リング発振器用50Ωストリップライン方向性結合器の設計､試作､テスト結果の報告: University of the Ryukyus Repository

(1)

Title

リング発振器用50Ωストリップライン方向性結合器の設

_{計､試作､テスト結果の報告}

Author(s)

石川, 徹

Citation

琉球大学理工学部紀要. 工学篇 = Bulletin of Science &

Engineering Division, University of the Ryukyus.

Engineering(3): 179-184

Issue Date

1970-06

URL

http://hdl.handle.net/20.500.12000/23971

(2)

179

リング発振器用 5

0･

Bストリップライン方向性

結合器の設計､試作､テスト結果の報告十

石川

徹 *

ReportonExperimentalResultofa 50Ohm StripLineI)irectionalCouplerDesigned

foraRingOscillator

TORU Ishikawa

Summary;

"50OhmstrlPlinedirectionalcouplerHwasdesignedtoapplytoarlngOSCillator thatwasusedforotherresearchworkattheTohokuUniversitybythewritLer･

This istoreporta theoryofstrlp linedirectionalcouplingandaexperimental resultoftheselfmadestrlPlinecoupler.

Itappearstothewritterthatthecouplersucceededincheckingtheslgnaldirec -tionandfrequencyohheringoscillatoronthestandpointofImpedancenlatChing･

1

緒言導波管や同軸ケーブルの結合器として用いられる直結型結合器や､ストリップ線路に用いられるルーズカップル型はよく知られている方向性結合器である｡本文では束北大学西沢研究室で筆者が研究を続けている分布型エサキダイオードのリング状発振器から電力を取り出すために用いられたリング状ストリップ方向性結合器の理論を1,ムピーダンスマッチングの立場から考察し､実際に方向性結合器としての性能をテストすることが目的である｡その結果､この方向性結合器は､リング状発振器の信号方向を確認する最良のものであることがわかった｡

2

理論

2. 1

ストリップ線路とその特性インピーダンス

Fig･1 StripTransmissionLimeandTransverseElectromagneticwave

I受付 :1969年10月31日 * :琉球大学理工学部電気工学科

(3)

180 [].JH:リング絶振器用500ストリ･ソブライン方r言7津裾合 ?.旨の設計､試作､テスト結果の報 ;-tI

Fi

g. 1

のようなストリップ線路 2

射

云わる信号は

､

r

rEM

波であり､縁端効果を無視すれば

Ez-Hz-Ex

二

-r

lY

- 0

EY-Ee

xp

(-

jβZ+桓 t

)

--･････.･.(1)

E

v

E

Hx

--f --て e

xp (

--

j

βy+J

ut)

即ち両導体問には

V-bEg-bEe

xp(

-jβ

Z･

+j

h)t) ･--････

･

(

2)

なる電圧を生じ, z方向には次の電流が流れる｡

I

-

±a･Hx

-

羊

a

f

E

e

xp ( J

βZ+ 桓 t

)･

･

-･

･

(

3)

従って､特性インピーダンスは

zo

- Ⅴ /

Ⅰ-b/a

･

;-b/a

J

W

-3

77 b/a

･･･(4) なお､線路容量

Co

線路インダクタンス

L

.は次式で計算されるo

C｡

-eS /b-ea･

/b

(

S-aX l)

･- - -･(5)

L｡

-C｡Z｡

2- 〃b/a

----

-･

(

6)

l

ダイオード

l

⊥

_

ー

● _

I

_

巾

J

,

_

J

Fi

g.2 Equi

vel

entCi

r

c

ui

tofAct

i

veSt

r

i

pl

i

ne(

wi

t

hEsakiDi

ode

)

3) ちなみに､この

Passi

ve Li

ne

にエサキダイオーードを挿入した場合の等価回路は

Fi

g･2

のようになり､リングの特性インピータレスは次のように計算される｡

(

i) wc>> G

の高い周波数領域

Z. -

/

T

j

wL｡)/(

-G+j

T

6 =

応 7

7丁

･

.･･.･(7)

(

i

)wC < G

の比較的低い周波数領域

Z - (

juL｡)/(

-G+j

wCl

1 -

√

こ､で

師

…a+j

b

とおき

a2

-b2

-VCR.

2ab- 1

/

i

(

1+ (

A

,

CR)

(

.

