JPH0983293A - 弾性表面波コンボルバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 櫛歯状電極３は、その歯の噛み合わせ長
を重み付けして広帯域化を図っている。この重み付けは
窓関数等の一定の関数に従って行われるが、これを両端
近傍の一部の歯についてのみ実施する。その割合は全体
の歯の本数に対し１０〜４０％程度とする。 【効果】 これによって、使用帯域内のリップルが減少
し、使用帯域外での信号レベルを十分に低下させること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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。このデバイスは圧電体基板上の両端部分
に、丁度櫛の歯に似た櫛歯状電極を配置し、基板中央に
コンボリューション出力電極を配置する。そして、基板
両側の櫛歯状電極からコンボリューション出力電極に向
かって表面波を伝搬させ、コンボリューション出力電極
において、その信号の積の電気信号を取り出す。この弾
性表面波コンボルバでは比較的広い帯域に分布する信号
の処理を行うことから、櫛歯状電極も広帯域構造となっ
ている。

【０００３】図２には、従来一般の櫛歯状電極とその周
波数特性を示す。（ａ）は櫛歯状電極の平面図、（ｂ）
と（ｃ）はその周波数特性を示している。この図に示す
ように、櫛歯状電極３は正負一対により構成され、その
歯５が互いに一定の長さ、一定の距離をおいて向かい合
うように歯を噛み合わせている。この歯５の相互間隔を
ピッチと呼び、このピッチが長いほど低い周波数の表面
波を励振する。従って、多数の歯のピッチを例えばこの
例では左から順に右に向かって短くすることによって広
い周波数成分の表面波を励振し出力する構成になってい
る。そして、正負の電極の歯が向かい合う長さ、即ち噛
み合わせ長が長いほど強い表面波が励振される。従っ
て、この噛み合わせ長を適当に調整することによって周
波数成分毎の表面波出力レベルが調整される。この出力
レベルの調整を重み付けと呼んでいる。

【０００４】この図に示すような電極の広帯域化を図る
には、この重み付けを窓関数に従って処理する。窓関数
というのは、この電極による信号処理回路を理想的な帯
域フィルタとした場合に、使用帯域での出力が全ての周
波数成分について“１”であって、それ以外の帯域では
全ての周波成分について出力は“０”となる。これは、
帯域の両端で立ち上がるパルス状の特性となるが、これ
をフーリエ級数展開すると周波数成分毎の出力レベルが
得られる。即ち、その出力レベルに合わせるように重み
付けを行うと、理想的な帯域フィルタに近い特性が得ら
れることになる。この図の例ではｆ0 を中心周波数と
し、ＢＷを使用帯域幅として、窓関数による重み付けを
行ったところ、理論的には（ｂ）に示すような特性が得
られる。この種の櫛歯状電極の重み付けに関する技術
は、特開平６−３１４９４６号公報、特開平６−２６０
８８１号公報に記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な従来の弾性表面波コンボルバには次のような解決すべ
き課題があった。上記のような電極の重み付けによる広
帯域化を弾性表面波コンボルバによる広い周波数帯域の
電極に採用した場合に、実際には図２（ｃ）に示すよう
に、目的とする帯域よりもはるかに帯域幅の狭いものに
なってしまうことがある。これは、櫛歯状電極の両端、
即ち低域部分と高域部分を分担する歯の噛み合わせ長が
他の部分の噛み合わせ長に比べて相当短くなるためにこ
の部分での変換効率が著しく低下し、初期の特性が得ら
れないためと考えられる。しかも、広帯域化のために窓
関数にある程度補正を施したとしても、少し帯域が広が
るだけで使用帯域内でのリップル、即ちレベル変動が激
しいという問題もある。更に、本発明者が先に開発した
コンボリューション出力電極に向かって表面波が集束す
るような電極の場合には、広帯域化がより一層難しくな
るという問題があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は以上の点を解決
するため次の構成を採用する。 〈構成１〉本発明の弾性表面波コンボルバは、圧電体基
板上に形成され、一対の櫛歯状電極が互いに歯を噛み合
わせるように配置されており、各歯は、互いに異なる周
波数成分の表面波を出力して、予め設定された焦点に集
束させるように表面波伝搬方向のピッチが選定されてお
り、かつ、各周波数成分の出力レベルが、各歯の噛み合
わせ長により選定して重み付けするように構成されたも
のにおいて、所定の関数に基づいて設定された重み付け
を、櫛歯状電極の表面波伝搬方向に見て、焦点に近い歯
と焦点から遠い歯にのみに実施する。

