JP2000114870A - マイクロ波発振器 - Google Patents
マイクロ波発振器Info
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- JP2000114870A JP2000114870A JP10284468A JP28446898A JP2000114870A JP 2000114870 A JP2000114870 A JP 2000114870A JP 10284468 A JP10284468 A JP 10284468A JP 28446898 A JP28446898 A JP 28446898A JP 2000114870 A JP2000114870 A JP 2000114870A
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
- H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
- H03B5/18—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising distributed inductance and capacitance
- H03B5/1841—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising distributed inductance and capacitance the frequency-determining element being a strip line resonator
- H03B5/1847—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising distributed inductance and capacitance the frequency-determining element being a strip line resonator the active element in the amplifier being a semiconductor device
- H03B5/1852—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising distributed inductance and capacitance the frequency-determining element being a strip line resonator the active element in the amplifier being a semiconductor device the semiconductor device being a field-effect device
Landscapes
- Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型で低位相雑音特性を有するマイクロ波発
振器を実現することを課題とする。 【解決手段】 ＦＥＴ１のソース端子に直列帰還用の先
端短絡スタブ２を接続し、ゲート端子に伝送線路１１及
びキャパシタ６を直列に接続し、ドレイン端子には出力
整合回路８及び共振回路９を接続し、ゲートバイアス回
路３及びドレインバイアス回路４によりＤＣ電源を供給
する直列帰還型のマイクロ波発振器において、共振回路
９を、基本波の１／４波長よりδだけ短い（λ／４−
δ）長先端開放スタブ１３ａと、基本波の１／４波長よ
りδだけ長い（λ／４＋δ）長先端開放スタブ１３ｂと
から構成する。ここでδは基本波の波長に比べ十分に短
い長さとする。
振器を実現することを課題とする。 【解決手段】 ＦＥＴ１のソース端子に直列帰還用の先
端短絡スタブ２を接続し、ゲート端子に伝送線路１１及
びキャパシタ６を直列に接続し、ドレイン端子には出力
整合回路８及び共振回路９を接続し、ゲートバイアス回
路３及びドレインバイアス回路４によりＤＣ電源を供給
する直列帰還型のマイクロ波発振器において、共振回路
９を、基本波の１／４波長よりδだけ短い（λ／４−
δ）長先端開放スタブ１３ａと、基本波の１／４波長よ
りδだけ長い（λ／４＋δ）長先端開放スタブ１３ｂと
から構成する。ここでδは基本波の波長に比べ十分に短
い長さとする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波発振器
に関し、特に低位相雑音化したマイクロ波発振器に関す
る。
に関し、特に低位相雑音化したマイクロ波発振器に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来のマイクロ波発振器について図面を
参照して説明する。
参照して説明する。
【０００３】図１４は、従来のマイクロ波発振器の第１
の例を示す回路図である。この従来のマイクロ波発振器
は、電界効果トランジスタ（以下「ＦＥＴ」という）１
のソース端子に帰還用の先端短絡スタブ２を接続した直
列帰還型の発振器である。ゲート端子には、伝送線路１
１とキャパシタ６が直列に接続され、また、ゲートバイ
アス回路３により、寄生発振防止用抵抗１４及び伝送線
路１１を介してＤＣバイアスが供給される。ドレイン端
子にはドレインバイアス回路４により、伝送線路１１を
介して、ＤＣバイアスが供給される。バイアス回路３、
４は、１／４波長線路５、キャパシタ６及びＤＣ電源７
から構成される。発振出力は、ドレイン端子に直列に接
続された伝送線路１１及び出力整合回路８を介して、負
荷抵抗１０に取り出される。出力整合回路は、伝送線路
１１と整合用先端開放スタブ１２とから構成される。
の例を示す回路図である。この従来のマイクロ波発振器
は、電界効果トランジスタ（以下「ＦＥＴ」という）１
のソース端子に帰還用の先端短絡スタブ２を接続した直
列帰還型の発振器である。ゲート端子には、伝送線路１
１とキャパシタ６が直列に接続され、また、ゲートバイ
アス回路３により、寄生発振防止用抵抗１４及び伝送線
路１１を介してＤＣバイアスが供給される。ドレイン端
子にはドレインバイアス回路４により、伝送線路１１を
介して、ＤＣバイアスが供給される。バイアス回路３、
４は、１／４波長線路５、キャパシタ６及びＤＣ電源７
から構成される。発振出力は、ドレイン端子に直列に接
続された伝送線路１１及び出力整合回路８を介して、負
荷抵抗１０に取り出される。出力整合回路は、伝送線路
１１と整合用先端開放スタブ１２とから構成される。
【０００４】図１５は、従来のマイクロ波発振器の第２
の例を示す回路図である。このマイクロ波発振器は、図
１４に示した従来のマイクロ波発振器に、１／２波長先
端開放スタブ２５により構成される伝送線路共振回路９
を付加したものである。このような１／２波長先端開放
スタブを用いた伝送線路共振器を付加した発振器の例
は、１９９４年電子情報通信学会春季大会Ｃ−４３ある
いは１９９３年電子情報通信学会Ｃ−４４等に記載され
ている。
の例を示す回路図である。このマイクロ波発振器は、図
１４に示した従来のマイクロ波発振器に、１／２波長先
端開放スタブ２５により構成される伝送線路共振回路９
を付加したものである。このような１／２波長先端開放
スタブを用いた伝送線路共振器を付加した発振器の例
は、１９９４年電子情報通信学会春季大会Ｃ−４３ある
いは１９９３年電子情報通信学会Ｃ−４４等に記載され
ている。
【０００５】図１６は、従来のマイクロ波発振器の第３
の例を示す回路図である。このマイクロ波発振器は、図
１４に示した従来のマイクロ波発振器に、１／４波長先
端短絡スタブ２６により構成される伝送線路共振回路９
を付加したものである。
の例を示す回路図である。このマイクロ波発振器は、図
１４に示した従来のマイクロ波発振器に、１／４波長先
端短絡スタブ２６により構成される伝送線路共振回路９
を付加したものである。
【０００６】図１７は、従来のマイクロ波発振器の第４
の例を示す回路図である。このマイクロ波発振器は、図
１４に示した従来のマイクロ波発振器において、高周波
接地用に用いていたキャパシタを１／４波長先端開放ス
タブ２７で置き換え、共振回路９を構成したものであ
る。このような１／４波長先端開放スタブを用いた伝送
線路共振器を付加した発振器の例は、１９９４年電子情
報通信学会春季大会Ｃ−７３あるいは１９９２年電子情
報通信学会Ｃ−６０等に記載されている。
の例を示す回路図である。このマイクロ波発振器は、図
