JP2779675B2 - 弾性表面波デバイス及び弾性表面波フィルタ - Google Patents

弾性表面波デバイス及び弾性表面波フィルタ

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、トランスバーサル型弾性表面波フィルタを
構成する弾性表面波デバイスに関するものであり、より
詳細にはインターディジタルトランスジューサ(以下ID
Tと称す)電極指間に浮き電極を設けた内部反射型一方
向性弾性表面波デバイス、及びこの一方向性弾性表面波
デバイスを用いた弾性表面波フィルタに関するものであ
る。
(従来の技術) 圧電基板上にIDT電極を配置してなる一方向性弾性表
面波デバイスを用い、IDT電極の左右双方向に伝搬する
波動を送受(入出力)するタイプのトランスバーサル型
弾性表面波フィルタにおいては、基本的に6dBの挿入損
失が存在する。そこで、この挿入損失を減少させるべ
く、従来から各種の一方向性弾性表面波デバイスが提案
されてきた。
これらの一方向性弾性表面波デバイスは大別すると、 (a)3種のIDT電極指に各々零度、120度及び240度の
位相差を有する信号を印加する三相一方向性弾性表面波
デバイス。
(b)一般のIDT電極指間を縫ってミアンダラインを設
け、これを接地するグルーブ型一方向性弾性表面波デバ
イス。
(c)アルミニウムIDT電極指を金のような大密度金属
の電極指(弾性表面波反射用)とペアとし弾性表面波の
中心と反射の中心との間隔を励起した波動の波長の1/8
とした内部反射一方向性表面波デバイス。
の三種が存在する。
しかし、(a)の三相一方向性弾性表面波デバイスは
広い周波数範囲で波動伝搬の一方向性が保たれるものの
3本のバスバーの1本から延びる電極指を他の1本のバ
スバー上をオーバーブリッジさせる必要があるため、製
造が極めて困難であり、そのために製造コストが高くな
るばかりでなく、かなり複雑な位相器を要するという欠
点があった。
また、(b)のグルーブ型一方向性弾性表面波デバイ
スも従来の構造ではミアンダラインの総延長が長くな
り、オーミックな損失に基づくフィルタの損入損失が大
きくなるという欠点があった。
また、(c)の内部反射一方向性弾性表面波デバイス
は位相器は不要であるもののアルミニウム電極指の他に
これとペアになる金電極指を別途蒸着する必要があり、
工程が複雑になるという欠点があった。
(発明の目的) 上記のように、従来の一方向性弾性表面波デバイスは
どれも、製造の容易性、コスト、及び性能の全ての面を
同時に満足するものではなかった。またこのため、従来
の一方向性弾性表面波デバイスを用いたフィルタは、製
造工程が複雑でコスト高であり、損入損失が大きいとい
った欠点を有していた。
そこで本発明の目的は、上述した従来の技術の欠点を
解消し、従来のものよりも簡易且つ低コストで製造でき
る弾性表面波デバイス、及びこの弾性表面波デバイスを
用いた損入損失の小さい弾性表面波フィルタを提供する
ことにある。
(問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するために、請求項(1)記載の発明
は、圧電基板の表面にIDT電極を配置して弾性表面波を
励振或いは伝搬してきた弾性表面波を受信する弾性表面
波デバイスに関するものであり、前記IDT電極は、基本
動作周波数での波長をλとして、順に電極指幅λ/10の
正電極指、電極指幅3λ/10の負電極指、いずれの電極
指にも接続されていない電極指幅λ/10の浮き電極、及
び電極指幅λ/10の正電極指を、それぞれ間隙幅λ/10を
あけて並設してなる電極指列を1周期分のパターンとす
る周期的な電極パターンを有することを特徴としてい
る。
また、請求項(2)記載の発明は、請求項(1)記載
の弾性表面波デバイスを構成する前記浮き電極指同士を
接続したことを特徴としている。
また、請求項(3)記載の発明は、請求項(1)また
は(2)記載の弾性表面波デバイスが高調波で動作する
