JPH036915A - 弾性表面波コンボルバ及び弾性表面波コンボルバによるたたみ込み積分器 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は１弾性表面波コンボルバ（以下ＳＡＷコンボル
バと略称する）を用いたたたみ込み積分器の改良と、そ
のために用いるＳＡＷコンボルバの改良に関するもので
ある。

［発明の概要］ 少なくとも圧電膜を含む積層構造基板から成るＳＡ’Ｗ
コンボルバにおいて、１対の入力電極とゲート電極との
間に高濃度不純物半導体より成る第１及び第２のアレイ
電極を設けることによりセルフコンボリューションを抑
圧するようにしたもので、またこのようなコンボルバを
用いて、たたみ込み積分器を構成している。

［従来の技術］ 第９図に、従来のＳＡＷコンボルバの典型的な構造の上
面図を示す、同図において、１は圧電体基板又は圧電膜
／絶縁体／半導体積層基板、２はゲート電極、３はくし
形電極、４は入力端子、５は出力端子、６は吸音剤であ
る。そして圧電体基板を用いる構造の場合は、基板を伝
播する表面波の伝播損失が小さく、また群速度の周波数
分散も小さいので、ゲート電Ｖｉ２の長さを長くするこ
とができ、したがって長時間幅のたたみ込み積分ができ
るという特徴がある。また、圧電膜／絶縁体／半導体積
層基板を用いる場合は、基板の非線型定数が大きく、し
たがって高効率のコンボリューション効率が得られると
いう特徴がある。

しかし第９図の従来構造では、２つのくし形電極（以後
１．Ｄ、Ｔと称する）に入力した信号の間のコンボリュ
ーション信号（たたみ込み積分信号）の他に、セルフコ
ンボリューション信号と呼ばれる不必要な信号が生じる
。セルフコンボリューション信号とは、一つの１．Ｄ、
Ｔによって生起された表面波が、対向する１、Ｄ、Ｔに
よって反射されることによって生ずる信号である。第１
０図にその様子を示す。同図において、各１．Ｄ、Ｔに
印加された電気信号Ｆｔ（ｔ）、　Ｆ２（ｔ）によって
、夫々弾性表面波Ｓ、、Ｓ２が生じるが、各表面波が１
、Ｄ、Ｔによって反射し、反射波Ｓｔｒ＋　Ｓｉｒも生
じる。この場合、目的とするＳ工と８２のコンボリュー
ション信号の他に、Ｓｌとその反射波Ｓ　ｘ　ｒの間、
およびＳ２とその反射波Ｓ　ｚ　ｒの間、においてもコ
ンボリューション信号が生じることは明らかであろう、
後者の二つの信号Ｓ　１ｔ”　ｖ　Ｓ　ｚ　ｒがセルフ
コンボリューション信号である。この場合、ゲート電極
２に得られる出力信号Ｃ（ｔ）は次式で表わされる。

・（１） し ただし　　Ｔミー　　　　　　　・・・（２）ここで、
ｔは時間、Ｌはゲート長、■は表面波の伝播速度、には
定数、ｒは１．Ｄ、Ｔにおける表面波の反射係数、αは
表面波の減衰定数である。

また、（２）式で表わされるように、Ｔはゲート内遅延
時間に相当する。（１）式で、第１項は入力信号Ｆｘ（
ｔ）とＦ２（ｔ）のコンボリューション信号である。ま
た、第２，３項は反射波が無い場合（Ｔ”＝Ｏ）には存
在しない項であり、それらの項がセルフコンボリューシ
ョン信号である。

さて、このようなセルフコンボリューション信号は、コ
ンボルバの出力にとっては、スプリアスノイズとして現
れ、コンボルバのダイナミックレンジを低下させるとい
う好ましくない影響を与える。−例として、（３）、（
４）式で表わされる入力信号Ｆｉ（ｔ）＃　Ｆ２（ｔ）
が入力した時の出力信号Ｃ（ｔ）の例を第１１図に定性
的に示す。

第１１図には、Ｃ（ｔ）に、コンボリューション信号の
他にセルフコンボリューション信号も現れ、それがスプ
リアスレベルを大きくしている様子が示されている。こ
のようにスプリアスレベルが大きくなると、ＳＡＷコン
ボルバを応用する際に大きな問題となることがある０例
えば、ＳＡＷコンボルバをスペクトル拡散通信機（以下
、ＳＳ通信機と略す）に応用する場合、上述したような
スプリアスレベルの増加は、データ受信時の誤り率を増
加させ、データ転送速度を実効的に低下させたり、通信
可能距離を減少させたりする原因となる。

以上のようなセルフコンボリューション信号の影響を減
少させるために、これまで種々の方法が考えられてきた
。そのような方法として、例えばデュアルゲートのコン
ボルバ（文献［１］参照）や、一方向性トランスデユー
サの利用（文献［２］参照）の方法がある。

