JP2007124440A - 弾性表面波素子片および弾性表面波デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】減衰量とを改善する。
【解決手段】弾性表面波素子片は、圧電基板の弾性表面波の伝播方向に沿って配置した第１ＩＤＴ１４、第２ＩＤＴ１６、第３ＩＤＴ１８と、これらのＩＤＴ１４、１６、１８を挟んで設けた一対の反射器とを備えている。各ＩＤＴ１４、１６、１８のそれぞれは、弾性表面波を励振可能、かつ反射する電極セルＡと、弾性表面波を励振可能であって反射しない電極セルＢと、弾性表面波を励振できずに反射のみする電極セルＣと、弾性表面波を励振せず、反射もしない電極セルＤとを混在させて形成してある。
【選択図】図３

Description

本発明は、圧電基板の表面に弾性波を発生させる弾性表面波素子片に係り、特に３つのＩＤＴとこれらを挟んで設けた一対の反射器とを備えた弾性表面波素子片および弾性表面波デバイスに関する。

弾性表面波（Surface Acoustic Wave：ＳＡＷ）デバイスである弾性表面波フィルタは、高周波に対応可能であるとともに、小型で量産性に優れており、携帯電話機をはじめとして各種電子機器に採用されている。弾性表面波フィルタには、ＩＤＴ（Interdigital Transducer）を挟んで格子状の反射器を有する共振子型と、反射器を備えていないトランスバーサル型とがある。図１１は、共振子型フィルタの１種である通常の３ＩＤＴ型の二重モードフィルタ（ＤＭＳフィルタ）を構成する弾性表面波素子片の平面図である。

図１１において、弾性表面波素子片１０は、圧電基板１２の中央部に、第１ＩＤＴ１４、第２ＩＤＴ１６、第３ＩＤＴ１８が設けてある。圧電基板１２は、例えば水晶やタンタル酸リチウム（リチウムタンタレート）、ニオブ酸リチウムなどの圧電体からなり、平面視矩形状に形成してある。そして、３つのＩＤＴ１４、１６、１８は、圧電基板１２の弾性表面波の伝播方向に沿って配置してある。第１ＩＤＴ１４は、一対の櫛型電極２０（２０ａ、２０ｂ）からなっていて、櫛型電極２０の櫛歯に相当する電極指２２が噛み合うように配置されてすだれ状をなしている。また、第２ＩＤＴ１６、第３ＩＤＴ１８は、それぞれが一対の櫛型電極２４（２４ａ、２４ｂ）、２６（２６ａ、２６ｂ）からなっていて、第１ＩＤＴ１４と同様に電極指２２が相互に噛み合うように配置してある。これらのＩＤＴ１４、１６、１８の外側には、ＩＤＴ１４、１６、１８を挟むように一対の反射器２８（２８ａ、２８ｂ）が設けてある。各反射器２８は、電極指２２と平行に形成した複数の導体ストリップ３０を有し、格子状をなしている。

第１ＩＤＴ１４と第３ＩＤＴとは、対応する櫛型電極２０ａと櫛型電極２６ａ、櫛型電極２０ｂと櫛型電極２６ｂとが相互に接続されている。そして、第１ＩＤＴ１４と第３ＩＤＴ１８とは、入力側となっていて、櫛型電極２０ａ、２６ａと、櫛型電極２０ｂ、２６ｂの間に信号電圧が印加され、圧電基板１２の表面部に所定周波数の弾性波（弾性表面波）を励振する。他方の第２ＩＤＴ１６は、出力側となっていて、圧電基板１２を伝播してきた弾性表面波の振幅に比例した電圧を得ることができる。このようになっている弾性表面波素子片１０は、ＲＦフィルタ、デュープレクサ、ＩＦフィルタ等に利用されている。

ＲＦフィルタ、デュープレクサにおいては、低損失化、広帯域化が課題となっており、多くの技術が開発されている。これに対して、ＩＦフィルタは、一般に遷移帯域において急速に減衰する急峻性、高い減衰特性が要求され、またデジタル通信機器用においては群遅延の平坦性も重要な要素となっている。そして、フィルタは、さまざまな用途に用いられるが、概してＲＦフィルタ、デュープレクサ以外の用途においては、ＩＦフィルタと同様の性能が要求されている。これらのフィルタには、従来、急峻で大きな減衰量のフィルタ特性を容易に実現することができるトランスバーサル型フィルタが多く利用されてきた。

ところが、トランスバーサル型フィルタは、一般にフィルタの挿入損失が大きく、パッケージサイズが大きくなる欠点がある。そこで、トランスバーサル型弾性表面波素子片に一方向性電極を形成して挿入損失の低減を図っている。また、ＩＤＴの内部共振を利用したＲＳＰＵＤＴ手法の開発により、パッケージサイズも小型化されてきている。しかしながら、トランスバーサル型弾性表面波素子片は、弾性表面波の伝播方向の端部に吸音材（アブソーバ）を設ける必要があるため、その分だけ小型化できない欠点が残る。

この点、ＤＭＳフィルタ用の素子片は、ＩＤＴを挟んで設けた反射器によって振動エネルギーを電極部に閉じ込めることができ、吸音材が不要で容易に小型化をすることができる。しかし、３つのＩＤＴと一対の反射器とからなる１セクションの３ＩＤＴ型ＤＭＳ素子片は、急峻性、減衰量がトランスバーサル型弾性表面波素子片よりはるかに劣っている。そこで、２セクションとしたり、減衰トラップとして共振子を並列または直列に接続して急峻性、減衰量の改善を図ることが行なわれるが、その分弾性表面波素子片のサイズが大きくなって小型化できない。したがって、３ＩＤＴ型ＤＭＳ素子片は、ＩＦフィルタなどを形成するために、１セクションでもって急峻性の改善、高減衰化が強く求められている。そして、特許文献１には、弾性表面波の１波長の中に一対に電極指をもつシングル電極と、１波長の中に二対の電極指をもつダブル電極とをＩＤＴ中に混在させ、フィルタ特性の通過帯域外減衰量の劣化を改善する共振器型フィルタが開示してある。また、特許文献２には、３ＩＤＴ型のＤＭＳフィルタにおいて、ＩＤＴを構成する電極指を間引きしてその位置に短絡グレーティングを配置し、入出力インピーダンスの互いに異なる３ＩＤＴ型ＤＭＳフィルタの通過帯域内の平坦性と挿入損失とを改善することを開示している。

