(57)【要約】【課題】基板に誘電率の変化がある場合でも、共振周波数及び発振周波数に与える影響を極力小さくできるようにし、また基板に回路を効率良く配置する。【解決手段】樹脂基板１上に、他端が閉塞された円筒体２２の開放端を導電性接着剤２１で接続し、基板１上の円筒体２２の外周から中心へ向けてコプレーナ線路からなる２つのプローブ２３，２４を配置して表面実装型空洞共振回路を設け、かつ上記２つのプローブ２３，２４をコプレーナ線路の伝送線路２５，２６を介して増幅素子２７に接続する構成とし、上記２つのプローブ２３，２４を円筒体２２の円周の０度の角度だけ離れた位置（平行位置）から取り出し、プローブ２３，２４と伝送線路２５，２６が発振条件を満たす最短の長さとなるようにする。【選択図】図１
2014030086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂基板上に発振回路及び共振回路を配置するマイクロ波／準ミリ波帯発振器において、
一端が開放、他端が閉塞された円筒体の上記開放端を上記基板上に接続し、この基板上の上記円筒体の外周から中心へ向けてコプレーナ線路からなる２つのプローブを配置した表面実装型空洞共振回路と、
この空洞共振回路の２つのプローブを上記発振回路に接続するコプレーナ線路の伝送線路と、を備え、
上記２つのプローブを上記円筒体円周の１８０度未満の角度位置にて上記円筒体から上記発振回路側へ取り出し、上記プローブと上記伝送線路が発振条件を満たす最短の長さとなるようにしたことを特徴とするマイクロ波／準ミリ波帯発振器。
【請求項２】
上記円筒体を配置した上記基板の裏面側に、回路を形成したことを特徴とする請求項１記載のマイクロ波／準ミリ波帯発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロ波／準ミリ波帯発振器、特に樹脂基板上に共振回路及び発振回路を形成した自励発振型の発振器の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６には、従来の高周波発振器（下記特許文献１）の構成が示されており、図６に示されるように、誘電体基板１上（表面）に、誘電体共振器２、第１マイクロストリップ線路３及び第２マイクロストリップ線路４からなる共振回路（共振器）が形成され、この共振回路に対し、発振回路としてトランジスタ５、バイアス抵抗６，７、発振制御用キャパシタ８及び直流電源供給端子Ｖccが設けられ、上記トランジスタ５のコレクタに、出力負荷抵抗９、容量結合部１０を介して出力端子が接続される。なお、基板１の裏面側にはＧＮＤ面が形成される。
【０００３】
上記の構成によれば、上記誘電体共振器２と第１マイクロストリップ線路３及び第２マイクロストリップ線路４とが結合することで、この誘電体共振器２の共振周波数に基づき、所望の周波数で発振する。
【０００４】
図７には、従来の発振器の他の例（パターン共振回路を用いたもの）が示されており、図７の例では、基板１の上に、銅膜１２が設けられ、この銅膜１２の中に、共振回路として、コプレーナ線路となる第１入出力線路１３、第２入出力線路１４、パターン共振部１５が形成される（銅膜１２を除去した領域Ｈに、銅膜からなる線路１３，１４及び共振部１５が設けられる）。また、発振回路として、上記第１入出力線路１３と第２入出力線路１４に接続された増幅器１６等が配置され、これらの回路の全体は筺体１７で覆われ、基板１の裏面側にもＧＮＤ面が形成される。このような構成によっても、パターン共振部１５を用いた共振に基づき、所望の発振周波数が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３５３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の発振器では、上記基板１として、テフロン（登録商標）を除く、熱硬化型の樹脂の高周波基板を用いた場合、この基板１の樹脂表面が空気に触れることにより、表面から徐々に酸化し、誘電率が変化することが知られている。
【０００７】
図８（Ａ）には、図６の発振器の一部の構成が示されており、基板１の表面に、第１マイクロストリップ線路３及び第２マイクロストリップ線路４が設けられ、基板１の裏面にＧＮＤ（接地導体）１９が設けられるが、マイクロストリップ線路３，４が存在する基板１の表面が空気に触れることで、表面から酸化が進み、図８（Ｂ）に示されるように、時間の経過と共に等価誘電率が高くなる。
【０００８】
また、図７の発振器の場合も、図７（Ａ）のハッチ部分のパターン共振回路部分の誘電率が高くなる。そして、このパターン共振回路を用いたものでは、共振回路のＱが低く、共振回路自体が樹脂基板で構成されていると、共振周波数、即ち発振周波数が保管又は運用の際に徐々に変化し（例えば、２年で１００ＭＨｚ程度の変化）、数年で電波法により許可された周波数範囲を外れてしまうという問題があった。
【０００９】
図６のように、誘電体共振器２を用いた場合は、共振回路のＱが高いため、誘電率の変化（例えば、５年で１００ＭＨｚ程度の変化）が緩やかであるが、誘電体共振器２を基板に接着するため、共振周波数自体が基板酸化の影響を受け易いという問題がある。
【００１０】
