JP4127369B2

JP4127369B2 - 弾性表面波装置

Info

Publication number: JP4127369B2
Application number: JP2002158261A
Authority: JP
Inventors: 宏明前原; 幸一丸田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2022-05-30
Also published as: JP2004007095A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電基板上に入力用電極と出力用電極を形成した２ポート共振子型の弾性表面波装置に関し、特に櫛歯状の入出力櫛歯状電極（ＩＤＴ）を用いた弾性表面波装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の２ポート共振子型の弾性表面波装置は、例えば、図５に示すような電極構造を有している。即ち、圧電基板１０の表面に、入力用電極２０と、出力用電極３０と、入出力用電極２０，３０の弾性表面波伝播方向に弾性表面波のエネルギーを閉じこめるグレーティング反射器４０，５０とがそれぞれ弾性表面波伝播方向に向けて配設されている。
入力用電極２０は櫛歯状の入力用櫛歯状電極２１と櫛歯状のグランド用櫛歯状電極２２を有し、入力用櫛歯状電極２１はバスバー２１３aと複数の電極指２１ａとから成る。また、グランド用櫛歯状電極２２はバスバー２２４aと複数の電極指２２ａから成り、これらの電極指２１ａ，２２ａは弾性表面波の伝搬方向に対して垂直に形成されている。
【０００３】
一方、出力用電極３０は櫛歯状の出力用櫛歯状電極３１と櫛歯状のグランド用櫛歯状電極３２を有している。
出力用櫛歯状電極３１はバスバー３１３aと複数の電極指３１ａとから成り、グランド用櫛歯状電極３２はバスバー３２４aと複数の電極指３２ａから成る。これらの電極指３１ａ、３２ａはそれぞれ弾性表面波の伝搬方向に対して垂直に形成されている。
【０００４】
このような従来の弾性表面波装置においては、図５に示すように弾性表面波の伝播方向に対し垂直方向に1次の横振動モードのみならず２次以上の高次横振動モードの振動エネルギーが閉じ込められており、基本モードが主応答のモードとなるのに対し、２次以上はスプリアスとなる。この高次横振動モードの偶数次の振動モードにおける電荷は、入出力用電極２０，３０内で相殺されるが、奇数次の振動モードによる電荷は相殺されることがなく、フィルタ特性にスプリアスとして現れるものである。
【０００５】
そこで、このスプリアスを抑制する方法が提案されており、例えば、特開平０５−９５２５０号公報では、圧電基板の表面に入出力用電極側バスバーのそれぞれに櫛歯状に対向する電極指を所定の間隔で配置した少なくとも２つ以上の交叉電極指を設けた弾性表面波装置において、前記入出力用電極側電極指とグランド側電極指の対向する１対同士が弾性表面波の伝搬方向に対して垂直方向の長さを弾性表面波が伝搬する方向への距離の変化にともない変化させていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の弾性表面波装置においては、弾性表面波の伝搬方向に対して垂直方向のバスバーの長さを弾性表面波が伝搬する方向への伝搬距離の変化にともない周期的（１対同士）に変化させているので、高次横振動モードスプリアスの抑圧に限界があった。これは、図６に示す入出力用電極２０，３０のバスバー電極２１，２２部分の長さが弾性表面波の伝搬する方向に対し周期的に変化していることによるもので、バスバー電極による奇数次の振動モード（例えば、３次の振動モード）においては、バスバー電極による振幅分布２１０、２２０が同一周期内ではバスバー電極部分の長さにより異なり、周期的に同一バスバー電極長さの部分が現れるため、同一バスバー電極長さによる振幅分布２１０、２２０も同一振幅となり、周期的に同一振幅が加算されたスプリアスとして現れる。
