JP2002204142A - 端面反射型表面波装置 - Google Patents

端面反射型表面波装置

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JP2002204142A JP2001323307A JP2001323307A JP2002204142A JP 2002204142 A JP2002204142 A JP 2002204142A JP 2001323307 A JP2001323307 A JP 2001323307A JP 2001323307 A JP2001323307 A JP 2001323307A JP 2002204142 A JP2002204142 A JP 2002204142A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波化が容易であり、所望とする帯域幅を
容易に得ることができる端面反射型表面波装置を提供す
る。 【解決手段】 圧電性基板2の主面2a上に少なくとも
1つのインターデジタルトランスデューサ3が形成され
ており、端面2c,2dを反射端面として用いた端面反
射型表面波装置であって、縦波を主成分とする表面波が
用いられており、好ましくは、励振される表面波全体の
エネルギー強度を100%としたとき、縦波成分以外の
SH波成分及びSV波成分が、それぞれ、20%以下で
あり、より好ましくは、励振される表面波全体のエネル
ギー強度を100%としたとき、前記縦波成分が70%
以上である端面反射型表面波装置1。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、共振子や帯域フィ
ルタとして用いられる表面波装置に関し、より詳細に
は、対向2端面間の表面波の反射を利用した端面反射型
表面波装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、共振子や共振型帯域フィルタとし
て表面波装置が広く用いられている。ところで、表面波
としてレイリー波を用いた表面波装置は、圧電基板上に
少なくとも1つのインターデジタルトランスデューサ
(以下、IDT)が形成されている構造を有し、かつI
DTが設けられている領域の表面波伝搬方向両側に反射
器が配置されている。すなわち、表面波を反射器間で反
射させ、定在波とするために、反射器を必要としてい
た。その結果、表面波装置の寸法が大きくならざるを得
なかった。
【0003】これに対して、SHタイプの表面波を利用
した端面反射型の表面波装置が知られている。BGS波
などのSHタイプの表面波では、反射器を省略して圧電
基板の対向2端面を反射端面とすることができる。従っ
て、表面波装置の小型化を図ることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、SH波
を用いた表面波装置では、圧電基板のSH波の音速が遅
く、従って高周波化に対応することが困難であった。ま
た、表面波フィルタの帯域幅は、圧電基板の電気機械結
合係数kに依存するが、SHタイプの表面波を利用する
ためには圧電基板材料が限定され、従って、電気機械結
合係数kの制約により、所望とする帯域幅を容易に得る
ことができなかった。
【0005】本発明の目的は、上述した従来技術の欠点
を解消し、高周波化に容易に対応することができ、かつ
所望の帯域幅を容易に実現し得る端面反射型表面波装置
を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】従来、SH波以外の表面
波を利用して端面反射型表面波装置を構成することはで
きないと考えられていた。これに対して、本願発明者ら
は、表面波の成分のうち、縦波あるいはSV波を主成分
とする波を利用すれば、対向2端面で反射させて、端面
反射型表面波装置を構成し得ることを見い出した。
【0007】すなわち、本願の第1の発明は、対向し合
う一対の主面及び該一対の主面を結ぶ一対の対向端面を
有する圧電性基板と、前記圧電性基板の一方主面に形成
された少なくとも1つのインターデジタルトランスデュ
ーサとを備える端面反射型表面波装置であって、励振さ
れる表面波のうち縦波を主成分とする表面波を用いたこ
とを特徴とする端面反射型表面波装置である。
【0008】レイリー波は、縦波とSV波の2つの成分
を有しており、この2つの成分は常に結合して伝搬す
る。従って、従来、端面反射を利用した表面波装置をレ
イリー波を利用して構成することは困難と考えられてい
た。
【0009】しかしながら、表面波の中でも、縦波を主
成分とする波については、後述の実施例から明らかなよ
うに、モード変換を生じることなく基板端面で反射さ
れ、従って、端面反射型表面波装置を構成することがで
きる。しかも、上記縦波は、SH波に比べて音速が速い
