(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略矩形状の開口とマイクロ波の伝搬方向に沿って凹凸部が形成された内壁を有する導波管を具備し該凹部から該導波管開口面と略平行に２分割された筐体と、前記筐体に挟持され前記導波管周縁との接触部にスルーホールを有する金属パターンが形成された誘電体基板と、前記誘電体基板上へ前記導波管開口に対向するよう配置され、前記金属パターンによりアノード及びカソード電極がそれぞれ対向する該導波管内壁に電気的に接続されたＰＩＮダイオードとからなるダイオードリミッタであって、
前記ＰＩＮダイオードに接続する前記金属パターンは前記導波管内に該導波管断面の長辺を等分する中心線上に延在し前記アノードまたは前記カソード電極と該導波管内壁を電気的に接続する伝送線路を具備し、前記ＰＩＮダイオード配置面の裏面に形成された金属パターンは前記導波管内に該導波管断面の長辺を等分する中心線上に延在しかつ前記導波管短絡面で反射したマイクロ波に結合する開放端を有する伝送線路を具備することを特徴とするダイオードリミッタ。
【請求項２】
前記ＰＩＮダイオードに接続する伝送線路は、前記凹部内に複数のスタブで形成された調整用線路を具備することを特徴とする請求項１に記載のダイオードリミッタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波回路における伝送信号のリミッティングに用いられ、特に小型化、低価格化が要求されるレーダー装置の受信回路に必要となるダイオードリミッタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばレーダー装置は、図３に示すように、マグネトロン１６で発振したマイクロ波をサーキュレータ１７によりアンテナ１８方向に送り出し、目標物で反射した反射波をそのアンテナ１８で受信してサーキュレータ１７によりリミッタ１９に導き、更に受信機２０に転送して分析処理するよう構成されている。
【０００３】
リミッタ１９は、アンテナ１８でのマイクロ波の直接反射波やサーキュレータ１７を直接漏洩して入力する大きなエネルギーのマイクロ波から受信機３０５を保護するためのものであり、通常はＰＩＮダイオードを使用して、マイクロ波電力によるセルフバイアスによりインピーダンスを変化させ、大電力時に回路を短絡させてリミッタ機能を果たすように構成されている。
【０００４】
従来のダイオードリミッタとしては、主に２種類のタイプがあり、一方は導波管を用いるタイプで、他方は伝送線路（マイクロストリップライン）を用いるタイプである。
【０００５】
図４に示すものは前者の導波管を用いるものの例で、図に示すような導波管４内に導電性のポスト２１を用いてピル型パッケージに収納したＰＩＮダイオード２２が配置されている。また、ＰＩＮダイオード２２が導波管４内で整合するよう、回転ネジ２３が設けられ、そのねじ込み深さによりリアクタンス成分を調整している。図示しないが、この導波管型ダイオードリミッタの後段には導波管・同軸変換器を介して受信機が存在し、その受信機内には信号処理を行うための伝送線路で形成された回路を具備している。
【０００６】
一方、図５に示すものは後者の伝送線路を用いるものの例で、図に示すとおり、誘電体基板３の伝送線路２５上に基板実装型パッケージに収納したＰＩＮダイオード９を配置し、ＰＩＮダイオード９が整合するよう、図示しない整合パターンが伝送線路２５上に設けられている。
【０００７】
導波管４から進入したマイクロ波は導波管・同軸変換器２４により誘電体基板３、伝送線路２５及びＰＩＮダイオード９で構成されるリミッタ回路に導かれ、次に図示しない後段の受信機に導かれる。図４の導波管型ダイオードリミッタは、受信機と別筐体内に形成され、両者は導波管・同軸変換器を介して電気的に接続させるが、図５の伝送線路型ダイオードリミッタの場合の受信機との接続は、同軸コネクタによるか、または受信機内に伝送線路型ダイオードリミッタを形成することで、ダイレクトに伝送線路で繋げることも可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなダイオードリミッタにおいては、下記のような問題があった。