JP3923283B2

JP3923283B2 - 弾性表面波デバイス

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Publication number: JP3923283B2
Application number: JP2001202654A
Authority: JP
Inventors: 治川内; 卓也阿部; 泰文兼田; 基行田島
Original assignee: Fujitsu Media Devices Ltd
Current assignee: Fujitsu Media Devices Ltd
Priority date: 2001-07-03
Filing date: 2001-07-03
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2021-07-03
Also published as: TW518821B; EP1420514A1; EP1420514B1; EP1420514A4; CN1323488C; JP2003017970A; DE60133228T2; CN1524343A; KR20040013086A; WO2003005580A1; KR100850623B1; US7157991B2; US20050003790A1; DE60133228D1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弾性表面波デバイスに関し、特にフィルタとして用いた際に好ましい通過帯域外の減衰特性及び狭帯域特性を実現できる弾性表面波デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話やコードレス電話、無線機等の無線装置の小型かつ軽量化が進み、急速に普及してきている。一方、これらの無線装置の高周波回路にはフィルタが使用され重要なキーデバイスとされている。
【０００３】
かかる無線装置に対する小型かつ軽量化の要求に対応して、フィルタ素子も小型・軽量化の実現が要求されている。フィルタ素子の小型・軽量化の実現のために弾性表面波デバイスが使用されている。
【０００４】
弾性表面波デバイスをフィルタとして用いる場合、必要な信号を通過させ、不必要な信号を除外するという特徴から、挿入損失を少なくすること、および通過帯域外の減衰量を大きくすることは重要な課題である。また、本体の小型化のための部品点数の削減に伴い、弾性表面波デバイスに要求される特性が厳しくなってきた。
【０００５】
弾性表面波デバイスは、一構成例として図１に示すように圧電基板１００上に形成された電極指パターンによりインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）１と反射器２，３を形成している。
【０００６】
図１の例ではインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）１は、３つの個別のＩＤＴ（これらを以降、駆動電極１−１，１−２，１−３という）を含み、駆動電極１−１，１−２は、入力端子ＩＮに並列接続されている。また、駆動電極１−３は、出力端子ＯＵＴに接続されている。駆動電極１−１，１−２，１−３と、それぞれ入力端子ＩＮ及び出力端子ＯＵＴとの接続は、電極パッド４に繋がる引出し線により接続されている。
【０００７】
さらに、図１の例では、インターデジタルトランスデューサ１の両側に配置される反射器２，３は、従来のグレーティング電極を構成している。
【０００８】
かかる構成において、狭帯域化の一方法としてインターデジタルトランスデューサ１の電極指の数を増やす方法が可能である。しかし、かかる場合は挿入損失が大きくなるという問題がある。また、反射電極２，３の反射係数を小さくしてストップバンド幅を狭くすることで、狭帯域を実現する方法もあるが、この場合も挿入損失が同時に悪化する傾向が見られるものであった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
