JPH0451088B2 - - Google Patents

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JPH0451088B2
JPH0451088B2 JP58183433A JP18343383A JPH0451088B2 JP H0451088 B2 JPH0451088 B2 JP H0451088B2 JP 58183433 A JP58183433 A JP 58183433A JP 18343383 A JP18343383 A JP 18343383A JP H0451088 B2 JPH0451088 B2 JP H0451088B2
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JP
Japan
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surface acoustic
waveguide
acoustic wave
width
substrate
Prior art date
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JP58183433A
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JPS6075115A (ja
Inventor
Katsuhiko Nishikawa
Toshihiko Kitano
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
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Publication of JPS6075115A publication Critical patent/JPS6075115A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02535Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02818Means for compensation or elimination of undesirable effects
    • H03H9/02905Measures for separating propagation paths on substrate
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02535Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02637Details concerning reflective or coupling arrays
    • H03H9/02779Continuous surface reflective arrays
    • H03H9/02787Continuous surface reflective arrays having wave guide like arrangements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、互いに逆方向に伝搬する2弾性表面
波信号のコンポリユーシヨンを音響伝搬媒体の非
線形効果を利用して取り出すエラステイツク・コ
ンボルバの構造に関する。
近時、通信方式の高度化の要請に伴ない、スプ
レツドスペクトラム通信方式が注目をあびてい
る。スプレツドスペクトラム通信方式は、情報の
周波数帯域を本来の伝送に必要な周波数帯域幅に
較べて非常に大きく(例えば1000倍)広げて伝送
し、受信機で再び圧縮を行なうもので、妨害波の
除去効果が著しい。理想的に達成しうる妨害波除
去比は、信号の1チツプの継続時間Tと送信信号
の帯域幅Bの積で与えられるプロセス利得に等し
い。しかし今符号化波形が時間に対して不変の場
合あるいは妨害者が予測できるように変化する場
合には意図的な妨害が可能となり、プロセス利得
の一部ないし全てが失われることがある。そこで
例えばスプレツドスペクトラム通信の1つである
周波数ホツピングシステムでは各データビツトを
構成する一連のパルス(チツプ)列の各パルス
(チツプ)毎にその搬送波周波数を変化させる。
受信者は変化のシーケンスを予め知つているの
で、信号を複調することは可能である。一方妨害
者が妨害を行なうためには、全帯域にわたつて妨
害するか、あるいは次のパルス(チツプ)の搬送
波周波数はいくらかを予め推し測る必要がある。
このようにスプレツド・スペクトラム通信では
送信信号の符号化を任意に制御できるシステムが
望ましく、そのためスペクトラム信号を受信する
デバイス(コリレータ)はプログラマブルである
ことが要求される。エラステイツク・コンボルバ
はプログラマブルであるだけでなく、その構造の
簡単さ、高性能などの点からも極めて注目を集め
ているデバイスである。
エラステイツク・コンボルバは、リチウムナイ
オベート(LiNbO3)などの圧電媒体上を互いに
逆方向に2つの弾性表面波信号を伝搬させ、これ
ら2信号のコンボリユーシヨン出力を得るもので
ある。コンボリユーシヨン信号を得るには、弾性
表面波に対する媒体の何らかの物理的非線形効果
の介在を必要とする。今、2入力信号の搬送周波
数を共にωとすると、出力信号は2ωの搬送波周
波数を有し、その出力検出用電極としては一様な
金属薄膜が用いられる。必要な金属薄膜電極の長
