JP4641036B2 - 弾性表面波装置および通信装置 - Google Patents
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Description
また、第1の態様によれば、IDTが隣り合う箇所においてIDTの電極指が占める圧電基板の面積が調整されてなり、これにより、弾性表面波のバルク波への放射損が防止されてなる。加えて、縦1次モードと縦3次モードとそれらの高調波モード間の周波数も調整されているので、通過帯域内の微小リップルの発生の抑制と、良好な振幅平衡度特性とが実現されてなる。すなわち、広通過帯域かつ低挿入損失である良好な電気特性を持つ弾性表面波装置が実現される。
また、第1の態様によれば、通過帯域における共振ピーク位置が最適となるように電極指を配置することで、広帯域化しつつ平坦性及び挿入損失が改善されたフィルタ特性を実現することができる。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る弾性表面波装置100の電極構造を模式的に示す平面図である。図1に示すように、弾性表面波装置100においては、圧電基板1の上に、第1の弾性表面波素子14と第2の弾性表面波素子15とが形成されてなる。第1の弾性表面波素子14は、圧電基板1の表面を伝搬する弾性表面波の伝搬方向に沿って配置された3個のIDT2、3、および4と、これら3個のIDT2、3、および4からなるIDT列の両端に配置された反射器8および20とからなる。第2の弾性表面波素子15は、該伝搬方向に沿って配置された3個のIDT5、6、および7と、これら3個のIDT5、6、および7からなるIDT列の両端に配置された反射器21および10とからなる。より具体的には、図1に示すように、図面視左側より、反射器8、IDT2、3、および4、反射器20および21、IDT5、6、および7、反射器10の順に該伝搬方向に沿って一列に配置されてなる。また、IDT2ないし7、および反射器、8、10、20、および21はいずれも、該伝搬方向の直交する方向に長い(長手方向が該伝搬方向と直交する)複数の電極指を備える櫛歯状の電極である。また、第1の弾性表面波素子14と第2の弾性表面波素子15とがそれぞれIDTを3個備えるというのはあくまで例示であって、3個以上の奇数個であればよい。なお、反射器8、10、20、および21はいずれも接地されているが、簡単のため、以降の図も含めて、その図示は省略する。
図2は、本発明の第2の実施の形態に係る弾性表面波装置200の電極構造を模式的に示す平面図である。図2に示すように、弾性表面波装置200は、反射器20および反射器21に代えて、反射器9が設けられてなる点で、第1の実施の形態に係る弾性表面波装置100と相違する。換言すれば、反射器9は、反射器20と反射器21とを一体的に形成したものであるともいえる。なお、反射器9は接地されているが、簡単のため、以降の図も含めて、その図示は省略する。
図3は、本発明の第3の実施の形態に係る弾性表面波装置300の電極構造を模式的に示す平面図である。図3に示すように、弾性表面波装置300は、第1の実施の形態に係る弾性表面波装置100の伝搬方向において隣り合うIDTの間に、さらに、反射器22、23、24、および25を配設した構成の電極構造を有する。具体的には、IDT2とIDT3の間、IDT3とIDT4の間、IDT5とIDT6の間、およびIDT6とIDT7の間に、それぞれ、伝搬方向に直交する方向に長い電極指を有する反射器22〜25が配設されてなる。なお、区別のため、反射器8、9、10、20、および21を、第1の反射器と称し、反射器22、23、24、および25を、第2の反射器と称することとする。
図4は、本発明の第4の実施の形態に係る弾性表面波装置400の電極構造を模式的に示す平面図である。図4に示すように、弾性表面波装置400は、第3の実施の形態に係る弾性表面波装置300に係る第2の反射器22、23、24および25が、接地された構造を有する。これにより、弾性表面波装置400においては、第3の実施の形態に係る弾性表面波装置300よりも効果的に、弾性表面波の振幅が減衰するようになる。
図5は、本発明の第5の実施の形態に係る弾性表面波装置500の電極構造を説明するための図である。図5(a)は、弾性表面波装置500が備える第1の弾性表面波素子514における電極指ピッチの変化を示す線図である。また、図5(b)は、弾性表面波装置500の電極構造を模式的に示す平面図である。
1)第1の部分における電極指ピッチの平均値は第2の部分の電極指ピッチよりも短い;
2)第1の部分の電極指ピッチが隣り合う2つのIDTの境界に向かって(第2の反射器に向かって)短くなる;かつ、
3)第2の反射器22、23、24、および25の電極指ピッチは第2の部分の電極指ピッチより短い;
という要件を満たすように、電極指が配置されてなる。これにより、第1の部分は、第2の部分より電極指ピッチが短い狭ピッチ部とされてなる。
図6は、本発明の第6の実施の形態に係る弾性表面波装置600の電極構造を説明するための図である。図6(a)は、弾性表面波装置600が備える第1の弾性表面波素子614における電極指ピッチの変化を示す線図である。また、図6(b)は、弾性表面波装置600の電極構造を模式的に示す平面図である。ただし、図示の簡単のため、図6(b)に示す弾性表面波装置600の電極指の構成は、実際の態様とは異なっている。さらに、図6(c)は、図6(b)の部分Aの近傍の構造をより詳細に示す拡大図である。
