JPH0537291A

JPH0537291A - 弾性表面波素子

Info

Publication number: JPH0537291A
Application number: JP19412591A
Authority: JP
Inventors: Kouichi Egara; 光一江柄; Norihiro Mochizuki; 規弘望月; Kenji Nakamura; 憲司中村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-08-02
Filing date: 1991-08-02
Publication date: 1993-02-12

Abstract

(57)【要約】【目的】基板裏面を傾斜させてバルク波の出力信号へ
の影響を抑制する弾性表面波素子において、基板の厚さ
を薄くする。【構成】基板の弾性表面波が伝搬される第１の面に対
向する第２の面を、所定方向に沿って互いに反対の傾斜
を持った２つの面から構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電体基板上で２つの
弾性表面波を互いに反対方向に伝搬させ、基板の物理的
非線形効果を利用して、これらの弾性表面波の相互作用
によって生じた信号を取り出すようにした弾性表面波素
子に関する。

【０００２】

【従来の技術】弾性表面波素子は、スペクトラム拡散通
信を行なうにあたってのキーデバイスとして、近年、そ
の重要性が増大しつつある。また、実時間信号処理デバ
イスとしての応用も多く、盛んに研究されている。

【０００３】このような弾性表面波素子としては、図１
０に示すような弾性表面波コンボルバが知られている。
この素子は、Ｙカット（Ｚ伝搬）ニオブ酸リチウムなど
の圧電性基板１１上に櫛型入力電極１２、１３及び出力
電極１４を設けることによって構成されている。入力電
極１２、１３に電気信号が入力されると、圧電性基板１
１に弾性表面波が励振され、これが出力電極１４でコン
ボリューション信号として取り出される。

【０００４】これらの電極は通常、アルミニウムなどの
導電性材料を用いて、フォトリソグラフィーによるパタ
ーニングによって形成される。

【０００５】このような弾性表面波コンボルバを用い
て、コンボリューション出力を取り出す場合には、ま
ず、櫛型入力電極１２、１３に各々、搬送角周波数ωの
２つの信号を入力し、これらの電気信号を弾性表面波信
号に変換する。そして、これらの弾性表面波を、圧電体
基板１１の表面で互いに反対方向に伝搬させ、基板の物
理的非線形効果を利用して、出力電極１４より搬送角周
波数２ωのコンボリューション信号をとりだす。

【０００６】すなわち、２つの弾性表面波を

【０００７】

【外１】とすると、基板上にはこの基板の非線形効果により、そ
の積である

【０００８】

【外２】の表面波が発生する。この信号は、一様な出力電極を設
けることにより、電極領域内で積分され、相互作用領域
長をｌとすると、

【０００９】

【外３】で表わされる信号として取出される。ここで、積分範囲
は相互作用長が信号長より大きい時実質上±∞としてよ
く、

【００１０】

【外４】とすると、（１）式は

【００１１】

【外５】となり、前記信号は２つの弾性表面波のコンボリューシ
ョンとなる。

【００１２】このようなコンボリューションのメカニズ
ムは、例えば「柴山、“弾性表面波の応用”テレビジョ
ン、３０４５７（１９７６）」などに詳述されてい
る。

【００１３】一方、上述のように基板表面を２つの表面
波が互いに反対方向に伝搬するとき、基板の物理的非線
形効果により、基板表面に垂直な方向に進行する搬送角
周波数２ωのバルク波が発生することが、ジャーナル・
オブ・アプライド・フィジックス（Ｊｏｕｒｎａｌｏ
ｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ）第４９巻、第１
２号、第５９２４〜５９２７頁、１９７８年に記載され
ている。

【００１４】このようなバルク波は、基板１１の裏面で
反射し、再び基板１１の表面へもどってきて、一部は出
力電極１４より取出される。更に一部は、基板１１の表
面で反射し、基板裏面方向へ伝搬し、再び裏面で反射し
てもどってくる。

【００１５】このように、基板の裏面方向へ発生したバ
ルク波は裏面で何度も反射をくり返し、その反射波の信
号は出力電極１４よりとりだされるため、コンボリュー
ション信号に悪影響をおよぼしていた。