かかる点から本発明者は、良好な狭帯域化を実現し、挿入損失を大きくしない弾性表面波デバイスの構成について研究開発を続け、反射電極２及び反射電極３を反射係数の異なるブロックで形成することで、挿入損失を悪化させずに通過帯域外の減衰量を大きくし、良好な狭帯域のフィルタ特性を実現出来るという発見に至った。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、かかる発見に基づき通過帯域における挿入損失の低減及び良好な狭帯域特性を得ることのできる弾性表面波デバイスを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の本発明の課題を達成する弾性表面波デバイスは、第一の態様として、圧電基板と、前記圧電基板上に形成された、弾性表面波を駆動する少なくとも一つの駆動電極を含むインターデジタルトランスデューサと、前記インターデジタルトランスデューサの両側に配置された反射器を有し、前記反射器は、電気的に独立した複数の電極指の開放電極ブロックと、両端を共通に電気的に短絡された複数の電極指の短絡電極ブロックで構成されたことを特徴とする。
【００１２】
さらに、上記の本発明の課題を達成する弾性表面波デバイスは、第二の態様として、第一の態様において、前記反射器の開放電極ブロックの複数の電極指が、前記反射器の端から１乃至１１本目の位置に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
また、上記の本発明の課題を達成する弾性表面波デバイスは、第三の態様として、第二の態様において、前記反射器の開放電極ブロックの複数の電極指の数が８本以下であることを特徴とする。
【００１４】
さらにまた、上記の本発明の課題を達成する弾性表面波デバイスは、第四の態様として、第一の態様において、前記反射器の開放電極ブロックと短絡電極ブロックは、対称に配置され、２つの開放電極ブロックのそれぞれが、前記反射器の両端から１乃至１１本目の位置に配置されていることを特徴とする。
【００１５】
さらに、上記の本発明の課題を達成する弾性表面波デバイスは、第五の態様として、第四の態様において、前記反射器の開放電極ブロックの複数の電極指の数が８本以下であることを特徴とする。
【００１６】
また、上記の本発明の課題を達成する弾性表面波デバイスは、第六の態様として、前記第一乃至第五の態様のいずれかにおいて、前記開放電極ブロックの複数の電極指及び短絡電極ブロックの複数の電極指は、駆動される弾性表面波の半波長間隔で配置されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の特徴は、更に以下の図面に従い説明される実施の形態から明らかになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、図面に従い本発明の実施の形態を説明する。但し、図面に示される実施の形態例は、本発明の説明のためのものであり、本発明の適用がこれらに限定されるものではない。
【００１９】
図２は、本発明の実施の形態例であり、図１に示したと同様にLiTaO₃あるいは、LiNbO₃の圧電基板１００上にＡｌを主成分とする電極指を形成し、２個の反射器の間に３個の駆動電極１−１、１−２及び１−３を有するインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）１をカスケード接続した構成である。
【００２０】
さらに本発明の特徴として、図１の構成と異なる点は、反射器２，３が、複数の異なる反射係数のブロックで構成されている点にある。すなわち、反射器２，３の各々は、反射係数の異なる３つのブロックを有し、反射係数の異なるブロックとして、電極指が電極パッド４により短絡された短絡（ショート）電極とされているブロック及び、電極パッド４に接続されない開放（オープン）電極とされているブロックにより構成されている。
【００２１】
すなわち、ショート電極を有するブロックは、複数の電極指の両端が電極パッド４に接続され、短絡された領域であり、オープン電極を有するブロックは、電極パッド４から分離し、それぞれ独立した電極指で構成される領域である。
【００２２】
なお、前記開放電極ブロックの複数の電極指及び短絡電極ブロックの複数の電極は、駆動される弾性表面波の半波長間隔で配置されている。
【００２３】
図２に示す例では、反射器２が、それぞれオープン電極２−１、２−２を有する２つのオープン電極ブロックと、それらに隣接し、ショート電極を有する３つのショート電極ブロックを有している。反射器３は、同様にそれぞれオープン電極３−１、３−２を有する２つのオープン電極ブロックと、それらに隣接し、ショート電極を有する３つのショート電極ブロックを有している。
【００２４】
本発明に従い、かかるオープン電極ブロック及びショート電極ブロックを有する反射器を備えた弾性表面波デバイスは、その通過帯域外の減衰量及び狭帯域特性に関し、反射器のオープン電極ブロックを構成するオープン電極指の数及びその位置により特徴づけられる。
【００２５】
図３に実施例として、２００本の電極指で反射器を構成する場合を考察する。
【００２６】
