弾性波素子と、これを用いた分波器
【課題】フィルタの振幅特性における通過帯域幅を広くすることができる弾性波素子を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の弾性波素子10は、圧電基板11の主表面12、及び裏面13は鏡面研磨が施されており、主表面12に入力インターディジタル電極14、出力インターディジタル電極15が設けられている。入力インターディジタル電極14から放射されたバルク波16は裏面13で反射されて出力インターディジタル電極15で受信される。さらに、入力インターディジタル電極14、もしくは出力インターディジタル電極15の少なくとも一方には交差幅重み付けが施されている。
【解決手段】本発明の弾性波素子10は、圧電基板11の主表面12、及び裏面13は鏡面研磨が施されており、主表面12に入力インターディジタル電極14、出力インターディジタル電極15が設けられている。入力インターディジタル電極14から放射されたバルク波16は裏面13で反射されて出力インターディジタル電極15で受信される。さらに、入力インターディジタル電極14、もしくは出力インターディジタル電極15の少なくとも一方には交差幅重み付けが施されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、弾性波素子と、これを用いた分波器に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来の弾性波素子を図面を用いて説明する。図12は、従来の弾性波素子の断面模式図である。
【0003】
図12にて、従来の弾性波素子120において、圧電基板121の主表面122、及び裏面123は水晶結晶軸に対して特定のカット角をもって切り出され、板状に形成されたものである。主表面122と裏面123には鏡面研磨が施されており、電気的エネルギーを振動エネルギーに変換、及び逆変換するインターディジタル電極124、125、及び126、127が設けられている。このような弾性波素子120の通過特性を図13に示す。振幅特性は狭帯域で帯域内特性が平坦でなく、通過帯域が狭い特性となる。なお、この先行技術は特許文献1に記載されている。
【0004】
また、図14に示すのは、従来の他の弾性波素子の断面模式図である。
【0005】
図14において、従来の弾性波素子140は、圧電基板141の主表面142に入力、及び出力のインターディジタル電極143、144が設けられている。本構成においては、入力、及び出力のインターディジタル電極143、144の交差幅は一様であり、振幅特性は、図15に示すように、狭帯域で帯域内特性が平坦でなく、交差幅重み付けに関して詳しい議論はなされていない。なお、この先行技術は非特許文献1に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開昭55−41069号公報
【非特許文献】
【0007】
【非特許文献1】IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics, Vol.SU-31, No.2, pp.67-76, 1984
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
従来の弾性表面波素子においては、トランスバーサル型フィルタの振幅特性を有しており、インターディジタル電極の対数を増やすと通過帯域幅が狭くなるという課題があった。また、従来の弾性波素子120、140においては、バルク波を用いており、波の放射角度が周波数によって変化するため、インターディジタル電極の対数を増やすことにより比較的広帯域な通過特性を実現できるが帯域内特性が平坦でないという課題があった。
【0009】
そこで本発明は、フィルタの振幅特性における通過帯域幅を広くすることができる弾性波素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
そして、この目的を達成するために本発明の弾性波素子は、入力インターディジタル電極、もしくは出力インターディジタル電極の少なくとも一方に電極指の配列方向においてインターディジタル電極の端から中央部に向けて交差幅が徐々に小さくなる部分を有するように交差幅重み付けを施したことを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
上記構成の様に、弾性波素子の入力、もしくは出力のインターディジタル電極に交差幅重み付けを施すことにより、フィルタの振幅特性における通過帯域幅を広くすることができる弾性波素子を提供することができるものである。
【0012】
これは、電極指の配列方向における入出力インターディジタル電極の中央部から端に向けて信号の送受信強度が弱まるので、入出力インターディジタル電極の端に向かうほど交差幅重み付け係数を大きくすることで、入出力インターディジタル電極の相対的に端に近い電極指で送受信するバルク波の周波数における振幅特性を良化させることができるからである。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の実施の形態1における弾性波素子の断面模式図
【図2】インターディジタル電極の説明図
【図3】本発明の実施の形態1における弾性波素子の交差幅重み付けを示す図
【図4】図3で示した交差幅重み付けを有する弾性波素子の振幅特性図
