JPH08222993A - 弾性表面波コンボルバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 励振効率を高め、その特性向上と小型化を図
る。 【構成】 すだれ状電極３，４の正電極３Ａ，４Ａと負
電極３Ｂ，４Ｂの歯の配列ピッチが、一定の方向に向か
って次第に狭くなるように選定されているため広帯域の
特性を示す。また、各すだれ状電極の歯がコンボリュー
ション出力電極のそれぞれ対応する焦点５Ａ，５Ｂに向
かう方向にほぼ直交する線分を連結した折れ線を描くよ
うに選定されているので、信号が効率よく一点に集中
し、幅の狭いコンボリューション電極を使用して非線型
効果を高められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スペクトル拡散通信方
式を採用する通信装置等の、受信側での復号化手段とし
て使用される弾性表面波コンボルバに関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電体基板上を互いに逆方向に伝搬する
表面波の非線形相互作用により、２つの信号の積の電気
信号が得られることを利用し、弾性表面波コンボルバが
開発された。図２に、従来知られた弾性表面波コンボル
バの平面図を示す。この素子は、圧電体基板１の上に、
丁度その長手方向に沿って適当な長さだけ帯状に伸びる
コンボリューション出力電極２が設けられている。そし
て、このコンボリューション出力電極２を挟んで一対の
すだれ状電極３，４が配置されている。このすだれ状電
極３，４は、櫛状の歯を持つ正電極３Ａ，４Ａ、負電極
３Ｂ，４Ｂを、互いにその歯を噛み合わせるように配置
している。弾性表面波は圧電体基板１上をその長手方向
に伝搬する。即ち、各すだれ状電極３，４の歯は、この
信号伝搬方向とほぼ直角に向くように配置されている。

【０００３】基本的にすだれ状電極３，４は、図の左右
両方向に弾性表面波を伝搬させるが、ここでは左側のす
だれ状電極３から矢印Ｈ１方向に伝搬する弾性表面波Ｓ
１と、右側のすだれ状電極４から矢印Ｈ２方向に伝搬す
る弾性表面波Ｓ２が利用される。なお、図中、Ｓ１，Ｓ
２は、コンボルバの動作説明のために、基板上を伝搬す
る弾性表面波の波形を示したものである。

【０００４】即ち、端子Ｔ１からＰＮ符号による変調を
かけたコード（疑似雑音）を、端子Ｔ２からＰＮ符号に
よる変調をかけた情報を同時に供給する。なお、端子Ｔ
１，Ｔ２に供給する電気信号は互いに時間軸を反転させ
ている。こうして励振された弾性表面波Ｓ１，Ｓ２が図
の矢印Ｈ１，Ｈ２方向に伝搬して、丁度図に示すように
コンボリューション出力電極２の部分で重なり合うと、
その瞬間にコンボリューション出力電極２に接続された
出力端子Ｔ３からパルス状のピークを持つ電気信号Ｓ３
が取り出される。

【０００５】従って、端子Ｔ１からＰＮ符号で変調をか
けたコードを入力し、端子Ｔ２からＰＮ符号で変調をか
けた情報を入力すると、ＰＮ符号が一致したときのみパ
ルス状の電気信号Ｓ３が出力するため、一組のＰＮ符号
を１ビットのディジタル信号と対応させれば、端子Ｔ２
に入力した電気信号からＰＮ符号の一致したディジタル
信号を選択して端子Ｔ３に出力できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の弾性
表面波コンボルバには従来次のような解決すべき課題が
あった。スペクトル拡散通信方式では、上記のようにＰ
Ｎ符号と呼ばれる拡散符号により変調をかけることによ
って、音声信号や各種のデータ等を含む情報を、それら
が本来持っているよりも遥かに広い帯域に拡散させて伝
送する。従って、弾性表面波コンボルバは広帯域である
ことが求められる。

【０００７】このためには、図２に示したすだれ状電極
３，４の歯数を少なくすることが好ましい。しかしなが
ら、これでは励振強度が低下する。また、圧電体基板の
持つ非線形性を利用しているため効率が悪い。弾性表面
波コンボルバの効率は、概略的には次の式により表され
る。 Ｍ＝Ｖo ／（ＰＳ１・ＰＳ２／Ｗ） …（１） 上記Ｍは、基板材料の非線形性に直接対応した固有の量
である。また、Ｖo は出力電圧である。ＰＳ１，ＰＳ２
は、すだれ状電極３，４からそれぞれ出力される表面波
のパワーである。Ｗは、図２に示したコンボリューショ
ン出力電極の幅である。