ものであることを特徴としている。
また、請求項(4)記載の発明は、圧電基板の中央に
周波数によって方向性の異なるグルーブ型の一方向性変
換器あるいは一方向性変換器を配置し、その両側にそれ
ぞれ中央方向に方向性をもつ弾性表面波デバイスを配置
してなる弾性表面はフィルタに関するものであり、前記
弾性表面波デバイスは、圧電基板の表面にIDT電極を配
置して弾性表面波を励振或いは伝搬してきた弾性表面波
を受信するデバイスであって、前記IDT電極は、基本動
作周波数での波長をλとして、順に電極指幅λ/10の正
電極指、電極指幅3λ/10の負電極指、いずれの電極指
にも接続されていない電極指幅λ/10の浮き電極、及び
電極指幅λ/10の正電極指を、それぞれ間隙幅λ/10をあ
けて並設してなる電極指列を1周期分のパターンとする
周期的な電極パターンを有することを特徴としている。
また、請求項(5)記載の発明は、同一の圧電基板上
にそれぞれ周波数特性の異なる複数の弾性表面波デバイ
スを配置してなる弾性表面波フィルタに関するものであ
り、前記弾性表面波デバイスは、圧電基板の表面にIDT
電極を配置して弾性表面波を励振或いは伝搬してきた弾
性表面波を受信するデバイスであって、前記IDT電極
は、基本動作周波数での波長をλとして、順に電極指幅
λ/10の正電極指、電極指幅3λ/10の負電極指、いずれ
の電極指にも接続されていない電極指幅λ/10の浮き電
極、及び電極指幅λ/10の正電極指を、それぞれ間隙幅
λ/10をあけて並設してなる電極指列を1周期分のパタ
ーンとする周期的な電極パターンを有することを特徴と
している。
また、請求項(6)記載の発明は、請求項(4)また
は(5)記載の弾性表面波フィルタを構成する前記浮き
電極指同士を接続したことを特徴としている。
また、請求項(7)記載の発明は、請求項(4)乃至
(6)のいずれかに記載の弾性表面波フィルタが高調波
で動作するものであることを特徴としている。
(実施例) 以下、本発明を図面に示した実施例に基づいて詳細に
説明する。
さて、実施例の説明に入る前に本発明の理解を助ける
ために、本発明をなすに至った基本的な考え方について
説明する。
圧電基板上に通常一般の正負IDT電極を設け、それぞ
れの電極指の間隔をλ/2とし、これら両電極間に周波数
f=v/λ(ただし、vは励起する波動の伝搬速度)なる
交流電界を印加すれば、λにほぼ等しい弾性表面波が励
起され、励起した弾性表面波は基板表面をIDT電極指列
にそって左右均等に伝搬することは周知である。
ここで第2図のように、圧電基板(図示省略)上に正
負IDT電極2、3を設け、これからすだれ状に延びるIDT
電極指2a、3bの幅L及びこれらの電極指間の空隙の幅L2
を例えばλ/8と仮定し、電極指間隙間にいずれの部分と
も電気的に非接続の幅L1の浮き電極指4aを設けたとして
も電極構成の対称性の為、前記IDT電極指によって励起
された波動の前記浮き電極4a、4aによる反射は左右均等
になされるので、このような電極構成を有するデバイス
の波動伝搬はやはり左右均等である。
そこで、第2図に示す電極指列中の一つの電極指3bの
幅を他の電極指3b他の電極指と異ならせれば、励起波と
反射波との対称性が崩れ、IDT電極指列の左右いずれか
一方に伝搬する波動エネルギーが大となるであろう。
第1図は上述した如き考え方に基づいて構成した本発
明にかかる弾性表面波デバイスの実施の形態の一例を示
す電極構成図であって、図中左端から右端に向けてIDT
電極30を構成する各電極指の幅を順に設定するものとす
る。この例では、基本動作周波数での波長λとして、順
に、正電極2に接続されている電極指幅λ/10の正電極
指2a、負電極3に接続されている電極指幅3λ/10の負
電極指3a、いずれの電極にも接続されていない電極指幅
λ/10の開放型の浮き電極4a、及び負電極3に接続され
ている電極指幅λ/10の負電極指5aを、それぞれ間隙幅
λ/10をあけて並設してなる。また、負電極指5aと正電