ダイオードリミッタはデュプレクサーの後段で受信回路側に配置されるが、図４のような導波管型ではダイオードリミッタの導波管長が通常使用される２ステージタイプ（図４は１ステージタイプ）では３０ｍｍ程度あることから、特に小型化の要求があるレーダ装置においては、設計段階で小型化が困難になってしまう。また、図５のような伝送線路型では、導波管型で使用する導波管が必要無く、回路上のレイアウトにより小型化が可能であるが、耐電力が導波管型のそれに比較すると極端に低下し、デュプレクサとしてＴ分岐を用いた場合には使用不可能となってしまう等の問題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明のダイオードリミッタは、略矩形状の開口とマイクロ波の伝搬方向に沿って凹凸部が形成された内壁を有する導波管を具備し該凹部から該導波管開口面と略平行に２分割された筐体と、前記筐体に挟持され前記導波管周縁との接触部にスルーホールを有する金属パターンが形成された誘電体基板と、前記誘電体基板上へ前記導波管開口に対向するよう配置され、前記金属パターンによりアノード及びカソード電極がそれぞれ対向する該導波管内壁に電気的に接続されたＰＩＮダイオードとからなるダイオードリミッタであって、前記ＰＩＮダイオードに接続する前記金属パターンは前記導波管内に該導波管断面の長辺を等分する中心線上に延在し前記アノードまたは前記カソード電極と該導波管内壁を電気的に接続する伝送線路を具備し、前記ＰＩＮダイオード配置面の裏面に形成された金属パターンは前記導波管内に該導波管断面の長辺を等分する中心線上に延在しかつ開放端を有する伝送線路を具備することを特徴とする。
【００１０】
また、前記ＰＩＮダイオードに接続する伝送線路は、前記凹部内に複数のスタブで形成された調整用線路を具備する構成としてよい。
【００１１】
本発明では、導波管を具備する筐体を２分割し、誘電体基板を筐体で挟持するため、導波管を遮るように誘電体基板が配置されるが、伝送線路以外の部分では誘電体であり、導波管周縁のスルーホールにより誘電体基板の表裏を導通させるため、マイクロ波の反射による減衰やリークを抑える。誘電体基板に形成された伝送線路が、開口面側では導波管型ダイオードリミッタのポストとなり、短絡面側では導波管・同軸変換器の中心導体として機能する。また、導波管型ダイオードリミッタにおける回転ネジによるリアクタンス成分の調整は、調整用線路のスタブ切断によるリアクタンス成分の調整で代えることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を図面に沿って説明する。なお、複数の図面にわたって同一または相当するものについては同一の符号を付し、説明の重複を避けた。
【００１３】
図１は本発明の実施の形態を示す横断面図であり、筐体１は誘電体基板３の台座であると共に、導波管４も構成している。筐体２は、誘電体基板３上に設けられた図示しない回路系のシールドと導波管短絡面５を構成している。また、凸部１２、１３、凹部１４、１５は、それぞれ従来の導波管型ダイオードリミッタのキャパシタンス成分とインダクタンス成分を構成し、伝送線路１０が従来の導波管型ダイオードリミッタのポストを構成し、インダクタンス成分となっている。本図に示すように誘電体基板３は筐体１と筐体２に挟持され、２つの筐体を組み合わせて構成された導波管４を遮るように配置される。
【００１４】
図２は誘電体基板３上に形成された金属パターンの詳細を示した図で、図２（ａ）は導波管４の開口に対向する金属パターン、図２（ｂ）は図２（ａ）の裏面図にあたり、導波管４の短絡面に対向する金属パターンを示す。なお、図示省略したが、マイクロ波集積回路を構成する金属パターンは図２（ｂ）の面に形成され、素子実装面もここになる。従って、図２（ａ）はアース面になるが、図示の通りマイクロ波が透過するよう伝送線路１０を残して導波管断面に対応して金属パターンを削除している。
【００１５】
伝送線路１０はアースパターンから導波管４の断面の長辺を等分する中心線上に沿って延在する形にパターニングしてあり、その先端は基板実装型ＰＩＮダイオード９の一方の電極に接続している。また、基板実装型ＰＩＮダイオード９の他方の電極は直接アースパターンに繋がっている。従って、ＰＩＮダイオードの一方の電極が伝送線路１０を介して導波管内壁に電気的に接続し、その導波管内壁に対向する導波管内壁に他方の電極がアースパターンを介して電気的に接続することになる。なお、ＰＩＮダイオード９は最も電磁界結合のし易い場所に配置するが、図のように下方にずらした方が整合を取り易い。
