JPS6376512A - 弾性表面波装置 - Google Patents

弾性表面波装置

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JPS6376512A
JPS6376512A JP21935086A JP21935086A JPS6376512A JP S6376512 A JPS6376512 A JP S6376512A JP 21935086 A JP21935086 A JP 21935086A JP 21935086 A JP21935086 A JP 21935086A JP S6376512 A JPS6376512 A JP S6376512A
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electrode
inductor
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surface acoustic
acoustic wave
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JP21935086A
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Yuji Fujita
勇次 藤田
Kazushi Watanabe
一志 渡辺
Takashi Shiba
隆司 芝
Toshimitsu Takahashi
利光 高橋
Jun Yamada
純 山田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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  • 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、インダクタ1個だけの簡単な移相器を用い、
低損失かつ低リップルな周波数特性が得られ、また外部
素子ばらつきの影響を受は難く安定して動作する弾性表
面波装置に関する。
〔従来の技術〕
弾性表面波装置の一方向性電極に関しては、既に例えば
日本音響学会講演論文集l−5−14(昭和51年10
月)に「グループ型一方向性すだれ状電極を用いた振幅
平坦弾性表面波フィルタ」と題する目黒等による論文が
掲載されている。この中で、各1個の抵抗及びインダク
タよりなる移相器により90度の電気的位相差を得、ま
た電極の幾何学的位相差を90度X (2n”−1)と
して、曳好な特性を得ている。ここで、幾何学的位相差
とは、送出電極と反射電極の間の中心間距離で定まる位
相差であり、反射電極を位相の基準としている。また、
送出電極とは1グループの中で出力側(又は入力側)に
近く配置された電極であり、反射電極とは1グループの
中で出力側(又は入力側)に遠く配置された電極で、こ
れら電極の間1:ミアンダ電極が配置されている。この
グループ製一方向性電極は、整合した状態で電極間多重
反射(以1TTEと略す)を抑圧できるため、低損失か
つ低リップルな特性が得られるという特長を有している
しかし、上記従来の技術は、電極の構造および移相器の
構成に関する配慮が少なく、特に移相器として2個の素
子を用いているため移相器の素子値がばらつくと所望の
位相差が得られず、2個の素子の相乗効果により低リッ
プル化を実現できず、また弾性表面波装置から見た外部
インピーダンスの変化:二対しても安定した特性が得ら
れないという問題があった。
前記論文中に移相器としてインダクタを1個用いた例が
示されているが、送出電極と反射電極に加えられる電圧
が等しくならず、このため完全な一方向性は得られず、
挿入損失、リップル共に増加して良好な周波数特性が得
られない。また、電圧を等しくするために抵抗を挿入し
ているが、低リップル化を実現できても、抵抗分による
損失が増加してしまうという問題があった。
この問題を解決するため、電子通信学会の超音波研究会