【０００７】
本発明は上述の問題点に鑑み案出されたもので、その目的は、高次横振動モードによるスプリアスを抑圧して通過帯域の挿入損失の低下を防止した弾性表面波装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の弾性表面波装置は、圧電基板の一主面に、一列状に配された多数の電極指を有する一対の櫛歯状電極を、双方の櫛歯状電極の電極指が電極指の配列方向に一部交叉し、且つ一方の櫛歯状電極の電極指が他方の櫛歯状電極の電極指間に位置するように、対向させて配置してなる弾性表面波装置において、前記一対の櫛歯状電極の電極指は、交叉領域内の交叉長および電極幅が略一定で、かつ非交叉領域内の電極幅が個々に、もしくは複数個ずつ異なる幅に設定されており、前記多数の電極指の電極幅が、非交叉領域内で、櫛歯状電極の両端部から中央部にかけて斬次広く、または漸次狭くなるように設定されていることを特徴とするものである。
【００１１】
【作用】
高次横振動モードスプリアスは、弾性表面波伝搬方向に垂直な方向の両端に存在するバスバー間で弾性表面波が多重反射して定在波が生じることによって発生し、定在波の振幅分布によって発生するスプリアス周波数が変化するので例えば３次横振動モードスプリアスは基本モードより高周波側に発生し、５次横振動モードスプリアスは更に高周波側に発生する。また、同じ３次横振動モードスプリアスでも、櫛歯状電極の電極指の交叉幅や、電極指の非交叉領域の長さや幅を変化させることにより、高次横振動モードの定在波の振幅分布が変化しスプリアスの発生周波数が変化する。
【００１２】
従って本発明では、櫛歯状電極の弾性表面波伝搬方向の伝搬距離の変化に伴って、電極指の非交叉領域の電極幅または電極指長さを変化させることで、高次横振動モードの定在波の振幅をそれぞれの電極で変化させ、これにより高次横振動モードの発生する周波数を変化させて、高次横振動モードスプリアスの発生する周波数を分散させ、高次横振動モードスプリアスによるスプリアスレベルを抑制することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の弾性表面波装置を２ポート共振子型弾性表面波装置に適用した実施形態を示す平面図であり、同図に示す弾性表面波装置Ａは、圧電基板１の主面に入力用電極２及び出力用電極３を、また入出力用電極２，３の両側にグレーティング反射器４，５を弾性表面波の伝播方向に配設している。
【００１４】
圧電基板１は水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、四ホウ酸リチウム等から成り、所定カット角，所定伝播方向となるように切断処理されている。
【００１５】
入力用電極２は、櫛歯状の入力用櫛歯状電極２３と櫛歯状のグランド用櫛歯状電極２４とを互いに対向させて配置している。
【００１６】
入力用櫛歯状電極２３は、弾性表面波伝播方向に沿って配されたバスバー２３ａと、その長手方向に沿って配列された複数の入力用電極指２ａとで構成されており、該入力用電極指２ａを弾性表面波伝播方向に対し略垂直な方向に配設させている。
【００１７】
また、グランド用櫛歯状電極２４は、前記入力用櫛歯状電極２３のバスバー２３ａに対し略平行に配されたバスバー２４ａと、その長手方向に沿って配列された複数のグランド用電極指２ｃとで構成されており、該グランド用電極指２ｃを弾性表面波伝播方向に対し略垂直な方向に配設させている。
【００１８】
