(57)【要約】【課題】高周波数の発振信号を効率良く放射させる。【解決手段】発振信号を出力する発振器１００であって、第１直線状部と、第１直線状部と平行な第２直線状部を少なくとも有するループ状のスロットライン１１が形成された基板１と、第１直線状部においてスロットライン１１を交差して基板に設けられたダイオード２０と、第２直線状部においてスロットライン１１を交差して基板１に設けられたダイオード３０と、第１直線状部及び第２直線状部における電界の位相・振幅が同一の複数の位置に対して、電界の方向において所定距離の位置に形成された複数のスロットアンテナ４１と、を備える。【選択図】図１
2015213301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振信号を出力する発振器であって、
第１直線状部と、前記第１直線状部と平行な第２直線状部を少なくとも有するループ状のスロットラインが形成された基板と、
前記第１直線状部において前記スロットラインと交差して前記基板に設けられた第１負性抵抗素子と、
前記第２直線状部において前記スロットラインと交差して前記基板に設けられた第２負性抵抗素子と、
前記第１直線状部及び前記第２直線状部における電界の位相が同一の複数の位置に対して、前記電界の方向において所定距離の位置に形成された複数のスロットアンテナと、
を備える発振器。
【請求項２】
前記複数のスロットアンテナが、前記スロットラインの内側に形成されている、
請求項１に記載の発振器。
【請求項３】
前記複数のスロットアンテナが、前記スロットラインの外側に形成されている、
請求項１に記載の発振器。
【請求項４】
前記第１負性抵抗素子及び前記第２負性抵抗素子により生じる発振信号の基本周波数がｆ０であり、基本周波数のｎ倍の周波数ｎｆ０の高調波信号の波長がλであり、ｍとｎとが互いに素の整数である場合に、前記第１負性抵抗素子と前記第２負性抵抗素子との間の前記スロットラインの長さがｍλ／２である、
請求項１から３のいずれか１項に記載の発振器。
【請求項５】
前記複数のスロットアンテナは、前記第１直線状部及び前記第２直線状部を結ぶ線に対して対称な位置に形成されている、
請求項４に記載の発振器。
【請求項６】
前記複数のスロットアンテナの長さは、前記高調波信号のＮ倍（Ｎは整数）の高次高調波信号の波長の１／２である、
請求項４又は５に記載の発振器。
【請求項７】
前記スロットラインが、前記第１直線状部と前記第２直線状部との間に、
前記第１負性抵抗素子及び前記第２負性抵抗素子を結ぶ直線に対して第１の側に形成された、互いに平行なｋ本の第１直線状部（ただし、ｋは偶数）と、
前記第１直線状部、前記第２直線状部、及び前記ｋ本の第１平行直線状部を接続するｋ＋１本の第１接続部と、
前記第１負性抵抗素子及び前記第２負性抵抗素子を結ぶ直線に対して第１の側と反対の第２の側に形成された、互いに平行なｋ本の第２直線状部と、
前記第１直線状部、前記第２直線状部、及び前記ｋ本の第２平行直線状部を接続するｋ＋１本の第２接続部と、
を有し、
前記第１負性抵抗素子が設けられた位置と、前記第２負性抵抗素子が設けられた位置との間の前記スロットラインの長さがｍλ／２である、
請求項４から６のいずれか１項に記載の発振器。
【請求項８】
前記第１直線状部及び前記第２直線状部と平行な方向に請求項１から７のいずれか１項に記載の発振器が複数設けられた、
発振器アレー。
【請求項９】
前記第１直線状部及び前記第２直線状部と直交する方向に請求項１から７のいずれか１項に記載の発振器が複数設けられた、
発振器アレー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発振信号を出力する発振器、及び複数の発振器を備える発振器アレーに関する。
【背景技術】
【０００２】
ミリ波帯、短ミリ波帯、テラヘルツ帯に至る超高周波帯は、次世代の周波数バンドとして期待されている。ミリ波帯の発振信号を出力する発振器として、多素子を用いた発振器が知られている。例えば、特許文献１には、基本周波数の波長に等しい周長のマイクロストリップラインと複数の負性抵抗素子から構成されるプッシュ・プッシュ発振回路が開示されている。また、特許文献２には、リング共振回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２４４３８２号公報
