JP3117020B2

JP3117020B2 - 導波線路発振器

Info

Publication number: JP3117020B2
Application number: JP09513107A
Authority: JP
Inventors: ルストシュテファン
Original assignee: ダイムラー−ベンツエーロスペイスアクチエンゲゼルシャフト
Priority date: 1995-09-28
Filing date: 1996-09-12
Publication date: 2000-12-11
Anticipated expiration: 2016-09-12
Also published as: WO1997012439A1; DE59602190D1; EP0852843B1; EP0852843A1; US5969578A; JPH11500886A; ES2134002T3; DE19536132A1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は請求の範囲１の上位概念による、導波線路内
に基本波を発生するための導波線路発振器に関する。

導波線路（waveguide）内に基本波を発生するための
公知導波線路発振器は、導波線路（waveguide）内に組
込、挿入される送信アンテナとして使用される柱体と、
半導体−振動素子とから成る。半導体−振動素子は導波
線路内部空間の底面上に配置されており、柱体は、半導
体−振動素子のケーシング表面と対向する導波線路面と
の間に挿入されており、その結果、導波線路内部空間内
に自由に垂直に直立して放射をし得る。半導体−振動素
子としては、公知の導波線路発振器では、ケーシング囲
い付きガンダイオード、インパットダイオード又は類似
のケーシング囲い付き半導体振動素子が使用され、該半
導体振動素子は、直流電圧印加の際、HF高周波振動を発
生し得る。導波線路の特性インピーダンスへの発振器の
整合は、1/4波長短絡部を用いて行われる。前記短絡部
は、片側が閉じられた導波線路セクションから成り、該
導波線路セクションの長さは、放射さるべき基本波の波
長のほぼ1/4であり、導波線路セクションの開放端部に
は、柱体が半導体−振動素子と共に配置されている。公
知の導波線路発振器は、精密技術部品の取付及び作製に
より相当高価なものとなる。公知の導波線路発振器にお
ける半導体−振動素子は、ただケーシング囲い付き素子
としてしか使用され得ない、それというのは、前記半導
体−振動素子には、柱体の圧着押圧力が作用するからで
ある。ケーシング囲い付きダイオードは同様にケーシン
グ囲いを施されていないチップダイオードに比して著し
く高価である。

本発明の基礎を成す課題とするところは、導波線路内
に基本波を発生し得るコスト上有利な導波線路発振器を
提供することにある。

前記課題は、請求の範囲１に規定された構成要件によ
り解決される。本発明の発展形態は、サブクレームに規
定されている。

本発明は、従来導波線路発振器に比して同等の周波数
安定性を有するが、一層より大きな発振器−効率を有す
る。したがって、導波線路にて出力結合されるHF高周波
−電力は、同じ直流電圧出力のもとで一層より大とな
る。安価なチップダイオードを使用できる、それという
のは、本発明は、アンテナ素子とダイオードとの間のボ
ンティング接合を許容するからである。

本発明の発振器は、それのスロット線路−構造体によ
り、有利には、量産向きのものとなるのである、それと
いうのは、当該の構造体は、エッチング技術により作製
され得るからである。本発明の発振器の組込深度を有利
には小さな値にし得る、それというのは、インピーダン
スマッチング整合のため1/4入、波長短絡部が必ずしも
必要でないからである。必要な場合、２つの半導体−振
動素子及び二重化使用により特徴付けられる本発明の発
展形態では、同じ組込深度のもとで、発振器電力、出力
の倍加が可能である。亦、本発明の他の発展形態によれ
ば、唯一の半導体−振動素子使用の場合、次のようにし
て発振器出力を増大させ得る、即ち付加的アンテナ素子
が半導体−振動素子の代わりに、HF高周波−短絡部を備
えるのである。二重化されたアンテナ素子を有する発展
形態は、特に、導波線路回路に適する、それというの
は、導波線路フィールド、電磁界の対称特性を充足する
からである。