ため、高周波化に容易に対応することができる。
【0010】第1の発明の特定の局面では、励振される
表面波全体のエネルギー強度を100%としたとき、縦
波成分以外のSH波成分及びSV波成分が、それぞれ、
20%以下とされ、それによって、ほぼ縦波を主成分と
する表面波のみが反射されることになる。
【0011】また、好ましくは、励振される表面波全体
のエネルギー強度を100%としたとき、縦波成分が7
0%以上を占めるように構成され、それによって、さら
に縦波を主成分とする表面波のみが反射されることにな
り、不要モードの発生による特性劣化を抑制することが
できる。より好ましくは、励振される表面波の縦波成
分、SH成分及びSV成分の変位をそれぞれu1,u2
3としたとき、基板表面の変位u1,u2の比が基板表
面が電気的に開放のときに0.015以下、及び/また
は基板表面が電気的に短絡のときに0.1以下であり、
その場合、さらに良好な特性が得られる。
【0012】第1の発明の特定の局面では、一対の対向
端面の中間高さ位置に段差が形成され、該段差よりもI
DTが形成されている側の主面に近い端面部分により反
射端面が構成されている。そして、この反射端面の高さ
方向寸法が、表面波の波長をλとしたときに、5λ〜2
0λの範囲とされており、それによって縦波を主成分と
する表面波が上記反射端面によって効率良く反射され
る。従って、例えばマザー基板に5λ〜20λの範囲の
深さの溝を形成し、該溝の中央で分割することにより、
多数の端面反射型表面波装置を効率良く製造することが
できる。
【0013】本発明において上記圧電性基板としては、
縦波成分を主成分とする表面波を励振し得る限り特に限
定されないが、このような圧電性基板としては、例え
ば、オイラー角(0度、40〜60度、90度)もしく
は(90度、90度、20〜50度)のLi247
板、オイラー角が(0度、120〜140度、150
度)もしくは(0度、155.25度、42度)の水晶
基板、または(90度、90度、10〜90度)のLi
NbO3もしくはLiTaO3基板が挙げられる。
【0014】本願の第2の発明は、対向し合う一対の主
面及び該一対の主面を結ぶ一対の対向端面を有する圧電
性基板と、前記圧電性基板の一方主面に形成された少な
くとも1つのインターデジタルトランスデューサとを備
える端面反射型表面波装置であって、励振される表面波
のうちSV波を主成分とする表面波を用いたことを特徴
とする端面反射型表面波装置である。
【0015】すなわち、本願発明者は、励振される表面
波のうち、SV波を主成分とする表面波は、対向2端面
でモード変換を生じることなく安定に反射されることを
見出し、従って、SV波を主成分とする表面波を用いた
端面反射型表面波装置を構成し得ることを見い出した。
【0016】SV波は、SH波に比べて音速が早いた
め、第2の発明に係る端面反射型表面波装置において
も、高周波化に容易に対応することができる。第2の発
明の特定の局面では、励振される表面波全体のエネルギ
ー強度を100%としたとき、SV波成分以外のSH波
成分及び縦波成分が、それぞれ、20%以下とされ、そ
れによってほぼSV波を主成分とする表面波のみが反射
されることになる。
【0017】励振される表面波全体のエネルギー強度を
100%としたとき、SV波成分が70%以上を占める
場合には、SV波を主成分とする表面波のみが効果的に
反射され、不要モードの発生による特性の劣化を抑制す
ることができる。より好ましくは、励振される表面波の
縦波成分、SH成分及びSV成分の変位をそれぞれ
1,u2,u3としたとき、基板表面が電気的に開放の
ときにu2/u3が0.015以下、及び/または表面が
電気的に短絡のときにu2/u3が0.1以下であり、そ
れによってさらに良好な特性が得られる。
【0018】第2の発明の特定の局面では、一対の対向
端面の中間高さ位置に段差が形成され、該段差よりもI
DTが形成されている側の主面に近い端面部分により反
射端面が構成されている。そして、この反射端面の高さ
方向寸法が、表面波の波長をλとしたときに、5λ〜2
0λの範囲とされており、それによって縦波を主成分と
する表面波が上記反射端面によって効率良く反射され
る。従って、例えばマザー基板に5λ〜20λの範囲の
深さの溝を形成し、該溝の中央で分割することにより、
多数の端面反射型表面波装置を効率良く製造することが
できる。
【0019】本発明において上記圧電性基板としては、
SV波成分を主成分とする表面波を励振し得る限り特に
限定されないが、このような圧電性基板としては、例え
ば、オイラー角(0度、45〜80度、90度)のLi
247基板が挙げられる。
【0020】第1,第2の発明の特定の局面では、電気
機械結合係数kとインターデジタルトランスデューサの
対数N(縦結合型共振子フィルタは総対数)との積に対
