(57)【要約】【課題】圧電性基板１２の表面に設けた反射器２０・２０間に、電気信号と弾性表面波の変換を行う入力電極１４と出力電極１６とからなるインターデジタル電極１８を形成することにより、弾性表面波の導波路２２を構成した弾性表面波フィルタにおいて、減衰特性を任意に設計変更可能とする。【解決手段】複数のモード和で表わされる関数に対応した形状に、インターデジタル電極１８における交差幅をアポダイズすることにより、入力電極１４と出力電極１６の外周形状を規定する際、総和する各振動モード中における着目次数の振動モード分布の最大値を、他の振動モード分布とは異なった値に設定する。【選択図】　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電性基板（１２）の表面に、２つの反射器（２０）・（２０）を対向して形成するとともに、両反射器（２０）・（２０）間に入力電極（１４）と出力電極（１６）とからなるインターデジタル電極（１８）を形成することにより、弾性表面波の導波路（２２）を構成した弾性表面波フィルタにおいて、
前記インターデジタル電極（１８）の交差部分で区画される外周形状が、
前記導波路（２２）で規定される横方向の振動モードであって、複数次数の振動モード分布を総和したモード和振動分布の一部または全部に基づいてアポダイズされるものであり、更に
前記各次数の振動モード分布が、最大値を略同一に相対化されるとともに、着目する１または複数の次数における最大値を、他の振動モード分布とは異なった値に設定されたのちに総和されることを特徴とする弾性表面波フィルタ。
【請求項２】
前記総和される振動モード分布は、１次の対称モードＳ０と、１次の反対称モードＡ１の２つであって、両者の最大値を互いに異なった値とすることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波フィルタ。
【請求項３】
前記モード和振動分布はプラス部分とマイナス部分があって、
両者は互いに位相を反転して電気信号が供給される請求項１または２記載の弾性表面波フィルタ。
【請求項４】
前記入力電極（１４）と出力電極（１６）は、その外周形状が互いに点対称であって、導波路（２２）の縦方向に隣接して形成される請求項１記載の弾性表面波フィルタ。
【請求項５】
前記インターデジタル電極（１８）の一部は、導波路（２２）の縦方向に反転して形成される請求項１記載の弾性表面波フィルタ。
【請求項６】
前記インターデジタル電極（１８）の一部は、導波路（２２）の縦方向に離間して分割形成される請求項１記載の弾性表面波フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧電性基板の表面に入力電極と出力電極とからなるインターデジタル電極と２つの反射器とが形成された弾性表面波フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常この種の弾性表面波フィルタは、その入力電極と出力電極の外周形状がともに矩形状のものが一般的である。また本出願人は、対称モードと反対称モードの振動モード分布を総和したモード和振動分布に基づいて電極形状をアポダイズすることにより、矩形状の電極で発生することが避けられなかったスプリアスが軽減できることを示した（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２９８４４７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、上記した特許文献１の構成を更に研究した結果、従来は総和する対称および反対称の振動モード分布における最大値を図８（ａ）の様に両者ともに同一に設定していたが、図１の破線あるいは一点鎖線で例示する如く、着目する次数の最大値を他方より小さくするとともに、その２つのモードの和で表される関数に基づいてインターデジタル電極の交差幅をアポダイズすると、その減少させた割合に応じて、フィルタとしての減衰特性も変化できることを知見した。
【０００５】
本発明はかかる知見に基づいてなされたものであって、総和する振動モード分布の最大値のうち、着目する次数のものを他と異ならせることにより、減衰特性を調整可能とした表面弾性波フィルタを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる弾性表面波フィルタ１０は、図３にその全体的な構成を概略的に示す如く、水晶の様な圧電性基板１２の表面に、２つの反射器２０・２０を対向して形成するとともに、両反射器２０・２０間に入力電極１４と出力電極１６とからなるインターデジタル電極１８を形成することにより、弾性表面波の導波路２２を構成したものである。
【０００７】
