JP4520678B2 - 弾性表面波用トランスジューサ - Google Patents

Description

【０００１】
技術分野
本発明は、電子技術／エレクトロニクスの分野に関する。適用することができしかも有利である物体は、例えば広帯域のバンドパスフィルタおよび遅延線路のような弾性表面波に基づいている素子である。
【０００２】
従来技術
圧電基板に配置されているフォーク歯群から構成されて成る、弾性表面波トランスジューサが公知である。フォーク歯（電極指）群はそれぞれ少なくとも２つのフォーク歯（電極指）から成っている。またここに記載のトランスジューサでは、少なくとも数個のフォーク歯群が形成されていて、これらのフォーク歯群はその他のフォーク歯群とは励振する波の振幅に関して相異している。
【０００３】
特別な形態（ＷＯ９７／１０６４６）〔１〕では、先細になった構造を持った交差配置形トランスジューサが３つのフォーク歯から成るフォーク歯群から組み合わされて成っている。フォーク歯のうち２つは無反射のフォーク歯対を形成しており、一方それぞれ第３のフォーク歯はリフレクタフォーク歯である。普通、リフレクタフォーク歯の中心線とこのリフレクタフォーク歯に隣接している、フォーク歯対のフォーク歯との間の間隔は３ｐ_ｚｇ／８である。その際ｐ_ｚｇは、集電極に対して平行に集電極の１つから前以て決められている間隔をおいて延在している直線に沿ったフォーク歯群の長さである。従って各フォーク歯群は生成される波の振幅に関して優勢な方向を有している。それ故に、この形式のトランスジューサストラクチャは単相の一方向トランスジューサである（Single Phase Unidirectinal Transducer＝ＳＰＵＤＴ）。リフレクタフォーク歯の幅がｐ_ｚｇ／４ないし３ｐ_ｚｇ／８であるならば、フォーク歯群はＥＷＣセルないしＤＡＲＴセルと称される。単相の一方向トランスジューサが先細になっている構造として実現されていない場合には、これらは、約１％の帯域幅までの低い挿入損失を有するフィルタに対して適している。しかし〔１〕の場合にそうであるように、単相の一方向トランスジューサが先細になっている構造の原理で組み合わされるのであれば、フィルタは少なくとも５０％の帯域幅までの低い挿入損失で実現可能である。
【０００４】
説明してきたフィルタの伝送特性を所望のように調整設定することができるようにするために、個々のフォーク歯群によって生成される波の振幅の重み付け（波源の伝搬方向密度を変えること）が必要である。トランスバーサルフィルタから公知であるオーバラップを重み付けする方法をここで適用しても相当の欠点が生じる可能性がある。というのは、関連のトランスジューサのアパーチャ（開口長）全体にわたって振幅は実質的に一定でなければならないからである。本発明に最も近い別の固有の形態では、この問題は間引き重み付け（ギャップの密度を重み付ける）によって解決している（H. Yatsuda, IEEE Transaction on Ultrasonics, Ferroelectronics and Frequency Control vol. 41, March 1997, p. 453−458）〔２〕。
【０００５】
フォーク歯群によって生成される波の振幅を、関連のトランスジューサのアパーチャ全体にわたって実質的に一定であるように重み付ける別の形式はＤＤ２０８５１２〔３〕に記載されている。そこでは単相の一方向トランスジューサではなく、オーバラップが重み付けされたトランスジューサと一緒にトランスバーサルフィルタを形成し、その重み付け故に一様なトランスジューサが使用される場合に比べて阻止域選択を改善しているトランスジューサである。この形式のトランスジューサのフォーク歯群は相互に平行であり、それ故に先細になっている構造を成していない。それぞれのフォーク歯群は２つの同じ幅のフォーク歯から組み合わされて成っている。アパーチャ全体にわたって実質的に一様だが、にも拘わらず重み付けられた振幅は、いくつかのフォーク歯群が同じアパーチャを有する２つのサブトランスジューサに分割されておりかつこれらサブトランスジューサが電気的に直列に接続されていることによって保証される。このように変形されたこれらのフォーク歯群は構造化フォーク歯群と称される。〔３〕に記載されているフォーク歯群の重み付け係数（重み付けられた密度係数）は変形されていないフォーク歯群に比べて１／２である。それは、フォーク歯群の２つの同一のサブトランスジューサの直列接続の結果であり、これにより構造化されたフォーク歯群に加えられる電圧はトランスジューサ電圧の１／２である。