し、インターデジタルトランスデューサの交叉幅Wが次
の関係を満たすように構成されている。
【0021】W≧2.1+30.5e-(x-0.016)/0.055
+7.1e-(x-0.016)/0.012 但し、x=k2N 第1,第2の発明のさらに他の特定の局面では、圧電性
基板の比誘電率ε33 S*とインターデジタルトランスデュ
ーサの対数Nとの積に対し、インターデジタルトランス
デューサの交叉幅Wが次の関係を満たすように構成され
ている。
【0022】W≧−1.68+25.9e-(x-37)/44.8
+15.6e-(x-37)/216.1 但し、x=Nε33 S* 第1,第2の発明に係る端面反射型表面波装置の別の特
定の局面では、表面波の位相速度の進行方向と前記端面
との角度が90±5度であり、端面の上部断面と基板表
面との角度は90±10度とされている。
【0023】本発明に係る端面反射型表面波装置のさら
に別の特定の局面では、表面波の波長をλとしたとき、
シングル電極の場合にはインターデジタルトランスデュ
ーサの最外側の電極から一つ内側の電極の中心から表面
波伝搬方向外側へλ/2±λ/10の位置に前記端面が
構成されている。
【0024】同電位の電極指がペアをなしているスプリ
ット電極の場合には、ペアをなす電極指間の中心からλ
/2の整数倍±λ/10の位置に前記端面が構成され
る。本発明の他の特定の局面によれば、本発明に係る弾
性表面波装置を有する通信機が提供される。
【0025】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明
に係る端面反射型表面波装置の具体的な実施例を説明す
ることにより、本発明を説明する。
【0026】(第1の実施例)図1(a)及び(b)
は、本発明の第1の実施例に係る端面反射型表面波共振
子を示す斜視図及び図1(a)のB−B線に沿う断面図
である。端面反射型表面波共振子1は、圧電性基板2を
有する。圧電性基板2は、矩形板状の形状を有し、本実
施例では、縦波を主成分とする波を端面で反射させる圧
電材料、例えば(0度、40〜60度、90度)のオイ
ラー角を有するLi247により構成されている。も
っとも、圧電性基板2を構成する圧電単結晶について
は、オイラー角が(90度、90度、20〜50度)の
Li247基板、オイラー角が(0度、120〜14
0度、150度)もしくは(0度、155.25度、4
2度)の水晶基板、または(90度、90度、10〜9
0度)のLiNbO3もしくはLiTaO3基板などを用
いることもできる。
【0027】これらの圧電単結晶からなる圧電性基板2
では、後述のように表面波を励振させた場合、縦波を主
成分とする表面波が十分な大きさで発生する。圧電性基
板2は、対向し合う一対の主面2a,2bと、対向し合
う一対の端面2c,2dとを有する。主面2a上には、
IDT3が形成されている。IDT3は、一対の櫛形電
極3a,3bを有する。櫛形電極3a,3bは、それぞ
れ、電極指3a1〜3a3,3b1〜3b3を有する。電極
指3a1〜3a3と電極指3b1〜3b3とは互いに間挿し
合うように配置されている。
【0028】電極指3a1〜3a3,3b1〜3b3は、端
面2c,2dと平行な方向に延ばされている。IDT3
に入力電圧が印加されると、表面波が励振され、該表面
波は、電極指3a1〜3a3,3b1〜3b3が延びる方向
と直交する方向であって、主面2aと平行な方向に伝搬
する。従って、表面波は、端面2cと端面2dとを結ぶ
方向において伝搬し、端面2c,2dで反射される。
【0029】本実施例の端面反射型表面波共振子1で
は、圧電性基板2が上記材料で構成されているので、励
振される表面波全体のエネルギー強度を100%とした
とき、縦波を主成分とする波がその70%以上を占める
ように発生する。前述したように、レイリー波は、縦波
成分とSV波成分の2つの成分を有し、この2つの成分
が常に結合して伝搬する。しかしながら、上記特定の圧
電性基板2を用いた場合、縦波成分が支配的となる。
【0030】上記縦波は、BGS波のようなSHタイプ
の表面波に比べて音速が速いという特徴を有する。例え
ば、36°回転Y板X伝搬のLiTaO3基板のSH波
の音速は4160m/秒に対し、Xカット31°伝搬L
iTaO3の音速は6300m/秒である。従って、端
面反射型表面波共振子1では、SHタイプの表面波を利
用した端面反射型表面波共振子に比べて1.5倍の高周
波化を図ることができる。
【0031】なお、従来、レイリー波では縦波成分とS
V成分が結合しているため、レイリー波が基板端面で反
射されると、それぞれSV波と縦波にモード変換され
る。しかしながら、本実施例の縦波成分を主成分とする
端面反射型表面波共振子1では、端面2c,2dが、主
面2aに対して略直交するように配置されているため、
上記変換、すなわちモード変換は非常に起こり難い。好