一方、特許文献３には、３ＩＤＴ型ＤＭＳフィルタにおいて、第１番目のＩＤＴと第２番目のＩＤＴとの間隔と、第２番目のＩＤＴと第３番目のＩＤＴとの間隔とを相互に異ならせるとともに、少なくとも１つのＩＤＴに間引き重み付けをして、高域側のスプリアスを改善している。
特開昭５８−１５６２１１号公報 特開２００２−３５３７７７号公報 特開平１０−１９０３９４号公報

そこで、発明者は、上記特許文献１、２に記載のＩＤＴを用いて３ＩＤＴ型ＤＭＳフィルタを形成した場合に、減衰量がどの程度改善されるかを調べた。図１２、図１３は、その調べた結果を示す図である。なお、図１２、図１３は、いずれも横軸が周波数（ＭＨｚ）、縦軸が挿入損失（ｄＢ）であって、中心周波数ｆ_０が１００ＭＨｚである。

図１２は、特許文献１に記載されているシングル電極とダブル電極（スプリット電極）とを混在させたＩＤＴからなる３ＩＤＴ型ＤＭＳフィルタと、ＩＤＴがシングル電極のみからなる従来の通常の３ＩＤＴ型ＤＭＳフィルタとの伝達応答を比較した図である。図１２の実線は、ＩＤＴをシングル電極とダブル電極とを混在させて形成したフィルタの伝達応答であり、破線がＩＤＴをシングル電極のみによって形成したフィルタの伝達応答である。ただし、ＩＤＴに混在させたシングル電極とダブル電極との配置は、減衰量が最も大きくなるように、遺伝的アルゴリズムの手法を用いて最適化して得ている。なお、図１２（２）は、同図（１）の中心周波数ｆ_０付近の拡大図である。

通常のＩＤＴがシングル電極のみからなるフィルタの場合、破線に示したように、ｆ_０の高周波数側にαで示した大きな盛り上がり部を有する。この部分では、減衰量が１４ｄＢしか得ることができない。そして、１０ｄＢ阻止域幅と３ｄＢ通過帯域幅の比をフィルタの急峻性を表すシェイプアップファクタ（ＳＦ）とすると、シングル電極のみからなるフィルタは、ＳＦ＝１．５８であった。これに対してシングル電極とダブル電極とを混在させたＩＤＴのフィルタは、破線のαに示した部分の減衰量が改善されている。しかし、βとして示した１０ｄＢのスプリアスが部分的に残ってしまう。しかも、シングル電極とダブル電極とを混在させてフィルタは、ＳＦ＝１．７４となっていて、急峻性も劣化している。

図１３は、特許文献２に示されているシングル電極と短絡グレーティングとを混在させてＩＤＴを形成した３ＩＤＴ型ＤＭＳフィルタの伝達応答を上記のシングル電極のみからなるフィルタと比較したものである。ＩＤＴに混在させたシングル電極と短絡グレーティングの配置は、上記と同様に、減衰量が最大となるように遺伝的アルゴリズムの手法により最適化してある。

実線に示したシングル電極と短絡グレーティングとを混在させたＩＤＴからなるフィルタは、破線の盛り上がり部分αの減衰量を１４．５ｄＢから１８ｄＢまで改善することができる。また、シングル電極と短絡グレーティングとを混在させた３ＩＤＴ型ＤＭＳフィルタは、ＳＦ＝１．４９と急峻化している。しかし、破線のα部分の減衰量は、約１８ｄＢであり、十分な減衰量とはいえない。

本発明は、減衰量とを改善することを目的としている。
また、本発明は、急峻性を改善することを目的としている。
さらに、本発明は、弾性表面波デバイスの小型化を図れるようにすることを目的としている。

特許文献１に記載のように、ＩＤＴをシングル電極とダブル電極とを混在させて形成することは、ＩＤＴにおける弾性表面波の反射について、反射あり、反射なしの間引きに重み付けをしているといえる。また、特許文献２に記載のように、ＩＤＴのシングル電極の一部を短絡グレーティングに置き換えることは、弾性表面波の励振について、励振あり、励振なしの間引き重み付けをしているといえる。そこで、発明者は、反射と励振との両方について間引きの重み付けを行なえば、急峻性と減衰量との両方を改善できるのではないかと推測し、解析を行なった。

本発明は、上記の考察に基づいてなされたもので、本発明に係る弾性表面波素子片は、圧電基板の弾性表面波の伝播方向に沿って配置した一対のＩＤＴと、これらのＩＤＴを挟んで設けた一対の反射器とを備えた弾性表面波素子片であって、前記一対のＩＤＴのそれぞれは、前記弾性表面波を励振可能、かつ反射する電極セルＡと、前記弾性表面波を励振可能であって反射しない電極セルＢと、前記弾性表面波を励振できずに反射のみする電極セルＣとが混在していることを特徴としている。

このようになっている本発明は、反射に対する反射なし、反射ありの間引き重み付けと、励振に対する励振なし、励振ありの間引き重み付けとを適宜に組み合わせることにより、急峻性と減衰量との改善を行なうことができる。したがって、ＩＦフィルタなどの要求に応えることができる。そして、素子片の端部に吸音材（アブソーバ）を設ける必要がないため、トランスバーサル型より小型のＩＦフィルタなどを形成することができ、弾性表面波デバイスの小型化を図ることができる。

前記各ＩＤＴは、前記弾性表面波を励振も反射もしない中性領域が混在していてもよい。弾性表面波を励振も反射も生じない中性領域を積極的に混在させることによって、ＩＤＴの内部に弾性表面波の多様な状態を作り出すことができ、急峻性、減衰特性を改善することができる。中性領域は、電極を配置しないことによって実現できるし、弾性表面波を励振も反射もしない電極セルＤを配置しても実現することができる。

