JPH0546344Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は特に弾性表面波素子駆動用の電気回路
に関する。

［考案の背景］ 従来、弾性表面波素子用材料として、単結晶で
はニオブ酸リチウム、水晶、セラミツクではシル
コンチタン酸鉛（以下本明細書においては、
PZTと略記する。）、薄膜構成では酸化亜鉛膜を
非圧電体基板上に形成したものが代表的に用いら
れている。

しかし、PZTは、焼結体のために、高周波で
は伝播損失が大きい欠点を持つている。またニオ
ブ酸リチウムは、電気−機械結合係数が大きく、
伝播損失は小さいが、温度係数が大きいという欠
点がある。水晶は逆に、温度係数は小さいが、電
気−機械結合係数が非常に小さいという欠点があ
る。

これらの材料は弾性表面波（以下本明細書にお
いてはSAWと称する。）素子としての単一の機能
しか持つていず、また特性は基板固有のものから
決定されてしまう。したがつて、最近ではスパツ
タリング等により作製が容易な酸化亜鉛膜をガラ
スまたはシリコン等の非圧電体基板上に形成した
構造が重要になつてきている。

また最近、SAWの応用として高周波化への傾
向から窒化アルミニウム膜をシリコンやサフアイ
ア等の基板上に形成した構造が注目されている。

このような薄膜構造を用いた弾性表面波素子の
一例を第６図に示す。第６図ａはそのような素子
の平面図であり、第６図ｂは第６図ａのＡ−
A′線に沿つて切つた断面図である。図示の素子
は弾性体基板１上に圧電膜２を形成し、その上に
Al等の金属から成るトランスデユーサ３を形成
した構造を持つている。このようなSAW素子を
効率良く動作させるためには、整合回路を設けな
くてはならないが、従来の整合回路は、第６図ａ
に示すように、圧電単結晶を用いたSAW素子に
おけると同様に、トランスデユーサ３の一方の電
極４を接地し、他方の電極５に整合回路６を接続
した、いわゆる不平衡型であつた。この方式は、
簡便ではあるが、不平衡型であるためにトランス
デユーサにおける効率は悪く、特に弾性体基板１
の比抵抗が小さい時には大きく悪化する。

このため、第７図に示すように、不平衡−平衡
トランス７をトランズテユーサ３と整合回路６の
間に配置した構成にして改善を計つていた。

この平衡型トランスデユーサを動作させると効
率は向上する上に、SAW素子の入出力間におい
てSAWを介さずに結合する電磁気的結合、すな
わち、フイードスルーを低減できるという利点が
得られる。

しかし、第７図の構造において、低周波数を用
い理想的な回路部品を使用する限りはマツチング
はとれ、かつその状態で損失は無いはずである
が、現実には使用周波数が高く、かつ不平衡−平
衡トランスも整合回路に使用されるコイルやコン
デンサも抵抗成分を持つため、マツチングをとつ
た状態でもロスが生じてしまう。

以下、その理由について詳述する。

まず、SAW素子が使用される周波数帯の数
10MHz〜数ＧHzにおいて、不平衡−平衡トランス
は通常トランスが挿入される入力側および出力側
のインピーダンスをあらかじめ設定して設計され
ており、かつ設定するインピーダンスは純抵抗
（例えば50Ωや200Ω）であつて、この設定したイ
ンピーダンス系で使用する場合に、トランス内部
の損失（挿入損失）が最小となるように作られて
いる。ところで、SAWトランスデユーサは構造
上必ず容量成分を持ち、このままでは純抵抗成分
のみのインピーダンスとは成り得ない。第７図の
従来の配置をとつた場合、信号源に対する整合は
とれているにもかかわらずトランスの入力側、出
力側とも必ずリアクタンス成分を持つてしまい、
トランスの理想的な使用状態とはならないことか
らトランス内部の損失が増大する。

