JPS60241313A - 弾性表面波装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は反射スプリアスを改善した低損失の弾性表面
波装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 弾性表面波装置は圧電体基板上に弾性表面波を励振する
トランスデユーサを設けた基本構造を有するものであり
、弾性表面波トランスデユーサとしては櫛歯状電極によ
り構成されるインターディジタルトランスデユーサ（Ｉ
ＤＴ）が実用化されている。ＩＤＴは一対の櫛歯状電極
をある間隙を設けて噛合せて構成され、これら一対の櫛
歯状電極を構成する電極指のピッチ、交差幅等を変化さ
せることにより、種々の周波数特性を実現することがで
きる。

このようなＩ’ＤＴを用いて構成される各種の弾性表面
波装置において、常に問題となるスプリアスとしてＩＤ
Ｔによる弾性表面波の反射スプリアスがある。この反射
スプリアスは実際にフィルタや遅延線を構成した場合に
トリプル・トランジット・エコー（ＴＴＥ）の形で現わ
れ、特性を著しく劣化させる要因となっている。

ＩＤＴにおける反射スプリアスの要因として、ＩＤＴの
電極部と電極間の間隙部との音響的インピーダンスの差
により生ずる反射ＲＡ　（ＪＸ下、音響的反射という）
と、ＩＤＴの電気的な再励起により生ずる反射ＲＥ　（
以下、電気的反射という）の二つがある。前者は電極の
端面で生ずる反射成分である。後者は弾性表面波がある
Ｎ極で電気信号に変換されて再び他の電極を励振するこ
とに起因する反射成分であり、電極指が交差するところ
で生ずるものである。

反射スプリアスを取除くには、これらの音響的反射ＲＡ
と電気的反射ＲＥとを互いに逆相にして相殺させればよ
く、このような考え方に基いて反射スプリアスを軽減さ
せる例として、■　Ｃ，３゜Ｈａｒｔｍａｎ　ｅｔ　ａ
ｔ、Ｉ　Ｅ　Ｅ　Ｅ　ＬＩ　ＩｔｒａｓｏｎｉｃｓＳｙ
ｍｐｏｓｉｕｍ　ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ　、　１９８２
．　ｐ４０−４５、■　Ｍ　、　Ｆ　、　Ｌ　ｅｗｉｓ
、　Ｅ　１ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌ　ｅｔｔｅｒｓ。

胆、　１９８３．　ｐ１０８５　、■　特開昭５８−８
４５１７号公報等が知られている。

第１図（ａ）’（ｂ）は■（１）　特開ＦＲ５８−８４
５１７号公報に示された弾性表面波装置であり、ＩＤＴ
を構成する第１および第２の櫛歯状電ｔ１１，２を音響
・的反射ＲＡは零で電気的反射ＲＥのみが生じる第１の
タイプの電極指対（領域Ａで示す）と、音響的反射ＲＡ
および電気的反射ＲＥが両方、とも生ずる第２のタイプ
の電極指対（領域Ｂで示す）とで形成している。第１の
タイプの電極指対は幅寸法が弾性表面波の波長λの１／
８と５／８の電極指の組合せにより構成され、また第２
のタイプの電極指対は幅寸法がλの１／８と３／８の電
極指の組合せにより構成されている。

第１図（ａ）においては、第２のタイプの電極極対の領
域Ｂが破線で示すように三角形状になっているが、この
理由は次のように説明される。すなわち、第１図＜ａ）
では第１の櫛歯状電極１と第２の櫛歯状電極２とがどこ
でも交差しており、従って電気的反射ＲＥは第１および
第２のタイプの電極指対の領域Ａ、Ｂの両者で生じる。

ここで、ＩＤＴ全体における総合の電気的反射の時間軸
波形は、近似的に交差パターンの自己コンボリューショ
ンで与えられ、この場合は交差幅が一定であるから、結
局、矩形のコンボリューションである三角形状となる。

