JP4395228B2

JP4395228B2 - 弾性表面波装置

Info

Publication number: JP4395228B2
Application number: JP34135499A
Authority: JP
Inventors: 哲夫丹羽; 賢志浦辺
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2019-11-30
Also published as: JP2001156578A

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交差指電極と出力用交差指電極を形成した複数の弾性表面波伝搬部の各々が縦結合してなる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８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、櫛歯状入力用電極２１が櫛歯状グランド用電極２２に対向して配置された入力用交差指電極２０と、櫛歯状出力用電極３１が櫛歯状グランド用電極３２に対向して配置された出力用交差指電極３０とからなり、入力用交差指電極２０と出力用交差指電極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、櫛歯状入出力用電極２１、３１は、入出力用電極指２１ａ、３１ａ及び振動に寄与しない入出力用ダミー電極指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、櫛歯状グランド用電極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、入力用電極指２１ａに対向してグランド用ダミー電極指２２ｂが、また、入力用ダミー電極指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、入出力用交差指電極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８，９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次以上の高次の横振動モードの振動エネルギーが閉じ込められており、基本横振動モードが主応答の横振動モードとなるのに対し２次以上の横振動モードはスプリアスとなる。この高次の横振動モードの偶数次の横振動モードにおける電荷は、入出力用交差指電極２０，３０内で相殺されるが、奇数次の横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、もしもダミー電極指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の交差部と非交差部とで伝播速度が異なり、弾性表面波の伝播する位相差が交差部と非交差部とで生じて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９に示すように奇数次の横振動モード（例えば、３次の横振動モード）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指２１ｂ_１〜３、２２ｂ_１〜３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、入力用交差指電極２０のダミー電極指２１ｂ_１〜３、２２ｂ_１〜３の長さは等しく形成されているため、ダミー電極指２１ｂ_１、２２ｂ_１による励振領域２１０，２２０が、他のダミー電極指２１ｂ_２〜３、２２ｂ_２〜３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指２１ｂ_１、２２ｂ_１から２１ｂ_３、２２ｂ_３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】
しかも、このような弾性表面波装置を多段縦結合させた場合においては、結合する弾性表面波装置のダミー電極指による振動成分が加算されて、不要なスプリアスがさらに大きくなるものである。
【００１１】
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、弾性表面波装置を多段結合させた場合においても高次の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。
【００１２】
【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、圧電基板の主面に、複数の入出力用電極指を有する櫛歯状の入出力用電極と、複数のグランド用電極指を有する櫛歯状のグランド用電極とを、前記入出力用電極指と前記グランド用電極指とが互いに交差するように対向配置させると共に、前記入出力用電極及び前記グランド用電極のそれぞれに、前記入出力用電極指及び前記グランド用電極指に対向するダミー電極指を設けた弾性表面波伝搬部を複数形成し、各弾性表面波伝搬部を縦結合してなる弾性表面波装置において、２つの弾性表面波伝搬部の前記ダミー電極指の長さは、前記２つの弾性表面波伝搬部のそれぞれで同一であると共に前記２つの弾性表面波伝搬部で互いに異なっており、前記２つの弾性表面波伝搬部の前記入出力用電極指及び前記グランド用電極指の交差幅は、前記２つの弾性表面波伝搬部で同一であることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の構成によれば、２つの弾性表面波伝搬部のダミー電極指の長さは、２つの弾性表面波伝搬部で互いに異なっているため、高次の横振動モードの振動が２つの弾性表面波伝搬部で互いに異なる周波数になり、これにより、高次の横振動モードの振動によるスプリアスを分散させて抑圧することができる。
【００１４】
