JPH01236714A - 弾性表面波装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、交番信号に関するフィルタ装置や共振装置な
どとして好適に実施される弾性表面波装置に関する。

従来の技術 近年、各種精密技術の発展に伴って、たとえばポケット
ベルや携帯電話また自動車電話など、いわゆる可搬形の
無線装置が多く用いられている。

このような無線装置には各種の同調回路が用いられてい
る。このような同調回路にはいわゆるフィルタ回路が含
まれている。一方、装置全体の小形化、軽量化を図るた
めに、各構成部品の小形化が望まれており、この観点か
らこのようなフィルタ回路や共振器として表面弾性波装
置パ用いられている。

この表面弾性波装置はたとえば圧電材料から成る基板上
に、交差する一対の櫛形′：＆極を形成し、各電極を異
極として交番駆動する。これにより相互に隣接する異極
の電極指間には電界が発生し、この電界により前記電極
指間の基板表面に物理的変位が発生する。このような物
理的変位が各電極指間に発生することになり、このよう
な物理的変位が伝播されて基板表面に表面波が発生する
。

この表面波の周期や波形などは、前記交差櫛形電極にお
ける電極指の配置態様によって決定される。したがって
たとえば各電極指間の間隔が同一であって、その配列ピ
ッチを予め定める長さに設定することにより、この交差
電極に入力される交番信号が変動したり、または雑音が
混じったりする場合であっても、励起される表面弾性波
の周波数などは、上記電極指の配列ピッチなどによって
決定される種類となる。すなわちこのような表面弾性波
装置は、電気信号に関する共振器やフィルタなどとして
用いることができる。

第１２図〜第１４図は、従来技術を説明する図である。

これらの図面を併せて参照して、従来技術について説明
する。以下の説明では、表面弾性波装置をフィルタとし
て用いる場合について説明′　する、第１２図に示され
るような曲線１１であって、中心周波数がｆＯの周波数
特性を有するフィルタとなる弾性表面波装置を製造する
場合、従来では間引法とアボタイズド法との２つの原理
が提案されていた。

■間引法 この方式による弾性表面波装置（以下、Ｓ　Ａ　Ｗ（Ｓ
ｕｒｆａｃｅ　Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｗａｖｅ）装置と略
す）１念構成するにあたり、まず一対の給電ライン２．
３を準備し、給電ライン２には長さＬｌで配列ピッチＷ
１の電極指４を同一方向側へ形成する。また給電ライン
３についても、電極指４と同形で同じ配列ピッチＷ１の
電極指５を形成する。

このような給電ライン２．３に形成された電極指４．５
について、第１２図の符号１１で示す周波数特性を表わ
す曲線Ｈ（ｆ）をフーリエ変換して得られたインパルス
応答関数ｈ　（ｔ　）ｈ（ｔ）＝ＳＨ（ｆ）ｅ−””’
ｄｆ　　　　　　・−（１）を用いてその位置を決定す
る。

第１３図示のよ、うに給電ライン２．３と電極指４．５
とを準備し、このうち上記インパルス応答関数ｈ（ｔ）
によって決定される電極指を除いて、残余の電極指は間
引きする。このようにして、所望の周波数特性を有する
ＳＡＷ装置１が実現される。

■アボタイズド法 この方式によるＳＡＷ装置１ａは、第１４図に示される
ように給電ライン２，３に同一配列ピッチで電極指６．
７を形成し、その長さは要求される周波数特性に基づい
て導出されるインパルス応答関数ｈ　（ｔ　）によって
決定される。

上述したような２つの方式でＳＡＷ装置１，１ａの電極
指４〜７の形成位置を決定しようとする場合、このよう
な１ヤ業は以下の理論的裏付けにおいて可能となる。第
１５図および第１６図は、このような理論的裏付けを説
明する図である。第１５図は、ＳＡＷ装置１の断面図で
ある。上述したような圧電性材料などから成る変位基板
８上には、たとえば前述したような配列ピッチＷ１て相
互に￥４極の電極指４．５が配置される。このような−
成約構成のＳＡＷ装置１において、各電極指４゜５の交
番駆動により発生される電界Ｅによる弾性表面波の振＠
Ａについて、下記の２種の分析がなされている。

（ア）矩形モデル 電極指４．５は相互に異極の電位が与えられ、したがっ
て電極指４．５間にはその電界Ｅが発生される。この電
界Ｅの強度分布は電極４，５の間で矩形波的に変化する
と考えられる。このとき基板８の極性などを適宜選択す
ることにより、基板８の表面部には電極指４．５間の電
界Ｅの方向と垂直方向（第１５図上下方向）の変位を発
生する。

