JP4339974B2 - 弾性表面波装置 - Google Patents
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Description
【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交叉指電極(IDT)を用いた弾性表面波装置に関する。
【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においては、例えば、図5のような電極構造となっている。即ち、圧電基板10の表面に、櫛歯状の入力用交叉指電極21が櫛歯状のグランド用交叉指電極22に対向して配置された入力用交叉指電極20と、櫛歯状の出力用交叉指電極31が櫛歯状のグランド用交叉指電極32に対向して配置された出力用交叉指電極30とからなり、入力用交叉指電極20と出力用交叉指電極30とが弾性表面波伝搬方向に向けて配設されてなる。
【0003】
また、入出力用交叉指電極20、30は、入出力用電極指21a、31a及び振動に寄与しない入出力用のダミー電極指21b、31bが弾性表面波伝搬方向に対して略垂直に形成されている。
【0004】
一方、グランド用交叉指電極22、32は、グランド用電極指22a、32a及び振動に寄与しないグランド用のダミー電極指22b、32bが弾性表面波伝搬方向に対して略垂直に形成されている。
【0005】
そして、入出力用電極指21aに対向してグランド用のダミー電極指22bが、また、入出力用のダミー電極指21bに対向してグランド用電極指22aがそれぞれ配設されてなる。なお、入出力用交叉指電極20,30の弾性表面波伝搬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を各々配設している。
【0006】
従来の弾性表面波装置においては、図5,6に示すように弾性表面波の伝搬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、入出力用交叉指電極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。
【0007】
一方、従来の弾性表面波装置において、ダミー電極指21b、22b、31b、32bは弾性表面波の伝搬速度を均一にするために配設している。即ち、もしもダミー電極21b、22b、31b、32bを設けない場合には、入出力用電極指21a、31a及びグランド用電極指22a、32aの交叉部と非交叉部で伝播速度が異なり弾性表面波の伝播する位相差が交叉部と非交叉部で生じ所望の電気特性を再現できないためである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図6に示すように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、励振領域230が正負の両領域で存在することになり、この正の領域の振幅分布がダミー電極21b1、22b1の部分にあたることになる。
【0009】
ここで、従来の弾性表面波装置の電極構造においては、入出力用交叉指電極20,30のダミー電極21b1 〜 3、22b1 〜 3の長さは等しく形成されているため、ダミー電極21b1、22b1による励振領域210,220が、他のダミー電極21b2 〜 3、22b2 〜 3でも振幅と位相が一致して現れる。従って、弾性表面波がダミー電極21b1、22b1から21b3、22b3まで伝搬するまでに振動成分210,220が加算されることになり、これにより、不要なスプリアスとして現れるという問題を有していた。
【0010】
本発明は上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、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を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため本発明の弾性表面波装置は、櫛歯状に形成された複数の入出力用電極指に対して櫛歯状に形成された複数のグランド用電極指が互いに交叉して対向すると共に、前記入出力用電極指及び前記グランド用電極指のそれぞれに、前記入出力用電極指及び前記グランド用電極指に対向したダミー電極指を形成してなる弾性表面波装置において、前記入出力用電極指と前記グランド用電極指とが弾性表面波伝搬方向において一定の交叉長を有し、前記ダミー電極指が互いに異なる長さを有することを特徴とするものである。
【0012】
本発明の構成によれば、ダミー電極指の長さを互いに異ならすことで、ダミー電極指のない部分での伝搬速度を変化させ、各ダミー電極指で生じる奇数次の高次横振動モードの振幅と位相をずらすことができ、これにより、1次以外の高次横振動モードの周波数を分散させることができ、その結果、スプリアスを抑制することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
図1は、本発明の実施の形態における2ポート共振子型の弾性表面波装置を説明する平面図である。
図1において弾性表面波装置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が、また、入出力用電極2,3の両側にはグレーティング反射器4,5が弾性表面波の伝搬方向に配設されている。
【0014】
圧電基板1は所定カット角、所定伝搬方向となるように切断処理された水晶、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、さらに、所定伝搬方向となるように分極処理されたPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)、PZ(ジルコン酸鉛)等から成る。
【0015】
入力用電極2は、櫛歯状の入力用交叉指電極23と櫛歯状のグランド用交叉指電極24とが互いに対向して配置されている。入力用交叉指電極23は、入力用電極指2a及び振動に寄与しない入力用のダミー電極指2bが弾性表面波伝搬方向に対して略垂直に形成されている。さらに、グランド用交叉指電極24は、グランド用電極指2c及び振動に寄与しないグランド用のダミー電極指2dが弾性表面波伝搬方向に対して略垂直に形成されている。そして、入力用電極指2aに対向してグランド用のダミー電極指2dが、また、入力用のダミー電極指2bに対向してグランド用電極指2cがそれぞれ配設されてなる。また、一方の入力用交叉指電極23は外部回路sと接続し、ここより入力信号を励振している。また、他方のグランド用交叉指電極24は外部回路の接地電位tと接続されている。なお、入力用電極指2aとグランド用電極指2cとが弾性表面波伝搬方向で互いに噛み合う交叉長をW1としている。
【0016】
出力用電極3は、櫛歯状の出力用交叉指電極33と櫛歯状のグランド用交叉指電極34とが互いに対向して配置されている。出力用交叉指電極33は、出力用電極指3b及び振動に寄与しない出力用のダミー電極指3aが弾性表面波伝搬方向に対して略垂直に形成されている。さらに、グランド用交叉指電極34は、グランド用電極指3d及び振動に寄与しないグランド用のダミー電極指3cが弾性表面波伝搬方向に対して略垂直に形成されている。そして、出力用のダミー電極指3aに対向してグランド用電極指3dが、また、出力用電極指3bに対向してグランド用のダミー電極指3cがそれぞれ配設されてなる。また、一方の出力用交叉指電極33は外部回路uと接続し、ここから出力信号を抽出している。また、他方のグランド用交叉指電極34は外部回路の接地電位tと接続されている。
