JP3946377B2 - Ultra high frequency circuit - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、LSE01モード伝送型のNRDガイド(Nonradiative Dielectic Waveguide :非放射性誘電体ガイド)にマイクロ波回路素子を搭載して構成した超高周波回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
超高周波回路では、その量産性の良さ等からマイクロストリップ線路が従来から広く使われてきたが、周波数の高い例えば30GHz以上のミリ波領域では伝送損失が大きくなり、使用に不向きであるところから、そのミリ波領域での伝送損失の小さな線路として、誘電体線路、特に不要輻射を抑制したNRDガイド(IEEE MTT-29,11,pp1188-1192,Nov.1981)が注目されている。
【0003】
このNRDガイドは、図3に示すように、電磁波が伝搬する誘電体ストリップ1を導電性金属からなる2枚の平行平板2,3で挟んだ構造であり、この平行平板2,3の対面間隔を使用周波数の波長の1/2以下に設定することにより、この誘電体ストリップ1以外の場所での電磁波を遮断してその放射を抑制し、その電磁波を誘電体ストリップ1に沿って低損失で伝搬させることができる。
【0004】
従来では、このNRDガイドの主要伝送波として、その低伝送損失性から、LSM01モードが使用されてきたが、誘電体ストリップとして近年発展の目覚ましいセラミックス等の高誘電率材料を用いた場合には、予想以上に伝送損失が大きく、また不要モードが発生し易いという問題が明らかになってきた。
【0005】
しかし、セラミック等の高誘電率材料を効果的に使用できれば、回路の小型化や伝送損失の低減が実現可能であり、そのメリットが大きいところから、近年の研究において、伝送損失が大きいと一般的に考えられ、使用されることの少なかったLSE01モードが注目されてきた。
【0006】
このLSE01モードは、LSM01モードよりも遮断周波数が低く、NRDガイドの非放射モードとしては最低次のモードであり、他モードとのモード結合を起こしにくく、その取り扱いは比較的容易であるが、従来一般に使用されてきたテフロン、ポリスチレン等の低誘電率材料を誘電体ストリップとして用いた場合には、伝送帯域が狭いという問題があった。
【0007】
ところが、近年研究が進み、誘電体ストリップとして前記したセラミック等の高誘電率材料を用いた場合には、LSE01モードの伝送帯域幅や損失等は、LSM01モードにまさる特性を有することが判明してきた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
このようなLSE01モードを伝送波としたNRDガイドを使用して超高周波回路を構成する場合、半導体デバイス、MMIC等のマイクロ波回路素子をいかに装着して回路を構成するかが重要な課題となる。
【0009】
LSE01モード伝送NRDガイドは、図4に示すような電磁界分布を持っているので、NRDガイドとマイクロ波回路素子の結合方法として、マイクロ波回路素子の出力を同軸出力とし、図5に示すように誘電体ストリップ1の側面に同軸線路21の中心導体211を押し当てるようにした構造が考えられている。22は同軸線路21の取付用及びインピーダンスマッチング用として働く金属ブロックである。
【0010】
しかしながら、この構造は、マイクロ波回路素子の入出力線路に同軸線路を使用するものであり、バラツキやコスト高を招き、量産性が悪く現実的でない。
【0011】
本発明の課題は、マイクロ波回路素子を生産性良くLSE01モード伝送NRDガイドに装着可能にした超高周波回路を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための第1の発明は、導電性の平行平板により誘電体ストリップを挟み込んで構成したLSE01モード伝送型のNRDガイドを使用する超高周波回路において、前記平行平板に直交する前記誘電体ストリップの側面に共平面線路を形成し、該共平面線路に表面実装型のマイクロ波回路素子を実装して構成した。
【0013】
第2の発明は、第1の発明において、前記共平面線路を一対の接地導体と該両接地導体の間に配置した中心ストリップ導体とから構成し、該中心ストリップ導体の端部を開放端として、前記NRDガイドに結合させるよう構成した。
【0014】
第3の発明は、前記誘電体ストリップをセラミックスで形成したことを特徴とする請求項1又は2に記載の超高周波回路。
【0015】
第4の発明は、第1乃至第3の発明において、前記マイクロ波回路素子に電圧を供給する電源供給部を、前記共平面線路に形成して構成した。
【0016】
【発明の実施の形態】
[実施形態1]
図1は本発明の超高周波回路をガン発振器に適用した実施形態1の構成を示す図である。図3と同様に、1は誘電体ストリップ、2、3はこの誘電体ストリップ1を両側から挟持する導電性金属からなる平行平板であり、これらによりNRDガイドが構成されている。
【0017】
4は誘電体ストリップ1の側面に金属薄膜により形成した共平面線路であり、インピーダンスマッチング用のテーパ部411、421を有する接地導体41,42、その接地導体41,42の中間に配置され一端が開放端431に形成された中心ストリップ導体43から構成されている。接地導体41,42と中心ストリップ導体43は同一平面内に形成されている。なお、接地導体1,2は平行平板2,3と導通する。
【0018】
そして、その接地導体41,42、中心ストリップ導体43には表面実装型のガンダイオード5が搭載されている。6は直流電源導入部、7はこの直流電源導入部6と中心ストリップ導体43の他端との間に配置したチョークである。
【0019】
本実施形態のガン発振器では、NRDガイドの寸法(平行平板2,3の対向間隔等)を、使用周波数帯域でLSE01モードが伝送可能で、且つLSM01モードが遮断される寸法に設定する。なお、共平面線路4の接地導体41,42、中心ストリップ導体43の金属薄膜の形成には、どのような方法でも適用でき、例えば、誘電体ストリップ1の側面をメタライズしてそれにエッチング技術を用いてパターン描画して形成する方法がある。
