単相一方向弾性表面波変換器および改良された反射器
弾性表面波（ＳＡＷ）デバイス用の一方向変換器。一実施形態では、このデバイスは、（１）伝搬のＳＡＷの方向に垂直な開回路反射器が配置される圧電基板上の定められた領域、および定められた領域内に配置され、対向するバス・バーに接続された低反射率変換器電極のペアであって、ＳＡＷ伝搬の方向に垂直で、電極のペアの励起中心が反射器からＳＡＷの中心周波数のレイリー波長の約７／８のところに配置されるように位置決めされた、低反射率変換器電極のペアを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、同一出願人による、参照により本明細書に組み込まれている、「Ａ Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈａｓｅ Ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ＳＡＷ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ」という表題の２００３年１０月８日に出願した米国仮出願第６０／５０９，６９３号の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明は、一般に、弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスを対象とし、より具体的には、単相一方向弾性表面波変換器、およびＳＡＷデバイス用の改良された反射器を対象とする。
【背景技術】
【０００３】
電子デバイスの小型化の際限のないトレンドが、より小さく効率のよいコンポーネントの開発圧力を高めている。例えば、無線通信システムでは、信号処理に使われる受動素子、特に動作周波数が１ＧＨｚを超える素子の性能向上がますます求められている。ＳＡＷフィルタの場合、通常要求される特性には、低い挿入損失、低い通過域リップル、高度の位相の直線性、および高い選択性がある。これらの要求に応えるため、単相一方向変換器（ＳＰＵＤＴ）がよく使用される。ＳＰＵＤＴデバイスは、ＳＡＷセンサおよびＳＡＷ無線ＩＣタグにも使用できる。
【０００４】
ＳＰＵＤＴ構造は、それぞれのユニット・セル内で、変換の中心が反射の中心に関してシフトするように反射器および変換器を配置する必要がある。理想的には、この位相シフトは、±π／２に等しくなければならない。ほとんどのＳＰＵＤＴ構造では、幅が１／８レイリーＳＡＷ波長である電極および幅が１／４から３／８波長の範囲の反射器を使用して、非反射変換を得る。ほとんどの場合、電極は、幅が１／８波長以下である。したがって、ＧＨｚ範囲では、電極の限界寸法は、光リソグラフィに基づく大規模加工技術の実現性の限界を超える。
【０００５】
２ＧＨｚ以上の周波数で動作するＳＡＷデバイスでは、波長は約２μｍである。そのため、幅が１／８波長の電極は絶対的な幅が約０．２５μｍである。厚さが１波長の２％から１０％の範囲である場合、電極の絶対的高さは、約４０〜２００ｎｍである。電極のアルミニウムの断面がこのように小さいので、抵抗損失は甚だしく高くなる。このような理由から、ＳＰＵＤＴ変換器は、１ＧＨｚを超えるときにはめったに使用されない。
【０００６】
したがって、当該技術で必要なのは、光リソグラフィに基づく大規模加工技術を使用して製造可能な１ＧＨｚを超える高さの周波数で基板上で動作可能な低損失一方向変換器である。
【０００７】
さらに当該技術で必要なのは、ＳＡＷ無線ＩＣタグとともに使用する優れた反射器構成である。ＳＡＷ無線ＩＣタグの場合、変換器生成交信パルスへの応答で反射されたエネルギーを可能な限り多く取り込めることが重要である。基板上に配置されたアルミニウム反射器が変換器と同じサイズの場合、またその反射器がまっすぐであり、交信パルスに対し実質的に垂直である場合、変換器から発生したかなりの量のエネルギーが反射パルスに含まれることにはならない。これは、変換器から離れてＳＡＷタグ表面を進行してゆくときにサイズが拡大するという事実により、変換器から発生するパルスの一部が反射器に影響を及ぼすことがないからである。
【０００８】
そのため、当該技術で必要なのは、より活発な反射信号を変換器に戻すために交信パルス・エネルギーのより多くを取り込める能力を持つＳＡＷタグ上で使用するのに優れている反射器である。
【特許文献１】米国仮出願第６０／５０９，６９３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来技術の上述の欠陥に対処するために、本発明は、ＳＡＷデバイスの一方向変換器を提供する。一実施形態では、このデバイスは、（１）伝搬のＳＡＷの方向に垂直な開回路反射器が配置される圧電基板上の定められた領域、および（２）定められた領域内に配置され、対向するバス・バーに接続された低反射率変換器電極のペアであって、ＳＡＷ伝搬の方向に垂直で、電極のペアの励起中心が反射器からＳＡＷの中心周波数のレイリー波長の約７／８のところに配置されるように位置決めされた、低反射率変換器電極のペアを含む。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そのため、本発明は、ＳＡＷ基板上で一方向にＳＡＷのエネルギーを集中させる変換器を提供する。このようなデバイスは、ＳＡＷ無線ＩＣタグなどのＳＡＷデバイスの場合に有利である。ＳＡＷ ＲＦＩＤタグでは、反射信号の１つの集合のみを取り扱うことが望ましい。さらに、本発明では、他の方法だと捨てられてしまう変換器から発生するエネルギーがＳＡＷ交信パルスのエネルギーに加えられるため、より活発な交信パルスを提示する。
【００１１】
一実施形態では、本発明は、定められた領域がＳＡＷの中心周波数におけるレイリー波長の２倍に、正整数−１を掛けたＳＡＷの中心周波数のレイリー波長を加えた値におおよそ等しい距離のところにあるようにする。他の実施形態では、変換器電極は、ＳＡＷの中心周波数におけるレイリー波長の約１／２の距離で隔てられる。さらに他の実施形態では、変換器電極は、それぞれ、ＳＡＷの中心周波数においてレイリー波長の約１／４の幅を持つ。
【００１２】
製造上の便宜のため、反射器と変換器電極の両方にアルミニウムを使用すると役立つ。本発明の一実施形態では、電極が低い全反射率を持つことを提示する。本発明のいくつかの実施形態のうちの１つでは、電極は、ＳＡＷの中心周波数でレイリー波長の１／１０にほぼ等しい太さを持つ。本発明の有利な一実施形態は、機械的な反射率が電極のペアと反射器の反射率の電気的部分と比べて反対の符号を持つような圧電基板を備えるデバイスを提示する。このような圧電基板は、１２８°ＬｉＮｂＯ３である。
【００１３】
さらに他の実施形態では、電極の幅は、１／４波長よりも小さい。さらに他の実施形態では、反射器の幅は、０．３波長と０．５波長の間である。
【００１４】
本発明の有利な一実施形態では、約１／４波長の幅を持ち、約１／２波長の距離で隔てられている少なくとも２つの開回路反射器を提示する。本発明の他の実施形態では、反射器からＳＡＷの中心周波数におけるレイリー波長の約７／８のところに配置されている、電極のペアの励起中心は、レイリー波長の７／８のプラスまたはマイナス１０パーセントに等しい量だけ変化させられる。
【００１５】
本発明の有用な一実施形態では、電極の複数のペアを用意し、それらのペアのそれぞれが複数の波長分に等しい距離のところでオフセットされ、同じ極性順序で同じバス・バーに接続されるようにする。他の実施形態では、デバイスは、さらに、複数の同等の反射器からなり、それぞれの反射器は、反射器が電極とオーバーラップしないように互いから複数の波長分に等しい距離のところでオフセットされる。
【００１６】
このデバイスの他の有用な実施形態では、定められた領域の周期的集まりからなるようにする。この実施形態では、定められた領域の周期的集合は、準周期的に配置され、その周期は、定められた領域の長さに等しいか、または整数倍の波長分だけその長さよりも長く、波長は圧電基板の全長にそってゆっくり変化（チャープ）する。本明細書で説明されているような発明は、低損失アプリケーション用の一方向ＳＡＷ変換器として使用すると役立つ。
【００１７】
本発明のさらに他の実施形態では、並列音響サブチャネル内に配置され、１波長分だけ隔てられ、波の伝搬方向に垂直であり、電気的に並列接続されている、複数の定められた領域を提示する。
【００１８】
もちろん、本発明の特に有用なアプリケーションは、ＳＡＷＩＣタグで使用される。そのため、本明細書で説明されているデバイスは、定められたスペースがＳＡＷＩＣタグ上に配置されている場合に使用すると役立つ。
【００１９】
本発明のきわめて有用な実施形態は、（１）ＳＡＷ変換器が配置されている圧電基板、および（２）ＳＡＷ変換器により発生される交信パルスへの応答を反射するため基板上にある、交信パルスの回折場と実質的に一致するように基板上に配列されている反射器からなるＳＡＷデバイスを提示する。一実施形態では、反射器は、交信パルスの遠隔場内に配置されるが、他の実施形態では、近接場内に配置される。
【００２０】
もちろん、デバイスは、さらに、基板上に配列された複数の反射器で構成することもできる。このような場合、複数の反射器のうち少なくとも１つを交信パルスの近接場内に配置し、複数の反射器のうち少なくとも１つを交信パルスの遠隔場内に配置することができ、それでも、本発明の意図された範囲内に収めることができる。
【００２１】
