CN102217194A - 可调滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可调滤波器，频率温度特性优异，使用进一步提高了机电耦合系数的弹性表面波谐振子而形成，能够改善温度特性及频率特性。可调滤波器(1)，具备在弹性表面波谐振子(S1、S2、P1～P3)上连接有可变电容器的电路结构，该弹性表面波谐振子具有由LiTaO3或LiNbO3构成的压电基板(11)，由该压电基板的上表面(11a)的凹部(11b)填充的电极材料构成的IDT电极(12)，以覆盖该压电基板的方式而设置的SiO2膜(15)。

Description

可调滤波器
技术领域
本发明涉及一种作为通信系统中的带通滤波器使用的可调滤波器(チユ一ナブルフイルタ)，更详细而言，涉及一种使用弹性表面波谐振子而构成的可调滤波器。
背景技术
在通信系统中使用的带通滤波器中，有时要求能够调整通带。目前提出了多种满足这样的要求的带通滤波器，即可调滤波器。
例如，在下述专利文献1中，公开有使用多个弹性表面波谐振子和可变电容器的可调滤波器。图52是专利文献1中所述的可调滤波器的电路图。
可调滤波器101中，在连结输入端102和输出端103之间的串联臂上相互串联连接多个串联臂谐振子104、105。另外，在串联臂和接地电位之间的多个并联臂中分别连接有并联臂谐振子106、107。串联臂谐振子104、105及并联臂谐振子106、107通过弹性表面波谐振子形成。
构成具有上述串联臂谐振子104、105及并联臂谐振子106、107的梯形滤波器电路。另外，为了能够调整通带，连接有可变电容器108～115。即，在串联臂谐振子104并联连接有可变电容器108，在该串联臂谐振子104及可变电容器108上串联连接有可变电容器110。同样，在串联臂谐振子105也并联连接有可变电容器109，串联连接有可变电容器111。
在并联臂中，也在并联臂谐振子106上并联连接有可变电容器112，在并联臂谐振子106及可变电容器112上串联连接有可变电容器114。同样，在并联臂谐振子107并联连接有可变电容器113，串联连接有可变电容器115。
专利文献1：特开2005-217852号公报
可调滤波器101中，可变电容器110、111的电容、即串联电容越减小，串联臂的电路部分中的谐振频率FrS越高。另外，并联电容，即可变电容器108、109的静电容越增大，串联臂上的反谐振频率FaS越低。
同样，关于并联臂的电路部分的谐振频率FrP及反谐振频率FaP，可通过使并联连接的可变电容器112、113及串联连接的可变电容器114、115的电容变化，使其变化。因此，可通过使上述可变电容器108～115的电容变化而使可调滤波器101整体的中心频率变化。
但是，在专利文献1记载的可调滤波器101中，存在串联臂谐振子104、105或并联臂谐振子106、107中使用的弹性表面波谐振子的机电耦合系数小的问题。另外，存在频率温度系数TCF的绝对值大的问题。另外，串联臂及并联臂中的弹性表面波谐振子或可变电容电容器等的零件数量多。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可调滤波器，其鉴于上述的目前技术的现状，可使弹性表面波谐振子的机电耦合系数增大，由此可扩大弹性表面波谐振子的比频带幅，可扩大可调滤波器的可变频率范围，另外，可使频率温度系数TCF的绝对值减小，并使温度变化的特性的变化减小。
根据本发明，提供一种可调滤波器，其具备：具有由LiNbO3或LiTaO3构成且在上表面形成有凹部的压电基板，由所述凹部填充的电极材料构成的IDT电极的弹性表面波谐振子；与所述弹性表面波谐振子连接的可变电容器。
另外，以下，根据情况将LiNbO3简称为LN。另外，根据情况将LiTaO3简称为LT。
本发明的可调滤波器的某个特定的方面中，所述弹性表面波谐振子还具备以覆盖所述压电基板的上表面的方式设置的SiO2膜。该情况下，可使频率温度系数TCF的绝对值减小。
根据本发明的可调滤波器的其它的特定的方面，所述压电基板由欧拉角(0°，85°～150°，0°)的LiTaO3基板构成，形成所述IDT电极的电极材料为Au。该情况下，可进一步提高弹性表面波谐振子的机电耦合系数，另外，可进一步使频率温度系数TCF的绝对值减小。
根据本发明的可调滤波器另一其它特定的方面，所述IDT电极以选自由Au、Pt、Cu及Al，以及以它们为主体的合金组成的组中的至少一种构成的电极层为主体。该情况下，可进一步有效地提高弹性表面波谐振子的机电耦合系数。
根据本发明涉及的可调滤波器的其它特定的方面，所述IDT电极具有多根电极指，至少在电极指所处的部分的上方，在SiO2膜的表面上形成有与电极指的厚度相同的高度的凸部。该情况下，可进一步使弹性表面波谐振子的频率温度系数TCF的绝对值减小。
根据本发明涉及的可调滤波器的另一其它特定的方面，所述IDT电极具有多根电极指，在该电极指的上方，所述SiO2膜的表面被大致平坦化。该情况下，可进一步提高弹性表面波谐振子的机电耦合系数。
根据本发明的可调滤波器的又一特定的方面，埋入所述压电基板的电极的占空比大于0.5。
根据本发明涉及的可调滤波器的又一特定的方面，所述压电基板由欧拉角(0°，80°～130°，0°)的LiNbO3基板构成。使用欧拉角位于该范围的LiNbO3基板的情况下，可充分提高弹性表面波谐振子的机电耦合系数。
本发明的可调滤波器的另一其它特定的方面中，所述IDT电极以选自由Au、Pt、Cu、Ta、W、Mo、Ni、Ag及Al、以及以它们为主体的合金组成的组中的至少一种构成的电极层为主体。该情况下，可进一步提高弹性表面波谐振子的机电耦合系数。
根据本发明的可调滤波器的又一特定的方面，所述IDT电极具有多根电极指，SiO2膜的表面大致平坦。该情况下，可进一步提高弹性表面波谐振子的机电耦合系数。
本发明的可调滤波器的另一其它特定的方面中，在上述LiNbO3基板的欧拉角为(0°，80°～130°，0°)，IDT电极以选自由Au、Pt、Cu、Ta、W、Mo、Ni、Ag及AL、以及以它们为主体的合金组成的组中的至少一种金属构成的电机层为主体的构成中，所述IDT电极具有多根电极指，至少在电极指所处的部分的上方，在SiO2膜的表面上形成有与电极指的厚度相同的高度的凸部。该情况下，可通过凸部的形成，提高IDT电极中的反射系数。
根据第二发明，提供一种可调滤波器，其具备：弹性表面波谐振子，其具有由欧拉角(0°，80°～130°，0°)的LiNbO3构成且在上表面形成有凹部的压电基板，和将以选自由Au、Pt、W、Ta、Ag、Cu、Mo、及Ni组成的组中的至少一种为主体的金属材料埋入所述凹部的IDT电极，在将弹性表面波的波长设为λ的情况下，将成为IDT电极的主体的金属和电极膜厚的下限和占空比的关系设为图42～49及下述表1所示的关系，将电极膜厚上限设为下述表1所示的各值，将占空比设为0.15～0.85；以及与所述弹性表面波谐振子连接的可变电容器。
[表1]
(X：占空比)
  电极   膜厚下限(λ)   膜厚上限(λ)
