１を構成する。そして、発振回路基板１のランド１９と共振器電極２３Ｂとをバンプ２６を用いて接着すると共に、マイクロストリップ線路５，１６と励振電極２４，２５とをバンプ２６を用いて接着する。これにより、励振電極２４，２５を用いてＴＭ０１０モード共振器２３を励振できると共に、誘電体共振器チップ２１を小型化でき、製造コストを低減することができる。

Description

明細書

発振器装置および送受信装置

技術分野

[0001] 本発明は、例えばマイクロ波、ミリ波等の高周波の電磁波を発振する発振器装置および該発振器装置を用いた通信機装置、レーダ装置等の送受信装置に関する。背景技術

[0002] 一般に、通信機装置等に用いられる高周波の発振器装置として、誘電体材料からなる基板上に所定の発振周波数の信号を発振する発振回路部と前記発振周波数を設定する TM010モード共振器等からなる誘電体共振器部とを設ける構成としたものが知られている（例えば、特許文献 1参照）。

[0003] 特許文献 1 :特開平 11一 330818号公報

[0004] このような第 1の従来技術による発振器装置では、発振回路部と誘電体共振器部とを同一の誘電体基板に並設して設けると共に、これらの間をリボンやワイヤを用いて接続していた。これにより、第 1の従来技術では、発振回路部と誘電体共振器部との電磁界を直接的に結合させることができ、これらを容易に強く結合させることができた

[0005] また、第 2の従来技術として、基板に発振回路部を形成すると共に、他の基板に TE 010モード共振器を形成し、前記発振回路部の基板に TE010モード共振器を接着する構成としたものが知られている（例えば、非特許文献 1参照）。そして、他の従来技術では、 TE010モード共振器が高い Q (Quality factor)特性を有するから、ノイズ特性に優れた発振器を構成することができた。

[0006] 非特許文献 1： K.SAKAMOTO et al,〃A Millimeter Wave DR-VCO on Planar Type Dielectric Resonator with Small Size and Low Phase Noise", IEICE Trans. Electron., IEICE, Japan, January 1999， Vol.E82_C, No. l, pp.119- 125

[0007] ところで、上述した第 1の従来技術による発振器装置では、誘電体共振器部の誘電体基板に発振回路部を設けるのに加え、発振周波数を制御するための周波数制御回路や終端抵抗等を設ける構成としていた。このとき、誘電体共振器部に用いる誘電体基板は高い誘電率を有するために高価になり易いのに対し、この誘電体基板の面積が大きくなるから、発振器装置全体の製造コストが高くなるという問題があった。

[0008] また、誘電体共振器部と発振回路部とを並設して設けると共に、これらの間をリボンやワイヤを用いて接続していたから、高周波帯 (特に、ミリ波帯)では発振器装置の特性ばらつきが大きくなる傾向があった。

[0009] 一方、第 2の従来技術では、 TE010モード共振器を用いているから、共振器の電極面と平行な方向に対しては磁界の閉じ込め性が高ぐ発振回路部側の外部線路との結合が取り難い傾向がある。このため、強い結合を必要とする高出力、広帯域変調に用レ、る発振器装置には不向きであった。

[0010] また、 TE010モード共振器はその電極面の上，下両側（表面側、裏面側）にキヤビティを設ける必要があるから、発振器装置全体の構造が複雑化し、製造コストが高くなるという問題もある。

[0011] さらに、 TE010モード共振器は電極面に対して垂直な方向に磁界が広がっているから、キヤビティを形成する蓋および底導体と共振器の電極面との距離をある程度以上空ける必要があり、発振器装置の低背化が難しい傾向があった。

発明の開示

[0012] 本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は製造コストを低減できる高出力で広帯域変調に使用可能な発振器装置および送受信装置を提供することにある。

[0013] 上述した課題を解決するために、本発明は、発振回路基板と、該発振回路基板に設けられ所定の発振周波数の信号を発振する発振回路部と、前記発振周波数を設定する誘電体共振器部とからなる発振器装置において、前記誘電体共振器部は、前記発振回路基板の表面に積み重ねて設けられた誘電体基板と、該誘電体基板の両面に設けられた電極からなり少なくとも一方の電極が円形状をなす TM010モード共振器と、前記誘電体基板に設けられ前記発振回路部に接続され該 TM010モード共振器と結合する励振電極とによって構成したことを特徴としている。

