一方向性弾性表面波変換器及びそれを用いた弾性表面波デバイス
【課題】励振電極間に浮き電極を配置した一方向性ＳＡＷ変換器において、方向性を高め、設計を容易にした一方向性ＳＡＷ変換器を提供することを目的とする。
【解決手段】一方向性変換器１０は１基本区間当たり８本の電極指からなり、上下バスバーに接続された励振電極１，５と、上下バスバーに接続せず各々の一端を接続電極により電気的に短絡した短絡型浮き電極２，３，６，７と、上下バスバーに接続せず電気的に開放した開放型浮き電極４，８とを備える。そして、短絡型浮き電極指２、開放型浮き電極４、短絡型浮き電極６、開放型浮き電極８の各々の電極指の中心間距離、及び励振に寄与する励振電極１、短絡型浮き電極３、励振電極５、短絡型浮き電極７の各々の電極指の中心間距離をλ／４とし、且つ、励振電極１と短絡型浮き電極２との中心間距離をλ／８とする。
【解決手段】一方向性変換器１０は１基本区間当たり８本の電極指からなり、上下バスバーに接続された励振電極１，５と、上下バスバーに接続せず各々の一端を接続電極により電気的に短絡した短絡型浮き電極２，３，６，７と、上下バスバーに接続せず電気的に開放した開放型浮き電極４，８とを備える。そして、短絡型浮き電極指２、開放型浮き電極４、短絡型浮き電極６、開放型浮き電極８の各々の電極指の中心間距離、及び励振に寄与する励振電極１、短絡型浮き電極３、励振電極５、短絡型浮き電極７の各々の電極指の中心間距離をλ／４とし、且つ、励振電極１と短絡型浮き電極２との中心間距離をλ／８とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励振電極の間隙に浮き電極を配置し弾性表面波の励振に方向性を付けた一方向性弾性表面波変換器及びそれを用いた弾性表面波デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、弾性表面波（以下、ＳＡＷと称す）デバイスは通信分野で広く利用され、高性能、小型、量産性等の優れた特徴を有することから特に携帯電話等に多く用いられる。また、画像等のデータ通信の需要増により、携帯電話に用いられるＩＦフィルタにはより広帯域で低損失な特性が要求され、このような厳しい仕様を満たすフィルタとしてはトランスバーサル型ＳＡＷフィルタが適している。
【０００３】
図７は従来のトランスバーサル型ＳＡＷフィルタの平面図を示している。圧電基板１０１の主表面上にＳＡＷの伝搬方向に沿って入力用のＩＤＴ電極１０２と出力用のＩＤＴ電極１０３を所定の間隔をあけて配置すると共に、ＩＤＴ電極１０２、１０３の間に入出力端子間の直達波を遮蔽するためのシールド電極１０４を配置する。前記ＩＤＴ電極１０２、１０３は互いに間挿し合う複数の電極指を有する一対のくし形電極より構成されており、ＩＤＴ電極１０２の一方のくし形電極を入力端子ＩＮに接続すると共に他方のくし形電極は接地し、ＩＤＴ電極１０３の一方のくし形電極を出力端子ＯＵＴに接続すると共に他方のくし形電極を接地している。また、基板端面からの不要な反射波を抑圧するために、圧電基板１０１の長辺方向（ＳＡＷの伝搬方向）の両端に粘着材１０５を塗布している。
【０００４】
ところで、図７のように電極指を正、負、正と順番に並べた所謂シングル（ソリッド）型でＩＤＴ電極を構成すると、ＳＡＷは伝搬方向に沿って左右に等しく伝搬するためフィルタの挿入損失が大きくなってしまうという問題があった。
【０００５】
この問題を解決すべく、ＳＡＷの励振方向を一方向にして挿入損失の劣化を防いだＳＡＷ変換器が考えられてきた。図８は、M.Lewis:Low Loss SAW Devices Employing Single Stage Fabrication, IEEE Ultrason.Symp.Proc., pp.104-108 (1983).及び特許第２０８５０７２号公報、特許第２９８４５２３号公報、特許第３３４５６０９号公報に開示されているＩＤＴ電極内部に浮き電極を配置し、ＳＡＷの励振方向を一方向性としたＳＡＷ変換器（以下、反射バンク型ＳＡＷ変換器と称す）を示している。反射バンク型ＳＡＷ変換器１１０は、外部端子１１５に接続されたバスバー１１３から伸長する正電極指と接地されたバスバー１１４から伸長する負電極指を交互に配置したシングル電極１１６と、前記バスバー１１３、１１４のどちらにも電気的に接続されていない開放型浮き電極１１７から構成されている。弾性表面波の波長をλとした時、シングル電極１１６の正電極指と負電極指の中心間距離及び開放型浮き電極１１７の隣り合う電極指の中心間距離をそれぞれλ／２としている。そして、開放型浮き電極１１７の位置をシングル電極１１６の中心からλ／２だけ離れた位置からλ／８だけ右側にずらすことにより、図中左方向に強くＳＡＷが励振する一方向性ＳＡＷ変換器として動作する。
【０００６】
次に、図９は、T.Kodama, H.Kawabata, Y.Yasuhara and H.Sato:Design of Low-loss SAW Filters Employing Distributed Acoustic Reflection Transducers, IEEE Ultrason.Symp.Proc., pp.59-64 (1986).にて提案されたＤＡＲＴ（Distributed Acoustic Reflection Transducer）と呼ばれる構造である。このＤＡＲＴの基本的な構造は、図9に示すように３本の電極指対で基本区間を構成し、これを複数回反復して配置することによりＩＤＴ電極を形成している。また、基本区間の各電極指の幅をＷ１＝０．３７５λ、Ｗ２＝Ｗ３＝０．１２５λとし、左端を原点０とした時、各電極指の中心位置をｄ１＝０．２５０λ、ｄ２＝０．６２５λ、ｄ３＝０．８７５λとしている。このＤＡＲＴ構造は基本区間において幅の異なる電極指を配置して非対称な電極構成にすることにより、ＳＡＷの励振に方向性を付けている。
【０００７】
次に、図１０は浮き電極型内部反射一方向性変換器（Floating Electrode Uni-Directional Transducer：ＦＥＵＤＴ）を示している。このＦＥＵＤＴに関しては山之内和彦、古屋敷博美 内部反射すだれ状電極一方向性変換器を用いた弾性表面波フィルタ 電子通信学会技術研究報告 US84−18，PP.95−100にて詳細に述べられている。同図に示すＦＥＵＤＴはλ／１２型ＦＥＵＤＴと呼ばれる構造であり、正電極指１３２と負電極指１３４の中心からλ／１２だけずれた位置に、開放型浮き電極１３６と短絡型浮き電極１３８を配置している。このように開放型浮き電極を正負電極指の中心からずらして配置するとある方向性が得られ、同様に短絡型浮き電極を正負電極指の中心から開放型と反対方向にずらして配置すると開放型とは逆の方向性が得られる。そして、これらの浮き電極を組み合わて励振中心と反射中心の位相差をλ／８に近づけることにより、一方向性ＳＡＷ変換器として機能させている。
【特許文献１】特許第２０８５０７２号公報
【特許文献２】特許第２９８４５２３号公報
【特許文献３】特許第３３４５６０９号公報
【特許文献４】特開昭６０−２６３５０５号
【非特許文献１】T.Kodama, H.Kawabata, Y.Yasuhara and H.Sato:Design of Low-loss SAW Filters Employing Distributed Acoustic Reflection Transducers, IEEE Ultrason.Symp.Proc., pp.59-64 (1986).
