(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板上に弾性表面波の伝播方向に沿って平行にかつ相対向して延設された第１及び第２連結部と、これら第１及び第２連結部から直角方向に延設されて互いに交差する複数対の第１及び第２電極指によりそれぞれ構成した櫛歯状の重み付け電極と正規型電極を備えた弾性表面波フィルタ装置において、
前記正規型電極にて前記複数対の第１及び第２電極指が互いに交差する有効部の総数を奇数にして、前記重み付け電極にて前記複数の第１及び第２電極指が互いに交差する各有効部の有効長を、前記重み付け電極と前記正規型電極により決定される周波数特性と目的とする周波数特性との誤差の最大値を最小にする設計法として、前記重み付け電極と前記正規型電極に基づいて決定される周波数特性のうち振幅特性Ｆ(Ω)を下記数１のように定義した上で、指定した周波数帯域内での下記数２によって定義される重み付き誤差｜Ｅ(Ω)｜の最大値を最小にするように係数ａiを定めて同振幅特性Ｆ(Ω)を目的とする振幅特性Ｄ(Ω)に近似するミニマックス法を採用したことを特徴とする弾性表面波フィルタ装置における電極の形成方法。
【数１】
0004349681.tif 000003
【数２】
Ｅ(Ω)＝Ｗ(Ω)｛Ｄ(Ω)−Ｆ(Ω)｝
上記数２中、Ｗ(Ω)は近似誤差に対する重み関数であり、Ｄ(Ω)は目的とする振幅特性であり、ｉ，ｎは自然数であり、ダブル電極の場合、Ωは指定した通過帯域の中心周波数ｆ0を０．５として０〜２ｆ0の周波数範囲を０〜１で表した場合の規格化周波数であり、シングル電極の場合、Ωは指定した通過帯域の中心周波数ｆ0を１として０〜ｆ0の周波数範囲を０〜１で表した場合の規格化周波数である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電基板上に重み付け電極と正規型電極を弾性表面波の伝搬方向に並設してなり、重み付け電極と正規型電極に基づいて決定される周波数特性と目的とする周波数特性との誤差の最大値を最小にする設計法、例えばミニマックス法に基づいて重み付け電極を決定した弾性表面波フィルタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の弾性表面波フィルタ装置の設計においては、所望の周波数特性を得るために電極パターン（隣り合う電極指が交差する有効部の分布）を最小二乗法に基づいて設計していた。
【０００３】
しかし、最小二乗法に基づいて設計した弾性表面波フィルタ装置の周波数特性は、図１０のようになり、所望とする通過帯域の両側でゲインが急に減衰した後傾斜をもって減衰したものとなる。この場合、所望の特性を得るために前記通過帯域の両側のゲインの傾斜を急にすることにより、通過帯域の両側のゲインを抑えることはできるが、前記ゲインの傾斜を急にするためには重み付け電極の電極指数を増やす必要、すなわちチップサイズを大きくする必要がある。
【０００４】
これに対し、重み付け電極と正規型電極に基づいて決定される周波数特性と目的とする周波数特性との誤差の最大値を最小にする設計法、すなわち周波数特性（振幅特性及び遅延特性）の最適化を図る設計法（以下、最適化法という）に基づいて弾性表面波フィルタ装置を設計すれば、同装置の周波数特性は図１１のようになり、ゲインが所望の通過帯域の両側で急に減衰した後、略一定の大きさに維持される。この弾性表面波フィルタ装置においては、重み付け電極の電極指数をそれ程多くしなくても、すなわちチップサイズをそれ程大きくしなくても前記通過帯域の両側のゲインを急に減衰させることができる。このため、近年、弾性表面波フィルタ装置の設計においては、最適化法が利用されるようになってきている。
【０００５】
