発振装置および無線中継システム
【課題】平面基板の両面から放射する発振装置を実現するとともに、薄い平面基板を用いて高性能な放射型発振装置を提供することにある。
【解決手段】平面基板１０８の一方面に、高電子移動度トランジスタ１０１、先端開放型線路１０２ａ，１０２ｂ、および、ボンディングワイヤー１０６、接地面１０４を有している。また、平面基板１０８の他方面（裏面側）に、導体１０９、および、導体の開口１０３ａ，１０３ｂを有している。高電子移動度トランジスタ１０１のゲート側に発生した雑音信号は、高電子移動度トランジスタ１０１で増幅され、先端開放型線路１０２ｂへと伝送される。先端開放型線路１０２ｂの先端で反射した雑音信号は、先端開放型線路１０２ａへ伝送され、先端開放型線路１０２ａの先端で反射され、高電子移動度トランジスタ１０１のゲートに入射され、再度増幅される。導体の開口１０３ａ、１０３ｂが存在することにより、放射波は、平面基板１０８の表面側だけでなく、裏面側からも放射される。
【解決手段】平面基板１０８の一方面に、高電子移動度トランジスタ１０１、先端開放型線路１０２ａ，１０２ｂ、および、ボンディングワイヤー１０６、接地面１０４を有している。また、平面基板１０８の他方面（裏面側）に、導体１０９、および、導体の開口１０３ａ，１０３ｂを有している。高電子移動度トランジスタ１０１のゲート側に発生した雑音信号は、高電子移動度トランジスタ１０１で増幅され、先端開放型線路１０２ｂへと伝送される。先端開放型線路１０２ｂの先端で反射した雑音信号は、先端開放型線路１０２ａへ伝送され、先端開放型線路１０２ａの先端で反射され、高電子移動度トランジスタ１０１のゲートに入射され、再度増幅される。導体の開口１０３ａ、１０３ｂが存在することにより、放射波は、平面基板１０８の表面側だけでなく、裏面側からも放射される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロ波・ミリ波発振装置および無線中継システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイビジョン映像信号の無線伝送が注目されており、大容量情報を伝達する必要から、広い帯域を確保できるミリ波を用いた無線映像伝送装置の開発が試みられている。ミリ波帯においては、高周波回路とアンテナとを別々に形成してコネクタ等で接続した場合、その接続部での電力の損失が大きくなる。そこで、高周波回路と平面アンテナを一体化した装置の開発が試みられている。
【０００３】
このような装置の一例として、たとえば、下記特許文献１および特許文献２に開示されているマイクロ波ミリ波放射型発振装置がある。図１０に、特許文献１に開示されるマイクロ波ミリ波放射型発振装置の概略構成（平面図）を示し、図１１に図１０中ＸＩ−ＸＩ線矢視断面図を示す。このマイクロ波ミリ波放射型発振装置は、一対の扇状導体パッチ１９を有し、その中心部が互いに近接し、かつ円弧部が互いに相対する様に配置されている。
【０００４】
この一対の扇状導体パッチ１９の中央部には、ゲートおよびドレインを上記一対の扇状導体パッチ１９の異なる一方にそれぞれ接続し、ソースを接地した電界効果型の高周波トランジスタ１２と、一対の扇状導体パッチ１９と平行に広がる、基板２１および導体平面層２０とを備えている。一対の扇状導体パッチ１９は、基板２１の一方の面（表面側）に設けられ、導体平面層２０は、基板２１の他方の面（裏面側）に設けられている。扇状導体パッチ１９は、直流バイアスライン１１により、それぞれのソースを接地電位とする別々の直流電源に接続されている。
【０００５】
一対の扇状導体パッチ１９の面と平行に広がる導体平面層２０との間隔（ｈ）は、波長の１５分の１倍から５分の１倍の間である。一対の扇状導体パッチ１９の半径は、発振波長のほぼ４分の１の長さである。
【０００６】
上記構成のマイクロ波ミリ波放射型発振装置によれば、一対の扇状導体パッチ１９は両端の長さが半波長とほぼ等しい電磁波に対し共振特性を持つ。また、一対の扇状導体パッチ１９の平面と平行に広がる導体平面層２０との間隔が、通常のストリップ線路、あるいは、平面アンテナ基板に用いられる回路基板の厚さに比較して、３倍〜１０倍程度と大きいことから、一対の扇状導体パッチ１９は共振周波数に於いて空間と整合が取れた平面アンテナとはならず、空間に対して弱く結合する平面共振器となる。
【０００７】
一対の扇状導体パッチ１９の中央部に設けられる電界効果型の高周波トランジスタ１２のゲート、および、ドレインは一対の扇状導体パッチ１９の異なる一方に接続され、それぞれ直流バイアスされソースを接地している。これにより、ソース接地の高周波増幅器が形成され、ゲート側に発生した雑音信号は増幅される。
【０００８】
また、ドレインに接続された扇状導体パッチ１９に高周波電流を誘起し、扇状導体パッチ１９と背面の平行導体面２１との間を高周波電磁界は導波され半径方向へ伝搬し、扇状導体パッチ１９の先端に達する。扇状導体パッチ１９の先端に達した高周波電磁界は、大部分は反射され逆向きに戻る。更に、高周波電磁界は、他の一方の扇状導体パッチ１９の側を伝搬・往復し、中央の電界効果型の高周波トランジスタ１２のゲート側に入射し、再増幅される。
【０００９】
一対の扇状導体パッチ１９と背面の導体平面層２０とで形成される導波路は、高周波トランジスタ１２による増幅器の帰還回路を形成する。このとき、一対の扇状導体パッチ１９の両端の長さに対応した共振周波数と一致し、増幅器の出力から入力への帰還が、正帰還位相の関係を満足する周波数成分について発振が成長し、一対の扇状導体パッチ１９の平面共振器にエネルギーが蓄積される。空間に対して弱く結合する一対の扇状導体パッチ１９と高周波トランジスタ１２からなる平面共振器から蓄積された高周波エネルギーの一部が、定常状態では放射出力２２として一定の割合で空間に放射される。
【００１０】
一対の扇状導体パッチ１９の面と導体平面層２０との間隔を、波長の１５分の１から５分の１の間で選択することで、一対の扇状導体パッチ１９の共振周波数に於ける空間との整合を選択できる。
【００１１】
しかしながら、上記構成を有するマイクロ波ミリ波放射型発振装置においては、以下に示すような問題がある。すなわち、基板２１の裏面側に導体平面層２０が設けられているため、電力の放射は基板２１の表面方向のみの一方向に限られる。
【００１２】
また、平面アンテナ基板に用いられる回路基板の厚さと比較し３倍〜１０倍程度の厚さの基板を用いているため、高周波トランジスタ１２のグランドを、基板２１を挟んだ位置にある導体平面層２０と接続させる場合、基板２１に長いスルーホールを設ける必要がある。基板２１に長いスルーホールを設けた場合、高周波トランジスタ１２のグランドインダクタンスが大きくなるため、トランジスタ本来の性能を発揮することができず、発振装置の性能を制限してしまう。
【特許文献１】特開平１１−３１９１８号公報
【特許文献２】特開２０００−２６１２３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
この発明の課題は、電力の放射が基板の一方向に限られる点、厚さの厚い基板を用いる結果、発振装置の性能を制限してしまう点にある。したがって、本発明の目的は、基板の両面から放射する発振装置を実現するとともに、薄い基板を用いて高性能な放射型発振装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するために、本発明の発振装置においては、一方の面に導体接地面を有する平面基板と、該平面基板の他方の面上に実装された信号増幅手段と、該信号増幅手段の入力端子および出力端子のそれぞれに接続された先端開放型線路とを備え、上記先端開放型線路に相対する導体接地面に開口を有する。この発振装置によれば、平面アンテナと発振器とが一体化されており、かつ、平面アンテナの両側から放射することが可能である。
【００１５】
また、一の形態では、上記先端開放型線路の電気長が、発振波の波長の約１／４の長さである。これにより、所望の周波数で発振させることができる。
【００１６】