【非特許文献２】山之内和彦、古屋敷博美 内部反射すだれ状電極一方向性変換器を用いた弾性表面波フィルタ 電子通信学会技術研究報告 US84−18，PP.95−100
【非特許文献３】M.Takeuchi and K.Yamanouchi: New Type of SAW Reflectors and Resonators Consisting of Reflecting Elements with Positive and Negative Reflection Coefficients, IEEE Trans.Ultrason. Ferroelec. Freq. Contr.,vol.33, No.4, pp.369-374 (1986).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図８に示す反射バンク型ＳＡＷ変換器においては、励振電極群の一部を間引いてＳＡＷを反射させる為の開放型浮き電極を配置する構造であるので、励振効率を犠牲にしてＳＡＷの反射量を増やさなければならず、励振効率と反射効率とを両立させることが困難であった。また、一方向性ＳＡＷ変換器を設計シミュレーションする際には、ＳＡＷの波長１λに相当する基本区間を幾つか組み合わせて最良な特性を模索するのが一般的であるが、前記反射バンク型ＳＡＷ変換器は１つの基本区間内にＳＡＷの励振と反射を同時に存在させることができないため、励振電極の間引き方や開放型浮き電極の本数、配置方法によって特性が大きく変化してしまうので設計シミュレーションが非常に複雑となっていた。
【０００９】
一方、図９に示すＤＡＲＴ構造は基本区間においてＳＡＷの励振と反射を同時に存在させることができるため、設計シミュレーションを容易に行えるという利点がある。しかし、広帯域なＳＡＷデバイスを実現するために電気機械結合係数が大きい圧電基板を用いると、全て短絡型の電極で構成しているＤＡＲＴ構造では再励起効果による反射を利用できないため、他の開放型電極を利用している変換器と比較して一方向性が劣化してしまう欠点があった。これは、短絡型電極は入射波が入ると電極の凸凹形状により生じる機械的反射と圧電短絡効果により生じる電気的反射を生じさせ、開放型電極は機械的反射と再励起効果による反射を生じさせるが、再励起効果による反射は電気機械結合係数が大きいほど反射量が大きくなる。例えばＬＮ基板においては電気的反射よりも再励起効果による反射の方が大きくなる。従って、広帯域化を図るべく電気機械結合係数の大きい圧電基板を選択する場合は、ＤＡＲＴ構造のような短絡型電極を用いた一方向性変換器より開放型電極を用いた一方向性変換器の方が高い方向性が得られるのである。
【００１０】
また、図１０に示すＦＥＵＤＴについては、開放型浮き電極と短絡型浮き電極を非対称に配置し励振中心をずらすことにより励振中心と反射中心の位相差を一方向性が最も強くなるλ／８に近づける動作原理であるが、言い換えれば励振中心のずれを生じさせないと強い方向性が得られないとも言える。一般的に、一方向性変換器を用いたＳＡＷデバイスにおいては群遅延特性や位相直線性を改善するために、１つの基本区間内において局所的に開放型浮き電極を短絡型浮き電極に変える等して反射を間引く手法が用いられる。しかしながら、ＦＥＵＤＴにおいて群遅延特性や位相直線性を改善するために基本区間の反射を間引いてしまうと、励振中心と反射中心の位相差がλ／８からずれてしまい一方向性が損なわれてしまうという問題があった。
【００１１】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、方向性を高め、設計を容易にした一方向性ＳＡＷ変換器を提供し、本発明の一方向性ＳＡＷ変換器を用いてＳＡＷデバイスを構成した時に低損失で広帯域な特性を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために本発明に係る一方向性ＳＡＷ変換器及びそれを用いたＳＡＷ変換器の請求項１に記載の発明は、圧電基板上に配置してＳＡＷ素子を構成するためのＳＡＷ変換器であって、前記ＳＡＷ変換器は、励起されるＳＡＷの波長λに相当する幅を有した基本区間を複数個連結した構成を備えており、前記基本区間のうち少なくとも１つは、第１のバスバーに接続された第１の励振電極と、第２のバスバーに接続された第２の励振電極と、前記第１及び第２のバスバーに接続せず電気的に開放した第１及び第２の開放型浮き電極と、前記第１及び第２のバスバーに接続せず各々の電極指の一端を接続電極により短絡した第１乃至第４の短絡型浮き電極とを備え、弾性表面波の伝搬方向に沿って順に、第１の励振電極、第１の短絡型浮き電極、第２の短絡型浮き電極、第１の開放型浮き電極、第２の励振電極、第３の短絡型浮き電極、第４の短絡型浮き電極、第２の開放型浮き電極が配置されており、前記第１の励振電極と前記第２の短絡型浮き電極と前記第２の励振電極と前記第４の短絡型浮き電極の各々の電極指の中心間距離、及び前記第１の短絡型浮き電極と前記第１の開放型浮き電極と前記第３の短絡型浮き電極と前記第２の開放型浮き電極の各々の電極指の中心間距離はλ／４であり、且つ、前記第１の励振電極と前記第１の短絡型浮き電極の中心間距離はλ／８であることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、圧電基板上に配置してＳＡＷ素子を構成するためのＳＡＷ変換器であって、前記ＳＡＷ変換器は、励起されるＳＡＷの波長λに相当する幅を有した基本区間を複数個連結した構成を備えており、前記基本区間のうち少なくとも１つは、第１のバスバーに接続された第１の励振電極と、第２のバスバーに接続された第２の励振電極と、前記第１及び第２のバスバーに接続せず電気的に開放した第１及び第２の開放型浮き電極と、前記第１及び第２のバスバーに接続せず各々の電極指の一端を接続電極により短絡した第１乃至第４の短絡型浮き電極とを備え、弾性表面波の伝搬方向に沿って順に、第１の励振電極、第１の短絡型浮き電極、第２の短絡型浮き電極、第１の開放型浮き電極、第２の励振電極、第３の短絡型浮き電極、第４の短絡型浮き電極、第２の開放型浮き電極が配置されており、前記第１の励振電極と前記第２の短絡型浮き電極と前記第２の励振電極と前記第４の短絡型浮き電極の各々の電極指の中心間距離、及び前記第１の短絡型浮き電極と前記第１の開放型浮き電極と前記第３の短絡型浮き電極と前記第２の開放型浮き電極の各々の電極指の中心間距離はλ／４であり、且つ、前記第１の励振電極と前記第１の短絡型浮き電極の中心間距離はλ／８±α（ただし、α≦λ／１６）であることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、前記第１及び第２の励振電極と前記第２及び第４の短絡型浮き電極の電極指幅をＬ、前記第１及び第３の短絡型浮き電極の電極指幅をＬｓ、前記第１及び第２の開放型浮き電極の電極指幅をＬｏとした時に、Ｌ＝Ｌｓ＝Ｌｏ＝λ／１６とすることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、前記第１及び第２の励振電極と前記第２及び第４の短絡型浮き電極の電極指幅をＬ、前記第１及び第３の短絡型浮き電極の電極指幅をＬｓ、前記第１及び第２の開放型浮き電極の電極指幅をＬｏとした時に、Ｌ＝λ／１６とし、且つ、Ｌｓ≠Ｌｏ≠λ／１６とすることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、前記第１及び第２の励振電極と前記第２及び第４の短絡型浮き電極の電極指幅をＬ、前記第１及び第３の短絡型浮き電極の電極指幅をＬｓ、前記第１及び第２の開放型浮き電極の電極指幅をＬｏとした時に、λ／１６＜Ｌ＜λ／８とし、且つ、Ｌｓ＝Ｌｏ＝λ／１６とするか、或いはＬｓ≠Ｌｏ≠λ／１６とすることを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、前記基本区間を構成する電極のうち少なくとも１本は、弾性表面波の伝搬方向に直交する交差長方向の長さが部分的に変化していることを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、前記圧電基板はニオブ酸リチウムであることを特徴とする。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、前記一方向性弾性表面波変換器を少なくとも１つ配置した弾性表面波デバイスであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１、３に記載の発明によれば、基本区間において第１の励振電極と第２の励振電極の中心間距離をλ／２とし、前記励振電極の反射波を打ち消すように第２及び第４の短絡型浮き電極を配置することにより励振効率を高め、更に、第１及び第３の短絡型浮き電極と第１及び第２の開放型浮き電極により正負反射型反射エレメント（Positive and Nagative Reflectivity：ＰＮＲ）を構成して反射量を高めたので、高い一方向性が得られ、また、１基本区間内にＳＡＷの励振と反射が同時に存在するので設計を容易に行える利点がある。
