特開 2015-213300 発振器及び発振器アレー

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-213300(P2015-213300A)

(43)【公開日】2015年11月26日

(54)【発明の名称】発振器及び発振器アレー

(51)【国際特許分類】

   H03B 9/14 20060101AFI20151030BHJP

   H03B 7/14 20060101ALI20151030BHJP

【ＦＩ】

   H03B9/14

   H03B7/14

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-75632(P2015-75632)

(22)【出願日】2015年4月2日

(31)【優先権主張番号】特願2014-85808(P2014-85808)

(32)【優先日】2014年4月17日

(33)【優先権主張国】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000232483

【氏名又は名称】日本電波工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】501382823

【氏名又は名称】相川 正義

(74)【代理人】

【識別番号】100166006

【弁理士】

【氏名又は名称】泉 通博

(72)【発明者】

【氏名】恩塚 辰典

(72)【発明者】

【氏名】中川 敦

(72)【発明者】

【氏名】根本 光進

(72)【発明者】

【氏名】相川 正義

(57)【要約】

【課題】高周波信号を発振し、所定の向きに放射する発振器の小型化を実現する。
【解決手段】発振器は、第１直線状部と、第１直線状部と平行な第２直線状部を少なくとも有するループ状のスロットライン１１が形成された基板１と、第１直線状部においてスロットライン１１と交差して基板に設けられた第１負性抵抗素子２０と、第２直線状部においてスロットラインと交差して基板に設けられた第２負性抵抗素子３０と、を備え、第１負性抵抗素子２０が設けられた位置と、第２負性抵抗素子３０が設けられた位置との間のスロットライン１１の長さが、発振信号の周波数の波長に等しい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

発振信号を出力する発振器であって、
第１直線状部と、前記第１直線状部と平行な第２直線状部を少なくとも有するループ状のスロットラインが形成された基板と、
前記第１直線状部において前記スロットラインと交差して前記基板に設けられた第１負性抵抗素子と、
前記第２直線状部において前記スロットラインと交差して前記基板に設けられた第２負性抵抗素子と、
を備え、
前記第１負性抵抗素子が設けられた位置と、前記第２負性抵抗素子が設けられた位置との間の前記スロットラインの長さが、前記発振信号の周波数の波長の整数倍に等しい、
発振器。

【請求項2】

前記スロットラインが、
前記第１直線状部の一端と前記第２直線状部の一端との間に形成された第１接続部と、
前記第１直線状部の他端と前記第２直線状部の他端との間に形成された第２接続部と、
を有する、
請求項１に記載の発振器。

【請求項3】

前記スロットラインが、前記第１直線状部と前記第２直線状部との間に、
前記第１負性抵抗素子及び前記第２負性抵抗素子を結ぶ直線に対して第１の側に形成された、互いに平行なｋ本の第１平行直線状部（ただし、ｋは偶数）と、
前記第１直線状部、前記第２直線状部、及び前記ｋ本の第１平行直線状部を接続するｋ＋１本の第１接続部と、
前記第１負性抵抗素子及び前記第２負性抵抗素子を結ぶ直線に対して第１の側と反対の第２の側に形成された、互いに平行なｋ本の第２平行直線状部と、
前記第１直線状部、前記第２直線状部、及び前記ｋ本の第２平行直線状部を接続するｋ＋１本の第２接続部と、
を有し、
前記第１負性抵抗素子が設けられた位置と、前記第２負性抵抗素子が設けられた位置との間の前記スロットラインの長さが、前記波長の（１＋ｋ／２）倍である、
請求項１又は２に記載の発振器。

【請求項4】

前記第１直線状部において前記スロットラインと交差して、前記波長の半分の長さだけ前記第１負性抵抗素子から離れた位置に設けられた第３負性抵抗素子と、
前記第２直線状部において前記スロットラインと交差して、前記波長の半分の長さだけ前記第２負性抵抗素子から離れた位置に設けられた第４負性抵抗素子と、
をさらに備え、
前記第３負性抵抗素子が設けられた位置と、前記第４負性抵抗素子が設けられた位置との間の前記スロットラインの長さが、前記波長の整数倍に等しい、
請求項１に記載の発振器。

