JPS6294009A - 差動検出用千鳥配置表面音波共振器 - 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〕 本発明は表面音波素子に関するものであり１．！らに具
体的には、表面音波フィルタに関するものである。

〔従来技術〕

平らな圧電結晶構造体で形成さねた表面音・波素子、す
なわちＳ　Ａ　Ｗ素子がフィルタと１２で用いられてき
た。圧型材料は、それらの表面に何対ものインタリーブ
した導電性指を有し、その指は１気入力に応じて音波を
発し、伝わる表面音波に応じて電気信号全発生する。へ
力捷たは送信変換器が基板の表面にある所定の経路に沿
って表面音波奮発する。出力または受信変換器が音波を
検出してそれらに応じて電気信号を発生する。

この基本型式の素子は比較的広帯域のフィルタとして使
用できる。表面音波素子の動作周波数は変換器の形と寸
法の関数である。これらの電気−音響変換器は１表面音
波に応答する電気信号金主ずるので、この型式の素子は
、比較的広帯域のフィルタとして使用できる。電気−音
響変換器は変換器の幾何学的形状によって定まる周波数
の帯域外の周波数での挿入損失が大きいので、この変換
器は、帯域フィルタのように動作し、その中心周波数は
、何対もの変換器の指の間の間隔の関数である。

表面音波型フィルタはまた。比較的狭い帯域幅金望む用
途で用いるためにも開発された。これらは、入力変換器
と出力変換器の両方の両側にある反射器によってひき↓
こされる共振に依存し１反射器に向って伝わる表面音波
が反対方向に’強くはね返されて共振全維持するように
している。

表面音波共振フィルタの例が以下の論文に記載されてい
る。

アール・エル・ローゼンベルク（ＲＯ３ｅｌｌｂｅｒｇ
）およびエル・エイ・コールトレン（Ｃｏｌｊｒｅｎ）
　ｉ「交さ共振器表面音波フィルタ：水晶上の喝度的に
安定な広帯域フィルタ」、ＩＥＥＥｌ　９７９年超音波
シンポジウム議事録、８５６〜８５７頁。

エル・エイ・コールトレン著「折り返し音響結合ケ用い
る表面音波共振器フィルタの温度依存性」。

ＩＥＥＫ　ｌ　９７９年超音波シンボジウ１５議事録。

８５０頁。

アール・エル・ローゼンペルクおヨヒエル・エイ・コー
ルトレン著「格子共振器間の反射依存結合」、ＩＥＥＥ
　１９７６年超音波シンポジウム議事録、２８１〜２８
５頁。

ビー・ニス・クロス（ｃｒｏｓｓ）、アール・ヴイ・シ
ュミット（Ｓｃｈｍｉｄｔ）、およびエッチ・エイ・ハ
ウス（Ｈａｕｓ）著音響的に縦続接続された表面音波共
振器−フィルタＪ、ＩＥＥＥ１９７６年超音波シンポジ
ウム議事録、２２７〜２ｇＯ頁。

ビー・ジエイ・エドモンソン（Ｅｄｍｏｎｓｏｎ）、シ
ー・ケー・キャンベル（Ｃａｍｐｂｅｌｌ　）およびビ
ー・エム・スミス（ｓｍｔ　ｔｈ）著「テーパ付格子付
階段状共撮器を用いる狭帯域表面音波フィルタ」、Ｉ　
ＥＥＥ１９８４年超音波シンポジウム議事録、２３５〜
２５ｇ頁。

表面音波共振フィルタのもう一つの例が多重セクション
千鳥配置共振器フィルタである。この型のフィルタには
、入力変換器と出力変換器がそれらの両側に直線経路に
沿って反射器をもつように配置された多数のチャネルが
ある。二つ以上の隣接チャネルがあり、各チャネルは変
換器と反射器との間の離隔距離がわずかに異なるように
して構成されている。この間隔の差は、普通５基板上の
表面音波の波長よりずっと小さい。これらの千鳥配置共
振器フィルタ・チャネルは、個々のチャネルの重なり通
過帯域によって決まる通過帯域を力える。従って、千鳥
配置共振器フィルタは、単一チャネルより広い通過帯域
を与え、単段共振器フィルタの狭い通過帯域と広帯域の
簡単なインライン・入力／出力変換器フィルタの通過帯
域の間にある通過帯域に表面音波フィルタ技術全拡張す
ることが望まれる用途で重要である。千鳥配置共振器フ
ィルタは、単一共振器フィルタより広い通過帯域を与え
るが一般に、単一チヤ不ル共振器フィルタに対する帯域
外周波数除波にほぼ等しいか。