【００２１】
請求項２に記載の発明によれば、第１の励振電極と第１の短絡型浮き電極の中心間距離をλ／８±α（ただし、α≦λ／１６）とすることにより、励振電極に対し開放型及び短絡型浮き電極の配置を対称に近づけたので、励振中心のずれによる一方向性の劣化を防ぐことができる。
【００２２】
請求項４、５に記載の発明によれば、基本区間においてＰＮＲを構成する第１及び第３の短絡型浮き電極の電極指幅Ｌｓと第１及び第２の開放型浮き電極の電極指幅Ｌｏとを互いに異ならせることにより基本区間のＳＡＷの反射量を調節したので、更なる高性能化が可能となる。
【００２３】
請求項６に記載の発明によれば、基本区間を構成する電極指の交差長方向の長さを変化させることによりＳＡＷの励振又は反射に重み付けを施したので、本発明の一方向性ＳＡＷ変換器を用いてＳＡＷデバイスを構成した時に良好な位相直線性や群遅延特性を実現できる。
【００２４】
請求項７に記載の発明によれば、圧電基板に電気機械結合係数の高いニオブ酸リチウムを用いたので、本発明の一方向性ＳＡＷ変換器を用いてＳＡＷデバイスを構成した場合に広帯域な特性を実現できる。
【００２５】
請求項８に記載の発明によれば、本発明の一方向性ＳＡＷ変換器を用いてＳＡＷデバイスを構成すれば、低損失で広帯域な特性を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を図面に図示した実施の形態例に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る一方向性ＳＡＷ変換器のＳＡＷの波長１λに相当する基本区間を示している。一方向性変換器１０は１基本区間当たり８本の電極指からなり、上下バスバーに接続された励振電極１，５と、上下バスバーに接続せず各々の一端を接続電極により電気的に短絡した短絡型浮き電極２，３，６，７と、上下バスバーに接続せず電気的に開放状態にある開放型浮き電極４，８とを備えており、電極指幅は全てλ／１６としている。なお、以下に示す実施例においては、圧電基板に電気機械結合係数が大きく広帯域な特性を実現できる１２８°回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム（ＬＮ）基板を用いている。
【００２７】
本発明の一方向性ＳＡＷ変換器の動作を説明するにあたり、前記一方向性ＳＡＷ変換器はＳＡＷの励振に寄与する部分と、ＳＡＷの反射に寄与する部分とに分けることができる。まず、図２（ａ）は前記一方向性ＳＡＷ変換器の励振に寄与する電極指を抜き出した図を示しており、励振電極１、短絡型浮き電極３、励振電極５、短絡型浮き電極７の各々の中心間距離をλ／４としている。このように、励振電極の中間位置に短絡型浮き電極を配置することにより、励振電極で生じる反射波を打ち消すことができる。また、励振電極はλ／２周期で配置されているので高い励振効率が得られる。なお、この時の励振中心は励振電極１の中心位置Ａとなる。
【００２８】
次に、図２（ｂ）は前記一方向性ＳＡＷ変換器における反射に寄与する電極指を抜き出した図を示している。これは特許文献４及び非特許文献３に開示されている正負反射型反射エレメント（Positive and Nagative Reflectivity：ＰＮＲ）と同じ構造であり、短絡型浮き電極２、開放型浮き電極４、短絡型浮き電極６、開放型浮き電極８の中心間距離を各々λ／４とすることにより、短絡型浮き電極の反射波と開放型浮き電極の反射波の位相が同相となり、各電極指の反射波が互いに加え合わされるので大きな反射量が得られる。なお、開放型浮き電極の反射係数が負であり短絡型浮き電極の反射係数が正の場合において、反射の中心は電極指２の中心位置Ｂとなる。
【００２９】
そして、励振に寄与する電極指と反射に寄与する電極指を組み合わせた時に、図１に示すように励振中心Ａと反射中心Ｂの間隔は一方向性が最も高まるλ／８となり、図中右方向に強くＳＡＷを励振させる一方向性ＳＡＷ変換器として動作する。
【００３０】
ここで、図３は図１に示す基本区間を１００λ配置して一方向性ＳＡＷ変換器を構成した時の方向性を表す実測値のデータを示しており、横軸は周波数ωを中心周波数ωｏで規格化した周波数ω／ωｏを、縦軸は図１の基本区間において右方向（順方向）に伝搬する励振波と左方向（逆方向）に伝搬する励振波のエネルギー比（ｄB）を方向性の強度として表している。なお、この時の電極材料はＡｌを主成分とする金属とし、電極膜厚は波長換算で０．３％λとしている。同図に示すように、ω／ωｏ＝１、即ち中心周波数付近においては方向性が高まっており、ω／ωｏ＝１から離れるほど方向性が弱まっていく様子が分かる。従って、本発明の一方向性ＳＡＷ変換器を用いてフィルタを構成すれば、低損失な通過特性を実現することができる。また、圧電基板に電気機械結合係数の高い１２８°回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウムを用いているので広帯域で且つ低損失な特性も実現することができる。
【００３１】
本発明の一方向性ＳＡＷ変換器は１基本区間の中に８本もの電極指を配置した構造であるので、各々の電極指幅が細くなってしまうのが難点であるが、中心周波数が６０（ＭＨｚ）以下のＩＦフィルタ等に本発明の一方向性ＳＡＷ変換器を適用した場合は、基本区間λが１００μｍ以上と極めて大きくなるので電極形成に何ら問題はない。
【００３２】
また、図３に示されている通り、本発明の一方向性ＳＡＷ変換器においては電極膜厚を０．３％λ程度に薄くしても高い一方向性が得られることが確認された。従って、中心周波数が６０（ＭＨｚ）以下の波長λが大きいフィルタ等においても成膜時間を短くできる上、電極膜厚のばらつきによる周波数変動量も低減できるため製造効率が良い。また、本発明の一方向性ＳＡＷ変換器は１基本区間内にＳＡＷの励振と反射を同時に存在させることができるので、設計シミュレーションが非常に容易である。更に、ＦＥＵＤＴのように励振中心をずらすことによって一方向性を得るものではないので、局所的に反射間引きを施しても一方向性が損なわれないという利点がある。
【００３３】
前述の非特許文献３によれば、ＰＮＲ構造において４本の電極指を各々の中心間距離がλ／４となるように配置した状態で２本の短絡型浮き電極の幅と２本の開放型浮き電極の幅を各々変化させることにより、反射量を調節できることが開示されている。本発明の一方向性ＳＡＷ変換器においても、ＰＮＲを構成する短絡型浮き電極２，６の幅と開放型浮き電極４，８の幅を各々変化させることにより反射量を調節できる。以下、実施例に基づき説明する。
【００３４】
図４は、本発明の第２の実施例に係る一方向性ＳＡＷ変換器の基本区間を示している。一方向性ＳＡＷ変換器５０の励振に寄与する励振電極１，５及び短絡型浮き電極３，７の電極指幅をＬとし、ＰＮＲを構成する短絡型浮き電極２，６の電極指幅をＬｓ、開放型浮き電極４，８の電極指幅をＬｏとした時に、（ａ）はＬｓ≠Ｌｏ≠λ／１６，Ｌ＝λ／１６としており、（ｂ）はＬｓ≠Ｌｏ≠λ／１６，λ／１６＜Ｌ＜λ／８としている。このようにＰＮＲを構成する短絡型浮き電極と開放型浮き電極の電極指幅を互いに異ならせることにより反射量を調節することが可能となり、また、（ｂ）に示すように励振に寄与する電極指幅を大きくすることで励振効率をより高めることができ、更なる高性能化が可能となる。
【００３５】
ところで、第１及び第２の実施例に係る一方向性ＳＡＷ変換器の構造は、いずれも励振電極に対し開放型浮き電極と短絡型浮き電極が非対称に配列されているため、励振中心にずれが生じてしまう。このずれは微々たる量ではあるが、更なる高性能化が要求された場合はこの励振中心のずれを補正する必要がある。
【００３６】
図５は本発明の第３の実施例に係る一方向性ＳＡＷ変換器を示しており、第１及び第２の実施例と同様に、一方向性ＳＡＷ変換器６０は励振に寄与する励振電極１、短絡型浮き電極３、励振電極５、短絡型浮き電極７の各々の電極指の中心間距離、及びＰＮＲを構成する短絡型浮き電極指２、開放型浮き電極４、短絡型浮き電極６、開放型浮き電極８の各々の電極指の中心間距離をλ／４としている。本実施例の特徴は、励振電極１と短絡型浮き電極２との中心間距離をλ／８＋αとしてＰＮＲを構成する４本の電極指の位置をずらしているところにある。なお、このαの値は、圧電基板や電極材料、電極設計により異なるが、α≦λ／１６の小さな値になることが実験等により確認されている。このように、励振電極に対し短絡型及び開放型浮き電極指の位置を対称に近づけることで高い一方向性を維持できる。
