DE69632710T2

DE69632710T2 - Akustische oberflächenwellenanordnung

Info

Publication number: DE69632710T2
Application number: DE69632710T
Authority: DE
Inventors: Hidenori Abe; Hiroshi Honmo
Original assignee: Kinseki Ltd Komae; Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kinseki Ltd Komae; Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 1995-04-11
Filing date: 1996-04-11
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2016-04-12
Also published as: EP0766384B1; KR970706652A; KR100407463B1; JP4014630B2; EP0766384A1; US5850167A; EP0766384A4; DE69632710D1; WO1996032777A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung, die in Zwischenfrequenzfiltern usw. von Mobilkommunikationseinrichtungen verwendet wird.
Technischer Hintergrund
Filter in der Form akustischer Oberflächenwellenvorrichtungen werden in Kommunikationseinrichtungen, Rundfunkeinrichtungen, Meßvorrichtungen usw. aufgrund ihrer geringen Größe, Leichtigkeit und hohen Leistung verwendet. Herkömmlich haben Zwischenfrequenzfilter, die in dem analogen Kommunikationssystem verwendet werden, schmalbandige Eigenschaften, und zusätzlich eine kleine Abweichung der Mittenfrequenz infolge von Temperaturen und große Dämpfungskennwerte benötigt. In dieser Anmeldung sind transversale akustische Oberflächenwellenfilter verwendet worden, die ST-geschnittene Quarzsubstrate verwenden und spezifische 3 dB-Bandbreiten (im folgenden als spezifische Bandbreiten abgekürzt) von 0,33–1,0% aufweisen.
Das analoge Kommunikationssystem wird zur effektiven Nutzung der Frequenzen und Zuverlässigkeit in der Mobilkommunikation zum digitalen Kommunikationssystem verändert. Zwischenfrequenzfilter, die im digitalen Kommunikationssystem verwendet werden, weisen eine verhältnismäßig breite spezifische Bandbreite von 0,2–0,5%, glatte Gruppenlaufzeiten und Dämpfungskennwerte auf, die jene der Zwischenfilter des analogen Kommunikationssystems übertreffen. Besonders tragbare Geräte für die Mobilkommunikation müssen kompakt sein und benötigen einen niedrigen Stromverbrauch, und folglich müssen akustische Oberflächenwellenfilter kompakt sein, niedrige minimale Einfügungsverluste, Dämpfungskennwerte und gute Formfaktoren aufweisen. Für diese Anforderungen sind herkömmlicherweise verschiedene Untersuchungen vorgenommen worden.
Als eine erste herkömmliche Technik sind transversale akustische Oberflächenwellenfilter mit zwei Interdigitaltransducern bekannt. Diese Filter haben den Vorteil, daß die erforderlichen Amplitudenkennwerte und Phasenkennwerte unabhängig voneinander gestaltet werden können.
Die transversalen akustischen Oberflächenwellenfilter weisen jedoch große Einfügungsverluste auf. Um spezifische Bandbreiten von 0,2–0,5% zu erhalten, benötigen sie eine große Anzahl Elektroden, die die Vorrichtungsgröße erhöhen und die Dämpfungskennwerte unzureichend machen.
Als akustische Oberflächenwellenfilter mit niedrigen Verlusten und kompakten Größen sind akustische Oberflächenwellen-Resonatorfilter bekannt. In Anbetracht des Einfügungsverlusts im Durchlaßbereich und der Dämpfungskennwerte wurde festgelegt, daß die Strukturen der akustischen Oberflächenwellen-Resonatorfilter einfach sein müssen, und festgestellt, daß es schwierig ist, die erforderlichen Gruppenlaufzeitkennwerte zu erhalten.
Als eine zweite herkömmliche Technik wird ein akustischer Oberflächenwellenfilter mit einem Doppelanschlußpaar, der mehrere Paare von Interdigitaltransducern (IDTs) und Reflektoren verwendet, durch Yahei Oyamada, Masakichiro Yoshikawa in „TWO TERMINAL PAIR SURFACE ACOUSTIC WAVE RESONATOR USING A PLURALITY OF PAIRS OF IDTS", Journal of Japan Acoustics Association, B. 33, Nr. 10, S. 557–564, Okt. 1977 beschrieben.
Dieser Filter weist zwei Interdigitaltransducer mit einer perfekten periodischen Struktur und Reflektoren auf, die außerhalb beider Enden der beiden Interdigitaltransducer angeordnet sind, die auf einem Quarzsubstrat ausgebildet sind. Er weist eine normierte Aluminiumfilmdicke von 1,25, eine Öffnungslänge von 15L (L ist ein Reflektorzwischenraum), 300 Paare der Interdigitalelektroden der IDTs und 200 Elektroden der Reflektoren auf. Wenn eine Anschlußimpedanz 50 Ω beträgt, werden Filterkennwerte eines minimalen Einfügungsverlusts von 3 dB, einer spezifischen Bandbreite von 0,033 und eines Dämpfungspegels von 30 dB erhalten. Um außerdem gute Dämpfungspegel zu erhalten, sind zwei der oben beschriebenen Elektrodenstrukturreihen in Kaskade geschaltet. Es werden Filterkennwerte eines minimalen Einfügungsverlusts von 6 dB, einer spezifischen Bandbreite von 0,028% und eines Dämpfungspegels von 70 dB erhalten.
Die Gruppenlaufzeitkennwerte dieses Beispiels der herkömmlichen Technik sind jedoch unbekannt, und die spezifische Bandbreite ist schmal. Der Einfügungsverlust ist groß, und es ist eine Verminderung des Einfügungsverlusts notwendig.
Als eine dritte herkömmliche Technik ist ein Longitudinal-Doppelwellentyp-SAW-Resonatorfilter bekannt, der von Masaki Tanaka, Takao Morita, Kazuo Ono, und Yuzo Nakazawa in „HIGH FRE-QUENCY LOW LOSS FILTER PROVIDED BY CONCATENATED DOUBLE MODE SAW RESONATOR", Technical Report of Toyo Tsushinki, Nr. 39, S. 9–16, Juni 1986 beschrieben wird.
Dieser Filter weist zwei Interdigitaltransducer, die 50 Elektrodenpaare bereitstellen, und Reflektoren auf, die jeweils 400 Elektroden außerhalb beider Enden derselben aufweisen, die auf einem X-geschnittenen 112° Lithiumtantalat-Substrat mit Y-Ausbreitung angeordnet sind. Der technische Bericht beschreibt, daß dieser Filter in seiner Struktur und seinem Arbeitsprinzip einem monolithischen Kristallfilter ähnlich ist, der Dicken scherwellentyp-Schwingungen eines AT-geschnittenen Quarzes verwendet. Folglich ist ein Doppelwellentyp-Filter möglich, der einen symmetrischen Wellentyp und einen antisymmetrischen Wellentyp verwendet, die ähnlich zu jenen des monolithischen Kristallfilters sind.
Dieses Filterbeispiel erzielte ein hohes Reflexionsvermögen für den antisymmetrischen Wellentyp an der Kante der Elektroden, der eine normierte Aluminiumfilmdicke von 2,5%, eine Öffnungslänge von 50 LL (LL ist ein Zwischenraum der Interdigitalelektroden), und kosinusgewichtete Interdigitalelektroden, und einen Reflektorzwischenraum aufwies, der ein wenig kleiner als jener der Interdigitalelektrode war. Das heißt, der Energieeinfangeffekt für den antisymmetrischen Wellentyp, der der höhere Wellentyp ist, wird verbessert.
Um außerdem gute Dämpfungspegel zu erreichen, sind zwei oben beschriebene Elektrodenstruktur-Reihen in Kaskade geschaltet, und es können zusammengesetzte Filterkennwerte eines minimalen Einfügungsverlusts von 2,2 dB, einer spezifischen Bandbreite von 0,24% und eines Dämpfungspegels von 75 dB erhalten werden. Die Abschlußimpedanz beträgt 50 Ω.
In dieser herkömmlichen Technik gibt es jedoch einige Störsignale im unteren Teil des Durchlaßbereichs. Insbesondere aufgrund des Störsignals nahe dem Band ist dieser Filter zur Verwendung als Zwischenfrequenzfilter nicht anwendbar.
Diese Beispiel berücksichtigt die Gruppenlaufzeitkennwerte nicht. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung untersuchten die Gruppenlaufzeitkennwerte, die ein wichtiger Bewertungspunkt für Zwischenfrequenzfilter sind. Im Filter dieses Typs der herkömmlichen Technik, der eine Öffnungslänge aufweist, die nicht kleiner als 50 LL ist, treten von sich aus Transversalwellentypen auf, obwohl die Transversalwellentypen durch Kosinus-Gewichtung der Interdigitalelektroden unterdrückt werden. Folg l1ich weisen die Gruppenlaufzeiten solch große Welligkeiten auf, daß der Filter als Zwischenfrequenzfilter praktisch unbrauchbar ist.
Das Arbeitsprinzip eines solchen Doppelwellentypfilters ist bei den monolithischen Energieeinfang-Kristallfiltern wohlbekannt, die Masseschwingungen verwenden. Ein monolithischer Doppelwellentyp-Kristallfilter, der positive und negative Elektroden auf der Vorderseite und Rückseite eines AT-geschnittenen Quarzsubstrats einer vorgeschriebenen Dicke aufweist, kann gute Durchlaßbereichskennwerte aufweisen, indem elektrisch äquivalente symmetrische Brückenschaltungen vorausgesetzt werden, wobei eine Symmetrie bezüglich der Mitte eines Elektrodenpaars verwendet wird, und die Positionen einer Resonanzfrequenz und einer Antiresonanzfrequenz für eine Brückenzweigimpedanz, die für den symmetrischen Wellentyp kennzeichnend ist, und eine Reihenzweigimpedanz, die für den antisymmetrischen Wellentyp kennzeichnend ist, eingestellt werden.
Hier ist es bekannt, daß die sogenannte „Frequenzanpassung" effektiv ist, um Welligkeiten in einem Durchlaßbereich zu reduzieren. Jedoch ist es auch bekannt, daß die Übereinstimmung der Antiresonanzfrequenzen auf den Hochfrequenzseiten der Reihenzweigimpedanz und der Brückenzweigimpedanz bei einigen Resonanzfrequenzen nicht erforderlich ist, aber die Glätte der Kennimpedanz des Filters erforderlich ist.
Hier werden Kennparameter von akustischen Oberflächenwellenfiltern unter Bezugnahme auf ein Entwurfsverfahren eines monolithischen Kristallfilters, der Masseschwingungen verwendet, beruhend auf der Kennimpedanz untersucht.
Erstens kann in einem transversalen akustischen Oberflächenwellenfilter aufgrund eines innerlichen Verlusts infolge eines bidirektionalen Verlusts der Interdigitalelektroden der Filter nicht als ein verlustarmer Filter wirken, selbst wenn der Filter unter Berücksichtigung der Anpassung seiner Kennimpedanzen an die Abschlußimpedanz an den elektrischen Eingangsund Ausgangsanschlüssen entworfen wird. Vielmehr sind die Kennimpedanzen nicht aneinander angepaßt worden, um Störsignale infolge von Dreifachdurchgangsechos zu unterdrücken.
In der Energieeinfangstruktur des akustischen Oberflächenwellen-Resonatorfilters oder anderer ist der Einfügungsverlust in den akustischen Oberflächenwellenfilter klein, und elektrische Reflexionsverluste an den Eingangs- und den Ausgangsanschlüssen werden durch die Anpassung von Kennimpedanzen der Filter an die Abschlußimpedanz der Eingangs- und Ausgangsanschlüssen reduziert, so daß der Filter ein verlustarmer Filter sein kann. Im allgemeinen sind die Durchlaßmatrixelemente einer elektrisch äquivalenten Schaltung, die einen akustischen Oberflächenwellenfilter repräsentiert, komplexe Zahlen, und deren Kennimpedanzen sind ebenfalls komplexe Zahlen.
