JPH0897672A - 弾性表面波デバイス - Google Patents
弾性表面波デバイスInfo
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- JPH0897672A JPH0897672A JP6233550A JP23355094A JPH0897672A JP H0897672 A JPH0897672 A JP H0897672A JP 6233550 A JP6233550 A JP 6233550A JP 23355094 A JP23355094 A JP 23355094A JP H0897672 A JPH0897672 A JP H0897672A
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- electrodes
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- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
- H03H9/145—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks using surface acoustic waves
- H03H9/14502—Surface acoustic wave [SAW] transducers for a particular purpose
- H03H9/14505—Unidirectional SAW transducers
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
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- Acoustics & Sound (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 挿入損失が小さく、位相および周波数特性が
優れているとともに製造し易い弾性表面波デバイスを提
供する。 【構成】 リチウムテトラボレートの単結晶より成り、
オイラー角（ψ，θ，φ）で表されるカット角をψ＝+5
°〜-5°、θ=9°〜29°、32°〜86°、φ=85 °〜95°
となるようにカットおよび伝搬方向を選んだ基板の上
に、この基板の異方性と相俟ってナチュラル単相形一方
向性変換器特性を出現させる構造の電極を配置する。弾
性表面波の波長をλとして、電極幅がλ/4の正規形電極
やλ/8のダブル電極を使用できるので、製造が容易とな
る。θ=51 °以外の角度に設定したときの一方向性のず
れは電極構造を変更することにより修正できる。
優れているとともに製造し易い弾性表面波デバイスを提
供する。 【構成】 リチウムテトラボレートの単結晶より成り、
オイラー角（ψ，θ，φ）で表されるカット角をψ＝+5
°〜-5°、θ=9°〜29°、32°〜86°、φ=85 °〜95°
となるようにカットおよび伝搬方向を選んだ基板の上
に、この基板の異方性と相俟ってナチュラル単相形一方
向性変換器特性を出現させる構造の電極を配置する。弾
性表面波の波長をλとして、電極幅がλ/4の正規形電極
やλ/8のダブル電極を使用できるので、製造が容易とな
る。θ=51 °以外の角度に設定したときの一方向性のず
れは電極構造を変更することにより修正できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＳＡＷフィルタやＳＡ
Ｗ共振器のような弾性表面波デバイスに関するものであ
り、特にナチュラル単相形一方向性変換器（Natural Si
ngle-Phase Unidirectional Transducerを省略してNSPU
DTと呼ばれている) 特性を利用した弾性表面波デバイス
に関するものである。
Ｗ共振器のような弾性表面波デバイスに関するものであ
り、特にナチュラル単相形一方向性変換器（Natural Si
ngle-Phase Unidirectional Transducerを省略してNSPU
DTと呼ばれている) 特性を利用した弾性表面波デバイス
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、弾性表面波デバイスの一つとし
て、圧電性基板の上に単相信号源の位相が180 °異なる
２端子にそれぞれ接続される電極である正電極および負
電極をインターディジタル形（すだれ状) に組み合わせ
た送信側変換器と、同じく正電極および負電極をインタ
ーディジタルに組み合わせた受信側変換器とを配置し、
特定の周波数帯域の信号のみを選択的に取り出すトラン
スバーサル型ＳＡＷフィルタが広く実用化されている。
て、圧電性基板の上に単相信号源の位相が180 °異なる
２端子にそれぞれ接続される電極である正電極および負
電極をインターディジタル形（すだれ状) に組み合わせ
た送信側変換器と、同じく正電極および負電極をインタ
ーディジタルに組み合わせた受信側変換器とを配置し、
特定の周波数帯域の信号のみを選択的に取り出すトラン
スバーサル型ＳＡＷフィルタが広く実用化されている。
【０００３】このようなＳＡＷフィルタにおいては、挿
入損失を低く抑えるとともに帯域内でのリップルを小さ
く抑えることが要求されている。通常のインターディジ
タル形の電極構造を使用する場合には、両方向性となる
ため、理論的な最小損失が6dB となり、挿入損失を低く
抑えることができない欠点がある。一方、このような欠
点を解消するために、複数の受信側変換器を複数の送信
側変換器の両側に配置した多電極構造方式( マルチトラ
ンスデューサ方式) が提案されている。このような多電
極構造方式のＳＡＷフィルタでは、挿入損失を1.5 〜2d
B 程度まで低くすることができるが、これら変換器の制
御が非常に難しく良好な位相特性や周波数特性が得られ
ないばかりでなく、製造も非常に難しいという欠点があ
る。弾性表面波デバイスの性能を向上するには、低損失
化のみでなく位相特性の平坦化および通過域のリップ
ル、阻止域の抑圧といった周波数特性の改善も重要な問
題である。
入損失を低く抑えるとともに帯域内でのリップルを小さ
く抑えることが要求されている。通常のインターディジ
タル形の電極構造を使用する場合には、両方向性となる
ため、理論的な最小損失が6dB となり、挿入損失を低く
抑えることができない欠点がある。一方、このような欠
点を解消するために、複数の受信側変換器を複数の送信
側変換器の両側に配置した多電極構造方式( マルチトラ
ンスデューサ方式) が提案されている。このような多電
極構造方式のＳＡＷフィルタでは、挿入損失を1.5 〜2d
B 程度まで低くすることができるが、これら変換器の制
御が非常に難しく良好な位相特性や周波数特性が得られ
ないばかりでなく、製造も非常に難しいという欠点があ
る。弾性表面波デバイスの性能を向上するには、低損失
化のみでなく位相特性の平坦化および通過域のリップ
ル、阻止域の抑圧といった周波数特性の改善も重要な問
題である。
【０００４】上述した要求を満たすために、理想的には
１ｄＢ以下の挿入損失と良好な位相および周波数特性が
可能となる一方向性変換器が使用されている。この一方
向性変換器としては、種々の型式のものが提案されてい
るが、大別して(a) 多相形一方向性変換器と、(b) 単相
形一方向性変換器とがある。さらに、後者の単相形一方
向性変換器としては、電極構造の非対称性、質量負荷効
果による内部反射を用いた単相形一方向性変換器、励振
電極の間に反射バンクを配置した反射バンク形一方向性
変換器、浮き電極による反射を用いた単相形一方向性変
換器や基板の異方性を利用するナチュラル単相形一方向
性変換器などが提案されている。これらの一方向性変換
器を用いた弾性表面波デバイスでは、励振波と反射波と
の位相差が、前進方向では同相となり、それと反対の方
向では逆相となることによって方向性を持たせるように
している。
１ｄＢ以下の挿入損失と良好な位相および周波数特性が
可能となる一方向性変換器が使用されている。この一方
向性変換器としては、種々の型式のものが提案されてい
るが、大別して(a) 多相形一方向性変換器と、(b) 単相
形一方向性変換器とがある。さらに、後者の単相形一方
向性変換器としては、電極構造の非対称性、質量負荷効
果による内部反射を用いた単相形一方向性変換器、励振
電極の間に反射バンクを配置した反射バンク形一方向性
変換器、浮き電極による反射を用いた単相形一方向性変
換器や基板の異方性を利用するナチュラル単相形一方向
性変換器などが提案されている。これらの一方向性変換
器を用いた弾性表面波デバイスでは、励振波と反射波と
の位相差が、前進方向では同相となり、それと反対の方
向では逆相となることによって方向性を持たせるように
している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したナチュラル単
相形一方向性変換器以外の単相形一方向性変換器におい
ては、いずれも電極構造が複雑となり、特に電極エッジ
間の間隔および電極幅はλ/4よりも狭くする必要があ
り、動作周波数が高くなるのに伴ってこの寸法はきわめ
て小さくなり、所望の寸法を有する電極を正確に製造す
