JPH0150121B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、一般にダイオードの取付装置、特に
導波管内にビームリードダイオードを取付ける取
付装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のスペクトラム・アナライザの回路は、限
定周波数範囲内で適切な性能を得るように設計さ
れている。例えば、テクトロニツクス社製492型
スペクトラム・アナライザは、独立した装置とし
て使用されるとき、50kHzから21GHzの範囲の周
波数成分を含む信号を分析するように設計されて
いる。しかし、しばしば21GHz以上の周波数成分
を含む信号を分析する必要がある。これは、従来
のスペクトラム・アナライザをミキサと関連させ
て使用して実行できる。

ミキサは、周波数F_ioの入力信号及び周波数F₁₀
の混合信号を受け、(1)式で表わされる周波数F_i
（ｉ＝１…ｎ）の一連の周波数成分を有する出力
信号を発生するヘテロダイン変換トランスデユー
サである。

F_i＝F_io〓iF₁₀ (1) この様に、6GHzまでの周波数を含む混合信号
の第10高調波（ｉ＝10）はF₁₀＝F_io−10F₁₀の変
換を行なつて周波数が70GHzの入力信号成分から
10GHzの周波数の混合信号を発生させるために利
用できる。混合信号はスペクトラム・アナライザ
に印加され、アナライザに直接に供給される周波
数が10GHzの入力信号と実質的に同様に分析され
る。アナライザは入力信号の実際の周波数で校正
される。F_ioからiF₁₀を引く減算により示される変
換は、明らかに減算の結果が正の値F_iになるとき
のみ成立する。

現在技術の伝送線路では、周波数約40GHz以上
の信号は同軸ケーブルを用いて効率よく伝送され
ないので、テクトロニツクス社製492型スペクト
ラム・アナライザの周波数帯域を広げるミキサ
は、導波管を用いて構成される。従来の導波管ミ
キサは、信号源への接続のためにフランジが形成
され、同軸ケーブルによりアナライザに接続され
る導波管の部分を含む。ミキサの能動素子は導波
管内に配置され、導波管壁に接続された一方の電
極及び同軸ケーブルの内部導体に接続された他方
の電極を有するプローブド・ダイオードである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の導波管ミキサに使用されるプローブド・
ダイオードは、製造原価が高い。プローブド・ダ
イオードは、一方側に共通陰極を有するｎ型導電
性の半導体材料のチツプである。相互に隔離され
た複数のｐ型導電性領域が他方側のチツプ上に形
成され、各ｐ型領域は各金製陽極を接続されてい
る。チツプは初めに導波管部の内側に配置され、
その陰極が同軸ケーブル・コネクタの内部導体に
固定され、許容範囲の特性をもつたpn接合に関
連した陽極を配置するために導波管の壁に電気的
に接続された金属針電極を用いて探触される。こ
れは、微妙な接触感覚を要求する高度の技術的及
び時間浪費的操作である。一度、満足するダイオ
ードが見つかると、針電極は導波管壁にクランプ
され、ミキサは異なる検査を受ける。その検査の
いくつかは、針電極が基礎ダイオードに穴をあけ
ることなく、選択した陽極と接触を維持すること
を確実にするためのものである。これらの検査は
時間がかかり且つ失敗する率が非常に高い。した
がつて、プローブド・ダイオードを用いた総コス
トは非常に高い。

更に、プローブド・ダイオード導波管ミキサの
変換損失（混合信号の出力に対する試験中の信号
の出力の比）は周波数によつて望ましくない程度
に劣化する。

導波管ミキサの変換損失は非常にダイオードの
領域の電界強度に依存する。局部電界強度は、い
わゆるリツジ導波管、即ち広壁部に沿つた横方向
のリツジ（うね）を持つた導波管を用い、リツジ
と反対側の広い壁へダイオードを取付けることに
より増加できる。

プローブドダイオードよりも安価なビームリー
ド・ダイオードは、例えば1981年10月20日付米国
特許明細書第4246556号で導波管に適用されてい
る。その提案において、ダイオードは誘電体材料
の環状体の内側に収納される。この収納の仕方は
多くの目的を満足させるが、環状誘電体本体は周
波数40GHz以上で性能を劣化させる無視できない
寄生分路容量を誘発する。

