(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外層面に外層パターンと発振素子を含む電子部品とが設けられ、内層に前記外層パターンと電気的に接続された内層パターンが形成された多層基板と、
前記多層基板の外層面に搭載され、前記電子部品との干渉を回避するように設けられた窓部を備え、共振器を構成する導体パターンが前記多層基板の外層面と自基板との接触面に形成された基板と、を備え、
前記多層基板は第１の内層パターン及び第２の内層パターンを備え、前記第１の内層パターンと前記導体パターンの一部とが第１の単板コンデンサを形成するように対向して配されることにより容量結合され、前記第２の内層パターンと前記導体パターンの他の一部とが、第２の単板コンデンサを形成するように対向して配されることにより容量結合することを特徴とするマイクロ波発振器。
【請求項２】
前記導体パターンはマイクロストリップラインとして形成され、前記導体パターンの一端及び他端がそれぞれ前記第１の内層パターン及び前記第２の内層パターンと容量結合することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波発振器。
【請求項３】
前記第１の内層パターン及び前記第２の内層パターンの一方が前記発振素子の制御電極に接続され、他方が可変容量素子に接続されたことを特徴とする請求項２に記載のマイクロ波発振器。
【請求項４】
前記導体パターンの両端部に前記容量結合用の拡大した電極パターンが形成されたことを特徴とする請求項２又は３に記載のマイクロ波発振器。
【請求項５】
前記基板はテフロン（登録商標）基板であることを特徴とする請求項１ないし４の何れかの請求項に記載のマイクロ波発振器。
【請求項６】
前記導体パターンと反対側の前記基板の面に搭載され、前記電子部品を収容する空洞部が形成された金属製ケースを備え、
前記導体パターンのうち、前記多層基板を挟んで前記第１の内層パターン及び前記第２の内層パターンのいずれとも重なっていない部分は、前記金属製ケースが接地された前記基板上においてマイクロストリップライン共振器として動作することを特徴とする請求項１ないし５の何れかの請求項に記載のマイクロ波発振器。
【請求項７】
コルピッツ発振器として構成されることを特徴とする請求項１ないし６の何れかの請求項に記載のマイクロ波発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロ波発振器に関し、特に共振器を備えるマイクロ波発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８、９は従来のマイクロ波発振器の構成を示す図である。図８は電子部品を搭載した基板上の共振器部分に別の基板を接続した例を示しており、図９は同基板上の共振器部分に同軸線路を接続した例を示している。この発振器は電子部品を搭載した基板に、共振器を構成する別のマイクロストリップラインを形成した基板（共振器基板）や同軸線路をそれぞれ両端にコンデンサを介して半田付けなどで接続したものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図８、９に示された従来の発振器では、共振器基板や同軸線路等が電子部品を実装した基板上に個別部品のコンデンサにより接続、固定するものであるから、マイクロストリップライン基板や同軸線路が部品実装基板に電気的に確実に接続されているだけでなく、機械的にも部品実装基板に対してよく固定されていないと、共振器基板や同軸線路が浮いたり移動したり振動したりすることにより発振周波数の変動が起こる可能性がある。また、電子部品を搭載した基板と共振器基板や同軸線路等の熱膨張係数の違いにより接続、固定部分への機械的ストレスや変動の発生を十分考慮する必要がある。  
このように、従来の発振器は発振周波数の安定性が良くなく調整も困難であって特性上の問題があり、これらを考慮すると製作が困難で高価となる。
【０００４】