次に図を用いて本発明の実施例を詳述する。

図１には、１つの半導体−振動素子と、辺縁状に配置
されたスロット線路とを有する導波線路発振器を示す。

図２は、補償スロット線路が中央に配置されている場
合における２つの半導体−振動素子を有する導波線路発
振器を示す。

図３は、第２の半導体−振動素子がHF高周波−短絡部
により置換されている場合における、図２に相応する導
波線路発振器を示す。

図４は、唯一のスタブ線路によりHF高周波−短絡部が
形成されている場合における図３に相応する導波線路発
振器を示す。

図５は、円形の横断面を有する導波線路用の導波線路
発振器を示す。

図６は、本発明の手段の基礎を成すアンテナー及び補
償スロット線路の共振カーブの共働の基本手法を示す。

図１は、矩形状中空導体である導波線路の横断面上に
載置された、該導波線路内に基本波を発生するための導
波線路発振器のスロット線路−構造体２を示す。スロッ
ト線路−構造体は、金属層にて片側が金属化されたプレ
ーナ、平坦な誘電性サブストレート基板上に構成されて
いる。スロット線路−構造体２内には、２つの送信−ス
ロット線路４及び５、２つの補償スロット線路６及び
７、１つの半導体−振動素子３、２つの容量性素子14,1
5,2つのスタブ線路12,13及び１つのLPF21が統合化され
ている。

送信スロット線路4,5は開放端部が相前後して直列的
に接続されており、そして、相互接続個所にて、ケーシ
ング囲いを施されていない半導体−振動素子３により橋
絡されている。使用されている半導体−振動素子３は、
直流電圧印加の際、HF高周波エネルギを生じさせそし
て、適用例に応じて、ガンダイオード、インパットダイ
オード、又は、類似の作用をするHF高周波ダイオードで
あって良い。半導体−振動素子３は、ボンディング接合
部を用いて、スロット線路−構造体２内に統合化され、
組み付けられている。半導体−振動素子３及び送信スロ
ット線路4,5はスロット線路−構造体２内に次のように
配置されている、即ち、半導体−振動素子は隣接する導
波線路Ｅ−フィールド、電磁界の最大フィールド、電磁
界ベクトル10の基点に隣接しているように配置されてい
る。

両送信−スロット線路4,5は、同じように構成されて
おり、従って、同じ共振周波数Ｆ（OI）を有し、そし
て、スロット線路−構造体２内に次のように配置されて
いる、即ち、それの長さ全体に亘って、それの外縁を以
て導波線路内部空間11の周縁に隣接するように配置され
ている。それの有効な電気長は、それぞれ生じさせるべ
き基本波の半波長である。相互に接続されていないそれ
の端部では、送信スロット線路4,5は、それぞれ、容量
性素子14,15でほぼ短絡されている。さらに容量性素子1
4,15は、導波線路内部空間11の周縁外に配置されてい
る。

送信スロット線路4,5の短絡された端部には、それぞ
れ補償スロット線路6,7がつづいている。送信スロット
線路4,5を短絡する容量性素子14,15は、補償スロット線
路6,7に対する接続個所にて、同様に短絡部を形成す
る。補償スロット線路6,7は、それの外縁を以て、導波
線路内部空間11の周縁に隣接し、同じように構成されて
おり、同一の共振周波数ｆ（OII）を有する。補償スロ
ット線路6,7の長さは、それぞれほぼ発生すべき基本波
の半波長である。それの有効電気長、以て共振周波数ｆ
（OII）は、それぞれ変換作用をするスタブ線路12,13に
より定まり、前記変換作用をするスタブ線路12,13は補
償スロット線路6,7の他端を終端する。前記の変換作用
をするスタブ線路12,13は、スロット線路−構造体２内
に導波線路11の周縁外に配置されている。補償スロット
線路6,7の共振周波数ｆ（OII）は、図６に示すように、
送信−スロット線路4,5の共振周波数ｆ（OI）に関して
次のようにセッティングされる、即ち、半導体−振動素
子の領域及び導波線路１にて生ぜしめられた無効電力が
補償され、導波線路と発振器との間で最適のインピーダ
ンスマッチング、整合が達成されるようにセッティング
される。

スロット線路−構造体２では、スロット線路4,5,6,7
により、内側の線路面８と外側の線路面９とが分離され
ている。半導体−振動素子３に対する直流給電電圧が前
記線路面を介して当該の素子に供給される。このため
に、スロット線路−構造体２内に、マイクロストリップ
−LPF21が統合化されており、該マイクロストリップ−L
PFは、導電的に外側の線路面とは別個に内側線路面８を
接触接続する。

