JPS5837725B2 - 弾性表面波パラメトリック装置 - Google Patents
弾性表面波パラメトリック装置Info
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- JPS5837725B2 JPS5837725B2 JP54168089A JP16808979A JPS5837725B2 JP S5837725 B2 JPS5837725 B2 JP S5837725B2 JP 54168089 A JP54168089 A JP 54168089A JP 16808979 A JP16808979 A JP 16808979A JP S5837725 B2 JPS5837725 B2 JP S5837725B2
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- acoustic wave
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
- H03H9/46—Filters
- H03H9/64—Filters using surface acoustic waves
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は可変周波数選択装置として作用させる弾性表面
波パラメトリック装置に関するもので、ポンプ電極を複
数個に分割させるとともに、こ乙を弾性表面波の伝播方
向に沿って配列させ、各ポンプ電極に所望の周波数特性
に対応させたそれぞれ異なる値のポンプ電圧を印加する
ことにより、前記可変周波数選択装置の周波数特性を所
望通りに設計し得るようにしたパラメトリック装置に係
るものである。
波パラメトリック装置に関するもので、ポンプ電極を複
数個に分割させるとともに、こ乙を弾性表面波の伝播方
向に沿って配列させ、各ポンプ電極に所望の周波数特性
に対応させたそれぞれ異なる値のポンプ電圧を印加する
ことにより、前記可変周波数選択装置の周波数特性を所
望通りに設計し得るようにしたパラメトリック装置に係
るものである。
本出願人は先に特願昭52−107271号等で開示し
たように、第1図に示すような可変周波数選択機能を備
えた弾性表面波装置を発明した。
たように、第1図に示すような可変周波数選択機能を備
えた弾性表面波装置を発明した。
第1図において符号1は半導体基板にして、この半導体
基板1上に絶縁膜2および圧電体層3を順次積層させ、
さらにこの圧電体層3上に直流バイアス電圧ならびにポ
ンプ電圧を印加するための方形状のポンプ電極4、およ
び入・出力トランスジューサ5,6をそれぞれ配設した
ものである。
基板1上に絶縁膜2および圧電体層3を順次積層させ、
さらにこの圧電体層3上に直流バイアス電圧ならびにポ
ンプ電圧を印加するための方形状のポンプ電極4、およ
び入・出力トランスジューサ5,6をそれぞれ配設した
ものである。
符号7は直流バイアス印加用の直流電源、8は交流阻止
用のインダクタ、9はポンプ電圧印加用の高周波電源、
10は直流阻止用のコンデンサであって、さらに11,
12は端面において不要な弾性表面波が反射するのを防
止するための弾性表面波吸収材である。
用のインダクタ、9はポンプ電圧印加用の高周波電源、
10は直流阻止用のコンデンサであって、さらに11,
12は端面において不要な弾性表面波が反射するのを防
止するための弾性表面波吸収材である。
そしてポンプ電極4に直流電源7から直流バイアス電圧
を印加し、このポンプ電極4直下の半導体基板1表面部
に適宜の空間電荷層容量を生じさせ、さらに高周波電源
9から選択希望中心周波数foの2倍の周波数2foの
ポンプ電圧を同じくポンプ電極4に印加し、前記の空間
電荷層容量を周波数2foで励振して、この空間電荷層
容量を周波数2foで変化させる。
を印加し、このポンプ電極4直下の半導体基板1表面部
に適宜の空間電荷層容量を生じさせ、さらに高周波電源
9から選択希望中心周波数foの2倍の周波数2foの
ポンプ電圧を同じくポンプ電極4に印加し、前記の空間
電荷層容量を周波数2foで励振して、この空間電荷層
容量を周波数2foで変化させる。
一方、広帯域性の入力トランスジュ―サ5に電気信号を
入力させると、この入力電気信号は弾性表面波信号に変
換されて圧電体層3の表面を第1図において入力トラン
スジューサ5の左右に向けて伝播する。
入力させると、この入力電気信号は弾性表面波信号に変
換されて圧電体層3の表面を第1図において入力トラン
スジューサ5の左右に向けて伝播する。
そして右方に伝播する弾性表面波入力信号13のうちで
周波数f。
周波数f。
近傍の信号戊分がポンプ電極4下方部の動作領域を伝播
していく過程で、その圧電ポテンジャルが半導体基板1
表面の空間電荷層容量非線形効果によりポンプ電圧とパ
ラメトリック相互作用を生じて増幅され、この増幅され
た弾性表面波信号14が出力トランスジューサ6により
再び電気信号に変換されて外部に出力される。
していく過程で、その圧電ポテンジャルが半導体基板1
表面の空間電荷層容量非線形効果によりポンプ電圧とパ
ラメトリック相互作用を生じて増幅され、この増幅され
た弾性表面波信号14が出力トランスジューサ6により
再び電気信号に変換されて外部に出力される。
またこれと同時にポンプ電極4から図の左方に向けて、
弾性表面波入力信号13の大きさに対応した周波数fi
( fi = 2 f O−fs, fs:入力信号
の周波数)の弾性表面波信号15が発生する。
弾性表面波入力信号13の大きさに対応した周波数fi
( fi = 2 f O−fs, fs:入力信号
