弾性表面波装置
【課題】この発明は、低損失、広帯域で急峻なスカート特性を要する弾性表面波装置を提供することを目的としている。
【解決手段】圧電性基板１０上に、伝搬特性に方向性を有する一方向性電極構造のＳＰＵＤＴ３，４，７，８，１１，１２，１４，１５を互いに伝搬方向が逆方向になるように対向配置してなるＲＳＰＵＤＴ５，９，１３，１６によって構成されるトランスデューサを、並列に接続している。
【解決手段】圧電性基板１０上に、伝搬特性に方向性を有する一方向性電極構造のＳＰＵＤＴ３，４，７，８，１１，１２，１４，１５を互いに伝搬方向が逆方向になるように対向配置してなるＲＳＰＵＤＴ５，９，１３，１６によって構成されるトランスデューサを、並列に接続している。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、弾性表面波素子を並列に接続した弾性表面波装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、周知のように、一般に、移動体通信用に用いられる弾性表面波装置の弾性表面波フィルタには、低損失及び急峻な帯域外遮断特性が求められている。、特に、ＧＳＭ（Global System for Mobile Communication）−ＩＦ（Intermediate Frequency）フィルタのように、低損失性が重視され、かつ、広帯域でありながら隣接チャンネルが近接しているために、急峻なフィルタ特性が求められているシステム用の弾性表面波素子には、例えば、従属に多段接続した共振子型フィルタが用いられている。
【０００３】ところが、従属に多段接続した共振子型フィルタでは、急峻性を確保するために段数を多くする必要があり、そのために損失が大きくなる。また、広帯域にするには、各共振子フィルタの段間をチューニングする必要があり、実装するのが困難となる。
【０００４】なお、他の弾性表面波フィルタとしては、例えば、特開昭６２−４３２０４号公報や特開平９−２１４２８４号公報等に記載された構成が知られている。これらは、各段の共振子の多重モードの周波数間隔によって、広帯域化を実現している。
【０００５】ところが、これらのフィルタは、多重共振周波数間隔が主として圧電性基板固有の電気機械結合係数に依存しているため、広帯域化には限界が生じる。また、モード帯域外での不要な高次モードの位相が、相手方の共振子型フィルタの位相と逆相になるように設定しないと、不要高次モードを抑圧することができない。このため、帯域外特性を制御しながら帯域内特性を設計することが事実上不可能で、使用用途が限られる。
【０００６】さらに、近年では、弾性表面波の伝搬特性に方向性を持たせるように、一方向性電極構造に形成された櫛歯状電極でなるＳＰＵＤＴ（Single Phase Uni−Directional Transducer）を、励振波の主伝搬方向が互いに逆方向となるように対向させて配置した弾性表面波素子Ｒ（Resonant）ＳＰＵＤＴを用いた弾性表面波フィルタが、設計の自由度が高く、低損失で小型化が達成され易いことから、広く利用されてきている。
【０００７】ところが、この種の弾性表面波フィルタでは、一方向性を得るために電極指の内部反射を積極的に利用しているため、その帯域幅及びスカート特性がともに、正方向の一方向性電極と逆方向の一方向性電極との、割合と反射率及び電極指本数に依存しているため、帯域幅とスカート特性とを独立して設計するには限界がある。特に、広い帯域幅と急峻なスカート特性とを両立することは、困難である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明は上記事情を考慮してなされたもので、低損失、広帯域で急峻なスカート特性を要する弾性表面波装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明に係る弾性表面波装置は、圧電性基板上に形成され、一対の櫛歯状電極を具備し表面波の伝搬方向が互いに逆の方向性を有する複数の領域を備えたトランスデューサを二つ以上有し、これらトランスデューサの少なくとも二つが互いに並列接続されているようにしたものである。
【００１０】発明者らは、ＲＳＰＵＤＴ構造の弾性表面波素子において、トランスデューサ内部の正方向ＳＰＵＤＴ領域と逆方向ＳＰＵＤＴ領域の比率（それぞれのＳＰＵＤＴ領域の電極指本数の比率）をかえると、このトランスデューサの周波数特性が変化し、特に共振点間隔が変化するという知見を得た。
【００１１】すなわち、ＲＳＰＵＤＴ構造のトランスデューサを用いた弾性表面波素子は、旧知のいわゆるトランスバーサル型フィルタと共振子型フィルタの中間的ふるまいをし、トランスデューサ内部の正方向ＳＰＵＤＴ領域と逆方向ＳＰＵＤＴ領域の境界を端部とした共振キャビティを形成し、多重モード型の共振周波数特性を示し、周波数−振幅特性上複数のピーク（共振点）を有することとなる。
【００１２】このＲＳＰＵＤＴ構造のフィルタにおいて、トランスデューサ内部の正方向ＳＰＵＤＴの電極指本数と逆方向ＳＰＵＤＴの電極指本数の比率を変化させることに伴なって、共振キャビティ長が変化する。その結果、周波数軸上における共振点の位置も変化する。例えば、４５°Ｘ−Ｚリチウムテトラボレート（Li2B4O7：ＬＢＯ）圧電性基板上に形成されたＲＳＰＵＤＴ構造のトランスデューサの正方向ＳＰＵＤＴ領域の電極指本数を多くする（正方向ＳＰＵＤＴ領域の比率を高くする）と、共振点間隔が広がることがわかった。この点についての詳細は、1999 IEEE ULTRASONICS SYMPOSIUM PROCEEDING Vol.１ P351〜356を参照されたい。