Ein Verfahren zum Entwerfen eines SAW-Filters, der das konjugiert komplexe Kennimpedanz-Verfahren von Woo Hokhoa u. a. verwendet, wurde 1989 veröffentlicht (Woo Hokhoa, Masami Kasagi, Nobuyoshi Sakamoto, „Design of Matching Circuit by Conjugate Image Impedance Method (Application to SAW Filter)", Report of Electronic Information Communication Society, CPM89-72, S. 14–24, 1989). Dieses Verfahren wird beim Entwerfen durch das konjugierte komplexe Kennimpedanz-Verfahren einer Anpassungsschaltung eines akustischen Oberflächenwellenfilters einer IIDT-Struktur verwendet, die in einer akustischen Oberflächenwellen-Ausbreitungsbahn ausgebildet ist. Diese Veröffentlichung beschreibt, daß die Frequenzantwort von akustischen Oberflächenwellenfiltern im Durchlaßbereich glatt ist, indem eine T-Anpassungsschaltung verwendet wird. Dann weist die Anpassungsschaltung, die aus einer Drossel und einem Kondensator besteht, einen konjugiert komplexen Kennimpedanzwert bei der Abschluß frequenz auf. Außerdem ist die Abschlußfrequenz als eine Frequenz definiert, die den größten Einfügungsverlust im Durchlaßbereich aufweist, wenn die akustischen Oberflächenwellenfilter mit einer konjugiert komplexen Kennimpedanz abgeschlossen werden, die mit den Frequenzen variiert. Dieser Bericht diskutiert jedoch nicht die Ausbreitungskonstante, die ein Teil der Kennparameter ist.
Als eine vierte herkömmliche Technik ist ein Longitudinal-Doppelwellentyp-SAW-Filter bekannt, der in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. Tokkohei 03-51330/1991 beschrieben wird.
Dieser SAW-Filter weist ein ST-geschnittenes Quarzsubstrat oder ein Lithiumtantalat-Substrat auf, das eine akustische Oberflächenwellen-Ausbreitungsbahn, zwei Interdigitaltransducer, die seriell aneinander angrenzend in Ausbreitungsrichtung angeordnet sind, Reflektoren, die einen breiteren Zwischenraum als den der Interdigitaltransducer aufweisen und außerhalb beider Seiten der beiden Interdigitaltransducer angeordnet sind, aufweist. Für das ST-geschnittene Quarzsubstrat liegen Paare der Interdigitalelektroden unter 600 Paaren, und eine normierte Öffnungslänge liegt über 5, und für das Lithiumtantalat-Substrat liegen Paare der Interdigitalelektroden unter 400 Paaren, und eine normierte Öffnungslänge liegt über 20. Insbesondere sind auf dem ST-geschnittenen Quarzsubstrat ein Aluminiumfilm mit einer normierten Filmdicke von 2%, eine normierte Öffnungslänge von 20, 200 Paare Interdigitalelektroden und 500 Elektroden jedes Reflektors ausgebildet, wodurch eine spezifische Bandbreite von 0,2% erhalten wird.
Jedoch berücksichtigt dieses Beispiel der herkömmlichen Technik nicht die Gruppenlaufzeitkennwerte. Untersuchungen der Erfinder der vorliegenden Erfindung haben einige Störsignale auf der Niederfrequenzseite eines Durchlaßbereichs festgestellt und haben insbesondere festgestellt, daß das Störsignal nahe dem Durchlaßbereich zu verschlechterten Formfaktoren führt. Um diesen herkömmlichen Filter als einen Zwischenfrequenzfilter zu verwenden, ist es notwendig, Störsignale nahe dem Durchlaßbereich zu unterdrücken. Dieser herkömmliche Filter verwendet sowohl den symmetrischen Wellentyp als auch den antisymmetrischen Wellentyp in der einen akustischen Oberflächenwellen-Ausbreitungsbahn. Daher weist der Filter eine Symmetrie bezüglich der Mitte der einen akustischen Oberflächenwellen- Ausbreitungsbahn auf.
Als eine fünfte herkömmliche Technik ist die akustische Oberflächenwellenvorrichtung bekannt, die in der japanischen Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. Tokkaihei 07-95003/1995 beschrieben wird. Diese akustische Oberflächenwellenvorrichtung, die Ns Paare Eingangs-IDTs und Nf Paare Ausgangs-IDTs aufweist, definiert einen Bereich der Summe Ns + Nf der Eingangs-IDT-Paare und der Ausgangs-IDT-Paare, und die akustische Oberflächenwellenvorrichtung kann als ein akustischer Oberflächenwellenfilter verwendet werden, der eine glatte Gruppenlaufzeit, eine verhältnismäßig breite spezifische Bandbreite und einen niedrigen Einfügungsverlust aufweist. Wie jedoch in den 9 bis 14 der japanischen Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. Tokkaihei 07-95003/1995 gezeigt, werden Störsignale nahe der Niederfrequenzseite des Durchlaßbereichs festgestellt, und es wird keine Verbesserung des Störsignals nahe der Niederfrequenzseite des Durchlaßbereichs erwähnt. Im Vergleichsbeispiel, das in den 15 bis 17 der japanischen Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. Tokkaihei 07-95003/195 gezeigt wird, treten keine Störsignale nahe der Niederfrequenzseite des Durchlaßbereichs auf, jedoch sind die Kennwerte (z. B. die Gruppenlaufzeitwelligkeiten und Amplitudenwelligkeiten) im Durchlaßbereich immer noch unzureichend.
Als eine sechste herkömmliche Technik ist ein akustischer Oberflächenwellenfilter bekannt, der in der japanischen Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. Tokkaisho 64-82706/1989 beschrieben wird. Dieser akustische Oberflächenwellenfilter weist eine Struktur aus 3 IDTs auf, die zwei Ausgangsinterdigitaltransducer aufweist, die auf beiden Seiten eines Eingangsinterdigitaltransducers angeordnet sind. Dieser Filter weist eine kleinere Anzahl Paare der Ausgangselektrode als eine Anzahl Paare der Eingangselektrode auf, wodurch der akustische Oberflächenwellenfilter einen niedrigen Verlust und ein schmales Band aufweisen kann. Jedoch wird keine Verbesserung von Störsignalen nahe der Niederfrequenzseite eines Durchlaßbereichs erwähnt.
Als eine siebente herkömmliche Technik ist der akustische Wellentransducer bekannt, der in der japanischen Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. Tokkaisei 06-252693/1994 beschrieben wird. Dieser akustische Wellentransducer weist einen akustischen Wellentransducer, der einen IDT mit N1 Paaren in einer ersten Elektrodenstrukturreihe aufweist, und einen akustischen Wellentransducer auf, der einen IDT mit N2 Paaren in einer zweiten Elektrodenstrukturreihe aufweist, die in Kaskade geschaltet sind.
Als eine achte herkömmliche Technik ist der akustische Oberflächenwellen-Resonatorfilter bekannt, der in der japanischen Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. Tokkaisho 59-37724/1984 beschrieben wird. Der akustische Oberflächenwellen-Resonatorfilter kann einen niedrigen Einfügungsverlust und ein schmales Band aufweisen, indem sich die Anzahl der Paare einer Eingangselektrode von der einer Ausgangselektrode unterscheidet, und sich die Zwischenräume der Eingangselektroden von jenen der Ausgangselektroden unterscheiden, so daß die Resonanzfrequenzen der Eingangselektroden und der Ausgangselektroden miteinander übereinstimmen. Jedoch weist diese herkömmliche Technik eine Elektrodenstrukturreihe ohne Reflektoren auf, und ist dazu bestimmt, Störsignale nahe der Hochfrequenzseite des Durchlaßbereichs zu unterdrücken. Es wird keine Verbesserung von Störsignalen nahe der Niederfrequenzseite des Durchlaßbereichs und keine Verbesserung der Welligkeiten im Durchlaßbereich erwähnt.
Als eine neunte herkömmliche Technik ist der akustische Oberflächenwellenfilter bekannt, der in der veröffentlichten britischen Patentanmeldung GB 2116387 A beschrieben wird. Der Filter weist eine Reihe von Eingangs-/Ausgangs-Interdigitaltransducern auf, die parallel geschaltet sind. Alternativ können zwei solcher Reihen Transducer in einer Kaskadenanordnung geschaltet sein. Die Eingangs-/Ausgangs-Transducer in der Mitte einer Reihe weisen eine größere Anzahl von Elektroden auf, als die Eingangs-/Ausgangs-Transducer an den Enden der Reihe, mit dem Ziel der Vermeidung eines Energieverlustes aus den Endtransducern. Es wird keine Verbesserung von Störsignalen nahe des Durchlaßbereichs oder eine Verbesserung von Welligkeiten im Durchlaßbereich erwähnt.
Folglich haben die oben beschriebenen herkömmlichen akustischen Oberflächenwellenfilter nicht die Kennwerte erreicht, die für Zwischenfrequenzfilter notwendig sind, die in digitalen Kommunikationssystem verwendet werden sollen, d. h. verhältnismäßig breite spezifische Bandbreiten, große Dämpfung, insbesondere das Fehlen von Störsignalen nahe dem Durchlaßbereich, gute Formfaktoren, geringe Größen, niedrige Einfügungsverluste und glatte Gruppenlaufzeiten.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung bereitzustellen, die eine glatte Gruppenlaufzeit, eine verhältnismäßig breite spezifische Bandbreite, niedrige Einfügungsverluste und Formfaktoren, eine große Dämpfung, Unterdrückung von Störsignalen nahe der Niederfrequenzseite des Durchlaßbereichs, und Unterdrückung des Einflusses von Welligkeiten durch den Transversalwellentyp aufweist.
Offenbarung der Erfindung
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, untersuchten die Erfinder der vorliegenden Anmeldung die Anwendung des Konzepts des Energieeinfangs eines akustischen Oberflächenwellenresonators, das durch H. Shimizu im 7th Symposium on ULTRASONIC ELECTRONICS, präsentiert wurde, das im Dezember 1989 abgehalten wurde, auf eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung, die eine Elektrodenstrukturreihe aufweist, die zwei Interdigitaltransducer und Reflektoren außerhalb der beiden Interdigitaltransducer aufweist.
Das Konzept des Energieeinfangs des akustischen Oberflächenwellenresonator, das durch H. Shimizu präsentiert wurde, ist wie folgt (Hiroshi Shimizu, „Energy Trapping in Piezoelectric Resonator", Resume of the Symposium on ULTRASONIC ELECTRONICS S. 81–86, Dez. 1986, in japanisch).
Erstens wird im Energieeinfangwellentyp die Schwingungsenergie in einem Teilbereich eines Oszillators konzentriert, der eine einfache Form aufweist, und es kann festgestellt werden, daß der Weg und die Spannung der Schwingung in Bereichen null ist, die in einem gewissen Maße davon entfernt sind. Das heißt, daß der Energieeinfangwellentyp so definiert ist, daß er ein Resonanz-Wellentyp ist, dessen Wegamplitude im Prinzip asymptotisch zu null ist. Die Dispersionscharakteristik des periodischen Streifens des akustischen Oberflächenwellenresonators weist aufgrund rückwärts verzweigter Wellen einen Sperrbereich auf, und seine Ausbreitungswellenzahl ist dort eine komplexe Zahl.
Der akustische Oberflächenwellenresonator, der die Gitterreflektoren auf beiden Seiten der Interdigitaltransducer aufweist, verwendet den Energieeinfang durch komplexe Verzweigung. Ein Zwischenraum der Reflektorelektroden ist ein wenig größer als jener der Interdigitalelektroden, so daß die untere Frequenzkante des Sperrbereichs der Interdigitalelektroden nahe der Mittenfrequenz des Sperrbereichs der Reflektorelektroden liegt, wodurch eine Ausbreitungswellenzahl an den Reflektoren eine komplexe Zahl bei der Frequenz ist, an der die Wellenzahl der Interdigitalelektroden reell wird. Daher kann ein Resonanzwellentyp mit gutem Energieeinfang realisiert werden.
Wenn die Interdigitalelektroden und die Reflektoren mit einem durchgehenden gleichen Zwischenraum angeordnet sind, ist eine Ausbreitungswellenzahl in den Interdigitalelektroden eine komplexe Zahl mit derselben Frequenz wie jener in den Reflektoren. Folglich ist, wenn die Interdigitalelektroden kurzgeschlossen sind, der Resonanzwellentyp nicht vorhanden, und wenn die Interdigitalelektroden geöffnet sind, wird die Energie des Antiresonanzwellentyps überall in den Interdigitalelektroden und den Reflektoren eingefangen.
Es wird beschrieben, daß, weil die Resonanz von Mehrpaar-Interdigitalelektroden ohne Reflektoren bei einer Frequenz auftritt, die geringfügig niedriger als jene der unteren Kante des Sperrbereichs ist, und eine Ausbreitungswellenzahl im gesamten Durchlaßbereich eine reelle Zahl ist, akustische Oberflächenwellen nicht vollständig reflektiert werden, und es im Prinzip nicht vorkommt, daß die akustischen Oberflächenwellen keinen Verlust aufweisen, seine Resonanz nicht unter den Energieeinfang fällt.
