(57)【要約】【課題】小型化が可能で、発振周波数を調整してもマイクロ波を安定して発振させるマイクロ波発振装置を提供する。【解決手段】マイクロ波発振装置１００は、基板１０２上に設けられたマイクロストリップ線路１０５と、マイクロストリップ線路１０５上に支持された誘電体共振器１１０と、の結合によりマイクロ波を発振させる。さらに、マイクロ波発振装置１００は、傾斜送り部１２０を有し、傾斜送り部１２０はキャビティ１０３の傾斜板１１３に設けられている。傾斜送り部１２０は、発振周波数を調整するための送りねじ１１５と、送りねじ１１５用のねじ孔を有する円柱状の角度調整軸１１７と、所定角度に固定可能な軸受け１１４と、これらの部品と発振回路とを電磁気的に遮蔽する遮蔽板１１２と、誘電体共振器１１０と、遮蔽板１１２と誘電体共振器１１０とを接続する接続部１１１と、を含んでいる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられたマイクロストリップ線路と、マイクロストリップ線路上に保持された誘電体共振器と、の結合によりマイクロ波を発振させるマイクロ波発振装置において、
誘電体共振器を上下方向に移動させることによりマイクロストリップ線路との離間距離を変更して発振周波数を調整し、同時に誘電体共振器をマイクロストリップ線路の垂直方向から傾けて動かすことにより位相を調整する位置決め機構を有することを特徴とするマイクロ波発振装置。
【請求項２】
請求項１に記載のマイクロ波発振装置において、
位置決め機構は、送りねじに固定された遮蔽板と、遮蔽板に保持された誘電体共振器と、を含むことを特徴とするマイクロ波発振装置。
【請求項３】
基板上に設けられたマイクロストリップ線路と、マイクロストリップ線路上に保持された誘電体共振器と、の結合によりマイクロ波を発振させるマイクロ波発振装置において、
誘電体共振器上に保持された遮蔽板と、
送りねじにより遮蔽板を上下方向に移動させることで発振周波数を調整する周波数調整器と、
遮蔽板に設けられた円錐状の送り部と、
誘電体共振器が周波数調整器の送り部に摺動してマイクロストリップ線路上を移動することにより位相を調整する位相調整器と、を有し、
周波数調整器と位相調整器とを同時に変更する調整機構を有することを特徴とするマイクロ波発振装置。
【請求項４】
請求項３に記載のマイクロ波発振装置において、
調整機構は、送りねじにより周波数調整器が駆動され、周波数調整器により位相調整器が駆動されることを特徴とするマイクロ波発振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロストリップ線路と誘電体共振器との結合によりマイクロ波を発振させるマイクロ波発振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３を用いて一般的なマイクロ波発振装置を説明する。図３（Ｂ）はマイクロ波発振装置３００の側面図であり、図３（Ａ）は上面図である。図３（Ｂ）に示すマイクロ波発振装置３００は、シャーシ３０１上に設けられた基板３０２と、マイクロストリップ線路３０５と、支持台３０８で支持された誘電体共振器３０７（ＤＲ）と、基板３０２を覆うキャビティ３０３と、で構成されている。図３（Ａ）に示す発振回路３２０は、マイクロストリップ線路３０５に接続された発振用の負性抵抗回路３０４及び接地された終端抵抗３０６と、誘電体共振器（ＤＲ）３０７と、を含んでいる。
【０００３】
また、キャビティ３０３には、上下自在に遮蔽板３１０を送り出す送りねじ３０９が設けられている。シャーシ３０１とキャビティ３０３とはシールドケースを形成し、導体である遮蔽板３１０によって誘電体共振器３０７周囲の磁界や電界が変化することによりマイクロ波発振装置３００の発振周波数を調整することができる。なお、支持台３０８は、発振回路３２０に影響を与えない材料で形成されている。
【０００４】
誘電体共振器３０７の共振周波数は、誘電体共振器３０７の上下にある金属体（シャーシ３０１、遮蔽板３１０）との離間距離が小さいときに、「周波数が高く」なり、大きいときに「周波数が低く」なる。
