JPH0422208A - 弾性表面波素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は弾性表面波素子に関し、特に２つの信号のコン
ボリューション信号を取り出す弾性表面波コンボルバに
関する。

［従来の技術］ 第４図は、「中用他、電子通信学会論文誌゛８６／２、
ＶＯｌ、Ｊ６９−Ｃ，Ｎ［Ｌ２　　ｐｐ　１９０〜１９
８Ｊに記載されている、従来の弾性表面波素子の構成を
示す概略平面図である。

第４図において、１は圧電基板であり、２．３は該基板
１の表面上にＸ方向に適宜距離隔てて対向配置され形成
されている、１対の弾性表面波励振用櫛型電極である。

４−１．４−２．４−３゜・・・・・・、４−ｎは、こ
れら電極２，３間において、Ｘ方向に延びて互いに平行
に基板１の表面に形成されている弾性表面波導波路であ
る。また、５は基板１の表面上に上記導波路からＸ方向
に適宜距離隔てて配置され形成されている音響電気変換
器である。該音響電気変換器は櫛型電極からなっている
。

この弾性表面波素子において、弾性表面波励振用櫛型電
極２，３に対し、角周波数ωの電気信号を入力すると、
該周波数の弾性表面波が励振され、該弾性表面波は、導
波路４−１〜４−ｎをＸ軸方向に互いに反対向きに伝搬
し、該弾性表面波導波路にてパラメトリック・ミキシン
グ現象により、Ｘ軸方向に伝搬する角周波数２ωの弾性
表面波が発生する。この弾性表面波が音響電気変換器５
に到達し、ここで上記２つの入力信号のコンボリューシ
ョン電気信号を得ることができる。

［発明が解決しようとしている課題］ しかしながら、上記従来例では第５図に示すように、効
率が導波路本数に依存し、導波路本数が８〜１０本の場
合に効率が最大となる。一方、弾性表面波励振用櫛形電
極で励振される弾性表面波のビーム幅は、弾性表面波励
振用櫛形電極の交差幅ｄに等しいので、電極の交差幅ｄ
は弾性表面波導波路全体の幅と同じにする必要があり、
また、電極の交差幅によって弾性表面波励振用櫛形電極
のインピーダンスが変化するので、外部回路とのインピ
ーダンス整合を考慮して電極の交差幅ｄを決定する必要
があった。

したがって、上記従来例では最大効率となる導波路本数
とすると、その導波路本数による導波路の幅に合わせて
弾性表面波励振用櫛形電極の交差幅ｄを設定しなければ
ならず、これにより外部回路とのインピーダンス整合が
困難になり、また逆に、弾性表面波励振用櫛形電極の交
差幅ｄを、インピーダンス整合の容易な幅にすると、弾
性表面波導波路の本数は制限され、効率の低下を招くと
いう問題があった。

［課題を解決するための手段］ 本発明では、上述した課題を解決するための手段として
、圧電基板上に第１及び第２の弾性表面波を励振する少
な（とも２つの励振電極と、該励振電極から励振される
該第１及び第２の弾性表面波を互いに反対向きに伝搬さ
せる弾性表面波導波路と、該弾性表面波導波路にて発生
し、上記第１及び第２の弾性表面波を横切る方向に伝搬
する第３の弾性表面波を電気信号に変換する少なくとも
１つの音響電気変換器とを有する弾性表面波素子におい
て、該励振電極と該弾性表面波導波路との間にホーン型
導波路を設ける。

また本発明の弾性表面波素子においては、弾性表面波導
波路が上記第１及び第２の弾性表面波の伝搬方向に沿っ
て分割された複数の要素からなり、該要素の配列ピッチ
（隣り合う要素の中心線間の距離）が実質的に上記第３
の弾性表面波の波長に等しいことが好ましい。

［作用］ 本構成によれば、ホーン型導波路により、弾性表面波の
ビーム幅を変換することによって、励振電極の交差幅と
、弾性表面波導波路全体の幅（導波路要素の本数）とを
独立に選ぶことができる。

そのため、励振電極の交差幅を外部回路とのインピーダ
ンス整合のとりやすい値に設定し、弾性表面波導波路全
体の幅は最大効率を与える値に設定することができる。

また、弾性表面波導波路４−１〜４−ｎの配列ピッチβ
が、該弾性表面波導波路にて生ぜしめられた弾性表面波
の波長と同じになるように、弾性表面波導波路４−１〜
４−ｎを配置し形成することにより、各弾性表面波導波
路要素にて生ぜしめられた弾性表面波は同相で重なり、
効率良く励振させることができる。

また、ホーン型導波路の形状を弾性表面波がホーン型導
波路の境界で反射する時の入射角θが、ｃｏｓθ＞Ｖ、
／ＶＱ（Ｖｌはホーン型導波路表面における弾性表面波
速度、ｖｏは自由表面における弾性表面波速度）を満足
するように配置し形成することにより、弾性表面波はホ
ーン型導波路の外にもれることなく全反射し、効率良（
弾性表面波のビーム幅を変換することができる（第２図
）６［実施例］ 以下に、本発明の実施例について述べる。

