JPS5925525B2 - 弾性表面波共振子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はグレーティング反射器を有する弾性表面波共
振子に係り、特に横モードスプリアスを有効に抑圧する
ことのできる弾性表面波共振子に関する。

結合共振器フィルタとして挿入損失の小さいものを構成
するには非常に高いＱ値を有する共振子が必要である。

高い周波数でこのような要求を満足する共振子として、
従来第１図に示すような周期グレーティング反射器を有
する弾性表面波共振子が知られている。

すなわち圧電基板１上にインターディジタル形の電極（
変換器）を形成しその両側に金属膜をストリップ状に形
成してなる周期グレーティング反射器４および５を形成
したものである。

このような弾性表面波共振子を用いてフィルタを構成し
た場合、フィルタの通過帯域は等節約機械結合係数Ｋ
２ ＝＝ Ｋ２ ＜但しに２：電２ Ｌ十Ｎ 気機械結合係数、Ｌニゲレーティング反射器の端面から
等測的反射面との実効長、Ｎニドランスジューサの実効
電極対数）によって支配される。

つ’ｔＱＫ？ｃ４１にダ−ｆａ−ｆｒ 、、、、ｆ、
、、、。

２′ ｆｒ の共振周波数、ｆａ：共振子の反共振周波数）の関係が
あり広帯域の通過帯域特性を必要とする場合にはｆａ−
ｆｒの差が大きい、すなわち ２／の大きな共振子を必
要とすることになる。

Ｋ’を大きくする手段として最適な方法は、グレーティ
ング。

反射器の実効長りを小さくすることで、このためにはグ
レーティング反射器を構成しているスｌ−ＩＪツブの金
属膜を厚＜シ、スｌ−ＩＪツブ１本当りの反射率を高め
るのが一般的である。

しかしながら、このようにストリップの金属膜を厚くす
ると、グレーティング反射器部分を伝搬する表面波の伝
搬速度と、グレーティング反射器の外側の部分を伝搬す
る表面波の伝搬速度との差が大きくなり、次のような問
題が生ずる。

すなわち一般に表面波は、圧電基板上に形成された金属
膜部分を伝搬する場合と、金属膜が形成されていない部
分を伝搬する場合とではその伝搬速度が異なるが、この
ように伝搬速度が急激に変化する部分において表面波の
反射がおこることが知られている。

従って第１図実線矢印７で示すようにグレーディング反
射器４゜５中を伝搬する表面波は反射器の各ストリップ
のエツジ部分でその一部が反射されるが、同様に同図中
破線矢印８で示すようにグレーテイング反射器４内部か
ら反射器外部に伝搬しようとする表面波もそれの一部が
グレーティング反射器４の端部で反射され、再び反射器
４内部に戻され、以下この反射を繰り返して反射器内部
を伝搬していくことになる。

つまりグレーティグ反射器４，５は等簡約に導波路とし
て作用する。

ところでこのグレーティング反射器のストリップの金属
膜の膜厚がさほど厚くない状態では、グレーティング反
射器内部を伝搬する表面波の伝搬速度と、グレーティン
グ反射器外部を伝搬する表面波の伝搬速度との差が小さ
く、このためグレーティング反射器内部から外部に出よ
うとする表面波のうち反射器端部で反射される波の割合
が小さく、従ってグレーティング反射器内部を斜め方向
に反射しながら伝搬する波も少ない。

しかしながらグレーティング反射器のストリップの金属
膜を前述のように厚くすると、グレーティング反射器内
部を伝搬する表面波の伝搬速度と、グレーティング反射
器外部を伝搬する表面波の伝搬速度との差が大きくなり
、グレーティング反射器内部から残部に出ようとする表
面波のうち反射される波の割合が大きくなり、グレーテ
ィング反射器内を斜め方向に反射しながら伝搬する波が
多（なる。

このようなグレーティング反射器のストリップに対して
斜め方向に伝搬する波は、横モード波と呼ばれ、フィル
タの通過帯域特性にスプリアスを発生させる原因となる
。

この横モードは多数の高次横モードで合成されており、
しかもこの横モード波はグレーティング反射器のストリ
ップに対して直交する方向に伝搬する波より位相速度が
速いため共振周波数のわずかに高い周波数部分にスプリ
アスが発生する。

発明者はこの現象を確めるために第２図に示すような２
ポート（ｐｏｒｔ）型の共振子を試作し横モードの測定
をした。

すなわち第２図において２１は圧電性基板、２２はイン
ターディジタル型入力電極、２３はインターディジタル
型出力電極、２４．２５はグレーティング反射器そして
２６はシールド電極であり、この共振子の通過帯域特性
を測定すると第３図に示すように共振点３１よりわずか
に高い周波数に第１、第２、第３次の高次横モードスプ
リアス３２．３３．３４があられれる。