本発明は、さらに、交信パルスの回折場内の一定位相の等高線に実質的に一致するように反射器を湾曲させることも提示する。さらに他の実施形態では、反射器は、交信パルスの回折場内の一定振幅の等高線に実質的に一致するように湾曲される。さらに他の実施形態では、反射器は、交信パルスの回折場内の一定位相の等高線と一定振幅の等高線の両方に実質的に一致するように湾曲される。特に有用な実施形態では、反射器が、実質的湾曲形状を形成し、交信パルスの回折場内の一定振幅の等高線または一定位相の等高線のいずれかに実質的に一致するようにセグメントに分割されることを提示する。
【００２２】
また本発明を使用することで、反射された信号が交信パルスの振幅および位相分布に実質的に一致するように反射器が反射パルスを変換器に集束させることができ有益である。
【００２３】
本発明は、反射器が開回路金属ストリップまたは短絡回路のいずれかであるときに使用すると役立つ。また、非金属製反射器の場合にも使用すると役立つ。本発明の有用な一実施形態では、反射器をセグメントに分割することを提示する。セグメント分割された反射器の場合、有用な一実施形態では、１／４波長にほぼ等しいセグメントのそれぞれの間にスペースを設ける。他の実施形態では、反射器は、交信パルスのメインローブおよび第１サイドローブを包含するように設計される。反射器が交信パルスのメインローブと第１サイドローブを包含する一実施形態では、８個のセグメントがメインローブに使用され、４個のセグメントが全部で１６個のセグメントでサイドローブのそれぞれに使用される。
【００２４】
本発明の重要な一実施形態は、（１）ＳＡＷ変換器が配置されている圧電基板、および（２）ＳＡＷ変換器により発生される交信パルスへの応答を反射するため基板上にある、交信パルスの回折場の振幅および位相と実質的に一致するように実質的湾曲形状で基板上に配列されている反射器を備えるＳＡＷデバイスを提示する。
【００２５】
前段では、当業者であれば後の本発明の詳細な説明をよく理解できるように本発明の好ましい特徴および代替え特徴の概要を述べている。これ以降、本発明の請求項の主題を形成する本発明の追加の特徴について説明する。当業者であれば、開示されている概念および特定の実施形態を本発明と同じ目的を実施するため他の構造を設計または修正する場合の基盤として容易に使用できることは理解するであろう。また、当業者であれば、そのような同等の構造が本発明の精神および範囲から逸脱しないことも理解するであろう。
本発明をより完全に理解できるように、付属の図面とともに以下の説明が参照される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
最初に図１を参照すると、本発明により構成される一方向変換器デバイス１００が例示されている。表面１５５上にセル１１０が配置された圧電基板１５０の上面図が示されている。セル１１０は、ＳＡＷレイリー波長の約２倍の長さ１２０を持つ（圧電基板１５０上で発生するＳＡＷの中心周波数のところで決定される）。セル１１０内には、強反射の幅１／２波長の浮動または開回路反射器１３０および圧電基板上でＳＡＷを励起するために使用される弱反射の幅１／４波長の電極１４０のペアが示されている。電極１４０はそれぞれ、電極１４０が反対極性のバス・バー１６０に接続されるようにバス・バー１６０に接続されている。例示されているデバイス１００は反対極性のバス・バー１６０に接続された電極１４０のペアを備え、それにより、浮動反射器１３０の内部反射を使用して、電極１４０を一方向ＳＡＷ変換器にする。
【００２７】
本発明では、ＳＡＷパルスの中心周波数におけるレイリー波長の約２倍に、正整数−１を掛けたレイリー波長を加えた長さ１２０を持つスペース内の圧電基板１５０上に構成された一方向ＳＡＷ変換器を提示する。図１に例示されている実施形態において、正整数は１と仮定され、したがって、長さ１２０はレイリー波長の２倍に等しい。ＳＡＷの伝搬１７０の方向は左から右である。電極１４０は、アルミニウムとすることができ、伝搬１７０の方向にほぼ垂直な形で配置され、レイリー波長の約１／２の距離だけ隔てられる。電極１４０はそれぞれ、幅が約１／４レイリー波長であり、それぞれ、反対極性のバス・バー１６０に接続される。
【００２８】
セル１１０内には、電極１４０のペアに並列に配向された開回路反射器１３０（アルミニウム製とすることができる）が配置される。反射器１３０は、反射の中心が、電極１４０間の間隙の中心となっている、電極１４０のペアの励起中心から約７／８波長の距離のところに配置されるように位置決めされる。ＳＡＷの主要な方向は、反射器１３０から電極１４０のペアに向かう方向である。
【００２９】
いくつかの圧電基板１５０では、反射性を有する機械部品は、反射性を有する電気部品と比較して反対の符号を持つ。このような圧電基板１５０を使用することで、幅１／４波長の浮動または短絡回路反射器１３０および電極１４０の低損失が達成されるが、それは、電極１４０の全反射率が実質的に相殺されるからである。このような基板材料の一例として、１２８°ＬｉＮｂＯ３があり、その場合、幅１／４波長の電極１４０は１波長の約．１％から１０％に等しいアルミニウム製電極１４０の太さに対して弱反射である。Ｃｕの割合が低いＡｌＣｕなどのアルミニウムをベースとする合金も、反射器および電極の材料として使用できる。反射率を最大にするため、開回路反射器１３０の幅は、０．３波長から０．５波長の範囲内である。反射の中心は、幅の広い短絡回路または浮動反射器１３０の近似的中心にあり、また励起の中心は、幅１／４波長の電極１４０の間の間隙の中心にある。反射中心から励起中心までの公称距離を、対応するシフト量だけセル１１０内の反射器１３０の位置を調整することにより１波長の１０％以内で変化させて、最適な一方向性を見つけることができる。図１では、ＳＡＷは、主に右へ伝搬する。セル１１０内の発生した前方伝搬波と反射された前方伝搬波の比較（電極１４０内の幅１／４波長のフィンガーの反射を無視する）から、位相差は４πに等しく、したがって、伝搬波は建設的干渉を生じることがわかる。反射位相係数は＋π／２であり、ただし１２８°ＬｉＮｂＯ３上の開反射器の中心を基準点とする。反対方向では、発生した信号と反射された信号との位相差は、５πであり、互いに相殺し合う傾向がある。間隙を含む、この構造におけるすべての限界寸法は、１／４波長のオーダーである。
【００３０】
１２８°ＬｉＮｂＯ３が幅１／４波長の電極１４０で使用される場合、電極１４０は、厚さが１波長の０．１％から１０％の金属については弱反射である。実際、１２８°ＬｉＮｂＯ３ｉについては、１％から８％の範囲のアルミニウムの厚さが本発明の目的に最もかなっている。厚さ範囲は、薄い場合には抵抗性が上がることと厚い場合には高アスペクト比のアルミニウム縦断面を得ることが困難であることにより制限される。さらに、それぞれの特定の厚さについて、電極１４０の消滅反射率に対応する金属化比（ａ／ｐ）を見つけるか、または決定することができる。
【００３１】
例えば、短絡回路の長い回折格子では、ａ／ｐ＝０．５に対する反射係数は、２．５％の相対的アルミニウム厚さについてゼロに近い。厚さがあるほど、反射率を下げるために金属化比を小さくしなければならない。単一の幅１／２波長の浮動または開回路反射器１３０では、反射係数は、幅１／４波長の短絡回路電極１４０に対する反射係数よりも著しく高く、最大値は０．３から０．５の間の金属化比ａ／ｐについて生じることがわかる。
【００３２】
反対符号の機械的反射および電気的反射の特性を示す電極および反射器の他の基板および材料に類似のアプローチを適用することができることは明白である。この基準を満たす他の例は、ＹＺ−ＬｉＮｂＯ３である。本発明の重要な特徴は、上述の構造を弱反射電極１４０および強反射器１３０として使用することである。
【００３３】
次に図２を参照すると、反射器２３０のペアとともに変換器を使用する一方向変換器デバイス２００の一実施形態が例示されている。この実施形態では、セル２１０は、浮動または開回路反射器２３０のペアを備え、それぞれの反射器２３０は１／４波長に近い幅を持つペアとなっている。約１／２波長のペア内の反射器２３０のそれぞれの間は分離されている。反射の中心は、２つの反射器２３０の間の分離距離の真ん中にあるとみなされる。電極２４０の反射中心から励起中心までの公称距離は、７／８波長であり、対応するシフト量だけユニット・セル２１０内の反射器２３０の位置を調整することにより変換器電極２４０の周期の±１０％以内で変化させて、最適な一方向性を見つけることができる。反射器２３０のペアは、２つのバス・バー２６０に順次接続されている変換器電極２４０の２つのペアの間に置かれる。この構造の限界寸法は、１／８波長のオーダーであり、このため、この構造は図１に関して上で説明されている構造に比べて高周波アプリケーションにとってはあまり魅力のないものとなっている。
【００３４】
次に図３を参照すると、それぞれの追加電極３４５ペアが電極の第１のペアから複数波長分の距離のとこでオフセットされ、電極３４０の第１のペアと同じ極性順で同じバス・バー３６０に接続されている電極３４０の第１のペアと本質的に同等である電極３４５の少なくとももう１つのペアをＳＡＷデバイス３００が備える一実施形態が例示されている。
【００３５】
他の実施形態では、ＳＡＷデバイスは、第１の反射器３４０と本質的に同等の少なくとももう１つの反射器３４５を備え、追加の反射器３３５はそれぞれ、第１の反射器３３０から複数の波長分の距離のところでオフセットされ、電極３４５の追加のペアが存在する場合、波長の数（ｍ）は、ｍ≠ｎ＋１とされ、反射器３３０、３３５が変換器電極３４０、３４５と重なることを回避する。ここで、正の数ｎ、ｍは、右に向かうシフトに対応する。この手順で、構造にそって電極３４０、３４５および反射器３３０、３３５の変換器ペアの数を変化させることができ、それにより、性能が向上した重み付き一方向構造が作られる。
