JP2014050095A

JP2014050095A - 弾性表面波変換器とこれを用いた電子装置

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Publication number: JP2014050095A
Application number: JP2012203510A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Yamanouchi; 和彦山之内
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2014-03-17

Abstract

【課題】圧電性基板表面にすだれ状電極を設けた弾性表面波変換器を用いた弾性表面波フィルタでは、低損失、位相特性に優れ、かつ周波数特性がフラットな特性が求められている。従来の変換器は、両方向性であり、低損失とフラットな特性は両立しないが、一方向性にすることにより、上記の問題が解決する。
【解決手段】
本発明は、すだれ状電極の正負の電極間に中心間距離がλ／２であり、その電極幅がλ／４幅、空隙がλ／４の短絡型浮き電極を非対称に設置することにより、変換効率のよい、スプリアス特性の小さい、一方向性変換器を得るものである。
【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

本発明は弾性表面波を用いた変換器及びこれを用いた電子装置に関するもので、すだれ状電極変換器（インターデジタルトランスジューサ、ＩＤＴ）の正負の電極間に短絡型の反射電極を配置した一方向性弾性表面波変換器とこの弾性表面波変換器を用いた電子装置に関するものである。

通常の弾性表面波を励振受信するデバイス、即ちすだれ状電極によって励振された弾性表面波が当該デバイスの左右双方向に均等に伝搬する波動を送受（入出力）する変換器として用いるタイプのトランスバーサル型弾性表面波フィルタ及びこれを用いた電子装置において基本的に存在する６ｄＢのロスを減少せしめる為、従来から各種の一方向性弾性表面波変換器が提案されてきた。

これらの一方向性弾性表面波変換器は大別すると、（ａ）３種のＩＤＴ電極指に各々零度、１２０度及び２４０度の位相差を有する信号を印加する三相一方向性デバイス、（ｂ）一般のすだれ状電極指間を縫ってミアンダラインを儲け、これを設置電極とし、９０度位相差を有する信号を印加するグループ型一方向性変換器、（ｃ）アルミニウムすだれ状電極指と金の如き大密度金属の電極指（弾性表面波反射用）とをペアとし弾性表面波の励振の中心と反射の中心との間隔を励起した波動の波長の１／８として内部反射一方向性変換器、の三種が存在すが、（ａ）の三相一方向性変換器は広い周波数範囲で波動伝搬の一方向性が保たれるものの３本のバスバーのうちの一本のバスバー上をオーバーブリッジせしめる必要があり、製造が極めて困難、従って高価となるのみならず複雑な位相器を要するという欠陥があった。また、（ｂ）のグループ型一方向性変換器も９０度位相器（具体的にはコイル）を必要とするうえ、ミアンダラインの総延長が長くなり、オーミックな損失に基づくフィルタの挿入損失が大となるという欠陥があった。また、（ｃ）の内部反射型一方向性変換器は励振の位置と反射の位置がλ／８ずれた配置とすることにより、位相器を必要としない一方向性すだれ状変換器であり、優れた特性が期待される。従来の変換器では、正負の電極として電極ギャップがλ／８、正負電極をλ／８に分割したダブル電極構造で、正ダブル電極或いは負ダブル電極を作製した後、ダブル電極の一方に金属薄膜を付加した質量付加効果を用いた一方向性が提案されている。この変換器では、ダブル電極を用いているため高周波素子には使えないこと、マスク合わせ露光が必要なこと、などの欠陥がある。

一方、ダブル電極を用いた、ダブル電極の一方を基板上に作製した後、膜厚Ｈの一様な誘電体膜を付着させた後、その上にダブル電極の他方を付着させて電気機械結合係数の大きさの差を利用した内部反射型の一方向性すだれ状電極変換器が提案されているが、この変換器も作製法が複雑であること、ダブル電極を用いているため変換効率が悪いこと、λ／８のすだれ状電極を用いているため高周波素子には使えないこと、などの欠陥がある。

（１）Ｃ．Ｓ．Ｈａｒｔｍａｎｎ，ｅｔａｌ，１９８２ＩＥＥＥＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＳｙｍｐｏｓｉｕｍＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，ｐｐ．４０−４５）、（２）Ｋ．Ｙａｍａｎｏｕｃｈｉｅｔａｌ，ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．２０，ＮＯ．２０，ｐｐ．８１９−８２１，Ｓｅｐｔ．１９８２）

発明が解決しようとする課題

上記に示した如く、従来の一方向性変化器は、位相器が必要、電極幅が狭いため高周波デバイスを得るのが困難、作製が困難などの欠陥があった。

また、所望の周波数特性を得るため、すだれ状電極の交差幅を変化させたアポタイズド法（重み付け法）が提案されているが、送受のすだれ状電極を重み付けできない、重み付け損失が存在するなどの欠陥がある。