【請求項5】

前記第１直線状部及び前記第２直線状部と平行な方向に請求項１から４のいずれか１項に記載の発振器が複数設けられた、
発振器アレー。

【請求項6】

前記第１直線状部及び前記第２直線状部と直交する方向に請求項１から４のいずれか１項に記載の発振器が複数設けられた、
発振器アレー。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発振信号を出力する発振器、及び当該発振器を複数備える発振器アレーに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ミリ波帯の発振信号を出力する発振器として、ガンダイオード発振器が知られている。例えば、特許文献１においては、円形状のスロットラインに２個のガンダイオードを設けることにより発振信号を出力することができる発振器が開示されている。また、ファブリペロー共振器に複数のガンダイオード導波管発振器を設けることにより、所定の向きに発振信号を放射することができる発振器アレーも知られている。例えば、特許文献２においては、ファブリペロー共振器を用いた発振装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３−２５８５５６号公報

【特許文献2】特開平０８−１０２６２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

図１１は、従来のガンダイオード発振器１１００の構成を示す図である。ガンダイオード発振器１１００には、基板１１１０に形成されたスロットライン１１２０と交差するガンダイオード１１３０及びガンダイオード１１４０が装荷されている。スロットライン１１２０の周長は、発振信号の周波数の波長に等しく、ガンダイオード発振器１１００においては、図１１の矢印に示す向きの発振波動場（以下、電界という）が生じる。

【0005】

ガンダイオード発振器１１００においては、ガンダイオード１１３０とガンダイオード１１４０との間の２箇所における電界の向きが逆向きである。このように、複数の位置における電界の位相、振幅及び向きが同一ではなく、時空間軸において一様な電界が生じないので、所定の向きに電磁放射をさせることはできなかった。したがって、複数のガンダイオード発振器１１００を２次元に配置して相互同期させる発振器アレーを構成することが困難であった。

【0006】

図１２は、従来のファブリペロー共振器を用いた多素子発振器１２００の構成を示す図である。多素子発振器１２００は、ガンダイオードが装荷された発振器を含む複数のホーンアンテナ９１と、ホーンアンテナ９１から出力される発振信号を反射するミラー９２と、発振信号の一部を透過するハーフミラー９３とを備える。複数のホーンアンテナ９１から出力される発振信号が、ミラー９２で反射された後に干渉し合うことにより、それぞれのホーンアンテナ９１から出力される発振信号の位相が同期し、位相が同期した発振信号の電力が合成されることにより、所定の向きに電磁放射することができる。

【0007】

しかしながら、多素子発振器１２００においては、複数のホーンアンテナ９１や複数の金属導波路が必要になるので、構成が複雑になり、小型化及び低コスト化が困難であるという問題があった。

【0008】

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、所定の向きに高周波発振信号を放射することを可能にする発振器及び発振器アレーの小型化を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の第１の態様においては、発振信号を出力する発振器であって、第１直線状部と、前記第１直線状部と平行な第２直線状部を少なくとも有するループ状のスロットラインが形成された基板と、前記第１直線状部において前記スロットラインと交差して前記基板に設けられた第１負性抵抗素子と、前記第２直線状部において前記スロットラインと交差して前記基板に設けられた第２負性抵抗素子と、を備え、前記第１負性抵抗素子が設けられた位置と、前記第２負性抵抗素子が設けられた位置との間の前記スロットラインの長さが、前記発振信号の周波数の波長の整数倍に等しい発振器を提供する。

【0010】

上記の発振器において、前記スロットラインが、前記第１直線状部の一端と前記第２直線状部の一端との間に形成された第１接続部と、前記第１直線状部の他端と前記第２直線状部の他端との間に形成された第２接続部と、を有してもよい。

【0011】

また、上記の発振器において、前記スロットラインが、前記第１直線状部と前記第２直線状部との間に、前記第１負性抵抗素子及び前記第２負性抵抗素子を結ぶ直線に対して第１の側に形成された、互いに平行なｋ本の第１平行直線状部（ただし、ｋは偶数）と、前記第１直線状部、前記第２直線状部、及び前記ｋ本の第１平行直線状部を接続するｋ＋１本の第１接続部と、前記第１負性抵抗素子及び前記第２負性抵抗素子を結ぶ直線に対して第１の側と反対の第２の側に形成された、互いに平行なｋ本の第２平行直線状部と、前記第１直線状部、前記第２直線状部、及び前記ｋ本の第２平行直線状部を接続するｋ＋１本の第２接続部と、を有し、前記第１負性抵抗素子が設けられた位置と、前記第２負性抵抗素子が設けられた位置との間の前記スロットラインの長さが、前記波長の（１＋ｋ／２）倍であってもよい。

