JP2009135619A - Gunn diode voltage-controlled oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロ波やミリ波用のガンダイオードを用いた発振器に係り、変調幅を広げると共に変調特性の線形性の改善を図ったガンダイオード電圧制御発振器に関するものである。 The present invention relates to an oscillator using a microwave or millimeter-wave Gunn diode, and more particularly to a Gunn diode voltage controlled oscillator which has a wide modulation width and an improved linearity of modulation characteristics.
図8にマイクロ波やミリ波帯の発振器に用いられるメサ型構造のガリウム砒素(GaAs)表面実装型のガンダイオード200の表面図(a)および断面図(b)を示す。高濃度n型GaAsからなる半導体基板22上に、MBE法又はMOCVD法により、高濃度n型GaAsからなる第1の半導体層23、低濃度n型GaAsからなる活性層24、高濃度n型GaAsからなる第2の半導体層25が順次積層され、電子の走行空間の面積を小さくするため、メサ型構造となっている。26は絶縁体、27はアノード電極、28はカソード電極、29は導電性突起によるアノードバンプ、30は導電性突起によるカソードバンプである。絶縁体26は、上面から活性層24と第1の半導体層23の境までボロン注入により筒形状に形成され、アノード電極27をカソード電極28から分離し、この絶縁体26により囲まれた内側の活性層24及び第2の半導体層25によりガンダイオードの機能部が形成されている。図8では絶縁体26により囲まれた筒状の部分が6個形成され、6個のアノード電極27の下層に各々ガンダイオード機能部が形成されている。また、アノードバンプ29は6個のアノード電極27の全ての上面に各々形成されており、カソードバンプ30はカソード電極28上面の両側にアノードバンプ29の一群を両側から挟むように片側に3個ずつ合計で6個形成されている。この種の表面実装型のガンダイオードは、特許文献1に開示されている。
FIG. 8 shows a surface view (a) and a cross-sectional view (b) of a gallium arsenide (GaAs) surface-mount
また、上記のような表面実装型のガンダイオードの他に、第1の半導体層23、活性層24及び第2の半導体層25からなるガンダイオードの機能部をもち、カソード電極を半導体基板側に形成し、そのガンダイオード素子をピル型パッケージに組み立てて、ピル型ガンダイオードとしても用いられている場合もある。
In addition to the surface-mount type Gunn diode as described above, it has a Gunn diode functional part composed of the
図9は、図8のガンダイオード200をマイクロストリップ線路で構成された発振回路100に搭載して構成したガンダイオード電圧制御発振器の一部断面図である。図10はマイクロストリップ線路で構成されたガンダイオード電圧制御発振器の全体斜視図である。発振回路100は、誘電体基板11の上面にマイクロストリップ線路で構成された出力用の信号線路12と共振器を構成するオープンスタブ線路17が形成され、そのオープンスタブ線路17を両側から挟むように2個のガンダイオード用の表面接地電極13を形成すると共に、裏面に裏面接地電極14を形成し、各表面接地電極13と裏面接地電極14を、誘電体基板11を貫通するヴィアホール15により導通させたものである。出力用の信号線路12にはガンダイオード200に電源供給するためのガンダイオード用のバイアス電極16が形成されている。ガンダイオード200は、中央のアノードバンプ29が信号線路12およびオープンスタブ線路17に、両側のカソードバンプ30が両側のガンダイオード用の表面接地電極13に接続するように実装される。
FIG. 9 is a partial cross-sectional view of a Gunn diode voltage controlled oscillator configured by mounting the
バラクタダイオード300は、アノードに接続したアノードバンプ(図示せず)が、オープンスタブ線路17の近傍に設置され、オープンスタブ線路17と高周波的に結合した伝送線路18に、カソードに接続したカソードバンプ(図示せず)が、伝送線路18の近傍に設置されたバックオープンスタブ線路21に接続するように実装されている。伝送線路18には、バラクタダイオード用の表面接地電極19が形成されており、バックオープンスタブ線路21には、バラクタダイオード用のバイアス電極20が形成されている。バイアス電極20に変調電圧が印加され、バラクタダイオード300の容量値が変化することにより発振周波数が変調され、ガンダイオード電圧制御発振器を構成している。この種の電圧制御型のガンダイオード発振回路は特許文献2に開示されている。31は放熱基台であるが、図10では図示を省略した。
このような従来のガンダイオード電圧制御発振器では、十分な変調幅と良好な線形性が得られないという問題点があった。本発明の目的は、良好な線形性を保った変調幅が広いガンダイオード電圧制御発振器を提供することを目的とする。 Such a conventional Gunn diode voltage controlled oscillator has a problem that a sufficient modulation width and good linearity cannot be obtained. An object of the present invention is to provide a Gunn diode voltage controlled oscillator having a wide modulation width while maintaining good linearity.