  Au   0.0381-0.0211X-0.0222X2   0.25
  Pt   0.0501-0.0445X-0.0031X2   0.25
W 0.0748-0.0978X+0.0444X2 0.25
  Ta   0.0739-0.0789X+0.0222X2   0.25
  Ag   0.1287-0.1767X+0.0667X2   0.25
  Cu   0.1883-0.23X+0.0667X2   0.25
  Mo   0.1497-0.0990X   0.25
  Ni   0.22112-0.13613X+0.0439X2   0.25
另外，占空比在将IDT电极的电极指形成间距设为P、将同电极指宽度设为M的情况下，电极指线幅M相对于电极指形成间距P的大小为M/P。
根据第三发明，提供一种可调滤波器，其具备：弹性表面波谐振子，其具有由欧拉角(0°，80°～130°，0°)的LiNbO3构成且在上表面形成有凹部的压电基板、和将以选自由Au、Pt、W、Ta、Ag、Cu、Mo、及Ni组成的组中的至少1种为主体的金属材料埋入所述凹部的IDT电极，在将弹性表面波的波长设为λ的情况下，将成为IDT电极的主体的金属和电极膜厚的下限和占空比的关系设为图42～49及下述表2所示的关系，将电极膜厚上限设为下述表2所示的各值，将占空比设为大于0.5；以及与所述弹性表面波谐振子连接的可变电容器。
[表2]
(X：占空比)
  电极   膜厚下限(λ)   膜厚上限(λ)
  Au   0.0381-0.0211X-0.0222X2   0.25
Pt 0.0501-0.0445X-0.0031X2 0.25
W 0.0748-0.0978X+0.0444X2 0.25
  Ta   0.0739-0.0789X+0.0222X2   0.25
  Ag   0.1287-0.1767X+0.0667X2   0.25
  Cu   0.1883-0.23X+0.0667X2   0.25
  Mo   0.1497-0.0990X   0.25
  Ni   0.22112-0.13613X+0.0439X2   0.25
本发明的可调滤波器的另一其它特定的方面中，成为IDT电极的主体的金属和电极膜厚和占空比设为下述表3所示的关系，电极膜厚上限设为下述表3所示的各值。
[表3]
(X：占空比)
  电极   膜厚下限(λ)   膜厚上限(λ)
  Au   0.0343-0.0190X-0.0200X2   0.25
  Pt   0.0451-0.0401X-0.0028X2   0.25
  W   0.0673-0.0880X+0.040X2   0.25
  Ta   0.0665-0.0710X+0.020X2   0.25
  Ag   0.1158-0.1590X+0.060X2   0.25
  Cu   0.1695-0.207X+0.060X2   0.25
  Mo   0.1347-0.0891X   0.25
  Ni   0.1997-0.1259X-0.0358X2   0.25
膜厚的上限由产生起因于反射系数过大的伪值而决定。
根据第四发明，提供一种可调滤波器，具备：弹性表面波谐振子，其具有由欧拉角(0°，80°～130°，0°)的LiNbO3构成且在上表面形成有凹部的压电基板、和将以Al或Al为主体的合金埋入所述凹部的IDT电极，在将弹性表面波的波长设为λ的情况下，IDT电极的标准化膜厚H/λ为0.036以上、0.4以下，优选的是Al标准化膜厚的上限和占空比的关系为如图50及表4所示，Al标准化膜厚下限为下述表4所示的值，且占空比不足0.5或大于0.5；以及与所述弹性表面波谐振子连接的可变电容器。
[表4]
(Y：Al膜厚，X：占空比)
  电极   下限   上限
  Al   0.036λ   Y＝-0.9X+0.766
本发明的可调滤波器的另一其它特定的方面中，成为IDT电极的主体的金属和电极膜厚上限和占空比的关系为如下述表5所示，将电极膜厚下限设为下述表5所示的值。
[表5]
(Y：Al膜厚，X：占空比)
  电极   下限   上限
  Al   0.036λ   Y＝-0.81X+0.689
本申请第五发明的可调滤波器具备：弹性表面波谐振子，其具有由欧拉角(0°，80°～130°，0°)的LiNbO3构成且在上表面形成有凹部的压电基板、和将以选自由Au、Pt、W、Ta、Ag、Cu、Mo、及Ni组成的组中的至少一种为主体的金属材料埋入所述凹部的IDT电极，在将弹性表面波的波长设为λ的情况下，构成为Au、Pt、W或Ta成为主体的电极厚度H/λ为0.006以下、Ag成为主体的电极厚度H/λ为0.01以下、Cu、Mo或Ni成为主体的电极厚度H/λ为0.013以下；以及与所述弹性表面波谐振子连接的可变电容器。
本发明的可调滤波器的另一其它特定的方面中，作为所述弹性表面波谐振子，具有多个弹性表面波谐振子，该多个弹性表面波谐振子在输入端子和输出端子之间串联连接，作为所述可变电容器，具有第一、第二可变电容器，第一可变电容器与所述多个弹性表面波谐振子中的至少一个弹性表面波谐振子串联连接，所述第二可变电容器与所述多个弹性表面波谐振子中的至少一个弹性表面波谐振子并联连接，还具备，连接于多个弹性表面波谐振子的接点和地线之间的电感器、连接于输入端子和地线间及输出端子和地线间的匹配电容器。
本发明的可调滤波器的另一其它的特定的方面中，匹配电容器及电感器的阻抗为20～100Ω。
根据本发明涉及的可调滤波器，在弹性表面波谐振子和可变电容器连接的构成中，弹性表面波谐振子具备通过在LiNbO3或LiTaO3构成的压电基板的上表面的槽中填充电极材料而形成IDT电极的构造，因此，能够提高弹性表面波谐振子的机电耦合系数。因此，得到比频带宽度广的弹性表面波谐振子，可通过可变频率范围广的可调滤波器。
附图说明
图1(a)是表示本发明一实施方式的可调滤波器的电路结构的图，(b)是表示实施方式中使用的弹性表面波谐振子的示意性俯视图，(c)是沿(b)中的I-I线的部分的正面剖面图，(d)是不存在(c)中的SiO2膜的构造的正面剖面图。
图2是表示第一实验例中测定的弹性表面波谐振子的频率特性的图，是形成SiO2膜的弹性表面波谐振子的阻抗特性及相位特性的图。
图3是参考例的可调滤波器的电路图。
图4是表示在第二实验例中使图3的参考例的滤波器电路中的可变电容的静电容变化的情况下的滤波器特性的变化的图。
图5是表示在第三实验例中使36°YX-LiTaO3中的弹性表面波谐振子的IDT电极的标准化膜厚H/λ变化的情况下的反射系数的变化的图。
图6是表示第三实验例中使36°YX-LiTaO3中的弹性表面波谐振子的IDT电极的标准化膜厚H/λ变化的情况下的机电耦合系数k2的变化的图。
图7是表示在第四实验例中将13°YX-LiTaO3中的弹性表面波谐振子中形成的SiO2膜的标准化膜厚h/λ设为0.2、0.3或0.4的情况下，IDT电极的标准化膜厚H/λ和反射系数的关系的图。
