JPH0823256A - 弾性表面波共振子 - Google Patents

弾性表面波共振子

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JPH0823256A
JPH0823256A JP15622994A JP15622994A JPH0823256A JP H0823256 A JPH0823256 A JP H0823256A JP 15622994 A JP15622994 A JP 15622994A JP 15622994 A JP15622994 A JP 15622994A JP H0823256 A JPH0823256 A JP H0823256A
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electrode
surface acoustic
acoustic wave
electrodes
thinning
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Taira Horishima
平 堀島
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Abstract

(57)【要約】 【目的】広帯域でかつインピーダンス特性上の周波数可
変域にリップルの生じない弾性表面波共振子を提供す
る。 【構成】電気的に励振されることにより表面を弾性表面
波が伝搬する圧電基板1と、圧電基板1上に被着形成さ
れたすだれ状電極2とを備えた弾性表面波共振子におい
て、すだれ状電極2を間引電極で構成し、かつ電極外側
ほど間引く電極指数を多くした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、弾性表面波共振子に関
し、特に広帯域の周波数可変幅を有する電圧制御発振器
(VOC)等に用いる弾性表面波共振子に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から通信機器等のVHF帯VCOの
共振子として、弾性表面波共振子が用いられている。そ
の代表的な構成として、図9に示すように、電気的に励
振されることにより表面を弾性表面波が伝搬する圧電基
板10上に被着形成された一つのすだれ状電極11から
なる弾性表面波励振用トランスデューサの両側に、多数
の金属薄膜ストリップラインもしくは圧電基板10上に
形成された多数の溝よりなる反射器12を配置した1ポ
ート共振子がある。
【0003】しかしながら、このような構成の弾性表面
波共振子は、反射器12の特性によって帯域幅が決ま
り、中心周波数の1%以上の周波数可変幅を得ることは
困難であった。そこで図10に示すような、電気機械結
合係数の大きな圧電基板13上にすだれ状電極14を被
着形成し、広帯域の弾性表面波共振子を構成する提案が
なされている。
【0004】電気機械結合係数の大きな圧電基板13を
用いた弾性表面波共振子では、一般に反射器を用いなく
てもVCOに用いる弾性表面波共振子として十分な共振
の尖鋭度(Q)が得られ、すだれ状電極14のみで弾性
表面波共振子を構成できる。
【0005】しかしながら、このような反射器のない弾
性表面波共振子では、たとえば圧電基板13に(36°
Y−X)LiTaO3 圧電基板を用いた場合のインピー
ダンス特性は図11に示す如くであって、VCOの周波
数可変域(以下、周波数可変域と記す)中の周波数22
6MHzの近傍において多くのリップルが生じている。
この弾性表面波共振子をVCOの共振子として用いたと
き、インピーダンス特性上の周波数可変域に生じたリッ
プルのためにVCOに供給する周波数制御電圧を変化さ
せて発振周波数を変化させた場合に、このリップル位置
で周波数が不連続に跳ぶという不具合が発生していた。
【0006】図7において、縦軸は弾性表面波共振子の
インピーダンスを示し、符号“0”は直列共振点のイン
ピーダンスを示している。
【0007】インピーダンス特性上の周波数可変域に生
ずるリップルは、圧電基板端面からの弾性表面波の反射
によるものと推定され、実際に圧電基板13の端部角を
機械的に粗く削ると、図12に示すようにインピーダン
ス特性上のリップルはほぼ完全に除去される。
【0008】圧電基板端面からの反射波除去の簡便な方
