JPH0410244B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、伝搬特性の改善された弾性表面波を
発生する弾性表面波変換器に関するものである。

〔従来技術〕

よく知られているように、弾性表面波変換器と
しては正規型弾性表面波変換器と重み付けされた
弾性表面波変換器の２種類がある。これら２種類
の弾性表面波変換器を用いて構成した従来公知の
弾性表面波濾波器の一例を第１図に示す。ここ
で、１は圧電基板であり、この基板１上に正規型
弾性表面波変換器２およびこの弾性表面波変換器
２と対向して配置された重み付け変換器３を配設
する。重み付け変換器３には高周波信号源４から
給電を行い、この変換器３から発生する弾性表面
波５を弾性表面波変換器２に入射させる。この変
換器２では入射弾性表面波を再び高周波信号に変
換し負荷抵抗６に供給する。得られた高周波信号
は弾性表面波変換器２および３（特に変換器３）
により帯域制限され、所定の周波数帯域を有する
信号となつている。７および８は不要弾性表面波
９および１０の吸音材である。

かかる構成において、変換器３は、複数の電極
指１１および１２の各一端を母線１３に共通に接
続し、各他端を開放してなる２組のくし形電極を
互いに対向させ、それら２組のくし形電極を、開
放した側の電極指が互いに交差するように圧電基
板１上に配置し、以て弾性表面波を発生させる。
ここに、交差とは、互いに隣接する電極指がその
長手方向について重なることを言い、交差長は重
なり部分の長さを表わす。

重み付けされた弾性表面波変換器３の電極指１
１および１２の交差長は一般的に変換器の中心か
ら離れるにつれて小さくなり、その両端ではほぼ
０に近くなるのが普通である。電極指が交差して
いない部分、すなわちダミー電極部分は本来弾性
表面波の発生には寄与しない部分であり、この部
分の電極指を符号１２で示す。

ここで、図に示すように、上述のダミー電極部
分のうち、弾性表面波の伝搬路とならない側にあ
つて交差していない部分の電極指１２Ａのみを交
差している部分の電極指１１の交差長に応じて短
くして、交差部近傍まで母線１３Ａを延在させ、
他方、弾性表面波の伝搬路となる側の交差してい
ない部分の電極指１２Ｂは、交差している部分の
電極指１１の交差長の変化に無関係に一定の間隔
をもつように母線１３Ｂを出力端に向けて互いに
平行に延在させるよう構成していた。

しかし、この場合には、弾性表面波の発生に寄
与しない本来それだけの長さは不要な電極指１２
Ｂは製造時にかかる電極指が切断されやすいこと
のほか、これら電極指による弾性表面波の多重反
射や電極指のオーミツク損失などの問題が生じて
いた。

上述したような欠点を除去するために、ダミー
電極部分の電極指１２Ｂを取り除き、一様の金属
板による母線を配置することも考えられるが、そ
の場合には、電極指部分と金属板母線部分の各表
面を伝搬する弾性表面波の速度がそれぞれ異なる
ことから、重み付けされた弾性表面波変換器３の
出力端において波面の位相が同一でなくなり、伝
搬する弾性表面波の波面を乱してしまうことにな
る。これがため、重み付けされた弾性表面波変換
器３からの弾性表面波を受けて高周波信号に再変
換する正規型弾性表面波変換器２の入力端の電極
指の各位置における弾性表面波の位相が同一とな
らず、これは、高周波信号の周波数特性、特に群
遅延特性を劣化させることになる。

このような問題を解決するために、本発明者
は、金属板部分の表面と圧電基板の表面（自由空
間または自由表面と称する）とで弾性表面波の伝
搬速度が異なることに着目して、弾性表面波変換
器のダミー電極指の一部分を一様の金属板による
母線に置き換え、しかも変換器の出力端における
波面の位相を同一とした弾性表面波変換器を提案
した（実願昭58−45762号）。

しかし、その後の研究により変換器出力端にお
ける弾性表面波の波面を同一にするためには、単
に弾性表面波が伝搬する金属板部分と自由表面と
のそれぞれの長さが、変換器の伝搬方向と直交す
る方向におけるすべての位置で常に等しくなるだ
けでは必ずしも十分でないことが判明した。

そこで、本発明者は、ダミー電極指の一部分を
一様の金属板による母線に置き換えるという基本
的構成においては実願昭58−45762号と類似して
いるも、これとは異なつた原理に基づいて構成さ
れ、変換器出力端においてほぼ完全に弾性表面波
の位相を一致させ得る新規な弾性表面波変換器を
発明するに至つた。

