JP4127369B2 - 弾性表面波装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電基板上に入力用電極と出力用電極を形成した2ポート共振子型の弾性表面波装置に関し、特に櫛歯状の入出力櫛歯状電極(IDT)を用いた弾性表面波装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の2ポート共振子型の弾性表面波装置は、例えば、図5に示すような電極構造を有している。即ち、圧電基板10の表面に、入力用電極20と、出力用電極30と、入出力用電極20,30の弾性表面波伝播方向に弾性表面波のエネルギーを閉じこめるグレーティング反射器40,50とがそれぞれ弾性表面波伝播方向に向けて配設されている。
入力用電極20は櫛歯状の入力用櫛歯状電極21と櫛歯状のグランド用櫛歯状電極22を有し、入力用櫛歯状電極21はバスバー213aと複数の電極指21aとから成る。また、グランド用櫛歯状電極22はバスバー224aと複数の電極指22aから成り、これらの電極指21a,22aは弾性表面波の伝搬方向に対して垂直に形成されている。
【0003】
一方、出力用電極30は櫛歯状の出力用櫛歯状電極31と櫛歯状のグランド用櫛歯状電極32を有している。
出力用櫛歯状電極31はバスバー313aと複数の電極指31aとから成り、グランド用櫛歯状電極32はバスバー324aと複数の電極指32aから成る。これらの電極指31a、32aはそれぞれ弾性表面波の伝搬方向に対して垂直に形成されている。
【0004】
このような従来の弾性表面波装置においては、図5に示すように弾性表面波の伝播方向に対し垂直方向に1次の横振動モードのみならず2次以上の高次横振動モードの振動エネルギーが閉じ込められており、基本モードが主応答のモードとなるのに対し、2次以上はスプリアスとなる。この高次横振動モードの偶数次の振動モードにおける電荷は、入出力用電極20,30内で相殺されるが、奇数次の振動モードによる電荷は相殺されることがなく、フィルタ特性にスプリアスとして現れるものである。
【0005】
そこで、このスプリアスを抑制する方法が提案されており、例えば、特開平05−95250号公報では、圧電基板の表面に入出力用電極側バスバーのそれぞれに櫛歯状に対向する電極指を所定の間隔で配置した少なくとも2つ以上の交叉電極指を設けた弾性表面波装置において、前記入出力用電極側電極指とグランド側電極指の対向する1対同士が弾性表面波の伝搬方向に対して垂直方向の長さを弾性表面波が伝搬する方向への距離の変化にともない変化させていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の弾性表面波装置においては、弾性表面波の伝搬方向に対して垂直方向のバスバーの長さを弾性表面波が伝搬する方向への伝搬距離の変化にともない周期的(1対同士)に変化させているので、高次横振動モードスプリアスの抑圧に限界があった。これは、図6に示す入出力用電極20,30のバスバー電極21,22部分の長さが弾性表面波の伝搬する方向に対し周期的に変化していることによるもので、バスバー電極による奇数次の振動モード(例えば、3次の振動モード)においては、バスバー電極による振幅分布210、220が同一周期内ではバスバー電極部分の長さにより異なり、周期的に同一バスバー電極長さの部分が現れるため、同一バスバー電極長さによる振幅分布210、220も同一振幅となり、周期的に同一振幅が加算されたスプリアスとして現れる。
【0007】
本発明は上述の問題点に鑑み案出されたもので、その目的は、高次横振動モードによるスプリアスを抑圧して通過帯域の挿入損失の低下を防止した弾性表面波装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の弾性表面波装置は、圧電基板の一主面に、一列状に配された多数の電極指を有する一対の櫛歯状電極を、双方の櫛歯状電極の電極指が電極指の配列方向に一部交叉し、且つ一方の櫛歯状電極の電極指が他方の櫛歯状電極の電極指間に位置するように、対向させて配置してなる弾性表面波装置において、前記一対の櫛歯状電極の電極指は、交叉領域内の交叉長および電極幅が略一定で、かつ非交叉領域内の電極幅が個々に、もしくは複数個ずつ異なる幅に設定されており、前記多数の電極指の電極幅が、非交叉領域内で、櫛歯状電極の両端部から中央部にかけて斬次広く、または漸次狭くなるように設定されていることを特徴とするものである。
【0011】
【作用】