【０００６】
通例、フィルタ仕様に基づいて適当な方法によって連続的な重み付け関数（密度関数）を突き止めかつこれらを引き続いてギャップ重み付け（ギャップ密度）に変換している。解決策〔２〕は、数多くの例において、０または±１に等しい重み付け係数（重み付けられた密度係数）しか認めないギャップ重み付けは大まかすぎて、連続する重み付け関数（密度関数）を十分な精度でシミュレートすることができないという欠点を有している。結果的に、このようにしてインプリメントされたフィルタは、ここでは理論的な意味しか持っていない連続的な重み付け関数の適用が要求の充足を保証しているにしても、フィルタ仕様の要求とは著しく相異してくる可能性がある。
【０００７】
発明の開示
本発明の課題は、公知の形式の弾性表面波に対するトランスジューサを、実質的に均質な振幅プロフィールにも拘わらず、０または±１とは異なった重み付け係数も実現可能であるように改良することである。
【０００８】
その際公知の形式のトランスジューサとして次のようなトランスジューサが考察される、すなわち、圧電基板の上に配置されていて、それぞれ少なくとも２つのフォーク歯から成っているフォーク歯群と、集電極とから組み合わされて成っており、その際フォーク歯装置全体は集電極の一方の方向に先細になっている構造を形成している。
【０００９】
この課題は、請求項１に記載の、弾性表面波フィルタ用トランスジューサによって解決される。従属請求項は本発明の実施の形態を表している。
【００１０】
この課題を解決するために、構造化されたフォーク歯群と称される数個のフォーク歯群はフォーク歯方向において複数のサブトランスジューサに分割されておりかつ電気的に直列に接続されており、これにより該サブトランスジューサは、該サブトランスジューサによって励振される波の振幅に関してその他のサブトランスジューサとは相異している。
【００１１】
この解決法により、先細になっていくトランスジューサ構造の利点を、ギャップ重み付けより細かく段階付けられた重み付け係数を可能にする不連続的な重み付け方法の使用と組み合わせることが可能になる。構造化されたフォーク歯群がＮ個の同一の、電気的に直列に接続されているサブトランスジューサに分割されているとき、これらのフォーク歯群の重み付け係数は±１／Ｎに等しい。従ってギャップ重み付けに対して特徴的な重み付け係数０および±１の他に、別の重み付け係数、例えば±１／２および±１／３を調整設定可能である。
【００１２】
トランスジューサフォーク歯の先細になっている配列と組み合わされている既述の重み付け方法はフォーク歯配列が先細になっていないトランスジューサに対してはあまり意味を持っていない。というのは、後者の場合、普通にも使用されるオーバラップ重み付けを使用できるようになっているからである。これに対して、フォーク歯の配列が先細になっているフォーク歯の場合にはオーバラップ重み付けは効果的ではない。というのは、オーバラップ重み付けはかえってこの構造の持つ利点を台無しにするかもしれないからである。それ故にフォーク歯にかかる電圧を変えるというような重み付け方法だけか適用可能である。上述した重み付け方法は、それを行うことができるのである。フォーク歯配列が先細になっていないトランスジューサに対しては僅かな意味しか有していないにも拘わらず、本発明が提供する特徴の組み合わせにより、驚くべき方法でフォーク歯の配列が先細になっているトランスジューサにおける重み付け問題の改善された解決策が得られる。
【００１３】
本発明は次のように有利に実施することができる。
【００１４】
第１の有利な形態によれば、すべてのサブトランスジューサは同じアパーチャを有している。
【００１５】
更に、すべてのフォーク歯群が２つまたは３つのフォーク歯を含んでいるようにすれば効果的である。
【００１６】
構造化されたフォーク歯群のそれぞれ２つのフォーク歯がフォーク歯対を形成し、ここでフォーク歯対のフォーク歯は同じ幅でありかつ異なった集電極に接続されており並びにフォーク歯対が全体として無反射でありかつそれぞれ第３のフォーク歯がリフレクタフォーク歯であるように相互配置されているようにすれば、特別効果的である。その内の特別な形態は、フォーク歯群がＥＷＣセルまたはＤＡＲＴセルとして実現されていることである。
