CN100481723C - 表面声波滤波器和表面声波谐振器 - Google Patents

Abstract

一种表面声波滤波器和表面声波谐振器，能够实现低阻抗化，同时能够排除由横向模谐振产生的寄生的影响。该表面声波滤波器，具有：压电基板(11)；形成在该压电基板(11)上并由叉指电极构成的输入输出电极(12、13)；形成在所述压电基板上(11)上并夹着输入输出电极(12、13)位于两侧的反射器(14、14)。输入电极(12)由电极指(121、122)构成，电极指(121、122)的一部分被倾斜折弯，分别具有在表面声波的传播方向上相互距离为λ/2的直线部(121a、121b)和直线部(122a、122b)。输出电极(13)的电极指(131、132)和反射器(14)的电极指(141)也具有相同结构。

Description

表面声波滤波器和表面声波谐振器

技术领域

本发明涉及使用表面声波(SAW)的表面声波滤波器和表面声波谐振器，特别涉及对电极结构进行了改良的表面声波滤波器和表面声波谐振器。

背景技术

以往，表面声波滤波器作为高频频带的滤波器在各个方面得到应用。该表面声波滤波器例如图7所示，具有：压电基板1；形成在该压电基板1上并由叉指电极构成的输入电极2和输出电极3；形成在压电基板1上并夹着输入电极2和输出电极3而位于两侧的反射器4、4。

上述的表面声波滤波器的压电基板例如由石英构成，一般为了将阻抗调整为高达50Ω，要求负载阻抗尽可能低。通常，为了做到这一点，已经公知可以增大由叉指电极构成的输入电极2和输出电极3的交叉宽度(电极指相对的长度)a。

但是，如果增大输入电极2和输出电极3的交叉宽度，则产生能量分布垂直于表面声波的传播方向的模式(横向模：transverse mode)的谐振。由该横向模的谐振产生寄生(Spurious)，使滤波器的通频带特性劣化。

即，在图7所示的结构中，不仅1次横向模，而且大于等于2次的高次横向模的振动能量也被限制在输入输出电极2、3的交叉宽度a的方向上(参照图7的波形)。1次横向模形成主响应，而大于等于2次的横向模则形成寄生。在高次横向模中，2次横向模的电荷在输入输出电极2、3内抵消，3次横向模的电荷未被抵消，而在滤波特性中表现为寄生。即，偶数次的横向模被抵消，奇数次的横向模表现为寄生。

可是，作为输入输出电极2、3的交叉宽度和横向模的寄生位置(寄生距离滤波特性的中心频率的位置)的关系的一例，例如已经公知有图8所示的关系。根据图8，交叉宽度越大，在滤波特性中出现寄生的位置越接近中心频率。

为了避免该现象，已经公知可以对输入电极2和输出电极3进行变迹(apodization)，使交叉宽度产生变化。但是，在该情况下，由于交叉宽度变小，所以具有负载阻抗变大的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实现低阻抗化，同时能够排除由高次横向模谐振所产生的寄生的影响的表面声波滤波器和表面声波谐振器。

为了解决上述课题并实现本发明的目的，各发明的构成如下。

即，第1发明的表面声波滤波器，具有：压电基板；形成在该压电基板上并由叉指电极构成的输入输出电极；形成在所述压电基板上并夹着所述输入输出电极而位于两侧的反射器，所述输入输出电极的电极指的一部分被倾斜折弯，具有在表面声波的传播方向上相互距离为L1的至少2个直线部；所述反射器的电极指的一部分被倾斜折弯，具有在表面声波的传播方向上相互距离为L2的至少2个直线部。并且，所述距离L1满足关系3λ/8≦L1≦5λ/8(λ：表面声波的波长)，所述距离L2满足关系3λ/8≦L2≦5λ/8。

