JP4696312B2 - 重み付けされた反射型グレーティングを用いたデュラルトラックｓａｗ反射器フィルタ - Google Patents

Description

本発明は、概略的には表面音響（弾性）波（ＳＡＷ：surface acoustic wave）反射器（リフレクタ）フィルタに関し、特にデュアルトラックを使用したＳＡＷ反射器フィルタであって、デュアルトラックの各々が入力トランスデューサ（変換器）と、出力トランスデューサと、少なくとも１つの反射器とを含み、反射器は、大きさが等しく位相が逆である反射関数（reflection function）を有し、反射波が出力トランスデューサにおいて合成される、ＳＡＷ反射器フィルタに関する。

移動電話通信システムにおいて用いられる表面弾性波（ＳＡＷ）フィルタは、サイズが小さく、良好な帯域外除去性能を示し、急峻な遷移エッジを有する狭い帯域幅を提供するように設計される。従来のＳＡＷフィルタは、圧電基板上に形成された入力トランスデューサおよび出力トランスデューサを含む。入力トランスデューサは、フィルタリングすべき電気入力信号により電気的に励起される。入力トランスデューサは、電気入力信号をレイリー（Rayleigh）波、ラム（lamb）波等の表面弾性波に変換し、これが基板に沿って出力トランスデューサへ伝搬する。出力トランスデューサは、この音響波をフィルタリングされた電気信号に変換する。

入力トランスデューサおよび出力トランスデューサは通常、基板上面に形成されたインターディジタル（櫛形）電極を含む。電極の形状と間隔により、入力トランスデューサが生成する弾性波の中心周波数および帯域形状が決まる。一般に、電極の幅が小さいほど、または波長当たりの電極数が少ないほど動作周波数は高くなる。特定周波数における表面弾性波の振幅は、トランスデューサ同士が生じる弾性波の加算的干渉（強め合う干渉）によって決定される。

トランスデューサの合計長によりフィルタ全体の長さが決まる。理想的なフィルタ特性を有する従来のＳＡＷフィルタを設計するには、フィルタのインパルス応答が非常に長くなければならない。インパルス応答の長さはトランスデューサの長さに正比例するため、理想的な特性を有する従来のＳＡＷフィルタの全長は長すぎて、移動電話通信システムに用いることはできない。

この問題を解決するために反射型ＳＡＷフィルタが開発されている。反射型ＳＡＷフィルタは通常、圧電基板上に形成された少なくとも１つの入力トランスデューサと、１つの出力トランスデューサと、１つの反射器とを含む。反射器は通常、間に間隙（ギャップ）を画定する離間した格子線を含む反射型グレーティングである。反射器が入力トランスデューサから受信する弾性波はグレーティング内の格子線によって反射され、この反射波が互いに加算的および減算的（相殺的）に干渉して波の経路を折り返すようにする。加算的に干渉された弾性波は反射されて特定の位相を有する出力トランスデューサに戻る。この折り返しによって、トランスデューサの長さはインパルス応答の継続時間に依存しなくなる。したがって反射型ＳＡＷフィルタは、小型サイズで高い周波数選択性を有するため、移動電話通信システムに望ましいものとなる。

反射型ＳＡＷフィルタの周波数応答は、個々の反射器を重み付けして所望のネット（有効）反射率（net reflectivity）を達成することによってさらに改善される。この周波数応答は、反射弾性波の位相および大きさを決定する。既存の重み付け方法としては、位置による重み付け、省略（オミッション：omission）による重み付けおよびストリップ（strip）幅による重み付けがある。反射器を重み付けする他の方法には、オープン・ショート（開放‐短絡）反射器構造内の開回路反射ストリップの長さを変更することがある。反射器を重み付けすることは、フィルタの物理的なサイズを低減させフィルタの周波数応答を向上させるのに役立つ。

図１は、第１のトラック１２および第２のトラック１４を含む既知のデュアルトラックＳＡＷ反射器フィルタ１０の平面図である。第１のトラック１２は、双方向性入力櫛形（すだれ状）トランスデューサ１６と、双方向性出力櫛形トランスデューサ１８と、入力トランスデューサ１６の片側に配置された第１の反射器２０と、出力トランスデューサ１８の反対側に配置された第２の反射器２２とを含み、これらすべてが図示のように圧電基板２４上に形成されている。同様に、第２のトラック１４は、双方向性入力櫛形トランスデューサ２８と、双方向性出力櫛形トランスデューサ３０と、入力トランスデューサ２８の片側に配置された第１の反射器３２と、出力トランスデューサ３０の反対側に配置された第２の反射器３４とを含み、これらすべてが図示のように圧電基板２４上に形成されている。反射器２０、２２、３２および３４は、いくつかの好適な反射器デバイス（一連の格子線を含む反射型グレーティングなど）のいずれか１つとすることができる。櫛形トランスデューサ１６、１８、２８および３０は、バスバー４０によって対向端部に取り付けられた複数の均等間隔の櫛形電極フィンガ３８を含む。