文献［１］ １、Ｙａｏ。

“Ｈｉｇｈ−ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　　ｅｌａｓｔｉ
ｃ　　ｃｏｎｖｏｌｖｅｒ　　ｗｉｔｈｐａｒａｂｏｌ
ｉｃ　ｈｏｒｎｓ”、Ｐｒｏｃ、１９８０　ＩＥＥＥ　
Ｕｌｔｒａｓｏｎ。

Ｓｙｍｐ、、１９８０．　ｐｐ３７−４２文献［２コ Ｃ，Ｌ、　Ｗｅｓｔ。

１１ＳＯｃｏｎｖｏｌｖｅｒ　ｅａ＋ｐｌｏｙｉｎｇ　
ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ
　　ｆｏｒ　　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　　ｅｆｆｉｃｉｅｎ
ｃｙ、、”Ｐｒｏｃ、１９８２　　ＩＥＥＥ　　Ｕｌｔ
ｒａｓｏｎ、Ｓｙｍｐ、、１９８２．ｐｐＨ９−１２３
［発明が解決しようとする課題］ しかし、前者の方法では、素子面積が大きくなり、外部
回路も複雑になるという欠点があるし。

後者の方法では、やはり素子面積が増加し、また周波数
帯域を広げることが困難であるという欠点がある。

また１本発明者は、圧電膜／絶縁体／半導体積層基板を
有するコンボルバにおいて、ゲート電極と１．Ｄ、Ｔの
間で、しかも圧電膜上に副電極を設置し、その副電極に
その下の半導体層が反転状態となるようなバイアスを印
加することによって、セルフコンボリューション信号を
抑圧する方法を先に特願昭６２−９４４９０号（特開昭
６３−２６０３１３号）で提案している。

上記の方法は、簡単な外部回路によってセルフコンボリ
ューションを抑圧できるという特徴がある。しかし、副
電極の部分が損失源となっているために、全体としてコ
ンボリューション効率の低下が避けられないという欠点
がある。

［発明の目的］ 本発明の目的はＳＡＷコンボルバを用いたたみ込み積分
器において、セルフコンボリューション信号の影響を抑
圧する方法と、その際に用いるＳＡＷコンボルバの有効
な構造を提供するにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため第１の発明は、圧電膜／絶縁体
／第１導電形半導体エピタキシャル層／第１導電形高濃
度不純物半導体から成る積層基板と、上記圧電膜上に所
定圧離隔てて配置された１対の入力電極と、上記１対の
入力電極に挟まれた圧電膜上の弾性表面波伝播路上に配
置されたコンボリューション出力取出用ゲート電極と、
該ゲート電極と上記入力電極の一方との間の上記絶縁体
下に配置され、第２導電形高濃度不純物半導体より成る
第１のアレイ状電極と、上記ゲート電極と上記入力電極
の他方との間の上記絶縁体下に配置され、第２導電形高
濃度不純物半導体より成る第２のアレイ状電極と、を含
むＳＡＷコンボルバを要旨とする。

第２の発明は、圧電膜／絶縁体／第１導電形半導体エピ
タキシャル層／第１導電形高濃度不純物半導体から成る
積層基板と、上記圧電膜上に所定距離隔てて配置された
１対の入力電極と、上記１対の入力電極に挟まれた圧電
膜上の弾性表面波伝播路上に配置されたコンボリューシ
ョン出力取出用ゲート電極と、該ゲート電極と上記入力
電極の一方との間の上記圧電膜上に配置された第１の副
電極と、上記ゲート電極と上記入力電極の他方との間の
上記圧電膜上に配置された第２の副電極と、該各副電極
下の上記絶縁体下に夫々配置され、第２導電形高濃度不
純物半導体より成る第１及び第２のアレイ状電極と、を
含むＳＡＷコンボルバを要旨とする。

第３の発明は、少なくとも圧電膜を含む基板と、上記圧
電膜上に所定距離隔てて配置された１対の入力電極と、
上記１対の入力電極に挟まれた圧電膜上の弾性表面波伝
播路上に配置されたコンボリューション出力取出し用ゲ
ート電極と、上記圧電膜上であって各入力電極と上記ゲ
ート電極に挟まれた領域に夫々配置され弾性表面波の伝
播損失を電気信号によって制御する損失制御部と、から
成る弾性表面波コンボルバと、ゲート内遅延時間を１゛
とし、弾性表面波が入力電極から発して近接するゲート
電極の端に到着するまでに要する遅延時間をＴｄとする
と共に、入力信号始点と参照入力信号始点とが同期する
ものとし、上記損失制御部を上記始点と共に、損失大か
ら小に変化せしめ。

Ｔ＋Ｔｄ経過後に再度損失大に戻す同期手段と。

を含むたたみ込み積分器を要旨とする。

第４の発明は、圧電膜／絶縁体／半導体から成る積層基
板と、上記圧電膜上に所定距離隔てて配置された１対の
入力電極と、上記１対の入力電極に挟まれた圧電膜上の
弾性表面波伝播路上に配置されたコンボリューション出
力取出用ゲート電極と、上記各入力電極とゲート電極に
挟まれた上記絶縁体下に配置され弾性表面波の伝播損失
を電気信号によって制御する損失制御部と、から成る弾
性表面波コンボルバと、ゲート内遅延時間をＴとし１弾
性表面波が入力電極から発して近接するゲート電極の端
に到着するまでに要する遅延時間をＴｄとすると共に、
入力信号始点と参照入力信号始点とが同期するものとし
、上記損失制御部を上記始点と共に、損失大から小に変
化せしめ、Ｔ＋Ｔｄ経過後に再度損失大に戻す同期手段
と、を含むたたみ込み積分器を要旨とする。

