JP4339970B2 - 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交叉指電極と出力用交叉指電極を形成した2ポート共振子型の弾性表面波装置に関する。
【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においては、例えば、図5のような電極構造となっている。即ち、圧電基板10の表面に入力用交叉指電極20及び出力用交叉指電極30を、また、入出力用交叉指電極20,30の間に入出力用交叉指電極20,30間で各電極からの電磁波による干渉で発生する直達波を防止するためのグレーティング反射器60,70を、さらに、入出力用交叉指電極20,30の弾性表面波伝搬方向の両側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を各々配設していた。
【0003】
このような弾性表面波装置においては、励起された弾性表面波がグレーティング反射器40,50,60,70で反射して完全にエネルギーを閉じ込めるために入出力用交叉指電極20,30の交叉長Wとグレーティング反射器40,50,60,70の開口長W0を等しくするか、グレーティング反射器40,50,60,70の開口長W0を交叉長Wよりも長くすることが一般的に行われていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した弾性表面波装置の電極構造では、入出力用交叉指電極20,30の交叉長Wの方向に1次の横モードのみならず2次以上の高次横モードの振動エネルギーが閉じ込められており、この高次横モードの偶数次の振動モードにおける電荷は、入出力用交叉指電極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という問題点があった。
【0005】
かかる問題点を解決するために、入力用及び出力用交叉指電極20,30の交叉長Wを小さくすると低次横モードのみ励振され、交叉幅Wを大きくすると、複数の高次横モードが励振されるという特性を利用して、できる限り、交叉幅Wを小さくすることにより、高次横モードをカットオフすることも行われていた。
【0006】
しかしながら、このような入出力用交叉指電極20,30の交叉長Wを小さくすることは、高次横モードの振動を抑圧するだけでなく1次の基本モードの振動を抑圧することになり、通過帯域の挿入損失が劣化するという欠点があった。
【0007】
本発明は上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、高次横モードによるスプリアスを抑圧すると共に、1次の基本モードの抑圧を防止して通過帯域の挿入損失を防止した弾性表面波装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため本発明の弾性表面波装置は、圧電基板に、該圧電基板上で電極指が互いに交叉して対向するように設けた入力用交叉指電極及び出力用交叉指電極と、前記入力用交叉指電極及び前記出力用交叉指電極間に所定の開口長を有した第1のグレーティング反射器と、前記入力用交叉指電極及び前記出力用交叉指電極の弾性表面波伝搬方向の両側に所定の開口長を有した第2のグレーティング反射器とを配置した弾性表面波装置において、前記入力用交叉指電極及び前記出力用交叉指電極の交叉長は、前記第2のグレーティング反射器の開口長よりも小さくし、かつ、第1のグレーティング反射器の開口長と同じか若しくはそれ以上にした構成とする。
【0009】
本発明の構成によれば、入力用交叉指電極及び出力用交叉指電極の交叉長を、第2のグレーティング反射器の開口長よりも小さくしたために、高次横モードの振動が入力用交叉指電極内及び出力用交叉指電極内で相殺されることになり、これにより、高次横モードの振動によるスプリアスを防止することができる。
【0010】
また、入力用交叉指電極及び出力用交叉指電極の交叉長は、第1のグレーティング反射器の開口長と同じか若しくはそれ以上にしたために、通過帯域内の挿入損失を劣化させない弾性表面波装置が提供できる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例について図面を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態における2ポート共振子型の弾性表面波装置を説明する平面図である。図1において弾性表面波装置Aは、圧電基板1の主面に、入力用交叉指電極2及び出力用交叉指電極3が、また、入力用及び出力用交叉指電極2,3間に第1のグレーティング反射器Pが、さらに、入力用及び出力用交叉指電極2,3の両側には第2のグレーティング反射器Qが弾性表面波の伝搬方向に配設されている。
【0012】