フィルタリングすべき電気入力信号が入力ライン４２上で入力トランスデューサ１６および２８に印加される。入力トランスデューサ１６および２８は電気信号を表面弾性波に変換し、この表面弾性波は入力トランスデューサ１６および２８から基板２４の上面に沿って外方へ伝搬する。入力トランスデューサ１６からの弾性波の一部は反射器２０に向かい、一部は出力トランスデューサ１８および反射器２２に向かう。同様に、入力トランスデューサ２８からの弾性波の一部は反射器３２に向かい、一部は出力トランスデューサ３０および反射器３４に向かう。

反射器２０、２２、３２および３４は、フィルタリングすべき対象（目的の）周波数帯域の中間周波数において波長λに同調されており、同一の長さＬ₁を有する。反射器２０および２２からの反射波は出力トランスデューサ１８に戻され、反射器３２および３４からの反射波は出力トランスデューサ３０に戻され、そこで共通の出力ライン３６上のフィルタリングされた電気信号に変換される。

入力トランスデューサ１６と出力トランスデューサ１８は、入力トランスデューサ２８と出力トランデューサ３０と同じ距離（Ｌ₃）だけ離間している。また、出力トランスデューサ１８および３０は極性が逆である。したがって、出力トランスデューサ１８が入力トランスデューサ１６から直接受信する表面弾性波は、出力トランスデューサ３０が入力トランスデューサ２８から直接受信する表面弾性波と１８０°位相がずれている。よって、これらの波は出力ライン３６上で相殺し合い、出力トランスデューサ１８および３０において電気信号に変換されることはない。これらの波は、ほとんど減衰せずに出力トランスデューサ１８および３０を通過し、トラック１２の反射器２２およびトラック１４の反射器３４によってそれぞれ反射される。

反射器２０、２２、３２および３４から反射された弾性波が出力ライン３６上で相殺されることを防ぐ必要がある。したがって反射器２０と３２および反射器２２と３４は互いにλ／４だけずれている。特に、入力トランスデューサ１６と反射器２０の間の距離および出力トランスデューサ１８と反射器２２の間の距離はＬ₂である。しかしながら、入力トランスデューサ２８と反射器３２の間の距離および出力トランスデューサ３０と反射器３４の間の距離はＬ₂＋λ／４である。したがって、反射器２０および３２によって反射された弾性波がトランスデューサ１８および３０まで移動する距離はそれぞれλ／２だけ異なり、よって出力トランスデューサ１８および３０に到達する際に互いに１８０°位相がずれる。換言すれば、第２のトラック１４の弾性波は第１のトラック１２の弾性波に対して遅延される。したがって、これらの出力信号は出力ライン３６上で加算される。同様に、反射器２２および３４によって反射された弾性波が出力トランスデューサ１８および３０まで移動する距離はそれぞれλ／２だけ異なり、よって出力トランスデューサ１８および３０に到達する際に互いに位相がずれる。したがって、これらの信号も出力ライン３６上で加算される。よって、出力ライン３６上では反射された弾性波のみが供給される。

図２は、上述したフィルタ１０と同様の、第１のトラック５２および第２のトラック５４を含む既知のＳＡＷフィルタ５０の平面図である。この実施態様において、トランスデューサと反射器の各々は、一連の連続する通信チャネルに対応してテーパ状である。特に、第１のトラック５２は、テーパ状双方向性入力櫛形トランスデューサ５６と、テーパ状双方向性出力櫛形トランスデューサ５８と、入力トランスデューサ５６に隣接する第１のテーパ状反射器６０と、出力トランスデューサ５８に隣接する第２のテーパ状反射器６２とを含み、これらすべてが圧電基板６４上に形成されている。同様に、第２のトラック５４は、テーパ状双方向性入力櫛形トランスデューサ６８と、テーパ状双方向性出力櫛形トランスデューサ７０と、入力トランスデューサ６８に隣接する第１のテーパ状反射器７２と、出力トランスデューサ７０に隣接し、入力トランスデューサ６８の反対側にある第２のテーパ状反射器７４とを含み、これらすべてが基板６４上に形成されている。反射器６０、６２、７２および７４とトランスデューサ５６、５８、６８および７０とはテーパ状であるか、あるいはグレーティングまたはフィンガ幅が異なり、当業界でよく理解されているように、フィルタ５０が比較的フラクショナル（分割）帯域幅の広いフィルタとなるようになっている。

入力トランスデューサ５６および６８は共通の入力ライン７６に結合され、出力トランスデューサ５８および７０は共通の出力ライン７８に結合される。上記のように、反射器６０と７２および反射器６２と７４が互いに対してλ／４だけずれており、反射波信号が出力トランスデューサ５８および７０に到達する際に互いに位相がずれ、したがって、出力ライン７８上で加算されるようになっている。また上記のように、第１のトラック５２の入力トランスデューサ５６から出力トランスデューサ５８への直接波は第２のトラック５４の入力トランスデューサ６８から出力トランスデューサ７０への直接波を相殺する。

