(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間と、該平行平板導体の一方の平板導体に設けられた取付け孔に発振面が平板導体内面側に面するように取り付けられたガンダイオードと、誘電体ストリップを具備し、前記誘電体ストリップと前記ガンダイオードとをＬＳＥ波によって電磁的に結合したことを特徴とするガンダイオード発振器。
【請求項２】
前記誘電体ストリップの中心軸線上に前記ガンダイオードの中心を配置したことを特徴とする請求項１記載のガンダイオード発振器。
【請求項３】
前記誘電体ストリップの端部に切り欠き部を設けてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載のガンダイオード発振器。
【請求項４】
前記ガンダイオードと誘電体ストリップとの接続部分を取り囲むように金属板を配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項３記載のガンダイオード発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ミリ波集積回路等の高周波回路等に組み込まれるガンダイオード発振器等のガンダイオード発振器であって、非放射性誘電体線路（ＮＲＤガイド）を用いたガンダイオード発振器に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来から、ＮＲＤガイド（非放射性誘電体線路）と、信号源としてガンダイオードとを有するガンダイオード発振器が利用されている。そこで、図５に従来のＮＲＤガイドを用いたガンダイオード発振器の概略図を示した。図５によれば、二つの金属板で形成される平行平板導体２１(上側平板導体は省略した。）の間に、フッ素樹脂などのからなる誘電体ストリップ２８を配置したＮＲＤガイドに、さらに、ガンダイオード２３を搭載したマウント２４を平行平板導体２１の間に配置し、ガンダイオード２３からの信号はＬＳＥ波伝播用の誘電体ストリップ２２に伝達される。
【０００３】
かかる発振器において、マウント２４は、金属ブロック２５に孔を設けてガンダイオード２３を該孔に固定し、直流電圧をかけるバイアスライン２６を例えばフッ素系樹脂基板２７上に、形成したものである。
【０００４】
そして、ガンダイオード２３にバイアスライン２６を通して直流電圧をかけることにより、ガンダイオード２３の内部において発振が生じ、突起電極に高周波電位が現れる。図５によれば、一対の平行平板導体２１ａ、２１ｂ間に、マウント２４のガンダイオード２３の信号発生面が平板導体２１ａ，２１ｂに対して直交するように配置して挟み、その上で、誘電体ストリップ２２の端部をガンダイオード２３の信号発生面の近くに配置することによって、ガンダイオード２３から発生した信号がＮＲＤガイドに接続される。
【０００５】
上記のように、ガンダイオード発振器においては、ガンダイオード２３を平行平板２１ａ、２１ｂ間に挟むように配置し、ガンダイオード２３の発振面がＬＳＥ波を伝達する誘電体ストリップ２２の開放端に対向するように配置し、さらにＬＳＥ共振器となる誘電体ストリップ２２の他方端の角をＬＳＭ波を伝達する誘電体ストリップ２８の開放端の角部同士をつきあわせるように配置されるものである。
【０００６】
また、他のガンダイオード発振器としては、図６に示すように、平行平板導体の一方の平板導体２１に対して、ガンダイオード２３の発振面が平板導体２１と平行になるように取付け、ガンダイオード２３から発振されたＴＥＭ波を空洞共振器２９でＴＥ波に変換し誘電体ストリップ２２中でＬＳＭ波を励振させ、ガンダイオード素子から発生する熱を効率良く放散させるものが提案されている（特開平９−３２６６３９号）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、信号周波数がさらに高くなるにつれて、平行平板導体間の距離が狭くなり、図５に示すような従来のＮＲＤガイド型のガンダイオード発振器においては、ガンダイオード２３が平行平板導体２１ａ、２１ｂの間隔よりも大きい場合は、ガンダイオード２３を平行平板導体２１ａ、２１ｂ間に装荷することができないという問題があり、高周波化に対応することができないものであった。例えば、市販されている公知のガンダイオード２３の直径は約３ｍｍであるため、使用周波数が５０ＧＨｚ（λ＝６ｍｍ）より高い場合にはガンダイオード２３を装荷することは不可能となる。
