JP2000165196A - タップ付遅延線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 伝搬損失を低減することができ、交叉幅を小
さくして小型化を図ることができ、さらに中心周波数の
温度特性が安定なタップ付遅延線を得る。 【解決手段】 圧電基板２上にＩＤＴ電極部３及びタッ
プ部４が形成されており、タップ部４がタップ５〜１０
を有し、各タップを構成している電極指５ａ，５ｂ〜１
０ａ，１０ｂの一端がバスバー１１またはバスバー１２
に接続されており、タップ５〜１０間において圧電基板
上に金属膜１３が形成されている、タップ付遅延線１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばスペクトル
拡散通信方式の受信機の復調部においてコリレータやマ
ッチドフィルタとして用いられるタップ付遅延線に関
し、特に、弾性表面波素子を用いて構成されたタップ付
遅延線に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、スペクトル拡散通信方式に用いら
れる検波素子として、タップ付遅延線を利用した検波用
表面波素子が種々提案されている（例えば、特開平３−
７７４４５号公報、特開平７−２８３７６１号公報、特
開平８−１８４８３号公報など）。

【０００３】上述した遅延検波用表面波素子として用い
られるタップ付遅延線の基本的な構造を、図１１に示
す。図１１に示すタップ付遅延線５１では、圧電基板５
２上に、インターデジタル電極（ＩＤＴ電極部）５３及
びタップ部５４が形成されている。ＩＤＴ電極部５３
は、互いに間挿し合う電極指を有する一対のくし歯電極
５３ａ，５３ｂを有する。タップ部５４は、複数のタッ
プ５５〜６０を有する。各タップ５５〜６０は、符号を
持たせられており、それぞれ、一対の電極指５５ａ，５
５ｂ〜６０ａ，６０ｂにより構成されている。

【０００４】また、タップ５５〜６０を構成している各
電極指５５ａ，５５ｂ〜６０ａ，６０ｂは、その一端が
バスバー６１またはバスバー６２に接続されている。タ
ップ付遅延線５１では、ＩＤＴ電極部５２に入力された
信号により、表面波が励振され、表面波がＩＤＴ電極部
５２からタップ部５３側に伝搬し、タップ部５３におい
て符号化された遅延出力が取り出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】タップ付遅延線５１に
おいては、上記のように符号化された遅延出力が取り出
されるが、伝搬損失が小さいこと、小型化できること、
並びに中心周波数の温度係数が小さいことが強く求めら
れている。

【０００６】G.W.Judd et al. : "An improved tapping
transducer geometry for surfacewave phase coded d
elay lines." 1972 Ultrasonics Symposium Proceeding
s p.373には、ＹカットＺ方向伝搬のＬｉＮｂＯ₃ 基板
を用いたタップ付遅延線において、タップ間に複数本の
電極指を両端で短絡してなるグレーティング電極を設け
ることにより伝搬損失の改善が図られている旨が記載さ
れている。

【０００７】もっとも、この先行技術では、単にＹカッ
トＺ方向伝搬ＬｉＮｂＯ₃ 基板を用いたタップ付遅延線
において、上記グレーティング電極の形成により伝搬損
失が改善されることが示されているだけであり、様々な
圧電基板において伝搬損失を改善し得るか否かについて
は言及されていない。また、この先行技術では、グレー
ティング電極の形成に起因する周波数温度特性の変化等
については何ら示されていない。

【０００８】さらに、タップ付遅延線においても他の電
子部品と同様に小型化が強く求められている。小型化を
図るためにタップ付遅延線の圧電基板の幅寸法を小さく
しようとした場合、ＩＤＴ電極部及びタップ部における
電極指交叉幅が小さくならざるをえない。ところが、交
叉幅を小さくすると、伝搬損失が増大する。従って、伝
搬損失の悪化を防止しつつ、タップ付遅延線の小型化を
進めることが非常に困難であった。

【０００９】本発明の目的は、上述した従来技術の欠点
を解消し、伝搬損失が小さく、小型化でき、かつ一次の
負の周波数温度係数を有する圧電基板を用いた場合、周
波数温度係数の絶対値を小さくできるタップ付遅延線を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明が得るタップ付遅
延線は、圧電基板と、前記圧電基板上に形成されたイン
ターデジタル電極部と、前記圧電基板上に形成されてお
り、前記インターデジタル電極部と表面波伝搬方向にお
いて隔てられたタップ部とを備え、前記タップ部が、一
対のバスバーと、一端がバスバーに接続された複数のタ
ップを有し、前記タップ部のタップ間において圧電基板
上に形成された金属膜をさらに備えることを特徴とす
る。

