JP2890195B2 - Temperature compensation method of surface acoustic wave matched filter - Google Patents
Temperature compensation method of surface acoustic wave matched filterInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、圧電性基板上に入力側インターデジタル電
極を設けてコード化された中心周波数f0の弾性表面波を
励振し、コードに適合したタップ構造の出力側インター
デジタル電極で弾性表面波を受波して出力信号を発生さ
せる弾性表面波マッチドフィルタに関し、またこのマッ
チドフィルタは、圧電性基板上に所定のコードに適合し
たタップ構造の入力側インターデジタル電極に、周波数
および／または振幅変調された入力信号を供給して弾性
表面波を励振し、出力側インターデジタル電極で弾性表
面波を受波してコード化された中心周波数f0の出力信号
を発生させる信号発生器としても構成されるものであ
る。
第１図は、上述した弾性表面波マッチドフィルタの構
成を示すものである。圧電性基板１の表面に設けられた
正規型の入力側インターデジタル電極２に、所定のコー
ド化波形５にしたがってコード化された中心周波数f0の
入力信号４を供給して弾性表面波を励振し、タップ構造
の出力側インターデジタル電極３により前記弾性表面波
を受波して出力信号６を得るようにしたものである。こ
のようなマッチドフィルタにおいては、入力信号４のコ
ード波形「1011」と、出力側インターデジタル電極３の
タップ構造（弾性表面波の伝播方向に見たときの正電極
と負電極との配置の前後関係）とが一致する場合には、
情報によって周波数および／または振幅変調されたバー
スト信号またはパルス信号の形態の出力信号６が得られ
る。
また弾性表面波マッチドフィルタ信号発生器は、上述
したマッチドフィルタの構造と同様であるが、信号の伝
播方向が逆となっている。すなわち、圧電性基板の表面
に設けられたタップ構造の入力側インターデジタル電極
に、情報によって変調されたバースト信号またはパルス
信号の形態の入力信号を供給して弾性表面波を励振し、
同じく圧電性基板の表面に設けられた出力側インターデ
ジタル電極により前記弾性表面波を受波してコード化さ
れた中心周波数f0の出力信号を発生するように構成され
ている。
このような弾性表面波マッチドフィルタは、高効率か
つホトエッチング技術を用いて容易に作製できるなど多
くの特徴を持っている。
しかし、弾性表面波基板の周波数温度特性により、温
度の変化によりタップ間の弾性表面波伝搬路において位
相差を生じ、マッチドフィルタ特性が劣化するため、周
波数温度特性の良い水晶などを用いる必要がある。しか
し、周波数温度特性の良い基板は、電気機械結合係数が
小さく効率が悪い欠点がある。
一般に弾性表面波デバイスでは、広帯域で挿入損失の
小さい特性を得るためには、電気機械結合係数K2が大き
い弾性表面波基板を用いる必要がある。特に、マッチド
フィルタなどでは、対数の少ないインターデジタル電極
を用いてコード化された入力信号を復合する必要があ
り、また信号発生器においても、対数の少ないインター
デジタル電極を用いて入力信号をコード化する必要があ
るため、電気機械結合係数K2が大きい弾性表面波基板を
用いるのが望ましい。この電気機械結合係数K2が大きい
弾性表面波基板として、LiNbO3,LiTaO3,PZTなどが挙げ
られるが、しかしこれらはいずれも周波数温度特性が悪
く、例えばマッチドフィルタに用いると、タップ構造の
出力側インターデジタルの各タップ電極間の幾何学的な
位相と、これらタップ電極間を伝搬する弾性表面波の位
相との間に位相差が生じ、特性が劣化し、コードを正確
に復号できなくなったり、誤ったコードを復号してしま
う欠点がある。
本発明の目的は、上述した従来の弾性表面波マッチド
フィルタの欠点を除去し、電気機械結合係数の大きな弾
性表面波基板を用いるにも拘らず、温度変化に伴う特性
の劣化を補償することができるように構成した弾性表面
波マッチドフィルタを提供しようとするものである。
本発明による弾性表面波マッチドフィルタは、圧電性
基板の表面に設けられた入力側インターデジタル電極
に、コード化された中心周波数f0の入力信号を供給して
弾性表面波を励振し、タップ構造の出力側インターデジ
タル電極により前記弾性表面波を受波して出力信号を得
る弾性表面波マッチドフィルタにおいて、該弾性表面波
マッチドフィルタに特有の前記タップ構造の電極の位相
と、この電極間を伝搬する弾性表面波の位相との温度の
違いによって生じるずれを、圧電性基板の音速温度係数
βと線膨張係数αとの差を（β−α）、および前記入力
信号の中心周波数f0における温度T0と動作温度T1との温
度差を（T1−T0）とするとき、δf/f0＝（β−α）（T1
−T0）となるように、入力信号の中心周波数をδｆだけ
変化させて補償することを特徴とするものである。
第２図は弾性表面波マッチドフィルタにおける出力側
インターデジタル電極のタップ構造と、励振弾性表面波
との位相関係を示すものである。第２図（ａ）は、基準
温度T0の時のタップ構造と弾性表面波との位相関係を示
すものであり、この温度ではタップ構造のインターデジ
タル電極３間で検出される電極の位相と、弾性表面波７
の位相との間には位相差は生じておらず、電極からは位
相ずれのない状態でコード化された波形８を有する出力
信号が得られることになり、マッチドフィルタとしての
特性の劣化はない。第２図（ｂ）は温度が基準温度T0か
らそれよりも低い温度T1へ変化した時の様子を示すもの
である。このように温度が変化すると、基板の周波数温
度特性により、タップ構造のインターデジタル電極３間
で検出される電極の位相と、弾性表面波７の位相との間
には位相差δφが生じており、特性が劣化することにな
る。
今、弾性表面波基板１の線膨張係数をα、音速の温度
係数をβとすれば、温度T0の時とT1の時との位相差δφ
は、T0の時の中心周波数をf0、T1の時の中心周波数をf0
＋δｆとすると、
δφ＝（２πf0L0/V0）｛（T1−T0）（β−α）−δf/f0｝ ……（１）
で与えられる。ただし、L0は温度T0の時の伝播距離、v0
はT0の時の弾性表面波速度である。
したがって、δφ＝０ 即ち
δf/f0＝（T1−T0）（β−α） ……（２）
とすれば、位相ずれδφを０にすることができる。
以上から、（２）式で示されるように、温度T1の時に
は中心周波数をf0から（f0＋δｆ）に変化させることに
より、基板使用温度がT1でも、第２図（ａ）のように各
タップ電極間と弾性表面波の伝播位相との間の位相ずれ
δφは０となるので、特性の劣化は生じない。即ち、基
板の周波数温度係数に対応する量だけ、励振弾性表面波
の中心周波数を変化させ、弾性表面波と各タップ電極と
の位相差が零となるようにすることにより、マッチドフ
ィルタの特性の劣化を補償することができる。
第３図は、スペクトル拡散通信方式に本発明のマッチ
ドフィルタを適用した場合に、マッチドフィルタへの入
力信号の中心周波数をローカル発振器の発振周波数を調
整して変化させることによって上述したように励振弾性
表面波の中心周波数を変化させるようにして温度補償を
行うようにした構成を示すものである。受信したスペク
トル拡散高周波入力信号19を周波数変調器11に供給し、
この周波数変調器には周波数可変のローカル発振器10か
ら発生される信号を供給し、入力信号を中間周波数帯に
下げ、これをマッチドフィルタ12へ供給するようにして
いる。本実施例においては、この周波数可変のローカル
発振器10の発振周波数をマッチドフィルタ12の使用温度
に応じて変化させることにより、マッチドフィルタへ供
給される入力信号の中心周波数を変化させることができ
る。
また、本発明による弾性表面波マッチドフィルタを信
号発生器として用いるには、第３図に示した構成におい
て、信号の向きを逆にすれば良い。すなわち、マッチド
フィルタ12から出力される出力信号を周波数変調器11に
おいてローカル発振器10からの信号と乗算するに際し