極2に接続されたその次の電極指幅λ/10の正電極指2a
との間の間隙幅もλ/10としている。その結果、電極指2
aから電極指5aまでの電極指列を1周期分のパターンと
する周期的な電極パターンを有する一方向性変換器構造
が得られる。このような構造に於いては、励起した波動
エネルギーが一方向に強く伝搬する。
この場合、電極指幅及び電極指間間隙は必ずしも正確
にこれらの値である必要はなく、中心周波数で各々の波
の位相が同位相となるような値あればよく、IDT変換器
の帯域幅を考えると、±80%の範囲が適当である。
また、開放型浮き電極指4a同士を相互に接続した構造
とすることにより、大きな反射係数をもった一方向性変
換器としての弾性表面波デバイスが得られる。
また、上記弾性表面波デバイスは、基本動作周波数f0
の2倍、3倍、‥、n倍のどの高周波でも動作可能であ
る。
第3図は本発明の弾性表面波フィルタの実施の形態の
一例を示した概略斜視図である。図示するように、この
弾性表面波フィルタは、中心周波数f1、f2によって方向
性の異なる一方向性変換器23の両側に、図1に示した構
造の弾性表面波デバイス24、25を配置してなる。なお、
中心周波数はf1、f2の2種類に限らず3種類以上(f1、
f2、f3、‥)としてもよい。
上記弾性表面波フィルタにおいて、各弾性表面波デバ
イス24、25の解放型浮き電極指(4a)同士を相互に接続
することにより、大きな反射係数をもった弾性表面波フ
ィルタが得られる。
また、上記弾性表面波フィルタは、基本動作周波数f0
の2倍、3倍、‥、n倍のどの高周波でも動作可能であ
る。
上記のように構成したことにより、この実施の形態の
弾性表面波デバイスは、従来の技術として示した三相一
方向性弾性表面波デバイスのように3本のバスバーの1
本から延びる電極指を他の1本のバスバー上をオーバー
ブリッジさせる必要がなく、また従来の内部反射一方向
性弾性表面波デバイスのようにアルミニウム電極指の他
にこれとペアになる金電極指を別途蒸着する必要もな
く、唯一度の蒸着、露光、エッチング工程を以て電極形
成が可能であるので、簡易且つ低コストで製造できる。
また、上記弾性表面波デバイスを用いたフィルタは、
従来の技術に示したグルーブ型一方向性弾性表面波デバ
イスを用いたフィルタにおけるようなオーミックな損失
など、挿入損失を発生する格別な原因が存在せず、一方
向性変換器が本質的に有するTTE(トリプルトランジェ
ットエコー)に基づくリップルも少ないため極めて低挿
入損失である。
第4図は、第1図に示した電極構成における周波数特
性の測定結果を示すものである。この測定結果から中心
周波数415MHzで挿入損失4.1dBという良好な値が得られ
ることがわかる。
なお、第1図の例では図示下側の電極2を正電極、上
側の電極3を負電極としたが、下側の電極2を負電極、
上側の電極3を正電極としてもよいことは無論である。
(発明の効果) 以上説明したように本発明によれば、従来よりも簡易
且つ低コストで製造できる弾性表面波デバイス、及びこ
の弾性表面波デバイスを用いた損入損失の小さい弾性表
面波フィルタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明に係る弾性表面波デバイスの実施
の形態を示す電極構成の平面図、第1図(b)は断面図
である。 第2図は本発明に至る過程の説明に用いた平面図であ
る。 第3図は本発明に係る弾性表面波フィルタの実施の形態
を示す概略斜視図である。 第4図は図1に示した電極構成における周波数特性の測
定結果を示す図である。 1……圧電基板、2……正電極、2a……正電極指、3…
…負電極、3a……負電極指、4a……浮き電極、5a……負
電極指、23……一方向性変換器、24……弾性表面波デバ
イス、25……弾性表面波デバイス、30……IDT電極。
