JPH021403B2 - - Google Patents
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- JPH021403B2 JPH021403B2 JP55036072A JP3607280A JPH021403B2 JP H021403 B2 JPH021403 B2 JP H021403B2 JP 55036072 A JP55036072 A JP 55036072A JP 3607280 A JP3607280 A JP 3607280A JP H021403 B2 JPH021403 B2 JP H021403B2
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
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- H03H9/643—Means for obtaining a particular transfer characteristic the transfer characteristic being determined by reflective or coupling array characteristics
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Description
本発明は弾性表面波回路装置、更に詳しく言え
ば、圧電性材料あるいは非圧電性材料からなる弾
性表面波を伝播する基板の表面に導電性細線、ス
リツト、溝を形成し、VHF，UHFの周波数範囲
で動作する種々の回路機能、特に共振器、フイル
タ、発振器を構成する場合に必要となる音響、電
気相互変換トランスデユーサ、反射器の構成に関
するものである。
ば、圧電性材料あるいは非圧電性材料からなる弾
性表面波を伝播する基板の表面に導電性細線、ス
リツト、溝を形成し、VHF，UHFの周波数範囲
で動作する種々の回路機能、特に共振器、フイル
タ、発振器を構成する場合に必要となる音響、電
気相互変換トランスデユーサ、反射器の構成に関
するものである。
VHFやUHFの周波数範囲で使用される回路と
して、従来の容量素子、抵抗素子やインダクタン
ス素子の集中回路素子を組合せた回路に代るもの
として、弾性表面波を利用した回路装置、特に共
振器やフイルタの回路装置が開発され、通信装置
やテレビジヨン受像機にすでに使用されている。
これらの弾性表面波回路装置は小型にできるこ
と、動作特性が安定していること、特性のそろつ
た装置が安価に実現できる等の多くの利点を有す
るが、まだ解決すべき問題も残つている。特に問
題となるのは損失を少なくすることと周波数特性
を希望通りに実現できるようにすることである。 弾性表面波回路装置の周波数特性を決定するも
のは主として、電気・音響、あるいは音響・電気
トランスデユーサ、あるいは反射器である。 これらのトランスデユーサや反射器は圧電性あ
るいは非圧電性基板上に細長い、金属ストライ
プ、スリツト、あるいは溝を多数並列に配列して
構成されており、トランスデユーサの場合は金属
ストライプを交互に間挿して組合せ正負の電圧を
加えたり、取り出す構成となつている。
して、従来の容量素子、抵抗素子やインダクタン
ス素子の集中回路素子を組合せた回路に代るもの
として、弾性表面波を利用した回路装置、特に共
振器やフイルタの回路装置が開発され、通信装置
やテレビジヨン受像機にすでに使用されている。
これらの弾性表面波回路装置は小型にできるこ
と、動作特性が安定していること、特性のそろつ
た装置が安価に実現できる等の多くの利点を有す
るが、まだ解決すべき問題も残つている。特に問
題となるのは損失を少なくすることと周波数特性
を希望通りに実現できるようにすることである。 弾性表面波回路装置の周波数特性を決定するも
のは主として、電気・音響、あるいは音響・電気
トランスデユーサ、あるいは反射器である。 これらのトランスデユーサや反射器は圧電性あ
るいは非圧電性基板上に細長い、金属ストライ
プ、スリツト、あるいは溝を多数並列に配列して
構成されており、トランスデユーサの場合は金属
ストライプを交互に間挿して組合せ正負の電圧を
加えたり、取り出す構成となつている。
このようなトランスデユーサあるいは反射器で
希望する周波数特性を得る手段として、大きく分
けて、次の二つの手段がとらている（以下説明の
簡明のためのインターデイジタル電極を持つトラ
ンスデユーサの例について述べる）。 第１のものは、アポタイズ型トランスデユーサ
として知られているもので、第１図の左側に示す
ように、２つの櫛型電極１および２が、その電極
指が他の電極指と相互に間挿された形になり、か
つ互に交叉する部分の垂直方向の長さがこのトラ
ンスデユーサのインパルス応答に近い関数形ｆ
（ｘ）となるように構成され、いわゆるインター
デイジタル電極の電極指の交叉幅変調によつて重
み付を行なうものである（なお、ｘは弾性表面波
の進行方向の位置を表わす）。第２のものは、間
引きトランスデユーサとして知られているもの
で、第２図の左側に示すように電極対数の疎密が
トランスデユーサのインパルス応答に近い関数形
ｆ（ｘ）となるように構成されたものである。 上記第１のものは第１図の３に示すようにトラ
ンスデユーサの中心部の振幅が大きく上下両側で
振幅が小さくなるようなガウス関数に近いビーム
状の弾性表面波が励起される。入力側がアポタイ
ズ型トランスデユーサで出力側が重みづけされて