またはわずかに小さい帯域外周波数除波４行なう。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は単極共振器フィルタより広い帯域幅、向上した
帯域外周波数除波能力、低挿入損失およびなめらかな通
過帯域応答を有し、帯域幅が従来の交さ指形フィルタよ
り狭く、従来の共振器フィルタより広い共振器フィルタ
を提供することが目的である。

〔問題点全解決するための手段〕

本発明は、単一人力変換器を構成するように相互接続さ
れている１対の千鳥配置共振器フィルタ・チャネルの各
チャネル内の入力変換器セクションおよび二つの相互接
続された出力変換器セクションによって同様に形成され
ている出力変換器音用いることによって実現される。本
共振器フィルタの各チャネルは、複数の外側反射器と二
つの変換器の中間にある一つの内側反射器？備えている
。

各共振器チャネルの変換器セクションは、互いに一線に
並ん、でおり、１対のチャネルの一方のチャネルにおけ
る入力変換器とその隣接反射器との間の間隔は、押力の
チャネルにおける入力変換器とその隣接反射器との間の
間隔と異なっている。これらの二つの離間距離の間の差
は、動作周波数の波長よりずっと小さい。

両方のチャネルの出力変換器間の離隔距離は、本発明に
おける出力変換器として対称逆配置変換器を用いるとき
、それらのチャネルに対する入力変換器間の対応する離
隔距離に等しい。この構成は、差動的に検出された出力
信号全島え、その場合に出力変換器の各変換器セクショ
ンが広い範囲の入力周波数にわたって、押力のチャネル
におりて検出された信号に対して約半波長位卯のずれて
いる信号全検出する。

本発明のもう一つの実施例は、オフセット変換器全出力
変換器として用いるとき得られる。この実施例において
は５反射器と出力変換器セクションの中の一つとの間の
離隔距離は、普通の千鳥配置共振器フィルタに対するも
のと同じであってもよいが、その離隔距離は、反射器か
ら出力変換器の一方の側までの距離が公称離隔距離より
大きくなるように、チャネルの一方の中で片寄せられる
。

反射器と変換器のイイｐ方の側との間の距離は、それに
対応して、本実施例における公称距離より小さくなる。

〔作　用〕

本発明の多重チャネルケ有する千鳥配置共振器フィルタ
は、数対の多重チャネルが設けられ、各対の一方のチャ
ネルに対する出力変換器は、一つのチャネルで検知され
る信号が他方のチャネルで検知される信号から半波長ず
れるように構成されている。出力変換器がこのような差
動検出を行なうので、本発明の共振器フィルタは、隣接
対の周波数応答が、帯域内応答では加え合され、帯域外
応答では相殺されるようにして出力変換器によって差動
的に検出されるので、帯域外周波数除波能力が非常に大
きくなり、また、出力変換器によって検出される信号の
振幅対周波数特性および位相対周波数特性のために、帯
域内信号は、単一の共振器チャネルより広論通過帯域を
与える。

〔実施例〕

多数の指１６．１１１１で構成された二つの電極１２゜
１１１からなっていて５表面音波（ＳＡＷ）を作る第１
図に示した変換器１０のような変換器が公知である。こ
れらの指は、互いに平行にＸ方向に走っている接続スト
リップ２０．２２で相互接続されている。ストリップ２
０ば、接続パッド２１１に接続すれ、ストリップ２２は
、接続パッド２６に接続されている。パッド２１１は、
十符号のしるしがついており、パッド２６は、−符号の
しるしがついており、１８♂位置のずれている電気駆動
信号をパッド２４と２６に接続することを表わしている
。Ｘ軸２８は、Ｘ軸に沿って両方向に向いている矢印３
０．３２によって表わされるように。

変換器１０からの表面音波の伝搬の方向を表わしている
。

互い違いに組合った指１６．１８は、アルミニュウム甘
たけ他の導電性金属で形成でき５写真印刷または他の方
法によって圧電基板５１１の上につけることができる。

指１６は、動作周波数で１波長の間隔をあけており、電
極１１の上の指１８は。

同様に、１波長の間隔をあけている。圧電基板は。

ＬｉＮｂＯ３、５ｉＣ）２　、　ＣｄＳ　およびＢｉ＋
２０ｅＯｚ。

を含むこの目的に用いられる多数の普通の材料から構成
できる。

第２図は、第１図の変換器の断面図であり、指１６と１
８の間にある電界を示している。第３図は、二つの９０
位相のずれた電界成分Ｅ、とＥ２をＸ軸に沿った関数と
して表わしたものである。

