JP2853094B2 - 弾性表面波装置 - Google Patents

弾性表面波装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は所望帯域内で、低損失、かつ、振幅および位
相周波数特性上の歪が少ない良好な特性を有する弾性表
面波装置に関する。 〔発明の背景〕 従来も、一方向性電極に関しては、例えば一方向性電
極を利用して低損失化と低リップル化の両立を図った
「グループ型一方向性すだれ状電極を用いた振幅平坦弾
性表面波フィルタ」に関する論文が日本音響学会講演論
文集1−5−14(目黒敏等、昭和51年10月)に収録さ
れている。 ここで、一方向性電極とは、入力あるいは出力の一組
以上の電極群の間に電気的位相差を与えて、幾何学的位
相差との相互作用により一方向性を得、低損失化を図る
手法の一つである。一方向性電極では、電気端子から入
力された電気的エネルギーは、相対する出力または入力
すだれ状電極群方向(順方向)へ放射される弾性表面波
エネルギーと、相対する電極群とは反対方向(逆方向)
へ放射される弾性表面波エネルギーとに変換されるが、
ここでは、「応用物理学会特集号」(JJAP Vol.22−3
(1983)suppl.)に収録されている山田等の「一方向性
SAWにおける挿入損失とTTEとの関係」(“Relation of
the Insertion Loss and the Triple Transit Echoin S
AV Unidirectional transducers")と題する論文と同様
に、順方向エネルギーに対する逆方向エネルギーの比率
を方向性を表すパラメータaと定義する。すなわち、a
が0の場合は完全な一方向性、aが1の場合は双方向性
である。 従来、この種の一方向性電極では、移相回路とすだれ
状電極を含む入力または出力コンダクタンスGaと外部コ
ンダクタンスGlとを中心周波数で等しくとって整合さ
せ、かつ上記パラメータaを出来る限り広帯域で小さく
することが一般的設計手法であった。しかし、後述する
ように、この条件は、帯域全体の特性を考慮した場合、
必ずしも最良条件とはなっていなかった。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、前述した一方向性電極における整合
条件と方向性を表すパラメータaとの関係を帯域内全体
にわたって最適となるように規定する事により、後述す
る電極間多重反射を極力抑圧し、振幅および位相特性上
の歪が少なく、良好な特性が得られる弾性表面波装置を
提供することにある。 〔発明の概要〕 第1図によって、本発明に係る一方向性電極を概略説
明する。弾性表面波基板5上に入力すだれ状電極群7、
8及び出力すだれ状電極群9、10を幾何学的位相差φ
(=2π・l/λ,l:すだれ状電極間距離、λ:弾性表面
波の波長)だけ隔てて配置し、これらすだれ状電極間で
電気的位相差φ、電圧比Vtとなるように移相回路のイ
ンダクタンス素子L1、L2、キャパシタンス素子C1、C2
定められる。その際、方向性を表すパラメータaは、 で与えられる。なお基板端面には基板端面からの反射を
抑圧するため、弾性表面波吸収体6が塗布されている。 ここで、入力一方向性電極は、これらのすだれ状電極
7、8とL1、C1、L2、C2からなる移相回路を纏めて、第
2図に示すように2対の機械側端子1、2と1対の電気
側端子3をもつ3端子対回路11よりなる等価3端子対回
路で表示する事ができる。機械側端子1、2には機械的
特性インピーダンスZ0、電気側端子3には電源コンダク
タンスGsを接続し、散乱行列を求めることによって、方
向性と機械側端子での反射の関係を求める事ができる。 第2図の等価回路において、機械側端子1から入った
波が機械側端子1に戻る波(つまり反射波)の強さをS
11と表し、端子1から端子2に向かう波の強さをS12
表し、端子1から端子3に向かう波の強さをS13と表わ
す。そしてその絶対値の2乗(例えば|S11|2)は波エネ
ルギーの伝達係数を表している。 散乱行列を無損失、実数と仮定すると |S11|2+|S12|2+|S13|2=1 |S21|2+|S22|2+|S23|2=1 |S31|2+|S32|2+|S33|2=1 なお、Sij=Sji(可逆)で、また、無損失条件からS11S
13+S12S23+S13S33=0である。前記回路系での損失は
ミスマッチによるものであるから、b=Gs/Gaとして
(但し、Gsは電源のコンダクタンスを表し、Gaは電源か
ら移相回路を通して入力すだれ状電極群7,8を見た場合
のコンダクタンスを表わす) の結果が得られるが、一方向性電極であるから、|S13|
と|S23|は異なり、方向性aは、 であるから の結果が得られる。上記の如く、等価回路11が受動無損
失、散乱行列の各要素が実数であるとして計算を行った
が、実際の装置でも、移相回路の損失は放射エネルギー
に対して十分小さくとるのが通常であり、また、所望帯
域内で電気側端子でのデバイスと負荷の合成サセプタン
