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JPH07307640A - 弾性表面波デバイス - Google Patents

弾性表面波デバイス

Info

Publication number
JPH07307640A
JPH07307640A JP6308487A JP30848794A JPH07307640A JP H07307640 A JPH07307640 A JP H07307640A JP 6308487 A JP6308487 A JP 6308487A JP 30848794 A JP30848794 A JP 30848794A JP H07307640 A JPH07307640 A JP H07307640A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
surface acoustic
acoustic wave
reflector
electrode
wave device
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
JP6308487A
Other languages
English (en)
Inventor
Seiji Mineyoshi
誠司 峯吉
Osamu Kawauchi
治 川内
Yoshio Sato
良夫 佐藤
Osamu Igata
理 伊形
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.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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 Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP6308487A priority Critical patent/JPH07307640A/ja
Priority to US08/404,310 priority patent/US5631515A/en
Publication of JPH07307640A publication Critical patent/JPH07307640A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02535Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02818Means for compensation or elimination of undesirable effects
    • H03H9/02866Means for compensation or elimination of undesirable effects of bulk wave excitation and reflections
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/46Filters
    • H03H9/64Filters using surface acoustic waves
    • H03H9/6423Means for obtaining a particular transfer characteristic
    • H03H9/643Means for obtaining a particular transfer characteristic the transfer characteristic being determined by reflective or coupling array characteristics
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/46Filters
    • H03H9/64Filters using surface acoustic waves
    • H03H9/6423Means for obtaining a particular transfer characteristic
    • H03H9/6433Coupled resonator filters
    • H03H9/6483Ladder SAW filters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、弾性表面波デバイスに関し、スプ
リアスの発生やバルク波放射の増大を極力抑えて、デバ
イスとしての性能を向上させることを目的とする。 【構成】 圧電性単結晶基板11表面にすだれ状駆動電
極12を形成し、該すだれ状駆動電極12の両側に反射
器13を形成する。該構成において、すだれ状駆動電極
12のグレーティング周期L7と反射器13のグレーテ
ィング周期L8を等しくし、反射器13の電極指幅L6
をすだれ状駆動電極12の電極指幅L5よりも広く形成
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、共振器、狭帯域フィル
タ、共振型フィルタ、または発振子等のデバイスとして
用いられる弾性表面波デバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、携帯電話やコードレス電話等は、
小型、軽量化が進み、急速に普及している。このような
携帯電話には、無線信号を処理するための小型で低損
失、さらに減衰特性の優れた高性能なフィルタが求めら
れ、該フィルタには、弾性表面波デバイス(共振器)が
広く用いられている。弾性表面波(SAW:Surface Ac
oustic Wave )は、圧電性をもつ単結晶やセラミック等
の基板に電界を印加することにより励振される、該基板
の表面から1波長以内の深さに90パーセント以上のエ
ネルギが集中して伝播する波である。
【0003】弾性表面波デバイスにより構成したフィル
タは、固体の内部を伝播するバルク波と比較すると、信