Dieses Konzept wird zu einer akustischen Oberflächenwellenvorrichtung entwickelt, die Elektrodenstrukturreihen aufweist, die jeweils zwei Interdigitalelektroden und Reflektoren auf beiden Seiten derselben aufweisen. Ein Zwischenraum der Reflektoren ist ein wenig breiter als der der beiden Interdigitalelektroden, und die untere Frequenzkante eines Sperrbereichs der Interdigitalelektroden befindet sich an der Mittenfrequenz eines Sperrbereichs der Reflektoren, wodurch eine Ausbreitungswellenzahl der Reflektoren an einer Frequenz eine komplexe Zahl ist, bei der die Ausbreitungswellenzahl der Interdigitalelektroden eine reelle Zahl ist, und ein Resonanzwellentyp mit gutem Energieeinfang realisiert werden kann. Dieser Zustand wird hier als der vollständige Energieeinfang bezeichnet.
Wenn zwei Interdigitalelektroden mit einem Zwischenraum angeordnet sind, der mit dem der Reflektoren zusammenhängend ist, ist eine Ausbreitungswellenzahl der Interdigitalelektroden eine komplexe Zahl mit derselben Frequenz, wie jene der Reflektoren. Es wird angenommen, daß wenn die Interdigitalelektroden kurzgeschlossen sind, der Resonanzwellentyp nicht vorhanden ist, und wenn die Interdigitalelektroden geöffnet sind, die Energie des Antiresonanz-Wellentyps überall in den Interdigitalelektroden und den Reflektoren eingefangen wird.
Wenn die herkömmliche Technik beruhend auf diesem Gedanken klassifiziert wird, gelten die erste, die zweite und die achte herkömmliche Technik nicht als vollständiger Energieeinfang, und die dritte und die vierte herkömmliche Technik werden als vollständiger Energieeinfang betrachtet. Es ist nicht zu erkennen, ob die andere herkömmliche Technik als vollständiger Energieeinfang zu betrachten ist, da sie sich nicht auf Zwischenräume der Reflektoren und der Interdigitalelektroden bezieht.
In der Struktur mit vollständigem Energieeinfang wird angenommen, daß die akustische Oberflächenwellen-Energie nicht aus dem akustischen Oberflächenwellenfilter austritt, und eine Energie eines antisymmetrischen Wellentyps, die ähnlich zu jener von monolithischen Kristallfiltern mit niedrigen Verlusten ist, wird eingefangen, so daß breite Bänder erhalten werden können.
Andererseits ist es bekannt, daß kleinere Öffnungslängen von sich aus den Transversalwellentyp unterdrücken. Im Fall von Lithiumtetraborat liegen Öffnungslängen, die frei vom Problem der Transversalwellentyp-Störsignale sind, unter 12L. Im Fall eines ST-geschnittenen Quarzkristalls liegen solche Öffnungslängen unter 15L. Im Fall von X-geschnittenen 112☐ Lithiumtantalat mit Y-Ausbreitung liegen solche Öffnungslängen unter 20L. Ein Problem mit kleinen Öffnungslängen ist es, daß die Anpassung von Abschlußimpedanzen mit reellen Zahlenwerten unmöglich ist.
Die akustische Oberflächenwellenvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 weist die Elektrodenstruktur der 16 auf, die auf einem piezoelektrischen Substrat aus Lithiumtetraborat ausgebildet ist. Die Elektrodenstruktur weist zwei Elektrodenstrukturreihen auf, die in Kaskade geschaltet sind.
Eine erste Elektrodenstrukturreihe 10 weist auf einem piezoelektrischen Substrat einen Eingangs-/Ausgangs-IDT 11, einen Verbindungs-IDT 12, der im wesentlichen denselben Zwischenraum und dieselbe Paarzahl wie der Eingangs-/Ausgangs-IDT 11 aufweist und auf der rechten Seite des Eingangs-/Ausgangs-IDT 11 angeordnet ist, und Reflektoren 13, 14 auf, die außerhalb des Eingangs-/Ausgangs-IDT 11 und des Verbindungs-IDT 12 angeordnet sind.
Eine zweite Elektrodenstrukturreihe 20 weist auf dem piezoelektrischen Substrat einen Eingangs-/Ausgangs-IDT 21 und einen Verbindungs-IDT 22, der im wesentlichen denselben Zwischenraum und dieselbe Paarzahl wie der Eingangs-/Ausgangs-IDT 21 aufweist und auf der linken Seite der Eingangs-/Ausgangs-IDT 21 angeordnet ist, und Reflektoren 23, 24 auf, die außerhalb des Verbindungs-IDT 22 und des Eingangs-/Ausgangs-IDT 21 angeordnet sind.
Der Verbindungs-IDT 12 der ersten Elektrodenstrukturreihe 10 und der Verbindungs-IDT 22 der zweiten Elektrodenstrukturreihe 20 sind durch Verdrahtung miteinander verbunden, um die erste Elektrodenstrukturreihe 10 und die zweite Strukturreihe 20 miteinander in Kaskadenschaltung zu verbinden.
Im Vergleichsbeispiel 1 ist das piezoelektrische Substrat ein um 45☐ gedrehtes X-geschnittenes Lithiumtetraborat (Li₂B₄O₇) mit Z-Ausbreitung. Eine Paarzahl N1 der Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 21 und eine Paarzahl N2 der Verbindungs-IDTs 12, 22 betragen 31,5, und eine Elektrodenzahl der Reflektoren 13, 14, 23, 24 beträgt 60. Wenn ein Zwischenraum der Reflektoren 13, 14, 23, 24 durch L repräsentiert wird, beträgt ein Zwischenraum der Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 21 und der Verbindungs-IDTs 12, 22 0,9836L, und ein Abstand zwischen den Interdigitalelektroden beträgt 0,4918L. Ein Abstand zwischen den Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 21 und den Verbindungs-IDTs 12, 22 und den Reflektoren 13, 14, 23, 24 beträgt 0,4959L. Eine normierte Aluminiumfilmdicke h/L der Elektroden beträgt 1,7%. Eine Öffnungslänge W beträgt 7L, was verhältnismäßig klein ist.
17 zeigt die konjugiert komplexen Kennimpedanzen und die Ausbreitungswellenzahl des Vergleichsbeispiels 1, beruhend auf der Eingangs-IDT (oder der Ausgangs-IDT) der akustischen Oberflächenwellenvorrichtung mit zwei in Kaskade geschalteten Elektrodenstrukturreihen, und 18 zeigt die Frequenzantworten des Vergleichsbeispiels 1. Die Frequenz ist eine durch eine untere Frequenzkante eines Sperrbereichs der Interdigitalelektroden normierte Frequenz. Der Durchlaßbereich ist durch eine Frequenzdifferenz zwischen den Punkten definiert, an denen die Extrapolationslinien die normierte Frequenzachse schneiden, wenn reelle Zahlenteile einer Ausbreitungswellenzahl extrapo liert werden. Die konjugiert komplexen Kennimpedanzen der akustischen Oberflächenwellenvorrichtung, die vom Eingangs-IDT gesehen werden, und jene, die vom Ausgangs-IDT gesehen werden, sind bezüglich ihrer Symmetrie dieselben.
Wie in 17 gezeigt, weisen die konjugiert komplexen Kennimpedanzen des Vergleichsbeispiels 1 Imaginärteile von 189–2043 Ω und Realteile von 300–3280 Ω im Durchlaßbereich auf, und zeigen eine hohe Frequenzabhängigkeit. Die Frequenzantworten des Vergleichsbeispiels 1 der 18 wurden mit einer Abschlußimpedanz am Eingangs-/Ausgangsanschluß gemessen, die auf 2000 Ω eingestellt war. Wie in 18 gezeigt, bleiben im Vergleichsbeispiel 1 Welligkeiten im Durchlaßbereich.
Die Welligkeit der Frequenzantworten im Durchlaßbereich nimmt nicht ab, selbst wenn die Paarzahl der Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 21 und der Verbindungs-IDTs 13, 14 gleichermaßen verändert wird. Die Welligkeiten bleiben im Durchlaßbereich, selbst wenn der Durchlaßbereich mit irgendeinem der Realteilwerte der konjugiert komplexen Kennimpedanzen bei irgendeiner der Frequenzen im Durchlaßbereich abgeschlossen wird.
18 zeigt konjugiert komplexe Kennimpedanzen, die vom Eingangs-IDT (oder Ausgangs-IDT) einer der Elektrodenstrukturreihen der akustischen Oberflächenwellenvorrichtung gesehen werden, und außerdem die konjugiert komplexen Kennimpedanzen, die vom Verbindungs-IDT gesehen werden. Die Paarzahl der Eingangs-/Ausgangs-IDTs und die der Verbindungs-IDTs ist einander gleich, und die konjugiert komplexen Kennimpedanzen, die vom Eingangs-IDT (oder Ausgangs-IDT) gesehen werden, und jene, die von den Verbindungs-IDTs gesehen werden, sind einander gleich.
Wie in 18 gezeigt, ist zu erkennen, daß die konjugiert komplexen Kennimpedanzen, die vom Verbindungs-IDT gesehen werden, Imaginärteile im Durchlaßbereich aufweisen, und die Anpassung in der kaskadengeschalteten Ebene ungenügend ist. Wie in
17 gezeigt, ist zu erkennen, daß die Realteile und die Imaginärteile der konjugiert komplexen Kennimpedanzen, die vom Eingangs-/Ausgangsanschluß gesehen werden, insbesondere die Imaginärteile, nicht mit einer Abschlußimpedanz von 2000 Ω zusammenpassen, was ein Grund für die Welligkeit im Durchlaßbereich ist.
Die akustische Oberflächenwellenvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel 2 weist die Elektrodenstruktur der 16 auf, die auf einem piezoelektrischen Substrat aus Lithiumtetraborat ausgebildet ist. Die Elektrodenstruktur weist zwei Elektrodenstrukturreihen auf, die in Kaskade geschaltet sind. Die Elektroden des Vergleichsbeispiels 2 weisen im Grunde dieselbe Struktur wie die der vierten herkömmlichen Technik auf, obwohl das piezoelektrische Substrat sich vom letztgenannten unterscheidet.
Im Vergleichsbeispiel 2 ist das piezoelektrische Substrat ein um 45° gedrehtes X-geschnittenes Lithiumtetraborat (Li₂B₄O₇) mit Z-Ausbreitung. Eine Paarzahl N1 der Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 21 und eine Paarzahl N2 der Verbindungs-IDTs 12, 22 beträgt 29,5, und eine Elektrodenzahl der Reflektoren 13, 14, 23, 24 beträgt 60. Wenn ein Zwischenraum der Reflektoren 13, 14, 22, 24 durch L repräsentiert wird, beträgt ein Zwischenraum der Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 21 und der Verbindungs-IDTs 12, 22 0,9836L, und ein Abstand zwischen den Interdigitalelektroden beträgt 0,4918L. Ein Abstand zwischen den Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 21 und den Verbindungs-IDTs 12, 22, und den Reflektoren 13, 14, 23, 24 beträgt 0,4959L. Eine normierte Aluminiumfilmdicke h/L der Elektroden beträgt 1,7%. Eine Öffnungslänge W beträgt 350L, was verhältnismäßig groß ist.
19 zeigt die konjugiert komplexen Kennimpedanzen und die Ausbreitungswellenzahl des Vergleichsbeispiels 2, die vom Eingangs-IDT (oder Ausgangs-IDT) der akustischen Oberflächen wellenvorrichtung gesehen werden, die zwei Elektrodenstrukturreihen aufweist, die in Kaskade geschaltet sind, und 20 zeigt die Frequenzantworten des Vergleichsbeispiels 2. Die Frequenzantworten des Vergleichsbeispiels 2, die in 20 gezeigt werden, wurden mit einer Abschlußimpedanz am Eingangs-/Ausgangsanschluß gemessen, die auf 50 Ω eingestellt war.
In 19 sind die konjugiert komplexen Kennimpedanzen, die vom Eingangs-IDT gesehen werden, und jene, die vom Ausgangs-IDT gesehen werden, bezüglich ihrer Symmetrie dieselben. Die Realteile jener im Durchlaßbereich betragen etwa 50 Ω, und deren Imaginärteile betragen etwa 0 Ω. Die Frequenzantworten, die mit einer Abschlußimpedanz erhalten werden, die auf 50 Ω eingestellt ist, wie in 20 gezeigt, sind gute Durchlaßbereichskennwerte, die eine verhältnismäßig niedrige Welligkeit aufweisen.
