JPS6033009B2 - マイクロ波発振装置 - Google Patents

マイクロ波発振装置

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JPS6033009B2
JPS6033009B2 JP53161618A JP16161878A JPS6033009B2 JP S6033009 B2 JPS6033009 B2 JP S6033009B2 JP 53161618 A JP53161618 A JP 53161618A JP 16161878 A JP16161878 A JP 16161878A JP S6033009 B2 JPS6033009 B2 JP S6033009B2
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哲郎 森
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  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はＧａＡｓ ＦＥＴを用いたマイクロ波発振装置
に関するものである。
ＧａＡｓ ＦＥＴなどの高周波トランジスタを用いたマ
イクロ波回路は平面回路を用いて作られることが多い。
本発明は平面回路によるＧａＡＳ ＦＥＴ発振器の新し
い回路構成法を与えるものである。第１図〜第５図は従
来の発振器の構成例を示したものである。
平面回路は例えばアルミナ磁器などで作られた基板１の
上に、図で黒く塗った部分のみ金属膜をつけることによ
り作られる。なお、基板１の離面は全面又は少なくとも
上面の金属膜がある部分の反対側の部分には池導体とし
て金属膜がつけられている。基板１の厚さとしてはアル
ミナ磁器の場合は０．６仏程度のものが多く用いられて
いる。金属膜としては、アルミナ磁器上にクロムを５０
０〜１０００Ａ、次いで表面に金を４〜５仏程度真空蒸
着及び電気メッキによりつけたものが多く用いられる。
平面回路の形成法は、写真製版法により不必要な金属膜
をエッチング、除去する方法が普通である。さて、第１
図に示す回路の説明をする。
２はＧａＡｓ ＦＥＴで、ドレィン，ゲート，ソースの
３種類の電極端子を有している。
（図示せず）、３〜５はそれぞれの端子に接続されてい
る伝送線路で、線路３はゲートに、線路４はソースに、
線路５はドレィンに接続されている。各電極へのバイア
ス電圧はソースを零電位に、ゲートを負電位に、ドレイ
ンを正電位になるように印加する。（バイアス印加回路
は図示していない。）この形の発振器の発振周波数はゲ
ート側線路長１，の長さでほぼ決定され、１，を１／２
皮長にとる。またソース側線路長１２は１／４波長にと
る。発振出力はドレィン側線路５より取出す。各電極と
線路の接続法として、上記の方法以外にゲート電極を線
路３に、ドレィン電極を線路４に、ソース電極を線路５
に接続する方法もある。また、バイアス電圧の印加法も
上述の正負２電源を用いる方法の他に、１電源で動作さ
せる方法もある。即ち、ゲート端子を接地し、ゲートと
ソース間に適当な（例えば１０Ｑ）抵抗を入れドレィン
に正の電圧を印加する方法もある。さて、上記の発振回
路では、外部Ｑ値（以下Ｑｅｘｔと書く）が低く、（数
十程度）雑音が多く、負荷変動や電圧変動、周囲温度等
の影響を受けやすく、それらの変動による周波数変化が
大きく、使いにくい。
第２図〜第４図は、発振器のＱｅｘｔを上げ周波数安定
度を上げる方法を示したものである。第２図において、
６は誘電体共振器で出力側線路５の近くにおかれる。こ
の誘電体共振器６は帯城反射フィルター（Ｂａ紅Ｒｅｊ
ｅｃｔｉｏ岬ｊｌｔｅｒ，以下略してＢＲＦという）と
して作用し、ゲート側線路長１，で決まる発振周波数と
、ＢＲＦの共振周波数が近い場合に、発振器の発振周波
数を安定化させることができる。この方法で、１１ＧＨ
２帯のＧａＡｓ ＦＥＴ発振器で、Ｑｅｘｔ＞３０００
，６０００の周囲温度変化に対し、±３０血ＨＺ程度の
周波数安定度を実現できる。（ＢＲＦの無い場合の同一
温度変化に対する周波数変化は５０〜６山ＭＨｚ程度）
第３図は第２図の側面図を示したもので７は誘電体共振
器６の上部に空間を介して設けられた金属板で、誘電体
共振器６との距離ｄを変化させられる構造となっている
