JP2005278154A - 一方向性弾性表面波変換器及びそれを用いた弾性表面波デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】励振電極間に反射電極を配置した一方向性ＳＡＷ変換器及びそれを用いたＳＡＷデバイスにおいて、電極膜厚を大きくすると反射効率が悪くなり一方向性が損なわれてしまうという問題がある。
【解決手段】励振電極を正電極指Ｔ１、Ｔ２と負電極指Ｔ３、Ｔ４を一対としたスプリット電極１０で形成し、反射電極をバスバー２、３に電気的に接続しない浮き電極Ｏ１、Ｏ２、Ｓ１、Ｓ２で形成する。そして、前記浮き電極Ｓ１、Ｓ２を電気的に接続することにより共振周波数付近においてその電位が零となるように短絡グレーティングとして機能させ、前記正電極指Ｔ１、Ｔ２の中心位置と浮き電極Ｏ１の中心位置との間隔を３λ／８±ｎλ／２（但し、ｎ＝０，１，２，３，・・・）にする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内部に浮き電極を備えた一方向性弾性表面波変換器及びそれを用いた弾性表面波デバイスに関する。

近年、弾性表面波（以下、ＳＡＷと称す）デバイスは通信分野で広く利用され、高性能、小型、量産性等の優れた特徴を有することから特に携帯電話等に多く用いられる。画像等のデータ通信の需要増により、携帯電話に用いられるＩＦフィルタにはより広帯域で低リップル、急峻な減衰傾度が要求され、このような厳しい仕様を満たすフィルタとしてはトランスバーサルＳＡＷフィルタが適している。

図１５は従来のトランスバーサルＳＡＷフィルタの平面図を示している。圧電基板１０１の主表面上にＳＡＷの伝搬方向に沿って入力用ＩＤＴ電極１０２と出力用ＩＤＴ電極１０３を所定の間隔をあけて配置すると共に、該ＩＤＴ電極１０２、１０３の間に入出力端子間の直達波を遮蔽するためのシールド電極１０４を配置する。前記ＩＤＴ電極１０２、１０３は互いに間挿し合う複数の電極指を有する一対のくし形電極より構成されており、ＩＤＴ電極１０２の一方のくし形電極を入力端子ＩＮに接続すると共に他方のくし形電極は接地し、ＩＤＴ電極１０３の一方のくし形電極を出力端子ＯＵＴに接続すると共に他方のくし形電極を接地している。また、基板端面からの不要な反射波を抑圧するために、圧電基板１０１の長辺方向（ＳＡＷの伝搬方向）の両端に吸音材１０５を塗布している。

しかしながら、図１５に示すようなくし形電極を正、負、正と順番に並べた正規（シングル）型のＩＤＴ電極の場合、ＳＡＷは伝搬方向に沿って左右に等しく伝搬するためフィルタの挿入損失が大きくなってしまうという問題があった。

この問題を解決すべく、特許第２０８５０７２号公報、特許第２９８４５２３号公報、特許第３３４５６０９号公報に開示されているような反射バンク型と呼ばれる内部に浮き電極を配置した一方向性ＳＡＷ変換器が考えられた。図１６は前記反射バンク型一方向性ＳＡＷ変換器の平面図である。一方向性ＳＡＷ変換器１１２は、外部端子１１５に接続された正のバスバー１１３から伸長する正電極指と接地された負のバスバー１１４から伸長する負電極指を交互に配置したシングル電極１２０と、前記バスバー１１３、１１４のどちらにも電気的に接続されていない開放型の浮き電極１２１から構成されている。弾性表面波の基本波長をλとした時、シングル電極１２０の正電極指と負電極指の中心間距離及び浮き電極１２１の隣り合う電極指の中心間距離をそれぞれλ／２としている。そして、浮き電極１２１の位置をシングル電極１２０の中心からλ／２だけ離れた位置からλ／８だけ右側にずらすことにより、図中左側に強くＳＡＷが励振する一方向性変換器として動作し挿入損失の劣化を防ぐことができる。

ただし、前述のようにシングル電極１２０をλ／２の周期で配置すると、該シングル電極１２０においてＳＡＷの反射が重畳してしまうという問題があった。ＳＡＷの反射が重畳すると理想的な一方向性変換器としての機能が損なわれ、フィルタの反射帯域の下端周波数、もしくは上端周波数のどちらか一方で強い反射が生じて伝達応答が非対称となってしまい、中心周波数に対し対称な伝達応答が求められるトランスバーサルＳＡＷフィルタにおいて問題となっていた。