ることが困難となる欠点がある。
相形一方向性変換器以外の単相形一方向性変換器におい
ては、いずれも電極構造が複雑となり、特に電極エッジ
間の間隔および電極幅はλ/4よりも狭くする必要があ
り、動作周波数が高くなるのに伴ってこの寸法はきわめ
て小さくなり、所望の寸法を有する電極を正確に製造す
ることが困難となる欠点がある。
【０００６】このような欠点を解消する手段の一つとし
て、圧電性基板自体の異方性によって電極エッジ間隔や
電極幅がλ/4の通常の電極を使用するにも拘らず、一方
向特性を持たせたナチュラル単相形一方向性変換器（NS
PUDT) が提案されている。このNSPUDT動作を採用した弾
性表面波デバイスにおいては、基板自体の異方性を利用
しているが、このような異方性により一方向性特性(NSP
UDT 特性)を示す圧電性基板としては、従来から水晶基
板、LiNbO3基板、LiTaO3基板が知られている。しかしな
がら、これら従来の基板を用いたNSPUDTでは、電気機械
結合係数K2が小さいこと、零遅延時間温度係数がないこ
と、パワーフロー角が零でないこと、方向性反転電極が
容易に実現できないことなどの理由のため、理想的な弾
性表面波デバイスを得るのが難しく、実用上の制約を受
ける欠点がある。
て、圧電性基板自体の異方性によって電極エッジ間隔や
電極幅がλ/4の通常の電極を使用するにも拘らず、一方
向特性を持たせたナチュラル単相形一方向性変換器（NS
PUDT) が提案されている。このNSPUDT動作を採用した弾
性表面波デバイスにおいては、基板自体の異方性を利用
しているが、このような異方性により一方向性特性(NSP
UDT 特性)を示す圧電性基板としては、従来から水晶基
板、LiNbO3基板、LiTaO3基板が知られている。しかしな
がら、これら従来の基板を用いたNSPUDTでは、電気機械
結合係数K2が小さいこと、零遅延時間温度係数がないこ
と、パワーフロー角が零でないこと、方向性反転電極が
容易に実現できないことなどの理由のため、理想的な弾
性表面波デバイスを得るのが難しく、実用上の制約を受
ける欠点がある。
【０００７】本発明の目的はこのような従来のNSPUDTを
用いる弾性表面波デバイスの欠点を解消もしくは軽減
し、十分実用に供する優れた特性を有する弾性表面波デ
バイスを提供しようとするものである。
用いる弾性表面波デバイスの欠点を解消もしくは軽減
し、十分実用に供する優れた特性を有する弾性表面波デ
バイスを提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明による弾性表面波
デバイスは、リチウムテトラボレートの単結晶より成
り、（ψ，θ，φ）で表されるカット角をψ＝+5°〜-5
°、θ=9°〜29°、32°〜86°、φ=85 °〜95°となる
ようにカットおよび伝搬方向を選んだ基板と、この基板
上に形成され、基板の異方性と相俟ってNSPUDT特性を出
現させる構造を有する少なくとも１つの電極とを具える
ことを特徴とするものである。
デバイスは、リチウムテトラボレートの単結晶より成
り、（ψ，θ，φ）で表されるカット角をψ＝+5°〜-5
°、θ=9°〜29°、32°〜86°、φ=85 °〜95°となる
ようにカットおよび伝搬方向を選んだ基板と、この基板
上に形成され、基板の異方性と相俟ってNSPUDT特性を出
現させる構造を有する少なくとも１つの電極とを具える
ことを特徴とするものである。
【０００９】
【作用】本発明による弾性表面波デバイスの圧電性基板
を構成するリチウムテトラボレートを弾性表面波デバイ
スの基板として用いること自体は既知であり、例えば特
開平2-44169 号公報や「1994年電子情報通信学会春季大
会」予稿集の1-446 ページに記載されている。特に後者
の文献に記載されているリチウムテトラボレート基板の
カット角は（0 °, 47.3°, 90°) となっており、上述
した本発明の範囲内に入っている。しかしながら、従来
のリチウムテトラボレート基板を用いた弾性表面波デバ
イスでは、この基板が「異方性による一方向性特性を有
すること（NSPUDT動作）」を利用していない。すなわ
ち、リチウムテトラボレート基板の異方性と相俟って一
方向性を出現させるような電極との組み合わせを採用し
ていない。これに対し、本発明においては、上述した範
囲のカット角を有する異方性を有するリチウムテトラボ
レート基板と、この基板の異方性と相俟って一方向性を
出現させるような電極とを組み合わせたものである。こ
のように基板の異方性を利用して一方向性を持たせるに
は、例えばλ/4の幅を有する正電極および負電極をλ/4
のエッジ間隔を以て交互に配置した通常の正規形電極を
使用することができるが、従来のリチウムテトラボレー
ト基板を用いた弾性表面波デバイスにおいては、このよ
うに基板の異方性と相俟って一方向性を出現させるよう
な電極、例えば正規形電極を用いておらず、したがって
NSPUDT動作とはなっていない。
を構成するリチウムテトラボレートを弾性表面波デバイ
スの基板として用いること自体は既知であり、例えば特
開平2-44169 号公報や「1994年電子情報通信学会春季大
会」予稿集の1-446 ページに記載されている。特に後者
の文献に記載されているリチウムテトラボレート基板の
カット角は（0 °, 47.3°, 90°) となっており、上述
した本発明の範囲内に入っている。しかしながら、従来
のリチウムテトラボレート基板を用いた弾性表面波デバ
イスでは、この基板が「異方性による一方向性特性を有
すること（NSPUDT動作）」を利用していない。すなわ
ち、リチウムテトラボレート基板の異方性と相俟って一
方向性を出現させるような電極との組み合わせを採用し
ていない。これに対し、本発明においては、上述した範
囲のカット角を有する異方性を有するリチウムテトラボ
レート基板と、この基板の異方性と相俟って一方向性を
出現させるような電極とを組み合わせたものである。こ
のように基板の異方性を利用して一方向性を持たせるに
は、例えばλ/4の幅を有する正電極および負電極をλ/4
のエッジ間隔を以て交互に配置した通常の正規形電極を
使用することができるが、従来のリチウムテトラボレー
ト基板を用いた弾性表面波デバイスにおいては、このよ
うに基板の異方性と相俟って一方向性を出現させるよう
な電極、例えば正規形電極を用いておらず、したがって
NSPUDT動作とはなっていない。
【００１０】また、本発明においては、リチウムテトラ
ボレート基板のカット角を、オイラー角（ψ，θ，φ）
で表したときに、ψ＝+5°〜-5°、θ=9°〜29°、32〜
86°、φ=85 〜95°の範囲内の値としたが、このような
数値範囲を選定した理由は次の通りである。これらの角
度の内、ψおよびφはそれぞれ０°および90°が理想で
あるが、製造上の誤差を考慮して範囲を持たせた。すな
わち、ψおよびφについては± 5°までの誤差範囲の中
であれば、本発明の所期の目的を達成することができる
ことを確かめた。角度θは異方性に関係するパラメータ
であり、これを0 °、30°、90°近傍の値とするとどの
ような電極と組み合わせてもNSPUDT特性による一方向性
を得ることができないことを確かめた。すなわち、角度
θが30°付近では、一方向性を得るために重要な電極の
反射が弱く、また0 °および90°付近では反射波の位相
と励振波の位相との位相差の関係からNSPUDT動作が得ら
れず、電極の位置をずらしても一方向性の実現が困難で
あることがわかった。
ボレート基板のカット角を、オイラー角（ψ，θ，φ）
で表したときに、ψ＝+5°〜-5°、θ=9°〜29°、32〜
86°、φ=85 〜95°の範囲内の値としたが、このような
数値範囲を選定した理由は次の通りである。これらの角
度の内、ψおよびφはそれぞれ０°および90°が理想で
あるが、製造上の誤差を考慮して範囲を持たせた。すな
わち、ψおよびφについては± 5°までの誤差範囲の中
であれば、本発明の所期の目的を達成することができる
ことを確かめた。角度θは異方性に関係するパラメータ
であり、これを0 °、30°、90°近傍の値とするとどの
ような電極と組み合わせてもNSPUDT特性による一方向性
を得ることができないことを確かめた。すなわち、角度
θが30°付近では、一方向性を得るために重要な電極の
反射が弱く、また0 °および90°付近では反射波の位相
と励振波の位相との位相差の関係からNSPUDT動作が得ら
れず、電極の位置をずらしても一方向性の実現が困難で
あることがわかった。
【００１１】
【実施例】図１は本発明による弾性表面波デバイスに用
いるリチウムテトラボレート基板の結晶軸と座標系との
関係を示すものである。リチウムテトラボレート基板１
のカット角をオイラー角表示で表すと、本発明において
は、（ψ，θ，φ）の内、ψを０°を中心として± 5°
の範囲内の値とし、φを90°を中心として± 5°の範囲
内の値とするが、図１でこれらの角度ψおよびφはそれ
ぞれ0°および90°の理想的な値を有するものとする。
また、NSPUDT特性に最も影響を与える角θ、すなわち結
晶軸Ｚと座標系ｚとの成す角度は本発明においては、9
°〜29°、32°〜86°の範囲内の値とする。
いるリチウムテトラボレート基板の結晶軸と座標系との
