JPH07118625B2 - 斜め電極指弾性表面波フイルタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、拡開する櫛歯状の電極構造の斜め電極指を有
する弾性表面波フィルタに係り、特に、間引き法の重み
付けを施した斜め電極指トランスジューサを有する弾性
表面波フィルタに関する。

（従来の技術） 第３図は従来の斜め電極指トランスジューサを用いたフ
ィルタを示し、圧電基板１上に送信用斜め電極２及び受
信用斜め電極３を一定の距離に配置し、夫々の斜め電極
指22及び32は共通電極21及び31が設けられた構造となっ
ている。

（発明が解決しようとする問題点） 斜め電極指トランスジューサを持つフィルタに関して所
望の周波数特性を得るための設計法としては、今まで通
過帯域内特性の補正及び伝搬路を使った通過帯域内特性
の制御に関して、２〜３発表されているだけである。よ
って、斜め電極指トランスジューサを持つフィルタは、
10数年も前から、その特性はほとんど改善されていな
い。さらに、また伝搬路上で、その通過帯域内特性を制
御する場合、その選択特性の向上をはかる手段は行われ
ていなかった。

通常の平行な電極指による弾性表面波フィルタにおい
て、従来広く利用されているのは、「表面波デバイスと
その応用」（電子材料工業会編：日刊工業新聞社発行39
頁）に述べてあるように、電極指の交差部分の長さで重
み付けする方法（アポダイス法）や、電極指の密度分布
で重み付けをする方法（間引き法）などがある。

アポダイズ法は、所望の周波数特性を逆フーリェ変換し
て得られる時間関数を電極指の交差幅の変化によって実
現する手法である。また、これとは別に、狭帯域フィル
タに対して利用されている間引き法がある。これは、電
極指の密度分布で、所望の時間関数を実現する手法であ
るため、電極指対数が多い程、その関数の近似度が良
く、そのため、通過帯域幅の狭いフィルタに対して利用
されている。また、伝搬路上では励振表面波のビーム幅
は、その交差幅によって決まり、周波数に対しては無関
係である。

これらに対して、斜め電極指トランスジューサを持つフ
ィルタでは、その設計法が所望周波数特性を逆フーリェ
変換して得られる時間関数を電極形状で実現するものと
は全く異なっている。即ち、斜め電極指の設計は、基本
的には所望の通過帯域の最低周波数で決定される電極周
期と、最高周波数で決定される電極周期を求め、その電
極周期を伝搬方向と直交する方向に連続的に変化させる
ことで、所望の特性を得るものである。また、伝搬路上
の単一周波数に対する励振ビーム幅を集中させることに
よって、伝搬路での特性制御における選択度を向上させ
る手法についても全く従来は行われていなかった。

このような従来の斜め電極指を有するフィルタにおいて
は、ある周波数fiの信号を入力した時に斜め電極指から
励振される弾性表面波の伝搬方向と直交する方向に対す
る強度分布は、斜め電極指に想定の各チャネルにおい
て、その中心周波数がfiであるチャネルを中心にSinx/x
の関数となっている。ここでＸは次式で表される。

Ｘ＝Ｎπ（ｆ−fi）/fi ここでＮは電極対数、ｆは斜め電極指に想定した各チャ
ネルの中心周波数。

斜め電極指の各チャネルの中心周波数は、表面波の伝搬
方向と直交する方向で変化する構造となっていることか
ら、斜め電極指の各チャネルの中心周波数ｆは表面波伝
搬方向と直交する方向における位置を表す座標軸と対応
している。よって、前述の式は、ある周波数の信号が斜
め電極指に入力された場合に、斜め電極指から励振され
る表面波の、表面波伝搬方向と直交する方向に対する強
度分布を表す。

そのため励振されるビーム幅を狭くするには、電極２及
び３の対数Ｎを大きくする方法が考えられる。

ここで、斜め電極指トランスジューサを第４図（ａ）に
示すように表面波の伝搬方向と平行な線で多数のチャネ
ルに分割して考えると、第４図（ｂ）に示す強度分布の
ようにメインローブの他に複数のサイドローブとして別
のチャネルからも弾性表面波は励振されている。即ち、
各チャネルではそのチャネルの中心周波数と同じ周波数
の信号が入力された場合に、最も効率良く表面波が励振
されるが、そのチャネルをサブフィルタとして考えた場
合の周波数特性はSinx/xであることから、中心周波数以
外の信号に対してもSinx/xの関数で小さくなるが、表面
波は励振される。そのため、例えば伝搬路上で周波数特
性の制御を行う場合でも選択特性が悪く、また、あるチ
ャネル（メインローブに対応するチャネル）の弾性表面
波を完全に減衰させたとしても、前記複数のサイドロー
ブに対応するチャネルにおいて、弾性表面波の励振があ
るため、26dB以上の減衰は理論的にも不可能であった。