その変位量Ａについて、 Ａ＝ＶＯｓｉｎ　（ｋａ／２）／（ｋａ／２＞　　　　
−（２）ＶＯ；電極４．５間の電位差 ａ；電極４，５間の間隔 に；波数 となることが知られている。

この分析においては、電ｉ４，５間の中央位置に振幅Ａ
の弾性表面波がδ関数のように表れることになる。この
ときのインパルス応答関数ｈ　（ｘ　）は、 ｎ＝１ Ｎ；電価数 Ｘ；観測位置 で表される。

（イ）δ関数モデル このモデルでは、弾性表面波の振源を前記電界の変化率
δＥ／δＸが最大となる点とする。このときのパルス応
答関数ｔｔ　（ｘ　）は、Ｉｉ；θＥ／ａｘの振幅 と表される。

このようなデルタ関数モデルにおいて、振源と電極との
位置関係は次の３種類に設定される。第１６図は、電極
４（５）と振源との関係図である。

まず第１６図（１）に示されるように、電極４（５）の
幅方向両端（第１６図左右方向両端部）において前記電
界Ｅの変化率が最大となるモデルである。

一方、第１６図（２）に示されるように隣接する電極４
．５間の長さｌについて、電極４の電極５側のインパル
スの発生位置と、電極５の電極４側のインパルスの発生
位置との距離が２ｒ／３となるように構成し、かつ各電
極４，５における一対のインパルスの発生位置の相互の
間隔を１／３と想定する。このようなモデルであっても
上述したようなＳＡＷ装置１を構成することができる。

また第１６図（１）および同図（２）のように想定され
る振源は、第１６ＵｊＵ（３）に示されるように、各電
極４（５）の幅方向（第１６図左右方向）中央位置に存
在するものと想定することができる。

これらいずれの形式であっても上述したようなＳＡＷ装
置１を構成することができる。

発明が解決しようとする課題 上述した０項の間引法では、所望の周波数特性を得るに
電極指４〜７の配置間隔を変化するようにして実現して
いる。一方、発生される弾性表面波のレベルは異ｉ電極
間の電界強度に依存している。したがって第１２Ｉ２Ｉ
示のように示される所望の周波数特性を得るために電極
間間隔を増減すると電界強度も変化し、これにより実際
に得られる弾性表面波が当初所望したＲ様と異なる態様
となってしまう場合がある。

またアボタイズド法では、相互に異極となる給電ライン
にそれぞれ等ピッチで配置された電極指の長さを変化す
ることによって、所望の周波数特性を有するＳＡＷ装置
１を構成するようにしている。一方、要求される周波数
特性によっては前記インパルス応答関数ｈ（ｘ）によっ
て決定されるインパルス発生位置、すなわち電極指４〜
７の配置位置が電極間隔を不均一とするような場合があ
る。このような場きにはアボタイズド法は対応できない
という問題点がある。

本発明の目的は、上述の技術的課題を解消し、要求され
る任意の周波数特性についてこれを容易に実現できる弾
性表面波装置と提供することである。

課題を解決するための手段 本発明は、相互に電気的に異極とされる電極指が交差電
極を構成する複数の櫛形電極と、櫛形電極が一表面に形
成され、異極電極指間の電界によって変位を生じる変位
基板とを含む弾性表面波装置において、 異極電極指間の間隔は等しく選ばれ、 同極電極指間の間隔は、発生すべき表面波の態様に対応
して選ばれ、 相互に隣接する異極電極指の配列方向に沿い相互に対向
する端部の長さは、該端部によるインバ。

ルスの強度に対応する長さに選ばれるようにした弾性表
面波装置である。

各電極指は、相互に並行な複数本の副電極指を含んで構
成されてもよい。

作　　用 本発明の弾性表面波装置では、表面に形成された一対の
櫛形電極の電極指の間の電界によって、表面に物理的変
位を生じる変位基板を準備する。

この変位基板上に、上述したように一対の櫛形電極を形
成し、これらは、相互に電気的に異極とされる、ここで
異ｆｉ電極指間の間隔は等しく選ばれ、同極電極指間の
間隔は、発生すべき表面波の態様に対応して選ばれ、相
互に隣接する異極電極指の配列方向に沿い、相互に対向
する端部の長さは、該端部によるインパルスの強度に対
応する長さに選ばれる。かつ電極指の幅は上記電極指間
の間隔および同極電極指間の距離に関する上記条件を満
足する範囲に選ばれる。

