JP4155104B2 - 弾性表面波装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば帯域フィルタとして用いられる弾性表面波装置に関し、より詳細には、第１，第２の弾性表面波共振子フィルタが並列接続されている構造を有する弾性表面波装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複数の弾性表面波共振子フィルタを並列接続してなる弾性表面波装置が種々提案されている。例えば、下記の特許文献１には、水晶基板上に複数のＩＤＴ電極が形成されており、該複数のＩＤＴ電極からなる第１，第２の弾性表面波共振子フィルタが並列接続されている構造が開示されている。ここでは、並列接続された各弾性表面波共振子フィルタのフィルタ特性をずらせることにより、広帯域のフィルタ特性を得ることができるとされている。
【０００３】
図１０は、この先行技術に記載のような構造を有する弾性表面波装置のフィルタ特性の一例を示す。
他方、下記の特許文献２には、特許文献１に記載の弾性表面波装置と同様の構造を有する弾性表面波装置が開示されている。もっとも、特許文献２に記載の弾性表面波装置では、並列接続されている各弾性表面波共振子フィルタ特性の関係が特許文献１の場合と異ならされている。すなわち、図１１に示すように、第１，第２の弾性表面波共振子フィルタのフィルタ特性が、図１１の破線Ａ及び破線Ｂで示されている。また、弾性表面波装置全体のフィルタ特性が実線で示されている。破線Ａ及びＢから明らかなように、各弾性表面波共振子は、３つの異なる縦モードの共振点を有している。特許文献２に記載の弾性表面波装置では、第１，第２の弾性表面波共振子フィルタの３つの共振点のうち、高域側の２つの共振点と、他方の弾性表面波共振子フィルタの３つの共振点のうち、低域側の２つの共振点を一致させることにより、全体のフィルタ特性が得られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−３３４４７６号公報
【特許文献２】
特開平７−５８５８５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１，２に記載のように、圧電基板上において、縦結合共振子型弾性表面波フィルタを構成するに際し、複数の弾性表面波共振子フィルタを並列接続した構造は従来より公知であった。このような構造では、弾性表面波フィルタのインピーダンスの低下を図ることができ、かつ特許文献１，２に記載のように、各弾性表面波共振子フィルタのフィルタ特性をずらすことにより広帯域のフィルタ特性を得ることができる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示されているように、第１，第２の弾性表面波共振子フィルタのフィルタ特性を単にずらして配置しただけでは、広帯域のフィルタ特性は一応得ることができるものの、全体のフィルタ特性上において所望でないリップルが発生しがちとなる。
【０００７】
他方、特許文献２に記載のように、第１，第２の弾性表面波共振子フィルタのフィルタ特性に現れる複数の共振点を重ね合わせた場合には、所望でないリップルの発生を抑制することができる。しかしながら、この場合においても、設計条件によっては、製造上のばらつき等により、リップルが生じ易くなることがあった。すなわち、共振点の重なりがずれ、位相の連続性が損なわれた場合などにおいて、リップルが生じることがあった。特に、共振点のＱが高い場合、すなわち、位相の変化が急峻な場合には、僅かな共振点の重なりのずれにより位相が大きくずれ、リップルが発生しがちであった。
【０００８】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、第１，第２の二重モード弾性表面波共振子フィルタを並列接続してなる弾性表面波装置であって、広帯域のフィルタ特性を得ることができるだけでなく、所望でないリップルを確実に抑圧し得る構造を備えた弾性表面波装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１，第２の二重モード弾性表面波共振子フィルタが並列接続されている弾性表面波装置であって、第１，第２の二重モード弾性表面波共振子フィルタが、それぞれ、水晶基板と、水晶基板上に形成されたＩＤＴ電極及びグレーティング反射器とを有し、第１の二重モード弾性表面波共振子フィルタの共振周波数をｆ１Ｌ、ｆ１Ｈ（但し、ｆ１Ｌ＜ｆ１Ｈ）、第２の二重モード弾性表面波共振子フィルタの共振周波数をｆ２Ｌ、ｆ２Ｈ（但し、ｆ２Ｌ＜ｆ２Ｈ）としたときに、ｆ１Ｈ＝ｆ２Ｌとされており、かつ少なくとも一方の二重モード弾性表面波共振子フィルタの反射器のエネルギー透過率が１２〜２８％の範囲とされていることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る弾性表面波装置のさらに他の特定の局面では、第１，第２の弾性表面波共振子フィルタが、同一の水晶基板上に構成されている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００１４】