。（金属板７は第２図では図示していない。また金属板
７は発振器全体を入れる鯵体により支持されるが、その
錘体も図示していない。）譲霞体共振器６の共振周波数
は金属板７との距離ｄを変えることで行なわれる。発振
周波数を安定化するには、ゲート側線路長１，で決まる
周波数に近い（やや低めの）共振周波数を有する誘電体
共振器を用い、ｄの値を調整して適当なＱｅｘｔ値を得
れば良い。なお、第３図において８は地導体である。第
４図は誘電体共振器をゲート側線路に置いた例であり、
このようにしても高安定化が可能である。さて、第１図
〜第４図に示した従来の発振器の構成法では発振周波数
は基本的にゲート側線路長１，で定まるため、平面回路
のパターンを作成した後での周波数の微調整が非常に困
難で実用的な発振器とは言えない。
さらにＢＲＦによる安定化はＱｅｘｔを上げ高安定にす
る程発振出力が減少し、ＢＲＦの無い場合の出力が４仇
ｈｗ程度であってもＢＲＦを用いＱｅｘｔを２００の華
度まで上げると１仇ｈｗ以下になってしまうなど問題点
が多かった。さらに、ＢＲＦを付ける位置、即ち、ＦＥ
ＴとＢＲＦの距離及びＢＲＦと線路５の距離が発振器の
特性（周波数や出力）に微妙に影響し、同一性能の発振
器を多数製造することが困難であった。さらに線路長１
，と１２の組合せも発振器の特性に大きく影響し、製造
上の問題点が多かった。第５図は、上記の問題点を解決
するための従来の方法の例である。
４はソース電極側の線路で、ＦＥＴ２に近い位置で基板
１にあげられた穴９を通して地導体に接続されている。
発振出力はドレィン側線路５より取出され、その出力の
一部を線路５１により取出し、誘電体共振器６を介して
ゲート側線路３に伝達する構造となっている。即ち、こ
の場合ＦＥＴ２は増幅器として働き、誘電体共振器６を
通過できる周波数（即ち誘電体共振器の共振周波数）の
みをくり返し増幅する構成となっている。従って、周波
数の安定度は誘電体共振器６の安定度で決まるため、原
理的に高安定発振器が実現できる。また、発振周波数の
微調整も、第３図に示した方法で誘電体共振器の共振周
波数の調整を行なうことで容易にできる。しかし、第５
図に示す方法の場合、回路の設計が困難で、ゲート側線
路３の構造や長さ、出力分岐線路５１の構造や長さ、誘
電体共振器６とこれらの線路３，５１間の位置関係など
で発振が起ったり、起らなかったりする。さらに、所要
の周波数と異なる周波数で発振が生ずることもある。以
上のような理由により実用的な発振器を構成することは
困難が多い。本発明は同調範囲が広く、高安定でしかも
構成が簡単で設計が容易で、さらに同調範囲内の任意の
周波数でＱｅｘｔ値を可変できる新しい機能を有する実
用的なマイクロ波発振器を与えるものである。
第６図は本発明の実施例で３はゲート側線路、４はドレ
ィン側線路、５はソース側線路である。この発振器の特
徴はゲート側線路３とドレィン側線路４で挟まれる角度
内の位置に誘電体共振器６を配置し、ゲート側線路３は
整合負荷１０で終端されていることを特徴とする。出力
はソース側線路５より取出される。ゲート側線路３とド
レィン側線路４とは直交しているが、ソース側線路５は
ドレィン側線路４に直交している必要はない。誘電体共
振器６はゲート側線路３及びドレィン側線路４より少し
離して（０．１肋程度）おくことが高Ｑｅｘｔ値を得る
ためには望ましいが、Ｑｅｘｔ値が下っても良い場合は
線路に重なっても良い。整合負荷１０はゲート側線路３
の特性インピーダンス（普通５００に選ぶ）と等しい抵
抗値を持つチップ抵抗を用い、一端を線路３にハンダ付
けし他端を基板１の裏面の地導体に接続する。ドレィン
側線路４一端を開放にし、その長さは約１／２皮長にと
るが、長さの多少のずれは発振特性に重大な影響を与え
ないことが実験の結果確められている。また、第６図で
は第１図等と異なりドレィン側線路４はＦＥＴ２の片側
にのみ作られているが、第１図のように両側に作っても
良い。以上説明したように、この発振器は構成が簡単で
設計が簡単なうえ、量産時に生ずる多少の線路寸法のず
れなどは発振特性に影響しない。
また発振周波数は譲雷体共振器の共振周波数で決まり、
安定度も良い。１１０ＨＺ帯ＧａＡｓ ＦＥＴ発振器を
試作した結果によれば、Ｑｅ幻＝１０００〜１５００、
出力３０〜４伍ｈＷ、一２０〜十６０ｑｏ温度範囲での