第５の発明は、圧電膜／絶縁体／第１導電形半導体エピ
タキシャル層／第１導電形高濃度から成る積層基板と、
圧電膜上に所定距離隔てて配置された１対の入力電極と
、１対の入力電極に挟まれた圧電膜上の弾性表面波伝播
路上に配置された出力取出用ゲート電極と、各入力電極
とゲート電極との間の圧電膜上に夫々配置された副電極
と、各副電極下の絶縁体下に夫々配置されたアレイ状電
極と、から成る弾性表面波コンボルバと、上記副電極に
バイアスを印加するバイアス供給手段と、ゲート内遅延
時間をＴとし、弾性表面波が入力電極から発して近接す
るゲート電極の端に到着するまでに要する遅延時間をＴ
ｄとすると共に、入力信号始点と参照入力信号始点とが
同期するものとし、上記損失制御部を上記始点と共に、
損失大から小に変化せしめ、Ｔ＋Ｔｄ経過後に再度損失
大に戻す同期手段と、を含むたたみ込み積分器を要旨と
する。

第６の発明は、圧電膜／絶縁体／半導体から成る積層基
板と、上記圧電膜上に所定距離隔てて配置された１対の
入力電極と、上記１対の入力電極に挟まれた圧電膜上の
弾性表面波伝播路上に配置されたコンボリューション出
力取出用ゲート電極と、上記各入力電極とゲート電極に
挟まれた上記絶縁体下に配置され弾性表面波の伝播損失
を電気信号によって制御する損失制御部と、から成る弾
性表面波コンボルバと、更に、各入力電極の入力側に夫
々介装され高周波信号をオン／オフするゲート回路と、
入力信号と参照入力信号に対してアレイ状電極及びゲー
ト回路の状態を制御し、同期させるための同期手段と、
含み、該同期手段は。

ゲート内遅延時間をＴとし、弾性表面波が入力電極から
発して近接するゲート電極の端に到着するまでの遅延時
間をＴｄとする時、入力信号と参照信号が周期Ｔの繰り
返し信号である時に、次のように （１）入力信号の周期の始まりと、参照信号の周期の始
まりと、ゲート回路の開閉の状態変化の時点を同期せし
める、 （ｉｉ）ゲート回路の開閉は１周期２Ｔで状態変化を繰
返す。各周期で半分の時間幅Ｔの間は開状態であり、残
りの時間は閉状態とする。

（徂）アレイ状電極の損失の状態も周期２Ｔで状態変化
を繰り返す、各周期で、時間幅Ｔ＋Ｔｄの間は損失の小
さい状態で、残りの時間幅は損失の大きい状態とする。

（ｉｖ）アレイ状電極が損失の大きい状態から損失の小
さい状態に状態変化する時点は、ゲート回路が閉状態か
ら開状態に状態変化する時点と一致せしめる同期制御す
るたたみ込み積分器を要旨とする。

［作用］ ＳＡＷコンボルバの損失制御部が入力信号と参照信号の
状態に応じて制御され同期させられるか。

又は入力信号、参照信号、ゲート回路の開閉を同期する
ように制御される。あるいは第１及び第２のアレイ状電
極に印加する制御電圧によってＳＡＷの伝播損失を制御
する。

これによりセルフコンボリューション信号の影響が抑圧
されるので、スプリアスノイズレベルが低減する。

［実施例コ 以下図面に示す実施例を説明する。

まず１本発明において、セルフコンボリューション信号
を抑圧するための基本的な構成を第１図に示す、同図は
、二つの１．Ｄ、Ｔに夫々入力する信号のうち、一方の
信号を入力信号Ｆ工（１）とし。

他方を参照信号Ｆ２（ｔ）として両者のたたみ込み積分
を行う場合の構成である１次に第４図に示すようなＳＡ
Ｗコンボルバ８において、第１２図と同一符号は同−又
は類似の部分を示し、更に同期部１０を備えている。

（ａ）弾性表面波の伝播損失を電気信号によって制御す
るような損失制御部７を、１．Ｄ、Ｔ３とゲート電極２
の間に設置している構造のＳＡＷコンボルバ８゜ （ｂ）入力信号と参照信号に対して、損失制御部７の状
態を制御し、同期させるための同期部１０゜入力信号と
参照信号が周期Ｔ　（Ｔはゲート内遅延時間）の繰り返
し信号である時は、同期部１０は、各信号と状態が第２
図のようになるように制御するものとする。