图8是表示在第四实验例中将弹性表面波谐振子中形成的SiO2膜的标准化膜厚h/λ设为0.2、0.3或0.4的情况下，IDT电极的标准化膜厚H/λ和机电耦合系数k2的关系的图。
图9是表示在第五实验例中使用将SiO2膜的标准化膜厚h/λ设为0.25、将由Pt构成的IDT电极的标准化膜厚H/λ设为0.04或0.08的情况下的LiNbO3的各种构造的弹性表面波谐振子的欧拉角(0°，θ，0°)的θ和反射系数的关系的图。
图10是表示在第五实验例中使用将SiO2膜的标准化膜厚h/λ设为0.25，将由Pt构成的IDT电极的标准化膜厚H/λ设为0.04或0.08的情况下的LiNbO3的各种构造的弹性表面波谐振子的欧拉角(0°，θ，0°)的θ和机电耦合系数的关系的图。
图11是表示在第五实验例中使用将SiO2膜的标准化膜厚h/λ设为0.25、将由Au构成的IDT电极的标准化膜厚H/λ设为0.04或0.08的情况下的LiNbO3的各种构造的弹性表面波谐振子的欧拉角(0°，θ，0°)的θ和反射系数的关系的图。
图12是表示在第五实验例中使用将SiO2膜的标准化膜厚h/λ设为0.25、将由Au构成的IDT电极的标准化膜厚H/λ设为0.04或0.08的情况下的LiNbO3的各种构造的弹性表面波谐振子的欧拉角(0°，θ，0°)的θ和机电耦合系数的关系的图。
图13是表示在第五实验例中使用将SiO2膜的标准化膜厚h/λ设为0.25、将由Cu构成的IDT电极的标准化膜厚H/λ设为0.04或0.08的情况下的LiNbO3的各种构造的弹性表面波谐振子的欧拉角(0°，θ，0°)的θ和反射系数的关系的图。
图14是表示在第五实验例中使用将SiO2膜的标准化膜厚h/λ设为0.25、将由Cu构成的IDT电极的标准化膜厚H/λ设为0.04或0.08的情况下的LiNbO3的各种构造的弹性表面波谐振子的欧拉角(0°，θ，0°)的θ和机电耦合系数的关系的图。
图15是表示在第五实验例中使用将SiO2膜的标准化膜厚h/λ设为0.25、将Al构成的IDT电极的标准化膜厚H/λ设为0.04或0.08的情况下的LiNbO3的各种构造的弹性表面波谐振子的欧拉角(0°，θ，0°)的θ和反射系数的关系的图。
图16是表示在第五实验例中使用将SiO2膜的标准化膜厚h/λ设为0.25、将由Al构成的IDT电极的标准化膜厚H/λ设为0.04或0.08的情况下的LiNbO3的各种构造的弹性表面波谐振子的欧拉角(0°，θ，0°)的θ和机电耦合系数的关系的图。
图17是表示在第五实验例中使用LiTaO3，并将SiO2膜的标准化膜厚h/λ设为0.25、将由Pt构成的IDT电极的标准化膜厚H/λ设为0.02、0.04或0.08的情况下的弹性表面波谐振子的欧拉角(0°，θ，0°)的θ和反射系数的关系的图。
图18是表示在第五实验例中使用LiTaO3，并将SiO2膜的标准化膜厚h/λ设为0.25、将由Pt构成的IDT电极的标准化膜厚H/λ设为0.02、0.04或0.08的情况下的弹性表面波谐振子的欧拉角(0°，θ，0°)的θ和机电耦合系数的关系的图。
图19是表示在第六实验例中使用LiNbO3基板，且作为IDT电极由埋入了Cu的构造构成，且该厚度设为波长的6％或10％、将占空比设为0.5的情况下的弹性表面波谐振子的阻抗特性及相位特性的图。
图20是表示在第六实验例中使用LiNbO3O3基板，且作为IDT电极使用埋入厚度H/λ为0.1的Cu的电极，并将IDT电极的占空比设为0.4、0.45、0.5、0.55或0.6的情况下的弹性表面波谐振子的阻抗特性及相位特性的图。
图21是表示在第六实验例中使用LiNbO3基板，且由埋入了占空比为0.6、厚度H/λ为0.06或0.1的Cu的IDT电极构成的情况下的弹性表面波装置的阻抗特性及相位特性的图。
图22是表示在第六实验例中使用欧拉角(0°，100°，0°)即10°Y切X传播的LiNbO3基板，作为IDT电极由埋入了Au的构造构成，占空比为0.5的情况下的IDT电极的标准化膜厚H/λ和弹性表面波的音速的关系的图。
图23是表示在第六实验例中使用欧拉角(0°，100°，0°)即10°Y切X传播的LiNbO3基板，且作为IDT电极由埋入了Pt的构造构成，且占空比为0.5的情况下的IDT电极的标准化膜厚H/λ和弹性表面波的音速的关系的图。
图24是表示在第六实验例中使用欧拉角(0°，100°，0°)即10°Y切X传播的LiNbO3基板，且作为IDT电极由埋入了W的构造构成，且占空比为0.5的情况下的IDT电极的标准化膜厚H/λ和弹性表面波的音速的关系图。
图25是表示在第六实验例中使用欧拉角(0°，100°，0°)即10°Y切X传播的LiNbO3基板，且作为IDT电极由埋入了Ta的构造构成，且占空比为0.5的情况下的IDT电极的标准化膜厚H/λ和弹性表面波的音速的关系的图。
图26是表示在第六实验例中使用欧拉角(0°，100°，0°)即10°Y切X传播的LiNbO3基板，且作为IDT电极由埋入了Ag的构造构成，且占空比为0.5的情况下的IDT电极的标准化膜厚H/λ和弹性表面波的音速的关系的图。
图27是表示在第六实验例中使用欧拉角(0°，100°，0°)即10°Y切X传播的LiNbO3基板，且作为IDT电极由埋入了Cu的构造构成，且占空比为0.5的情况下的IDT电极的标准化膜厚H/λ和弹性表面波的音速的关系的图。
图28是表示在第六实验例中使用欧拉角(0°，100°，0°)即10°Y切X传播的LiNbO3基板，且作为IDT电极由埋入了Mo的构造构成，且占空比为0.5的情况下的IDT电极的标准化膜厚H/λ和弹性表面波的音速的关系的图。
图29是表示在第六实验例中使用欧拉角(0°，100°，0°)即10°Y切X传播的LiNbO3基板，且作为IDT电极由埋入了Al的构造构成，且占空比为0.5的情况下的IDT电极的标准化膜厚H/λ和弹性表面波的音速的关系的图。
图30是表示在第六实验例中使用欧拉角(0°，100°，0°)即10°Y切X传播的LiNbO3基板，且作为IDT电极由埋入了Al的构造构成，且占空比为0.45的情况下的IDT电极的标准化膜厚H/λ和相当于fr的弹性表面波的音速的关系的图。
图31是表示在第六实验例中使用欧拉角(0°，100°，0°)即10°Y切X传播的LiNbO3基板，且作为IDT电极由埋入了Al的构造构成，且占空比为0.55的情况下的IDT电极的标准化膜厚H/λ和相当于fr的弹性表面波的音速的关系的图。
图32是表示在第六实验例中使用欧拉角(0°，100°，0°)即10°Y切X传播的LiNbO3基板，且作为IDT电极由埋入了Al的构造构成，且占空比为0.85的情况下的IDT电极的标准化膜厚H/λ和相当于fr的弹性表面波的音速的关系的图。
图33是表示在第一实验例中测定的弹性表面波谐振子的频率特性的图，是实线表示形成SiO2膜的弹性表面波谐振子的阻抗特性及相位特性、虚线表示没有形成SiO2膜的弹性表面波谐振子的阻抗特性及相位特性的图。
图34是本发明的第二实施方式的可调滤波器的电路图。
图35是表示在第二实施方式的可调滤波器中，将可变电容器C2及C6的电容设为相同，将可变电容器C2的电容设为0.25pF、0.5pF、0.75pF或1.0pF的情况下的可调滤波器的滤波器特性的变化的图。