更に、図４で示すインターデジタル電極１８の交差部分で区画される外周形状が、導波路２２で規定される横方向の振動モードであって、図１の様に、複数次数の振動モード分布を総和したモード和振動分布の一部または全部に基づいてアポダイズされる様に構成している。
【０００８】
本発明にあっては、各次数の振動モード分布における最大値が、図８（ａ）の様に略同一に相対化されるとともに、着目する１または複数の次数における最大値を、図２（ａ）あるいは図５（ａ）に例示する如く他の振動モード分布とは異なった値に設定したのち、図２（ｂ）あるいは図５（ｂ）の様に総和することを特徴とする。
【０００９】
上記した総和される振動モード分布は、１次の対称モードＳ０と、１次の反対称モードＡ１の２つであって、両者の最大値を互いに異なった値としている。更に、モード和振動分布が図５（ｂ）において斜線で示す様にプラス部分ｂとマイナス部分ｃを持つ場合、図７の様に両者は互いに位相を反転して電気信号が供給される。
【００１０】
入力電極１４と出力電極１６は、図３あるいは図６に例示する如く、基本的にはその外周形状が互いに点対称であって、破線により区画して示される導波路２２の縦方向に隣接して形成される。またインターデジタル電極１８の一部は、図１１〜図１３に示す如く、導波路２２の縦方向に反転して形成することが可能であるし、離間して分割形成してもよい。
【００１１】
【発明の効果】
本発明は上記の如く、総和する振動モード分布の最大値のうち、着目する次数のものを他と異ならせることにより、図９あるいは図１０に示す如く、減衰特性それ自体を設計変更可能とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる弾性表面波フィルタ１０における基本的な構成は従来と略同様であって、図４に例示する如く、水晶や圧電セラミック等の圧電性材料からなる圧電性基板１２の表面中央における縦方向に、入力電極１４と出力電極１６とからなるインターデジタル電極１８を形成するとともに、そのインターデジタル電極１８を縦方向に挟んで両側に２つの反射器２０・２０を形成した構成を持つ。
【００１３】
各反射器２０はグレーティング形式であって、導波路２２を横方向に伸びる多数のストリップ電極２４・２４・・・を、例えば弾性表面波波長λの２分の１のピッチで縦方向に連続的に配置するとともに、図３において破線で区画される導波路２２の両側を縦方向に伸びる２本の接続用の電極２６・２６で、各ストリップ電極２４を互いに接続している。
【００１４】
インターデジタル電極１８を構成する入力電極１４および出力電極１６は略同一の構成であって、図３に例示する如く、導波路２２の縦方向に接近させて互いに点対称位置に配置されている。
【００１５】
ここで入力電極１４および出力電極１６は、それぞれが複数の電極指２８・２８・・・を持つ１対の櫛形の電極から構成され、その各電極指２８を相互に交差させた状態で、導波路２２の縦方向に対向配置された形状を持つ電極構成を、本発明にかかる弾性表面波フィルタ１０の基本構成とする。
【００１６】
そして、入力電極１４にあっては電気信号を弾性表面波に変換し、出力電極１６にあっては弾性表面波を電気信号に変換するための変換器としての機能を果たすことは従来と略同様である。
【００１７】
本発明は上記した構成にあって、特に入力電極１４と出力電極１６をともに、プラス極とマイナス極からなる１対の電極指２８ａ・２８ｂで構成し、その１対の電極指２８ａ・２８ｂにおける相互の交差幅で規定される電極の外周形状を決定するための手順にその特徴を有する。
【００１８】
より具体的には、着目する次数の対称モードおよび反対称モードにおける振動モード分布を２あるいはそれ以上足し合わせた形状から、目的とするインターデジタル電極１８の交差幅を決定する。
【００１９】
なお、対称モードおよび反対称モードの振動モード分布関数φＳｉ（ｘ）およびφＡｉ（ｘ）は、例えばこの種のモデルにおける公知の波動方程式を、適宜の境界条件を設定して解くことによって算出することができ、
対称モードに対しては、
φＳｉ（ｘ）＝Ａｃｏｓ（ｋｘｓｉ・ｘ）・ｅ−ｊ（βｓｉ・ｚ−ωｔ）　・・・（１）
反対称モードに対しては、
φＡｉ（ｘ）＝Ｂｓｉｎ（ｋｘａｉ・ｘ）・ｅ−ｊ（βａｉ・ｚ−ωｔ）　・・・（２）
で表わすことができる。
【００２０】
ここで、ｘは導波路２２の幅方向への位置、ｚは導波路伝搬方向への位置を表わし、ωは共振周波数の角速度、ｋｘｓｉ＝（ｋｓ２−βｓｉ２）１／２、ｋｘａｉ＝（ｋｓ２−βａｉ２）１／２、ｋｓ＝ω／ｖｓ、βｓｉ＝ω／ｖｓｉ、βａｉ＝ω／ｖａｉであり、ｖｓは周期的摂動構造での音速である。
【００２１】
また、ｖｓｉは対称モードの、ｖａｉは反対称モードの弾性表面波の導波路２２中での速度であって、電極の厚み、電極材料および圧電性基板１２の種類等の条件から波動方程式を解くことによって得られる速度分散曲線から求めることができる。したがって（１）式および（２）式におけるｘ方向の伝搬定数（ｋｘｓｉ、ｋｘａｉ）はモード、次数によって異なる値をとる。