約１cm以下の波長（真空中で）を有する電磁放
射は約30GHzよりも周波数が高いことは当業者に
理解できよう。矩形導波管は、0.5cmの幅、即ち
ミリ波応用技術に相当する導波管の幅の２倍に等
しい波長の信号に対して最小インピーダンスを有
する。しかし、幅0.5cmの導波管は18GHz程の低
い周波数の信号を不当に損失させることなく伝送
する。従つて、18GHzから26GHzの範囲は、実際
には波長（真空中）の相当する範囲が1.66cmから
1.15cmであるにもかかわらず、ミリ波周波数範囲
に最低限度であると考えられる。従つて、本明細
書及び特許請求の範囲で用いる用語“ミリ波”
は、周波数が約18GHz乃至約220GHzの電磁放射
に関係して解釈されたい。

本発明の目的は、導波管内に非直線回路素子を
容易且つ安価に取付けることができるミリメータ
波に適用する取付装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕

本発明は、細長い導波管部及び非直線回路素子
を含む信号補正装置を提供する。側面開口が導波
管の壁に形成され、棒状導電部材が開口内に挿入
され、その一端が導波管の反対側壁に向つて存在
する。非直線回路は、導電的方法で棒状部材に接
続された一方電極と、導波管の反対側壁に向つて
伸び、回路素子の他電極に接続されたビーム状導
線とを有する。

本発明は導波管ミキサの構成に応用でき、好適
実施例では、板状導電部材は主面が導波管の内側
空間に向くように、導波管の反対側壁のくぼみに
嵌合する。板状部材は同軸コネクタの内部導体に
接続される。板状部材は、同軸コネクタのシール
ド導体に接続された導波管の壁から絶縁され、棒
状部材も導波管の壁に接続される。非直線素子は
棒状部材の端部に導電的に固定された一導線及び
板状部材の導電的に接触した他の導線を有するビ
ームリード・ダイオードである。

本発明の好適実施例では、ビームリード・ダイ
オードは棒状導体により支持され、板状部材には
固定されない。ミキサを構成する際、棒状部材は
導波管壁内の開口に挿入して配置され、弾性的で
曲げやすい導線及び板状部材の間の接触を果た
す。この構成方法は高度技術及びプローブド・ダ
イオードを使用する際に要求される微妙な接触を
必要とせず、失敗率が大幅に減少する。

〔実施例〕

第１図はテクトロニツクス社製492型スペクト
ラム・アナライザの様な従来構造のスペクトラ
ム・アナライザ２を簡単に示す。アナライザ２は
被試験信号中の周波数に関して出力分布を表わす
CRT表示器４を有する。アナライザ２は50kHz乃
至21GHzの信号を受ける同軸入力端６と、被試験
信号の周波数が21GHz以上（220GHz以下）であ
るときに使用する外部ミキサ入力端８を有する。
掃引局部発振出力端１０は外部ミキサ入力端８を
関連する。アナライザ２は２乃至6GHzで掃引す
るYIG同調発振器（図示せず）を組込んでおり、
発振器からの出力信号は出力端１０から供給され
る。入力端８及び出力端１０は、同軸ケーブルに
より導波管ミキサ１４の接続されたダイプレクサ
１２に同軸ケーブルにより接続されている。ダイ
プレクサ１２は出力端１０から低周波数で受けた
出力を（２乃至6GHzの範囲を含む）ミキサ１４
に送り、ミキサ１４から2.072GHzで受けた出力
を入力端８に送る。ミキサ１４は被試験信号が伝
播する導波管の相当するフランジ２０への接続の
ため一端にフランジ１８を設けた矩形導波管部材
１６から成る。第２図において、導波管部分は、
広壁部３６の一方でダイプレクサ１２からの同軸
ケーブルが接続される側面同軸コネクタ２２と共
に両端部の中間に設けられる。ビームリード・ダ
イオード２４の２つの電極はコネクタ２２の内部
導体及び導波管部材１６の反対側の広壁部３８に
夫々接続される。吸収部材２５は導波管部材１６
の内部空間でダイオード２４に関しフランジ１８
の反対側に設けられ、導波管部材１６の内部に定
常波が生じないようにする。導波管ミキサがヘテ
ロダイン・トランスデユーサとして動作する方法
は簡単に上述したので、当業者には充分に理解で
きるであろう。従つて、ミキサの動作の原理は以
後詳述しない。

ダイオード２４は、棒状部材２８を用いて導波
管の内側空間内に取付けられる。ビームリード・
ダイオード２４は、pn接合を用いた半導体材料
の未封入本体（半導体素子）３０と、本体３０の
ｐ及びｎ型領域に夫々オーミツク接触で接続され
た２つのビーム状導線３２及び３４とを含む。好
適なビームリード・ダイオード２４は、アルフ
ア・インダストリーズ社により製造され、部品番
号DMD693999により示される。ビームリード・
ダイオード２４の２つの導線３２，３４は金製で
あり、弾性的に曲げることができる。