【0012】

上記の発振器は、前記第１直線状部において前記スロットラインと交差して、前記波長の半分の長さだけ前記第１負性抵抗素子から離れた位置に設けられた第３負性抵抗素子と、前記第２直線状部において前記スロットラインと交差して、前記波長の半分の長さだけ前記第２負性抵抗素子から離れた位置に設けられた第４負性抵抗素子と、をさらに備え、前記第３負性抵抗素子が設けられた位置と、前記第４負性抵抗素子が設けられた位置との間の前記スロットラインの長さが、前記波長の整数倍に等しくてもよい。

【0013】

本発明の第２の態様においては、前記第１直線状部及び前記第２直線状部と平行な方向に、上記の発振器が複数設けられた発振器アレーを提供する。発振器アレーは、前記第１直線状部及び前記第２直線状部と直交する方向に、上記の発振器が複数設けられていてもよい。発振器アレーは、前記第１直線状部及び前記第２直線状部と平行な方向、及び前記第１直線状部及び前記第２直線状部と直交する方向に、上記の発振器が複数設けられていてもよい。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、所定の向きに高周波発振信号を放射することを可能にする発振器及び発振器アレーの小型化を実現できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１の実施形態に係る発振器の構成を示す図である。

【図2】第１の実施形態に係る他の発振器の構成を示す図である。

【図3】第２の実施形態に係る発振器の構成を示す図である。

【図4】第２の実施形態に係る他の発振器の構成を示す図である。

【図5】第３の実施形態に係る発振器の構成を示す図である。

【図6】第４の実施形態に係る発振器の構成を示す図である。

【図7】第５の実施形態に係る発振器アレーの構成を示す図である。

【図8】第６の実施形態に係る発振器アレーの構成を示す図である。

【図9】第７の実施形態に係る発振器の構成を示す図である。

【図10】図９に示す発振器を複数備える発振器アレーの構成を示す図である。

【図11】従来のガンダイオード発振器の構成を示す図である。

【図12】従来のファブリペロー共振器を用いた多素子発振器の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る発振器１００の構成を示す図である。発振器１００は、ｎ波長の長さのメアンダー形状の線路に負性抵抗回路を設けることにより、時空間軸において一様な共振波動場を形成する。メアンダー形状の線路は、半波長毎に折り返されている。したがって、発振器１００を２次元に展開すると、隣接する複数の発振器間での相互同期を実現し、所定の向きに電磁放射させることができる。以下、図１を参照して、発振器１００の構成について詳細に説明する。

【0017】

発振器１００は、基板１と、スロットライン１１と、ダイオード２０と、ダイオード３０とを備え、ミリ波又はテラヘルツ波等の高周波発振信号を出力する。図１（ａ）は、発振器１００の平面図であり、図１（ｂ）は、発振器１００のＡ−Ａ線概略断面図である。

【0018】

基板１には、基板１に設けられた導体２の一部の領域を除去することにより、第１直線状部と、第１直線状部と平行な第２直線状部を少なくとも有するループ状のスロットライン１１が形成されている。スロットライン１１は、第１直線状部の一端と第２直線状部の一端との間に形成された第１接続部を有する。また、スロットライン１１は、第１直線状部の他端と第２直線状部の他端との間に形成された第２接続部を有する。図１における第１接続部及び第２接続部は半円状であるが、第１接続部及び第２接続部は、半円以外の楕円等の曲線の一部であってもよい。

【0019】

ダイオード２０が設けられた位置と、ダイオード３０が設けられた位置との間のスロットライン１１の長さは、発振信号の波長λの整数倍に等しい。スロットライン１１の周長は、発振器１００の発振信号の波長λの整数倍である。図１に示す発振器１００におけるスロットライン１１の周長は、波長λの２倍である。

【0020】

ダイオード２０は、第１直線状部においてスロットライン１１と交差して基板に設けられた第１負性抵抗素子である。ダイオード３０は、第２直線状部においてスロットライン１１と交差して基板に設けられた第２負性抵抗素子である。ダイオード２０及びダイオード３０は、例えばガンダイオードである。ダイオード２０及びダイオード３０のアノード端子は、スロットライン１１の内側にあり、ダイオード２０及びダイオード３０のカソード端子は、スロットライン１１の外側にある。

