JPH0693592B2 - カラーテレビジョン信号受信機用弾性表面波フィルタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、弾性表面波を伝搬させる基板上に複数個の交
差指電極を配設して成る弾性表面波フィルタ、特には衛
星通信によるマイクロ波帯のカラーテレビジョン信号の
受信機等に好適するカラーテレビジョン信号受信機用弾
性表面波フィルタに関するものである。

（従来の技術） 近年、静止軌道に乗せた人工衛星を利用して１〜10GHz
程度のマイクロ波帯のカラーテレビジョン信号を伝送す
ることが盛んに行なわれており、また人工衛星からの上
記カラーテレビジョン信号を家庭内等の受像機で直接的
に受信できる衛星放送システムの計画も進んでいる。こ
のようなマイクロ波帯のカラーテレビジョン信号の伝送
系においては、色相或いは色の飽和度を示す信号を極め
て忠実に伝送することが要求される。

即ち、現在一般的に用いられているカラーテレビジョン
信号方式（NTSC方式,PAL方式,SECAM方式）にて前記色関
係の信号を忠実に伝送するには、副搬送波において、輝
度信号のレベルが変化しても色信号の振幅が変化しない
ことや、あるいはカラーバースト（副搬送波の同期信号
として映像信号に含まれる信号）に対する色信号の位相
差が変化しないことが必要である。

例えば、NTSC方式のカラーテレビジョン信号において
は、輝度信号と２つの色信号とを複合して合成してお
り、その合成においては、信号周波数の帯域幅を圧縮す
るために、輝度信号の信号帯域のうち、あまり使用され
ない部分に色信号を詰め込む方式が採用されている。実
際には、２つの色信号は、互いに位相が90度異なる２つ
の副搬送波を3.58MHzに設定し、それぞれを２つの色信
号で搬送波抑圧両側波帯振幅変調して合成し、この副搬
送波を輝度信号に加算することにより、輝度信号の信号
帯域内に色信号を詰め込んでいる。

このように多重化されたカラーテレビジョン信号から２
つの色信号を分離する場合には、それぞれの色信号の副
搬送波における位相が90度異なることを利用し、カラー
テレビジョン信号に含まれるカラーバーストを基にして
副搬送波を再生し、同期検波を行うようにしている。つ
まり、同期検波では、被検波信号の振幅が同じでも位相
が異なると検波出力の振幅が変化することを利用して、
再生した副搬送波と同位相では検波出力が最大となり、
位相が90度異なると検波出力はゼロになるので、これに
より２つの色信号を分離することができるのである。

従って、伝送系において、カラーテレビジョン信号に含
まれるカラーバーストと色信号との位相関係（位相差）
が変化するということは、色情報に関する再現性が低下
することを意味するのであり、これを防止するように忠
実に伝送することが重要となるのである。

このような色信号に関する伝送特性を評価する定量的な
尺度としては、一般的には副搬送波の振幅の変化分に対
応した微分利得DG並びに副搬送波の位相の変化分に対応
した微分位相DPが採用されている。

微分利得とは、入力信号の振幅変化分に対する出力信号
の振幅変化分の比として表されるものであるが、このよ
うな微分利得は入力信号の振幅により変化するので、伝
送特性の良否の目安とするために、入力信号レベルの範
囲内でそれぞれのレベルの微分利得を測定し、次式のよ
うにその最大値Ｍと最小値ｍとの偏差をとって百分率で
表したものを微分利得DGとして定義するのが一般的であ
る。

DG＝［１−（m/M）］×100（％） そして、カラーテレビジョン信号の輝度信号の振幅が変
化したときに、輝度信号に重畳されている副搬送波の動
作点が変化すると、伝送系の入力信号振幅と出力信号振
幅との直線性が変化して明度に対する再現性が悪化した
り色の変化をもたらすことになるが、この微分利得DGに
よりその直線性の良否を評価しようというものである。

また、微分位相とは、カラーテレビジョン信号の副搬送
波周波数付近の位相歪を評価するためのもので、出力信
号の位相の変化分として表されるが、この場合において
も、位相の変化による伝送系の良否を表す目安として、
一般的には、伝送される振幅範囲内におけるある特定の
周波数成分に対して出力信号の位相の変化分の偏差量を
位相角で示したものとして定義されている。