導波管部１６の広壁部３６及び３８は、各開口
４０及び４２を有して形成される。開口４２は周
知の方法で誘電体材料のスリーブ４４に沿つて設
けられ、スリーブ４４内で円形板４６に嵌合す
る。板状部材４６は金めつき真鍮製であり、やは
り金めつき真鍮製のステム４８に接続される。ス
テム４８は同軸コネクタ２２に伸び、それにより
ステム４８は同軸ケーブルの内部導体に接続して
もよく、ケーブルの遮蔽導体は導波管部１６の壁
部に接続してもよい。板状部材４６は低周波通過
フイルタを構成し、高周波出力が同軸コネクタを
通つて導波管から逃げるのを防ぐ。開口４０は開
口４２よりも狭く、鋼鉄、ニツケル又は真鍮線製
の金属棒２８を収納する。導波管の広壁部３８は
クランプ装置（図示せず）を組込み、解放状態で
棒状部材２８は開口４０内で軸方向に動くことが
でき、結合状態で棒状部材２８を開口４０内で保
持する。この様に、棒状部材４０を通つて挿入さ
れ、棒状部材２８の先端部は板状部材４６の方向
に向いている。第４図を参照するとその先端部に
おいて、円筒状棒は平面切断部５０を有して設け
られ、棒状部材２８の先端部は部分的に略円形で
あり、棒状部材２８は参照番号５２で示すように
半円形部の直径の２つの反対端部で面取りされ、
棒状部材の先端部で略0.25mm幅の狭い平面細片５
４を残すようにする。

棒状部材２８を開口４０に挿入するのに先だつ
て、ビームリード・ダイオード２４は棒状部材２
８の先端部に接着される。これは、金エポキシ接
着剤を用いて行つてもよい。例えば、一滴の金エ
ポキシ接着剤を棒状部材２８の先端部の平面５０
上に付け、ダイオード２４の導線３２が接着剤に
付けられる。接着剤は固まるまで流動状態である
が、やはり粘着性であるのでダイオード２４は正
確に所定位置に配置され、棒状部材２８及びそれ
により移動するダイオード２４は接着剤を固まら
せるために炉に入れられる間、定位置を維持す
る。接着剤が固まるとき、ダイオード２４は堅固
に且つ導電的方法で棒状部材の先端部に固定され
る。ダイオードの極性は同軸コネクタ２２を通つ
てダイオード２４に供給されるバイアス電流に依
存する。

棒状部材２８及びダイオード２４の組立てがす
むと、棒状部材２８が開口４０に挿入され、導波
管の内側空洞にダイオード２４を位置づける。ダ
イオード２４の導線３４は板状部材４６に接触
し、これは特に微妙な接触感覚を必要とせずに操
作者により容易に検出できる。いかなる場合で
も、少量の過圧力はダイオードに損失を与えるこ
とはなく、単に導線３４を曲げることになる。棒
状部材２８が穴４０内に適当に配置されると、棒
状部材２８は上述したクランプを用いて所定位置
に固定され、導波管部の外部に突出した棒状部材
の端部は取除かれる。

上述した方法で、導波管ミキサ内でビームリー
ド・ダイオードを使用することにより、プローブ
ド・ダイオードを使用することによる上述の欠点
を回避できる。この様に、唯一のpn接合を有す
るビームリード・ダイオードはプローブド・ダイ
オードよりも製造原価が低い。導波管内にビーム
リード・ダイオードを装着する作業は、導波管の
内側にプローブド・ダイオードのチツプを配置
し、許容範囲の性能を有する接合に関連する電極
を位置づけるために、チツプをプロービングする
作業よりも時間が節約でき且つ技術的に簡単であ
る。従来の導波管ミキサの針電極が選択した電極
との接触を維持しないことがある理由のひとつ
は、針電極が電極から外れるということである。
本発明では、第２及び第３図から明らかな様に、
実際にダイオードの導線が板状部材４６から外れ
る可能性は無い。更に、板状部材４６に接触する
半導体本体に対して導線を歪ませるために必要な
圧力の程度は、未熟な操作者にでも容易に検知で
きるので、開口４０に棒状部材２８を挿入する作
業は、板状部材４６と接触することによりダイオ
ード自身を損傷させる虞れはない。附随的には、
金めつき真鑽板４６と接触した金製導線を有する
ビームリード・ダイオードの使用は、酸化する導
線及び板状部材の間の電気的接触の劣化を防止す
る。