かくして、上述した入力用櫛歯状電極２３及びグランド用櫛歯状電極２４は、双方の櫛歯状電極２３，２４の電極指２ａ，２ｃが電極指２ａ，２ｃの配列方向（弾性表面波伝播方向）に一部交叉し、且つ入力用櫛歯状電極２３の電極指２ａがグランド用櫛歯状電極２４の電極指２ｃ間に位置するように、対向させて配置されており、入力用櫛歯状電極２３側で外部回路ｓに接続され、グランド用櫛歯状電極２４側で外部回路ｓの接地電位tに接続される。
【００１９】
尚、図１においては、入力用電極指２ａとグランド用電極指２ｃが弾性表面波伝播方向で互いに噛み合う交叉長をＷ１で、その両側に位置する非交叉長をＷ２で示し、交叉長Ｗ１と非交叉長Ｗ２の和（開口長）をＷ０で示している。
【００２０】
一方、出力用電極３も、先に述べた入力用電極２と同様に、櫛歯状の出力用櫛歯状電極３３と櫛歯状のグランド用櫛歯状電極３４とを互いに対向させて配置している。
【００２１】
出力用櫛歯状電極３３は、弾性表面波伝播方向に沿って配されたバスバー３３ａと、その長手方向に沿って配列された複数の出力用電極指３ａとで構成されており、該入力用電極指３ａを弾性表面波伝播方向に対し略垂直な方向に配設させている。
【００２２】
また、グランド用櫛歯状電極３４は、前記出力用櫛歯状電極３３のバスバー３３ａに対し略平行に配されたバスバー３４ａと、その長手方向に沿って配列された複数のグランド用電極指３ｃとで構成されており、該グランド用電極指３ｃを弾性表面波伝播方向に対し略垂直な方向に配設させている。
【００２３】
そして、上述した出力用櫛歯状電極３３及びグランド用櫛歯状電極３４も、入力用電極２と同様に、双方の櫛歯状電極３３，３４の電極指３ａ，３ｃが電極指３ａ，３ｃの配列方向（弾性表面波伝播方向）に一部交叉し、且つ出力用櫛歯状電極３３の電極指３ａがグランド用櫛歯状電極３４の電極指３ｃ間に位置するように、対向させて配置されており、出力用櫛歯状電極３３側で外部回路ｖに接続され、グランド用櫛歯状電極３４側で外部回路ｖの接地電位tに接続される。
【００２４】
このような本実施形態の弾性表面波装置において特徴的な点は、図２に示すように、非交叉領域Ｗ２における入出力用電極２，３の電極指の電極幅を個々に、もしくは複数個ずつ異なる幅に設定したことであり、これによって電極指の少なくとも１つが非交叉領域Ｗ２において他の電極指の電極幅と異なる幅となるように設定されている。
【００２５】
本実施形態においては、非交叉領域Ｗ２における電極指の電極幅がＤ１,Ｄ２，・・・,Ｄｎ−１,Ｄｎと個々に異なる大きさに設定されており、このような電極指の電極幅は、一対の櫛歯状電極間で同期させてある。即ち、交叉領域内で隣接する一方の櫛歯状電極の電極指と他方の櫛歯状電極の電極指とが非交叉領域内でも略同一幅となるように設定されており、入力用電極指２aとグランド用電極指３aで交互に増加または減少している。
【００２６】
また、非交叉領域Ｗ２における電極指の電極幅は、図２に示す如く、電極指の配列方向（弾性表面波伝播方向）に漸次変化させておくのが好ましく、これにより、非交叉領域Ｗ２における電極指の電極幅Ｄ１,Ｄ２，・・・,Ｄｎ−１,Ｄｎは、電極幅Ｄｎが一番幅広で、入力用電極２の弾性表面波伝播方向の端部に近づくに従って幅狭となる。
【００２７】
即ち、非交叉領域Ｗ２における電極指の電極幅の電極幅Ｄｘ（Ｄ１,Ｄ２，・・・,Ｄｎ−１,Ｄｎ）は、入出力用電極２，３の伝播方向の長さをＬ、電極指の弾性表面波方向の一方端部から当該電極指迄の距離をＸ、当該電極指の電極幅をＤｘとした時に、次式に基づいて設計されている。
Ｄｘ＝{１／４＋（３Ｘ）／（２Ｌ）}λ （０≦Ｘ≦Ｌ／２）
Ｄｘ＝{７／４−（３Ｘ）／（２Ｌ）}λ （Ｌ／２≦Ｘ≦Ｌ）
