JP3733957B2 - 弾性表面波装置および通信装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、弾性表面波装置およびスペクトル拡散通信方式およびそれを用いた通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のコード変調方式のスペクトル拡散通信方式およびそれに用いる弾性表面波装置に関しては、日本音響学会講演論文集（昭和５９年３月）第７０５頁に示されているように、１，０の拡散コードに対応し、信号に０°と１８０°の位相変調がかけられ、それに対応したマッチドフィルタ型の弾性表面波装置のすだれ状電極の極性を反転していた。これにより拡散コードと一致した信号が入力した場合のみ先鋭な出力が得られ、ＲＦ帯から直接復調信号が得られる。また、この種の弾性表面波の、通常入力信号に対応した弾性表面波信号に変換しなければならないため、入力すだれ状電極の電極対数は１対または少数対としなければならない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
弾性表面波装置の入力すだれ状電極の電極対数が１対または少数対で、出力電極の対数が多い（拡散符号長に比例する）為、入出力インピーダンスが大きく異なり、それによるミスマッチロスが上昇してしまう場合が多い。
【０００４】
本発明の目的は、入出力インピーダンスの差の課題を解決する弾性表面波装置および通信方式およびそれを用いた通信装置の新規な構造を提供する事にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題に対しては、入出力すだれ状電極の電極対数の少ない方のすだれ状電極部の電気機械結合係数を、相対するすだれ状電極部でのそれに比し大きくする事、および電極対数の大きい方のすだれ状電極部を弾性表面波の伝搬方向に垂直な方向にトラック分割しそれぞれ分割されたすだれ状電極群をそれぞれ電気的に直列に接続する事および上記すだれ状電極部の各交差部をそれぞれ電気的に直列に接続する事により解決することができる。
【０００６】
【作用】
入出力すだれ状電極を前述の構造とすることにより入出力インピーダンスの差を縮める事ができるため、ミスマッチロスを低減することができる。
【０００７】
【実施例】
以下、図１から図１２を用いて本発明の実施例について説明する。
【０００８】
図１は本発明を用いた弾性表面波装置を模式的に示したものである。弾性表面波基板１上に、入力すだれ状電極２および出力すだれ状電極３を配置している。また、基板端面からの反射波を抑圧するため、吸音材４が塗布されている。入力端子５，５’には拡散コードによって位相変調を受けた信号（この場合０°，−９０°）が入力され、出力端子６，６’には相関信号が出力される。出力すだれ状電極には拡散コードの１，０に対応し、０°，−９０°の位相に対応した距離（０、−波長／４）だけ電極をずらしたグループ型の電極を用いている。図では電極を線で示しているが、全ての電極とスペース部は搬送は周波数における弾性表面波波長の１／８とした。これは、電極の有る部分とスペース部の弾性表面波に対する特性インピーダンスの違いによる反射を抑圧する目的で施されている。図２は従来の０°，１８０°型の位相変調信号と、それに対応したマッチドフィルタ型のすだれ状電極を模式的に示したものである。位相変調信号７は拡散コードの１，０に対応し、それぞれ０°，１８０°の位相が当てはめられている。０°に対応した電極の交差部８と１８０°に対応した電極交差部９が図に示したように配置される。図から明らかなようにコードが変わる部分では、不要な交差１０が構成されてしまう。図３はこの不要交差を生じない本発明による通信方式と弾性表面波装置のすだれ状電極を模式的に示したものである。位相変調信号１１は拡散コードの１，０に対応し、それぞれ０°，−９０°の位相が当てはめられている。０°に対応した電極の交差部１２と−９０°に対応した電極交差部１３が図に示したように配置される。図から明らかなようにコードが変わる部分でも、不要な交差が構成されない。また、図では１つのコードに１周期（波長）の信号（電極）が対応しているが、通常は１つのコードの期間には数周期（数波長）の信号（電極）が対応する。ここでは簡単の為に、１コードに１周期の信号を対応させて示した。以上第１実施例を用いることにより不要交差の無い、従って相関出力のサイドローブの上昇が無い、良好な特性が得られる。
【０００９】
