JPH06101648B2 - 半同軸形共振器制御発振器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、マイクロ波やミリ波（以下、マイクロ波とい
う）を発振する半同軸形共振器制御発振器に関するもの
である。

（従来の技術） 従来、このような分野の技術としては、例えば第２図〜
第５図のようなものがあった。以下、その構成を説明す
る。

第２図〜第４図は従来のマイクロ波伝送回路の概略概念
図を示すもので、第２図は同軸管、第３図は半同軸伝送
路、および第４図は全同軸伝送路である。

第２図の同軸管は、角筒状の外部導体１内に内部導体２
が収納された構造をなし、第３図の半同軸伝送路は導電
板をほぼＬ字形に折り曲げた外部導体３とその外部導体
３に固定した内部導体４とで構成される。さらに、第４
図の全同軸伝送路は板状の外部導体５とそれに平行に配
置された内部導体６とで構成される。

第５図は半同軸伝送路を用いて構成した従来の半同軸形
発振器の一構成例を示す図である。

第５図において、10は外部導体を兼るケースで、このケ
ース10は角筒形の第１の収納部10aとこれに連設された
角形の第２の収納部10bとで構成される。第１の収納部1
0a内には伝送路であるマイクロストリップ基板11が収納
され、このマイクロストリップ基板11には発振用トラン
ジスタ12が接続されている。第２の収納部10b内には共
振棒13とこれに対峙する周波数微調整部材14とが収納さ
れている。共振棒13には結合コンデンサ15が設けられ、
この結合コンデンサ15がトランジスタ12と接続されてい
る。

以上の構成において、トランジスタ12で増幅された信号
は、共振棒13及び結合コンデンサ15等からなる同調回路
を介してトランジスタ12に帰還され、マイクロ波がマイ
クロストリップ基板11を介して出力される。

ここで、発振条件と発振周波数とは、共振棒13、周波数
微調整部材14、結合コンデンサ15及びトランジスタ12の
４要素で決まる。例えば、発振周波数を変更するために
共振棒13の長さを変えた場合は、発振条件も同時に変化
する。

半同軸形共振器を構成する共振棒13は、発振器の共振器
を兼ねているため、理想的には無限空間に配置するのが
好ましいが、周囲の変化を直接受けることになり、発振
器としての条件を満足できなくなって製作上でも実現性
がない。そこで、電気的特性を満足する実現可能な有限
空間、つまり共振棒13を壁で囲む閉空間とする。その場
合、共振棒13と壁との間に浮遊容量が発生するので、一
般に共振棒13はどの面からも等距離の対称位置に配置す
るが、外圧や温度変化によって壁が変形すると共振棒13
との距離が変わり、これによって浮遊容量が変化して周
波数が変化し、はなはだしいときには発振条件が大幅に
変化する。また、壁の構造が不完全ですき間等がある場
合、マイクロ波が輻射されて他に不要な干渉をあたえ
る。

このような理由から、半同軸形共振器の外部導体に相当
する壁、すなわち堅牢なケース10が必要となる。しかも
半同軸形共振器とトランジスタ12とを接続する必要があ
るため、ケース10は第５図のような加工しにくい形状を
している。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記構成の半同軸形共振器では、次のよ
うな問題点があった。

（１）発振周波数は、共振棒13のインダクタンスと、共
振棒13と周波数微調整部材14との間の容量と、結合コン
デンサ15の容量との共振でおよそ決定している。

発振周波数を変更する場合、共振棒13の長さを変えるこ
とも考えられる。しかし、共振棒13の長さが代わると発
振条件も同時に変化するので、調整が非常に難しく、そ
のため共振棒13による調整では発振周波数および安定度
の制御を目的とした共振器としての性能を充分満足させ
ることができない。

そこで、狭い周波数範囲を調整する場合には、周波数微
調整部材14を調整する。

ところが、広い周波数範囲を調整する場合は、共振棒13
の長さのちがうものと、結合コンデンサ15の容量のちが
うものとの組合せが必要となるため、所要周波数帯域に
応じてそれらを用意しなければならず、コストの上昇を
招くばかりか、周波数に対する柔軟性を欠き、調整を困
難にしているという問題点があった。

（２）半同軸形共振器の外部導体とトランジスタ12の収
納とを兼る堅牢なケース10が必要となるため、ダイキャ
ストケースか、フライス盤（ミーリングマシン）による
複雑な加工のケースを使用することになり、コストの上
昇を招くという問題点があった。

本発明は、前記従来技術が持っていた問題点として、共
振棒13や結合コンデンサ15の構造的要素によって周波数
の変更等の電気的性能が大きく制約を受け、これによっ
て調整が困難になる点と、コストが上昇する点について
解決した半同軸形共振器制御発振器を提供するものであ
る。