【図5】交差幅重み付けがない場合の弾性波素子の特性説明図
【図6】本発明の実施の形態1における弾性波素子の説明のための断面模式図
【図7】本発明の実施の形態1における弾性波素子の周波数と圧電基板の厚みの関係図
【図8】本発明の実施の形態1における弾性波素子の他の断面模式図
【図9】本発明の実施の形態1における弾性波素子の他の断面模式図
【図10】本発明の実施の形態1における弾性波素子の他の断面模式図
【図11】本発明の実施の形態1の弾性波素子を用いた分波器の構成模式図
【図12】従来の弾性波素子の断面模式図
【図13】図12の弾性波素子の振幅特性図
【図14】従来の他の弾性波素子の断面模式図
【図15】図14の弾性波素子の振幅特性図
【発明を実施するための形態】
【0014】
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1における弾性波素子について図面を参照しながら説明する。図1は、実施の形態1における弾性波素子10の断面模式図である。
【0015】
図1において、弾性波素子10は、圧電基板11の主表面12、及び裏面13には鏡面研磨が施されており、主表面12に入力インターディジタル電極14及び出力インターディジタル電極15が設けられたトランスバーサル型弾性波フィルタである。入力インターディジタル電極14から放射されたバルク波16は裏面13で反射されて出力インターディジタル電極15で受信される。
【0016】
圧電基板11は、圧電単結晶媒質であり、例えば、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)系媒質、タンタル酸リチウム(LiTaO3)系媒質、ニオブ酸カリウム(KNbO3)系媒質、もしくは水晶基板、または圧電体薄膜である。
【0017】
入出力インターディジタル電極14、15は、一対の櫛形電極が交差するように圧電基板11上に配置される。図2に示すのは、インターディジタル電極21の説明図である。なお、本図は、説明のため重み付けはない構成を用いている。圧電基板22の上に形成されたインターディジタル電極のこれら一対の櫛形電極23が交差する部分の長さを交差幅24という。これら入出力インターディジタル電極14、15は、金属からなり、例えば、アルミニウム、銅、銀、金、チタン、タングステン、白金、クロム、若しくはモリブデンからなる単体金属、又はこれらを主成分とする合金又はこれらの金属が積層された構成である。
【0018】
また、本発明の弾性波素子に用いているバルク波は、バルク波の放射角度が周波数によって変わるので、対数が多いほど広帯域化が可能であるという点で、従来の表面波を用いたトランスバーサル型のフィルタと異なる。
【0019】
図1の弾性波素子10において、圧電基板11はカット角が35.2度の水晶基板を用いており、圧電基板11の厚みHは10.1mmとしている。入力インターディジタル電極14の対数は40対であり、出力インターディジタル電極15の対数は50対であり、波長は(電極の1周期は)ともに42.5μmである。また、入力インターディジタル電極14と出力インターディジタル電極15との中央部間距離Lは24.8mmとしている。なお、ここで言う中央部とは、各インターディジタル電極の電極指配列方向(電極指延伸方向に垂直な方向)における中央部である。さらに、出力インターディジタル電極15には電極指の配列方向において入力インターディジタル電極14又は/及び出力インターディジタル電極15の端から中央部に向けて交差幅が段階的に小さくなる部分を有するように交差幅重み付けが施されている。
【0020】
図3に示すのは、出力インターディジタル電極15の重み付け係数を示す図である。出力インターディジタル電極15の両端においては振幅が大きく、中央部付近では振幅が小さくなるような重み付けとしている。さらに、振幅が負の値、すなわち位相が反転するような交差幅重み付けも施している。尚、入力インターディジタル電極14には交差幅重み付けは施していない。
【0021】
図4に示すのは、図3で示した重み付け係数を有する弾性波素子の振幅特性図である。横軸は通過特性の中心周波数で規格化しており、縦軸は、振幅の最小値で規格化している。また、図5に示すのは、入出力インターディジタル電極共に交差幅重み付けがない場合の弾性波素子の振幅特性図である。交差幅重み付けがない場合には、図3で示した重み付け係数が電極指の配列方向におけるインターディジタル電極の全ての位置で1.0となる。図3で示した本発明における弾性波素子の通過帯域における振幅特性は平坦であり、図4の振幅特性と比べても広帯域な特性となっている。
【0022】
このバルク波は、周波数によって放射される角度が異なり、そのため、交差幅重み付けがない場合には、図4で示したように通過帯域の狭い特性となる。一方、図2で示したように、電極指の配列方向における出力インターディジタル電極15の中央部から端に向けて受信強度が弱まるので、出力インターディジタル電極15の端に向かうほど交差幅重み付け係数を大きくすることで、出力インターディジタル電極15の相対的に端に近い電極指で受信するバルク波の周波数における振幅特性を改善することができるからである。
【0023】
次に、本発明の実施の形態1における弾性波素子の周波数と圧電基板の厚みの関係について述べる。図6に示すのは、本発明の実施の形態1における弾性波素子の周波数と圧電基板の厚みの関係を説明するための断面模式図である。
【0024】
