JPH0435926B2 - - Google Patents

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JPH0435926B2
JPH0435926B2 JP57153045A JP15304582A JPH0435926B2 JP H0435926 B2 JPH0435926 B2 JP H0435926B2 JP 57153045 A JP57153045 A JP 57153045A JP 15304582 A JP15304582 A JP 15304582A JP H0435926 B2 JPH0435926 B2 JP H0435926B2
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JP
Japan
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wave
parametric
input
interaction
frequency
Prior art date
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JP57153045A
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English (en)
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JPS5941911A (ja
Inventor
Shoichi Minagawa
Takeshi Okamoto
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Faurecia Clarion Electronics Co Ltd
Original Assignee
Clarion Co Ltd
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Publication date
Application filed by Clarion Co Ltd filed Critical Clarion Co Ltd
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Priority to US06/527,692 priority patent/US4543533A/en
Priority to DE3331249A priority patent/DE3331249C2/de
Priority to GB08323471A priority patent/GB2126819B/en
Publication of JPS5941911A publication Critical patent/JPS5941911A/ja
Publication of JPH0435926B2 publication Critical patent/JPH0435926B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F13/00Amplifiers using amplifying element consisting of two mechanically- or acoustically-coupled transducers, e.g. telephone-microphone amplifier

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microwave Amplifiers (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、パラメトリツク増幅作用により動作
するパラメトリツク増幅器に関するものである。
従来におけるパラメトリツク増幅器として弾性
表面波増幅器がある。その一例として特開昭54−
41089号に示されるように、半導体と圧電体とを
備えた積層体における圧電体の表面部に電気信号
の入力手段および出力手段を設けると共に、上記
入力手段および出力手段間の表面波信号伝播経路
上に直流バイアス電圧およびポンプ電力印加用の
電極を設け、上記半導体の表面部における表面電
荷層容量非線形性によるパラメトリツク相互作用
により上記入力手段によつて電気信号から変換さ
れた表面波信号を増幅し、この増幅された表面波
信号を上記出力手段により電気信号に変換して外
部に取り出すように構成したものが知られてい
る。
このパラメトリツク弾性表面波増幅器は、 1 高周波で高いQが得られる、 2 広い周波数範囲に渡つて同調可変とすること
ができる、 3 中心周波数の安定性を良くすることが容易で
ある。
等の利点を有している。
しかしこの反面、増幅器の増幅利得と増幅帯域
との間には密接な関係があるために、大きな増幅
利得を得ようとすると必然的に増幅帯域が狭くな
つてくるので、広帯域を必要とする信号系の処理
には不向きとなる。
また大きな増幅利得で動作させようとすると、
入力ポンプ電力の大きさやバイアス電圧を精密に
制御する必要があるために回路が複雑となる欠点
がある。
さらに従来において、非線形媒質表面を信号波
