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JP2001358555A - 弾性表面波共振子 - Google Patents

弾性表面波共振子

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Publication number
JP2001358555A
JP2001358555A JP2000173788A JP2000173788A JP2001358555A JP 2001358555 A JP2001358555 A JP 2001358555A JP 2000173788 A JP2000173788 A JP 2000173788A JP 2000173788 A JP2000173788 A JP 2000173788A JP 2001358555 A JP2001358555 A JP 2001358555A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reflector
reflectors
transducer
line width
saw
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2000173788A
Other languages
English (en)
Inventor
Takashi Yamazaki
隆 山崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2000173788A priority Critical patent/JP2001358555A/ja
Publication of JP2001358555A publication Critical patent/JP2001358555A/ja
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  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 左右反射器の間に配置したすだれ状トランス
デューサ(IDT)から励振した弾性表面波(SAW)
を利用したSAW共振子において、反射器の反射率を高
め、SAWの閉じ込めを強くしてCI(crystal impeda
nce)値を小さくし、かつ反射体本数を少なくして、低
い周波数においても小型化を図る。 【解決手段】 圧電基板11と、その表面に形成された
少なくとも1組の交差指電極からなるIDT13と、該
IDTを挟んでその両側に配置された左側及び右側の反
射器14a、14bとを備え、各反射器が、それぞれI
DT側から外側に向けて同一ピッチPR の格子構造をな
すn本(n≧2)の反射体15a、15bを有し、かつ
反射体の線幅LR が、LR(1)<LR(n)、及びLR(i)
≦LR(i+1)(但し、1≦i≦n−1)を満足するように
設定される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、左側及び右側反射
器の間に配置したすだれ状トランスデューサ(IDT)
から励振した弾性表面波(SAW:surface acoustic w
ave)を利用したSAW共振子に関し、特に比較的低い
周波数や小型化に適したSAW共振子に関する。
【0002】
【従来の技術】一般にSAW共振子は、基本波発振が可
能で小型化・高Q値を実現できることから、各種通信装
置や家電製品に使用されている。図6は、従来の一般的
な1ポートSAW共振子を示しており、圧電基板1の表
面には、アルミニウム薄膜等からなる複数の交差指電極
2a、2bを有するSAW励振用のIDT3と、該ID
Tの左右両側から漏洩したSAWを音響的に反射してI
DTに戻すための反射器4a、4bとが形成されてい
る。反射器4a、4bは、格子構造をなす複数の反射体
5a、5bを有し、隣接する反射体のピッチPR (即
ち、隣接する2本の反射体の中心間隔)は通常、各反射
体からのSAW反射波が同位相となって反射率が最大と
なるように、IDT3の交差指電極と同じく、励振され
るSAWの半波長λ/2にほぼ等しくかつ均一に設定さ
れる。
【0003】入力側及び出力側の交差指電極2a、2b
は、それぞれ図示しないSAW共振子の入力端子及び出
力端子に接続されており、前記入出力端子間に高周波信
号電圧が印加されると、前記入力側及び出力側交差指電
極間の電界の作用により、圧電基板1の表面が周期的に
歪み、入力信号と同じ周波数のSAWが励振する。SA
Wは、IDT3の左右両側に外側に向けて伝搬し、左右
の反射器4a、4bに達すると、反射されてIDT3の
中心に向けて向かう。この結果、両反射器間の領域にS
AWの定在波が発生し、即ち、両反射器間に表面波エネ
ルギが閉じ込められて損失の少ない(即ち、Q値の高
い)共振特性が得られる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような1ポートS
