JPH04266209A - 弾性表面波伝搬装置 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はフィルタや遅延線など
として用いられる弾性表面波伝搬装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図９は、例えば文献ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎ
ｓ．Ｓｏｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ，
Ｖｏｌ．ＳＵ−２１，Ｎｏ．１，１９７４，ｐｐ７−１
１に示された従来のこの種の弾性表面波伝搬装置の構成
図である。 図９において、９１は圧電体基板、９２は入力電気信号
を弾性表面波に変換する入力側すだれ状電極、９３は逆
に上記弾性表面波を出力電気信号に変換する出力側すだ
れ状電極、９４は入力側すだれ状電極９２への入力側端
子、９５は出力側すだれ状電極９３からの出力側端子で
ある。入力側すだれ状電極９２と出力側すだれ状電極９
３は圧電体基板９１上に配置されている。

【０００３】次に、動作について説明する。入力側端子
９４に入力された入力電気信号は、入力側すだれ状電極
９２により弾性表面波に変換され、圧電体基板９１上を
伝搬する。出力側すだれ状電極９３に到達した弾性表面
波は、出力側すだれ状電極９３において、再び電気信号
に変換され、出力側端子９５から出力電気信号として取
り出される。弾性表面波伝搬装置の入力電気信号に対す
る出力電気信号の周波数特性は、入力側すだれ状電極９
２と、出力側すだれ状電極９３の、各々の変換効率の周
波数特性により決定される。入力側すだれ状電極９２お
よび出力側すだれ状電極９３における電気信号と弾性表
面波との変換効率は、入力側すだれ状電極９２および出
力側すだれ状電極９３に施される重み付けの形状により
決定される。

【０００４】図９では、入力側すだれ状電極９２に重み
付けを施さない正規形電極を、出力側すだれ状電極９３
に電極指の交差幅を場所ごとに変化させて重み付けを施
した、いわゆる励振有効開口長を変えるアポダイズ電極
を用いている。しかし、図９に示したアポダイズ電極を
用いた場合、圧電体基板９１の長手方向から見た見かけ
上の交差幅が小さい電極指から励振された弾性表面波が
回折、散乱され、所要の特性を得ることが困難である。 特に、弾性表面波の通過帯域と阻止帯域との間の遷移帯
域が狭く、帯域外減衰量の大きい周波数特性を得ようと
した場合、非常に小さな重み付けが多く必要となり、交
差幅が小さい電極指が多く存在してしまう。したがって
、所要の特性を得ることがさらに困難となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
弾性表面波伝搬装置では、例えば出力側すだれ状電極に
アポダイズ電極を用いているため、特に遷移帯域が狭く
、帯域外減衰量の大きい周波数特性を得ようとした場合
、所要の周波数特性を得ることが非常に困難になるとい
う問題点があった。

【０００６】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、遷移帯域幅が狭く、帯域外減衰
量の大きい周波数特性を得ることができる弾性表面波伝
搬装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る弾性表面
波伝搬装置は、入力側すだれ状電極１２の各電極指ｃ間
の対面距離ｌと出力側すだれ状電極１３の各電極指ｃ間
の対面距離ｌがそれぞれ一定となし、入力側すだれ状電
極１２と出力側すだれ状電極１３を非対称な形状となる
ように電極指ｃを間引くようにしたものである。

【０００８】

【作用】入力側すだれ状電極１２および出力側すだれ状
電極１３を、ともに対面距離ｌが一定の非対称な電極指
ｃの間引き電極としたことにより、弾性表面波は回析、
散乱の影響を受けにくく、さらに帯域外の弾性表面波の
減衰量は大きくなる。

【０００９】

【実施例】図１はこの発明の一実施例に係る弾性表面波
伝搬装置の構成図である。図１において、１１は圧電体
基板、１２は入力側端子１４からの入力電気信号を弾性
表面波に変換する入力側すだれ状電極であり、平行な第
１，第２電極ａ，ｂを有し、第１電極ａより第２電極ｂ
方向、第２電極ｂより第１電極ａ方向に延長するととも
に互いに平行に対面する如く延長し、対面距離ｌが所定
の大きさに設定された複数本の電極指ｃを備える。１３
は逆にその弾性表面波を出力電気信号に変換して出力側
端子１５へ出力する出力側すだれ状電極であり、上記入
力側すだれ状電極１２とほぼ同一構成である。入力側す
だれ状電極１２および出力側すだれ状電極１３は圧電体
基板１１上に配置されている。入力側すだれ状電極１２
の各電極指ｃ間の対面距離ｌと出力側すだれ状電極１３
の各電極指ｃ間の対面距離ｌの圧電体基板１１上の長手
方向から見た見かけ上の大きさがそれぞれ一定で、入力
側すだれ状電極１２と出力側すだれ状電極１３は電極指
ｃを間引いた間引き電極となるように構成され、さらに
、その間引きピッチは両電極１２，１３間において互い
に異なっており、これにより入力側すだれ状電極１２と
出力側すだれ状電極１３はともに非対称な形状となって
いる。

