JPH0897675A - 弾性表面波素子及びその作製方法及びそれを用いた通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンボリューション出力信号に含まれるバル
ク波成分を、容易に、確実に、かつ効率よく抑圧し、そ
の非線形性バルク波の影響を取り除き、スプリアス成分
のないコンボリューション出力信号の得られる弾性表面
波素子を得る。 【構成】 基板１の主面上に、第１及び第２の弾性表面
波を励振する少なくとも２つの入力電極２，３と、該２
つの弾性表面波のコンボリューション信号を取り出す出
力電極３と、を有する弾性表面波素子において、前記基
板１の裏面に、最大深さが、前記出力電極３から取り出
されるコンボリューション出力のバルク波の波長以上で
ある凹凸形状を有することを特徴とする弾性表面波素
子。また、該凹凸形状は、該形状を空間フーリエ変換
し、そのＤＣ成分を除いた値の最大値が、前記コンボリ
ューション出力のバルク波の波長以上でもある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電性基板、または非
圧電物質上に圧電性物質を形成した基板の物理的非線形
性効果を利用し、２つの入力信号のコンボリューション
を出力信号として取り出す弾性表面波コンボルバに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、弾性表面波（ＳＡＷ）素子は、様
々な応用及び研究がなされているが、その中でも弾性表
面波コンボルバは、次世代の通信技術として注目を集め
ているスペクトラム拡散（ＳＳ）通信を行うためのキー
デバイスとしてその重要性がますます増大してきてい
る。

【０００３】図６は、従来の弾性表面波コンボルバを示
す概略図である。

【０００４】図中１は、Ｙカット（Ｚ伝搬）ニオブ酸リ
チウムなどの圧電性基板、２は、圧電性基板１の表面上
に形成された櫛形入力電極（ＩＤＴ：インターディジタ
ルトランスデューサー）、３は、圧電性基板１の表面上
に形成された出力電極である。

【０００５】これらの電極は、アルミニウムなどの導電
性材料からなり、通常フォトリソグラフィー技術を用い
て圧電性基板１の表面上に直接形成される。

【０００６】この様な構成の弾性表面波素子において、
２つの櫛形入力電極２に搬送角周波数ωの電気信号を入
力すると、基板の圧電効果により弾性表面波が励振され
る。

【０００７】これら２つの弾性表面波は、出力電極３が
導波路として作用し、出力電極内に閉じこめられながら
圧電性基板１上をお互い逆方向に伝搬する。

【０００８】この様に出力電極３上でぶつかった２つの
弾性表面波は、圧電性基板１の物理的非線形効果によっ
て、２つの入力信号のコンボリューション信号（搬送角
周波数２ω）として出力電極３より取り出される。

【０００９】すなわち、２つの弾性表面波を、

【００１０】

【数３】 とすると、圧電性基板１上には非線形相互作用により、
その積である

【００１１】

【数４】 の弾性表面波が発生する。この信号は、一様な出力電極
を設けることにより、出力電極長領域Ｌで積分され

【００１２】

【数５】 で表される信号として取り出される。ここで、積分範囲
Ｌは相互作用長が信号長より十分大きいときは実質上±
∞としてよく、τ＝ｔ−ｖ／ｘとすると、（１）式は、

【００１３】

【数６】 となり、前記信号は２つの入力信号のコンボリューショ
ンとなる。

【００１４】また上式（２）から示されるとおり上記コ
ンボリューション出力信号は、出力電極面内で場所に依
存せず、均一に存在しているため圧電性基板１の厚み方
向に振動がおこり、入力信号の２倍の周波数をもったコ
ンボリューション信号のバルク波が圧電性基板１の裏面
で反射してコンボリューション出力信号と重畳して出力
電極３からとりだされる。

【００１５】図７のグラフは、圧電性基板の裏面が鏡面
研磨されているときのコンボリューション出力信号の周
波数特性のグラフである。グラフに示されているように
目的の信号である出力信号に圧電性基板の厚み方向に発
生するコンボリューション出力のバルク波がのっている
ためスプリアスが発生してしまい、出力信号の帯域を大
きく狭めてしまう原因となっている。

【００１６】上記のような弾性表面波コンボルバは、弾
性表面波素子のひとつに含まれ、そこで発生する波に
は、レイリー波などの弾性表面波だけではなく、弾性体
内部へと励振する縦波や横波が存在し、これら内部を励
振していく波を総称して通常バルク波と呼んでいる。

【００１７】このようなバルク波を抑制する手段とし
て、特開平２−１７９１１０、特開平２−１７９１０
８、特開平１−２０９８１１、特開昭５６−４３８１
９、特開昭５２−２８８３８、特開平３−１６５１１６
等の様々な手段・条件などが特許として出されている。

【００１８】ところで上記バルク波については、その特
性の違いから２つの種類にわけることができる。

【００１９】１つめは、弾性表面波フィルターなどＳＡ
Ｗデバイスの櫛形入力電極上で発生したものが圧電性基
板の裏面で反射し、櫛形出力電極へ伝搬して、そこで出
力信号に含まれた形で取り出されるものである。

【００２０】従来このバルク波は、圧電性基板の裏面を
研磨して粗面化したり、裏面に溝を掘ったりすることで
その発生を抑さえており、様々な条件が特許として出さ
れている。特にその効果については、弾性表面波素子の
櫛形電極によって決定される使用周波数と圧電性基板の
厚さや裏面に形成した凹凸の深さ・幅・ピッチなどの要
因によって大きく変化する。

【００２１】また２つめは、ＳＡＷデバイスの中でも弾
性表面波コンボルバのように、２つの櫛形入力電極で励
振された弾性表面波が、コンボルバの出力電極からコン
ボリューション信号として取り出されるときに、２つの
入力信号の周波数の和の周波数をもつコンボリューショ
ン信号のバルク波が圧電性基板の裏面で反射して再び出
力電極においてコンボリューション出力信号と共に取り
出されるものである。

