JPH0974332A - 弾性表面波素子及びこれを用いた通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 櫛形入力電極から励振された弾性表面波の電
気機械結合係数Ｋ² を上げ、さらに出力電極（導波路）
端面に弾性表面波を絞り、結合させることである。 【解決手段】 圧電性基板または非圧電物質上に圧電性
物質を形成した積層基板である圧電性基板の主面上に第
１及び第２の弾性表面波を励振する少なくとも２つの櫛
形入力電極と、上記圧電性基板の非線形効果を利用して
該２つの弾性表面波のコンボリューション信号を取り出
す出力電極とを有する弾性表面波素子において、上記櫛
形入力電極上、および上記櫛形入力電極と出力電極との
間の領域の上記基板上に絶縁性の絶縁膜が形成されてい
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電性基板、また
は非圧電物質上に圧電性物質を形成した基板の物理的非
線形性効果を利用し、２つの入力信号のコンボリューシ
ョンを出力信号として取り出す弾性表面波コンボルバ及
びこれを用いた通信システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Ac
oustic Wave）素子は、様々な応用及び研究がなされて
いるが、その中でも弾性表面波コンボルバは、次世代の
通信技術として注目を集めているスペクトラム拡散（Ｓ
Ｓ）通信を行うためのキーデバイスとして、その重要性
がますます増大してきている。

【０００３】この弾性表面波（ＳＡＷ）は、圧電性基板
等の伝搬媒質の表面或いは境界面に沿って伝搬する弾性
波であり、そのエネルギーは表面から約１波長以内にほ
とんどが含まれ、比較的小さな入力パワーでも容易に高
密度の弾性エネルギーを得ることができ、バルク波に比
べて非線形効果が大きくなり、通信用素子としての応用
が期待されている。

【０００４】この弾性表面波の非線形効果として、高調
波発生、パラメトリックミキシング効果、パラメトリッ
ク発振、直流効果、コンボリューション（Convolutio
n）効果等が知られており、特に弾性表面波を用いて２
つの入力信号のコンボリューション出力を取り出す弾性
表面波コンボルバを用いた弾性表面波装置は、スペクト
ル拡散通信方式（ＳＳ：Spread Spectrum Communicatio
n）などの信号処理デバイスへの応用に、近年その重要
性が増大しつつあり、盛んに研究されている。

【０００５】図４は、従来知られている弾性表面波コン
ボルバを示す概略図である。図において、５１はＹカッ
ト（Ｚ伝搬）ニオブ酸リチウムなどの圧電材基板、また
は非圧電物質上に圧電性物質を積層した積層基板の圧電
性基板、５２は圧電性基板５１の表面上に形成された正
規型櫛形入力電極（ＩＤＴ：Interdigital Transduce
r）、５３は圧電性基板５１の表面上に形成された導波
路としての出力電極、５４は正規型櫛形入力電極５２と
出力電極５３との間の領域に設けられたパラボリックホ
ーンである。

【０００６】これらの入出力電極及びパラボリックホー
ンは、アルミニウムなどの導電性材料からなり、通常フ
ォトリソグラフィー技術を用いて圧電性基板５１の表面
上に直接形成される。

【０００７】この様な構成の弾性表面波素子において、
２つの櫛形入力電極５２に搬送角周波数ωの電気信号を
入力すると、圧電性基板の圧電効果により弾性表面波が
励振される。

【０００８】これら２つの弾性表面波は、パラボリック
ホーン５４によって弾性表面波が絞られ、出力電極５３
の端面に結合させる。この出力電極５３は導波路として
作用し、出力電極内に閉じこめられながら圧電性基板５
１上をお互い逆方向に伝搬する。

【０００９】この様に出力電極５３上でぶつかった２つ
の弾性表面波は、圧電性基板５１の物理的非線形効果に
よって、２つの入力信号のコンボリューション信号（搬
送角周波数２ω）として出力電極５３より取り出され
る。

【００１０】すなわち、２つの弾性表面波を、

【００１１】

【数１】 とすると、圧電性基板５１上には非線形相互作用によ
り、その積である、

【００１２】

【数２】 の弾性表面波が発生する。この信号は、一様な出力電極
を設けることにより、出力電極長領域Ｌで積分され、

【００１３】

【数３】 で表される信号として取り出される。ここで、積分範囲
Ｌは相互作用長が信号長より十分大きいときは実質上±
∞としてよく、τ＝ｔ−（ｘ／ｖ）とすると、（３）式
は、

【００１４】

【数４】 となり、前記信号は２つの入力信号のコンボリューショ
ンとなる。

【００１５】以上の様なコンボリューションおよびバル
ク波のメカニズムは、例えば、「日本学術振興会弾性波
素子技術第１５０委員会 編、“弾性表面波素子技術ハ
ンドブック”、オーム社、（１９９１）」ｐ１４５〜ｐ
２０５，ｐ３７１〜ｐ３７４などに詳述されている。