関係を示すものである。リチウムテトラボレート基板１
のカット角をオイラー角表示で表すと、本発明において
は、（ψ，θ，φ）の内、ψを０°を中心として± 5°
の範囲内の値とし、φを90°を中心として± 5°の範囲
内の値とするが、図１でこれらの角度ψおよびφはそれ
ぞれ0°および90°の理想的な値を有するものとする。
また、NSPUDT特性に最も影響を与える角θ、すなわち結
晶軸Ｚと座標系ｚとの成す角度は本発明においては、9
°〜29°、32°〜86°の範囲内の値とする。
【００１２】リチウムテトラボレート基板１において、
NSPUDTが現れるカット角を見出すためには、電極の摂動
効果を１次の効果として変換器の動作解析に反映させた
モード結合理論と、モード結合パラメータの弾性表面波
粒子速度や電位、電極の材質、電極構造依存性を閉じた
形の式で表すことのできる摂動論との２つの理論を組み
合わせた解析方法が非常に有力であり、本発明において
もこの解析方法を採用した。モード結合方程式を支配す
る４つのパラメータ、すなわち自己結合係数κ11, モー
ド間結合係数κ12，変換係数ζ，単位長当たりすなわち
１対当たりの静電容量Ｃの内、モード間結合係数κ12が
電極反射に直接関係し、NSPUDT動作の中核をなすもので
ある。通常の両方向性インターディジタル形電極より成
る変換器では、このモード間結合係数κ12は実数である
が、構造の非対称性を用いた一方向性インターディジタ
ル形電極やNSPUDTでは複素数となる。
NSPUDTが現れるカット角を見出すためには、電極の摂動
効果を１次の効果として変換器の動作解析に反映させた
モード結合理論と、モード結合パラメータの弾性表面波
粒子速度や電位、電極の材質、電極構造依存性を閉じた
形の式で表すことのできる摂動論との２つの理論を組み
合わせた解析方法が非常に有力であり、本発明において
もこの解析方法を採用した。モード結合方程式を支配す
る４つのパラメータ、すなわち自己結合係数κ11, モー
ド間結合係数κ12，変換係数ζ，単位長当たりすなわち
１対当たりの静電容量Ｃの内、モード間結合係数κ12が
電極反射に直接関係し、NSPUDT動作の中核をなすもので
ある。通常の両方向性インターディジタル形電極より成
る変換器では、このモード間結合係数κ12は実数である
が、構造の非対称性を用いた一方向性インターディジタ
ル形電極やNSPUDTでは複素数となる。
【００１３】１次のオーダーの摂動論によれば、弾性表
面波の波長λで規格化したモード間結合係数κ12は次式
で表される。
面波の波長λで規格化したモード間結合係数κ12は次式
で表される。
【数１】 ここで、ｈは電極膜厚、右辺の第１項のK E は電極の電
気的摂動を表し、第２項は弾性的摂動を表すものであ
る。また、モード間結合係数κ12と電極の１波長当たり
の反射係数とは次の関係がある。
気的摂動を表し、第２項は弾性的摂動を表すものであ
る。また、モード間結合係数κ12と電極の１波長当たり
の反射係数とは次の関係がある。
【数２】 r+ = - j κ12 * λ r- = - jκ12λ (2) ここで、 r+ と r- は、それぞれ＋ｘ向きと−ｘ向きに
見たときの反射係数で、NSPUDTの場合、 r+ ≠ r- であ
る。またκ12* は複素共役を表すものである。最適のNS
PUDT動作が得られる位相条件は、次式で与えられる。
見たときの反射係数で、NSPUDTの場合、 r+ ≠ r- であ
る。またκ12* は複素共役を表すものである。最適のNS
PUDT動作が得られる位相条件は、次式で与えられる。
【数３】 arg(κ12λ )＝±90°, ( φ0 ＝±45°) (3) ここで、複合は順方向が図１の＋ｘ向きのとき＋符号、
−ｘ向きのとき−符号をとる。電極の膜厚が十分厚く、
電気的摂動が無視できるような場合には、モード間結合
係数κ12の位相角２φ0 は弾性的摂動項の位相角２φM
で決まり、φM ＝±45°のとき最適なNSPUDT動作が得ら
れることになる。また、NSPDUTの方向性Ｄ(dB)は、(3)
式の位相条件が満足されるとき、反射係数またはモード
間結合係数κ12の大きさに比例することになる。
−ｘ向きのとき−符号をとる。電極の膜厚が十分厚く、
電気的摂動が無視できるような場合には、モード間結合
係数κ12の位相角２φ0 は弾性的摂動項の位相角２φM
で決まり、φM ＝±45°のとき最適なNSPUDT動作が得ら
れることになる。また、NSPDUTの方向性Ｄ(dB)は、(3)
式の位相条件が満足されるとき、反射係数またはモード
間結合係数κ12の大きさに比例することになる。
【００１４】本発明者等は、電極をアルミニウムとし、
反射係数が大きく、上述した位相条件を満たすリチウム
テトラボレート基板のカット角を、オイラー角表示で(0
°, 90°, φ) 、(0°, θ, 90°) および( ψ, 90°,
90°) で表される３つの基板について、既知の定数を用
いて理論的に探索した。なお、電極幅はλ／４とした。
その結果、図１に示すようなカット角(0°, θ, 90°)
のリチウムテトラボレート基板についてNSPUDT動作が存
在することを確認した。
反射係数が大きく、上述した位相条件を満たすリチウム
テトラボレート基板のカット角を、オイラー角表示で(0
°, 90°, φ) 、(0°, θ, 90°) および( ψ, 90°,
90°) で表される３つの基板について、既知の定数を用
いて理論的に探索した。なお、電極幅はλ／４とした。
その結果、図１に示すようなカット角(0°, θ, 90°)
のリチウムテトラボレート基板についてNSPUDT動作が存
在することを確認した。
【００１５】図２は、このカット角におけるK E , K
M , φM の値を角θをパラメータとして示したもので
ある。これらのパラメータの内、φM が方向性に最も大
きく寄与するパラメータであり、本発明においては、15
°≦｜φM ｜≦60°でかつ反射が無くなるθ = 30 °の
近傍の値を除くようにθの範囲を設定したものである。
M , φM の値を角θをパラメータとして示したもので
ある。これらのパラメータの内、φM が方向性に最も大
きく寄与するパラメータであり、本発明においては、15
°≦｜φM ｜≦60°でかつ反射が無くなるθ = 30 °の
近傍の値を除くようにθの範囲を設定したものである。
【００１６】図３は、ＳＡＷ速度 VR , 電気機械結合定
数 K2,遅延時間温度係数TCD をともに角度θを横軸にと
って示すものである。以上より、θ=18 °でφM＝＋45
°、θ＝51°でφM ＝−45°となっていることがわか
る。これら２つの角度におけるK2の値には大差はない
が、θ=18 °の近傍ではK M が小さく、方向性を大きく
するためには電極をかなり厚くする必要があることがわ
かる。また、θ= 50°〜86°の範囲においては、TCD も
比較的小さく良好なNSPUDTが期待できることがわかる。
また、θ＜30°の領域と、θ＞30°の領域とではφM の
符号が異なるため、例えばθ＝18°とθ＝51°の場合で
は、同じ電極構造で得られるNSPUDT特性の順方向は逆と
なる。
数 K2,遅延時間温度係数TCD をともに角度θを横軸にと
って示すものである。以上より、θ=18 °でφM＝＋45
°、θ＝51°でφM ＝−45°となっていることがわか
る。これら２つの角度におけるK2の値には大差はない
が、θ=18 °の近傍ではK M が小さく、方向性を大きく
するためには電極をかなり厚くする必要があることがわ
かる。また、θ= 50°〜86°の範囲においては、TCD も
比較的小さく良好なNSPUDTが期待できることがわかる。
また、θ＜30°の領域と、θ＞30°の領域とではφM の
符号が異なるため、例えばθ＝18°とθ＝51°の場合で
は、同じ電極構造で得られるNSPUDT特性の順方向は逆と
なる。
【００１７】本発明による角度θの範囲内において、特
に51°＜θの領域ではθが大きくなるにしたがって、φ
M が−45°からずれるが、電極の構造を変えることによ
ってずれの補正が可能であり、K M が大きいので、電極
膜厚が薄くても相当大きな方向性が得られるものであ
る。また、この角度範囲は、零TCD カット(θ＝78°)
を含んでいるところからも有用であることがわかる。カ
ット角(0°,θ, 90°) の基板のパワーフロー角(PFA)
は零であり、この点でも実用上有利である。
に51°＜θの領域ではθが大きくなるにしたがって、φ
M が−45°からずれるが、電極の構造を変えることによ
ってずれの補正が可能であり、K M が大きいので、電極
膜厚が薄くても相当大きな方向性が得られるものであ
る。また、この角度範囲は、零TCD カット(θ＝78°)
を含んでいるところからも有用であることがわかる。カ
ット角(0°,θ, 90°) の基板のパワーフロー角(PFA)
は零であり、この点でも実用上有利である。
【００１８】表１は、最適な位相条件を満足する(0°,
51°, 90°) カットと零TCD が得られる(0°, 78°,90
°) カットにおいて正規形電極を用いた場合のモード結
合パラメータとＳＡＷ特性を示すものであり、参考のた
めに水晶とLiTaO3基板の数値も示した。
51°, 90°) カットと零TCD が得られる(0°, 78°,90