AW共振子では、反射器の反射率が低いと、IDT3の
両側から漏洩したSAWが、そのまま共振子の伝送損失
となる。従って、反射率を大きくして共振尖鋭度Q値を
大きくするためには、反射体の本数を多くすればよい
が、共振子の小型化が妨げられる。また、反射体により
反射されずに外側に漏洩したSAWは圧電基板の終端面
等で乱反射してバルク波にモード変換され、共振特性に
影響を及ぼす虞がある。
【0005】これに対し、従来より、圧電媒体に溝を凹
設して反射率を向上させ、反射体本数を減らす方法が提
案されている。また、特公平2−7207号公報には、
反射器の反射係数が最大となる周波数とトランスデュー
サの放射コンダクタンスが最大となる周波数とを一致さ
せ、かつ該周波数において共振条件を満足するようにト
ランスデューサと反射器との間隔を設定し、小型でQ値
が高く、共振抵抗及び容量比が小さいSAW共振子が開
示されている。
【0006】しかしながら、上述した従来のSAW共振
子では、一般に圧電基板が同一サイズの場合、特に共振
周波数が低くなるとSAWの波長λが大きくなるので、
配置できる反射体の本数がそれだけ少なくなる。反射体
本数が少なくなるほどSAWの閉じ込めが弱くなるか
ら、反射体から外側に漏洩したSAWのバルク波へのモ
ード変換が共振子の性能に悪影響を及ぼすという問題が
ある。他方、圧電基板のサイズを小さく抑えるために
は、反射体1本当たりの反射率を大きくすれば良いが、
反射器の終端部でSAWがバルク波にモード変換するこ
とによる損失が大きくなって、却ってQ値が低下する虞
がある。
【0007】そこで、本発明は、上述した従来の問題点
に鑑みてなされたものであり、その目的は、反射器の反
射率を高めることにより、SAWの閉じ込めを強くして
CI(crystal impedance)値を小さくすることがで
き、かつ反射体本数を少なくすることにより、低い周波
数においても小型化を図ることができるSAW共振子を
提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的を達成するために、圧電体基板と、該圧電体基板の表
面に形成された少なくとも1組の交差指電極からなるす
だれ状トランスデューサと、圧電体基板の表面にトラン
スデューサを挟んでその両側に配置された左側及び右側
の反射器とを備え、各反射器が、トランスデューサ側か
ら外側に向けて同一ピッチPR の格子構造をなすn本
(n≧2)の反射体を有し、かつ反射体の線幅LR が、
LR(1)<LR(n)、及びLR(i)≦LR(i+1)(但し、1
≦i≦n−1)を満足することを特徴とする弾性表面波
共振子が提供される。
【0009】このように各反射器を設定することによ
り、各反射体の反射率が、その線幅に対応してSAWの
伝搬方向に沿ってトランスデューサ側から外側に向けて
大きくなるので、反射器全体としてモード変換による損
失が少なく、同じ反射体本数でより大きい反射率が得ら
れる。従って、従来より少ない反射体本数で、同等の性
能即ちCI値を発揮するSAW共振子が得られると共
に、反射器から漏洩したSAWが圧電基板の端面等で乱
反射することによる共振子の性能劣化を防止することが
できる。
【0010】また、トランスデューサと反射器間で電極
幅と反射体線幅とが急激に変化すると、励振されるSA
Wが反射器から効率よく反射されなくなる虞があるの
で、これを防止するために、或る実施例では、トランス
デューサに隣接する反射体の線幅を反射体ピッチPR の
1/2に等しくするのが好ましい。
【0011】前記反射体の線幅は、後述するように本願
発明者が等価回路モデルを用いて確認したところ、LR
(i)={η0 +(η1 −η0)・(i−1)/(n−
1)}×PR (但し、1≦i≦n)に設定し、又はLR
(i)=[η0 +(η1 −η0)・cos{(π/2)・
(n−i)/(n−1)}]×PR (但し、1≦i≦
n)にすることが好ましい。ここで、η0 はIDTに最
も近い位置の反射体の線幅/反射体間のピッチ、η1 は
IDTから最も外側に位置する反射体の線幅/反射体間
のピッチである。
【0012】また、或る実施例では、反射体ピッチPR
が、トランスデューサにより励起される弾性表面波のほ
ぼ半波長であると、各反射体からのSAWの反射波が同
位相となって反射率が最大となるので好ましい。
【0013】更に本発明の弾性表面波共振子は、挿入損
失を小さくするように、左側の反射器と右側の反射器と
の間に2組の交差指電極からなるすだれ状トランスデュ
ーサを有する2ポート型SAW共振子に構成することが
できる。
【0014】
【発明の実施の形態】図1は、本発明によるSAW共振
片の一実施例を示している。このSAW共振片10は、
水晶、LiTaO3 、LiNbO3 等の圧電体材料を平
坦な矩形薄板に加工した圧電基板11を有する。圧電基
板11の主面には、その略中央に1組の交差指電極12
a、12bからなるIDT13が形成され、かつその左
