JPS60242716A - 表面音波バンドパスフイルタ - 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】 産業上の利用分野 本発明は、一般に、表面音波（ＳＡＷ）装置に係り、特
に、表面音波技術で実施されるバンドパスフィルタに係
る。

従来の技術 表面音波装置は、圧電材料の基体を用いており、この基
体を横切って、弾性表面波が、基体表面上に配置された
複数の組の電気−音響トランスジューサ間に伝搬される
。これらの装置は、いわゆるレイリー波を用いており、
この波は、固体の自由表面に沿って伝搬することができ
、基体表面で最も大きな変位振幅を有している。圧電材
料では、このような波によって発生した変形により局部
的な電界が誘起され、これらの電界は、音波と共に伝搬
して材料表面上の空間へと延びる。これらの電界は、材
料表面に配置された電極と相互作用して、表面音波装置
のための電気入出カドランスジューサの役目を果たす。

表面音波のバンドパスフィルタは、通常、１つの入カド
ランスジューサと、１つの出カドランスジューサとを備
えており、これらは、まっすぐな指状部をもったインタ
ーデジタル形式のものである。これらトランスジューサ
は、基体の主たる伝搬軸と整列して配置される。このよ
うなイン・ラインフィルタに関連したサイドローブの除
去は、典型的に、６０ｄＢ以下である。又、一般のイン
ラインフィルタは−６１１１のライン巾に変化があるた
めに１回折、貫通供給及び波頭の歪といった問題が生じ
る。これは、入カドランスジューサによってスプリアス
な体積波も充分に励起されて出カドランスジューサで検
出されてしまうからである。

このスプリアスな体積波を除去するために色々な技術が
開発されている。これら解決策の幾つかは、マルチスト
リップカップラを組み込んだり、テーパ付けされた基体
を使用したり、或いは、基体の下面を粗面化したりする
ことを含む。然し乍ら、マルチストリップカップラは、
圧電特性の高い基体の場合しか適しておらず、周波数が
５００ＭＨ２を越えた場合には非常にロスが大きくなる
。テーバ付けされた基体又は粗面化された基体を使用す
る場合には、更に別の処理が必要となり、然も、薄い基
体の場合には適さなくなる。簡単に云えば、イン・ライ
ン型の表面音波バンドパスフィルタを形成する全く満足
な技術は今のところない。

大部分の表面音波装置は、単一伝搬方向を使用した「イ
ン・ライン」装置であるが、表面音波技術は、スペクト
ル分析器のような回折作用装置にも適用できる。表面音
波スペクトル分析器は、１９８３年９月２日に出願され
た「信号処理システム及び方法Ｊと題するＲｏｂｅｒｔ
　Ｅ、　Ｂｒｏｏｋｓ氏の米国特許出願第５２９，０６
６号に開示されている。

Ｂｒｏｏｋｓ氏の特許出願には、表面音波スペクトル分
析器の作動原理が示されている。本質的に、この作動原
理は、光学的な回折格子の作動原理に非常によく似てい
る。コリメートされた光線が平面格子に入射した時には
、その散乱光が単色光の波へと分散され、それらの波長
に基づいた角度で伝搬する。散乱した波が収束レンズに
よって点もしくは線に造影される場合には、多数の回折
次数がみられる。ゼロ次以外の各次数においては、光が
そのスペクトル成分に分散される。この基本的な特性が
分光写真機に使用され、この場合は、収束レンズの必要
性をなくすために格子がカーブするようにされ、多数の
平坦な反射散乱線を形成するように格子がｒ光らされる
」。これは、格子が単一の回折次数のみで光を散乱させ
、未使用の次数に対してエネルギー損失がないことを意
味する。

分光写真機の表面音波作用は、カーブして光らされた回
折格子に非常によく似ている。分光写真機の場合と同様
に、はゾ全部のエネルギーが一次に集中するように装置
が構成される。基本的に、表面音波装置は、多数の広帯
域のインターディジタル型のトランスジューサが並列に
接続されたカーブした入カドランスジューサアレイと、
出カドランスジューサアレイとを備えている。各々の入
カドランスジューサは、非常に小さなもので、点　′エ
ネルギー源と非常に良く似た働きをし、これは、大部分
の表面音波基体材料の異方性を無視できれば、円形の波
頭を放射すると考えることができる。