図４は第２実施例の弾性表面波装置の１部を模式的に示したものである。第１実施例ではグループ型の電極を用いていたため、ミアンダ（曲がりくねった）電極が形成されているため、そこでの導体抵抗による損失増加が問題となる。そこで本実施例ではミアンダ電極を用いずにすだれ状電極を構成した。更に、本実施例では、拡散コード１，０の変化時に−９０°と＋９０°の両方の位相で変調したシステムに対応したすだれ状電極となっている。コード１に対応した交差１４の次にコード０に対応した−９０°位相の交差１５、が配置され、その次のコード１に対応した＋９０°位相の交差１６が配置されている。このように−９０°と＋９０°の位相を適当に組み合わせることにより、相関出力が無い状態でのバックグラウンド出力を抑え、且つ、信号スペクトラムの中心を搬送波周波数とすることができる。例えば、コード１を０°コード０を９０°に固定した場合は、搬送波信号のキャリアに対して大きな相関出力が発生し、相関特性が劣化する。また、コードの変化（０から１、または１から０）を単純に−９０°に当てはめた場合、全コード長が短くなるため、全体のスペクトルがシフトしてしまう。この問題は、例えば、コードの変化を図５に示すような位相変調に当てはめることにより解決する。先ず最初の位相状態を▲１▼とする。次にコード変化に対応し＋９０°の位相差を与え▲２▼の位相とする。この時、電極の状態は、交差１５から１６に変化する構造と同一の構成とする。同様にして、コードの変化に対応し▲３▼，▲４▼の位相とする。次にコード変化を起こした場合、交差１４から１５に変化する構造と同一構造を用い−９０°の位相差を与え、▲５▼の状態とする。同様に、▲６▼，▲７▼の位相状態とし、また同様に、▲１▼からの位相状態の場合の同様の順番で位相を変化させる。これにより、搬送波キャリアにたいしても相関はほとんど発生せず、また、スペクトルの中心もキャリア周波数と一致する。以上、本実施例によれば、ミアンダ電極による損失増加を抑え、且つキャリアとの相関出力も押さえることができ、更に、スペクトラムの中心を搬送波周波数と一致させることができる。
【００１０】
次に、図６を用いて第３実施例を説明する。第１，２実施例を用いれば、９０°の位相変調を用いることにより不要交差を生じさせずに良好な相関出力が得られることを示した。しかし、その方式では、送信側のシステムも変える必要が有る。そこで、本実施例では、０°，１８０°の位相変調に対応し、且つ、相関出力のサイドローブ上昇の無いすだれ状電極の構造を示す。同図（ａ）では０°に対応した交差１７と１８０°に対応した交差１８の間に斜めにわん曲した交差１９が配置されている。通常の電極では不要交差を生じる個所であるが、このように主伝搬方向と異なる方向に開口を形成しているため、主伝搬軸方向からの弾性表面波による出力が生じず、相関出力のサイドローブ上昇は生じない。同様に同図（ｂ）では不要交差部１９’の電極の極性を変化させることにより、不要交差そのものを除去することができる。以上本実施例によれば、送信側の出力通信方式を変えずに、相関出力のサイドローブ上昇を抑えることができる。
【００１１】
次に、図７を用い第４実施例を説明する。第１実施例で示したように通常入力すだれ状電極２の電極対数は１対であり、出力すだれ状電極の対数は拡散符号に比例した対数が必要である。また、通常、弾性表面波基板１としてはＳＴ−水晶等の温度特性のよい材料が用いられ、一般にそれらの電気機械結合係数は小さい。従って、入力すだれ状電極のインピーダンスはかなり大きな値となり、そこで、大きなミスマッチロスが発生する。この問題を解決するため、本実施例では、入力すだれ状電極２１の下に高電気機械結合係数の薄膜２０を形成した。また出力すだれ状電極２２の下には薄膜２０は形成していない。これにより、入力インピーダンスを下げることが可能となる。以上、本実施例を用いることにより、ミスマッチによる損失増加を抑えることができる。
【００１２】
第４実施例では結合係数増加の為、薄膜を形成しなければならず、プロセスが複雑となる。第５実施例ではこの問題を解決するため、入出力の表面波モードを変えた。図８はその状況を示している。入力すだれ状電極２３の電極材料はＡｕを用い、出力すだれ状電極２４の電極材料はＡｌとした。これにより、入力側ではラブ波のモードとなり、結合係数が増加する。以上、本実施例によれば、プロセスを複雑とすることなくミスマッチを抑えることができる。
【００１３】
第５実施例は、薄膜形成の工程が無いため比較的容易なプロセスであるが、入出力で異なる電極を形成しなければならず、従来のプロセスに比べ、より複雑である。第６実施例では、入出力同一の電極材料とするため、図９に示す構造とした。図中、図１と同一の個所は同一の番号で示した。出力すだれ状電極３は、主伝搬軸と垂直な方向で、いくつのトラック２５に分割され、それぞれが電気的に直列に接続されている。これにより出力すだれ状電極３のインピーダンスが高くなり、入出力すだれ状電極２，３のインピーダンス差が無くなるため、損失を低減させることができる。以上本実施例を用いれば、プロセスを従来に比べ複雑にすること無く、ミスマッチによる損失増加を抑えることができる。
【００１４】
第６実施例は従来と同一のプロセスを用いることができるという利点を有するが、図９から判るように、電極ギャップ等が各トラックに必要なため、その分の開口損失が増加し、また、各トラックの開口が狭くなるため、回折効果による特性劣化も増大してくる。第７実施例では、この点を改善するため、出力すだれ状電極の各交差部２６を直列に接続した。図中、コード１に対応した交差部を２７、コード０に対応した交差部２８はそれぞれ極性を逆転して直列接続されている。これにより、出力すだれ状電極のインピーダンスが増加し、入出力のインピーダンス差を縮小することができる。以上、本実施例によれば、開口損失の増加、回折効果による特性劣化を生じさせること無く、ミスマッチ損失を低減させることができる。