と共にその2倍の周波数のポンプ波を同時に同方
向に伝播させて信号波を増幅させるようにしたパ
ラメトリツク弾性表面波増幅器が知られている
が、 1 ポンプ波として高周波で大電力の弾性表面波
を用いる必要があるためポンプ波用トランスジ
ユーサの設計が難しくなる。
2 ポンプ波の伝播損失が生じるので大きな増幅
利得を得るのが難しくなる、 等の欠点があつた。
本発明は以上の諸問題に対処してなされたもの
で、波動伝播速度が周波数分散特性を示す波動伝
播媒体の表面であつて一方より入力波が伝播され
る場所に励振によりパラメータの変化する部分を
波の伝播方向に周期的に設け、上記周波数分散特
性上において一定条件を満足する波動が入力され
た時のみパラメトリツク相互作用を生じせしめて
その波動を上記媒体を伝播させるように構成し、
かつ上記パラメトリツク相互作用を生じせしめる
条件が、上記パラメータの変化する部分の周期長
をl、励振角周波数をωp、入力波の角周波数を
ω1および波数をβ1、相互作用の結果発生する波
の角周波数をω2および波数をβ2とした時、ωp=
ω1+ω2、2π/lβ1+β2を満足するような条件
から成るパラメトリツク増幅器を提供することを
目的とするものである。
以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。
第1図は本発明の実施例によりパラメトリツク
増幅器を示す斜視概略図で、1は半導体基板2と
その上に設けられた圧電体3とから成る積層体に
よつて構成された媒体、4は入力トランスジユー
サ、4A,4Bは信号入力端子、5は出力トラン
スジユーサ、5A,5Bは信号出力端子、6は上
記入力および出力トランスジユーサ4,5間に設
けられた交差指構造から成るポンプ電極、7はポ
ンプ電源、8は平衡−不平衡変換トランス、9は
入力弾性表面波、10,11は出力弾性表面波で
ある。
第2図は特にポンプ電極6の構成を示す概略図
で、ポンプ電極6は周期長lでもつて多数の電極
指6A,6B,6C…から成つている。なおLは
パラメトリツク相互作用が生じる領域の流さであ
る。上記積層体1を構成する半導体基板2は例え
ばシリコン、ガリウム砒素等から成り、この基板
2表面に周知の蒸着法、スパツタリング法、
CVD法等の技術によつて酸化亜鉛(ZnO)、窒化
アルミニウム(AlN)、ニオブ酸リチウム
(LiNbO3)、硫化カドミニウム(CdS)、硫化亜鉛
(ZnS)等の圧電体3が形成される。次いで圧電
体3表面には所望金属が蒸着法等によつて付着さ
れ、フオトリソグラフイー法により所望形状に加
工されることにより入力トランスジユーサ4、出
力トランスジユーサ5およびポンプ電極6が形成
される。
さらに入力および出力トランスジユーサ4,5
にはワイヤボンデイング法等により信号入力端子
4A,4Bおよび信号出力端子5A,5Bが形成
され、入力端子4A,4Bに電気信号を印加する
ことにより圧電体3に歪が生じて弾性表面波9が
発生して右方のポンプ電極6方向に伝播してい
く。
ここで上記媒体1は積層体構造から成つている
ために、一般にその表面を伝播する弾性表面波の
伝播速度と周波数との間には分散関係がある。
例えば弾性表面波の波長より表面層の厚みが大
きい場合には弾性表面波のエネルギーの大部分が
表面層内部を伝播するため、弾性表面波は表面層
の物質定数から定まる音速に近い速度で伝播する
ようになる。一方表面層の厚みが弾性表面波の波
長よりはるかに小さい場合には、弾性表面波はほ
ぼ下地基板から定まる速度で伝播するようにな
る。
一例として下地基板である半導体基板2として
シリコン、圧電体3として酸化亜鉛(ZnO)を用
いた場合は、シリコンの方が酸化亜鉛よりも弾性
表面波伝播速度が大きいので、酸化亜鉛の厚みが
一定の時の波数β(≡2π/λ、λ:弾性表面波波
長)と弾性表面波伝播速度Vsとの関係は第3図
のようになる。
よつて弾性表面波の波数βと角周波数ω(角速
度≡2πf)との関係は、第4図のような曲線で示
すことができる。この曲線上で上記βとωとを同
時に満足する弾性表面波だけが媒体を伝播するこ
とができる。
ここで入力弾性表面波9がポンプ電極6を伝播
する時、ポンプ電極6直下のシリコン表面に表面
電荷層容量非線形性等がある場合、この部分を伝
播する上記入力弾性表面波による圧電ポテンシヤ
ルとポンプ電極6に印加されたポンプ電源7から
のポンプ電圧とが上記表面電荷層容量非線形性を
介在してパラメトリツク相互作用を起こし、新し
い波としてアイドラ波を生ずる。
上記パラメトリツク相互作用の起きる条件は、
入力波の角周波数をω1および波数をβ1、新しく
発生するアイドラ波の角周波数をω2および波数
をβ2、 ポンプ電源7による励振角周波数をωpとした
時、 ωp=ω1+ω2 ……(1) βpβ1+β2(βp=2π/l) ……(2) を共に満足することが必要である。
さらに、新たに発生するアイドラ波のω2およ
びβ2が第4図の曲線上に位置していることが必要
である。
第4図において、12は入力弾性表面波の波動
ベクトル、13,13′はポンプ電源からのポン
プ信号の波動ベクトル、14はアイドラ波の波動
ベクトル、15は上記波動ベクトル12と波動ベ
クトル13′とによるパラメトリツク相互作用に
