JPS6145405B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は表面弾性波を利用した帯域通過形フイ
ルタに関するものである。

第１図に従来の表面弾性波フイルタの例を示
す。第１図において、１はセラミツク等の基板２
はこの基板１上に設けられた櫛歯状電極３は信号
源、４は負荷である。

第１図に示すような従来の表面弾性波フイルタ
において急峻な周波数特性を実現するには、櫛歯
状電極２の電極２の電極対数を多くする事が必要
である。そのため必然的に素子の長さが増大し、
これにより基板コストの上昇や歩止りの低下によ
る素子コストの上昇は避けられない。また櫛歯状
電極の対数が増加する事により素子の入出力イン
ピーダンスが低下し、実装上好ましくない結果と
なり、また表面弾性波の伝播損失の増加という問
題も大きくなる。

そこで第２図に示すように２個の表面弾性波フ
イルタを直列に接続し、周波数特性を急峻にする
方法が考えられているが、この方法では不要波で
あるトリプルトランジツトエコーが２回生じるた
めに、必要信号に対するトリプルトランジツトエ
コー波のレベルおよび数が増加し特性劣化を招き
好ましくない。

トリプルトランジツトエコーの影響を少くする
一つの方法として表面弾性波の伝播路に吸音材を
設け、損失を多くすることによりトリプルトラン
ジツトエコー波のレベルを抑圧する方法が知られ
ている。しかし、この方法では必要信号の減衰も
大きく、Ｓ／Ｎ比の点で不利である。しかも周波
数特性を急峻にするために２段に直列接続を行な
うと挿入損失も２倍となり実用上問題となる。ト
リプルトランジツトエコーの影響をなくすもう一
つの方法として考えられているのは、第３図に示
すようなものである。第３図において、５は受信
電極、６はダミー電極、７はダミー負荷、８は送
信電極である。第３図において受信電極５とダミ
ー電極６は波面の伝播方向に対してλｏ／４（λ
ｏ＝υ／ｏここでυは基板上を伝播する表面波
の音速、ｏは中心周波数である。）ずらせて設
置されており、ダミー電極６には負荷４と等しい
インピーダンスのダミー負荷７が接続されてい
る。送信電極８から放射された表面弾性波は、受
信電極５及びダミー電極６により反射されるが一
往復の伝播路長がλｏ／２ずれるために受信電極
５からの反射波とダミー電極６から反射波とが打
消し合い、トリプルトランジツトエコーは起こら
ない。しかし、この方法によつても受信電極５に
到達する信号のパワーは送信電極８から放射され
る信号のパワーの1/2となるため、第１図の弾性
表面波フイルタに比べて挿入損失は3dB多くな
る。従つて周波数特性を急峻にするために２段に
直列接続すれば挿入損失は少くとも6dB多くな
り、この点で不利である。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、急峻な周波数特性を持つ表面弾性波フイル
タの価格を低減し、また挿入損失の増加を抑え、
かつ不要波であるトリプルトランジツトエコーの
影響をなくした表面弾性波フイルタを提供するこ
とにある。

本発明は急峻な周波数特性を得るために２つの
表面弾性波フイルタを直列に接続し、この時トリ
プルトランジツトエコーを打消すように、２つの
表面弾性波フイルタのそれぞれの一方の電極を２
組に分割し、波面の伝播方向に対してλｏ／４ず
らせて設置する構造とし、この２つの表面弾性波
フイルタを、２組に分割された電極どうしを接続
するものである。これにより前段のフイルタの分
割された２組の電極に受信された信号を有効に後
段のフイルタに伝達することができ、挿入損失の
増加を抑えることが可能である。