上記目的を達成するため本願請求項1に係る発明は、ガンダイオードとバラクタダイオードとを誘電体基板に設けた導体回路上に搭載し、前記導体回路は、前記誘電体基板の上面に線路を備え、該誘電体基板の裏面全面に裏面接地電極を備えたマイクロストリップ線路で構成され、前記線路に接続したバラクタダイオードに変調電圧を印加して発振周波数を変調させるバラクタダイオード変調回路を備えたガンダイオード電圧制御発振器において、前記バラクタダイオード変調回路を少なくとも2つ備え、一方のバラクタダイオード変調回路は、印加する変調電圧が大きくなるに伴い、変調増加幅が大きくなる変調特性とし、他方のバラクタダイオード変調回路は、印加する変調電圧が大きくなるに伴い、変調増加幅が小さくなる変調特性とし、前記バラクタダイオード変調回路に、それぞれ独立に、かつ同時に変調電圧を印加することにより、発振周波数を変調することを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a Gunn diode and a varactor diode are mounted on a conductor circuit provided on a dielectric substrate, and the conductor circuit includes a line on the upper surface of the dielectric substrate. A Gunn diode comprising a varactor diode modulation circuit which is composed of a microstrip line having a back surface ground electrode on the entire back surface of the dielectric substrate, and modulates the oscillation frequency by applying a modulation voltage to the varactor diode connected to the line. In the voltage controlled oscillator, at least two varactor diode modulation circuits are provided, and one of the varactor diode modulation circuits has a modulation characteristic in which the modulation increase width increases as the applied modulation voltage increases, and the other varactor diode modulation circuit. Is a modulation characteristic in which the modulation increase width decreases as the applied modulation voltage increases. , The varactor diode modulation circuit, each independently, and by applying a modulation voltage simultaneously, characterized by modulating the oscillation frequency.
本願請求項2に係る発明は、ガンダイオードとバラクタダイオードとを誘電体基板に設けた導体回路上に搭載し、前記導体回路は、前記誘電体基板の上面に、信号電極と、該信号電極に連続するオープンスタブ線路と、前記誘電体基板を貫通するヴィアホールを通して裏面接地電極と接続する表面接地電極と、前記オープンスタブ線路と高周波的に接続する伝送線路と、バックオープンスタブ線路とを備え、前記誘電体基板の裏面全面に前記裏面接地電極を備えたマイクロストリップ線路で構成され、前記ガンダイオードは、アノード又はカソードのいずれか一方を前記オープンスタブ線路に接続し、カソード又はアノードのいずれか一方を前記表面接地電極に接続し、前記バラクタダイオードは、アノード又はカソードのいずれか一方を前記伝送線路に接続し、カソード又はアノードのいずれか一方を前記バックオープンスタブ線路に接続し、該バックオープンスタブ線路に変調電圧を印加して発振周波数を変調させるバラクタダイオード変調回路を備えたガンダイオード電圧制御発振器において、前記バラクタダイオード変調回路を少なくとも2つ備え、一方のバラクタダイオード変調回路は、印加する変調電圧が大きくなるに伴い、変調増加幅が大きくなる変調特性とし、他方のバラクタダイオード変調回路は、印加する変調電圧が大きくなるに伴い、変調増加幅が小さくなる変調特性とし、前記バラクタダイオード変調回路に、それぞれ独立に、かつ同時に変調電圧を印加することにより、発振周波数を変調することを特徴とする。
The invention according to
本願請求項3に係る発明は、請求項2記載のガンダイオード電圧制御発振器において、前記オープンスタブ線路と高周波的に結合する前記伝送線路の幅が、前記バラクタダイオード変調回路ごとに異なることを特徴とする。
The invention according to
本願請求項4に係る発明は、請求項1乃至3いずれか記載のガンダイオード電圧制御発振器において、前記バラクタダイオード変調回路は、印加する変調電圧が大きくなるに伴い、変調増加幅が大きくなり、さらに印加する変調電圧を大きくしたとき、変調増加幅が小さくなる変調特性となり、前記一方のバラクタダイオード変調回路は、印加する前記変調電圧が大きくなるに伴い、変調増加幅が大きくなる電圧範囲で、前記変調電圧を印加し、前記他方のバラクタダイオード変調回路は、印加する前記変調電圧が大きくなるに伴い、変調増加幅が小さくなる電圧範囲で、前記変調電圧を印加することにより、発振周波数を変調することを特徴とする。
The invention according to
本発明のガンダイオード電圧制御発振器は、バラクタダイオード変調回路を少なくとも2つ備え、一方のバラクタダイオード変調回路の変調特性と他方のバラクタダイオード変調回路の変調特性を組み合わせることで、バラクタダイオード変調回路を1つだけ備える場合と比較して、線形性を保った変調幅の広い特性を得ることができる。 The Gunn diode voltage controlled oscillator of the present invention includes at least two varactor diode modulation circuits, and combines the modulation characteristics of one varactor diode modulation circuit with the modulation characteristics of the other varactor diode modulation circuit, thereby providing one varactor diode modulation circuit. Compared with the case of providing only one, it is possible to obtain characteristics with a wide modulation width while maintaining linearity.