前記電極セルＡは、前記弾性表面波の１波長内に含まれる２本の電極指を有し、前記各電極指はそれぞれ電位の異なるバスバーに接続してあり、前記電極セルＢは、前記弾性表面波の１波長内に含まれる４本の電極指を有し、セル内の隣り合う２本ずつの前記電極指がそれぞれ電位の異なる前記バスバーに接続してある、構造にすることができる。これにより、電極セルＡは、弾性表面波の励振が可能であり、弾性表面波を反射する。また、電極セルＢは、４本の電極指のそれぞれを弾性表面波に対して位相を９０°ずらせて配置することにより、弾性表面波の各電極指からの反射波が相互に打ち消しあって、実質的に反射を生じない。

前記電極セルＣは、前記弾性表面波の１波長内に含まれる２本の電極指を有し、これらの電極指が前記バスバーのいずれか一方の同じバスバーに接続してあってよい。また、前記電極セルＣは、前記弾性表面波の１波長内に含まれる２本の電極指を有し、これらの電極指が前記バスバーから離間しており、かつ相互に接続することができる。このような電極セルＣは、各電極指が同電位となるため、弾性表面波を励振せずに、反射のみを生ずる。さらに、前記電極セルＣは、前記弾性表面波の１波長内に含まれる２本の電極指を有し、これらの電極指が前記バスバーから離間しており、かつ相互に分離してあってもよい。

前記電極セルＤは、前記弾性表面波の１波長内に含まれる４本の電極指を有し、これらの電極指が前記バスバーのいずれか一方の同じバスバーに接続することができる。また、前記電極セルＤは、前記弾性表面波の１波長内に含まれる４本の電極指を有し、これらの電極指が前記バスバーから離間しており、かつ相互に接続してよい。そして、前記電極セルＤは、前記弾性表面波の１波長内に含まれる４本の電極指を有し、これらの電極指が前記バスバーから離間しており、かつ相互に分離することができる。これらの電極セルＤは、上記した理由により弾性表面波を励振せず、反射も生じない。

前記電極セルＡと前記電極セルＣとの前記弾性表面波の伝播方向におけるセルの長さをＬ２、前記電極セルＢと前記電極セルＤとの前記弾性表面波の伝播方向におけるセルの長さをＬ４としたときに、Ｌ２とＬ４とを異ならせるとよい。弾性表面波の１波長内に電極指が２本ある場合と、電極指が４本ある場合とで弾性表面波の位相の伝播速度が異なってくる。したがって、２本電極指の電極セルＡ、Ｃと、４本電極指の電極セルＢ、Ｄとで弾性表面波の伝播方向における長さを調整して弾性表面波の共振周波数が同じになるように調整する。

この場合、Ｌ２は、Ｌ４より大きくする。４本電極指の電極セルは、２本電極指の電極セルより弾性表面波の伝播速度が遅くなる。したがって、４本電極指の電極セルＢ、Ｄの弾性表面波の伝播方向における長さＬ４を、２本電極指の電極セルＡ、Ｃの長さＬ２より短く（小さく）して共振周波数が同じになるように調整する。そして、０．９５Ｌ２≦Ｌ４＜Ｌ２にするとよい。弾性表面波の位相速度は、圧電基板の材質、圧電基板のカット角、弾性表面波の伝播方向、電極の製造条件（電極材料、電極膜厚、電極指幅）などによって異なるが、ほとんどの条件において、４本電極指の位相速度は、２本電極指の位相速度を１とした場合、０．９５以上、１．００未満である。したがって、０．９５Ｌ２≦Ｌ４＜Ｌ２にすることが望ましい。

前記電極セルＣ、Ｄの各電極指がバスバーに接続されておらず、電気的に浮いた状態であって、相互に分離されている場合、前記電極セルＡ、前記電極セルＢ、前記電極セルＣ、前記電極セルＤの前記弾性表面波の伝播方向におけるセルの長さを相互に異ならせる。電極セル内の個々の電極指を電気的に浮いたオープンの状態にすると、弾性表面波の位相速度が相互に接続したショートの状態と異なってくる。したがって、電極セルＣ、Ｄの各電極指をそれぞれ分離して形成した場合、４種類の電極セルＡ〜Ｄは、弾性表面波の伝播方向における長さを相互に変えて形成するとよい。各電極セルの最適な長さは、前記した圧電基板の材料、圧電基板のカット角、電極の製造条件などを考慮して、シミュレーションなどによって求めることができる。

前記第１ＩＤＴと前記第２ＩＤＴとの間隔と、前記第２ＩＤＴと前記第３ＩＤＴとの間隔とを異ならせることができる。各ＩＤＴ間の間隔を異ならせると、通過帯域の高域側のスプリアスの減衰効果をより大きくすることができる。そして、前記弾性表面波の共振周波数の波長をλとしたときに、隣接した一対の前記ＩＤＴの対向した端部のそれぞれに位置する前記電極セルの、前記弾性表面波の伝播方向における中心から他方の前記ＩＤＴ側にλ／２離れた点間をＩＤＴ間間隔とした場合に、前記第１ＩＤＴと前記第２ＩＤＴとの間隔と、前記第２ＩＤＴと前記第３ＩＤＴとの間隔とは、いずれか一方が（ｎ−１）λ／２であり、いずれか他方が（２ｎ−１）λ／４である（ただし、ｎ＝１、２、３、………）、ようにしてよい。このようにすると、高域側の減衰量をさらに大きくすることができる。

本発明に係る弾性表面波デバイスは、上記したいずれかの弾性表面波素子片を備えていることを特徴としている。これにより、上記の作用効果を有する小型の弾性表面波デバイスを得ることができる。

