JP2001285014A - 弾性表面波装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 周波数帯域外における減衰量の割合が大きい
弾性表面波装置を提供する。 【解決手段】圧電基板１の表面に形成された一対の櫛歯
状の入力電極５，７は、互いの複数の電極指５ａ，７ａ
が弾性表面波の伝搬方向に交互に並ぶように組み合わさ
れた状態になっており、各複数の電極指５ａ，７ａは共
通電極５ｂ，７ｂに電気的に共通接続されている。一対
の櫛歯状電極５，７のそれぞれの複数の電極指５ａ，７
ａの交差幅によって、メインローブ１３を中心にして弾
性表面波の伝搬方向の両側にサイドローブ９，１１，１
５，１７が並ぶように形成され、メインローブ１３の交
差幅の中心線とサイドローブ９，１１，１５，１７の交
差幅の中心線が同一直線上に配置されないように、一対
の櫛歯状電極５，７のそれぞれの複数の電極指５ａ，７
ａの長さを定める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高周波、広帯域のフ
ィルタを実現する弾性表面波装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】個体の弾性表面波を利用する高周波フィ
ルタは当初ＦＭチューナやＴＶの中間周波フィルタに用
いられ、回路の小型化、無調整化、性能の向上に貢献し
た。最近の新しい動きとして衛星通信、携帯電話、移動
体情報通信端末等の高周波帯、または中間周波帯フィル
タとして使用されている。特に最近のシリコンテクノロ
ジで培われた微細加工技術を利用して弾性表面波フィル
タとしての弾性表面波装置の高周波化が進んでいる。

【０００３】図６は一般的な弾性表面波装置の構造を説
明するための概略図である。この弾性表面波装置は圧電
基板１０１の表面に入力電極１０３と出力電極１０４を
含む電極パターンが形成されている。入力電極１０３は
弾性表面波の伝搬方向に並んでいる。これらの入力電極
１０３と出力電極１０４は所定の間隔を開けて並ぶ複数
の電極指とこれらの複数の電極指を電気的に共通接続す
る共通電極部とを備えた一対の櫛歯状電極から構成され
ている。一対の櫛歯状電極は互いの複数の電極指が伝搬
方向に交互に並ぶように組み合わされた状態で圧電基板
の表面に形成されている。入力電極１０３の相対する櫛
歯状電極の共通電極部分に高周波源１０２から高周波の
交流電圧を入力し圧電基板１０１の表面の相対する各電
極指間から弾性表面波を発生する。出力電極１０４はこ
の弾性表面波を受信して電気信号に戻す。入力電極１０
３と出力電極１０４は各電極指間の長さ周期は、同じ周
期である。その結果、弾性表面波装置を通過する弾性表
面波の通過周波数帯域は電極指の配列の周期に等しい周
期に対応する周波数を中心とする周波数帯域になる。実
際の弾性表面波装置の周波数特性は通過周波数帯域のメ
インピークの前後の通過周波数帯域外に多数のスプリア
スを持つ。通過周波数帯域の出力の強度と通過周波数帯
域外の出力の強度との比が大きいほどフィルタとしての
性能が高くなる。

【０００４】図４は従来の弾性表面波装置の具体的電極
パタンの一例を示すものである。図６と同一部材には同
じ符号を伏してある。この装置では所定の特性が得られ
るように入力電極を構成する一対の櫛歯状電極の複数の
電極指の長さを場所に応じて変えることによって、一対
の櫛歯状電極の電極指が互い違いに配置されて構成され
る、対向部分によって形成される交差幅によって描かれ
る木の葉状のローブと呼ばれるパターンを構成してい
る。中央には最大のローブ（メインローブ）１０５が形
成され、メインローブ１０５の両側には２組のサイドロ
ーブ１０７ａ、１０７ｂ、１０９ａ、１０９ｂが形成さ
れている。このパターンをアポダイズド電極と呼ぶ。こ
れらのローブ１０５ー１０９ｂは弾性表面波が入力側か
ら出力側に向かう経路の中央に直線状に配置されいる。