バラクタダイオード変調回路の変調特性は、バラクタダイオードを実装した伝送線路の幅を変えることで、オープンスタブ電極との結合度を変え、簡便に調整することができる。また、ほぼ等しい特性の2つのバラクタダイオードを用いて、一方を印加電圧の小さい電圧範囲で使用するバラクタダイオード変調回路として使用し、他方を印加電圧の大きい電圧範囲で使用するバラクタダイオード変調回路として組合せて使用することで、容易に調整することができる。 The modulation characteristics of the varactor diode modulation circuit can be easily adjusted by changing the degree of coupling with the open stub electrode by changing the width of the transmission line on which the varactor diode is mounted. Also, using two varactor diodes with almost equal characteristics, one is used as a varactor diode modulation circuit that is used in a voltage range with a small applied voltage, and the other is combined as a varactor diode modulation circuit that is used in a voltage range with a large applied voltage. Can be easily adjusted.
以下、本発明のガンダイオード電圧制御発振器について、詳細に説明する。 Hereinafter, the Gunn diode voltage controlled oscillator of the present invention will be described in detail.
図1は表面実装型のガンダイオード200を用いた本発明のガンダイオード電圧制御発振器の第1の実施例の説明図である。ガンダイオード200は、図8に示したように底面中央にアノードバンプ29が、両側にカソードバンプ30が各々突出形成された表面実装型のガンダイオードであり、マイクロストリップ線路で構成された出力用の信号線路12に後述するように実装されている。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a first embodiment of a Gunn diode voltage controlled oscillator according to the present invention using a surface
発振回路は、窒化アルミニウム(AlN)、シリコン(Si)、シリコンカーバイド(SiC)、ダイアモンド等のように比抵抗が106Ω・cm以上、熱電導率が140W/mK以上で良好な半絶縁性の基板を誘電体基板11とし、その誘電体基板11の表面に、出力用の信号線路12、ガンダイオード用の表面接地電極13、オープンスタブ線路17、ガンダイオード200へ電源を供給するためのガンダイオード用のバイアス電極16が形成されている。また、オープンスタブ線路17に高周波的に結合した伝送線路18A、伝送線路18A近傍に設置されたバックオープンスタブ線路21A、バラクタダイオード300Aへ変調電圧を印加するためのバラクタダイオード用のバイアス電極20A、バラクタダイオード用の表面接地電極19Aが形成されている。そしてさらに、オープンスタブ線路17に高周波的に結合した伝送線路18B、伝送線路18B近傍に設置されたバックオープンスタブ線路21B、バラクタダイオード300Bへ変調電圧を印加するためのバラクタダイオード用のバイアス電極20B、バラクタダイオード用の表面接地電極19Bが形成されている。各表面接地電極13、19A、19Bは、誘電体基板11を貫通するヴィアホール15を通して、裏面接地電極14に接続している。
The oscillation circuit has a good semi-insulating property with a specific resistance of 10 6 Ω · cm or more and a thermal conductivity of 140 W / mK or more such as aluminum nitride (AlN), silicon (Si), silicon carbide (SiC), diamond, etc. This substrate is a
ガンダイオード200は、中央のアノードバンプ29が信号線路12およびオープンスタブ線路17に、両側のカソードバンプ30が両側のガンダイオード用の表面接地電極13に接続するように実装されている。またバラクタダイオード300Aは、アノードに接続したアノードバンプ(図示せず)が伝送線路18Aに、カソードに接続したカソードバンプ(図示せず)が、バックオープンスタブ線路21Aに接続するように実装され、第1のバラクタダイオード変調回路を構成している。さらに、バラクタダイオード300Bは、アノードに接続したアノードバンプ(図示せず)が伝送線路18Bに、カソードに接続したカソードバンプ(図示せず)が、バックオープンスタブ線路21Bに接続するように実装され、第2のバラクタダイオード変調回路を構成している。
The
このような構成のガンダイオード電圧制御発振器では、ガンダイオード用のバイアス電極16を介してガンダイオード200にバイアス電圧を印加し、バラクタダイオード用のバイアス電極20Aを介してバラクタダイオード300Aにバイアス電圧を印加するとともに、同時にバラクタダイオード用のバイアス電極20Bを介してバラクタダイオード300Bにバイアス電圧を印加することで、ガンダイオード200の出力信号の発振周波数を、2つのバラクタダイオード変調回路によって変調することができる。
In the Gunn diode voltage controlled oscillator having such a configuration, a bias voltage is applied to the
ここで本実施例では、一方のバラクタダイオード変調回路に印加する変調電圧と、他方のバラクタダイオード変調回路に印加する変調電圧は、次のように設定する。 In this embodiment, the modulation voltage applied to one varactor diode modulation circuit and the modulation voltage applied to the other varactor diode modulation circuit are set as follows.