１４に示した従来のマイクロ波発振器において、高周波
接地用に用いていたキャパシタを１／４波長先端開放ス
タブ２７で置き換え、共振回路９を構成したものであ
る。このような１／４波長先端開放スタブを用いた伝送
線路共振器を付加した発振器の例は、１９９４年電子情
報通信学会春季大会Ｃ−７３あるいは１９９２年電子情
報通信学会Ｃ−６０等に記載されている。
【０００７】図１８は、従来のマイクロ波発振器の第５
の例を示す回路図である。このマイクロ波発振器は、図
１４に示した従来のマイクロ波発振器に、結合用伝送線
路２８と誘電体共振器２９から構成される共振回路９を
付加したものである。このような 誘電体共振器を用い
た発振器の例は、アイ・イー・イー・イートランザクシ
ョン オン マイクロウェーブ セオリー アンド テ
クニックス第ＭＴＴ−３１巻、３１２項（IEEE TRANSAC
TIONS ON MICROWAVE THEORY ANDTECHNIQUES, VOL.MTT-3
1, p.312）等に記載されている。
の例を示す回路図である。このマイクロ波発振器は、図
１４に示した従来のマイクロ波発振器に、結合用伝送線
路２８と誘電体共振器２９から構成される共振回路９を
付加したものである。このような 誘電体共振器を用い
た発振器の例は、アイ・イー・イー・イートランザクシ
ョン オン マイクロウェーブ セオリー アンド テ
クニックス第ＭＴＴ−３１巻、３１２項（IEEE TRANSAC
TIONS ON MICROWAVE THEORY ANDTECHNIQUES, VOL.MTT-3
1, p.312）等に記載されている。
【０００８】また、上述の誘電体共振器を有するマイク
ロ波発振器について、特開昭６１−２０５００９号公
報、特開平３−１４０００３号公報や特開平７−１７６
９５４号公報に記載されているが、更なる小型化という
点については開示されていない。
ロ波発振器について、特開昭６１−２０５００９号公
報、特開平３−１４０００３号公報や特開平７−１７６
９５４号公報に記載されているが、更なる小型化という
点については開示されていない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た図１４に示した従来のマイクロ波発振器の第１の例で
は、回路中に急峻な周波数特性を持った素子を含まない
ため回路のＱ値が小さく、位相雑音が大きいという問題
があった。
た図１４に示した従来のマイクロ波発振器の第１の例で
は、回路中に急峻な周波数特性を持った素子を含まない
ため回路のＱ値が小さく、位相雑音が大きいという問題
があった。
【００１０】これに対し、図１５乃至図１７に示した従
来のマイクロ波発振器の例では、伝送線路の一端を開放
または短絡した伝送線路共振回路を付加することによ
り、回路のＱ値を増加させ位相雑音の低減を図ってい
る。これらの伝送線路共振器は平面回路で簡易且つ小型
に実現できる反面、無負荷Ｑ値はあまり大きくなく、十
分な位相雑音低減の効果が得られないという問題があっ
た。
来のマイクロ波発振器の例では、伝送線路の一端を開放
または短絡した伝送線路共振回路を付加することによ
り、回路のＱ値を増加させ位相雑音の低減を図ってい
る。これらの伝送線路共振器は平面回路で簡易且つ小型
に実現できる反面、無負荷Ｑ値はあまり大きくなく、十
分な位相雑音低減の効果が得られないという問題があっ
た。
【００１１】一方、図１８に示した従来のマイクロ波発
振器の例では、結合用伝送線路２８に誘電体共振器２９
を磁気的に結合させた共振回路９を用いて位相雑音の低
減を図っている。誘電体共振器は非常に大きな無負荷Ｑ
値を有しているため大きな位相雑音低減の効果が得られ
る反面、回路や装置の大型化、製造コストの増大等の問
題があった。
振器の例では、結合用伝送線路２８に誘電体共振器２９
を磁気的に結合させた共振回路９を用いて位相雑音の低
減を図っている。誘電体共振器は非常に大きな無負荷Ｑ
値を有しているため大きな位相雑音低減の効果が得られ
る反面、回路や装置の大型化、製造コストの増大等の問
題があった。
【００１２】本発明は、以上の点に鑑みなされたもの
で、小型、低コストで位相雑音特性に優れたマイクロ波
発振器を提供することを課題とする。
で、小型、低コストで位相雑音特性に優れたマイクロ波
発振器を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のマイクロ波発振器は、基本波の(2n-1)/4波
長(n=1,2,・・・)より、波長と比較し十分に短い長さδ
だけ短い先端開放スタブと、基本波の(2n-1)/4波長より
δだけ長い先端開放スタブを並列に接続した共振回路を
有することを特徴としている。
め、本発明のマイクロ波発振器は、基本波の(2n-1)/4波
長(n=1,2,・・・)より、波長と比較し十分に短い長さδ
だけ短い先端開放スタブと、基本波の(2n-1)/4波長より
δだけ長い先端開放スタブを並列に接続した共振回路を
有することを特徴としている。
【００１４】また、本発明のマイクロ波発振器は、基本
波の(2n-1)/4波長(n=1,2,・・・)より、波長と比較し十
分に短い長さδだけ短い先端開放スタブと、基本波の(2
n-1)/4波長よりδだけ長い先端開放スタブを並列に接続
した共振回路を、さらに複数個並列に接続した共振回路
を有することを特徴としている。ここで、複数個の共振
回路のn及びδは、必ずしも等しい値である必要はな
い。
波の(2n-1)/4波長(n=1,2,・・・)より、波長と比較し十
分に短い長さδだけ短い先端開放スタブと、基本波の(2
n-1)/4波長よりδだけ長い先端開放スタブを並列に接続
した共振回路を、さらに複数個並列に接続した共振回路
を有することを特徴としている。ここで、複数個の共振
回路のn及びδは、必ずしも等しい値である必要はな
い。
【００１５】また、本発明のマイクロ波発振器は、基本
波のn/2波長(n=1,2,・・・)より、波長と比較し十分に
短い長さδだけ短い先端短絡スタブと、基本波のn/2波
長よりδだけ長い先端短絡スタブを並列に接続した共振
回路を有することを特徴としている。
波のn/2波長(n=1,2,・・・)より、波長と比較し十分に
短い長さδだけ短い先端短絡スタブと、基本波のn/2波
長よりδだけ長い先端短絡スタブを並列に接続した共振
回路を有することを特徴としている。
【００１６】また、本発明のマイクロ波発振器は、基本
波のn/2波長(n=1,2,・・・)より、波長と比較し十分に
短い長さδだけ短い先端短絡スタブと、基本波のn/2波
長よりδだけ長い先端短絡スタブを並列に接続した共振
回路を、さらに複数個並列に接続した共振回路を有する
ことを特徴としている。ここで、複数個の共振回路のn
及びδは、必ずしも等しい値である必要はない。
波のn/2波長(n=1,2,・・・)より、波長と比較し十分に
短い長さδだけ短い先端短絡スタブと、基本波のn/2波
長よりδだけ長い先端短絡スタブを並列に接続した共振
回路を、さらに複数個並列に接続した共振回路を有する
ことを特徴としている。ここで、複数個の共振回路のn
及びδは、必ずしも等しい値である必要はない。
【００１７】また、本発明のマイクロ波発振器におい
て、直列帰還型のマイクロ波発振器は、ＦＥＴと、該Ｆ
ＥＴのソース端子に接続した直列帰還用の先端開放スタ
ブと、前記ＦＥＴのゲート端子に直列に接続した伝送線
路とキャパシタと、前記伝送線路に寄生発振防止用抵抗
を介して接続したゲートバイアス回路と、前記ＦＥＴの
ドレイン端子に伝送線路を介して接続したドレインバイ
アス回路と、前記伝送線路に直列に接続した出力整合回
路と共振回路と負荷抵抗とを具備し、前記出力整合回路
は伝送線路と整合用先端開放スタブとから構成され、前
記共振回路は、基本波の１／４波長よりδだけ短い（λ
／４−δ）長先端開放スタブと、基本波の１／４波長よ
りδだけ長い（λ／４＋δ）長先端開放スタブとから構
成され、前記δは基本波の波長に比べ十分に短い長さで
あることを特徴とする。
て、直列帰還型のマイクロ波発振器は、ＦＥＴと、該Ｆ
ＥＴのソース端子に接続した直列帰還用の先端開放スタ
ブと、前記ＦＥＴのゲート端子に直列に接続した伝送線
路とキャパシタと、前記伝送線路に寄生発振防止用抵抗
を介して接続したゲートバイアス回路と、前記ＦＥＴの
ドレイン端子に伝送線路を介して接続したドレインバイ
アス回路と、前記伝送線路に直列に接続した出力整合回
路と共振回路と負荷抵抗とを具備し、前記出力整合回路