フロントページの続き (56)参考文献 J.K.GAUTAM etc,NO VEL REALISATION OF AN AUTOMATIC TRAN SMIT−RECEIVE SWITC H AND TWO BANDPASS FILTERS BY A SING LESAW FILTER,ELECT RONICS LETTERS 5th Tanuary 1984 Vol.20, No.1 PP25−27 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H03H 9/145 9/64

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧電基板の表面にインターディジタル・ト
    ランスジューサ電極を配置して弾性表面波を励振或いは
    伝搬してきた弾性表面波を受信する弾性表面波デバイス
    において、 前記インターディジタル・トランスジューサ電極は、基
    本動作周波数での波長をλとして、順に電極指幅λ/10
    の正電極指、電極指幅3λ/10の負電極指、いずれの電
    極指にも接続されていない電極指幅λ/10の浮き電極、
    及び電極指幅λ/10の負電極指を、それぞれ間隙幅λ/10
    をあけて並設してなる電極指列を1周期分のパターンと
    する周期的な電極パターンを有することを特徴とする弾
    性表面波デバイス。
  2. 【請求項2】前記浮き電極指同士を接続したことを特徴
    とする請求項(1)記載の弾性表面波デバイス。
  3. 【請求項3】高調波で動作させることを特徴とする請求
    項(1)または(2)記載の弾性表面波デバイス。
  4. 【請求項4】圧電基板の中央に周波数によって方向性の
    異なるグルーブ型の一方向性変換器あるいは一方向性変
    換器を配置し、その両側にそれぞれ中央方向に方向性を
    もつ弾性表面波デバイスを配置してなる弾性表面波フィ
    ルタにおいて、 前記弾性表面波デバイスは、圧電基板の表面にインター
    ディジタル・トランスジューサ電極を配置して弾性表面
    波を励振或いは伝搬してきた弾性表面波を受信するデバ
    イスであって、 前記インターディジタル・トランスジューサ電極は、基
    本動作周波数での波長をλとして、順に電極指幅λ/10
    の正電極指、電極指幅3λ/10の負電極指、いずれの電
    極指にも接続されていない電極指幅λ/10の浮き電極、
    電極指幅λ/10の負電極指、及び電極指幅λ/10の正電極
    指を、それぞれ間隙幅λ/10をあけて並設してなる電極
    指列を1周期分のパターンとする周期的な電極パターン
    を有することを特徴とする弾性表面波フィルタ。
  5. 【請求項5】同一の圧電基板上にそれぞれ周波数特性の
    異なる複数の弾性表面波デバイスを配置してなる弾性表
    面波フィルタにおいて、 前記弾性表面波デバイスは、圧電基板の表面にインター
    ディジタル・トランスジューサ電極を配置して弾性表面
    波を励振或いは伝搬してきた弾性表面波を受信するデバ
    イスであって、 前記インターディジタル・トランスジューサ電極は、基
    本動作周波数での波長をλとして、順に電極指幅λ/10
    の正電極指、電極指幅3λ/10の負電極指、いずれの電
    極指にも接続されていない電極指幅λ/10の浮き電極、
    電極指幅λ/10の負電極指、及び電極指幅λ/10の正電極
    指を、それぞれ間隙幅λ/10をあけて並設してなる電極
    指列を1周期分のパターンとする周期的な電極パターン
    を有することを特徴とする弾性表面波フィルタ。
  6. 【請求項6】前記浮き電極指同士を接続したことを特徴
    とする請求項(4)または(5)記載の弾性表面波フィ
    ルタ。
  7. 【請求項7】高調波で動作させることを特徴とする請求
    項(4)乃至(6)のいずれかに記載の弾性表面波フィ
    ルタ。
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