［考案の目的］ 本考案の目的は、インピーダンスマツチングを
とつた状態でも残存する損失を低減するSAW装
置を提供することにある。

［考案の概要］ 上記目的を達成するために、本考案による弾性
表面波装置は、弾性表面波素子を構成するトラン
スデユーサと、所定のインピーダンスを有した信
号源と、該信号源からの信号が入力側に供給され
る不平衡−平衡トランスと、該不平衡−平衡トラ
ンスの出力側と前記トランスデユーサとの間に介
装された整合回路とで構成されていることを要旨
とする。

本考案の有利な実施の態様においては、上記整
合回路は少なくとも１個のインダクタンスを含ん
でいる。また、弾性表面波基板上に導電性ストリ
ツプ・ラインが設けられている。

以下に、図面を参照しながら、実施例を用いて
本考案を一層詳細に説明するが、それらは例示に
過ぎず、本考案の枠を超えることなしにいろいろ
な変形や改良があり得ることは勿論である。

［実施例］ 第１図は本考案によるSAW素子の送信側にお
ける構成を示すブロツク図である。SAW素子を
トランズテユーサ３によつて励振するために、内
部インピーダンスRg（通常50Ω）をもつた信号源
８からの信号を不平衡−平衡トランス７に供給
し、その出力を整合回路６を介してトランスデユ
ーサ３に送る。

この構成によれば、第１図のＢ１−Ｂ１′から
右を見たインピーダンスを信号源のインピーダン
スRgにすることが可能であるために、ミスマツ
チ損失を低減でき、さらにＢ２−Ｂ２′から右を
見たインピーダンスも不平衡−平衡トランス７の
インピーダンスにすることが整合回路６によつて
可能である。したがつて、トランスの入・出力側
ともリアクタンス成分を持たないようにすること
が可能であり、この状態ではトランスの入力側及
び出力側とも信号源インピーダンスRgとなるた
め、トランスの選定をRg系で使用することを想
定して選ぶことで、理想的な使用状況とすること
ができる。

従来の第７図に示す構成においては、トランス
７とトランスデユーサ３の間にミスマツチが存在
しても、それはＡ１−Ａ１′から右を見たのでは
検出できない。また、たとえ整合がとれても、実
際にはトランスデユーサに対して最適な整合がと
れていない可能性がある。

以上はSAWの送信側について説明したが受信
側においても同等な結果を得ることができること
は明らかである。

整合回路には、トランスデユーサの容量を打ち
消すために、直列にインダクタンスを接続した整
合回路を用いることができる。あるいは、もつと
精巧にインダクタンスとキヤパシタンスとから成
る整合回路を構成すれば、より高い効率を得るこ
とができる。

第２図は本考案の有効性を示す測定結果を示
す。この測定においては、弾性体基板としてはシ
リコン上に薄い二酸化シリコン膜を形成した基
板、圧電膜としては酸化亜鉛膜を用いた。実線は
本考案による第１図に示す構成、点線は従来の第
７図に示す構成、一点鎖線は整合回路はなく、た
だ不平衡−平衡トランスのみを付けた場合の測定
結果を示す。ただし、これらの測定においては、
SAWトランスデユーサの送受信側の一方のみを
上述の構成にし、他方のトランスデユーサは整合
回路もトランスもなしに接続されている。

第２図からわかるように、本考案による構成を
用いれば、従来の構成を用いる場合に比較して、
挿入損失が約8dB向上した。さらに実線と点線は
同様な整合回路を用いて書かれているにも拘ら
ず、実線の方が広い帯域幅を持つている。このこ
とによつて、本考案による構成は、より広帯域の
整合回路になるから、例えばSAWコンボルバ等
のように広帯域性を必要とするSAW素子にも威
力を発揮する。

第２図の測定では、SAW送受信トランスデユ
ーサの一方にのみ本考案による構成を用いたが、
送受信両方に用いることにより、さらに大きな特
性向上を得ることができる。

