JPH03145316A - 非可逆表面波トランスデューサ - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、基板の表面上の表面波の伝送を、信号の本質
的な部分がこのトランスデユーサの一端によって現われ
、他端によって現われている信号があれば、それが主信
号と比べて非常に低いレベルを有するような方法で行な
う事ができる、非可逆表面波トランスデユーサに関する
ものである。

（従来の技術） 単相の非可逆トランスデユーサを作る既知の方法は、内
部反射器を使用することで、その反射器センターは電気
音響源のセンターに関してずれる。一般にこの目的には
、浮動電極または電極をメタライズした上に金属又は誘
電体の層を重畳したものが使用される。浮動電極の場合
は、そのピッチすなわち間隔はλ／８であり、従ってこ
のピッチを得るに必要なエツチングの精密さは、接近で
きる周波数を制限することになる。重畳層の場合は、数
種のレベルでの製造方法を使わなければならず、このこ
とが事柄をひどく複雑にし、事実上費用を増加させる。

（発明の要約） こうした欠点を克服するため、本発明は、各伝送セルが
その左側及び右側境界域によって波を相反転して伝送さ
せることができ、各反射セルがその左側及び右側境界域
において相反転における反射係数を有するような、よ（
知られている左側及び右側境界域によって分離されてい
る、伝送セルと反射セルを交互に連続して並べて成る非
可逆表面波トランスデユーサを提案する。

（実施例） 第１図は分散音響反射を有するトランスデユーサの電極
が、図には示されていない圧電基板の表面に並べられて
いるような、トランスデユーサの一般的構造を示してい
る。これらの電極は、その内部に一般にインターディジ
タルな櫛の形式をとる、位置決めされた励起手段（図に
示していない）がある長方形で表わしである。これらの
櫛構造の中、一つは接地接続され、他の一つは電気接続
点Ｓに接続されている。電気信号がＳに加えられると、
音響的アクセス点、すなわちトランスデユーサの両端が
形成する左側アクセス（Ｇ）と右側アクセス（Ｄ）のそ
れぞれに、音波が発生する。更にこのトランスデユーサ
は可逆的で、基板の表面を伝播した音波はこれらのアク
セス点に到達してトランスデユーサを励起することがで
き、その結果電気信号を接続点Ｓに発生させる。

電極は伝送セルＥ１〜Ｅ、及び反射セルＲ，−Ｒ４の形
にグループ化され、音波の伝播の軸上に交互に並べられ
る。伝送セルだけが電気的接続点Ｓに接続され、従って
基板の表面に音波を励起するが、反射セルの方はこの軸
に沿った音の伝播特性を変化させる。

第２図はこの例においていくつかの音響的チャンネル１
〜３を有し、伝送しようとする波の周波数の関数として
著しく異なる特性を持っている、トランスデユーサの一
般的構造を示している。この目的のため、第１図のもの
と同様な３個のトランスデユーサが並んで置かれている
。これら３個のトランスデユーサのそれぞれは１組の伝
送セルＥ及び１組の受信セルＲを持っている。このよう
にして得られた音響チャンネル数が大きいときは、最後
には重さのあるトランスデユーサが得られる。

第３図は出力電極Ｓ及び接地によって負荷２に接続され
た、分散音響反射トランスデユーサ１のきわめて簡単な
線図な示す。この装置のアクセス点の一つにおける総反
射係数Ｆは、負荷インピーダンス２のある値に対して、
Ｓが直接接地接続されたとき測定される反射係数と、Ｓ
における電圧によって誘起される音響的再伝送のそれと
の和となる。この電圧の振幅と位相は負荷インピーダン
ス２に左右される。音波の電波の軸ｙに沿って測った反
射係数　ｒ　（ｙ）を、この係数の実数部を示す実線の
曲線と、虚数部を示す破線によって図の右側のグラフに
示す。

Ｆは従って次式で与えられる。

従って負荷インピーダンスを慎重に選び、フィルタ又は
遅延線に関する三重通過エコーを消去することを可能に
することによって、Ｆを打消すことができる。

更に、入力Ｓと音響的アクセス点の一つとの間の電気音
響転送をゼロにするように、トランスデユーサを設計す
ることができる。このような場合には、それ故単相の非
可逆トランスデユーサを得ることができる。