〔目 的〕

すなわち、本発明の目的は、上述の欠点を除去
し、弾性表面波変換器の出力端において弾性表面
波の位相を実願昭58−45762号のものより一段と
精密に同一位相にして伝搬することにより、高周
波信号の周波数特性を改善するとともに、電極指
の切断を防止して製造の歩留まりを向上させ、か
つ、電極指による弾性表面波の多重反射および電
極指抵抗によるオーミツク損失を低減させること
ができるようにした弾性表面波変換器を提供する
ことにある。

〔発明の構成〕

かかる目的を達成するために、本発明の一形態
では複数の電極指の一端を共通に接続し、他端を
開放してなる２組のくし形電極を互いに対向さ
せ、それら２組のくし形電極を、開放した側の電
極指が互いに交差するように圧電基板上に配置し
た弾性表面波変換器において、複数の電極指のう
ち所定部分の電極指の長さを弾性表面波の伝搬方
向に対して一端側の部分を取り除き所定長より短
縮させ、これら短縮させた複数の電極指の一端を
電極指を取り除いた部分の一部に配設した金属板
に共通に接続し、残りの部分を自由空間とし、金
属板部分および自由空間部分のそれぞれを弾性表
面波が伝搬して当該弾性表面波変換器の出力側端
部まで到達する時間と所定部分の電極指部分で、
その電極指が出力側端部まで連続して存在する部
分を弾性表面波が伝搬して出力側端部まで到達す
る時間とが等しくなるように構成する。

さらにまた、本発明の他の形態では、複数の電
極指の一端を共通に接続し、他端を開放してなる
２組のくし形電極を互いに対向させ、それら２組
のくし形電極を、開放した側の電極指が互いに交
差するように圧電基板上に配置した弾性表面波変
換器において、複数の電極指のうち所定部分の電
極指の長さを弾性表面波の伝搬方向に対して一端
側の部分を原点（０，０）を通る曲線ｙ＝af（ｘ）
（ｘ軸は電極指の長手方向に沿い一端側を座標０
として他端に向かつて正方向とし、ｙ軸は座標０
を通り弾性表面波の伝搬方向を正方向とする）で
取り除き所定長より短縮させ、これら短縮させた
複数の電極指の一端を電極指を取り除いた部分の
うち、直線ｘ＝０、曲線ｙ＝bf（ｘ）＋ｃおよび曲
線ｙ＝af（ｘ）により囲まれる部分に配設した金
属板に共通に接続するとともに、直線ｙ＝ａ、直
線ｘ＝０および曲線ｙ＝bf（ｘ）＋ｃにより囲まれ
る部分を自由空間とし、金属板部分および自由空
間部分のそれぞれを弾性表面波が伝搬して直線ｙ
＝ａまで到達する時間と所定部分の電極指部分
で、その電極指が直線ｙ＝ａまで連続して存在す
る部分を弾性表面波が伝搬して直線ｙ＝ａまで到
達する時間とが等しくなるように構成する。

すなわち、本発明の一実施例として、交差して
いない部分の電極指からなるダミー電極部分の少
なくとも１個所を、電極指の共通母線側の一端を
ｘ＝０としたとき、原点（０，０）を通るaxⁿな
る曲線で切り取り、その部分に一様の金属板を配
設して母線となし、その分、電極指長を短くする
も、一様の金属板母線の伝搬方向の出力側端部は
ｂ×ⁿ＋ｃとなる曲線で終了させ、以後において
は自由表面とする。この際上記両曲線のパラメー
タ間にｂ＝ａ−ｃなる関係を持たせるものとす
る。さらに、本発明においては、上記各パラメー
タに関し、ｃ／ａ＝Δv_p／Δv_n（但し、Δv_pは電極
指部分を伝搬する弾性表面波の伝搬速度の自由表
面を伝搬する弾性表面波の伝搬速度からの差、
Δv_nは金属板部分を伝搬する弾性表面波の伝搬速
度の自由表面を伝搬する弾性表面波の伝搬速度か
らの差）なる関係をもたせる必要がある。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。

本発明弾性表面波変換器の構成の一例を第２図
に示す。ここで、第１図と同様の個所には同一符
号を付すことにする。第２図において、２２はダ
ミー電極部分にある電極指、２３および２４は母
線としての金属板でありこれらは電極指を含め蒸
着などにより一体に形成するのが好適である。