号を伝播路上の任意の場所から取り出すこと(タッピン
グ)ができ、また、伝播特性を容易に制御できるといっ
た弾性表面波の利点を利用している。また、LC回路や
空洞共振器と比較すると、非常に高いQを持たせること
ができるという利点がある。
【0004】図12は、従来の弾性表面波デバイス(弾
性表面波共振器)1の模式的な表面外観図である。図示
の如く、弾性表面波デバイス1は、圧電性単結晶基板2
表面に、すだれ状駆動電極(IDT:Inter-Digtal Tra
nsducer )3と、該すだれ状駆動電極3の両側に配置さ
れた反射器4とにより構成されている。反射器4は、シ
ョートストリップ型反射器である。すだれ状駆動電極3
は、互いに対向して配置された2つの櫛形形状の櫛形駆
動電極3a、3bとからなり、櫛形駆動電極3aと櫛形
駆動電極3bの各電極指3cは、互いに交互に差し挟ま
れた状態で形成されている。
【0005】上記構成の弾性表面波デバイス1におい
て、すだれ状駆動電極3により励起される弾性表面波の
波長λと電極間距離L3の間には、 L3=λ/2 但し、一般には、L3=λ/2+nλ (n=0,1,
2・・・・)の関係がある。また、上記弾性表面波の伝
播速度vs はこの弾性表面波デバイス1の中心周波数を
0 とすると、vs =f0 ・λとなる。また、これによ
り中心周波数f0 は、 f0 =vs /2・L3 但し、vs は弾性表面波の伝播速度と表される。
【0006】図13は、弾性表面波デバイス1の共振特
性を示す図であり、図中、Δfは通過帯域幅である。弾
性表面波デバイス1は、すだれ状駆動電極3の電極間距
離L3を制御することにより、弾性表面波の波長λ、即
ち中心周波数f0 を制御できる。また、すだれ状駆動電
極3の電極対数(対となっている電極指3cの数)の増
減により、通過帯域幅Δfを制御できる。尚、通過帯域
幅Δfは、電極対数が増加するにつれて狭くなる。
【0007】反射器4の電極間距離L4は、すだれ状駆
動電極3で励起された波長λの弾性表面波を反射させて
定在波を発生させるために、すだれ状駆動電極3の電極
間距離L3と等しくなっている。また、櫛形駆動電極3
a、3bの電極指幅L1は該電極間距離L3の1/2、
反射器4の電極指幅L2は電極間距離L4の1/2とな
っている。これらの電極間距離L3、L4については、
これ以降、現在一般的に用いられているグレーティング
周期という用語で表現する。
【0008】また、図12においてグレーティング周期
L3、L4は、各々隣合う電極指3c、4cの端から端
の距離として示しているが、正確には、グレーティング
周期の定義は隣合う電極指3c、4cの中心間の距離で
ある。グレーティング周期を図12のように示したの
は、このグレーティング周期L3、L4と電極指幅L
1、L2の関係をより明確にするためである。
【0009】弾性表面波デバイス1は、すだれ状駆動電
極3で励振される弾性表面波を反射器4により反射さ
せ、弾性表面波デバイス1内に該弾性表面波を閉じ込め
ることにより共振特性を得るような構造となっており、
上述したようにその通過帯域幅Δfは、電極対数が増加
するにつれて狭くなる。また、弾性表面波を励振するた
めの入力信号が入力される入力端子aは櫛形駆動電極3
aに接続され、上記通過帯域幅Δf内の周波数の電気信
号を取り出すための出力端子bは、他方の櫛形駆動電極
3bに接続される。従って、入力端子aに入力される電
気信号の内、中心周波数f0 を中心とする通過帯域幅Δ
f内の成分のみが出力端子bから出力されることにな
る。
【0010】前述したように弾性表面波デバイス1は、
すだれ状駆動電極3と反射器4との間での弾性表面波の
周波数差を利用し、すだれ状駆動電極3において弾性表
面波の振幅が大きくなるようにエネルギを封じ込めてい
るが、この周波数差は上記したすだれ状駆動電極3と反
射器4の各部での弾性表面波の伝播速度の差によって生
じている。このように、すだれ状駆動電極3と反射器4
とで弾性表面波の伝播速度が異なる要因としては、以下
のようなものがある。
【0011】すなわち、反射器4は、弾性表面波のΔV
/V導波路となっている。ΔV/V導波路は、一定間隔
に設けられたストリップからなる導体膜を圧電基板上に
付けたものであり、その表面を電気的に短絡すると、弾
性表面波の伝播速度VがΔVだけ低下する電界短絡効果
を有している。
【0012】すだれ状駆動電極3は、入力部(櫛形駆動
電極3a)と出力部(櫛形駆動電極3b)とに分離され
ており、電気的短絡が反射器4よりも小さくなってい
る。このため、すだれ状駆動電極3における電界短絡効
果が反射器4におけるそれよりも小さくなる。これによ
り、すだれ状駆動電極3と反射器4とで弾性表面波の伝
播速度に差が生じ、すだれ状駆動電極3における弾性表
面波の伝播速度vd が反射器4における弾性表面波の伝
播速度vr よりも大きくなると考えられる。圧電性単結
晶基板2の自由表面における弾性表面波の伝播速度は、
すだれ状駆動電極3、反射器4の各部における伝播速度
よりも大きいが、これも上記電界短絡効果を裏付けてい
るものと考えられる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】図12に示す従来の弾
性表面波デバイス1の問題点について説明する。上述し
たように、弾性表面波デバイス1は、すだれ状駆動電極
3と反射器4との間での弾性表面波の周波数差を利用
し、すだれ状駆動電極3において弾性表面波の振幅が大
きくなるようにエネルギを封じ込めるものである。従っ
て、これら各部を伝播する弾性表面波の間に周波数差が
無い場合や、該周波数差が適切でない場合は、エネルギ
ロスが大きくなり、デバイス(共振器)としての性能が
低下することになる。
【0014】すだれ状駆動電極3と反射器4の各部にお
ける弾性表面波の周波数は、該弾性表面波の伝播速度を
その波長λで割った値である。上述したようにすだれ状
駆動電極3と反射器4における波長λは、各々グレーテ
ィング周期L3、L4で決まる。すだれ状駆動電極3と
反射器4における弾性表面波の伝播速度は上述したよう
に異なるが、この伝播速度の差は、圧電性単結晶基板2