入力１〜ランスジユーサアレイの曲率により、アレイか
らのエネルギーは、アレイから所定の焦点距離に位置す
る焦点に収束される。焦点では、全ての入カドランスジ
ューサからの波頭が同時に到着し、互いに強め合う。そ
れ故、ゼロ次の焦点は、アレイの曲率の中心にあり、焦
点に到達する各々の波頭は、入カドランスジューサから
同じ距離だけ進んでいる。−次の焦点は、ゼロ次の焦点
から横方向に離されている。２つの隣接したトランスジ
ューサから送られた波は、互いに同相で一次の焦点に到
達するが、それらの経路長さは、１波長又は他の整数波
長だけ異なる。ここで、入力アレイに送られる信号の周
波数が変化したとすれば、−次の焦点は、ゼロ次の焦点
に対して横方向にずらされる。広帯域の入力信号が入力
アレイに送られた場合には、−次の焦点が焦点弧となり
、この弧上の各点は、別々の入力周波数を表わす。

出カドランスジューサは、この焦点弧に沿って配列され
、周波数スペクトルを表わす１組の出力信号を発生する
。従って、これは、表面音波技術を用いたスペクトル分
析の基礎となる。

上記の特許出願には、スペクトル分析器としてほとんど
の点で一応満足なこの種の装置が開示されているが、二
次元又は回折作用の表面音波技術でこれまでにバンドパ
スフィルタの構造に適用されたものはない。従って、こ
れに通常伴うような問題を招くことなく、体積波の影響
を効果的に抑制もしくは最小にするバンドパスフィルタ
が要望されている。本発明は、このような要望に向けら
れる。

発明の構成 本発明は、表面音波スペクトル分析器の入力アレイと同
様の整相入力アレイと、この人力アレイに関連した一次
焦点弧上の所望の周波数従属位置に配置された単一の出
カドランスジューサとを有する表面音波バンドパスフィ
ルタに係る。表面音波装置の空間的な分散を利用するの
に加えて。

入力及び出力の両方のトランスジューサは、フィルタの
特性を更に改善するように、一般の技術により、周波数
の選択性が良くされる。収束ビームにおける空間的なサ
イドローブを抑制するように入カドランスジューサアレ
イの振幅重み付けを行なうことによって更に改善が与え
られる。

特に、入カドランスジューサアレイは、ここに開示する
多数の技術のうちの１つ以上により、ビームの収束性を
改善すると共にビームのサイドローブを減少するように
振幅が重み付けされる。

１つの技術によれば、入力トランスジューサアレイは、
選択された入カドランスジューサへ入力信号を直列に容
量性結合することにより振幅が重み付けされる。別の技
術によれば、アレイにまたがって生じる音波放射の振幅
を変えるように入カドランスジューサを直列及び並列関
係で選択的に結合することによって振幅の重み付けが行
なわれる。

更に別のやり方は、幾つかの入カドランスジューサをア
レイから選択的に除去することによって振幅の重み付け
を行なうことである。トランスジューサの指状部の重な
り程度を選択的に変えて、発生される音波信号の振幅を
制御するような重畳重み付は技術を、上記のおおまかな
技術の１つ。

例えば、選択的直列−並列接続又はトランスジューサソ
ースの除去、と有効に組み合わせることができる。更に
、選択された入カドランスジューサに直列抵抗を経て入
力信号を結合するような抵抗重み付は技術と上記技術の
いずれかを有効に組み合わせることができる。

以上の説明から明らかなように、本発明は、表面音波バ
ンドパスフィルタの分野に著しい進歩をもたらす。特に
、本発明の改良により、フィルタの周波数特性が改善さ
れると共に、不所望な体積波の影響が最少にされる。本
発明の他の特徴及び効果は、添付図面を参照した以下の
詳細な説明より明らかとなろう。

