JPH053930B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

Ａ 産業上の利用分野 本発明は、基板上にその両端の近傍に互に対向
して設けられた入力トランスデユーサから互に相
対する方向に表面波を伝播し、それらの入力トラ
ンスデユーサの間に複数のトラツクから成る出力
ゲートが設けられたDifferential Phase Shift
Keying（以下本明細書においてはDPSKと略称す
る）コンボルバに関する。 Ｂ 発明の概要 複数のトラツクから成るDPSKコンボルバにお
いて、少なくとも一つのトラツクにおいて逆相と
なるコンボルーシヨン出力を発生させ、DPSK復
調のために、中央で出力ゲートが２分割され、そ
のようにして形成された複数の出力端子のうちコ
ンボルーシヨン出力の位相関係により定まる出力
ゲートを連結して和出力および／または差出力が
得られる弾性コンボルバが開示される。上記逆相
のコンボルーシヨン出力を発生させるために、少
なくとも一方のトランスデユーサが階段状電極で
構成されるか、マルチストリツプカツプラが使用
されるか、または弾性表面波の伝播路の一部の上
に金属膜が形成され、それに制御電圧が印加され
る。本発明の有利な実施の態様においては、トラ
ンスデユーサはダブル電極として形成される。上
記コンボルバはエラステイツクコンボルバである
ことも、半導体基板上に形成された圧電体膜から
成るモノリシツクコンボルバであることもでき
る。 Ｃ 従来の技術 従来の弾性表面波コンボルバには、(a)半導体と
圧電体を僅かな空隙を介して結合する分離媒質コ
ンボルバ、(b)圧電体基板自体の非線形性を利用す
るエラステイツクコンボルバ、(c)半導体基板上に
圧電体薄膜を形成した層状構造のモノリシツクコ
ンボルバが知られている。 (a)の分離媒質コンボルバには、空隙の制御が非
常にやつかいなために、生産性で劣る欠点があ
る。(b)のエラステイツクコンボルバでは、圧電体
基板の弾性的非線形性を利用するために、大きな
弾性表面波エネルギーが必要になる。一方、エラ
ステイツクコンボルバおよび層状構造コンボルバ
は分離媒質コンボルバとは異なり、組立てが容易
なために生産性が上るという特長を持つている。
さらに(c)の層状構造コンボルバは、半導体の空乏
層容量の非線形性を利用しているので、コンボル
ーシヨン効率が大きいうえ、モノリシツク構造の
ために、構成が容易であるという特長を持つてい
る。 層状構造の断面図を第１０図、上面図を第１１
図に示す。ここで、１はシリコン等の半導体層、
２は酸化亜鉛、窒化アルミニウム等の圧電体膜、
３は弾性表面波用入力トランスデユーサ、４は出
力ゲートであり、トランスデユーサ３およびゲー
ト４はアルミニウム等の金属膜で形成される。 弾性表面波コンボルバを例えばSpread
Spectrum Communication（以下本明細書におい
てはSSCと略記する）等の信号処理機能素子とし
て応用することは広く知られている。SSCにおい
ては転送すべきデータ変調にはDPSKがよく使わ
れている。 このようなDPSK変調された信号を弾性表面波
コンボルバで整合波するために、第１２図に示
す構造のコンボルバが提案されている。第１２図
に示す構造はDPSKコンボルバと呼ばれ、その詳
細な動作はデイー・ブロツトコルブ（D.
Brodtkorb）およびジエイ・イー・レイナ（J.E.
