JPS583414B2 - 表面弾性波フィルタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は表面弾性波フィルタに関し、さらに詳しくは圧
電体上の入・出力側のそれぞれに１対の櫛形電極部から
なる電極を備えさせるとともに、この人・出力側のうち
の少なくとも一方の側における電極を、当該電極の幅方
向に２以上に区分させて２以上の表面波伝播路を形成さ
せ、当該各表面波伝播路におけるそれぞれの表面波信号
間に位相差を有せしめて所定の重みづけをなし、もって
理論に近似させた重みづけを可能ならしめ得るなど諸種
の優れた効果を発揮し得るようにした表面弾性波フィル
タに係る。

圧電体上の表面波伝播路に入・出力用の１組の電極を備
えさせて、フィルタを構成し得ることが知られている。

ところで従来における表面弾性波フィルタとしては、■
電極重なり幅重みづけ方式（アポダイズ方式）を採用し
たもの、＠電界重みづけ方式を採用したもの、０容量重
みづけ方式を採用したもの、および○電極まびき方式を
採用したものなど数種のものがあるが、これらのものは
以下のようにそれぞれに難点を有していた。

なお上記において「重みづけ」とは表面波（音波）発生
強度の場所による変化を指すものである。

そしてまず上記■のものは第１図に示すように圧電体上
に対向交叉させて配設した一対の櫛形電極１，１′にお
ける電極の重なり幅Ｗ（表面波信号の発生する場所）を
表面波の伝播方向Ｙに沿って所定のパターンに従って変
化させ、この変化により重みづけを行ない所定のフィル
タ特性を得るようにしたものである。

しかし上記のものは表面波伝播方向Ｙに直角な方向 つ
まり図における上下方向の表面波のエネルギー分布が一
様でなくなるために、表面波信号に位相の乱れが生じ、
帯域通過信号に細かいリツプルが発生してしまうという
難点があった。

またこれとともに、入・出力端子の双方に上記■の方式
の電極を適用すると、所望のフィルタ特性を得るうえに
おいて設計が非常に難しくなってしまうので、通常は入
・出力端子のうちの何れか一方にしか適用し得なかった
。

また前記Ｄのものは、第２図ａ，ｂ，ｃに示すように、
１対の電極２，２′を２分割（同図ｂ）または３分割（
同図Ｃ）のように適宜数に分割して構成したものである
。

そしてその分割数に逆比例して電極間電界が弱まって、
表面波の発生強度が変化するということを利用して重み
づけをなすようにしたものである。

しかし上記のものは表面波伝播方向Ｙに直角な方向の表
面波のエネルギー分布が比較的均一になるので入一出力
部双方の電極として適用し得るものであるが、電極の分
割に伴い、重みづけも不連続となってしまうので、実際
の特性と理論とのくい違いが大きくなり設計上において
難点が存在していた。

さらに前記Ｏのものは、櫛形電極における歯状部のそれ
ぞれに異なった値のコンデンサを直列に付加接続させて
前記各歯状部への供給電力を異ならしめ、表面波の場所
による発生強度を変化させるようにしたものである。

しかし上記のものは複数個のコンデンサを付加接続する
ようにしたものであるから素子製作−ヒに難点が生ずる
のと、さらにはコスト高も招いてしまうというものであ
った。

次いで前記＠のものは、正規形の電極構造から適宜位置
の電極をまびくことにより、場所による表面波の発生強
度を変化させるようにしたものである。

しかしその発生強度の変化がデジタル的になってしまう
ので所望特性のフィルタを構成することは非常に難しか
った。

ここにおいて本発明は上記のような諸種の技術的課題を
解決し得るようにした表面弾性波フィルタを提供しよう
としたものである。

以下本発明をｓｉｎＸ形バンドパスフィルタに適用した
図の実施例に基づいて具体的に説明する。

第３図において符号Ｓは酸化亜鉛（Ｚｎｏ）等により形
成された圧電体、Ｅ１ 、 Ｅ２はそれぞれ入力側およ
び出力側の電極にしてこれらの電極Ｅ１，Ｅ２はそれぞ
れ一例としてＡｌ等の真空蒸着薄膜をパターン化するこ
とにより形成する。