なお、最適化法の代表例であるミニマックス法は次のように定義される。すなわち、ミニマックス法とは、別名重み付き等リプル近似法（又はチェビシェフ近似法）とも呼ばれ、弾性表面波フィルタ装置の振幅特性Ｆ(Ω)を下記数３のように定義した上で、指定した周波数帯域内での下記数４によって定義される重み付き誤差｜Ｅ(Ω)｜の最大値を最小にするように係数ａiを定めるものである。
【０００６】
【数３】
0004349681.tif 000002
【０００７】
【数４】
Ｅ(Ω)＝Ｗ(Ω)｛Ｄ(Ω)−Ｆ(Ω)｝
ここで、上記数４中、Ｗ(Ω)は近似誤差に対する重み関数であり、Ｄ(Ω)は目的とする振幅特性であり、ｉ，ｎは自然数であり、ダブル電極の場合、Ωは指定した通過帯域の中心周波数ｆ0を０．５として０〜２ｆ0の周波数範囲を０〜１で表した場合の規格化周波数であり、シングル電極の場合、Ωは指定した通過帯域の中心周波数ｆ0を１として０〜ｆ0の周波数範囲を０〜１で表した場合の規格化周波数である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ミニマックス法に基づいて設計した弾性表面波フィルタ装置においては、図１２に示すように、有効部の有効長の中心を結ぶ線が電極パターンの端部にいくに従って電極指の垂直方向に対して傾き、かつ電極パターンの端部の有効長が大きくなるので、電極パターンの形成領域が圧電基板の上端又は下端の近傍にて狭くなり、これを打開するためにはチップサイズを大きくせざるを得ない。
【０００９】
この問題を回避するために、本発明者等は特願平９−１９６１９９号で提案したように、ダブル電極を構成する一対の電極指の長さを異ならせるようにした（図１３参照）。これによれば、図４(Ｂ)に示すように、弾性表面波フィルタ装置を構成する重み付け電極の電極パターンは、有効長の中心を結ぶ線が傾き、かつ端部の有効長がある程度大きくなっても、チップサイズを小さく抑えることはできるが、ダブル電極を構成する一対の電極指の長さを異ならせるための設計上の手数が増える。
【００１０】
【発明の概要】
上記問題に対処するため、本発明は、チップサイズを大きくすることなく、簡単な設計により重み付け電極の電極パターンの傾き（重み付け電極の有効長の中心を結ぶ線の傾き）を小さくすることを解決課題とする。本発明者等は、この課題を解決するために、種々の実験を試みた結果、「正規型電極の隣り合う電極指が互いに交差する有効部の総数を奇数にすれば、ミニマックス法を適用しても重み付け電極の電極パターンの傾きが小さくなること」を発見した。すなわち、この種の弾性表面波フィルタ装置の設計においては、「便宜上、正規型電極の交差する有効部を偶数にすること」が一般的であったが、正規型電極の有効部の総数を奇数にすることにより、ミニマックス法を適用しても重み付け電極の電極パターンの傾きを小さく抑えることができる。好ましくは、弾性表面波フィルタ装置の重み付け電極及び正規型電極をダブル電極で構成するとよい。
【００１１】
この正規型電極の有効部の総数を奇数にしたシミュレーション結果を示す。従来のように、正規型電極の有効部の総数が偶数である条件下にて、弾性表面波フィルタ装置の周波数特性を、図４(Ａ)に示すように、通過帯域の両側で急に減衰した後、略一定の大きさに維持するようにするために、ミニマックス法に基づいて重み付け電極を設計すると、同電極の電極パターンは図４(Ｂ)のようになる。ちなみに、このとき正規型電極の周波数特性は図４(Ｃ)に示すようになり、重み付け電極の周波数特性は図４(Ｄ)に示すようになる。
【００１２】
正規型電極の有効部の総数を奇数にして、弾性表面波フィルタ装置の周波数特性を、前記従来例（図４(Ａ)）と同一な通過帯域を有し、同通過帯域の両側で図４(Ａ)と同様に急に減衰した後、略一定の大きさに維持するようにするために、ミニマックス法に基づいて重み付け電極を設計すると、同電極の電極パターンは図５(Ｂ)のようになる。ちなみに、このとき正規型電極の周波数特性は図５(Ｃ)に示すようになり、重み付け電極の周波数特性は図５(Ｄ)に示すようになる。
【００１３】