このようにして構成された弾性表面波装置において、一
対の櫛形電１１相互に異極となるように交番駆動する。

これにより異ｆ！電極指間に電界が発生し、変位基板の
前記櫛形電極が形成された側の表面で物理的変位を生じ
る。

このような弾性表面波装置では、異極の電極間隔が一定
であれば、電極幅を適宜選択することによりインパルス
発生位置を所望のＷ！Ａ様に選択できる。

しかも、相互に隣接する異極電極指の配列方向に沿い、
相互に対向する端部の長さを、該端部によるインパルス
の強度に対応する長さに選ぶ、これにより、上記同極電
極指間距離の設定のみでは充分な再現性が得られないよ
うな種類の要求仕様の周波数特性でも、容易に再現する
ことができる。

実施例 第１図は、本発明の一実施例の弾性表面波装置（以下、
ＳＡＷ装置と略す＞１１の基本的構成を示す斜視図であ
る。第１図を参照して、本実施例の構成について説明す
る。ＳＡＷ装置１１はたとえばタンタル酸リチウムやニ
オブ酸リチウムまた水晶などの単結晶やＰＺＴなどの圧
電材料がら成る変位基板１２を備えており、その一方表
面に一対の交差櫛形電極１３．１４が形成される。櫛形
電極１３は給電ライン１５と電極指１６とを含んでおり
、櫛形電極１４はやはり給電ライン１７と給電ライン１
５方向に向がって延びる電極指１８とを含んでいる。

第２図はＳＡＷ装置１１の後述するインパルス発生位置
を模式的に示す図であり、第１図の切断面線■−■によ
る断面視に対応する図である。−点鎖線１１は給電ライ
ン１５．１７が形成された変位基板１２を表している。

第３図は、本実施例の原理を説明する図である。

第１図または第２図に示されるようなＳＡＷ装置１１に
おいて、給電ライン１５．１７の一方端部側から第ｎ番
目の電極指対について考察する。変位基板１２上の電極
指１６．１８が間隔ｄ　ｒｒを空けて配置される。また
このような電極指１６．１８に関して、前記給電ライン
１５．１７の一方側端部を原点として、給電ライン１５
．１７の延びる方向にＸ軸を設定する。

前記電極指１６．１８間のたとえば中点に、前記Ｘ座標
に関して座ＩＪｌ［ｘ　ｒＩの固定点ｘ１を設定する。

この固定点Ｘ１がら距離ξｒ１だけ隔たった位置に点Ｘ
２を設定する。したがって点Ｘ２のＸ座標は、 ｘ　＝ｘ　ｒｔ＋ξｒｌ・＝　（５） となる。

電極指１６，１８間の電場Ｅ　ｒｒは電極指１６゜１８
間で一様とすると、 Ｅ　ｒｉ　＝Ｖ／　ｄ　ｎ　　　　　　　　　　　　−
（６）と表される。

ここで前記点Ｘ２に振源があるとした場合の弾性表面波
は観測位置座標をＸとすると、（Ｖ／ｄν）ｅＪ山り“
−川　　　　　　　・・・（７）ｋ；波数 と表される。ここで変数ξｎは（−ｄ　ｎ　／　２　＞
から＋（ｄ　ｎ　／　２　）まで変化する。また各位置
での弾性表面波の振幅は前記電場が一様であり、それに
よる歪みも同一であると考えると、 Ｖ　　、２ ｉ−５＊＋　ｅＪｋｘ−Ｊｋｍｈ−Ｊｋｆｅｄξｎ＝「
工、ｎ」」恒ν里］　ｅｌｋｌ＋＋−Ｘ。’　　−（８
）ｄｎ　　　　　　　　　Ｋ となる。

上述の説明は、第３図において電極指１６．１８間の電
場の強さが、第３図（２）に示されるように矩形波状で
あるとの想定に基づいている。ここで−最に電極指１６
．１８間の電場が第３図（２）のライン１２で示される
態様である場合、関数 Ｊ（ｄｎ；ｋ）−６２ｒ　＜ξｎ）　ｅ−’巾ｄｅｎ　
　−＜９）を設定し、第１図に示されるように相互に交
差した電極指１６．１８を有する櫛形電極１３．１４に
よる弾性表面波の発生への寄与は、電極指１６゜１８の
相互に重複する部分の長さＡ　ｒｒであると想定すると
、Ｎ対の電極指１６．１８を有する構成では、 ｎ＝１ が得られる。