またそれぞれの電極Ｅ１，Ｅ２には複数個の櫛形電極部
Ｅ１′・・・，Ｅ２′・・・，Ｅ２′・・・、Ｅ２′・
・・，を有する櫛形電極をそれぞれ１対備えさせ、これ
らの櫛形電極部Ｅ１′とＥ１” ｌ Ｅ２’とＥ２′を
対向交叉させるごとくして当該電極Ｅ１，Ｅ２を構成す
る。

また第３図の事例は、入力側には櫛形電極部Ｅ１′，Ｅ
１′を、その幅方向に符号Ａ，Ｂで示すように２区分さ
せてｓｉｎＸ形の重みづけを行った電極（以下重みづけ
電極という）Ｅ１ を配設し、他方、出力側には正規形
電極つまり市極間隔が全て等しい電極Ｅ２を配設した場
合を示したものである。

なお表面弾性波フィルタを構成するに当っては、上記の
ように人力側に重みづけ電極を配設し、出力側に正規形
電極を配設した場合のみに限らず、入・出力の両電極の
うち少なくとも何れか一方のみに重みづけ電極を配設す
ればよい。

即ち第３図の図示例とは逆に入力側に正規形電極Ｅ２、
出力側に重みづけ電極Ｅ１をそれぞれ配置させてもよく
、また入・出力の両電極をともに重みづけ電極Ｅ１によ
り構成してもよい。

電極の配設態様によりフィルタ特性を変え得るものであ
る。

次に第４図ａ，ｂおよび第５図を参照して、前記のｓｉ
ｎＸ形の重みづけを生せしめるような電極構成について
述べる。

まず第４図は説明の都合上、第３図における電極の一部
をとりだして示したものに相当するものであって、同図
ａは重みづけ電極Ｅ１のうちの任意の１対の櫛形電極部
Ｅ１′，Ｅ１″をとりだしたものに相当し、また同図ｂ
は、従来の正規形電極における任意の１対の櫛形電極部
Ｅ３′，Ｅ３′をとりだしたものに相当する。

なお説明を進めるに当って各櫛形電極部それ自体の電極
幅は考慮に入れないものとする。

そしてさらに同図ａにおいて、電極Ｅ１’、 Ｅ１″を
２区分させた各区分Ａ，Ｂにおける符号１はフィルタの
中心周波数の波長に対して各表面波伝播路Ａ，Ｂを伝播
するそれぞれの表面波信号を所定位相θ（ラジアン）だ
けずらせるような位相差相当距離である。

そしてＡ，Ｂ両区分における各櫛形電極部Ｅ１′ ，
Ｂ １″の配設位置を、正規形電極Ｅ３′，Ｅ３″の配
設位置に対してＡ区分においては図において１だけ左方
にずらせて配置させ、他方Ｂ区分においては右方にずら
せて配置する。

即ちＡＢそれぞれの区分における表面波伝播路！を伝播
する表面波信号は、正規形電極部を伝播する表面波信号
に対し、Ａ区分においてはθラジアン遅れ、Ｂ区分にお
いてはθラジアンだけ進むようになす。

而して、第３図に示す如く出力側に正規形電極Ｅ２（広
帯域特性）を配設したとき、当該出力側電極Ｅ２からと
り出される出力信号は、Ａ，Ｂそれぞれの伝播路を伝播
する両表面信号波の和となるものである。

そこでいまＡ，Ｂそれぞれの区分における表面波伝播路
を伝播する各表面波信号を、 Ａ区分側： １ ／２ ｃｏｓ （ωｔ一θ）Ｂ区分側
： １ ／２ ｃｏｓ （ωｔ＋θ）のように表わせば
出力信号は次式のようになる。

即ち ２出力
信号＝１／２ｃｏｓ（ωｔ−θ） ＋ １ ／２ｃｏｓ
（ωｔ＋θ）ここに符号ωはフィルタの中心角周波数、
ｔは時間である。

したがって上記出力信号の式から、θの値を０〜πの間
で変化させればｃｏｓθは１〜−１の間で変化する。

換言すれば１〜−１まで重みづけが可能となるものであ
る。

次いで第５図は、上記の手法に基づいて前記の第３図中
符号Ｅ１にて示すような重みづけ電極の５構成例を示す
ものであって、同図中符号Ｌは正規形電極配置における
電極周期、ｎ（ｏ〜１０）は櫛形電極部、即ちいわゆる
櫛の番号、１１〜１１０は位相差相当距離をそれぞれ示
す。