【0021】

ダイオード２０は、第１直線状部の中心位置に設けられており、ダイオード３０は、第２直線状部の中心位置に設けられている。スロットライン１１の内側にバイアス電圧を印加することにより、ダイオード２０及びダイオード３０が発振し、発振器１００が発振信号を出力する。

【0022】

図１（ａ）におけるダイオード２０と位置ａとの間の長さ、ダイオード３０と位置ａとの長さ、ダイオード２０と位置ｂとの間の長さ、及びダイオード３０と位置ｂとの長さは、それぞれ半波長λ／２に等しい。この場合、負性抵抗素子としてのダイオード２０とダイオード３０との間で発振波動が発生する。スロットライン１１は、ダイオード２０とダイオード３０との間の長さが１波長λに等しく、ダイオード２０及びダイオード３０から半波長の位置でメアンダー状に折り返されている。その結果、スロットライン１１上の波動がＹ方向にそろって、電磁放射が実現される。

【0023】

例えば、図１（ａ）において矢印で示すある瞬間における電界の向きが示すように、ダイオード２０と位置ａとの間における電界の向きは、スロットライン１１の外側への向きとなり、ダイオード３０と位置ａとの間における電界の向きは、スロットライン１１の内側への向きとなる。すなわち、ダイオード２０と位置ａとの間における電界の向き、及びダイオード３０と位置ａとの間における電界の向きとは、等しくダイオード３０からダイオード２０への向き（以下、「Ｙの向き」という）となる。また、ダイオード２０と位置ａとの間における電界の位相及び振幅は、ダイオード３０と位置ａとの間における電界の位相及び振幅と等しい。

【0024】

同様に、ダイオード２０と位置ｂとの間における電界の向きは、スロットライン１１の外側への向きとなり、ダイオード３０と位置ｂとの間における電界の向きは、スロットライン１１の内側への向きとなる。すなわち、ダイオード２０と位置ｂとの間における電界の向き、及びダイオード３０と位置ｂとの間における電界の向きは、共にＹの向きとなる。また、ダイオード２０と位置ｂとの間における電界の位相及び振幅は、ダイオード３０と位置ｂとの間における電界の位相及び振幅と等しい。

【0025】

スロットライン１１を構成する第１直線状部と第２直線状部とは電界結合して相互同期することにより、時空間軸において一様な電界を発生する。発生する電界の向きがＹとなるので、発振器１００は、発振信号を、基板１の面と直交する方向（以下、Ｚ方向という）に放射するアンテナとしても機能する。

【0026】

なお、上記の説明においては、ダイオード２０が設けられた位置と、ダイオード３０が設けられた位置との間のスロットラインの長さが、発振信号の周波数λの波長に等しい場合について説明したが、これに限らない。ダイオード３０が設けられた位置との間のスロットラインの長さが、波長の整数倍であり、半波長毎にメアンダー状に折り返されていれば、電界の向きはＹの方向に揃うので、発振器１００は、発振信号をＺ方向に放射することができる。

【0027】

図２は、第１の実施形態に係る他の例である発振器２００の構成を示す図である。発振器２００は、スロットライン１１の代わりにスロットライン１２が基板１に形成されている点で発振器１００と異なり、他の点で同じである。スロットライン１２は、第１接続部及び第２接続部の部分が直線状である点で、スロットライン１１と異なるが、ダイオード２０と位置ａとの長さ、ダイオード３０と位置ａとの長さ、ダイオード２０と位置ｂとの長さ、ダイオード３０と位置ｂとの長さが、それぞれλ／２と等しい点では、スロットライン１１と同じである。発振器２００においても、ダイオード２０と位置ａとの間、ダイオード３０と位置ａとの間、ダイオード２０と位置ｂとの間、ダイオード３０と位置ｂとの間のそれぞれにおける電界の向きがＹの向きになるので、発振信号をＺ方向に放射することができる。

【0028】

以上のとおり、本実施形態に係る発振器１００及び発振器２００は、発振信号を所定の向きに放射できる。また、発振器１００及び発振器２００は、閉ループスロット共振回路構造を有するので、複数のダイオードへのバイアス電圧を一括して供給することもできる。

