(57)【要約】【課題】  負性抵抗を大きくして、位相雑音特性を改善し、出力を増大させることができる発振回路を提供する。【解決手段】  共振器と、出力端子（OUT）とを有する発振回路であって、共振器を構成するマイクロストリップ線路Ｒ１の一端に電源電圧Ｖｃｃが印加され、第１のダイオードＤ３のアノードが共振器の一端に接続され、第１のダイオードＤ３のカソードが接地され、第２のダイオードＤ４のアノードが共振器の一端に接続され、第２のダイオードＤ４のカソードが出力端子側に接続されると共にインダクタＬｘの一端に接続され、インダクタＬｘの他端が接地され、第１のダイオードＤ３と第２のダイオードＤ４とをガンダイオードで構成した発振回路としている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振器と、出力端子とを有する発振回路であって、
前記共振器の一端に電源電圧が印加され、
第１のダイオードのアノードが前記共振器の一端に接続され、
前記第１のダイオードのカソードが接地され、
第２のダイオードのアノードが前記共振器の一端に接続され、
前記第２のダイオードのカソードが前記出力端子側に接続されると共にインダクタの一端に接続され、
前記インダクタの他端が接地され、
前記第１のダイオードと前記第２のダイオードをガンダイオードで構成したことを特徴とする発振回路。
【請求項２】
第１のダイオードと第２のダイオードとを有するガンダイオード素子を備え、
絶縁性基板上に、第１のグランド端子パターンと、第２のグランド端子パターンと、共振器パターンと、出力端子を備えた変成器パターンとが形成され、
前記第１のダイオードは、アノード電極が前記共振器パターンに接続され、カソード電極が前記第１のグランド端子パターンに接続され、
前記第２のダイオードは、アノード電極が前記共振器パターンに接続され、カソード電極が前記変成器パターンに接続され、
前記変成器パターンと前記第２のグランドパターンとがインダクタで接続され、
前記共振器パターンには電源電圧が印加されていることを特徴とする発振回路。
【請求項３】
インダクタが金属パターンであることを特徴とする請求項２記載の発振回路。
【請求項４】
インダクタがワイヤであることを特徴とする請求項２記載の発振回路。
【請求項５】
インダクタがチップコイルであることを特徴とする請求項２記載の発振回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガンダイオードを用いた発振回路に係り、特に位相雑音特性を改善し、出力を増大させて、良好な特性の周波数信号を出力することができる発振回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
［先行技術の説明：図７］
ガンダイオードは、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）やインジウムリン（ＩｎＰ）等の化合物半導体で形成され、マイクロ波やミリ波の発振に用いられる。
ガンダイオードを用いた従来の発振回路の構成について図７を用いて説明する。図７は、ガンダイオードを用いた従来の発振回路のパターン構成を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ′の断面図である。
図７（ａ）（ｂ）に示すように、ガンダイオードを用いた従来の発振回路（従来の発振回路）は、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）等から成る絶縁性の基板１０の上面に、共振器１と、変成器２と、グランド端子３ａ，３ｂと、バイアス電圧給電点７の金属パターンが形成され、その上にフリップチップのガンダイオード素子４が搭載されている。変成器２の端部は出力端子となっている。
共振器１は、マイクロストリップオープン線路であり、長さｌ1は、λ／４（λは共振波長）の長さに形成されている。
【０００３】
ガンダイオード素子４は、左右の辺に沿って形成されたカソード電極１２ａ，１２ｂと内側に形成されたアノード電極１３によって、基板１０の上面にフェイスダウンの状態で固定されている。図７の例では、ガンダイオード素子４は左右に２つのダイオードを備えている。
【０００４】