ここにおいてＬ＝１とし、櫛の総木数をＮとしたとき、
それぞれの位相差相当距離１１〜１１０は次式により計
算し得る。

而して上式により算出した１１〜１１０の各値に基づき
、中心の０番目に位置する櫛形電極部からの距離、云い
換えれば櫛番号ｎに応じて、各櫛形電極部を第５図中仮
想線で示す正規形電極における各電極部の配設位置に対
し、一方の区分においては図中右方にずらし、他方の区
分においては左方にずらせて配設する。

そしてこのような配設によりｓｉｎＸ形の重みづけ電極
を構成することができる。

第６図は上記史３の式をグラフ化したものである。

また上記ｓｉｎｘ形の重みづけをしたときフィルタの周
波数特性Ｋ（ｊω）は次式で表わすことができる。

ここにＣは定数である。

第７図は上記Ｋ（ｊω）の式をグラフに表わしたもので
、ｓｉｎＸの重みづけを完全になし得た場合の理想の周
波数特性である。

同図において符号ｆ０はフィルタの中心周波数、ｆ１〜
ｆ２は帯域幅で、中心周波数ｆ０は電極周期Ｌにより、
また帯域幅ｆ１〜ｆ２は電極数Ｎ等によりほぼ決まる。

そして上記のような手法により構成した重みづけ電極Ｅ
１を前記の第３図に示すように一例として入力側に配設
することにより所望特性を有するバンドパスフィルタを
構成することができる。

なお第３図におけるｓｉｎＸ形重みづけ電極Ｅ１の櫛形
電極部Ｅ１′、Ｅ２″と、第５図の同形重みづけ電極の
櫛形電極部とのｘ＝０〜π間の本数は異なるが、当該本
数はフィルタ特性を任意に設定するうえにおいて適宜に
設定し得るものである。

次に上述のように構成した本発明の一実施例たる表面弾
性波フィルタの動作について述べると、まず入力側電極
Ｅ１に交流電気信号を入力させると圧電体Ｓの圧電効果
により表面波信号が発生し、この表面波信号は櫛形電極
部Ｅ１’ 、Ｅ２’に対し直角方向（±Ｘ方向）に伝播
する。

そして上記の表面波信号の発生の際、入力側電極Ｅ１は
ｓｉｎＸ形の重みづけがなされているものであるから、
それぞれの櫛形電極部Ｅ １′ ， Ｅ １″から発生
する表面波信号は、各電極部に設定された位相差分θだ
け、正規形電極から発生する場合の表面波信号に対し、
Ａ，Ｂ両区分においてそれぞれ進みと遅れとが生ずる。

そして上記のようにＡ，Ｂ両区分において発生した位相
差を有する両表面波信号は、広帯域特性の出力側電極Ｅ
２に至って合成され、当該表面弾性波フィルタで特定さ
れた第７図に示す如きフィルタ特性に従って所定周波数
帯域ｆ１〜ｆ２内の信号が出力としてとり出されるので
ある。

次いで第８〜１１図のそれぞれにより本発明の他の実施
例を説明する。

まず第８図の事例は櫛形電極部Ｅ４′，Ｅ４″をＡ′Ｂ
′，のＣ′・・・の如く多分割するとともに隣接する各
区分相互間における櫛形電極部の配置態様を、正規形電
極の配設位置３に対して、位相差相当距離１だけ交互に
逆方向（同図における左右）にずらせて配置したもので
ある。

上記のように電極Ｅ４’，Ｅ４”を多分割形に構成すれ
ば表面波の伝播路全体（表面波進行方向と直角方向の幅
全体）にわたって表面波信号のエネルギーは均一に分布
して伝播するので、入・出力側の双方に重みづけ電極を
配設して所望のフィルタ特性を得る場合において極めて
好適な電極構造となるものである。