[0014] このように構成したことにより、発振回路部に接続された励振電極を通じて TM010 モード共振器を励振することができ、 TM010モード共振器を用いて発振回路部の発振周波数を設定することができる。また、 TM010モード共振器と励振電極とはいずれも誘電体基板に設けたから、例えば励振電極を発振回路基板に設けた場合に比べて、共振器と励振電極との間の結合量のばらつきを少なくすることができ、発振器装置毎の特性をほぼ一定に維持することができる。さらに、誘電体共振器部は、 T M010モード共振器と励振電極とによって構成されるため、誘電体基板から周波数制御回路や終端抵抗を省くことができ、誘電体基板を小型化することができる。従つて、特性ばらつきの低減によって発振器装置の量産性を高めることができると共に、小型の誘電体基板を用いることによって製造コストを低減することができる。また、 T M010モード共振器を用いるから、 TE010モード共振器を用いた場合に比べて、高出力で広帯域変調を行うことができる。

[0015] また、本発明では、前記発振回路部は、前記発振回路基板の裏面にグランド電極が設けられた伝送線路を有し、前記 TM010モード共振器の 2つの電極のうち誘電体基板の裏面に設けられた電極は前記発振回路基板の表面に設けられたランドに接続され、該ランドは前記発振回路基板を貫通して設けられたスルーホールを通じて前記伝送線路のグランド電極に接続される構成とするのが好ましい。

[0016] これにより、 TM010モード共振器の 2つの電極のうち誘電体基板の裏面に設けられた電極はランド、スルーホールを通じて伝送線路のグランド電極に接続することができる。このため、 TM010モード共振器の発振回路基板側 (誘電体基板の裏面側）にはキヤビティ空間が不要になる。また、 TM010モード共振器の上面 (表面）に設けた電極とキヤビティとの間には上下方向（誘電体基板の厚さ方向）の電界が励起されるため、キヤビティの高さ寸法に対する周波数感度が低レ、。このため、誘電体基板の表面側も、カバーの有無に対する共振周波数の感度が低いから、導電性のカバーを用いてキヤビティを形成する必要がない。この結果、共振器装置全体の高さ寸法を小さくすることができると共に、共振器装置の構造を簡略化することができ、量産性の向上や製造コストの低減を図ることができる。

[0017] この場合、本発明では、前記 TM010モード共振器の 2つの電極のうち誘電体基板の裏面に設けられた電極と前記ランドとはバンプを用いて接続する構成としてもょレヽ [0018] これにより、 TM010モード共振器の裏面側の電極とランドとの間をリボン、ワイヤ、導電ペースト等を用いて接続した場合に比べて、位置精度のよい接着が可能となるから、共振周波数等の特性をほぼ一定値に保持することができる。このため、誘電体共振器チップの実装に伴う発振器装置の特性ばらつきを抑制、低減でき、共振器装置の量産性を高めることができる。

[0019] また、本発明では、発振回路部は、前記発振回路基板の表面にグランド電極が設けられた伝送線路を有し、前記 TM010モード共振器の 2つの電極のうち誘電体基板の裏面に設けられた電極は前記発振回路基板の表面に設けられた前記伝送線路のグランド電極に接続される構成としてもよい。

[0020] これにより、 TM010モード共振器の 2つの電極のうち誘電体基板の裏面に設けられた電極を伝送線路のグランド電極に接続することができるから、 TM010モード共振器の発振回路基板側 (誘電体基板の裏面側）にはキヤビティ空間を設ける必要がなくなる。また、誘電体基板の表面側も、カバーの有無に対する共振周波数の感度が低いから、導電性のカバーを用いてキヤビティを形成する必要がなレ、。この結果、共振器装置全体の高さ寸法を小さくすることができると共に、共振器装置の構造を簡略化することができ、量産性の向上や製造コストの低減を図ることができる。

[0021] また、本発明では、前記発振回路基板には前記発振周波数を制御するための周波数制御回路部を設け、前記誘電体基板には前記 TM010モード共振器と結合する他の励振電極を設け、該他の励振電極は前記周波数制御回路部に接続する構成としてもよレ、。

[0022] これにより、本発明のように TM010モード共振器を用いて反作用型の共振回路を構成した場合には、従来技術のように TE010モード共振器を用いた場合に比べて無負荷 Q (Qo)の劣化を小さくすることができる。このため、共振器による損失が小さいから、高い発振出力が期待できる。また、共振器の無負荷 Qを大きく劣化させずに共振器と周波数制御回路部との間で強い結合をとることができるから、周波数制御回路部を用いて広帯域な変調が可能な電圧制御発振器を構成することができる。

[0023] また、本発明による発振器装置を用いてレーダ装置、通信装置等の送受信装置を構成してもよい。これにより、送受信装置を広帯域に亘つて使用できると共に、その製造コストを低減することができる。

