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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine akustische Oberflächenwellenanordnung
mit interdigitalen Elektroden und insbesondere eine akustische Oberflächenwellenanordnung,
die auf einem piezoelektrischen Substrat gebildet ist und mit einer VHF-Frequenz (VHF: very
high frequency) oder einer UHF-Frequenz (UHF: ultra high frequency)
arbeitet.
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In
einer herkömmlichen
akustischen Oberflächenwellenanordung
des Resonatortyps ist der transversale Mode (fundamentale Mode),
in welchem die Energie in eine Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung
einer akustischen Oberflächenwelle verteilt
wird, der Hauptausbreitungsmode, während Moden höherer Ordnung
manchmal als Nebenmoden betrachtet werden.
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Um
solche Nebenmoden zu unterdrücken, offenbart
als eine herkömmliche
Technik das japanische offengelegte Patent Nr. 62-219709 einen akustischen
Oberflächenwellenresonator,
in welchem, was die Form der interdigitalen Elektroden betrifft, das
Verhältnis
der Überlappungsbreite
der Elektrodenfinger zur Aperturbreite der Elektrodenfinger 65% bis
75% beträgt
und diese Überlappungsbreite
in den interdigitalen Elektroden konstant ist.
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In
diesem akustischen Oberflächenwellenresonator,
wie in 8 gezeigt, wird das im +/– Bereich des transversalen
Modes höherer
Ordnung vorhandene Potential dadurch eliminiert, daß ein Verhältnis W/W0
einer Überlappungsbreite
W zu einer Aperturbreite W0 von interdigitalen Elektroden 71 und 72 auf einen
Wert von 65% bis 75% eingestellt wird, wodurch der transversale
Mode höherer
Ordnung unterdrückt
wird. Das charakteristische Merkmal dieser herkömmlichen Technik liegt darin,
daß die
Verhältnisse
der Überlappungsbreiten
zu den Aperturbreiten der interdigitalen Elektroden, die in der
akustischen Oberflächenwellenanordung
vorhanden sind, für
alle interdigitale Elektroden gleich sind.
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Wenn
in der oben beschriebenen herkömmlichen
Technik jedoch mehrere Moden höherer
Ordnung vorhanden sind, werden die Eigenschaften der Anordnung durch
die Nebenmoden einer anderen Ordnung als derjenigen des Modes, der
unterdrückt werden
soll, verschlechtert.
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Der
Grund dafür
ist wie folgt. Wie in 8 gezeigt, hat die akustische
Oberflächenwellenanordung
eine oder mehrere interdigitale Elektroden und das Verhältnis W/W0
der Überlappungsbreite
ihrer interdigitalen Elektroden ist über die gesamte akustische
Oberflächenwellenanordung
hinweg konstant. In einem Fall, in welchem nur ein transversaler
Mode höherer
Ordnung vorhanden ist, kann dieser transversale Mode höherer Ordnung
unterdrückt
werden.
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Wenn
mehrere transversale Moden höherer Ordnung
vorhanden sind, wie in einem Fall, in welchem die Aperturbreite
W0 vergrößert ist
oder die Dicke der dünnen
Metallschicht, die die interdigitalen Elektroden bildet, vergrößert ist,
können
nicht alle transversalen Moden höherer
Ordnung gleichzeitig unterdrückt
werden.
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Die
EP-A-0 056 690 offenbart die Reduzierung des Einflusses von Nebenmoden
durch Verbesserung einer Kopplung an den fundamentalen Mode über eine
Variation der Überlappung
von Elektrodenfingern.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine akustische Oberflächenwellenanordung bereitzustellen,
in welcher der transversale Mode höherer Ordnung unterdrückt ist.