【００１０】次に上記実施例の動作について説明する。 入力側端子１４に入力された入力電気信号は、入力側す
だれ状電極１２により弾性表面波伝搬装置に変換されて
、出力側すだれ状電極１３に向かって伝搬する。出力側
すだれ状電極１３は、弾性表面波を受信し電気信号に変
換する。変換された電気信号は出力側端子１５から出力
電気信号として取り出される。

【００１１】つづいて、この実施例を図２から図７まで
を参照しながら説明する。図２はこの実施例において重
み付けを示す図、図３はこの実施例の効果を説明するた
めの周波数特性図、図４はこの実施例において重み付け
を示す図、図５および図６はこの実施例の効果を説明す
るための周波数特性図、図７はこの実施例において重み
付けを説明するための図である。

【００１２】図２において、横軸は電極指の通し番号を
示し、縦軸は重み付けの相対値を示す。この重み付けを
、ｉを電極指の通し番号とし、以下、ｈｉで表す。図２
の重み付け量ｈｉ　は、一例として、通過電力特性の通
過帯域内リップルが０．３ｄＢ、帯域外減衰量の相対値
が５０ｄＢであり、通過帯域と阻止帯域との間の遷移帯
域幅が中心周波数の約０．２％の連立チェビシェフ特性
を得るのに要求される重み付けを示したものである。こ
れにより振幅の小さい重み付け量が多数必要なことがわ
かる。

【００１３】したがって、図２の重み付けを電極指の交
差幅を場所ごとに変化させた従来のアポダイズ電極で実
現すると、交差幅の小さい電極指が多数存在し、これら
の交差幅の小さい電極指から励振された弾性表面波は、
著しく回析、散乱されるので、所要の特性を得るのが困
難である。

【００１４】一方、回析、散乱による上記悪影響を避け
るため、図２の重み付けを、電極指交差幅を一定とした
１つの間引き電極に適用することが考えられるが、図２
に示したような振幅の小さい重み付け量が多数存在する
場合、１つの間引き電極で所要の重み付けを近似するに
は、近似度が悪いという問題点がある。

【００１５】図３は、図２の重み付けを、１つの間引き
電極に適用した場合の周波数特性である。帯域外減衰量
が５０ｄＢ必要なのに対し、３７ｄＢしか得られていな
いことがわかる。

【００１６】図４（ａ）および（ｂ）は、図２の重み付
けｈｉ　を、ほぼ等しい長さの２つの重み付け量ｈＡｉ
およびｈＢｉの畳み込みで表すように分割したときの各
重み付けｈＡｉおよびｈＢｉを示したものである。図４
（ａ）および（ｂ）において、振幅の小さい重み付けが
、図２に比べて少なくなっていることがわかる。したが
って、図４（ａ）および（ｂ）の重み付けを、それぞれ
、間引き電極に適用すると、図２の重み付けを間引き電
極に適用した場合に比べ、近似度が向上する。

【００１７】ここで、２つに分割する場合、各重み付け
ｈＡｉおよびｈＢｉとも、対称な形となるように分割す
るやり方と、非対称となるように分割するやり方が考え
られるが、我々は、図４（ａ）および（ｂ）に示したよ
うに、後者の方が、より優れた特性を実現できることを
見出した。

【００１８】図５は、図４（ａ）の重み付けを１つの間
引き電極に適用し、図４（ｂ）の重み付けを他の間引き
電極に適用し、前者を入力側すだれ状電極１２とし、後
者を出力側すだれ状電極１３とした場合の周波数特性で
ある。図５に示すように所要の帯域外減衰量５０ｄＢが
得られている。この周波数特性は、文献（「表面波デバ
イスとその応用」：電子材料工業会編、日刊工業新聞社
発刊、昭和５３年１２月発行）の第３７頁から第４１頁
に示されているＳｍｉｔｈの等価回路を用いて計算した
ものである。圧電体基板１１には、温度特性の優れたＳ
Ｔカット水晶を用いた。

【００１９】図６は、図２の重み付けを対称な形を有す
る２つの重み付けに分割し、一方を１つの間引き電極に
適用し、他方を他の間引き電極に適用し、前者を入力側
すだれ状電極１２とし、後者を出力側すだれ状電極１３
とした場合について、図５と同様にして求めた周波数特
性である。図６と図５を比較すると、図５の方が帯域内
のリップルが小さく優れている。

