JPH08250972A

JPH08250972A - 表面弾性波マッチドフィルタ

Info

Publication number: JPH08250972A
Application number: JP7046981A
Authority: JP
Inventors: Naoki Koga; 直樹古賀
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-03-07
Filing date: 1995-03-07
Publication date: 1996-09-27

Abstract

(57)【要約】【目的】水晶基板のような効率の低い基板を用いた場
合の効率を向上させて通信システムの伝送速度を高める
ことのできる表面弾性波マッチドフィルタを提供するこ
とを目的とする。【構成】水晶基板１と、水晶基板１上に形成された入
力電極２と、同じく水晶基板１上に形成された出力用の
符号化電極３とから成る表面弾性波マッチドフィルタで
あって、符号化電極３は、１符号に対応する櫛形電極対
の対数が一対よりも多く、櫛形電極対の対数がキャリア
周波数とチップレートとの比以下であるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スペクトラム拡散通信
方式に用いられる復調器である表面弾性波マッチドフィ
ルタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、雑音に強く、秘話性・秘匿性に優
れたスペクトラム拡散（ＳｐｒｅａｄＳｐｅｃｔｒｕ
ｍ）通信方式が民生用の通信方式として注目されてい
る。

【０００３】このスペクトラム拡散通信方式では、伝送
すべき情報をキャリア信号で変調した搬送波を、あらか
じめ決められたチップレートの高い所定の符号系列でス
ペクトラム拡散変調をかけることにより、送信信号とな
るスペクトラム拡散信号が得られる。この場合、上述の
符号系列として疑似雑音（ＰｓｅｕｄｏＮｏｉｓｅ）
符号系列やバーカ（Ｂａｒｋｅｒ）符号系列があり、ス
ペクトラム拡散変調方式として直接拡散方式や周波数ホ
ッピング方式がある。

【０００４】このようなスペクトラム拡散通信方式にお
いては、送信されてきたスペクトラム拡散信号を復調す
るための復調器が受信機側に必要となる。例えば疑似雑
音符号系列を用いて直接拡散方式によりスペクトラム拡
散変調を行った場合、受信機側では送信機側と同一の疑
似雑音符号系列を用いて復調を行う。このときの復調器
としては、ＩＣを用いた復調器と表面弾性波（Ｓｕｒｆ
ａｃｅＡｃｏｕｓ−ｔｉｃＷａｖｅ）を用いた復調
器とに大別される。特に表面弾性波素子は、フォトリソ
グラフィ技術を用いることにより、安価にしかも簡単な
構成で復調器を製作できることから注目されている。表
面弾性波素子を用いた復調器は、その構成から、表面弾
性波マッチドフィルタと表面弾性波コンボルバとに大別
される。

【０００５】表面弾性波コンボルバは、復調するための
疑似雑音符号系列が選択できるため、特に秘話性や秘匿
性が求められる用途に適している。表面弾性波マッチド
フィルタは、復調に用いる疑似雑音符号系列が固定であ
るが、そのぶん周辺回路が簡単に構成でき、システム全
体として低価格にできることから、小規模なスペクトラ
ム拡散通信システム、例えば構内無線ＬＡＮに用いる復
調器として注目されている。

【０００６】図６は従来の表面弾性波マッチドフィルタ
を示す平面図である。図６において、１１は表面弾性波
速度の温度係数がゼロである圧電性基板としての水晶基
板、１２は電気信号を表面弾性波に変換する櫛形の入力
用の電極（以下、「入力電極」という）、１３は入力電
極１２と所定間隔離れて表面弾性波を電気信号に変換す
る出力用の符号化電極、１４は不要表面弾性波を吸収す
るために入力電極１２および符号化電極１３の外側に形
成された吸音部であり、水晶基板１１上に入力電極１２
と符号化電極１３とが形成されている。

【０００７】このような構成の表面弾性波マッチドフィ
ルタにおいては、符号系列としてｎビットの疑似雑音符
号系列を用いた場合、符号化電極１３は疑似雑音符号系
列に対応してｎ個の櫛形電極対を持ち、各櫛形電極対は
チップレートに対応した間隔だけ離れて形成される。こ
のときの櫛形電極対の対数は図６に示すように１対であ
る。

