JPH05129881A - 弾性表面波発振器 - Google Patents
弾性表面波発振器Info
- Publication number
- JPH05129881A JPH05129881A JP29321791A JP29321791A JPH05129881A JP H05129881 A JPH05129881 A JP H05129881A JP 29321791 A JP29321791 A JP 29321791A JP 29321791 A JP29321791 A JP 29321791A JP H05129881 A JPH05129881 A JP H05129881A
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- JP
- Japan
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- acoustic wave
- surface acoustic
- semiconductor substrate
- piezoelectric semiconductor
- electric field
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- Pending
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- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 製造工程が簡略化でき、かつ小型の弾性表面
波発振器を得る。 【構成】 圧電半導体基板1の上面に、直流電界Eを印
加するための電極3,4a〜4dと、弾性表面波の伝搬
路をループ路とするための表面弾性波反射用すだれ状電
極6a〜6dと、入出力用すだれ状電極8,9を設け
る。さらに、直流磁界Hを基板1の上面に対して垂直な
方向に印加する。基板1のキャリアはホール効果により
弾性表面波15の伝搬方向に対して平行な方向の移動速
度成分をも有する。従って、このキャリアの移動速度を
弾性表面波15の伝搬速度より大きくすることにより、
キャリアは弾性表面波15に付随する電界と結合し、弾
性表面波を増幅する。弾性表面波15は増幅されなが
ら、反射用すだれ状電極6a〜6dによって反射され、
再び同相で入力側に帰還する。
波発振器を得る。 【構成】 圧電半導体基板1の上面に、直流電界Eを印
加するための電極3,4a〜4dと、弾性表面波の伝搬
路をループ路とするための表面弾性波反射用すだれ状電
極6a〜6dと、入出力用すだれ状電極8,9を設け
る。さらに、直流磁界Hを基板1の上面に対して垂直な
方向に印加する。基板1のキャリアはホール効果により
弾性表面波15の伝搬方向に対して平行な方向の移動速
度成分をも有する。従って、このキャリアの移動速度を
弾性表面波15の伝搬速度より大きくすることにより、
キャリアは弾性表面波15に付随する電界と結合し、弾
性表面波を増幅する。弾性表面波15は増幅されなが
ら、反射用すだれ状電極6a〜6dによって反射され、
再び同相で入力側に帰還する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は弾性表面波発振器に関す
る。
る。
【0002】
【従来の技術と課題】従来より、圧電半導体基板の表面
に一対のすだれ状電極を設けた弾性表面波フィルタと増
幅器とを組み合わせた発振器が知られている。しかしな
がら、従来の発振器は弾性表面波フィルタと増幅器を別
々の部品として作成した後、組み合わせて構成するもの
であったため、製造工程が多くなり、かつ、製品のサイ
ズも大型になるという問題点があった。
に一対のすだれ状電極を設けた弾性表面波フィルタと増
幅器とを組み合わせた発振器が知られている。しかしな
がら、従来の発振器は弾性表面波フィルタと増幅器を別
々の部品として作成した後、組み合わせて構成するもの
であったため、製造工程が多くなり、かつ、製品のサイ
ズも大型になるという問題点があった。
【0003】そこで、本発明の課題は、製造工程が簡略
化でき、かつ、小型の弾性表面波発振器を提供すること
にある。
化でき、かつ、小型の弾性表面波発振器を提供すること