そこでこの高次横モードスプリアスを抑圧するために種
々の提案がなされている。

そのひとつに入出力電極にＣＯＳ型アポダイズ法重み付
けを施すことにより、グレーティング反射器内の横モー
ドのうち特定の単一モードのみに相当するエネルギー分
布にて表面波を励振し、他の高次モードのスプリアスが
発生しないようにしたものが提案されている。

しかしこの共振子はアポダイズ法重み付けを施すことに
より、入・出力電極の実効電極対数が減り、弾性表面波
共振子の等価的機械結合係数Ｋ”の低下につながるから
、ｆａ−ｆｒの低下となり、広帯域の通過帯域特性を得
ることができなくなる。

また他の方法としてグレーティング反射器の幅を狭くし
横モードスプリアスが通過帯域内にあられれないように
する方法も考えられているが、共振子のインピーダンス
が大きくなり、低インピーダンスの共振素子が構成不可
能となるとともにＱ値が低下するという欠点がある。

この発明はこのような点に鑑みてなされたもので、等価
的機械結合係数およびＱ値が高く、かつフィルタを構成
した場合に通過帯域特性に横モードスプリアスが発生し
ない弾性表面波共振子を提供することを目的とするもの
である。

すなわちこの発明はグレーティング反射器を設けた弾性
表面波共振子において、インターディジタル型電極の開
口幅に相当する幅内に実質的に複数個の導波路が並列に
形成されるよう、グレーティング反射器を開口幅方向に
複数個に分割することにより、等節約結合係数及びＱ値
が高く、かつ。

通過帯域特性に横モードスプリアスが発生しない弾性表
面波共振子を提供するものである。

以下、この発明を図面を参照して詳細に説明する。

第４図はこの発明の一実施例を示すものである。

図において４１は圧電体基板であり、この基板４１上に
は例えばインターディジタル電極構造の入力電極４２お
よび出力電極４３がシールド電極４４をはさんで対向し
て形成されている。

またこれら人・出力電極４２．４３およびシールド電極
４４をはさむようにして一対のグレーティング反射器４
５．４６が形成されている。

このグレーティング反射器４５．４６は各スｌ−ＩＪツ
ブ幅および各ストリップ間隔がともにλ／４（２１表面
波の波長）に設定されている。

これは各ストＩＪツブのエツジで反射される表面波の位
相がすべて同相となるようにするためであり、この点に
関しては従来のグレーティング反射器とかわらないので
詳細な説明は省略する。

この発明が従来と異なる点は、入力又は出力電極の開口
長の幅内に実質的に複数個の導波路が並列に形成される
ようグレーティング反射器を分割した点にあり、一例と
して本実施例では全体の幅が入・出力電極４２．４３の
開口長りとほぼ等しいグレーティング反射器４５゜４６
において各ストリップを図に示すようにそれぞれ複数個
に切断分割した如く不連続に形成している。

つまり反射器を構成するストリップをそれぞれ複数に分
離されたストリップ片で構成している。

そして、さらに弾性表面波の伝搬方向に沿った複数のス
ｌ−ＩＪツブ片列のうちの一部の列（この実施例では４
７ａと４７ｅ）の各ストリップ片が共通に接続されてい
る。

このようなグレーティング反射器の構成によると、スト
リップ金属膜が形成されている領域４７と金属膜が切断
されている領域４８とで表面波の伝搬速度が異なること
になるため、その境界部で図中破線で示すように表面波
の反射がおこることになる。

つまり複数に分割されたストリップの図中横方向の各−
列４７ａｔ４７ｂｔ４７ｃ・・・がそれぞれ導波路とし
て作用する。

即ち本発明は等制約に幅の狭いグレーティング反射器（
導波路）を複数組並設したと同じことになる。

従ってかかる構成によるとグレーティング反射器の幅が
実質的に狭くなっていることで前述のように横モードス
プリアスがフィルタの通過帯域内にあられれなくするこ
とができるだけでなく、グレーティング反射器全体の幅
としては入・出力電極の開口長幅りをほぼ等しいので、
Ｑ値の減少も少なくすることができる。