第２図において、 （ｉ）入力信号の周期の始まりと、参照信号の周期の始
まりが同期している。

（…）損失制御部７の損失の状態は周期２Ｔで状態変化
を繰り返す、そのうち、時間幅Ｔ＋Ｔｄの間は損失小の
状態で、残りの時間幅は損失大の状態である。ここでＴ
ｄは、１．Ｄ、Ｔから発した弾性表面波が近接するゲー
ト端に到着するまでの時間とする。

（ｎｉ）損失大→損失小の状態変化の時点は、入力信号
の周期の始まりの時点と２周期（２Ｔ）ごとに一致する
。

また、入力信号と参照信号が時間幅Ｔの単発現象である
時は、同期部１０は各信号と状態が第３図のようになる
ように制御するものとする。

第３図において。

（１）入力信号の始まりと、参照信号の始まりが同期し
ている。

（ｉｉ）損失制御部７の損失の状態は、上記の始まり時
点で損失小の状態となり１時間幅Ｔ＋Ｔｄの間だけその
状態を維持した後、再び損失大の状態に戻る。

なお、第２図及び第３図において損失制御部７の状態と
、損失制御部を制御する信号ｇ（ｔ）の間の関係が、ｇ
（ｔ）＞Ｏの時、損失が大きく。

ｇ（ｔ）＝Ｏの時、損失が小さくなるように示しである
が、これは説明のための一例にすぎず、基本的にはｇ（
ｔ）と損失制御部の状態が１対１に対応していれば、い
かなる関係になっていても構わない。

さて、第１図のＳＡＷコンボルバ８における損失制御部
７は、第２図及び第３図に示したように。

制御信号ｇ（ｔ）に応じて、即座にその部分を伝わる弾
性表面波の伝播損失を変化させるような特性を持ってい
なければならない、前述した先願の構造のコンボルバに
おいて、その構造の副電極の部分を損失制御部として用
いることにより、本発明の第１図の構成を実現すること
が原理的には可能である。しかし、先願の構造では、圧
電膜と酸化膜を介して半導体表面に電圧を印加する構造
であるために、少数キャリアの発生と再結合のための時
間が必要であり、制御信号（副電極に印加する電圧）の
変化に対して表面キャリア（少数キャリア）量の変化が
追いつかず、その結果として副電極の部分を伝わる表面
波の伝播損失を制御信号に応じて即座に変化させること
は実際上、極めて困雅である。そこで、従来構造のコン
ボルバによって本発明の第１図の構成を実現する代りに
次に示す新しい構造のコンボルバを用いた方が有利であ
る。

第４図に本発明によるＳＡＷコンボルバの一実施例の構
造整示す。このコンボルバは、圧電膜／絶縁体／半導体
構造の基板を用い、ゲート電極２とくし形電極３の間の
位置で圧電膜上に副電極１１を設け、さらに同じ位置で
半導体エピタキシャル層１９の上に、エピタキシャル層
の導電型と逆の導電型の半導体からなるアレイ状の電極
１３を設けている。この構造は、前述した先願の構造に
加えて、アレイ状の電極１３を設置した構造となってい
る。第４図において、半導体１８はｎ／ｎ°構造、ある
いはｐ／ｐゝ構造をとるものとし第１図と同−符号又は
類似の部分を示し、更に１１は副電極、１２は直流電源
、１３はＰ“型半導体（ｎ゛型半導体）、１４は制御電
極、１５は制御端子、１６は圧電膜、１７は絶縁体、１
８は半導体、１９はｎ型半導体エピタキシャル層（ｐ型
半導体エピタキシャル層）、２０はｎ゛型半導体基板（
ｐ型半導体基板）、２１は裏面電極である。この際。

アレイ状の電極１３は、半導体がｎ　／　ｎゝ構造の時
はｐ０型型半体で形成されているものとし。

ｐ／’ｐ”構造の時はｎ゛型半導体で形成されているも
のとする。このようなアレイ状の電極１３は、不純物の
拡散やイオン打込みによって容易に形成できる。第４図
の圧電膜、絶縁体、半導体及び各電極の材質は１種々の
ものが可能である。例えば、圧電膜としてはＺｎ○やＡ
ＱＮ、絶縁体としては５ｉｎ２やＳ　ｉ　Ｎ　ｘ、半導
体としてはＳｉやＧａＡｓ等を用いることができる。ま
た、各電極としてはＡＱ、ＡＱ／Ｔｉ、Ａｕ等を用いる
ことができる。

第４図のコンボルバを動作させる時は、ｒｉＩｉ電極１
１には、直流電圧を印加しておく、また、制御端子１５
に制御電圧を印加し、アレイ状の電極１３の電圧を制御
する。この時、副電極の部分を伝播する表面波の伝播損
失は、制御端子１５に印加した制御電圧の値に応じて定
まり、しかも電圧の変化があれば、それに応じて即座に
変化する（理由は後述する）。したがって制御端子１５
に印加する電圧を制御信号として表面波の伝播損失を制
御するようにすれば、第１図の構成で必要なコンボルバ
として、第４図のコンボルバを利用することができる。