CR+;

∴ a- (1

/2a)-A

)

CR

= 1/a

塩

船

ucR.j

J

両

前

･

(

8)

;

濡

雫

{

等

票

R)/2

} --･･･

･

(

9,

結局､ストリップ線路の

Z

｡

､C

o

､

L

｡は線路の

巾 a

と線路シャシー間の距離

b

との相互関係で決定されるわけである｡こゝでは

Z -5

0

オームとした｡

(4)

琉球大学坤工学部紀要 (工学篇 ) 2. 2 ルースカ /プル型ノ

j

rI7J件結合器

一

･

一

■

1 r

)

L

-

_

_M __

…

⊥

こ

順万巾 -二王逆方向

Fig･3 人/4TypeDirectionalCoupler

卦皮管でよく用いられる^/4型方向性結合器は､F･ig.3のB点で逆加けら来た波が打消されるよう朋巨離_a a- A/4が次式から求められる｡

V

-

X

∑

=

(

)

vmsln i27r/九･ (2x日 -sin i27t/九･ (2a日 = 0 --･･･････(1())

Fig･4 LooseCouplerforStripLine

ルーズカップル型の場合は .結合点が連続したある範囲にわたっているため､終端

B

での電位は積分で求められる｡Fig.4の逆方向の波が

B

点で打消される条件は

､B

点での合成電位

V

が oにをること

､

即ち b

･

V

B

-J｡

Vm

sin i27r/九･ (2x)とdx- 0･=･･.･--･･･(ll) cos i27r/入･(2b)

〉

- 1- 0 .A.b- A/2 1･･.･･･････

･

(

1

2 )

こゝでは､リング長を試験周波数の波長としたため､bはその人の1/2波長として設計した｡

3

実験装置方向性結合器と実験装置をFig.5に示す｡実験器具は次のとおり: 181

(5)

182

リング発振器用

5

0 n

ストリップライン方向性結合器の設計､試作､テスト結果の報告

Fi

g･5 Measur

i

ngDevi

ces

自作

Boont

onEl

ec

社製

Fc-6

0 0M｡

Gener

a一 El

ec

社製

G. R

社製

4

実験結果と考察美

観まRF

信号発生器の出力を

5 0(

mv)

の一定に保持し､周波数は

4

5 0(

M

c)とした.方向性結合器は､リング発振器から電力の一部をとり出すために設計されたものであるが､逆に結合器の一端に

RF

信号発生器から電力を供給し､結合器の各点とリング上の各点における電圧をバルポルで測定し､その性能を測定した｡その結果を

Fi

g.

6

に示す｡ V'm:T' 10 30 20 10 I 2 3 4 5 6 I A(C) polnton sTnP Llne a(DI

Fi

g･6 Vol

t

ageont

heSt

r

i

pTr

a

ns

mi

ssi

onLi

ne,when

(6)

琉球大学理工学部紀要 (工学篇) 図からわかるように､ルーズカップリングでも､リング発振器用として充分その性能を発揮することができると思われる｡なお､参考のために直結型として

L/4

長の両端点を

1 00pF

で直結した場合のリング上の電庄を測定し

､Fi

g.7

に示した｡ 1 2 3 4 5 6

1

A(C)

Poi

nt

sonSt

ri

pLi

ne

ら(D)

Fi

g･7 Vol

t

a

geont

heSt

r

i

pTr

ans

mi

ssi

onLi

ne,when

450(MC),50

(

mv)

suppl

i

edt

opo

i

ntAofTi

ghtc

oupl

i

ng.

1

0 0p

J

-

x

2Connect

edat

1 /

4 Lengt

h･

5

結言ストリップライン方向性結合器は､リング状発信器から電力の一部を引き出して､その信号の方向性を調べるために設計されたものである｡その意味では本実験の目的は充分果されていると考えられる｡しかし乍ら､新しいタイプの発振器が開発され､その機能に応じた適当な出力をとり出すためには､新しいアイデアによる方法が見出されかナればならか )｡西沢の分布型エサキダイオード発振器がその良い例で､その接合ブロックが実現する前に解決しかナればならか l重要な問題の一つであろう｡本実験では､その一段階として､ストリップ線路を利用した50オームの結合器を試作しテストした｡筆者はこの簡単な結合器の基本理論と実験によって､より深い理解を可能にし､リング発振器の発振理論､波形､動作解析を研究する基礎になるものと確信している｡最後に､本実廉を可能ならしめた西沢教授､討論に参加して下さった早坂氏に謝意を表する｡ 183

(7)

184

石川 :リング発振器用500ストリップライン方向性結合器の設計､試作､テスト結果の報-;ti

参考文献

1) Smythe:…static and Dynamic とこlectriclty" 2nd Ed.,Mc Graw HillBook C0.,1950,521

2) Dangle & Steele:UsingStripLing toDesignmicrowave circtlits, Part

l'

:

Electronics, Fed 7, 1966,72

3) 早坂･西沢 : "分布型エサキダイオード"早坂卒業論文､東北大学 (昭39)