また、一の形態では、上記信号増幅手段が、金属バンプを介して平面基板にフリップチップ実装されている。フリップチップ実装接続部分のインダクタンスを低減することができるため、上記信号増幅手段の性能を充分に引き出すことができ、安定な発振が可能となる。
【００１７】
また、一の形態では、上記信号増幅手段は、一つ以上の能動素子と一つ以上の整合回路が一つの半導体チップ上に集積化された集積回路となっている。これにより、信号増幅手段の利得を高めることができるため、さらに安定した発振が可能となる。
【００１８】
また、一の形態では、上記集積回路の入出力間の通過位相が発振周波数において正帰還がかかるように、上記整合回路が形成されている。これにより、所望の周波数において確実に発振条件を満たすことが可能となるため、安定した発振動作が可能となる。
【００１９】
また、一の形態では、上記平面基板の厚さが、発振波の波長に対して１／１０以下である。これにより、基板の表面と裏面を接続するスルーホールの長さが波長に対して充分短くなり、基板の表面の接地面の電位は、基板の裏面とほぼ同電位となる。この結果、高電子移動度トランジスタは、発振周波数において利得の低下を抑えることが可能となる。
【００２０】
また、一の形態では、誘電体レンズをさらに備え、上記誘電体レンズの焦点が上記信号増幅手段付近にくるように、上記誘電体レンズを配置している。これにより、通信距離の拡大が図れる。
【００２１】
また、一の形態では、上記誘電体レンズが、上記平面基板の表面側および裏面側の両方に配置したことを特徴としている。これにより、平面基板の前後において、通信距離の拡大が図れる。
【００２２】
また、一の形態では、上記誘電体レンズが、上記平面基板表面側および裏面側で異なる開口径を有する。これにより、表面側および裏面側それぞれの方向で、通信距離や放射角の設定を独立して行なうことが可能となる。
【００２３】
また、一の形態では、送信機、受信機、および本発明の発振装置で構成される無線中継システムを形成している。これにより、通信距離の拡大を図るとともに、電波の放射角を中継地点で変化させることが可能となる。この結果、送信機と受信機のレイアウトの自由度が高まる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に基づいた発振装置および無線中継システムによれば、基板の両側で電波を放射することができるため、無線中継システムの柔軟なレイアウトが可能となる。また、従来は、放射効率を上げるために厚い基板を用いていたが、本発明においては、薄い基板を用いても放射効率は劣化せず、薄い基板を用いたことによって信号増幅手段の利得が増大するため、より安定な発振動作が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に基づいた各実施の形態における発振装置および無線中継システムについて、図を参照しながら説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
図１および図２を参照して、本発明に基づいた実施の形態１における発振装置について説明する。なお、図１は、本実施の形態における平面放射型発振装置の平面図であり、図２は、図１中ＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。
【００２７】
（平面放射型発振装置の構成）
両図を参照して、この平面放射型発振装置は、平面基板１０８を有し、この平面基板１０８の一方面（表面側）に、信号増幅手段としての高電子移動度トランジスタ１０１、先端開放型線路１０２ａ，１０２ｂ、および、ボンディングワイヤー１０６、接地面１０４を有している。また、平面基板１０８の他方面（裏面側）に、導体１０９、および、導体の開口１０３ａ，１０３ｂを有している。
【００２８】
開口１０３ａ，１０３ｂは、先端開放型線路１０２ａ，１０２ｂに対向する位置に、先端開放型線路１０２ａ，１０２ｂを含むように設けられている。接地面１０４と導体１０９とは、平面基板１０８を貫通するスルーホール１０５を用いて、電気的に接続されている。先端開放型線路１０２ａ，１０２ｂには、それぞれ直流バイアスライン１０７が設けられている。
【００２９】
接地面１０４上には高電子移動度トランジスタ１０１がダイボンドされている。また、高電子移動度トランジスタ１０１のゲート(図示せず）と先端開放型線路１０２ａ、高電子移動度トランジスタ１０１のドレイン(図示せず）と先端開放型線路１０２ｂ、および、高電子移動度トランジスタ１０１のソース(図示せず）と接地面１０４が、それぞれボンディングワイヤー１０６を介して、電気的に接続されている。
【００３０】
（動作原理）
次に、動作原理について説明する。高電子移動度トランジスタ１０１のゲート側に発生した雑音信号は、高電子移動度トランジスタ１０１で増幅され、先端開放型線路１０２ｂへと伝送される。先端開放型線路１０２ｂの先端で反射した雑音信号は、先端開放型線路１０２ａへ伝送され、先端開放型線路１０２ａの先端で反射され、高電子移動度トランジスタ１０１のゲートに入射され、再度増幅される。
【００３１】
雑音信号は元々周波数に対して一様な電力密度を持っているが、増幅器の出力から入力への帰還の位相が０となる周波数成分のみが成長し発振する。この発振により先端開放型線路１０２ａ、１０２ｂに高周波エネルギーが蓄積されるが、その高周波エネルギーの一部が定常状態では放射波として放射される。ここで導体面の開口１０３ａ、１０３ｂが存在することにより、放射波は、平面基板１０８の表面側だけでなく、裏面側からも放射される。
【００３２】
先端開放型線路１０２ａ，１０２ｂの電気長（平面基板１０８の誘電率を考慮した長さ）を放射波の周波数に対して約１／４波長とすることにより、所望の周波数で発振させることが可能となる。先端開放型線路１０２ａ、１０２ｂの形状は、ここでは幅が同一な帯状のものを示しているが、扇形状（ラジアルスタブ）等を用いてよい。
【００３３】
信号増幅手段として、ここでは高電子移動度トランジスタを用いた例を示したが、ガリウム砒素、インジウム燐、あるいはシリコンゲルマ基板等に形成したヘテロジャンクションバイポーラを用いてもよい。
【００３４】
平面基板１０８の厚さは、放射波の波長の１／１０以下に設定することにより、スルーホール１０５の長さが波長に対して充分短くなり、接地面１０４と裏面の導体１０９の電位は、発振周波数においてほぼ同電位となる。この結果、高電子移動度トランジスタ１０１は発振周波数において、利得の低下を抑えることが可能となる。
【００３５】
一方、開口１０３ａ，１０３ｂは、先端開放型線路１０２ａ，１０２ｂに対向する位置に、先端開放型線路１０２ａ，１０２ｂを含むように設けているが、先端開放線路１０２ａ、１０２ｂの幅と、導体の開口１０３ａ、１０３ｂの幅を最適な間隔に設計することにより、薄い平面基板１０８を用いているにもかかわらず、先端開放型線路１０２ａ、１０２ｂの特性インピーダンスと放射抵抗を最適化することができ、効率の高い電力放射が可能となる。
【００３６】
以上、本実施の形態における平面放射型発振装置によれば、安定な発振状態を保つことが可能となる。なお、平面基板１０８の材質としては、ガラスエポキシやテフロン（登録商標）等の樹脂材料や低温焼成ガラスセラミックやアルミナ等のセラミック材料など、高周波回路に一般的に使用されるものを用いることができる。
【００３７】
（実施の形態２）
次に、図３および図４を参照して、本発明に基づいた実施の形態２における発振装置について説明する。なお、図３は、本実施の形態における平面放射型発振装置の平面図であり、図４は、図３中ＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。
【００３８】
（平面放射型発振装置の構成）
本発明に基づいた実施の形態２における平面放射型発振装置において、実施の形態１の平面放射型発振装置と異なる点は、信号増幅手段としてのベアチップの高電子移動度トランジスタ２０１を、平面基板２０８にバンプ２０６を介してフリップチップ実装している点である。
【００３９】