次に第９図の事例は、同図ａに示すような、前記の第５
図に相当する重みづけ電極Ｅ０におけるＡ区分とＢ区分
とを、同図ｂに示すように図において上下にＡ″とＢ″
のように２分し、両者間を適宜に接続４させて重みづけ
電極Ｅ５を構成したものである。

同図ｂは上記のようにして構成した重みづけ電極Ｅ５を
入力側電極とし、出力側にはこの入力側電極Ｅ５に対応
させて正規形電極を同じくＡＭとＢ″のように２分させ
て構成した分割正規形電極Ｅ６を配設して構成した表面
弾性波フィルタを示すものである。

Ｓ’は圧電体である。

上記のように重みづけ電極等を分割形に構成しても所望
のフィルタ特性を実現することができ、このように構成
したときはＡ／／区分側とＢ“区分側の電極を同じく分
割させた別々の圧電体上に形成し、これらを接続させて
も、同一圧電体上に形成したものと同様の作用効果を有
せしめることができるので表面弾性波フィルタの構成に
多様性をもたせることができるという効果を発揮する。

また第１０図の事例は、各櫛形電極部ＤＥ’，ＤＥ’を
２重電極（ダブルエレクトロード）で形成した２重電極
形重みづけ電極ＤＥを示すもので、上記のように各櫛形
電極部を２重電極で形成すれば、いわゆるシングル電極
の場合における電極反射を有効に防止することができ、
フィルタ特性の劣化を一層少なくし得るという効果を発
揮する。

さらに第１１図の事例は、一例として圧電体Ｓ′上の入
力側に重みづけ電極Ｅ７を配設するとともに、出力側に
正規形電極Ｅ８を配設して構成した表面弾性波フィルタ
において入・出力の電極Ｅ７，Ｅ８間にマルチストリッ
プカツプラー５を配設したマルチストリップカツプラー
付き表面弾性波フィルターを示すものである。

上記のマルチストリップカツプラ−５は、電気的に分離
された細長のストリツプ状金属体の複数本から構成され
たものであって、入・出力間にこのマルチストリップカ
ツプラーを配設したときは、表面波の伝播方向と直角方
向（図の上下方向）における表面波エネルギー分布を平
均化することができるので、入・出力側の双方に重みづ
け電極を配設し所望のフィルタ特性を得る場合において
極めて好適であるとともに、バルク波スプリアスを減少
させることができ特性の優れたフィルタを構成すること
ができるという効果を発揮する。

なお前述の一実施例における重みづけ電極はｓｉｎ ｘ
形のもののみについて述べたが本発明はｓｉｎ ｘ形の
みに限らず（ｓｉｎ ｘ／Ｘ）２形等のその他の重みづ
け形のものも適用し得るものである。

また前述の実施例においては圧電体の材料としてＺｎＯ
を用いたが、ＺｎＯのみに限らず、ニオブ酸リチウム（
ＬｉＮｂＯ３）、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）、硫化カ
ドミウム（ＣｄＳ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）等のその他の
圧電材料を適用してもよく、またこれらの材料をＳｉ，
ＡＩ２Ｏ３等の基板上に薄膜状に形成してもよいもので
ある。

以上詳述したように本発明によれば圧電体上の入一出力
側のそれぞれに対向交叉させた１対の櫛形電極部からな
る電極を備えさせるとともに、この入・出力側のうちの
少なくとも一方の側における電極を、当該電極の幅方向
に２以上に区分させて２以上の表面波伝播路を形成させ
、当該各表面波伝播路におけるそれぞれの表面波信号間
に位相差を有せしめて所定の重みづけをなすようにした
から、従来例に比し理論設計値への近似度の高い重みづ
けをなし得所望特性のフィルタを得ることができるとい
う優れた効果を発揮する。

また櫛形電極部の配設位置が等間隔でなく、位相差相当
距離に対応してそれぞれ異なる間隔に配設してあるから
、表面波の電極反射を低減させ得、帯域通過信号内のリ
ツプルを軽減できるという優れた効果を発揮する。

さらに表面波の伝播方向と直角方向における表面波のエ
ネルギー分布を均一になし得るから入・出力側の双方に
重みづけ電極を配設した場合においても効率の優れた表
面弾性波フィルタを構成することができ、フィルタ特性
の設計に多様性を有せしめ得るという優れた効果を発揮
する。