入力用交叉指電極2は互いに噛み合う一対の櫛歯状電極指2a,2bからなり、例えば、一方の櫛歯状電極指2aは外部回路sと接続し、ここより入力信号を発している。また、他方の櫛歯状電極指2bは外部回路の接地電位tと接続している。なお、櫛歯状電極指2a,2bが弾性表面波伝搬方向で互いに噛み合う交叉長をW1としている。
【0013】
出力用交叉指電極3は互いに噛み合う一対の櫛歯状電極指3a,3bからなり、例えば、一方の櫛歯状電極指3aは外部回路の接地電位uと接続している。また、他方の櫛歯状電極指3bは外部回路vと接続し、ここから弾性表面波による出力信号を発している。なお、櫛歯状電極指3a,3bの交叉長は入力用交叉指電極2と同じ長さとしている。
【0014】
第1のグレーティング反射器Pは入力用交叉指電極2に隣接した弾性表面波伝搬方向右側にグレーティング反射器6が配置されており、また、グレーティング反射器6の弾性表面波伝搬方向隣にはグレーティング反射器7が配設されている。なお、各グレーティング反射器6,7の開口長はW2としている。このように、第1のグレーティング反射器Pは入力用及び出力用交叉指電極2,3間に設けられ、主に入力用及び出力用交叉指電極2,3間で電磁的結合により生じる直達波を防止するために設けられている。なお、グレーティング反射器6は入力側の端子とし、グレーティング反射器7は出力側の端子としても利用することができる。
【0015】
第2のグレーティング反射器Qは入力用交叉指電極2の弾性表面波伝搬方向と逆側に隣接したグレーティング反射器4と出力用交叉指電極3の弾性表面波伝搬方向に隣接したグレーティング反射器5で構成されている。各グレーティング反射器4,5間で入力用及び出力用交叉指電極2,3からの振動エネルギーを閉じ込めるように作用する。なお、各グレーティング反射器4,5の開口長はW3としている。
【0016】
ここで、入力用及び出力用交叉指電極2,3の交叉長W1は、第2のグレーティング反射器4,5の開口長W3よりも小さくし、第1のグレーティング反射器6,7の開口長W2と等しいかそれ以上に形成していることが本発明の特徴である。上述の圧電基板1は所定カット角、所定伝搬方向となるように切断処理された水晶、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、さらに、所定伝搬方向となるように分極処理されたPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)、PZ(ジルコン酸鉛)等から成る。
【0017】
また、入力用及び出力用交叉指電極2,3、グレーティング反射器4,5,6,7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。また、各一対の櫛歯状電極指2a,2b,3a,3bの電極指幅及び間隔は、例えば、弾性表面波の波長λに対して1/4λとなっている。
【0018】
次に本発明の弾性表面波装置Aにおける動作について図1,2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を通じて入力用交叉指電極2の櫛歯状電極指2aに入力された信号による圧電作用により励振されて生じた弾性表面波がグレーティング反射器6,7を介して櫛歯状電極指2a,2b,3a,3bと垂直な圧電基板1の表面上の方向に伝搬して出力用交叉指電極3まで至り、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。
【0019】
そして、出力用交叉指電極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交叉指電極に発生し、所定のフィルタ特性に応じた信号が櫛歯状電極指3bから抽出されて外部回路vより出力される。
【0020】
この場合、図2(a)に示すように、入力用及び出力用交叉指電極2,3の交叉長W1を第2のグレーティング反射器Qの開口長W 3 よりも小さくした場合には、1次の横モード分布における励振領域21はそのままで、高次横モードの奇数次横モード分布において励振領域22が正負の両領域で存在するようになるため、正(+)領域と負(−)領域の振動が相殺しあい、奇数次横モードの励振領域22は抑圧されることになる。
【0021】
しかしながら、入力用及び出力用交叉指電極2,3の交叉長W1を第2のグレーティング反射器Qの開口長W3と等しくした場合には、図2(b)に示すように高次の横モード分布における励振領域22は負(−)領域の振動が残ることになる。この励振領域22がスプリアスとして外部回路vに現れることになる。
【0022】
一方、入力用及び出力用交叉指電極2,3の交叉長W1を第2のグレーティング反射器Qの開口長W3よりもさらに小さくした場合には高次横モードの振動が抑圧できて不要なスプリアスを抑制することができるが、本発明の良好な実施形態として第1のグレーティング反射器Pの開口長W2と等しいかそれ以上とする方が良い。これにより、1次の横モードの振動が抑圧されることなく、通過帯域の挿入損失が劣化するのを防止できる。