右両側に格子構造の反射器14a、14bが配置されて
いる。一般に前記交差指電極及び反射器は、金、アルミ
ニウム、アルミニウム合金のような導電性材料で形成さ
れる。SAW共振片10は、セラミックパッケージを構
成するベースにマウントされ、同じくセラミックパッケ
ージを構成する蓋により封止され、SAW共振子を構成
する。
【0015】IDT13は、入力側及び出力側の交差指
電極12a、12bが互いに対称をなし、それぞれ隣接
する交差指電極の中心間距離即ちピッチPR が、励振す
るSAWの波長λの1/2即ち半波長にほぼ等しくなる
ように設定される。各反射器14a、14bは、それぞ
れ格子構造をなすn本(n≧2)の反射体15a、15
bを有し、隣接する反射体のピッチPR は、前記交差指
電極と同様にSAWの半波長λ/2にほぼ等しくなるよ
うに設定される。
【0016】本実施例の前記各反射体の線幅LR は、次
式により、SAWの伝搬方向に沿ってトランスデューサ
側から外側に向けて、図2Aに示すように一定の割合で
大きくなるように設定される。このように構成すること
により、各反射体の反射率がトランスデューサ側から外
側に向けて漸次高くなり、反射体の本数を少なくして
も、全体として高い反射率を得ることができる。
【0017】LR(i)={η0 +(η1 −η0)・(i−
1)/(n−1)}×PR (但し、1≦i≦n) ここで、η0 はIDTに最も近い位置の反射体の線幅/
反射体間のピッチ、η1はIDTから最も外側に位置す
る反射体の線幅/反射体間のピッチである。
【0018】本実施例のSAW共振子について、η0 =
0.5、η1 =0.75、n=100、IDT対数=9
0、周波数=125.00MHzとして、等価回路法を
用いたシミュレーションを行ったところ、図3Aに示す
ような良好なインピーダンス特性が得られ、そのCI値
(図3Aのグラフにおける極小値)は28.07Ωであ
った。これに対して、従来の均一な線幅=λ/2の反射
体からなる反射器を有するSAW共振子について同様の
シミュレーションを行ったところ、図3Bに示すような
インピーダンス特性が得られ、そのCI値(図3Bのグ
ラフにおける極小値)は32.29Ωであった。これら
のシミュレーション結果から、本実施例においてCI値
が大幅に改善されることが分かる。
【0019】別の実施例では、各反射体の線幅LR が次
式により、SAWの伝搬方向に沿ってトランスデューサ
側から外側に向けて、図2Bに示すような曲線状に漸次
大きくなるように設定される。
【0020】LR(i)=[η0 +(η1 −η0)・cos
{(π/2)・(n−i)/(n−1)}]×PR
(但し、1≦i≦n) 同様に、η0 はIDTに最も近い位置の反射体の線幅/
反射体間のピッチ、η1はIDTから最も外側に位置す
る反射体の線幅/反射体間のピッチである。
【0021】このSAW共振子について、上記図2Aの
実施例と同様にη0 =0.5、η1=0.75、n=1
00、IDT対数=90、周波数=125.00MHz
として、等価回路法を用いてシミュレーションしたとこ
ろ、図4に示すような良好なインピーダンス特性が得ら
れ、そのCI値は24.37Ωであった。これに対し
て、従来構造のSAW共振子について同様のシミュレー
ションを行ったところ、CI値は32.29Ωであり、
本実施例では従来構造と比較して約25%と、大幅に改
善されることが分かった。別言すれば、80本の反射体
で従来構造の100本の反射体と同等のCI値を得るこ
とができるから、圧電基板の長さを約10%減少できる
ことになる。
【0022】この実施例について、実際にSAW共振子
を試作して試験したところ、従来のSAW共振子のCI
値が56.89Ω(平均値)であるのに対し、本実施例
のSAW共振子のCI値は40.41Ω(平均値)であ
り、約29%も向上した。試作品のCI値がシミュレー
ション結果と異なるのは、CI値に影響を与える様々な
要素に製造上ばらつきがあること等によるものと考えら
れる。いずれにせよ、これらの実測結果から、上記シミ
ュレーション結果が信頼性の高いものであり、本発明の
SAW共振子が従来のSAW共振子よりも優れた共振特
性を発揮することが確認できた。
【0023】図5は、本発明の変形例を示しており、S
AW共振片16が、圧電基板17の主面に左側の反射器
18aと右側の反射器18bとの間に2組の交差指電極
からなるIDT19a、19bを有し、挿入損失を小さ
くするようにした2ポート型の構成を有する。各反射器
は、図1の実施例と同様に、それぞれ格子構造をなすn
本(n≧2)の反射体20a、20bを有し、かつ隣接
する反射体のピッチPR がSAWの半波長λ/2にほぼ
設定されると共に、各反射体の線幅LR が、SAWの伝
搬方向に沿ってトランスデューサ側から外側に向けて大
きくなるように設定される。従って、同様に各反射体の
反射率がトランスデューサ側から外側に向けて漸次高く
なり、反射体の本数を少なくしても、全体として高い反
射率を得ることができる。