【０００５】図５にこの弾性表面波フィルタ装置の伝送
特性を示す。図５（Ａ）は出力の周波数特性を示す。縦
軸は出力強度を対数で示す。横軸の周波数軸は中心が１
９０ＭＨｚであり、１目盛りが２ＭＨｚである。弾性表
面波装置の中心周波数ｆは約１９０ＭＨｚになる。また
−３ｄＢ通過帯域幅Δｆは約５ＭＨｚとなる。この帯域
幅Δｆがこの弾性表面波装置の通過帯域になる。図５
（Ａ）の周波数特性は、図4のメインローブ１０５及び
サイドローブ１０７ａと１０７ｂ，１０９ａ、１０９ｂ
の存在によって形成されるものである。図５（Ｂ）は入
力電極１０３にパルス電圧を印加したときの時間応答を
示している。図５（Ｂ）の各ピークは図４のメインロー
ブ１０５とサイドローブ１０７ａ、１０７ｂ，１０９
ａ、１０９ｂから発信された表面波に相当する。出力電
極に近いローブから発信されたパルス応答のピークが時
間軸の早い時間に現れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の弾性表面波装置
では、サイドローブの効果が低く、通過帯域外での減衰
を大きくすることができなかった。

【０００７】本発明の目的は通過帯域外における減衰量
の低下割合が大きい弾性表面波装置を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では圧電基板と、
圧電基板の表面に形成されて弾性表面波の伝搬方向に並
ぶ入力電極及び出力電極を含む電極パターンとを備え、
所定の間隔を開けて並ぶ複数の電極指と該複数の電極指
を電気的に共通接続する共通電極部とを備えた一対の櫛
歯状電極が、互いの複数の電極指が伝搬方向に交互に並
ぶように組み合わされた状態で圧電基板の表面に形成さ
れて入力電極が構成され、一対の櫛歯状電極のそれぞれ
の複数の電極指が互い違いに配置されて構成される、対
向部分によって形成される交差幅によって形成されるメ
インローブと１以上のサイドローブとが、メインローブ
を中心にして伝搬方向の両側に１以上のサイドローブが
並ぶように、一対の櫛歯状電極のそれぞれの複数の電極
指の長さが定められている弾性表面波装置を改良の対象
とする。

【０００９】本発明の弾性表面波装置では、メインロー
ブを形作る交差幅の中心線と１以上の各サイドローブを
形作る交差幅の中心線が同一直線上に配置されないよう
に、一対の櫛歯状電極のそれぞれの複数の電極指の長さ
が定められている。ここで本発明に係る明細書中におい
て交差幅の中心線とは互い違いに配置されて対向する複
数の電極指の対向領域の伝搬方向に伸びる仮想の中心線
を意味する。

【００１０】このような構成によって同一伝搬方向上を
伝搬する表面波の減衰をより少なくすることが出来、通
過帯域内の減衰をより少なくすることができる。

【００１１】また本発明の弾性表面波装置では、メイン
ローブ及び１以上のサイドローブが、伝搬方向と直交す
る幅方向に順次ずれて形成されるように、一対の櫛歯状
電極のそれぞれの複数の電極指の長さが定められてい
る。

【００１２】このような構成によって通過周波数帯域で
はリップルが少なく通過周波数帯域外では大きな減衰を
示す弾性表面波装置を実現できる効果がある。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の弾
性表面波装置の実施の形態の一例について説明する。図
１は、本発明の実施の形態の一例の構造を概略的に示す
図である。符号１で示した部材は、弾性表面波が伝搬す
る圧電基板である。

【００１４】この例では圧電基板１としては、弾性表面
波が決まった一方向のみに伝搬するようなカット角でカ
ットしてある三菱マテリアル株式会社が提供するＬａ３
Ｇａ５ＳｉＯ１４（ランガサイト）で形成された圧電基
板を用いている。この基板を用いると弾性表面波が一方
向性を持つため、双方向性による損失を低減でき、且つ
ＴＴＥ（Ｔｒｉｐｌｅ Ｔｒａｎｓｉｔ Ｅｃｈｏ）に
よる通過域内リップルを小さくできる。この基板１に
は、バルク波による妨害波（スプリアス）を消去するよ
うに、裏面粗加工が施されている。

【００１５】図２は、図１の構造を具体化した場合の電
極パターンの具体例を示している。図２にも、図１の構
成と同じ部分に図１に付した符号と同じ符号を付してあ
る。以下、図１及び図２に示された構成を並行して説明
する。