【００２２】この様なコンボリューション出力のバルク
波を抑さえる手段として従来は、圧電性基板の裏面に溝
を設け、出力電極で発生したコンボリューション出力の
バルク波が、圧電性基板の裏面の凹部分で反射したもの
と圧電性基板の裏面の凸部分で反射したものとの互いの
位相を半波長ずらし、打ち消し合うようにして、出力電
極でコンボリューション信号と同時に検出されるコンボ
リューション出力のバルク波の発生を防いでいた。

【００２３】上記２種類のバルク波は、共にスプリアス
応答の原因となり、ＳＡＷデバイスの諸特性を劣化させ
ていた。

【００２４】以上の様なコンボリューションおよびバル
ク波のメカニズムは、例えば、「日本学術振興会弾性波
素子技術第１５０委員会 編、“弾性表面波素子技術ハ
ンドブック”、オーム社、（１９９１）」ｐ１４５〜ｐ
２０５、ｐ３７１〜ｐ３７４などに詳述されている。

【００２５】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、弾
性表面波コンボルバで出力電極から取り出される圧電性
基板の厚み方向に発生するコンボリューション出力のバ
ルク波を抑圧する方法において、いくつか解決しなけれ
ばならない課題を生じている。

【００２６】櫛形入力電極から発生するバルク波を防ぐ
ために、圧電性基板の裏面を研磨などの手段によって粗
面化し、バルク波を乱反射させて減衰させる方法では、
その加工方法が容易なことから、さまざまな方法・手段
が特許に出願されているが、いずれも櫛形電極から発生
するバルク波についてのものであり、コンボルバの出力
電極から発生するコンボリューション出力のバルク波に
関するものはない。

【００２７】ちなみに弾性表面波コンボルバでは、その
コンボリューション出力信号成分は、櫛形入力電極で励
振された搬送角周波数ωの２倍の周波数であるため、櫛
形入力電極で発生するバルク波そのものの影響は、まず
受けることはない。

【００２８】また圧電性基板の裏面を研磨する方法を弾
性表面波フィルターに使用する場合でも、弾性表面波素
子の櫛形電極から発生するバルク波と、圧電性基板の裏
面形状との間に明確な関係が示されているものはなく、
そのため従来特許も経験値からくる条件に関するものが
どうしても多く、よってカット＆トライによる方法に頼
らざるをえなくなり、効果の再現性に問題が生じてしま
う。

【００２９】圧電性基板の裏面にコンボルバで使用する
中心周波数に応じたピッチの溝を形成して、裏面端面溝
の凹の部分で反射したコンボリューション出力のバルク
波と、裏面端面溝の凸の部分で反射したバルク波との位
相を半波長ずらすことによって、出力電極上で発生する
コンボリューション出力のバルク波の影響を除去しよう
とする方法は、その作製方法が上記研磨による加工法に
比べてかなり手間がかかるという欠点を持っていた。

【００３０】同時に、この方法では基板裏面で反射する
コンボリューション出力のバルク波の位相が、形成する
溝の精度に大きく依存してしまうためその効果の再現性
に問題が生じてしまう。

【００３１】［発明の目的］本発明の目的は、弾性表面
波コンボルバ素子に使われている櫛形入力電極の中心周
波数から導かれたコンボリューション出力のバルク波の
波長と、圧電性基板の裏面の粗さ形状との関係を明確に
示すことにより、出力電極で取り出されるコンボリュー
ション出力信号に含まれるコンボリューション出力のバ
ルク波を、容易に、確実に、かつ効率よく抑圧し、その
非線形性バルク波の影響を取り除き、スプリアス成分の
ないコンボリューション出力信号の得られる弾性表面波
素子を得ることにある。

【００３２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するための手段として、圧電性基板または非圧電物質
上に圧電性物質を形成した基板の主面上に、第１及び第
２の弾性表面波を励振する少なくとも２つの入力電極
と、該基板の非線形効果を利用して、該２つの弾性表面
波のコンボリューション信号を取り出す出力電極と、を
有する弾性表面波素子において、前記基板の裏面に凹凸
形状を有し、該凹凸形状は、その最大深さが、前記出力
電極から取り出されるコンボリューション出力のバルク
波の波長以上であることを特徴とする弾性表面波素子を
提供するものである。

【００３３】また、該凹凸形状は、該形状を空間フーリ
エ変換し、そのＤＣ成分を除いた値の最大値が、前記出
力電極から取り出されるコンボリューション出力のバル
ク波の波長以上であることを特徴とする弾性表面波素子
でもある。

【００３４】また、上記裏面の凹凸形状の幅は、少なく
とも該コンボリューション出力のバルク波の波長以上の
大きさで、かつ該出力電極長以下の長さであることを特
徴とする。

【００３５】また、上記凹凸形状は、前記出力電極から
取り出されるコンボリューション出力のバルク波の波長
をλ_B としたとき、

【００３６】

【数７】 を満足する粒度番号Ｎの研磨材を用いて研磨することに
より形成されたものであることを特徴とする弾性表面波
素子及びその作製方法を、上記手段とするものである。

【００３７】また、上記圧電性基板として、Ｙカットニ
オブ酸リチウムを用いたことを特徴とする。

【００３８】

【作用】本発明によれば、弾性表面波コンボルバで発生
するコンボリューション出力のバルク波の中心周波数を
用いて算出された凹凸くぼみを圧電性基板の裏面に研磨
等の方法で形成することにより、弾性表面波コンボルバ
の出力電極から発生されるコンボリューション出力のバ
ルク波を抑さえ、コンボリューション出力信号のスプリ
アス成分を除去することができるため、コンボリューシ
ョン効率および帯域など諸特性を改善できる。