両図を参照して、この平面放射型発振装置は、平面基板２０８を有し、この平面基板２０８の一方面（表面側）に、高電子移動度トランジスタ２０１、先端開放型線路２０２ａ，２０２ｂ、および、接地面２０４を有している。また、平面基板２０８の他方面（裏面側）に、導体２０９、および、導体の開口２０３ａ，２０３ｂを有している。開口２０３ａ，２０３ｂは、先端開放型線路２０２ａ，２０２ｂに対向する位置に、先端開放型線路２０２ａ，２０２ｂを含むように設けられている。接地面２０４と導体２０９とは、平面基板２０８を貫通するスルーホール２０５を用いて、電気的に接続されている。先端開放型線路２０２ａ，２０２ｂには、それぞれ直流バイアスライン２０７が設けられている。
【００４０】
また、高電子移動度トランジスタ２０１のゲート(図示せず）と先端開放型線路２０２ａ、高電子移動度トランジスタ２０１のドレイン(図示せず）と先端開放型線路２０２ｂ、および、高電子移動度トランジスタ２０１のソース(図示せず）と接地面２０４が、それぞれバンプ２０６を介して電気的に接続されている。
【００４１】
上述したように、高電子移動度トランジスタ２０１をフリップチップ実装した場合、ワイヤーボンド実装と比較すると、接続部分のインダクタンスを低減することができる。このため、高電子移動度トランジスタ２０１の性能を充分引き出すことができ、安定な発振が可能となる。特に発振周波数が６０ＧＨｚ等のミリ波帯の場合は、実装ばらつきは、発振周波数や出力に大きく影響するので、フリップチップ実装することにより実装ばらつきが低減でき、非常に有効である。
【００４２】
なお、動作原理、先端開放型線路２０２ａ，２０２ｂの電気長、平面基板２０８の材質、厚さ設定等に関しては、上記実施の形態１の場合と同様である。
【００４３】
以上、本実施の形態における平面放射型発振装置によっても、安定な発振状態を保つことが可能となる。
【００４４】
（実施の形態３）
次に、図５および図６を参照して、本発明に基づいた実施の形態３における発振装置について説明する。なお、図５は、本実施の形態における平面放射型発振装置の平面図であり、図６は、図５中ＶＩ−ＶＩ線矢視断面図である。
【００４５】
（平面放射型発振装置の構成）
本発明に基づいた実施の形態３における平面放射型発振装置において、実施の形態１の平面放射型発振装置と異なる点は、信号増幅手段として、ディスクリート（単機能）の高電子移動度トランジスタ１０１の代わりに増幅機能を有する集積回路４０１を用いている点である。
【００４６】
両図を参照して、この平面放射型発振装置は、平面基板４０８を有し、この平面基板４０８の一方面（表面側）に、信号増幅手段としての集積回路４０１、および、先端開放型線路４０２ａ，４０２ｂを有している。また、平面基板４０８の他方面（裏面側）に、導体４０９、および、導体の開口４０３ａ，４０３ｂを有している。開口４０３ａ，４０３ｂは、先端開放型線路４０２ａ，４０２ｂに対向する位置に設けられている。集積回路４０１の所定端子と、先端開放型線路４０２ａ，４０２ｂとは、それぞれボンディングワイヤー４０６を介して、電気的に接続されている。また、集積回路４０１の所定端子と、直流バイアスライン４０７とも、それぞれボンディングワイヤー４０６を介して、電気的に接続されている。また、集積回路４０１の所定端子と導体４０９とは、平面基板４０８を貫通するスルーホール４０５を用いて、電気的に接続されている。
【００４７】
ここで、集積回路４０１は、一つ以上の能動素子と一つ以上の整合回路が一つの半導体チップ上に集積化されたものである。集積回路４０１は、たとえば、ガリウム砒素基板上に、高電子移動度トランジスタやヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ等の能動素子と、伝送線路やキャパシタ等の受動素子で構成される整合回路を集積化して形成される。このような集積回路４０１は、高電子移動度トランジスタ１０１のようなディスクリート部品よりも利得が稼げるため、高性能の発振装置が実現できる。
【００４８】
さらに、上記整合回路は、集積回路の入出力間の通過位相が発振周波数において正帰還がかかるように設計している。この結果、上記集積回路に先端開放型線路を接続することにより、確実に発振条件が満たされるため、安定な発振動作が可能となるのである。
【００４９】
集積回路４０１は、ボンディングワイヤーによる接続に代わり、実施の形態２と同様にフリップチップ実装してもよい。
【００５０】
なお、動作原理、先端開放型線路４０２ａ，４０２ｂの電気長、平面基板４０８の材質、厚さ設定等に関しては、上記実施の形態１の場合と同様である。
【００５１】
以上、本実施の形態における平面放射型発振装置によっても、安定な発振状態を保つことが可能となる。
【００５２】
（実施の形態４）
図７を参照して、本発明に基づいた実施の形態４における発振装置について説明する。なお、図７は、本実施の形態における平面放射型発振装置の縦断面図である。
【００５３】
（平面放射型発振装置の構成）
この平面放射型発振装置の基本的構成は、上述した実施の形態１における平面放射型発振装置と同じである。平面基板５０８を有し、この平面基板５０８の一方面（表面側）に、信号増幅手段としての高電子移動度トランジスタ５０１、先端開放型線路５０２ａ，５０２ｂ、および、ボンディングワイヤー５０６、接地面５０４を有している。また、平面基板５０８の他方面（裏面側）に、導体５０９、および、導体の開口５０３ａ，５０３ｂを有している。
【００５４】
開口５０３ａ，５０３ｂは、先端開放型線路５０２ａ，５０２ｂに対向する位置に、先端開放型線路５０２ａ，５０２ｂを含むように設けられている。接地面５０４と導体５０９とは、平面基板５０８を貫通するスルーホール（図示省略）を用いて、電気的に接続されている。
【００５５】
接地面５０４上には高電子移動度トランジスタ５０１がダイボンドされている。また、高電子移動度トランジスタ５０１のゲート(図示せず）と先端開放型線路５０２ａ、高電子移動度トランジスタ５０１のドレイン(図示せず）と先端開放型線路５０２ｂ、および、高電子移動度トランジスタ５０１のソース(図示せず）と接地面５０４が、それぞれボンディングワイヤー５０６を介して、電気的に接続されている。
【００５６】
さらに、本実施の形態においては、高電子移動度トランジスタ５０１の上方に誘電体レンズ５１１が配置されている。この誘電体レンズ５１１は、筐体５１０に固定され、筐体５１０に設けられた開口部５１０ａから誘電体レンズ５１１が露出している。また、誘電体レンズ５１１の焦点付近が、高電子移動度トランジスタ５０１の位置と一致するように配置されている。
【００５７】
先端開放型線路５０２ａ、５０２ｂで形成されるアンテナの放射原点は、先端開放型線路５０２ａ、５０２ｂの中間点、すなわち高電子移動度トランジスタ５０１となる。したがって、幾何光学的に誘電体レンズ５１１の焦点を高電子移動度トランジスタ５０１付近に配置すれば、放射原点から放射したとみなされる放射波が誘電体レンズ５０１に入射し、誘電体レンズ５１１の表面で屈折して、平面波として空間に放出される。
【００５８】
誘電体レンズ５１１の開口が大きいほどアンテナ利得が高くなり、アンテナ放射角は鋭くなる。したがって、誘電体レンズ５１１の適切な開口を選択することにより、通信距離や放射角の設定の自由度が高まる。
【００５９】
誘電体レンズ５１１は高密度ポリエチレン、テフロン（登録商標）等の低損失の樹脂材料やセラミック等で作製することが可能である。
【００６０】
（実施の形態５）
図８を参照して、本発明に基づいた実施の形態５における発振装置について説明する。なお、図８は、本実施の形態における平面放射型発振装置の縦断面図である。
【００６１】
（平面放射型発振装置の構成）
この平面放射型発振装置の基本的構成は、上述した実施の形態４における平面放射型発振装置と同じである。平面基板６０８を有し、この平面基板６０８の一方面（表面側）に、信号増幅手段としての高電子移動度トランジスタ６０１、先端開放型線路６０２ａ，６０２ｂ、および、ボンディングワイヤー６０６、接地面６０４を有している。また、平面基板６０８の他方面（裏面側）に、導体６０９、および、導体の開口６０３ａ，６０３ｂを有している。
【００６２】
開口６０３ａ，６０３ｂは、先端開放型線路６０２ａ，６０２ｂに対向する位置に、端開放型線路６０２ａ，６０２ｂを含むように設けられている。接地面６０４と導体６０９とは、平面基板６０８を貫通するスルーホール（図示省略）を用いて、電気的に接続されている。