は伝送線路と整合用先端開放スタブとから構成され、前
記共振回路は、基本波の１／４波長よりδだけ短い（λ
／４−δ）長先端開放スタブと、基本波の１／４波長よ
りδだけ長い（λ／４＋δ）長先端開放スタブとから構
成され、前記δは基本波の波長に比べ十分に短い長さで
あることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について詳細に説明する。
施の形態について詳細に説明する。
【００１９】[第一の実施形態]図１は、本発明の第一の
実施の形態のマイクロ波発振器の回路図である。この実
施の形態のマイクロ波発振器は、ＦＥＴ１のソース端子
に帰還用の先端短絡スタブ２を接続した直列帰還型の発
振器である。ＦＥＴ１のゲート端子には、伝送線路１１
とキャパシタ６が直列に接続され、また、ゲートバイア
ス回路３により、寄生発振防止用抵抗１４及び伝送線路
１１を介してＤＣバイアスが供給される。ＦＥＴ１のド
レイン端子にはドレインバイアス回路４により、伝送線
路１１を介して、ＤＣバイアスが供給される。バイアス
回路３、４は、１／４波長線路５、キャパシタ６及びＤ
Ｃ電源７から構成される。
実施の形態のマイクロ波発振器の回路図である。この実
施の形態のマイクロ波発振器は、ＦＥＴ１のソース端子
に帰還用の先端短絡スタブ２を接続した直列帰還型の発
振器である。ＦＥＴ１のゲート端子には、伝送線路１１
とキャパシタ６が直列に接続され、また、ゲートバイア
ス回路３により、寄生発振防止用抵抗１４及び伝送線路
１１を介してＤＣバイアスが供給される。ＦＥＴ１のド
レイン端子にはドレインバイアス回路４により、伝送線
路１１を介して、ＤＣバイアスが供給される。バイアス
回路３、４は、１／４波長線路５、キャパシタ６及びＤ
Ｃ電源７から構成される。
【００２０】また、発振出力は出力整合回路８及び伝送
線路１１、共振回路９、伝送線路１１、キャパシタ６を
介して、負荷抵抗１０に取り出される。出力整合回路８
は、伝送線路１１と整合用先端開放スタブ１２とから構
成される。共振回路９は、１／４波長よりδだけ短い
（λ／４−δ）長先端開放スタブ１３ａと、１／４波長
よりδだけ長い（λ／４＋δ）長先端開放スタブ１３ｂ
とから構成される。
線路１１、共振回路９、伝送線路１１、キャパシタ６を
介して、負荷抵抗１０に取り出される。出力整合回路８
は、伝送線路１１と整合用先端開放スタブ１２とから構
成される。共振回路９は、１／４波長よりδだけ短い
（λ／４−δ）長先端開放スタブ１３ａと、１／４波長
よりδだけ長い（λ／４＋δ）長先端開放スタブ１３ｂ
とから構成される。
【００２１】ここで、δは波長に比べ十分短い長さであ
り、例えば（１／２００）波長〜（１／１０）波長程度
の長さであり、好ましくは（１／１００）波長〜（１／
２０）波長程度の長さである。この範囲は、図３に示す
共振回路９の選択特性を急峻性や発振出力などの諸特性
を考慮して定められる。また、ここでいう波長とは、先
端開放スタブや先端短絡スタブや伝送線路を伝播する電
磁波の実効波長を指している。また、複数個所に示した
キャパシタ６は、直流成分の遮断、あるいは高周波成分
の透過の機能を有するもので、容量値は同一であるとは
限らない。同様に、伝送線路１１の特性インピーダン
ス、伝搬定数、長さは同一であるとは限らない。
り、例えば（１／２００）波長〜（１／１０）波長程度
の長さであり、好ましくは（１／１００）波長〜（１／
２０）波長程度の長さである。この範囲は、図３に示す
共振回路９の選択特性を急峻性や発振出力などの諸特性
を考慮して定められる。また、ここでいう波長とは、先
端開放スタブや先端短絡スタブや伝送線路を伝播する電
磁波の実効波長を指している。また、複数個所に示した
キャパシタ６は、直流成分の遮断、あるいは高周波成分
の透過の機能を有するもので、容量値は同一であるとは
限らない。同様に、伝送線路１１の特性インピーダン
ス、伝搬定数、長さは同一であるとは限らない。
【００２２】次に、本発明の第一の実施の形態のマイク
ロ波発振器の有する効果について、図２乃至図４を用い
て説明する。
ロ波発振器の有する効果について、図２乃至図４を用い
て説明する。
【００２３】図２は、図１に示したマイクロ波発振器の
共振回路９及び負荷抵抗１０を含む部分の回路図であ
る。図中の（Ｚ0、γ）は、(λ/4-δ)長先端開放スタブ
１３ａ、(λ/4+δ)長先端開放スタブ１３ｂ、伝送線路
１１の特性インピーダンス及び伝搬定数である。Ｒ0は
負荷抵抗１０の抵抗値である。伝送線路１１から負荷抵
抗１０側を見込んだインピーダンスを図中に示すように
ＺL、(λ/4-δ)をｌ-、(λ/4+δ)をｌ+と書けば、図２
に示した２端子回路のインピーダンスは、
共振回路９及び負荷抵抗１０を含む部分の回路図であ
る。図中の（Ｚ0、γ）は、(λ/4-δ)長先端開放スタブ
１３ａ、(λ/4+δ)長先端開放スタブ１３ｂ、伝送線路
１１の特性インピーダンス及び伝搬定数である。Ｒ0は
負荷抵抗１０の抵抗値である。伝送線路１１から負荷抵
抗１０側を見込んだインピーダンスを図中に示すように
ＺL、(λ/4-δ)をｌ-、(λ/4+δ)をｌ+と書けば、図２
に示した２端子回路のインピーダンスは、
【００２４】
【数１】 と書ける。ここで簡単のため、(λ/4-δ)長先端開放ス
タブ１３ａ、(λ/4+δ)長先端開放スタブ１３ｂ、伝送
線路１１を無損失と仮定し、特性インピーダンスを負荷
抵抗に等しくＺ0=Ｒ0とすれば、(1)式は、
タブ１３ａ、(λ/4+δ)長先端開放スタブ１３ｂ、伝送
線路１１を無損失と仮定し、特性インピーダンスを負荷
抵抗に等しくＺ0=Ｒ0とすれば、(1)式は、
【００２５】
【数２】 と書ける。ここで、βは(λ/4-δ)長先端開放スタブ１
３ａ、(λ/4+δ)長先端開放スタブ１３ｂ、伝送線路１
１の位相定数である。さらに(βl±)を、基本波の角周
波数ω0からの離調角周波数Δωの関数として表せば、
３ａ、(λ/4+δ)長先端開放スタブ１３ｂ、伝送線路１
１の位相定数である。さらに(βl±)を、基本波の角周
波数ω0からの離調角周波数Δωの関数として表せば、
【００２６】
【数３】 と書ける。ここで、Ｌ、Ｃは先端開放スタブの単位長さ
当たりのインダクタンス及びキャパシタンスである。
当たりのインダクタンス及びキャパシタンスである。
【００２７】上記各数式において、基本波に対しては、
Δω=0であるからβl±はπ/2に関して対称となる。従
って、正接関数のπ/2に関する奇対称性により(2)式の
括弧内は０となり、無損失近似のもとでは基本波成分に
共振回路は影響を与えない。一方、基本波近傍の周波数
に対しては、Δωは０でないので、βl±はπ/2に関し
て対称でなくなる。このとき(2)式の括弧内は０ではな
く、正接関数のπ/2付近での急峻な変化を反映して急激
に大きな値を持つようになる。従って、図２に示した２
端子回路は急峻な周波数特性を持つ。
Δω=0であるからβl±はπ/2に関して対称となる。従
って、正接関数のπ/2に関する奇対称性により(2)式の
括弧内は０となり、無損失近似のもとでは基本波成分に
共振回路は影響を与えない。一方、基本波近傍の周波数
に対しては、Δωは０でないので、βl±はπ/2に関し
て対称でなくなる。このとき(2)式の括弧内は０ではな
く、正接関数のπ/2付近での急峻な変化を反映して急激
に大きな値を持つようになる。従って、図２に示した２
端子回路は急峻な周波数特性を持つ。
【００２８】実際の設計においては、伝送線路の損失を
考慮せねばならないため、(2)式及び(3)式は損失を考慮
した形で書き換える必要があるが、図２に示した回路が
急峻な周波数特性を示す理由は近似的に上記のように理
解される。
考慮せねばならないため、(2)式及び(3)式は損失を考慮
した形で書き換える必要があるが、図２に示した回路が
急峻な周波数特性を示す理由は近似的に上記のように理
解される。
【００２９】図３は、図２に示した２端子回路のインピ
ーダンスＺiの絶対値の周波数依存性の計算結果を示す
グラフである。この計算においては、(λ/4-δ)長先端
開放スタブ１３ａ、(λ/4+δ)長先端開放スタブ１３
ｂ、伝送線路１１の導体損失及び誘電損失が考慮されて
いる。同図上には、図１４に示した共振回路９を有しな
い従来のマイクロ波発振器の第１の例、及び図１５に示
した１／２波長先端開放スタブ共振器を有する従来のマ
イクロ波発振器９の第２の例についての同様な計算結果
が併せて示してある。グラフより、共振回路無しの場
合、１／２波長先端開放スタブ共振器を用いた場合と比