いない通常の正規型トランスデユーサとすると、
音響波の回折による広がりも考慮すると、送信波
をすべて受信トランスデユーサで受けるために出
力トランスデユーサの横幅L2は入力側トランス
デユーサの電極指の交叉幅の最大値L1より大き
くなければならない。しかし、振幅が一様でない
ビーム状の弾性表面波を横幅L2の大きな出力ト
ランスデユーサで受波した場合、受波効率（受信
トランスデユーサにおける、弾性表面波エネルギ
から電気エネルギへの変換効率）が一様な平面波
を受波する場合に比べてかなり劣化することが知
られており、したがつて、損失の少ない弾性表面
波フイルタを実現する合ことは難しい。 第２のものは、第２図の３に示す如く、トラン
スデユーサで励起される弾性表面波の振幅が一様
な平面波であるから、弾性表面波の回折の効果も
少なく受波効率は良い。しかし、電極指の構成を
間引による重み付を行つて希望する周波数特性を
得ようとするものであるため、トランスデユーサ
の電極対数が著しく多くなり、その用途は一般に
狭帯域なフイルタに限られる。又アポタイズ型ト
ランスデユーサに比べ複雑な周波数特性を得るた
めには好ましくない。 本発明の目的はアポタイズ型と同程度の周波数
特性が得られ、かつ励振あるいは反射される弾性
表面波の振幅が、その弾性表面波の進行方向と垂
直な方向において一様な平面波となる弾性表面波
回路装置を実現することである。
希望する周波数特性を得る手段として、大きく分
けて、次の二つの手段がとらている（以下説明の
簡明のためのインターデイジタル電極を持つトラ
ンスデユーサの例について述べる）。 第１のものは、アポタイズ型トランスデユーサ
として知られているもので、第１図の左側に示す
ように、２つの櫛型電極１および２が、その電極
指が他の電極指と相互に間挿された形になり、か
つ互に交叉する部分の垂直方向の長さがこのトラ
ンスデユーサのインパルス応答に近い関数形ｆ
（ｘ）となるように構成され、いわゆるインター
デイジタル電極の電極指の交叉幅変調によつて重
み付を行なうものである（なお、ｘは弾性表面波
の進行方向の位置を表わす）。第２のものは、間
引きトランスデユーサとして知られているもの
で、第２図の左側に示すように電極対数の疎密が
トランスデユーサのインパルス応答に近い関数形
ｆ（ｘ）となるように構成されたものである。 上記第１のものは第１図の３に示すようにトラ
ンスデユーサの中心部の振幅が大きく上下両側で
振幅が小さくなるようなガウス関数に近いビーム
状の弾性表面波が励起される。入力側がアポタイ
ズ型トランスデユーサで出力側が重みづけされて
いない通常の正規型トランスデユーサとすると、
音響波の回折による広がりも考慮すると、送信波
をすべて受信トランスデユーサで受けるために出
力トランスデユーサの横幅L2は入力側トランス
デユーサの電極指の交叉幅の最大値L1より大き
くなければならない。しかし、振幅が一様でない
ビーム状の弾性表面波を横幅L2の大きな出力ト
ランスデユーサで受波した場合、受波効率（受信
トランスデユーサにおける、弾性表面波エネルギ
から電気エネルギへの変換効率）が一様な平面波
を受波する場合に比べてかなり劣化することが知
られており、したがつて、損失の少ない弾性表面
波フイルタを実現する合ことは難しい。 第２のものは、第２図の３に示す如く、トラン
スデユーサで励起される弾性表面波の振幅が一様
な平面波であるから、弾性表面波の回折の効果も
少なく受波効率は良い。しかし、電極指の構成を
間引による重み付を行つて希望する周波数特性を
得ようとするものであるため、トランスデユーサ
の電極対数が著しく多くなり、その用途は一般に
狭帯域なフイルタに限られる。又アポタイズ型ト
ランスデユーサに比べ複雑な周波数特性を得るた
めには好ましくない。 本発明の目的はアポタイズ型と同程度の周波数
特性が得られ、かつ励振あるいは反射される弾性
表面波の振幅が、その弾性表面波の進行方向と垂
直な方向において一様な平面波となる弾性表面波
回路装置を実現することである。
本発明は上記目的を達成し、所定の周波数特性
を合成するため、弾性表面波を伝播する基板の表
面に弾性表面波の伝播する方向（ｘ方向）と垂直
な方向（ｙ方向）に延びた電極指多数本を上記ｘ
方向の所定位置に所定の間隔を有するように配置
し、上記各電極指の各配置点での弾性表面波伝播
機能としての有効長が上記ｘ方向の距離の関数ｆ
（ｘ）と一致するように形成し、かつ、上記ｘ方
向に対する上記電極指の累積本数が、上記ｙ方向
の全域において実質的に均一となるようにその所
定位置の任意の位置における電極指を、これに相
隣る位置の電極指と互いに接続された電極指を含
んで構成したことを特徴とする。 ここで、弾性表面波伝播基板とは水晶、ニオブ
酸化リチウム、酸化亜鉛のような圧電性材料から
なるもの、あるいはシリコンのような非圧電性基
板の上に酸化亜鉛のような圧電性材料にフイルム
を付す場合も含む。電極指は金、アルミニウムの
ような導電性薄膜のストライプ、導電性膜に形成
されたスリツト、あるいは弾性表面波伝播基板に
形成されるグループ等を含むものである。又、本
発明の用途によつて、例えばトランスデユーサと
して使用されるが、反射器として使用されるかに
よつて、上記電極指の配列は異なり、トランスデ
ユーサの場合は上記電極指の多数が一方の共通電
極にくしの歯状に配列され（櫛型電極）、他の共
通電極にくしの歯状に配列された電極指のそれぞ
れに間挿される。
を合成するため、弾性表面波を伝播する基板の表
面に弾性表面波の伝播する方向（ｘ方向）と垂直