【０００７】〈説明〉圧電体基板は、表面波を伝搬させ
るためのもので、コンボルバの場合、一般に、この両端
近くに各櫛歯状電極が配置され、その中央に配置された
コンボリューション出力電極に向けて表面波を出力す
る。表面波励振のために両端に少なくとも正負各一対の
櫛歯状電極が使用されるが、２対以上を組み合わせて使
用してもよい。正負電極の歯を噛み合わせ、その噛み合
わせ長が長いほど出力レベルが高くなる。表面波伝搬方
向のピッチとは、正負電極の歯と歯の間の距離をいい、
これが長いと励振表面波の周波数が低くなる。互いに異
なる周波数成分の表面波を出力するといっても、全ての
歯に異なる周波数成分を割り当てる必要はなく、同一の
周波数成分を割り当てた歯がそれぞれ多数存在してよ
い。予め設定された焦点とは、コンボリューション出力
電極端近傍の適当な点のことである。このように重み付
けを行うことにより、使用帯域内の周波数特性が平坦に
なり、使用帯域外の信号レベルを十分低く抑えた帯域フ
ィルタ特性となる。

【０００８】〈構成２〉本発明の別の弾性表面波コンボ
ルバは、圧電体基板上に形成され、一対の櫛歯状電極が
互いに歯を噛み合わせるように配置されており、各歯
は、互いに異なる周波数成分の表面波を出力して、予め
設定された焦点に集束させるように各歯の表面波伝搬方
向のピッチが選定されており、かつ、各周波数成分の出
力レベルが、各歯の噛み合わせ長により選定して重み付
けするように構成されたものにおいて、所定の関数に基
づいて設定された重み付けを、周波数成分の低域部分を
出力する歯と高域部分を出力する歯にのみ実施する。

【０００９】〈説明〉このように歯を選定して重み付け
を行っても同様に使用帯域内の周波数特性が平坦とな
り、使用帯域外の信号レベルを十分低く抑えることがで
きる。

【００１０】〈構成３〉所定の関数に基づいて設定され
た重み付けを施した歯数を全部の歯数の１０％以上４０
％以下に選定することが好ましい。 〈説明〉重み付け歯数が１０％以下の場合、重み付けし
ないときとほぼ同一の周波数特性となってしまう。ま
た、重み付け歯数が４０％以上の場合周波数の高い部分
及び低い部分の出力レベルが大きくなり、周波数特性が
悪くなる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具体
例を用いて説明する。 〈具体例１〉図１は、本発明の弾性表面波コンボルバ主
要部の平面図である。この弾性表面波コンボルバは、圧
電体基板１の上にコンボリューション出力電極２を設
け、その両側に櫛歯状電極３を配置したものである。な
お、この図面は都合上、一方の櫛歯状電極のみを示して
いる。この櫛歯状電極３は多数の歯５を有しており、正
負一対で構成され、各歯５はそれぞれ表面波伝搬方向Ａ
の方向に見て所定間隔位置で配列されている。即ち、こ
の例では、コンボリューション出力電極２から遠い歯５
ほどピッチが広く、低い周波数成分の表面波を励振する
ように構成されている。

