JPS5837726B2 - 周波数選択装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、弾性表面波を用いた周波数選択装置に関する
ものである。

信号から特定の周波数成分を選択するための周波数選択
装置における周波数選択素子として、従来から、（１）
電気的なインダクタンス（コイル）と容量（コンデンサ
）による共振回路、（２）機械的な共振を用いたもの（
メカニカルフィルタ） 、（３）圧電体のバルク共振を
用いたもの（セラミックフィルタ、水晶フィルタ）、（
４）弾性表面波フィルタ、共振器などが知られている。

これらの内、（１）のものは選択周波数が広い範囲に旦
って可変にできるという利点がある反面、素子の抵抗成
分のために、選択度Ｑを大きくとることが難しく、また
、温度変化によって選択周波数が変化し易いという欠点
があった。

一方、（２）〜（４）のものは、選択度Ｑを大きくとる
ことは比較的簡単であるという利点がある反面、本質的
に固定周波数選択素子であるため、可変にできる周波数
範囲は狭いという欠点があった。

本発明の目的は、可変にできる周波数範囲を広くとるこ
とができるとともに、選択度Ｑを著るしく大きくするこ
とができる周波数選択装置を提供することにある。

このような目的を達或するために、本発明では、音波伝
播線路上に設けられた、少くとも１個の弾性表面波トラ
ンスジューサに近接して、少くとも１個の反射電極を設
け、この反射電極に印加する交流電気信号によるパラメ
トリック相互作用によって選択された周波数成分を反射
させることによって、周波数選択を行なうようにしたこ
とに特徴がある。

以下、本発明の実施例を図面により詳細に説明する。

第１図は、本発明による周波数選択装置の基本的構成を
示すものである。

図において、１は信号入力トランスジューサ、２は信号
出力トランスジューサ、３および４はポンプ電極、５は
圧電膜、６は絶縁膜、７は半導体基板、８および９は弾
性表面波吸収材、１０はポンプ電源、１１は直流阻止用
コンデンサ、１２は交流阻止用インダクタ、１３は直流
バイアス電源を示す。

このような装置を製作するに際しては、シリコンＳｉな
どからなる半導体基板７上に、熱酸化により、シリコン
酸化膜ＳｉＯ２などの絶縁膜６を形成し、その上に、ス
パツタ法等により酸化亜鉛ＺｎＯなどの圧電膜５を付着
させる。

さらに、その上にアルミニウムＡｌ等の金層を蒸着し、
フオトエッチングにより各電極１〜４を形成する。

圧電膜表面中央部に形成される電極１および２は櫛形電
極で、信号入力および信号出力トランスジューサを構成
している。

また、この電極１および２に近接して、周辺部に形成さ
れる電極３および４はポンプ電極で、交流阻止用インダ
クタ１２を介して直流バイアス電源１３に接続されると
ともに、直流阻止用コンデンサ１１を介してポンプ電源
１０に接続されている。

また、圧電膜５の音波伝播線路の両端面には弾性表面波
吸収材８および９が配列されている。

なお、圧電膜５の材料としては、酸化亜鉛ＺｎＯに限ら
ず、ニオブ酸リチウムＬ ｉＮ６ ０ ３、窒化アルミ
ニウムＡｌＮ，硫化カドミウムＣｄＳ，硫化亜鉛ＺｎＳ
などの圧電体材料を使用でき、また、半導体基板７とし
ては、Ｐ型、Ｎ型半導体のいずれかを用いてもよく、Ｐ
型、Ｎ型のそれぞれに対応させて直流バイアス電源１３
の電圧の極性を、半導体基板７の表面に適当な空間電荷
層容量が生ずるような極性とすればよい。

さらに、図では、半導体基板γと圧電膜５の間に安定化
膜としての絶縁膜６を介在させているが、圧電膜の材質
によっては、この絶縁膜６を省略することもでき、また
、圧電体基板上に半導体膜を付着させたものを用いるこ
ともできる。

上述したような構成において、直流バイアス電源１３に
よって、直流バイアス電圧をポンプ電極３および４に印
加し、これら電極３および４直下の半導体基板７の表面
に適当な空間電荷層容量がが生ずるようにする。

また、選択希望周波数ｆの２倍の周波数２ｆのポンプ電
圧を生ずるポンプ電源１０の出力を直流阻止用コンデン
サ１１を通してポンプ電極３および４に印加し、半導体
基板７表面の空間電荷層容量をポンプ電圧の周波数２ｆ
で励振する。