【００２２】
上記の様にして、例えば第１次の対称モードＳ０における振動モード分布を求めると、図８（ａ）において実線で示す様な、半周期分の余弦曲線における左右の両端が立ち上がった形状となる。また、第１次の反対称モードＡ１における振動モード分布は、同図において破線で示す様な正弦曲線の一部となる。
【００２３】
本発明にあっては、各振動モード分布における最大値を１に相対化したあと更に、図２（ａ）あるいは図５（ａ）の如く、着目する次数の振動モード分布の最大値のみを１を下回る値に減少させて足し合わせ、その足し合わせたモード和振動分布に基づいて入力電極１４と出力電極１６の電極形状を決定することを特徴とする。
【００２４】
ここで、図２（ａ）で例示する様に、着目する振動モード分布が１次の反対称モードＡ１であり、更にその最大値を０．５に設定した場合にあっては、求めたモード和振動分布は図２（ｂ）で斜線を引いて示す様に、プラス側にのみ伸びる１つの大きな山形状ａを示す。
【００２５】
この場合にあっては、図４で示す如く、導波路２２を挟んで両側にプラス極とマイナス極の接続用電極３０・３２を１本ずつ設け、各接続用電極３０・３２から横方向に伸びる電極指２８の交差位置で規定される図３で示す電極の外周形状Ａが、図２（ｂ）において斜線で示す曲線ａと相似した形状となる様に交差幅を決定する。
【００２６】
一方、図５（ａ）で例示する如く、着目する振動モード分布を１次の対称モードＳ０とし、更にその最大値を０．５に設定した場合にあっては、求めたモード和振動分布は図５（ｂ）において斜線で示す様に、プラス側にのみ伸びる大きな１つの山形状ｂと、マイナス側に伸びる小さな山形状ｃとから構成される。
【００２７】
この場合には、図７に例示する如く、インターデジタル電極１８を形成する領域を挟んで両側にプラス極の接続用電極３０・３０を設ける一方、中央部分を縦断して細帯状のマイナス極の補助電極３４を設ける。そして、プラス極の接続用電極３０・３０から伸びる電極指２８ａとマイナス極の補助電極３４から伸びる電極指２８ｂとの交差位置で決まる図６で示す電極の外周形状Ｂ・Ｃが、図５（ｂ）に示す上記した２つの曲線ｂ・ｃにおける外周形状に相似する形状となる様に交差幅を決定する。
【００２８】
その際、図５（ｂ）に示す大きい曲線ｂは縦軸のプラス方向に伸び、小さい曲線ｃはマイナス方向に伸びる。そこで、圧電性基板１２上に形成されるインターデジタル電極１８にあっても、小さい閉曲線Ｃに対応する部分に負のアポタイズを施すため、大きい閉曲線Ｂとは位相が逆転するようにプラス極およびマイナス極を逆に接続している。
【００２９】
なお、上記の様に構成したインターデジタル電極１８における横方向へは配設位置や方向を変更することはできないが、縦あるいは横方向に電極を分割し、それを縦方向であれば、反転して配置し、移動し或いは配設順序を変更することはできる。要するに、導波路２２の縦方向に、モード和振動分布に対応する電極部分が総和として存在すれば、縦方向の位置、方向あるいは順序は関係しない。
【００３０】
たとえば、図６を基本形とすれば、図１１の様に負のアポタイズ部分Ｃ・Ｃ’を反転させたり、図１２の様に移動させたり、あるいは図１３の様に、出力電極１６における正のアポタイズ部分Ｂ’と、入力電極１４における負のアポダイズ部分Ｃの配設位置を入れ替えることもできる。
【００３１】
また図２（ｂ）および図５（ｂ）における破線で示す様に、求めたモード和振動分布を反転したもので閉空間を作り、図１４の様にその形状を入力電極１４と出力電極１６の形状とすることもできる。この場合にあっても、電極の一部を導波路２２の縦方向に移動や反転等をさせて配置できることは勿論である。
【００３２】
以上の構成により、先ず図４に示す接続用の電極２６・２６と３０・３２によって、例えば図３において破線で示す圧電性基板１２上における導波路２２の幅方向の境界が決まる。ここで、その導波路２２内に設けたストリップラインの配列構造部分における弾性表面波の伝搬速度は他よりも小さいため、弾性表面波は導波路２２に集中し、更にストリップラインの配列構造部分でモード和振動分布に対応したエネルギーが弾性表面波に供給される。この様にして、インターデジタル電極１８の入力電極１４により励振されて発生された弾性表面波はその両側に向けて縦方向に伝搬し、反射器２０で繰り返し反射させることによって定在波を形成する。
【００３３】
なお、インターデジタル電極１８が存在しない部分には、例えば図４において破線で示すごとく、何れかの電極に接続され、且つ、他の電位の電極指２８とは交差しないダミーの電極３８を形成することができる。
【００３４】