図2は、バラクタダイオード300Aを搭載した第1のバラクタダイオード変調回路(第1の変調回路と表示)とバラクタダイオード300Bを搭載した第2のバラクタダイオード変調回路(第2の変調回路と表示)の変調特性を示すグラフである。図2に示すようにバラクタダイオードに印加する変調電圧が大きくなるに従い、発振周波数が変化していることがわかる。また、変調電圧を0Vから徐々に大きくしていくと、変調電圧が大きくなるに伴い、変調増加幅(所定の電圧から一定幅の電圧まで増加させたとき、変化する発振周波数幅)が徐々に大きくなっていく領域と、変調電圧がある程度大きくなると、変調電圧が大きくなるに伴い、変調増加幅が徐々に小さくなる領域があることがわかる。
FIG. 2 shows a first varactor diode modulation circuit (displayed as a first modulation circuit) mounted with a
本発明は、このような変調増加幅の変化が相互に異なる変調特性を有するバラクタダイオード変調回路を組み合わせて使用することで、線形性が良好で、広い変調幅を有するガンダイオード電圧制御発振器を提供している。一例として、図2に示す変調特性を有するバラクタダイオード変調回路の場合、0〜10Vの範囲が、変調増加幅が徐々に大きくなる領域であり、10〜15Vの範囲が、変調増加幅が徐々に小さくなる領域となっている。そこで、第1のバラクタダイオード変調回路には、0〜10Vの変調電圧を印加し、第2のバラクタダイオード変調回路には、10〜15Vの変調電圧を同時に印加する構成とする。具体的には、第1のバラクタダイオード変調回路に0、1、2、3・・・10Vと変調電圧を印加するとき、第2のバラクタダイオード変調回路には、10.0、10.5、11.0、11.5・・・15.0Vとなるように変調電圧を、それぞれ独立に、かつ同時に印加した。 The present invention provides a Gunn diode voltage controlled oscillator having good linearity and a wide modulation width by using a combination of varactor diode modulation circuits having different modulation characteristics with different modulation increase widths. is doing. As an example, in the case of the varactor diode modulation circuit having the modulation characteristics shown in FIG. 2, the range of 0 to 10V is a region where the modulation increase width gradually increases, and the range of 10 to 15V is the modulation increase width gradually. This is a smaller area. Therefore, a configuration is adopted in which a modulation voltage of 0 to 10 V is applied to the first varactor diode modulation circuit, and a modulation voltage of 10 to 15 V is simultaneously applied to the second varactor diode modulation circuit. Specifically, when a modulation voltage of 0, 1, 2, 3,... 10 V is applied to the first varactor diode modulation circuit, 10.0, 10.5, The modulation voltages were applied independently and simultaneously so as to be 11.0, 11.5.