°) カットにおいて正規形電極を用いた場合のモード結
合パラメータとＳＡＷ特性を示すものであり、参考のた
めに水晶とLiTaO3基板の数値も示した。
【表１】
【００１９】図４および図５はλ＝15μm 、対数が50、
開口長が200 λの正規形電極を設けたNSPUDTの変換損失
を表１のパラメータを用いて計算したものであり、図４
は(0°, 51°,90 °) カットの基板を用い、h/λ＝0.02
5 の場合、図５は(0°, 78°,90 °) カットの基板を用
い、h/λ＝0.01の場合である。これら図４および図５並
びに後述する図９，11, 13および15において、実線は図
１において−ｘの向きでの変換損失を表し、破線は＋ｘ
の向きでの変換損失を表している。中心周波数において
は、順方向と逆方向との変換損失差が大きくなり、一方
向性が現れている。これらのグラフを比較するとわかる
ように、図４の場合では理想的な一方向性特性が得られ
ており、図５の零TCD カット、すなわち(0°, 78°,90
°) カットでは方向性のずれが若干認められるが電極膜
厚が薄くても(h/ λ=0.01)、かなり強い一方向性が得ら
れている。
開口長が200 λの正規形電極を設けたNSPUDTの変換損失
を表１のパラメータを用いて計算したものであり、図４
は(0°, 51°,90 °) カットの基板を用い、h/λ＝0.02
5 の場合、図５は(0°, 78°,90 °) カットの基板を用
い、h/λ＝0.01の場合である。これら図４および図５並
びに後述する図９，11, 13および15において、実線は図
１において−ｘの向きでの変換損失を表し、破線は＋ｘ
の向きでの変換損失を表している。中心周波数において
は、順方向と逆方向との変換損失差が大きくなり、一方
向性が現れている。これらのグラフを比較するとわかる
ように、図４の場合では理想的な一方向性特性が得られ
ており、図５の零TCD カット、すなわち(0°, 78°,90
°) カットでは方向性のずれが若干認められるが電極膜
厚が薄くても(h/ λ=0.01)、かなり強い一方向性が得ら
れている。
【００２０】上述したように本発明によるリチウムテト
ラボレート基板は優れた一方向性を示すものであるが、
例えばこれをＳＡＷフィルタとして用いる場合には、電
極の構成が問題となる。すなわち、NSPUDT基板の難点
は、同じ電極構造の変換器では送受の順方向が互いに向
き合ったフィルタ( 一方向性変換器の組) が得られず、
挿入損失が大きくなることである。この点を解決する方
法としては、一方の変換器の方向性を逆転するか、λ/8
ダブル電極を用いて反射を打ち消して方向性をなくすこ
とである。例えば、(0°, 78°,90 °) カットのリチウ
ムテトラボレート基板を用い、受信側および送信側の電
極をともにλ/4の正規形電極を以て構成する場合には、
フィルタとしての周波数特性、すなわち挿入損失は図６
に示すようなものとなり、送受の変換器を対向させたト
ランスバーサルフィルタとしてはそのままでは実用には
ならない。また、(0°, 78°,90 °) カットのリチウム
テトラボレート基板を用い、受信側および送信側の電極
をともにλ/8のダブル電極を設けたＳＡＷフィルタの周
波数特性は図７に示すように図６の場合に比べてかなり
の改善が見られるが、所望の周波数の近傍において大き
なリップルが含まれている。また、電極の両方向性のた
め理論的な最小挿入損失は6dB であり、低挿入損失のＳ
ＡＷフィルタの実現は難しい。このような傾向は(0°,
51°,90 °) の理想的なカットのリチウムテトラボレー
ト基板を用いた場合にも現れる。
ラボレート基板は優れた一方向性を示すものであるが、
例えばこれをＳＡＷフィルタとして用いる場合には、電
極の構成が問題となる。すなわち、NSPUDT基板の難点
は、同じ電極構造の変換器では送受の順方向が互いに向
き合ったフィルタ( 一方向性変換器の組) が得られず、
挿入損失が大きくなることである。この点を解決する方
法としては、一方の変換器の方向性を逆転するか、λ/8
ダブル電極を用いて反射を打ち消して方向性をなくすこ
とである。例えば、(0°, 78°,90 °) カットのリチウ
ムテトラボレート基板を用い、受信側および送信側の電
極をともにλ/4の正規形電極を以て構成する場合には、
フィルタとしての周波数特性、すなわち挿入損失は図６
に示すようなものとなり、送受の変換器を対向させたト
ランスバーサルフィルタとしてはそのままでは実用には
ならない。また、(0°, 78°,90 °) カットのリチウム
テトラボレート基板を用い、受信側および送信側の電極
をともにλ/8のダブル電極を設けたＳＡＷフィルタの周
波数特性は図７に示すように図６の場合に比べてかなり
の改善が見られるが、所望の周波数の近傍において大き
なリップルが含まれている。また、電極の両方向性のた
め理論的な最小挿入損失は6dB であり、低挿入損失のＳ
ＡＷフィルタの実現は難しい。このような傾向は(0°,
51°,90 °) の理想的なカットのリチウムテトラボレー
ト基板を用いた場合にも現れる。
【００２１】図８a は理想的な(0°,51 °,90 °) カッ
トのリチウムテトラボレート基板に送信側変換器として
λ/4の正規形電極を設け、受信側変換器として10対のダ
ブル電極を設けて構成した本発明によるＳＡＷフィルタ
第１の実施例の構成を示すものである。このようなＳＡ
Ｗフィルタの一方向性特性を確認するために、図８ｂに
示すように(0°,51 °,90 °) カットのリチウムテトラ
ボレート基板を面内で180 °回転し、λ/4の正規形電極
12の送り方向（＋ｘ方向）をλ/8のダブル電極13に向き
合わせた構造を製作した。図９の実線はλ/4の正規形電
極の順方向（−ｘ方向）に受信電極を配置したときの挿
入損失の実測値を示すものであり、破線は逆方向（＋ｘ
方向）に受信電極を配置したときの挿入損失の実測値を
示すものである。これから、図８ａに示したＳＡＷフィ
ルタの、ダブル電極の変換損失(11.9dB)を差し引いた中
心周波数における変換損失は3.7dB 、方向性は18dBとな
り、図４に示す理論値( 変換損失3.03dB, 方向性14dB)
ときわめて良い一致を見た。
トのリチウムテトラボレート基板に送信側変換器として
λ/4の正規形電極を設け、受信側変換器として10対のダ
ブル電極を設けて構成した本発明によるＳＡＷフィルタ
第１の実施例の構成を示すものである。このようなＳＡ
Ｗフィルタの一方向性特性を確認するために、図８ｂに
示すように(0°,51 °,90 °) カットのリチウムテトラ
ボレート基板を面内で180 °回転し、λ/4の正規形電極
12の送り方向（＋ｘ方向）をλ/8のダブル電極13に向き
合わせた構造を製作した。図９の実線はλ/4の正規形電
極の順方向（−ｘ方向）に受信電極を配置したときの挿
入損失の実測値を示すものであり、破線は逆方向（＋ｘ
方向）に受信電極を配置したときの挿入損失の実測値を
示すものである。これから、図８ａに示したＳＡＷフィ
ルタの、ダブル電極の変換損失(11.9dB)を差し引いた中
心周波数における変換損失は3.7dB 、方向性は18dBとな
り、図４に示す理論値( 変換損失3.03dB, 方向性14dB)
ときわめて良い一致を見た。
【００２２】図８ａに示すように、(0°,51 °,90 °)
カットのリチウムテトラボレート基板11の表面に膜厚が
0.37μm のアルミ膜を一様に堆積した後、フォトリソグ
ラフの技術を用いて送信側変換器12および受信側変換器
13を形成した。送信側変換器12は、正規形のインターデ
ィジタル構造を有する電極で構成されており、それぞれ
ほぼλ/4、すなわち15/4μm の電極幅を有する正電極12
a および負電極12b をほぼλ/4のエッジ間隔で交互に配
列したものであり、対の個数は50とした。また、電極の
重なる部分の長さとして定義される開口長Ａはほぼ200
λ、すなわち15×200 μm とした。本例では受信側変換
器13をダブル電極を以て構成した。すなわち、それぞれ
電極幅がほぼλ/8の正電極13a および負電極13bを２本
づつエッジ間隔がほぼλ/8となるように交互に配置し
た。対の個数は10とし、開口長Ａはほぼ200 λとした。
なお、図８ａおよび８ｂにおいては、図面を明瞭とする
ために電極はほぼ１周期（λ）だけを拡大して示した。
カットのリチウムテトラボレート基板11の表面に膜厚が
0.37μm のアルミ膜を一様に堆積した後、フォトリソグ
ラフの技術を用いて送信側変換器12および受信側変換器
13を形成した。送信側変換器12は、正規形のインターデ
ィジタル構造を有する電極で構成されており、それぞれ
ほぼλ/4、すなわち15/4μm の電極幅を有する正電極12
a および負電極12b をほぼλ/4のエッジ間隔で交互に配
列したものであり、対の個数は50とした。また、電極の
重なる部分の長さとして定義される開口長Ａはほぼ200
λ、すなわち15×200 μm とした。本例では受信側変換
器13をダブル電極を以て構成した。すなわち、それぞれ
電極幅がほぼλ/8の正電極13a および負電極13bを２本
づつエッジ間隔がほぼλ/8となるように交互に配置し
た。対の個数は10とし、開口長Ａはほぼ200 λとした。
なお、図８ａおよび８ｂにおいては、図面を明瞭とする