較して、本発明の共振回路を用いることにより急峻な周
波数特性が得られることがわかる。
ーダンスＺiの絶対値の周波数依存性の計算結果を示す
グラフである。この計算においては、(λ/4-δ)長先端
開放スタブ１３ａ、(λ/4+δ)長先端開放スタブ１３
ｂ、伝送線路１１の導体損失及び誘電損失が考慮されて
いる。同図上には、図１４に示した共振回路９を有しな
い従来のマイクロ波発振器の第１の例、及び図１５に示
した１／２波長先端開放スタブ共振器を有する従来のマ
イクロ波発振器９の第２の例についての同様な計算結果
が併せて示してある。グラフより、共振回路無しの場
合、１／２波長先端開放スタブ共振器を用いた場合と比
較して、本発明の共振回路を用いることにより急峻な周
波数特性が得られることがわかる。
【００３０】図４は、本発明の第一の実施の形態のマイ
クロ波発振器、図１４に示した共振回路を有しない従来
のマイクロ波発振器、及び図１５に示した１／２波長先
端開放スタブ共振器を有する従来のマイクロ波発振器に
ついて、ハーモニック・バランス法を用いて位相雑音を
計算し比較したグラフである。グラフより、図１５に示
した１／２波長先端短絡スタブによる位相雑音の抑圧が
５ｄＢ／Ｈｚ程度であるのに対し、本発明の共振回路９
を用いることにより１０ｄＢ／Ｈｚ以上の位相雑音の低
減が可能であることがわかる。
クロ波発振器、図１４に示した共振回路を有しない従来
のマイクロ波発振器、及び図１５に示した１／２波長先
端開放スタブ共振器を有する従来のマイクロ波発振器に
ついて、ハーモニック・バランス法を用いて位相雑音を
計算し比較したグラフである。グラフより、図１５に示
した１／２波長先端短絡スタブによる位相雑音の抑圧が
５ｄＢ／Ｈｚ程度であるのに対し、本発明の共振回路９
を用いることにより１０ｄＢ／Ｈｚ以上の位相雑音の低
減が可能であることがわかる。
【００３１】[第二の実施形態]図５は、本発明の第二の
実施の形態のマイクロ波発振器の回路図である。この実
施の形態のマイクロ波発振器は、１／４波長よりδだけ
短い(λ/4-δ)長先端開放スタブ１３ａと、１／４波長
よりδだけ長い(λ/4+δ)長先端開放スタブ１３ｂとか
ら構成される共振回路9を、ＦＥＴのゲート端子側に接
続したことを特徴としている。ここで、δは波長に比べ
十分に短い長さである。
実施の形態のマイクロ波発振器の回路図である。この実
施の形態のマイクロ波発振器は、１／４波長よりδだけ
短い(λ/4-δ)長先端開放スタブ１３ａと、１／４波長
よりδだけ長い(λ/4+δ)長先端開放スタブ１３ｂとか
ら構成される共振回路9を、ＦＥＴのゲート端子側に接
続したことを特徴としている。ここで、δは波長に比べ
十分に短い長さである。
【００３２】[第三の実施形態]図６は、本発明の第三の
実施の形態のマイクロ波発振器の回路図である。この実
施の形態のマイクロ波発振器は、１／４波長よりδだけ
短い(λ/4-δ)長先端開放スタブ１３ａと、１／４波長
よりδだけ長い(λ/4+δ)長先端開放スタブ１３ｂとか
ら構成される共振回路を、２つ並列に接続したことを特
徴としている。ここでδは波長に比べ十分に短い長さで
ある。
実施の形態のマイクロ波発振器の回路図である。この実
施の形態のマイクロ波発振器は、１／４波長よりδだけ
短い(λ/4-δ)長先端開放スタブ１３ａと、１／４波長
よりδだけ長い(λ/4+δ)長先端開放スタブ１３ｂとか
ら構成される共振回路を、２つ並列に接続したことを特
徴としている。ここでδは波長に比べ十分に短い長さで
ある。
【００３３】[第四の実施形態]図７は、本発明の第四の
実施の形態のマイクロ波発振器の回路図である。この実
施の形態のマイクロ波発振器は、１／４波長よりδ1だ
け短い(λ/4-δ1)長先端開放スタブ１３ｃと、１／４波
長よりδ1だけ長い(λ/4+δ1)長先端開放スタブ１３ｄ
とから構成される共振回路と、１／４波長よりδ2だけ
短い(λ/4-δ2)長先端開放スタブ１３ｅと、１／４波長
よりδ2だけ長い(λ/4+δ2)長先端開放スタブ１３ｆと
から構成される共振回路とを並列に接続したことを特徴
としている。ここでδ1,δ2は波長に比べ十分に短い長
さである。
実施の形態のマイクロ波発振器の回路図である。この実
施の形態のマイクロ波発振器は、１／４波長よりδ1だ
け短い(λ/4-δ1)長先端開放スタブ１３ｃと、１／４波
長よりδ1だけ長い(λ/4+δ1)長先端開放スタブ１３ｄ
とから構成される共振回路と、１／４波長よりδ2だけ
短い(λ/4-δ2)長先端開放スタブ１３ｅと、１／４波長
よりδ2だけ長い(λ/4+δ2)長先端開放スタブ１３ｆと
から構成される共振回路とを並列に接続したことを特徴
としている。ここでδ1,δ2は波長に比べ十分に短い長
さである。
【００３４】[第五の実施形態]図８は、本発明の第五の
実施の形態のマイクロ波発振器の回路図である。この実
施の形態のマイクロ波発振器は、１／２波長よりδだけ
短い(λ/2-δ)長先端短絡スタブ３６ａと、１／２波長
よりδだけ長い(λ/2+δ)長先端短絡スタブ３６ｂとか
ら構成される共振回路９を用いたことを特徴としてい
る。ここでδは波長に比べ十分に短い長さである。次
に、本発明の第五の実施の形態のマイクロ波発振器の効
果について説明する。図９は、図８に示したマイクロ波
発振器の共振回路及び負荷抵抗を含む部分の回路図であ
る。図中の（Ｚ0、γ）は(λ/2-δ)長先端短絡スタブ３
６ａ、(λ/2+δ)長先端短絡スタブ３６ｂ、伝送線路１
１の特性インピーダンス及び伝搬定数である。Ｒ0は負
荷抵抗１０の抵抗値である。伝送線路１１から負荷抵抗
１０側を見込んだインピーダンスを図中に示すようにＺ
L、(λ/2-δ)をｌ-、(λ/2+δ)をｌ+と書けば、図９に
示した２端子回路のインピーダンスは、
実施の形態のマイクロ波発振器の回路図である。この実
施の形態のマイクロ波発振器は、１／２波長よりδだけ
短い(λ/2-δ)長先端短絡スタブ３６ａと、１／２波長
よりδだけ長い(λ/2+δ)長先端短絡スタブ３６ｂとか
ら構成される共振回路９を用いたことを特徴としてい
る。ここでδは波長に比べ十分に短い長さである。次
に、本発明の第五の実施の形態のマイクロ波発振器の効
果について説明する。図９は、図８に示したマイクロ波
発振器の共振回路及び負荷抵抗を含む部分の回路図であ
る。図中の（Ｚ0、γ）は(λ/2-δ)長先端短絡スタブ３
６ａ、(λ/2+δ)長先端短絡スタブ３６ｂ、伝送線路１
１の特性インピーダンス及び伝搬定数である。Ｒ0は負
荷抵抗１０の抵抗値である。伝送線路１１から負荷抵抗
１０側を見込んだインピーダンスを図中に示すようにＺ
L、(λ/2-δ)をｌ-、(λ/2+δ)をｌ+と書けば、図９に
示した２端子回路のインピーダンスは、
【００３５】
【数４】 と書ける。ここで簡単のため、(λ/2-δ)長先端短絡ス
タブ、(λ/2+δ)長先端短絡スタブ先端短絡スタブ、伝
送線路を無損失と仮定し、特性インピーダンスを負荷抵
抗に等しくＺ0=Ｒ0とすれば、(4)式は、
タブ、(λ/2+δ)長先端短絡スタブ先端短絡スタブ、伝
送線路を無損失と仮定し、特性インピーダンスを負荷抵
抗に等しくＺ0=Ｒ0とすれば、(4)式は、
【００３６】
【数５】 と書ける。ここで、βは(λ/2-δ)長先端短絡スタブ、
(λ/2+δ)長先端短絡スタブ、伝送線路の位相定数であ
る。さらに(βl±)を、基本波の角周波数ω0からの離調
角周波数Δωの関数として表せば、
(λ/2+δ)長先端短絡スタブ、伝送線路の位相定数であ
る。さらに(βl±)を、基本波の角周波数ω0からの離調
角周波数Δωの関数として表せば、
【００３７】
【数６】 と書ける。ここで、L、Cは先端短絡スタブの単位長さ当
たりのインダクタンス及びキャパシタンスである。
たりのインダクタンス及びキャパシタンスである。
【００３８】上記各数式において、基本波に対しては、
Δω=0であるからβl±はπに関して対称となる。従っ
て、余接関数のπに関する奇対称性により(5)式の括弧
内は0となり、無損失近似のもとでは基本波成分に共振
回路は影響を与えない。一方、基本波近傍の周波数に対
しては、Δωは０でないので、βl±はπに関して対称
でなくなる。このとき(5)式の括弧内は０ではなく、余
接関数のπ付近での急峻な変化を反映して急激に大きな
値を持つようになる。従って、図９に示した２端子回路
は急峻な周波数特性を持つ。
Δω=0であるからβl±はπに関して対称となる。従っ
て、余接関数のπに関する奇対称性により(5)式の括弧
