JPH01225211A - 弾性表面波素子 - Google Patents

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］ この発明は、弾性表面波素子（以下、ＳＡＷ素子という
）に関し、主として、高周波領域で利用されるバンドパ
スフィルタに好適なＳＡＷ素子に関する。

［従来の技術および発明が解決しようとする課題］ＳＡ
Ｗ素子は一般に、くし歯状電極を有している。くし歯状
電極の電気的等価回路は、たとえば交差幅が一定の場合
には第８図のようになる。この場合に、次式が成立する
ことは周知である。

Ｃ１ε「　−Ｗ・Ｎ　　　　・・・（１）ＧＩＮ−ｆｏ
　・Ｃ・・・（２） 上式において、εｒは比誘電率、Ｗは交差幅、Ｎは電極
対数、ｆｏは中心周波数（ωｏ−２πｆｏ）である。

ここで、ｆｏにおけるアドミタンスＹを求めると、 Ｙ−Ｇ＋ｊω、Ｃ・・・（３） 、’、ＩＹｌ＝　　Ｇ　　＋　（ωＯＣ）２　−　（４
）（２）、　　（４）式から明らかなように、高周波（
ｆｏおよびω。が大）において、電極のインピーダンス
を一定の外部インピーダンス（たとえば５０Ω）にマツ
チングさせるためには、Ｃを小さくしなければならない
。ところで、（１）式において、εｒは用いる基板材料
によって定まっており、またＮも必要とされる帯域幅な
どから一定制約を受けることはよく知られている。した
がって、Ｃを小さくするため、従来は、交差幅Ｗを狭く
したり、電極を分割して直列接続することにより、見か
け上のインピーダンスを高めている。

以上の議論は、交差幅一定の電極の場合に限らず、たと
えば特公昭５６−２２１６４号に示されているような交
差幅重み付け電極についても概ね同様にあてはまる。第
９図および第１０図に、交差幅重み付け電極を有する従
来のＳＡＷ素子の一例を示す。第９図において、圧電基
板１の表面には交差くし歯状電極２，３が設けられてい
る。くし歯状電極２，３の交差幅は、第１０図に示すよ
うに、図の右方に行くに従って徐々に小さくなるように
設定されている。

前記従来のＳＡＷ素子のうち、くし歯状電極の交差幅を
小さくしてインピーダンスを上げようとしたものでは、
波の回折によって特性が劣化してしまうという問題があ
る。特に、交差幅重み付け電極を使用した場合には、そ
の問題が顕著となる。

このため、たとえばフィルタとしてＳＡＷ素子を用いた
場合においては、帯域外減衰量の悪化等を招いている。

一方、くし歯状電極を分割し直列接続した場合には、分
割することによる対接地容量などのアンバランスにより
特性が変化してしまう。この問題。

を解決するための構成として、特公昭６１−６１５７４
号には、分割した電極による容量を所定値に設定してお
く考えが示されているが、それでは十分に満足し得る効
果が得られていない。また、一定文差幅の正規型では、
その特性変化は比較的把握しやすいが、交差幅重み付け
型では把握が困難であるため、上記構成では的確な改善
を図るのが困難である。

本発明の目的は、交差幅重み付け電極において、特性を
ほとんど劣化させることなくインピーダンスを高め、外
部とのインピーダンスマツチングを容易に行なうことの
できるＳＡＷ素子を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係るＳＡＷ素子は、圧電体基板と、圧電体基板
上に形成された２個以上のくし歯状電極とを含んでいる
。また、少なくとも１個の前記くし歯状電極は、交差幅
が一定でない交差幅重み付け電極であり、かつその交差
幅が一定繰返し周期で交差幅ゼロに設定されている。

なお、ＳＡＷ素子は、たとえばバンドパスフィルタであ
る。また、圧電体基板は、たとえば基板と圧電性薄膜の
多層構造よりなる。さらに、前記繰返し周期は、たとえ
ば、くし歯の３つごとに２つをゼロ交差幅にする周期、
またはくし歯４つごとに２つをゼロ交差幅にする周期で
ある。

［作用］ 本発明に係るＳＡＷ素子では、少なくとも１個のくし歯
状電極は、交差幅が一定でない交差幅重み付け電極であ
る。そして、その交差幅は、一定繰返し周期で交差幅ゼ
ロに設定されている。その結果、上記（１）式において
、有効な電極対数Ｎは小さくなる。これによって静電容
ｆｌｃは小さくなり、上記（２）式のコンダクタンスＧ
も小さくなる。たとえば、交差幅をくし歯の３つごとに
２つをゼロとした場合には、有効な電極対数Ｎは１／３
になり、その結果静電容量Ｃは１／３に、またコンダク
タンスＧは１／９となる。この結果、上記（３）、　　
（４）式から明らかなように高いインピーダンスを実現
することができる。

