JP6749060B2 - 弾性波素子および通信装置 - Google Patents

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Description

本開示は、弾性波素子および通信装置に関するものである。
近年、移動体端末等の通信装置において、アンテナから送信・受信される信号をフィルタリングする分波器に弾性波素子が用いられている。弾性波素子は、圧電基板と、圧電基板の主面に形成されたＩＤＴ（InterDigital Transducer）電極とによって構成されている。弾性波素子は、ＩＤＴ電極と圧電基板との関係で電気信号と弾性表面波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）とを相互に変換することができる特性を利用するものである。特開平５−１８３３８０号公報には、複数の弾性波素子をラダー型に接続してなるフィルタが開示されている。
このようなフィルタの性能を高めるために、ロスの少ない弾性波素子が求められている。そこで、本開示はかかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ロスの発生を抑制し、高い共振子特性を有する弾性波素子および通信装置を提供することにある。
本開示の一実施形態に係る弾性波素子は、複数の電極指を備えるＩＤＴ電極とその両側に位置する反射器電極とを備える。前記ＩＤＴ電極は主部と少なくとも１つの端部とを備える。少なくとも１つの端部は、前記主部と前記反射器電極との間に位置するとともに、前記主部と弾性波の伝搬方向に沿って配置されている。また、前記少なくとも１つの端部は、記主部と前記複数の電極指のピッチが略同一である。前記少なくとも１つの端部は、前記主部に対して電気的に並列に接続されている。前記少なくとも１つの端部は、２以上に分割されており、互いに直列に電気的に接続されている。
本開示の一実施形態に係る通信装置は、アンテナと、弾性波フィルタと、ＲＦ−ＩＣとを備える。弾性波フィルタは、上記の弾性波素子が用いられ、前記アンテナに電気的に接続されている。ＲＦ−ＩＣは、前記弾性波フィルタに電気的に接続されている。
本開示の弾性波素子および通信装置によれば、ロスの少ない共振子を提供し、通信品質を向上させることができる。
弾性波素子１のＩＤＴ電極の構成を示す模式図である。 図１に示す弾性波素子の変形例のＩＤＴ電極の構成を示す模式図である。 図１示す弾性波素子の変形例のＩＤＴ電極の構成を示す模式図である。 図１示す弾性波素子の変形例のＩＤＴ電極の構成を示す模式図である。 弾性波素子１Ａの構成を示す平面図である。 弾性波素子１Ａの端部３ｂ近傍の要部拡大平面図である。 弾性波素子１のＩＤＴ電極３の構成を示す要部平面図である。 弾性波素子１ＢのＩＤＴ電極３Ｂの構成を示す要部平面図である。 弾性波素子１ＣのＩＤＴ電極３Ｃの構成を示す要部平面図である。 実施例と比較例とのインピーダンスの周波数特性と示す図である。 実施例と比較例とのインピーダンスの位相特性を比較する図である。 実施例と比較例とのインピーダンスの位相特性を比較する図である。 実施例と比較例とのインピーダンスの位相特性を比較する図である。 実施例と比較例とのインピーダンスの位相特性を比較する図である。 実施例と比較例とのインピーダンスの周波数特性と示す図である。 実施例と比較例とのインピーダンスの位相特性を比較する図である。 実施例と比較例とのインピーダンスの位相特性を比較する図である。 実施例と比較例とのインピーダンスの位相特性を比較する図である。 実施例と比較例とのインピーダンスの位相特性を比較する図である。 実施例と比較例とのインピーダンスの周波数特性と示す図である。 実施例と比較例とのインピーダンスの位相特性を比較する図である。 実施例と比較例とのインピーダンスの位相特性を比較する図である。 実施例と比較例とのインピーダンスの位相特性を比較する図である。 実施例と比較例とのインピーダンスの位相特性を比較する図である。 実施例と比較例とのインピーダンスの周波数特性と示す図である。 実施例と比較例とのインピーダンスの位相特性を比較する図である。 実施例と比較例とのインピーダンスの位相特性を比較する図である。 実施例と比較例とのインピーダンスの位相特性を比較する図である。 実施例と比較例とのインピーダンスの位相特性を比較する図である。 実施例と比較例とのインピーダンスの周波数特性と示す図である。 実施例と比較例とのインピーダンスの位相特性を比較する図である。 実施例と比較例とのインピーダンスの位相特性を比較する図である。 実施例と比較例とのインピーダンスの位相特性を比較する図である。 実施例と比較例とのインピーダンスの位相特性を比較する図である。 実施例に係るモデルと比較例に係るモデルとのインピーダンスの周波数特性を比較する図である。 実施例に係るモデルと比較例に係るモデルとのインピーダンスの位相特性を比較する図である。 実施例に係るモデルと比較例に係るモデルとのインピーダンスの位相特性を比較する図である。 実施例に係るモデルと比較例に係るモデルとのインピーダンスの位相特性を比較する図である。 実施例に係るモデルと比較例に係るモデルとのインピーダンスの位相特性を比較する図である。 実施例に係るモデルと比較例に係るモデルとのインピーダンスの位相特性を比較する図である。 実施例に係るモデルと比較例に係るモデルとのインピーダンスの位相特性を比較する図である。 実施例に係るモデルと比較例に係るモデルとのインピーダンスの位相特性を比較する図である。 ＩＤＴ電極３の電極指３２の総本数を異ならせたときの実施例と比較例に係るモデルのインピーダンスの位相特性を比較する図である。 ＩＤＴ電極３の電極指３２の総本数を異ならせたときの実施例と比較例に係るモデルのインピーダンスの位相特性を比較する図である。 ＩＤＴ電極３の電極指３２の総本数を異ならせたときの実施例と比較例に係るモデルのインピーダンスの位相特性を比較する図である。 通信装置の概略図である。 分波器の回路図である。 反射電極指の本数を異ならせたときの共振子の最大位相を示す線図である。 反射電極指の本数を異ならせたときの共振子の電気特性を示す線図である。
以下、本開示の一実施形態に係る弾性波素子および通信装置について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる図は模式的なものであり、図面上の寸法および比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。
弾性波素子は、いずれの方向が上方または下方とされてもよいものであるが、以下では便宜的に、直交座標系ｘｙｚを定義するとともに、ｚ方向の正側を上方として上面、下面等の用語を用いるものとする。
＜弾性波素子１＞
実施形態に係る弾性波素子の一例としてＳＡＷを用いた弾性波素子１（ＳＡＷ素子１）の構成について説明する。
ＳＡＷ素子１は、ＩＤＴ電極３と、ＳＡＷの伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極３の両側に設けた反射器電極４と、を備える。
ここでＩＤＴ電極３の構成について、図１を用いて詳述する。図１は、ＳＡＷ素子１のＩＤＴ電極３の電気的な接続状態を示す模式図であり、反射器電極４の図示は省略している。また、図１は電気的な接続状態を示す模式図ではあるが、ＳＡＷの伝搬方向は一方向で統一している。具体的には、図面紙面の左右方向である。後述の図２、図３Ａ、図３Ｂも同様である。
図１に示すように、信号の入出力が行われる２つの端子（Ｐ１，Ｐ２）の間にＩＤＴ電極３が接続されており、ＩＤＴ電極３は、ＳＡＷの伝搬方向に沿って主部３ａと、端部３ｂとに分割されている。ここで、「分割」とは、構造的になされるものである。すなわち、空間的に分割されているもので、電気的には分割したもの同士を接続していてもよいものとする。端部３ｂは、反射器電極４と主部３ａとの間に設けるものであり、少なくとも１つあればよいが、この例では端部３ｂは２つあり、主部３ａの両側に設けられている。そして、端部３ｂは、主部３ａに対して電気的に並列接続されている。また、端部３ｂは、１つのＩＤＴ電極３を分割したものであるため、主部３ａとＳＡＷを励振するための構成は略同一となっている。具体的には、後述する電極指３２の繰り返し配列間隔（ピッチ）は、主部３ａと端部３ｂとで略同一である。ここで、略同一とは、電極指３２の繰り返し配列間隔の差分が±２％未満であることをさすものとする。
