JPH058605B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 技術分野 この発明は、レイリー波を利用した表面波装置
に関し、特にグレーテイング・リフレクタを備え
る形式の表面波装置の構造の改良に関する。

従来の技術 第７図は、従来の表面波装置の一例を示す略図
的平面図である。第７図において、表面波装置１
は、表面波基板２と、該表面波基板２上に形成さ
れたインターデイジタル・トランスデユーサ３
と、インターデイジタル・トランスデユーサ３の
両側に形成されたグレーテイング・リフレクタ
４，４とを備える。なお、５，５は吸音材を示
す。グレーテイング・リフレクタ４，４は、通
常、金属ストリツプあるいは溝により形成されて
おり、インターデイジタル・トランスデユーサ３
から伝播するレイリー波を反射し、閉込めるため
のものであるが、このグレーテイング・リフレク
タ４，４の反射率が大きいほど、第７図に示した
ような表面波共振子のQ₀を大きくすることがで
き、また表面波共振子フイルタでは挿入損失等を
改善することができる。たとえば、第７図に示し
たような表面波共振子では、良好な特性（高Q₀
値）を得ようとする場合、一般に、グレーテイン
グ・リフレクタの反射係数は0.95以上でることが
要請される。

そこで、従来よりグレーテイング・リフレクタ
４，４の反射率を高めるために種々の試みが行な
われていた。ところで、グレーテイング・リフレ
クタ４，４の反射率は、リフレクタの種類あるい
は段差などによつても異なるが、一般的には、第
８図に示すようにグレーテイングの本数に依存し
ている。

しかしながら、第８図からも明らかなように、
グレーテイングの本数を多くして反射率を高めよ
うとするならば、グレーテイングの本数を極めて
多くしなければならないことがわかる。たとえ
ば、グレーテイングの本数＝200の場合であると、
該反射率は0.85程度にしかならず、上述した反射
率0.95以上のものと比較した場合、たとえばQ₀値
などの特性が数分の１と格段に低下することがわ
かつている。

よつて、従来は、このグレーテイング・リフレ
クタの反射率を向上するために、グレーテイング
１本あたりの反射率を上げることが必要であると
考えられていた。しかしながら、グレーテイング
１本あたりの反射率を上げるにも限度があり、た
とえば金属ストリツプの厚みや、溝の深さなどを
大きくし、反射率を上げた場合、レイリー波→バ
ルク波のモード変換等の損失が生じ、リフレクタ
全体としての反射係数が逆に減少してしまうとい
う問題があつた。

上記問題点のために、反射率を上げるために
は、結局グレーテイングの本数を増加させるしか
有効な解決策がないのが現状であつた。しかしな
がら、グレーテイングは、通常、λ₀／４（λ₀は波
長）の幅およびピツチを有しており、200本のグ
レーテイングでは、幅寸法が約100λ₀となる。λ₀
が小さい高周波ではあまり問題にならないが、た
とえばSTカツト水晶基板にて50MHz程度の低周
波に用いると、λ₀は約63μmとなり、したがつて
リフレクタの幅寸法は6.3mmにもなる。したがつ
て、グレーテイングの本数を、たとえば300本以
上等のように増加させた場合には、グレーテイン
グ・リフレクタの大きさ、ひいてはチツプ全体の
大きさが大きくなり、かつコストも高くつくとい
う問題があつた。

なお、第７図に示したようなグレーテイング・
リフレクタ４，４より小さな反射器として、表面
波基板２の端面そのものを反射器として利用する
ことがSH波を利用した表面波装置において既に
提案されていた。しかしながら、レイリー波を利
用する表面波装置にあつては、基板端面において
レイリー波→バルク波のモード変換が生じるた
め、このような基板端面を反射器として利用した
としても、十分な大きさの反射率を得ることはで
きなかつた。

発明が解決しようとする問題点 それゆえに、この発明の目的は、上述の問題点
を解消し、インターデイジタル・トランスデユー
サから伝播されるレイリー波を効率良く反射する
ことが可能にされており、したがつて小形であり
ながらもQ₀などの特性に優れた安価な表面波装
置を提供することにある。

発明の構成 問題点を解決するための手段 この発明は、要約すれば、表面波基板と、該表
面波基板上に形成されたインターデイジタル・ト
ランスデユーサと、該インターデイジタル・トラ
ンスデユーサから伝播されるレイリー波を反射す
るグレーテイング・リフレクタとを備える、レイ
リー波を利用する表面波装置において、 該レイリー波の伝播方向の表面波基板端面と、
グレーテイング・リフレクタの表面波基板端面側
の端部との間の距離ｌが、レイリー波の波長をλ₀
としたとき、グレーテイング・リフレクタが表面
波基板に溝を設けることにより形成されている場
合には、ｌ＝［（ｎ／２）λ₀＋（１／４）λ₀］±
（１／８）λ₀の範囲に、 （ｎ：０または正の整数） グレーテイング・リフレクタが表面波基板上に金
属ストリツプを設けることにより形成されている
場合には、 ｌ＝（ｎ／２）λ₀±（１／８）λ₀ （ｎ：０または正の整数） の範囲に選ばれていることを特徴とする、表面波
装置である。

