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光マイクロ波共鳴器用キャビティ - エプソントヨコム株式会社
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発明の名称 光マイクロ波共鳴器用キャビティ
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−87988(P2007−87988A)
公開日 平成19年4月5日(2007.4.5)
出願番号 特願2005−271364(P2005−271364)
出願日 平成17年9月20日(2005.9.20)
代理人
発明者 柴田 恒則
要約 課題
キャビティを密閉するプリント基板のキャビティ外側の面にマイクロ波ブロッキング用のコンデンサを装着すると、マイクロ波がキャビティ外側に漏洩してマイクロ波のキャビティ励振レベルが不安定となる。

解決手段
マイクロ波発生回路14の整合回路14aは、マイクロ波輻射部14bのステップリカバリダイオードDの動作点を設定するバイアス部BCと、変調・逓倍回路23及び周波数変換回路24からの2つの高周波信号を効率よくマイクロ波輻射部14bに伝送するための整合部MCとで構成し、前記マイクロ波輻射部14bは、高周波信号を逓倍・混変調して所定のマイクロ波を得るステップリカバリダイオードDと、前記マイクロ波を輻射してキャビティ15を励振するアンテナAntと、ブロッキングコンデンサCとで構成し、前記ブロッキングコンデンサCは貫通端子19aのキャビティ内側の接続端子部にはんだ付けによって接続する。
特許請求の範囲
【請求項1】
開口部を有する金属製の空洞共鳴筒と、前記開口を密封するプリント基板と、前記空洞共鳴筒の外側に面する前記プリント基板の一方面に実装され高周波信号を整合して出力する整合回路と、前記空洞共鳴筒の内側に面する前記プリント基板の一方面に実装され前記整合回路から供給された高周波信号を逓倍あるいは混変調して前記空洞共鳴筒内部にマイクロ波を輻射するマイクロ波輻射部と、前記プリント基板の両面を密封して貫通すると共に前記整合回路と前記マイクロ波輻射部とを接続する貫通端子とを備えた光マイクロ波共鳴器用キャビティであって、
前記空洞共鳴筒の内側に面する前記貫通端子の一方の接続端と前記マイクロ波輻射部との間にマイクロ波ブロッキング用コンデンサを実装したことを特徴とする光マイクロ波共鳴器用キャビティ。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、原子発振器に用いられる光マイクロ波共鳴器用キャビティに関し、特に、該キャビティを励振するマイクロ波を効率よく輻射できるように構成した光マイクロ波共鳴器用キャビティに関する。
【背景技術】
【0002】
ルビジウム原子発振器は、SDH等の情報通信の網同期システム、GPS機能を用いた位置特定サービス用の基地局等における、周波数安定度の極めて高い基準周波数発生源として用いられている。
前記ルビジウム原子発振器に用いられる光マイクロ波共鳴器用キャビティは、内部にルビジウム原子を封入したガスセルと、光検出装置と、マイクロ波発生装置とを収容したものであって、このルビジウム原子発振器は、前記ガスセルのルビジウム原子にルビジウム原子励起光を照射することによって生じる光マイクロ波二重共鳴現象を利用して、ルビジウム原子の共鳴周波数に同期した高安定度の発振周波数を出力する。
【0003】
図4は、従来のルビジウム原子発振器の一例を示す構成概要図である。本ルビジウム原子発振器50は、ルビジウムランプ11とルビジウム原子を封入したルビジウムガスセル(以下、単にガスセルという)12と光検出装置13とマイクロ波発生回路17とから成るキャビティ18と、前記ルビジウムランプ11を励振するランプ励振器16と、を備えた光マイクロ波ユニット(0ptica1 Microwave Unit、以下、OMUという)20と、電圧制御型水晶発振器(以下、VCXOという)21と、周波数制御回路22と、変調・逓倍回路23と、周波数変換回路24とで構成される。
【0004】
上記構成のルビジウム原子発振器50は次のように動作する。
まず、ランプ励振器16によって励起されたルビジウムランプ11からの励起光がキャビティ18のガスセル12を照射する。また、VCXO21の出力信号を変調・逓倍回路23で位相変調及び周波数逓倍した信号と、前記VCXO21出力信号を周波数変換回路24で周波数変換した信号とをマイクロ波発生回路17において混変調し所定の周波数のマイクロ波を発生する。このマイクロ波が、前記キャビティ18に輻射されることによって生じる光マイクロ波二重共鳴現象を利用して、前記励起光を受光して得られる光検出装置13の出力信号をもとに、周波数制御回路22は周波数制御信号を生成する。
さらに、この周波数制御信号がVCXO21へフィードバックされ、該VCXO21の出力信号を逓倍・周波数変換して得られるマイクロ波発生回路17の出力周波数と前記ガスセル12のルビジウム原子の共鳴周波数とが同期するように制御されるので、前記VCXO21から高い安定度の発振周波数信号がルビジウム原子発振器50の出力信号として出力される。
【0005】