【００１６】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、弾
性表面波コンボルバのコンボリューション効率を上げる
ために、以下のような点を解決しなければならない。

【００１７】弾性表面波コンボルバにおいて、コンボリ
ューション効率を上げるためにはいくつか方法がある
が、その中の一つに櫛形入力電極において電気機械結合
係数Ｋ ² の値を大きくする方法がある。

【００１８】しかし、通常この電気機械結合係数Ｋ² は
圧電性基板そのものの性質に大きく依存するため、圧電
性基板が決められると電気機械結合係数Ｋ² の値も一義
的に決まってしまう。

【００１９】そのため上記従来例で記したように、正規
型櫛形電極から励振された弾性表面波をパラボリックホ
ーンによって圧縮し、弾性表面波のエネルギー密度を上
げて導波路端面に結合させてコンボリューション効率を
上げても、電気機械結合係数Ｋ² の値は圧電性基板の材
料種類によって決められてしまうためこれ以上の効率の
向上は期待できない。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、櫛形入
力電極を用いた弾性表面波コンボルバ素子において、櫛
形入力電極から励振された弾性表面波の電気機械結合係
数Ｋ² を上げ、さらに出力電極（導波路）端面に弾性表
面波を絞り、結合させることである。

【００２１】本発明は、上記目的に鑑み、弾性表面波コ
ンボルバ素子の櫛形入力電極部上面にＳｉＯ₂ （シリコ
ン酸化膜）などの絶縁膜を形成し、かつ櫛形入力電極と
出力電極との間の領域および出力電極（導波路）上にＳ
ｉＯ₂ などの絶縁膜によるパラボリックホーンを形成す
ることを特徴とする。

【００２２】上記構成によれば、弾性表面波コンボルバ
素子において、櫛形入力電極部で励振される弾性表面波
の電気機械結合係数Ｋ² が大きくなり、さらに櫛形入力
電極から励振された弾性表面波が圧縮され、エネルギー
密度を上げて導波路端面へと結合するので、コンボリュ
ーション効率の向上へつながる。

【００２３】また同時に入力電極及び出力電極のパター
ン表面の保護膜としての役割も果たすので、弾性表面波
コンボルバとしての性能、および信頼性が向上する。

【００２４】また、本発明の構成として、上記弾性表面
波素子において、上記絶縁膜が形成される部位に、上記
出力電極上の領域を加えたことを特徴とする。また、上
記弾性表面波素子において、上記絶縁膜が、シリコン酸
化膜で形成されていることを特徴とする。更に、上記櫛
形入力電極と上記出力電極との間の領域に形成された上
記絶縁膜は、上記櫛形入力電極から励振された弾性表面
波を上記出力電極入口端面へ集束させる形状を有してい
ることを特徴とする。また、上記櫛形入力電極と上記出
力電極との間の領域に形成された上記絶縁膜の形状は、
パラボリックホーン形状を有していることを特徴とす
る。また、上記櫛形入力電極に円弧形状を用いたことを
特徴とする。また、上記圧電性基板に、ＹカットＺ伝搬
のニオブ酸リチウムを用いたことを特徴とする。

【００２５】

【発明の実施の形態】

《第１実施例》以下本発明の実施例について説明する。

【００２６】図１は、本発明における弾性表面波コンボ
ルバの第１実施例を示す概略図である。図において、１
１はＹカット（Ｚ伝搬）ニオブ酸リチウムなどの圧電性
基板、または非圧電物質上に圧電性物質を積層した積層
基板の圧電性基板、１２は圧電性基板１１の表面上に形
成された正規型櫛形入力電極、１３は圧電性基板１１の
表面上に形成された導波路としての出力電極、１４はＳ
ｉＯ₂ （シリコン酸化膜）などの絶縁膜である。

【００２７】これらの正規型櫛形入力電極１２及び出力
電極１３は、アルミニウムなどの導電性材料を用いて作
製され、通常フォトリソグラフィー技術を用いて圧電性
基板１１の表面上に直接形成される。

【００２８】また絶縁膜１４もフォトリソグラフィー技
術を用いて、正規型櫛形入力電極１２の上部および導波
路１３端面までの領域に形成されており、その形状は正
規型櫛形入力電極１２から励振された弾性表面波が導波
路１３端面へと圧縮され、結合するような形状、例えば
ホーンのような形状である。

【００２９】この様な構成の弾性表面波素子において、
圧電性基板１１の両端近傍に配置された櫛形入力電極１
２に搬送角周波数ωの電気信号を入力すると、圧電性基
板１１の圧電効果により弾性表面波がそれぞれ励振さ
れ、出力電極１３がΔＶ／Ｖ導波路として作用し、導波
路としての出力電極内に閉じこめられながら、圧電性基
板１１上をお互いに逆方向に伝搬する。そして出力電極
１３上で上記２つの波がぶつかり、圧電性基板１１の物
理的非線形効果により角周波数２ωのコンボリューショ
ン信号として出力電極１３から取り出される。