本発明の目的は、以上の問題を解決するものであり、製作が容易で安価な多層基板の使用により高いＱ値の発振用共振器を構成でき、良好な位相雑音特性を実現可能なマイクロ波発振器を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、発振用共振器に形成する小さい容量のコンデンサの容量値を好適に設定することが容易で、容量精度を共振器等のパターン精度及び多層基板の外層の厚さ精度と同等とし、発振の安定性が良好なマイクロ波発振器を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、基板を重ね合わせによる堅牢に固定可能であり熱膨張係数の違いによる基板等の機械的変動、浮きや振動を防止し、発振周波数の変動を防止できるマイクロ波発振器を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、共振器を構成する導体パターンが形成された基板を選択的に使用したり、重ね合わせ時の調整により、調整用パターンの使用せずに発振周波数帯の変更、微調整が可能なマイクロ波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】
【０００８】
本発明のマイクロ波発振器は、外層面に外層パターンと発振素子を含む電子部品とが設けられ、内層に前記外層パターンと電気的に接続された内層パターンが形成された多層基板と、前記多層基板の外層面に搭載され、前記電子部品との干渉を回避するように設けられた窓部を備え、共振器を構成する導体パターンが前記多層基板の外層面と自基板との接触面に形成された基板と、を備え、多層基板は第１の内層パターン及び第２の内層パターンを備え、第１の内層パターンと導体パターンの一部とが第１の単板コンデンサを形成するように対向して配されることにより容量結合され、第２の内層パターンと導体パターンの他の一部とが、第２の単板コンデンサを形成するように対向して配されることにより容量結合することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、内層パターンが形成された多層基板と共振器となる導体パターンを形成した基板との重ね合わせにより発振器の共振器を構成したことにより、前記基板のみに損失が小さい、例えばテフロン（登録商標）基板等を使用することにより共振器のＱ値を高くすることが可能となり、良好な位相雑音特性を実現すること可能である。つまり、共振器に係る前記基板以外の回路基板については、低価格の多層基板の使用が可能であり、例えばＦＲ４基板のような材質の基板を用いても高いＱ値の共振器を安価に容易に構成することが可能である。
【００１２】
また本発明によれば、多層基板の内層パターンと共振器となる導体パターンの一部を多層基板の外層を挟んで容量結合することによりコンデンサを実現しているから、マイクロストリップライン等の共振器の両端のコンデンサの設計自由度が大きくとれる利点を有する。一般に、共振器を発振素子等と接続するコンデンサ（１０、１１）は、小さな容量で且つ特定の容量値に設定することによって発振の安定度の向上が期待できるが、小さい容量のコンデンサを標準的な部品の中から選択しようとした場合、その容量値は任意に選ぶことはできない。本発明ではコンデンサの容量は導体パターンの重なり面積と多層基板の外層（第１層）の厚さで決定されるから、任意の容量値が選べることと、容量精度がパターン精度および厚さ精度と同等であって、容量値設定及び精度が極めて良好である。
【００１３】
更に本発明では、部品が搭載されている多層基板とマイクロストリップライン等の共振器の導体パターンを形成する基板の間に、半田付けなどによる接続、固定を行う必要がなく、２つの基板を重ね合わせるだけで製作可能であり製作が容易である。また、周波数帯の異なる導体パターンが形成された基板を選択的に使用したり、多層基板への導体パターンが形成された基板の重ね合わせ時の調整により、調整用パターンを使用する調整等が不要であり発振周波数帯の変更、微調整も容易である。
【００１４】
また本発明では、多層基板に対する共振器の導体パターンが形成された基板を金属製ケースとともに重ね合わせる構造とするものであるから、それぞれが四隅等の必要数のネジ等で堅牢に固定することが可能であり、基板の浮きや振動を防止でき、発振周波数の変動を抑制することが可能である。また、本発明では金属製ケースで完全に挟み込まれた構造とするものであるから、多層基板とその上に搭載される基板等の熱膨張係数の違いによる機械的ストレスを考慮する必要がないという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（構成の説明）
本発明のマイクロ波発振器の一実施の形態をコルピッツ型発振器の例により詳細に説明する。  