にある。
【0004】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、本発明に係る弾性表面波発振器は、(a)圧電半導
体基板と、(b)前記圧電半導体基板の表面に設けた入
出力用すだれ状電極と、(c)前記圧電半導体基板の表
面で、かつ、弾性表面波の伝搬路をループ路とするため
に該伝搬路に設けた弾性表面波を反射する反射手段と、
(d)前記圧電半導体基板の表面に設けられ、かつ、前
記圧電半導体基板の表面に対して平行で、かつ、前記弾
性表面波の伝搬路と直交する方向に直流電界を印加する
ための対向電極と、(e)前記圧電半導体基板の表面に
対して垂直な方向に直流磁界を印加する磁界発生手段
と、を備えたことを特徴とする。
め、本発明に係る弾性表面波発振器は、(a)圧電半導
体基板と、(b)前記圧電半導体基板の表面に設けた入
出力用すだれ状電極と、(c)前記圧電半導体基板の表
面で、かつ、弾性表面波の伝搬路をループ路とするため
に該伝搬路に設けた弾性表面波を反射する反射手段と、
(d)前記圧電半導体基板の表面に設けられ、かつ、前
記圧電半導体基板の表面に対して平行で、かつ、前記弾
性表面波の伝搬路と直交する方向に直流電界を印加する
ための対向電極と、(e)前記圧電半導体基板の表面に
対して垂直な方向に直流磁界を印加する磁界発生手段
と、を備えたことを特徴とする。
【0005】
【作用】以上の構成において、直流電界を圧電半導体基
板の表面に対して平行で、かつ、弾性表面波の伝搬方向
と直交する方向に印加し、直流磁界を圧電半導体基板の
表面に対して垂直な方向に印加するため、ホール効果に
より圧電半導体基板のキャリアが弾性表面波の伝搬方向
に対して垂直な方向及び平行な方向にそれぞれ略等しい
オーダの速度成分を有する。弾性表面波の伝搬方向に対
して平行な方向のキャリア移動速度をV(d)、弾性表
面波の伝搬速度をV(s)とすると、 V(d)>V(s) の関係を満足するように直流電界等を調整すればキャリ
アが弾性表面波に付随する電界と結合し、弾性表面波が
増幅される。
板の表面に対して平行で、かつ、弾性表面波の伝搬方向
と直交する方向に印加し、直流磁界を圧電半導体基板の
表面に対して垂直な方向に印加するため、ホール効果に
より圧電半導体基板のキャリアが弾性表面波の伝搬方向
に対して垂直な方向及び平行な方向にそれぞれ略等しい
オーダの速度成分を有する。弾性表面波の伝搬方向に対
して平行な方向のキャリア移動速度をV(d)、弾性表
面波の伝搬速度をV(s)とすると、 V(d)>V(s) の関係を満足するように直流電界等を調整すればキャリ
アが弾性表面波に付随する電界と結合し、弾性表面波が
増幅される。
【0006】一方、反射手段によって、弾性表面波の伝
搬路はループ路とされるため、弾性表面波は増幅されな
がら前記伝搬路を周回し、再び入力側に帰還する。従っ
て、弾性表面波が同相で帰還するように入出力用すだれ
状電極を圧電半導体基板の表面に設ければ、この弾性表
面波デバイスは発振器としての機能を有する。
搬路はループ路とされるため、弾性表面波は増幅されな
がら前記伝搬路を周回し、再び入力側に帰還する。従っ
て、弾性表面波が同相で帰還するように入出力用すだれ
状電極を圧電半導体基板の表面に設ければ、この弾性表
面波デバイスは発振器としての機能を有する。
【0007】
【実施例】以下、本発明に係る弾性表面波発振器の一実
施例を添付図面を参照して説明する。図1に示すよう
に、圧電半導体基板1の上面の略中央部には矩形状パタ
ーンのバイアス電極3及びこの電極3の外側に電極3に
対向するように4個のグランド電極4a,4b,4c,
4dが配設されている。圧電半導体基板1の材料として
は、不純物濃度が1014個/cm3のP型GaAsが用
いられている。なお、発振周波数は圧電半導体基板1の
不純物濃度に依存する。従って、所望の周波数にて発振
できるように適切な不純物濃度に設定しておく。
施例を添付図面を参照して説明する。図1に示すよう
に、圧電半導体基板1の上面の略中央部には矩形状パタ
ーンのバイアス電極3及びこの電極3の外側に電極3に
対向するように4個のグランド電極4a,4b,4c,
4dが配設されている。圧電半導体基板1の材料として