以下本発明の表面弾性波装置の詳細を実施例を
あげて説明する。第４図は本発明の一実施例を示
す図である。第４図において９は前段基板、１０
は後段基板、１１は前段送信電極、１２は後段受
信電極、１３，１４は前段受信電極、１５，１６
は後段送信電極である。第４図における表面弾性
波フイルタは２枚の圧電性基板９，１０の上に設
置された６組の櫛歯状電極１１，１２，１３，１
４，１５，１６より構成され、１枚の基板９（又
は１０）上には３組の櫛歯状電極１１，１２，１
３（又は１４，１５，１６）が設置されている。
この２枚の基板のうち、信号源３に接続されてい
る側を前段負荷４に接続されている側を後段と称
する。そして前後基板９に設置された３組の櫛歯
状電極のうち、信号源に接続されているものを送
信電極１１、残りの２組を受信電極１３，１４と
称する。また、後段基板１０に設置された３組の
櫛歯状電極のうち、前段に接続されている２組を
送信電極１５，１６、負荷に接続されているもの
１２を受信電極と称する。２枚の圧電基板９，１
０は同一の材料であり、前段受信電極１３，１
４、後段送信電極１５，１６の４組の櫛歯状電極
は同一の形状、構造を持つ。２組の前段受信電極
１３および１４は互いに表面弾性波の波面の伝播
方向に対してλｏ／４（λｏはフイルタの中心周
波数における表面弾性波の波長）だけずれた位置
に設置されている。また３組の後段送信電極１５
および１６も同様に互いに表面弾性波の波面の伝
播方向に対してλｏ／４だけずれた位置に設置さ
れている。前段受信電極１３，１４のうち、前段
送信電極１１に遠い位置にある電極１３は後段送
信電極１５，１６のうち後段受信電極１２に近い
位置にある電極１５に接続されている。他方の前
段受信電極１４は後段送信電極１６に接続されて
いる。

以下本実施例の動作を説明する。前段送信電極
１１より放射された表面弾性波は前段受信電極１
３，１４により電気信号に変換され、後段に伝達
される。この時前段受信電極１３，１４および後
段送信電極１５，１６は同一の形状、構造であ
り、前、後段基板９，１０の材料も同一であるた
め、等インピーダンスでありマツチングの取れた
状態となつている。したがつて前段から後段への
信号の伝達損失は最小となる。さらに前段受信電
極１３，１４で電気信号に変換された信号は全て
後段に伝達されるため前段受信電極を２分したこ
とによる損失も生じない。一方、前段受信電極１
３および１４は互いにλｏ／４だけ位置が異なる
ことにより、前段送信電極１１、前段受信電極１
３間の反射波の伝播路長と、前段送信電極１１、
前段受信電極１４間の反射波の伝播路長とはλ
ｏ／２だけ異なる。また、前段受信電極１３，１
４からの反射波の大きさは等しいから、これ等の
反射波が前段送信電極１１に到達した時点で前段
受信電極１３および１４からの反射波の位相がπ
だけずれ、打消し合うことになる。したがつて前
段でのトリプルトランジツトエコーは生じない。

一方後段送信電極１５および１６に伝達された
電気信号は表面弾性波に変換されて後段受信電極
１２に伝達される。この時、後段送信電極１５に
おける信号の位相は後段送信電極１６における信
号の位相よりπ／２遅れている。ところが、後段
送信電極１５から後段受信電極１２までの距離が
後段送信電極１６から後段受信電極１２までの距
離よりλｏ／４短かいため、後段送信電極１５お
よび１６から放射される表面弾性波は後段受信電
極１２に到達した時点で位相は一致し、信号波は
損なわれることはない。また後段受信電極１２に
より反射された表面弾性波は後段送信電極１５お
よび１６により反射されるが、この時後段送信電
極１５はλｏ／４だけ同１６より後段受信電極１
２に近い距離にある。よつて、後段送信電極１５
により受信される後段受信電極からの反射波は、
後段送信電極１６により受信される反射波より
π／２だけ位相が進んでいる。さらに後段送信電
極１５，１６および前段受信電極１３，１４は全
て同一の形状、構造を持つため、後段送信電極１
５および１６により再び反射される表面弾性波の
大きさは等しくなる。このため、これ等の再反射
波が後段受信電極１２に到達した時点では、後段
送信電極１５からの再反射波の位相は、後段送信
電極１６からの再反射波の位相よりπだけ進み、
ここで互いに打消し合う。したがつて後段でのト
リプルトランジツトエコーも生じることがない。