【００３０】ここでΔＶ／Ｖ導波路は、圧電性基板の表
面を、電気的に短絡することにより自由表面よりも弾性
表面波の伝搬速度を低下させて短絡部分に弾性表面波を
閉じこめたものである。

【００３１】図２は、Ｙカット（Ｚ伝搬）ニオブ酸リチ
ウム基板上のある１点での弾性表面波の時間変化に対す
る振幅強度の大きさを表したシミュレーションのグラフ
である。

【００３２】横軸には時間をとり、縦軸には各時間での
弾性表面波の振幅の大きさを表している。このとき縦軸
の振幅の大きさの単位は、櫛形入力電極に入力する入力
信号の電圧の大きさに比例するため任意でよい。

【００３３】図中、２１は、圧電性基板に絶縁性膜が形
成されていない自由表面のときの振幅の大きさを表して
おり、図中２２は、圧電性基板上にＳｉＯ₂ 膜を厚さ１
μｍを形成したときの振幅の大きさを表している。

【００３４】図中２１，２２から圧電性基板上に絶縁性
膜のＳｉＯ₂ 膜を１μｍ形成した場合、絶縁膜が形成さ
れていない自由表面のものに比べて、弾性表面波は時間
的に遅れて到達していることがわかる。

【００３５】これはＳｉＯ₂ 膜が弾性表面波素子の表面
上に形成されたために圧電性基板表面が自由表面のもの
に比べて、弾性表面波の速度は遅く変化していることを
表している。

【００３６】そのため図１において、ＳｉＯ₂ 膜を櫛形
入力電極１２と導波路１３との間の領域に設け、さらに
その形状を導波路１３の端面に結合させるような形状と
するとＳｉＯ₂ 膜が形成されている部分と、そうでない
自由表面とで弾性表面波の速度に差ができ、速度の遅い
領域つまりＳｉＯ₂ 膜が形成されている部分に弾性表面
波エネルギーを閉じこめることができるので、パラボリ
ックホーンとして利用することができる。

【００３７】また図２より、圧電性基板上にＳｉＯ₂ 膜
を１μｍ形成した場合、絶縁膜が形成されていない自由
表面のものに比べて弾性表面波の振幅が大きくなってい
ることがわかる。つまり櫛形入力電極上部にＳｉＯ₂ 膜
などの絶縁膜が形成されることによって電気機械結合係
数Ｋ² が大きくなり、弾性表面波のエネルギーが増加す
る。

【００３８】以上のことから、Ｙカット（Ｚ伝搬）ニオ
ブ酸リチウム基板などの圧電性基板表面上に作製した正
規型櫛形入力電極および出力電極（導波路）をもつ弾性
表面波コンボルバにおいて、正規型櫛形入力電極の上部
および導波路端面までの領域にＳｉＯ₂ 膜などの絶縁膜
を形成することによって、正規型櫛形入力電極から励振
された弾性表面波の電気機械結合係数Ｋ² が、正規型櫛
形入力電極上で向上し、振幅の大きい（弾性表面波エネ
ルギーの大きい）弾性表面波が得られる。さらにＳｉＯ
₂ 膜などの絶縁膜によって形成されたパラボリックホー
ンに閉じこめられ、弾性表面波エネルギー密度を上げ、
導波路端面へと結合する。

【００３９】この結果、コンボリューション効率（一般
に、両側の入力電極に入力される電気入力パワーをＰ
1，Ｐ2とし、中央の出力電極から取り出せる出力パワー
をＰOUTとすると、コンボリューション効率Ｆは、Ｆ＝
（ＰOUT／Ｐ1・Ｐ2）で表される。）は向上し、加えて
従来より周知のこととして用いられてきたパターン表面
の保護膜としての役割も果たすので、弾性表面波コンボ
ルバとしての性能だけではなく、信頼性をも上げること
となる。

【００４０】《第２実施例》以下本発明の実施例につい
て説明する。

【００４１】図３は、本発明における弾性表面波コンボ
ルバの第２実施例を示す概略図である。

【００４２】図中、３１はＹカット（Ｚ伝搬）ニオブ酸
リチウムの圧電性基板、３２は圧電性基板３１の表面上
に形成された正規型櫛形入力電極、３３は圧電性基板３
１の表面上に形成された導波路としての出力電極、３４
はＳｉＯ₂ （シリコン酸化膜）などの絶縁膜である。

【００４３】上記の正規型櫛形入力電極３２、出力電極
３３の電極はアルミニウムなどの導電性材料を用いて作
製され、通常フォトリソグラフィー技術を用いて圧電性
基板３１の表面上に直接形成される。

