JP4772255B2 - スロットラインを用いた高周波発振器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スロットライン（以下、ＳＬとする）からなる平面共振回路を用いたマイクロ波やミリ波帯のＳＬ型の高周波発振器（以下、高周波発振器とする）を産業上の技術分野とし、特に２端子の負性抵抗体を用いた高周波発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（発明の背景）マイクロ波・ミリ波帯の高周波発振器は高速・高周波装置の心臓部として、性能的にもコスト的にも重要な位置付けにある。このようなものの一つに、マイクロストリップライン（ＭＳＬとする）型の平面共振回路（ＭＳＬ共振回路とする）を用いたものがある。
【０００３】
（従来技術の一例）第１３図はこの種の一従来例を説明する高周波発振器の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
高周波発振器は、ＭＳＬ共振回路１と２端子の負性抵抗体（発振素子）としての例えばガンダイオード２とからなる。ＭＳＬ共振回路１は、誘電体等からなる基板３の一主面に円形状の回路導体１Ａを形成し、他主面に接地導体４を設けてなる。ガンダイオード２は、ＭＳＬ共振回路１の一端外周（左端）から延出した整合線路５に一端側を接続し、他端側を図示しないビアホールによって接地導体４に接続する。そして、ＭＳＬからなる出力線６をＭＳＬ共振回路１の他端外周（右端）に接続するとともに、出力線６には整合線路５を設けてなる。
【０００４】
このようなものでは、ガンダイオード２はＭＳＬ共振回路１の共振周波数領域で負性抵抗を示す。そして、ＭＳＬ共振回路１に電力を供給することから、共振状態を維持即ち発振する。発振周波数は、概ね、回路導体１Ａの大きさ及び基板３の誘電率によって決定されるＭＳＬ共振回路１の共振周波数に依存する。なお、ガンダイオード２のような個別素子（ディスクリート素子）は比較的低価格であるので、特にミリ波帯等での発振素子として大いに期待される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
（従来技術の問題点）しかしながら、上記構成の高周波発振器では、ガンダイオード２等の負性抵抗体はインピーダンスが比較的小さく、これに対してＭＳＬ共振回路１はインピーダンスが高いため、例えば両者のインピーダンス整合が一般に困難となる。また、ガンダイオード２の高周波接地のためには基板３にビアホール工程が必要であり、特に高周波になる程、ビアホールのリアクタンス（寄生成分）に起因する特性劣化例えば回路損失に伴う発振出力（電力）の低下が発生する。そして、生産性の向上を阻害する問題があった。
【０００６】
このことから、例えばＭＳＬ共振回路１の高次モード（ＴＭ２１）を利用し、第１４図に示したように幾何学的な対称点である同電位点に複数のガンダイオード２を接続して発振出力を合成したものがある。しかし、この場合においても、ビアホール工程が必要であり、これによる更なるリアクタンスの影響も避けられない。
【０００７】
（発明の目的）本発明は、インピーダンスの整合を含めた各種の回路設計及び高出力化を容易にして生産性を高める高周波発振器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（着目点）本発明では、上述した従来技術の問題が基板の一主面に回路導体（信号線）を他主面に接地導体を有するＭＳＬ共振回路に起因することから、同一主面に形成された内側導体と外側導体との間を高周波が伝播するＳＬ型の平面共振回路（ＳＬ共振回路とする）に着目した。
【０００９】
（解決手段）本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、内側導体と外側導体とからなるループ状に閉じたスロットラインからなる共振回路を基板の一主面に形成して、前記スロットラインの一箇所に電気的境界点を設け、前記内側導体と外側導体との間に２端子の負性抵抗体を接続し、前記スロットラインと電磁結合した出力線を設けたことを特徴とするスロットラインを用いた構成とする。
【００１０】
【作用】
本発明では、ＳＬからなる平面共振回路（以下、ＳＬ共振回路とする）を適用して２端子の負性抵抗体を接続するので、負性抵抗体の高周波接地が同一主面上で行える。したがって、ＭＳＬ共振回路のように高周波接地用のビアホールを必要としないので、回路損失（寄生成分）を少なくした実装を容易にし、高周波での優れた発振特性を得られる。また、ＳＬ共振回路はＳＬに沿って定在波が生じて各点でのインピーダンスを異にするので、整合線路（回路）を要することなく、負性抵抗体の接続位置を適切に決めるのみでインピーダンス整合を容易にする。以下、本発明に基づく各実施例を説明する。
【００１１】
【第１実施例、請求項１、２、３、４及び８】
第１図は本発明の一実施例を説明する高周波発振器の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は（ａ）のＡ―Ａ断面図、同図（ｃ）は同Ｂ−Ｂ断面図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。
高周波発振器は、概ね、ＳＬ共振回路７と、負性抵抗素子としてのガンダイオード２と、出力線６からなる。ＳＬ共振回路７は基板３の一主面に設けた内側及び外側導体８、９からなるループ状のここでは円状のＳＬを有し、ＳＬ共振回路７の一端にスロットライン・スタッブ（ＳＬスタッブとする）１０を接続する。ＳＬ共振器７はＳＬ長に対応して共振周波数が決定され、ＳＬ共振回路７は発振周波数の波長の整数倍ここでは１波長（λ）の電気長とする。ＳＬスタッブ１０はＳＬ共振回路７の一端から内外に直交して延出し（直列に接続し）、先端短絡とするそれぞれ概ね４分の１波長（λ／４）の長さとする。なお、ＳＬは内側及び外側導体９間での電界及び磁界によって高周波が伝播する。
【００１２】
ガンダイオード２は例えば４個として、ＳＬスタッブ１０を形成された一端から約λ／４（９０度）離れたＳＬ共振回路７における図での上下両端（基本発振周波数の電圧最小（電流最大））の両側近傍に２個ずつ装荷する。例えば、各ガンダイオード２の一対の端子を内側及び外側導体８、９に例えばバンプ１６を用いたフリップチップ実装によって電気的・機械的に接続する。出力線６は基板３の他主面に形成されたＭＳＬからなる。そして、ＳＬスタッブ１０の形成されたＳＬ共振回路７の一端に対して、時計回りと反時計回りの電気長が均等な幾何学的対称点近傍にて交差（直交）して電磁結合する。直流バイアスは外側導体９を接地として、内側導体８には高周波的に影響の少ない中心近傍にワイヤ１１によって供給される。
【００１３】
このような構成であれば、ＳＬスタッブ１０によってＳＬ共振回路７の一端に電気的境界点を形成し、この場合には、ＳＬスタッブ１０が先端短絡端なのでＳＬ共振回路７の一端に電気的開放端（開放境界）を形成する。そして、ここではＳＬ共振回路７の電気長をλとするので、ＳＬの一端（図の左端）と幾何学的対称点（図の右端）では逆位相点になる。したがって、ＳＬ共振回路７の一端はここでは電気的開放端なので、ＳＬの一端と幾何学的対称点とでは逆位相の最大電圧点となり、これらの各中間点（上下両端）を最小とした電圧分布の定在波による共振モードを得る。但し、電流分布は電圧分布とは逆となる。
【００１４】