【００３９】また本発明によれば、弾性表面波コンボル
バ素子に使われている櫛形入力電極の中心周波数から導
かれたコンボリューション出力のバルク波の波長と、圧
電性基板の裏面の粗さ形状との関係を明確にしたことに
より、出力電極で取り出されるコンボリューション出力
信号に含まれるコンボリューション出力のバルク波を、
容易に、確実に、かつ効率よく抑圧し、その非線形性バ
ルク波の影響を取り除き、スプリアス成分のないコンボ
リューション出力信号の得られる弾性表面波素子を再現
性良く得られる。

【００４０】

【実施例】

〔実施例１〕以下本発明の実施例について説明する。

【００４１】図１は、本発明における弾性表面波コンボ
ルバの第１実施例を示す概略図である。

【００４２】図中１は、Ｙカット（Ｚ伝搬）ニオブ酸リ
チウム圧電性基板、２は、圧電性基板１の表面上に形成
された櫛形入力電極、３は、圧電性基板１の表面上に形
成された出力電極、４は、圧電性基板１の裏面に形成さ
れた凹凸形状である。

【００４３】これらの電極は、アルミニウムなどの導電
性材料を用いて作製され、通常フォトリソグラフィー技
術を用いて圧電性基板１の表面上に直接形成される。

【００４４】この様な構成の弾性表面波素子において、
櫛形入力電極２に搬送角周波数ωの電気信号を入力する
と、基板の圧電効果により弾性表面波がそれぞれ励振さ
れ、出力電極３がΔＶ／Ｖ導波路として作用し、出力電
極内（導波路）に閉じこめられながら圧電性基板１上を
お互いに逆方向に伝搬する。そして出力電極３上で上記
２つの波がぶつかり、圧電性基板１の物理的非線形効果
により２ωのコンボリューション信号として出力電極３
から取り出される。

【００４５】ここでΔＶ／Ｖ導波路は、基板表面を電気
的に短絡することにより自由表面よりも弾性表面波の伝
搬速度を低下させ、短絡部分に弾性表面波を閉じこめよ
うとするものである。

【００４６】このとき出力電極３では、コンボリューシ
ョン出力信号が電極面内の場所に依存しない形で均一に
存在しているため、圧電性基板１の厚み方向に２ωの角
周波数で、波長がλ_B のバルク波が発生し、圧電性基板
１の裏面方向へ伝搬する。

【００４７】ここで圧電性基板の裏面は、ある特定の粒
度を持つ研磨材によって研磨されており、その裏面に
は、凹凸形状が形成されている。出力電極３から発生し
たコンボリューション出力のバルク波は、その基板の裏
面で乱反射するため抑圧される。

【００４８】またコンボリューション出力のバルク波の
減衰量は、基板の裏面に形成された凹凸くぼみ形状の深
さ・幅に関係し、その中でも深さ、特に凹凸くぼみの最
大深さに大きく依存している。最大深さとは、圧電性基
板の裏面の凹凸形状を空間フーリエ変換し、そのＤＣ成
分を除いた値の最大値のことを言う。

【００４９】このとき、コンボリューション出力のバル
ク波から基板の裏面を見たときに裏面の状態が平坦に見
えてしまうと乱反射されなくなるため、裏面に形成され
た凹凸くぼみの深さは、コンボリューション出力のバル
ク波の波長λ_B と同程度か、または、それ以上でなけれ
ばならない。

【００５０】ここで、圧電性基板の裏面の凹凸形状を空
間フーリエ変換し、そのＤＣ成分を除いた値の最大値を
求める方法の一例について、簡単な例を示す。

【００５１】ｌ（ｘ）を、ある空間的な周期関数とする
と、その空間フーリエ変換は、

【００５２】

【数８】 で表わされる。このとき、ｘは距離を表わす変数であ
る。

【００５３】この空間フーリエ変換したＬ（ω）の成分
の中で、ω＝０のとき、つまりＬ（０）の成分は、周期
関数ｌ（ｘ）の空間的な変化には直接影響を及ぼさない
ため除く。

【００５４】結局、「該凹凸形状を空間フーリエ変換
し、そのＤＣ成分を除いた値の最大値が、該出力電極か
ら取り出されるコンボリューション出力のバルク波以
上」ということは、「該凹凸形状の空間的な周期関数ｌ
（ｘ）を空間フーリエ変換した関数Ｌ（ω）において、
ω＝０となるＬ（０）を除いた成分Ｌ（ω）の中での最
大値が、該出力電極から取り出されるコンボリューショ
ン出力のバルク波以上」ということになる。

【００５５】また、実際には、このような凹凸形状は、
特定の粒度数の研磨材で研磨することにより、容易に確
実に得ることができる。そこで、各種の研磨材で研磨し
て形成した凹凸形状の最大深さを測定器で測定してみる
と、一定の関係があることがわかる。

【００５６】図２は、圧電性基板の裏面を研磨した研磨
材の粒度番号と、その時できた凹凸くぼみの最大深さと
の関係を表したグラフである。

【００５７】図中、横軸に研磨材の粒度番号をとり、縦
軸に凹凸くぼみの最大深さをとっている。

【００５８】図中、研磨材の粒度番号と、凹凸くぼみの
最大深さとの関係は、横軸をＸ、縦軸をＹ［μｍ］とし
たときに関数 Ｙ＝１．３×１０⁸ ・Ｘ^-2.6 ……（３） で表すことができる。

【００５９】このときのコンボリューション出力のバル
ク波の波長をλ_B とすると、このλ _B を縦軸の最大深さ
軸上にとり、上式（３）が表す曲線と交わった点での研
磨材の粒度番号が、コンボリューション出力のバルク波
を抑圧することのできる最大の粒度番号であり、これ以
上の粒度番号では裏面に形成される凹凸くぼみ形状の最
大深さがλ_B よりも小さくなってしまい、コンボリュー
ション出力のバルク波を効率よく乱反射することができ
なくなってしまう。