【０００８】
これに対して、特開平９−３２６６３９号記載のガンダイオード発振器は、ガンダイオード２３を平板導体２１内に設置しているために、上記のような問題は解消できる。しかしながら、特開平９−３２６６３９号の発振器では、一対の平行導体板の片側面にガンダイオードが剥き出しの構造であるために不要波のＴＭ波が生成しやすいという問題点があった。
【０００９】
従って、本発明は、高周波化に充分に対応可能であるとともに、不要波であるＴＭ波の発生を抑制し、出力の高いガンダイオード発振器を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題に対して種々検討した結果、高周波信号波長の２分の１以下の間隔で配置した一対の平行平板導体と、該平行平板導体の一方の平板導体に設けられた取付け孔に発振面が平板導体内面側に面するように取り付けられたガンダイオードと、前記平行平板導体間に配設された誘電体ストリップとを具備するとともに、前記誘電体ストリップと前記ガンダイオードとをＬＳＥ波によって電磁的に結合することによって上記の目的が達成されることを見いだした。
【００１１】
また、ＬＳＥ波で結合するために、前記誘電体ストリップの中心軸線上に前記ガンダイオードの中心を配置することが望ましく、さらには、前記誘電体ストリップの端部に切り欠き部を設けること、さらには前記ガンダイオードと誘電体ストリップとの接続部分を取り囲むように金属板を配置することによってさらに高い効率で信号を取りだすことができる。
【００１２】
このように、ガンダイオードを一方の平板導体に形成した取付け孔に設置することによって、一対の平行平板導体間の間隔が狭い場合においても、ガンダイオードを設置することが可能となる。
【００１３】
本発明の発振器においては、ガンダイオードの高周波電界は、図２（ａ）のように発生し、一方、ＮＲＤガイドのＬＳＥ波の電界は図２（ｂ）のような形態である。そこで、誘電体ストリップの中心軸線上に、ガンダイオードの中心を配置し接続することに、ガンダイオードの電磁界はＮＲＤガイドのＬＳＥ波へと変換される。このように、ＬＳＥ波によってガンダイオードと誘電体ストリップ、言い換えればＮＲＤガイドとを結合することによって、ＴＥＭ波を介しての結合の場合に比較して損失が小さいというメリットを有する。
【００１４】
一方、ＮＲＤガイドは平行平板導体の中心面（平板導体に平行で且つ平行平板間の中心を通る平面）に対して、電磁的に上下対称である時には不要放射波が生成しない性質を有する。
【００１５】
ところが、一方の平板導体側にガンダイオードを取り付け、このガンダイオードとＮＲＤガイドとを接続させる構造とすると、ＮＲＤガイドにおける前記上下対称が乱れ、上下非対称となってしまうことによって、不要波（ＴＥ波）が生成してしまう。この不要波（ＴＥ波）を抑制するには、上下非対称による電磁波の乱れを補償するような構造を加えることが望ましい。
【００１６】
そこで、本発明によれば、ＮＲＤガイドにおける誘電体ストリップのガンダイオードと接続される端部に切り欠きなどを設け、誘電体ストリップ端部の形状を平行平板導体の中心面に対して、非対称構造とすることによって、前記上下非対称による電磁波の乱れを抑制し、不要電磁波の発生をさらに抑制することができる。
【００１７】
また、ガンダイオードと誘電体ストリップとの接続部分を取り囲むように金属板を配置することによって、その接続部周辺で一対の平行平板導体を短絡することによって、ＴＭ波の発生をさらに抑制することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のガンダイオード発振器の一実施例を示す図１乃至図４をもとに説明する。図１〜図４において、符号１ａ、１ｂは、高周波信号の空気中での波長の２分の１以下の間隔で配置した一対の平行平板導体、符号２は、誘電体ストリップ、符号４はガンダイオードである。図１（ａ）は、ガンダイオード発振器の概略斜視図、（ｂ）はｘ−ｘ断面図、（ｃ）はガンダイオードと誘電体ストリップとの位置関係を説明するための平面図である。なお、図１（ａ）、図３、図４では、平板導体１ｂを省略した。
【００１９】