Laynor）著1978年発行の雑誌ウルトラソニツク
ス・シンポジウム・プロシーデイングス
（Ultrasonics Symposium Proceedings）第561
頁から第566頁までに掲載された論文に示されて
いる。第１２図において、５，６は出力ゲートで
あり、中央で分離されている。７は両ゲート５，
６からの信号の和および差をとるためのハイブリ
ツドである。８，９はハイブリツド出力であり、
８が和（Σ_put）、９が差（Δ_put）を出力する。 また第１２図に示す構成では、例えば左端の入
力トランスデユーサ３から右方向に伝播する弾性
表面波は右端の入力トランスデユーサに達し、こ
のトランスデユーサによつて反射し、左方向に伝
播する弾性表面波となる。この反射して左方向に
伝播する弾性表面波と元の左端の入力トランスデ
ユーサから右方向に伝播する弾性表面波からコン
ボルーシヨン出力が得られる。この出力はいわゆ
るセルフコンボルーシヨンと言われる不要波を発
生させる。以上の説明は左右の入力トランスデユ
ーサは正規形トランスデユーサと仮定する場合に
生ずる現象であり、この問題は一方向性、トラン
スデユーサにすれば解決できる。しかし、一般
に、一方向性トランスデユーサは設計および作製
が困難である上に、SSCは一般に広帯域信号を取
り扱うために広帯域一方向性トランスデユーサが
要求され、設計、作製がさらに困難になる。 上記不要波を低下させる弾性表面波装置が特公
昭57−47569号に開示されているが、その装置を
DPSKコンボルバとして形成するという思想は示
されていない。 Ｄ 発明が解決しようとする問題点 第１２図に示す構成によるDPSKコンボルバを
用いたSSC受信機は、ハイブリツド７を使用して
いるので、非常に高価になるという欠点がある。 したがつて、本発明の目的は、安価で、しかも
セルフコンボルーシヨンが抑制された弾性表面波
DPSKコンボルバを提供することである。 Ｅ 問題点を解決するための手段 上記目的を達成するために、本発明による弾性
表面波装置は、上記各トラツクに対応して中央で
分割して構成された出力ゲートと、上記入力トラ
ンスデユーサに上記複数のトラツクの中の少くと
も一つで逆相の表面波を発生させる手段と、上記
出力ゲートを組み合わせることによつて和信号お
よび差信号を得る手段を含むことを要旨とする。
上記複数のトラツクの中の少くとも一つで逆相の
表面波を発生させる手段は階段状電極であること
も、マルチストリツプカツプラであることも、伝
播路の一部の上に形成された金属膜とそれに電圧
を印加する制御電圧源から成ることもできる。本
発明はエラスチツクコンボルバにも層状構造コン
ボルバにも適用される。 Ｆ 作用 一つのトラツクにある２分割された出力ゲート
を直接接続すれば和信号が得られ、一つのトラツ
クにある一つの出力ゲートとそのトラツクとは逆
相にある他の一つのトラツクにあり、かつ上記一
つの出力ゲートとは同じ列に属しない方の出力ゲ
ートを接続すれば差信号が得られる。 Ｇ 実施例 第１図は本発明による４トラツクDPSKコンボ
ルバの上面図および電気的結線図で、１０は入力
トランスデユーサ、１１は180°階段状入力トラン
スデユーサ、１１−ａは出力ゲート１２，１３，
１４，１５のトラツクに対応する電極部、１１−
ｂは出力ゲート１６，１７，１８，１９のトラツ
クに対応すれ電極部、１２，１３，１４，１５，
１６，１７，１８，１９は出力ゲート、１２−
ａ，１３−ａ，１４−ａ，１５−ａ，１６−ａ，
１７−ａ，１８−ａ，１９−ａは出力ゲート１
２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９
に対応する出力端子、S₁，S₂，S₃，S₄は４個のト
ラツクに対応する入力トランスデユーサ１０によ
る弾性表面波を表わす。 第１図に示すように左右に配置された入力トラ
ンスデユーサ１０，１１の交叉幅にまたがつて入
力トランスデユーサ１０と１１の間に４個のトラ
ツクから成る出力ゲート１２〜１９が配列され
る。すなわち、出力ゲート１２，１３は一つのト
ラツクを形成し、同様に１４，１５は他の一つの
トラツク、１６，１７はさらに他の一つのトラツ
