(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｉ）少なくとも１つの基板、
ｉｉ）検出すべき無線周波数信号を受信するための無線周波数入力端、
ｉｉｉ）局部発振器信号を受信するための局部発振器入力端、
ｉｖ）受信した無線周波数信号を局部発振器信号とミキシングすることにより中間周波数信号を生成する上で使用するために前記無線周波数入力端及び前記局部発振器入力端に結合され、且つ、前記基板によって支持されたミキサー、及び
ｖ）検出器内の無線周波数信号の通過を制御し、前記中間周波数信号を抽出する上で使用するためのフィルタチャネルを有する電磁放射検出器において、
前記基板には、前記基板内に延びる軸方向を有するアパーチャが形成されており、前記アパーチャが、前記電磁放射検出器から前記中間周波数信号を抽出するための前記フィルタチャネルの中間周波数抽出部分を収容することを特徴とする、電磁放射検出器。
【請求項２】
前記基板が第１の対向する表面及び第２の対向する表面を有し、前記アパーチャの軸方向が前記第１の対向する表面から前記第２の対向する表面まで延びている、請求項１に記載の電磁放射検出器。
【請求項３】
前記ミキサーが前記基板の前記第１の対向する表面によって支持されている、請求項２に記載の電磁放射検出器。
【請求項４】
前記中間周波数抽出部分が、前記中間周波数信号の抽出を提供するように選択された物理的寸法を有する同軸フィルタを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電磁放射検出器。
【請求項５】
前記同軸フィルタが、４分の１波長フィルタを含む、請求項４に記載の電磁放射検出器。
【請求項６】
前記同軸フィルタが、前記アパーチャの全体的に円筒形の部分、及び全体的に円筒形の横断面を有するピンを含み、前記ピンが、前記円筒形の部分内に同軸上に取付けられている、請求項４又は５に記載の電磁放射検出器。
【請求項７】
前記アパーチャの円筒形の部分が導電性材料の表面を有し、前記ピンが、その１つの円筒形表面上又は複数の円筒形表面上に導電性コーティングを有する電気絶縁材料を含み、これらが一緒になって同軸フィルタを提供している、請求項６に記載の電磁放射検出器。
【請求項８】
同軸フィルタが、全体的に円筒形の横断面を有するピンを含み、前記ピンが、前記４分の１波長フィルタを提供するべくそれぞれ異なる直径をもつ少なくとも２つの部分を有する、請求項５に記載の電磁放射検出器。
【請求項９】
前記アパーチャ内に前記フィルタチャネルの前記中間周波数抽出部分を密封する気密シールをさらに含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の電磁放射検出器。
【請求項１０】
前記ピンが、前記アパーチャに対し気密シールを提供するべく環状要素を用いて前記円筒形の部分内に取付けられている、請求項６〜８のいずれか一項に記載の電磁放射検出器。
【請求項１１】
前記アパーチャの前記円筒形の部分が、環状要素が接して据付けられる少なくとも１つの突合せ表面を提供するべく横断面内に階段状変化を有する、請求項１０に記載の電磁放射検出器。
【請求項１２】
前記局部発振器入力端は無線周波数の局部発振器信号を受信するよう構成され、
前記ミキサーから前記フィルタチャネルへ前記中間周波数信号を送出するための電気的接続部が設けられており、前記電気的接続部は、前記フィルタチャネルが前記電磁放射検出器の使用中に無線周波数放射に対し少なくとも実質的に開回路を提示するような形で、前記電磁放射検出器内を進む無線周波数放射に対し前記フィルタチャネルにより提示される電気的負荷を不整合させるように選択された長さを有していることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電磁放射検出器。
【請求項１３】
前記電気的接続部が、前記局部発振器入力端に接続される、請求項１２に記載の電磁放射検出器。
【請求項１４】
前記無線周波数入力端及び前記局部発振器入力端が各々少なくとも１つの導電体を含み、前記導電体の各々の長さが、前記電磁放射検出器の使用中、前記中間周波数信号の波長よりもはるかに小さいものである、請求項１２又は１３に記載の電磁放射検出器。
【請求項１５】
前記導電体の各々の長さが、前記電磁放射検出器の使用中、前記中間周波数信号の波長の１０分の１以下である、請求項１４に記載の電磁放射検出器。
【請求項１６】
前記導電体の各々が伝送線路を含む、請求項１４又は１５に記載の電磁放射検出器。
【請求項１７】
前記ミキサーから前記フィルタチャネルへ前記中間周波数信号を送出するための前記電気的接続部が、少なくとも１本のワイヤを含む、請求項１２〜１６のいずれか一項に記載の電磁放射検出器。
【請求項１８】
前記局部発振器入力端は無線周波数の局部発振器信号を受信するよう構成され、
前記ミキサーが前記局部発振器入力端及び前記無線周波数入力端に対してそれぞれの伝送線路によって結合されており、前記電磁放射検出器は、さらに、前記無線周波数入力端の伝送線路に接続されたスタブ同調器を含み、前記スタブ同調器及び前記伝送線路の組合せの長さは、使用中に前記ミキサーに対する前記局部発振器信号の結合を最適化するように選択されており、且つ前記スタブ同調器の長さは、受信した無線周波数信号に対し中間仮想インピーダンスを提示するように選択されていることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の電磁放射検出器。
【請求項１９】
前記スタブ同調器の長さが、前記電磁放射検出器の使用中、前記局部発振器信号の波長の半分未満と同等の距離を提示している、請求項１８に記載の電磁放射検出器。
【請求項２０】
前記スタブ同調器の長さが、前記電磁放射検出器の使用中、前記局部発振器信号の波長の半分未満に等しい、請求項１９に記載の電磁放射検出器。
【請求項２１】
前記局部発振器入力端が、前記電磁放射検出器内の受信した無線周波数信号の進行を制限するための無線周波数フィルタを含む、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の電磁放射検出器。
【請求項２２】
前記局部発振器入力端が、前記無線周波数フィルタを前記ミキサーに接続する伝送線路を含み、前記伝送線路の長さが、使用中に、前記ミキサーに対し受信した無線周波数信号の結合を最適化するように前記スタブ同調器の長さと併せて選択される、請求項２１に記載の電磁放射検出器。
【請求項２３】
前記スタブ同調器の長さが、前記電磁放射検出器の使用中、受信した無線周波数信号の全波長未満で波長の半分超と同等の距離を提示している、請求項１８〜２２のいずれか一項に記載の電磁放射検出器。
【請求項２４】
前記スタブ同調器の長さが、前記電磁放射検出器の使用中、受信した無線周波数信号の全波長未満で波長の半分超に等しい、請求項１８〜２３のいずれか一項に記載の電磁放射検出器。
【請求項２５】
前記ミキサーが基板により支持されており、前記基板が導電性表面を有し、前記スタブ同調器の片端が前記導電性表面に接続されている、請求項１８〜２４のいずれか一項に記載の電磁放射検出器。
【請求項２６】
前記無線周波数入力端、前記局部発振器入力端及び前記ミキサーが全て、それ自体導電性表面を有する前記基板により支持されている共有基板上に取付けられている、請求項２５に記載の電磁放射検出器。
【請求項２７】
導電性表面をもつ前記基板には貫通するアパーチャが形成されており、前記中間周波数抽出部分が前記アパーチャ内に取付けられている、請求項２５又は２６に記載の電磁放射検出器。
【請求項２８】
前記スタブ同調器が、少なくとも１本のワイヤを含む、請求項１８〜２７のいずれか一項に記載の電磁放射検出器。
【請求項２９】
前記スタブ同調器が、異なる長さの少なくとも２つの導電性要素を含む、請求項１８〜２８のいずれか一項に記載の電磁放射検出器。
【請求項３０】