しかも、交差幅Ｗを小さくする必要はなく、電極を分割
する必要もない。このため、交差幅を小さくすることに
より回折損が増大して特性が悪化するという従来の不具
合は生じない。また、交差幅重み付けのエンベロープが
維持されているので、従来の分割型のように特性が変化
してしまうということもない。

［実施例］ 本発明に係るＳＡＷ素子の一例として、第３図のような
フィルタ素子を示す。

第３図において、基板１０は平板状の部材であり、たと
えばＬｉＮｂ０．やＰＺＴのような圧電材料、あるいは
絶縁基板上にＺｎＯのような圧電薄膜を積層した構成な
どによって形成されている。

基板１０の表面には、間隔を隔てて入力側の交差くし歯
状電極１１と、出力側の交差くし歯状電極１２とが設け
られている。

第３図において、入力端の交差くし歯状電極１１に加え
られた電気信号は、交差くし歯状電極１１部分によって
構成される入カドランスデューサによって弾性表面波に
変換される。この表面波はＶｓで示すように基板１０の
上面に沿って伝播され、出力側の交差くし歯状電極１２
に到達する。

この到達した表面波は、交差くし歯状電極１２部分で構
成される出カドランスデューサによって電気信号に変換
され出力される。

第３図の交差くし歯状電極１１．１２をより具体的に示
せば、第４図のようになる。第４図において、交差くし
歯状電極１１．１２は交差幅が一定でないいわゆる交差
幅重み付け電極となっている。第４図では、仮想線Ａで
示すように、交差幅は中央部が最も大きく両端に行くに
従って徐々に小さくなるように設定されている。

第１図は、交差くし歯状電極１１．１２の詳細部分図で
ある。第１図において、最も左側のくし歯１３と、その
右側のくし歯１４との交差幅はａとなっている。くし歯
１４とその右側のくし歯１５とは、交差くし歯状電極１
１のうち同じ側の基部１１ａから延びており、交差幅は
ゼロとなっている。くし歯１５とその次のくし歯１６も
、同様に交差幅はゼロとなっている。くし歯１６とその
右側のくし歯１７との交差幅はｂとなっている。

くし歯１７とその右側のくし歯１８とは、同じ側の基部
１１ｂから延びており、交差幅がゼロである。くし歯１
８とその右側のくし歯１９も交差幅がゼロとなっている
。前記交差幅ａは前記交差幅すよりも大きく、それらの
交差状況を概念的に示せば第２図のようになる。この第
２図と従来例による第１０図とを比較すれば明らかなよ
うに、第１図の部分では、図の右方向に行くにしたがっ
て交差幅は徐々に小さくなるように設定されており、そ
のうちの３つのくシ歯ご、とに２つの交差幅がゼロとな
るように繰返し周期が設定されていることになる。すな
わち、第１図ないし第４図に示した交差くし歯状電極１
１．１２の構成では、有効な電極対数は３分の１となっ
ているが、交差幅重み付けのエンベロープは従来通り保
持されている。

また、交差部分における交差幅は従来と同じ大きさとな
っている。

第１図ないし第４図に示す構成によれば、上記（１）な
いしく４）式から明らかなように、有効な電極対数Ｎが
１７３になるので、静電容量Ｃは１７３になる。したが
って、コンダクタンスＧは１／９となり、高いインピー
ダンスが得られるようになる。一方、交差幅は従来と変
わらないので、回折損が増大して特性が悪化することは
ない。また、交差幅重み付けのエンベロープは従来通り
維持されるため、従来の分割型のように特性が変化して
しまうこともない。すなわち、この構成によ　゛れば、
従来の構成に比べて特性をほとんど劣化させることなく
インピーダンスを高めることができるようになり、外部
とのインピーダンスマツチングを容易に図ることができ
るようになる。

次に、この実施例を用いて実際に実験した結果を説明す
る。

高周波用の例として中心周波数ｆ０を４０２ＭＨｚ、３
ｄＢバンド幅を２７ＭＨｚ、外部インピーダンスを５０
Ωに設計したＳＡＷフィルタをＬＬＮｂＯ，基板を用い
て作製した。

Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏａ基板を含む一般的な圧電基板にお
いては、クロスト・フィールド・モデル（Ｃｒ。

５ｓｅｄ　　Ｆｉｅｌｄ　　Ｍｏｄｅｌ）が成りたち、
いわゆるトリプル・トランジット・エコー（ＴＴＥ）を
おさえるためには電極のインピーダンスを外部インピー
ダンスより高くしなければならないことは良く知られて
いる。第９図に示す従来の構成によれば、５０Ω以上の
インピーダンスにするためには、交差幅を１５０μｍ以
下にする必要があり、そのため回折損が大きくなって帯
域外減衰量が悪化した。この場合の周波数−相対減衰量
の関係を第５図に破線で示す。

