JP2005198020A - 弾性表面波装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＳＡＷ装置の高次横モードによるスプリアスを抑制し、低いインピーダンスを確保・維持しつつ小型化を可能にする。
【解決手段】 圧電基板１１表面に２つのＩＤＴ１２とそれらを挟むように各１個の反射器１３とを配置したＳＡＷフィルタは、反射器がＳＡＷの伝搬方向１７に沿って一定間隔で配置された複数の反射体１６を有し、各反射体はバスバー１８から内側へＳＡＷの伝搬方向に垂直な方向に延長する金属ストリップからなる２つの正反射部１９と、その間に金属ストリップの不連続部２０からなる中央の非反射部とで構成される。反射器の開口長Ｗ２はＩＤＴの開口長Ｗと略同一で、不連続部と両側の正反射部とは反射器の開口長においてその中心に関して対称に配置される。反射器の非反射部によって、３次横モードのエネルギ分布はそのプラス側部分とマイナス側部分とが互いにキャンセルされる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧電基板の表面に形成した交差指電極からなるＩＤＴ（すだれ状トランスデューサ）とその両側に配置した反射器とを備えた、例えば共振子、フィルタとして使用される弾性表面波装置に関する。

一般に情報通信機器や民生機器等の電子機器に広く使用されている弾性表面波装置は、弾性表面波（ＳＡＷ）の伝搬方向に垂直な向きに高次横モードの振動が励振され、これにより発生するスプリアスがその特性を劣化させることが知られている。図９（Ａ）は、従来構造のＳＡＷフィルタの典型例を示しており、圧電基板１の中央に２つのＩＤＴ２がＳＡＷの伝搬方向に沿って配置され、それらを挟むように両側に各１個の反射器３が配置されている。各ＩＤＴ２は、これを構成する交差指電極４ａ，４ｂの交差幅Ｗ１がＩＤＴの開口長Ｗに略等しく、交差指電極が交差する領域５の面積がＩＤＴの寸法に関して最大である。反射器３は、その開口長Ｗ２がＩＤＴの開口長Ｗと略同一で、金属ストリップからなる各反射体６の長さが一定である。

交差指電極が交差する領域５の面積は、ＳＡＷフィルタのインピーダンスと反比例の関係にある。従って、このＳＡＷフィルタは、インピーダンスを低く抑制できるが、横モードスプリアスが発生し易くなる。図９（Ｂ）は、このＳＡＷフィルタに発生する１次、２次及び３次横モードのエネルギ分布を概略示している。これらのエネルギ分布は正弦波状に表れ、基本波の１次横モードは主振動となり、２次横モードはプラス側及びマイナス側の各部分が互いにキャンセルし合うが、３次横モードは両端のプラス側部分７がキャンセルされずに残る。そのため、ＳＡＷフィルタの規格化周波数（ΔＦ［ｐｐｍ］）に対する減衰量（Ａｔｔ［ｄＢ］）の変化を表した図１０に示すように、横モードスプリアスが発生する。

このような弾性表面波装置の横モードスプリアスを解消または抑圧するために、従来から様々な工夫がなされている（例えば、特許文献１乃至６を参照。）。特許文献１に記載の弾性表面波共振器は、反射器を構成する金属ストリップ列の先端部を結ぶ包絡線の少なくとも一方が、該金属ストリップ列の長手方向に略垂直な基準に対して傾けた非直線に形成されている。これは、図９の従来例と同様に反射器の各反射体の長さが等しくかつＩＤＴの交差幅が一定の場合、反射器の内側と外側とでＳＡＷの伝搬速度が異なるため、高次横モードの波が反射器の端部で反射され、閉じ込められて共振モードを生じ、スプリアスになることに鑑みてなされてもので、前述したように構成することによって、高次横モードの波を前記包絡線で乱反射させ、横モード共振を生じ難くしている。