【００３６】
次に図４を参照すると、図１で説明されている同一セクションの周期的集まりを含むＳＡＷデバイス４００が例示されており、変換器電極４４０は、反対極性のバス・バー４６０に周期的に接続され、周期は２波長に等しい。ここで、それぞれのセクションにおいて、電極４４０の１つのペアのみが使用され、反射器４３０は、幅１／２波長を含むだけであり、浮動または開回路である。この実施形態は、重みなし一方向ＳＡＷ変換器に対応する。シングル・エンドの回路では、信号はバス・バー４６０の１つに接続され、他のバス・バー４６０は接地されることは明白である。この一方向変換器は、低損失のＳＡＷの発生に使用することができ、また例えば、ＳＡＷセンサ、アクチュエータなどの多数のアプリケーションを有する。
【００３７】
次に図５を参照すると、フィルタ・アプリケーションに関する本発明の一実施形態が例示されており、そこでは、少なくとも１つの一方向ＳＡＷ変換器５００が、入力変換器として動作し、同じ音響チャネル５７０でＳＡＷを発生する入力バス・バー５６０に接続され、概略が例示されている受信側変換器５９０が、同じ音響チャネル５７０内に置かれた出力バス・バー５６５に接続されている。受信側変換器５９０は、２つよりも多い電極５４５を備えることに留意されたい。また、変換器は、本発明の実施形態のどれにおいても任意の個数の電極を備えることができ、それでも本発明の意図された範囲内にあることに留意されたい。
【００３８】
次に図６を参照すると、少なくとも２つの一方向ＳＡＷ変換器６００が開口Ｗの並列音響サブチャネル６１０内に置かれ、波の伝搬方向に垂直な方向でその波長に相当する距離で隔てられ、電気的に並列接続されている本発明の一実施形態が例示されている。図に示されている特定のケースでは、４つの一方向変換器が並列接続されている。変換器は、１波長のオーダーの幅を有する、狭いバス・バー６８２、６８３により隔てられている。すべての変換器により順方向（右）に向かって発生するＳＡＷは、全開口が４Ｗに近い単一の音響ビームを生成する。前記変換器の並列接続により、抵抗損失および回折損失が減少する。
【００３９】
図７には、１つの一方向変換器７００およびＳＡＷＩＣタグ７２０が音響チャネル７１０で適用され、そのようなＳＡＷＩＣタグ７２０を帯びたデバイスの識別コードに対応する応答信号を発生するＳＡＷタグ・アプリケーションに使用されるＳＡＷデバイスが例示されている。
【００４０】
ＳＡＷデバイスで使用されるいくつかの知られているソリューションを本発明に適用することができることは明白である。例えば、前記一方向変換器は、チャープ化できる、つまり、これは、セクションの長さに等しい、または波長の整数倍だけセクションの長さよりも長い、周期で準周期的に配置される多数の前記セクションを含み、波長は構造の全長にそってゆっくりと変化するということである。
【００４１】
他の可能性は、扇形構造の使用である。当業者にとっては、このような標準的な変更形態が本発明の範囲に含まれることは明白である。
【００４２】
本発明で１／４波長以上の幅の電極を使用すると、２〜３ＧＨｚの周波数範囲までの標準的なリソグラフィ技術によりデバイスを製造することができる。幅の広い浮動電極を反射器として使用すると、特に、ＳＡＷタグなどの開口の広さが重要であるアプリケーションでは、抵抗損失が劇的に減少する。
【００４３】
次に図８Ａ〜８Ｆを参照すると、変換器からさまざまな距離にある圧電基板上の交信パルスの振幅８１０および位相８２０に対する回折波形が例示されている。両極端を扱う上で、図８Ａには近接場波形が例示され、図８Ｆには、遠隔場波形が例示されている。図８Ｆからわかるように、交信パルスは、変換器から離れるにつれ、広がり、発散する。図８Ｆは、パルスの振幅８１０および位相８２０の両方がメインローブ８３０およびサイドローブ８３５を持ち、これは、メインローブ８３０への段部のように見える。これらのローブ８３０、８３５は、反射されるエネルギーの大半をなす。この反射エネルギーを可能な限り捕捉しようとすることは有益である。
【００４４】
次に図９を参照すると、交信パルスの回折場と実質的に一致するように配列された本発明により構成される圧電素子上の反射器が例示されている。図１０には、図９に詳しく例示されているタイプの反射器１０１０を使用する代表的なＳＡＷタグ１０００が例示されている。図からわかるように、本発明により構成される反射器１０１０は、図８Ａに示されているエネルギーを捕捉するため交信パルスの近接場１０２０、または図８Ｆに示されているエネルギーを捕捉するため交信パルスの遠隔場１０３０のいずれかの中で使用することができる。もちろん、複数のこのような反射器１０１０は、一般に、ＳＡＷ ＲＦＩＤタグ１０００の場合に使用されるが、これは、本明細書で説明されているタイプの１つまたは複数の反射器１０１０は基板上の近接場１０２０で、また他の反射器は同じ基板上の遠隔場１０３０で使用できることを意味し、すべて本発明の意図された範囲内にある。
【００４５】
図９に例示されているように、反射器は、交信パルスの回折場内で、一定位相の等高線と一定振幅の等高線、またはその両方に実質的に一致するような形状または湾曲を有する。もちろん、非金属製反射器が使用される場合、または金属製反射器の場合に反射器が電気的に絶縁されていない場合、交信パルスの一定位相の等高線に一致するだけでよい。
【００４６】
交信パルスの回折場内の一定位相の等高線または一定振幅の等高線に一致する基本的湾曲形状を形成するために反射器をセグメントに分割することにはかなりの利点がありうる。これは、近似するために小さな直線を使用することに比べて信号等高線に一致する曲線を形成することは困難であるため、製造の観点からは有利である。セグメント分割の他の利点は、金属製反射器の場合、反射器の電圧を比較的容易に制御できるという点である。本発明の一実施形態では、反射器を、変換器により伝搬されるＳＡＷの中心周波数の１／４に近いスペースで隔てられた複数のセグメントに分割すると都合がよいことがわかっている。
【００４７】
反射器を湾曲させる他の利点は、変換器により検出されたときに交信パルスと同じ近似形状を応答パルスに持たせるように反射信号を集束させることができるという点である。したがって、応答パルスは、反射器に到達する交信パルスの部分と実質的に同じ位相および振幅を持つことになる。
【００４８】
本明細書で説明されている設計は、開回路反射器または短絡回路反射器の両方に使用することができる。また、非金属製反射器にも使用できる。非金属製および短絡金属製反射器の場合、交信信号の一定位相の等高線に一致するだけでよい。
【００４９】
図８Ｆからわかるように、反射器が交信パルスのメインローブ８３０および第１サイドローブ８３５を包含することが有利である。もちろん、近接場反射器の場合、図８Ａからわかるように、反射器はメインローブ８３０を包含するだけでよいが、それは、サイドローブ８３５が実質的に識別不可能であるからである。セグメント分割された反射器が使用されるときに遠隔場の場合、サイドローブ８３５のそれぞれに対する４つのセグメントおよびメインローブ８３０に対する８つのセグメントを反射器内の全部で１６個のセグメントに使用することが有利であることが判明している。
【００５０】
図１１を参照すると、交信パルスの回折場の振幅および一定位相の等高線の両方に実質的に一致する本発明により構成されるセグメント分割された金属製開回路反射器の代表的な例が示されている。
【００５１】
本発明は詳細に説明されているが、当業者であれば、その最も広範な形態で、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書においてさまざまな変更、置換、および改変を行うことができることを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明により構成される一方向変換器デバイスを例示する図である。
【図２】電極の複数のペアを使用する本発明により構成される一方向変換器の一変更形態を例示する図である。
【図３】変換器電極および反射器の複数のペアを使用することによるＳＡＷデバイスの変換率および反射率の調整を例示する図である。
【図４】図１に例示されているタイプの周期的分布ＳＰＵＤＴセルを使用し本発明により構成される基本的な一方向ＳＡＷ変換器を例示する図である。
【図５】本発明により構成される少なくとも１つの一方向変換器を使用するＳＡＷフィルタを例示する図である。
【図６】共通音響チャネルで弾性表面波を発生する並列接続ＳＡＷ変換器を例示する図である。
【図７】本発明により構成される少なくとも１つの一方向変換器を使用するＳＡＷタグを例示する図である。
【図８Ａ】変換器からさまざまな距離にある圧電基板上の交信パルスの振幅および位相に対する回折波形を例示する図である。
【図８Ｂ】変換器からさまざまな距離にある圧電基板上の交信パルスの振幅および位相に対する回折波形を例示する図である。
【図８Ｃ】変換器からさまざまな距離にある圧電基板上の交信パルスの振幅および位相に対する回折波形を例示する図である。
【図８Ｄ】変換器からさまざまな距離にある圧電基板上の交信パルスの振幅および位相に対する回折波形を例示する図である。
【図８Ｅ】変換器からさまざまな距離にある圧電基板上の交信パルスの振幅および位相に対する回折波形を例示する図である。
【図８Ｆ】変換器からさまざまな距離にある圧電基板上の交信パルスの振幅および位相に対する回折波形を例示する図である。