図3は、図2に示す2つのバラクタダイオード変調回路を用いた場合のガンダイオード電圧制御発振器の変調特性を示すグラフである。図3において変調電圧は、第1のバラクタダイオード変調回路に印加する変調電圧を示している。図3に示すように、変調電圧が0〜10Vの範囲で変化させたとき(第2のバラクタダイオード変調回路の変調電圧は、10〜15Vの範囲で変化させる)、変調幅は210MHz、線形性は0.95%という結果となった。比較のため、図1に示す第1のバラクタダイオード変調回路のみを使用した場合(変調電圧0〜10V)、変調幅は122MHz、線形性は7.4%であり、同様に第2のバラクタダイオード変調回路のみを使用した場合(変調電圧0〜10V)、変調幅は159MHz、線形性は7.5%であり、本発明の特性が優れていることが良くわかる。
FIG. 3 is a graph showing the modulation characteristics of the Gunn diode voltage controlled oscillator when the two varactor diode modulation circuits shown in FIG. 2 are used. In FIG. 3, the modulation voltage indicates the modulation voltage applied to the first varactor diode modulation circuit. As shown in FIG. 3, when the modulation voltage is changed in the range of 0 to 10 V (the modulation voltage of the second varactor diode modulation circuit is changed in the range of 10 to 15 V), the modulation width is 210 MHz, linearity The result was 0.95%. For comparison, when only the first varactor diode modulation circuit shown in FIG. 1 is used (
なお本実施例では、バラクタダイオード変調回路が2つである場合に限定されるものではなく、その数を増やすことにより、変調幅の向上、線形性の改善、さらに発振周波数の微調整が可能となる。なお、印加する変調電圧は、所望の周波数特性が得られるように適宜設定されるものであり、例えば2つのバラクタダイオード変調回路を備える構成とする場合には、後述するように、印加する変調電圧のほぼ半分で、変調特性の直線が交差するような条件に設定すると、簡便に調整することができる。バラクタダイオード変調回路は、図2に示すように相互に異なる変調特性を示すものに限らず、ほぼ同じ変調特性を示すものであっても良く、その変調特性に応じて、印加する変調電圧を所望の周波数特性を得ることができるように適宜設定すればよい。 In the present embodiment, the number of varactor diode modulation circuits is not limited to two. By increasing the number of varactor diode modulation circuits, the modulation width can be improved, the linearity can be improved, and the oscillation frequency can be finely adjusted. Become. The modulation voltage to be applied is appropriately set so as to obtain a desired frequency characteristic. For example, in the case of a configuration including two varactor diode modulation circuits, the modulation voltage to be applied is described later. If the condition is set so that the straight line of the modulation characteristic intersects almost half of the distance, the adjustment can be easily made. The varactor diode modulation circuit is not limited to one having different modulation characteristics as shown in FIG. 2, and may have substantially the same modulation characteristics, and the modulation voltage to be applied is desired according to the modulation characteristics. What is necessary is just to set suitably so that the frequency characteristic of this can be obtained.
図4は、表面実装型のガンダイオード200を用いた本発明のガンダイオード電圧制御発振器の第2の実施例の説明図である。第1の実施例同様、ガンダイオード200は、図8に示したように底面中央にアノードバンプ29が、両側にカソードバンプ30が各々突出形成された表面実装型のガンダイオードであり、マイクロストリップ線路で構成された出力用の信号線路12に後述するように実装されている。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a second embodiment of the Gunn diode voltage controlled oscillator of the present invention using the surface mount
発振回路は、図1で説明したように、窒化アルミニウム(AlN)、シリコン(Si)、シリコンカーバイド(SiC)、ダイアモンド等のように比抵抗が106Ω・cm以上、熱電導率が140W/mK以上で良好な半絶縁性の基板を誘電体基板11とし、その誘電体基板11の表面に、出力用の信号線路12、ガンダイオード用の表面接地電極13、オープンスタブ線路17、ガンダイオード200へ電源を供給するためのガンダイオード用のバイアス電極16が形成されている。また、オープンスタブ線路17に高周波的に結合した伝送線路18C、伝送線路18C近傍に設置されたバックオープンスタブ線路21C、バラクタダイオード300Cへ変調電圧を印加するためのバラクタダイオード用のバイアス電極20C、バラクタダイオード用の表面接地電極19Cが形成されている。そしてさらに本実施例では、オープンスタブ線路17に高周波的に結合した幅の狭い伝送線路18D、伝送線路18D近傍に設置されたバックオープンスタブ線路21D、バラクタダイオード300Dへ変調電圧を印加するためのバラクタダイオード用のバイアス電極20D、バラクタダイオード用の表面接地電極19Dが形成されている。伝送線路18Cと伝送線路18Dは、幅が異なるように形成することで、オープンスタブ線路17との結合度が異なるように構成されている。各表面接地電極13、19C、19Dは、誘電体基板11を貫通するヴィアホール15を通して、裏面接地電極14に接続している。
As described with reference to FIG. 1, the oscillation circuit has a specific resistance of 10 6 Ω · cm or more, such as aluminum nitride (AlN), silicon (Si), silicon carbide (SiC), diamond, etc., and a thermal conductivity of 140 W / cm. A
ガンダイオード200は、中央のアノードバンプ29が信号線路12およびオープンスタブ線路17に、両側のカソードバンプ30が両側のガンダイオード用の表面接地電極13に接続するように実装される。バラクタダイオード300Cは、アノードに接続したアノードバンプ(図示せず)が伝送線路18Cに、カソードに接続したカソードバンプ(図示せず)が、バックオープンスタブ線路21Cに接続するように実装され、第3のバラクタダイオード変調回路を構成している。さらに、バラクタダイオード300Dは、アノードに接続したアノードバンプ(図示せず)が伝送線路18Dに、カソードに接続したカソードバンプ(図示せず)が、バックオープンスタブ線路21Dに接続するように実装され、第4のバラクタダイオード変調回路を構成している。
The
このような構成のガンダイオード電圧制御発振器では、ガンダイオード用のバイアス電極16を介してガンダイオード200にバイアス電圧を印加し、バラクタダイオード用のバイアス電極20Cを介してバラクタダイオード300Cにバイアス電圧を印加するとともにバラクタダイオード用のバイアス電極20Dを介してバラクタダイオード300Dにバイアス電圧を印加することで、ガンダイオード200の出力信号の発振周波数を、2つのバラクタダイオード変調回路によって変調することができる。
In the Gunn diode voltage controlled oscillator having such a configuration, a bias voltage is applied to the
特に本実施例では、一方のバラクタダイオード変調回路に印加する変調電圧と、他方のバラクタダイオード変調回路に印加する変調電圧を次のように設定すると共に、伝送線路の形状を変えることで、発振周波数の変調を調整することが大きな特徴となっている。 In particular, in this embodiment, the modulation voltage applied to one varactor diode modulation circuit and the modulation voltage applied to the other varactor diode modulation circuit are set as follows, and the oscillation frequency is changed by changing the shape of the transmission line. It is a great feature to adjust the modulation of.