【００１２】また、各歯５は丁度焦点４の部分を中心と
する円弧面上に形成されており、焦点４から櫛歯状電極
３の方向を見たとき、各歯５の長さが焦点４を中心とす
る円弧角αの範囲に収まるように徐々に長く選定されて
いる。そして、コンボリューション出力電極２に最も近
い部分の歯５と最も遠い部分の歯５とが、適当な本数だ
け窓関数等により重み付けされている。

【００１３】以下、本発明の更に具体的な実施例をその
周波数特性を示しながら説明する。なお、この具体例で
は、中心周波数を２００ＭＨｚ、目標とする帯域幅を６
０ＭＨｚ、窓関数の設計には理想的な帯域を７０〜８０
ＭＨｚに設定して重み付け処理を行う。実際にテストを
した電極の歯の本数は５０対である。即ち、正電極５０
本、負電極５０本の歯を互いに組み合わせて櫛歯状電極
としている。ここで、全く重み付けを行わない場合の周
波数特性を図３に示す。

【００１４】図１に示した櫛歯状電極３について、その
データ部分の重み付けをしない場合には、図３に示すよ
うに、使用帯域幅ＢＷの範囲で、特性上比較的大きなリ
ップルが見られ、使用帯域幅の両側では周期的にややレ
ベルの高い弾性表面波が出力されている。図の補助線Ｐ
に沿うレベルの信号は、特性上好ましくないレベルの信
号である。これに対して補助線Ｑに示すようなレベルに
特性が収まれば理想的になる。

【００１５】ここで、図１に示すような重み付けをした
場合の特性を図４に示す。この図４に示すように、本発
明による重み付けをした場合には、使用帯域幅ＢＷの部
分でリップルの最大値と最小値の差が十分小さくなり、
また使用帯域幅の両側部分で特性が滑らかになって、図
３に示した補助線Ｐのレベルの不要信号が大幅に減少し
ている。全体に重み付けを施した場合には、この帯域が
この図に示すよりも狭くなってしまうことは図２を用い
て示した通りである。

【００１６】次に、本発明の発明者等は、どの程度の本
数の歯について重み付けを施せば本発明の効果が得られ
るかを検証するため、重み付けを施す歯の数を増減させ
ながら周波数特性を測定した。なお、一部について重み
付けを施し、他の部分は重み付けを施さないというの
は、窓関数の各周波数成分毎の係数を重み付けを施さな
い部分については全て“１”にするということである。

【００１７】図５〜図７には、それぞれ先に説明した条
件と同一の条件で電極に重み付けをする割合を変えた周
波数特性を示した。図５（ａ）は、帯域幅６０ＭＨｚ、
重み付けの割合は“０”、即ち重み付けをしない場合の
周波数特性である。また、（ｂ）は同様の構成の電極に
対しその両端の１０％の数の歯に対し重み付けを施した
例を示している。即ち、両端に重み付けを施すのである
から、一方の端は５％だけ重み付けが施されている。こ
の図に示すように、１０％分の重み付けをすると、
（ａ）に示す場合と比較して使用帯域幅ＢＷのすぐ外側
の部分で信号レベルが低下している。なお、これ以下の
本数について重み付けをしても（ａ）に示した特性と比
較してあまり効果は見られない。従って、１０％が下限
と考えられる。

【００１８】図６（ａ）は、２０％の歯に重み付けをし
た場合、（ｂ）では３０％の歯に重み付けをした場合を
示している。いずれの場合も、使用帯域幅ＢＷの範囲内
でリップルが十分に減少し、その両端の信号レベルがよ
り低下していることが分かる。図７（ａ）は、３０％、
（ｂ）は４０％の歯に対し重み付けを行った例を示して
いる。図６（ｂ）は、上記チャープ型の電極の帯域幅を
７０ＭＨｚに設定したもので、図７（ａ）は、電極の帯
域幅を６０ＭＨｚに設定している。いずれも重み付けを
する歯の数の割合は３０％であるが、それぞれその他の
例に比べて著しい改善が図られている。ここで、図７
（ｂ）に示すように、重み付けする歯の割合を４０％に
増加させると、３０％の場合に比べてやや周波数の高い
部分と低い部分のレベルが持ち上がっている。即ち、３
０％よりも更に多くの歯数について重み付けを施してい
くと通過帯域（ＢＷ）が狭くなり、設計変更を加えるこ
とで周波数特性が悪くなる（リップルが大きくなる）。
従って、４０％程度が本発明の効果を得る限界と考えら
れる。

