JPH0213008A - 周波数可変発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は表面波増幅器を用いた周波数可変発振器に関す
るものである。

（従来の技術） 以下、第８図を参照して従来の周波数可変発振器につい
て説明する。

第８図において、弾性表面波遅延線は、ＬｉＴａＯ３＋
ＬｉＮｂ０．　、　ＬＬ２Ｂ４０７＋　　水晶等からな
る圧電性基板ωと、この電圧性基板■上に配置された入
力電極（３１）と出力電極（３２）とから構成されてい
る。周波数可変発振器は、入力電極（３１）と出力電極
との間に増幅器（イ）と移相器■とが電気的に接続し、
発振回路としてのループが形成されてなる。この周波数
可変発振器が、発振回路として発振している状態では、
入力電極（３１）と出力電極（３２）との間に定常的に
表面波が生じる。この表面波の周波数は、移相器０の位
相回転量を調整することによって変えることができる。

なお、符号■は吸音剤である。

（発明が解決しようとする課題） 第８図によって説明した従来の周波数可変の発振器では
発振器そのものを小型化するために増幅器（へ）にＳｉ
等を使った集積回路が用いられる。しかしながら、一般
に高周波になればなるほど集積回路により増幅器（へ）
を構成することは困難となる。

本発明は集積回路を用いた増幅器を使わずに発振回路を
構成する周波数可変発振器を提供することを目的とする
ものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上述の問題点を解決するために、本発明の周波数可変発
振器は、圧電性基板上に入出力電極を配置してなる弾性
表面波遅延線と、この弾性表面波遅延線の入出力電極間
に接続された可変移相器と、この弾性表面波遅延線の入
出力電極間の表面波伝搬路上に空隙と誘電体層との少な
くとも一方を挾んで配置された半導体とこの半導体の表
面波伝搬方向の両端に形成された電極に加えられる直流
電圧とからなる表面波増幅器とを備えたことを基本構成
とするものである。

（作　　用） 本発明の周波数可変発振器は、半導体と圧電体とを組み
合せることにより構成した表面波増幅器を用いたもので
ある。したがって、集積回路を用いた増幅器を用いる必
要がなくなり、高周波に対応できる様になる。

（実　施　例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図において１弾性表面波遅延線は、ＬｉＴａ０ｉ　
ｔＬｉＮｂＯ，、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ□、水晶等からなる圧電
性基板■と、この圧電性基板ω上に配置されたＡＱから
なる入力電極（３１）と出力電極（３２）とから構成さ
れている。この入力電極（３１）の電気端子と出力電極
（３２）の電気端子とは、移相器■を介して電気的に接
続されている。また、入力電極（３１）と出力電極（３
２）との間の表面波伝搬路上には、Ｓｉ板■がこの伝搬
路に対してわずかな空隙を介して設置されている。

このＳｉ板■には表面波の伝搬方向の両端面に電極が設
けられ、この電極間に直流電圧が印加されている。これ
により、このＳＬ板■の下の表面波伝搬路は、表面波の
増幅器（９）として働く。

したがって、発振器ループは次の様にして構成される。

すなわち、発振器ループは、入力電極（３１）で発生し
た表面波がこの表面波増幅器■を通り増幅された後、出
力電極（３２）により電気的に取り出され次いで移相器
■を通過し再び入力電極（３１）に入力されることによ
り成る。この発振器ループでは、圧電性基板ω上に形成
された入力電極（３１）と出力電極（３２）との間の位
相回転量φ１と、可変移相器０の位相回転量φ２との間
にφ□十φ。

＝２πＮ（但しＮは整数）の関係が満たされたときに発
振が起こり入力電極（３１）と出力電極（３２）との間
に定常的に表面波が発生する６ 次に、第２図を参照して表面波増幅器■の作用を説明す
る。

第２図において、ｎ型Ｓｉ板■は、わずかな間隙を介し
て圧電性基板ω上に配置されている。このＳｉ板■には
１表面波の伝搬方向の両端に電極（７１）　。

（７２）が設けられている。圧電性基板ω上の入力電極
（３１）に近い方の電極（７１）には−電位、出力電極
（３２）に近い方の電極（７２）には十電位が印加され
ている。