また、このフィルタでは、電極構造によって通過帯域幅
が決定され、電極指ピッチの最も小さいチャネルの中心
周波数でフィルタの通過域の高域側カットオフ周波数が
決定され、電極指ピッチの最も大きなチャネルの中心周
波数でフィルタの通過域の低域カットオフ周波数が決定
される。ところが、通過帯域以外の周波数をもつ信号が
入力されても、各チャネルの周波数特性に大きなサイド
ローブがあると、そのサイドローブ周波数が入力信号周
波数に一致するチャネルでも表面波が励振される。この
ため、通過帯域カットオフ周波数近傍の減衰量は小さ
く、サイドローブは26dBの減衰しか得られない。

従って、上述したように、従来の斜め電極指を有するフ
ィルタは、励振されるビーム幅を狭くするための手段と
して電極対数を大きくする方法しかなかったので、大形
となり経済的でなかった。また弾性表面波の伝搬方向と
直交する方向に対する強度分布を狭く、即ち集中させ選
択特性を良くすることが難しかった。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、これらの問題点を解決するため、斜め電極指
トランスジューサを有する斜め電極指弾性表面波フィル
タにおいて、伝搬路に想定の各チャネルで夫々のチャネ
ルではそのチヤネルの中心周波数近傍でのみ表面波が励
振されるよう全チャネルについて電極中心に対して伝搬
方向に電極の外側ほど弾性表面波の励振効率を小さくす
る重み付けを、前記一対の電極のうち少なくとも一方に
電極の外側付近の斜め電極指を間引く間引き法により施
したことを特徴とし、選択性の良好な斜め電極指弾性表
面波フィルタを提供するものである。

（作用） 先に示したように、斜め電極指トランスジューサに、あ
る単一周波数（例えばfi）を入力した時に励振される表
面波は、斜め電極指のピッチで決定される中心周波数が
fiであるチャネルを中心に強く励振される。しかし、そ
の近傍のチャネルにおいても周波数fiに対する感度が強
くあり、その感度は電極対数とそのチャネルの中心周波
数との関数として、前述した式で示される。

このことから、単一周波数に対する励振ビーム幅を狭く
するためには、各チャネルの周波数特性において、その
チャネルの中心周波数のみで感度が強く、中心周波数か
ら離れた周波数ではできるだけ感度がないようにすれば
よい。即ち、想定したチャネル内を平行電極指と仮定し
た場合の、そのチャネル内の周波数特性が、サイドロー
ブが抑圧された特性となるように重み付けをすればよ
い。周波数特性において、サイドローブを抑圧する関数
としては、デジタルフィルタで一般的に知られているハ
ミング関数やハニング関数が最適である。各チャネルに
対してハミング関数やハニング関数による重み付けを行
うことにより、中心周波数から離れた周波数に対する感
度を抑圧することが可能となり、斜め電極指トランスジ
ューサの各チャネルにおいては、そのチャネルの中心周
波数に対応する周波数が入力された時のみ表面波が励振
されるようにすることができる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例に係る前記間引き法を適用し
た斜め電極トランスジューサを一方（送信側）に持つ弾
性表面波フィルタを示す。図において、１は圧電基板、
３は従来の受信用斜め電極、４は間引き法を適用した送
信用斜め電極、41は共通電極、42は斜め電極指である。
この例では、斜め電極４について、その外側部分の例振
電極指に対して間引きが施されている。