な方向（ｙ方向）に延びた電極指多数本を上記ｘ
方向の所定位置に所定の間隔を有するように配置
し、上記各電極指の各配置点での弾性表面波伝播
機能としての有効長が上記ｘ方向の距離の関数ｆ
（ｘ）と一致するように形成し、かつ、上記ｘ方
向に対する上記電極指の累積本数が、上記ｙ方向
の全域において実質的に均一となるようにその所
定位置の任意の位置における電極指を、これに相
隣る位置の電極指と互いに接続された電極指を含
んで構成したことを特徴とする。 ここで、弾性表面波伝播基板とは水晶、ニオブ
酸化リチウム、酸化亜鉛のような圧電性材料から
なるもの、あるいはシリコンのような非圧電性基
板の上に酸化亜鉛のような圧電性材料にフイルム
を付す場合も含む。電極指は金、アルミニウムの
ような導電性薄膜のストライプ、導電性膜に形成
されたスリツト、あるいは弾性表面波伝播基板に
形成されるグループ等を含むものである。又、本
発明の用途によつて、例えばトランスデユーサと
して使用されるが、反射器として使用されるかに
よつて、上記電極指の配列は異なり、トランスデ
ユーサの場合は上記電極指の多数が一方の共通電
極にくしの歯状に配列され（櫛型電極）、他の共
通電極にくしの歯状に配列された電極指のそれぞ
れに間挿される。
本発明による弾性表面波回路装置では前述の如
く電極指を配列することによつて弾性表面波伝播
基板上を弾性表面波の波面が均一になつて伝播す
るため、回折による損失が軽減され、しかも、従
来知られているアポタイズ型表面波装置と同様の
周波数特性を合成することができる。
く電極指を配列することによつて弾性表面波伝播
基板上を弾性表面波の波面が均一になつて伝播す
るため、回折による損失が軽減され、しかも、従
来知られているアポタイズ型表面波装置と同様の
周波数特性を合成することができる。
以下、本発明を実施例によつて詳細に説明す
る。第３図は本発明による弾性表面波回路装置、
特に電気・音響変換トランスデユーサの一実施例
の構成で、本発明の特徴部である電極指の配列部
のみを示す。同図において、７および８は電極端
子でここに入力電気信号が加えられる。１および
２はそれぞれ上記電極端子７および８に接続され
た共通電極である。上記共通電極には弾性表面波
の伝播方向（ｘ方向）に一定間隔の点x-3，x-2，
x-1，x1，x2，……，xiに電極指７′−３，７′−
２，７′−１，……，７−８，７−１０が、他の
共通電極２に接続された電極指８′−２，８′−
１，８−０，８−１，……，８−６に間挿されて
いる。上記電極指の間隔は通常伝送周波数の中心
周波数で伝播可能な表面波の波過1/2に設定され
る。 各ストライプ状態である電極指の有効有である
ｙ方向成分の和は等しく、かつ、このトランスデ
ユーサに一定の周波数特性を持たせるために次の
ように構成される。なお、説明の簡明のため、電
極指の有効長さが最も長い場合を１として、他の
電極指の有効長さを規格化して説明する。 トランスデユーサの通過周波特性は、アポタイ
ズ型トランスデユーサで知られているように、イ
ンパルス応答のフーリエ変換で表わされるから、
xi点における電極指の互いに他の極性の電極指と
間挿される長さ（交叉幅）はインパルス応答で与
えられる長さにほぼ等しく設定すれば良い。この
交叉幅の長さがこのトランスデユーサにおける電
極指の有効長さである。 本実施例ではｆ（xi）の交叉幅を実現するため
に、xi点にｆ（xi）の長さの電極指を配置し、残
りの１−ｆ（xi）の長さの電極指を次の点xi＋１
に曲げて配置している。これは後に更に詳しく説
明するように、電極指のｘ方向における累積本数
がｙ方向の全域においてほぼ均一とするためであ
る。 今、ｘ＝x1，x-1点では、ｆ（x1）＝ｆ（x-1）＝１
であると仮定すると、励振電極指の交叉幅l1，l-1
はl1＝ｆ（x1）＝１，l-1＝（x-1）＝１として、交叉
幅が１の電極を形成する。 ｉ≧２ではｆ（xi）＜１であると仮定すると、例
えばｆ（x2）に対してはｘ＝x2点での交叉幅はl2
＝ｆ（x2）となるように電極指を形成し、残りの
l3′＝１−l2部分はｘ＝x3点に引き続き形成する。
従つて、ｘ＝x3点においてみれば、この点におけ
る電極指は、これに相隣る位置x2点の電極指に接
続された電極指l3′部分を含んで構成される。ｆ
（x3）に対しては、ｘ＝x3点にすでにl3＝ｆ（x3）
−l3′だけ新たに形成し、残りのl4′＝１−l3部分は
ｘ＝x4点に引き続き形成する。以下、同様の過程
を繰り返し任意の関数形ｆ（ｘ）を電極指の交叉
幅変調で実現する。ここで、ｆ（ｘ）が小さくな
ると、例えばｘ＝x6点から出る電極のようにl6＋
l7′＜１となる場合が生ずる。この場合はｘ＝x8点
に引き続きl8′を形成する。もしさらにl6＋l7′＋
l8′＜１の場合にはｘ＝x9点に引き続きl9′を形成す
るように順次延長していく。 また、ｆ（ｘ）が負の部分を持つ場合には、正
から負または負から正へ移る点で２分の１波長の
スペースを挿入することによつて実現出来ること
は第１図のアポタイズ型の形成において知られて
いる方法と同様である。 この第３図の実施例のトランスデユーサにより
励起される弾性表面波は、フイルタの帯域内では
非常に良い近似で平面波となる（帯域外での平面
波からのずれはほとんど問題にならない。）以下
にその理由を説明する。例えばトランスデユーサ
の中心から右側へ励起される波は、ｘ＝x1点では
ｙ方向の全域に渡つて励起を受ける。しかし、ｘ
＝x2点では、l2部分では励起を受けるが残りの１
−l2部分では励起を受けない。したがつて、ｘ＝
