JPH01501034A - マイクロ波ダイオード発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は概してマイクロ波発振器に関する。より詳細には、本発明は、ダイオー ドブリッジを使用しての信号注入による低調波同期を用いるガンダイオード発振 器に関する。ダイオードブリッジは位相同期発振を提供すべく使用可能な空洞部 発振の位相を示すフィードバック信号を提供する。

２、関連技術の説明 多くのマイクロ波の応用において、固体マイクロ波発振器が現在使用されている 。そのうちの多くはマイクロ波信号を発生すべくトンネルダイオード、アバラン シェダイオード及びガンダイオードなどのダイオードを使用する。概して、ダイ オードは電磁的に同調又は共鳴した空洞部に結合されている。トンネルダイオー ドとアバランシェダイオードとは接合半導体である。それらはあいだに接合部を 有する１つ以上のドーピングされた領域を具備する。これとは対照的にガンダイ オードは接合部を規定する異種ドープ領域のないバルク半導体である。概して、 これらの全てのダイオードは負性抵抗デバイスである。それらは高いＱの同調空 洞部に結合することによってマイクロ波発振を発生すべく使用可能である。通常 、同調空洞部はダイオードの負性抵抗を打消すべく設計された正の抵抗を提供す る。空洞部のインピーダンスはダイオードのりアクタンスの共役整合となるよう 設計される。ダイオードを駆動することによってマイクロ波発振が起こる。空洞 部は出力ポートを介してウェーブガイドなどに結合され、広範囲に及ぶコミュニ ケーションやレーダへの応用に使用可能なマイクロ波発振器を提供する。接合ダ イオード及びバルクダイオードの両方が使用されるが、概して、バルク半導体は より大きいパワー出力を有し、より高い周波数で動作する。

マイクロ波システムを設計する場合、発振する周波数に渡って制御できることが 望ましい。多重チャネルのマイクロ波送信器においては、例えば、マイクロ波発 振器の発振周波数を変えることによって複数の異なるチャネル又は周波数を発生 又は合成可能なことが望ましい。従来のシステムにおいてこれを達成すべくかな り複雑な回路が考案された。さらに、多くの場合において、より容品に制御され た低周波基準信号に位相同期されたマイクロ波発振を具備することが望ましＩり 。

しかしながら、従来のマイクロ波発振器は位相同期信号を提供するのに大きな困 難を有する。

制御されたマイクロ波発振を提供するのに３つのボートサーキュレータを持つ反 射注入又はプローブを持つ直接注入を使用することによって基本信号を共振空洞 部に注入し、空洞部の発振周波数を注入信号に周波数同期又は追従させることは 知られている。

注入信号の周波数を制御することによってマイクロ波発振の周波数が制御可能で ある。この従来の方法は周波数同期信号を提供するが位相同期信号は提供しない 。さらに、低調波注入を可能にする電子回路は寄生発振信号及びあき信号を必要 ゝし、非常に複雑で高価である。さらに、この方法で信号を注入した場合、低調 波信号の複斂倍もまた濾波されないで注入される。このことは実行可能なマイク ロ波システムの形成をより複雑でより高価にする。

従来の方法で位相同期動作を提供するために、通常、複雑な閉ループサンプリン グシステムが使用される。このようなサンプリングシステムは回路を複雑にする 他、閉ループ内にいくつかの掛算器と通常、なんらかの位相検出器と積分器を必 要とする。この種の回路は伝統的にチャネル又は周波数の変化に対して応答が極 めて遅い。すなわち、チャネル選択が行われた後、位相同期が達成される前にか なりの遅れがある。

発明の摘要 本発明は前記の問題を克服すると共に安価で正確なマイクロ波発振器を提供し、 複雑な電子回路を必要としなくとも、容易に周波数同期且つ位相同期される。発 振器は注入周波数に変化に極めて容易に応答するので、発振器を多重チャネルで かつ周波数合成された応用に良く適している。本発明は、空洞部と空洞部内にマ イクロ波発振を起こすべく空洞部に結合された発振器ダイオードとを具備する。