周波数変化中５０皿ＨＺ、同調範囲６０ｍＭＨＺで、そ
の間の出力変動は２船以下であった。
第７図は本発明のもう１つの実施例で、第６図の構成に
ＢＲＦとして第２の議電体共振器６１を付加したもので
ある。
ＢＲＦを付けることにより発振器のＱｅ九値を上げるこ
とができ、さらに安定度を上げ雑音を下げることができ
る。この実施例によれば筒認範囲内の任意の発振周波数
でＱｅｘｔ値を可変にできる。即ち、第１の誘電体共振
器６の共振周波数を任意に選び、ＢＲＦ６１の共振周波
数を調整して任意のＱｅｘｔ値を得ることができる。実
験の結果ではＱｅ幻値を１０００〜４０００の間で変化
させることができた。第２図の従来の発振器の場合には
、ＢＲＦの共振周波数を変え、Ｑｅｘｔ値を変えると自
動的に発振周波数も変化してしまい、周波数とＱｅ幻値
を独立に設定することはできなかった。このことは実用
上大きな問題で、ある周波数である安定度（Ｑｅ幻）を
得ようとする場合、従来法ではほとんど不可能に近かっ
たが、実施例によれば簡単に調整でき、その実用的価値
は大きい。本発明による発振器は正負２電源を使用して
も、正、又は負の１電源でも動作する。
次に正の１電源を使用する場合のバイアス電圧の印加法
について説明する。３〜５の各線路より、第８図に示す
ような低域通過フィル夕を通して１１〜１３のバイアス
端子をとり出す。
即ち、１１はゲートバイアス端子、１２はドレィンバイ
アス端子、１３はソースバイアス端子となる。また、第
８図にはソースバイアス電圧が出力側に漏れるのを除く
ため、ＤＣカットコンデンサー４を入れてある。即ち、
線路５と５２は直流的に分離され、高周波的には接続さ
れている。さて、この発振器へのバイアス印加回路を第
９図に示す。
抵抗１５をソース、ゲート両端子１３，１１間に入れ、
ドレイン端子１２に電圧を加えれば発振器は動作する。
１７は電源、１８はコンデンサで、このコンデンサ１６
は無くても発振するが良好な発振を得る為にはつけた方
が良い。
ｌｏｓｓ＝１０仇ｈＡ程度のＧａＡｓ ＦＥＴを使う場
合、抵抗１５は１００程度が良い。コンデソサ１６は０
．１仏Ｆ程度が推奨できる。第１０図はもう１つのバイ
アス回路の例で抵抗１８と１９が付加されている。ゲー
ト，ソース間電圧は抵抗１５を流れる電流で決まるため
、第９図の方法ではゲート，ソース間電圧を調整できな
い。抵抗１８を加えた理由はゲート，ソース間電圧の調
整の為である。抵抗１９はゲートに過大電流が流れるの
を防ぐ目的である。これらのバイアス電圧印加用の抵抗
やコンデンサはチップ抵抗やチップコンデンサを用いて
平面回路上に作りつけることも可能である。
さらに進めて、平面回路についている金属膜を利用して
、ゲート側の終端抵抗１０及びバイアス印加用抵抗を作
ることができる。第１１図はそのようにして作成した平
面回路発振器で、抵抗部分は金属膜のクロム層のみを残
して形成している。第１１図において斜線部が抵抗であ
る。なお第１１図ではＤＣカットコンデンサの代りに図
のような伝送線路で構成したＤＣカット線路４０を用い
た例を示した。このようにすることで基本的な発振回路
は全て基板１上に写真製版とエッチングで作りつけてし
まうことが可能となり、発振器の量産性、信頼性を向上
させることができる。（ＦＥＴと誘電体共振器は後から
付けることになる。）ＧａＡｓ ＦＥＴは一般にセラミ
ックパッケージに入ったものが使われるが、上述の発振
器の場合、ＦＥＴのチップを直接平面回路にマウントす
ることも可能であり、パッケージへのマウント工程を省
略し、かつパッケージの費用を無くすることができ、さ
らに信頼性、生産性の向上をはかることができる。
ところで、上述の説明ではゲート側、ドレィン側、ソー
ス側の伝送線路３，４，５の特性インピーダンスは同じ
として説明してきたが、実験の結果では、これらのイン
ピーダンスは若干変えた方が良い結果が得られることが
判明した。
即ち、ゲート側線路の特性インピーダンスＺｇを５００
とするとドレイン側はＺｄ！４００、ソース側はＺｓ！
３００程度とすることにより良好な発振を得ることがで
きた。ただしこれらの数値は使用するＦＥＴにより変化
する。なお、ソース側は出力機であるので、通常の線路
インピーダンスである５００に変換しておく必要がある
。変換には１／４波長変成器、又はテーパー変成器が用
いられる。以上、本発明によれば同調範囲が広く、Ｑｅ