【図９】交信パルスの回折場と実質的に一致するように配列された本発明により構成される圧電素子上の反射器を例示する図である。
【図１０】図９に詳しく例示されているタイプの反射器を使用する代表的なＳＡＷタグの図である。
【図１１】交信パルスの回折場の振幅および一定位相の等高線の両方に実質的に一致する本発明により構成されるセグメント分割された金属製開回路反射器の代表的な例の図である。
【技術分野】
【０００１】
本出願は、同一出願人による、参照により本明細書に組み込まれている、「Ａ Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈａｓｅ Ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ＳＡＷ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ」という表題の２００３年１０月８日に出願した米国仮出願第６０／５０９，６９３号の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明は、一般に、弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスを対象とし、より具体的には、単相一方向弾性表面波変換器、およびＳＡＷデバイス用の改良された反射器を対象とする。
【背景技術】
【０００３】
電子デバイスの小型化の際限のないトレンドが、より小さく効率のよいコンポーネントの開発圧力を高めている。例えば、無線通信システムでは、信号処理に使われる受動素子、特に動作周波数が１ＧＨｚを超える素子の性能向上がますます求められている。ＳＡＷフィルタの場合、通常要求される特性には、低い挿入損失、低い通過域リップル、高度の位相の直線性、および高い選択性がある。これらの要求に応えるため、単相一方向変換器（ＳＰＵＤＴ）がよく使用される。ＳＰＵＤＴデバイスは、ＳＡＷセンサおよびＳＡＷ無線ＩＣタグにも使用できる。
【０００４】
ＳＰＵＤＴ構造は、それぞれのユニット・セル内で、変換の中心が反射の中心に関してシフトするように反射器および変換器を配置する必要がある。理想的には、この位相シフトは、±π／２に等しくなければならない。ほとんどのＳＰＵＤＴ構造では、幅が１／８レイリーＳＡＷ波長である電極および幅が１／４から３／８波長の範囲の反射器を使用して、非反射変換を得る。ほとんどの場合、電極は、幅が１／８波長以下である。したがって、ＧＨｚ範囲では、電極の限界寸法は、光リソグラフィに基づく大規模加工技術の実現性の限界を超える。
【０００５】
２ＧＨｚ以上の周波数で動作するＳＡＷデバイスでは、波長は約２μｍである。そのため、幅が１／８波長の電極は絶対的な幅が約０．２５μｍである。厚さが１波長の２％から１０％の範囲である場合、電極の絶対的高さは、約４０〜２００ｎｍである。電極のアルミニウムの断面がこのように小さいので、抵抗損失は甚だしく高くなる。このような理由から、ＳＰＵＤＴ変換器は、１ＧＨｚを超えるときにはめったに使用されない。
【０００６】
したがって、当該技術で必要なのは、光リソグラフィに基づく大規模加工技術を使用して製造可能な１ＧＨｚを超える高さの周波数で基板上で動作可能な低損失一方向変換器である。
【０００７】
さらに当該技術で必要なのは、ＳＡＷ無線ＩＣタグとともに使用する優れた反射器構成である。ＳＡＷ無線ＩＣタグの場合、変換器生成交信パルスへの応答で反射されたエネルギーを可能な限り多く取り込めることが重要である。基板上に配置されたアルミニウム反射器が変換器と同じサイズの場合、またその反射器がまっすぐであり、交信パルスに対し実質的に垂直である場合、変換器から発生したかなりの量のエネルギーが反射パルスに含まれることにはならない。これは、変換器から離れてＳＡＷタグ表面を進行してゆくときにサイズが拡大するという事実により、変換器から発生するパルスの一部が反射器に影響を及ぼすことがないからである。
【０００８】
そのため、当該技術で必要なのは、より活発な反射信号を変換器に戻すために交信パルス・エネルギーのより多くを取り込める能力を持つＳＡＷタグ上で使用するのに優れている反射器である。
【特許文献１】米国仮出願第６０／５０９，６９３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来技術の上述の欠陥に対処するために、本発明は、ＳＡＷデバイスの一方向変換器を提供する。一実施形態では、このデバイスは、（１）伝搬のＳＡＷの方向に垂直な開回路反射器が配置される圧電基板上の定められた領域、および（２）定められた領域内に配置され、対向するバス・バーに接続された低反射率変換器電極のペアであって、ＳＡＷ伝搬の方向に垂直で、電極のペアの励起中心が反射器からＳＡＷの中心周波数のレイリー波長の約７／８のところに配置されるように位置決めされた、低反射率変換器電極のペアを含む。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そのため、本発明は、ＳＡＷ基板上で一方向にＳＡＷのエネルギーを集中させる変換器を提供する。このようなデバイスは、ＳＡＷ無線ＩＣタグなどのＳＡＷデバイスの場合に有利である。ＳＡＷ ＲＦＩＤタグでは、反射信号の１つの集合のみを取り扱うことが望ましい。さらに、本発明では、他の方法だと捨てられてしまう変換器から発生するエネルギーがＳＡＷ交信パルスのエネルギーに加えられるため、より活発な交信パルスを提示する。
【００１１】
一実施形態では、本発明は、定められた領域がＳＡＷの中心周波数におけるレイリー波長の２倍に、正整数−１を掛けたＳＡＷの中心周波数のレイリー波長を加えた値におおよそ等しい距離のところにあるようにする。他の実施形態では、変換器電極は、ＳＡＷの中心周波数におけるレイリー波長の約１／２の距離で隔てられる。さらに他の実施形態では、変換器電極は、それぞれ、ＳＡＷの中心周波数においてレイリー波長の約１／４の幅を持つ。
【００１２】
製造上の便宜のため、反射器と変換器電極の両方にアルミニウムを使用すると役立つ。本発明の一実施形態では、電極が低い全反射率を持つことを提示する。本発明のいくつかの実施形態のうちの１つでは、電極は、ＳＡＷの中心周波数でレイリー波長の１／１０にほぼ等しい太さを持つ。本発明の有利な一実施形態は、機械的な反射率が電極のペアと反射器の反射率の電気的部分と比べて反対の符号を持つような圧電基板を備えるデバイスを提示する。このような圧電基板は、１２８°ＬｉＮｂＯ３である。
【００１３】
さらに他の実施形態では、電極の幅は、１／４波長よりも小さい。さらに他の実施形態では、反射器の幅は、０．３波長と０．５波長の間である。
【００１４】
本発明の有利な一実施形態では、約１／４波長の幅を持ち、約１／２波長の距離で隔てられている少なくとも２つの開回路反射器を提示する。本発明の他の実施形態では、反射器からＳＡＷの中心周波数におけるレイリー波長の約７／８のところに配置されている、電極のペアの励起中心は、レイリー波長の７／８のプラスまたはマイナス１０パーセントに等しい量だけ変化させられる。
【００１５】
本発明の有用な一実施形態では、電極の複数のペアを用意し、それらのペアのそれぞれが複数の波長分に等しい距離のところでオフセットされ、同じ極性順序で同じバス・バーに接続されるようにする。他の実施形態では、デバイスは、さらに、複数の同等の反射器からなり、それぞれの反射器は、反射器が電極とオーバーラップしないように互いから複数の波長分に等しい距離のところでオフセットされる。
【００１６】
このデバイスの他の有用な実施形態では、定められた領域の周期的集まりからなるようにする。この実施形態では、定められた領域の周期的集合は、準周期的に配置され、その周期は、定められた領域の長さに等しいか、または整数倍の波長分だけその長さよりも長く、波長は圧電基板の全長にそってゆっくり変化（チャープ）する。本明細書で説明されているような発明は、低損失アプリケーション用の一方向ＳＡＷ変換器として使用すると役立つ。
【００１７】
本発明のさらに他の実施形態では、並列音響サブチャネル内に配置され、１波長分だけ隔てられ、波の伝搬方向に垂直であり、電気的に並列接続されている、複数の定められた領域を提示する。
【００１８】
もちろん、本発明の特に有用なアプリケーションは、ＳＡＷＩＣタグで使用される。そのため、本明細書で説明されているデバイスは、定められたスペースがＳＡＷＩＣタグ上に配置されている場合に使用すると役立つ。
【００１９】
本発明のきわめて有用な実施形態は、（１）ＳＡＷ変換器が配置されている圧電基板、および（２）ＳＡＷ変換器により発生される交信パルスへの応答を反射するため基板上にある、交信パルスの回折場と実質的に一致するように基板上に配列されている反射器からなるＳＡＷデバイスを提示する。一実施形態では、反射器は、交信パルスの遠隔場内に配置されるが、他の実施形態では、近接場内に配置される。
【００２０】
もちろん、デバイスは、さらに、基板上に配列された複数の反射器で構成することもできる。このような場合、複数の反射器のうち少なくとも１つを交信パルスの近接場内に配置し、複数の反射器のうち少なくとも１つを交信パルスの遠隔場内に配置することができ、それでも、本発明の意図された範囲内に収めることができる。
【００２１】