【００３７】
また、前述の一方向性ＳＡＷ変換器を用いてＳＡＷデバイスを構成する場合、励振又は反射に重み付けを施すことにより更なる高性能化が可能である。図６は、本発明の第４の実施例に係る一方向性ＳＡＷ変換器を示しており、（ａ）に示す一方向性ＳＡＷ変換器７０は励振電極５の交差長方向の電極指の長さを短くした構造であり、（ｂ）に示す一方向性ＳＡＷ変換器８０は励振電極５の交差長方向の長さを短くし、更にその上部にダミー電極を形成した構造である。このように、励振電極に重み付けを施し局所的に位相速度を変化させることにより、ＳＡＷデバイスを構成した時に良好な位相直線性や群遅延特性を得ることができる。同様に、ＰＮＲを構成する短絡型浮き電極２，６及び開放型浮き電極４，８の交差長方向の電極指の長さを変化させることにより反射の重み付けを施すことも可能である。
【００３８】
これまで圧電基板に１２８°回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウムを用いた例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、圧電基板に水晶、タンタル酸リチウム、四硼酸リチウム、ランガサイト等に用いた場合にも適用できることは言うまでもない。、また、ＳＡＷデバイスを実際に製造する上で電極指幅を正確に一致させることは困難であり、製造ばらつきを考慮すると±λ／４０程度の製造誤差が生じてしまうことが考えられるが、本発明の一方向性ＳＡＷ変換器においてはこの程度の製造誤差の範囲内であれば特性上何ら影響を及ぼさない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施例に係る一方向性ＳＡＷ変換器を説明する図である。
【図２】本発明の一方向性ＳＡＷ変換器の動作原理を説明する図である。
【図３】本発明の一方向性ＳＡＷ変換器の規格化周波数に対する方向性の強度を示すデータである。
【図４】本発明の第２の実施例に係る一方向性ＳＡＷ変換器を説明する図である。
【図５】本発明の第３の実施例に係る一方向性ＳＡＷ変換器を説明する図である。
【図６】本発明の第４の実施例に係る一方向性ＳＡＷ変換器を説明する図である。
【図７】従来のトランスバーサル型ＳＡＷフィルタを説明する図である。
【図８】反射バンク型一方向性ＳＡＷ変換器を説明する図である。
【図９】ＤＡＲＴ構造を説明する図である。
【図１０】ＦＥＵＤＴ構造を説明する図である。
【符号の説明】
【００４０】
１ 励振電極
２ 短絡型浮き電極
３ 短絡型浮き電極
４ 開放型浮き電極
５ 励振電極
６ 短絡型浮き電極
７ 短絡型浮き電極
８ 開放型浮き電極
Ａ 励振中心
Ｂ 反射中心
１０，４０，５０，６０，７０，８０ 一方向性ＳＡＷ変換器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励振電極の間隙に浮き電極を配置し弾性表面波の励振に方向性を付けた一方向性弾性表面波変換器及びそれを用いた弾性表面波デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、弾性表面波（以下、ＳＡＷと称す）デバイスは通信分野で広く利用され、高性能、小型、量産性等の優れた特徴を有することから特に携帯電話等に多く用いられる。また、画像等のデータ通信の需要増により、携帯電話に用いられるＩＦフィルタにはより広帯域で低損失な特性が要求され、このような厳しい仕様を満たすフィルタとしてはトランスバーサル型ＳＡＷフィルタが適している。
【０００３】
図７は従来のトランスバーサル型ＳＡＷフィルタの平面図を示している。圧電基板１０１の主表面上にＳＡＷの伝搬方向に沿って入力用のＩＤＴ電極１０２と出力用のＩＤＴ電極１０３を所定の間隔をあけて配置すると共に、ＩＤＴ電極１０２、１０３の間に入出力端子間の直達波を遮蔽するためのシールド電極１０４を配置する。前記ＩＤＴ電極１０２、１０３は互いに間挿し合う複数の電極指を有する一対のくし形電極より構成されており、ＩＤＴ電極１０２の一方のくし形電極を入力端子ＩＮに接続すると共に他方のくし形電極は接地し、ＩＤＴ電極１０３の一方のくし形電極を出力端子ＯＵＴに接続すると共に他方のくし形電極を接地している。また、基板端面からの不要な反射波を抑圧するために、圧電基板１０１の長辺方向（ＳＡＷの伝搬方向）の両端に粘着材１０５を塗布している。
【０００４】
ところで、図７のように電極指を正、負、正と順番に並べた所謂シングル（ソリッド）型でＩＤＴ電極を構成すると、ＳＡＷは伝搬方向に沿って左右に等しく伝搬するためフィルタの挿入損失が大きくなってしまうという問題があった。
【０００５】
この問題を解決すべく、ＳＡＷの励振方向を一方向にして挿入損失の劣化を防いだＳＡＷ変換器が考えられてきた。図８は、M.Lewis:Low Loss SAW Devices Employing Single Stage Fabrication, IEEE Ultrason.Symp.Proc., pp.104-108 (1983).及び特許第２０８５０７２号公報、特許第２９８４５２３号公報、特許第３３４５６０９号公報に開示されているＩＤＴ電極内部に浮き電極を配置し、ＳＡＷの励振方向を一方向性としたＳＡＷ変換器（以下、反射バンク型ＳＡＷ変換器と称す）を示している。反射バンク型ＳＡＷ変換器１１０は、外部端子１１５に接続されたバスバー１１３から伸長する正電極指と接地されたバスバー１１４から伸長する負電極指を交互に配置したシングル電極１１６と、前記バスバー１１３、１１４のどちらにも電気的に接続されていない開放型浮き電極１１７から構成されている。弾性表面波の波長をλとした時、シングル電極１１６の正電極指と負電極指の中心間距離及び開放型浮き電極１１７の隣り合う電極指の中心間距離をそれぞれλ／２としている。そして、開放型浮き電極１１７の位置をシングル電極１１６の中心からλ／２だけ離れた位置からλ／８だけ右側にずらすことにより、図中左方向に強くＳＡＷが励振する一方向性ＳＡＷ変換器として動作する。
【０００６】
次に、図９は、T.Kodama, H.Kawabata, Y.Yasuhara and H.Sato:Design of Low-loss SAW Filters Employing Distributed Acoustic Reflection Transducers, IEEE Ultrason.Symp.Proc., pp.59-64 (1986).にて提案されたＤＡＲＴ（Distributed Acoustic Reflection Transducer）と呼ばれる構造である。このＤＡＲＴの基本的な構造は、図9に示すように３本の電極指対で基本区間を構成し、これを複数回反復して配置することによりＩＤＴ電極を形成している。また、基本区間の各電極指の幅をＷ１＝０．３７５λ、Ｗ２＝Ｗ３＝０．１２５λとし、左端を原点０とした時、各電極指の中心位置をｄ１＝０．２５０λ、ｄ２＝０．６２５λ、ｄ３＝０．８７５λとしている。このＤＡＲＴ構造は基本区間において幅の異なる電極指を配置して非対称な電極構成にすることにより、ＳＡＷの励振に方向性を付けている。
【０００７】
次に、図１０は浮き電極型内部反射一方向性変換器（Floating Electrode Uni-Directional Transducer：ＦＥＵＤＴ）を示している。このＦＥＵＤＴに関しては山之内和彦、古屋敷博美 内部反射すだれ状電極一方向性変換器を用いた弾性表面波フィルタ 電子通信学会技術研究報告 US84−18，PP.95−100にて詳細に述べられている。同図に示すＦＥＵＤＴはλ／１２型ＦＥＵＤＴと呼ばれる構造であり、正電極指１３２と負電極指１３４の中心からλ／１２だけずれた位置に、開放型浮き電極１３６と短絡型浮き電極１３８を配置している。このように開放型浮き電極を正負電極指の中心からずらして配置するとある方向性が得られ、同様に短絡型浮き電極を正負電極指の中心から開放型と反対方向にずらして配置すると開放型とは逆の方向性が得られる。そして、これらの浮き電極を組み合わて励振中心と反射中心の位相差をλ／８に近づけることにより、一方向性ＳＡＷ変換器として機能させている。
【特許文献１】特許第２０８５０７２号公報
【特許文献２】特許第２９８４５２３号公報
【特許文献３】特許第３３４５６０９号公報
【特許文献４】特開昭６０−２６３５０５号
【非特許文献１】T.Kodama, H.Kawabata, Y.Yasuhara and H.Sato:Design of Low-loss SAW Filters Employing Distributed Acoustic Reflection Transducers, IEEE Ultrason.Symp.Proc., pp.59-64 (1986).