策の一つに、樹脂等の吸収体の圧電基板表面上塗布があ
るが、(36°Y−X)LiTaO3 圧電基板ではほと
んど効果がない。これは(36°Y−X)LiTaO3
圧電基板のようなSH波モードで伝搬する弾性表面波に
は、圧電基板表面上の吸収体による伝搬吸収は少ないた
めと考えられる。
【0009】ところで、周波数可変幅を広くとるために
は、上記したように圧電基板として電気機械結合係数の
大きい圧電基板を用いる必要がある。その代表例とし
て、(36°Y−X)LiTaO3 圧電基板、(64°
Y−X)LiNbO3 圧電基板、(41°Y−X)Li
NbO3 圧電基板等があるが、いずれも伝搬モードがS
H波であり、上記のような方法では端面からの反射波を
除去できないという問題点がある。
【0010】また、圧電基板端面の斜めカットの方法も
あるが、上記と同様な理由により、効果は期待できな
い。
【0011】さらに、圧電基板端部を機械的もしくは化
学的に荒らして、電極の外に漏れ出てきた弾性表面波を
散乱させる方法も考えられるが、製造工程が複雑にな
り、圧電基板の寸法が必要以上に大きくなる等の問題点
がある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、広帯域でか
つインピーダンス特性上の周波数可変域にリップルの生
じない弾性表面波共振子を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の弾性表面波共振
子は、電気的に励振されることにより表面を弾性表面波
が伝搬する圧電基板と、圧電基板上に被着形成されたす
だれ状電極とを備えた弾性表面波共振子において、すだ
れ状電極を間引電極で構成し、かつ電極外側ほど間引く
電極指の数を多くしたことを特徴とする。
【0014】
【作用】本発明においては、反射器を用いないすだれ状
電極によって弾性表面波共振子を構成しているので、可
変幅の広い弾性表面波共振子を実現できる。さらにすだ
れ状電極を電極外側ほど間引く電極指の数を多くした間
引電極で構成しているので、電極中央に弾性表面波のエ
ネルギが閉じ込められ、圧電基板端面反射波の影響でイ
ンピーダンス特性上に生ずるリップルが除去される。従
って、VCOの共振子として用いたときに周波数跳びの
ない実用的な弾性表面波共振子となる。
【0015】
【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。
【0016】図1は、本発明に係る弾性表面波共振子の
第1実施例の構成を示す平面図である。
【0017】第1の実施例の弾性表面波共振子は、(3
6°Y−X)LiTaO3 からなる圧電基板1上にすだ
れ状電極2を被着形成し、すだれ状電極2は間引電極で
構成されており、かつ間引電極は外側ほど間引いた電極
指数が多くなっている。
【0018】ここで、電極指を間引くということは、図
1に示されている如く、所定位置の電極指をなくするこ
とを意味している。36対のすだれ電極から合計10対
の電極指対を間引いた例を模式的に示せば、図2に示す
如くになる。
【0019】図2において、符号“1”は上側電極a
(+側)に接続されている電極指を、符号“−1”は下
側電極b(−側)に接続されている電極指を、符号
“0”は間引かれた電極指を示している。また、図2に
おいて、小文字数字は左側から電極指対に付した対数を
示す番号であり、枠内は上側電極aに接続されている電
極指のみを表示したものである。
【0020】すだれ状電極2の構成をこのようにするこ
とで、すだれ状電極2の中央部分に弾性表面波のエネル
ギを閉じ込めることができ、弾性表面波はすだれ状電極
2の外側に漏れ出ないので、圧電基板1の端面からの反
射波は発生しない。この結果、インピーダンス特性上の
周波数可変域におけるリップルが消滅する。
【0021】具体的には、第1実施例の弾性表面波共振
子において、圧電基板1に(36°Y−X)LiTaO
3 からなる圧電基板を用いて、すだれ状電極2を150
対の正規形電極から総計52対の電極指を間引いた構成
とし、電極指の間引きは図3に示されるような配置とし
た場合における弾性表面波共振子のインピーダンス特性
の測定結果は図4に示す如くである。
【0022】図4に示した第1実施例の弾性表面波共振
子による場合のインピーダンス特性と図11に示した従