第１図において、表面波伝搬方向と平行のチャネルを想
定した場合に、各チャネルではそれぞれ異なるピッチに
て電極指が配置されている。斜め電極指の各チャネルに
おいて、励振電極指位置をそれぞれ励振源として考える
と、励振源各チャネルでは、各チャネル特有のピッチに
対応した位置に配列されていることになる。ここで、各
チャネルにおけるピッチを、そのチャネル特有のピッチ
で正規化して考えると、電極指で表される励振源の配列
は全チャネルにおいて、全て同じであることがわかる。
その配列においては間引かれた電極指の位置も同等であ
ることから、斜め電極指の各チャネルにおいて、規格化
ピッチで考えた場合の励振源の配列が全て同じで、しか
も所望のハミング関数やハニング関数による配列として
実現することができる。ハミング関数やハニング関数は
サイドローブ特性が抑圧された周波数特性を示すことか
ら、各チャネルの周波数特性はサイドローブ特性が抑圧
された周波数特性となる。各チャネルでは、ピッチが異
なることから、その中心周波数は異なっているが、各チ
ャネルの中心周波数を正規化して考えた場合には、全チ
ャネルにおいて同じ正規化周波数特性を示す。

本発明による重み付けは、全チャネルに対して各チャネ
ル内の周波数特性のサイドローブを抑圧することがで
き、その結果、斜め電極指トランスジューサの全チャネ
ルに対して、入力信号の周波数に対応して、表面波の励
振・伝搬を集中させることができる。よって、斜め電極
指で構成されたフィルタに対して、その通過帯域以外の
周波数を持つ信号が入力された場合に、斜め電極指から
励振・伝搬される表面波を極めて小さくすることがで
き、すなわち、遮断特性の優れた特性を実現できる。

これに対して、例えば、通常の平行電極指電極に対して
一般的に行われているアポダイズ重み付け法により、斜
め電極指に想定の各チャネルに対してハミング関数やハ
ニング関数の重み付けを行うことを考えると、全チャネ
ルに渡って重み付けを実現することは構造的に不可能で
あり、本発明が斜め電極指に対して極めて効果のある重
み付けであることがわかる。

第２図に本発明の斜め電極指弾性表面波フィルタの全体
の周波数特性例を示すが、図のように帯域外減衰量を大
きくすることができ、肩持性も良好となる。

即ち、従来の斜め電極指を有するフィルタでは、阻止域
の第１サイドローブは前述したように26dBの抑圧しか得
られないが、それに比べてこのフィルタの抑圧は約40dB
である。また肩持性も良好であり、30dB/3dBシェープフ
ァクターは1.1以内である。従って、伝搬路を利用した
周波数特性制御法により、ノッチ特性を実現した場合は
選択度の良好な特性を実現できる。

（発明の効果） 以上説明したように、斜め電極指を用いたフィルタにお
いて、少なくとも一方の斜め電極指トランスジューサか
ら単に数対の電極指を間引くという簡単な手法により、
ある周波数を入力した時に発生する弾性表面波の伝搬方
向と直交する方向に対する強度分布を狭く（集中）する
ことができるから、選択特性を良好にできる。このた
め、フィルタ特性の帯域外減衰量を大きくすることがで
き、肩持性も良好となる。例えば伝搬路上の周波数特性
制御においてノッチ特性を得ようとした場合、良好な肩
持性とノッチの深さを実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は間引き法を適用した本発明の実施例図、第２図
は本発明の周波数特性図、第３図は従来の斜め電極指ト
ランスジューサを用いたフィルタの実施例図、第４図
（ａ），（ｂ）は強度分布の状態を説明するための図で
ある。 １……圧電基板、2,3……従来の送信，受信斜め電極、
４……間引き法を適用した斜め電極、21,31,41……共通
電極、22,32,42……斜め電極指。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−180316（ＪＰ，Ａ) 特公 昭51−28372（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弾性表面波の伝搬方向と直行する方向に沿
   って徐々に拡開する櫛歯状の斜め電極指を有する一対の
   電極を形成し、これらの電極間で弾性表面波の授受を行
   うことにより所定の周波数特性を有する信号を取り出す
   斜め電極指弾性表面波フィルタにおいて、伝搬路に想定
   の各チャネルで夫々のチャネルではそのチヤネルの中心
   周波数近傍でのみ表面波が励振されるよう全チャネルに
   ついて電極中心に対して伝搬方向に電極の外側ほど弾性
   表面波の励振効率を小さくする重み付けを、前記一対の
   電極のうち少なくとも一方に電極の外側付近の斜め電極
   指を間引く間引き法により施したことを特徴とする斜め
   電極指弾性表面波フィルタ。