【００１６】圧電基板１の上には、入力電極３と、出力
電極４と、シールド電極２３と、吸音材を構成する吸音
材２５ａ及び２５ｂを含む電極パターンが形成されてい
る。入力電極３は、一対の櫛歯状電極５及び７が組み合
わせれて構成されている。一対の櫛歯状電極５及び７
は、アルミニウムの蒸着により形成されている。一対の
櫛歯状電極５及び７は、それぞれ所定の一定間隔をあけ
て並ぶ複数の電極指５ａ…及び７ａ…と、これらの電極
指５ａ…及び７ａ…をその基部において連結する共通電
極部５ｂ及び７ｂとを備えている。共通電極部５ｂ及び
７ｂは、それぞれ圧電基板１の長手方向または伝搬方向
に延びており、共通電極部５ｂ及び７ｂは平行に並んで
いる。また図２の具体例において、電極指５ａ…及び７
ａ…は、それぞれ幅寸法が３．６μｍであり、それぞれ
伝搬方向に一定の間隔（この例では１４．４μｍ）で平
行に並んでいる。一対の櫛歯状電極５及び７は、一方の
電極５の電極指５ａ…の横に並ぶ２本の電極指の中央部
に他方の電極７の１本の電極指７ａ…が互い違いに入り
込み、一方の電極指５ａ…と他方の電極指７ａ…とが平
行に並ぶように、組み合わされている。

【００１７】一対の櫛歯状電極５及び７の電極指５ａ…
及び７ａ…は、基板１の長手方向即ち伝搬方向に、５つ
のローブ９，１１，１３，１５及び１７を形成するよう
に長さが異なっている。ここでローブとは、一方の電極
５の電極指５ａ…と他方の電極７の電極指７ａ…とが長
手方向に対向して形成される電極指対向領域を意味す
る。つまり櫛歯状電極５及び７の電極指５ａ…及び７ａ
…が互い違いに配置されて構成される、対向部分によっ
て形成される交差幅が形作るパターンである。交差幅が
場所によって異なると、弾性表面波の励振有効開口長が
場所によって異なる。交差幅内の対向電極で励振された
弾性表面波が出力電極４の方向に伝搬し、それらが重ね
合わされて出力の弾性表面波の波形を形作る。この交差
幅が形成するパターンの形状が葉の形に似ているため、
一般的にこの交差幅が形作る領域をローブと呼んでい
る。これらのローブが形作るパターンは交差幅の中心線
に対して対称な形をしている。５つのローブのうち、中
央のローブ１３がメインローブであり、このメインロー
ブ１３の両側にそれぞれ位置する２つのローブ９及び１
１と１５及び１７が、サイドローブである。サイドロー
ブは、メインローブの両側にそれぞれ１以上形成するの
が一般的であり、この例では、２組のサイドローブがメ
インローブの両側に形成されている。そしてこの例で
は、サイドローブ９及び１１と、メインローブ１３と、
サイドローブ１５及び１７とが、圧電基板１の長手方向
即ち伝搬方向に直線状に並ばず、階段状に並ぶように形
成されている。言い換えると、サイドローブ９及び１１
と、メインローブ１３と、サイドローブ１５及び１７と
が、伝搬方向と直交する圧電基板の幅方向（圧電基板１
の表面上を延びて圧電基板の長手方向と直交する方向）
に順次ずれて形成されるように、一対の櫛歯状電極５及
び７の電極指５ａ…及び７ａ…の長さが定められてい
る。つまり、メインローブ１３の中心線の延長線に関し
て上下の対称な位置に第2サイドローブ９，１７を配置
し、メインローブ１３と第2サイドローブ９，１７の間
に第１サイドローブ１１，１５をメインローブ１３の中
心線の延長線に関して上下の対称な位置に配置して、そ
の間に第１サイドローブ１１，１５を配置する。

【００１８】各ローブ９，１１，１３，１５及び１７の
圧電基板１の幅方向へのずれ量は、使用する圧電基板１
の幅方向寸法の範囲内において、できるだけ各ローブの
長手方向に延びる中心線間の距離が長くなるように定め
る。

【００１９】この例のようにローブ９，１１，１３，１
５及び１７を順次ずらして形成すると、入力側から出力
側に伝搬する表面波が、出力電極に至るまでに存在する
電極指で反射する率が少なくなって、表面波の通過帯域
（主としてメインローブ１３によって形成される）の外
側（または両側）における表面波の減衰量（主としてサ
イドローブによって決まる）の低下割合が大きくなる。
特に、本例で用いているような自然一方向性を発揮する
圧電基板上にこのような電極パターンの入力電極を形成
すると、フィルタとしての性能が向上する。