【非特許文献２】山之内和彦、古屋敷博美 内部反射すだれ状電極一方向性変換器を用いた弾性表面波フィルタ 電子通信学会技術研究報告 US84−18，PP.95−100
【非特許文献３】M.Takeuchi and K.Yamanouchi: New Type of SAW Reflectors and Resonators Consisting of Reflecting Elements with Positive and Negative Reflection Coefficients, IEEE Trans.Ultrason. Ferroelec. Freq. Contr.,vol.33, No.4, pp.369-374 (1986).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図８に示す反射バンク型ＳＡＷ変換器においては、励振電極群の一部を間引いてＳＡＷを反射させる為の開放型浮き電極を配置する構造であるので、励振効率を犠牲にしてＳＡＷの反射量を増やさなければならず、励振効率と反射効率とを両立させることが困難であった。また、一方向性ＳＡＷ変換器を設計シミュレーションする際には、ＳＡＷの波長１λに相当する基本区間を幾つか組み合わせて最良な特性を模索するのが一般的であるが、前記反射バンク型ＳＡＷ変換器は１つの基本区間内にＳＡＷの励振と反射を同時に存在させることができないため、励振電極の間引き方や開放型浮き電極の本数、配置方法によって特性が大きく変化してしまうので設計シミュレーションが非常に複雑となっていた。
【０００９】
一方、図９に示すＤＡＲＴ構造は基本区間においてＳＡＷの励振と反射を同時に存在させることができるため、設計シミュレーションを容易に行えるという利点がある。しかし、広帯域なＳＡＷデバイスを実現するために電気機械結合係数が大きい圧電基板を用いると、全て短絡型の電極で構成しているＤＡＲＴ構造では再励起効果による反射を利用できないため、他の開放型電極を利用している変換器と比較して一方向性が劣化してしまう欠点があった。これは、短絡型電極は入射波が入ると電極の凸凹形状により生じる機械的反射と圧電短絡効果により生じる電気的反射を生じさせ、開放型電極は機械的反射と再励起効果による反射を生じさせるが、再励起効果による反射は電気機械結合係数が大きいほど反射量が大きくなる。例えばＬＮ基板においては電気的反射よりも再励起効果による反射の方が大きくなる。従って、広帯域化を図るべく電気機械結合係数の大きい圧電基板を選択する場合は、ＤＡＲＴ構造のような短絡型電極を用いた一方向性変換器より開放型電極を用いた一方向性変換器の方が高い方向性が得られるのである。
【００１０】
また、図１０に示すＦＥＵＤＴについては、開放型浮き電極と短絡型浮き電極を非対称に配置し励振中心をずらすことにより励振中心と反射中心の位相差を一方向性が最も強くなるλ／８に近づける動作原理であるが、言い換えれば励振中心のずれを生じさせないと強い方向性が得られないとも言える。一般的に、一方向性変換器を用いたＳＡＷデバイスにおいては群遅延特性や位相直線性を改善するために、１つの基本区間内において局所的に開放型浮き電極を短絡型浮き電極に変える等して反射を間引く手法が用いられる。しかしながら、ＦＥＵＤＴにおいて群遅延特性や位相直線性を改善するために基本区間の反射を間引いてしまうと、励振中心と反射中心の位相差がλ／８からずれてしまい一方向性が損なわれてしまうという問題があった。
【００１１】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、方向性を高め、設計を容易にした一方向性ＳＡＷ変換器を提供し、本発明の一方向性ＳＡＷ変換器を用いてＳＡＷデバイスを構成した時に低損失で広帯域な特性を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために本発明に係る一方向性ＳＡＷ変換器及びそれを用いたＳＡＷ変換器の請求項１に記載の発明は、圧電基板上に配置してＳＡＷ素子を構成するためのＳＡＷ変換器であって、前記ＳＡＷ変換器は、励起されるＳＡＷの波長λに相当する幅を有した基本区間を複数個連結した構成を備えており、前記基本区間のうち少なくとも１つは、第１のバスバーに接続された第１の励振電極と、第２のバスバーに接続された第２の励振電極と、前記第１及び第２のバスバーに接続せず電気的に開放した第１及び第２の開放型浮き電極と、前記第１及び第２のバスバーに接続せず各々の電極指の一端を接続電極により短絡した第１乃至第４の短絡型浮き電極とを備え、弾性表面波の伝搬方向に沿って順に、第１の励振電極、第１の短絡型浮き電極、第２の短絡型浮き電極、第１の開放型浮き電極、第２の励振電極、第３の短絡型浮き電極、第４の短絡型浮き電極、第２の開放型浮き電極が配置されており、前記第１の励振電極と前記第２の短絡型浮き電極と前記第２の励振電極と前記第４の短絡型浮き電極の各々の電極指の中心間距離、及び前記第１の短絡型浮き電極と前記第１の開放型浮き電極と前記第３の短絡型浮き電極と前記第２の開放型浮き電極の各々の電極指の中心間距離はλ／４であり、且つ、前記第１の励振電極と前記第１の短絡型浮き電極の中心間距離はλ／８であることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、圧電基板上に配置してＳＡＷ素子を構成するためのＳＡＷ変換器であって、前記ＳＡＷ変換器は、励起されるＳＡＷの波長λに相当する幅を有した基本区間を複数個連結した構成を備えており、前記基本区間のうち少なくとも１つは、第１のバスバーに接続された第１の励振電極と、第２のバスバーに接続された第２の励振電極と、前記第１及び第２のバスバーに接続せず電気的に開放した第１及び第２の開放型浮き電極と、前記第１及び第２のバスバーに接続せず各々の電極指の一端を接続電極により短絡した第１乃至第４の短絡型浮き電極とを備え、弾性表面波の伝搬方向に沿って順に、第１の励振電極、第１の短絡型浮き電極、第２の短絡型浮き電極、第１の開放型浮き電極、第２の励振電極、第３の短絡型浮き電極、第４の短絡型浮き電極、第２の開放型浮き電極が配置されており、前記第１の励振電極と前記第２の短絡型浮き電極と前記第２の励振電極と前記第４の短絡型浮き電極の各々の電極指の中心間距離、及び前記第１の短絡型浮き電極と前記第１の開放型浮き電極と前記第３の短絡型浮き電極と前記第２の開放型浮き電極の各々の電極指の中心間距離はλ／４であり、且つ、前記第１の励振電極と前記第１の短絡型浮き電極の中心間距離はλ／８±α（ただし、α≦λ／１６）であることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、前記第１及び第２の励振電極と前記第２及び第４の短絡型浮き電極の電極指幅をＬ、前記第１及び第３の短絡型浮き電極の電極指幅をＬｓ、前記第１及び第２の開放型浮き電極の電極指幅をＬｏとした時に、Ｌ＝Ｌｓ＝Ｌｏ＝λ／１６とすることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、前記第１及び第２の励振電極と前記第２及び第４の短絡型浮き電極の電極指幅をＬ、前記第１及び第３の短絡型浮き電極の電極指幅をＬｓ、前記第１及び第２の開放型浮き電極の電極指幅をＬｏとした時に、Ｌ＝λ／１６とし、且つ、Ｌｓ≠Ｌｏ≠λ／１６とすることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、前記第１及び第２の励振電極と前記第２及び第４の短絡型浮き電極の電極指幅をＬ、前記第１及び第３の短絡型浮き電極の電極指幅をＬｓ、前記第１及び第２の開放型浮き電極の電極指幅をＬｏとした時に、λ／１６＜Ｌ＜λ／８とし、且つ、Ｌｓ＝Ｌｏ＝λ／１６とするか、或いはＬｓ≠Ｌｏ≠λ／１６とすることを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、前記基本区間を構成する電極のうち少なくとも１本は、弾性表面波の伝搬方向に直交する交差長方向の長さが部分的に変化していることを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、前記圧電基板はニオブ酸リチウムであることを特徴とする。