JP2605002B2 - 弾性表面波フイルタ - Google Patents

弾性表面波フイルタ

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JP2605002B2
JP2605002B2 JP59040310A JP4031084A JP2605002B2 JP 2605002 B2 JP2605002 B2 JP 2605002B2 JP 59040310 A JP59040310 A JP 59040310A JP 4031084 A JP4031084 A JP 4031084A JP 2605002 B2 JP2605002 B2 JP 2605002B2
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    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02535Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02818Means for compensation or elimination of undesirable effects
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、小形化され、かつ量産容易な弾性表面波フ
イルタに関する。
〔発明の背景〕
(2+m)個(mは零または自然数)の入力または出
力すだれ状電極と、これら各電極の中間に夫々1個ずつ
合計(1+m)個の出力または入力すだれ状電極とを設
けた弾性表面波フイルタが用いられているが、その代表
例として、m=0の場合、すなわち3電極弾性表面波フ
イルタの模式図を第1図に示す。図中、1は弾性表面波
基板、2は入力すだれ状電極群、3は出力すだれ状電
極、4は信号源、5は微調整用の可変インダクタンス素
子、6はマツチング用のインダクタンス素子、7は可変
コンダクタンス素子、8は負荷コンダクタンスである。
従来の3電極弾性表面波フイルタでは、中央(m≠0
の場合は中間)電極の放射コンダクタンスGaと負荷コン
ダクタンスGlを一致させ、更に回路側と完全に複素共役
整合をとらないと良好なTTE(多重反射)抑圧度が得ら
れないとされていた為に、3電極フイルタの寸法、形状
が大きくなったり、信号源インピーダンスに制約があ
り、設計の自由度が損なわれるという不具合を生じてい
た。例えば、負荷コンダクタンスGlが非常に大きい場
合、中央すだれ状電極の開口長を非常に大きくしなけれ
ばならず、結果的にデバイスチツプの寸法を増大させて
しまい、原価を押し上げていた。又、このようなフイル
タを、カラーテレビジヨン受像機等の量産製品に採用す
る際には、負荷コンダクタンス、サセプタンスの値や、
表面弾性波フイルタの出力コンダクタンス、サセプタン
スの値は所定値を中心にばらつきを生じる。そのため、
上記コンダクタンス、サセプタンス値を調整する目的
で、可変インダクタンス素子5及び可変コンダクタンス
素子7を挿入し、複素共役整合をとる工程が必要であっ
た。
また、実装回路では多くの場合、回路と弾性表面波素
子との合成サセプタンスBtは完全には零とならない。そ
の場合、従来はGaとGlが一致するのが最良の条件とされ
ていた為、後に述べるように損失と電極多重反射の双方
の観点から必ずしも最良点となっていなかった。
以上、中央電極が出力側の場合について説明を行った
が、入力側の場合でも事情は全く同様である。また、す
だれ状電極数が5個以上の多電極(前記一般的な表示で
m≧1の場合)弾性表面波素子の場合にも上記同様な不
具合を生じていた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、前記従来の弾性表面波フイルタの不
具合を改善した、小形かつ量産容易でしかも十分良好な
性能を有する弾性表面波フイルタを提供することにあ
る。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するために本発明においては、弾性表
面波基板上に、電気的に並列または直列に接続した(2
+m)個の入力または出力すだれ状電極と、これら各電
極の中間に夫々1個ずつ合計(1+m)個の出力または
入力すだれ状電極とを設けた弾性表面波フイルタにおい
て、前記中間に位置する電極群全体としての放射サセプ
タンスと回路側のサセプタンスとの合成サセプタンスを
Bt、前記中間に位置する電極群全体としての放射コンダ
クタンスをGa、回路側のコンダクタンスをGl、入出力す
だれ状電極間の多重反射波の所望抑圧比を1/Cとした
時、Bt≠0で、Ga及びBtが、 で定義されるDを、D≧0とし、かつ とするようにした。
このような条件ならば、完全な複素共役整合をとる必
要もなく、すなわちBt≠0で差支えなく、Ga≠Glでも上
記条件を満足していれば良いのであるから、設計を適当
に行っておけば実際の量産工程では調整が不要となり、
大幅な原価低減が可能となり、しかも実用上十分良好な
性能を保持できる。
以下、上記条件が導出されるにいたった概略の経過を
