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JP3405229B2 - 誘電体線路装置および送信装置 - Google Patents

誘電体線路装置および送信装置

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JP3405229B2
JP3405229B2 JP30838098A JP30838098A JP3405229B2 JP 3405229 B2 JP3405229 B2 JP 3405229B2 JP 30838098 A JP30838098 A JP 30838098A JP 30838098 A JP30838098 A JP 30838098A JP 3405229 B2 JP3405229 B2 JP 3405229B2
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    • H03BGENERATION 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
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/02Details
    • H03B5/04Modifications of generator to compensate for variations in physical values, e.g. power supply, load, temperature
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    • H03B5/1847Generation 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
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03LAUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L1/00Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply
    • H03L1/02Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply against variations of temperature only
    • H03L1/021Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply against variations of temperature only of generators comprising distributed capacitance and inductance

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  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明はミリ波帯やマイク
ロ波帯の高周波回路における誘電体線路装置およびそれ
らを用いた送信装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、例えばミリ波発振器として、ガン
ダイオードが用いられ、その発振出力信号を例えば誘電
体線路で伝送することによって、発振器を含むミリ波回
路を構成していた。例えば車載用ミリ波レーダにおいて
上記発振信号を伝搬する誘電体線路に1次放射器を結合
させて、ミリ波の送信を行い、例えば前方を走行する車
両などのターゲットからの反射波を受信して、送信信号
と受信信号の時間差およびドップラーシフト周波数に基
づいてターゲットまでの距離および相対速度を検出する
ようにしていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ガンダイオードなどの
固体発振素子を用いた発振器においては、その発振周波
数の安定化が重要な課題である。ガンダイオードを用い
た発振器の等価回路は図8のようになる。ここで破線部
分がガンダイオードであり、これに対して特性インピー
ダンスZ1、電気長l(エル)の励振線路を接続する事
によって反射形の発振器を構成している。
【0004】上記ガンダイオードを用いた発振器の温度
特性を図9に示す。この図から明らかなように、温度の
上昇に伴い発振周波数は低下する。一般に、発振周波数
は温度上昇に伴い、−50〜−100ppm/℃の大き
な変化率で発振周波数が低下する。これはガンダイオー