図5は、従来のキャビティの例を示す図で、(a)は、構成概要を示す模式図、(b)は、(a)のキャビティの底面を密閉するプリント基板に装着されたマイクロ波発生回路の詳細説明図である。
同図(a)に示されるように、本キャビティ18は一方の底面を開口し、他方の底面にルビジウム励起光が透過する透過孔18aを有する円筒状金属容器18bを備え、その内部にガスセル12を収容したものである。さらに該円筒状金属容器18bの前記開口した底面は、金属メッキが施されたプリント基板18cによって密閉された空洞共鳴筒の構造を有する。ここで、前記プリント基板18cのキャビティ外側と接する面には、後述のバラクタダイオードのバイアス回路を含む高周波信号の整合回路17aが搭載されている。
また、前記プリント基板18cのキャビティ内側と接する面には、後述のマイクロ波輻射用のアンテナ及び周波数逓倍用のバラクタダイオードから成るマイクロ波輻射部17bと、光検出装置13とが搭載されている。
このプリント基板18cの両面を密封貫通する貫通端子19a、19bは、整合回路17aとマイクロ波輻射部17b及び光検出装置13と外部とを接続している。
【特許文献1】特開平6−164221号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
図5(b)は、前記キャビティ18のプリント基板18Cの両面に実装された前記マイクロ波発生回路17の詳細説明図である。
同図に示されるように、マイクロ波発生回路17の整合回路17aは、マイクロ波輻射部17bのバラクタダイオード、例えばステップリカバリダイオードDの動作点を設定するバイアス部BCと、前述の変調・逓倍回路23及び周波数変換回路24からの2つの高周波信号を効率よくマイクロ波輻射部17bの前記ステップリカバリダイオードDに伝送するための整合部MCと、マイクロ波のキャビティからの漏洩を防止するブロッキングコンデンサCと、を備える。
また、マイクロ波輻射部17bは、ステップリカバリダイオードDとアンテナAntとを備え、整合回路17aからの高周波信号を前記ステップリカバリダイオードDにおいて逓倍・混変調することによって所定のマイクロ波を生成してアンテナAntより輻射する。
しかしながら、上述のようにブロッキングコンデンサCは、整合回路17aの整合部MCの出力端に接続されているため、アンテナAntより輻射されるマイクロ波の信号成分の一部がキャビティ外に漏洩し、キャビティ18内部のマイクロ波信号レベルが低下、あるいは不安定になるという問題があった。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、安定したマイクロ波励振レベルを有して優れた特性を備えた光マイクロ波共鳴器用キャビティを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するため、開口部を有する金属製の空洞共鳴筒と、前記開口を密封するプリント基板と、前記空洞共鳴筒の外側に面する前記プリント基板の一方面に実装され高周波信号を整合して出力する整合回路と、前記空洞共鳴筒の内側に面する前記プリント基板の一方面に実装され前記整合回路から供給された高周波信号を逓倍あるいは混変調して前記空洞共鳴筒内部にマイクロ波を輻射するマイクロ波輻射部と、前記プリント基板の両面を密封して貫通すると共に前記整合回路と前記マイクロ波輻射部とを接続する貫通端子とを備えた光マイクロ波共鳴器用キャビティであって、
前記空洞共鳴筒の内側に面する前記貫通端子の一方の接続端と前記マイクロ波輻射部との間にマイクロ波ブロッキング用コンデンサを実装したことを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明においては、光マイクロ波共鳴器用キャビティの開口した一辺を密閉するプリント基板と、前記プリント基板外側の面に実装した高周波2信号の整合回路と、前記プリント基板の内側の面に実装したマイクロ波輻射部と、前記プリント基板を貫通して前記整合回路と前記マイクロ波輻射部とを接続する貫通端子とを備え、前記貫通端子の接続端(整合回路との接続端)にマイクロ波ブロッキング用コンデンサを実装する構成とした。
その結果、マイクロ波輻射部より輻射されたキャビティ励振用のマイクロ波がキャビティ外部へ漏洩することを防止でき、安定したレベルでマイクロ波を輻射してキャビティを励振することが可能となる。
したがって、本発明によれば、高安定で優れた光マイクロ波共鳴器用キャビティを実現する上で著しい効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
本発明を図面に示した実施の形態に基づいて説明する。図1は、本発明に係わるルビジウム原子発振器の一形態例を示す構成概要図である。
同図に示すように、本ルビジウム原子発振器100は、ルビジウムランプ11とルビジウムガスセル(以下、単にガスセルという)12と光検出装置13とマイクロ波発生回路14とから成るキャビティ15と、ランプ励振器16と、を備えた光マイクロ波ユニット(0ptica1 Microwave Unit、以下、OMUという)20と、電圧制御型水晶発振器(以下、VCXOという)21と、周波数制御回路22と、変調・逓倍回路23と、周波数変換回路24とで構成される。
【0010】
