JPS6065610A - 弾性表面波2端子共振器 - Google Patents

弾性表面波2端子共振器

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JPS6065610A
JPS6065610A JP17299183A JP17299183A JPS6065610A JP S6065610 A JPS6065610 A JP S6065610A JP 17299183 A JP17299183 A JP 17299183A JP 17299183 A JP17299183 A JP 17299183A JP S6065610 A JPS6065610 A JP S6065610A
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JP
Japan
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resonator
surface acoustic
acoustic wave
block
resonance
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Application number
JP17299183A
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English (en)
Inventor
Arata Nakakoshi
中越 新
Mitsutaka Hikita
光孝 疋田
Yasuaki Kinoshita
木下 康昭
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Hitachi Denshi KK
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Denshi KK
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/125Driving means, e.g. electrodes, coils
    • H03H9/145Driving means, e.g. electrodes, coils for networks using surface acoustic waves
    • H03H9/14544Transducers of particular shape or position
    • H03H9/1455Transducers of particular shape or position constituted of N parallel or series transducers
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/25Constructional features of resonators using surface acoustic waves

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、弾性表面波2端子共振器、更に詳しく言えば
弾性表面波が伝搬する基板表面に、弾性表面波トランス
デユーサを形成し、特にVHF。
UHFの周波数範囲で動作する回路機能、例えば発撮器
、フィルタ等に適用し得る2端子弾性表面波共振器の構
成に関する。
〔発明の背景〕
従来の弾性表面波共振器は圧電特性基板上に第1図に示
すような電極パターンを付して形成する。
電極パターンは2つのすだれ状電極1a及び1bの相隣
る電極指2a及び2bを互いに間挿した構造であり、す
だれ状電極1a及びlbはそれぞれ電気的端子3a及び
3bに接続されている。電気的端子3a及び3bに印加
された電気的信号のりち、電極指2aと2bの間隔に応
じた特定の周波数について効果的に弾性表面波に変換さ
れ共振現象を生じる。共振器両端から漏洩する弾性表面
波のエネルギー(以下、漏れ損失と称する)を少なくし
て良好な共振特性を得るためには、圧電性基板の電気機
械結合係数に2の逆数1 / k 2よシも十分多い電
極指対数(例えば、に2=0.01の基板では数百対)
を必要とすることが知られている。従って共振器長が波
長の数百倍に達するために共振器の寸法が他の回路部品
より大きくなシすぎ、実用に適さない場合がある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、共振器両端から漏洩するエネルギー損
