JPH02272817A - 弾性表面波装置、その製造方法、及びそれを用いた通信装置 - Google Patents

弾性表面波装置、その製造方法、及びそれを用いた通信装置

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JPH02272817A
JPH02272817A JP1092824A JP9282489A JPH02272817A JP H02272817 A JPH02272817 A JP H02272817A JP 1092824 A JP1092824 A JP 1092824A JP 9282489 A JP9282489 A JP 9282489A JP H02272817 A JPH02272817 A JP H02272817A
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surface acoustic
acoustic wave
wave device
propagation
wave
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Takashi Shiba
隆司 芝
Takemitsu Takema
武馬 威光
Osamu Hikino
治 比企野
Jun Yamada
純 山田
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Hitachi Ltd
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    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02535Details of surface acoustic wave devices
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  • Acoustics & Sound (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は帯域外抑圧度の大きい弾性表面波装置、その製
造方法、及びそれを用いた通信装置に関する。
〔従来の技術〕
従来の弾性表面波装置については、米国電気電子学会の
マイクロウェーブ セオリー アンドテクニクス、エム
ティーティー21巻、4号(IEEE、Trans、o
n Microwave Theory and Te
chniques。
Vol、MTT−21,No、4)(1973年)の第
162〜第175頁に述べられている。この文献に報じ
られているように弾性表面波装置の帯域外抑圧度は、フ
ーリエ変換の計算上は電極の対数(上記文献ではで□。
で示す)によって決定される。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、実際には電極対数をある程度以上増しても帯域
外抑圧度は改善されない。これは、回折効果、直達波、
バルク波等の二次効果の影響によるものである。
本発明は、これらのうち、回折効果による帯域外特性の
劣化を改善した弾性表面波装置を提供することを目的と
する。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために本発明においては、2個のす
だれ状電極の間に、すだれ状電極の電極指に対し直角な
方向へ伝搬する弾性表面波の伝搬方向は変化させず、前
、記方向に対し斜めに傾いた方向へ伝搬する波の伝搬方
向に摂動を与える導波路を設けることにした。
〔作用〕
後述の如く、中心周波数近傍では入力すだれ状電極から
生じた弾性表面波は、電極指に直角な方向へ伝搬するが
、帯域外では回折の影響により、電極指に直角な方向に
放射される波よりも、斜めに傾いた方向へ放射される波
の方が強くなり、この波が同様な放射特性を有する出力
側で受波されて特性劣化を来す。そこで、前記のように
斜めな方向へ伝搬する波の伝搬方向に摂動を与えて出力
側に受波されないようにすることにより、人出力の相関
特性が低くなり帯域外特性を改善することができる。
〔実施例〕
第1図は本発明の第1実施例の模式的平面図である。弾
