JPH0514444B2

JPH0514444B2 -

Info

Publication number: JPH0514444B2
Application number: JP14404182A
Authority: JP
Inventors: Mitsutaka Hikita
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-08-20
Filing date: 1982-08-20
Publication date: 1993-02-25
Also published as: JPS5933920A

Description

【発明の詳細な説明】発明の対象本発明は、弾性表面波バンドパス・フイルタに
関し、特に複数個のトランスデユーサで１つの重
み付けを形成することにより、高い帯域外減衰量
を得ることができる弾性表面波バンドパス・フイ
ルタに関するものである。

従来技術第１図ａに示すように、単結晶、圧電セラミツ
クス、非圧電基板と圧電性薄膜の組合わせ等の基
板１００上に入力用と出力用のすだれ状トランス
デユーサ１０１，１０２を配列し、端子INに電
圧を加えると、弾性表面波が発生し、出力トラン
スデユーサ１０２に向けてこれが伝搬する。表面
波の振幅は、近似的に電極指の交叉幅に比例し、
また周波数は電極指の周期に反比例し、時間領域
におけるインパルス応答のフーリエ積分がほぼフ
イルタの伝達関数となる。VHF，UHFの周波数
範囲で動作するバンドパス・フイルタとして、弾
性表面波を伝搬する基板１００の表面に、単なる
導電性細線の他に、スリツト，溝を形成した構成
もあるが考え方はまつたく同一である。一般に、
第１図ｂに示すトランスデユーサの動作は上側端
子に（＋）電圧、下側端子に（−）電圧を印加す
ることにより、上側電極子と下側電極子に逆相の
振動が、同時に発生し、次の瞬間に上側端子に
（−）電圧、下側端子に（＋）電圧を印加するこ
とにより、振動が反転する。これを繰り返すこと
により、弾性表面波が励振されることになる。第
１図ａのバンドパス・フイルタの周波数特性は、
トランスデユーサに特性合成用の重み付けを導入
することにより、第１図ｃに示すように、特定周
波数₁，₂の間だけ減衰量Ｌが小さく、それ以外
の周波数では減衰量Ｌを非常に大きくすることが
出来る。

しかし、第１図ａのバンドパス・フイルタで
は、入出力トランスデユーサ１０１，１０２の外
側方向への伝搬による漏れが生じるため、第１図
ｃのαが大きくなり、一般に損失が大きい。

そこで、この損失を小さくする構造として、第
２図に示すように、入出力トランスデユーサを複
数個に分割し、横方向にこれらを反復して配列す
る構造が提案された。すなわち、入力トランスデ
ユーサ２，４，６，８，１０、出力トランスデユ
ーサ１，３，５，７，９，１１を交互に反復して
配列する、いわゆる反復構造では、各入力トラン
スデユーサから左右に励振される表面波が、両面
の出力トランスデユーサに向つて矢印で示すよう
に入射する。したがつて、フイルタの最端部から
漏洩する表面波によつて生ずる損失は、反復数を
増加することにより、実際上問題にならないほど
小さくすることができる。

しかし、第２図のフイルタは、(A)通常の表面波
フイルタに比べて帯域外減衰量が非常に悪いこ
と、(B)フイルタの特性合成に、アポダイズと呼ば
れる通常の重み付け法が適用できないこと、等の
問題点がある。上記(A)は、第２図からも明らかな
ように、外部に表面波を逃がさない構造であるた
め、帯域外でも入力から出力へ電力の伝達が生ず
るからであり、上記(B)は、第２図が広い意味で共
振器を構成しているため、共振器内での表面波
は、帯域内リツプル等の関係により平面状でなけ
ればならないからである。

このように、第２図に示す構造のフイルタは低
損失ではあるが、フイルタとしての特性合成が非
常に困難である。

発明の目的本発明の目的は、このような従来の問題を改善
するため、上記のような複数個に分割され、横方
向に反復配列された構造のトランスデユーサに対
して、新しい重み付けを行うことにより、低損失
でかつ特性合成が簡単であり、帯域外減衰量も十
分確保でき、各種通信機、家電機器に広く使用で
きるような弾性表面波バンドパス・フイルタを提
供することにある。

発明の総括的説明本発明の弾性表面波バンドパス・フイルタは、
弾性表面波を伝搬する基板上に形成され、かつ伝
搬方向に複数に分割された入力用の電気・音響お
よび出力用の音響・電気トランスデユーサを互い
に相間して交互に複数個配列する弾性表面波バン
ドパス・フイルタにおいて、入力または出力トラ
ンスデユーサの一方に対しては、複数個のトラン
スデユーサの各々に後述する第６図に示す正規型
を含む１つの重み付け関数を形成し、他方の入力
または出力トランスデユーサに対しては電気・音
響または音響・電気トランスデユーサに特性合成
用の重み付け関数の一部を形成して、上記の反復
された入力または出力トランスデユーサ複数個で
１つの重み付け関数を形成することに特徴があ
る。

