JPS6347072Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は超音波遅延線を多段接続することによ
つて小形化または長遅延時間化を計たくし形フイ
ルタを提供しようとするものである。[Detailed Description of the Invention] The present invention attempts to provide a comb-shaped filter that can be made smaller or have a longer delay time by connecting ultrasonic delay lines in multiple stages.

超音波遅延線は、音波の速度が電気信号の速度
に比べ約10万分の１であることを利用して、電気
信号を一旦超音波に変換し、数10μsecから数
100μsecの遅延時間を得た後、再び電気信号の変
換する機能素子である。 Ultrasonic delay lines take advantage of the fact that the speed of sound waves is approximately 1/100,000 times smaller than the speed of electrical signals, and convert electrical signals into ultrasonic waves from several tens of microseconds to several tens of microseconds.
After obtaining a delay time of 100 μsec, it is a functional element that converts the electrical signal again.

第１図に超音波遅延線の基本的な構造の一例を
示す。１はガラス等の材質からなる遅延媒体で６
角形の形状をしており、２，２′はセラミツク圧
電素子すなわちトランスジユーサである。前記ト
ランスジユーサ２，２′には、３，３′，３″，３
で示される電極が形成されており、ガラス遅延
媒体１に接着剤またはハンダ付等の方法で固着さ
れている。また、４，４′，４″，４は前述のト
ランスジユーサ２，２′に電気信号を供給し、取
出すためのリード線で、電極３，３′、３″，３
にハンダ付等の方法で取付けられている。 FIG. 1 shows an example of the basic structure of an ultrasonic delay line. 1 is a delay medium made of a material such as glass, and 6
It has a rectangular shape, and 2 and 2' are ceramic piezoelectric elements or transducers. The transducers 2, 2' include 3, 3', 3'', 3
An electrode shown in is formed and fixed to the glass retardation medium 1 by adhesive, soldering, or the like. Further, 4, 4', 4'', 4 are lead wires for supplying and taking out electrical signals to the above-mentioned transducers 2, 2', and electrodes 3, 3', 3'', 3
It is attached by soldering or other methods.

ところで、前述のトランスジユーサ２，２′の
うち、どちらか一方（ここではトランスジユーサ
２）に電気信号を印加すると、トランスジユーサ
２は機械振動し、ガラス遅延媒体１中に超音波が
放射される。この超音波は、第１図の矢印に示す
経路に沿つて伝播し、もう一方のトランスジユー
サ２′に到達し、トランスジユーサ２′が機械的に
振動して電気信号を電極３″，３間に発生する。
この時、ガラス遅延媒体１中の音速をυ、経路長
をｌとすれば、超音波が一方のトランスジユーサ
２からもう一方のトランスジユーサ２′へ到達す
るのに要した時間ｔは、ｔ＝ｌ／υで表わされ
る。すなわち、電気信号は、ｔだけ遅延されたこ
とになる。 By the way, when an electric signal is applied to one of the transducers 2 and 2' (transducer 2 in this case), the transducer 2 mechanically vibrates, and ultrasonic waves are generated in the glass delay medium 1. radiated. This ultrasonic wave propagates along the path shown by the arrow in FIG. Occurs between 3 and 3.
At this time, if the sound speed in the glass delay medium 1 is υ and the path length is l, the time t required for the ultrasonic wave to reach from one transducer 2 to the other transducer 2' is: It is expressed as t=l/υ. That is, the electrical signal is delayed by t.

尚、超音波がガラス遅延媒体１内を伝播する時
に生じる乱反射による不要信号成分を除去するた
め、５で示すようにガラス遅延媒体１の表面上に
樹脂等の吸収材を固着することが一般に行われて
いる。。 In addition, in order to remove unnecessary signal components due to diffuse reflection that occurs when ultrasonic waves propagate within the glass delay medium 1, it is generally done to fix an absorbing material such as resin on the surface of the glass delay medium 1, as shown in 5. It is being said. .