【００１３】この現象を利用し、二つ（もしくは二つ以上）のＲＳＰＵＤＴを逆相並列接続し、双方のＲＳＰＵＤＴの共振点が周波数軸上で望ましくは等間隔に並ぶようにしてフィルタを構成し、出力をインピーダンスマッチングさせることにより、二つのＲＳＰＵＤＴの周波数特性を合成した広帯域の通過特性を実現することができる。このとき、通過帯域特性はＲＳＰＵＤＴの共振点間隔を制御することによって所望の特性を実現でき、共振点間隔は正方向ＳＰＵＤＴと逆方向ＳＰＵＤＴの電極指本数の比率を変えるだけで制御可能である。したがって、電極設計上の小変更により、比較的自由に通過帯域幅をアレンジすることが可能である。
【００１４】また、並列接続されているトランスデューサのうちの、一方のトランスデューサの共振周波数をFl1，Fc1，Fu1とし、他方のトランスデューサの共振周波数をFl2，Fc2，Fu2とすると、Fl1＜Fl2＜Fc2＜Fc1＜Fu1＜Fu2の関係を有する。
【００１５】このため、帯域外特性、特にスカート特性は、共振周波数Fl1近傍の低周波側及び共振周波数Fu2近傍の高周波側で互いに逆相関係が保持されているので、一方のトランスデューサ及び他方のトランスデューサの通過特性は打ち消し合い急峻なスカート特性が実現でき、急峻性が実現される。
【００１６】また、Fl1の位相とFl2の位相とを逆にし、Fc1の位相とFc2の位相とを逆にし、Fu1の位相とFu2の位相とを逆にしているので、広帯域にできる。
【００１７】さらに、共振周波数Fl1，Fc1，Fu1，Fl2，Fc2，Fu2のうち、少なくとも４つの共振周波数の間隔をほぼ等しくしているので、広帯域にできる。
【００１８】また、共振周波数Fl1，Fc1，Fu1，Fl2，Fc2，Fu2のうち、少なくとも４つの共振周波数の挿入側室値をほぼ等しくしているので、周波数にかかわらず均一に広帯域にできる。
【００１９】さらに、一方のトランスデューサと他方のトランスデューサとが共に同一チップ上に形成されている。
【００２０】また、一方のトランスデューサと他方のトランスデューサとが異なるチップ上に形成されている。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。すなわち、第１図において、符号１は弾性表面波装置である。
【００２２】この弾性表面波装置１は、同一チップ上に、第１の弾性表面波素子である弾性表面波フィルタＡと、第２の弾性表面波素子である弾性表面波フィルタＢとが、並列に接続される構成となっている。
【００２３】これら弾性表面波フィルタＡ，Ｂは、ともに弾性表面波の主伝搬方向上に配置された二つのＲＳＰＵＤＴ５，９，１３，１６により構成される。それぞれのＲＳＰＵＤＴは、便宜上弾性表面波（ＳＡＷ）進行方向を図中右方向を正方向、左方向を逆方向とすると、正方向にＳＡＷを伝達する正ＳＰＵＤＴ３，８，１１，１５と、逆方向にＳＡＷを伝達する逆ＳＰＵＤＴ４，７，１２，１４により構成される。
【００２４】第２図は、ＳＰＵＤＴ電極構造の一例を示す。すなわち、圧電性基板１０上に形成された一対のバスバーのうち一方に接続されたλ／８幅（λは表面波波長）の電極指３ａと、他方のバスバーに接続された３λ／８幅の電極指３ｂ及びλ／８幅の電極指３ｃが交互に組み合わされた櫛歯電極構造を有する。
【００２５】この櫛歯電極構造において、励振波と電極端部で発生する内部反射波との位相関係は、図中右方向と左方向で異なったものとなる。この励振波と内部反射波との位相関係により、励振された弾性表面波は一方向に強められ、逆方向には弱められ、その結果一方向性が得られる。
【００２６】そして、この実施の形態においては、この櫛歯電極構造を丁度折り返した線対称構造の櫛歯電極構造同士を並べて一つのトランスデューサを構成することにより、ＲＳＰＵＤＴ構造を得ている。
【００２７】すなわち、第１図に示す正ＳＰＵＤＴと逆ＳＰＵＤＴは、互いに共通のバスバーに接続された櫛歯状電極を有する一つのトランスデューサとして構成されており、その境界を挟んで電極配置が線対称構造になっている。
【００２８】なお、ここで、線対称構造とは、完全な線対称を指すものではない。例えば、正ＳＰＵＤＴと逆ＳＰＵＤＴの電極指本数は必ずしも一致するものではなく、後述の如く要求特性に応じてそれぞれの電極指本数比率は変えられる。
【００２９】また、一つのトランスデューサが必ずしも一対の正ＳＰＵＤＴ領域と逆ＳＰＵＤＴ領域で構成される必要はなく、一つのトランスデューサ内部にいくつかの正ＳＰＵＤＴ領域と逆ＳＰＵＤＴ領域が並ぶように構成しても良い。
【００３０】実際にフィルタを構成するにあたっては、例えばこの方向性を利用して重み付けを行ない所望のフィルタ特性を実現するため、正ＳＰＵＤＴと逆ＳＰＵＤＴの配列はより複雑なもとされる場合が多いが、特に第１図に示すＲＳＰＵＤＴ構造に限らず、このような複雑な構造のＲＳＰＵＤＴ構造を用いることももちろん可能である。
【００３１】フィルタＡ及びＢは、この正ＳＰＵＤＴと逆ＳＰＵＤＴとの境界を端とする共振キャビティを有しており、トランスバーサル型フィルタと共振子型フィルタとの中間的な動作をする。この構成において、トランスデューサ内部の正ＳＰＵＤＴを構成する電極指と逆ＳＰＵＤＴを構成する電極指の比率を変えると、共振キャビティ長も変化する。その結果、これらのフィルタの共振モード間隔も変化する。
【００３２】ここで、上記弾性表面波フィルタＡ及び弾性表面波フィルタＢは、それぞれ、３重モード型の共振周波数を有している。この場合、弾性表面波フィルタＡの共振周波数をFl1，Fc1，Fu1とし、弾性表面波フィルタＢの共振周波数をFl2，Fc2，Fu2とすると、Fl1＜Fl2＜Fc2＜Fc1＜Fu1＜Fu2なる関係を有している。
【００３３】また、位相関係は、第３図及び第４図に示すように、共振周波数Fl1の位相が共振周波数Fl2の位相と逆符号であり、共振周波数Fc1の位相が共振周波数Fc2の位相と逆符号であり、共振周波数Fu1の位相が共振周波数Fu2の位相と逆符号である。