この様な場合の半導体と表面波との相互作用は次の様に
説明される。入力電極（３１）で励振された表面波の伝
搬に伴って圧電性基板■表面からもれた交流電界によっ
て、ＳＬ基基板中中キャリア（伝導電子またはホール）
と表面波とは相互作用をする。この相互作用によって、
入力電極（３１）で励振された表面波は、通常音速の変
化と減衰とを受ける。ところで、ＳＬ板■の両端に直流
電界を印加し、キャリアのドリフト速度が表面波の音速
を越えると、減衰は増幅に変化する。換言するならば、
Ｓｉ板■内のキャリアである電子がドリフトする。この
電子のドリフト速度が表面波の伝搬速度より大きい場合
、入力電極（３１）で発生した表面波はＳｉ板板子下伝
搬するにしたがい半導体（Ｓｉ板■）と表面波との相互
作用により電子のエネルギーが表面波に変化する。そし
て結果的には表面波が増幅される。

Ｓも 次に、第３図を参照して、半導体板としてＩｎ５１の薄
膜を用いた例を説明する。

第３図において圧電体基板ω上にＩｎ５ｂ（４２）は絶
縁体層であるＳｆＱ、層■を介して設置されている。

この場合も第２図と同様の作用により入力電極（３１）
で発生した表面波はＩｎＳｂ　＠膜（４２）下の伝搬路
を通過するにしたがい増幅される。なお、（４１）はＳ
ｉＯ□層である。一般に第２図や第３図に示した表面波
増幅器では半導体内部での電界強度を大きく取るために
半導体の電極（７１）、　（７２）の間に数１００Ｖも
の大きな電圧をかける必要がある。この様な不具合を解
決する手段として第４図に示すようにＩｎ５ｂ薄膜（４
２）を多数に分割することが考えられる。

第４図では分割された各ＩｎＳｂ薄膜（４２）部分の表
面波の伝搬する方法の各端面にはＩｎＳｂ薄膜（４２）
に電圧を印加するための電極（４３）が設けられている
。

このようにすることで各ＩｎＳｂ薄膜（４２）部分での
電極（４３）間隔が短くなり、　ＩｎＳｂ薄膜（４２）
内部の電界強度を大きくすることができる。この様にし
て構成された表面波増幅器は半導体内部でのキャリアの
ドリフト速度さえ十分大きければ高周波においても十分
な増幅率を持ち高周波において安定した増幅回路構成す
ることが円建な集積回路を用いなくとも発振回路に用い
られる増幅器を構成することが出来る。

ところで、第１図に示した周波数可変発振器においては
、入力電極（３１）と出力電極（３２）とが双方向性電
極である。このため、入力電極（３１）において励振さ
れた表面波は表面波増幅器に向かう以外にも表面波増幅
器がある方向と逆の方向にも伝搬し、これが不要波とな
る。この不要波を吸収するために、圧電性基板■の端部
には吸音剤■を塗布しておく必要がある。この様に不要
波が発生するために、本来必要とする発振を得られるた
めには、相当量の表面波を入力電極（３１）にて励振さ
せなくてはならない。すなわち、第１図に示す周波数可
変発振器においては、発振回路の効率がそれほど良くな
い。

そこで本出願人は、これを解決するために、第５図に示
す如く、入力電極（３１）と出方電極（３２）と表面波
増幅器（９）とを挾さむ様に圧電性基板（ト）上に一組
の反射器０を設けた。この反射器０により、表面波の励
振に方向性すなわち一方向性が与えられる。しかしなが
ら、この弾性表面波遅延線は、基本構成が弾性表面波共
振子である。したがって、弾性表面波共振子自体はその
帯域が狭いため、この弾性表面波遅延線を用いた発振器
は、狭帯域でしか動作をしない。

そこで本出願人は、一方向性の表面波を励振する方法と
して、入力電極（３１）と出力電極（３２）とを多相励
振構造とした。これについて、第６図を参照して説明す
る。

第６図において、入力電極（３１）と出力電極（３２）
とは、圧電性基板■上に設けられた表面波を送受信する
ための多相励振構造の電極である。この入力電極（３１
）と出力電極（３２）とは、λ／６線幅（λ＝（す Ｖ／ｆ、、Ｖは圧電性基板りを伝搬する表面波の位相速
度、ｆｏは表面波を最も強く励振する中心周波数）の電
極指（１００）がλ／２おきに３本組配置され、更にこ
の３本組の電極指（１００）がλ周期で配置されて構成
されている。　この３本組の電極指（１００）は、それ
ぞれ０°、１２０°、２４０°の位相を持つ信ている。