【００６０】また裏面に形成された凹凸の幅の大きさ
も、コンボリューション出力のバルク波から基板の裏面
を見たときに裏面の状態が平坦に見えてしまうと乱反射
しなくなるため、コンボリューション出力のバルク波の
波長λ_B と同程度か、または、それ以上でなければなら
ず、最大でも弾性表面波コンボルバの出力電極長程度の
長さであればよい。

【００６１】なお幅とは、隣り合った凹凸の深さの最大
点（最小点）間の長さのことをいう。

【００６２】たとえば、弾性表面波コンボルバに使用す
る圧電性基板をＹカットのニオブ酸リチウム基板とする
と、その中を伝搬するコンボリューション出力のバルク
波の音速は、約５５００〜６０００ｍ／ｓ程度となる。
そこで圧電基板表面上に形成された櫛形電極の中心周波
数を１５０ＭＨｚとすると、コンボリューション出力の
バルク波の中心周波数は２倍の３００ＭＨｚとなり、バ
ルク波の波長λ_B は２０μｍ程度の値となる。

【００６３】このλ_B の値から図２のグラフを用いると
最大の粒度番号は、約＃４００と求めることができ、＃
４００以下の粒度番号を用いれば基板裏面に形成される
凹凸の最大深さは、コンボリューション出力のバルク波
の波長λ_B よりも大きくなり、バルク波は効率よく乱反
射され抑圧される。

【００６４】図３および図４は、圧電性基板の裏面を研
磨材の粒度番号＃１０００および＃２４０で研磨したと
きの、弾性表面波コンボルバのコンボリューション出力
信号の周波数特性を測定したグラフである。

【００６５】圧電性基板の裏面が鏡面研磨されている従
来例の図７のグラフと比較すると、図３のグラフでは、
周波数特性にのっていたコンボリューション出力のバル
ク波は若干緩和はされているが、まだ出力信号に対して
大きな成分をもっており、その影響は無視することはで
きない。

【００６６】それに対して図４のグラフでは、コンボリ
ューション出力信号の周波数特性にのっていたコンボリ
ューション出力のバルク波の影響が大幅に抑圧され、出
力信号のスプリアス成分が減衰していることがわかる。

【００６７】以上のことから、圧電性基板の裏面表面を
ある特定の粒度を持つ研磨材で研磨し、その時使用する
研磨材のある特定の粒度とは、図２で示されるグラフか
らコンボリューション出力のバルク波の波長λ_B を用い
て求められた粒度番号か、またはそれ以下の粒度番号の
ものであり、同時にその時形成される凹凸の幅および深
さは、少なくとも前記バルク波の波長λ_B と同程度かま
たは、それ以上の大きさを持ち、かつ幅に関しては、最
大でも弾性表面波コンボルバの出力電極の長さまでとす
る。

【００６８】その結果、基板表面に形成された弾性表面
波コンボルバの出力電極から発生するコンボリューショ
ン出力のバルク波が抑圧され、コンボリューション出力
信号に含まれるスプリアス成分を減衰することができる
ため、コンボリューション効率および帯域など諸特性の
改善につながることになる。

【００６９】上記中で示した研磨材の粒度の値は、日本
工業規格で規格されているものを用いた。

【００７０】なお図５は、研磨材の粒度と粒子の平均径
との関係を表した表であり、日本工業規格ＪＩＳ Ｒ６
００１からの一部抜粋である。この表から粒子の平均径
と、裏面に形成された凹凸形状の最大深さとの関係も示
すことができる。

【００７１】上記実施例では、弾性表面波コンボルバの
それぞれの櫛形入力電極には同一の搬送角周波数ωの電
気信号を入力する例を示したが、同一周波数である必要
はなくそれぞれ異なる搬送角周波数の電気信号を入力し
てもよく、そのとき出力電極から得られる出力信号は、
入力信号の搬送角周波数それぞれの和となる。

【００７２】また上記実施例で用いた研磨方法はそれだ
けに限らず、上記中に示した研磨材を用いれば他の研磨
方法で行っても構わない。

【００７３】また上記実施例で示した裏面形状を形成す
るための方法は、研磨方法だけに限らずエッチングなど
他の方法を用いてもよい。

【００７４】上記中に示された圧電性基板１はＹカット
（Ｚ伝搬）ニオブ酸リチウムを用いているが、他の圧電
材料、他のカット方向の圧電材料のものを用いてもよ
い。

【００７５】上記中で示した弾性表面波コンボルバの使
用周波数は、一例であり他の周波数を用いることも可能
である。

【００７６】また、上記実施例において弾性表面波素子
は、エラスティック型を用いた例を示したが、本来はそ
れだけに限らずＡＥ型を用いてもよい。

【００７７】上記実施例中で示した圧電性基板は、本来
はそれだけに限らず圧電性基板以外の非圧電物質上に圧
電性物質を形成した基板を用いてもよい。

【００７８】〔実施例２〕以下本発明の第二実施例につ
いて説明する。

【００７９】第一実施例では、図２で示したグラフを用
いて圧電性基板の裏面に形成された凹凸形状の最大深さ
が、出力電極から取り出されるコンボリューション出力
のバルク波の波長以上であるときにもっとも効率よくコ
ンボリューション出力のバルク波を抑圧することができ
ることを、使用する弾性表面波コンボルバの入力中心周
波数を一定値に固定し、圧電性基板の裏面に凹凸形状を
形成するための研磨材の粒度番号を変化させることによ
って、説明した。

【００８０】そこで第二実施例では、逆に圧電性基板の
裏面の粗さを一種類の粒度番号で固定し、弾性表面波コ
ンボルバの中心周波数の値をいくつか振ることによっ
て、図２に示した本発明における研磨材の粒度番号と、
その時できた裏面の凹凸形状の最大深さとの関係を表し
たグラフ、さらにコンボリューション出力のバルク波の
減衰との関係について別の角度から述べる。