そして、カソード電極１２ａ，１２ｂは、それぞれ、グランド端子３ａ，３ｂに接続され、アノード電極１３は、共振器１及び変成器２に接続されている。カソード電極１２ａ，１２ｂ及びアノード電極１３は、金バンプで形成されている。
また、（ｂ）に示すように、基板１０の上面に形成されたグランド端子３ａ，３ｂと、下面に形成された接地電極１４とはビアホール５ａ，５ｂによって接続されている。
【０００５】
［従来の発振回路の回路構成：図８］
次に、従来の発振回路の回路構成について、図８を用いて説明する。図８は、従来の発振回路の回路図である。
図８に示すように、従来の発振回路は、マイクロストリップ線路Ｒ１と、マイクロストリップ線路Ｒ２と、出力端子とが直列に接続され、マイクロストリップ線路Ｒ１とＲ２との間の点にインダクタＬ２を介して電源電圧Ｖｃｃが印加されている。
そして、ダイオードＤ１及びＤ２のアノードがマイクロストリップ線路Ｒ１とＲ２との間の点にそれぞれ接続され、カソードが接地されている。
【０００６】
［従来の発振回路の等価回路：図９］
次に、従来の発振回路の等価回路について、図９を用いて説明する。図９は、従来の発振回路の等価回路を示す回路図である。
等価回路は、図８に示した従来の発振回路において、ダイオードＤ１，Ｄ２を、抵抗、インダクタ、コンデンサで置き換えたものであり、図９に示すように、マイクロストリップ線路Ｒ１とＲ２との間に、負性抵抗Ｒ４とコンデンサＣ２との並列回路の一端が接続され、更に、当該並列回路の他端にインダクタＬ１の一端が接続され、他端が接地されている構成となる。
他の構成部分は図８と同じであり、説明は省略する。
【０００７】
［従来の発振回路の特性：図１０］
次に、従来の発振回路の発振特性について図１０を用いて説明する。図１０は、従来の発振回路の発振特性を示す特性図である。
図１０に示すように、従来の発振回路では、出力周波数信号における位相雑音が大きく、入力信号に対する出力信号の強度も十分とはいえない。
【０００８】
［関連技術］
尚、ガンダイオードに関する従来技術としては、特開２０００−２２２４１号公報「ガンダイオード、その製造方法、およびその実装構造」（新日本無線株式会社、特許文献１）がある。
特許文献１には、ガンダイオードとして機能する部分と、そのガンダイオード部分の第１のコンタクト層への外部からの電圧印加路として働く低抵抗層部分とを凹部によって分離して構成し、上記ガンダイオードとして機能する部分に電圧を印加する電極を第２のコンタクト層の上面に設けた構成として、製造、実装、組み立てを容易とすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２２２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、ガンダイオードを用いた従来の発振回路では、負性抵抗があまり大きくないため、位相雑音が大きくなり、出力も不十分であるという問題点があった。
【００１１】
尚、特許文献１には、共振器と出力端子との間にダイオードが直列に接続され、当該ダイオードと共振器との間に別のダイオードの一端が接続して他端が接地し、ダイオードＤ４と出力端子との間にインダクタＬｘの一端が接続し他端が接地する構成は記載されていない。
【００１２】
本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、位相雑音特性を改善し、出力を増大させて、良好な特性の周波数信号を出力することができる発振回路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】
【００１３】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、共振器と、出力端子とを有する発振回路であって、共振器の一端に電源電圧が印加され、第１のダイオードのアノードが共振器の一端に接続され、第１のダイオードのカソードが接地され、第２のダイオードのアノードが共振器の一端に接続され、第２のダイオードのカソードが出力端子側に接続されると共にインダクタの一端に接続され、インダクタの他端が接地され、第１のダイオードと第２のダイオードをガンダイオードで構成したことを特徴としている。
【００１４】