（第１の実施例）
図１は、本発明の第１の実施例に係る弾性表面波装置を示す模式的平面図である。弾性表面波装置１では、圧電基板２を用いて、第１，第２の二重モード弾性表面波共振子フィルタ３，４が構成されている。圧電基板２は、本実施形態では、水晶からなる。
【００１５】
第１の弾性表面波共振子フィルタ３は、ＩＤＴ電極３ａ，３ｂと、ＩＤＴ電極３ａ，３ｂが設けられている領域の表面波伝搬方向両側に形成されたグレーティング反射器３ｃ，３ｄとを有する。弾性表面波共振子フィルタ４も同様に、ＩＤＴ電極４ａ，４ｂ及びグレーティング反射器４ｃ，４ｄを有する。
【００１６】
本実施例では、ＩＤＴ電極３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ及びグレーティング反射器３ｃ，３ｄ，４ｃ，４ｄは、Ａｌを主成分とする金属を成膜することにより形成されており、膜厚は表面波の波長の３％とされている。また、ＩＤＴ電極３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ及び反射器３ｃ，３ｄ及び４ｃ，４ｄにおけるデューティ比は０．５５とした。デューティ比とは、電極指幅の該電極指の幅と電極指間のギャップとの合計とに対する割合を示す。
【００１７】
ＩＤＴ電極３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂではいずれも電極指の対数は６８とした。
ＩＤＴ電極３ａ，３ｂの間の間隔は、電極指中心間距離で１．２５λとした。
なお、λは、反射器３ｃ，３ｄの波長を示す。さらに、ＩＤＴ電極３ａ，３ｂと反射器３ｃ，３ｄとの間の間隔は、電極指中心間距離で０．５２λとした。
【００１８】
また、反射器３ｃ，３ｄの電極指の本数は、それぞれ、４０本、６０本、８０本、１００本または１２０本とした。
【００１９】
他方、第２の弾性表面波共振子フィルタでは、ＩＤＴ電極４ａ，４ｂ間の電極指中心間距離は０．６４λ、ＩＤＴ電極４ａ，４ｂと反射器４ｃ，４ｄとの間の間隔は電極指中心間距離で０．５２λとした。また、反射器４ｃ，４ｄの電極指の本数は、第１の弾性表面波共振子フィルタ同様４０本、６０本、８０本、１００本、または１２０本とした。
【００２０】
第１の弾性表面波共振子フィルタ３と、第２の弾性表面波共振子フィルタ４とは、並列に接続されている。すなわち、第１の弾性表面波共振子フィルタの入力側ＩＤＴ電極３ａと、第２の弾性表面波共振子フィルタ４の入力側ＩＤＴ電極４ａとが電気的に接続され、入力端子６に電気的に接続されている。他方、第１の弾性表面波共振子フィルタ３の出力側ＩＤＴ電極３ｂと、第２の弾性表面波共振子フィルタ４の出力側ＩＤＴ電極４ｂとが電気的に接続され、出力端子７に電気的に接続されている。
【００２１】
弾性表面波装置１における弾性表面波共振子フィルタ３，４のフィルタ特性を図２に破線Ｘ１，Ｘ２でそれぞれ示す。また、図２には、弾性表面波装置１全体のフィルタ特性を実線で示す。
【００２２】
弾性表面波装置１では、反射器３ｃ，３ｄ，４ｃ，４ｄにおける電極指の本数が上記のように設定されているため、反射器３ｃ，３ｄ，４ｃ，４ｄに入射するエネルギーの透過率が制御され、それによって通過帯域内に発生するリップルの改善が図られている。これを、図２〜図５を参照して説明する。
【００２３】
図２の破線Ｘ１，Ｘ２で示すように、第１の二重モード弾性表面波共振子フィルタ３の共振周波数を、ｆ１Ｌ及びｆ１Ｈ（但し、ｆ１Ｌ≦ｆ１Ｈ）、第２の二重モード弾性表面波共振子フィルタ４の共振周波数をｆ２Ｌ及びｆ２Ｈ（但し、ｆ２Ｌ≦ｆ２Ｈ）としたときに、ｆ１Ｈ＝ｆ２Ｌとされている。そのため、図２の実線で示すように広帯域のフィルタ特性が得られている。
【００２４】
弾性表面波装置１の伝送特性を図３及び図４に示す。また、図３及び図４は、この弾性表面波装置１に、外部の素子によりインピーダンス整合を図った場合の伝送特性を示す。
【００２５】
図３及び図４の伝送特性を比較すると、図４では、通過帯域内に矢印Ｙで示す大きなリップルの発生していることがわかる。このリップルは、図２に示したように、第１，第２の弾性表面波共振子フィルタ３，４のフィルタ特性を重ね合わせた場合、各弾性表面波共振子フィルタ３，４の共振点の位置が構造上のばらつきにより僅かにずれた場合に発生するものである。
【００２６】
すなわち、弾性表面波装置１全体の伝送特性を見た場合、位相の不連続が生じるため、特に、伝送特性のうちの群遅延時間特性において上記リップルが顕著に現れる。
【００２７】
図５は、弾性表面波装置１における反射器の電極指の本数が変化した場合の弾性表面波装置１の群遅延時間におけるリップルの大きさ及びピークロスの大きさの変化を示す図である。群遅延時間リップルとは、群遅延時間特性上において、通過帯域内に現れるリップルＹの大きさを示し、ピークロスとは、最小挿入損失の値をいうものとする。