【０００８】次に、図６の表面弾性波マッチドフィルタ
の動作について説明する。疑似雑音符号系列によりスペ
クトラム拡散変調された信号は、入力電極１２から入力
され、表面弾性波となって符号化電極１３に伝達され
る。このとき、電気信号から変換された表面弾性波も疑
似雑音符号系列に対応した情報を持っている。従って、
伝達された表面弾性波が持つ情報と符号化電極１３の符
号とが一致したときのみ、大きな電気信号（以下、「相
関信号」という）が得られ、この相関信号から元の情報
を取り出すことができる。

【０００９】ここで相関信号の大きさについて考える。
表面弾性波マッチドフィルタを用いた場合の相関信号の
大きさは原理上、用いている符号系列のビット数をｎと
すると、（ｎ−１）に比例する。また用いる圧電性基板
の電気機械結合係数にも大きく関係し、さらに櫛形電極
の交差幅にも比例する。従って、用いる符号系列のビッ
ト数は大きく且つ圧電性基板の電気機械結合係数は大き
いほうが好ましい。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スペク
トラム拡散通信における情報の伝送速度は、スペクトラ
ム拡散通信における帯域幅を符号系列のビット数で割っ
た値により制限される。無線ＬＡＮ等ではデータ伝送速
度は速いほど望ましいので、例えば伝送速度を２Ｍｂｐ
ｓとすると、スペクトラム拡散通信方式として国内で認
可されている２．４ＧＨｚ帯の帯域幅が２６ＭＨｚであ
ることから、符号系列のビット数は１３が最大値とな
る。従って、このときの相関信号の大きさは前述したよ
うに、（ビット数−１）と電気機械結合係数とに比例し
て決まることになる。相関信号と入力信号との比、すな
わち効率についても同様のことが言える。

【００１１】ところで、表面弾性波マッチドフィルタ用
圧電性基板として用いられる水晶は通常、電気機械結合
係数が０．１７％程度しかなく、効率が低いという問題
点を有していた。そのため、符号系列のビット数を大き
くして相関信号を大きくすることが考えられるが、それ
だけ伝送速度が低下してしまい、通信システムとして実
用的ではなくなってしまうという問題点を有していた。

【００１２】そのため、電気機械結合係数が４．７％程
度と大きなＬｉＮｂＯ₃ を表面弾性波マッチドフィルタ
に用いようとする試みもある。しかし、ＬｉＮｂＯ₃ は
表面弾性波速度の温度係数が大きく、周囲環境温度によ
り表面弾性波速度が変化し、温度変化が大きくなると表
面弾性波が持つ情報と符号化電極１３の符号とが一致し
なくなるため、使用するキャリア周波数そのものを周囲
環境温度に対応して制御することが提案された（例えば
特開平１−１２３５１６号公報参照）。しかしながら、
この提案では、温度を検出する素子が必要であり、また
通信システム全体として価格が高くなるという問題点を
有していた。

【００１３】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、水晶基板のような効率の低い基板を用いた場合の効
率を向上させて通信システムの伝送速度を高めることの
できる表面弾性波マッチドフィルタを提供することを目
的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の請求項１記載の表面弾性波マッチドフィルタ
は、圧電性基板と、圧電性基板上に形成された入力電極
と、同じく圧電性基板上に形成された出力用の符号化電
極とから成る表面弾性波マッチドフィルタであって、符
号化電極は、１符号に対応する櫛形電極対の対数が一対
よりも多く、櫛形電極対の対数がキャリア周波数とチッ
プレートとの比以下である構成を有している。

【００１５】請求項２記載の表面弾性波マッチドフィル
タは、請求項１記載の表面弾性波マッチドフィルタにお
いて、入力電極の櫛形電極が、使用するスペクトラム拡
散通信方式の帯域幅を持つように重み付けされている構
成を有している。

【００１６】請求項３記載の表面弾性波マッチドフィル
タは、請求項１又は２記載の表面弾性波マッチドフィル
タにおいて、入力電極と符号化電極とは共に櫛形電極が
ダブル電極である構成を有している。

【００１７】

【作用】上記構成によって、１符号に対応する櫛形電極
対の対数が多く、効率が高められるので、表面弾性波速
度の温度係数がゼロであるが電気機械結合係数の低い水
晶基板を用いても、表面弾性波マッチドフィルタの効率
を向上させて通信システムの伝送速度を高めることがで
きる。