図３は、特に１９９７年８月２６日付でDillらに発行された米国特許第５，６６１，４４４号に開示される、別の既知のデュアルトラックＳＡＷ反射器フィルタ９０の平面図である。ＳＡＷフィルタ９０は、第１のトラック９２および第２のトラック９４を含む。第１のトラック９２は入力単一位相一方向性トランスデューサ（ＳＰＵＤＴ：single phase uni-directional transducer）９６と、出力ＳＰＵＤＴ９８と、ＳＰＵＤＴ９６および９８間に配置された反射器１００とを含み、これらすべてが図示のように圧電基板１０２上に形成されている。同様に、第２のトラック９４は、入力ＳＰＵＤＴ１０６と、出力ＳＰＵＤＴ１０８と、ＳＰＵＤＴ１０６および１０８間に配置された反射器１１０とを含み、これらすべてが図示のように基板１０２上に形成されている。入力ＳＰＵＤＴ９６および１０６は共通の入力ライン１１２に電気的に結合され、出力ＳＰＵＤＴ９８および１０８は共通の出力ライン１１４に電気的に結合される。

フィルタリングされるべき電気信号が入力ライン１１２に印加され、ＳＰＵＤＴ９６に一方向性表面弾性波を生成させる。この一方向性表面弾性波は基板１０２に沿って反射器１００へ伝搬し、そこで反射器１００のグレーティング構造内で反射され、より長いインパルス応答および位相制御を生じる。同様に、ＳＰＵＤＴ１０６に印加されたライン１１２上の電気信号は一方向性表面弾性波を生成し、この一方向性表面弾性波は圧電基板１０２に沿って反射器１１０へ伝搬し、そこで反射される。反射器１００および１１０のグレーティング構造内での反射により信号が相殺および伝搬され、位相制御された透過波が得られる。反射器１００によって位相制御された表面弾性波は出力ＳＰＵＤＴ９８によって受信され、反射器１１０によって位相制御された表面弾性波は出力ＳＰＵＤＴ１０８によって受信される。

出力ＳＰＵＤＴ９８と１０８は極性が逆であるため、ＳＰＵＤＴ９６とＳＰＵＤＴ９８の間の距離がＳＰＵＤＴ１０６とＳＰＵＤＴ１０８の間の距離と同じであり、反射器１００および１１０の長さと位相特性が同じである場合、信号は出力ライン１１４上で相殺されることになる。この信号の相殺を防ぐため、‘４４４号特許は、反射器１００と１１０の長さを変え、トラック９４の弾性波がトラック９２の表面弾性波に対して遅延されて出力ライン１１４上で加算されるようにすることを提案している。なお、反射器１００はＳＰＵＤＴ９６および９８の中心にあり、反射器１１０はＳＰＵＤＴ１０６および１０８の中心にある。

この例において、反射器１１０の長さはＬ₃であり、反射器１００の長さはＬ₃−λ／２である。したがって、ＳＰＵＤＴ１０８が受信するＳＰＵＤＴ１０６からの表面弾性波はＳＰＵＤＴ９６が生成しＳＰＵＤＴ９８が受信する表面弾性波に対してλ／２だけ遅延される。この遅延により、ＳＰＵＤＴ９８および１０８が受信する表面弾性波は、それぞれ出力ＳＰＵＤＴ９８および１０８に到達する際に互いに位相がずれ、よって出力ライン１１４上で加算される。

ＳＡＷフィルタ９０には２つの基本的な問題がある。第１に、最適な性能のため、反射器１００および１１０の反射グレーティングの反射率は、ＳＰＵＤＴ９６および１０６からのＳＡＷエネルギーの５０％しか反射することができず、よって、ＳＰＵＤＴ９６および１０６から反射器１００および１１０を通して出力ＳＰＵＤＴ９８および１０８へはそれぞれ有効エネルギーの５０％しか伝達されない。フィルタ９０の理想的な挿入損失は６ｄＢである。伝搬損失、抵抗損失、回折損失、整合回路損失等といった他の副次的影響を含む場合、実際のデバイスの挿入損失は１０ｄＢ以上となる。第２に、フィルタ９０の構成は、ＳＰＵＤＴ９６および１０６と反射グレーティング１００および１１０との間における弾性波の複数回の反射により、時間領域において主信号の後に複数のスプリアス応答を生じる。これら複数のスプリアス信号は、周波数領域において大きな通過帯域リップルおよび群遅延リップルを生じるために望ましくない。これら複数回の反射は、挿入遅延が外部整合回路によって最小レベルに整合された場合に最も顕著である。