In diesem Fall ist die Elektrodenstrukturreihe in der akustischen Oberflächenwellen-Ausbreitungsbahn symmetrisch zur Mitte zwischen den Eingangs-/Ausgangs-IDTs und den Verbindungs-IDTs, und die konjugiert komplexen Kennimpedanzen, die von den Verbindungs-IDTs auf der akustischen Oberflächenwellen-Ausbreitungsbahn gesehen werden, als auch die konjugiert komplexen Kennimpedanzen, die vom Eingangs-/Ausgangsanschluß gesehen werden, weisen Realteile von 50 Ω und Imaginärteile von etwa 0 ☐ im selben Durchlaßbereich auf. Folglich ist die Anpassungsbedingung von konjugiert komplexen Impedanzen auf der kaskadengeschalteten Ebene erfüllt. Die Frequenzantwort des Vergleichsbeispiels 2 ist ein minimaler Einfügungsverlust von 2 dB, eine spezifische Bandbreite von 0,56 und eine Gruppenlaufzeitwelligkeit von 3 ☐s im Durchlaßbereich. Es können gute Filterkennwerte erhalten werden.
Jedoch treten in Vergleichsbeispiel 2, wie in 20 gezeigt, ein hohes Störsignal 1 und ein Störsignal 2 auf der Nie derfrequenzseite in einem Sperrbereich der Reflektoren auf. Aufgrund insbesondere des Störsignals 1 ist der Formfaktor ungünstig, was die akustische Oberflächenwellenvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel 2 als einen Zwischenfrequenzfilter für Interdigitalsignale unbrauchbar macht, die gute Formfaktoren benötigen.
In Vergleichsbeispiel 2 ist die Öffnungslänge nicht kleiner als 350L, was den Elektrodenstreifenwiderstand sehr einflußreich macht und einen minimalen Einfügungsverlust höher macht. In einem Frequenzbereich zwischen 30 MHz und 100 MHz, der als die erste Zwischenfrequenz einer Mobilkommunikationseinrichtung verwendet wird, sind die Elektroden länger, was zu erhöhten Abmessungen der Maschinen und Instrumente führt.
20, die eine graphische Darstellung der Ergebnisse einer numerischen Simulation ist, zeigt den Einfluß des Transversalwellentyps nicht. Im Fall einer tatsächlichen akustischen Oberflächenwellenvorrichtung treten Welligkeiten des Durchlaßbereichs infolge des Transversalwellentyps auf. Obwohl die Welligkeiten ein wenig durch Kosinus-Gewichtung unterdrückt werden können, gibt es ein Problem, daß die Welligkeiten im Durchlaßbereich an sich vorhanden sind. Insbesondere ist die Gruppenlaufzeitwelligkeit groß, was es unmöglich macht, das Vergleichsbeispiel 2 als einen Zwischenfrequenzfilter zu verwenden.
In dem Entwurfsverfahren, das die Kennparameter der allgemein bekannten Filtertheorie verwendet, wird ein Durchlaßbereich so definiert, daß er ein Frequenzbereich ist, in dem die Realteile der Ausbreitungswellenzahl null sind, wie jedoch in 19 ersichtlich ist, werden Realteile der Ausbreitungswellenzahl, die ein Teil der konjugiert komplexen Kennparameter der akustischen Oberflächenwellenfilter sind, nicht über den gesamten Frequenzbereich null. Dann wird in der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung beruhend auf dem Gedanken, daß ein Minimalwert auf einer Unhüllenden der Realteile der Ausbreitungswellenzahl dem Fall entspricht, daß Realteile der Ausbreitungswellenzahl in der herkömmlichen Filtertheorie null sind, wie in 19 gezeigt, ein Frequenzbereich zwischen den Positionen, wo die Extrapolationslinien der Realteile der Ausbreitungswellenzahl die normierte Frequenzachse schneiden, als Bandbreite definiert.
Unter der Annahme, daß in der Elektrodenanordnung, in der zwei Elektrodenstrukturreihen in Kaskade geschaltet sind, wie in 16 gezeigt, ein Zustand, der an einer konjugierten komplexen Kennimpedanz mit einem Imaginärteil am Eingangs-/Ausgangsanschluß abgeschlossen ist, die bestangepaßte Bedingung ist, untersuchten die Erfinder eine bevorzugte Elektrodenstruktur.
In Anbetracht der Anpassung konjugiert komplexer Kennimpedanzen in der kaskadengeschalteten Ebene wird es bevorzugt, daß konjugiert komplexe Kennimpedanzen in der kaskadengeschalteten Ebene reelle Zahlen sind. Es wird bevorzugt, daß die Kennimpedanz, die von den Eingangs-/Ausgangs-IDTs gesehen wird, und jene, die von den Verbindungs-IDTs gesehen wird, auf einer akustischen Oberflächenwellen-Ausbreitungsbahn asymmetrisch zueinander sind, da, wie oben beschrieben, konjugiert komplexe Kennimpedanzen, die Imaginärteile aufweisen, am Eingangs-/Ausgangsanschluß angepaßt werden. Beruhend auf Untersuchungen der vierten herkömmlichen Technik und des Vergleichsbeispiels 2 ist zu erkennen, daß in den akustischen Oberflächenwellenfiltern, wenn die Elektrodenstrukturreihen zueinander symmetrisch sind, die konjugiert komplexen Kennimpedanzen symmetrisch sind.
Beruhend auf diesen Erkenntnissen hatten die Erfinder eine Idee, daß die Elektrodenstrukturreihe eines akustischen Oberflächenwellenfilters asymmetrisch gemacht wird, um konjugiert komplexe Kennimpedanzen asymmetrisch zu machen. Beruhend auf dieser Idee machten die Erfinder die vorliegende Erfindung.
Die erfindungsgemäße akustische Oberflächenwellenvorrichtung weist auf: ein piezoelektrisches Substrat; eine erste Elektrodenstrukturreihe, die auf dem piezoelektrischen Substrat ausgebildet ist und N1 Paare eines Eingangs-/Ausgangs-IDT, N2 Paare eines Verbindungs-IDT, der nahe einer Seite des Eingangs-/Ausgangs-IDT angeordnet ist, und zwei Reflektoren aufweist, die an jeweiligen Enden der ersten Elektrodenstrukturreihe angeordnet sind; und eine zweite Elektrodenstrukturreihe, die auf dem piezoelektrischen Substrat ausgebildet ist und N1 Paare eines Eingangs-/Ausgangs-IDT, N2 Paare eines Verbindungs-IDT, der nahe einer Seite des Eingangs-/Ausgangs-IDT angeordnet ist, und zwei Reflektoren aufweist, die an jeweiligen Enden der zweiten Elektrodenstrukturreihe angeordnet sind, wobei die zweite Elektrodenstrukturreihe mit der ersten Elektrodenstrukturreihe kaskadengeschaltet ist, wobei der Verbindungs-IDT der ersten Elektrodenstrukturreihe und der Verbindungs-IDT der zweiten Elektrodenstrukturreihe so angeordnet sind, daß sie bezüglich der kaskadengeschalteten Ebene elektrisch symmetrisch sind; wobei, wenn die akustische Oberflächenwellenvorrichtung durch eine elektrisch symmetrische Brükkenschaltung repräsentiert wird, die eine Brückenzweigimpedanz und eine Reihenzweigimpedanz aufweist, ein Durchlaßbereich gebildet wird, indem mindestens ein Resonanzpunkt und mindestens ein Antiresonanzpunkt der Brückenzweigimpedanz und mindestens ein Resonanzpunkt und mindestens ein Antiresonanzpunkt der Reihenzweigimpedanz verwendet werden; dadurch gekennzeichnet, daß: wenn eine normierte Elektrodenfilmdicke der Eingangs-/Ausgangs-IDTs und der Verbindungs-IDTs durch h/L repräsentiert wird, sich die Paarzahl N1 der Eingangs-/Ausgangs-IDTs von der Paarzahl N2 der Verbindungs-IDTs unterscheidet und die folgende Formel erfüllt: 43 – 11(h/L) ≤ N1 ≤ 61 – 11(h/L).
In der oben beschriebenen akustischen Oberflächenwellenvorrichtung wird es bevorzugt, daß die Paarzahl N1 des Eingangs-/Ausgangs-IDT die folgende Formel erfüllt: 50 – 11(h/L) ≤ N1 ≤ 59 – 11(h/L).
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfüllt ein Verhältnis N2/N1 zwischen der Paarzahl N2 des Verbindungs-IDT und der Paarzahl N1 des Eingangs-/Ausgangs-IDT die folgende Formel: 0,542 – 0,021(h/L) + 0,029(h/L)2 ≤ N2/N1 ≤ 0,734 – 0,028(h/L) + 0,029(h/L)2.
In der oben beschriebenen akustischen Oberflächenwellenvorrichtung wird es bevorzugt, daß das Verhältnis N2/N1 die folgende Formel erfüllt: 0,597 – 0,020(h/L) + 0,027(h/L)2 ≤ N2/N1 ≤ 0,690 – 0,032(h/L) + 0,031(h/L)2.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, erfüllt, wenn die konjugiert komplexe Kennimpedanz Zo an der Mittenfrequenz fo eines Durchlaßbereichs durch Zo = R(fo) + jI(fo) repräsentiert wird, und ferner die normierte Frequenzachse in n Abschnitte innerhalb des Durchlaßbereichs unterteilt wird, und eine konjugiert komplexe Kennimpedanz Z(fi) einer Frequenz an jedem Punkt fi durch Z(fi) = R(fi) + jI(fi) (i = 1, 2, 3, ... n) repräsentiert wird, eine quadratische Abweichung der normierten konjugiert komplexen Kennimpedanz DCII, die durch die folgende Formel ausgedrückt wird:
die folgende Formel: 0 ≤ DCII ≤ 0,2.
In der oben beschriebenen akustischen Oberflächenwellenvorrichtung wird es bevorzugt, daß die quadratische Abweichung der normierten konjugiert komplexen Kennimpedanz DCII erfüllt: 0 ≤ DCII ≤ 0,13.
In der oben beschriebenen akustischen Oberflächenwellenvorrichtung wird es bevorzugt, daß mindestens zwei Resonanzpunkte und mindestens ein Antiresonanzpunkt der Brückenzweigimpedanz, und mindestens zwei Resonanzpunkte und mindestens zwei Antiresonanzpunkte der Reihenzweigimpedanz verwendet werden, um den Durchlaßbereich zu bilden.
In der oben beschriebenen akustischen Oberflächenwellenvorrichtung wird es bevorzugt, daß das piezoelektrische Substrat ein Lithiumtetraborat-Substrat ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Ansicht der Elektrodenstruktur der akustischen Oberflächenwellenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Ansicht einer symmetrischen Brückenschaltung, die zur akustischen Oberflächenwellenvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung elektrisch äquivalent ist.
3 ist eine graphische Darstellung von Störsignalpegeländerungen auf der Niederfrequenzseite eines Durchlaßbereichs in der akustischen Oberflächenwellenvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer normierten Aluminiumfilmdicke h/L von 1,7%, mit einer konstant eingestellten Paarzahl N1 + N2 der Interdigitalelektroden, und mit einem variierten Paarzahlverhältnis N2/N1 der Interdigitalelektroden.
4 ist eine graphische Darstellung von Störsignalpegeländerungen auf der Niederfrequenzseite eines Durchlaßbe reichs in der akustischen Oberflächenwellenvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer normierten Aluminiumfilmdicke h/L von 1,7%, mit einem konstant eingestellten Paarzahlverhältnis N2/N1 der Interdigitalelektroden, und mit einer variierten Paarzahl N1 + N2 der Interdigitalelektroden.
5 ist eine graphische Darstellung von Störsignalpegeländerungen auf der Niederfrequenzseite eines Durchlaßbereichs in der akustischen Oberflächenwellenvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer normierten Aluminiumfilmdicke h/L von 1,0%, mit einer konstant eingestellten Paarzahl N1 + N2 der Interdigitalelektroden und mit einem variierten Paarzahlverhältnis N2/N1 der Interdigitalelektroden.
6 ist eine graphische Darstellung von Störsignalpegeländerungen auf der Niederfrequenzseite eines Durchlaßbereichs in der akustischen Oberflächenwellenvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer normierten Aluminiumfilmdicke h/L von 1,0%, mit einem konstant eingestellten Paarzahlverhältnis N2/N1 der Interdigitalelektroden und mit einer variierten Paarzahl N1 + N2 der Interdigitalelektroden.
7 ist eine graphische Darstellung, die zeigen, wie sich ein Bereich eines geeigneten Paarzahlverhältnisses N2/N1 der Interdigitalelektroden zur Unterdrückung von Störsignalen auf der Niederfrequenzseite eines Durchlaßbereichs in der akustischen Oberflächenwellenvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer variierten normierten Aluminiumfilmdicke ändert.
8 ist eine graphische Darstellung der normierten spezifischen Bandbreitenänderungen, normierten Gruppenlauf zeitwelligkeitsänderungen und Amplitudenwelligkeitsänderungen mit einer variierten Eingangs-/Ausgangs-IDT-Paarzahl N1 in der akustischen Oberflächenwellenvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine graphische Darstellung der Frequenzantwort des Realteils der Ausbreitungswellenzahl, der konjugiert komplexen Kennimpedanz und der Gruppenlaufzeit, die erhalten werden, wenn in der akustischen Oberflächenwellenvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Paarzahl der Interdigitalelektroden kleiner als eine optimale Paarzahl der Interdigitalelektroden ist (die Paarzahl N1 der Eingangs-/Ausgangs-IDT beträgt 19,5, und die Paarzahl N2 des Verbindungs-IDT beträgt 13,5).