即ち、入出力交差指電極の交差に寄与しないダミー電極指の長さ以外は各縦結合の弾性表面波伝搬部とも同一構成であるので、通過帯域内のフィルタ特性を劣化させず高周波側減衰域に生ずるスプリアスのみを抑圧した弾性表面波装置が提供できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態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、２つの弾性表面波伝搬部Ｂ、Ｃから構成されており、圧電基板１の主面に、弾性表面波伝搬部Ｂの入力用交差指電極２及び出力用交差指電極３が、また、入出力用交差指電極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沿って配設されている。同様に弾性表面波伝搬部Ｃの入力用交差指電極６及び出力用交差指電極７が、また、入出力用交差指電極６，７の両側にはグレーティング反射器９，１０が弾性表面波の伝搬方向に沿って配設されている。
【００１６】
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。
【００１７】
入力用交差指電極２、６は互いに噛み合う一対の電極指２ａ，２ｂ，６ａ，６ｂからなり、一方の電極指２ａは入力端子ｓと接続し、ここより入力信号を励振している。また、他方の電極指２ｂは外部回路の接地電位ｔと接続している。さらに、一方の電極指６ａは弾性表面波伝搬部ＢとＣを接続する接続端子８と接続し、ここより弾性表面波伝搬部Ｂからの信号を受ける。また、他方の電極指６ｂは外部回路の接地電位ｕと接続している。なお、電極指２ａ，２ｂ，６ａ，６ｂが弾性表面波伝搬方向で互いに噛み合う交差幅はＷの幅に形成されている。
【００１８】
出力用交差指電極３，７は互いに噛み合う一対の電極指３ａ，３ｂ，７ａ，７ｂからなり、一方の電極指３ｂは外部回路の接地電位ｖと接続してなる。また、他方の電極指３ａは前述の接続端子８と接続し、ここから弾性表面波による出力信号を弾性表面波伝搬部Ｃに送信している。さらに、一方の電極指７ｂは外部回路の接地電位ｘと接続してなる。また、他方の電極指７ａは外部回路の出力端子ｙと接続し、弾性表面波を外部に出力するように構成されている。なお、電極指３ａ，３ｂの交差幅は入力用交差指電極２と同じ幅としている。
【００１９】
また、入出力端子に接続される電極指２ａ，３ａ，６ａ，７ａ（以下、入出力用電極指という）及びグランドに接続される電極指２ｂ，３ｂ，６ｂ，７ｂ（以下、グランド用電極指という）のそれぞれに、入出力用電極指２ａ，３ａ，６ａ，７ａ及びグランド用電極指２ｂ，３ｂ，６ｂ，７ｂに対向したダミー電極指２ｃ，３ｃ，６ｃ，７ｃが形成されており、弾性表面波伝搬部Ｂのダミー電極指２ｃ，３ｃの長さＷ１は弾性表面波伝搬部Ｃのダミー電極指６ｃ，７ｃの長さＷ２と長さを異ならせている。
【００２０】
また、入出力交差指電極２，３，６，７、グレーティング反射器４，５，９，１０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、各一対の電極指２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂ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１／４λとなっている。
【００２１】
上述の構成により弾性表面波伝搬部Ｂにおける各グレーティング反射器４，５間で入出力交差指電極２，３からの振動エネルギーを閉じ込め、さらに、弾性表面波伝搬部Ｃに伝搬して各グレーティング反射器９，１０間でその振動エネルギーを閉じ込めるように作用する。
【００２２】
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、入力端子ｓを通じて入力用交差指電極２の電極指２ａに入力された信号が、圧電作用により励振された弾性表面波が電極指２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，６ａ，６ｂと圧電基板１の表面を図中左右方向に伝搬して出力用交差指電極７まで至り、これにより生じた弾性表面波は、グレーティング反射器４，５，９，１０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。
【００２３】
そして、出力用交差指電極７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差指電極７に発生し、所定のフィルタ特性に応じた信号が電極指７ｂから抽出されて出力端子ｙより出力される。
【００２４】
この場合、図２（ａ）（ｂ）に示すように、弾性表面波伝搬部ＢとＣのダミー電極指の長さＷ１及びＷ２を変えることで、１次の横振動モード分布における励振領域２１はそのままで、高次の横振動モード（例えば３次）のうち、奇数次の横振動モード分布において励振領域が正負の両領域で存在するが、ダミー電極指３ｃ、６ｃの重み付け部分は正（＋）の領域２２，２３であるため、この正の領域２２，２３の振動が異なるために多段接続した場合、スプリアスが分散されて和として現れるのを防止することができる。
【００２５】
入出力用交差指電極２，３，６，７の開口長Ｌと入出力用電極指２ａ，３ａ，６ａ，７ａ及びグランド用電極指２ｂ，３ｂ，６ｂ，７ｂの交差幅の比を変えることでスプリアスが移動する作用を説明する。その関係を図３に示す。縦軸は通過帯域の中心周波数に対して３次の横振動モードのスプリアスが発生した周波数の比であり、横軸は入出力用交差指電極２，３，６，７の開口長Ｌに対する交差幅Ｗ（Ｗは一定に固定）の比（交差幅Ｗ／開口長Ｌ）を示している。図より、交差幅Ｗ／開口長Ｌを小さく、即ち、Ｗを固定して開口長Ｌを長くすることで３次の横振動モードのスプリアスは通過帯域の中心周波数に近づくことがわかる。
【００２６】