そこで、図１７に示すようなスプリット電極を用いた一方向性ＳＡＷ変換器が考えられた。一方向性ＳＡＷ変換器１３２は、外部端子１３５に接続された正のバスバー１３３から伸長する２本の正電極指と、接地された負のバスバー１３４から伸長する２本の負電極指を交互に配置したスプリット電極１４０と、前記バスバー１１３、１１４のどちらにも電気的に接続されていない開放型の浮き電極１４１から構成されている。また、スプリット電極１４０の正電極指と負電極指の中心間距離、及び浮き電極１４１の隣り合う電極指の中心間距離をλ／２としている。そして、浮き電極１４１の位置を隣接するスプリット電極の中心位置からλ／２だけ離れた位置からλ／８だけ右側にずらすことにより、図中左側に強くＳＡＷが励振する一方向性ＳＡＷ変換器として動作し、対称な伝達応答を得ることができる。

また、前述では開放型の浮き電極を用いたが、図１８に示すような電極指の端部を電気的に接続し隣り合う電極指の中心間距離をλ／２とした短絡型の浮き電極１５１を配置した一方向性ＳＡＷ変換器も知られている。

ところで、図１７に示すスプリット電極１４０の電極指幅は通常λ／８で形成されるが、スプリット電極１４０と浮き電極１４１との間隔Ｇが零に近づくと、近接効果により間隔Ｇに隣接する電極端のＳＡＷの反射が急激に小さくなり一方向性変換器としての機能が大きく損なわれる。そのため、間隔Ｇは少なくともλ／１６以上の間隔が必要であり、その結果、間隔Ｇに隣接する浮き電極Ｆ１の幅をλ／４以下にする必要がある。

ここで、前記浮き電極の電極幅と反射効率及び膜厚依存性の関係について調べた。図１９は圧電基板に１２８°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ_３を用い、電極膜厚Ｈを変化させた時の開放型及び短絡型の浮き電極幅と反射効率の関係を示している。なお、電極膜厚及び電極幅を波長換算値で、また、反射効率をモード結合理論のモード間結合係数κ_１２'で表しており、実線が電極膜厚０．２５％λ、破線が電極膜厚１．００％λの特性である。同図から明らかなように反射効率の大きさ｜κ_１２'｜は、開放型は電極幅を大きくするほど、また、短絡型は電極幅を小さくするほど反射効率が高まる傾向にある。前述のように、スプリット電極に隣接する浮き電極の幅はλ／４（＝０．２５λ）以下に制限される背景においては、開放型より短絡型の方が反射効率が優れている。ただし、電極膜厚を大きくすると短絡型の浮き電極は大幅に反射効率が劣化してしまうことが分かる。

従って、一方向性ＳＡＷ変換器において開放型の浮き電極を用いると電極幅の制限から反射効率が低下し、短絡型の浮き電極を用いると膜厚を大きくした時に反射効率が低下してしまい、一方向性ＳＡＷ変換器としての機能が損なわれてしまう問題が生じる。

また、図１７における間隔Ｇを１λ以上離して配置すれば浮き電極Ｆ１の幅の制限はなくなるが、減衰傾度が急峻な伝達応答を得るためにはスプリット電極１４０と浮き電極１４１がある程度隣接しなければならない。また、スプリット電極と浮き電極の間隔を１λ以上広くあけてしまうとチップサイズの増大も避けられないという問題が生じる。
特許第２０８５０７２号公報 特許第２９８４５２３号公報 特許第３３４５６０９号公報 特許第３１７５８３０号公報 特開昭６０−２６３５０５号公報 M.Takeuchi and K.Yamanouchi:" New Type of SAW Reflectors and Resonators Consisting of Reflecting Elements with Positive and Negative Reflection Coefficients", IEEE Trans.Ultrason. Ferroelec. Freq. Contr.,vol.33, No.4, pp.369-374 (1986).

本発明の解決しようとする問題点は、従来の開放型又は短絡型の浮き電極を内部に配置した一方向性ＳＡＷ変換器において、開放型の浮き電極を用いると電極幅の制限から反射効率が低下し、短絡型の浮き電極を用いると膜厚を大きくした時に反射効率が低下してしまうので、通過帯域が単峰な特性となり、帯域幅、平坦度、及び急峻度が悪くなる問題があった。また、励振電極と浮き電極の間隔を広げるとチップサイズが大型になる問題があった。本発明では上記問題を解決するべく、浮き電極を内部に配置した一方向性ＳＡＷ変換器及びそれを用いたＳＡＷデバイスにおいて、通過帯域を角形にすることにより広帯域化、平坦化及び高い急峻度を実現すると共に、デバイスサイズを小型にすることを目的とする。