【００２０】図２の重み付けを、ほぼ同じ長さの対称な
２つの重み付けに分割する場合と非対称な２つの重み付
けに分割する場合とについて、いく通りか試してみたが
、全て非対称に分割する方が帯域内の特性が優れている
ことがわかった。実験によっても、図２の重み付けを非
対称に分割すれば、優れた特性が得られた。

【００２１】なお、図２の重み付けのほぼ長さが等しい
２つの非対称な重み付けへの分割には、次の手順にした
がって行った。図２の重み付けは、ｉの最大値が数千と
大きいので、数百（以下ｍで表す）個おきにサンプリン
グし、サンプリングして得られた重み付け量ｈ１　，ｈ
ｍ＋１　，ｈ２ｍ＋１，・・・，ｈＭｍ＋１を係数にも
つ次の多項式Ｈ（Ｚ）を求めた。

【００２２】

【数１】

【００２３】次に、Ｈ（Ｚ）が零になる根Ｚ１　，Ｚ２
　，Ｚ３　，・・・，ＺＭ　を求めた。これらの根は一
般に複素数となる。図７に、丸印で、根Ｚ１　，Ｚ２　
，Ｚ３　，・・・，ＺＭ　の一例を示す。次に、図７に
黒丸印と白丸印で示すように、千鳥状に、ほぼ同じ個数
の２つの組ＡおよびＢに分割した。次に、組Ａについて
、次の多項式ＨＡ　（Ｚ）を求めた。

【００２４】

【数２】 ここで、ＺＡ１，ＺＡ２，ＺＡ３，・・・，ＺＡＮは、
図７の組Ａの根を示す。

【００２５】このようにして求まったＺの多項式の係数
ｈＡ１，ｈＡｍ＋１，ｈＡ２ｍ＋１　，・・・，ｈＡＮ
ｍ＋１　から補間により、図４（ａ）に示した重み付け
ｈＡｉをもとめた。補間には、ｓｉｎ（Ｘ）／Ｘの関数
を用いた。図４（ｂ）の重み付けｈＢｉも、図７の組Ｂ
から同様にして求めた。 このようにして求めた２つの重み付けｈＡｉおよびｈＢ
ｉを用いれば、最小の電極指数で、所要の周波数特性を
実現できる。

【００２６】なお、図７を用いて説明した上記手順に従
わずに、入力側すだれ状電極１２および出力側すだれ状
電極１３のそれぞれに、個々に求めた連立チェビシェフ
特性を有する重み付けを対称な間引き電極として適用し
て、弾性表面波装置を構成した場合でも、入力側すだれ
状電極１２に帯域外減衰量αｄＢを与え、出力側すだれ
状電極１３に帯域外減衰量βｄＢを与えることにより、
周波数特性における帯域外減衰量が（α＋β）ｄＢであ
る弾性表面波伝搬装置を得ることができる。

【００２７】しかし、この場合、周波数特性におけるサ
イドロ−ブの大きさは等レベルとはならず、帯域外減衰
量が（α＋β）ｄＢよりも小さくなる周波数帯が生じる
。これは、入力側すだれ状電極１２の周波数特性におけ
る零点および出力側すだれ状電極１３の周波数特性にお
ける零点が、帯域外減衰量を（α＋β）ｄＢとした場合
の連立チェビシェフ特性の零点とは異なるためである。 このため、弾性表面波装置の周波数特性が、もはや連立
チェビシェフ特性とはならなくなる。このような場合、
（α＋β）ｄＢの帯域外減衰量をもつ１つの連立チェビ
シェフ特性から図７を用いて説明した手順に従って、入
力側すだれ状電極１２および出力側すだれ状電極１３の
構成を決めた上記実施例の場合に比べて、入力側すだれ
状電極１２および出力側すだれ状電極１３を構成する電
極指の本数がより多く必要となる。

【００２８】したがって、上記実施例は、入力側すだれ
状電極１２および出力側すだれ状電極１３のそれぞれに
、個々に求めた連立チェビシェフ特性を有する重み付け
を対称な間引き電極として適用して、弾性表面波装置を
構成した場合に比べ、より少ない本数の電極指で同等の
帯域外減衰量が得られるという利点がある。

【００２９】また、入力側すだれ状電極１２と出力側す
だれ状電極１３をともに、同一の連立チェビシェフ特性
を有する重み付けを対称な間引き電極として適用して、
弾性表面波装置を構成した場合でも、個々の帯域外減衰
量γｄＢを与えることにより、周波数特性における帯域
外減衰量が２γｄＢである弾性表面波伝搬装置を得るこ
とができる。しかし、この場合にも、入力側すだれ状電
極１２の周波数特性における零点と出力側すだれ状電極
１３の周波数特性における零点が一致し二重零点となる
ため、帯域外減衰量を２γｄＢとした場合の連立チェビ
シェフ特性の零点とは異なってしまい、やはり、上記実
施例の場合に比べて、電極指の本数がより多く必要とな
る。