【００１８】

【実施例】

（実施例１）以下本発明の一実施例について図を用いて
説明する。

【００１９】図１は本発明の一実施例に係る表面弾性波
マッチドフィルタを示す平面図である。図１において、
１は表面を鏡面加工された圧電性の水晶基板、２は水晶
基板１上にフォトリソグラフィ技術を用いて形成された
Ａｌ等の電気抵抗率の小さな材料から成る櫛形状の入力
電極、３は入力電極２と所定間隔離れて水晶基板１上に
形成された出力用の符号化電極、４は入力電極２と符号
化電極３の外側に形成された吸音部である。

【００２０】図１においては、符号化電極３の各符号に
対応した櫛形電極対の対数は、１対よりも多く（図１で
は４対）、かつ、用いる表面弾性波速度と櫛形電極間隔
とから決まる周波数すなわちキャリア周波数と、符号化
電極３の各符号に対応する櫛形電極対間隔から決まる周
波数すなわちチップレートとの比以下になるように選択
される。

【００２１】ここで、図１の実施例と図６の従来例との
比較を行う。表面弾性波速度３１５８ｍ／ｓの水晶基板
１を用い、Ａｌを４０００オングストローム蒸着して入
力電極２と符号化電極３の電極膜を形成した。キャリア
周波数を１３２ＭＨｚとしたため、櫛形電極間隔は５．
９８μｍとなる。入力電極２は正規型４対の櫛形電極と
した。符号系列としてＩＥＥＥ（ｔｈｅＩｎｓｔｉｔ
ｕｔｅｏｆＥｌ−ｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＥｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｓ、米国電気電
子工学会）８０２．１１に準拠した１１符号長の符号系
列“１０１１０１１１０００”を用い、チップレートを
２２ＭＨｚとしたため、符号化電極３としては１１個の
櫛形電極対を設け、各櫛形電極対間隔を１４３．５５μ
ｍとした。このとき、本実施例における表面弾性波マッ
チドフィルタの符号化電極３の各櫛形電極対の対数は２
対以上６対（キャリア周波数／チップレート＝１３２Ｍ
Ｈｚ／２２ＭＨｚ）以下から選択することができる。測
定については、入力電極２、出力用の符号化電極３とも
に電気的整合をとった後に行った。

【００２２】図２は符号化電極３の櫛形電極対の対数と
効率を示すグラフ図である。図２では、従来例に対する
効率の上昇値を櫛形電極対の対数に対してプロットして
いる。効率の上昇値はｄＢ値で表されている。図２か
ら、従来例（対数１）に対して櫛形電極対の対数が多く
なるほど効率が著しく向上することが分かる。例えば４
対の場合であれば、従来例に対して約１２ｄＢの効率の
向上が可能であり、従来例に対して増幅器等の周辺回路
を簡素化できる。また、従来例において、符号系列のビ
ット数を長くして１２ｄＢの効率向上を図ろうとすれ
ば、ビット数は４５ビット必要になり、伝送速度は４分
の１へと低下する。

【００２３】図３は櫛形電極対の対数と波形歪みを示す
グラフ図である。図３では、従来例に対する波形歪みの
減少値を櫛形電極対の対数に対してプロットしている。
波形歪みの減少値はｄＢ値で表されている。波形歪み
は、図４の波形図に示すように、振幅Ａの主信号と振幅
Ｂの雑音となる副信号との比として定義、つまり２０ｌ
ｏｇ（Ｂ／Ａ）とした。図３から、波形歪みも櫛形電極
対の対数が多くなるほど減少している（４対では約−６
ｄＢである）ことが分かる。

【００２４】以上のように本実施例によれば、櫛形電極
対を１対よりも多くすることにより、従来例に比して、
効率を高め（４対で約１２ｄＢ）、波形歪みを減少させ
る（４対で約−６ｄＢ）ことができるので、表面弾性波
速度の温度係数ゼロでかつ電気機械結合係数の低い水晶
基板を用いても、表面弾性波マッチドフィルタの効率を
向上させて通信システムの伝送速度を高めることができ
る。

【００２５】（実施例２）図５は本発明の第２の実施例
に係る表面弾性波マッチドフィルタを示す平面図であ
る。図５において、１は水晶基板、３は符号化電極、４
は吸音部であり、これらは図１と同様のものなので、同
一符号を付して説明は省略する。２は重み付け電極から
成る入力電極、５はグランド電極である。