図１のガンダイオード発振器Ａによれば、高周波信号の空気中での波長の２分の１以下の間隔で配置した一対の平行平板導体１ａ、１ｂのうち、一方の平板導体１ａにはガンダイオード４を取り付けるための取付け孔５が設けられており、この取付け孔５に対してガンダイオード４の発振面が平板導体１ａ内面側に面するようにして取り付けられている。
【００２０】
また、平板導体１ａの内面におけるガンダイオード４の近傍表面には、例えば、フッ素系樹脂基板６が設けられ、その表面に、銅箔などからなるバイアスライン７が形成されており、このバイアスライン７からガンダイオード４に直流電圧が印加されるように構成されている。
【００２１】
また、平板導体１ａ、１ｂ間には、セラミックス、有機樹脂などの誘電体からり、所定幅を有する誘電体ストリップ２が配設されており、平板導体１ａ，１ｂとともにＮＲＤガイドを構成している。
【００２２】
本発明によれば、上記のガンダイオード４と誘電体ストリップ２とをＬＳＥ波によって電磁的に結合することが重要である。このようなＬＳＥ波によって結合するためには、図１（ｂ）（ｃ）に示すように、誘電体ストリップ２の中心軸線２ｘ上に、ガンダイオード４の中心（突起電極４ａ）を配置することが必要である。この実施例では、ガンダイオード４の突起電極４ａ上に、中心軸線２ｘが重なるように誘電体ストリップ２が積層されている。
【００２３】
かかる構成によれば、ガンダイオード４にバイアスライン７を通して直流電圧を印加することにより、ガンダイオード４の内部で発振が生じ、ガンダイオード４の突起電極４ａに高周波電位が現れる。
【００２４】
そして、ガンダイオード４の突起電極４ａに発生した高周波信号は、電磁的な結合によって誘電体ストリップ２に対してＬＳＥ波によって伝達される。その後、そのＬＳＥ波は、例えば、図５の誘電体ストリップ２２、２８と同様な構造により、ＬＳＥ波からＬＳＭ波に変換され伝達される。
【００２５】
かかる構成において、誘電体ストリップ２の端部２ａとガンダイオード４の中心との相対位置は、発振器の特性を左右するパラメータであり、その端部２ａとガンダイオード４の中心とは、出力特性が最大化されるように最適な距離にて設置される。この距離Ｌは、信号周波数、誘電体ストリップの材質、誘電特性、等によって適宜設定される。
【００２６】
また、誘電体ストリップ２の端部２ａ付近の形状も発振器特性を左右する重要なパラメータであり、出力特性が最大化されるように最適な形状に設定される。具体的には、ガンダイオード４を一方の平板導体１ａ側に配設したことによって上下非対称となったことによる電磁波の乱れを補償するために、図３の誘電体ストリップ端部の概略図に示すように、ＮＲＤガイドにおける誘電体ストリップ２のガンダイオード４と接続される端部２ａに切り欠き９を設け、誘電体ストリップ２端部２ａの形状を平行平板導体１ａ，１ｂの中心面に対して、非対称構造とすることによって、前記上下非対称による電磁波の乱れを抑制し、不要電磁波の発生をさらに抑制することができる。
【００２７】
さらに、図４の概略斜視図（但し、バイアスラインは省略した）に示すように、平板導体１ａ，１ｂ間に金属板１０によって、ガンダイオード４と誘電体ストリップ２との接続の周辺を取り囲み、周辺の平板導体１ａ，１ｂ同士を短絡させることによって、ＴＭ波の発生を抑えＬＳＥ波の信号をより高効率で取り出すことができる。
【００２８】
なお、上記の実施例においては、ガンダイオード４と誘電体ストリップ２とは、ガンダイオード４の突起電極４ａ上に、中心軸線２ｘが重なるように誘電体ストリップ２が積層したものであるが、このガンダイオード４と誘電体ストリップ２とは、これに限らず、誘電体ストリップ２の中心軸２ｘ線上にガンダイオード４の突起電極を配置すればよく、ガンダイオード４と誘電体ストリップ２とが重ならない位置に配置してもよい。
【００２９】
本発明のガンダイオード発振器は、数１０〜数１００ＧＨｚ帯域のマイクロ波帯域およびミリ波帯域に好適に適用され、特に３０ＧＨｚ以上、望ましくは５０ＧＨｚ以上、更には７０ＧＨｚ以上の高周波帯域に好適である。
【００３０】
また、本発明に用いられるガンダイオード４としては、インパット（ｉｍｐａｔｔ：ｉｍｐａｃｔ  ｉｏｎｉｓａｔｉｏｎ  ａｖａｌａｎｃｈｅ  ｔｒａｎｓｉｔ  ｔｉｍｅ）・ダイオード、トラパット（ｔｒａｐａｔｔ  ：ｔｒａｐｐｅｄ  ｐｌａｓｍａ  ａｖａｌａｎｃｈｅ  ｔｒｉｇｇｅｒｅｄ  ｔｒａｎｓｉｔ）・ダイオード、ガンダイオード等のマイクロ波ダイオードおよびミリ波ダイオードが好適に使用される。