【００３４】さらに、共振周波数Fl1，Fc1，Fu1，Fl2，Fc2，Fu2のうち、少なくとも４個の共振周波数の間隔がほぼ等しく、少なくとも４個の共振周波数の挿入損失値がほぼ等しくなるように設定されている。
【００３５】そして、弾性表面波フィルタＡの３つの共振モードと、弾性表面波フィルタＢの３つの共振モードとの、合計６つの共振モードは、全て結合され、第５図に示すように、１つの大きな帯域を形成することができる。
【００３６】また、この帯域外では、弾性表面波フィルタＡと弾性表面波フィルタＢとが、帯域近傍でも逆符号関係を保っているので、減衰量は互いに打ち消し合い、スカート特性の急峻性が弾性表面波フィルタＡ及び弾性表面波フィルタＢの単体に比べて増加する。なお、この状態にて、フィルタＡとフィルタＢの挿入損失レベルが等しければ、帯域近傍の減衰量は無限大になる。
【００３７】ここで、第６図は、共振子型フィルタを逆相並列に接続してなる弾性表面波装置２１を、第１図に示した弾性表面波装置１の比較例として示している。
【００３８】すなわち、弾性表面波装置２１は、同一チップ上に、第１の弾性表面波素子である弾性表面波フィルタＡと、第２の弾性表面波素子である弾性表面波フィルタＢとが、並列に接続される構成となっている。
【００３９】このうち、弾性表面波フィルタＡは、圧電性基板２０上に形成された入力端子２２に接続されるＩＤＴ（Inter Digital Transducer）２５と、圧電基板２０上に形成された出力端子２６に接続されるＩＤＴ２９とからなっている。
【００４０】そして、ＩＤＴ２５は、櫛歯状電極２３と櫛歯状電極２４とを互いに交差させた構成となっている。また、ＩＤＴ２９は、櫛歯状電極２７と櫛歯状電極２８とを互いに交差させた構成となっている。
【００４１】一方、上記弾性表面波フィルタＢは、圧電性基板２０上に形成された入力端子２２に接続されるＩＤＴ３３と、圧電基板２０上に形成された出力端子２６に接続されるＩＤＴ３６とからなっている。
【００４２】そして、ＩＤＴ３３は、櫛歯状電極３１と櫛歯状電極３２とを互いに交差させた構成となっている。また、ＩＤＴ３６は、櫛歯状電極３４と櫛歯状電極３５とを互いに交差させた構成となっている。
【００４３】なお、上記弾性表面波フィルタＡと弾性表面波フィルタＢとは、それぞれ、その両側に、反射器３７を有している。
【００４４】そして、上記弾性表面波フィルタＡと弾性表面波フィルタＢとは、それぞれ、２重モード型の共振周波数特性を有している。この場合、弾性表面波フィルタＡの共振周波数をFl1，Fu1とし、弾性表面波フィルタＢの共振周波数をFl2，Fu2としても、その周波数特性は基板の結合定数と反射率のみに依存し、第７図または第８図に示すように、第１図に示した弾性表面波装置１とは異なり、広帯域化を図ることは難しい。
【００４５】なお、上記した実施の形態では、弾性表面波フィルタＡと弾性表面波フィルタＢとを、同一チップ上に形成したが、これらは、異なるチップ上に形成しても同様の効果を得ることができる。
【００４６】また、ＲＳＰＵＤＴ構造を用いているので、帯域外特性もＩＤＴの励振あるいは反射分布を重み付け関数で制御することにより、自在に設計することができるため、設計の自由度は共振子フィルタを逆相並列に接続した弾性表面波装置２１に比べて大幅に向上させることができる。
【００４７】すなわち、単体よりも広帯域化が実現でき、急峻なスカート特性を得るとともに、帯域特性と帯域外特性とを自在に設計でき、かつ、小型化が達成できる。
【００４８】次に、圧電性基板としてＬＢＯ基板を用いて、２１０ＭＨｚ帯のＰＣＳ（Personal Communications System）−ＩＦフィルタを形成し、同一の圧電性基板上に、アルミニウム（Ａｌ）膜で形成した２つのＲＳＰＵＤＴ構造の弾性表面波フィルタＡ，Ｂについて実験した結果について述べる。
【００４９】第９図は、弾性表面波フィルタＡの５０Ω系の周波数特性を示し、第１０図は、弾性表面波フィルタＢの５０Ω系の周波数特性を示している。
【００５０】また、第１１図は、第９図に示した周波数特性の弾性表面波フィルタＡと、第１０図に示した周波数特性の弾性表面波フィルタＢとを並列接続したときの合成波形の周波数特性を示している。
【００５１】次に、第１２図は、弾性表面波装置１の入力側に、抵抗Ｒ１，コンデンサＣ１及びインダクタＬ１よりなる外部回路を接続し、弾性表面波装置１の出力側に、抵抗Ｒ２，コンデンサＣ２及びインダクタＬ２よりなる外部回路を接続して、これらの外部回路によりマッチングを取るようにした状態を示している。
【００５２】この第１２図に示すように、マッチングを取ると、弾性表面波装置１のシミュレーションは、第１３図に示すようになり、第１１図に示す場合と同様の周波数特性を得ることが可能となる。
【００５３】さらに、実際の結果は、第１４図に示すような周波数特性となり、第１３図に示すシミュレーションと同様の結果を得ることができる。
【００５４】なお、上記した実施の形態では、圧電性基板にＬＢＯを用いたが、他の圧電性基板でも同様の効果を得ることができる。
【００５５】また、上記した実施の形態では、外部回路にてチューニングを必要とするＩＦフィルタに関して実験したが、純５０Ω駆動のＲＦ（Radio Frequency）フィルタでも同様の効果を得ることができる。
【００５６】なお、この発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、この外その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００５７】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、まず、帯域特性は、伝搬特性に方向性を有するように、一方向性電極構造となされた一対のＳＰＵＤＴを、互いに伝搬方向が逆方向となるように対向して配置したＲＳＰＵＤＴの周波数特性によって形成される。