ｘｔが可変で、高安定なＦＥＴ発振器を廉価に、大量に
特性のそろったものを作ることができ、その工業的意義
は大きい。
図面の簡単な説明第１図〜第５図は従来の例を示し、第
１図、第２図、第４図、第５図は平面図、第３図は側面
図である。
第６図〜第１１図は本発明の実施例を示し、第６図、第
７図、第８図、第１１図は平面図、第９図、第１０図は
電気回路図である。図中、１は平面回路基板、２はＧａ
Ａｓ ＦＥＴ、３，４，５は線路、６は誘電体共振器、
７は同調用金属板、８は地導体、９は穴、１川ま整合負
荷抵抗、１１はゲートバイアス端子、１２はドレィンバ
ィアス端子、１３はソースバイアス端子、１４はチップ
コンデンサ、１５は抵抗、１６はコンデンサ、１７は電
源、１８，１９は抵抗５１は出力分岐線路、５２は出力
端、１４川まＤＣカット線路を示す。第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ ＧａＡｓＦＥＴを用い平面回路で構成したマイクロ
    波発振装置において、ＦＥＴのゲート端子から出る伝送
    線路を整合負荷抵抗により終端させ、前記ＦＥＴのドレ
    イン端子から出る伝送線路を終端を開放させ、前記ゲー
    ト側伝送線路とドレイン側伝送線路で挾まれる角度内の
    位置に誘電体共振器を配置し、ＦＥＴのソース端子から
    出る伝送線路より出力を取出すことを特徴とするマイク
    ロ波発振装置。 ２ ソース端子とゲート端子を抵抗で接続し、ドレイン
    端子とゲート端子間にバイアス電圧を印加することを特
    徴とする特許請求の範囲第１項記載のマイクロ波発振装
    置。 ３ ゲート端子側の伝送線路を終端する整合負荷抵抗を
    平面回路を構成する伝送線路の金属により形成したこと
    を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
    マイクロ波発振装置。 ４ ソース端子とゲート端子を接続する抵抗を、平面回
    路を構成する伝送線路の金属により形成したことを特徴
    とする特許請求の範囲第２項または第３項記載のマイク
    ロ波発振装置。 ５ ＧａＡｓＦＥＴのチツプを直接、平面回路のパター
    ン上にマウントしたことを特徴とする特許請求の範囲第
    １項乃至第４項の何れかに記載のマイクロ波発振装置。 ６ ゲート側伝送線路の特性インピーダンスＺｇ，ドレ
    イン側伝送線路の特性インピーダンスＺｄ，ソース側伝
    送線路の特性インピーダンスＺｓの関係がＺｇ＞Ｚｄ≧
    Ｚｓとなることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至
    第５項の何れかに記載のマイクロ波発振装置。７ Ｚｇ
    ＝５０Ω，Ｚｓ＜５０Ωとし、ソース側伝送線路の平面
    回路出力端での特性インピーダンスを、１／４波長変成
    器、又はテーパー変成器により５０Ωに変換することを
    特徴とする特許請求の範囲第６項記載のマイクロ波発振
    装置。 ８ ＧａＡｓＦＥＴを用い平面回路で構成したマイクロ
    波発振装置において、ＦＥＴのゲート端子から出る伝送
    線路を整合負荷抵抗により終端させ、前記ＦＥＴのドレ
    イン端子から出る伝送線路を終端を開放させ、前記ゲー
    ト側伝送線路とドレイン側伝送線路で挾まれる角度内の
    位置に誘電体共振器を配置し、ＦＥＴのソース端子から
    出る伝送線路に近接して別の誘電体共振器を配置し、上
    記各誘電体共振器には可変距離空間を介して金属板を配
    置し、上記ＦＥＴのソース側伝送線路より出力を取出す
    ことを特徴とするマイクロ波発振装置。
JP53161618A 1978-12-29 1978-12-29 マイクロ波発振装置 Expired JPS6033009B2 (ja)

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DE7979303039T DE2966288D1 (en) 1978-12-29 1979-12-21 Microwave oscillator
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