【０００８】上記（１）式で、すだれ状電極で励振でき
るパワーＰＳ１，ＰＳ２や基板材料固有の量であるＭ
は、調整可能性に限界がある。従って、出力電圧Ｖo を
高めるためには、コンボリューション出力電極２の幅Ｗ
を狭くして表面波のエネルギー密度を高めたり、電極対
数を増やして、非線形効果を起こり易くしてやることが
考えられる。しかしながら、コンボリューション出力電
極２の幅Ｗを狭くすれば、すだれ状電極３，４の歯の実
効的な幅Ｗも狭くなり、表面波の励振強度が低下してし
まう。一方、電極対数を増せば弾性表面波コンボルバの
周波数帯域が狭くなり、広帯域に拡散して伝送できなく
なる。さらに、弾性表面波コンボルバ全体の形状が大型
化し、電子部品の小型化に対する要求に反する。

【０００９】このような問題点を解決するための先行技
術としては、特開平６−３３４４７８号公報に、すだれ
状電極により励振された弾性表面波がコンボリューショ
ン出力電極に有効に集中するように、円弧状すだれ状電
極を所定の開口角の範囲の長さに選定した例が紹介され
ている。また、特開平６−３１４９４６号公報には、異
方性圧電体基板上を弾性表面波が伝搬するときの伝搬方
向による速度依存性を考慮して、円弧状のすだれ状電極
の形状を調整した例が紹介されている。さらに、特開平
６−２６０８８１号公報には、コンボリューション出力
電極を挟む一対のすだれ状電極の一方は、その信号出力
特性が、コンボリューション出力電極に向かう方向性を
有し、他方は、両方向性を有するものにして、効率の向
上を図ったものが紹介されている。本発明は、この円弧
状のすだれ状電極形成にあたって、生産性を向上させつ
つ、励振効率を高め、その特性向上と小型化を図った弾
性表面波コンボルバを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の弾性表面波コン
ボルバは、圧電体基板上にコンボリューション出力電極
を挟んで対向させた少なくとも一対のすだれ状電極を備
え、このすだれ状電極は、櫛状の歯を持つ正電極と負電
極とを、互いにその歯を噛み合わせるように配置して成
り、コンボリューション出力電極の一端側にある一方の
すだれ状電極の歯は、当該一端近傍の焦点に向かって次
第に短くなるように選定され、かつ、当該焦点に向かう
方向にほぼ直交する線分の端を相互に連結した折れ線を
描き、コンボリューション出力電極の他端側にある他方
のすだれ状電極の歯は、当該他端近傍の焦点に向かって
次第に短くなるように選定され、かつ、当該焦点に向か
う方向にほぼ直交する線分の端を相互に連結した折れ線
を描き、一方のすだれ状電極は、互いに隣接する正電極
の歯と負電極の歯の配列ピッチが、コンボリューション
出力電極の一端に向かう方向に見て次第に狭くなるよう
に選定され、他方のすだれ状電極は、互いに隣接する正
電極の歯と負電極の歯の配列ピッチが、コンボリューシ
ョン出力電極の他端から離れる方向に見て次第に狭くな
るように選定されていることを特徴とする。

【００１１】なお、折れ線を描くすだれ状電極の各線分
は、いずれも励振される弾性表面波の波長λ以下の長さ
に選定されていることが好ましい。更に、折れ線を描く
すだれ状電極の各線分は、いずれも励振される弾性表面
波の波長λ以下であって、かつ、０．１μｍ以上に選定
されていることが好ましい。一方のすだれ状電極と他方
のすだれ状電極の歯の配列ピッチを投影すると、そのま
ま重なり合うように一致させることもできる。