【００１１】本発明の特定の局面では、上記圧電基板と
して一次の負の周波数温度係数を有する圧電基板が用い
られる。このような圧電基板としては、Ｘカット１１２
°Ｙ方向伝搬ＬｉＴａＯ₃ 基板を例示することができ
る。

【００１２】また、本発明の別の特定的な局面では、上
記圧電基板が本来周波数温度係数がゼロに近い水晶基板
により構成され、周波数温度特性の頂点温度が１０〜５
０℃の範囲となるようにカット角と金属膜厚／波長が選
ばれる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明
に係るタップ付遅延線の具体的な実施例を説明すること
により、本発明をより詳細に説明する。

【００１４】図１は、本発明の第１及び第２の実施例に
係るタップ付遅延線を説明するための略図的平面図であ
る。タップ付遅延線１は、矩形の圧電基板２を用いて構
成されている。圧電基板２を構成する圧電材料として
は、特に限定されず、ＬｉＴａＯ₃ 、ＬｉＮｂＯ₃ また
は水晶などの圧電単結晶や圧電セラミックスからなるも
のを好適に用いることができる。

【００１５】圧電基板１の上面には、ＩＤＴ電極部３
と、タップ部４とが構成されている。ＩＤＴ電極部３
は、互いに間挿し合う１以上の電極指を有する一対のく
し歯電極３ａ，３ｂを有する。タップ部４は、符号化を
持たせられた複数のタップ５〜１０を有する。各タップ
５〜１０は、それぞれ、一対の電極指５ａ，５ｂ〜１０
ａ，１０ｂにより構成されている。タップ５〜１０の各
電極指５ａ，５ｂ〜１０ａ，１０ｂは、表面波伝搬方向
と直交する方向に延ばされている。

【００１６】また、タップ５〜１０を構成している各電
極指５ａ，５ｂ〜１０ａ，１０ｂの一端はバスバー１１
またはバスバー１２に接続されている。バスバー１１，
１２は、表面波伝搬方向に延ばされている。

【００１７】また、本実施例のタップ付遅延線１では、
タップ５〜１０間において、圧電基板２上に金属膜１３
が形成されている。金属膜１３は、本実施例では、隣接
するタップ間領域全てに形成されているが、隣接するタ
ップ間領域のうち少なくとも１つの領域において金属膜
１３が構成されておればよい。

【００１８】また、金属膜１３は、タップ間に形成され
ているものであり、すなわち、タップ５〜１０を構成し
ている電極指５ａ〜１０ｂには接触しないように形成さ
れている。また、金属膜１３の表面波伝搬方向と直交す
る方向の寸法については、バスバー１１，１２に接触し
ないような長さ寸法とされる。すなわち、金属膜１３
は、バスバー１１，１２に接触しない限り、電極指５ａ
〜１０ｂの交叉幅以上の寸法とされていてもよく、交叉
幅よりも小さい寸法とされていてもよい。

【００１９】金属膜１３を構成する材料については、特
に限定されず、アルミニウム、銅などの適宜の金属を用
いることができるが、好ましくは、ＩＤＴ電極部３及び
タップ部４を構成している各電極材料と同じ材料で構成
され、それによってＩＤＴ電極部３及びタップ部４と同
一工程で製造することができる。

【００２０】本実施例のタップ付遅延線１では、上記金
属膜１３が隣接するタップ間に配置されているので、伝
搬損失を低減することができる。これを、具体的な実験
例に基づき説明する。