図４は、１９９９年４月２０日付でBergman等に発行された米国特許第５，８９６，０７２号に開示されるタイプの既知のデュアルトラックＳＡＷ反射器フィルタ１２０の平面図である。ＳＡＷフィルタ１２０は、第１のトラック１２２および第２のトラック１２４を含む。第１のトラック１２２は、双方向性入力櫛形トランスデューサ１２６と、トランスデューサ１２６の片側に配置された反射器１２８と、トランスデューサ１２６の反対側に配置された出力ＳＰＵＤＴ１３０とを含み、これらすべてが圧電基板１３２上に形成されている。同様に、第２のトラック１２４は、双方向性入力櫛形トランスデューサ１３４と、トランスデューサ１３４の片側に配置された反射器１３６と、トランスデューサ１３４の反対側に配置された出力ＳＰＵＤＴ１３８とを含み、これらすべてが図示のように基板１３２上に形成されている。トランスデューサ１２６および１３４は共通の入力ライン１４０に結合され、ＳＰＵＤＴ１３０および１３８は共通の出力ライン１４２に結合される。トランスデューサ１２６および１３４は極性が同じであり、ＳＰＵＤＴ１３０および１３８は極性が逆である。

この実施態様において、入力トランスデューサ１２６および出力ＳＰＵＤＴ１３０は入力トランスデューサ１３４および出力ＳＰＵＤＴ１３８と同じ距離（Ｌ₄）だけ離間している。したがって、ＳＰＵＤＴ１３０および１３８がそれぞれ入力トランスデューサ１２６および１３４から直接受信する弾性波は同位相であり、よって、ＳＰＵＤＴ１３０および１３８は極性が逆であるために出力ライン１４２上で相殺される。しかしながら、入力トランスデューサ１２６と反射器１２８の間の距離はＬ₂であり、入力トランスデューサ１３４と反射器１３６の間の距離はＬ₂＋λ／４である。したがって、反射器１２８および１３６によって反射される表面弾性波は、ＳＰＵＤＴ１３０および１３８にそれぞれ到達する際に互いに位相がずれ、ＳＰＵＤＴ１３０および１３８は極性が逆であるために出力ライン１４２上で加算される。

反射フィルタ１２０には、その性能を制限する基本的な問題が１つある。この構成を用いて低損失フィルタを設計するためには、ＳＰＵＤＴ１３０および１３８が強力でなければならない。しかしながら、ＳＰＵＤＴ１３０および１３８からの強い反射はまたそれぞれ、ＳＰＵＤＴ１３０および１３８と反射器１２８および１３６との間における複数回の反射のために、時間領域において主信号の後に強いスプリアス応答を生じる。このスプリアス応答は、周波数領域において大きな通過帯域リップルおよび群遅延リップルを生じるために望ましくない。スプリアス応答は、挿入損失が外部整合回路によって最小レベルに整合された場合に最も顕著である。

本発明の教示によれば、デュアルトラックＳＡＷ反射器フィルタが開示される。本フィルタは、第１の入力トランスデューサと、第１の出力トランスデューサと、第１の反射器と、第２の反射器とを有する第１のトラックを含む。このフィルタは、第２の入力トランスデューサと、第２の出力トランスデューサと、第３の反射器と、第４の反射器とを有する第２のトラックをさらに含む。第１のトラックの入力トランスデューサと出力トランスデューサの間の距離は第２のトラックの入力トランスデューサと出力トランスデューサの間の距離と同じである。第１のトラックの第１の入力トランスデューサと第１の反射器の間の距離、第１のトラックの第１の出力トランスデューサと第２の反射器の間の距離、第２のトラックの第２の入力トランスデューサと第３の反射器の間の距離および第２のトラックの第２の出力トランスデューサと第４の反射器の間の距離は同じである。また、全ての反射器の長さは同じである。代替的な実施形態において、第１のトラックおよび第２のトラックは反射器を１つだけ含むことが可能である。

第１のトラックの第１の反射器と第２のトラックの第３の反射器の反射率関数（reflective function）は大きさが等しく位相が反対である。第１のトラックの第２の反射器と第２のトラックの第４の反射器の反射率関数は大きさが等しく位相が反対である。入力トランスデューサの極性は同じであり、出力トランスデューサの極性は反対である。

入力トランスデューサが生成し出力トランスデューサが直接受信する表面弾性波は、出力トランスデューサに到達する際に互いに同相であり、よって両方の出力トランスデューサに電気的に結合された共通の出力ライン上で相殺される。この弾性波は次に、ほとんど減衰せずに出力トランスデューサを通過し、第１のトラックの第３の反射器および第２のトラックの第４の反射器に到達する。第１のトラックにおいて第１の入力トランスデューサが生成し、第１の反射器が反射し、第１の出力トランスデューサが受信する表面弾性波は、第２のトラックにおいて第２の入力トランスデューサが生成し、第３の反射器が反射し、第２の出力トランスデューサが受信する表面弾性波と１８０°位相がずれており、よって共通の出力ライン上で合成される。第１のトラックにおいて第１の入力トランスデューサが生成し、第２の反射器が反射し、第１の出力トランスデューサが受信する表面弾性波は、第２のトラックにおいて第２の入力トランスデューサが生成し、第４の反射器が反射し、第２の出力トランスデューサが受信する表面弾性波と１８０°位相がずれており、よって共通の出力ライン上で合成される。