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、前記一方向性弾性表面波変換器を少なくとも１つ配置した弾性表面波デバイスであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１、３に記載の発明によれば、基本区間において第１の励振電極と第２の励振電極の中心間距離をλ／２とし、前記励振電極の反射波を打ち消すように第２及び第４の短絡型浮き電極を配置することにより励振効率を高め、更に、第１及び第３の短絡型浮き電極と第１及び第２の開放型浮き電極により正負反射型反射エレメント（Positive and Nagative Reflectivity：ＰＮＲ）を構成して反射量を高めたので、高い一方向性が得られ、また、１基本区間内にＳＡＷの励振と反射が同時に存在するので設計を容易に行える利点がある。
【００２１】
請求項２に記載の発明によれば、第１の励振電極と第１の短絡型浮き電極の中心間距離をλ／８±α（ただし、α≦λ／１６）とすることにより、励振電極に対し開放型及び短絡型浮き電極の配置を対称に近づけたので、励振中心のずれによる一方向性の劣化を防ぐことができる。
【００２２】
請求項４、５に記載の発明によれば、基本区間においてＰＮＲを構成する第１及び第３の短絡型浮き電極の電極指幅Ｌｓと第１及び第２の開放型浮き電極の電極指幅Ｌｏとを互いに異ならせることにより基本区間のＳＡＷの反射量を調節したので、更なる高性能化が可能となる。
【００２３】
請求項６に記載の発明によれば、基本区間を構成する電極指の交差長方向の長さを変化させることによりＳＡＷの励振又は反射に重み付けを施したので、本発明の一方向性ＳＡＷ変換器を用いてＳＡＷデバイスを構成した時に良好な位相直線性や群遅延特性を実現できる。
【００２４】
請求項７に記載の発明によれば、圧電基板に電気機械結合係数の高いニオブ酸リチウムを用いたので、本発明の一方向性ＳＡＷ変換器を用いてＳＡＷデバイスを構成した場合に広帯域な特性を実現できる。
【００２５】
請求項８に記載の発明によれば、本発明の一方向性ＳＡＷ変換器を用いてＳＡＷデバイスを構成すれば、低損失で広帯域な特性を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を図面に図示した実施の形態例に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る一方向性ＳＡＷ変換器のＳＡＷの波長１λに相当する基本区間を示している。一方向性変換器１０は１基本区間当たり８本の電極指からなり、上下バスバーに接続された励振電極１，５と、上下バスバーに接続せず各々の一端を接続電極により電気的に短絡した短絡型浮き電極２，３，６，７と、上下バスバーに接続せず電気的に開放状態にある開放型浮き電極４，８とを備えており、電極指幅は全てλ／１６としている。なお、以下に示す実施例においては、圧電基板に電気機械結合係数が大きく広帯域な特性を実現できる１２８°回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム（ＬＮ）基板を用いている。
【００２７】
本発明の一方向性ＳＡＷ変換器の動作を説明するにあたり、前記一方向性ＳＡＷ変換器はＳＡＷの励振に寄与する部分と、ＳＡＷの反射に寄与する部分とに分けることができる。まず、図２（ａ）は前記一方向性ＳＡＷ変換器の励振に寄与する電極指を抜き出した図を示しており、励振電極１、短絡型浮き電極３、励振電極５、短絡型浮き電極７の各々の中心間距離をλ／４としている。このように、励振電極の中間位置に短絡型浮き電極を配置することにより、励振電極で生じる反射波を打ち消すことができる。また、励振電極はλ／２周期で配置されているので高い励振効率が得られる。なお、この時の励振中心は励振電極１の中心位置Ａとなる。
【００２８】
次に、図２（ｂ）は前記一方向性ＳＡＷ変換器における反射に寄与する電極指を抜き出した図を示している。これは特許文献４及び非特許文献３に開示されている正負反射型反射エレメント（Positive and Nagative Reflectivity：ＰＮＲ）と同じ構造であり、短絡型浮き電極２、開放型浮き電極４、短絡型浮き電極６、開放型浮き電極８の中心間距離を各々λ／４とすることにより、短絡型浮き電極の反射波と開放型浮き電極の反射波の位相が同相となり、各電極指の反射波が互いに加え合わされるので大きな反射量が得られる。なお、開放型浮き電極の反射係数が負であり短絡型浮き電極の反射係数が正の場合において、反射の中心は電極指２の中心位置Ｂとなる。
【００２９】
そして、励振に寄与する電極指と反射に寄与する電極指を組み合わせた時に、図１に示すように励振中心Ａと反射中心Ｂの間隔は一方向性が最も高まるλ／８となり、図中右方向に強くＳＡＷを励振させる一方向性ＳＡＷ変換器として動作する。
【００３０】
ここで、図３は図１に示す基本区間を１００λ配置して一方向性ＳＡＷ変換器を構成した時の方向性を表す実測値のデータを示しており、横軸は周波数ωを中心周波数ωｏで規格化した周波数ω／ωｏを、縦軸は図１の基本区間において右方向（順方向）に伝搬する励振波と左方向（逆方向）に伝搬する励振波のエネルギー比（ｄB）を方向性の強度として表している。なお、この時の電極材料はＡｌを主成分とする金属とし、電極膜厚は波長換算で０．３％λとしている。同図に示すように、ω／ωｏ＝１、即ち中心周波数付近においては方向性が高まっており、ω／ωｏ＝１から離れるほど方向性が弱まっていく様子が分かる。従って、本発明の一方向性ＳＡＷ変換器を用いてフィルタを構成すれば、低損失な通過特性を実現することができる。また、圧電基板に電気機械結合係数の高い１２８°回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウムを用いているので広帯域で且つ低損失な特性も実現することができる。
【００３１】
本発明の一方向性ＳＡＷ変換器は１基本区間の中に８本もの電極指を配置した構造であるので、各々の電極指幅が細くなってしまうのが難点であるが、中心周波数が６０（ＭＨｚ）以下のＩＦフィルタ等に本発明の一方向性ＳＡＷ変換器を適用した場合は、基本区間λが１００μｍ以上と極めて大きくなるので電極形成に何ら問題はない。
【００３２】
また、図３に示されている通り、本発明の一方向性ＳＡＷ変換器においては電極膜厚を０．３％λ程度に薄くしても高い一方向性が得られることが確認された。従って、中心周波数が６０（ＭＨｚ）以下の波長λが大きいフィルタ等においても成膜時間を短くできる上、電極膜厚のばらつきによる周波数変動量も低減できるため製造効率が良い。また、本発明の一方向性ＳＡＷ変換器は１基本区間内にＳＡＷの励振と反射を同時に存在させることができるので、設計シミュレーションが非常に容易である。更に、ＦＥＵＤＴのように励振中心をずらすことによって一方向性を得るものではないので、局所的に反射間引きを施しても一方向性が損なわれないという利点がある。