【００５８】また、帯域幅は、ＲＳＰＵＤＴのうち、正方向の伝搬特性を有するＳＰＵＤＴの櫛歯状電極と、逆方向の伝搬特性を有するＳＰＵＤＴの櫛歯状電極との比率、つまり、共振キャビティを変えることにより、櫛歯状電極の対数によって規定されるトラップ内であれば、自在に制御することができ、低損失、広帯域で急峻なスカート特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る弾性表面波装置の実施の形態を説明するために示す図。
【図２】同実施の形態におけるＳＰＵＤＴの櫛歯状電極構造の一例を説明するために示す平面図。
【図３】同実施の形態における２つの弾性表面波フィルタの共振周波数の位相関係を説明するために示す図。
【図４】同実施の形態における２つの弾性表面波フィルタの共振周波数の他の位相関係を説明するために示す図。
【図５】同実施の形態における弾性表面波装置の周波数特性を説明するために示す図。
【図６】同実施の形態における弾性表面波装置の比較例となる弾性表面波装置を説明するために示す図。
【図７】同比較例の弾性表面波装置の周波数特性を説明するために示す図。
【図８】同比較例の弾性表面波装置の他の周波数特性を説明するために示す図。
【図９】同実施の形態における弾性表面波装置の一方の弾性表面波フィルタの周波数特性を説明するために示す図。
【図１０】同実施の形態における弾性表面波装置の他方の弾性表面波フィルタの周波数特性を説明するために示す図。
【図１１】同実施の形態における弾性表面波装置の２つの弾性表面波フィルタを合成した周波数特性を説明するために示す図。
【図１２】同実施の形態における弾性表面波装置に外部回路を接続した状態を説明するために示すブロック構成図。
【図１３】同実施の形態における外部回路が接続された弾性表面波装置の周波数特性をシミュレーションした状態を説明するために示す図。
【図１４】同実施の形態における外部回路が接続された弾性表面波装置の実際の周波数特性を説明するために示す図。
【符号の説明】
１…弾性表面波装置、
２…入力端子、
３…正ＳＰＵＤＴ、
４…逆ＳＰＵＤＴ、
５…ＲＳＰＵＤＴ、
６…出力端子、
７…逆ＳＰＵＤＴ、
８…正ＳＰＵＤＴ、
９…ＲＳＰＵＤＴ、
１０…圧電性基板、
１１…正ＳＰＵＤＴ、
１２…逆ＳＰＵＤＴ、
１３…ＲＳＰＵＤＴ、
１４…逆ＳＰＵＤＴ、
１５…正ＳＰＵＤＴ、
１６…ＲＳＰＵＤＴ。
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、弾性表面波素子を並列に接続した弾性表面波装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、周知のように、一般に、移動体通信用に用いられる弾性表面波装置の弾性表面波フィルタには、低損失及び急峻な帯域外遮断特性が求められている。、特に、ＧＳＭ（Global System for Mobile Communication）−ＩＦ（Intermediate Frequency）フィルタのように、低損失性が重視され、かつ、広帯域でありながら隣接チャンネルが近接しているために、急峻なフィルタ特性が求められているシステム用の弾性表面波素子には、例えば、従属に多段接続した共振子型フィルタが用いられている。
【０００３】ところが、従属に多段接続した共振子型フィルタでは、急峻性を確保するために段数を多くする必要があり、そのために損失が大きくなる。また、広帯域にするには、各共振子フィルタの段間をチューニングする必要があり、実装するのが困難となる。
【０００４】なお、他の弾性表面波フィルタとしては、例えば、特開昭６２−４３２０４号公報や特開平９−２１４２８４号公報等に記載された構成が知られている。これらは、各段の共振子の多重モードの周波数間隔によって、広帯域化を実現している。
【０００５】ところが、これらのフィルタは、多重共振周波数間隔が主として圧電性基板固有の電気機械結合係数に依存しているため、広帯域化には限界が生じる。また、モード帯域外での不要な高次モードの位相が、相手方の共振子型フィルタの位相と逆相になるように設定しないと、不要高次モードを抑圧することができない。このため、帯域外特性を制御しながら帯域内特性を設計することが事実上不可能で、使用用途が限られる。
【０００６】さらに、近年では、弾性表面波の伝搬特性に方向性を持たせるように、一方向性電極構造に形成された櫛歯状電極でなるＳＰＵＤＴ（Single Phase Uni−Directional Transducer）を、励振波の主伝搬方向が互いに逆方向となるように対向させて配置した弾性表面波素子Ｒ（Resonant）ＳＰＵＤＴを用いた弾性表面波フィルタが、設計の自由度が高く、低損失で小型化が達成され易いことから、広く利用されてきている。
【０００７】ところが、この種の弾性表面波フィルタでは、一方向性を得るために電極指の内部反射を積極的に利用しているため、その帯域幅及びスカート特性がともに、正方向の一方向性電極と逆方向の一方向性電極との、割合と反射率及び電極指本数に依存しているため、帯域幅とスカート特性とを独立して設計するには限界がある。特に、広い帯域幅と急峻なスカート特性とを両立することは、困難である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明は上記事情を考慮してなされたもので、低損失、広帯域で急峻なスカート特性を要する弾性表面波装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明に係る弾性表面波装置は、圧電性基板上に形成され、一対の櫛歯状電極を具備し表面波の伝搬方向が互いに逆の方向性を有する複数の領域を備えたトランスデューサを二つ以上有し、これらトランスデューサの少なくとも二つが互いに並列接続されているようにしたものである。