内は0となり、無損失近似のもとでは基本波成分に共振
回路は影響を与えない。一方、基本波近傍の周波数に対
しては、Δωは０でないので、βl±はπに関して対称
でなくなる。このとき(5)式の括弧内は０ではなく、余
接関数のπ付近での急峻な変化を反映して急激に大きな
値を持つようになる。従って、図９に示した２端子回路
は急峻な周波数特性を持つ。
【００３９】[第六の実施形態]図１０は、本発明の第六
の実施の形態のマイクロ波発振器の回路図である。この
実施の形態のマイクロ波発振器は、１／２波長よりδ1
だけ短い(λ/2-δ1)長先端短絡スタブ３６ｃと、１／２
波長よりδ1だけ長い(λ/2+δ1)長先端短絡スタブ３６
ｄとから構成される共振回路と、１／２波長よりδ2だ
け短い(λ/2-δ2)長先端短絡スタブ３６ｅと、１／２波
長よりδ2だけ長い(λ/2+δ2)長先端短絡スタブ３６ｆ
とから構成される共振回路とを並列に接続したことを特
徴としている。ここでδ1,δ2は波長に比べ十分に短い
長さである。
の実施の形態のマイクロ波発振器の回路図である。この
実施の形態のマイクロ波発振器は、１／２波長よりδ1
だけ短い(λ/2-δ1)長先端短絡スタブ３６ｃと、１／２
波長よりδ1だけ長い(λ/2+δ1)長先端短絡スタブ３６
ｄとから構成される共振回路と、１／２波長よりδ2だ
け短い(λ/2-δ2)長先端短絡スタブ３６ｅと、１／２波
長よりδ2だけ長い(λ/2+δ2)長先端短絡スタブ３６ｆ
とから構成される共振回路とを並列に接続したことを特
徴としている。ここでδ1,δ2は波長に比べ十分に短い
長さである。
【００４０】[第一の実施形態の実体]図１１は、本発明
の第一の実施の形態のマイクロ波発振器を、マイクロス
トリップ線路を伝送線路としたＭＭＩＣ（マイクロ波モ
ノリシック集積回路）の形態で実現した場合の一例の平
面図である。図１１に示すモノリシックマイクロ波発振
器は、図１に示した回路図と対応する素子には同一符号
を付しており、裏面に接地導体を有する半導体基板１
５、ＦＥＴ１、ソース電極２３に接続した帰還用先端短
絡スタブ２、図１における寄生発振防止用抵抗１４に対
応するエピタキシャル抵抗１６、１／４波長線路５、Ｄ
Ｃ電源７を供給するための端子であるバイアスパッド１
７、キャパシタ６に対応するＭＩＭ（Metal-Insulator-
Metal）キャパシタ１８、裏面の接地導体に接続するバ
イア（ビア）ホール１９、伝送線路１１、整合用先端開
放スタブ１２、共振回路９を構成する(λ/4-δ)長先端
開放スタブ１３ａ及び(λ/4+δ)長先端開放スタブ１３
ｂ、発振出力を外部に取り出すための出力パッド２０か
ら構成される。ＦＥＴ１は、ゲート電極２１、ドレイン
電極２２、ソース電極２３、及び活性層２４とから構成
される。
の第一の実施の形態のマイクロ波発振器を、マイクロス
トリップ線路を伝送線路としたＭＭＩＣ（マイクロ波モ
ノリシック集積回路）の形態で実現した場合の一例の平
面図である。図１１に示すモノリシックマイクロ波発振
器は、図１に示した回路図と対応する素子には同一符号
を付しており、裏面に接地導体を有する半導体基板１
５、ＦＥＴ１、ソース電極２３に接続した帰還用先端短
絡スタブ２、図１における寄生発振防止用抵抗１４に対
応するエピタキシャル抵抗１６、１／４波長線路５、Ｄ
Ｃ電源７を供給するための端子であるバイアスパッド１
７、キャパシタ６に対応するＭＩＭ（Metal-Insulator-
Metal）キャパシタ１８、裏面の接地導体に接続するバ
イア（ビア）ホール１９、伝送線路１１、整合用先端開
放スタブ１２、共振回路９を構成する(λ/4-δ)長先端
開放スタブ１３ａ及び(λ/4+δ)長先端開放スタブ１３
ｂ、発振出力を外部に取り出すための出力パッド２０か
ら構成される。ＦＥＴ１は、ゲート電極２１、ドレイン
電極２２、ソース電極２３、及び活性層２４とから構成
される。
【００４１】図１２は,本発明の第一の実施の形態のマ
イクロ波発振器をコプレーナウェーブガイドを伝送線路
としたＭＭＩＣ（マイクロ波モノリシック集積回路）の
形態で実現した場合の一例の平面図である。図１２に示
すモノリシックマイクロ波発振器は、半導体基板１５、
ＦＥＴ１、帰還用先端短絡スタブ２、エピタキシャル抵
抗１６、１／４波長線路５、バイアスパッド１７、ＭＩ
Ｍキャパシタ１８、伝送線路１１、整合用先端開放スタ
ブ１２、共振回路９を構成する(λ/4-δ)長先端開放ス
タブ１３ａ及び(λ/4+δ)長先端開放スタブ１３ｂ、発
振出力を外部に取り出すための出力パッド２０から構成
される。ＦＥＴ１は、ゲート電極２１、ドレイン電極２
２、ソース電極２３、活性層２４及び接地金属３９とか
ら構成される。
イクロ波発振器をコプレーナウェーブガイドを伝送線路
としたＭＭＩＣ（マイクロ波モノリシック集積回路）の
形態で実現した場合の一例の平面図である。図１２に示
すモノリシックマイクロ波発振器は、半導体基板１５、
ＦＥＴ１、帰還用先端短絡スタブ２、エピタキシャル抵
抗１６、１／４波長線路５、バイアスパッド１７、ＭＩ
Ｍキャパシタ１８、伝送線路１１、整合用先端開放スタ
ブ１２、共振回路９を構成する(λ/4-δ)長先端開放ス
タブ１３ａ及び(λ/4+δ)長先端開放スタブ１３ｂ、発
振出力を外部に取り出すための出力パッド２０から構成
される。ＦＥＴ１は、ゲート電極２１、ドレイン電極２
２、ソース電極２３、活性層２４及び接地金属３９とか
ら構成される。
【００４２】図１３は、本発明の第一の実施の形態のマ
イクロ波発振器をマイクロストリップ線路を伝送線路と
したＨＩＣ（ハイブリッド集積回路）の形態で実現した
場合の一例の平面図である。図１３に示すハイブリッド
マイクロ波発振器は、接地電位となる金属ブロック３
０、絶縁性基板３１、ＦＥＴチップ３２、ソース電極２
３に接続した帰還用先端短絡スタブ２、寄生発振防止用
抵抗１４に対応する薄膜抵抗３４、１／４波長線路５、
キャパシタ６に対応するチップコンデンサ３３及びＭＩ
Ｍキャパシタ１８、伝送線路１１、整合用先端開放スタ
ブ１２、共振回路９を構成する(λ/4-δ)長先端開放ス
タブ１３ａ及び(λ/4+δ)長先端開放スタブ１３ｂ、発
振出力を外部に取り出すための出力パッド２０から構成
される。ＦＥＴチップ３２は、ゲート電極２１、ドレイ
ン電極２２、ソース電極２３、及び活性層２４とから構
成される。
イクロ波発振器をマイクロストリップ線路を伝送線路と
したＨＩＣ（ハイブリッド集積回路）の形態で実現した
場合の一例の平面図である。図１３に示すハイブリッド
マイクロ波発振器は、接地電位となる金属ブロック３
０、絶縁性基板３１、ＦＥＴチップ３２、ソース電極２
３に接続した帰還用先端短絡スタブ２、寄生発振防止用
抵抗１４に対応する薄膜抵抗３４、１／４波長線路５、
キャパシタ６に対応するチップコンデンサ３３及びＭＩ
Ｍキャパシタ１８、伝送線路１１、整合用先端開放スタ
ブ１２、共振回路９を構成する(λ/4-δ)長先端開放ス
タブ１３ａ及び(λ/4+δ)長先端開放スタブ１３ｂ、発
振出力を外部に取り出すための出力パッド２０から構成
される。ＦＥＴチップ３２は、ゲート電極２１、ドレイ
ン電極２２、ソース電極２３、及び活性層２４とから構
成される。
【００４３】以上の実施の形態では、基本素子としてＭ
ＥＳＦＥＴ（Metal SemiconductorField Effect Transi
stor）やヘテロ接合ＦＥＴ（Hetero-junction Field Ef
fect Transistor）等のＦＥＴを用いているが、本発明
はバイポーラトランジスタ、ダイオード等、如何なる種
類のデバイスを用いたマイクロ波発振器に適用できるこ
とは言うまでもない。
ＥＳＦＥＴ（Metal SemiconductorField Effect Transi
stor）やヘテロ接合ＦＥＴ（Hetero-junction Field Ef
fect Transistor）等のＦＥＴを用いているが、本発明
はバイポーラトランジスタ、ダイオード等、如何なる種
類のデバイスを用いたマイクロ波発振器に適用できるこ
とは言うまでもない。
【００４４】また、以上の実施の形態では、マイクロ波
発振器の回路形式として直列帰還型の特定の形式につい
てのみ示したが、本発明は並列帰還型の発振器を含めあ
らゆる種類の回路形式のマイクロ波発振器に適用できる
ことは言うまでもない。
発振器の回路形式として直列帰還型の特定の形式につい
てのみ示したが、本発明は並列帰還型の発振器を含めあ
らゆる種類の回路形式のマイクロ波発振器に適用できる
ことは言うまでもない。