ましくは、主面2aに対して、端面2c,2dが90±
5度以内の角度をなすように構成されており、それによ
って、縦波成分のうち97%以上がモード変換を生じる
ことなく反射される。ここで、図2に端面反射型共振子
の周波数特性を示す。図2から明らかなように、モード
変換に伴う特性劣化が少ないため、共振・反共振におけ
るインピーダンスの比は46dBである。これを、図3
を参照して説明する。
【0032】図3はSAWの位相速度の伝搬方向と基板
表面における端面4a,4b(図1)とのなす角度と、
端面反射型共振子のインピーダンス比との関係を示す図
である。図4は基板表面と端面断面2d(図1参照)と
のなす角度と、上述の共振子のインピーダンス比との関
係を示す図である。図3,4から明らかなように、端面
4a,4bと表面波の伝搬方向とのなす角度が90±5
度及び基板断面2c,2dと表面波伝搬方向の角度が9
0±10度の範囲とされた場合、縦波の殆どがモードを
生じることはなく、共振子のインピーダンスは実用レベ
ルの40dB以上であることがわかる。なお、共振子の
インピーダンス比40dB以上必要な理由は共振子を発
振回路に応用する場合、40dB以上ないと発振しない
ためである。
【0033】以上、図1〜図4においては弾性表面波の
位相速度伝搬方向と、群速度の伝搬方向とのなす角度
(パワーフローアングル:PFA)がゼロの場合につい
て述べたがPFAがゼロでない場合も同様である。図5
に示すx1方向が位相速度の伝搬方向、x1´が群速度の
伝搬方向であり、この2つの方向の間の角度がPFAで
ある。PFA≠0でない場合には、図6に示すように基
板のPFAに応じてバスバーと群速度が平行になるよう
に電極指をずらしてバスバーを形成すればよい。
【0034】次に、縦波を主成分とするXカットLiT
aO3基板を用いて実験を行った。位相速度の伝搬方向
をY軸からZ軸方向へ向けて30°〜60°の範囲とし
て実験を行った。オイラー角では(90°,90°,3
0°〜60°)である。交叉幅は20λ,対数は50対
とした。
【0035】図7は、PFAと共振子のインピーダンス
比の関係を示す。図中、●と○はそれぞれ基板表面が電
気的に短絡の場合と開放の場合のPFAを示している。
これらのデバイスでは一般にPFA=0がよいとされて
いるが、図7はPFA=0がよいとは限らないことを示
している。
【0036】図8は電気機械結合係数kの二乗とインピ
ーダンス比との関係を示す。SH波の端面反射ではk2
が大きい方がインピーダンス比がよくとれると報告され
ているが(特願平3−303495号公報)、縦波を主
成分とする表面波では、それがあてはまらないことが明
らかである。
【0037】図9は表面波の伝搬定数(伝搬ロス)とイ
ンピーダンス比との関係を示す。表面波デバイスでは、
伝搬定数が小さい方がよいことは常識とされていたが、
図9からも縦波を主成分とする表面波には、あてはまら
ないことが明らかである。
【0038】図10に基板表面における3つの変位成分
の比を示す。u1,u2,u3はそれぞれ縦波成分、SH
成分及びSV成分の変位を示す。図中●と○は、それぞ
れ基板表面が電気的に短絡と開放の場合の変位u2/u1
の比を示している。図から明らかなように、インピーダ
ンスが40dB以上得られる条件は、●で0.1以下,
○で0.015以下である。このように縦波を主成分と
する端面反射型表面波装置では、その特性がPFA、k
2及び伝搬定数よりも、変位の比u2/u1に大きく依存
していることが明らかになった。
【0039】原理的にはPFAの大きさは任意である。
実際の表面波装置の作成の場合にはPFAが大きいと素
子が斜めになり、取扱いが不便になる。そのためPFA
は−15°〜15°程度が望ましい。
【0040】なお、上記変位の大きさは有限要素法(F
EM)やCoyrbeel&Joneの方法*J.J.Coyrbeel&W.R.Jon
e:IEEE trens.Sonic&Ultreson.,su-15,4,p209(Oct,
1968)により計算できる。
【0041】なお、シングル電極で形成された端面反射
型表面波共振子1においては、表面波伝搬方向最外側の
電極指の幅が表面波の波長をλとしたときに、λ/8の
幅を有するように構成されており、残りの電極指3
2,3a3,3b1,3b2の幅はλ/4とされており、
電極指間のギャップの幅もλ/4とされている。特に縦
波やSV波において、端面の位置ずれは共振子のインピ
ーダンス比で評価したところ、±λ/10までなら実用
レベルであることがわかった。すなわち、端面反射型表
面波共振子1を得るにあたっては、通常最外側の電極指
3a1,3b3の幅がλ/8±λ/10となるように端面
2c,2dが形成される。もっとも、図11(a)に示
すように、圧電性基板上に電極指がλ/4でないIDT
が形成された場合には、例えば、3λ/10の電極指が