発明の実施例第３図は、アポダイズ法による重み付けを導入
したトランスデユーサの説明図である。

前述のように、表面波の振幅は、近似的に上側
の電気・音響トランスデユーサ１０３の電極指と
下側の音響・電気トランスデユーサ１０４の電極
指が重複している幅に比例するため、第３図ａに
示すように、両トランスデユーサ１０３，１０４
の電極指で形成される包絡線を、要求される伝達
関数のフーリエ変換で与えられる形にすれば、所
望の周波数特性が得られる。しかし、第３図ａの
破線で示す包絡線を有するトランスデユーサから
は、第３図ｂの曲線で示す振幅の表面波が伝搬す
る。したがつて、前述のようにこの重み付けは第
２図のような共振器形フイルタには適用出来な
い。後に、詳しく述べるが、周波数特性は第３図
ａとまつたく同様で、伝搬表面波がほぼ平面波と
なる新しい重み付け法を先に発表した。

この重み付けは第２図の反復構造に適用出来
る。しかし、入力または出力のトランスデユーサ
の一方に、この新しい重み付けを導入しても、帯
域外の減衰量が十分でない。そこで、本発明で
は、入出力トランスデユーサの双方に重み付けを
導入し、相乗効果により高い帯域外減衰量を得よ
うとした。しかし、双方に同じ構成の重み付けを
導入しても所望の性能は得られない。従って、本
発明では、(イ)弾性表面波を伝搬する基板と、この
基板上に設けられ、弾性表面波の伝搬する方向に
交互に配設されたそれぞれ複数個のトランスデユ
ーサよりなる入力トランスデユーサを構成する第
１のトランスデユーサ群、および出力トランスデ
ユーサを構成する第２のトランスデユーサ群とを
有し、第１のトランスデユーサ群はバンドパス・
フイルタのフイルタ特性を形成する１つの重み付
けを合成する複数個のトランスデユーサを含むこ
とを基本構成とする。また、分割された入力（ま
たは出力）トランスデユーサには、各々に１つの
重み付け関数を導入し、出力（または入力）トラ
ンスデユーサには、複数個に渡つて１つの重み付
け関数を導入するものである。ここでは前者の重
み付け方法を、新位相重み付けと呼び、後者の重
み付け方法を分布形の新位相重み付けと呼ぶこと
にする。

先ず、入力または出力トランスデユーサのいず
れか一方に新位相重み付けを導入した場合、次に
両方に新位相重み付けを導入した場合、次にいず
れか一方に分布形の新位相重み付けを導入した場
合、最後に一方に新位相重み付けを、他方に分布
形の新位相重み付けを、並行して導入した場合に
ついて順次説明する。

第４図は、新位相重み付けを入力トランスデユ
ーサに導入したバンドパス・フイルタの構造図で
ある。本発明者は、先に従来のアポダイズ法と同
等の機能を有し、かつ励振表面波がフイルタの通
過域では、ほぼ平面波となる重み付け法を見い出
し、これを新位相重み付け法と名付けて発表した
（M.HiKita et.a“Phase Weihting for Low
Loss SAWFiters”Pros.IEEE Ｕtrasonics
Symp，PP.308〜312 Nov.1980参照）。

上記の新位相重み付け法を、第２図の入力トラ
ンスデユーサに導入すると、第４図に示すように
なり、入力トランスデユーサ１５，１７，１９，
２１，２３の重み付け効果によつて、ある程度の
帯域外減衰量を確保することができる。

しかし、第４図に示すように、入出力トランス
デユーサの一方のみに重み付けを導入する構造で
は、帯域外減衰量は約15dB程度しか期待できず、
したがつてフイルタの適用範囲は著しく制限され
てしまう。

そこで、次に入出力両トランスデユーサに上記
重み付けを導入することにより、入出力両トラン
スデユーサの相乗効果で高い帯域外減衰量を得た
いため、種々検討を行つた。

初めに、第４図の出力トランスデユーサ１４，
１６，１８，２０，２２，２４にも入力トランス
デユーサと同じように、新位相重み付けを導入す
る構造について検討したが、その結果、帯域外減
衰量は、入力トランスデユーサのみに新位相重み
付けを導入した第４図の構造と大差がなく、この
方法は有効な手段ではないことが判明した。