本発明は、さらに、交信パルスの回折場内の一定位相の等高線に実質的に一致するように反射器を湾曲させることも提示する。さらに他の実施形態では、反射器は、交信パルスの回折場内の一定振幅の等高線に実質的に一致するように湾曲される。さらに他の実施形態では、反射器は、交信パルスの回折場内の一定位相の等高線と一定振幅の等高線の両方に実質的に一致するように湾曲される。特に有用な実施形態では、反射器が、実質的湾曲形状を形成し、交信パルスの回折場内の一定振幅の等高線または一定位相の等高線のいずれかに実質的に一致するようにセグメントに分割されることを提示する。
【００２２】
また本発明を使用することで、反射された信号が交信パルスの振幅および位相分布に実質的に一致するように反射器が反射パルスを変換器に集束させることができ有益である。
【００２３】
本発明は、反射器が開回路金属ストリップまたは短絡回路のいずれかであるときに使用すると役立つ。また、非金属製反射器の場合にも使用すると役立つ。本発明の有用な一実施形態では、反射器をセグメントに分割することを提示する。セグメント分割された反射器の場合、有用な一実施形態では、１／４波長にほぼ等しいセグメントのそれぞれの間にスペースを設ける。他の実施形態では、反射器は、交信パルスのメインローブおよび第１サイドローブを包含するように設計される。反射器が交信パルスのメインローブと第１サイドローブを包含する一実施形態では、８個のセグメントがメインローブに使用され、４個のセグメントが全部で１６個のセグメントでサイドローブのそれぞれに使用される。
【００２４】
本発明の重要な一実施形態は、（１）ＳＡＷ変換器が配置されている圧電基板、および（２）ＳＡＷ変換器により発生される交信パルスへの応答を反射するため基板上にある、交信パルスの回折場の振幅および位相と実質的に一致するように実質的湾曲形状で基板上に配列されている反射器を備えるＳＡＷデバイスを提示する。
【００２５】
前段では、当業者であれば後の本発明の詳細な説明をよく理解できるように本発明の好ましい特徴および代替え特徴の概要を述べている。これ以降、本発明の請求項の主題を形成する本発明の追加の特徴について説明する。当業者であれば、開示されている概念および特定の実施形態を本発明と同じ目的を実施するため他の構造を設計または修正する場合の基盤として容易に使用できることは理解するであろう。また、当業者であれば、そのような同等の構造が本発明の精神および範囲から逸脱しないことも理解するであろう。
本発明をより完全に理解できるように、付属の図面とともに以下の説明が参照される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
最初に図１を参照すると、本発明により構成される一方向変換器デバイス１００が例示されている。表面１５５上にセル１１０が配置された圧電基板１５０の上面図が示されている。セル１１０は、ＳＡＷレイリー波長の約２倍の長さ１２０を持つ（圧電基板１５０上で発生するＳＡＷの中心周波数のところで決定される）。セル１１０内には、強反射の幅１／２波長の浮動または開回路反射器１３０および圧電基板上でＳＡＷを励起するために使用される弱反射の幅１／４波長の電極１４０のペアが示されている。電極１４０はそれぞれ、電極１４０が反対極性のバス・バー１６０に接続されるようにバス・バー１６０に接続されている。例示されているデバイス１００は反対極性のバス・バー１６０に接続された電極１４０のペアを備え、それにより、浮動反射器１３０の内部反射を使用して、電極１４０を一方向ＳＡＷ変換器にする。
【００２７】
本発明では、ＳＡＷパルスの中心周波数におけるレイリー波長の約２倍に、正整数−１を掛けたレイリー波長を加えた長さ１２０を持つスペース内の圧電基板１５０上に構成された一方向ＳＡＷ変換器を提示する。図１に例示されている実施形態において、正整数は１と仮定され、したがって、長さ１２０はレイリー波長の２倍に等しい。ＳＡＷの伝搬１７０の方向は左から右である。電極１４０は、アルミニウムとすることができ、伝搬１７０の方向にほぼ垂直な形で配置され、レイリー波長の約１／２の距離だけ隔てられる。電極１４０はそれぞれ、幅が約１／４レイリー波長であり、それぞれ、反対極性のバス・バー１６０に接続される。
【００２８】
セル１１０内には、電極１４０のペアに並列に配向された開回路反射器１３０（アルミニウム製とすることができる）が配置される。反射器１３０は、反射の中心が、電極１４０間の間隙の中心となっている、電極１４０のペアの励起中心から約７／８波長の距離のところに配置されるように位置決めされる。ＳＡＷの主要な方向は、反射器１３０から電極１４０のペアに向かう方向である。
【００２９】
いくつかの圧電基板１５０では、反射性を有する機械部品は、反射性を有する電気部品と比較して反対の符号を持つ。このような圧電基板１５０を使用することで、幅１／４波長の浮動または短絡回路反射器１３０および電極１４０の低損失が達成されるが、それは、電極１４０の全反射率が実質的に相殺されるからである。このような基板材料の一例として、１２８°ＬｉＮｂＯ３があり、その場合、幅１／４波長の電極１４０は１波長の約．１％から１０％に等しいアルミニウム製電極１４０の太さに対して弱反射である。Ｃｕの割合が低いＡｌＣｕなどのアルミニウムをベースとする合金も、反射器および電極の材料として使用できる。反射率を最大にするため、開回路反射器１３０の幅は、０．３波長から０．５波長の範囲内である。反射の中心は、幅の広い短絡回路または浮動反射器１３０の近似的中心にあり、また励起の中心は、幅１／４波長の電極１４０の間の間隙の中心にある。反射中心から励起中心までの公称距離を、対応するシフト量だけセル１１０内の反射器１３０の位置を調整することにより１波長の１０％以内で変化させて、最適な一方向性を見つけることができる。図１では、ＳＡＷは、主に右へ伝搬する。セル１１０内の発生した前方伝搬波と反射された前方伝搬波の比較（電極１４０内の幅１／４波長のフィンガーの反射を無視する）から、位相差は４πに等しく、したがって、伝搬波は建設的干渉を生じることがわかる。反射位相係数は＋π／２であり、ただし１２８°ＬｉＮｂＯ３上の開反射器の中心を基準点とする。反対方向では、発生した信号と反射された信号との位相差は、５πであり、互いに相殺し合う傾向がある。間隙を含む、この構造におけるすべての限界寸法は、１／４波長のオーダーである。
【００３０】
１２８°ＬｉＮｂＯ３が幅１／４波長の電極１４０で使用される場合、電極１４０は、厚さが１波長の０．１％から１０％の金属については弱反射である。実際、１２８°ＬｉＮｂＯ３ｉについては、１％から８％の範囲のアルミニウムの厚さが本発明の目的に最もかなっている。厚さ範囲は、薄い場合には抵抗性が上がることと厚い場合には高アスペクト比のアルミニウム縦断面を得ることが困難であることにより制限される。さらに、それぞれの特定の厚さについて、電極１４０の消滅反射率に対応する金属化比（ａ／ｐ）を見つけるか、または決定することができる。
【００３１】
例えば、短絡回路の長い回折格子では、ａ／ｐ＝０．５に対する反射係数は、２．５％の相対的アルミニウム厚さについてゼロに近い。厚さがあるほど、反射率を下げるために金属化比を小さくしなければならない。単一の幅１／２波長の浮動または開回路反射器１３０では、反射係数は、幅１／４波長の短絡回路電極１４０に対する反射係数よりも著しく高く、最大値は０．３から０．５の間の金属化比ａ／ｐについて生じることがわかる。
【００３２】
反対符号の機械的反射および電気的反射の特性を示す電極および反射器の他の基板および材料に類似のアプローチを適用することができることは明白である。この基準を満たす他の例は、ＹＺ−ＬｉＮｂＯ３である。本発明の重要な特徴は、上述の構造を弱反射電極１４０および強反射器１３０として使用することである。
【００３３】
次に図２を参照すると、反射器２３０のペアとともに変換器を使用する一方向変換器デバイス２００の一実施形態が例示されている。この実施形態では、セル２１０は、浮動または開回路反射器２３０のペアを備え、それぞれの反射器２３０は１／４波長に近い幅を持つペアとなっている。約１／２波長のペア内の反射器２３０のそれぞれの間は分離されている。反射の中心は、２つの反射器２３０の間の分離距離の真ん中にあるとみなされる。電極２４０の反射中心から励起中心までの公称距離は、７／８波長であり、対応するシフト量だけユニット・セル２１０内の反射器２３０の位置を調整することにより変換器電極２４０の周期の±１０％以内で変化させて、最適な一方向性を見つけることができる。反射器２３０のペアは、２つのバス・バー２６０に順次接続されている変換器電極２４０の２つのペアの間に置かれる。この構造の限界寸法は、１／８波長のオーダーであり、このため、この構造は図１に関して上で説明されている構造に比べて高周波アプリケーションにとってはあまり魅力のないものとなっている。
【００３４】
次に図３を参照すると、それぞれの追加電極３４５ペアが電極の第１のペアから複数波長分の距離のとこでオフセットされ、電極３４０の第１のペアと同じ極性順で同じバス・バー３６０に接続されている電極３４０の第１のペアと本質的に同等である電極３４５の少なくとももう１つのペアをＳＡＷデバイス３００が備える一実施形態が例示されている。
【００３５】
他の実施形態では、ＳＡＷデバイスは、第１の反射器３４０と本質的に同等の少なくとももう１つの反射器３４５を備え、追加の反射器３３５はそれぞれ、第１の反射器３３０から複数の波長分の距離のところでオフセットされ、電極３４５の追加のペアが存在する場合、波長の数（ｍ）は、ｍ≠ｎ＋１とされ、反射器３３０、３３５が変換器電極３４０、３４５と重なることを回避する。ここで、正の数ｎ、ｍは、右に向かうシフトに対応する。この手順で、構造にそって電極３４０、３４５および反射器３３０、３３５の変換器ペアの数を変化させることができ、それにより、性能が向上した重み付き一方向構造が作られる。
