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弾性表面波装置および通信方式および通信装置 - 株式会社日立製作所
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発明の名称 弾性表面波装置および通信方式および通信装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−244674
公開日 平成6年(1994)9月2日
出願番号 特願平5−30108
出願日 平成5年(1993)2月19日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 芝 隆司 / 渡辺 一志 / 保坂 憲生 / 山田 佳弘 / 比企野 治 / 池田 宏明
要約 目的


構成
拡散コードの変調を0゜,180°以外の位相変調とし、弾性表面波装置のすだれ状電極の位置をそれに対応してずらす。不要交差部の開口方向を主伝搬軸と異なる方向とする。不要交差を生じない構造とする。入出力すだれ状電極の電極対数の少ない方のすだれ状電極部の電気機械結合係数を、相対するすだれ状電極部でのそれに比し大きくする。電極対数の大きい方のすだれ状電極部を弾性表面波の伝搬方向に垂直な方向にトラック分割しそれぞれ分割されたすだれ状電極群をそれぞれ電気的に直列に接続する。すだれ状電極部の各交差部をそれぞれ電気的に直列に接続した構成とする。
特許請求の範囲
【請求項1】弾性表面波基板上に、電気信号を弾性表面波に変換するすだれ状電極が配置され、ある1,0の信号コードに対応した信号の入力時にのみ応答時間の短い相関信号が出力されるマッチドフィルタ型の弾性表面波装置において、上記1,0の信号コードまたは信号コードの変化に対応し、すだれ状電極の電極指のピッチを、搬送周波数における弾性表面波の半波長の整数倍からずらしたことを特徴とする弾性表面波装置。
【請求項2】上記マッチドフィルタ型の弾性表面波装置において、上記1,0の信号コードまたは信号コードの変化に対応し、すだれ状電極の電極指のピッチを、搬送周波数における弾性表面波波長の(整数+0.25)倍または(整数−0.25)倍に設定したことをを特徴とする請求項1記載の弾性表面波装置。
【請求項3】上記マッチドフィルタ型の弾性表面波装置において、上記1,0の信号コードまたは信号コードの変化に対応し、すだれ状電極の電極指のピッチを、搬送周波数における弾性表面波波長の整数倍からずらし、更に、それより長周期の電極ピッチは上記波長の整数倍に設定したことを特徴とする請求項1記載の弾性表面波装置。
【請求項4】弾性表面波基板上に、電気信号を弾性表面波に変換するすだれ状電極が配置され、ある1,0の信号コードに対応した信号の入力時にのみ応答時間の短い相関信号が出力されるマッチドフィルタ型の弾性表面波装置において、上記1,0の信号コードまたは信号コードの変化に対応し、すだれ状電極の極性を反転させ、更に、すだれ状電極の極性反転部と隣接するすだれ状電極間に生じる不要交差部の開口方向を主伝搬軸と異なる方向とすることまたは不要交差を生じない構造としたことを特徴とする弾性表面波装置。
【請求項5】弾性表面波基板上に、電気信号を弾性表面波に変換するすだれ状電極が配置され、ある1,0の信号コードに対応した信号の入力時にのみ応答時間の短い相関信号が出力されるマッチドフィルタ型の弾性表面波装置において、入出力すだれ状電極の電極対数の少ない方のすだれ状電極部の電気機械結合係数を、相対するすだれ状電極部でのそれに比し大きくしたことを特徴とする弾性表面波装置。
【請求項6】弾性表面波基板上に、電気信号を弾性表面波に変換するすだれ状電極が配置され、ある1,0の信号コードに対応した信号の入力時にのみ応答時間の短い相関信号が出力されるマッチドフィルタ型の弾性表面波装置において、入出力すだれ状電極の電極対数の大きい方のすだれ状電極部を弾性表面波の伝搬方向に垂直な方向にトラック分割しそれぞれ分割されたすだれ状電極群をそれぞれ電気的に直列に接続したことを特徴とする弾性表面波装置。
【請求項7】弾性表面波基板上に、電気信号を弾性表面波に変換するすだれ状電極が配置され、ある1,0の信号コードに対応した信号の入力時にのみ応答時間の短い相関信号が出力されるマッチドフィルタ型の弾性表面波装置において、入出力すだれ状電極の電極対数の大きい方のすだれ状電極部の各交差部をそれぞれ電気的に直列に接続したことを特徴とする弾性表面波装置。