ために電極はほぼ１周期（λ）だけを拡大して示した。
【００２３】図10はＳＡＷフィルタとして構成した本発
明による弾性表面波デバイスの第２の実施例の構成を示
すものである。本例においても、基板21としては、(0
°,51 °,90 °) の角度でカットしたリチウムテトラボ
レート基板を用い、その上に第１の実施例と同様にλ/4
の正規形電極よりなる送信側変換器22を形成するととも
に、受信側電極23としては方向性反転電極を配置した。
この方向性反転電極23は、それぞれλ/8の電極幅を有す
る正電極23a および負電極23b をλのピッチで、エッジ
間隔がλ/8となるように配置し、或る対の負電極23b と
次の対の正電極23a との間に、幅が 3λ/8の浮き電極23
c を両側の電極との間にλ/8のエッジ間隔が得られるよ
うに配置した構造のものである。図10においても、明瞭
とするために電極はほぼ１周期のみ示した。このような
方向性反転電極23を用いることにより、正規形電極より
なる送信側変換器22から伝搬される弾性表面波を効率良
く受信することができる。本例の方向性反転電極23の変
換損失は図11に示すように破線は＋ｘ方向を示し、図４
に示した送信側変換器22の方向性に対して逆の方向性を
持つため図10に示す構成により、挿入損失が少なくリッ
プルも少ない優れた位相特性を有するＳＡＷフィルタが
得られることが予想される。
明による弾性表面波デバイスの第２の実施例の構成を示
すものである。本例においても、基板21としては、(0
°,51 °,90 °) の角度でカットしたリチウムテトラボ
レート基板を用い、その上に第１の実施例と同様にλ/4
の正規形電極よりなる送信側変換器22を形成するととも
に、受信側電極23としては方向性反転電極を配置した。
この方向性反転電極23は、それぞれλ/8の電極幅を有す
る正電極23a および負電極23b をλのピッチで、エッジ
間隔がλ/8となるように配置し、或る対の負電極23b と
次の対の正電極23a との間に、幅が 3λ/8の浮き電極23
c を両側の電極との間にλ/8のエッジ間隔が得られるよ
うに配置した構造のものである。図10においても、明瞭
とするために電極はほぼ１周期のみ示した。このような
方向性反転電極23を用いることにより、正規形電極より
なる送信側変換器22から伝搬される弾性表面波を効率良
く受信することができる。本例の方向性反転電極23の変
換損失は図11に示すように破線は＋ｘ方向を示し、図４
に示した送信側変換器22の方向性に対して逆の方向性を
持つため図10に示す構成により、挿入損失が少なくリッ
プルも少ない優れた位相特性を有するＳＡＷフィルタが
得られることが予想される。
【００２４】図５に示した(0°, 78°, 90°) カットの
リチウムテトラボレート基板を用いる場合には、図４に
示した(0°, 51°, 90°) カットのリチウムテトラボレ
ート基板を用いる場合よりも方向性がずれて幾分特性が
劣化している。しかしながら、本発明によればθ＝18°
およびθ＝51°の理想的な値より大きくずれ、特性の劣
化がある場合でも、このような基板の方向性の劣化は電
極の構成を多少変更することによって補正することがで
きる。次に、θ＝78°とした場合の実施例を説明する。
図12は、(0°, 78°, 90°) カットのリチウムテトラボ
レート基板を用い、受信側の電極としてλ/8のダブル電
極を用い、送信側電極としてλ/4の正規形電極を基本と
し、これを図５に示す方向性のずれを補正できるように
修正した電極を用いた本発明による弾性表面波デバイス
の第３の実施例を示すものである。(0°, 78°, 90°)
カットのリチウムテトラボレート基板31の上に形成した
受信側変換器32は、それぞれ電極幅がλ/8の正電極32a
および負電極32b を２本づつエッジ間隔がλ/8となるよ
うに交互に配置したダブル電極を以て構成する。対の個
数は10とし、電極の重なる部分の長さとして定義される
開口長Ａは200 λとした。送信側変換器33は、λ/4の幅
を有する正電極33a をλのピッチで配列し、その間に弾
性表面波の伝播方向に見て 1.5λ/16 のエッジ間隔を置
いて配置したλ/8の幅の第１の電極と、これからλ/8の
エッジ間隔を置いて配置され、λ/8の幅の第２の電極と
を有する負電極33b を配列して構成する。したがって、
負電極33b の第２の電極と正電極33a とのエッジ間隔は
2.25λ/8となる。
リチウムテトラボレート基板を用いる場合には、図４に
示した(0°, 51°, 90°) カットのリチウムテトラボレ
ート基板を用いる場合よりも方向性がずれて幾分特性が
劣化している。しかしながら、本発明によればθ＝18°
およびθ＝51°の理想的な値より大きくずれ、特性の劣
化がある場合でも、このような基板の方向性の劣化は電
極の構成を多少変更することによって補正することがで
きる。次に、θ＝78°とした場合の実施例を説明する。
図12は、(0°, 78°, 90°) カットのリチウムテトラボ
レート基板を用い、受信側の電極としてλ/8のダブル電
極を用い、送信側電極としてλ/4の正規形電極を基本と
し、これを図５に示す方向性のずれを補正できるように
修正した電極を用いた本発明による弾性表面波デバイス
の第３の実施例を示すものである。(0°, 78°, 90°)
カットのリチウムテトラボレート基板31の上に形成した
受信側変換器32は、それぞれ電極幅がλ/8の正電極32a
および負電極32b を２本づつエッジ間隔がλ/8となるよ
うに交互に配置したダブル電極を以て構成する。対の個
数は10とし、電極の重なる部分の長さとして定義される
開口長Ａは200 λとした。送信側変換器33は、λ/4の幅
を有する正電極33a をλのピッチで配列し、その間に弾
性表面波の伝播方向に見て 1.5λ/16 のエッジ間隔を置
いて配置したλ/8の幅の第１の電極と、これからλ/8の
エッジ間隔を置いて配置され、λ/8の幅の第２の電極と
を有する負電極33b を配列して構成する。したがって、
負電極33b の第２の電極と正電極33a とのエッジ間隔は
2.25λ/8となる。
【００２５】図13は、本例の送信側変換器33の変換損失
の周波数依存性を示すものであり、図５に示した変換損
失に比べて方向性が良好に補正されていることがわか
る。このように、本例のＳＡＷフィルタでは(0°, 78
°, 90°) カットのリチウムテトラボレート基板31を用
いるにも拘らず、電極構造を修正することによって良好
な周波数特性が得られることがわかる。
の周波数依存性を示すものであり、図５に示した変換損
失に比べて方向性が良好に補正されていることがわか
る。このように、本例のＳＡＷフィルタでは(0°, 78
°, 90°) カットのリチウムテトラボレート基板31を用
いるにも拘らず、電極構造を修正することによって良好
な周波数特性が得られることがわかる。
【００２６】図14は、前例と同様に図５に示した(0°,
78°, 90°) カットのリチウムテトラボレート基板を用
い、方向性のずれを補正するために、送信側変換器に方
向性修正電極を用い、受信側変換器に修正した方向性反
転電極を用いる本発明による弾性表面波デバイスの第４
の実施例を示すものである。すなわち、(0°, 78°, 90
°) カットのリチウムテトラボレート基板41の上に、送
信側変換器42として図12の送信側変換器33の方向性を修
正した電極を設ける。すなわち、λ/4の電極幅を有する
正電極をλのピッチで配列した正電極42a と、これから
1.5λ/16 のエッジ間隔を置いて配置され、λ/8の幅を
有する第１の電極およびこれからλ/8のエッジ間隔を置
いて配置され、λ/8の電極幅を有する第２の電極を有す
る負電極42b とを以て構成する。また、受信側変換器43
は、図10に示した方向性反転電極と同様に正電極43a 、
負電極43b および浮き電極43c を有するものであるが、
浮き電極43c を図10に示した場合に比べて負電極43b 側
に、すなわち入射側に2/56λだけ寄せたものである。し
たがって、負電極43b と浮き電極43c との間のエッジ間
隔は、λ(1/8−2/56) となり、浮き電極43c と正電極43
a との間のエッジ間隔は、λ(1/8＋2/56) となる。
78°, 90°) カットのリチウムテトラボレート基板を用
い、方向性のずれを補正するために、送信側変換器に方
向性修正電極を用い、受信側変換器に修正した方向性反
転電極を用いる本発明による弾性表面波デバイスの第４
の実施例を示すものである。すなわち、(0°, 78°, 90
°) カットのリチウムテトラボレート基板41の上に、送
信側変換器42として図12の送信側変換器33の方向性を修
正した電極を設ける。すなわち、λ/4の電極幅を有する
正電極をλのピッチで配列した正電極42a と、これから
1.5λ/16 のエッジ間隔を置いて配置され、λ/8の幅を
有する第１の電極およびこれからλ/8のエッジ間隔を置
いて配置され、λ/8の電極幅を有する第２の電極を有す
る負電極42b とを以て構成する。また、受信側変換器43
は、図10に示した方向性反転電極と同様に正電極43a 、
負電極43b および浮き電極43c を有するものであるが、
浮き電極43c を図10に示した場合に比べて負電極43b 側