ク、１８，１９はさらに他の一つのトラツクを形
成している。 DPSK復調のために各トラツクは例えば出力ゲ
ート１２と１３のように中央で分離されている。
右端の入力トランスデユーサ１１は、第１図に示
すように、上の２個のトラツクと下の２個のトラ
ツク間で位相差が180°となるように、階段状に形
成されている。すなわち入力トランスデユーサ１
１の電極部１１−ａと１１−ｂは互にλ₀／２ずれ
た位置にある。ここでλ₀は弾性表面波の波長であ
る。入力トランスデユーサ、出力ゲートはアミニ
ウム等の金属から成つている。 このような４トラツクから成るDPSKコンボル
バにおいて各出力ゲートからの信号は出力端子１
２−ａ〜１９−ａから得られる。 ここで左端の入力トランスデユーサ１０によつ
て発生し、４個のトラツクに対応して右方向に伝
播する弾性表面波S₁，S₂，S₃，S₄はそれぞれのト
ラツクを伝播して、右端のトランスデユーサ１１
に同位相で到達する。 このトランスデユーサ１１は電極１１−ａ，１
１−ｂから成つており、１１−ａ，１１−ｂは
180°の位相差に対応する配置になつているため
に、同位相で入射した弾性表面波はこのトランス
デユーサには何ら影響を与えない。逆に右端の入
力トランスデユーサ１１によつて発生し、左方向
に伝播する弾性表面波は、同様にして左端のトラ
ンスデユーサ１０に達する。この弾性表面波は上
下２個ずつのトラツクで互に逆位相であるため
に、トランスデユーサ１０に達する弾性表面波は
このトランスデユーサに何ら影響を与えない。こ
のように入力トランスデユーサ１０，１１による
電気的再放射は存在しない。したがつて、この構
造の４トラツクDPSKコンボルバはセルフコンボ
ルーシヨンを抑制することが可能である。 上述のように電気的再放射による反射波は抑制
できたがトランスデユーサ１０，１１の金属の種
類および膜厚によつては機械的反射が生じる場合
がある。この機械的反射を抑制する問題は、入力
トランスデユーサ１０，１１を表面波の波長をλ
とする場合、電極指幅および櫛間隔がλ／８とな
るダブル電極にすることにより解決される。 以上のように、この構造のコンボルバは、セル
フコンボルーシヨンが抑制されるから、高性能な
コンボルバである。さらにこの４トラツクの
DPSKコンボルバの特長として次のことを挙げる
ことができる。 第１図において、上から順番にトラツク１，
２，３，４と名付ける。このとき、トラツク１，
２からのコンボルーシヨン出力とトラツク３，４
からのコンボルーシヨン出力とは逆位相である。
またトラツク１と２は同位相であり、トラツク３
と４も同位相である。なぜならば、右端の入力ト
ランスデユーサにおいて、電極部１１−ａと１１
−ｂは180°位相が異なる。したがつて、電極部１
１−ａに対応するトラツク１，２と電極部１１−
ｂに対応するトラツク３，４とは逆位相になつて
いるからである。またトラツク１と２とは同位相
であり、トラツク３と４とは同位相であることも
第１図から理解される。このように４トラツクか
ら成つているDPSKコンボルバの８個の出力ゲー
ト１２〜１９からのコンボルーシヨン出力はそれ
ぞれ１２−ａ〜１９−ａの端子に出力される。 以上述べた事について各ゲート出力の位相関係
を第１表に示す。ただし、第１表における位相は
トラツク１，２において同相の弾性表面波が入力
して、得られるコンボルーシヨン信号の位相を基
準にしている。

【表】 第１表からわかるように、コンボルーシヨン出
力端子１２−ａと１３−ａを連結すれば、和出力
Ａが得られる。また同様に出力端子１８−ａと１
９−ａを連結しても和出力Ｂが得られるが、同じ
和出力でもＡとＢとは位相が180°異なる。出力端
子１４−ａと１７−ａを連結すれば、差出力Ｃが
得られ、また同様に出力端子１５−ａと１６−ａ
とを連結しても差出力Ｃが得られる。この接続関
係を第２表に示す。ここでΣは和を表わし、Δは
差を表わす。 以上の説明からわかるようにDPSK復調におい
て和出力、差出力のどちらでも同時に、従来のよ
うにハイブリツドを使用しなくても得られる。し
たがつて高価なハイブリツドが不要なために、
SSC受信機の原価および占有空間が大幅に低減さ