上記第１０式は第Ｎ番目の電極対の間の中央に第３図（
１）の点ｘ２で示す励振源が存在し、その強さがＡｎＪ
（ｄｎ；ｋ）である場合と同等である。しかしながら第
１図にその基本的構成を示すような弾性表面波装置１１
の製造、具体的には変位基板１２上への櫛形型４［１１
３，１４の形成において、前記インパルス発生位置の決
定、すなわち電極指１６．１８の形成位置を決定するに
あたって、条件は可及的に簡便な方が好ましい。

本件発明者は、上記間隔ｄｎを全電極指対にわたって共
通にｄとしたとき、上記第１０式は、Ｎ となることを見いだした。

第４図は上記着想に基づいて構成される本発明の基礎と
なるＳＡＷ装置、１１の平面図である。第４図を参照し
て、与えられた周波数特性を実現するＳＡＷ装置１１を
構成する手順について説明する。

（ａ）周波数特性を表す関数Ｈ（ｆ）のフーリエ変換、
すなわちインパルス応答関数ｈ（ｘ）を求め、これに基
づいてインパルス発生位置の前記Ｘ軸座標、したがって
第４図に示すインパルス発生位置Ｐ１．Ｐ２．・・・を
決定する。

（ｂ）各位置ＰＬ、Ｐ２．・・・から、櫛形電極１３．
１４の延びる方向（第４図左右方向）に相互に反対側に
距離ｄ／２だけ隔てて位置Ｐｎａ、Ｐｎｂ（ｎ＝１．２
．・・・）をそれぞれ設定し、これらの位置を相互に異
極の電極指の前記方向に沿う端部とする。これにより各
電極指の幅 Ｗｎ２＝Ｐ　（ｒｓ＋１）　ａ−Ｐｎｂ　　　　　　−
（１２）が決定される。

（ｃ）各電極指の長さＡ　ｒム（ｎ　＝　１　、２　、
−　。

Ｎ）を、実現すべき周波数特性すなわち各周波数帯域毎
の信号レベルに対応させて設定する。このようにして各
電極指１６．１８の形状が決定される。

第５図は要求される周波数特性を表すグラフであり、第
６図はこの周波数特性を従来技術の項で述べた間引法で
ＳＡＷ装置として実現した場合のインパルス発生位置を
示す図である。この周波数特性は中心周波数ｆＯであり
、その近傍で図示のような特性を示している。一方、第
６図示のように間引法で構成されたＳＡＷ装置の周波数
特性を実測したところ、第７図の波形が得られた。中心
周波数ｆＯの近傍で第６図示の波形と大きく異なってい
ることが理解される。

第８図は第５図示の要求仕様に基づいて構成された本発
明の基礎となるＳＡＷ装置の特性を実測した結果を示す
グラフである。第７図の場合と比較して、中心周波数ｆ
Ｏ付近の周波数特性が改善されている事態が明瞭に把握
される。すなわちこのＳＡＷ装置は、その構成手順は従
来技術と比較して比較的容易となっており、かつ実測さ
れる周波数特性の要求仕様に関する再現性が格段に向上
されている。なおこのとき、各電極指１６．１８の間隔
ｄ　ｒｓが多少変化しても、本実施例ではその影響は少
ないことが確認された。

第９図は本発明の他の基礎となる構成例のＳＡＷ装置１
１ａの構成例を示す平面図である０本構成例は前述の電
極指６．８が、幅Ｗ１の単一枚の構成であったのに比べ
、幅が（Ｗｌ）／２以下の複数枚の副電極指１６ａ、１
６ｂ；１８ａ、１８ｂから構成したことである０本構成
例で用いられる弾性表面波は、相互に異極の電極指１６
．１８間の電界によって発生されるのであり、したがっ
て各電極指１６．１８の幅は、前記電界を発生し得る程
度であればよい、したがって第９図示のように、副電極
指１６ａ、１６ｂ；　１８ａ、１８ｂを相互に間隔Ｗ　
ｎ　ａ　（ｎ　＝　１’　＋’　２　、・・・）を空け
て形成した構成であっても、上記構成例の効果と同様の
効果を得ることができる。

ここまで説明した手順で、各電極指１６．１８の設置位
置とその幅ＷΩとが決定される。このうち各インパルス
発生位置Ｐｎで発生するインパルスの振幅Ａｎを、たと
えば櫛形電極１４の電極指１８の長さと設定すると、櫛
形電ｔ！１１１３の電極指１６の長さを充分に長くし、
電極指１８の長さＡｒ１を個別的に設定することにより
、表面弾性波装置１１を構成することができる。このよ
うな構成の表面弾性波装置１１によって、本発明の目的
が実現できる。