また、上記した例では２つのモードを足し合わせた例を示したが、３つ以上の対称および反対称振動モードを利用する場合にあっても略同様に、各次数の振動モード分布を求めたのち、最大値に重みをつけてそれらの和をとることによって必要な曲線が求まる。
【００３５】
【実施例】
圧電性基板１２として、図４における縦方向長さが５ｍｍ、横方向長さが２ｍｍのＳＴカット水晶板を用い、その表面にインターデジタル電極１８と反射器２０とを形成した。
【００３６】
そしてこの例では、インターデジタル電極１８により発生される弾性表面波の波長λを１０μｍとし、電極の膜厚を０．０２５λ、導波路２２の幅を２０λに設定した。更に、インターデジタル電極１８は入力電極１４および出力電極１６ともに、プラス極の電極指２８ａとマイナス極の電極指２８ｂを１組として１１５対、反射器２０は片側を１１０本とした。
【００３７】
ここで図１において示す如く、破線で示す１次の反対称モードＡ１における最大値を０．５にした場合と、一点鎖線で示す１次の対称モードＳ０の最大値を０．５にした場合のモード和振動分布をそれぞれ求め、インターデジタル電極１８の形状を決定した。
【００３８】
図９は、その様にして具体的に構成した弾性表面波フィルタ１０における減衰特性を示すものであって、比較のために、足し合わせる２つのモード分布の最大値を略等しくした従来のものにおける減衰特性を実線で示した。
【００３９】
かかるグラフから、２つのモード分布Ｓ０・Ａ１の重み付けが同等の場合（図中の実線）、中心周波数から高域および低域周波数に向けて略同等な減衰特性を示すのに対し、１次の対称モードＳ０の重み付けを減少させた場合（図中の一点鎖線）、低域側が急峻になる一方、高域側がなだらかな特性となる。１次の反対称モードＡ１の重み付けを小さくした場合（図中の破線）は、前記した場合とは逆に、高域側における特性が急峻になる一方、低域側の特性がなだらかになることが確かめられた。
【００４０】
更に、上記の様にした場合と略同様にしてモード和振動分布であるＫ１＊Ｓ０＋Ｋ２＊Ａ１を求める際、１次の対称モードＳ０における最大値Ｋ１を「１」とし、１次の反対称モードＡ１における最大値Ｋ２を、「０．９５〜０．３」まで変更した場合の減衰特性が図１０である。かかる実施例から、低域側の減衰量が、重み付けの割合が減少するほどなだらかになることが認められた。
【００４１】
高域側の減衰特性の特徴としては、中心周波数から離れた位置に減衰量の特に大きい箇所が発生するとともに、その箇所の発生位置が重み付けの量が増加するにつれて高域側に移動することが確かめられた。
【図面の簡単な説明】
【図１】着目する次数の最大値を変更した一例を示すモード和振動分布である。
【図２】１次の反対称モードの最大値を半分にした場合におけるグラフであって、（ａ）は振動モード分布を、（ｂ）はモード和振動分布を各々示す。
【図３】図２に示すモード和振動分布に基づいて電極構成した場合における入出力電極の形状を概略的に示す説明図である。
【図４】図３に示す電極の構成を具体的に示した弾性表面波フィルタの一例を示す、一部を破断した平面図である。
【図５】１次の対称モードの最大値を半分にした場合におけるグラフであって、（ａ）は振動モード分布を、（ｂ）はモード和振動分布を各々示す。
【図６】図５に示すモード和振動分布に基づいて電極構成した場合における入出力電極の形状を概略的に示す説明図である。
【図７】図６に示す電極の構成を具体的に示した弾性表面波フィルタの一例を示す、一部を破断した平面図である。
【図８】各振動モードの最大値を同一にした場合におけるグラフであって、（ａ）は振動モード分布を、（ｂ）はモード和振動分布を各々示す。
【図９】足し合わせるモードが１次の対称モードと１次の反対称モードの２つの場合にあって、一方の重みを各々半分にした際の減衰特性の変化を示す。
【図１０】足し合わせるモードが２つの場合にあって、反対称モードの重みのみを０．９５から０．３まで変更した際の減衰特性の変化を示す。
【図１１】図６に示すインターデジタル電極の一部を反転した構成例を示す概略図である。
【図１２】図６に示すインターデジタル電極の一部を移動した構成例を示す概略図である。
【図１３】図６に示すインターデジタル電極における一部の順序を変更した構成例を示す概略図である。
【図１４】図３に示すインターデジタル電極の他の構成例を示す概略図である。
【符号の説明】
１０　弾性表面波フィルタ
１２　圧電性基板
１４　入力電極
１６　出力電極
１８　インターデジタル電極
２０　反射器
２２　導波路
２４　ストリップ電極
２６　接続用電極
２８　電極指
３０　プラス極の接続用電極
３２　マイナス極の接続用電極
３４　補助電極
３８　ダミー電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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