JPS5915524B2 - 弾性表面波フイルタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、弾性表面波フィルタに関する。

弾性表面波素子を用いてフィルタを構成する場合、所望
の周波数特性を得るために、圧電体上にすだれ状電極を
対向して形成し、そのすだれ状電極の電極片の交叉長を
変化させることにより、電極の重み付けをすることが行
なわれている。

そして弾性表面波フィルタの仕様として、ある減衰特性
が与えられると、位相特性として、ある傾針を持った直
線を選び、所望の減衰特性と組みにして得られたインパ
ルス応答から若干の修正をして、弾性表面波フィルタの
すだれ状電極を決めることが行なわれている。

（例えば、Ｒ，Ｔ。Ｔａｎｃｒｅｌ ＆Ｍ、 Ｇ、Ｈｏ
１ｌａｎｄ ；Ａｃｏｕｓｔｉｃ ５ｕｒｆａｃｅＷａ
ｖｅ１Ｐｒｏｃ、 ＩＥＥＥ Ｖｏｌ、５９４３ １９
７１）このような手法で、振幅減衰特性が急峻な変化を
し、しかも減衰量の大きな弾性表面波フィルタを作る為
には、次のことが考慮される。

即ち、フィルタ通過後の出力波形に歪みがないようにす
るためには、通過域内の遅延時間が一定であることが望
ましい。

そこで、表面波フィルタのすだれ状電極の互いに重なり
合う方向の重み付けは、中心周波数に於ける遅延時間を
与える位置を中心にして、その前後で対称となる様行な
われる。

又、そのすだれ状電極のとなり同志の重み（ピッチ−ウ
ェイト）については、メイン（主）ローブ、各サイド（
副）ローブの大部分は一様な電極片間隔（ピッチ）で形
成され、ピッチの変化している範囲は第１図に斜線で示
すメインローブと各サイドローブの境界に集中させてい
る。

ところが、上述のことを考慮して実際の製作にあたって
も、電極幅又は電極片間隔の形成精度を有効桁数３桁以
上にしないと、所望の急峻な減衰特性が得られないとい
う問題点があった。

即ち、有効桁数が３桁以下であれば、通過域の高い周波
数側の最大減衰量（例えば第２図Ｑ点）を所望の通り得
ることは困難であり、１０ ｄＢ以上の減衰量を得るこ
とも少ない。

又、カラーＴＶ受像機のＰＩＦ フィルタのように通過
域の低い周波数（例えば、第２図Ｓ点）側の最大減衰量
は逆に所望とするよりは数ｄＢも多（減衰してしまうな
どの欠点がある。

ここで、電極幅又は電極間距離の有効桁数３桁の精度と
は、電極幅又は電極間距離が１／１０００の分解態で細
部を形成していることである。

そして、実際には、弾性表面波用基板のパターン内の音
速の微少なむら、基板をステムに接着する場合の接着剤
の収縮又は伸長、更に基板表面の粗さ等のために電極幅
を１／１００００分解能で実現することは困難である。

このことは、Ｓｍ１ｔｈ の等何回路モデル（Ｗ、 Ｒ
，Ｓｍｉ ｔｈ ： Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆＩ ｎｔ
ｅｒｄｉｇｉｔａｌ Ｓ ｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ Ｔ
ｒａｎｓｄｕｃｅｒ ：ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ 、Ｖ
ｏｌ ＭＴＴ−１７，Ｎｏｖ、１９６９“）にこの有効
桁数を考慮して解析し実験値と合わせると実現し得る有
効桁数は２桁以下であることからも言える（第２図）。

そこで、電極幅又は電極間距離の精度の分解能が１／１
００以下であっても、減衰特性が劣化しないすだれ状電
極の重み付けが必要になる。

本発明は上記点に鑑みなされたもので、すだれ状電極を
構成する電極片間隔や電極片の幅の形成精度が有効桁数
３桁以下でも所望のフィルタ特性が得られ、さらに、パ
ッケージ内のステムに接着した場合でも減衰特性が劣化
することなく、所望のフィルタ特性の得られる小型の弾
性表面波フィルタを提供することを目的とする。