性表面波基板1として128度回転Y−XLiNbO,
を用い、その面の上に入出力すだれ状電極2.3が設け
られ、入出力すだれ状電極の両側には端面からの反射波
を抑圧するために吸音材4が塗られている。入出力すだ
れ状電極の間には金属膜5が形成され、その中に■字形
に、金属膜のない部分6が形成されている。此処の金属
膜のある部分と無い部分の界面7によって回折波を全反
射させている。
以下、すだれ状電極の回折波の放射について更に詳細に
説明する。座標系を第2図に示すようにとる。即ち、原
点を入力すだれ状電極2の中心とし、電極指に直角な方
向を2軸、電極指方向をX軸とし、放射方向8と2軸が
なす角をOとする。
入力すだれ状電極2の開口なW、R極性電極間距離(中
心−中心)をλ。/2、即ちピッチをλ。とする。この
ピッチはZ軸方向へ伝搬する中心周波数の波の波長に対
応する。以下、二つのモデルについて説明する。一つは
すだれ状電極から放射される表面波の波源をZ軸上の点
とするモデルである。
この点波源による任意の座標への伝達関数H(k、r、
0)は と表わされる。ここでkは波数、rは波源と観測が得ら
れる。ここで放射強度の角度依存性のみにり、< θ>
 =l I srn’ B / 21N   s1nβ
12 ・・・(7) なる値が得られる。
次に波源が開口方向に有限長の長さを有する場合を考え
る。この場合の線状波源による音場はG、W、Farr
el等(米国電気電子学会論文誌5U−18,1゜25
(1971))の結果を元にするとの波数である。上記
線状波源を2N個並べると分遠方を考えると4式の積分
が外れ、前記同様に規格化すると 基板面内の音速に異方性がある場合は、音速を角Oの関
数としてv(O)で表わし、βをとすれば良い。
第3図は中心周波数で点波源モデルにより計算した表面
波強度と放射角Oとの関係を示し、実線は音速が等方性
を有する場合、破線は異方性のある128度回転Y −
XLiNb0.の場合を示す。励振源対数Nが8.5対
の場合を計算した。第4図は同じく線状波源モデルによ
り計算した強度と放射角の関係を示す。開口W/λ。は
20とした。第3図に比し急峻な放射特性が得られてい
る。
第5図は点波源モデルのf/fo=1.12の場合、第
6図は同じく線状波源モデルの場合である。第7図はf
/fo=1.49で点波源モデルの場合、第8図は同じ
く線状波源モデルの場合である。絶対値は異なるが、点
波源、線波源モデルを比べるとピークとなるOはほぼ一
致している。また、第6図等を見ると、フーリエ変換で
予想される放射強度(図のθ=0に相当)よりも強い波
が回折波として斜めに伝搬して行く事が判る。また、こ
こではとし、D2の 放射強度として示したが、出力電極側の受波強度も同様
な形となる。
上記のように線波源でも点波源でもピークの位置はほぼ
同様であるため、点波源モデルでピークの放射角度θ′
は、音速等方性の場合 となり、音速異方性を考慮した場合、θ′はの解となる
従って前述の摂動を与える最小の放射角をθc、中心周
波数より高周波側で回折波を抑える必要のある周波数の
うち、最も低い周波数をfdとすると、音速が等方性で
ある場合 音速に異方性がある場合は、θ°を式(14)の解とし
て、 θ。≦θ°      ・・・(16)となる。
128度回転Y−X LiNbQsの場合、f/f、=
1.12とすると、(14)式を解く事によりθ°=3
4度が得られる。
次に摂動の方法を説明する。開口Wは波長λ。
に対して充分大きいため表面波についてスネルの′法則
が成り立つ。第9図は表面に金属膜がある部分と無い部
分の界面における表面波の入射波8、反射波9、透過波
(屈折波)10を示している。ここで入射角、反射角を
β、屈折角をβ、とすると、f一定の場合、 となる。全ての波が全反射する時の臨界角β。はsin
βC=□      ・・・(18)r となり、電気−機械結合係数に′で示せばとなる。
第10図は界面の配置図で、界面とZ軸がなす角をαと
すると此の図から α=0+90度−β     ・・・(20)となり、
全反射で摂動を受ける最小角θ。はβCの時であるから
(19) 、 (20)式よりという式が得られる。1
28度回転Y −XLiNb0.の場合、k” =5.