x2点を通過した波はl2部分と１−l2部分で波面に
差が生ずる。すなわち、l2部分を通過した波は振
幅が大きく、１−l2部分を通過して波は振幅が小
さい。ｘ＝x3点におけるl3′部分はこれを補ない、
l2＋l3′でほぼ波面が一様な平面波を励起する。す
なわち、l3′部分での励起により、フイルタのｙ方
向の全域に渡つて振幅が一様な平面波が得られ
る。以下同様にl3＋l4′，l4＋l5′＋l6′……で次々と
フイルタの帯域内ではほぼ波面が一様な平面波を
励起する。 以上は表面波の振幅のみに注目して第３図の実
施例を説明したが、位相の問題が存在する。実際
は例えば第３図のl3′の左側に存在する幅広い電極
の影響を受けｘ＝x3の位置でも正確には波面が一
様にはならない。これは、基板表面を金属で覆う
と表面波の位相速度が遅くなり、励起電極指部分
と幅広い電極部分を伝播する表面波の位相に差が
生ずるためである。したがつて、第３図の実施例
では、振幅は一様でも位相が異なる表面波が励起
される可能性がある。位相差は圧電材料の材質に
も依存する。例えばニオブ酸リチウム等の圧電効
果の大きい圧電基材を用いると特に顕著である。
しかし、この位相差は従来から行なわれている方
法によつて、容易に補正が可能である。例えば、
l3′の左側の幅広い電極による位相を補正するに
は、表面波の位相速度が遅いことに対応し、幅広
の電極の表面波の伝播方向の幅を若干狭くすれば
良い、これにより、励起電極指部分を通過する表
面波と幅広の電極部分を通過する表面波の位相差
をなくすることが出来る。したがつて、以下では
振幅に関してのみ扱う。 以上より、第３図に示すように、励起電極指の
総数がｙ方向の全域においてほぼ一定となるよう
に構成することにより、表面波の振幅はｙ方向の
全域に渡つて一様にすることが出来る。すなわ
ち、このトランスデユーサはアポタイズ型と同じ
周波数特性を持ち、かつ、このトランスデユーサ
により回折の効果の少いほぼ一様な平面波を出力
として得ることが出来る。また、本トランスデユ
ーサの構成は左右対称である必要はなく第４図の
ように回転対称であつても良く、左右が全く非対
称であつても良い。更に、また、第５図に示すよ
うに、l3をトランスデユーサの一方の端から形成
するのではなく、l3′の延長として形成しても良
い。即ち、第５図の電極指l1，l2，l3′が形成され
ているとすると、この櫛型電極の中心から右側に
おいては、任意のSAWの伝搬路に対して２本の
電極指が存在することとなる。従つて次に形成す
べきl3は、基本的には断面に沿うどの位置に形成
しても良い。そこで、図に示すごとくl3′の延長上
に形成する。このとき、上記と同様にSAWの伝
搬路に沿つて見ると、l3の部分が電極指３本とな
り、他の部分は２本となる。従つてx4の位置にお
ける電極指l4，l4′（図示せず。）は、この２本の部
分に形成すれば良い。 この様に順次電極指を設計していくと、第３
図、第４図に示したものと同様に重み付けが実現
される。従つて本実施例も累積本数を全領域にお
いてほぼ一定とすることができる。次の、ｘ＝x4
点での励振電極指は手前のl3＋l3′と共通する励振
領域が最少となるように形成するが、形成法はｘ
＝x3点での場合と同様任意である。 以上、第３〜第５図で、本発明によつて構成さ
れたトランスデユーサの具体的実施例を示した
が、重要な点は、例えば、第３図で任意の点でxi
での励振電極指を形成する場合、その電極指と、
一つ前のxi-1点での励振電極指との共通する励振
領域が最小となるように電極指を配置することで
ある。具体的に言えば、例えば、点x3の励振電極
指は、点x2にl2部分がすでに存在するため、l2部
分と共通しない励振領域、すなわち、l3′部分を最
大にとり、共通する励振領域l3＝ｆ（x3）−l3′部分
を最少にすることである。この結果等間隔点xiに
おける励起電極指の長さ（有効長）はインパルス
応答の関数形ｆ（xi）に近似した分布をすると同
時に、ｘ方向の電極指の総計はｙ方向の全領域に
おいて等しくなる。 第６図は上記第３図のトランスデユーサを使用
した弾性表面波フイルタの１構成例を示す。図に
おいては64゜回転堂ＹカツトＸ伝搬LiNbO3で構成
された圧電性材料の基板面上に第３図で示した入
力トランスデユーサ９および出力トランスデユー
サ１０が、縦方向に配置され、入力トランスデユ
ーサの電極に外部入力励振源１１が結合される。
同様に、出力トランスデユーサの電極には負荷１
２が結合される。上記入出力トランスデユーサ９
および１０の対向した両側面には多重ストリツプ
で構成された3dB方向性結合器１４および１５、
および反射器１６および１７が順に配置されてい
る。なお、図面は簡単のためトランスデユーサ、
方向結合器、反射器を構成する電極指は単に線で
示している。又本数も実際のものより少なく示さ
れている。 具体的なバンドパスフイルタの構成例につい
て、各定数を示すと次の通りである。 中心周波数 90MHz 比周波数帯域 ４％ 圧電性基圧材質64゜回転ＹカツトＸ伝搬LiNbO3
寸法6.0mm×5.0mm 電極指材質 アルミニウム トランスデユーサの構成 14対 電極指の本数 46.0μm 周期 間隔 有効長の分布ｆ（ｘ）＝Ae-〓X2、 Ａ＝0.8、 α＝３×105 3dB方向結合器の構成 電極指の寸法 0.35mm×4.0mm 本数 22本 間隔 16.0μm 周期 反射器の構成 電極指の寸法 0.92mm×2.0mm 本数 40本 間隔 23.0μm 周期 上記構成による周波数特性図を第７図に示す。