て、ローカル発振器の発振周波数を温度に応じて変化さ
せることにより中心周波数が変化した出力信号を送出す
ることができる。
以上のように本発明によれば、弾性表面波基板の使用
温度の変化に応じてマッチドフィルタの場合には、入力
信号の中心周波数を、信号発生器の場合には出力信号の
中心周波数を変化させることによって、基板の温度変化
に基づく特性の劣化を補償することができる。したがっ
て、周波数温度特性は悪いが電気機械結合係数の大きな
弾性表面波基板を使用することができ、広帯域で挿入損
失の小さいマッチドフィルタや信号発生器を提供するこ
とができる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention is to excite the surface acoustic wave of the center frequency f 0, which is encoded by providing an input side interdigital electrode on a piezoelectric substrate, the output-side inter-tap structure conforming to the code The present invention relates to a surface acoustic wave matched filter that receives a surface acoustic wave with a digital electrode and generates an output signal, and the matched filter is provided on an input side interdigital electrode having a tap structure adapted to a predetermined code on a piezoelectric substrate. and supplies the frequency and / or amplitude modulated input signal to excite a surface acoustic wave, the output-side interdigital electrode signals to generate an output signal having a center frequency f 0 that encoded by reception surface acoustic wave It is also configured as a generator. FIG. 1 shows a configuration of the above-described surface acoustic wave matched filter. An input signal 4 having a center frequency f 0 coded according to a predetermined coded waveform 5 is supplied to a normal input interdigital electrode 2 provided on the surface of the piezoelectric substrate 1 to excite a surface acoustic wave. Then, the surface acoustic wave is received by the output side interdigital electrode 3 having a tap structure, and an output signal 6 is obtained. In such a matched filter, the code waveform "1011" of the input signal 4 and the tap structure of the output side interdigital electrode 3 (before and after the arrangement of the positive electrode and the negative electrode when viewed in the propagation direction of the surface acoustic wave). Relationship) matches,
An output signal 6 is obtained in the form of a burst signal or a pulse signal which is frequency and / or amplitude modulated by the information. The surface acoustic wave matched filter signal generator has the same structure as the above-described matched filter, but the signal propagation direction is reversed. That is, an input signal in the form of a burst signal or a pulse signal modulated by information is supplied to an input side interdigital electrode having a tap structure provided on the surface of the piezoelectric substrate to excite a surface acoustic wave,
It is configured similarly to generate an output signal having a center frequency f 0 that encoded by reception of the surface acoustic wave by the output side interdigital electrodes provided on the surface of the piezoelectric substrate. Such a surface acoustic wave matched filter has many features such as high efficiency and easy fabrication using a photoetching technique. However, due to the frequency temperature characteristic of the surface acoustic wave substrate, a phase difference occurs in the surface acoustic wave propagation path between taps due to a change in temperature, and the matched filter characteristic deteriorates. Therefore, it is necessary to use a crystal with good frequency temperature characteristic. . However, a substrate having good frequency-temperature characteristics has a drawback that the electromechanical coupling coefficient is small and the efficiency is low. In general, the surface acoustic wave device, in order to obtain a small characteristic insertion loss in a wide band, it is necessary to use an