より予想される波動ベクトルを示している。
上記条件を満足しない入力弾性表面波が伝播し
てもパラメトリツク相互作用は起きない。例えば
第4図において波動ベクトル13′に相当する成
分があるが、これと入力弾性表面波との相互作用
によつて発生すると予想される波動ベクトル15
(β3=−βp−β1、ω2=ωp−ω1)は上記伝播条件
を満足しない(第4図の曲線上に位置しない)の
で弾性表面波として伝播することはない。
以上の結果、パラメトリツク相互作用により弾
性表面波10,11はポンプ電源7からエネルギ
ーを与えられ、互いに増大して媒体を伝播し出力
トランスジユーサ5によつて電気信号に変換され
て端子5A,5Bから出力される。
よつて角周波数ω1の信号に対してはこの素子
は増幅器として動作、出力としては増幅された
ω1の信号および周波数変換されたω2の信号が得
られる。これらω1およびω2の信号は一般に周波
数が異なつているため、外部のフイルター等を通
過させることによつて分離が可能である。また出
力トランスジユーサの形状を適当に設計すること
により、フイルター特性を持たせて上記両信号の
いずれか一方を出力させることも可能である。
第1図において波の伝播損失を小さいとした
時、増幅帯域の中心周波数における増幅利得は、 ω1の成分の利得 G1∝Cosh2√β1β2ξ1ξ2/8L ……(3) ω2の成分の利得 G2∝β2ξ2/β1
ξ1Sinh2√β1β2ξ1ξ2/8L……(4) で表わされる。
ここで、ξ1、ξ2は各々ω1、ω2の信号に対する
ポンプ信号によるシリコン表面の非線形性の大き
さを示し、Coshはハイパーボリツクコサイン、
Sinhはハイパーボリツクサインを示している。
上記式(3)、(4)から利得G1、G2を増大するため
には、 1 パラメトリツク相互作用領域の長さLを大き
くすること、 2 非線形性の大きさξ1、ξ2を大きくとること
(ポンプ電力を大きくすること)、 3 信号処理周波数を大きくすること、 等の方法が有効であることがわかる。
またポンプ電源7によるポンプ周波数ωpを設
定した時、増幅利得は周波数依存性を有し、第5
図のように上記ω1、ω2を各々中心周波数とする
二つの帯域幅B1、B2を持つ帯域通過増幅特性を
示す。
ここで帯域幅B1、B2は1 速度分散の大きさ、
2 信号周波数、3 ボンビングの強さ、4 パ
ラメトリツク相互作用領域の長さL、等により変
化するので適当に設計することができる。
上記励振周波数ωpを変化させた場合、増幅の
中心周波数もそれに対応して変化するので同調周
波数を可変にすることができる。
なお、前記式(1)、(2)の伝播条件を満足すること
により、信号波とアイドラ波とが逆向きに伝播す
る場合でも増幅動作は可能となる。第6図はその
場合の特性曲線を示すものである。
以上においては、媒体として半導体基板および
圧電体から成る積層体を用いた例について述べて
きたが、原理的には波動伝播速度の周波数分散特
性を示す媒体としては固体、液体、気体のいずれ
でもよく、また波としても弾性表面波に限らず静
磁波、電磁波、電子ビーム波等が伝播する際に外
部からのポンプ電力を周期的な非線形効果を通じ
て印加することによつてパラメトリツク相互作用
を起こす場合には全て適用できるものである。
以上述べて明らかなように本発明によれば、波
の伝播速度が周波数分散特性を示す媒体の表面に
励振によりパラメータの変化する部分を周期的に
設け、上記周波数分散特性上において一定条件を
満足する波が入力された時のみパラメトリツク相
互作用を生じせしめてその波を上記媒体を伝播さ
せるように構成したものであるから、波動伝播速
度の周波数分散特性を積極的に利用することで従
来欠点を除去することができる。
従来において進行波形パラメトリツク増幅器に
は周波数分散特性を示す伝播媒体を用いることは
難しかつたが、本発明のように特定の励振条件を
用いることによりそれが可能となり、このために
増幅帯域幅を比較的自由に設計することが可能と
なりこれと共に材料選択の範囲を増大することが
できる。
また増幅中心周波数は励振周波数を変化させる
ことによつて可変であるので、信号同調機能およ
び不要波除去機能を有している。加えて進行波的
な動作なので信号波とアイドラ波との分離が容易
であり、サーキユレータ等の付加装置は不要とな
る。
本発明によれば従来のパラメトリツク増幅器の
利点を維持したままで、それにさらに可変同調機
能を付加した実用的な進行波形増幅器を得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は共に本発明の実施例を示
す概略図、第3図乃至第6図はいずれも本発明を
説明するための特性図である。 1……媒体、2……半導体基板、3……圧電
体、4,5……トランスジユーサ、6……ポンプ
電極、7……ポンプ電源。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 波動伝播速度が周波数分散特性を示す波動伝
    播媒体の表面であつて一方より入力波が伝播され
    る場所に励振によりパラメータの変化する部分を
    波の伝播方向に周期的に設け、上記周波数分散特
    性上において一定条件を満足する波動が入力され
    た時のみパラメトリツク相互作用を生じせしめて