は、不純物濃度が1014個/cm3のP型GaAsが用
いられている。なお、発振周波数は圧電半導体基板1の
不純物濃度に依存する。従って、所望の周波数にて発振
できるように適切な不純物濃度に設定しておく。
【0008】バイアス電極3は引き出し電極3aを介し
て直流電源に接続され、グランド電極4a〜4dはそれ
ぞれ引き出し電極5a,5b,5c,5dを介して接地
されている。電極3と4a〜4dの間隔は、弾性表面波
15が伝搬する際に生ずる回折現象等を考慮して表面弾
性波15の伝搬路が十分確保できるように、かつ、印加
直流電圧が低くなるように弾性表面波15の波長の十数
倍の寸法に設計される。反射用すだれ状電極6a,6
b,6c,6dはバイアス電極3の四つの角部に向き合
う位置に配設されている。反射用すだれ状電極6a〜6
dは弾性表面波15の伝搬路に対して45゜傾いた状態
で配設されているため、電極6a〜6dに入射した弾性
表面波15の一部は透過し、一部はその伝搬方向を90
゜変えて反射される。
て直流電源に接続され、グランド電極4a〜4dはそれ
ぞれ引き出し電極5a,5b,5c,5dを介して接地
されている。電極3と4a〜4dの間隔は、弾性表面波
15が伝搬する際に生ずる回折現象等を考慮して表面弾
性波15の伝搬路が十分確保できるように、かつ、印加
直流電圧が低くなるように弾性表面波15の波長の十数
倍の寸法に設計される。反射用すだれ状電極6a,6
b,6c,6dはバイアス電極3の四つの角部に向き合
う位置に配設されている。反射用すだれ状電極6a〜6
dは弾性表面波15の伝搬路に対して45゜傾いた状態
で配設されているため、電極6a〜6dに入射した弾性
表面波15の一部は透過し、一部はその伝搬方向を90
゜変えて反射される。
【0009】圧電半導体基板1の上面の右上隅部分には
入力用すだれ状電極8と出力用すだれ状電極9が配設さ
れている。すだれ状電極8,9は電気−機械エネルギー
変換機能を有する。このすだれ状電極8,9の位置関係
は弾性表面波15が同相で入力側へ帰還するように設定
されている。入力用すだれ状電極8は引き出し電極8
a,8bを介して交流パルス発生器12に電気的に接続
されている。これらバイアス電極3、グランド電極4a
〜4d、反射用すだれ状電極6a〜6d及び入出力用す
だれ状電極8,9の材料としてはアルミニウム等が用い
られ、フォトエッチング法等の手段により形成されてい
る。
入力用すだれ状電極8と出力用すだれ状電極9が配設さ
れている。すだれ状電極8,9は電気−機械エネルギー
変換機能を有する。このすだれ状電極8,9の位置関係
は弾性表面波15が同相で入力側へ帰還するように設定
されている。入力用すだれ状電極8は引き出し電極8
a,8bを介して交流パルス発生器12に電気的に接続
されている。これらバイアス電極3、グランド電極4a
〜4d、反射用すだれ状電極6a〜6d及び入出力用す
だれ状電極8,9の材料としてはアルミニウム等が用い
られ、フォトエッチング法等の手段により形成されてい
る。
【0010】図2には、圧電半導体基板1の上面に対し
て垂直な方向に直流磁界Hを印加する磁界発生手段が示
されている。基板1はコイル20の内側に、コイル20
の軸方向に対して垂直に配設されている。電流Iがコイ
ル20を流れると、基板1の上面から下面への方向の直
流磁界Hが発生する。次に、以上の構成からなる弾性表
面波発振器の発振作用について説明する。直流電源によ
って電極3と4a〜4d間に電圧を印加し、直流電界E
を発生させる。直流電界Eの向きは、基板1の上面に対
して平行で、かつ、弾性表面波10の伝搬路と直交する
方向(図1において点線の矢印で示す方向)である。直
流電界Eにより、基板1のキャリアである正孔は弾性表
面波15の伝搬路と直交する方向に移動速度V(y)で
移動する。さらに、直流電界Eの印加に合わせてコイル
20に電流Iを流して、基板1の上面に対して垂直な方
向に直流磁界Hを発生させる。直流磁界Hが十分強い
と、ホール効果により前記正孔は弾性表面波15の伝搬
路に対して平行な方向の移動速度V(x)をも有するよ
うになる。すなわち、直流電界Eの強度をEr、直流磁
界Hの磁束密度をB、正孔の有効質量をm、正孔の運動
量緩和時間をτとすると、正孔の運動方程式は、