本発明に係る弾性表面波素子片および弾性表面波デバイスの好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。なお、背景技術において説明した部分に相当する部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１、本発明の実施の形態に係る弾性表面波素子片の概略を示す平面図である。この実施形態に係る弾性表面波素子片４０は、３ＩＤＴ型ＤＭＳ素子片であって、圧電基板１２の中央部に第１ＩＤＴ１４、第２ＩＤＴ１６、第３ＩＤＴ１８の３つのＩＤＴが設けてある。各ＩＤＴ１４、１６、１８は、圧電基板１２の弾性表面波の伝播方向に沿って配置してあり、実施形態の場合、それぞれが詳細を後述するように、４種類の電極セルを混在させて形成してある。また、弾性表面波素子片４０は、圧電基板１２の弾性表面波の伝播方向に沿ったＩＤＴ１４、１８の外側に、ＩＤＴ１４、１６、１８を挟んで一対の反射器２８（２８ａ、２８ｂ）が設けてある。弾性表面波素子片４０は、両端の第１ＩＤＴ１４と第３ＩＤＴ１８とが入力側となり、中央の第２ＩＤＴ１６が出力側となっている。入力側となる第１ＩＤＴ１４と第３ＩＤＴ１８とは、対応する櫛型電極が相互に接続してある。

すなわち、第１ＩＤＴ１４を構成している一方の櫛型電極２０ａのバスバー４２ａと、第３ＩＤＴ１８を構成している一方の櫛型電極２６ａのバスバー４４ａとは、導電パターン４６ａを介して相互に接続してある。また、第１ＩＤＴ１４を構成している他方の櫛型電極２０ｂのバスバー４２ｂと、第３ＩＤＴを構成している他方の櫛型電極２６ｂのバスバー４４ｂとは、導電パターン４６ｂを介して相互に接続してある。

各ＩＤＴ１４、１６、１８を構成している４種類の電極セルは、実施形態の場合、図２（１）〜（４）に示したようになっている。なお、図２においては、各電極セルが第１ＩＤＴ１４を構成する場合を例にして説明する。

図２（１）に示した電極セルＡは、いわゆるシングル電極（ソリッド電極）として形成してあり、弾性表面波の１波長内に２本の電極指４８（４８ａ、４８ｂ）を含み、弾性表面波の伝播方向におけるセルの長さ（セル長）がＬａとなっている。電極セルＡは、電極指４８ａ、４８ｂの中心間距離がＬａ／２となっていて、各電極指４８の一端が対応するバスバー４２（４２ａ、４２ｂ）に接続してある。また、電極セルＡは、セルの端となるバスバー４２の端と、この端に近い電極指４８の中心との距離がＬａ／４となっている。そして、バスバー４２ａ、４２ｂは、信号電圧が印加されたときに相互に電位が異なる。電極指４８ａ、４８ｂは、バスバー４２ａ、４２ｂを介して両者間に印加される信号電圧により、圧電基板１２に弾性表面波を励振できるとともに、電極指４８の幅方向端部において弾性表面波を反射する。

図２（２）に示した電極セルＢは、いわゆるダブル電極（スプリット電極）であって、弾性表面波の１波長内に４本の電極指５０（５０ａ〜５０ｄ）を備えている。電極セルＢは、隣接する２本の電極指５０ａ、５０ｂの一端がバスバー４２ａに接続してあり、他の隣接する２本の電極指５０ｃ、５０ｄの一端がバスバー４２ｂに接続してある。電極セルＢは、セル長がＬｂとなっていて、各電極指５０の中心間距離がＬｂ／４にしてある。そして、電極セルＢは、セルの端となるバスバー４２の端と、この端に近い電極指５０の中心との距離がＬｂ／８となっている。この電極セルＢは、弾性表面波の励振が可能であって、実質的に弾性表面波の反射を生じない。すなわち、電極セルＢの各電極指５０は、弾性表面波に対して位相を９０°ずつずらせて配置してあり、各電極指５０の幅方向端部において反射された弾性表面波の位相が１８０°ずれ、相互に打ち消し合って実質的に反射を生じない。

図２（３）に示した電極セルＣは、弾性表面波の１波長の内に２本の電極指５２（５２ａ、５２ｂ）を備えている。しかし、これらの電極指５２は、バスバー４２ａ、４２ｂのいずれにも接続されておらず、電気的に浮いた状態に形成される。ただし、一対の電極指５２は、一端がショートバー５４によって相互に接続したショート状態となっており、電極指５２ａと電極指５２ｂとは、同電位に保持される。電極セルＣは、セル長がＬｃであって、一対の電極指５２の中心間距離がＬｃ／２となっており、セルの端となるバスバー４２の端と、この端に近い電極指５２の中心との距離がＬｃ／４にしてある。電極セルＣは、電極指５２がいずれのバスバー４２にも接続していないため、弾性表面波を励振しない。しかし、電極セルＣの一対の電極指５２は、弾性表面波に対して位相を１８０°ずらせて配置してあるため、電極指５２の幅方向の両端部において弾性表面波を反射する。

図２（４）に示した電極セルＤは、セル長がＬｄとなっていて、弾性表面波の１波長内に４本の電極指５６（５６ａ〜５６ｄ）を有している。これらの電極指５６は、バスバー４２ａ、４２ｂのいずれにも接続されておらず、一端がショートバー５８によって相互に接続してあり、ショート状態となっていて同電位に保持されている。そして、電極セルＤは、各電極指５６の中心間距離がＬｄ／４となっていて、セルの端となるバスバー４２の端と、この端に近い電極指５６の中心との距離がＬｄ／８にしてある。また、各電極指５６は、弾性表面波に対して位相が相互に９０°ずれている。このため、電極セルＤは、弾性表面波を励振せず、反射も生じない中性領域を形成する。なお、電極セルＣ、Ｄは、各電極指を相互に接続する場合、図２の下側端部または電極指の長手方向中央部など、任意の位置で相互に接続してもよいし、各電極指の長手方向両端部を相互に接続してもよい。