また本発明によると、前述のようにストリップ片を互い
に共通接続してなるストリップ片列４７ａ。

４７ｅと、そうでないストリップ片列４７ｂ〜４７ｄと
が混在している。

この場合スｌ−ＩＪツブ片列４７ａ、４７ｅを伝搬する
弾性表面波と、ストリップ片列４７ｂ〜４７ｄを伝搬す
る弾性表面波との間には伝搬速度に若干の差が生じる。

このため高次横モードの発生周波数が互いにずれるよう
になる。

その結果総合特性として高次横モードスプリアスが抑圧
された特性が得られる。

すなわち上記入力又は出力電極の開口長の幅内に実質的
に複数値の導波路番並列に形成した効果と併せて高次横
モードスプリアスを効果的にかつ十分抑圧することがで
きる。

なおＱ値の減少をさらに少なくするために、第５図に示
すようにグレーティング反射器４５゜４６の多数の金属
膜スｌ−ＩＪツブ中、入・出力電極４２．４３に近い側
のスｌ−ＩＪツブのみを分割切断し入・出力電極４２，
４３に遠い側のストリップを切断しないでおくように形
成することが有効である。

つまり入出力電極４２，４３に近いストリップはど表面
液の反射に寄与しており、従ってこの人・出力電極に近
い部分において前述のように幅の狭い導波路が複数個並
設されているようになっていれば、横モードスプリアス
を抑圧するのに十分で、かつこのようにするとストリッ
プの切断部分が少なくてすむので、表面波の反射効率は
第４図の構成のものよりも良く、Ｑ値の減少はより少な
い。

第６図は上記第５図の構成の弾性表面波共振子を次のよ
うな条件で設計した場合の共振通過帯域特性を示すもの
である。

圧電体基板材料；Ｘ軸カットＬｉＴａＯ３表面波伝搬方
向；Ｙ軸に対して１１２°方向人・出力電極、スプリッ
ト電極で１０．５対人・出力電極間の距離；３５．５λ グレ一テイング反射器；ストリップ数２００本でこの内
２１本をそれ ぞれ４分割に切断 人・出力電極とグレーティング反射器間の距離；０．３
７５λ 入・出力電極及びグレーティング反射器の幅；１．０７
ｆｆ７１１ 人・出力電極及びグレーティング反射器の金属膜の厚さ
；１．０μｍ（Ａｌ） 、中心周波数： １０２ （ＭＨｚ） この共振通過帯域特性から明らかのように、従来共振点
の高域側に観測されていた１次、２次、３次の高次横モ
ードは、はぼ完全に抑圧され、挿入損失もほとんど増加
していないことが明らかである。

従ってこの共振子を使用することにより低損失でスプリ
アスのない広帯域のフィルタを得ることが可能になる。

以上のようにこの発明によると、入力又は出力電極の開
口長の幅内に実質的に複数個の導波路が並列に形成され
るようグレーティング反射器を実質的に複数個に分割す
ることにより、等節約結合係数が大きく、フィルタを構
成した場合に挿入損失が小さく、かつ広い通過帯域特性
が得られ、さらに通過帯域特性内に横モードスプリアス
が発生しない弾性表面波共振子を提供することができる
。

なお、この発明はグレーティング反射器のストリップが
導電性の金属膜でなく、例えば誘電体膜或いはグループ
（ｇｒｏｏｖｅ ）と呼ばれる溝の構造をもつ反射器で
も同様の効果が得られる。

また実施例ではいずれも２ポート型の共振子にこの発明
を適用した場合を示したが、第１図に示されるような１
ポート型の共振子にも同様に適用できることはいうまで
もない。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ従来の１ポート型および
２ポート型の弾性表面波共振子の構成を示す図、第３図
は第２図（こ示す２ポート型の弾性表面波共振子の通過
帯域特性図、第４図はこの発明の一実施例に係る弾性表
面波共振子の構成を示す図、第５図はこの発明の他の実
施例を示す図、第６図は第５図の共振子の通過帯域特性
図である。 ４１・・・・・・圧電性基板、４２・・・・・・入力電
極、４３・・・・・・出力電極、４５，４６・・・・・
・グレーティング反射器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧電性基板上に１ないし複数のインターディジタル
   型変換器とグレーティング反射器とが並設された弾性表
   面波共振子において、前記グレーティング反射器は前記
   インターディジタル型変換器で励起された弾性表面波を
   反射するよう複数の互いに平行したストリップからなる
   とともに、この複数のストリップの少くとも一部のスｌ
   −ＩＪツブはそれぞれ前記インターディジタル型変換器
   の開口幅内で複数のストリップ片に分割されて前記弾性
   表面波の伝搬方向に溜った複数のストリップ片列を形成
   し、かつこの複数のストリップ片列の一部の列の各スト
   リップ片が互いに共通接続されていることを特徴とする
   弾性表面波共振子。