さて、交差長の大きい部分の電極指２７，２８
の各々の外側端点、すなわち母線２３および２４
側の各端点ＡおよびA′を選び、これを座標原点
とする。また、出力側端部に位置する電極指２５
および２６の各出力側端縁BEおよびB′E′のうち
の外側端点、すなわち母線２３および２４側の各
端点ＢおよびB′を選び、それぞれＡ（座標原点）
とＢおよびA′（座標原点）とB′を通る２本のaxⁿ
なる曲線の外側、すなわち母線２３および２４側
のダミー電極指部分を取り除き、その代わりに金
属板２３Ａ，２４Ａを配設するようにするが、当
該金属板の伝搬方向のもう一方の端部をbxⁿ＋ｃ
なる曲線で終らせ、残りの部分すなわち〓CBD
および〓C′B′D′は圧電基板そのままの自由表面
とする。すなわち、以上により母線となる金属板
２３Ａ，２４Ａは〓ABDおよび〓A′B′D′部分に
配設されることになる。この際パラメータａ，
ｂ，ｃ間にｂ＝ａ−ｃなる関係を持たせる。この
ようにするとｘ軸上、すなわち弾性表面波の伝搬
方向と直交するどの位置でもl₁とl₂の比は一定と
なる。

これらのことにつき、第３図を用いて詳細に説
明する。

第２図中、C′A′線をｙ軸に、A′A′線をｘ軸に
とり、axⁿ（曲線Ａとする）とbxⁿ＋ｃ（曲線Ｂと
する）を書いてみると第３図示のようになる。こ
こで、両曲線が交差する点のｙ座標がｙ＝ａであ
ることを証明しよう。

いま、交差する点を（x₀，y₀）とすると y₀＝ax₀ ⁿ ……(1) y₀＝bx₀ ⁿ＋ｃ ……(2) ｂ＝ａ−ｃ ……(3) (1)式からx₀ ⁿを求めて(2)式に代入すると y₀＝ｂ（y₀／ａ）＋ｃ ……(4) (3)式を(4)式に代入してy₀について解くとy₀＝ａ
となる。

次に第３図におけるl₁，l₂の比は、図示のｘ＝
x₁座標上における曲線ＡおよびＢのｙ座標をそれ
ぞれy₁，y₂とすると、次の(5)式で表わされるが、 l₁／l₂＝y₂−y₁／ａ−y₂ ……(5) 一方、(4)式と同様に y₂＝ｂ（y₁／ａ）＋ｃ ……(6) であるから、(6)式を(5)式に代入して l₁／l₂＝｛ｂ（y₁／ａ）＋ｃ｝−y₁／ａ−｛ｂ（y₁
／ａ）＋ｃ｝ ＝ac＋by₁−ay₁／a²−ac−by₁ ……(7) さらに(3)式を(7)式に代入して整理すると l₁／l₂＝ｃ／ａ−ｃ ……(8) となる。従つて、第３図におけるl₁，l₂の比はｘ
座標に関係なく、ｘ軸（すなわち、弾性表面波の
伝搬方向と直交する線）上のどの位置でも一定と
なることを意味している。このこと自体は、先に
説明した実願昭58−45762号でもそうなつている。

さらに、本発明においては、第３図におけるｙ
軸上のｃ点（すなわち、曲線Ｂを表すｙ＝bxⁿ＋
ｃの定数項ｃに相当）を如何に選ぶかに特徴があ
り実願昭58−45762号の場合とは異なつた原理に
よつて定める。

すなわち、第２図示の変換器出力端CC′におけ
る弾性表面波の波面を同一にするためには、基本
的には弾性表面波が同図に示すl₁＋l₂区間を伝搬
するのに要する時間が、伝搬方向に直交する線上
のどの点をとつても同一とならなければならない
ということである。具体的には、金属板部分２３
Ａ，２４Ａ（長さl₁）および自由空間部分（長さ
l₂）を通して伝搬する弾性表面波と、くし形電極
が出力端CC′まで延びている部分、すなわち弾性
表面波変換器の幅方向の中央部分を同一長さ（l₁
＋l₂）につき通過する弾性表面波との両弾性表面
波の伝搬時間は同一でなければならない。

以上の原理に基づいて、第３図におけるｙ軸上
におけるｃ点（第２図におけるＤ，D′点に相当
する）を求めてみよう。いま、自由空間部分、金
属板部分および電極指部分を弾性表面波が伝搬す
る伝搬速度をそれぞれｖ，v_nおよびv_pとし、ま
た、金属板部分を伝搬する弾性表面波の伝搬速度
の自由表面を伝搬する弾性表面波の伝搬速度から
の差をΔv_n、すなわち、ｖ−v_n＝Δv_n、電極指部
分を伝搬する弾性表面波の伝搬速度の自由表面を
伝搬する弾性表面波の伝搬速度からの差をΔv_p、
すなわち、ｖ−v_p＝Δv_pとする。上述したl₁，l₂
区間を通して伝搬する際の伝搬時間が同一となる
条件は、 l₁／v_n＋l₂／ｖ＝l₁＋l₂／v_p ……(9) である。