图36是表示具有在设置于压电基板上的槽中填充金属而形成的IDT电极的弹性表面波谐振子、及在压电基板的上表面形成了由金属构成的IDT电极的弹性表面波谐振子的各阻抗特性的图。
图37是本发明的第三实施方式的可调滤波器的电路图。
图38是表示在第三实施方式的可调滤波器中，将可变电容器C2的静电容和可变电容器的C3的静电容设为相同，且将可变电容器CP1和可变电容器CP2的静电容设为相同，且使可变电容器C2、C3的静电容、和可变电容器CP1、CP2的静电容变化的情况下的滤波器特性的变化的图。
图39是表示Cu电极形成于欧拉角(0°、94°、0°)的LiNbO3上的构造的弹性表面波的谐振及反谐振音速和Cu膜厚的关系的图。
图40是表示在欧拉角(0°、94°、0°)的LiNbO3上形成Cu电极的构造和在LiNbO3基板上的槽中埋入Cu电极的构造的机电耦合系数和Cu膜厚的关系的图。
图41是表示在欧拉角(0°，100°，0°)的LiNbO3埋入了Ni电极的构造的各种占空比中的谐振和反谐振频率音速的Ni膜厚依存性的图。
图42是表示在欧拉角(0°，100°，0°)的LiNbO3埋入了Au电极的构造的占空比和Au膜厚的下限值的图。
图43是表示在欧拉角(0°，100°，0°)的LiNbO3埋入了Pt电极的构造的占空比和Pt膜厚的下限值的关系的图。
图44是表示在欧拉角(0°，100°，0°)的LiNbO3埋入了W电极的构造的占空比和W膜厚的下限值的关系的图。
图45是表示在欧拉角(0°，100°，0°)的LiNbO3埋入了Ta电极的构造的占空比和Ta膜厚的下限值的关系的图。
图46是表示在欧拉角(0°，100°，0°)的LiNbO3埋入了Ag电极的构造的占空比和Ag膜厚的下限值的关系的图。
图47是表示在欧拉角(0°，100°，0°)的LiNbO3埋入了Cu电极的构造的占空比和Cu膜厚的下限值的关系的图。
图48是表示在欧拉角(0°，100°，0°)的LiNbO3埋入了Mo电极的构造的占空比和Mo膜厚的下限值的关系的图。
图49是表示在欧拉角(0°，100°，0°)的LiNbO3埋入了Ni电极的构造的占空比和Ni膜厚的下限值的关系的图。
图50是表示在欧拉角(0°，100°，0°)的LiNbO3埋入了Al电极的构造的占空比和Al膜厚的上限值的关系的图。
图51(a)是本发明的变形例所涉及的可调滤波器的电路图，(b)是包含串联臂谐振子S3的串联臂和包含电感器L5的并联臂构成回路进一步级联连接的、本发明的其它变形例的可调滤波器的电路图。
图52是用于说明现有可调滤波器的电路图。
具体实施方式
下面，通过参照附图对本发明的实施方式进行说明，可使本发明明了。
图1(a)是表示本发明一实施方式的可调滤波器的电路图，(b)是表示用于该可调滤波器的弹性表面波谐振子的示意性俯视图，(c)是沿着(b)中的I-I线的部分的正面剖面图，(d)是(c)中的SiO2膜不存在的构造的正面剖面图。
如图1(a)所示，可调滤波器1具有输入端子2和输出端子3。在连结输入端子2和输出端子3的串联臂中，多个串联臂谐振子S1及S2相互串联连接。在此，在串联臂谐振子S1的输入侧，在串联臂谐振子S1上串联连接有可变电容器4。另外，在串联臂谐振子S2的输出侧，在串联臂谐振子S2上串联连接有可变电容器5。
在串联臂谐振子S1的输入侧，形成有连结串联臂和接地电位的第一并联臂。在第一并联臂上连接有并联臂谐振子P1。在第一并联臂，在并联臂谐振子P1上串联连接有可变电容器6。另外，在串联臂谐振子S1、S2间的接点和接地电位之间形成有第二并联臂。在第二并联臂上连接有第二并联臂谐振子P2，在并联臂谐振子P2上串联连接有可变电容器7。另外，在串联臂谐振子S2的输出侧，第三并联臂以连结串联臂和接地电位的方式形成，在第三并联臂连接有并联臂谐振子P3及可变电容器8。可变电容器8与并联臂谐振子P3串联连接。
上述串联臂谐振子S1、S2及并联臂谐振子P1～P3均由弹性表面波谐振子形成。众所周知，梯形滤波器中，通过串联臂谐振子的谐振频率和并联臂谐振子的反谐振频率形成通带。通过将上述可变电容器4～8串联连接于串联臂谐振子或并联臂谐振子，且使该可变电容器4～8的静电容变化，能够使串联臂及并联臂上的谐振特性发生变化。因此，与专利文献1中记载的可调滤波器相同，能够使可调滤波器1的中心频率发生变化。
上述串联臂谐振子S1、S2及并联臂谐振子P1～P3由弹性表面波谐振子构成。以串联臂谐振子S1为代表说明弹性表面波谐振子的构造。如图1(b)、(c)及(d)所示，构成串联臂谐振子S1的弹性表面波谐振子具有压电基板11。压电基板11在本实施方式中由15°Y切X传播的LiNbO3构成。即，将欧拉角为(0°，105°、0°)的LiNbO3基板作为压电基板11使用。
在压电基板11的上表面11a，作为凹部形成有多个槽11b。通过在该槽11b内填充电极材料，形成IDT电极12。如图1(b)所示，本实施方式中，在IDT电极12的弹性表面波传播方向两侧形成有反射器13、14。由此，构成1端口型弹性表面波谐振子。
另外，反射器13、14也通过在设置于压电基板11的上表面11a上的凹部即多个槽中填充电极材料而形成。
如图1(c)、(d)所示，将上述IDT电极12的上表面即电极指部分的上表面与压电基板11的上表面11a设为一面。
因此，在形成上述IDT电极12及反射器13、14后，压电基板11的上表面11a被平坦化。图1(c)的构造中，以覆盖该压电基板11的上表面11a的方式形成有SiO2膜15。在图1(d)的构造中，没有形成SiO2膜。
以串联臂谐振子S1为例进行了说明，但串联臂谐振子S2也同样地构成。另外，串联臂谐振子S1、S2将谐振频率设定在可调滤波器1的通带内，将反谐振频率设定在比通带更靠高频段(高域)侧的衰减范围。另一方面，并联臂谐振子P1～P3将谐振频率形成于比通带更靠低频段(低域)侧的衰减范围，将反谐振频率形成于通带内。
本实施方式的可调滤波器1中，串联臂谐振子S1、S2及并联臂谐振子P1～P3具有如上所述的构造，因此，能够提高弹性表面波谐振子的机电耦合系数k2，由此，可拓宽比频带(带域)宽度。而且，由于成膜有SiO2膜，因此，可使频率温度系数TCF的绝对值减小，使温度变化的特性的变化减小。参照图2～图8对此进行说明。
(第一实验例)
图2是表示使用15°Y切X传播的LiNbO3基板、即欧拉角(0°，105°，0°)的LiNbO3基板，作为电极材料使用Al，且将弹性表面波谐振子的波长设为λ时，将IDT电极12的膜厚H/λ设为0.17、将SiO2膜的膜厚h/λ设为0.22时的弹性表面波谐振子的阻抗特性及相位特性的图。为了进行比较，除了没有形成SiO2膜，在图33中用虚线表示同样形成的弹性表面波谐振子的阻抗—频率特性及相位特性。另外，图33，为了使对比明显，用实线再一次表示图2的特性。