前記ミキサーが、分数調波ミキサーを含む、請求項１〜２９のいずれか一項に記載の電磁放射検出器。
【請求項３１】
前記ミキサーが、一対の平衡型ダイオードを含む、請求項１〜３０のいずれか一項に記載の電磁放射検出器。
【請求項３２】
請求項１〜３１のいずれか一項に記載の電磁放射検出器を含むテラヘルツ放射カメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センチメートル乃至サブミリメートルの範囲内の波長で電磁スペクトルを用いて物体を検出する上で使用するための放射検出器に関する。
【０００２】
本発明の実施形態は、電磁スペクトルのマイクロ波からテラヘルツ（「ＴＨｚ」）領域までに関係する。ただし、テラヘルツ領域は、数多くの利用分野にとって、小型システム内で高い解像度を提供する上で特別な利益をもたらし、以下ではテラヘルツ領域内で動作する本発明の特定の実施形態について記述される。これに関連して「テラヘルツ」という用語は、ミリメートル乃至サブミリメートルの範囲内の波長における電磁スペクトルを意味している。
【背景技術】
【０００３】
局部発振器を用いた配置としては、例えば、スーパーヘテロダイン、ヘテロダイン、ホモダイン又は直接ＩＦ（「中間周波数」）検出、並びに再生又は自己発振ミキサーとして増幅器が構成されている検出のための直接的増幅の使用が含まれる。本発明の実施形態は、スーパーヘテロダイン及びヘテロダイン高調波ミキサでの使用に特に適しており、分数調波ミキサーといったような平衡高調波ミキサーでの使用にはさらに一層適している。
【０００４】
（センチメートル乃至サブミリメートル範囲内の波長でのヘテロダイン検出においては、局部発振器は、検出すべき入信号との関係において周波数偏移されており、また一方で、ホモダイン検出においては、同じ周波数を有している）。
【０００５】
以上で言及した範囲を、本明細書では一般にテラヘルツスペクトルと呼んでいる。一部の材料が可視スペクトル全体にわたり不透明であるのに、テラヘルツ放射に対しては透明であることから、画像形成及びその他の目的のための有用な手段であることが分かっている。このため、これらの材料は、可視光学放射を使用しては不可能である場合でも、テラヘルツ放射を用いて「透視」可能となる。例えば、テラヘルツ波長は、大気を通して地球表面の画像を形成する上で、そして（例えば飛行又は運転のために）悪天候での可視性を改善する目的で使用されてきた。一部の材料は、テラヘルツ放射に対して全く異なる透過率又は反射率を有するためにテラヘルツ放射の下で識別可能であり、これは、例えば、食品又は化学成分検出に使用されてきた。さらに、人体を含め、物体自体がテラヘルツ放射を放出し得る。このことは、例えば皮膚癌を検出するために医療において使用されてきた。衣服は一般にテラヘルツ放射に対し透明であるが、武器は透明でないことから、もう１つの利用分野は、人の身辺に隠されている可能性のある武器の検出の分野にある。
【０００６】
テラヘルツ（「ＴＨｚ」）スペクトルを使用することにより物体の画像を形成するためのカメラは公知である。例えば、アジャンヌ・スペーシャレ・ユアロピーネ（Agence Spatiale Europienne）名義の国際公開第２００４／０３８８５４号（ＷＯ２００４／０３８８５４）の中で１つの配置が記述されている。この配置においては、カメラは、局部発振器を用いて中間周波数信号を抽出するためにミキサーチャネル中に導かれるテラヘルツ放射を、使用中に各々捕捉する２列のホーンアンテナに基づいている。この公知のヘテロダイン技術により、本来であれば必要となり得るものよりも小型の検出器がテラヘルツの範囲で室温にて使用できるようになり、かくしてより細かい解像度が支援される。
【０００７】
国際公開第２００４／０３８８５４号（ＷＯ２００４／０３８８５４）の検出器は、一対の基板を用いて構築されており、そのうち少なくとも一枚は、各検出器についてアンテナ、ミキサーチャネル及びビア（via）が基板を貫通して信号出力端まで収納されるようにパターニングされている。局部発振器から信号を送出するために、導波管構造がミキサーチャネルに結合される。完成品のカメラ内で、２枚の基板は、検出器の構成部分を収容するためのパターニングが上記基板の間に形成され且つ当該基板により保護されるような形で、サンドイッチ形の配置で対面して存在している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、電磁放射検出器内の無線周波数信号の通過を制御するフィルタチャネルを基板内にパターニングし、フィルタチャネルの少なくとも一部を基板内に延びるアパーチャ内に収容することによって、検出された電磁放射および局部発振器信号のミキサーに対する結合を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態の第１の態様に従えば、
ｉ）少なくとも１つの基板、
ｉｉ）検出すべき無線周波数信号を受信するための無線周波数入力端、
ｉｉｉ）局部発振器信号を受信するための局部発振器入力端、
ｉｖ）受信した無線周波数信号を局部発振器信号とミキシングすることにより中間周波数を生成する上で使用するために無線周波数入力端及び局部発振器入力端に結合され、且つ、基板によって支持されたミキサー、及び
ｖ）検出器内の無線周波数信号の通過を制御し、中間周波数信号を抽出する上で使用するためのフィルタチャネルを有する電磁放射検出器において、基板には、基板内に延びる軸方向を有するアパーチャが形成されており、フィルタチャネルの少なくとも一部分が上記アパーチャ内に収容されている電磁放射検出器が提供されている。
【００１０】
例えば、基板は、第１の対向する表面及び第２の対向する表面を有していてよく、アパーチャは第１の対向する表面から第２の対向する表面に向かって又は第２の対向する表面を通って延びている可能性がある。ミキサーそして任意には無線周波数及び局部発振器入力端は、好適には、各々第１の対向する表面によって支持されていてよく、フィルタチャネルの上記少なくとも一部分は、使用中、ミキサーの出力信号を伝送し得る。
【００１１】
ミキサーに基づいた放射検出器においては、まず第１に、検出器内の受信済み放射信号の伝送通路を制御するべく無線周波数の通過を遮断することができ、第２に、例えば画像形成に際して使用するためにＩＦ（中間周波数）出力を提供するべく中間周波数信号を抽出することのできるフィルタチャネルを提供することが知られている。無線周波数で動作する公知の形態のフィルタチャネルが、フィルタリング作用を提供する物理的寸法をもつ平面要素として構築され、この平面要素は、好適には、製造を容易にすることから、ミキサー及びその無線周波数信号入力経路をも支持している基板の表面上に取付けられている。本発明の実施形態においては、基板の表面に沿って存在するのではなく基板内に又は基板を通して延びているチャネルの中で少なくとも一部のフィルタリングを行なうことができること、そしてこのことは、基板との関係における検出器の記録密度に関する顕著な利点、ひいては全体的な検出又は画像形成能力における解像度の改善をもたらすことができることが認識されてきた。
【００１２】
ＲＦ及びＩＦ周波数の領域内でフィルタリングを行なうためのフィルタチャネルの公知の配置においては、フィルタチャネルは例えば、基板の表面上に順次取付けられた石英担体上のパターニングされたメタライゼーションとして構築される。明らかに、これは単一の平面構成として比較的容易に製造される。しかしながら、フィルタリングは２つ以上のタスク、例えば無線周波数が検出器内を不適切に走行しないように遮断すること及びＩＦ出力端への送出のためにミキシングチャンバのミキシング製品から中間周波数（「ＩＦ」）信号を抽出することといったようなタスクを実施するということ、そしてこれら２つのタスクを実施するために物理的構成を分離することがきわめて有利であるということが認識されてきた。第２のタスク、すなわち、ミキシング製品からＩＦ信号を抽出するタスクを実施するための物理的構成は、比較的低い周波数通過帯域を有し、物理的寸法が比較的大きいものとなる傾向にある。これは又、通常、検出器を提供する構成要素シーケンス内で検出器のＩＦ出力端に向かって位置設定される。本発明の好ましい実施形態においては、基板内へ又は基板を通って延びるフィルタチャネルの部分は、低周波数通過帯域をもつフィルタ構成を提供する。上記通過帯域は、例えば０．１ＧＨｚから６０ＧＨｚであるかもしれない。
