弾性表面波装置

【解決手段】圧電体基板１上に形成された櫛歯状電極の歯３は、機械振動の伝搬方向Ｘとその厚みＤとの関係が一定の関数により設定される。こうして、多数の歯３がその厚みで重み付けされる。
【効果】この関数を適切に選ぶと、挿入損失−周波数特性を見た場合にサイドローブが減少し、周波数特性が改善される。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、櫛歯状電極を備えたＳＡＷデバイスの周波数特性を改善した弾性表面波装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＳＡＷデバイスは、表面波遅延線、ＳＡＷコンボルバ等の各種の電子回路素子として広く利用されている。このＳＡＷデバイスはその入出力部に、圧電体基板上に櫛歯状の電極を形成し、これにより電気信号を機械振動に変換する弾性表面波装置を備える。図２に、従来一般の弾性表面波装置の斜視図を示す。図に示すように、圧電体基板１の上には所定の間隔で櫛歯状の正電極２−１と負電極２−２とが配置されている。これらの正電極２−１や負電極２−２の歯３は交互に噛み合わされるように配置されている。この正電極２−１と負電極２−２に対し電気信号を入力すると、両者の間に生じる電界により圧電体基板１の表面付近が歪む。この歪が図の矢印Ｘ方向に伝搬する。こうして電気信号から機械振動へのエネルギー変換が行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のような従来の弾性表面波装置には次のような解決すべき課題があった。弾性表面波装置は、電気信号を機械振動に変換する際に、その信号周波数に応じたピッチで正電極と負電極の間隔が設定される。広帯域特性を要求する場合には、多数の櫛歯状電極の歯の間隔を伝送周波数に合わせて各種設定し、重み付けを行っている。また、信号レベルの調整のために各歯の長さの重み付けも行っている（実開平４−１０３７２３号公報等）。しかしながら、特性を改善したり変更したりするために、歯の配列ピッチや歯の長さを変更すると、弾性表面波装置を製造する際の電極パターンを決定するマスクを、その都度新たに調整し交換しなければならない。また、歯のピッチや長さを調整することによる重み付けだけでは十分位相特性や周波数特性を改善できない場合もある。本発明は以上の点を解決するためになされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は以上の点を解決するため次の構成を採用する。
〈構成１〉圧電体基板上に、それぞれ櫛歯状をして、互いにその歯を噛み合わせた正電極と負電極を形成し、これらの電極間に電気信号を入力して圧電体基板上に機械振動を伝搬させるものにおいて、圧電体基板上の機械振動の伝搬方向に沿った電極形成位置と、そこに形成される圧電体基板上面から垂直に離れる方向に見た各電極の歯の厚みとの関係が、予め設定された関数により選定されている。
【０００５】〈説明〉櫛歯状電極は、圧電体基板表面に、入力した電気信号に対応する電界を形成して、圧電体基板を歪ませる。これによる機械振動は、櫛の歯にほぼ直交する方向に伝搬する。座標軸をこの機械振動の伝搬方向にとると、各電極の歯の厚みが予め設定された関数に従って選定され、重み付けがされている。例えば、弾性表面波フィルタの場合、基板上の端に形成された電極に比べ、基板上の中央付近に形成した歯ほど厚みが増すように重み付けをすると、周波数特性において、サイドローブが減少してその周波数特性が改善される。
【０００６】〈構成２〉関数はハミング関数とする。
〈説明〉窓関数としてよく利用されるハミング関数に従って歯の厚みを選定すると、サイドローブの減少効果が著しい。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具体例を用いて説明する。
〈具体例〉図１は、本発明の弾性表面波装置具体例を示す主要部斜視図である。図に示すように、圧電体基板１の表面には多数の歯３から構成される櫛歯状電極が形成されている。この櫛歯状電極は、正電極２−１と負電極２−２とを対向させ、これらの歯３が交互に噛み合うように配置されている。なお、この圧電体基板１は、広く一般にＳＡＷデバイス等に使用されているＰＺＴ等から構成される。正電極２−１及び負電極２−２は、いずれも厚膜法等によって形成されたアルミニウム等の導電性金属により構成される。ここで、正電極２−１と負電極２−２との間に電気信号を入力すると、これらの間に発生する電界により矢印Ｘの方向に機械振動が伝搬する。ここで、本発明においては、この歯３の厚みＤとこの伝搬方向Ｘに沿った位置との関係が所定の関数に当てはまるように選定される。なお、厚みＤというのは図のように、圧電体基板１の上面から垂直に離れる方向に見た歯３の長さのことをいう。
【０００８】図３には、本発明による歯の厚み選定方法説明図を示す。この図３（ａ）は圧電体基板上の電極を上面から見た図で、送信側電極４−１が３０対、受信側電極４−２が２０対で構成されている。なお、１対というのは正電極と負電極の歯１本ずつによる組のことをいう。ここで、例えば送信側電極４−１の破線Ｂを通る断面を拡大すると、図の（ｂ）に示すようになる。即ち、圧電体基板１上で、電極の歯３が、中央に向かうほど厚く両端に向かうほど薄くなるように形成されている。なお、歯の本数は実際には３０対であり、また歯の厚みは図に示すほど極端な差はないが、この図では説明を容易にするために、誇張して断面を描いている。なお、この例では、各歯３の厚みＤをハミング関数によって演算し設定している。即ち、機械振動の伝搬方向Ｘに対してその中央が最も厚く両端が最も薄くなるようなハミング関数によりこれらの厚みＤが順に算定されている。