【００１７】
フォーク歯群が２つのフォーク歯から成っているとき、構造化されたフォーク歯群において、サブトランスジューサのフォーク歯は次のサブトランスジューサのそれぞれ別のフォーク歯または次のサブトランスジューサの同じフォーク歯に導電接続されているようにすることができる。
【００１８】
フォーク歯群が１つのフォーク歯対とリフレクタフォーク歯とから成っているとき、構造化されたフォーク歯群のそれぞれのサブトランスジューサにおいて、リフレクタフォーク歯およびフォーク歯対の１つのフォーク歯が導電接続されて１つのフォーク歯サブ群を形成するようにしてもよい。
【００１９】
更に、それぞれのフォーク歯サブ群が、同じフォーク歯群の次のサブトランスジューサの、該フォーク歯サブ群には属していないフォーク歯に導電接続されているようにすれば、効果的である。しかし少なくとも１つのフォーク歯サブ群が同じフォーク歯群の次のサブトランスジューサのフォーク歯サブ群に導電接続されているようにすることもできる。
【００２０】
次のようにすれば重み付けを振幅ないし反射係数を重み付けるための連続関数に近づけるのが容易になる、すなわちそれぞれのフォーク歯対に属しているフォーク歯の幅ないしリフレクタフォーク歯の幅が、少なくとも１つのフォーク歯群においてその他のフォーク歯群におけるフォーク歯の幅とは相異している。
【００２１】
目的に応じて、それぞれ同じアパーチャを有する異なった数のサブトランスジューサを備えている構造化されたフォーク歯群が存在していてもよい。他方において、構造化されたフォーク歯群が、それぞれ同じアパーチャを有する同じ数のサブトランスジューサに分割されていているようにすることもできる。
【００２２】
しかし上述のトランスジューサは少なくとも２つの隣接するフォーク歯群を含んでいてもよく、この場合フォーク歯群の、同じアパーチャを有するサブトランスジューサの数は等しい。この場合、目的に合わせて、隣接するフォーク歯群のフォーク歯サブ群は相互に導電接続されているようにする。
【００２３】
更に本発明のトランスジューサが弾性表面波フィルタの入力トランスジューサおよび／または出力トランスジューサであれば効果的である。
【００２４】
次に本発明を実施例および添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
図面の簡単な説明
図面には、圧電基板上に弾性表面波に対する２つのトランスジューサが配置されている弾性表面波フィルタが示されている。
【００２６】
本発明を実施するための最良の方策
図示の弾性表面波フィルタでは、圧電基板１の上に、弾性表面波に対する２つのトランスジューサ２および３が配置されている。トランスジューサ２は、フォーク歯群２１，２２，２３並びに集電極２４および２５から組み合わされて成っている。フォーク歯のすべてのエッジは相互に傾けられていて、全体のフォーク歯配置は集電極２５の方に向かって先細になっている構造を形成している。フォーク歯群２１，２２，２３はＤＡＲＴセルである。フォーク歯群２１および２３は、フォーク歯の傾きが異なっている点を除けば同一に構成されているので、フォーク歯群２３についてだけ詳細に説明する。これは同じアパーチャ２３１および２３２を有するサブトランスジューサに分割されている。サブトランスジューサ２３１ないし２３２は、フォーク歯対を形成している２３１１および２３１２ないし２３２１および２３２２並びにリフレクタフォーク歯２３１３ないし２３２３から成っている。ＤＡＲＴセルの構造に相応して、それぞれフォーク歯対を形成している２３１１および２３１２ないし２３２１および２３２２はｐ_ｚｇ／８幅でありかつこれらの中心線間間隔はｐ_ｚｇ／４である。その際ｐ_ｚｇは、集電極２４および２５に対して平行にこれら集電極の一方から前以て決められている間隔をおいて延在している直線に沿ったフォーク歯群２２の長さである。リフレクタフォーク歯２３１３ないし２３２３は３ｐ_ｚｇ／８の幅を有している。フォーク歯２３１２ないし２３２２の中心線の、それぞれのリフレクタフォーク歯２３１３ないし２３２３の中心線からの間隔は３ｐ_ｚｇ／８である。