JPH0563488A - 弾性表面波変換器 - Google Patents
弾性表面波変換器Info
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Abstract
低減した小型化可能な一方向性弾性表面波変換器を提供
する。 【構成】 圧電基板1の表面に入力側インタデジタルト
ランスデューサ電極10と出力側インタデジタルトラン
スデューサ電極を配置する。各電極2、3間で弾性表面
波を励振または受信する。電極2と電極3との間には、
短絡した浮き電極4を設ける。電極2、3によって励振
された弾性表面波の位相と浮き電極4によって反射した
波の位相とが波の前進方向にほぼ同位相に、後退方向に
ほぼ逆位相になるように、電極2、電極3および浮き電
極4が配置される。そして、電極列方向にいくに従い正
電極側から負電極側または負電極側から正電極側へ電極
長さが距離重み付けされる。浮き電極4の配置は各組の
電極2と電極3において非対称である。
Description
するもので、詳細には、トランスバーサル型一方向性弾
性表面波変換器のもつインタデジタルトランスデューサ
(以下、「IDT」という)電極の電極配列構造に関す
るものである。本発明の弾性表面波変換器は、例えば移
動体通信用の各種フィルタに適用することができる。
20929号公報に示されるように、正負電極間にこれ
らの電極とは非接触の浮き電極を設けたものが知られて
いる。このものは、開放および短絡浮き電極によって反
射される波動の向きに一方向性をもたせたものである。
プカップラーを用いた一方向性変換器、多相系一方向性
変換器、単相系一方向性変換器等があるが(マイクロ波
回路の基礎と応用(総合電子出版社)1990年8 月20日発
行280 頁参照)、前記公報に示されるIDT電極は、単
相系一方向性変換器に該当し、そのうち浮き電極による
反射を用いた一方向性変換器である。
変換器が大きな一方向性をもつ理由は次のとおりであ
る。圧電体基板上の金属ストリップ電極の反射係数は、
膜厚、電極幅等によって変化し、特に、反射位相は、各
ストリップ電極を電気的に短絡した場合と開放した場合
で180度異なる。いま、正負励振電極間の中心からず
らした位置に開放型の浮き電極を配置すると、表面波の
励振中心と反射中心のシフトが起こり方向性が得られ
る。また、短絡系の浮き電極を用いると、反射位相が1
80度異なることから、逆方向性が得られる。これによ
り、2個の浮き電極を配置すると、より大きな反射が得
られ、大きな方向性が得られる。
ィルタの特徴としては、弾性表面波の伝搬速度が電磁波
の速度に比べて遅いため小型軽量の素子が得られるこ
と、基板上での信号のタッピングが容易なこと、IDT
の電極形状がインパルス応答に1:1に対応しているこ
とがある。インパルス応答に対応した電極の従来の重み
付け法としては、電極の交差幅を中心付近で広くし、端
に向かって徐々に狭くして励振強度に適当な分布をもた
せる方法(アポタイズ法)、電極の交差幅を一定にし軸
方向電界強度に重み付けをする方法(軸方向重み付け
法)並びに電極を適当に間引く法(間引法)等が知られ
ている。
うな従来の一方向性弾性表面波変換器によると、特定の
周波数のみを取り出し、挿入損失を減らすには不十分で
あった。本発明は、このような問題点を解決するために
なされたもので、特定の周波数のみを取り出しかつ挿入
損失を低減した小型化可能な一方向性弾性表面波変換器
を提供することを目的とする。
の本発明による弾性表面波変換器は、圧電基板表面にI
DT電極を配置し、弾性表面波を励振または受信する弾
性表面波変換器において、前記IDT電極の正電極およ
び負電極と、前記IDT電極の正電極および負電極間に
設けられる浮き電極とを有し、前記IDT電極によって
励振された弾性表面波の位相と前記浮き電極によって反
射した波の位相とが波の前進方向にほぼ同位相に、後退
方向にほぼ逆位相になるように、前記正電極、前記負電
極および前記浮き電極が配置され、かつ電極列方向に行
くに従い正電極側から負電極側または負電極側から正電
極側へ電極長さが距離重み付けされることを特徴とす