１つの端部３ｂは、さらに２以上に分割されている。この例では、ＳＡＷの伝搬方向に沿って、第１部３ｂ１，第２部３ｂ２とに分割される。第１部３ｂ１は主部３ａに隣接し、第２部３ｂ２は、主部３ａから反射器電極４に向けて第１部３ｂ１に隣接している。すなわち、第２部３ｂ２は、第１部３ｂ１と反射器電極４との間に位置している。そして、回路的には、端部３ｂは、端子Ｐ１から端子Ｐ２に向けて、第１部３ｂ１、第２部３ｂ２がこの順に直列接続されている。
第１部３ｂ１と第２部３ｂ２とは、端部３ｂを等分割してもよいし、異なる比率で分割してもよい。後者の場合には、第１部３ｂ１が第２部３ｂ２より小さくなるように分割してもよい。すなわち、平面視で主部３ａから反射器電極４に向けて離れるに従い、分割部の面積を大きくしてもよい。
このような第１部３ｂ１と第２部３ｂ２とは、電気的に直列に接続されている。そして、主部３ａ，端部３ｂ（第１部３ｂ１，第２部３ｂ２）において、ＳＡＷの伝搬方向は略平行である。なお、この例では、主部３ａ，端部３ｂ（第１部３ｂ１，第２部３ｂ２）において、ＳＡＷの伝搬方向は略同一となっている。すなわち、主部３ａ，端部３ｂとで振動の中心が一致するように配置されている。
このような構成とすることで、ＳＡＷ素子１の反共振周波数付近よりも高域側のロスを低減することができる。具体的には、端部３ｂの振動を弱くすることで弾性波をＩＤＴ電極３の中央付近（すなわち、主部３ａの中央付近）に集中させることができるので、結果として弾性波の伝搬方向への漏洩を抑制することができる。また、端部３ｂ内における分割方向が伝搬方向に沿ったものであることから、端部３ｂの電極指３２の配置が主部３ａで生じるＳＡＷの伝搬と干渉することがないので、ＳＡＷ素子１はよりロスを抑制することができる。
ここで、主部３ａはＳＡＷ素子１で励振されるＳＡＷを発生させるためのものであり、分割された領域の中では最も面積の大きい部分となるが、端部３ｂとの具体的な大きさの比較については後述する。
＜ＳＡＷ素子１Ａ＞
次に、ＳＡＷ素子１の変形例であるＳＡＷ素子１Ａについて説明する。ＳＡＷ素子１Ａは、ＳＡＷ素子１とは端部３ｂの分割数が異なる。以下異なる点のみ説明する。図２は、ＳＡＷ素子１ＡのＩＤＴ電極３Ａの電気的な接続状態を示す模式図である。
図２に示すように、端部３ｂは電気的に３分割されており、ＳＡＷの伝搬方向に沿って、主部３ａに隣接する第１部３ｂ１、第１部３ｂ１の主部３ａと反対側に位置する第２部３ｂ２、第２部３ｂ２と反射器電極４との間に位置する第３部３ｂ３とを備える。第１部３ｂ１、第２部３ｂ２、第３部３ｂ３とは互いに電気的に直列接続している。
＜ＳＡＷ素子１Ｂ，ＳＡＷ素子１Ｃ＞
次に、ＳＡＷ素子１の変形例であるＳＡＷ素子１Ｂ，１Ｃについて説明する。ＳＡＷ素子１Ｂ，１Ｃは、ＳＡＷ素子１とは端部３ｂの分割方向が異なる。以下異なる点のみ説明する。図３Ａは、ＳＡＷ素子１ＢのＩＤＴ電極３Ｂの電気的な接続状態を示す模式図である。図３Ｂは、ＳＡＷ素子１ＣのＩＤＴ電極３Ｃの電気的な接続状態を示す模式図である。
図３Ａ，図３Ｂに示すように、ＳＡＷ素子１Ｂ，１Ｃにおいて、端部３ｂはＳＡＷの伝搬方向と異なる方向において分割している。具体的には、ＳＡＷの伝搬方向と直交する方向において２分割（ＳＡＷ素子１Ｂ）または３分割（ＳＡＷ素子１Ｃ）しており、いずれも分割したもの同士を電気的に直列接続している。
端部３ｂは、端子Ｐ１から端子Ｐ２にむけ、第１部３ｂ１，第２部３ｂ２（ＳＡＷ素子１Ｃにおいては第３部３ｂ３まで）が直列接続している。そして、主部３ａと、第1部３ｂ１,第２部３ｂ２（ＳＡＷ素子１Ｃにおいては第３部３ｂ３）とのＳＡＷの伝搬方向は略平行であるが振動中心は一致しない。
このような構成とした場合にも、ＳＡＷ素子１Ｂ，１Ｃにおいて反共振周波数付近よりも高域側のロスを低減することができる。また、ＳＡＷ素子１Ｂ，１Ｃは、端部３ｂを端子Ｐ１から端子Ｐ２まで直列接続するための配線が容易であり、ＳＡＷ素子１Ｂ，１Ｃのレイアウトの自由度が高く、小型化が可能である。
なお、上述のＳＡＷ素子１，１Ａ〜１Ｃにおいては、端部３ｂは主部３ａの両側に設けられていたが片側のみに設けてもよい。
＜具体構成：ＳＡＷ素子１Ａ＞
図４に、図２に示すＳＡＷ素子１Ａの具体的な構成の平面図を示す。ＳＡＷ素子１Ａは、図４に示すように、圧電基板２、圧電基板２の上面２Ａに設けられたＩＤＴ電極３Ａおよび反射器４を有している。なお、図４において電極指３２の本数は実際の本数とは異なる。
圧電基板２は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）結晶またはタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）結晶からなる圧電性を有する単結晶の基板によって構成されている。具体的には、例えば、圧電基板２は、３６°〜４８°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ3基板によって構成されている。圧電基板２の平面形状および各種寸法は適宜に設定されてよい。一例として、圧電基板２の厚み（ｚ方向）は、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。
ＩＤＴ電極３Ａは、図４に示すように、複数の電極指３２を有し、図面のｘ方向に繰り返し配列されるように並んでいる。
ＩＤＴ電極３Ａは、互いに噛み合う１対の櫛歯電極３０で構成される。櫛歯電極３０は、図４に示すように、互いに対向する２本のバスバー３１と、各バスバー３１から他のバスバー３１側へ延びる複数の電極指３２とを有している。そして、１対の櫛歯電極３０は、一方のバスバー３１に接続された電極指３２と他方のバスバー３１に接続された電極指３２とが、弾性波の伝搬方向に互いに噛み合うように（交差するように）配置されている。このように、ＩＤＴ電極３Ａは複数の電極指３２を備え、これらは、ＳＡＷの伝搬方向に沿って配列している。言い換えると、電極指３２の配列方向がＳＡＷの伝搬方向である。この電極指３２の配列間隔（ピッチ）は、主部３ａから端部３ｂにかけて略同一である。
そして、ＩＤＴ電極３Ａは、主部３ａ、主部３ａの両側に位置する端部３ｂに電気的に分割されている。端部３ｂは、第１端部３ｂ１，第２端部３ｂ２，第３端部３ｂ３とに電気的に分離されている。このような電気的な分割は、この例では、バスバー３１を分離することで実現している。
ここで、便宜的に、平面配置的に、端子Ｐ１側のバスバー３１を第１バスバー３１ａとし、端子Ｐ２側のバスバー３１を第２バスバー３１ｂとする。主部３ａ、第１部３ｂ１、第２部３ｂ２、第３部３ｂ３とは、基本的には、両バスバー３１（第１バスバー３１ａ，第２バスバー３１ｂ）を共に分離することで、電気的に分割させる。その上で、第１部３ｂ１と第２部３ｂ２とは互いの第２バスバー３１ｂを電気的に接続することで直列に接続される。第２部３ｂ２と第３部３ｂ３とは互いの第１バスバー３１ａを電気的に接続することにより直列接続される。これにより、第１部３ｂ１〜第３部３ｂ３が順に直列接続された端部３ｂとなる。そして、主部３ａと第1部３ｂ１とで互いの第１バスバー３１ａを電気的に接続し、主部３ａと第３部３ｂ３とで互いの第２バスバー３１ｂを配線により電気的に接続することで、主部３ａと端部３ｂとは電気的に並列接続される。このようなバスバー３１の接続関係により、図２に示す電気的接続関係を実現している。
バスバー３１は、例えば概ね一定の幅で直線状に延びる長尺状に形成されている。従って、バスバー３１の互いに対向する側の縁部は直線状である。複数の電極指３２は、例えば、概ね一定の幅で直線状に延びる長尺状に形成されており、ＳＡＷの伝搬方向に概ね一定の間隔で配列されている。
なお、バスバー３１の幅は一定でなくてもよい。バスバー３１の互いに対向する側（内側）の縁部が直線状であればよく、例えば内側の縁部を台形の底辺とするような形状であってもよい。
ＩＤＴ電極３Ａを構成する複数の電極指３２は、ピッチがＰｔ１となるように設定されている。Ｐｔ１は、複数の電極指３２の中心間の間隔（繰り返し間隔）であり、例えば共振させたい周波数でのＳＡＷの波長λの半波長と同等になるように設けられている。波長λ（すなわち、２×Ｐｔ１）は、例えば１．５μｍ以上６μｍ以下である。ＩＤＴ電極３は、複数の電極指３２の殆どのピッチをＰｔ１となるように配置することにより、複数の電極指３２が一定の繰り返し間隔で配置されるため、ＳＡＷを効率よく発生させることができる。