図３Ａは、従来例の反射器の構成であり、反射器に含まれる２００本全ての電極指の両端が電極パッド４０，４１により共通に短絡された構成であり、一つのショート電極ブロックのみで構成されている。この場合は、単一の反射係数のみを有している。
【００２７】
かかる反射器の構成は、反射器の左端を基準として、（２００−０−０−０−０）により表される。すなわち、図３Ａに示す反射器は、その左端を基準として、左端電極指がショート電極であり、更に残りの電極指もショート電極であり、従って２００本（１００対）全てがショート電極であることを意味している。
【００２８】
図３Ｂに示す反射器の構成は、反射器の左端を基準として、２本の電極指がオープン電極であり、これに続き１９６本の電極指がショート電極であり、ついで右端の２本の電極指がオープン電極とされる構成である。この構成は、（０−２−１９６−２−０）で表される。
【００２９】
次に、図３Ｃに示す構成では、同様に反射器の左端を基準として、４本の電極指がショート電極であり、次いで２本の電極指がオープン電極であり、更に、１８８本の電極指がショート電極がある。さらに、続いて２本の電極指がオープン電極があり、これに続いて４本の電極指がショート電極である。この構成は、（４−２−１８８−２−４）で表される。
【００３０】
図４は、図２の構成において、２つの反射器２，３のそれぞれを１５６本、２００本の電極指で構成した時の、一対（２本）のオープン電極の位置を反射器の左端を基準として内側に変化させた時の、弾性表面波デバイスの通過特性の変化の様子を示す図である。図４Ａは、通過特性の全体を示し、図４Ｂは各特性の区別を明らかにするために、図４Ａの一部を拡大して示す図である。
【００３１】
先の図３における説明から明らかなように，図４において，（０−２−１９６−２−０）で定義される反射器３及び（０−２−１５２−２−０）で定義される反射器２を有する弾性表面波デバイスｂは，それぞれの反射器の両端側に２本のオープン電極が配置される構成である。
【００３２】
同様に，（２−２−１９２−２−２）で定義される反射器３及び（２−２−１４８−２−２）で定義される反射器２を有する弾性表面波デバイスｃは，反射器両端側に２本のショート電極があり，その内側に２本のオープン電極が位置づけられる構成である。
【００３３】
さらに，（４−２−１８８−２−４）で定義される反射器３及び（４−２−１４４−２−４）で定義される反射器２を有する弾性表面波デバイスｄは，反射器両端側に４本のショート電極があり，その内側に２本のオープン電極が位置づけられる構成である。
【００３４】
（６−２−１８４−２−６）で定義される反射器３及び（６−２−１４０−２−６）で定義される反射器２を有する弾性表面波デバイスｅは，反射器両端に６本のショート電極があり，その内側に２本のオープン電極が位置づけられる構成である。
【００３５】
（８−２−１８０−２−８）で定義される反射器３及び（８−２−１３６−２−８）で定義される反射器２を有する弾性表面波デバイスｆは，反射器両端側に８本のショート電極があり，その内側に２本のオープン電極が位置づけられる構成である。
【００３６】
さらに，（１０−２−１７６−２−１０）で定義される反射器３及び（１０−２−１３２−２−１０）で定義される反射器２を有する弾性表面波デバイスｇは，反射器両端側に１０本のショート電極があり，その内側に２本のオープン電極が位置づけられる構成である。
【００３７】
図４の特性図において、全てショート電極とした時の弾性表面波デバイスａの特性に対して、オープン電極の位置を両端から内側に置くことにより、通過特性が変化することが理解できる。
【００３８】
この通過特性の変化により、通過帯域外の減衰量及び角形比が変化する。図４に示されるように、全てショート電極とする図１に示す従来の弾性表面波デバイスａの通過特性において、中心周波数で正規化した周波数値（f/f₀）＝０．９７５の時の通過帯域外の減衰量は、−２５ｄＢである。
【００３９】
ここで、最小減衰量（−３ｄＢ）の時の帯域幅（３ｄＢＢＷ）と、通過帯域外の減衰量（−２５ｄＢ）の時の帯域幅（２５ｄＢＢＷ）との比を角形比と定義すると、全てショート電極とした時の弾性表面波デバイスａの特性に対する角形比は、０．５３７である。
【００４０】
角形比は１に近いほど通過帯域幅近傍の通過帯域外の減衰特性が急峻になるので良好な狭帯域特性であるといえる。
【００４１】
図５は、全てショート電極とした時の弾性表面波デバイスａの特性に対して、オープン電極がそれぞれ異なる位置にある反射器を有する弾性表面波デバイスｂ〜ｇにおける通過帯域外の減衰量及び角形比を比較して示すグラフである。
【００４２】
