JPS6145881B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は予じめ定められたインピーダンスを広
い周波数帯域に亘つて一層低いインピーダンスに
整合させるためにテーパ付き線路部を具えるマイ
クロストリツプ技術で造つたインピーダンス整合
回路網に関するものである。 このようなインピーダンス整合回路網は就中静
磁界の中に置かれたイツトリウム鉄ガーネツト
（YIG）の小球により広い周波数帯域に亘つて同
調をとつたガンダイオード発振器で使用されてい
る。 而して斯様なインピーダンス整合回路網はドイ
ツ国特許願第2311304号から既知であるか、そこ
では約50Ωの負荷インピーダンスをテーパ付きマ
イクロ波線路により中心周波数の−25％から＋25
％に亘る周波数帯域に亘つて約５乃至７Ωのダイ
オードインピーダンスに整合させている。 しかし、この既知のインピーダンス整合回路網
は寄生的なトランスバーサルモード
（transversal modes）が発生するため3.2乃至
3.3GHzに等しいか又はそれより大きな動作周波
数を有するガン発振器で使用するような場合のよ
うに高い動作周波数で使用するには適当ではない
という欠点を抱えている。 幅の広い端部で例えば５Ωのインピーダンスを
有するようなテーパ付き線路部は0.635mm厚の酸
化ベリリウム基板を使用する場合には最大幅を
18.2mmにもする必要がある。しかしこのように低
抵抗側でこのように広いテーパ付き線路部を使用
すると約3.5GHzでも寄生的なトランスバーサル
モードが発生する。従つて前述したようなガン発
振器の場合のような高い周波数ではこの18.2mmと
いう幅はとれない。 本発明はこのような欠点を除去し、一層高い動
作周波数で又は一層広い周波数帯で使用するのに
適し、変換後の出力インピーダンスが広帯域に亘
つて予じめ定められた所望通りのものとなる、即
ち例えば周波数特性が全周波数レンジに亘つて
略々一定値になるとか、或は中心周波数よりも帯
域の両端でインピーダンスが或る一層低い値を有
するようなインピーダンス整合回路網を提供する
にある。 このような目的を達成するため本発明インピー
ダンス整合回路網は前記テーパ付き線路部により
前記予じめ定められたインピーダンスを一層高い
インピーダンスに一旦変換し、次に少なくとも１
個の1/4λ線路部で前記一層低いインピーダンス
に変換するように構成したことを特徴とする。 本発明は高インピーダンスを一層高いインピー
ダンスに一旦変換するとそのような変換をしない
場合よりも、この一層高いインピーダンスを低イ
ンピーダンスに変換するのに必要な1/4λ線路部
の特性インピーダンスを大きくとることができ、
その結果これらの1/4λ線路部の幅が最高動作周
波数での波長の1/2λよりも小さくとれるので寄
生的なトランスバーサルモードが発生しえないこ
とを認識した上でなされたものである。 本発明の一実施例によれば特性インピーダンス
が相互に異なる２個の直列接続された1/4λ線路
部を設け、特性インピーダンスが低い方の1/4λ
線路部の幅を前記周波数帯域の最高周波数の波長
の二分の一よりも小さくしたことを特徴とする。 こうすれば寄生的なトランスバーサルモードが
発生する機会がなくなる。 本発明の第２の実施例によれば特性インピーダ
ンスが相互に異なる２個の直列接続された1/4λ
線路部を設け、特性インピーダンスが高い方の1/
４λ線路部の特性インピーダンスを前記高インピ
ーダンスよりも高くしたことを特徴とする。これ
は他方の1/4λ線路部の特性インピーダンスを寄
生的なトランスバーサルモードを抑圧するのに足
るだけ高くとれるという利点がある。 広帯域に亘つて所望通りの変換後のインピーダ
ンスを得るために２個の1/4λ線路部の周波数特
性を相互に異ならせることが必要となることもあ
り得る。 図面につき実施例を挙げて本発明を詳細に説明
する。以下に説明するのはガン発振器で使用され
るインピーダンス整合回路網である。 第１図に示す回路図では高周波発振器で使用さ
れるインピーダンス整合回路網の役目を簡単に説
明するために、このインピーダンス整合回路を含
む発振器全体をあたかも分布定数回路ではなく全
て個別部品により造られているかのように示して