由图33表明，关于反谐振点中的阻抗相对于谐振频率中的阻抗的比即峰谷比，在没有形成SiO2膜的情况下，为57.5dB，与之相对，在形成了SiO2膜的构造中，可增大至60.2dB。另外，关于频率温度系数TCF，在不具有SiO2膜的情况下为-120ppm/℃，但由于SiO2膜的形成，可将其绝对值减小至-10～-30ppm/℃。
因此，可知，通过SiO2膜的形成，机电耦合系数k2多少减小一些，但可增大峰谷比。另外，可知能够改善温度特性。
(第二实验例)
接着，形成图3所示的可调滤波器21，调查了可变电容器的静电容的变化带来的滤波器特性的变化。图3所示的可调滤波器21中，在连结输入端子22和输出端子23的串联臂中，将串联臂谐振子S1、S2相互串联连接。而且，在串联臂谐振子S1的输入侧，在串联臂谐振子S1上串联连接有可变电容器C2。另外，在串联臂谐振子S1的输入侧，在连结串联臂和接地电位的并联臂上连接有电容器C1。
在连结串联臂谐振子S1及S2间的接点和接地电位的第二并联臂中，连接有电感器L1。另外，在串联臂谐振子S2的输出侧，可变电容器C3连接于串联臂谐振子S2。另外，连结输出端子3和接地电位之间的第三并联臂上连接有电容器C4。另外，即使代替电感器L1使用电容，也显示非常相似的特性。
在此，串联臂谐振子S1、S2与上述相同，使用15°Y切X传播、欧拉角为(0°，105°，0°)的LiNbO3基板，在上表面的槽中埋入Al作为电极材料，形成了标准化膜厚H/λ为0.17的IDT电极及反射器。另外，没有形成SiO2膜。另外，在将可变电容器C2和可变电容器C3的静电容设为相等的构造中，如图4所示，使静电容变化为1pF、2pF、5pF、10pF、25pF、50pF或100pF，测定了滤波器特性。
关于串联臂谐振子S1、S2的静电容，通过使IDT电极的电极指的对数或者交叉宽度变化进行了调整。上述电感器L1的值设为12nH。
图4表示如上述使电容器C1～C4及串联臂谐振子S1、S2的静电容变化的情况下的滤波器特性的变化。由图4可明确得知，随着电容从1pF变化至100pF，滤波器的中心频率在从2.21GHz到2.48GHz附近之间进行变化，即变化约11％。因此，可知，通过使电容器C1～C4的静电容变化，可调整具有这样的电路结构的滤波器的通带。如后所述，通过在图3的输入端子22和输出端子23之间连接电容，可改善2.53GHz以上的高频率的衰减量。
本实验例中，使用了欧拉角(0°，105°，0°)的LiNbO3，但根据本申请发明者的实验，确认了在使用(0°，80°～130°，0°)的范围的LiNbO3基板的情况下，得到与本实验例相同的结果。
(第三实验例)
将欧拉角为(0°，126°，0°)的LiTaO3基板作为压电基板使用，作为电极材料使用Au，以覆盖压电基板的方式对SiO2膜进行成膜，制造各种构造的弹性表面波谐振子。将由弹性表面波谐振子的IDT电极的电极指间距决定的波长设为λ时，将SiO2膜的厚度h以波长λ进行标准化形成的标准化厚度h/λ设为0.3。作为准备好的弹性表面波谐振子，准备了以下第一～第四弹性表面波谐振子A～D。
第一弹性表面波谐振子A：在压电基板的上表面形成电极，进一步形成SiO2膜的构造。在SiO2膜的上表面，在电极位于下方的部分形成有相当于基底电极的厚度的高度的凸部。
第二弹性表面波谐振子B：除了不存在SiO2膜的上表面的凸部，与第一弹性表面波谐振子A相同。SiO2膜的上表面被平坦化。
第三弹性表面波谐振子C：通过在设置于压电基板的上表面的槽填充电极材料形成有IDT电极及反射器的构造。电极的上表面和压电基板的上表面被设为一面。在SiO2膜的上表面，在电极存在于下方的部分形成有与电极的厚度大致相等的高度的凸部的构造。
第四弹性表面波谐振子D：除了在SiO2膜的上表面不形成凸部且SiO2膜的上表面被平坦化之外，与第三弹性表面波谐振子C相同的构造。
图5表示在上述第一～第四弹性表面波谐振子A～D中，SiO2膜的标准化膜厚h/λ为0.3时的、使电极的标准化膜厚H/λ变化的情况下的反射系数的变化。另外，图6是表示在上述第一～第四弹性表面波谐振子中使电极的标准化膜厚H/λ变化的情况下的机电耦合系数k2的变化的图。众所周知，SiO2膜的频率温度系数TCF具有正的值，LiTaO3基板的频率温度系数TCF具有负的值。由此，在任一种情况下，通过SiO2膜的成膜，都能够减小频率温度系数TCF的绝对值，并可改善温度特性。
但是，由图5及图6表明，可知，在形成SiO2膜的情况下，第一弹性表面波谐振子A、第二弹性表面波谐振子B及第三弹性表面波谐振子C中，随着机电耦合系数k2减小，IDT电极的标准化膜厚H/λ增加，机电耦合系数k2减小。
与之相对，第四类型的弹性表面波谐振子D中，通过将IDT电极的标准化膜厚设为特定的范围，可提高机电耦合系数k2。SiO2膜的上表面平坦的第四类型的弹性表面波谐振子D中，通过将IDT电极的标准化膜厚H/λ设为0.01～0.09，可有效提高机电耦合系数k2。
另外，由图5表明，可知，第一～第四任一类型的弹性表面波谐振子A～D中，随着IDT电极的膜厚增厚，反射系数提高。
比较第三～第四弹性表面波谐振子C～D的结果，则在上表面设有凸部的第三弹性表面波谐振子C中，与第四弹性表面波谐振子D相比，IDT电极的标准化膜厚相同，能提高反射系数。由此，可知为了提高反射系数，优选在SiO2膜的上表面形成凸部。
但是，反射系数可根据用途而为某种程度(例如0.02)以上，因此，降低由IDT电极的膜厚的不均引起的反射系数的不均，或者构成宽的带通的谐振子，在此基础上，优选SiO2膜的上表面被平坦化了的第四类型的弹性表面波谐振子D。
如上所述，根据本实验例，在设置于欧拉角(0°、126°、0°)的LiTaO3的压电基板的上表面的槽中埋入Au形成IDT电极，并形成SiO2膜的构造中，在SiO2膜的表面平坦的情况下，通过将IDT电极的标准化膜厚H/λ设为0.01～0.09，可有效提高机电耦合系数。由此，可知能够拓宽比频带宽度。由此可知，使用于可调滤波器的串联臂谐振子或并联臂谐振子的情况下，可进一步有效地调整可调滤波器的频率特性。另外，即使是Au以外的电极也可得到相同的结果。
(第四实验例)
接着，通过将欧拉角(0°，103°，0°)的LiNbO3基板作为压电基板使用，在压电基板的上表面的槽填充Au作为电极材料，形成IDT电极及反射器。另外，在压电基板的上表面形成SiO2膜。但是，在SiO2膜的上表面形成了与IDT电极的厚度相等高度的凸部。即，形成第三实验例中制造的第三类型的弹性表面波谐振子C。
使SiO2膜的标准化膜厚h/λ、IDT电极的标准化膜厚H/λ变化，求出反射系数及机电耦合系数的变化。图7是表示SiO2膜的标准化膜厚h/λ为0.2、0.3或0.4的情况下的IDT电极的标准化膜厚H/λ的变化带来的反射系数的变化的图，图8是表示机电耦合系数k2的变化的图。
由图7表明，得知，在SiO2膜的标准化膜厚h/λ为0.2、0.3或0.4的任一种情况下，随着IDT电极的标准化膜厚H/λ增大，反射系数提高。
另一方面，由图8可知，在SiO2膜的标准化膜厚h/λ为0.2的情况下，随着IDT电极的标准化膜厚H/λ增厚，机电耦合系数k2降低。