ドの等価回路のうち、負性抵抗−Rの温度特性に起因し
ているものと考えられる。
【0005】そこで、従来は特開平6−268445号
に示されているように、発振周波数の安定化のために、
誘電体共振器を用いて、発振周波数の温度特性を誘電体
共振器の温度特性に略等しくして、安定化を図るものも
あった。
【0006】またガンダイオードの発振周波数は、それ
に印加するバイアス電圧によっても変化するので、バイ
アス電圧を温度によって制御する温度補償回路を設けた
ものもあった。
【0007】ところが、上記温度特性に優れた誘電体共
振器などの共振器を用いたり、上記温度補償回路などを
設ける構成では、全体に大型化し、量産性が低下し、コ
ストの上昇を招くという問題があった。
【0008】この発明の目的は、上述した問題点を解消
た誘電体線路装置および送信装置を提供することにあ
る。
【0009】
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明は、二つの導体
部材によって構成される平行導体平面の間に誘電体スト
リップを配して成る誘電体線路とガンダイオード発振器
とを有する誘電体線路装置であって、前記二つの導体部
の一方にガンダイオードを保持させ、前記誘電体スト
リップに結合し、且つ前記ガンダイオードの発振出力信
号を導出する線路を誘電体基材に形成して成る誘電体板
を、前記導体部材から前記誘電体ストリップ部分にかけ
て前記誘電体線路の端面に平行に設けるとともに、前記
誘電体基材の温度変化に対する誘電率の変化係数を、前
ガンダイオードの温度変化に対する発振周波数の変化
を抑制する極性にする。これにより、温度変化に対して
周波数の安定した信号が伝搬することになる。さらに、
前記線路のうち、前記誘電体板が前記導体部材に接する
個所でマイクロストリップ線路を構成し、前記誘電体板
が前記導体部材に接していない個所でサスペンデッド線
路を構成する。
【0011】また、この発明は上記誘電体線路装置にお
ける誘電体線路に1次放射器を結合させて送信装置を構
成する。これにより温度変化に対する送信電波の周波数
の安定性に優れた送信装置が得られる。
【0012】
【発明の実施の形態】この発明の第1の実施形態に係る
発振器およびそれを備えた誘電体線路装置の構成を図1
〜図3を参照して説明する。
【0013】図1は発振器を備えた誘電体線路装置の一
部破断斜視図およびその部分拡大図である。図2は図1
に示した所定箇所の断面図であり、(A)はガンダイオ
ード部分を通る面での水平断面図、(B)は誘電体スト
リップを電磁波伝搬方向に通る面での断面図である。
【0014】図1の(A)において8,9はそれぞれ導
体板であり、この2つの導体板8,9の対向面に所定の
幅で平行な導体平面を構成し、その平行な導体平面の間
に、断面矩形の誘電体ストリップ7を配置している。こ
の例では、導体板8,9の内面にそれぞれ対向する一定
深さの溝を設けて、その溝に誘電体ストリップ7が嵌ま
り込むように誘電体ストリップ7を配置している。ここ
で、導体板8,9の対向する間隔を、伝送すべきミリ波
の半波長以下にすることによって、誘電体ストリップの
ない部分における電磁波の伝搬を遮断し、且つ、LSM
01モードの遮断周波数がLSE01モードの遮断周波
数より低くなるように、導体板8,9の対向する間隔や
誘電体ストリップの寸法を設定している。これにより、
LSM01モードの単一モードを伝搬するハイパーNR
Dガイドを構成している。
【0015】図1(B)の拡大図において、1はガンダ
イオード、2はその端子である。このガンダイオード1
はいわゆるピル型のパッケージ内にガンダイオードのチ
ップをマウントしたものであり、導体板8に埋設してい
る。図においてはそのフランジ部分が現れている。ま
た、図において10はガンダイオードに対してバイアス
電圧を供給するための基板であり、バイアス端子11お
よびフィルタ12を形成している。このフィルタ12は
マイクロストリップ線路によるトランスミッション線路
キャパシタおよびインダクタのパターンによってローパ
スフィルタを構成している。また、図において3は誘電
体板であり、電極4,線路5および電極6を一方の面に
形成している。13はリード板であり、基板10に形成
したバイアス電圧供給のための電極(バイアス端子11
およびフィルタ12)とガンダイオードの端子2および
誘電体板3上の電極4とをそれぞれ半田付けなどによっ
て接続する。
【0016】図1のように構成したことにより、バイア
ス端子11に所定のバイアス電圧を印加すれば、ガンダ
イオード1の端子2に対してバイアス電圧が印加され、
ガンダイオードの発振信号が、電極4と線路5との間の
静電容量を介して線路5に導出される。この線路5は、