（問題点を解決するための手段） 本発明は前記問題点を解決するために、半同軸形共振器
制御発振器において、マイクロストリップ線路共振器を
有し、比較的外部Ｑ（共振の選択性）が低く、かつ比較
的穏やかなサセプタンス変化をする特性を持ったマイク
ロ波クラップ発振器と、前記マイクロストップ線路共振
器と疎結合されて前記Ｑよりも高いＱの状態が保持さ
れ、かつ急激なサセプタンス変化をする特性を持った半
同軸形共振器とを備え、前記半同軸形共振器によって前
記マイクロ波クラップ発振器の発振周波数を安定化する
構成にしている。

例えば、前記半同軸形共振器のサセプタンス変化特性を
可能とすることにより、該サセプタンス変化特性の変化
に応じて前記マイクロ波クラップ発振器の周波数を可変
とする構成にしている。

（作用） 本発明によれば、以上のように半同軸形共振器制御発振
器を構成したので、マイクロ波クラップ発振器はそれ自
体で発振するように働き、また半同軸形共振器は前記マ
イクロ波クラップ発振器の発振周波数を調整するように
働く。このマイクロ波クラップ発振器と半同軸形共振器
による働きによって所定の発振周波数を得て、かつ発振
周波数の安定化が計れるのである。そのため、発振周波
数の調整が容易になるばかりか、各構成要素の配置形態
の自由度が増して構造の簡単化とコストの低減化が可能
となる。したがって、前記問題点を除去できるのであ
る。

（実施例） 第１図は本発明の実施例を示す半同軸形共振器制御発振
器の構造図である。

20はＵ字形のケースであり、このケース20の底部右側に
はマイクロストリップ基板21が収納されている。マイク
ロストリップ基板21上には、発振用トランジスタ22と、
このトランジスタ22の両側に位置して該トランジスタ22
と接続されたマイクロストリップ線路共振器23及びマイ
クロストリップ容量性パターン24とが設けられ、これに
のよってコルピッツ発振器の応用である周波数可変でか
つ周波数の安定性が良いマイクロ波クラップ発振器が構
成されている。

また、ケース20の左側には、マイクロストリップ線路共
振器23とほぼ平行に配置された共振棒25が収納され、こ
の共振棒25が固定部材26によって可動自在にケース側壁
に取付けられている。ケース20と共振棒25とによって半
同軸形共振器が構成されている。

第６図は前記マイクロ波クラップ発振器の回路図であ
る。この発振器では、NPN型トランジスタTRがトランジ
スタ22に、キャパシタンスC1がトランジスタ22の内部容
量に、キャパシタンスC2がマイクロストリップ容量性パ
ターン24に、キャパシタンスC3及びインダクタンスＬが
マイクロストリップ線路共振器23に、それぞれ対応して
いる。トランジスタTRには、そのエミッタ・ベース間に
キャパシタンスC1が、そのエミッタ・コレクタ間にキャ
パシタンスC2が、そのコレクタ・ベース間にキャパシタ
ンスC3及びインダクタンスＬからなる直列共振回路が、
それぞれ接続されている。キャパシタンスC2,C3及びイ
ンダクタンスＬはマイクロストリップパターンで構成さ
れている。キャパシタンスC3はキャパシタンスC1,C2に
比べて大きな容量である。

以上のように構成される半同軸形共振器制御発振器の動
作を、第７図〜第10図を参照しつつ説明する。

先ず、第６図のマイクロ波クラップ発振器の動作を説明
する。トランジスタTRのベース・エミッタ間に微小振動
電圧が加わったとすると、その電圧はトランジスタTRで
増幅されてキャパシタンスC1とC2の両端に現われる。キ
ャパシタンスC1,C2の両端電圧は、キャパシタンスC1,C
2,C3及びインダクタンスＬからなる同調回路によってト
ランジスタTRへ帰還され、発振が成長していく。その
後、トランジスタTRの非直線性のためにキャパシタンス
C1の両端電圧がトランジスタTRのベース・エミッタ間電
圧と等しくなって定常状態に落ち着く。

第７図は前記同調回路の等価回路図である。この同調回
路は、キャパシタンスC1,C2及び抵抗Rpの直列回路と、
リアクタンスＬ、キャパシタンスC3及び抵抗Rsの直列回
路とが、並列接続された構成をなす。抵抗Rp,Rsはマイ
クロストリップに生じる抵抗である。

第８図はマイクロ波クラップ発振器のサセプタンス曲線
を示しており、横軸は発振周波数ω、縦軸はサセプタン
スＢである。

第８図において、サセプタンス曲線が右上り状態で横軸
（Ｂ＝０）と交差する点の発振周波数ωｐが発振条件を
満足している。第７図におけるキャパシタンスC3はC1,C
2に比して大きいので、並列共振としては無視できる。
そのため発振周波数ωｐは、キャパシタンスC1,C2の直
列容量とインダクタンスＬとで決定される。サセプタン
ス曲線が右下り状態で横軸と交差する直列共振点の共振
周波数ωｓは、リアクタンスＬとキャパシタンスC3とで
決まるが、C3＞C1,C2のために、該共振周波数ωｓは周
波数ωｐよりかなり低い。