第2図、第3図を用いて説明する。
まず、本発明者等による3電極弾性表面波素子の損失
と多重反射(Triple Transit Echo略称TTE)に関する計
算過程を述べる。
3電極表面波素子の中央すだれ状電極を、W.R.Smith
et al.(IEEE,Trans.MTT−17(1969))と同様に、第2
図に示す様な3端子対回路と考える。ここで12はすだれ
状電極の等価回路、9及び10は機械側端子を、11は電気
側端子を表すものとする。中央電極の散乱行列を〔S〕
で表すと、挿入損失Lloss、TTE抑圧度LTTEはそれぞれ散
乱行列〔S〕の要素の関数として表される。その結果は
下記のようになる。
Lloss=−10Log(2|S31|2) …(1) LTTE=−10Log(|S11−S21|2) …(2) 上式(1)及び(2)を負荷コンダクタンスGlと電極
の放射コンダクタンスGaの比b、及び電極側、回路側の
合成サセプタンスBtと電極の放射コンダクタンスGaとの
比aを用いてLloss,LTTEを求めると、 となる。上式の計算結果を第3図に示す。図中、実線は
挿入損失Llossを、破線はTTE抑圧度LTTEを表す。同図か
ら明らかな様に、aを増加させるに従い、TTE抑圧度の
最大値を与えるbの値は1からb>1の方向に外れ、ま
た同様に挿入損失の最小値を与えるbの値も1から、b
>1の方向に外れて来る。
今、所望のTTE抑圧比限界を1/Cと定めると、TTE抑圧
度LTTEは、 LTTE≧−10Log(1/C) …(5) と表される。第3図に(5)式によるTTE抑圧度の所望
範囲を示す。(4)式及び(5)式から、 なる不等式が導かれ、この式を解いて次の関係が得られ
る。
かつ、その時 (7),(8)式からTTE抑圧度のピーク値を求める
と、 となり、aの増加すなわちサセプタンス分が増加するに
従い、ピーク値を与える規格化コンダクタンスbの値も
増加する。また、この時、損失の最小値を与えるbの値
も上記の値と一致する。即ち、信号源または負荷コンダ
クタンスGlと弾性表面波素子の放射コンダクタンスGaの
比b、及び、弾性表面波素子と回路側の合成サセプタン
スBtと放射コンダクタンスGaの比aを、(7)及び
(8)式の範囲の中から選択すれば、弾性表面波素子の
良好な特性が得られることとなる。従来のように、信号
源または負荷コンダクタンスを弾性表面波素子の放射コ
ンダクタンスに完全に一致させる必要がないため、3電
極表面波素子の設計上または素子の実装回路の設計面で
の自由度が増加し、また調整工程を短縮できる。また、
実際の回路上では、aを完全には零とする事は出来な
い。その様な場合の損失とTTE抑圧度の面から見た最良
点は(10)式で与えられる。従って従来最良と考えられ
ていたb=1なる条件とは異なる(10)式の条件を選ぶ
事によって、弾性表面波素子の性能を改善する事が可能
となり、また同様の理由で弾性表面波素子の小型無調整
化が可能となる。
以上、3電極弾性表面波素子の場合について説明を行
ったが、5電極、7電極等の多電極弾性表面波素子の場
合にも同様の結果が得られ、上記の改善効果を得る事が
出来る。
〔発明の実施例〕
第4図は3電極構造の本発明実施例を示す。圧電性基
板として128度回転Y軸カツトのLiNbO3単結晶を用い、
弾性表面波の伝搬方向をX軸方向としたものである。中
心周波数は402.8MHzで入力すだれ状電極群15は15対の正
規型電極とし、出力すだれ状電極16は60対の重み付型電
極とした。出力側のマツチング用インダクタンス17は5n
H一定とし、弾性表面波素子の出力コンダクタンスは20m
Sであった。この時、a=0.5の条件となる。また負荷コ
ンダクタンス18は種々の意で検討を行った。入力すだれ
状電極と出力すだれ状電極の間には、すだれ状電極間の
電磁的カツプリングによる電磁波を除去するため、直達
波防止用電極20を設けた。また、すだれ状電極における
機械的特性インピーダンスの相違による反射を抑えるた
め、電極指はスプリツトコネクトタイプとした。基板端
面には、端面からの反射波を抑圧する為に吸音材19を塗
布した。すだれ状電極膜厚は1000Åで、Al蒸着膜をホト
リソグラフィ技術により形成した。又、この時のすだれ
状電極開口は入出力とも500μmとし、チツプ寸法は1.5
mm×5.0mmとした。
第6図は上記試料の実験結果を横軸に規格化コンダク
タンスbを、縦軸に挿入損失またはTTE抑圧度(dB)を
とって示す図で、図中○印25は損失の測定値、△印26は
TTE抑圧度の測定値、実線27は損失の計算値、破線28はT
TE抑圧度の計算値である。計算値は、入力側のすだれ状
電極のアドミツタンス値(40mS+j14mS)と信号源アド
ミツタンス(2S)から、入力側での損失とTTE抑圧度を
計算した値(Lloss=15dB、LTTE=34dB)を出力側での
計算値と加算して求めた。測定はネツトワークアナライ
ザを用いて行ったが、実験値と理論値は良く一致し、ま
た損失の最小値とTTE抑圧度の最大値を与える規格化コ
ンダクタンス値が1より大きくなっている事が判る。
