表面波素子
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、交さ幅重み付けＩＤＴ電極の包絡線をコサイン関数処理した表面波素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の表面波素子においては、高次横モードの影響によって、共振周波数付近にスプリアスが生じる。従来、このスプリアスを抑制するために、ＩＤＴ電極に、横０次モードの電荷分布曲線を近似したＹ＝±ＣＯＳ- 1 （｜αＸ｜）
但し、ＩＤＴ電極はＸ軸方向の −Ｘ0 ／２≦Ｘ≦Ｘ0 ／２にあるものとし、０＜α≦π／Ｘ0 である。
形状の重み付けを行い、高次横モードを低減することが行われてきた。その交さ幅重み付けの包絡線を図５に示す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記のようなＣＯＳ- 1 （｜αＸ｜）のみの交さ幅重み付けでは、図６Ａにおいて１１ａで、また図６Ｂにおいて１１ｂで、それぞれ示すように、共振周波数付近のスプリアスを完全に除去することはできず、発振器用のデバイス、特にＶＣＯ用としては使用できないことが多かった。これは、後述するように、Ｙ軸方向の横モードのみを考慮し、Ｘ軸方向の分布である縦モードを無視したことが原因である。
【０００４】したがって、本発明は、主共振の横０次モードの近似関数ＣＯＳ- 1 （｜αＸ｜）に縦０次モードの近似関数ＣＯＳ（βＸ）を乗じることによって、ＩＤＴ電極の交さ幅重み付け包絡線を構成して、高次モードの影響を減少させ、共振周波数付近のスプリアスを抑制することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達成するために、一つには、圧電基板上に、交さ幅重み付けを施したＩＤＴ電極と、その前後に反射器電極とを、形成した表面波素子において、ＩＤＴ電極の中心を原点とし、表面波の伝播方向にＸ軸、その垂直方向にＹ軸を仮定し、Ｘ軸方向のＩＤＴ電極の範囲を−Ｘ0 ／２≦Ｘ≦Ｘ0 ／２としたとき、ＩＤＴ電極の交さ幅重み付け包絡線がＹ＝±ＣＯＳ- 1 （｜αＸ｜）・ＣＯＳ（βＸ）
但し、０＜α≦π／Ｘ0０＜β≦π／Ｘ0を満たすように形成されていることを特徴とする表面波素子とし、二つには、交さ幅重み付け包絡線を持つＩＤＴ電極を、Ｙ軸と平行な直線で２分して２ポートタイプ（２電極共振子）としたことを特徴とする表面波素子としたものである。
【０００６】
【作用】ＩＤＴ電極の中心を原点とし、表面波の伝播方向をＸ軸、それと垂直方向をＹ軸とする。Ｘ軸上のＩＤＴ電極の範囲は、−Ｘ0 ／２≦Ｘ≦Ｘ0 ／２とする。このとき、表面波による電荷分布をＱ（Ｘ）、ＩＤＴ電極の交さ幅重み付け関数をＷ（Ｘ）とすると、ＩＤＴ電極の電気端子に現れる信号強度Ｉは
【０００７】
【数１】
【０００８】となる。Ｗ（Ｘ）とＱ（Ｘ）が直交する関数であれば、上式により信号強度Ｉは０となる。実際、電荷分布関数はコサイン関数で近似することができ、各モードの関数の間には直交関係がある。従って、交さ幅重み付け関数Ｗ（Ｘ）として０次モードの電荷分布と同じ関数を選べば、高次モードによる信号強度は関数の直交性より０となり、不要なスプリアスは抑圧される。横モードのみを考えたＩＤＴの電荷分布は、ＣＯＳ− １ （｜αＸ｜） 但し、０＜α≦π／Ｘ0のように近似されるが、実際にはＸ軸方向の分布である縦モードの存在により電荷分布は、Ａ（Ｘ）・ＣＯＳ- 1 （｜αＸ｜）となる。Ａ（Ｘ）は縦０次モードのとき、Ａ（Ｘ）＝ＣＯＳ（βＸ） 但し、０＜β≦π／Ｘ0と近似できる。よって、本発明では縦モードも考慮して、交さ幅重み付け関数をＷ（Ｘ）＝±ＣＯＳ- 1 （｜αＸ｜）・ＣＯＳ（βＸ）
