JPS59122109A - エラステイツク・コンボルバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は互いに逆方向に伝搬する弾性表面波信号のコン
ボリューションを音響伝搬媒体の非線形効果を利用゛し
て取り出すエラスティック・コンボルバの構造に関する
。

近時、通信方式の高度化の要請に伴ない、スゲレッドス
ペクトラム通信方式が注目をあびている。

スプレッドスペクトラム通信方式ｉは、情報の伝送に必
要な周波数帯域幅に較べて非常に大きな（例えば１００
０倍）周波数帯域に広げて伝送し、受信器で再び圧縮を
行なうもので、妨害波の除去効果が著しい。理想的に達
成しつる妨害波除去比は、信号の１チツプの継続時間Ｔ
と送信信号の帯域幅Ｗの積で与えられるプロセス利得に
等しい。しかし今符号化波形が時間に対して不変あるい
は妨害者が予測できるように変化する場合には意図的な
妨害が可能となり、プロセス利得の一部ないし全てが失
われることがある。そこで例えばスプレッドスペクトラ
ム通信の１つである周波数ホッピングシステムでは各デ
ータビットを構成する一連のパルス列の各パルス毎にそ
の搬送波周波数を変化させる。受信者は変化のシーケン
スを予め知っているので、信号を複調することは可能で
ある。

一方妨害者が妨害を行なうためには、全帯域にわだって
妨害するか、あるいは次のパルスの搬送波周波数はいく
らかを予め推し測る必要がある□また、上記妨吾波除去
効果以外にも送信波形を任意に変化させうる通信システ
ムは多くのメリットを有する。このような事情によりス
プレッドスペクトラム信号を父信するデバイス（コリレ
ータ）はプログラマブルであることが強＜亀゛止れてお
りエラスチック・コンボルバにその構造の前章さ、高性
能などの点から極めて注目されている。

エラスチック・コンボルバｔよ、リチュームナイオベー
）　（ＬｉＮｂ０３）などの圧電揉体上をＭ、Ｉ／−１
に逆方向に２つの弾性表面波信号を伝搬させ、とｎら２
信号のコンボリューション出力３ｆ得るもυである。こ
のコンボリー−シロン信号を得るには、弾性表面波に対
する媒体の何らかの物理的非線形効果の介在を必要とす
る。今、２人力１ｇ号の搬送周波数を共にωの搬送波周
波数を有し、その出力検出用電極としては一様な金属薄
膜が用いられる。

必要な金属薄膜電（〈−の長さＬは、受信する信号のｌ
チップの長さをτ（ｓｅｃ）、弾性表面波速度をｑ（ｒ
ｒＶ′５ｅｃ）とすると、グτより大でなけｔばならな
い。ｏは通常３ρ０　（？４ρ００　（ｍ／５ｅｃ）で
あるカ）ら比較的長い信号例えばτ−５０μｓｅｃの信
号のコンポリエージｌンを得るためにはＬとして１５−
２０４が必要となる。従来知られている出力・４極の形
状は弾性表面波Ｊ）伝搬方向に沿って細長の矩形であっ
た。それゆえ上記信号長を取り扱うためには圧；在基板
の長さはｌＥｒ−２０１Ｊ以上必要で、したがって結晶
基板の入手が困鑓であり、また、たとえ入手できたとし
ても極めて高価である。さらに製造（Ｃ際しても、マス
ク製作の困橿さ、製作中の破損のしやすさ等多くの間櫨
点を有していた。これに対処するだめ特願昭５７−０７
３１１５に記されているようにコンボリューション信号
を取り出す出力・電極として１ケ所以上の曲線部を有す
る曲がり導波路が提案される。しかしその実施例におい
て示されているのは、シングル・チーシンネルａ？Ｈの
エラスティック・コンボルバのみであり、そのような構
造では、以下に説明するセルフ・コンボリューションと
呼ばれるスプリアス信号を充分抑圧しえない恐れがある
。