(9)式はまた、(10)式のように書き替えられ、 l₁／ｖ−Δv_n＋l₂／ｖ＝l₁＋l₂／ｖ−Δv_p ……(10) 両辺をl₂で除算し、(8)式を代入すると、 ｃ／（ａ−ｃ）・１／（ｖ−Δv_n）＋１／ｖ ＝ｃ／（ａ−ｃ）・１／（ｖ−Δv_p）＋１／（ｖ
−Δv_p）… …(11) 両辺に（ａ−ｃ）（ｖ−Δv_n）／ｃを乗じて、 １＋（ａ−ｃ）／ｃ・（１−Δv_n／ｖ） ＝１−ΔV_n／Ｖ１−ΔV_p／Ｖ＋（ａ−ｃ）／ｃ・
１−ΔV_n／Ｖ／１−ΔV_p／Ｖ ……(12) 両辺にｃ・（１−Δv_p／ｖ）を乗じ、その際 Δv_p・Δv_n／v²は他の項に比べて極めて小さいので 省略すると次の（13）式となる。

Δv_p／Δv_n＝ｃ／ａ ……（13） 結局、（13）式を満足するように第３図におけ
るｃ点、すなわち第２図におけるＤ，D′を定め
ればよいことになる。

以上説明した本発明を実施するにあたつては、
まず、弾性表面波変換器の電極指のうち、特にダ
ミー電極部分の電極指の形状に合せて曲線axⁿの
形状を表すａ，ｎの値を適切に設定する。次に金
属板母線の出力側端部の形状は、前述したよう
に、曲線bxⁿ＋ｃで規定されるが、(3)式および
（13）式の関係を用いることにより、定数ｂおよ
びｃの値は容易に求めることができる。

以上のように決定された金属板２３Ａ，２４Ａ
は各電極指を共通に接続する母線であり、従来か
ら存在した母線２３Ｃ，２４Ｃとそれぞれ電気的
に接続する必要があるから、図示のように四辺形
□ADFGおよび□A′D′F′G′からなる金属板２３
Ｂ，２４Ｂをそれぞれ付加し、これらを電極指も
含め蒸着等の手段により一体に形成するのが好ま
しい。

第４図は本発明の他の実施例を示し、第２図の
xⁿ次曲線のｎ＝２以上の場合につきその曲線を多
数本の直線で近似したもので、その構成および原
理は前述したところより明らかである。

第５図は本発明の更に他の実施例を示し、ここ
では、電極指の交差を一方に偏位させたくし形電
極を用いて重み付けされた弾性表面波変換器を構
成しているのに対応して、上例と同様に、〓
ABCを仮想的に形成し、そのうち〓ABD部分に
配設した金属板からなる母線３３Ａをダミー電極
部分にある電極指２２に共通に接続する。四辺形
□ADFGなる金属板３３Ｂは、従来からの母線
３３Ｃおよび電極指を含めすべての金属部分を第
２図および第４図の場合と同様に一体に形成す
る。なお、符号３３，３４は各母線を総称して付
した符号である。本例の場合、発生した弾性表面
波の伝搬路を〓ABC側としたので、上述した手
法をその部分にのみ適用すればよいが、図示例で
は両側に適用してある。

なお、第３図は本発明の一実施例における金属
板および自由空間の部分の決め方を、すなわち関
数ｙ＝axⁿ、および関数ｙ＝bxⁿ＋ｃの各係数ａ，
ｂ，ｃをどのようにして決めるかの一例を具体的
に示したにすぎず、同図中の曲線Ａは原点（０，
０）を通るものなら如何ある関数形でもよい。こ
れら係数ａ，ｂ，ｃの決め方については、(1)式か
ら（13）式を用いて、また、曲線Ａの関数形をｙ
＝axⁿと仮定して説明したが、とくに(3)式以降の
各式をみてもxⁿなる項は現れず、従つて、ｙ＝
axⁿをｙ＝af（ｘ）、ｙ＝bxⁿ＋ｃをｙ＝bf（ｘ）＋ｃ
にそれぞれ置き替えてよいこともちろんである。

〔効 果〕

以上から明らかなように、本発明よれば、出力
高周波信号の周波数特性、特に群遅延特性を一段
と改善することができるだけでなく次のような
種々の効果を奏することができる。

(1) 弾性表面波変換器全体として細かい電極指の
存在する部分すなわち電極指の占める面積が減
少するので、製造工程中での電極指の断線の確
率が減少し、以て弾性表面波変換器の製造の歩
留りを向上させることができる。