失を低減させ、漏れ損失が従来形共振器と同等で共振器
長の短い弾性表面波共振器を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明では上記目的を達成するため共振器を複数の共振
プ0:/りに分割し、各共振ブロックを電気的に並列に
接続する。ここで共振器中央部の共振ブロックのインピ
ーダンスを小さくシ、両端部の共振ブロックのインピー
ダンスが大きくなるよう構成することで、弾性表面波の
振幅分布を共振器中央部で両端部より大きくすることが
できる。
この時、各共振ブロックがそれぞれ同一周波数で共振し
なければならない。それには各共振ブロックに励振され
た弾性表面波が共振周波数において、2つの隣接する共
振ブロックの中央上で位相が一致するように各共振ブロ
ックを配置する。こうすることによって、この位相が一
致する面は後述のように見かけ上等側的な反射面として
機能する。
この等側皮射面で区切られた各共振ブロックは、はぼ独
立の共振器として機能している。従って前述の弾性表面
波の位相関係を保てば、各共振ブロックのインピーダン
スを変化させることができ、共振器中央部の共振プl:
I、りのインピーダンスを小さくなるように構成した共
振器は漏れ損失を低減できる。逆に、漏れ損失を従来形
共振器と等しくすれば共振器長を短縮することが可能と
なる。
〔発明の実施例〕
以下図面を用いて本発明の詳細な説明する。
まず、本発明の基本である複数の共振ブロックで弾性表
面波共振器を構成した時の共振特性について述べる0弾
性表面波共振器を第2図に示すように複数の共振ブロッ
クで構成する。ここで01〜c3はそれぞれ共振プO,
りであシ、弾性表面波トランスデー−サで構成される。
その一実施例を第3図に示す。電気的端子4a及び4b
に′11信号を印加すると、各共振プ0ツクC1〜C3
で弾性表面波W1〜W3が励損され、電極指間隔及び共
振ブロック間隔に応じて第4図に示すように複数の共振
現象が発生する。以下、この共振現象について説明する
。第2図の弾性表面波共振器において、共振ブロックC
2で励振された弾性表面波W2は共振プロワクの両側へ
伝搬する。同様に共振ブロックC1及びC3からも弾性
表面波W1及びW3が励振される。各共振ブロックが第
3図のように同一トランスデユーサで構成されている場
合には、共振ブロックC1及びC2の対称面P1で弾性
表面波W1及びW2の振幅と位相が一致する周波数の時
、共振ブロックC1で励振された弾性表面波W1は共振
ブロックC2で励振された弾性表面波W2が対称面P1
で反射されて戻るかのごとく振舞う。共振ブロックC2
と03の対称面P2についても同様のことが言え、前述
の理由によりこの対称面P1及びP2を等側皮射面と呼
X−拡価「破面P1乃n:P2で温纏入イ〃和≠K 一
致する周波数の弾性表面波は、等側皮射面間で定在波と
なって共振現象を起こす。定在波となる周波数は等側皮
射面間隔りに依存し、主共振周波数f、が f r コ(2n+ 1 ) v s / L(n:整
数、v8:音速) の時、高次(n+1次)の副共振周波数f′はf:さ(
2(n+1. )+ 11v8/Lで与えられる。主共
振周波数f、と副共振周波数f;の周波数間隔Δf、は Δf、ご2v8/L となる。従って等側皮射面間隔りが短いほど隣接共振点
を隔離することができる。第1図に示した従来形共振器
では1対の電極指間隔が等側皮射面間隔となるためにΔ
ft は最大となり、共振周期Δf、は2 fo(fo
は電極指間隔で決まる中心周波数)となる。
第1図の従来形共振器の主共振(共振点fr と反共振
点f、 1組を1共振現象とする)に関する等何回路は
第5図で表わされる。通常、共振器は共振点frと反共
点ξの間で利用する場合が多く、共振器の帯域幅Δf(
=f、−f、)はM5図における容量比C8/Coが大
きいほど広くなる。
第1図の従来形共振器で先に述べた理由から電極指対数
を十分に多くした時、容量比Cs/Coは電気機械結合
係数に2にほぼ比例する。一方、本発明による弾性表面
波共振器では各共振ブロックの間隔で決まる等側皮射面
間隔りに依存して副共振が発生するため、隣接する副共
振現象によシ防害されないように等側皮射面間隔りを決
定しなければならない。例えば、基板材料として、Li
NbO341°Y−X板を用いて圧電性の強い表面すベ
シ波を用いると、電気機械結合係数に2は約O12であ
り、従来形共振器を構成するとΔf/foは約10%と