【０００５】
さらに、誘電体共振器３０７とマイクロストリップ線路３０５との距離が最小となるマイクロストリップ線路３０５上の位置と負性抵抗回路３０４との間の距離（ＬＤＲ）は、共振周波数がｐｈａｓｅ（ＯＳＣ）＋ｐｈａｓｅ（ＤＲ）＝０°という発振位相条件を満たすように設定されている。ここで、ｐｈａｓｅ（ＯＳＣ）は、負性抵抗回路の反射位相、ｐｈａｓｅ（ＤＲ）は、誘電体共振器の反射位相を示す。そこで、ある共振周波数ｆ０において、発振条件を満たすようにＬＤＲを設定する。これは、共振周波数において共振器のＱが最大となり、Ｑが高いほど低位相雑音となるためで、ＬＤＲは発振位相条件を変化させるパラメータであり、発振周波数を決定するパラメータはキャビティ高（ＨＴ）となる。
【０００６】
このため、送りねじ３０９を上下に移動させ、遮蔽板３１０とシャーシ３０１との距離（ＨＴ）を変化させることにより発振周波数の調整が可能となる。なお、発振周波数の調整はキャビティ３０３の構造の変化により行えることから、送りねじ３０９により誘電体共振器３０７を移動させて微調整を行うマイクロ波発振装置も知られている。
【０００７】
なお、特許文献１には、誘電体共振器と遮蔽板との距離が小さくなると、導体である遮蔽板の面積を減少させることにより、共振周波数の変化を緩やかにすることで調整を容易にする技術が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平２−２１９３０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図３に示した発振回路３２０の等価回路３３０が図４に示されている。図４（Ａ）には発振回路３２０の上面図が示され、図４（Ｂ）には等価回路３３０が示されている。等価回路３３０は、遮蔽板３１０とシャーシ３０１との距離（ＨＴ）の変化により容量が変化するコンデンサ成分Ｃ及びインダクタンスが変化するコイル成分Ｌと、抵抗成分Ｒと、終端抵抗３０６と、線路長がＬＤＲであるマイクロストリップ線路３０５と、発振エネルギーの供給源となる負性抵抗回路３０４と、で構成されている。
【００１０】
このように、図３に示した従来例のマイクロ波発振装置３００の発振周波数は、キャビティ３０３に設けた遮蔽板３１０の位置によって変化するコンデンサ成分Ｃ及びコイル成分Ｌで決まり、さらに、誘電体共振器３０７との遮蔽板３１０との距離に応じて遮蔽板３１０の面積を減少させることにより、コンデンサ成分Ｃとコイル成分Ｌとを変化させ、発振周波数を安定させることも可能となる。
【００１１】
しかし、図３に示した構成において、送りねじ３０９により遮蔽板３１０を上下させることにより発振周波数を変化させる方法では、誘電体共振器３０７のＱが最大となる点では位相雑音が最小となるが、共振周波数を変化させると位相雑音が増加するという問題がある。
【００１２】
このため、同じ誘電体共振器３０７を使用して、異なる発振周波数を得ようとする場合において、位相雑音を低く抑える為にＬＤＲを設定し直す必要があり、調整が難しいという問題があった。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、位相雑音を低く抑えたまま発振周波数の調整が可能で、発振周波数を調整してもマイクロ波を安定して発振させるマイクロ波発振装置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】
【００１４】
以上のような目的を達成するために、本発明に係るマイクロ波発振装置は、基板上に設けられたマイクロストリップ線路と、マイクロストリップ線路上に保持された誘電体共振器と、の結合によりマイクロ波を発振させるマイクロ波発振装置において、誘電体共振器を上下方向に移動させることによりマイクロストリップ線路との離間距離を変更して発振周波数を調整し、同時に誘電体共振器をマイクロストリップ線路の垂直方向から傾けて動かすことにより位相を調整する位置決め機構を有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係るマイクロ波発振装置において、位置決め機構は、送りねじに固定された遮蔽板と、遮蔽板に保持された誘電体共振器と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