スロット線路−構造体２は、それの内側線路面９を以
て、導波線路１の横断面の適合する凹入部内にろう付け
されて組み付けられる。接着技術を用いてのスロット線
路−構造体の取付は、同様に可能である。亦変形された
形態で、スロット線路−構造体２は、任意に導波線路の
外側周縁を越えて張出し得る。

半導体−振動素子３は、共振器として作用する２つの
スロット線路を給電し、そして、生ぜしめられた無効電
力が同様に、共振器として作用する２つのスロット線路
で補償されるので、導波線路発振器は、高い位相急峻
度、以て良好な周波数安定性を有する。半導体−振動素
子からの補償スロット線路の僅かな距離に基づき、導波
線路発振器の振動特性は、一義的である。図6cは、本発
明の発振器回路の最大位相急峻度の領域における発振器
−周波数ｆ（OSZ）、例えば、ガン効果−発振器の発振
器−周波数ｆ（OSZ）の特性を示す。前記回路は、当該
の周波数のもとで、次のようなリアクティブ、無効電力
を有する、即ち、半導体−振動素子の無効電力の補償の
ため用いられる無効電力を有する。

図２は、図１に示す実施形態に比して増大された発振
器出力を有する導波線路発振器を示し、該増大された発
振器出力は、送信スロット線路システムの二重化及び、
付加的な半導体−振動素子18により達成される。両方
の、半導体線路系及び送信スロット線路系は、同じ構成
にされており、スロット線路−構造体２にて相互に鏡対
称的に配置されており、その結果半導体−振動素子３
は、隣接する導波線路−Ｅフィールド、電磁界の最大フ
ィールド、電磁界ベクトル10の基点に隣接しており、そ
して、他方の半導体−振動素子18が第１の半導体−振動
素子３に対向して配置されている。すべてのスロット線
路が夫々、生じさせるべき基本波の半波長の有効電気長
を有し、そして、それの外縁を以て、導波線路内部空間
11の周縁に隣接して配置されている。両スロット線路シ
ステムは、それの半導体−振動素子と離隔したほうの端
部で夫々、容量性素子14,15を用いてほぼ短絡されてい
る。前記素子は、それの構成が図１に示す素子に相応す
る。半導体−振動素子3,18への直流電圧給電が、IPF21
を介して行われ、該LPFは、本実施例では、側方で、容
量性素子14,15のうちの１つに結合されている。前記のL
PFの配置構成は、代替選択的に、図１で示す実施例にお
いても使用され得る。

送信−スロット線路により生ぜしめらた無効電力の補
償が２つの補償スロット線路6,7を用いて行われ、該２
つの補償スロット線路6,7は、それの開放端部が相互に
接続されている。他方の端部は、短絡部を形成し、次の
ように構成されている。すなわち、相互接続された補償
スロット線路が１つのＨ絞りの形態を成すように構成さ
れている。代替選択的に補償スロット線路6,7に対する
他の形態をも使用し得る。Ｈ絞りは、スロット線路−構
造体２内に中心に次のように配置されている、即ちそれ
の中央部材が最大フィールド、電磁界強度ベクトル10に
対して垂直に位置するように配置されている。補償スロ
ット線路6,7の共振周波数は、送信スロット線路4,5,16,
17と異なってセッティングされており、それにより、導
波線路内に放射される送信スロット線路の無効電力が導
波線路１にて補償される。

図３に示す導波線路発振器は、二重化された発信スロ
ット線路システム及び中心に配置されたＨ絞りを有する
それの基本構成にて、図２に示す実施例に相応する。そ
こに示されている構成例と異なって、第２の半導体−振
動素子18を省いてある。このために、それに関するスロ
ット線路端部間に、変換作用をするように作成されたHF
高周波−短絡部が配置されている。前記短絡部は、スタ
ブ線路12,13から成り、該スタブ線路は、発生すべき基
本波の1/4波長の有効電気長を有し、外側線路面９から
導電的に切り離されている。送信スロット線路16,17上
でのフィールド、電磁界分布は、第２の半導体−振動素
子18を有する前述の実施形態のフィールド、電磁界分布
に相応する。前記実施形態に対するLPF21は、HF高周波
−短絡部に結合されており、容量性素子14,15のうちの
１つに結合されていてもよい。

図４は、HF高周波−短絡部の一層より簡単な実施形態
を示す。ここで唯一のスタブ線路12のみが作用し、これ
により、図４に示す実施例に比して、発振器作用の極く
僅かな劣化しか来さない。