【特許文献２】特開２００３−１５２４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１２は、従来のプッシュ・プッシュ発振回路１２００の構成を示す図である。プッシュ・プッシュ発振回路１２００は、基板１２１０に形成された円形状のマイクロストリップライン１２２０と、マイクロストリップライン１２２０の内側に形成された直線状のマイクロストリップライン１２３０と、負性抵抗素子１２４０と、負性抵抗素子１２５０とを備える。負性抵抗素子１２４０及び負性抵抗素子１２５０は、例えばＨＥＭＴである。マイクロストリップライン１２２０の周長は、負性抵抗素子１２４０及び負性抵抗素子１２５０により生じる発振信号の基本周波数ｆ０に対応する波長λに等しい。
【０００５】
プッシュ・プッシュ発振回路１２００は、１波長リング共振回路を有するので、位置Ａ及び位置Ｂは、基本周波数におけるヌル点となり、負性抵抗素子１２４０及び負性抵抗素子１２５０においては、発振信号が互いに逆位相となる。周波数２ｆ０の発振出力は、マイクロストリップライン１２３０の中点より得られる。
【０００６】
図１３は、従来のリング共振器を用いた発振器１３００の構成を示す図である。発振器１３００は、リング共振器を用いた発振器であり、基板１３１０に形成された円形状のスロットライン１３２０と、スロットライン１３２０と交差する４本のマイクロストリップライン１３３０と、それぞれのマイクロストリップライン１３３０の間に設けられた４つのガンダイオード１３４０とを備える。スロットライン１３２０の周長は、ガンダイオード１３４０により生じる発振信号の基本周波数ｆ０に対応する波長λに等しく、マイクロストリップライン１３３０からは、基本周波数の２倍の周波数の発振信号が出力される。
【０００７】
上記のプッシュ・プッシュ発振回路１２００及び発振器１３００により、ミリ波帯の高周波信号を生成することができる。しかしながら、プッシュ・プッシュ発振回路１２００及び発振器１３００は、物理的寸法形状の制約、デバイスの高周波特性や雑音特性の限界、回路伝送損失の増加等により、ミリ波帯よりも周波数が高い短ミリ波帯やテラヘルツ帯の周波数帯に適用することは困難であるという問題があった。特に、プッシュ・プッシュ発振回路１２００及び発振器１３００が発生した発振信号を外部に放射させようとする場合、アンテナまでの伝送路が別途必要になるので、小型化や給電損失の低減が困難であった。
【０００８】
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、ミリ波帯よりも高い周波数の発振信号を生成するとともに、発振信号を効率良く放射させることができる発振器及び発振器アレーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様に係る発振器は、発振信号を出力する発振器であって、第１直線状部と、前記第１直線状部と平行な第２直線状部を少なくとも有するループ状のスロットラインが形成された基板と、前記第１直線状部において前記スロットラインと交差して前記基板に設けられた第１負性抵抗素子と、前記第２直線状部において前記スロットラインと交差して前記基板に設けられた第２負性抵抗素子と、前記第１直線状部及び前記第２直線状部における電界の位相が同一の複数の位置に対して、前記電界の方向において所定距離の位置に形成された複数のスロットアンテナと、を備える。
【００１０】
前記複数のスロットアンテナは、例えば、前記スロットラインの内側に形成されている。前記複数のスロットアンテナは、例えば、前記スロットラインの外側に形成されていてもよい。前記複数のスロットアンテナは、前記スロットラインの内側及び外側に形成されていてもよい。
【００１１】
上記の発振器において、前記第１負性抵抗素子及び前記第２負性抵抗素子により生じる発振信号の基本周波数がｆ０であり、基本周波数のｎ倍の周波数ｎｆ０の高調波信号の波長がλであり、ｍとｎとが互いに素の整数である場合に、前記第１負性抵抗素子と前記第２負性抵抗素子との間の前記スロットラインの長さはｍλ／２である。
【００１２】
上記の発振器において、前記複数のスロットアンテナは、例えば、前記第１直線状部及び前記第２直線状部の方向において、前記第１負性抵抗素子及び前記第２負性抵抗素子を結ぶ線に対して対称な位置に形成されている。前記複数のスロットアンテナの長さは、例えば、前記高調波信号のＮ倍（Ｎは整数）の高次高調波信号の波長の１／２である。
【００１３】
