JPH0356014B2

JPH0356014B2 -

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Publication number: JPH0356014B2
Application number: JP56142484A
Authority: JP
Priority date: 1981-09-11
Filing date: 1981-09-11
Publication date: 1991-08-27
Also published as: JPS5844808A; EP0074781A2; CA1192633A; DE3277793D1; EP0074781A3; US4458221A; EP0074781B1

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、弾性表面波装置に係わり、特に高
性能な弾性表面波装置に関する。

物理学者レイリー卿によつて指摘された表面波
は、所謂インターデイジタル型電極によれば能率
よく送受できる。例えば圧電材料からなる基板上
に、互いに入り組んでインターデイジタル型電極
からなる入力及び出力トランスデユーサを設けて
表面波の送受を行う。その際、所望の通過帯域特
性を得るには、電極重み付け法を用いればよい。
特に、最も一般的なのは、アポダイズド
（Apodized）法であり、この手法は電極の対向部
分の長さを表面波伝搬方向に対する位置により変
化させる方法である。

このアポダイズド法を用いた表面波フイルタの
設計について第１図乃至第３図に基づいて説明す
る。ただし第１図乃至第３図は略図である。

ここでは、フイルタは第３図に示すように、圧
電基板１１上に各々設けた正規型トランスデユー
サ１２と、サポダイズドトランスデユーサ１３と
で構成される。設計手順としては、 (1) 第１図の曲線Ａに示すように実現したい周波
数特性を設定する。

(2) 第２図のように、上記周波数特性のフーリエ
逆変換、即ち、フイルタのインパルス応答を求
める。

(3) 第３図のように、このインパルス応答の形に
電極を配置する。

即ち、フイルタのインパルス応答が、入出力ト
ランスデユーサのインパルス応答のコンボリユー
シヨンとなるようにすればよい。

このような設計手法を用いて、発明者は、テレ
ビ送信機用の残留測波帯（Vestigial Side
Band：以下VSBと略す）フイルタの設計を試み
た。即ち第１図に示すように周波数振幅特性Ａが
左右対称であり、群遅延時間特性Ｂがフラツト
で、シエイプフアイクタがよい１に近く、かつ比
帯域幅が非常に大きい弾性表面波フイルタを製作
した。

ここで、シエイブフアクタは、周波数振幅特性
に於いて、中心周波数foに対応する振幅値から
3dB下がつた点及び30dB下がつた点での周波数
の幅△ｆ（3dB）及び△ｆ（30dB）との比であり、
△ｆ（30dB）／△ｆ（3dB）である。又、比帯域
幅は、同じく周波数振幅特性に於いて、中心周波
数foと、△ｆ（3dB）との比で、△ｆ（3dB）／fo
である。実際のハードウエアの構造として入力側
トランスデユーサとしてアポダイズドトランスデ
ユーサを用い、出力側トランスデユーサとして正
規型トランスデユーサを用いて、アポダイズドト
ランスデユーサの左側に正規型トランスデユーサ
を設けた。

このようなフイルタのインパルス応答を測定し
たところ、第４図に示すように左右非対称なイン
パルス応答を得た。但し、第４図に於いて、横軸
は時間、縦軸は電圧を表わし、この第４図に示さ
れる曲線は、インパルス応答の包絡線である。こ
の測定結果に於いて特徴的なことは、右側のサイ
ドロープが左側のサイドローブに比べて小さいこ
とである。例えば、左右のサイドロープのうち、
メインロープ２３から２番目のサイドロープ２
１，２２の最大振幅Ａ１，Ａ２を比較すると、Ａ
１＞Ａ２である。これは、何番目のサイドロープ
に対しても成立し左側のサイドロープ群の方が大
きい。

このインパルス応答の非対称の表われ方は、入
力及び出力側トランスデユーサの配置と比較する
ことは意味がある。ここでは、第３図と同様に、
入力側トランスデユーサ１３の左に、出力側トラ
ンスデユーサとしての正規型トランスデユーサ１
２を設けた。従つて、アポダイズドトランスデユ
ーサ１３のサイドローブに対応する電極指のう
ち、正規型トランスデユーサ１２に近い側、即
ち、左側の電極指から励振される弾性表面波の方
が、正規型トランスデユーサ１２に遠い側、即
ち、右側の電極指から励振される弾性表面波より
も早く正規型トランスデユーサ１２に到達する。
早く到達した弾性表面波が正規型トランスデユー
サ１２に於いて早く電気信号に変換されるので、
第４図でメインローブ２３に対して左側のサイド
ローブは、アポダイズトランスデユーサ１３の左
側のサイドローブを形成する電極指からの信号で
ある。同様に、メインローブ２３に対して右側の
サイドローブは、アポダイズドトランスデユーサ
の右側のサイドローブを形成する電極指からの信
号である。まずこの点に留意する。