特許文献２に記載のＳＡＷデバイスは、反射器に重み付けが施され、反射構造体の本数がその幅方向の位置によって一定でない反射器を有する。図９に示す従来例のように反射構造体（反射体）の本数が一定である場合には、ＳＡＷの伝搬方向に垂直な幅方向に台形に近い振動変位分布を示すが、例えば反射器の両端における反射構造体の本数を減らすことによって正弦関数に近い振動変位分布となり、高次横モードの振動変位を抑圧できるとしている。

これに対し、ＩＤＴの交差幅を変化させる重み付けをした弾性表面波装置が知られている。特許文献３に記載の表面波素子は、ＩＤＴ電極の交差幅重み付けの包絡線をコサイン関数処理することにより、高次モードが良好に抑圧され、共振周波数付近のスプリアスが除去されるというものである。

更に、複数の高次横モードが励振しないようにＩＤＴの開口長を小さくしてＳＡＷの伝搬路幅を小さくする方法も知られているが、設計自由度が制限されるという問題がある。そこで特許文献４に記載の弾性表面波装置は、反射器の開口長をＩＤＴの開口長の７０％以下の比率にして、ＩＤＴにより励振される３次横モードの形状と反射器内で存在する３次横モードの形状とを大きく異なるものにして、高次横モードのスプリアスを抑圧している。

また、特許文献５に記載の弾性表面波共振子は、ＩＤＴの開口長に対する交差幅の比を６５〜７５％に設定しかつこの比率を一定に維持することによって、０次モード波形の１つのピッチの間で２次モード波形のプラス側とマイナス側の面積が略等しくなって２次モードの発生エネルギが相殺され、横モードスプリアスを抑圧できると共に、設計自由度を大きくできるとしている。更に特許文献６に記載の弾性表面波装置は、ＩＤＴの開口長に対する交差幅の比を０．７５〜０．８５に設定して、水晶などの電気機械結合係数が小さい圧電基板を用いた場合でも、横２次モードスプリアスの抑圧を可能にしている。

特開昭５９−２００５１９号公報 特開平３−１２８５１９号公報 特開平７−２２８９８号公報 特開平７−８６８６９号公報 特開昭６２−２１９７０９号公報 特開平９−２６０９９６号公報

しかしながら、ＳＡＷ装置において高品質化・高性能化を図るためには、横モードスプリアスの抑圧と同時に、低いインピーダンスを確保・維持する必要がある。また、最近の電子機器の小型化に対応して、弾性表面波装置も小型化が要請されている。

そこで本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、低いインピーダンスを確保・維持しつつ、高次横モードによるスプリアスを抑制することができ、しかも小型化に適したＳＡＷ装置を提供することにある。

本発明によれば、上記目的を達成するために、圧電基板と、該圧電基板の表面に少なくとも１組のＩＤＴと、圧電基板表面にＩＤＴを挟むようにその両側に各１個設けられる反射器とを備え、該反射器が、ＩＤＴにより励振されるＳＡＷの伝搬方向に沿って所定の間隔でかつそれに対して垂直方向に配置された複数の反射体を有し、各反射体が反射器の開口長において、ＳＡＷをその伝搬方向に沿って反射する正反射部とＳＡＷをその伝搬方向に沿って反射しない非反射部とを有し、これら正反射部と非反射部とを、高次横モードのエネルギ分布がそのプラス側とマイナス側とでキャンセルされるように設けたＳＡＷ装置が提供される。

反射体の非反射部は、ＳＡＷを全く反射することなく通過させる反射体の不連続部分の形で、またはＳＡＷをその伝搬方向とは異なる向きに反射させる乱反射部として設けられるが、いずれの場合にも、非反射部を設けることによって横モードのエネルギ分布を、通常の反射器を用いた場合に表れる正弦波状のものと異なる形に変化させることができる。そして、反射体の正反射部と非反射部とを適当に設定することにより、通常はキャンセルされずに残る３次横モード及び／またはそれより高次横モードのエネルギ分布をキャンセルさせることができ、それによって高次横モードスプリアスを抑制することができる。