上記の発振器は、前記スロットラインが、前記第１直線状部と前記第２直線状部との間に、前記第１負性抵抗素子及び前記第２負性抵抗素子を結ぶ直線に対して第１の側に形成された、互いに平行なｋ本の第１直線状部（ただし、ｋは偶数）と、前記第１直線状部、前記第２直線状部、及び前記ｋ本の第１平行直線状部を接続するｋ＋１本の第１接続部と、前記第１負性抵抗素子及び前記第２負性抵抗素子を結ぶ直線に対して第１の側と反対の第２の側に形成された、互いに平行なｋ本の第２直線状部と、前記第１直線状部、前記第２直線状部、及び前記ｋ本の第２平行直線状部を接続するｋ＋１本の第２接続部と、を有し、前記第１負性抵抗素子が設けられた位置と、前記第２負性抵抗素子が設けられた位置との間の前記スロットラインの長さがｍλ／２であってもよい。
【００１４】
本発明の第２の態様に係る発振器アレーは、前記第１直線状部及び前記第２直線状部と平行な方向に、上記の発振器が複数設けられている。上記の発振器アレーは、前記第１直線状部及び前記第２直線状部と直交する方向に、上記の発振器が複数設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ミリ波帯よりも高い周波数の発振信号を生成するとともに、発振信号を効率良く放射させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態に係る発振器の構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る発振器を複数並べて構成した発振器アレーの構成を示す図である。
【図３】第２の実施形態に係る発振器の構成を示す図である。
【図４】第２の実施形態に係る発振器を複数並べて構成した発振器アレーの構成を示す図である。
【図５】第３の実施形態に係る発振器の構成を示す図である。
【図６】第３の実施形態に係る発振器を複数並べて構成した発振器アレーの構成を示す図である。
【図７】第４の実施形態に係る発振器の構成を示す図である。
【図８】第４の実施形態に係る発振器をＹ方向に３つ並べて構成した発振器アレーの構成を示す図である。
【図９】図８に示した発振器アレーの変形例に係る発振器アレーの構成を示す図である。
【図１０】第５の実施形態に係る発振器の構成を示す図である。
【図１１】第５の実施形態に係る発振器を複数並べて構成した発振器アレーの構成を示す図である。
【図１２】従来のプッシュ・プッシュ発振回路の構成を示す図である。
【図１３】従来のリング共振器を用いた発振器の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る発振器１００の構成を示す図である。発振器１００は、負性抵抗回路により共振波動場を構成し、共振波動場において生成される発振信号、及び発振信号の高調波から所望の高調波信号を選択的に放射することができる。以下、図１を参照して、発振器１００の構成について詳細に説明する。
【００１８】
発振器１００は、基板１と、スロットライン１１と、負性抵抗を有するダイオード２０と、負性抵抗を有するダイオード３０と、スロットアンテナ４１−１と、スロットアンテナ４１−２とを備え、ミリ波又はテラヘルツ波等の高周波発振信号を出力する。図１（ａ）は、発振器１００の平面図である。図１（ｂ）は、発振器１００のＡ−Ａ線概略断面図の第１の例である。図１（ｃ）は、発振器１００のＡ−Ａ線概略断面図の第２の例である。
【００１９】
基板１には、基板１に設けられた導体２の一部の領域を除去することにより、第１直線状部、及び第１直線状部と平行な第２直線状部を含むループ状のスロットライン１１が形成されている。スロットライン１１は、第１直線状部の一端と第２直線状部の一端との間に形成された第１接続部を有する。また、スロットライン１１は、第１直線状部の他端と第２直線状部の他端との間に形成された第２接続部を有する。図１における第１接続部及び第２接続部は半円状であるが、第１接続部及び第２接続部は、半円以外の楕円等の曲線の一部、直線、又は曲線と直線との組み合わせであってもよい。
【００２０】
ダイオード２０は、第１直線状部においてスロットライン１１と交差して基板１に設けられた第１負性抵抗素子である。ダイオード３０は、第２直線状部においてスロットライン１１と交差して基板１に設けられた第２負性抵抗素子である。ダイオード２０及びダイオード３０は、例えばガンダイオードである。ダイオード２０及びダイオード３０のアノード端子は、スロットライン１１の内側にあり、ダイオード２０及びダイオード３０のカソード端子は、スロットライン１１の外側にある。
【００２１】
