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JP5172392B2 - Gunn diode voltage controlled oscillator - Google Patents

Gunn diode voltage controlled oscillator Download PDF

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JP5172392B2
JP5172392B2 JP2008054192A JP2008054192A JP5172392B2 JP 5172392 B2 JP5172392 B2 JP 5172392B2 JP 2008054192 A JP2008054192 A JP 2008054192A JP 2008054192 A JP2008054192 A JP 2008054192A JP 5172392 B2 JP5172392 B2 JP 5172392B2
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  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

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4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4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. 4 shows a surface view (a) and a cross-sectional view (b) of a gallium arsenide (GaAs) surface-mount type Gunn diode 200 having a mesa structure used in a microwave or millimeter wave band oscillator. A first semiconductor layer 23 made of high-concentration n-type GaAs, an active layer 24 made of low-concentration n-type GaAs, and a high-concentration n-type GaAs are formed on a semiconductor substrate 22 made of high-concentration n-type GaAs by MBE or MOCVD. The second semiconductor layer 25 is sequentially stacked, and has a mesa structure in order to reduce the area of the electron travel space. 26 is an insulator, 27 is an anode electrode, 28 is a cathode electrode, 29 is an anode bump formed by conductive protrusions, and 30 is a cathode bump formed by conductive protrusions. The insulator 26 is formed in a cylindrical shape by boron implantation from the upper surface to the boundary between the active layer 24 and the first semiconductor layer 23, the anode electrode 27 is separated from the cathode electrode 28, and the inner side surrounded by the insulator 26 is formed. A functional part of a Gunn diode is formed by the active layer 24 and the second semiconductor layer 25. In FIG. 4, six cylindrical portions surrounded by the insulator 26 are formed, and Gunn diode function portions are formed below the six anode electrodes 27. The anode bumps 29 are respectively formed on the upper surfaces of all of the six anode electrodes 27, and the cathode bumps 30 are three on one side so that a group of anode bumps 29 are sandwiched from both sides of the upper surface of the cathode electrode 28. A total of six are formed. This type of surface-mount type Gunn diode is disclosed in Patent Document 1.

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 first semiconductor layer 23, the active layer 24 and the second semiconductor layer 25, and the cathode electrode on the semiconductor substrate side. In some cases, the Gunn diode element is formed and assembled into a pill type package and used as a pill type Gunn diode.

図5は、図4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6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型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及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. 5 is a partial cross-sectional view of a Gunn diode voltage controlled oscillator configured by mounting the Gunn diode 200 of FIG. 4 on an oscillation circuit 100 formed of a microstrip line. FIG. 6 is an overall perspective view of a Gunn diode voltage controlled oscillator constituted by a microstrip line. In the oscillation circuit 100, an output signal line 12 constituted by a microstrip line and an open stub line 17 constituting a resonator are formed on the upper surface of a dielectric substrate 11, and the open stub line 17 is sandwiched from both sides. The surface ground electrode 13 for two Gunn diodes is formed, and the back surface ground electrode 14 is formed on the back surface, and each surface ground electrode 13 and the back surface ground electrode 14 are electrically connected by the via hole 15 penetrating the dielectric substrate 11. It has been made. On the output signal line 12, a Gunn diode bias electrode 16 for supplying power to the Gunn diode 200 is formed. The Gunn diode 200 is mounted such that the central anode bump 29 is connected to the signal line 12 and the open stub line 17 and the cathode bumps 30 on both sides are connected to the surface ground electrodes 13 for the Gunn diodes on both sides.

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6では図示を省略した。
特開2003−152246号公報 特開2002−9551号公報
In the varactor diode 300, an anode bump (not shown) connected to the anode is installed near the open stub line 17, and a cathode bump ( (Not shown) is mounted so as to be connected to the back-open stub line 21 installed in the vicinity of the transmission line 18. A surface ground electrode 19 for varactor diode is formed on the transmission line 18, and a bias electrode 20 for varactor diode is formed on the back-open stub line 21. A modulation voltage is applied to the bias electrode 20, and the oscillation frequency is modulated by changing the capacitance value of the varactor diode 300, thereby constituting a Gunn diode voltage controlled oscillator. This type of voltage-controlled Gunn diode oscillation circuit is disclosed in Patent Document 2. Although 31 is a heat radiation base, illustration was abbreviate | omitted in FIG.
JP 2003-152246 A Japanese Patent Laid-Open No. 2002-9551