れる。 ここで示した４トラツクDPSKコンボルバがエ
ラステイツクコンボルバにも層状構造コンボルバ
にも応用できることは明らかである。すなわちエ
ラステイツクコンボルバについては第３図に示す
ように、ニオブ酸リチウム等から成る圧電体基板
２１上に第１図に示す入力トランスデユーサ１
０，１１および出力ゲート１２〜１９を形成すれ
ばよい。 層状構造コンボルバについては、第４図に示す
ように、シリコン等から成る半導体基板２２上に
酸化亜鉛、窒化アルミニウム等の圧電体膜２３を
形成し、その上に入力トランスデユーサ１０，１
１および出力ゲート１２〜１９を第１図に示した
ように構成すればよい。 第１図においては右端の入力トランスデユーサ
１１によつて上下二つのトラツクに逆位相の弾性
表面波を右方から入力させた。しかし逆に左方向
から入力させても同等であることは明らかであ
る。また第１図においては右端の入力トランスデ
ユーサ１１によつて逆位相の弾性表面波を各ゲー
トに入力したが、この逆位相を発生させる手段は
第１図のように階段状のトランスデユーサに限る
ことはなく、目的のトラツクに逆位相の弾性表面
波が入力しさえすれば上述の効果が得られること
は明らかである。階段状のトランスデユーサによ
る他の方法は第５図に示すように、トラツク２に
対応する電極部１１′−ｂを１１′−ａに対して
180°の位相差をもたせることである。この場合の
位相関係を第２表に示す。

【表】

【表】 第２表からわかるように、コンボレーシヨン出
力端子１２−ａと１３−ａを連結すれば、和出力
Ａが得られ、また出力端子１８−ａと１９−ａを
連結しても、同じように和出力Ａが得られる。ま
た同様にして、出力端子１４−ａと１７−ａを連
結すれば、差出力Ｃが、出力端子１５−ａと１６
−ａでもやはり差出力Ｃが得られる。この接続関
係を第６図に示す。 ここで２個の和出力および差出力はそれぞれ両
位相のために、それらを連結することにより、２
倍の和および差出力（2Σ_A，2Δ_C）を得ることが
できる。 以上は４トラツクについて説明したが、第１図
および第５図から明らかなように、４トラツク以
上にトラツクを分割しても、各トラツクに入力す
る弾性表面波の位相差を与えることにより、上述
と同等な効果を得ることができる。 第１図に示す装置においては、一方の入力トラ
ンスデユーサのみが階段状に形成されているけれ
ども、これに限ることはなく、第７図に示すよう
に、両方の入力トランスデユーサ１０′，１１″を
階段状に形成することもできる。第７図において
入力トランスデユーサ１０′および１１″はそれぞ
れトラツク１，２およびトラツク３，４に対して
90°位相差を持つている。このように左右端の両
入力トランスデユーサの両者を階段状にしても同
等な効果が発揮できる。 さらに、第８図に示すように、入力トランスデ
ユーサ２５，２６と出力ゲートの間にマルチスト
リツプカツプラ２７，２８を設けることによつて
も同じ効果を得ることができる。入力トランスデ
ユーサ２５，２６の交叉幅はトラツク１，２に対
応する部分にまたがつている。マルチストリツプ
カツプラ２７，２８は入力トランスデユーサ２
５，２６によつて発生した弾性表面波をトラツク
１，２とトラツク３，４にエネルギーを等分配
し、トラツク１，２と３，４の間に90°の位相差
を与える機能がある。したがつて、前述と同等の
効果が発揮できる。 第９図ａは本発明による他の一つの実装の態様
による４トラツクDPSKコンボルバの平面図、同
図ｂは同じ装置の断面図を示す。図示のように、
半導体基板２２上に圧電体膜２３を形成する。そ
の上に入力トランスデユーサ２９，３０と出力ゲ
ートの間の弾性表面波伝播路の一部に金属膜３
１，３２を形成する。この金属膜３１，３２に直
流電圧V₁，V₂を印加することにより金属膜３１，
３２に対向する半導体２２の表面が変化する。す
わなち制御電圧V₁，V₂を変化させることにより
半導体表面が蓄積状態、フラツトバンド状態、空
乏状態、反転状態のように変化し、金属部３１，
３２の領域で弾性表面波の位相が自由に変化させ
ることが可能である。したがつて、各トラツクに
入射する弾性表面波の位相が制御電圧により変化