【００１３】
担体上のメタライゼーションとして低周波数通過帯域を有するフィルタ構成を提供し且つこれを基板内へのチャネル中に収容することが可能であると考えられるものの、本発明の特に好適な実施形態は、このＩＦ通過帯域フィルタ構成を、全体的に円筒形形状を有するプロファイリングされた同軸ピンとして提供している。ピンのプロファイリングは、担体上に形成されるメタライゼーションと類似の要領でフィルタリング作用に必要な物理的寸法を提供することができる。このようなピンは、好適にも、例えば丸い横断面を有するビアの中に収容され、基板の中に導かれ、例えばドリル加工により構築され得る。さらに、プロファイリングされたピンは、気密に密閉されたＩＦ出力端を提供するために使用することもできるビア内に取付けられたフェルール（ferrule）を用いることにより設置に適していることも認識された。好ましくは、ビアには、フェルールをそれに接して据付けることのできる少なくとも１つの突合せ表面を提供するべくその長さに沿った１つの位置に横断面の段階状変化が備わっている。
【００１４】
公知のフィルタ形状は、フィルタリング中の電磁放射との関係において４分の１波長間隔での寸法変化として提供され得る４分の１波長フィルタである。４分の１波長間隔で直径変化を使用することにより４分の１波長フィルタとしてプロファイリングされたピンを構築することが好適である。その後、このピンをビアの全体的に円筒形の部分内に取りつけることができる。ピン及びビア上の導電性コーティング及びピンの絶縁材料が一緒になって同軸フィルタを提供することができる。
【００１５】
本発明の実施形態において使用するための適切な一般的構築形態は、基板上のマイクロストリップパターニングという公知の技術である。マイクロストリップは、高周波数信号を伝送するための伝送線路の一形態であり、一般に、１つの絶縁層又はエアギャップにより接地面から分離された薄く平坦な導電体を含む。これらは、放射に起因する信号損失を最小限に抑えながら高周波数信号を経路指定するためのプリント回路設計の一形態として使用される。本発明の実施形態において使用するために同じく適しているものの製造がさらに複雑である類似の技術は、２つの接地面を有するストリップラインの使用であり、導電体は２つのそれぞれの絶縁層又はエアギャップの間には挟持されている。選択的パターニングにより、マイクロストリップ及びストリップラインを用いて、電磁波を宇宙に送出し且つ宇宙から受信し、又無線周波数フィルタリングを提供することも可能である。本発明の実施形態においては、電磁放射検出信号を受信するための入力端及び局部発振器信号のための入力端のいずれか一方又はその両方が、アンテナ、ミキサーへの接続及び無線周波数フィルタを内蔵するマイクロストリップ又はストリップライン回路によって、かくして提供されるかもしれない。
【００１６】
本発明の実施形態の第２の態様に従えば、
ｉ）検出すべき無線周波数信号を受信するための無線周波数入力端、
ｉｉ）無線周波数局部発振器信号を受信するための局部発振器入力端、
ｉｉｉ）無線周波数入力端に接続されると共に局部発振器入力端に接続され、受信した無線周波数信号を局部発振器信号とミキシングすることによって中間周波数信号を生成する上で使用するためのミキサー、及び
ｉｖ）中間周波数信号を抽出する上で使用するための中間周波数フィルタを有する電磁放射検出器において、ミキサーから中間周波数フィルタへ中間周波数信号を送出するための電気的接続部が提供されており、上記電気的接続部は、中間周波数フィルタが検出器の使用中に無線周波数放射に対し少なくとも実質的に開回路を提供するような形で、電磁放射検出器内を走行する無線周波数放射に対し中間周波数フィルタにより提供される電気的負荷を不整合させるように選択された長さを有している電磁放射検出器が提供されている。
【００１７】
この第２の態様における本発明の実施形態は、局部発振器入力端及び／又は無線周波数入力端が少なくとも部分的にマイクロストリップといったような伝送線路として構築されている場合に特に関連している。
【００１８】
好ましくは、電磁放射検出器の中間周波数出力端を提供するのに良い場所であるという理由により、局部発振器入力端に電気的接続部が接続される。
【００１９】
無線周波数入力端及び局部発振器入力端は、各々少なくとも１つの導電体を含んでいる可能性があり、上記導電体の各々の長さは、好ましくは検出器の使用中、中間周波数信号の波長よりもはるかに小さいものである。こうして中間周波数信号に対する何らかの影響を気にせずにこれらの導電体の長さを選択することが可能となる。例えば、上記導電体の各々の長さは、好ましくは、検出器の使用中、中間周波数信号の波長の１０分の１以下である。
【００２０】
本発明の実施形態の第３の態様に従えば、
ｉ）検出すべき無線周波数信号を受信するための無線周波数入力端、
ｉｉ）無線周波数局部発振器信号を受信するための局部発振器入力端、
ｉｉｉ）無線周波数入力端及び局部発振器入力端に結合され、受信した無線周波数信号を局部発振器信号とミキシングすることによって、中間周波数信号を生成する上で使用するためのミキサー、
ｉｖ）中間周波数信号を抽出する上で使用するための中間周波数フィルタを有する電磁放射検出器において、ミキサーが局部発振器入力端及び無線周波数入力端に対してそれぞれの伝送線路によって結合されており、電磁放射検出器は、さらに、無線周波数入力端の伝送線路に接続されたスタブ同調器を含み、上記スタブ同調器及び上記伝送線路の組合せの長さは、使用中にミキサーに対する局部発振器信号の結合を最適化するように選択されており、且つスタブ同調器の長さは、受信された無線周波数信号に対し中間仮想インピーダンスを提示するように選択されている電磁放射検出器が提供されている。
【００２１】
この第３の態様に従った本発明の実施形態においては、１基のスタブ同調器が、２つ以上の様式で検出器の性能を最適化する上で１つの役割を果たすことができる。例えば、分数調波ミキサーに基づく電磁放射検出器においては、スタブ同調器の長さは、局部発振器信号の波長の半分未満で且つ受信した無線周波数信号の波長の半分超（ただし全波長未満）と同等の距離を提示するように選択され得る。このとき、仮想短絡部を局部発振器信号に対して及び中間仮想インピーダンスを受信した無線周波数信号に対して近づける何かをスタブ同調器が提示するような形で、無線周波数入力端及び局部発振器入力端の伝送線路の長さを選択することが可能である。無線周波数入力端の伝送線路に接続された状態でのその位置のため、スタブ同調器はこのとき、無線周波数入力端及び局部発振器入力端の両方のミキサーへの結合を最適化する上で１つの役割を果たしている。
【００２２】
本発明の実施形態の第３の態様に従った検出器の好適な構築形態においては、ミキサーは一次基板により支持されており、一次基板は導電性表面を有し、スタブ同調器の片端は上記導電性表面に接続されている。無線周波数入力端、局部発振器入力端及びミキサーは全て、それ自体一次基板により支持されている二次基板上に取付けられていてよい。例えば二次基板は、ミキサーが接続されるプリント回路として２つの入力端を担持していてよい。同じく本発明の実施形態の第１の態様に従った電磁放射検出器においては、一次基板には貫通するアパーチャが形成されていてよく、中間周波数フィルタは上記アパーチャ内に取付けられている。
【００２３】