したがって、本発明によれば、図５(Ｂ)のように、チップサイズを大きくすることなく、簡単な設計により、重み付け電極の電極パターンの傾き（重み付け電極の有効長の中心を結ぶ線の傾き）を小さくした弾性表面波フィルタ装置を製造することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る弾性表面波フィルタ装置を図面に基づいて説明すると、図１は同弾性表面波フィルタ装置を上面から見て概略的に示している。
【００１５】
この弾性表面波フィルタ装置は、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、タンタル酸リチウム(LiTaO3)、水晶などの圧電材料で厚さの薄い直方体状に形成した圧電基板１０を備えている。圧電基板１０上には、櫛歯状の重み付け電極で構成した入力電極２０と、櫛歯状の正規型電極で構成した出力電極３０とが弾性表面波の伝搬方向に並設されている。
【００１６】
入力電極（重み付け電極）２０は、図１に示すように、導電体帯により形成された第１及び第２連結部２１，２２、並びに複数の第１及び第２電極指２３，２４を備えている。第１及び第２連結部２１，２２は、所定距離だけ隔てて平行かつ相対向して弾性表面波の伝搬方向（図示左右方向）に沿って延設されている。複数の第１及び第２電極指２３，２４は、第１及び第２連結部２１，２２から直角方向にそれぞれ延設されて互いに交差している。各第１電極指２３は、電極指端で生じる弾性表面波の音響的反射を打ち消すために、第１及び第２連結部２１，２２の延設方向に２つに分割されて同じ長さに設定された一対の分割電極指２３ａ，２３ｂによりそれぞれ構成されている。各第２電極指２４も、前記と同じ理由のために、第１及び第２連結部２１，２２の延設方向に２つに分割されて同じ長さに設定された一対の分割電極指２４ａ，２４ｂによりそれぞれ構成されている。なお、図１は重み付け電極を簡略して示しており、実際には電極指の幅及び隣り合う電極指間の距離は共に等しく設定されている（例えば、λ／８に設定されている。λは弾性表面波の波長を表す）。本願明細書においては、一対の分割電極指で構成する電極指をダブル電極といい、１つの電極指で構成するものをシングル電極という。
【００１７】
この場合、第１電極指２３と第２電極指２４との各有効部の有効長（図示しない）、すなわち第１電極指２３の分割電極指２３ａと第２電極指２４の分割電極指２４ｂとの各有効部の有効長、及び第１電極指２３の分割電極指２３ｂと第２電極指２４の分割電極指２４ａとの各有効部の有効長は、後述するように、所定の周波数特性を得るためにミニマックス法により計算した値にそれぞれ設定してある。なお、有効長は、隣り合う電極指の有効部における同電極指の延設方向に沿った長さだけではなく、同延設方向（図示上下方向）に沿った交差方向を正負で表している。すなわち、左側に位置する第１電極指２３及び右側に位置する第２電極指２４からなる有効部の有効長は図示上向きであり（これを正とする）、左側に位置する第２電極指２４及び右側に位置する第１電極指２３からなる有効部の有効長は図示下向きである（これを負とする）。
【００１８】
出力電極（正規型電極）３０は、図１に示すように、導電体帯により形成された第１及び第２連結部３１，３２、並びに複数の第１及び第２電極指３３，３４を備えており、これら第１及び第２電極指３３，３４も、前記と同じ理由のために、第１及び第２連結部３１，３２の延設方向に２つに分割されて同じ長さに設定された各一対の分割電極指３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂによりそれぞれ構成されている。
【００１９】