次に、ここでのフイルタの仕様が、フイルタの
構造にどのように影響を与えたかを吟味する。仕
様のうち従来と最も異なるのは、シエイプ・フア
クタはより１に近く、比帯域幅はより大きくし
た。シエイプ・フアクタは、インパルス応答の時
間的長さに比例し、比帯域幅は、インパルス応答
のメインローブの時間的長さに反比例する。従つ
て、この仕様では、インパルス応答は裾野が広
く、かつ、メインローブが狭い、即ち、サイドロ
ーブ数が非常に多い波形となる。それで、この波
形に従つて、電極指を配置すると、同一のアポダ
イズドトランスデユーサ１３内であつても、電極
指と正規型トランスデユーサ１２までの距離に大
きな差が生じてしまう。電極指から励振される弾
性表面波は基板１１を伝播するにつれて減衰して
しまうので、アポダイズドトランスデユーサ１３
から励振される弾性表面波を、励振される位置に
よつて減衰量に大きな差が生じてしまう。このよ
うな理由で、前述の設計手法によるフイルタで
は、そのイソパルス応答が左右非対称となつてし
まい、VSBフイルタなどに要求される性能を実
現することはできなかつた。

以上述べたように、従来の重み付け法により設
計された電極を有する表面波装置では、実際には
表面波伝播距離差によつてサイドローブの最大振
幅が異なり、インパルス応答が左右非対称とな
る。特に、テレビ送信機のVSBフイル等広い帯
域及び低いシエイプ・フアクタとを同時に要求さ
れる装置程、サイドローブが多くなると共にイン
パルス応答が時間軸上で長くなつてしまう。従つ
て、この時には、左右のサイドローブに相当する
電極指からの表面波は、その伝搬距離にかなりの
差が生じてしまい上記非対称性が顕著となり、要
求される性能を満足しない結果となつていた。

この発明は、以上の欠点を除去し、インパルス
応答が対称である弾性表面波装置を提供すること
を目的とする。

この発明は、圧電基板上にインターデイジタル
型入力トランスデユーサ及びインターデイジタル
型出力トランスデユーサが設けられた弾性表面波
装置において、前記インターデイジタル型入力ト
ランスデユーサ及びインターデイジタル型出力ト
ランスデユーサのうち少なくとも一方のトランス
デユーサは、アポダイズド法により電極指の交差
幅に重み付けがなされており、かつこれら入力及
び出力トランスデユーサのインパルス応答特性の
メインローブに対して、左右にあるサイドローブ
が対称になるように、前記重み付けされた一方の
トランスデユーサの前記メインローブに対応する
電極指を中心にして、他方のトランスデユーサと
の間の表面波伝搬経路の長い方の側にある前記サ
イドローブに対応する電極指の交差幅が、前記表
面波伝搬経路の短い方の側にある前記サイドロー
ブに対応する電極指の交差幅よりも大きく構成さ
れてなることを特徴としている。

この発明によると、従来と等しい製造技術によ
り、そのイパルス応答が左右対称な弾性表面波装
置を得ることができる。

以下、この発明の一実施例を図面に従つて説明
する。この実施例において示すのは、弾性表面波
を利用したテレビ送信機用VSBフイルタである。
仕様は、中心周波数fo＝19.5MHz、シエイプフ
アクタを1.08、比帯域幅を27％、第１図に示すよ
うに周波数振幅特性Ａは左右対称であり、群遅延
時間特性Ｂはフラツトであるとする。