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Um
die obige Aufgabe zu erfüllen,
ist gemäß der vorliegenden
Erfindung eine akustische Oberflächenwellenanordung
bereitgestellt, die ein piezoelektrisches Substrat, eine auf dem
piezoelektrischen Substrat gebildete erste interdigitale Eingangselektrode
und eine zweite interdigitale Ausgangselektrode aufweist, die auf
dem piezoelektrischen Substrat benachbart zu der ersten interdigitalen
Elektrode gebildet ist, wobei ein Verhältnis einer Überlappungsbreite zu
einer Aperturbreite der ersten interdigitalen Elektrode und ein
Verhältnis
einer Überlappungsbreite
zu einer Aperturbreite der zweiten interdigitalen Elektrode auf
unterschiedliche Werte eingestellt sind, so daß ein sekundärer transversale
Mode mit Hilfe einer von der ersten und zweiten interdigitalen Elektrode
unterdrückt
wird, während
ein quaternärer
transversale Mode mit Hilfe der anderen von der ersten und zweiten
interdigitalen Elektrode unterdrückt
wird.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
eine Aufsicht auf ein akustisches Oberflächenwellenfilter gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine Ansicht zur Erklärung
des transversalen Modes, der in dem in 1 gezeigten akustischen
Oberflächenwellenfilter
auftritt;
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3 ist
ein Graph, der die theoretische Berechnung der Anregungseffizienz
des transversalen Modes höherer
Ordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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4 ist
eine Aufsicht auf ein akustisches Oberflächenwellenfilter gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
ein Graph, der die Amplitudeneigenschaften des in 2 gezeigten
akustischen Oberflächenwellenfilters
zeigt;
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6 ist
ein Graph, der die Amplitudeneigenschaften eines akustischen Oberflächenwellenfilters
zeigt, das die vorliegende Erfindung nicht anwendet;
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7 ist
eine Aufsicht auf ein akustisches Oberflächenwellenfilter gemäß der dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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8 ist
eine Aufsicht auf ein herkömmliches
akustisches Oberflächenwellenfilter.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Die
vorliegende Erfindung wird detailliert mit Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt
ein akustisches Oberflächenwellenfilter
des Resonatortyps gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Mit Bezug auf 1 hat das
akustische Oberflächenwellenfilter ein
piezoelektrisches Substrat 11, eine interdigitale Eingangselektrode 12 und
eine interdigitale Ausgangselektrode 13, die zueinander
benachbart aus dünnen
Metallschichten auf dem piezoelektrischen Substrat 11 gebildet
sind, und zwei Gitterreflektoren 14 und 15, die
an den zwei Außenseiten
des Satzes von interdigitalen Elektroden 12 und 13 gebildet
sind, um die Energie der akustischen Oberflächenwelle einzufangen.
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In
dieser akustischen Oberflächenwellenanordnung
unterscheiden sich die Verhältnisse
einer Elektrodenfinger-Überlappungsbreite
Win bzw. einer Elektrodenfinger-Überlappungsbreite
Wout zu einer Aperturbreite W0 der zwei interdigitalen Elektroden 12 und 13 voneinander,
so daß ein
sekundärer
transversaler Mode S2 mit Hilfe der einen Elektrode unterdrückt wird,
während
ein quaternärer
transversaler Mode S4 mit Hilfe der anderen Elektrode unterdrückt wird.
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Um
in diesem akustischen Oberflächenwellenfilter
den sekundären
transversalen Mode S2 und den quaternären transversalen Mode S4 mit
Hilfe der einen bzw. der anderen Elektrode zu unterdrücken, unterscheiden
sich die Verhältnisse
W/W0 (Win/W0, Wout/W0) der Überlappungsbreiten
Win und Wout zur Aperturbreite W0 der interdigitalen Elektrode 12 bzw. 13 voneinander.
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Die
interdigitalen Elektroden 12 und 13 sind so angeordnet,
daß sich
die distalen Enden der Querfingerabschnitte einander gegenüber liegen.
Die Aperturbreiten W0 der interdigitalen Elektroden 12 und 13 sind
zueinander gleich und die Überlappungsbreiten
Win und Wout der interdigitalen Elektroden 12 und 13 unterscheiden
sich voneinander.