形成された場合にはギャップは2λ/10となり、最外
側の電極指は3λ/20となる。このような場合、例え
ば電極指3a3の中心から表面波伝搬方向外側に、λ/
2の整数倍±λ/10離れた位置Xで圧電基板を切断す
ることにより端面2dを形成するこになる。端面2cに
ついても同様である。
【0042】スプリット電極指の場合には、図11
(b)に示すように、対をなす電極指3a11,3a12
中心からλ/2の整数倍±λ/10の位置で切断され
る。
【0043】(第2の実施例)第2の実施例は、SV波
を主成分とする表面波を利用した端面反射型表面波共振
子であり、その構造については、第1の実施例の端面反
射型表面波共振子1と同様であるため、図1及び第1の
実施例の説明を援用することにより、構造の詳細な説明
は省略する。
【0044】第2の実施例では、圧電性基板2として、
IDT3に入力電圧を印加した場合に、SV波を主成分
とする波が励振される基板材料、例えば(0度、51
度、90度)のLi247基板により構成される。
【0045】従って、第2の実施例の端面反射型表面波
共振子1では、入力電圧がIDT3に印加されると、S
V波を主成分とする表面波が対向端面2c,2d間に伝
搬し、端面2c,2dで反射される。
【0046】第2の実施例においても、端面2c,2d
が、主面2aに対して略直交している場合、SV波がほ
ぼ100%近く反射され、縦波にモード変換された波は
殆ど反射しない。SV波を主成分とする表面波の伝搬方
向と基板表面の端面とのなす角度と共振子のインピーダ
ンス比の関係や、SAW位相速度の伝搬方向と端面断面
とのなす角度については、図3,4の場合と同じ結果が
得られ、入射角度が基板表面の端面に対して90±5度
(基板表面と端面断面に対し90±10度)の範囲内に
おいて、SV波がモード変換を生じることなく殆ど反射
されることがわかる。従って、端面反射型表面波共振子
1において、SAWの伝搬方向と基板表面の端面との角
度を、90±5度の範囲内(基板表面と端面断面との角
度を90±10度の範囲内)とすることにより、SV波
をモード変換を生じることなく効率良く反射させること
ができ、SV波を利用した端面反射型表面波共振子を構
成し得ることがわかる。
【0047】また、さらに良好なインピーダンス特性を
得るための基板表面の表面波成分の変位の比u2/u3
ついても、縦波型表面波の場合と同じような関係が得ら
れている。すなわち基板表面が電気的に開放のときに
は、u2/u3≦0.015とすることが好ましい。短絡
の場合にはu2/u3≦0.10とすることが好ましい。
スプリット電極の場合の端面位置も縦波成分を主成分と
する表面波の場合の条件と同じである。
【0048】ここで、圧電性基板の電気機械結合係数
k、比誘電率ε33 S*とIDTの交叉幅W及び対数Nとの
関係について求めた。図1に示す縦波の端面反射を利用
した共振子を作製し、図2に示す共振特性のインピーダ
ンス比で評価した。図12はk 2NとWとの関係を求め
たもので、実線から上の領域が共振特性のインピーダン
ス比40dB以上得られる領域であり、破線から上の領
域が45dB以上得られる領域である。すなわち、40
dB以上得るための交叉幅は次の式を満足する交叉幅で
あればよい。
【0049】W≧2.1+30.5e-(x-0.016)/0.055
+7.1e-(x-0.016)/0.012 但し、x=k2N、Wはλで規格化した値である。ま
た、インピーダンス比45dB以上を得るための交叉幅
は次の式を満足する交叉幅である。
【0050】W≧2.8+24.2e-(x-0.03)/0.052
+12.9e-(x-0.03)/0.011 図13は、ε33 S*×NとWとの関係を求めた図であり、
実線から上の領域がインピーダンス比40dB以上が得
られる領域であり、破線から上の領域がインピーダンス
比45dB以上が得られる領域である。すなわち、40
dB以上のインピーダンス比を得るための交叉幅は次の
式になる。
【0051】W≧−1.68+25.9e-(x-37)/44.8
+15.6e-(x-37)/216.1 但し、x=Nε33 S* また、45dB以上のインピーダンス比を得るための交
叉幅は次の式となる。
【0052】W≧−1.23+15.7e-(x-47)/15.7
+25.4e-(x-47)128.8 SV波を用いた共振子も、図12,図13と同じ特性を
示した。これらの波はレイリー波やSH波とは振動が異
なるため、上に示したSV波や縦波の最適交叉幅はレイ
リー波やSH波のそれとは異なるものである。
【0053】なお、ここでは共振子について示したが、
最適交叉幅は後述の共振子型フィルタについても同じ結
果を示した。横モード型についてはそれぞれのIDTの
交叉幅と対数に相当し、縦モード型については両端面間
の総IDT対数(1列分)に相当するものである。