次に本発明の詳細な説明をする。

まず、第１図の構成によってセルフコンボリューション
信号が抑圧できる理由を説明する。基本的な動作原理を
第１１図や第３図のような（時間幅Ｔの）単発信号の場
合について説明する。時刻１＝０にＦｌ（ｔ、）、　Ｆ
２（ｔ）なる信号が１．Ｄ、Ｔに印加さ・れた後に、ｔ
＝Ｔｄ、ｔ＝Ｔ＋Ｔｄ、ｔ＞Ｔ＋Ｔｄの各時点では、コ
ンボルバ上の表面波の振幅がどのようになるかを、第５
図に定性的に示す。同図の（ｃ）と（ｄ）を比較してわ
かるように、ｔ＞Ｔ＋Ｔｄで損失制御部７の損失を大き
くすると、セルフコンボリューション信号を抑圧するこ
とができる。その理由は、損失制御部での損失により、
くシ形電極からの反射波が小さくなるためである。その
点は第５図により明らかであろう。また、Ｏ≦ｔ≦Ｔ＋
Ｔｄにおいて損失制御部７の損失を小さくするのは、時
間幅Ｔの入力信号を、その振幅をできるだけ減少させず
にゲート電極上に導くためである。その点も第５図によ
り明らかであろう。以上が本発明の第１図の構成におい
て１時間幅Ｔの単発信号が入力する場合に第３図のよう
な制御を行う理由である。一方、第１図の構成において
、入力信号が周期Ｔの繰り返し信号である時に第２図の
ような制御を行うのも、基本釣には第５図での説明と同
様な理由である。ただし、損失制御部７の損失が大きな
状態に設定されている時点では、くし形電極３に入力し
ている入力信号も参照信号も減衰を受け、それらのコン
ボリューション信号は得られないことになる。そのよう
な不感時間をできるだけ少なくシ、シかもセルフコンボ
リューション信号の抑圧を確実に行うには、第２図に示
したように損失制御部７の状態を周期２Ｔで変化させれ
ば良い、この際第３図のタイミングと同様に損失大→損
失小の状態変化の時点は、入力信号の始まりの時点と一
致する必要がある。第２図においては、損失小の状態の
時間に入力した入力信号と参照信号の一周期（Ｔ）分の
コンポリューシＪン出力が、周期２Ｔで出力されること
になる１以上が第１図の構成の動作原理である。なお第
１図の構成では、前述した先願の方法と比較して、損失
制御部７の損失を時間的に変化させ、入力信号を入力す
る時点では損失を小さくするようにしているので、セル
フコンボリューション信号を抑圧しながら、しかもコン
ボリューション効率の低下が生じないという利点がある
。

次に第４図の構造のコンボルバにおいて、副電極の部分
を伝播する弾性表面波の伝播損失が゛、制御端子１５に
印加した電圧に応じて定まり、しかもその電圧が変化す
ればそれに応じて即座に変化する理由を説明する。第４
図の基板のような圧電体／絶縁体／半導体の積層構造体
では、その構造体を伝播する弾性表面波の伝播損失は、
半導体の表面状態に依存する。半導体の表面状態が空乏
状態の時と蓄積状態の時は伝播損失が小さいが、反転状
態となって半導体表面に少数キャリアが集まっている時
は、伝播損失が大きくなる。この点に関する詳細は、例
えば次の文献３を参照されたい。

文献［３コ Ｓ　、　Ｍｉｔｓｕｔｓｕｋａ　ｅｔ、ａｌ。

“Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ　１ｏｓｓ　ｏｆ　５ｕｒｆ
ａｃｅ　ａｃｏｕｓｔｉｃ　ｗａｖｅｓ　ｏｎ　ａｍｏ
ｎｏｌｉｔｈｉｃ　ｍｅｔａｌ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−
ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　５ｔｒｕｃｔｕｒｅ”Ｊ
ｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ
、Ｖｏｌ、６５．Ｎａ２，１５　Ｊａｎｕａｒｙ１９８
９ρＰ６５１−６６１ したがって何らかの方法によって半導体の表面状態を制
御すれば１弾性表面波の伝播損失を制御することができ
る０本発明の第４図の実施例では。

それを副電極１１と、アレイ状の電極１３によって行お
うとするものである。前述した先願の構造では副電極１
１のみによって半導体の表面状態を制御している。その
ような副電極のみの構造では。

弾性表面波の伝播損失を一定の値に保って、素子を動作
させるような応用には有用である。しかし弾性表面波の
伝播損失を時間的に高速に変化させたい場合には、副電
極１１のみの構造でそれを実行するのは極めて困難であ
る。それは、そのような構造では、圧電膜と絶縁体を介
して半導体に電圧を印加するために、半導体表面の少数
キャリアの量は少数キャリアの発生と再結合のための時
間で律速され、その結果、副電極に印加する電圧の変化
に対して少数キャリア量の変化が追いつかないためであ
る。これに対して本発明の第４図の構造では、副電極１
１に加えてアレイ状の電極１３を設け、副電極には一定
の直流バイアス（Ｖｃ）を印加し、アレイ状の電極１３
には制御電圧を印加するようにし、その制御電圧によっ
て弾性表面波の伝播損失を制御するようにしている。こ
の際、アレイ状の電極１３は、半導体エピタキシャル層
１９の導電型と逆の導電型の半導体で形成する。