5%であるから(21)式はα=θ。+13.4度  
  ・・・(22)また、θ0は(16)式から34度
以下となるから0547.4度      ・・・(2
3)となる。第1実施例では、この値αを45度にした
第1実施例では、入力すだれ状電極2は8.5対(励振
源)の正規型電極、出力すだれ状電極3は37対(励振
源)の重み相電極とした。
第11図は、第1実施例のフィルタ周波数特性(破線)
と従来の導波路の無いもののフィルタ周波数特性(実f
lliI)を示している。西独向けTV・IFフィルタ
を対象としている。従来に比べて約10dB帯域外抑圧
度が改善されている。
第12図は本発明第2実施例を模式的に示す図である。
入出力すだれ状電極の間に、金属膜11が形成され、中
央部に金属膜の無い波形の部分12を設けである。回折
波は電極のある部分と無い部分の界面13で摂動を受け
る。此の実施例では第1実施例に比べZ軸方向(基板横
方向)の長さが小さくなり小形化に有利である。
第13図は第3実施例の説明図である。音速の異なる部
分を形成するため、基板1にイオンインプランテーショ
ンのビーム14を当てている。ビーム14があたった部
分では弾性定数が変化し音速が変化する。例えば5T−
X水晶に100keV、 10”1ons/antの’
Heを打ち込んだ場合、Δv/vを+0.6%(100
MHzで)変化させることができる(米国電気電子学会
、1974年、超音波シンポジウム資料)。
第1、第2実施例では金属膜の有る部分と無い部分の音
速の差は結合係数に′によってのみ定まるため、例えば
5T−X水晶などのようにに′の小さい材料では、臨界
角βCを大きくとり回折波の抑圧帯域を拡げようとして
も出来ない。しかし、第3実施例によれば更にβ。を大
きくとり、回折波の抑圧帯域を拡げることが可能である
第14図は第4実施例の説明図である。弾性表面波基板
にイオンミリング等の方法により凹部を形成させ、次に
バイアススパッタリング等の方法により、基板とは異な
る材料15(例えば金属)を凹部に埋め込む。第3実施
例では第1、第2実施例に比べれば界面での音速差を大
きくする事が可能であったが、同一基板材料であるため
、その差を大きく取ることには限界がある。第4実施例
では凹部に埋め込まれた材料金gk15は基板とは全く
異なるものとする事ができるため、音速の差を自由に設
定することが出来る。例えばY −Z LiNb0.上
にAu薄膜を0.1波長厚埋め込んだ場合、Δv/vを
一7%とする事ができる(昭和53年3月、日本電子工
業振興協会、表面弾性波素子材料データブック)。従っ
て第4実施例によれば回折波の抑圧帯域を更に拡げるこ
とが可能となる。
第15図は第5実施例を模式的に示した図で、入出力す
だれ状電極2,30間に図示の如く、三角形状に金属膜
16を配置した。これは異種材料界面の全反射を利用し
たものでは無く、屈折を利用したものである。本実施例
を用いると全反射によらずに回折波を抑圧することが可
能になり、−層広帯域で回折波を抑圧することが出来る
第16図は第6実施例を模式的に示した図で、第1実施
例と同様な導波路を設け、更に吸音材17を入出力すだ
れ状電極2,3の両側以外の基板の端部にも塗布し、摂
動を受けた回折波が基板端面から反射するのを防いでい
る。本実施例を用いれば、−層の帯域外抑圧度向上と、
性能の安定化(バラツキ低減)に効果がある。
第17図は本発明装置をテレビジョン受信機の中間周波
フィルタとして用いた第7実施例のシステムブロック図
である。本発明弾性表面波装置19はチューナブロック
18から送られてくる中間周波信号から1チャンネル分
の信号の抜取り(フィルタリング)を行い、抜き取った
信号は次段の検波ブロック20に送られ、検波後、映像
信号出力21と音声信号出力22に出力される。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、回折波を従来より
も効果的に抑圧できるため、フィルタ帯域外抑圧度が向
上し、フィルタの妨害排除性能等に効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明第1実施例の模式図、第2図は回折波解
析の座標系説明図、第3図はf/fo=1.05.11
.16・・・金属膜、15・・・埋込金属、6,12・
・・金属膜の無い部分、7,13・・・界面、4・・・
吸音材。 ルでの放射角と強度の関係を示す図、第5図はf/fo
・1.12の場合の点波源モデルでの放射角と強度の関
係を示す図、第6図はf/f、=112の場合の線状波
源モデルでの放射角と強度の関係を示す図、第7図はf
/fo=1.49の場合の点波源モデルでの放射角と強
度の関係を示す図、第8図はf/fo=1.49の場合
の線状波源モデルでの放射角と強度の関係を示す図、第
