JP4456468B2 - 弾性表面波デバイス - Google Patents

Description

本発明は、圧電体を用いた弾性表面波デバイスに関し、より詳細には、圧電基板上に複数のインタディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）を有する弾性表面波デバイスに関する。

近年、圧電基板上に複数のインタディジタルトランスデューサを有する弾性表面波デバイスで構成されるフィルタは、３０ＭＨｚ〜４００ＭＨｚ程度の周波数帯域を持つテレビのバンドパスフィルタや、８００ＭＨｚや数ＧＨｚの周波数帯域を持つ携帯電話のＲＦフィルタなどに用いられている。ＩＤＴは１対のくし型電極（すだれ状電極ともいう）を有する。各くし型電極はバスバーと、一端がバスバーに接続され、他端が開放された複数の電極指とを有する。１対のくし型電極はそれぞれの電極指が所定の間隔で交互に隣り合うように、換言すれば交差するように配置される。１対のくし型電極に交流電圧を印加すると、弾性表面波が発生する。弾性表面波は周波数特性を有する。この周波数特性を利用することで、所望の周波数特性を持つフィルタを実現することができる。

図１（Ａ）は、弾性表面波を用いたフィルタの一例を示す図である。同様なフィルタが特許文献１に記載されている。圧電基板１上に、第１のＩＤＴ１０、グランド電極２０及び第２のＩＤＴ３０が形成され、弾性表面波の伝搬方向に隣接するように配置されている。グランド電極２０は、第１のＩＤＴ１０と第２のＩＤＴ３０との間に介在しており、シールド電極として機能する。第１のＩＤＴ１０は入力電極（又は出力電極）として機能し、第２のＩＤＴ３０は出力電極（又は入力電極）として機能する。グランド電極２０は、ＩＤＴ１０とＩＤＴ３０とが電磁的に結合するのを防止する。また、グランド電極２０を斜めに配置させて、ＩＤＴ１０（又はＩＤＴ３０）からの弾性表面波が反射してＩＤＴ１０（又はＩＤＴ３０）に戻るのを防止するようにすることも行われている。

ＩＤＴ１０は１対のくし型電極１０ａと１０ｂとを有する。くし型電極１０ａは、バスバー１２ａと電極指１４ａとを有する。同様に、くし型電極１０ｂはバスバー１２ｂと電極指１４ｂとを有する。電極指１４ａと１４ｂの開放端は向かい合っている。隣り合う電極指１４ａと１４ｂが交差する部分、換言すれば向かい合っている電極指部分（これを電極指交差部という）が弾性表面波の励起に関与する。図１（Ａ）の構成は、電極指パターンに重み付けがされている。電極指パターンとは、電極指１４ａと１４ｂが形成するパターンである。図１（Ａ）に示す電極指パターンの重み付けを、特にアポダイズによる重み付けという。アポダイズによる重み付けにより、電極指交差部の幅（以下、電極指交差幅、アパーチャ又は開口長という）が弾性表面波の伝搬方向に変化している。ＩＤＴ１０の両端付近は、電極指交差幅が短い。この部分を一般に、微小交差部という。ＩＤＴ１０の中央付近は比較的電極指交差幅が長い部分を有する。電極指交差幅と励振強度とは比例する。したがって、ＩＤＴ１０の中央部で弾性表面波が強く発生し、端部近傍で発生する弾性表面波は弱い。アポダイズによる重み付けを変えることで、周波数特性を変化させることができる。

図１（Ｂ）は、アポダイズ重み付けされた電極指パターンの略図である。アポダイズ重み付けがなされた電極指パターンを有する電極又はＩＤＴを、アポダイズ電極又はアポダイズＩＤＴともいう。図１（Ｂ）では、ＩＤＴ１０の中央付近に電極指交差幅が長い電極指パターン（これをメインローブという）を有し、その両側に、メインローブよりも短い電極指交差幅を有する電極指パターン（これをサイドローブという）が複数個設けられている。電極指交差幅はＩＤＴ１０の端部に向かうほど短くなっている。また、図２に示すように、メインローブ２１は３つのローブを有し、メインローブ２１の両側に２つのセカンドローブ２２を有する。そして、メインローブ２１の３つのローブ間及びメインローブ２１とセカンドローブ２２との間には、微小電極指交差部２３が形成されている。一般に、微小電極指交差部２３は、電極指パターン全体の５０％〜６０％を占める。弾性表面波デバイスのフィルタ特性を良好にするには、インパルス応答時間を十分に長くし、高次のサイドローブを有するように設計するのが通例である。