【0029】

＜第２の実施形態＞
図３は、第２の実施形態に係る発振器３００の構成を示す図である。発振器３００は、スロットライン１１の代わりにスロットライン１３が基板１に形成されている点で発振器１００と異なり、他の点で同じである。スロットライン１３は、ダイオード２０が交差する第１直線状部とダイオード３０が交差する第２直線状部との間において、ダイオード２０及びダイオード３０を結ぶ直線Ｌに対して第１の側（右側）に形成された、互いに平行な２本の第１平行直線状部を含む。また、スロットライン１３は、第１直線状部の一端、第２直線状部の一端、及び２本の第１平行直線状部を接続する３本の第１接続部を含む。すなわち、スロットライン１３は、メアンダーループ形状をしている。

【0030】

また、スロットライン１３は、ダイオード２０及びダイオード３０を結ぶ直線に対して第１の側と反対の第２の側（左側）に形成された、互いに平行な２本の第２平行直線状部を含む。さらに、スロットライン１３は、第１直線状部の他端、第２直線状部の他端、及び２本の第２平行直線状部を接続する３本の第２接続部を含む。

【0031】

ダイオード２０が設けられた位置とダイオード３０が設けられた位置との間のスロットライン１３の長さは、波長の２倍であり、スロットライン１３の周長は波長の４倍である。具体的には、ダイオード２０と位置ａとの長さ、位置ａと位置ｃとの長さ、位置ｃと位置ｅとの長さ、位置ｅとダイオード３０との長さ、ダイオード３０と位置ｆとの長さ、位置ｆと位置ｄとの長さ、位置ｄと位置ｂとの長さ、位置ｂとダイオード２０との長さは、それぞれλ／２である。

【0032】

この場合、それぞれの第１平行直線状部及び第２平行直線状部におけるある瞬間における電界の向きは、Ｙの向きとなる。したがって、発振器３００においては、第１直線状部、第２直線状部、及び合計４本の平行直線状部から同位相、同振幅で発振信号が放射されるので、発振器１００及び発振器２００よりもアンテナ利得が向上し、放射される発振信号の強度を大きくすることができる。

【0033】

図４は、第２の実施形態に係る他の例である発振器４００の構成を示す図である。発振器４００は、スロットライン１３の代わりにスロットライン１４が基板１に形成されている点で発振器３００と異なり、他の点で同じである。スロットライン１４は、ダイオード２０が交差する第１直線状部とダイオード３０が交差する第２直線状部との間において、ダイオード２０及びダイオード３０を結ぶ直線Ｌに対して右側に形成された、互いに平行な４本の第１平行直線状部を含む。また、スロットライン１４は、第１直線状部の一端、第２直線状部の一端、及び４本の第１平行直線状部を接続する５本の第１接続部を含む。

【0034】

また、スロットライン１４は、ダイオード２０及びダイオード３０を結ぶ直線に対して左側に形成された、互いに平行な４本の第２平行直線状部を含む。さらに、スロットライン１４は、第１直線状部の他端、第２直線状部の他端、及び４本の第２平行直線状部を接続する５本の第２接続部を含む。

【0035】

このように、発振信号を放射する平行直線状部の数は、任意の数とすることができる。すなわち、スロットライン１４は、ダイオード２０が交差する第１直線状部とダイオード３０が交差する第２直線状部との間において、ダイオード２０及びダイオード３０を結ぶ直線に対して第１の側に形成された、互いに平行なｋ本の第１平行直線状部（ただし、ｋは偶数）を含むとともに、第１直線状部、第２直線状部、及びｋ本の第１平行直線状部を接続するｋ＋１本の第１接続部を含んでもよい。また、スロットライン１４は、ダイオード２０及びダイオード３０を結ぶ直線に対して第１の側と反対の第２の側に形成された、互いに平行なｋ本の第２平行直線状部を含むとともに、第１直線状部、第２直線状部、及びｋ本の第２平行直線状部を接続するｋ＋１本の第２接続部を含んでもよい。ダイオード２０が設けられた位置とダイオード３０が設けられた位置との間のスロットライン１４の長さは、波長λの（１＋ｋ／２）倍である。このようなスロットライン１４を基板１に形成することで、発振信号を所定の向きに放射させることができる発振器を構成することができる。

【0036】

＜第３の実施形態＞
図５は、第３の実施形態に係る発振器５００の構成を示す図である。発振器５００は、第３負性抵抗素子としてのダイオード４０及び第４負性抵抗素子としてのダイオード５０をさらに備えるとともに、スロットライン１１の代わりにスロットライン１５が基板１に形成されている点で発振器１００と異なる。ダイオード４０及びダイオード５０は、例えばガンダイオードである。