【００４５】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
する。
【００４６】[第一の実施例]第一の実施形態に対応し
て、図１に示した本発明のマイクロ波発振器は、ゲート
幅100μm、ゲート長0.15μmのヘテロ接合ＦＥＴ１のソ
ース端子に帰還用の先端短絡スタブ２を接続した直列帰
還型の60GHz帯発振器である。帰還用の先端 短絡スタブ
２は、特性インピーダンス50Ω、線路長450μmである。
ゲート端子にはゲートバイアス回路３により、100Ωの
寄生発振防止用抵抗１４を介してＤＣ バイアスが供給
される。ドレイン端子にはドレインバイアス回路４によ
りＤＣバイアスが供給される。バイアス回路３、４は、
１／４波長線路５、容量値１pFのキャパシタ６及びＤＣ
電源７から構成される。ゲート端子には−０．５Ｖ、ド
レイン端子には４ＶのＤＣ電圧を印加している。発振出
力は出力整合回路８及び共振回路９を介して、５０Ωの
負荷抵抗１０に取り出される。出力整合回路は、伝送線
路１１と整合用先端開放スタブ１２とから構成される。
共振回路９は、１／４波長よりδだけ短い（λ／４−
δ）長先端開放スタブ１３ａと、１／４波長よりδだけ
長い(λ/4+δ)長先端開放スタブ１３ｂとから構成され
る。ここでδは 波長に比べ十分に短い長さであり、１
／４０波長としている。
て、図１に示した本発明のマイクロ波発振器は、ゲート
幅100μm、ゲート長0.15μmのヘテロ接合ＦＥＴ１のソ
ース端子に帰還用の先端短絡スタブ２を接続した直列帰
還型の60GHz帯発振器である。帰還用の先端 短絡スタブ
２は、特性インピーダンス50Ω、線路長450μmである。
ゲート端子にはゲートバイアス回路３により、100Ωの
寄生発振防止用抵抗１４を介してＤＣ バイアスが供給
される。ドレイン端子にはドレインバイアス回路４によ
りＤＣバイアスが供給される。バイアス回路３、４は、
１／４波長線路５、容量値１pFのキャパシタ６及びＤＣ
電源７から構成される。ゲート端子には−０．５Ｖ、ド
レイン端子には４ＶのＤＣ電圧を印加している。発振出
力は出力整合回路８及び共振回路９を介して、５０Ωの
負荷抵抗１０に取り出される。出力整合回路は、伝送線
路１１と整合用先端開放スタブ１２とから構成される。
共振回路９は、１／４波長よりδだけ短い（λ／４−
δ）長先端開放スタブ１３ａと、１／４波長よりδだけ
長い(λ/4+δ)長先端開放スタブ１３ｂとから構成され
る。ここでδは 波長に比べ十分に短い長さであり、１
／４０波長としている。
【００４７】[第二の実施例]第二の実施形態に対応し
て、図５に示した本発明のマイクロ波発振器では、１／
４波長よりδだけ短い(λ/4-δ)長先端開放スタブ１３
ａと、１／４波長よりδだけ長い(λ/4+δ)長先端開放
スタブ１３ｂとから構成される共振回路を、ヘテロ接合
ＦＥＴ１のゲート端子側に接続している。ここでδは波
長に比べ十分に短い長さであり、１／４０波長としてい
る。
て、図５に示した本発明のマイクロ波発振器では、１／
４波長よりδだけ短い(λ/4-δ)長先端開放スタブ１３
ａと、１／４波長よりδだけ長い(λ/4+δ)長先端開放
スタブ１３ｂとから構成される共振回路を、ヘテロ接合
ＦＥＴ１のゲート端子側に接続している。ここでδは波
長に比べ十分に短い長さであり、１／４０波長としてい
る。
【００４８】[第三の実施例]第三の実施形態に対応し
て、図６に示した本発明のマイクロ波発振器は、１／４
波長よりδだけ短い(λ/4-δ)長先端開放スタブ１３ａ
と、１／４波長よりδだけ長い(λ/4+δ)長先端開放ス
タブ１３ｂとから構成される共振回路を、２つ並列に接
続したことを特徴としている。ここでδは波長に比べ十
分に短い長さであり、１／４０波長としている。
て、図６に示した本発明のマイクロ波発振器は、１／４
波長よりδだけ短い(λ/4-δ)長先端開放スタブ１３ａ
と、１／４波長よりδだけ長い(λ/4+δ)長先端開放ス
タブ１３ｂとから構成される共振回路を、２つ並列に接
続したことを特徴としている。ここでδは波長に比べ十
分に短い長さであり、１／４０波長としている。
【００４９】[第四の実施例]第四の実施形態に対応し
て、図７に示した本発明のマイクロ波発振器は、１／４
波長よりδ1だけ短い(λ/4-δ1)長先端開放スタブ１３
ｃと、１／４波長よりδ1だけ長い(λ/4+δ1)長先端開
放スタブ１３ｄとから構成される共振回路と、１／４波
長よりδ2だけ短い(λ/4-δ2)長先端開放スタブ１３ｅ
と、１／４波長よりδ2だけ長い(λ/4+δ2)長先端開放
スタブ１３ｆとから構成される共振回路とを並列に接続
したことを特徴としている。ここでδ1,δ2は波長に比
べ十分に短い長さであり、δ1は１／４０波長、δ2は１
／６０波長としている。
て、図７に示した本発明のマイクロ波発振器は、１／４
波長よりδ1だけ短い(λ/4-δ1)長先端開放スタブ１３
ｃと、１／４波長よりδ1だけ長い(λ/4+δ1)長先端開
放スタブ１３ｄとから構成される共振回路と、１／４波
長よりδ2だけ短い(λ/4-δ2)長先端開放スタブ１３ｅ
と、１／４波長よりδ2だけ長い(λ/4+δ2)長先端開放
スタブ１３ｆとから構成される共振回路とを並列に接続
したことを特徴としている。ここでδ1,δ2は波長に比
べ十分に短い長さであり、δ1は１／４０波長、δ2は１
／６０波長としている。
【００５０】[第五の実施例]第五の実施形態に対応し
て、図８に示した本発明のマイクロ波発振器は、１／２
波長よりδだけ短い(λ/2-δ)長先端短絡スタブ３６ａ
と、１／２波長よりδだけ長い(λ/2+δ)長先端短絡ス
タブ３６ｂとから構成される共振回路９を用いたことを
特徴としている。ここでδは波長に比べ十分に短い長さ
であり、１／４０波長としている。
て、図８に示した本発明のマイクロ波発振器は、１／２
波長よりδだけ短い(λ/2-δ)長先端短絡スタブ３６ａ
と、１／２波長よりδだけ長い(λ/2+δ)長先端短絡ス
タブ３６ｂとから構成される共振回路９を用いたことを
特徴としている。ここでδは波長に比べ十分に短い長さ
であり、１／４０波長としている。
【００５１】[第六の実施例]第六の実施形態に対応し
て、図１０に示した本発明のマイクロ波発振器は、１／
２波長よりδ1だけ短い(λ/2-δ1)長先端短絡スタブ３
６ｃと、１／２波長よりδ1だけ長い(λ/2+δ1)長先端
短絡スタブ３６ｄとから構成される共振回路と、１／２
波長よりδ2だけ短い(λ/2-δ2)長先端短絡スタブ３６
ｅと、１／２波長よりδ2だけ長い(λ/2+δ2)長先端短
絡スタブ３６ｆとから構成される共振回路とを並列に接
続したことを特徴としている。ここでδ1,δ2は波長に
比べ十分に短い長さであり、δ1は１／４０波長、δ2は
１／６０波長としている。
て、図１０に示した本発明のマイクロ波発振器は、１／
２波長よりδ1だけ短い(λ/2-δ1)長先端短絡スタブ３
６ｃと、１／２波長よりδ1だけ長い(λ/2+δ1)長先端
短絡スタブ３６ｄとから構成される共振回路と、１／２
波長よりδ2だけ短い(λ/2-δ2)長先端短絡スタブ３６
ｅと、１／２波長よりδ2だけ長い(λ/2+δ2)長先端短
絡スタブ３６ｆとから構成される共振回路とを並列に接
続したことを特徴としている。ここでδ1,δ2は波長に
比べ十分に短い長さであり、δ1は１／４０波長、δ2は
１／６０波長としている。
【００５２】[第七の実施例]第一の実施形態の実体に対
応して、図１１は、図１に示した本発明のマイクロ波発
振器をマイクロストリップ線路を伝送線路としたＭＭＩ
Ｃ（マイクロ波モノリシック集積回路）の形態で実現し
た場合の一実施例の平面図である。
応して、図１１は、図１に示した本発明のマイクロ波発
振器をマイクロストリップ線路を伝送線路としたＭＭＩ
Ｃ（マイクロ波モノリシック集積回路）の形態で実現し
た場合の一実施例の平面図である。
【００５３】図１１に示すモノリシックマイクロ波発振
器は、裏面に20μm厚の金（Au）から成る接地導体を有
し、40μm厚のGaAsから成る半導体基板１５、ヘテロ接
合ＦＥＴ1、2μm厚で30μm幅の金から成る帰還用先端短
絡スタブ２、SiをドーピングしたGaAsとAu/Ge/Ni/Auオ
ーミック金属から成るエピタキシャル抵抗１６、2μm厚
の金から成る１／４波長線路５、2μm厚の金から成る
バイアスパッド１７、1000A厚のSiNx膜を誘電膜に用い
たＭＩＭキャパシタ１８、30μm角のバイアホール１
９、2μm厚で30μm幅の金から成る伝送線路１１、2μm