任意の一実施形態に関連して記述されているいずれの特徴も、単独で或いは記述されているその他の特徴と組合せた形で使用することができ、同様に、任意のその他の実施形態又はその任意の組合せの単数又は複数の特徴と組合せた形で使用することもできる。
【００２４】
テラヘルツ（「ＴＨｚ」）放射検出器について、添付図面を参考にしながら、単なる一例として本発明の一実施形態として以下で記述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
いずれの図も、原寸に比例して描かれてはおらず、各図は概略的なものにすぎない。異なる図の中でも同様の部品を表示するためには同一の参照番号が使用されている。
【００２６】
図１を参照すると、検出器は、概して、ミキサー部分１００、及び、ミキサー部分１００のＩＦ出力１５０のための増幅部分１０５を含む。増幅部分１０５はまた、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１４０も提供する。視界からミキサー部分１００に入射するテラヘルツ放射（無線周波数信号：「ＲＦ信号」）１１０は、受信用フィードホーン１１５によりダイオードに基づくミキサー１２０内に供給され、ここでは局部発振器（ＬＯ）１２５によって提供されている基準信号（「ＬＯ信号」）１４５とミキシングされる。
【００２７】
ミキサー１２０は、一対のショットキーダイオードといったような非線形要素を内蔵しており、これが、受信されたＲＦ信号１１０をＬＯ信号１４５と組合わせて、中間周波数（ＩＦ）信号１５０を含めた和信号及び差信号を生成する。ＩＦ信号１５０は、通常、受信されたＲＦ放射信号１１０とＬＯ信号１４５に比べて、周波数が低く、その関係は以下の通りである。
・ＩＦ信号１５０、代表的に０．１〜４０ＧＨｚ。
・ＲＦ放射信号１１０、代表的に２００〜１００００ＧＨｚ。
・ＬＯ信号１４５、代表的に１００〜１００００ＧＨｚ。
【００２８】
ＩＦ信号１５０は低周波数であることから、これを容易に増幅し必要であれば整流して、受信されたＲＦ信号１１０のものと強度が正比例している電圧を生成することができ、その後これを用いて視界に関連づけて１つの画像を形成することができる。
【００２９】
本書ではＬＯ信号と呼ばれているが、ＬＯ信号１４５は同じく無線周波数信号であり、前後関係からその他の指示がなされているのでないかぎり、「無線周波数」という用語が、同様にＬＯ信号１４５の周波数範囲の下端部にある周波数を有する信号をも包含するということが理解される。
【００３０】
フィードホーン／ミキサーアレイ
図２を参照すると、フィードホーン１１５及びミキサー１２０は、実際には、各々そのミキサーを伴って共有一次基板２１０上のフィードホーンアレイの一部として構築され得る。１つの局部発振器（図２は図示せず）は、ミキサー１２０のうちのいくつかのものに対し分岐経路２０５に沿ってＬＯ信号１４５を供給することができる。各々のミキサーからのＩＦ出力のための経路２１５は、フィードホーン１１５から離れる方向で、基板２１０内に形成されている。
【００３１】
図２に示されているアレイの一般的構成は、アジャンヌ・スペーシャレ・ユアロピーネ（Agence Spatiale Europienne）名義の国際公開第２００４／０３８８５４号（ＷＯ２００４／０３８８５４）の中で記述されているようなエピタキシャル方法によって製造可能である。すなわち、中央層つまり両面でエッチングされている共有基板２１０、及び、片面のみが相補的にエッチングされている上下層という３層構造が作られる。図２は、このような構成を有する中央層の平面図のみを示し、上下層は示していない。上下層が中央層と見当合せ状態にされた時点で、フィードホーン１１５、ミキサー１２０用の場所及びＬＯ信号用の入力チャネル２０５の２重アレイが作り上げられる。点線の輪郭「Ｍ」は、検出器のミキサー１２０及びその入力端及び出力端を特に収納する部域を表示する。
【００３２】
実際には、異なる層が出会う面が、要求される相補的な形にエッチングされるかぎり、層の数を任意の所要数まで増大させることができ、フィードホーンアレイの設計の範囲が広いことを裏づけている。このことは以下で、図１０及び図１１を参照しながらさらに論述されている。
【００３３】
３層基板の層のいずれかの材料は、例えば、表面の材料が高い導電性を有することを条件として、シリコンといったような半導体、又は金属であり得る。例えば、シリコン層は、金又は銀でメタライゼーションされていてよい。相補的パターニングを作り上げる代替的方法は、エッチングに代わる機械加工である。
【００３４】
信号入力端及び出力端：単一のミキサー１２０
図３を参照すると、ミキサー１２０を収納する部域「Ｍ」は、より詳細には、入力されたＲＦ信号１１０を送出する導波管３００の端部と局部発振器信号１４５を送出する第２の導波管３４５の端部を含む。２つの導波管３００、３４５の端部の間に延びている形で、金コーティングが施された石英基板３１５を収納する浅いチャネル３０５が存在する。石英基板３１５上の金コーティングは、パターニングされて以下のものを提供する。
・導波管３００、３４５の端部からのＲＦ信号及びＬＯ信号１１０、１４５を結合させるための、基板３１０のいずれかの端部に１本ずつの２本のアンテナ３２０、３３５。
・アンテナにより送出されるそれぞれのＲＦ信号及びＬＯ信号１１０、１４５をミキシングするためのダイオードチップ３１０に対する支持体及び接続部。
・入力されたＲＦ信号１１０がさらに進むのを遮断するための高周波フィルタ３１４（「ＲＦフィルタ」）。
【００３５】
アンテナ３２０、３３５及び高周波フィルタ３１４のこれらの形態は、公知であり、従ってここで詳述しない。各々は、他の公知の形態をとることができる。
【００３６】
ミキサー１２０に関係するフィルタチャネルには、以上で言及されている高周波フィルタ３１４及びＩＦ出力フィルタ３５０が含まれる。ダイオードチップ３１０からのＩＦ出力信号１５０は、一対のワイヤコネクタ３２５によりＬＯ信号１４５を送出するマイクロストリップアンテナ３３５の端部から捕捉され、ＩＦ出力フィルタ３５０に送出される。ＩＦ出力フィルタ３５０は、その長手方向軸がビア３４０を通って共有基板２１０内に延びるような形で取付けられプロファイリングされたピンの形をしている。かくして、ＩＦ出力フィルタ３５０の長手方向軸は、アンテナ３２０、３３５及びダイオードチップ３１０を担持する石英基板３１５の平面、及び石英基板３１５を支持する共有基板２１０の面の両方を横切る方向である。このようなＩＦ出力フィルタ３５０の方向性のために、共有一次基板２１０上のミキサー１２０の比較的密なパッキングが可能となり、かくして画像内の潜在的に改善された解像度が得られる。
【００３７】
ダイオードチップ３１０は、共有一次基板２１０上に直接取付けられていないものの、介在する（二次）石英基板３１５を介して共有一次基板２１０により支持されている。
【００３８】
共有一次基板２１０がそれ自体金属材料でない場合、共有一次基板２１０及び２つの導波管３００、３４５は、図３内に示されている表面上でメタライズされ、接地される。メタライゼーションは、厚みが少なくとも１ミクロンである電気めっきされた金、又は、類似の腐食防止特性を有するその他のきわめて導電性の高い材料を含む。ＩＦ出力用のビア３４０の表面は同様にメタライズされている。メタライゼーションについては以下で、本発明の実施形態中で用いられるスタブ同調器に関連して、及び、ＩＦ出力フィルタ３５０の性能に関連してさらに論述される。
【００３９】
図４を参照すると、金コーティングが施された二次石英基板３１５は、約７５ミクロンの厚みを有する。これは、およそ３５０ミクロンの幅「Ｗ」と約２．５ｍｍの長さ「Ｌ」を有する。金コーティングは、ＲＦ導波管３００から入力されたＲＦ信号１１０を拾い上げるためのＲＦアンテナ、ＬＯ導波管３４５からＬＯ信号１４５を拾い上げるためのＬＯアンテナ３３５、及び入力されたＲＦ信号１１０がＬＯアンテナ３３５に到達するのを遮断するためのＲＦフィルタ３１４を作り上げるべく、真空蒸着及びフォトリソグラフィ技術を用いて公知の要領で形成される。