【００２１】（第１の実施例）圧電基板２として、一次
の負の周波数温度係数を有するＸカット１１２°Ｙ方向
伝搬のＬｉＴａＯ₃ 基板（２．０×５．５×厚さ０．３
５ｍｍ）を用意した。この圧電基板上に、厚さ２０００
ÅのＡｌ膜を全面に形成した後、パターニングすること
により、上記ＩＤＴ電極部３及びタップ部４並びに金属
膜１３を形成し、中心周波数ｆ₀ ＝２００ＭＨｚ、チッ
プレート＝１２．５Ｍｃｐｓである１１チップタップ付
遅延線１を得た。この場合、ＩＤＴ電極部３（スプリッ
ト電極）における電極指の幅は２．０４μｍ、電極指間
ピッチは４．０９μｍ、電極指の対数は１６、交叉幅は
７００とした。また、タップ部４における各タップを構
成している電極指５ａ〜１０ｂの幅は２．０４μｍ、タ
ップにおける電極指間ピッチは４．０９μｍ、交叉幅は
７００μｍとし、ＩＤＴ電極部３と同じスプリット電極
とした。また、金属膜１３の表面波伝搬方向に沿う寸法
は２００ｍｍ、表面波伝搬方向と直交する方向の寸法は
７００ｍｍとした。

【００２２】比較のために、上記金属膜１３が形成され
ていないことを除いては、上記と同様にして従来例１の
タップ付遅延線を作製した。実施例及び従来例１のタッ
プ付遅延線において、インパルスを入力し、タップ部４
から取り出される伸張波形を測定した。図２は、金属膜
１３を有しない従来例１のタップ付遅延線による伸張波
形を示し、図３は実施例のタップ付遅延線による伸張波
形を示す。

【００２３】なお、図２及び図３における横軸の時間の
目盛りは１００ｎｓであり、縦軸の電圧の１目盛りが５
ｍＶである。図２及び図３を比較すれば明らかなよう
に、実施例のタップ付遅延線では、従来例１のタップ付
遅延線に比べて振幅が時間軸に対し一定であるため、伝
搬損失が低減されていることがわかる。

【００２４】また、上記実施例及び従来例１のタップ付
遅延線について、種々の温度で中心周波数を測定し、中
心周波数の温度変化を測定した。結果を図４に示す。図
４において、破線が実施例のタップ付遅延線の結果を、
実線が従来例１のタップ付遅延線の結果を示す。

【００２５】図４から明らかなように、実施例及び従来
例１のいずれのタップ付遅延線においても、温度が上昇
するにつれて中心周波数が低下することがわかる。これ
は、圧電基板として、負の一次の温度係数を有するＸカ
ット１１２°Ｙ方向伝搬ＬｉＴａＯ₃ 基板を用いたこと
による。

【００２６】しかしながら、図４から明らかなように、
実施例（破線）では、従来例（実線）に比べて、温度上
昇に伴う中心周波数の低下が小さいことがわかる。すな
わち、上記金属膜１３を設けたことにより、中心周波数
の温度変化が抑制されることがわかる。図４に示した測
定結果を基に、従来例及び実施例における中心周波数の
温度係数を算出したところ、従来例では、−２０．４ｐ
ｐｍ／℃であったのに対し、実施例では−１３．６ｐｐ
ｍ／℃であった。

【００２７】よって、負の一次の温度係数を有する圧電
基板を用いた場合、金属膜１３を形成すれば、中心周波
数の温度係数を従来例に比べて小さくし得ることがわか
る。 （第２の実施例）圧電基板２として、水晶基板を用い、
第２の実施例に係るタップ付遅延線を作製した。すなわ
ち、１．５×１５．５×厚さ０．４ｍｍのＳＴカット水
晶基板を圧電基板２上に、Ａｌを２０００Åの厚みにな
るように全面に形成し、該アルミニウム膜をパターニン
グすることにより、ＩＤＴ電極部３及びタップ部４並び
に金属膜１３を形成した。ここでは、中心周波数２００
ＭＨｚ、チップレート＝４Ｍｃｐｓの１５チップタップ
付遅延線を構成した。

【００２８】この場合、ＩＤＴ電極部３（スプリット電
極）における電極指の幅は２．０μｍ、電極指間ピッチ
は３．９４μｍとした。また、タップ部４の各タップを
構成している電極指の幅は２．０μｍ、タップ内におけ
る電極指間ピッチは３．９４μｍとし、ＩＤＴ電極部３
と同じスプリット電極とした。また、ＩＤＴ電極部及び
タップ部における電極指交叉幅については、４７０μｍ
とした。また、金属膜１３の大きさについては、表面波
伝搬方向に沿う寸法は４００μｍ、表面波伝搬方向に直
交する方向の寸法は４７０μｍとした。