本願発明者らは、電極片の位置等のばらつきと周波数特
性の劣化の関係について諸々の研究を重ねた結果、位相
特性を略最小位相推移形にすることにより係る問題点が
解決されることを見出したものである。

即ち、上記目的を達成するために、］本発明は、減衰特
性と位相特性を一対にした複素函数が正則である場合、
即ち、略最小位相推移の位相特性を用いて、すだれ状電
極の重み付けを行なうもので、表面波伝播方向に主ロー
ブの前後いずれか一方の副ローブ領域の電極片間間隔を
極端に小さくしほぼ零にするか又は完全に零にして、実
質的に主ローブの前後いずれか一方にのみ副ロープを形
成した弾性表面波フィルタを提供する。

以下、本発明に係る弾性表面波フィルタの一実施例を図
面を参照して説明する。

まず、第３図は最小位相推移を考慮し若干の修正を加え
たものである。

ここで、圧電体（図示せず）上に、対向して設けるすだ
れ状電極１の各電極片２による交叉幅３は、主ローブ４
を中心に、左側の副ローブ５，６の最大値ｈｓｌ 、
ｈｓ２と右側の副ローブ７．８の最大値ｈｓ−レｈｓ−
２とで異ならしめている。

そして、主ローブ４、副ローブ５．６，７，８の各ロー
ブのクロスする点を中心に、斜線９で示す領域とそれ以
外の領域とでは各電極片２０間隔を変化させて形成して
いる。

第３図における振幅重みの非対称性は、次の如くとなっ
ている。

即ち、同一減衰特性で位相直線のものと最小位相推移の
ものを比較し、各サイドローブの最大値を示すと第１表
の様になる。

尚、フィルタＡとフィルタＢは異なる例を示している。

第１表から位相特性が直線の従来のものでは、主ローブ
４の最大値ｈｍを中心に左右の副ローブ５と７．６と８
の最大値りは夫々共に等値になっている。

これに対し、最小位相推移を用いたものではｈｓｌ ／
ｈｓ −ｔ ＝２．６４４、ｈｓ２ ／ ｈｓ −２−
２，３０２と非対称になっている。

次に、第２表に電極片間間隔の偏差、すなわちピンチ重
みの偏差を示す。

同じく、フィルタＡとフィルタＢは異なる例である。

第２表において、主ローブ内のピッチ重みの偏差が同じ
減衰特性を得るのに位相直線と最小位相推移ではフィル
タＡの場合で１０．２１倍、フィルタＢの場合で１．１
１倍と偏差が大きくなっている。

一般に、”同一の減衰特性を得るためのインパルス応答
（これは電極形状を決める）は一意的でなく、位相特性
を任意に選ぶことによってい（らでも任意のインパルス
応答が得られる。

″即ち、いま同一の減衰特性を有し位相特性の異る二種
類の伝達関数を考える。

とすると、（１）式と（２）式は全域通過フィルタの分
だけの違いがあることになる。

しかし、（１）式と（２）式の減衰特性は、 となり一致する。

一方それらの位相特性は、であるから、β１（ω）−Ｂ
２（ω）となる。

更にそれぞれのインパルス応答は、 となり、一致しない。

従って、ｈ、 （ｔ ）キｈ２（ｔ）にもかかわらすＩ
Ｈｌ（ω）１２＝ｌＨ２（ω）１２なるものが得られた
。

これは、例えば、Ｈｌ （ω）を最小位相推移フィルタ
とすると、Ｂ２ （ω）よそれに全域通過フィルタをつ
け加えたフィルタであることを意味スる。

さらに、ある減衰特性を得るためのインパルス応答は、
一般的に言って一意的でない。

即ち、仕様として与えられた減衰特性と対になる位相特
性を変えることにより、任意のインパルス応答が上で示
した（３）式から得られるからである。

しかし、余り勝手な位相特性を選ぶとフィルタにした後
の遅延特性が通過帯域内で大きな偏差（数百ｎ５ｅｃ以
上）を持ち、フィルタの出力波形に歪みを生ずる。

従って、弾性表面波フィルタの場合でも遅延時間の通過
域内偏差は、ＬＣ素子で作られたフィルタの偏差前後か
又はそれ以下（偏差零も含む）であることが実用上望ま
しい（第４図）。