ダイオード２０は、第１直線状部の中心位置に設けられており、ダイオード３０は、第２直線状部の中心位置に設けられている。スロットライン１１の内側にバイアス電圧を印加することにより、ダイオード２０及びダイオード３０が発振する。その結果、ダイオード２０とダイオード３０との間に共振波動場が発生し、図１（ａ）における矢印の向きに電界が生じる。図１は、スロットライン１１の周長が高調波周波数ｎｆ０に対して４波長（４λ）の場合の電界分布を示している。
【００２２】
スロットアンテナ４１−１及びスロットアンテナ４１−２は、スロットライン１１の内側に、導体２を除去することにより形成されている。スロットアンテナ４１−１及びスロットアンテナ４１−２は、図１（ｂ）に示すように、基板１におけるスロットライン１１と同じ面に形成されてもよく、図１（ｃ）に示すように、スロットライン１１と反対側の面に形成されてもよい。
【００２３】
スロットアンテナ４１−１及びスロットアンテナ４１−２は、スロットライン１１、ダイオード２０及びダイオード３０により構成されるスロットループ共振系と電磁共鳴することにより、スロットループ共振系の発振周波数ｎｆ０の高次高調波信号を選択的に放射する。本明細書において、高次高調波の周波数をＮｎｆ０（Ｎは整数）とする。
【００２４】
このように、高次高調波信号を選択共鳴して放射するために、スロットアンテナ４１−１及びスロットアンテナ４１−２は、第１直線状部及び第２直線状部における電界の位相・振幅が同一の複数の位置に対して、電界の方向（図１におけるＹの方向）において所定距離の位置に形成されている。このような条件下で、スロットアンテナ４１−１及びスロットアンテナ４１−２は、周波数Ｎｎｆ０の高次高調波を選択共鳴して放射することができる。
【００２５】
以下、周波数ｎｆ０の高調波信号の波長をλとして、スロットアンテナ４１−１及びスロットアンテナ４１−２から高次高周波信号が放射される原理を説明する。
ダイオード２０が設けられた位置とダイオード３０が設けられた位置との間のスロットライン１１の長さは、ｍλ／２である。また、スロットアンテナ４１−１及びスロットアンテナ４１−２は、ダイオード２０及びダイオード３０を結ぶ線に関して対称な位置に形成されている。スロットアンテナ４１−１及びスロットアンテナ４１−２の長さは高次高調波信号の周波数Ｎｎｆ０における波長の１／２に設定されており、スロットアンテナ４１−１及びスロットアンテナ４１−２に選択共鳴する高次高調波信号を放射することができる。
【００２６】
ここで、ｍ及びｎは、互いに素の整数である。ｍとｎとが互いに素であることにより、スロットライン１１におけるｎｆ０より低い周波数での発振を抑制することができる。
【００２７】
図１（ａ）においてはｍ＝４であり、ダイオード２０と位置ａとの間の長さ、ダイオード３０と位置ａとの長さ、ダイオード２０と位置ｂとの間の長さ、及びダイオード３０と位置ｂとの長さは、それぞれλに等しい。図１（ａ）における矢印は、ある瞬間における電界の向きを示している。
【００２８】
すなわち、ある瞬間において、スロットアンテナ４１−１の近傍において、ダイオード２０と位置ａとの間における電界の向きは、スロットライン１１の外側への向きとなり、ダイオード３０と位置ａとの間における電界の向きは、スロットライン１１の内側への向きとなる。すなわち、スロットアンテナ４１−１の近傍における、ダイオード２０と位置ａとの間における電界の向き、及びダイオード３０と位置ａとの間における電界の向きは、共にダイオード３０からダイオード２０への向き（以下、「Ｙの向き」という）に最大となり、半周期ごとに向きが反転する。
【００２９】
同様に、ある瞬間において、スロットアンテナ４１−２の近傍において、ダイオード２０と位置ｂとの間における電界の向きは、スロットライン１１の外側への向きとなり、ダイオード３０と位置ｂとの間における電界の向きは、スロットライン１１の内側への向きとなる。すなわち、スロットアンテナ４１−２の近傍における、ダイオード２０と位置ｂとの間における電界の向き、及びダイオード３０と位置ｂとの間における電界の向きは、共にＹの向きに最大となり、半周期ごとに向きが反転する。
【００３０】
この高調波信号（ｎｆ０）の波動場において、ダイオード２０及びダイオード３０を結ぶ線に関して対称な位置に形成しているスロットアンテナ４１−１及びスロットアンテナ４１−２は、高次高調波信号（Ｎｎｆ０）を同位相・同振幅で選択共鳴し、基板１の面に垂直な方向（Ｚ軸方向）へ放射することができる。
【００３１】