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、誘電体基板の表面に形成されたマイクロストリップ線路からなる信号電極と、該信号電極に接続する電源供給用の第1のバイアス電極と、前記信号電極の一方の端部に配置されたオープンスタブ線路と、該オーブンスタブ線路近傍で前記信号電極を挟んで配置された2つの第1の表面接地電極と、前記誘電体基板の裏面全面に形成された裏面接地電極と、前記2つの第1の表面接地電極と該裏面接地電極とをそれぞれ接続する前記誘電体基板を貫通する2つの第1のヴィアホールと、前記信号電極の他方の端部に配置された発振信号の出力部と、底面の中央に形成されたアノード又はカソードのいずれか一方の電極と、前記底面の両側に形成された他方の電極とを備え、前記一方の電極を前記信号電極に接続すると共に前記他方の電極を前記表面接地電極にそれぞれ接続した表面実装型のガンダイオードと、前記オープンスタブ線路と高周波的に結合する伝送線路と、該伝送線路に接続する第2の表面接地電極と、該第2の表面接地電極と前記裏面接地電極とを接続する前記誘電体基板を貫通する第2のヴィアホールと、前記伝送線路近傍に配置されたバックオープンスタブと、該バックオープンスタブに接続する変調電圧印加用の第2のバイアス電極と、アノード又はカソードのいずれか一方の電極を前記伝送線路に接続すると共に他方の電極を前記バックオープンスタブにそれぞれ接続したバラクタダイオードとからなるバラクタダイオード変調回路とを具備し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2つ備え、前記オープンスタブ線路が2つに分岐する分岐部を有し、前記2つのバラクタダイオード変調回路の一方は、前記分岐部から分岐した一方のオープンスタブ線路と高周波的に結合し、前記2つのバラクタダイオード変調回路の他方は、前記分岐部から分岐した他方のオープンスタブと高周波的に結合し、前記2つ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を有し、前記2つのバラクタダイオード変調回路の一方は、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、他方は、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し、前記2つのバラクタダイオード変調回路への前記変調電圧の印加を、それぞれ独立に、かつ同時に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, the invention according to claim 1 of the present application includes a signal electrode made of a microstrip line formed on the surface of a dielectric substrate, a first bias electrode for power supply connected to the signal electrode, An open stub line disposed at one end of the signal electrode, two first surface ground electrodes disposed across the signal electrode in the vicinity of the oven stub line, and an entire back surface of the dielectric substrate. The formed back surface ground electrode, the two first front surface ground electrodes, the two first via holes penetrating the dielectric substrate respectively connecting the back surface ground electrode, and the other end of the signal electrode An oscillation signal output unit disposed in the unit, one of an anode or a cathode formed in the center of the bottom surface, and the other electrode formed on both sides of the bottom surface, the one electrode being A surface-mounted Gunn diode connected to the signal electrode and the other electrode connected to the surface ground electrode, a transmission line coupled to the open stub line at high frequency, and a second connected to the transmission line A surface ground electrode, a second via hole penetrating the dielectric substrate connecting the second surface ground electrode and the back surface ground electrode, a back-open stub disposed near the transmission line, A second bias electrode for applying a modulation voltage to be connected to the back-open stub, and a varactor diode having one of an anode and a cathode connected to the transmission line and the other electrode connected to the back-open stub. in Gunn diode voltage controlled oscillator comprising a varactor diode modulation circuit consisting of the Barakutadai Comprises two over de modulation circuit, wherein the open stub line has a branching portion that branches into two, wherein one of the two varactor diodes modulation circuit, a high-frequency manner and branched one open stub line from the branch portion And the other of the two varactor diode modulation circuits is coupled with the other open stub branched from the branch section at a high frequency, and the two varactor diode modulation circuits are applied as the modulation voltage applied increases. When the modulation increase width is further increased and the modulation voltage to be applied is further increased, the modulation increase width is decreased, and one of the two varactor diode modulation circuits increases the modulation voltage to be applied. Accordingly, the modulation voltage is applied in a voltage range in which the modulation increase width increases, and the other changes as the modulation voltage to be applied increases. Modulating the oscillation frequency by applying the modulation voltage in a voltage range in which the increase width becomes small, and applying the modulation voltage to the two varactor diode modulation circuits independently and simultaneously. It is characterized by.

本願請求項2にかかる発明は、請求項1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により、前記2つのバラクタダイオード変調回路の変調特性が相互に異なることを特徴とする。 The invention according to the claims 2, in the Gunn diode voltage controlled oscillator of claim 1, wherein the width of the open stub line and the high-frequency coupled to the transmission line, the different for each said varactor diode modulation circuit, wherein The modulation characteristics of the two varactor diode modulation circuits are different from each other .