【0024】以上、本発明についてその好適な実施例を
用いて説明したが、本発明はその技術的範囲内において
上記実施例に様々な変形・変更を加えることができる。
例えば、反射体の線幅は、必ずしもその隣接する全てを
トランスデューサ側から外側に向けて大きくする必要は
なく、一部分であっても全体として反射率を高める効果
が得られる。
【0025】
【発明の効果】本発明は、上述したように各反射器の反
射体を、SAWの伝搬方向に沿ってトランスデューサ側
から外側に向けて線幅が大きくなるように設けることに
より、同じ反射体本数でより大きい反射率が得られるか
ら、従来より小型の圧電基板でかつ少ない反射体本数で
同等の性能即ちCI値を発揮でき、従ってSAW共振子
の小型化を図ることができ、特に反射体本数が少なくな
ることによって、低周波数で動作する場合に有利であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるSAW共振片の一実施例を概略的
に示す平面図である。
【図2】A図及びB図は、それぞれ反射体の位置に関す
る線幅の変化を示す線図である。
【図3】A図は図2Aの実施例のインピーダンス特性を
示す線図、B図は従来例のインピーダンス特性を示す線
図である。
【図4】図2Bの実施例のインピーダンス特性を示す線
図である。
【図5】本発明による2ポート型SAW共振片の実施例
を示す平面図である。
【図6】従来のSAW共振片の一例を概略的に示す平面
図である。
【符号の説明】
1 圧電基板 2a、2b 交差指電極 3 IDT 4a、4b 反射器 5a、5b 反射体 10 SAW共振片 11 圧電基板 12a、12b 交差指電極 13 IDT 14a、14b 反射器 15a、15b 反射体 16 SAW共振片 17 圧電基板 18a、18b 反射器 19a、19b IDT 20a、20b 反射体

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電体基板と、前記圧電体基板の表面
    に形成された少なくとも1組の交差指電極からなるすだ
    れ状トランスデューサと、前記圧電体基板の表面に前記
    トランスデューサを挟んでその両側に配置された左側及
    び右側の反射器とを備え、 前記各反射器が、前記トランスデューサ側から外側に向
    けて同一ピッチPR の格子構造をなすn本(n≧2)の
    反射体を有し、かつ前記反射体の線幅LR が、LR(1)
    <LR(n)、及びLR(i)≦LR(i+1)(但し、1≦i≦n
    −1)を満足することを特徴とする弾性表面波共振子。
  2. 【請求項2】 前記トランスデューサに隣接する前記
    反射体の線幅が、前記反射体ピッチPR の1/2に等し
    いことを特徴とする請求項1に記載の弾性表面波共振
    子。
  3. 【請求項3】 前記トランスデューサ側から外側に向
    けて前記反射体の線幅が、η0 を前記トランスデューサ
    に最も近い位置の前記反射体の線幅/反射体間のピッ
    チ、η1 を前記トランスデューサから最も外側に位置す
    る前記反射体の線幅/反射体間のピッチとして、LR
    (i)={η0 +(η1 −η0)・(i−1)/(n−
    1)}×PR (但し、1≦i≦n)であることを特徴と
    する請求項1又は2に記載の弾性表面波共振子。
  4. 【請求項4】 前記トランスデューサ側から外側に向
    けて前記反射体の線幅が、η0 を前記トランスデューサ
    に最も近い位置の前記反射体の線幅/反射体間のピッ
    チ、η1 を前記トランスデューサから最も外側に位置す
    る前記反射体の線幅/反射体間のピッチとして、LR
    (i)=[η0 +(η1 −η0)・cos{(π/2)・
    (n−i)/(n−1)}]×PR (但し、1≦i≦
    n)であることを特徴とする請求項1又は2に記載の弾
    性表面波共振子。
  5. 【請求項5】 前記反射体ピッチPR が、前記トラン
    スデューサにより励起される弾性表面波のほぼ半波長で
    あることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載
    の弾性表面波共振子。
  6. 【請求項6】 前記左側の反射器と右側の反射器との
    間に2組の交差指電極からなるすだれ状トランスデュー
    サを有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか
    に記載の弾性表面波共振子。
JP2000173788A 2000-06-09 2000-06-09 弾性表面波共振子 Withdrawn JP2001358555A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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