そして、ここでは、ＳＬ共振回路７に４つのガンダイオード２を装荷するので、共振周波数領域での電力がそれぞれから供給されて発振する。但し、各ガンダイオード２は共振周波数領域で負性抵抗値を有する。そして、電磁結合した出力線６（ＭＳＬ）によって、最大電圧分布となるＳＬ共振回路７の右端側から電力合成された発振出力を得る。言わば、ＳＬ共振回路７を共用した４つの発振系による出力が合成される。
【００１５】
これらによれば、左右端を電圧最大（但し符号は逆）として中間を最小とした定在波からなる、換言すると両端のインピーダンスを最大として中間を最小とした連続的に変化するインピーダンス特性のＳＬ共振回路７に、ガンダイオード２を直接的に装荷する。したがって、従来のように整合回路を要することなく、ガンダイオード２のインピーダンスに応じた個所に装荷できて設計を容易にする。この例では、ガンダイオード２は一般には低インピーダンスなので、電圧最小（電流最大）となる上下両端近傍の低インピーダンス領域に配置してある。
【００１６】
そして、この例では、ガンダイオード２の複数個（多素子）としてここでは４個としてＳＬ共振回路７上に配置するので、各ガンダイオード２からの電力が合成されて高出力とし、多素子電力合成がいとも簡単に実現できる。また、ＳＬ共振回路７は内側及び外側導体８、９を同一主面に形成するので、従来のようにビアホールを要することなく容易にかつ高精度に実装できて生産性を高めるとともに、回路損失を少なくして発振出力を大きくできる。また、ＳＬ共振回路７における内部導体８の中心近傍は、高周波電磁界が及ばないので直流バイアスによる影響を殆ど無視できる。
【００１７】
なお、直流バイアスは内側導体８にワイヤ１１で供給したが、基板３の他主面からビアホールを通して供給してもよい。この場合のビアホールは直流バイアス用なので、高周波的な回路損失の影響は殆ど無視できる。また、ＳＬスタッブ１０は電気的な開放端を確実にするためにＳＬ共振回路７の一端から内外に形成したが、いずれか一方でもよい。そして、ガンダイオード２は発振出力を高めるために４個としたが、基本的には１個以上であればよい。
【００１８】
【第２実施例、請求項１、５、７、及び８】
第２図は本発明の第２実施例を説明する高周波発振器の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は断面図である。なお、これ以降の各実施例では前第１実施例と同一部分の説明は省略又は簡略する。
前第１実施例では、ＳＬ共振回路７の一端に設けたＳＬスタッブ１０の長さを発振周波数のλ／４として電気的境界点を電気的開放端としたが、第２実施例ではＳＬ共振回路７の一端を電気的短絡端として構成する例である。すなわち、第２実施例では一端に設けたＳＬスタッブ１０に代えて、基板３の他主面に長さをλ／２としたＭＳＬスタッブ１５を形成し、内側導体８と外側導体を高周波的に接続し、電気的短絡端とする。但し、ＳＬ共振回路７の一端から内外に延出するＭＳＬスタッブＬ１５の長さはそれぞれλ／４とする。
【００１９】
そして、ＳＬ共振回路７はＳＬ長と対応して共振周波数が決定され、ＳＬ共振回路７の電気長を概ね２分の１波長の奇数倍、例えばここでは３λ／２とする。出力線６は前述同様にＳＬ共振回路７の他端に直交して基板３の他主面に設ける。また、ガンダイオード２の例えば２個をＳＬ共振回路７の電気的短絡端（左端）の両側近傍に装荷する。
【００２０】
このような構成であれば、ＳＬ共振回路７はＭＳＬスタッブ１５により電気的短絡端としたＳＬの一端（左端）を最小電圧とし、電気的短絡端から時計回りと反時計回りの電気長が均等な幾何学的対称点（右端）を最大とした電圧分布の定在波による共振モードを得る。但し、電流分布は電圧分布とは逆となる。したがって、この場合でも、最大電圧分布とした幾何学的対称点から出力線６によって発振出力を得ることができる。そして、ＳＬ共振回路７のインピーダンスは、ＳＬの一端を最小として幾何学的対称点を最大として連続的に変化するので、前述同様にガンダイオード２を整合しやすい任意の個所に配置できて設計を容易にする。ここでも、比較的に低インピーダンスとなるＳＬ共振回路７の電気的短絡端の両側近傍に配置している。
【００２１】
【第３実施例、請求項１、６、７及び８】
第３図は本発明の第２実施例を説明する高周波発振器の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は断面図である。
前第２実施例では、基板３の他主面に設けたＭＳＬスタッブ１５によってＳＬ共振回路７の一端を電気的短絡端としたが、第３実施例ではキャパシタを用いて電気的短絡端とする。すなわち、第３実施例では、ＳＬ共振回路７の一端にて、内側導体８と外側導体９との間にキャパシタ１２を接続即ちＳＬに並列接続する。これにより、内側導体８と外側導体９とを高周波的に短絡するので、ＳＬ共振回路７の一端を近似的に電気的短絡端（短絡境界）とする。但し、ＳＬ共振回路７はＳＬ長と対応して共振周波数が決定され、ＳＬ共振回路７の長さは前述同様にλ／２の奇数倍とする。
【００２２】
したがって、この場合でも、ＳＬ共振回路７の一端（左端）を最小電圧とし、幾何学的対称点（右端）を最大とした電圧分布の定在波による共振モードを得て、右端側の出力線６によって発振出力を得ることができる。そして、前述同様にガンダイオード２を整合しやすい任意の個所に配置できて設計を容易にする等の効果を得る。なお、キャパシタ１２は、個別素子でもよいがミリ波などの高周波帯ではギャップコンデンサをパターン形成してもよい。
【００２３】
【第４実施例、請求項９】
第４図、第５図及び第６図は本発明の第４実施例を説明する周波数可変型とした高周波発振器の図で、それぞれ同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ断面図、第５図（ｃ）は同図（ａ）の一部拡大図（電気的境界点）である。
第４実施例は、例えばＳＬ共振回路７の一端を電気的開放端（前第１実施例）又は電気的短絡端（前第２及び第３実施例）とした高周波発振器を、可変リアクタンス素子例えばバラクタダイオードを用いて周波数可変型とする例である。
【００２４】
すなわち、第４図は前第１実施例の高周波発振器を周波数可変型とする例である。この例ではＳＬ共振回路７の電気的開放端とする一端から内側に延出したＳＬスタッブ１０内に概ねλ／４の信号線１４Ａを設けて、電気的短絡端とする先端開放のコプレーナライン（ＣＰＷとする）１４を形成する。そして、カソード同士が接続（逆接続）された一対のバラクタダイオード１３の各アノードを、ＳＬスタッブ１０の延出始端となる両側の外側導体９に接続する。また、逆接続したバラクタダイオードカソードをＣＰＷに接続する。
【００２５】
このような構成であれば、一対のバラクタダイオードは電気的短絡端としたＣＰＷ１４を経て、ＳＬ共振回路７のＳＬに直列に挿入される。そして、ワイヤ１１等を経てカソードに印加される制御電圧によって容量が変化し、これによりＳＬ共振回路７の電気長も変化して、発振周波数を可変できる。
【００２６】
第５図は前第２実施例の高周波発振器を周波数可変型とした例である。すなわち、この例では、内外に延出していずれも電気的短絡端としたＭＳＬスタッブ１５の中央を分割して、１個のバラクタダイオード１３を接続する。このようにすれば、ＳＬ共振回路７にバラクタダイオード１３が直列に挿入されたことになるので、前述のようにアノード・カソード間に印加される制御電圧によって容量が変化して、発振周波数を可変できる。