【請求項8】ある情報コードを符号化系列との整合性の有る無しに対応させた符号化変調型のスペクトル拡散通信方式において、請求項1に対応し、ある1,0の符号化系列信号コードに対応した信号の信号コードまたは信号コードの変化に対応し、信号の位相を180°以外に変調させたことを特徴とする通信方式。
【請求項9】請求項1〜7のいずれか1項に記載の弾性表面波装置または特許請求項8の通信方式を用いた事を特徴とする通信装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、弾性表面波装置およびスペクトル拡散通信方式およびそれを用いた通信装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のコード変調方式のスペクトル拡散通信方式およびそれに用いる弾性表面波装置に関しては、日本音響学会講演論文集(昭和59年3月)第705頁に示されているように、1,0の拡散コードに対応し、信号に0°と180°の位相変調がかけられ、それに対応したマッチドフィルタ型の弾性表面波装置のすだれ状電極の極性を反転していた。これにより拡散コードと一致した信号が入力した場合のみ先鋭な出力が得られ、RF帯から直接復調信号が得られる。また、この種の弾性表面波の、通常入力信号に対応した弾性表面波信号に変換しなければならないため、入力すだれ状電極の電極対数は1対としなければならない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の信号変調変調は0°と180°の位相変調であったため、それに対応したマッチドフィルタ型の弾性表面波装置には、不要の異極交差が発生する。そのため、相関信号のサイドローブが上昇し、復調特性に劣化を生じていた。また、弾性表面波の入力すだれ状電極の電極対数が1対で、出力電極の対数が多い(拡散符号長に比例する)為、入出力インピーダンスが大きく異なり、それによるミスマッチロスが上昇してしまう場合が多い。
【0004】本発明の目的は、上述の不要交差の課題と入出力インピーダンスの差の課題を解決する弾性表面波装置および通信方式およびそれを用いた通信装置の新規な構造を提供する事にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記第1の課題に対しては、拡散コードの変調を0°,180°以外の位相変調とし、弾性表面波装置のすだれ状電極の位置をそれに対応してずらす事および不要交差部の開口方向を主伝搬軸と異なる方向とすることまたは不要交差を生じない構造としたことにより、解決することができる。また第2の課題に対しては、入出力すだれ状電極の電極対数の少ない方のすだれ状電極部の電気機械結合係数を、相対するすだれ状電極部でのそれに比し大きくする事、および電極対数の大きい方のすだれ状電極部を弾性表面波の伝搬方向に垂直な方向にトラック分割しそれぞれ分割されたすだれ状電極群をそれぞれ電気的に直列に接続する事および上記すだれ状電極部の各交差部をそれぞれ電気的に直列に接続する事により解決することができる。
【0006】
【作用】上記第1の課題に対しては、拡散コードの変調を0°,180°以外の位相変調とし、弾性表面波装置のすだれ状電極の位置をそれに対応してずらす事により不要交差部の無い構造とすることができ、また不要交差部の開口方向を主伝搬軸と異なる方向とすることまたは不要交差を生じない構造とした事により、出力サイドローブ特性を改善することができる。また第2の課題に対しては、入出力すだれ状電極を前述の構造とすることにより入出力インピーダンスの差を縮める事ができるため、ミスマッチロスを低減することができる。
【0007】
【実施例】以下、図1から図12を用いて本発明の実施例について説明する。
【0008】図1は本発明を用いた弾性表面波装置を模式的に示したものである。弾性表面波基板1上に、入力すだれ状電極2および出力すだれ状電極3を配置している。また、基板端面からの反射波を抑圧するため、吸音材4が塗布されている。入力端子5,5’には拡散コードによって位相変調を受けた信号(この場合0°,−90°)が入力され、出力端子6,6’には相関信号が出力される。出力すだれ状電極には拡散コードの1,0に対応し、0°,−90°の位相に対応した距離(0、−波長/4)だけ電極をずらしたグループ型の電極を用いている。図では電極を線で示しているが、全ての電極とスペース部は搬送は周波数における弾性表面波波長の1/8とした。これは、電極の有る部分とスペース部の弾性表面波に対する特性インピーダンスの違いによる反射を抑圧する目的で施されている。図2は従来の0°,180°型の位相変調信号と、それに対応したマッチドフィルタ型のすだれ状電極を模式的に示したものである。