実施例 説明のために添付図面に示されたように、本発明は、バ
ンドパスフィルタとして使用される形式の表面音波装置
に関する。本発明によれば、表面音波バンドパスフィル
タは、参照番号２０で一般的に示された入カドランスジ
ューサの整相アレイと、単一のインターデジタル型出カ
ドランスジューサ２２とを備えており、入力及び出力の
両方のトランスジューサは、圧電基体２４の表面上に配
置される。典型的に広帯域の周波数成分を有する電気入
力信号が、入カドランスジューサアレイ２０に供給され
、装置は、出カドランスジューサ２２から選択された帯
域の出力信号を発生するように働く。

整相入力アレイ２０の作動原理は、光学的な回折格子と
同様である。入カドランスジューサアレイは、比較的多
数の個々のトランスジューサを備えており、各トランス
ジューサは、少なくとも理論的には、音波エネルギーの
点源として働く。

基体材料が等方性である場合には、この点放射源により
、円形の波頭が各入カドランスジューサから発生される
。実際には、多くの表面音波基体は異方性であり、波頭
の速度は、伝搬方向によって異なる。

六カアレイ２０のトランスジューサは、円弧に沿って配
置され、°全でのトランスジューサからの個々の波頭は
、全てのトランスジューサから同じ距離にあるゼロ次焦
点２６において互いに増強し合う。このゼロ次焦点は、
信号の周波数に拘りなく同じである。光学の場合と同様
に、表面音波装置には他の「回折」次数がある。成る所
与の周波数に対し、参照番号２８で示すように一次の焦
点があり、ここでも、全ての入カドランスジューサから
の音波は互いに増強し合うように合成されるが、２つの
隣接するトランスジューサから焦点までの経路長さには
１波長の差がある。入力信号の周波数が変化するにつれ
て、この−次の焦点の位置が、３０で示す焦点弧に沿っ
て横方向にシフトする。

出カドランスジューサ２２は、バンドパスフィルタの中
心周波数に対応する焦点弧３０上の点に配置される。上
記の装置は、第２図ないし第３図について以下に詳細に
述べるように、入カドランスジューサアレイに振幅の重
み付けを使用することによって更に改善される。第２図
は、各トランスジューサの巾を変えることによって入カ
ドランスジューサアレイ２０の振幅重み付けをいかに行
なうかを示している。図示されたトランスジューサ構造
体は、はゾ平行関係で配置された２つの電極３４及び３
６を備え、これらの電極は、互いに重畳関係（インター
デジタル関係とも称する）になるように延びている加算
バー３８及び４０を有している。各々の加算バーからは
トランスジューサ素子、即ち、指状部４２が延びている
。これらの指状部もインターデジタル関係で配置される
。

各組のインターデジタル型の指状部４２は、トランスジ
ューサセルを構成し、図示された３つのセルは、別々の
アパーチャ即ち巾を有し、換言すれば、トランスジュー
サの指状部は１色々な程度で重畳することが明らかであ
る。これにより、トランスジューサセルの振幅に対して
連続的に可変な制御が与えられ、従って、アレイ２０は
、該アレイより放射される音波ビームからのサイドロー
ブを最小にするように所望のやり方で振幅の重み付けが
行なわれる。

第３図は、直列キャパシタンス素子を用いた別の形式の
振幅の重み付けを示している。例えば、２つの電極４６
及び４８が実質的に平行に示されている。上記のアレイ
の場合と同様に、各々の電極は、インターデジタル型の
加算バー５０及び５２を有しているが、加算バー５０は
主電極４６に直結していない。その代り、これら加算バ
ーは、電極４６の下の大きなパッド５４で終っており、
第３図に示してない二酸化シリコン（ＳｉＯ２）のよう
な誘電体層によってそこから分離されている。従って、
各々の加算バー５０は、１つのパッド５４と電極４６と
によって形成された直列接続キャパシタンスを含んでい
る。然し乍ら、この形態の振幅の重み付けは、作動周波
数が高い場合には適当でない。

第４図は、同じ一般的目的で用いられる抵抗重み付けを
示している。この場合も、２つの実質的に平行な電極５
６及び５８があり、各電極は、加算バー６０及び６２を
有している。然し乍ら、加算バー６０は、加算バー６２
に重畳しない。そうではなくて、これらのバーは、第２
の加算バー６０ａに重畳し、これら第２の加算バーは、
比較的薄い導電性ストリップ６４によって主加算バー６
０に接続される。第２の加算バー６０ａは、それに対向
した加算バー６２と重畳し、加算バー６２及び第２の加
算バー６０ａからインターデジタル指状部６６が延びて
いる。導電性ストリップ６４は、調整可能な抵抗素子と
して使用され、製造プロセスの完了前に微同調が必要な
場合にレーザ又は他の方法によって調整することができ
る。