【００３６】
次に図４を参照すると、図１で説明されている同一セクションの周期的集まりを含むＳＡＷデバイス４００が例示されており、変換器電極４４０は、反対極性のバス・バー４６０に周期的に接続され、周期は２波長に等しい。ここで、それぞれのセクションにおいて、電極４４０の１つのペアのみが使用され、反射器４３０は、幅１／２波長を含むだけであり、浮動または開回路である。この実施形態は、重みなし一方向ＳＡＷ変換器に対応する。シングル・エンドの回路では、信号はバス・バー４６０の１つに接続され、他のバス・バー４６０は接地されることは明白である。この一方向変換器は、低損失のＳＡＷの発生に使用することができ、また例えば、ＳＡＷセンサ、アクチュエータなどの多数のアプリケーションを有する。
【００３７】
次に図５を参照すると、フィルタ・アプリケーションに関する本発明の一実施形態が例示されており、そこでは、少なくとも１つの一方向ＳＡＷ変換器５００が、入力変換器として動作し、同じ音響チャネル５７０でＳＡＷを発生する入力バス・バー５６０に接続され、概略が例示されている受信側変換器５９０が、同じ音響チャネル５７０内に置かれた出力バス・バー５６５に接続されている。受信側変換器５９０は、２つよりも多い電極５４５を備えることに留意されたい。また、変換器は、本発明の実施形態のどれにおいても任意の個数の電極を備えることができ、それでも本発明の意図された範囲内にあることに留意されたい。
【００３８】
次に図６を参照すると、少なくとも２つの一方向ＳＡＷ変換器６００が開口Ｗの並列音響サブチャネル６１０内に置かれ、波の伝搬方向に垂直な方向でその波長に相当する距離で隔てられ、電気的に並列接続されている本発明の一実施形態が例示されている。図に示されている特定のケースでは、４つの一方向変換器が並列接続されている。変換器は、１波長のオーダーの幅を有する、狭いバス・バー６８２、６８３により隔てられている。すべての変換器により順方向（右）に向かって発生するＳＡＷは、全開口が４Ｗに近い単一の音響ビームを生成する。前記変換器の並列接続により、抵抗損失および回折損失が減少する。
【００３９】
図７には、１つの一方向変換器７００およびＳＡＷＩＣタグ７２０が音響チャネル７１０で適用され、そのようなＳＡＷＩＣタグ７２０を帯びたデバイスの識別コードに対応する応答信号を発生するＳＡＷタグ・アプリケーションに使用されるＳＡＷデバイスが例示されている。
【００４０】
ＳＡＷデバイスで使用されるいくつかの知られているソリューションを本発明に適用することができることは明白である。例えば、前記一方向変換器は、チャープ化できる、つまり、これは、セクションの長さに等しい、または波長の整数倍だけセクションの長さよりも長い、周期で準周期的に配置される多数の前記セクションを含み、波長は構造の全長にそってゆっくりと変化するということである。
【００４１】
他の可能性は、扇形構造の使用である。当業者にとっては、このような標準的な変更形態が本発明の範囲に含まれることは明白である。
【００４２】
本発明で１／４波長以上の幅の電極を使用すると、２〜３ＧＨｚの周波数範囲までの標準的なリソグラフィ技術によりデバイスを製造することができる。幅の広い浮動電極を反射器として使用すると、特に、ＳＡＷタグなどの開口の広さが重要であるアプリケーションでは、抵抗損失が劇的に減少する。
【００４３】
次に図８Ａ〜８Ｆを参照すると、変換器からさまざまな距離にある圧電基板上の交信パルスの振幅８１０および位相８２０に対する回折波形が例示されている。両極端を扱う上で、図８Ａには近接場波形が例示され、図８Ｆには、遠隔場波形が例示されている。図８Ｆからわかるように、交信パルスは、変換器から離れるにつれ、広がり、発散する。図８Ｆは、パルスの振幅８１０および位相８２０の両方がメインローブ８３０およびサイドローブ８３５を持ち、これは、メインローブ８３０への段部のように見える。これらのローブ８３０、８３５は、反射されるエネルギーの大半をなす。この反射エネルギーを可能な限り捕捉しようとすることは有益である。
【００４４】
次に図９を参照すると、交信パルスの回折場と実質的に一致するように配列された本発明により構成される圧電素子上の反射器が例示されている。図１０には、図９に詳しく例示されているタイプの反射器１０１０を使用する代表的なＳＡＷタグ１０００が例示されている。図からわかるように、本発明により構成される反射器１０１０は、図８Ａに示されているエネルギーを捕捉するため交信パルスの近接場１０２０、または図８Ｆに示されているエネルギーを捕捉するため交信パルスの遠隔場１０３０のいずれかの中で使用することができる。もちろん、複数のこのような反射器１０１０は、一般に、ＳＡＷ ＲＦＩＤタグ１０００の場合に使用されるが、これは、本明細書で説明されているタイプの１つまたは複数の反射器１０１０は基板上の近接場１０２０で、また他の反射器は同じ基板上の遠隔場１０３０で使用できることを意味し、すべて本発明の意図された範囲内にある。
【００４５】
図９に例示されているように、反射器は、交信パルスの回折場内で、一定位相の等高線と一定振幅の等高線、またはその両方に実質的に一致するような形状または湾曲を有する。もちろん、非金属製反射器が使用される場合、または金属製反射器の場合に反射器が電気的に絶縁されていない場合、交信パルスの一定位相の等高線に一致するだけでよい。
【００４６】
交信パルスの回折場内の一定位相の等高線または一定振幅の等高線に一致する基本的湾曲形状を形成するために反射器をセグメントに分割することにはかなりの利点がありうる。これは、近似するために小さな直線を使用することに比べて信号等高線に一致する曲線を形成することは困難であるため、製造の観点からは有利である。セグメント分割の他の利点は、金属製反射器の場合、反射器の電圧を比較的容易に制御できるという点である。本発明の一実施形態では、反射器を、変換器により伝搬されるＳＡＷの中心周波数の１／４に近いスペースで隔てられた複数のセグメントに分割すると都合がよいことがわかっている。
【００４７】
反射器を湾曲させる他の利点は、変換器により検出されたときに交信パルスと同じ近似形状を応答パルスに持たせるように反射信号を集束させることができるという点である。したがって、応答パルスは、反射器に到達する交信パルスの部分と実質的に同じ位相および振幅を持つことになる。
【００４８】
本明細書で説明されている設計は、開回路反射器または短絡回路反射器の両方に使用することができる。また、非金属製反射器にも使用できる。非金属製および短絡金属製反射器の場合、交信信号の一定位相の等高線に一致するだけでよい。
【００４９】
図８Ｆからわかるように、反射器が交信パルスのメインローブ８３０および第１サイドローブ８３５を包含することが有利である。もちろん、近接場反射器の場合、図８Ａからわかるように、反射器はメインローブ８３０を包含するだけでよいが、それは、サイドローブ８３５が実質的に識別不可能であるからである。セグメント分割された反射器が使用されるときに遠隔場の場合、サイドローブ８３５のそれぞれに対する４つのセグメントおよびメインローブ８３０に対する８つのセグメントを反射器内の全部で１６個のセグメントに使用することが有利であることが判明している。
【００５０】
図１１を参照すると、交信パルスの回折場の振幅および一定位相の等高線の両方に実質的に一致する本発明により構成されるセグメント分割された金属製開回路反射器の代表的な例が示されている。
【００５１】
本発明は詳細に説明されているが、当業者であれば、その最も広範な形態で、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書においてさまざまな変更、置換、および改変を行うことができることを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明により構成される一方向変換器デバイスを例示する図である。
【図２】電極の複数のペアを使用する本発明により構成される一方向変換器の一変更形態を例示する図である。
【図３】変換器電極および反射器の複数のペアを使用することによるＳＡＷデバイスの変換率および反射率の調整を例示する図である。
【図４】図１に例示されているタイプの周期的分布ＳＰＵＤＴセルを使用し本発明により構成される基本的な一方向ＳＡＷ変換器を例示する図である。
【図５】本発明により構成される少なくとも１つの一方向変換器を使用するＳＡＷフィルタを例示する図である。
【図６】共通音響チャネルで弾性表面波を発生する並列接続ＳＡＷ変換器を例示する図である。
【図７】本発明により構成される少なくとも１つの一方向変換器を使用するＳＡＷタグを例示する図である。
【図８Ａ】変換器からさまざまな距離にある圧電基板上の交信パルスの振幅および位相に対する回折波形を例示する図である。
【図８Ｂ】変換器からさまざまな距離にある圧電基板上の交信パルスの振幅および位相に対する回折波形を例示する図である。
【図８Ｃ】変換器からさまざまな距離にある圧電基板上の交信パルスの振幅および位相に対する回折波形を例示する図である。
【図８Ｄ】変換器からさまざまな距離にある圧電基板上の交信パルスの振幅および位相に対する回折波形を例示する図である。
【図８Ｅ】変換器からさまざまな距離にある圧電基板上の交信パルスの振幅および位相に対する回折波形を例示する図である。
【図８Ｆ】変換器からさまざまな距離にある圧電基板上の交信パルスの振幅および位相に対する回折波形を例示する図である。
【図９】交信パルスの回折場と実質的に一致するように配列された本発明により構成される圧電素子上の反射器を例示する図である。