図7は、本発明の第7の実施の形態に係る弾性表面波装置700の電極構造を模式的に示す平面図である。図7に示すように、弾性表面波装置700は、第2の実施の形態に係る弾性表面波装置200の伝搬方向において隣り合うIDTの間に、さらに、第2の反射器22、23、24、および25を配設し、それぞれを接地した構成の電極構造を有する。あるいは、第4の実施の形態に係る弾性表面波装置400の第1の反射器20と21とに代えて、反射器9が設けられてなる構成の電極構造を有するものであるともいえる。後者は、反射器20と反射器21とを一体的に形成した反射器9を有する構成であるともいえる。
上述の各実施の形態に係る弾性表面波装置に用いる圧電基板1としては、36°±3°YカットX伝搬タンタル酸リチウム単結晶、42°±3°YカットX伝搬タンタル酸リチウム単結晶、64°±3°YカットX伝搬ニオブ酸リチウム単結晶、41°±3°YカットX伝搬ニオブ酸リチウム単結晶、45°±3°XカットZ伝搬四ホウ酸リチウム単結晶などが、電気機械結合係数が大きく、かつ、周波数温度係数が小さいために好ましい。また、これらの焦電性圧電単結晶のうち、酸素欠陥やFe等の固溶により焦電性を著しく減少させた圧電基板1であれば、デバイスの信頼性上良好である。圧電基板1の厚みは0.1〜0.5mm程度がよく、0.1mm未満では圧電基板1が脆くなり、0.5mm超では材料コストと部品寸法が大きくなり使用に適さない。
また、上記各実施の形態に係る弾性表面波装置を通信装置に適用することができる。即ち、少なくとも受信回路または送信回路の一方を備える通信装置において、これらの回路に含まれるバンドパスフィルタとして用いることができる。
本実施例においては、第2の実施の形態に係る弾性表面波素子200を作製し、その特性を評価した。具体的には、38.7°YカットのX方向伝搬とするLiTaO3単結晶からなる圧電基板(より厳密に言えば、多数個取り用の母基板の状態である)1上に、Al(99質量%)−Cu(1質量%)による微細電極パターンを形成した。各電極のパターン作製は、スパッタリング装置、縮小投影露光機(ステッパー)、及びRIE(Reactive Ion Etching)装置によりフォトリソグラフィを施すことにより行った。なお、狙いの通過帯域は1930MHz〜1990MHzとした。
一方、図8は、比較例1−1に係る弾性表面波装置800の電極構造を模式的に示す平面図である。弾性表面波装置800は、第2の実施の形態に係る弾性表面波素子200と類似する構造を有している。すなわち、弾性表面波装置800は、反射器8、9、および10を備えると共に、第1の弾性表面波素子814においては、弾性表面波装置200の第1の弾性波表面素子14と同様に、3つのIDT2、803、および804を備え、第2の弾性表面波素子815においては、弾性表面波装置200の第2の弾性波表面素子15と同様に、3つのIDT805、806、および7を備える。ただし、弾性表面波装置200とは異なり、第1の弾性表面波素子814および第2の弾性表面波素子815はそれぞれ、隣り合うIDT間で互いに隣接する電極指、及び隣り合うIDTと反射器との間で互いに隣接する電極指についての極性が、中央のIDT電極803あるいは806を中心にして非対称であるように構成されている。換言すれば、第1の弾性表面波素子814および第2の弾性表面波素子815は、異なるIDTまたは反射器が隣に位置する電極指の極性が、それぞれの中央のIDT803あるいは806を中心にして非対称となるように、構成されてなる。具体的には、第1の弾性表面波素子814では、電極指の極性は、図8の左側よりG、G、S、S、G、G、S、Gとなっており、第2の弾性表面波素子815では、図の左側より、G、G、S、G、S、G、S、Gとなっており、中央のIDT803,806を中心にして非対称な配置になっている。
比較例1−2においては、第2の実施の形態に係る弾性表面波装置200と比較して、第1および第2の弾性表面波素子の中央のIDTの不平衡入出力端子に接続された電極指の本数が異なる弾性表面波装置を、実施例1と同様に作製し、その特性を評価した。
第1の実施の形態に係る弾性表面波装置100の構成をベースに、IDTが隣接した箇所における電極指の極性の組合せ、及び中央のIDTの電極指本数について、種々に違えた16種類の弾性表面波装置を実施例1と同様に作製し、それらの通過帯域内の微小リップルの発生の有無と位相平衡度特性をやはり実施例1と同様に調べた。その結果を弾性表面波装置の構造の特徴と併せて示したのが表1である。16種類の弾性表面波装置それぞれの構造についての詳細を示したのが表2である。ここで、弾性表面波装置100の極性は、表2の構造No.5に相当する。また、弾性表面波装置200、300、400、500、600、および700についても、極性の関係について言えば同様に、表2の構造No.5に相当する極性を有する。ちなみに、比較例1−1の弾性表面波装置の極性はNo.4に相当し、比較例1−2の弾性表面波装置の極性は、No.7に相当するものである。