図５は、唯一の構成の実施形態を示すが、該実施形態
は、図１の構成と異なって、導波線路１に対して円形の
横断面で構成されており、それの基本的構成の点では、
図１に就いて行った説明の内容に相応する。重要なこと
は、半導体−振動素子３は、最大フィールド、電磁界強
度ベクトル10の基点に隣接していることである。図５に
示す手法では、図２〜図４に示す実施例も円形の導波線
路に転用可能である。

図6a〜図6cは、導波線路発振器の無効電力−共振特性
カーブを示す。図6aには送信スロット線路の放射された
無効電力Ｐ（SE）がプロットしてある。図6bは、補償ス
ロット線路の無効電力ｐ（KO）を示し、図6cは回路全体
における重畳された無効電力Ｐを示す。周波数ｆ（OS
Z）は、それにより、半導体−振動素子3,18が本発明の
回路で作動される周波数に相応する。

補償スロット線路6,7の作用は、前述の実施例のすべ
てにおいて次のようにして高められ得る、即ち、スロッ
ト線路−構造体２が導波線路１の短絡された端部から1/
4λ波長の距離間隔をおいたところに、挿入、組み付け
られているようにするのである。当該の1/4λ波長−短
絡部により反射されたHF高周波成分が送信スロット線路
により放射された無効電力の補償のため共に寄与するの
である。。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭49−84769（ＪＰ，Ａ) 特開昭49−10648（ＪＰ，Ａ) 欧州特許出願公開186295（ＥＰ，Ａ１) 米国特許4890074（ＵＳ，Ａ) ***国特許出願公開38082511（ＤＥ, Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03B 9/14 H01P 1/203 - 3/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】導波線路内に基本波を発生するための導波
線路発振器であって、前記導波線路中に少なくとも１つ
の半導体−振動素子と、少なくとも１つの送信アンテナ
素子とを有するものにおいて、基本波発振器は、プレーナ、平坦スロット線路−構造体
（２）として構成されており、該プレーナ、平坦スロッ
ト線路−構造体は、細長い導波線路（１）の横断面内に
て、導波線路軸線に対してほぼ垂直に配置されており、
２つの送信スロット線路（4,5）を有し、該２つの送信
スロット線路は、その開放端部が、直列的に配列ないし
連結されており、前記半導体−振動素子（３）は、スロ
ット線路−構造体（２）内に統合化されており、送信−
スロット線路（4,5）の相互に接続された開放端部を橋
絡するように構成されており、送信−スロット線路（4,
5）はそれの共振周波数（OI）が相一致しており、スロ
ット線路−構造体（２）は、少なくとも１つの補償−ス
ロット線路（6,7）を有し、該補償スロット線路の共振
周波数ｆ（OII）は、送信−スロット線路（4,5）の共振
周波数（OI）とは異なっており、半導体−振動素子には
スロット線路−構造体（２）内にて導電的に相互に分離
されている内側線路面（８）と外側線路面（９）とを介
して直流給電電圧が供給されるように構成されているこ
とを特徴とする導波線路発振器。
【請求項２】送信−スロット線路（4,5）の開放端部を
橋絡する半導体−振動素子（３）は、スロット線路−構
造体（２）内に次のような個所に配置されており、即
ち、そこでは、隣接する導波線路−Ｅ−フィールド電磁
界の最大フィールド、電磁界強度ベクトルの基点に当該
の振動素子が隣接する個所に配置されていることを特徴
とする請求の範囲１記載の発振器。
【請求項３】送信スロット線路（4,5）の有効電気長さ
が、発生さるべき基本波の波長の1/2であることを特徴
とする請求の範囲１又は２記載の発振器。
【請求項４】発信スロット線路（4,5）は、それの全長
に亘り、それの外縁を以て、ぼぼ導波線路内部空間（1
1）の周縁に隣接していることを特徴とする請求の範囲
１から３までのうちいずれか１項記載の発振器。
【請求項５】スロット線路−構造体（２）は、２つの同
じように構成された補償スロット線路（6,7）を有し、
該補償スロット線路の開放端部は、相互に接続されてい
ることを特徴とする請求の範囲１から４までのうちいず
れか１項記載の発振器。