一般に基板の非線形効果により２人力信号からコンポリ
ー−ション出力信号に変換されるパワーの割合は、ごく
わずかであるから、一方のすだれ状変換器から放射され
た弾性表面波信号の大部分は、出力電極を通過し、前記
すだれ状変換器と反対の位置に設置されている他方の入
力用すだれ状変換器に到達する。この時、その弾性表面
波信号の一部は、すだれ状変換器により反射され、丹び
出力電極に到達する。したがって、ある時間長の・信号
がコンボルバに入力された時、他端に位置するすだれ状
変換器によって反射された入力信号の先頭部分が、まだ
正しい方向に伝搬している後続信号部と出力を極領域に
おいて重なり、これら２信号のコンポ”ｗ−シコンが発
生する。このコンボリューション信号は通常セルフ・：
１ンボリユーシヨンと呼ばれる。まだ、他方のすだれ状
電極から放射された表面波信号も同様に反対側のすだれ
状変換器にＪりで反射でれるから、同じ現象が生ずる。

参照信号としてコンボルバの一方の入力変換器に加えら
れるパワーは入力信号忙比べて大きいのが通常の場合で
あるｔｌら、上記原因によるセルフ・コンボリューショ
ン信号の大きさが、信号と参照波とのコンポリニージョ
ン信号と同程度かあるいは後者を上側る事態も起こりう
る。

エラスティックコンボルバに生ずるスプリアス信号とし
ては、上記セルフ・コンポリー−ション以外にも、いく
らか知られているが、一般にそれらは、いずれもセルフ
・コンボリューションに比べて小さく、またそれぞれに
対して適切な抑圧法が考案されている。さて、上記セル
フ・コンボリューションを、充分なレベル以下に抑圧す
るためには、すなわち、あらゆる環境下においても、そ
のコンボルバのプロセス利得を、充分発揮させるために
は、セルフ・コンボリューションの出力信号に対する相
対レベルを、コンボルバの時間−帯域積で与えられる数
値以上に抑圧する必要がある。

専一 その抑圧法として最も有効な方法は、同一基板上コンボ
ルバを２チャンネル並列に配置し、さらに一方のコンボ
ルバを構成する入力用すだれ状変換器の片方が他方のコ
ンボルバを構成する入力用すだれ状変換器の一方に対し
て？！電気的逆極性となるように接続する構成である。

各出力・電極の両側に設置された人力変換器は、お互い
に共通の電源（負荷を含む）に接続されている。したが
って、両人力変換器に加えられだ２・信号のコンボ１】
ニージョン出力の位相は、２チャンネル間で１８０　　
異なるので、出力信号は差信号の形で取り出せけよい。

一方、出力’に４ｉＮによってコンボリューション信号
に変換されない弾性表面波成分は、それぞれのチャンネ
ルにおいて、出力・電極を挾んで反対側に位置する変換
器に到達し、・電気信号に変換され一つの共通の電気的
負荷に加えられるが、その位相は互いに１８０異なるた
め、電気的に中和され結局、再励起による反対波は生じ
ない。さらに電極指による電界短絡効果あるいは質量付
加効果による反射は、変換損失をできるだけ小ならしめ
る目的で、通気的整合がとられている通常変換器におい
ては、前記再励起による反射に比べて充分小さく、また
電極指の構成を「スプリット′ｗＬ極」とすることによ
り、さらに大幅に改善することができる。

以上、説ν］した工うにコンボルバＣ２チ、Ｙンネル並
列に配ｔｑし、両出力電極に生ずる出力を差動的ニ取’
Ｄ　出ｆ　ｊｆｌｌ　成は、セルフ・コンポ°１）−−
ジョンを抑圧する点で、極めて有効な方法であるが、出
力を完全な差信号として取り出しうるために：・よ両コ
ンボルバの表面波伝搬時間が、お互いに等しいことが必
要である。

曲がり導波路を有し、カ・つ、お互いの表面波伝搬時間
が相等しいコンボルバを並置することは理学型導波路の
場合、その内側（あるいは外側）に曲率半径のより小さ
い（あるいはより大きい）Ｕ字型導波路を設け、かつ、
直線部の長さを調節することにより、表面波伝搬時間を
相等しくすることは、設計上は可能である。ただし、そ
のためには圧電体基板上の任意の方向に伝搬する表面波
の音速を事前に極めて精度よく知っておくことが不可欠
であるが、同じ基板材料でも、供給メーカ、生産ロット
によって表面波の音速特性は、若干変動し、またガイド
となる導電−の厚さによっても変わるので、両コンボル
バの表面波伝搬時間を精度よく一致させることには、非
常に困難を伴なう。