図１は本実施の形態のコルピッツ型発振器の実体図である。マイクロ波発振器を構成する各電子部品はＦＲ４多層基板Ａ上に配置されている。その上に、ＦＲ４多層基板上の電子部品と干渉しないように窓（開口ｂ１、ｂ２）を空けた形状に加工されたテフロン基板Ｂが重ねられ、テフロン基板ＢにはＦＲ４多層基板Ａと接触する側に図示していない導体パターンが形成されている。さらに、その上部に、金属製のケース（メタルケース）Ｃが重ねられ、メタルケースＣにも電子部品と干渉しないように、テフロン基板Ｂと接触する側に掘り込み（ｃ１、ｃ２）の加工（ザグリ加工）がされている。これらはビス等で固定され、全体として本実施の形態のコルピッツ型発振器の回路が構成される。
【００１６】
図２は図１に示すコルピッツ型発振器の等価回路の構成を示す図である。本実施の形態のマイクロ波発振器は、図２に示すようにマイクロストリップライン２を共振器とし、その両側にコンデンサ（１）１０及びコンデンサ（２）１１を介して、それぞれ発振素子としてのトランジスタ１及び発振周波数の制御用のバラクタダイオード３が接続されたコルピッツ型発振器を構成している。
【００１７】
トランジスタ１は、コレクタ接地形に接続され、エミッタは必要によりマイクロストリップラインのスタブが接続されるとともに、エミッタ抵抗４及びパスコン（１）８を介して接地され、エミッタ抵抗４及びパスコン（１）８の接続点にトランジスタバイアス端子１２が接続され、前記接続点とベース、前記ベースと接地間にそれぞれベース電圧印加抵抗（１）５及びベース電圧印加抵抗（２）６が接続され、トランジスタ１にはバイアス端子１２からバイアス用の抵抗４、５、６を介して電源が供給される。
【００１８】
また、バラクタダイオード３は一方の電極が接地され、他方の電極と前記コンデンサ（２）１１の接続点は、コイル７とパスコン（２）９を介して接地され、コイル７とパスコン（２）９の接続点はバラクタダイオードバイアス端子１３が接続され、バイアス端子１３を介してバラクタダイオード３に電圧が印加され、その容量が変化することにより発振出力の周波数変調が生じる。
【００１９】
ここでマイクロストリップライン２の両端のコンデンサ１０及び１１は、発振素子であるトランジスタ１と共振器であるマイクロストリップライン２との結合が疎になるように少容量のコンデンサとして接続されているものであり、この容量値の特定値への設定により発振の安定度を高めている。
【００２０】
次に、本実施の形態のコルピッツ型発振器の基板、ケースの構造についてより詳細に説明する。
図３は本実施の形態のＦＲ４多層基板の電子部品の実装構造を示す図である。図３に示すように、ＦＲ４多層基板Ａ上には、それぞれ左右に離隔した導体パターン１５が形成され、それぞれに発振トランジスタ１側の電子部品とバラクタダイオード３側の電子部品とが実装されている。
【００２１】
図４は本実施の形態のＦＲ４多層基板の内層パターンを示す図である。ＦＲ４多層基板Ａは、外層（第１層）の導体パターン（外層パターン）１５のうち、トランジスタ１のベース電極の端子が接続される導体パターンとスルーホール１４ａを介して電気的に接続された第２層の導体パターン（内層パターン）１６の一部１６ａがバラクタダイオード３側に対向して設けられており、また、バラクタダイオード３側にもコイル７と接続される導体パターンとスルーホール１４ｂを介して電気的に接続された第２層の導体パターン（内層パターン）１６の一部１６ｂが発振トランジスタ１側の導体パターン１６ａに対向して設けられている。これらの内層パターン１６ａ、１６ｂはコンデンサ１０及び１１のそれぞれ一方の電極を構成する。
【００２２】
図５は本実施の形態のテフロン基板のマイクロストリップラインの導体パターンを示す図である。  
ＦＲ４多層基板Ａ上に重ねられるテフロン基板Ｂは、ＦＲ４多層基板上のトランジスタ１側とバラクタダイオード３側の電子部品に対応する位置に窓を空けた形状に開口部ｂ１、ｂ２が加工により形成され、２つの開口部の間にマイクロストリップライン２を構成する導体パターン（裏面パターン）１７が形成され、ＦＲ４多層基板Ａに重ねられたとき、導体パターン（裏面パターン）１７の一部の導体パターン１７ａ及び１７ｂが前記内層パターン１６ａ及び１６ｂに対向するように、ＦＲ４多層基板Ａと接触する側に形成されている。
【００２３】
さらに、金属製のメタルケースＣが図１に示すようにテフロン基板Ｂと接触する側に掘り込み加工による前記電子部品を収容可能な位置の２つの空洞部ｃ１、ｃ２が形成され、テフロン基板Ｃ上に重ねられる。ＦＲ４多層基板Ａ、テフロン基板Ｂ及び金属製のケースＣは四隅のビス等で堅牢に固定されることにより発振器が構成される。