【００２７】
第６図は前第３実施例の高周波発振器を周波数可変型とした例である。すなわち、この例ではＳＬ共振回路７の一端に１個のバラクタダイオード１３のアノードを外側導体９に、カソードを電気的短絡端とする前述したキャパシタ１２に接続する。このようにすれば、前述同様にバラクタダイオード１３は短絡端としたキャパシタ１２を経てＳＬ共振回路７のＳＬに直列に挿入され、カソードに印加される制御電圧によってＳＬの電気長も変化して、発振周波数を可変できる。
【００２８】
なお、この場合、第７図に示したように、ＳＬ共振回路７の一端に、外側に延出して電気的開放端とする先端短絡の概ねλ／４のＳＬスタッブ１０を直列に設ける。そして、逆接続した一対のバラクタダイオード１３の各アノードをＳＬスタッブ１０の延出始端となる両側の外側導体９に接続する。また、バラクタダイオード１３のカソードを電気的短絡端とする前述したキャパシタ１２に接続し、ＳＬ共振回路７のＳＬに直列に挿入するようにしてもよい。
【００２９】
このように、ＳＬ共振回路７の一端を電気的開放端あるいは短絡端としたいずれの場合でも簡易な構成で周波数可変型の高周波発振器を得ることができる。なお、バラクタダイオード１３のカソードにはワイヤ１１によって制御電圧を印加したが、これもビアホールを介した基板３の他主面からの供給等も可能である。
【００３０】
【第５実施例】
（参考）
第８図は本発明の第５実施例を説明するサブ・ハーモニック注入同期発振型の高周波発振器の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は断面図である。
すなわち、第５実施例は、例えばＳＬ共振回路７の一端を電気的開放端（前第１実施例）とした高周波発振器をサブ・ハーモニック注入同期発振させる例である。この例では、基板３の一主面に辺縁からＣＰＷ１４を設けてワイヤ１１によって内側導体８に、発振周波数の１／ｎとなる同期信号を注入する。ＣＰＷ１４は外側導体９を切欠して信号線１４Ａが形成される。
【００３１】
このようなものでは、簡単な構成で同期信号を注入できる。そして、同期信号によって発振周波数のｎ周期（但し、ｎは整数）ごとに位相が揃えられ、位相雑音特性や周波数安定化を図ることができる。なお、基板３の他主面にＭＳＬを形成してビアホールによって内側導体８に同期信号を注入してもよい（未図示）。これらの場合、同期信号は比較的に周波数が低いので、ワイヤ１１やビアホールによる影響は避けられる。また、第１実施例の高周波発振器を例としたが、第２及び第３実施例のＳＬ共振回路７の一端を電気的短絡端とした場合でも同様に適用できる。
【００３２】
【第６実施例、請求項１０】
第９図は本発明の第６実施例を説明する２相Push-Push発振とした高周波発振器の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
すなわち、第６実施例は、例えばＳＬ共振回路７の一端を電気的開放端（前第１実施例）とした高周波発振器を用いて、基本発振周波数の２倍の発振周波数出力を得る2相Push-Push発振とする例である。前第１実施例との基本的な相違点は、前第１実施例のＳＬ共振回路７の電気長をλの整数倍としたのを、λ／２の奇数倍例えば３／２λとしてPush-Push発振させる点である。
【００３３】
そして、ここでは、基本発振周波数ｆ0及びその２倍波２ｆ0に対しても、ＳＬ共振回路７の一端が電気的開放端となるように、例えば外側に延出するＳＬスタッブ１０を基本発振周波数ｆ0にとってλ／４とし、内側に延出するＳＬスタッブ１０を基本発振周波数ｆ0にとってλ／８即ち2倍波にとってλ／４とする。なお、基本発振周波数の電圧最小（電流最大）となる近傍に負性抵抗体を装荷することにより発振が得られるため、ガンダイオード２は便宜的に２個とし、ＳＬ共振回路７の上下両端を含む近傍で、電気的開放端（左端）及び出力線６の幾何学的対称点（右端）からみて幾何学的に対称となる個所に装荷する。
【００３４】
このような構成であれば、出力線６は電気長がλ／２の奇数倍であるために零電位点になって、基本発振周波数ｆ0の出力は生じない。一方、基本発振周波数の２倍波２ｆ0は、２ｆ0に対するＳＬ共振回路７の電気長が１波長（λ）の整数倍となるので、出力線６では最大電位点となって２個のガンダイオード２による2倍波２ｆ0の出力を得ることができる。
【００３５】
なお、ＳＬ共振回路７の一端を短絡端とした第２及び第３実施例の場合には、λ／２の奇数倍としたＳＬの電気長を１波長の整数倍とし、出力線６から見て２個のガンダイオード２を電気的な同位相点に配置すれば、同様に基本発振周波数の２倍となる発振周波数を得ることができる。このように、いずれの場合でも、ＳＬ共振回路７の電気長を変えるのみで簡易にPush-Push発振を構成できる。
【００３６】
【第７実施例、請求項１１】
第１０図は本発明の第７実施例を説明する４相Push-Push発振とした高周波発振器の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
前第６実施例では基本発振周波数を２倍にする２相Push-Push発振の例を示したが、第７実施例では４倍にする４相Push-Push発振の例である。すなわち、第７実施例は、前述した２相Push-Push発振器の２個を、互いにＳＬ共振回路７の他端側を対向させて左右に配置し、他主面の出力線６を共通接続する。これを出力共通線６Ａとし、その電気長を基本発振周波数ｆ0の2倍波２ｆ0に対して概ね２分の１波長（λ／２）とする。そして、出力共通線６Aの中心点から２倍波２ｆ0にとってλ／４となる先端開放のＭＳＬスタッブ１５が突出した合成出力線６Ｂ（ＭＳＬ）を設ける。
【００３７】
このような構成であれば、出力共通線６Ａは基本発振周波数ｆ0の2倍波に対して２分の１波長共振器となり、左右に配置した2個の２相Push-Push 発振器は互いに逆相発振となる。したがって、Push-Push発振原理に基づいて、合成出力線６Ｂには2倍波の２倍、即ち基本発振周波数ｆ0の４倍の発振周波数４ｆ0が得られる。この場合も、簡易な構成で４相Push-Push発振器を得ることができ、さらにはこれらを合成することもできる。
【００３８】
【他の事項】
上記各実施例では、ＳＬ共振回路７の他端に設けた出力線６は基板３の他主面に設けたＭＳＬとしたが、例えばＣＰＷやＳＬとしてもよい。第１１図は例えばＳＬ共振回路７の一端を電気的開放端とした場合（第１実施例）での出力線６をＣＰＷとした例であり、第１２図は同ＳＬとした例である（参考）。なお、出力線６をＣＰＷとする場合、信号線６Aの両側の外側導体９をワイヤ１１やエアブリッジによって共通接続して、同電位にすることが望ましい。これらの場合、いずれもＳＬ共振回路７と出力線６とが同一主面上に形成されるので、基板３の両面利用が困難な場合特に有用となる。
【００３９】
また、ＭＳＬ等の線路によって発振出力を得たが、これに限らずＳＬ共振回路７の幾何学的対称点にて内側及び外側導体８、９に接続するＩＣ等の機能回路を実装して出力を取り出すこともできる。また、出力線６は電気的境界点とは反対方向の幾何学的対称点に設けたが、例えばガンダイオード２を含む負性抵抗体の遅延時間が無視できない場合はこの限りではない。要するに、電気的境界点から時計回りと反時計回りの電気長が均等な電気的対称点に出力線６を配置すればよい。
【００４０】