【0020】
以上のように構成されたガン発振器では、ガンダイオード5に対して直流電源導入部6から所定の直流電圧が印加され発振動作が開始する。そして、ここで発振したマイクロ波は、共平面線路4からその中心ストリップ導体43の開放端431においてNRDガイドと結合し、伝送損失の少ないNRDガイドによって他の図示しない素子に伝送される。このとき、直流電源導入部6の方向へ漏洩するマイクロ波は、チョーク7によって大きく抑制され、その直流電源部6の保護が図られる。
【0021】
このように、本実施形態1では、NRDガイドの誘電体ストリップ1の側面に共平面線路4を構成し、そこに表面実装型のガンダイオード5を搭載することで、NRDガイドのLSE01モードにそのガンダイオード5を結合可能であり、よってガン発振器の量産性に向き、その製造コストを低く抑えることができる。
【0022】
また、NRDガイドの誘電体ストリップ1として、セラミックス等(例えばアルミナでは比誘電率が9程度)の高誘電率材料を用いることで小形化が可能であり、このセラミックス等の高誘電率材料は低誘電率材料であるテフロンやポリスチレン等(比誘電率が2〜4)に比べて熱伝導率が高いので、ガンダイオード5で発生した熱を誘電体ストリップ1を経由させて平行平板2,3に効率良く伝達させることができ、そのガンダイオード5の温度上昇を効果的に抑えることができる。
【0023】
[実施形態2]
図2は本発明の超高周波回路を低雑音増幅器に適用した実施形態2の構成を示す図である。
【0024】
8は誘電体ストリップ1の側面に金属薄膜により形成した共平面線路であり、インピーダンスマッチング用のテーパ部811、812を両端に有する接地導体81、同様にインピーダンスマッチング用のテーパ部821、822を両端に有する接地導体82、その接地導体81,82の中間に配置され両端が開放端831、832に形成された中心ストリップ導体83から構成されている。9は表面実装型の低雑音増幅素子であり、共平面線路8上に搭載され、接地導体81に分離形成された直流電源導入部10から電源が供給されるようになっている。
【0025】
この低雑音増幅器では、共平面線路8の中心ストリップ導体83の一方の開放端831がマイクロ波の入力端子(又は出力端子)、他方の開放端832が出力端子(又は入力端子)として、NRDガイドと結合している。なお、接地導体81,82は平行平板2,3と導通する。低雑音増幅素子9への電圧は、平板2に形成した貫通孔から直流電源導入部10にリード線で供給する。この電圧供給経路にはチョーク(図示せず)を設けて電源を保護することが好ましい。
【0026】
このように、2個の端子を持つ低雑音増幅素子であっても、NRDガイドに容易に搭載可能である。また、この低雑音増幅器でも、誘電体ストリップ1にセラミックス等の高誘電率材料を使用することで、低雑音増幅素子に発生する熱を平板2,3に効果的に放熱できる。
【0027】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、LSE01モード伝送型のNRDガイドの誘電体ストリップに共平面線路を形成し、そこに表面実装型のマイクロ波回路素子を実装するので、同軸線路を使用することなく、共平面線路を介してマイクロ波回路素子とNRDガイドとを結合することができ、製造が容易で量産性に適する構成を実現できる。
【0028】
また、誘電体ストリップにセラミック等の高誘電率材料を使用することで、NRDガイドを小型化させたり、共平面線路に表面実装したマイクロ波回路素子で発生する熱を効果的に平行平板に放熱させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態1のガン発振器の構成を示す図である。
【図2】 本発明の実施形態2の低雑音増幅器の構成を示す図である。
【図3】 NRDガイドの構成を示す図である。
【図4】 LSE01モード伝送型のNRDガイドの電磁界分布の説明図である。
【図5】 LSE01モード伝送型のNRDガイドと同軸線路との結合の構成を示す図である。
【符号の説明】
1:誘電体ストリップ
2,3:導電性金属の平行平板
4:共平面線路、41、42:接地導体、411,421:テーパ部、43:中心ストリップ導体、431:開放端
5:ガンダイオード(表面実装型のマイクロ波回路素子)
6:直流電源導入部
7:チョーク
8:共平面線路、81:接地導体、811,812:テーパ部、82:接地導体、821,822:テーパ部、83:中心ストリップ導体、831,832:開放端
9:低雑音増幅素子(表面実装型のマイクロ波回路素子)
10:直流電源導入部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrahigh frequency circuit configured by mounting a microwave circuit element on an LSE 01 mode transmission type NRD guide (Nonradiative Dielectic Waveguide).
[0002]
[Prior art]
In ultra-high frequency circuits, microstrip lines have been widely used because of their good mass productivity, etc., but transmission loss increases in the high-frequency, for example, 30 GHz or higher millimeter wave region, and is unsuitable for use. As a line with a small transmission loss in the millimeter wave region, a dielectric line, particularly an NRD guide (IEEE MTT-29, 11, pp1188-1192, Nov. 1981) that suppresses unnecessary radiation has attracted attention.