の材質や利用する周波数帯等の各種条件によっても変化
する。このため、すだれ状駆動電極3と反射器4とでの
弾性表面波の間に適切な周波数差をもたせるように制御
することは非常に困難なものとなっている。
【0015】各部における周波数差を調整する方法とし
て、例えば、すだれ状駆動電極3及び反射器4の各部の
グレーティング周期L3、L4に差を持たせる(即ち、
図12においてL3≠L4とする)方法や、上記各部
3、4の膜厚を変える方法があるが、これらの方法に
は、以下に述べる問題点がある。
【0016】各部のグレーティング周期L3、L4に差
を持たせると、各部間における弾性表面波の伝播上の不
整合をもたらし、これにより、スプリアスの発生が増大
するという問題点や、弾性表面波からバルク波へのモー
ド変換が促進されてバルク波放射の増大を招き、エネル
ギのロスが大きくなり、エネルギ封じ込めの効率が低下
するという問題点がある。スプリアス発生の増大は、エ
ネルギをロスすると共に、帯域幅を狭くする原因にもな
る。
【0017】弾性表面波の伝播速度は、すだれ状駆動電
極3と反射器4の電極の膜厚hによっても変化し、膜厚
hが厚くなる程伝播速度が遅くなる関係(質量負荷効
果)がある。これを利用して、各部3、4の膜厚を異な
らせることにより、該各部3、4での弾性表面波の周波
数に差を持たせる方法も試みられている。しかしなが
ら、この方法では、製造上の工程が増加し、作業が煩雑
になり、製造時間も増加するのでコストが高くなるとい
った問題点があった。
【0018】ところで、弾性表面波デバイス1のスプリ
アスは、反射器4において弾性表面波の一部が表面集中
形SH波(SSBW:Surface Skimming Bulk Wave)に
変換されるモード変換によっても発生することが知られ
ている。
【0019】このSSBWは、自由表面と短絡表面とで
その伝播速度が変化しないという性質がある。また、弾
性表面波とSSBWの伝播速度の差は小さいため、SS
BWが共振周波数付近に乗り、共振器としての特性に悪
影響を及ぼすことが知られている。このため、従来にお
いては各部3、4の膜厚hを厚くし、弾性表面波の伝播
速度を遅くすることで、SSBWと弾性表面波との間の
伝播速度の差を大きくさせてこのモード変換による影響
を低減させていた。しかし、各部3、4の膜厚hを厚く
すると、膜の信頼性や製膜安定度が低下するという問題
点や、各部3、4の形成に要する作業時間が長くなる等
の問題が発生する。
【0020】更に、膜厚hが厚くなると、膜厚hのバラ
ツキが大きくなり易く、また、エッチングの際に各電極
の形状が均一にならなくなるという製造上の問題も発生
し易くなる。このため、弾性表面波の伝播速度、グレー
ティング周期等にバラツキが生じ、中心周波数f0 の精
度といった周波数安定度を低下させるという問題点も発
生する。
【0021】弾性表面波デバイス1においては、弾性表
面波からSSBWへのモード変換が高くなると、スプリ
アスの発生が増大すると共に、エネルギの封じ込め効率
が低下するので、該モード変換を低減させることが課題
となっていた。
【0022】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、弾性表面波デバイスにおいて、スプリアスの発生
やバルク波放射の増大を極力抑えつつ、デバイスのエネ
ルギの封じ込めの効率を向上させ、デバイスとしての性
能を向上させることを目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】本発明は、圧電性単結晶
基板と、圧電性単結晶基板の表面に配設されたすだれ状
駆動電極と、圧電性単結晶基板の表面にすだれ状駆動電
極の両側に対向して配設された反射器とを備えた弾性表
面波デバイスを前提とする。
【0024】該弾性表面波デバイスにおいて、 L5:すだれ状駆動電極の電極指幅 L6:反射器の電極指幅 L7:すだれ状駆動電極のグレーティング周期 L8:反射器のグレーティング周期 と定義した場合、以下のような関係を満たすように、す
だれ状駆動電極と反射器が形成される。
【0025】先ず、第1の態様の弾性表面波デバイス
は、 α・L5 = L6 L7 = L8 但し、 α:係数(≠1) の関係を満たしている。
【0026】なお、上記の第1の態様において、αの値
は、1<αであることが望ましく、また、α≦1.5で
あることが望ましい。また、より好ましくはαの値は、
1<α≦1.5であることが望ましい。
【0027】また、第2の態様の弾性表面波デバイス
は、 L5/L7 < L6/L8 の関係を満たしている。
【0028】また、第3の態様の弾性表面波デバイス
は、 α・L5 = L6 L7 = L8 L6≠L8−L6 の関係を満たしている。
【0029】また、第4の態様の弾性表面波デバイス
は、 α・L5 = L6 L7 = L8 L5≠L7−L5 の関係を満たしている。
【0030】また、第5の態様の弾性表面波デバイス
は、 α・L5 = L6 L7 = L8 L6≠L8−L6 L5≠L7−L5 の関係を満たしている。
【0031】なお、上記の第3〜第5の態様の発明にお
いて、αの値は、α<1であることが望ましく、また、
αの値は、0.2≦αであることが望ましい。また、よ
り好ましくは、αの値は、0.2≦α<1であることが
望ましい。
【0032】また、第3〜第5の態様の弾性表面波デバ
イスは、L6/L8の値を一定となっていないことが望
ましい。好ましくは、L6/L8の値は、すだれ状駆動
電極側からその反対側に向かって順次増加、或いは、す
だれ状駆動電極側からその反対側に向かって順次減少す
ることが望ましい。
【0033】また、第6の態様の弾性表面波デバイス
は、上記した第1〜第5の態様の弾性表面波デバイスを
同一の圧電性基板上にラダー型に接続して形設されてい
る。
【0034】
【作用】本発明の弾性表面波デバイスは、すだれ状駆動
電極のグレーティング周期L7と電極指幅L5の比率
と、反射器のグレーティング周期L8と電極指幅L6の
比率とが異なるように形成される。これにより、すだれ