に、すなわち入射側に2/56λだけ寄せたものである。し
たがって、負電極43b と浮き電極43c との間のエッジ間
隔は、λ(1/8−2/56) となり、浮き電極43c と正電極43
a との間のエッジ間隔は、λ(1/8＋2/56) となる。
【００２７】図15は、上述した受信側変換器43として用
いる修正した方向性反転電極の変換損失を示すものであ
り、方向性が反転しているのみならず、図５に示す変換
損失において見られる方向性のずれが良好に補正されて
いることがわかる。図16は、本例のＳＡＷフィルタの挿
入損失の周波数依存性を示すものであり、図７に比べて
リップルが無くなっているとともに挿入損失も小さくな
っていることがわかる。
いる修正した方向性反転電極の変換損失を示すものであ
り、方向性が反転しているのみならず、図５に示す変換
損失において見られる方向性のずれが良好に補正されて
いることがわかる。図16は、本例のＳＡＷフィルタの挿
入損失の周波数依存性を示すものであり、図７に比べて
リップルが無くなっているとともに挿入損失も小さくな
っていることがわかる。
【００２８】本発明において使用するリチウムテトラボ
レート基板では、図２に示すようにθが9 °〜29°、32
°〜86°の範囲においては、NSPUDT特性に大きく寄与す
るφM の値の変化は比較的緩やかであることと、上述し
たように電極構造を僅かに変更することによって方向性
のずれを修正できることと相俟って、本発明において
は、カット角θを上述した範囲の値とすることによって
実用上良好な特性を有する弾性表面波デバイスが得られ
ることになる。
レート基板では、図２に示すようにθが9 °〜29°、32
°〜86°の範囲においては、NSPUDT特性に大きく寄与す
るφM の値の変化は比較的緩やかであることと、上述し
たように電極構造を僅かに変更することによって方向性
のずれを修正できることと相俟って、本発明において
は、カット角θを上述した範囲の値とすることによって
実用上良好な特性を有する弾性表面波デバイスが得られ
ることになる。
【００２９】本発明は上述した実施例に限定されるもの
ではなく、幾多の変更や変形が可能である。上述した実
施例においては、リチウムテトラボレート基板として理
想的な方向性が得られる(0°, 51°, 90°) カットおよ
び零TCD が得られる(0°, 78°, 90°) カットのものを
用いたが、勿論上述した範囲内における他のカットのリ
チウムテトラボレート基板を用いることができる。この
場合、理想的な方向性が得られる(0°, 51°, 90°) お
よび (0 °, 18°, 90°) カット以外のカットのリチウ
ムテトラボレート基板を用いる場合には、電極構造を上
述した手法と同様の手法によって変更したり電極位置を
変更したりして修正することにより、方向性のずれを補
正することができる。また、上述した実施例において
は、本発明による弾性表面波デバイスをＳＡＷフィルタ
として構成したが、本発明の弾性表面波デバイスはＳＡ
Ｗフィルタに限られるものではなく、例えば弾性表面波
共振器として構成することもできる。この場合には、λ
/4の正規型電極または方向性を修正した電極あるいは方
向性反転電極の両側にグレーティング反射器を配置する
ことができる。また、上述した実施例においては、電極
材料を全てアルミニウムとしたが、他の電極材料を用い
ることもできるが、一つのリチウムテトラボレート基板
の上に形成される電極は全て同じ材料で形成する。さら
に、送信側電極と受信側電極とは可逆的に動作するもの
であるから、上述した実施例においてこれらを相互に入
れ換えることもできる。例えば、第１および第２の実施
例においては、送信側変換器を正規形の電極構造を有す
る電極とし、受信側変換器をダブル電極または方向性反
転電極としたが、これらの関係を逆転し、送信側変換器
をダブル電極または方向性反転電極とし、受信側変換器
を正規形電極とすることもできる。さらに、電極幅およ
び電極間隔について微細加工の精度上±10% 程度以内の
ずれがあっても本発明の所期の目的を達成することがで
きるものである。
ではなく、幾多の変更や変形が可能である。上述した実
施例においては、リチウムテトラボレート基板として理
想的な方向性が得られる(0°, 51°, 90°) カットおよ
び零TCD が得られる(0°, 78°, 90°) カットのものを
用いたが、勿論上述した範囲内における他のカットのリ
チウムテトラボレート基板を用いることができる。この
場合、理想的な方向性が得られる(0°, 51°, 90°) お
よび (0 °, 18°, 90°) カット以外のカットのリチウ
ムテトラボレート基板を用いる場合には、電極構造を上
述した手法と同様の手法によって変更したり電極位置を
変更したりして修正することにより、方向性のずれを補
正することができる。また、上述した実施例において
は、本発明による弾性表面波デバイスをＳＡＷフィルタ
として構成したが、本発明の弾性表面波デバイスはＳＡ
Ｗフィルタに限られるものではなく、例えば弾性表面波
共振器として構成することもできる。この場合には、λ
/4の正規型電極または方向性を修正した電極あるいは方
向性反転電極の両側にグレーティング反射器を配置する
ことができる。また、上述した実施例においては、電極
材料を全てアルミニウムとしたが、他の電極材料を用い
ることもできるが、一つのリチウムテトラボレート基板
の上に形成される電極は全て同じ材料で形成する。さら
に、送信側電極と受信側電極とは可逆的に動作するもの
であるから、上述した実施例においてこれらを相互に入
れ換えることもできる。例えば、第１および第２の実施
例においては、送信側変換器を正規形の電極構造を有す
る電極とし、受信側変換器をダブル電極または方向性反
転電極としたが、これらの関係を逆転し、送信側変換器
をダブル電極または方向性反転電極とし、受信側変換器
を正規形電極とすることもできる。さらに、電極幅およ
び電極間隔について微細加工の精度上±10% 程度以内の
ずれがあっても本発明の所期の目的を達成することがで
きるものである。
【００３０】
【発明の効果】上述したように本発明の弾性表面波デバ
イスによれば、リチウムテトラボレート基板の異方性と
電極との組み合わせによってNSPUDT動作、すなわちナチ
ュラル単相形一方向性変換器動作が可能となり、挿入損
失が小さく、位相特性も優れている弾性表面波デバイス
を得ることができる。また、このような異方性を呈する
基板と協働する電極構造は、λ/4を基本寸法とする正規
形の電極やλ/8のダブル電極あるいはNSPUDT特性による
方向性を反転する電極とすることができ、正確な寸法に
容易に製造することができ、歩留りが向上することにな
る。さらに、ＳＡＷフィルタを構成する場合、送信側電
極と受信側電極とを別個の材料で製造しなくても、NSPU
DT特性の方向性を反転する特性が得られるので、設計や
製造は非常に簡単となる。
イスによれば、リチウムテトラボレート基板の異方性と
電極との組み合わせによってNSPUDT動作、すなわちナチ
ュラル単相形一方向性変換器動作が可能となり、挿入損
失が小さく、位相特性も優れている弾性表面波デバイス
を得ることができる。また、このような異方性を呈する
基板と協働する電極構造は、λ/4を基本寸法とする正規
形の電極やλ/8のダブル電極あるいはNSPUDT特性による
方向性を反転する電極とすることができ、正確な寸法に
容易に製造することができ、歩留りが向上することにな
る。さらに、ＳＡＷフィルタを構成する場合、送信側電
極と受信側電極とを別個の材料で製造しなくても、NSPU
DT特性の方向性を反転する特性が得られるので、設計や
製造は非常に簡単となる。
【図１】図１は、本発明による弾性表面波デバイスのリ
チウムテトラボレート基板のカット角を説明するための
図である。
チウムテトラボレート基板のカット角を説明するための
図である。
【図２】図２は、本発明による弾性表面波デバイスの基
板上のλ/4の正規形電極による弾性表面波の反射を表す
幾つかのパラメータの、カット角θに対する変化を示す
グラフである。
板上のλ/4の正規形電極による弾性表面波の反射を表す
幾つかのパラメータの、カット角θに対する変化を示す
グラフである。
【図３】図３は、本発明による弾性表面波デバイスの基
板の幾つかの特性の、カット角θに対する変化を示すグ
ラフである。
板の幾つかの特性の、カット角θに対する変化を示すグ
ラフである。
【図４】図４はθ=51 °とした場合のNSPUDTの変換損失
の理論値を示すグラフである。
の理論値を示すグラフである。
【図５】図５はθ=78 °とした場合のNSPUDTの変換損失
の理論値を示すグラフである。
の理論値を示すグラフである。
【図６】図６は、θ=78 °とした基板上に、送信および
受信側変換器としてλ/4の正規形電極を設けたＳＡＷフ
ィルタの挿入損失の理論値を示すグラフである。
受信側変換器としてλ/4の正規形電極を設けたＳＡＷフ
ィルタの挿入損失の理論値を示すグラフである。
【図７】図７は、同じ基板上に送信および受信側変換器
としてλ/8のダブル電極を設けたＳＡＷフィルタの挿入
損失の理論値を示すグラフである。
としてλ/8のダブル電極を設けたＳＡＷフィルタの挿入
損失の理論値を示すグラフである。