[0003]
As shown in FIG. 3, the NRD guide has a structure in which a dielectric strip 1 through which electromagnetic waves propagate is sandwiched between two parallel plates 2 and 3 made of a conductive metal. Is set to ½ or less of the wavelength of the operating frequency, the electromagnetic wave in a place other than the dielectric strip 1 is blocked and the radiation is suppressed, and the electromagnetic wave is reduced along the dielectric strip 1 with low loss. Can be propagated.
[0004]
Conventionally, the LSM 01 mode has been used as the main transmission wave of this NRD guide due to its low transmission loss. However, when a high dielectric constant material such as ceramics, which has been remarkably developed in recent years, is used as the dielectric strip. However, problems have arisen that transmission loss is larger than expected and unnecessary modes are likely to occur.
[0005]
However, if high-permittivity materials such as ceramics can be used effectively, it is possible to reduce the size of the circuit and reduce transmission loss. The LSE 01 mode, which has been considered rarely used, has attracted attention.
[0006]
The LSE 01 mode has a lower cut-off frequency than the LSM 01 mode, and is the lowest order mode as the non-radiation mode of the NRD guide, is unlikely to cause mode coupling with other modes, and is relatively easy to handle. However, when a low dielectric constant material such as Teflon or polystyrene, which has been conventionally used, is used as the dielectric strip, there is a problem that the transmission band is narrow.
[0007]
However, research has progressed in recent years, and when the high dielectric constant material such as ceramic is used as the dielectric strip, it has been found that the transmission bandwidth and loss of the LSE 01 mode have characteristics superior to those of the LSM 01 mode. I have done it.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
When an ultra-high frequency circuit is configured using an NRD guide using the LSE 01 mode as a transmission wave, how to mount a microwave circuit element such as a semiconductor device or MMIC is an important issue. Become.
[0009]
Since the LSE 01 mode transmission NRD guide has an electromagnetic field distribution as shown in FIG. 4, as a method of coupling the NRD guide and the microwave circuit element, the output of the microwave circuit element is a coaxial output, as shown in FIG. Thus, a structure in which the center conductor 211 of the coaxial line 21 is pressed against the side surface of the dielectric strip 1 is considered. Reference numeral 22 denotes a metal block that works for mounting the coaxial line 21 and for impedance matching.