図面の簡単な説明

[0024] [図 1]図 1は第 1の実施の形態による発振器装置を示す平面図である。

[図 2]図 2は図 1中の発振器装置を示す電気回路図である。

[図 3]図 3は図 1中の誘電体共振器チップ等を拡大して示す斜視図である。

[図 4]図 4は図 1中の誘電体共振器チップ等を拡大して示す分解斜視図である。

[図 5]図 5は図 1中の誘電体共振器チップ等を拡大して示す分解平面図である。

[図 6]図 6は図 1中の誘電体共振器チップを単体で示す拡大平面図である。

[図 7]図 7は図 1中の誘電体共振器チップを単体で示す拡大底面図である。

[図 8]図 8は誘電体共振器チップ等の計算モデルを示す分解斜視図である。

[図 9]図 9は図 8中の矢示 IX— IX方向からみた誘電体共振器チップ等の計算モデルを示す断面図である。

[図 10]図 10は図 9中の誘電体共振器チップ等のギャップと共振周波数、電気工ネルギ集中度との関係を示す特性線図である。

[図 11]図 11は図 1中の誘電体共振器チップによる周波数と反射損失との関係を示す特性線図である。

[図 12]図 12は図 11中の 37. 5GHzから 38. 5GHzまでの間を拡大して示す特性線図である。

[図 13]図 13は第 1の変形例による誘電体共振器チップを示す拡大平面図である。

[図 14]図 14は図 13中の誘電体共振器チップを示す拡大底面図である。

[図 15]図 15は第 2の変形例による誘電体共振器チップを示す拡大平面図である。

[図 16]図 16は図 15中の誘電体共振器チップを示す拡大底面図である。

[図 17]図 17は第 2の実施の形態による通信機装置を示すブロック図である。

符号の説明

[0025] 1 発振回路基板

2 発振回路部

3 FET

4 グランド電極 5, 16 マイクロストリップ線路 (伝送線路）

15 周波数制御回路部

17 可変容量ダイオード

19 ランド

20 スルーホール

21 誘電体共振器チップ (誘電体共振器部）

22 誘電体基板

23, 31 TM010モード共振器

23A, 23B, 23A^r , 23B^r , 31A， 31B 共振器電極（電極）

24, 25, 24^r , 25^r , 33 励振電極

26 バンプ

41 通信機装置 (送受信装置）

56 発振器装置

発明を実施するための最良の形態

[0026] 以下、本発明の実施の形態による発振器装置および通信装置を、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

[0027] まず、図 1ないし図 7は第 1の実施の形態による発振器装置等を示し、図において、

1は誘電体材料からなる発振回路基板で、該発振回路基板 1は、例えば後述の誘電体基板 22に比べて低い誘電率をもったセラミックス材料、樹脂材料等を用いて形成され、略四角形の平板状をなしている。

[0028] 2は発振回路基板 1の表面に設けられた発振回路部で、該発振回路部 2は、後述の FET3、マイクロストリップ線路 5、バイアス回路 6等によって構成されている。そして、発振回路部 2は、電源端子 1Aを通じて電源電圧が供給され、後述の誘電体共振器チップ 21によって設定された所定の発振周波数の信号を発振すると共に、この信号を出力端子 1Bを通じて出力している。

[0029] 3は発振回路基板 1の表面に設けられた増幅素子としての電界効果トランジスタ（以下、 FET3という）で、該 FET3のゲート端子 Gは、発振回路基板 1の裏面にほぼ全面に亘つてグランド電極 4が設けられた伝送線路としてのマイクロストリップ線路 5の基端側に接続されている。また、 FET3のソース端子 Sは、ソース側のバイアス回路 6に接続されると共に、マイクロストリップ線路からなる誘導性スタブ 7に接続され、該誘導性スタブ 7は帰還周波数を制御するインダクタとして機能している。

[0030] 一方、 FET3のドレイン端子 Dは、フィルタ回路 8とバイアス抵抗 9とを介して電源端子 1Aに接続されると共に、直流成分を遮断するためのカップルドライン 10を介して出力端子 1Bに接続されている。そして、フィルタ回路 8は、ドレイン端子 Dとバイアス抵抗 9との間に接続されたチョークコイルをなす誘導性スタブ 11と該誘導性スタブ 11 とバイアス抵抗 9との接続点に一端側が接続されたコンデンサ 12とによって構成され、コンデンサ 12の他端側はグランド端子 4Aに接続されている。また、電源端子 1Aとグランド端子 4Aとの間にはサージ除去用のコンデンサ 13が接続されている。