さLは受信する信号の1チツプの長さをτ(sec)、
弾性表面波速度をv(m/sec)とすると、vτより
大でなければならない。vは通常3000〜4000
(m/sec)であるから比較的長い信号例えばτ=
50μsecの信号のコンボリユーシヨンを得るために
はLとして15〜20cmが必要となる。従来知られて
いる出力電極の形状は弾性表面波の伝搬方向に沿
つて細長の矩形であつた。それゆえ上記信号長を
取り扱うためには圧電基板の長さは15〜20cm以上
必要で、したがつて結晶基板の入手が困難であ
り、また、たとえ入手できたとしても極めて高価
である。さらに製造に際しても、マスク製作の困
難さ、製作中の破損のしやすさ等多くの問題点を
有していた。この問題を解決する方法として特開
昭58−190116号公報に記載されているように、弾
性表面波導波路である出力電極の一部を曲線導波
路で形成し、全体としてU字、あるいはS字導波
路形状とする構造が提案されている。例えばU字
形導波路を用いれば、必要な基板の長さは直線導
波路の場合の1/2以下に短縮される。同様に曲線
導波部を2ケ有する例えばS字形導波路を用いれ
ば1/3以下に短縮される。
出力電極のより望ましい条件は、コンボリユー
シヨンの効率が場所によらず一定であることであ
る。すなわち、この条件を満足させることが、理
想的なコリレーシヨンを得るのに必要である。し
かるにその効率は一般には基板のカツトおよび弾
性表面波の伝搬方向によつて異なる。すなわちよ
く知られているように弾性表面波コンボルバの終
端開放電圧Vo(RMS値)は、2入力音響パワー
密度をP1a/W、P2a/Wとすれば次式で与えられ
る。
Vo=M/W(P1a・P2a1/2 (1) こゝで、Mは基板材料の非線形性能指数、P1a
P2aは入力音響パワー、Wは弾性表面波のビーム
幅すなわち出力電極の幅である。性能指数Mは圧
電基板上の音波伝搬方向によつて異なるのが通常
の場合であり、したがつてVoを出力電極上のあ
らゆる場所で一定とするには例えばWを導波路に
沿つて変化させM/Wを一定に保持すればよい。
例えば前記特願昭57−073115においては基板をY
カツトLiNbO3とし、直線伝搬路方向をZ軸とす
るU字形導波路の場合を説明している。この場合
Z方向に伝搬する表面波に対するMはX方向伝搬
の場合の約3倍であるため曲線導波部の中央部の
電極幅は直線部の電極幅の約1/3にするのが望ま
しいとしている。導波路幅Wは出力電圧を増大さ
せるにはできるだけ狭小であることが望ましく、
通常弾性表面波波長の3倍程度に選ばれる。した
がつて上記曲がり導波路の中央部では1波長程度
の幅となる。一方弾性表面波の伝搬路放射損失の
観点からみると導波路の曲がり半径はできるだけ
大なることが要請され、特に導波路幅が狭小にな
るほどその要請は強くなる。したがつて放射損失
をある値以下に抑えるにはコンボルバの基板面積
を必然的に大きくせざるをえない。
本発明の目的は上記欠点を改善したすなわち導
波路幅が狭小でかつ曲がり半径の小さい導波路部
を用いるにも拘らず、弾性表面波伝搬路放射損失
の小さいエラステイツク・コンボルバを提供する
ことにある。
本発明のエラステイツク・コンボルバは、圧電
基板上に弾性表面波信号を励振する第1および第
2のすだれ状変換器と、前記両変換器からの弾性
表面波信号を互いに逆方向に伝搬させかつ基板の
非線形作用を利用して前記2信号のコンボリユー
シヨン信号を取り出す、直線導波路と曲線導波路
部から成る出力電極を具えたエラステイツク・コ
ンボルバにおいて、前記曲線部導波路の幅を前記
直線導波路の幅より大ならしめることを特徴とす
るものである。
以下本発明について実施例を示す図面を参照し
ながら説明する。第1図は本発明によるエラステ
イツク・コンボルバの一実施例を示す。図におい
て1はYカツトLiNbO3基板である。基板として
望ましい特性は電気機械結合係数K2と非線形性
能指数Mが共に大きいことであり、Yカツト
LiNbO3基板(Z方向伝搬)は上記特性をほぼ有
している。基板1の表面に、電気信号を表面波信
号に変換するすだれ状変換器2および3、それら
の弾性表面波が伝搬する方向すなわちX軸方向の
延長上に、弾性表面波のビーム幅を狭小ならしめ
るビーム圧縮器4および5、さらに圧縮された2
弾性表面波ビームを導波し、それら2信号のコン
ボリユーシヨンを取り出すための出力電極6が形
成されている。出力電極6は、図に示すように直
線部7,8および曲線部9から成つている。これ
らのパターン(すだれ状変換器ビーム圧縮器、出
力電極等)はいずれも導電性の薄膜から成り、通
常フオトリソグラフイ技術を用いて製作される。
その製作プロセスは当業者によく知られているの
で省略する。
さてすだれ状電極2,3によつて励振された同
じ角周派数ωをもつ2つの弾性表面波信号は、そ
れぞれビーム幅圧縮器4および5によつて、その
ビーム幅が圧縮される。ビーム幅圧縮器として本
実施例ではホーン型の圧縮器を用いているが、他
のタイプ例えばマルチ・ストリツプ・カプラを応
用した圧縮器、等を用いてもよい。さらに球面波
状弾性表面波を励振する湾曲すだれ状変換器を用
いるか、あるいは直接狭ビーム幅の弾性表面波を
能率よく励振するチヤープすだれ状変換器などを
用いればビーム幅圧縮器を省くことも可能であ
る。このような弾性表面波ビームの狭小化が必要
な理由は既に説明したようにコンボリユーシヨン
効率を改善するためであるが、一方伝搬速度の周
波数分散はビーム幅が小なるほど顕著になるの
で、これらを考慮して通常ビーム幅を弾性表面波
波長の2〜3倍に選ぶ。
ビーム幅圧縮器4および5を通過した2弾性表