なお、グレーテイング・リフレクタは、インタ
ーデイジタル・トランスデユーサと別個に設けら
れてもよく、あるいは、レイリー波の伝播方向に
長く配置されたインターデイジタル・トランスデ
ユーサにあつては該インターデイジタル・トラン
スデユーサ自身がグレーテイング・リフレクタを
兼ねるように構成されていてもよい。

作 用 この発明は上述したように、グレーテイング・
リフレクタによりインターデイジタル・トランス
デユーサから伝播されるレイリー波を反射させる
だけでなく、表面波基板端面とグレーテイング・
リフレクタの表面波基板端面側の端部との間の距
離ｌを上記式のように選ぶことにより、表面波基
板端部においてもレイリー波を反射させ、該基板
端面にて反射されたレイリー波をグレーテイン
グ・リフレクタにおいて反射されるレイリー波と
同位相とすることにより、反射効率を飛躍的に高
めるものである。

実施例の説明 第１図は、この発明の一実施例の表面波装置と
しての表面波共振子の略図的平面図である。ここ
でも第７図に示した従来の表面波装置１と同様
に、表面波共振子１１は、表面波基板１２と、表
面波基板１２上に形成されたインターデイジタ
ル・トランスデユーサ１３と、インターデイジタ
ル・トランスデユーサ１３の両側に形成されたグ
レーテイング・リフレクタ１４，１４とを備え
る。しかしながら、この実施例では、特徴的構成
として、表面波基板１２のレイリー波の伝播方向
の端面１２ａ，１２ｂと、グレーテイング・リフ
レクタ１４，１４の該端面側端部１４ａ，１４ｂ
との間の距離が、それぞれ、後述するような距離
ｌに選ばれている。該距離ｌは、表面波基板１２
の端面１２ａ，１２ｂで反射されるレイリー波の
位相が、グレーテイング・リフレクタ１４，１４
で反射されるレイリー波の位相と同一となるよう
に選ばれるものである。

第１図に示した実施例では、グレーテイング・
リフレクタ１４，１４の端部１４ａ，１４ｂと、
表面波基板の端面１２ａ，１２ｂとの間の距離が
下記のように選ばれるため、インターデイジタ
ル・トランスデユーサ１３で発生したレイリー波
は、グレーテイング・リフレクタ１４のみなら
ず、表面波基板１２の端面１２ａ，１２ｂにおい
ても反射され、したがつてより効果的にレイリー
波が閉込められる。これを、一方のグレーテイン
グ・リフレクタ１４と表面波基板端面１２ｂとの
部分を拡大して示す第２図を参照して説明する。
今、仮にグレーテイング・リフレクタ１４の反射
率が0.85（これは、前述したようにグレーテイン
グ本数Ｎ＝200の場合に相当するものであること
を想起されたい）、表面波基板端面１２ｂでの反
射率を0.8程度とした場合、第２図における入射
レイリー波Ｉのうち85％のレイリー波がＰで示す
ようにグレーテイング・リフレクタ１４で反射さ
れ、グレーテイング・リフレクタ１４で反射され
ずに通過した残りのレイリー波のうち、80％のレ
イリー波が端面１２ｂで反射されＱ方向に戻るた
め、該Ｑ方向に進むレイリー波は、15％×0.8＝
12％となる。したがつて、単純に多重反射を無視
した場合、両反射波の位相を揃えれば、反射率は
Ｐ＋Ｑ＝0.85＋0.12＝0.97となり、よつてグレー
テイング本数を200本程度とさほど増大させずと
も大きな反射率を得ることが可能となる。

このように、この発明では、グレーテイング・
リフレクタ１４あるいは基板端面１２ａ，１２ｂ
のみでは、それぞれ、0.85あるいは0.8程度の低
い反射率しか得られないところを、両反射手段を
併用することにより0.97という極めて高い反射率
を得るものであり、同時にグレーテイング本数を
増大させずとも反射率を高め得るので素子全体の
大きさも、グレーテイング・リフレクタ１４と基
板端面１２ａ，１２ｂとの間の距離ｌを短くする
ことにより極めて小さくし得ることがわかる。