発明が解決するための手段

本発明は上述したごとき従来の一方向性弾性表面波変換器の欠点を除去すべくなされたものであって、デバイスの製造工程が簡易かつ位相器のごとき外部に付加すべき回路を要せず、しかも損失の少ない、変換効率に優れた内部反射型一方向性弾性表面波変換器を提供せんとするものである。また、新たな重み付け法を提案せんとするものである。

発明の効果

本発明の一方向性変換器は、正負電極間に短絡型浮き電極間を配置することにより、励振電界が印加される構造であり、効率のよい変換特性とスプリアスの小さい弾性表面波変換器が得られる。
この一方向性変換器を用いることにより、広い帯域幅、低損失、の弾性表面波フィルタ、弾性表面波機能素子が得られる。また、この電極を送受ともに分布的に重み付けすることによりカットオフ特性に優れた、低挿入損失のフィルタが得られる。
図．４は、図．１の構造の一方向性フィルタの特性例であり、低損失、高効率の変換特性が得られている。また、図５は、この電極の一方向性特性の実験結果であり、一変換器当たり、約７ｄＢの方向性が得られている。

短絡型浮き電極を正負電極間に挿入した変換器の断面図と平面図（Ａ）断面図、（Ｂ）平面図（Ｃ）正負電極を１周期とした変換器短絡型浮き電極を正負電極間に挿入した変換器の断面図と平面図（Ａ）断面図、（Ｂ）平面図，短絡型浮き電極を正負電極間に挿入した変換器の断面図と平面図（Ａ）断面図、（Ｂ）平面図一方向性すだれ状電極を用いたフィルタ特性一方向性すだれ状電極の一変換器当たりの方向性の実験結果（Ａ）前進波特性、（Ｂ）後退波特性

１．…基板、２．…＋バスバー，３…−バスバー、４…正電極、５…短絡型浮き電極、６…接続電極、７…短絡型浮き電極、８…負電極９…正電極、１０…短絡型浮き電極、１１…接続電極、１２…短絡型浮き電極、１３…負電極、１４…正電極、１５…短絡型浮き電極、１６…接続電極、１７…短絡型浮き電極、１８…負電極、１９…前進波特性、２０…後退波特性，２１…前進波特性、２２…後退波特性