そして、このような微分利得DG及び微分位相DPが小さい
ほど色関係の信号を忠実に伝送することができるのであ
る。従って、衛星放送に用いるカラーテレビジョン信号
の周波数帯つまりマイクロ波帯においてはFM変調を行っ
ているので、上述の点から、その伝送系に使用するフィ
ルタに対しても微分利得DG及び微分位相DPが小さいこと
が要求されるのである。

ところで、従来より、上記の如きフィルタをLC形のもの
で構成することが行なわれるているが、このようなLC形
のフィルタではその定数調整のための余分な時間を要し
てコスト高になる不具合があるばかりか形状が大きくな
る不具合がある。このため最近では、無調整で且つ小形
状で済む弾性表面波フィルタがよく用いられるようにな
ってきた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら弾性表面波フィルタは、LC形のフィルタと
相違した構造上の要因によって微分利得DG及び微分位相
DPが大きくなることがあり、このような技術的課題が弾
性表面波フィルタをマイクロ波帯のカラーテレビジョン
信号の伝送系用フィルタとして全面的に採用できない原
因になっていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目
的は、微分利得DG及び微分位相DPを小さくでき、以てマ
イクロ波帯のカラーテレビジョン信号の伝送系に用いる
場合にコスト安且つ小形になし得るという利点によって
LC形のフィルタの代替品として十分且つ優れた機能を果
し得るカラーテレビジョン信号受信機用弾性表面波フィ
ルタを提供するにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明のカラーテレビジョン信号受信機用弾性表面波フ
ィルタは、弾性表面波を伝搬させる基板上に対をなす櫛
歯状電極を交差するように配置して構成される複数個の
交差指電極を設けて成り、該櫛歯状電極の電極間隔寸法
とカラーテレビジョン信号の中心周波数との積が該基板
上を伝播する弾性表面波の伝播速度に等しくなるように
設定されているものにおいて、前記基板上の弾性表面波
の伝搬速度としてV,色情報信号を有する副搬送波の周波
数としてfscが与えられたときに、前記複数個の交差指
電極の中心位置間の弾性表面波伝搬距離ｄを、 0.9×（V/fsc）×ｎ＜ｄ＜1.1×（V/fsc）×ｎ （但し、ｎは自然数） なる関係を満たすように構成したところに特徴を有す
る。

（作用） 本発明のカラーテレビジョン信号受信機用弾性表面波フ
ィルタによれば、交差指電極間の弾性表面波伝搬距離ｄ
を直達波により通過帯域内に生ずるリプルの周期に基い
て上述した式の関係を満たすように設定しているので、
たとえ直達波が大きい場合でも、その悪影響を受けるこ
となく微分利得DG及び微分位相DPを小さくすることがで
き、マイクロ波帯のカラーテレビジョン信号の伝送系に
用いる場合でも色関係の信号を忠実に伝送できるように
なる。

（実施例） 以下、本発明を衛星放送信号受信機における第２中間周
波数用のフィルタに用いた場合の一実施例について図面
を参照しながら説明する。

第１図において、1a,1bは入力端、2a,2bは出力端、３は
水晶或いは圧電磁器等より成る圧電性を有する基板、４
は基板３上に設けられた送波用交差指電極、５は基板３
上に前記送波用交差指電極４と所定の弾性表面波伝搬距
離ｄを存するように設けられた受波用交差指電極であ
り、これら各交差指電極４及び５は夫々対応した入力端
1a,1b及び出力端2a,2bに接続されている。

この場合、交差指電極4,5の各電極は、それぞれ対をな
す櫛歯状電極4a,4bおよび櫛歯状電極5a,5bから構成され
ており、各櫛歯状電極4a,4b,5a,5bの電極間隔寸法は、
衛星放送受信機の中間周波数である例えば402.78MHzを
中心周波数として設定するように、その中心周波数との
積の値が基板３上を伝搬する弾性表面波の伝搬速度に等
しくなるように設定され、−３デシベルの通過帯域幅が
27MHzとなるように設定されている。つまり、この弾性
表面波フィルタにおいては、通過周波数帯域が389.28〜
416.28MHzの範囲に設定されていることになる。