逆圧電気効果に伴う歪成分は、Ｘ軸に沿って伝搬する表
面波成分をもったレーレイ波を発生し、電気エネルギー
の幾分かが擬音響体積波に変換される。第１図の変換器
は甘た。遠隔の信号源から受けた電界によって作られる
表面音波を検出するのに使用できる。

第１図を再び参服すると、変換器１０の両側に２絹の細
い平行線が示されている。これらの線は、両方向に反対
向きに伝わる波を反射する反射器５８゜４０を形成し、
変換器１０と共同して共振器を形成する。これらの反射
器を形成する線は、付着させた金属導電ストリップであ
る平行な反射用ストリップ１１２からなっていてもよい
し、またはそれらは、基板そのものにエツチングしたみ
そであってもよい。

従来の多重共振器フィルタが第４図に示され、第４図の
フィルタの振幅対周波数応答の図が第３図に示されるよ
うに描かれる。第４図の多重共振器表面音波フィルター
゛、二つのセクション、すなわちチャネルＡおよびＢで
構成されている。しかし１、相次ぐセクションの各りの
変換器と反射器との間の距離を伸ばすことによって５第
４図に例示１、だ多重洪−据器フイ・・レタＶ４二任意
・“〕妻父のチ＼−トルを含めることができる。反射器
と名月けらり、た傾城１１４〜５）↓は、ストリップ間
の間隔を半波長離して１反射器３ｇ、ｌｉＯと回じやり
方で構成できる。

それらは２代りのやり方として、基板内のトラフとして
、もしくは表面に付けられ／こドツト要素として７また
は他の周知の力源によつ−Ｃ構成してもよい。

第４図に略図で例示された入力変換器５６ｉ１ゴ、第１
図の変換器１０と同様の多数の互い違いに題合った指の
ついた二つの変換器で構成されている。

変換器セクション５６Ａは、反射器Ｉ↓）↓と１↓６の
間にちり、変換器セクション５６Ｂｆｄ、反射器５０と
５２の間にある。変換器セ、クション５６　Ａ　（！：
５６Ｂとの間の相互接続は、破線の箱９８の中（４′〜
囲１ねている領域内にある二つの変換器間の相７ｊ接続
導電性線によってなされる。同様にして、Ｂ−１力変換
器６０ｕ、セクションへの中の変換器セクンヨンらＯＡ
とセクションＢの中の変換器セ、クシノン６叩で構成さ
れ、七ｎらは、変換器−（ｚ゛・／ヨ７．１・ＯＡが反
射器４６と４８の間Ｖこあり、変換器セクション６０Ｂ
が反射器５２と５４との間にあるように、相互接続され
ている。

変換器セクション５６Ａを反射器１１１１および１１６
か０離し、変換器セクション６０Ａを反射器４６お、ｒ
び４ｇから離している距離ｄＩは、変換器セクソヨン５
６Ｂを反射器５０および５２から離し。

変換器セクションを反射器５２および５４から離してい
るｄ、よりわずかに小さい。距離ｄ、　　と４２は１反
射器の変換器に最も近いス）　ＩＪツブから測られたも
のであり、第１１内の変換器が略図で表わされているこ
とおよび第１図に示されているように、変換器には多数
の互い違いに組合った指があってもよいことが理解さｎ
る。距離ｄ２とｄ、の間の差は、基板上の表面音波の波
長よりずっと小さい。

チャネルＡとチャネルＢＫある変換器と反射器との間の
離隔か離ｄ＋およびｄ２にわずかな差かあるために、反
射器のこの千鳥配＠または片寄せ（オフセンチング）に
よって各チャネルの共振周波数がわずかに異なる結果余
生Ｃ−ＣＬ／）る２、隣接チャネルＡおよびＢの通過帯
域は、第）図（〆（・清したチャネルのいずれの通壷帯
堵よりも広い通過帯域を与えるように結合する１、第３
ス１でａ、第４図の共振器フィルタの振幅対周波数応答
１コ　７’　ａ　７　トロ２収二よって示されているが
、チャネルＡおよびチャネルＢの個にの応答は７−ｆ：
几ぞれグ【」ント６）↓および６６によって示されてい
る。

動作について説明すると、入力変換器″）６（・ユ、変
換器セクション５６Ａを駆動することＶ（より。

チャネルＡ内に共振状態を生じ、変換器セクション５６
Ｂを、駆動することにより、チャフ、ルＢ内に共振状態
を生じ、チャネルＡおよびＢ　；５ｈらの信号の加算が
生じ、出力変換器６０によつマ検知される。入力変換器
５６Ｖｃよ゛つて与えらｎｆｒエネルギーの大部分は６
反射器ＩＪ１４．１＋６と５０．５２の間の空間内で共
振１′るが、いくもかのエネルギーが反射器１１６およ
び５２全通−〕て出力変換器６０に至る。