以上の説明では前段受信電極１３，１４および
後段送信電極１５，１６は全て等しい形状、構造
を持つものとしているが、実際には前段受信電極
１３および１４が等しい形状、構造を持ち、後段
送信電極１５および１６が等しい形状、構造を持
てば、前段受信電極１３，１４と後段送信電極１
５，１６と形状、構造が異なつても、そのインピ
ーダンスを等しくしておけば前記の効果は全く損
なわれることがない。前段受信電極１３，１４と
後段送信電極１５，１６とのインピーダンスが異
なつている場合にも、損失の増加は生じるが、反
射波の除去効果は損なわれない。

第５図は前段送信電極１１および後段受信電極
１２に重み付けを行なつた例である。この例にお
いては前段受信電極１３，１４および後段送信電
極１５，１６の電気信号端子の一方を共通にして
いる。これによつて前段送信電極１１から放射さ
れた表面弾性波のうち前段受信電極１３，１４に
よつて受けることができない部分（第４図のαの
部分を通る表面弾性波）を極小にすることがで
き、損失を最小に抑えることができる。

一般に重み付け電極は、その電極対数が多くな
るため、そのインピーダンスが低下することにな
る。この電極インピーダンスの低下は外部回路と
の接続を困難にする。第６図に示す例はこの重み
付け電極のインピーダンスの低下を防止した例で
ある。第６図において１７，１８は前段送信電
極、１９，２０は後段受信電極である。ここで前
段送信電極１７および１８は全く等しい形状、構
造を持ち、また後段受信電極１９および２０も全
く等しい形状、構造を持つ。そしてそれぞれ直列
に接続されている。すなわち一つの櫛歯状電極を
２分割（電極対数、ピツチは変えず、電極の重な
りを半分にする）し、これを直列に接続した形と
なつている。櫛歯状電極のインピーダンスは電極
の重なりの長さに比例するから、この電極のイン
ピーダンスは通常の４倍となることは明らかであ
る。第６図の例の動作を簡単に説明する。前段送
信電極１７，１８から放射された表面弾性波が前
段受信電極１３，１４に反射されて再び前段送信
電極１７，１８に返つて来た時を考える。前段送
信電極１７および１８は等しい形状、構造を持
ち、かつ前段受信電極１３および１４も等しい形
状、構造を持つ。また前段受信電極１３と前段送
信電極１７との距離は、前段受信電極１４と前段
送信電極１８との距離とλｏ／４異なるように電
極が設置されている。したがつて、この時前段送
信電極１７における前段受信電極１３からの反射
波の位相と、前段送信電極１８における前段受信
電極１４からの反射波の位相とはπだけずれるこ
とになる。よつて、この反射波によつて現われる
前段送信電極１７の電圧と同１８の電圧とは互い
に大きさが等しい逆位相となり、これが直列に接
続されていることにより、フイルタの入力端子に
電圧が生じないため、前段送信電極１７，１８か
らの再反射は起こらない。したがつて前段でのト
リプルトランジツトエコーは生じない。後段にお
いても同様に後段受信電極１９，２０における後
段送信電極１５，１６からの再反射波の位相がπ
だけずれるため、フイルタの出力端子にはこの再
反射波による電圧は生じない。したがつて後段に
おけるトリプルトランジツトエコーも生じること
はない。

第７図は、本発明における表面弾性波フイルタ
の外部回路と接続される電極、すなわち前段送信
電極１１および後段受信電極１２を電極対数の少
ない正規電極とし、前段受信電極１３，１４およ
び後段送信電極１５，１６を重み付電極としたも
のである。すなわち、電極インピーダンスの低い
電極はフイルタ内部で接続し、外部回路との接続
は電極インピーダンスの高い電極を用いることに
より外部回路との接続の困難さを解決するもので
ある。第７図の構成においても本発明の効果は全
く阻害されることはない。