高次横振動モードスプリアスは、弾性表面波伝搬方向に垂直な方向の両端に存在するバスバー間で弾性表面波が多重反射して定在波が生じることによって発生し、定在波の振幅分布によって発生するスプリアス周波数が変化するので例えば3次横振動モードスプリアスは基本モードより高周波側に発生し、5次横振動モードスプリアスは更に高周波側に発生する。また、同じ3次横振動モードスプリアスでも、櫛歯状電極の電極指の交叉幅や、電極指の非交叉領域の長さや幅を変化させることにより、高次横振動モードの定在波の振幅分布が変化しスプリアスの発生周波数が変化する。
【0012】
従って本発明では、櫛歯状電極の弾性表面波伝搬方向の伝搬距離の変化に伴って、電極指の非交叉領域の電極幅または電極指長さを変化させることで、高次横振動モードの定在波の振幅をそれぞれの電極で変化させ、これにより高次横振動モードの発生する周波数を変化させて、高次横振動モードスプリアスの発生する周波数を分散させ、高次横振動モードスプリアスによるスプリアスレベルを抑制することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明の弾性表面波装置を2ポート共振子型弾性表面波装置に適用した実施形態を示す平面図であり、同図に示す弾性表面波装置Aは、圧電基板1の主面に入力用電極2及び出力用電極3を、また入出力用電極2,3の両側にグレーティング反射器4,5を弾性表面波の伝播方向に配設している。
【0014】
圧電基板1は水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、四ホウ酸リチウム等から成り、所定カット角,所定伝播方向となるように切断処理されている。
【0015】
入力用電極2は、櫛歯状の入力用櫛歯状電極23と櫛歯状のグランド用櫛歯状電極24とを互いに対向させて配置している。
【0016】
入力用櫛歯状電極23は、弾性表面波伝播方向に沿って配されたバスバー23aと、その長手方向に沿って配列された複数の入力用電極指2aとで構成されており、該入力用電極指2aを弾性表面波伝播方向に対し略垂直な方向に配設させている。
【0017】
また、グランド用櫛歯状電極24は、前記入力用櫛歯状電極23のバスバー23aに対し略平行に配されたバスバー24aと、その長手方向に沿って配列された複数のグランド用電極指2cとで構成されており、該グランド用電極指2cを弾性表面波伝播方向に対し略垂直な方向に配設させている。
【0018】
かくして、上述した入力用櫛歯状電極23及びグランド用櫛歯状電極24は、双方の櫛歯状電極23,24の電極指2a,2cが電極指2a,2cの配列方向(弾性表面波伝播方向)に一部交叉し、且つ入力用櫛歯状電極23の電極指2aがグランド用櫛歯状電極24の電極指2c間に位置するように、対向させて配置されており、入力用櫛歯状電極23側で外部回路sに接続され、グランド用櫛歯状電極24側で外部回路sの接地電位tに接続される。
【0019】
尚、図1においては、入力用電極指2aとグランド用電極指2cが弾性表面波伝播方向で互いに噛み合う交叉長をW1で、その両側に位置する非交叉長をW2で示し、交叉長W1と非交叉長W2の和(開口長)をW0で示している。
【0020】
一方、出力用電極3も、先に述べた入力用電極2と同様に、櫛歯状の出力用櫛歯状電極33と櫛歯状のグランド用櫛歯状電極34とを互いに対向させて配置している。
【0021】
出力用櫛歯状電極33は、弾性表面波伝播方向に沿って配されたバスバー33aと、その長手方向に沿って配列された複数の出力用電極指3aとで構成されており、該入力用電極指3aを弾性表面波伝播方向に対し略垂直な方向に配設させている。
【0022】
また、グランド用櫛歯状電極34は、前記出力用櫛歯状電極33のバスバー33aに対し略平行に配されたバスバー34aと、その長手方向に沿って配列された複数のグランド用電極指3cとで構成されており、該グランド用電極指3cを弾性表面波伝播方向に対し略垂直な方向に配設させている。
【0023】
そして、上述した出力用櫛歯状電極33及びグランド用櫛歯状電極34も、入力用電極2と同様に、双方の櫛歯状電極33,34の電極指3a,3cが電極指3a,3cの配列方向(弾性表面波伝播方向)に一部交叉し、且つ出力用櫛歯状電極33の電極指3aがグランド用櫛歯状電極34の電極指3c間に位置するように、対向させて配置されており、出力用櫛歯状電極33側で外部回路vに接続され、グランド用櫛歯状電極34側で外部回路vの接地電位tに接続される。
【0024】