ところで、電極セルＡ〜Ｄは、２本の電極指を有する電極セルＡ、Ｃと、４本の電極指を有する電極セルＢ、Ｄとで弾性表面波の位相速度が異なる。このため、各電極セルＡ〜Ｄにおける弾性表面波の共振周波数を一致させるようにセル長Ｌａ〜Ｌｄを補正する必要がある。弾性表面波の位相速度は、圧電基板の材質、圧電基板のカット角、弾性表面波の伝播方向、ＩＤＴを形成する電極の形成条件（電極材料、膜厚、電極指の幅）などによって異なってくる。しかし、ほとんどの条件において、４本電極指の位相速度は、２本電極指の位相速度より低下し、２本電極指の位相速度を１とした場合、０．９５以上、１．００未満となる。

例えば、圧電基板が３６°回転ＹカットＸ伝播ＬＴ（リチウムタンタレート）基板であって、アルミ（またはアルミ合金）電極、電極膜厚が弾性表面波の波長の２％、ＩＤＴのメタライズ比が０．３５の場合、４本電極指の位相速度は、２本電極指の位相速度の約０．９９倍となる。したがって、４本電極指を有する電極セルＢ、Ｄのセル長Ｌｂ、Ｌｄは、上記の各条件に応じて、２本電極指を有する電極セルＡ、Ｃのセル長Ｌａ、Ｌｃの０．９５以上、１．００未満に補正する必要がある。すなわち、Ｌａ＝ｌｃ＝Ｌ２とし、Ｌｂ＝Ｌｄ＝Ｌ４とした場合、０．９５Ｌ２≦Ｌ４＜Ｌ２にして各電極セルにおける弾性表面波の共振周波数を同じになるようにする。

このように形成した４種類の電極セルＡ〜Ｄを用いたＩＤＴの構成例を図３に示す。このＩＤＴ１４、１６、１８における電極セルＡ〜Ｄの配置は、例えば遺伝的アルゴリズムの手法を用いて、３ＩＤＴ型ＤＭＳ素子片の急峻性および減衰量が最適となるように求める。なお、図３は、ＩＤＴ１４、１６、１８を同じ電極セルの配置パターンとして示しているが、実際のＩＤＴ１４とＩＤＴ１６とＩＤＴ１８との電極セルの配置パターンは、相互に異なっており、一般に３者間において線対称、点対称などの対称関係も存在しない。そして、電極セルＡ〜Ｄの配置パターンは、要求される中心周波数、通過帯域幅、急峻性、減衰量などの特性によって異なってくる。なお、弾性表面波素子片４０の反射器２８は、実施形態の場合、導体ストリップ３０の幅が電極セルＡの電極指４８の幅と同じにしてある。また、導体ストリップ３０の形成ピッチＰｒは、電極セルＡの電極指４８の形成ピッチＬａ／２よりやや大きくしてあって、例えば（Ｌａ／２）／Ｐｒ＝０．９９程度にしてある。

このようになっている実施形態の弾性表面波素子片４０は、弾性表面波を励振可能および反射する電極セルＡ、弾性表面波を励振可能であるが反射しない電極セルＢ、弾性表面波を励振せずに反射だけする電極セルＣ、弾性表面波を励振の反射もしない電極セルＤの４種類の電極セルを組合せ、最適な配置をとることにより、急峻性、減衰量を大きく改善することができる。すなわち、４種類の電極セルＡ〜Ｄを混在させてＩＤＴ１４、１６、１８を形成することにより、弾性表面波の励振と反射との両方について間引きの重み付けを施すことができ、急峻性、減衰量の改善を図ることができる。図４は、実施の形態に係る弾性表面波素子片４０と、シングル電極のみによってＩＤＴを形成した従来の弾性表面波素子片とを用いた３ＩＤＴ型ＤＭＳフィルタの伝達応答を比較した図である。

図４（１）、（２）は、ともに横軸がＭＨｚで表した周波数、縦軸がｄＢで表した挿入損失である。また、図４（２）は、同図（１）のＰ部分の拡大図である。そして、図４においては、実線が実施形態に係る弾性表面波素子片４０を用いた３ＩＤＴ型ＤＭＳフィルタの伝達応答であり、破線が従来のシングル電極のみからなるＩＤＴを有する３ＩＤＴ型ＤＭＳフィルタの伝達応答であって、いずれも中心周波数ｆ_０が１００ＭＨｚとなっている。

なお、図４の実線に示した伝達応答の実施形態に係る弾性表面波素子片４０は、ＩＤＴ１４、１６、１８を構成している４種類の電極セルＡ〜Ｄの配置を、最良の急峻性、減衰量が得られるように、最適化の１手法である遺伝的アルゴリズムを用いて求めた。また、電極セルＡ〜Ｄは、実施形態の場合、メタライズ比が同じにしてある。

図４（１）に示されているように、実施形態の３ＩＤＴ型ＤＭＳフィルタは、ＩＤＴがシングル電極のみからなる従来の３ＩＤＴ型ＤＭＳフィルタにおいて、中心周波数ｆ_０の高域側に現れる盛り上がり部αの１４．５ｄＢが２０ｄＢ以上にまで改善される。また、実施形態のフィルタは、急峻性もＳＦ＝１．４６と急峻化している。このように、弾性表面波の励振と反射とに間引き重み付けをした実施形態の弾性表面波素子片４０を用いた３ＩＤＴ型ＤＭＳフィルタは、高域側に生じていた盛り上がり部αの減衰量を５ｄＢ以上改善することができ、急峻性も高めることができる。そして、実施形態に係る弾性表面波素子片４０は、トランスバーサル型のように素子片の端部に吸音材（アブソーバ）を設ける必要がないため、ＩＦフィルタなどの弾性表面波デバイスを形成した場合に、弾性表面波デバイスの小型化を図ることができる。

前記背景技術において述べたように、特許文献３には、３ＩＤＴ型ＤＭＳフィルタにおいて、第１、第２ＩＤＴ間の間隔と、第２、第３ＩＤＴ間の間隔を変えるとともに、ＩＤＴの間引き重み付けをして高域側の減衰量の改善を図っている。そこで、発明者は、第１ＩＤＴと第２ＩＤＴとの間の間隔と、第２ＩＤＴと第３ＩＤＴとの間の間隔とを変えた３ＩＤＴ型ＤＭＳフィル（以下、非対称ギャップフィルタという）において、ＩＤＴをシングル電極とダブル電極とを混在させて形成した場合の急峻性、減衰量に与える影響を調べた。