以下、本発明を図面に示した実施例に基づいて詳細に説明する。
実施例の１は、図１において、圧電・電歪物質基板１の表面或いは圧電薄膜基板にすだれ状電極を配置して弾性表面波を励振或いは伝搬してきた弾性表面波を受信する弾性表面波変換器及びこれを用いた電子装置において、基本動作周波数での波長をλとして、基板１の表面に、正電極４と負電極８との間に、電極間距離がほぼλ／２でその幅がほぼλ／４の電極、５，７が、導体薄膜６で結線され、バスバー２、３には、結線されていない短絡型の浮き電極５，７が、正負電極間に非対称に配置された構造であり、正電極から正電極までを１周期として、これらの電極を周期的に配置した構造の弾性表面波変換器、或いは正電極４から負電極８までを１周期として、図１の（ｃ）のように、これらの電極を周期的に配置した構造の弾性表面波変換器、或いは電極４，８，５，７，及びの幅が、０．５倍から１．５倍の範囲にある構造の弾性表面波変換器、これらの変換器を用いた電子装置が実施例の１である。
実施例の２は、図．１．のように、電歪物質基板１の表面或いは圧電薄膜基板にすだれ状電極を配置して弾性表面波を励振或いは伝搬してきた弾性表面波を受信する弾性表面波変換器及びこれを用いた電子装置において、基本動作周波数での波長をλとして、基板１の表面に、その幅がλ／４の正電極４とその幅がλ／４の負電極８との間に、正電極４とその幅がλ／４の電極５との空隙がλ／８，次に空隙がλ／４，次にその幅がλ／４の電極７が配置され、電極５と電極７が導体６で結線され、かつバスバー２、３には、結線されていない短絡型の浮き電極５，７が配置され、次に電極７と負電極８との空隙が３λ／８，次にλ／４の負電極８、次に空隙がλ／４，次にλ／４の正電極３からなる電極を１周期として、これらの電極を周期的に配置した構造の弾性表面波変換器、或いは図１（Ｃ）のように、正電極４から負電極８までを１周期として、これらの電極を周期的に配置した構造の弾性表面波変換器、或いは電極４，５，７，８の中心位置は、同じでこれらの電極の電極幅が先の値の０．３倍から１．７倍の範囲にある弾性表面波変換器、或いは、上記の各電極間の空隙が０．５倍から１．５倍の範囲にある変換器、及びこれらの変換器を用いた電子装置が実施例の２である。
実施例の３は、図．２のように、圧電・電歪物質基板１の表面或いは圧電薄膜基板にすだれ状電極を配置して弾性表面波を励振或いは伝搬してきた弾性表面波を受信する弾性表面波変換器及びこれを用いた電子装置において、基本動作周波数での波長をλとして、基板１の表面に、その幅が５λ／１６の正電極９とその幅が５λ／１６の負電極１３との間に、その幅が３λ／１６，空隙がλ／４の電極１０、次に電極間距離がλ／４，次に電極幅が３λ／１６の電極１２が導体１１で結線され、かつバスバー２、３には、結線されていない短絡型の浮き電極１０，１２が配置され、次に空隙がλ／４，次に５λ／１６の負電極１３、次に空隙がλ／４，次に５λ／１６の正電極９からなる電極を１周期として、これらの電極を周期的に配置した構造の弾性表面波変換器、或いは正電極９から負電極１３までを１周期として、これらの電極を周期的に配置した構造の弾性表面波変換器、或いは電極９，１０，１２，１３，９の位置は同じで，電極幅が先の値の０．３倍から１．７倍の範囲にある弾性表面波変換器、上記の各電極間の空隙が０．５倍から１．５倍の範囲にある変換器、及びこれらの変換器を用いた電子装置が、実施例の３である。
実施例の４は、図３のように、圧電・電歪物質基板１の表面或いは圧電薄膜基板にすだれ状電極を配置して弾性表面波を励振或いは伝搬してきた弾性表面波を受信する弾性表面波変換器及びこれを用いた電子装置において、基本動作周波数での波長をλとして、基板１の表面に、その幅が７λ／３２の正電極１４，その幅が９λ／３２の負電極１８との間に、空隙が３λ／１６，次にその幅が７λ／３２の電極１５，次に空隙がλ／４、次にその幅が９λ／３２の電極１７が導体１６で結線され、かつバスバー２、３には、結線されていない短絡型の浮き電極１５，１７が配置され、次に空隙が５λ／１６，次に９λ／３２の負電極１８、次に空隙がλ／４，次に７λ／３２の正電極１４からなる電極を１周期として、これらの電極を周期的に配置した構造の弾性表面波変換器、或いは正電極１４から負電極１８までを１周期として、これらの電極を周期的に配置した構造の弾性表面波変換器、或いは電極１４，１５，１７，１８の位置は同じで，電極幅が先の値の０．３倍から１．７倍の範囲にある弾性表面波変換器、上記の各電極間の空隙が０．５倍から１．５倍の範囲にある変換器及びこれらの変特換器を用いた電子装置が、実施例の４である。
実施例の５は、許請求範囲第１項、第２項、第３項、第４項において、周期的構造として、正負電極間に短絡型の浮き電極を１個、２個、３個などを入れた構造、或いは、中心付近は、１個、中心から離れるにつれて、２個、３個などと、分布させてこれらの電極を入れた構造，或いはこれらの電極の周期を変化させた構造の一方向性弾性表面波変換器、及びこの変換器を用いた電子装置であり、送受電極を重み付けすることにより、急峻な特性のフィルタを得ることが実施例の５である。
実施例の６は、特許請求の範囲、第１項、第２項、第３項、第４項、第５項において、上記の電極及び金属膜としてＡｌ，Ｃｕ，Ｍｏ、Ａｕ，Ａｇ，Ｗ，Ｔｉなど、或いはこれらの合金、また上記の電極上に誘電体膜として、ＳｉＯ_２，ＳｉＯ，ＺｎＯ，ＬｉＮｂＯ_３，Ｔａ_２Ｏ_５，ＰＺＴ，ガラスなどの薄膜を付着させた構造のすだれ状電極弾性表面波変換器及びこれを用いた電子装置であり、温度特性に優れたフィルタを得ることが、実施例の６である。