【0037】

ダイオード４０は、第１直線状部においてスロットラインと交差して、波長λの半分の長さλ／２だけダイオード２０から離れた位置に設けられている。また、ダイオード５０は、第２直線状部においてスロットラインと交差して、波長λの半分の長さλ／２だけダイオード３０から離れた位置に設けられている。ダイオード４０が設けられた位置と、ダイオード５０が設けられた位置との間のスロットラインの長さのうち短い方の長さは、波長λに等しい。ダイオード２０と位置ａとの間の長さ、ダイオード３０と位置ａとの間の長さ、ダイオード４０と位置ｂとの間の長さ、ダイオード５０と位置ｂとの間の長さは、それぞれλ／２である。

【0038】

ダイオード２０、ダイオード３０、ダイオード４０及びダイオード５０の位置とスロットライン１５との位置関係が上記のようになっている場合、ダイオード２０と位置ａとの間、ダイオード３０と位置ａとの間、ダイオード３０とダイオード５０との間、ダイオード５０と位置ｂとの間、ダイオード４０と位置ｂとの間、及びダイオード２０とダイオード４０との間における電界の向きは、全てＹの向きとなる。発振器５００は、４個のガンダイオードを備えるので、スロットライン１５の内側にバイアス電圧を印加することにより、発振器１００、発振器２００、発振器３００及び発振器４００よりも大きなパワーで、Ｚ方向に発振信号を放射することができる。

【0039】

＜第４の実施形態＞
図６（ａ）は、第４の実施形態に係る発振器６００の構成を示す図である。上記の実施形態における発振器は、負性抵抗素子としてガンダイオードを備えていたが、本実施形態に係る発振器６００は、負性抵抗回路６０及び負性抵抗回路７０を備える。図６（ｂ）は、負性抵抗回路６０の構成を示す図である。負性抵抗回路６０及び負性抵抗回路７０は、例えば、ＨＥＭＴのような３端子素子により構成される回路である。負性抵抗回路６０及び負性抵抗回路７０は、負性抵抗ＭＭＩＣ（Monolithic Microwave Integrated Circuit）であってもよい。

【0040】

スロットライン１６の周長は波長λに等しく、負性抵抗回路６０と負性抵抗回路７０との間の長さはλ／２である。発振器６００において、負性抵抗回路６０の位置及び負性抵抗回路７０の位置において電界強度が最大になり、電界の向きはＹの向きである。このように、負性抵抗素子としてＨＥＭＴ等の三端子素子を用いても、所定の向きに発振信号を放射する発振器を構成することができる。

【0041】

＜第５の実施形態＞
図７は、第５の実施形態に係る発振器アレー７００の構成を示す図である。発振器アレー７００は、複数の発振器１００（発振器１００−１、発振器１００−２、発振器１００−３、発振器１００−４、発振器１００−５）を備える。発振器アレー７００においては、第１直線状部及び第２直線状部と平行な方向、及び当該方向に直交する方向に、発振器１００が複数設けられている。

【0042】

具体的には、発振器１００−１及び発振器１００−４、並びに発振器１００−２及び発振器１００−５は、第１の方向（Ｘ方向）に並んで、同じ向きに配置されている。発振器１００−１及び発振器１００−２、並びに発振器１００−４及び発振器１００−５は、第１の方向と直交する第２の方向（Ｙ方向）に並んで、同じ向きに配置されている。

【0043】

発振器１００−３を介して相互結合したそれぞれの発振器１００の発振信号の電界は時空間軸において一様であり、全てＹの向きであり、発振器アレー７００は、複数の発振器１００から発振信号を同じ向きに同時に放射することができる。具体的には、発振器１００−１は、発振器１００−３を介して発振器１００−２からの電磁界の影響を受け、発振器１００−１の発振信号の位相は、発振器１００−２の発振信号の位相に同期する。同様に、発振器１００−４は、発振器１００−３を介して発振器１００−５からの電磁界の影響を受け、発振器１００−４の発振信号の位相は、発振器１００−５の発振信号の位相に同期する。

【0044】

このように、発振器１００−３を介してすべての発振器が電磁結合するために、相互同期した発振を実現することができる。

【0045】

このように、発振器アレー７００においては、発振信号を同一の向きに放射する複数の発振器１００が、互いに電磁結合することにより、発振器１００の相互同期機能が２次元展開される。その結果、複数の発振器１００から構成される発振器アレー７００の全体の相互同期が実現し、同じ位相の発振信号を同じ向きに放射することができる。その結果、発振器アレー７００は、簡易な構成で鋭いビーム放射が可能な、ハイパワーで低雑音のミリ波帯及び短ミリ波帯等の超高周波信号源として利用することができる。また、発振器アレー７００においては、各ダイオードを分散して配置できるので、発熱処理を要するガンダイオードを用いる場合、実装上の優位性がある。