[0031] さらに、マイクロストリップ線路 5は、その先端側がチップ抵抗からなる終端抵抗 14を介してグランド端子 4Aに接続されると共に、長さ方向途中位置には後述の誘電体共振器チップ 21に向けて略 T字状に分岐し、分岐した線路の先端側が後述の励振電極 24に接続される接続部 5Aとなっている。そして、各グランド端子 4Aは、例えばスルーホールを通じてグランド電極 4に接続されてレ、る。

[0032] 15は発振回路基板 1の表面に設けられた周波数制御回路部で、該周波数制御回路部 15は、後述の誘電体共振器チップ 21を挟んで発振回路部 2の反対側に配置されている。また、周波数制御回路部 15は、一端側が誘電体共振器チップ 21に接続されたマイクロストリップ線路 16と、該マイクロストリップ線路 16の他端側に接続された変調素子としての可変容量ダイオード 17 (バラクタダイオード）とによって大略構成されている。

[0033] ここで、可変容量ダイオード 17は、その力ソード端子がマイクロストリップ線路 16に接続されると共に、アノード端子がグランド端子 4Aに接続されている。また、可変容量ダイオード 17の力ソード端子はチョークコイルをなす誘導性スタブ 18を介して制御入力端子 1Cが接続されている。また、マイクロストリップ線路 16の先端側は後述の励振電極 25に接続される接続部 16Aとなっている。

[0034] そして、周波数制御回路部 15は、制御入力端子 1Cに印加される制御電圧に応じて可変容量ダイオード 17の静電容量を変化させて、発振周波数 (共振周波数)を制御している。

[0035] 19は発振回路部 2と周波数制御回路部 15との間に位置して発振回路基板 1の表面に設けられたランドで、該ランド 19は例えば金属材料等の導電性薄膜によって形成されている。また、ランド 19は、後述する TM010モード共振器 23の共振器電極 2 3Bよりも小径な円形状をなすと共に、その中央部位には発振回路基板 1を貫通して内壁面に金属メツキが施されたスルーホール 20が設けられている。そして、ランド 19 は、該スルーホール 20を通じて発振回路基板 1の裏面に設けられたグランド電極 4に接続されている。

[0036] 21は発振回路部 2と周波数制御回路部 15との間に設けられた誘電体共振器部としての誘電体共振器チップで、該誘電体共振器チップ 21は、後述する誘電体基板 2 2、 TM010モード共振器 23および励振電極 24, 25によって構成され、発振器装置の発振周波数を設定している。

[0037] 22は誘電体共振器チップ 21の本体をなす誘電体基板で、該誘電体基板 22は、例えば発振回路基板 1に比べて高レ、誘電率をもったセラミックス材料等を用いて形成され、発振回路基板 1よりも厚い略四角形の平板状 (チップ状)をなしている。そして、誘電体基板 22は、発振回路部 2と周波数制御回路部 15との間に位置して発振回路基板 1の表面側に積み重ねて取付けられている。

[0038] 23は誘電体共振器チップ 21の中央部に設けられた TM010モード共振器で、該 T M010モード共振器 23は、誘電体基板 22の中央に位置して表面と裏面とにそれぞれ設けられた共振器電極 23A, 23Bによって構成されている。ここで、共振器電極 2 3A, 23Bは、金属材料等の導電性薄膜を用いて形成され、略円形状をなして互いに対向した位置に配置されると共に、その直径寸法が共振周波数に応じた値に設定されている。

[0039] そして、共振器電極 23A， 23Bのうち誘電体基板 22の裏面側に設けられた共振器電極 23Bは、後述のバンプ 26を用いてランド 19に接続され、スルーホール 20を介してグランド電極 4に接続されてレ、る。

[0040] 24, 25は誘電体基板 22の裏面に設けられた励振電極で、該励振電極 24， 25は、例えば共振器電極 23Bを挟んで略対称な位置に配置され、共振器電極 23Bと同じ導電性薄膜を用いて共振器電極 23Bと一緒にスパッタ、蒸着等によって形成される。また、励振電極 24, 25は、共振器電極 23Bと離間した状態で共振器電極 23Bの外周に沿って円弧状に延びる結合部 24A, 25Aと、該結合部 24A, 25Aの中央から誘電体基板 22の外縁に向けて延びる接続部 24B， 25Bとによって構成され、全体として略 T字状をなしてレ、る。

[0041] そして、励振電極 24の接続部 24Bは、後述のバンプ 26を用いて発振回路部 2のマイクロストリップ線路 5に接続され、励振電極 25の接続部 25Bは、バンプ 26を用いて周波数制御回路部 15のマイクロストリップ線路 16に接続されている。