電極6部分を開放端とする線路上の波長で1/4波長の
線路長を有するため、励振線路として作用し、ガンダイ
オードの発振周波数は線路5の電気長に影響を受けるこ
とになる。
【0017】尚、図2の(B)に示すように、誘電体ス
トリップ7は誘電体板を取り付けた位置を端面とする
が、上下の導体板8,9はこの位置より更に延びてい
て、誘電体板3は導体板8,9で挟まれる空間に配置し
ている。従って線路5は、その裏面が導体板に接してい
る部分がマイクロストリップ線路として作用し、その裏
面が導体板に接していない部分は、サスペンデッド線路
として作用する。すなわちガンダイオードの発振出力信
号はマイクロストリップ線路→サスペンデッド線路→N
RDガイドの順に線路変換が行われる。このように、誘
電体板3とNRDガイドの端面とを平行に配置したこと
により、基板10の実装面と誘電体板3の実装面がNR
Dガイドの端面で同一平面を成すので、組み立てが容易
となる。また、線路5を上下の導体板の中央位置に配置
することによって、導体板8,9に対して平衡にアース
電流が流せる構造となるので、不要なモードが発生し難
くなり、変換効率も向上する。
【0018】ここで、ガンダイオード1の発振周波数温
度係数を−75ppm/℃としてシミュレーションする
と、誘電体板3の誘電率温度係数は−182ppm/℃
とすればよいことが分かる。これにより、温度変化に対
するガンダイオード単体での発振周波数の変化は、誘電
体板3の誘電率の変化による線路5の電気長の変化によ
って相殺されることになる。
【0019】図3は、上記の誘電率温度係数が負の誘電
体基材を用いることにより温度補償を行ったものと、誘
電率温度係数が0の誘電体基材を用いた場合とについ
て、温度を変化させたときの発振周波数の変化について
示している。誘電体板3の誘電率温度係数が温度に関わ
らず一定であれば、25℃の時60GHzであったもの
が、80℃においては59.8GHzまで低下する。こ
れに対して誘電体基材の誘電率温度係数を−182pp
m/℃にすれば、25℃の時の誘電体基板に設けた線路
上の波長λgが1.714mmであるものが、80℃に
おいて1.723mmとなって誘電率の低下に伴って線
路上の波長が長くなることにより、電気長が等価的に短
くなって、発振周波数は60GHzから60.01GH
zへとわずかに変動するだけとなる。
【0020】次に、第2の実施形態に係る発振器の構成
を図4に示す。図4は第1の実施形態で図1の(B)に
示した部分に対応する拡大斜視図である。この第2の実
施形態では、バネ性の高い金属板の打ち抜き加工により
リード板13を形成していて、ガンダイオード1の端子
2に対して、その一部(13´)でガンダイオードの端
子2を覆うように取り付けている。このリード板13と
ガンダイオードの端子2とは、リード板13のバネ性に
より接触して電気的に導通させる。この構造により、ガ
ンダイオード1の取り外しが容易となり、ガンダイオー
ドの交換などが容易に行えるようになる。また、固定後
の半田付けなどの併用も容易となる。
【0021】図5は第3の実施形態に係る発振器の主要
部の正面図である。誘電体板3には電極4とともに接地
電極14を形成していて、電極4と接地電極14との間
に、例えばバラクタダイオードやショットキーバリアダ
イオードなどの可変リアクタンス素子15を実装してい
る。線路5の一端と電極4との間には静電容量を形成
し、線路5の他端には電極6を設けている。この電極6
は第1・第2の実施形態の場合と同様に誘電体線路の誘
電体ストリップに近接し、誘電体線路のLSM01モー
ドで発振信号を伝搬させる。ガンダイオードの端子2は
第1・第2の実施形態の場合と同様に、リード板などに
よって電極4と電気的に接続する。
【0022】このようにガンダイオードの発振出力信号
を導出する電極に可変リアクタンス素子を接続したこと
により、その可変リアクタンス素子に変調信号を与える
ことによって、ガンダイオードの発振周波数を変調する
ことのできる、可変周波数発振器として用いることがで
きる。その場合、温度によって可変リアクタンス素子に
与える制御電圧を制御する必要がなく、温度補償のため
の特別な回路が不要となる。
【0023】次に、この発明の送信装置の実施形態であ
るミリ波レーダモジュールの構成を図6および図7を参
照して説明する。
【0024】図6は上部の導体板を取り除いた状態での
ミリ波レーダモジュール全体の平面図、図7はその等価
回路図である。このモジュールは大きく分けてオシレー
タ100、アイソレータ101、カプラ102、サーキ
ュレータ104、カプラ105、ミキサ106、および
1次放射器107の各ユニットからなる。各ユニット間
はNRDガイドを伝送路として接続している。オシレー