本発明のガンダイオード電圧制御発振器は、少なくとも2つに分岐したオープンスタブ線路それぞれに、高周波的に結合するバラクタダイオード変調回路を備える構造とし、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 according to the present invention has a structure including a varactor diode modulation circuit coupled at high frequency to each of at least two open stub lines, and the modulation characteristics of one varactor diode modulation circuit and the other varactor diode By combining the modulation characteristics of the modulation circuit, it is possible to obtain a characteristic having a wide modulation width while maintaining linearity as compared with a case where only one varactor diode modulation circuit is provided.

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組み合わ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実施例の説明図である。ガンダイオード200は、図4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及びオープンスタブ線路に後述するように実装されている。   FIG. 1 is an explanatory diagram of an embodiment of a Gunn diode voltage controlled oscillator according to the present invention using a surface mount Gunn diode 200. As shown in FIG. 4, the Gunn diode 200 is a surface-mounted Gunn diode in which an anode bump 29 is projected at the center of the bottom surface and a cathode bump 30 is formed on both sides. The Gunn diode 200 is an output diode composed of a microstrip line. The signal line 12 and the open stub line are mounted as described later.

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。オープンスタブ線路17は途中で2つに分岐し、終端において再度1つに接接続されており、オープンスタブ線路17の分岐部の一方と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の分岐部の他方と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 dielectric substrate 11, and a gun for supplying power to the output signal line 12, the surface ground electrode 13 for the Gunn diode, the open stub line 17, and the Gunn diode 200 on the surface of the dielectric substrate 11. A bias electrode 16 for the diode is formed. The open stub line 17 branches into two in the middle and is connected again to one at the end, and is installed near one of the branch parts of the open stub line 17 at a high frequency and in the vicinity of the transmission line 18A. The back-open stub line 21A, the varactor diode bias electrode 20A for applying a modulation voltage to the varactor diode 300A, and the varactor diode surface ground electrode 19A are formed. Further, for the varactor diode for applying the modulation voltage to the transmission line 18B coupled to the other of the branch portions of the open stub line 17 in high frequency, the back open stub line 21B installed near the transmission line 18B, and the varactor diode 300B. Bias electrode 20B and surface ground electrode 19B for the varactor diode are formed. Each front surface ground electrode 13, 19 </ b> A, 19 </ b> B is connected to the back surface ground electrode 14 through a via hole 15 penetrating the dielectric substrate 11.

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 Gunn diode 200 is mounted such that the central anode bump 29 is connected to the signal line 12 and the open stub line 17, and the cathode bumps 30 on both sides are connected to the surface ground electrodes 13 for the Gunn diodes on both sides. The varactor diode 300A is mounted such that an anode bump (not shown) connected to the anode is connected to the transmission line 18A, and a cathode bump (not shown) connected to the cathode is connected to the back-open stub line 21A. 1 varactor diode modulation circuit. Further, the varactor diode 300B is mounted such that an anode bump (not shown) connected to the anode is connected to the transmission line 18B, and a cathode bump (not shown) connected to the cathode is connected to the back-open stub line 21B. A second varactor diode modulation circuit is configured.

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 Gunn diode 200 via the Gunn diode bias electrode 16, and a bias voltage is applied to the varactor diode 300A via the varactor diode bias electrode 20A. At the same time, by applying a bias voltage to the varactor diode 300B via the varactor diode bias electrode 20B, the oscillation frequency of the output signal of the Gunn diode 200 can be modulated by the two varactor diode modulation circuits.

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 varactor diode 300A and a second varactor diode modulation circuit (displayed as a second modulation circuit) mounted with a varactor diode 300B. It is a graph which shows a modulation characteristic. As can be seen from FIG. 2, the oscillation frequency changes as the modulation voltage applied to the varactor diode increases. As the modulation voltage is gradually increased from 0 V, the modulation increase width (the oscillation frequency width that changes when the voltage is increased from a predetermined voltage to a constant width) gradually increases as the modulation voltage increases. It can be seen that there is a region where the modulation increases, and when the modulation voltage increases to some extent, there is a region where the modulation increase width gradually decreases as the modulation voltage increases.

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。特に、オープンスタブ線路17を分岐させ、その分岐させた部分にそれぞれバラクタダイオード変調回路を備え、オープンスタブ線路17の終端で1つに接続する構造としたことで、各々のバラクタダイオード変調回路の伝送線路18A、18Bとオープンスタブ線路17との結合度が増す。その結果、オープンスタブ線路17を分岐しないガンダイオード電圧制御発振器と比較して変調幅が大幅に広がり、後述のように各々のバラクタダイオード変調回路に電圧を印加することで、良好な線形性が得られる。   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. doing. In particular, the open stub line 17 is branched, and each of the branched parts is provided with a varactor diode modulation circuit and connected to one at the end of the open stub line 17, so that transmission of each varactor diode modulation circuit is performed. The degree of coupling between the lines 18A and 18B and the open stub line 17 increases. As a result, compared with a Gunn diode voltage controlled oscillator that does not branch the open stub line 17, the modulation width is greatly widened. By applying a voltage to each varactor diode modulation circuit as described later, good linearity is obtained. It is done.