図５は、本発明における隣接した２つのＩＤＴ間の間隔（ギャップ）を説明する図である。図５において、第１ＩＤＴ１４と第２ＩＤＴ１６との間隔Ｇ１は、本発明の場合、第１ＩＤＴ１４と第２ＩＤＴ１６との対向する端部のそれぞれに位置する電極ユニット１４Ｅｂ、１６Ｅａの、弾性表面波の伝播方向における中心から他方のＩＤＴ側にλ／２離れた点間の距離と定義している。第２ＩＤＴ１６と第３ＩＤＴ１８との間隔Ｇ２は、Ｌ１と同様に、第２ＩＤＴ１６と第３ＩＤＴ１８との対向する端部のそれぞれに位置する電極ユニット１６Ｅｂ、１８Ｅａの、弾性表面波の伝播方向における中心から他方のＩＤＴ側にλ／２離れた点間の距離と定義している。

図６は、ＩＤＴが従来のシングル電極のみからなる非対称ギャップフィルタと、ＩＤＴをシングル電極とダブル電極とを混在させて形成した非対称ギャップフィルタとの伝達応答を示したものである。両フィルタは、中心周波数ｆ_０が１００ＭＨｚである。また、両者ともに、図５に示したＧ１＝０であり、Ｇ２＝０．２５λ（＝λ／４）にしてある。さらに、シングル電極とダブル電極とを混在させたフィルタは、減衰量が最大となるように、遺伝的アルゴリズムの手法を用いてシングル電極とダブル電極との配置を最適化している。そして、図６は、横軸が周波数（ＭＨｚ）、縦軸が挿入損失（ｄＢ）であり、同図（２）は、同図（１）の中心周波数ｆ_０近傍の伝達応答の拡大図である。

図６の破線に示したＩＤＴがシングル電極のみからなるフィルタは、ＳＦ＝１．３４と急峻となっている。ただし、通過帯域の高域側にγで示した部分のスプリアスが８ｄＢと大きい。一方、図６の実線で示したように、シングル電極とダブル電極とを混在させたＩＤＴからなるフィルタは、通過帯域の高域側のスプリアスが８．５ｄＢと改善しているが、ＳＦ＝１．３９と劣化しており、ほとんど改善の効果が見られない。

図７は、ＩＤＴが従来のシングル電極のみからなる非対称ギャップフィルタと、ＩＤＴをシングル電極と励振間引き電極（短絡グレーティング）とを混在させて形成した非対称ギャップフィルタとの伝達応答を示したものである。両フィルタは、中心周波数ｆ_０が１００ＭＨｚである。また、両者ともに、図５に示したＧ１＝０であり、Ｇ２＝０．２５λである。さらに、シングル電極と励振間引き電極とを混在させたフィルタは、減衰量が最大となるように、遺伝的アルゴリズムの手法を用いてシングル電極と励振間引き電極との配置を最適化している。そして、図７は、横軸が周波数（ＭＨｚ）、縦軸が挿入損失（ｄＢ）であり、同図（２）は、同図（１）の中心周波数ｆ_０近傍の伝達応答の拡大図である。

図７の実線で示したように、シングル電極と励振間引き電極とを混在させたフィルタは、破線のγで示した部分のスプリアスが、１７ｄＢ程度まで抑圧され、減衰効果が極めて大きい。しかし、通過帯域が単峰化する。このため、シングル電極と励振間引き電極とを混在させたフィルタは、ＳＦ＝２．８５と急峻性が大きく劣化する。

このように、非対称ギャップフィルタにおいては、シングル電極とダブル電極とを混在させてＩＤＴを形成した場合、通過帯域の近傍高域側に生ずるスプリアスの抑制が弱い。また、シングル電極と励振間引き電極（短絡グレーティング）とを混在させてＩＤＴを形成した場合、通過帯域の近傍高域側に生ずるスプリアスを抑制することができるが、狭帯域化にして急峻性の劣化が生ずる。

上記したように、シングル電極とダブル電極とを混在させてＩＤＴを形成することは、弾性表面波の反射に関していうと、反射あり、反射なしの間引き重み付けをしているといえる。また、ＩＤＴのシングル電極を部分的に短絡グレーティングに置き換えることは、弾性表面波の励振に関していうと、励振あり、励振なしの間引き重み付けをしているといえる。そこで、発明者は、非対称ギャップフィルタに対して、反射と励振との両方に間引き重み付けを行なえば、急峻性と減衰量との両方が改善できるのではないかと推測した。そして、発明者は、反射と励振との両方について間引き重み付けをした非対称ギャップフィルタを作製し、その伝達応答を調べた。すなわち、図２に示した４種類の電極セルＡ〜Ｄを混在させた図３に示したようなＩＤＴからなる非対称ギャップフィルタを作製し、ＩＤＴがシングル電極のみからなる非対称ギャップフィルタと伝達応答を比較した。図８は、その比較結果を示す図である。

図８において、破線で示した曲線は、ＩＤＴをシングル電極のみで形成した従来の非対称ギャップフィルタの伝達応答であり、実線で示した曲線が実施の形態に係る図２に示した４種類の電極セルＡ〜Ｄを混在させて形成したＩＤＴからなる非対称ギャップフィルタの伝達応答である。実施形態のＩＤＴは、減衰量、急峻性が最良となるように、遺伝的アルゴリズムを用いてＩＤＴを構成している４種類の電極セルＡ〜Ｄの配置を最適化している。また、これらのフィルタは、中心周波数ｆ_０が１００ＭＨｚである。さらに、これらの非対称ギャップフィルタは、図５に示したＧ１＝０、Ｇ２＝０．２５λにしてある。そして、図８の横軸が周波数（ＭＨｚ）、縦軸が挿入損失（ｄＢ）である。