この容量は印加する電圧に応じて変化するため、周波数
２ｆで変化することになる。

一方、充分に帯域の広い信号入力トランスジューサ１の
端子１′に入力電気信号を印加すると、その入力信号は
、弾性表面波信号に変換されて、圧電膜５の表面を図の
左右に伝播する。

入力トランスジューサ１から図の左方へ伝播する弾性表
面波のうちで、周波数ｆの成分は、ポンプ電極３を伝播
している時に、その圧電ポテンシャルが基板表面の空間
電荷層容量非線形効果によりポンプ電圧とパラメトリッ
ク相互作用を行なうために、増幅される。

同時に、ポンプ電極３から図の右方に伝播する、入力信
号の大きさに対応した周波数ｆの弾性表面波が発生する
。

この弾性表面波は図の右方に伝播され、信号出力トラン
スジューサ２により再び電気信号に変換され、その端子
２′から希望周波数ｆの信号が出力される。

同様に、入力トランクジューサ１から図の右方に伝播さ
れた弾性表面波の内、周波数ｆの成分の信号の大きさに
対応した周波数ｆの反射波がポンプ電極４から図の左方
に伝播され、出力トランスジューサ２により電気信号に
変換される。

すなわち、ポンプ電極３および４により反射される弾性
表面波は、主に周波数ｆの成分であり、その大きさは入
力信号に対応し、また、ポンプ電圧およびバイアス電圧
の大きさに依存している。

したがって、出力トランスジューサ２の出力の周波数特
性は第２図ａのようになり、極めて選択度Ｑの大きな周
波数選択ができる。

また、ポンプ電源１０のポンプ電圧周波数２ｆを変化さ
せることにより、出力トランスジューサ２から取り出さ
れる通過帯域中心周波数ｆを可変させることができる。

なお、ポンプ電極３および４から図の左および右にそれ
ぞれ伝播される通過弾性表面波は弾性表面波吸収材８お
よび９で吸収される。

第３図は上述した構成原理に基づく本発明の一実施例で
、弾性表面波トランスジューサとしての入力および出力
トランスジューサ１および２に近接して、一方側に機械
的反射を行なう周期的な凹凸部材２０を配列し、他方側
に、ポンプ電源１０からの交流電圧を印加する反射電極
４を設けている。

第４図の実施例は、出力トランスジューサ２の出力端子
２′への出力を帰還回路１７に通して直碓ハイアス電源
１３およびポンプ電源１０に帰還し、反射電極としての
ポンプ電極３および４に加える直流バイアス電圧の大き
さおよび交流電圧の大きさ、周波数を変化させ、出力信
号の振幅制御および周波数制御を行なう例である。

この場合、１帝還信号を電源１３および１０のいずれか
一方に印加するようにしてもよい。

第５図の実施例は、可変利得増幅器１８および自動利得
制御（ＡＧＣ）回路１９を出力トランスジューサ２の出
力側に設け、出力信号の振幅値を制御可能にしたもので
ある。

なお、これらの装置を入力トランスジューサ１の入力側
に設けるようにしてもよい。

なお、上述した第４図および第５図の装置は第３図の構
成の装置にも適用できることは言うまでもない。

また、上述した実施例では、反射電極の構造として均一
厚さのものを使用する場合について述べ４たが、反射電
極の構造を周期的構造、例えば櫛形構造にしてもよい。

なお、その場合には、ポンプ電源の周波数は必ずしも選
択希望周波数の２倍にはならない。

さらに、上述した実施例では、２つの弾性表面波トラン
スジューサの外側に反射電極を設けるようにしたが、そ
れらの間に設けるようにしてもよい。

以上述べたように、本発明によれば、ポンプ電源の周波
数を変えるだけで選択周波数の範囲を広範に変化でき、
また、選択周波数の選択度を著るしく大きくできる。

さらに、選択周波数の安定度は外部発振器の安定度で決
定できるので、非常に高安定にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による周波数選択装置の基本的構成図、
第２図は本発明による周波数特性の一例を示す特性図、
第３図乃至第５図はそれぞれ本発明による周波数選択装
置の実施例の概略構成図である。 １は信号トランスジューサ、２は信号出力トランスジュ
ーサ、３，４はポンプ電極、５は圧電膜、１０はポンプ
電源、１３は直流バイアス電源を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧電素子上に形成される音波伝播線路上に、信号入
   力及び信号出力用弾性表面波トランスジューサを配列し
   、かつ該弾性表面波トランスジューサに近接して前記音
   波伝播線路上に一方のトランスジューサの外側に機械的
   反射を与える部材及び他方のトランスジューサの外側に
   交流信号が印加される反射電極を夫々配列してなること
   を特徴とする周波数選択装置。