一方、第１図ないし第４図に示す構成によってＳＡＷ素
子を形成したところ、上述のような特性を得るのに交差
幅の最大値、を約３５０μｍとすることができる。この
結果、交差幅が前記従来例に比べて大幅に大きくなって
、回折損による特性劣化が抑制できた。この場合の周波
数−相対減衰量の関係を第５図に実線で示す。

第５図から分かるように、従来例に比べて本発明による
実施例の場合には、特に帯域外減衰量が８〜１０ｄＢ改
善されており、本発明の効果が極めて高いことが明らか
となった。

次に、第１図ないし第４図に示すＳＡＷ素子の製造方法
を示す。

基本的には、−殻内なＳＡＷ素子の製造方法と同じであ
る。本発明の最も重要な特徴である交差幅を一定繰返し
周期でゼロとする方法は、たとえば次のようにして行な
う。まず、通常の方法による重み付け電極を設計する。

この場合には、フーリエ逆変換法や線形、非線形計画法
などによって設計することができる。設計された重み付
け電極のインパルス列を３個ごとに２個ずつ交差幅ゼロ
にする。このようにすることによって、交差幅の累積値
はほぼ１／３になり、電極の静電容量Ｃが約１／３にな
って、コンダクタンスＧが約１／９になる。この場合に
は、交差幅がゼロとなる部分を周期的に入れであるため
、重み付けの形（関数）はほとんど変化せず従来通り保
たれるので、重み付け電極本来の周波数特性を維持でき
る。

［他の実施例］ （ａ）　　第６図および第７図に示す構成を採用しても
よい。

第６図において、交差くし歯状電極１１．１２のうち、
くし歯１３とくし歯１４、くし歯１４とくし歯１５は、
それぞれ交差幅Ｃおよび交差幅ｄで交差している。くし
歯１５とくし歯１６、くし歯１６とくし歯１７は、交差
幅がゼロに設定されている。また、くし歯１７とくし歯
１８、くし歯１８とくし歯１９は、それぞれ交差幅ｅお
よび交差幅ｆで交差している。この場合にも、各交差幅
ｃ、ｄ、ｅ、ｆは、第４図に示すような重み付けの形状
の一部を構成するようになっている。

このように、＜シ歯の４個ごとに２個を交差幅ゼロにす
ると、有効な電極の対数が１／２となり、静電容ｉｉＣ
は約１／２、コンダクタンスＧが約１／４となって、高
いインピーダンスを実現することができる。さらにこの
場合には、たとえば交差くし歯状電極１１．１２のうち
、一方の基部１１ｂをアース側に接続すれば、くし歯の
大半がアース電位となり、対接地浮遊容量が減少するな
どの効果を得ることもできる。

（ｂ）　　上記実施例における交差くし歯状電極１１．
１２を得る方法としては、インパルス列設計時点で周期
的にゼロ励振になるような制約を加えた上で、線形、非
線形計画法などにより最適化設計を行なう方法を採用す
ることもできる。

［発明の効果］ 本発明に係るＳＡＷ素子によれば、交差幅を従来通りに
維持しつつハイインピーダンス化を図ることができるの
で、回折損が増大して特性が悪化するというような従来
の不具合は生じない。また、交差幅重み付けのエンベロ
ープを従来通り維持できるので、分割型のＳＡＷ素子の
ように特性が変化してしまうという不具合は生じない。

したがって、本発明に係るＳＡＷ素子によれば、特性を
ほとんど劣化させることなくインピーダンスを高めて、
外部とのインピーダンスマツチングを容易に図ることが
できるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る一実施例の交差くし歯状電極部
分の平面部分図である。第２図は、第１図の交差状況を
概念的に示した図である。第３図は、ＳＡＷ素子の全体
概略を示す斜視図である。 第４図は、交差くし歯状電極の交差状態を示す平面概略
図である。第５図は、周波数−相対減衰量の関係を示す
グラフである。第６図は、他の実施例の第１図に相当す
る図である。第７図は、第６図の実施例の第２図に相当
する図である。第８図は、−殻内なＳＡＷ素子のくし歯
状電極の等価回路図である。第９図は、従来例の第１図
に相当する図である。第１０図は、第９図の例の第２図
に相当する図である。 １０は基板、１１．１２はくし歯状電極、ａ〜ｆは交差
幅である。 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　圧電体基板と、 前記圧電体基板上に形成された２個以上のくし歯状電極
   とを含む弾性表面波素子において、少なくとも１個の前
   記くし歯状電極は、交差幅が一定でない交差幅重み付け
   電極であり、かつその交差幅が一定繰返し周期で交差幅
   ゼロに設定されている弾性表面波素子。