【００３３】
前述の非特許文献３によれば、ＰＮＲ構造において４本の電極指を各々の中心間距離がλ／４となるように配置した状態で２本の短絡型浮き電極の幅と２本の開放型浮き電極の幅を各々変化させることにより、反射量を調節できることが開示されている。本発明の一方向性ＳＡＷ変換器においても、ＰＮＲを構成する短絡型浮き電極２，６の幅と開放型浮き電極４，８の幅を各々変化させることにより反射量を調節できる。以下、実施例に基づき説明する。
【００３４】
図４は、本発明の第２の実施例に係る一方向性ＳＡＷ変換器の基本区間を示している。一方向性ＳＡＷ変換器５０の励振に寄与する励振電極１，５及び短絡型浮き電極３，７の電極指幅をＬとし、ＰＮＲを構成する短絡型浮き電極２，６の電極指幅をＬｓ、開放型浮き電極４，８の電極指幅をＬｏとした時に、（ａ）はＬｓ≠Ｌｏ≠λ／１６，Ｌ＝λ／１６としており、（ｂ）はＬｓ≠Ｌｏ≠λ／１６，λ／１６＜Ｌ＜λ／８としている。このようにＰＮＲを構成する短絡型浮き電極と開放型浮き電極の電極指幅を互いに異ならせることにより反射量を調節することが可能となり、また、（ｂ）に示すように励振に寄与する電極指幅を大きくすることで励振効率をより高めることができ、更なる高性能化が可能となる。
【００３５】
ところで、第１及び第２の実施例に係る一方向性ＳＡＷ変換器の構造は、いずれも励振電極に対し開放型浮き電極と短絡型浮き電極が非対称に配列されているため、励振中心にずれが生じてしまう。このずれは微々たる量ではあるが、更なる高性能化が要求された場合はこの励振中心のずれを補正する必要がある。
【００３６】
図５は本発明の第３の実施例に係る一方向性ＳＡＷ変換器を示しており、第１及び第２の実施例と同様に、一方向性ＳＡＷ変換器６０は励振に寄与する励振電極１、短絡型浮き電極３、励振電極５、短絡型浮き電極７の各々の電極指の中心間距離、及びＰＮＲを構成する短絡型浮き電極指２、開放型浮き電極４、短絡型浮き電極６、開放型浮き電極８の各々の電極指の中心間距離をλ／４としている。本実施例の特徴は、励振電極１と短絡型浮き電極２との中心間距離をλ／８＋αとしてＰＮＲを構成する４本の電極指の位置をずらしているところにある。なお、このαの値は、圧電基板や電極材料、電極設計により異なるが、α≦λ／１６の小さな値になることが実験等により確認されている。このように、励振電極に対し短絡型及び開放型浮き電極指の位置を対称に近づけることで高い一方向性を維持できる。
【００３７】
また、前述の一方向性ＳＡＷ変換器を用いてＳＡＷデバイスを構成する場合、励振又は反射に重み付けを施すことにより更なる高性能化が可能である。図６は、本発明の第４の実施例に係る一方向性ＳＡＷ変換器を示しており、（ａ）に示す一方向性ＳＡＷ変換器７０は励振電極５の交差長方向の電極指の長さを短くした構造であり、（ｂ）に示す一方向性ＳＡＷ変換器８０は励振電極５の交差長方向の長さを短くし、更にその上部にダミー電極を形成した構造である。このように、励振電極に重み付けを施し局所的に位相速度を変化させることにより、ＳＡＷデバイスを構成した時に良好な位相直線性や群遅延特性を得ることができる。同様に、ＰＮＲを構成する短絡型浮き電極２，６及び開放型浮き電極４，８の交差長方向の電極指の長さを変化させることにより反射の重み付けを施すことも可能である。
【００３８】
これまで圧電基板に１２８°回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウムを用いた例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、圧電基板に水晶、タンタル酸リチウム、四硼酸リチウム、ランガサイト等に用いた場合にも適用できることは言うまでもない。、また、ＳＡＷデバイスを実際に製造する上で電極指幅を正確に一致させることは困難であり、製造ばらつきを考慮すると±λ／４０程度の製造誤差が生じてしまうことが考えられるが、本発明の一方向性ＳＡＷ変換器においてはこの程度の製造誤差の範囲内であれば特性上何ら影響を及ぼさない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施例に係る一方向性ＳＡＷ変換器を説明する図である。
【図２】本発明の一方向性ＳＡＷ変換器の動作原理を説明する図である。
【図３】本発明の一方向性ＳＡＷ変換器の規格化周波数に対する方向性の強度を示すデータである。
【図４】本発明の第２の実施例に係る一方向性ＳＡＷ変換器を説明する図である。
【図５】本発明の第３の実施例に係る一方向性ＳＡＷ変換器を説明する図である。
【図６】本発明の第４の実施例に係る一方向性ＳＡＷ変換器を説明する図である。
【図７】従来のトランスバーサル型ＳＡＷフィルタを説明する図である。
【図８】反射バンク型一方向性ＳＡＷ変換器を説明する図である。
【図９】ＤＡＲＴ構造を説明する図である。
【図１０】ＦＥＵＤＴ構造を説明する図である。
【符号の説明】
【００４０】
１ 励振電極
２ 短絡型浮き電極
３ 短絡型浮き電極
４ 開放型浮き電極
５ 励振電極
６ 短絡型浮き電極
７ 短絡型浮き電極
８ 開放型浮き電極
Ａ 励振中心
Ｂ 反射中心
１０，４０，５０，６０，７０，８０ 一方向性ＳＡＷ変換器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板上に配置して弾性表面波素子を構成するための弾性表面波変換器であって、
前記弾性表面波変換器は、励起される弾性表面波の波長λに相当する幅を有した基本区間を複数個連結した構成を備えており、
前記基本区間のうち少なくとも１つは、第１のバスバーに接続された第１の励振電極と、第２のバスバーに接続された第２の励振電極と、前記第１及び第２のバスバーに接続せず電気的に開放した第１及び第２の開放型浮き電極と、前記第１及び第２のバスバーに接続せず各々の電極指の一端を接続電極により短絡した第１乃至第４の短絡型浮き電極とを備え、弾性表面波の伝搬方向に沿って順に、第１の励振電極、第１の短絡型浮き電極、第２の短絡型浮き電極、第１の開放型浮き電極、第２の励振電極、第３の短絡型浮き電極、第４の短絡型浮き電極、第２の開放型浮き電極が配置されており、
前記第１の励振電極と前記第２の短絡型浮き電極と前記第２の励振電極と前記第４の短絡型浮き電極の各々の電極指の中心間距離、及び前記第１の短絡型浮き電極と前記第１の開放型浮き電極と前記第３の短絡型浮き電極と前記第２の開放型浮き電極の各々の電極指の中心間距離はλ／４であり、且つ、前記第１の励振電極と前記第１の短絡型浮き電極の中心間距離はλ／８であることを特徴とした一方向性弾性表面波変換器。
【請求項２】
圧電基板上に配置して弾性表面波素子を構成するための弾性表面波変換器であって、
前記弾性表面波変換器は、励起される弾性表面波の波長λに相当する幅を有した基本区間を複数個連結した構成を備えており、
前記基本区間のうち少なくとも１つは、第１のバスバーに接続された第１の励振電極と、第２のバスバーに接続された第２の励振電極と、前記第１及び第２のバスバーに接続せず電気的に開放した第１及び第２の開放型浮き電極と、前記第１及び第２のバスバーに接続せず各々の電極指の一端を接続電極により短絡した第１乃至第４の短絡型浮き電極とを備え、弾性表面波の伝搬方向に沿って順に、第１の励振電極、第１の短絡型浮き電極、第２の短絡型浮き電極、第１の開放型浮き電極、第２の励振電極、第３の短絡型浮き電極、第４の短絡型浮き電極、第２の開放型浮き電極が配置されており、