【００６３】
接地面６０４上には高電子移動度トランジスタ６０１がダイボンドされている。また、高電子移動度トランジスタ６０１のゲート(図示せず）と先端開放型線路６０２ａ、高電子移動度トランジスタ６０１のドレイン(図示せず）と先端開放型線路６０２ｂ、および、高電子移動度トランジスタ６０１のソース(図示せず）と接地面６０４が、それぞれボンディングワイヤー６０６を介して、電気的に接続されている。
【００６４】
さらに、本実施の形態においては、高電子移動度トランジスタ６０１の上方に誘電体レンズ６１１が配置され、平面基板６０８の裏面側に誘電体レンズ６１２が配置されている。誘電体レンズ６１１は、筐体６１０に固定され、筐体６１０に設けられた開口部６１０ａから誘電体レンズ６１１が露出している。また、誘電体レンズ６１１の焦点付近が、高電子移動度トランジスタ６０１の位置と一致するように配置されている。
【００６５】
誘電体レンズ６１２は、筐体６１３に固定され、筐体６１３に設けられた開口部６１３ａから誘電体レンズ６１２が露出している。また、誘電体レンズ６１２の焦点付近が、高電子移動度トランジスタ６０１の位置と一致するように配置されている。
【００６６】
先端開放型線路６０２ａ、６０２ｂで形成されるアンテナの放射原点は、先端開放型線路６０２ａ、６０２ｂの中間点、すなわち高電子移動度トランジスタ６０１となる。したがって、幾何光学的に誘電体レンズ６１１，６１２の焦点を高電子移動度トランジスタ５０１付近に配置すれば、放射原点から放射したとみなされる放射波が誘電体レンズ６１１，６１２に入射し、誘電体レンズ６１１，６１２の表面で屈折して、平面波として空間に放出される。
【００６７】
このように平面基板６０８の両側に誘電体レンズ６１１，６１２を配置することにより、それぞれの方向で、通信距離や放射角の設定の自由度が高まる。誘電体レンズ６１１，６１２の大きさは必ずしも同じである必要はなく、図８に示すように表面側、裏面側で異なってもよい。
【００６８】
また、誘電体レンズ６１１，６１２の開口が大きいほどアンテナ利得が高くなり、アンテナ放射角は鋭くなる。したがって、誘電体レンズ６１１，６１２の適切な開口を選択することにより、通信距離や放射角の設定の自由度が高まる。
【００６９】
誘電体レンズ６１１，６１２は高密度ポリエチレン、テフロン（登録商標）等の低損失の樹脂材料やセラミック等で作製することが可能である。
【００７０】
なお、上記実施の形態４および５における平面放射型発振装置においては、実施の形態１に示した発振装置の構成を採用した場合について説明しているが、実施の形態２および３に示す発振装置の構成を採用することも可能である。
【００７１】
（実施の形態６）
図８で示した実施の形態５における発振装置を用いた無線中継システムの実施の形態を図９に示す。６０ＧＨｚ帯送信機７０１、発振装置７０２、６０ＧＨｚ帯受信機７０３ａ、７０３ｂ、７０３ｃで構成される。
【００７２】
発振装置７０２は６０ＧＨｚ付近で自由発振しており、誘電体レンズ７１１ａ、７１１ｂにより前後の空間に放射波を放射している。次に６０ＧＨｚ帯送信機７０１から６０ＧＨｚ帯変調波を放射し、誘電体レンズ７１１ａを介して発振装置７０２に入射した場合、６０ＧＨｚ帯変調波が発振装置７０２内の高電子移動度トランジスタに注入され、発振装置７０２の自由発振波は６０ＧＨｚ帯変調波に同期する。この結果、発振装置７０２の前後から６０ＧＨｚ帯変調波が放射されることになるのである。発振装置７０２の誘電体レンズ７１１ｂから放射された６０ＧＨｚ帯変調波は、６０ＧＨｚ帯受信機７０３ａ、７０３ｂ、７０３ｃに入射され、受信が完了する。
【００７３】
誘電体レンズ７１１ａは、開口が大きいほどアンテナ利得が高まり、６０ＧＨｚ帯変調波に対する注入同期幅が広くなる。また、誘電体レンズ７１１ｂの開口を比較的小さめに設定すれば、放射角が広がり、たとえば、６０ＧＨｚ帯受信機７０３ａ、７０３ｂ、７０４ｃのように複数の受信機に中継することが可能となる。
【００７４】
以上のように本発明に基づいた発振装置を無線中継システムに用いることにより、通信距離の拡大を図るとともに、電波の放射角を中継地点で変化させることが可能となる。この結果、送信機と受信機のレイアウトの自由度が高まる。
【００７５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、小型で高性能な無線中継装置を実現する上で有効であり、ハイビジョン映像信号の無線伝送装置等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】この発明に基づいた実施の形態１における平面放射型発振装置の平面図である。
【図２】図１中ＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。
【図３】この発明に基づいた実施の形態２における平面放射型発振装置の平面図である。
【図４】図３中ＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。
【図５】この発明に基づいた実施の形態３における平面放射型発振装置の平面図である。
【図６】図５中ＶＩ−ＶＩ線矢視断面図である。
【図７】この発明に基づいた実施の形態４における平面放射型発振装置の縦断面図である。
【図８】この発明に基づいた実施の形態５における平面放射型発振装置の縦断面図である。
【図９】この発明に基づいた実施の形態６における平面放射型発振を用いた無線中継システムを示す図である。
【図１０】背景技術におけるマイクロ波ミリ波放射型発振装置の概略構成を示す平面図である。
【図１１】図１０中ＸＩ−ＸＩ線矢視断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０１，２０１，５０１，６０１ 高電子移動度トランジスタ、１０２ａ，１０２ｂ，２０２ａ，２０２ｂ，４０２ａ，４０２ｂ，５０２ａ，５０２ｂ，６０２ａ，６０２ｂ 先端開放型線路、１０３ａ，１０３ｂ，２０３ａ，２０３ｂ，４０３ａ，４０３ｂ，５０３ａ，５０３ｂ，６０３ａ，６０３ｂ 開口、１０４，２０４，４０４，５０４，６０４ 接地面、１０５，２０５，４０５ スルーホール、１０６，４０６，５０６，６０６ ボンディングワイヤー、１０７，２０７，４０７ 直流バイアスライン、１０８，２０８，４０８，５０８，６０８ 平面基板、１０９，２０９，４０９，５０９，６０９ 導体、２０６ バンプ、４０１ 集積回路、５１０，６１０，６１３ 筐体、５１０ａ，６１０ａ，６１３ａ 開口部、５１１，６１１，６１２ 誘電体レンズ。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロ波・ミリ波発振装置および無線中継システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイビジョン映像信号の無線伝送が注目されており、大容量情報を伝達する必要から、広い帯域を確保できるミリ波を用いた無線映像伝送装置の開発が試みられている。ミリ波帯においては、高周波回路とアンテナとを別々に形成してコネクタ等で接続した場合、その接続部での電力の損失が大きくなる。そこで、高周波回路と平面アンテナを一体化した装置の開発が試みられている。
【０００３】
このような装置の一例として、たとえば、下記特許文献１および特許文献２に開示されているマイクロ波ミリ波放射型発振装置がある。図１０に、特許文献１に開示されるマイクロ波ミリ波放射型発振装置の概略構成（平面図）を示し、図１１に図１０中ＸＩ−ＸＩ線矢視断面図を示す。このマイクロ波ミリ波放射型発振装置は、一対の扇状導体パッチ１９を有し、その中心部が互いに近接し、かつ円弧部が互いに相対する様に配置されている。
【０００４】
この一対の扇状導体パッチ１９の中央部には、ゲートおよびドレインを上記一対の扇状導体パッチ１９の異なる一方にそれぞれ接続し、ソースを接地した電界効果型の高周波トランジスタ１２と、一対の扇状導体パッチ１９と平行に広がる、基板２１および導体平面層２０とを備えている。一対の扇状導体パッチ１９は、基板２１の一方の面（表面側）に設けられ、導体平面層２０は、基板２１の他方の面（裏面側）に設けられている。扇状導体パッチ１９は、直流バイアスライン１１により、それぞれのソースを接地電位とする別々の直流電源に接続されている。