【００１０】発明者らは、ＲＳＰＵＤＴ構造の弾性表面波素子において、トランスデューサ内部の正方向ＳＰＵＤＴ領域と逆方向ＳＰＵＤＴ領域の比率（それぞれのＳＰＵＤＴ領域の電極指本数の比率）をかえると、このトランスデューサの周波数特性が変化し、特に共振点間隔が変化するという知見を得た。
【００１１】すなわち、ＲＳＰＵＤＴ構造のトランスデューサを用いた弾性表面波素子は、旧知のいわゆるトランスバーサル型フィルタと共振子型フィルタの中間的ふるまいをし、トランスデューサ内部の正方向ＳＰＵＤＴ領域と逆方向ＳＰＵＤＴ領域の境界を端部とした共振キャビティを形成し、多重モード型の共振周波数特性を示し、周波数−振幅特性上複数のピーク（共振点）を有することとなる。
【００１２】このＲＳＰＵＤＴ構造のフィルタにおいて、トランスデューサ内部の正方向ＳＰＵＤＴの電極指本数と逆方向ＳＰＵＤＴの電極指本数の比率を変化させることに伴なって、共振キャビティ長が変化する。その結果、周波数軸上における共振点の位置も変化する。例えば、４５°Ｘ−Ｚリチウムテトラボレート（Li2B4O7：ＬＢＯ）圧電性基板上に形成されたＲＳＰＵＤＴ構造のトランスデューサの正方向ＳＰＵＤＴ領域の電極指本数を多くする（正方向ＳＰＵＤＴ領域の比率を高くする）と、共振点間隔が広がることがわかった。この点についての詳細は、1999 IEEE ULTRASONICS SYMPOSIUM PROCEEDING Vol.１ P351〜356を参照されたい。
【００１３】この現象を利用し、二つ（もしくは二つ以上）のＲＳＰＵＤＴを逆相並列接続し、双方のＲＳＰＵＤＴの共振点が周波数軸上で望ましくは等間隔に並ぶようにしてフィルタを構成し、出力をインピーダンスマッチングさせることにより、二つのＲＳＰＵＤＴの周波数特性を合成した広帯域の通過特性を実現することができる。このとき、通過帯域特性はＲＳＰＵＤＴの共振点間隔を制御することによって所望の特性を実現でき、共振点間隔は正方向ＳＰＵＤＴと逆方向ＳＰＵＤＴの電極指本数の比率を変えるだけで制御可能である。したがって、電極設計上の小変更により、比較的自由に通過帯域幅をアレンジすることが可能である。
【００１４】また、並列接続されているトランスデューサのうちの、一方のトランスデューサの共振周波数をFl1，Fc1，Fu1とし、他方のトランスデューサの共振周波数をFl2，Fc2，Fu2とすると、Fl1＜Fl2＜Fc2＜Fc1＜Fu1＜Fu2の関係を有する。
【００１５】このため、帯域外特性、特にスカート特性は、共振周波数Fl1近傍の低周波側及び共振周波数Fu2近傍の高周波側で互いに逆相関係が保持されているので、一方のトランスデューサ及び他方のトランスデューサの通過特性は打ち消し合い急峻なスカート特性が実現でき、急峻性が実現される。
【００１６】また、Fl1の位相とFl2の位相とを逆にし、Fc1の位相とFc2の位相とを逆にし、Fu1の位相とFu2の位相とを逆にしているので、広帯域にできる。
【００１７】さらに、共振周波数Fl1，Fc1，Fu1，Fl2，Fc2，Fu2のうち、少なくとも４つの共振周波数の間隔をほぼ等しくしているので、広帯域にできる。
【００１８】また、共振周波数Fl1，Fc1，Fu1，Fl2，Fc2，Fu2のうち、少なくとも４つの共振周波数の挿入側室値をほぼ等しくしているので、周波数にかかわらず均一に広帯域にできる。
【００１９】さらに、一方のトランスデューサと他方のトランスデューサとが共に同一チップ上に形成されている。
【００２０】また、一方のトランスデューサと他方のトランスデューサとが異なるチップ上に形成されている。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。すなわち、第１図において、符号１は弾性表面波装置である。
【００２２】この弾性表面波装置１は、同一チップ上に、第１の弾性表面波素子である弾性表面波フィルタＡと、第２の弾性表面波素子である弾性表面波フィルタＢとが、並列に接続される構成となっている。
【００２３】これら弾性表面波フィルタＡ，Ｂは、ともに弾性表面波の主伝搬方向上に配置された二つのＲＳＰＵＤＴ５，９，１３，１６により構成される。それぞれのＲＳＰＵＤＴは、便宜上弾性表面波（ＳＡＷ）進行方向を図中右方向を正方向、左方向を逆方向とすると、正方向にＳＡＷを伝達する正ＳＰＵＤＴ３，８，１１，１５と、逆方向にＳＡＷを伝達する逆ＳＰＵＤＴ４，７，１２，１４により構成される。
【００２４】第２図は、ＳＰＵＤＴ電極構造の一例を示す。すなわち、圧電性基板１０上に形成された一対のバスバーのうち一方に接続されたλ／８幅（λは表面波波長）の電極指３ａと、他方のバスバーに接続された３λ／８幅の電極指３ｂ及びλ／８幅の電極指３ｃが交互に組み合わされた櫛歯電極構造を有する。
【００２５】この櫛歯電極構造において、励振波と電極端部で発生する内部反射波との位相関係は、図中右方向と左方向で異なったものとなる。この励振波と内部反射波との位相関係により、励振された弾性表面波は一方向に強められ、逆方向には弱められ、その結果一方向性が得られる。
【００２６】そして、この実施の形態においては、この櫛歯電極構造を丁度折り返した線対称構造の櫛歯電極構造同士を並べて一つのトランスデューサを構成することにより、ＲＳＰＵＤＴ構造を得ている。
【００２７】すなわち、第１図に示す正ＳＰＵＤＴと逆ＳＰＵＤＴは、互いに共通のバスバーに接続された櫛歯状電極を有する一つのトランスデューサとして構成されており、その境界を挟んで電極配置が線対称構造になっている。