（実施例１） 第１図は、本発明による弾性表面波素子の第１の実施例
を示す概略平面図である。

第１図において、１は圧電基板であり、該圧電基板とし
ては、例えばニオブ酸リチウム等の圧電基板を用いるこ
とができる。

２．３は基板１の表面上にＸ方向に適宜距離隔てて対向
配置され、形成されている弾性表面波励振用電極である
。該電極２，３は櫛形電極であり、例えばアルミニウム
、銀、金等の導電体からなり、弾性表面波がＸ方向に伝
搬するように設けられている。

４−１．１−２．・・・、４−ｎは電極２，３において
Ｘ方向に延びて互いに平行に基板１の表面に熱定ピッチ
で配列され形成されている弾性表面波導波路である。

弾性表面波導波路に関しては、柴山乾夫監修「弾性表面
波工学」電子通信学会、８２〜１０２頁に詳しく述べら
れており、薄膜導波路やトポグラフィツク導波路がある
が、本発明においては基板表面をアルミニウム、銀、金
等の導電体で被覆したΔｖ　／　ｖ導波路が好ましい。

５は、基板１の表面上に上記弾性表面波導波路４−１〜
４−ｎからＸ方向に適宜距離隔てて配置され、形成され
ている音響電気変換器である。該音響電気変換器は櫛形
電極であり、例えばアルミニウム、銀、金等の導電体か
らなり、Ｘ方向に伝搬する弾性表面波を効率良く電気信
号に変換できるように設けられている。

６．７は、基板１の表面上に上記電極２と上記弾性表面
波導波路４−１〜４−ｎの間、及び上記電極３と上記弾
性表面波導波路４−１〜４−ｎの間にそれぞれ配置され
形成されているホーン型導波路である。

ホーン型導波路に関しては、ＭＡＮＡＳ　Ｋ、　ＲＯＹ
　　著ｒＡ　Ｒａｙｌｅｉ、ｇｈ　Ｗａｖｅ　Ｂｅａｍ
　Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ　Ｕｓｉｎｇ　　Δｖ／ｖ−Ｔ
ｙｐｅ　ＧｕｉｄａｎｃｅＪ　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ、
ｏｎ　５ｏｎｉｃｓ　ａｎｄＵｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ、
Ｖｏｌ、５Ｕ−２３，Ｊｕｌｙ　１９７６．２７６〜２
７９頁に詳しく述べられている。

ホーン型導波路には、薄膜導波路やトポグラフィツク導
波路があるが、本発明においては基板表面をアルミニウ
ム、銀、金等の導電体で被覆した△ｖ　／　ｖ導波路が
好ましい。

本実施例の弾性表面波素子において、一方の励振用電極
２に対し、中心角周波数ωの電気信号を入力すると、励
振用電極２の交差幅ｄ、に等しいビーム幅の弾性表面波
が励振され、Ｘの正方向に伝搬してホーン型導波路６に
入射する。ボーン型導波路６では、ビーム幅ｄ１で入射
した弾性表面波がホーン型導波路６の境界で反射しなが
ら伝搬し、ビーム幅ｄ２となって出射され、弾性表面波
導波路４−１〜４−ｎに入射する。また、同様にして他
方の励振用電極３に対し中心角周波数ωの電気信号を入
力すると励振用電極３の交差幅ｄ３に等しいビーム幅の
弾性表面波が励振されＸの負方向に伝搬してホーン型導
波路７に入射する。ホーン型導波路７では、ビーム幅ｄ
３で入射した弾性表面波がホーン型導波路７の境界で反
射しながら伝搬し、ビーム幅ｄ４となって出射され、弾
性表面波導波路４−１〜４−ｎに入射する。

ここでホーン型導波路の形状を、第２図に示すように、
弾性表面波がホーン型導波路の境界で反射する時の入射
角θが、ｃｏｓθ〉■、／ｖｏ（■Ｉはホーン型導波路
表面における弾性表面波速度、ｖｏは自由表面における
弾性表面波速度）を満足するように配置し形成すること
により、弾性表面波はホーン型導波路の外にもれること
なく全反射し、効串良（弾性表面波のビーム幅を変換す
ることができる。

さて、弾性表面波導波路４−１〜４−ｎには両端から互
いに反対方向に２つの弾性表面波が伝搬し、該弾性表面
波導波路にてパラメトリック・ミキシング現象により、
ｙ軸方向に伝搬する中心角周波数２ωの弾性表面波が発
生する。この弾性表面波が音響電気変換器５に到達し、
ここで上記２つの入力信号のコンボリューション電気信
号を得ることができる。

尚、弾性表面波導波路４−１〜４’−ｎの各要素４−１
〜４−ｎの配列ピッチρが、該弾性表面波導波路にて生
ゼしぬられた弾性表面波の波長と同じになるように、弾
性表面波導波路４−１〜４−ｎを配置し形成することに
より、各弾性表面波導波路要素にて生ぜしめられた弾性
表面波は同相で重なり、効率良く励振させることができ
る。