各電極指３２は、ＳＡＷの伝搬方向における幅ｗ１が、ＳＡＷ素子１に要求される電気特性等に応じて適宜に設定される。電極指３２の幅ｗ１は、例えばピッチＰｔ１に対して０．３倍以上０．７倍以下である。
なお、主部３ａにおいて電極指３２の並びの両端部付近において、ピッチＰｔ１が異なるようにしてもよい。その場合であっても、ＩＤＴ電極３で全体として励振されるＳＡＷは、ＳＡＷの振幅強度が最も高い中心付近における間隔によって決定される周波数の弾性波が支配的となる。
この複数の電極指３２に直交する方向に伝搬するＳＡＷが発生する。従って、圧電基板２の結晶方位を考慮した上で、２本のバスバー３１は、ＳＡＷを伝搬させたい方向に交差する方向において互いに対向するように配置される。複数の電極指３２は、ＳＡＷを伝搬させたい方向に対して直交する方向に延びるように形成される。
複数の電極指３２の長さ（バスバー３１から電極指３２の先端までの長さ）は、例えば概ね同じに設定される。なお、各電極指３２の長さを変えてもよく、例えば伝搬方向に進むにつれて長くしたり、短くなるようにしたりしてもよい。具体的には、各電極指３２の長さを伝搬方向に対して変化させることにより、アポダイズ型のＩＤＴ電極３Ａを構成してもよい。この場合には、横モードのリップルを低減させたり、耐電力性を向上させたりすることができる。
ＩＤＴ電極３Ａは、例えば金属からなる導電層によって構成されている。この金属としては、例えばＡｌまたはＡｌを主成分とする合金（Ａｌ合金）が挙げられる。Ａｌ合金は、例えばＡｌ−Ｃｕ合金である。なお、ＩＤＴ電極３Ａは、複数の金属層から構成されてもよい。ＩＤＴ電極３Ａの各種寸法は、ＳＡＷ素子１Ａに要求される電気特性等に応じて適宜に設定される。ＩＤＴ電極３Ａの厚みＳ（ｚ方向）は、例えば、５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下である。
ＩＤＴ電極３Ａは、圧電基板２の上面２Ａに直接配置されていてもよいし、別の部材を介して圧電基板２の上面２Ａに配置されていてもよい。別の部材は、例えばＴｉ、Ｃｒあるいはこれらの合金等からなる。別の部材を介してＩＤＴ電極３Ａを圧電基板２の上面２Ａに配置する場合は、別の部材の厚みはＩＤＴ電極３Ａの電気特性に殆ど影響を与えない程度の厚み（例えば、Ｔｉの場合はＩＤＴ電極３の厚みの５％程度の厚み）に設定される。
また、ＩＤＴ電極３Ａを構成する電極指３２上には、ＳＡＷ素子１の温度特性を向上させるために、質量付加膜を積層してもよい。質量付加膜としては、例えばＳｉＯ2等から成る膜を用いることができる。
ＩＤＴ電極３Ａは、電圧が印加されると、圧電基板２の上面２Ａ付近においてｘ方向に伝搬するＳＡＷを励起する。励起されたＳＡＷは、電極指３２の非配置領域（隣接する電極指３２間の長尺状の領域）との境界において反射する。そして、電極指３２のピッチＰｔ１を半波長とする定在波が形成される。定在波は、当該定在波と同一周波数の電気信号に変換され、電極指３２によって取り出される。このようにして、ＳＡＷ素子１Ａは、１ポートの共振子として機能する。
反射器電極４は、弾性波の伝搬方向においてＩＤＴ電極３Ａを挟むように配置されている。反射器電極４は、概ね格子状に形成されている。すなわち、反射器電極４は、弾性波の伝搬方向に交差する方向において互いに対向する反射器バスバー４１と、これらバスバー４１間においてＳＡＷの伝搬方向に直交する方向に延びる複数の反射電極指４２とを有している。反射器バスバー４１は、例えば概ね一定の幅で直線状に延びる長尺状に形成されており、ＳＡＷの伝搬方向に平行に配置されている。
複数の反射電極指４２は、基本的には、ＩＤＴ電極３Ａで励起されるＳＡＷを反射させるピッチＰｔ２で配置されている。ピッチＰｔ２は、複数の反射電極指４２の中心間の間隔（繰り返し間隔）であり、ＩＤＴ電極３ＡのピッチＰｔ１をＳＡＷの波長λの半波長に設定した場合には、ピッチＰｔ１と同じ程度に設定すればよい。波長λ（２×Ｐｔ２）は、例えば１．５μｍ以上６μｍ以下である。
また、複数の反射電極指４２は、概ね一定の幅で直線状に延びる長尺状に形成されている。反射電極指４２の幅ｗ２は、例えば電極指３２の幅ｗ１と概ね同等に設定することができる。反射器電極４は、例えば、ＩＤＴ電極３Ａと同一の材料によって形成されるとともに、ＩＤＴ電極３Ａと同等の厚みに形成されている。
反射器電極４は、ＩＤＴ電極３に対して間隔を空けて配置されている。ここで間隔は、ＩＤＴ電極３Ａの反射器電極４側の端部に位置する電極指３２の中心から反射器電極４のＩＤＴ電極３Ａ側の端部に位置する反射電極指４２の中心までの間隔を指すものである。間隔Ｇは、通常、ＩＤＴ電極３ＡのピッチＰｔ１（またはピッチＰｔ２）と同じになるように設定されている。
保護層（不図示）は、ＩＤＴ電極３Ａおよび反射器電極４上を覆うように、圧電基板２上に設けられている。具体的には、保護層は、ＩＤＴ電極３Ａおよび反射器電極４の表面を覆うとともに、圧電基板２の上面２ＡのうちＩＤＴ電極３Ａおよび反射器電極４から露出する部分を覆っている。保護層の厚みは、例えば１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
保護層は、絶縁性の材料からなり、ＩＤＴ電極３Ａおよび反射器電極４の導電層を腐食等から保護することに寄与する。好適には、保護層は、温度が上昇すると弾性波の伝搬速度が速くなるＳｉＯ2などの材料によって形成されており、これによってＳＡＷ素子１Ａの温度の変化による電気特性の変化を小さく抑えることもできる。また、気密特性の良いＳｉＮｘなどの材料によって形成される場合は、ＩＤＴ電極３Ａおよび反射器電極４が腐食しにくく、信頼性の高い素子とすることもできる。また、これらの積層構造としてもよい。
このような構成とすることで、図２に示すＳＡＷ素子１Ａを具体化することができ、高周波信号が入出力される端子Ｐ１と端子Ｐ２との間で共振子として機能するものとなる。
ここで、図５を用いて、端部３ｂにおける電極指３２配列の一例について説明する。図５は端部３ｂ近傍における電極指３２の配列を示す要部拡大平面図である。
端子Ｐ１，Ｐ２には高周波信号が印加されるため、高電位側と低電位側とは連続的に反転を繰り返すが、便宜的に端子Ｐ１が高電位側であり、端子Ｐ２が低電位側である瞬間の各電極指３２の極性を示す。図５において、便宜的に、同じ電位となっている部分に同一のハッチングを付し、電位が高い側から順に＋＋、＋、−、−−と表示している。
ＳＡＷ素子１Ａでは、主部３ａにおいて励振されるＳＡＷの伝搬との意図せぬ干渉を抑制するために、主部３ａの電極指３２で励振されるＳＡＷの位相と、端部３ｂにおける電極指３２で励振されるＳＡＷの位相とを同相としてもよい。両者の位相を同相とするためには、電位が高い側の電極指３２と低い側の電極指３２とを交互に配置する。
主部３ａと第１部３ｂ１とは、第１バスバー３１ａと第２バスバー３１ｂとの電位の高低関係が同じである。このため、互いに隣り合う、主部３ａの端に位置する電極指３２と第１部３ｂ１の端に位置する電極指３２とは、一方が第１バスバー３１ａに接続され、他方が第２バスバー３１ｂに接続される通常の交互配置となる。
一方で、第１部３ｂ１と第２部３ｂ２とでは、第１バスバー３１ａと第２バスバー３１ｂとの電位の高低関係が逆である。このため、両者の境界部では、互いに隣り合う、第１部３ｂ１の端に位置する電極指３２と第２部３ｂ２の端に位置する電極指３２とは、同じ側のバスバーに接続されるものとする。この例では、第１部３ｂ１と第２部３ｂ２との間で電気的に接続されていない側のバスバーである第１バスバー３１ａ側に接続される電極指３２が隣り合うこととなる。同様に、第２部３ｂ２と第３部３ｂ３とでも第１バスバー３１ａと第２バスバー３１ｂとの電位の高低関係が逆転しているので、両者の境界部では、互いに隣り合う、第２部３ｂ２の端に位置する電極指３２と第３部３ｂ３の端に位置する電極指３２とは、同じ側のバスバーに接続されるものとする。すなわち、第１部３ｂ１と第２部３ｂ２との間で電気的に接続されていない側のバスバーである第２バスバー３１ｂに接続された電極指３２が並ぶこととなる。
このような配列とすることで、主部３ａで励振するＳＡＷと端部３ｂの各部で励振されるＳＡＷの位相を全て同相とすることができる。これにより、主部３ａ、端部３ｂの各部で励振されるＳＡＷが互いに干渉することが無く本開示の構成による効果が素直に発揮されるようになり、共振子のロスを低減することができる。
なお、上述の例では一方のバスバー３１に電気的に接続された電極指３２の先端が直接、他方のバスバーと対向している場合を例に説明したが、他方のバスバーに電気的に接続され、電極指３２の先端と対向するダミー電極を設けてもよい。