【００２８】
図５から明らかなように、グレーティング反射器３ｃ，３ｄ，４ｃ，４ｄの電極指の本数を減らすことにより、群遅延時間リップルの値が小さくなることがわかる。この理由は、以下のとおりであると考えられる。
【００２９】
反射器の電極指の本数を少なくした場合、反射器に入射する表面波が透過し易くなる。その結果、表面波の機械的な振動を電気的なエネルギーに変換する効率が悪化するため、第１，第２の弾性表面波共振子フィルタ３，４で発生する共振モードのＱが低下する。すなわち、位相の変化が穏やかになり、従って第１，第２の弾性表面波共振子フィルタ３，４のフィルタ特性を重ね合わせたことにより発生する共振モードのずれ、すなわち、位相の不連続性が穏やかとなることによると考えれられる。
【００３０】
他方、グレーティング反射器３ｃ，３ｄ，４ｃ，４ｄの電極指の本数を減らしたことにより、機械的な振動を電気的なエネルギーに変換する変換効率が低下するため、上述したリップルＹの抑圧は図られるものの、ピークロス値が悪化することがわかる。
【００３１】
従って、弾性表面波装置１では、上記のようにグレーティング反射器３ｃ，３ｄ，４ｃ，４ｄの電極指の本数を少なくすることにより、言い換えれば各弾性表面波共振子フィルタ３，４の発生する共振モードのＱを低下させることにより、上述したリップルＹを効果的に抑圧し得ることがわかる。
【００３２】
また、図５から明らかなように反射器の電極指の本数を８０本以下とし、それによって、Ｑ値を低下させれば、リップルＹを効果的に抑圧し得ることがわかる。
【００３３】
（第２の実施例）
第１の実施例の弾性表面波装置１と同様の電極構造を水晶基板上に形成し、弾性表面波装置を作製した。但し、第２の実施例では、通過帯域の比帯域幅を０．１８％または０．２２％とした。
【００３４】
すなわち、比帯域幅を０．１８％とするために、入力側ＩＤＴ電極３ａと出力側ＩＤＴ電極３ｂとの間隔を電極指中心間距離で１．１７λとし、ＩＤＴ３ａ，３ｂと反射器３ｃ，３ｄとの間の間隔は０．４８λとした。
【００３５】
また、第２の弾性表面波共振子フィルタでは、入力側ＩＤＴ電極４ａと出力側ＩＤＴ電極４ｂとの間の間隔を０．６７λ、ＩＤＴ４ａ，４ｂと反射器４ｃ，４ｄとの間隔を０．５２λとした。
【００３６】
他方、比帯域幅０．２２％の弾性表面波装置を構成するにあたっては、第１の弾性表面波共振子フィルタ３の入力側ＩＤＴ電極３ａと、出力側ＩＤＴ電極３ｂとの間の間隔を１．０９λ、ＩＤＴ電極３ａ，３ｂと反射器３ｃ，３ｄとの間の間隔を０．５２λとした。
【００３７】
また、第２の弾性表面波共振子フィルタ４では、入力側ＩＤＴ電極４ａと、出力側ＩＤＴ電極４ｂとの間の間隔を０．６４λ、ＩＤＴ電極４ａ，４ｂと、反射器４ｃ，４ｄとの間の間隔を０．５２λとした。
【００３８】
上記２種の弾性表面波装置は、第１の実施例の弾性表面波装置に比べて比帯域幅のみが変更されている。
上記のようにして構成された２種の弾性表面波装置における反射器の電極指の本数と、群遅延時間リップル及びピークロス値の変化を図６，７に示す。第１の実施例の場合と同様に、反射器の電極指の本数を８０〜９０本以下と減らすことにより、すなわち、Ｑを低めることにより、通過帯域に現れるリップルを低減し得ることがわかる。
【００３９】
（第３の実施例）
第３の実施例では、第１の弾性表面波共振子フィルタ３のグレーティング反射器３ｃ，３ｄの電極指の本数を８０本とし、第２の弾性表面波共振子フィルタ４のグレーティング反射器４ｃ，４ｄの反射器の本数を４０本、６０本、８０本、１００本及び１２０本と変化させた。すなわち、第１の弾性表面波共振子フィルタ３の反射器３ｃ，３ｄに入射するエネルギーの透過率を一定とし、第２の弾性表面波共振子フィルタの反射器の電極指の本数を変化させることにより、群遅延時間リップルの変化を調べた。図８は、第２の弾性表面波共振子フィルタの電極指の反射器の本数を変化させた場合の群遅延時間リップル及びピークロスの変化を示す。
【００４０】
図８から明らかなように、第２の弾性表面波共振子フィルタ４の反射器の本数を少なくすることにより、群遅延時間リップルを低減し得ることがわかる。
第１〜第３の実施例から明らかなように、圧電基板上に第１，第２の弾性表面波共振子フィルタを並列に接続し、かつ第１，第２の弾性表面波共振子フィルタの共振点を重ねるように設計された弾性表面波装置１では、両方の弾性表面波共振子フィルタの反射器の本数を減らすことにより、すなわち、共振モードのＱを低下させることにより、位相の変化を穏やかにすることができ、それによって通過帯域内のリップルを改善し得ることがわかる。ここでは、グレーティング反射器の電極指の本数を少なくすることは、反射器における表面波のエネルギー透過率を大きくすることと等しい。
【００４１】