【００４０】
さらに図３を参照すると、ダイオードチップ３１０は、まず初めに、金コーティングされた石英基板３１５上でＲＦアンテナ３２０とＲＦフィルタ４００との間に取付けられる。ＲＦアンテナには、一部この目的で、その端部に横方向「Ｔバー」４０５が具備されている。ダイオードチップ３１０は、ＲＦアンテナ３２０及びＲＦフィルタ４００に対する電気的接続を行うために、標準的なはんだづけ技術を用いて取付けられている。ダイオードチップ３１０及び金コーティングされた石英基板３１５を含むアセンブリは、次に、Norland 61（登録商標）（ノーランド・プロダクト・インコーポレイティド（Norland Products Inc.）の登録商標である）といったような紫外線（「ＵＶ」）硬化性エポキシ材料を用いることによって、共有一次基板２１０内の浅いチャネル３０５の中に取付けられる。
【００４１】
図５ａに示されている横断面を参照すると、ダイオードチップ３１０がＲＦアンテナ３２０の端部とＲＦフィルタ４００との間の空隙を橋渡しし、２つの間に電気的経路を提供していることがわかる。入力されたＲＦ信号１１０及びＬＯ信号１４５はかくして両方共ダイオードチップ３１０上のダイオード（図示せず）に送出される。使用中のダイオードチップ３１０は、入力されたＲＦ信号１１０とＬＯ信号１４５のミキシングを提供して、検出のために使用されるＩＦ信号１５０を作り出す。このタイプのダイオードチップは公知のものであり、例えば、逆並列構成で一対のショットキーダイオードを含む非線形ミキシング要素の使用を開示している同時係属の英国特許出願第０６０３１９３．４号（ＧＢ０６０３１９３．４）の中で論述されている。本発明の実施形態中で使用するための適切なダイオードは、以下の刊行物の中で記述されている。
すなわち、「ミリメートル、波長用エアブリッジ付きのガラス補強型ＧａＡビームリード線ショットキーダイオード（Glass Reinforced GaAs Beam Lead Schottky Diode with Airbridge for Millimetre Wavelengths）」、１９８４年９月１３日刊行、「エレクトロニクス  レター（Electronics Letters）」、第２０巻、第１９号、７８７頁に公表されている。
【００４２】
ＩＦフィルタ
図３及び５ｂを参照すると、共有一次基板２１０は、それを貫通して作られ、ＩＦ出力フィルタピン３５０を収納するビア３４０を有する。ＩＦ出力ピン３５０は、ガラス支持ビーズ３３０により所定の位置に保持されている。ピン３５０自体は、ベリリウム銅合金から機械加工され、金めっきされ、次に、銀含有エポキシ５２５によりガラスビーズ３３０の中心導体５１０に付着される。コネクタとマイクロ回路との間で収納壁のための密閉型フィードスルー構造を形成する上で使用されるのに適したガラスビーズは、アンリツ株式会社（Anritsu Corporation）といったようなメーカーによって供給される。ビーズ３３０自体は、中心導体５１０と同軸上に構成されている外部導体５１５を有し、インジウムを含むはんだ材料５２０を用いてビア３４０に固定される。外部導体５１５は、ビア３４０内部でメタライゼーションを用いて接地される。
【００４３】
ピン３５０及びガラス支持ビーズ３３０は、その中心導体５１０と共に、次の少なくとも３つの機能を有する。
・ピン３５０の横断面は、ダイオードチップ３１０からＩＦ出力信号１５０のみを通過させ、ＬＯ信号及びＲＦ信号１４５、１１０を遮断するべく、公知の原理に従ってプロファイリングされている。
・ビーズ３３０の中心導体５１０及びピン３５０の金めっきは、ダイオードチップ３１０にバイアス電流又は電圧を送出する上で使用可能である。
・ガラスビーズ３３０は、ＩＦ出力端のまわりに気密シールを提供し、かくして、完成した製品内にミキサー１２０を収納する部域「Ｍ」の環境を保護する。
【００４４】
図６、図７及び図８を参照すると、ピン３５０及び支持ビーズ３３０は、２つ以上の要領で配置可能である。図６は、図５ｂに関して前述した配置の横断面を示す。図７は、ガラスビーズ３３０が独自の外部導体を全く有しておらず、ＵＶ硬化エポキシ材料７００を用いてメタライズされたビア３４０の中に取付けられている１つの配置を示している。この配置は、はんだの使用を回避し、かくして製造を簡略化する。図８は、ピン３５０がここでも又銀含有エポキシ５２５を用いて中心導体５１０にまず付着させられ、次に両方共がＵＶ硬化エポキシ材料８０５を使用して石英フェルール８００内部に取付けられる、わずかに異なる配置を示している。石英フェルール８００も、ＵＶ硬化エポキシ材料８１０を使用することでビア３４０内に取付けられる。
【００４５】
図１２を参照すると、ピン３５０の横断面プロファイリングの基礎を成す原理は、例えばジー．マサエイ、エル．ヤング及びイーエムティー  ジョーンズ（G. Mathaei, L. Young & EMT Jones）著の「マイクロ波フィルタ、インピーダンス整合ネットワーク及び結合構造（Microwave Filters, Impedance Matching Networks and Coupling Structures）」、ＳＢＮ０−８９００６−０９９−１、及び、１９４７年にニューヨーク及びロンドンのマグローブック・カンパニー・インコーポレイティド（Ma Graw Book Company Inc. New York & London）により刊行された「超高周波数技術（Very High Frequency Techniques）」、第II巻、６６８頁において論述されている。一般に、このタイプの同軸フィルタは長年にわたり使用されてきており、その設計は、充分に理解され、所定の参考文献中で説明されている。その基本的動作は、導電性内部表面を有する同軸チャネル１２１５の直径との関係における導電性外部表面を有する全体的に円筒形の中央構造１２１０の直径に応じて、高いインピーダンスの部分又は低いインピーダンスの部分を交互に配置することに基づいている。図６、図７及び図８に示された配置においては、中央構造１２１０はピン３５０により表わされ、同軸チャネルは中にピン３５０が取付けられるビア３４０によって表わされている。中央構造１２１０及び同軸チャネル１２１５は一緒になって「４分の１波長フィルタ（quarter wave filter）」を提供し、この中では高インピーダンス部分及び低インピーダンス部分１２２０、１２２５が直列にカスケード接続されている。各々の高インピーダンス部分及び低インピーダンス部分１２２０、１２２５の長さはおよそλ／４であり、ここでλは同軸ライン内の電磁波の波長である。このため、「４分の１波長フィルタ」という用語が用いられる。図１２では、中央構造１２１０の小さい直径の断面を有する高インピーダンス部分１２２０が、中央構造１２１０のより大きな直径の断面を有する低インピーダンスの部分１２２５とカスケード接続された状態で示されている。高インピーダンス部分１２２０では、中央構造１２１０の直径１２００は最小限に抑えられる。低インピーダンス部分１２２５においては、中央構造１２１０と同軸チャネル１２１５との間のすきま１２０５は最小限に抑えられる。より大きな望ましくないモードの除去（rejection）を達成するためには、カスケード接続された部分１２２０、１２２５の数を増大させるか（ただしこのことには挿入損失の増大という欠点がある）、又は中央構造１２１０の直径１２００及び／又は上記すきま１２０５を減少させるか（これには構築がより困難になるという欠点がある）のいずれかを行なうことができる。
【００４６】