また、出力線６はＳＬ共振回路７の電圧最大領域の他端に設けたが、疎結合であれば基本的には他の個所に設けても発振出力を得ることができる。また、ガンダイオード２はＳＬ共振回路７の電圧最小領域及びその近傍に配置したが、要はガンダイオード２を含む負性抵抗体のインピーダンスに応じた個所に配置すればよい。また、ＳＬスタッブ１０等の線路長はλ／４又はλ／２としたが、これらは厳格ではなく概ねであればよく、実際的な機能を果たすものはこれら数値の範囲内である。そして、ＳＬ共振回路７は円形状としたが方形状でもよく、基本的に閉ループを形成してあればよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上に各実施例を説明したように、本発明は基板の一主面に設けたＳＬと例えば他主面に設けたＭＳＬの伝送特性と線路構造を活用して、従来技術の課題である高周波帯発振器の簡易経済化、高出力化、高周波発振とその高品質特性を実現するものである。この回路構造によって、以下のような具体的な効用を実現できる。
（１）ＳＬを用いているために、負性抵抗体としての半導体ダイオードや負性抵抗ＩＣチ
ップを表面実装あるいはバンプ技術によるフリップチップ実装が可能であるので、高周波帯接地が良好である共に、高い実装精度が要求される高周波化と量産性にも優れている。特に、比較的低価格な半導体ダイオードを用いることによって、ミリ波等の高周波帯発振器の低コスト化に大変有効である。
（２）内部導体８の中心近傍は高周波電磁界が及ばないので直流バイアスを高周波発振信号と干渉なく印加できる。また、出力線を例えばＭＳＬとして電磁結合により発振出力を簡単に取り出せるので、その設計によって発振器と外部線路との結合度も自在に設定できる。
（３）負性抵抗体とＳＬ共振回路７とのインピーダンス整合については、共振回路の共振モードを考慮して適切に選定することができる。
（４）可変リアクタンスを電気的境界点に配置するのみで、発振周波数の制御も簡易に実現できる。また、多素子電力合成発振にも優れていると同時に、２あるいは４倍の高周波化が可能なPush-Push発振も実現できるので、ミリ波・サブミリ波帯等の超高周波発振にも有効である。
【００４２】
要するに、本発明は、内側導体と外側導体とからなるループ状に閉じたスロットラインからなる共振回路を基板の一主面に形成して、前記スロットラインの一箇所に電気的境界点を設け、前記電気的境界点から時計周りと反時計回りの電気長が均等となる対称点に前記スロットラインと電磁結合した出力線を設け、前記電気的境界点と対称点との間となる前記スロットラインの内側導体と外側導体との間に２端子の負性抵抗体を接続したので、インピーダンスの整合を含めた各種の回路設計及び高出力化を容易にして生産性を高める高周波発振器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例を説明する高周波発振器の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図、同図（ｃ）は同Ｂ−Ｂ断面図である。
【図２】 本発明の第２実施例を説明する高周波発振器の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】 本発明の第３実施例を説明する高周波発振器の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図４】 本発明の第４実施例の一例を説明する高周波発振器（周波数可変型）の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図５】 本発明の第４実施例の他例を説明する高周波発振器（周波数可変型）の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図、同図（ｃ）は一部拡大図である。
【図６】 本発明の第４実施例の他例を説明する高周波発振器（周波数可変型）の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図、同図（ｃ）は一部拡大図である。
【図７】 本発明の第４実施例の他例を説明する高周波発振器（周波数可変型）の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図、同図（ｃ）は一部拡大図である。
【図８】 本発明の第５実施例を説明する高周波発振器（注入同期）の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図９】 本発明の第６実施例を説明する高周波発振器（２相Push-Push発振）の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図１０】 本発明の第６実施例を説明する高周波発振器（４相Push-Push発振）の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図１１】 本発明の他の実施例（コプレーナライン出力）を説明する高周波発振器の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図１２】 本発明の他の実施例（スロットライン出力）を説明する高周波発振器の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図１３】 従来例を説明する高周波発振器の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図１４】 従来例を説明する高周波発振器の平面図である。
【符号の説明】
１ ＭＳＬ共振回路、２ ガンダイオード、３ 基板、４ 接地導体、５ 整合線、６ 出力線、７ ＳＬ、８ 内側導体、９ 外側導体、１０ ＳＬスタッブ、１１ ワイヤ、１２ キャパシタ、１３ バラクタダイオード、１４ ＣＰＷ、１５ ＭＳＬスタッブ、１６ バンプ．
【発明の属する技術分野】
本発明は、スロットライン（以下、ＳＬとする）からなる平面共振回路を用いたマイクロ波やミリ波帯のＳＬ型の高周波発振器（以下、高周波発振器とする）を産業上の技術分野とし、特に２端子の負性抵抗体を用いた高周波発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（発明の背景）マイクロ波・ミリ波帯の高周波発振器は高速・高周波装置の心臓部として、性能的にもコスト的にも重要な位置付けにある。このようなものの一つに、マイクロストリップライン（ＭＳＬとする）型の平面共振回路（ＭＳＬ共振回路とする）を用いたものがある。
【０００３】
（従来技術の一例）第１３図はこの種の一従来例を説明する高周波発振器の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
高周波発振器は、ＭＳＬ共振回路１と２端子の負性抵抗体（発振素子）としての例えばガンダイオード２とからなる。ＭＳＬ共振回路１は、誘電体等からなる基板３の一主面に円形状の回路導体１Ａを形成し、他主面に接地導体４を設けてなる。ガンダイオード２は、ＭＳＬ共振回路１の一端外周（左端）から延出した整合線路５に一端側を接続し、他端側を図示しないビアホールによって接地導体４に接続する。そして、ＭＳＬからなる出力線６をＭＳＬ共振回路１の他端外周（右端）に接続するとともに、出力線６には整合線路５を設けてなる。
【０００４】