＜具体構成：ＳＡＷ素子１，１Ｂ，１Ｃ＞
図６Ａ〜図６Ｃに、ＳＡＷ素子１，１Ｂ，１Ｃの図１、図３Ａ，図３Ｂに示すＩＤＴ電極３，３Ｂ，３Ｃの具体的構成を示す。図６Ａ〜図６Ｃにおいて、反射器電極４等は省略している。
図６ＡはＩＤＴ電極３の構成を示すものである。第１部３ｂ１と第２部３ｂ２とはバスバー３１同士を電気的に接続することで互いに直列接続されている。主部３ａと端部３ｂとは、主部３ａの第１バスバー３１ａと第１部３ｂ１の第１バスバー３１ａとを電気的に接続し、主部３ａの第２バスバー３１ｂと第２部３ｂ２の第１バスバー３１ａとを配線により電気的に接続することで、両者を並列接続している。
ここで、第２部３ｂ２の第１バスバー３１ａと端子Ｐ２とを接続する配線は、不図示の反射器電極４を迂回するように配置してもよいし、反射器電極４と電気的に接続し、反射器電極４を配線の一部に取り入れてもよい。この場合、配線のスペースを省略できるため、素子を小型化することができる。
また、ＳＡＷ素子１においても、主部３ａと端部３ｂで励振されるＳＡＷの位相を同相とするために、第１バスバー３１ａと第２バスバー３１ｂとの電位の高低関係が逆になっている第１部３ｂ１の端（一番外側）に位置する電極指３２と第２部３ｂ２の端に位置する電極指３２とを互いに同じ側のバスバー（この場合は第１バスバー３１ａ）に接続している。
図６ＢはＩＤＴ電極３Ｂの構成を示すものである。ＩＤＴ電極３Ｂの端部３ｂは、ＳＡＷの伝搬方向と直交する方向において２つに分割されている。具体的には、第１バスバー３１ａと第２バスバー３１ｂとの間にＳＡＷの伝搬方向に沿って延びる第３バスバー３１ｃを設け、第３バスバー３１ｃに接続され、第１バスバー３１ａ側にのびる電極指３２と、第２バスバー３１ｂ側に延びる電極指３２とを設けている。これにより、第１部３ｂ１は、第１バスバー３１ａと第３バスバー３１ｃとの間に位置する電極指３２により構成され、第２部３ｂ２は、第３バスバー３１ｃと第２バスバー３１ｂとの間に位置する電極指３２により構成される。
このような構成において、端部３ｂは、第３バスバー３１ｃにより第1部３ｂ１と第２
部３ｂ２とが電気的に直列接続されている。主部３ａと端部３ｂとは、主部３ａと第１部３ｂ１とが第１バスバー３１ａにより接続され、主部３ａと第２部３ｂ２とが第２バスバー３１ｂにより接続されることで並列に接続されている。
ＩＤＴ電極３Ｂによれば、端部３ｂと端子Ｐ２とを接続するための配線が不要となり小型化が可能となる。また、同じ本数の電極指３２で端部３ｂを構成する場合にＳＡＷの伝搬方向における長さも短くすることができるので、小型なＳＡＷ素子を提供することができる。
なお、この場合も、主部３ａの電極指３２で励振されるＳＡＷの位相と、端部３ｂにおける電極指３２で励振されるＳＡＷの位相とを同相としてもよい。両者の位相を同相とするためには、図示されているように、端部３ｂ１、３ｂ２それぞれにおいて、電位が高い側の電極指３２と低い側の電極指３２の順序を、主部３ａにおける電位が高い側の電極指３２と低い側の電極指３２の順序と同一にすればよい。
図６ＣはＩＤＴ電極３Ｃの構成を示すものである。ＩＤＴ電極３Ｃの端部３ｂは、ＳＡＷの伝搬方向と直交する方向において３つに分割されている。具体的には、第１バスバー３１ａと第２バスバー３１ｂとの間にＳＡＷの伝搬方向に沿って延びる第３バスバー３１ｃと第４バスバー３１ｄとを設けることで、第１部３ｂ１，第２部３ｂ２，第３部３ｂ３とを構成している。端部３ｂにおける第１部３ｂ１，第２部３ｂ２，第３部３ｂ３までの直列接続方法や、主部３ａと端部３ｂとの並列接続方法は図６Ｂで示す例と同様である。
なお、この場合も、主部３ａの電極指３２で励振されるＳＡＷの位相と、端部３ｂにおける電極指３２で励振されるＳＡＷの位相とを同相としてもよい。両者の位相を同相とするためには、図示されているように、端部３ｂ１、３ｂ２それぞれにおいて、電位が高い側の電極指３２と低い側の電極指３２の順序を、主部３ａにおける電位が高い側の電極指３２と低い側の電極指３２の順序と同一にすればよい。
また、図６Ｂ，図６Ｃに示す例では、端部３ｂにおいて、第１バスバー３１ａと第２バスバー３１ｂとの間に、他のバスバー（３１ｃ，３１ｄ）が均等間隔で配置されている例を示したが、これに限定されない。
例えば、図６Ｃにおいて、第３バスバー３１ｃと第４バスバー３１ｄとの間隔を他のバスバー間隔に比べ小さくする場合には、弾性波をＩＤＴ電極３の中央付近へ閉じ込める効果が高くなるのでロスを低減したＳＡＷ素子を提供することができる。具体的には、図６Ｃに示す例の場合には、第３バスバー３１ｃと第４バスバー３１ｄとの間隔を、第１バスバー３１ａと第３バスバー３１ｃとの間隔および第４バスバー３１ｄと第２バスバー３１ｂとの間隔よりも小さくする。
また、ＳＡＷの伝搬方向の中心から第３、第４バスバー３１ｃ、３１ｄをずらして位置させることで、バスバー（３１ｃ，３１ｄ）の影響を抑制しロスを低減させることもできる。すなわち、図６Ｃに示す例の場合には、第３バスバー３１ｃと第４バスバー３１ｄとの間隔を他のバスバー同士の間隔よりも大きくしてもよい。
＜＜検証＞＞
ＳＡＷ素子１、１Ａにつき、端部３ｂを構成する電極指３２の本数を異ならせたものを作製して評価した。作製したＳＡＷ素子の基本構成は以下の通りである。
［圧電基板２］
材料：４２°ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ3基板
［ＩＤＴ電極３、３Ａ］
材料：Ａｌ−Ｃｕ合金
（ただし、圧電基板２との間には６ｎｍのＴｉからなる下地層がある。)
厚さ（Ａｌ−Ｃｕ合金層）：１５４ｎｍ
ＩＤＴ電極３の電極指３２：
（本数）２００本
（ピッチＰｔ１）１．００μｍ
（デューティー：ｗ１／Ｐｔ１）０．５
（交差幅Ｗ）２０λ （λ＝２×Ｐｔ１）
［反射器電極４］
材料：Ａｌ−Ｃｕ合金
（ただし、圧電基板２との間には６ｎｍのＴｉからなる下地層がある）
厚さ（Ａｌ−Ｃｕ合金層）：１５４ｎｍ
反射電極指４２の本数：３０本
反射電極指４２の交差幅：２０λ （λ＝２×Ｐｔ１）
反射電極指４２のピッチＰｔ２：１．００μｍ（＝Ｐｔ１）
ＩＤＴ電極３との間隔Ｇ：Ｐｔ１
［保護層］ 材料：ＳｉＯ2
厚さ：１５ｎｍ
まず、１つの端部３ｂ全体の電極指３２の本数を異ならせてＳＡＷ素子を製造し、共振子特性を測定した。また、比較例として、端部３ｂを設けない（ＩＤＴ電極３の全てが主部３ａで構成される）ＳＡＷ素子を製造した。その結果、端部３ｂの本数が３０本程度であれば、共振周波数と反共振周波数との間の特性が劣化することがないことを確認した。
次に、ＳＡＷ素子１の構成において、端部３ｂを構成する電極指３２の本数を異ならせてＳＡＷ素子１を製造した。具体的には、端部３ｂの第1部３ｂ１と第２部３ｂ２との電
極指３２の本数を、以下のように変更した。以下、第1部３ｂ１の電極指３２の本数が４
本、第２部３ｂの電極指３２の本数が１０本の場合には、（４／１０）というように表示する。
実施例１：（４／４）
実施例２：（１０／１０）
実施例３：（１４／１４）
実施例４：（６／１２）
実施例５：（４／１４）
比較例と実施例１〜３との周波数特性の測定結果を図７Ａ，図７Ｂ，図８Ａ〜図８Ｃに、比較例，実施例２，４，５の周波数特性の測定結果を図９Ａ，図９Ｂ，図１０Ａ〜図１０Ｃに示す。図７Ａ，図９Ａにおいて、横軸は周波数（ＭＨｚ）、縦軸はインピーダンスを示しており、図７Ｂ，図９Ｂおよび図８Ａ〜図８Ｃ，図９Ａ〜図９Ｃにおいて、横軸は周波数（ＭＨｚ）、縦軸はインピーダンスの位相（ｄｅｇ）を示している。そして、図８Ａ，図１０Ａは共振周波数近傍、図８Ｂ，図１０Ｂは共振周波数と反共振周波数との間、図８Ｃ，図１０Ｃは、反共振周波数の近傍におけるインピーダンスの位相の周波数特性を示している。
なお、図中において比較例はＣＥ（Comparative Example）、実施例１〜５はＥ１〜Ｅ５と表示する。以下に続く実施例も同様の法則で示すものとする。
図７Ａ，図７Ｂ、図９Ａ，図９Ｂからも明らかなように、いずれの実施例も共振周波数と反共振周波数との間の特性が大幅に劣化することなく共振子としての特性を維持できていることを確認できた。なお、共振子のロスについてはインピーダンスの位相を比較することにより、その差を明瞭に把握することができるので、以後、位相特性により評価する。
ここで、インピーダンスの位相は共振子のロスを反映しており、共振周波数より低周波側および反共振周波数より高周波側では位相が−９０°に近づくほど、また、共振周波数と反共振周波数の間の周波数では位相が＋９０°に近づくほどロスが小さいことを示している。