上記課題を解決するために本発明に係る一方向性ＳＡＷ変換器及びそれを用いたＳＡＷデバイスの請求項１に記載の発明は、圧電基板上に配置して弾性表面波素子を構成するための弾性表面波変換器であって、前記弾性表面波変換器は、励起される弾性表面波の波長λに相当する幅を有した基本区間を複数個連結した構成を備えており、第１の基本区間を正電極指２本と負電極指２本を一対としたスプリット電極を配置したものとし、第２の基本区間を第１乃至第４の４つの浮き電極を順番に配置すると共に第１と第３の浮き電極同士或いは第２と第４の浮き電極同士を短絡したものとした時、前記第１及び第２の基本区間を少なくとも１つ含んでおり、前記第１の基本区間を構成する正電極指２本或いは負電極指２本の中心位置と前記第１の浮き電極の中心位置との間隔が３λ／８±ｎλ／２（但し、ｎ＝０，１，２，３，・・・）となるようにしたことを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、圧電基板上に配置して弾性表面波素子を構成するための弾性表面波変換器であって、前記弾性表面波変換器は、励起される弾性表面波の波長λに相当する幅を有した基本区間を複数個連結した構成を備えており、第１の基本区間を前記正電極指２本と負電極指２本を一対としたスプリット電極を配置したものとし、第２の基本区間を第１乃至第４の４つの浮き電極を順番に配置すると共に第１と第３の浮き電極同士を短絡し第２と第４の浮き電極を開放したものとし、第３の基本区間を第１乃至第４の４つの浮き電極を順番に配置すると共に第１と第３の浮き電極を開放し第２と第４の浮き電極同士を短絡したものとした時、前記第１乃至第３の基本区間を少なくとも１つ含んでおり、前記第１の基本区間を構成する正電極指２本或いは負電極指２本の中心位置と前記第１の浮き電極の中心位置との間隔が３λ／８±ｎλ／２（但し、ｎ＝０，１，２，３，・・・）となるようにしたことを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、圧電基板上に配置して弾性表面波素子を構成するための弾性表面波変換器であって、前記弾性表面波変換器は、励起される弾性表面波の波長λに相当する幅を有した基本区間を複数個連結した構成を備えており、第１の基本区間を前記正電極指２本と負電極指２本を一対としたスプリット電極を配置したものとし、第２の基本区間を第１乃至第４の４つの浮き電極を順番に配置すると共に第１と第３の浮き電極同士を短絡し第２と第４の浮き電極を開放したものとし、第３の基本区間を第１乃至第４の４つの浮き電極を順番に配置すると共に第１と第３の浮き電極を開放し第２と第４の浮き電極同士を短絡したものとし、第４の基本区間を前記正電極指２本と負電極指２本を一対としたスプリット電極であって前記第１の基本区間と正負の配列を反転したものとし、第５の基本区間を前記スプリット電極の電極指配列位置を維持しつつ正電極指のみ或いは負電極指のみで構成したものとしたとき、前記第１、第４及び第５の基本区間のうち少なくとも２種類の基本区間を含むと共に前記第２及び第３の基本区間のうち少なくとも一方の基本区間を含んでおり、前記スプリット電極を構成する正電極指２本或いは負電極指２本の中心位置と前記第１の浮き電極の中心位置との間隔が３λ／８±ｎλ／２（但し、ｎ＝０，１，２，３，・・・）となるようにしたことを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、前記スプリット電極及び前記第１乃至第４の浮き電極は、λ／８±λ／４０の電極指幅を有していることを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、前記スプリット電極の電極指幅と前記第１乃至第４の浮き電極の電極指幅とを互いに異ならせていることを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、前記第１及び第３の浮き電極の電極指幅と前記第２及び第４の浮き電極の電極指幅とを互いに異ならせていることを特徴としている。

請求項７に記載の発明は、前記スプリット電極の電極周期と前記第１乃至第４の浮き電極の電極周期とを互いに異ならせていることを特徴としている。

請求項８に記載の発明は、前記スプリット電極の正電極指２本の中心位置、或いは負電極指２本の中心位置から前記第１の浮き電極の中心位置までの間隔を３λ／８±ｎλ／２＋σ（ただし、ｎ＝０，１，２，３，・・・、σ≦λ／１６）とすることを特徴としている。

請求項９に記載の発明は、前記第１及び第３の浮き電極の両端同士、もしくは、前記第２及び第４の浮き電極の両端同士を導通接続することを特徴としている。

請求項１０に記載の発明は、前記スプリット電極において、弾性表面波の伝搬方向に沿って前記正電極指と前記負電極指の交差幅方向に重み付けが施されていることを特徴としている。

請求項１１に記載の発明は、前記第１乃至第４の浮き電極において、弾性表面波の伝搬方向に沿って前記浮き電極の長さ方向に重み付けが施されていることを特徴としている。

請求項１２に記載の発明は、前記圧電基板に１２８°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ_３を用いたことを特徴としている。

請求項１３に記載の発明は、請求項１乃至１２のいずれかに記載の一方向性弾性表面波変換器を用いた弾性表面波デバイスであることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、電極膜厚に依存することなく高い反射効率が得られ、またスプリット電極と浮き電極の間隔を広げる必要がないのでチップサイズを小型にできる。また、従来のＳＡＷデバイスと比較して、通過帯域が角形となるので平坦度が高まり、低損失化、広帯域化を実現できる。