[0042] 26は発振回路基板 1と誘電体基板 22を接着するバンプで、該バンプ 26は、例えば金等の導電性金属材料を用いて形成され、誘電体共振器チップ 21を発振回路基板 1に接着している。具体的には、バンプ 26はランド 19、マイクロストリップ線路 5, 16 の接続部 5A， 16Aに予め付着され、この状態で誘電体共振器チップ 21を発振回路基板 1に載置してフリップチップボンディングすることによって、バンプ 26は押圧されるものである。そして、バンプ 26は、ランド 19を TM010モード共振器 23の共振器電極 23Bに接続すると共に、マイクロストリップ線路 5, 16の接続部 5A, 16Aを励振電極 24, 25に接続している。

[0043] 本実施の形態による発振器装置は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。

[0044] 電源端子 1Aに駆動電圧が印加されると、 FET3のゲート端子 Gには、誘電体共振器チップ 21 (TM010モード共振器 23)の共振周波数に応じた信号が入力される。これにより、発振回路部 2と誘電体共振器チップ 21とは帯域反射型発振回路を構成するから、 FET3は、 TM010モード共振器 23の共振周波数に応じた信号を増幅し、出力端子 1Bを通じて外部に向けて出力する。

[0045] また、誘電体共振器チップ 21には可変容量ダイオード 17からなる周波数制御回路部 15が接続されているから、制御入力端子 1Cに印加する制御電圧の値に応じて、誘電体共振器チップ 21の共振周波数を可変に設定することができる。これにより、発振器装置全体は電圧制御発振器 (VCO)として機能する。

[0046] ここで、一般に、 TM010モード共振器と TE010モード共振器とで無負荷 Q (Qo)を比較すると、 TE010モード共振器の方が高い値を示し、無負荷 Qが良いことが知られている（表 1中の Qo)。しかし、本実施の形態のように、共振器と発振回路部 2とによって多層構造をなす反作用型の共振回路を構成した場合には、無負荷 Qが共振器単体のときに比べて劣化するから、必ずしも TE010モード共振器の方が良いとは限らない。そこで、 TM010モード共振器と TE010モード共振器とを用いて本実施の形態のように反作用型の共振回路を構成し、それぞれの特性を比較した。その結果を表 1に示す。

[表 1]

[0048] この結果、本実施の形態のように TM010モード共振器 23を用いた場合の方力 T E010モード共振器を用いた場合に比べて、強い結合をとつたときでも無負荷 Qの劣化を小さくできることが分かる。このため、本実施の形態による発振器装置では、 TM 0₁₀モード共振器 23による反射損失を小さくすることができるから、高い発振出力を得ること力 Sできる。また、 TM010モード共振器 23の無負荷 Qを大きく劣化させずに強い結合を実現することができるから、広帯域変調が可能な電圧制御発振器を提供すること力 Sできる。

[0049] また、図 8および図 9に示す軸対称 2次元の計算モデルに対して有限要素法（FE M)を用いて誘電体基板 22の内部、発振回路基板 1の内部および空気層のそれぞれについて電気工ネルギ集中度を計算した。この結果を図 10に示す。

[0050] なお、図 10の結果は、誘電体基板 22の厚さ寸法 T1を 0. 3mm、円形状をなす誘電体基板 22の外径寸法 D1を 1. 4mm、発振回路基板 1の厚さ寸法 T2を 0. 2mm、円形状をなす発振回路基板 1の外径寸法 D2を 1. 7mm、共振器電極 23A, 23Bの外径寸法 D3を 0. 8mm、ランド 19の外径寸法 D4を 0. 6mm、スルーホール 20の内径寸法 D5を 0. 4mmとして計算したものである。また、共振器電極 23A, 23B、ランド 19等の厚さ寸法は無視（0 μ ΐη)し、誘電体共振器チップ 21の表面側には 0. 3mm の離間寸法 hだけ離間した位置に導電性のカバー 27を設けるものとした。

[0051] 図 10の結果より、誘電体基板 22と発振回路基板 1との間のギャップ δが 20 x m以上で、誘電体基板 22内の電気工ネルギ集中度は非常に高く（90%以上）となり、誘電体共振器チップ 21はエネルギ閉じ込め性が高いことが分かる。また、ギャップ δが 30— 50 z mの範囲では、共振周波数の変動率は 0. 1 %程度となり、非常に共振周波数が安定した特性となることが分かる。このため、本実施の形態では、発振回路基板 1に誘電体共振器チップ 21をバンプ 26を用いて実装 (バンプ実装)するときに、バンプ 26の高さ寸法（厚さ寸法）が 30 50 x mの範囲でばらついたとしても、共振周波数のばらつきが少なぐ量産性に優れた発振器装置を得ることができる。