【００３０】したがって、上記実施例は、入力側すだれ
状電極１２および出力側すだれ状電極１３のそれぞれに
、同一の連立チェビシェフ特性を有する重み付けを対称
な間引き電極として適用して、弾性表面波伝播装置を構
成した場合に比べても、より少ない本数の電極指で同等
の帯域外減衰量が得られる。

【００３１】図８は、この発明の他の実施例に係る弾性
表面波伝搬装置の構成図である。図８において、８１は
圧電体基板、８２は入力側すだれ状電極、８３は出力側
すだれ状電極、８４は入力側端子、８５は出力側端子で
ある。図８では、図１とは異なり、入力側すだれ状電極
８２および出力側すだれ状電極８３の電極指を間引いた
部分に、弾性表面波の励振や受信に寄与しないダミー電
極８６および８７を配置している。この場合も、図１の
実施例と同様な効果が得られることは明らかである。さ
らにこの場合、ダミー電極８６，８７を配置することに
より、入力側すだれ状電極８２および出力側すだれ状電
極８３において、弾性表面波が伝搬する部分の形状が均
一になる。したがって、弾性表面波の散乱による周波数
特性の劣化をより一層低減できる利点がある。

【００３２】以上説明したように上記各実施例の弾性表
面波伝搬装置では、入力側すだれ状電極および出力側す
だれ状電極を、ともに、見かけ上の交差幅が一定の非対
称な電極指間引き電極としたことにより、帯域内のリッ
プルが小さく、遷移帯域幅が狭く、帯域外減衰量の大き
い周波数特性を実現できるという効果が得られる。

【００３３】なお、上記各実施例では、連立チェビシェ
フ特性を実現する場合について説明したが、この発明は
、これに限らず、他の特性を実現する場合について適用
しても同様の作用と効果がある。また、上記各実施例で
は、入力側すだれ状電極および出力側すだれ状電極を構
成する電極指をシングル電極で図示しているが、入力側
すだれ状電極および出力側すだれ状電極に、電極指を２
本ずつ組にしたいわゆるダブル電極を用いても構わない
。さらに、この発明は、入力側すだれ状電極および出力
側すだれ状電極の個数の少なくともどちらかを２以上と
したいわゆる多電極構成の弾性表面波伝搬装置に適用し
ても構わない。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、入力側す
だれ状電極および出力側すだれ状電極を、ともに、電極
指の対面距離が一定の非対称な電極指間引き電極とした
ことにより、弾性表面波は回析、散乱の影響を受けにく
くなり、したがって帯域内のリップルが小さく、遷移帯
域幅が狭く、帯域外減衰量の大きい周波数特性を実現で
きるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る弾性表面波伝搬装置
の構成図である。

【図２】この実施例における重み付けを示す図である。

【図３】この実施例の効果を説明するための周波数特性
を示す図である。

【図４】この実施例における重み付けを示す図である。

【図５】この実施例の効果を説明するための周波数特性
を示す図である。

【図６】この実施例の効果を説明するための周波数特性
を示す図である。

【図７】この実施例における重み付けを説明するための
図である。

【図８】この発明の他の実施例に係る弾性表面波伝搬装
置の構成図である。

【図９】従来の弾性表面波伝搬装置の構成図である。

【符号の説明】

１１，８１　　圧電体基板 １２，８２　　入力側すだれ状電極 １３，８３　　出力側すだれ状電極 １４，８４　　入力側端子 １５，８５　　出力側端子 ａ　　第１電極 ｂ　　第２電極 ｃ　　電極指 ｌ　　対面距離

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　平行を保って対向する第１，第２電極
   を有し、かつ上記各電極より反対方向の電極方向に延長
   するとともに互いに限定した対面距離だけ対面した電極
   指を備え、入力電気信号を弾性表面波に変換する入力側
   すだれ状電極と、上記入力側すだれ状電極とほぼ同一構
   成となって、上記弾性表面波を出力電気信号に変換する
   出力側すだれ状電極とを圧電体基板上に配置してなる弾
   性表面波伝搬装置において、上記入力側すだれ状電極の
   各電極指間の対面距離と上記出力側すだれ状電極の各電
   極指間の対面距離がそれぞれ一定となし、上記入力側す
   だれ状電極と上記出力側すだれ状電極を非対称な形状と
   なるように電極指を間引くようにしたことを特徴とする
   弾性表面波伝搬装置。