とするものである。なお、従来は交さ幅重み付け関数として横モードのみを考慮したＣＯＳ- 1 （｜αＸ｜） 但し、０＜α≦π／Ｘ0を使用していたため、高次モードとの直交性がなくなり、高次スプリアスを完全には抑圧できなかった。
【０００９】
【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。図１において、１は圧電基板、２はＩＤＴ電極で、圧電基板１に設けられている。ＩＤＴ電極２の中心３を原点とし、表面波の伝播方向４をＸ軸、その垂直方向をＹ軸とする座標系を導入する。５ａ、５ｂは反射器電極で、Ｘ軸上、ＩＤＴ電極２の両側に取り付けられている。
【００１０】図２を参照して、本発明のＩＤＴ電極への重み付け方法を説明する。座標系のとり方は図１と同じとし、単位はＸ軸についてはＩＤＴ電極の右端６を（Ｘ0 ／２、０）とし、Ｙ軸は電極指とバスバー７との境界８を（０、１）とする。説明では第１象限のみを考える。
【００１１】横０次モードの電荷分布は、Ｑ（Ｘ）＝ＣＯＳ- 1 （｜αＸ｜）
と近似できので、位置Ｘｉにある電極指の励振部の長さＹｉはＹｉ＝ＣＯＳ- 1 （｜αＸｉ｜）
となる。また、図２Ｂは縦０次モードの振幅を示すもので、Ｘｉでの縦０次モードの振幅はＡ（Ｘｉ）＝ＣＯＳ（βＸｉ）
で近似できる。本発明は、横モードと縦モードの電荷分布を考慮して、Ｘｉでの励振部の長さが横０次モードと縦０次モードの積Ａ（Ｘｉ）・Ｙｉとなるように交さ幅重み付けを行う。ここに、αは電荷分布の導波路外へのしみだしによって決まる値で、導波路幅と導波路内外の音速比から計算した値を用いる。βはＩＤＴ電極の設計パラメータから電極指１本毎に流れる電流を計算機で求め、それを元に算出した値を用いる。実際に、α＝０．８８π β＝０．９８π ＩＤＴの長さ＝１としたとき、ＩＤＴ電極の交さ幅重み付け包絡線は図３Ａとなる。ＩＤＴ電極をＹ軸で分割した２ポートタイプに適用した場合は、図３Ｂとなる。９は表面波が励振される部分の包絡線である。このように交さ幅重み付けされたＩＤＴ電極は、電極指が奇数本の場合はＹ軸に、偶数本の場合は原点に対称となる。
【００１２】図３Ａのように縦モード考慮の交さ幅重み付けされた電極をＸカット１１２°Ｙ伝播のＬｉＴａＯ3 に施した場合、インピーダンス特性は図４となる。なお、図５に示す従来例の電極を施した場合、インピーダンス特性は図６となる。この共振子をＶＣＯに用いる場合、従来例の図６ではスプリアス１１ａ、１１ｂで周波数飛びが生ずるが、本発明の実施例ではスプリアスは１０ａ、１０ｂのように小さくなり、周波数飛びの問題は生じにくくなる。
【００１３】
【発明の効果】本発明は、ＩＤＴ電極の交さ幅重み付け関数として、主共振の横０次モードに近似するＣＯＳ- 1 （｜αＸ｜）と、縦０次モードに近似するＣＯＳ（βＸ）とを乗じたものを用いるので、高次モードはより良好に抑圧されて、共振周波数付近のスプリアスが除去されるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を説明するために導入された座標系の説明図
【図２】 本発明の理論構成を説明するための説明図で、Ａは横０次モードの説明図、Ｂは縦０次モードの説明図
【図３】 本実施例にかかる表面波素子のＩＤＴ電極を示すもので、Ａは１ポートタイプＩＤＴ電極の平面図、Ｂは２ポートタイプＩＤＴ電極の平面図
【図４】 図３Ａの実施例により得られた特性を示すもので、Ａはインピーダンス特性図、Ｂはスミスチャート図
【図５】 従来例のＩＤＴ電極の平面図
【図６】 図５に示す従来例により得られた特性を示すもので、Ａはインピーダンス特性図、Ｂはスミスチャート図
【符号の説明】
１ 圧電基板
２ ＩＤＴ電極
３ 原点
４ 表面波の伝播方向
５ａ、５ｂ 反射器電極
６ 右端
７ バスバー
８ 境界
９ 交さ幅重みづけ包絡線
１０ａ、１０ｂ スプリアス
１１ａ、１１ｂ スプリアス