[0052] さらに、実際に発振回路基板 1をアルミナ材料を用いて形成すると共に、該発振回路基板 1に 38GHz帯の誘電体共振器チップ 21を実装した発振器装置を形成した。そして、この発振器装置の誘電体共振器チップ 21を導電性のカバー（図示せず)で覆った場合とカバーを省いた場合とについて、反射損失 (RL)を実際に測定した。この結果を図 11および図 12に示す。

[0053] なお、図 11および図 12の結果は、発振回路基板 1の厚さ寸法を 0. 2mmとし、誘電体基板 22の厚さ寸法を 0. 4mmとして測定した。このとき、誘電体基板 22は 2. 5 mm X 2. 5mmの正方形状とし、その比誘電率 ε rは 24とした。また、カバーで覆った場合には、誘電体基板 22の表面とカバーとの間の空間高さは 0. 6mmとし、カバーは 3mm X 3mmの正方形の箱形状に形成した。

[0054] 図 11および図 12の結果より、 TM010モードの共振特性（共振周波数、反射損失）は、カバーの有無でほとんど特性が変化しておらず、共振周波数の変動率は 0. 1% 以下であることが分かる。これは、本実施の形態による TM010モード共振器 23では、誘電体基板 22内に電気工ネルギ（電界 E、磁界 H)が集中し、外部への漏洩が少ないからである（図 3参照）。即ち、電界 Eは、誘電体基板 22の厚さ方向に延びて共振器電極 23A, 23B間に集中するのに加え、磁界 Hは、共振器電極 23A, 23Bの中心位置に対して同心円状に形成されると共に、誘電体基板 22の端面（開放端)と空気との境界で反射され、外部への漏洩が少なレ、からである。

[0055] ここで、従来技術のように TE010モード共振器を用いた場合には、磁界が誘電体基板の厚さ方向（高さ方向）に形成されると共に、この磁界が誘電体基板の外部に漏洩する。このため、 TE010モード共振器では磁界を通じてカバーの影響を受け易ぐ共振周波数の変動率が大きくなり易い傾向がある。

[0056] これに対し、本実施の形態では、 TM010モード共振器 23からなる誘電体共振器チップ 21を用いるから、 TE010モード共振器を用いた場合に比べて、カバーの有無による共振特性の変動を小さくすることができる。この結果、誘電体共振器チップ 21 を覆うカバーを設ける必要がないから、共振器装置のパッケージを簡易化することができ、生産性を高めることができる。

[0057] なお、図 11に示すように、高次モードの TM210モードはカバーの有無に応じて共振特性が大きく変動する。このため、本実施の形態では、基本モードの TM010モードを用いたときに、有効な特性が得られるものである。

[0058] 力べして、本実施の形態では、 TM010モード共振器 23と励振電極 24, 25とはレヽずれも誘電体基板 22に設けたから、例えば励振電極 24, 25を発振回路基板 1に設けた場合に比べて、 TM010モード共振器 23と励振電極 24, 25との間の結合量のばらつきを少なくすることができ、発振器装置毎の特性をほぼ一定に維持することができる。また、誘電体共振器チップ 21は、 TM010モード共振器 23と励振電極 24, 2 5とによって構成されるため、誘電体基板 22から周波数制御回路や終端抵抗を省くことができ、高価な高い誘電率をもった誘電体基板 22を小型化することができる。従つて、特性ばらつきの低減によって発振器装置の量産性を高めることができると共に、小型の誘電体基板 22を用いることによって製造コストを低減することができる。

[0059] また、誘電体基板 22の裏面に設けた共振器電極 23Bは発振回路基板 1の表面に設けられたランド 19に接続すると共に、該ランド 19は発振回路基板 1を貫通して設けられたスルーホール 20を通じてマイクロストリップ線路 5, 16のグランド電極 4と接続する構成としたから、 TM010モード共振器 23の発振回路基板 1側 (誘電体基板 22 の裏面側）ではキヤビティ空間が不要になる。このため、発振器装置の構造を簡略化して製造コストを低減できると共に、装置全体を低背化することができる。

[0060] また、 TM010モード共振器 23の発振回路基板 1と反対側 (誘電体基板 22の表面側）でも、 TE010モード共振器を用いた場合に比べて磁界の放射が少なぐキヤビティの高さ寸法に対する周波数感度が低いから、導電性のカバーを用いてキヤビティを形成する必要がない。この結果、共振器装置全体の高さ寸法を小さくすることができると共に、共振器装置の構造 (パッケージ構造)を簡略化することができ、量産性の向上や製造コストの低減を図ることができる。