第４図は、伝送セルＥに関する二つの図を示している。

すなわち、図の上部に平面図を、これに対応して図の下
部に断面図を示す。２種類の電極はインターディジタル
な櫛の形を成している。接地接続された電極４１は五つ
の歯を持っており、端子Ｓに接続された電極４２は一つ
しか歯がない。これらの歯は、装置の平均動作波長をん
とするとき、ピッチＰ。＝λ／３で分散しており、歯の
継承順序は左側から右側へ向かって、電極４１の歯が２
個、電極４２が１個、及び最後に電極４１の歯が３個と
なっている。従って慣例によって、第一の歯の外縁にあ
る左側の境界を電極４１の左と定め、電極４１の外縁に
ある右側の境界をこの同じ電極の最後の歯の外縁からλ
／６のところに定める場合は、電極４２の単一の歯の中
央は、左側の境界から９ん／１２の位置、右側の境界か
ら１５尤／１２の位置にあることになる。

慣例により図中に十とマークした電極４２の単一歯と、
更に上記定義のように慣例により一とマークした電極４
１の、最終の歯に関するセルの右側と左側の境界との間
の、波の音響的通路の差を考えるとき、λ／２による差
が得られ、伝播音波がセルＥの左側及び右側境界に達す
るとき、左側へ伝播している波と右側へ伝播している波
との間で、この差は１８０度の位相移動に相当する。

第４図に示すセルは伝送セルの非常に特殊な非制限的な
例であって、特に波の伝送の効率を増大するため、６個
の基本的ピッチのステップＰｔによる簡単な翻訳によっ
て、同じように再生成することにより拡大することがで
きる。従ってこのようにして得られたセルは、電極４２
に関してはＮ個の歯、電極４１に関しては５Ｎ個の歯を
持つことになり、これらの歯は第４図に定める順序によ
って一つ又−つとつながるものである。

第５図は第４図のものと同じ手段を使用して、−組の直
線状電極５１を構成する反射セルを示す。

これらの電極はピッチＰＲ＝λ／２で隔たっており、絶
縁するか又は互いに接続して接地する、すなわち短絡す
ることもできる。伝送セルの場合のように、左側の境界
５３は左側の第一の電極の外縁に位置していると定め、
右側の境界５４は右側への最後の電極の外縁からλ／４
のところへ位置すると定める。各電極は単純反射器のよ
うに挙動し、この反射器の対称軸を入射波と反射波に対
する位相基準としてとる場合は、これらの反射器のそれ
ぞれの反射係数は純粋に虚軸数であることが知られてい
る。これは反射が、＋９０°又は−９０°の位相の変化
で起こるということに等しい。十又は−の間の選択を決
定することは、歯同志が絶縁されているか短絡して接続
されているかという事実に関係し、材料及び基板の物理
的性質に依存している。最も一般的な場合は、歯同志が
短絡されているときに十の符号をとり、歯同志が絶縁さ
れているときには−の符号を取る。この後の説明では、
十の符号について考えるが、本発明は−の符号を取ると
きも同様に有効である。

こういった条件のもとでは、左側の境界５３を基準の出
発点にとると、最初の反射器５１で反射される波と入射
波との間のこの左側境界における位相差は１８０°すな
わちλ／２に等しい。それは、反射による９０°の位相
変化と、左側の境界と反射器の中央との間でλ／４に等
しい長さについての往復通路による９０°の位相変化と
があるからである。反射器同志の間の距離はん／２に等
しいから、他の反射器で反射された波に対する往復通路
は常にＭλ／２に等しく、反射された波は従って同相に
あり、これらもまた入射波に関して左側境界について１
８０゛だけ位相ずれが起こる。

音波が右側から来るときは、それらもまた反射器で反射
され、右側境界を位相の出発点としてとり、往復通路の
長さは３λ／４に等しい。受信によるλ／４の位相変化
を考慮に入れると、これはλを示すことになり、すなわ
ち３６０°に相当する。従って右側境界における反射係
数の位相はＯとなり、　３６０°の倍数を与えたり取っ
たりすることになる。