本発明のさらなる利点および特徴は、以下の説明および特許請求の範囲を添付図面とともに考慮することにより明らかになるであろう。

デュアルトラックＳＡＷ反射器フィルタに関する本発明の実施形態の以下の説明は、例示的なものに過ぎず、本発明やその用途または利用法を限定することは何ら意図していない。

図５は、本発明の一実施形態によるデュアルトラックＳＡＷ反射器フィルタ１５０の平面図である。フィルタ１５０は、第１のトラック１５２および第２のトラック１５４を含む。第１のトラック１５２は、双方向性入力櫛形トランスデューサ１５６と、双方向性出力櫛形トランスデューサ１５８とを含む。第１のトラック１５２は、入力トランスデューサ１５６の片側に配置された第１の反射器１６０と、出力トランスデューサ１５８の反対側に配置された第２の反射器１６２とをさらに含む。同様に、第２のトラック１５４は、双方向性入力櫛形トランスデューサ１６４と、双方向性出力櫛形トランスデューサ１６６とを含む。第２のトラック１５４は、入力トランスデューサ１６４の片側に配置された第１の反射器１６８と、出力トランスデューサ１６６の反対側に配置された第２の反射器１７０とをさらに含む。当業界でよく知られているように、櫛形トランスデューサ１５６、１５８、１６４および１６６はすべて電極フィンガ１７２および対向する端部（エンド）バー１７４を含む。

本発明によれば、櫛形トランスデューサ１５６、１５８、１６４および１６６は、ＳＡＷ反射器フィルタに適した任意のタイプのトランスデューサと置き換えることができる。例えば、トランスデューサ１５６、１５８、１６４および１６６は、単相一方向性トランスデューサ（ＳＰＵＤＴ）とすることができる。ＳＰＵＤＴを使用した実施形態では、一組の反射器１６０および１６８または１６２および１７０を排除することができる。また、櫛形トランスデューサを使用し得る他の実施形態では、両方のトラック１５２および１５４において用いる反射器を１つのみとすることができる。

反射器１６０、１６２、１６８および１７０は、ＳＡＷ反射器フィルタに適した任意の反射器構造とすることができる。例えば、反射器１６０、１６２、１６８および１７０は、所定の間隔を有する格子線を含むグレーティング、例えば分布音響反射グレーティング（ＤＡＲＧ：distributed acoustic reflective grating）やディザ反射器グレーティング（ＤＩＲＧ:dithered reflector grating）とすることができる。好適な反射グレーティングは、本明細書と同時に出願されており、本出願の譲受人に譲渡され、本明細書中に参照として援用する米国特許出願第１０／３７６，８０２号および米国特許出願第１０／３７７，３７９号に開示されている。特許出願第１０／３７６，８０２号に記載される反射グレーティングは格子線上および／または格子線間の反射ドットを使用して反射率関数を与える。特許出願第１０／３７６，８０２号に記載される反射グレーティングは、格子線ディザリング（ディザ処理）を使用して所望の反射率を生じさせる。

一実施形態において、反射グレーティングは、所定数の格子線を各々有する反復サンプリング周期を有する。サンプリング周期は、Ｎ個の波長当たりＭ本の格子線（Ｎλ／Ｍ）で定義され、ここで、λはフィルタ帯域幅の中心周波数の波長であり、ＭおよびＮは整数であり、Ｍ＞Ｎである。サンプリング周期の例としては、λ／４、λ／３、２λ／５、３λ／７、３λ／８、４λ／７および５λ／８が挙げられるが、これらに限定されない。各サンプリング周期の特徴は、等間隔の格子線のみではＭ＞Ｎに対して有効反射率を有さないことである。同様のサンプリング周期体系が入力および出力トランスデューサにも当てはまる。

反射器１６０、１６２、１６８および１７０はすべて同一の長さＬ₁を有する。さらに、反射器１６０と入力トランスデューサ１５８の間、反射器１６２と出力トランスデューサ１５８の間、反射器１６８と入力トランスデューサ１６４の間、および反射器１７０と出力トランスデューサ１６６の間の距離Ｌ₂は同一である。また、入力トランスデューサ１５６と出力トランスデューサ１５８の間、および入力トランスデューサ１６４と出力トランスデューサ１６６の距離Ｌ₃は同一である。

入力トランスデューサ１５６および１６４は極性が同じであり、共通の入力ライン１７６に結合されている。出力トランスデューサ１５８および１６６は極性が逆であり、共通の出力ライン１７８に結合されている。したがって、入力トランスデューサ１５６が生成し出力トランスデューサ１５８が直接受信する弾性波は、入力トランスデューサ１６４が生成し出力トランスデューサ１６６が直接受信する表面弾性波と同相であるため、出力ライン１７８上で相殺される。