ある。 ガンダイオード１０の一方の電極を、適当な強
さの磁界内に置かれたイツトリウム鉄ガーネツト
の小球１２を具備する結合巻線１１の一端に接続
する。このイツトリウム鉄ガーネツト小球の電気
的等価物を図示したものが破線で囲んだ矩形内の
直列共振回路１３である。上記結合巻線１１の他
端は符号１４で示すように接地する。上記ガンダ
イオード１０の他方の電極をインピーダンス整合
回路網１５の一端に接続する。このインピーダン
ス整合回路網１５の他端を結合コンデンサ１６を
介して高周波信号用出力導線に接続する。この結
合コンデンサ１６は結合素子として機能する他ガ
ンダイオード１０に印加された直流電圧が出力端
子１７に現われるのを阻止する機能を果たす。イ
ンピーダンス整合回路網１５の中点から接続導線
１８を引出し、その先を電源端子１９に接続す
る。この電源端子１９はこの端子１９と大地１４
との間にコンデンサ２０を設けて高周波的には減
結合させる。上述したガン発振器は一端を接地
し、他端を上記電源端子１９に接続された電源２
１から給電される。 第２図の破線で示した長方形１５内に本発明イ
ンピーダンス整合回路網１５に含まれる各種素子
を示した。図面を左から右へ見てゆくとこの本発
明インピーダンス整合回路網１５は幅の広い端部
側が略式図示した結合コンデンサ１６に溶接され
たテーパ付き線路部２５と、このテーパ付き線路
部２５の幅の狭い端部２６の先に接続された第１
の四分の一波長線路部２７（この第１の四分の一
波長（1/4λ）線路部２７の幅は上記テーパ付き
線路部の幅の狭い端部２６の幅よりも広くする）
と、この第１の1/4λ線路部２７の先に続く第２
の1/4λ線路部２８（この第２の1/4λ線路部２８
の幅は第１の1/4λ線路部２７の幅よりも広くす
る）とから成る。 第２の1/4λ線路部２８の右側縁の先に正確に
位置決めしてガンダイオード１０を溶接して接続
する。これは幅が1/4λ線路部２８の幅よりもず
つと狭い小突起部２９を使つて行なう。ガンダイ
オード１０の表側電極をＵ字状金線３０から成る
二重接続線を介して結合巻線１１に接続する。こ
のＵ字の屈曲部はガンダイオード１０に熱圧着法
により連結し、Ｕ字の２本の脚をこれまた熱圧着
法により結合巻線１１の左端に連結する。 これらの各種線路部２５，２７及び２８を構成
する導電性金属条片は例えば酸化アルミニウムＡ
₂O₃又は酸化ベリリウムBeOのような誘電材料
により造られた基板２２の表面に一枚の銅層をの
せ、この銅層をホトエツチングすることにより形
成する。基板２２の裏面には接地用導電面１４と
なる銅層を設ける（図示せず）。これらの金属製
線路部２５，２７及び２８並びに導電面１４は金
メツキ法により金属で被覆すると好適である。 イツトリウム鉄ガーネツト小球１２は外側から
は見えないが、図面では破線の円で示した。この
イツトリウム鉄ガーネツトの小球１２はアルミニ
ウム管２３内に納め、そこでアルミニウムピン２
４の端に保持させる。この既知の小球固定法によ
れば小球１２を正確に結合巻線１１の中心に置く
ことができる。結合巻線１１はアルミニウム管２
３を巻回させた後その第２の端（図示せず）を基
板２２の裏面に設けられた接地用導電面１４に溶
接する。 ガン発振器の出力信号端子は特性インピーダン
スが予じめ定められた値、本例では50Ωの同軸ケ
ーブルの中心導体１７で構成する。同軸ケーブル
の外部導体は接地面１４に接続する（図示せ
ず）。 イツトリウム鉄ガーネツト小球１２がある位置
に電磁石（図示せず）により強さを制御でき、磁
力線が図面に垂直となる磁界を発生させる。 従来技術のインピーダンス整合回路網と本発明
インピーダンス整合回路網の特性と挙動パターン
について以下に説明するが、そこでの数値は高周
波発振器が7GHzから17GHzに亘る（中心周波数
12GHz）周波数帯をカバーすると共にこの中心
周波数12GHzで約５Ωという低い最適負荷抵抗
を有し、他方の同軸ケーブルの方は特性インピー
ダンスが50Ωで且つ純抵抗であることを仮定した
上のものである。この負荷抵抗がインピーダンス
整合回路網を介してガンダイオードにかかるので
あるが、その際結合巻線により誘起されるイツト
リウム鉄ガーネツト小球の負荷抵抗は無視するも
のとする。 第３図は高周波数発振器３５を特性インピーダ