また、図６、図７の発振器の場合、基板１の裏面全体にＧＮＤ１９が設けられるため、裏面に回路を配置できないという不都合もある。
【００１１】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板に誘電率の変化がある場合でも、共振周波数及び発振周波数に与える影響を極力小さくすることができ、また基板に回路を効率良く配置できるマイクロ波／準ミリ波帯発振器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、樹脂基板上に発振回路及び共振回路を配置するマイクロ波／準ミリ波帯発振器において、一端が開放、他端が閉塞された円筒体の上記開放端を上記基板上に接続し、この基板上の上記円筒体の外周から中心へ向けてコプレーナ線路からなる２つのプローブを配置した表面実装型空洞共振回路と、この空洞共振回路の２つのプローブを上記発振回路に接続するコプレーナ線路の伝送線路と、を備え、上記２つのプローブを上記円筒体円周の１８０度未満の角度位置にて上記円筒体から上記発振回路側へ取り出し、上記プローブと上記伝送線路が発振条件を満たす最短の長さとなるようにしたことを特徴とする。
請求項２の発明は、上記円筒体を配置した上記基板の裏面側に、回路を形成したことを特徴とする。
【００１３】
上記の構成によれば、簡易な構造でＱの高い表面実装型空洞共振回路を用いると共に、主に円筒体空洞内で共振が行われることから、共振回路の共振周波数が基板の誘電率変化の影響を受け難い構造となる。また、２つのプローブ（入出力プローブ）が円筒体から発振回路側へ取り出される角度を、円筒体円周の１８０度未満の角度、例えば９０度或いは０度（平行位置）だけ離れた位置とし、プローブと伝送線路の長さを発振条件が満たされる最短の長さとするので、発振周波数への影響もなくすことができる。即ち、発振器では、発振条件が満たされるように、プローブを含む伝送線路の全体の位相を合わせる必要があり、また伝送線路が長くなればなる程、基板の酸化の影響を受ける範囲が広くなる。本発明では、プローブと伝送線路の長さを発振条件が満たされる最短の長さにすることで、基板の酸化による誘電率の変化を小さくし、発振周波数への影響も少なくすることが可能になる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のマイクロ波／準ミリ波帯発振器によれば、共振回路のＱが高く、かつ円筒体空洞内の共振となるから、基板に誘電率の変化が生じた場合でも、共振周波数に与える影響を極力小さくすることができ、またプローブと伝送線路（帰還線路）の位相変化も最小に抑え、発振周波数への影響を小さくすることができ、長期に周波数安定度の優れた発振器を得ることが可能になる。
【００１５】
また、プローブ部はコプレーナ線路で構成され、円筒体はコプレーナ線路のグランドパターンに接続されるので、プローブ部を除く部分の基板の裏面には、必要な回路を効率良く配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施例に係るマイクロ波／準ミリ波帯発振器の構成を示し、図（Ａ）は上面図、図（Ｂ）は側面図である。
【図２】第１実施例の発振器の全体斜視図である。
【図３】第１実施例の発振器における円筒体での作用を示し、図（Ａ）は斜視図、図（Ｂ）は上面から見た図、図（Ｃ）は側面から見た図である。
【図４】第１実施例の発振器を用いたマイクロ波センサの構成を示し、図（Ａ）は上面図、図（Ｂ）は側面図、図（Ｃ）は底面図、図（Ｄ）は斜視図である。
【図５】第２実施例に係るマイクロ波／準ミリ波帯発振器の構成を示し、図（Ａ）は上面図、図（Ｂ）は図（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】従来の高周波発振器の構成を示す回路図である。
【図７】従来の発振器の他の構成例を示し、図（Ａ）は上面図、図（Ｂ）は側面図である。
【図８】従来の発振器における基板酸化の説明図で、図（Ａ）は基板酸化の状態を示す図、図（Ｂ）は等価誘電率の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１乃至図４には、本発明の第１実施例に係るマイクロ波／準ミリ波帯発振器の構成が示されており、図１（Ａ），（Ｂ）において、樹脂基板１の上（表面）に、銅膜（導電性膜）１２が形成され、この銅膜１２（のグランドパターン）の上に、銀ペースト等の導電性接着剤（又は半田等）２１により金属製円筒体２２（図１（Ａ）の円筒体２２は鎖線で示される）が接続される。この円筒体２２は、上面が閉塞され、下面が開放されており、この開放端が銅膜１２に接着される。
【００１８】
また、基板１上の円筒体２２内には、コプレーナ線路とされた第１プローブ（入出力プローブ）２３と第２プローブ（入出力プローブ）２４が形成され、この第１プローブ２３は第１伝送線路２５、第２プローブ２４は、第２伝送線路２６を介して基板１上の増幅素子（ＦＥＴ等）２７に接続される。これら第１伝送線路２５及び第２伝送線路２６もコプレーナ線路とされる。即ち、上記円筒体２２と第１プローブ２３及び第２プローブ２４により、表面実装型空洞共振回路（共振器）が構成され、上記増幅素子２７と端子２８までのその他の回路（線路）にて、発振回路が構成されており、この共振回路と発振回路が第１及び第２伝送線路２５，２６で接続される。なお、２９は裏面のグランド（ＧＮＤ）と表面のグランド（銅膜１２）を接続するスルーホールである。