状駆動電極のグレーティング周期L7と反射器のグレー
ティング周期L8を等しくしたままで、すだれ状駆動電
極の電極指幅L5と反射器の電極指幅L6を互いに異な
らせることにより、すだれ状駆動電極と反射器での弾性
表面波の周波数差が該弾性表面波のエネルギ封じ込めが
効率良くなるような適切な値に調節することが可能とな
る。また、スプリアスの発生やバルク波放射の増大が抑
止されるので、挿入損失の低減等の効果が得られる。
【0035】また、本発明の弾性表面波デバイスは、す
だれ状駆動電極のグレーティング周期L7と反射器のグ
レーティング周期L8を等しくしたままで、反射器、ま
たは反射器とすだれ状駆動電極の電極指幅を変化させる
ことにより、弾性表面波からSSBWへのモード変換を
抑止すると共に、反射器におけるSSBWの反射係数を
減少させることにより、スプリアスの発生を低減させ
る。これにより、弾性表面波のエネルギ封じ込め効率を
向上させることができる。
【0036】さらに、上記弾性表面波デバイスを圧電性
単結晶基板上にラダー形に接続して形設することによ
り、小型で低損失、高性能なフィルタが得られる。
【0037】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して詳細に説明する。図1は、本発明の第1の実施例で
ある弾性表面波デバイス(共振器)10の模式的な表面
外観図である。
【0038】図1に示す如く、弾性表面波デバイス10
は、圧電性単結晶基板11の表面に、すだれ状駆動電極
12が形成され、該すだれ状駆動電極12の両側に反射
器13とが形成された構成となっている。反射器13
は、ショートストリップ型反射器である。すだれ状駆動
電極12は、櫛形の形状をした2つの櫛形駆動電極12
a、12bとからなり、櫛形駆動電極12aの電極指と
櫛形駆動電極12bの電極指とが交互に噛み合わされて
形成されている。
【0039】また、弾性表面波を励振するための入力信
号が入力される入力端子cは、一方の櫛形駆動電極(入
力櫛形駆動電極)12aに接続され、通過帯域幅Δf内
の周波数の電気信号を取り出すための出力端子dは、他
方の櫛形駆動電極(出力櫛形駆動電極)12bに接続さ
れている。従って、入力端子cに入力される電気信号の
内、中心周波数f0 を中心とする通過帯域幅Δf内の成
分のみが出力端子dから出力されることになる。すなわ
ち、この弾性表面波デバイス10は、共振器として昨日
する。
【0040】また、図1においてグレーティング周期L
7、L8は、図11と同様に、上記両櫛形駆動電極12
a、12bの互いに隣合う電極指の端から端の距離とし
て示しているが、これはグレーティング周期L7、L8
と電極指幅L5、L6との関係をより明確にするためで
ある。また、図1において、すだれ状駆動電極12と反
射器13の隣合う電極指の中心間の距離は、グレーティ
ング周期L7、L8と等しいものである。
【0041】上記の構成において、本実施例では、グレ
ーティング周期L7とグレーティング周期L8を等しく
し、また、すだれ状駆動電極12と反射器13の材質並
びに膜厚hを等しくしている。このような条件の下で、
電極指幅L5、L6を変えてすだれ状駆動電極12と反
射器13のそれぞれの部分を伝播している弾性表面波の
周波数を測定する各種の実験を行った。圧電性単結晶基
板11はLiTaO3(自由表面での弾性表面波の伝播
速度は約4000m/sである)、すだれ状駆動電極1
2、及び反射器13にはアルミニウムを用いた。また、
各部12、13の電極の膜厚hは、h/λ(λ:弾性表
面波の波長)が約8パーセントとなるように形成した。
【0042】先ず、L7=L8=2.000μm、L5
=1.000μmとし、且つL6>L5とした条件下で
L6のみを変えて実験を重ねたところ、L6の値が1.
026μm付近で特に高いエネルギ封じ込めの効率が得
られた。このとき、各部における弾性表面波の周波数f
d 、fr は、すだれ状駆動電極12は952.15MH
z(=fd )、反射器13は949.19MHz(=f
r である。
【0043】従って、この実験結果により得られたすだ
れ状駆動電極12と反射器13との間の弾性表面波の周
波数差Df(MHz)は、 Df=fd −fr =952.15−949.19 =2.96 であり、その周波数差の比率Dfr(パーセント)は、 Dfr=Df・100/fd =296/952.15 =0.311 となる。一方、反射器13の電極指幅L6とすだれ状駆
動電極12の電極指幅L5の比率α(=L6/L5)の
値は約1.026(=1.026/1.000)であ
り、また、L5/L7(=0.5)<L6/L8(≒
0.513)である。
【0044】次に、L7=L8=2.000μm、L6
=1.000μmとし、且つL6>L5とする条件下で
L5のみを変えて実験を重ねたところ、L5の値が0.
981μm付近で特に高いエネルギ封じ込めの効率が得
られた。このとき、各部における弾性表面波の周波数
は、すだれ状駆動電極12は954.28MHz(=f
d )、反射器13は周波数fr =952.15MHz
(=fr )である。
【0045】従って、この実験結果における各部の周波
数差Df(MHz)は、 Df=fd −fr =954.28−952.15 =2.13 であり、その周波数差の比率Dfr(パーセント)は、 Dfr=Df・100/fd =213/954.28 =0.223 となる。一方、電極指幅L6と電極指幅L5の比率αの
値は約1.019(=1.000/0.981)であ
り、また、L5/L7(≒0.491)<L6/L8=
(0.5)である。
【0046】上記した実験結果から、グレーティング周
期であるL7とL8を等しくさせた条件下において、す
だれ状駆動電極12の電極指幅L5と反射器13の電極
指幅L6との間に差をもたせることによって、すだれ状
駆動電極部12部と反射器13部における弾性表面波の
周波数差Df(比率Dfr)を制御することができ、そ
の周波数差Df(比率Dfr)を適正な値に調整できる
ことがわかった。
【0047】弾性表面波の周波数をf、弾性表面波の伝
播速度をv、弾性表面波の波長をλとすると、これらの