（他の実施例） 第３図は本発明による弾性表面波素子の第２の実施例を
示す概略平面図である。本図において、上記第１図にお
ける部材と同様の部材には同一の符号が付せられている
。

本実施例は、更に音響電気変換器５と同様な音響電気変
換器８が基板ｌの表面上において弾性表面波導波路４−
１〜４−ｎからｙ方向に音響電気変換器５と反対側に同
−距離隔てて配置され形成されている点のみ、上記第１
実施例と異なる。

本実施例においても上記第１実施例と同様の作用効果が
得られるが、更に本実施例では弾性表面波導波路にて生
ぜしめられた弾性表面波は、±ｙｙ軸方向双方の向きに
伝搬するので、２つの音響電気変換器５．８からこれら
を出力させて合成することにより、上記第１実施例の２
倍の出力を得ることができる。尚、２つの音響電気変換
器５と８とで弾性表面波導波路４−１〜４−ｎからの距
離を異ならせておくことにより、一方の音響電気変換器
からの出力を他方の音響電気変換器からの出力に対し適
宜時間遅延させることができる。

また、上記第１、第２実施例における弾性表面波励振用
電極２，３をダブル電極（スプリット電極）とすること
により、該弾性表面波励振用電極２．３における弾性表
面波の反射を抑圧できる。

同様に音響電気変換器５．８をダブル電極（スプリット
電極）とすることにより、該音響電気変換器５，８にお
ける弾性表面波の反射を抑圧し、素子の特性をより一層
良好なものにすることができる。

また、第１図、第３図に記載されている座標軸は便宜上
付記したものであり、基板の結晶軸等を意味するもので
はない。さらに上記第１、第２の実施例において、基板
１はニオブ酸リチウム等の圧電単結晶に限定されるもの
ではな（、例えば半導体やガラス基板上に圧電膜を付加
した構造等、パラメトリック・ミキシング効果がある材
料及び構造であればよい。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、励振電極と弾性表面波
導波路との間に、ホーン型導波路を設けることにより、
励振電極の交差幅ｄ１と弾性表面波導波路の幅ｄ２を独
立に選べ、励振電極の交差幅ｄ１は外部回路とのインピ
ーダンス整合がとりやすい値に設定し、弾性表面波導波
路の幅ｄ２は最大効率を与える値に設定することができ
る。

また、弾性表面波導波路４−１〜４−ｎの配列ピッチＣ
が、該弾性表面波導波路にて生ゼしぬられた弾性表面波
の波長と同じになるように、弾性表面波導波路４−１〜
４−ｎを配置し形成することにより、各弾性表面波導波
路要素にて生ぜしめられた弾性表面波は同相で重なり、
効率良く励振させることができる。

また、ホーン型導波路の形状を弾性表面波がホーン型導
波路の境界で反射する時の入射角θが、ＣＯ３θ＞　Ｖ
ｌ／Ｖ。（Ｖ、はホーン型導波路表面における弾性表面
波速度、■。は自由表面における弾性表面波速度）を満
足するように配置し形成することにより、弾性表面波は
ホーン型導波路の外にもれることな（全反射し、効率良
く弾性表面波のビーム幅を変換することができる・

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による弾性表面波素子の第１実施例を
示す概略平面図、 第２図は、ホーン型導波路の説明図、 第３図は、本発明による弾性表面波素子の第２実施例を
示す概略平面図、 第４図は、従来例を示す概略平面図、 第５図は、導波路本数と効率の関係を示す図である。 １は基板、２，３は弾性表面波励振用電極、４−１〜４
−ｎは弾性表面波導波路要素、５，８は音響電気変換器
、６，７はホーン型導波路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電基板上に、第１及び第２の弾性表面波を励振
   する少なくとも２つの励振電極と、該励振電極から励振
   される該第１及び第２の弾性表面波を、互いに反対向き
   に伝搬させる弾性表面波導波路と、該弾性表面波導波路
   にて発生し、上記第１及び第２の弾性表面波を横切る方
   向に伝搬する第３の弾性表面波を、電気信号に変換する
   少なくとも１つの音響電気変換器とを有する弾性表面波
   素子において、 上記励振電極と上記弾性表面波導波路との間にホーン型
   導波路を設けたことを特徴とする弾性表面波素子。
2. （２）上記弾性表面波導波路が上記第１及び第２の弾性
   表面波の伝搬方向に沿って分割された複数の要素からな
   り、該要素の配列ピッチ（隣り合う要素の中心線間の距
   離）が、実質的に上記第３の弾性表面波の波長に等しい
   ことを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波素子。
3. （３）上記ホーン型導波路の形状及び位置が、該ホーン
   型導波路内部で、前記弾性表面波が反射する境界におい
   て、θを該弾性表面波の入射角、Ｖ＿１を該ホーン型導
   波路表面における弾性表面波速度、Ｖ＿０を自由表面に
   おける弾性表面波速度とした時、ｃｏｓθ＞Ｖ＿１／Ｖ
   ＿０を満足する形状、及び位置に設定されることを特徴
   とする請求項１に記載の弾性表面波素子。