【００４４】また絶縁膜もフォトリソグラフィー技術を
用いて、正規型櫛形入力電極３２の上部および出力電極
３３の端面までの領域かつ出力電極３３上に形成されて
おり、その形状は正規型櫛形入力電極３２から励振され
た弾性表面波が出力電極３３の端面へと圧縮され、結合
するような形状、例えばホーンのような形状である。

【００４５】この様な構成の弾性表面波素子において、
両側の櫛形入力電極３２に搬送角周波数ωの電気信号を
入力すると、基板の圧電効果により弾性表面波がそれぞ
れ励振され、出力電極３３がΔＶ／Ｖ導波路として作用
し、出力電極内（導波路）に閉じこめられながら圧電性
基板３１上をお互いに逆方向に伝搬する。そして出力電
極３３上で上記２つの波がぶつかり、圧電性基板３１の
物理的非線形効果により２ωのコンボリューション信号
として出力電極３３から取り出される。

【００４６】ここでΔＶ／Ｖ導波路は、基板表面を電気
的に短絡することにより自由表面よりも弾性表面波の伝
搬速度を低下させ、短絡部分に弾性表面波を閉じこめよ
うとするものである。

【００４７】図２において、上述したように、Ｙカット
（Ｚ伝搬）ニオブ酸リチウム基板上のある１点での弾性
表面波の時間変化に対する振幅強度の大きさを表したシ
ミュレーションのグラフを示し、圧電性基板上にＳｉＯ
₂ 膜を伝搬する弾性表面波２２は、圧電性基板上が自由
表面のもの２１に比べて、時間的に遅れて到達している
ことを表している。

【００４８】これは、圧電性基板上でＳｉＯ₂ 膜が形成
されている部分と、そうでない自由表面とで弾性表面波
の速度に差ができ、速度の遅い領域つまりＳｉＯ₂ 膜が
形成されている部分に弾性表面波エネルギーを閉じこめ
ることができるということを示している。

【００４９】上記現象は、一種の閉じこめ効果でありい
わゆる導波路で用いられている薄膜リボン導波路、ΔＶ
／Ｖ導波路などと同様の現象と考えることができる。

【００５０】そのため本実施例の図３で示すように、Ｓ
ｉＯ₂ などの絶縁膜を出力電極（導波路）上に設けるこ
とによって、櫛形入力電極３２から励振され導波路３３
の端面に結合した弾性表面波は、導波路３３上を閉じこ
め効果の大きい状態、つまり導波路の外へ弾性表面波エ
ネルギーを放射するという放射モードを小さく抑えなが
ら伝搬していく。

【００５１】さらに第１実施例で示したように、図１に
おいて、ＳｉＯ₂ 膜を櫛形入力電極１２と導波路１３と
の間の領域に設け、さらにその形状を導波路１３の端面
へと結合させるようなホーン形状とすると、ＳｉＯ₂ 膜
が形成されている部分と、そうでない自由表面とで弾性
表面波の速度に差ができ、速度の遅い領域つまりＳｉＯ
₂ 膜が形成されている部分に弾性表面波エネルギーを閉
じこめることができるので、パラボリックホーンとして
利用することができる。

【００５２】そして図２より、圧電性基板３１上にＳｉ
Ｏ₂ 膜を１μｍ形成した場合、絶縁膜３４が形成されて
いない自由表面のものに比べて弾性表面波の振幅が大き
くなっているため、櫛形入力電極３２上部にＳｉＯ₂ 膜
などの絶縁膜３４が形成されることによって電気機械結
合係数Ｋ² が大きくなり、弾性表面波のエネルギーが増
加する。

【００５３】以上のことから、Ｙカット（Ｚ伝搬）ニオ
ブ酸リチウム基板などの圧電性基板３１表面上に作製し
た正規型櫛形入力電極３２および出力電極（導波路）３
３をもつ弾性表面波コンボルバにおいて、正規型櫛形入
力電極３２の上部および導波路３３の端面までの領域及
び出力電極３３の上部にＳｉＯ₂ 膜などの絶縁膜３４を
形成することによって、正規型櫛形入力電極３２から励
振された弾性表面波の電気機械結合係数Ｋ² が、正規型
櫛形入力電極３２上で向上し、振幅の大きい（弾性表面
波エネルギーの大きい）弾性表面波が得られる。さらに
ＳｉＯ₂ 膜などの絶縁膜３４によって形成されたパラボ
リックホーンに閉じこめられ、弾性表面波エネルギー密
度を上げ、導波路３３の端面へと結合する。そして導波
路３３上では、弾性表面波の放射モードを低く抑えるこ
とで弾性表面波エネルギーが導波路３３の外へ放射する
ことを防ぐ。