この場合、図２に示すように、出力電極３０の第１電極指３３と第２電極指３４とによる有効部３５の総数、すなわち第１電極指３３の分割電極指３３ａと第２電極指３４の分割電極指３４ｂとによる有効部３５と、第１電極指３３の分割電極指３３ｂと第２電極指３４の分割電極指３４ａとによる有効部３５の総数は奇数に設定されている。このことは、上述した入力電極２０の有効長と同様に出力電極３０の有効部３５の有効長３５ａも隣り合う電極指の有効部における長さと方向を表しているので、すなわち各有効部３５は有効長３５ａを一つずつ有しているので、有効長３５ａの総数を奇数に設定することと同等である。なお、この有効長３５ａは、入力電極２０の最大有効長より大きくなるように設定されている。ちなみに、図３に、出力電極３０の第１電極指３３と第２電極指３４とによる有効部３５の総数を偶数に設定した場合を示す。
【００２０】
出力電極（正規型電極）の有効部の総数を偶数及び奇数にそれぞれ設定した弾性表面波フィルタ装置の入力電極（重み付け電極）及びシミュレーション結果をそれぞれ説明する。出力電極の有効部の総数を偶数に設定した弾性表面波フィルタ装置の場合、同装置の周波数特性を、図４(Ａ)に示すように、所望の通過帯域を有し、同通過帯域の両側で急に減衰した後、略一定の大きさを維持するようにするためにミニマックス法に基づいて入力電極を設計すると、同電極の電極パターンは図１２のようになり、弾性表面波フィルタ装置のチップサイズは大きくなる。そこで、図１３に示すように、ダブル電極を構成する一対の電極指の長さを異ならせるようにして図１２に示す電極パターンを補正すると、同電極パターンは図４(Ｂ)のようになる。すなわち、入力電極の有効部の有効長の中心を結ぶ線が電極パターンの端部にいくに従って第１及び第２連結部の延設方向に対して傾き（電極パターンが傾き）、かつ同端部の有効長が大きくなるので、電極パターンの形成領域が圧電基板の上端又は下端の近傍にて狭くなることを防止するために、弾性表面波フィルタ装置のチップサイズが大きくなったり、又同チップサイズを小さくしても依然として電極パターンが傾いたりする。なお、図４(Ｂ)、図１２及び図１３は電極パターンの右半分のみを示しており、その左半分は右半分の点対称の関係にある。また、出力電極の周波数特性は図４(Ｃ)に示すようになり、入力電極の周波数特性は図４(Ｄ)に示すようになる。このとき、図４(Ａ)、図４(Ｃ)及び図４(Ｄ)に示す周波数特性は、前記所望の通過帯域の中心周波数ｆ0を０．５として０〜２ｆ0の周波数範囲を０〜１で表した場合の規格化周波数として示されている。
【００２１】
次に、本実施形態である出力電極３０（正規型電極）の有効部３５（有効長３５ａ）の総数を奇数に設定した弾性表面波フィルタ装置の場合、同装置の周波数特性を、図５(Ａ)のように、上述した出力電極の有効部の総数を偶数に設定した弾性表面波フィルタ装置の通過帯域（図４(Ａ)）と同一な通過帯域を有し、同通過帯域の両側で図４(Ａ)と同様に急に減衰した後、略一定の大きさを維持するようにするためにミニマックス法に基づいて入力電極２０を設計すると、同電極２０の電極パターンは図５(Ｂ)のようになる。すなわち、入力電極２０の有効部の有効長の中心が電極パターンの端部にいっても傾かなくなり、弾性表面波フィルタ装置のチップサイズを小さく抑えることができる。なお、図５(Ｂ)は電極パターンの右半分のみを示しており、その左半分は右半分の点対称の関係にある。また、出力電極３０の周波数特性は図５(Ｃ)に示すようになり、入力電極２０の周波数特性は図５(Ｄ)に示すようになる。このとき、図５(Ａ)、図５(Ｃ)及び図５(Ｄ)に示す周波数特性は、図４(Ａ)、図４(Ｃ)及び図４(Ｄ)と同様に規格化周波数として示されている。
【００２２】
したがって、上記のように構成した実施形態においては、図５(Ｂ)のように、チップサイズを大きくすることもなく、簡単な設計により電極パターンの補正等の設計上の手数がかからないようにして、入力電極（重み付け電極）２０の電極パターンの傾きを小さくした弾性表面波フィルタ装置を製造することができる。
【００２３】