ンスＢ、長さ、（単位長当りのネーパで表わし
た）減衰定数α、（単位長当りのラジアンで表わ
した）位相定数βの線路部３６を介して値Zoを
有するオーミツク負荷抵抗３７に接続したところ
を線図的に示したものである。この高周波回路は
大地３８を経て帰線する。 高周波数発振器３５側から見た線路部３６を負
荷３７とを直列接続したもののインピーダンスＺ
は式 で表わされる。 減衰が小さい時は上式は次のように簡略化され
る。 線路部３６の減衰が無視できる時は上式は次の
ようになる。 この式の中では項βはλ／２πを単位として測つ た線路部３６の言わば「電気的長さ」を表わす
（β＝１は１ラジアンの位相差）。 βを線路部３６の幾何学的長さ、信号の周
波数ｆ、この信号が線路部３６内を伝播する速度
C′で表わすと β＝２πｆ／Ｃ′ となる。 インピーダンスＺを表わす前記式の構造を簡単
にするために γ＝tan２πｆ／Ｃ′ という記号を用いると、 となる。ここで＝０とするとＺ＝ZOとなり、
＝λ／４＝Ｃ′／４ｆとするとＺ＝Ｂ^２／ＺＯとなる
。 この式(1)を使えば或る予じめ定められた周波数
に対して四分の一波長となる長さを有する線路部
の、この線路部の長さが四分の一波長に相当する
周波数とは値が異なる周波数に対するインピーダ
ンスの実数成分は（抵抗）と虚数成分（リアクタ
ンス）とを算出することができる。 しかし、スミス線図を用いれば第３図に示す回
路のインピーダンスの近似値がすぐに求まる。 第４図は周波数12GHzに対して正確に四分の
一波長となる特性インピーダンスが15.8Ωの四分
の一波長線路部を50Ωの外部負荷抵抗に対するイ
ンピーダンス整合回路網として使用する場合の挙
動パターンを解析するのに使用するスミス線図で
ある。 このスミス線図を使つてこのインピーダンス整
合回路網の挙動パターンを解析するに当つては先
ずグラフの垂直軸上に負荷インピーダンスの実数
成分に対応する点３１をプロツトする。この点３
１は図の基準インピーダンスとして四分の一波長
線路部の特性インピーダンス15.8Ω自身をとつた
時の抵抗負荷のインピーダンス（ZO＝50Ω）を
表わすものであつて、従つてこの点３１の縦座標
値（ordonnate）は50／15.8＝3.16となる。 次にこの点３１を通る同心円３２を描く。この
円３２は点３３で図の垂直軸と交わるが、この点
３３は縦座標値が前記点３１の縦座標値の逆数に
等しく１／3.16＝0.316である点である。 このスミス線図では基準インピーダンスを15.8
Ωととつたのであるから、円３２点で点３１から
λ／４に等しい角度距離の位置にあるこの点３３
の縦座標値から線路部の長さがλ／４に相当する
周波数12GHzの時の全インピーダンス（線路部
を介して負荷側を見たインピーダンス）が0.316Z
＝0.316×15.8＝4.99Ωに等しいことが判かる。 発振器の動作周波数が変わつて12GHzからず
れると、線路部の長さはもはやλ／４に相当しな
くなる。即ち12GHzより低い周波数に対しては
λ／４よりも短かく、12GHzより高い周波数に
対してはλ／４より長いことになる。 円３２の孤は周波数が高くなるにつれ点３１か
ら時計廻りに伸びてゆき、「四分の一波長線路部
＋負荷」の直列接続辺のインピーダンスを表わす
点に至る。この円孤の長さは当該周波数に対する
線路の「電気的長さ」に比例する。円を一周する
と二分の一波長に対応する。 ここで使用した四分の一波長線路の幾荷学的長
さは周波数12GHzの時のλ／４の電気的長さに
相当する長さであり、周波数12GHzの時の孤の
長さが180゜であるから、他の周波数の時孤の長
さは以下の通りとなる。例えば、周波数7GHzで
あれば105゜、周波数8GHzに対しては135゜、周
波数9GHzに対しては165゜、周波数10GHzに対
しては150゜、周波数11GHzに対しては165゜、
周波数13GHzに対しては195゜、周波数14GHzに
対しては210゜、周波数15GHzに対しては225
゜、周波数16GHzに対しては240゜、周波数
17GHzに対しては255゜である。 円３２に沿つて各周波数を表わす点の位置を明
瞭に示すため、円３２上の各位置にGHz単位の
数値を与えておいた。 負荷からインピーダンス整合回路網を介して発
振器にかかるインピーダンスのリアクタンス成分