なお、より正確には、グレーテイング・リフレ
クタ１４と基板端面１２ａ，１２ｂとの間の多重
反射を考慮する必要があるため、上述したような
劇的な改善は現実には起こり得ないかもしれない
が、ほぼ上記に近い反射率を得ることができるも
のである。

次に、グレーテイング・リフレクタ１４と基板
端面１２ａ，１２ｂとの間の距離ｌにつき説明す
る。該距離ｌは、グレーテイング・リフレクタ１
４および基板端面１２ａ，１２ｂのそれぞれの反
射係数の位相（符号）により定まる。たとえば、
第３図に部分切欠断面図で示すように、STカツ
ト水晶基板２２上に、Alストリツプ２４ａ…２
４ｅを設けることにより形成されたグレーテイン
グ・リフレクタ２４では、グレーテイング・リフ
レクタ２４の基板端面２２ｂ側端部Ａと、基板端
面２２ｂとが、反射係数として同位相となるた
め、 ｌ＝（ｎ／２）λ₀（ｎは０または正の整数）であれ
ば、グレーテイング・リフレクタ２４および基板
端面２２ｂの双方で反射される各反射波は強め合
うことにある。

他方、第４図に部分切欠端面図で示すように、
グレーテイング・リフレクタ３４が溝３４ａ…３
４ｅを設けることにより形成されている場合に
は、第４図のＢ点と、基板端面３２ｂとが反射係
数として同位相となるため、 ｌ＝（ｎ／２）λ₀＋（１／４）λ₀ （ｎは、０または正の整数） であればよい。

なお、上記したｌは、上記の式に正確に合致す
る必要はなく、上記の条件が最適値であるが、±
（１／８）λ₀以内であれば、反射波同士は効果的
に強め合うことがわかつている。

また、グレーテイング・リフレクタ内の領域
と、グレーテイング・リフレクタから基板端面ま
での領域とにおいて、電極等の質量付加効果など
により等価波長が異なる場合には、ｌを算出する
にあたり個々の場所における波長をλ₀として採用
すればよい。さらに、個々のｌの値は異なつてい
てもよい。

なお、第１図に示した実施例では、インターデ
イジタル・トランスデユーサ１３の両側にグレー
テイング・リフレクタ１４，１４が設けられてい
たが、この発明はこれに限られず、第５図に示す
ように、インターデイジタル・トランスデユーサ
４３がレイリー波の伝播方向に長く配置されてお
り、すなわち多数の対数のインターデイジタル・
トランスデユーサ４３を用い、該インターデイジ
タル・トランスデユーサ４３自身がグレーテイン
グ・リフレクタをも兼ねるように構成し、自己共
振特性を示すようにしてもよい。この場合には、
距離ｌは、インターデイジタル・トランスデユー
サ４３の両端部４３ａ，４３ｂと、表面波基板４
２の端面４２ａ，４２ｂとの間の距離となる。

また、第６図に同じく略図的平面図で示すよう
に、２組のインターデイジタル・トランスデユー
サ５３ａ，５３ｂを配置し、その両側にグレーテ
イング・リフレクタ５４，５４を設け、表面波フ
イルタ５１を構成する場合にも、該リフレクタ５
４，５４の端部５４ａ，５４ｂと表面波基板５２
の端面５２ａ，５２ｂとの間の距離ｌを上記のよ
うに設定することにより、同様に反射効率を効果
的に高めることができる。

次に、具体的実験例につき説明する。表面波基
板として、38.4゜回転ＹカツトＸ伝播水晶基板を
用い、該基板上に多数の対数のインターデイジタ
ル・トランスデユーサを形成し、表面波共振子を
作成した。インターデイジタル・トランスデユー
サは、波長λ₀≒56μm、対数＝283のものであり、
電極はAlにより構成し、その厚みは約1.8μm（波
長λ₀の約3.2％）に形成した。このインターデイ
ジタル・トランスデユーサは、第５図に示した実
施例と同様に、多数の対数からなるものであり、
それ自身グレーテイング・リフレクタとしても働
くように構成したものであり、該インターデイジ
タル・トランスデユーサの端部から基板端面まで
の距離ｌを約4.0λ₀［＝（８／２）λ₀］としたとき、
共振子の電気的Q₀≒17000であつた。

なお、基板端面を粘着物等により覆うことによ
り、基板端面における反射波を吸音した場合に
は、Q₀≒10000であつた。したがつて、基板端面
における反射率を利用することにより、Q₀値は
約1.7倍となることがわかつた。