【図１０】図９に詳しく例示されているタイプの反射器を使用する代表的なＳＡＷタグの図である。
【図１１】交信パルスの回折場の振幅および一定位相の等高線の両方に実質的に一致する本発明により構成されるセグメント分割された金属製開回路反射器の代表的な例の図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスであって、
ＳＡＷ伝搬方向に垂直な開回路反射器が配置されている圧電基板上の定められた領域と、
前記定められた領域内に配置され、対向するバス・バーに接続された低反射率変換器電極のペアであって、前記電極は前記ＳＡＷ伝搬の方向に垂直であり、電極の前記ペアの励起中心が前記反射器から前記ＳＡＷの中心周波数のレイリー波長の約７／８のところに配置されるように位置決めされた、低反射率変換器電極のペアとを備える弾性表面波（ＳＡＷ）デバイス。
【請求項２】
前記定められた領域は、前記ＳＡＷの中心周波数における前記レイリー波長の２倍に、正整数−１を掛けた前記ＳＡＷの中心周波数の前記レイリー波長を加えた値におおよそ等しい距離のところにある請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記電極は、前記ＳＡＷの中心周波数における前記レイリー波長の約１／２の距離で隔てられる請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記電極はそれぞれ、前記ＳＡＷの中心周波数における前記レイリー波長の約１／４の幅を有する請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記開回路反射器は、アルミニウム製である請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記電極は、アルミニウム製である請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記電極は、全反射率が低い請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記電極は、前記ＳＡＷの中心周波数における前記レイリー波長の１／１０におおよそ等しい厚さを有する請求項６に記載のデバイス。
【請求項９】
さらに、前記機械的な反射率が電極の前記ペアと前記反射器の反射率の前記電気的部分と比べて反対の符号を持つような圧電基板を使用することを含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記圧電基板は、１２８°ＬｉＮｂＯ３である請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記電極の幅は、１／４波長よりも短い請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記反射器の幅は、０．３波長から０．５波長の間である請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
さらに、約１／４波長の幅を持ち、約１／２波長の距離で隔てられている少なくとも２つの開回路反射器を備える請求項１に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記反射器から前記ＳＡＷの中心周波数におけるレイリー波長の約７／８のところに配置されている電極の前記ペアの前記励起中心は、レイリー波長の前記７／８のプラスまたはマイナス１０パーセントに等しい量だけ変化する請求項１に記載のデバイス。
【請求項１５】
さらに、電極の複数のペアを備え、電極の前記ペアのそれぞれは複数の波長分に等しい距離のところでオフセットされ、同じ極性順序で同じバス・バーに接続される請求項１に記載のデバイス。
【請求項１６】
さらに、複数の同等の反射器を備え、それぞれの反射器は前記反射器が前記電極とオーバーラップしないように互いから複数の波長分に等しい距離のところでオフセットされる請求項１に記載のデバイス。
【請求項１７】
さらに、前記定められた領域の周期的な集合を含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記定められた領域の前記周期的集合は、準周期的に配置され、前記周期は、前記定められた領域の長さに等しいか、または整数倍の波長分だけ前記長さよりも長く、前記波長は前記圧電基板の全長にそってゆっくり変化（チャープ）する請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記デバイスは、低損失のアプリケーション用の一方向ＳＡＷ変換器として使用される請求項１に記載のデバイス。
【請求項２０】
さらに、並列音響サブチャネル内に配置され、前記波の前記伝搬方向に垂直な前記波長に相当する距離で隔てられ、電気的に並列接続される複数の前記定められた領域を備える請求項１に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記定められたスペースは、ＳＡＷＩＣタグ上に配置される請求項１に記載のデバイス。
【請求項２２】
ＳＡＷデバイスであって、
ＳＡＷ変換器が配置されている圧電基板と、
前記ＳＡＷ変換器により発生する交信パルスへの応答を反射するための前記基板上の反射器であって、前記交信パルスの前記回折場に実質的に一致するように前記基板上に配列された、反射器とを備えるＳＡＷデバイス。
【請求項２３】
前記反射器は、前記交信パルスの遠隔場内に配置される請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記反射器は、前記交信パルスの近接場内に配置される請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２５】
さらに、前記基板上に配列された複数の反射器を備える請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記複数の反射器のうちの少なくとも１つは、前記交信パルスの前記近接場内に配置され、前記複数の反射器のうちの少なくとも１つは、前記交信パルスの遠隔場内に配置される請求項２５に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記反射器は、前記交信パルスの回折場内で一定位相の等高線に実質的に一致するように湾曲される請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２８】
前記反射器は、前記交信パルスの回折場内で一定振幅の等高線に実質的に一致するように湾曲される請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２９】
前記反射器は、前記交信パルスの回折場内で一定位相の前記等高線および一定振幅の前記等高線に実質的に一致するように湾曲される請求項２２に記載のデバイス。
【請求項３０】
前記反射器は、前記交信パルスの回折場内で一定位相の前記等高線または一定振幅の前記等高線のいずれかに実質的に一致する実質的湾曲形状を形成するようにセグメント分割される請求項２２に記載のデバイス。
【請求項３１】
前記反射器は、前記変換器により発生した前記交信パルスの振幅および位相分布に実質的に一致する反射パルスを前記変換器に集束させる請求項２９に記載のデバイス。
【請求項３２】
前記反射器は、開回路金属ストリップである請求項２２に記載のデバイス。
【請求項３３】
前記反射器は、短絡回路金属ストリップである請求項２２に記載のデバイス。
【請求項３４】
前記反射器は、非金属製である請求項２２に記載のデバイス。
【請求項３５】
前記反射器は、セグメント分割される請求項２２に記載のデバイス。
【請求項３６】
前記セグメントのそれぞれの間の前記スペースは、ほぼ１／４波長に等しい請求項３５に記載のデバイス。
【請求項３７】
前記反射器は、前記交信パルスのメインローブおよび第１サイドローブを包含する請求項２２に記載のデバイス。
【請求項３８】
前記反射器は、前記交信パルスの前記メインローブと前記第１サイドローブを包含し、８個のセグメントは、前記メインローブに使用され、４個のセグメントは、前記サイドローブのそれぞれに使用される請求項２７に記載のデバイス。
【請求項３９】
ＳＡＷデバイスであって、
ＳＡＷ変換器が配置されている圧電基板と、
前記ＳＡＷ変換器により発生する交信パルスへの応答を反射するための前記基板上の反射器であって、前記反射器は前記交信パルスの前記回折場の前記振幅および位相に実質的に一致する実質的湾曲形状で前記基板上に配列された、反射器とを備えるＳＡＷデバイス。
【請求項１】
弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスであって、
ＳＡＷ伝搬方向に垂直な開回路反射器が配置されている圧電基板上の定められた領域と、
前記定められた領域内に配置され、対向するバス・バーに接続された低反射率変換器電極のペアであって、前記電極は前記ＳＡＷ伝搬の方向に垂直であり、電極の前記ペアの励起中心が前記反射器から前記ＳＡＷの中心周波数のレイリー波長の約７／８のところに配置されるように位置決めされた、低反射率変換器電極のペアとを備える弾性表面波（ＳＡＷ）デバイス。
【請求項２】