【００５４】この結果、コンボリューション効率は向上
し、加えて従来より用いられてきたパターン表面の保護
膜としての役割も果たすので、弾性表面波コンボルバと
しての性能だけではなく、信頼性をも上げることとな
る。

【００５５】上記第１，第２実施例の説明で示した絶縁
膜は、ＳｉＯ₂ 膜（シリコン酸化膜）を用いた例を示し
たが、本来はそれだけに限らず、Ａｌ₂ Ｏ₃ 膜（酸化ア
ルミ膜）やＳｉ₃ Ｎ₄ 膜（シリコン窒化膜）、ＺｎＯ膜
（酸化亜鉛膜）などの膜を用いてもよい。

【００５６】また、上記第１，第２実施例で説明した絶
縁膜であるＳｉＯ₂ 膜（シリコン酸化膜）の膜厚が１μ
ｍのときの例を示したが、本来それだけに限定するもの
ではなく、本実施例中で述べた効果を表すことのできる
膜厚であればよい。

【００５７】さらに、上記第１，第２実施例で示した櫛
形入力電極の形状は正規形状としたが、円弧形状や、弾
性表面波を出力電極（導波路）へ集束させる形状をもつ
櫛形入力電極を用いた弾性表面波コンボルバにおいて
も、本実施例で示したような効果を同様に奏し得る。

【００５８】また、上記第１，第２実施例で、弾性表面
波コンボルバのそれぞれの櫛形入力電極には同一の搬送
角周波数ωの電気信号を入力する例を示したが、同一周
波数である必要はなくそれぞれ異なる搬送角周波数の電
気信号を入力してもよく、その時、出力電極から得られ
る出力信号の角周波数成分は入力信号の搬送角周波数そ
れぞれの和の周波数成分となる。

【００５９】また、上記第１，第２実施例に示された圧
電性基板１はＹカット（Ｚ伝搬）ニオブ酸リチウムを用
いているが、他の圧電材料、他のカット方向の圧電材料
のものを用いてもよい。

【００６０】また、上記第１，第２実施例において、弾
性表面波素子は、エラスティック型を用いた例を示した
が、本来はそれだけに限らずＡＥ型を用いてもよい。

【００６１】加えて、上記第１，第２実施例で示した圧
電性基板は、本来はそれだけに限らず圧電性基板以外の
非圧電物質上に圧電性物質を形成した基板を用いてもよ
い。

【００６２】《第３実施例》図５は、以上説明したよう
な弾性表面波装置を用いた通信システムの一例を示すブ
ロック図である。図において、４０は送信装置を示す。
この送信装置４０は送信すべき信号を拡散符号を用いて
スペクトラム拡散変調し、アンテナ４０１より送信す
る。送信された信号は、受信装置４１で受信され、復調
される。受信装置４１は、アンテナ４１１、高周波信号
処理部４１２、同期回路４１３、符号発生器４１４、拡
散復調回路４１５、復調回路４１６より構成される。ア
ンテナ４１１において受信された受信信号は、高周波信
号処理部４１２にて適当にフィルタリング及び増幅さ
れ、送信周波数帯信号のまま、もしくは適当な中間周波
数帯信号に変換され出力される。該信号は同期回路４１
３に入力される。

【００６３】同期回路４１３は、本発明の上述の第１、
第２の実施例にて示した弾性表面波素子４１３１と、符
号発生器４１４より入力される参照用拡散符号を変調す
る変調回路４１３２と、弾性表面波素子４１３１から出
力された信号を処理し、送信信号に対する拡散符号信号
およびクロック同期信号を符号発生器４１４に出力する
信号処理回路４１３３からなる。弾性表面波素子４１３
１には高周波信号処理部４１２からの出力信号と変調回
路４１３２からの出力信号が弾性表面波素子４１３１に
入力され、２つの入力信号のコンボリューション演算が
行われる。ここで符号発生器４１４より変調回路４１３
２に入力される参照用拡散符号が送信側から送信される
拡散符号を時間反転させた符号とすると、弾性表面波コ
ンボルバ素子を用いた弾性表面波素子４１３１では、受
信信号に含まれる同期専用拡散符号成分と変調回路４１
３２からの参照用拡散符号とが、弾性表面波素子４１３
１の出力電極の導波路上にて一致した時に相関ピークが
出力される。

【００６４】この際、櫛形入力電極と出力電極の端面ま
での間を又は上述に加え出力電極を絶縁膜で被覆し、電
気機械結合係数Ｋ² を大きくできるため、コンボリュー
ション効率が向上する。

【００６５】次に、信号処理回路４１３３では、弾性表
面波素子４１３１から入力される信号から、相関ピーク
を検出し、参照用拡散符号の符号開始から相関ピーク出
力までの時間で、符号同期のずれ量を割り出し、符号同
期信号及びクロック信号が符号発生器４１４に出力され
る。