本実施例においては、第7の実施の形態に係る弾性表面波装置700を実施例1と同様に作製し、その特性を評価した。
本実施例では、第5の実施の形態に係る弾性表面波装置500を実施例1と同様に作製し、その特性を評価した。
本実施例では、第6の実施の形態に係る弾性表面波装置600を実施例1と同様に作製し、その特性を評価した。
図13は、比較例2に係る弾性表面波装置の第1および第2の弾性表面波素子における電極指ピッチの変化を示す線図である。比較例2では、係る弾性表面波装置を実施例1と同様に作製し、その特性を評価した。なお、図13において、IDT間の電極指ピッチが短くなっている箇所は、IDTが隣接している部分における電極指のギャップに相当する。また、比較例2に係る弾性表面波装置は、第2の反射器電極を有しておらず、実施例4−1および実施例4−2に係る弾性表面波装置と異なる電極指ピッチを有するが、他の部分については、第5の実施の形態に係る弾性表面波装置500と同様の構造を有する。
Claims (8)
- 不平衡−平衡変換機能を有する弾性表面波装置であって、
圧電基板上に、不平衡入出力端子が接続された弾性表面波共振子と前記弾性表面波共振子を介して互いに並列接続されてなる第1と第2の弾性表面波素子とを形成してなり、
前記第1と第2の弾性表面波素子はそれぞれ、
前記圧電基板上を伝搬する弾性表面波の伝搬方向に沿って配置され、長手方向が前記伝搬方向と直交する複数の電極指を備える3個以上の奇数個のIDTと、
前記奇数個のIDTからなるIDT列の両端に配置され、長手方向が前記伝搬方向と直交する複数の電極指を備える第1の反射器と、
を備えるとともに、前記第1と第2の弾性表面波素子は、
前記奇数個のIDTのうちの中央のIDTに平衡入出力端子が接続されてなり、
それぞれの前記奇数個のIDTおよび前記第1の反射器に備わる電極指のうち、異なる前記IDTまたは前記第1の反射器が隣接する電極指の極性が、前記第1または第2の弾性表面波素子の前記中央のIDTを中心にして対称的な配置とされてなり、
前記奇数個のIDTのうち前記伝搬方向において隣り合うIDTの間に、長手方向が前記伝搬方向と直交する複数の電極指から成る第2の反射器がさらに配設されてなり、
前記第1と第2の弾性表面波素子においては、
前記伝搬方向に沿って電極指ピッチが変動する第1の部分と、
前記電極指ピッチが一定である第2の部分と、
が存在し、
前記第1の部分における電極指ピッチの平均値は前記第2の部分の電極指ピッチよりも短く、
前記第1の部分の電極指ピッチが隣り合う2つのIDTの境界に向かって短くなり、
前記第2の反射器の電極指ピッチは前記第2の部分の電極指ピッチより短く、
前記奇数個のIDTのうち前記中央のIDT以外のIDTにおける電極指ピッチに極大値が存在することにより、前記第1の部分において前記第2の部分における電極指ピッチよりも電極指ピッチが大きい部分が存在する、
ことを特徴する弾性表面波装置。 - 請求項1に記載の弾性表面波装置であって、
前記第2の反射器が接地されてなる、
ことを特徴する弾性表面波装置。 - 請求項1または請求項2に記載の弾性表面波装置であって、
前記第1の弾性表面波素子の前記第1の反射器のうちの1つと前記第2の弾性表面波素子の第1の反射器のうちの1つとが、一の反射器からなる、
ことを特徴する弾性表面波装置。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の弾性表面波装置であって、
前記第1と第2の弾性表面波素子の、前記中央のIDTにおける前記平衡入出力端子に接続されている電極指の本数が互いに同じである、
ことを特徴する弾性表面波装置。 - 請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の弾性表面波装置であって、
前記第1と第2の弾性表面波素子の、前記中央のIDTにおける電極指の本数が奇数である、
ことを特徴する弾性表面波装置。 - 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の弾性表面波装置を、受信回路あるいは送信回路の少なくとも一方に備える、
ことを特徴とする通信装置。 - 請求項6に記載の通信装置であって、
送信信号を搬送波信号に重畳させてアンテナ送信信号とするミキサと、
前記アンテナ送信信号の不要信号を減衰させるバンドパスフィルタと、
前記アンテナ送信信号を増幅するとともに増幅された前記アンテナ送信信号をデュプレクサを介してアンテナへ出力するパワーアンプと、
を具備する送信回路を備え、
前記バンドパスフィルタが前記弾性表面波装置により構成されてなる、
ことを特徴とする通信装置。 - 請求項6に記載の通信装置であって、
アンテナで受信されデュプレクサを通ったアンテナ受信信号を増幅するローノイズアンプと、
増幅された前記アンテナ受信信号の不要信号を減衰させるバンドパスフィルタと、
前記アンテナ受信信号の搬送波信号から受信信号を分離するミキサと、
を具備する受信回路を備え、
前記バンドパスフィルタが前記弾性表面波装置により構成されてなる、
ことを特徴とする通信装置。
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