図９は、第１〜第３の実施例におけるグレーティング反射器の電極指の本数と、反射器透過するエネルギーの透過率の関係を計算した結果を示す。
一般に、車載用のキーレスエントリーシステムに用いる弾性表面波フィルタでは、挿入損失が４ｄＢ以下であり、かつ通過帯域内リップルが１ｄＢ以下である特性が要求されている。この場合、温度特性による特性の変化を考慮して、上記特性を十分に満足させるには、挿入損失が３ｄＢ以下、かつ通過帯域内のリップル０．３ｄＢ以下であることが必要となる。ここで、通過帯域内のリップルとＧＤＴとは密接な関係があるため、通過帯域内のリップルを０．３ｄＢ以下にする場合には、通過帯域内のＧＤＴを３００ｎ秒以下に抑えればよい。従って、車載用のキーレスエントリーシステムに用いる弾性表面波フィルタは、通過帯域内のＧＤＴを３００ｎ秒以下、かつ挿入損失３ｄＢ以下の特性を満足する必要がある。
【００４２】
第１〜第３の実施例の結果から明らかなように、この要求を実現するには、反射器の電極指の本数を６０〜８０本以内とすればよいことがわかる。これは、図９に示したエネルギー透過率に置き換えると、１２〜２８％に相当する。
【００４３】
従って、本発明においては、少なくとも一方の弾性表面波共振子フィルタのグレーティング反射器のエネルギー透過率を１２〜２８％とすることにより、通過帯域内リップルを効果的に抑圧し得ることがわかる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明に係る弾性表面波装置では、水晶基板を用いており、第１，第２の二重モード弾性表面波共振子フィルタが並列接続されており、第１の二重モード弾性表面波共振子フィルタの共振周波数ｆ１Ｌ及びｆ１Ｈ、第２の二重モード弾性表面波共振子フィルタの共振周波数ｆ２Ｌ及びｆ２Ｈにおいて、ｆ１Ｈ＝ｆ２Ｌとされており、かつ少なくとも一方の二重モード弾性表面波共振子フィルタの反射器のエネルギー透過率が１２〜２８％とされているため、第１，第２の二重モード弾性表面波共振子フィルタの共振点を重ね合わせて広帯域化したフィルタ特性において、位相特性の変化が穏やかとなり、それによって通過帯域内におけるリップルを効果的に抑圧することができる。
【００４７】
第１，第２の二重モード弾性表面波共振子フィルタが同一の水晶基板上に構成されている場合には、本発明に従って、通過帯域内のリップルが少ない弾性表面波装置を１素子の部品として提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例で用意した弾性表面波装置を示す模式的平面図。
【図２】第１の実施例において、第１の二重モード弾性表面波共振子フィルタ及び第２の弾性表面波共振子フィルタ並びに実施例の弾性表面波装置のフィルタ特性を示す図。
【図３】第１の実施例の弾性表面波装置において、外付けの素子を用いてインピーダンス整合を図った場合の伝送特性の一例を示し、通過帯域内にリップルが現れていない状態を示す図。
【図４】第１の弾性表面波装置において、外付けの素子を用いてインピーダンス整合を図った場合の伝送特性の一例を示し、通過帯域内にリップルが現れている状態を示す図。
【図５】第１の実施例において、グレーティング反射器の本数を変化させた場合の群遅延時間リップル及びピークロスの変化を示す図。
【図６】第２の実施例において比帯域を０．１８％とし、反射器の本数を変化させた場合の群遅延時間リップル及びピークロスの変化を示す図。
【図７】第２の実施例において比帯域を０．２２％とし、反射器の電極指の本数を変化させた場合の、群遅延時間リップル及びピークロスの変化を示す図。
【図８】第３の実施例において、反射器の電極指の本数を変化させた場合の群遅延時間リップル及びピークロスの変化を示す図。
【図９】第１〜第３の実施例の結果に基づいて、計算された、反射器の電極指の本数と、反射器のエネルギー透過率との関係を示す図。
【図１０】従来の弾性表面波装置の一例における第１，第２の弾性表面波共振子フィルタのフィルタ特性と、弾性表面波装置全体のフィルタ特性を示す図。
【図１１】従来の弾性表面波装置の他の例における第１，第２の弾性表面波共振子フィルタのフィルタ特性と、弾性表面波装置全体のフィルタ特性を示す図。
【符号の説明】
１…弾性表面波装置
２…圧電基板
３…第１の弾性表面波共振子フィルタ
３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ…ＩＤＴ電極
３ｃ，３ｄ，４ｃ，４ｄ…反射器
４…第２の弾性表面波共振子フィルタ
６…入力端子
７…出力端子
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば帯域フィルタとして用いられる弾性表面波装置に関し、より詳細には、第１，第２の弾性表面波共振子フィルタが並列接続されている構造を有する弾性表面波装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複数の弾性表面波共振子フィルタを並列接続してなる弾性表面波装置が種々提案されている。例えば、下記の特許文献１には、水晶基板上に複数のＩＤＴ電極が形成されており、該複数のＩＤＴ電極からなる第１，第２の弾性表面波共振子フィルタが並列接続されている構造が開示されている。ここでは、並列接続された各弾性表面波共振子フィルタのフィルタ特性をずらせることにより、広帯域のフィルタ特性を得ることができるとされている。