て垂直な方向に直流磁界Hを印加する磁界発生手段が示
されている。基板1はコイル20の内側に、コイル20
の軸方向に対して垂直に配設されている。電流Iがコイ
ル20を流れると、基板1の上面から下面への方向の直
流磁界Hが発生する。次に、以上の構成からなる弾性表
面波発振器の発振作用について説明する。直流電源によ
って電極3と4a〜4d間に電圧を印加し、直流電界E
を発生させる。直流電界Eの向きは、基板1の上面に対
して平行で、かつ、弾性表面波10の伝搬路と直交する
方向(図1において点線の矢印で示す方向)である。直
流電界Eにより、基板1のキャリアである正孔は弾性表
面波15の伝搬路と直交する方向に移動速度V(y)で
移動する。さらに、直流電界Eの印加に合わせてコイル
20に電流Iを流して、基板1の上面に対して垂直な方
向に直流磁界Hを発生させる。直流磁界Hが十分強い
と、ホール効果により前記正孔は弾性表面波15の伝搬
路に対して平行な方向の移動速度V(x)をも有するよ
うになる。すなわち、直流電界Eの強度をEr、直流磁
界Hの磁束密度をB、正孔の有効質量をm、正孔の運動
量緩和時間をτとすると、正孔の運動方程式は、
【0011】
【数1】
【0012】となる。さらに、qB/m=ω,qτ/m
=μとすると、
=μとすると、
【0013】
【数2】
【0014】と書き換えられる。ゆえに、
【0015】
【数3】
【0016】となる。通常τV(x)及びτV(y)の
数値は基板1の大きさと比較して十分小さいので(1)
式の右辺第1項は無視できる。従って、ωτ≒1であれ
ば正孔の移動速度は弾性表面波15の伝搬路に対して垂
直な方向及び平行な方向に対して略等しいオーダの速度
成分を有する。前記状態の下で、交流パルス発生器12
から入力用すだれ状電極8に電気信号を供給する。電気
信号は弾性表面波15に変換され、弾性表面波15は圧
電半導体基板1の表面部分を伝搬する。弾性表面波15
は反射用すだれ状電極6aに入射し、その一部が透過し
てバイアス電極3とグランド電極4aに挟まれた領域に
伝搬する。弾性表面波15の伝搬速度をV(s)とする
と、 V(x)>V(s) の関係を満足するように直流電界Eの強さEr等を調整
しておけば正孔が弾性表面波15に付随する電界と結合
し、弾性表面波15を増幅することができる。増幅され
た弾性表面波15は反射用すだれ状電極6bに入射し、
その一部が反射されてバイアス電極3とグランド電極4
bに挟まれた領域に伝搬する。この領域においても、移
動速度V(x)を有する正孔が弾性表面波15に付随す
る電界と結合し、弾性表面波15を増幅させる。こうし
て、弾性表面波15は増幅されながら、各反射用すだれ
状電極6b〜6dによって反射され、再び同相で入力側
に帰還する。従って、この弾性表面波デバイスは発振器
として機能することができる。
数値は基板1の大きさと比較して十分小さいので(1)
式の右辺第1項は無視できる。従って、ωτ≒1であれ
ば正孔の移動速度は弾性表面波15の伝搬路に対して垂
直な方向及び平行な方向に対して略等しいオーダの速度
成分を有する。前記状態の下で、交流パルス発生器12
から入力用すだれ状電極8に電気信号を供給する。電気
信号は弾性表面波15に変換され、弾性表面波15は圧
電半導体基板1の表面部分を伝搬する。弾性表面波15
は反射用すだれ状電極6aに入射し、その一部が透過し
てバイアス電極3とグランド電極4aに挟まれた領域に
伝搬する。弾性表面波15の伝搬速度をV(s)とする
と、 V(x)>V(s) の関係を満足するように直流電界Eの強さEr等を調整
しておけば正孔が弾性表面波15に付随する電界と結合
し、弾性表面波15を増幅することができる。増幅され
た弾性表面波15は反射用すだれ状電極6bに入射し、
その一部が反射されてバイアス電極3とグランド電極4
bに挟まれた領域に伝搬する。この領域においても、移
動速度V(x)を有する正孔が弾性表面波15に付随す
る電界と結合し、弾性表面波15を増幅させる。こうし
て、弾性表面波15は増幅されながら、各反射用すだれ
状電極6b〜6dによって反射され、再び同相で入力側
に帰還する。従って、この弾性表面波デバイスは発振器
として機能することができる。
【0017】ところで、弾性表面波15は反射用すだれ
状電極6a〜6dを透過あるいは反射する際に少なくと