また、マイクロ波クラップ発振器は、マイクロストリッ
プ回路で構成されているため、全般に外部Ｑが低く、周
波数ωｐをはさむサセプタンス傾斜が比較的穏やかな曲
線となっている。

第９図は共振棒25のサセプタンス曲線を示している。一
般に、キャパシタンス性はＱが高く、リアクタンス性は
Ｑが低いため、サセプタンス曲線がＢ＝０点を境に非対
称とする。

第10図は、マイクロ波クラップ発振器に共振棒25を結合
させた場合のサセプタンス曲線を示している。

共振棒25がない場合は、周波数ωｐで発振している。マ
イクロ波クラップ発振器と共振棒25とが適確に結合して
いる場合は、例えば発振周波数がωp1となる。

固定部材26により共振棒25を周波数ωp1より高い側に調
整してωp2点とした場合、第10図に示すように発振条件
を満足しなくなる。そのため発振周波数がωｐとなり、
ωp2より少し手前の周波数点が上限値となる。

また、固定部材26により共振棒25を周波数ωｐより低い
側に調整してωp3とした場合、同じく発振条件を満足し
なくなり、発振周波数がωｐとなる。

周波数ωp3とωp1の間は、マイクロ波クラップ発振器と
共振棒25の種々の特性変化等により、設定した発振周波
数がジャンプしてωｐとなる可能性があるため、設定範
囲として不適当である。

実験によれば、周波数ωp1はωｐより７〜８％位高い点
が良く、ωp1とωp2の帯域は５〜６％位が実現可能であ
る。従って固定部材26を調整することにより、周波数ω
p1とωp2間の領域において発振周波数を可変できること
になる。

而して本実施例では、マイクロストリップ基板21上でマ
イクロ波クラップ発振器を構成しているので、それを発
振させるために共振棒25に結合コンデンサ等を使用して
直接的に結合する必要がない。そのため次のような利点
を有する。

（ｉ）従来のような交換が困難な結合コンデンサが不用
となる。

（ii）共振棒25を可動構造にしたので、それを調整する
ことによって広範囲の周波数調整が簡単に行える。

（iii）共振棒25はマイクロ波クラップ発振器と疎結合
のため、共振棒25により周波数を可変にしても、発振条
件がみだされず、発振の安定化が計れる。

（iv）共振棒25とマイクロ波クラップ発振器とを疎結合
にしたため、両者の設置位置の自由度が増し、これによ
ってケース20の形状を単純化でき、コストの低減化が可
能となる。

（ｖ）共振棒25及びマイクロ波クラップ発振器の設置位
置や、その回路構成は、図示のものに限定されず、種々
の変形が可能である。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、マイクロ
波クラップ発振器とその発振周波数を調整する半同軸形
共振器とで構成したので、発振周波数の調整が簡易的確
に行え、しかも構造が簡単になるために製造コストが安
くなるという効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す半同軸形共振器制御発振
器の構造図、第２図、第３図および第４図は従来のマイ
クロ波伝送路の概略概念図で、第２図は同軸管、第３図
は半同軸伝送路、および第３図は全同軸伝送路の図、第
５図は従来の発振器の構成図、第６図は第１図中の発振
器の回路図、第７図は第６図中の同調回路の回路図、第
８図、第９図および第10図は第１図の動作を説明するた
めのサセプタンス曲線図である。 20……ケース、21……マイクロストリップ基板、22……
発振用トランジスタ、23……マイクロストリップ線路共
振器、24……マイクロストリップ容量性パターン、25…
…共振棒、26……固定部材。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マイクロストリップ線路共振器を有し、比
   較的外部Ｑが低く、かつ緩慢なサセプタンス変化をする
   特性を持ったマイクロ波クラップ発振器と、 前記マイクロストリップ線路共振器と疎結合されて前記
   外部Ｑよりも高いＱの状態が保持され、かつ急激なサセ
   プタンス変化をする特性を持った半同軸形共振器とを備
   え、 前記半同軸形共振器によって前記マイクロ波クラップ発
   振器の発振周波数を安定化する構成にしたことを特徴と
   する半同軸形共振器制御発振器。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の半同軸形共振
   器制御発振器において、 前記半同軸形共振器のサセプタンス変化特性を可変とす
   ることにより、該サセプタンス変化特性の変化に応じて
   前記マイクロ波クラップ発振器の周波数を可変とする構
   成にしたことを特徴とする半同軸形共振器制御発振器。