の周波数)の弾性表面波信号15が発生する。
この弾性表面波信号15も出力信号として適宜に外部に
出力させることができる。
出力させることができる。
ここで上記の各出力弾性表面波信号14.15の周波数
特性を、入力信号13の大きさを1として示したのが第
2〜3図であって、第2図はポンプ電圧が比較的小さい
場合、第3図はポンプ電圧が比較的大きい場合をそれぞ
れ示したものである。
特性を、入力信号13の大きさを1として示したのが第
2〜3図であって、第2図はポンプ電圧が比較的小さい
場合、第3図はポンプ電圧が比較的大きい場合をそれぞ
れ示したものである。
上記の両図に示すように、方形状のポンプ電極4を備え
た弾性表面波装置においては、選択希望中心周波数f。
た弾性表面波装置においては、選択希望中心周波数f。
における出力を定めたとき、信号通過帯域のレスポンス
、およびスプリアスレスポンスはほぼ決ってしまう。
、およびスプリアスレスポンスはほぼ決ってしまう。
このため従来の弾性表面波装置は周波数選択装置として
使用する場合に、周波数特性の設計の自由度が極めて少
なく、またスプリアスレスポンスの太きさも実用上十分
に小さいとは云えないものであった。
使用する場合に、周波数特性の設計の自由度が極めて少
なく、またスプリアスレスポンスの太きさも実用上十分
に小さいとは云えないものであった。
ここにおいて本発明は周波数選択装置として使用する上
において、信号通過帯域のレスポンスを仕様に合わせ得
るとともに、スプリアスレスポンスを実用上支障のない
程度にまで減少させ得るよウニした弾性表面波パラメト
リック装置を提供しようとしたものである。
において、信号通過帯域のレスポンスを仕様に合わせ得
るとともに、スプリアスレスポンスを実用上支障のない
程度にまで減少させ得るよウニした弾性表面波パラメト
リック装置を提供しようとしたものである。
即ち本発明は次のような理論のもとになされたものであ
る。
る。
いま一般的な電気回路理論によれは、線形回路の出力周
波数特性は、入力端にインパルスを印加したときの出力
端の時間応答(時間変化)をフーリエ変換することによ
り求められる。
波数特性は、入力端にインパルスを印加したときの出力
端の時間応答(時間変化)をフーリエ変換することによ
り求められる。
したがって、逆に所望の周波数特性とフーリエ変換の関
係にある時間応答を求め、この時間応答とインパルス応
答とが等しくなるように線形回路を構戊すれば当該所望
の周波数特性を有する出力信号が得られる。
係にある時間応答を求め、この時間応答とインパルス応
答とが等しくなるように線形回路を構戊すれば当該所望
の周波数特性を有する出力信号が得られる。
ここで上記の理論を、前記した従来例たる第1図の装置
に適用した場合について、第4図A〜第7図Bを参照し
てさらに具体的に説明すると次のとおりである。
に適用した場合について、第4図A〜第7図Bを参照し
てさらに具体的に説明すると次のとおりである。
いま第1図に示す弾性表面波パラメトリック装置におい
て、パラメトリック相互作用を余り強くない状態に設定
して、入力トランスジューサ5に第4図Aに示すような
継続時間をOとした理想的なインパルスe1を時間1=
0で入力させたとする。
て、パラメトリック相互作用を余り強くない状態に設定
して、入力トランスジューサ5に第4図Aに示すような
継続時間をOとした理想的なインパルスe1を時間1=
0で入力させたとする。
このときポンプ電極4から左右に向けて出力される2つ
の弾性表面波信号出力のうち、入力弾性表面波13と逆
方向に進行する出力信号15(周波数fi)についての
時間応答■1をとると第4図Bに示すものが得られる。
の弾性表面波信号出力のうち、入力弾性表面波13と逆
方向に進行する出力信号15(周波数fi)についての
時間応答■1をとると第4図Bに示すものが得られる。
ここで第4図B中、時間t1とは弾性表面波信号が入力
トランスジューサ5とポンプ電極4における前端4′と
の間を往復するのに要する時間であり、また時間t2と
は弾性表面波信号が入力トランスジューサ5とポンプ電
極4における後端4“との間を往復するのに要する時間
を示している。
トランスジューサ5とポンプ電極4における前端4′と
の間を往復するのに要する時間であり、また時間t2と
は弾性表面波信号が入力トランスジューサ5とポンプ電
極4における後端4“との間を往復するのに要する時間
を示している。
上記の入力インパルスe1と、出力時間応答■1とをさ
らに詳しく説明すると、理想的なインパルスe1中には
無限の周波数或分が含まれている。
らに詳しく説明すると、理想的なインパルスe1中には
無限の周波数或分が含まれている。
このインパルスe1が入力トランスジューサ5から入力
されると、上記の周波数成分のうち(ポンプ周波数を2
foとしたとき)周波数f。
されると、上記の周波数成分のうち(ポンプ周波数を2
foとしたとき)周波数f。
近傍の信号或分のみが主にパラメトリック相互作用を受
けて入力弾性表面波13と逆方向に進行する後退波弾性
表面波信号15として出力される。
けて入力弾性表面波13と逆方向に進行する後退波弾性
表面波信号15として出力される。
この出力信号における周波数或分をAM検波したときの
エンベローブが第4図Bに示す出力時間応答I1である
。
エンベローブが第4図Bに示す出力時間応答I1である
。
一方、インパルスe1に代えて、入力トランスジューサ
5に第5図Aに示すような周波数f。
5に第5図Aに示すような周波数f。
を含む振幅一定の信号e2を印加したときの後退波弾性
表面波出力信号15の周波数スペクトル15cを示した
のが第5図Bである。