9図は表面波のスネルの法則を説明する図、第10図は
界面の配置の説明図、第11図はフィルタの周波数特性
図、第12図は第2実施例の模式図、第13図は第3実
施例の説明図、第14図は第4実施例の説明図、第15
図は第5実施例の模式図、第16図は第6実施例の模式
図、第17図は第7実施例のブロック図である。 2・・人力すだれ状電極、3・・出力すだれ状電極、S
狸人光剖キ 晃 図 菓 乙 図 3rA61i1 オ射角(、&つ 篤 図 篤 + 図 篤 図 篤 図 3α     6rA 方射内(度) e 第 9 図 第 置 篤 図 周 琥 秩 (nI−IX) 晃 1牛 図 第 図

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.弾性表面波基板上に入出力用のすだれ状電極を複数
    個配設し、2個のすだれ状電極の間に、すだれ状電極の
    電極指に対し直角な方向へ伝搬する弾性表面波の伝搬方
    向は変化させず、前記方向に対し斜めに傾いた方向へ伝
    搬する波の伝搬方向に摂動を与える導波路を設けたこと
    を特徴とする弾性表面波装置。
  2. 2.弾性表面波伝搬面内で伝搬速度が等方性を有する基
    板を用いた請求項1記載の弾性表面波装置において、抑
    圧を必要とする高周波側の周波数帯域のうち、中心周波
    数f_oに最も近い周波数をF_dとし、前記斜めな方
    向へ伝搬し伝搬方向に摂動を受ける波の伝搬方向と、す
    だれ状電極の電極指に対し直角な方向とのなす角のうち
    、最も小さいものをθcとしたとき、 θc≦cos^−^1(f_o/f_d) なる関係が成り立つことを特徴とする弾性表面波装置。
  3. 3.弾性表面波伝搬面内での伝搬速度が、すだれ状電極
    の電極指に対し直角な方向と波の伝搬方向とのなす角θ
    の関数v(θ)で表わされる基板を用いた請求項1記載
    の弾性表面波装置において、前記f_o、F_d、v(
    θ)を含む方程式cosθ’=v(θ’)/v(0)・
    f_o/F_dの解として定まるθ’に対し、前記角θ
    cがθc≦θ’なる関係にあることを特徴とする弾性表
    面波装置。
  4. 4.前記斜めな方向へ伝搬する波に摂動を与える手段と
    して伝搬速度の異なる部分の界面での全反射を利用した
    ことを特徴とする請求項1記載の弾性表面波装置。
  5. 5.前記伝搬速度が異なる部分として、弾性表面波基板
    上に金属膜を形成させた部分と形成させてない部分とを
    利用したことを特徴とする請求項4記載の弾性表面波装
    置。
  6. 6.前記摂動を与える手段の界面の方向が電極指に対し
    直角な方向となす角をα、基板の電気−機械結合係数を
    k^2、前記摂動を受ける最小角度をθcとしたとき、 α=θc+90度−Sin^−^1(1−k^2/2)
    なる関係にあることを特徴とする請求項4記載の弾性表
    面波装置。
  7. 7.前記全反射を生する界面が、電極指に直角な方面に
    対し線対称な山形をなすことを特徴とする請求項4記載
    の弾性表面波装置。
  8. 8.前記全反射を生する界面が、小さな前記山形が電極
    指方向に連続した波形をなすことを特徴とする請求項4
    記載の弾性表面波装置。
  9. 9.前記伝搬速度の異なる部分をイオン打ち込み法によ
    って形成したことを特徴とする請求項4記載の弾性表面
    波装置の製造方法。
  10. 10.弾性表面波基板に凹部を形成させ、その凹部に異
    種物質を埋め込むことにより伝搬速度の異なる部分を形
    成させたことを特徴とする請求項4記載の弾性表面波装
    置の製造方法。
  11. 11.前記凹部をイオンミリング法により形成させ、異
    種物質をバイアススパッタ法により埋め込ませることを
    特徴とする請求項10記載の弾性表面波装置の製造方法
  12. 12.前記斜めな方向へ伝搬する波に摂動を与える手段
    として伝搬速度の異なる部分の界面での屈折を利用した
    ことを特徴とする請求項1記載の弾性表面波装置。
  13. 13.弾性表面波伝搬路を挾んで其の両側にも吸音材を
    配設したことを特徴とする請求項1記載の弾性表面波装
    置。
  14. 14.請求項1記載の弾性表面波装置を用いたことを特
    徴とする通信装置。
  15. 15.請求項1記載の弾性表面波装置をテレビジョン受
    信機の中間周波フィルタとして用いたことを特徴とする
    請求項14記載の通信装置。
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