る。
力)側IDT電極と受信(出力)側電極間の距離を変化
させることをいう。具体的には、例えば図2において、
入出力各部の対数を(N1 ,N2 ,…Nn ),(N1
´,N2 ´,…Nn ´)、各部分の電極間距離を(x
1 ,x2 ,…xn )とし、Ni ,Ni ´(i=1〜n)
を同じ数にする場合と異なる数にする場合の両方につい
てxi-1 −xi (2≦i≦n)=M・λ/2(M≧1の
整数)とし、交差幅ai (1≦i≦n)を適当な関数例
えばカイザー関数等で与えることにより、所望の特性を
得ることをいう。
型の浮き電極からなる場合と、短絡型の浮き電極のみか
らなる場合とがある。前記弾性表面波変換器は、前記浮
き電極の配置を各組の正電極と負電極において非対称で
あるように設計することができる。前記圧電基板は、開
放型の浮き電極と短絡型の浮き電極を用いる場合、電気
機械結合係数K2 が1%以上の基板を用いるのが望まし
く、短絡型の浮き電極のみを用いる場合、電気機械結合
係数K2 が1%以下の基板、例えば水晶を用いるのが望
ましい。
電効果を利用したすだれ状IDTの電極指にRF電圧を
印加すると、圧電効果により基板表面近傍に周期的歪を
生じる。弾性表面波の波長λがIDTの電極周期dにほ
ぼ一致する周波数fo (=v/d、v:弾性表面波速
度)で、各電極指から励起された弾性表面波が同相に加
わるので送受波間の感度が最も高くなる。
重み付けによる電極配列を採ったので、同等の狭帯域特
性を得るのに「アポタイズによる重み付け電極」と「正
規型電極」の組合わせに比較して、挿入損失の増大を抑
えかつ電極本数を減らすことができる。さらに、浮き電
極の配置を各組の正負の電極において非対称にすること
により、弾性表面波の反射を増加させた強い方向性とリ
ップルの少ない狭帯域フィルタが得られる。
する。まず、本発明をなすに至った基本的な考え方につ
いて説明する。圧電、電歪基板上に通常の正負IDT電
極を設け、それぞれの電極の間隔をλ/2とし、これら
両電極間に周波数f=v/λなる交流電圧を印加する
と、λにほぼ等しい弾性表面波が励起され、励起された
弾性表面波は基板表面をIDT電極列に沿って左右均等
に伝搬する。浮き電極の位置を前記IDT電極の中央か
らはずれた位置に配置すると、前記浮き電極により波動
の両方向性が崩れてIDT電極列の左右いずれか一方に
伝搬する波動が大となる。
性弾性表面波フィルタの電極構成を示すもので、図2
中、1はフィルタの基板、10は入力側正負IDT電
極、11は出力側正負IDT電極を示す。図1は、図2
に示すA部分を電極列方向に引き伸した拡大図である。
図1中、2、3は正負IDT電極、4はコ字状に短絡し
た浮き電極である。
電極3のそばに近接させ、両者の中心間隔をxとしたも
のである。xの値は、浮き電極幅をλ/12とすると、
λ/12<x<λ/6の間で適切に並び、浮き電極のイ
ンピーダンスも適当な値に設定すると、励起される波動
エネルギーが一方向に強く伝搬する。短絡した浮き電極
4によって反射される波動の位相は、それぞれ独立した
浮き電極4によって反射される波動の位相に比して18
0度反転する。従って伝搬する波動エネルギーが一方向
に増大する。
10と出力側正負IDT電極11の電極配列構造は、波
動の伝搬路の中心に対し出力側と入力側とで反転した電
極配列構造をもつ。また入力側正負IDT電極10と出
力側正負IDT電極11は、距離重み付けが連続的に得
られるようにIDT電極2、IDT電極3、浮き電極4
が配列される。すなわち、入力側正負IDT電極10と
出力側正負IDT電極11の各電極の交差している部分
をa1 ,a2 ,a3 ,…an-1 ,an とした場合、a1
に該当する部分の入力側IDT電極10と出力側IDT
電極11の距離をx1 、a2 に該当する距離をx2 、a
n に該当する距離をxn とするとxi-1−xi (2≦i
≦n)=λとし、ai (1≦i≦n)を例えばカイザー
関数で与えている。
iTaO3 、水晶、Bi12GeO20、AlPO4 、Li
2 B4 O7 等を用いることができる。このうち、水晶が