前記第１の励振電極と前記第２の短絡型浮き電極と前記第２の励振電極と前記第４の短絡型浮き電極の各々の電極指の中心間距離、及び前記第１の短絡型浮き電極と前記第１の開放型浮き電極と前記第３の短絡型浮き電極と前記第２の開放型浮き電極の各々の電極指の中心間距離はλ／４であり、且つ、前記第１の励振電極と前記第１の短絡型浮き電極の中心間距離はλ／８±α（ただし、α≦λ／１６）であることを特徴とした一方向性弾性表面波変換器。
【請求項３】
前記第１及び第２の励振電極と前記第２及び第４の短絡型浮き電極の電極指幅をＬ、前記第１及び第３の短絡型浮き電極の電極指幅をＬｓ、前記第１及び第２の開放型浮き電極の電極指幅をＬｏとした時に、Ｌ＝Ｌｓ＝Ｌｏ＝λ／１６とすることを特徴とした請求項１又は２に記載の一方向性弾性表面波変換器。
【請求項４】
前記第１及び第２の励振電極と前記第２及び第４の短絡型浮き電極の電極指幅をＬ、前記第１及び第３の短絡型浮き電極の電極指幅をＬｓ、前記第１及び第２の開放型浮き電極の電極指幅をＬｏとした時に、Ｌ＝λ／１６とし、且つ、Ｌｓ≠Ｌｏ≠λ／１６とすることを特徴とした請求項１又は２に記載の一方向性弾性表面波変換器。
【請求項５】
前記第１及び第２の励振電極と前記第２及び第４の短絡型浮き電極の電極指幅をＬ、前記第１及び第３の短絡型浮き電極の電極指幅をＬｓ、前記第１及び第２の開放型浮き電極の電極指幅をＬｏとした時に、λ／１６＜Ｌ＜λ／８とし、且つ、Ｌｓ＝Ｌｏ＝λ／１６とするか、或いはＬｓ≠Ｌｏ≠λ／１６とすることを特徴とした請求項１又は２に記載の一方向性弾性表面波変換器。
【請求項６】
前記基本区間を構成する電極のうち少なくとも１本は、弾性表面波の伝搬方向に直交する交差長方向の長さが部分的に変化していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の一方向性弾性表面波変換器。
【請求項７】
前記圧電基板はニオブ酸リチウムであることを特徴とした請求項１乃至６のいずれかに記載の一方向性弾性表面波変換器。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の一方向性弾性表面波変換器を少なくとも１つ配置した弾性表面波デバイス。
【請求項１】
圧電基板上に配置して弾性表面波素子を構成するための弾性表面波変換器であって、
前記弾性表面波変換器は、励起される弾性表面波の波長λに相当する幅を有した基本区間を複数個連結した構成を備えており、
前記基本区間のうち少なくとも１つは、第１のバスバーに接続された第１の励振電極と、第２のバスバーに接続された第２の励振電極と、前記第１及び第２のバスバーに接続せず電気的に開放した第１及び第２の開放型浮き電極と、前記第１及び第２のバスバーに接続せず各々の電極指の一端を接続電極により短絡した第１乃至第４の短絡型浮き電極とを備え、弾性表面波の伝搬方向に沿って順に、第１の励振電極、第１の短絡型浮き電極、第２の短絡型浮き電極、第１の開放型浮き電極、第２の励振電極、第３の短絡型浮き電極、第４の短絡型浮き電極、第２の開放型浮き電極が配置されており、
前記第１の励振電極と前記第２の短絡型浮き電極と前記第２の励振電極と前記第４の短絡型浮き電極の各々の電極指の中心間距離、及び前記第１の短絡型浮き電極と前記第１の開放型浮き電極と前記第３の短絡型浮き電極と前記第２の開放型浮き電極の各々の電極指の中心間距離はλ／４であり、且つ、前記第１の励振電極と前記第１の短絡型浮き電極の中心間距離はλ／８であることを特徴とした一方向性弾性表面波変換器。
【請求項２】
圧電基板上に配置して弾性表面波素子を構成するための弾性表面波変換器であって、
前記弾性表面波変換器は、励起される弾性表面波の波長λに相当する幅を有した基本区間を複数個連結した構成を備えており、
前記基本区間のうち少なくとも１つは、第１のバスバーに接続された第１の励振電極と、第２のバスバーに接続された第２の励振電極と、前記第１及び第２のバスバーに接続せず電気的に開放した第１及び第２の開放型浮き電極と、前記第１及び第２のバスバーに接続せず各々の電極指の一端を接続電極により短絡した第１乃至第４の短絡型浮き電極とを備え、弾性表面波の伝搬方向に沿って順に、第１の励振電極、第１の短絡型浮き電極、第２の短絡型浮き電極、第１の開放型浮き電極、第２の励振電極、第３の短絡型浮き電極、第４の短絡型浮き電極、第２の開放型浮き電極が配置されており、
前記第１の励振電極と前記第２の短絡型浮き電極と前記第２の励振電極と前記第４の短絡型浮き電極の各々の電極指の中心間距離、及び前記第１の短絡型浮き電極と前記第１の開放型浮き電極と前記第３の短絡型浮き電極と前記第２の開放型浮き電極の各々の電極指の中心間距離はλ／４であり、且つ、前記第１の励振電極と前記第１の短絡型浮き電極の中心間距離はλ／８±α（ただし、α≦λ／１６）であることを特徴とした一方向性弾性表面波変換器。
【請求項３】
前記第１及び第２の励振電極と前記第２及び第４の短絡型浮き電極の電極指幅をＬ、前記第１及び第３の短絡型浮き電極の電極指幅をＬｓ、前記第１及び第２の開放型浮き電極の電極指幅をＬｏとした時に、Ｌ＝Ｌｓ＝Ｌｏ＝λ／１６とすることを特徴とした請求項１又は２に記載の一方向性弾性表面波変換器。
【請求項４】
前記第１及び第２の励振電極と前記第２及び第４の短絡型浮き電極の電極指幅をＬ、前記第１及び第３の短絡型浮き電極の電極指幅をＬｓ、前記第１及び第２の開放型浮き電極の電極指幅をＬｏとした時に、Ｌ＝λ／１６とし、且つ、Ｌｓ≠Ｌｏ≠λ／１６とすることを特徴とした請求項１又は２に記載の一方向性弾性表面波変換器。
【請求項５】
前記第１及び第２の励振電極と前記第２及び第４の短絡型浮き電極の電極指幅をＬ、前記第１及び第３の短絡型浮き電極の電極指幅をＬｓ、前記第１及び第２の開放型浮き電極の電極指幅をＬｏとした時に、λ／１６＜Ｌ＜λ／８とし、且つ、Ｌｓ＝Ｌｏ＝λ／１６とするか、或いはＬｓ≠Ｌｏ≠λ／１６とすることを特徴とした請求項１又は２に記載の一方向性弾性表面波変換器。
【請求項６】
前記基本区間を構成する電極のうち少なくとも１本は、弾性表面波の伝搬方向に直交する交差長方向の長さが部分的に変化していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の一方向性弾性表面波変換器。
【請求項７】
前記圧電基板はニオブ酸リチウムであることを特徴とした請求項１乃至６のいずれかに記載の一方向性弾性表面波変換器。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の一方向性弾性表面波変換器を少なくとも１つ配置した弾性表面波デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−１５７５３６（Ｐ２００６−１５７５３６Ａ）
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３４５７８２（Ｐ２００４−３４５７８２）
【出願日】平成１６年１１月３０日（２００４．１１．３０）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月３０日（２００４．１１．３０）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
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