第６図は、第５図と同じ２個の反射セルＲ１とＲ２で囲
まれた、第４図と同じ伝送セルＥの断面図を示す。これ
らのセルの間のそれぞれの距離は、セルＲ１の右側境界
が境界４３のと５４に沿った伝送セルの左側境界と一致
し、伝送セルの右側境界が境界４４と５３に沿った反射
セルＲ２の左側境界と一致するというものである。従っ
て伝送セルは第６図の線６１で表わされる波を伝送する
。この波は右側と同様に左側にも伝送され、上記したよ
うに境界４３゜５４及び４４．５３において１８０＠の
位相差を有する。

波６１．Ｄは反射器Ｒ２で反射されて第一の反射波を生
じ、この波は左側へ向かい図で６２のように表わされる
。

更に上に示すように、反射セルＲ２の左側の境界４４、
５３での反射は１８０°の位相変化を導く。この第一の
反射波に関しては、伝送セルＥの横断は、図のように６
個の歯で通路が２えに等しい場合には、２Ｘ３６０°に
等しい位相回転を生じる。Ｎ倍大きい伝送セルの場合は
、位相の変化は２ＮＸ３６０°に等しくなる。全体では
従って位相の保全が存在する。

こういう条件のもとでは、反射波６２は従って境界４３
．５４では伝送された波６１．Ｇに関して同相となり、
これら二つの波は互いに助は合う方向に干渉し合う、す
なわち−緒に加算される。

左側に伝送さｈた波６１．Ｇは反射セルＲ１の右側境界
４３．５４で反射され、図中の線６３で表わされる第二
の反射波を示す。

前と同じ推論の筋道を適用することにより、今度は境界
４４．５３において反射波６３は、直接波６１゜Ｄに関
して１８０°の位相差を有する。何故ならば、前に説明
したとおり、境界４３．５４での反射は位相の変化なく
起こるからである。波６３と波６１゜Ｄとは反対する方
向に干渉し合い、図の右側の方へ伝播している残留波を
非常に大きく減衰させるに至る。

従って、ある波を図の左側の方へ事実上伝送するトラン
スデユーサが得られることがわかる。

２個の反射セルが１個の伝送セルを囲んで成る、第６図
の簡単な構造は、第１図におけるように並べた非常に数
多（の伝送セルと反射セルへと、困難なしに拡張するこ
とができる。上に述べた位相条件が満足されるならば、
これらのセルすべてが互いに同じである必要はない。従
って単純反射器５１の数はセル毎に異なっていても良（
、伝送セルの電極４２及び４１の数も、上記でわかるよ
うにそれ自身例々に異なっても構わない。

セルＲの単純反射器の各々に固有の反射係数が一９０°
に等しい場合は、その集合体の動作は反転し、左側から
右側への非可逆トランスデユーサが得られることは注目
すべきである。

このようにして述べた装置は、導電層もしくは誘電体層
の蒸着のいずれであれ、また、基板に溝をエツチングす
る方法であれ、一つのエツチングレベルだけを使う方法
によって製造することができるという利点がある。単純
反射器５１が導電層で短絡されているときは、静電的及
び圧電効果に対抗して保護が得られる。

最後に、トランスデユーサの要素の特徴的寸法はλ／２
．λ／４及びλ／６に限定されており、従ってλ／８の
幾何学的寸法を使用する装置によりも高い周波数で動作
する装置を得ることが可能である。

既に述べたとおり、このようなトランスデユーサは計算
機計算の基礎として使用される周波数（原則として中心
周波数）に対してのみ、厳密に非可逆的となる（欠陥は
除外）。

ある場合には、他のパラメータのために、非可逆特性は
犠牲とされることがある。このことは、互いに矛盾しな
いように作るべきパラメータの数が非常に大きいような
、フィルタの合成において特にそうである。