来の弾性表面波共振子のインピーダンス特性とを比較す
れば明らかなように、従来の弾性表面波共振子によって
生じていた周波数可変域のリップルが第1実施例の弾性
表面波共振子では除去されていることが判る。
【0023】なお、図3は図2において枠内に示したよ
うに上側電極aに接続されている電極指の位置のみを示
している。図3において下側電極bに接続されている電
極指の位置は図2の表示から容易に類推することができ
るために、図3では下側電極bに接続されている電極指
は省略して、上側電極aに接続されている電極指の位置
のみを簡潔に示した。
【0024】次に図5は上記した第1実施例の変形例を
示す平面図である。
【0025】図5に示した変形例の弾性表面波共振子は
図1に示した第1実施例におけるすだれ状電極2に代わ
って、すだれ状電極21が圧電基板1上に被着形成して
ある。
【0026】すだれ状電極21はすだれ状電極2におい
て間引きのために除去された圧電基板1上の電極指部分
の跡に、図6に示すように下側電極bに接続された電極
指、すなわち同電位の電極指をダミー電極指d1
2 、…、d8 として被着形成して、圧電基板1上にお
ける電極指ピッチを等ピッチにしてある。
【0027】図6は図2に対応しており、枠内は上側電
極aに接続される電極指を示し、符号“1”は上側電極
aに接続される電極指を、符号“0”は間引かれた電極
指を示している。また、枠外においては圧電基板1上の
電極指を示し、符号“1”は上側電極aに接続される電
極指を示し、符号“−1”は下側電極bに接続される電
極指を示し、枠内における符号“0”に対応する電極指
対はダミー電極指を示している。
【0028】このようにダミー電極指を被着形成するこ
とによって、電極指ピッチは等ピッチとなって弾性表面
波の位相が合わせられることになり、電極指の間隔が不
均一になることによる不都合が避けられる。
【0029】ダミー電極指を被着形成した理由は次のと
おりである。通常の弾性表面波変換器は等ピッチで配列
された電極指群によって構成されており、この電極指ピ
ッチは図7に示すように、励振される弾性表面波の波長
に対応している。特に、弾性表面波変換器を共振器とし
て応用する場合は、所望の周波数に対応した波長の定在
波を発生させるために各電極指対位置で弾性表面波の位
相を合わせる必要が生ずる。
【0030】しかるに上記した第1実施例の弾性表面波
共振子に示したようにすだれ状電極2の電極指の一部を
間引く場合に、図1に示したように間引き位置の電極指
を単純に除去してしまうと、間引かれて電極指のない部
分において弾性表面波の音速が僅かに早くなって、位相
のずれが生ずる。しかし、上記した変形例によるときは
電極指ピッチは等ピッチとなって、位相のずれが防止さ
れる。
【0031】さらに電極指においては弾性表面波の機械
的反射(金属薄膜表面領域と自由表面領域との境界にお
ける音響インピーダンスの不連続による弾性表面波の反
射)および電気的反射(圧電材料による電気的再励起に
よる弾性表面波の反射)があるために、電極指を除去し
た場合の問題は、より複雑になる。
【0032】しかるに上記したように、ダミー電極指d
1 〜d8 を被着形成し、かつ同電位としたために、ダミ
ー電極指対で弾性表面波が励振されず電極指を間引いた
のと同様の効果が得られると共に、弾性表面波が励振さ
れないということ以外の点においては他部分の電極指と
同等であって、弾性表面波の機械的反射や電気的反射に
よる特別の影響はなくなる。
【0033】次に本発明の第2実施例について説明す
る。
【0034】第2実施例の弾性表面波共振子は、電極指
を弾性表面波の励振強度分布が所定の関数、例えば緩や
かに変化する関数であるハミング関数で近似されるよう
に間引いた場合の例である。
【0035】第2実施例の弾性表面波共振子では、例え
ば、N対の電極指(電極指本数=2N+1本)を有する
正規形電極からハミング関数で近似されるような励振強
度分布となるように間引く電極指を定めて、電極指を間
引いてすだれ状電極を構成する。このように構成するた
めには、n番目の電極指位置での弾性表面波の励振強度
Iが I=0.54+0.46・cosX …(1) ここで、Xは X=π・n/(N+1)−π …(2) となるように電極指を間引けばよい。
【0036】すなわち、(1)式から計算される励振強
度Iが小さいほど、その近傍から間引く電極指の本数を