表面波出力信号15の周波数スペクトル15cを示した
のが第5図Bである。
因みにこの第5図Bの周波数スペクトル15cは前記第
2図中符号?5aで示す出力周波数特性に対応する。
2図中符号?5aで示す出力周波数特性に対応する。
ここで上記の周波数スペクトル15Cは、前記の時間応
答■1をフーリエ変換したものに相当する。
答■1をフーリエ変換したものに相当する。
そこで、いま仮りに第5図Bに示す周波数スペクトル1
5Cが、所望の周波数特性であるとすると、これとフー
リエ変換の関係にあるのが第4図Bに示す時間応答■1
であって、この時間応答■1を呈する線形回路、即ち弾
性表面波パラメトリック装置が第1図に示した方形状の
ポンプ電極4を備えた装置なのである。
5Cが、所望の周波数特性であるとすると、これとフー
リエ変換の関係にあるのが第4図Bに示す時間応答■1
であって、この時間応答■1を呈する線形回路、即ち弾
性表面波パラメトリック装置が第1図に示した方形状の
ポンプ電極4を備えた装置なのである。
しかし上記の理想的インパルスe1は実際には実現不可
能である。
能である。
そこでこれに代えて第6図Aに示すようなキャリア周波
数f。
数f。
、継続時間t( 1<12−11)のRFパルスe1′
を用いる。
を用いる。
このとき後退波出力信号15についての時間応答■1′
は第6図Bに示すものが得られ、これをAM検波したと
きのエンベローブは前記第4図Bに示したものと殆んど
同じである。
は第6図Bに示すものが得られ、これをAM検波したと
きのエンベローブは前記第4図Bに示したものと殆んど
同じである。
因みに第6図Bに示す時間応答出力信号■1′のキャリ
ア周波数はfi = 2 fo− fo= fである。
ア周波数はfi = 2 fo− fo= fである。
また前記の第5図Aの振幅一定の信号e2についても、
実際の信号e2′には第7図Aに示すように中心周波数
f。
実際の信号e2′には第7図Aに示すように中心周波数
f。
から離れた周波数において振幅の減衰傾向がみられる。
しかし、このような信号e2′をトランスジューサ5か
ら入力させた場合にも、後退波出力信号の周波数スペク
トル150′は第7図Bに示したものが得られる。
ら入力させた場合にも、後退波出力信号の周波数スペク
トル150′は第7図Bに示したものが得られる。
この周波数スペクトル15c′は、前記の第5図Bに示
したものと殆んど同じである,したがって所望周波数特
性の弾性表面波パラメトリック装置の設計(パラメトリ
ック相互作用領域部の設計)に当っては、実際にはイン
パルスおよび振幅一定の信号として第6図Aおよび第7
図Aに示した信号をそれぞれ用いる。
したものと殆んど同じである,したがって所望周波数特
性の弾性表面波パラメトリック装置の設計(パラメトリ
ック相互作用領域部の設計)に当っては、実際にはイン
パルスおよび振幅一定の信号として第6図Aおよび第7
図Aに示した信号をそれぞれ用いる。
次に上記の如き技術的手法に基いてなされた本発明を図
の実施例を参照して具体的に説明する。
の実施例を参照して具体的に説明する。
なお以下の図において前記第1図と共通する部材につい
ては、前記と同一の符号を附すものとする。
ては、前記と同一の符号を附すものとする。
第8図において符号1は一例としてシリコン(Si)材
料により形威した半導体基板にして、この半導体基板1
上に絶縁膜2および圧電体層3を順次積層させて積層体
を形或する。
料により形威した半導体基板にして、この半導体基板1
上に絶縁膜2および圧電体層3を順次積層させて積層体
を形或する。
絶縁膜2は半導体基板1表面の安定化膜として作用させ
るもので、一例として2酸化シリコン膜( S i02
)で形或する。
るもので、一例として2酸化シリコン膜( S i02
)で形或する。
また圧電体層3は酸化亜鉛(ZnO’)、または窒化ア
ルミニウム(AI,N)等の圧電体材料により形成する
。
ルミニウム(AI,N)等の圧電体材料により形成する
。
次いで図における上記積層体上の左右両端部近傍に入力
トランスジューサ5および出力トランスジューサ6をそ
れぞれ配設する。
トランスジューサ5および出力トランスジューサ6をそ
れぞれ配設する。
この人・出力トランスジューサ5,6は十分に広帯域特
性を有するように形成する。
性を有するように形成する。
そして上記の入力トランスジューサ5と出力トランスジ
ューサ6との間における弾性表面波の伝播路上に、分割
させた複数個のポンプ電極M1,M2・・・を、当該弾
性表面波の伝播方向に沿って配列させる。
ューサ6との間における弾性表面波の伝播路上に、分割
させた複数個のポンプ電極M1,M2・・・を、当該弾
性表面波の伝播方向に沿って配列させる。
各ポンプ電極M1,M2・・・は一例として図示のよう
に長方形状に形威させ、この長方形における各長辺部を
平行させて配列するものであるが、その分割数、形状寸
法、および各電極間の間隙長等はそれぞれに印加する各
ポンプ電圧値とも一体に相まって、所望の出力周波数特
性に対応させて選択する。
に長方形状に形威させ、この長方形における各長辺部を
平行させて配列するものであるが、その分割数、形状寸
法、および各電極間の間隙長等はそれぞれに印加する各
ポンプ電圧値とも一体に相まって、所望の出力周波数特
性に対応させて選択する。
次いで上記の各ポンプ電極M1,M2・・・に、それぞ
れ異なる容量値からなるコンデンサC1,C2・・・を
接続し、さら(ごこの各コンデンサC1,C2・・・の
他端をポンプ電圧印加用の高周波電源(ポンプ電源)9
に共通に接続する。
れ異なる容量値からなるコンデンサC1,C2・・・を
接続し、さら(ごこの各コンデンサC1,C2・・・の