間にはv=f・λの関係があり、この波長λは、前述し
たようにすだれ状駆動電極12、反射器13の各部にお
けるグレーティング周期(L7、L8)によって決ま
る。第1の実施例では、これらのグレーティング周期を
等しく(L7=L8)している。従って、本実施例にお
ける各部12、13間の弾性表面波の周波数差Df(比
率Dfr)の調節は、各部12、13間での弾性表面波
の伝播速度を調節することによってもたらされている。
【0048】弾性表面波デバイス10における弾性表面
波の伝播速度は、前述した質量負荷効果により、膜厚
(すだれ状駆動電極12、反射器13)が厚くなるほど
低下する。従来、L7=L8とする条件の下で、すだれ
状駆動電極12と反射器13の膜厚を互いに異ならせ、
本実施例と同様に質量負荷効果を利用して各部12、1
3における弾性表面波の伝播速度を制御することによ
り、すだれ状駆動電極12と反射器13の間の弾性表面
波の周波数差Df(比率Dfr)を適正な値に調節して
いる方法も行われていた。しかし、この方法では、すだ
れ状駆動電極12と反射器13のパターン(電極)を形
成するために、2種類のマスクパターンが必要になる。
また、少なくとも二度パターン形成工程が必要となるの
で、作業が煩雑になるとともに、作業時間が長くなり、
製造コストが高くなるという欠点があった。
【0049】これに対し、本実施例は、各部12、13
の電極の膜厚h、及びグレーティング周期L7、L8を
等しくしたままで、各部12、13の電極指幅L5、L
6に差をもたせる(L5≠L6)、換言すれば、各部1
2、13間でグレーティング周期L7、L8と電極指幅
L5、L6との比率を異ならせることによって(L5/
L7≠L6/L8)質量付加効果を利用し、各部12、
13における弾性表面波の伝播速度を調節するものであ
る。
【0050】従って、本実施例では上記した従来の方法
とは異なり、各部12、13の電極の膜厚hを等しくで
きるので、各部12、13のパターン形成を一工程で形
成することができる。従って、上述した従来の方法の問
題点を回避しながら、各部12、13における弾性表面
波の伝播速度を容易に調節することができる。このた
め、すだれ状駆動電極12と反射器13の各部での弾性
表面波に適切な周波数差をもたせることも容易になり、
弾性表面波デバイス10においてスプリアスの発生と共
に、バルク波放射の増大を低減させることが可能とな
る。この結果として、弾性表面波はエネルギロスを極力
抑えながら効率良く閉じ込められることとなり、共振器
としての性能を向上させることができる。
【0051】なお、一般に弾性表面波デバイスにおいて
設定可能なh/λの値にはデバイスの性能を一定以上に
保つために膜厚hが制限されることから限度があり、8
パーセントがほぼ上限に近い値であることが知られてい
る。
【0052】ここで、本実施例の効果を明確にするた
め、L7=L8、且つL5=L6となっている従来の弾
性表面波デバイスについて、すだれ状駆動電極12と反
射器13の間の周波数差を測定した実験結果を次に説明
する。この実験においても圧電単結晶基板11としてL
iTaO3 、すだれ状駆動電極12、及び反射器13は
アルミニウムを用いている。
【0053】この従来の弾性表面波デバイスを用いた実
験では、すだれ状駆動電極12と反射器13の膜厚hと
弾性表面波の波長λの関係としてh/λを約8パーセン
トとしたとき、すだれ状駆動電極12の周波数fd とし
て923.0MHz、反射器13の周波数fr として9
20.4MHzが得られた。従って、この場合の周波数
差Dfは2.6MHz、周波数差の比率Dfrは約0.
282パーセントである。ここで、h/λの値を8パー
セントとしたのは、各部12、13間の周波数差Dfは
h/λの値と相関関係(これにより調節できる周波数差
は小さい)があることが知られており、h/λの値の増
加に伴って周波数差Dfは広がる傾向があるためであ
る。また、h/λが8パーセントである従来の弾性表面
波デバイスの周波数差の比率Dfrの上限は、上記実験
結果から約0.3パーセントと推定される。
【0054】本実施例において、約0.3パーセントの
周波数差の比率Dfrを得るための条件を実験により求
めたところ、h/λ=1パーセントのとき、電極指幅L
6を電極指幅L5の約1.5(=α)倍とした場合に、
0.3パーセントの周波数差の比率Dfrが得られるこ
とが分かった。
【0055】この本実施例での実験結果と前述した従来
の弾性表面波デバイスの実験結果とを比較すると、本実
施例ではh/λが小さな値、即ち膜厚hが薄くとも周波
数差の比率Dfrを大きくできることがわかる(従来の
弾性表面波デバイスではh/λを約8パーセントとして
もDfrが約0.282パーセントとしかならない)。
このことから明らかなように、本実施例が各部12、1
3間の周波数差の比率Dfr(周波数差Df)を調節す
る、即ち各部12、13の弾性表面波の伝播速度を調節
する上で優れた効果を有することがわかる。
【0056】上記実施例では、圧電性単結晶基板11に
LiTaO3 、すだれ状駆動電極12及び反射器13に
アルミニウムを用いたが、圧電性単結晶基板11として
は、上記以外に水晶、各種圧電セラミックを始め、Li
NbO3 、Bi12SiO20、Li2 4 7 等を用いる
ようにしても良い。また、すだれ状駆動電極12、反射
器13の材料としてもアルミニウムの他に、アルミニウ
ムに銅を混入させたものなど他の電極材料を用いても良
い。
【0057】また、前述した圧電性単結晶基板11に用
いられる圧電性材料の中には、すだれ状駆動電極12と
反射器13で弾性表面波の伝播速度に差がほとんどない
ものがある。従って、このような圧電性材料では、L7
=L8、且つ各部12、13の膜厚hを等しくさせた従
来の弾性表面波デバイスでは弾性表面波のエネルギの封
じ込め効率が高い効率の良い共振器を得ることができな
いが、本実施例では、このような場合にもL6/L5の
値を調整することによって、すだれ状駆動電極12と反
射器13の間で、弾性表面波の伝播速度に適切な差をも
たせることが可能となるので、性能が良い共振器を作成