例えば図６、図７及び図８に示されているような本発明の実施形態においては、ピン３５０全体の長さは、ＩＦ信号との関係において、λ／４距離２つ分であり、各々のλ／４部分内部のピン３５０のプロフィールは平滑ではなくむしろ段状であり、かくしてピン３５０は一方が他方よりも大きい２つのリブ７１０、７１５を周囲に有している。この構成は、図１３により詳しく示されている。この構成の目的は、ピン３５０の第２のλ／４部分と結びつけられた寸法を全体として増大させることによって、できるかぎり製造上の機械的必要条件を簡易化しながら、より小さなリブ７１０を有する第１のλ／４部分内の望ましくないモード生成を最小限に抑えることにある。
【００４７】
図７及び図１３を参照すると、同軸フィルタピン構造を通って潜在的に伝播することのできる望ましくないモードの存在を削減するためには、高周波局部発振器側からのフィルタへの入口が小さい寸法、すなわち、直径で局部発振器の波長に関して標準的に４分の１波長（４分の１ラムダ）（「λ／４」）という寸法を提示することが重要である。（「フィルタへの入口」は、ワイヤコネクタ３２５が付着されているピン３５０の第１の部分である）。しかしながら、この領域内のピン３５０の直径が、局部発振器の波長に関してλ／４まで削減された場合、これは、物理的にロバストな（robust）構造についての必要条件とフィルタの最高の動作との間に、望ましくないモードの除去の観点から見た対立をもたらす。局部発振器の波長は、ＩＦ信号１５０の波長よりも著しく短く、かくして、フィルタへの入口におけるピン３５０の直径は非常にわずかでなくてはならないと考えられる。この問題を軽減させるために、その第１のλ／４部分内のピン３５０のプロフィールは「リブ」７１０を有し、また一方で、この部分におけるビア３４０の内径は、リブ７１０に非常に近くに位置するネック７０５を提供するべく狭められる。ビア３４０のネック７０５とピン３５０上のリブ７１０との間のすきまは、実行可能なかぎり最小限に抑えられ、こうして、局部発振器の波長のλ／４よりも製造しやすい寸法にピン３５０の直径を保持しながらフィルタへの入口において必要とされる小さな寸法が提供される。この構成は、ビア３４０内にネック７０５を導入することにより、図６及び図８に示されている構成に比べて機械加工の必要条件を複雑なものにするが、構造的剛性と組合わされた最適なフィルタ応答を提供する。
【００４８】
ピン３５０は、第２のより大きなリブ７１５を有する第２のλ／４部分を有する。ここで、寸法は一般にさほど重要ではなく、ビア３４０と第２のリブ７１５との間のすきまはさらに大きいものであり、また一方で、第２のリブ７１５自体は、ピン３５０上の第１のリブ７１０よりも大きいものであり得る。第２のλ／４部分内にいかなるモードも存在しないように、この第２のλ／４部分に達する前に最高１０ｄＢ減少させるような局部発振器信号の抑制を達成することが可能である。ビア３４０及びピン３５０の第２のλ／４部分の全体的に増大した寸法を使用することにより、製造上の問題が軽減され機械的強度は維持される。
【００４９】
図１３を参照すると、図７に示されている配置の一変形形態では、ピン３５０に変更はないが、ビア３４０の横断面はさらに複雑である。ビア３４０のネック７０５を含めたフィルタの第１のλ／４部分及びフィルタへの入口は、図７に示されたバージョンと同じである。ビア３４０の内部表面がより複雑なものであるのは、フィルタの第２のλ／４部分内においてである。図７に示されたバージョンは、ネック７０５から基板２１０のもう１つの表面まで円筒形の穴にすぎないビア３４０を有しているものの、図１３に示されたバージョンにおいては、ビア３４０の内部表面は、ガラス支持ビーズ３３０よりもなおも直径が小さい段付きプロフィールを有する。ガラス支持ビーズ３３０においては、ビア３４０の内部表面内にさらなる段が存在し、この段は、ガラス支持ビーズ３３０の肩部のための突合せ表面１３００を提供する。ピン３５０は、まず初めに、ガラスビーズ３３０の中心導体５１０上に取付けられ、次に、ビーズ３３０がビア３４０内の突合せ表面１３００に対面して位置づけされ得ることから、このような配置は、フィルタを組立てる上で助けになる。
【００５０】
ここで、ガラスビーズ３３０の中心導体５１０の端部は、ピン３５０の中にわずかに突出することができ、このことが同様に、ビア３４０内のピン３５０の心合せを潜在的により精確なものにし、ピン３５０の取付けを、さらに機械的に安定したものにする。
【００５１】
図３を参照すると、ピン３５０とビア３４０を含むＩＦフィルタの性能における一つの要因は、ピン３５０に対するＩＦ信号の送出にある。これは、一対のワイヤ３２５を介して行なわれ、これらのワイヤ３２５の属性については以下で「スタブ同調」の表題の下でさらに論述されている。
【００５２】
フィルタリング済みＩＦ出力
図５ｂ及び図９を参照すると、中心導体５１０により伝送されるミキサーのＩＦ出力は、金ボンドワイヤ５００及びバイアス供給回路５００を用いて、例えば画像形成において使用するために送出される。バイアス供給回路５００は、ＩＦ出力信号（ＩＦin）１５０に対し透明であり、かくして、この信号はバイアス送出回路を横切って増幅及び画像形成機器まで送出され得る（ＩＦ出力信号（ＩＦout）になる）。バイアス供給回路５００の強度は、ダイオードチップ３１０に対し「もう一方の方向で」直流（「ＤＣ」）バイアス電圧又は電流を送出するためにこの回路を使用できる程度のものである。
【００５３】
さらに詳細には、バイアス供給回路５００は、このバイアス供給回路５００を横切ってＩＦ信号１５０のための伝送線路接続部９００を有するアルミナ基板５０５を含んでいる。一般に、バイアス供給回路５００の作用は公知のタイプのものであり、本明細書では詳述しない。ＤＣ遮断コンデンサ９０５が伝送線路９００内に具備され、これがＤＣバイアス信号（ＢＩＡＳin）を遮断するが、ＩＦ出力信号１５０に対しては透明である。ＤＣバイアス信号の送出のため及びＩＦ信号１５０の遮断のために、「Ｔ」構成でバイアスインダクタ子９１０が伝送線路９００に接続される。ＤＣバイアス信号は、ダイオードチップ３１０への前方伝送のためにガラスビーズ３３０の中心導体５１０に金ボンドワイヤ５００を通して伝送される。
【００５４】
バイアス供給回路５００は、業界標準組立て手順に従って作られる。コンデンサ９０５は、例えばプレシディオ・コンポーネント・インコーポレイティド（Presidio Components Inc.）等といったような会社により、そして、インダクタ９１０はピコニクス・インコーポレイティド（Piconics Inc.）といったような会社により供給され得る。
【００５５】
スタブ同調
大部分の検出においてそうであるように、本発明の実施形態の重要な１つの態様は、検出された信号の信号対雑音比にある。負荷内へといったように重要な点における電力の結合を改善するためにスタブ同調器を用いることにより無線周波数で動作するデバイスの性能を改善することは、公知である。スタブ同調器は、それらの設置点で純粋リアクタンスを生成する伝送線路の短絡又は開回路長として提供され得る。スタブ同調器の長さをゼロから半波長まで変動させることにより、あらゆる値のリアクタンスを作ることができるが、各々のスタブ同調器は１つの周波数でのみ有効に動作する。同様に、デバイスがうまく機能する周波数スペクトルを広げるために、２つ以上のスタブ同調器を使用することも知られている。
【００５６】
図３及び５ｂを参照すると、より詳細には、ダイオードチップ３１０のダイオードといったような負荷にマイクロ波電力を結合させるためには、負荷とマイクロ波電力送出構成要素との間のそれぞれの複素インピーダンスを整合させることが必要である。前述の実施形態においては、ダイオードチップ３１０を含む回路にマイクロ波電力を送出する２つの電力送出構成要素が存在し、これらの電力送出構成要素は、それぞれＲＦ信号１１０及びＬＯ信号１４５を送出する導波管３００、３４５である。
【００５７】