【００２４】
（動作の説明）
図６はＦＲ４多層基板Ａとテフロン基板Ｂとを重ね合わせた状態を示す図（透視図）であり、図７は導電パターンの重なった部分の断面を示す図である。  
図３に示すＦＲ４多層基板上の電子部品の実装図には、コンデンサ１０、１１およびマイクロストリップライン２が示されていないが、図６及び図７から解るように、これらはＦＲ４多層基板Ａ上に図５に示すテフロン基板Ｂを重ねることによって、ＦＲ４多層基板Ａの内層パターンとテフロン基板Ｂの導体パターンとの重なりにより、はじめて形成されるものである。
【００２５】
つまり、図２におけるコンデンサ（１）１０、コンデンサ（２）１１は、ＦＲ４多層基板Ａの内層パターンと、テフロン基板Ｂ上の導体パターンの両端部とのそれぞれの電磁界結合によって実現される。ＦＲ４多層基板側は、上面の外層パターンを第２層の内層パターンに一度スルーホール１４ａ、１４ｂにより接続し、図４に示す点線で示すような電極面１６ａ、１６ｂを形成する。テフロン基板Ｂ側は、ＦＲ４多層基板Ａに接触する側に、図５に点線で示すような導体パターン１７ａ、１７ｂが用意されており、これをＦＲ４多層基板Ａの上面に重ねると、図６に示すように、ＦＲ４多層基板Ａ側の第２層に形成された電極としての内層パターンと、テフロン基板Ｂ側の電極としての導体パターンの端部の導体パターンとが一部又は全体で重なり、ＦＲ４多層基板Ａの第１層の薄い基板層（外層）を挟んでコンデンサ１０、１１として動作する。
【００２６】
また、テフロン基板Ｂ側の導電パターンのうち、ＦＲ４多層基板Ａの導電パターンと重なっていない部分については、テフロン基板ＢがＦＲ４多層基板Ａよりも充分薄いものであり、メタルケースＣ側を接地（ＧＮＤ）としたテフロン基板Ｂ上のマイクロストリップライン共振器として動作する。
【００２７】
（他の実施の形態）
以上の実施の形態ではマイクロ波発振器をＦＲ４多層基板とテフロン基板の組み合わせにより構成した例を説明したが、これらの材質は特に限定されるものではなく、電子部品を搭載する側は比較的電気特性にこだわることなく、安価で多層構造の製作しやすい材質の基板を用いることが可能であり、マイクロストリップライン共振器を構成する側は多層である必要はなく、電気特性の良好な材質の基板を用いることによって、前述の実施の形態と同じ効果を得ることができる。
【００２８】
また、以上の実施の形態では、ＦＲ４多層基板の電子部品の配置を二箇所に纏めた配置を採用したが、三箇所以上に配置することが可能であり、マイクロストリップラインも複数設けるように回路に応じて配置関係を変更することが可能であることは言うまでもないことである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施の形態を示すコルピッツ型発振器の実体図である。
【図２】図１に示すコルピッツ型発振器の等価回路の構成を示す図である。
【図３】本実施の形態のＦＲ４多層基板の実装構造を示す図である。
【図４】本実施の形態のＦＲ４多層基板の内層パターンを示す図である。
【図５】本実施の形態のテフロン基板のマイクロストリップラインの導電パターンを示す図である。
【図６】ＦＲ４多層基板Ａとテフロン基板Ｂとを重ね合わせた状態を示す図（透視図）である。
【図７】導電パターンの重なった部分の断面を示す図である。
【図８】従来の発振器回路を示す実体図である。
【図９】従来の他の発振器回路を示す実体図である。
【符号の説明】
【００３０】
Ａ  ＦＲ４多層基板
Ｂ  テフロン基板
ｂ１、ｂ２  開口部
Ｃ  メタル（金属）ケース
ｃ１、ｃ２  空洞部
１  発振トランジスタ
２  マイクロストリップライン（共振器）
３  バラクタダイオード
４  エミッタ抵抗
５、６  ベース電圧印加抵抗
７  コイル
８、９  パスコン
１０、１１  コンデンサ
１２  トランジスタバイアス端子
１３  バラクタダイオードバイアス端子
１４  スルーホール
１５  外層パターン（多層基板Ａ）
１６  内層パターン（多層基板Ａ）
１７  導体パターン（基板Ｂ）
【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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