10 ist eine graphische Darstellung der Frequenzantwort des Realteils der Ausbreitungswellenzahl, der konjugiert komplexen Kennimpedanz und der Gruppenlaufzeit, die erhalten werden, wenn in der akustischen Oberflächenwellenvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Paarzahl der Interdigitalelektroden innerhalb des Bereichs einer optimalen Paarzahl der Interdigitalelektroden liegt (die Paarzahl N1 des Eingangs-/Ausgangs-IDT beträgt 37,5, und die Paarzahl N2 des Verbindungs-IDT beträgt 25,5).
11 ist eine graphische Darstellung der Frequenzantwort des Realteils der Ausbreitungswellenzahl, der konjugiert komplexen Kennimpedanz und der Gruppenlaufzeit, die erhalten wird, wenn in der akustischen Oberflächenwellenvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Paarzahl der Interdigitalelektroden größer als eine optimale Paarzahl der Interdigitalelektro den ist (die Paarzahl N1 des Eingangs-/Ausgangs-IDT beträgt 50,5, und die Paarzahl N2 des Verbindungs-IDT beträgt 34,5).
12 ist eine graphische Darstellung, die die Abhängigkeit der quadratischen Abweichung der konjugiert komplexen Kennimpedanz DCII von der Paarzahl N1 der Eingangs-/Ausgangs-Interdigitalelektrode in der akustischen Oberflächenwellenvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
13 ist eine graphische Darstellung der Änderungen der Paarzahl N1 der Eingangs-/Ausgangs-Interdigitalelektrodenbereiche, die geeignet sind, um den Einfluß des Transversalwellentyps zu unterdrücken und um einen guten Frequenzgang zu erhalten, wenn eine normierte Aluminiumfilmdicke in der akustischen Oberflächenwellenvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geändert wird.
14 ist eine graphische Darstellung, die den Frequenzgang, die Frequenzantwort und die konjugiert komplexe Kennimpedanz der Brückenzweigimpedanz Zb und der Reihenzweigimpedanz Za der symmetrischen Brückenschaltung zeigt.
15 ist eine graphische Darstellung der Frequenzantworten der akustischen Oberflächenwellenvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
16 ist eine Ansicht der Elektrodenstruktur der herkömmlichen akustischen Oberflächenwellenvorrichtung.
17 ist eine graphische Darstellung, die die konjugiert komplexe Kennimpedanz und Ausbreitungswellenzahl des Vergleichsbeispiels 1 zeigt.
18 ist eine graphische Darstellung der Frequenzantworten und der konjugiert komplexen Kennimpedanz einer Elektrodenstrukturreihe des Vergleichsbeispiels 1.
19 ist eine graphische Darstellung der konjugiert komplexen Kennimpedanz und Ausbreitungswellenzahl des Vergleichsbeispiels 2.
20 ist eine graphische Darstellung der Frequenzantworten, der Brückenzweigimpedanz Zb und der Reihenzweigimpedanz Za des Vergleichsbeispiels 2.
Beste Art der Ausführung der Erfindung
Die akustische Oberflächenwellenvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Die akustische Oberflächenwellenvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist die Elektrodenstrukturreihe auf, die in 1 gezeigt wird, die auf einem piezoelektrischen Substrat eines Lithiumtetraborat-Einkristalls ausgebildet ist. Es werden zwei akustische Oberflächenwellen-Ausbreitungsbahnen durch Elektrodenstrukturreihen 10, 20 auf dem piezoelektrischen Substrat bereitgestellt.
Eine erste Elektrodenstrukturreihe 10 weist auf dem piezoelektrischen Substrat einen Eingangs-/Ausgangs-IDT 11 mit N1 Paaren, einen Verbindungs-IDT 12 mit N2 Paaren, der im wesentlichen denselben Zwischenraum und eine andere Anzahl von Paaren aufweist und auf der rechten Seite des Eingangs-/Ausgangs-IDT 11 angeordnet ist, und Reflektoren 13, 14 auf, die außerhalb des Eingangs-/Ausgangs-IDT 11 und des Verbindungs-IDT 12 angeordnet sind.
Eine zweite Elektrodenstrukturreihe 20 weist auf dem piezoelektrischen Substrat einen Eingangs-/Ausgangs-IDT 21 mit N1 Paaren, einen Verbindungs-IDT 22 mit N2 Paaren, der im wesentlichen denselben Zwischenraum und eine andere Anzahl von Paaren aufweist und auf der rechten Seite der Eingangs-/Ausgangs-IDT 21 angeordnet ist, und Reflektoren 23, 24 auf, die außerhalb des Eingangs-/Ausgangs-IDT 21 und des Verbindungs-IDT 22 angeordnet sind.
Der Verbindungs-IDT 12 der ersten Elektrodenstrukturreihe 10 und der Verbindungs-IDT 22 der zweiten Elektrodenstrukturreihe 20 sind miteinander durch eine Verdrahtung verbunden, die auf dem piezoelektrischen Substrat ausgebildet ist, um die erste Elektrodenstrukturreihe 10 und die zweite Elektrodenstrukturreihe 20 in Kaskade zu schalten. Die anderen Enden der Verbindungs-IDT 12 und der Verbindungs-IDT 22 sind geerdet. Die Verbindungs-IDT 12 und die Verbindungs-IDT 22 können miteinander durch eine Verdrahtung außerhalb des piezoelektrischen Substrats verbunden werden.
Ein Zwischenraum LL des IDT und der L des Reflektors sind das Doppelte eines Abstands zwischen benachbarten der Elektroden, üblicherweise ein Mittenabstand zwischen benachbarten der Elektroden. Eine Paarzahl des IDT ergibt sich, indem ein Paar jeweils aus einer Elektrode und der anderen Elektrode als ein Paar, und eine ungepaarte Elektrode als ein 0,5-Paar gezählt wird. Ein Abstand Li zwischen den IDTs ist ein Mittenabstand zwischen den äußersten Elektroden des jeweiligen IDT und den Elektroden der Reflektoren, die die äußersten Elektroden der zugehörigen Reflektoren sind.
Ein Metallisierungsverhältnis, das ein Verhältnis der Elektroden ist, die auf dem Substrat in die Ausbreitungsrichtung der akustische Oberflächenwellen im IDT ausgebildet sind, beträgt 2 × Lidt/LL, wenn eine Breite der Interdigitalelektroden durch Lidt repräsentiert wird. Ein Metallisierungsverhältnis, das ein Verhältnis der Elektroden ist, die auf dem Substrat in die Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen in den Reflektoren ausgebildet sind, beträgt 2 × Lref/L, wenn eine Dicke der Elektroden durch Lref repräsentiert wird. Eine normierte Dicke h/L des Aluminiumfilms ist ein Wert, der sich er gibt, wenn eine Filmdicke h der Elektroden durch einen Zwischenraum L der Reflektoren dividiert wird. Eine Öffnungslänge ist ein maximaler Wert der sich überlappenden Breiten zwischen den Elektroden des jeweiligen IDT.
In der akustischen Oberflächenwellenvorrichtung, die eine solche Struktur aufweist, wird eine ersten Angelegenheit, die Unterdrückung der Störsignale auf einer Niederfrequenzseite eines Durchlaßbereichs erläutert.
Als das piezoelektrische Substrat wird ein um 45° gedrehtes X-geschnittenes Lithiumtetraborat-Einkristallsubstrat mit Z-Ausbreitung verwendet. Die Reflektoren 13, 14, 23, 24 weisen 60 Elektroden auf. Wenn ein Zwischenraum der Reflektoren 13, 14, 23, 24 durch L repräsentiert wird, beträgt ein Zwischenraum der Interdigitalelektroden der Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 21 und der Verbindungs-IDTs 12, 22 0,9836L. Ein Abstand zwischen den Interdigitalelektroden beträgt 0,4918L. Ein Abstand zwischen den Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 21 und den Verbindungs-IDTs 12, 22, und ihren zugehörigen Reflektoren 13, 14; 23, 24 beträgt 0,4959L. Eine normierte Aluminiumfilmdicke h/L der Elektroden beträgt 1,7%.
3 zeigt Änderungen des Störsignalpegels, die auftreten, wenn ein Paarverhältnis N2/N1 geändert wird, wo sich ein Paarzahlverhältnis N2/N1 ergibt, indem eine Paarzahl N2 der Verbindungs-IDTs 12, 22 durch eine Paarzahl N1 der Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 21 dividiert wird, wobei eine Summe N1 + N2 der Paarzahl N1 der Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 21 und die Paarzahl der Verbindungs-IDTs 12, 22 konstant als 59 Paare eingestellt wird. Die Abschlußimpedanz beträgt 50 Ω. Hier ist ein Störsignalpegel eine Differenz, die sich ergibt, indem ein minimaler Einfügungsverlust von einem maximalen Störsignalwert subtrahiert wird, der auf einer Niederfrequenzseite nahe einem Durchlaßbereich auftritt.
Wie in 3 ersichtlich ist, wird, um das Störsignal auf der Niederfrequenzseite um über 30 dB zu unterdrücken, ein Interdigitalelektrodenpaarverhältnis N2/N1 auf 0,590–0,770 oder 1,198–1,986 eingestellt. Durch Unterdrückung des Störsignals auf der Niederfrequenzseite um über 30 dB kann der akustische Oberflächenwellenfilter einer sein, der einen guten Formfaktor aufweist.
Um außerdem das Störsignal auf der Niederfrequenzseite um über 40 dB zu unterdrücken, wird ein Interdigitalelektrodenpaarverhältnis N2/N1 auf 0,641–0,725 oder 1,296–1,766 eingestellt. Durch Unterdrückung des Störsignals auf der Niederfrequenzseite um über 40 dB kann der akustische Oberflächenwellenfilter einer sein, der einen besseren Formfaktor aufweist.
Außerdem kann durch Einstellung eines Interdigitalelektrodenpaarverhältnisses N2/N1 auf 0,680 oder 1,500 das Störsignal auf der Niederfrequenzseite am effektivsten unterdrückt werden.
Als nächstes zeigt 4 Änderungen des Störsignals auf der Niederfrequenzseite, die auftreten, wenn eine Summenpaarzahl N1 + N2 der Interdigitalelektroden geändert wird, wobei ein Interdigitalelektrodenpaarverhältnis N2/N1 auf einen konstanten Wert innerhalb eines Bereichs von 0,660–0,690 eingestellt werden, wo der Effekt der Unterdrückung des Störsignals auf der Niederfrequenzseite effektiv ist. Das Interdigitalelektrodenpaarverhältnis N2/N1 liegt in einem eingestellten Bereich, da eine Interdigitalelektrodenpaarzahl nur einen diskreten Wert mit einem 0,5-Paar als minimale Einheit aufweist. Wie in 4 ersichtlich ist, wird das Störsignal auf der Niederfrequenzseite um über 30 dB unterdrückt.
Außerdem wird dieselbe Messung in den Fällen durchgeführt, in denen eine normierte Aluminiumfilmdicke h/L 1% und 3% beträgt.
5 zeigt Änderungen des Störsignalpegels, die auftreten, wenn ein Interdigitalelektrodenpaarverhältnis N2/N1 geändert wird, wobei eine normierte Aluminiumfilmdicke h/L auf 1% eingestellt ist und eine Interdigitalelektrodenpaarsumme N1 + N2 konstant auf 59 eingestellt ist.
Wie in 5 ersichtlich ist, wird, um ein Störsignal auf der Niederfrequenzseite um über 30 dB zu unterdrücken, ein Paarzahlverhältnis N2/N1 der Interdigitalelektroden in einem Bereich von 0,547–0,747 oder 1,166–2,161 eingestellt. Um das Störsignal auf der Niederfrequenzseite um über 40 dB zu unterdrücken, wird ein Paarzahlverhältnis N2/N1 der Interdigitalelektroden in einen Bereich von 0,610–0,690 oder 1,270–1,817 eingestellt. Das Störsignal auf der Niederfrequenzseite kann am effektivsten unterdrückt werden, indem ein Paarzahlverhältnis N2/N1 der Interdigitalelektroden auf 0,650 oder 1,490 eingestellt wird.
6 zeigt Änderungen des Störsignalpegels, die auftreten, wenn ein Interdigitalelektrodenpaarverhältnis N2/N1 geändert wird, wobei eine normierte Aluminiumfilmdicke h/L auf 3% eingestellt ist und eine Interdigitalelektrodenpaarsumme N1 + N2 konstant auf 59 eingestellt ist.