【００１５】
図１０は本発明の弾性表面波装置を用いた無線変復調器（モデム）のシステムブロックである。アンテナ２９から入力されたスペクトル拡散信号は、初段アンプ部３０により、増幅され、本発明のマッチドフィルタ型弾性表面波装置３１により拡散符号との相関出力に変換され、帯域通過フィルタ（中心周波数は情報コード周波数）３２を通過し、更に、リミッタ半波整流回路３３により方形波信号に変換され出力端子３７に出力される。また、送信部では、入力端子３８から入力される方形は型の情報コードは、発振器部（搬送波周波数）３６の位相をコードまたはコードの変化に応じて変調させる位相変調回路３５より出力された信号を、アンプ３４により増幅し、アンテナ２９より出力する。本実施例では無線を例として示したが、有線系でも同様の効果が有ることはいうまでもない。以上、本実施例では高周波信号を直接復調できるため、より高速のデータ送受信が可能となる。
【００１６】
図１１は本発明の変復調器部を含む、コンピュータ間の通信システムを示している。アンテナ３９，３９’および本発明の変復調器部４０，４０’が、コンピュータ４１，４１’に接続されている。コンピュータへの接続は、ＲＳ−２３２Ｃシリアル接続あるいはＧＰ−ＩＢパラレル接続、あるいはイーサネット（登録商標）ＬＡＮ接続等が可能である。以上、本実施例のシステムでは情報レートが早い場合でも対応が可能であり、また、無線化しても、スペクトラム拡散型の通信であるため、フェージング等の影響も少なく、信頼性の高い、且つ、線による接続が不要なシステムが可能となる。例えば、ラップトップ型のコンピュータに本システムを適用し、更に公衆回線との連結を行えば、どこでも、どんな大型のコンピュータをも動かすことが可能となる。
【００１７】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、コード拡散型スペクトル拡散通信における直接復調時の相関信号サイドローブの上昇を抑え、且つ、低損失なシステムが可能となるため、マッチドフィルタ型弾性表面波装置の性能向上およびコード拡散型スペクトル拡散通信装置の高性能化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマッチドフィルタ型弾性表面波装置の模式図である。
【図２】従来のマッチドフィルタ型弾性表面波装置の１部の模式図である。
【図３】本発明の第１実施例の１部の模式図である。
【図４】本発明の第２実施例の１部の模式図である。
【図５】本発明の第２実施例の位相変調通信方式の説明図である。
【図６】本発明の第３実施例の１部の模式図である。
【図７】本発明の第４実施例の弾性表面波装置の模式図である。
【図８】本発明の第５実施例の弾性表面波装置の模式図である。
【図９】本発明の第６実施例の弾性表面波装置の模式図である。
【図１０】本発明の第７実施例の弾性表面波装置の模式図である。
【図１１】本発明の第８実施例の変復調器のシステムブロックを示す図である。
【図１２】本発明の第９実施例コンピュータ間の通信システムを示す図である。
【符号の説明】
１…弾性表面波基板、
２…入力すだれ状電極、
３…出力すだれ状電極、
７，１１…位相変調信号、
３１，３５…本発明の弾性表面波装置。

Claims (4)

1. 基板上に、電気信号を弾性表面波に変換するすだれ状電極が配置され、ある１、０の信号コードに対応した信号の入力時に応答時間の短い相関信号が出力されるマッチドフィルタ型の弾性表面波装置において、
   前記すだれ状電極は、
   電極対数の少ないすだれ状電極部と、
   電極対数の多いすだれ状電極部と、で構成され、
   前記電極対数の少ないすだれ状電極部に、前記基板に比べ高い電気機械結合係数の圧電膜を形成し、かつ、前記電極対数の多いすだれ状電極部を前記基板に形成したことを特徴とする弾性表面波装置。
2. 基板と、
   前記基板に形成された第１のすだれ状電極部と、
   前記基板上に、該基板よりも電気機械結合係数の大きい圧電膜とともに形成された第２のすだれ状電極部と、を備え、
   前記第１のすだれ状電極部の電極対数は、前記第２のすだれ状電極部の電極対数よりも多いことを特徴とする弾性表面波装置。
3. 請求項１乃至請求項２の何れか１項に記載の弾性表面波装置を用いたことを特徴とする通信装置。
4. 基板上に、電気信号を弾性表面波に変換するすだれ状の電極が配置された通信装置において、
   前記すだれ状電極は、
   電極本数の少ないすだれ状電極部と、
   電極本数の多いすだれ状電極部と、で構成され、
   前記電極本数の少ないすだれ状電極部に、前記基板に比べ高い電気機械結合係数の圧電膜を形成し、かつ、前記電極本数の多いすだれ状電極部を前記基板に形成したことを特徴とする通信装置。

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