【０００５】
一対の扇状導体パッチ１９の面と平行に広がる導体平面層２０との間隔（ｈ）は、波長の１５分の１倍から５分の１倍の間である。一対の扇状導体パッチ１９の半径は、発振波長のほぼ４分の１の長さである。
【０００６】
上記構成のマイクロ波ミリ波放射型発振装置によれば、一対の扇状導体パッチ１９は両端の長さが半波長とほぼ等しい電磁波に対し共振特性を持つ。また、一対の扇状導体パッチ１９の平面と平行に広がる導体平面層２０との間隔が、通常のストリップ線路、あるいは、平面アンテナ基板に用いられる回路基板の厚さに比較して、３倍〜１０倍程度と大きいことから、一対の扇状導体パッチ１９は共振周波数に於いて空間と整合が取れた平面アンテナとはならず、空間に対して弱く結合する平面共振器となる。
【０００７】
一対の扇状導体パッチ１９の中央部に設けられる電界効果型の高周波トランジスタ１２のゲート、および、ドレインは一対の扇状導体パッチ１９の異なる一方に接続され、それぞれ直流バイアスされソースを接地している。これにより、ソース接地の高周波増幅器が形成され、ゲート側に発生した雑音信号は増幅される。
【０００８】
また、ドレインに接続された扇状導体パッチ１９に高周波電流を誘起し、扇状導体パッチ１９と背面の平行導体面２１との間を高周波電磁界は導波され半径方向へ伝搬し、扇状導体パッチ１９の先端に達する。扇状導体パッチ１９の先端に達した高周波電磁界は、大部分は反射され逆向きに戻る。更に、高周波電磁界は、他の一方の扇状導体パッチ１９の側を伝搬・往復し、中央の電界効果型の高周波トランジスタ１２のゲート側に入射し、再増幅される。
【０００９】
一対の扇状導体パッチ１９と背面の導体平面層２０とで形成される導波路は、高周波トランジスタ１２による増幅器の帰還回路を形成する。このとき、一対の扇状導体パッチ１９の両端の長さに対応した共振周波数と一致し、増幅器の出力から入力への帰還が、正帰還位相の関係を満足する周波数成分について発振が成長し、一対の扇状導体パッチ１９の平面共振器にエネルギーが蓄積される。空間に対して弱く結合する一対の扇状導体パッチ１９と高周波トランジスタ１２からなる平面共振器から蓄積された高周波エネルギーの一部が、定常状態では放射出力２２として一定の割合で空間に放射される。
【００１０】
一対の扇状導体パッチ１９の面と導体平面層２０との間隔を、波長の１５分の１から５分の１の間で選択することで、一対の扇状導体パッチ１９の共振周波数に於ける空間との整合を選択できる。
【００１１】
しかしながら、上記構成を有するマイクロ波ミリ波放射型発振装置においては、以下に示すような問題がある。すなわち、基板２１の裏面側に導体平面層２０が設けられているため、電力の放射は基板２１の表面方向のみの一方向に限られる。
【００１２】
また、平面アンテナ基板に用いられる回路基板の厚さと比較し３倍〜１０倍程度の厚さの基板を用いているため、高周波トランジスタ１２のグランドを、基板２１を挟んだ位置にある導体平面層２０と接続させる場合、基板２１に長いスルーホールを設ける必要がある。基板２１に長いスルーホールを設けた場合、高周波トランジスタ１２のグランドインダクタンスが大きくなるため、トランジスタ本来の性能を発揮することができず、発振装置の性能を制限してしまう。
【特許文献１】特開平１１−３１９１８号公報
【特許文献２】特開２０００−２６１２３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
この発明の課題は、電力の放射が基板の一方向に限られる点、厚さの厚い基板を用いる結果、発振装置の性能を制限してしまう点にある。したがって、本発明の目的は、基板の両面から放射する発振装置を実現するとともに、薄い基板を用いて高性能な放射型発振装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するために、本発明の発振装置においては、一方の面に導体接地面を有する平面基板と、該平面基板の他方の面上に実装された信号増幅手段と、該信号増幅手段の入力端子および出力端子のそれぞれに接続された先端開放型線路とを備え、上記先端開放型線路に相対する導体接地面に開口を有する。この発振装置によれば、平面アンテナと発振器とが一体化されており、かつ、平面アンテナの両側から放射することが可能である。
【００１５】
また、一の形態では、上記先端開放型線路の電気長が、発振波の波長の約１／４の長さである。これにより、所望の周波数で発振させることができる。
【００１６】
また、一の形態では、上記信号増幅手段が、金属バンプを介して平面基板にフリップチップ実装されている。フリップチップ実装接続部分のインダクタンスを低減することができるため、上記信号増幅手段の性能を充分に引き出すことができ、安定な発振が可能となる。
【００１７】
また、一の形態では、上記信号増幅手段は、一つ以上の能動素子と一つ以上の整合回路が一つの半導体チップ上に集積化された集積回路となっている。これにより、信号増幅手段の利得を高めることができるため、さらに安定した発振が可能となる。
【００１８】
また、一の形態では、上記集積回路の入出力間の通過位相が発振周波数において正帰還がかかるように、上記整合回路が形成されている。これにより、所望の周波数において確実に発振条件を満たすことが可能となるため、安定した発振動作が可能となる。
【００１９】
また、一の形態では、上記平面基板の厚さが、発振波の波長に対して１／１０以下である。これにより、基板の表面と裏面を接続するスルーホールの長さが波長に対して充分短くなり、基板の表面の接地面の電位は、基板の裏面とほぼ同電位となる。この結果、高電子移動度トランジスタは、発振周波数において利得の低下を抑えることが可能となる。
【００２０】
また、一の形態では、誘電体レンズをさらに備え、上記誘電体レンズの焦点が上記信号増幅手段付近にくるように、上記誘電体レンズを配置している。これにより、通信距離の拡大が図れる。
【００２１】
また、一の形態では、上記誘電体レンズが、上記平面基板の表面側および裏面側の両方に配置したことを特徴としている。これにより、平面基板の前後において、通信距離の拡大が図れる。
【００２２】
また、一の形態では、上記誘電体レンズが、上記平面基板表面側および裏面側で異なる開口径を有する。これにより、表面側および裏面側それぞれの方向で、通信距離や放射角の設定を独立して行なうことが可能となる。
【００２３】
また、一の形態では、送信機、受信機、および本発明の発振装置で構成される無線中継システムを形成している。これにより、通信距離の拡大を図るとともに、電波の放射角を中継地点で変化させることが可能となる。この結果、送信機と受信機のレイアウトの自由度が高まる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に基づいた発振装置および無線中継システムによれば、基板の両側で電波を放射することができるため、無線中継システムの柔軟なレイアウトが可能となる。また、従来は、放射効率を上げるために厚い基板を用いていたが、本発明においては、薄い基板を用いても放射効率は劣化せず、薄い基板を用いたことによって信号増幅手段の利得が増大するため、より安定な発振動作が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に基づいた各実施の形態における発振装置および無線中継システムについて、図を参照しながら説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
図１および図２を参照して、本発明に基づいた実施の形態１における発振装置について説明する。なお、図１は、本実施の形態における平面放射型発振装置の平面図であり、図２は、図１中ＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。
【００２７】
（平面放射型発振装置の構成）