このような仕様で製作したフイルタは、第５図
に模式的に示されるように、圧電基板３１上に形
成される。この圧電基板３１は、LiNbO₃から成
る。LiNbO₃は、電気機械結合係数K²が、現在広
く利用されている材料中最大であり、電気信号を
表面波に変換する効率も大きいが、損失（減衰）
も大きい。従つて、本願明細書で指摘した前述の
欠点が非常に表われ易い。しかし、このLiNbO₃
の基板は入手が容易であり、最も広く利用されて
いる。この発明は、LiNbO₃を基板として用いた
装置に適用されると、LiNbO₃の欠点を大いに補
うものである。このような基板３１の上面右側
に、入力トランスデユーサとしてアポダイズドト
ランスデユーサ３２を設ける。このアポダイズド
トランスデユーサ３２の左側に、出力側トランス
デユーサ３３を設ける。アポダイズドトラスデユ
ーサ３２は、128対の等ピツチの電極指３４から、
正規型トランスデユーサ３３は等ピツチの４対の
電極指３４から成る。この電極指３４は、実際に
は第７図に示されるように、λ／８型電極構造で
ある。このλ／８型電極構造は、分割電極構造の
一種である。各電極指５１ａ，５１ｂ，５１ｃ
は、λ／８の幅を有し、λ／８の間隔で、同方向
に並んで２個ずつ設ける。電極指５１ａが第５図
中の１本の電極指３４に対応する。λ／８型電極
は、弾性表面波の反射を低減する役割を果たす。
更に、弾性表面波がフイルタ通過の際に電極指の
有る場所と無い場所とが不均一に分布することに
起因するひずみを防止するためにダミー電極（図
示しない）をも設ける。このようなパターンを基
板３１上に形成するたえめに、まず、基板３１上
にアルミニウムを2000Å〜1μ蒸着させる。その
後、フオトエツチングにより所定のパターンを形
成する。このように形成されたVSBフイルタは、
アポダイズドトランスデユーサ３２に、電気信号
を印加し、正規型トランスデユーサ３３に負荷を
接続し、信号を取り出し、フイルタとして利用す
る。

さて、この実施例で、最も重要なのは、アポダ
イズドトランスデユーサ３２における電極指の交
差幅である。電極指の交差幅は、第６図に示され
るようなフイルタのインパルス応答と等価である
ので、電極指の交差幅について第６図を用いて説
明する。第６図において、メインローブを中心に
して左右共２番目のカイドローブ４１，４２の最
大振幅a₁，a₂に注目し、右側のサイドローブの最
大振幅を左側のサイドローブに対してどれ程大き
くするかを見る。

その際、単にa₁／a₂を扱うのではなく、この量
をデシベル単位に変換後、規格化する。即ち、Ａ＝20log（a₁／a₂）／λ という量dB／λで評価を行う。但しλは、メイ
ンローブの中心周波数foの逆数と、サイドローブ
４１，４２の最大振幅を与える時間の差ｔとの比
で、 λ＝ｔ／１／foと表わされる。

a₁＝a₂、即ちＡ＝０の場合は、従来例であり、
この時のVSBフイルタのインパルス応答は第４
図で示される。これに対し、本実施例ではＡ＝
0.05とし、第５図に示すように右半分のサイドロ
ーブに対応する電極指の交差幅を大きくした。す
ると第８図に示すような左右対称なインパルス応
答が得られた。Ａ＝0.1とした時にも、同様な結
果が得られた。ところがＡ＝0.2とすると、第９
図に示すように右側のサイドローブが大きくなり
すぎて左右非対称になつてしまつた。結局この実
施例ではＡとしては、0.05乃至0.1程度の値が対
称なインパルス応答を与える。但し、このＡの値
は扱う周波数によつて変化する。又、当然ではあ
るが、対称なインパルス応答の位相特性は、リニ
アで、群遅延時間特性はフラツトとなる。

このように本実施例の弾性表面波フイルタは、
VSBフイルタとしての特性を充分に満たし、比
帯域幅が大きく、群遅延時間特性がほぼフラツト
になる。しかも、このフイルタの製造は、現状の
技術によつて完全に実現出来るものである。

次に本発明の他の実施例を図面に基づいて説明
する。前述の実施例では、入力側トランスデユー
サとして、アポダイズドトランスデユーサを用い
出力側トランスデユーサとして正規型トラスデユ
ーサを用いたが、この実施例では第１０図に示す
ように第１及び第２のアポダイズドトランスデユ
ーサ８１，８２を用いた場合にも本発明は適用さ
れる。この実施例では、第１のアポダイズドトラ
ンスデユーサ８１を基板上８０の左側に入力側と
して、第２のアポダイズドトランスデユーサ８２
は基板上８０の右側に出力側として設け、その間
にマルチストリツプカツプラー８３を設ける。第
１のアポダイズドトランスデユーサ８１と第２の
アポダイズドトランスデユーサ８２とはそれぞれ
の弾性表面波の伝搬経路が互いに交差しないよう
に設ける。第１のアポダイズドトランスデユーサ
８１は、左側のサイドローブに対応する電極指の
交差幅を大きくし、第２のアポダイズドトランス
デユーサ８２は、右側のサイドローブに対応する
電極指の交差幅を大きくする。互いに相手のトラ
ンスデユーサから遠い方のサイドローブに対応す
る電極指の交差幅を大きくする。

