JP3605321B2

JP3605321B2 - 誘電体共振器および高周波ダイオード発振器

Info

Publication number: JP3605321B2
Application number: JP21805499A
Authority: JP
Inventors: 信樹平松; 健岡村; 浩紀喜井; ジュニアディエイサガラ
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 1999-07-30
Publication date: 2004-12-22
Anticipated expiration: 2019-07-30
Also published as: JP2001044720A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯域，ミリ波帯域で使用される高周波回路等に組み込まれる誘電体共振器、およびそれを用いたガンダイオード発振器等の高周波ダイオード発振器であって、高周波ダイオードを設置する金属ブロック等の金属部材に近接させて使用する誘電体共振器において、共振周波数の安定性を改善した誘電体共振器およびそれを用いた高周波ダイオード発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の金属ストリップ共振器およびそれを用いたガンダイオード発振器Ｇを図４に示す。同図において、１は一対の平行平板導体であり、それらの間隔ｚをｚ≦λ／２とすることにより外部から誘電体線路５へのノイズの侵入をなくしかつ外部への高周波信号の放射をなくして信号を伝送させる、所謂非放射性誘電体線路（ｎｏｎｒａｄｉａｔｉｖｅｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｗａｖｅｇｕｉｄｅで、以下、ＮＲＤガイドという）を構成する。尚、λは使用周波数において空気中を伝搬する電磁波（高周波信号）の波長である。また、２はマイクロ波を発振するマイクロ波ダイオードの１種であるガンダイオード素子、３はガンダイオード素子２を設置（マウント）するための金属ブロック等の金属部材、４は誘電体の基体に共振用の金属ストリップ線路を設けた金属ストリップ共振器、５は金属ストリップ共振器４により決定された特定の周波数で発振した高周波信号を伝送させる誘電体線路である。尚、図４では、内部を透視するために平行平板導体１の上側を一部切り欠いている。
【０００３】
図４に示す従来のガンダイオード発振器を組み込んだＮＲＤガイドは、一対の平行平板導体１の間に、ガンダイオード素子２を搭載した金属部材３が配置されており、ガンダイオード素子２から発振されたマイクロ波等の高周波信号（電磁波）は、金属ストリップ線路４ａを有する金属ストリップ共振器４を介して誘電体線路５に導出される。このような金属ストリップ共振器４に対し、誘電体材料のみから成る誘電体共振器は高いＱ値が得られ、低ノイズで周波数の安定性に優れるという利点がある（電子情報通信学会技術報告ＭＷ８６−７２「金属ポスト共振器を用いた３５ＧＨｚ帯ＮＲＤガイドガン発振器」参照）。
【０００４】
そして、ガンダイオード素子２に誘電体共振器を接して、または近接させて配置した場合の高周波の電場分布を図５（矢印）に示す。同図は誘電体共振器１６に生じるＬＳＥ_０１（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｓｅｃｔｉｏｎｅｌｅｃｔｒｉｃ）モードを示すものであり、（ａ）は金属部材３のガンダイオード素子設置面３ａに対し間隔ａをおいて誘電体共振器１６を設置した場合のＬＳＥ_０１モード、（ｂ）は金属部材３のガンダイオード素子設置面３ａに誘電体共振器１６を接して設けた場合のＬＳＥ_０１モードである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような誘電体共振器１６およびガンダイオード発振器においては、ガンダイオード素子２は金属部材３から突き出しているため、必然的に誘電体共振器１６を金属部材３に密着させることはできず、従って金属部材３のガンダイオード素子設置面３ａに誘電体共振器１６の端面１６ａを近接させて配置することになる。図５（ｂ）に示すように、誘電体共振器１６の端面１６ａを金属部材３のガンダイオード素子設置面３ａに密着させるとλ／４共振となり、（ａ）のように金属部材３のガンダイオード素子設置面３ａから離していくと徐々にλ／２共振となる。そして、金属部材３のガンダイオード素子設置面３ａと、誘電体共振器１６の端面１６ａとの間隔ａによって共振周波数が大きく影響を受けるため、ＮＲＤガイド型のガンダイオード発振器の発振周波数が大きく変わる。そのため、発振周波数の制御が非常に困難であるという問題点があった。