図6において、弾性波素子60は、圧電基板61の主表面62、及び裏面63は鏡面研磨が施されており、主表面62に入力インターディジタル電極64、出力インターディジタル電極65が設けられている。入力インターディジタル電極64から放射されたバルク波66は裏面63で反射されて出力インターディジタル電極65で受信される。ここで、圧電基板61の厚みをHとし、入力インターディジタル電極64、出力インターディジタル電極65の中央部間の距離をLとする。また、1波長、すなわち入力インターディジタル電極64と出力インターディジタル電極65の1周期をλとする。入力インターディジタル電極64から放射されるバルク波66は圧電基板61の主表面に平行な方向から放射角θの方向に放射されるとする。このとき、放射されたバルク波66の波長λ’は、λ’=λcosθで表される。また、放射角θと圧電基板61の厚みH、入力、及び出力のインターディジタル電極の中央部間の距離Lとの関係は、tanθ=2H/Lで表される。また、放射されるバルク波66の周波数fは、f0を表面に沿って伝搬するバルク波の中心周波数として、f/f0=λ/λ’=1/cosθとなる。図7は本発明の実施の形態1における弾性波素子のバルク波周波数f/f0と圧電基板の厚みと電極の中央部間距離の比H/Lの関係図である。図7より、本実施の形態1の弾性波素子は、圧電基板の厚みHが厚いほど、また、入力インターディジタル電極と出力インターディジタル電極の中央部間の距離Lが短いほど、バルク波周波数fが高くなる。すなわち、表面波を用いたデバイスではインターディジタル電極の表面波の音速と櫛型電極の間隔(ピッチ)により周波数が決定されるが、このようなバルク波を用いたデバイスでは、圧電基板の厚みHと入力インターディジタル電極と出力インターディジタル電極の中央部間の距離Lとの設定により、周波数の高いバルク波を選択して伝達することができるため、インターディジタル電極の微細化を必要とすることなく、高周波化が可能となる。
【0025】
また、本計算においては、裏面におけるバルク波の入射角と反射角が同じとして計算しているが、この関係は圧電基板の異方性により変わるもので、入射角と反射角が等しくない場合もある。
【0026】
以上、説明したように、本発明の弾性波素子は、出力インターディジタル電極に重み付けを施すことにより、広帯域な通過特性を有する弾性波素子を実現でき、さらに、バルク波の裏面での反射を利用することにより、インターディジタル電極の微細化を必要とすることなく、高周波化を実現することができる。
【0027】
なお、本実施の形態においては、圧電基板11をカット角35.2度の水晶基板として説明したが、これに限るものではなく、バルク波の裏面でのモード変換がない、もしくはバルク波の裏面でのモード変換の比較的小さい圧電材料、カット角を用いれば、本発明と同様の効果が得られる。例えば、圧電基板11として圧電基板としてニオブ酸リチウム(LiNbO3)系媒質、タンタル酸リチウム(LiTaO3)系媒質、ニオブ酸カリウム(KNbO3)系媒質、または圧電体薄膜などを用いてもよい。
【0028】
また、出力インターディジタル電極15に重み付けを施した構成としたが、これに限るものではなく、入力インターディジタル電極14、あるいは入力と出力の両方のインターディジタル電極14、15に重み付けを施してもよい。重み付け係数に関しても、これに限るものではなく、所望の通過帯域に対して適宜設定されるものであり、インターディジタル電極の相対的に端に近い交差幅重み付け係数が相対的に中央部に近い交差幅重み付け係数よりも大きくなっていればよい。さらに、インターディジタル電極の相対的に中央部に近い電極交差幅に負の交差幅重み付け係数を用いれば、より一層効果が得られるものである。
【0029】
また、本発明における弾性波素子は図8に示すような構成としてもよい。図8は本発明における弾性波素子の他の構成を示す断面模式図である。図8に示すように、弾性波素子80は、圧電基板11の主表面12上であって、入力インターディジタル電極14と出力インターディジタル電極15との間に、吸音材81を配置することにより、スプリアスの要因となる弾性表面波82を抑圧することができる。これにより、特性に優れた弾性波素子を実現することができる。また、吸音材81を配置する構成の他に、図9に示すような弾性波素子90としてもよい。すなわち、入出力インターディジタル電極14、15の間の伝搬路部分91の基板表面を伝搬路部分91以外の基板表面よりも荒らすことにより粗面として直達波82を分散させてもよい。また、図10に示すような弾性波素子100としてもよい。すなわち、入出力インターディジタル電極14、15の間の伝搬路部分101の基板表面に溝を形成しても直達波82の分散効果が得られる。
【0030】
また、本実施の形態1の弾性波素子をフィルタに適用し、このフィルタと、フィルタに接続された半導体集積回路素子(図示せず)と、半導体集積回路素子(図示せず)に接続されたスピーカ等の再生部とを備えた電子機器に適用しても良い。このように、本実施の形態1の弾性波素子を電子機器に適用することで、電子機器の通信品質を良化することができるのである。
【0031】