次に、上述した出力電極３０（正規型電極）の有効部３５の総数を奇数に設定した弾性表面波フィルタ装置の周波数特性は、出力電極の有効部の総数を偶数に設定した弾性表面波フィルタ装置の周波数特性と同一であることを、図６に示すような測定回路に基づいて実験により確認する。この実験には、下記表１及び表２に示す仕様の弾性表面波フィルタ装置をそれぞれ使用する。
【００２４】
【表１】
圧電基板                  タンタル酸リチウム(LiTaO3) Ｘカット
重み付け電極本数          ８３６本
正規型電極の有効部の総数  ２１
有効長の長さ              ４０００μｍ
電極中心間距離            １４８６０μｍ
電極櫛幅（Ｗ／Ｐ）        ０．４
【００２５】
【表２】
圧電基板                  タンタル酸リチウム(LiTaO3) Ｘカット
重み付け電極本数          ８３６本
正規型電極の有効部の総数  ２２
有効長の長さ              ４０００μｍ
電極中心間距離            １４８７４μｍ
電極櫛幅（Ｗ／Ｐ）        ０．４
なお、有効長は重み付け電極の最大有効長を表し、電極中心間距離は入力電極２０の中心と出力電極３０の中心との間の距離を表し、電極櫛幅は電極指幅（Ｗ）の隣り合う電極指の中心間距離（Ｐ）に対する比を表している。
【００２６】
弾性表面波フィルタ装置の入力端４１には、抵抗５１を介して信号発生器５２が接続されており、その出力端４２には、抵抗５３及び測定器５４が接続されている。弾性表面波フィルタ装置の他の端子４３，４４と、信号発生器５２、抵抗５３及び測定器５４はそれぞれアースされている。入力端４１は入力電極（重み付け電極）２０の第１連結部２１（又は第２連結部２２）に接続されており、出力端４２は出力電極（正規型電極）３０の第１連結部３１（又は第２連結部３２）に接続されている。他の端子４３，４４は第２連結部２２，３２（又は第１連結部２１，３１）に接続されている。
【００２７】
この測定回路により出力電極の有効部の総数を奇数及び偶数に設定した弾性表面波フィルタ装置の周波数特性をそれぞれ測定すると、図７及び図８に示す実験データをそれぞれ得ることができる。図７及び図８は、通過帯域の振幅特性を示しており、特にグラフ下部中央に中心周波数ｆ0を中心とする平坦な部分を拡大したもので振幅リップルをよく表すものを示している。これによれば、出力電極３０（正規型電極）の有効部の総数を奇数に設定した弾性表面波フィルタ装置の周波数特性は、出力電極の有効部の総数を偶数に設定した弾性表面波フィルタ装置の周波数特性とほぼ同一であることが確認できる。
【００２８】
上述したように、本実施形態によれば、チップサイズを大きくすることもなく、簡単な設計により電極パターンの補正等の設計上の手数がかからないようにして、入力電極２０の電極パターンの傾きを小さくした弾性表面波フィルタ装置を製造することができる。特に、前記のように入力電極２０をダブル電極で構成することにより電極指端で生じる弾性表面波の音響的反射を打ち消すことができる。
【００２９】
なお、上記実施形態においては、正規型電極をその有効部の総数が奇数になるように構成したが、図９に示すように、正規型電極を抜き電極で構成するようにしてもよい。この場合、例えば、正規型電極は第１電極指３３と第２電極指３４が図示左右方向に所定間隔にて交互に並んでいるものから少なくとも一つの第１電極指３３（又は第２電極指３４）を抜くことにより、この第１電極指３３（又は第２電極指３４）を抜いた部分においては第２電極指３４（又は第１電極指３３）が前記所定間隔と異なる間隔にて隣り合うように設定されている。好ましくは、正規型電極の図示左右方向中心位置付近の第２電極指３４（又は第１電極指３３）を抜くとよい。これによっても、上記と同様な作用・効果を期待できる。
【００３０】
また、上記実施形態においては、正規型電極をその有効部の総数が奇数になるように構成したが、隣り合う第１電極指と第２電極指の各中心間距離を異ならせるように正規型電極を設定してもよい。これによっても、上記と同様な作用・効果を期待できる。