Wie in 6 ersichtlich ist, wird, um das Störsignal auf der Niederfrequenzseite um über 30 dB zu unterdrücken, ein Paarzahlverhältnis N2/N1 der Interdigitalelektroden in einen Bereich von 0,750–0,910 oder 1,066–1,512 eingestellt. Um das Störsignal auf der Niederfrequenzseite um über 40 dB zu unterdrücken, wird ein Paarzahlverhältnis N2/N1 der Interdigitalelektroden in einem Bereich von 0,780–0,870 oder 1,128–1,362 eingestellt. Das Störsignal auf der Niederfrequenzseite kann am effektivsten unterdrückt werden, indem ein Paarzahlverhältnis N2/N1 der Interdigitalelektroden auf 0,820 oder 1,231 eingestellt wird.
Jedoch ist in einem Öffnungslängenbereich von 5L bis 12L, wenn N2/N1 größer als 1 ist, die Amplitudenwelligkeit groß. Um Störsignale im Transversalwellentyp ausreichend zu unterdrücken, ist es notwendig, eine Öffnungslänge auf einen Bereich von 5L bis 12L für den Lithiumtetraborat-Einkristall einzustellen. Im folgenden werden Fälle mit N2/N1 < 1 beschrieben.
Die oben beschriebenen Ergebnisse werden in 7 zusammengefaßt.
Optimale Werte des Interdigitalelektrodenpaarverhältnisses N2/N1, die das Störsignal auf der Niederfrequenzseite am effektivsten unterdrücken können, werden durch
angegeben; eine Obergrenze des Paarzahlverhältnisses N2/N1 der Interdigitalelektroden, die das Störsignal auf der Niederfrequenzseite auf über 40 dB unterdrücken kann, werden durch O angegeben; deren Untergrenze wird durch • angegeben; eine Obergrenze des Paarzahlverhältnisses N2/N1 der Interdigitalelektroden, die das Störsignal auf der Niederfrequenzseite um 30 dB unterdrücken kann, wird durch Δ angegeben; und deren Untergrenze wird durch
angegeben.
Um das Störsignal auf der Niederfrequenzseite um über 30 dB zu unterdrücken, wird ein Paarzahlverhältnis N2/N1 der Interdigitalelektroden in einem Bereich eingestellt, der durch die folgende Formel ausgedrückt wird 0,542 – 0,021(h/L) + 0,029(h/L)2 ≤ N2/N1 ≤ 0,734 – 0,028(h/L) + 0,029(h/L)2.
Um ferner das Störsignal auf der Niederfrequenzseite um über 40 dB zu unterdrücken, wird ein Paarzahlverhältnis N2/N1 der Interdigitalelektroden in einem Bereich eingestellt, der durch die folgende Formel ausgedrückt wird 0,597 – 0,020(h/L) + 0,027(h/L)2 ≤ N2/N1 ≤ 0,690 – 0,032 (h/L) + 0,031(h/L)2.
Um das Störsignal auf der Niederfrequenzseite am effektivsten zu unterdrücken, wird ein Paarzahlverhältnis N2/N1 der Interdigitalelektroden (
) so eingestellt, daß es die folgende Formel erfüllt N2/N1 = 0,645 – 0,029(h/L) + 0,029(h/L)2.
Als nächstes wird eine zweite Angelegenheit, die Unterdrückung des Effekts des Transversalwellentyps erläutert. Die Unterdrückung wird durch eine Reduzierung der Öffnungslänge der akustischen Oberflächenwellenvorrichtung durchgeführt.
In der Elektrodenstruktur, die in 1 gezeigt wird, beträgt ein Zwischenraum der Reflektoren 13, 14, 23, 24 L; ein Zwischenraum der Interdigitalelektroden der Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 21 und der Verbindungs-IDTs 12, 22 beträgt 0,9836L; ein Abstand zwischen den Interdigitalelektroden beträgt 0,4918L; und ein Abstand zwischen den Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 21 und den Verbindungs-IDTs 12, 22, und den Reflektoren 13, 14, 23, 24 beträgt 0,4959L. Eine normierte Aluminiumfilmdicke h/L der Elektroden beträgt 1,7%, und eine Öffnungslänge W beträgt 7L.
Eine konjugiert komplexe Kennimpedanz und eine Ausbreitungswellenzahl ist gegeben, wenn die Paarzahlen N1 der Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 21 geändert werden, wobei ein Interdigitalelektrodenpaarverhältnis N2/N1 zwischen einer Paarzahl N1 der Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 21 und einer Paarzahl N2 der Verbindungs-IDTs 12, 22 in einem Bereich von 0,660–0,690 eingestellt wird. Das Interdigitalelektrodenpaarverhältnis N2/N1 liegt in einem festgelegten Bereich, da eine Interdigitalelektrodenpaarzahl nur einen diskreten Wert mit einem 0,5-Paar als minimale Einheit aufweist.
Eine Durchlaßbereichbreite wird beruhend auf dieser Ausbreitungswellenzahl definiert, und eine Frequenzantwort wird erhalten, wenn akustische Oberflächenwellenvorrichtungen mit einer konjugiert komplexen Kennimpedanz bei einer Mittenfrequenz in einem Durchlaßbereich abgeschlossen werden. 8 zeigt normierte spezifische Bandbreiten (☐), normierte Gruppenlaufzeitwelligkeiten (O) und Amplitudenwelligkeiten (
) für diese Frequenzantwort.
Hier ist die normierte spezifische Bandbreite (☐) ein normierter spezifischer Bandbreitenwert, der sich ergibt, indem eine spezifische Bandbreite durch einen elektromechanischen Kopplungsfaktor der Substrate dividiert wird. Die normierte Gruppenlaufzeitwelligkeit (O) ist ein Gruppenlaufzeitwelligkeitswert, d. h. ein Wert einer normierten Gruppenlaufzeitwelligkeit, der sich ergibt, indem eine Differenz zwischen einer maximalen Gruppenlaufzeit und einer minimalen Gruppenlaufzeit in einem Durchlaßbereich durch eine Mittenfrequenz der Frequenzantwort dividiert wird. Die Amplitudenwelligkeit (
) ist ein Wert einer Differenz zwischen einem maximalen Einfügungsverlust und einem minimalen Einfügungsverlust im Durchlaßbereich.
Die normierte spezifische Bandbreite wird aus dem folgenden Grund als die spezifische Bandbreite verwendet. Es ist bekannt, daß die spezifische Bandbreite eines akustischen Oberflächenwellen-Resonatorfilters proportional zum elektromechanischen Kopplungsfaktor eines verwendeten piezoelektrischen Substrats ist. Die normierte spezifische Bandbreite ist ein Wert, der sich ergibt, indem eine spezifische Bandbreite durch einen elektromechanischen Faktor des Substrats dividiert wird, so daß die Beurteilungsstandards nicht von der Technik des verwendeten piezoelektrische Substrats abhängen.
Die normierte Gruppenlaufzeitwelligkeit wird aus dem folgenden Grund als Gruppenlaufzeitwelligkeit verwendet. Eine Gruppenlaufzeit, die umgekehrt proportional zur Mittenfrequenz ist, ändert sich mit unterschiedlichen Mittenfrequenzen. Um dann die Beurteilungsreferenz zu verallgemeinern, wird die normierte Gruppenlaufzeitwelligkeit verwendet, die sich durch Mul- tiplikation der Gruppenlaufzeitwelligkeit mit einer Mittenfrequenz ergibt.
Wie in 8 ersichtlich ist, wird eine maximale normierte spezifische Bandbreite bei einer Paarzahl N1 von 37,5 Paaren der Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 21, und einer Paarzahl N2 von 25,5 Paaren der Verbindungs-IDTs 12, 22 erhalten. Eine Amplitudenwelligkeit ist null, wenn eine Paarzahl N2 der Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 21 klein ist, und nimmt zu, wenn eine Paarzahl N1 über 39,5 Paaren liegt. Eine minimale normierte Gruppenlaufzeitwelligkeit wird erhalten, wenn eine Paarzahl N1 der Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 21 33,5 Paare beträgt, und nimmt zu, wenn eine Paarzahl N1 unter 33,5 Paaren liegt. Wenn eine Paarzahl N1 über 43 Paaren liegt, überschreitet die normierte Gruppenlaufzeitwelligkeit 600.
Es ist festgestellt worden, daß wenn eine Referenz zur Begrenzung eines optimalen Bereichs für eine normierte Aluminiumfilmdicke von 1,7% der Interdigitalelektrodenpaarzahlen eine normierte spezifische Bandbreite von über 0,38, eine normierte Gruppenlaufzeitwelligkeit von weniger als 600 und eine Amplitudenwelligkeit von weniger als 3 dB ist, gute Filterkennwerte erhalten werden können, wenn eine Paarzahl N1 der Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 21 innerhalb eines Bereichs von 25 bis 43 Paaren liegt.
Dann zeigen die 9 bis 11 die Frequenzantwort der Realteile einer Ausbreitungswellenzahl, konjugiert komplexe Kennimpedanzen, Gruppenlaufzeiten und eine Amplitude, wenn die Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 21 und die Verbindungs-IDTs 12, 22 verschiedene Paarzahlen N1, N2 annehmen. Die normierte Aluminiumfilmdicke beträgt 1,7%.
9 zeigt die Frequenzantwort der Realteile einer Ausbreitungswellenzahl, konjugiert komplexe Impedanzen, Gruppenlaufzeiten und eine Amplitude, die erhalten werden, wenn eine Paarzahl N1 der Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 21 kleiner als der oben beschriebene Bereich ist, und eine Paarzahl N2 der Verbindungs-IDTs 12, 22 13,5 Paare beträgt.
Wie in 9 ersichtlich ist, ist die Durchlaßbereichbreite, die durch den Realteil der Ausbreitungswellenzahl definiert wird, breit, jedoch variieren die konjugiert komplexen Kennimpedanzen im Durchlaßbereich beträchtlich. Dann, wenn der akustische Oberflächenwellenfilter bei der Mittenfrequenz des Durchlaßbereichs an einen konjugiert komplexen Kennimpedanzwert von 215 + j1902 Ω angepaßt wird, und am 50 Ω-System abgeschlossen wird, kann der Filter an die Frequenz angepaßt werden. Da jedoch die konjugiert komplexen Kennimpedanzen an den Frequenzen an deren beiden Außenseiten beträchtlich variieren, kann die Anpassung nicht vorgenommen werden, und die Frequenzantwort besteht aus einem einzigen Maximum und einer schmalen Bandbreite. Die Amplitudenwelligkeit ist null, und die Gruppenlaufzeitwelligkeit verhältnismäßig niedrig.
10 zeigt die Frequenzantwort der Realteile der Ausbreitungswellenzahl, konjugiert komplexe Impedanzen, Gruppenlaufzeiten und eine Amplitude, die erhalten werden, wenn eine Paarzahl N1 der Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 21 37,5 Paare beträgt, die innerhalb des oben beschriebenen Bereichs liegt, und eine Paarzahl N2 der Verbindungs-IDTs 12, 22 25,5 Paare beträgt.
Wie in 10 ersichtlich ist, liefert der Realteil der Ausbreitungswellenzahl eine verhältnismäßig breite Bandbreite, und die konjugiert komplexen Kennimpedanzen in diesem Frequenzbereich sind glatt, und insbesondere sind die Imaginärteile der konjugiert komplexen Kennimpedanzen glatt. Wenn der akustische Oberflächenwellenfilter bei der Mittenfrequenz des Durchlaßbereichs an eine konjugiert komplexe Kennimpedanz von 759 + j580 Ω angepaßt wird und mit dem 50 Ω-System abgeschlossen wird, weist die Frequenzantwort eine glatte Amplitude und kleine Gruppenlaufzeitwelligkeit auf.
11 zeigt die Frequenzantwort des Realteils einer Ausbreitungswellenzahl, konjugiert komplexe Impedanzen, Gruppenlaufzeiten und eine Amplitude, die erhalten werden, wenn eine Paarzahl N1 der Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 21 50,5 Paare beträgt, die größer als der oben beschriebene Bereich ist, und eine Paarzahl N2 der Verbindungs-IDTs 12, 22 34,5 Paare beträgt.
Wie in 11 ersichtlich ist, liefert der Realteil der Ausbreitungswellenzahl eine schmale Bandbreite, und die konjugiert komplexen Kennimpedanzen innerhalb dieses Frequenzbereich variieren beträchtlich. Wenn der akustische Oberflächenwellenfilter an der Mittenfrequenz des Durchlaßbereichs an eine konjugiert komplexe Kennimpedanz von 464 – j127 Ω angepaßt wird, und am 50 ☐-System abgeschlossen wird, weist die Frequenzantwort eine schmale Bandbreite und eine große Amplitudenwelligkeit und Gruppenlaufzeitwelligkeit auf.