請求項２及び３に記載の発明によれば、電極膜厚に依存することなく高い反射効率が得られ、またスプリット電極と浮き電極の間隔を広げる必要がないのでチップサイズを小型にできる。また、請求項１に記載の発明と比較して通過帯域の急峻度が高く、製造歩留まりを向上できる。

請求項４に記載の発明によれば、スプリット電極及び浮き電極の幅をλ／８±λ／４０とすることにより高い反射効率が得られるので、スプリット電極と浮き電極の間隔を１λ以上離す必要がなくチップサイズを小型にできる。

請求項５乃至７に記載の発明によれば、スプリット電極と浮き電極の電極指幅、又は電極周期を互いに異ならせることで、一方向性を更に高めることができる。

請求項８に記載の発明によれば、一方向性ＳＡＷ変換器の励振中心と反射中心との間隔を補正したので、一方向性の劣化を防ぐことができ、デバイスの高性能化を実現できる。

請求項９に記載の発明によれば、第１及び第３の浮き電極の両端同士、もしくは、前記第２及び第４の浮き電極の両端同士を導通接続した場合においても、請求項１乃至８に記載の発明と同等の効果が得られる。

請求項１０及び１１に記載の発明によれば、スプリット電極又は浮き電極に重み付けを施すことにより、デバイスの高性能化を実現できる。

請求項１２に記載の発明によれば、圧電基板に電気機械結合係数の大きい１２８°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ_３を用いることにより、フィルタ等を構成した時に広帯域な特性を実現できる。

請求項１３に記載の発明によれば、請求項１乃至１２に記載の一方向性ＳＡＷ変換器を用いてＳＡＷデバイスを構成すれば、デバイスサイズを小型にでき、通過特性を低損失化、広帯域化、平坦化できると共に高い急峻度を実現できる。

以下、本発明を図面に図示した実施の形態例に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る一方向性ＳＡＷ変換器を示している。一方向性ＳＡＷ変換器１は、外部端子４に接続された正のバスバー２より伸長する正電極指Ｔ１、Ｔ２と接地された負のバスバー３より伸長する負電極指Ｔ３、Ｔ４を一対とするスプリット電極１０と、前記バスバー２、３のどちらにも電気的に接続されていない浮き電極Ｏ１、Ｏ２、Ｓ１、Ｓ２からなる反射電極１１で構成されている。ＳＡＷの基本波長をλとした時、前記スプリット電極１０及び反射電極１１の各電極指の幅をλ／８、前記スプリット電極１０の正電極指Ｔ１、Ｔ２の中心位置と負電極指Ｔ３、Ｔ４の中心位置との間隔をλ／２、前記反射電極１１の浮き電極Ｏ１、Ｏ２、Ｓ１、Ｓ２の各中心間距離をλ／４としている。そして、反射電極１１の位置を隣接するスプリット電極１０の中心位置からλ／２だけ離れた位置からλ／８だけ右側にずらす、即ち、正電極指Ｔ１、Ｔ２の中心と浮き電極Ｏ１の中心との距離を３λ／８にすることにより図中左側に強くＳＡＷが励振する一方向性変換器として動作させている。本発明の特徴は、励振電極にスプリット電極１０を用い、また、反射電極１１の浮き電極Ｏ１、Ｏ２を開放型グレーティングとして機能させ、浮き電極Ｓ１、Ｓ２を互いに電気的に接続することにより共振周波数付近においてその電位が零となるように短絡グレーティングとして機能させたことである。

前記反射電極１１は、非特許文献１及び特許文献５にて開示されているＰＮＲ（Positive and Nagative Reflectivity：正負反射型反射エレメント）と同じ構造である。非特許文献１及び特許文献５によれば、前記ＰＮＲ構造をＳＡＷ共振子の反射器に適用することで、バルク波へのモード変換を小さくし反射効率を高めることができると開示されている。これに対し本発明では、従来の開放型又は短絡型の浮き電極を内部に配置した一方向性ＳＡＷ変換器において、開放型又は短絡型の浮き電極の代わりに前記ＰＮＲ構造を配置することで、一方向性ＳＡＷ変換器の反射効率を高め、通過特性の改善を図った。

ここで、本発明の一方向性ＳＡＷ変換器の動作原理について説明する。ＰＮＲ１１はλ／８の幅を有する開放型の浮き電極Ｏ１、Ｏ２及び短絡型の浮き電極Ｓ１、Ｓ２から形成されており、図１９の関係から明らかなように開放型の浮き電極Ｏ１、Ｏ２は負の反射係数を有し、短絡型の浮き電極Ｓ１、Ｓ２は正の反射係数を有している。これらの浮き電極間で生じるＳＡＷの反射は重畳し、その反射中心は図１における浮き電極Ｓ１の中心Ｒ上にあると言える。ある基準位置から複数の反射源をみた時、その複数の反射源がλ／２の周期上にある場合は反射波は全て同相で加わるので、反射中心Rはλ／２だけシフトしたＲ'の位置に反射中心があると仮想的に考えることができる。一方、スプリット電極１０の励振中心Ｔはバスバー２に接続されている正電極指Ｔ１、Ｔ２の中心位置であると考えられ、励振中心Ｔと反射中心Ｒ'との間隔はλ／８となるので、図中左側にＳＡＷが強く励振される理想的な一方向性ＳＡＷ変換器としての機能を果たすのである。