４ダイオードブリツジ又はカッドダイオードが周波数逓倍信号注入又は位相エラ ー検出のため空洞部に配設される。

本発明は、さらに、空洞部内に注入される所定の注入信号をダイオードブリッジ に供給する手段を具備する。注入信号は発振周波数を制御すべく空洞部の発振と 共働する。好ましくは、発振器ダイオードはガンダイオードであり、ガンダイオ ードによって発生した発振周波数をプリ同調すべくバラクタ又は同等な手段を含 む。ダイオードブリッジは低周波又は空洞部発振の位相を示すＤＣフィードバッ ク信号を提供する。

このフィードバック信号は位相同期システムを得るためにバラクタプリ同調回路 に結合される。ダイオードブリッジは空洞部内でＴＥＭ、ＴＥ及びＴＭ波モード に結合すべく形成可能である。ダイオードブリッジは空洞部内に注入信号の奇数 調和成分のみを結合する利点を有する。適当な共振で空洞部を形成することによ って奇数調和成分の１つのみが注入される。この空洞部とダイオードブリッジと の共働によりただ１つの調和成分が空洞部に注入される。本発明、及び本発明の 目的、利点をよりよく理解するために、次の明細書及び添附の図面を参照にして 説明する。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明による４ダイオ一ドブリツジ信号注入及び位相検出回路を有す るマイクロ波空洞部の横断斜視図である。

第２図は、本発明の４ダイオードブリツジを使用する多重チャネルのデジタル周 波数合成発振器である。

好ましい実施例の説明 本発明は、安定したプログラマブルマイクロ波ＲＦ源を形成する大きく改善され た機構を提供する。本発明は低調波をガン発振器などのダイオード発振器の空洞 部に注入するのに使用される。第１図は、空洞部と電磁結合すべく取付けられた 発振器ダイオード又はガンダイオード１２を持つガン発振器空洞部１０の一部を 例示する。４ダイオードブリツジ又はカッドダイオード１４が空洞部と電磁結合 すべく空洞部１０内に配設される。４ダイオードブリフジは選択された低調波注 入周波数によってホットキャリアバリアダイオードか又はガリウムヒ素ダイオー ドを使用して形成される。ダイオードブリッジ１４は空洞部１０の壁に結合され た第一端子１６を有する。第２端子１８は空洞部１０の壁の開口２０を通る。

端子１８は低調波信号が注入され低周波又はＤＣ位相検出フィードバック信号が 戻る入力端子となる。低調波注入信号が第２端子に供給された時、反並列整合ダ イオードのため調和成分と整流によるＤＣ成分が相殺される。路ｌによって例示 されたように奇数調和成分の電流のみがダイオードブリッジ回路から流れる。こ の循環電流は調和電磁波を空洞部ｌＯ内に発生する。第１図において、空洞部内 に送られた調波はＨで記されたダッシュ線によって示される。ダイオードブリッ ジの位置と空洞部の構成によって注入信号の奇数調和成分はＴＥＭ波モードかＴ Ｍ波モードか又はＴＥ波モードに結合される。第１図にＴＥＭ波モード結合が示 される。

第２図において、本発明の原理を使用するデジタル周波数合成発振器が例示され る。より詳細に前記されたように発振器はガンダイオード１２及び４ダイオード ブリツジ１４を有する空洞部１０を含む。空洞部１０はマイクロ波エネルギが出 力される出力開口２２を含む。出力開口２２はエネルギをマイクロ波回路又はア ンテナ（図に示さず）に繋ぐべくウェーブガイドなどに結合される。ガンダイオ ード１２に結合されたのがガンダイオード発振の周波数をプリ同調させるバラク タ２４である。