同図において横軸は周波数（単位ＭHz）、縦軸は
減衰度（dB）を示す。同図から明らかなように、
中心周波数部における減衰は２〜3dBと少なく不
要帯域では50dB以上の減衰を実現している。 第８図は本発明による弾性表面波回路装置をト
ランスデユーサとして構成した弾性表面波フイル
タの他の実施例の構成を示すもので、原理的に
は、第６図の実施例と実質的に同一である。同図
において、第６図のものと同一の番号を付す部分
は同一の機能を有するものである。本実施例では
3dB方向性結合器と反射器を一体的に構成したも
ので、他の部分動作は第６図のものと同じである
ので詳細な説明は省略する。 以上、本発明の弾性表面波回路装置をトランス
デユーサとして使用する実施例について示した
が、トランスデユーサに限らず、反射器の周波数
特性合成にも適用される。一般に、弾性表面波の
反射器は金属電極指列などの周期構造で形成され
ている。周期構造からの反射波の周波数特性に
は、主ローブの両側にかなりレベルの高いサイド
ローブが多数存在する。このサイドローブを落す
ために、トランスデユーサの変形と同様に反射器
の間引きなどが行われているが十分に周波数特性
の合成が行えないのが現状である。本発明はこの
ような場合にも反射器の周波数特性を合成に有効
な手段となる。 第９図は反射器の実施例の構成を示す。なお簡
単のため電極指部のみを示す。Ａは特に圧電性基
板の上に導電性電極指で構成する場合で、各電極
指の両端は共通の導体で結合されている。各電極
指の構成は第３図のトランスデユーサの場合と同
様に弾性表面波の伝播方向での一定間隔の位置
x1，x2……での上記伝播方向と垂直方向の電極指
の有効長さが関数ｆ（ｘ）に従つている。ここで、
有効長さは、電極指自身の垂直方向の長さであ
る。なお、反射器であるため各電極指の両端部は
共通電極に接続されている。 又、上記共通電極部を除いてもよい。共通電極
１，２を付すかどうかは用途によつて異なる。一
般に、強い圧電基板を用い帯域の広い反射器を形
成するときは、両端部を共通電極で接続し電気的
に接地する場合が多く、弱い圧電基板を用いて比
較的帯域の狭い反射器を形成するときは、共通電
極部を除いて電気的にフリーとする使用法がなさ
れている。 第９図Ｂは本発明を弾性表面波回路装置の反射
器としての他の実施例の構成を示すもので、電極
指は導電性薄膜の他に弾性表面波伝播基板に設け
たグループ（溝）、導電性薄膜板に形成されたス
リツト（細穴）でも良い。本実施例では、各一定
間隔点での電極指の長さがその垂直方向で分離さ
れた電極指で形成されている。なお、実施例では
各点の電極指は１又は２本で構成されているが、
本発明の原理によつて上記実施例に限定されず３
以上の電極指を組合せても良い。
る。第３図は本発明による弾性表面波回路装置、
特に電気・音響変換トランスデユーサの一実施例
の構成で、本発明の特徴部である電極指の配列部
のみを示す。同図において、７および８は電極端
子でここに入力電気信号が加えられる。１および
２はそれぞれ上記電極端子７および８に接続され
た共通電極である。上記共通電極には弾性表面波
の伝播方向（ｘ方向）に一定間隔の点x-3，x-2，
x-1，x1，x2，……，xiに電極指７′−３，７′−
２，７′−１，……，７−８，７−１０が、他の
共通電極２に接続された電極指８′−２，８′−
１，８−０，８−１，……，８−６に間挿されて
いる。上記電極指の間隔は通常伝送周波数の中心
周波数で伝播可能な表面波の波過1/2に設定され
る。 各ストライプ状態である電極指の有効有である
ｙ方向成分の和は等しく、かつ、このトランスデ
ユーサに一定の周波数特性を持たせるために次の
ように構成される。なお、説明の簡明のため、電
極指の有効長さが最も長い場合を１として、他の
電極指の有効長さを規格化して説明する。 トランスデユーサの通過周波特性は、アポタイ
ズ型トランスデユーサで知られているように、イ
ンパルス応答のフーリエ変換で表わされるから、
xi点における電極指の互いに他の極性の電極指と
間挿される長さ（交叉幅）はインパルス応答で与
えられる長さにほぼ等しく設定すれば良い。この
交叉幅の長さがこのトランスデユーサにおける電
極指の有効長さである。 本実施例ではｆ（xi）の交叉幅を実現するため
に、xi点にｆ（xi）の長さの電極指を配置し、残
りの１−ｆ（xi）の長さの電極指を次の点xi＋１
に曲げて配置している。これは後に更に詳しく説
明するように、電極指のｘ方向における累積本数
がｙ方向の全域においてほぼ均一とするためであ
る。 今、ｘ＝x1，x-1点では、ｆ（x1）＝ｆ（x-1）＝１
であると仮定すると、励振電極指の交叉幅l1，l-1
はl1＝ｆ（x1）＝１，l-1＝（x-1）＝１として、交叉
幅が１の電極を形成する。 ｉ≧２ではｆ（xi）＜１であると仮定すると、例
えばｆ（x2）に対してはｘ＝x2点での交叉幅はl2
＝ｆ（x2）となるように電極指を形成し、残りの
l3′＝１−l2部分はｘ＝x3点に引き続き形成する。
従つて、ｘ＝x3点においてみれば、この点におけ
る電極指は、これに相隣る位置x2点の電極指に接
続された電極指l3′部分を含んで構成される。ｆ
（x3）に対しては、ｘ＝x3点にすでにl3＝ｆ（x3）
−l3′だけ新たに形成し、残りのl4′＝１−l3部分は
ｘ＝x4点に引き続き形成する。以下、同様の過程
を繰り返し任意の関数形ｆ（ｘ）を電極指の交叉
幅変調で実現する。ここで、ｆ（ｘ）が小さくな
ると、例えばｘ＝x6点から出る電極のようにl6＋