資料LI875−15(1975年)中の「グループ型
一方向性すだれ状電極を用いた低損失弾性表面波フィル
タ」と題する山之内等の論文では、移相器として、イン
ダクタ1個、キャパシタ2個を用いることが述べられて
いる。この方法によれば、抵抗を用いないため損失が少
なく、かつ低リップル化を実現することができる。しか
し、移相器として3個の素子を用いているため、高価と
なり、また素子ばらつきによる移相量の変化の周波数特
性に対する影響が非常に大きいという新たな問題が生じ
ている。
また、放射コンダクタンスとサセプタンスを等しくして
、1個のインダクタで低損失、低リップルを実現できる
ことが、電子通信学会の超音波研究会資料U378−4
9(1978年)中に「グループ型一方向性すだれ状電
極を用いたGHz帯弾性表面波フィルタ」と題して柴山
等により報告されているが、装置の帯域幅が定まってし
まい、設計の自由度が非常に小さいという不具合がある
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、上記従来の一方向性電極の問題点を解決し、
1個のインダクタで移相器を構成し、良好な周波数特性
を得、また移相器の素子ばらつきに対しても安定して動
作する弾性表面波装置を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的を達成するために本発明においては、従来の一
方向性電極で、反射電極と送出電極とに印加する電圧の
位相差を90度に、両電極間の幾何学的位相差を90度
の奇数倍に設定していた慣習にとられれずに、装置の入
力インピーダンスが装置から見た外部インピーダンスと
複素共役になるように、送出および反射電極のアドミタ
ンスから、移相器として用いる1個のインダクタの値を
定め、この移相器による電気的位相差より、送出および
反射電極で励振される弾性表面波が、逆方向で逆相、又
は、順方向で同相となるように幾何学的位相差を足める
ことにした。
〔作用〕
本発明の弾性表面波装置は、1個のインダクタだけの移
相器で所望の電気的位相差を得ることができるため、素
子値がばらついても装置を安定に動作させることが出来
る。また、負荷インピーダンスがばらついても、低損失
かつ低リップルな特性が得られる。
〔実施例〕
第1図(a)、(b)、(c)、(d)、は、それぞれ
、本発明の第1〜4実施例を模式的に示す説明図である
まず同図(a)について説明する。圧電性基板1には1
28度回転Y軸切断X軸伝搬のニオブ酸すチクム単結晶
が用いられる。入力電極2及び出力電極3は電極指対向
部の長さである開口長9が一足で、1グループ当たりの
弾性表面波励振源対数が2対で、8個のグループから成
っている。なお、同図では電極の一部として2グループ
を示している。中心周波数は5 &5 MHzであり、
電極指幅は、送出および反射電極部LFM Oは17.
2μm1ミアンダ電極2c、3cの送出電極と反射電極
の間Lm 11 aが25μmである。また、開口長は
1500μmである。これらの電極は6000Aのアル
ミニウム蒸着膜よりなり、ホトリソグラフ技術により形
成されている。このようなすだれ状電極に接続する移相
器は、入力側、出力側共に反射電極2b又は3bと直列
にインダクタ4又は5を設け、これと並列に送出電極2
a又は3aを接続している。また、ミアンダ電極2c及
び5cは接地した。
同図(b)では、ミアンダ電極2o及び3cの送出電極
と反射電極の間Lm 1 l bが9.4μmである。
なお、移相器は同図(、)の場合と反対に、送出電極に
直列に設けた構成で素子値は等しい。
また、同図(0) 、 (d)に示す装置の電極構造は
夫々(Jl) 、 (b)に示すものと同じで、移相器
は反射電極2b又は3bとミアンダ電極2oまたは3C
の間に並列舊:インダクタ6又は7を設け、送出電極2
a及び3aを接地している。
第2図(a)〜(d)は第1図(a) 〜(d)に示す
装置の入力電極(;対応する等何回路の図である。丁だ
れ状電極を放射コンダクタンスと静電容量の並列回路で