【０００９】このような構成の弾性表面波装置は、例えば図４に示すような方法により製造される。まず、この図４に示すような圧電体基板１上に電極の歯３を形成する。そして、これらの歯の長さとほぼ同一の長さのスリット７を有するマスク６を圧電体基板１の上方にかざし、イオンビーム８を照射する。イオンビーム８はスリット７を通過し、各歯３を切削する。これはドライエッチング法と呼ばれている方法であるが、この場合に圧電体基板１の端の方に配置された歯３は長時間エッチングし、厚みを厚くするべき中央部分の歯ではエッチング時間を短くする。このエッチング時間を上記関数に対応するように設定すると、歯の厚みが図３に示したような分布となる。
【００１０】図５には、本発明を採用してなる弾性表面波フィルタの周波数特性を示すグラフを図示した。図５（ａ）に示すグラフは、横軸に周波数［ＭＨｚ］を示し、縦軸に挿入損失［ｄＢ］を示した。図中、矢印Ｃで示した範囲がメインビームの通過帯域で、この範囲外の信号はスプリアスである。即ち、この弾性表面波装置では、矢印Ｃの部分のメインビームについては全体として一定レベル以上の通過特性を示し、両側にあるスプリアス信号については可能な限りその通過を阻止したい。図中破線で示す特性は櫛歯状電極の歯の厚みを一定にした場合の特性である。また、実線で示したものはハミング関数を用いて重み付けした特性を示す。即ち、歯の厚みについて重み付けを行うと、この図に示すように、丁度サイドローブに相当する不要周波数成分が減少する。即ち、中心周波数のメインビームに相当する２１０ＭＨｚ以上、１９０ＭＨｚ以下の部分の特性をそのままにして、サイドローブ部分を十分に減衰させることが可能になる。なお、このハミング関数は図の（ｂ）に示すように窓関数としてよく知られた関数で、図のように窓幅をＴとし、ω（ｔ）に示す山形の厚み分布を示すものである。
【００１１】以上のように、電極の歯の厚みを機械振動の伝搬方向に沿って変更することによって、櫛歯状電極に重み付けを施すと、電極を厚膜法で圧電体基板上に形成する際の、フォトマスクのパターンを変更する必要がない。即ち、異なる帯域特性の弾性表面波装置を同一のフォトマスクを使用して製造できる。更に、電極パターンを同一のままにすることができれば、圧電体基板の大きさも同一になり、特性の異なるＳＡＷデバイスを同一の圧電体基板を用いて製造でき、生産性が良くなる。更に、電極の長さや電極間隔等を適当に選択し重み付けしたとしても、なお十分な特性が得られないような場合、更にこのように歯の厚みに重み付けを行って特性改善を図れば、極めて高品質のＳＡＷデバイスの製造が可能となる。
【００１２】なお、図６及び図７には、上記のようにハミング関数によって歯の厚みの重み付けをした場合と比較するための別の重み付け例を図示した。なお、これらのグラフは、いずれも図５に示したものと全く同様の表現方法で記載されている。図６に示す例は、歯の厚みをｙ＝１／ｘの関数に従って選定される例を示す。ｙは歯の厚みで、ｘは機械振動の伝搬方向である。この図６を見て分かるように、ｙ＝１／ｘの関数に従って厚みに重み付けをすると、重み付けをしなかった破線に示す特性に比べて全体として特性を低域側にシフトさせることができる。
【００１３】図７は、その（ｂ）に示すようにｙ＝ｓｉｎｘという関数に従って歯の厚みに重み付けを行ったものである。この場合には、サイドローブは比較的十分な減衰を得ているが、メインビームも少し減衰が生じている。通過帯域もやや低域側にシフトさせることができる。なお、図５に示すように、他の例に比べてメインビームの通過特性を維持した良好な特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の弾性表面波装置具体例を示す櫛歯状電極の斜視図である。
【図２】従来一般の弾性表面波装置の櫛歯状電極斜視図である。
【図３】本発明による弾性表面波装置の具体例を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は送信側電極の縦断面図である。
【図４】本発明による弾性表面波装置の櫛歯状電極製造方法を示す斜視図である。
【図５】ハミング関数により重み付けをした場合の弾性表面波フィルタの周波数特性を示すグラフである。
【図６】ｙ＝１／ｘの関数により重み付けをした場合の効果を示すグラフである。
【図７】ｙ＝ｓｉｎｘの関数に従って重み付けをした場合のグラフである。
【符号の説明】
１圧電体基板
２−１正電極
２−２負電極
ｘ機械振動の伝搬方向
Ｄ厚み

【特許請求の範囲】
【請求項１】圧電体基板上に、それぞれ櫛歯状をして、互いにその歯を噛み合わせた正電極と負電極を形成し、これらの電極間に電気信号を入力して前記圧電体基板上に機械振動を伝搬させるものにおいて、前記圧電体基板上の前記機械振動の伝搬方向に沿った電極形成位置と、そこに形成される前記圧電体基板上面から垂直に離れる方向に見た前記各電極の歯の厚みとの関係が、予め設定された関数により選定されていることを特徴とする弾性表面波装置。
【請求項２】前記関数はハミング関数とす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】