【００６６】同期確立後、符号発生器４１４は送信側の
拡散符号に対し、クロック及び拡散符号位相が一致した
拡散符号を発生する。この拡散符号は拡散復調回路４１
５に入力され、拡散変調される前の信号が復元される。
拡散変復調回路４１５から出力される信号は、いわゆる
周波数変調、位相変調（ＰＳＫ：Phase Shift Keying）
などの変調方式により変調されている信号なので、対応
する復調回路４１６により、データ復調がなされる。

【００６７】本構成に用いた弾性表面波素子４１３１で
ある弾性表面波コンボルバは、圧電性基板上に所定の形
状で絶縁膜を被覆し、弾性表面波の伝搬速度を遅くする
ことにより、大きなコンボリューション信号を得ること
ができる。

【００６８】《第４実施例》図６、図７は、上記第１、
第２実施例で説明した弾性表面波素子を用いた通信シス
テムの送信装置及び受信装置の一例を示すブロック図で
ある。

【００６９】送信装置のブロック図を示す図６におい
て、５０１は直列に入力されるデータをｎ個の並列デー
タに変換する直並列変換器、５０２−１〜ｎは並列化さ
れた各データと拡散符号発生器から出力されるｎ個の拡
散符号とを乗算する乗算器群、５０３はｎ個のそれぞれ
異なる拡散符号ＰＮ1〜ＰＮnと同期専用の拡散符号ＰＮ
0を発生する拡散符号発生器、５０４は拡散符号発生器
５０３から出力される同期専用拡散符号ＰＮ0と乗算器
群５０２−１〜ｎのｎ個の出力を加算する加算器、５０
５は加算器５０４の出力を送信周波数信号に変換するた
めの高周波段、５０６は送信アンテナである。

【００７０】また、受信装置のブロック図を示す図７に
おいて、６０１は受信アンテナ、６０２は高周波信号処
理部、６０３は送信側の拡散符号とクロックに対する同
期を捕捉して維持する同期回路、６０４は同期回路６０
３より入力される符号同期信号及びクロック信号によ
り、送信側の拡散符号群と同一のｎ＋１個の拡散符号及
び参照用拡散符号を発生する拡散符号発生器、６０５は
拡散符号発生器６０４より出力されるキャリア再生用拡
散符号ＰＮ0と高周波信号処理部６０２の出力から搬送
波信号を再生するキャリア再生回路、６０６はキャリア
再生回路６０５の出力と高周波信号処理部６０２の出力
と拡散符号発生器６０４の出力であるｎ個の拡散符号Ｐ
Ｎ1〜ＰＮnを用いてベースバンドの復調を行うベースバ
ンド復調回路、６０７はベースバンド復調回路６０６の
出力であるｎ個の並列復調データを並直列変換する並直
列変換器である。

【００７１】上記構成において、送信側では、まず入力
されたデータが直並列変換器５０１によって符号分割多
重数に等しいｎ個の並列データに変換される。一方、拡
散符号発生器５０３はｎ＋１個の符号周期が同一でそれ
ぞれ異なる拡散符号ＰＮ0〜ＰＮｎを発生している。こ
のうちＰＮ0は同期及びキャリア再生専用であり、上記
並列データによって変調されず、直接加算器５０４に入
力される。残りのｎ個の拡散符号ＰＮ1〜ＰＮnは乗算器
群５０２−１〜ｎにてｎ個の並列データにより乗算変調
され、加算器５０４に入力される。加算器５０４は入力
されたｎ＋１個の信号を線形に加算し、高周波段５０５
に加算されたベースバント信号を出力する。該ベースバ
ンド信号は続いて高周波段５０５にて適当な中心周波数
を持つ高周波信号に変換され、送信アンテナ５０６より
送信される。

【００７２】次に、受信側では、受信アンテナ６０１で
受信された信号は高周波信号処理部６０２に適当にフィ
ルタリング及び増幅され、送信周波数帯信号のまま若し
くは適当な中間周波数帯信号に変換され出力される。該
信号は同期回路６０３に入力される。同期回路６０３は
本発明の実施例に記載の弾性表面波素子６０３１と、符
号発生器６０４より入力される参照用拡散符号を変調す
る変調回路６０３２と、弾性表面波素子６０３１から出
力された信号を処理し、送信信号に対する拡散符号同期
信号およびクロック同期信号を、拡散符号発生器６０４
に出力する信号処理回路６０３３からなる。

【００７３】弾性表面波素子６０３１には、上記第１、
第２実施例で示したいずれかの弾性表面波コンボルバ素
子を用い、高周波信号処理部６０２からの信号と変調回
路６０３２からの出力信号が入力され、２つの入力信号
のコンボリューション演算が行われる。