この時、アレイ状の電極１３とエピタキシャル層１９は
ｐｎ接合を形成する。このような場合、少数キャリア（
エピタキシャル層にとっての少数キャリア）は、アレイ
状の電極１３から、直接注入されたり、引き抜かれたり
することになり、そのために少数キャリアの量はアレイ
状の電極１３に印加する電圧で制御され、しかも、その
電圧が変化すれば、それに応じて少数キャリアの量も即
座に変化することになる。また空乏層の空乏幅も上記の
電圧に応じて即座に変化する。その様子を一例として、
エピタキシャル層１９がｎ型、アレイ状の電極１３がｐ
０型の場合について第６図に示す、同図で、１１は副電
極、１２は直流電源、１６は圧電膜、１７は絶縁体であ
る。アレイ状の電極１３の不純物密度を高濃度にするの
は、電極の抵抗を小さくして、応答速度をできるだけ速
くするためである。第６図には、Ｐ０型のアレイ状の電
極から、少数キャリア（正孔）がｎ型のエピタキシャル
層に注入されたり引き抜かれたりする様子と、空乏幅が
変化する様子を示しである０以上のように、本発明の第
４図の構造では半導体表面の少数キャリアの量と空乏幅
をアレイ状の電極１３に印加する電圧によって制御し、
しかも高速制御が可能なので、それに対応して、弾性表
面波の伝播損失も、上記の電圧によって高速制御するこ
とが可能である０以上が本発明の第４図の動作原理であ
る。なお、この場合、副電極１１に直流電圧Ｖｃを印加
するのは、アレイ状の電極１３に印加する制御電圧の振
幅に応じて、表面波の伝播損失の最小値、または最大値
を調整するためである。

前述したように第４図の実施例の構造の各部の材質は種
々のものを用いることができるが、コンボルバのコンボ
リューション効率を高くし、また。

副電極部での弾性表面波の伝播損失の可変量を大きくす
るためには、電気機械結合定数の大きな構造と材質を用
いるのが望ましい、その意味では。

圧電膜としてＺｎＯ１絶縁体としてＳｉｏ、、半導体と
してＳｉを用い、しかも弾性表面波の伝播モードがセザ
ワ波であるようにするのが有利である。

その場合、Ｓｌの面方位を（１１０）とし、弾性表面波
の伝播方向を［１００］とすると、電気機械結合定数を
大きくすることができるので特に有利である。またＳｉ
の面方位を（１００）とし、弾性表面波の伝播方向を［
１１０］としても、電気機械結合定数が、かなり大きい
ので、上記の条件の次に有利と言える。なお、第４図及
びこれまでの説明で絶縁体１７が存在する構造について
示してきたが、絶縁体が無い構造であっても基本的な動
作は可能であり、その場合、その動作原理も第４図の構
造のものと同様である。ただし、素子の特性を安定化さ
せる意味では、絶縁体のある構造の方が有利である。

さて、これまで本発明の第１図の構成と、同じく本発明
の第４図の実施例の構造について説明したが、第１図の
構成の一変形例として、第７図の構成をとることも可能
である。同図において第１図と同一符号は同−又は類似
の部分を示し、更に第１図と比較して、くし形電極３の
前段に、ゲート回路２２を設置していることが特徴であ
る。ゲート回路２２とは、ＲＦ倍信号通過させたり、遮
断したりする回路とし、そのような動作は、具体的には
、ミキサーやアナログスイッチによって実現できる。ゲ
ート回路２２の開閉のタイミングと。

損失制御部７の状態変化のタイミングは第８図のように
なっているものとし、同期部１０はそのようなタイミン
グを制御しているものとする。第７図は、入力信号と参
照信号が周期Ｔ　（Ｔはゲート内遅延時間）の繰り返し
信号の場合に有用な構成であり、第８図はそのような繰
り返し信号の場合のタイミングを示している。第８図は
第１図の変形例で次のような動作の特徴を表わしている
。

（ｉ）入力信号の周期の始まりと参照信号の周期の始ま
りと、ゲート回路２２の開閉の状態変化が同期している
。

（ｉｉ）ゲート回路２２は１周期２Ｔで開閉状態の変化
を繰り返す、各周期で、半分の時間幅Ｔの間は開状態で
あり、残りの時間は閉状態である。

（ｉｉｉ）損失制御部７も周期２Ｔで損失状態の変化を
繰り返す、各周期で、時間幅Ｔ＋Ｔｄの間は損失小の状
態で、残りの時間幅は損失大の状態である（ＴｄはＩ　
、Ｄ、Ｔ　３から発した表面波が近接するゲート端に到
着するまでの時間）。