表している。この値G及びCは、送出電極と反射電極で
夫々等しい。本装置の内部インピーダンスZ7、Z2は
夫々次式で表せる。
ω=2ff(f:周波数) 装置から見た外部インピーダンスに対し内部インピーダ
ンスな複素共役な値にすることで装置を整合して用い、
低損失、低リップルとすることが出来る。例えば装置か
ら見た外部インピーダンスが実部のみとすれば、装置の
内部インピーダンスも実部のみとすれば良い。例えば、
(t)、+2+式より内部インピーダンスの虚数部を零
とするためのインダクタの条件は次式となる。
2ω’に のときの入力インピーダンス2.。、z2゜は夫々次式
で表せる。
Z10″2G    ・・・(6) このように、インピーダンスが実部のみとなるため、外
部回路と良好な整合がとれる。
これらの条件で与えられる電気的位相差は夫々の構成で
等しくなIバ次式で与えられる。
φ== 2 janニジ−・・・(7)また、送出電極
と反射電極に印加される電圧の比は1となる。
送出電極と反射電極で励振された弾性表面波が逆方向で
逆相となる条件は次式で表せる。
φE+φM=(2n+1)π ・・・(8)但しnは整
数 即ち幾何学的位相差φMは、次のように定めれば良い。
φM=(2n+1)π−φE  ・・・(9)このとき
、逆方向に励振される弾性表面波は抑圧され完全な一方
向性が得られる。その結果、装置を整合した状態で低損
失、かつ低リップルの特性が得られる。
但し、この構成では、逆方向を抑圧する条件だけを満た
し、順方向では送出電極と反射電極で励損された弾性表
面波が同相とはならない。そのため本実施例の正規型電
極でも振幅特性が対称にならないが、カラーテレビ受信
機の中間周波増幅段で用いるフィルタなど非対称な振幅
特性が望まれる場合には寧ろ都合が良く、通常用いられ
る重み付は電極の設計が容易になる。また、振幅特性が
対称なフィルタでも、一方の電極の振幅特性を補正する
ように設計すれば容易に実現できる。
次に、順方向特性を対称とする条件について説明する。
即ち、送出電極と反射電極で励振された弾性表面波が、
順方向で同相となるようにすれば良く、次式で与えられ
る。
φウーφM=2nπ   ・・・叫 即ち、幾何学的位相差は次のように定めれば良い。
φE;2nπ+φE  ・・・(11)この構成では、
順方向では同相となるため、振幅特性は対称となる。し
かし、逆方向特性が抑圧されないため、完全な一方向性
が得られない。このとき、不整合な状態で装置を用いる
ことで低リップル化を実現できることが特開昭60−1
17907号公報に開示されている。順方向に伝搬する
弾性表面波エネルギーに対する逆方向のそれの比を方向
性aとすると電気的位相差φMと幾何学的位相差φEこ
より次のように表せる。
任意の方向性aに対するTTE抑圧度を最大にする条件
は、装置の内部コンダクタンスG1に対fる負荷コンダ
クタンスGtの比を規格化コンダクタンスbとして次式
で表せる。
この構成ではaが1とならないため、不整合となり、損
失が増加する。このときの損失は次式で表せる。
この値は一般的にはそれほど大きくならず、実用上許容
し得る量であり、この構成では寧ろ、TTEを抑圧する
負荷条件範囲が広くなり、外部負荷インピーダンスが多
少変動しても良好な周波数特性が得られることが上記公
報に示されている。
本実施例では、すだれ状電極の放射コンダクタンスGは
22m5.静電容量は1i8pFとなる。
第1図(a) 、 (b)に示す例で移相器として用い
るインダクタの値はα96μH1第1図(0) 、 (
d)に示す例ではα29μHとなる。このときの電気的
位相差は(、)及び(Q)では+132度、(b)及び
(d)では−132度となり、また装置の内部インピー
ダンスは、(a)及び(b)の場合が2270、(、)
及び(d)の場合が760となる。
第1図(a)は逆方向へ伝搬する弾性表面波が抑圧され
る本発明第1実施例を示す。即ち、幾何学的位相差を4
08度とするようにミアンダ電極の幅を定めている。こ
のとき、負荷インピーダンスを2270とし、損失2.