前記入力電極（３１）には単相の信号を０Ｑ１２０°、
２４０°の位相差を持つ信号に分離するために、０°、
　１２０’　、　２４０°の固定の移相器（９１）。

（９２）、　（９３）が電気的に接続されている。この
入力電極（３１）で励振された表面波は、入力電極（３
１）と出力電極（３２）の間にある表面波増幅器（９）
により増幅され、出力電極（３２）で電気信号に変換さ
れる。

この出力電極（３２）にはＯ”　、　１２０’　、　２
４０’の位相差を持つ信号を、単相の信号に変換するた
めの０＠、−１２０”　　−２４０’で固定の移相器（
９４）、　（９５）。

（９６）が電気的に接続されている。固定の移相器（９
４）、　（９５）、　（９６）により単相に変換された
信号は、可変の移相器■を介して固定の移相器（９１）
、　（９２）。

（９３）に入力されている。この様に構成された発振器
ループでは圧電性基板（υ上に形成された入力電極（３
１）と出力電極（３２）の間の位相回転量φ、と。

可変移相器（ハ）の位相回転量φ２と間に　φ□＋φ２
＝２πＮ（Ｎは正数）の関係が満たされた時に発振が起
こり、入力電極（３１）と出力電極（３２）との間に定
常的に表面波が生ずる。この様な多相励振構造の電極で
はいわゆる弾性表面波共振子を用いないために、広帯域
に方向性を持たせながら発振を行なうことができる。

次に、第７図を参照して本発明の他の実施例を説明する
。

第７図において、入力電極（３１）と出力電極（３２）
とは、圧電性基板■上に形成された多相励振構造の電極
である。

この入力電極（３１）と出力電極（３２）とは、λ／６
線幅の３本組の電極指（１００）で形成されこの３本組
の電極はλ周期で配置されている。この３本組の電極指
（１００）にはそれぞれ異なった位相の信号が接続され
λ周期に同相の信号が加えられている。

この人出電極（３１）と出力電極（３２）とにおいて、
お互いに向かい合う側の一本目の電極指（１００）同士
が互いに移相器（５１）を介して電気的に接続されてい
る。同様に二本目同士及び三本目同士もそれぞれ独立に
移相器（５２）、　（５３）を介して電気的に接続され
ている。　（５１）、　（５２）、　（５３）は、互い
に同相の位相回転量を持つ可変移相器である。３本組の
電極指（１００）にそれぞれ独立に接続された（５１）
。

（５２）、　（５３）はそれぞれ独立発振回路ループを
形成しているが、これらが同時に発振している状態では
、それぞれの発振回路ループの発振の位相は互いに引き
込まれ、この３本組の電極指（１００）にはそれぞれＯ
’　、　１２０”　、　２４０”の位相差が生じる。

したがってこの実施例では、第１図で示した様な単相の
信号を３相の信号に変換するための固定の外部移相器を
用いなくても多相励振電極を用いた発振回路を実現する
ことが出来る。なお、上述の実施例において、Ｓｉ板■
等と電圧性基板（１）の主面との間には、空隙がある場
合で説明したが、本発明はこれに限られず、空隙と誘電
体層との少なくとも一方があれば足りることは言うまで
もない。

〔発明の効果〕

本発明は表面波遅延線を用いた発振回路の増幅器に表面
波増幅器を用いることにより、半導体を使った集積回路
を用いなくとも安定な発振回路を構成することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す模式斜視図、第２図乃
至第４図は弾性表面波増幅器の構成及び作用を説明する
ための模式斜視図、第５図乃至第７図は本発明の他の実
施例を示す模式斜視図、第８図は従来の弾性表面波遅延
線を用いた周波数可変発振器を示す模式斜視図である。 ■・・・圧電性基板（圧電性基材） （３１）・・・入力電極　　　　（３２）・・・出力電
極■、　（５１）　、　（５２）　、　（５３）・・・
可変移相器■・・・表面波増幅器 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　竹　花　喜久男 第 図 第 図 嬉 因 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電性基体と、この圧電性基体の主面上に配置さ
   れた入力電極と出力電極とからなる弾性表面波遅延線と
   、 前記入力電極の電極端子と前記出力電極の電極端子とに
   電気的に接続された可変移相器と、前記弾性表面波遅延
   線の前記入力電極と前記出力電極との間の表面波伝搬路
   上に空隙と誘電体層との少なくとも一方を挾んで配置さ
   れた半導体と、この半導体の表面波伝搬方向の両端に配
   置された電極に加えられる直流電圧とからなる表面波増
   幅器とを備えたことを特徴とする周波数可変発振器。