与之相对，SiO2膜的标准化膜厚h/λ为0.3或0.4的情况下，随着IDT电极的标准化膜厚H/λ增加，机电耦合系数k2增加，H/λ进一步增加时，机电耦合系数k2有降低的倾向。即，由图8表明，得知，在SiO2膜的上表面设有凸部的第三类型弹性表面波谐振子C中，通过将SiO2膜的标准化膜厚h/λ设为0.3以上，并通过选择IDT电极的标准化膜厚H/λ，可提高机电耦合系数k2。
SiO2膜的标准化膜厚h/λ不足0.2的情况下，虽然提高IDT电极的标准化膜厚H/λ时，反射系数增高，但是机电耦合系数k2降低，反射系数和机电耦合系数k2处于折中的关系。但是，根据用途，反射系数可为某种程度以上的值，不需要大。
但是，可知在SiO2膜的标准化膜厚h/λ为0.3以上的情况下，通过选择IDT电极的标准化膜厚H/λ，可将反射系数和机电耦合系数k2双方适度增大。由此，在LiNbO3的上表面形成槽，在该槽形成电极，并进一步形成SiO2膜的构造中，在SiO2膜的上表面形成有凸部的情况下，SiO2膜的标准化膜厚h/λ可为0.2以上。
本实验例中，通过采用在设置于欧拉角(0°，103°，0°)的LiNbO3的压电基板的上表面的槽中填充Au，并对SiO2膜进行成膜，且进一步在SiO2膜的上表面形成有凸部的构造，如上所述，能够提高机电耦合系数k2和反射系数双方，因此，作为上述的可调滤波器的串联臂谐振子或并联臂谐振子使用的情况下，不仅可改善可调滤波器的温度特性，通过提高机电耦合系数，还可进一步有效地调整带通宽度。
(第五实验例)
在上述第三、第四实验例中，分别使用了欧拉角(0°，126°，0°)的LiTaO3或(0°，103°，0°)的LiNbO3，但根据本申请发明者的实验，关于LiTaO3，确认了在使用(0°，85°～150°，0°)的LiTaO3的情况下，也可得到同样的结果。
另外，关于LiNbO3，确认了在使用(0°，80°～130°，0°)的LiNbO3的情况下，也可得到同样的结果。
参照图9～图16对此进行说明。在欧拉角(0°，θ，0°)的LiNbO3基板的上表面形成槽，在该槽内填充金属形成IDT电极，进一步形成SiO2膜，得到与第三实验例中的第四弹性表面波谐振子D相同的构造。另外，为了进行比较，在(0°，θ，0°)的LiNbO3基板上形成电极，并进一步形成SiO2膜，SiO2膜的上表面平坦地形成，而制造了具有与上述弹性表面波谐振子B相同构造的比较例的弹性表面波谐振子。另外，SiO2膜的标准化膜厚h/λ在不存在电极的附近设为0.25。
在上述两种弹性表面波谐振子中，使用Pt作为电极材料，将电极的标准化膜厚H/设为0.04或0.08，测定欧拉角θ带来的反射系数及机电耦合系数的变化。将结果示于图9及图10。
由图9及图10可知，在使用Pt作为电极材料的情况下，在相当于本发明的实施方式的弹性表面波谐振子中，如果LiNbO3的欧拉角为(0°，80°～130°，0°)范围，则可得到充分大的机电耦合系数。接着，电极材料Pt变更为Au、Cu或Al，同样求出欧拉角θ和反射系数及机电耦合系数的关系。将结果示于图11～图16。如从图11～图16所明了那样，使用Au、Cu或Al作为电极材料的情况下，同样，如果LiNbO3的欧拉角θ为80°～130°范围，则与第四实验例同样可得到大的机电耦合系数。另外，可知与和弹性表面波谐振子B相同的构造相比，与弹性表面波谐振子D相同的的欧拉角也可得到大的机电耦合系数。
同样，在欧拉角(0°，θ，0°)的LiTaO3基板的上表面形成槽，在该槽内填充金属而形成IDT电极，进一步形成SiO2膜，得到与第三实验例中的第四类型的弹性表面波谐振子D相同的构造。另外，为了进行比较，在(0°，θ，0°)的LiTaO3基板上形成电极，以SiO2膜的上表面平坦的方式形成SiO2膜，制造具有与上述的弹性表面波谐振子B相同构造的比较例的弹性表面波谐振子。另外，SiO2膜的标准化膜厚h/λ在不存在电极的附近设为0.25。
在上述两种弹性表面波谐振子中，使用Pt作为电极材料，将电极的标准化膜厚H/λ设为0.02、0.04或0.08，测定欧拉角θ带来的反射系数及机电耦合系数的变化。将结果示于图17及图18。因此，关于LiTaO3，确认了在使用欧拉角为(0°、85°～150°、0°)的LiTaO3的情况下，同样可提高机电耦合系数，并有效地调整带通宽度。另外，根据本申请发明者的实验，确认了即使在将电极材料从Pt变更为Au、Cu或Al的情况下，在相同的欧拉角θ的范围内，同样可提高机电耦合系数。另外，在槽中埋入电极的构造显示大的机电耦合系数。
另外，确认了在LiTaO3及LiNbO3的欧拉角显示中，相对于(0°，θ，0°)，如果为(0°±5°、θ、0°±5°)范围，即关于欧拉角φ及ψ，如果为0°±5°，则可得到与欧拉角φ及ψ为0°的情况相同的结果。由此，指出了φ及ψ为0°是允许在0°±5°范围。
(第六实验例)
在梯形滤波器或谐振子型滤波器中使用的弹性表面波谐振子中，在相当于弹性表面波谐振子的谐振频率和反谐振频率的音速之间不存在压电基板的慢的横波音速的情况下，得到良好的反谐振特性。在相当于弹性表面波谐振子的谐振频率和反谐振频率的音速之间存在压电基板的慢的横波音速的情况下，在谐振频率和反谐振频率之间产生相当于慢的横波的频率的伪值。因此，不能得到良好的反谐振特性。
图19是表示在Y切X传播的LiNbO3基板的上表面形成槽并在该槽内填充Cu而形成IDT电极的弹性表面波谐振子的阻抗频率特性及相位频率特性的图。图19中，表示槽的深度即由Cu构成的IDT电极的厚度H/λ为波长λ的6％＝0.06及10％＝0.1的情况下的结果。另外，图19的横軸不是以频率而是以弹性表面波的频率和波长λ的积即音速进行表示。
由图19表明，由Cu构成的IDT电极的厚度H/λ为0.06的情况下，相当于反谐振频率的音速约为4200米/秒，LiNbO3的慢(遅い)的体波横波音速比4060米/秒快，因此，谐振频率和反谐振频率之间存在慢的横波，反谐振频率附近的阻抗特性曲线不尖锐而为钝。
与之相对，由Cu构成的IDT电极的厚度H/λ为0.1的情况下，相当于反谐振频率的音速约为3900米/秒，LiNbO3的慢的体波横波音速比4060米/秒慢，因此，反谐振频率附近的阻抗特性陡峭，可得到良好的特性。
从后述的图27也可对此进行说明。图27表示占空比0.5的Cu电极被埋入(0°，100°，0°)LiNbO3上的构造的音速的Cu膜厚依存性。图中fa是利用相当于反谐振频率的有限元法分析的电极打开时的阻带上端的频率，fr是相当于谐振频率的电极短路时的阻带的下端的频率。由图显示出：Cu电极标准化膜厚H/λ为0.01～0.09范围中，慢的体横波音速存在于谐振频率和反谐振频率之间，特性钝或者产生伪值而不能得到良好的频率特性。另一方面，图39、40显示出，Cu电极存在于(0°，94°，0°)LiNbO3上的构造的音速及机电耦合系数的Cu电极厚度依存性。如图39所示，Cu电极存在于LiNbO3基板上的构造中，Cu电极厚度H/λ为0.04以上，慢的横波音速成为谐振和反谐振音速的范围外，但如图40所示，存在机电耦合系数比埋入了Cu电极的构造的机电耦合系数小这一缺点。图27和图39中，欧拉角θ多少有些不同，但欧拉角以θ＝94°和θ＝100°而显示大致相同的值。