尚、非交叉領域における電極指の電極幅Ｄｘは上式に限られるものではなく、例えば、電極指の電極幅Ｄｘを不規則に変えて配置させてもよい。
【００２８】
また、入出力用電極２，３及びグレーティング反射器４，５は、例えば、アルミニウム薄膜からなり、その厚みは０．１〜１μｍで所定のパターンに被着形成されている。ここで、各入出力用電極指２ａ、２ｃ、３ａ、３ｃの電極幅及び間隔は、例えば、弾性表面波の波長λに対してλ／４に設定される。
【００２９】
次に本発明の弾性表面波装置Ａの動作について図１，図２を用いて説明する。本発明の弾性表面波装置Ａは、外部回路ｓを通じて入力用電極２に入力された信号が圧電作用により入力用電極指２ａとグランド用電極指２ｃの交叉間で励振された弾性表面波が図上、右方向に伝播され、出力用電極３の出力用櫛歯状電極３３まで伝播される。これにより生じた弾性表面波は、グレーティング反射器４，５間で振動エネルギーが外部に漏れずに閉じこめられることになる。
【００３０】
そして、出力用電極３に弾性表面波が入射すると、その弾性表面波の振幅に比例した電圧が出力用電極指に発生し、所定のフィルタ特性に応じた信号が出力用櫛歯状電極３３から抽出されて外部回路ｖより出力される。
【００３１】
入出力用電極２，３の非交叉領域Ｗ２における電極指の電極幅が、図２に示す如く、Ｄ１,Ｄ２，・・・,Ｄｎ−１,Ｄｎとなっている場合、１次の横振動モードの分布における励振領域２００は振幅分布の端となるため、非交叉領域Ｗ２の影響を受けにくい。しかし、高次横振動モード（例えば３次）の奇数次横振動モードの分布においては励振領域２０１が正負の両領域で存在し、正の領域の振幅分布が非交叉領域Ｗ２の電極幅Ｄ１,Ｄ２，・・・,Ｄｎ−１,Ｄｎの部分にあたるため、非交叉領域Ｗ２の電極幅の影響を受けることになる。即ち電極幅Ｄｎでは見かけ上、バスバー電極が交叉領域Ｗ１に接近し開口長Ｗ０が短くなり、また、電極幅Ｄ１ではバスバー電極が交叉領域Ｗ１から離れ開口長Ｗ０が長くなることになる。
【００３２】
このことは奇数次の横振動モードの振動周波数が分散していることを意味しており、このように、少なくとも１つの非交叉領域Ｗ２での電極幅Ｄ１、Ｄ２、Ｄｎ−１、Ｄｎは、好ましくは全ての非交叉領域Ｗ２での電極幅を変えることにより奇数次の横振動モードによるスプリアスを分散させることができる。
【００３３】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更・改良等が可能である。
【００３４】
例えば、本発明の実施形態においては、図１に示すように入出力用電極の交叉長Ｗ１の延長上の非交叉領域Ｗ２の電極幅を入出力用電極の伝播方向のセンター(図２ではL/2)に向かうに従って幅広に入出力用電極の両端になるほど幅狭になるように非交叉領域Ｗ２の電極幅を各々１本ずつ異なる電極幅としているが、これに代えて、非交叉領域Ｗ２の電極幅を入出電極の伝搬方向に対して不規則な電極幅となるよう形成してもよく、また、入出力用電極の伝搬方向に対し２本ずつ同一の電極幅としてもよく、或いは、同様に３本ずつ同一の電極幅としてもよい。
【００３５】
【実施例】
次に本発明の作用効果を実施例に基づいて説明する。
圧電基板としては２７．５−ＳＴカットの水晶基板を用い、図１に示す構造に従って、圧電基板の表面に入力用電極、出力用電極、グレーティング反射器をそれぞれ弾性表面波伝播方向に沿って形成し、これによって中心周波数３６０ＭＨｚの２ポート共振子型の弾性表面波装置を製作した。
【００３６】