本発明の目的は、曲がり導波路を用いているにも拘らず
、製作が容易で、九つスプリアス特にセルフ・コンボリ
ューション信号抑圧特性のスフれたエラスティックコン
ボルバを提供することにある。

本発明によれば、圧電基板上に弾性表面波信号を励振す
る第１および第２のすだれ状変換器と前記両変換器から
の弾性表面波信号を、互いに逆方向に伝搬させて重畳し
、基板の非線形効果を利用して、前記２信号のコンポリ
ー−ジョン信号を取り出す出力用電極を具えたエラステ
ィック・コンボルバを２個並置し、前記出力用電極がい
ずれも偶数個の曲線部を含む弾性表面波導波路から成る
ことを特徴とするエラスティックコンボルバが得られる
。

以下、本発明について実施例を示す図面を参照しながら
説明する。図は本発明によるエラスティック・コンボル
バの一実施例を示す。図において、ｌは圧電基板で、後
で述べるように非線形相互作用の強さを表わす性能指数
Ｍの大きな材料例えばＬｉＮｂ０．などが望ましい材料
である。この圧電基板の表面に電気信号を弾性表面波信
号に変換するすだれ状変換器２および３．それらの弾性
表面波信号を取り出すための出力電極４が形成されてい
る。すだれ状変換器２．３により励振される弾性表面波
のビーム幅が、本実施例においては、充分小さく、動作
周波数における表面波波長の数倍程度なので、そのまま
導波路たる出力電極に導びかれているが、比較的幅広い
すだれ状変換器で弾性表面波を励振し、これをホーン型
ビーム幅圧縮器あるいはマルチストリップカプラを応用
したビーム幅圧縮器を用いて圧縮し、出力電極たる導波
路の幅と一致させるようにしてもよい。このよう々弾性
表面波信号のビーム幅圧縮が必要な理由は次の通りであ
る。すなわち、よく知られているように弾性表面波コン
ボルバの終端開放電圧■。（ＲＭＳ値）は、２人力音響
パワー密度Ｐ１ａ／ｗ、Ｐ２ａ／ｗの積にここで、Ｍは
非線形基板材料の性能指数、Ｐｌａ。

Ｐ、ａは、入力音響パワー、Ｗはビーム幅である。

上式から明らかな如くＷを小さくすれば、コンボリュー
ション出力電圧ｖＯを増大させることができる。

さて、両すだれ状変換器２．３により励振された搬送角
周波数が共にωである２弾性表面波信号はＳ字形の出力
電極４に互いに反対側の端面から入射する。この電極４
は同時に弾性表面波に対する導波路としての機能を兼ね
具えているので、表面波はこの導波路に沿って伝搬し、
両表面波信号は互いに重なり合う。すると基板材料の表
面波に対する非線形効果により、搬送角周波数２ωを持
つコンボリューション信号が電極４に生ずる。

さらに、図に示すごとく入力すだれ状変換器５．６およ
び一出力電極７から成る、前記エラスティックコンボル
バと同様のコンボルバが並設されている。

ただし、すだれ状変換器６は変換器３に対して位相が１
８０℃異なる表面波を励振するように各電極指が引出し
電極に接続されている。また、エラスティック・コンボ
ルバの長さ、すなわち、両人力変換器間を結ぶ実効的表
面波伝搬距離が、両チャンネル間において相等しくなる
ように設定されている。従って、両コンボルバの入力変
換器２と５．３と６のそれぞれの組に入力信号Ｅ、、Ｂ
、を印加すれば、出力電極４および７に現われるコンボ
リューション出力信号は、１８０位相が異なる。そのだ
め両出力電極から出力を差動的に取し出せば、効率的に
取り出すことができる。具体的な構成法としては図に示
すごとく負荷抵抗８の両端と各出力電極に設けたタップ
電ｖｉ９，１ｏを電気的に接続すればよい。このような
２チヤンネル構造はエラスティックコンボルバに生ずる
可能性のあるスプリアスのうちで最も重大なスプリアス
であるセル７コンボリエーシヨンを効果的に抑圧しうる
ことは既に述べた通りである。