も3dBの損失が生じる。従って、弾性表面波15は電
極6a〜6d相互間を伝搬するあいだに3dBを越える
増幅利得が得られるように設計しておく必要がある。例
えば、周波数700MHz(波長λは約4μm)の発振
を行なった場合、弾性表面波15の利得は約30dB/
cmとなるので、電極6a〜6d相互間は数mm以上離
して、弾性表面波15の伝搬路を数mm以上確保してお
く必要がある。このとき、直流電源電圧は20(V)、
電極3と4a〜4bの間隔は40μm(≒10λ)とし
た。
状電極6a〜6dを透過あるいは反射する際に少なくと
も3dBの損失が生じる。従って、弾性表面波15は電
極6a〜6d相互間を伝搬するあいだに3dBを越える
増幅利得が得られるように設計しておく必要がある。例
えば、周波数700MHz(波長λは約4μm)の発振
を行なった場合、弾性表面波15の利得は約30dB/
cmとなるので、電極6a〜6d相互間は数mm以上離
して、弾性表面波15の伝搬路を数mm以上確保してお
く必要がある。このとき、直流電源電圧は20(V)、
電極3と4a〜4bの間隔は40μm(≒10λ)とし
た。
【0018】以上のように、1枚の圧電半導体基板1上
において、弾性表面波は増幅されながら再び同相で入力
側に帰還するので、従来のように別の増幅器と組み合わ
せて発振器を作成する必要がなくなる。従って、製造工
程が簡略化でき、かつ、小型の弾性表面波発振器が得ら
れる。なお、本発明に係る弾性表面波発振器は前記実施
例に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々
に変形することができる。
において、弾性表面波は増幅されながら再び同相で入力
側に帰還するので、従来のように別の増幅器と組み合わ
せて発振器を作成する必要がなくなる。従って、製造工
程が簡略化でき、かつ、小型の弾性表面波発振器が得ら
れる。なお、本発明に係る弾性表面波発振器は前記実施
例に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々
に変形することができる。
【0019】前記実施例の全ての反射用すだれ状電極の
後方の位置に出力用すだれ状電極を配設すれば、前記3
dBの損失を無駄にすることなく有効利用できると共
に、四つの出力が得られる。また、圧電半導体基板には
キャリアが伝導電子のn型圧電半導体を材料として用い
てもよい。この場合、弾性表面波の伝搬方向に対して直
交して印加される直流電界の向きは前記実施例と逆方向
になるように設定される。
後方の位置に出力用すだれ状電極を配設すれば、前記3
dBの損失を無駄にすることなく有効利用できると共
に、四つの出力が得られる。また、圧電半導体基板には
キャリアが伝導電子のn型圧電半導体を材料として用い
てもよい。この場合、弾性表面波の伝搬方向に対して直
交して印加される直流電界の向きは前記実施例と逆方向
になるように設定される。
【0020】さらに、表面弾性波を反射する反射手段
は、前記実施例のすだれ状電極に限定されるものではな
く、圧電半導体基板の表面に設けた溝等であってもよ
い。
は、前記実施例のすだれ状電極に限定されるものではな
く、圧電半導体基板の表面に設けた溝等であってもよ
い。
【0021】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、直流電界を圧電半導体基板の表面に対して平行
で、かつ、弾性表面波の伝搬方向と直交する方向に印加
し、直流磁界を圧電半導体基板の表面に対して垂直な方
向に印加したので、ホール効果により圧電半導体のキャ
リアは弾性表面波の伝搬方向に対して平行な方向にも移
動速度成分を得ることができる。このキャリアの移動速
度を弾性表面波の伝搬速度より大きくすることにより、
キャリアは弾性表面波に付随する電界と結合し、弾性表
面波を増幅することができる。表面弾性波は増幅されな
がら、弾性表面波反射手段によって反射され、再び同相
で入力側に帰還する。すなわち、発振器として機能す
る。従って、従来のように別の増幅器と組み合わせて発
振器を作製する必要がなくなり、製造工程が簡略化で
き、かつ、小型の弾性表面波発振器が得られる。
よれば、直流電界を圧電半導体基板の表面に対して平行