他端をポンプ電圧印加用の高周波電源(ポンプ電源)9
に共通に接続する。
而して各コンデンサC1,C2・・・における高周波電
圧降下を異ならせ、各ポンプ電極M1,M2・・・にそ
れぞれ異なる値のポンプ電圧を印加し得るようになす。
圧降下を異ならせ、各ポンプ電極M1,M2・・・にそ
れぞれ異なる値のポンプ電圧を印加し得るようになす。
因みに各コンデンサC1,C2・・・は直流阻止用コン
デンサとしての作用も兼ねさせる。
デンサとしての作用も兼ねさせる。
第9図は上記各コンデンサC1,C2・・・の具体的配
設態様の一例を示すもので、この事例は各コンデンサC
1,C2・・・を薄膜コンデンサで形威させ、この薄膜
コンデンサを圧電体層3上、即ち各ポンプ電極の配設面
と同一平面上に集積させたものである。
設態様の一例を示すもので、この事例は各コンデンサC
1,C2・・・を薄膜コンデンサで形威させ、この薄膜
コンデンサを圧電体層3上、即ち各ポンプ電極の配設面
と同一平面上に集積させたものである。
同図において符号16は誘電体層薄膜、17は上部電極
であって、下部電極1 8 . 1 8’・・・の面積
をそれぞれ変えることにより、各コンデンサC1,C2
・・・の容量値を異ならせる。
であって、下部電極1 8 . 1 8’・・・の面積
をそれぞれ変えることにより、各コンデンサC1,C2
・・・の容量値を異ならせる。
第8図において符号L1,L2・・・は交流阻止用のイ
ンダクタ、7は直流バイアス印加用の直流電源11.1
2は端面において不要な弾性表面波が反射するのを防止
するための弾性表面波吸収材である。
ンダクタ、7は直流バイアス印加用の直流電源11.1
2は端面において不要な弾性表面波が反射するのを防止
するための弾性表面波吸収材である。
なお各ポンプ電極M1,M2・・・に印加するポンプ電
圧値調整用の素子は、コンデンサに限らず、インダクタ
L1または抵抗R等の他のインピーダンス素子であって
もよく、この場合には、第8図におけるコンデンサC1
,C2・・・は直流阻止用として作用させ、これらの各
コンデンサC1,C2・・・にそれぞれインピーダンス
値の異なるインダクタL1または抵抗Rを直列に介在さ
せる。
圧値調整用の素子は、コンデンサに限らず、インダクタ
L1または抵抗R等の他のインピーダンス素子であって
もよく、この場合には、第8図におけるコンデンサC1
,C2・・・は直流阻止用として作用させ、これらの各
コンデンサC1,C2・・・にそれぞれインピーダンス
値の異なるインダクタL1または抵抗Rを直列に介在さ
せる。
次に前述の技術的手法に基いてパラメトリック相互作用
領域部、つまり各ポンプ電極M1,M2・・・に印加す
るポンプ電圧値を設計する手順について説明する。
領域部、つまり各ポンプ電極M1,M2・・・に印加す
るポンプ電圧値を設計する手順について説明する。
いま所望の周波数特性を第10図に示すようなバンド幅
Bの理想的なバンドパスフィルタとする。
Bの理想的なバンドパスフィルタとする。
このときこの周波数特性E2とフーリエ変換の関係にあ
る時間応答■2を求めると、第11図に示すようなsi
n x / x形の図において左右に無限に広がったも
のになる。
る時間応答■2を求めると、第11図に示すようなsi
n x / x形の図において左右に無限に広がったも
のになる。
ここでインパルスe1によって発生する弾性表面波出力
信号SAW3の大きさは、パラメトリック相互作用領域
の強さと関係し、さらにこのパラメトリック相互作用の
強さを決定する主要因の一つにポンプ電圧の大きさがあ
る。
信号SAW3の大きさは、パラメトリック相互作用領域
の強さと関係し、さらにこのパラメトリック相互作用の
強さを決定する主要因の一つにポンプ電圧の大きさがあ
る。
したがって他の条件を一定としたとき、ポンプ電圧を異
ならせればパラメトリック相互作用の強さが異なってイ
ンパルスe1によって発生する弾性表面波出力信号SA
W3の大きさも異なるのである。
ならせればパラメトリック相互作用の強さが異なってイ
ンパルスe1によって発生する弾性表面波出力信号SA
W3の大きさも異なるのである。
そして各ポンプ電極M1,M2・・・に印加するポンプ
電圧の大きさに対応させてインパルス応答の大きさを変
化させるに当り、前記第8図の事例のようにポンプ電源
9の電圧を一定としてコンデンサの容量値(インピーダ
ンス値)を変化させて、これを行なう場合には、ポンプ
電源9とポンプ電極とが電気的に疎結合で、且つパラメ
トリック相互作用が比較的弱い場合、コンデンサの容量
値の2乗とインパルス応答とはほぼ比例する。
電圧の大きさに対応させてインパルス応答の大きさを変
化させるに当り、前記第8図の事例のようにポンプ電源
9の電圧を一定としてコンデンサの容量値(インピーダ
ンス値)を変化させて、これを行なう場合には、ポンプ
電源9とポンプ電極とが電気的に疎結合で、且つパラメ
トリック相互作用が比較的弱い場合、コンデンサの容量
値の2乗とインパルス応答とはほぼ比例する。
したがって前記の時間応答■2とインパルス応答とを等
しくするためには、各ポンプ電極M1,M2・・・に接
続させたコンデンサC1,C2・・・の容量値を、時間
応答■2の波形に対応させてそれぞれ異ならしめればよ
い。
しくするためには、各ポンプ電極M1,M2・・・に接
続させたコンデンサC1,C2・・・の容量値を、時間
応答■2の波形に対応させてそれぞれ異ならしめればよ
い。
しかるに理想的なバンドパスフィルタ(第10図)に対
応させるためには第11図の波形■2と同様に、ポンプ
電極M1,M2・・・群を左右方向に無限に配設して、
この無限の位置にまでパラメトリック相互作用領域を生
じさせなければならない。