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、交さ幅重み付けＩＤＴ電極の包絡線をコサイン関数処理した表面波素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の表面波素子においては、高次横モードの影響によって、共振周波数付近にスプリアスが生じる。従来、このスプリアスを抑制するために、ＩＤＴ電極に、横０次モードの電荷分布曲線を近似したＹ＝±ＣＯＳ- 1 （｜αＸ｜）
但し、ＩＤＴ電極はＸ軸方向の −Ｘ0 ／２≦Ｘ≦Ｘ0 ／２にあるものとし、０＜α≦π／Ｘ0 である。
形状の重み付けを行い、高次横モードを低減することが行われてきた。その交さ幅重み付けの包絡線を図５に示す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記のようなＣＯＳ- 1 （｜αＸ｜）のみの交さ幅重み付けでは、図６Ａにおいて１１ａで、また図６Ｂにおいて１１ｂで、それぞれ示すように、共振周波数付近のスプリアスを完全に除去することはできず、発振器用のデバイス、特にＶＣＯ用としては使用できないことが多かった。これは、後述するように、Ｙ軸方向の横モードのみを考慮し、Ｘ軸方向の分布である縦モードを無視したことが原因である。
【０００４】したがって、本発明は、主共振の横０次モードの近似関数ＣＯＳ- 1 （｜αＸ｜）に縦０次モードの近似関数ＣＯＳ（βＸ）を乗じることによって、ＩＤＴ電極の交さ幅重み付け包絡線を構成して、高次モードの影響を減少させ、共振周波数付近のスプリアスを抑制することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達成するために、一つには、圧電基板上に、交さ幅重み付けを施したＩＤＴ電極と、その前後に反射器電極とを、形成した表面波素子において、ＩＤＴ電極の中心を原点とし、表面波の伝播方向にＸ軸、その垂直方向にＹ軸を仮定し、Ｘ軸方向のＩＤＴ電極の範囲を−Ｘ0 ／２≦Ｘ≦Ｘ0 ／２としたとき、ＩＤＴ電極の交さ幅重み付け包絡線がＹ＝±ＣＯＳ- 1 （｜αＸ｜）・ＣＯＳ（βＸ）
但し、０＜α≦π／Ｘ0０＜β≦π／Ｘ0を満たすように形成されていることを特徴とする表面波素子とし、二つには、交さ幅重み付け包絡線を持つＩＤＴ電極を、Ｙ軸と平行な直線で２分して２ポートタイプ（２電極共振子）としたことを特徴とする表面波素子としたものである。
【０００６】
【作用】ＩＤＴ電極の中心を原点とし、表面波の伝播方向をＸ軸、それと垂直方向をＹ軸とする。Ｘ軸上のＩＤＴ電極の範囲は、−Ｘ0 ／２≦Ｘ≦Ｘ0 ／２とする。このとき、表面波による電荷分布をＱ（Ｘ）、ＩＤＴ電極の交さ幅重み付け関数をＷ（Ｘ）とすると、ＩＤＴ電極の電気端子に現れる信号強度Ｉは
【０００７】
【数１】
【０００８】となる。Ｗ（Ｘ）とＱ（Ｘ）が直交する関数であれば、上式により信号強度Ｉは０となる。実際、電荷分布関数はコサイン関数で近似することができ、各モードの関数の間には直交関係がある。従って、交さ幅重み付け関数Ｗ（Ｘ）として０次モードの電荷分布と同じ関数を選べば、高次モードによる信号強度は関数の直交性より０となり、不要なスプリアスは抑圧される。横モードのみを考えたＩＤＴの電荷分布は、ＣＯＳ− １ （｜αＸ｜） 但し、０＜α≦π／Ｘ0のように近似されるが、実際にはＸ軸方向の分布である縦モードの存在により電荷分布は、Ａ（Ｘ）・ＣＯＳ- 1 （｜αＸ｜）となる。Ａ（Ｘ）は縦０次モードのとき、Ａ（Ｘ）＝ＣＯＳ（βＸ） 但し、０＜β≦π／Ｘ0と近似できる。よって、本発明では縦モードも考慮して、交さ幅重み付け関数をＷ（Ｘ）＝±ＣＯＳ- 1 （｜αＸ｜）・ＣＯＳ（βＸ）
とするものである。なお、従来は交さ幅重み付け関数として横モードのみを考慮したＣＯＳ- 1 （｜αＸ｜） 但し、０＜α≦π／Ｘ0を使用していたため、高次モードとの直交性がなくなり、高次スプリアスを完全には抑圧できなかった。