【0054】(変形例)第1,第2の実施例では、端面
2c,2dが反射端面とされた端面反射型表面波共振子
1を例にとり説明したが、本発明に係る端面反射型表面
波装置では、対向2端面の上方部分のみが反射端面とさ
れていてもよい。
【0055】すなわち、図14に部分切欠断面図で示す
ように、マザーの圧電性基板2Aに、複数の端面反射型
表面波共振子を構成するための複数のIDT3を形成し
た後に、溝2e,2fを形成する。溝2e,2fは、例
えばダイサーなどで形成することができ、それぞれ、互
いに平行な側面2e1,2e2,2f1,2f2を有する。
また、上記溝2e,2fのIDT3側の側面2e2,2
1の形成位置は、前述した第1,第2の実施例の端面
2c,2dと同じ位置となる。すなわち、側面2e2
2f1が反射端面を構成している。
【0056】上記溝2e,2fを形成した後に、圧電性
基板2Aを、溝2e,2fの底部において破断線Y,Y
で示すように分割する。このようにして、本変形例の端
面反射型表面波共振子が得られる。ここでは、対向2端
面に、溝2e,2fの底部に由来する段差2g,2hが
形成されている。すなわち、対向2端面の中間高さ位置
に段差2g,2hが形成されており、該段差2g,2h
よりも主面2a側の端面部分である側面2e2,2f1
反射端面を構成している。
【0057】本変形例の端面反射型表面波共振子では、
上記側面2e2,2f1の高さ方向寸法を、利用しようと
する縦波またはSV波の波長をλしたとき、5λ〜20
λの範囲とすることが好ましい。すなわち、縦波及びS
V波のエネルギーは、IDT3が形成されている主面2
a側から深さ5λ〜20λの範囲に集中するため、本変
形例のように、反射端面を構成する側面2e2,2f1
高さ方向寸法を上記特定の範囲とすることにより、縦波
またはSV波を効率良く反射させることができる。
【0058】なお、変形例においても、反射端面を構成
する側面2e2,2f1は、主面に対して、90±10度
の角度をなすように構成することが望ましい。端面反射
型表面波共振子1を例にとり説明したが、本発明は、端
面反射型表面波共振子だけでなく、圧電基板上に複数の
IDTを形成してなる端面反射型フィルタや複数の共振
子を結合してなるラダー型フィルタなど様々な表面波装
置に適用することができる。
【0059】例えば、図15に示す横結合型の端面反射
型表面波フィルタ21では、圧電性基板2上に、IDT
22,23が表面波伝搬方向と直交する方向に並べられ
ている。
【0060】また、図16に示す縦結合型端面反射型表
面波フィルタ31では、圧電性基板2上に2個のIDT
32,33が形成されている。IDT32,33は、表
面波伝搬方向に沿って並設されている。
【0061】図では2つIDTについて示したが、2以
上のIDTが伝搬方向に沿って並設されていてもよく、
同じ結果を得ることができる。さらに、図17に示すよ
うに、複数の直列腕共振子S1〜S3と、複数の並列腕
共振子P1,P2とを有するラダー型回路を構成するよ
うに、圧電基板上に複数のIDTを形成し、各共振子を
端面反射型表面波共振子とした構造であってもよい。
【0062】これらの端面反射型表面波フィルタにおい
ても、圧電性基板として、上述した特定の圧電性基板を
用い、圧電性基板の主面と端面とのなす角度を90±5
度の範囲とすることにより、縦波を主成分とする端面反
射型の表面波フィルタや、SV波を主成分とする端面反
射型表面波フィルタを構成することができる。
【0063】図18は、本発明に係る弾性表面波装置を
用いた通信機160を説明するための各概略ブロック図
である。図18において、アンテナ161に、デュプレ
クサ162が接続されている。デュプレクサ162と受
信側ミキサ163との間に、RF段を構成する弾性表面
波フィルタ164及び増幅器165が接続されている。
さらにミキサ163にIF段の表面波フィルタ169が
接続されている。また、デュプレクサ162と送信側の
ミキサ166との間には、RF段を構成する増幅器16
7及び弾性表面波フィルタ168が接続されている。
【0064】上記通信機160におけるIF段の表面波
フィルタ169として本発明に従って構成された端面反
射型表面波フィルタを好適に用いることができる。
【0065】
【発明の効果】第1の発明に係る端面反射型表面波装置
では、SHタイプの表面波に比べて音速の速い縦波を主
成分とする表面波が用いられているので、高周波化に容
易に対応することができる。また、端面反射型表面波装
置であるため、反射器を必要としないので、小型化を図
ることができる。
【0066】同様に、第2の発明に係る端面反射型表面
波装置においても、励振される表面波のうちSV波を主
成分とする表面波が用いられ、SV波がSH波に比べて
速いため、高周波化に容易に対応することができる。ま
た、端面反射型であるため、反射器を必要としないの