第３シ１は、第４図の共Ｓ器フィルタに・召する個々の
応答曲線６１４および６６の和である総応答曲線６２が
、普通、帯域外レベルより２０〜５５　ｄＢ上である単
一チャネルに対する帯域外周波数除波能力にほぼ等しい
か、わずかにそｎより小さい帯域外周波数除波能力を与
えることを示している。

それが第４図の共振器フィルタに対して多くない理由は
、応答曲線がほとんど平らであるこれらの反射器に対す
るストップ帯域の外側で、反射器は、表面音波に対して
透明であることである。入力変換器５６および出力変換
器６０ば、互いに正対しているので、唯一の損失は、こ
の領域におけｂ二つの変換器の挿入損失である。

第６図に例示さｎている本発明の構成においてめ一５反
射器要素）↓４〜５４は２第４図に示されている甘まで
あり、入力変換器５６は、さきに図示ｉイ説明したのと
同様に、構成さｎてもよし）。し・＋１）し、出力変換
器７０は、変換器セクション？ＯＡよ、よび７０Ｂから
なり、七〇らの変換器セクショ、／’ｄ、破線の箱６つ
によって囲まれた接続領域内に示Ｑｎ、た接続部を介し
て相互接続されている。

チャネルＢにある変換２ｔセクシヨン７０Ｂ（ｒよ、変
換器セクション６０Ｂと同様にして。構成されるが、変
換器セクション？ＯＡは、接続パッド７３に接続さｌ、
た変換器セクション７０Ａの各要素が接続パッド７１に
接続さｎている要素７７よ１２反射器１１６．ｌ［に近
く位置するように対称に逆配置したやり方で接続されて
いる。指は、半波長離ｎているので、変換器セクション
７０Ａの対称逆配置は、出力変換器７０Ｂによって受け
られる信号が第４図の出力変換器６０Ａによって受けら
γ）る信号から約半波長、すなわち１８０°位相偏移。

ずらさｎる結果をもたらす。

対称逆配置変換器セクション７０Ａを用いる第６図の千
鳥配置共振器フィルタの応答曲線（７１，第７図のプロ
ットｇｏによって示さオ＝、　−Ｃ：　：しり、千ｆ１
には第３図のプロット６）冬と６６が破線のル′、で重
ねらＪｌている１、し１から分るように、−！っのチャ
ネルＡおよびＢに１つで用ＩＡられ六−差旬１検出Ｃｒ
ｒｌ＋　ｆｉＦ検出の代（′）げ：　”ｌ　（＜よって
第ｂ　ｈ＋・、′）横１ｙ干、帯域外周波数除波能すｊ
に著しい改良７’ｔ；ｆ崗Ｉｎ、−川７・）・□、第８
メ］および第９図を、第６図の共振器フィルタの１１作
をよりよく理解するために参照することができる。第８
図は、二つのチャネルの振幅対周波数特性の図である。

チャネルＢに対する応答曲線すよ、プロット８２によっ
て表わされ、チャネルＡに対するものは、プロット８４
によって表わさｎ−ている。チャネルＢに対する中心周
波数８９は。

第６図における距離ｄ２が距離ｄｔ　　より大きいので
、チャネルＡに対する中心周波数ｇｇより低い。

第９図は、第６図の二つのチャネルに対する周波数に関
する位相関係のプロットを示し、曲線９０に、チャネル
Ｂに対する位相プロットであり１曲線９２は、チャネル
Ａに対する位相プロットである。この図は、二つのチャ
ネル内の信号（曲線９４によって示さｎている）は、七
〇らが総応答の中心周波数ｇらに近づくまで、事実上同
相になっていることを示している。中心周波数８６に近
づくにつれて、チャネルＡに伴う信号には、非常に小さ
い位相変化しかないが、チャネルＢに伴う信号に対する
位相は、そｎが中心周波数８６で約１８０ずらされて終
う筐で、象、速に素化（７始める２、１Ｍ波数８９とｇ
８の中間の中心周波数８６ｉ’ｉ’：おし）ては、変換
器セクション７０Ａによって受けら′ｉ′１．た信号と
ほぼ１８０位相のずｎている変換器セクショ７７０Ｂに
よって受けられた信号との間に位相差がある。チャネル
Ａに対する中心周波数８８に近づくにつ扛て、変換器セ
クション７０　Ｂによ′つて受けらｎた信号の位相はわ
ずかな変化し２か（−２ないが。