しかも、本発明は、反射器の構造に工夫を加えるだけで、ＩＤＴの構造は全く変える必要がないから、交差指電極の交差幅を最大に即ちＩＤＴの開口長Ｗに略等しくすることができ、低いインピーダンスを確保・維持することができる。更に、それによって、同じインピーダンスを実現するのに必要な交差指電極が交差する領域の面積に対するＩＤＴの大きさ、即ち圧電基板の大きさを最小にできるので、ＳＡＷ装置の小型化を図るのに有利である。

或る実施例では、反射体の非反射部である乱反射部が、ＳＡＷの伝搬方向に垂直な方向に対して傾斜させた辺縁を有する反射体部分で構成され、従来使用されている反射器の作成方法によって容易に形成される。

また、或る実施例では、反射体の正反射部と非反射部とが反射器の開口長においてその中心に関して対称に設けることが好ましく、それにより高次横モードのエネルギ分布をバランス良く発生させて、そのプラス側部分とマイナス側部分とを互いにキャンセルし易くできる。

更に或る実施例において、反射器の反射体は、従来の反射器と同様に圧電基板表面に形成した金属ストリップから形成され、従来技術を用いて容易に所望の形状・寸法に加工することができる。

以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
図１（Ａ）は、本発明によるＳＡＷフィルタの第１実施例を示している。例えばリチウムタンタレート、リチウムナイオベート、水晶などの従来公知の圧電材料で形成された圧電基板１１の表面には、中央に２つのＩＤＴ１２がＳＡＷの伝搬方向に沿って配置され、それらを挟むように両側に各１個の反射器１３が配置されている。各ＩＤＴ１２は、図９の従来例と同様に交差指電極１４ａ，１４ｂの交差幅Ｗ１がＩＤＴの開口長Ｗに略等しい。従って、前記交差指電極が交差する領域１５の面積を前記ＩＤＴの寸法に関して最大にすることができ、低いインピーダンスを確保できる。

各反射器１３は、複数の反射体１６がＳＡＷの伝搬方向１７に沿って一定の間隔で配置され、その開口長Ｗ２は図９の場合と同様にＩＤＴ１２の開口長Ｗと略同一である。各反射体１６は、圧電基板１１の長手方向に沿って配置された２つのバスバー１８からそれぞれ内側へＳＡＷの伝搬方向１７に垂直な方向に延長する、例えばアルミニウムなどの金属ストリップからなる２つの正反射部１９と、その間に設けられた金属ストリップの不連続部２０からなる非反射部とで構成される。中央の不連続部２０とその両側の正反射部１９とは、反射器１３の開口長においてその中心に関して対称に配置される。

ＩＤＴ１２により励振されたＳＡＷは、反射器１３の正反射部１９の領域を進む波が正反射部１９により伝搬方向１７に沿って反射されるのに対し、中央の不連続部２０を進む波が不連続部２０をそのまま通過して、圧電基板１１の端縁でＳＡＷの伝搬方向１７に沿って全反射される。この結果、本実施例のＳＡＷフィルタに発生する１次、２次、３次横モードのエネルギ分布は、図１（Ｂ）に示すように、特に反射体１６の不連続部２０に対応する範囲において、図９（Ｂ）に示す正弦波状のエネルギ分布と大きく異なる。

本実施例でも、基本波である１次横モードが主振動となり、２次横モードはプラス側及びマイナス側の各部分が互いにキャンセルし合うことは、図９の従来例と同じである。３次横モードは、正反射部１９に対する不連続部２０の長さを適当に設定することにより、そのプラス側部分とマイナス側部分とを互いにキャンセルさせることができる。それにより、３次横モードスプリアスの発生が抑圧される。

図２は、本実施例のＳＡＷフィルタにおける規格化周波数（ΔＦ［ｐｐｍ］）に対する減衰量（Ａｔｔ［ｄＢ］）の変化を表している。同図から、本実施例によれば、図１０の従来例に比して高次横モードが抑圧され、良好なフィルタ特性を得られることが分かる。