【００３１】
また、上記実施形態及び変形例においては、重み付け電極及び正規型電極をダブル電極で構成するようにしたが、このダブル電極の代わりに、シングル電極で構成するようにしてもよい。
【００３２】
また、上記実施形態及び変形例においては、最適化法の例としてミニマックス法についてのみ説明したが、同最適化法には、線形計画法、非線形計画法もあり、これら設計法にも本発明は適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係る弾性表面波フィルタ装置を上面から見た概略図である。
【図２】  図１に示す弾性表面波フィルタ装置の出力電極であってその有効部の総数が奇数に設定されたものの概略図である。
【図３】  弾性表面波フィルタ装置の正規型電極であってその有効部の総数が偶数に設定されたものの概略図である。
【図４】  (Ａ)は従来の弾性表面波フィルタ装置の周波数特性を規格化して示すグラフであり、(Ｂ)は同装置を構成する重み付け電極の電極パターンの右半分を示す図であり、(Ｃ)は前記装置を構成する正規型電極の周波数特性を規格化して示すグラフであり、(Ｄ)は前記装置を構成する重み付け電極の周波数特性を規格化して示すグラフである。
【図５】  (Ａ)は図１に示す弾性表面波フィルタ装置の周波数特性を規格化して示すグラフであり、(Ｂ)は同装置を構成する重み付け電極の電極パターンの右半分を示す図であり、(Ｃ)は前記装置を構成する正規型電極の周波数特性を規格化して示すグラフであり、(Ｄ)は前記装置を構成する重み付け電極の周波数特性を規格化して示すグラフである。
【図６】  弾性表面波フィルタ装置の周波数特性を測定するための測定回路を示す図である。
【図７】  図１に示す弾性表面波フィルタ装置の振幅特性を示すグラフである。
【図８】  有効部の総数を偶数に設定した正規型電極を有する弾性表面波フィルタ装置の振幅特性を示すグラフである。
【図９】  本発明の変形例に係る弾性表面波フィルタ装置の正規型電極を示す概略平面図である。
【図１０】  最小二乗法に基づいて設計した弾性表面波フィルタ装置の周波数特性を示すグラフである。
【図１１】  ミニマックス法に基づいて設計した弾性表面波フィルタ装置の周波数特性を示すグラフである。
【図１２】  従来の弾性表面波フィルタ装置の重み付け電極の電極パターンの右半分を示す図である。
【図１３】  図４(Ｂ)に示す弾性表面波フィルタ装置の重み付け電極の一部を拡大した一例を示す図である。
【符号の説明】
１０…圧電基板、２０…入力電極（重み付け電極）、２１，３１…第１連結部、２２，３２…第２連結部、２３，３３…第１電極指、２４，３４…第２電極指、２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ，３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂ…分割電極指、３５…有効部、３５ａ…有効長、３０…出力電極（正規型電極）。
【図１】
0004349681.tif 000004
【図２】
0004349681.tif 000005
【図３】
0004349681.tif 000006
【図４】
0004349681.tif 000007
【図５】
0004349681.tif 000008
【図６】
0004349681.tif 000009
【図７】
0004349681.tif 000010
【図８】
0004349681.tif 000011
【図９】
0004349681.tif 000012
【図１０】
0004349681.tif 000013
【図１１】
0004349681.tif 000014
【図１２】
0004349681.tif 000015
【図１３】
0004349681.tif 000016