図５において、オープン電極位置を１本とする場合は、反射器ｂが対応し、図３Ｂに示すように、反射器の両端側の１本目及び２本目の電極指がオープン電極である構成である。
【００４３】
また、オープン電極位置を３本とする場合は、反射器の両端側から１本目及び２本目の電極指がショート電極であり、３本目及び４本目がオープン電極である反射器構成である。これは、図４に示す弾性表面波デバイスｃの反射器構成に対応する。
【００４４】
同様に、図５において、オープン電極位置を５本とする場合は、反射器の両端側から１本目乃至４本目の電極指がショート電極であり、５本目及び６本目がオープン電極である構成である。これは、図４に示す弾性表面波デバイスｄの反射器構成に対応する。
【００４５】
オープン電極位置を７本とする場合は、反射器の両端側から１本目乃至６本目の電極指がショート電極であり、７本目及び８本目がオープン電極である反射器構成である。これは、図４に示す弾性表面波デバイスｅの反射器構成に対応する。
【００４６】
また、オープン電極位置を９本とする場合は、反射器の両端側から１本目乃至８本目の電極指がショート電極であり、９本目及び１０本目がオープン電極である反射器構成である。これは、図４に示す弾性表面波デバイスｆの反射器構成に対応する。
【００４７】
さらに、オープン電極位置を１１本とする場合は、反射器の両端側から１本目乃至１０本目の電極指がショート電極であり、１１本目及び１２本目がオープン電極である反射器の構成である。これは、図４に示す弾性表面波デバイスｇの反射器構成に対応する。
【００４８】
図５において、上記の様に反射器のオープン電極位置を両端側から１乃至１１本の範囲の位置に置く場合、全てショート電極とする反射器を有する弾性表面波デバイスａの特性と比較して、通過帯域外の減衰量及び角形比ともに改善されることが理解できる。
【００４９】
ここで、更にオープン電極の対数を多くすることによっても角形比及び通過帯域外の減衰量に関し、全てオープン電極とする反射器を有する場合に較べ改善出来ることが本発明者の研究により発見出来た。
【００５０】
すなわち、図６は、オープン電極を反射器の両端側から５本目即ち、両端側に４本のショート電極を置き、その内側にオープン電極を配置した場合であって、更に反射器のオープン電極の本数を１から７本に変えた場合の弾性表面波デバイスの通過帯域特性を示す図である。
【００５１】
図６において，弾性表面波デバイスｈは，反射器の両端にある４本のショート電極の内側に１本のオープン電極を配置した構成である。
【００５２】
弾性表面波デバイスｉは，反射器の両端側にある４本のショート電極の内側に２本のオープン電極を配置した構成である。この構成は，図４，図５における弾性表面波デバイスｄの反射器構成に対応する。
【００５３】
弾性表面波デバイスｊは，反射器の両端側にある４本のショート電極の内側に４本のオープン電極を配置した構成である。
【００５４】
弾性表面波デバイスｋは，反射器の両端側にある４本のショート電極の内側に６本のオープン電極を配置した構成である。
【００５５】
弾性表面波デバイスｌは，反射器の両端側にある４本のショート電極の内側に７本のオープン電極を配置した構成である。
【００５６】
図６を観察すると、オープン電極の本数を増加した場合も、全てショート電極とした時の反射器を有する弾性表面波ａの特性に対して、オープン電極の本数を増加することにより、通過特性が変化することが理解できる。
【００５７】
図７は、全てショート電極とした反射器を有する弾性表面波デバイスａの特性に対して、各々オープン電極の本数を増やした反射器を有する弾性表面波デバイスｈ〜ｌにおける通過帯域外の減衰量及び角形比の変化のシミュレーション結果を比較して示すグラフである。
【００５８】
全てショート電極とする反射器を有する弾性表面波デバイスにおける角形比は０．５４であり、これに対し、オープン電極の本数を増加すると角形比が改善されることが判る。反対にオープン電極の本数を増加すると帯域外の減衰量は低減していくが、オープン電極を４乃至８本の場合は、全てショート電極とする反射器を有する弾性表面波デバイスにおける角形比は０．５４より改善され、減衰量も２５ｄＢ以上にすることが出来る。
【００５９】
ここで、先の実施例では、反射器におけるオープン電極指の配置を左右対称にする場合のみを示した。しかし、本発明の適用はオープン電極指の配置を左右対称にする場合に限られない。
【００６０】
図８は、かかる反射器におけるオープン電極指の配置を説明する図であり、図８Ａは、反射器におけるオープン電極指の配置を左右対称にする場合であって、図４の実施例における弾性表面波デバイスｄの反射器（あるいは、図６の実施例における弾性表面波デバイスｉの反射器）に対応する。
