JP3156551B2 - 弾性表面波装置 - Google Patents

弾性表面波装置

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JP3156551B2 JP17528895A JP17528895A JP3156551B2 JP 3156551 B2 JP3156551 B2 JP 3156551B2 JP 17528895 A JP17528895 A JP 17528895A JP 17528895 A JP17528895 A JP 17528895A JP 3156551 B2 JP3156551 B2 JP 3156551B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業の利用分野】本発明は弾性表面波を用いた弾性表
面波装置において、不要な共振(以下スプリアスと呼
ぶ)を回避した弾性表面波装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の弾性表面波装置の一種であるSA
W共振子の電極構造としては、例えば米国特許4716
16号公報、又は米国特許3886504号公報、又は
特公平6−85492号公報、特公平7−28195号
公報等に記載されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の従来技
術では、いわゆる横モードのスプリアスを抑圧する方法
を提供しているだけで、本願が対象とする主振に極めて
近接するスプリアスについては言及しておらずその解決
方法は未知であった。そこで本発明はこのような問題点
を解決するもので、その目的とするところは、300M
Hz以上の高周波数において正常に動作する1ポートS
AW共振子さらには弾性表面波装置を市場に提供するこ
とにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の弾性表面波装置
は、圧電体平板上に、弾性表面波を励振する少なくとも
1個のすだれ状電極と、少なくとも1対の反射器とから
なるものにおいて、前記すだれ状電極の電極指の交差幅
が25波長以上であり、かつ前記電極指が交差する領域
とバスバー導体との距離を10波長から4波長として、
前記電極指の交差幅領域の弾性表面波の変位U(Y)が
前記バスバー導体に達せずに減衰していることを特徴と
する。
【0005】この場合、弾性表面波装置の反射器は、す
だれ状電極の交差幅とほぼ等しい長さの導体ストリップ
を多数配列した後、各導体ストリップを、対角に配置し
た短絡導体にて接続することが望ましい。
【0006】
【0007】らに、弾性表面波装置の周波数fmと自
由表面の周波数ffとの比fm/ffを0.995より小
さく、0.985より大きくすることが望ましい。
【0008】
【0009】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1から図5によ
り説明し、最後に本発明の理論的根拠を図6から図8を
用いて説明する。図1は本発明の弾性表面波装置の一実
施例である。図1中の各部位の名称は、100は圧電体
平板、101と102はすだれ状電極(以下、IDT(I
nterdigital Transducer)と略す)のバスバー導体、
103と104は前記IDTの電極指、105のWcは
電極指の交差幅、106のBは電極指の交差する領域と
前記バスバー導体との距離、108は反射器、109と
110等は反射器の導体ストリップ、111は前記反射
器の導体ストリップ群を短絡する短絡導体である。前記
100の圧電体平板は、水晶、タンタル酸リチウム等の
圧電性を有する単結晶およびZnO等の圧電性薄膜を形
成した基板からなる。前記の100上に形成された10
1,102,103,104からなるIDTおよび10
8の反射器は、アルミニウムおよび金等の導電性を有す
る金属膜を蒸着、スパッタ等の手段により薄膜形成した
後、フォトリソグラフィ技術によりパターン形成して作
られる。本発明の弾性表面波装置においては、前記のI
DTが1個と反射器が1対の1ポートSAW共振子で
も、また前記のIDTが2個または3個と反射器が1対
の2ポートSAW共振子でも、IDTが2個としたトラ
ンスバーサル型SAWフィルタであってもよい。本発明
にあっては、反射器108の幅寸法は、IDTの交差指