の変動を無視すればこのインピーダンスの実数
（抵抗）成分の方は値を図から読み取る。これら
の抵抗値は周波数7GHzに対する0.47Zから周波数
12GHzに対する0.316Z迄変わり、再び周波数
17GHzに対する0.47Zに下がる。従つて明らかに
周波数12GHzで略々５Ωに等しい負荷抵抗は周
波数7GHz及び17GHzでは7.4Ωに等しくなる。こ
れは48％もの負荷抵抗の増大であつて許容し難い
値である。 第５図の曲線３４はこの周波数の関数として前
記インピーダンス整合回路網を介してガンダイオ
ードにかかる負荷抵抗の変動を示したものであ
る。 インピーダンスのリアクタンス成分について補
足すると、これは周波数12GHzより下では容量
性であり、周波数12GHz上では誘導性である。
このリアクタンス成分があるため発振周波数がイ
ツトリウム鉄ガーネツト小球１２の共振周波数か
ら僅かシフトし、これに応じて発振回路のリアク
タンス成分が自動的にガンダイオードの内部リア
クタンスに整合する。 第６図は発振器３５をインピーダンス整合回路
網４１，３９を介して抵抗値Zoの負荷３７に接
続したところを略式図示したものであ、インピー
ダンス整合回路網は負荷３７側から見て特性イン
ピーダンスがZOで長さが_１の第１の線路部３
９（この線路部は目立つような減衰を与えたい）
と、特性インピーダンスがZOで長さが_２の第
２の線路部４１（これも目立つ程減衰を与えな
い）とにより構成される。 発振器３５を第１の線路部３９と第２の線路部
４１の共通接続点４０に直接接続したと仮定する
とこの点４０と大地３８との間のインピーダンス
は前記式(1)により計算できる。 このインピーダンスをZ₁で表わすとその値は次
のようになる。 同じようにして式(1)を用いて第２の線路部４１
の入力側の点４２と大地３８との間のインピーダ
ンスを計算できる。 このインピーダンスをZ₂で表わせばその値は次
のようになる。 このZ₂にZ₁を代入すると となる。 但し、 γ_１＝tan２π_１ｆ／Ｃ′ γ_２＝tan２π_２ｆ／Ｃ′ 第１の線路部３９と第２の線路部４１の長さが
等しいとするとこの線路部の長さが正確に四分の
一波長の長さに相当する周波数の時上記式(2)は Z₂＝Z₀（Ａ／Ｂ）^２ となる。 式(2)を使えば線路部３９及び４１の長さが四分
の一波長にならない周波数に対するインピーダン
スZ₂の実数（抵抗）成分と虚数（リアクタンス）
成分とを計算することができる。 第７図はスミス線図にZ₂をプロツトしたもので
あり、負荷３７インピーダンスをZ₀＝50Ωとし、
第１の線路部３９の特性インピーダンスを41.1Ω
とし、第２の線路部４１の特性インピーダンスを
13Ωとしてある。 この従来技術のインピーダンス整合回路網の第
２の実施例では特性インピーダンスが12Ωより低
くはない２個の1/4λ線路部を用いてカバーされ
る周波数帯の両端の方でガンダイオードの負荷抵
抗が大きくなるのを下げ、17GHzの周波数で横
方向の寄生共振（transversal parasitic
resonance）が発生するのを防止している。この
目的でこのインピーダンス整合回路網は12GHz
の周波数に同調させた第１の1/4λ線路部の特性
インピーダンスを41.1Ωとし、これまた12GHzの
周波数に同調させた第２の1/4λ線路部の特性イ
ンピーダンスを13Ωとしたのである。 スミス線図を使つてこの回路の動作を解析する
ため第１２図の基準インピーダンスを41.1Ωに選
ぶ。即ちこのスミス線図は41.1Ωで規格化されて
いる。先ずグラフの垂直軸上にこの41.1Ω面内で
50Ωの負荷抵抗インピーダンスを表わす点５１を
プロツトする。従つ点５１のｙ座標値は50／41.1
＝1.21Zである。次にこの点５１を通るグラフの
中心を中心とする円５２を描く。この円５２は点
５３でグラフの垂直軸を切るが、この点５３のｙ
座標の値は点５１の値（1.21）の逆数に等しく、
0.82である。これを実際のインピーダンスの値に
換算すると33.8Ωに相当する。 図面を簡明するため、円５２は点５１から測つ
て105゜の点と255゜の点の間だけを実線で結び、
残りは破線で示した。この実線の円孤の両端は、
一方は周波数7GHzで約0.94Z−0.18jZの値を有