electromechanical coupling coefficient K 2 is larger SAW substrate. In particular, in matched filters, etc., it is necessary to decode an input signal coded using interlog electrodes having a small logarithm, and also in a signal generator, coding an input signal using an interdigital electrode having a small logarithm. since it is necessary to, use the electromechanical coupling factor K 2 is larger SAW substrate is desirable. As the electromechanical coupling factor K 2 is larger SAW substrate, LiNbO 3, LiTaO 3, although PZT and the like, but they both have poor frequency temperature characteristic, for example, used in the matched filter, the tap structure Output A phase difference occurs between the geometric phase between the tap electrodes of the side interdigital and the phase of the surface acoustic wave propagating between these tap electrodes, degrading the characteristics and making it impossible to decode the code correctly. However, there is a disadvantage that an incorrect code is decoded. An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of the conventional surface acoustic wave matched filter and to compensate for the deterioration of characteristics due to a temperature change despite the use of a surface acoustic wave substrate having a large electromechanical coupling coefficient. It is an object of the present invention to provide a surface acoustic wave matched filter configured so as to be able to be used. The surface acoustic wave matched filter according to the present invention, the input-side interdigital electrode provided on the surface of the piezoelectric substrate, exciting the surface acoustic wave to provide an input signal of the coded central frequency f 0, the tap structure In the surface acoustic wave matched filter for receiving the surface acoustic wave by the output side interdigital electrode and obtaining an output signal, the phase of the electrode having the tap structure specific to the surface acoustic wave matched filter and the propagation between the electrodes The difference between the sound velocity temperature coefficient β of the piezoelectric substrate and the linear expansion coefficient α (β−α) and the temperature difference at the center frequency f 0 of the input signal Assuming that the temperature difference between T 0 and the operating temperature T 1 is (T 1 −T 0 ), δf / f 0 = (β−α) (T 1
−T 0 ), and compensates by changing the center frequency of the input signal by δf. FIG. 2 shows the phase relationship between the tap structure of the output side interdigital electrode in the surface acoustic wave matched filter and the excitation surface acoustic wave. Figure 2 (a) is indicative of the phase relationship between the tap structure and the surface acoustic wave at a reference temperature T 0, and at this temperature the electrode is detected between the interdigital electrodes 3 of the tap structure phase , Surface acoustic wave 7
No phase difference is generated between the electrodes, and an output signal having a coded waveform 8 is obtained from the electrode without any phase shift, and there is no deterioration in characteristics as a matched filter. . Figure 2 (b) shows a state in which the temperature is changed from the reference temperature T 0 to the lower temperatures T 1 than that. When the temperature changes in this manner, a phase difference δφ occurs between the phase of the electrode detected between the interdigital electrodes 3 having the tap structure and the phase of the surface acoustic wave 7 due to the frequency temperature characteristics of the substrate. , Characteristics will be degraded. Now, assuming that the coefficient of linear expansion of the surface acoustic wave substrate 1 is α and the temperature coefficient of the speed of sound is β, the phase difference δφ between the temperature T 0 and T 1