【００２０】図２に示す実施の形態の一例ではメインロ
ーブ１３の中心線の延長線の上下の対称な位置に第2サ
イドローブ９，１７を、配置し、メインローブ１３と第
2サイドローブ９，１７の間に第１サイドローブ１１，
１５をメインローブ１３の中心線の延長線の上下の対称
な位置に配置して、その間に第１サイドローブ１１，１
５を配置する場合について述べた。本発明はこのような
場合のみに限定されるものではない。より一般的に、メ
インローブ１３と、サイドローブ９及び１１、サイドロ
ーブ１５及び１７とが、圧電基板１の長手方向即ち伝搬
方向に直線状に並ばない場合を含む。このように配置す
ることによって、入力側から出力側に伝搬する表面波
が、出力電極に至るまでに存在する電極指で反射する率
が少なくなって、表面波の通過帯域（主としてメインロ
ーブ１３によって形成される）の外側（または両側）に
おける表面波の減衰量（主としてサイドローブによって
決まる）の低下割合が大きくなり、フィルタとしての設
計の自由度が大幅に増大する。

【００２１】出力電極４も入力電極３と同様に、一対の
櫛歯状電極１９及び２１が組み合わされて構成されてい
る。一対の櫛歯状電極１９及び２１、アルミニウムの蒸
着により形成されている。一対の櫛歯状電極１９及び２
１は、それぞれ所定の一定間隔をあけて並ぶ複数の電極
指１９ａ…及び２１ａ…と、これらの電極指１９ａ…及
び２１ａ…をその基部において連結する共通電極部１９
ｂ及び２１ｂとを備えている。共通電極部１９ｂ及び２
１ｂは、それぞれ圧電基板１の長手方向または伝搬方向
に延びており、共通電極部１９ｂ及び２１ｂはほぼ平行
に並んでいる。また電極指１９ａ…及び２１ａ…は、図
２の具体例では、長さが等しく且つ幅寸法３．６μｍで
あり、それぞれ伝搬方向に一定の間隔（この図２の例で
は１４．４μｍ）で平行に並んでいる。一対の櫛歯状電
極５及び７は、一方の電極５の電極指５ａ…の横に並ぶ
２本の電極指の中央部に他方の電極７の１本の電極指７
ａ…が互い違いに入り込み、一方の電極指５ａ…と他方
の電極指７ａ…とが平行に並ぶように、組み合わされて
いる。このような構造の出力電極４は、入力電極３の電
極指の周期（電極指間の間隔寸法）と等しい波長を中心
波長とする周波数帯域を有する表面弾性波を選択的に受
信して、一対の櫛歯状電極１９及び２１に、選択した周
波数を有する表面弾性波と同じ周波数帯域の交流電流を
発生する。なお出力電極４としては、２本の電極指が１
つの組になって交互に並ぶスプリット電極を採用するこ
とができる。このような電極を採用すると、表面波の電
極反射内の音響反射による特性の劣化を防ぐことができ
る。

【００２２】入力電極３と出力電極４との間に配置され
て、入出力間直接電磁誘導波が伝搬するのを阻止するた
めのシールド電極２３も、アルミニウムの蒸着により形
成されている。また入力電極３及び出力電極４の外側に
配置する吸音材２５a及び２５ｂは、シリコーン樹脂に
より形成されている。この吸音材２５ａ及び２５ｂは、
圧電基板の長手方向両側に進んでいく表面波を吸収する
機能を果たす。この例のように自然一方向性圧電基板を
用いると、入力電極３側の吸音材２５ａは必ずしも必要
がない。