し、他方は周波数17GHzで0.94Z＋0.18jNの値を
有する。 次にこの円５３を規格化する値（基準インピー
ダンス）として13Ωという値を有する面（この値
は第２の1/4λ線路部の特性インピーダンスであ
る）に写すと円５４が得られる。この円５４も有
意義な部分だけを実線で示してある。この13Ωと
いう規格化する値を有する面では点５３は縦座標
値2.6の点５５に移り、円５２の有効な孤の両端
は縦座標値が約3.0の点５６及び５７に移る。 点５５から出発してグラフの中心を中心とする
円孤５８を180゜の長さだけ描くと点５９でグラ
フの縦軸と交わる。点５６から出発してグラフの
中心を中心とする円孤６０を描くと長さ105゜の
位置に点６１ができる。この点６１はパラメータ
としての周波数が7GHzの点である。点５７から
出発してグラフの中心を中心とする円孤６２を描
くと長さ255゜の位置に点６３がとれる。この点
６３はパラメータとしての周波数が17GHzの点
である。なお円孤６２の一部は円孤６０と一致す
る。 円５４の有効な孤の中間の諸点に対しても同じ
操作を施し、それらを結ぶと曲線６４ができる。
この曲線６４は円の孤に形状が近似している。点
５９の抵抗値は0.38Zであり、これは５Ωに相当
する。点６１と６３の抵抗値は0.45Zに等しく、
これは約5.9Ωに相当する。 この周波数帯の中心点と両端の間で生ずる負荷
抵抗の変動は第３及び第４図の場合よりもずつと
小さく、48％の代りに18％になつている。しかし
これでもガンダイオードをカバーすべき全周波数
帯域に亘つて満足ゆくように動作させる値とはい
えない。 第８図に示す曲線６５はこの第７図で解析した
インピーダンスがインピーダンス整合回路網を介
してガンダイオードにかかるインピーダンスの変
動を周波数の関数として示したものである。 これに対し第９図は本発明インピーダンス整合
回路網を略式図示したものである。このインピー
ダンス整合回路網ではインピーダンスZ₀の出力イ
ンピーダンス３７の入力端子をテーパ付き線路部
４３の幅の広い端部に接続する。このテーパ付き
線路部４３はインピーダンス変成器として使用さ
れるものでこれにより広帯域に亘つてインピーダ
ンスの値を大きくする。このテーパ付き線路部４
３の幅の広い端部のインピーダンスは予じめ与え
られており、本例では出力インピーダンス３７の
特性インピーダンスZ₀である。他方、このテーパ
付き線路部４３の幅の狭い端部から見た特性イン
ピーダンスをＬとする。このテーパ付き線路部４
３の幅の狭い端部を、減衰が無視でき特性インピ
ーダンスがＢで長さ_１の四分の一波長線路部４
５に接続する。この1/4λ線路部４５自体を更に
減衰が無視でき特性インピーダンスがＡで長さ
_２の第２の四分の一波長線路部４６に接続し、こ
の第２の1/4λ線路部４６の入力端子を高周波数
発振器５の出力端子に接続する。 テーパ付き線路部４３を設けることによりテー
パ付き線路部４３の入力点４４と大地３８との間
のインピーダンスがＬとなり、第２の1/4λ線路
部４６の入力点４７と大地３８との間のインピー
ダンスZ₃とすると、式(2)より、 となる。 但し、γ_１＝tan２π_１ｆ／Ｃ′ γ_２＝tan２π_２ｆ／Ｃ′ 1/4λ線路部４５及び４６の各々の長さが1/4λ
となる周波数では式(3)は非常に簡単になり、 Z₃＝Ｌ（Ａ／Ｂ）^２ となる。 式(3)を使うと1/4λ線路部４５及び４６の長さ
が四分の一波長とならない周波数の時のインピー
ダンスZ₃の実数成分と虚数成分を計算できる。 第１０図は第９図に示した本発明インピーダン
ス整合回路網を詳細に説明するためのスミス線図
である。テーパ付き線路部４３の幅の狭い端部の
高い特性インピーダンスＬを80Ωとし、1/4λ線
路部４５の特性インピーダンスを57.2Ωとし、1/
４λ線路部４６の特性インピーダンスを14.3Ωと
し、これらの２本の1/4λ線路部４６，４５の長
さを12GHzの周波数に対して1/4λになる長さと
する。 この本発明インピーダンス整合回路網インピー
ダンスをスミス線図に示すに当つては57.2Ωで規
格化する。この57.2Ωという値は第１の1/4λ線
路部４５の特性インピーダンスの値に対応する。
グラフの垂直軸上の点７０は抵抗値が0.87Z（こ
れは負荷Z₀＝50Ωを表わす）に等しい。点７１は