Is the center frequency at T 0 is f 0 , and the center frequency at T 1 is f 0
Assuming + δf, δφ = (2πf 0 L 0 / V 0 ) ｛(T 1 −T 0 ) (β−α) −δf / f 0 ｝ (1) Where L 0 is the propagation distance at temperature T 0 , v 0
Is the surface acoustic wave velocity at T 0 . Therefore, if δφ = 0, that is, δf / f 0 = (T 1 −T 0 ) (β−α) (2), the phase shift δφ can be made zero. From the above, (2) as indicated by the formula, by changing the center frequency from f 0 to (f 0 + delta] f) when the temperature T 1, the substrate temperature of use even T 1, a second view of (a) As described above, since the phase shift δφ between each tap electrode and the propagation phase of the surface acoustic wave is 0, the characteristics do not deteriorate. That is, by changing the center frequency of the surface acoustic wave excited by an amount corresponding to the frequency temperature coefficient of the substrate so that the phase difference between the surface acoustic wave and each tap electrode becomes zero, the characteristic of the matched filter is reduced. Deterioration can be compensated. FIG. 3 shows the excitation elasticity as described above by changing the center frequency of the input signal to the matched filter by adjusting the oscillation frequency of the local oscillator when the matched filter of the present invention is applied to the spread spectrum communication system. This shows a configuration in which the temperature compensation is performed by changing the center frequency of the surface wave. Supply the received spread spectrum high frequency input signal 19 to the frequency modulator 11,
A signal generated from a frequency-variable local oscillator 10 is supplied to this frequency modulator, the input signal is reduced to an intermediate frequency band, and this is supplied to a matched filter 12. In the present embodiment, the center frequency of the input signal supplied to the matched filter can be changed by changing the oscillation frequency of the variable frequency local oscillator 10 according to the operating temperature of the matched filter 12. Further, in order to use the surface acoustic wave matched filter according to the present invention as a signal generator, the signal direction may be reversed in the configuration shown in FIG. That is, when the output signal output from the matched filter 12 is multiplied by the signal from the local oscillator 10 in the frequency modulator 11, the output signal whose center frequency has changed by changing the oscillation frequency of the local oscillator according to the temperature is obtained. Can be sent. As described above, according to the present invention, in the case of a matched filter, the center frequency of an input signal is changed, and in the case of a signal generator, the center frequency of an output signal is changed in accordance with a change in the operating temperature of a surface acoustic wave substrate. By doing so, it is possible to compensate for the deterioration of the characteristics due to the temperature change of the substrate. Therefore, it is possible to use a surface acoustic wave substrate having a low frequency-temperature characteristic but a large electromechanical coupling coefficient, and to provide a matched filter and a signal generator having a wide band and a small insertion loss.
