JPH07120922B2 - 弾性表面波コンボルバ - Google Patents

弾性表面波コンボルバ

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JPH07120922B2
JPH07120922B2 JP63315161A JP31516188A JPH07120922B2 JP H07120922 B2 JPH07120922 B2 JP H07120922B2 JP 63315161 A JP63315161 A JP 63315161A JP 31516188 A JP31516188 A JP 31516188A JP H07120922 B2 JPH07120922 B2 JP H07120922B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は弾性表面波コンボルバに関し、特にいわゆるセ
ルフコンボリューションの抑制及び効率の向上を企図し
た弾性表面波コンボルバに関する。
[従来の技術及び発明が解決しようとする課題] 第3図は従来の弾性表面波コンボルバの一例を示す概略
構成図である。
同図において、圧伝基板1上に1対の入力用櫛形電極2
と、その間に中央電極3とが設けられている。櫛形電極
2は弾性表面波信号を励振する電極であり、中央電極3
はその弾性表面波信号を互いに反対方向に伝搬させ且つ
出力信号を取出すための電極である。
この櫛形電極2の一方に信号F(t)exp(jωt)、
他方に信号G(t)exp(jωt)をそれぞれ印加する
と、圧電基板1の表面には互いに反対方向の2つの弾性
表面波 F(t−x/v)exp[jω(t−x/v)] ……(1a) 及び G(t-(L-x)/v)exp[jω(t-(L-x)/v)] ……(1b) が伝搬する。ここで、vは弾性表面波速度であり、Lは
中央電極3の長さである。
この伝搬路上では、非線形効果によって上記弾性表面波
の積の成分が発生し、これが中央電極3の範囲で積分さ
れて取出される。この出力信号H(t)は、次式で表さ
れる。
H(t)=α・exp(j2ωt)▲∫L 0▼F(t-x/v)G(t-(L-x)/v)dx…
…(2) ここで、αは比例定数である。
かくして、中央電極3から2つの信号F(t)とG
(t)とのコンボリューション信号を得ることができ
る。
しかし、この様な構成では一般に効率が十分でないこと
から、第4図に示される様な構成の弾性表面波コンホル
バが提案されている(中川等,電子通信学会論文誌'86/
2,Vol.J69−cNo.2,pp190〜198)。
同図において、圧電基板1上に1対の入力用櫛形電極2
及び出力用櫛形電極4が設けられており、また上記圧電
基板1には入力用櫛形電極2の間に導波路3−1〜3−
Nが設けられている。
この入力用櫛形電極2の一方に信号F(t)exp(jω
t)、他方に信号G(t)exp(jωt)をそれぞれ印
加すると、発生した弾性表面波は各導波路3−1〜3〜
Nに沿って互いに反対方向に伝搬し、各伝搬路上には圧
伝基板1の非線形効果によって上記式(2)に示すコン
ボリューション信号が生ずる。そして、この信号を励振
源として導波路3−1〜3−Nの方向と直交する方向に
弾性表面波が発生し、この弾性表面波を出力用櫛形電極
4によって電気信号に変換してコンボリューション信号
を得ることができる。
しかしながら、以上の様な従来例では、一方の櫛形電極
2で発生せしめられた弾性表面波が導波路3−1〜3−
Nを通過して他方の櫛形電極2に到達すると、そこで反
射され、その反射波が正規の方向に伝搬している弾性表
面波と重畳することによって、いわゆるセルフコンボリ
ューションを生ずる。即ち、従来の弾性表面波コンボル
バではセルフコンボリューションによる不要な信号が本
来のコンボリューション信号に重なってしまうという問
題点を有していた。
また、上記従来例は効率の点でも未だ十分とはいえなか
った。
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、セル
フコンボリューションを抑制でき効率向上の可能な弾性