両図を参照して、この平面放射型発振装置は、平面基板１０８を有し、この平面基板１０８の一方面（表面側）に、信号増幅手段としての高電子移動度トランジスタ１０１、先端開放型線路１０２ａ，１０２ｂ、および、ボンディングワイヤー１０６、接地面１０４を有している。また、平面基板１０８の他方面（裏面側）に、導体１０９、および、導体の開口１０３ａ，１０３ｂを有している。
【００２８】
開口１０３ａ，１０３ｂは、先端開放型線路１０２ａ，１０２ｂに対向する位置に、先端開放型線路１０２ａ，１０２ｂを含むように設けられている。接地面１０４と導体１０９とは、平面基板１０８を貫通するスルーホール１０５を用いて、電気的に接続されている。先端開放型線路１０２ａ，１０２ｂには、それぞれ直流バイアスライン１０７が設けられている。
【００２９】
接地面１０４上には高電子移動度トランジスタ１０１がダイボンドされている。また、高電子移動度トランジスタ１０１のゲート(図示せず）と先端開放型線路１０２ａ、高電子移動度トランジスタ１０１のドレイン(図示せず）と先端開放型線路１０２ｂ、および、高電子移動度トランジスタ１０１のソース(図示せず）と接地面１０４が、それぞれボンディングワイヤー１０６を介して、電気的に接続されている。
【００３０】
（動作原理）
次に、動作原理について説明する。高電子移動度トランジスタ１０１のゲート側に発生した雑音信号は、高電子移動度トランジスタ１０１で増幅され、先端開放型線路１０２ｂへと伝送される。先端開放型線路１０２ｂの先端で反射した雑音信号は、先端開放型線路１０２ａへ伝送され、先端開放型線路１０２ａの先端で反射され、高電子移動度トランジスタ１０１のゲートに入射され、再度増幅される。
【００３１】
雑音信号は元々周波数に対して一様な電力密度を持っているが、増幅器の出力から入力への帰還の位相が０となる周波数成分のみが成長し発振する。この発振により先端開放型線路１０２ａ、１０２ｂに高周波エネルギーが蓄積されるが、その高周波エネルギーの一部が定常状態では放射波として放射される。ここで導体面の開口１０３ａ、１０３ｂが存在することにより、放射波は、平面基板１０８の表面側だけでなく、裏面側からも放射される。
【００３２】
先端開放型線路１０２ａ，１０２ｂの電気長（平面基板１０８の誘電率を考慮した長さ）を放射波の周波数に対して約１／４波長とすることにより、所望の周波数で発振させることが可能となる。先端開放型線路１０２ａ、１０２ｂの形状は、ここでは幅が同一な帯状のものを示しているが、扇形状（ラジアルスタブ）等を用いてよい。
【００３３】
信号増幅手段として、ここでは高電子移動度トランジスタを用いた例を示したが、ガリウム砒素、インジウム燐、あるいはシリコンゲルマ基板等に形成したヘテロジャンクションバイポーラを用いてもよい。
【００３４】
平面基板１０８の厚さは、放射波の波長の１／１０以下に設定することにより、スルーホール１０５の長さが波長に対して充分短くなり、接地面１０４と裏面の導体１０９の電位は、発振周波数においてほぼ同電位となる。この結果、高電子移動度トランジスタ１０１は発振周波数において、利得の低下を抑えることが可能となる。
【００３５】
一方、開口１０３ａ，１０３ｂは、先端開放型線路１０２ａ，１０２ｂに対向する位置に、先端開放型線路１０２ａ，１０２ｂを含むように設けているが、先端開放線路１０２ａ、１０２ｂの幅と、導体の開口１０３ａ、１０３ｂの幅を最適な間隔に設計することにより、薄い平面基板１０８を用いているにもかかわらず、先端開放型線路１０２ａ、１０２ｂの特性インピーダンスと放射抵抗を最適化することができ、効率の高い電力放射が可能となる。
【００３６】
以上、本実施の形態における平面放射型発振装置によれば、安定な発振状態を保つことが可能となる。なお、平面基板１０８の材質としては、ガラスエポキシやテフロン（登録商標）等の樹脂材料や低温焼成ガラスセラミックやアルミナ等のセラミック材料など、高周波回路に一般的に使用されるものを用いることができる。
【００３７】
（実施の形態２）
次に、図３および図４を参照して、本発明に基づいた実施の形態２における発振装置について説明する。なお、図３は、本実施の形態における平面放射型発振装置の平面図であり、図４は、図３中ＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。
【００３８】
（平面放射型発振装置の構成）
本発明に基づいた実施の形態２における平面放射型発振装置において、実施の形態１の平面放射型発振装置と異なる点は、信号増幅手段としてのベアチップの高電子移動度トランジスタ２０１を、平面基板２０８にバンプ２０６を介してフリップチップ実装している点である。
【００３９】
両図を参照して、この平面放射型発振装置は、平面基板２０８を有し、この平面基板２０８の一方面（表面側）に、高電子移動度トランジスタ２０１、先端開放型線路２０２ａ，２０２ｂ、および、接地面２０４を有している。また、平面基板２０８の他方面（裏面側）に、導体２０９、および、導体の開口２０３ａ，２０３ｂを有している。開口２０３ａ，２０３ｂは、先端開放型線路２０２ａ，２０２ｂに対向する位置に、先端開放型線路２０２ａ，２０２ｂを含むように設けられている。接地面２０４と導体２０９とは、平面基板２０８を貫通するスルーホール２０５を用いて、電気的に接続されている。先端開放型線路２０２ａ，２０２ｂには、それぞれ直流バイアスライン２０７が設けられている。
【００４０】
また、高電子移動度トランジスタ２０１のゲート(図示せず）と先端開放型線路２０２ａ、高電子移動度トランジスタ２０１のドレイン(図示せず）と先端開放型線路２０２ｂ、および、高電子移動度トランジスタ２０１のソース(図示せず）と接地面２０４が、それぞれバンプ２０６を介して電気的に接続されている。
【００４１】
上述したように、高電子移動度トランジスタ２０１をフリップチップ実装した場合、ワイヤーボンド実装と比較すると、接続部分のインダクタンスを低減することができる。このため、高電子移動度トランジスタ２０１の性能を充分引き出すことができ、安定な発振が可能となる。特に発振周波数が６０ＧＨｚ等のミリ波帯の場合は、実装ばらつきは、発振周波数や出力に大きく影響するので、フリップチップ実装することにより実装ばらつきが低減でき、非常に有効である。
【００４２】
なお、動作原理、先端開放型線路２０２ａ，２０２ｂの電気長、平面基板２０８の材質、厚さ設定等に関しては、上記実施の形態１の場合と同様である。
【００４３】
以上、本実施の形態における平面放射型発振装置によっても、安定な発振状態を保つことが可能となる。
【００４４】
（実施の形態３）
次に、図５および図６を参照して、本発明に基づいた実施の形態３における発振装置について説明する。なお、図５は、本実施の形態における平面放射型発振装置の平面図であり、図６は、図５中ＶＩ−ＶＩ線矢視断面図である。
【００４５】
（平面放射型発振装置の構成）
本発明に基づいた実施の形態３における平面放射型発振装置において、実施の形態１の平面放射型発振装置と異なる点は、信号増幅手段として、ディスクリート（単機能）の高電子移動度トランジスタ１０１の代わりに増幅機能を有する集積回路４０１を用いている点である。
【００４６】
両図を参照して、この平面放射型発振装置は、平面基板４０８を有し、この平面基板４０８の一方面（表面側）に、信号増幅手段としての集積回路４０１、および、先端開放型線路４０２ａ，４０２ｂを有している。また、平面基板４０８の他方面（裏面側）に、導体４０９、および、導体の開口４０３ａ，４０３ｂを有している。開口４０３ａ，４０３ｂは、先端開放型線路４０２ａ，４０２ｂに対向する位置に設けられている。集積回路４０１の所定端子と、先端開放型線路４０２ａ，４０２ｂとは、それぞれボンディングワイヤー４０６を介して、電気的に接続されている。また、集積回路４０１の所定端子と、直流バイアスライン４０７とも、それぞれボンディングワイヤー４０６を介して、電気的に接続されている。また、集積回路４０１の所定端子と導体４０９とは、平面基板４０８を貫通するスルーホール４０５を用いて、電気的に接続されている。
【００４７】