【００１９】〈具体例１の効果〉以上説明した本発明の
弾性表面波コンボルバは、櫛歯状電極の焦点に近い歯と
焦点から遠い歯に対してのみ重み付けを実施したので、
使用帯域幅の内部で信号のレベル差が小さくリップルの
小さな良好な特性を示す。また、例えば中心周波数を２
００ＭＨｚとすると、その前後の帯域、即ち上記の実施
例では±１３ＭＨｚ程度の帯域の信号をスムーズに通過
させることができ、それ以外の信号を効果的に抑圧する
ことができる。従って、コンボリューションに必要な信
号だけを通過させ、スプリアスノイズを大きく減少させ
て、使用帯域周波数のＣ／Ｎ比の向上につながる。ま
た、このようにＣ／Ｎ比が大きくなると、伝搬距離を長
くすることもできるし、信号レベルを少し下げて消費電
力を抑えることもできる。また、その他回路構成等も簡
単にするという効果がある。なお、櫛歯状電極の両端以
外の部分に高域部分や低域部分の周波数の信号出力を分
担する電極があれば、その部分にのみ重み付けをすると
いった手段も可能である。

【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主
要部平面図である。

【図２】従来の弾性表面波コンボルバの広帯域化の方法
を説明する説明図である。

【図３】重み付けをしないときの電極の周波数特性を示
すグラフである。

【図４】重み付けをしたときの電極の周波数特性を示す
グラフである。

【図５】（ａ）は重み付けをしない場合の処理特性を示
すグラフ、（ｂ）は１０％の歯に重み付けをした場合の
周波数特性を示すグラフである。

【図６】（ａ）は２０％、（ｂ）は３０％の歯に重み付
けした場合の周波数特性を示すグラフである。

【図７】（ａ）は３０％、（ｂ）は４０％の歯に重み付
けをした場合の周波数特性を示すグラフである。

【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 櫛歯状電極 ４ 焦点 ５ 歯

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電体基板上に形成され、一対の櫛歯状
   電極が互いに歯を噛み合わせるように配置され、前記各
   歯は、互いに異なる周波数成分の表面波を出力して、予
   め設定された焦点に集束させるように表面波伝搬方向の
   ピッチが選定され、かつ、各周波数成分の出力レベル
   が、各歯の噛み合わせ長により選定して重み付けするよ
   うに構成されたものにおいて、 所定の関数に基づいて設定された重み付けを、櫛歯状電
   極の表面波伝搬方向に見て、前記焦点に近い歯と焦点か
   ら遠い歯にのみに実施したことを特徴とする弾性表面波
   コンボルバ。
2. 【請求項２】 圧電体基板上に形成され、一対の櫛歯状
   電極が互いに歯を噛み合わせるように配置され、前記各
   歯は、互いに異なる周波数成分の表面波を出力して、予
   め設定された焦点に集束させるように表面波伝搬方向の
   ピッチが選定され、かつ、各周波数成分の出力レベル
   が、各歯の噛み合わせ長により選定して重み付けするよ
   うに構成されたものにおいて、 所定の関数に基づいて設定された重み付けを、前記周波
   数成分の低域部分を出力する歯と高域部分を出力する歯
   にのみ実施したことを特徴とする弾性表面波コンボル
   バ。
3. 【請求項３】 所定の関数に基づいて設定された重み付
   けを施した歯数を全部の歯数の１０％以上４０％以下に
   選定したことを特徴とする請求項１または２記載の弾性
   表面波コンボルバ。