の交差幅Wcと同一寸法とする。また108の反射器
は、前述の金属薄膜からなる導体ストリップ109,1
10等を多数等周期で並行に配置したものである。前記
の周期は、通例、利用する弾性表面波の半波長(λ/
2)がとられている。
【0010】つぎに、本発明の核心である図1中の幅寸
法B(106)につき詳述する。
【0011】図2は図1のIDTの横幅方向Y−Y´断
面を見たものであって、図中の200は圧電体平板、2
01は電極指の交差幅の領域、202と203はIDT
のバスバー導体部、204は基本波対称モードS0の変
位、205は基本波斜対称モードA0の変位である。前
記変位S0は中心線m−m´に対して対称であり、A0
変位は、原点Oに関して点対称となっている。前記交差
幅の部分201の端部Pから、変位204がほとんど零
に減少する点Qまでの距離dが、前記寸法Bより小さい
ことを示す。前記の距離dとB寸法の関係を知るに当た
り、後述する理論に元ずく計算を行った。図3は前記I
DTの作る周波数fmとIDTを形成する金属導体膜の
厚みを無限小としたときの自由表面の周波数ffとの比
(fm/ff)を横軸として、縦軸を利用する弾性表面波
の波長λを単位とした前記の距離dとしたときの特性図
である。図中の301は前記図2の205の斜対称モー
ドA0の特性、302は、図2の204の対称モードS0
の特性である。但し、計算の条件として電極指の交差幅
Wcを25λ(波長)とした。モードA0およびS0のい
ずれものdが10以下となるためには(fm/ff)が
0.995以下であることがわかる。さらに通常使用す
る電極膜厚み範囲が(fm/ff)の値で0.985以上
であることから線で囲まれたの領域が指定される。つぎ
に図4に前記の交差幅Wcに対する、前記距離dの関係
を示す。図中の401は前記図2の斜対称モードA0
特性であり、Wcが25λ以上で前記距離dは10以下
となることがわかる。最後に、図5に、実験で求めた前
記Wcにたいする1ポートSAW共振子の等価直列抵抗
1の関係を示す。R1は電極指の交差幅Wcが大きくな
るに従い小さくなっていく。R1が通常の発振回路にお
いて使用できる20Ω以下となるためにはWcが25λ
以上必要なことがわかる。以上をまとめると、前記Wc
が25λ以上、かつ(fm/ff)が0.995以下かつ
0.985以上であれば、距離dは10λ以下とするこ
とができる。従って前記の寸法Bを10λ程度とすれ
ば、変位の振幅がIDTのバスバー電極にかからなくす
ることができると言える。最後に何故B=10λに設定
したかについては、図1の弾性表面波装置の横幅寸法が
図1から推測できる通り、2B+Wc以上となるが、B
が10λでほぼWcに等しくなり小型化の観点からこの
程度のB寸法が最大値であることによる。
【0012】次に前述の計算の理論的根拠につき以下に
説明する。
【0013】図6は従来の技術では説明できない現象の
発生している1ポートSAW共振子の共振特性を示す図
である。横軸は周波数、縦軸は前記共振子のインピーダ
ンスZ(ω)の対数表示である。図中の共振点602は
主共振601近傍に存在する未知なるスプリアスであ
る。主共振601は図2の204S0の変位に対応す
る。一方、主共振周波数より下の603は縦モードによ
るスプリアス共振である。また、上側に存在する604
と605は横モードとよばれているスプリアス共振であ
ることは周知である。さらにまた、主共振のスプリアス
602のわずか上側に存在する606は極めて小さな振
幅変化であり、斜対称の横モードスプリアス(図2の2
05A0)と考えられる。 共振601、602、60
6は範囲670ppm程に、極めて近接して存在してお
り従来の考えかたでは説明できない。この問題を解決す
るに当たりSAW共振子の幅方向の変位を支配する微分
方程式を導いた。前記微分方程式はSAW共振子の振動
エネルギーを長さと深さ方向に積分して得られるラグラ
ンジアン L=T−U(Tは運動エネルギー、Uは位置
エネルギー)から得られるもので次式となる。
【0014】 但し、U(Y)は幅方向変位、Yは弾性表面波の波長λ
で規格化したy座標(y/λ)、aは横方向のせん断効
果係数、ωは角周波数、ω0は電極指の交差幅が無限大
のSAW共振子が有する角周波数である。前記a定数
は、実際のSAW共振子を測定した結果から、本発明が
問題とするSTカットにおいては0.033であった。