ダイオードチップ３１０といったような容量性無効インピーダンスとＲＦ導波管及びＬＯ導波管３００、３４５といったような実効インピーダンスとの間のインピーダンス整合を達成するための一般的な手段は、ダイオードのリアクタンスを補償する目的で右方向への位相のシフトを提供するように回路の動作の「チューニングを行う」ために回路内に追加の伝送線路要素を挿入することにある。しかしながら、ダイオードチップ３１０内のダイオードのインピーダンスは、位相及び振幅の両成分を有することから、整合する伝送要素の位置及び寸法の両方が結果に影響する。
【００５８】
本発明の実施形態においては、ダイオードチップ３１０自体に対するＲＦ信号及びＬＯ信号１１０、１４５の送出が、マイクロストリップアンテナ３２０、３３５を介して行なわれる。全て石英基板３１５上のパターニングされた金コーティングのものであるアンテナ３２０、３３５及びダイオードチップ３１０が一緒になってミキサー回路を構成する。高周波信号を取り扱うためのマイクロストリップ回路との関連では、回路内に挿入された「スタブ」又は単数もしくは複数の伝送線路の形で位置及び挿入の両方の調整を達成するマルチスタブ同調器が知られている。多重伝送線路スタブ同調器のこの使用は、ミキサー回路が「整合されている」帯域幅を増大させるために利用可能である。
【００５９】
本発明の実施形態においては、スタブ同調器をワイヤ３５５、３２５の形で設けること、及びこれらは２つ以上の役割を果たすことができることが認識されてきた。ＲＦ信号マイクロストリップアンテナ３２０の端部に付着される２本の金ボンドワイヤ３５５が形成され、出力ピン３５０への送出のためにＬＯ信号マイクロストリップアンテナ３３５の端部においてＩＦ信号を捕捉するのに、さらに２本の金ボンドワイヤ３２５が使用される。金ボンドワイヤ３５５の第１の対は単にスタブ同調のために存在しているが、また一方で、第２のワイヤ対３２５は、以下の通りに作用するため、多重の役割をもつ。
・ＬＯ信号に対するＩＦ回路の影響を無視するのを助ける。
・石英基板３１５上の回路からＩＦピン３５０までのロバストな機械的インタフェースを形成する。
・  ＩＦ出力信号１５０をピン３５０まで伝送する。
【００６０】
（「ＩＦ回路」については以下でさらに論述する。）
【００６１】
存在するあらゆる同調用スタブの設計は、結合されるべき放射の波長範囲全体にわたり、入力される電力の全てをミキサーダイオード内に最適な形で整合させるために重要である。１つの要因は、波長範囲との関係におけるスタブの長さであり、これは、すなわち、単一のスタブ同調器が非常に狭い帯域幅にわたってのみうまく動作する傾向にあることを意味している。従って、動作帯域幅を増大させるために２個以上のスタブ同調器を使用することが知られている。本発明の実施形態においては、適当な寸法を選択することにより、検出器の全体的性能を改善させるように同調する上での二次的役割において検出器内にすでに存在する要素を使用することが可能且つ適切であるということが認識された。
【００６２】
本発明の実施形態において存在する同調用スタブの正確な長さは、それがダイオードチップ３１０により提示される負荷に影響を及ぼすという理由で、ダイオードチップ３１０内で使用されるショットキーダイオードのタイプにより影響される。それらの影響の正確な形は複雑であり、計算するのが困難であり、従って、いずれか１つの実施形態にとっても、同調用スタブの長さを経験的に選択することが最良の策である。信号電力送出を最大限にして生成される雑音を最小限に抑えることにより、最適な配置が見出される。受容可能であると思われる正確な均衡状態は、同様に、フィルタリング及び利用可能な信号電力レベルといったようなシステム内のその他の構成要素の特性に応じて変動し得る。
【００６３】
図３を参照すると、無線周波数電力が負荷内に結合されている２つの結合点が存在し、この結合点は、ＲＦ信号１１０及びＬＯ信号１４５がミキシングのために送出されているダイオードチップ３１０のいずれかの端部である。これらの信号の周波数は、それぞれ１２０〜１３０ＧＨｚ及び２２０〜２８０ＧＨｚである。全ての電力を各々のアンテナ３２０、３３５からダイオードチップ３１０内に結合させるためには、相対するアンテナに向かってダイオードチップ３１０を離れる上でそれぞれの信号のための潜在的な前方経路が１つの開回路を提示することが重要である。このことは、以下で記述する要領で満足のゆく形で達成可能である。
【００６４】
ここで、同調器の長さが、それが処理している信号との関係において１波長「λ」だけ延長されるにつれて、スタブ同調器の同調の動作は反復するという点を指摘することができる。従って、特定の効果を達成するための適切な長さが１／４λであることがわかった場合には、１１／４λの長さについて類似の動作が達成されることになる。（しかしながら、伝送線路の追加長のオーム抵抗、そして、伝送線路が分散的である場合には帯域幅の制約条件にも起因して、損失増加が存在することになる）。このことは、すなわち、長さが１つ又は両方の波帯に関連して全波長数をさらに包含するにもかかわらず各ケースにおいて波長の正しい分数を提示するように長さを調整することができることから、必ずしも分数調波関係を有する波帯だけでなく数多くの異なる波帯内の信号に関して異なる影響を有するように１つのスタブ同調器を使用できるということを意味している。
【００６５】
図３の配置では、信号の全体的な好ましい通過は、以下の通りである。
１．ＬＯ導波管３４５からダイオードチップ３１０まで、そしてそれ以上には行かない、ＬＯ信号１４５の送出（「ＬＯ回路」）。
２．ＲＦ導波管３００からダイオードチップ３１０まで、そしてそれ以上には行かない、ＲＦ信号１１０の送出（「ＲＦ回路」）。
３．ダイオードチップ３１０からＩＦ出力ピン３５０までのミキシングされたＬＯ／ＲＦ信号の送出（「ＩＦ信号」）。
【００６６】
スタブ同調を用いて、経験的に回路の性能を同調することも望まれる。
【００６７】
これらの所望の信号経路及び同調は、以下のように達成される。
【００６８】
１．  ＬＯ回路
２本のボンドワイヤ３５５は、ミキサー基板２１０のメタライズされた表面にそれらを超音波ボンディングすることによって、その自由端部で接地される。各々のボンドワイヤが基板２１０と接合する点は、無線周波数での物理的短絡部を形成する。この物理的短絡部が、上記の物理的な点における短絡部に対するＬＯ信号及びＲＦ信号の両回路の動作を有効にロックする。このとき、その他の全ての長さはこの位置との関係におけるものとなる。このことは、位相及び大きさの両方に関して言える。仮想短絡部ではなく物理的短絡部である上記の短絡部は、ＲＦ信号及びＬＯ信号の両方の周波数に共通である。
【００６９】
この実施形態については、ボンドワイヤ３５５の長さ「Ｓ」は１０３９μｍで、ＬＯ周波数でおよそ３／８λであり、かくして、ダイオードにおいて完全な仮想短絡部を提供しない。ダイオードチップ３１０における完全な短絡は、その長さが１／２λであった場合に達成されると考えられる。このような条件は、ＬＯ信号１４５の大部分をダイオードに結合させるが、ＲＦ信号１１０においてλであることで、λＲＦ信号１１０の全てが大地に短絡されることになる。実際には、ＲＦ導波管３００とボンドワイヤ３５５との間のマイクロストリップの長さ「Ｘ」及びボンドワイヤ３５５の長さ「Ｓ」は、協働して、ＬＯ信号１４５のダイオードチップ３１０への結合に影響を及ぼすように作用する。長さ「Ｓ」が中間長に設定されると、長さ「Ｘ」を変動させてＬＯ周波数で最適な結合を提供することが可能となる。しかしながら、長さ「Ｘ」を変更することによるＲＦ信号１１０に対する影響は最小限である。
【００７０】
２．  ＲＦ回路
その一方で、２本のボンドワイヤ３５５の長さ「Ｓ」は、ダイオードチップ３１０に対し中間仮想インピーダンス（すなわち、ＲＦ周波数で開回路と短絡との間の任意の値）を提示するＲＦ周波数でおよそ３／４λである。この場合、ダイオードチップ３１０とＲＦフィルタ３１４との間のマイクロストリップの部分の長さ「Ｙ」を変動させて、ＲＦ周波数でダイオードチップ３１０に対する最適な結合を提供することが可能である。長さ「Ｙ」を変更することによるＬＯ信号１４５に対する影響は最小限である。