図5は、バラクタダイオード300Cを搭載した第3のバラクタダイオード変調回路とバラクタダイオード300Dを搭載した第4のバラクタダイオード変調回路の変調増加幅を示している。変調増加幅は、前述の通り、各変調電圧から一定幅の電圧まで増加させたとき変化する周波数幅で表している。図5に示すように、第3のバラクタダイオード変調回路及び第4のバラクタダイオード変調回路はいずれも、変調電圧が10Vのとき、変調増加幅が最大となることがわかる。また、第3のバラクタダイオード変調回路に比べて、伝送線路18Dの幅を狭く形成した第4のバラクタダイオード変調回路の変調幅が広くなっていることがわかる。
FIG. 5 shows the modulation increase widths of the third varactor diode modulation circuit on which the
このように変調増加幅の異なるバラクタダイオードを組み合わせて使用することにより、第1の実施例同様、線形性が良好で、広い変調幅を有するガンダイオード電圧制御発振器を構成することができる。 By using a combination of varactor diodes having different modulation increase widths as described above, a Gunn diode voltage controlled oscillator having a good linearity and a wide modulation width can be configured as in the first embodiment.
次に、図5に示す特性を有するバラクタダイオード変調回路を用いて、変調特性を調整する方法について説明する。図6は、第3のバラクタダイオード変調回路(第3の変調回路と表示)には、10〜15Vの変調電圧を印加し、第4のバラクタダイオード変調回路(第4の変調回路と表示)には、1〜10Vの変調電圧を印加した場合の変調増加幅を示している。この場合、図5に示すように、変調電圧が約3Vで各直線が交差している。一方図7は、第3のバラクタダイオード変調回路(第3の変調回路と表示)には、0〜10Vの変調電圧を印加し、第4のバラクタダイオード変調回路(第4の変調回路と表示)には、10〜15Vの変調電圧を印加した場合の変調増加幅を示している。図6に示す場合には、変調電圧が約5Vで各直線が交差している。このようなバラクタダイオード変調回路を用いてガンダイオード電圧制御発振器の変調特性を調べた結果、図6に示すバラクタダイオード変調回路を用いた場合には、線形性が2.63%であったのに対し、図7に示すバラクタダイオード変調回路を用いた場合には、線形性が0.95%という結果となった。一般的に、変調増加幅が右肩上がりに増加する変調特性と、逆に減少する変調特性とが、設定する変調電圧の変化幅のほぼ半分の電圧で交差するように調整することで、特性の優れたガンダイオード電圧制御発振器を得ることができることがわかった。また変調特性を示す直線の傾きは、印加する変調電圧幅を変更することで調整すればよい。 Next, a method for adjusting the modulation characteristics using the varactor diode modulation circuit having the characteristics shown in FIG. 5 will be described. In FIG. 6, a modulation voltage of 10 to 15 V is applied to the third varactor diode modulation circuit (denoted as the third modulation circuit), and the fourth varactor diode modulation circuit (denoted as the fourth modulation circuit) is applied. Indicates a modulation increase width when a modulation voltage of 1 to 10 V is applied. In this case, as shown in FIG. 5, the modulation voltage is about 3 V and the straight lines intersect. On the other hand, in FIG. 7, a modulation voltage of 0 to 10 V is applied to the third varactor diode modulation circuit (denoted as the third modulation circuit), and the fourth varactor diode modulation circuit (denoted as the fourth modulation circuit). Shows the modulation increase width when a modulation voltage of 10 to 15 V is applied. In the case shown in FIG. 6, the modulation voltage is about 5V and the straight lines intersect. As a result of examining the modulation characteristics of the Gunn diode voltage controlled oscillator using such a varactor diode modulation circuit, the linearity was 2.63% when the varactor diode modulation circuit shown in FIG. 6 was used. On the other hand, when the varactor diode modulation circuit shown in FIG. 7 was used, the linearity was 0.95%. Generally, by adjusting so that the modulation characteristic where the modulation increase width increases to the right and the modulation characteristic which decreases conversely are crossed at almost half of the change width of the modulation voltage to be set. It was found that an excellent Gunn diode voltage controlled oscillator can be obtained. The slope of the straight line indicating the modulation characteristic may be adjusted by changing the modulation voltage width to be applied.