【０００３】
図１０は、この先行技術に記載のような構造を有する弾性表面波装置のフィルタ特性の一例を示す。
他方、下記の特許文献２には、特許文献１に記載の弾性表面波装置と同様の構造を有する弾性表面波装置が開示されている。もっとも、特許文献２に記載の弾性表面波装置では、並列接続されている各弾性表面波共振子フィルタ特性の関係が特許文献１の場合と異ならされている。すなわち、図１１に示すように、第１，第２の弾性表面波共振子フィルタのフィルタ特性が、図１１の破線Ａ及び破線Ｂで示されている。また、弾性表面波装置全体のフィルタ特性が実線で示されている。破線Ａ及びＢから明らかなように、各弾性表面波共振子は、３つの異なる縦モードの共振点を有している。特許文献２に記載の弾性表面波装置では、第１，第２の弾性表面波共振子フィルタの３つの共振点のうち、高域側の２つの共振点と、他方の弾性表面波共振子フィルタの３つの共振点のうち、低域側の２つの共振点を一致させることにより、全体のフィルタ特性が得られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−３３４４７６号公報
【特許文献２】
特開平７−５８５８５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１，２に記載のように、圧電基板上において、縦結合共振子型弾性表面波フィルタを構成するに際し、複数の弾性表面波共振子フィルタを並列接続した構造は従来より公知であった。このような構造では、弾性表面波フィルタのインピーダンスの低下を図ることができ、かつ特許文献１，２に記載のように、各弾性表面波共振子フィルタのフィルタ特性をずらすことにより広帯域のフィルタ特性を得ることができる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示されているように、第１，第２の弾性表面波共振子フィルタのフィルタ特性を単にずらして配置しただけでは、広帯域のフィルタ特性は一応得ることができるものの、全体のフィルタ特性上において所望でないリップルが発生しがちとなる。
【０００７】
他方、特許文献２に記載のように、第１，第２の弾性表面波共振子フィルタのフィルタ特性に現れる複数の共振点を重ね合わせた場合には、所望でないリップルの発生を抑制することができる。しかしながら、この場合においても、設計条件によっては、製造上のばらつき等により、リップルが生じ易くなることがあった。すなわち、共振点の重なりがずれ、位相の連続性が損なわれた場合などにおいて、リップルが生じることがあった。特に、共振点のＱが高い場合、すなわち、位相の変化が急峻な場合には、僅かな共振点の重なりのずれにより位相が大きくずれ、リップルが発生しがちであった。
【０００８】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、第１，第２の二重モード弾性表面波共振子フィルタを並列接続してなる弾性表面波装置であって、広帯域のフィルタ特性を得ることができるだけでなく、所望でないリップルを確実に抑圧し得る構造を備えた弾性表面波装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１，第２の二重モード弾性表面波共振子フィルタが並列接続されている弾性表面波装置であって、第１，第２の二重モード弾性表面波共振子フィルタが、それぞれ、水晶基板と、水晶基板上に形成されたＩＤＴ電極及びグレーティング反射器とを有し、第１の二重モード弾性表面波共振子フィルタの共振周波数をｆ１Ｌ、ｆ１Ｈ（但し、ｆ１Ｌ＜ｆ１Ｈ）、第２の二重モード弾性表面波共振子フィルタの共振周波数をｆ２Ｌ、ｆ２Ｈ（但し、ｆ２Ｌ＜ｆ２Ｈ）としたときに、ｆ１Ｈ＝ｆ２Ｌとされており、かつ少なくとも一方の二重モード弾性表面波共振子フィルタの反射器のエネルギー透過率が１２〜２８％の範囲とされていることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る弾性表面波装置のさらに他の特定の局面では、第１，第２の弾性表面波共振子フィルタが、同一の水晶基板上に構成されている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００１４】
（第１の実施例）
図１は、本発明の第１の実施例に係る弾性表面波装置を示す模式的平面図である。弾性表面波装置１では、圧電基板２を用いて、第１，第２の二重モード弾性表面波共振子フィルタ３，４が構成されている。圧電基板２は、本実施形態では、水晶からなる。