いずれの実施例においても、ＣＥと比較して、反共振周波数付近から、反共振周波数よりも高周波側におけるロスが広い範囲で低減されていることが確認できた（図８Ｃ、図１０Ｃ）。また、実施例２においては、共振周波数の低周波側におけるリップルが抑制できており、共振周波数近傍でのロスも低減できていることを確認した（図８Ａ、図１０Ａ）。一方で、実施例３，５においては、共振周波数近傍〜共振周波数よりも高周波側のロスに若干の影響があることが確認された。
なお、端部３ｂを設けた分、ＳＡＷ素子１全体の容量値が小さくなることから、各実施例のＳＡＷ素子のインピーダンスは若干高くなるが、これは、主部３ａのサイズ（電極指３２本数、交差幅）を調整することで比較例と同等レベルに調整することができる。
次に、ＳＡＷ素子１Ａを製造した。具体的には、端部３ｂの第1部３ｂ１と第２部３ｂ２と第３部３ｂ３との電極指３２の本数を、以下のように変更した。以下、第1部３ｂ１の電極指３２の本数が４本、第２部３ｂ２の電極指３２の本数が１０本、第３部３ｂ３の本数が１２本の場合には、（４／１０／１２）というように表示する。
実施例６：（２／２／２）
実施例７：（６／６／６）
実施例８：（１０／１０／１０）
実施例９：（４／８／１２）
実施例１０：（２／６／１２）
比較例と実施例６〜８との周波数特性の測定結果を図１１Ａ，図１１Ｂ，図１２Ａ〜図１２Ｃに、比較例，実施例７，９，１０の周波数特性の測定結果を図１３Ａ，図１３Ｂ，図１４Ａ〜図１４Ｃに示す。図１１Ａ，図１３Ａにおいて、横軸は周波数（ＭＨｚ）、縦軸はインピーダンスを示している。図１１Ｂ，図１３Ｂ，図１２Ａ〜図１２Ｃ，図１４Ａ〜図１４Ｃにおいて、横軸は周波数（ＭＨｚ）、縦軸はインピーダンスの位相（ｄｅｇ）を示しており、図１２Ａ，図１４Ａは共振周波数近傍、図１２Ｂ，図１４Ｂは共振周波数と反共振周波数の間、図１２Ｃ，図１４Ｃは、反共振周波数近傍におけるインピーダンスの位相の周波数特性を示している。
いずれの実施例においても、共振子としての特性を維持できていることを確認した（図１１Ａ，図１１Ｂ，図１３Ａ，図１３Ｂ）。さらに、いずれの実施例においても、反共振周波数付近から、反共振周波数よりも高周波側におけるロスが比較例に比べ広い範囲で低減されていることが確認できた（図１２Ｃ、図１４Ｃ）。また、実施例７，９においては、共振周波数の低域側におけるリップルが抑制できており、共振周波数近傍でのロスも低減できていることを確認した（図１２Ａ、図１４Ａ）。さらに実施例７では共振周波数の高周波側近傍のロスも低減されていることを確認した（図１２Ｂ）。一方で、実施例８、１０においては、共振周波数近傍〜共振周波数よりも高周波側のロスに若干の影響があることが確認された（図１２Ｂ，図１４Ｂ）。
次に、ＳＡＷ素子１Ｂ（実施例１１），１Ｃ（実施例１２）を製造した。具体的には、端部３ｂの第1部３ｂ１と第２部３ｂ２と（ＳＡＷ素子１Ｃにおいては第３部３ｂ３と）の電極指３２の本数を、ＳＡＷの伝搬方向に沿って、実施例１１は１６本分、実施例１２は１８本分とした。
比較例と実施例１１，１２との周波数特性の測定結果を図１５Ａ，図１５Ｂ，図１６Ａ〜図１６Ｃに示す。図１５Ａにおいて、横軸は周波数（ＭＨｚ）、縦軸はインピーダンスを示している。図１５Ｂ，図１６Ａ〜図１６Ｃにおいて、横軸は周波数（ＭＨｚ）、縦軸はインピーダンスの位相（ｄｅｇ）を示している。そして、図１６Ａは共振周波数近傍、図１６Ｂは共振周波数と反共振周波数との間、図１６Ｃは、反共振周波数近傍におけるインピーダンスの位相の周波数特性を示している。
いずれの実施例においても、共振周波数と反共振周波数との間のインピーダンス特性に大きな乱れはなく、共振子として機能していることを確認した。そして、いずれの実施例においても、反共振周波数付近から、反共振周波数よりも高周波側におけるロスが広い範囲で低減されていることが確認できた（図１６Ｃ）。また、実施例１１，１２においては、共振周波数の低域側におけるリップルが抑制できており、共振周波数近傍でのロスも低減できていることを確認した（図１６Ａ）。一方で、共振周波数よりも高周波側のロスに若干の影響があることが確認された（図１６Ｂ）。
＜シミュレーションによる確認＞
次に、端部３ｂの具体的構成についてより詳細に検討するために、ＣＯＭ（Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｍｏｄｅ）法、有限要素法（ＦＥＭ）によるシミュレーションを行なった。具体的な検討に先立ち、上述の比較例、実施例１〜１０の設計パラメータを用いてモデルを作成して行なったシミュレーションデータと、実測データとを比較し、両者がよく一致することを確認した。
次に、ＳＡＷ素子１の構成を例に、第１端部３ｂ１，第２端部３ｂ２の電極指３２の本数を異ならせたモデル１〜モデル８（等分割モデル：モデル１〜４、非対称分割モデル：モデル５〜８）と、比較例のＳＡＷ素子のモデルであるリファレンスモデルとのシミュレーションを行なった。各モデルの設計パラメータおよびシミュレーション結果を表１に示す。
表１において、各モデルの性能を３つの効果に分けて表示している。すなわち、第１効果は、反共振周波数近傍から高周波側のロス低減であり、第２効果は、共振周波数近傍から低周波数側のリップル抑制およびロス低減であり、第３の効果として、共振周波数の高周波側近傍のロス抑制である。表中において、比較例に対して、効果を確認できた場合には“○”とし、差がない場合には“−”とし、効果がない場合には"△“としている。
全てのモデル１〜８において、リファレンスに比べて第1効果があることを確認した。
すなわち、端部３ｂを設けることで、第１効果を奏することを確認した。なお、第１効果は、端部３ｂを構成する電極指の本数が多い程向上する傾向があった。実測値とシミュレーション結果とを考慮すると、第１効果の観点からは、端部３ｂを構成する電極指３２の本数は１０本以上が好ましいと推測される。等分割するのであれば、第１端部３ｂ１，第２端部３ｂ２とのそれぞれが６本以上の組み合わせがよい。
次に第３効果について検証する。等分割モデルでは、端部３ｂを構成する電極指３２の本数が少ないと第３効果を奏する傾向がある。具体的には、第１部３ｂ１，第２部３ｂ２とのそれぞれが１２本以上で悪化傾向があり、１０本でも若干影響がでている。一方で、６本、８本のもの（モデル１，２）は逆にリファレンスよりもよくなっている。実測値とシミュレーション結果とを考慮すると、第３効果の観点からは、等分割の場合には、第１端部３ｂ１，第２端部３ｂ２とのそれぞれが１２本以下の組み合わせがよい。
非対称分割モデルでは、より複雑であり、単に端部３ｂを構成する電極指３２の総本数で決まるのではなく、第１端部３ｂ１，第２端部３ｂ２とのそれぞれを構成する電極指３２の本数の差が小さいときに効果を奏する傾向があった。実測値とシミュレーション結果とを考慮すると、第３効果の観点からは、非対称分割の場合には、第１端部３ｂ１，第２端部３ｂ２とのそれぞれを構成する電極指３２の本数の差分が６本以下の組み合わせがよい。
次に、第２効果について検証する。等分割モデルでは、第１部３ｂ１，第２部３ｂ２とのそれぞれが６本〜１０本のときに効果を奏する。特に８本、１０本のモデル２，３の効果が高いが、第２効果を考慮すると、第１部３ｂ１，第２部３ｂ２とのそれぞれを構成する電極指３２の本数が８本であるモデル２が最も第２効果、第３効果を奏する構成といえる。
非対称分割モデルでは、より複雑であり、単に端部３ｂを構成する電極指３２の総本数や、第１部３ｂ１、第２部３ｂ２のそれぞれを構成する電極指３２の本数で決まるのでもなく、モデル５（１０/１４本）が第２効果を奏することが確認された。モデル５は、第３効果の観点でも全てのモデル中で最もよい効果が期待できるものとなる。なお、モデル８では一見すると第２効果を奏するように見受けられが、共振周波数の高周波側近傍に大きなリップルが発生していることから、リップルを抑制したのではなく、リップルの位置がシフトしており、その大きさは大きくなっていることが推察される。
以上より、ＳＡＷ素子１においては、１つの端部３ｂを構成する電極指３２数は１０本以上、３０本以下がよく、等分割の場合は、各部位が６〜１０本、より好ましくは８本または１０本とすることよい。特に８本のときに第１効果から第３効果の全ての効果を高く奏することを確認できた。一方で非対称分割の場合には、各部の差分が６本以下となるように分割してもよい。特に、第1部３ｂ１、第２部３ｂ２の本数を１０本と１４本とにしたときに第１効果から第３効果の全ての効果を高く奏することを確認できた。