【図８】図８ａは、θ=51 °とした基板を用いる本発明
による弾性表面波デバイスの第１の実施例の電極構造を
示す平面図、図８ｂは図８ａの基板を面内で180 °回転
した弾性表面波デバイスを示す平面図である。
による弾性表面波デバイスの第１の実施例の電極構造を
示す平面図、図８ｂは図８ａの基板を面内で180 °回転
した弾性表面波デバイスを示す平面図である。
【図９】図９は、同じく第１の実施例の挿入損失の実測
値を示すグラフである。
値を示すグラフである。
【図１０】図10は、θ=51 °とした基板を用いる本発明
による弾性表面波デバイスの第２の実施例の電極構造を
示す平面図である。
による弾性表面波デバイスの第２の実施例の電極構造を
示す平面図である。
【図１１】図11は、同じく第２の実施例の方向性反転電
極の変換損失の理論値を示すグラフである。
極の変換損失の理論値を示すグラフである。
【図１２】図12は、θ=78 °とした基板を用いる本発明
による弾性表面波デバイスの第３の実施例の電極構造を
示す平面図である。
による弾性表面波デバイスの第３の実施例の電極構造を
示す平面図である。
【図１３】図13は、同じく第３の実施例の方向性を修正
した電極の変換損失の理論値を示すグラフである。
した電極の変換損失の理論値を示すグラフである。
【図１４】図14は、θ=78 °とした基板を用いる本発明
による弾性表面波デバイスの第４の実施例の電極構造を
示す平面図である。
による弾性表面波デバイスの第４の実施例の電極構造を
示す平面図である。
【図１５】図15は、同じく第４の実施例の修正した方向
性反転電極の変換損失の理論値を示すグラフである。
性反転電極の変換損失の理論値を示すグラフである。
【図１６】図16は、同じく第４の実施例の挿入損失の理
論値を示すグラフである。
論値を示すグラフである。
1 …リチウムテトラボレート基板 11…(0°, 51°,90
°) カットのリチウムテトラボレート基板 12 …送信側
変換器 12a, 12b…正、負電極 13…受信側変換器 13
a, 13b…正および負電極 21…(0°, 78°,90 °) カッ
トのリチウムテトラボレート基板 22 …送信側変換器
22a, 22b…正、負電極 23…受信側変換器 23a, 23b…正、負電極 23c …フローティング電極 32
…受信側変換器 32ａ, 32b …正、負電極 33…送信側
変換器 33a, 33b…正、負電極41…(0°, 78°,90 °)
カットのリチウムテトラボレート基板 42 …送信側変換
器 42a, 42b…正、負電極 43…受信側変換器 43a, 4
3b…正、負電極 43c …浮き電極
°) カットのリチウムテトラボレート基板 12 …送信側
変換器 12a, 12b…正、負電極 13…受信側変換器 13
a, 13b…正および負電極 21…(0°, 78°,90 °) カッ
トのリチウムテトラボレート基板 22 …送信側変換器
22a, 22b…正、負電極 23…受信側変換器 23a, 23b…正、負電極 23c …フローティング電極 32
…受信側変換器 32ａ, 32b …正、負電極 33…送信側
変換器 33a, 33b…正、負電極41…(0°, 78°,90 °)
カットのリチウムテトラボレート基板 42 …送信側変換
器 42a, 42b…正、負電極 43…受信側変換器 43a, 4
3b…正、負電極 43c …浮き電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山之内 和彦 宮城県仙台市太白区松が丘37−13 (72)発明者 小田川 裕之 宮城県仙台市太白区富沢４−15−23 フラ ワーコート101 (72)発明者 田中 光浩 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内
Claims (9)
- 【請求項１】 リチウムテトラボレート(Li2B4O7) の単
結晶より成り、オイラー角（ψ，θ，φ）で表されるカ
ット角をψ＝+5°〜-5°、θ=9°〜29°、32°〜86°、
φ=85 °〜95°となるようにカットおよび伝搬方向を選
んだ基板と、この基板上に形成され、基板の異方性と相
俟ってナチュラル単相形一方向性変換器特性を出現させ
る構造を有する少なくとも１つの電極とを具えることを
特徴とする弾性表面波デバイス。 - 【請求項２】 前記基板の異方性と相俟ってナチュラル
単相形一方向性変換器特性を出現させる構造を有する電
極を、弾性表面波の波長をλ、単相信号源あるいは負荷
の位相が180 °異なる２端子に接続される電極をそれぞ
れ正電極および負電極とするとき、電極幅がともにほぼ
λ/4の正電極および負電極をエッジ間隔がほぼλ/4とな
るように交互に配置した正規形構造の電極としたことを
特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。 - 【請求項３】 前記正規形構造の電極を送信側または受
信側変換器として設け、受信側または送信側変換器とし
て、電極幅がともにほぼλ/8の正電極および負電極を２
本づつエッジ間隔がほぼλ/8となるように交互に配置し
たダブル電極構造を有する電極を設けたことを特徴とす
る請求項２に記載の弾性表面波デバイス。 - 【請求項４】 前記正規形構造の電極を送信側または受
信側変換器として設け、受信側または送信側変換器とし
て、電極幅はともにほぼλ/8の正電極および負電極をエ
ッジ間隔がほぼλ/8となるように順次に配置し、さらに
電極幅がほぼ3λ/8で、正負いずれの電極にも接続され
ない浮き電極をほぼλ/8のエッジ間隔を以て配置した方
向性反転電極を設けたことを特徴とする請求項２に記載
の弾性表面波デバイス。 - 【請求項５】 前記基板の異方性と相俟ってナチュラル
単相形一方向性変換器特性を出現させる構造を有する電
極を、弾性表面波の波長をλ、単相信号源あるいは負荷
の位相が180 °異なる２端子に接続される電極をそれぞ
れ正電極および負電極とするとき、電極幅がほぼλ/4で
λのピッチで配列された正電極と、この正電極からほぼ
1.5λ/16 のエッジ間隔を置いて配置され、ほぼλ/8の
電極幅を有する第１の電極およびこの第１の電極からほ
ぼλ/8の間隔を置いて配置され、ほぼλ/8の電極幅を有
する第２の電極を有する負電極を有し、方向性を修正し
た電極としたことを特徴とする請求項１に記載の弾性表
面波デバイス。 - 【請求項６】 前記方向性を修正した電極を送信側また
は受信側変換器として設け、受信側または送信側変換器
として、電極幅がともにほぼλ/8の正電極および負電極
を２本づつエッジ間隔がほぼλ/8となるように交互に配
置したダブル電極構造を有する電極を設けたことを特徴
とする請求項５に記載の弾性表面波デバイス。 - 【請求項７】 前記方向性を修正した電極を送信側また
は受信側変換器として設け、受信側または送信側変換器
として、電極幅はともにほぼλ/8の正電極および負電極
をエッジ間隔がほぼλ/8でそれぞれピッチがほぼλとな
るように順次に配置し、さらに電極幅がほぼ 3λ/8の浮
き電極をほぼλ/8のエッジ間隔を以て配置した方向性反
転電極を設けたことを特徴とする請求項５に記載の弾性
表面波デバイス。 - 【請求項８】 前記方向性を修正した電極を送信側また
は受信側変換器として設け、受信側または送信側変換器
として、電極幅がほぼλ/8でほぼλのピッチで配列され
た正電極と、この正電極からほぼλ/8のエッジ間隔を置
いて配置され、ほぼλ/8の電極幅を有する負電極と、こ
の負電極からほぼλ(1/8-2/56)のエッジ間隔を置いて配
置されたほぼ 3λ/8の電極幅を有し、正負いずれの電極
にも接続されない浮き電極とを有し、方向性を修正でき
る方向性反転電極を設けたことを特徴とする請求項５に
記載の弾性表面波デバイス。 - 【請求項９】 前記送信側および受信側変換器の電極
を、全て同一の材料で形成したことを特徴とする請求項
３，４，６，７または８に記載の弾性表面波デバイス。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23355094A JP3484237B2 (ja) | 1994-09-28 | 1994-09-28 | 弾性表面波デバイス |
| US08/524,060 US5698927A (en) | 1994-09-28 | 1995-09-06 | Surface acoustic wave device |
| DE69522066T DE69522066T2 (de) | 1994-09-28 | 1995-09-12 | Akustische Oberflächenwellenanordnung |
| EP95306380A EP0704966B1 (en) | 1994-09-28 | 1995-09-12 | Surface acoustic wave device |
| DE69522065T DE69522065T2 (de) | 1994-09-28 | 1995-09-12 | Akustische Oberflächenwellenanordnung |
| EP95306381A EP0704967B1 (en) | 1994-09-28 | 1995-09-12 | Surface acoustic wave device |