図２は、第１の実施形態に係る発振器１００を複数並べて構成した発振器アレー２００の構成を示す図である。複数の発振器１００は、互いに直線状部が平行になるともに、Ｘ方向のそれぞれの位置におけるそれぞれの発振器１００の電界の向きが同じ向きとなるように配置されている。具体的には、図２に示す５つの発振器１００のスロットアンテナ４１−１及びスロットアンテナ４１−２の中心位置における電界の向きは、ある瞬間においてＹの向きに最大となっており、半周期ごとに反転する。したがって、複数の発振器１００が相互に同期して発振するとともに、発振器アレー２００からは、１つの発振器１００を用いる場合よりも大きな強度の高調波信号を放射することができる。
【００３２】
以上のとおり、本実施形態に係る発振器１００及び発振器アレー２００は、高次の高調波発振によって生成された発振信号を所定の向きに放射できるので、ミリ波帯又は短ミリ波帯等の超高周波信号を鋭くビーム放射できる信号源として活用できる。また、発振器１００及び発振器アレー２００は、閉ループスロット共振回路構造を有するので、複数のダイオードへのバイアス電圧を一括して供給することもできる。特に、発振器１００及び発振器アレー２００においては、複数のスロットアンテナ４１が、同期した高次高調波信号Ｎｎｆ０を選択抽出して放射することができるので、微弱な高次高調波信号を効率良く外部に取り出すことが可能になる。さらに、発振器アレー２００においては、各ダイオードを分散して配置できるので、発熱処理を要するガンダイオードを用いる場合、実装上の優位性がある。このように、発振器アレー２００においては、多素子発振器アレー化によって、低雑音化やハイパワー発振を実現することができる。
【００３３】
＜第２の実施形態＞
図３は、第２の実施形態に係る発振器３００の構成を示す図である。発振器３００は、スロットライン１１の代わりにスロットライン１２が形成されている点で発振器１００と異なる。発振器１００においては、ダイオード２０とダイオード３０との間のスロットライン１１の長さが２λ（ｍ＝４）であったのに対して、発振器３００においては、ダイオード２０とダイオード３０との間のスロットライン１２の長さが５λ／２（ｍ＝５）となっている。また、発振器３００は、発振器１００におけるスロットアンテナ４１−１及びスロットアンテナ４１−２の代わりに、スロットアンテナ４２−１、スロットアンテナ４２−２、スロットアンテナ４２−３及びスロットアンテナ４２−４が、スロットライン１３の外側に形成されている点でも、発振器１００と異なる。
【００３４】
Ｘ方向におけるダイオード２０とスロットアンテナ４２−１との距離、及びダイオード２０とスロットアンテナ４２−２との距離は、例えばそれぞれλ／４である。また、ダイオード３０とスロットアンテナ４２−３との距離、及びダイオード３０とスロットアンテナ４２−４との距離は、例えば３λ／４である。ダイオード２０とダイオード３０との間のスロットライン１２の長さが５λ／２なので、スロットアンテナ４２−１、スロットアンテナ４２−２、スロットアンテナ４２−３及びスロットアンテナ４２−４のそれぞれの位置における電界はＹの向きに同期し、スロットアンテナ４２と共鳴する。したがって、発振器３００においては、周波数Ｎｎｆ０の高次高調波信号が、４つのスロットアンテナ４２から基板１に垂直な方向へと放射される。
【００３５】
図４は、第２の実施形態に係る発振器３００を複数並べて構成した発振器アレー４００の構成を示す図である。複数の発振器３００（発振器３００−１〜発振器３００−４）は、３波長スロットライン発振器１５０を介して相互結合することによって、それぞれの３００が有するスロットアンテナ４２の位置における電界の向きがＹの向きとなるように配置されている。したがって、発振器３００−１〜発振器３００−４の各スロットアンテナ４２を同期して励振することができる。
【００３６】
また、複数の発振器３００を上記のように配置することで、発振器アレー４００に含まれる複数のスロットアンテナ４２は、同じ振幅・同じ位相で周波数Ｎｎｆ０の高次高調波信号に共鳴するので、発振器アレー４００からは、１つの発振器３００を用いる場合よりも大きなパワーの高次高調波信号を放射することができる。
【００３７】
以上のとおり、本実施形態に係る発振器３００及び発振器１５０を介して発振器３００を多素子化し相互同期化した発振器アレー４００は、同期した高次高調波発振信号を所定の向きに放射できるので、ミリ波帯又は短ミリ波帯等の超高周波信号を鋭くビーム放射できる信号源として活用できる。特に、発振器３００及び発振器アレー４００は、発振器１００及び発振器アレー２００よりも多くのスロットアンテナを用いることにより、効率的に超高周波信号を放射することができる。