次に、ＳＡＷ素子１Ａの構成を例に、第１部３ｂ１，第２部３ｂ２，第３部３ｂ３の電極指３２の本数を異ならせたモデル９〜モデル１４（等分割モデル：モデル９〜１１、非対称分割モデル：モデル１２〜１４）と、比較例のＳＡＷ素子のモデルであるリファレンスモデルとのシミュレーションを行なった。各モデルの設計パラメータおよびシミュレーション結果を表２に示す。表中において、比較例に対して、効果を確認できた場合には“○”とし、差がない場合には“−”とし、効果がない場合には"△“としている。
全てのモデル９〜１５において、リファレンスに比べて第1効果があることを確認した。なお、第１効果は、端部３ｂを構成する電極指の本数が多い程向上する傾向があった。実測値とシミュレーション結果とを考慮すると、第１効果の観点からは、端部３ｂを構成する電極指３２の総本数は１０本以上が好ましいと推測される。等分割するのであれば、第１部３ｂ１，第２部３ｂ２，第３部３ｂ３とのそれぞれが４本以上の組み合わせがよい。
次に第３効果について検証する。等分割モデルでは、端部３ｂを構成する電極指３２の本数が多いと悪化する傾向がある。実測値とシミュレーション結果とを考慮すると、第３効果の観点からは、第１部３ｂ１，第２部３ｂ２、第３部３ｂ３とのそれぞれを８本以下とすればよい。
次に、第２効果について検証する。等分割モデルでは、第１部３ｂ１，第２部３ｂ２、第３部３ｂ３とのそれぞれが４本、６本のときに効果を奏し、特に６本のときにリップルはほぼなくなることを確認できた。
非対称分割モデルでは、いずれの構成でも第２効果において著しい効果を確認することができなかったが、モデル１３が若干効果を奏することを確認した。実際には、さらに本数を増やしてシミュレーションを行なったが第２効果のみに着目すると改善傾向は確認されなかった。
以上より、ＳＡＷ素子１Ａの構成においては、第1部３ｂ１〜第３部３ｂ３を等分割すること第１効果から第３効果の全てを見込むことができ、とくにその本数を４本ずつ、もしくは、６本ずつとするとよい。
また、第1部３ｂ１〜第３部３ｂ３の電極指３２ピッチを、主部３ａに比べて１．００１倍〜１．００３倍にすると、さらに第１効果が高まる。
図１７Ａ〜図１７Ｅに、比較例と、実施例７と、実施例７の端部３ｂにおいてピッチを１．００２倍とした実施例１３、第１部３ｂ１のみピッチを１．００２倍とした実施例１４の周波数特性のＦＥＭシミュレーション結果を示す。図１７Ａ〜図１７Ｅにおいて、横軸は周波数（ＭＨｚ）であり、縦軸は図１７Ａはインピーダンス、図１７Ｂ〜図１７Ｅはインピーダンスの位相を示している。図１７Ｃ〜図１７Ｅは、図１７Ｂの一部を拡大した図であり、図１７Ｃは、共振周波数近傍を、図１７Ｄは共振周波数と反共振周波数との間を、図１７Ｅは反共振周波数近傍の位相を示すものである。これらの図から確認できるように、ピッチを調整することにより第１効果を高めることができる。
図１８Ａ〜図１８Ｃに、リファレンスモデルと、モデル２、５、１０のインピーダンスの位相特性のＦＥＭシミュレーション結果を示す。図１８Ａ〜図１８Ｃにおいて、横軸は周波数（ＭＨｚ）、縦軸はインピーダンスの位相（ｄｅｇ）を示しており、図１８Ａは共振周波数近傍、図１８Ｂは共振周波数と反共振周波数との間、図１８Ｃは、反共振周波数の近傍から高周波側の周波数特性を示している。図１８Ａ〜図１８Ｃから明らかなように、各モデルはリファレンスモデルに比べ、全ての周波数領域において優れた特性を示すことが確認できた。
上述のモデル１〜１４、リファレンスモデルと、端部３ｂの本数は同じで、ＩＤＴ電極３の電極指３２の総本数を異ならせた場合の影響をシミュレーションした。具体的には、ＩＤＴ電極３の総本数を１００本、２００本、３００本とした。いずれのモデルにおいても、ＩＤＴ電極３の電極指３２の総本数を異ならせても、端部３ｂの構成に違いによる効果は同様の傾向を示した。すなわち端部３ｂによる効果、端部３ｂの具体的構成（電極指本数の組み合わせ）による第１効果〜第３効果の現れ方の傾向は同一であった。このことから、どのような電極指３２本数のＩＤＴ電極３においても、端部３ｂの本数の好ましい組み合わせは同一であることが分かった。図１９Ａ〜図１９Ｃに、モデル１〜４の端部構成において、ＩＤＴ電極３の電極指３２の総本数を異ならせた場合のＣＯＭ法シミュレーション結果を示す。具体的には、ＩＤＴ電極３の電極指総本数が、図１９Ａは１００本、図１９Ｂは２００本、図１９Ｃは３００本の場合を示している。図１９からも明らかなように、どのような電極指３２本数のＩＤＴ電極３においても、最も第２効果を奏するモデルはモデル２であった。また、実際に素子を製造し測定したところ、シミュレーションと同じ傾向を確認することができた。
圧電基板２の結晶カット角を異ならせた場合についても、同様の結果を確認した。具体的には４６°カットとした場合についてシミュレーションした結果、端部３ｂによる効果、端部３ｂの具体的構成（電極指本数の組み合わせ）による第１効果〜第３効果の現れ方の傾向は４２°カットと同様の結果を得た。さらに、圧電基板２を薄層化し、その裏面に支持基板を貼り合せた構成においても、同様の結果を確認した。具体的には、圧電基板２の裏面にＳｉ単結晶基板を貼り合せた複合基板とし、圧電基板２の厚みを１０λ、２０λとした場合についてシミュレーションした結果、通常の厚い基板を用いた場合と同様の傾向を得た。これより、温度特性を改善するために複合基板を用いてＳＡＷ素子を作製した場合も、本発明の効果は発揮されることが確認できた。また、実際に素子を製造し測定したところ、シミュレーションと同じ傾向を確認することができた。
さらに、電極指３２のピッチを異ならせた場合についても同様の結果を得た。
以上より、圧電基板の厚み、結晶角、ＩＤＴ電極の電極指本数、周波数に依存することなく、端部３ｂにより、第１効果〜第３効果を得ることができ、かつ、端部３ｂを構成する具体的な電極指３２数の組み合わせによる第１効果〜第３効果の強弱の傾向も同様であることを確認した。
また、圧電基板２を薄層化し、支持基板上に配置した場合についても同様の傾向を示すことから、基板構成にも依存することなく、端部３ｂにより第１効果〜第３効果を得ることができることを確認した。
＜他の実施形態＞
上述の各モデルでは、反射電極指４２の本数は３０本で一定としている。この本数は、端部３ｂを有さない、通常のＳＡＷ共振子の場合に必要とされる本数であるが、端部３ｂを有する場合には、反射電極指４２の本数を減じてもよい。これは、端部３ｂを有することによりＩＤＴ端部の振動が弱くなるため、反射器電極４側にもれる振動が小さくなるためである。言い換えると、端部３ｂがＳＡＷを励振する電極であると同時に、主部ａの強い振動を反射する反射器電極４としても動作するからである。通常のＳＡＷ共振子（リファレンスモデル）、モデル２、およびモデル１０の構成において、反射電極指４２の本数を変化させたときの、反共振周波数におけるＱ値（Ｑａ）の値の変化およびインピーダンスの位相の最大値（最大位相Ｚ）の変化を、ＦＥＭ（有限要素）法によりシミュレーションした。その結果を、図２２Ａ，図２２Ｂに示す。なお、Ｑａは反共振周波数付近の損失を反映し（Ｑａが大きいほど損失が小さい）、最大位相は共振周波数−反共振周波数の中間部付近の損失を反映している（最大位相が９０°に近いほど損失が小さい）。
図２２Ａは、反射電極指４２の本数と最大位相との関係を示しており、横軸は反射電極指４２の本数を、縦軸は最大位相Ｚ（単位：degree）である。図２２Ｂは、反射電極指４２の本数とＱａとの関係を示しており、横軸は反射電極指４２の本数、縦軸はＱａ（単位：−）である。
図２２Ａからも明らかなように、リファレンスモデルに比べ、モデル２、モデル１０の構成では、反射電極指４２の本数の変化による最大位相値の変化が少なく、２／３倍である２０本としても特性変化はないことが確認できる。
さらに、図２２Ｂからも明らかなように、Ｑａの値については、反射電極指４２の本数が同じときには、リファレンスモデルに比べてモデル２、モデル１０ではＱ値を高めることができることを確認した。さらに、モデル２、モデル１０において反射電極指４２の本数を１／２倍である１５本としても、リファレンスモデルにおいて反射電極指４２の本数を３０本とした場合と同等以上のＱ値を得ることができることを確認した。特に分割数の多いモデル１０では１／３倍の本数である１０本としても、リファレンスモデルにおいて反射電極指４２の本数を３０本とした場合と同等以上のＱ値を得ることができることを確認した。