本発明によれば、反射された弾性波が各トラックの出力トランスデューサ１５８および１６６で相殺されることを防ぐために、反射器１６０と１６２および反射器１６８と１７０は互いに鏡像関係にある。さらに、反射器１６０および反射器１６８の反射率関数は、その右端の右側の任意の点から観測すると互いに１８０°位相がずれ、反射する信号が２つのトラックにおいてコヒーレントに加算されるようになっている。しかしながら、反射器１６０および１６８の反射率関数の大きさは同じである。同様に、反射器１６２および１７０の反射率関数は、反射器１６２または１７０の左端の左側の任意の点から観測すると互いに１８０°位相がずれるが、大きさは同じである。当業者は、ここに記載する同相の鏡像を生成するために反射器１６０、１６２、１６８および１７０の格子線をパターン化する方法を容易に認めるであろう。反射器１６０、１６２、１６８および１７０内の様々な格子線、反射ドット、ディザ格子線等の配向（向き）を適切に設計してこの関数を与えることができる。

以下で詳述するように、反射器１６０によって反射される表面弾性波と反射器１６８によって反射される弾性波とは、それぞれが出力トランスデューサ１５８および１６６に到達する際に１８０°位相がずれる。同様に、反射器１６２によって反射される表面弾性波と反射器１７０によって反射される弾性波とは、それぞれが出力トランスデューサ１５８および１６６に到達する際に１８０°位相がずれる。したがって、所望の長いインパルス応答を生成する弾性波、すなわち反射器から反射される弾性波のみが、出力ライン１７８上のフィルタリングされた電気信号に変換される。

入力トランスデューサ１５６は双方向性であるため、このトランスデューサ１５６が生成する表面弾性波は両方向に伝搬する。入力トランスデューサ１５６が生成し出力トランスデューサ１５８が直接受信する表面弾性波は信号経路１_A上を伝搬する。入力トランスデューサ１５６が生成して反射器１６０が受信し、この反射器１６０から反射されて出力トランスデューサ１５８が受信する表面弾性波は信号経路１_B上を伝搬する。入力トランスデューサ１５６が生成して反射器１６２が受信し、この反射器１６２から反射されて出力トランスデューサ１５８が受信する表面弾性波は信号経路１_C上を伝搬する。トラック１５４の同一の信号経路を２_A、２_Bおよび２_Cとして示す。

出力トランスデューサ１５８および１６６は極性が逆であり、入力トランスデューサ１５６と出力トランスデューサ１５８の間および入力トランスデューサ１６４と出力トランスデューサ１６６の間の距離は同じであるため、信号経路１_Aおよび２_A上の表面弾性波は出力ライン１７８上で相殺される。

出力トランスデューサ１５８および１６６を通って伝搬する信号経路１_Aおよび２_A上の表面弾性波は信号経路１_Cおよび２_C上を伝搬する。反射器１６２および１７０の反射率関数は大きさが等しく位相が逆であるため、信号経路１_C上の反射された弾性波は、信号経路２_C上の反射された弾性波と１８０°位相がずれる。信号経路１_Cおよび２_C上の表面弾性波は、出力トランスデューサ１５８および１６６によってそれぞれ受信される際、互いに位相がずれ、出力トランスデューサ１５８および１６６の極性が逆であるため、出力ライン１７８上で加算される。

反射器１６０および１６８は大きさが等しく位相が逆であるため、信号経路１_Bおよび２_B上の反射された弾性波は互いに１８０°位相がずれている。信号経路１_Bおよび２_B上の弾性波は、入力トランスデューサ１５６および１６４にそれぞれ到達する際、入力トランスデューサ１５６および１６４の極性が同じであるため、互いに位相がずれている。したがって、信号経路１_Bおよび２_B上の弾性波は入力トランスデューサ１５６および１６４を通過し、出力トランスデューサ１５８および１６６によって受信される。出力トランスデューサ１５８および１６６は極性が逆であるため、信号経路１_Bおよび２_B上の弾性波は合成されて出力ライン１７８上で加算される。

反射器１６０、１６２、１６８および１７０、ならびにトランスデューサ１５６、１５８、１６４および１６６の対称的構成により、信号経路１_Bおよび１_C上の表面弾性波は出力トランスデューサ１５８に同位相で同時に到達し、信号経路２_Bおよび２_C上の表面弾性波は出力トランスデューサ１６６に同位相で同時に到達する。したがって、信号経路１_B、２_B、１_Cおよび２_C上の反射された表面弾性波はすべて出力トランスデューサ１５８および１６６において同位相であり、元の単一の信号として出力ライン１７８上のフィルタリングされた電気信号に変換される。

図６は、本発明の別の実施形態によるデュアルトラックテーパ状ＳＡＷ反射器フィルタ１９０の平面図である。本実施形態では、表面弾性波の信号経路を上述のフィルタ１５０と同様に加算および減算する。しかしながら、図２に示す実施形態と同様に、様々なトランスデューサおよび反射グレーティングをテーパ状にして、広いフラクショナル帯域幅を有するフィルタを作成することができる。