Claims

圧電・電歪物質基板１の表面或いは圧電薄膜基板にすだれ状電極を配置して弾性表面波を励振或いは伝搬してきた弾性表面波を受信する弾性表面波変換器及びこれを用いた電子装置において、基本動作周波数での波長をλとして、基板１の表面に、正電極４と負電極８との間に、電極間距離がほぼλ／２でその幅がほぼλ／４の電極、５，７が、導体薄膜６で結線され、バスバー２、３には、結線されていない短絡型の浮き電極５，７が、正負電極間に非対称に配置された構造であり、正電極から正電極までを１周期として、これらの電極を周期的に配置した構造の弾性表面波変換器、或いは正電極４から負電極８までを１周期として、図１の（ｃ）のように、これらの電極を周期的に配置した構造の弾性表面波変換器、或いは電極４，８，５，７，及びの幅が、０．５倍から１．５倍の範囲にある構造の弾性表面波変換器、これらの変換器を用いた電子装置。
電歪物質基板１の表面或いは圧電薄膜基板にすだれ状電極を配置して弾性表面波を励振或いは伝搬してきた弾性表面波を受信する弾性表面波変換器及びこれを用いた電子装置において、基本動作周波数での波長をλとして、基板１の表面に、その幅がλ／４の正電極４とその幅がλ／４の負電極８との間に、正電極４とその幅がλ／４の電極５との空隙がλ／８，次に空隙がλ／４，次にその幅がλ／４の電極７が配置され、電極５と電極７が導体６で結線され、かつバスバー２、３には、結線されていない短絡型の浮き電極５，７が配置され、次に電極７と負電極８との空隙が３λ／８，次にλ／４の負電極８、次に空隙がλ／４，次にλ／４の正電極３からなる電極を１周期として、これらの電極を周期的に配置した構造の弾性表面波変換器、或いは図１（Ｃ）のように、正電極４から負電極８までを１周期として、これらの電極を周期的に配置した構造の弾性表面波変換器、或いは電極４，５，７，８の中心位置は、同じでこれらの電極の電極幅が先の値の０．３倍から１．７倍の範囲にある弾性表面波変換器、或いは、上記の各電極間の空隙が０．５倍から１．５倍の範囲にある変換器、及びこれらの変換器を用いた電子装置。
圧電・電歪物質基板１の表面或いは圧電薄膜基板にすだれ状電極を配置して弾性表面波を励振或いは伝搬してきた弾性表面波を受信する弾性表面波変換器及びこれを用いた電子装置において、基本動作周波数での波長をλとして、基板１の表面に、その幅が５λ／１６の正電極９とその幅が５λ／１６の負電極１３との間に、その幅が３λ／１６，空隙がλ／４の電極１０、次に電極間距離がλ／４，次に電極幅が３λ／１６の電極１２が導体１１で結線され、かつバスバー２、３には、結線されていない短絡型の浮き電極１０，１２が配置され、次に空隙がλ／４，次に５λ／１６の負電極１３、次に空隙がλ／４，次に５λ／１６の正電極９からなる電極を１周期として、これらの電極を周期的に配置した構造の弾性表面波変換器、或いは正電極９から負電極１３までを１周期として、これらの電極を周期的に配置した構造の弾性表面波変換器、或いは電極９，１０，１２，１３，９の位置は同じで，電極幅が先の値の０．３倍から１．７倍の範囲にある弾性表面波変換器、上記の各電極間の空隙が０．５倍から１．５倍の範囲にある変換器、及びこれらの変換器を用いた電子装置。
圧電・電歪物質基板１の表面或いは圧電薄膜基板にすだれ状電極を配置して弾性表面波を励振或いは伝搬してきた弾性表面波を受信する弾性表面波変換器及びこれを用いた電子装置において、基本動作周波数での波長をλとして、基板１の表面に、その幅が７λ／３２の正電極１４，その幅が９λ／３２の負電極１８との間に、空隙が３λ／１６，次にその幅が７λ／３２の電極１５，次に空隙がλ／４、次にその幅が９λ／３２の電極１７が導体１６で結線され、かつバスバー２、３には、結線されていない短絡型の浮き電極１５，１７が配置され、次に空隙が５λ／１６，次に９λ／３２の負電極１８、次に空隙がλ／４，次に７λ／３２の正電極１４からなる電極を１周期として、これらの電極を周期的に配置した構造の弾性表面波変換器、或いは正電極１４から負電極１８までを１周期として、これらの電極を周期的に配置した構造の弾性表面波変換器、或いは電極１４，１５，１７，１８の位置は同じで，電極幅が先の値の０．３倍から１．７倍の範囲にある弾性表面波変換器、上記の各電極間の空隙が０．５倍から１．５倍の範囲にある変換器及びこれらの変換器を用いた電子装置。
特許請求範囲第１項、第２項、第３項、第４項において、周期的構造として、正負電極間に短絡型の浮き電極を１個、２個、３個などを入れた構造、或いは、中心付近は、１個、中心から離れるにつれて、２個、３個などと、分布させてこれらの電極を入れた構造，或いはこれらの電極の周期を変化させた構造の一方向性弾性表面波変換器、及びこの変換器を用いた電子装置
特許請求の範囲、第１項、第２項、第３項、第４項、第５項において、上記の電極及び金属膜おして、、Ａｌ、Ｃｕ，Ｍｏ，Ａｕ，Ａｇ，Ｗ，Ｔｉなどいはこれらの合金、また上記の電極上に誘電体膜として、ＳｉＯ_２，ＳｉＯ，ＺｎＯ，ＬｉＮｂＯ_３，Ｔａ_２Ｏ_５，ＰＺＴ，ガラスなどの薄膜を付着させた構造のすだれ状電極弾性表面波変換器及びこれを用いた電子装置。