【００１６】
また、本図に示すスルーホール６は誘電体基板の表裏面を導通させ、筐体１と筐体２に形成された導波管を連続させるほか、導波管より誘電体基板を介してマイクロ波がリークすることを防ぐ役割をしている。ちなみに、このスルーホール６のピッチはマイクロ波の波長に合わせており、例えば波長が１６ｍｍ（ガラスエポキシ基板内）の場合、直径を０．８ｍｍとすると、ピッチは３ｍｍとして好適である。
【００１７】
さらに、図２（ｂ）に示す金属パターンには導波管断面の長辺を等分する中心線上に延在し、開放端を有する伝送線路７が設けられ、これが導波管内において、導波管４の短絡面５からの反射波に結合するプローブとなる。また、導波管より外側の部分では、通常の分布定数回路における５０オーム線路に代表されるような伝送線路８になっており、以降、後段の受信機に接続すべく、整合回路、増幅回路、ミキサー等が設けられている。なお、伝送線路７は短絡面５からマイクロ波の管内波長の１／４に設定している。また、本発明のダイオードリミッタを受信機と一体に形成した場合はさらにその後に受信機内の回路が続く。
【００１８】
このような構成であるため、誘電体基板３の伝送線路１０にＰＩＮダイオード９を実装した部分が導波管内に露出し、これが導波管型ダイオードリミッタの機能を果たすことで、伝送線路で構成したダイオードリミッタでも耐電力を持たせることができる。本実施の形態では、パルス幅１μｓ  デューティー（単位時間当たりのマグネトロン発振時間の比）０．００１で耐電力８ｋＷを実現することができた。
【００１９】
同時に誘電体基板３の導波管短絡面側に形成した伝送線路７がプローブとなり、導波管・同軸変換器も兼ねさせることができる。よって、導波管・同軸変換器を配設するスペースを省くことができ、小型化を可能にする。また、伝送線路８上にＰＩＮダイオードを実装するだけで複数ステージを容易に形成できるので、レイアウト上での省スペースを図りながら高性能化が可能となる。
【００２０】
また、本発明において、第一の金属パターンの伝送線路１０の導波管内壁との接続部近傍には複数のスタブが形成された調整用線路１１を設けることでインダクタンスの調整が可能となる。即ち、スタブをＰＩＮダイオード９側から順次切断することで整合が取れる。
【００２１】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、導波管断面中心に位置するよう基板実装型ＰＩＮダイオードを配置し、前記ＰＩＮダイオードのアノード及びカソードを金属パターンを介して導波管内壁と電気的に接続することで伝送線路で構成したダイオードリミッタであっても耐電力を持たせることができる。従って、デュプレクサとしてＴ分岐を採用した場合等、耐電力が求められる場合であっても導波管型ダイオードリミッタを使用せずに済むことから、工程の簡略化やコストダウンが可能となる。特に、レーダー装置においては、小型化、低価格化の設計が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係る誘電体基板の金属パターンの詳細を示す図である。
【図３】レーダー装置の構成例を示す概念図である。
【図４】従来の導波管を用いたダイオードリミッタの例を示す断面図である。
【図５】従来の伝送線路を用いたダイオードリミッタの例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：筐体
２：筐体
３：誘電体基板
４：導波管
５：導波管短絡面
６：スルーホール
７：伝送線路
８：伝送線路
９：基板実装型ＰＩＮダイオード
１０：伝送線路
１１：調整用線路
１２、１３：凸部
１４、１５：凹部
１６：マグネトロン
１７：サーキュレータ
１８：アンテナ
１９：リミッタ
２０：受信機
２１：ポスト
２２：ピル型パッケージＰＩＮダイオード
２３：回転ネジ
２４：導波管・同軸変換器
２５：伝送線路
【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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