また、本発明においては、図11に示すように、分波器110を構成することも可能である。図11において、分派器110は、圧電基板111と、圧電基板111上に形成された入力インターディジタル電極112と、圧電基板111上に形成されると共にそれぞれ入力インターディジタル電極112からその中央部間距離が異なる出力インターディジタル電極113、114、115とにより構成される。なお、ここで言う中央部とは、各インターディジタル電極の電極指配列方向(電極指延伸方向に垂直な方向)における中央部である。本発明における弾性波素子においては、入力インターディジタル電極112と出力インターディジタル電極113、114、115との距離により、フィルタ特性における周波数が決定される。そのため、入力インターディジタル電極112に入力された信号は、出力インターディジタル電極113、114、115から、それぞれ周波数が異なるf1、f2、f3の信号が出力される。このように、複数の出力インターディジタル電極を入力インターディジタル電極からそれぞれ中央部間距離が異なるように配置することにより、信号周波数を分離することができ、分波器110を構成することができる。
【0032】
なお、入力インターディジタル電極112、あるいは出力インターディジタル電極113、114、115の少なくとも一つに重み付けが施されていてもよい。これにより、分波器における帯域特性を平坦にすることができる。
【0033】
また、本実施の形態においては、出力インターディジタル電極を3つとして説明したが、これに限るものではない。また、圧電基板111上に入力インターディジタル電極を複数設けると共に出力インターディジタル電極を1つ設け、複数の入力インターディジタル電極を出力インターディジタル電極からそれぞれ中央部間距離が異なるように配置しても良い。この場合には、本弾性波素子は合波器として動作する。
【0034】
また、上記重み付けは、交差幅重み付けとして説明したが、他の重み付けを本発明に適用させることも可能である。一例として、例えば、入力インターディジタル電極、もしくは出力インターディジタル電極の少なくとも一方には、間引き重み付けが施されており、電極指の配列方向においてインターディジタル電極の端から中央部に向けて間引き重み付け係数が相対的に小さくなる部分を有する構成であっても良い。尚、ここでいう間引き重み付けとは、一般的な意味での間引き重み付けであり、交差する電極指を間引くことで信号の送受信強度を弱める手法の一つである。また、ここでいう間引き重み付け係数が相対的に小さいとは、間引かれた電極指の本数が相対的に多いということで、即ち、所定領域において間引かれていない電極指の本数に対して間引かれた電極指の本数の割合が大きいことである。即ち、入出力インターディジタル電極の少なくともいずれか一方の電極において、相対的に中央部に近い領域における間引かれた電極指の本数の割合を相対的に端に近い領域における間引かれた電極指の本数の割合より大きくすることで、入出力インターディジタル電極の相対的に端に近い電極指で送受信するバルク波の周波数における振幅特性を良化させることができ、フィルタの振幅特性における通過帯域幅を広くすることができる。
【産業上の利用可能性】
【0035】
本発明にかかる弾性波素子は、広帯域な通過特性を実現するという特徴を有し、携帯電話等の電子機器に適用可能である。
【符号の説明】
【0036】
10 弾性波素子
11 圧電基板
12 圧電基板の主表面
13 圧電基板の裏面
14 入力インターディジタル電極
15 出力インターディジタル電極
16 入力インターディジタル電極より放射されるバルク波
【技術分野】
【0001】
本発明は、弾性波素子と、これを用いた分波器に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来の弾性波素子を図面を用いて説明する。図12は、従来の弾性波素子の断面模式図である。
【0003】
図12にて、従来の弾性波素子120において、圧電基板121の主表面122、及び裏面123は水晶結晶軸に対して特定のカット角をもって切り出され、板状に形成されたものである。主表面122と裏面123には鏡面研磨が施されており、電気的エネルギーを振動エネルギーに変換、及び逆変換するインターディジタル電極124、125、及び126、127が設けられている。このような弾性波素子120の通過特性を図13に示す。振幅特性は狭帯域で帯域内特性が平坦でなく、通過帯域が狭い特性となる。なお、この先行技術は特許文献1に記載されている。
【0004】
また、図14に示すのは、従来の他の弾性波素子の断面模式図である。
【0005】
図14において、従来の弾性波素子140は、圧電基板141の主表面142に入力、及び出力のインターディジタル電極143、144が設けられている。本構成においては、入力、及び出力のインターディジタル電極143、144の交差幅は一様であり、振幅特性は、図15に示すように、狭帯域で帯域内特性が平坦でなく、交差幅重み付けに関して詳しい議論はなされていない。なお、この先行技術は非特許文献1に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開昭55−41069号公報
【非特許文献】
【0007】
【非特許文献1】IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics, Vol.SU-31, No.2, pp.67-76, 1984
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