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Das
charakteristische Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt darin,
daß die
Verhältnisse W/W0
der Überlappungsbreiten
Win und Wout zur Aperturbreite W0 der interdigitalen Elektroden 12 und 13 für die interdigitale
Eingangs- und Ausgangselektrode unterschiedlich sind und daß der sekundäre transversale
Mode (S2) und der quaternäre
transversale Mode (S4) mit der einen bzw. der anderen Elektrode
unterdrückt
wird.
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Die
Funktionsweise des in 1 gezeigten akustischen Oberflächenwellenfilters
wird detailliert mit Bezug auf 2 beschrieben.
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Mit
Bezug auf 2 ist die Energieverteilung einer
transversalen fundamentalen Modenverteilung 21 vollständig in
einem positiven Bereich angeordnet und dieser Mode ist allgemein
der Hauptausbreitungsmode. Sowohl eine sekundäre transversale Modenverteilung 22 des
sekundären
transversalen Modes (S2) als auch eine quaternäre transversale Modenverteilung 23 des
qua ternären
transversalen Modes (S4) haben positive und negative Bereiche. Wenn
W/W0 so gewählt
wird, daß die
Flächen
der + und – Bereiche
im wesentlichen gleich sind, wird gleichzeitig eine Anregung des
sekundären
transversalen Modes, der in Verteilung 22 gezeigt ist,
und des quaternären
transversalen Modes, der in Verteilung 23 gezeigt ist,
unterdrückt.
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2 zeigt
einen Fall, in welchem W/W0 so gewählt ist, daß die sekundäre transversale
Modenverteilung 22 und die quaternäre transversale Modenverteilung 23 mit
der Eingangs- bzw. Ausgangselektrode unterdrückt wird.
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3 zeigt
das Rechenergebnis der W/W0 Abhängigkeit
der Anregungseffizienz (dB) für
jeden transversalen Mode. Die Berechnung ist basierend auf der Annahme
durchgeführt,
daß das
Substrat ein ST-geschnittenes Quarzsubstrat ist, und die Aperturbreite
W0 40λ beträgt und eine
Dicke H der Aluminiumschicht, die die interdigitalen Elektrodenfinger
bildet, 0,98 μm
beträgt.
Zu beachten ist, daß λ die Wellenlänge der
SAW (akustischen Oberflächenwelle) ist.
In 3 bezeichnen die Bezugszeichen 41, 42 und 43 jeweils
die Anregungseffizienz des fundamentalen transversalen Modes (S0),
des sekundären transversalen
Modes (S2) und des quaternären transversalen
Modes (S4).
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Wie
aus 3 ersichtlich ist, sind die Werte für W/W0,
bei welchen die Anregungsintensität am kleinsten ist, für die drei
Moden unterschiedlich. Wenn in diesem Rechenbeispiel W/W0 der interdigitalen
Elektrode 12 bzw. der interdigitalen Elektrode 13 ungefähr 0,71
bzw. 0,86 ist, sind die Anregungseffizienz des sekundären transversalen
Modes (S2) und diejenige des quaternären transversalen Modes (S4)
um 50 dB oder mehr im Vergleich zu der des fundamentalen transversalen
Modes (SO) unterdrückt.
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Ein
akustisches Oberflächenwellenfilter
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 4 bis 6 beschrieben.
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4 zeigt
ein akustisches Oberflächenwellenfilter
des Resonatortyps, das auf einem ST-geschnittenen Quarzsubstrat
gebildet ist, und 5 und 6 zeigen
seine Amplitudeneigenschaften. In 4 bezeichnen
die Bezugszeichen 25 und 26 die interdigitale
Eingangs- bzw. Ausgangselektrode.
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Die
Mittenfrequenz dieses akustischen Oberflächenwellenfilters des Resonatortyps
ist ungefähr
90 MHz und Aluminium wird als Material verwendet, um die interdigitale
Eingangs- und Ausgangselektrode 25 und 26 zu bilden
(Dicke: 0,98 μm). 6 ist
ein Graph, der einen Fall zeigt, in welchem kein erfindungsgemäßes akustisches
Oberflächenwellenfilter
verwendet wird. Die Elektrodenfinger-Überlappungsbreiten Win und
Wout und eine Aperturbreite W betragen alle 40λ.