図の実線に示されているように、実施形態の非対称ギャップフィルタは、破線で示したＩＤＴがシングル電極のみからなる非対称ギャップフィルタの中心周波数ｆ_０の高域側に生じていた盛り上がり部γが８ｄＢから２８ｄＢへと大幅に改善される。ただし、実施形態のフィルタは、急峻性がＳＦ＝１．８６とやや劣化した。この結果から、４種類の電極セルＡ〜Ｄを混在させてＩＤＴを形成した実施形態のフィルタは、急峻性の劣化を最小限に抑えながら、通過帯域近傍の減衰量を大きくしたい場合に非常に有効である。また、実施形態のフィルタは、トランスバーサル型フィルタよりはるかに少ないＩＤＴの対数で、吸音材を設けずに、トランスバーサル型フィルタと同等の周波数対称性が得られる。したがって、実施形態は、トランスバーサル型より小型のフィルタなどの弾性表面波デバイスを形成することができる。

なお、前記実施形態は、本発明の一態様であって、これらに限定されるものではない。例えば、前記ＩＤＴ１４、１６、１８において、弾性表面波の励振も反射も生じない電極セルＤの電極指５６を配置した部分は、４本の電極指５６を配置した範囲にわたって、一様な１つ（いわゆるベタ）の電極としてもよい。また、電極セルＤの電極指５６を配置した部分は、何も設けない空白としてもよい。さらに、前記実施形態においては、ＩＤＴ中に弾性表面波を励振も反射もしない中性領域を設けた場合について説明したが、ＩＤＴ中に中性領域を設けなくともよい。

また、前記実施形態においては、図５に示した隣接したＩＤＴの間隔Ｇ１＝０、Ｇ２＝０．２５λにした場合について説明したが、Ｇ１とＧ２との間に差があればよく、Ｇ１、Ｇ２を任意の値とすることができる。そして、実施形態においては、Ｇ２をＧ１より大きくした場合を示したが、Ｇ２をＧ１より小さくしてもよい。特にＧ１、Ｇ２のいずれか一方を（ｎ−１）λ／２、いずれか他方を（２ｎ−１）λ／４（ただし、λは弾性表面波の共振周波数の波長、ｎ＝１、２、３、………）とすると、通過帯域の高域側に大きな減衰ポールが得られる。また、電極セルＣ、Ｄは、図９、図１０のように形成してもよい。

図９は電極セルＣの他の実施形態を示したものであり、図１０は電極セルＤの他の実施形態を示したものである。図９（１）に示した電極セルＣ_１は、一対の電極指５０のそれぞれの一端がバスバー４２ａ、４２ｂのいずれか一方の同じバスバー、例えばバスバー４２ａに接続してある。これにより、電極セルＣ_１の電極指５０ａと５０ｂとは、同電位に保持されるため図２（３）に示した電極セルＣと同様に、弾性表面波を励振せずに反射のみを生ずる。

図９（２）に示した電極セルＣ_２は、電極指５０ａ、５０ｂがいずれのバスバー４２にも接続されておらず、また相互に独立して形成してある。すなわち、一対の電極指５０は、電気的に浮いていてオープンとなっており、弾性表面波を励振することがなく、反射のみを生ずる。また、電極指５０ａ、５０ｂは、圧電基板１２を伝播する弾性表面波によって相互に異なった電位となる。

図１０（１）に示した電極セルＤ_１は、４本の電極指５６ａ〜５６ｄの一端をバスバー４２ａ、４２ｂのいずれか一方の同じバスバーに接続し、各電極指４２を同じ電位にしている。これにより、電極セルＤ_１は、電極セルＤと同様に、弾性表面波を励振せず、反射もしない。図１０（２）に示した電極セルＤ_２は、各電極指５６がバスバー４２に接続されておらず、電気的に浮いていてるとともに、相互に独立してオープンとなっており、伝播する弾性表面波によって異なる電位となる。したがって、電極セルＤ_２は、弾性表面波を励振せず、また反射もしない。

ところで、図９（２）の電極セルＣ_２、図１０（２）電極セルＤ_２のように、各電極指をオープン状態にした場合、各電極指が同電位にされる電極セルＣ、Ｃ_１、電極セルＤ、Ｄ_１と弾性表面波の位相速度が異なってくる。したがって、電極セルＣ、Ｃ_１、電極セルＤ、Ｄ_１に代えて電極セルＣ_２、電極セルＤ_２を用いてＩＤＴ１４、１６、１８を形成する場合、すべての電極セルＡ、Ｂ、Ｃ_２、Ｄ_２のセル長をそれぞれ異ならせて、各電極セルにおける弾性表面波の共振周波数が同じとなるように調整する必要がある。なお、前記実施形態においては、電極セルの長さを変えて弾性表面波の共振周波数を合わせる場合について説明したが、ＩＤＴのメタライズ比（電極指の幅）を変えて共振周波数を合わせるようにしてもよい。

本発明の実施の形態に係る弾性表面波素子片の概略を説明する平面図である。 実施の形態に係る電極セルの詳細説明図である。 実施の形態に係るＩＤＴの構成例を示す図である。 実施の形態に係る３ＩＤＴ型ＤＭＳフィルタと従来の３ＩＤＴ型ＤＭＳフィルタとの伝達応答を比較する図である。 本発明におけるＩＤＴ間の間隔を説明する図である。 ＩＤＴがシングル電極のみからなる非対称ギャップフィルタと、ＩＤＴをシングル電極とダブル電極とを混在させて形成した非対称ギャップフィルタとの伝達応答を示す図である。 ＩＤＴがシングル電極のみからなる非対称ギャップフィルタと、ＩＤＴをシングル電極と励振間引き電極とを混在させて形成した非対称ギャップフィルタとの伝達応答を示す図である。 実施形態に係る非対称ギャップフィルタと、ＩＤＴがシングル電極のみからなる非対称ギャップフィルタと伝達応答を示す図である。 他の実施形態に係る電極セルＣの説明図である。 他の実施形態に係る電極セルＤの説明図である。 従来の３ＩＤＴ型ＤＭＳ素子片の平面図である。 シングル電極とダブル電極とを混在させたＩＤＴと、シングル電極のみからなるＩＤＴとからなる３ＩＤＴ型ＤＭＳフィルタの伝達応答を比較した図である。 シングル電極と短絡グレーティングとを混在させたＩＤＴと、シングル電極のみからなるＩＤＴとからなる３ＩＤＴ型ＤＭＳフィルタの伝達応答を比較した図である。