従来の弾性表面波素子においては、トランスバーサル型フィルタの振幅特性を有しており、インターディジタル電極の対数を増やすと通過帯域幅が狭くなるという課題があった。また、従来の弾性波素子120、140においては、バルク波を用いており、波の放射角度が周波数によって変化するため、インターディジタル電極の対数を増やすことにより比較的広帯域な通過特性を実現できるが帯域内特性が平坦でないという課題があった。
【0009】
そこで本発明は、フィルタの振幅特性における通過帯域幅を広くすることができる弾性波素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
そして、この目的を達成するために本発明の弾性波素子は、入力インターディジタル電極、もしくは出力インターディジタル電極の少なくとも一方に電極指の配列方向においてインターディジタル電極の端から中央部に向けて交差幅が徐々に小さくなる部分を有するように交差幅重み付けを施したことを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
上記構成の様に、弾性波素子の入力、もしくは出力のインターディジタル電極に交差幅重み付けを施すことにより、フィルタの振幅特性における通過帯域幅を広くすることができる弾性波素子を提供することができるものである。
【0012】
これは、電極指の配列方向における入出力インターディジタル電極の中央部から端に向けて信号の送受信強度が弱まるので、入出力インターディジタル電極の端に向かうほど交差幅重み付け係数を大きくすることで、入出力インターディジタル電極の相対的に端に近い電極指で送受信するバルク波の周波数における振幅特性を良化させることができるからである。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の実施の形態1における弾性波素子の断面模式図
【図2】インターディジタル電極の説明図
【図3】本発明の実施の形態1における弾性波素子の交差幅重み付けを示す図
【図4】図3で示した交差幅重み付けを有する弾性波素子の振幅特性図
【図5】交差幅重み付けがない場合の弾性波素子の特性説明図
【図6】本発明の実施の形態1における弾性波素子の説明のための断面模式図
【図7】本発明の実施の形態1における弾性波素子の周波数と圧電基板の厚みの関係図
【図8】本発明の実施の形態1における弾性波素子の他の断面模式図
【図9】本発明の実施の形態1における弾性波素子の他の断面模式図
【図10】本発明の実施の形態1における弾性波素子の他の断面模式図
【図11】本発明の実施の形態1の弾性波素子を用いた分波器の構成模式図
【図12】従来の弾性波素子の断面模式図
【図13】図12の弾性波素子の振幅特性図
【図14】従来の他の弾性波素子の断面模式図
【図15】図14の弾性波素子の振幅特性図
【発明を実施するための形態】
【0014】
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1における弾性波素子について図面を参照しながら説明する。図1は、実施の形態1における弾性波素子10の断面模式図である。
【0015】
図1において、弾性波素子10は、圧電基板11の主表面12、及び裏面13には鏡面研磨が施されており、主表面12に入力インターディジタル電極14及び出力インターディジタル電極15が設けられたトランスバーサル型弾性波フィルタである。入力インターディジタル電極14から放射されたバルク波16は裏面13で反射されて出力インターディジタル電極15で受信される。
【0016】
圧電基板11は、圧電単結晶媒質であり、例えば、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)系媒質、タンタル酸リチウム(LiTaO3)系媒質、ニオブ酸カリウム(KNbO3)系媒質、もしくは水晶基板、または圧電体薄膜である。
【0017】
入出力インターディジタル電極14、15は、一対の櫛形電極が交差するように圧電基板11上に配置される。図2に示すのは、インターディジタル電極21の説明図である。なお、本図は、説明のため重み付けはない構成を用いている。圧電基板22の上に形成されたインターディジタル電極のこれら一対の櫛形電極23が交差する部分の長さを交差幅24という。これら入出力インターディジタル電極14、15は、金属からなり、例えば、アルミニウム、銅、銀、金、チタン、タングステン、白金、クロム、若しくはモリブデンからなる単体金属、又はこれらを主成分とする合金又はこれらの金属が積層された構成である。
【0018】
また、本発明の弾性波素子に用いているバルク波は、バルク波の放射角度が周波数によって変わるので、対数が多いほど広帯域化が可能であるという点で、従来の表面波を用いたトランスバーサル型のフィルタと異なる。
【0019】
図1の弾性波素子10において、圧電基板11はカット角が35.2度の水晶基板を用いており、圧電基板11の厚みHは10.1mmとしている。入力インターディジタル電極14の対数は40対であり、出力インターディジタル電極15の対数は50対であり、波長は(電極の1周期は)ともに42.5μmである。また、入力インターディジタル電極14と出力インターディジタル電極15との中央部間距離Lは24.8mmとしている。なお、ここで言う中央部とは、各インターディジタル電極の電極指配列方向(電極指延伸方向に垂直な方向)における中央部である。さらに、出力インターディジタル電極15には電極指の配列方向において入力インターディジタル電極14又は/及び出力インターディジタル電極15の端から中央部に向けて交差幅が段階的に小さくなる部分を有するように交差幅重み付けが施されている。