するので、前述と同等な効果を得ることができ
る。 Ｈ 発明の効果 以上説明した通り、本発明によるDPSKコンボ
ルバは、高価なハイブリツド素子を用いることな
しに、和および差出力を同時に得ることができる
構造であるから、安価であり、小型である。さら
に、セルフコンボルーシヨンが抑制されるので、
高性能であるという利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるDPSKコンボルバの上面
図および電気的結線図、第２図は本発明による４
トラツクDPSKコンボルバの出力結線図、第３図
は本発明によるエラステイツクコンボルバの断面
図、第４図は本発明による層状構造コンボルバの
断面図、第５図は本発明による他の一つの４トラ
ツクDPSKコンボルバの上面図、第６図は４トラ
ツクDPSKコンボルバの他の一つの出力結線図、
第７図は入力トランスデユーサおよび出力ゲート
の一配置図、第８図は入力トランスデユーサおよ
び出力ゲートの他の一つの配置図、第９図は本発
明の他の一つの実施の態様によるDPSKコンボル
バを示す図、第１０図は従来のモノリシツクコン
ボルバの断面図、第１１図は第１０図に示す装置
の上面図、第１２図は従来のDPSKコンボルバの
上面図である。 １０……入力トランスデユーサ、１１……180°
階段状入力トランスデユーサ、１１−ａ……出力
ゲート１２〜１５のトラツクに対応する電極部、
１１−ｂ……出力ゲート１６〜１９のトラツクに
対応する電極部、１２〜１９……出力ゲート、１
２−ａ〜１９−ａ……出力ゲート１２〜１９に対
応する出力端子、S₁〜S₄……４個のトラツクに対
応する入力トランスデユーサ１０による弾性表面
波、２１……圧電体基板、２２……半導体基板、
２３……圧電体膜、２５，２６，２９，３０……
入力トランスデユーサ、２７，２８……マルチス
トリツプカツプラ、３１，３２……金。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基板上にその両端の近傍に互に対向して設け
   られた入力トランスデユーサから互に相対する方
   向に表面波を伝播し、それらの入力トランスデユ
   ーサの間に複数のトラツクから成る出力ゲートが
   設けられたDPSKコンボルバとして使用される弾
   性表面波装置において、 (a) 上記各トラツクに対応して中央で分割して構
   成された出力ゲート、 (b) 上記入力トランスデユーサに上記複数のトラ
   ツクの中の少くとも１つで逆相の表面波を発生
   させる手段、および (c) 上記出力ゲートを組み合わせることによつて
   和信号および差信号を得る手段 を含むことを特徴とする弾性表面波装置。 ２ 上記複数のトラツクの中の少くとも１つで逆
   相の表面波を発生させる手段が階段状電極である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の弾
   性表面波装置。 ３ 上記複数のトラツクの中の少くとも１つで逆
   相の表面波を発生させる手段がマルチストリツプ
   カツプラであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の弾性表面波装置。 ４ 上記複数のトラツクの中の少くとも一つで逆
   相の表面波を発生させる手段が伝播路の一部の上
   に形成された金属膜とそれに電圧を印加する制御
   電圧源から成ることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の弾性表面波装置。 ５ 上記基板が圧電体であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の弾性表面波装置。 ６ 上記基板が半導体層と圧電体層から成る複合
   層であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の弾性表面波装置。 ７ 上記入力トランスデユーサがダブル電極から
   成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の弾性表面波装置。