第５図は、入カドランスジューサアレイ２０の振幅重み
付けを行なう別の技術を示している。

６個のトランスジューサセルフ０−７５が一例として入
力信号源７６に接続されて示されている。

このアレイ内の最初の２つの１−ランスジューサ、即ち
、参照番号７０及び７１で示されたトランスジューサは
、信号源７６に直列に接続されている。

同様に、アレイ内の最後の２つのトランスジューサ７４
及び７５も直列に接続されている。アレイの中央の２つ
のトランスジューサ７２及び７３は、並列に信号源７６
に直結される。これにより、おおまかな形態の振幅重み
付けが与えられる。というのは、中央のトランスジュー
サ７２及び７３から生じる振幅は、外側のトランスジュ
ーサ７０．７１．７４及び７５の振幅の２倍になること
が明らかだからである。

更に別の形態の振幅重み付けが第６図に示されている。

基本的に、アレイ２０の中心付近のトランスジューサは
、通常そうであるように、８０で示した如く離間１１が
小さくなっているが、アレイの両端に向かうにつれて離
間中が大きくなっている。参照番号８２は、通常１つの
追加トランスジューサを受け入れるようなアレイ内のス
ペースを示し、そして参照番号８４は、通常２つの追加
トランスジューサを受け入れるようなスペースを示して
いる。実際には、これらの最後の述べたおおまかな重み
付は技術は、所望の出カバターンを形成するようにアレ
イを微同調するための別の解決策、例えば、アパーチャ
の巾による重み付けと組み合わせて最も良好に適用でき
る。

第７図に示したよう−に、本発明の改良されたバンドパ
スフィルタは、トランスジューサが周波数選択特性をも
つように設計されていなくても、良好な周波数特性を発
揮する。適当な周波数選択式のトランスジューサを用い
れば、本装置は、９０ｄＢという帯域外除去性能を発揮
することができる。

以上の説明から、本発明は、表面音波装置の分野に著し
い進歩をもたらすことが明らかであろう。特に、本発明
は、表面音波バンドパスフイルタの性能改善を果たす。

本発明の新規なフィルタは、サイドローブの除去性能が
改善され、体積波及びその他の作用、例えば１回折、フ
ィードスルー及び波頭歪、による問題を実際上排除する
。又、説明の目的で、好ましい実施例について詳細に述
べたが、本発明の精神及び範囲から逸脱せずに種々の変
更がなされ得ることが明らかであろう。従って、本発明
は、特許請求の範囲のみによって規定されるものとする
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による表面音波バンドパスフィルタの
概略平面図であり、 第２図は、アパーチャの巾の重み付けによって振幅の重
み付けが行なわれる入カドランスジューサアレイの部分
平面図であり、 第３図は、容量の重み付けによって振幅の重み付けが行
なわれる入カドランスジューサアレイの部分平面図であ
り、 第４図は、抵抗の重み付けによって振幅の重み付けが行
なわれる入カドランスジューサアレイの部分平面図であ
り、 第５図は、振幅の重み付けを行なうために素子が選択的
に直列及び並列に接続された入カドランスジューサアレ
イの部分平面図、 第６図は、振幅の重み付けを行なうためにソース除去技
術を用いた入カドランスジューサアレイの部分平面図で
あり、そして 第７図は、本発明による表面音波バンドパスフィルタの
周波数応答を示すグラフである。 ２０′・・・入カドランスジューサの整相アレイ２２・
・・出カドランスジューサ ２４・・・圧電基体　２６・・・ゼロ次焦点２８・・・
−次焦点　３０・・・焦点弧３４．３６・・・電極 ３８．４０・・・加算バー ４２・・・指状部　４６．４８・・・電極５０．５２・
・・加算バー ５４・・・パッド　５６．５８・・・電極６０．６２・
・・加算バー ６０ａ・・・第２の加算バー ６４・・・導電性ストリップ ６６・・・インターデジタル指状部 ７０−７５・・・トランスジューサセル７６・・・信号
源 図面の浄＊＜内容に変更なし） 第１頁の続き ０発明者　ケイ　フン　ロー ［相］発明　者　レイノルド　シゲル カギワダ アメリカ合衆国　カリフォルニア州　９０７１０　ハー
バ−シティ　ヒムバー　ブレイス　２３５０５アメリ力
合衆国　カリフォルニア州　９００３４　ロサンゼルス
　マルカン　アベニュー　３１１７ 手続補正書（方式） １．事件の表示　昭和６０年特許願第２８１１０号２、
発明の名称　表面音波バンドパスフィルタ３、補正をす
る者 事件との関係　出願人 ４、代理人