さらに、本発明に係るマイクロ波発振装置は、基板上に設けられたマイクロストリップ線路と、マイクロストリップ線路上に保持された誘電体共振器と、の結合によりマイクロ波を発振させるマイクロ波発振装置において、誘電体共振器上に保持された遮蔽板と、送りねじにより遮蔽板を上下方向に移動させることで発振周波数を調整する周波数調整器と、遮蔽板に設けられた円錐状の送り部と、誘電体共振器が周波数調整器の送り部に摺動してマイクロストリップ線路上を移動することにより位相を調整する位相調整器と、を有し、周波数調整器と位相調整器とを同時に変更する調整機構を有することを特徴とする。
【００１７】
さらにまた、本発明に係るマイクロ波発振装置において、調整機構は、送りねじにより周波数調整器が駆動され、周波数調整器により位相調整器が駆動されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明を用いると、発振周波数を調整するためにキャビティ高さ（ＨＴ）を変化させ、同時に、誘電体共振器とマイクロストリップ線路との距離が最小となるマイクロストリップ線路上の位置と負性抵抗回路との間の距離（ＬＤＲ）を変化させることにより共振周波数に近い周波数（Ｑが高い）において発振位相条件を満たしながら位相雑音を低く抑えて発振周波数の調整が可能となるという効果がある。
【００１９】
また、簡単な機構により個別に二つの距離（ＨＴ，ＬＤＲ）を同時に調整することが可能となるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００２１】
図１は、第１の実施形態に係るマイクロ波発振装置１００の構成図である。図に示すように、マイクロ波発振装置１００は、シャーシ１０１とキャビティ１０３及び傾斜板１１３にて形成されるシールドケース内に発振回路が納められている。また、発振回路は、基板１０２上に設けられたマイクロストリップ線路１０５と、マイクロストリップ線路１０５上に保持された誘電体共振器１１０と、の結合によりマイクロ波を発振させるものである。発振回路のマイクロストリップ線路１０５には、一端に終端抵抗１０６（例えば５０Ω）と、他端には負性抵抗回路１０４が接続されている。
【００２２】
マイクロ波発振装置１００は、さらに、本実施形態の特徴である傾斜送り部１２０を有している。傾斜送り部１２０はキャビティ１０３にヒンジ１１９と固定ねじ１１８により取り外し自在に固定されている傾斜板１１３に設けられている。傾斜送り部１２０は、発振周波数を調整するための送りねじ１１５と、送りねじ１１５用のねじ孔を有する円柱状の角度調整軸１１７と、所定角度に固定可能な軸受け１１４と、これらの部品と発振回路とを電磁気的に遮蔽する遮蔽板１１２と、誘電体共振器１１０と、遮蔽板１１２と誘電体共振器１１０とを接続する接続部１１１と、を含んでいる。
【００２３】
このような傾斜送り部１２０を用いて遮蔽板１１２とシャーシ１０１との平均的な距離（ＨＴ）を変化させ、同時に誘電体共振器とマイクロストリップ線路との距離が最小となるマイクロストリップ線路上の位置と負性抵抗回路との間の距離（ＬＤＲ）を変化させることで、広帯域で低位相雑音特性を得ることが可能となる。
【００２４】
図５には、実施形態に係るマイクロ波発振装置１００の発振回路の等価回路１３０が示されている。図５の等価回路１３０には、遮蔽板１１２とシャーシ１０１との平均的な距離（ＨＴ）の変化によりインダクタンスが変化するコイル成分Ｌ，容量が変化するコンデンサ成分Ｃ，抵抗成分Ｒと、終端抵抗１０６と、負性抵抗回路１０４と、結合回路１２２と、によって構成されている。
【００２５】