このような本実施形態の弾性表面波装置において特徴的な点は、図2に示すように、非交叉領域W2における入出力用電極2,3の電極指の電極幅を個々に、もしくは複数個ずつ異なる幅に設定したことであり、これによって電極指の少なくとも1つが非交叉領域W2において他の電極指の電極幅と異なる幅となるように設定されている。
【0025】
本実施形態においては、非交叉領域W2における電極指の電極幅がD1,D2,・・・,Dn−1,Dnと個々に異なる大きさに設定されており、このような電極指の電極幅は、一対の櫛歯状電極間で同期させてある。即ち、交叉領域内で隣接する一方の櫛歯状電極の電極指と他方の櫛歯状電極の電極指とが非交叉領域内でも略同一幅となるように設定されており、入力用電極指2aとグランド用電極指3aで交互に増加または減少している。
【0026】
また、非交叉領域W2における電極指の電極幅は、図2に示す如く、電極指の配列方向(弾性表面波伝播方向)に漸次変化させておくのが好ましく、これにより、非交叉領域W2における電極指の電極幅D1,D2,・・・,Dn−1,Dnは、電極幅Dnが一番幅広で、入力用電極2の弾性表面波伝播方向の端部に近づくに従って幅狭となる。
【0027】
即ち、非交叉領域W2における電極指の電極幅の電極幅Dx(D1,D2,・・・,Dn−1,Dn)は、入出力用電極2,3の伝播方向の長さをL、電極指の弾性表面波方向の一方端部から当該電極指迄の距離をX、当該電極指の電極幅をDxとした時に、次式に基づいて設計されている。
Dx={1/4+(3X)/(2L)}λ (0≦X≦L/2)
Dx={7/4−(3X)/(2L)}λ (L/2≦X≦L)
尚、非交叉領域における電極指の電極幅Dxは上式に限られるものではなく、例えば、電極指の電極幅Dxを不規則に変えて配置させてもよい。
【0028】
また、入出力用電極2,3及びグレーティング反射器4,5は、例えば、アルミニウム薄膜からなり、その厚みは0.1〜1μmで所定のパターンに被着形成されている。ここで、各入出力用電極指2a、2c、3a、3cの電極幅及び間隔は、例えば、弾性表面波の波長λに対してλ/4に設定される。
【0029】
次に本発明の弾性表面波装置Aの動作について図1,図2を用いて説明する。本発明の弾性表面波装置Aは、外部回路sを通じて入力用電極2に入力された信号が圧電作用により入力用電極指2aとグランド用電極指2cの交叉間で励振された弾性表面波が図上、右方向に伝播され、出力用電極3の出力用櫛歯状電極33まで伝播される。これにより生じた弾性表面波は、グレーティング反射器4,5間で振動エネルギーが外部に漏れずに閉じこめられることになる。
【0030】
そして、出力用電極3に弾性表面波が入射すると、その弾性表面波の振幅に比例した電圧が出力用電極指に発生し、所定のフィルタ特性に応じた信号が出力用櫛歯状電極33から抽出されて外部回路vより出力される。
【0031】
入出力用電極2,3の非交叉領域W2における電極指の電極幅が、図2に示す如く、D1,D2,・・・,Dn−1,Dnとなっている場合、1次の横振動モードの分布における励振領域200は振幅分布の端となるため、非交叉領域W2の影響を受けにくい。しかし、高次横振動モード(例えば3次)の奇数次横振動モードの分布においては励振領域201が正負の両領域で存在し、正の領域の振幅分布が非交叉領域W2の電極幅D1,D2,・・・,Dn−1,Dnの部分にあたるため、非交叉領域W2の電極幅の影響を受けることになる。即ち電極幅Dnでは見かけ上、バスバー電極が交叉領域W1に接近し開口長W0が短くなり、また、電極幅D1ではバスバー電極が交叉領域W1から離れ開口長W0が長くなることになる。
【0032】
このことは奇数次の横振動モードの振動周波数が分散していることを意味しており、このように、少なくとも1つの非交叉領域W2での電極幅D1、D2、Dn−1、Dnは、好ましくは全ての非交叉領域W2での電極幅を変えることにより奇数次の横振動モードによるスプリアスを分散させることができる。
【0033】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更・改良等が可能である。
【0034】
例えば、本発明の実施形態においては、図1に示すように入出力用電極の交叉長W1の延長上の非交叉領域W2の電極幅を入出力用電極の伝播方向のセンター(図2ではL/2)に向かうに従って幅広に入出力用電極の両端になるほど幅狭になるように非交叉領域W2の電極幅を各々1本ずつ異なる電極幅としているが、これに代えて、非交叉領域W2の電極幅を入出電極の伝搬方向に対して不規則な電極幅となるよう形成してもよく、また、入出力用電極の伝搬方向に対し2本ずつ同一の電極幅としてもよく、或いは、同様に3本ずつ同一の電極幅としてもよい。