【0020】
図3に示すのは、出力インターディジタル電極15の重み付け係数を示す図である。出力インターディジタル電極15の両端においては振幅が大きく、中央部付近では振幅が小さくなるような重み付けとしている。さらに、振幅が負の値、すなわち位相が反転するような交差幅重み付けも施している。尚、入力インターディジタル電極14には交差幅重み付けは施していない。
【0021】
図4に示すのは、図3で示した重み付け係数を有する弾性波素子の振幅特性図である。横軸は通過特性の中心周波数で規格化しており、縦軸は、振幅の最小値で規格化している。また、図5に示すのは、入出力インターディジタル電極共に交差幅重み付けがない場合の弾性波素子の振幅特性図である。交差幅重み付けがない場合には、図3で示した重み付け係数が電極指の配列方向におけるインターディジタル電極の全ての位置で1.0となる。図3で示した本発明における弾性波素子の通過帯域における振幅特性は平坦であり、図4の振幅特性と比べても広帯域な特性となっている。
【0022】
このバルク波は、周波数によって放射される角度が異なり、そのため、交差幅重み付けがない場合には、図4で示したように通過帯域の狭い特性となる。一方、図2で示したように、電極指の配列方向における出力インターディジタル電極15の中央部から端に向けて受信強度が弱まるので、出力インターディジタル電極15の端に向かうほど交差幅重み付け係数を大きくすることで、出力インターディジタル電極15の相対的に端に近い電極指で受信するバルク波の周波数における振幅特性を改善することができるからである。
【0023】
次に、本発明の実施の形態1における弾性波素子の周波数と圧電基板の厚みの関係について述べる。図6に示すのは、本発明の実施の形態1における弾性波素子の周波数と圧電基板の厚みの関係を説明するための断面模式図である。
【0024】
図6において、弾性波素子60は、圧電基板61の主表面62、及び裏面63は鏡面研磨が施されており、主表面62に入力インターディジタル電極64、出力インターディジタル電極65が設けられている。入力インターディジタル電極64から放射されたバルク波66は裏面63で反射されて出力インターディジタル電極65で受信される。ここで、圧電基板61の厚みをHとし、入力インターディジタル電極64、出力インターディジタル電極65の中央部間の距離をLとする。また、1波長、すなわち入力インターディジタル電極64と出力インターディジタル電極65の1周期をλとする。入力インターディジタル電極64から放射されるバルク波66は圧電基板61の主表面に平行な方向から放射角θの方向に放射されるとする。このとき、放射されたバルク波66の波長λ’は、λ’=λcosθで表される。また、放射角θと圧電基板61の厚みH、入力、及び出力のインターディジタル電極の中央部間の距離Lとの関係は、tanθ=2H/Lで表される。また、放射されるバルク波66の周波数fは、f0を表面に沿って伝搬するバルク波の中心周波数として、f/f0=λ/λ’=1/cosθとなる。図7は本発明の実施の形態1における弾性波素子のバルク波周波数f/f0と圧電基板の厚みと電極の中央部間距離の比H/Lの関係図である。図7より、本実施の形態1の弾性波素子は、圧電基板の厚みHが厚いほど、また、入力インターディジタル電極と出力インターディジタル電極の中央部間の距離Lが短いほど、バルク波周波数fが高くなる。すなわち、表面波を用いたデバイスではインターディジタル電極の表面波の音速と櫛型電極の間隔(ピッチ)により周波数が決定されるが、このようなバルク波を用いたデバイスでは、圧電基板の厚みHと入力インターディジタル電極と出力インターディジタル電極の中央部間の距離Lとの設定により、周波数の高いバルク波を選択して伝達することができるため、インターディジタル電極の微細化を必要とすることなく、高周波化が可能となる。
【0025】
また、本計算においては、裏面におけるバルク波の入射角と反射角が同じとして計算しているが、この関係は圧電基板の異方性により変わるもので、入射角と反射角が等しくない場合もある。
【0026】
以上、説明したように、本発明の弾性波素子は、出力インターディジタル電極に重み付けを施すことにより、広帯域な通過特性を有する弾性波素子を実現でき、さらに、バルク波の裏面での反射を利用することにより、インターディジタル電極の微細化を必要とすることなく、高周波化を実現することができる。
【0027】
なお、本実施の形態においては、圧電基板11をカット角35.2度の水晶基板として説明したが、これに限るものではなく、バルク波の裏面でのモード変換がない、もしくはバルク波の裏面でのモード変換の比較的小さい圧電材料、カット角を用いれば、本発明と同様の効果が得られる。例えば、圧電基板11として圧電基板としてニオブ酸リチウム(LiNbO3)系媒質、タンタル酸リチウム(LiTaO3)系媒質、ニオブ酸カリウム(KNbO3)系媒質、または圧電体薄膜などを用いてもよい。
【0028】
また、出力インターディジタル電極15に重み付けを施した構成としたが、これに限るものではなく、入力インターディジタル電極14、あるいは入力と出力の両方のインターディジタル電極14、15に重み付けを施してもよい。重み付け係数に関しても、これに限るものではなく、所望の通過帯域に対して適宜設定されるものであり、インターディジタル電極の相対的に端に近い交差幅重み付け係数が相対的に中央部に近い交差幅重み付け係数よりも大きくなっていればよい。さらに、インターディジタル電極の相対的に中央部に近い電極交差幅に負の交差幅重み付け係数を用いれば、より一層効果が得られるものである。