ところで、超音波遅延線にE_A＝αsinωtなる信
号を印加し、時間τ_O遅延された信号をE_Bとして、
E_AとE_Bの和を考えると、 ｜E_C｜＝｜E_A＋E_B｜＝｜αsinωt＋βsin（ωt−τ_O
）｜ ＝｜√²＋²＋2_O・sin（ωt＋
）｜＝｜Asin（ωt＋）｜ 但し、 ＝tan^-1｜βsinωτ_O／（α＋βcosωτ_O）｜ Ａ＝√²＋²＋2_O となる。すなわち、振幅Ａは Amax＝α＋β；ω（ｎ）max＝2nπ／τ_O・ω （ｎ＝
０，１，２，…） Amin＝α−β；ω（ｎ）min＝（2n＋１）π／τ_O・ω
（ｎ＝０，１，２，…） となる。 By the way, when a signal E _A = αsinωt is applied to the ultrasonic delay line, and the signal delayed by time τ _O is E _B ,
Considering the sum of E _A and E _B , |E _C |=|E _A +E _B |=|αsinωt+βsin(ωt−τ _O
)｜ =｜√ ² + ² +2 _O・sin(ωt+
)｜=｜Asin(ωt+)｜ However, = tan ^-1 ｜βsinωτ _O /(α+βcosωτ _O )｜ A=√ ² + ² + 2 _O. That is, the amplitude A is Amax=α+β;ω(n)max=2nπ/τ _O・ω (n=
0,1,2,…) Amin=α−β;ω(n)min=(2n+1)π/τ _O・ω
(n=0, 1, 2,...).

ここで、隣接する最大値間、または最小値間の
周波数間隔を_H′，_H″とすると、 _H′＝（ｎ＋１）max−（ｎ）max＝ｎ＋１／τ_O
−ｎ／τ_O＝１／τ_{O H}″＝（ｎ＋１）min−（ｎ）min＝2n＋３／2τ
_O−2n＋１／2τ_O＝１／τ_O τ_O＝１／_H′＝１／_H″ となる。このように遅延時間τ_Oの超音波遅延線を
用いて、遅延信号と原信号を加算すると、１／τ_O
の周期で出力信号が同位相を示すため、通過域、
減衰域が交互に繰り返して現れる特異なフイルタ
を得る。このフイルタ特性の減衰量が最大となる
のは、α＝βすなわち遅延しない信号と遅延され
た信号の振幅が同じレベルになつた時である。こ
れをくし形フイルタといい、その特性を第２図に
示す。 Here, if the frequency interval between adjacent maximum values or minimum values is _H ′, _H ″, then _H ′=(n+1)max−(n)max=n+1/τ _O
−n/τ _O =1/τ _{O H} ″=(n+1)min−(n)min=2n+3/2τ
_O −2n + 1/2τ _O = 1/τ _O τ _O = 1/ _H ′ = 1/ _H ″. In this way, when using an ultrasonic delay line with delay time τ _O and adding the delayed signal and the original signal, , 1/τ _O
Since the output signals show the same phase with a period of
A unique filter in which attenuation regions appear repeatedly is obtained. The amount of attenuation of this filter characteristic becomes maximum when α=β, that is, when the amplitudes of the undelayed signal and the delayed signal reach the same level. This is called a comb filter, and its characteristics are shown in Figure 2.

このようなくし形フイルタ特性を得るための実
用的なくし形フイルタは第３図に示すようなもの
である。ここで、６は超音波遅延線、７〜７は
マツチング用の抵抗、８，８′はマンチング用の
コイル、９はミキシング用の可変抵抗である。１
０，１０′はくし形フイルタ回路の入力及び出力
端である。ところで、超音波遅延線の等価回路は
第４図に示すようなものである。１１，１１′，
１２，１２′はトランスジユーサの端子間容量で
および内部機械インピーダンスであつて、前述し
たように７，７′，８，８′はマツチング用の抵抗
およびコイルである。 A practical comb filter for obtaining such comb filter characteristics is shown in FIG. Here, 6 is an ultrasonic delay line, 7 to 7 are matching resistors, 8 and 8' are munching coils, and 9 is a mixing variable resistor. 1
0 and 10' are the input and output terminals of the comb filter circuit. By the way, the equivalent circuit of the ultrasonic delay line is as shown in FIG. 11, 11',
12 and 12' are the terminal capacitance and internal mechanical impedance of the transducer, and as mentioned above, 7, 7', 8, and 8' are matching resistors and coils.

容量１１，１１′とコイル８，８′は共振回路を
構成し、容量１１，１１′によるインピーダンス
の低下を防止し、挿入損失を小さくしている。ま
た抵抗７，７′は共に超音波遅延線６をドライブ
するための抵抗および負荷抵抗の役割を果すと同
時に前述の共振回路Ｑを下げて通過帯域幅を広げ
る役割を持つ。しかも抵抗７とコイル８，８′容
量１１，１１′は移相回路を構成しており、この
うちのどれかを可変することにより、回路の位相
すなわち遅延時間を変え得るものである。 The capacitors 11, 11' and the coils 8, 8' constitute a resonant circuit, which prevents a decrease in impedance due to the capacitors 11, 11' and reduces insertion loss. Further, the resistors 7 and 7' both serve as a resistor for driving the ultrasonic delay line 6 and as a load resistor, and at the same time serve to lower the aforementioned resonant circuit Q and widen the passband width. Moreover, the resistor 7, the coils 8, 8', and the capacitors 11, 11' constitute a phase shift circuit, and by varying any one of them, the phase of the circuit, that is, the delay time can be changed.