(2) 弾性表面波伝搬路上のダミー電極部分の電極
指の数を減少することができるので、ダミー電
極部分での弾性表面波の多重反射が減少し、周
波数特性上のリツプルを改善することができ
る。

(3) 交差していないダミー電極部分の電極指が短
くなるので、交差長が小さい部分の電極指抵抗
によるオーミツク損失を低減することができ
る。

(4) 各くし形電極の端部（第２図、第４および第
５図中におけるBD，B′D′）から往々にして発
生する不要な弾性表面波はそのBD，B′D′線に
直交する方向に進み、出力側の弾性表面波変換
器２（第１図参照）の方向には向わないのでス
プリアス特性が改善される。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の弾性表面波濾波器の一例を示す
平面図、第２図は本発明弾性表面波変換器の一例
を示す平面図、第３図は本発明弾性表面波変換器
の動作を説明する説明図、第４図は本発明弾性表
面波変換器の他の例を示す平面図、第５図は本発
明弾性表面波変換器の更に他の例を示す平面図で
ある。 １……圧電基板、２……弾性表面波変換器、３
……重み付けされた弾性表面波変換器、４……高
周波信号源、５……弾性表面波、６……負荷抵
抗、７，８……吸音材、９，１０……不要弾性表
面波、１１，１２，１２Ａ，１２Ｂ……電極指、
１３，１３Ａ，１３Ｂ……母線、２２……電極
指、２３，２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２４，２４
Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，３３，３３Ａ，３３Ｂ，３
３Ｃ，３４……母線、２５〜２８……電極指。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の電極指の一端を共通に接続し、他端を
   開放してなる２組のくし形電極を互いに対向さ
   せ、それら２組のくし形電極を、開放した側の電
   極指が互いに交差するように圧電基板上に配置し
   た弾性表面波変換器において、前記複数の電極指
   のうち互いに交差していない部分の電極指の長さ
   を弾性表面波の伝搬方向に対して前記一端側の部
   分を原点（０，０）を通る曲線ｙ＝af（ｘ）（ｘ軸
   は前記電極指の長手方向に沿い前記一端側を座標
   ０として前記他端に向かつて正方向とし、ｙ軸は
   前記座標０を通り弾性表面波の伝搬方向を正方向
   とする）で取り除き所定長より短縮させ、これら
   短縮させた複数の電極指の前記一端を前記電極指
   を取り除いた部分のうち、直線ｘ＝０、曲線ｙ＝
   bf（ｘ）＋ｃおよび前記曲線ｙ＝af（ｘ）により囲
   まれる部分に配設した金属板に共通に接続すると
   ともに、直線ｙ＝ａ、前記直線ｘ＝０および前記
   曲線ｙ＝bf（ｘ）＋ｃにより囲まれる部分を自由空
   間とし、前記曲線ｙ＝af（ｘ）と前記曲線ｙ＝bf
   （ｘ）＋ｃとの関係間にｂ＝ａ−ｃなる関係を満足
   させることにより、出力側端部（ｙ＝ａ）に位置
   する電極指の第１外側端点（Ｂ，B′）を、交差
   長の大きい部分の第２外側端点（Ａ，A′）を原
   点（０，０）とする前記曲線ｙ＝af（ｘ）を満足
   し、かつ各電極指の長手方向と直交する方向に延
   在する直線上で前記第２外側端点（Ａ，A′）よ
   り長さｃだけ離れた第３外側端点（Ｄ，D′）を
   通る前記曲線ｙ＝bf（ｘ）＋ｃをも満足する端点と
   なるようにするとともに、前記第３外側端点
   （Ｄ，D′）の位置を、ｃ／ａ＝Δv_p／Δv_n（ただ
   し、Δv_pは電極指部分を伝搬する弾性表面波の伝
   搬速度の自由表面を伝搬する弾性表面波の伝搬速
   度からの差、Δv_nは金属板部分を伝搬する弾性表
   面波の伝搬速度の自由表面を伝搬する弾性表面波
   の伝搬速度からの差）により設定して、前記曲線
   ｙ＝af（ｘ）、前記曲線ｙ＝bf（ｘ）＋ｃおよび前記
   直線ｘ＝０により囲まれる部分（ABD，
   A′B′D′）に金属板を配設し、該金属板を前記電
   極指と接続して共通母線としたことを特徴とする
   弾性表面波変換器。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の弾性表面波変換
   器において、前記曲線ｙ＝af（ｘ）および前記曲
   線ｙ＝bf（ｘ）＋ｃを直線近似したことを特徴とす
   る弾性表面波変換器。