【0029】
また、本発明における弾性波素子は図8に示すような構成としてもよい。図8は本発明における弾性波素子の他の構成を示す断面模式図である。図8に示すように、弾性波素子80は、圧電基板11の主表面12上であって、入力インターディジタル電極14と出力インターディジタル電極15との間に、吸音材81を配置することにより、スプリアスの要因となる弾性表面波82を抑圧することができる。これにより、特性に優れた弾性波素子を実現することができる。また、吸音材81を配置する構成の他に、図9に示すような弾性波素子90としてもよい。すなわち、入出力インターディジタル電極14、15の間の伝搬路部分91の基板表面を伝搬路部分91以外の基板表面よりも荒らすことにより粗面として直達波82を分散させてもよい。また、図10に示すような弾性波素子100としてもよい。すなわち、入出力インターディジタル電極14、15の間の伝搬路部分101の基板表面に溝を形成しても直達波82の分散効果が得られる。
【0030】
また、本実施の形態1の弾性波素子をフィルタに適用し、このフィルタと、フィルタに接続された半導体集積回路素子(図示せず)と、半導体集積回路素子(図示せず)に接続されたスピーカ等の再生部とを備えた電子機器に適用しても良い。このように、本実施の形態1の弾性波素子を電子機器に適用することで、電子機器の通信品質を良化することができるのである。
【0031】
また、本発明においては、図11に示すように、分波器110を構成することも可能である。図11において、分派器110は、圧電基板111と、圧電基板111上に形成された入力インターディジタル電極112と、圧電基板111上に形成されると共にそれぞれ入力インターディジタル電極112からその中央部間距離が異なる出力インターディジタル電極113、114、115とにより構成される。なお、ここで言う中央部とは、各インターディジタル電極の電極指配列方向(電極指延伸方向に垂直な方向)における中央部である。本発明における弾性波素子においては、入力インターディジタル電極112と出力インターディジタル電極113、114、115との距離により、フィルタ特性における周波数が決定される。そのため、入力インターディジタル電極112に入力された信号は、出力インターディジタル電極113、114、115から、それぞれ周波数が異なるf1、f2、f3の信号が出力される。このように、複数の出力インターディジタル電極を入力インターディジタル電極からそれぞれ中央部間距離が異なるように配置することにより、信号周波数を分離することができ、分波器110を構成することができる。
【0032】
なお、入力インターディジタル電極112、あるいは出力インターディジタル電極113、114、115の少なくとも一つに重み付けが施されていてもよい。これにより、分波器における帯域特性を平坦にすることができる。
【0033】
また、本実施の形態においては、出力インターディジタル電極を3つとして説明したが、これに限るものではない。また、圧電基板111上に入力インターディジタル電極を複数設けると共に出力インターディジタル電極を1つ設け、複数の入力インターディジタル電極を出力インターディジタル電極からそれぞれ中央部間距離が異なるように配置しても良い。この場合には、本弾性波素子は合波器として動作する。
【0034】
また、上記重み付けは、交差幅重み付けとして説明したが、他の重み付けを本発明に適用させることも可能である。一例として、例えば、入力インターディジタル電極、もしくは出力インターディジタル電極の少なくとも一方には、間引き重み付けが施されており、電極指の配列方向においてインターディジタル電極の端から中央部に向けて間引き重み付け係数が相対的に小さくなる部分を有する構成であっても良い。尚、ここでいう間引き重み付けとは、一般的な意味での間引き重み付けであり、交差する電極指を間引くことで信号の送受信強度を弱める手法の一つである。また、ここでいう間引き重み付け係数が相対的に小さいとは、間引かれた電極指の本数が相対的に多いということで、即ち、所定領域において間引かれていない電極指の本数に対して間引かれた電極指の本数の割合が大きいことである。即ち、入出力インターディジタル電極の少なくともいずれか一方の電極において、相対的に中央部に近い領域における間引かれた電極指の本数の割合を相対的に端に近い領域における間引かれた電極指の本数の割合より大きくすることで、入出力インターディジタル電極の相対的に端に近い電極指で送受信するバルク波の周波数における振幅特性を良化させることができ、フィルタの振幅特性における通過帯域幅を広くすることができる。
【産業上の利用可能性】
【0035】
本発明にかかる弾性波素子は、広帯域な通過特性を実現するという特徴を有し、携帯電話等の電子機器に適用可能である。
【符号の説明】
【0036】
10 弾性波素子
11 圧電基板
12 圧電基板の主表面
13 圧電基板の裏面
14 入力インターディジタル電極
15 出力インターディジタル電極
16 入力インターディジタル電極より放射されるバルク波
【特許請求の範囲】
【請求項1】
圧電基板と、
前記圧電基板の主表面上に設けられた入力インターディジタル電極と、
前記圧電基板の主表面上に設けられた出力インターディジタル電極を備えた弾性波素子であって、