【0046】

＜第６の実施形態＞
図８は、第６の実施形態に係る発振器アレー８００の構成を示す図である。発振器アレー８００は、図３に示した発振器３００を複数備える。複数の発振器３００は、Ｘ方向及びＹ方向に並べられている。発振器アレー８００においても、発振器アレー７００における複数の発振器１００と同様に、複数の発振器３００が、Ｘ方向およびＹ方向において互いに電磁結合することで、それぞれの発振器３００が出力する発振信号の位相が同期する。

【0047】

＜第７の実施形態＞
図９は、第７の実施形態に係る発振器９００の構成を示す図である。発振器９００は、図３に示した発振器３００におけるダイオード２０及びダイオード３０の代わりに、負性抵抗を形成するＨＥＭＴ等の３端子素子により構成される負性抵抗回路６０及び負性抵抗回路７０を備える。スロットライン１７の周長は、波長λの５倍である。

【0048】

具体的には、位置ａと位置ｃとの間の長さ、及び位置ｂと位置ｄとの間の長さは、発振器３００と同様に２λである。位置ａと負性抵抗回路６０との間の長さ、負性抵抗回路６０と位置ｂとの間の長さ、位置ｃと負性抵抗回路７０との間の長さ、負性抵抗回路７０と位置ｄとの間の長さは、それぞれλ／４である。この第７の実施形態は、第４の実施形態に係る発振器６００におけるスロットライン１６の長さを１波長から５波長に伸ばしてアンテナ利得の向上を図る構成である。

【0049】

ガンダイオードと異なり、ＨＥＭＴなどの３端子素子で構成する負性抵抗の装荷部は、一般に発振電界が最大ポイントとなる。そこで、スロットライン１７の長さを伸ばす場合、負性抵抗回路６０及び負性抵抗回路７０の近傍のスロットライン上の電界が左右逆向きとなるように構成することで、この領域の放射機能を抑圧している。このようにすることで、図９に示すように、スロットライン１７の発振波動場は、時空間軸の一様性を確保することができる。

【0050】

位置ａと位置ｃとの間の４本の直線状の部分及び位置ｂと位置ｄとの間の４本の直線状の部分における電界の向きは、Ｙの向きである。したがって、発振信号は、Ｙ方向の直線偏波としてＺ方向に放射される。

【0051】

図１０は、複数の発振器９００を備える発振器アレー１０００の構成を示す図である。発振器アレー１０００においては、第１の方向及び第２の方向に複数の発振器９００が配置されており、複数の発振器９００が、互いに電磁結合している。その結果、それぞれの発振器９００の発振信号の位相が同期し、Ｙ方向の直線偏波がＺ方向に放射される。

【0052】

上記の各実施形態で説明した発振器及び発振器アレーを、ファブリペロー共振系や可変反射係数の反射鏡等と組み合わせることによって、周波数可変制御やＦＳＫ等のＲＦ直接変調機能を実現することができる。

【0053】

以上のとおり、本発明によれば、ミリ波、短ミリ波帯の高周波信号帯で、簡易で低コストの構成で、多素子同期発振による低雑音化やハイパワー化を実現できる。

【0054】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。例えば、各実施形態における波長が、負性抵抗素子や負性抵抗回路の高調波発振周波数の波長であってもよい。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【0055】

例えば、上記の実施形態における直線状部は、厳密な意味での直線である必要はなく、概ね特定の方向の線分であればよい。また、上記の実施形態における接続部は、任意の曲線であればよい。

【符号の説明】

【0056】

１・・・基板
２・・・導体
１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７・・・スロットライン
２０、３０、４０、５０・・・ダイオード
６０、７０・・・負性抵抗回路
９１・・・ホーンアンテナ
９２・・・ミラー
９３・・・ハーフミラー
１００、２００、３００、４００、５００、６００、９００・・・発振器
７００、８００、１０００・・・発振器アレー
１１００・・・ガンダイオード発振器
１１２０・・・スロットライン
１１３０、１１４０・・・ガンダイオード
１２００・・・多素子発振器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】