次に、入出力トランスデユーサが複数個に分割
され、交互に反復して配置されていることを利用
して、反復されたトランスデユーサ複数個で１つ
の新位相重み付けを実現する構造について検討し
た。

第５図ａ，ｂは、新位相重み付け法とその等価
構造を示す説明図である。

新位相重み付けを導入したトランスデユーサ
は、例えば第５図ａに示すように、３領域A₁，
A₂，A₃に表面波を励振し、電気的には、これら
を並列にドライブする構造を有している。第３図
ａに示すアポダイズ法の構造では、電気・音響お
よび音響・電気トランスデユーサに対して、複数
領域に分けた場合、各領域ごとにパス（経路）を
とつてみると、電圧印加位置に近い方から遠い方
に向つて順次励振電極数が減少する。したがつ
て、第３図ｂに示すような振幅の表面波が伝搬さ
れ、平面波とならない。これに対して、第５図ａ
に示す新位相重み付け法の構造では、電気・音響
および音響・電気トランスデユーサごとにA₁，
A₂，A₃領域のいずれのパスをとつても励振電極
数が４本と等しいため、平面波が励振される。ま
た、第５図ａのトランスデユーサの等価構造は、
第５図ｂに示すように、電気・音響トランスデユ
ーサ２７は６本の励振電極を、音響・電気トラン
スデユーサ５５は７本の励振電極を、それぞれ備
えていることになる。そして、電気・音響トラン
スデユーサ２７の励振電極の長さが６本とも同一
であるのに対して、音響・電気トランスデユーサ
５５の励振電極の長さは、両端が短かく、両端か
ら２本目が次に短かく、中央の３本が同一で長い
ため、点線で示すような包絡線を形成している。

本発明の分布形の新位相重み付け法は、この包
絡線が示す特性合成用の重み付け関数を、入力ま
たは出力トランスデユーサの各々に具備するので
はなく、分割された入力または出力トランスデユ
ーサ複数個で、この包絡線が示す重み付け関数１
個を形成するものである。すなわち、第４図に示
すように、分割された個々のトランスデユーサに
新位相重み付けを導入することなく、第６図に示
すように、分割された出力トランスデユーサ（ま
たは入力トランスデユーサ）複数個で１つの新位
相重み付けを実現するのである。

第６図は、本発明の実施例を示すもので、出力
トランスデユーサに分布形の新位相重み付けを導
入したバンドパス・フイルタの構成図である。

第６図では、入力トランスデユーサ３０，３
２，３４，３６，３８は正規形で、各トランスデ
ユーサからは左右に等振幅の表面波が励振され
る。出力トランスデユーサ２９，３１，３３，３
５，３７，３９には、フイルタの対称性を考慮し
て、中心部分の２つのトランスデユーサ３３，３
５に対しては第５図ａの新位相重み付けの領域
A₁部分を導入し、その外側３１，３７に対して
は、領域A₂の部分を導入し、さらに最外側２９，
３９に対しては、領域A₃の部分を導入する。具
体的には、第５図ａからも明らかなように、領域
A₁とA₂は同一構造であつて、音響・電気トラン
スデユーサ５５は中４本と外側２本（横幅大）の
電極を、電気・音響トランスデユーサ２７は４本
の電極をそれぞれ有している。また、領域A₃で
は、音響・電気トランスデユーサ５５は横幅大の
電極２本を挟んで細い電極３本を、電気・音響ト
ランスデユーサ２７は４本の電極を、それぞれ有
している。領域A₁，A₂，A₃を第６図の出力トラ
ンスデユーサの中央部、外側部、両端部に割当て
ることにより、第６図の６個の出力トランスデユ
ーサ全体で第５図ａすなわち第５図ｂの包絡線の
フーリエ変換で与えられる周波数特性が形成され
ることになる。

また、第６図から明らかなように、電気的に
は、これら複数のトランスデユーサは並列にドラ
イブされる。

第６図を第４図の構造と比較すると、第６図で
は、分割された各トランスデユーサに分布して新
位相重み付けを導入し、左側半分と右側半分と
で、それぞれ１つの重み付けを形成している。計
算機シミユレーシヨンで検討した結果、第６図の
構造では、フイルタの周波数特性が第４図のもの
ときわめてよく一致しており、第６図の分布形の
重み付けの場合でも、帯域外減衰量は約15dB程
度得られることが判明した。各トランスデユーサ
１個毎の構成は、第６図の分布形の方が第４図の
新重み付けによる構成よりも単純であるため、製
造に際して有利である。また、第６図の分布形重
み付けと第４図の新重み付けの両方を組み合わせ
ると、さらに良好な帯域外減衰量が得られること
が判明した。

