準光学的共振器を用いたミリ波帯電力合成型固体発振器

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09450134
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 〓 鐘石 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (20165525)
• 研究分担者: 水野 皓司 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (30005326)
• キーワード: ミリ波帯固体発振器 / 空間的電力合成 / オーバーモード導波管 / 金属格子鏡型共振器 / ガンダイオード / HEMT / 共鳴トンネルダイオード

研究概要

本研究は、ミリ波帯において1W以上の出力を持つ連続動作型高出力固体発振器の開発を目的としている。本年度は、主に高効率な空間電力合成法として提案したオーバーモード導波管型ガンダイオード発振器について位置一層の高効率化・高周波化を行った。その結果、ガンダイオード9個を用い、60Hz帯で最大出力1.5Wを、また98GHz帯で0.45Wの連続発振出力を達成した。その結果を含め以下に、本年度得た研究成果について述べる。
1. オーバーサイズ導波管型ガンダイオード発振器を開発し、ミリ波帯ガンダイオード9個を用いた電力合成実験に成功し、周波数60GHz帯で最大出力1.5W、合成効率83%、周波数同調範囲4.6%を得た。また、この方式を98GHz帯に適用し、同様に出力0.45W、合成効率50%以上を達成した。この値は、ミリ波帯固体発振器としては世界トップクラスのものである。
2. オ一バーサイズ導波管型ガンダイオード発振器設計のため、等価回路を用いた解析方法を開発した。
3. オーバーサイズ導波管型ガンダイオード発振器の実験結果から、空間電力合成法が使用素子数の逆数に比例してキャリア対雑音比が向上することが分かった。この結果は、本方式がミリ波帯の高い周波数嶺域でも低雑音発振器を実現でぎる事を示している。
4. 低周波域でのスプリアス発振を抑えるための構造として、直列接続型共鳴トンネルダイオードについて理論及び実験的に調べ、個々の素子特性のバラツキが、本方式で特に重要となることを実験的に明らかにし、均一な素子を得るための製作方法を新たに考案し、製作した。
3. 前年度開発した金属回折格子型ファヴリ・ペロー共振器の等価回路に基づき、素子数50個を越えるHEMT用発振器の製作を完了した。

研究成果

• [文献書誌] Joungsuck Bae et al.: "Design of a Quasi-Optical Oscillator Using a Grooved Mirror with a HEMT array" IEICE Trans.Electron.E81-C・6. 856-861 (1998)
• [文献書誌] Jongsuck Bae et al.: "Sapatial Power Combining of Gunn Diodes Using an Overmoded Waveguide Resonator at Mil-limeter Wavelengths" IEEE Trans.Microwave Theory Tech.46・12. 2289-2294 (1998)
• [文献書誌] Tetsu Fujii,Jongsuck Bae et al.: "SERIES CONNECTED OF RESONANT TUNNELING DIODES FOR ELIMINATING SPURI-OUS OSCILLATIONS" Proceeding of the 9th Int.Symp.on Space Terahertz Technology,Pasadena,CA,USA. 381-388 (1998)
• [文献書誌] Jongsuck Bae et al.: "Spatial Power Combining of Gunn Diodes Using an Overmoded Waveguide Resonator at Milli-meter Wavelengths" Conference Digest of 1998 IEEE MTT-S International Microwave Symposium,Baltimore,Maryland,USA. 3. 1883-1886 (1998)
• [文献書誌] Jongsuck Bae et al.: "IW CW Millimeter-Wave Oscillator with a Gunn Diode Array(Invited Keynote)" Conference Digest of the 23rd International Conference on Infrared and Millimeter Waves,Essex,U.K.100-102 (1998)
• [文献書誌] Jongsuck Bae et al.: "A 94 GHz Gunn Diode Array Oscillator Using an Overmoded Waveguide Resonator" 1998 Asia-Pacific Microwave Conference Proceedings(APMC'98),Yokohama,Japan. 1. 65-68 (1998)