4dB、振幅リップルα1dB以下、群遅延リップル3
0n8以下の良好な特性を得た。周波数特性を第3図(
a)に示す。
第1図(b)は、同様に逆方向への弾性表面波を抑圧す
る第2実施例を示す。即ち、幾何学的位相差を312度
とするようにミアンダ電極の幅を定めている。このとき
も負荷インピーダンスは第1図(a)の場合と同じく、
逆方向に伝搬する弾性表面波を十分に抑圧した良好な周
波数特性が得られた。
第1図(c)は第5実施例を示し、逆方向への弾性表面
波を抑圧する例である。即ち幾何学的位相差を312度
とするようにミアンダ電極の幅を定めている。このとき
負荷インピーダンスを766として整合し、損失2.7
dB、振幅リップル0.1dB以下、群遅延リップル3
0n8以下の良好な特性を得た。周波数特性を第5図(
b)に示す。
第1図(d)に示す第4実施例は、第2実施例同様、幾
何学的位相差φMを512度とした例であって、第5実
施例と同様な効果を得ている。
次に、本発明の第5.6.7.8実施例を夫々第4図(
a) 、 (b) 、 (c) 、 (d)を用いて説
明する。
これらの図は逆方向への弾性表面波の励振を抑圧せず、
負荷条件範囲を拡大する入力電極および移相器を用いた
実施例装置を模式的に示す。幾何学的位相差φMによる
ミアンダ電極の幅および負荷インピーダンス以外は、第
1〜4実施例の場合と同様である。
第4図(a)及び(C)は、幾何学的位相差φMを49
2度とするため、接地したミアンダ電極の幅Lm11e
、11gを43.8jjm とした。また、同図(b)
 、 (d)に示す例では同様に588度、59.6μ
mとした。
本発明WI5〜8実施例では方向性aは0.45となる
。よって、規格化コンダクタンスbを2.64とすれば
、TTB抑圧度が最大となり、低リップル化が実現でき
る。第4図(a)及び(b)では負荷インピーダンスを
860、同図(c)及び(d)では29Ωとすれば良い
。このときの不整合損失は片側で2−6dBである。従
来用いられていた抵抗とインダクタによる移相器を用い
たときの損失は次゛  式で表せる。
1o log −2−()/2(1+P2) + (1
+p) ) (an) ・・・α9ここではp=2.4
なので、従来の移相器を用いた場合でも損失は片側で2
.5dBとなり、本実施例による損失は実用上許容でき
る量である。
これら第5〜8実施例弾性表面波装置の周波数特性を第
5図に示す。損失は7.2dB、振幅リップルα1dB
以下、群遅延リップルは30n8以下の良好な特性を得
た。また、この構成で負荷インピーダンスが一30%〜
+48%変化しても、リップルが増加せず良好な周波数
特性が得られた。
次に、本発明をカラーテレビジ冒ン受信機の中間周波増
幅段のフィルタに適用した第9実施例について第6図に
示す模式図により説明する。入力電極2は、開口長が1
500μmで一定の正規塁電極で、1グループ当たりの
弾性表面波励振源対数が2対で8個のグループから成っ
ている。第6図では電極の一部として2グループを示し
ている。
出力電極3は、開口長が変化している重み付は電極で、
最大開口長は1200μmであり、24個のグループか
ら成っている。出力電極は、重み付は容易な電極幅1/
8波長のスプリットコネクト型を用いた。電極幅は送出
および反射電極部はa6μm、ミアンダ電極の送出電極
と反射電極の間Lm111が172μmで、入力電極2
は第1実施例と同じである。移相器は、入力側が、反射
電極とミアンダ電極の間にインダクタを並列に接続し、
送出電極は接地しである。出力側は反射電極と直列にイ
ンダクタを設け、これと並列に送出電極を接続している
。本実施例では、すだれ伏電極の放射コンダクタンス及
び静電容量は、入力側で夫々2.2 ms、11B p
F、  出力側で夫々1.2ms、a7pFとなり、イ
ンダクタは、入力側が0.29μH1出力側がα46μ
Hである。このときの電気的位相差は、入力側が132
度、出力側が138度となり、装置の内部インピーダン
スは、入力側が760、出力側が4170となる。
この構成では、入力側は逆方向を十分抑圧するように、
出力側では、開口重み付け、不等ピッチ構成で逆方向に
ある程度エネルギーが流出する構成とした。その結果、
入力側では不整合損失がなく、かつ重み付けをしない構
成ながら、振幅非対称の特性となり、出力電極の負担を
軽減している。
出力電極は、順方向で観測する弾性表面波の周波数特性
が、フーリエ変換法による設計と良く一致し、容易に設
計できた。また、負荷インピーダンスは、160Ωとし
て不整合な状態で用いている。
その結果、負荷インピーダンスのばらつきに対しても有
利な装置を得た。
周波数特性を第7図に示す。損失は5.4dB。
振幅リップルは11dB以下、群遅延リップルは30d
B以下の良好な周波数特性を得た。
なお、本発明第1〜9実施例は、全て1個のインダクタ
のみによる移相器で構成しているため、インダクタンス
値が変化しても電気的位相差の変化は小さく、装置の特
性に与える影響は非常に小さく出来る。発明者等の実験
では、±5%のインダクタンス変化に対しても、特性の
変化は見られず、従来のように可変インダクタンスを用
いなくても、固定インダクタンスで十分である。
次に、遅延線聾電圧制御発振器に本発明を適用した第1
0実施例について説明する。本装置は主にディジタル通
信の変復調に用いられ、従来のLC発振回路に比べ安定
に動作し、また水晶振動子などに比べ基本波発振が可能
であるという特徴を有している。本装置では、C/1(
を向上させることが重要となり本発明の低損失化手法を
適用して改善できる。本装置では、中心周波数860?