前記入力インターディジタル電極、もしくは前記出力インターディジタル電極の少なくとも一方には、交差幅重み付けもしくは間引き重み付けが施されており、
前記入力インターディジタル電極から放射されたバルク波が前記圧電基板の裏面で反射されて前記出力インターディジタル電極で受信される弾性波素子。
【請求項2】
前記圧電基板の主表面、及び裏面は鏡面研磨されていることを特徴とする請求項1に記載の弾性波素子。
【請求項3】
前記圧電基板は回転Y板のLiNbO3基板、LiTaO3基板、水晶基板のいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の弾性波素子。
【請求項4】
前記交差幅重み付けは、電極指の配列方向においてインターディジタル電極の端から中央部に向けて重み付け係数が小さくなる部分を有するように形成された
ことを特徴とする請求項1に記載の弾性波素子。
【請求項5】
前記交差幅重み付けは、その係数が負の値を有することを特徴とする請求項1に記載の弾性波素子。
【請求項6】
前記圧電基板の主表面上であって、前記入力インターディジタル電極と前記出力インターディジタル電極との間には、吸音材が配置されている、または溝が形成されている、または、前記主表面において、前記入力インターディジタル電極と前記出力インターディジタル電極との間の部分は他の部分と比較して相対的に粗面であることを特徴とする請求項1に記載の弾性波素子。
【請求項7】
圧電基板と、
前記圧電基板の主表面上に設けられた入力インターディジタル電極と、
前記圧電基板の主表面上に設けられた複数の出力インターディジタル電極を備えた分波器であって、
前記入力インターディジタル電極から放射されたバルク波が前記圧電基板の裏面で反射されて前記複数の出力インターディジタル電極で受信される分波器。
【請求項8】
前記入力インターディジタル電極、もしくは前記出力インターディジタル電極の少なくとも一方には、交差幅重み付けもしくは間引き重み付けが施されていることを特徴とする分波器。
【請求項1】
圧電基板と、
前記圧電基板の主表面上に設けられた入力インターディジタル電極と、
前記圧電基板の主表面上に設けられた出力インターディジタル電極を備えた弾性波素子であって、
前記入力インターディジタル電極、もしくは前記出力インターディジタル電極の少なくとも一方には、交差幅重み付けもしくは間引き重み付けが施されており、
前記入力インターディジタル電極から放射されたバルク波が前記圧電基板の裏面で反射されて前記出力インターディジタル電極で受信される弾性波素子。
【請求項2】
前記圧電基板の主表面、及び裏面は鏡面研磨されていることを特徴とする請求項1に記載の弾性波素子。
【請求項3】
前記圧電基板は回転Y板のLiNbO3基板、LiTaO3基板、水晶基板のいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の弾性波素子。
【請求項4】
前記交差幅重み付けは、電極指の配列方向においてインターディジタル電極の端から中央部に向けて重み付け係数が小さくなる部分を有するように形成された
ことを特徴とする請求項1に記載の弾性波素子。
【請求項5】
前記交差幅重み付けは、その係数が負の値を有することを特徴とする請求項1に記載の弾性波素子。
【請求項6】
前記圧電基板の主表面上であって、前記入力インターディジタル電極と前記出力インターディジタル電極との間には、吸音材が配置されている、または溝が形成されている、または、前記主表面において、前記入力インターディジタル電極と前記出力インターディジタル電極との間の部分は他の部分と比較して相対的に粗面であることを特徴とする請求項1に記載の弾性波素子。
【請求項7】
圧電基板と、
前記圧電基板の主表面上に設けられた入力インターディジタル電極と、
前記圧電基板の主表面上に設けられた複数の出力インターディジタル電極を備えた分波器であって、
前記入力インターディジタル電極から放射されたバルク波が前記圧電基板の裏面で反射されて前記複数の出力インターディジタル電極で受信される分波器。
【請求項8】
前記入力インターディジタル電極、もしくは前記出力インターディジタル電極の少なくとも一方には、交差幅重み付けもしくは間引き重み付けが施されていることを特徴とする分波器。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【公開番号】特開2012−84953(P2012−84953A)
【公開日】平成24年4月26日(2012.4.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−227093(P2010−227093)
【出願日】平成22年10月7日(2010.10.7)
【出願人】(000005821)パナソニック株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年4月26日(2012.4.26)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年10月7日(2010.10.7)
【出願人】(000005821)パナソニック株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】
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