【００３８】
＜第３の実施形態＞
図５は、第３の実施形態に係る発振器５００の構成を示す図である。発振器５００は、スロットライン１１の代わりにスロットライン１３が基板１に形成されている点で発振器１００と異なる。
【００３９】
スロットライン１３は、ダイオード２０が交差する第１直線状部とダイオード３０が交差する第２直線状部との間において、ダイオード２０及びダイオード３０を結ぶ直線Ｌに対して第１の側（右側）に形成された、互いに平行な２本の第１平行直線状部を含む。また、スロットライン１３は、第１直線状部の一端、第２直線状部の一端、及び２本の第１平行直線状部を接続する３本の第１接続部を含む。すなわち、スロットライン１３は、メアンダーループ形状をしている。
【００４０】
また、スロットライン１３は、ダイオード２０及びダイオード３０を結ぶ直線に対して第１の側と反対の第２の側（左側）に形成された、互いに平行な２本の第２平行直線状部を含む。さらに、スロットライン１３は、第１直線状部の他端、第２直線状部の他端、及び２本の第２平行直線状部を接続する３本の第２接続部を含む。
【００４１】
第１直線状部と１つ目の第１平行直線状部との間、２つの第１平行直線状部の間、及び２つ目の第１平行直線状部と第２直線状部との間には、合計３個のスロットアンテナ４３が形成されている。同様に、第１直線状部と１つ目の第２平行直線状部との間、２つの第２平行直線状部の間、及び２つ目の第２平行直線状部と第２直線状部との間には、合計３個のスロットアンテナ４３が形成されている。
【００４２】
ダイオード２０が設けられた位置とダイオード３０が設けられた位置との間のスロットライン１３の長さは、ｍλ／２であり、スロットライン１３の周長はｍλ（ｍは偶数）である。図５は、ｍ＝８の場合を示している。具体的には、ダイオード２０と位置ａとの長さ、位置ａと位置ｃとの長さ、位置ｃと位置ｅとの長さ、位置ｅとダイオード３０との長さ、ダイオード３０と位置ｆとの長さ、位置ｆと位置ｄとの長さ、位置ｄと位置ｂとの長さ、位置ｂとダイオード２０との長さは、それぞれλである。また、それぞれのスロットアンテナ４３のＸ方向における位置は、例えば、ダイオード２０及びダイオード３０のそれぞれからλ／４の位置である。
【００４３】
この場合、それぞれのスロットアンテナ４３における電界の向きは、Ｙの向きとなる。したがって、発振器５００においては、合計６個のスロットアンテナ４３から同期した高次高調波信号が放射される。
【００４４】
発振器５００における第１平行直線状部及び第２平行直線状部の数、及びスロットアンテナ４３の数は、任意の数とすることができる。すなわち、スロットライン１３は、ダイオード２０が交差する第１直線状部とダイオード３０が交差する第２直線状部との間において、ダイオード２０及びダイオード３０を結ぶ直線に対して第１の側に形成された、互いに平行なｋ本の第１平行直線状部（ただし、ｋは偶数）を含むとともに、第１直線状部、第２直線状部、及びｋ本の第１平行直線状部を接続するｋ＋１本の第１接続部を含んでもよい。発振器５００は、複数の第１平行直線状部の間の少なくともいずれかに、スロットアンテナ４３を有することができる。
【００４５】
また、スロットライン１３は、ダイオード２０及びダイオード３０を結ぶ直線に対して第１の側と反対の第２の側に形成された、互いに平行なｋ本の第２平行直線状部を含むとともに、第１直線状部、第２直線状部、及びｋ本の第２平行直線状部を接続するｋ＋１本の第２接続部を含んでもよい。発振器５００は、複数の第２平行直線状部の間の少なくともいずれかに、スロットアンテナ４３を有することができる。ダイオード２０が設けられた位置とダイオード３０が設けられた位置との間のスロットラインの長さは、ｍλ／２である。このようなスロットライン１３を基板１に形成することで、発振信号を所定の向きに放射させることができる発振器を構成することができる。
【００４６】