以上述べてきたように、超音波遅延線の性能
は、抵抗７，７′、コイル８，８′のマツチングイ
ンピーダンスに全て負つているのである。 As described above, the performance of the ultrasonic delay line depends entirely on the matching impedance of the resistors 7 and 7' and the coils 8 and 8'.

第４図の回路において、破線で示すようにミキ
シング用の可変抵抗９を接続して、第２図に示し
たくし形フイルタ特性を得、更には減衰量を最大
とするため、超音波遅延線の挿入損失に見合う抵
抗値に可変抵抗９を調整しようとしたとすると、
超音波遅延線から見たインピーダンスが大きく変
化してしまい所定の性能が得られなくなつてしま
うのである。そこで、第３図に示したように出力
側の負荷抵抗７′〜７′′′′をブリツジに組み、ミキ
シング用可変抵抗９を可変しても性能が変化しな
いようなくし形フイルタが考案されたのである。 In the circuit shown in Fig. 4, a variable resistor 9 for mixing is connected as shown by the broken line to obtain the comb filter characteristics shown in Fig. 2, and in order to maximize the attenuation amount, the ultrasonic delay line If you try to adjust the variable resistor 9 to a resistance value that matches the insertion loss,
The impedance seen from the ultrasonic delay line changes significantly, making it impossible to obtain the desired performance. Therefore, as shown in Figure 3, a comb filter was devised in which the output side load resistors 7' to 7'''' were assembled into a bridge so that the performance would not change even if the variable mixing resistor 9 was varied. It is.

ところが、前記回路は複雑であり、しかも調整
工数が必要なことから、第５図に示すようなくし
形フイルタが考案された。これは多角形ガラス遅
延媒体１の１辺に１枚のトランスジユーサ１３を
貼り付け、分割された表面電極１４〜１４″を形
成したものであつて、表面電極の一方に電気信号
を印加するとトランスジユーサ１３が振動し、も
う一方の電極に電気信号（遅延されていない信
号）が発生して、伝播してきた遅延信号とミツク
スされる。そして、外部インピーダンス１５によ
り、これを通してミツクスされる遅延されていな
い信号と遅延信号の電圧レベルを調整した後、ケ
ーシングするもので、ミキシングインピーダンス
内蔵型くし形フイルタである。第６図に示すのも
第５図と同様な考え方のくし形フイルタであつ
て、異なる点は第５図の外部インピーダンス１５
を、トランスジユーサ１３上に形成したコンデン
サ１６に置き換えただけのものであつて、こちら
の方は電極をトリミングすることにより容量を可
変にしている。 However, since the circuit is complicated and requires many man-hours for adjustment, a comb-shaped filter as shown in FIG. 5 was devised. This has one transducer 13 attached to one side of a polygonal glass delay medium 1 to form divided surface electrodes 14 to 14'', and when an electric signal is applied to one of the surface electrodes, The transducer 13 vibrates and generates an electrical signal (undelayed signal) at the other electrode, which is mixed with the propagating delayed signal. This is a comb filter with a built-in mixing impedance.The comb filter has a built-in mixing impedance.The comb filter shown in Fig. 6 has the same concept as Fig. 5. The difference is the external impedance 15 in Figure 5.
is simply replaced with a capacitor 16 formed on the transducer 13, and the capacitance is made variable by trimming the electrodes.

ところが、第５図および第６図に示したくし形
フイルタは簡単な回路構成でくし形特性がすぐ得
られるという長所はあるが、ガラス遅延媒体１の
形状が限定されるため小形化が難しかつた。 However, although the comb-shaped filter shown in FIGS. 5 and 6 has the advantage that comb-shaped characteristics can be readily obtained with a simple circuit configuration, it is difficult to miniaturize it because the shape of the glass delay medium 1 is limited. .

本考案は以上のような従来の欠点を除去するも
のであり、超音波遅延線を多段接続することによ
り、小形化および長遅延時間化を計ることのでき
るくし形フイルタを提供しようとするものであ
る。 The present invention aims to eliminate the above-mentioned drawbacks of the conventional filter, and provides a comb filter that can be made smaller and have a longer delay time by connecting ultrasonic delay lines in multiple stages. be.