【００６１】
図８Ａに示す反射器構成は、両端側にショート電極指が４本配置され、その内側に２本のオープン電極指が配置される構成であって、左右対称である。
【００６２】
これに対し、図８Ｂに示す反射器構成は、左端側にショート電極指が４本配置され、その内側に２本のオープン電極指が配置される構成である。２本のオープン電極指の内側から右側端までショート電極指が配置され、電極指の配置は、左右非対称である。
【００６３】
図９は、オープン電極指が左右対称に配置される場合と非対称に配置される場合の弾性表面波デバイスの通過帯域特性を比較した図である。
【００６４】
弾性表面波デバイスｍの反射器は、両端から４本のショート電極指を有し、その内側に２本のオープン電極指を有する構成であり、図８Ａに示す構成である。これに対し、弾性表面波デバイスｎの反射器は、左端側に４本のショート電極指、その内側に２本のオープン電極指を有し、更にその内側から右端側までショート電極指が配置される非対称の構成である。
【００６５】
さらに、弾性表面波デバイスｏの反射器は、両端から４本のショート電極指を有し、その内側に７本のオープン電極指を有する構成である。これに対し、弾性表面波デバイスｐの反射器は、左端側に４本のショート電極指、その内側に７本のオープン電極指を有し、更にその内側から右端側までショート電極指が配置される非対称の構成である。
【００６６】
弾性表面波デバイスｍとｎとの比較及び、弾性表面波デバイスｏとｐとの比較において、いずれも反射器のオープン電極指が対称に配置されている方が、通過帯域外の減衰量が大きくなっている。
【００６７】
しかし、本発明に従い反射器がオープン電極指を有する構成によって、反射器の全ての電極指がショート電極である場合に較べ、帯域外減衰量が改善され、狭帯域化が可能である。したがって、本発明の適用は、弾性表面波デバイスの反射器において、オープン電極指を対称に配置する場合に限定されない。
【００６８】
【発明の効果】
以上図面に従い、実施の形態例を説明したように、本発明により通過帯域外減衰量の大きな特性を有し、通過帯域における挿入損失の低減及び良好な狭帯域特性を得ることのできる弾性表面波デバイスが提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】弾性表面波デバイスの一構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態例を示す図である。
【図３】２００本の電極指で反射器を構成する場合の実施の形態例を示す図である。
【図４】図２の実施の形態例構成において、オープン電極の位置を反射器の左端を基準としてから内側に変化させた時の通過特性の変化の様子を示す図である。
【図５】オープン電極の位置を変えて測定したフィルタの減衰量及び角形比の変化の様子を示すグラフである。
【図６】オープン電極の本数を変えた場合のフィルタの周波数特性を示す図である。
【図７】オープン電極の本数を変えた時のフィルタの減衰量及び角形比の変化のシミュレーション結果を比較して示すグラフである。
【図８】反射器におけるオープン電極指の配置を説明する図である。
【図９】オープン電極指が左右対称に配置される場合と非対称に配置される場合とを比較した通過特性図である。
【符号の説明】
１インターデジタルトランスデューサ
２、３反射器
４電極パッド
１−１，１−２入力側駆動電極
１−３出力側駆動電極
２−１，２−２，３−１，３−２オープン電極
１００圧電基板

Claims

圧電基板と，
前記圧電基板上に形成された，弾性表面波を駆動する少なくとも一つの駆動電極を含むインターデジタルトランスデューサと，
前記インターデジタルトランスデューサの両側に配置された第１及び第２の反射器を有し，
前記第１及び第２の反射器のそれぞれは，電気的に独立した複数の電極指の開放電極ブロックと，両端を共通に電気的に短絡された複数の電極指の短絡電極ブロックを有して構成され，
前記第１及び第２の反射器のそれぞれにおいて，２つの開放電極ブロックが，前記短絡電極ブロックの中心位置を対称軸として左右に対称に配置され，前記２つの開放電極ブロックのそれぞれが，前記反射器の両端から１乃至１１本目の位置に配置されていることを特徴とする弾性表面波デバイス。
請求項１において，
前記反射器の開放電極ブロックの複数の電極指の数が８本以下であることを特徴とする弾性表面波デバイス。
請求項１又は２において，
前記開放電極ブロックの複数の電極指及び短絡電極ブロックの複数の電極は，駆動される弾性表面波の半波長間隔で配置されていることを特徴とする弾性表面波デバイス。