図６は、第３の実施形態に係る発振器５００を複数並べて構成した発振器アレー６００の構成を示す図である。複数の発振器５００（発振器５００−１〜発振器５００−４）は、互いに直線状部が平行になるとともに、それぞれの５００が有するスロットアンテナ４３の位置における電界の向きがＹの向きとなるように配置されている。発振器アレー６００においては、Ｘ方向及びＹ方向に隣接する発振器５００は、互いに電磁結合する。したがって、発振器アレー６００においては、相互同期が２次元に展開され、各スロットアンテナ４３は、同じ振幅・同じ位相で周波数Ｎｎｆ０の高次高調波信号に共鳴する。その結果、発振器アレー６００は、発振器アレー２００及び発振器アレー４００よりも多くのスロットアンテナ４３を用いることで、よりハイパワーな高次高調波信号を放射することができる。
【００４７】
＜第４の実施形態＞
図７は、第４の実施形態に係る発振器７００の構成を示す図である。発振器７００は、発振器１００におけるスロットアンテナ４１−１及びスロットアンテナ４１−２の代わりに、スロットアンテナ４４−１、スロットアンテナ４４−２、スロットアンテナ４４−３及びスロットアンテナ４４−４が形成されている点で発振器１００と異なる。また、発振器７００は、スロットライン１１の代わりにスロットライン１４が形成されている点でも発振器１００と異なる。発振器１００においては、ダイオード２０とダイオード３０との間のスロットライン１１の長さが２λ（ｍ＝４）であったのに対して、発振器７００においては、ダイオード２０とダイオード３０との間のスロットライン１４の長さが４λ（ｍ＝８）となっている。
【００４８】
Ｘ方向におけるダイオード２０及びダイオード３０とスロットアンテナ４４−２との距離、並びにダイオード２０及びダイオード３０とスロットアンテナ４４−３との距離は、例えばλ／４である。また、ダイオード２０及びダイオード３０とスロットアンテナ４４−１との距離、並びにダイオード２０及びダイオード３０とスロットアンテナ４４−４との距離は、例えば５λ／４である。ダイオード２０とダイオード３０との間のスロットライン１２の長さが４λなので、スロットアンテナ４４−１、スロットアンテナ４４−２、スロットアンテナ４４−３及びスロットアンテナ４４−４のそれぞれの位置における電界の向きはＹの向きになる。したがって、発振器７００においては、４つのスロットアンテナ４４から周波数Ｎｎｆ０の高次高調波信号が放射される。
【００４９】
図８は、第４の実施形態に係る発振器７００をＹ方向に３つ並べて構成した発振器アレー８００の構成を示す図である。複数の発振器７００は、それぞれの７００が有するスロットアンテナ４４の位置における電界の向きがＹの向きとなるように配置されている。
【００５０】
図９は、図８に示した発振器アレー８００の変形例に係る発振器アレー９００の構成を示す図である。発振器アレー８００においては、それぞれの発振器７００のスロットライン１４の内側にスロットアンテナ４４が形成されていたのに対して、発振器アレー９００においては、スロットライン１４の外側にスロットアンテナ４４が形成されている点及び発振器７００がスロットアンテナ４４で相互結合している点で異なり、他の点で同じである。発振器７００のようにｍが偶数である場合、スロットライン１４におけるダイオード２０が設けられている側とダイオード３０が設けられている側のＸ方向における同じ位置の電界の向きが同一である。したがって、スロットアンテナ４４をスロットライン１４の内側に配置しても外側に配置しても同等の効果を得ることができる。
【００５１】
＜第５の実施形態＞
図１０は、第５の実施形態に係る発振器１０００の構成を示す図である。発振器１０００は、第３の実施形態に係る発振器５００におけるダイオード２０及びダイオード３０の代わりに、負性抵抗を形成するＨＥＭＴ等の３端子素子により構成される負性抵抗回路５０及び負性抵抗回路６０を備える点で、発振器５００と異なる。発振器１０００は、スロットライン１３の代わりにスロットライン１５が基板１に形成されている点でも発振器５００と異なる。
【００５２】
スロットライン１５は、負性抵抗回路５０が設けられた第１直線状部と負性抵抗回路６０が設けられた第２直線状部との間において、負性抵抗回路５０及び負性抵抗回路６０を結ぶ直線Ｌに対して第１の側（右側）に形成された、互いに平行な２本の第１平行直線状部を含む。また、スロットライン１５は、第１直線状部の一端、第２直線状部の一端、及び２本の第１平行直線状部を接続する３本の第１接続部を含む。
【００５３】