【００２３】図３にこの弾性表面波フィルタ装置の伝送
特性を示す。図３（Ａ）は出力の周波数特性を示す。縦
軸は出力強度を対数で示し、１目盛りを１０ｄＢとして
いる。横軸の中心周波数は１９０ＭＨｚ、１目盛りは２
ＭＨｚである。出力が最大となる中心周波数ｆはｆ＝１
９０ＭＨｚになる。弾性表面波の波長λを電極指の配列
の周期（隣接電極指間の間隔寸法）１４．４μｍとし、
弾性表面波の伝搬速度を２７３６ｍ／ｓとすると、通過
周波数帯域の中心周波数は１９０ＭＨｚになる。また周
波数帯域幅Δｆは約５ＭＨｚになる。この帯域が弾性表
面波装置の通過周波数帯域幅になる。図３（Ａ）の真中
の最大の通過帯域は図２の真中の最大のメインローブ１
３から発信されたものである。図３（Ａ）は図２のメイ
ンローブ１３とサイドローブ９，１１，１５及び１７か
ら発信された表面波が出力電極で受信、合成されたもの
である。図３（Ｂ）は入力電極３へのパルス電圧の入力
に対する時間応答を示している。縦軸の出力強度は１目
盛りを１０ｄＢとしている。横軸の時間軸は１目盛り
０．３μｓである。図３（Ｂ）の各ピークは図２のメイ
ンローブ１３とサイドローブ９，１１，１５及び１７の
半部の相似形になっている。出力電極４に近いローブか
ら発信されたパルス応答のピークが早い時間に出力され
る。図３（Ａ）では通過帯域内における最大強度と帯域
外における最大強度との比の違いが約４０ｄＢある。図
５（Ａ）に示す従来に示す従来の例では３０ｄＢだった
のに比べると、この例では約１０ｄＢ改良されている。
図３（Ｂ）のパルス応答においても、この例の弾性表面
波装置のパルス応答特性（図２Ｂ）を見ると、図５
（Ｂ）の従来の装置の特性と比べて、メインローブ１３
に起因するピークが他のピークに比べて強調される度合
いが優れている。これは弾性表面波が圧電基板１の中央
領域を伝搬する場合は伝搬経路にサイドローブの電極が
存在しないために、各サイドローブの電極指によって弾
性表面波が反射されないからである。また圧電基板１の
幅方向にあるサイドローブ９，１１，１５，１７をずら
すことにより周辺帯域の抑圧減衰量が大きくなることを
示している。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、周波数帯域外での減衰
量の低下割合が大きくなる弾性表面波装置を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の弾性表面波装置の一実施の形態を概
略的に示す図である。

【図２】 図１の入力電極と出力電極の構成を具体化し
た電極パターンの具体例を示す図である。

【図３】 本発明の図２の電極パターンを持った弾性表
面波装置の伝送特性を示す図である。

【図４】 従来の弾性表面波装置の入力電極と出力電極
を含む電極パタンの具体例を示す図である。

【図５】 図４の電極パターンを持った弾性表面波装置
の伝送特性を示す図である。

【図６】 弾性表面波装置の入力電極と出力電極の関係
を概略的に示す図である。

【符号の説明】

１ 圧電基板 ３ 入力電極 ４ 出力電極 ５，７ 櫛歯状電極 ５ａ…，７ａ…電極指 ５ｂ，７ｂ 共通電極部 １３ メインローブ ９，１１，１５，１７ サイドローブ １９，２１ 出力電極の櫛歯状電極 １９ａ…，１９ａ… 出力電極の電極指 １９ｂ，２１ｂ 出力電極の共通電極部 ２３ シールド電極 ２５ａ，２５ｂ 吸音材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電基板と、前記圧電基板の表面に形成
   されて弾性表面波の伝搬方向に並ぶ入力電極及び出力電
   極を含む電極パターンとを備え、 所定の間隔を開けて並ぶ複数の電極指と該複数の電極指
   を電気的に共通接続する共通電極部とを備えた一対の櫛
   歯状電極が、互いの前記複数の電極指が前記伝搬方向に
   交互に並ぶように組み合わされた状態で前記圧電基板の
   表面に形成されて前記入力電極が構成され、 前記一対の櫛歯状電極のそれぞれの前記複数の電極指が
   互い違いに配置されて構成される、対向部分によって形
   成される交差幅が作るメインローブと２以上のサイドロ
   ーブとが、前記交差幅の中心線に対して対称な形にな
   り、前記メインローブを中心にして前記伝搬方向の両側
   にそれぞれ１以上の前記サイドローブが並ぶように、前
   記一対の櫛歯状電極のそれぞれの前記複数の電極指の長
   さが定められている弾性表面波装置であって、 前記メインローブを形作る交差幅の中心線と前記１以上
   の各サイドローブを形作る交差幅の中心線が同一直線上
   に配置されないように、前記一対の櫛歯状電極のそれぞ
   れの前記複数の電極指の長さが定められていることを特
   徴とする弾性表面波装置。
2. 【請求項２】 前記メインローブを形作る交差幅の中心
   線及び前記２以上のサイドローブを形作る交差幅の中心
   線が、前記伝搬方向と直交する幅方向に順次ずれて形成
   されるように、前記一対の櫛歯状電極のそれぞれの前記
   複数の電極指の長さが定められていることを特徴とする
   請求項１に記載の弾性表面波装置。