逆に、距離ｌ＝3.75λ₀［＝（７／２）λ₀＋（１／
４）λ₀］とした場合には、基板端面における反射
率が逆位相となり、Q₀値の低下が予想されたが、
実際に試作したところ、Q₀値は約4500であつた。
したがつてこの場合には、通常の金属ストリツプ
により形成するグレーテイング・リフレクタの場
合と同様に、ｌ≒（ｎ／２）λ₀が最適と考えられ
る。

上述のようにｌが（１／４）λ₀変化すると、特
性は逆に悪化するため、より低周波において、す
なわちより波長λ₀が大きくなるほど、距離ｌの管
理が楽になるため、この発明を適用しやすくなる
ことがわかる。

逆に、高周波化して、波長λ₀が小さくなり、距
離ｌの管理が困難な場合には、従来の表面波装置
と同様に、基板端面をグレーテイング・リフレク
タに対して斜めに切断したり、あるいは吸音材を
用いることにより基板端面における反射波をなく
せば、表面波装置の特性への基板端面の反射の影
響を防止することができ、したがつて距離ｌの管
理が困難な場合には、極めて容易に従来と同様の
表面波装置とすることができる。

発明の効果 以上のように、この発明によれば、レイリー波
の伝播方向の表面波基板端面と、グレーテイン
グ・リフレクタの表面波基板端面側の端部との間
の距離ｌが、レイリー波の波長λ₀としたとき、グ
レーテイング・リフレクタが表面波基板に溝を設
けることにより形成されている場合には、 ｌ＝［（ｎ／２）λ₀＋（１／４）λ₀］ ±（１／８）λ₀ （ｎ：０または正の整数） の範囲に、グレーテイング・リフレクタが表面波
基板上に金属ストリツプを設けることにより形成
されている場合には、 ｌ＝（ｎ／２）λ₀±（１／８）λ₀ （ｎ：０または正の整数） の範囲に選ばれているため、インターデイジタ
ル・トランスデユーサから伝播した波を効率的に
反射することができ、したがつてグレーテイン
グ・リフレクタのグレーテイング本数を増大させ
ることなく、Q₀値などの特性に優れた小形かつ
安価な表面波装置を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の略図的平面図
である。第２図は、第１図に示した実施例におけ
るレイリー波反射機構を説明するための部分切欠
平面図である。第３図は、グレーテイング・リフ
レクタが金属ストリツプにより構成されている例
の部分切欠断面図である。第４図は、グレーテイ
ング・リフレクタが表面波基板上に溝を設けるこ
とにより形成されている例を示す部分切欠端面図
である。第５図は、この発明の第２の実施例を示
す略図的平面図である。第６図は、この発明の第
３の実施例を示す略図的平面図である。第７図
は、従来の表面波装置の一例を示す略図的平面図
である。第８図は、グレーテイング・リフレクタ
のグレーテイング本数Ｎとレイリー波の反射率と
の関係を示す図である。 図において、１１，４１，５１は表面波装置、
１２，２２，３２，４２，５２は表面波基板、１
３，４３，５３ａ，５３ｂはインターデイジタ
ル・トランスデユーサ、１４，２４，３４，５４
はグレーテイング・リフレクタ、１２ａ，１２
ｂ，２２ｂ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂ，５２ａ，
５２ｂは表面波基板の端面、１４ａ，１４ｂ，４
３ａ，４３ｂ，５４ａ，５４ｂ，Ａ，Ｂはグレー
テイング・リフレクタの端部を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 表面波基板と、該表面波基板上に形成された
   インターデイジタル・トランスデユーサと、該イ
   ンターデイジタル・トランスデユーサから伝播さ
   れるレイリー波を反射するグレーテイング・リフ
   レクタとを備える、レイリー波を利用する表面波
   装置において、 前記レイリー波の伝播方向の前記表面波基板端
   面と、前記グレーテイング・リフレクタの該表面
   基板端面側の端部との間の距離ｌが、レイリー波
   の波長をλ₀としたとき、 前記グレーテイング・リフレクタが表面波基板
   に溝を設けることにより形成されている場合に
   は、 ｌ＝［（ｎ／２）λ₀＋（１／４）λ₀］ ±（１／８）λ₀ （ｎ：０または正の整数） の範囲に、 前記グレーテイング・リフレクタが表面波基板
   上に金属ストリツプを設けることにより形成され
   ている場合には、 ｌ＝（ｎ／２）λ₀±（１／８）λ₀ （ｎ：０または正の整数） の範囲に選ばれていることを特徴とする、表面波
   装置。 ２ 前記インターデイジタル・トランスデユーサ
   がレイリー波の伝播方向に長く配置されており、
   それによつて該インターデイジタル・トランスデ
   ユーサ自身が前記グレーテイング・リフレクタを
   も兼ねている、特許請求の範囲第１項記載の表面
   波装置。