この実施例によると、マルチストリツプカツプ
ラー８３を用い、入力側トランスデユーサと出力
側トランスデユーサをずらして配設しているので
バルク信号の伝搬が防止され表面波が有効に伝搬
され、表面波の減衰も補正される。

次に、もう一つの実施例を第１１図に基づいて
説明する。第１１図に示されるように、傾斜型ト
ランスデユーサ９１を入力側とし、基板９０上の
左側に設け、正規型トランスデユーサ９２を出力
側とし基板９０上の右側に設けている。この時、
傾斜型トランスデユーサ９１の左側のサイドロー
プに対応する電極指の交差幅は右側のそれに対し
て大きい。

傾斜型トランスデユーサ９１を用いているので
弾性表面波の干渉が少なくなるばかりでなく、し
かもこの発明を適用したので弾性表面波の減衰が
補正できる。

以上、本発明について詳述してきたが、本発明
は、以上の実施例に何ら拘束されるものではな
い。例えば、入力側トランスデユーサ及び出力側
トランスデユーサは実施例のものを逆にしても何
ら構わない。又、サンドローブに対応する電極指
の交差巾をどのように変化させるか、例えば第１
の実施例におけるＡの選択は、製作する装置の仕
様並びに材料により変化する。蛇足ながら付け加
えると、本発明を特性劣化への対応技術と併せて
用いることは、相乗効果があり、望ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は、従来の弾性表面波フイル
タの設計を説明するための図で、第１図は、フイ
ルタの周波数特性及び群遅延時間特性図、第２図
は、第１図に示す周波数特性に逆フーリエ変換を
施した波形図、第３図は第１図の特性を得るため
に、従来の設計手法に基づき設計されたフイルタ
の模式平面図、第４図は、第３図のフイルタのイ
ンパルス応答を示す波形図、第５図乃至第９図は
本発明に係る実施例を説明するための図で、第５
図は、テレビ送信機用VSBフイルタの模式平面
図、第６図は、電極指の交差幅を説明するための
模式波形図、第７図は、第５図に示されるVSB
フイルタに実際に用いられるλ／８型電極を示す
平面図、第８図は、第５図に示すVSBフイルタ
に於いて電極指の交差幅が適切な場合のインパル
ス応答を示す波形図、第９図は、第５図に示す
VSBフイルタに於いて電極指の交差幅が不適切
な場合のインパルス応答を示す波形図である。
又、第１０図は、２つのアポダイズドトランスデ
ユーサを用いた他の実施例を示す模式平面図、第
１１図は、傾斜型トランスデユーサを用いたもう
ひとつの実施例を示す模式図平面である。１１，３１……圧電基板、１２，３３，９２…
…正規型トランスデユーサ、１３，３２，８１，
８２……アポダイズドトランスデユーサ、１４，
４１，４２……サイドローブ、１５……メインロ
ーブ。

Claims

【特許請求の範囲】

１圧電基板上にインターデイジタル型入力トラ
ンスデユーサ及びインターデイジタル型出力トラ
ンスデユーサが設けられた弾性表面波装置におい
て、前記インターデイジタル型入力トランスデユ
ーサ及びインターデイジタル型出力トランスデユ
ーサのうち少なくとも一方のトランスデユーサ
は、アポダイズド法により電極指の交差幅に重み
付けがなされており、かつこれら入力及び出力ト
ランスデユーサのインパルス応答特性のメインロ
ーブに対して、左右にあるサイドローブが対称に
なるように、前記重み付けされた一方のトランス
デユーサの前記メインローブに対応する電極指を
中心にして、他方のトランスデユーサとの間の表
面波伝搬経路の長い方の側にある前記サイドロー
ブに対応する電極指の交差幅が、前記表面波伝搬
経路の短い方の側にある前記サイドローブに対応
する電極指の交差幅よりも大きく構成されてなる
ことを特徴とする弾性表面波装置。