また、一般に、カラーテレビジョン信号は、輝度信号に
色信号が副搬送波（例えばNTSC方式では3.58MHzに設定
される。なお、副搬送波とは、「多段変調を行う場合
の、最後の変調に用いる変調信号を作るための各段の搬
送波」と定義される［電子通信用語辞典］）を用いて多
重化された状態で含まれており、この信号で402.78MHz
の搬送波をFM変調した信号として生成されている。した
がって、このカラーテレビジョン信号は、上述の弾性表
面波フィルタの通過帯域内に含まれた信号である。

ところで、弾性表面波フィルタにおいては、信号がフィ
ルタ内を通過するのに必要な時間、即ち伝搬時間が１〜
10μsec程度あるため、フィルタを通った信号とフィル
タを通らない信号即ち直達波との間で干渉を起こし、弾
性表面波フィルタの通過帯域内にリプルを生ずるように
なる。これに対してLC形のフィルタでは、伝搬時間が弾
性表面波フィルタの1/100以下であるためリプルをほと
んど生じない。

しかして、第１図に示す弾性表面波フィルタにおいて、
直達波によるリプルの周期Δｆは、基板３上の弾性表面
波速度をＶとした場合、次式で与えられる。

Δｆ＝V/d …（１） この場合、リプルの周期Δｆとは、リプルの周波数特性
において隣接するリプルの谷の周波数間隔に相当するも
ので、以下のように導出することができる。

即ち、図１における基板３上を弾性表面波が交差指電極
４から交差指電極５まで伝搬するのに要する時間τは、
交差指電極4,5間の平均距離をｄとすると、 τ＝d/V …（ａ） となる。

次に交差指電極４に角周波数ωの正弦波信号を加え、弾
性表面波を励起させた状態を想定する。このとき、正弦
波信号を指数関数の複素電圧Ａで表現すると、 Ａ＝ａ×exp（ｊωｔ） …（ｂ） となる。（佐藤利三郎著「電気回路学」p.33、丸善） この弾性表面波が交差指電極５まで伝搬して交差指電極
５に発生させる信号Ｂは、 Ｂ＝ｂ×exp［ｊω（ｔ＋τ）］ …（ｃ） となる。また、直達波Ｃは交差指電極４と交差指電極5,
6の間の電極結合であるので、遅れ時間はなく、従っ
て、 Ｃ＝ｃ×exp（ｊωｔ） …（ｄ） と表すことができる。

そして、交差指電極５に現れる信号Ｄは、信号ＢとＣと
の和であるから、上述の式（ｃ），（ｄ）から、 Ｄ＝Ｂ＋Ｃ ＝exp（ｊωｔ） ×［ｂ×exp（ｊωτ）＋ｃ］ …（ｅ） となる。この信号Ｄの振幅Ｅは、 Ｅ＝b²＋c²＋2bc cos（ωτ） …（ｆ） のようになる。（「電気回路（１）」、オーム社）この
結果、b,cは定数であるから、この式で表される振幅Ｅ
には２πを周期とするリプルが生じていることがわか
る。いま、第ｋ番目のリプルの谷の角周波数をωｋ、第
ｋ＋１番目の角周波数をωｋ＋１とすると、ωｋとωｋ
＋１の差は周期に等しいので、 ωｋ＋１×τ−ωｋ×τ＝２π …（ｇ） つまり、 τ（ωｋ＋１−ωｋ）＝２π …（ｈ） という関係が成り立ち、一方、 ω＝２πｆ（ｆは周波数） …（ｉ） であるから、これを式（ｉ）に代入すると、 fk＋１−fk＝1/τ …（ｊ） となる。式（ｊ）の左辺はリプルの周期Δｆであるか
ら、 Δｆ＝1/τ …（ｋ） となり、即ち式（ａ）からτを代入すると、 Δｆ＝V/d …（１） が導かれるのである。

このような弾性表面波フィルタにおけるリプルは、微分
利得DG及び微分位相DPを増大させる要因となるものであ
る。このような直達波により生ずるリプルは、カラーテ
レビジョン信号の中心周波数（例えば402.78MHz）のみ
ならず、これに含まれる副搬送波（例えば周波数3.58MH
z）にも悪影響を与える。そして、この副搬送波が忠実
に伝送されないと、カラー画像の色相等の情報が乱れる
ことになるのである。