応させるためには第11図の波形■2と同様に、ポンプ
電極M1,M2・・・群を左右方向に無限に配設して、
この無限の位置にまでパラメトリック相互作用領域を生
じさせなければならない。
このため積層体の形状寸法もこれに合わせて増大させな
ければならないので実用上問題が生ずる。
ければならないので実用上問題が生ずる。
このためフィルタ特性(周波数選択特性)は、実用上支
障のない程度に多少犠性にした上でポンプ電極配設数お
よびこれに接続した各コンデンサの容量値を装置に適用
する上において最適になるように設計しなければならな
い。
障のない程度に多少犠性にした上でポンプ電極配設数お
よびこれに接続した各コンデンサの容量値を装置に適用
する上において最適になるように設計しなければならな
い。
そこで実用性を加味させたパラメトリック相互作用領域
、云い換えればポンプ電極の配設数およびこれに接続し
た各コンデンサの容量値の設計例を次に述べる。
、云い換えればポンプ電極の配設数およびこれに接続し
た各コンデンサの容量値の設計例を次に述べる。
第12図は前記第11図のsin X / X形の時間
応答のうち、一π<x<π以外の波形部分を取り去った
形に対応したインパルス応答■3を示したもので、この
インパルス応答■3に対応させて各ポンプ電極M, ,
M2・・・に接続した各コンデンサC1,C2・・・
の容量値を示したのが第13図である。
応答のうち、一π<x<π以外の波形部分を取り去った
形に対応したインパルス応答■3を示したもので、この
インパルス応答■3に対応させて各ポンプ電極M, ,
M2・・・に接続した各コンデンサC1,C2・・・
の容量値を示したのが第13図である。
この第13図の事例ではポンプ電極数は6個としたもの
である。
である。
このポンプ電極の配設数(分割数)は実用上可能な限り
において犬とした方がより一層正確にインパルス応答に
対応させることができる。
において犬とした方がより一層正確にインパルス応答に
対応させることができる。
そして上記の第13図に示したようなポンプ電極数およ
びこれに接続した各コンデンサC1,C2・・・の容量
設定値を第8図の装置に適用したとき、弾性表面波出力
信号SAW3についての周波数特性は第14図に示す如
き所望のものが得られる。
びこれに接続した各コンデンサC1,C2・・・の容量
設定値を第8図の装置に適用したとき、弾性表面波出力
信号SAW3についての周波数特性は第14図に示す如
き所望のものが得られる。
この周波数特性E3を前記第10図に示した理想的なバ
ンドパスフィルタE2と比較したとき、フィルタの肩特
性において劣化がみられるが、第2図等に示した従来例
のそれと比較するとスプリアスレスポンスは実用上差支
えない程度に顕著に減少している。
ンドパスフィルタE2と比較したとき、フィルタの肩特
性において劣化がみられるが、第2図等に示した従来例
のそれと比較するとスプリアスレスポンスは実用上差支
えない程度に顕著に減少している。
したがって第13図に示す各ポンプ電極M1,M2・・
・に接続した各コンデンサC1,C2・・・の容量値設
定態様は、所望の周波数特性E3を生じさせる弾性表面
波パラメトリック装置の容量値設定態様として適用する
ことができる。
・に接続した各コンデンサC1,C2・・・の容量値設
定態様は、所望の周波数特性E3を生じさせる弾性表面
波パラメトリック装置の容量値設定態様として適用する
ことができる。
次に第15図、第16図は各コンデンサC1,C2・・
・の容量値設定等の他の設計事例を示すもので、この事
例においては所望の周波数特性をe−2“27r2f2
のガウス関数形のものとし、これとフーリエ変換の関係
にある時間応答■4とインパルス応答とが等しくなるよ
うな各コンデンサC1,C2・・・の容量設定値を示し
たものである。
・の容量値設定等の他の設計事例を示すもので、この事
例においては所望の周波数特性をe−2“27r2f2
のガウス関数形のものとし、これとフーリエ変換の関係
にある時間応答■4とインパルス応答とが等しくなるよ
うな各コンデンサC1,C2・・・の容量設定値を示し
たものである。
この事例においても理想的なバンドパスフィルタの特性
E2と比較したとき、フィルタの肩特性においてやや劣
化がみられるが、スプリアスレスポンスが除去され、ま
たポンプ電極のM1,M2・・・の配設数等においても
実用し得る範囲に設定し得るものであり、第8図の弾性
表面波パラメトリック装置のポンプ電極として適用し得
るものである,上記した第12図〜第17図について述
べた2つの設計事例は、倒れもパラメトリック相互作用
が比較的弱い場合についてのものである。
E2と比較したとき、フィルタの肩特性においてやや劣
化がみられるが、スプリアスレスポンスが除去され、ま
たポンプ電極のM1,M2・・・の配設数等においても
実用し得る範囲に設定し得るものであり、第8図の弾性
表面波パラメトリック装置のポンプ電極として適用し得
るものである,上記した第12図〜第17図について述
べた2つの設計事例は、倒れもパラメトリック相互作用
が比較的弱い場合についてのものである。
パラメトリック相互作用の大きい場合には、インパルス
応答と各コンデンサC1,C2・・・の容量値設定態様
が、パラメトリック相互作用の弱い場合と比較してやや
ずれてくる。
応答と各コンデンサC1,C2・・・の容量値設定態様
が、パラメトリック相互作用の弱い場合と比較してやや
ずれてくる。
しかし、このずれの効果を考慮に入れて行えば、パラメ
トリック相互作用の大きい場合にも前記の設計事例とほ
ぼ同様にして所望の周波数特性が得られる各コンデンサ
の容量値を設定し得るものである。