以上本発明の実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、導体線路の形状、バラクタダイオードに印加する変調電圧の設定は、所望の発振特性を得るため、適宜設定すればよい。また、ガンダイオード200は、ガンダイオード機能部を挟むようにアノード電極とカソード電極を反対面に形成し、ピル型パッケージ内に組み立てたピル型ガンダイオードを用いる等、表面実装型に限るものではない。ピル型ガンダイオードを用いる場合は、表面接地電極13は必ずしも必要ではない。バラクタダイオードも表面実装型に限るものではない。
As mentioned above, although the Example of this invention was described, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the said Example. For example, the shape of the conductor line and the modulation voltage applied to the varactor diode may be set as appropriate in order to obtain desired oscillation characteristics. Further, the
100:発振回路、200:ガンダイオード、300A、300B、300C:バラクタダイオード、11:誘電体基板、12:信号線路、13:ガンダイオード用の表面接地電極、14:裏面接地電極、15:ヴィアホール、16:ガンダイオード用のバイアス電極、17:オープンスタブ線路、18、18A、18B、18C:伝送線路、19、19A、19B、19C:バラクタダイオード用の表面接地電極、20、20A、20B、20C:バラクタダイオード用のバイアス電極、21、21A、21B、21C:バックオープンスタブ線路、22:半導体基板、23:第1の半導体層、24:活性層、25:第2の半導体層、26:絶縁体、27:アノード電極、28:カソード電極、29:アノードバンプ、30:カソードバンプ、31:放熱基台 100: Oscillator circuit, 200: Gunn diode, 300A, 300B, 300C: Varactor diode, 11: Dielectric substrate, 12: Signal line, 13: Surface ground electrode for Gunn diode, 14: Back surface ground electrode, 15: Via hole , 16: bias electrode for Gunn diode, 17: open stub line, 18, 18A, 18B, 18C: transmission line, 19, 19A, 19B, 19C: surface ground electrode for varactor diode, 20, 20A, 20B, 20C : Bias electrode for varactor diode, 21, 21A, 21B, 21C: back-open stub line, 22: semiconductor substrate, 23: first semiconductor layer, 24: active layer, 25: second semiconductor layer, 26: insulation 27: anode electrode, 28: cathode electrode, 29: anode bump, 30: cathode van , 31: radiator base
Claims (4)
前記導体回路は、前記誘電体基板の上面に線路を備え、該誘電体基板の裏面全面に裏面接地電極を備えたマイクロストリップ線路で構成され、前記線路に接続したバラクタダイオードに変調電圧を印加して発振周波数を変調させるバラクタダイオード変調回路を備えたガンダイオード電圧制御発振器において、
前記バラクタダイオード変調回路を少なくとも2つ備え、
一方のバラクタダイオード変調回路は、印加する変調電圧が大きくなるに伴い、変調増加幅が大きくなる変調特性とし、他方のバラクタダイオード変調回路は、印加する変調電圧が大きくなるに伴い、変調増加幅が小さくなる変調特性とし、
前記バラクタダイオード変調回路に、それぞれ独立に、かつ同時に変調電圧を印加することにより、発振周波数を変調することを特徴とするガンダイオード電圧制御発振器。 A Gunn diode and a varactor diode are mounted on a conductor circuit provided on a dielectric substrate,
The conductor circuit comprises a microstrip line having a line on the top surface of the dielectric substrate and a back ground electrode on the entire back surface of the dielectric substrate, and applies a modulation voltage to a varactor diode connected to the line. In a Gunn diode voltage controlled oscillator with a varactor diode modulation circuit that modulates the oscillation frequency by
Comprising at least two varactor diode modulation circuits;
One varactor diode modulation circuit has a modulation characteristic that increases the modulation increase width as the applied modulation voltage increases, and the other varactor diode modulation circuit increases the modulation increase width as the applied modulation voltage increases. The modulation characteristics become smaller,
A Gunn diode voltage controlled oscillator characterized by modulating an oscillation frequency by applying a modulation voltage to each of the varactor diode modulation circuits independently and simultaneously.