在该第1发明中，利用至少2个直线部构成输入电极和输出电极的电极指，所以虽然各直线部的交叉宽度小，但可以增大其整体交叉宽度，可以减小阻抗。

另外，在第1发明中，由于可以减小输入电极和输出电极的各直线部交叉宽度，所以能够使由横向模产生的寄生远离滤波器的通频带，可以排除不需要的寄生的影响。

另外，第2发明的表面声波谐振器具有：压电基板；形成在该压电基板上的叉指电极；形成在所述压电基板上并夹着所述叉指电极而位于两侧的反射器，所述叉指电极的电极指的一部分被倾斜折弯，具有在表面声波的传播方向上相互距离为L1的至少2个直线部；所述反射器的电极指的一部分被倾斜折弯，具有在表面声波的传播方向上相互距离为L2的至少2个直线部。并且，所述距离L1满足关系3λ/8≦L1≦5λ/8(λ：表面声波的波长)，所述距离L2满足关系3λ/8≦L2≦5λ/8。

在该第2发明中，利用至少2个直线部构成叉指电极的电极指，所以虽然各直线部的交叉宽度小，但可以增大其整体交叉宽度，可以减小谐振时的阻抗。

另外，在第2发明中，由于可以减小叉指电极的交叉宽度，所以能够使由横向模产生的寄生远离谐振频率附近，可以排除不需要的寄生的影响。

附图说明

图1是表示本发明的表面声波滤波器的第1实施方式的结构的平面图。

图2是表示本发明的表面声波滤波器的第2实施方式的结构的平面图。

图3是表示本发明的表面声波滤波器的试作示例的滤波特性的特性图。

图4是表示本发明的表面声波谐振器的第1实施方式的结构的平面图。

图5是表示本发明的表面声波谐振器的第2实施方式的结构的平面图。

图6是表示本发明的表面声波谐振器的试作示例等的频率特性的特性图。

图7是表示以往的表面声波滤波器的结构的平面图。

图8是表示交叉宽度和寄生的位置的关系的一个示例图。

符号说明

11：压电基板；12：输入电极；13：输出电极；14：反射器；31：压电基板；32：叉指电极；33：反射器；121、122、131、132、141：电极指；321、322、331：电极指。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的实施方式。

参照图1，说明本发明的表面声波滤波器的第1实施方式。

如图1所示，该表面声波滤波器的第1实施方式具有：压电基板11；形成在该压电基板11上并由叉指电极构成的输入电极12和输出电极13；形成在压电基板11上并夹着输入电极12和输出电极13而位于两侧的反射器14、14。

压电基板11例如由石英构成，形成矩形形状。输入电极12和输出电极13及反射器14是通过在压电基板11的表面上蒸镀或溅射导体金属等而形成薄膜状之后，再通过影印法等形成的。

输入电极12由相互啮合的一对梳齿状电极指121、122构成，电极指121、122的长方向的一端分别共同连接着。

电极指121的一部分被倾斜折弯，由在与表面声波的传播方向垂直的方向上分段配置的直线部121a、121b和连接两者的倾斜状连接部121c构成。该直线部121a和直线部121b被配置在沿表面声波的传播方向相距L1＝λ/2(λ是表面声波的波长，以下相同)的位置上。连接部121c的长度应尽可能的短。电极指122同样由直线部122a、122b和连接两者的倾斜状连接部122c构成。

因此，电极指121和电极指122的交叉宽度a是直线部121a和直线部122b相对的部分的交叉宽度b1与直线部121b和直线部122a相对的部分的交叉宽度b2之和。

输出电极13由相互啮合的一对梳齿状电极指131、132构成，电极指131、132的长方向的一端分别共同连接着。

电极指131由在与表面声波的传播方向垂直的方向上分段配置的直线部131a、131b和连接两者的倾斜状连接部131c构成。该直线部131a和直线部131b被配置在沿表面声波的传播方向仅相距λ/2的位置上。电极指132同样由直线部132a、132b和连接两者的倾斜状连接部132c构成。