タ100はガンダイオードとバラクタダイオードを備え
ていて、アイソレータ101の入力ポートへ発振信号を
出力する。アイソレータ101は、サーキュレータと、
そのサーキュレータの反射信号が取り出されるポートに
接続した終端器21とによって構成している。カプラ1
02は2つの誘電体ストリップを近接させてLo(ロー
カル)信号を取り出す。サーキュレータ104は送信信
号を1次放射器107側へ出力し、1次放射器107か
らの受信信号をカプラ105側へ出力する。カプラ10
5は受信信号とLo信号とをカップリングして、ミキサ
106に対して必要な2つの信号を与える。ミキサ10
6はこの2つの信号を平衡型ミキシングしてIF(中間
周波)信号を得る。上記ミリ波レーダモジュールのコン
トローラは、たとえばFM−CW方式でオシレータ10
0の発振周波数を制御するとともにIF信号を信号処理
して、探知物体までの距離と探知物体の相対速度を求め
る。
【0025】なお、以上に示した実施形態では、導体板
の対向する間隔を、伝送すべきミリ波の半波長以下にす
ることによって、誘電体ストリップのない部分における
電磁波の伝搬を遮断し、且つ、LSM01モードの遮断
周波数がLSE01モードの遮断周波数より低くなるよ
うに、導体板の対向する間隔や誘電体ストリップの寸法
を設定したが、本願発明に係る誘電体線路装置の線路部
分はハイパーNRDガイドに限らず、また非放射性の誘
電体線路にも限らない。
【0026】
【0027】
【発明の効果】この発明によれば、温度変化に対しても
周波数の安定した信号を伝搬させる誘電体線路を備えた
装置が容易に得られる。
【0028】この発明によれば、温度変化に対する送信
電波の周波数の安定性に優れた送信装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態に係る発振器および誘電体線路
装置の構成を示す斜視図
【図2】同発振器および同誘電体線路装置の断面図
【図3】本願発明による発振器の温度変化に対する発振
周波数の変化の例を従来に比較して示した図
【図4】第2の実施形態に係る発振器の主要部の斜視図
【図5】第3の実施形態に係る発振器の主要部の正面図
【図6】ミリ波レーダモジュールの構成を示す平面図
【図7】ミリ波レーダモジュールの等価回路図
【図8】ガンダイオードを用いた発振器の等価回路図
【図9】ガンダイオードを用いた発振器の温度特性を示
す図
【符号の説明】
1−ガンダイオード 2−ガンダイオードの端子 3−誘電体板 4−電極 5−線路 6−電極 7−誘電体ストリップ 8,9−導体板 10−基板 11−バイアス端子 12−フィルタ 13−リード板 14−接地電極 15−可変リアクタンス素子
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−350341(JP,A) 特開 昭57−95705(JP,A) 特開 平6−268445(JP,A) 特開 昭51−21462(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03B 1/00 - 29/00 G01S 7/03 H01P 3/16

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 二つの導体部材によって構成される平行
    導体平面の間に誘電体ストリップを配して成る誘電体線
    路とガンダイオード発振器とを有する誘電体線路装置で
    あって、前記二つの導体部材の一方にガンダイオードを
    保持させ、前記誘電体ストリップに結合し、且つ前記ガ
    ンダイオードの発振出力信号を導出する線路を誘電体基
    材に形成して成る誘電体板を、前記導体部材から前記誘
    電体ストリップ部分にかけて前記誘電体線路の端面に平
    行に設けるとともに、前記誘電体基材の温度変化に対す
    る誘電率の変化係数を、前記ガンダイオードの温度変化
    に対する発振周波数の変化を抑制する極性にし、 前記線路のうち、前記誘電体板が前記導体部材に接する
    個所でマイクロストリップ線路を構成し、前記誘電体板
    が前記導体部材に接していない個所でサスペンデッド線
    路を構成したことを特徴とする誘電体線路装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の誘電体線路装置におけ
    る誘電体線路に1次放射器を結合させて、当該1次放射
    器から前記発振出力信号を放射させるようにした送信装
    置。
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