このため従来では、直達波の大きさをできるだけ小さく
してその直達波の影響を小さくすることが行なわれてい
た。しかし弾性表面波フィルタの構造上の問題等によっ
て直達波を一定の大きさ以下にできないことがあり、し
たがって、微分利得DC及び微分位相DPを十分に小さくし
得ないものであった。要するに従来では直達波によるリ
プルに起因した微分利得DG及び微分位相DPの増大という
問題に対して、その直達波を小さくすることのみに注意
が払われてきた。

ところが、微分利得DG及び微分位相DPについての解析
を、その定義に基づいて計算機（コンピュータ）による
数値計算を行なった結果、直達波により通過帯域内に生
ずるリプルの周期の如何によっては直達波があっても微
分利得DG及び微分位相DPが大きくならないことが分かっ
た。

この場合、上述の数値計算においては、伝送系すなわち
弾性表面波フィルタの周波数特性として、周期がΔｆで
振幅が一定のリプルを有する状態を想定して直達波によ
るリプルが生じている状態としている。そして、この伝
送系に与える入力信号を、周波数が副搬送波の周波数fs
c（＝3.58MHz）に等しく且つ振幅Ｆが微小な正弦波を直
流成分Ｈに重畳し、この重畳された信号で搬送波（例え
ば周波数402.78MHz）をFM変調した信号をカラーテレビ
ジョン信号として入力した場合の演算を行う。なお、上
述の微小な正弦波は、カラーテレビジョン信号の色信号
に対応し、直流成分Ｈは輝度信号に対応する信号となっ
ている。

数値計算の手法としては、まず、伝送系の周波数特性を
周波数ｆ（ω＝２πｆ）の関数として表したＦ（ω）を
微小部分に分割して（例えば1kHz間隔）サンプリング
し、計算機に入力する。次に、時間の関数で示される入
力信号hc（ｔ）を微小な時間に区切ってサンプリング
し、計算機に入力する。この時間領域の信号hc（ｔ）に
対しては、次式で示すフーリエ変換の定義式を使って微
小な時間に区切られたサンプリング値に対する演算を行
うことにより周波数領域の信号Hc（ω）を得る。

Hc（ω）＝∫hc（ｔ）exp（−ｊωｔ）dt そして、一般に周波数特性Ｆ（ω）の伝送系に信号Hc
（ω）を入力したときの出力信号He′（ω）は、 Hc′（ω）＝Hc（ω）・Ｆ（ω） で表されるから、周波数領域で微小部分に分割された各
サンプリング値に対して上式に基づいて数値計算を実行
することにより周波数領域で示される出力信号Hc′
（ω）を求める。

次に、Hc′（ω）をFM復調した結果を以下のようにして
求める。ここで、一般に、FM復調器においては、瞬時周
波数fsに比例した電圧Vsを出力する出力特性を有してい
る。

そこで、He′（ω）を逆フーリエ変換することにより、
時間領域の信号hc′（ｔ）を求め、このhc′（ｔ）を、
例えば20n秒の微小時間に区切り、その微小時間領域内
で近似的に振幅および周波数一定の正弦波信号とみなせ
るようにする（FM信号は、振幅は一定で周波数が変化す
るが、この微小時間領域内ではその変化が無視できる程
度に設定されるので、周波数も一定とみなすことがで
き、換言すれば、この仮定が成立するように微小時間間
隔を設定しているのである）。

したがって、ある時間ｔ′のときの瞬時周波数fs
（ｔ′）は、近似的にｔ′を含む微小部分の信号の周波
数fd（ｔ′）に等しくなるから、FM復調出力Vs（ｔ）
は、出力信号の周波数スペクトルの各微小周波数成分fd
（ｔ）の写像の計算である、 Vs（ｔ）＝Ａ・fd（ｔ） として求めることができる。この結果を用いて、ある振
幅Ｆにおける利得Ｇを、次式のように、振幅Ｆに対する
復調信号の振幅の比の値として求める。

Ｇ＝（復調信号の振幅）/F 上述の演算過程がこの数値計算の基本計算の部分とな
り、求めようとする結果は、前述の条件である直流成分
Ｈおよびリプルの周期Δｆを少しずつ変化させながら上
述の基本計算を繰り返し実行する。