[0010]
However, this structure uses a coaxial line as the input / output line of the microwave circuit element, which causes variations and high costs, and is unrealistic due to poor mass production.
[0011]
An object of the present invention is to provide an ultrahigh frequency circuit in which a microwave circuit element can be mounted on an LSE 01 mode transmission NRD guide with high productivity.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
A first invention for solving the above-described problem is an ultrahigh frequency circuit using an LSE 01 mode transmission type NRD guide configured by sandwiching a dielectric strip between conductive parallel plates, and is orthogonal to the parallel plates. A coplanar line was formed on the side surface of the dielectric strip, and a surface mount type microwave circuit element was mounted on the coplanar line.
[0013]
According to a second invention, in the first invention, the coplanar line includes a pair of ground conductors and a center strip conductor disposed between the ground conductors, and an end of the center strip conductor is used as an open end. , And configured to be coupled to the NRD guide.
[0014]
A third invention is an ultra high-frequency circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the formation of the dielectric strip in ceramics.
[0015]
According to a fourth invention, in the first to third inventions, a power supply section for supplying a voltage to the microwave circuit element is formed on the coplanar line.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment in which an ultrahigh frequency circuit of the present invention is applied to a gun oscillator. Similar to FIG. 3, 1 is a dielectric strip, 2 and 3 are parallel flat plates made of conductive metal sandwiching the dielectric strip 1 from both sides, and these constitute an NRD guide.
[0017]
4 is a coplanar line formed of a metal thin film on the side surface of the dielectric strip 1, and is disposed between the ground conductors 41 and 42 having taper portions 411 and 421 for impedance matching, and between the ground conductors 41 and 42, and one end thereof. The center strip conductor 43 is formed at the open end 431. The ground conductors 41 and 42 and the center strip conductor 43 are formed in the same plane. The ground conductors 4 1 and 4 2 are electrically connected to the parallel plates 2 and 3.
[0018]
A surface mount type Gunn diode 5 is mounted on the ground conductors 41 and 42 and the center strip conductor 43. Reference numeral 6 denotes a DC power supply introduction section, and 7 denotes a choke disposed between the DC power supply introduction section 6 and the other end of the center strip conductor 43.
[0019]
In the Gunn oscillator of the present embodiment, the dimensions of the NRD guide (such as the facing distance between the parallel plates 2 and 3) are set to dimensions that can transmit the LSE 01 mode in the used frequency band and block the LSM 01 mode. Any method can be used to form the metal thin films of the ground conductors 41 and 42 and the center strip conductor 43 of the coplanar line 4. For example, the side surface of the dielectric strip 1 is metallized and an etching technique is used for it. There is a method of pattern drawing.
[0020]
In the Gunn oscillator configured as described above, a predetermined DC voltage is applied to the Gunn diode 5 from the DC power supply introduction unit 6 to start an oscillation operation. The microwave oscillated here is coupled to the NRD guide from the coplanar line 4 at the open end 431 of the central strip conductor 43, and is transmitted to other elements (not shown) by the NRD guide with a small transmission loss. At this time, the microwave leaking in the direction of the DC power supply introduction unit 6 is largely suppressed by the choke 7 and the DC power supply unit 6 is protected.
[0021]
Thus, in the first embodiment, constitute a coplanar line 4 to the side of the NRD guide of the dielectric strip 1, in which mounting the Gunn diode 5 of the surface mount type, the LSE 01 mode of the NRD guide The Gunn diode 5 can be coupled, so that it is suitable for mass production of the Gunn oscillator and its manufacturing cost can be kept low.
[0022]
Further, the dielectric strip 1 of the NRD guide can be miniaturized by using a high dielectric constant material such as ceramics (for example, the relative dielectric constant of alumina is about 9), and the high dielectric constant material such as ceramics is low. Since the thermal conductivity is higher than that of dielectric materials such as Teflon and polystyrene (relative permittivity is 2 to 4), the heat generated by the Gunn diode 5 is passed through the dielectric strip 1 to the parallel plates 2 and 3. can be efficiently transmitted, it is possible to effectively obtain suppress the temperature rise of the Gunn diode 5.
[0023]
[Embodiment 2]
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a second embodiment in which the ultrahigh frequency circuit of the present invention is applied to a low noise amplifier.