例えば、2.39mmの大寸法の高さ（短い横寸法）
の矩形導波管の場合、ダイオード２４の領域で電
界を集中させるために、導波管にうねりをつけて
もよい。例えば、0.65mmの小寸法の高さの導波管
の場合、棒状部材の先端部の構造がダイオードの
領域に電界を集中させる効果があるのでうねりは
必要ない。棒状部材が導波管の幅を横切つて伸び
た細片５４の長手方向の面積、即ち平面５０が導
波管の長手方向の軸に平行に配置されるとき、電
界は最も効率良く集中され、約185GHz以上の高
周波数で最も効果がある。

棒状部材２８の先端部で板状部材４６及び平板
細片５４は、ダイオードと並列に接続されるキヤ
パシタンスとなり、このキヤパシタンスの値は棒
状部材の軸方向移動により調整できる。更に、導
線３４自体でダイオードと直列にインダクタンス
を形成する。又、約185GHz以上の高周波数で、
ダイオード自身の内部インダクタンスが無視でき
なくなる。棒状部材２８の移動により、ダイオー
ドを含む回路は同調可能であり、並列キヤパシタ
ンスは導線３４及びダイオード２４のインダクタ
ンスを中和し、広帯域周波数に亘つて、首尾一貫
し、制御可能な変換損失を達成することができる
ようにする。約185GHz以上の高周波数で、例え
ば棒状部材２８の先端部で45゜の円錐テーパを用
いたことによる並列キヤパシタンスの減少及びダ
イオード２４、導線３４の連続したインダクタン
スの減少は、たとえ90GHz以下の周波数で45゜の
円錐テーパで変換損失が許容範囲であつても、変
換損失は許容範囲以下となる。棒状部材がその先
端部と直角をなさなければ、即ち図示する様に円
錐状にテーパをつけ又は面取りをすると、分路キ
ヤパシタンスは大きすぎ、従つて、変換損失は約
50GHz以上の周波数で許容範囲外である。

本発明は、以上図示及び説明した特定の導波管
ミキサに限定されず、本発明の要旨を逸脱するこ
となく種々の変更が可能である。例えば、棒状部
材の先端部を総ての周波数用に図示する様に正確
に形成し、方向づけする必要はない。本発明は一
般的に導波管ミキサだけではなく導波管内にダイ
オード又は他の非直線素子を取付けることに応用
できる。例えば、コネクタ２２が信号源｛（局部
発振器出力端１０｝に接続されると、ダイオード
は簡単に入力信号を整流し、装置は検波器として
動作する。トランジスタは、増幅器は形成するの
と同様の技術を用いて取付けられる。更に、能動
素子が板状部材４６及び結合したビーム状導線に
固定され、導波管の壁部３６に固定されなけれ
ば、装置は依然、予定の方法で動作する。

〔発明の効果〕

上述せる本発明によれば、半導体素子を導線を
介して導電性棒状部材の先端に固定し、棒状部材
を開口から挿入して、半導体素子を導波管の導電
性内壁に接触させ、容易に半導体素子を導波管内
に配置できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した導波管ミキサが信号
源及びスペクトラム・アナライザの間に接続され
る方法を示す簡略図、第２図は本発明を適用した
導波管ミキサの断片的長手方向断面図、第３図は
第２図の線−に沿つた部分断面図、及び第４
図は第３図の線−に沿つた部分断面図であ
る。 １４は導波管ミキサ、１６は導波管部材、２２
はコネクタ、２４はビームリード・ダイオード、
２８は棒状部材、３０は半導体素子、３２，３４
は第１及び第２のビーム状導線、３６，３８は第
１及び第２の広壁部、４０，４２は開口、４４は
スリーブ、４６は板状部材である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 互いに離間し、平行に配列された導電性の第
   １壁部及び第２壁部を含み、第１開口及び第２開
   口が上記第１及び第２壁部に夫々対向して設けら
   れた導波管部材と、 上記第１開口に移動可能に挿入された導電性棒
   状部材と、 上記第２開口に嵌合された誘電体材料によるス
   リーブと、 該スリーブに嵌合し、上記導波管内に面を向け
   る導電性板状部材と、 対向した２つのビーム状導線を有し、その一方
   が上記棒状部材に固定され、他方が上記板状部材
   に接触すると共に、上記第１及び第２壁部間に配
   置されたビームリードダイオードと、 上記棒状部材を上記導波管に対してクランプす
   るクランプ手段をと具えたダイオード取付装置。