因此，电极指131和电极指132的交叉宽度a是直线部131a和直线部132b相对的部分的交叉宽度b1与直线部131b和直线部132a相对的部分的交叉宽度b2之和。

反射器14的多个电极指141按照规定间距配置在表面声波的传播方向上，该电极指141被形成为长方向的两端部短路的状态。

电极指141的一部分被倾斜折弯，由在与表面声波的传播方向垂直的方向上分段配置的直线部141a、141b和连接两者的倾斜状连接部141c构成。该直线部141a和直线部141b被配置在沿表面声波的传播方向相距L2＝λ/2的位置上。

下面，参照图1，说明这样构成的表面声波滤波器的第1实施方式的动作示例。

现在，如果向输入电极12供给电气信号，则该信号利用压电效应被转换为表面声波。该表面声波在与输入电极12的电极指121、122的长方向垂直的方向传播，一直传播到输出电极13。这样产生的表面声波被反射器14、14封闭振动能量，使其不泄漏到外部。

并且，如果表面声波入射到输出电极13，则在电极指131、132上产生与该表面声波的振幅成比例的电压，抽出与规定的滤波特性相应的信号，输出到外部。

此处，构成输入电极12的电极指121具有直线部121a、121b，这两者被配置在沿表面声波的传播方向相距λ/2的位置上。并且，构成输出电极13的电极指131具有直线部131a、131b，这两者被配置在沿表面声波的传播方向相距λ/2的位置上。

因此，在输入电极12中，电极指121的直线部121a和电极指122的直线部122a按照图1所示，在与表面声波的传播方向垂直的方向上，位于同一直线上，向电极指121和电极指122施加正负不同的电压。同样，输出电极13也具有这种关系。

所以，在进行上述动作时，能量分布垂直于表面声波的传播方向的横向模可以认为是图1所示的情况。图1表示1次～3次的横向模的振动能量分布。在该情况下，各直线部的1次横向模形成主响应，而大于等于2次的横向模形成寄生。各直线部的2次横向模的电荷在输入输出电极12、13内被抵消，各直线部的3次横向模的电荷不被抵消，而在滤波特性中表现为寄生。这样，在各直线部中，偶数次横向模的电荷被抵消，而奇数次横向模的电荷不被抵消，而在滤波特性中表现为寄生。但是，本发明的表面声波滤波器可以在不减小整体交叉宽度的情况下减小各直线部的交叉宽度(b1、b2)，所以，能够使由高次横向模产生的寄生远离滤波器的通频带，排除不需要的寄生的影响，这一点如后面所述，通过试作品得到了确认。

如上所述，在表面声波滤波器的第1实施方式中，利用多个直线部构成输入电极12和输出电极13的电极指，因此，虽然各直线部的交叉宽度小，但可以增大其整体交叉宽度，能够减小阻抗。

并且，在该第1实施方式中，可以减小输入电极12和输出电极13的各直线部的交叉宽度，所以能够使由横向模产生的寄生远离滤波器的通频带，排除不需要的寄生的影响。

下面，参照图2说明本发明的表面声波滤波器的第2实施方式。该第2实施方式与第1实施方式的不同之处是：将输入输出电极和反射器的各直线部分从2个增加为5个，由此增大整体交叉宽度。

如图2所示，该表面声波滤波器的第2实施方式具有：压电基板11；由形成在该压电基板11上的叉指电极构成的输入电极22和输出电极23；形成在压电基板11上并夹着输入电极22和输出电极23位于两侧的反射器24、24。

输入电极22由相互啮合的一对梳齿状电极指221、222构成，电极指221、222的长方向的一端分别共同连接着。

电极指221、222的结构和图1所示的输入电极12的电极指121、122相同，但如图2所示，不同之处是将其直线部增加为5个。因此，如图2所示，电极指221和电极指222的整体交叉宽度a是交叉宽度b1～b5的总和。