【０００６】
従って、本発明は上記事情に鑑みて完成されたものであり、その目的は、ＮＲＤガイド型のガンダイオード発振器の発振周波数を安定化させるとともに、発振周波数の制御を容易にすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の誘電体共振器は、高周波ダイオードが一側面に設置された直方体状の金属部材の前記一側面に底面を当接させて立設され、前記底面の中央部に前記高周波ダイオードが非接触で挿入配置される切欠部を有し、前記高周波ダイオードの発振する高周波によりλ／２共振に近いＬＳＥ_０１モードとなって所定の共振周波数で共振することを特徴とする柱状のものである。
【０００８】
本発明の誘電体共振器によれば、このような構成により、誘電体共振器における高周波の電場分布が図１に示すようなλ／２共振に近いＬＳＥ_０１モードとなり、また柱状の誘電体共振器の高周波ダイオードが非接触で挿入配置される切欠部が中央部に形成された一底面を、金属部材の高周波ダイオード設置面に当接させることにより、図５（ａ）の如く誘電体共振器と金属部材との間隔の精度によって発振周波数が左右されることがないため、従来のように誘電体共振器と金属部材との間に隙間が存在する場合と比較して、発振周波数の精度および安定性を高くすることができる。
【０００９】
また、本発明の高周波ダイオード発振器は、上記本発明の誘電体共振器と高周波ダイオードとを、該高周波ダイオードが発振する高周波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に配したことを特徴とする。
【００１０】
本発明の高周波ダイオード発振器によれば、上記構成により、発振周波数の安定性に優れ、誘電体共振器の切欠部の構造のみによって発振周波数の制御を容易に行える高周波ダイオード発振器が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の誘電体共振器および高周波ダイオード発振器について以下に説明する。図１〜図３は、本発明の誘電体共振器およびＮＲＤガイド型の高周波ダイオード発振器（ガンダイオード発振器Ａ）を示し、これらの図において、１は高周波ダイオードが発振する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、２は高周波を発振する高周波ダイオード素子の１種であるガンダイオード素子、３は一側面にガンダイオード素子２を設置した直方体状の金属部材、３ａは金属部材３の一側面であるガンダイオード素子設置面、５は誘電体共振器６で共振した高周波信号を伝搬させ外部へ出力する誘電体線路、６は本発明の誘電体共振器である。
【００１２】
本発明において、誘電体共振器６は、柱状のものであって、金属部材３のガンダイオード素子設置面３ａに対し、その長手方向が平行平板導体１の面方向に沿った状態で一底面６ｃが当接され立設される。そして、誘電体共振器６の一底面６ｃの中央部にガンダイオード素子２を非接触で挿入配置させる切欠部６ｂを設ける。誘電体共振器６の全体形状は、図２のような直方体状，多角柱状，円柱状等の柱状であり、このうち直方体状が構造による共振周波数の制御の容易さ等の点で好ましい。そして、図２のような直方体状の場合、共振周波数は主に誘電体共振器６の外径寸法ｈ，ｔ，Ｌで決定され、また切欠部６ｂの深さｄにより共振モードの形が変わり、従ってこれらのパラメータを調整することにより共振周波数を制御できる。
【００１３】