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電基体を具備し、 更に、上記基体の表面上に配置されていて、複数の個々
   のインターデジタル型のトランスジューサを有している
   ような入カドランスジューサアレイを具備し、上記の複
   数のトランスジューサは、成る曲線に沿って離間され、
   入力信号を与えるように電気的に接続されていて、焦点
   弧に沿って収束される音波放射を発生し、焦点弧上の各
   位置は、入力信号の別々の周波数成分を表わし、更に、
   選択された帯域の周波数信号を受けてそれに対応する電
   気出力信号に変換するように。 基体上で、上記焦点弧の選択された位置に配置された出
   カドランスジューサを具備したことを特徴とする表面音
   波バンドパスフィルタ。
2. （２）上記入カドランスジューサアレイは、ビームの収
   束性を改善すると共にビームのサイドローブを減少する
   ように振幅の重み付けが行なわれ、上記入カドランスジ
   ューサアレイは、アレイにまたがって生じる音波放射の
   振幅を変えるように上記入カドランスジューサを直列及
   び並列関係で選択的に結合する手段を含む手段によって
   振幅の重み付けが行なわれる特許請求の範囲第（１）項
   に記載の表面音波バンドパスフィルタ。
3. （３）上記入カドランスジューサアレイは、ビームの収
   束性を改善すると共にビームのサイドローブを減少する
   ように振幅の重み付けが行なわれ、上記入カドランスジ
   ューサアレイは、上記入カドランスジューサの幾つかを
   アレイから選択的に除去することによって振幅の重み付
   けが行なわれる特許請求の範囲第（１）項に記載の表面
   音波バンドパスフィルタ。
4. （４）更に、上記入カドランスジューサアレイは、トラ
   ンスジューサ指状部の重畳程度をアレイにわたって選択
   的に変えるような重畳重み付けによって振幅の重み付け
   が行なわれる特許請求の範囲第（２）項に記載の表面音
   波バンドパスフィルタ。
5. （５）更に、上記入カドランスジューサアレイは、トラ
   ンスジューサ指状部の重畳程度をアレイにわたって選択
   的に変えるような重畳重み付けによって振幅の重み付け
   が行なわれる特許請求の範囲第（３）項に記載の表面音
   波バンドパスフィルタ。
6. （６）更に、上記入カドランスジューサアレイは、選択
   された入カドランスジューサに直列抵抗を介して入力信
   号を結合するような抵抗重み付けによって振幅の重み付
   けが行なわれる特許請求の範囲第（２）項に記載の表面
   音波バンドパスフィルタ。
7. （７）更に、上記入カドランスジューサアレイは、選択
   された入カドランスジューサに直列抵抗を介して入力信
   号を結合するような抵抗重み付けによって振幅の重み付
   けが行なわれる特許請求の範囲第（３）項に記載の表面
   音波バンドパスフィルタ。
8. （８）更に、上記入カドランスジューサアレイは、選択
   された入カドランスジューサに直列抵抗を介して入力信
   号を結合するような抵抗重み付けによって振幅の重み付
   けが行なわれる特許請求の範囲第（４）項に記載の表面
   音波バンドパスフィルタ。
9. （９）更に、上記入カドランスジューサアレイは、選択
   された入カドランスジューサに直列抵抗を介して入力信
   号を結合するような抵抗重み付けによって振幅の重み付
   けが行なわれる特許請求の範囲第（５）項に記載の表面
   音波バンドパスフィルタ。