で、小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)及び(b)は、本発明の第1の実施例に
端面反射型表面波共振子を示す斜視図及び(a)のB−
B線に沿う断面図。
【図2】本発明の第1の実施例の端面反射型共振子の周
波数特性を示す図。
【図3】表面波の伝搬方向と基板端面とのなす角度が共
振子のインピーダンス特性に及ぼす影響を示す図。
【図4】基板表面と端面断面との角度が共振子のインピ
ーダンス特性に及ぼす影響を示す図。
【図5】パワーフローアングル(PFA)を説明するた
めの模式図。
【図6】PFAがゼロでない場合の電極構成を示す略図
的平面図。
【図7】試作した縦波を主成分とする表面波を用いた端
面反射型共振子のインピーダンス比とPFAの関係を示
す図。
【図8】試作した縦波を主成分とする表面波を用いた端
面反射型共振子のインピーダンス比と電気機械結合係数
の二乗との関係を示す図。
【図9】試作した縦波を主成分とする表面波を用いた端
面反射型共振子のインピーダンス比と基板表面電気的短
絡の場合の伝搬定数との関係を示す図。
【図10】試作した縦波を主成分とする表面波を用いた
端面反射型共振子のインピーダンス比と基板表面におけ
る表面波成分の変位の比u2/u1との関係を示す図。
【図11】(a)は、電極指の幅がλ/4でない場合の
第1の実施例におけるシングル電極を用いた表面波装置
の端面形成位置を説明するための模式的平面図であり、
(b)は、第1の実施例におけるスプリット電極を用い
た表面波装置の端面形成位置を説明するための模式的平
面図。
【図12】インピーダンス比40dBまたは45dB以
上を得るために必要な交叉幅とk 2Nとの関係を示す
図。
【図13】インピーダンス比40dBまたは45dB以
上を得るために必要な交叉幅とNε33 S*との関係を示す
図。
【図14】第1の実施例の端面反射型表面波共振子をマ
ザー基板から製造した場合の溝の形成位置及び個々の端
面反射型表面波共振子を得るための切断位置を説明する
ための断面図。
【図15】本発明が適用される端面反射型表面波装置の
他の例としての横結合型端面反射型表面波フィルタを示
す斜視図。
【図16】本発明が適用される端面反射型表面波装置の
他の例としての縦結合型端面反射型表面波フィルタを示
す斜視図。
【図17】ラダー型フィルタの回路構成を示す図。
【図18】本発明に係る弾性表面波装置が用いられてい
る通信機を説明するための概略ブロック図。
【符号の説明】
1…端面反射型表面波共振子 2…圧電性基板 2a,2b…主面 2c,2d…端面 3…IDT 21…横結合型端面反射型表面波フィルタ 22,23…IDT 31…縦結合型端面反射型表面波フィルタ 32,33…IDT 160…通信機 161…アンテナ 162…デュプレクサ 163,166…ミキサ 164…弾性表面波フィルタ 165…増幅器 167…弾性表面波フィルタ 168…増幅器

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対向し合う一対の主面及び該一対の主面
    を結ぶ一対の対向端面を有する圧電性基板と、前記圧電
    性基板の一方主面に形成された少なくとも1つのインタ
    ーデジタルトランスデューサとを備える端面反射型表面
    波装置であって、励振される表面波のうち縦波を主成分
    とする表面波を用いたことを特徴とする端面反射型表面
    波装置。
  2. 【請求項2】 励振される表面波全体のエネルギー強度
    を100%としたとき、縦波成分以外のSH波成分及び
    SV波成分が、それぞれ、20%以下である請求項1に
    記載の端面反射型表面波装置。
  3. 【請求項3】 励振される表面波全体のエネルギー強度
    を100%としたとき、前記縦波成分が70%以上を占
    める請求項1または2に記載の端面反射型表面波装置。
  4. 【請求項4】 励振される表面波の縦波成分、SH成分
    及びSV成分の変位をそれぞれu1,u2,u3としたと
    き、基板表面が電気的に開放のときの基板表面の変位の
    比u2/u1が0.015以下であることを特徴とする請
    求項1〜3のいずれかに記載の端面反射型表面波装置。
  5. 【請求項5】 励振される表面波の縦波成分、SH成分
    及びSV成分の変位をそれぞれu1,u2,u3としたと
    き、基板表面が電気的に短絡のとき、基板表面の変位の
    比u2/u1が0.1以下であることを特徴とする請求項
    1〜4のいずれかに記載の端面反射型表面波装置。
  6. 【請求項6】 前記一対の対向端面の中間高さ位置に段
    差が形成されており、該段差よりも前記インターデジタ
    ルトランスデューサが形成されている側の主面に近い端