多くする。従って、(1)式で表される関数近似によっ
て間引きが行われたすだれ状電極21は、弾性表面波の
伝搬方向に対して対称に電極指が間引かれており、電極
外側ほど間引き本数が多くなっている。
【0037】図8はこのような電極の弾性表面波エネル
ギ分布を示したもので、電極中央に弾性表面波のエネル
ギが集中しており、電極内に弾性表面波が閉じ込められ
ている。従って、このようなすだれ状電極構成によっ
て、本発明の第1実施例と同様な効果が得られることは
明らかである。図8において、縦軸はノルマライズした
エネルギレベルを示している。
【0038】なお、この種の近似関数の別の例として、
弾性表面波の励振強度Iが I=(sinX)/X …(3) X=π・n/(N+1)−π …(4) となるようなシンク関数であっても同様の効果が得られ
る。
【0039】さらに、本第2実施例においては、所定の
近似関数として(1)、(3)式で表されるハミング関
数およびシンク関数を用いて説明したが、電極の弾性表
面波エネルギ分布が図8のように電極両端部で小さくな
るような関数であれば、同様な効果が得られることは明
らかである。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電極外に不要な弾性表面波が漏れ出ることがなく、圧電
基板端面等による反射波が発生しないので、インピーダ
ンス特性上の周波数可変域におけるリップルを抑圧で
き、周波数跳びのない実用的なVCO用の弾性表面波共
振子が実現できる。
【0041】また、従来構造と全く同等の製造工程で作
成可能であり、製造工程が複雑になることはない。さら
に、電極部分以外に何らかの加工を施す必要がないた
め、圧電基板の寸法を必要最小限の大きさに抑えること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る弾性表面波共振子の第1実施例の
構成を示す平面図である。
【図2】本発明の第1実施例におけるすだれ状電極が3
6対の電極指からなる場合の間引き位置を示す模式図で
ある。
【図3】本発明の第1実施例におけるすだれ状電極が1
50対の電極指からなる場合の間引き位置を示す模式図
である。
【図4】第1実施例のインピーダンス特性を示す図であ
る。
【図5】本発明に係る弾性表面波共振子の第1実施例の
変形例の構成を示す平面図である。
【図6】第1実施例の変形例におけるダミー電極指被着
形成位置の説明に供する模式図である。
【図7】第1実施例の変形例の作用の説明に供する配置
模式図である。
【図8】本発明の第2実施例を説明するための、間引電
極における弾性表面波エネルギ分布図である。
【図9】従来例に係る弾性表面波共振子の構成を示す平
面図である。
【図10】他の従来例に係る弾性表面波共振子の構成を
示す平面図である。
【図11】図10に示す従来例のインピーダンス特性を
示す図である。
【図12】他の従来例の端面処理を実施した場合のイン
ピーダンス特性を示す図である。
【符号の説明】
1、10、13…圧電基板 2、21…す
だれ状電極 12…反射器 d1 〜d8
ダミー電極指

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電気的に励振されることにより表面を弾性
    表面波が伝搬する圧電基板と、圧電基板上に被着形成さ
    れたすだれ状電極とを備えた弾性表面波共振子におい
    て、すだれ状電極を間引電極で構成し、かつ電極外側ほ
    ど間引く電極指の数を多くしたことを特徴とする弾性表
    面波共振子。
  2. 【請求項2】請求項1記載の弾性表面波共振子におい
    て、間引電極は弾性表面波エネルギ分布が、電極中央部
    より両端部で小さくなるような関数の近似値に基づいて
    電極指を間引いたことを特徴とする弾性表面波共振子。
  3. 【請求項3】請求項1記載の弾性表面波共振子におい
    て、間引かれた電極指位置に同電位とされたダミー電極
    指を被着形成したことを特徴とする弾性表面波共振子。
JP15622994A 1994-07-07 1994-07-07 弾性表面波共振子 Pending JPH0823256A (ja)

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