【図面の簡単な説明】
第１図は弾性表面波を用いたマッチドフィルタの構成を
示す線図、
第２図（ａ）および（ｂ）は、タップ電極と励振弾性表
面波との位相関係を示す線図、
第３図は本発明によるマッチドフィルタを用いたスペク
トル拡散通信方式における受信機の構成を示すブロック
図である。
１……圧電性基板、２……入力側インターデジタル電
極、３……タップ構造の出力側インターデジタル電極、
４……コード化された入力信号、５……コード波形、６
……出力信号、10……周波数可変型ローカル発振器、11
……周波数変調器、12……マッチドフィルタ、19……ス
ペクトル拡散高周波入力信号BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a matched filter using a surface acoustic wave, and FIGS. 2 (a) and (b) show a phase relationship between a tap electrode and an excited surface acoustic wave. FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a receiver in a spread spectrum communication system using a matched filter according to the present invention. 1 ... piezoelectric substrate, 2 ... input side interdigital electrode, 3 ... output side interdigital electrode of tap structure,
4 ... coded input signal, 5 ... code waveform, 6
…… Output signal, 10 …… Variable frequency local oscillator, 11
…… Frequency modulator, 12… Matched filter, 19 …… Spread spectrum high frequency input signal
Claims (1)
タル電極に、コード化された中心周波数f0の入力信号を
供給して弾性表面波を励振し、タップ構造の出力側イン
ターデジタル電極により前記弾性表面波を受波して出力
信号を得る弾性表面波マッチドフィルタにおいて、該弾
性表面波マッチドフィルタに特有の前記タップ構造の電
極の位相と、この電極間を伝搬する弾性表面波の位相と
の温度の違いによって生じるずれを、圧電性基板の音速
温度係数βと線膨張係数αとの差を（β−α）、および
前記入力信号の中心周波数f0における温度T0と動作温度
T1との温度差を（T1−T0）とするとき、δf/f0＝（β−
α）（T1−T0）となるように、入力信号の中心周波数を
δｆだけ変化させて補償することを特徴とする弾性表面
波マッチドフィルタの温度補償方法。 ２．前記入力側インターデジタル電極に与える入力信号
を、受信信号と周波数可変型のローカル発振器の出力信
号とを周波数変調器で乗算して得られるように構成し、
前記周波数可変型のローカル発振器の発振周波数を、前
記の差（β−α）と（T1−T0）との積に基づいて上述し
た式δf/f0＝（β−α）（T1−T0）を満足させながら変
化させることによって前記入力信号の中心周波数を変化
させて前記位相のずれを補償す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マッチ度フィルタの
温度補償方法。(57) [Claims] An input side interdigital electrode provided on the surface of the piezoelectric substrate, exciting the surface acoustic wave to provide an input signal of the coded central frequency f 0, the elastic surface by the output side interdigital electrode of the tap structure In a surface acoustic wave matched filter that receives a wave and obtains an output signal, the temperature of the phase of the electrode of the tap structure specific to the surface acoustic wave matched filter and the phase of the surface acoustic wave propagating between the electrodes are different. The difference caused by the difference is represented by the difference between the sound velocity temperature coefficient β of the piezoelectric substrate and the linear expansion coefficient α (β−α), and the temperature T 0 at the center frequency f 0 of the input signal and the operating temperature.
When the temperature difference between T 1 and (T 1 -T 0), δf / f 0 = (β-
α) (T 1 −T 0 ) A temperature compensation method for a surface acoustic wave matched filter, wherein the compensation is performed by changing the center frequency of an input signal by δf. 2. An input signal to be provided to the input side interdigital electrode is configured to be obtained by multiplying a received signal and an output signal of a frequency variable type local oscillator by a frequency modulator,
The oscillation frequency of the frequency-variable type local oscillator is calculated based on the product of the difference (β−α) and (T 1 −T 0 ) using the above-described formula δf / f 0 = (β−α) (T 1 2. The surface acoustic wave matching degree filter according to claim 1, wherein the phase difference is compensated by changing the center frequency of the input signal by changing while satisfying -T 0 ). Temperature compensation method.
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