【００１６】一方、上述のようなバルク波の基板裏面で
の反射による影響を抑える為に、基板を弾性表面波の伝
搬方向にテーパー状となるように形成した弾性表面波素
子が、アプライド・フィジックス・レターズ（Ａｐｐｌ
ｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ）第１５巻、
第９号、第３００〜３０２頁、１９６９年において提案
されている。

【００１７】このような従来の素子の例を図１１に示
す。図１１において図１０と同一の部材には同一の符号
を付し、詳細な説明は省略する。

【００１８】図１１の素子において、圧電性基板１５
は、弾性表面波の伝搬方向に沿って、その厚さが変化し
ている。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１１
の素子では、基板の厚さを弾性表面波の伝搬方向に変化
させたテーパー状に素子を形成しているため、基板の表
裏面が平行で有る従来の弾性表面波素子に比べ、基板の
厚さが厚くなる欠点があった。すなわち、弾性表面波を
伝搬させるためには、伝搬する弾性表面波の波長をλと
すると、数λ以上の基板の厚さが最低必要である。

【００２０】このため、基板をテーパー状にした場合、
従来の基板の表裏面が平行な弾性表面波素子に比べ、一
方の側で基板の厚さがかなり厚くなってしまう問題点が
生じた。

【００２１】本発明の目的は、バルク波の出力信号への
影響を抑制するため基板裏面を傾斜させた弾性表面波素
子において、基板の厚さが厚くなる問題点を改善するこ
とにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、圧
電体基板と、該基板の第１の面に形成され、所定方向に
伝搬する第１の弾性表面波を励振する第１の入力電極
と、前記基板の第１の面に形成され、所定方向と反対方
向に伝搬する第２の弾性表面波を励振する第２の入力電
極と、第１及び第２の弾性表面波の相互作用によって生
じた信号を取出す出力電極とから成る弾性表面波素子に
おいて、前記第１の面に対向する基板の第２の面を、前
記所定方向に沿って互いに反対の傾斜を持った２つの面
から構成することによって達成される。

【００２３】本発明の弾性表面波素子によれば、圧電体
基板の最もうすい部分の厚さ及びテーパーの角度が同じ
場合、テーパーが弾性表面波の伝搬方向へ一様な向きで
つけられている構成に比べ、基板の厚さ（最大部）を薄
くすることが出来る。

【００２４】

【実施例】図１は、本発明の弾性表面波素子の第１実施
例を示す概略斜視図である。また、図２は図１の素子の
線分Ａ−Ａ’に沿った略断面図である。

【００２５】図１及び図２において、符号１は、Ｙカッ
ト（Ｚ伝搬）ニオブ酸リチウムなどから成る圧電体基板
を示す。また、符号２および３は、それぞれ基板１上に
形成された第１および第２の櫛形入力電極を示す。符号
４は、基板１上の入力電極２および３の間に設けられた
出力電極を示す。入力電極２、３及び出力電極４は通
常、アルミニウムなどの導電性材料を用いて、フォトリ
ソグラフィーによるパターニングによって形成される。

【００２６】本実施例の素子において、基板裏面、即
ち、入力電極などが形成された基板１の第１の面１−１
に対向する基板１の第２の面は、弾性表面波の伝搬方向
に沿って互いに反対の傾斜を持った２つの傾斜面７−１
及び７−２から構成されている・この２つの傾斜面は、
第１の入力電極２と第２の入力電極３との間のほぼ中央
部（ａ部）を境に、この中央部から離れるにしたがっ
て、基板の厚さが厚くなるような逆テーパー状に形成さ
れている。第１の面１−１に対する傾斜面７−１および
７−２の傾斜角を各々θおよびθ′とすると、θとθ′
は互いに異なっていても、等しくても構わない。

【００２７】このような構成の弾性表面波素子におい
て、第１の入力電極２に搬送角周波数ωの第１の信号を
入力すると、この電極２から第１の入力信号に対応した
第１の弾性表面波が発生する。一方、第２の入力電極３
に搬送角周波数ωの第２の信号を入力すると、この電極
３から第２の入力信号に対応した第２の弾性表面波が発
生する。これら第１及び第２の弾性表面波は、互いに反
対方向に伝搬し、出力電極４が設けられた領域におい
て、相互作用を起こす。そして、基板１の物理的非線形
効果によって、出力電極４から第１及び第２の入力信号
のコンボリューション信号に対応する、搬送角周波数２
ωの電気信号が取り出される。