通常TTE抑圧度の所望値は、フィルタ全体で40dB以上
とする必要があり、この場合中央電極での所望TTE抑圧
度−10Log(1/C)は6dB(C=4)となる。
また、第5図に示すような5電極の場合についても同
様の実験を行ったが、上記と同様の結果が得られた。図
中21は入力すだれ状電極群、22は出力すだれ状電極群、
23はマツチング用の固定インダクタンス、24は負荷コン
ダクタンスである。
このように本実施例では、固定のインダクタンスとコ
ンダクタンスを用い、従来のフイルタに比べ高性能で、
かつ従来よりもGl/Gaのマツチング条件が広がったた
め、小型、無調整化を達成することが出来た。
このように本発明によれば、従来のように信号源また
は負荷アドミツタンスを、3電極またはそれ以上の多電
極弾性表面波素子の内側に位置したすだれ状電極群の入
力または出力アドミツタンスと、完全な複素共役整合を
取る必要がなくなり、かつ其の関係も定量的に明確にな
ったため、設計の自由度が増加し、弾性表面波素子の入
力または出力コンダクタンスを負荷コンダクタンスより
も小さくする目安(許容値)ができた為、素子の寸法を
小型化できるようになった。例えば、中央電極のミスマ
ツチ条件を規格化合成サセプタンスが1と定め、Glを一
定とすると、従来の で最適値となるため、約30%すだれ状電極の開口を小さ
く出来、そのため素子の小型化が達成できる。また、許
容値が明らかとなったため、従来、インピーダンスを合
わせる目的で行っていた調整作業が不要となる。更に、
弾性表面波素子と回路側の合成サセプタンスが零となら
ない様な条件における損失の最小値、TTE抑圧度の最大
値を与える条件も明確となったため、実装状態時の素子
の性能を向上させることが出来る。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、弾性表面波フイ
ルタの電極設計および実装回路設計の面での自由度が増
加すると共に、実装回路上での性能向上が達成でき、弾
性表面波フイルタの原価低減と回路の無調整化を達成
し、歩留りを向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は一般的な3電極弾性表面波フイルタの模式図、
第2図はこの3電極弾性表面波フイルタの中央電極をモ
デル化した3端子対回路の図、第3図は本発明に際して
新たに導出された中央電極における規格化コンダクタン
ス、規格化合成サセプタンスの損失とTTEに及ぼす影響
を示す図、第4図は3電極の本発明実施例図、第5図は
5電極の本発明実施例図、第6図は実施例の実験結果を
示す図である。 2,15……3電極弾性表面波素子の両側電極 3,16……3電極弾性表面波素子の中央電極 5……可変インダクタンス素子 7……可変インダクタンス素子 6,17,23……固定インダクタンス素子 8,18,24……固定インダクタンス素子
フロントページの続き (72)発明者 湯原 章綱 横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社 日立製作所家電研究所内 (72)発明者 山田 純 横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社 日立製作所家電研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−135918(JP,A) 特開 昭54−135918(JP,A) 特開 昭54−148415(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧電基板または圧電体を含む弾性表面波基
    板上に、電気的に並列または直列に接続した(2+m、
    mは零または自然数、以下同じ)個の入力または出力す
    だれ状電極と、これら各電極の中間に夫々1個ずつ合計
    (1+m)個の出力または入力すだれ状電極とを設けた
    弾性表面波フィルタにおいて、前記中間に位置する電極
    群全体としてのすだれ状電極サセプタンスと回路側のサ
    セプタンスとの合成サセプタンスをBt、前記中間に位置
    する電極群全体としてのすだれ状電極コンダクタンスを
    Ga、回路側のコンダクタンスをGl、入力すだれ状電極と
    出力すだれ状電極間の多重反射波の所望抑圧比を1/Cと
    した時、Cは4であり Ga及びBtが、 なるDを D≧0とし、かつ、 とすること を特徴とする弾性表面波フィルタ。
  2. 【請求項2】前記合成サセプタンスBt及び放射コンダク
    タンスGaが、回路側の信号源または負荷コンダクタンス
    Glと、 なる関係を有する特許請求の範囲第1項記載の弾性表面
    波フィルタ。
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JPS59135918A (ja) * 1983-01-25 1984-08-04 Toshiba Corp 弾性表面波フイルタ

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