トリック相互作用の大きい場合にも前記の設計事例とほ
ぼ同様にして所望の周波数特性が得られる各コンデンサ
の容量値を設定し得るものである。
また以上の各設計事例は倒れも弾性表面波出力として第
8図中符号SAW3で示す後退波出力をとり出す場合に
ついて述べたが、入力弾性表面波SAW1と同方向の出
力波である符号SAW2 の弾性表面波をとり出す場合
についても同様に設計し得るものである。
8図中符号SAW3で示す後退波出力をとり出す場合に
ついて述べたが、入力弾性表面波SAW1と同方向の出
力波である符号SAW2 の弾性表面波をとり出す場合
についても同様に設計し得るものである。
ただし符号SAW2の弾性表面波については、パラメト
リックス相互作用を生じない周波数の信号戊分が変化を
受けずにそのまま出力されるためスプリアスレスポンス
についての改善効果がやや少なくなる。
リックス相互作用を生じない周波数の信号戊分が変化を
受けずにそのまま出力されるためスプリアスレスポンス
についての改善効果がやや少なくなる。
本発明の実施例たる弾性表面波パラメトリック装置は上
述のように構成され以下のよう(こ動作する。
述のように構成され以下のよう(こ動作する。
まず各ポンプ電極M1,M2・・・に直流電源7から適
宜値の直流バイアス電圧を印加し、各ポンプ電極M1,
M2・・・直下の半導体基板1の表面部に適宜の空間電
荷層容量を生じさせ、さらに高周波電源9から所望の周
波数選択帯域における中心周波数foの2倍の周波数2
foのポンプ電圧を同じく各ポンプ電極M1,M2・・
・に印加し、前記の空間電荷層容量を周波数2foで励
振して、この空間電荷層容量を周波数2foで変化させ
る。
宜値の直流バイアス電圧を印加し、各ポンプ電極M1,
M2・・・直下の半導体基板1の表面部に適宜の空間電
荷層容量を生じさせ、さらに高周波電源9から所望の周
波数選択帯域における中心周波数foの2倍の周波数2
foのポンプ電圧を同じく各ポンプ電極M1,M2・・
・に印加し、前記の空間電荷層容量を周波数2foで励
振して、この空間電荷層容量を周波数2foで変化させ
る。
一方、広帯域性の入力トランスジューサ5に印加された
入力電気信号は、弾性表面波に変換されて圧電体層3の
表面を第8図において入力トランスジューサ5の左右に
向けて伝播する。
入力電気信号は、弾性表面波に変換されて圧電体層3の
表面を第8図において入力トランスジューサ5の左右に
向けて伝播する。
そして右方に伝播する弾性表面波入力信号SAW1のう
ちで周波数f。
ちで周波数f。
近傍の信号威分がポンプ電極群M1,M2,M3・・・
下方部のパラメトリック相互作用領域を伝播していく過
程で、その圧電ポテンシャルが半導体基板1表面の空間
電荷層容量非線形効果によりポンプ電圧とパラメトリッ
ク相互作用を生じて増幅され、出力弾性表面波が第8図
においてポンプ電極群M1,M2・・・部から左右に向
けて発生する。
下方部のパラメトリック相互作用領域を伝播していく過
程で、その圧電ポテンシャルが半導体基板1表面の空間
電荷層容量非線形効果によりポンプ電圧とパラメトリッ
ク相互作用を生じて増幅され、出力弾性表面波が第8図
においてポンプ電極群M1,M2・・・部から左右に向
けて発生する。
そして入力弾性表面波SAW1と同方向に進行する出力
弾性表面波SAW2は出力トランスジューサ6により再
び電気信号に変換されて外部に出力される。
弾性表面波SAW2は出力トランスジューサ6により再
び電気信号に変換されて外部に出力される。
一方、入力弾性表面波S AW1と逆方向に進行する出
力弾性表面波SAW3は、入力トランスジューサ5を兼
用させるか、もしくは他の適宜の手段(例えば本出願人
が特願昭54−64923号等で開示したようなマルチ
ストリップカプラを配設した出力手段)によって同じく
電気信号として外部にとり出すことができる。
力弾性表面波SAW3は、入力トランスジューサ5を兼
用させるか、もしくは他の適宜の手段(例えば本出願人
が特願昭54−64923号等で開示したようなマルチ
ストリップカプラを配設した出力手段)によって同じく
電気信号として外部にとり出すことができる。
このように逆方向に進行する弾性表面波SAW3を出力
として取り出すのであれば、入力トランスジューサ5お
よび出力トランスジューサ6のうち少なくとも入力トラ
ンスジューサ5のみを配設して、これを入出力兼用のト
ランスジューサとさせることもできる。
として取り出すのであれば、入力トランスジューサ5お
よび出力トランスジューサ6のうち少なくとも入力トラ
ンスジューサ5のみを配設して、これを入出力兼用のト
ランスジューサとさせることもできる。
そして上記のように弾性表面波SAW2およびSAW3
が出力される過程において、パラメトリック相互作用領
域形成部のポンプ電極が分割され、この分割した各ポン
プ電極M1,M2・・・に接続した各コンデンサC1,
C2・・・の容量値を、当該各ポンプ電極M1,M2・
・・に所望の周波数特性に対応したポンプ電圧がそれぞ
れ印加されるように設定してあるので、入力弾性表面波
SAW1のうち、この所望の周波数特性に対応した周波
数の信号或分のみが当該弾性表面波SAW2またはSA
W3として選択的に出力される。
が出力される過程において、パラメトリック相互作用領
域形成部のポンプ電極が分割され、この分割した各ポン
プ電極M1,M2・・・に接続した各コンデンサC1,
C2・・・の容量値を、当該各ポンプ電極M1,M2・
・・に所望の周波数特性に対応したポンプ電圧がそれぞ
れ印加されるように設定してあるので、入力弾性表面波
SAW1のうち、この所望の周波数特性に対応した周波
数の信号或分のみが当該弾性表面波SAW2またはSA