【００７４】ここで符号発生器６０４より変調回路６０
３２に入力される参照用拡散符号の符号列が、送信側か
ら送信される同期専用拡散符号を時間反転させた符号列
とすると、弾性表面波素子６０３１では、受信信号に含
まれる同期専用拡散符号成分の符号列と参照用拡散符号
の符号列とが、弾性表面波素子６０３１の出力電極の導
波路上にて一致した時に相関ピークが出力される。

【００７５】次に、信号処理回路６０３３では、弾性表
面波素子６０３１から出力される信号により、相関ピー
クを検出し、参照用拡散符号の符号開始から相関ピーク
出力までの時間で、符号同期のずれ量を割り出し、符号
同期信号及びクロック信号が発生し、拡散符号発生器６
０４に出力される。

【００７６】同期確立後、拡散符号発生器６０４は送信
側の拡散符号群に対し、クロック及び拡散符号位相が一
致した拡散符号群を発生する。これらの符号群のうち同
期専用の拡散符号ＰＮ0はキャリア再生回路６０５に入
力される。キャリア再生回路６０５では同期専用拡散符
号ＰＮ0により高周波信号処理部６０２の出力である送
信周波数帯若しくは中間周波数帯に変換された受信信号
を逆拡散し、送信周波数帯若しくは中間周波数帯の搬送
波を再生する。

【００７７】キャリア再生回路６０５の構成は、たとえ
ば位相ロックループを利用した回路が用いられる。受信
信号と同期専用拡散符号ＰＮ0は乗算器にて乗算され
る。同期確立後は受信信号中の同期専用拡散符号と参照
用の同期専用拡散符号ＰＮ0のクロック及び符号位相は
一致しており、送信側の同期専用拡散符号はデータで変
調されていないため、乗算器で逆拡散され、その出力に
は搬送波の成分が現れる。該出力は続いて帯域通過フィ
ルタに入力され搬送波成分のみが取り出され出力され
る。該出力は次に位相検出器、ループ・フィルタ及び電
圧制御発振器にて構成されるよく知られた位相ロックル
ープに入力され、該電圧制御発振器より帯域通過フィル
タを介して出力される搬送波成分に位相のロックした信
号が再生搬送波として出力される。

【００７８】再生された搬送波はベースバンド復調回路
６０６に入力される。ベースバンド復調回路６０６では
該再生搬送波と高周波信号処理部６０２の出力よりベー
スバンド信号が生成される。該ベースバンド信号はｎ個
に分配され拡散符号発生器６０４の出力である拡散符号
群ＰＮ1〜ＰＮnにより各符号分割チャネル毎に逆拡散さ
れ、続いてデータ復調がなされる。復調されたｎ個の並
列復調データは並直列変換器６０７にて直列データに変
換され、送信装置に入力された信号を出力される。

【００７９】本実施例は２値変調の場合であるが、直交
変調など、他の変調方式でも良い。またスペクトラム拡
散方式通信システム中ＤＳ（直接拡散）方式、ＦＨ（周
波数ホッピング）方式、ＴＨ（時間ホッピング）方式の
いずれの方式にも適用できるものである。

【００８０】また、上記実施例では、送信装置と受信装
置とを別体として通信システムとする例を説明したが、
同一パッケージに格納して通信装置とすることができ
る。また、通信装置の場合、使用符号列の符号を異なら
せて、相互通信を行うことができる。その場合、同一パ
ッケージ内に送信装置と受信装置とを備え、その同期用
拡散符号を異ならせることで同様な搬送キャリアを用い
て、通信装置の構成がほぼ同一の構成で通信が可能であ
り、その受信装置には、上述の弾性表面波素子を用い
て、同期確立を高速確実に達成できるので、信頼性の高
い通信システムを可能とする。

【００８１】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、圧電
性基板の主面上に第１及び第２の弾性表面波を励振する
少なくとも２つの正規型櫛形入力電極と該圧電性基板の
非線形性を利用して、該２つの弾性表面波のコンボリュ
ーション信号を取り出す出力電極（導波路）とを有した
弾性表面波素子において、該弾性表面波素子の表面の該
櫛形入力電極上にＳｉＯ₂ 膜（シリコン酸化膜）などの
絶縁膜を形成し、かつ該櫛形入力電極と該出力電極（導
波路）との間の領域にＳｉＯ₂ 膜などの絶縁膜が該出力
電極（導波路）の端面に集束するような形状つまりパラ
ボリックホーン形状で形成され、加えて該出力電極（導
波路）上にＳｉＯ₂ 膜などの絶縁膜が形成されることに
よって、該櫛形入力電極から励振された弾性表面波の電
気機械結合係数Ｋ² が向上し、振幅の大きい（弾性表面
波エネルギーの大きい）弾性表面波が得られ、さらにパ
ラボリックホーンに閉じこめられることで弾性表面波
は、弾性表面波エネルギー密度を上げ該出力電極（導波
路）端面に結合する。そして出力電極（導波路）上で
は、弾性表面波の放射モードを低く抑えることで弾性表
面波エネルギーが出力電極（導波路）の外へ放射するこ
とを防ぐことができる。