厚で30μm幅の金から成る整合用先端開放スタブ１２、
(λ/4-δ)長先端開放スタブ１３ａ、(λ/4+δ)長先端開
放スタブ１３ｂ、2μm厚の金から成る出力パッド２０か
ら構成される。ヘテロ接合ＦＥＴ1は、ゲート幅100μ
m、ゲート長0.15μmでＡｌから成るゲート電極２１、Au
/Ge/Ni/Auオーミック金属から成るドレイン電極２２及
びソース電極２３、AlGaAs電子供給層、InGaAsチャネル
層等から成る活性層２４とから構成される。ここでδは
波長に比べ十分に短い長さであり、44μmとしている。4
4μmは、(λ/4-δ)長先端開放スタブ１３ａ及び(λ/4+
δ)長先端開放スタブ１３ｂを伝送する周波数60GHzの電
磁波の波長の約１／４０の長さである。
器は、裏面に20μm厚の金（Au）から成る接地導体を有
し、40μm厚のGaAsから成る半導体基板１５、ヘテロ接
合ＦＥＴ1、2μm厚で30μm幅の金から成る帰還用先端短
絡スタブ２、SiをドーピングしたGaAsとAu/Ge/Ni/Auオ
ーミック金属から成るエピタキシャル抵抗１６、2μm厚
の金から成る１／４波長線路５、2μm厚の金から成る
バイアスパッド１７、1000A厚のSiNx膜を誘電膜に用い
たＭＩＭキャパシタ１８、30μm角のバイアホール１
９、2μm厚で30μm幅の金から成る伝送線路１１、2μm
厚で30μm幅の金から成る整合用先端開放スタブ１２、
(λ/4-δ)長先端開放スタブ１３ａ、(λ/4+δ)長先端開
放スタブ１３ｂ、2μm厚の金から成る出力パッド２０か
ら構成される。ヘテロ接合ＦＥＴ1は、ゲート幅100μ
m、ゲート長0.15μmでＡｌから成るゲート電極２１、Au
/Ge/Ni/Auオーミック金属から成るドレイン電極２２及
びソース電極２３、AlGaAs電子供給層、InGaAsチャネル
層等から成る活性層２４とから構成される。ここでδは
波長に比べ十分に短い長さであり、44μmとしている。4
4μmは、(λ/4-δ)長先端開放スタブ１３ａ及び(λ/4+
δ)長先端開放スタブ１３ｂを伝送する周波数60GHzの電
磁波の波長の約１／４０の長さである。
【００５４】[第八の実施例]第一の実施形態の実体に対
応して、図１２は、 図１に示した本発明のマイクロ波
発振器をコプレーナウェーブガイドを伝送線路としたＭ
ＭＩＣ（マイクロ波モノリシック集積回路）の形態で実
現した場合の一実施例の平面図である。
応して、図１２は、 図１に示した本発明のマイクロ波
発振器をコプレーナウェーブガイドを伝送線路としたＭ
ＭＩＣ（マイクロ波モノリシック集積回路）の形態で実
現した場合の一実施例の平面図である。
【００５５】図１２に示すモノリシックマイクロ波発振
器は、600μm厚のGaAsから成る半導体基板１５、ヘテロ
接合ＦＥＴ１、2μm厚の金から成る帰還用先端短絡スタ
ブ２、SiをドーピングしたGaAsとAu/Ge/Ni/Auオーミッ
ク金属から成るエピタキシャル抵抗１６、2μm厚の金か
ら成る１／４波長線路５、2μm厚の金から成るバイアス
パッド１７、1000A厚のSiNx膜を誘電膜に用いたＭＩＭ
キャパシタ１８、2μm厚で30μm幅の金から成る伝送線
路１１、2μm厚で30μm幅の金から成る整合用先端開 放
スタブ１２、2μm厚で30μm幅の金から成る(λ/4-δ)長
先端開放スタブ１３ａ、2μm厚で30μm幅の金から成る
(λ/4+δ)長先端開放スタブ１３ｂ、2μm厚の金から成
る出力パッド２０から構成される。ＦＥＴ１は、ゲート
幅100μm、ゲート長0.15μmでAlから成るゲート電極２
１、Au/Ge/Ni/Auオーミック金属から成るドレイン電極
２２及びソース電極２３、AlGaAs電子供給層、InGaAsチ
ャネル層等から成る活性層２４、2μm厚の金から成る接
地金属３９とから構成される。
器は、600μm厚のGaAsから成る半導体基板１５、ヘテロ
接合ＦＥＴ１、2μm厚の金から成る帰還用先端短絡スタ
ブ２、SiをドーピングしたGaAsとAu/Ge/Ni/Auオーミッ
ク金属から成るエピタキシャル抵抗１６、2μm厚の金か
ら成る１／４波長線路５、2μm厚の金から成るバイアス
パッド１７、1000A厚のSiNx膜を誘電膜に用いたＭＩＭ
キャパシタ１８、2μm厚で30μm幅の金から成る伝送線
路１１、2μm厚で30μm幅の金から成る整合用先端開 放
スタブ１２、2μm厚で30μm幅の金から成る(λ/4-δ)長
先端開放スタブ１３ａ、2μm厚で30μm幅の金から成る
(λ/4+δ)長先端開放スタブ１３ｂ、2μm厚の金から成
る出力パッド２０から構成される。ＦＥＴ１は、ゲート
幅100μm、ゲート長0.15μmでAlから成るゲート電極２
１、Au/Ge/Ni/Auオーミック金属から成るドレイン電極
２２及びソース電極２３、AlGaAs電子供給層、InGaAsチ
ャネル層等から成る活性層２４、2μm厚の金から成る接
地金属３９とから構成される。
【００５６】[第九の実施例]第一の実施形態の実体に対
応して、図１３は、図１に示した本発明のマイクロ波発
振器をマイクロストリップ線路を伝送線路としたＨＩＣ
（ハイブリッド集積回路）の形態で実現した場合の一実
施例の平面図である。
応して、図１３は、図１に示した本発明のマイクロ波発
振器をマイクロストリップ線路を伝送線路としたＨＩＣ
（ハイブリッド集積回路）の形態で実現した場合の一実
施例の平面図である。
【００５７】図１３に示すハイブリッドマイクロ波発振
器は、金をメッキした5mm厚の銅から成る金属ブロック
３０、100μm厚のアルミナから成る絶縁性基板３１、40
μm厚のGaAsから成るＦＥＴチップ３２、2μm厚の金か
ら成る帰還用先端短絡スタブ２、薄膜抵抗３４、2μm厚
の金から成る１／４波長線路５、チップコンデンサ３
３、ＭＩＭキャパシタ１８、2μm厚の金から成る伝送線
路１１、整合用先端開放スタブ１２、(λ/4-δ)長先端
開放スタブ１３ａ、(λ/4+δ)長先端開放スタブ１３
ｂ、出力パッド２０から構成される。ＦＥＴチップ３２
は、ゲート電極２１、ドレイン電極２２、ソース電極２
３、及び活性層２４とから構成される。絶縁性基板３
１、ＦＥＴチップ３２及びチップコンデンサ３３がAuSn
等の材料により金属ブロック３０上に固定され、それぞ
れが直径10μm程度の金から成るボンディングワイヤ３
５により電気的に接続されている。
器は、金をメッキした5mm厚の銅から成る金属ブロック
３０、100μm厚のアルミナから成る絶縁性基板３１、40
μm厚のGaAsから成るＦＥＴチップ３２、2μm厚の金か
ら成る帰還用先端短絡スタブ２、薄膜抵抗３４、2μm厚
の金から成る１／４波長線路５、チップコンデンサ３
３、ＭＩＭキャパシタ１８、2μm厚の金から成る伝送線
路１１、整合用先端開放スタブ１２、(λ/4-δ)長先端
開放スタブ１３ａ、(λ/4+δ)長先端開放スタブ１３
ｂ、出力パッド２０から構成される。ＦＥＴチップ３２
は、ゲート電極２１、ドレイン電極２２、ソース電極２
３、及び活性層２４とから構成される。絶縁性基板３
１、ＦＥＴチップ３２及びチップコンデンサ３３がAuSn
等の材料により金属ブロック３０上に固定され、それぞ
れが直径10μm程度の金から成るボンディングワイヤ３
５により電気的に接続されている。
【００５８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、波長と
比較し十分に短い長さをδとしたとき、基本波の(2n-1)
/4波長(n=1,2,・・・)あるいはn/2波長よりδだけ短い
先端開放スタブと、基本波の(2n-1)/4波長あるいはn/2
波長よりδだけ長い先端開放スタブを並列に接続した共
振回路を用いることにより、小型で低位相雑音特性を有
するマイクロ波発振器を実現する効果を有する。
比較し十分に短い長さをδとしたとき、基本波の(2n-1)
/4波長(n=1,2,・・・)あるいはn/2波長よりδだけ短い
先端開放スタブと、基本波の(2n-1)/4波長あるいはn/2
波長よりδだけ長い先端開放スタブを並列に接続した共
振回路を用いることにより、小型で低位相雑音特性を有
するマイクロ波発振器を実現する効果を有する。
【図１】本発明の一実施例を説明するための回路図であ
る。
る。
【図２】本発明の効果を説明するための回路図である。
【図３】本発明の効果を説明するための計算結果を示し
たグラフである。
たグラフである。
【図４】本発明の効果を説明するための計算結果を示し
たグラフである。
たグラフである。
【図５】本発明の一実施例を説明するための回路図であ