【００２９】比較のために、上記金属膜１３を形成しな
かったこと、並びに電極指交叉幅を１１９．３λ（λ：
１波長１５．７６μｍ）としたことを除いては、上記第
２の実施例と同様にして従来例２の弾性表面波装置を得
た。また、金属膜を形成しなかったことを除いては、上
記第２の実施例と同様にして従来例３のタップ付遅延線
を得た。

【００３０】上記第２の実施例のタップ付遅延線、及び
従来例２，３のタップ付遅延線について、インパルスを
入力し、タップ部から取り出される伸張波形を測定し
た。結果を図５〜図７に示す。

【００３１】図５〜図７における横軸の時間の１目盛り
は９００ｎｓであり、縦軸の電圧１目盛りは２０ｍＶで
ある。また、図５が従来例２の結果を、図６が従来例３
の結果を、図７が第２の実施例の結果を示す。

【００３２】図５及び図６の比較から、電極指交叉幅を
１１９．３λから２９．８λに変更した場合、すなわち
電極指交叉幅を１／４にすると、振幅が小さくなり、及
び伝搬損失が大きくなることがわかる。

【００３３】これに対して、金属膜１３を形成した第２
の実施例のタップ付遅延線では、電極指交叉幅は２９．
８λであるが、図７から明らかなように、振幅及び伝搬
損失のいずれにおいても、電極指交叉幅が１１９．３λ
である従来例２と同等であることがわかる。

【００３４】従って、金属膜１３を形成することによ
り、伝搬損失及び振幅の悪化を防止することができるた
め、電極指交叉幅を小さくすることができ、それによっ
てタップ付遅延線の小型化を図り得ることがわかる。

【００３５】また、第２の実施例のタップ付遅延線の中
心周波数及び従来例３の中心周波数を、種々の温度で測
定した。結果を図８に示す。図８において、破線が第２
の実施例のタップ付遅延線の結果を、実線が従来例３の
タップ付遅延線の結果を示す。

【００３６】水晶基板を用いたタップ付遅延線では、あ
る温度（頂点温度）を境にして、温度が上昇した場合及
び低下した場合のいずれにおいても、中心周波数が低下
する。図８において、従来例３のタップ付遅延線では、
上記頂点温度が３０℃付近であるのに対し、第２の実施
例に係るタップ付遅延線では、（計算上−４３．５℃）
付近に頂点温度が存在する。すなわち、金属膜１３の形
成により、上記中心周波数温度特性における頂点温度が
約−７３．５℃低下している。

【００３７】しかしながら、上記中心周波数の温度特性
における頂点温度については、水晶のカット角を低下さ
せることにより上昇させることができる。これを図９及
び図１０を参照して説明する。第２の実施例に係るタッ
プ付遅延線において、各種カット角の水晶基板を用い、
かつ金属膜１３の厚みを種々変更し、中心周波数温度特
性の頂点温度を測定した。結果を図９及び図１０に示
す。なお、図１０は、図９と同じデータを示すが、横軸
が膜厚／波長で示されている。図９から明らかなよう
に、金属膜の厚みを２０００Åとし、水晶のカット角が
３３．４°〜３７．４°Ｙカットである各水晶基板を用
いることにより、中心周波数の温度特性上における上記
頂点温度を−４３．５℃から１０〜５０℃に高め得るこ
とがわかる。

【００３８】従って、カット角の小さい水晶基板を用い
ることができるので、ウエハ単価を低めることができ、
コストを低減することができる。また、カット角の小さ
い水晶基板を用いることにより、Ａｌ膜がエピタキシャ
ル膜となり、耐電力性が高められると共に動作寿命が長
くなる。

【００３９】また、同じく図９において、金属膜１３の
厚みを変更することによっても、中心周波数の頂点温度
を変更し得ることがわかる。例えば、３７．４°Ｙカッ
ト水晶で１０〜５０℃程度の範囲に頂点温度を有するタ
ップ付遅延線を得ようとした場合、第２の実施例では、
金属膜１３の厚みを７４０〜２０００Åの範囲とすれば
よいことがわかる。

【００４０】従って、上記カット角と、金属膜１３の厚
み、すなわち金属膜の厚み／波長とを、中心周波数温度
特性上の頂点温度が１０〜５０℃の範囲となるように決
定することにより、温度に対する中心周波数の変化量が
小さいタップ付遅延線を提供し得ることがわかる。