まず、発振位相条件が満足されるように、すなわち、負性抵抗回路側の反射位相と、共振回路側の反射位相との和が０°となるように設計される。このため、マイクロ波発振装置１００はこの条件で決まる周波数で発振する。誘電体共振器のＱは共振周波数において最も高くなり、周波数が共振周波数からずれるに従ってＱは低下する。また、位相雑音特性は１／Ｑ2の関数であり、Ｑが高いほど低位相雑音特性である。本実施形態の目的は、広帯域で低位相雑音を実現することであり、すなわち、広帯域に渡り高いＱの条件で発振条件を満たすことである。
【００２６】
ここで、負性抵抗の反射係数をΓ＝０．５とすると、抵抗成分Ｒは式１として表すことができる。なお、Ｚ0はマイクロストリップ線路１０５の特性インピーダンスを示し、ΓはＬＤＲと相関関係を有している。
【００２７】
【数１】
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【００２８】
また、コイル成分ＬはΓ＝０．５の時の実測によって求めたＱLの値から式２として表すことができる。ｆ0は、誘電体共振器１１０の共振周波数、ＱLは誘電体共振器の負荷Ｑを示す。
【００２９】
【数２】
2008124675.tif 000004
【００３０】
同様にして、コンデンサ成分ＣはΓ＝０．５の時のＱLの値から式３として表すことができる。
【００３１】
【数３】
2008124675.tif 000005
【００３２】
さらに、結合回路１２２の変成比ｎは式４として表すことができる。
【００３３】
【数４】
2008124675.tif 000006
【００３４】
図６は、実施形態に係るマイクロ波発振装置の位相雑音特性を示す図である。図中、図３に示した従来例のマイクロ波発振装置の位相雑音特性（従来特性）が破線で示されている。従来例のマイクロ波発振装置は、共振周波数ｆ0において（発振周波数＝共振周波数ｆ0となるように）発振条件を満たすように設計されている。ＬＤＲを固定したまま共振周波数ｆ0を変化させて、発振条件を満たす発振周波数を計算すると、従来特性が得られ、発振周波数と共振周波数にずれが生じる（Ｑが低下して位相雑音特性が劣化する）。結果として、位相雑音が増加しているのがわかる。
【００３５】
これは、発振周波数が変化すると線路長ＬＤＲのマイクロストリップ線路の電気長が変化するためであり、ＬＤＲを調整することにより発振周波数と共振周波数のずれを最小化することができる。通常、発振周波数が高くなる場合にはＬＤＲを短く、発振周波数が低くなる場合にはＬＤＲを長くすればよい。
【００３６】
本実施形態では、図１の傾斜送り部１２０において軸の傾斜角度を変化させてＬＤＲ，ＨＴ，ｆ0のそれぞれの関係を実験又はシミュレーションにて求める。次に、得られた結果より、発振周波数と、発振周波数と共振周波数の差分（ｄｆ）と、の関係を求め、ｄｆを小さくすることが可能な最適な傾斜角度を求める。図６の実線が本実施形態のマイクロ波発振装置の位相雑音特性（改善特性）である。改善特性によると、ＬＤＲを最適に設計した周波数だけでなく、広範囲で位相雑音を抑えることが可能となる。
【００３７】
このように本実施形態では、遮蔽板１１２とシャーシ１０１との平均的な距離によって変化する発振周波数と位相雑音との関係を予め測定し、所定の発振周波数における位相雑音の増加を抑えることが可能な結合条件により、ＨＴとＬＤＲを変更している。
【００３８】
なお、第１の実施形態では、傾斜送り部１２０の傾斜角を自在に変更可能としたが、これに限るものではなく、最適な傾斜角でねじ孔を設けて、機構を簡略化してもよいことはいうまでもない。
【００３９】
図２は、第２の実施形態に係るマイクロ波発振装置２００の構成図である。なお、第１の実施形態と同じ構成に関しては説明を省略する。第２の本実施形態で特徴的な機構は、中央部に溝を有する誘電体共振器２１０が共振器ホルダ２０９に固定され、共振器ホルダ２０９は位置決めばね２０８により所定のプリセット力で保持され、摺動レール２０７上を移動自在に支持されていることである。摺動レール２０７、位置決めばね２０８及び共振ホルダ２０９は、誘電体共振器２１０の特性に影響を与えない材料で形成されている。