なる。この時、共振ブロック長を数長以下にすると第6
図に示すように第1図の従来形共振器における主共振特
性(第6図a)と同程度の主共振特性となる。ただし、
隣接する副共振点の存在が問題となシ易いことは明らか
である。
次に共振器の漏れ損失と共振器長について述べる。第1
図の従来形共振器は漏れ損失が電極指対数に依存する1
、以後、弾性表面波共振器の漏れ損失を計量するために
便利なQ(−2π×共振器に蓄えられるエネルギー/共
振器の漏れ損失)を使用する。第1図の従来形共振器の
漏れ損失に起因するQとその共振4民との関係を第7図
に示す。
第7図には基板の電気機械結合係数に2=0.19で共
振周波数f、=110MHzの場合を示した。
また、第3図に示した正規形トランスデ二−ザを共振ブ
ロックとして先に述べた弾性表面波の位相関係を保つよ
うに適当な間隔をおいて弾性表面波共振器を構成した場
合、各電極指に流入する電流が等しくなるために必要と
する電極指対数は第1図の従来形共振器と同程度となシ
、各共振ブロックの余分な間隔長だけ共振器長が増加す
る。正規形トランスデーーサを利用する限りでは、全長
を共振ブロックに等分して弾性表面波共振器を構成して
も各共振ブロックに流入する電流が等しくなる0 本発明では、各共振ブロックの構成として、複数のトラ
ンスデー−サを直列あるいは直列と並列を組合わせて接
続することによって電極指に流入する電流を制御する。
第8図にその一例を示す。
2つの正規形トランスデユーサT2及びT3を電極指の
間隔で決まる波長λ。に対して L1=(n+1/2)λ。 (n:整数)となる間隔L
1を保って配置し、2つのトランスデユーサT2及びT
3の一方のすだれ状電極6b及び7bを電気的に接続す
る。この構造は電気的端子5a及び5bから見た時、2
つのトランスデユーサT2とT3が電気的に直列に接続
されたものである。2つのトランスデー−サの間隔L1
はトランスデー−サT2とT3で励振された弾性表面波
の位相が波長λ。の周波数f。で一致させるものであり
、これにより共振周波数f。の共振器としての機能を現
わす。トランスデー−サ’I’2.1−T3を電気的に
並列に接続した正規形トランスデーーサ(すなわち、ト
ランスデー−サT2とT3の電極指対数をたし合わせた
本数の正規形トランスデーーサ)T4を第9図に示す。
第8図のトランスデユーサの各電極指に流入する電流は
、第9図の各電極指に流入する電流の1/4になる。言
いかえると、電気的端子5a及び5bから見たインピー
ダンスは電気的端子8a及び8bから見た時のインピー
ダンスの4倍になる。以下、第8図の構造を分割電極構
造と称する。第8図に示した基本ブロックを前述のブロ
ック間隔を保って複数個配置して各基本ブロックを電気
的に並列に接続すると、同一共振器で第1図に示した従
来形共振器の4倍のりアクタンス値を持つ共振器となる
分割電極構造の弾性表面波共振器について、共振器長と
漏れ損失に関するQの関係の一例を第10図に示す。こ
れは、第7図に示した従来形共振器の場合と比較するた
めに、同一基板で共振周波数を同じにしたものである。
第7図と比較すると、共振周波数に近い周波数における
Qは50%程度増加しているが、共振点から離れた周波
数では両者同程度である。
次に、分割電極構造トランスデー−サと正規形トランス
デーーサを組合せた弾性表面波共振器の実施例を示す。
第11図に示すように、弾性表面波共振器を3つの共振
ブロック04〜C6に分けて構成する。ここで、共振ブ
ロックC5を正規形トランスデーーサで構成し、外側の
共振ブロックC4及びC6を第8図に示した分割電極構
造トランスデー−サで構成する。そして、先に示した所
定のブロック間隔を保って3つの共振ブロックを配置し
て電気的に並列に接続する。この場合、共振ブロックC
5の各電極指に流入する電流は、共振ブロックC4及び
C6に流入する電流の4倍になる。従って共振ブロック
C5で励振される弾性表面波の振幅は、共振ブロックC
4及びC6で励振される弾性表面波の振幅の4倍になる
。この弾性表面波共振器について、正規形トランスデユ
ーサで構成した共振ブロックC5の電極指対数を増加さ
せた時の共振器長と漏れ損失に起因するQとの関係を第
12図に示す。従来形共振器のQ(第7図)と比較する
と、Qは増加し、本構造による効果が確認できる。従っ
て、同一のQで共振器を構成した場合、第11図に示し
た構成法によって共振器長を短くすることが可能となり
、本発明の目的である共振器長短縮が達成できる。
以下、本発明の分割電極構造について他の実施例を示す