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5 ist
ein Graph, der einen Fall zeigt, bei welchem ein akustisches Oberflächenwellenfilter
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird. Eine Überlappungsbreite
Win der interdigitalen Eingangselektrode 25 beträgt 28λ und eine Überlappungsbreite
Wout der interdigitalen Ausgangselektrode 26 beträgt 34λ, während die
Aperturbreite 40λ beträgt. In diesem
Fall ist Win/W0 = 0,7 und Wout/W0 = 0,86. In 6, die nicht
die vorliegende Erfindung verwendet, treten der sekundäre transversale
Mode (S2) und der quaternäre
transversale Mode (S4) stark in dem Hochfrequenzbereich des fundamentalen
Modes auf. Im Gegensatz dazu ist in 5, die die
vorliegende Erfindung verwendet, die Amplitude sowohl des sekundären transversalen
Modes (S2) als auch des quaternären
transversalen Modes (S4), die unterdrückt werden sollen, um 10 dB
oder mehr als das verringert.
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Da
in dem die vorliegende Erfindung verwendenden akustischen Oberflächenwellenfilter
die Paarzahl der Eingangs- und Ausgangselektrode nicht gleich sein
müssen,
können
sie verwendet werden, um die Eingangs- und Ausgangsimpedanz gleich
zu machen.
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Ein
akustisches Oberflächenwellenfilter
gemäß der dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 7 beschrieben. 7 zeigt
ein akustisches Oberflächenwellen-Resonatorfilter
des Typs mit drei Elektroden. Dieses Filter hat drei interdigitale
Elektroden 31, 32 und 33 in seiner Struktur.
Gitterreflektoren 34 und 35 sind an den zwei Seiten
des Satzes von interdigitalen Elektroden 31, 32 und 33 angeordnet,
die aneinander angrenzend angeordnet sind.
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Ausgangsseitige
Elektrodenfinger-Überlappungsbreiten
W1 und W3 sind gleich, während
sich eine eingangsseitige Elektrodenfinger-Überlappungsbreite W2 von der
Elektrodenfinger-Über lappungsbreite
W1 oder W3 unterscheidet. Auch in dieser Struktur kann jede der
eingangs- und ausgangsseitigen Elektroden einen transversalen Mode
unterdrücken.
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Wie
oben beschrieben worden ist, können die
transversalen Moden höherer
Ordnung, d.h. der sekundäre
und quaternäre
transversale Mode, dadurch gleichzeitig unterdrückt werden, daß die Verhältnisse
der Überlappungsbreiten
zur Aperturbreite der Eingangs- und Ausgangselektroden auf unterschiedliche
Werte eingestellt werden.
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Was
ein Problem im transversalen Mode des akustisches Oberflächenwellenfilters
darstellt, ist der transversale Mode höherer Ordnung in bezug auf den
fundamentalen transversalen Mode, der der Hauptresonanzmode ist.
Die Verteilung des fundamentalen Modes ist vollständig im
positiven Bereich lokalisiert, während
die Verteilung des transversalen Modes höherer Ordnung, der der Nebenmode
ist, sowohl positive als auch negative Bereiche hat. Wenn die Überlappungsbreiten
der interdigitalen Elektrodenfinger geeignet gewählt werden, so daß in der Modenverteilung
höherer
Ordnung die Flächen
der + und – Bereiche
im wesentlichen gleich sind, wird die Energie, die in dem Mode höherer Ordnung
erzeugt wird, im wesentlichen eliminiert.
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In
der vorliegenden Erfindung sind die Verhältnisse der Überlappungsbreiten
W zur Aperturbreite W0 der interdigitalen Elektroden so gewählt, daß der sekundäre transversale
Mode mit der einen Elektrode eliminiert wird, während der quaternäre transversale
Mode mit der anderen Elektrode eliminiert wird. Daher können zwei
Nebenmoden höherer Ordnung
gleichzeitig unterdrückt
werden.