位相変調信号7は拡散コードの1,0に対応し、それぞれ0°,180°の位相が当てはめられている。0°に対応した電極の交差部8と180°に対応した電極交差部9が図に示したように配置される。図から明らかなようにコードが変わる部分では、不要な交差10が構成されてしまう。図3はこの不要交差を生じない本発明による通信方式と弾性表面波装置のすだれ状電極を模式的に示したものである。位相変調信号11は拡散コードの1,0に対応し、それぞれ0°,−90°の位相が当てはめられている。0°に対応した電極の交差部12と−90°に対応した電極交差部13が図に示したように配置される。図から明らかなようにコードが変わる部分でも、不要な交差が構成されない。また、図では1つのコードに1周期(波長)の信号(電極)が対応しているが、通常は1つのコードの期間には数周期(数波長)の信号(電極)が対応する。ここでは簡単の為に、1コードに1周期の信号を対応させて示した。以上第1実施例を用いることにより不要交差の無い、従って相関出力のサイドローブの上昇が無い、良好な特性が得られる。
【0009】図4は第2実施例の弾性表面波装置の1部を模式的に示したものである。第1実施例ではグループ型の電極を用いていたため、ミアンダ(曲がりくねった)電極が形成されているため、そこでの導体抵抗による損失増加が問題となる。そこで本実施例ではミアンダ電極を用いずにすだれ状電極を構成した。更に、本実施例では、拡散コード1,0の変化時に−90°と+90°の両方の位相で変調したシステムに対応したすだれ状電極となっている。コード1に対応した交差14の次にコード0に対応した−90°位相の交差15、が配置され、その次のコード1に対応した+90°位相の交差16が配置されている。このように−90°と+90°の位相を適当に組み合わせることにより、相関出力が無い状態でのバックグラウンド出力を抑え、且つ、信号スペクトラムの中心を搬送波周波数とすることができる。例えば、コード1を0°コード0を90°に固定した場合は、搬送波信号のキャリアに対して大きな相関出力が発生し、相関特性が劣化する。また、コードの変化(0から1、または1から0)を単純に−90°に当てはめた場合、全コード長が短くなるため、全体のスペクトルがシフトしてしまう。この問題は、例えば、コードの変化を図5に示すような位相変調に当てはめることにより解決する。先ず最初の位相状態を■とする。次にコード変化に対応し+90°の位相差を与え■の位相とする。この時、電極の状態は、交差15から16に変化する構造と同一の構成とする。同様にして、コードの変化に対応し■,■の位相とする。次にコード変化を起こした場合、交差14から15に変化する構造と同一構造を用い−90°の位相差を与え、■の状態とする。同様に、■,■の位相状態とし、また同様に、■からの位相状態の場合の同様の順番で位相を変化させる。これにより、搬送波キャリアにたいしても相関はほとんど発生せず、また、スペクトルの中心もキャリア周波数と一致する。以上、本実施例によれば、ミアンダ電極による損失増加を抑え、且つキャリアとの相関出力も押さえることができ、更に、スペクトラムの中心を搬送波周波数と一致させることができる。
【0010】次に、図6を用いて第3実施例を説明する。第1,2実施例を用いれば、90°の位相変調を用いることにより不要交差を生じさせずに良好な相関出力が得られることを示した。しかし、その方式では、送信側のシステムも変える必要が有る。そこで、本実施例では、0°,180°の位相変調に対応し、且つ、相関出力のサイドローブ上昇の無いすだれ状電極の構造を示す。同図(a)では0°に対応した交差17と180°に対応した交差18の間に斜めにわん曲した交差19が配置されている。通常の電極では不要交差を生じる個所であるが、このように主伝搬方向と異なる方向に開口を形成しているため、主伝搬軸方向からの弾性表面波による出力が生じず、相関出力のサイドローブ上昇は生じない。同様に同図(b)では不要交差部19’の電極の極性を変化させることにより、不要交差そのものを除去することができる。以上本実施例によれば、送信側の出力通信方式を変えずに、相関出力のサイドローブ上昇を抑えることができる。
【0011】次に、図7を用い第4実施例を説明する。第1実施例で示したように通常入力すだれ状電極2の電極対数は1対であり、出力すだれ状電極の対数は拡散符号に比例した対数が必要である。また、通常、弾性表面波基板1としてはST−水晶等の温度特性のよい材料が用いられ、一般にそれらの電気機械結合係数は小さい。従って、入力すだれ状電極のインピーダンスはかなり大きな値となり、そこで、大きなミスマッチロスが発生する。この問題を解決するため、本実施例では、入力すだれ状電極21の下に高電気機械結合係数の薄膜20を形成した。また出力すだれ状電極22の下には薄膜20は形成していない。これにより、入力インピーダンス下げることが可能となる。以上、本実施例を用いることにより、ミスマッチによる損失増加を抑えることができる。