【0017】
ここで、入出力用電極2,3のダミー電極指2b、2d、3a、3cは、少なくとも1つが他のダミー電極指2b、2d、3a、3cと異なる長さを有しており、例えば、図2に示すようにダミー電極指2b1 〜 3、2d1 〜 3の内でダミー電極2b1、2d1を一番長く形成し、弾性表面波の伝搬方向に伝わるに従って短くなるように形成されて重み付けを施している。
【0018】
少なくとも1つのダミー電極指2b、2d、3a、3cであるから数は特に限定されるものではない。また、本発明のダミー電極指2b、2d、3a、3cの長さの電極構造はこれに限定されるものではなく、図1に示すように入力電極2と出力電極3の境界線Lを中心にダミー電極指2b、2d、3a、3cの電極構造が左右対称の電極構造とするとさらに好ましい。この理由は、入力用電極2で励振された振幅と位相の等しい高次横振動モードが出力電極でも同じように受信できるから高周波の伝搬損失を少なくすることができるからである。
その他のダミー電極の重み付けとしては、曲線関数状に重み付けしても良く、三角形状、曲線関数形状の重みつけを周期的に繰り返す構造にしてもよい。これらによっても1次以外の高次横振動モードの周波数を分散することができ、スプリアスを抑制することができる。
【0019】
なお、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。また、各一対の入出力用電極指2a、2c、3b、3d及びダミー電極指2b、2d、3a、3cの電極指幅及び間隔は、例えば、弾性表面波の波長λに対してλ/4となっている。
【0020】
次に本発明の弾性表面波装置Aにおける動作について図1,2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とグランド用のダミー電極指2dの交叉間で励振された弾性表面波が図上、右方向に伝搬され、出力用電極3の出力用交叉指電極33まで伝搬される。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。
【0021】
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交叉指電極33に発生し、所定のフィルタ特性に応じた信号が出力用交叉指電極33から抽出されて外部回路vより出力される。
【0022】
この場合、図2に示すように、入出力用電極2,3のダミー電極2b、2d、3a、3dを重み付けした場合、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、重み付け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ダミー電極2b、2d、3a、3dの重み付け部分にあたるため、重みつけの影響を受けることになる。即ちダミー電極2b、2d、3a、3dの長さが長い領域(左)では正の領域が広く、短い領域(右)では正の領域の狭い振幅分布となる。
【0023】
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つのダミー電極2b、2d、3a、3d、好ましくは全てのダミー電極の長さ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。また、ダミー電極2b、2d、3a、3dが入出力用電極2,3で重み付けを、境界線Lに対して弾性表面波の伝播方向で左右対称に形成しているので、入力用電極2で発生した同一周波数の高次横振動モードを出力用電極3で受信できるので、さらに挿入損失の劣化を抑制できる。
【0024】
【実施例】
次に本発明の作用効果を確認するために本発明の実施例を示す。
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搬方向に沿って形成した。これにより、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。
入力用電極、出力用電極、グレーティング反射器は、具体的には圧電基板に電極材料であるアルミニウムを真空蒸着で膜厚0.36μmで形成した後、フォトプロセスで所定パターンを形成しRIE(Reactive Ion Etching)法で不要部を除去しレジスト剥離して電極を形成した。
この場合、電極指周期を8.54μmとし、入出力用電極指の交叉長W1はW1=128μmとした。また、入出力電極の開口長W0をW0=180μmとし、また、入出力電極の延長上の交叉に寄与しないダミー電極を伝搬方向に向かうに従って短くなるように重み付けを施した。
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段縦続接続して実験した結果を図3に示す。
【0025】
これより、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、bを抑制でき良好な特性が得られた。
【0026】
比較例としてダミー電極の長さを弾性表面波の伝搬方向に対して同じにして重み付けを施さない以外は実施例と同じ構成で実験した。その結果を図4に示す。
【0027】
図に示すように、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、7次のスプリアスe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、eとして現れたものと考えられる。
【0028】
【発明の効果】
本発明の構成によれば、少なくとも前記ダミー電極指の内の1つが他のダミー電極指より異なる長さに形成したために、1次以外の高次横振動モードの伝搬速度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。
【0029】
また、ダミー電極のみの長さを調整するために、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】本発明の弾性表面波装置の平面図である。
【図2】本発明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】本発明のフィルタ特性を示す特性図である。
【図4】本発明の比較例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】本発明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
2a:入力用電極指(入出力用電極指)
3d:出力用電極指(入出力用電極指)
2c、3b:グランド用電極指
2b、2s、3a、3c:ダミー電極指
W 1 :交叉長
Claims (1)
- 櫛歯状に形成された複数の入出力用電極指に対して櫛歯状に形成された複数のグランド用電極指が互いに交叉して対向すると共に、前記入出力用電極指及び前記グランド用電極指のそれぞれに、前記入出力用電極指及び前記グランド用電極指に対向したダミー電極指を形成してなる弾性表面波装置において、
前記入出力用電極指と前記グランド用電極指とが弾性表面波伝搬方向において一定の交叉長を有し、前記ダミー電極指が互いに異なる長さを有することを特徴とする弾性表面波装置。
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