また、本発明は、発振回路であって、第１のダイオードと第２のダイオードとを有するガンダイオード素子を備え、絶縁性基板上に、第１のグランド端子パターンと、第２のグランド端子パターンと、共振器パターンと、出力端子を備えた変成器パターンとが形成され、第１のダイオードは、アノード電極が前記共振器パターンに接続され、カソード電極が前記第１のグランド端子パターンに接続され、第２のダイオードは、アノード電極が共振器パターンに接続され、カソード電極が変成器パターンに接続され、変成器パターンと第２のグランドパターンとがインダクタで接続され、共振器パターンには電源電圧が印加されていることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明は、上記発振回路において、インダクタが金属パターンであることを特徴としている。
【００１６】
また、本発明は、上記発振回路において、インダクタがワイヤであることを特徴としている。
【００１７】
また、本発明は、上記発振回路において、インダクタがチップコイルであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、共振器と、出力端子とを有する発振回路であって、共振器の一端に電源電圧が印加され、第１のダイオードのアノードが共振器の一端に接続され、第１のダイオードのカソードが接地され、第２のダイオードのアノードが共振器の一端に接続され、第２のダイオードのカソードが出力端子側に接続されると共にインダクタの一端に接続され、インダクタの他端が接地され、第１のダイオードと第２のダイオードをガンダイオードで構成した発振回路としているので、負性抵抗を大きくして、位相雑音特性を良好にし、出力を増大させることができる効果がある。
【００１９】
また、本発明によれば、第１のダイオードと第２のダイオードとを有するガンダイオード素子を備え、絶縁性基板上に、第１のグランド端子パターンと、第２のグランド端子パターンと、共振器パターンと、出力端子を備えた変成器パターンとが形成され、第１のダイオードは、アノード電極が前記共振器パターンに接続され、カソード電極が前記第１のグランド端子パターンに接続され、第２のダイオードは、アノード電極が共振器パターンに接続され、カソード電極が変成器パターンに接続され、変成器パターンと第２のグランドパターンとがインダクタで接続され、共振器パターンには電源電圧が印加されている発振回路としているので、従来と同じガンダイオード素子を用いて、同様の工程で、パターンの形状や配置を変更するだけで製造でき、位相雑音特性が良好で大きい出力が得られる発振回路を低コストで実現することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係る発振回路の回路図である。
【図２】本発振回路の等価回路を示す回路図である。
【図３】本発振回路のパターン構成例を示す平面図である。
【図４】本発振回路の発振特性を示す特性図である。
【図５】発振回路から共振器部分を除いた回路の構成を示す回路図である。
【図６】本発振回路の負性抵抗特性を示す特性図である。
【図７】ガンダイオードを用いた従来の発振回路のパターン構成を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ′の断面図である。
【図８】従来の発振回路の回路図である。
【図９】従来の発振回路の等価回路を示す回路図である。
【図１０】従来の発振回路の発振特性を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る発振回路は、第１のダイオードと第２のダイオードとを備えたガンダイオード素子を用いた発振回路であって、第１のダイオードのアノードが共振器の一端に接続され、カソードが接地され、第２のダイオードのアノードが共振器の一端に接続され、カソードが出力端子側に接続され、インダクタの一端が第２のダイオードのカソードに接続され、他端が接地された構成であり、負性抵抗を大きくして、位相雑音特性を向上させ、出力を増大させることができ、また、従来と同じガンダイオード素子を用いてパターン形状を変更するだけで製造でき、優れた特性の発振器を低コストで実現することができるものである。
【００２２】
［実施の形態に係る発振回路：図１］