すなわち、直流成分Ｈをわずかに変化させて（例えばH/
1000）同様の基本計算を行い、以下、これを繰り返すこ
とにより、異なる輝度信号レベルに対応した利得Ｇを求
める。そして、この電圧−利得特性を数値微分すること
により、そのときのリプルの周期Δｆに対応する微分利
得DGを得ることができるのである。

さらに、以上の計算過程を異なる周期Δｆに対応して実
施することにより（例えばΔf/1000だけずらす）、各周
期Δｆに対応する微分利得DGを得ることができる。ま
た、微分位相DPについても上述と同様の方法にて求める
ことができる。

第２図及び第３図には、直達波の大きさを一定にした状
態にてその直達波によるリプルの周期Δｆだけを変化さ
せたときの微分利得DG及び微分位相DPの大きさを上述の
数値計算にて求めた結果が示されており、これら第２図
及び第３図から理解できるように、リプルの周期Δｆの
値によっては、直達波があると過程している場合でも微
分利得DG及び微分位相DPが大きくならないことがある。
このように微分利得DG及び微分位相DPが大きくならない
場合の条件即ち、副搬送波を忠実に伝送するためのリプ
ルの周期Δｆは、副搬送波の周波数fscの整数分の１（1
/1も含む）に相当した周期になる。

Δｆ＝fsc/n （ｍ） （但し、ｎは自然数） しかして、前記（１）式にて明らかなように、直達波に
よるリプルの周期Δｆは交差指電極４及び５間の弾性表
面波伝搬距離ｄによって一義的に定まる。従って、直達
波によるリプルの周期Δｆを副搬送波周波数fsc（例え
ばNTSC方式においてはfsc＝3.58MHz）の整数分の１にし
て前述の如く微分利得DG及び微分位相DPを小さくするた
めには、式（ｍ）の結果から、弾性表面波伝搬距離ｄを
次式のように定めれば良い。

ｄ＝V/fsc×ｎ（但し、ｎは自然数） また実用的には、伝搬距離ｄの値は±10％程度の誤差が
許容されるから、伝搬距離ｄを、 0.9×V/fsc×ｎ＜ｄ ＜1.1×V/fsc×ｎ …（２） の関係を満たすように設定すれば良い。従って第１図に
示す弾性表面波フィルタにあっては、上記（２）式を満
たす構成とすれば、たとえ直達波が大きい場合でも微分
利得DG及び微分位相DPを小さくできるものであり、マイ
クロ波帯のカラーテレビジョン信号の伝送系に用いる場
合でも、色関係の信号を忠実に伝送することができるよ
うになるのである。

［発明の効果］ 本発明によれば以上の説明によって明らかなように、直
達波がある場合でも、交差指電極の中心位置間の弾性表
面波伝搬距離をｄとすることにより、直達波の影響を受
けることなく微分利得DG及び微分位相DPを小さくでき、
マイクロ波帯のカラーテレビジョン信号の伝送系に用い
る場合でも色関係の信号を忠実に伝送できるものであ
り、以てコスト安且つ小形になし得るという利点によっ
てLC形のフィルタの代替品として十分且つ優れた機能を
果し得るものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は全体の概略的
平面図、第２図は微分利得DGとリプルの周期との関係を
示す図、第３図は微分位相DPとリプルの周期との関係を
示す図である。 図中、３は基板、４は送波用交差指電極、4a,4bは櫛歯
状電極、５は受波用交差指電極、5a,5bは櫛歯状電極で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弾性表面波を伝搬させる基板上に対をなす
   櫛歯状電極を交差するように配置して構成される複数個
   の交差指電極を設けて成り、該櫛歯状電極の電極間隔寸
   法とカラーテレビジョン信号の中心周波数との積が該基
   板上を伝播する弾性表面波の伝播速度に等しくなるよう
   に設定されているものにおいて、 前記基板上の弾性表面波の伝搬速度としてV,色情報信号
   を有する副搬送波の周波数としてfscが与えられたとき
   に、前記複数個の交差指電極の中心位置間の弾性表面波
   伝搬距離ｄを、 0.9×（V/fsc）×ｎ＜ｄ＜1.1×（V/fsc）×ｎ （但し、ｎは自然数） なる関係を満たすように構成したことを特徴とするカラ
   ーテレビジョン信号受信機用弾性表面波フィルタ。