l7′＜１となる場合が生ずる。この場合はｘ＝x8点
に引き続きl8′を形成する。もしさらにl6＋l7′＋
l8′＜１の場合にはｘ＝x9点に引き続きl9′を形成す
るように順次延長していく。 また、ｆ（ｘ）が負の部分を持つ場合には、正
から負または負から正へ移る点で２分の１波長の
スペースを挿入することによつて実現出来ること
は第１図のアポタイズ型の形成において知られて
いる方法と同様である。 この第３図の実施例のトランスデユーサにより
励起される弾性表面波は、フイルタの帯域内では
非常に良い近似で平面波となる（帯域外での平面
波からのずれはほとんど問題にならない。）以下
にその理由を説明する。例えばトランスデユーサ
の中心から右側へ励起される波は、ｘ＝x1点では
ｙ方向の全域に渡つて励起を受ける。しかし、ｘ
＝x2点では、l2部分では励起を受けるが残りの１
−l2部分では励起を受けない。したがつて、ｘ＝
x2点を通過した波はl2部分と１−l2部分で波面に
差が生ずる。すなわち、l2部分を通過した波は振
幅が大きく、１−l2部分を通過して波は振幅が小
さい。ｘ＝x3点におけるl3′部分はこれを補ない、
l2＋l3′でほぼ波面が一様な平面波を励起する。す
なわち、l3′部分での励起により、フイルタのｙ方
向の全域に渡つて振幅が一様な平面波が得られ
る。以下同様にl3＋l4′，l4＋l5′＋l6′……で次々と
フイルタの帯域内ではほぼ波面が一様な平面波を
励起する。 以上は表面波の振幅のみに注目して第３図の実
施例を説明したが、位相の問題が存在する。実際
は例えば第３図のl3′の左側に存在する幅広い電極
の影響を受けｘ＝x3の位置でも正確には波面が一
様にはならない。これは、基板表面を金属で覆う
と表面波の位相速度が遅くなり、励起電極指部分
と幅広い電極部分を伝播する表面波の位相に差が
生ずるためである。したがつて、第３図の実施例
では、振幅は一様でも位相が異なる表面波が励起
される可能性がある。位相差は圧電材料の材質に
も依存する。例えばニオブ酸リチウム等の圧電効
果の大きい圧電基材を用いると特に顕著である。
しかし、この位相差は従来から行なわれている方
法によつて、容易に補正が可能である。例えば、
l3′の左側の幅広い電極による位相を補正するに
は、表面波の位相速度が遅いことに対応し、幅広
の電極の表面波の伝播方向の幅を若干狭くすれば
良い、これにより、励起電極指部分を通過する表
面波と幅広の電極部分を通過する表面波の位相差
をなくすることが出来る。したがつて、以下では
振幅に関してのみ扱う。 以上より、第３図に示すように、励起電極指の
総数がｙ方向の全域においてほぼ一定となるよう
に構成することにより、表面波の振幅はｙ方向の
全域に渡つて一様にすることが出来る。すなわ
ち、このトランスデユーサはアポタイズ型と同じ
周波数特性を持ち、かつ、このトランスデユーサ
により回折の効果の少いほぼ一様な平面波を出力
として得ることが出来る。また、本トランスデユ
ーサの構成は左右対称である必要はなく第４図の
ように回転対称であつても良く、左右が全く非対
称であつても良い。更に、また、第５図に示すよ
うに、l3をトランスデユーサの一方の端から形成
するのではなく、l3′の延長として形成しても良
い。即ち、第５図の電極指l1，l2，l3′が形成され
ているとすると、この櫛型電極の中心から右側に
おいては、任意のSAWの伝搬路に対して２本の
電極指が存在することとなる。従つて次に形成す
べきl3は、基本的には断面に沿うどの位置に形成
しても良い。そこで、図に示すごとくl3′の延長上
に形成する。このとき、上記と同様にSAWの伝
搬路に沿つて見ると、l3の部分が電極指３本とな
り、他の部分は２本となる。従つてx4の位置にお
ける電極指l4，l4′（図示せず。）は、この２本の部
分に形成すれば良い。 この様に順次電極指を設計していくと、第３
図、第４図に示したものと同様に重み付けが実現
される。従つて本実施例も累積本数を全領域にお
いてほぼ一定とすることができる。次の、ｘ＝x4
点での励振電極指は手前のl3＋l3′と共通する励振
領域が最少となるように形成するが、形成法はｘ
＝x3点での場合と同様任意である。 以上、第３〜第５図で、本発明によつて構成さ
れたトランスデユーサの具体的実施例を示した
が、重要な点は、例えば、第３図で任意の点でxi
での励振電極指を形成する場合、その電極指と、
一つ前のxi-1点での励振電極指との共通する励振
領域が最小となるように電極指を配置することで
ある。具体的に言えば、例えば、点x3の励振電極
指は、点x2にl2部分がすでに存在するため、l2部
分と共通しない励振領域、すなわち、l3′部分を最
大にとり、共通する励振領域l3＝ｆ（x3）−l3′部分
を最少にすることである。この結果等間隔点xiに
おける励起電極指の長さ（有効長）はインパルス
応答の関数形ｆ（xi）に近似した分布をすると同
時に、ｘ方向の電極指の総計はｙ方向の全領域に
おいて等しくなる。 第６図は上記第３図のトランスデユーサを使用
した弾性表面波フイルタの１構成例を示す。図に
おいては64゜回転堂ＹカツトＸ伝搬LiNbO3で構成
された圧電性材料の基板面上に第３図で示した入
力トランスデユーサ９および出力トランスデユー
サ１０が、縦方向に配置され、入力トランスデユ
ーサの電極に外部入力励振源１１が結合される。
同様に、出力トランスデユーサの電極には負荷１
２が結合される。上記入出力トランスデユーサ９
および１０の対向した両側面には多重ストリツプ
で構成された3dB方向性結合器１４および１５、