    面部分により反射端面が構成されており、該反射端面の
    高さ方向寸法が、表面波の波長をλとしたときに、5λ
    〜20λの範囲とされている請求項1〜5のいずれかに
    記載の端面反射型表面波装置。
  7. 【請求項7】 前記圧電性基板が、オイラー角(0度、
    40〜60度、90度)もしくは(90度、90度、2
    0〜50度)のLi247基板、オイラー角が(0
    度、120〜140度、150度)もしくは(0度、1
    55.25度、42度)の水晶基板または(90度、9
    0度、10〜90度)のLiNbO3もしくはLiTa
    3基板である請求項1〜6のいずれかに記載の端面反
    射型表面波装置。
  8. 【請求項8】 対向し合う一対の主面及び該一対の主面
    を結ぶ一対の対向端面を有する圧電性基板と、前記圧電
    性基板の一方主面に形成された少なくとも1つのインタ
    ーデジタルトランスデューサとを備える端面反射型表面
    波装置であって、励振される表面波のうちSV波を主成
    分とする表面波を用いたことを特徴とする端面反射型表
    面波装置。
  9. 【請求項9】 励振される表面波全体のエネルギー強度
    を100%としたとき、SV波成分以外のSH波成分及
    び縦波成分が、それぞれ、20%以下である請求項8に
    記載の端面反射型表面波装置。
  10. 【請求項10】 励振される表面波全体のエネルギー強
    度を100%としたとき、前記SV波成分が70%以上
    を占める請求項8または9に記載の端面反射型表面波装
    置。
  11. 【請求項11】 励振される表面波の縦波成分、SH成
    分及びSV成分の変位をそれぞれu1,u2,u3とした
    とき、基板表面が電気的に開放のとき、基板表面の変位
    の比がu2/u3が0.015以下であることを特徴とす
    る請求項8〜10のいずれかに記載の端面反射型表面波
    装置。
  12. 【請求項12】 励振される表面波の縦波成分、SH成
    分及びSV成分の変位をそれぞれu1,u2,u3とした
    とき、基板表面が電気的に短絡のとき、基板表面の変位
    の比がu2/u3が0.1以下であることを特徴とする請
    求項8〜11のいずれかに記載の端面反射型表面波装
    置。
  13. 【請求項13】 前記一対の対向端面の中間高さ位置に
    段差が形成されており、該段差よりも前記インターデジ
    タルトランスデューサが形成されている側の主面に近い
    端面部分より反射端面が構成されており、該反射端面の
    高さ方向寸法が、表面波の波長をλとしたときに、5λ
    〜20λの範囲とされている請求項8〜12のいずれか
    に記載の端面反射型表面波装置。
  14. 【請求項14】 前記圧電性基板が、オイラー角(0
    度、45〜80度、90度)のLi247基板である
    請求項8〜13のいずれかに記載の端面反射型表面波装
    置。
  15. 【請求項15】 電気機械結合係数kとインターデジタ
    ルトランスデューサの対数N(縦結合型共振子フィルタ
    は総対数)との積に対し、インターデジタルトランスデ
    ューサの交叉幅Wが次の関係を満たす請求項1〜14の
    いずれかに記載の端面反射型表面波装置。 W≧2.1+30.5e-(x-0.016)/0.055+7.1e
    -(x-0.016)/0.012 但し、x=k2
  16. 【請求項16】 圧電性基板の比誘電率ε33 S*とインタ
    ーデジタルトランスデューサの対数N(縦結合型共振子
    フィルタは総対数)との積に対し、インターデジタルト
    ランスデューサの交叉幅Wが次の関係を満たす請求項1
    〜15のいずれかに記載の端面反射型表面波装置。 W≧−1.68+25.9e-(x-37)/44.8+15.6e
    -(x-37)/216.1 但し、x=Nε33 S*
  17. 【請求項17】 表面波の位相速度の伝搬方向と前記端
    面との角度が90±5度であり、端面の上部断面と基板
    表面との角度は90±10度である請求項1〜16のい
    ずれかに記載の端面反射型表面波装置。
  18. 【請求項18】 表面波の波長をλとしたとき、インタ
    ーデジタルトランスデューサの最外側の電極から一つ内
    側の電極の中心から表面波伝搬方向外側へλ/2±λ/
    10の位置に前記端面が構成されている請求項1〜17
    のいずれかに記載の端面反射型表面波装置。
  19. 【請求項19】 請求項1〜18のいずれかに記載の端
    面反射型表面波装置を有する通信機。
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