サブトランスジューサ２３１においてリフレクタフォーク歯２３１３およびフォーク歯２３１１は導電性の連結部２３３を介して１つのフォーク歯サブ群に連結されており、その際連結部２３３は同時に、サブトランスジューサ２３１の集電極である。サブトランスジューサ２３２のフォーク歯２３２１および２３２３の導電接続は集電極２５によって形成されている。従って、フォーク歯２３１１および２３１３から成っている、サブトランスジューサ２３１のフォーク歯サブ群は同じフォーク歯群２３の次のサブトランスジューサ２３２の、フォーク歯２３２１および２３２３から成るフォーク歯サブ群には属していないフォーク歯２３２２と導電接続されている。従ってサブトランスジューサ２３１および２３２は電気的に直列に接続されている。結果的に、フォーク歯２３１２とフォーク歯２３１１および２３１３から成るフォーク歯サブ群との間並びにフォーク歯２３２２とフォーク歯２３２１および２３２３から成るフォーク歯サブ群との間に、集電極２４および２５間の電圧の半分の大きさの電圧が加わり、このためにフォーク歯群２１および２３によって生成される波の振幅は、フォーク歯群２２によって生成される振幅の半分の大きさということになる。
【００２７】
トランスジューサ３はフォーク歯群３１，３２，３３並びに集電極３４および３５から組み合わされて成っている。フォーク歯のすべてのエッジは相互に傾けられていて、全体のフォーク歯配置は集電極３５の方に向かって先細になっている構造を形成している。フォーク歯群３１および３３は、フォーク歯の傾きが異なっている点を除けば同一に構成されているので、フォーク歯群３３についてだけ詳細に説明する。これは同じアパーチャ３３１および３３２を有するサブトランスジューサに分割されている。サブトランスジューサ３３１ないし３３２は、３３１１，３３１２および３３１３ないし３３２１，３３２２および３３２３から成っている。これらフォーク歯のすべて並びにこれらの間のすべてのギャップはｐ_ｚｇ／６幅である。その際ｐ_ｚｇは、集電極３４および３５に対して平行にこれら集電極の一方から前以て決められている間隔をおいて延在している直線に沿ったフォーク歯群３２の長さである。サブトランスジューサ３３１においてフォーク歯３３１３および３３１１は導電性の連結部３３３を介して１つのフォーク歯サブ群に連結されており、その際連結部３３３は同時に、サブトランスジューサ３３１の集電極である。サブトランスジューサ３３２のフォーク歯３３２１および３３２３の導電接続は集電極３５によって形成されている。従って、フォーク歯３３１１および３３１３から成っている、サブトランスジューサ３３１のフォーク歯サブ群は同じフォーク歯群２３の次のサブトランスジューサ３３２の、フォーク歯３３２１および３３２３から成るフォーク歯サブ群には属していないフォーク歯３３２２と導電接続されている。従ってサブトランスジューサ３３１および３３２は電気的に直列に接続されている。結果的に、フォーク歯３３１２とフォーク歯３３１１および３３１３から成るフォーク歯サブ群との間並びにフォーク歯３３２２とフォーク歯３３２１および３３２３から成るフォーク歯サブ群との間に、集電極３４および３５間の電圧の半分の大きさの電圧が加わり、このためにフォーク歯群３１および３３によって生成される波の振幅は、フォーク歯群３２によって生成される振幅の半分の大きさということになる。
【００２８】
トランスジューサ２は、弾性表面波フィルタの入力トランスジューサとして作動され、トランスジューサ３は出力トランスジューサとして作動される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の弾性表面波フィルタの構造を平面的に示す略図である。

Claims (13)

1. 圧電基板（１）に配置されていて、それぞれ少なくとも２つのフォーク歯から成っているフォーク歯群（２１〜２３；３１〜３３）と、集電極（２４；２５；３４；３５）とから組み合わされて成っており、ここでフォーク歯装置全体は集電極の一方の方向に先細になっている構造を形成している、弾性表面波に対するトランスジューサにおいて、
   前記のフォーク歯群は、第１フォーク歯群と第２フォーク歯群とに分けられており、
   前記の第１フォーク歯群（２２；３２）には、一方の集電極に接続された少なくとも１つのフォーク歯と、他方の集電極に接続されたフォーク歯群とが含まれており、