【００１５】
第１の弾性表面波共振子フィルタ３は、ＩＤＴ電極３ａ，３ｂと、ＩＤＴ電極３ａ，３ｂが設けられている領域の表面波伝搬方向両側に形成されたグレーティング反射器３ｃ，３ｄとを有する。弾性表面波共振子フィルタ４も同様に、ＩＤＴ電極４ａ，４ｂ及びグレーティング反射器４ｃ，４ｄを有する。
【００１６】
本実施例では、ＩＤＴ電極３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ及びグレーティング反射器３ｃ，３ｄ，４ｃ，４ｄは、Ａｌを主成分とする金属を成膜することにより形成されており、膜厚は表面波の波長の３％とされている。また、ＩＤＴ電極３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ及び反射器３ｃ，３ｄ及び４ｃ，４ｄにおけるデューティ比は０．５５とした。デューティ比とは、電極指幅の該電極指の幅と電極指間のギャップとの合計とに対する割合を示す。
【００１７】
ＩＤＴ電極３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂではいずれも電極指の対数は６８とした。
ＩＤＴ電極３ａ，３ｂの間の間隔は、電極指中心間距離で１．２５λとした。
なお、λは、反射器３ｃ，３ｄの波長を示す。さらに、ＩＤＴ電極３ａ，３ｂと反射器３ｃ，３ｄとの間の間隔は、電極指中心間距離で０．５２λとした。
【００１８】
また、反射器３ｃ，３ｄの電極指の本数は、それぞれ、４０本、６０本、８０本、１００本または１２０本とした。
【００１９】
他方、第２の弾性表面波共振子フィルタでは、ＩＤＴ電極４ａ，４ｂ間の電極指中心間距離は０．６４λ、ＩＤＴ電極４ａ，４ｂと反射器４ｃ，４ｄとの間の間隔は電極指中心間距離で０．５２λとした。また、反射器４ｃ，４ｄの電極指の本数は、第１の弾性表面波共振子フィルタ同様４０本、６０本、８０本、１００本、または１２０本とした。
【００２０】
第１の弾性表面波共振子フィルタ３と、第２の弾性表面波共振子フィルタ４とは、並列に接続されている。すなわち、第１の弾性表面波共振子フィルタの入力側ＩＤＴ電極３ａと、第２の弾性表面波共振子フィルタ４の入力側ＩＤＴ電極４ａとが電気的に接続され、入力端子６に電気的に接続されている。他方、第１の弾性表面波共振子フィルタ３の出力側ＩＤＴ電極３ｂと、第２の弾性表面波共振子フィルタ４の出力側ＩＤＴ電極４ｂとが電気的に接続され、出力端子７に電気的に接続されている。
【００２１】
弾性表面波装置１における弾性表面波共振子フィルタ３，４のフィルタ特性を図２に破線Ｘ１，Ｘ２でそれぞれ示す。また、図２には、弾性表面波装置１全体のフィルタ特性を実線で示す。
【００２２】
弾性表面波装置１では、反射器３ｃ，３ｄ，４ｃ，４ｄにおける電極指の本数が上記のように設定されているため、反射器３ｃ，３ｄ，４ｃ，４ｄに入射するエネルギーの透過率が制御され、それによって通過帯域内に発生するリップルの改善が図られている。これを、図２〜図５を参照して説明する。
【００２３】
図２の破線Ｘ１，Ｘ２で示すように、第１の二重モード弾性表面波共振子フィルタ３の共振周波数を、ｆ１Ｌ及びｆ１Ｈ（但し、ｆ１Ｌ≦ｆ１Ｈ）、第２の二重モード弾性表面波共振子フィルタ４の共振周波数をｆ２Ｌ及びｆ２Ｈ（但し、ｆ２Ｌ≦ｆ２Ｈ）としたときに、ｆ１Ｈ＝ｆ２Ｌとされている。そのため、図２の実線で示すように広帯域のフィルタ特性が得られている。
【００２４】
弾性表面波装置１の伝送特性を図３及び図４に示す。また、図３及び図４は、この弾性表面波装置１に、外部の素子によりインピーダンス整合を図った場合の伝送特性を示す。
【００２５】
図３及び図４の伝送特性を比較すると、図４では、通過帯域内に矢印Ｙで示す大きなリップルの発生していることがわかる。このリップルは、図２に示したように、第１，第２の弾性表面波共振子フィルタ３，４のフィルタ特性を重ね合わせた場合、各弾性表面波共振子フィルタ３，４の共振点の位置が構造上のばらつきにより僅かにずれた場合に発生するものである。
【００２６】
すなわち、弾性表面波装置１全体の伝送特性を見た場合、位相の不連続が生じるため、特に、伝送特性のうちの群遅延時間特性において上記リップルが顕著に現れる。
【００２７】
図５は、弾性表面波装置１における反射器の電極指の本数が変化した場合の弾性表面波装置１の群遅延時間におけるリップルの大きさ及びピークロスの大きさの変化を示す図である。群遅延時間リップルとは、群遅延時間特性上において、通過帯域内に現れるリップルＹの大きさを示し、ピークロスとは、最小挿入損失の値をいうものとする。
【００２８】
図５から明らかなように、グレーティング反射器３ｃ，３ｄ，４ｃ，４ｄの電極指の本数を減らすことにより、群遅延時間リップルの値が小さくなることがわかる。この理由は、以下のとおりであると考えられる。
【００２９】