【００３１】
本発明におけるＮＲＤガイド用の平行平板導体１ａ、１ｂは、高い電気伝導度および加工性等の点で、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅ、ＳＵＳ（ステンレス）、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ等の導体板、あるいはセラミックス、樹脂等から成る絶縁板の表面にこれらの導体層を形成したものでもよい。また、誘電体ストリップは、テフロンなどの樹脂、コージェライトなどのセラミックスが好適に用いられる。
【００３２】
また、本発明のＮＲＤガイド型のガンダイオード発振器は、無線ＬＡＮ、自動車のミリ波レーダ等に使用されるものであり、例えば自動車の周囲の障害物および他の自動車に対しミリ波を照射し、反射波を元のミリ波と合成してビート信号を得、このビート信号を分析することにより障害物および他の自動車までの距離、それらの移動速度等が測定できる。
【００３３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行っても何等差し支えない。
【００３４】
【実施例】
実施例１
平行平板導体として厚さ１ｍｍの銅板を１．８ｍｍの間隔で平行に置き、断面形状が幅０．５ｍｍ、高さ１．８ｍｍ、比誘電率４．８のコージェライトからなる誘電体ストリップを銅板間に置くことでＮＲＤガイドを形成した。また、このＮＲＤガイドの誘電体ストリップの端部とダイオード中心との距離が１．５ｍｍとなる一方の平板導体に２ｍｍ径の取付け孔を設け、該貫通孔にガンダイオードの発振面が内面側に面するようにして固定した。
【００３５】
また、ガンダイオードと誘電体ストリップとの接続部を図４に示すように、コの字の厚さ１ｍｍ導体板で囲った。この導体板は、ガンダイオードの中心から１．５ｍｍの位置に設け、導体板面と誘電体ストリップ端部とが接するように設置した。かかる構造によって、ＮＲＤガイドのＬＳＥ波が７ｍＷの高い出力が得られた。
【００３６】
実施例２
実施例１において、ガンダイオードを囲む導体板をガンダイオードの中心から１．８ｍｍ離間した位置、つまり、導体板と誘電体ストリップ端部とが０．３ｍｍ離間した位置に設置した。かかる構造によって、ＮＲＤガイドのＬＳＥ波が９ｍＷの高い出力が得られた。
【００３７】
実施例３
実施例２において、誘電体ストリップの端部の上部を図３に示すように、０．８ｍｍ，１ｍｍの長さにわたって削除する以外は、全く同様にして発振器を作製した。その結果、１１ｍＷの高い出力が得られた。
【００３８】
比較例
従来の図６のように、ガンダイオードから発振されたＴＥＭ波を空洞共振器でＴＥ波に変換し誘電体ストリップ中でＬＳＭ波を励振させた結果、出力は５ｍＷと本発明品よりも低いものであった。
【００３９】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、ＮＲＤガイドを用いたガンダイオード発振器において、ＬＳＥ波を用いることによって、ガンダイオードの出力を高効率で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガンダイオード発振器の一例を説明するものであって、（ａ）は、ガンダイオード発振器の概略斜視図、（ｂ）はｘ−ｘ断面図、（ｃ）はガンダイオードと誘電体ストリップとの位置関係を説明するための平面図である。
【図２】本発明における（ａ）ガンダイオードの高周波電界と、（ｂ）ＮＲＤガイドにおけるＬＳＥ波の電界を示す図である。
【図３】本発明のガンダイオード発振器の他の例を説明する概略斜視図である。
【図４】本発明のガンダイオード発振器のさらに他の例を説明する概略斜視図である。
【図５】従来のガンダイオード発振器の概略斜視図である。
【図６】従来の他のガンダイオード発振器の概略斜視図である。
【符号の説明】
１：平行平板導体
２：誘電体ストリップ
４：ガンダイオード素子
５：取付け孔
９：切り欠き部
１０：金属板
【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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