此处，列举整体交叉宽度a和交叉宽度b1～b5的一个示例，整体交叉宽度a约为100λ，各交叉宽度b1～b5分别为15λ～20λ。

输出电极23由相互啮合的一对梳齿状电极指231、232构成，电极指231、232的长方向的一端分别共同连接着。

电极指231、232的结构和图1所示的输出电极13的电极指131、132相同，但如图2所示，不同之处是将其直线部增加为5个。因此，如图2所示，电极指231和电极指232的整体交叉宽度a是交叉宽度b1～b5的总和。

反射器24的多个电极指241按照规定间距配置在表面声波的传播方向上，该电极指241形成为长方向的两端部短路的状态。电极指241的结构和图1所示的反射器14的电极指141相同，但如图2所示，不同之处是将其直线部增加为5个。

根据这样构成的表面声波滤波器的第2实施方式，交叉宽度b1～b5的总和大于第1实施方式，所以，能够进一步减小负载阻抗。并且，由于通过进一步减小输入电极22和输出电极23的各直线部交叉宽度，所以，能够使由横向模产生的寄生大幅度远离滤波器的通频带，可以排除不需要的寄生的影响。

【实施例】

下面，为了确认本发明的表面声波滤波器的作用效果，以图2的结构为基础，将配置间隔L按照λ/8的步幅，从0到4λ/8进行了试作。

另外，其他条件如下所述是相同的。把构成输入电极22和输出电极23等的电极指的直线部(track：径迹)的个数设为15，把输入电极22和输出电极23的整体交叉宽度a设为120λ，把各直线部的交叉宽度分别设为8λ，把中心频率设为约400[MHz]。

根据这样试作的实施例，滤波器的特性如图3所示。图3表示在没有表面声波滤波器的外部匹配电路的状态下测定的结果，如果具有外部匹配电路，则①～②包围的部分x大致为表面声波滤波器的通频带。

在图3所示的滤波特性中，特性(A)表示配置间隔L＝0的情况；特性(B)表示配置间隔L＝λ/8的情况；特性(C)表示配置间隔L＝2λ/8的情况；特性(D)表示配置间隔L＝3λ/8的情况；特性(E)表示配置间隔L＝4λ/8的情况。

以下，对各滤波特性的结果进行研究。

图3(A)表示配置间隔L＝0、即相当于以往示例的特性，在作为通频带的①～②包围的部分x中，存在由横向模寄生造成的脉动(用虚线○表示的部分)。

图3(B)表示配置间隔L＝λ/8的特性，由横向模寄生造成的脉动比配置间隔L＝0时小，但在该情况下，在作为通频带的①～②包围的部分x中，也存在由横向模寄生造成的脉动(用虚线○表示的部分)。

图3(C)表示配置间隔L＝2λ/8的特性，在该情况下，在作为通频带的①～②包围的部分x中，几乎看不到由横向模寄生造成的脉动，但取而代之存在被认为是相位偏移的较大凹陷(用虚线□表示的部分)。

图3(D)表示配置间隔L＝3λ/8的特性，在该情况下，在作为通频带的①～②包围的部分x中，不存在由横向模寄生造成的脉动。另外，虽然存在被认为是相位偏移的较大凹陷(用虚线□表示的部分)，但由于其位于作为通频带的①～②包围的部分x以外，所以在作为滤波特性进行考虑时不成问题。

图3(E)表示配置间隔L＝4λ/8(即L＝λ/2)的特性，在该情况下，在作为通频带的①～②包围的部分x中，不存在由横向模寄生造成的脉动，也不存在被认为是相位偏移的较大凹陷。

根据以上研究结果，在本发明的表面声波滤波器中，构成输入电极和输出电极等的电极指的各径迹在表面声波的传播方向上的配置间隔L的最佳值是L＝λ/2，但如果满足关系3λ/8≦L≦5λ/8，可以说不妨碍实际使用。