【００２８】上記のように電極４から信号を取り出して
いるとき、同時に弾性表面波の相互作用領域において、
搬送角周波数２ωのバルク波が生じ、第１の面１−１と
垂直方向に伝搬する。このバルク波の内、ａ部からｂ部
の間で発生した波は、傾斜面７−１に入射する。この傾
斜面７−１は、第１の面に対してθの角度を有している
ので、バルク波は第１の面の法線に対して２θの角度で
反射され、電極４から取り出される出力信号への影響が
抑制される。同様に、ａ部からｂ’部の間で発生したバ
ルク波は、傾斜面７−２において第１の面の法線に対し
て２θ’の角度で反射され、電極４から取り出される出
力信号への影響が減少する。

【００２９】このように、本実施例の素子は、バルク波
の出力信号への影響が抑制され、しかも図１１のように
基板を一方向にテーパー状とした場合に比べ、基板の厚
さ（最も厚い部分）を約半分にすることができた。

【００３０】図３は、本発明の弾性表面波素子の第２の
実施例を示す略断面図である。図３において、図１及び
図２の同一の部材には同一の符号を付し、詳細な説明は
省略する。

【００３１】本実施例において、圧電体基板５の裏面
は、第１実施例と同様に、出力電極４Ｆの中央部で屈曲
しており、櫛形電極２、３より励振される弾性表面波の
伝搬方向に沿って中央部から両側へ逆テーパー状となっ
ている。しかしながら、逆テーパー状になっているの
は、出力電極４の下の領域Ａの部分のみで、その両外側
の出力電極のない領域Ｂ及びＢ´の部分は、基板５の第
１の面５−１と平行に形成されている。

【００３２】このような構成とすることで、第１の実施
例に示す素子と同じ効果を保ちながら、圧電体基板の厚
さを更に薄くすることが可能である。

【００３３】また、本実施例の素子においては、圧電体
基板５の裏面の領域Ｂの部分は、両側とも同じ厚さであ
り、また表面と裏面の領域Ｂ部は平行であるため、入力
電極２、３及び出力電極４を形成する場合に、通常のフ
ォトリソグラフィー技術を用いることが可能である。

【００３４】図４は、本発明の弾性表面波素子の第３の
実施例を示す略断面図である。図４において、図１及び
図２の同一の部材には同一の符号を付し、詳細な説明は
省略する。

【００３５】本実施例は、圧電体基板６の厚さが中央部
より外側へ向かって、うすくなるテーパー状に形成され
ていることのみ、上記第１の実施例と異なる。本実施例
においても、第１実施例とほぼ同様な効果が得られる。

【００３６】図５は、以上説明したような弾性表面波素
子をコンボルバとして用いた通信システムの一例を示す
ブロック図である。図５において、符号１２５は送信機
を示す。この送信機は、送信すべき信号をスペクトラム
拡散して、アンテナ１２６より送信する。送信された信
号は、受信機１２４のアンテナ１２０で受信され、受信
信号１０１は周波数変換回路１０２に入力される。周波
数変換回路１０２で弾性表面波コンボルバの入力周波数
に合う周波数に変換されたＩＦ信号１０３は、図１〜図
４に示したような本発明の弾性表面波素子から成るコン
ボルバ１０４に入力される。ここで、ＩＦ信号１０３
は、コンボルバの一方の入力励振電極、例えば図１の電
極２に入力される。

【００３７】一方、参照信号発生回路１０５から出力さ
れる参照信号１０６は、弾性表面波コンボルバ１０４の
他方の入力励振電極、例えば図１の電極３に入力され
る。そして、コンボルバ１０４では、先に説明したよう
にＩＦ信号１０３と参照信号１０６とのコンボリューシ
ョン演算（相関演算）が行われ、出力トランスデュー
サ、例えば図１の出力電極４より、出力信号（コンボリ
ューション信号）１０９が出力される。