ところで、スプリット電極１０とＰＮＲ１１が隣接する区間、即ち正電極指Ｔ１と浮き電極Ｏ１の間隔Ｇが零に近づくと一方向性変換器としての機能が大きく損なわれるため、浮き電極Ｏ１の幅はλ／４（０．２５λ）以下に制限されるのは前述の通りである。

ここで、ＰＮＲ１１の電極幅と反射効率及び膜厚依存性の関係について調べた。図２は圧電基板に１２８°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ_３を用い電極膜厚Ｈを変化させた時のＰＮＲ１１の電極幅と反射効率κ_１２'の関係を示している。なお、電極膜厚及び電極幅は波長換算値で、また、反射効率はモード結合理論のモード間結合係数κ_１２'で表しており、実線がＨ＝０．２５％λ、破線がＨ＝１．００％λの特性である。図１９に示す従来の開放型もしくは短絡型浮き電極の特性と比較して明らかなように、ＰＮＲ１１は電極膜厚を０．２５％λから１．００％λに大きくしても反射効率がほとんど変化しない。即ち、ＰＮＲ１１は膜厚依存性が非常に小さいことが分かる。更に、電極幅を０．２５λ以下と小さくしても｜κ_１２'｜が約０．０１０という高い反射効率が得られている。

以上のように、本発明に係る一方向性ＳＡＷ変換器は、膜厚が変化しても反射効率が劣化することが無く、また、スプリット電極１０の正電極指Ｔ１に隣接する浮き電極Ｏ１の幅を０．２５λ以下としても高い反射効率が得られるので、間隔Ｇを１λ以上離す必要がなくチップサイズの大型化を防ぐことができる。

図３は、本発明に係る一方向性ＳＡＷ変換器を用いたトランスバーサルＳＡＷフィルタのＩＤＴ電極の一部を示している。ＩＤＴ電極１１は、正電極指２本及び負電極指２本のスプリット電極で形成した電極部Ａ、ＰＮＲにより構成される電極部Ｂ、前記電極部Ｂを左右反転させ反射位相を反転させた電極部Ｃ、全ての電極指を片側のみのバスバーから伸長させＳＡＷの励振を行わない電極部Ｄ、前記電極部Ａを左右反転させ励振位相を反転させた電極部Ｅ、を基本区間１λとして複数組み合わせて構成されている。このように一方向性ＳＡＷ変換器を用いてトランスバーサルＳＡＷフィルタを構成する場合には電極に励振及び反射に重み付けを行うことにより伝達応答の高性能化を実現できる。なお、前記電極部Ａ〜Ｅの配置方法は、コンピューターによる遺伝的アルゴリズム(ＧＡ)を用いて最適化問題を解くことで求めている。

ここで、本発明の一方向性ＳＡＷ変換器を用いたトランスバーサルフィルタと従来のトランスバーサルフィルタの通過特性の比較を行った。図４〜図６は従来のトランスバーサルフィルタの通過特性を示しており、図４は図１５に示す正規型のＳＡＷ変換器を用いたトランスバーサルフィルタの通過特性を、図５は図１７に示す開放型の浮き電極をスプリット電極の間隙に配置したトランスバーサルフィルタの通過特性を、図６は図１８に示す短絡型の浮き電極をスプリット電極の間隙に配置したトランスバーサルフィルタの通過特性を示している。また、図７及び図８は本発明の一方向性ＳＡＷ変換器を用いたトランスバーサルフィルタの通過特性を示しており、図７は図１に示すＰＮＲ構造の反射電極をスプリット電極の間隙に配置したトランスバーサルフィルタの通過特性を、図８は図３に示すＰＮＲ構造の反射電極、及び該ＰＮＲ構造を左右反転させた反射電極をスプリット電極の間隙に同時に配置したトランスバーサルフィルタの通過特性を示している。なお、図４〜８はいずれも中心周波数を４０（ＭＨｚ）として、（ａ）に通過特性の拡大図を、（ｂ）に通過特性近傍を示している。また、図９は図４〜８に示す通過特性の比較を表しており、通過帯域の最小損失と、中心周波数±１．７５ＭＨｚにおける振幅偏差と、最小損失より３ｄＢダウンの位置における帯域幅の数値比較と、更に、３０〜３５ＭＨｚ及び４５〜５０ＭＨｚの通過帯域近傍に減衰量の規格を設け、最小損失を基準に２０ｄＢ以上を満足している場合をＯＫ、満足していない場合をＮＧとして帯域外減衰量の合否判定を行った。