このことから明らかなように、端部３ｂを備えるＳＡＷ素子１において、反射電極指４２の本数を通常必要と考えられる本数よりも少なくしてもＱ値の低下を抑制することができる。特に反射器極指４２の本数を１５本以上２０本以下とすることで、最大位相値およびＱａ値の双方の特性を維持することができ、ＳＡＷ素子１を小型化することができる。また、端部３ｂが三分割される場合には、１０本以上１５本以下としてもＱａ値の特性を維持することができる。
なお、ＳＡＷ素子１は、端部３ｂを備えることから、主部３ａと端部３ｂとを合わせた電極指３２の本数が同じである通常のＳＡＷ共振子に比べて、容量値が少なくなる。ここで、ＳＡＷ素子１において、主部３ａの電極指３２の本数を増やして同じ容量値を実現した場合には、ＩＤＴ電極３の大きさが通常のＳＡＷ共振子に比べて大きくなる。これに対して、反射電極指４２の本数を少なくすることで、主部３ａの電極指３２の本数を増加させた分のスペースを削減することができ、ＳＡＷ素子１全体としてはサイズの増加を抑制することができる。
具体的には、ＩＤＴ電極３の電極指３２の本数が２００本の場合にモデル１０のように端部３ｂを構成すると、電極指の本数が２００本の通常のＳＡＷ共振子の場合に比べて、３２本分の容量が少なくなる。これを補うために主部３ｂの電極指３２の本数を３２本追加すると、ＩＤＴ電極３の大きさは１５％大型化する。これに対して、ＩＤＴ電極３の両側に位置する反射器４の反射電極指４２の本数をそれぞれ１／２倍の１５本とすることで、３０本分のスペースを縮小でき、ＳＡＷ素子１全体では面積の増加を抑制することができる。さらに、反射電極指４２の本数を１／３倍の１０本とすることで、４０本分のスペースを縮小でき、ＳＡＷ素子１全体では通常の共振子よりも小型化することができる。
なお、上述のシミュレーション結果より、端部３ｂを備えるＳＡＷ素子１は、通常の本数の反射電極指４２を備えることで、Ｑａ値を高めることができ、電気特性に優れたＳＡＷ素子１を提供できることも確認できた。
＜フィルタ素子および通信装置＞
図２０は、本発明の実施形態に係る通信装置１０１の要部を示すブロック図である。通信装置１０１は、電波を利用した無線通信を行なうものである。分波器７は、通信装置１０１において送信周波数の信号と受信周波数の信号とを分波する機能を有している。
通信装置１０１において、送信すべき情報を含むＴＩＳ（送信情報信号）は、ＲＦ−ＩＣ１０３によって変調および周波数の引き上げ（搬送波周波数の高周波信号への変換）がなされてＴＳ（送信信号）とされる。ＴＳは、バンドパスフィルタ１０５によって送信用の通過帯域以外の不要成分が除去され、増幅器１０７によって増幅されて分波器７に入力される。増幅されたＴＳには、増幅器１０７を通ることでノイズが混入することがある。分波器７は、このような入力されたＴＳから送信用の通過帯域以外の不要成分（ノイズ等）を除去してアンテナ１０９に出力する。アンテナ１０９は、入力された電気信号（ＴＳ）を無線信号に変換して送信する。
通信装置１０１において、アンテナ１０９によって受信された無線信号は、アンテナ１０９によって電気信号（ＲＳ（受信信号））に変換されて分波器７に入力される。分波器７は、入力されたＲＳから受信用の通過帯域以外の不要成分を除去して増幅器１１１に出力する。出力されたＲＳは、増幅器１１１によって増幅され、バンドパスフィルタ１１３によって受信用の通過帯域以外の不要成分が除去される。バンドパスフィルタ１１３により取り除かれる不要成分としては、例えば増幅器１１１によって混入するノイズ等が挙げられる。そして、ＲＳは、ＲＦ−ＩＣ１０３によって周波数の引き下げおよび復調がなされてＲＩＳ（受信情報信号）とされる。
ＴＩＳおよびＲＩＳは、適宜な情報を含む低周波信号（ベースバンド信号）でよく、例えば、アナログの音声信号もしくはデジタル化された音声信号である。無線信号の通過帯域は、ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）等の各種の規格に従ったものでよい。変調方式は、位相変調、振幅変調、周波数変調もしくはこれらのいずれか２つ以上の組合せのいずれであってもよい。また、ＲＦ−ＩＣ１０３にバンドパスフィルタ１０５およびバンドパスフィルタ１１３の機能を持たせ、これらのフィルタを省略してもよい。
図２１は、本発明の一実施形態に係る分波器７の構成を示す回路図である。分波器７は、図２０において通信装置１０１に使用されている分波器である。分波器７は、第１フィルタとしての送信フィルタ１１および第２フィルタとしての受信フィルタ１２の少なくとも一方を構成するＳＡＷフィルタ素子を有している。送信フィルタ１１および受信フィルタ１２の少なくとも一方を構成するＳＡＷフィルタ素子は、ＳＡＷ素子１〜１Ｃのいずれかを有している。この例ではＳＡＷ素子１とする。
分波器７は、アンテナ端子８と、送信端子９と、受信端子１０と、アンテナ端子８と送信端子９との間に配置された送信フィルタ１１と、アンテナ端子８と受信端子１０との間に配置された受信フィルタ１２とから主に構成されている。
送信端子９には増幅器１０７からのＴＳが入力され、送信端子９に入力されたＴＳは、送信フィルタ１１において送信用の通過帯域以外の不要成分が除去されてアンテナ端子８に出力される。また、アンテナ端子８にはアンテナ１０９からＲＳが入力され、受信フィルタ１２において受信用の通過帯域以外の不要成分が除去されて受信端子１０に出力される。
送信フィルタ１１は、例えばラダー型ＳＡＷフィルタによって構成されている。具体的に送信フィルタ１１は、その入力側と出力側との間において直列に接続された３個の直列腕共振子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３と、直列腕共振子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３同士を接続するための配線である直列腕と基準電位部Ｇｎｄとの間に設けられた３個の並列腕共振子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３とを有する。すなわち、送信フィルタ１１は３段構成のラダー型フィルタである。ただし、送信フィルタ１１においてラダー型フィルタの段数は任意である。そして、送信フィルタ１１では、送信端子９が入力端子として機能し、アンテナ端子８が出力端子として機能する。なお、受信フィルタ１２をラダー型フィルタで構成した場合には、アンテナ端子８が入力端子として機能し、受信端子１０が出力端子として機能する。
並列腕共振子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３と基準電位部Ｇｎｄとの間には、インダクタＬが設けられていることがある。このインダクタＬのインダクタンスを所定の大きさに設定することによって、送信信号の通過周波数の帯域外に減衰極を形成して帯域外減衰を大きくしている。複数の直列腕共振子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３および複数の並列腕共振子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、それぞれＳＡＷ素子１のようなＳＡＷ共振子からなる。
受信フィルタ１２は、例えば、多重モード型ＳＡＷフィルタ１７と、その入力側に直列に接続された補助共振子１８とを有している。なお、本実施形態において、多重モードは２重モードを含むものである。多重モード型ＳＡＷフィルタ１７は、平衡−不平衡変換機能を有しており、受信フィルタ１２は平衡信号が出力される２つの受信端子１０に接続されている。受信フィルタ１２は多重モード型ＳＡＷフィルタ１７によって構成されるものに限られず、ラダー型フィルタによって構成してもよいし、平衡−不平衡変換機能を有していないフィルタであってもよい。
送信フィルタ１１、受信フィルタ１２およびアンテナ端子８の接続点とグランド電位部Ｇｎｄとの間には、インダクタなどからなるインピーダンスマッチング用の回路を挿入してもよい。