    その波動を上記媒体を伝播させるように構成し、
    かつ上記パラメトリツク相互作用を生じせしめる
    条件が、上記パラメータの変化する部分の周期長
    をl、励振角周波数をωp、入力波の角周波数を
    ω1および波数をβ1、相互作用の結果発生する波
    の角周波数をω2および波数をβ2とした時、ωp=
    ω1+ω2、2π/lβ1+β2を満足するような条件
    から成ることを特徴とするパラメトリツク増幅
    器。 2 上記角周波数ω1およびω2の各成分を分離す
    ることにより少なくとも一方を出力させるように
    構成したことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載のパラメトリツク増幅器。 3 弾性表面波の伝播速度が周波数分散特性を示
    す圧電体を含む媒体の表面に、入力トランスジユ
    ーサと出力トランスジユーサとを設けると共に、
    上記媒体表面の入力トランスジユーサと出力トラ
    ンスジユーサとの間に励振によるパラメータの変
    化する部分を弾性表面波の伝播方向に周期的に設
    け、上記周波数分散特性上において一定条件を満
    足する波が入力された時のみパラメトリツク相互
    作用を生じせしめてその波を上記媒体を伝播させ
    るように構成し、かつ上記パラメトリツク相互作
    用を生じせしめる条件が、上記パラメータの変化
    する部分の周期長をl、励振角周波数をωp、入
    力波の角周波数をω1および波数をβ1、相互作用
    の結果発生する波の角周波数をω2および波数を
    β2とした時、ωp=ω1+ω2、2π/lβ1+β2を満
    足するような条件から成ることを特徴とするパラ
    メトリツク増幅器。 4 上記角周波数ω1およびω2の各成分を分離す
    ることにより少なくとも一方を出力させるように
    構成したことを特徴とする特許請求の範囲第3項
    記載のパラメトリツク増幅器。 5 上記媒体が前記圧電体と半導体との積層体か
    ら成ることを特徴とする特許請求の範囲第3項又
    は第4項に記載のパラメトリツク増幅器。 6 上記パラメータの変化する部分が交差指構造
    のポンプ電極から成ることを特徴とする特許請求
    の範囲第3項又は第4項に記載のパラメトリツク
    増幅器。
JP57153045A 1982-09-01 1982-09-01 パラメトリツク弾性表面波増幅器 Granted JPS5941911A (ja)

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JP57153045A JPS5941911A (ja) 1982-09-01 1982-09-01 パラメトリツク弾性表面波増幅器
US06/527,692 US4543533A (en) 1982-09-01 1983-08-30 Parametric amplifier
DE3331249A DE3331249C2 (de) 1982-09-01 1983-08-30 Parametrischer Verstärker
GB08323471A GB2126819B (en) 1982-09-01 1983-09-01 Parametric amplifier

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JP57153045A JPS5941911A (ja) 1982-09-01 1982-09-01 パラメトリツク弾性表面波増幅器

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Publication Number Publication Date
JPS5941911A JPS5941911A (ja) 1984-03-08
JPH0435926B2 true JPH0435926B2 (ja) 1992-06-12

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ID=15553761

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5441089A (en) * 1977-09-08 1979-03-31 Clarion Co Ltd Surface elastic wave amplifier
JPS55610A (en) * 1978-06-06 1980-01-07 Clarion Co Ltd Frequency selection device
JPS57153044A (en) * 1981-03-19 1982-09-21 Idemitsu Kosan Co Ltd Resin concrete

Patent Citations (3)

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JPS5941911A (ja) 1984-03-08

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