反射器の電極指の本数を少なくした場合、反射器に入射する表面波が透過し易くなる。その結果、表面波の機械的な振動を電気的なエネルギーに変換する効率が悪化するため、第１，第２の弾性表面波共振子フィルタ３，４で発生する共振モードのＱが低下する。すなわち、位相の変化が穏やかになり、従って第１，第２の弾性表面波共振子フィルタ３，４のフィルタ特性を重ね合わせたことにより発生する共振モードのずれ、すなわち、位相の不連続性が穏やかとなることによると考えれられる。
【００３０】
他方、グレーティング反射器３ｃ，３ｄ，４ｃ，４ｄの電極指の本数を減らしたことにより、機械的な振動を電気的なエネルギーに変換する変換効率が低下するため、上述したリップルＹの抑圧は図られるものの、ピークロス値が悪化することがわかる。
【００３１】
従って、弾性表面波装置１では、上記のようにグレーティング反射器３ｃ，３ｄ，４ｃ，４ｄの電極指の本数を少なくすることにより、言い換えれば各弾性表面波共振子フィルタ３，４の発生する共振モードのＱを低下させることにより、上述したリップルＹを効果的に抑圧し得ることがわかる。
【００３２】
また、図５から明らかなように反射器の電極指の本数を８０本以下とし、それによって、Ｑ値を低下させれば、リップルＹを効果的に抑圧し得ることがわかる。
【００３３】
（第２の実施例）
第１の実施例の弾性表面波装置１と同様の電極構造を水晶基板上に形成し、弾性表面波装置を作製した。但し、第２の実施例では、通過帯域の比帯域幅を０．１８％または０．２２％とした。
【００３４】
すなわち、比帯域幅を０．１８％とするために、入力側ＩＤＴ電極３ａと出力側ＩＤＴ電極３ｂとの間隔を電極指中心間距離で１．１７λとし、ＩＤＴ３ａ，３ｂと反射器３ｃ，３ｄとの間の間隔は０．４８λとした。
【００３５】
また、第２の弾性表面波共振子フィルタでは、入力側ＩＤＴ電極４ａと出力側ＩＤＴ電極４ｂとの間の間隔を０．６７λ、ＩＤＴ４ａ，４ｂと反射器４ｃ，４ｄとの間隔を０．５２λとした。
【００３６】
他方、比帯域幅０．２２％の弾性表面波装置を構成するにあたっては、第１の弾性表面波共振子フィルタ３の入力側ＩＤＴ電極３ａと、出力側ＩＤＴ電極３ｂとの間の間隔を１．０９λ、ＩＤＴ電極３ａ，３ｂと反射器３ｃ，３ｄとの間の間隔を０．５２λとした。
【００３７】
また、第２の弾性表面波共振子フィルタ４では、入力側ＩＤＴ電極４ａと、出力側ＩＤＴ電極４ｂとの間の間隔を０．６４λ、ＩＤＴ電極４ａ，４ｂと、反射器４ｃ，４ｄとの間の間隔を０．５２λとした。
【００３８】
上記２種の弾性表面波装置は、第１の実施例の弾性表面波装置に比べて比帯域幅のみが変更されている。
上記のようにして構成された２種の弾性表面波装置における反射器の電極指の本数と、群遅延時間リップル及びピークロス値の変化を図６，７に示す。第１の実施例の場合と同様に、反射器の電極指の本数を８０〜９０本以下と減らすことにより、すなわち、Ｑを低めることにより、通過帯域に現れるリップルを低減し得ることがわかる。
【００３９】
（第３の実施例）
第３の実施例では、第１の弾性表面波共振子フィルタ３のグレーティング反射器３ｃ，３ｄの電極指の本数を８０本とし、第２の弾性表面波共振子フィルタ４のグレーティング反射器４ｃ，４ｄの反射器の本数を４０本、６０本、８０本、１００本及び１２０本と変化させた。すなわち、第１の弾性表面波共振子フィルタ３の反射器３ｃ，３ｄに入射するエネルギーの透過率を一定とし、第２の弾性表面波共振子フィルタの反射器の電極指の本数を変化させることにより、群遅延時間リップルの変化を調べた。図８は、第２の弾性表面波共振子フィルタの電極指の反射器の本数を変化させた場合の群遅延時間リップル及びピークロスの変化を示す。
【００４０】
図８から明らかなように、第２の弾性表面波共振子フィルタ４の反射器の本数を少なくすることにより、群遅延時間リップルを低減し得ることがわかる。
第１〜第３の実施例から明らかなように、圧電基板上に第１，第２の弾性表面波共振子フィルタを並列に接続し、かつ第１，第２の弾性表面波共振子フィルタの共振点を重ねるように設計された弾性表面波装置１では、両方の弾性表面波共振子フィルタの反射器の本数を減らすことにより、すなわち、共振モードのＱを低下させることにより、位相の変化を穏やかにすることができ、それによって通過帯域内のリップルを改善し得ることがわかる。ここでは、グレーティング反射器の電極指の本数を少なくすることは、反射器における表面波のエネルギー透過率を大きくすることと等しい。
【００４１】
図９は、第１〜第３の実施例におけるグレーティング反射器の電極指の本数と、反射器透過するエネルギーの透過率の関係を計算した結果を示す。
一般に、車載用のキーレスエントリーシステムに用いる弾性表面波フィルタでは、挿入損失が４ｄＢ以下であり、かつ通過帯域内リップルが１ｄＢ以下である特性が要求されている。この場合、温度特性による特性の変化を考慮して、上記特性を十分に満足させるには、挿入損失が３ｄＢ以下、かつ通過帯域内のリップル０．３ｄＢ以下であることが必要となる。ここで、通過帯域内のリップルとＧＤＴとは密接な関係があるため、通過帯域内のリップルを０．３ｄＢ以下にする場合には、通過帯域内のＧＤＴを３００ｎ秒以下に抑えればよい。従って、車載用のキーレスエントリーシステムに用いる弾性表面波フィルタは、通過帯域内のＧＤＴを３００ｎ秒以下、かつ挿入損失３ｄＢ以下の特性を満足する必要がある。