（ｉｖ）損失大→損失小の状態変化の時点は、ゲート回
路２２の閉→開の状態変化の時点と一致する。

ここでゲート回路２２の開状態とは高周波（ＲＦ）信号
を通過させる状態で、閉状態とは、ＲＦ倍信号遮断する
状態とする。

第７図のような構成を用い、上記のようなタイミング制
御を行う利点は、繰り返し信号の場合、第１図の構成と
比較してスプリアス信号をより小さくできることである
。

第１図の構成で、第２図のようなタイミング制御を行う
場合、ゲート回路２２上には、０≦ｔ＜Ｔ、２Ｔ≦ｔ＜
３Ｔ、・・・の時間範囲にある入力信号と参照信号だけ
でなく、Ｔ≦ｔ＜２Ｔ。

３Ｔ≦ｔ＜４Ｔ、・・・の範囲にある信号も存在し得る
。それは、損失制御部７で損失を大きくしても弾性表面
波を完全に減衰させることが、通常不可能だからである
（しかし、セルフコンボリューション信号の抑圧には十
分効果がある）、そのような場合、Ｏ≦ｔ＜Ｔ、２ＴＳ
ｔ＜３Ｔ、・・・の範囲にある入力信号と参照信号のコ
ンボリューション信号に対し、Ｔ≦ｔ（２Ｔ、３Ｔ≦ｔ
＜４Ｔ、・・・の信号の一部が相互作用し、スプリアス
信号を生じさせる可能性がある。それに対し、第７図の
構成で第８図のタイミング制御を行う場合は、ゲート回
路２２で、Ｔ≦ｔ＜２Ｔ、３Ｔ≦ｔ（４Ｔの信号が遮断
されているので、上述したような問題はなく、したがっ
て第１図の構成よりもスプリアスノイズを小さく可能で
ある。

なお、第１．３．８図のｇ（ｔ）は１例としてバイアス
である。また、第４図の素子において、副電極１１及び
バイアス１２は無くても動作可能であるし、また、アレ
イ状電極が無い副電極のみのものでも、動作可能である
（副電極を同期部で制御せしめる）。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、ＳＡＷコンボルバ
及びこれを用いたたたみ込み積分器において、セルフコ
ンボリューション信号の影響が抑圧されるので、そのコ
ンボリューション信号のスプリアスレベルを低減するこ
とができる。