さらに、主共振の近傍にスプリアスが発生した図6のS
AW共振子の電極パターンにつき前記の(1)式を用い
て幅方向の変位を計算してみると図7となった。図7は
SAW共振子の幅方向中心から左半分を図示したもので
あって、図中の700は圧電体平板、701が基本波対
称モードの内のひとつであるS01、702はもうひとつ
の基本波対称モードであるS02である。また領域DAは
IDTの電極指交差幅領域、領域DBはIDTおよび反
射器のバスバー領域、領域DCは電極のない自由表面領
域である。前記のDAは16λ、DBは65λである。
領域DAの共振子周波数はωm、領域DBの共振子周波
数はωfm、領域DCの共振子周波数は、ωfであって、
これらの間には、ωf>ωm>ωfmの大小関係がある。モ
ードS01とS02の周波数間には、S02の方がS01より1
50ppmほど高く、極めて近接しており図6の現象を
良く説明している。また基本波斜対称モードA0は50
0ppmほでS02よりうえ側にあり全体をよく説明して
いる。図7の変位は領域DAから領域DB,DCへ共振
エネルギーがリークしている現象と説明できる。従っ
て、この現象を防ぐには領域DAからの変位のリークを
なくせばよい。この結論にたいする回答が本発明の図1
の内容である。最後に、図1の本発明の反射器の動作原
理を図8に説明する。図8は反射器の横断面変位を図示
したもので、図中の800は圧電体平板、801は基本
波対称モード変位S0、802は反射器の導体ストリッ
プ、803は図7同様に各領域の共振子の共振周波数を
示す(ωf>ωm)。 変位801が示す通り、図7の領
域DBのようなリーク変位を発生させないことがわか
る。
【0015】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、弾性
表面波装置におけるIDTとバスバー導体間の距離Bを
表面波の変位がリークしないように設定すること、さら
に反射器のバスバー導体を除去する構成としたことによ
り、主共振近傍にスプリアスがなく正常に動作する弾性
表面波装置を市場に提供でき今後多大の利点が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例の弾性表面波装置を示す平
面図。
【図2】 前記図1の実施例が示す弾性表面波装置のI
DTが示す横断面変位図。
【図3】 前記図1の弾性表面波装置の特性図。
【図4】 前記図1の弾性表面波装置の特性図。
【図5】 前記図1の弾性表面波装置の特性図。
【図6】 従来の弾性表面波装置の共振特性図。
【図7】 前記図6の弾性表面波装置が示す横断面変位
図。
【図8】 前記図1の弾性表面波装置の反射器が示す横
断面変位図。
【符号の説明】
100 圧電体平板 101 IDTのバスバー導体 102 IDTのバスバー導体 103 電極指 104 電極指 108 反射器 109 短絡導体
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03H 9/145 H03H 9/25

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電体平板上に、弾性表面波を励振する
    少なくとも1個のすだれ状電極と、少なくとも1対の反
    射器とからなる弾性表面波装置において、前記すだれ状電極の電極指の交差幅が25波長以上であ
    り、かつ前記電極指が交差する領域とバスバー導体との
    距離を10波長から4波長として、前記電極指の交差幅
    領域の弾性表面波の変位U(Y)が前記バスバー導体に
    達せずに減衰している ことを特徴とする弾性表面波装
    置。
  2. 【請求項2】 前記弾性表面波装置の反射器は、前記す
    だれ状電極の交差幅とほぼ等しい長さの導体ストリップ
    を多数配列した後、各導体ストリップを、対角に配置し
    た短絡導体にて接続したことを特徴とする請求項1記載
    の弾性表面波装置。
  3. 【請求項3】 前記弾性表面波装置の周波数fmと自由
    表面の周波数ffとの比fm/ffが0.995より小さ
    く、0.985より大きいことを特徴とする請求項
    載の弾性表面波装置。
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