【００８１】図８は、図２で示した本発明における研磨
材の粒度番号と、その時できた裏面の凹凸形状の最大深
さとの関係を表したグラフの研磨材の粒度番号＃２４０
付近の拡大図である。

【００８２】図中、横軸に研磨材の粒度番号をとり、縦
軸に凹凸形状の最大深さをとっている。

【００８３】図中、研磨材の粒度番号と凹凸形状の最大
深さとの関係は、横軸をＸ、縦軸をＹ［μｍ］としたと
きに関数 Ｙ＝１．３×１０⁸ ・Ｘ^-2.6 ……（３） で表すことができる。

【００８４】コンボリューション出力のバルク波の減衰
量は、基板の裏面に形成された凹凸形状の深さ・幅に関
係し、その中でも特に凹凸形状の最大深さに大きく依存
しているため、裏面に形成された凹凸形状の最大深さ
が、コンボリューション出力のバルク波の波長に大きく
影響を及ぼす。

【００８５】ここで弾性表面波コンボルバに使用する圧
電性基板をＹカットのニオブ酸リチウム基板とし、その
裏面に形成された凹凸形状の粒度番号を＃２４０として
固定すると、そのとき裏面に形成された凹凸形状の最大
深さは、約８４μｍとなる。この値は、コンボリューシ
ョン出力のバルク波の波長と置き換えることができ、こ
の値がコンボリューション出力のバルク波の影響を抑え
ることができる最大の値となる。

【００８６】言いかえればコンボリューション出力のバ
ルク波の波長が８４μｍよりも大きい値の時は、コンボ
リューション出力のバルク波から見て裏面に形成した凹
凸形状の状態は、平坦に見えるためコンボリューション
出力のバルク波の影響を抑えることができない。

【００８７】逆にコンボリューション出力のバルク波の
波長が８４μｍよりも小さい値の時は、コンボリューシ
ョン出力のバルク波から見て裏面に形成された凹凸形状
の状態は、でこぼこの粗い面として見ることができるた
めコンボリューション出力のバルク波はその面で乱反射
し、効率よくコンボリューション出力のバルク波の影響
を抑えることができる。

【００８８】つまりコンボリューション出力のバルク波
の影響を抑えるためには、図８の縦軸に示した凹凸形状
の最大深さがコンボリューション出力のバルク波の波長
と同程度か、またはそれ以上でなければならないという
ことがわかる。

【００８９】図９は、図８およびＹカットニオブ酸リチ
ウム基板の中を伝搬するコンボリューション出力のバル
ク波の音速を用いて導いた、研磨材の粒度番号＃２４０
前後の値で形成される裏面の凹凸形状の最大深さ（＝コ
ンボリューション出力のバルク波の波長）、そのときの
コンボリューション出力の周波数、およびコンボルバの
入力信号の中心周波数（弾性表面波コンボルバのそれぞ
れの櫛形電極に同一の搬送角周波数の電気信号を入力す
る場合）を表の形にあらわしたものである。

【００９０】すなわち研磨材の粒度番号＃１９７，２４
０，３２０のとき、コンボリューション出力のバルク波
の影響を抑えることのできる境界の入力中心周波数は、
それぞれ２０，３５，７５ＭＨｚとなる。

【００９１】図１０〜図１２は、弾性表面波コンボルバ
の圧電性基板の裏面を研磨材の粒度番号＃２４０で研磨
したとき、コンボルバの入力信号の中心周波数がそれぞ
れ２０，３５，７５ＭＨｚのときの弾性表面波コンボル
バのコンボリューション出力信号の周波数特性を測定し
たグラフである。

【００９２】図１０では、周波数特性の信号にかなり大
きなリップルが含まれているため、コンボリューション
出力のバルク波の影響を大きく受けていることがわか
る。

【００９３】それに対して図１１および図１２では、圧
電性基板の裏面に形成された凹凸形状の粒度番号＃２４
０による最大深さに対して、コンボリューション出力の
バルク波の波長が小さくなるような弾性表面波コンボル
バの入力中心周波数であるため、コンボリューション出
力の周波数特性は、図１０のグラフと比較しても明らか
なようにリップルが抑えられ、コンボリューション出力
のバルク波は大きく減衰していることがわかる。また、
入力中心周波数またはコンボリューション出力周波数が
高くなっていくほどコンボリューション出力のバルク波
の影響が緩和されていく傾向にあることもわかる。

【００９４】つまりコンボリューション出力のバルク波
の影響を効果的に抑えるためには、さらに入力中心周波
数を高くすればよいということになる。

【００９５】以上のことから、圧電性基板の裏面表面を
ある特定の粒度を持つ研磨材で研磨すると、コンボリュ
ーション出力のバルク波の波長は、そのとき圧電性基板
の裏面に形成される凹凸形状の最大深さかまたはそれ以
下の大きさとなるときにコンボリューション出力のバル
ク波が抑圧され、コンボリューション出力信号に含まれ
るスプリアス成分を減衰することができる。そのため、
コンボリューション効率および帯域など諸特性の改善に
つながることになる。

【００９６】言い換えるならば、圧電性基板の裏面表面
をある特定の粒度を持つ研磨材で研磨し、その時使用す
る研磨材のある特定の粒度とは、図２で示されるグラフ
からコンボリューション出力のバルク波の波長λ_B を用
いて求められた粒度番号か、またはそれ以下の粒度番号
のものであり、同時にその時形成される凹凸の幅および
深さは、少なくとも前記バルク波の波長λ_B と同程度か
または、それ以上の大きさを持ち、かつ幅に関しては、
最大でも弾性表面波コンボルバの出力電極の長さまでと
する。

【００９７】その結果、基板表面に形成された弾性表面
波コンボルバの出力電極から発生するコンボリューショ
ン出力のバルク波が抑圧され、コンボリューション出力
信号に含まれるスプリアス成分を減衰することができる
ため、コンボリューション効率および帯域など諸特性の
改善につながることになる。