および反射器１６および１７が順に配置されてい
る。なお、図面は簡単のためトランスデユーサ、
方向結合器、反射器を構成する電極指は単に線で
示している。又本数も実際のものより少なく示さ
れている。 具体的なバンドパスフイルタの構成例につい
て、各定数を示すと次の通りである。 中心周波数 90MHz 比周波数帯域 ４％ 圧電性基圧材質64゜回転ＹカツトＸ伝搬LiNbO3
寸法6.0mm×5.0mm 電極指材質 アルミニウム トランスデユーサの構成 14対 電極指の本数 46.0μm 周期 間隔 有効長の分布ｆ（ｘ）＝Ae-〓X2、 Ａ＝0.8、 α＝３×105 3dB方向結合器の構成 電極指の寸法 0.35mm×4.0mm 本数 22本 間隔 16.0μm 周期 反射器の構成 電極指の寸法 0.92mm×2.0mm 本数 40本 間隔 23.0μm 周期 上記構成による周波数特性図を第７図に示す。
同図において横軸は周波数（単位ＭHz）、縦軸は
減衰度（dB）を示す。同図から明らかなように、
中心周波数部における減衰は２〜3dBと少なく不
要帯域では50dB以上の減衰を実現している。 第８図は本発明による弾性表面波回路装置をト
ランスデユーサとして構成した弾性表面波フイル
タの他の実施例の構成を示すもので、原理的に
は、第６図の実施例と実質的に同一である。同図
において、第６図のものと同一の番号を付す部分
は同一の機能を有するものである。本実施例では
3dB方向性結合器と反射器を一体的に構成したも
ので、他の部分動作は第６図のものと同じである
ので詳細な説明は省略する。 以上、本発明の弾性表面波回路装置をトランス
デユーサとして使用する実施例について示した
が、トランスデユーサに限らず、反射器の周波数
特性合成にも適用される。一般に、弾性表面波の
反射器は金属電極指列などの周期構造で形成され
ている。周期構造からの反射波の周波数特性に
は、主ローブの両側にかなりレベルの高いサイド
ローブが多数存在する。このサイドローブを落す
ために、トランスデユーサの変形と同様に反射器
の間引きなどが行われているが十分に周波数特性
の合成が行えないのが現状である。本発明はこの
ような場合にも反射器の周波数特性を合成に有効
な手段となる。 第９図は反射器の実施例の構成を示す。なお簡
単のため電極指部のみを示す。Ａは特に圧電性基
板の上に導電性電極指で構成する場合で、各電極
指の両端は共通の導体で結合されている。各電極
指の構成は第３図のトランスデユーサの場合と同
様に弾性表面波の伝播方向での一定間隔の位置
x1，x2……での上記伝播方向と垂直方向の電極指
の有効長さが関数ｆ（ｘ）に従つている。ここで、
有効長さは、電極指自身の垂直方向の長さであ
る。なお、反射器であるため各電極指の両端部は
共通電極に接続されている。 又、上記共通電極部を除いてもよい。共通電極
１，２を付すかどうかは用途によつて異なる。一
般に、強い圧電基板を用い帯域の広い反射器を形
成するときは、両端部を共通電極で接続し電気的
に接地する場合が多く、弱い圧電基板を用いて比
較的帯域の狭い反射器を形成するときは、共通電
極部を除いて電気的にフリーとする使用法がなさ
れている。 第９図Ｂは本発明を弾性表面波回路装置の反射
器としての他の実施例の構成を示すもので、電極
指は導電性薄膜の他に弾性表面波伝播基板に設け
たグループ（溝）、導電性薄膜板に形成されたス
リツト（細穴）でも良い。本実施例では、各一定
間隔点での電極指の長さがその垂直方向で分離さ
れた電極指で形成されている。なお、実施例では
各点の電極指は１又は２本で構成されているが、
本発明の原理によつて上記実施例に限定されず３
以上の電極指を組合せても良い。
本発明によれば、従来のアポタイズ型と同程度
の周波数特性が得られ、かつ励振あるいは反射さ
れる弾性表面波の振幅が、音響波の伝播方向と垂
直な方向において一様な平面波となる弾性表面波
回路装置を実現することができるという効果があ
る。
の周波数特性が得られ、かつ励振あるいは反射さ
れる弾性表面波の振幅が、音響波の伝播方向と垂
直な方向において一様な平面波となる弾性表面波
回路装置を実現することができるという効果があ
る。
第１図および第２図は従来の弾性表面波フイル
タの構成を示す図、第３図、第４図および第５図
は本発明による表面波回路装置で構成したトラン
スデユーサの電極構造を示す図、第６図および第
８図は本発明による表面波回路装置を用いた弾性
表面波フイルタの実施例の構成を示す図、第７図
は第６図の弾性表面波フイルタの周波数特性図、
そして、第９図は本発明による表面波回路装置で
構成した反射器の実施例の構造を示す図である。 １，２……共通電極、３……波面、４，７，８
……入力端子、５……出力端子、６，１０……出
力トランスデユーサ、９……入力トランスデユー
サ、１１……入力励振源、１２……負荷、１３…
…圧電性基板、１４，１５……3dB方向性結合
性、１６，１７……反射器。
タの構成を示す図、第３図、第４図および第５図
は本発明による表面波回路装置で構成したトラン
スデユーサの電極構造を示す図、第６図および第
８図は本発明による表面波回路装置を用いた弾性
表面波フイルタの実施例の構成を示す図、第７図
は第６図の弾性表面波フイルタの周波数特性図、
そして、第９図は本発明による表面波回路装置で
構成した反射器の実施例の構造を示す図である。 １，２……共通電極、３……波面、４，７，８
……入力端子、５……出力端子、６，１０……出
力トランスデユーサ、９……入力トランスデユー
サ、１１……入力励振源、１２……負荷、１３…