另外，关于5λ/8，直线部的位置关系和3λ/8相同，所以具有相同效果。

下面，参照图4，说明本发明的表面声波谐振器的第1实施方式。图4是表示本发明的第1实施方式的结构的平面图。该实施方式的特征是：在图4所示的叉指电极32中，各个电极指321、322由2个直线部321a、321b或322a、322b构成。

如图4所示，该表面声波谐振器的第1实施方式具有：压电基板31；形成在该压电基板31上的叉指电极32；形成在压电基板31上并夹着叉指电极32位于两侧的反射器33、33。

压电基板31例如由石英构成，形成矩形形状。叉指电极32和反射器33是通过在压电基板31的表面蒸镀或溅射导体金属等而形成薄膜状之后，再通过影印法形成的。

叉指电极32由相互啮合的一对梳齿状电极指321、322构成，电极指321、322的长方向的一端分别共同连接着。

电极指321的一部分被倾斜折弯，由在与表面声波的传播方向垂直的方向上分段配置的直线部321a、321b和连接两者的倾斜状连接部321c构成。该直线部321a和直线部321b被配置在沿表面声波的传播方向相距L1＝λ/2的位置上。电极指322同样由直线部322a、322b和连接两者的倾斜状连接部322c构成。

因此，电极指321和电极指322的交叉宽度a是直线部321a和直线部322b相对的部分的交叉宽度c1与直线部321b和直线部322a相对的部分的交叉宽度c2之和。

反射器33的多个电极指331按照规定间距配置在表面声波的传播方向上，该电极指331形成为长方向的两端部短路的状态。

电极指331的一部分被倾斜折弯，由在与表面声波的传播方向垂直的方向上分段配置的直线部331a、331b和连接两者的倾斜状连接部331c构成。该直线部331a和直线部331b被配置在沿表面声波的传播方向相距L2＝λ/2的位置上。

下面，参照图4，说明这样构成的表面声波谐振器的第1实施方式的动作示例。

现在，如果向叉指电极32供给电气信号，则将该信号利用压电效应转换为表面声波。该表面声波在与叉指电极32的电极指321、322的长方向垂直的方向上，向叉指电极32的两侧放射，被反射器33、33反射，返回到叉指电极32。

此处，构成叉指电极32的电极指321具有直线部321a、321b，这两者被配置在沿表面声波的传播方向相距λ/2的位置上。

因此，在叉指电极32中，电极指321的直线部321a和电极指322的直线部322a按照图4所示，在与表面声波的传播方向垂直的方向上，位于同一直线上，向电极指321和电极指322施加正负不同的电压。

所以，在进行上述动作时，能量分布垂直于表面声波的传播方向的横向模和图1所示的情况相同，各直线部的1次横向模形成主响应，而大于等于2次的横向模形成寄生。各直线部的2次横向模的电荷在叉指电极32内被抵消，各直线部的3次横向模的电荷不被抵消，而在谐振特性中表现为寄生，但是，能够使该寄生远离谐振频率附近，排除不需要的寄生的影响，这一点可以通过后述的试作品得到确认。

如上所述，在表面声波谐振器的第1实施方式中，由于利用多个直线部构成叉指电极32的电极指，所以虽然各直线部的交叉宽度变小，但可以增大其整体交叉宽度，能够减小谐振时的阻抗。

并且，在该第1实施方式中，可以减小叉指电极32的交叉宽度，所以能够使由横向模产生的寄生远离谐振频率附近，可以排除不需要的寄生的影响。

下面，参照图5，说明本发明的表面声波谐振器的第2实施方式。图5是表示本发明的第2实施方式的其他结构的平面图。该实施方式的特征是：在图5所示的叉指电极42中，利用5个直线部构成各个电极指。

如图5所示，该表面声波谐振器的第2实施方式具有：压电基板31；形成在该压电基板31上的叉指电极42；形成在压电基板31上并夹着叉指电极42位于两侧的反射器43、43。