Um diese Änderungen numerisch zu erfassen, wird eine quadratische Abweichung für den Wert der konjugiert komplexen Kennimpedanzen innerhalb der Frequenz des Durchlaßbereichs gegenüber dem Wert jener an der Mittenfrequenz des Durchlaßbereichs gegeben. Die normierte Frequenzachse im Durchlaßbereich wird in n Abschnitte in Intervallen von 0,0001 unterteilt; beruhend auf den Realteilen R(fi) und Imaginärteilen I(fi) der konjugiert komplexe Kennimpedanzen an den jeweiligen Punkten fi (i = 1, 2, 3, ..., n) werden Differenzen von den Werten R(f0) und I(f0) an den Mitten der zugehörigen Abschnitte jeweils quadriert und summiert, und es werden Wurzeln der beiden Summen angegeben; die jeweiligen Wurzeln werden durch den Wert R(f0) und den Wert I(f0) an den Mitten der jeweiligen Abschnitte normiert und ferner durch eine Divisionszahl n dividiert. Ein Realteil des Ergebnisses und dessen Imaginärteil werden summiert, um eine quadratische Abweichung der normierten konjugiert komplexen Kennimpedanz DCII zu ergeben. Folglich wird eine quadratische Abweichung der normierten konjugiert komplexen Kennimpedanz DCII durch die folgende Formel ausgedrückt
12 zeigt die Abhängigkeit der quadratischen Abweichung der normierten konjugiert komplexen Kennimpedanz DCII auf die Eingangs-/Ausgangs-Interdigitalelektrodenpaarzahl N1. Hier beträgt ein Interdigitalelektrodenpaar-Verhältnis N2/N1 0,660–0,690.
Wie in 12 ersichtlich wird, liegt eine quadratische Abweichung der normierten konjugiert komplexen Kennimpedanz DCII in einen Bereich von 25 bis 43 Eingangs-/Ausgangs-Interdigitalelektrodenpaaren N1 unter 0,2, und es können gute Filterkennwerte einer niedrigen Amplitudenwelligkeit und Gruppenlaufzeitwelligkeit in einem verhältnismäßig breiten Durchlaßbereich erhalten werden. In einem Bereich von 31 bis 40,5 Eingangs-/Ausgangs-Interdigitalelektrodenpaaren liegt eine quadratische Abweichung der normierten konjugiert komplexen Kennimpedanz DCII unter 0,13, und es können bessere Filterkennwerte einer niedrigen Amplitudenwelligkeit und Gruppenlaufzeitwelligkeit in einem breiteren Durchlaßbereich erhalten werden. Wenn die Eingangs-/Ausgangs-Interdigitalelektrodenpaarzahl N1 37 Paare beträgt, ist eine quadratische Abweichung der normierten konjugiert komplexen Kennimpedanz DCII minimal, und es können die besten Filterkennwerte mit einer kleinen Amplitudenwelligkeit und Gruppenlaufzeitwelligkeit in einem breiten Durchlaßbereich erhalten werden.
Die oben beschriebene detaillierte Diskussion betrifft die akustische Oberflächenwellenvorrichtung für die normierte Aluminiumfilmdicke von 1,7%, und dieselbe Diskussion wird nun auf die akustische Oberflächenwellenvorrichtung für den Aluminiumfilm mit einer normierten Dicke von 1% und einer normierten Dicke von 3% angewendet.
Wenn eine normierte Aluminiumfilmdicke 1% beträgt, liegt in einem Bereich einer Eingangs-/Ausgangs-Interdigitalelektrodenpaarzahl N1 von 32–50 eine quadratische Abweichung der normierten konjugiert komplexen Kennimpedanz DCII unter 0,2, und es können gute Filterkennwerte einer kleinen Amplitudenwelligkeit und Gruppenlaufzeitwelligkeit in einem breiten Band erhalten werden. In einem Bereich einer Eingangs-/Ausgangs-Interdigitalelektrodenpaarzahl N1 von 39–48 liegt eine quadratische Abweichung der normierten konjugiert komplexen Kennimpedanz DCII unter 0,13, und es können bessere Filterkennwerte einer kleinen Amplitudenwelligkeit und Gruppenlaufzeitwelligkeit in einem breiteren Band erhalten werden. Wenn eine Eingangs-/Ausgangs-Interdigitalelektrodenpaarzahl N1 45 beträgt, ist eine quadratische Abweichung der normierten konjugiert komplexen Kennimpedanz DCII minimal, und es können die besten Filterkennwerte einer kleinen Amplitudenwelligkeit und Gruppenlaufzeitwelligkeit in einem verhältnismäßig breiten Durchlaßbereich erhalten werden.
In dem Fall, daß die normierte Aluminiumfilmdicke 3% beträgt, liegt in einem Bereich einer Eingangs-/Ausgangs-Interdigitalelektrodenpaarzahl N1 von 10–28 eine quadratische Abweichung der normierten konjugiert komplexen Kennimpedanz DCII unter 0,2, und es können gute Filterkennwerte einer kleinen Amplitudenwelligkeit und Gruppenlaufzeitwelligkeit in einem verhältnismäßig breiten Durchlaßbereich erhalten werden. In einem Bereich einer Eingangs-/Ausgangs-Interdigitalelektrodenpaarzahl N1 von 17–26 liegt eine quadratische Abweichung der normierten konjugiert komplexen Kennimpedanz DCII unter 0,13, und es können bessere Filterkennwerte einer kleinen Amplitudenwelligkeit und Gruppenlaufzeitwelligkeit in einem breiteren Band erhalten werden. Wenn eine Eingangs-/Ausgangs-Interdigitalelektrodenpaarzahl N1 23 ist, ist eine quadratische Abweichung der normierten konjugiert komplexen Kennimpedanz DCII minimal, und es können die besten Filterkennwerte mit einer geringen Amplitudenwelligkeit und Gruppenlaufzeitwelligkeit in einem verhältnismäßig weiten Durchlaßbereich erhalten werden.
Die oben beschriebenen Ergebnisse werden zusammen in 13 gezeigt.
Ein optimaler Wert der Eingangs-/Ausgangs-Interdigitalelektrodenpaarzahl N1, die eine quadratische Abweichung der normierten konjugiert komplexen Kennimpedanz DCII minimal macht, wird durch
angezeigt. Eine Obergrenze der Eingangs-/Ausgangs-Interdigitalelektrodenpaarzahl N1, die eine quadratische Abweichung der normiert konjugierten komplexen Kennimpedanz DCII kleiner als 0,13 macht, wird durch O angezeigt, und dessen Untergrenze wird durch • angezeigt. Eine Obergrenze der Eingangs-/Ausgangs-Interdigitalelektrodenpaarzahl N1, die eine quadratische Abweichung der normierten konjugiert komplexen Kennimpedanz DCII kleiner als 0,20 macht, wird durch Δ angezeigt und dessen Untergrenze wird durch
angezeigt.
Um eine quadratische Abweichung der normierten konjugiert komplexen Kennimpedanz DCII für einen besseren Frequenzgang kleiner als 0,20 zu machen, wird eine Eingangs-/Ausgangs- Interdigitalelektrodenpaarzahl N1 in einem Bereich der folgenden Formel eingestellt 43 – 11(h/L) ≤ N1 ≤ 61 – 11(h/L).
Um eine quadratische Abweichung der normierten konjugiert komplexen Kennimpedanz DCII für einen besseren Frequenzgang kleiner als 0,13 zu machen, wird eine Eingangs-/Ausgangs-Interdigitalelektrodenpaarzahl N1 in einem Bereich der folgenden Formel eingestellt 50 – 11(h/L) ≤ N1 ≤ 59 – 11(h/L).
Um eine quadratische Abweichung der normierten konjugiert komplexen Kennimpedanz DCII für den besten Frequenzgang minimal zu machen, wird eine Eingangs-/Ausgangs-Interdigitalelektrodenpaarzahl N1 so eingestellt, daß sie die folgende Formel erfüllt N1 = 56 – 11(h/L).
Wie in 1 gezeigt, ist die Elektrodenstruktur der erfindungsgemäßen akustischen Oberflächenwellenvorrichtung bezüglich der kaskadengeschalteten Ebene elektrisch symmetrisch, und kann als elektrisch symmetrische Brückenschaltung bezüglich der kaskadengeschalteten Ebene betrachtet werden.
Wenn eine Paarzahl N1 der Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 21 37,5 beträgt, eine Paarzahl N2 der Verbindungs-IDTs 12, 22 25,5 beträgt, eine Öffnungslänge W 7L beträgt, und eine normierte Aluminiumfilmdicke h/L 1,7% beträgt, beträgt ein Zwischenraum der Reflektoren 13, 14, 23, 24 L, beträgt ein Zwischenraum der Interdigitalelektroden der Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 21 und der Verbindungs-IDTs 12, 22 0,9836L, und ein Abstand zwischen den Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 21 und den Verbindungs-IDTs 12, 22 beträgt 0,4918L. Ein Abstand zwischen den Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 21 und den Verbindungs-IDTs 12, 22, und den Reflektoren 13, 14, 23, 24 beträgt 0,4959L.
14 zeigt den Frequenzgang der Brückenzweigimpedanz Zb und der Reihenzweigimpedanz Za der symmetrischen Brückenschaltung, die zur akustischen Oberflächenwellenvorrichtung elektrisch äquivalent ist. Die Frequenzantwort wurde gemessen, indem die Anpassungsschaltung mit 759 + j580 Ω verwendet wurde und diese mit 50 Ω abgeschlossen wurde.
In der Brückenzweigimpedanz Zb und der Reihenzweigimpedanz Za wird ein Satz der Resonanz und Antiresonanz auf der Hochfrequenzseite als der 0-te Wellentyp bezeichnet, und ein Satz der Resonanz und Antiresonanz auf der Niederfrequenzseite wird als der erste Wellentyp bezeichnet. In den Resonanz- und Antiresonanzfrequenzpositionen der Brückenzweigimpedanz Zb und der Reihenzweigimpedanz Za der symmetrischen Brückenschaltung sind die Resonanzfrequenz (fb1) des symmetrischen ersten Wellentyps der Brückenzweigimpedanz Zb und die Antiresonanzfrequenz (fa1') des antisymmetrischen ersten Wellentyps ein wenig voneinander versetzt, und die Antiresonanzfrequenz (fb1') des symmetrischen ersten Wellentyps der Brückenzweigimpedanz Zb und die Resonanzfrequenz (fa0) des antisymmetrischen 0-ten Wellentyps der Reihenzweigimpedanz Za stehen nicht miteinander in Übereinstimmung. Die Resonanzfrequenz (fb0) des symmetrischen 0-ten Wellentyps der Brückenzweigimpedanz Zb und die Antiresonanzfrequenz (fa0') des antisymmetrischen 0-ten Wellentyps der Reihenzweigimpedanz Za stehen im wesentlichen miteinander in Übereinstimmung. Die Resonanzfrequenz (fa1') des antisymmetrischen ersten Wellentyps der Reihenzweigimpedanz und die Antiresonanzfrequenz (fb0') des symmetrischen 0-ten Wellentyps der Brückenzweigimpedanz Zb stehen nicht mit den anderen Resonanzfrequenzen oder Antiresonanzfrequenzen in Übereinstimmung.
Als nächstes werden die Wellentypen, die notwendig sind, um einen Durchlaßbereich zu bilden, erläutert.
Eine Bandbreite ist schon durch einen Schnittpunkt zwischen einer Einhüllenden der Realteile der Ausbreitungswellenzahl der konjugiert komplexen Kennimpedanz und einer normierten Frequenzachse definiert worden, auf der die Realteile der Ausbreitungswellenzahl null sind.
Gemäß dieser Definition sind Wellentypen, die in einem Durchlaßbereich vorhanden sind, die Resonanzfrequenz (fa0) des antisymmetrischen 0-ten Wellentyps und die Antiresonanzfrequenz (fa1') des ersten Antiresonanz-Wellentyps der Reihenzweigimpedanz Za, und die Antiresonanzfrequenz (fb1') des symmetrischen ersten Wellentyps und die Resonanzfrequenz (fb1) des symmetrischen ersten Wellentyps der Brückenzweigimpedanz Zb.
Andererseits sind die Resonanzfrequenz (fb0) der Brückenzweigimpedanz Zb, und die Resonanzfrequenz (fa1) des antisymmetrischen ersten Wellentyps und die Antiresonanzfrequenz (fa0') des antisymmetrischen 0-ten Wellentyps der Reihenzweigimpedanz Za im Durchlaßbereich ein wenig auswärts angeordnet, jedoch tragen sie dazu bei, die konjugiert komplexe Kennimpedanz zu glätten. Von diesem Standpunkt kann festgestellt werden, daß diese drei Wellentypen notwendig sind, um einen Durchlaßbereich zu bilden.