従って、この電気的反射を時間軸上の全ての点で零にす
るためには、音響的反射の時間軸波形を電気的反射の時
間軸波形と同じ三角形状にすればよいわけである。この
ことは周波数軸上に置換えて考えれば、音響的反射ＲＡ
の周波数−振幅特性と、電気的反射ＲＥの周波数−振幅
特性とを広帯域にわたって等しくすることを意味してい
る。また、このことは第１図（ａ）のような構造のＩＤ
Ｔを用いてフィルタ等を構成した場合、トリプル・トラ
ンジット・エコー（ＴＴＥ）を広帯域にわたり抑制でき
ることをも示唆している。

第１図（ｂ）は第１図（ａ）で弾性表面波伝搬方向（時
間軸方向）に沿って形成されていた音響的反射および電
気的反射がともに生ずる領域Ｂを、弾性表面波の伝搬方
向と直交する方向（電極指の交差幅方向）に分散させた
もので、その効果は（ａ）の場合とほぼ同様である。

しかしながら、実際に第１図（ａ）（ｂ）に示したＩＤ
Ｔを作成してフィルタを実現しても、設計通りの周波数
特性が得られないことが確認された。これは第１図（ａ
）（ｂ）のいずれの構造も、弾性表面波のビームが経験
する電極指の合計幅および電極指端面の合計数がビーム
幅方向で異なるため、伝搬する弾性表面波に波面歪が生
じ、これがフィルタ特性を劣化させるからである。

［発明の目的］ この発明の目的は、広帯域にわたって反射スプリアスを
軽減させて低損失化を図り、しかも伝搬する弾性表面波
の波面歪を低減させた弾性表面波装置を提供することで
ある。

［発明の概要］ この発明は、圧電体基板上に音響的反射および電気的反
射の両方が生じるように形成されたインターディジタル
トランスデユーサを含む弾性表面波トランスデユーサを
設けてなる弾性表面波装置において、弾性表面波トラン
スデユーサにトランスデユーサを構成する一対の櫛歯状
電極の電極指交差幅方向に沿って音響的反射の位相が正
相の領域と逆相の領域とを選択的に設け、かつこれらの
各領域の電極指交差幅方向の長さの差を弾性表面波伝搬
方向で変化させることにより、音響的反射と電気的反射
とが相殺されるようにしたことを特徴とする。

［発明の効果］ この発明によれば、音響的反射の位相が正相の領域と逆
相の領域との電極指交差幅方向の長さの差を弾性表面波
伝搬方向に沿って、つまり時間軸方向において変化させ
ることにより、例えば音響的反射の時間軸波形を三角形
状にして音響的反射と電気的反射とを相殺させることが
できる。この場合、音響的反射の位相が正相の領域と逆
相の領域とは、電極指の位置が１８０°の位相差分だけ
弾性表面波伝搬方向にずれているだけであり、その電極
指の幅や数は同じでよい。従って、弾性表面波が経験す
る電極指の合計幅や端面の合計数が弾性表面波のビーム
幅方向で均一となり、弾性表面波の伝搬速度もビーム幅
方向で一定となる。これにより弾性表面波の波面歪が大
きく低減され、反射スプリアスが非常に少なく、低損失
の弾性表面波装置が実現される。

また、この発明によると音響的反射の位相が正相の領域
と逆相の領域との電極指交差幅方向の長さの差を変える
ことで、音響的反射の大きさを精密にコントロールする
ことが可能であるため、設計の自由度が増すという利点
もある。

さらに、この発明のようにして音響的反射の大きさを弾
性表面波伝搬方向で変化させると、従来のように電極指
の交差幅そのものを変化させる方法と異なり、音響的反
射の大小にかかわらず電極指の交差幅を長くとることが
できるので、交差幅が短いことに起因する弾性表面波の
回折効果の影響も受けにくくなる。

［発明の実施例］ 第２図はこの発明の一実施例の弾性表面波装置の構成を
示すものである。図において、圧電体基板１０は例えば
Ｌ　１ＮｂＯｓ　、Ｌ　１Ｔａｏ３等の圧電材料からな
るものであり、この基板１０上に例えばアルミニウム等
からなる第１の櫛歯状電極１１と第２の櫛歯状電極１２
とが互いに噛合せて被着形成され、インターディジタル
トランスデュ−サ１３が構成されている。第１および第
２の櫛歯状電極１１．１２は弾性表面波基板１ｂ上を伝
搬する弾性表面波の波長をλとすると、いずれもλ／８
，３λ／８の幅寸法を持つ電極指の組合せにより構成さ
れている。