…圧電性基板、１４，１５……3dB方向性結合
性、１６，１７……反射器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 弾性表面波を伝播する基板上に、この弾性表
面波の進行方向に対して垂直な方向にその長手方
向が向いた複数の電極指からなる弾性表面波回路
装置において、上記複数の電極指は、相互に間挿
されかつその一端が電気的にそれぞれ共通に接続
された第１及び第２の櫛型電極を構成し、上記電
極指は隣接する電極指が配置された上記進行方向
の位置に曲げて配置した構成を有することにより
上記第１の櫛型電極の電極指と上記第２の櫛型電
極の電極指とが相隣る位置で互いに交叉する部分
の上記垂直な方向における長さを上記進行方向の
位置の関数により重み付けし、かつ上記進行方向
における上記第１の櫛型電極の電極指の累積本数
を上記垂直な方向の全領域においてほぼ一定とす
ることにより、伝播する弾性表面波の振幅を一様
にしたことを特徴とする弾性表面波回路装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、上記基板
は、圧電性材料で形成され、上記複数の電極指は
導電性薄膜細線で形成されていることを特徴とす
る弾性表面波回路装置。 ３ 弾性表面波を伝播する基板上に、この弾性表
面波の進行方向に対して垂直な方向にその長手方
向が向いた複数の電極指からなる弾性表面波回路
装置において、上記電極指は隣接する電極指が配
置された上記進行方向の位置にその一部を配置し
た構成を有することにより上記電極指の上記垂直
な方向における長さを上記進行方向の位置の関数
により重み付けし、かつ上記進行方向における上
記電極指の累積本数を上記垂直な方向の全領域に
おいてほぼ一定とすることにより、伝播する弾性
表面波の振幅を一様にして上記弾性表面波を反射
することを特徴とする弾性表面波回路装置。 ４ 特許請求の範囲第３項において、上記複数の
電極指はその両端が電気的に共通に接続され、か
つ、相隣る位置の電極指同士が互いに接続されて
いることを特徴とする弾性表面波回路装置。 ５ 特許請求の範囲第３項において、上記複数の
電極指は、導電性薄膜、導電性薄膜板に形成され
たスリツト、又は上記基板面に形成された溝のい
ずれか一種で形成されていることを特徴とする弾
性表面波回路装置。 ６ 特許請求の範囲第３項において、上記基板
は、圧電性材料で形成され、上記複数の電極指は
導電性薄膜細線で形成されていることを特徴とす
る弾性表面波回路装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3607280A JPS56132807A (en) | 1980-03-24 | 1980-03-24 | Surface wave circuit equipment |
| US06/245,748 US4365220A (en) | 1980-03-24 | 1981-03-20 | Surface wave circuit device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3607280A JPS56132807A (en) | 1980-03-24 | 1980-03-24 | Surface wave circuit equipment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56132807A JPS56132807A (en) | 1981-10-17 |
| JPH021403B2 true JPH021403B2 (ja) | 1990-01-11 |
Family
ID=12459526
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3607280A Granted JPS56132807A (en) | 1980-03-24 | 1980-03-24 | Surface wave circuit equipment |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4365220A (ja) |
| JP (1) | JPS56132807A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3404618A1 (de) * | 1984-02-09 | 1985-08-14 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Mit reflektierten akustischen wellen arbeitendes elektronik-bauelement |
| US4618841A (en) * | 1982-08-12 | 1986-10-21 | Siemens Aktiengesellschaft | Electronic component functioning with reflected acoustic waves |
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1981
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Also Published As
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