抵抗値が80／57.2＝1.4Zに等しい。これは80Ωの
インピーダンスを有するテーパ付き線路部４３の
幅の狭い端部を表わす。リアクタンス成分を使用
しないで50Ωというインピーダンス値（抵抗値）
から80Ωというインピーダンス値（抵抗値）へ移
ることは点７０と７１の間の実線で表わされる。 次に点７１を通つてグラフの中心を中心とする
円７２を描く。この円７２は点７３で垂直軸と交
わる。この点７３の抵抗値は１／1.4Z＝0.715Zに
等しい。円７２の実線で示した関連部分は左側が
点７４（これは周波数7GH、点７１に対する位相
シフトが105゜のインピーダンスを表わす）で限
られ、右側が点７５（これは周波数17GH、点７
１に対する位相シフトが255゜のインピーダンス
を表わす）で限られる。中間の諸点は基格化スケ
ールを考慮しつつプロツトしてある。点７４と点
７５に対応するインピーダンス値は夫々約0.85Z
−0.29jZ及び0.875Z＋0.29jZである。 次に、図の基準インピーダンスとして第２の1/
４λ線路部の特性インピーダンス、即ち14.3Ωを
とる。円７２はこれにより14.3Ω面に写され、そ
の結果円７６ができる。この写像により点７３は
点７７（縦座標値2.86）に移り、点７４及び７５
は夫々点７８（インピーダンス値3.5Z−1.16jZ）
と７９（インピーダンス値3.5Z＋1.16jZ）に移
る。これと同時に円７２の関連部分のGHz単位
のパラメータも円７６上に移される。 こうすると次にこの14.3Ωという基準インピー
ダンスを有するスミス線図で本発明インピーダン
ス整合回路網全体のインピーダンス曲線を周波数
の関数として描くことができる。 この目的で点７７から出発して180゜の長さに
亘つてグラフの中心を中心とする円８０を描き、
図の垂直線上に点８１をとる。次に点７８から出
発して（縦座標軸から）105゜の長さに亘つてグ
ラフの中心を中心とする円（孤）８２を描き、点
８３をとる。次に点７９から出発して（縦座標軸
から）255゜の長さに亘つてグラフの中心を中心
とする円（孤）８４を描き、点８５をとる。この
円（孤）８４は一部中心を円（孤）８２と一致す
る。 点８１の抵抗値は0.35Zで、これは負荷抵抗５
Ωに対応する。点８３と８５の座標値（インピー
ダンス値）は夫々0.35Z−0.58jZと0.35Z＋0.58jZ
であり、これらも抵抗成分は５Ωに相当する。周
波数9GHzと15GHzの近傍に負荷抵抗の非常に小
さい極小点があり、この極小値は4.76Ωである。 第１１図の曲線８８は第１０図につい解析した
インピーダンス整合回路網を介してガンダイオー
ドにかかる負荷インピーダンスの周波数特性を示
したものである。 第１２図は本発明インピーダンス整合回路網の
もう一つの例のスミス線図である。このインピー
ダンス整合回路網は構成の点では第９図のインピ
ーダンス整合回路網と同一であるが、テーパ付き
線路部４３の幅の狭い端部の特性インピーダンス
Ｌが本例では100Ωであり、他方1/4λ線路部４５
の特性インピーダンスを53.7Ωとし、1/4λ線路
部４６の特性インピーダンスを12Ωとし、両方の
1/4λ線路部の長さを周波数12GHzで1/4λとな
るようにしてある。 第１２図のスミス線図に示すインピーダンスは
53.7Ω（これは第１の四分の一波長線路部４５の
特性インピーダンスの値に対応する）で規格化す
る。図の垂直軸上に抵抗値0.93Zを有し、負荷イ
ンピーダンスZ₀＝50Ωを表わす点９１をとる。ま
た抵抗値100／53.7・Ｚ＝1.86Zを有する点９２を
とる。これは特性インピーダンスが100Ωであ
る、テーパ付き線路部４３の幅の狭い端部を表わ
す。この50Ωから100Ωへのインピーダンス値の
変換は点９１から点９２への実線で示されてい
る。 次に点９２を通るグラフの中心を中心とする円
９３を描く。この円９３は図の垂直軸と点９４で
交わる。この点９４の縦座標値は１／1.86＝
0.537である。実線で示された円９３の関連部分
は左側が点９５（これは点９２から円９３に沿つ
てこの角度距離105゜の位置にあり、7GHzの周
波数を表わす）で限られ、右側が点９６（これは
点９２から円９３に沿つて角度距離255゜に位置
し、周波数17GHzのインピーダンスを表わす）
で限られる。点９５と９６に対応するインピーダ