【００２８】なお、ここで、線対称構造とは、完全な線対称を指すものではない。例えば、正ＳＰＵＤＴと逆ＳＰＵＤＴの電極指本数は必ずしも一致するものではなく、後述の如く要求特性に応じてそれぞれの電極指本数比率は変えられる。
【００２９】また、一つのトランスデューサが必ずしも一対の正ＳＰＵＤＴ領域と逆ＳＰＵＤＴ領域で構成される必要はなく、一つのトランスデューサ内部にいくつかの正ＳＰＵＤＴ領域と逆ＳＰＵＤＴ領域が並ぶように構成しても良い。
【００３０】実際にフィルタを構成するにあたっては、例えばこの方向性を利用して重み付けを行ない所望のフィルタ特性を実現するため、正ＳＰＵＤＴと逆ＳＰＵＤＴの配列はより複雑なもとされる場合が多いが、特に第１図に示すＲＳＰＵＤＴ構造に限らず、このような複雑な構造のＲＳＰＵＤＴ構造を用いることももちろん可能である。
【００３１】フィルタＡ及びＢは、この正ＳＰＵＤＴと逆ＳＰＵＤＴとの境界を端とする共振キャビティを有しており、トランスバーサル型フィルタと共振子型フィルタとの中間的な動作をする。この構成において、トランスデューサ内部の正ＳＰＵＤＴを構成する電極指と逆ＳＰＵＤＴを構成する電極指の比率を変えると、共振キャビティ長も変化する。その結果、これらのフィルタの共振モード間隔も変化する。
【００３２】ここで、上記弾性表面波フィルタＡ及び弾性表面波フィルタＢは、それぞれ、３重モード型の共振周波数を有している。この場合、弾性表面波フィルタＡの共振周波数をFl1，Fc1，Fu1とし、弾性表面波フィルタＢの共振周波数をFl2，Fc2，Fu2とすると、Fl1＜Fl2＜Fc2＜Fc1＜Fu1＜Fu2なる関係を有している。
【００３３】また、位相関係は、第３図及び第４図に示すように、共振周波数Fl1の位相が共振周波数Fl2の位相と逆符号であり、共振周波数Fc1の位相が共振周波数Fc2の位相と逆符号であり、共振周波数Fu1の位相が共振周波数Fu2の位相と逆符号である。
【００３４】さらに、共振周波数Fl1，Fc1，Fu1，Fl2，Fc2，Fu2のうち、少なくとも４個の共振周波数の間隔がほぼ等しく、少なくとも４個の共振周波数の挿入損失値がほぼ等しくなるように設定されている。
【００３５】そして、弾性表面波フィルタＡの３つの共振モードと、弾性表面波フィルタＢの３つの共振モードとの、合計６つの共振モードは、全て結合され、第５図に示すように、１つの大きな帯域を形成することができる。
【００３６】また、この帯域外では、弾性表面波フィルタＡと弾性表面波フィルタＢとが、帯域近傍でも逆符号関係を保っているので、減衰量は互いに打ち消し合い、スカート特性の急峻性が弾性表面波フィルタＡ及び弾性表面波フィルタＢの単体に比べて増加する。なお、この状態にて、フィルタＡとフィルタＢの挿入損失レベルが等しければ、帯域近傍の減衰量は無限大になる。
【００３７】ここで、第６図は、共振子型フィルタを逆相並列に接続してなる弾性表面波装置２１を、第１図に示した弾性表面波装置１の比較例として示している。
【００３８】すなわち、弾性表面波装置２１は、同一チップ上に、第１の弾性表面波素子である弾性表面波フィルタＡと、第２の弾性表面波素子である弾性表面波フィルタＢとが、並列に接続される構成となっている。
【００３９】このうち、弾性表面波フィルタＡは、圧電性基板２０上に形成された入力端子２２に接続されるＩＤＴ（Inter Digital Transducer）２５と、圧電基板２０上に形成された出力端子２６に接続されるＩＤＴ２９とからなっている。
【００４０】そして、ＩＤＴ２５は、櫛歯状電極２３と櫛歯状電極２４とを互いに交差させた構成となっている。また、ＩＤＴ２９は、櫛歯状電極２７と櫛歯状電極２８とを互いに交差させた構成となっている。
【００４１】一方、上記弾性表面波フィルタＢは、圧電性基板２０上に形成された入力端子２２に接続されるＩＤＴ３３と、圧電基板２０上に形成された出力端子２６に接続されるＩＤＴ３６とからなっている。
【００４２】そして、ＩＤＴ３３は、櫛歯状電極３１と櫛歯状電極３２とを互いに交差させた構成となっている。また、ＩＤＴ３６は、櫛歯状電極３４と櫛歯状電極３５とを互いに交差させた構成となっている。
【００４３】なお、上記弾性表面波フィルタＡと弾性表面波フィルタＢとは、それぞれ、その両側に、反射器３７を有している。
【００４４】そして、上記弾性表面波フィルタＡと弾性表面波フィルタＢとは、それぞれ、２重モード型の共振周波数特性を有している。この場合、弾性表面波フィルタＡの共振周波数をFl1，Fu1とし、弾性表面波フィルタＢの共振周波数をFl2，Fu2としても、その周波数特性は基板の結合定数と反射率のみに依存し、第７図または第８図に示すように、第１図に示した弾性表面波装置１とは異なり、広帯域化を図ることは難しい。
【００４５】なお、上記した実施の形態では、弾性表面波フィルタＡと弾性表面波フィルタＢとを、同一チップ上に形成したが、これらは、異なるチップ上に形成しても同様の効果を得ることができる。
【００４６】また、ＲＳＰＵＤＴ構造を用いているので、帯域外特性もＩＤＴの励振あるいは反射分布を重み付け関数で制御することにより、自在に設計することができるため、設計の自由度は共振子フィルタを逆相並列に接続した弾性表面波装置２１に比べて大幅に向上させることができる。
【００４７】すなわち、単体よりも広帯域化が実現でき、急峻なスカート特性を得るとともに、帯域特性と帯域外特性とを自在に設計でき、かつ、小型化が達成できる。
【００４８】次に、圧電性基板としてＬＢＯ基板を用いて、２１０ＭＨｚ帯のＰＣＳ（Personal Communications System）−ＩＦフィルタを形成し、同一の圧電性基板上に、アルミニウム（Ａｌ）膜で形成した２つのＲＳＰＵＤＴ構造の弾性表面波フィルタＡ，Ｂについて実験した結果について述べる。