表面波コンボルバを提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとし
て、 圧電基板に、弾性表面波を励振する少なくとも1対の励
振電極と、該励振電極により励振された弾性表面波を互
いに反対方向に伝搬させる複数の並列配置の導波路と、
該導波路において励振された弾性表面波を電気信号に変
換する出力用電極とが設けられている弾性表面波コンボ
ルバであって、 上記複数の導波路の隣接するものどうしの長さを、上記
1対の励振電極のうちの一方の励振電極により励振さ
れ、上記隣接する導波路をそれぞれ伝搬する弾性表面波
の位相が互いにおおよそ180度ずれて他方の励振電極に
達するべく異ならせ、且つ、上記複数の導波路の間隔を
該導波路において励振される弾性表面波の波長の半分の
奇数倍近傍にしてなることを特徴とする弾性表面波コン
ボルバ、が提供させる。
[作用] 本発明においては、複数の導波路の隣接するものどうし
の長さを、上記1対の励振電極のうちの一方の励振電極
により励振され、上記隣接する導波路をそれぞれ伝搬す
る弾性表面波の位相が互いにおおよそ180度ずれて他方
の励振電極に達するべく異ならせたので、一方の励振電
極から励振され複数の導波路をそれぞれ伝搬して他方の
励振電極に達する弾性表面波は互いに電気的に中和さ
れ、かくしてセルフコンボリューションを抑制すること
ができる。
そして、上記導波路の間隔を該導波路において励振され
る弾性表面波の波長の半分の奇数倍の近傍に設定するこ
とで、各導波路において励振された弾性表面波が同相に
重ねられるために効率を向上させることができる。
[実施例] 以下、図面を参照しながら本発明の具体的実施例を説明
する。
第1図は本発明による弾性表面波コンボルバの第1の実
施例を示す概略構成図である。
同図において、圧電基板1上に1対の入力用櫛形電極
(励振電極)201,202及び出力用櫛形電極4が設けられ
ており、また上記圧電基板1には入力用櫛形電極201,20
2の間にこれら電極により励振される弾性表面波の伝搬
方向と平行に長さの異なる2種類の導波路3S,3Lがそれ
ぞれ複数交互に並列配置されている。
圧電基板1としてはニオブ酸リチウム(LiNbO3)等の圧
電体を用いることができ、入力用櫛形電極201,202、導
波路3S,3L及び出力用櫛型電極4は通常のリソグラフィ
ー技術によってアルミニウム、金、銀等の導体膜を付す
ることにより形成することができる。
この様に圧電基板1の表面が導体により覆われると、電
界短絡効果や質量負荷効果により弾性表面波の伝搬速度
が自由表面の伝搬速度に比べて低下する。この現象を利
用し、上記2種類の導波路3S,3Lの長さの差を適宜設定
することにより隣接導波路を通過した弾性表面波の位相
を180度ずらすことができる。
本実施例では、導波路3Lの左端は導波路3Sの左端よりも
ΔL1だけ左方に位置しており、導波路3Lの右端は導波路
3Sの右端よりもΔL2だけ右方に位置している。そして、
これら2種類の導波路3S,3Lの長さの差ΔLは ΔL(1/vm−1/v0)=(n+1/2)/f ……(3) を満たす様に設定されている。ここで、vmは導波路にお
ける弾性表面波の速度であり、v0は基板1の畏友表面に
おける弾性表面波の速度であり、fは入力信号の中心周
波数であり、nは整数である。
従って、一方の入力用櫛形電極201で励振された弾性表
面波は導波路3S,3Lを伝搬して他方の入力用櫛形電極202
に到達するが、導波路3Sを電搬する弾性表面波と導波路
3Lを伝搬する弾性表面波とは伝搬中に次第に位相がずれ
て、他方の櫛形電極202に到達した時には位相が180度ず
れた状態となる。このために、他方の入力用櫛形電極20
2を構成する電極指にて電気的に中和され、再励起によ
る反射波は発生しない。同様にして、入力用櫛形電極20
2で励振された弾性表面波も、入力用櫛形電極201に到達
した時には、それぞれの導波路を伝搬した弾性表面波は
位相が180度ずれるため、入力用櫛形電極201を構成する
電極指にて電気的に中和され、再励起による反射波は発
生しない。
以上の様に、いずれの入力用櫛形電極201,202からも反
射波が生じないために、従来問題となっていたセルフコ