【００１２】

【作用】この弾性表面波コンボルバは、すだれ状電極の
正電極と負電極の歯の配列ピッチが、一定の方向に向か
って次第に狭くなるように選定されているため広帯域の
特性を示す。また、各すだれ状電極の歯はコンボリュー
ション出力電極の端部近傍の焦点に向かう方向にほぼ直
交する線分を連結した折れ線を描くように選定されるた
め、弾性表面波が効率よく一点に集中する。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を図の実施例を用いて詳細に説
明する。図１は、本発明の弾性表面波コンボルバ実施例
を示す平面図である。図において、圧電体基板１は、例
えばこの種の素子によく使用されるＹカットＺ伝搬のニ
オブ酸リチウム等を使用する。この表面に図に示すよう
なコンボリューション出力電極２と、これを挟んで対向
させた一対のすだれ状電極３，４を配置する。これらは
アルミニウム薄膜等により形成する。すだれ状電極３
は、櫛状の歯を持つ正電極３Ａと３Ｂを互いにその歯を
噛み合わせるように配置している。すだれ状電極４も同
様の構成の正電極４Ａと負電極４Ｂを持つ。なお、これ
らのすだれ状電極３，４の正電極３Ａ，４Ａと負電極３
Ｂ，４Ｂの歯の配列ピッチは、コンボリューション出力
電極２の一端２Ａから他端２Ｂに向かう方向に見て次第
に狭くなるように選定されている。

【００１４】即ち、図の配列ピッチ投影直線７Ａ，７Ｂ
を見るとよく分かるように、左側のすだれ状電極３はそ
の歯の配列ピッチＰが左側ほど長く、右側ほど短くなっ
ている。また、もう一方の右側のすだれ状電極４の歯の
配列ピッチＰは左側ほど長く、右側ほど短くなってい
る。このような歯の配列としたのは、広い周波数範囲の
電気信号により励振できるような広帯域化を図るため
と、弾性表面波に方向性を与えて効率を向上させるため
である。なお、このような配列のすだれ状電極３をダウ
ンチャープタイプ電極と呼び、すだれ状電極４をアップ
チャープタイプ電極と呼んでいる。

【００１５】図３には、広帯域化を図るための説明図を
示す。図３（ａ）に示すように、すだれ状電極３と４か
らそれぞれ弾性表面波Ｓ１，Ｓ２が送信されると、コン
ボリューション出力電極２の部分において、図に示すよ
うに両者の位相が所定のタイミングで一致する。このと
き、すだれ状電極３，４の歯のピッチが広い部分では波
長の長い弾性表面波が励振され、ピッチが狭い部分では
波長の短い弾性表面波が励振される。弾性表面波は、図
に示すように、互いにぶつかり合う方向に伝搬して、コ
ンボリューション出力電極２の部分で出会う。両すだれ
状電極３，４から出力され、コンボリューション出力電
極２の部分で出合う両弾性表面波Ｓ１，Ｓ２の各周波数
成分が、同時にその位相を重なり合わせることができる
ためには、丁度左側のすだれ状電極３と右側のすだれ状
電極４の歯の配列ピッチを投影すると、この図に示すよ
うにそのまま重なり合うように一致していることが好ま
しい。

【００１６】この理由から、図１に示したように、本発
明の弾性表面波コンボルバでは、歯の配列ピッチを図の
配列ピッチ投影直線７Ａ，７Ｂに示すように選定した。
また、上記のような歯の配列ピッチにすることによっ
て、出力される弾性表面波に方向性が生じる。例えば、
図３（ａ）に示すすだれ状電極３の励振により出力され
る弾性表面波は、図の左側方向よりも右側方向により多
く送り出され、左右両方向に同一のパワーで送り出され
る場合に比べて高い効率を示す。なお、この働きは、例
えば特開平４−３３１５０５号公報や特開平６−２６０
８８１号公報等にも紹介されている。

【００１７】また、右側のすだれ状電極４に左側のすだ
れ状電極３の構造をそのまま当てはめると、右側のすだ
れ状電極４の出力する弾性表面波は右側により多く送り
出され、効率が低下する。そこで、図３（ｂ）に示すよ
うに、右側のすだれ状電極４は、例えば同一極性の電極
を２本ずつ平行に並べて組み合わせたダブル電極構造と
するとよい。この電極構造も特開平４−３３１５０５号
公報に記載されている。