容易に選択可能な低調波注入信号を提供すべくデジタル周波数合成回路２６が提 供される。周波数合成回路２６は例えば５００ＭＨｚの低周波発振器２８を使用 する。低周波発振器は掛算器３０及び数値分割回路３２を給電する。掛算器３０ は周波数をより高い基準周波数、例えば３ＧＨｚに変換する。分割回路３２は、 周波数を選択するのに使用される一連の数群から選択された数で低周波発振器の 周波数を分割する。

分割回路３２の出力は第１ミキサ３４のＲ端子に供給される。ミキサ３４の入力 端子りは低周波発振器２８に直接結合される。ミキサ３４はＲ端子の入力からし 端子の入力を引いた（Ｒ−Ｌ）に等しい出力を端子Ｉに供給する。この出力信号 は掛算器３６で拡大され、さらに掛算器３６に続いてプログラマブル帯域フィル タ（図に示さず）によって不要な相互変調成分が抑制される。すなわち、掛算器 ３６の出力は分割゛　回路３２によって供給される一連の除数によって決定され る一連の値を包含する。　第２ミキサ３８はＲ端子によって掛算器３６に結合さ れ、Ｌ端子によって掛算器３０に結合される。第２ミキサ３８はＲ入力とＬ入力 との差異（Ｉ−Ｒ−Ｌ）である出力をＩ端子に供給する。分割回路３２で選択さ れた除数Ｎによってミキサ３８の出力は前述の公称値を仮定すればｌ、　８ＧＨ ｚから１．８９８７３４ＧＨｚである。ミキサ３８の出力は所望の空洞部発振周 波数の低調波となる。低調波信号はフィルタ増幅器回路４０で増幅され且つ増幅 された信号は高域端子ＨＰを介してサーキュレータを通りダイオードブリッジ１ ４の第２端子１８に供給される。サーキュレータ４２は一方向デバイスであり、 低周波の位相エラー信号を流し込み、高周波の注入低調波をダイオード１４へと 流しだし、マイクロ波信号がフィルタ増幅器４０に供給されないようにする。サ ーキュレータ４２はさらに、第２図で示された方向の低周波又はＤＣフィードバ ック電流ＩＦを支持する低域端子ＬＰを含む。前述したように、ダイオードブリ ッジ１４は低周波信号又はＤＣ信号を発生し、その振幅は空洞部の発振の位相を 示す。サーキュレータ４２は位相検出信号をバラクタ２４に結合された制御回路 ４４にフィードバックする。バラクタ２４はガンダイオードの発振を予め同調さ せ、サーキュレータ４２のＬＰリード線の位相検出フィードバック信号はガンダ イオード１２の発振を低周波発振器２８に位相同期可能にする。より詳細には、 制御回路４４は位相検出フィードバック信号を処理する積分器を含み、さらにデ ジタル周波数合成器回路２６に結合され、所望の周波数を示すアナログ信号を提 供するデジタルアナログ変換器４８を含む。

このアナログ信号は空洞部を所望の周波数に予め粗調整し、これによってより広 い周波数同期範囲とより高いパワー変換効率を得る。

動作時、デジタル周波数合成器は除数Ｎによって決定される周波数の低調波信号 を供給する。周波数合成器は低調波を発生する他、選択された低調波の偶数及び 奇数調和成分をも必然的に発生する。従来の発振器においては、このように、よ り高いオーダの偶数及び奇数調和成分を必然的に発生するので所望の調和成分を 抽出して残りを抑制するのに複雑で高価なフィルタを使用することが必要であっ た。このフィルターは、従来の単一ダイオード注入回路のパワーが低く全ての調 和成分が空洞部に結合されて不要の周波数を発生するので従来の発振器において は必要であった。

本発明の４ダイオードブリツジは事態を大きく改善する。

ダイオードブリッジは奇数調和成分のみを空洞部に結合する。

偶数調和成分は自動的に抑制される。したがって、空洞部とガンダイオードを正 確に形成することによって、空洞部が他の調和成分で共振することなしに奇数調 和成分の１つで共振するように形成可能である。