することができる。
【0058】即ち本実施例は、圧電性単結晶基板11に
用いられる材料を特定するものではなく、デバイスの用
途や所要特性に応じて選択される全ての基板材料に適用
可能なものであり、汎用性に優れている。
【0059】尚、上記実施例では、グレーティング周期
L7、L8を共に等しくし、電極指幅L5またはL6の
一方のみを変更するようにしているが、L5<L6を満
足させる条件の下で電極指幅L5及びL6の両方を変更
させるようにしても良い。弾性表面波デバイス11にお
いては、電極指幅L5、L6とグレーティング周期L
7、L8の比率L5/L7、L6/L8が大きな値とな
る程、質量負荷効果が大きくなり、それぞれの部分(す
だれ状駆動電極12、反射器13)で弾性表面波の伝播
速度が遅くなる。このため、L5/L7<L6/L8の
関係を満たすように電極指幅L5、L6等を変更するこ
とにより、反射器13側での質量付加効果をすだれ状駆
動電極12側よりも高めて、各部間の弾性表面波の周波
数差Df(比率Dfr)がより大きくなるように調整す
ることができる。次に、第2の実施例について説明す
る。図2は、第2の実施例による弾性表面波デバイス
(共振器)の模式的な表面外観図である。この第2の実
施例は、図1に示す上述した第1の実施例と基本的に同
様な構成なので、以下の説明では図1で用いた符号をそ
のまま用いることにする。
【0060】図2において、グレーティング周期L7と
グレーティング周期L8は等しく、また、すだれ状駆動
電極12と反射器13は材質並びに膜厚hが等しくなっ
ている。このような構成の第2の実施例において、電極
指幅L6を変えてその周波数特性を調べる各種の実験を
行った結果を以下に説明する。この実験では、圧電性単
結晶基板11にはLiTaO3 を、すだれ状駆動電極1
2と反射器13には銅を混入したアルミニウムを用い
た。
【0061】ここで、反射器13のグレーティング周期
L8からその電極指幅L6を引いて得られる、反射器1
3の電極指間の間隔をスペースSr と定義する。そし
て、電極指幅L6と該スペースSr の比率、即ちL6/
(L8−L6)を、以降、L/S比と記載する。また、
すだれ状駆動電極12に対しても同様にしてL/S比を
定義する。
【0062】図3は、反射器13のL/S比を1とした
ときの周波数特性を示す図であり、同様に、図4は、L
/S比を1.3としたときの周波数特性、図5は、L/
S比を0.7としたときの周波数特性を示している。従
って、図3は従来の弾性表面波デバイス1に相当し、図
4は上述した第1の実施例に相当し、図5が第2の実施
例に相当する。また、図3〜図5において、縦軸及び横
軸のスケールは等しくなっており、その中心周波数f0
は約350MHzである。
【0063】図3と図4を対比すると、図4では通過帯
域の高い周波数領域で周波数特性が特に改善されいるの
が分かる。一方、図3と図5を対比すると、図4のとき
と同様に、図5でも通過帯域の高い周波数領域で周波数
特性が特に改善されいるのが分かる。
【0064】このように、第2の実施例では、電極指幅
L6をスペースSr よりも狭く、即ちL/S比を1より
も小さくすることにより、周波数特性を改善することが
できる。これは、質量付加効果等の影響により、反射器
13において弾性表面波からSSBWへのモード変換、
即ちスプリアスの発生が抑えられ、また、SSBW自体
の反射が抑えられるためである。
【0065】これにより、反射器13におけるSSBW
の反射係数を減少させることができ、反射器13の電極
指の膜厚hを厚くすることなくSSBWの影響を低減
し、スプリアスの発生を抑えることが可能となる。この
ため、従来の弾性表面波デバイス1よりも各部12、1
3の電極の膜厚hを薄くすることができる。このように
各部12、13の電極の膜厚hを薄くすることが可能と
なる結果、電極膜の膜厚hやその形状のバラツキを抑え
ることができ、該電極の膜の信頼性及び安定性を向上さ
せることができる。このため、共振器としての特性に優
れたデバイスを得ることができる。また、デバイス製造
時においては、電極の膜の形成、エッチング等に要する
作業時間を短縮することができるので、製造スループッ
トが向上する。
【0066】また、さらに、従来の弾性表面波デバイス
1では、弾性表面波とSSBWの伝播速度に必要な差を
もたせるために、h/λの値として7パーセント程度が
必要となっていた。しかし、このように電極指幅L6を
狭くすることで、SSBWの発生、及びその影響が低減
されることから、デバイスとしての性能を落とすことな
く、h/λの値を3パーセント程度まで小さくすること
が可能となる。例えば、従来、1μmとしていた電極の
膜厚hを0.5μmとしても良好な性能を得ることが実
験により確認できた。これにより、電極の膜の厚さやそ
の形状のバラツキは小さくなり、該電極の形成に要する
作業時間は従来に比べ約1/3に短縮できた。
【0067】ここで、上記第2の実施例では、反射器1
3のL/S比を1よりも小さくすることによりSSB
W、すなわちスプリアスの発生を抑止しているが、これ
は主に反射器13で発生する弾性表面波からSSBWへ
のモード変換を抑圧するようにしているためである。ま
た、反射器13だけでなく、すだれ状駆動電極12のL
/S比も変更することにより上記以上の効果を得ること
ができる。すだれ状駆動電極12の電極指幅L5と反射
器13の電極指幅L6の比αの値としては、0.2≦α
<1.0とする範囲において特に望ましい実験結果が得
られている。
【0068】次に、本発明の第3の実施例について説明
する。この第3の実施例は、1つの圧電性単結晶基板上
に上述した弾性表面波デバイス10を共振子としてラダ
ー形に接続した弾性表面波フィルタである。
【0069】図6は、該弾性表面波フィルタの構成を示
す図である。図中、SRは直列共振子、Pは並列共振子
であり、1つの直列共振子SRと1つの並列共振子Pを
L字型に組み合わせた基本回路であるセクションSCが
カスケード接続されている。入力端子I1、I2から入
力された信号は、複数のセクションSCを通過して出力
端子O1、O2から取り出される。