【００１８】再び図１に戻って、本発明の弾性表面波コ
ンボルバは、この実施例では一方のすだれ状電極３の歯
長がコンボリューション出力電極２の一端２Ａの近傍の
焦点５Ａに向かって次第に短くなるように選定され、更
に、各歯はこの焦点５Ａに向かう方向にほぼ直交する線
分の端を相互に連結した折れ線を描いている。また、他
方のすだれ状電極４の歯長は、コンボリューション出力
電極２の他端２Ｂの近傍の焦点５Ｂに向かって次第に短
くなるように選定され、更に、すだれ状電極４の歯はこ
の焦点５Ｂに向かう方向にほぼ直交する線分の端を相互
に連結した折れ線を描いている。

【００１９】このような構成にすることによって、各す
だれ状電極３，４の歯のそれぞれの折れ線部分によって
励振された弾性表面波はいずれも焦点５Ａ，５Ｂに集束
する。従って、コンボリューション出力電極２の幅Ｗよ
りも十分に長い歯によって弾性表面波を励振することが
できる。これにより、弾性表面波コンボルバの効率を高
めることができる。また、歯長をコンボリューション出
力電極２に近いもの程短くしたのは、各歯により焦点５
Ａ，５Ｂに到達する弾性表面波のパワーを均一化して周
波数依存性を少なくするためである。

【００２０】なお、既に従来技術で紹介した特開平６−
３３４４７８号公報や特開平６−３１４９４６号公報に
は、円弧状のすだれ状電極が開示されている。また、後
者には、弾性表面波が伝搬するときの伝搬方向による速
度依存性を考慮することが記載されており、この理論に
基づけば、電極の形状を楕円の円弧や放物線状に形成す
ることが好ましい場合も生じる。しかしながら、圧電体
基板上に微小かつ精密なカーブを描きながら電極パター
ンを形成するのは必ずしも容易でなく、コストアップの
原因ともなる。そこで、本発明では、すだれ状電極の歯
を折れ線により構成した。これにより、フォトリソエッ
チング処理等により形成される電極パターンを描画する
場合の制御が容易になる。

【００２１】図４に、そのような電極パターンの具体例
を図示した。図の（ａ）に示すように、焦点５Ａに向か
って次第に短くなるような線分１１を先に説明したピッ
チで配置し、それを円弧の方向に何組か連結すれば、本
発明によるすだれ状電極は完成する。従って、例えば伝
搬方向による速度依存性を考慮するような場合の設計も
滑らかな複雑なカープを描くよりはるかに容易である。
なお、図４の（ｂ）に示すように、負電極３Ｃと正電極
３Ｄを追加して、円弧の方向に複数のすだれ状電極をそ
れぞれ独立させて形成し、各すだれ状電極が本発明によ
る折れ線形となっていてもよい。また、この電極により
励振された弾性表面波の伝搬特性を考慮したとき、折れ
線を構成する各線分の長さは励振される弾性表面波の波
長λよりも短いことが好ましい。各線分の中央と焦点及
び端部と焦点迄の距離の差が無視できなくなるからであ
る。

【００２２】ところで、効率向上のためには、励振パワ
ーを有効にコンボリューション出力電極方向に伝搬させ
る方向性を持たせることが好ましい。図５には、図３
（ａ）に示したような方向性電極と、（ｂ）に示したよ
うな無方向性電極との組合せ実施例を示す。図５（ａ）
に示すものは、両方のすだれ状電極を方向性電極１０Ａ
で構成した。この場合、無方向性電極を含めるより歯数
が少なくて済むから製造が容易である。いずれか一方の
電極のパワーロスは入力信号のレベルにより調整すれば
よい。