以上の目的を達成するために本考案は２個以上
の超音波遅延線を縦続接続し、各超音波遅延線の
アース電極を１つのまとめ、これをインピーダン
スを介してアースに落とすことを特徴とするもの
である。 In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that two or more ultrasonic delay lines are connected in series, the ground electrodes of each ultrasonic delay line are combined into one, and this is grounded through an impedance. It is something to do.

以下、本考案の実施例を図面第７図により説明
する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7.

第７図において、１７ａ，１７ｂは第１、第２
の遅延媒体、１８ａ，１８a′，１８ｂ，１８b′は
前記第１、第２の遅延媒体１７ａ，１７ｂに貼り
付けられた入力用、出力用トランスジユーサ、１
９ａ，１９ａ，１９ｂ〜１９ｂは前記トラン
スジユーサ１８ａ，１８a′，１８ｂ，１８b′上に
形成された電極、２０，２０′はマツチングイン
ピーダンス、２１は、マツチングコイルである。 In FIG. 7, 17a and 17b are the first and second
Delay media 18a, 18a', 18b, 18b' are input and output transducers attached to the first and second delay media 17a, 17b, respectively.
9a, 19a, 19b-19b are electrodes formed on the transducers 18a, 18a', 18b, 18b'; 20, 20' are matching impedances; and 21 is a matching coil.

前記各トランスジユーサ１８ａ，１８a′，１８
ｂ，１８b′上の各２つの電極１９a′，１９ａ，
１９b′，１９ｂが同電位に接続されており、イ
ンピーダンス、本例においては、抵抗２２を介し
てアースされている。 Each of the transducers 18a, 18a', 18
Two electrodes 19a', 19a,
The terminals 19b' and 19b are connected to the same potential and are grounded via an impedance, in this example a resistor 22.

本考案は、例えば、1/2Ｈのガラス超音波遅延
線を２個縦続接続して1Hとし、しかも簡単にく
し形フイルタを構成でき、超小形のくし形フイル
タを実現することができる。 In the present invention, for example, two 1/2H glass ultrasonic delay lines are cascaded to form a 1H delay line, and a comb filter can be easily constructed, thereby realizing an ultra-small comb filter.

本考案は、第７図において、トランスジユーサ
１８ａ，１８a′，１８ｂ，１８b′上に形成された
各対向電極１９ａと１９a′，１９a″と１９ａ，
１９ｂと１９b′，１９b″と１９ｂによつて各々
形成される容量に着目したものである。前記電極
１９a′，１９ａ，１９b′，１９ｂを接続する
と、前記各容量は直列に接続されたことになる。
前記各容量を、仮に全て等しく、C₀とすれば、
直列接続された容量の総和はC₀／５である。従
つて、電極１９ａ−アース間に印加された信号
は、前記容量の総和によるインピーダンス５／
ω₀C₀とマツチングインピーダンス２０′（R₂）と
に分圧されることになる。すなわち、電極１９
b″には、スルー信号と遅延信号がミツクスされた
電圧が現れる。良好なるくし形フイルタは、前に
述べたように、スルー信号レベルと遅延信号レベ
ルとを等しく調整しなければならない。そこで、
本考案では、前記電極１９a′，１９ａ，１９
b′，１９ｂを同電位に接続し、インピーダンス
２２R_Mを介してバイパス回路を設け、インピー
ダンス２２R_oの大きさを調整して、前記スルー
信号のレベル調整を行なうものである。ここで、
マツチングコイル２１Ｌは、電極１９a″と１９ａ
，１９ｂと１９b′で形成される並列容量２C₀と
の間で、並列共振 なる関係が満足されるように選択されているた
め、ハイインピーダンスとなつている。 In the present invention, as shown in FIG. 7, opposing electrodes 19a, 19a', 19a'' and 19a,
This figure focuses on the capacitances formed by 19b and 19b', and 19b'' and 19b.When the electrodes 19a', 19a, 19b', and 19b are connected, each of the capacitances is connected in series. Become.
If each of the above capacitances are all equal and set to C ₀ , then
The sum of the capacitances connected in series is C ₀ /5. Therefore, the signal applied between the electrode 19a and the ground has an impedance of 5/5 due to the sum of the capacitances.
The voltage is divided into ω ₀ C ₀ and the matching impedance 20' (R ₂ ). That is, the electrode 19
A voltage that is a mixture of the through signal and the delayed signal appears at b''.A good comb filter must adjust the through signal level and the delayed signal level to be equal, as mentioned earlier.
In the present invention, the electrodes 19a', 19a, 19
b' and 19b are connected to the same potential, a bypass circuit is provided via an impedance 22R _M , and the level of the through signal is adjusted by adjusting the magnitude of the impedance 22R _o . here,
The matching coil 21L has electrodes 19a'' and 19a
, 19b and 19b', parallel resonance occurs between the parallel capacitance 2C ₀ formed by Since the selection is made so that the following relationship is satisfied, the impedance is high.