特に、フィルタ１９０は、第１のトラック１９２および第２のトラック１９４を含む。第１のトラックは、テーパ状双方向性入力櫛形トランスデューサ１９６と、テーパ状双方向性出力櫛形トランスデューサ１９８とを含み、この両方がフラクショナル帯域幅の広いフィルタを作成するためにテーパ状である。さらに、第１のトラック１９２は、フラクショナル帯域幅の広いフィルタを作成するためにテーパ状である第１のテーパ状反射器２００および第２のテーパ状反射器２０２を含む。同様に、第２のトラック１９４は、テーパ状双方向性入力櫛形トランスデューサ２０４と、テーパ状双方向性出力櫛形トランスデューサ２０６と、第１のテーパ状反射器２０８と、第２のテーパ状反射器２１０とを含む。テーパ状入力トランスデューサ１９６および２０４は共通の入力ライン２１２に電気的に結合され、出力トランスデューサ１９８および２０６は共通の出力ライン２１４に電気的に結合される。

本発明は、従来技術にはないいくつかの利点を提供する。例えば、本発明のＳＡＷ反射器フィルタは、異なる動作周波数にわたって広範なサンプリングレートを提供する。臨界（クリティカル）寸法が重要である場合には高周波数用途に低サンプリングレートを用いて製造収率（歩留まり）を上げることができる。臨界寸法が重要でない場合には低周波数用途に高サンプリングレートを用いてより多くのデータサンプリングを提供することができる。周期当たりのサンプリングが多くなるほどグレーティングの反射率関数の精度は高くなる。

さらに、ＳＴ−Ｑｕａｒｔｚ（クオーツ）上で１．５ＧＨｚの動作周波数を、０．６μｍが最小の臨界形状（critical geometry）であると仮定して、３λ／５または４λ／７の分布音響反射グレーティング（ＤＡＲＧ）を用いて達成することができる。これは、臨界形状寸法が同じ反射グレーティングデバイスによってこれまでにＳＴ−Ｑｕａｒｔｚ上で達成されてきた動作周波数の２倍である。サンプリングレートが低いということは、臨界サンプリング寸法が所与の周波数における他のサンプリングレートよりも著しく大きく、大きな臨界寸法でより大きな製造誤差の結果およびより高い製造収率が許容され得ることを意味する。

ディザ反射器グレーティング（ＤＩＲＧ）である反射器の場合、ＤＩＲＧの反射率は反射器の厚さと反射器のディザリング量の関数である。所望量のグレーティング反射を有することは、異なるグレーティング周期においてディザリングパターンを変更し、それによって反射器全体にわたってアナログに近い反射率を実現することによって達成される。

ＤＡＲＧである反射器の場合、ＤＡＲＧの反射率は反射器のドットの厚さと密度の関数である。任意の所望量のグレーティング反射が、異なるグレーティング周期において反射ドット密度を変更し、それによってトランスデューサにわたってアナログに近い反射率を実現することによって達成される。反射率の強度を上げても構造の臨界寸法は変化しないため、臨界寸法が小さいために動作周波数が低くなったり製造収率が下がったりすることはない。ＳＴ−Ｑｕａｒｔｚ上で１．５ＧＨｚの動作周波数を達成できる設計の場合、単一層（レベル）金属デポジション（堆積）しか必要ない。１回のマスク製造プロセスにより、臨界寸法が小さい場合には特に高周波数において、デュアルマスク製造プロセスよりも高い製造収率が保証される。

本発明のＳＡＷ反射器フィルタの理想的に整合された応答は時間領域において主信号の後に複数回の反射を生じない。したがって、通過帯域リップルおよび群遅延リップルの小さい低損失の反射器フィルタを提供することができる。また、本発明の単一チャネル狭帯域幅反射フィルタを変更して広いフラクショナル帯域幅を設計することができる。

上記記載は、本発明の例示的な実施形態を開示および説明するに過ぎない。当業者であれば、特許請求の範囲に定義される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、上記記載ならびに添付の図面および特許請求の範囲から、その中で様々な改変、変更および変形を行うことができることを容易に理解するであろう。

反射器および櫛形トランスデューサを使用した既知のデュアルトラックＳＡＷ反射器フィルタの平面図である。 テーパ状反射器およびテーパ状櫛形トランスデューサを使用した既知のデュアルトラック反射器フィルタの平面図である。 単相一方向性入力および出力トランスデューサと、それらの間の反射器とを使用した既知のデュアルトラックＳＡＷ反射器フィルタの平面図である。 反射器、櫛形トランスデューサおよび単相一方向性出力トランスデューサを使用した既知のデュアルトラックＳＡＷ反射器フィルタの平面図である。 本発明の一実施形態によるデュアルトラックＳＡＷ反射器フィルタの平面図である。 本発明の一実施形態によるテーパ状デュアルトラックＳＡＷ反射器フィルタの平面図である。

Claims (10)