空洞部の寸法は注入低調波の第５調和成分を支持する寸法である。この場合、低 調波周波数は５の約数によって掛算される。低調波が１．８０から１．８８８９ ８７４ＧＨｚの範囲である上の例では、マイクロ波発振出力は９．０から９．４ ９３６７ＧＨｚの範囲となる。低周波が望まれる場合は、空洞部は第３調和成分 で共振するように形成され、その場合の出力周波数は５．４０から５．６９６Ｇ Ｈｚの範囲である。他の奇数調和成分もまた使用可能である。偶数調和成分がダ イオードブリッジによって抑制されるので空洞部はこれらの周波数で不要の発振 を起こさない。さらに偶数調和成分はダイオードブリッジによって抑制されるの で、高いＱの共振空洞部１０はＤ／Ａ　４８を介してバラクタによってブリ同調 された周波数を選択して発振すべくダイオードブリッジと共働する。すなわち、 本発明は広い周波数同期範囲と大変低い注入パワーの要件を満足する。フィルタ の多くが抑制されるので本発明は従来の発振器よりも高い効率で動作する。

本発明の他の利点は、空洞部発振の位相を示すフィードバック信号を提供するダ イオードブリッジに起因する。従来の発振器においては、分離したＲＦカブラが 空洞部発振の位相を示す信号を抽出するのにしばしば使用される。従来の発振器 は位相同期された閉ループ制御のために使用可能な信号を提供すべくいくつかの 混合及び逓倍段によって抽出した信号を処理しなければならない。これを達成す るのに使用される回路は概して周波数変化に対して応答が遅くチャネルからチャ ネルに敏速にスイッチできない発振器となってしまう。本発明においてはダイオ ードブリッジは２重の目的を持つ。信号逓倍及び注入の他にダイオードブリッジ １４は注入信号と空洞部発振との間の位相の相違を示すＤＣフィードバック信号 を発生する。このフィードバック信号はバイアス信号をバラクタ２４に供給すべ く積分器４６内で積分される。バラクタは交互にガン発振器ダイオードを微調整 し、処理中の位相同期制御を可能にする。本発明の発振器はチャネルからチャネ ルに敏速にスイッチ可能であり、周波数同期及び位相同期が敏速に再度達成され る。

本発明は現時点で好ましい実施例に関連して説明されたが、添附の請求の範囲に おいて記載された本発明の意図から逸脱せずにある種の変更及び変化が可能であ る。

国際調査報告 ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　τＨ＝　工り置Ｎ＾τ：０ＮＡＬ　Ｓ三ＡＲ口ＨＲＥ、？Ｃ ＲＴ　０ＮＩＮＴ：ｉ：ＲＮＡＴＩＣＮＡＬ　ＡＰＰＬＩＣＡτＩＯＮ　Ｎｏ、 　？ＣＴ／ＩＪＳ　８７１０１６５７　（ＳＡ　ＩＥ１３９１）ＧＢ−Ａ−１３ ４９５５９０３１０４／７４　５Ｅ−Ｂ−３６３８６３Ｃ４／Ｃ２／７４