電極１９ａに印加したV₁なる信号電圧は、｜
１／jωoCo｜のインピーダンスとR_Mとに分圧さ
れ電極１９ｂにV_Mとなつて印加される。ここで、 R₂＋｜１／jωoCo｜≫R_M なる関係が満足するならば、V_Mは、再び、｜１／
jωoCo｜とR_Mとに分圧されV₂となつて、電極１
９ｂに現われる。ここで、遅延信号とミツクス
され、くし形特性となるのである。前記くし形特
性は、｜１／jωoCo｜とR₂とに分圧されて、電極
１９b″−アース間に出力として取出される。 The signal voltage V ₁ applied to the electrode 19a is |
The voltage is divided into an impedance of 1/jωoCo| and R _M and applied to the electrode 19b as V _M. Here, if the relationship R ₂ + |1/jωoCo|≫R _M is satisfied, then V _M is again |1/
The voltage is divided between jωoCo｜ and R _M and becomes V ₂ , and the voltage at electrode 1
Appears in 9b. Here, it is mixed with the delayed signal, resulting in a comb-shaped characteristic. The comb characteristic is divided into |1/jωoCo| and _R2 , and taken out as an output between the electrode 19b'' and the ground.

このように、本考案にくし形フイルタは、抵抗
あるいはコンデンサなどのインピーダンス１本を
用いるだけで簡単にくし形フイルタを構成でき、
しかも、必要な遅延量を幾つかの遅延量に分割で
きるために、小形で高性能を得ることが可能であ
る。更に、今まで説明してきたことにより、スル
ー信号レベルは、マツチングインピーダンスにほ
とんど依存しないため、くし形フイルタを使用す
る回路設計が容易で、安定した性能が得られる等
の特徴を有する。 In this way, the comb filter of the present invention can be easily constructed by using a single impedance such as a resistor or a capacitor.
Moreover, since the necessary delay amount can be divided into several delay amounts, it is possible to obtain high performance with a small size. Furthermore, as explained above, the through signal level is almost independent of the matching impedance, so it is easy to design a circuit using a comb filter, and stable performance can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は超音波遅延線の基本構造を示す構成
図、第２図は同超音波遅延線を用いたくし形フイ
ルタの特性図、第３図は従来のくし形フイルタの
回路構成図、第４図は同等価回路図、第５図、第
６図は最近開発されたくし形フイルタの構成図、
第７図は本考案のくし形フイルタの一実施例を示
す構成成図である。 １７ａ……第１の遅延媒体、１７ｂ……第２の
遅延媒体、１８ａ，１８a′，１８ｂ，１８b′……
入出力用トランスジユーサ、１９ａ，１９a′，１
９a″，１９ａ，１９ｂ，１９b′，１９b″，１９
……電極、２０，２０′……マツチングインピ
ーダンス、２１……マツチングコイル、２２……
インピーダンス。 Fig. 1 is a block diagram showing the basic structure of an ultrasonic delay line, Fig. 2 is a characteristic diagram of a comb filter using the same ultrasonic delay line, Fig. 3 is a circuit block diagram of a conventional comb filter, and Fig. 4 is a block diagram showing the basic structure of an ultrasonic delay line. The figure is an equivalent circuit diagram, and Figures 5 and 6 are configuration diagrams of recently developed comb filters.
FIG. 7 is a structural diagram showing one embodiment of the comb filter of the present invention. 17a...first delay medium, 17b...second delay medium, 18a, 18a', 18b, 18b'...
Input/output transducer, 19a, 19a', 1
9a″, 19a, 19b, 19b′, 19b″, 19
...Electrode, 20, 20'...Matching impedance, 21...Matching coil, 22...
impedance.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 多角形ガラス遅延媒体上の１つ以上の辺に入力
用および出力用のトラスジユーサを貼り付けた構
造の超音波遅延線を複数個縦続接続し、かつ縦続
接続した前記各超音波遅延線の前記入力用および
出力用トランスジユーサの各１端を全て同電位と
し、インピーダンスを介して接地したことを特徴
とするくし形フイルタ。 A plurality of ultrasonic delay lines having a structure in which input and output trussducers are attached to one or more sides of a polygonal glass delay medium are connected in cascade, and the input of each of the cascaded ultrasonic delay lines is provided. A comb-shaped filter characterized in that one end of each of the transducers for use and for output are all at the same potential and grounded via impedance.