このようなものでは、ガンダイオード２はＭＳＬ共振回路１の共振周波数領域で負性抵抗を示す。そして、ＭＳＬ共振回路１に電力を供給することから、共振状態を維持即ち発振する。発振周波数は、概ね、回路導体１Ａの大きさ及び基板３の誘電率によって決定されるＭＳＬ共振回路１の共振周波数に依存する。なお、ガンダイオード２のような個別素子（ディスクリート素子）は比較的低価格であるので、特にミリ波帯等での発振素子として大いに期待される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
（従来技術の問題点）しかしながら、上記構成の高周波発振器では、ガンダイオード２等の負性抵抗体はインピーダンスが比較的小さく、これに対してＭＳＬ共振回路１はインピーダンスが高いため、例えば両者のインピーダンス整合が一般に困難となる。また、ガンダイオード２の高周波接地のためには基板３にビアホール工程が必要であり、特に高周波になる程、ビアホールのリアクタンス（寄生成分）に起因する特性劣化例えば回路損失に伴う発振出力（電力）の低下が発生する。そして、生産性の向上を阻害する問題があった。
【０００６】
このことから、例えばＭＳＬ共振回路１の高次モード（ＴＭ２１）を利用し、第１４図に示したように幾何学的な対称点である同電位点に複数のガンダイオード２を接続して発振出力を合成したものがある。しかし、この場合においても、ビアホール工程が必要であり、これによる更なるリアクタンスの影響も避けられない。
【０００７】
（発明の目的）本発明は、インピーダンスの整合を含めた各種の回路設計及び高出力化を容易にして生産性を高める高周波発振器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（着目点）本発明では、上述した従来技術の問題が基板の一主面に回路導体（信号線）を他主面に接地導体を有するＭＳＬ共振回路に起因することから、同一主面に形成された内側導体と外側導体との間を高周波が伝播するＳＬ型の平面共振回路（ＳＬ共振回路とする）に着目した。
【０００９】
（解決手段）本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、内側導体と外側導体とからなるループ状に閉じたスロットラインからなる共振回路を基板の一主面に形成して、前記スロットラインの一箇所に電気的境界点を設け、前記内側導体と外側導体との間に２端子の負性抵抗体を接続し、前記スロットラインと電磁結合した出力線を設けたことを特徴とするスロットラインを用いた構成とする。
【００１０】
【作用】
本発明では、ＳＬからなる平面共振回路（以下、ＳＬ共振回路とする）を適用して２端子の負性抵抗体を接続するので、負性抵抗体の高周波接地が同一主面上で行える。したがって、ＭＳＬ共振回路のように高周波接地用のビアホールを必要としないので、回路損失（寄生成分）を少なくした実装を容易にし、高周波での優れた発振特性を得られる。また、ＳＬ共振回路はＳＬに沿って定在波が生じて各点でのインピーダンスを異にするので、整合線路（回路）を要することなく、負性抵抗体の接続位置を適切に決めるのみでインピーダンス整合を容易にする。以下、本発明に基づく各実施例を説明する。
【００１１】
【第１実施例、請求項１、２、３、４及び８】
第１図は本発明の一実施例を説明する高周波発振器の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は（ａ）のＡ―Ａ断面図、同図（ｃ）は同Ｂ−Ｂ断面図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。
高周波発振器は、概ね、ＳＬ共振回路７と、負性抵抗素子としてのガンダイオード２と、出力線６からなる。ＳＬ共振回路７は基板３の一主面に設けた内側及び外側導体８、９からなるループ状のここでは円状のＳＬを有し、ＳＬ共振回路７の一端にスロットライン・スタッブ（ＳＬスタッブとする）１０を接続する。ＳＬ共振器７はＳＬ長に対応して共振周波数が決定され、ＳＬ共振回路７は発振周波数の波長の整数倍ここでは１波長（λ）の電気長とする。ＳＬスタッブ１０はＳＬ共振回路７の一端から内外に直交して延出し（直列に接続し）、先端短絡とするそれぞれ概ね４分の１波長（λ／４）の長さとする。なお、ＳＬは内側及び外側導体９間での電界及び磁界によって高周波が伝播する。
【００１２】
ガンダイオード２は例えば４個として、ＳＬスタッブ１０を形成された一端から約λ／４（９０度）離れたＳＬ共振回路７における図での上下両端（基本発振周波数の電圧最小（電流最大））の両側近傍に２個ずつ装荷する。例えば、各ガンダイオード２の一対の端子を内側及び外側導体８、９に例えばバンプ１６を用いたフリップチップ実装によって電気的・機械的に接続する。出力線６は基板３の他主面に形成されたＭＳＬからなる。そして、ＳＬスタッブ１０の形成されたＳＬ共振回路７の一端に対して、時計回りと反時計回りの電気長が均等な幾何学的対称点近傍にて交差（直交）して電磁結合する。直流バイアスは外側導体９を接地として、内側導体８には高周波的に影響の少ない中心近傍にワイヤ１１によって供給される。
【００１３】
このような構成であれば、ＳＬスタッブ１０によってＳＬ共振回路７の一端に電気的境界点を形成し、この場合には、ＳＬスタッブ１０が先端短絡端なのでＳＬ共振回路７の一端に電気的開放端（開放境界）を形成する。そして、ここではＳＬ共振回路７の電気長をλとするので、ＳＬの一端（図の左端）と幾何学的対称点（図の右端）では逆位相点になる。したがって、ＳＬ共振回路７の一端はここでは電気的開放端なので、ＳＬの一端と幾何学的対称点とでは逆位相の最大電圧点となり、これらの各中間点（上下両端）を最小とした電圧分布の定在波による共振モードを得る。但し、電流分布は電圧分布とは逆となる。
【００１４】
そして、ここでは、ＳＬ共振回路７に４つのガンダイオード２を装荷するので、共振周波数領域での電力がそれぞれから供給されて発振する。但し、各ガンダイオード２は共振周波数領域で負性抵抗値を有する。そして、電磁結合した出力線６（ＭＳＬ）によって、最大電圧分布となるＳＬ共振回路７の右端側から電力合成された発振出力を得る。言わば、ＳＬ共振回路７を共用した４つの発振系による出力が合成される。
【００１５】
これらによれば、左右端を電圧最大（但し符号は逆）として中間を最小とした定在波からなる、換言すると両端のインピーダンスを最大として中間を最小とした連続的に変化するインピーダンス特性のＳＬ共振回路７に、ガンダイオード２を直接的に装荷する。したがって、従来のように整合回路を要することなく、ガンダイオード２のインピーダンスに応じた個所に装荷できて設計を容易にする。この例では、ガンダイオード２は一般には低インピーダンスなので、電圧最小（電流最大）となる上下両端近傍の低インピーダンス領域に配置してある。
【００１６】
そして、この例では、ガンダイオード２の複数個（多素子）としてここでは４個としてＳＬ共振回路７上に配置するので、各ガンダイオード２からの電力が合成されて高出力とし、多素子電力合成がいとも簡単に実現できる。また、ＳＬ共振回路７は内側及び外側導体８、９を同一主面に形成するので、従来のようにビアホールを要することなく容易にかつ高精度に実装できて生産性を高めるとともに、回路損失を少なくして発振出力を大きくできる。また、ＳＬ共振回路７における内部導体８の中心近傍は、高周波電磁界が及ばないので直流バイアスによる影響を殆ど無視できる。