このような場合は、伝送セルと反射セルの間の間隔の数
を修正して、望む特性を得るようにする。

従って第７図においては、本説明で使用した手段に依存
して、セルＥ、とセルＲ１−１の間の境界及びセルＲ＋
おの間の境界は７１と７３に位置させている。

基準７４と７２をこれらの境界７１と７３に向かい合う
Ｅ。

とＲ１−１のフィンガ一部の縁に割当てることにより、
７４と７１の間及び７２と７３の間にそれぞれＸｌ−１
及びｘｌ、１の間隔を得る。

Ｘ、、、、＝Ｌ／４及びＸ、、　、＝　、ｔ／６（７）
とき、再び上に述べた非可逆性トランスデユーサが見出
され、第７図と第６図と同じになる。

対照的に、これらの距離なん／６より小さい割合に修正
したときは、トランスデユーサはもはや非可逆的ではな
（なるが、その他の特性が別の用途により適合するよう
変更される。

計算機計算に対して、このことは使用する通過帯域の中
心周波数に対応しないんの値から出発するのに等しいこ
とがわかるであろう。

本発明は一つの電気的アクセスしか持たないセルＥに限
定されるものではない。本発明は、３相トランスデユー
サのような数個のアクセス点を有するセルＥにも拡張さ
れる。

更に、セルＥの歯の数は３の倍数に限定されるものでは
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は単一チャンネルの分散音響トランスデユーサの
図を示す。 第２図は多チャンネルの分散トランスデユーサの図を示
す。 第３図は非可逆トランスデユーサの図を示す。 第４図は本発明に基づ（トランスデユーサの伝送セルを
示す。 第５図はこのようなトランスデユーサの反射セルを示す
。 第６図は本発明に基づくトランスデユーサの断面図を示
す。 第７図はトランスデユーサの別の断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　１）普通の左側境界と右側境界によって分離されてい
   る伝送セルと反射セルを、交互に連続して一線上に並べ
   て成り、各伝送セルはその左側境界と右側境界とによっ
   て、位相反転して表面波を伝送することができ、各反射
   セルはその左側境界と右側境界とにおいて、位相反転す
   る反射係数を有する、非可逆表面波トランスデューサ。 （２）前記伝送セルが、λをトランスデューサの動作中
   心波長とするとき、λ／２に等しいピッチを有するイン
   ターディジタルな（相互に組合わせた）櫛の形をした二
   つの電極によって形成される、請求項１によるトランス
   デューサ。 （３）伝送セルの左側境界が、このセルの左側へ最も遠
   い歯の外縁に沿って位置し、その右側境界が、セルの右
   側へ最も遠い歯の外縁からλ／６に等しい距離にあり、
   歯の幅がλ／６である、請求項２によるトランスデュー
   サ。 （４）前記電極の一つが１個だけの歯を有し、もう一方
   の電極が５個の歯を有する、請求項２によるトランスデ
   ューサ。 （５）前記電極の一方の単一の歯がもう一方の電極の５
   個の歯に関して、これら５個の中２個の歯はこの電極の
   片側に置かれ、他の３個の歯は同電極の他の側に置かれ
   るように位置している、請求項４によるトランスデュー
   サ。 （６）前記各反射セルが、λ／２に等しい基本ピッチに
   従って並べられた一組の単純反射器を持っており、セル
   の左側の境界が左側へ最も遠い単純反射器の外縁に沿っ
   て位置しており、セルの右側の境界が右側へ最も遠い基
   本要素反射器の外縁からλ／４に等しい距離のところに
   位置し、各反射器はλ／４に等しい幅を持っている、請
   求項１によるトランスデューサ。 （７）前記単純反射器が絶縁された電極である、請求項
   ６によるトランスデューサ。 （８）前記単純反射器が短絡された電極である、請求項
   ６によるトランスデューサ。 （９）伝送セルの左側境界が同セルの左側へ最も遠い歯
   の外縁からλ／６よりも小さい距離に位置し、またその
   右側境界が同セルの右側へ最も遠い歯の外縁からλ／６
   よりも小さい距離に位置しており、歯の幅はλ／６に等
   しい、請求項２によるトランスデューサ。