特に望ましい。浮き電極による反射を用いた一方向性変
換器の構造は、一体のフォトリソグラフィで作成でき
る。電極の線幅がλ/16〜λの範囲であり、300M
HZ 以下の周波数帯が適当範囲である。例えば100M
HZ で挿入損失約2.3dBのフィルタが得られる。
と、電極対数を低減し、一方向性をもつ波動エネルギー
を大幅に増大することができる。これによりフィルタの
小型化が図れる。特に、電気機械結合係数K2 が小さい
場合は、電極の質量の付加による機械的反射が一方向性
に重要であり、そのためには図1に示す構造の一方向性
変換器のように機械的反射を非対称にするために開放型
の浮き電極を取り除き短絡型の浮き電極のみにするのが
望ましい。
弾性波フィルタの挿入損失の特性を前記実施例と従来の
比較例とで比較した。その結果を図7および図9に示
す。図8は従来の比較例による弾性表面波フィルタの電
極配列構造を示す。図8中、15は入力側正負IDT電
極、16は出力側正負IDT電極を示す。図7に示す第
1実施例では、挿入損失が小さな特性でかつ帯域外減衰
量を大きくとることができることが解る。これに対し図
8に示す比較例では、挿入損失もやや大きく帯域外減衰
量も良くない。
構造によると、電極対数を大幅に低減でき、この結果弾
性表面波変換器の小型化を図ることができるとともに、
帯域外減衰量の良好な特性が得られ、挿入損失の小さな
フィルタ特性を実現できるという効果がある。本発明の
他の実施例としては、図3〜図6に示す第2実施例〜第
5実施例が挙げられる。
DT電極2と短絡型の浮き電極4との間に開放型の浮き
電極6を付加した例である。この第2実施例の場合に用
いる基板としては、電気機械結合係数K2 が1%以上の
基板を用いるのが望ましい。第4図に示す第3実施例
は、第1実施例に示す短絡型の浮き電極4を短絡した電
極5を接続して一連の短絡型の浮き電極4にした例であ
る。
型の電極4に代えて開放型の電極8を設けた例である。
図6に示す第5実施例は、図1に示す第1実施例のID
T電極2、3の電極列方向の幅を短絡型の浮き電極の幅
に比べ相対的に約2倍太くした例である。本発明の範囲
は、前述した第1実施例から第5実施例に限定されるも
のでなく前記実施例の修正および変更は適宜可能であ
る。
弾性表面波変換器によると、格別の位相器を必要とせず
して一方向性変換器を得ることができることはもちろ
ん、変換器の電極対数を低減することにより小型化が図
れ、かつ挿入損失の小さなフィルタが得られるという効
果がある。また製造コストも低廉化できる。
の入力側電極配列構造を示すもので、図2に示すA部分
を電極列方向に引き伸した部分拡大図である。
を示す概略構成図である。
部分拡大図である。
部分拡大図である。
部分拡大図である。
部分拡大図である。
の特性を示す特性図である。
構成図である。
を示す特性図である。
Claims (3)
- 【請求項1】圧電基板表面にインタデジタルトランスデ
ューサ電極を配置し、弾性表面波を励振または受信する
弾性表面波変換器において、 前記インタデジタルトランスデューサ電極の正電極およ
び負電極と、 前記インタデジタルトランスデューサ電極の正電極およ
び負電極間に設けられる浮き電極と、 前記インタデジタルトランスデューサ電極によって励振
された弾性表面波の位相と前記浮き電極によって反射し
た波の位相とが波の前進方向にほぼ同位相に、後退方向
にほぼ逆位相になるように、前記正電極、前記負電極お
よび前記浮き電極が配置され、 電極列方向に行くに従い正電極側から負電極側または負
電極側から正電極側へ電極長さが距離重み付けされるこ
とを特徴とする弾性表面波変換器。 - 【請求項2】前記浮き電極は、短絡した浮き電極のみか
らなることを特徴とする請求項1記載の弾性表面波変換
器。 - 【請求項3】前記浮き電極の配置が各組の正電極と負電
極において電気的および機械的に非対称であることを特
徴とする請求項1または2記載の弾性表面波変換器。
Priority Applications (4)
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