【００２３】図５（ｂ）に示すものは、両方のすだれ状
電極を無方向性電極１０Ｂで構成した。この場合、パワ
ーロスは（ａ）のものに比べやや大きい。図５（ｃ）、
（ｄ）に示すものは、いずれか一方に方向性電極１０
Ａ、他方に無方向性電極１０Ｂを設けたもので、その位
置関係は自由である。なお、方向性電極１０Ａ、無方向
性電極１０Ｂの構成は、上記実施例の他、例えば特開平
４−３３１５０５号にも示されている。しかし、電極材
料等の選別によって自由に変更しその方向性を調整する
ことができる。このような構成により一層の効率化を図
ることができる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明した本発明の弾性表面波コンボ
ルバは、圧電体基板上にコンボリューション出力電極を
挟んで対向させた少なくとも一対のすだれ状電極を備
え、このすだれ状電極は、櫛状の歯を持つ正電極と負電
極とを、互いにその歯を噛み合わせるように配置して成
り、コンボリューション出力電極の一端側にある一方の
すだれ状電極の歯は、当該一端近傍の焦点に向かって次
第に短くなるように選定され、かつ、当該焦点に向かう
方向にほぼ直交する線分の端を相互に連結した折れ線を
描き、コンボリューション出力電極の他端側にある他方
のすだれ状電極の歯は、当該他端近傍の焦点に向かって
次第に短くなるように選定され、かつ、当該焦点に向か
う方向にほぼ直交する線分の端を相互に連結した折れ線
を描き、一方のすだれ状電極は、互いに隣接する正電極
の歯と負電極の歯の配列ピッチが、コンボリューション
出力電極の一端に向かう方向に見て次第に狭くなるよう
に選定され、他方のすだれ状電極は、互いに隣接する正
電極の歯と負電極の歯の配列ピッチが、コンボリューシ
ョン出力電極の他端から離れる方向に見て次第に狭くな
るように選定したので、広い帯域でコンボリューション
出力電極側に信号を送り出し、コンボリューション出力
電極の幅よりも広い幅の歯を持つ電極によりエネルギー
を集中させることができるので、製造が容易で効率の良
い優れた特性の素子が得られるとともに、デバイスを小
型化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の弾性表面波コンボルバ実施例を示す平
面図である。

【図２】従来の弾性表面波コンボルバの一例を示す平面
図である。

【図３】チャープ型すだれ状電極の作用を示す説明図で
ある。

【図４】本発明の弾性表面波コンボルバのすだれ状電極
変形例を示す説明図である。

【図５】本発明の弾性表面波コンボルバのすだれ状電極
の組合せ例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 圧電体基板 ２ コンボリューション出力電極 ３，４ すだれ状電極 ３Ａ，４Ａ 正電極 ３Ｂ，４Ｂ 負電極 ５Ａ 一端近傍の焦点 ５Ｂ 他端近傍の焦点 Ｐ 歯の配列ピッチ

フロントページの続き (72)発明者 横山 武男 神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番１ 号 昭和電線電纜株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電体基板上にコンボリューション出力
   電極を挟んで対向させた少なくとも一対のすだれ状電極
   を備え、 このすだれ状電極は、 櫛状の歯を持つ正電極と負電極とを、互いにその歯を噛
   み合わせるように配置して成り、 前記コンボリューション出力電極の一端側にある一方の
   すだれ状電極の歯は、 当該一端近傍の焦点に向かって次第に短くなるように選
   定され、かつ、当該焦点に向かう方向にほぼ直交する線
   分の端を相互に連結した折れ線を描き、 前記コンボリューション出力電極の他端側にある他方の
   すだれ状電極の歯は、 当該他端近傍の焦点に向かって次第に短くなるように選
   定され、かつ、当該焦点に向かう方向にほぼ直交する線
   分の端を相互に連結した折れ線を描き、 前記一方のすだれ状電極は、互いに隣接する前記正電極
   の歯と負電極の歯の配列ピッチが、コンボリューション
   出力電極の一端に向かう方向に見て次第に狭くなるよう
   に選定され、 前記他方のすだれ状電極は、互いに隣接する前記正電極
   の歯と負電極の歯の配列ピッチが、コンボリューション
   出力電極の他端から離れる方向に見て次第に狭くなるよ
   うに選定されていることを特徴とする弾性表面波コンボ
   ルバ。
2. 【請求項２】 前記折れ線を描くすだれ状電極の各線分
   は、いずれも励振される弾性表面波の波長λ以下の長さ
   に選定されていることを特徴とする請求項１記載の弾性
   表面波コンボルバ。
3. 【請求項３】 前記折れ線を描くすだれ状電極の各線分
   は、いずれも励振される弾性表面波の波長λ以下であっ
   て、かつ、０．１μｍ以上に選定されていることを特徴
   とする請求項２記載の弾性表面波コンボルバ。
4. 【請求項４】 一方のすだれ状電極と他方のすだれ状電
   極の歯の配列ピッチを投影すると、そのまま重なり合う
   ように一致していることを特徴とする請求項１又は２記
   載の弾性表面波コンボルバ。