[0061] また、 TM010モード共振器 23の共振器電極 23Bとランド 19とは金等のバンプ 26 を用いて接続したから、共振器電極 23Bとランド 19との間を導電ペーストを用いて接続した場合に比べて、接着後に誘電体共振器チップ 21が変位し難ぐ位置精度の高い接着が可能となる。また、従来技術のように、共振器電極 23Bとランド 19との間をリボン、ワイヤ等を用いて接続した場合にはリボン等のインダクタ成分によって TM 010モード共振器 23の共振特性がばらつき易いのに対し、本実施の形態ではバンプ 26を用いて接続するから、バンプ 26の高さ寸法が例えば 30— 50 /i mの範囲で変動しても、共振周波数等の特性をほぼ一定値に保持することができる。このため、誘電体共振器チップ 21の実装に伴う特性ばらつきを低減でき、共振器装置の量産性を高めることができる。

[0062] さらに、発振回路基板 1には発振周波数 (共振周波数)を制御するための周波数制御回路部 15を設け、該周波数制御回路部 15と TM010モード共振器 23とは誘電体基板 22に設けた他の励振電極 25を通じて接続する構成としたから、本実施の形態のように TM010モード共振器 23を用いて反作用型の共振回路を構成した場合には、 TE010モード共振器を用いた場合に比べて無負荷 Q (Qo)の劣化を小さくすることができる。このため、 TM010モード共振器 23による反射損失が小さいから、高い発振出力が期待できる。また、 TM010モード共振器 23の無負荷 Qを大きく劣化させずに TM010モード共振器 23と周波数制御回路部 15との間で強い結合をとることができるから、周波数制御回路部 15を用いて広帯域変調が可能な電圧制御発振器を構成すること力 Sできる。

[0063] なお、前記第 1の実施の形態では、 TM010モード共振器 23の共振器電極 23A, 23Bと励振電極 24, 25は離間して設け、これらの間は隙間を介して結合する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図 13および図 14に示す第 1の変形例のように、共振器電極 23B' と励振電極 24' , 25' との間には隙間を形成せずに直接接続する構成としてもよい。この場合、発振回路基板内に電磁界が形成されるのを防ぐために、発振回路基板のうち共振器電極 23B' と対向する部位には円形穴を設ける。また、共振器電極 23A' はリボン、ワイヤ、スルーホール等を用いてグランドに接続されるあのである。

[0064] また、前記第 1の実施の形態では、発振回路基板 1に設ける伝送線路としてマイクロストリップ線路 5, 16を用いる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば発振回路基板 1の裏面にグランド電極が形成されたグランデッドコプレーナ線路を用いる構成としてもよレ、。

[0065] さらに、前記第 1の実施の形態では、 TM010モード共振器 23の共振器電極 23A , 23Bはいずれも円形状に形成するものとしたが、少なくともいずれか一方が円形状であれば足りるものである。このため、例えば図 15および図 16に示す第 2の変形例のように、誘電体基板 22の表面には円形状の共振器電極 31Aを設けるものの、誘電体基板 22の裏面には略全面を覆う共振器電極 31Bを設けて TM010モード共振器 31を構成してもよい。

[0066] この場合、 TMO 10モード共振器 31を例えばコプレーナ線路やグランデッドコプレーナ線路に接続するときには、共振器電極 31Bに帯状の切欠き部 32を設け、該切欠き部 32内にコプレーナ線路等の信号線に接続される励振電極 33を形成すると共に、共振器電極 31Bはグランドに接続するものである。これにより、誘電体基板 22の裏面に設けられた共振器電極 31Bを発振回路基板の表面に設けられたコプレーナ線路等のグランド電極に接続することができるから、 TM010モード共振器 31の誘電体基板 22の裏面側にはキヤビティ空間を設ける必要がなくなる。また、誘電体基板 2 2の表面側も、カバーの有無に対する共振周波数の感度が低いから、導電性のカバ一を用いてキヤビティを形成する必要がない。この結果、共振器装置全体の高さ寸法を小さくすることができると共に、共振器装置の構造を簡略化することができ、量産性の向上や製造コストの低減を図ることができる。 [0067] 次に、図 17は本発明の第 2の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、発振器装置を用いて送受信装置としての通信機装置を構成したことにある。

[0068] 41は本実施の形態による通信機装置で、該通信機装置 41は、例えば信号処理回路 42と、信号処理回路 42に接続され高周波の信号を出力または入力する高周波モジュール 43と、該高周波モジュール 43に接続して設けられアンテナ共用器 44 (デュプレクサ）を介して高周波の信号を送信または受信するアンテナ 45とによって構成されている。