【０００９】
【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。図１において、１は圧電基板、２はＩＤＴ電極で、圧電基板１に設けられている。ＩＤＴ電極２の中心３を原点とし、表面波の伝播方向４をＸ軸、その垂直方向をＹ軸とする座標系を導入する。５ａ、５ｂは反射器電極で、Ｘ軸上、ＩＤＴ電極２の両側に取り付けられている。
【００１０】図２を参照して、本発明のＩＤＴ電極への重み付け方法を説明する。座標系のとり方は図１と同じとし、単位はＸ軸についてはＩＤＴ電極の右端６を（Ｘ0 ／２、０）とし、Ｙ軸は電極指とバスバー７との境界８を（０、１）とする。説明では第１象限のみを考える。
【００１１】横０次モードの電荷分布は、Ｑ（Ｘ）＝ＣＯＳ- 1 （｜αＸ｜）
と近似できので、位置Ｘｉにある電極指の励振部の長さＹｉはＹｉ＝ＣＯＳ- 1 （｜αＸｉ｜）
となる。また、図２Ｂは縦０次モードの振幅を示すもので、Ｘｉでの縦０次モードの振幅はＡ（Ｘｉ）＝ＣＯＳ（βＸｉ）
で近似できる。本発明は、横モードと縦モードの電荷分布を考慮して、Ｘｉでの励振部の長さが横０次モードと縦０次モードの積Ａ（Ｘｉ）・Ｙｉとなるように交さ幅重み付けを行う。ここに、αは電荷分布の導波路外へのしみだしによって決まる値で、導波路幅と導波路内外の音速比から計算した値を用いる。βはＩＤＴ電極の設計パラメータから電極指１本毎に流れる電流を計算機で求め、それを元に算出した値を用いる。実際に、α＝０．８８π β＝０．９８π ＩＤＴの長さ＝１としたとき、ＩＤＴ電極の交さ幅重み付け包絡線は図３Ａとなる。ＩＤＴ電極をＹ軸で分割した２ポートタイプに適用した場合は、図３Ｂとなる。９は表面波が励振される部分の包絡線である。このように交さ幅重み付けされたＩＤＴ電極は、電極指が奇数本の場合はＹ軸に、偶数本の場合は原点に対称となる。
【００１２】図３Ａのように縦モード考慮の交さ幅重み付けされた電極をＸカット１１２°Ｙ伝播のＬｉＴａＯ3 に施した場合、インピーダンス特性は図４となる。なお、図５に示す従来例の電極を施した場合、インピーダンス特性は図６となる。この共振子をＶＣＯに用いる場合、従来例の図６ではスプリアス１１ａ、１１ｂで周波数飛びが生ずるが、本発明の実施例ではスプリアスは１０ａ、１０ｂのように小さくなり、周波数飛びの問題は生じにくくなる。
【００１３】
【発明の効果】本発明は、ＩＤＴ電極の交さ幅重み付け関数として、主共振の横０次モードに近似するＣＯＳ- 1 （｜αＸ｜）と、縦０次モードに近似するＣＯＳ（βＸ）とを乗じたものを用いるので、高次モードはより良好に抑圧されて、共振周波数付近のスプリアスが除去されるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を説明するために導入された座標系の説明図
【図２】 本発明の理論構成を説明するための説明図で、Ａは横０次モードの説明図、Ｂは縦０次モードの説明図
【図３】 本実施例にかかる表面波素子のＩＤＴ電極を示すもので、Ａは１ポートタイプＩＤＴ電極の平面図、Ｂは２ポートタイプＩＤＴ電極の平面図
【図４】 図３Ａの実施例により得られた特性を示すもので、Ａはインピーダンス特性図、Ｂはスミスチャート図
【図５】 従来例のＩＤＴ電極の平面図
【図６】 図５に示す従来例により得られた特性を示すもので、Ａはインピーダンス特性図、Ｂはスミスチャート図
【符号の説明】
１ 圧電基板
２ ＩＤＴ電極
３ 原点
４ 表面波の伝播方向
５ａ、５ｂ 反射器電極
６ 右端
７ バスバー
８ 境界
９ 交さ幅重みづけ包絡線
１０ａ、１０ｂ スプリアス
１１ａ、１１ｂ スプリアス
【特許請求の範囲】