JHzで損失A4dBを得、C/Nを従来に対しA5d
B改善し、かつ1個のインダクタで構成しているため、
非常に安定した動作特性を得ることが出来た。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、インダクタ1個だ
けを用いた移相器により、低損失、低リップルの特性が
得られ、また、外部負荷インビーダンスの変化に対して
も余裕のある装置が得られる。更に、位相差を決める素
子が1個だけなので安定した特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a) 、 (b) 、 (c) 、 (d)は
夫々本発明第1〜4実施例の模式図、第2図(a) 、
 (b) 、 (o)(d)は夫々第1〜4実施例の入
力電極の等価回路図、第3図(a) 、 (b)は第1
〜4実施例装置の周波数特性図、第4図(a) 、 (
b) 、 (Q) 、 (d)は夫々本発明第5〜8実
施例の模式図、第5図(a)。 (b)は第5〜8実施例装置の周波数特性図、第6図は
本発明第10実施例図、第7図は第10実施例の周波数
特性図である。 1・・・圧電性基板、2・・・入力電極、2a・・・送
出電極、2b・・・反射電極、2c・・・ミアンダ電極
、5・・・出力電極、4.5.6.7・・・移相器、1
1・・・ミアンダ電極幅。 1 圧電、セL憑板 4 インフ゛フフ2 Xf1電L
’し   5    ラ3 巴力電オひ  11  ξ
アシブ°電本〉や品第  1  図 6 インフ゛2フ 第 1 図 4〜フイ〉9゛7り 第 2図 庸’A(da) A貝失(dB) ↓〜クイシダ7り 第41¥] 35.38川員jF藺寥寺+匁 36.3Q■Lつ間特十支 第 5図 FfI5皮牧(門Hz) FIE床孜(Mlt) 損失(dB)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、圧電性基板上に入力および出力電極として複数のす
    だれ状電極を設け、これら電極の少なくとも一つが、弾
    性表面波伝搬方向に電極中心が特定距離を隔てて同一伝
    搬路上に配置され、特定周波数において前記距離に対応
    した特定の電気的位相差を有する電圧が印加される送出
    電極と反射電極の組よりなる一方向性電極または複数組
    の上記同様なすだれ状電極群よりなるグループ型一方向
    性電極である弾性表面波装置において、一方向性電極の
    送出電極と反射電極の中心間距離により定まる幾何学的
    な位相差φ_E、及び、送出および反射電極に接続した
    移相器により生ずる電気的位相差φ_Eが、次式で与え
    られることを特徴とする弾性表面波装置。 φ_M=m^π±φ_E φ_E=2tan^−^1(ωC/G)G≠ωC但しm
    :整数 G:すだれ状送出および反射電極の放 射コンダクタンス C:すだれ状送出および反射電極の静 電容量 ω:角周波数 2、前記移相器が1個のインダクタよりなり、その値L
    が次式で与えられ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。 L=2C/(G^2+ω^2C^2) 3、前記移相器が1個のインダクタよりなり、その値L
    が次式で与えられ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。 L=1/(2ω^2C) 4、前記反射電極と直列にインダクタを接続し、この直
    列回路と並列に送出電極を接続し、上記インダクタの値
    が特許請求の範囲第2項記載の式で与えられ、かつ幾何
    学的位相差φ_Mが次式で与えられることを特徴とする