ここで、インターディジタルトランスデユーサ１３は櫛
歯状電極１１．１２の電極指交差幅方向Ｙに沿って順次
、領域Ｃと領域りと領域Ｃとに３分割されている。領域
Ｃと領域りは前述した音響的反射と電気的反射とがとも
に生ずるという点では同じであるが、音響的反射の位相
が互いに逆相となっている。すなわち、領域Ｃでの音響
的反射の位相を正相とすれば、領域りでのそれ一逆相で
ある。これは具体的には領域りにおける電極指の端面の
位置を、領域りにおける電極指の位置より弾性表面波伝
搬方向Ｘにλ／４だけシフトすることにより達成される
。

そして、領域Ｃと領域りの電極指交差幅方向Ｙの長さは
弾性表面波伝搬方向Ｘにおいて一定でなく、破線で示す
ように領域Ｃと領域りとの長さの差がＸ方向に沿って三
角形状に変化している。

この構成をざらに具体的に述べると、第１の櫛歯状電極
１１は幅寸法がλ／８の電極指により形成され、第２の
櫛歯状電極１２は領域Ｃ，Ｄに相当する位置に幅寸法が
λ／８，３λ／８の電極指および幅寸法がλ／８のスリ
ット状の間隙部をＸ方向に沿って選択的に配列した構造
となっており、しかもこれら電極指および間隙部のＹ方
向における長さの差が三角形状に変化した構造となって
いる。

このように構成された弾性表面波装置では、第１およ“
び第２の櫛歯状電極１１．１２は弾性表面波伝搬方向Ｘ
のどこでも交差しているので、交差幅はこのＸ方向にお
いて一定であるが、音響的反射は領域Ｃと領域りとの長
さの差辷比例するから、Ｘ方向において三角形状に変化
ザるεとになる。

従って、第１図（ａ）で説明した特開昭５８−８４５１
７号公報に記載されたものと同様の原理により、音響的
反射と電気的反射とが相殺されることになる。

そして、この構成によれば従来問題となっていた弾性表
面波の波面歪がほとんど生じなくなるという特徴がある
。これは弾性表面波の経験する電極指の合計幅および電
極指の端面の合計数が領域Ｃと領域りとで等しくなり、
弾性表面波の伝搬速度に影響を与える電極指の短絡効果
、質最効果。

形状効果等と呼ばれるものが領域Ｃ，Ｄでほぼ同等とな
るからである。

さらに、この構成によれば領域Ｃと領域りの電極指の交
差幅方向Ｙにおける長さの差で音響的反射の大きさがコ
ントロールされているため、音響的反射に寄与する電極
指の交差幅を音響的反射が比較的小さいところでも太き
（とることができる。

従って、交差幅が短い場合に弾性表面波が伝搬するに従
ってビーム幅が広がる。いわゆる回折効果に対しても影
響を受けにく（なる。

この発明の他の実施例を第３図〜第５図により説明する
。第３図の実施例は基本的には第２図の実施例と同じで
あるが、第２図における領域Ｃと領域りをそれぞれ電極
指の交差幅方向に沿って複数個所に分散して設けた点が
特徴である。この場合も、領域Ｃと領域りとの電極指交
差幅方向における長さのそれぞれの合計の差を弾性表面
波伝搬方向に沿って三角形状に変化させている。

この第３図の実施例によると、第２図と同様の効果が得
られるぽか、音響的反射の大きさを電極指交差幅方向に
おいて均一化できるので、この電極指交差幅方向、すな
わち弾性表面波のビーム幅方向においても音響的反射と
電気的反射との相互打消し効果を得ることができ、フィ
ルタ等を構成する場合に図のインターディジタルトラン
スデユーサに組合わせて用いられる入出カドランスデュ
ーサ等の選択の自由度が増すという長所がある。