【0035】
【実施例】
次に本発明の作用効果を実施例に基づいて説明する。
圧電基板としては27.5−STカットの水晶基板を用い、図1に示す構造に従って、圧電基板の表面に入力用電極、出力用電極、グレーティング反射器をそれぞれ弾性表面波伝播方向に沿って形成し、これによって中心周波数360MHzの2ポート共振子型の弾性表面波装置を製作した。
【0036】
入力用電極、出力用電極、グレーティング反射器は、電極材料であるアルミニウムを従来周知の真空蒸着法により圧電基板の上面に0.36μmの厚みに形成し、しかる後、これを従来周知のフォトプロセス、RIE(Reactive Ion Etching)法によって所定パターンに加工することにより電極を形成した。かかる実験サンプルにおいては、電極指周期を8.54μmとし、入出力用電極の交叉長W1は127μm(15λ)とした。また、入出力用電極の開口長W0を171μm(20λ)とし、非交叉領域の幅W2を21.4μm(2.5λ)とした。
【0037】
また、図1に示すように入出力用電極の交叉長W1の延長上の非交叉領域W2の電極幅を入出力用電極の伝播方向のセンター(図2ではL/2)に近づくに従って幅広に、入出力用電極の両端に近いところほど幅狭になるように形成した。
【0038】
以上の構成で2ポート共振子型の弾性表面波装置を2素子並列接続したものを2段縦続接続した実験サンプル(本発明品)を作製し、その特性について調べた。その実験結果を図3に示す。
【0039】
この実験結果によれば、非交叉領域に位置する電極指の電極幅を異ならせた本発明品では、通過帯域外の高周波側における阻止域で高次横振動モードによる不要なスプリアスa(3次のスプリアス)、b(5次のスプリアス)を抑制でき、良好な特性が得られていることが判る。
【0040】
また、比較例として図5に示すような非交叉領域の電極幅を弾性表面波の伝播方向に対して同一にした実験サンプル(従来品)を作製し、同様の特性調査を行なった。その結果を図4に示す。
【0041】
この実験結果によれば、非交叉領域に位置する電極指の電極幅を全て同一幅とした従来品では、高次横振動モードによる3次のスプリアスc、5次のスプリアスdが生じ、実用には不適な特性であった。これは入出力間で高次横振動モードが同一振幅と同一位相で振動するため、弾性表面波がダミー電極間で加算され不要なスプリアスc、dとして現れたものと考えられる。
【0042】
【発明の効果】
本発明の構成によれば、少なくとも前記非交叉領域の電極指のうちの1つを他の非交叉領域の電極幅または、電極指長さより異なる幅または長さに形成したことから、1次以外の高次横振動モードの発生する周波数(スプリアス)を変化させることができ、これにより、高次横振動モードの周波数を分散させ、その結果、通過阻止域内では高減衰の弾性表面波装置が提供できる。
【0043】
また、非交叉領域の電極幅及び電極指長さのみを調整するために、通過帯域内の挿入損失を劣化させないため、通過帯域内で低損失の弾性表面波装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る弾性表面波装置の平面図である。
【図2】図1の弾性表面波装置において発生する横振動モードを説明する図である。
【図3】本発明品のフィルタ特性を示す特性図である。
【図4】従来品のフィルタ特性を示す特性図である。
【図5】従来の弾性表面波装置を示す平面図である。
【図6】従来の弾性表面波装置において発生する横振動モードを説明する図である。
【符号の説明】
A・・・弾性表面波装置
1・・・圧電基板
2・・・入力用電極
3・・・出力用電極
4、5・・・グレーティング反射器
Claims (1)
- 圧電基板の一主面に、一列状に配された多数の電極指を有する一対の櫛歯状電極を、双方の櫛歯状電極の電極指が電極指の配列方向に一部交叉し、且つ一方の櫛歯状電極の電極指が他方の櫛歯状電極の電極指間に位置するように、対向させて配置してなる弾性表面波装置において、
前記一対の櫛歯状電極の電極指は、交叉領域内の交叉長および電極幅が略一定で、かつ非交叉領域内の電極幅が個々に、もしくは複数個ずつ異なる幅に設定されており、前記多数の電極指の電極幅が、非交叉領域内で、櫛歯状電極の両端部から中央部にかけて斬次広く、または漸次狭くなるように設定されていることを特徴とする弾性表面波装置。
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