【００１９】
そして、第１実施例では、上記第１プローブ２３と第２プローブ２４が円筒体２２から０度の角度離れた位置にて取り出される。即ち、これらプローブ２３，２４は、例えば点線矢示Ｆで示したように、円筒体円周において１８０度離れた位置から取り出すこともできるが、実施例では、第１プローブ２３と第１伝送線路２５の長さ及び第２プローブ２４と第２伝送線路２６の長さが発振条件を満たす最短の長さ（例えば伝送信号の１波長）となるように、０度、即ち平行位置にて取り出すようにしている。このようにプローブ２３，２４と伝送線路２５，２６の長さを短くすることで、これらが配置される基板１の領域を小さくすることができる。
【００２０】
図３には、上記円筒体２２を用いた空洞共振回路での共振モードが示されており、図３（Ｂ），（Ｃ）のように、例えばＴＭ０１０の基本モードの共振を利用している。このような空洞共振回路では、共振が主に円筒体２２で行われ、その共振周波数は円筒体２２の内径で略決定されるため、基板１の誘電率の変化が共振周波数に与える影響は非常に小さくなる。
【００２１】
図４には、図１の発振器を組み込んだマイクロ波センサの構成例が示されており、この例では、基板１に組み込まれた共振回路及び発振回路を筺体３１で覆い、基板１の裏面には、パッチ状アンテナ３２が設けられる。このパッチ状アンテナ３２は、スルーホール３３を介して基板１の表面側の入出力回路に接続されており、実施例では、図４（Ｃ）に示されるように、基板１の裏面側に、グランド３４と共に、複数個のアンテナ３２を配置する構成とされる。
【００２２】
このような第１実施例によれば、表面実装型空洞共振回路を用いるので、共振のＱが高くなり、また共振が円筒体空洞内で行われるので、基板１の誘電率が経年変化した場合でも、共振回路の共振周波数はその影響を受け難くなる。更に、第１及び第２プローブ２３，２４が円筒体２２から取り出される角度を、０度とし、プローブ２３，２４及び伝送線路２５，２６の長さを発振条件が満たされる最短の長さにしたので、誘電率変化による発振周波数への影響もなくすことができる。
【００２３】
即ち、発振器においては、発振条件が満たされるように、第１のプローブ２３と伝送線路２５、第２のプローブ２４と伝送線路２６（帰還線路）の全体の位相を合わせる必要があり、これらの線路の位相がずれると発振周波数も若干変化する。一方、伝送線路２５，２６が長くなればなる程、基板１上の広い範囲に線路を形成することになり、樹脂基板１の酸化による誘電率の変化を助長することになる。そこで、実施例では、これらプローブ２３，２４と伝送線路２５，２６の長さを発振条件が満たされる最短の長さ（例えば１波長）とし、基板の酸化による誘電率の変化を小さくすることで、発振周波数への影響を少なくしている。
【００２４】
更に、プローブ２３，２４及び伝送線路２５，２６をコプレーナ線路で構成し、円筒体２２はコプレーナ線路のグランドパターン１２に接続されているので、図４に示すように、基板１の裏面にアンテナ３２等の回路を効率良く配置することが可能となる。
【００２５】
図５には、プローブの取出し角度を９０度とした第２実施例の構成が示されており、図５に示されるように、第２実施例は、第１プローブ３５と第２プローブ３６を円筒体２２の円周方向で９０度離れた位置に形成し、第１伝送線路３７と第２伝送線路３８を第１プローブ３５と第２プローブ３６に対し同じ方向に設ける。そして、この第１プローブ３５と第１伝送線路３７の長さ及び第２プローブ３６と第２伝送線路３８の長さが発振条件を満たす最短の長さとなるようにする。また、基板１の裏面には、アンテナ等の他の回路としての伝送線路３９が形成される。
【００２６】
このような構成によっても、プローブ３５，３６と伝送線路３７，３８が配置される基板１の領域を小さくし、共振周波数及び発振周波数に対する影響を小さくすることができ、また基板１の裏面を有効に利用することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明の発振器をホモダインミキサと共に用いることで、簡単な構造でマイクロ波／ミリ波帯のドップラーセンサ等を構成することができ、マイクロ波を用いた移動物体の検知、速度測定等に適用することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１…基板、              １２…銅膜、
１６，２７…増幅素子、  ２１…導電性接着剤（又は半田）、
２２…円筒体、
２３，３５…第１プローブ、  ２４，３６…第２プローブ、
２５，３７…第１伝送線路、  ２６，３８…第２伝送線路、
２９，３３…スルーホール、
３２…パッチアンテナ。
【図１】
2014030086.tif 000003
【図２】
2014030086.tif 000004
【図３】
2014030086.tif 000005
【図４】
2014030086.tif 000006
【図５】
2014030086.tif 000007
【図６】
2014030086.tif 000008
【図７】
2014030086.tif 000009
【図８】
2014030086.tif 000010