で、かつ、弾性表面波の伝搬方向と直交する方向に印加
し、直流磁界を圧電半導体基板の表面に対して垂直な方
向に印加したので、ホール効果により圧電半導体のキャ
リアは弾性表面波の伝搬方向に対して平行な方向にも移
動速度成分を得ることができる。このキャリアの移動速
度を弾性表面波の伝搬速度より大きくすることにより、
キャリアは弾性表面波に付随する電界と結合し、弾性表
面波を増幅することができる。表面弾性波は増幅されな
がら、弾性表面波反射手段によって反射され、再び同相
で入力側に帰還する。すなわち、発振器として機能す
る。従って、従来のように別の増幅器と組み合わせて発
振器を作製する必要がなくなり、製造工程が簡略化で
き、かつ、小型の弾性表面波発振器が得られる。
【図1】本発明に係る弾性表面波発振器の一実施例を示
す概略構成図。
す概略構成図。
【図2】図1に示した弾性表面波発振器の磁界発生手段
を説明するための斜視図。
を説明するための斜視図。
1…圧電半導体基板 3…バイアス電極(対向電極) 4a,4b,4c,4d…グランド電極(対向電極) 8…入力用すだれ状電極 9…出力用すだれ状電極 6a,6b,6c,6d…反射用すだれ状電極(反射手
段) 15…弾性表面波 20…コイル(磁界発生手段) E…直流電界 H…直流磁界
段) 15…弾性表面波 20…コイル(磁界発生手段) E…直流電界 H…直流磁界
Claims (1)
- 【請求項1】 圧電半導体基板と、 前記圧電半導体基板の表面に設けた入出力用すだれ状電
極と、 前記圧電半導体基板の表面で、かつ、弾性表面波の伝搬
路をループ路とするために該伝搬路に設けた弾性表面波
を反射する反射手段と、 前記圧電半導体基板の表面に設けられ、かつ、前記圧電
半導体基板の表面に対して平行で、かつ、前記弾性表面
波の伝搬路と直交する方向に直流電界を印加するための
対向電極と、 前記圧電半導体基板の表面に対して垂直な方向に直流磁
界を印加する磁界発生手段と、 を備えたことを特徴とする弾性表面波発振器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29321791A JPH05129881A (ja) | 1991-11-08 | 1991-11-08 | 弾性表面波発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29321791A JPH05129881A (ja) | 1991-11-08 | 1991-11-08 | 弾性表面波発振器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05129881A true JPH05129881A (ja) | 1993-05-25 |
Family
ID=17791944
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP29321791A Pending JPH05129881A (ja) | 1991-11-08 | 1991-11-08 | 弾性表面波発振器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05129881A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8648893B2 (en) | 2005-06-20 | 2014-02-11 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Electrooptic device |
-
1991
- 1991-11-08 JP JP29321791A patent/JPH05129881A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8648893B2 (en) | 2005-06-20 | 2014-02-11 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Electrooptic device |
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