【００２６】入力電極２を重み付け電極で構成したの
は、正規型では帯域幅が電極対数に比例して狭くなるた
め、電極対数に制限が生じてしまうことによる。電気機
械結合係数の小さな水晶基板１では、より多くの電極に
より、電気信号を表面弾性波に変換することが好まし
い。そこで、用いるスペクトラム拡散通信方式の帯域幅
を持つように入力電極２に重み付けを行って重み付け電
極とすることにより電極対数を多くしている。ここでは
アポダイズ法による電極構造を示しているが、チャープ
型等の別の方式を用いても構わない。

【００２７】また、グランド電極５を設けたのは次のよ
うな理由による。入力電極２に印加された電圧は全てが
表面弾性波に変換されるのではなく、一部は電波として
空気中に伝搬する。この空気中伝搬の電波は、電気信号
→電極→表面弾性波→電極→電気信号という経路をとら
ずに、電気信号→電極→空気中伝搬→電極→電気信号と
いう経路をとり、電磁誘導ノイズとして検出される場合
がある。グランド電極５はこのような電磁誘導ノイズを
除去するためのものである。

【００２８】第２の実施例ではグランド電極５を設けた
場合を示したが、特に必要でなければ除去することも可
能である。

【００２９】第２の実施例は、第１の実施例が奏する効
果の他、上述したように帯域幅の確保が容易となるとい
う効果を奏することができる。

【００３０】第１、第２の実施例では、電極構造として
通常のシングル電極構造について述べたが、ダブル電極
構造としてもよく、これにより電極間の反射を抑えるこ
とができる。また、入力電極２を出力電極として用い、
符号化電極３を入力電極として用いても同じ効果が得ら
れる。なお、第１、第２の実施例では圧電性基板として
水晶基板１を用いた場合を示したが、コスト上昇を無視
すればＬｉＮｂＯ₃ 等の電気機械結合係数の大きな基板
を用いることができ、この場合さらに効率が向上するこ
とは明かである。

【００３１】

【発明の効果】以上のように本発明は、符号化電極にお
いて、１符号に対応する櫛形電極対の対数が一対よりも
多く、櫛形電極対の対数がキャリア周波数とチップレー
トとの比以下であるようにしたことにより、従来例に比
して、効率を高め、波形歪みを減少させることができる
ので、表面弾性波速度の温度係数ゼロでかつ電気機械結
合係数の低い水晶基板を用いても、効率を向上させて通
信システムの伝送速度を高めることができる表面弾性波
マッチドフィルタを実現することができる。

【００３２】また、入力電極の櫛形電極が、使用するス
ペクトラム拡散通信方式の帯域幅を持つように重み付け
されていることにより、帯域幅の確保が容易である表面
弾性波マッチドフィルタを実現することができる。

【００３３】さらに、入力電極と符号化電極とは共に櫛
形電極がダブル電極であるようにしたことにより、櫛形
電極間の反射を抑制できる表面弾性波マッチドフィルタ
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る表面弾性波マッチドフ
ィルタを示す平面図

【図２】図１の表面弾性波マッチドフィルタにおける櫛
形電極対の対数に対する効率を示すグラフ

【図３】図１の表面弾性波マッチドフィルタにおける櫛
形電極対の対数に対する波形歪みを示すグラフ

【図４】図３の波形歪みの計算法を説明するための波形
図

【図５】本発明の第２の実施例に係る表面弾性波マッチ
ドフィルタを示す平面図

【図６】従来の表面弾性波マッチドフィルタを示す平面
図

【符号の説明】

１水晶基板２入力電極３符号化電極４吸音部５グランド電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電性基板と、前記圧電性基板上に形成さ
れた入力電極と、同じく前記圧電性基板上に形成された
出力用の符号化電極とから成る表面弾性波マッチドフィ
ルタであって、前記符号化電極は、１符号に対応する櫛
形電極対の対数が一対よりも多く、前記櫛形電極対の対
数がキャリア周波数とチップレートとの比以下であるこ
とを特徴とする表面弾性波マッチドフィルタ。
【請求項２】前記入力電極の櫛形電極は、使用するスペ
クトラム拡散通信方式の帯域幅を持つように重み付けさ
れていることを特徴とする請求項１記載の表面弾性波マ
ッチドフィルタ。
【請求項３】前記入力電極と符号化電極とは共に櫛形電
極がダブル電極であることを特徴とする請求項１又は２
記載の表面弾性波マッチドフィルタ。