[0069] そして、高周波モジュール 43は、信号処理回路 42の出力側とアンテナ共用器 44との間に接続された帯域通過フィルタ 46、増幅器 47、ミキサ 48、帯域通過フィルタ 49 、電力増幅器 50によって送信側が構成されると共に、アンテナ共用器 44と信号処理回路 42の入力側に接続された帯域通過フィルタ 51、低雑音増幅器 52、ミキサ 53、帯域通過フィルタ 54、増幅器 55によって受信側が構成されている。そして、ミキサ 48 , 53には例えば第 1の実施の形態のように構成された発振器装置 56が接続されている。

[0070] 本実施の形態による通信機装置は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。

[0071] まず、送信時には、信号処理回路 42から出力された中間周波信号 (IF信号)は、帯域通過フィルタ 46で不要な信号が除去された後、増幅器 47によって増幅されてミキサ 48に入力される。このとき、ミキサ 48は、この中間周波信号と発振器装置 56からの搬送波とを掛け合わせて高周波信号 (RF信号）にアップコンバートする。そして、ミキサ 48から出力された高周波信号は、帯域通過フィルタ 49で不要な信号が除去された後、電力増幅器 50によって送信電力に増幅された後、アンテナ共用器 44を介してアンテナ 45から送信される。

[0072] 一方、受信時には、アンテナ 45から受信された高周波信号は、アンテナ共用器 44 を介して帯域通過フィルタ 51に入力される。これにより、高周波信号は、帯域通過フィルタ 51で不要な信号が除去された後、低雑音増幅器 52によって増幅されてミキサ 53に入力される。このとき、ミキサ 53は、この高周波信号と発振器装置 56からの搬送波とを掛け合わせて中間周波信号にダウンコンバートする。そして、ミキサ 53から出力された中間周波信号は、帯域通過フィルタ 54で不要な信号が除去され、増幅器 5

5によって増幅された後、信号処理回路 42に入力される。

[0073] 力べして、本実施の形態によれば、高出力、広帯域変調が可能な発振器装置 56を用いて通信機装置を構成できるから、広帯域に亘つて使用可能な通信機装置を構成できると共に、小型で量産性に優れた発振器装置 56を用いるから通信機装置を小型化できると共に、その製造コストを低減することができる。

[0074] なお、前記第 2の実施の形態では、本発明による発振器装置 56を通信機装置 41 に適用した場合を例を挙げて説明したが、例えばレーダ装置等に適用してもよい。

Claims

請求の範囲

[1] 発振回路基板と、該発振回路基板に設けられ所定の発振周波数の信号を発振する発振回路部と、前記発振周波数を設定する誘電体共振器部とからなる発振器装置において、

前記誘電体共振器部は、前記発振回路基板の表面に積み重ねて設けられた誘電体基板と、該誘電体基板の両面に設けられた電極からなり少なくとも一方の電極が円形状をなす TM010モード共振器と、前記誘電体基板に設けられ前記発振回路部に接続され該 TM010モード共振器と結合する励振電極とによって構成したことを特徴とする発振器装置。

[2] 前記発振回路部は、前記発振回路基板の裏面にグランド電極が設けられた伝送線路を有し、

前記 TM010モード共振器の 2つの電極のうち誘電体基板の裏面に設けられた電極は前記発振回路基板の表面に設けられたランドに接続され、該ランドは前記発振回路基板を貫通して設けられたスルーホールを通じて前記伝送線路のグランド電極に接続される構成としてなる請求項 1に記載の発振器装置。

[3] 前記 TM010モード共振器の 2つの電極のうち誘電体基板の裏面に設けられた電極と前記ランドとはバンプを用いて接続する構成としてなる請求項 2に記載の発振器装置。

[4] 前記発振回路部は、前記発振回路基板の表面にグランド電極が設けられた伝送線路を有し、

前記 TM010モード共振器の 2つの電極のうち誘電体基板の裏面に設けられた電極は前記発振回路基板の表面に設けられた前記伝送線路のグランド電極に接続される構成としてなる請求項 1に記載の発振器装置。

[5] 前記発振回路基板には前記発振周波数を制御するための周波数制御回路部を設け、

前記誘電体基板には前記 TM010モード共振器と結合する他の励振電極を設け、該他の励振電極は前記周波数制御回路部に接続する構成としてなる請求項 1， 2, 3 または 4に記載の発振器装置。 [6] 請求項 1ないし 5のいずれかに記載の発振器装置を用いた送受信装置。