切欠部６ｂの深さｄは、ガンダイオード素子２の突出部に接触しない大きさ以上で、ガンダイオード素子２と電磁的な結合が可能な最大離間幅となる大きさ以下が良く、具体的には０．２〜１．０ｍｍ程度が好ましい。また、切欠部６ｂの幅ｗは、基本的にはガンダイオード素子２の大きさ（幅）より大きければ良いが、切欠部６ｂの機械的強度を保持できる最大幅以下であれば良く、具体的にはガンダイオード素子２の種類にもよるが、例えば０．９〜２．０ｍｍ程度が好ましい。切欠部６ｂの形状は図２のような凹型の他、半円形（半円筒形），ガンダイオード素子２が外部から視認できないような半球形等でも良く、また切欠部６ｂの内面はガンダイオード素子２に接触せず、切欠部６ｂが形成された底面６ｃが金属部材３のガンダイオード素子設置面３ａと当接して固定される。誘電体共振器６と金属部材３との接合は、単に接触させて設置固定する他、樹脂接着剤等により接着してもよい。
【００１４】
誘電体共振器６の材料は、コーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３・５ＳｉＯ_２），アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等が好ましく、これらは高周波帯域において低損失であり、高いＱ値が得られる。金属部材３は、ガンダイオード素子２の電気的な接地（アース）を兼ねているため金属導体であれば良く、その材料は金属（合金を含む）導体であれば特に限定するものではなく、真鍮（黄銅：Ｃｕ−Ｚｎ合金），Ａｌ，Ｃｕ，ＳＵＳ（ステンレス），Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ等から成る。また金属部材３は、全体が金属から成る金属ブロック，セラミックスやプラスチック等の絶縁基体の表面全体または部分的に金属メッキしたもの，絶縁基体の表面全体または部分的に導電性材料をコートしたものであっても良い。
【００１５】
本発明でいう高周波帯域は、数１０〜数１００ＧＨｚ帯域のマイクロ波帯域およびミリ波帯域に相当し、例えば３０ＧＨｚ以上、特に５０ＧＨｚ以上、更には７０ＧＨｚ以上の高周波帯域が好適である。
【００１６】
また本発明の高周波ダイオードとしては、インパット（ｉｍｐａｔｔ：ｉｍｐａｃｔｉｏｎｉｓａｔｉｏｎａｖａｌａｎｃｈｅｔｒａｎｓｉｔｔｉｍｅ）・ダイオード，トラパット（ｔｒａｐａｔｔ：ｔｒａｐｐｅｄｐｌａｓｍａａｖａｌａｎｃｈｅｔｒｉｇｇｅｒｅｄｔｒａｎｓｉｔ）・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。
【００１７】
本発明のＮＲＤガイド用の平行平板導体１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、あるいはこれらの導体層を表面に形成した、セラミックス，樹脂等から成る絶縁板でもよい。
【００１８】
また、本発明のＮＲＤガイド型の高周波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、移動方向等が測定できる。
【００１９】
かくして、本発明は、誘電体共振器と金属部材との間隔の精度によって発振周波数が左右されることがないため、発振周波数の精度および安定性を高くすることができ、また切欠部の構造のみによって発振周波数の制御を容易に行えるという作用効果を有する。
【００２０】
尚、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。
【００２１】
【実施例】
本発明の実施例を以下に説明する。
【００２２】
（実施例）
図３の誘電体共振器およびＮＲＤガイド型のガンダイオード発振器Ａを以下のように構成した。表面を鏡面加工したＣｕ板から成る縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ８ｍｍの２枚の平行平板導体１を用い、これらの平行平板導体１の間に、真鍮から成り高さＨが２．２７ｍｍの直方体状の金属部材３と、金属部材３の一側面（３ａ）に設置されたガンダイオード素子２と、コーディエライトからなり、ガンダイオード素子２に対応する底面６ｃの中央部に凹型の切欠部６ｂを形成した四角柱状の誘電体共振器６と、誘電体共振器６の底面６ｃと反対側端部の一側面に結合された誘電体線路５とを、設けた。四角柱状の誘電体共振器６は、ｈ＝２．２５ｍｍ，ｔ＝０．５ｍｍ，Ｌ＝２．０ｍｍであり、平行平板導体１，１間に、その長手方向が平行平板導体１の面方向に沿った横倒し状態で設置した。