   前記の第２フォーク歯群（２１；２３；３１；３３）は、複数のサブトランスジューサ（２３１；２３２；３３１；３３２）に分割され、２つの集電極の間でフォーク歯の方向に電気的に直列接続されていることによって当該のフォーク歯群は、当該フォーク歯群によって励振される波の振幅がその他のフォーク歯群とは異なっており、
   前記の第２フォーク歯群の各サブトランスジューサ（２３１；２３２；３３１；３３２）には３つのフォーク歯が含まれており、
   当該のサブトランスジューサの２つずつのフォーク歯は、フォーク歯対（２３１１＋２３１２；２３２１＋２３２２；３３１２＋３３１３；３３２２＋３３２３）を形成し、フォーク歯対のフォーク歯は幅が同じであり、かつ異なる集電極に接続されており、また当該のフォーク歯対が無反射でありかつサブトランスジューサ（２３１；２３２；３３１；３３２）の３つの目のフォーク歯（２３１３；２３２３；３３１１；３３２１）がリフレクタフォーク歯であるように互いに配置されていることを特徴とする、
   弾性表面波に対するトランスジューサ。
2. すべてのサブトランスジューサ（２３１；２３２；３３１；３３２）は同じアパーチャを有している、
   請求項１記載の弾性表面波用トランスジューサ。
3. それぞれのフォーク歯群（２１〜２３；３１〜３３）はＤＡＲＴセルである、
   請求項１または２記載の弾性表面波用トランスジューサ。
4. それぞれのフォーク歯群（２１〜２３；３１〜３３）はＥＷＣセルである、
   請求項１または２記載の弾性表面波用トランスジューサ。
5. 前記の第２フォーク歯群のそれぞれのサブトランスジューサ（２３１；２３２；３３１；３３２）において、リフレクタフォーク歯（２３１３；２３２３；３３１１；３３２１）およびフォーク歯対の１つのフォーク歯（２３１１；２３２１；３３１３；３３２３）が導電接続されて１つのフォーク歯サブ群を形成している、
   請求項１から４までのいずれか１項記載の弾性表面波用トランスジューサ。
6. それぞれのフォーク歯サブ群（２３１１＋２３１３；３３１１＋３３１３）は、同じフォーク歯群（２３；３３）の電気的に直列接続されたサブトランスジューサ（２３２；３３２）の、該フォーク歯サブ群には属していないフォーク歯（２３２２；３３２２）に導電接続されている、
   請求項５記載の弾性表面波用トランスジューサ。
7. 少なくとも１つのフォーク歯サブ群は、同じフォーク歯群の電気的に直列接続されたサブトランスジューサのフォーク歯サブ群に導電接続されている、
   請求項５記載の弾性表面波用トランスジューサ。
8. それぞれのフォーク歯対に属しているフォーク歯（２３１１；２３１２；２３２１；２３２２；３３１２；３３１３；３３２２；３３２３）の幅は、少なくとも１つのフォーク歯群（２１〜２３；３１；３３）においてその他のフォーク歯群におけるフォーク歯の幅とは相異している、
   請求項１から７までのいずれか１項記載の弾性表面波用トランスジューサ。
9. リフレクタフォーク歯（２３１３；２３２３；３３１１；３３２１）の幅は、少なくとも１つのフォーク歯群（２１〜２３；３１；３３）においてその他のフォーク歯群におけるフォーク歯の幅とは相異している、
   請求項１から８までのいずれか１項記載の弾性表面波用トランスジューサ。
10. それぞれ同じアパーチャを有する異なった数のサブトランスジューサ（２３１；２３２；３３１；３３２）を備えている第２フォーク歯群（２１；２３；３１；３３）が存在している、
    請求項２記載の弾性表面波用トランスジューサ。
11. それぞれ同じアパーチャを有する同じ数のサブトランスジューサ（２３１；２３２；３３１；３３２）を備えている第２フォーク歯群（２１；２３；３１；３３）が存在している、
    請求項２記載の弾性表面波用トランスジューサ。
12. 当該トランスジューサは少なくとも２つの隣接するフォーク歯群を含んでおり、該フォーク歯群の、同じアパーチャを有するサブトランスジューサの数は等しい、
    請求項２記載の弾性表面波用トランスジューサ。
13. 隣接するフォーク歯群のフォーク歯サブ群は相互に導電接続されている、
    請求項５および１２記載の弾性表面波用トランスジューサ。

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