図１（Ａ）に戻り、ＩＤＴ３０も一対のくし型電極で構成されているが、ＩＤＴ１０のような重み付けはされていない。つまり、電極指交差幅はすべて等しい。このような電極指からなるパターンを正規型電極パターンといい、このパターンを有するＩＤＴを正規型ＩＤＴという。

ＩＤＴ１０のバスバー１２ａ、１２ｂはそれぞれ電極パッド１５、１６に接続されている。また、ＩＤＴ３０のバスバーはそれぞれ電極パッド１７、１８に接続されている。

以上のように構成されたフィルタは、バンドパスフィルタとして機能する。

特開平１０−４１７７８号公報

しかしながら、上記従来の弾性表面波デバイスは、帯域外減衰量が十分でないという課題がある。

従って、本発明は上記課題を解決し、帯域外高減衰特性を有する弾性表面波デバイスを提供することを目的とする。

本発明は、請求項１に記載のように、圧電基板と、この上に設けられた第１及び第２のインタディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）とを有する弾性表面波デバイスであって、前記第１のＩＤＴは、周波数特性の異なる直列接続された複数のトラックを有し、前記複数のトラックの隣り合うトラックはバスバーを共通にしており、前記複数のトラックのうち一方における前記バスバーに接続される全ての電極指は、前記複数のトラックのうち他方の対応する電極指と、前記バスバーの同じ位置で接続しており、前記第２のＩＤＴは、正規型電極パターンを有する弾性表面波デバイスである。この構成により、帯域外高減衰特性を有する弾性表面波デバイスを提供することができる。

上記弾性表面波デバイスにおいて、前記第１のＩＤＴは２つのトラックを有するように構成することができる。

上記弾性表面波デバイスにおいて、前記弾性表面波デバイスが有するフィルタ特性の中心周波数に対して非対称である構成とすることができる。

上記弾性表面波デバイスにおいて、前記複数のトラックの通過帯域の周波数特性は各々平坦ではなく、前記第１のＩＤＴの前記複数のトラックは、異なるアポダイズ重み付けの電極指パターンを有することにより、前記複数のトラックの通過帯域の周波数特性を重ね合わせた周波数特性が略平坦な通過帯域を形成する構成とすることができる。

上記弾性表面波デバイスにおいて、前記第１のＩＤＴは２つのトラックを有し、該２つのトラックは通過帯域において相補的な周波数特性を有する構成とすることができる。

上記弾性表面波デバイスにおいて、前記第２のＩＤＴは、少なくとも１つのトラックを有する構成とすることができる。

本発明者は、図２に示すアポダイズ重み付けされたＩＤＴ１０にある微小電極指交差部２３が帯域外減衰量に与える影響を考察した。

図３は、電極指交差幅と励振強度との関係を測定した結果を示すグラフである。横軸は電極指交差幅を示し、縦軸は正規化した励振強度を示す。電極指交差幅は、弾性表面波デバイスの中心周波数に対応する弾性表面波の波長で示してある。また、点線は理論値を示している。図３からわかるように、電極指交差幅がλ／４以下になると、励振強度は理論値の通りに小さくならず、理論値よりも大きな励振強度が発生していることがわかった。また、電極指交差幅がゼロであっても、励振強度はゼロにならず、弾性表面波が発生している。本発明者は、この現象を微小電極指交差部からの漏れ電界により不要波が発生していると考えた。

本発明者は、ＩＤＴの電極を複数のトラックに分割し、各トラックは従来よりも少ない微小電極指交差部を有するようにして、漏れ電界を減少させることを新たに考えた。以下、本発明の実施例を、添付図面を参照して詳細に説明する。

図４は、本発明の実施例１に係る弾性表面波デバイスの平面図である。この弾性表面波デバイスは、圧電基板１と、この上に設けられた第１のＩＤＴ１００及び第２のＩＤＴ３００と、ＩＤＴ１００とＩＤＴ３００との間に設けられたグランド電極２０とを有する。ＩＤＴ１００は、周波数特性の異なる直列接続された複数のトラック１０₁〜１０_nを有する（ｎは２以上の自然数）。トラック１０₁〜１０_nはそれぞれ、一対のくし型電極を有する。隣り合うトラックは、バスバーを共通にしている。トラック１０₁の一方のバスバーは電極パッド１５に接続され、トラック１０_nの一方のバスバーは電極パッド１６に接続されている。電極パッド１５と１６の一方に交流電圧が与えられ、他方には基準電位（例えばグランド電位）が与えられる。バスバーを介して、トラック１０₂〜１０_n-1のそれぞれの一方のくし型電極指は隣り合うトラックのうち電極パッド１５側のトラックの一方のくし型電極指に接続され、他方のくし型電極指は隣り合うトラックのうち電極パッド１６側のトラックの一方のくし型電極指に接続されている。トラック１０₁〜１０_nは、異なるアポダイズ重み付けされた電極指パターンを有する。