但し、この場合出力を効率的に取り出すためには、両チ
ャンネルの出力電極で得られるコンボリューション出力
信号の位相が、理想的にあるいは、はｆｆ　１８０℃異
なっていることが必要である。そのためにはコンボルバ
の両チャンネルにおける表面波伝搬時間が等しくなるよ
うに設定しなければならない。しかるに表面波の速度は
一般に圧電体基板結晶のカットおよび伝搬方向に依存し
て異なるので、異なる幾何学的形状の曲がり部を有し、
かつ表面波伝搬時間が相等しい２チヤンネルコンバルバ
を製作するには、実際上極めてむずかしい。

これに対して上記実施例に示すように２個の曲がり導波
出力電極を有する構造では、一方の導波路４の曲がり部
長さり、およびり、を伝搬する時間ＴＩＴばは、他方の
導波路７０曲がり部長さり、、Ｌ、を伝搬する時間Ｔ３
．Ｔ、と、それぞれの形状を同一にすることＫより、基
板結晶における音速面内異方性の如何Ｋかかわらず、常
に等しくできる。

すなわち、Ｔｓ−Ｔｓ　−Ｔ２−Ｔ＋　　　　　　　　
（２）であるΩ本実施例においては、各導波路の曲がり
部は２ケ所であるが、前記原理に基づき偶数個の曲がり
部を用いる構造により、上記音速の面内異方性に基づく
両チャンネル間の伝搬時間差を実用上差支えない程度に
充分小さくできる。

曲がり導波路を用いることの利点は、比較的短かい長さ
の基板を用いて、長い継続時間を有する信号のコンボリ
ューションを得ることができることであり、本実施例に
示すＳ字形導波路では、従来知られている直線形に比べ
％以下に短縮される。

出力電極４，７のより望ましい条件は、コンボリューシ
ョンの効率が場所によらず、一定であることである。し
だがって、（１）式の右辺が導波′１極４および７のあ
らゆる位置で、一定であることが必要である。しかるに
性能指数Ｍは一般に基板のカット及び弾性表面波の伝搬
方向によって異なる。したがってこれを補正するには電
極４および７０幅Ｗを伝搬方向に沿って変化させ、Ｍ／
Ｗを一定に保持すればよい。例えば基板１ｆ、Ｙカッ）
　ＬｉＮｂＱとし、すだれ状変換器２，３および５．７
によって励振された弾性表面波の伝搬方向をＺ軸とすれ
ば、このＺ方向に伝搬する表面波に対するＭはＸ方向伝
搬の場合の約３倍である。したがって曲り導波電極部８
の′電極幅は直線部の電極幅の約％にするのが望ましい
。

以上説明したごとく、本発明によれば、曲がり導波路を
用いているため、比較的短かい基板で、長い継続時間の
信号のコンボリューションを得ることが出来ると同時に
、ダブルチャンネルによるセルフコンボリューション抑
圧に必要な両チャンネル間における表面波伝搬時間の厳
密な一致を容易に実現できるので、その工業的価値は、
極めて大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

図は本発明に基づくエラスティック・コンボルバの一実
施例を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧電基板上に弾性表面波信号を励振する第１および第２
   のすだれ状変換器と、前記両変換器からの弾性表面波信
   号を互いに逆方向に伝搬させて重畳し、基板の非線形効
   果を利用して前記２つの信号のコンポリー−ション信号
   を取り出す出力用電極を具えたエラスティック・コンボ
   ルバを２個並置したダブルチャンネル型エラスティック
   ・コンボルバにおいて、前記出力用電極がいずれも偶数
   個の曲線部を含む弾性表面波折り返し形導゛波路から成
   ることを特徴とするエラスティック・コンボルバ。