符号の説明

１２………圧電基板、１４、１６、１８………ＩＤＴ、１４Ｅｂ、１６Ｅａ、１６Ｅｂ、１８Ｅａ………電極ユニット、２８ａ、２８ｂ………反射器、４０………弾性表面波素子片、４２ａ、４２ｂ、４４ａ、４４ｂ………バスバー、Ａ〜Ｄ………電極セル、Ｇ１、Ｇ２………間隙。

Claims (17)

1. 圧電基板の弾性表面波の伝播方向に沿って配置した第１ＩＤＴ、第２ＩＤＴ、第３ＩＤＴと、これらのＩＤＴを挟んで設けた一対の反射器とを備えた弾性表面波素子片であって、
   前記３つのＩＤＴのそれぞれは、前記弾性表面波を励振可能、かつ反射する電極セルＡと、前記弾性表面波を励振可能で反射しない電極セルＢと、前記弾性表面波を励振できずに反射のみする電極セルＣとが混在していることを特徴とする弾性表面波素子片。
2. 請求項１に記載の弾性表面波素子片において、
   前記各ＩＤＴは、前記弾性表面波を励振も反射もしない中性領域が混在していることを特徴とする弾性表面波素子片。
3. 請求項２に記載の弾性表面波素子片において、
   前記中性領域は、前記弾性表面波を励振も反射もしない電極セルＤからなることを特徴とする弾性表面波素子片。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の弾性表面波素子片において、
   前記電極セルＡは、前記弾性表面波の１波長内に含まれる２本の電極指を有し、前記各電極指はそれぞれ電位の異なるバスバーに接続してあり、
   前記電極セルＢは、前記弾性表面波の１波長内に含まれる４本の電極指を有し、セル内の隣り合う２本ずつの前記電極指がそれぞれ電位の異なる前記バスバーに接続してある、
   ことを特徴とする弾性表面波素子片。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の弾性表面は素子片において、
   前記電極セルＣは、前記弾性表面波の１波長内に含まれる２本の電極指を有し、これらの電極指が前記バスバーのいずれか一方の同じバスバーに接続してあることを特徴とする弾性表面波素子片。
6. 請求項１ないし４のいずれかに記載の弾性表面波素子片において、
   前記電極セルＣは、前記弾性表面波の１波長内に含まれる２本の電極指を有し、これらの電極指が前記バスバーから離間しており、かつ相互に接続してあることを特徴とする弾性表面波素子片。
7. 請求項１ないし４のいずれかに記載の弾性表面波素子片において、
   前記電極セルＣは、前記弾性表面波の１波長内に含まれる２本の電極指を有し、これらの電極指が前記バスバーから離間しており、かつ相互に分離されていることを特徴とする弾性表面波素子片。
8. 請求項３ないし７のいずれかに記載の弾性表面波素子片において、
   前記電極セルＤは、前記弾性表面波の１波長内に含まれる４本の電極指を有し、これらの電極指が前記バスバーのいずれか一方の同じバスバーに接続してあることを特徴とする弾性表面波素子片。
9. 請求項３ないし７のいずれかに記載の弾性表面波素子片において、
   前記電極セルＤは、前記弾性表面波の１波長内に含まれる４本の電極指を有し、これらの電極指が前記バスバーから離間しており、かつ相互に接続してあることを特徴とする弾性表面波素子片。
10. 請求項３ないし７のいずれかに記載の弾性表面波素子片において、
    前記電極セルＤは、前記弾性表面波の１波長内に含まれる４本の電極指を有し、これらの電極指が前記バスバーから離間しており、かつ相互に分離されていることを特徴とする弾性表面波素子片。
11. 請求項８または９に記載の弾性表面波素子片において、
    前記電極セルＡと前記電極セルＣとの前記弾性表面波の伝播方向におけるセルの長さをＬ２、前記電極セルＢと前記電極セルＤとの前記弾性表面波の伝播方向におけるセルの長さをＬ４としたときに、Ｌ２とＬ４とが異なっていることを特徴とする弾性表面波素子片。
12. 請求項１１に記載の弾性表面波素子片において、
    Ｌ２は、Ｌ４より大きくしてあることを特徴とする弾性表面波素子片。
13. 請求項１２に記載の弾性表面波素子片において、
    ０．９５Ｌ２≦Ｌ４＜Ｌ２であることを特徴とする弾性表面波素子片。
14. 請求項１０に記載の弾性表面波素子片において、
    前記電極セルＡ、前記電極セルＢ、前記電極セルＣ、前記電極セルＤの前記弾性表面波の伝播方向におけるセルの長さが相互に異なっていることを特徴とする弾性表面波素子片。
15. 請求項１ないし１４のいずれかに記載の弾性表面波素子片において、
    前記第１ＩＤＴと前記第２ＩＤＴとの間隔と、前記第２ＩＤＴと前記第３ＩＤＴとの間隔とが異なっていることを特徴とする弾性表面波デバイス。
16. 請求項１５に記載の弾性表面波素子片において、
    前記弾性表面波の共振周波数の波長をλとしたときに、
    隣接した一対の前記ＩＤＴの対向した端部のそれぞれに位置する前記電極セルの、前記弾性表面波の伝播方向における中心から他方の前記ＩＤＴ側にλ／２離れた点間をＩＤＴ間間隔とした場合に、
    前記第１ＩＤＴと前記第２ＩＤＴとの間隔と、前記第２ＩＤＴと前記第３ＩＤＴとの間隔とは、いずれか一方が（ｎ−１）λ／２であり、いずれか他方が（２ｎ−１）λ／４である（ただし、ｎ＝１、２、３、………）、
    ことを特徴とする弾性表面波素子片。
17. 請求項１ないし１６のいずれかに記載の弾性表面波素子片を備えたことを特徴とする弾性表面波デバイス。

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