入力用電極、出力用電極、グレーティング反射器は、電極材料であるアルミニウムを従来周知の真空蒸着法により圧電基板の上面に０．３６μｍの厚みに形成し、しかる後、これを従来周知のフォトプロセス、ＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）法によって所定パターンに加工することにより電極を形成した。かかる実験サンプルにおいては、電極指周期を８．５４μｍとし、入出力用電極の交叉長Ｗ１は１２７μｍ（１５λ）とした。また、入出力用電極の開口長Ｗ０を１７１μｍ（２０λ）とし、非交叉領域の幅Ｗ２を２１．４μｍ（２．５λ）とした。
【００３７】
また、図１に示すように入出力用電極の交叉長Ｗ１の延長上の非交叉領域Ｗ２の電極幅を入出力用電極の伝播方向のセンター(図２ではL/2)に近づくに従って幅広に、入出力用電極の両端に近いところほど幅狭になるように形成した。
【００３８】
以上の構成で２ポート共振子型の弾性表面波装置を２素子並列接続したものを２段縦続接続した実験サンプル（本発明品）を作製し、その特性について調べた。その実験結果を図３に示す。
【００３９】
この実験結果によれば、非交叉領域に位置する電極指の電極幅を異ならせた本発明品では、通過帯域外の高周波側における阻止域で高次横振動モードによる不要なスプリアスａ（３次のスプリアス）、ｂ（５次のスプリアス）を抑制でき、良好な特性が得られていることが判る。
【００４０】
また、比較例として図５に示すような非交叉領域の電極幅を弾性表面波の伝播方向に対して同一にした実験サンプル（従来品）を作製し、同様の特性調査を行なった。その結果を図４に示す。
【００４１】
この実験結果によれば、非交叉領域に位置する電極指の電極幅を全て同一幅とした従来品では、高次横振動モードによる３次のスプリアスｃ、５次のスプリアスｄが生じ、実用には不適な特性であった。これは入出力間で高次横振動モードが同一振幅と同一位相で振動するため、弾性表面波がダミー電極間で加算され不要なスプリアスｃ、ｄとして現れたものと考えられる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の構成によれば、少なくとも前記非交叉領域の電極指のうちの１つを他の非交叉領域の電極幅または、電極指長さより異なる幅または長さに形成したことから、１次以外の高次横振動モードの発生する周波数（スプリアス）を変化させることができ、これにより、高次横振動モードの周波数を分散させ、その結果、通過阻止域内では高減衰の弾性表面波装置が提供できる。
【００４３】
また、非交叉領域の電極幅及び電極指長さのみを調整するために、通過帯域内の挿入損失を劣化させないため、通過帯域内で低損失の弾性表面波装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る弾性表面波装置の平面図である。
【図２】図１の弾性表面波装置において発生する横振動モードを説明する図である。
【図３】本発明品のフィルタ特性を示す特性図である。
【図４】従来品のフィルタ特性を示す特性図である。
【図５】従来の弾性表面波装置を示す平面図である。
【図６】従来の弾性表面波装置において発生する横振動モードを説明する図である。
【符号の説明】
Ａ・・・弾性表面波装置
１・・・圧電基板
２・・・入力用電極
３・・・出力用電極
４、５・・・グレーティング反射器

Claims

圧電基板の一主面に、一列状に配された多数の電極指を有する一対の櫛歯状電極を、双方の櫛歯状電極の電極指が電極指の配列方向に一部交叉し、且つ一方の櫛歯状電極の電極指が他方の櫛歯状電極の電極指間に位置するように、対向させて配置してなる弾性表面波装置において、
前記一対の櫛歯状電極の電極指は、交叉領域内の交叉長および電極幅が略一定で、かつ非交叉領域内の電極幅が個々に、もしくは複数個ずつ異なる幅に設定されており、前記多数の電極指の電極幅が、非交叉領域内で、櫛歯状電極の両端部から中央部にかけて斬次広く、または漸次狭くなるように設定されていることを特徴とする弾性表面波装置。