【００３８】この出力信号１０９は、同期回路１０８に
入力される。同期回路１０８では、弾性表面波コンボル
バ１０４の出力信号１０９より同期信号１１１および１
１２が作られてそれぞれ参照信号発生回路１０５および
逆拡散回路１０７に入力される。参照信号発生回路１０
５では、同期信号１１１を用いて参照信号１０６をその
タイミングを調整して出力する。逆拡散回路１０７では
同期信号１１２を用いてＩＦ信号１０３をスペクトラム
拡散される前の信号に戻す。この信号は復調回路１１０
にて情報信号に変換されて出力される。図６に逆拡散回
路１０７の構成例を示す。図６において、１２１は符号
発生器、１２３は乗算器である。符号発生器１２１に
は、同期回路１０８から出力される同期信号１１２が入
力され、この同期信号１１２によってタイミングを調節
された符号１２２が出力される。乗算器１２３にはＩＦ
信号１０３と符号１２２が入力され、ＩＦ信号１０３と
符号１２２との乗算結果が出力される。この時、ＩＦ信
号１０３と符号１２２とのタイミングが合っていれば、
ＩＦ信号１０３はスペクトラム拡散される前の信号に変
換されて出力される。

【００３９】尚、受信信号１０１の周波数が弾性表面波
コンボルバ１０４の入力周波数に合っている場合には、
周波数変換回路１０２は不要であり、受信信号１０１を
増幅器およびフィルタを通して直接、弾性表面コンボル
バ１０４に入力して良い。また図５では説明をわかりや
すくするために増幅器やフィルタを省略して記したが、
必要に応じて各ブロックの前段あるいは後段に増幅器や
フィルタを挿入しても良い。更に、本実施例では送信信
号をアンテナ１２０にて受信しているが、アンテナ１２
０を用いずに送信機と受信機とをケーブルなどの有線系
で直接接続しても良い。

【００４０】図７は、図５の通信システムにおける受信
機１２４の第１の変形例を示すブロック図である。図７
において、図５と同一の部材には同一の符号を付し、詳
細な説明は省略する。

【００４１】本例は、同期追従回路１１３が設けられ、
ＩＦ信号１０３が同期追従回路１１３にも入力されてい
る。また、同期回路１０８から出力される同期信号１１
２は同期追従回路１１３に入力され、同期追従回路１１
３から出力される同期信号１１４が逆拡散回路１０７に
入力されている。これらの点で図５の例と異なる。同期
追従回路としては、タウ・ディザループ回路や遅延ロッ
クループ回路などがあるが、そのいずれを用いても良
い。

【００４２】本実施例においても図５の例と同様の作用
効果が得られるが、更に本実施例では同期回路１０８に
て大まかな同期を取った後に、同期追従回路１１３によ
り更に精度良く同期を取り、同期追従を行うので、同期
はずれが起りにくくなり、誤り率を下げることができ
る。

【００４３】図８は、図５の通信システムにおける受信
機１２４の第２の変形例を示すブロック図である。図８
において、図５と同一の部材には同一の符号を付し、詳
細な説明は省略する。

【００４４】本例では、弾性表面波コンボルバ１０４か
らの出力を検波回路１１５に入力し、検波回路１１５の
出力により復調を行っている。検波回路１１５として
は、同期検波回路や遅延検波回路、包絡線検波回路があ
り、信号の変調方式などにより使い分けることができ
る。

【００４５】今、受信信号１０１が位相変調、周波数変
調、振幅変調などのある変調がなされた信号とすると、
弾性表面波コンボルバ１０４からの出力１０９には、そ
れらの変調情報が反映されている。特に、弾性表面波コ
ンボルバ１０４の導波路の長さｄが、受信信号１０１の
データ１ビット当たりの時間Ｔ、弾性表面波速度をｖと
して、ｄ＝ｖＴを満たすならば、出力１０９に変調情報
がそのまま現われる。例えば、位相変調された信号ｆ
（ｔ）ｅｘｐ（ｊθ）が送信され、この信号を受信信号
１０１として受信したとする。

【００４６】この際、参照信号ｇ（ｔ）１０６を弾性表
面波素子１０４に入力すると、その出力１０９はｆ（ｔ）ｅｘｐ（ｊθ）ｇ（τ−ｔ）ｄｔ＝ｅｘｐ（ｊθ）ｆ（ｔ）ｇ（τ −ｔ）ｄｔ…（３）となり、位相変調の情報が現われる。したがって、弾性
表面波素子１０４の出力１０９を適切な検波回路１１５
に通すことにより復調することができる。