各々のバラクタダイオード変調回路に印加する電圧は、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。   As an example, in the case of the varactor diode modulation circuit having the modulation characteristics shown in FIG. 2, the voltage applied to each varactor diode modulation circuit is in the range of 0 to 10 V, where the modulation increase width gradually increases. The range of ˜15 V is a region where the modulation increase width is gradually reduced. 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332MHz、線形性は3.92%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151MHz、線形性は6.62%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170MHz、線形性は7.06%である。また、オープンスタブ線路17を分岐しないガンダイオード電圧制御発振器の変調幅は250MHzであり、本発明の構造にすることにより、オープンスタブ線路17と各々のバラクタダイオード変調回路との結合度が増す為に変調幅が大幅に広がることがわかり、上述のように各々のバラクタダイオード変調回路に電圧を印加することで、線形性も大幅に改善していることがよくわかる。   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 10V (the modulation voltage of the second varactor diode modulation circuit is changed in the range of 10 to 15V), the modulation width is 332 MHz, linearity The result was 3.92%. For comparison, when only the first varactor diode modulation circuit shown in FIG. 1 is used (modulation voltage 0 to 10 V), the modulation width is 151 MHz and the linearity is 6.62%. Similarly, the second varactor diode is used. When only the modulation circuit is used (modulation voltage 0 to 10 V), the modulation width is 170 MHz and the linearity is 7.06%. Further, the modulation width of the Gunn diode voltage controlled oscillator that does not branch the open stub line 17 is 250 MHz, and the structure of the present invention increases the degree of coupling between the open stub line 17 and each varactor diode modulation circuit. It can be seen that the modulation width is greatly widened, and that linearity is also greatly improved by applying a voltage to each varactor diode modulation circuit as described above.

なお本実施例では、バラクタダイオード変調回路が2つである場合及びオープンスタブ線路17が2つに分岐す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。また、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。   The present embodiment is not limited to the case where there are two varactor diode modulation circuits and the case where the open stub line 17 branches into two. By increasing the number, the modulation width can be improved and the linearity can be increased. And further fine adjustment of the oscillation frequency. Further, 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 according to the modulation characteristics. May be appropriately set so that a desired frequency characteristic can be obtained.

さらにまた、一方のオープンスタブ線路と高周波的に結合する伝送線路の幅が、他方のオープンスタブ線路と高周波的に結合する伝送線路の幅と異なるように構成することで、オープンスタブ線路との結合度を異ならせる構成とすると、簡便に変調特性を調整することもできる。   Furthermore, the width of the transmission line coupled with one open stub line at a high frequency is different from the width of the transmission line coupled with the other open stub line at a high frequency, thereby coupling with the open stub line. When the degree is different, the modulation characteristic can be easily adjusted.

本発明の実施例であるガンダイオード電圧制御発振器の説明図である。It is explanatory drawing of the Gunn diode voltage control oscillator which is an Example of this invention. 本発明の実施例のバラクタダイオード変調回路の変調特性を説明する図である。It is a figure explaining the modulation characteristic of the varactor diode modulation circuit of the Example of this invention. 本発明の実施例であるガンダイオード電圧制御発振器の変調特性を説明する図である。It is a figure explaining the modulation characteristic of the Gunn diode voltage controlled oscillator which is an example of the present invention. 従来のガンダイオードの説明図である。It is explanatory drawing of the conventional Gunn diode. 従来のガンダイオード電圧制御発振器の一部断面図である。It is a partial sectional view of a conventional Gunn diode voltage controlled oscillator. 従来のガンダイオード電圧制御発振器の説明図である。It is explanatory drawing of the conventional Gunn diode voltage control oscillator.