W3として選択的に出力される。
即ち、一例として入力弾性表面波SAW1 と逆方向の
出力弾性表面波SAW3については、前記の第14図ま
たは第17図に示したような所望の周波数特性を有する
信号として出力され、当該弾性表面波パラメl− IJ
ツク装置は所望の帯域通過フィルタとして機能するので
ある。
出力弾性表面波SAW3については、前記の第14図ま
たは第17図に示したような所望の周波数特性を有する
信号として出力され、当該弾性表面波パラメl− IJ
ツク装置は所望の帯域通過フィルタとして機能するので
ある。
また入力弾性表面波SAW1と同方向の出力弾性表面波
SAW2については、スプリアスレスポンスの点で上記
の出力弾性表面波SAW3よりも劣るが、上記と同様に
して所望の周波数特性を有する信号として出力される。
SAW2については、スプリアスレスポンスの点で上記
の出力弾性表面波SAW3よりも劣るが、上記と同様に
して所望の周波数特性を有する信号として出力される。
以上詳述したように本発明によればポンプ電極を弾性表
面波の伝播方向に沿って複数個に分割させ、この各ポン
プ電極に印加するポンプ電圧の値を、出力弾性表面波の
所望の周波数特性に対応させてそれぞれ異ならしめたか
ら、弾性表面波パラメトリック装置を可変周波数選択装
置(帯域通過フィルタ)として用いる場合、その出力周
波数特性を仕様に合わせて所望通りに設計できるという
極めて優れた効果を発揮する。
面波の伝播方向に沿って複数個に分割させ、この各ポン
プ電極に印加するポンプ電圧の値を、出力弾性表面波の
所望の周波数特性に対応させてそれぞれ異ならしめたか
ら、弾性表面波パラメトリック装置を可変周波数選択装
置(帯域通過フィルタ)として用いる場合、その出力周
波数特性を仕様に合わせて所望通りに設計できるという
極めて優れた効果を発揮する。
また上記の効果に加えて、弾性表面波パラメトリック装
置が本質的に備えている効果、即ち広い周波数範囲に亘
って可変同調特性を有する点、出力中心周波数の安定度
は外部のポンプ電源の安定度で決定される点、およびS
/Nが良好である点などの諸種の効果を併せ有せしめる
ことができ、可変周波数選択装置として使用する上にお
いて極めて優れた弾性表面波パラメトリック装置を提供
し得るものである。
置が本質的に備えている効果、即ち広い周波数範囲に亘
って可変同調特性を有する点、出力中心周波数の安定度
は外部のポンプ電源の安定度で決定される点、およびS
/Nが良好である点などの諸種の効果を併せ有せしめる
ことができ、可変周波数選択装置として使用する上にお
いて極めて優れた弾性表面波パラメトリック装置を提供
し得るものである。
第1図は従来例を示す斜視図、第2図および第3図は同
上の出力周波数特性を示す特性図で第2図はパラメl−
IJツク相互作用が比較的弱い場合、第3図はパラメ
トリック相互作用が比較的大きい場合をそれぞれ示す、
第4図Aはパラメトリック相互作用領域部の設計に使用
する理想的インパルスを示す波形図、第4図Bは同上イ
ンパルスを第1図の装置に適用したときの時間応答の一
例を示す特性図、第5図Aは理想的入力弾性表面波の周
波数特性図、第5図Bは同上入力弾性表面波を第1図の
装置に適用したときの後退波弾性表面波出力の周波数ス
ペクトルを示す特性図、第6図Aは第4図Aに代えて実
用するRFパルスの一例を示す波形図、第6図Bは同上
RFパルスを第1図の装置に適用したときの時間応答の
一例を示す特性図、第7図Aは第5図Aに代えて実用す
る入力弾性表面波の周波数特性図、第7図Bは同上入力
弾性表面波を第1図の装置に適用したときの後退波弾性
表面波出力の周波数スペクトルを示す特性図、第8図は
本発明の実施例たる弾性表面波パラメトリック装置を示
す図で積層体部は斜視図を以って示す、第9図は同上装
置におけるコンデンサ群を積層体上に一体に集積させた
一例を示す拡大斜視図で一部を省略して示す、第10図
は理想的なバンドパスフィルタの周波数特性を示す特性
図、第11図は同上特性とフーリエ変換の関係にある時
間応答を示す特性図、第12図は第11図の特性のうち
−π<x<π以外の波形部分を取り去った形のインパル
ス応答を示す特性図、第13図は同上インパルス応答に
対応させた各コンデンサの容量値設定例を示す設定曲線
図、第14図は同上の設定例を第8図に適用したときの
出力周波数特性の一例を示す特性図、第15図は本発明
に適用するインパルス応答の他の例を示す特性図、第1
6図は同上のインパルス応答に対応させた各コンデンサ
の容量値設定例を示す設定曲線図、第17図は同上の設
定例を第8図に適用したときの出力周波数特性を示す特
性図である。 1:半導体基板、2:絶縁膜、3:圧電体層、5:人カ
トランスジューサ、6:出力トランスジューサ、9:高
周波電源、11,12:弾性表面波吸収材、16:誘電
体薄膜、17:上部電極、18.18’:下部電極、C
1,C2,C3・・・:コンデンサ、L1,L2,L3
・・・:インダクタンスM1,M2,M3・・・:ポン
プ電極。
上の出力周波数特性を示す特性図で第2図はパラメl−
IJツク相互作用が比較的弱い場合、第3図はパラメ
トリック相互作用が比較的大きい場合をそれぞれ示す、
第4図Aはパラメトリック相互作用領域部の設計に使用
する理想的インパルスを示す波形図、第4図Bは同上イ
ンパルスを第1図の装置に適用したときの時間応答の一
例を示す特性図、第5図Aは理想的入力弾性表面波の周
波数特性図、第5図Bは同上入力弾性表面波を第1図の
装置に適用したときの後退波弾性表面波出力の周波数ス
ペクトルを示す特性図、第6図Aは第4図Aに代えて実
用するRFパルスの一例を示す波形図、第6図Bは同上