本発明の実施の形態に係る発振回路について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る発振回路の回路図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る発振回路（本発振回路）は、従来と同様に、λ／４のマイクロストリップオープン線路であるマイクロストリップ線路Ｒ１と、マイクロストリップ線路Ｒ２と、出力端子が直列に接続されている。マイクロストリップ線路Ｒ１は、λ／４のマイクロストリップ線路形の共振器を構成している。
【００２３】
また、マイクロストリップ線路Ｒ１に並列にダイオードＤ３が設けられており、ダイオードＤ３のアノードはマイクロストリップ線路Ｒ１とマイクロストリップ線路Ｒ２の間の点に接続されると共に、インダクタＬ２を介して電源電圧Ｖｃｃが印加され、カソードが接地されている。ダイオードＤ３は、請求項に記載した第１のダイオードに相当する。
【００２４】
そして、本発振回路の特徴として、マイクロストリップ線路Ｒ１と出力端子との間に直列にダイオードＤ４が設けられると共に、ダイオードＤ３に並列に、バイアス用にインダクタＬｘが設けられている。
つまり、ダイオードＤ４は、アノードがマイクロストリップ線路Ｒ１に接続され、カソードがマイクロストリップ線路Ｒ２に接続されている。ダイオードＤ４は、請求項に記載した第２のダイオードに相当する。
そして、インダクタＬｘは、一端がダイオードＤ４のカソードとマイクロストリップ線路Ｒ２との間に接続され、他端が接地されている。
【００２５】
そして、本発振回路では、λ／４のオープン線路（マイクロストリップ線路Ｒ１）が持つインダクタンス成分とガンダイオードの持つキャパシタンス成分とが共役の関係となったところが発振条件となるものである。
本発振回路では、このような回路構成とすることにより、共振器を除いた部分の負性抵抗を大きくすることができ、これによって位相雑音特性を向上させ、出力を増大させるものである。本発振回路の負性抵抗については後述する。
【００２６】
［本発振回路の等価回路：図２］
本発振回路の等価回路について図２を用いて説明する。図２は、本発振回路の等価回路を示す回路図である。
図２に示すように、本発振回路の等価回路は、共振器を構成するλ／４のオープン線路であるマイクロストリップ線路Ｒ１に並列に、並列接続のコンデンサＣ５及び負性抵抗Ｒ５の一端が接続し、他端にインダクタＬ５の一端が接続し、インダクタＬ５の他端が接地されている。
尚、インダクタＬ５には、ダイオードＤ１，Ｄ２によるインダクタンス成分と、ビアホールによるインダクタンス成分とが含まれている。
【００２７】
また、マイクロストリップ線路Ｒ１に直列に、並列接続のコンデンサＣ６及び負性抵抗Ｒ６が接続し、当該並列回路とマイクロストリップ線路Ｒ２との間の点にインダクタＬｘの一端が接続し、他端が接地されている。
他の構成部分については図１と同様であり、説明は省略する。
【００２８】
［本発振回路のパターン構成例：図３］
次に、本発振回路の構成例について図３を用いて説明する。図３は、本発振回路のパターン構成例を示す平面図である。
本発振回路は、図７に示した従来の発振回路と同一のガンダイオード素子を用いながら、回路パターンの形状及び配置を変更することにより、図１，２に示した発振回路を実現している。
【００２９】
図３に示すように、本発振回路は、従来と同様にＡｌＮ等の絶縁性基板上に、共振器１と、変成器２と、グランド端子３ｃ，３ｄ、及びインダクタ６の金属パターンが形成されている。共振器１のパターンの長さは、λ／４としている。
そして、ガンダイオード素子４が、金バンプ等で形成されたカソード電極１２及びアノード電極１３を介して、共振器１と、変成器２と、グランド端子３ｃの上にフェイスダウンの姿勢で搭載されている。
グランド端子３ｃ、３ｄは、それぞれ、ビアホール５ｃ、５ｄによって基板下面の接地電極（図示せず）に接続されている。
【００３０】
ガンダイオード素子４の一方のカソード電極１２ａはグランド端子３ｃに接続され、他方のカソード電極１２ｂは、変成器２の一端に接続されている。
つまり、カソード電極１２ａとアノード電極１３とを備えたダイオードは、ダイオードＤ３に相当し、カソード電極１２ｂとアノード電極１３とを備えたダイオードは、ダイオードＤ４に相当している。
【００３１】
また、共振器１に接続してバイアス電圧給電点７のパターンが形成されている。