一方、上述した考察において電極指１６．１８間におい
て励振されるインパルスは、電極指１６゜１８間の電界
Ｅ口に基づいて励起される。したがってインパルスの励
起に寄与するのは、電極指１６．１８の重複部分く第１
０図の矢符Ａ　ｎ　（ｒｒ　＝１．２．・・・）で示ず
）のみである、したがって電極指１８に着目した場合、
隣接する異極の電極指１６との間で、たとえば第１０図
に示すインパルス発生位置ＰＬ、Ｐ２で前記長さＡｌ、
Ａ２．・・・を設定しようとした１８合、単一の電極指
１８の配列方向（第１０図左右方向）両端部の端部長さ
Ａ（ｎ−１）ｂ、Ａｎａ　（ｒ＋＝２．３．　・＝）が
異なることが必要となる。したがって本発明では、各電
極指１６．１８の形状を第１０図示のように構成した。

すなわち各インパルス発生位置ＰＬ、Ｐ２．・・・にお
けるインパルス強度Ａｎに対応して、各２８侍指１６．
１８の幅方向両端部の長さを異なるようにした。これに
より、たとえば単一の電極指１８の幅方向両端部に隣接
する異極の電極指１６との間で所望の異なった強度のイ
ンパルスを発生できる。したがって要求される周波数特
性の再現性が格段に向上される。

第１１図は本発明の的の実施例のＳＡＷ装置１１ａを示
す平面図である。第１１図を参照して、本実施例につい
て説明する０本実施例は前述の実施例に類似し、対応す
る部分には同一の参照符を付す０本実施例の注目すべき
点は、各電極指１６゜１８について、その配列方向く第
１１図左右方向）両端部における前述の実施例と同様な
端部長さＡ（ｒ＞　−１）　ｂ　、　Ａ　ｒｒ　ａをそ
れぞれ有する、たとえば一対の副型Ｗｉｆｆｊ１６ａ、
１６ｂ　；　１８ａ、１８ｂを形成する。

このような構成であっても、上述の実施例で述べた効果
と同様の効果を得ることができる。

本発明は、櫛形電極１３．１４の電極指１６゜１８の同
極電極指の間隔と、その端部長さとを制御して、任意の
周波数特性を良好な再現性で再現できるＳＡＷ装置で提
供することが眼目であり、したがって各電極指の遊端部
の形状がいかなるものでも本発明に含まれる。

発明の効果 以上のように本発明に従えば、実現される周波数特性に
基づく弾性表面波装置を構成するに当って、製造工程を
簡略化でき、かつ上記周波数特性に関する再現性が格段
に改良された弾性表面波装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の弾性表面波装置１１の斜視
図、第２図はＳＡＷ装置１１のインパルス発生位置を示
す図、第３図は本実施例の原理を説明する図、第４１１
１はＳＡＷ装置１１の平面図、第５図は実現される周波
数特性を示す波形図、第６図はインパルス発生位置を示
す図、第７図は間引法による従来例のＳＡＷ装置１の周
波数特性の実測結果を示す波形図、第８図は本発明の基
礎となる構成のＳＡＷ装置１１の周波数特性の実測結果
を示す波形図、第９図は他の構成例を示す平面図、第１
０図は本発明の一実施例の平面α、第１１図は本発明の
他の実施例の平面図、第１２図は典型的な従来技術のＳ
ＡＷ装置１の断面図、第１３図は従来例の原理を説明す
る図、第１４１２１は従来技術における実現される周波
数特性を示すグラフ、第１５図は間引法の手順を説明す
る図、第１６図はアボダイズド法の手順を説明する図で
、ちる。 １１・・・弾性表面波（ＳＡＷ）装置、１２・・・変位
基板、１３．１４・・・櫛形電極、１６．１８・・・電
極指、１６ａ、１６ｂ　；　１８ａ、１８ｂ−・−副電
極指代理人　　弁理士　函数　圭一部 第３図 第５Ｉ！！ 周埴牧 第６図 第７図 第１３１！１ ３ｂ 第１５図 第１６

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）相互に電気的に異極とされる電極指が交差電極を
   構成する複数の櫛形電極と、櫛形電極が一表面に形成さ
   れ、異極電極指間の電界によつて変位を生じる変位基板
   とを含む弾性表面波装置において、 異極電極指間の間隔は等しく選ばれ、 同極電極指間の間隔は、発生すべき表面波の態様に対応
   して選ばれ、 相互に隣接する異極電極指の配列方向に沿い相互に対向
   する端部の長さは、該端部によるインパルスの強度に対
   応する長さに選ばれるようにした弾性表面波装置。
2. （２）各電極指は、相互に並行な複数本の副電極指を含
   んで構成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の弾性表面波装置。