なお本発明はＳＡＷコンボルバを用いる装置全般、例え
ばスペクトル拡散通信機、相関器、レーダー、画像処理
システム、フーリエ変換器などに広く応用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を示すブロック図、第２図
及び第３図は第１図における同期部の制御方法を示す図
、第４図は本発明の一実施例を示すブロック図、第５図
及び第６図は上記実施例の動作説明図、第７図は本発明
の他の実施例を示すブロック図、第８図は上記第７図の
実施例におけるゲート回路の制御方法を示す図、第９図
は従来のＳＡＷコンボルバを示す図、第１０図はその動
作説明図、第１１図は第９図のＳＡＷコンボルバにおけ
る入出力信号の波形図である。 ２・・・・・・・・・ゲート電極、３・・・・・・・・
・１．Ｄ、Ｔ、７・・・・・・・・・損失制御部、８・
・・・・・・・・ＳＡＷコンボルバ、９・・・・・・・
・・参照信号発生部、１０・・・・・・・・・同期部、
１１・・・・・・・・・副電極、１３・・・・・・・・
・ｐ００型半導（ｎＩ型半導体）、１４・・・・・・・
・・制御電極、１６・・・・・・・・・圧電膜。 １７・・・・・・・・・袷縁体、１８・・・・・・・・
・半導体、１９・・・・・・・・・ｎ型半導体エピタキ
シャル層（ｐ型半導体エピタキシャル層）、２０・・・
・・・・・・　ｎ０型半導体基板（ｐ”型半導体基板）
、２１・・・・・・・・・裏面電極。 第１図 第２図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）　圧電膜／絶縁体／第１導電形半導体エピタキシ
   ャル層／第１導電形高濃度不純物半導体から成る積層基
   板と、 上記圧電膜上に所定距離隔てて配置された１対の入力電
   極と、 上記１対の入力電極に挟まれた圧電膜上の弾性表面波伝
   播路上に配置されたコンボリューション出力取出用ゲー
   ト電極と、 該ゲート電極と上記入力電極の一方との間の上記絶縁体
   下に配置され、第２導電形高濃度不純物半導体より成る
   第１のアレイ状電極と、 上記ゲート電極と上記入力電極の他方との間の上記絶縁
   体下に配置され、第２導電形高濃度不純物半導体より成
   る第２のアレイ状電極と、を含むことを特徴とする弾性
   表面波コンボルバ。
2. （２）　圧電膜／絶縁体／第１導電形半導体エピタキシ
   ャル層／第１導電形高濃度不純物半導体から成る積層基
   板と、 上記圧電膜上に所定距離隔てて配置された１対の入力電
   極と、 上記１対の入力電極に挟まれた圧電膜上の弾性表面波伝
   播路上に配置されたコンボリューション出力取出用ゲー
   ト電極と、 該ゲート電極と上記入力電極の一方との間の上記圧電膜
   上に配置された第１の副電極と、 上記ゲート電極と上記入力電極の他方との間の上記圧電
   膜上に配置された第２の副電極と、該各副電極下の上記
   絶縁体下に夫々配置され、第２導電形高濃度不純物半導
   体より成る第１及び第２のアレイ状電極と、を含むこと
   を特徴とする弾性表面波コンボルバ。
3. （３）　少なくとも圧電膜を含む基板と、 上記圧電膜上に所定距離隔てて配置された１対の入力電
   極と、 上記１対の入力電極に挟まれた圧電膜上の弾性表面波伝
   播路上に配置されたコンボリューション出力取出用ゲー
   ト電極と、 上記圧電膜上であって各入力電極と上記ゲート電極に挟
   まれた領域に夫々配置され弾性表面波の伝播損失を電気
   信号によって制御する損失制御部と、から成る弾性表面
   波コンボルバと、 ゲート内遅延時間をＴとし、弾性表面波が入力電極から
   発して近接するゲート電極の端に到着するまでに要する
   遅延時間をＴｄとすると共に、入力信号始点と参照入力
   信号始点とが同期するものとし、 上記損失制御部を上記始点と共に、損失大から小に変化
   せしめ、Ｔ＋Ｔｄ経過後に再度損失大に戻す同期手段と
   、を含むことを特徴とするたたみ込み積分器。
4. （４）　圧電膜／絶縁体／半導体から成る積層基板と、 上記圧電膜上に所定距離隔てて配置された１対の入力電
   極と、 上記１対の入力電極に挟まれた圧電膜上の弾性表面波伝
   播路上に配置されたコンボリューション出力取出用ゲー
   ト電極と、 上記各入力電極とゲート電極に挟まれた上記絶縁体下に
   配置され弾性表面波の伝播損失を電気信号によって制御
   する損失制御部と、から成る弾性表面波コンボルバと、 ゲート内遅延時間をＴとし、弾性表面波が入力電極から
   発して近接するゲート電極の端に到着するまでに要する
   遅延時間をＴｄとすると共に、入力信号始点と参照入力
   信号始点とが同期するものとし、 上記損失制御部を上記始点と共に、損失大から小に変化
   せしめ、Ｔ＋Ｔｄ経過後に再度損失大に戻す同期手段と
   、を含むことを特徴とするたたみ込み積分器。
5. （５）　圧電膜／絶縁体／第１導電形半導体エピタキシ
   ャル層／第１導電形高濃度から成る積層基板と、 圧電膜上に所定距離隔てて配置された１対の入力電極と
   、 １対の入力電極に挟まれた圧電膜上の弾性表面波伝播路
   上に配置された出力取出用ゲート電極と、各入力電極と
   ゲート電極との間の圧電膜上に夫々配置された副電極と
   、 各副電極下の絶縁体下に夫々配置されたアレイ状電極と
   、から成る弾性表面波コンボルバと、上記副電極にバイ
   アスを印加するバイアス供給手段と、 ゲート内遅延時間をＴとし、弾性表面波が入力電極から
   発して近接するゲート電極の端に到着するまでに要する
   遅延時間をＴｄとすると共に、入力信号始点と参照入力
   信号始点とが同期するものとし、 上記損失制御部を上記始点と共に、損失大から小に変化
   せしめ、Ｔ＋Ｔｄ経過後に再度損失大に戻す同期手段と
   、を含むことを特徴とするたたみ込み積分器。
6. （６）　圧電膜／絶縁体／半導体から成る積層基板と、 上記圧電膜上に所定距離隔てて配置された１対の入力電
   極と、 上記１対の入力電極に挟まれた圧電膜上の弾性表面波伝
   播路上に配置されたコンボリューション出力取出用ゲー
   ト電極と、 上記各入力電極とゲート電極に挟まれた上記絶縁体下に
   配置され弾性表面波の伝播損失を電気信号によって制御
   する損失制御部と、から成る弾性表面波コンボルバと、 更に、各入力電極の入力側に夫々介装され高周波信号を
   オン／オフするゲート回路と、 入力信号と参照入力信号に対してアレイ状電極及びゲー
   ト回路の状態を制御し、同期させるための同期手段と、
   含み、 該同期手段は、ゲート内遅延時間をＴとし、弾性表面波
   が入力電極から発して近接するゲート電極の端に到着す
   るまでの遅延時間をＴｄとする時、入力信号と参照信号
   が周期Ｔの繰り返し信号である時に、次のように （ｉ）　入力信号の周期の始まりと、参照信号の周期の
   始まりと、ゲート回路の開閉の状態変化の時点を同期せ
   しめる。 （ｉｉ）　ゲート回路の開閉は、周期２Ｔで状態変化を
   繰返す。各周期で半分の時間幅Ｔの間は開状態であり、
   残りの時間は閉状態とする。 （ｉｉｉ）　アレイ状電極の損失の状態も周期２Ｔで状
   態変化を繰り返す。各周期で、時間幅Ｔ＋Ｔｄの間は損
   失の小さい状態で、残りの時間幅は損失の大きい状態と
   する。 （ｉｖ）　アレイ状電極が損失の大きい状態から損失の
   小さい状態に状態変化する時点は、ゲート回路が閉状態
   から開状態に状態変化する時点と一致せしめる同期制御
   することを特徴とするたたみ込み積分器。