上記ルビジウム原子発振器100の各構成部位は、マイクロ波発生回路14とキャビティ15を除いて、図4及び図5に示したOMU20の同一の符号で示されたルビジウムランプ11、ガスセル12、光検出装置13、ランプ励振器16及び、VCXO21、周波数制御回路22、変調・逓倍回路23並びに周波数変換回路24と同一の構成、機能を有する。したがって、以下、従来例と同じ符号を有する各構成部位の詳細な説明は省略する。
【0011】
図2は、本発明に係わる光マイクロ波共鳴器用キャビティの構成概要の一形態例を示す図であって、(a)は構成概要を示す模式図を、(b)は(a)のキャビティの底面を密閉するプリント基板に実装されたマイクロ波発生回路の詳細説明図を示したものである。
同図(a)に示されるように、キャビティ15は、一方の底面が開口し、他方の底面に励起光の透過孔15aを備え、内部にガスセル12を収容した円筒状金属容器15bの前記開口した底面を金属メッキが施されたプリント基板15cで密閉して空洞共鳴筒を形成した構造を有する。
前記プリント基板15cのキャビティ外側の面には、マイクロ波発生回路14の一部を構成する整合回路14aが搭載され、また、前記プリント基板15cのキャビティ内側と接する面には、マイクロ波発生回路14の一部を構成するマイクロ波輻射部14bと、光検出装置13とが搭載されている。
また、このプリント基板15cの両面を密封貫通する貫通端子19a、19bを介して、整合回路14aとマイクロ波輻射部14b、及び光検出装置13と外部とは、それぞれ互いに接続されている。
【0012】
また、同図(b)に示されるように、マイクロ波発生回路14の整合回路14aは、マイクロ波輻射部14bのバラクタダイオード(例えばステップリカバリダイオード)Dの動作点を設定するバイアス部BCと、前述した変調・逓倍回路23及び周波数変換回路24からの2つの高周波信号を効率よくマイクロ波輻射部14bに伝送するための整合部MCとで構成される。
また、マイクロ波輻射部14bは、前記変調・逓倍回路23及び周波数変換回路24からの2つの高周波信号を逓倍・混変調して所定のマイクロ波を得るステップリカバリダイオードDと、前記マイクロ波を輻射してキャビティ15を励振するアンテナAntと、ブロッキングコンデンサCとで構成される。そして、前記ブロッキングコンデンサCは前記貫通端子19aのキャビティ内側の接続端子に接続されている。
【0013】
上記のようにマイクロ波発生回路14を構成することによって、本キャビティ15においてマイクロ波輻射部用のアンテナAntより輻射されたマイクロ波は、前記ブロッキングコンデンサCによってキャビティ内にそのエネルギーが閉じ込められるので、効率よくキャビティ15を励振することができる。
図3は、試作した4つのキャビティにおいて、前記ブロッキングコンデンサCを従来のように貫通端子19aのキャビティ外側の接続端子部分に接続した場合の励振レベルと、本発明のようにキャビティ内側の接続端子部分に接続した場合の励振レベルとの比較結果を示したものであり、図示しないキャビティ内に設けられたモニタ用の受信アンテナによって両者の励振レベルを測定している。
同図に示されるように、最大で約12dB、最小で約4dBの改善効果が得られているのが分かる。したがって、本発明が効率よくキャビティ15を励振する上で極めて効果があることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明に係わるルビジウム原子発振器の一形態例を示す構成概要図。
【図2】本発明に係わる光マイクロ波共鳴器用キャビティの実施の一形態例を示す図で、(a)は構成概要を示す模式図、(b)は(a)のキャビティの底面を密閉するプリント基板に装着されたマイクロ波発生回路の詳細説明図。
【図3】ブロッキングコンデンサを貫通端子のキャビティ外側の接続端子部分に接続した場合と、キャビティ内側の接続端子部分に接続した場合のマイクロ波の励振レベルを比較した表。
【図4】従来のルビジウム原子発振器の一例を示す構成概要図。
【図5】従来のキャビティの例を示す図で、(a)は構成概要を示す模式図、(b)は(a)のキャビティの底面を密閉するプリント基板に装着されたマイクロ波発生回路の詳細説明図。
【符号の説明】
【0015】
11・・ルビジウムランプ、12・・ルビジウムガスセル(ガスセル)、13・・光検出装置、
14・・マイクロ波発生回路、14a・・整合回路、14b・・マイクロ波輻射部、
15・・キャビティ、15a・・透過孔、15b・・円筒状金属容器、15c・・プリント基板、
16・・ランプ励振器、17・・マイクロ波発生回路、17a・・整合回路、
17b・・マイクロ波輻射部、18・・キャビティ、18a・・透過孔、
18b・・円筒状金属容器、18c・・プリント基板、19a、19b・・貫通端子、
20・・光マイクロ波ユニット(OMU)、21・・電圧制御型水晶発振器(VCXO)、
22・・周波数制御回路、23・・変調・逓倍回路、 24・・周波数変換回路、
50、100・・ルビジウム原子発振器、
Ant・・アンテナ、BC・・バイアス部、C・・ブロッキングコンデンサ、
D・・ステップリカバリダイオードD、MC・・整合部




 

 


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