次に、最小位相推移特性を考慮した弾性表面波フィルタ
（非対称重み付は電極を持った）が、位相直線弾性表面
波フィルタ（対称重み付は電極を持った）に比べ、電極
間距離の有効桁数（距離分解能）を小さくしても良好な
フィルタ特性の得られることを説明する。

電極片２０間隔を決定するインパルス応答の最大値間距
離の有効桁数を６桁、２桁と変えて減衰特性を計算し図
示する。

第２図は、位相特性を直線に示した従来の弾性表面波フ
ィルタの減衰特性を示している。

同じ減衰特性を持ち最小位相推移特性を考慮し、非対称
重みづげ電極にした弾性表面波フィルタの場合において
、有効桁数を同様に６桁、２桁と変えた場合の減衰〈特
性を示したのが第５図である。

この第２図及び第５図を表にしたのが第３表である。

この表から、位相直線フィルタの８点は、有効桁数が６
桁から２桁に変化すると＋７．５ｄＢも落ち込む。

これに対し、最小位相推移を考慮したフィルタでは、＋
０．５ｄＢ変わる程度でその劣化の度合はずっと少ない
。

Ｑ点についても同様のことがいえる。

第６図は、第３図における電極を製造精度３桁で形成し
た場合の理論値と、実際にフィルタを構成したときの実
験値を比較したものである。

第６図において、実線で示した実施例の周波数応答特性
曲線は、一点鎖線で示した理論値と殆んど一致している
。

この様に、最小位相推移を考慮したフィルタでは電極の
形成精度が低くても、減衰特性の良好なフィルタが得ら
れることが判る。

次に、パッケージのステムに弾性表面波フィルタを接着
剤で接着した時の効果を説明する。

一般に、接着剤の収縮による中心周波数の変化と減衰特
性の劣化は、エポキシ系等の硬化温度が高いもの程大き
く現われる。

例えば、線膨張係数α−１０×１０−６程度の接着剤を
用い、中心周波数６０ＭＨｚ の電極パターンが３１１
ＬｒＩＬ程度（表面波の音速が３４００ｍ／ ｓｅｃの
基板を用いると５３対）の分布を持つとする。

このとき、電極パターンの全長３ｍ７ＩＬは、３．０μ
ｍ収縮することになる。

この３．０μｍの収縮により電極パターンの電極間距離
の重みづげが乱れ、フィルタの減衰特性が劣化してしま
う。

従って、８点、Ｑ点が設計値から大変異って来る（第２
図の実験値０−０−と設計値・−・−を参照）。

こねに比べ、最小位相推移の位相特性を考慮したフィル
タでは、この様な収縮があっても第４図に示す如く、中
心周波数が０．１％程高くなるだけで８点、Ｑ点の劣化
は極端に少ない（第１表参照）。

上述のように、最小位相推移を考慮すれば電極片のばら
つき等に強いことを明らかにしたが、さらに小型で特性
のよいフィルタとするには電極端部における不要反射の
低減あるいはスプリアスの減少に配慮する必要がある。

そこで、本発明では、表面波伝播方向に主ローブの前後
いずれか一方の副ロープ領域の電極片交叉長を極端に小
さくしほぼ零にするか又は完全に零にして、実質的に主
ローブの前後いずれか一方にのみ副ローブを形成する。