【００２３】
また、比較例として、図５（ｂ）のように、切欠部６ｂのない誘電体共振器１６をガンダイオード素子２に近接させて配置した以外は上記実施例と同様に構成したガンダイオード発振器Ｂを作製した。
【００２４】
そして、ガンダイオード発振器Ａについて、切欠部６ｂの深さｄ，幅ｗを種々変化させたもの、およびガンダイオード発振器Ｂについて、誘電体共振器１６の端面１６ａと金属部材３のガンダイオード設置面３ａとの間隔ａを種々変えたものに関し、発振周波数，発振出力をスペクトラムアナライザを用いて測定した。その結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】

【００２６】
表１より、ガンダイオード発振器Ａの発振周波数は誘電体共振器６の切欠部６ｂの形状によって制御でき、ガンダイオード発振器Ｂの発振周波数は誘電体共振器１６と金属部材３との間隔ａの大きさで大きく変化することが判った。即ち、ガンダイオード発振器Ｂでは、発振周波数（共振周波数）が誘電体共振１６の配置の精度に大きく左右された。一方、本発明のガンダイオード発振器Ａでは、誘電体共振器６は金属部材３に当接配置されるため、発振周波数が安定化し、切欠部６ｂの形状により所定の発振周波数が得られた。従って、本発明のガンダイオード発振器Ａは、発振周波数の制御を容易に行うことができることが確認できた。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の誘電体共振器によれば、高周波ダイオードが一側面に設置された直方体状の金属部材の前記一側面に底面を当接させて立設され、底面の中央部に高周波ダイオードが非接触で挿入配置される切欠部を有し、高周波ダイオードの発振する高周波によりλ／２共振に近いＬＳＥ_０１モードとなって所定の共振周波数で共振する柱状の誘電体共振器としたことにより、誘電体共振器と金属部材との間隔の精度によって発振周波数が左右されることがないため、発振周波数の精度および安定性を高くすることができ、また切欠部の構造のみによって発振周波数の制御を容易に行えるという作用効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘電体共振器に生じるＬＳＥ_０１モードの電場分布を示す斜視図である。
【図２】本発明の誘電体共振器の構造を説明する斜視図である。
【図３】本発明のＮＲＤガイド型のガンダイオード発振器を示す一部切欠斜視図である。
【図４】従来の金属ストリップ共振器を用いたＮＲＤガイド型のガンダイオード発振器を示す一部切欠斜視図である。
【図５】誘電体共振器に生じるＬＳＥ_０１モードの電場分布を示し、（ａ）は誘電体共振器の端面と金属部材のガンダイオード設置面との間に間隔ａがある場合の電場分布を示す斜視図、（ｂ）は誘電体共振器の端面と金属部材のガンダイオード設置面とが接している場合の電場分布を示す斜視図である。
【符号の説明】
１：平行平板導体
２：ガンダイオード素子
３：金属部材
４：金属ストリップ共振器
５：誘電体線路
６：誘電体共振器
ａ：誘電体共振器の端面と金属部材との間隔
ｈ：誘電体共振器の高さ
ｔ：誘電体共振器の厚み
Ｌ：誘電体共振器の共振部の長さ
ｄ：切欠部の深さ
ｗ：切欠部の幅

Claims

高周波ダイオードが一側面に設置された直方体状の金属部材の前記一側面に底面を当接させて立設され、前記底面の中央部に前記高周波ダイオードが非接触で挿入配置される切欠部を有し、前記高周波ダイオードの発振する高周波によりλ／２共振に近いＬＳＥ _０１モードとなって所定の共振周波数で共振することを特徴とする柱状の誘電体共振器。
請求項１記載の誘電体共振器と高周波ダイオードとを、該高周波ダイオードが発振する高周波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に配したことを特徴とする高周波ダイオード発振器。