谐振及反谐振频率中的音速不仅可通过构成IDT电极的材料及IDT电极的厚度，也可通过IDT电极的占空比进行控制。图20是表示在与图19的情况相同的构造中，由Cu构成的IDT电极的厚度H/λ设为0.1，将占空比设为0.4、0.45、0.5、0.55或0.6的情况下的各阻抗特性及相位特性的图。
由图20表明，占空比为0.4的情况下，反谐振频率中的音速比慢的体波横波音速快。另一方面，占空比为0.45、0.50、0.55及0.6的情况下，反谐振频率中的音速比慢的体波横波音速慢，反谐振频率附近的阻抗特性陡峭。
图21是表示在与图19相同的构造中，将由Cu构成的IDT电极的占空比设为0.6的情况下的阻抗特性及相位特性的图。如图19所示，由Cu构成的IDT电极的厚度H/λ为0.06的情况下，占空比为0.5时，反谐振频率的音速比上述体波横波音速快。与之相对，如图21所示，即使由Cu构成的IDT电极的厚度H/λ为波长的6％即0.06，占空比为0.6时，可使反谐振频率的音速比体波横波音速慢。这样，除了构成IDT电极的金属的种类、及厚度以外，通过增大占空比，可使反谐振频率的音速比体波横波音速慢，因此，优选Cu厚度H/λ为0.1时将占空比设为0.45以上，Cu厚度H/λ为0.06时将占空比设为0.06以上。占空比优选为0.87以下。占空过大于0.87时，电极有可能短路。谐振子构造中，可通过有限元法，对电极打开时的阻带的上端、下端、电极短路时的阻带的上端及下端的各频率或者音速进行计算。该四个音速内，两个音速几乎一致，剩余两个音速中较快的一方的音速相当于反谐振频率的音速，慢的一方的音速相当于谐振频率的音速。因此，如上所述，为了得到谐振频率中的阻抗特性陡峭的良好的谐振子，只要在相当于与谐振和反谐振频率相当的阻带的端部的音速间不存在体波横波音速即可。因此，为了得到良好的特性的可调滤波器，优选使用满足上述条件的谐振子。
但是，可调滤波器中，为了使用比反谐振频率低的频率，在实用上，可在频率比反谐振频率低10％左右的部分使谐振特性变钝。即，即使反谐振频率中的音速比体波横波音速快10％左右、或者谐振频率的音速比体波横波音速慢，也不会产生阻碍。
图22～图28及图41是表示在10°Y切X传播即欧拉角(0°，100°，0°)的LiNbO3的上表面的槽中分别埋入Au、Pt、W、Ta、Ag、Cu、Mo或Ni而形成IDT电极的图1(d)的构造的弹性表面波装置中的IDT电极的标准化膜厚H/λ、和电极打开时的阻带的上端、及下端、以及电极短路时的阻带的上端及下端的各弹性表面波的音速的关系的图。另外，IDT电极的占空比都为0.5。图22～图28中，对相当于谐振频率的音速标记fr的记号进行表示，对相当于反谐振频率的音速标记fa的记号进行表示。另外，4060米/秒的虚线表示体波横波音速。
由图22～图28及图41表明，可知，由Au、Pt、W、Ta、Ag、Cu、Mo或Ni构成的电极的标准化厚度H/λ优选分别为0.022以上、0.027以上、0.037以上、0.04以上、0.06以上、0.09以上、0.10以上或0.14以上时，显示良好的谐振特性。不妨碍实用的范围为比其薄10％的范围，因此，分别为0.02以上、0.024以上、0.033以上、0.036以上、0.051以上、0.081以上、0.09以上及0.126以上时，能得到不妨碍实用的特性。
另外，关于上述IDT电极的标准化厚度H/λ的上限，图22～图28、图41中，显示至0.14或0.2为止的范围的结果，但超过0.14直至0.3为止显示几乎相同的值，全部反谐振频率fa为横波音速以下。IDT电极的厚度H/λ超过0.30时，这些高密度金属构成的电极中有可能难以加工。
另外，IDT电极的占空比增大时，如上述图20、21，IDT电极的膜厚可以变薄。例如，由图41可知，Ni构成的IDT电极中，占空比为0.65的情况下，优选的是，IDT电极的厚度H/λ为0.125以上，实用上为0.112以上即可，占空比0.8的情况下，IDT电极厚度H/λ为0.085以上，实用上为0.077以上即可。相对于占空比的膜厚的下限值如图42～49所示。占空比优选为0.15～0.85。占空比更优选为大于0.5。占空比为0.15～0.85或大于0.5时，占的空比、和电极膜厚下限优选为图42～49及上述表1所示的值，上限优选为表1所示的值、上限优选为表1所示的值。但是，膜厚上限在实用上如上所述，也可为薄10％的膜厚。另外，即使LiNbO3基板的切角发生了变化，音速变化量也相同，因此，IDT电极的优选厚度大致相同。
但是，仅Al构成的IDT电极显示例外的表现。图22～图28中所示的各材料构成的IDT电极中，相当于谐振频率fr的音速及相当于反谐振频率fa的音速在IDT电极的厚度变化时，从比体波横波音速快的区域向慢的区域急剧变化。与之相对，如图29所示，可知使用由Al构成的IDT电极的情况下，相当于谐振频率的音速及相当于反谐振频率的音速无论电极的厚度如何都比体波横波音速快。因此，在谐振和反谐振音速之间没有体横波音速，因此，可以认为谐振频率和反谐振频率之间不发生特性的劣化。图33的虚线为与上述相同的构造，其中，使用Al构成的IDT电极，表示该厚度H/λ为0.17的情况下的阻抗特性及相位特性。由图33表明得知，反谐振频率中，阻抗特性曲线比较的尖锐，显示出良好的特性。即，可知谐振频率中的音速及反谐振频率中的音速之间不存在体波横波音速，因此可得到良好的特性。
使用由Al构成的IDT电极的情况下的电极的优选膜厚H/λ的范围为0.04以上、0.33以下。0.04为相当于谐振频率fr的音速从电极短路时的阻带的下端上的音速变化至阻带的上端的音速的Al的膜厚H/λ。虽然未图示，但是0.33是相当于谐振频率fr的音速及相当于反谐振频率fa的音速双方比体波横波音速快的Al膜厚。占空比为0.15～0.85的范围且相当于谐振频率fr的音速及相当于反谐振频率fa的音速的双方比体波横波音速快的范围，更加优选。加工上，与占空比小且深的槽相比，占空比大且浅的槽容易制造，因此，优选占空比超过0.5。
Au、Pt、W、Ta、Ag、Cu、Mo或Ni的情况下，由于膜厚而音速急激降低，但是在fr和fa的音速之间不存在慢的横波时，显示良好的谐振特性。因此，优选的是，在电极被埋入基板的构造中，由Au、Pt、W或Ta构成的电极中，标准化膜厚H/λ为0.006以下，Ag电极中为0.01以下，Cu、Mo或Ni中为0.013以下，由此，得到良好的特性。
因此，由图22～图28的结果来看，占空比大于0.5的情况下，使用各金属材料时的IDT电极的优选厚度的范围为下述表6所示的范围。
[表6]
(X：占空比)
  电极   膜厚下限(λ)   膜厚上限(λ)
  Au   0.0381-0.0211X-0.0222X2   0.25
  Pt   0.0501-0.0445X-0.0031X2   0.25
  W   0.0748-0.0978X+0.0444X2   0.25
  Ta   0.0739-0.0789X+0.0222X2   0.25