【請求項１】圧電基板上に、重み付けを施したＩＤＴ電極と、その前後に反射器電極とを、形成した表面波素子において、ＩＤＴ電極の中心を原点とし、表面波の伝播方向にＸ軸、その垂直方向にＹ軸を仮定し、Ｘ軸方向のＩＤＴ電極の範囲を−Ｘ0 ／２≦Ｘ≦Ｘ0 ／２としたとき、ＩＤＴ電極の交さ幅重み付け包絡線がＹ＝±ＣＯＳ- 1 （｜αＸ｜）・ＣＯＳ（βＸ）
但し、０＜α≦π／Ｘ0０＜β≦π／Ｘ0−Ｘ0 ／２はＩＤＴ電極の左端のＸ座標Ｘ0 ／２はＩＤＴ電極の右端のＸ座標を満たすように形成されていることを特徴とする表面波素子。
【請求項２】請求項１記載の交さ幅重み付け包絡線を持つＩＤＴ電極を、Ｙ軸と平行な直線で２分して２ポートタイプとしたことを特徴とする請求項１記載の表面波素子。
【請求項１】圧電基板上に、重み付けを施したＩＤＴ電極と、その前後に反射器電極とを、形成した表面波素子において、ＩＤＴ電極の中心を原点とし、表面波の伝播方向にＸ軸、その垂直方向にＹ軸を仮定し、Ｘ軸方向のＩＤＴ電極の範囲を−Ｘ0 ／２≦Ｘ≦Ｘ0 ／２としたとき、ＩＤＴ電極の交さ幅重み付け包絡線がＹ＝±ＣＯＳ- 1 （｜αＸ｜）・ＣＯＳ（βＸ）
但し、０＜α≦π／Ｘ0０＜β≦π／Ｘ0−Ｘ0 ／２はＩＤＴ電極の左端のＸ座標Ｘ0 ／２はＩＤＴ電極の右端のＸ座標を満たすように形成されていることを特徴とする表面波素子。
【請求項２】請求項１記載の交さ幅重み付け包絡線を持つＩＤＴ電極を、Ｙ軸と平行な直線で２分して２ポートタイプとしたことを特徴とする請求項１記載の表面波素子。
【図１】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【特許番号】特許第３２８９４１０号（Ｐ３２８９４１０）
【登録日】平成１４年３月２２日（２００２．３．２２）
【発行日】平成１４年６月４日（２００２．６．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平５−１６２０６９
【出願日】平成５年６月３０日（１９９３．６．３０）
【公開番号】特開平７−２２８９８
【公開日】平成７年１月２４日（１９９５．１．２４）
【審査請求日】平成１２年６月２３日（２０００．６．２３）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【参考文献】
【文献】特開 昭６４−８７１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】１９７６ ＩＥＥＥ ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣＳ ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳ，ｐ．２６０−２６５，２８７−２９６
【登録日】平成１４年３月２２日（２００２．３．２２）
【発行日】平成１４年６月４日（２００２．６．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成５年６月３０日（１９９３．６．３０）
【公開番号】特開平７−２２８９８
【公開日】平成７年１月２４日（１９９５．１．２４）
【審査請求日】平成１２年６月２３日（２０００．６．２３）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【参考文献】
【文献】特開 昭６４−８７１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】１９７６ ＩＥＥＥ ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣＳ ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳ，ｐ．２６０−２６５，２８７−２９６
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