面波信号は、U字形のコンボリユーシヨン信号取
り出し用電極6に、互いに反対側の端面から入射
する。この電極6は同時に表面波に対する導波路
としての機能をも兼ね具えているので、表面波は
この導波路に沿つて伝搬し、両表面波は互いに重
なり合う。すると基板材料の表面波に対する非線
形効果により、搬送角周波数2ωを持つコンボリ
ユーシヨン信号が電極6に生ずる。基準電位とし
ては、通常、出力電極6に沿つて並設された接地
電極10が選ばれる。実施例において接地電極1
0は電極6の片側のみに設置されているが、両側
に設けてもよく、また基板の裏面上で電極6と対
向する位置に設置してもよい。
さて非線形性能指数Mは既に述べたように基板
のカツトおよび表面波伝搬方向によつて一般に異
なる。本実施例に用いているYカツトLiNbO3
非線形性能指数Mの伝搬方向(θ)依存性を第2
図に示す。こゝにθはX軸からの角度である。さ
らに同図に弾性表面波(レイリー波)に対する電
気機械結合係数K2の伝搬方向依存性も合わせて
示す。このK2は、基板の自由表面および導電薄
膜表面を伝搬する弾性表面波(レイリー波)の伝
搬速度をそれぞれVfおよびVmとしたとき、2
(Vf−Vm)/Vfで与えられる。したがつて本実
施例に示すような圧電短絡効果を利用した導波路
においてはK2が大なるほど弾性表面波のエネル
ギーがより電極下に閉じこめられることを意味す
る。
第1図の実施例に示すように出力電極は直線部
7および8よりも曲がり導波部9の幅Wがより広
い構造になつている。より厳密に述べるとM/W
が一定となるように導波路に沿つて幅Wを変化さ
せている。したがつて(1)式から明らかなように導
波路の各点におけるコンボリユーシヨン出力Vo
は場所によらず一定になる。さらに曲がり半径を
ある値に固定したとき、そこを伝搬する弾性表面
波の放射損失は幅Wが大きいほど、また表面波の
エネルギー閉じ込め度が大きいほど低減されるこ
とが知られている。本実施例では曲がり部ではW
が大で、かつ第2図に示したように電気機械結合
係数K2がより大であるため、電極下へのエネル
ギー閉じ込め度がより顕著になり、前記放射損失
がより小さくなりコンボルバの性能の劣化が生じ
なくなることがわかる。また曲がり導波路の放射
損失は曲がり半径が大なるほど小さくなる。した
がつて、ある一定の放射損失が許容されるとする
と、本構造を用いればより小さな半径の導波路を
用いることができ、必要な基板面積を小ならしめ
ることができる。
第2図に示したような非線形性能指数Mと電気
機械結合係数K2は弾性表面波の伝搬方向θに対
して同様の依存性すなわちX軸伝搬からY軸伝搬
へ移るにつれてM、K2共に増加するという傾向
がある。この傾向が必ずしもすべての圧電材料お
よびカツトに成り立つことは理論的に証明されて
いないが、経験的にはほぼ成立つするようであ
る。
以上の実施例において出力電極である導波路の
形状は1個の曲線導波路を有するU字型であつた
が、必ずしもこれに限定されるものではなく2個
以上の曲線導波路を有する構造でもよい。さらに
エラステイツク・コンボルバの有害なスプリアス
信号の一つであるセルフ・コンボリユーシヨンを
低減する構造法として導波路を2個並設したダブ
ル・チヤンネル型コンボルバにも本特許の権利の
及ぶことは明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に基づくエラステイツク・コン
ボルバの一実施例を示し、1はYカツト・リチウ
ム・ナイオ基板2,3は入力用すだれ状変換器、
4,5は弾性表面波のビーム幅圧縮器6は導波路
兼コンボリユーシヨン信号取り出し用電極、10
は接地用電極である。第2図はYカツト・リチウ
ム・ナイオベートの電気機械結合係数K2と非線
形性能指数Mの伝搬角度依存性を示すグラフであ
る。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 圧電基板上に、弾性表面波信号を励振する第
    1および第2のすだれ状変換器と、前記両変換器
    からの弾性表面波信号を互いに逆方向に伝搬させ
    かつ基板の非線形作用を利用して前記2信号のコ
    ンボリユーシヨン信号を取り出す直線導波路部と
    曲線導波路部から成る出力電極を具えたエラステ
    イツク・コンボルバにおいて、前記曲線部導波路
    の幅を前記直線導波路の幅より大ならしめたこと
    を特徴とするエラステイツク・コンボルバ。
JP58183433A 1983-09-30 1983-09-30 エラスティック・コンボルバ Granted JPS6075115A (ja)

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JP58183433A JPS6075115A (ja) 1983-09-30 1983-09-30 エラスティック・コンボルバ

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JP58183433A JPS6075115A (ja) 1983-09-30 1983-09-30 エラスティック・コンボルバ

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JPS6075115A JPS6075115A (ja) 1985-04-27
JPH0451088B2 true JPH0451088B2 (ja) 1992-08-18

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