| US08/901,277 US5773911A (en) | 1994-09-28 | 1997-07-29 | Surface acoustic wave device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23355094A JP3484237B2 (ja) | 1994-09-28 | 1994-09-28 | 弾性表面波デバイス |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0897672A true JPH0897672A (ja) | 1996-04-12 |
| JP3484237B2 JP3484237B2 (ja) | 2004-01-06 |
Family
ID=16956825
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23355094A Expired - Fee Related JP3484237B2 (ja) | 1994-09-28 | 1994-09-28 | 弾性表面波デバイス |
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|---|---|
| US (1) | US5698927A (ja) |
| EP (1) | EP0704966B1 (ja) |
| JP (1) | JP3484237B2 (ja) |
| DE (1) | DE69522065T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| US6194809B1 (en) | 1998-09-22 | 2001-02-27 | Ngk Insulators, Ltd. | Surface acoustic wave device comprising langasite single crystal substrate |
| US6534897B2 (en) | 2000-01-07 | 2003-03-18 | Tdk Corporation | Surface acoustic wave device |
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|---|---|---|---|---|
| JP3268179B2 (ja) * | 1995-11-08 | 2002-03-25 | 正男 竹内 | 弾性表面波変換器及びこの変換器を用いた弾性表面波フィルタ |
| JPH10256870A (ja) * | 1997-03-14 | 1998-09-25 | Ngk Insulators Ltd | 弾性表面波デバイス |
| US6420815B1 (en) * | 1999-09-16 | 2002-07-16 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Substrate for surface acoustic wave device and surface acoustic wave device |
| US6462698B2 (en) * | 2000-06-02 | 2002-10-08 | Research In Motion Limited | Wireless communication system using surface acoustic wave (SAW) single-phase unidirectional transducer (SPUDT) techniques |
| JP2003309406A (ja) * | 2002-04-16 | 2003-10-31 | Murata Mfg Co Ltd | 共振器、フィルタ、複合フィルタ装置、送受信装置、および通信装置 |
| US6833774B2 (en) * | 2002-06-25 | 2004-12-21 | Sawtek, Inc. | Surface acoustic wave filter |
| WO2005029701A1 (ja) * | 2003-09-19 | 2005-03-31 | Toppan Printing Co., Ltd. | 弾性表面波素子及び弾性表面波素子を用いた環境差異検出装置 |
| DE102007063470A1 (de) * | 2007-12-20 | 2009-07-02 | IFW - Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden e.V. | Wandler, Resonator und Filter für akustische Oberflächenwellen |
| US9726646B1 (en) * | 2013-05-29 | 2017-08-08 | National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc | Resonant surface acoustic wave chemical detector |
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| US4523119A (en) * | 1980-06-11 | 1985-06-11 | Plessey Overseas Limited | Application of lithium tetraborate to saw devices |
| US4634913B1 (en) * | 1980-06-11 | 1997-05-13 | Plessey Co Ltd | Application of lithium tetraborate to electronic devices |
| JPS57103420A (en) * | 1980-12-18 | 1982-06-28 | Toko Inc | Grouped unidirectional surface acoustic wave transducer |
| JPS594310A (ja) * | 1982-06-30 | 1984-01-11 | Toshiba Corp | 弾性表面波装置 |
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| DE3575248D1 (de) * | 1984-06-05 | 1990-02-08 | Toshiba Kawasaki Kk | Akustische oberflaechen-wellen-anordnung. |
| JPH0244169A (ja) * | 1988-08-04 | 1990-02-14 | Nippon Kentetsu Co Ltd | 冷蔵オープンショーケースの運転制御方法 |
| JPH03119815A (ja) * | 1989-10-01 | 1991-05-22 | Kazuhiko Yamanouchi | 浮き電極をもつ内部反射型一方向性弾性表面波変換器 |
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| JP3096102B2 (ja) * | 1991-08-29 | 2000-10-10 | 和彦 山之内 | 弾性表面波フィルタ装置 |
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| FR2695771B1 (fr) * | 1992-09-15 | 1994-10-28 | Thomson Csf | Transducteur d'ondes unidirectionnel. |
-
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- 1994-09-28 JP JP23355094A patent/JP3484237B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-09-06 US US08/524,060 patent/US5698927A/en not_active Expired - Fee Related
- 1995-09-12 DE DE69522065T patent/DE69522065T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1995-09-12 EP EP95306380A patent/EP0704966B1/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
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| DE69522065D1 (de) | 2001-09-13 |
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| EP0704966A3 (en) | 1997-08-27 |
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