スはGaに対して十分小さくとるため、上記の仮定は妥当
である。 ここで|S11|2で表される機械側端子での反射波は、入
出力すだれ状電極間を多重反射し、出力端に不要遅延信
号として現れ、帯域内の振幅、位相特性にリップルを生
ぜしめる。通常、この反射を電極間多重反射(TTE)と
呼ぶ。第3図は(3)式からaとTTE抑圧度の関係を求
めたものである。このようにTTEを最小にする方向性am
は、bの関数として で表される。Gsは所望帯域内でほぼ一定であるが、通常
Gaは周波数の関数となる。従って、所望帯域内全体で方
向性を表すパラメータaを0に近づけず(6)式に近い
値とする事によって帯域内でのTTEを抑圧することが可
能になる。例えば、入力または出力の片側のすだれ状電
極群における所望電極間TTE抑圧比を1/c2とすると、
(3)式より帯域全体の方向性aを とすれば、帯域内での反射波を所望の抑圧比以下に抑え
る事ができる。 このように、従来、帯域内での方向性を表すパラメー
タaを出来るだけ小さくし、中心周波数でGa=Gsとすれ
ば、TTEの抑圧も可能と考えられていたが、実際には帯
域内での方向性を(7)式を満足する適当な値とする事
により、帯域内全体でのTTE抑圧が可能となる事が判っ
た。 ここでGsを出力端子4に付加された負荷コンダクタン
スGlと置き換えれば、出力すだれ状電極群9、10におけ
る損失、多重反射の関係は、上記同様に考えることが出
来る。 〔発明の実施例〕 以下、第4〜7図を用いて本発明の実施例を説明す
る。第4図は本発明実施例の一方向性電極を模式的に示
し、すだれ状電極は2対10グループのグループ型一方向
性正規型電極を入出力同電極構造として用い、各グルー
プのすだれ状電極群7、8の幾何学的位相差をπ/2とし
た。基板は128度回転Y軸カットX軸伝搬のニオブ酸リ
チウム単結晶を用い、中心周波数は100MHzとし、アルミ
ニウム電極膜厚は5000Aとした。また、移相器定数とし
てC3=1pF,L3=220nHを選んだ。回路系の電源、負荷抵
抗Glはともに約29mSであった。 第5図に参考のため従来の手法による一方向性電極の
周波数特性を示す。方向性は帯域内で出来る限り広く設
計し、中心周波数でGa=Gsとなるように、R3=5Ωとし
た。図中、12は順方向損失、13は逆方向損失、14はTTE
抑圧度、15は(6)式による最大TTE抑圧度を与える方
向性を表すパラメータam、16は方向性を表すパラメータ
aの実測値である。逆方向特性は電源および負荷端子を
すだれ状電極8の側に接続する事によって容易に測定す
る事が出来る。また方向性を表すパラメータaは順方向
と逆方向損失の差から求める事が可能である。中心周波
数でのTTE抑圧度は大きいがaの曲線が98MHzと102MHz付
近でamから大きくはずれ、その周波数近傍でTTE抑圧度
も36dB程度に劣化している事が判る。この時、損失は4d
B、振幅リップル0.3dBP-P、群遅延時間リップル26nsP-P
であった。 第6図は帯域内全域でam20とa21を近接させ、帯域内
でのTTE抑圧度を改善した本発明実施例の周波数特性を
示す。帯域内全域でaとamを近接させるため、R3=15Ω
とした。その時、損失6dB、振幅リップル0.2dBP-P,群遅
延時間リップル21nsP-Pであった。17は順方向損失、18
は逆方向損失、19はTTE抑圧度である。帯域内全域で38d
B以上のTTE抑圧度が得られた。 第7図は、第1図に示した移相器を用いた本発明実施
例の周波数特性を示す。すだれ状電極は上記実施例と同
様な構造であるが、移相器として、L1=1.3μH,L2=230
nH,C1=2.2pF,C2=2pFの値を選んだ。この構造とする事
により、可変抵抗R3を用いず、帯域内のam25とa26を近
づける事が可能となる。ここで、22は順方向損失、23は
逆方向損失、24はTTE抑圧度である。本実施例では、可
変抵抗R3を用いず、従って損失を3dB以下に改善でき、
しかも帯域内全域で44dB以上のTTE抑圧度を得、振幅リ
ップル0.1dBP-P、群遅延時間リップル11nsP-Pの値を得
た。 以上グループ型の一方向性電極に関して説明を行った
が、三相励振型等他の一方向性電極でも(7)式を満足
するように設計を行えば、同様な効果が得られることは
言うまでもない。 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、所望帯域内全域
にわたり、電極間多重反射、挿入損失、振幅リップル、
群遅延時間リップルを低く抑える事が可能になり、低損
失弾性表面波装置の帯域内周波数特性平坦化向上に効果
が得られる。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明に係る一方向性電極の概略説明図、第2
図は一方向性電極の等価3端子対回路表示図、第3図は
方向性とTTE抑圧度の関係を示す図、第4図は本発明実
施例の一方向性電極の模式図、第5図は従来の手法によ
り設計した一方向性電極の周波数特性図、第6図、第7