【００９８】上記中で示した研磨材の粒度の値は、日本
工業規格で規格されているものを用いた。

【００９９】なお図５は、研磨材の粒度と粒子の平均径
との関係を表した表であり、日本工業規格ＪＩＳ Ｒ６
００１からの一部抜粋である。この表から粒子の平均径
と、裏面に形成された凹凸形状の最大深さとの関係も示
すことができる。

【０１００】上記実施例では、弾性表面波コンボルバの
それぞれの櫛形入力電極には同一の搬送角周波数ωの電
気信号を入力する例を示したが、同一周波数である必要
はなくそれぞれ異なる搬送角周波数の電気信号を入力し
てもよく、そのとき出力電極から得られる出力信号は、
入力信号の搬送角周波数それぞれの和となる。

【０１０１】また上記実施例で用いた研磨方法はそれだ
けに限らず、上記中に示した研磨材を用いれば他の研磨
方法で行っても構わない。

【０１０２】また上記実施例で示した裏面形状を形成す
るための方法は、研磨方法だけに限らずエッチングなど
他の方法を用いてもよい。

【０１０３】上記中に示された圧電性基板１はＹカット
（Ｚ伝搬）ニオブ酸リチウムを用いているが、他の圧電
材料、他のカット方向の圧電材料のものを用いてもよ
い。

【０１０４】上記中で示した弾性表面波コンボルバの使
用周波数は、一例であり他の周波数を用いることも可能
である。

【０１０５】上記実施例中で示した圧電性基板は、本来
はそれだけに限らず圧電性基板以外の非圧電物質上に圧
電性物質を形成した基板を用いてもよい。

【０１０６】〔実施例３〕図１３は、以上説明したよう
な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。図において、４０は送信機を示す。こ
の送信機は送信すべき信号を拡散符号を用いて、スペク
トラム拡散変調して、アンテナ４０１より送信する。送
信された信号は、受信機４１で受信され、復調される。
受信機４１は、アンテナ４１１、高周波信号処理部４１
２、同期回路４１３、符号発生器４１４、拡散復調回路
４１５、復調回路４１６より構成される。アンテナ４１
１にて受信された受信信号は高周波信号処理部４１２に
て適当にフィルタリング及び増幅され、送信周波数帯信
号のまま若しくは適当な中間周波数帯信号に変換され出
力される。該信号は同期回路４１３に入力される。同期
回路４１３は本発明の実施例に記載の弾性表面波装置４
１３１と符号発生器４１４より入力される参照用拡散符
号を変調する変調回路４１３２と弾性表面波装置４１３
１から出力された信号を処理し、送信信号に対する拡散
符号同期信号およびクロック同期信号を符号発生器４１
４に出力する信号処理回路４１３３からなる。弾性表面
波素子４１３１には高周波信号処理部４１２からの出力
信号と変調回路４１３２からの出力信号が入力され、２
つの入力信号のコンボリューション演算が行われる。こ
こで符号発生器４１４より変調回路４１３２に入力され
る参照用拡散符号が送信側から送信される拡散符号を時
間反転させた符号とすると、弾性表面波装置４１３１で
は、受信信号に含まれる同期専用拡散符号成分と参照用
拡散符号とが、弾性表面波装置４１３１の導波路上にて
一致した時に相関ピークが出力される。信号処理回路４
１３３では、弾性表面波装置４１３１より入力される信
号から、相関ピークを検出し、参照用拡散符号の符号開
始から相関ピーク出力までの時間から、符号同期のずれ
量を割り出し、符号同期信号及びクロック信号が符号発
生器４１４に出力される。同期確立後、符号発生器４１
４は送信側の拡散符号に対しクロック及び拡散符号位相
が一致した拡散符号を発生する。この拡散符号は、拡散
復調回路４１５に入力され、拡散変調される前の信号が
復元される。拡散変復調回路４１５から出力される信号
は、いわゆる周波数変調、位相変調などの一般に使用さ
れている変調方式により変調されている信号なので、同
業者が周知の復調回路４１６により、データ復調がなさ
れる。

【０１０７】〔実施例４〕図１４、図１５は、以上説明
したような弾性表面波素子を用いた通信システムの送信
機及び受信機の一例を示すブロック図である。図１４に
おいて、５０１は直列に入力されるデータをｎ個の並列
データに変換する直並列変換器、５０２−１〜ｎは並列
化された各データと拡散符号発生器から出力されるｎ個
の拡散符号とを乗算する乗算器群、５０３はｎ個のそれ
ぞれ異なる拡散符号と同期専用の拡散符号を発生する拡
散符号発生器、５０４は拡散符号発生器５０３から出力
される同期専用拡散符号と乗算器群５０２−１〜ｎのｎ
個の出力を加算する加算器、５０５は加算器５０４の出
力を送信周波数信号に変換するための高周波段、５０６
は送信アンテナである。

【０１０８】また、図１５において、６０１は受信アン
テナ、６０２は高周波信号処理部、６０３は送信側の拡
散符号とクロックに対する同期を捕捉し維持する同期回
路、６０４は同期回路６０３より入力される符号同期信
号及びクロック信号により、送信側の拡散符号群と同一
のｎ＋１個の拡散符号及び参照用拡散符号を発生する拡
散符号発生器、６０５は拡散符号発生器６０４より出力
されるキャリア再生用拡散符号と高周波信号処理部６０
２の出力から搬送波信号を再生するキャリア再生回路、
６０６はキャリア再生回路６０５の出力と高周波信号処
理部６０２の出力と拡散符号発生器６０４の出力である
ｎ個の拡散符号を用いてベースバンドで復調を行うベー
スバンド復調回路、６０７はベースバンド復調回路６０
６の出力であるｎ個の並列復調データを並直列変換する
並直列変換器である。