まず、図４に示す従来の正規型のＳＡＷ変換器を用いたトランスバーサルフィルタは、通過特性が単峰な特性で帯域幅が狭く、更に急峻度が悪いので帯域外減衰量の規格を満足していないことが分かる。次に、図５、６に示す開放型又は短絡型の浮き電極を内部に配置したトランスバーサルフィルタは、前述の正規型に比べ最小損失、振幅偏差及び通過帯域幅は改善され、帯域外減衰量の規格を満足しているものの、通過特性は中心周波数付近で大きく凸となっており、まだ平坦度が悪いことが分かる。これに対し、図７に示す本発明のＰＮＲ構造の反射電極を内部に配置したトランスバーサルフィルタは、従来の開放型又は短絡型の浮き電極を内部に配置したトランスバーサルフィルタと同等の最小損失を実現しつつ、帯域幅が広がり、振幅偏差が１ｄＢ近くも改善され、通過帯域が平坦になっていることが分かる。更に、図８に示すＰＮＲ構造の反射電極と該ＰＮＲ構造を左右反転させた反射電極とを同時に内部に配置したトランスバーサルフィルタにおいては、図７に示す通過特性と同等の挿入損失、帯域幅、振幅偏差を維持しつつ、更に高い急峻度が得られており、帯域外減衰量の規格に対し余裕があることが分かる。

以上説明したように、本発明のＰＮＲ構造の反射電極を内部に配置したトランスバーサルフィルタは、従来の開放型又は短絡型の浮き電極を内部に配置したトランスバーサルフィルタと同等の最小損失を実現しつつ、帯域幅と通過帯域の平坦度を改善できた。更に、ＰＮＲ構造の反射電極と該ＰＮＲ構造を左右反転させた反射電極とを同時に内部に配置したトランスバーサルフィルタは、良好な挿入損失、振幅偏差、帯域幅を維持しつつ、急峻度を高めることができるので、製造歩留まりを改善できる。

ところで、本発明において図１の励振中心Ｔについて注目すると、正電極指Ｔ１の左側の電極は電気的に開放状態にある浮き電極Ｏ１であり、正電極指Ｔ２の右側の電極は電気的に短絡状態にある負電極指Ｔ３である為、電荷分布もしくは電位が左右対称とならず、励振中心Ｔの位置は実際には若干動いてしまい、反射中心Ｒ'との間隔がλ／８よりずれてしまうので一方向性が損なわれてしまう虞がある。

この問題を解決すべく図４に示すように励振中心と反射中心との間隔を補正した一方向性ＳＡＷ変換器を検討した。一方向性ＳＡＷ変換器２１は、図１に示す一方向性ＳＡＷ変換器１と同じくスプリット電極Ｔ１〜Ｔ４と浮き電極Ｏ１、Ｏ２、Ｓ１、Ｓ２から形成されるＰＮＲから構成される。前述の通り、励振中心Ｔは正電極指Ｔ１、Ｔ２の中心位置にあると考えられるが、実際には図中左側にσだけずれたＴ２に励振中心が移動してしまう。そこで、浮き電極Ｏ１、Ｏ２、Ｓ１、Ｓ２の位置を左側にσだけずらす、即ち、正電極指Ｔ１、Ｔ２の中心と浮き電極Ｏ１の中心間距離を３λ／８＋σにして反射中心Ｒ２及びＲ２'の位置を補正すれば励振中心Ｔ２と反射中心Ｒ２'の間隔をλ／８にでき、一方向性の劣化を防ぐことができる。なお、σの値は、圧電基板、電極材料、電極膜厚などの様々な条件により異なるが、どの条件においてもσ≦λ／１６の範囲内に収まることがシミュレーションにより確認されている。

また、これまでスプリット電極及び浮き電極の幅をλ／８としたが、実際に製造する上では電極幅をλ／８に一致させることは困難であり、製造ばらつきを考慮するとλ／８±λ／４０の範囲内であれば特性上問題ない。また、反射電極の反射効率を増加させる為に、浮き電極Ｏ１、Ｏ２、Ｓ１、Ｓ２とスプリット電極Ｔ１〜Ｔ４の電極指幅を異ならせたり、開放型の浮き電極Ｏ１、Ｏ２と短絡型の浮き電極Ｓ１、Ｓ２の電極指幅を異ならせてもよい。図５は、図１の一方向性ＳＡＷ変換器において短絡型の浮き電極Ｓ１、Ｓ２の幅を０．１５λ、０．２５λ、０．３５λと固定し開放型の浮き電極Ｏ１、Ｏ２の電極指幅を変化させた時の反射効率の変化を示している。なお、電極膜厚は０．２５％λとしている。同図に示すように、短絡型の浮き電極Ｓ１、Ｓ２の幅を大きくし、開放型の浮き電極Ｏ１、Ｏ２の幅を小さくするほど反射効率が大きくなることが分かる。これより、図６に示す一方向性ＳＡＷ変換器のように、反射電極において開放型の浮き電極の幅を小さく短絡型の浮き電極の幅を大きく形成すれば反射効率が高まり更に一方向性が改善される。