【００４９】第９図は、弾性表面波フィルタＡの５０Ω系の周波数特性を示し、第１０図は、弾性表面波フィルタＢの５０Ω系の周波数特性を示している。
【００５０】また、第１１図は、第９図に示した周波数特性の弾性表面波フィルタＡと、第１０図に示した周波数特性の弾性表面波フィルタＢとを並列接続したときの合成波形の周波数特性を示している。
【００５１】次に、第１２図は、弾性表面波装置１の入力側に、抵抗Ｒ１，コンデンサＣ１及びインダクタＬ１よりなる外部回路を接続し、弾性表面波装置１の出力側に、抵抗Ｒ２，コンデンサＣ２及びインダクタＬ２よりなる外部回路を接続して、これらの外部回路によりマッチングを取るようにした状態を示している。
【００５２】この第１２図に示すように、マッチングを取ると、弾性表面波装置１のシミュレーションは、第１３図に示すようになり、第１１図に示す場合と同様の周波数特性を得ることが可能となる。
【００５３】さらに、実際の結果は、第１４図に示すような周波数特性となり、第１３図に示すシミュレーションと同様の結果を得ることができる。
【００５４】なお、上記した実施の形態では、圧電性基板にＬＢＯを用いたが、他の圧電性基板でも同様の効果を得ることができる。
【００５５】また、上記した実施の形態では、外部回路にてチューニングを必要とするＩＦフィルタに関して実験したが、純５０Ω駆動のＲＦ（Radio Frequency）フィルタでも同様の効果を得ることができる。
【００５６】なお、この発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、この外その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００５７】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、まず、帯域特性は、伝搬特性に方向性を有するように、一方向性電極構造となされた一対のＳＰＵＤＴを、互いに伝搬方向が逆方向となるように対向して配置したＲＳＰＵＤＴの周波数特性によって形成される。
【００５８】また、帯域幅は、ＲＳＰＵＤＴのうち、正方向の伝搬特性を有するＳＰＵＤＴの櫛歯状電極と、逆方向の伝搬特性を有するＳＰＵＤＴの櫛歯状電極との比率、つまり、共振キャビティを変えることにより、櫛歯状電極の対数によって規定されるトラップ内であれば、自在に制御することができ、低損失、広帯域で急峻なスカート特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る弾性表面波装置の実施の形態を説明するために示す図。
【図２】同実施の形態におけるＳＰＵＤＴの櫛歯状電極構造の一例を説明するために示す平面図。
【図３】同実施の形態における２つの弾性表面波フィルタの共振周波数の位相関係を説明するために示す図。
【図４】同実施の形態における２つの弾性表面波フィルタの共振周波数の他の位相関係を説明するために示す図。
【図５】同実施の形態における弾性表面波装置の周波数特性を説明するために示す図。
【図６】同実施の形態における弾性表面波装置の比較例となる弾性表面波装置を説明するために示す図。
【図７】同比較例の弾性表面波装置の周波数特性を説明するために示す図。
【図８】同比較例の弾性表面波装置の他の周波数特性を説明するために示す図。
【図９】同実施の形態における弾性表面波装置の一方の弾性表面波フィルタの周波数特性を説明するために示す図。
【図１０】同実施の形態における弾性表面波装置の他方の弾性表面波フィルタの周波数特性を説明するために示す図。
【図１１】同実施の形態における弾性表面波装置の２つの弾性表面波フィルタを合成した周波数特性を説明するために示す図。
【図１２】同実施の形態における弾性表面波装置に外部回路を接続した状態を説明するために示すブロック構成図。
【図１３】同実施の形態における外部回路が接続された弾性表面波装置の周波数特性をシミュレーションした状態を説明するために示す図。
【図１４】同実施の形態における外部回路が接続された弾性表面波装置の実際の周波数特性を説明するために示す図。
【符号の説明】
１…弾性表面波装置、
２…入力端子、
３…正ＳＰＵＤＴ、
４…逆ＳＰＵＤＴ、
５…ＲＳＰＵＤＴ、
６…出力端子、
７…逆ＳＰＵＤＴ、
８…正ＳＰＵＤＴ、
９…ＲＳＰＵＤＴ、
１０…圧電性基板、
１１…正ＳＰＵＤＴ、
１２…逆ＳＰＵＤＴ、
１３…ＲＳＰＵＤＴ、
１４…逆ＳＰＵＤＴ、
１５…正ＳＰＵＤＴ、
１６…ＲＳＰＵＤＴ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 圧電性基板上に形成され、一対の櫛歯状電極を具備し表面波の伝搬方向が互いに逆の方向性を有する複数の領域を備えたトランスデューサを二つ以上有し、これらトランスデューサの少なくとも二つが互いに並列接続されていることを特徴とする弾性表面波装置。
【請求項２】 前記トランスデューサは、それぞれ３重モード型の共振周波数特性を有していることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波装置。
【請求項３】 並列接続されている前記トランスデューサのうちの、一方のトランスデューサの共振周波数をFl1，Fc1，Fu1とし、他方のトランスデューサの共振周波数をFl2，Fc2，Fu2とすると、Fl1＜Fl2＜Fc2＜Fc1＜Fu1＜Fu2の関係を有することを特徴とする請求項２記載の弾性表面波装置。