Für das Vergleichsbeispiel 2 wird die Frequenzantwort einer Brückenzweigimpedanz Zb und einer Reihenzweigimpedanz Za einer symmetrischen Brückenschaltung, die zur akustischen Oberflächenwellenvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel 2 elektrisch äquivalent ist, in 20 gezeigt.
Es sind zwei Resonanzen und zwei Antiresonanzen in der Reihenzweigimpedanz Za bzw. der Brückenzweigimpedanz Zb vorhanden. In jeder Impedanz wird ein Satz der Resonanz und der Antiresonanz auf der Hochfrequenzseite als 0-ter Wellentyp bezeichnet, und ein Satz der Resonanz und der Antiresonanz auf der Niederfrequenzseite wird als erster Wellentyp bezeichnet. Die Reso nanzfrequenz des symmetrischen ersten Wellentyps der Brückenzweigimpedanz Zb und die Antiresonanzfrequenz des antisymmetrischen ersten Wellentyps der Reihenzweigimpedanz stehen im wesentlichen miteinander in Übereinstimmung (f1), die Antiresonanzfrequenz des symmetrischen ersten Wellentyps der Brückenzweigimpedanz Zb und die Resonanzfrequenz des antisymmetrischen 0-ten Wellentyps der Reihenzweigimpedanz Za stehen im wesentlichen miteinander in Übereinstimmung (f2), die Resonanzfrequenz des symmetrischen 0-ten Wellentyps der Brückenzweigimpedanz und die Antiresonanzfrequenz des antisymmetrischen 0-ten Wellentyps der Reihenzweigimpedanz stehen im wesentlichen miteinander in Übereinstimmung (f3), und eine Differenz zwischen der Frequenz f1 und der Frequenz f3 steht im wesentlichen in Übereinstimmung mit der Durchlaßbereichsbreite.
Die Technik der „Frequenzanpassung" in der herkömmlichen akustischen Oberflächenwellenvorrichtung, die den symmetrischen Wellentyp und den antisymmetrischen Wellentyp verwendet, funktioniert in manchen Fällen, wie dem des Vergleichsbeispiels 2. Jedoch stehen erfindungsgemäß, wie in 14 gezeigt, die Resonanzfrequenz und die Antiresonanzfrequenz der Reihenzweigimpedanz Za und der Brückenzweigimpedanz Zb nicht miteinander in perfekter Übereinstimmung. Es liegt daran, daß die konjugiert komplexe Kennimpedanz glatt ist, daß selbst unter solchen Bedingungen eine glatte Amplitudenwelligkeit und Gruppenlaufzeitwelligkeit erhalten werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt.
Zum Beispiel beträgt in der oben beschriebenen Ausführungsform ein Abstand Li zwischen den Interdigitalelektroden 0,4918L, und ein Abstand Lir zwischen den Interdigitalelektroden und den Reflektoren beträgt 0,4959L, jedoch sind sie nicht auf diese Werte beschränkt.
In der oben beschriebenen Ausführungsform beträgt eine Öffnungslänge 7L, jedoch kann mit Öffnungslängen von 5L bis 12L derselbe Effekt erhalten werden.
Ebenso wie in der oben beschriebenen Ausführungsform werden selbst mit größeren Öffnungslängen von 50L bis 350L, wenn eine Abschlußimpedanz mit einer reellen Zahl von 20–130 Ω abgeschlossen wird, Welligkeiten in einem Durchlaßbereich infolge des Transversalwellentyp beobachtet, und die akustische Oberflächenwellenvorrichtung weist eine größere Abmessung auf, aber es kann eine gute Frequenzantwort (der Effekt der Unterdrückung von Störsignalen auf der Niederfrequenzseite) erhalten werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform sind zwei Elektrodenstrukturreihen in Kaskade geschaltet, und es ist außerdem möglich, daß zusätzliche Elektrodenstrukturen mit diesen zweistufigen Elektrodenstrukturen in Kaskade geschaltet werden, um mehrstufige Schaltungen, wie aus 4 Stufen, 6 Stufen, 8 Stufen usw. zu bilden.
Als Materialien der Interdigitalelektroden können Kupfer, Silizium, Titan, HfB₂ oder anderes zu Aluminium hinzugegeben werden, und die Interdigitalelektroden können aus anderen leitenden Materialien gebildet werden.
Die Interdigitalelektroden können durch Abheben gebildet werden, oder können durch Ätzen gemustert werden.
Beispiel
Es wurde eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung der in 1 gezeigten Struktur hergestellt und bewertet. 15 zeigt die Frequenzantworten der akustischen Oberflächenwellenvorrichtung. Als das piezoelektrische Substrat wurde ein um 45°-gedrehtes X-geschnittenes Lithiumtetraborat-Einkristallsubstrat mit Z-Ausbreitung verwendet, und die Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen war die Z-Richtung. Die Interdigitalelektroden und die Reflektoren wurden gemustert, indem ein Aluminiummetallfilm auf einem Abdecklackmuster aus dem Vakuum abgeschieden wurde, das durch die bekannte Photolithographie gebildet wurde, und dieser abgehoben wurde.
Die Interdigitalelektroden bestanden aus dem sogenannten Normaltyp, in dem sich die Elektrodenstreifen über im wesentlichen gleiche Längen überlappen, und die Öffnungslänge betrug 6,88L. Die Paarzahl N1 der Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 12 betrug 37,5, die Paarzahl N2 der Verbindungs-IDTs 12, 22 betrug 25,5, und die Elektrodenzahl der Reflektoren 13, 14, 23, 24 betrug 60. Das Metallisierungsverhältnis betrug 0,5. Der Zwischenraum der Reflektoren 13, 14, 23, 24 war L (= 12 μm). Der Zwischenraum der Interdigitalelektroden der Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 21 und jener der Interdigitalelektroden der Verbindungs-IDT 12, 22 betrug 0,9836L. Der Abstand zwischen den Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 21 und den Verbindungs-IDTs 12, 22 betrug 0,4918L. Der Abstand zwischen den Eingangs-/Ausgangs-IDTs 11, 21 und den Verbindungs-IDTs 12, 22, und den Reflektoren 13, 14, 23, 24 betrug 0,4959L.
Es wurde eine L-Anpassungsschaltung durch eine Drossel und einen Kondensator gebildet, so daß die Abschlußimpedanz 759 + j580 Ω beträgt, beruhend auf den Werten der konjugiert komplexen Kennimpedanzen an der Mittenfrequenz des Durchlaßbereichs, die durch die Realteile der Ausbreitungswellenzahl gegeben sind.
Als Filterkennwerte betrugen der minimale Einfügungsverlust 2 dB, die Amplitudenwelligkeit 0,2 dB, die Gruppenlaufzeitwelligkeit 2 μs, die spezifische Bandbreite 0.46%, der Formfaktor (3 dB Bandbreite/30 dB Bandbreite) 0,55, und das Störsignal auf der Niederfrequenzseite im Sperrbereich über 50 dB. Folglich wurden gute Filterkennwerte erhalten.
Die erfindungsgemäße akustische Oberflächenwellenvorrichtung kann gute Filterkennwerte niedriger Einfügungsver luste, kleiner Amplitudenwelligkeiten und Gruppenlaufzeitwelligkeiten, verhältnismäßig großer spezifischer Bandbreiten, guter Formfaktoren, großer Dämpfung realisieren, und ist als Filter zur Verwendung in der Mobilkommunikation usw., insbesondere als Zwischenfrequenz-Filter zur Verwendung in der digitalen Kommunikation nützlich.

Claims

Akustische Oberflächenwellenvorrichtung mit: einem piezoelektrischen Substrat; einer ersten Elektrodenstrukturreihe (10), die auf dem piezoelektrischen Substrat ausgebildet ist und N1 Paare eines Eingangs-/Ausgangs-IDT (11), N2 Paare eines Verbindungs-IDT (12), der nahe einer Seite des Eingangs-/Ausgangs-IDT (11) angeordnet ist, und zwei Reflektoren (13, 14) aufweist, die an jeweiligen Enden der ersten Elektrodenstrukturreihe (10) angeordnet sind; und einer zweiten Elektrodenstrukturreihe (20), die auf dem piezoelektrischen Substrat ausgebildet ist und N1 Paare eines Eingangs-/Ausgangs-IDT (21), N2 Paare eines Verbindungs-IDT (22), der nahe einer Seite des Eingangs-/Ausgangs-IDT (21) angeordnet ist, und zwei Reflektoren (23, 24) aufweist, die an jeweiligen Enden der zweiten Elektrodenstrukturreihe (20) angeordnet sind, wobei die zweite Elektrodenstrukturreihe (20) mit der ersten Elektrodenstrukturreihe (10) kaskadengeschaltet ist, wobei der Verbindungs-IDT (12) der ersten Elektrodenstrukturreihe (10) und der Verbindungs-IDT (22) der zweiten Elektrodenstrukturreihe (20) so angeordnet sind, daß sie bezüglich der kaskadengeschalteten Ebene elektrisch symmetrisch sind; wobei, wenn die akustische Oberflächenwellenvorrichtung durch eine elektrisch symmetrische Brückenschaltung repräsentiert wird, die eine Brückenzweigimpedanz (Zb) und eine Reihenzweigimpedanz (Za) aufweist, ein Durchlaßbereich ge bildet wird, indem mindestens ein Resonanzpunkt und mindestens ein Antiresonanzpunkt der Brückenzweigimpedanz (Zb) und mindestens ein Resonanzpunkt und mindestens ein Antiresonanzpunkt der Reihenzweigimpedanz (Za) verwendet werden; dadurch gekennzeichnet, daß: wenn eine normierte Elektrodenfilmdicke der Eingangs-/Ausgangs-IDTs (11, 21) und der Verbindungs-IDTs (12, 22) durch h/L repräsentiert wird, sich die Paarzahl N1 der Eingangs-/Ausgangs-IDTs (11, 21) von der Paarzahl N2 der Verbindungs-IDTs (12, 22) unterscheidet und die folgende Formel erfüllt: 43 – 11(h/L) ≤ N1 ≤ 61 – 11(h/L).
Akustische Oberflächenwellenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Paarzahl N1 der Eingangs-/Ausgangs-IDTs (11, 21) die folgende Formel erfüllt: 50 – 11(h/L) ≤ N1 ≤ 59 – 11(h/L).
Akustische Oberflächenwellenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Verhältnis N2/N1 zwischen der Paarzahl N2 der Verbindungs-IDTs (12, 22) und der Paarzahl N1 der Eingangs-/Ausgangs-IDTs (11, 21) die folgende Formel erfüllt: 0,542 – 0,021(h/L) + 0,029(h/L)2 ≤ N2/N1 ≤ 0,734 – 0,028(h/L) + 0,029(h/L)2.
Akustische Oberflächenwellenvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Verhältnis N2/N1 die folgende Formel erfüllt: 0,597 – 0,020(h/L) + 0,027(h/L)2 ≤ N2/N1 ≤ 0,690 – 0,032(h/L) + 0,031(h/L)2.
Akustische Oberflächenwellenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, wenn die konjugiert komplexe Kennimpedanz Zo an der Mittenfrequenz fo eines Durchlaßbereichs durch Zo = R(fo) + jI(fo) repräsentiert wird, und ferner die normierte Frequenzachse innerhalb des Durchlaßbereichs in n Abschnitte unterteilt wird, und eine konjugiert komplexe Kennimpedanz Z(fi) an jedem Frequenzpunkt fi durch Z(fi) = R(fi) + jI(fi) (i = 1, 2, 3, ..., n) repräsentiert wird, eine quadratische Abweichung der normierten konjugierten komplexen Kennimpedanz DCII, die durch die folgende Formel ausgedrückt wird:
die folgende Formel erfüllt: 0 ≤ DCII ≤ 0,2.
Akustische Oberflächenwellenvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die quadratische Abweichung der normierten konjugiert komplexen Kennimpedanz DCII die folgende Formel erfüllt: 0 ≤ DCII ≤ 0,13.
Akustische Oberflächenwellenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei Resonanzpunkte und mindestens ein Antiresonanzpunkt der Brückenzweigimpedanz (Zb), und mindestens zwei Resonanzpunkte und mindestens zwei Antiresonanzpunkte der Reihenzweigimpedanz (Za) verwendet werden, um den Durchlaßbereich zu bilden.
Akustische Oberflächenwellenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das piezoelektrische Substrat ein Lithiumtetraborat-Substrat ist.