【００１７】
なお、直流バイアスは内側導体８にワイヤ１１で供給したが、基板３の他主面からビアホールを通して供給してもよい。この場合のビアホールは直流バイアス用なので、高周波的な回路損失の影響は殆ど無視できる。また、ＳＬスタッブ１０は電気的な開放端を確実にするためにＳＬ共振回路７の一端から内外に形成したが、いずれか一方でもよい。そして、ガンダイオード２は発振出力を高めるために４個としたが、基本的には１個以上であればよい。
【００１８】
【第２実施例、請求項１、５、７、及び８】
第２図は本発明の第２実施例を説明する高周波発振器の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は断面図である。なお、これ以降の各実施例では前第１実施例と同一部分の説明は省略又は簡略する。
前第１実施例では、ＳＬ共振回路７の一端に設けたＳＬスタッブ１０の長さを発振周波数のλ／４として電気的境界点を電気的開放端としたが、第２実施例ではＳＬ共振回路７の一端を電気的短絡端として構成する例である。すなわち、第２実施例では一端に設けたＳＬスタッブ１０に代えて、基板３の他主面に長さをλ／２としたＭＳＬスタッブ１５を形成し、内側導体８と外側導体を高周波的に接続し、電気的短絡端とする。但し、ＳＬ共振回路７の一端から内外に延出するＭＳＬスタッブＬ１５の長さはそれぞれλ／４とする。
【００１９】
そして、ＳＬ共振回路７はＳＬ長と対応して共振周波数が決定され、ＳＬ共振回路７の電気長を概ね２分の１波長の奇数倍、例えばここでは３λ／２とする。出力線６は前述同様にＳＬ共振回路７の他端に直交して基板３の他主面に設ける。また、ガンダイオード２の例えば２個をＳＬ共振回路７の電気的短絡端（左端）の両側近傍に装荷する。
【００２０】
このような構成であれば、ＳＬ共振回路７はＭＳＬスタッブ１５により電気的短絡端としたＳＬの一端（左端）を最小電圧とし、電気的短絡端から時計回りと反時計回りの電気長が均等な幾何学的対称点（右端）を最大とした電圧分布の定在波による共振モードを得る。但し、電流分布は電圧分布とは逆となる。したがって、この場合でも、最大電圧分布とした幾何学的対称点から出力線６によって発振出力を得ることができる。そして、ＳＬ共振回路７のインピーダンスは、ＳＬの一端を最小として幾何学的対称点を最大として連続的に変化するので、前述同様にガンダイオード２を整合しやすい任意の個所に配置できて設計を容易にする。ここでも、比較的に低インピーダンスとなるＳＬ共振回路７の電気的短絡端の両側近傍に配置している。
【００２１】
【第３実施例、請求項１、６、７及び８】
第３図は本発明の第２実施例を説明する高周波発振器の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は断面図である。
前第２実施例では、基板３の他主面に設けたＭＳＬスタッブ１５によってＳＬ共振回路７の一端を電気的短絡端としたが、第３実施例ではキャパシタを用いて電気的短絡端とする。すなわち、第３実施例では、ＳＬ共振回路７の一端にて、内側導体８と外側導体９との間にキャパシタ１２を接続即ちＳＬに並列接続する。これにより、内側導体８と外側導体９とを高周波的に短絡するので、ＳＬ共振回路７の一端を近似的に電気的短絡端（短絡境界）とする。但し、ＳＬ共振回路７はＳＬ長と対応して共振周波数が決定され、ＳＬ共振回路７の長さは前述同様にλ／２の奇数倍とする。
【００２２】
したがって、この場合でも、ＳＬ共振回路７の一端（左端）を最小電圧とし、幾何学的対称点（右端）を最大とした電圧分布の定在波による共振モードを得て、右端側の出力線６によって発振出力を得ることができる。そして、前述同様にガンダイオード２を整合しやすい任意の個所に配置できて設計を容易にする等の効果を得る。なお、キャパシタ１２は、個別素子でもよいがミリ波などの高周波帯ではギャップコンデンサをパターン形成してもよい。
【００２３】
【第４実施例、請求項９】
第４図、第５図及び第６図は本発明の第４実施例を説明する周波数可変型とした高周波発振器の図で、それぞれ同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ断面図、第５図（ｃ）は同図（ａ）の一部拡大図（電気的境界点）である。
第４実施例は、例えばＳＬ共振回路７の一端を電気的開放端（前第１実施例）又は電気的短絡端（前第２及び第３実施例）とした高周波発振器を、可変リアクタンス素子例えばバラクタダイオードを用いて周波数可変型とする例である。
【００２４】
すなわち、第４図は前第１実施例の高周波発振器を周波数可変型とする例である。この例ではＳＬ共振回路７の電気的開放端とする一端から内側に延出したＳＬスタッブ１０内に概ねλ／４の信号線１４Ａを設けて、電気的短絡端とする先端開放のコプレーナライン（ＣＰＷとする）１４を形成する。そして、カソード同士が接続（逆接続）された一対のバラクタダイオード１３の各アノードを、ＳＬスタッブ１０の延出始端となる両側の外側導体９に接続する。また、逆接続したバラクタダイオードカソードをＣＰＷに接続する。
【００２５】
このような構成であれば、一対のバラクタダイオードは電気的短絡端としたＣＰＷ１４を経て、ＳＬ共振回路７のＳＬに直列に挿入される。そして、ワイヤ１１等を経てカソードに印加される制御電圧によって容量が変化し、これによりＳＬ共振回路７の電気長も変化して、発振周波数を可変できる。
【００２６】
第５図は前第２実施例の高周波発振器を周波数可変型とした例である。すなわち、この例では、内外に延出していずれも電気的短絡端としたＭＳＬスタッブ１５の中央を分割して、１個のバラクタダイオード１３を接続する。このようにすれば、ＳＬ共振回路７にバラクタダイオード１３が直列に挿入されたことになるので、前述のようにアノード・カソード間に印加される制御電圧によって容量が変化して、発振周波数を可変できる。
【００２７】
第６図は前第３実施例の高周波発振器を周波数可変型とした例である。すなわち、この例ではＳＬ共振回路７の一端に１個のバラクタダイオード１３のアノードを外側導体９に、カソードを電気的短絡端とする前述したキャパシタ１２に接続する。このようにすれば、前述同様にバラクタダイオード１３は短絡端としたキャパシタ１２を経てＳＬ共振回路７のＳＬに直列に挿入され、カソードに印加される制御電圧によってＳＬの電気長も変化して、発振周波数を可変できる。
【００２８】
なお、この場合、第７図に示したように、ＳＬ共振回路７の一端に、外側に延出して電気的開放端とする先端短絡の概ねλ／４のＳＬスタッブ１０を直列に設ける。そして、逆接続した一対のバラクタダイオード１３の各アノードをＳＬスタッブ１０の延出始端となる両側の外側導体９に接続する。また、バラクタダイオード１３のカソードを電気的短絡端とする前述したキャパシタ１２に接続し、ＳＬ共振回路７のＳＬに直列に挿入するようにしてもよい。
【００２９】
このように、ＳＬ共振回路７の一端を電気的開放端あるいは短絡端としたいずれの場合でも簡易な構成で周波数可変型の高周波発振器を得ることができる。なお、バラクタダイオード１３のカソードにはワイヤ１１によって制御電圧を印加したが、これもビアホールを介した基板３の他主面からの供給等も可能である。
【００３０】
【第５実施例】
（参考）
第８図は本発明の第５実施例を説明するサブ・ハーモニック注入同期発振型の高周波発振器の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は断面図である。