ンボリューションを抑制することができ、コンボルバと
しての特性を改善することができる。
尚、本実施例では2種類の導波路3S,3Lの長さの差ΔL
が上記式(3)を満たす例が示されているが、該式を完
全に満たさなくても近似的に満たせば、セルフコンボリ
ューションをある程度は抑制される。
次に、本実施例におけるコンボリューション動作を説明
する。
第1図において、右方向にx軸をとり、導波路3Sの左端
のx方向位置をx=0とする。
同図において、導波路3Sを互いに反対方向に伝搬する2
つの弾性表面波は次式で表される。
F(t−x/vm)exp[jω(t−x/vm)] ……(4a) 及び G(t-(L-x)/v)exp[jω(t-(L-x/v)] ……(4b) 但し、0≦x≦L 一方、導波路3Lを互いに反対方向に伝搬する2つの弾性
表面波は次式で表される。
F(t-x/v-Δt)exp[jω(t-x/v-Δt)] ……(5a) 及び G(t-(L-x)/v-Δt)・exp[jω(t-(L-x)/v-Δt)]…
…(5b) 但し、 −L1≦x≦L+L2 Δt1=ΔL1(1/vm−1/v0) Δt2=ΔL2(1/vm−1/v0) ΔL=ΔL1+ΔL2 導波路3S,3Lにおいては、互いに反対方向に伝搬する2
つの弾性表面波が重畳し非線形効果によりコンボリュー
ション信号HS(t)及びHL(t)が発生する。これらは
それぞれ以下の式で表わされる。
H(t)=α・exp(j2ωt)▲∫L 0▼F(t-x/v)G(t-(L-x)/v
)dx 及び HL(t)= ここで、αは比例定数である。
上記式(3),(5)から、 Δt1+Δt2=(n+1/2)/f =(n+1/2)・2π/λ であり、またΔt1及びΔt2におけるF(t)及びG
(t)の変化量は十分に小さいので、 F(t−Δt1)≒F(t) G(t−Δt2)≒G(t) となり結局、HL(t)は となる。
また、L1,L2<<Lであるので、 HL(t)≒−HS(t) となる。
以上即ち、隣接する導波路では位相が180度異なるコン
ボリューション信号が発生する。
従って、このコンボリューション信号に対して2種類の
複数の導波路3S,3Lの組が櫛形電極の様に動作し、コン
ボリューション信号の弾性表面波が導波路で極めて良好
な効率で励振され、x方向と直交する方向へと伝搬す
る。
特に、導波路3S,3Lの間隔を(m+1/2)λ(ここで、λ
=v/2fであり、vは導波路で励振される弾性表面波の速
度であり、fは入力用櫛形電極201,202に入力される信
号の中心周波数であり、mは整数である)をほぼ満足す
る様に設定すれば、導波路でコンボリューション信号の
弾性表面波が非常に効率良く励振される。
以上の様にして励振された弾性表面波を導波路3S,3Lと
平行に設けられた出力用櫛形電極4によって電気信号に
変換し、コンボリューション信号として検出す。
第2図は本発明による弾性表面波コンボルバの第2の実
施例を示す概略構成図である。本図において、上記第1
図におけると同様の部材には同一の符号が付されてい
る。
本実施例は、導波路3S,3Lの両側に出力用櫛形電極401,4
02が設けられている点のみ上記第1の実施例と異なり、
導波路の両側に伝搬するコンボリューション弾性表面波
を出力することができる。
本実施例においても上記第1実施例と同様の作用効果が
得られることはもちろんであるが、更に本実施例では、
出力用櫛形電極401及び402からの出力を位相を合わせて
合成することにより上記第1実施例の2倍の出力を得る
ことができる。
また、本実施例では、導波路から出力用櫛型電極401ま
での距離と導波路から出力用導波路402までの距離とを
異ならせることにより遅延時間の異なるコンボリューシ
ョン信号を得ることもできる。
上記実施例では、入力用櫛形電極201,202として通常の
シングル電極が用いられているが、本発明においては、
該電極をダブル電極(スプリット電極)とすることがで
き、これにより反射を更に抑圧でき、セルフコンホリュ
ーションを更に抑制することができる。
同様にして、出力用櫛形電極4,401,402をダブル電極と
することもでき、これによって該電極での反射波の発生
が抑圧され、コンボルバの特性を改善することができ
る。