【0070】図6に示す、ラダー形に接続された直列共
振子SR、及び並列共振子Pの各々において、その反射
器13のL/S比を変化させてフィルタの特性を測定し
た実験結果を、以下に説明する。
【0071】第3の実施例における共通の条件は、直列
共振子SRの容量CS と並列共振子Pの容量CP の比を
0.6(=CP /CS )、グレーティング周期L6、L
8は直列共振子SRが2.725μm、並列共振子Pが
2.80μm、すだれ状駆動電極12の対数は直列共振
子SRが40、並列共振子Pが80、開口長は直列共振
子SRが85μm、並列共振子Pが51μm、反射器1
3の対数は直列共振子SRと並列共振子Pはともに10
0である。一方、圧電性単結晶基板11はLiTa
3 、すだれ状駆動電極12と反射器13は銅を混入し
たアルミニウムであり、また、h/λは7パーセントで
ある。
【0072】上記の条件の下で、ケース1はすだれ状駆
動電極12及び反射器13のL/S比を1に一定とした
ものであり、従来の弾性表面波デバイス1に相当する。
ケース2はケース1をベースとして、反射器13のL/
S比をすだれ状駆動電極12側から20対数毎に0.5
63、0.538、0.515、0.493、0.47
1と段階的に変更したものであり、ケース3もケース1
をベースとして、反射器13のL/S比をすだれ状駆動
電極12側から20対数毎に0.471、0.493、
0.515、0.538、0.563と段階的に変更し
たものである。これらケース1〜3の実験結果は図7〜
図9に各々示す。
【0073】図10は、各ケース1〜3のフィルタ(周
波数)特性を示す図であり、角型比、帯域内最大VSW
R(電圧定在波比)値、帯域内における損失(挿入損
失)、1.5dB帯域幅のフィルタの4つの主要な特性
を対比したものである。
【0074】ここで、上記の角型比の算出方法について
説明する。図11は、角型比の算出方法を示す説明図で
ある。図中、ΔG1、ΔG2は減衰量幅であり、減衰量
幅ΔG1はピーク値と通過帯域の最小値との差、減衰量
幅ΔG2はピーク値と必要減衰量値との差である。ま
た、f1は低域側阻止域の最大周波数値、f2は通過帯
域の最小周波数値、f3は通過帯域の最大周波数値、f
4は高域側阻止域の最小周波数値である。
【0075】図11において、角型比をHとすると、こ
の角型比Hは次のようにして算出される。 H = (高域側阻止域の最小周波数値−低域側阻止域
の最大周波数値)/(通過帯域の最大周波数値−通過帯
域の最小周波数値) = (f4 − f1)/(f3 − f2) 第3の実施例では、上記のように算出される角型比にお
いて、ΔG1を1.5dB、ΔG2を21.5dBとし
て算出したものである。
【0076】図10に示す如く、ケース1と対比する
と、ケース2と3は共に損失と帯域内最大VSWR値は
僅かながら悪化しているが、これは実用上、無視できる
範囲内に納まっている。しかし、1.5dB帯域幅、及
び角型比は、ケース1よりも大きく改善されている。こ
れらの特性は、フィルタの性能を評価するうえで重要な
ファクタであることから、ケース2及び3のようにL/
S比を変化させることによってフィルタとしての性能が
向上したことがわかる。
【0077】一方、ケース2とケース3とを対比する
と、1.5dB帯域幅、及び角型比ともにケース3のほ
うが僅かながら良好な結果となっている。このことか
ら、上記のラダー形フィルタにおいては、ケース3のよ
うに、反射器13のL/S比をすだれ状駆動電極12側
からその反対側に向かってしだいに大きくなるように変
化させることが、フィルタ性能の向上に効果的であるこ
とがわかる。
【0078】弾性表面波デバイスは、中心周波数f0
高くでき、また、帯域幅も広くすることができる等の利
点がある。このため、デジタル方式の移動体通信機器、
VCO(電圧制御発振器)等におけるフィルタ、共振子
などに広く使用されるようになっている。従って、本発
明は、これらの機器の性能向上に大きく寄与することが
できる。
【0079】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
すだれ状駆動電極のグレーティング周期と反射器のグレ
ーティング周期を等しくしたままで、すだれ状駆動電極
の電極指幅と反射器の電極指幅に差をもたせることによ
り、すだれ状駆動電極と反射器での弾性表面波の周波数
差を適切な値に調節するため、すだれ状駆動電極と反射
器の間における弾性表面波の周波数差を容易に適切な値
に調節することができる。
【0080】また、本発明によれば、すだれ状駆動電極
のグレーティング周期L7と反射器のグレーティング周
期L8を等しくしたままで、反射器のみ、または反射器
とすだれ状駆動電極の電極指幅を変化させるため、反射
器において弾性表面波からSSBWへのモード変換を抑
止することができるとともに、SSBWの反射係数等を
減少させることができる。
【0081】以上の結果、本発明は、スプリアスの発生
やバルク波放射の増大を極力抑えつつ、デバイスのエネ
ルギの封じ込め効率を向上できるので、共振器やフィル
タとしてのデバイス特性を向上させることが可能とな
る。
【0082】また、スプリアスの発生やバルク波放射の
増大を極力抑えられることから、デバイスの性能を低下
させることなく、すだれ状駆動電極、反射器の各電極の
膜厚を薄くすることができるため、膜の信頼性や安定性
の向上、膜厚や電極の形状のバラツキの低減、電極の形
成に要する作業時間の短縮等の効果が得られる。
【0083】このような効果を有する弾性表面波デバイ
スを直列共振子及び並列共振子として用いて圧電性単結
晶基板上にフィルタを形成することにより、小型で低損
失、高性能なフィルタを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例である弾性表面波デバイ
スの外観図である。
【図2】本発明の第2の実施例である弾性表面波デバイ
スの外観図である。
【図3】第2の実施例と対比するための従来の弾性表面
波デバイス(L/S比=1)の周波数特性を示す図であ
る。
【図4】上記第2の実施例においてL/S比を1.3と