【0023】
従って、奇数次横モードの励振領域を相殺するためには、本発明者が誠意検討の結果、入力用及び出力用交叉指電極2,3の交叉長W1を、第2のグレーティング反射器Qの開口長W 3 よりも小さくすることが良く、さらに、通過帯域の挿入損失が劣化するのを防止するためには第1のグレーティング反射器Pの開口長W2と等しいか、それ以上とすることが必要であることを見出した。
【0024】
【実施例】
次に本発明の作用効果を確認するために、図1の構造において本発明の実施例を示す。圧電基板1としては27.5°STカットの水晶基板を用い、その表面に入力用交叉指電極2、出力用交叉指電極3、第2のグレーティング反射器4,5,第1のグレーティング反射器6,7を弾性表面波伝搬方向に沿って形成した。これにより、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。入力用交叉指電極2、出力用交叉指電極3、第2のグレーティング反射器4,5,第1のグレーティング反射器6,7は、具体的には圧電基板1に電極材料であるアルミニウムを真空蒸着で膜厚0.36μmで形成した後、フォトプロセスで所定パターンを形成しRIE(Reactive Ion Etching)法で不要部を除去し、レジスト剥離して電極を形成した。この場合、電極指周期L=8.54μmとし、入出力用交叉指電極の交叉長W1はW1=140μmとした。また、第1のグレーティング反射器6,7の開口長W2と第2のグレーティング反射器4,5の開口長W3はW 2 =130μm、W 3 =180μmである。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段縦続接続して実験した結果を図3に示す。
【0025】
これより、通過帯域外の阻止域(高周波側)で高次横モードによる不要なスプリアス(図3ではa、b)を抑制でき良好な特性が得られた。
【0026】
比較例1として入出力用交叉指電極2,3の開口長W1を第1のグレーティング反射器6,7の開口長W2と第2のグレーティング反射器4,5の開口長W3を等しくした以外は実施例と同じ構成で実験した。その結果を図4に示す。
これより通過帯域外の高周波側に高次横モードに起因する不要なスプリアス(図4ではc、d)が生じ、実用には不適な特性であった。
【0027】
【発明の効果】
本発明の構成によれば、入力用交叉指電極及び出力用交叉指電極間に第1のグレーティング反射器を配置し、入力用交叉指電極及び出力用交叉指電極の両側に第2のグレーティング反射器を配設する構造において、入力用交叉指電極及び出力用交叉指電極の交叉長は、前記第2のグレーティング反射器の開口長よりも小さくした構成としたために、1次横モード以外の高次横モードの振動が入力用交叉指電極内及び出力用交叉指電極内で相殺されることになり、これにより、高次横モードの振動によるスプリアスを防止することができる。
【0028】
また、入力用交叉指電極及び出力用交叉指電極の交叉長は、第1のグレーティング反射器の開口長と同じか若しくはそれ以上にしたために、通過帯域内の挿入損失を劣化させず、通過帯域内は低損失で阻止域は高減衰の弾性表面波装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の弾性表面波装置の平面図である。
【図2】本発明の弾性表面波装置において発生する横モードを説明する図である。
【図3】本発明のフィルタ特性を示す特性図である。
【図4】本発明の比較例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。
【符号の説明】
A:弾性表面波装置
1:圧電基板
2:入力用交叉指電極
3:出力用交叉指電極
P:第1のグレーティング反射器
Q:第2のグレーティング反射器
4〜7:グレーティング反射器
Claims (1)
- 圧電基板に、該圧電基板上で電極指が互いに交叉して対向するように設けた入力用交叉指電極及び出力用交叉指電極と、前記入力用交叉指電極及び前記出力用交叉指電極間に所定の開口長を有した第1のグレーティング反射器と、前記入力用交叉指電極及び前記出力用交叉指電極の弾性表面波伝搬方向の両側に所定の開口長を有した第2のグレーティング反射器とを配置した弾性表面波装置において、
前記入力用交叉指電極及び前記出力用交叉指電極の交叉長は、前記第2のグレーティング反射器の開口長よりも小さくし、かつ、第1のグレーティング反射器の開口長と同じか若しくはそれ以上にしたことを特徴とする弾性表面波装置。
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