ンス値は夫々約0.72Z−0.47jZと0.72Z＋0.47jZで
ある。 次に基準インピーダンスとして第２の四分の一
波長線路部の特性インピーダンス12Ωをとり、作
図を続ける。すると円９３は12Ω面に写され、円
９４ができる。点９４は抵抗値（０．５３７×５３．７
／１２） Ｚ＝2.40Zを有する点９８に移り、点９５と９６
は夫々点９９と１００に移り、これらの点９９と
１００の座標値（インピーダンス値）は夫々
3.22Z−2.1JZ及び3.22Z＋2.1jZである。 このようにしてこの12Ωで規格化されたスミス
線図に周波数の関数としての本例インピーダンス
整合回路網に対するインピーダンスの応答曲線を
描けるようになる。 この目的で点９８から出発して180゜の長さに
亘つてグラフの中心を中心とする円（孤）１０１
を描き、グラフの垂直軸上に点１０２を得る。次
に点９９から出発して（垂直軸から測つて）105
゜の長さに亘つてグラフの中心を中心とする円
（孤）１０３を描き、点１０４を得る。次に点１
００から出発して（垂直軸から測つて）255゜の
長さに亘つてグラフの中心を中心とする円（孤）
１０５を描き、点１０６を得る。円（孤）１０５
は一部円（孤）１０３と一致する。次に円９７の
9GHz点から出発して（垂直軸から測つて）135
゜の長さに亘つて円（孤）１０７を描き、点１０
８を得る。次に円９７の15GHz点から出発して
４垂直軸から測つて）255゜の長さに亘つてグラ
フの中心を中心とする円（孤）１０９を描き、点
１１０を得る。円（孤）１０９は円（孤）１０７
と一部重なる。 円９７の他の点からも同様に作図して他の点を
とり、それらを結んで曲線１１１を描く。 点１０２のインピーダンス値（抵抗値）は
0.416Zであり、これは負荷抵抗５Ωに相当する。
点１０４と１０５の座標値（インピーダンス値）
は夫々約0.275Z−0.52jZと0.275Z＋0.52jZであ
り、これらは共に負荷抵抗0.275×12＝3.3Ωに対
応する。 このように本例ではカバーされる周波数帯の両
端でガンダイオードにかかる負荷抵抗が34％下が
ることになる。従つてカバーすべき周波数帯の両
端迄発振振幅を十分維持する目的には本例は非常
に好適である。 第１３図に示す曲線１１５はこの第１２図につ
き解析したインピーダンス整合回路網を介してガ
ンダイオードにかかる負荷インピーダンスの周波
数特性曲線である。 本発明インピーダンス整合回路網を介してガン
ダイオードにかかる負荷インピーダンスの成分を
式(3)を用いて計算するのは簡単ではない。 それ故簡単化するため２本の四分の一波長線路
部が同一周波数f₀で1/4λであると仮定する。 ｇ＝tanπ／２ ｆ／ｆ_０とおくと次の式が得られる
。 Z₃＝ＡＬＡＢ^２（１＋ｇ^２）^２＋ｊｇ（Ａ＋Ｂ）〔Ｂ（ＡＢ−Ｌ^２）＋ｇ^２（ＡＬ^２−Ｂ^３）〕／Ｂ^２（Ａ−ｇ^２
Ｂ）^２＋ｇ^２Ｌ^２（Ａ−Ｂ）^２ (4) この式(4)を基に下記のデータ即ち周波数f₀で本
発明インピーダンス整合回路網を介してガンダイ
オードにかかる最適負荷抵抗Ｒ、テーパ付き線路
部４３の幅の狭い端部の特性インピーダンス値
Ｌ、カバーすべき周波数帯の最低周波数の値ｆ_ni
ｏと最高周波数ｆ_nax、周波数の関数としての負荷
インピーダンスの変動特性としてどのようなもの
が望ましいかが与えられれば1/4λ線路部４６及
び４５の特性インピーダンス値Ａ及びＢを決める
ことができる。 この目的で比Ｒ_０／Ｌの平方根をｂとおく、即ち

【式】である。またｈをｈ＝tanｆｍｉｎ／ｆ_０と おく。 第１１図に示す特性曲線を得るにはこれらのｂ
及びｈを使つて係数 を計算し、このk₁₁を使つて次式でインピーダン
スＢ及びＡを求める。 B₁₁＝Ｌ×k₁₁ A₁₁＝B₁₁×ｂ 第１３図に示す曲線を得るには次式で定義され
る係数k₁₃を計算する。 次にこの係数k₁₃を使つて次式に従つてインピー
ダンスＢ及びＡを求める。 B₁₃＝Ｌ×k₁₃ A₁₃＝L₁₃×ｂ 次表はｆ_nio＝7GHz、ｆ_nax＝17GHzの発振器に
対して周波数f₀＝12GHzで1/4λとなる２個の四
分の一波長線路部を介して出力インピーダンスZ₀
＝50Ωを最適負荷抵抗R₀＝５Ωに変換する場合