したときの周波数特性を示す図である。
【図5】上記第2の実施例においてL/S比を0.7と
したときの周波数特性を示す図である。
【図6】本発明の第3の実施例である上記第2の実施例
を直列及び並列共振子に用いたラダー形フィルタの構成
例を示す回路図である。
【図7】第3の実施例と対比するための従来の弾性表面
波デバイス(ケース1)の周波数特性を示す図である。
【図8】上記第3の実施例におけるケース2の形態の周
波数特性を示す図である。
【図9】上記第3の実施例におけるケース3の形態の周
波数特性を示す図である。
【図10】上記ケース1〜3におけるフィルタ特性を表
す各種の主要なパラメータ値を示すグラフである。
【図11】角型比の算出方法の説明図である。
【図12】従来の弾性表面波デバイスの外観図である。
【図13】弾性表面波デバイスの共振特性を示す説明図
である。
【符号の説明】
10 弾性表面波共振器 11 圧電性単結晶基板 12 すだれ状駆動電極 12a、12b 櫛形駆動電極 13 反射器 L5 櫛形駆動電極の電極指幅 L6 反射器の電極指幅 L7 すだれ状駆動電極のグレーティング周期 L8 反射器のグレーティング周期 SR 直列共振子 P 並列共振子
フロントページの続き (72)発明者 伊形 理 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧電性基板と、前記圧電性基板の表面に配
    設されたすだれ状駆動電極と、前記圧電性基板の表面に
    前記すだれ状駆動電極の両側に対向して配設された反射
    器とを備えた弾性表面波デバイスにおいて、 α・L5 = L6 L7 = L8 但し、 α:係数(≠1) L5:すだれ状駆動電極の電極指幅 L6:反射器の電極指幅 L7:すだれ状駆動電極のグレーティング周期 L8:反射器のグレーティング周期 の関係を満たすことを特徴とする弾性表面波デバイス。
  2. 【請求項2】前記αの値は、1<αであることを特徴と
    する請求項1記載の弾性表面波デバイス。
  3. 【請求項3】前記αの値は、α≦1.5であることを特
    徴とする請求項1記載の弾性表面波デバイス。
  4. 【請求項4】前記αの値は、1<α≦1.5であること
    を特徴とする請求項1記載の弾性表面波デバイス。
  5. 【請求項5】圧電性基板と、前記圧電性基板の表面に配
    設されたすだれ状駆動電極と、前記圧電性基板の表面に
    前記すだれ状駆動電極の両側に対向して配設された反射
    器とを備えた弾性表面波デバイスにおいて、 L5/L7 < L6/L8 但し、 L5:すだれ状駆動電極の電極指幅 L6:反射器の電極指幅 L7:すだれ状駆動電極のグレーティング周期 L8:反射器のグレーティング周期 の関係を満たすことを特徴とする弾性表面波デバイス。
  6. 【請求項6】圧電性基板と、前記圧電性基板の表面に配
    設されたすだれ状駆動電極と、前記圧電性基板の表面に
    前記すだれ状駆動電極の両側に対向して配設された反射
    器とを備えた弾性表面波デバイスにおいて、 α・L5 = L6 L7 = L8 L6≠L8−L6 但し、 α:係数(≠1) L5:すだれ状駆動電極の電極指幅 L6:反射器の電極指幅 L7:すだれ状駆動電極のグレーティング周期 L8:反射器のグレーティング周期 の関係を満たすことを特徴とする弾性表面波デバイス。
  7. 【請求項7】圧電性基板と、前記圧電性基板の表面に配
    設されたすだれ状駆動電極と、前記圧電性基板の表面に
    前記すだれ状駆動電極の両側に対向して配設された反射
    器とを備えた弾性表面波デバイスにおいて、 α・L5 = L6 L7 = L8 L5≠L7−L5 但し、 α:係数(≠1) L5:すだれ状駆動電極の電極指幅 L6:反射器の電極指幅 L7:すだれ状駆動電極のグレーティング周期 L8:反射器のグレーティング周期 の関係を満たすことを特徴とする弾性表面波デバイス。
  8. 【請求項8】圧電性基板と、前記圧電性基板の表面に配
    設されたすだれ状駆動電極と、前記圧電性基板の表面に
    前記すだれ状駆動電極の両側に対向して配設された反射
    器とを備えた弾性表面波デバイスにおいて、 α・L5 = L6 L7 = L8 L6≠L8−L6 L5≠L7−L5 但し、 α:係数(≠1) L5:すだれ状駆動電極の電極指幅 L6:反射器の電極指幅 L7:すだれ状駆動電極のグレーティング周期 L8:反射器のグレーティング周期 の関係を満たすことを特徴とする弾性表面波デバイス。
  9. 【請求項9】前記αの値は、α<1であることを特徴と
    する請求項6、7、または8記載の弾性表面波デバイ
    ス。
  10. 【請求項10】前記αの値は、0.2≦αであることを
    特徴とする請求項6、7、または8記載の弾性表面波デ
    バイス。
  11. 【請求項11】前記αの値は、0.2≦α<1であるこ
    とを特徴とする請求項6、7、または8記載の弾性表面
    波デバイス。
  12. 【請求項12】前記反射器の各電極のL6/L8の値
    は、一定となっていないことを特徴とする弾性表面波デ
    バイス。
  13. 【請求項13】前記L6/L8の値は、前記すだれ状駆
    動電極側からその反対側に向かって順次増加することを
    特徴とする請求項12記載の弾性表面波デバイス。
  14. 【請求項14】前記L6/L8の値は、前記すだれ状駆
    動電極側からその反対側に向かって順次減少することを
    特徴とする請求項12記載の弾性表面波デバイス。
  15. 【請求項15】請求項1、5、6、7、または8記載の
    弾性表面波デバイスを同一の圧電性基板上にラダー型に
    接続して形設したことを特徴とする弾性表面波デバイ
    ス。
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Cited By (5)

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