図５に、異なるアポダイズ重み付けされた電極指パターンを模式的に示す。図を簡略化するために、３つのトラックのアポダイズ重み付けのみを図示してある。図５に示すように、各トラックの異なる重み付けは、従来よりも微小電極指交差部が減少するように形成されている。一例として、各トラックにおいて、λ／４以下の電極指交差部が全体の１０％以下となるように、電極指パターンをアポダイズ重み付けすることが好ましい。前述したように、従来は、最適化設計の結果としてλ／４以下の電極指交差部が全体の５０％〜６０％となるように設計されていた。従って本発明のように、電極指交差部が全体の１０％以下の場合であっても、従来よりも大きな帯域外減衰量を得ることができる。トラック１０₁〜１０_nの周波数特性は、これらを重ね合わせた周波数特性が略平坦な通過帯域を形成するように設定されている。一例として、トラック１０₁〜１０_nの周波数特性は、フィルタの中心周波数、つまり通過帯域の中心周波数に対して非対称である。

図４に戻り、ＩＤＴ１００の複数のトラック１０₁〜１０_nに対応するように、ＩＤＴ３００は複数のトラック３０₁〜３０_nを有する。各トラック３０₁〜３０_nは正規型電極で構成されている。トラック３０₁の一方のバスバーは電極パッド１７に接続され、トラック３０_nの一方のバスバーは電極パッド１８に接続されている。電極パッド１７と１８の一方に交流電圧が与えられ、他方には基準電位（例えばグランド電位）が与えられる。バスバーを介して、トラック３０₂〜３０_n-1のそれぞれの一方のくし型電極指は隣り合うトラックのうち電極パッド１７側のトラックの一方のくし型電極指に接続され、他方のくし型電極指は隣り合うトラックのうち電極パッド１８側のトラックの一方のくし型電極指に接続されている。図５に示すように、ＩＤＴ３００はＩＤＴ１００の複数のトラック１０₁〜１０_nに対して共通に一対のくし型電極３０で構成することとしてもよい。

実施例１によれば、ＩＤＴ１００を複数のトラック１０₁〜１０_nで構成し、各トラックは従来よりも少ない微小電極指交差部を有するように構成されているので、ＩＤＴ１００で発生する漏れ電界を減少させることができ、この結果帯域外減衰量を大きくすることができる。

図６は、本発明の実施例２に係る弾性表面波デバイスの平面図である。図示する構成は、ＩＤＴ１００が２つのトラック１０₁、１０₂からなり、ＩＤＴ３００が１つのトラックからなる例である。電極パッド１５と電極パッド１６にはそれぞれ同じ交流電圧を印加するとともに、共通化されたバスバーをグランド電位に設定する。図６の構成では、トラック１０₁の最大開口長（電極指交差幅）は、トラック１０₂の最大開口長よりも大きい。

図７はトラック１０₁の周波数特性を示し、図８はトラック１０₂の周波数特性を示す。これらの周波数特性はシミュレーションで得られたものである。図７と図８において、横軸は周波数（ＭＨｚ）、縦軸は減衰量（ｄＢ）を示す。トラック１０₁と１０₂はどちらも微小電極指交差部の割合が比較的小さい（１０％程度）のため、通過帯域の周波数特性は平坦にはなっていない。トラック１０₁の周波数特性と、トラック１０₂の周波数特性とは相補的な関係にある。図７の周波数特性は通過帯域の両側にそれぞれピーク（リップル成分）があるのに対し、図８の周波数特性は通過帯域の両側にそれぞれにボトム（リップル成分）がある。図７と図８の周波数特性を重ね合わせたシミュレーション結果を図９に示す。図示するように、図６に示す弾性表面波デバイスは、通過帯域が略平坦な通過帯域を有するとともに、帯域外減衰量は大きい周波数特性を持つことがわかる。

図１０（Ａ）は図１（Ａ）に示す弾性表面波デバイスの周波数特性を実測したものであり、図１０（Ｂ）は図６に示す実施例２の弾性表面波デバイスの周波数特性を実測したものである。それぞれの弾性表面波デバイスの通過帯域中心周波数は３６．１２５ＭＨｚである。実施例２では、トラック１０₁、１０₂のアポダイズ重み付けは、メインローブの最大電極指交差幅に対して左右のセカンドサイドローブの電極指交差幅が４０％以上となることを条件に最適化設計を行った。これに対し、図１（Ａ）に示す弾性表面波デバイスのアポダイズ重み付けは、メインローブの最大電極指交差幅に対して左右のセカンドサイドローブの電極指交差幅が約１０％となっている。従来の周波数特性に比べ、実施例２の周波数特性は通過帯域に多少の変動（０．３ｄＢ程度）があるものの、通過帯域の低周波側及び高周波側の帯域外減衰量は改善されていることがわかる。なお、通常、通過帯域での周波数変動は１．０ｄＢ程度は許容されるので、実施例２の０．３ｄＢ程度の周波数変動は実質的に問題とはならない。