また、スプリット電極Ｔ１〜Ｔ４の電極周期と浮き電極Ｏ１、Ｏ２、Ｓ１、Ｓ２の電極周期を両者の共振周波数が同一となるように異ならせてもよい。このようにすることで一方向性ＳＡＷ変換器内において伝搬応答の連続性が保たれ低損失な特性が得られる。

更に他の実施例として、図７に示す一方向性ＳＡＷ変換器４１のように反射電極における短絡型の浮き電極の両端を電気的に接続してもよい。また、図８に示す一方向性ＳＡＷ変換器５１のようにスプリット電極の交差幅及び反射電極の電極指の長さをＳＡＷの伝搬方向に沿って変化させた所謂アポダイズ重み付けを施したり、各電極指の延長上に各電極指の先端に生じる空隙を埋めるようにダミー電極５２を設けてもよい。

これまで圧電基板に１２８°回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウムを用いた一方向性ＳＡＷ変換器及びそれを用いたＳＡＷデバイスについて説明したが本発明はこれに限定されるものではなく、圧電基板に水晶、タンタル酸リチウム、四硼酸リチウム、ランガサイト等に用いた場合にも適用できることは言うまでもない。

本発明に係る一方向性ＳＡＷ変換器を説明する図である。 本発明に係る一方向性ＳＡＷ変換器の反射電極幅と反射効率及び膜厚依存性の関係を示す。 本発明に係る一方向性ＳＡＷ変換器を用いたトランスバーサルＳＡＷフィルタのＩＤＴ電極を示す。 従来の正規型のトランスバーサルフィルタの通過特性であり、（ａ）に通過特性の拡大図を、（ｂ）に通過特性近傍周辺を示す。 従来の開放型浮き電極を内部に配置したトランスバーサルフィルタの通過特性であり、（ａ）に通過特性の拡大図を、（ｂ）に通過特性近傍周辺を示す。 従来の短絡型浮き電極を内部に配置したトランスバーサルフィルタの通過特性であり、（ａ）に通過特性の拡大図を、（ｂ）に通過特性近傍周辺を示す。 本発明のＰＮＲ構造の反射電極を内部に配置したトランスバーサルフィルタの通過特性であり、（ａ）に通過特性の拡大図を、（ｂ）に通過特性近傍周辺を示す。 本発明のＰＮＲ構造の反射電極と該ＰＮＲ構造を左右反転させた反射電極を内部に配置したトランスバーサルフィルタの通過特性であり、（ａ）に通過特性の拡大図を、（ｂ）に通過特性近傍周辺を示す。 図４〜図８に示す各通過特性の比較データを示す。 励振中心と反射中心の位置を補正した一方向性ＳＡＷ変換器を説明する図である。 本発明に係る一方向性ＳＡＷ変換器の反射電極の短絡電極幅を固定し開放電極幅を変化させた時の反射効率を示す。 本発明の他の実施例に係る一方向性ＳＡＷ変換器を説明する図である。 反射電極の短絡型浮き電極の上端と下端を接続した一方向性ＳＡＷ変換器を示す。 アポダイズ重み付けを施した一方向性ＳＡＷ変換器を示す。 従来のトランスバーサルＳＡＷフィルタを示す。 従来の反射バンク型一方向性ＳＡＷ変換器を示す。 従来の励振電極にスプリット電極を用いた一方向性ＳＡＷ変換器を示す。 短絡型浮き電極を示す。 開放型及び短絡型の浮き電極の電極指幅と反射効率及び膜厚依存性の関係を示す。

符号の説明

１、１１、２１、３１、４１、５１：一方向性ＳＡＷ変換器
２：正のバスバー
３：負のバスバー
４：外部端子
１０：スプリット電極
１１：反射電極（ＰＮＲ）
５２：ダミー電極
Ｔ１、Ｔ２：正電極指
Ｔ３、Ｔ４：負電極指
Ｏ１、Ｏ２：開放型の浮き電極
Ｓ１、Ｓ２：短絡型の浮き電極
Ｔ：励振中心
Ｒ：反射中心

Claims (13)