重み付電極は電極の重なりの小さい部分から放
射される表面弾性波のビーム幅が小さいため、伝
播中に回折したり、散乱の影響を強く受け、特性
の劣化を生じるという難点がある。第８図に示す
例では前後段とも送信側を電極の重なりの大きい
正規型電極とし、受信側に重み付電極を用いるこ
とにより、この特性劣化を抑えようとするもので
ある。第８図の例においても本発明の効果は何ら
阻害されることはない。

以上の実施例は前、後段をそれぞれ別個の圧電
基板上に設置したものであるが、第９図に示すよ
うに一枚の圧電基板２１上に前、後段の電極を設
置しても、前段における表面弾性波と後段におけ
る表面弾性波が干渉し合わないように構成するこ
とも可能である。第９図の例では前、後段を平行
に構成している。ここで前段送信電極１１と後段
受信電極１２との間にシールド電極を設ければ、
両電極間の電気的な干渉からものがれることがで
きる。

以上述べた実施例において、前段受信電極１３
および１４、あるいは後段受信電極１５および１
６は同一のパターンが理想的であるが、多少のち
がいがあつても大部分の打ち消し効果はある。

また以上の例は前段受信電極および後段送信電
極をそれぞれ２組ずつ設けているが、これ等を３
組ずつ設け、各電極の相対位置をλｏ／６ずつず
らせた場合も同様の効果が得られる。ｎ組の場合
には各電極の相対位置を（2m−１）λｏ／2n
（但しｍは正の整数）づつずらせばよい。

上述の実施例におけるトリプルトランジツトエ
コーの除去効果は、前段送信電極と後段受信電極
との間に生じる反射に対してはおよばないが、従
来の表面弾性波素子と同等のトリプルトランジツ
トエコーのレベルを実現した場合の挿入損失の増
加は生じない。したがつて従来の表面弾性波素子
１個分の挿入損失で、２個分の周波数特性を得る
ことができ、その特性を２個の基板にふり分ける
ことができるため、基板サイズも小さくすること
が可能である。なお、本実施例の前、後段各々の
挿入損失は実効的に従来の素子の1/2となるか
ら、前、後段の段間に増幅器を挿入することによ
りＳ／Ｎ比を向上させることができ、さらにこの
場合は後段から前段への反射波の戻りを阻止でき
るので、この反射波対策として与えられた挿入損
失も減少させることが可能である。

以上述べたように本発明を実施することによ
り、基板サイズが小さく、急峻な周波数特性を持
ち、また不要波であるトリプルトランジツトエコ
ーの影響をなくし、かつ挿入損失の増加を抑えた
表面弾性波フイルタの実現が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は表面弾性波フイルタの基本構成を示す
斜視図、第２図は従来技術における表面弾性波フ
イルタを２段直列に接続した平面図、第３図は従
来のトリプルトランジツトエコーを除去するため
の表面弾性波フイルタの電極構成を示す平面図、
第４図は本発明における表面弾性波装置の基本的
な実施例を示す平面図、第５図、第６図、第７
図、第８図は本発明の表面弾性波装置の実施例を
示す平面図、第９図は本発明の他の実施例を示す
平面図である。 ９…前段基板、１０…後段基板、１１…前段送
信電極、１２…後段受信電極、１３，１４…前段
受信電極、１５，１６…後段送信電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 入力側および出力側にそれぞれ櫛歯状電極を
   有し、該入力側電極から放射される表面弾性波を
   受信するための複数個の受信用櫛歯状電極群と、
   該受信用電極群と電気的に接続され該出力側電極
   に向つて表面弾性波を放射する複数個の送信用櫛
   歯状電極群を備え、該受信用櫛歯状電極群および
   送信用櫛歯状電極群は、それぞれの電極群内で各
   電極の形状、構造が互いに等しく、かつ各受信用
   櫛歯状電極と入力側櫛歯状電極間あるいは各送信
   用櫛歯状電極と出力側櫛歯状電極間の表面弾性波
   伝播路長が、 （2m−１）λｏ／2n（λｏは中心周波数における
   表面弾性波の波長、ｍは正の整数、ｎはそれぞれ
   の電極群内における電極の個数）異なるように設
   置された表面弾性波装置。