前記定められた領域は、前記ＳＡＷの中心周波数における前記レイリー波長の２倍に、正整数−１を掛けた前記ＳＡＷの中心周波数の前記レイリー波長を加えた値におおよそ等しい距離のところにある請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記電極は、前記ＳＡＷの中心周波数における前記レイリー波長の約１／２の距離で隔てられる請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記電極はそれぞれ、前記ＳＡＷの中心周波数における前記レイリー波長の約１／４の幅を有する請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記開回路反射器は、アルミニウム製である請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記電極は、アルミニウム製である請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記電極は、全反射率が低い請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記電極は、前記ＳＡＷの中心周波数における前記レイリー波長の１／１０におおよそ等しい厚さを有する請求項６に記載のデバイス。
【請求項９】
さらに、前記機械的な反射率が電極の前記ペアと前記反射器の反射率の前記電気的部分と比べて反対の符号を持つような圧電基板を使用することを含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記圧電基板は、１２８°ＬｉＮｂＯ３である請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記電極の幅は、１／４波長よりも短い請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記反射器の幅は、０．３波長から０．５波長の間である請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
さらに、約１／４波長の幅を持ち、約１／２波長の距離で隔てられている少なくとも２つの開回路反射器を備える請求項１に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記反射器から前記ＳＡＷの中心周波数におけるレイリー波長の約７／８のところに配置されている電極の前記ペアの前記励起中心は、レイリー波長の前記７／８のプラスまたはマイナス１０パーセントに等しい量だけ変化する請求項１に記載のデバイス。
【請求項１５】
さらに、電極の複数のペアを備え、電極の前記ペアのそれぞれは複数の波長分に等しい距離のところでオフセットされ、同じ極性順序で同じバス・バーに接続される請求項１に記載のデバイス。
【請求項１６】
さらに、複数の同等の反射器を備え、それぞれの反射器は前記反射器が前記電極とオーバーラップしないように互いから複数の波長分に等しい距離のところでオフセットされる請求項１に記載のデバイス。
【請求項１７】
さらに、前記定められた領域の周期的な集合を含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記定められた領域の前記周期的集合は、準周期的に配置され、前記周期は、前記定められた領域の長さに等しいか、または整数倍の波長分だけ前記長さよりも長く、前記波長は前記圧電基板の全長にそってゆっくり変化（チャープ）する請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記デバイスは、低損失のアプリケーション用の一方向ＳＡＷ変換器として使用される請求項１に記載のデバイス。
【請求項２０】
さらに、並列音響サブチャネル内に配置され、前記波の前記伝搬方向に垂直な前記波長に相当する距離で隔てられ、電気的に並列接続される複数の前記定められた領域を備える請求項１に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記定められたスペースは、ＳＡＷＩＣタグ上に配置される請求項１に記載のデバイス。
【請求項２２】
ＳＡＷデバイスであって、
ＳＡＷ変換器が配置されている圧電基板と、
前記ＳＡＷ変換器により発生する交信パルスへの応答を反射するための前記基板上の反射器であって、前記交信パルスの前記回折場に実質的に一致するように前記基板上に配列された、反射器とを備えるＳＡＷデバイス。
【請求項２３】
前記反射器は、前記交信パルスの遠隔場内に配置される請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記反射器は、前記交信パルスの近接場内に配置される請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２５】
さらに、前記基板上に配列された複数の反射器を備える請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記複数の反射器のうちの少なくとも１つは、前記交信パルスの前記近接場内に配置され、前記複数の反射器のうちの少なくとも１つは、前記交信パルスの遠隔場内に配置される請求項２５に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記反射器は、前記交信パルスの回折場内で一定位相の等高線に実質的に一致するように湾曲される請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２８】
前記反射器は、前記交信パルスの回折場内で一定振幅の等高線に実質的に一致するように湾曲される請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２９】
前記反射器は、前記交信パルスの回折場内で一定位相の前記等高線および一定振幅の前記等高線に実質的に一致するように湾曲される請求項２２に記載のデバイス。
【請求項３０】
前記反射器は、前記交信パルスの回折場内で一定位相の前記等高線または一定振幅の前記等高線のいずれかに実質的に一致する実質的湾曲形状を形成するようにセグメント分割される請求項２２に記載のデバイス。
【請求項３１】
前記反射器は、前記変換器により発生した前記交信パルスの振幅および位相分布に実質的に一致する反射パルスを前記変換器に集束させる請求項２９に記載のデバイス。
【請求項３２】
前記反射器は、開回路金属ストリップである請求項２２に記載のデバイス。
【請求項３３】
前記反射器は、短絡回路金属ストリップである請求項２２に記載のデバイス。
【請求項３４】
前記反射器は、非金属製である請求項２２に記載のデバイス。
【請求項３５】
前記反射器は、セグメント分割される請求項２２に記載のデバイス。
【請求項３６】
前記セグメントのそれぞれの間の前記スペースは、ほぼ１／４波長に等しい請求項３５に記載のデバイス。
【請求項３７】
前記反射器は、前記交信パルスのメインローブおよび第１サイドローブを包含する請求項２２に記載のデバイス。
【請求項３８】
前記反射器は、前記交信パルスの前記メインローブと前記第１サイドローブを包含し、８個のセグメントは、前記メインローブに使用され、４個のセグメントは、前記サイドローブのそれぞれに使用される請求項２７に記載のデバイス。
【請求項３９】
ＳＡＷデバイスであって、
ＳＡＷ変換器が配置されている圧電基板と、
前記ＳＡＷ変換器により発生する交信パルスへの応答を反射するための前記基板上の反射器であって、前記反射器は前記交信パルスの前記回折場の前記振幅および位相に実質的に一致する実質的湾曲形状で前記基板上に配列された、反射器とを備えるＳＡＷデバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図８Ｅ】
【図８Ｆ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図８Ｅ】
【図８Ｆ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公表番号】特表２００７−５０８７５２（Ｐ２００７−５０８７５２Ａ）
【公表日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５３４４１６（Ｐ２００６−５３４４１６）
【出願日】平成１６年１０月８日（２００４．１０．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０３３３５３
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０３６８９８
【国際公開日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【出願人】（５０４２３５６５４）アールエフ ソウ コンポーネンツ，インコーポレーテッド (8)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月８日（２００４．１０．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０３３３５３
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０３６８９８
【国際公開日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【出願人】（５０４２３５６５４）アールエフ ソウ コンポーネンツ，インコーポレーテッド (8)
【Ｆターム（参考）】
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