RFパルスを第1図の装置に適用したときの時間応答の
一例を示す特性図、第7図Aは第5図Aに代えて実用す
る入力弾性表面波の周波数特性図、第7図Bは同上入力
弾性表面波を第1図の装置に適用したときの後退波弾性
表面波出力の周波数スペクトルを示す特性図、第8図は
本発明の実施例たる弾性表面波パラメトリック装置を示
す図で積層体部は斜視図を以って示す、第9図は同上装
置におけるコンデンサ群を積層体上に一体に集積させた
一例を示す拡大斜視図で一部を省略して示す、第10図
は理想的なバンドパスフィルタの周波数特性を示す特性
図、第11図は同上特性とフーリエ変換の関係にある時
間応答を示す特性図、第12図は第11図の特性のうち
−π<x<π以外の波形部分を取り去った形のインパル
ス応答を示す特性図、第13図は同上インパルス応答に
対応させた各コンデンサの容量値設定例を示す設定曲線
図、第14図は同上の設定例を第8図に適用したときの
出力周波数特性の一例を示す特性図、第15図は本発明
に適用するインパルス応答の他の例を示す特性図、第1
6図は同上のインパルス応答に対応させた各コンデンサ
の容量値設定例を示す設定曲線図、第17図は同上の設
定例を第8図に適用したときの出力周波数特性を示す特
性図である。 1:半導体基板、2:絶縁膜、3:圧電体層、5:人カ
トランスジューサ、6:出力トランスジューサ、9:高
周波電源、11,12:弾性表面波吸収材、16:誘電
体薄膜、17:上部電極、18.18’:下部電極、C
1,C2,C3・・・:コンデンサ、L1,L2,L3
・・・:インダクタンスM1,M2,M3・・・:ポン
プ電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 半導体と圧電体とを備えた積層体における当該圧電
体上に、入力トランスジューサおよび出力トランスジュ
ーサのうちの少なくとも入力トランスジューサと、複数
個のポンプ電極とを配夕1ル、該ポンプ電極のそれぞれ
に出力弾性表面波の所望の周波数特性に対応してそれぞ
れ値を異ならせたインピーダンス素子を各別に介してポ
ンプ電圧印加用の高周波電源を接続し、さらに前記ポン
プ電極のそれぞれには直流バイアス電圧印加用の直流電
源を別途に接続したことを特徴とする弾性表面波パラメ
トリック素子。 2 各ポンプ電極は長方形状に形威し、この長方形状の
ポンプ電極における各長辺部を平行させて配列した特許
請求の範囲第1項記載の弾性表面波パラメトリック装置
。 3 インピーダンス素子をコンデンサとした特許請求の
範囲第1項または第2項記載の弾性表面波パラメトリッ
ク装置。 4 複数個のコンデンサを薄膜コンデンサで形或し、こ
の薄膜コンデンサを各ポンプ電極の配設面と同一平面上
に集積した特許請求の範囲第3項記載の弾性表面波パラ
メトリック装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54168089A JPS5837725B2 (ja) | 1979-12-26 | 1979-12-26 | 弾性表面波パラメトリック装置 |
| GB8040613A GB2068672B (en) | 1979-12-24 | 1980-12-18 | Surface-acoustic-wave parametric device |
| DE19803048163 DE3048163A1 (de) | 1979-12-24 | 1980-12-19 | Akustische oberflaechenwellen verarbeitende parametrische vorrichtung |
| US06/218,379 US4398114A (en) | 1979-12-24 | 1980-12-19 | Surface-acoustic-wave parametric device |
| FR8027312A FR2472881A1 (fr) | 1979-12-24 | 1980-12-23 | Dispositif parametrique a onde acoustique de surface |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54168089A JPS5837725B2 (ja) | 1979-12-26 | 1979-12-26 | 弾性表面波パラメトリック装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5691520A JPS5691520A (en) | 1981-07-24 |
| JPS5837725B2 true JPS5837725B2 (ja) | 1983-08-18 |
Family
ID=15861633
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP54168089A Expired JPS5837725B2 (ja) | 1979-12-24 | 1979-12-26 | 弾性表面波パラメトリック装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5837725B2 (ja) |
-
1979
- 1979-12-26 JP JP54168089A patent/JPS5837725B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5691520A (en) | 1981-07-24 |
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