変成器２の他端は出力端子となっており、インダクタ６は、グランド端子３ｄと、変成器２とを接続するように形成されている。
インダクタ６は、金属パターンで形成してもよいし、ワイヤ又はチップコイルを用いてもよい。
【００３２】
このように、本発振回路では、従来と同じガンダイオード素子４を用いて、従来と同様の工程でパターンの形状及び配置を変えるだけで製造でき、特性の優れた発振回路を安価に実現できるものである。
【００３３】
［本発振回路の発振特性：図４］
次に、本発振回路の発振特性について図４を用いて説明する。図４は、本発振回路の発振特性を示す特性図であり、（ａ）は本発振回路の特性を示した図であり、（ｂ）は本発振回路と従来の発振回路とを比較した図である。
図４（ａ）（ｂ）に示すように、本発振回路の発振特性は、破線で示した従来の発振回路の特性と比べて急峻なスペクトルとなり、出力も大きくなっており、良好な特性の周波数信号が得られることがわかる。
【００３４】
［負性抵抗の比較］
発振回路において安定した発振を行い、大きい出力を得るためには、共振器を除く部分の負性抵抗が十分に大きいことが必要である。本発振回路の負性抵抗と、従来の発振回路の負性抵抗とを比較する。
［被測定回路：図５］
まず、負性抵抗を測定する回路について図５を用いて説明する。図５は、発振回路から共振器部分を除いた回路の構成を示す回路図であり、（ａ）は本発振回路から共振回路部分を除いた構成であり、（ｂ）は従来の発振回路から共振回路部分を除いた構成を示している。
図５（ａ）（ｂ）の左側に示した回路について負性抵抗を測定する。
【００３５】
［負性抵抗特性：図６］
本発振回路の負性抵抗特性について図６を用いて説明する。図６は、本発振回路の負性抵抗特性を示す特性図である。
図６において破線で示すように、従来の発振回路から共振器を除いた構成（図５の（ｂ）、「従来の構成」とする）においても、発振出力を増幅する作用はあるが、実線で示した本発振回路から共振器を除いた構成（図５の（ａ）、「本構成」とする）では、広い周波数範囲において負性抵抗の値が従来の構成に比べて大きくなっており、増幅作用が大きい。
【００３６】
このように、本発振回路では、従来の構成に比べて負性抵抗の値が大きく、安定した発振を可能とし、位相雑音特性を向上させると共に出力を増大させることができるものである。
【００３７】
［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態に係る発振回路によれば、ガンダイオードを用いた発振回路であって、λ／４のマイクロストリップ線路型の共振器を構成するマイクロストリップ線路Ｒ１の一端に電源電圧が印加され、共振器と出力端子との間にダイオードＤ４が直列に接続され、ダイオードＤ４と共振器との間にダイオードＤ３の一端が接続し、他端が接地し、ダイオードＤ４と出力端子との間にインダクタＬｘの一端が接続し、他端が接地する構成であり、共振器を除いた構成部分の負性抵抗を増大させて、位相雑音特性を向上させ、出力を大きくすることができる効果がある。
【００３８】
また、本発振回路によれば、従来と同じガンダイオード素子４を用いて、同様の工程で、パターン形状を変更するだけで製造できるため、優れた特性の発振器を低コストで実現することができる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、位相雑音特性を改善し、出力を増大させて、良好な特性の周波数信号を出力することができる発振回路に適している。
【符号の説明】
【００４０】
１...共振器、  ２...変成器、  ３...グランド端子、  ４...ガンダイオード素子、  ５...ビアホール、  ６...インダクタ、  ７...バイアス電圧給電点、  １０...基板、  １２...カソード電極、  １３...アノード電極、  Ｒ１，Ｒ２...マイクロストリップ線路、  Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６...負性抵抗、  Ｃ２，Ｃ５，Ｃ６...コンデンサ、  Ｌ１，Ｌ２，Ｌ５，Ｌｘ...インダクタ、  Ｄ１，Ｄ２...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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