さらに、この実施例ではインターディジタルトランスデ
ユーサの弾性表面波伝搬方向の最外側に幅寸法λ／８の
電極指から゛なるダミー電極１４が電極指交差幅方向に
分散して設けられているが、この電極１４はインターデ
ィジタルトランスデユーサ端部で生ずるエンドエフェク
トと称される不要反射スプリアスを減少させる効果があ
る。

第４図の実施例はインターディジタルトランスデューサ
を構成する一対の櫛歯状電極１１．１２を多層（この例
では２層）構造のスプリット電極で形成した弾性表面波
装置にこの発明を適用した例である。すなわち、各電極
指はいずれもλ／８の幅寸法を持つが、図で斜線を施し
てない部分は第１層目の導体膜であり、例えばＡ℃によ
り形成される。また斜線部分は第２層目の導体膜であり
、例えばｃｒまたはＡＵ等で形成される。この実施例で
は領域Ｃが２層膜で構成され、領域りが単層膜で形成さ
れることにより、やはり領域Ｃと領域りとでは音響的反
射が互いに逆相となるように構成されている。

第５図の実施例は弾性表面波の音響的反射を生ずる領域
と、電気的反射を生ずる領域とを弾性表面波伝搬方向に
選択的に設けたものである。すな゛わち、第１および第
２の櫛歯状電極１１．１２は電気的反射のみを生ずる幅
寸法λ／８のスプリット電極からなり、弾性表面波伝搬
方向に間欠的に設けられている。そして、これらスプリ
ット電極による櫛歯状電極の相互間に位置して、λ／４
の幅寸法を持つグレーティング電極１５が配置されてい
る。この場合、グレーティング電極１５はこの発明に基
いて領域Ｃと領域りとが弾性表面波伝搬方向に互いにλ
／４だけシフトされており、それぞれの領域の音響的反
射の位相は互いに逆相となっている。

この第５図の実施例の弾性表面波装置では、音−的反射
と電気的反射とが弾性表面波伝搬方向においてそれぞれ
独立した場所で行なわれるため、構造的な基本周期長が
先の３つの実施例に比較して長くなっている。従って、
周波数軸上でサイドローブは生じ易い反面、λ／４の幅
寸法を持つグレーティング電極の使用によって音響的反
射を効率よく生じさせることが可能なため、電極の膜厚
を薄くすることができ、簡、単なプロセスで低損失の一
方向性トランスデユーサが実現されるという特長がある
。

この発明は上記した実施例に限定されるものではなく、
次のように種々変形して実施することができる。例えば
上記各実施例では説明の簡単のため、電極指の交差幅が
一様の場合について説明したが、交差幅を弾性表面波伝
搬方向において変化させた。いわゆるアポダイズ電極を
用いた場合にもこの発明を適用することが可能である。

第４図あるいは第５図の実施例にアボダイズ電極構造を
組合わせる場合、電気的反射は電極指の交差している領
域（インターディジタルトランスデユーサの部分）で発
生するのに対し、音響的反射は電極指が交差していない
領域（ダミー電極領域）においても発生させることがで
きるので、音響的反射領域の電極パターンは概略、次の
ようにして決定することができる。すなわち、交差領域
に相当するインパルス応答（ただし音響的反射がないと
きの応答）を決定した後、その自己コンボリューション
をめ、その時間軸を１／２に圧縮した波形・に沿りて音
響的反射の大きさが変化するように音響的反射領域を形
成すればよい。・この場合、音響的反射と電気的反射と
が互いに同相となる領域が生ずることもあり得る。厳密
には外部回路の付加条件等により電気的反射の時間軸波
形は変化し、また音響的反射も電極指間の多重反射を考
慮しなければならないが、これらはインターディジタル
トランスデユーサの等価回路モデル等により解析するこ
とが可能であるから、その解析結果に基いて最終的なパ
ターンを決定すればよい。

また、第５図の実施例において弾性表面波のビーム幅方
向においても音響的反射と電気的反射との相互打消し効
果を得るために、音響的反射領域を電極指の交差幅方向
に不均一に分布させることも可能である。