すなわち、第５実施例は、例えばＳＬ共振回路７の一端を電気的開放端（前第１実施例）とした高周波発振器をサブ・ハーモニック注入同期発振させる例である。この例では、基板３の一主面に辺縁からＣＰＷ１４を設けてワイヤ１１によって内側導体８に、発振周波数の１／ｎとなる同期信号を注入する。ＣＰＷ１４は外側導体９を切欠して信号線１４Ａが形成される。
【００３１】
このようなものでは、簡単な構成で同期信号を注入できる。そして、同期信号によって発振周波数のｎ周期（但し、ｎは整数）ごとに位相が揃えられ、位相雑音特性や周波数安定化を図ることができる。なお、基板３の他主面にＭＳＬを形成してビアホールによって内側導体８に同期信号を注入してもよい（未図示）。これらの場合、同期信号は比較的に周波数が低いので、ワイヤ１１やビアホールによる影響は避けられる。また、第１実施例の高周波発振器を例としたが、第２及び第３実施例のＳＬ共振回路７の一端を電気的短絡端とした場合でも同様に適用できる。
【００３２】
【第６実施例、請求項１０】
第９図は本発明の第６実施例を説明する２相Push-Push発振とした高周波発振器の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
すなわち、第６実施例は、例えばＳＬ共振回路７の一端を電気的開放端（前第１実施例）とした高周波発振器を用いて、基本発振周波数の２倍の発振周波数出力を得る2相Push-Push発振とする例である。前第１実施例との基本的な相違点は、前第１実施例のＳＬ共振回路７の電気長をλの整数倍としたのを、λ／２の奇数倍例えば３／２λとしてPush-Push発振させる点である。
【００３３】
そして、ここでは、基本発振周波数ｆ0及びその２倍波２ｆ0に対しても、ＳＬ共振回路７の一端が電気的開放端となるように、例えば外側に延出するＳＬスタッブ１０を基本発振周波数ｆ0にとってλ／４とし、内側に延出するＳＬスタッブ１０を基本発振周波数ｆ0にとってλ／８即ち2倍波にとってλ／４とする。なお、基本発振周波数の電圧最小（電流最大）となる近傍に負性抵抗体を装荷することにより発振が得られるため、ガンダイオード２は便宜的に２個とし、ＳＬ共振回路７の上下両端を含む近傍で、電気的開放端（左端）及び出力線６の幾何学的対称点（右端）からみて幾何学的に対称となる個所に装荷する。
【００３４】
このような構成であれば、出力線６は電気長がλ／２の奇数倍であるために零電位点になって、基本発振周波数ｆ0の出力は生じない。一方、基本発振周波数の２倍波２ｆ0は、２ｆ0に対するＳＬ共振回路７の電気長が１波長（λ）の整数倍となるので、出力線６では最大電位点となって２個のガンダイオード２による2倍波２ｆ0の出力を得ることができる。
【００３５】
なお、ＳＬ共振回路７の一端を短絡端とした第２及び第３実施例の場合には、λ／２の奇数倍としたＳＬの電気長を１波長の整数倍とし、出力線６から見て２個のガンダイオード２を電気的な同位相点に配置すれば、同様に基本発振周波数の２倍となる発振周波数を得ることができる。このように、いずれの場合でも、ＳＬ共振回路７の電気長を変えるのみで簡易にPush-Push発振を構成できる。
【００３６】
【第７実施例、請求項１１】
第１０図は本発明の第７実施例を説明する４相Push-Push発振とした高周波発振器の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
前第６実施例では基本発振周波数を２倍にする２相Push-Push発振の例を示したが、第７実施例では４倍にする４相Push-Push発振の例である。すなわち、第７実施例は、前述した２相Push-Push発振器の２個を、互いにＳＬ共振回路７の他端側を対向させて左右に配置し、他主面の出力線６を共通接続する。これを出力共通線６Ａとし、その電気長を基本発振周波数ｆ0の2倍波２ｆ0に対して概ね２分の１波長（λ／２）とする。そして、出力共通線６Aの中心点から２倍波２ｆ0にとってλ／４となる先端開放のＭＳＬスタッブ１５が突出した合成出力線６Ｂ（ＭＳＬ）を設ける。
【００３７】
このような構成であれば、出力共通線６Ａは基本発振周波数ｆ0の2倍波に対して２分の１波長共振器となり、左右に配置した2個の２相Push-Push 発振器は互いに逆相発振となる。したがって、Push-Push発振原理に基づいて、合成出力線６Ｂには2倍波の２倍、即ち基本発振周波数ｆ0の４倍の発振周波数４ｆ0が得られる。この場合も、簡易な構成で４相Push-Push発振器を得ることができ、さらにはこれらを合成することもできる。
【００３８】
【他の事項】
上記各実施例では、ＳＬ共振回路７の他端に設けた出力線６は基板３の他主面に設けたＭＳＬとしたが、例えばＣＰＷやＳＬとしてもよい。第１１図は例えばＳＬ共振回路７の一端を電気的開放端とした場合（第１実施例）での出力線６をＣＰＷとした例であり、第１２図は同ＳＬとした例である（参考）。なお、出力線６をＣＰＷとする場合、信号線６Aの両側の外側導体９をワイヤ１１やエアブリッジによって共通接続して、同電位にすることが望ましい。これらの場合、いずれもＳＬ共振回路７と出力線６とが同一主面上に形成されるので、基板３の両面利用が困難な場合特に有用となる。
【００３９】
また、ＭＳＬ等の線路によって発振出力を得たが、これに限らずＳＬ共振回路７の幾何学的対称点にて内側及び外側導体８、９に接続するＩＣ等の機能回路を実装して出力を取り出すこともできる。また、出力線６は電気的境界点とは反対方向の幾何学的対称点に設けたが、例えばガンダイオード２を含む負性抵抗体の遅延時間が無視できない場合はこの限りではない。要するに、電気的境界点から時計回りと反時計回りの電気長が均等な電気的対称点に出力線６を配置すればよい。
【００４０】
また、出力線６はＳＬ共振回路７の電圧最大領域の他端に設けたが、疎結合であれば基本的には他の個所に設けても発振出力を得ることができる。また、ガンダイオード２はＳＬ共振回路７の電圧最小領域及びその近傍に配置したが、要はガンダイオード２を含む負性抵抗体のインピーダンスに応じた個所に配置すればよい。また、ＳＬスタッブ１０等の線路長はλ／４又はλ／２としたが、これらは厳格ではなく概ねであればよく、実際的な機能を果たすものはこれら数値の範囲内である。そして、ＳＬ共振回路７は円形状としたが方形状でもよく、基本的に閉ループを形成してあればよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上に各実施例を説明したように、本発明は基板の一主面に設けたＳＬと例えば他主面に設けたＭＳＬの伝送特性と線路構造を活用して、従来技術の課題である高周波帯発振器の簡易経済化、高出力化、高周波発振とその高品質特性を実現するものである。この回路構造によって、以下のような具体的な効用を実現できる。
（１）ＳＬを用いているために、負性抵抗体としての半導体ダイオードや負性抵抗ＩＣチ
ップを表面実装あるいはバンプ技術によるフリップチップ実装が可能であるので、高周波帯接地が良好である共に、高い実装精度が要求される高周波化と量産性にも優れている。特に、比較的低価格な半導体ダイオードを用いることによって、ミリ波等の高周波帯発振器の低コスト化に大変有効である。
（２）内部導体８の中心近傍は高周波電磁界が及ばないので直流バイアスを高周波発振信号と干渉なく印加できる。また、出力線を例えばＭＳＬとして電磁結合により発振出力を簡単に取り出せるので、その設計によって発振器と外部線路との結合度も自在に設定できる。