叉指电极42由相互啮合的一对梳齿状电极指421、422构成，电极指421、422的长方向的一端分别共同连接着。

电极指421、422的结构和图4所示的叉指电极32的电极指321、322相同，但如图5所示，不同之处是将其直线部增加为5个。因此，如图5所示，电极指421和电极指422的整体交叉宽度是交叉宽度c1～c5的总和。

此处，列举整体交叉宽度a和交叉宽度c1～c5的一个具体的数值示例，整体交叉宽度a为100λ，被分段部分的各交叉宽度c1～c5分别为15λ～20λ。

反射器43的多个电极指431按照规定间距配置在与表面声波的传播方向垂直的方向上，该电极指431被形成为长方向的两端部短路的状态。电极指431的结构和图4所示反射器33的电极指331相同，但如图5所示，不同之处是将其直线部增加为5个。

根据这样构成的表面声波谐振器的第2实施方式，可以获得和第1实施方式相同的效果。

【实施例】

下面，为了确认本发明的表面声波谐振器的作用效果，以图4的结构为基础，进行了实施例1的试作。

该实施例1以图4的结构为基础，把构成叉指电极32的电极指的直线部(径迹)的个数设为2，把各径迹在表面声波的传播方向上的配置间隔L设为L＝λ/2。把叉指电极32的整体交叉宽度a设为40λ，把各直线部的交叉宽度分别设为20λ，把使用频率设为约600[MHz]。

然后，为了比较该实施例1的谐振特性，试作了下述的实施例2。

实施例2的基本结构和实施例1相同，相当于仅把上述直线部间的配置间隔L变更为L＝0而得到的以往的结构。图6是表示本发明的表面声波谐振器的实施例1和实施例2的各自的频率特性的谐振特性图。这样试作的实施例1和实施例2的各自的谐振特性如图6(A)、(B)所示。

然后，对实施例1和实施例2的谐振特性的结果进行了以下研究，在使用以往结构的实施例2中，如图6(B)所示存在寄生。但是，如果采用实施例1，可以使该寄生远离谐振频率附近，能够排除该寄生的影响(参照图6(A))。

但是，本发明的表面声波谐振器的动作和上述的表面声波滤波器相同，所以，可以认为与表面声波滤波器相同，在L＝3λ/8、5λ/8的情况下，也和实施例1的情况相同，能够排除寄生的影响。

根据以上研究结果，在本发明的表面声波谐振器中，构成叉指电极等的电极指的各直线部在表面声波的传播方向上的配置间隔L的最佳值是L＝λ/2，但如果满足关系3λ/8≦L≦5λ/8，可以说不妨碍实际使用。

如上所述，根据本发明，可以实现低阻抗化，能够排除由横向模谐振产生的寄生的影响。

Claims (2)

1.一种表面声波滤波器，其具有：压电基板；形成在该压电基板上并由叉指电极构成的输入输出电极；形成在所述压电基板上并夹着所述输入输出电极而位于两侧的反射器，其特征在于，

所述输入输出电极的电极指具有被倾斜折弯的部分，并具有在表面声波的传播方向上相互距离为L1的至少2个直线部，

所述反射器的电极指具有被倾斜折弯的部分，并具有在表面声波的传播方向上相互距离为L2的至少2个直线部，

并且，设λ是表面声波的波长，所述距离L1满足关系3λ/8≦L1≦5λ/8，所述距离L2满足关系3λ/8≦L2≦5λ/8。

2.一种表面声波谐振器，其具有：压电基板；形成在该压电基板上的叉指电极；形成在所述压电基板上并夹着所述叉指电极而位于两侧的反射器，其特征在于，

所述叉指电极的电极指具有被倾斜折弯的部分，并具有在表面声波的传播方向上相互距离为L1的至少2个直线部，

所述反射器的电极指具有被倾斜折弯的部分，并具有在表面声波的传播方向上相互距离为L2的至少2个直线部，

并且，设λ是表面声波的波长，所述距离L1满足关系3λ/8≦L1≦5λ/8，所述距离L2满足关系3λ/8≦L2≦5λ/8。

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