また、音響的反射や電気的反射の大きさを弾性表面波伝
搬方向において変化させるために、領域Ｃと領域りの長
さの差を変化させると同時に、いわゆる抜き電極や位相
ウェイト等の手法を併用することができるのは言うまで
もない。

さらに、この発明は高調波を利用した弾性表面波装置に
も適用することが可能であり、例えば第３次高調波を用
いた場合には、第３次高調波の音響的反射の位相が正相
の領域と逆相の領域とを弾性表面波の伝搬方向に沿って
選択的に設ければよい。

また、この発明の弾性表面波装置は例えばマルチストリ
ップカップラ（ＭＳＣ）と併用したり、薄＊誘電体と併
用したりすることもでき、さらに圧電薄膜に適用したり
、音響的反射領域としてグループ（溝）を用いたり、表
面波モード以外の弾性波モード（ＳＳＢＷ、スタンリー
波等）を用いてもよい。そのた、この発明は要旨を逸脱
しない範囲で種々変形実施が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）は従来の音響的反射と電気的反射と
を相殺させた弾性表面波装置の例を示す平面図、第２図
〜第５図はそれぞれこの発明の実施例の弾性表面波装置
の構成を示す平面図である。 １０・・・圧電体基板、１１・・・第１の櫛歯状電極、
１２・・・第２の櫛歯状電極、１３・・・インターディ
ジタルトランスデユーサ、１４・・・エンドエフェクト
キャンセル用ダミー電極、１５・・・グレーティング電
極（音響反射領域）。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 （ｂ） 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）圧電体基板上に音響的反射および電気的反射の両
   方が生じるように形成されたインターディジタルトラン
   スデユーサを含む弾性表面波トランスデユーサを設けて
   なる弾性表面波装置において、前記弾性表面波トランス
   デユーサはインターディジタルトランスデユーサを構成
   する一対の櫛歯状電極の電極指交差幅方向に沿って音響
   的反射の位相が正相の領域と逆相の領域とが選択的に設
   けられ、かつこれらの各領域の弾性表面波伝搬方向と直
   交する方向の長さの差が弾性表面波伝搬方向で変化する
   ことにより、音響的反射と電気的反射とが相殺されるよ
   うに形成されていることを特徴とする弾性表面波装置。 （２Ｊ　インターディジタルトランスデユーサを構成す
   る一対の櫛歯状電極はそれぞれ弾性表面波の波長のほぼ
   １／８および３／８の幅寸法を持つ電極指の組合せによ
   り構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の弾性表面波装置。 （３）電極指交差幅方向に沿って音響的反射が正相の領
   域と逆相の領域とがそれぞれ複数個所に分散して設けら
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項または
   第２項記載の弾性表面波装置。 （４弾性表面波トランスデユーサは圧電体基板上におけ
   る弾性表面波伝搬方向の最外側部に、弾性表面波の波長
   のほぼ１／８の幅寸法を持つ電極指を有することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項。 第２項または第３項記載の弾性表面波装置。 （５）　インターディジタルトランスデユーサを構成す
   る一対の櫛歯状電極はそれぞれ弾性表面波の波長のほぼ
   １／８の幅寸法を持ち、かつ多層膜で形成された電極指
   からなるスプリット電極で構成されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項。 第３項または第４項記載の弾性表面波装置。 （■　弾性表面波トランスデユーサは弾性表面波伝搬方
   向に音響的反射を生じる領域と電気的反射を生じる領域
   とが選択的に設けられていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の弾性表面波装置。 （７）　音響的反射を生じる領域は弾性表面波の波長の
   １／４の幅寸法を持つグレーティング電極により構成さ
   れ、電気的反射を生じる領域は弾性表面波の波長のほぼ
   １．／８の幅寸法を持つ電極指を有する一対の櫛歯状電
   極からなるインターディジタルトランスデユーサで構成
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第６項記載
   の弾性表面波装置。 （８）弾性表面波トランスデユーサは弾性表面波伝搬方
   向に沿って弾性表面波の第３次高調波の音響的反射の位
   相が正相の領域と逆相の領域とが選択的に設けられてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の弾性表
   面波装置。