また、本考案による構成においても、第７図に
示す従来の構成と同様に平衡型であるので、フイ
ードスルーを軽減できる。

以上の説明においては、弾性体基板としてシリ
コン、圧電膜として酸化亜鉛を用いたが、圧電膜
として窒化アルミニウムを用いても同等な結果を
得ることができる。

また、第３図に示すように、弾性体基板の比抵
抗が小さい場合（例えば、弾性体としてシリコ
ン、圧電体として酸化亜鉛の場合、セザワ波にお
いて電気−機械結合係数がニオブ酸リチウムより
大きい条件があるために有用である。）において
は、不平衡−平衡トランスを用いない場合（第３
図ａ）と用いた場合（第３図ｂ）とでは異なつた
電界分布になる。したがつて、第３図から明らか
なように、トランスデユーサの容量は不平衡−平
衡トランスを用いた場合の方が小さくなり、整合
がとり易く、さらに効率も大きくなる長所があ
る。

上述の弾性体基板の比抵抗が小さいという条件
をトランスデユーサ特性から考えた場合、第４図
のように、トランスデユーサ直下の弾性体基板上
に金属膜９を形成した構造でも、同等な効果を生
じることは明らかである。

薄膜想像を用いた弾性表面波素子には、第３図
のようにトランスデユーサを圧電膜２上に形成し
た構造と、弾性体基板１上にトランスデユーサを
形成し、その上に圧電膜を形成した構造がある
が、いずれの場合においても本考案の構成は有効
である。

さらに、本考案の構成は整合回路をSAW基板
上に作り込むことが可能な構成法である。すなわ
ち、第５図ａおよびｂに示すように、SAW基板
１０上に導電性ストリツプ・ライン１１，１２を
形成することにより、インダクタンスとキヤパシ
タンスをSAW基板上で実現できる。このように
整合回路をSAW基板上で構成すれば、上述の特
性に加えて素子を小型化できる。

［考案の効果］ 以上説明した通り、本考案の構成によれば、ト
ランスの入・出力側ともリアクタンス成分を持た
ないようにすることが可能であり、かつこの状態
ではトランスの入力側及び出力側とも信号源イン
ピーダンスとなるため、トタランス選定を信号源
インピーダンス系で使用することを想定して選ぶ
ことで理想的な使用状況とすることが可能とな
る。即ち、トランスの内部損失を最小とすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による弾性表面波素子の構成を
示すブロツク図、第２図は本考案の効果を説明す
るための測定結果を示すグラフ、第３図は本考案
による弾性表面波素子の効果を説明するための従
来の弾性表面波素子ａおよび本考案による弾性表
面波素子ｂの断面図、第４図は本考案の他の一つ
の実施の態様による弾性表面波素子の断面図、第
５図ａおよびｂは本考案によつて整合回路を
SAW基板上に作り込んだときの上面図、第６図
ａは従来の弾性表面波素子の上面図、第６図ｂは
第６図ａに示す装置のＡ−A′線に沿つて切つた
断面図、第７図は従来の弾性表面波素子の構成を
示すブロツク図である。 １……弾性体基板、２……圧電膜、３……トラ
ンスデユーサ、４，５……トランスデユーサの電
極、６……整合回路、７……不平衡−平衡トラン
ス、８……信号源、９……金属膜、１０……
SAW基板、１１，１２……ストリツプ・ライン。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 弾性表面波素子を構成するトランスデユーサ
   と、所定のインピーダンスを有した信号源と、
   該信号源からの信号が入力側に供給される不平
   衡−平衡トランスと、該不平衡−平衡トランス
   の出力側と前記トランスデユーサとの間に介装
   された整合回路とで構成されていることを特徴
   とする弾性表面波装置。 (2) 上記整合回路が上記トランスデユーサの容量
   を打ち消すために該トランスデユーサと上記ト
   ランスとに対し直列に接続されたインダクタン
   スを含むことを特徴とする実用新案登録請求の
   範囲第１項記載の弾性表面波装置。 (3) 上記インダクタンスが弾性表面波素子上に形
   成された導電性ストリツプ・ラインから成るこ
   とを特徴とする実用新案登録請求の範囲第２項
   記載の弾性表面波装置。