【００４７】図９は、図５の通信システムにおける受信
機１２４の第３の変形例を示すブロック図である。図９
において、図８と同一の部材には同一の符号を付し、詳
細な説明は省略する。

【００４８】本例では、同期回路１０８が設けられ、弾
性表面波コンボルバ１０４の出力１０９が同期回路１０
８にも入力されている。また、同期回路１０８から同期
信号１１１が出力されて参照信号発生回路１０５に入力
されている。これらの点で図８の例と異なる。

【００４９】本実施例においても、図８の例と同様の作
用効果が得られるが、本実施例では同期回路１０８を設
け、同期回路１０８から出力される同期信号１１１によ
って参照信号発生回路１０５を制御しているので、同期
を安定に取ることができる。

【００５０】本発明は、以上説明した実施例の他にも種
々の応用が可能である。

【００５１】例えば、上記第１〜第３実施例における櫛
形入力電極２、３をダブル電極（スプリット電極）とす
ることにより、これらの入力電極２、３における弾性表
面波の反射を抑圧でき、素子の特性をより一層良好なも
のにすることができる。

【００５２】さらに、本発明において、基板はニオブ酸
リチウム等の圧電体単結晶に限定されるものではなく、
例えば半導体やガラス基板上に圧電膜を付加した構造
等、パラメトリック・ミキシング効果がある材料及び構
造であればよい。

【００５３】また、上記第１、第２実施例では、入力電
極にて励振される弾性表面波をそのまま出力電極に導い
ているが、該入力電極と該出力電極との間にホーン型導
波路やマルテストリップカプラ等のビーム幅圧縮器を設
けてもよい。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の弾性表面波
素子は、基板の弾性表面波が伝搬される第１の面に対向
する第２の面を、所定方向に沿って互いに反対の傾斜を
持った２つの面から構成したので、弾性表面波から生ず
るバルク波の出力信号への影響を抑制し、且つ、基板の
厚さを薄くできる効果が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の弾性表面波素子の第１実施例を示す概
略斜視図である。

【図２】図１の素子の線分Ａ−Ａ’に沿った略断面図で
ある。

【図３】本発明の弾性表面波素子の第２実施例を示す略
断面図である。

【図４】本発明の弾性表面波素子の第３実施例を示す略
断面図である。

【図５】本発明の弾性表面波素子を用いた通信システム
の一例を示すブロック図である。

【図６】図５の逆拡散回路の具体的構成例を示すブロッ
ク図である。

【図７】図５の受信機の変形例を示すブロック図であ
る。

【図８】図５の受信機の変形例を示すブロック図であ
る。

【図９】図５の受信機の変形例を示すブロック図であ
る。

【図１０】従来の弾性表面波素子の第１の例を示す概略
斜視図である。

【図１１】従来の弾性表面波素子の第２の例を示す概略
斜視図である。

【符号の説明】

１圧電体基板２第１の入力電極３第２の入力電極４出力電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電体基板と、該基板の第１の面に形成
され、所定方向に伝搬する第１の弾性表面波を励振する
第１の入力電極と、前記基板の第１の面に形成され、所
定方向と反対方向に伝搬する第２の弾性表面波を励振す
る第２の入力電極と、第１及び第２の弾性表面波の相互
作用によって生じた信号を取り出す出力電極とから成る
弾性表面波素子において、前記第１の面に対向する基板
の第２の面が、前記所定方向に沿って互いに反対の傾斜
を持った２つの面から構成されたことを特徴とする弾性
表面波素子。
【請求項２】前記２つの傾斜面が、第１の入力電極と
第２の入力電極との間のほぼ中央部を境に、この中央部
から離れるにしたがって、第１面と第２の面との距離が
遠ざかるように形成された請求項１の弾性表面波素子。
【請求項３】前記２つの傾斜面が、第１の入力電極と
第２の入力電極との間のほぼ中央部を境に、この中央部
から離れるにしたがって、第１面と第２の面との距離が
近づくように形成された請求項１の弾性表面波素子。
【請求項４】前記出力電極は、第１の入力電極と第２
の入力電極との間の基板の第１の面上に設けられ、前記
２つの傾斜面が、出力電極が設けられた領域に対向する
第２の面の一部に設けられ、第２の面の傾斜面以外の部
分が第１の面と平行に形成された請求項１の弾性表面波
素子。