[0024]
Reference numeral 8 denotes a coplanar line formed of a metal thin film on the side surface of the dielectric strip 1. The ground conductor 81 having both ends of tapered portions 811 and 812 for impedance matching, and similarly, tapered portions 821 and 822 for impedance matching are arranged at both ends. , And a central strip conductor 83 disposed between the ground conductors 81 and 82 and having both ends formed at open ends 831 and 832. Reference numeral 9 denotes a surface mount type low noise amplifying element which is mounted on the coplanar line 8 and is supplied with power from a DC power supply introduction unit 10 formed separately on the ground conductor 81.
[0025]
In this low noise amplifier, one open end 831 of the center strip conductor 83 of the coplanar line 8 is a microwave input terminal (or output terminal), and the other open end 832 is an output terminal (or input terminal). Is combined with. The ground conductors 81 and 82 are electrically connected to the parallel plates 2 and 3. The voltage to the low noise amplifying element 9 is supplied from the through hole formed in the flat plate 2 to the DC power supply introduction unit 10 through a lead wire. It is preferable to provide a choke (not shown) in the voltage supply path to protect the power supply.
[0026]
Thus, even the low noise amplifying element 9 having two terminals can be easily mounted on the NRD guide. Also in this low noise amplifier, by using a high dielectric constant material such as ceramics for the dielectric strip 1, heat generated in the low noise amplifying element 9 can be effectively radiated to the flat plates 2 and 3.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the coplanar line is formed on the dielectric strip of the LSE 01 mode transmission type NRD guide, and the surface mount type microwave circuit element is mounted thereon, so the coaxial line is used. Therefore, the microwave circuit element and the NRD guide can be coupled via the coplanar line, and a configuration suitable for mass production can be realized.
[0028]
Also, by using a high dielectric constant material such as ceramic for the dielectric strip, the NRD guide can be miniaturized and the heat generated by the microwave circuit element surface-mounted on the coplanar line can be effectively dissipated to the parallel plates. Can be made.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a Gunn oscillator according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a low noise amplifier according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of an NRD guide.
FIG. 4 is an explanatory diagram of an electromagnetic field distribution of an LSE 01 mode transmission type NRD guide.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of coupling between an LSE 01 mode transmission type NRD guide and a coaxial line;
[Explanation of symbols]
1: Dielectric strips 2, 3: Parallel plate of conductive metal 4: Coplanar line, 41, 42: Ground conductor, 411, 421: Tapered portion, 43: Center strip conductor, 431: Open end 5: Gunn diode ( Surface mount type microwave circuit element)
6: DC power supply introduction part 7: choke 8: coplanar line, 81: ground conductor, 811, 812: taper part, 82: ground conductor, 821, 822: taper part, 83: center strip conductor, 831, 832: open Edge 9: Low noise amplification element (surface mount type microwave circuit element)
10: DC power supply introduction part

Claims (4)

導電性の平行平板により誘電体ストリップを挟み込んで構成したLSE01モード伝送型のNRDガイドを使用する超高周波回路において、
前記平行平板に直交する前記誘電体ストリップの側面に共平面線路を形成し、該共平面線路に表面実装型のマイクロ波回路素子を実装したことを特徴とする超高周波回路。
In an ultrahigh frequency circuit using an NRD guide of LSE 01 mode transmission type configured by sandwiching a dielectric strip between conductive parallel plates,
An ultra-high frequency circuit, wherein a coplanar line is formed on a side surface of the dielectric strip orthogonal to the parallel plate, and a surface mount type microwave circuit element is mounted on the coplanar line.
前記共平面線路を一対の接地導体と該両接地導体の間に配置した中心ストリップ導体とから構成し、該中心ストリップ導体の端部を開放端として、前記NRDガイドに結合させたことを特徴とする請求項1に記載の超高周波回路。The coplanar line is composed of a pair of ground conductors and a center strip conductor disposed between the ground conductors, and the end of the center strip conductor is connected to the NRD guide as an open end. The super-high frequency circuit according to claim 1. 前記誘電体ストリップをセラミックスで形成したことを特徴とする請求項1又は2に記載の超高周波回路。Ultra high-frequency circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the formation of the dielectric strip in ceramics. 前記マイクロ波回路素子に電圧を供給する電源供給部を、前記共平面線路に形成したことを特徴とする請求項1乃至3に記載の超高周波回路。4. The ultrahigh frequency circuit according to claim 1, wherein a power supply unit that supplies a voltage to the microwave circuit element is formed on the coplanar line. 5.
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