1. 入力信号をフィルタリングするデュアルトラック表面弾性波（ＳＡＷ）反射フィルタであって、
   基板と、
   前記基板上に形成された第１の入力トランスデューサ（１５６）、第１の出力トランスデューサ（１５８）および第１の反射器（１６０）を含む第１のトラック（１５２）であって、前記第１の入力トランスデューサ（１５６）が前記入力信号に応答して前記基板に沿って伝搬する表面弾性波を生成し、前記第１の出力トランスデューサ（１５８）が前記第１の入力トランスデューサ（１５６）からの前記表面弾性波に応答して電気出力信号を生成する、第１のトラックと、
   前記基板上に形成された第２の入力トランスデューサ（１６４）、第２の出力トランスデューサ（１６６）および第２の反射器（１６８）を含む第２のトラック（１５４）とであって、前記第２の入力トランスデューサ（１６４）が前記入力信号に応答して前記基板に沿って伝搬する表面弾性波を生成し、前記第２の出力トランスデューサ（１６６）が前記第２の入力トランスデューサ（１６４）からの前記表面弾性波に応答して電気出力信号を生成する、第２のトラックと、
   を備え、前記第１の反射器（１６０）は、前記第１の反射器（１６０）により反射される前記表面弾性波が前記第２の反射器（１６８）により反射される前記表面弾性波と大きさが等しく位相が逆となる反射関数を有し、前記第２の反射器（１６８）は、前記第２の反射器（１６８）により反射される前記表面弾性波が前記第１の反射器（１６０）により反射される表面弾性波と大きさが等しく位相が逆となる反射関数を有し、前記第１の入力トランスデューサ（１５６）によって生成され前記第１の反射器（１６０）によって反射され前記第１の出力トランスデューサ（１５８）によって受信される表面弾性波の一部は、前記第２の入力トランスデューサ（１６４）によって生成され前記第２の反射器（１６８）によって反射され前記第２の出力トランスデューサ（１６６）によって受信される表面弾性波の一部と結合される、ＳＡＷ反射フィルタ。
2. 請求項１に記載のＳＡＷ反射フィルタにおいて、前記第１のトラックは、前記基板上に形成された第３の反射器をさらに含み、前記第２のトラックは、前記基板上に形成された第４の反射器をさらに含み、前記第３および第４の反射器は、大きさが等しく位相が逆である反射関数を有し、前記第１の入力トランスデューサによって生成され前記第３の反射器によって反射され前記第１の出力トランスデューサによって受信される表面弾性波の一部は、前記第２の入力トランスデューサによって生成され前記第４の反射器によって反射され前記第２の出力トランスデューサによって受信される表面弾性波の一部と結合される、ＳＡＷ反射フィルタ。
3. 請求項２に記載のＳＡＷ反射フィルタにおいて、前記第１の入力トランスデューサによって生成され前記第１の反射器および前記第３の反射器によって反射される表面弾性波は前記第１の出力トランスデューサに同相で到達し、前記第２の入力トランスデューサによって生成され前記第２の反射器および前記第４の反射器によって反射される弾性波は前記第２の出力トランスデューサに同相で到達する、ＳＡＷ反射フィルタ。
4. 請求項２に記載のＳＡＷ反射フィルタにおいて、前記第１の入力トランスデューサと前記第１の反射器の間の距離、前記第１の出力トランスデューサと前記第３の反射器の間の距離、前記第２の入力トランスデューサと前記第２の反射器の間の距離および前記第２の出力トランスデューサと前記第４の反射器の間の距離は同じである、ＳＡＷ反射フィルタ。
5. 請求項１に記載のＳＡＷ反射フィルタにおいて、前記第１の入力トランスデューサによって生成され前記第１の出力トランスデューサによって直接受信される表面弾性波の一部は、前記第２の入力トランスデューサによって生成され前記第２の出力トランスデューサによって直接受信される表面弾性波の一部によって相殺される、ＳＡＷ反射フィルタ。
6. 請求項１に記載のＳＡＷ反射フィルタにおいて、前記第１および第２の反射器は同じ長さを有するＳＡＷ反射フィルタ。
7. 請求項１に記載のＳＡＷ反射フィルタにおいて、前記第１および第２の反射器は、格子
   線を含む反射グレーティング構造である、ＳＡＷ反射フィルタ。
8. 請求項７に記載のＳＡＷ反射フィルタにおいて、前記格子線は、表面波のＮ個の波長当たりＭ本の格子線（Ｎλ／Ｍ）で定義される反復サンプリング周期によって形成され、ここで、λは対象周波数帯域の中間周波数の波長であり、ＭおよびＮは整数であり、Ｍ＞Ｎである、ＳＡＷ反射フィルタ。
9. 請求項１に記載のＳＡＷ反射フィルタにおいて、前記第１の入力トランスデューサ、前記第１の出力トランスデューサ、前記第２の入力トランスデューサおよび前記第２の出力トランスデューサは、櫛形トランスデューサおよび単一位相一方向性トランスデューサからなる群から選択される、ＳＡＷ反射フィルタ。
10. 請求項１に記載のＳＡＷ反射フィルタにおいて、前記第１の入力トランスデューサ、前記第１の出力トランスデューサ、前記第１の反射器、前記第２の入力トランスデューサ、前記第２の出力トランスデューサ、および前記第２の反射器は、すべてテーパ状であって、フラクショナル帯域幅の広いフィルタを作成する、ＳＡＷ反射フィルタ。

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