第８図は、本発明の一実施例を示すもので、圧電体（図
示せず）上に対向して形成したすだれ状電極の交叉は、
最小位相推移によっている。

即ち、表面波伝播方向に主ローブ４の前側では、副ロー
ブ領域の電極片交叉長が実質的に零となっている。

したがって、第３図のものより、電極片数が少な（、外
形寸法も小型となっている。

次に、本発明の他の実施例を説明する。

減衰特性に呼応した位相特性としては、本発明の如（減
衰特性をヒルベルト変換して得られる最小位相推移の位
相特性が最も代表的な例である。

しかし、この最小位相推移の位相特性に、適当な係数に
（ｋ＞０）を掛けた位相特性でも、減衰特性は変化しな
い。

したがって、このような場合でも、すだれ状電極のピッ
チ重みの範囲を広げることが出来る。

この為、電極形成精度がそれほど高くなくとも、特性の
良好なフィルタが得られる。

但しに−０は位相直線形（対称重みづけ→フィルタと一
致する。

（第７図参照）。以上をまとめると下記のようになる。

今、第７図Ａの減衰特性をＩＡ（ω）１２．これとヒル
ベルト変換の関係にある第７図Ｂの位相特性をβ（ω）
とする。

変形例 １ 第７図Ｃに示すように、全域通過フィルタを附加した例
である。

この時の位相特性ｌｙ′（ω）は、任意係数を となる。

変形例 ２ 全域通過一定遅延素子を附加した例である。

この時の位相特性ｆ（ω）は、遅延素子の遅延時間をｔ
ｏ とすれば、 となる。

変形例 ３ 第７図りに示すもので、変形例１と２の混合形である。

以上説明したように、本発明によれば、すだれ状の電極
のピッチ重みの範囲を広げることができるので、電極形
成の精度を３桁以下の精度で設計・製造しても、それ以
上の精度で設計・製造したと同様のフィルタ特性を得る
ことができる。

また、弾性表面波用基板のパターン内の音速のバラツキ
、基板をステム等に接着する場合の接着剤の収縮又は伸
長、さらには基板表面の粗さ等に対して強い強性表面波
フィルタを得ることができる。

さらに、表面波伝播方向に主ローブの前後のいずれがで
は副ローブが実質的になく、したがって、電極数の減少
がはかられているので、フィルタサイズは小型となり、
電極どうしの不要反射やスプリアスが低減するという優
れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の弾性表面波フィルタの重みづげされたす
だれ状電極の構成説明図、第２図は第１図の電極の電極
片間隔の精度を有効桁数を６桁、２桁にしそして実験例
による周波数応答特性曲線図、第３図は本発明を説明す
るためのすだれ状電極構成を示す参考図、第４図は第３
図のフィルタと第１図のフィルタの通過域内における遅
延時間偏差説明図、第５図は第３図の電極の製造精度と
して６桁と２桁で設計して製造した場合を比較するため
の周波数応答特性曲線図、第６図は第３図電極の製造精
度３桁で形成する場合の理論値と実験値を比較して示す
周波数応答特性曲線図、第７図は第３図の電極の設計例
を説明するための減衰特性と位相特性の関係を示す特性
曲線図、第８図は本発明に係る弾性表面波フィルタの一
実施例を説明するためのすだれ状電極構成図である。 １・・・・・・すだれ状電極、２・・・・・・電極片、
３・・・・・・交叉幅、４・・・・・・主ローブ、５，
６，７，８・・・・・逼昨−ブ、９・・・・・・斜線領
域又は各ローブ境界領域、ｈｍ・・・・・・主ローブ最
大振幅値、ｈｓｌ、ｈｓ２５ｈｓ−１，ｈｓ−２・・・
・・・副ローブ最大振幅値。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧電体上にすだれ状電極を対向して形成するととも
   に、そのすだれ状電極の電極片の交叉長を変化させて重
   み付けを行い、主ローブ及び副ローブを形成しフィルタ
   特性を得る弾性表面波フィルタにおいて、表面波伝播方
   向に前記主ローブの前後いずれか一方にのみ副ローブを
   形成したことを特徴とする弾性表面波フィルタ。