また、上記実施例では入力用櫛形電極により励振される
弾性表面波のビーム幅は全導波路の配置されている幅と
ほぼ等しく設定されているので、入力用櫛形電極により
励起された電性表面波はそのまま導波路へと導かれる。
しかし、本発明においては、比較的交差幅の広い櫛形電
極で弾性表面波を励振させ、ホーン型導波路またはマル
チストリップカプラ等のビーム幅交換器を通してビーム
幅を圧縮し全導波路の配置の幅と一致させた上で導波路
へと導いたり、円弧状の櫛形電極を用いて収束弾性表面
波を発生させ全導波等の配置の幅と一致させた上で導波
路へと導いたりすることができる。
[発明の効果] 以上の様に、本発明による弾性表面波コンボルバにおい
ては、複数の導波路の隣接するものどうしの長さを、上
記1対の励振電極のうちの一方の励振電極により励振さ
れ、上記隣接する導波路をそれぞれ伝搬する弾性表面波
の位相が互いにおおよそ180度ずれて他方の励振電極に
達するべく異ならせたので、一方の励振電極から励振さ
れ他の励振電極に達した弾性表面波は互いに電気的に中
和され、かくしてセルフコンボリューションを抑制する
ことができる。
そして、導波路の間隔を該導波路において励振される弾
性表面波の波長の半分の奇数倍の近傍に設定すること
で、各導波路において励振された弾性表面波が同相に重
ねられるために更に効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明による弾性表面波コンボルバ
を示す概略構成図である。 第3図及び第4図は従来の弾性表面はコンボルバを示す
概略構成図である。 1:基板、 201,202:入力用櫛形電極、 3S,3L:導波路、 4,401,402:出力用櫛形電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−1310(JP,A) 中川等「電子通信学会論文誌’86/2V ol.J69−C No.2 PP.190− 198

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧電基板に、弾性表面波を励振する少なく
    とも1対の励振電極と、該励振電極により励振された弾
    性表面波を互いに反対方向に伝搬させる複数の並列配置
    の導波路と、該導波路において励振された弾性表面波を
    電気信号に変換する出力用電極とが設けられている弾性
    表面波コンボルバであって、 上記複数の導波路の隣接するものどうしの長さを、上記
    1対の励振電極のうちの一方の励振電極により励振さ
    れ、上記隣接する導波路をそれぞれ伝搬する弾性表面波
    の位相が互いにおおよそ180度ずれて他方の励振電極に
    達するべく異ならせ、且つ、上記複数の導波路の間隔を
    該導波路において励振される弾性表面波の波長の半分の
    奇数倍近傍にしてなることを特徴とする弾性表面波コン
    ボルバ。
JP63315161A 1988-12-15 1988-12-15 弾性表面波コンボルバ Expired - Fee Related JPH07120922B2 (ja)

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US07/440,853 US5003213A (en) 1988-12-15 1989-11-24 Surface acoustic wave convolver with plural wave guide paths for generating convolution signals of mutually different phases
EP89121721A EP0373404B1 (en) 1988-12-15 1989-11-24 Surface acoustic wave convolver with plural wave guide paths for generating convolution signals of mutually different phases

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