に対して上記方法の２例を挙げたものである。 係数ｈの値は ｈ＝tan２π／２ ７／１２＝1.3032 である。

【表】 このようにして求められたインピーダンス整合
回路網は第１０図及び第１２図のスミス線図を使
つて更に詳細に説明したところである。 第１１図に示した曲線１１と第１３図に示した
曲線１３との中間のインピーダンス変動が望まし
い場合は、対応する係数k₁₁とk₁₃を計算し、これ
らの２個の値k₁₁とk₁₃（これらの値は仮の値Ｋ_iを
決めるために得たものである）を内挿し、これに
よりインピーダンス値Ｂ及びＡを計算する。この
後で正確に内挿したインピーダンス曲線が描け
る。 特性インピーダンスＡの許容し得る値、即ち周
波数レンジの上側部分（ここで考えているケース
では17GHz）で1/4λ線路部の幅方向にトランス
バーサルモードの寄生共振が発生する危険のない
値が得られるかどうかは高度にインピーダンスＬ
の値で条件づけられている。Ｌ自体の値が高くな
るとインピーダンスＡの値もそれに応じて高くと
れる。 本発明インピーダンス整合回路網を実現した後
実験と計算して凡ゆる点でこのことを確認した。 本例ではテーパ付き線路部の幅の狭い端部の特
性インピーダンスの値を十分高くとつて第１の四
分の一波長線路部の特性インピーダンスが50Ωを
越えるようにすると好適であるようである。 以上の説明では本発明インピーダンス整合回路
網をガン発振器に関連させて説明したが、これは
インピーダンス整合回路網をマイクロ−ストリツ
プ技術で造つた時整合さすべきインピーダンスの
値が低く、他方動作周波数が高いため横方向寄生
振動が生ずる危険がある凡ゆるタイプのインピー
ダンス整合用に利用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明インピーダンス整合回路網を具
える高周波発振器全体の回路図、第２図は本発明
インピーダンス整合回路網の表面の詳細構成図、
第３図は1/4λ線路部を１個使用する従来技術の
第１のインピーダンス整合回路網を具える高周波
発振器のブロツク図、第４図は第３図のインピー
ダンス整合回路網を説明するためのスミス線図、
第５図は第３図の変換后のインピーダンスの周波
数特性図、第６図は1/4λ線路部を２個使用する
従来技術の第２のインピーダンス整合回路網を具
える高周波発振器のブロツク図、第７図はそのス
ミス線図、第８図はその周波数特性図、第９図は
第３，６図と対応させて描いた本発明インピーダ
ンス整合回路網を具える高周波発振器のブロツク
図、第１０図はその第１の例のスミス線図、第１
１図はその周波数特性図、第１２図は本発明の第
２の例のスミス線図、第１３図はその周波数特性
図である。 １５……インピーダンス整合回路網全体、２
５，４３……テーパ付き線路部、２７，４５……
第１の1/4λ線路部、２８，４６……第２の1/4λ
線路部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 予じめ定められたインピーダンスを広い周波
   数帯域に亘つて一層低いインピーダンスに整合さ
   せるためのテーパ付き線路部を具えるマイクロス
   トリツプ技術で造つたインピーダンス整合回路網
   において、前記テーパ付き線路部により前記予じ
   め定められたインピーダンスを一層高いインピー
   ダンスに一旦変換し、次に少なくとも１個の1/4
   λ線路部で前記一層低いインピーダンスに変換す
   るように構成したことを特徴とするインピーダン
   ス整合回路網。 ２ 特性インピーダンスが相互に異なる２個の直
   列接続された1/4λ線路部を設け、特性インピー
   ダンスが低い方の1/4λ線路部の幅を前記周波数
   帯域の最高周波数の波長の二分の一よりも小さく
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のインピーダンス整合回路網。 ３ 特性インピーダンスが相互に異なる２個の直
   列接続された1/4λ線路部を設け、特性インピー
   ダンスが高い方の1/4λ線路部の特性インピーダ
   ンスを前記高いインピーダンスよりも高くしたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のイン
   ピーダンス整合回路網。