【請求項６】補償スロット線路（6,7）は、それの全長
に亘り、ほぼそれの外縁を以て、導波線路内部空間（1
1）の周縁に隣接しており、さらに、補償スロット線路
（6,7）の開放端部の相互接続点が、半導体−振動素子
（３）に対向して配置されており、補償スロット線路
（6,7）の共振周波数ｆ（OII）が夫々スタブ線路（12,1
3）を用いて電気的に整合されており、前記スタブ線路
（12,13）は、導波線路内部空間（11）の周縁外でスロ
ット線路−構造体（２）に統合化されていることを特徴
とする請求の範囲５記載の発振器。
【請求項７】その都度共働する送信スロット線路及び補
償スロット線路（４及び6,5及び７）の相互接続されて
ない端部が、相互に移行し合うように構成されており、
そして、当該の移行個所にてスロット線路−構造体
（２）内に構成された容量性素子（14,15）を用いて相
互に短絡されており、容量素子は、スロット線路−構造
体（２）内でスロット線路内部空間（11）の周縁外に構
成されていることを特徴とする請求の範囲５又は６記載
の発振器。
【請求項８】相互に接続された補償スロット線路（6,
7）は、ほぼ1/4波長の長さであり、短絡されたスロット
線路であり、該スロット線路は、隣接する導波線路−Ｅ
フィールド、電磁界のベクトルに対して垂直方向に中央
に配置されていることを特徴とする請求の範囲５記載の
発振器。
【請求項９】相互接続された補償スロット線路（6,7）
は、Ｈ絞りとして構成されていることを特徴とする請求
の範囲８記載の発振器。
【請求項１０】スロット線路−構造体（２）は、２つの
付加的な送信スロット線路（16,17）を有し、該送信ス
ロット線路は、全長に亘って、それの外縁が、ほぼ導波
線路内空間（11）の周縁に隣接しており、その共振周波
数が第１の両スロット線路（4,5）の共振周波数ｆ（O
I）と一致していることを特徴とする請求の範囲８又は
９記載の発振器。
【請求項１１】２つの付加的送信スロット線路（16,1
7）は、開放端部が相互接続されており、相互接続の個
所にて半導体−振動素子（18）により橋絡されており、
該半導体−振動素子（18）は、半導体−振動素子（３）
に対向してスロット線路構造体（２）内に統合化されて
いることを特徴とする請求の範囲10記載の発振器。
【請求項１２】半導体−振動素子（3,18）の同じ側に配
置された送信スロット線路（４及び16、５及び17）は、
夫々、スロット線路−構造体（２）内に構成された容量
性素子（15,16）により相互に短絡されており、該容量
性素子は、導波線路内部空間（11）の周縁外に配置され
ていることを特徴とする請求の範囲11記載の発振器。
【請求項１３】付加的な送信スロット線路（16,17）
は、一端にて、夫々HF高周波−短絡部（12,13）を有
し、HF高周波−短絡部（12,13）を備えた、送信スロッ
ト線路（16,17）の端部は、半導体−振動素子（３）に
対向して配置されていることを特徴とする請求の範囲10
記載の発振器、
【請求項１４】半導体−振動素子（３）の同じ側に配置
された送信スロット線路（４及び16、５及び17）は、夫
々、スロット線路−構造体（２）内に構成された容量性
素子（15,16）により相互に短絡されており、該容量性
素子は、導波線路内部空間（11）の周縁外に配置されて
いることを特徴とする請求の範囲13記載の発振器。
【請求項１５】送信スロット線路（4,5、16、17）の有
する有効電気長が、導波線路内にて発生さるべき基本波
の1/2波長に相応するものであることを特徴とする請求
の範囲１又は２記載の発振器。
【請求項１６】導波線路（１）は、該導波線路（１）内
に組込、挿入されたスロット線路−構造体（２）の一方
の側で、1/4波長−短絡部を有し、スロット線路−構造
体（２）は、他方の側で導波線路（１）のさらに続くセ
クション内に基本波を給電するように構成されているこ
とを特徴とする請求の範囲10項から15項までのうち何れ
か１項記載の発振器。
【請求項１７】導波線路軸線に対して垂直方向に位置す
る、導波線路（１）の横断面が矩形状であることを特徴
とする請求の範囲１から16までのうちいずれか１項記載
の発振器。
【請求項１８】導波線路軸線に対して垂直方向に位置す
る、導波線路（１）の横断面が円形であることを特徴と
する請求の範囲１から16までのうちいずれか１項記載の
発振器。