【００８２】この結果、コンボリューション効率は向上
し、加えて従来より周知のこととして用いられてきたパ
ターン表面の保護膜としての役割も果たすので、弾性表
面波コンボルバとしての性能だけではなく、素子の劣化
を防止して信頼性をも上げることとなる。

【００８３】また、この弾性表面波素子を用いること
で、スペクトル拡散方式の通信システムにおいて、弾性
表面波コンボルバとしての高い相関ピークを検出でき、
相互通信の迅速な同期確立と通信システムの安定性、信
頼性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における弾性表面波コンボルバの第１実
施例を示す概略図である。

【図２】Ｙカットニオブ酸リチウム圧電性基板上のある
１点での弾性表面波の時間変化に対する振幅強度の比を
表したグラフである。

【図３】本発明における弾性表面波コンボルバの第２実
施例を示す概略図である。

【図４】従来の弾性表面波コンボルバを示す概略図であ
る。

【図５】本発明の弾性表面波素子を用いた通信システム
の一例を示すブロック図である。

【図６】本発明の弾性表面波素子を用いた通信システム
の送信機及び受信機の一例を示すブロック図である。

【図７】本発明の弾性表面波素子を用いた通信システム
の送信機及び受信機の一例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１１，３１，５１ 圧電性基板 １２，３２，５２ 入力電極 １３，３３，５３ 出力電極 １４，３４ ＳｉＯ₂ 膜（シリコン酸化膜）などの絶縁
膜 ５４ 導電性材料を用いて作製されたパラボリックホー
ン ２１ 圧電性基板上に絶縁性膜が形成されていない自由
表面のときの振幅の大きさ ２２ 圧電性基板上にＳｉＯ₂ 膜（シリコン酸化膜）を
１μｍ形成したときの振幅の大きさ ４０ 送信装置 ４０１ 送信用アンテナ ４１ 受信装置 ４１１ 受信用アンテナ ４１２ 高周波信号処理部 ４１３ 同期回路 ４１４ 符号発生器 ４１５ 拡散復調回路 ４１６ 復調回路 ５０１ 直列に入力されるデータをｎ個の並列データに
変換する直並列変換器 ５０２−１〜ｎ 乗算器群 ５０３ 拡散符号発生器 ５０４ 加算器 ５０５ 高周波段 ５０６ 送信アンテナ ６０１ 受信アンテナ ６０２ 高周波信号処理部 ６０３ 同期回路 ６０４ 拡散符号発生器 ６０５ キャリア再生回路 ６０６ ベースバンド復調回路 ６０７ 並直列変換器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江口 正 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 鳥沢 章 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 横田 あかね 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電性基板または非圧電物質上に圧電性
   物質を形成した積層基板である圧電性基板の主面上に第
   １及び第２の弾性表面波を励振する少なくとも２つの櫛
   形入力電極と、前記圧電性基板の非線形効果を利用して
   該２つの弾性表面波のコンボリューション信号を取り出
   す導波路兼出力電極と、を有する弾性表面波素子におい
   て、 前記櫛形入力電極上、および前記櫛形入力電極と前記出
   力電極との間の領域の前記圧電性基板上に絶縁性の絶縁
   膜が形成されていることを特徴とする弾性表面波素子。
2. 【請求項２】 前記絶縁膜が形成される部位において、
   前記出力電極上の領域を加えたことを特徴とする請求項
   １に記載の弾性表面波素子。
3. 【請求項３】 前記絶縁膜が、シリコン酸化膜で形成さ
   れていることを特徴とする請求項１又は２に記載の弾性
   表面波素子。
4. 【請求項４】 前記櫛形入力電極と前記出力電極との間
   の領域に形成された前記絶縁膜は、前記櫛形入力電極か
   ら励振された弾性表面波を前記出力電極入口端面へ集束
   させる形状を有していることを特徴とする請求項１乃至
   ３のいずれか１項に記載の弾性表面波素子。
5. 【請求項５】 前記櫛形入力電極と前記出力電極との間
   の領域に形成された前記絶縁膜の形状は、パラボリック
   ホーン形状を有していることを特徴とする請求項４に記
   載の弾性表面波素子。
6. 【請求項６】 前記櫛形入力電極に概略円弧形状を用い
   たことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記
   載の弾性表面波素子。
7. 【請求項７】 前記圧電性基板に、ＹカットＺ伝搬のニ
   オブ酸リチウムを用いたことを特徴とする請求項１乃至
   ６のいずれか１項に記載の弾性表面波素子。
8. 【請求項８】 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の
   弾性表面波素子を用いたことを特徴とする通信システ
   ム。