る。
る。
【図６】本発明の一実施例を説明するための回路図であ
る。
る。
【図７】本発明の一実施例を説明するための回路図であ
る。
る。
【図８】本発明の一実施例を説明するための回路図であ
る。
る。
【図９】本発明の効果を説明するための回路図である。
【図１０】本発明の一実施例を説明するための回路図で
ある。
ある。
【図１１】本発明の一実施例を説明するための平面図で
ある。
ある。
【図１２】本発明の一実施例を説明するための平面図で
ある。
ある。
【図１３】本発明の一実施例を説明するための平面図で
ある。
ある。
【図１４】従来のマイクロ波発振器を説明するための回
路図である。
路図である。
【図１５】従来の１／２波長先端開放スタブ共振器を付
加したマイクロ波発振器を説明するための回路図であ
る。
加したマイクロ波発振器を説明するための回路図であ
る。
【図１６】従来の１／４波長先端短絡スタブ共振器を付
加したマイクロ波発振器を説明するための回路図であ
る。
加したマイクロ波発振器を説明するための回路図であ
る。
【図１７】従来の１／４波長先端開放スタブ共振器を付
加したマイクロ波発振器を説明するための回路図であ
る。
加したマイクロ波発振器を説明するための回路図であ
る。
【図１８】従来の誘電体共振器を装荷したマイクロ波発
振器を説明するための回路図である。
振器を説明するための回路図である。
１ 電界効果トランジスタ（ＦＥＴ） ２ 帰還用先端短絡スタブ ３ ゲートバイアス回路 ４ ドレインバイアス回路 ５ １／４波長線路 ６ キャパシタ ７ ＤＣ電源 ８ 出力整合回路 ９ 共振回路 １０ 負荷抵抗 １１ 伝送線路 １２ 整合用先端開放スタブ １３ａ （λ／４−δ）長先端開放スタブ １３ｂ （λ／４＋δ）長先端開放スタブ １３ｃ （λ／４−δ1）長先端開放スタブ １３ｄ （λ／４＋δ1）長先端開放スタブ １３ｅ （λ／４−δ2）長先端開放スタブ １３ｆ （λ／４＋δ2）長先端開放スタブ １４ 寄生発振防止用抵抗 １５ 半導体基板 １６ エピタキシャル抵抗 １７ バイアスパッド １８ ＭＩＭキャパシタ １９ バイアホール ２０ 出力パッド ２１ ゲート電極 ２２ ドレイン電極 ２３ ソース電極 ２４ 活性層 ２５ １／２波長先端開放スタブ ２６ １／４波長先端短絡スタブ ２７ １／４波長先端開放スタブ ２８ 結合用伝送線路 ２９ 誘電体共振器 ３０ 金属ブロック ３１ 絶縁性基板 ３２ ＦＥＴチップ ３３ チップコンデンサ ３４ 薄膜抵抗 ３５ ボンディングワイヤ ３６ａ （λ／２−δ）長先端短絡スタブ ３６ｂ （λ／２＋δ）長先端短絡スタブ ３６ｃ （λ／２−δ1）長先端短絡スタブ ３６ｄ （λ／２＋δ1）長先端短絡スタブ ３６ｅ （λ／２−δ2）長先端短絡スタブ ３６ｆ （λ／２＋δ2）長先端短絡スタブ ３９ 接地金属
Claims (8)
- 【請求項１】 マイクロ波を発振するマイクロ波発振器
において、基本波の波長と比較し十分に短い長さをδと
したとき、基本波の(2n-1)/4波長(n=1,2,・・・)よりδ
だけ短い先端開放スタブと、基本波の(2n-1)/4波長より
δだけ長い先端開放スタブを並列に接続した共振回路を
有することを特徴としたマイクロ波発振器。 - 【請求項２】 マイクロ波を発振するマイクロ波発振器
において、基本波の波長と比較し十分に短い長さをδと
したとき、基本波の(2n-1)/4波長(n=1,2,・・・)よりδ
だけ短い先端開放スタブと、基本波の(2n-1)/4波長より
δだけ長い先端開放スタブを並列に接続した共振回路を
複数個、並列に接続した共振回路を有することを特徴と
するマイクロ波発振器であって、前記複数個の共振回路
のn及び δは、必ずしも等しい値ではないことを特徴と
するマイクロ波発振器。 - 【請求項３】 マイクロ波を発振するマイクロ波発振器
において、基本波の波長と比較し十分に短い長さをδと
したとき、基本波のn/2波長(n=1,2,・・・)よりδだけ
短い先端短絡スタブと、基本波のn/2波長よりδだけ長
い先端短絡スタブを並列に接続した共振回路を有するこ
とを特徴とするマイクロ波発振器。 - 【請求項４】 マイクロ波を発振するマイクロ波発振器
において、基本波の波長と比較し十分に短い長さをδと
したとき、基本波のn/2波長(n=1,2,・・・)よりδだけ
短い先端短絡スタブと、基本波のn/2波長よりδだけ長
い先端短絡スタブを並列に接続した共振回路を複数個、
並列に接続した共振回路を有することを特徴とするマイ
クロ波発振器であって、前記複数個の共振回路のn及び
δは、必ずしも等しい値ではないことを特徴とするマイ
クロ波発振器。 - 【請求項５】 前記共振回路がマイクロストリップ線路
を用いて形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求
項４のいずれか１項に記載のマイクロ波発振器。 - 【請求項６】 前記共振回路がコプレーナウェーブガイ
ドを用いて形成されたことを特徴とする請求項１乃至請
求項４のいずれか１項に記載のマイクロ波発振器。 - 【請求項７】 マイクロ波を発振する直列帰還型又は並
列帰還型のマイクロ波発振器において、基本波の波長と
比較し十分に短い長さをδとしたとき、基本波の(2n-1)
/4波長(n=1,2,・・・)よりδだけ短い先端開放スタブ
と、基本波の(2n-1)/4波長(n=1,2,・・・)よりδだけ長
い先端開放スタブを並列に接続した共振回路を有するこ
とを特徴としたマイクロ波発振器。 - 【請求項８】 請求項７に記載のマイクロ波発振器にお
いて、前記直列帰還型のマイクロ波発振器は、ＦＥＴ
と、該ＦＥＴのソース端子に接続した直列帰還用の先端
開放スタブと、前記ＦＥＴのゲート端子に直列に接続し
た伝送線路とキャパシタと、前記伝送線路に抵抗を介し
て接続したゲートバイアス回路と、前記ＦＥＴのドレイ
ン端子に伝送線路を介して接続したドレインバイアス回
路と、前記伝送線路に直列に接続した出力整合回路と共
振回路と負荷抵抗とを具備し、 前記出力整合回路は伝送線路と整合用先端開放スタブと
から構成され、前記共振回路は、基本波の１／４波長よ
りδだけ短い（λ／４−δ）長先端開放スタブと、基本
波の１／４波長よりδだけ長い（λ／４＋δ）長先端開
放スタブとから構成され、前記δは基本波の波長に比べ
十分に短い長さであることを特徴とするマイクロ波発振
器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28446898A JP3175763B2 (ja) | 1998-10-06 | 1998-10-06 | マイクロ波発振器 |
| US09/413,371 US6259332B1 (en) | 1998-06-10 | 1999-10-06 | Microwave oscillator for obtaining the low phase noise characteristic |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28446898A JP3175763B2 (ja) | 1998-10-06 | 1998-10-06 | マイクロ波発振器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP3175763B2 JP3175763B2 (ja) | 2001-06-11 |
Family
ID=17678929
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28446898A Expired - Fee Related JP3175763B2 (ja) | 1998-06-10 | 1998-10-06 | マイクロ波発振器 |
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| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3175763B2 (ja) |
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| JP3939726B2 (ja) * | 2005-02-10 | 2007-07-04 | 株式会社神戸製鋼所 | 負性抵抗入力増幅回路及び発振回路 |
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