    特許請求の範囲第2項記載の弾性表面波装置。 φ_M=(2n−1)π−φ_E但しnは整数 5、前記反射電極と直列にインダクタを接続し、この直
    列回路と並列に送出電極を接続し、上記インダクタの値
    Lが特許請求の範囲第2項記載の式で与えられ、かつ幾
    何学的位相差φ_Mが次式で与えられることを特徴とす
    る特許請求の範囲第2項記載の弾性表面波装置。 φ_M=2n^π+φ_E但しnは整数 6、前記送出電極と直列にインダクタを接続し、この直
    列回路と並列に反射電極を接続し、上記インダクタの値
    Lが特許請求の範囲第2項記載の式で与えられ、かつ幾
    何学的位相差φ_Mが次式で与えられることを特徴とす
    る特許請求の範囲第2項記載の弾性表面波装置。 φ_M=(2n−1)π+φ_E但しnは整数 7、前記送出電極と直列にインダクタを接続し、この直
    列回路と並列に反射電極を接続し、上記インダクタの値
    Lが特許請求の範囲第2項記載の式で与えられ、かつ幾
    何学的位相差φ_Mが次式で与えられることを特徴とす
    る特許請求の範囲第2項記載の弾性表面波装置。 φ_M=2n^π−φ_E但しnは整数 8、前記反射電極と並列にインダクタを接続し、この並
    列回路と直列に送出電極を接続し、上記インダクタの値
    Lが特許請求の範囲第3項記載の式で与えられ、かつ幾
    何学的位相差φ_Mが次式で与えられることを特徴とす
    る特許請求の範囲第3項記載の弾性表面波装置。 φ_M=(2n−1)π−φ_E但しnは整数 9、前記反射電極と並列にインダクタを接続し、この並
    列回路と直列に送出電極を接続し、上記インダクタの値
    Lが特許請求の範囲第3項記載の式で与えられ、かつ幾
    何学的位相差φ_Mが次式で与えられることを特徴とす
    る特許請求の範囲第3項記載の弾性表面波装置。 φ_M=2n^π+φ_E但しnは整数 10、前記送出電極と並列にインダクタを接続し、この
    並列回路と直列に反射電極を接続し、上記インダクタの
    値Lが特許請求の範囲第3項記載の式で与えられ、かつ
    幾何学的位相差φ_Mが次式で与えられることを特徴と
    する特許請求の範囲第3項記載の弾性表面波装置。 φ_M=(2n−1)π+φ_E但しnは整数 11、前記送出電極と並列にインダクタを接続し、この
    並列回路と直列に反射電極を接続し、上記インダクタの
    値Lが特許請求の範囲第3項記載の式で与えられ、かつ
    幾何学的位相差φ_Mが次式で与えられることを特徴と
    する特許請求の範囲第3項記載の弾性表面波装置。 φ_M=2n^π+φ_E但しnは整数 12、装置の内部インピーダンスが、装置から見た外部
    インピーダンスの複素共役となるように電気的および幾
    何学的位相差を定めた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。
JP21935086A 1986-09-19 1986-09-19 弾性表面波装置 Pending JPS6376512A (ja)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5537091A (en) * 1978-06-30 1980-03-14 Univ Illinois Unidirectional tuning surface wave converter
JPS57184316A (en) * 1981-05-08 1982-11-13 Hitachi Ltd Surface acocustic wave device

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