【００４２】
第１〜第３の実施例の結果から明らかなように、この要求を実現するには、反射器の電極指の本数を６０〜８０本以内とすればよいことがわかる。これは、図９に示したエネルギー透過率に置き換えると、１２〜２８％に相当する。
【００４３】
従って、本発明においては、少なくとも一方の弾性表面波共振子フィルタのグレーティング反射器のエネルギー透過率を１２〜２８％とすることにより、通過帯域内リップルを効果的に抑圧し得ることがわかる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明に係る弾性表面波装置では、水晶基板を用いており、第１，第２の二重モード弾性表面波共振子フィルタが並列接続されており、第１の二重モード弾性表面波共振子フィルタの共振周波数ｆ１Ｌ及びｆ１Ｈ、第２の二重モード弾性表面波共振子フィルタの共振周波数ｆ２Ｌ及びｆ２Ｈにおいて、ｆ１Ｈ＝ｆ２Ｌとされており、かつ少なくとも一方の二重モード弾性表面波共振子フィルタの反射器のエネルギー透過率が１２〜２８％とされているため、第１，第２の二重モード弾性表面波共振子フィルタの共振点を重ね合わせて広帯域化したフィルタ特性において、位相特性の変化が穏やかとなり、それによって通過帯域内におけるリップルを効果的に抑圧することができる。
【００４７】
第１，第２の二重モード弾性表面波共振子フィルタが同一の水晶基板上に構成されている場合には、本発明に従って、通過帯域内のリップルが少ない弾性表面波装置を１素子の部品として提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例で用意した弾性表面波装置を示す模式的平面図。
【図２】第１の実施例において、第１の二重モード弾性表面波共振子フィルタ及び第２の弾性表面波共振子フィルタ並びに実施例の弾性表面波装置のフィルタ特性を示す図。
【図３】第１の実施例の弾性表面波装置において、外付けの素子を用いてインピーダンス整合を図った場合の伝送特性の一例を示し、通過帯域内にリップルが現れていない状態を示す図。
【図４】第１の弾性表面波装置において、外付けの素子を用いてインピーダンス整合を図った場合の伝送特性の一例を示し、通過帯域内にリップルが現れている状態を示す図。
【図５】第１の実施例において、グレーティング反射器の本数を変化させた場合の群遅延時間リップル及びピークロスの変化を示す図。
【図６】第２の実施例において比帯域を０．１８％とし、反射器の本数を変化させた場合の群遅延時間リップル及びピークロスの変化を示す図。
【図７】第２の実施例において比帯域を０．２２％とし、反射器の電極指の本数を変化させた場合の、群遅延時間リップル及びピークロスの変化を示す図。
【図８】第３の実施例において、反射器の電極指の本数を変化させた場合の群遅延時間リップル及びピークロスの変化を示す図。
【図９】第１〜第３の実施例の結果に基づいて、計算された、反射器の電極指の本数と、反射器のエネルギー透過率との関係を示す図。
【図１０】従来の弾性表面波装置の一例における第１，第２の弾性表面波共振子フィルタのフィルタ特性と、弾性表面波装置全体のフィルタ特性を示す図。
【図１１】従来の弾性表面波装置の他の例における第１，第２の弾性表面波共振子フィルタのフィルタ特性と、弾性表面波装置全体のフィルタ特性を示す図。
【符号の説明】
１…弾性表面波装置
２…圧電基板
３…第１の弾性表面波共振子フィルタ
３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ…ＩＤＴ電極
３ｃ，３ｄ，４ｃ，４ｄ…反射器
４…第２の弾性表面波共振子フィルタ
６…入力端子
７…出力端子
Claims (2)
- 第１，第２の二重モード弾性表面波共振子フィルタが並列接続されている弾性表面波装置であって、
第１，第２の二重モード弾性表面波共振子フィルタが、それぞれ、水晶基板と、水晶基板上に形成されたＩＤＴ電極及びグレーティング反射器とを有し、
第１の二重モード弾性表面波共振子フィルタの共振周波数をｆ１Ｌ、ｆ１Ｈ（但し、ｆ１Ｌ＜ｆ１Ｈ）、第２の二重モード弾性表面波共振子フィルタの共振周波数をｆ２Ｌ、ｆ２Ｈ（但し、ｆ２Ｌ＜ｆ２Ｈ）としたときに、ｆ１Ｈ＝ｆ２Ｌとされており、かつ少なくとも一方の二重モード弾性表面波共振子フィルタの反射器のエネルギー透過率が１２〜２８％の範囲とされていることを特徴とする、弾性表面波装置。 - 前記第１，第２の二重モード弾性表面波共振子フィルタが、同一の水晶基板上に構成されている、請求項１に記載の弾性表面波装置。
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