図３は、本発明によるＳＡＷフィルタの第２実施例を示している。第２実施例では、反射器１３の反射体１６が、各バスバー１８からそれぞれ内側へＳＡＷの伝搬方向１７に垂直な方向に延長する金属ストリップからなる２つの正反射部１９の間に、それらから連続する金属ストリップの乱反射部２１を非反射部として中央に有する。乱反射部２１は、両正反射部１９から反射器１３の開口長の中心に向けて細くなるように、ＳＡＷの伝搬方向１７に垂直な方向から直線状に傾斜させた辺縁を有する金属ストリップで形成される。本実施例でも、中央の乱反射部２１とその両側の正反射部１９とは、反射器１３の開口長においてその中心に関して対称に配置される。

ＩＤＴ１２により励振されたＳＡＷは、反射器１３の正反射部１９の領域を進む波が正反射部１９により伝搬方向１７に沿って反射されるのに対し、中央の乱反射部２１を進む波が乱反射部２１によりＳＡＷの伝搬方向１７とは異なる向きに反射される。その結果、本実施例のＳＡＷフィルタに発生する１次、２次、３次横モードのエネルギ分布は、特に反射体１６の乱反射部２１に対応する範囲において、図９（Ｂ）の正弦波状のエネルギ分布から大きく変化し、３次横モードは、乱反射部２１の寸法・形状を適当に設定することにより、そのプラス側部分とマイナス側部分とを互いにキャンセルさせ、３次横モードスプリアスの発生を抑圧することができる。尚、１次横モードが主振動となり、２次横モードはプラス側及びマイナス側の各部分が互いにキャンセルし合うことは、同じである。

図４は、図３に示す本発明の第２実施例の変形例を示している。この変形例のＳＡＷフィルタは、反射器１３の各反射体１６が、各正反射部１９と隣接するバスバー１８との間に追加の乱反射部２２を更に有する。追加の乱反射部２２は、各正反射部１９から隣接するバスバー１８に向けて先細に、ＳＡＷの伝搬方向１７に垂直な方向から直線状に傾斜させた辺縁を有する金属ストリップで形成される。

図５は、図３に示す本発明の第２実施例の別の変形例を示している。この変形例では、反射器１３の反射体１６が、各正反射部１９に追加の乱反射部２３を更に有する。この追加の乱反射部２３は、正反射部１９を途中で分断し、分断した両側の正反射部１９からその中間位置に向けて細くなるように、ＳＡＷの伝搬方向１７に垂直な方向から直線状に傾斜させた辺縁を有する金属ストリップで形成される。図４、図５の変形例でも、乱反射部２１、２２と正反射部１９とは、反射器１３の開口長においてその中心に関して対称に配置される。

このように乱反射部を増やしかつ正反射部と交互に配置しかつ乱反射部の寸法・形状を適当に選択することによって、所望の高次横モードのエネルギ分布を変化させ、そのプラス側部分とマイナス側部分とを互いにキャンセルさせて、高次横モードスプリアスの発生を抑圧することができる。

図６〜図８は、図３〜図５に示す第２実施例にそれぞれ変形を加えた、本発明によるＳＡＷフィルタの第３実施例を示している。図３に対応する図６の実施例では、反射器１３の反射体１６に設けられる中央の乱反射部２４が、ＳＡＷの伝搬方向１７に垂直な方向に対して傾斜させて両側の正反射部１９から直線状に延長し、反射器１３の開口長の中心で「く」の字状に屈曲させた金属ストリップで形成される。この金属ストリップはその幅が一定で、両辺縁が同じ向き角度で傾斜している。

図４に対応する図７の変形例では、図６の実施例において各正反射部１９と隣接するバスバー１８との間に設けられた追加の乱反射部２５が、乱反射部２４と同様に、ＳＡＷの伝搬方向１７に垂直な方向に対して傾斜させて各正反射部１９から隣接するバスバー１８に向けて直線状に延長する一定幅の金属ストリップで形成される。同様に、図５に対応する図８の変形例では、図６の実施例において正反射部１９を途中で分断して設けられた追加の乱反射部２６が、中央の乱反射部２４と同様に、分断した両側の正反射部１９からその中間位置で「く」の字状に屈曲するように、ＳＡＷの伝搬方向１７に垂直な方向に対して傾斜させて直線状に延長する一定幅の金属ストリップで形成される。