さらにまた従来例たるアポダイズ方式の電極を適用した
ものに比し表面波の発生効率がよいのでフィルタ形状を
小形化し得るという効果も発揮させることができ利用性
の優れた表面弾性波フィルタを提供し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例たるアポダイズ方式重みづけ電極の平面
図、第２図ａ，ｂ，ｃは同じく従来例たる電界重みづけ
方式電極を説明するための部分平面図、第３図は本発明
の一実施例たる表面弾性波フィルタの平面図、第４図ａ
、 ｂは同上表面弾性波フィルタに適用する重みづけ
電極の構成法を説明するための部分平面図で、同図ａは
重みづけ電極、同図ｂは正規形電極を示す、第５図は同
上の構成法に基づいて構成した形重みづけ電極の一例を
示す平面図、第６図はとの式をグラフ化して示す特性曲
線図、第７図は同上形の重みづけをした重みづけ電極の
周波数特性を示す特性図、？８〜１１図はそれぞれ本発
明の他の実施例乃至は他の実施例に適用する電極の例を
示すもので、第８図は多分割形重みづけ電極の一例を示
す要部平面図、第９図は分割形電極からなる表面弾性波
フィルタの一例を説明するための平面図で同図ａは非分
割形重みづけ電極（第５図相当）、同図ｂは入・出力側
のそれぞれに分割形重みづけ電極および分割正規形電極
を配設して構成した表面弾性波フィルタを示す。 第１０図は２重電極形重みづけ電極の一例を示す要部平
面図、第１１図はマルチストリップ力ツプラー付き表面
弾性波フィルタの平面図である。 Ａ ， Ｂ ， Ａ’〜Ｅ’． Ａ′’， Ｂ／／，
Ａ’， Ｂ’：電極の区分，Ｅ０ 、 Ｅｌ 、 Ｅ４
、 Ｅ７ ：重みづけ電極、Ｅ２ 、 Ｅ３ ’正規
形電極、Ｅ１′ 、 Ｅ１” 、 Ｅ４’ 、 Ｅ，″
：重みづけ電極における櫛形電極部 Ｅ２′ 、 Ｅ
２″ ：正規形電極における櫛形電極部、Ｅ，：分割形
重みづけ電極、Ｅ５′，Ｅ５″：同上電極における櫛形
電極部、Ｅ６：分割正規形電極、Ｅ６′，Ｅ６″：同上
電極における櫛形電極部、ＤＥ：２重電極形重みつけ電
極、Ｄ Ｅ’ ， Ｄ Ｅ”：同上電極における櫛形電
極部、Ｓ， Ｓ′ ， Ｓ″：圧電体、５：マルチスト
リップカップラー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧電体上の入・出力側に、複数個の櫛形電極２部を
   有する櫛形電極１対を対向交叉させて形成した電極をそ
   れぞれ配設するとともに、前記入・出力側のうちの少な
   くとも一方の側における電極を、当該電極の幅方向に２
   以上に区分させて２以上の表面波伝播路を形成し、さら
   に当該各区分における各櫛形電極部の配設位置は、中心
   に位置する櫛形電極部からの距離に応じて、中心周波数
   の表面波信号に対する所要位相差に相当する距離分だけ
   正規形電極における各電極部の配設位置から位置ずれさ
   せ、かつこの位置ずれの方向は隣接する前記各区分の間
   で互いに逆方向とし、前記の各表面波伝播路におけるそ
   れぞれの表面波信号間に位相差を有せしめて、所定の重
   みづけをしたことを特徴とする表面弾性波フィルタ。 ２ 重みづけはｓｉａｘ （Ｘは表面波伝播方向の距離
   ）である特許請求の範囲第１項記載の表面弾性波フィル
   タ。 ３ 電極の幅方向の区分数は２区分である特許請求の範
   囲第１項または第２項記載の表面弾性波フィルタ。 ４ 櫛形電極部は２重電極で構成した特許請求の範囲第
   １項または第２項または第３項に記載の表面弾性波フィ
   ルタ。