【００４１】なお、本発明に係るタップ付遅延線におけ
る電極構造については、図１に示したものに限定され
ず、種々変形し得る。すなわち、特開平７−２８３７６
１号公報や特開平８−１８４８３号公報に記載のよう
に、１つのＩＤＴ電極部に対し、複数のタップ部を形成
してもよく、あるいは１つのタップ部に対し複数のＩＤ
Ｔ電極部を形成した構造であってもよい。

【００４２】

【発明の効果】本発明に係るタップ付遅延線では、タッ
プ部のタップ間において圧電基板上に金属膜が形成され
ているので、金属膜の形成により伝搬損失が改善され
る。従って、タップ付遅延線の伝搬損失を改善すること
ができるだけでなく、伝搬損失を同等とした場合には電
極指交叉幅を小さくすることができ、それによってタッ
プ付遅延線の小型化を図ることができる。

【００４３】また、圧電基板として、一次の負の周波数
温度係数を有する圧電基板を用いた場合には、金属膜の
形成により、中心周波数の温度変化が抑制される。従っ
て、温度特性が安定なタップ付遅延線を提供することが
できる。

【００４４】特に、圧電基板として、Ｘカット１１２°
Ｙ方向伝搬ＬｉＴａＯ₃ 基板を用いた場合、該基板が一
次の負の周波数温度係数を有するため、本発明に従って
金属膜を形成することにより、伝搬損失が改善されると
共に、中心周波数の温度特性の安定なタップ付遅延線を
提供することができる。

【００４５】本発明において、圧電基板として、頂点温
度を境にして温度の上昇及び低下のいずれの方向におい
ても中心周波数が低下する傾向にある水晶基板を用いた
場合、カット角と上記金属膜の厚みにより頂点温度が変
化するため、該周波数温度特性の頂点温度が１０〜５０
℃の範囲となるようにカット角と金属膜厚／波長を選択
すれば、温度に対する中心周波数の変化量が小さいタッ
プ付遅延線を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係るタップ付遅延線を
示す平面図。

【図２】従来例１のタップ付遅延線の伸張波形を示す
図。

【図３】第１の実施例のタップ付遅延線の伸張波形を示
す図。

【図４】第１の実施例及び従来例１のタップ付遅延線の
中心周波数からのずれ量と温度との関係を示す図。

【図５】従来例２のタップ付遅延線の伸張波形を示す
図。

【図６】従来例３のタップ付遅延線の伸張波形を示す
図。

【図７】第２の実施例に係るタップ付遅延線の伸張波形
を示す図。

【図８】従来例３及び第２の実施例のタップ付遅延線に
おける温度と中心周波数からのずれ量との関係を示す
図。

【図９】第２の実施例のタップ付遅延線における金属膜
の厚みと頂点温度との関係を示す図。

【図１０】第２の実施例のタップ付遅延線における金属
膜厚／波長と頂点温度との関係を示す図。

【図１１】従来のタップ付遅延線を示す平面図。

【符号の説明】

１…タップ付遅延線 ２…圧電基板 ３…ＩＤＴ電極部 ４…タップ部 ５〜１０…タップ ５ａ，５ｂ〜１０ａ，１０ｂ…電極指 １１，１２…バスバー １３…金属膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電基板と、 前記圧電基板上に形成されたインターデジタル電極部
   と、 前記圧電基板上に形成されており、前記インターデジタ
   ル電極部と表面波伝搬方向において隔てられたタップ部
   とを備え、 前記タップ部が、一対のバスバーと、一端がいずれかの
   バスバーに接続された複数の電極指からなるタップとを
   有し、 前記タップ部のタップ間において圧電基板上に形成され
   た金属膜をさらに備えることを特徴とする、タップ付遅
   延線。
2. 【請求項２】 前記圧電基板が、一次の負の周波数温度
   係数を有する、請求項１に記載のタップ付遅延線。
3. 【請求項３】 前記圧電基板がＸカット１１２°Ｙ方向
   伝搬ＬｉＴａＯ₃ 基板である、請求項２に記載のタップ
   付遅延線。
4. 【請求項４】 前記圧電基板が水晶基板であり、周波数
   温度特性の頂点温度が１０〜５０℃の範囲となるように
   カット角と金属膜厚／波長が選ばれている、請求項１に
   記載のタップ付遅延線。