【００７１】
３．  ＩＦ回路
ＩＦ信号出力端は、ＬＯ回路にとって見えないものであることが望ましい。フィルタピン３５０に対する接続部は、その遠位端部で金めっきフィルタピン３５０に接続されている第２の金ボンドワイヤ対３２５によって提供される。ＲＦ回路内のボンドワイヤ３５５に関して前述のものと同じ原理があてはまる。この場合、第２の金ボンドワイヤ３２５は高周波フィルタ３１４上で付着されてＲＦ信号１１０を遮断することから、考慮すべき周波数はＬＯ周波数だけである。このとき、フィルタピン３５０までのワイヤ３２５の長さ（図３に示されているような「Ｔ」）は、ＩＦフィルタピンアセンブリと組合わされた場合に、ＩＦ出力全体の効果がダイオードチップ３１０に対するＬＯ結合に関して最小限となるような形で選択される。ＬＯ周波数でＩＦ出力により提示される負荷をデチューニングつまりチューニングアウトする長さを選択することにより、ワイヤ３２５をＬＯ信号１４５にとって実質的に見えなくすることができる。実際には、長さ「Ｔ」は経験的に選択され、ボンドワイヤ３２６とピン３５０との間の相互接続に付随する寄生抵抗及びピン３５０の第１の部分の長さが、フィルタのＬＯ信号１４５に対し無線周波数開回路を可能なかぎり遠くに提供することができるようにする。これらの要因が組合わさってＬＯ周波数でλ／４又はλ／２長を提示する場合、同相反射及び所望の開回路が存在することになる。前述の実施形態においては、適切な長さ「Ｔ」は５７０μｍである。
【００７２】
ＩＦ周波数は、ＲＦ又はＬＯ信号１１０、１４５のいずれよりもはるかに小さいことから、ＩＦ信号１５０の波長は、スタブ同調器ボンドワイヤ３５５の寸法に比べて長い。この結果、ワイヤ３２５の長さはＩＦ回路に対しきわめてわずかな効果しかもたず、ＬＯ回路に対するその効果についてしか最適化できない。長さ「Ｔ」はこの点において実用上可能なかぎり短かく保たれ、かくして、ＩＦ信号経路に対する効果が最小限しか存在しないようにする。スタブ同調器ボンドワイヤ３５５とＬＯ導波管３４５との間のマイクロストリップの長さ「Ｚ」も又、同じ理由で最小限に抑えられる。ＩＦ回路に対していずれかがもたらす効果を最小限にするためには、「Ｔ」及び「Ｚ」の両方をＩＦ波長の１０分の１以下に保つことが好ましい。かくして、ＩＦ周波数が２０ＧＨｚである場合、ＩＦ波長は１５ｍｍであり、従って「Ｔ」及び「Ｚ」は、できれば１．５ｍｍ以下とすべきである。
【００７３】
スタブ同調の公知の原理についての情報は、例えばヨゼフ  エフ．ホワイト（Joseph F. White）著の「高周波技術：ＲＦ及びマイクロ波工学入門（High Frequency Techniques: An Introduction to RF and Microwave Engineering）」、２００４年１月、ウィリ・ＩＥＥＥ雑誌（Wiley IEEE Press）刊行、の中で入手可能である。
【００７４】
実際には、数多くの変形形態が可能であるが、最大の帯域幅を達成するためのミキサー設計については、ダイオードチップ３１０に対して電力を送出するスタブ同調器を可能なかぎりその近くに位置づけることが必要である。図３で長さが「Ｘ」及び「Ｙ」とマークされているマイクロストリップに沿ってさらに遠い位置に単数又は複数のスタブ同調器を追加してＲＦ信号又はＬＯ信号１１０、１４５のいずれかに幾分かの付加的な微調整を提供することが有益と判明するかもしれないが、また一方で、これは、ＬＯ同調回路とＲＦ同調回路との間により多くの相互作用を導入する可能性がある。石英基板３１５上に示された回路のさまざまな部品、特に「Ｘ」、「Ｙ」及び「Ｚ」とマークされた距離を有する部品は一列に示されているものの、これは不可欠なことではない。又、スタブ同調器が直交していることも不可欠ではない。
【００７５】
前述のように実施された設計は、実際に、互いに絶縁された２つの回路、すなわち、ＲＦ及びＬＯ回路を提供する。こうして、各々の回路を調整してＬＯ周波数又はＲＦ周波数のいずれかで最適な性能を提供し、その間にもう一方に最小限の混乱しかひき起こさないようにすることができる。これを可能にするためには、ダイオードチップ３１０に対するＲＦ信号１１０の結合におけるボンドワイヤ３５５の付加的な対の使用が重要である。
【００７６】
ＬＯ回路及びＩＦ回路の各々の中で１つのボンドワイヤ３５５、３２５のみを使用することは１つの選択肢であるが、各々のケースにおける２本のボンドワイヤ３５５、３２５は、わずかに異なるような形で長さを変化させることによって、経験的に回路を微調整し冗長性を提供することを可能にする。
【００７７】
図２、図１０及び図１１を参照すると、一定数の基板層２１０を積層することによりフィードホーンアレイ１１５を構築することができるということが以上で言及されている。このことは、原則として、フィルタピン３５０及びそのビア３４０に対し直交しフィードホーン１１５から離れる方向で、アレイの外に後方にＩＦ出力端２１５を取ることができるかぎりにおいて言えることである。実際には、図２を見ればわかるように、上記の構成は、次の層のミキサー１２０にＬＯ信号１４５を送出する分岐経路２０５と対立するかもしれない。図１１は、共有一次基板２１０が実際には２つの下位層であり、これら２つの下位層が合わさって、ダイオードチップ３１０を保持する石英基板３１５を収納することができるインタフェース１０００を提供すると同時に、ＩＦ出力端２１５を収納することができるインタフェース１１００をも提供するということによる、上記対立に対する１つの解決法を示している。
【００７８】
本発明の実施形態は、第２の調波で動作する分数調波ミキサーに基づく電磁放射検出器の性能の最適化に特に有用であるが、さらに高い調波での動作においても使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】使用中の検出器の構成を示す概略図である。
【図２】一組の検出器を提供する構造の一部分を、その局部発振局部発振器フィード及びＩＦ出力端と合わせて、概略的に示す平面図である。
【図３】図２に示されている検出器のセットからの１つの検出器のミキシング部分を示す平面図である。
【図４】図３のミキシング部分の石英ベースのフィルタ構成要素を示す平面図である。
【図５ａ】矢印で表された方向で見た、図３に示されたミキシング部分を通る「Ａ−Ａ」ライン上の垂直横断面である。
【図５ｂ】矢印で表された方向で見た、図３に示されたミキシング部分を通る「Ｂ−Ｂ」ライン上の垂直横断面である。
【図６】図３で示されている通りのミキシング部分と共に使用するための中間周波数出力ピン及び気密シールの変形形態を示す図である。
【図７】図３で示されている通りのミキシング部分と共に使用するための中間周波数出力ピン及び気密シールの変形形態を示す図である。
【図８】図３で示されている通りのミキシング部分と共に使用するための中間周波数出力ピン及び気密シールの変形形態を示す図である。
【図９】図３に示されているミキシング部分と共に使用するための、下から見たバイアス「Ｔ」回路を示す図である。
【図１０】入力されたＲＦ放射を受信し、図３に示され本発明の一実施形態に従って構築された通りのミキシング部分のアレイにＲＦ放射を送出するための２段式検出用フィードホーンを示す図である。
【図１１】ＩＦ出力端を収容するべく２段式検出用フィードホーンの中で使用するための代替的基板配置を示す図である。
【図１２】図６、図７及び図８の出力ピン配置の中で使用する可能性のある４分の１波長フィルタ構成の低及び高インピーダンス部分を示す図である。
【図１３】図６、図７及び図８のピン及びシール配置の１つの好ましいバージョンの横断面を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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