ここで、集積回路４０１は、一つ以上の能動素子と一つ以上の整合回路が一つの半導体チップ上に集積化されたものである。集積回路４０１は、たとえば、ガリウム砒素基板上に、高電子移動度トランジスタやヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ等の能動素子と、伝送線路やキャパシタ等の受動素子で構成される整合回路を集積化して形成される。このような集積回路４０１は、高電子移動度トランジスタ１０１のようなディスクリート部品よりも利得が稼げるため、高性能の発振装置が実現できる。
【００４８】
さらに、上記整合回路は、集積回路の入出力間の通過位相が発振周波数において正帰還がかかるように設計している。この結果、上記集積回路に先端開放型線路を接続することにより、確実に発振条件が満たされるため、安定な発振動作が可能となるのである。
【００４９】
集積回路４０１は、ボンディングワイヤーによる接続に代わり、実施の形態２と同様にフリップチップ実装してもよい。
【００５０】
なお、動作原理、先端開放型線路４０２ａ，４０２ｂの電気長、平面基板４０８の材質、厚さ設定等に関しては、上記実施の形態１の場合と同様である。
【００５１】
以上、本実施の形態における平面放射型発振装置によっても、安定な発振状態を保つことが可能となる。
【００５２】
（実施の形態４）
図７を参照して、本発明に基づいた実施の形態４における発振装置について説明する。なお、図７は、本実施の形態における平面放射型発振装置の縦断面図である。
【００５３】
（平面放射型発振装置の構成）
この平面放射型発振装置の基本的構成は、上述した実施の形態１における平面放射型発振装置と同じである。平面基板５０８を有し、この平面基板５０８の一方面（表面側）に、信号増幅手段としての高電子移動度トランジスタ５０１、先端開放型線路５０２ａ，５０２ｂ、および、ボンディングワイヤー５０６、接地面５０４を有している。また、平面基板５０８の他方面（裏面側）に、導体５０９、および、導体の開口５０３ａ，５０３ｂを有している。
【００５４】
開口５０３ａ，５０３ｂは、先端開放型線路５０２ａ，５０２ｂに対向する位置に、先端開放型線路５０２ａ，５０２ｂを含むように設けられている。接地面５０４と導体５０９とは、平面基板５０８を貫通するスルーホール（図示省略）を用いて、電気的に接続されている。
【００５５】
接地面５０４上には高電子移動度トランジスタ５０１がダイボンドされている。また、高電子移動度トランジスタ５０１のゲート(図示せず）と先端開放型線路５０２ａ、高電子移動度トランジスタ５０１のドレイン(図示せず）と先端開放型線路５０２ｂ、および、高電子移動度トランジスタ５０１のソース(図示せず）と接地面５０４が、それぞれボンディングワイヤー５０６を介して、電気的に接続されている。
【００５６】
さらに、本実施の形態においては、高電子移動度トランジスタ５０１の上方に誘電体レンズ５１１が配置されている。この誘電体レンズ５１１は、筐体５１０に固定され、筐体５１０に設けられた開口部５１０ａから誘電体レンズ５１１が露出している。また、誘電体レンズ５１１の焦点付近が、高電子移動度トランジスタ５０１の位置と一致するように配置されている。
【００５７】
先端開放型線路５０２ａ、５０２ｂで形成されるアンテナの放射原点は、先端開放型線路５０２ａ、５０２ｂの中間点、すなわち高電子移動度トランジスタ５０１となる。したがって、幾何光学的に誘電体レンズ５１１の焦点を高電子移動度トランジスタ５０１付近に配置すれば、放射原点から放射したとみなされる放射波が誘電体レンズ５０１に入射し、誘電体レンズ５１１の表面で屈折して、平面波として空間に放出される。
【００５８】
誘電体レンズ５１１の開口が大きいほどアンテナ利得が高くなり、アンテナ放射角は鋭くなる。したがって、誘電体レンズ５１１の適切な開口を選択することにより、通信距離や放射角の設定の自由度が高まる。
【００５９】
誘電体レンズ５１１は高密度ポリエチレン、テフロン（登録商標）等の低損失の樹脂材料やセラミック等で作製することが可能である。
【００６０】
（実施の形態５）
図８を参照して、本発明に基づいた実施の形態５における発振装置について説明する。なお、図８は、本実施の形態における平面放射型発振装置の縦断面図である。
【００６１】
（平面放射型発振装置の構成）
この平面放射型発振装置の基本的構成は、上述した実施の形態４における平面放射型発振装置と同じである。平面基板６０８を有し、この平面基板６０８の一方面（表面側）に、信号増幅手段としての高電子移動度トランジスタ６０１、先端開放型線路６０２ａ，６０２ｂ、および、ボンディングワイヤー６０６、接地面６０４を有している。また、平面基板６０８の他方面（裏面側）に、導体６０９、および、導体の開口６０３ａ，６０３ｂを有している。
【００６２】
開口６０３ａ，６０３ｂは、先端開放型線路６０２ａ，６０２ｂに対向する位置に、端開放型線路６０２ａ，６０２ｂを含むように設けられている。接地面６０４と導体６０９とは、平面基板６０８を貫通するスルーホール（図示省略）を用いて、電気的に接続されている。
【００６３】
接地面６０４上には高電子移動度トランジスタ６０１がダイボンドされている。また、高電子移動度トランジスタ６０１のゲート(図示せず）と先端開放型線路６０２ａ、高電子移動度トランジスタ６０１のドレイン(図示せず）と先端開放型線路６０２ｂ、および、高電子移動度トランジスタ６０１のソース(図示せず）と接地面６０４が、それぞれボンディングワイヤー６０６を介して、電気的に接続されている。
【００６４】
さらに、本実施の形態においては、高電子移動度トランジスタ６０１の上方に誘電体レンズ６１１が配置され、平面基板６０８の裏面側に誘電体レンズ６１２が配置されている。誘電体レンズ６１１は、筐体６１０に固定され、筐体６１０に設けられた開口部６１０ａから誘電体レンズ６１１が露出している。また、誘電体レンズ６１１の焦点付近が、高電子移動度トランジスタ６０１の位置と一致するように配置されている。
【００６５】
誘電体レンズ６１２は、筐体６１３に固定され、筐体６１３に設けられた開口部６１３ａから誘電体レンズ６１２が露出している。また、誘電体レンズ６１２の焦点付近が、高電子移動度トランジスタ６０１の位置と一致するように配置されている。
【００６６】
先端開放型線路６０２ａ、６０２ｂで形成されるアンテナの放射原点は、先端開放型線路６０２ａ、６０２ｂの中間点、すなわち高電子移動度トランジスタ６０１となる。したがって、幾何光学的に誘電体レンズ６１１，６１２の焦点を高電子移動度トランジスタ５０１付近に配置すれば、放射原点から放射したとみなされる放射波が誘電体レンズ６１１，６１２に入射し、誘電体レンズ６１１，６１２の表面で屈折して、平面波として空間に放出される。
【００６７】
このように平面基板６０８の両側に誘電体レンズ６１１，６１２を配置することにより、それぞれの方向で、通信距離や放射角の設定の自由度が高まる。誘電体レンズ６１１，６１２の大きさは必ずしも同じである必要はなく、図８に示すように表面側、裏面側で異なってもよい。
【００６８】
また、誘電体レンズ６１１，６１２の開口が大きいほどアンテナ利得が高くなり、アンテナ放射角は鋭くなる。したがって、誘電体レンズ６１１，６１２の適切な開口を選択することにより、通信距離や放射角の設定の自由度が高まる。
【００６９】
誘電体レンズ６１１，６１２は高密度ポリエチレン、テフロン（登録商標）等の低損失の樹脂材料やセラミック等で作製することが可能である。
【００７０】
なお、上記実施の形態４および５における平面放射型発振装置においては、実施の形態１に示した発振装置の構成を採用した場合について説明しているが、実施の形態２および３に示す発振装置の構成を採用することも可能である。
【００７１】
（実施の形態６）
図８で示した実施の形態５における発振装置を用いた無線中継システムの実施の形態を図９に示す。６０ＧＨｚ帯送信機７０１、発振装置７０２、６０ＧＨｚ帯受信機７０３ａ、７０３ｂ、７０３ｃで構成される。
【００７２】
発振装置７０２は６０ＧＨｚ付近で自由発振しており、誘電体レンズ７１１ａ、７１１ｂにより前後の空間に放射波を放射している。次に６０ＧＨｚ帯送信機７０１から６０ＧＨｚ帯変調波を放射し、誘電体レンズ７１１ａを介して発振装置７０２に入射した場合、６０ＧＨｚ帯変調波が発振装置７０２内の高電子移動度トランジスタに注入され、発振装置７０２の自由発振波は６０ＧＨｚ帯変調波に同期する。この結果、発振装置７０２の前後から６０ＧＨｚ帯変調波が放射されることになるのである。発振装置７０２の誘電体レンズ７１１ｂから放射された６０ＧＨｚ帯変調波は、６０ＧＨｚ帯受信機７０３ａ、７０３ｂ、７０３ｃに入射され、受信が完了する。