（３）負性抵抗体とＳＬ共振回路７とのインピーダンス整合については、共振回路の共振モードを考慮して適切に選定することができる。
（４）可変リアクタンスを電気的境界点に配置するのみで、発振周波数の制御も簡易に実現できる。また、多素子電力合成発振にも優れていると同時に、２あるいは４倍の高周波化が可能なPush-Push発振も実現できるので、ミリ波・サブミリ波帯等の超高周波発振にも有効である。
【００４２】
要するに、本発明は、内側導体と外側導体とからなるループ状に閉じたスロットラインからなる共振回路を基板の一主面に形成して、前記スロットラインの一箇所に電気的境界点を設け、前記電気的境界点から時計周りと反時計回りの電気長が均等となる対称点に前記スロットラインと電磁結合した出力線を設け、前記電気的境界点と対称点との間となる前記スロットラインの内側導体と外側導体との間に２端子の負性抵抗体を接続したので、インピーダンスの整合を含めた各種の回路設計及び高出力化を容易にして生産性を高める高周波発振器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例を説明する高周波発振器の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図、同図（ｃ）は同Ｂ−Ｂ断面図である。
【図２】 本発明の第２実施例を説明する高周波発振器の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】 本発明の第３実施例を説明する高周波発振器の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図４】 本発明の第４実施例の一例を説明する高周波発振器（周波数可変型）の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図５】 本発明の第４実施例の他例を説明する高周波発振器（周波数可変型）の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図、同図（ｃ）は一部拡大図である。
【図６】 本発明の第４実施例の他例を説明する高周波発振器（周波数可変型）の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図、同図（ｃ）は一部拡大図である。
【図７】 本発明の第４実施例の他例を説明する高周波発振器（周波数可変型）の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図、同図（ｃ）は一部拡大図である。
【図８】 本発明の第５実施例を説明する高周波発振器（注入同期）の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図９】 本発明の第６実施例を説明する高周波発振器（２相Push-Push発振）の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図１０】 本発明の第６実施例を説明する高周波発振器（４相Push-Push発振）の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図１１】 本発明の他の実施例（コプレーナライン出力）を説明する高周波発振器の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図１２】 本発明の他の実施例（スロットライン出力）を説明する高周波発振器の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図１３】 従来例を説明する高周波発振器の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図１４】 従来例を説明する高周波発振器の平面図である。
【符号の説明】
１ ＭＳＬ共振回路、２ ガンダイオード、３ 基板、４ 接地導体、５ 整合線、６ 出力線、７ ＳＬ、８ 内側導体、９ 外側導体、１０ ＳＬスタッブ、１１ ワイヤ、１２ キャパシタ、１３ バラクタダイオード、１４ ＣＰＷ、１５ ＭＳＬスタッブ、１６ バンプ．
Claims (11)
- 内側導体と外側導体とからなるループ状に閉じたスロットラインを用いた共振回路であって、スロットライン長に対応して共振周波数が決定する共振回路を基板の一主面に形成して、前記スロットラインの一箇所に電気的境界点を設け、基本発振周波数の電圧最小となる位置の近傍の前記内側導体と外側導体との間に２端子の負性抵抗体を接続し、前記電気的境界点から時計回りと反時計回りの電気長が均等な対称点に前記スロットラインと電磁結合した出力線を設けたことを特徴とするスロットラインを用いた高周波発振器。
- 請求項１において、前記電気的境界点を、前記スロットラインの前記一箇所に設けたスロットライン・スタッブによって、電気的開放端とするスロットラインを用いた高周波発振器。
- 請求項２において、前記スロットライン・スタッブの長さは発振周波数に対して４分の１波長であるスロットラインを用いた高周波発振器。
- 請求項２において、前記スロットラインの長さは発振周波数の波長の整数倍であるスロットラインを用いた高周波発振器。
- 請求項１において、前記電気的境界点を、前記基板の他主面に設けられて、前記スロットラインの前記一箇所における前記内部導体と外部導体とを高周波的に接続するマイクロストリップラインによって、電気的短絡端とするスロットラインを用いた高周波発振器。
- 請求項１において、前記電気的境界点を、前記スロットラインの前記一箇所に設けた前記内側導体と外側導体との間に接続したキャパシタによって、電気的短絡端とするスロットラインを用いた高周波発振器。
- 請求項５又は６において、前記スロットラインの長さは発振周波数の２分の１の奇数倍であるスロットラインを用いた高周波発振器。
- 請求項１において、前記出力線は前記基板の他主面に設けられて前記スロットラインと電磁結合したマイクロストリップラインであるスロットラインを用いた高周波発振器。
- 請求項１において、前記スロットラインの電気的境界点に可変リアクタンスを配置して前記スロットラインの電気長を可変したスロットラインを用いた高周波発振器。
- 請求項１において、前記スロットラインの前記一箇所に設けた電気的境界点を基本発振周波数及び基本発振周波数の2倍の周波数で電気的開放端とするとともに前記スロットラインの電気長を基本発振周波数の２分の１波長の奇数倍として、前記電気的開放端から時計周りと反時計回りの電気長が均等な対称点に出力線を設けて基本発振周波数の２倍波を得たスロットラインを用いた高周波発振器。
- 請求項１０による前記高周波発振器の出力線側を対向させて左右に２個並べて配置し前記出力線を共通接続して出力共通線とし、出力共通線の電気長を基本発振周波数の2倍の周波数に対して2分の１波長として、前記出力共通線を横断して先端が基本発振周波数の２倍波に対して電気長を４分の１波長突出したマイクロストリップラインを前記共通出力線の中心点に配置した合成出力線を前記基板の他主面に設けて、基本発振周波数の４倍波を得たスロットラインを用いた高周波発振器。
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