【請求項４】 並列接続されている前記トランスデューサのうちの、一方のトランスデューサの共振周波数をFl1，Fc1，Fu1とし、他方のトランスデューサの共振周波数をFl2，Fc2，Fu2とすると、Fl1の位相とFl2の位相とが逆であり、Fc1の位相とFc2の位相とが逆であり、Fu1の位相とFu2の位相とが逆であることを特徴とする請求項２記載の弾性表面波装置。
【請求項５】 並列接続されている前記トランスデューサのうちの、一方のトランスデューサの共振周波数をFl1，Fc1，Fu1とし、他方のトランスデューサの共振周波数をFl2，Fc2，Fu2とすると、６つの共振周波数Fl1，Fc1，Fu1，Fl2，Fc2，Fu2のうち、少なくとも４つの共振周波数の間隔がほぼ等しいことを特徴とする請求項２記載の弾性表面波装置。
【請求項６】 並列接続されている前記トランスデューサのうちの、一方のトランスデューサの共振周波数をFl1，Fc1，Fu1とし、他方のトランスデューサの共振周波数をFl2，Fc2，Fu2とすると、６つの共振周波数Fl1，Fc1，Fu1，Fl2，Fc2，Fu2のうち、少なくとも４つの共振周波数の挿入損失値がほぼ等しいことを特徴とする請求項２記載の弾性表面波装置。
【請求項７】 並列接続されている前記トランスデューサのうちの、一方のトランスデューサと他方のトランスデューサとが共に同一チップ上に形成されていることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波装置。
【請求項８】 並列接続されている前記トランスデューサのうちの、一方のトランスデューサと他方のトランスデューサとがそれぞれ異なるチップ上に形成されていることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波装置。
【請求項１】 圧電性基板上に形成され、一対の櫛歯状電極を具備し表面波の伝搬方向が互いに逆の方向性を有する複数の領域を備えたトランスデューサを二つ以上有し、これらトランスデューサの少なくとも二つが互いに並列接続されていることを特徴とする弾性表面波装置。
【請求項２】 前記トランスデューサは、それぞれ３重モード型の共振周波数特性を有していることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波装置。
【請求項３】 並列接続されている前記トランスデューサのうちの、一方のトランスデューサの共振周波数をFl1，Fc1，Fu1とし、他方のトランスデューサの共振周波数をFl2，Fc2，Fu2とすると、Fl1＜Fl2＜Fc2＜Fc1＜Fu1＜Fu2の関係を有することを特徴とする請求項２記載の弾性表面波装置。
【請求項４】 並列接続されている前記トランスデューサのうちの、一方のトランスデューサの共振周波数をFl1，Fc1，Fu1とし、他方のトランスデューサの共振周波数をFl2，Fc2，Fu2とすると、Fl1の位相とFl2の位相とが逆であり、Fc1の位相とFc2の位相とが逆であり、Fu1の位相とFu2の位相とが逆であることを特徴とする請求項２記載の弾性表面波装置。
【請求項５】 並列接続されている前記トランスデューサのうちの、一方のトランスデューサの共振周波数をFl1，Fc1，Fu1とし、他方のトランスデューサの共振周波数をFl2，Fc2，Fu2とすると、６つの共振周波数Fl1，Fc1，Fu1，Fl2，Fc2，Fu2のうち、少なくとも４つの共振周波数の間隔がほぼ等しいことを特徴とする請求項２記載の弾性表面波装置。
【請求項６】 並列接続されている前記トランスデューサのうちの、一方のトランスデューサの共振周波数をFl1，Fc1，Fu1とし、他方のトランスデューサの共振周波数をFl2，Fc2，Fu2とすると、６つの共振周波数Fl1，Fc1，Fu1，Fl2，Fc2，Fu2のうち、少なくとも４つの共振周波数の挿入損失値がほぼ等しいことを特徴とする請求項２記載の弾性表面波装置。
【請求項７】 並列接続されている前記トランスデューサのうちの、一方のトランスデューサと他方のトランスデューサとが共に同一チップ上に形成されていることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波装置。
【請求項８】 並列接続されている前記トランスデューサのうちの、一方のトランスデューサと他方のトランスデューサとがそれぞれ異なるチップ上に形成されていることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１２】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
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【図８】
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【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００１−１７７３７０（Ｐ２００１−１７７３７０Ａ）
【公開日】平成１３年６月２９日（２００１．６．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０００−３０５３９９（Ｐ２０００−３０５３９９）
【出願日】平成１２年１０月４日（２０００．１０．４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１３年６月２９日（２００１．６．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１２年１０月４日（２０００．１０．４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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