一方、交差幅Ｗが弾性表面波の２０倍（２０λ、以下同じ表現をする）を超える場合（図３では２２．３λ及び３５λ）は交差幅Ｗ／開口長Ｌを変化させても影響を受けにくく（傾きが小さくなる）、逆に、交差幅１０λ未満の場合には１次の横振動モードにも影響がありフィルタ特性が悪化する。従って、好ましい態様としては交差幅を１０λ〜２０λ、さらに好ましくは１０λ〜１５λとするのが良い。このことから、弾性表面波装置Ａで交差幅Ｗ（１０〜２０λ）では、交差幅Ｗ／開口長Ｌを変えることで高次の横振動モードにより発生するスプリアスをコントロールできることになる。しかし、交差幅を２０λ以上としても交差幅Ｗ／開口長Ｌの変化の影響が少ないが、この１０〜２０λの範囲に限定されるものでもない。
【００２７】
また、図４は入出力交差指電極２，３，６，７の交差幅Ｗ＝１１．７λの実測値であり、図５は交差幅Ｗ＝１３．８λの実測値である。どちらも縦軸は減衰量（ｄＢ／ｄｉｖ）、横軸は周波数である。これより、通過帯域特性はほとんど変わらず、通過帯域外の減衰域にスプリアスとして現れる３次の横振動モードの発生周波数が交差幅Ｗ／開口長Ｌの比により移動しているのがわかる。
【００２８】
従って、奇数次の横振動モードによるスプリアスを抑圧するためには、各縦結合共振子型弾性表面波フィルタにおいて、入出力交差指電極のダミー電極指２ｃ，３ｃ，６ｃ，７ｃの長さＷ１及びＷ２を異ならせることによって、各弾性表面波伝搬部Ｂ，Ｃの奇数次の横振動モードにより発生するスプリアス周波数を分散させて通過域高周波側減衰域のスプリアスを抑圧できることを見出した。
【００２９】
【実施例】
次に、本発明の作用効果を確認するために、図１の構造において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、その表面に入力用交差指電極、出力用交差指電極、グレーティング反射器を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の縦結合共振子型弾性表面波フィルタを２段縦続接続して弾性表面波装置を製作した。入力用交差指電極、出力用交差指電極、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Ｌ＝８．５４μｍとし、入出力用交差指電極２，３の交差幅ＷはＷ＝１２８μｍ（１５λ）とした。また各弾性表面波伝搬部Ｂ，Ｃの開口長ＬはＬ＝１７２μｍ（交差幅／開口長＝０．７４）、Ｌ＝１８４μｍ（交差幅／開口長＝０．６９）とし、各弾性表面波装置におけるダミー電極指の長さＷ１とＷ２の差を２（Ｗ２−Ｗ１）＝１２μｍ、即ちＷ２−Ｗ１＝６μｍとした。
【００３０】
今回はＷ１及びＷ２を通過帯域幅の１／２（今回はΔｆ＝１５０ＫＨｚ、Δｆ／ｆ０＝０．０００４）ずらすことで、ダミー電極指の長さＷ１及びＷ２によって生じる横振動モードのスプリアスの山谷を一致させている。以上の構成で実験した結果を図６に示す。
【００３１】
これより、通過帯域外の阻止域(高周波側)で高次の横振動モードによる不要なスプリアス（図６ではａ、ｂ）を抑制でき良好な特性が得られた。
【００３２】
比較例として、各素子の入出力用交差指電極２，３の延長上の交差に寄与しないダミー電極指の長さを同じとした以外は実施例と同じ構成で実験した。その結果を図７に示す。これより、通過帯域外の高周波側に高次の横振動モードに起因する不要なスプリアス（図７ではｃ、ｄ、ｅ）が生じ、実用には不適な特性であった。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の構成によれば、２つの弾性表面波伝搬部のダミー電極指の長さは、２つの弾性表面波伝搬部のそれぞれで同一であると共に２つの弾性表面波伝搬部で互いに異なっているため、高次の横振動モードの振動が２つの弾性表面波伝搬部で互いに異なる周波数になり、これにより、高次の横振動モードの振動によるスプリアスを分散させて抑圧することができる。
【００３４】
これにより、入出力交差指電極の交差に寄与しないダミー電極指の長さ以外は各縦結合の弾性表面波伝搬部とも同一構成であるので、通過帯域内のフィルタ特性を劣化させず高周波側減衰域に生ずるスプリアスのみを抑圧した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】入出力交差指電極の交差幅Ｗ＝１１．７λの実測値である。
【図５】入出力交差指電極の交差幅Ｗ＝１３．８λの実測値である。
【図６】本発明のダミー電極指の長さを異ならせた場合の弾性表面波装置のフィルタ特性を示す図である。
【図７】ダミー電極指の長さを同じにした場合の弾性表面波装置のフィルタ特性を示す特性図である。
【図８】従来の弾性表面波装置を示す平面図である。
【図９】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：入力用交差指電極（入力用電極）
３：出力用交差指電極（出力用電極）
４，５：グレーティング反射器
６：入力用交差指電極（入力用電極）
７：出力用交差指電極（出力用電極）
９，１０：グレーティング反射器

Claims

圧電基板の主面に、複数の入出力用電極指を有する櫛歯状の入出力用電極と、複数のグランド用電極指を有する櫛歯状のグランド用電極とを、前記入出力用電極指と前記グランド用電極指とが互いに交差するように対向配置させると共に、前記入出力用電極及び前記グランド用電極のそれぞれに、前記入出力用電極指及び前記グランド用電極指に対向するダミー電極指を設けた弾性表面波伝搬部を複数形成し、各弾性表面波伝搬部を縦結合してなる弾性表面波装置において、２つの弾性表面波伝搬部の前記ダミー電極指の長さは、前記２つの弾性表面波伝搬部のそれぞれで同一であると共に前記２つの弾性表面波伝搬部で互いに異なっており、前記２つの弾性表面波伝搬部の前記入出力用電極指及び前記グランド用電極指の交差幅は、前記２つの弾性表面波伝搬部で同一であることを特徴とする弾性表面波装置。