符号の説明Explanation of symbols

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:伝送線路、19、19A、19B:バラクタダイオード用の表面接地電極、20、20A、20B:バラクタダイオード用のバイアス電極、21、21A、21B: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: Transmission line, 19, 19A, 19B: Surface ground electrode for varactor diode, 20, 20A, 20B: Bias for varactor diode Electrode, 21, 21A, 21B: Back-open stub line, 22: Semiconductor substrate, 23: First semiconductor layer, 24: Active layer, 25: Second semiconductor layer, 26: Insulator, 27: Anode electrode, 28 : Cathode electrode, 29: anode bump, 30: cathode bump, 31: heat dissipation base

Claims (2)

誘電体基板の表面に形成されたマイクロストリップ線路からなる信号電極と、該信号電極に接続する電源供給用の第1のバイアス電極と、前記信号電極の一方の端部に配置されたオープンスタブ線路と、該オーブンスタブ線路近傍で前記信号電極を挟んで配置された2つの第1の表面接地電極と、前記誘電体基板の裏面全面に形成された裏面接地電極と、前記2つの第1の表面接地電極と該裏面接地電極とをそれぞれ接続する前記誘電体基板を貫通する2つの第1のヴィアホールと、前記信号電極の他方の端部に配置された発振信号の出力部と、
底面の中央に形成されたアノード又はカソードのいずれか一方の電極と、前記底面の両側に形成された他方の電極とを備え、前記一方の電極を前記信号電極に接続すると共に前記他方の電極を前記表面接地電極にそれぞれ接続した表面実装型のガンダイオードと、
前記オープンスタブ線路と高周波的に結合する伝送線路と、該伝送線路に接続する第2の表面接地電極と、該第2の表面接地電極と前記裏面接地電極とを接続する前記誘電体基板を貫通する第2のヴィアホールと、前記伝送線路近傍に配置されたバックオープンスタブと、該バックオープンスタブに接続する変調電圧印加用の第2のバイアス電極と、アノード又はカソードのいずれか一方の電極を前記伝送線路に接続すると共に他方の電極を前記バックオープンスタブにそれぞれ接続したバラクタダイオードとからなるバラクタダイオード変調回路とを具備し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2つ備え、前記オープンスタブ線路が2つに分岐する分岐部を有し、
前記2つのバラクタダイオード変調回路の一方は、前記分岐部から分岐した一方のオープンスタブ線路と高周波的に結合し、前記2つのバラクタダイオード変調回路の他方は、前記分岐部から分岐した他方のオープンスタブと高周波的に結合し、
前記2つ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を有し、
前記2つのバラクタダイオード変調回路の一方は、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、他方は、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し、前記2つのバラクタダイオード変調回路への前記変調電圧の印加を、それぞれ独立に、かつ同時に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 signal electrode made of a microstrip line formed on the surface of the dielectric substrate, a first bias electrode for power supply connected to the signal electrode, and an open stub line arranged at one end of the signal electrode Two first surface ground electrodes arranged with the signal electrode in the vicinity of the oven stub line, a back surface ground electrode formed on the entire back surface of the dielectric substrate, and the two first surfaces. Two first via holes penetrating the dielectric substrate for connecting the ground electrode and the back surface ground electrode, respectively, an output portion of an oscillation signal disposed at the other end of the signal electrode,
One of an anode and a cathode formed in the center of the bottom surface and the other electrode formed on both sides of the bottom surface, the one electrode being connected to the signal electrode and the other electrode being A surface-mount type Gunn diode connected to each of the surface ground electrodes;
A transmission line coupled to the open stub line at a high frequency, a second surface ground electrode connected to the transmission line, and the dielectric substrate connecting the second surface ground electrode and the back surface ground electrode. A second via hole, a back-open stub disposed in the vicinity of the transmission line, a second bias electrode for applying a modulation voltage connected to the back-open stub, and either an anode or a cathode In a Gunn diode voltage controlled oscillator comprising a varactor diode modulation circuit comprising a varactor diode connected to the transmission line and having the other electrode connected to the back-open stub .
Two varactor diode modulation circuits are provided, and the open stub line has a branching portion that branches into two,
One of the two varactor diode modulation circuits is coupled with one open stub line branched from the branch portion at a high frequency, and the other of the two varactor diode modulation circuits is the other open stub branched from the branch portion. With high frequency,
The two varactor diode modulation circuits have 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,
One of the two varactor diode modulation circuits applies the modulation voltage in a voltage range in which the modulation increase width increases as the modulation voltage to be applied increases, and the other increases the modulation voltage to be applied. Accordingly, by applying the modulation voltage in a voltage range in which the modulation increase width becomes small, and applying the modulation voltage to the two varactor diode modulation circuits independently and simultaneously, the oscillation frequency is reduced. A Gunn diode voltage controlled oscillator characterized by modulating .
請求項1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により、前記2つのバラクタダイオード変調回路の変調特性が相互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 of claim 1,
The Gunn diode voltage characterized in that the modulation characteristics of the two varactor diode modulation circuits are different from each other because the width of the transmission line coupled to the open stub line at high frequency is different for each varactor diode modulation circuit Controlled oscillator.
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