第７図は、本発明の他の実施例を示す弾性表面
波バンドパス・フイルタの構造図である。

第６図の構造では、フイルタ内を伝搬している
表面波が平面波を形成しているため、第７図に示
すように、入力トランスデユーサ４３，４５，４
７，４９，５１には、第４図と同じように、各々
のトランスデユーサに新位相重み付けを導入し、
出力トランスデユーサ４２，４４，４６，４８，
５０，５２には、第６図の分布形の新位相重み付
けを導入することができる。計算機シミユレーシ
ヨンで検討した結果、入力側の重み付けと出力側
の重み付けの相乗効果により、帯域外減衰量は約
30dB以上確保できることが判明した。

第７図の場合、入力トランスデユーサ４３，４
５，４７，４９，５１はいずれも第５図ａに示す
A₁，A₂，A₃の領域からそれぞれ両方向に平面波
を励振し、出力トランスデユーサ４２，４４，４
６，４８，５０，５２は各々がA′₁，A′₂または
A′₃の領域の１つを有しているので、例えば出力
トランスデユーサ４２は自分の領域A′₃の特性に
伝搬されてきた領域A₁，A₂，A₃からの特性を相
乗した効果を示し、また出力トランスデユーサ４
４は自分の領域A′₂Ａの特性に伝搬されてきた領
域A₁，A₂，A₃からの特性を相乗した効果を示
し、また出力トランスデユーサ４６は自分の領域
A′₁の特性に伝搬されてきた領域A₁，A₂，A₃か
らの特性を相乗した効果を示す。

したがつて、全体の効果は、次式で表わされ
る。

｛A′₃（A₁＋A₂＋A₃）＋A′₂（A₁＋A₂＋A₃）＋A′₃
（A₁＋A₂＋A₃）｝×２＝２（A′₁＋A′₂＋A′₃）
（A₁＋A₂＋A₃） ……(1) 上式(1)により、帯域外減衰量も相乗効果できる
ことになる。

発明の効果以上説明したように、本発明によれば、入出力
トランスデユーサを複数個に分割し、反復して配
置した低損失の弾性表面波フイルタにおいて、入
力または出力トランスデユーサに重み付けを分布
して導入したので、帯域外減衰量が十分に確保で
き、特性合成が簡単に行え、各種通信分野に広く
使用することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の弾性表面波バンドパス・フイル
タの説明図、第２図は従来の反復構造の低損失弾
性表面波バンドパス・フイルタの構造図、第３図
はアポダイズ法による重み付けを導入したトラン
スデユーサの特性説明図、第４図は新位相重み付
けを入力トランスデユーサに導入したバンドパ
ス・フイルタの構造図、第５図は新位相重み付け
法の説明図、第６図は本発明の実施例を示す出力
トランスデユーサに分布形の新位相重み付けを導
入したバンドパス・フイルタの構造図、第７図は
本発明の他の実施例を示す弾性表面波バンドパ
ス・フイルタの構造図である。２，４，６，８，１０，１５，１７，１９，２
１，２３，３０，３２，３４，３６，３８，４
３，４５，４７，４９，５１……入力トランスデ
ユーサ、１，３，５，７，９，１１，１４，１
６，１８，２０，２２，２４，２９，３１，３
３，３５，３７，３９，４２，４４，４６，４
８，５０，５２……出力トランスデユーサ、１
２，２５，４０，５３……入力電気端子、１３，
２６，４１，５３……出力電気端子、２８……電
気端子、２７……電気・音響トランスデユーサ、
５５……音響・電気トランスデユーサ。

Claims

【特許請求の範囲】１弾性表面波を伝搬する基板上に形成された電
気・音響および音響・電気トランスデユーサから
なる入力および出力トランスデユーサを、伝搬方
向に複数個交互に配列した弾性表面波バンドパ
ス・フイルタにおいて、入力または出力トランス
デユーサの一方には、複数個とも同一構成のトラ
ンスデユーサを配列して、各々で１つの重み付け
関数が形成されるようにし、他方には、中心から
左半分と右半分が対称的な構成で、かつ該左半分
および右半分の内部でそれぞれ異なる構成のトラ
ンスデユーサを配列して、該左半分と右半分を集
めた複数個のトランスデユーサで１つの重み付け
関数が形成されるようにしたことを特徴とする弾
性表面波バンドパス・フイルタ。２特許請求の範囲第１項に記載の弾性表面波バ
ンドパス・フイルタにおいて、前記重み付けは、
励振弾性表面波の伝播域がフイルタの伝播領域
で、振幅がほぼ一様の平面波となるような重み付
けであることを特徴とする弾性表面波バンドパ
ス・フイルタ。