【0012】第4実施例では結合係数増加の為、薄膜を形成しなければなら図、プロセスが複雑となる。第5実施例ではこの問題を解決するため、入出力の表面波モードを変えた。図8はその状況を示している。入力すだれ状電極23の電極材料はAuを用い、出力すだれ状電極24の電極材料はAlとした。これにより、入力側ではラブ波のモードとなり、結合係数が増加する。以上本実施例によれば、プロセスを複雑とすることなくミスマッチを抑えることができる。
【0013】第5実施例は、薄膜形成の工程が無いため比較的容易なプロセスであるが、入出力で異なる電極を形成しなければならず、従来のプロセスに比べ、より複雑である。第6実施例では、入出力同一の電極材料とするため、図9に示す構造とした。図中、図1と同一の個所は同一の番号で示した。出力すだれ状電極3は、主伝搬軸と垂直な方向で、いくつのトラック25に分割され、それぞれが電気的に直列に接続されている。これにより出力すだれ状電極3のインピーダンスが高くなり、入出力すだれ状電極2,3のインピーダンス差が無くなるため、損失を低減させることができる。以上本実施例を用いれば、プロセスを従来に比べ複雑にすること無く、ミスマッチによる損失増加を抑えることができる。
【0014】第6実施例は従来と同一のプロセスを用いることができるという利点を有するが、図9から判るように、電極ギャップ等が各トラックに必要なため、その分の開口損失が増加し、また、各トラックの開口が狭くなるため、回折効果による特性劣化も増大してくる。第7実施例では、この点を改善するため、出力すだれ状電極の各交差部26を直列に接続した。図中、コード1に対応した交差部を27、コード0に対応した交差部28はそれぞれ極性を逆転して直列接続されている。これにより、出力すだれ状電極のインピーダンスが増加し、入出力のインピーダンス差を縮小することができる。以上、本実施例によれば、開口損失の増加、回折効果による特性劣化を生じさせること無く、ミスマッチ損失を低減させることができる。
【0015】図10は本発明の弾性表面波装置を用いた無線変復調器(モデム)のシステムブロックである。アンテナ29から入力されたスペクトル拡散信号は、初段アンプ部30により、増幅され、本発明のマッチドフィルタ型弾性表面波装置31により拡散符号との相関出力に変換され、帯域通過フィルタ(中心周波数は情報コード周波数)32を通過し、更に、リミッタ半波整流回路33により方形波信号に変換され出力端子37に出力される。また、送信部では、入力端子38から入力される方形は型の情報コードは、発振器部(搬送波周波数)36の位相をコードまたはコードの変化に応じて変調させる位相変調回路35より出力された信号を、アンプ34により増幅し、アンテナ29より出力する。本実施例では無線を例として示したが、有線系でも同様の効果が有ることはいうまでもない。以上、本実施例では高周波信号を直接復調できるため、より高速のデータ送受信が可能となる。
【0016】図11は本発明の変復調器部を含む、コンピュータ間の通信システムを示している。アンテナ39,39’および本発明の変復調器部40,40’が、コンピュータ41,41’に接続されている。コンピュータへの接続は、RS−232Cシリアル接続あるいはGP−IBパラレル接続、あるいはイーサネットLAN接続等が可能である。以上、本実施例のシステムでは情報レートが早い場合でも対応が可能であり、また、無線化しても、スペクトラム拡散型の通信であるため、フェージング等の影響も少なく、信頼性の高い、且つ、線による接続が不要なシステムが可能となる。例えば、ラップトップ型のコンピュータに本システムを適用し、更に公衆回線との連結を行えば、どこでも、どんな大型のコンピュータをも動かすことが可能となる。
【0017】
【発明の効果】以上、本発明によれば、コード拡散型スペクトル拡散通信における直接復調時の相関信号サイドローブの上昇を抑え、且つ、低損失なシステムが可能となるため、マッチドフィルタ型弾性表面波装置の性能向上およびコード拡散型スペクトル拡散通信装置の高性能化を図ることができる。




 

 


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