これら第３実施例のＳＡＷフィルタにおいても、第２実施例と同様に、乱反射部２４〜２６の寸法・形状及び／または数・配置を適当に設定することにより、３次及び／またはそれより高次の横モードのエネルギ分布を変化させ、そのプラス側部分とマイナス側部分とを互いにキャンセルさせて、高次横モードスプリアスの発生を抑圧することができる。

以上、本発明の好適実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記各実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。例えば、上記実施例では、圧電基板上にＩＤＴが２つのＳＡＷフィルタについて説明したが、ＩＤＴが１つのＳＡＷ共振子、その他様々な構成のＳＡＷ装置についても、その反射器に同様に適用することができる。また、上記各実施例における非反射部を構成する反射体の不連続部及び乱反射部は単なる例示であって、それらの寸法・形状・配置を様々に変化させかつ／または組み合わせて適用することができる。

（Ａ）図は本発明によるＳＡＷフィルタの第１実施例を示す平面図、（Ｂ）図はそれに発生する横モードのエネルギを示す図。 図１のＳＡＷフィルタの規格化周波数（ΔＦ）に対する減衰量（Ａｔｔ）の変化を示す図。 本発明によるＳＡＷフィルタの第２実施例を示す平面図。 図３の第２実施例の変形例を示す平面図。 図３の第２実施例の別の変形例を示す平面図。 本発明によるＳＡＷフィルタの第３実施例を示す平面図。 図６の第３実施例の変形例を示す平面図。 図６の第３実施例の別の変形例を示す平面図。 （Ａ）図は従来のＳＡＷフィルタの典型例を示す平面図、（Ｂ）図はそれに発生する横モードの振動変位を示す図。 図９のＳＡＷフィルタの規格化周波数（ΔＦ）に対する減衰量（Ａｔｔ）の変化を示す図。

符号の説明

１，１１…圧電基板、２，１２…ＩＤＴ、３，１３…反射器、４ａ，４ｂ，１４ａ，１４ｂ…交差指電極、５，１５…領域、６，１６…反射体、７…プラス側部分、１７…ＳＡＷの伝搬方向、１８…バスバー、１９…正反射部、２０…不連続部、２１〜２６…乱反射部。

Claims (6)

1. 圧電基板と、前記圧電基板の表面に少なくとも１組のＩＤＴと、前記圧電基板の表面に前記ＩＤＴを挟むようにその両側に各１個設けられる反射器とを備え、
   前記反射器が、前記ＩＤＴにより励振される弾性表面波（ＳＡＷ）の伝搬方向に沿って所定の間隔でかつそれに対して垂直方向に配置された複数の反射体を有し、
   前記各反射体が前記反射器の開口長において、ＳＡＷをその伝搬方向に沿って反射する正反射部とＳＡＷをその伝搬方向に沿って反射しない非反射部とを有し、
   前記正反射部と前記非反射部とが、高次横モードのエネルギ分布をそのプラス側とマイナス側とでキャンセルするように設けられることを特徴とする弾性表面波装置。
2. 前記反射体の前記非反射部が、ＳＡＷを全く反射することなく通過させる反射体の不連続部分であることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波装置。
3. 前記反射体の前記非反射部が、ＳＡＷをその伝搬方向とは異なる向きに反射させる乱反射部であることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波装置。
4. 前記乱反射部が、ＳＡＷの伝搬方向に垂直な方向に対して傾斜させた辺縁を有する反射体部分であることを特徴とする請求項３記載の弾性表面波装置。
5. 前記反射体の前記正反射部と前記非反射部とが、前記反射器の開口長においてその中心に関して対称に設けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の弾性表面波装置。
6. 前記反射体が、前記圧電基板表面に形成した金属ストリップからなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の弾性表面波装置。

Images