変換器セクション？ＯＡによって受けらｎた信号の位相
偏移が１８０の位相偏移に近づり１）中心周波数８８よ
り十の周波数では５両方のチャネルの位相応答は。古び
ほぼ同一４ｚなる。

この位相応答の意義は。フィルタの通過帯域内で二つの
チャネルの位相応答が約１、ｇｏだけ昇なるが、差動検
出変換器がチャ９、ルＡおよびＢの中の電極の極性を逆
転するので、尿、−芹は、通過帯域内で同相で加わって
なめらかな通溝帯域え、答をもｔらし１通過帯域の外側
で位相（、・コ、ずｆｌ−で加わ（り（相殺し７）、帯
域外周波数除波能す一１育・大きぐすＺ、１゜第６図の
千ａ配置共振器・イハ・りがチャｔ、ルＡおよびＢの中
で発生する信号を検出するように構成されているので、
中心同波数８９より低く、中心周波数８８より高い帯域
外信号が事実上相殺さｎ、周波数ｇ６と８ｇとの間の信
号は、第７図の比較的平らな頂部の応答曲線ｇｏが広い
範囲の入力周波数にわたって得らｎるように加えらｎる
。

所望ならば、追加のチャネルを対で加えて帯域幅を大き
くすることもできる。

第１０因は、オフセット出力変換器構成を用いて、入力
変換器５６に加わる駆動周波数の約半波長だけ変換器セ
クション７０Ａまたは７０Ｂをずらすことによって、改
良さｎた帯域外周波数除波能力を作る差動的に検出さｎ
る共振器の別の変形を示す。この実施例は、狭い範囲の
周波数にわたってだけ所望の応答を達成し、単一、また
は、狭帯域、周波数検出のために特に適応さｎる。

〔発明の効果〕 本発明は、千鳥配置共振器フィルタにおいて、出力変換
器を差動検出動作ができるように構成したことにより、
単極共振器フィルタより広い通過帯域幅を有し、従来の
交さ指形フィルタよりは通過帯域幅が狭いが、どちらの
フィルタより帯域外周波数除波能力がすぐれ、挿入損失
が低く、なめらかな通過帯域応答特性の共振器フィルタ
が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、単一の変換器を含む従来の表面音波共振器の
平面図。 第２図は、第１図の変換器の線Ｘ−ＸＫ沿ってとった側
断面図。 第３図は、第１図の変換器によって作らｎた電界の略図
。 第４図は、従来の千鳥配置多重共振器表面音波フィルタ
の略図。 第３図は、第４図のフィルタのイΔ号振幅対周波数応答
のプロット。 第６図は２本発明の千鳥配ａ２チャネル多重共振器表面
音波フィルタの一実施例の略図。 第７図は、第６図のフィルタの信号振幅対周波数応答の
プロット。 第８図は、第６図のフィルタの２チヤネルの振幅対周波
数応答のプロット、 第９図は、第６図のフィルタの２チヤネルの位相対周波
数応答のプロット。 第１０図は、本発明による多重共振器表面音波フィルタ
の代りの実施例の略図である。 良米氏用ト ーｌ々、ｌ −Ｖ夛、２ 走木氏イＥ７ Ｊグ、３ 従」じ氏灯 漣禾穣３１ Ｆｉｔ）・５ −一←ゝ／２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数のチャネルを含み、各チャネルが第１、第２お
   よび第３の反射機構と、前記複数のチヤネルの一つにお
   ける離隔距離が前記複数のチャネルの他方におけるより
   大きい離隔距離にある前記第１反射機構と前記第２反射
   機構との中間に入力変換器機構と、前記第２反射機構と
   前記第３反射機構との中間にある出力変換器機構とを備
   える千鳥配置表面音波共振器フィルタにおいて、前記複
   数のチャネルが対になつて配列され、前記出力変換器機
   構が各前記対のチャネルの前記１対のチャネルの一方に
   おける信号を前記１対のチャネルの他方に対して差動的
   に検出するように構成されていることを特徴とする千鳥
   配置共振器フィルタ。 ２、前記出力変換器機構が１対のチャネルの一方のチャ
   ネルにおける信号を前記１対のチャネルの他方のチャネ
   ルで検出される信号に対して約１８０°位相偏移した状
   態で検出するように構成された対称逆配置変換器機構で
   ある特許請求の範囲第１項に記載の千鳥配置共振器フィ
   ルタ。 ３、前記出力変換器機構が１対のチャネルの一方のチャ
   ネルにおける信号を前記１対のチャネルの他方のチャネ
   ルで検出される信号に対して約１８０°位相偏移した状
   態で検出するオフセツト変換器である特許請求の範囲第
   １項に記載の千鳥配置共振器フィルタ。