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．空洞部と、 前記空洞部内でマイクロ波発振を起こすべく前記空洞部に結合された発振器ダイ オードと、 前記空洞部内に信号を注入すべく前記空洞部内に配設された４ダイオードブリッ ジと、 前記空洞部内に注入すべく、所定の注入信号を前記ダイオードブリッジに供給す る手段とを具備し、前記注入信号が前記発振の周波数を制御すべく前記空洞部内 で前記発振と共働するマイクロ波発振器。
2. ２．前記発振器ダイオードがガンダイオードである請求の範囲第１項に記載の発 振器。
3. ３．前記発振器が前記発振の周波数をブリ同調する手段を含む請求の範囲第１項 に記載の発振器。
4. ４．前記発振器ダイオードがガンダイオードであり、前記発振の周波数をブリ同 調すべく前記発振器に結合されたバラクタプリ同調手段をさらに具備する請求の 範囲第１項に記載の発振器。
5. ５．前記空洞部がＴＥ波モードを支持し、前記ダイオードブリッジが前記ＴＥ波 モードに結合すべく配設された請求の範囲第１項に記載の発振器。
6. ６．前記空洞部がＴＭ波モードを支持し、前記ダイオードブリッジが前記ＴＭ波 モードに結合すべく配設された請求の範囲第１項に記載の発振器。
7. ７．前記空洞部がＴＥＭ波モードを支持し、前記ダイオードブリッジが前記ＴＥ Ｍ波モードに結合すべく配設された請求の範囲第１項に記載の発振器。
8. ８．前記空洞部が空洞壁によって限定され、前記空洞壁が開口を含み、前記ダイ オードブリッジが前記空洞壁に結合された第１端子と前記閉口を通り所定の注入 信号を供給すべく前記手段に結合された第２端子とを有する請求の範囲第１項に 記載の発振器。
9. ９．前記ダイオードブリッジが前記発振の位相を示すフィードバック信号を発生 し、前記発振を制御すべく前記フィードバック信号を受信するプリ同調手段をさ らに具備する請求の範囲第１項に記載の発振器。
10. １０．前記注入信号が前記発振の低調波である請求の範囲第１項に記載の発振器 。
11. １１．発振がある１つの発振周波数で起り、前記注入信号が前記発振周波数の複 数の低調波を具備する請求の範囲第１項に記載の発振器。
12. １２．前記ダイオードブリッジが前記複数の低調波の１つを前記空洞部に注入す る請求の範囲第１１項に記載の発振器。
13. １３．前記複数の低調波が奇数低調波を含み、前記ブリッジが前記奇数低調波を 前記空洞部に注入する請求の範囲第１１項に記載の発振器。
14. １４．前記奇数低調波が第３低調波である請求の範囲第１３項に記載の発振器。
15. １５．前記奇数低調波が第５低調波である請求の範囲第１３項に記載の発振器。
16. １６．空洞部と、 ある発振周波数で前記空洞部内にマイクロ波発振を起こすべく前記空洞部に電磁 的に結合されたガンダイオードと、前記空洞部内に配設され、かつ信号を前記空 洞部内に注入すべく前記空洞部に電磁的に結合された４ダイオードブリッジと、 前記発振周波数の複数の低調波を含む所定の注入信号を発生する手段と、 前記ガンダイオードによって引起こされた発振をプリ同調すべく前記ダイオード ブリッジと前記ガンダイオードとのあいだに結合された手段とを具備し、 前記ダイオードブリッジが前記低調波を受信すべく前記発生手段に結合され、前 記低調波の１つを前記空洞部に注入すべく前記空洞部と共働すると共に前記発振 の位相を示すフィードバック信号を供給し、 前記注入信号が前記発振周波数を制御すべく前記空洞内で前記発振と共働し、前 記フィードバック信号が前記発振の位相を制御すべく前記発振と共働するマイク ロ波発振器。
17. １７．発振器空洞部を提供し、 マイクロ波発振が前記空洞部内で起こるように発振器ダイオードを前記空洞部に 結合し、 前記空洞部内に４ダイオードブリッジを配設し、所定の注入信号を前記ダイオー ドブリッジに供給して前記注入信号を前記空洞部に注入し、 前記発振の周波数を前記注入信号に統制する工程を具備するマイクロ波発振器の 動作方法。
18. １８．前記発振の位相を示す前記ダイオードブリッジからフィードバック信号を 獲得し、 前記発振の位相を前記フィードバック信号に統制する工程をさらに具備する請求 の範囲第１７項に記載の方法。
19. １９．前記発振がある発振周波数で起り、前記注入信号が前記発振周波数の複数 の低調波を具備する請求の範囲第１８項に記載の方法。
20. ２０．前記複数の低調波が奇数低調波を含み、前記ダイオードブリッジが前記奇 数低調波を前記空洞部に注入する請求の範囲第１９項に記載の方法。