本実施形態のＳＡＷ素子１を、直列共振子Ｓ１〜Ｓ３、並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ３、補助共振子１８のいずれかに使用してもよい。ＳＡＷ素子１を直列共振子Ｓ１〜Ｓ３、並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ３、補助共振子１８の少なくとも１つに用いることにより、ロスの少ないフィルタを構成することができる。ラダー型フィルタでは並列腕共振子の反共振よりも若干高周波側の周波数が、フィルタ通過帯域内の高周波側の端部に対応するため、特に本発明のＳＡＷ素子１を並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ３に使用した場合、第１効果によりフィルタ通過帯域内の高周波側の損失を低減することができる。また、第３効果により、フィルタの通過帯域内の損失を低減することができる。さらに、ラダー型フィルタでは直列腕共振子の共振よりも若干低周波側の周波数が、フィルタ通過帯域内の低周波側の端部に対応するため、特に本発明のＳＡＷ素子１を直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ３に使用した場合、第２効果によりフィルタ通過帯域内の低周波側の損失を低減することができる。また、第３効果により、フィルタの通過帯域内の損失を低減することができる。
また、図８Ｃなどから明らかなように、第１効果は反共振周波数よりも高周波側の広い範囲で発揮されるため、フィルタの通過帯域よりも高周波数側でのロス低減の効果もある。この効果により、分波器７の送信フィルタ１１の帯域外のロスが受信フィルタ１２の帯域内のロスを悪化させるといった現象が回避できる。この効果は、送信フィルタ１１のアンテナポート８に近い共振子（直列共振子Ｓ１および並列共振子Ｐ１）に本発明のＳＡＷ素子１を使用した場合に顕著になる。また、送信フィルタ１１と受信フィルタ１２の間のアイソレーションを改善することができる。さらに、分波器７を２つ組み合わせたクアッドプレクサなど、複数のフィルタを組み合わせたマルチプレクサの場合も、１つのフィルタの帯域外のロスが、他のフィルタの帯域内のロスを悪化させる現象が回避できるため、ロス特性の良いデバイスが実現できる。
なお、分波器７にある全ての弾性波フィルタにＳＡＷ素子１を適用してもよいが、分波器７の弾性波フィルタは、通常の弾性波素子である第２弾性波素子とＳＡＷ素子１との双方とで構成してもよい。なお、第２弾性波素子は、第２ＩＤＴ電極とその両側に位置する第２反射器電極とを備えている。第２ＩＤＴ電極は、ＳＡＷ素子１のＩＤＴ電極３のように主部３ａと端部３ｂに分割されることのない、通常のＩＤＴ電極である。第２反射器電極は、ＳＡＷの伝搬方向に沿って配置された複数の第２反射電極指を備える。
このような２種の弾性波素子（ＳＡＷ素子１と第２弾性波素子）を含む場合には、ＳＡＷ素子１の反射電極指４２の本数を、第２弾性波素子の反射電極指本数に比べ少なくしてもよい。このような構成とすることで、ＳＡＷ素子１の第１効果〜第３効果による効果を発現しつつ、分波器７の大型化を抑制することができる。
以上より、本開示のＳＡＷ素子を分波器に適用することで通信品質の優れた通信装置を提供することができる。また、分波器のみに限定されることなく、クアッドプレクサ等への適応も可能である。
１：弾性波素子（ＳＡＷ素子），２：圧電基板，２Ａ：上面，３：励振電極（ＩＤＴ電極），３０：櫛歯電極，３１：バスバー（第１バスバー３１ａ、第２バスバー３１ｂ），３２：電極指，３ａ：主部，３ｂ：端部，４：反射器電極，４１：反射器バスバー，４２：反射電極指，５：保護層，７：分波器，８：アンテナ端子，９：送信端子，１０：受信端子，１１：送信フィルタ，１２：受信フィルタ，１０１：通信装置，１０３：ＲＦ−ＩＣ，１０９：アンテナ，Ｓ１〜Ｓ３：直列腕共振子,Ｐ１〜Ｐ３：並列腕共振子

Claims (14)

  1. 信号の入出力が行われる２つの端子の間に、複数の電極指を備えるＩＤＴ電極と弾性波の伝搬方向においてその両側に位置する反射器電極とを備える共振子であって、
    前記ＩＤＴ電極は、
    主部と、
    前記主部と前記反射器電極との間に位置するとともに、前記主部と弾性波の伝搬方向に沿って配置された少なくとも１つの端部と、を備え、
    前記少なくとも１つの端部は、
    前記複数の電極指のうち最も前記主部側に位置する電極指と、前記主部における前記複数の電極指のうち最も前記少なくとも１つの端部の側する電極指とのピッチが、前記主部における前記複数の電極指のピッチと略同一であり、
    前記複数の電極指のピッチが、前記主部における前記複数の電極指のピッチと略同一であり、
    前記主部に対して電気的に並列に接続されているとともに、
    ２以上に分割されており、互いに電気的に直列に接続されており、
    前記主部の面積は、前記少なくとも１つの端部の面積よりも大きい
    弾性波素子。
  2. 信号の入出力が行われる２つの端子の間に、略同一のピッチで配列された複数の電極指を備えるＩＤＴ電極と弾性波の伝搬方向においてその両側に位置する反射器電極とを備え、
    前記ＩＤＴ電極は、
    主部と、
    前記主部と前記反射器電極との間に両者に隣接して位置するとともに、前記主部と弾性波の伝搬方向に沿って配置された少なくとも１つの端部と、を備え、
    前記少なくとも１つの端部は、
    前記主部に対して電気的に並列に接続されているとともに、
    ２以上に分割されており、互いに電気的に直列に接続されており、
    前記主部の面積は、前記少なくとも１つの端部の面積よりも大きい
    、弾性波素子。
  3. 前記少なくとも１つの端部は、弾性波の伝搬方向に沿って２以上の部分に分割されている、請求項１または２に記載の弾性波素子。
  4. 前記主部で励振される弾性波の位相と、前記少なくとも１つの端部で励振される弾性波の位相が略同一になるように電極指が繰り返し配列されている請求項１乃至３のいずれかに記載の弾性波素子。
  5. 前記少なくとも１つの端部は、前記複数の電極指の本数が４本〜３０本である、請求項３に記載の弾性波素子。
  6. 前記少なくとも１つの端部の分割されたそれぞれの領域は、前記複数の電極指の本数が同じである、請求項３または５に記載の弾性波素子。
  7. 前記少なくとも１つの端部は、前記主部に隣接する第１部と、前記第１部と前記反射器電極との間に位置する第２部とに分割されており、
    前記第１部と前記第２部とのそれぞれは、前記複数の電極指の本数が６本〜１２本である、請求項３，４，５および６のいずれかに記載の弾性波素子。
  8. 前記少なくとも１つの端部は、前記主部に隣接する第１部と、前記第１部と前記反射器電極との間に位置する第２部とに分割されており、
    前記第１部は、前記複数の電極指の本数が８〜１２本であり、
    前記第２部は、前記複数の電極指の本数が１２〜１６本である、請求項３に記載の弾性波素子。
  9. 前記少なくとも１つの端部は、前記主部に隣接する第１部と、前記第１部の前記主部と反対側に隣接する第２部と、前記第２部と前記反射器電極との間に位置する第３部とに分割されており、
    前記第１部、前記第２部、および前記第３部のそれぞれは、前記複数の電極指の本数が４〜１０本である、請求項３に記載の弾性波素子。
  10. 前記第１部、前記第２部、および前記第３部のいずれかは、前記複数の電極指のピッチが、前記主部における前記複数の電極指のピッチにくらべ１．００１倍〜１．００３倍となっている、請求項９に記載の弾性波素子。
  11. 前記少なくとも１つの端部は、弾性波の伝搬方向とは異なる方向に２以上の部分に分割されている、請求項１または２に記載の弾性波素子。
  12. 前記反射器電極は、弾性波の伝搬方向に沿って配置された複数の反射電極指を備え、
    前記複数の反射電極指の本数は、１０本以上２０本以下である、請求項１乃至１１のいずれかに記載の弾性波素子。
  13. 第１通過帯域を有する第１フィルタと、前記第１通過帯域とは異なる第２通過帯域を有する第２フィルタとを備え、前記第１フィルタまたは前記第２フィルタに用いられる弾性波フィルタには請求項１乃至１２のいずれかに記載の弾性波素子を用いている、通信装置。
  14. 前記弾性波フィルタは、前記弾性波素子と、第２ＩＤＴ電極およびその両側に位置する第２反射器電極を備える第２弾性波素子とを含み、
    前記弾性波素子の前記反射器電極は弾性波の伝搬方向に沿って配置された複数の反射電極指を備え、前記第２弾性波素子の前記第２反射器電極は弾性波の伝搬方向に沿って配置された複数の第２反射電極指を備え、
    前記反射電極指の本数は、前記第２反射電極指の本数に比べて少ない、請求項１３に記載の通信装置。
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