。第13図は第8図におけるトランスデユーサT3の′
眠気的端子の引き出し方を変えたもので、複数の共振ブ
ロックを並列に接続する際の交叉電極を廃除するもので
ある。第14図aは3つのトランスデユーサT7〜T9
の内、トランスデー−サT7とT9を電気的に並列に、
かつトランスデー−サT8にT7及びT9を電気的に直
列に接続したものであシ、総電極指対数を正規形ト57
 ステューサと同数にした場合、インピーダンスは第8
図及び第12図の実施例と同様4倍になる。また、第1
4図すの実施例は、第14図aの交叉電極を除いた構成
法である。第15図は5分割′電極プロ、りであり、5
つのトランスデユーサTIQ−T14のうち、トランス
デー−サT10゜Tll、T12及びT12 、T13
 、T14をそれぞれ前述の間隔を保って電気的に直列
に接続し、かつトラ/スデー−サTIOとT14を電気
的に並列に接続した構造である。総峨極指対数を等しく
すると正規形トランスデユーサの約9倍のインピーダン
スになる。
更に本発明の他の実施例を第16図に示す。前に述べた
弾性表面波共振器C7の両側に反射器R1及びR2’z
配置する。反射器R1及びR2は、金属ストライプある
いはスリットで構成し、反射器で反射された弾性表面波
の位相が、共振器C7で励振された弾性表面波の位相と
共振周波数のとき一致する位置に反射器を配置する。弾
性表面波共振器C7の両端から漏洩した弾性表面波を反
射器R1及びR2で反射させることにより、一層の漏れ
損失低減が可能となる。弾性表面波共振器C7の漏れ損
失は本発明による構造によって少ないため、必狭とする
反射器の本数は数十本以下と少なくすみ、共振器長の増
加を抑えられることが特徴である。
以上の実施例は、本発明による弾性表面波共振器の一例
であシ、各共振ブロックの構造及び電極指対数ならびに
ブロック間隔、さらに反射器の組合わせ等は、要求され
た共振特性に応じて実施例以外にも種々の構成が可能で
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図、第9図は従来形共振器の平面図、第2図、g1
1図は複数の共振ブロックで構成した弾性表面波共振器
の概念図、第3図はその平面図、第4図、第6図は弾性
表面波共振器の周波数−リアクタンス特性図、第5図は
1共振現象の等価回路図、第7図、第10図、第12図
は弾性表面波共振器の共撮器長〜Q%性図、第8図、第
13図〜第15図は共振ブロックの平面図、第16図は
反射器付き弾性表面波共振器の平面図である。 T1−T14・・・弾性表面波トランスデー−サ1C1
〜C7・・・共振ブロック、几1.R2・・・反射器、
PI、P2・・・等側皮射面、L・・・等側皮射面間隔
、W1〜W3・・・弾性表面波の進行方向、fr+fr
””共振点、falfll”’・反共振点、3〜5,8
〜13・・・電気的端子、 1.6.7・・・すだれ状電極、2・・・電極指。 第1図 第2 図 P/ P2 第 3 図 4久′ 苗 4− 口 /JTr 第 51¥1 ts C8R5 第 ム β八 $ 7 図 共 4昼、番長 (5皮吾) 第 8 図 第 9 図 B久 第 10 図 治 0 /θθ 2θθ 3θ0 4θθ 5θθ共計1升
長 (5皮吾) 第1I l¥I qθ 第12図 ミ 共振器−次 (3皮丑) 第 /3 1ヅ1 /θα 第1乙図 /3゜

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、弾性表面波を伝搬する圧電性基板上に、電気的信号
    を弾性表面波にまたは逆に変換する一対のすだれ状電極
    の相隣る電極指間に他方の電極指を間挿した関係で形成
    された弾性表面波トランスデー−サの複数を、電気的に
    直列または並列または直列と並列の組合わせ関係に接続
    してブロックとし、各ブロックの電極指対数について共
    振器の中央部で最大となり外側へ向かって順次減少する
    よう弾性表面波の伝搬方向に複数のブロックを配置し、
    電気的に並列関係に接続したことを特徴とする弾性表面
    波2端子共振器。 2、第1項記載の弾性表面波共振器において、両端に所
    定の間隔をおいて反射器を配置した弾性表面波2端子共
    振器。
JP17299183A 1983-09-21 1983-09-21 弾性表面波2端子共振器 Pending JPS6065610A (ja)

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