図６に示すトラック１０₁と１０₂の相補的な周波数特性は、図７及び図８に限定されない。図７及び図８の周波数特性は中心周波数に対しほぼ対称であるが、非対称であってもよい。この例を図１１と図１２に示す。図１１はトラック１０₁の周波数特性のシミュレーション結果であり、図１２はトラック１０₂の周波数特性のシミュレーション結果である。図１１の周波数特性は通過帯域の高周波側にピークがあるのに対し、図１２の周波数特性は通過帯域の高周波側にボトムがある。図１１と図１２の周波数特性は相補的関係にあるので、これらを重ね合わすと図１３に示すように、平坦な通過帯域特性が得られる。

以上説明したように、実施例２によれば、ＩＤＴ１００を２つのトラック１０₁と１０₂で構成し、各トラックは従来よりも少ない微小電極指交差部を有するように構成されているので、ＩＤＴ１００で発生する漏れ電界を減少させることができ、この結果帯域外減衰量を大きくすることができる。

以上、本発明の実施例を説明した。本発明は上記実施例に限定されるものではなく、他の実施例や変形を含むものである。

従来の弾性表面波デバイスを示す図である。 メインローブ、サイドローブ及び微小電極指交差部を説明するための図である。 電極指交差幅と励振強度との関係を示すグラフである。 本発明の実施例１に係る弾性表面波デバイスの平面図である。 本発明の実施例１に係る弾性表面波デバイスの各トラックのアポダイズ重み付けを示す図である。 本発明の実施例２に係る弾性表面波デバイスの平面図である。 図６に示すトラック１０₁の周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。 図６に示すトラック１０₂の周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。 図６に示す弾性表面デバイスの周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。 図１に示す従来の弾性表面波デバイスの周波数特性の実測結果を示す図である。 図６に示す実施例２の周波数特性の実測結果を示す図である。 図６に示すトラック１０₁の別の周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。 図６に示すトラック１０₂の別の周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。 図６に示す弾性表面デバイスの別の周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。

符号の説明

１ 圧電基板
１０、３０、１００、３００ ＩＤＴ
１０ａ、１０ｂ くし型電極
１２ａ、１２ｂ バスバー
１４ａ、１４ｂ 電極指
１５、１６、１７、１８ 電極パッド
２０ グランド電極
２１ メインローブ
２２ セカンドローブ
２３ 微小電極指交差部

Claims (7)

1. 圧電基板と、この上に設けられた第１及び第２のインタディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）とを有する弾性表面波デバイスであって、
   前記第１のＩＤＴは、周波数特性の異なる直列接続された複数のトラックを有し、前記複数のトラックの隣り合うトラックはバスバーを共通にしており、
   前記複数のトラックのうち一方における前記バスバーに接続される全ての電極指は、前記複数のトラックのうち他方の対応する電極指と、前記バスバーの同じ位置で接続しており、
   前記第２のＩＤＴは、正規型電極パターンを有することを特徴とする弾性表面波デバイス。
2. 前記第１のＩＤＴは２つのトラックを有することを特徴とする請求項１記載の弾性表面波デバイス。
3. 前記複数のトラックの周波数特性は、フィルタの中心周波数に対して非対称であることを特徴とする請求項１又は２記載の弾性表面波デバイス。
4. 前記複数のトラックの通過帯域の周波数特性は各々平坦ではなく、前記第１のＩＤＴは、異なるアポダイズ重み付けの電極指パターンを有することにより、前記複数のトラックの通過帯域の周波数特性を重ね合わせた周波数特性が略平坦な通過帯域を形成する請求項１から３のいずれか一項記載の弾性表面波デバイス。
5. 前記第１のＩＤＴは２つのトラックを有し、該２つのトラックは通過帯域において相補的な周波数特性を有することを特徴とする請求項１記載の弾性表面波デバイス。
6. 前記複数のトラックの弾性表面波の伝搬方向の長さは同じであり、前記複数のトラックと前記第２のＩＤＴとの距離は同じであることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波デバイス。
7. 前記第２のＩＤＴは、少なくとも１つのトラックを有することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の弾性表面デバイス。

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