【００４０】
そして、キャビティ２０３に設けられた送りねじ２２２は遮蔽板２２１を有し、遮蔽板２２１には円錐状の送り部２２０が設けられている。円錐状の送り部２２０（以下、送り部２２０と略す。）は、誘電体共振器２１０の特性に影響を与えない材料で形成されている。送り部２２０が送り出されると送り部２２０の一端が誘電体共振器２１０の溝の縁に当接して誘電体共振器２１０を移動させる。この機構により、遮蔽板２２１が送り出されることによりＨＴが変更され、遮蔽板２２１に設けられた送り部２２０により誘電体共振器２１０が移動することでＬＤＲが変更される。
【００４１】
第２の本実施形態において、送り部２２０の円錐形を半円形やくびれ形状等にすることにより、キャビティ高さ（ＨＴ）に対する、誘電体共振器とマイクロストリップ線路との距離が最小となるマイクロストリップ線路上の位置と負性抵抗回路との間の距離（ＬＤＲ）を任意に変更することが可能となり、第１の実施形態よりも発振周波数と共振周波数のずれを最小化でき、より広帯域での低位相雑音化が可能となる。
【００４２】
以上、上述したように、本実施形態を用いると、周波数を調整するためにキャビティ高さ（ＨＴ）を変化させ、同時に、誘電体共振器とマイクロストリップ線路との距離が最小となるマイクロストリップ線路上の位置と負性抵抗回路との間の距離（ＬＤＲ）を変化させることにより発振周波数と共振周波数のずれを最小に保つことになり、位相雑音を抑えながら共振周波数の調整が可能となる。
【００４３】
なお、本実施形態では遮蔽板を備えている構成について説明したが、遮蔽板を設けない構成では、誘電体共振器が傾斜板近傍（誘電体共振器の移動と共に発振周波数が低下するような位置）にある場合には、送りねじにより誘電体共振器を基板方向へ移動させると共に、誘電体共振器が負性抵抗回路から離れるように構成する。
【００４４】
また、誘電体共振器が基板近傍（誘電体共振器の移動と共に発振周波数が上昇する位置）にある場合には、送りねじにより誘電体共振器を傾斜板方向へ移動させると共に、誘電体共振器が負性抵抗回路に近づくように構成する。
【００４５】
このような構成では、はじめに誘電体共振器を傾斜板近傍から基板近傍まで移動させて発振周波数の最小値を求め、その発振周波数から得られる位置までを誘電体共振器の可動範囲とするなどの制限機構を設ける必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るマイクロ波発振装置の構成を示す側面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るマイクロ波発振装置の構成を示す側面図である。
【図３】従来のマイクロ波発振装置の構成を示す上面図と側面図である。
【図４】従来のマイクロ波発振装置の等価回路を示す回路図である。
【図５】本発明の実施形態に係るマイクロ波発振装置の等価回路を示す回路図である。
【図６】本発明の実施形態に係るマイクロ波発振装置で改善された周波数に対する位相雑音特性を示した特性図である。
【符号の説明】
【００４７】
１００，２００，３００  マイクロ波発振装置、１０１，３０１  シャーシ、１０２，３０２  基板、１０３，２０３，３０３  キャビティ、１０４，３０４  負性抵抗回路、１０５，３０５  マイクロストリップ線路、１０６，３０６  終端抵抗、１１０，２１０，３０７  誘電体共振器、１１１  接続部、１１２，２２１，３１０  遮蔽板、１１３  傾斜板、１１４  軸受け、１１７  角度調整軸、１１９  ヒンジ、１２０  傾斜送り部、１２２  結合回路、１３０，３３０  等価回路、２０７  摺動レール、２０９  共振器ホルダ、２２０  送り部、３０８  支持台、３２０  発振回路。
【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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