また、スロットライン１５は、負性抵抗回路５０及び負性抵抗回路６０を結ぶ直線に対して第１の側と反対の第２の側（左側）に形成された、互いに平行な２本の第２平行直線状部を含む。さらに、スロットライン１５は、第１直線状部の他端、第２直線状部の他端、及び２本の第２平行直線状部を接続する３本の第２接続部を含む。第１直線状部と１つ目の第１平行直線状部との間、２つの第１平行直線状部の間、及び２つ目の第１平行直線状部と第２直線状部との間には、合計３個のスロットアンテナ４５が形成されている。同様に、第１直線状部と１つ目の第２平行直線状部との間、２つの第２平行直線状部の間、及び２つ目の第２平行直線状部と第２直線状部との間には、合計３個のスロットアンテナ４５が形成されている。
【００５４】
スロットライン１５の周長は９λに等しく、負性抵抗回路５０と負性抵抗回路６０との間の長さは９λ／２である。負性抵抗回路５０と位置ａとの間の長さ、負性抵抗回路５０と位置ｂとの間の長さ、負性抵抗回路６０と位置ｅとの間の長さ、負性抵抗回路６０と位置ｆとの間の長さは、それぞれ５λ／４である。位置ａと位置ｃとの間の長さ、位置ｃと位置ｅとの間の長さ、位置ｂと位置ｄとの間の長さ、位置ｄと位置ｆとの間の長さは、それぞれλである。上記の条件が満たされるとき、すべてのスロットアンテナ４５の位置における電界の向きが、ある瞬間においてＹの向きに最大となり、半周期ごとに反転する。このように、負性抵抗素子としてＨＥＭＴ等の三端子素子を用いても、所定の向きに発振信号を放射する発振器１０００を構成することができる。
【００５５】
図１１は、第５の実施形態に係る発振器１０００をＸ方向に２つ、Ｙ方向に２つ並べて構成した発振器アレー１１００の構成を示す図である。複数の発振器１０００（発振器１０００−１〜発振器１０００−４）は、それぞれの１０００が有するスロットアンテナ４５の位置における電界の向きが、ある瞬間においてＹの向きに最大となるように配置されている。また、複数の発振器１０００は、発振器１０００−１と発振器１０００−３との間、及び、発振器１０００−２と発振器１０００−４との間にはスロットアンテナ４６が形成されており、スロットアンテナ４６における電界の向きが、ある瞬間においてＹの向きに最大となるように配置されている。
【００５６】
図６に示した構成と同様に、Ｘ方向において隣接する発振器１０００は、互いに磁界結合し、Ｙ方向において隣接する発振器１０００は、スロットアンテナ４６を介して互いに電磁結合する。したがって、発振器アレー１１００においては、相互同期が２次元展開され、それぞれの発振器１０００に含まれるスロットアンテナが、同じ振幅・同じ位相で周波数Ｎｎｆ０の高次高調波信号に共鳴する。その結果、発振器アレー１１００においては、多数のスロットアンテナから同じ向きに大きなパワーの高次高調波信号を放射することができる。
【００５７】
上記の各実施形態で説明した発振器及び発振器アレーを、ファブリペロー共振系や可変反射係数の反射鏡等と組み合わせることによって、周波数可変制御やＦＳＫ等のＲＦ直接変調機能を実現することができる。さらには、上記の発振器及び発振器アレーを開口アンテナ等と複合化することにより、発振信号を空間合成したり導波路伝送したりすることも可能であり、多様な応用展開が期待できる。
【００５８】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００５９】
例えば、上記の実施形態における直線状部は、厳密な意味での直線である必要はなく、概ね特定の方向の線分であればよい。また、上記の実施形態における接続部は、任意の曲線であればよい。
【符号の説明】
【００６０】
１・・・基板
２・・・導体
１１、１２、１３、１４、１５・・・スロットライン
２０、３０・・・ダイオード
４１、４２、４３、４４，４５、４６・・・スロットアンテナ
５０、６０・・・負性抵抗回路
１００、３００、５００、７００、１０００・・・発振器
２００、４００、６００、８００、９００、１１００・・・発振器アレー
１２００  プッシュ・プッシュ発振回路
１２１０  基板
１２２０、１２３０・・・マイクロストリップライン
１２４０、１２５０・・・負性抵抗素子
１２５０  負性抵抗素子
１３００  発振器
１３１０  基板
１３２０  スロットライン
１３３０  マイクロストリップライン
１３４０  ガンダイオード
【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５】
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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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