【０１０９】上記構成において送信側ではまず入力され
たデータが直並列変換器５０１によって符号分割多重数
に等しいｎ個の並列データに変換される。一方、拡散符
号発生器５０３はｎ＋１個の符号周期が同一でそれぞれ
異なる拡散符号ＰＮ０〜ＰＮｎを発生している。このう
ちＰＮ０は同期及びキャリア再生専用であり前記並列デ
ータによって変調されず直接加算器５０４に入力され
る。残りのｎ個の拡散符号は乗算器群５０２−１〜ｎに
てｎ個の並列データにより変調され加算器５０４に入力
される。加算器５０４は入力されたｎ＋１個の信号を線
形に加算し高周波段５０５に加算されたベースバンド信
号を出力する。該ベースバンド信号は続いて高周波段５
０５にて適当な中心周波数を持つ高周波信号に変換さ
れ、送信アンテナ５０６より送信される。

【０１１０】受信側では、受信アンテナ６０１で受信さ
れた信号は高周波信号処理部６０２にて適当にフィルタ
リング及び増幅され、送信周波数帯信号のまま若しくは
適当な中間周波数帯信号に変換され出力される。該信号
は同期回路６０３に入力される。同期回路６０３は本発
明の実施例に記載の弾性表面波装置６０３１と符号発生
器６０４より入力される参照用拡散符号を変調する変調
回路６０３２と弾性表面波装置６０３１から出力された
信号を処理し、送信信号に対する拡散符号同期信号およ
びクロック同期信号を拡散符号発生器６０４に出力する
信号処理回路６０３３からなる。弾性表面波素子６０３
１には高周波信号処理部６０２からの出力信号と変調回
路６０３２からの出力信号が入力され、２つの入力信号
のコンボリューション演算が行われる。ここで符号発生
器６０４より変調回路６０３２に入力される参照用拡散
符号が送信側から送信される同期専用拡散符号を時間反
転させた符号とすると、弾性表面波装置６０３１では、
受信信号に含まれる同期専用拡散符号成分と参照用拡散
符号とが、弾性表面波装置６０３１の導波路上にて一致
した時に相関ピークが出力される。信号処理回路６０３
３では、弾性表面波装置６０３１より入力される信号か
ら、相関ピークを検出し、参照用拡散符号の符号開始か
ら相関ピーク出力までの時間から、符号同期のずれ量を
割り出し、符号同期信号及びクロック信号が拡散符号発
生器６０４に出力される。同期確立後、拡散符号発生器
６０４は送信側の拡散符号群に対しクロック及び拡散符
号位相が一致した拡散符号群を発生する。これらの符号
群のうち同期専用の拡散符号ＰＮ０はキャリア再生回路
６０５に入力される。キャリア再生回路６０５では同期
専用拡散符号ＰＮ０により高周波信号処理部６０２の出
力である送信周波数帯若しくは中間周波数帯に変換され
た受信信号を逆拡散し送信周波数若しくは中間周波数帯
の搬送波を再生する。キャリア再生回路６０５の構成
は、たとえば位相ロックループを利用した回路が用いら
れる。受信信号と同期専用拡散符号ＰＮ０は乗算器にて
乗算される。同期確立後は受信信号中の同期専用拡散符
号と参照用の同期専用拡散符号のクロック及び符号位相
は一致しており、送信側の同期専用拡散符号はデータで
変調されていないため、乗算器で逆拡散されその出力に
は搬送波の成分が現れる。該出力は続いて帯域通過フィ
ルタに入力され搬送波成分のみが取り出され出力され
る。該出力は次に位相検出器、ループ・フィルタ及び電
圧制御発振器にて構成されるよく知られた位相ロックル
ープに入力され、電圧制御発振器より帯域通過フィルタ
より出力される搬送波成分に位相のロックした信号が再
生搬送波として出力される。再生された搬送波はベース
バンド復調回路６０６に入力される。ベースバンド復調
回路では該再生搬送波と高周波信号処理部６０２の出力
よりベースバンド信号が生成される。該ベースバンド信
号はｎ個に分配され拡散符号発生器６０４の出力である
拡散符号群ＰＮ１〜ＰＮｎにより各符号分割チャネル毎
に逆拡散され、続いてデータ復調がなされる。復調され
たｎ個の並列復調データは並直列変調器６０７にて直列
データに変換され出力される。

【０１１１】本実施例は２値変調の場合であるが、直交
変調など、他の変調方式でも良い。

【０１１２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、弾性
表面波コンボルバ素子に使われている櫛形入力電極の中
心周波数から導かれたコンボリューション出力のバルク
波の波長と、圧電性基板の裏面の粗さ形状との関係を明
確にしたことにより、出力電極で取り出されるコンボリ
ューション出力信号に含まれるコンボリューション出力
のバルク波を、容易に、確実に、かつ効率よく抑圧し、
その非線形性バルク波の影響を取り除き、スプリアス成
分のないコンボリューション出力信号の得られる弾性表
面波素子を再現性良く得られる。

【０１１３】また、基板裏面の凹凸形状の最大深さとそ
れを得るための研磨材の粒度番号との関係も明確にした
ため、特定の粒度番号の研磨材を用いて研磨することに
より、容易に、確実に、再現性良く、上記バルク波の影
響を取り除き、スプリアス成分のないコンボリューショ
ン出力信号の得られる弾性表面波素子を作製することが
できるという効果が得られる。

【０１１４】すなわち、従来のように、凹凸形状の最適
値を試行錯誤により作製するようなことがなくなるた
め、確実に、最適な凹凸形状が容易に得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における弾性表面波コンボルバの第１実
施例を示す概略図。