図は本発明実施例の周波数特性図である。 12,17,22……順方向損失特性 13,18,23……逆方向損失特性 14,19,24……TTE抑圧度 15,20,25……最大TTE抑圧度を与える方向性を表すパラ
メータ 16,21,26……方向性を表すパラメータ R3……可変抵抗 L1,C1,L2,C2……移相回路を構成するインダクタンス素
子とキャパシタンス素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 湯原 章綱 横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社 日立製作所家電研究所内 (72)発明者 山田 純 横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社 日立製作所家電研究所内 (56)参考文献 特開 昭54−148415(JP,A) W.RICHARD SMITH,H ENRY M.GERARD,JEFF REY H.COLLINS他「Des ign of Surface wav e Delay Lines with Interdigital Tran sducers」 IEEE ON M ICRO WAVE THEORY A ND TECHNIQUES,VOLM TT−17,No11,NOV1969 p865 〜872

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.圧電性基板または圧電体を含む弾性表面波基板
    (5)上に、入力すだれ状電極群(7,8)と出力すだれ
    状電極群(9,10)を配設し、かつ、入力すだれ状電極群
    を構成する各すだれ状電極(7,8)において、電源から
    印加される電圧間に位相差(φE)を持たせるための入
    力側移相回路を設け、出力すだれ状電極群を構成する各
    すだれ状電極(9,10)において、負荷に向けて取り出さ
    れるべき電圧間に位相差(φE)を持たせるための出力
    側移相回路を設けて、前記入力すだれ状電極群及び出力
    すだれ状電極群の少なくとも一方を一方向性の電極群と
    して成る弾性表面波装置において、 前記入力すだれ状電極群を電極側から入力側移相回路を
    通して見た場合に得られるコンダクタンス、即ち入力コ
    ンダクタンスをGaとし、電源のコンダクタンスをGlと
    し、前記入力すだれ状電極群から出力すだれ状電極群へ
    向けて放射される伝播波エネルギーと、前記入力すだれ
    状電極群からその反対方向に向けて放射される伝播波エ
    ネルギーと、の比率をaとし、 前記出力すだれ状電極群を負荷側から出力側移相回路を
    通して見た場合に得られるコンダクタンス、即ち出力コ
    ンダクタンスを前記入力コンダクタンスと同じGaとし、
    負荷のコンダクタンスを前記電源のコンダクタンスと同
    じGlとし、前記出力すだれ状電極群が入力すだれ状電極
    群側から受波されるべき伝播波エネルギーと、前記出力
    すだれ状電極群がその反対方向から受波されるべき伝播
    波エネルギーと、の比率を前記比率と同じaとすると
    き、 前記弾性表面波装置において伝播する波動帯域の中心周
    波数においては、 Ga≠Glまたはa≠0であり、 かつ、前記波動帯域内においては、どの周波数において
    も、 a=(Gl−Ga)/(Gl+Ga)なる関係がほぼ成立するよ
    うに、前記入力側移相回路及び出力側移相回路を構成す
    る各素子の値を定めたことを特徴とする弾性表面波装
    置。 2.特許請求の範囲第1項記載の弾性表面波装置におい
    て、入出力すだれ状電極群間の多重反射波の片側すだれ
    状電極群での所望抑圧比を1/c2、かつ所望帯域内全周波
    数で、前記多重反射波を最小にするすだれ状電極群の方
    向性rが、常に正確にr=(Gl−Ga)/(Gl+Ga)であ
    るとしたとき、前記Ga,Gl,aが所望帯域内で 〔(rc−1)/(c+1)〕≦a≦〔(rc+1)/(c/1)〕 なる関係を満足することを特徴とする弾性表面波装置。
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Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
W.RICHARD SMITH,HENRY M.GERARD,JEFFREY H.COLLINS他「Design of Surface wave Delay Lines with Interdigital Transducers」 IEEE ON MICRO WAVE THEORY AND TECHNIQUES,VOLMTT−17,No11,NOV1969 p865〜872

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