前記導体回路は、前記誘電体基板の上面に、信号電極と、該信号電極に連続するオープンスタブ線路と、前記誘電体基板を貫通するヴィアホールを通して裏面接地電極と接続する表面接地電極と、前記オープンスタブ線路と高周波的に接続する伝送線路と、バックオープンスタブ線路とを備え、前記誘電体基板の裏面全面に前記裏面接地電極を備えたマイクロストリップ線路で構成され、
前記ガンダイオードは、アノード又はカソードのいずれか一方を前記オープンスタブ線路に接続し、カソード又はアノードのいずれか一方を前記表面接地電極に接続し、
前記バラクタダイオードは、アノード又はカソードのいずれか一方を前記伝送線路に接続し、カソード又はアノードのいずれか一方を前記バックオープンスタブ線路に接続し、
該バックオープンスタブ線路に変調電圧を印加して発振周波数を変調させるバラクタダイオード変調回路を備えたガンダイオード電圧制御発振器において、
前記バラクタダイオード変調回路を少なくとも2つ備え、
一方のバラクタダイオード変調回路は、印加する変調電圧が大きくなるに伴い、変調増加幅が大きくなる変調特性とし、他方のバラクタダイオード変調回路は、印加する変調電圧が大きくなるに伴い、変調増加幅が小さくなる変調特性とし、
前記バラクタダイオード変調回路に、それぞれ独立に、かつ同時に変調電圧を印加することにより、発振周波数を変調することを特徴とするガンダイオード電圧制御発振器。 A Gunn diode and a varactor diode are mounted on a conductor circuit provided on a dielectric substrate,
The conductor circuit has a signal electrode on the top surface of the dielectric substrate, an open stub line continuous to the signal electrode, a surface ground electrode connected to a back ground electrode through a via hole penetrating the dielectric substrate, A transmission line that is connected to the open stub line at a high frequency, and a back open stub line, and is configured by a microstrip line that includes the back surface ground electrode on the entire back surface of the dielectric substrate,
The Gunn diode has either an anode or a cathode connected to the open stub line, and either a cathode or an anode connected to the surface ground electrode,
The varactor diode has either an anode or a cathode connected to the transmission line, and either a cathode or an anode connected to the back-open stub line,
In a Gunn diode voltage controlled oscillator including a varactor diode modulation circuit that modulates an oscillation frequency by applying a modulation voltage to the back-open stub line,
Comprising at least two varactor diode modulation circuits;
One varactor diode modulation circuit has a modulation characteristic that increases the modulation increase width as the applied modulation voltage increases, and the other varactor diode modulation circuit increases the modulation increase width as the applied modulation voltage increases. The modulation characteristics become smaller,
A Gunn diode voltage controlled oscillator characterized by modulating an oscillation frequency by applying a modulation voltage to each of the varactor diode modulation circuits independently and simultaneously.
前記オープンスタブ線路と高周波的に結合する前記伝送線路の幅が、前記バラクタダイオード変調回路ごとに異なることを特徴とするガンダイオード電圧制御発振器。 The Gunn diode voltage controlled oscillator according to claim 2,
A Gunn diode voltage controlled oscillator, wherein a width of the transmission line coupled to the open stub line at a high frequency is different for each varactor diode modulation circuit.
前記バラクタダイオード変調回路は、印加する変調電圧が大きくなるに伴い、変調増加幅が大きくなり、さらに印加する変調電圧を大きくしたとき、変調増加幅が小さくなる変調特性となり、
前記一方のバラクタダイオード変調回路は、印加する前記変調電圧が大きくなるに伴い、変調増加幅が大きくなる電圧範囲で、前記変調電圧を印加し、前記他方のバラクタダイオード変調回路は、印加する前記変調電圧が大きくなるに伴い、変調増加幅が小さくなる電圧範囲で、前記変調電圧を印加することにより、発振周波数を変調することを特徴とするガンダイオード電圧制御発振器。 The Gunn diode voltage controlled oscillator according to any one of claims 1 to 3,
The varactor diode modulation circuit has a modulation characteristic that the modulation increase width increases as the applied modulation voltage increases, and the modulation increase width decreases when the applied modulation voltage is further increased.
The one varactor diode modulation circuit applies the modulation voltage in a voltage range in which the modulation increase width increases as the modulation voltage applied increases, and the other varactor diode modulation circuit applies the modulation applied. A Gunn diode voltage controlled oscillator, wherein the oscillation frequency is modulated by applying the modulation voltage in a voltage range in which the modulation increase width decreases as the voltage increases.
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