1. 圧電基板上に配置して弾性表面波素子を構成するための弾性表面波変換器であって、
   前記弾性表面波変換器は、励起される弾性表面波の波長λに相当する幅を有した基本区間を複数個連結した構成を備えており、
   第１の基本区間を正電極指２本と負電極指２本を一対としたスプリット電極を配置したものとし、第２の基本区間を第１乃至第４の４つの浮き電極を順番に配置すると共に第１と第３の浮き電極同士或いは第２と第４の浮き電極同士を短絡したものとした時、前記第１と第２の基本区間を少なくとも１つ含んでおり、
   前記第１の基本区間を構成する正電極指２本或いは負電極指２本の中心位置と前記第１の浮き電極の中心位置との間隔が３λ／８±ｎλ／２（但し、ｎ＝０，１，２，３，・・・）となるようにしたことを特徴とする一方向性弾性表面波変換器。
2. 圧電基板上に配置して弾性表面波素子を構成するための弾性表面波変換器であって、
   前記弾性表面波変換器は、励起される弾性表面波の波長λに相当する幅を有した基本区間を複数個連結した構成を備えており、
   第１の基本区間を前記正電極指２本と負電極指２本を一対としたスプリット電極を配置したものとし、第２の基本区間を第１乃至第４の４つの浮き電極を順番に配置すると共に第１と第３の浮き電極同士を短絡し第２と第４の浮き電極を開放したものとし、第３の基本区間を第１乃至第４の４つの浮き電極を順番に配置すると共に第１と第３の浮き電極を開放し第２と第４の浮き電極同士を短絡したものとした時、前記第１乃至第３の基本区間を少なくとも１つ含んでおり、
   前記第１の基本区間を構成する正電極指２本或いは負電極指２本の中心位置と前記第１の浮き電極の中心位置との間隔が３λ／８±ｎλ／２（但し、ｎ＝０，１，２，３，・・・）となるようにしたことを特徴とする一方向性弾性表面波変換器。
3. 圧電基板上に配置して弾性表面波素子を構成するための弾性表面波変換器であって、
   前記弾性表面波変換器は、励起される弾性表面波の波長λに相当する幅を有した基本区間を複数個連結した構成を備えており、
   第１の基本区間を前記正電極指２本と負電極指２本を一対としたスプリット電極を配置したものとし、第２の基本区間を第１乃至第４の４つの浮き電極を順番に配置すると共に第１と第３の浮き電極同士を短絡し第２と第４の浮き電極を開放したものとし、第３の基本区間を第１乃至第４の４つの浮き電極を順番に配置すると共に第１と第３の浮き電極を開放し第２と第４の浮き電極同士を短絡したものとし、第４の基本区間を前記正電極指２本と負電極指２本を一対としたスプリット電極であって前記第１の基本区間と正負の配列を反転したものとし、第５の基本区間を前記スプリット電極の電極指配列位置を維持しつつ正電極指のみ或いは負電極指のみで構成したものとした時、
   前記第１、第４及び第５の基本区間のうち少なくとも２種類の基本区間を含むと共に前記第２及び第３の基本区間のうち少なくとも一方の基本区間を含んでおり、
   前記スプリット電極を構成する正電極指２本或いは負電極指２本の中心位置と前記第１の浮き電極の中心位置との間隔が３λ／８±ｎλ／２（但し、ｎ＝０，１，２，３，・・・）となるようにしたことを特徴とする一方向性弾性表面波変換器。
4. 前記スプリット電極及び前記第１乃至第４の浮き電極は、λ／８±λ／４０の電極指幅を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の一方向性弾性表面波変換器。
5. 前記スプリット電極の電極指幅と前記第１乃至第４の浮き電極の電極指幅とを互いに異ならせていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の一方向性弾性表面波変換器。
6. 前記第１及び第３の浮き電極の電極指幅と前記第２及び第４の浮き電極の電極指幅とを互いに異ならせていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の一方向性弾性表面波変換器。
7. 前記スプリット電極の電極周期と前記第１乃至第４の浮き電極の電極周期とを互いに異ならせていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の一方向性弾性表面波変換器。
8. 前記スプリット電極の正電極指２本の中心位置、或いは負電極指２本の中心位置から前記第１の浮き電極の中心位置までの間隔を３λ／８±ｎλ／２＋σ（ただし、ｎ＝０，１，２，３・・・、σ≦λ／１６）としたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の一方向性弾性表面波変換器。
9. 前記第１及び第３の浮き電極の両端同士、もしくは、前記第２及び第４の浮き電極の両端同士を導通接続したことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の一方向性弾性表面波変換器。
10. 前記スプリット電極において、弾性表面波の伝搬方向に沿って前記正電極指と前記負電極指の交差幅方向に重み付けが施されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の一方向性弾性表面波変換器。
11. 前記第１乃至第４の浮き電極において、弾性表面波の伝搬方向に沿って前記浮き電極の長さ方向に重み付けが施されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の一方向性弾性表面波変換器。
12. 前記圧電基板に１２８°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ_３を用いたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の一方向性弾性表面波変換器。
13. 請求項１乃至１２のいずれかに記載の一方向性弾性表面波変換器を用いた弾性表面波デバイス。
    

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