【図２】本発明における研磨材の粒度番号と、その時で
きた裏面の凹凸くぼみの最大深さとの関係を表した図。

【図３】本発明における研磨材の粒度番号＃１０００で
裏面を研磨したときの、弾性表面波コンボルバのコンボ
リューション出力信号の周波数特性を測定した図。

【図４】本発明における研磨材の粒度番号＃２４０で裏
面を研磨したときの、弾性表面波コンボルバのコンボリ
ューション出力信号の周波数特性を測定した図。

【図５】研磨材の粒度と粒子の平均径との関係を表した
図（日本工業規格ＪＩＳ Ｒ６００１からの一部抜粋）
である。

【図６】従来の弾性表面波コンボルバを示す概略図。

【図７】従来の圧電性基板の裏面が鏡面研磨されている
ときのコンボリューション出力信号の周波数特性の図。

【図８】研磨材の粒度番号と圧電性基板の裏面の凹凸形
状の最大深さとの関係を表した図。

【図９】研磨材の粒度番号とコンボリューション出力の
バルク波の影響を抑えることができるコンボリューショ
ン出力周波数と入力中心周波数との関係を表した図。

【図１０】本発明における研磨材の粒度番号＃２４０で
裏面を研磨し、弾性表面波コンボルバの入力中心周波数
２０ＭＨｚのときのコンボリューション出力信号の周波
数特性を測定した図。

【図１１】本発明における研磨材の粒度番号＃２４０で
裏面を研磨し、弾性表面波コンボルバの入力中心周波数
３５ＭＨｚのときのコンボリューション出力信号の周波
数特性を測定した図。

【図１２】本発明における研磨材の粒度番号＃２４０で
裏面を研磨し、弾性表面波コンボルバの入力中心周波数
７５ＭＨｚのときのコンボリューション出力信号の周波
数特性を測定した図。

【図１３】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。

【図１４】本発明の弾性表面波素子を用いた通信システ
ムの送信機及び受信機の一例を示すブロック図。

【図１５】本発明の弾性表面波素子を用いた通信システ
ムの送信機及び受信機の一例を示すブロック図。

【符号の説明】

１ 圧電性基板 ２ 櫛形入力電極 ３ 出力電極 ４ 凹凸形状 ４０ 送信機 ４１ 受信機 ４０１ 送信用アンテナ ４１１ 受信用アンテナ ４１２ 高周波信号処理部 ４１３ 同期回路 ４１４ 符号発生器 ４１５ 拡散復調回路 ４１６ 復調回路 ５０１ 直列に入力されるデータをｎ個の並列データ
に変換する直並列変換器 ５０２−１〜ｎ 乗算器群 ５０３ 拡散符号発生器 ５０４ 加算器 ５０５ 高周波段 ５０６ 送信アンテナ ６０１ 受信アンテナ ６０２ 高周波信号処理部 ６０３ 同期回路 ６０４ 拡散符号発生器 ６０５ キャリア再生回路 ６０６ ベースバンド復調回路 ６０７ 並直列変換器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 1/707 (72)発明者 江口 正 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 横田 あかね 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 望月 規弘 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電性基板または非圧電物質上に圧電性
   物質を形成した基板の主面上に、第１及び第２の弾性表
   面波を励振する少なくとも２つの入力電極と、該基板の
   非線形効果を利用して、該２つの弾性表面波のコンボリ
   ューション信号を取り出す出力電極と、を有する弾性表
   面波素子において、 前記基板の裏面に凹凸形状を有し、 該凹凸形状は、その最大深さが、前記出力電極から取り
   出されるコンボリューション出力のバルク波の波長以上
   であることを特徴とする弾性表面波素子。
2. 【請求項２】 圧電性基板または非圧電物質上に圧電性
   物質を形成した基板の主面上に、第１及び第２の弾性表
   面波を励振する少なくとも２つの入力電極と、該基板の
   非線形効果を利用して該２つの弾性表面波のコンボリュ
   ーション信号を取り出す出力電極と、を有する弾性表面
   波素子において、 前記基板の裏面に凹凸形状を有し、 該凹凸形状は、該形状を空間フーリエ変換し、そのＤＣ
   成分を除いた値の最大値が、前記出力電極から取り出さ
   れるコンボリューション出力のバルク波の波長以上であ
   ることを特徴とする弾性表面波素子。
3. 【請求項３】 上記裏面の凹凸形状の幅は、少なくとも
   上記コンボリューション出力のバルク波の波長以上の大
   きさで、かつ上記出力電極長以下の長さであることを特
   徴とする請求項１又は２に記載の弾性表面波素子。
4. 【請求項４】 上記凹凸形状は、上記出力電極から取り
   出されるコンボリューション出力のバルク波の波長をλ
   _B としたとき、 【数１】 を満足する粒度番号Ｎの研磨材を用いて研磨することに
   より形成されたものであることを特徴とする請求項１〜
   ３のいずれか１項に記載の弾性表面波素子。
5. 【請求項５】 上記圧電性基板として、Ｙカットニオブ
   酸リチウムを用いたことを特徴とする請求項１又は２に
   記載の弾性表面波素子。
6. 【請求項６】 圧電性基板または非圧電物質上に圧電性
   物質を形成した基板の主面上に、第１及び第２の弾性表
   面波を励振する少なくとも２つの入力電極と、該基板の
   非線形効果を利用して該２つの弾性表面波のコンボリュ
   ーション信号を取り出す出力電極とを有し、該基板の裏
   面を研磨材を用いて研磨した弾性表面波素子の作製方法
   において、 前記研磨は、前記出力電極から取り出されるコンボリュ
   ーション出力のバルク波の波長をλ_B としたとき、 【数２】 を満足する粒度番号Ｎの研磨材を用いて研磨することを
   特徴とする弾性表面波素子の作製方法。
7. 【請求項７】 上記圧電性基板に、Ｙカットニオブ酸リ
   チウムを用いたことを特徴とする請求項６に記載の弾性
   表面波素子の作製方法。
8. 【請求項８】 請求項１〜５のいずれか１項に記載の弾
   性表面波素子を用いたことを特徴とする通信装置。