【００７３】
誘電体レンズ７１１ａは、開口が大きいほどアンテナ利得が高まり、６０ＧＨｚ帯変調波に対する注入同期幅が広くなる。また、誘電体レンズ７１１ｂの開口を比較的小さめに設定すれば、放射角が広がり、たとえば、６０ＧＨｚ帯受信機７０３ａ、７０３ｂ、７０４ｃのように複数の受信機に中継することが可能となる。
【００７４】
以上のように本発明に基づいた発振装置を無線中継システムに用いることにより、通信距離の拡大を図るとともに、電波の放射角を中継地点で変化させることが可能となる。この結果、送信機と受信機のレイアウトの自由度が高まる。
【００７５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、小型で高性能な無線中継装置を実現する上で有効であり、ハイビジョン映像信号の無線伝送装置等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】この発明に基づいた実施の形態１における平面放射型発振装置の平面図である。
【図２】図１中ＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。
【図３】この発明に基づいた実施の形態２における平面放射型発振装置の平面図である。
【図４】図３中ＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。
【図５】この発明に基づいた実施の形態３における平面放射型発振装置の平面図である。
【図６】図５中ＶＩ−ＶＩ線矢視断面図である。
【図７】この発明に基づいた実施の形態４における平面放射型発振装置の縦断面図である。
【図８】この発明に基づいた実施の形態５における平面放射型発振装置の縦断面図である。
【図９】この発明に基づいた実施の形態６における平面放射型発振を用いた無線中継システムを示す図である。
【図１０】背景技術におけるマイクロ波ミリ波放射型発振装置の概略構成を示す平面図である。
【図１１】図１０中ＸＩ−ＸＩ線矢視断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０１，２０１，５０１，６０１ 高電子移動度トランジスタ、１０２ａ，１０２ｂ，２０２ａ，２０２ｂ，４０２ａ，４０２ｂ，５０２ａ，５０２ｂ，６０２ａ，６０２ｂ 先端開放型線路、１０３ａ，１０３ｂ，２０３ａ，２０３ｂ，４０３ａ，４０３ｂ，５０３ａ，５０３ｂ，６０３ａ，６０３ｂ 開口、１０４，２０４，４０４，５０４，６０４ 接地面、１０５，２０５，４０５ スルーホール、１０６，４０６，５０６，６０６ ボンディングワイヤー、１０７，２０７，４０７ 直流バイアスライン、１０８，２０８，４０８，５０８，６０８ 平面基板、１０９，２０９，４０９，５０９，６０９ 導体、２０６ バンプ、４０１ 集積回路、５１０，６１０，６１３ 筐体、５１０ａ，６１０ａ，６１３ａ 開口部、５１１，６１１，６１２ 誘電体レンズ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に導体接地面を有する平面基板と、
該平面基板の他方の面上に実装された信号増幅手段と、
該信号増幅手段の入力端子および出力端子のそれぞれに接続された先端開放型線路と、を備え、
前記先端開放型線路に相対する前記導体接地面に開口を有することを特徴とする発振装置。
【請求項２】
前記先端開放型線路の電気長が、発振波の波長の１／４相当の長さであることを特徴とする、請求項１に記載の発振装置。
【請求項３】
前記信号増幅手段が、金属バンプを介して前記平面基板にフリップチップ実装されていることを特徴とする、請求項２に記載の発振装置。
【請求項４】
前記信号増幅手段は、一つ以上の能動素子と一つ以上の整合回路とが一つの半導体チップ上に集積化された集積回路であることを特徴とする、請求項２に記載の発振装置。
【請求項５】
前記集積回路の入出力間の通過位相が、発振周波数において正帰還がかかるように、前記整合回路が形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の発振装置。
【請求項６】
前記平面基板の厚さが、発振波の波長に対して１／１０以下である、請求項２に記載の発振装置。
【請求項７】
誘電体レンズをさらに備え、前記誘電体レンズの焦点が前記信号増幅手段付近にくるように、前記誘電体レンズを配置したことを特徴とする、請求項２に記載の発振装置。
【請求項８】
前記誘電体レンズを、前記平面基板の表面側および裏面側の両方に配置したことを特徴とする、請求項７に記載の発振装置。
【請求項９】
前記誘電体レンズが、前記平面基板の表面側および裏面側で異なる開口径を有することを特徴とする請求項８に記載の発振装置。
【請求項１０】
送信機、受信機、および請求項７に記載の発振装置で構成される無線中継システム。
【請求項１】
一方の面に導体接地面を有する平面基板と、
該平面基板の他方の面上に実装された信号増幅手段と、
該信号増幅手段の入力端子および出力端子のそれぞれに接続された先端開放型線路と、を備え、
前記先端開放型線路に相対する前記導体接地面に開口を有することを特徴とする発振装置。
【請求項２】
前記先端開放型線路の電気長が、発振波の波長の１／４相当の長さであることを特徴とする、請求項１に記載の発振装置。
【請求項３】
前記信号増幅手段が、金属バンプを介して前記平面基板にフリップチップ実装されていることを特徴とする、請求項２に記載の発振装置。
【請求項４】
前記信号増幅手段は、一つ以上の能動素子と一つ以上の整合回路とが一つの半導体チップ上に集積化された集積回路であることを特徴とする、請求項２に記載の発振装置。
【請求項５】
前記集積回路の入出力間の通過位相が、発振周波数において正帰還がかかるように、前記整合回路が形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の発振装置。
【請求項６】
前記平面基板の厚さが、発振波の波長に対して１／１０以下である、請求項２に記載の発振装置。
【請求項７】
誘電体レンズをさらに備え、前記誘電体レンズの焦点が前記信号増幅手段付近にくるように、前記誘電体レンズを配置したことを特徴とする、請求項２に記載の発振装置。
【請求項８】
前記誘電体レンズを、前記平面基板の表面側および裏面側の両方に配置したことを特徴とする、請求項７に記載の発振装置。
【請求項９】
前記誘電体レンズが、前記平面基板の表面側および裏面側で異なる開口径を有することを特徴とする請求項８に記載の発振装置。
【請求項１０】
送信機、受信機、および請求項７に記載の発振装置で構成される無線中継システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−７１４３７（Ｐ２００９−７１４３７Ａ）
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２３５７２０（Ｐ２００７−２３５７２０）
【出願日】平成１９年９月１１日（２００７．９．１１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度総務省「電波資源拡大のための研究開発」のうち、「ミリ波帯無線装置の低コスト化の小型ワンチップモジュール化技術の研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月１１日（２００７．９．１１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度総務省「電波資源拡大のための研究開発」のうち、「ミリ波帯無線装置の低コスト化の小型ワンチップモジュール化技術の研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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