  Ag   0.1287-0.1767X+0.0667X2   0.25
  Cu   0.1883-0.23X+0.0667X2   0.25
  Mo   0.1497-0.0990X   0.25
  Ni   0.22112-0.13613X+0.0439X2   0.25
另外，更优选的范围为下述表7所示的范围。
[表7]
(X：占空比)
  电极   膜厚下限(λ)   膜厚上限(λ)
  Au   0.0343-0.0190X-0.0200X2   0.25
  Pt   0.0451-0.0401X-0.0028X2   0.25
  W   0.0673-0.0880X+0.040X2   0.25
  Ta   0.0665-0.0710X+0.020X2   0.25
  Ag   0.1158-0.1590X+0.060X2   0.25
  Cu   0.1695-0.207X+0.060X2   0.25
  Mo   0.1347-0.0891X   0.25
  Ni   0.1997-0.1259X-0.0358X2   0.25
图30～图32是表示在设置于欧拉角(0°，100°，0°)的LiNbO3基板上的槽中填充Al而构成的弹性表面波装置中，形成由Al构成的IDT电极的占空比分别为0.45、0.55及0.85的情况下的IDT电极的由Al构成的金属膜的膜厚H/λ和弹性表面波的音速的关系的图。图30～图32显示相当于在电极短路时的阻带的上端的谐振频率的音速的结果。反谐振频率比谐振频率高。因此，图30～图32表示在谐振频率比体横波音速快时，在谐振频率和反谐振频率之间不出现伪值的充分的条件。
通常认为：在相当于谐振及反谐振频率的音速双方不是体横波音速以下时为泄漏表面波的状态因此不能得到良好的特性，但是，首次证明了若谐振和反谐振频率间没有体横波音速，则显示出良好的谐振特性。
由图30可知，占空比为0.45的情况下，在由Al构成的IDT电极的膜厚为标准化膜厚0.37即0.37λ的厚度附近，相当于谐振频率fr的音速为约4060米/秒。同样，如图31所示占空比为0.55的情况下由Al构成的IDT电极的标准化膜厚H/λ为0.25时，如图32所示占空比为0.85的情况下由Al构成的IDT电极的标准化膜厚H/λ为0.065时，弹性表面波的音速为体横波音速4060米/秒。
由图30～图32可知，使用由Al构成的IDT电极的情况下，IDT电极的厚度H/λ为0.04以上、0.37以下时，占空比也可以是0.45以下。另外，IDT电极的标准化膜厚H/λ为0.04～0.029时，占空比也可以是0.55，即也可以是0.55以上。
图50表示占空比和Al电极膜厚的上限值。该式中设占空比为X、Al厚度为Y时，满足Y＝-0.9X+0.766。因此，Al电极膜厚H/λ为0.04以上，上限为满足该式的值以下。
另外，占空比的上限优选为0.85。超过0.85时，难以形成电极。
因此，从图29～32、图50来看，在LiNbO3基板上埋入了Al或Al合金的IDT电极的优选膜厚的范围为下述表8所示的范围。
[表8]
(Y：Al膜厚，X：占空比)
  电极   下限   上限
  Al   0.036λ   Y＝-0.9X+0.766
另外，更优选的范围为下述表9所示的范围。
[表9]
(Y：Al膜厚，X：占空比)
  电极   下限   上限
  Al   0.036λ   Y＝-0.81X+0.689
在将由Au、Pt、W、Ta、Ag、Cu、Mo或Ni构成的电极埋入LN基板的情况下，也可在相当于谐振频率及反谐振频率的音速双方比慢的横波音速快时，得到没有慢的横波带来的伪值的谐振子。该情况下，优选的是，由Au、Pt、W或Ta构成电极的标准化膜厚H/λ为0.006以下，由Ag构成的电极中为0.01以下，由Cu、Mo或Ni构成的电极中，为0.013以下。由此，可得到伪值少的良好的特性。
图34是本发明的其它实施方式的可调滤波器的电路图。图34所示的可调滤波器31中，连结输入端子32和输出端子33的串联臂上，串联臂谐振子S1、S2相互串联连接。在串联臂谐振子S1的输入侧，串联臂谐振子S1上串联连接有可变电容器C2。另外，在串联臂谐振子S1的输入侧，在连结串联臂和接地电位的并联臂上设置有电容器C1。
在连结串联臂谐振子S1及S2间的接点和接地电位的第二并联臂上插入有电感器L4。另外，在串联臂谐振子S2的输出侧连接有可变电容器C6。另外，在连结输出端子3和接地电位之间的第三并联臂上连接有电容器C7。
而且，在可调滤波器31中，在连结输入端子32和输出端子33之间的串联臂上并联插入有电容器Cf。
除了插入有电容器Cf，图34的可调滤波器31与图3的可调滤波器21相同。
将图36的实线所示的特性，更具体而言，由Cu构成的IDT电极的厚度H/λ为0.1，占空比为0.6的弹性表面波谐振子作为上述串联臂谐振子S1、S2而使用，构成了可调滤波器31。该情况下的可调滤波器31的特性示于图35。由图35表明，得知，通过使电容器C2及C6的静电容相等，并使这些静电容提高至0.5pF、0.75pF、1.0pF，可使中心频率变化为1860MHz、1813MHz、1750MHz。即，以1813MHz为基准时，可使中心频率在±3％的范围内变化。该情况下，关于与电容器C1、电感器L1及电容器C4等的接地电位连接的元件，其阻抗若为20～100Ω的范围内，则可减少损失。
即，优选将插入与接地电位连接的并联臂的元件的阻抗设为20Ω～100Ω的范围内。为该范围内的阻抗值的情况下，与和电容器C1、C4或电感器L1的前后连接的电路的阻抗匹配良好。由此，能够使插入损失减小。
图37是表示本发明第三实施方式的可调滤波器的电路图。图37的可调滤波器41与图35所示的可调滤波器21大致相同。不同之处在于具备与串联臂谐振子S1并联连接的可变电容器CP1及与串联臂谐振子S2并联连接的可变电容器CP2。
即，与串联臂谐振子S1、S2串联连接的可变电容器C2、C3为本发明中的第一可变电容器。另外，与串联臂谐振子S1及S2分别并联连接的可变电容器CP1、CP2为本发明中的第二可变电容器。本实施方式中，在所有的的串联臂谐振子S1、S2上分别连接有第一可变电容器C2、C3及第二可变电容器CP1、CP2。但是，在本发明中，作为设置于串联臂的串联臂谐振子的多个弹性表面波谐振子中，在至少一个弹性表面波谐振子上串联连接第一可变电容器即可。同样，在至少一个该弹性表面波谐振子上并联连接第二可变电容器即可。另外，也可使用电容器来代替电感器L4。
该可调滤波器41中，能够不使通带宽度变化且不使在比通带更靠高频段侧的衰减量劣化的情况下，使中心频率发生变化。参照图36及图38对其进行说明。图36的实线表示在LiNbO3基板上的槽中填充有金属的本发明的弹性表面波装置之一例的阻抗—频率特性，虚线表示LiNbO3上形成有电极的用于比较的弹性表面波装置的阻抗特性。可知与虚线所示的特性相比，实线所示的特性具有谐振反谐振频率间的带通宽的优点。
上述可调滤波器41中，在作为串联臂谐振子S1、S2使用具备具有上述谐振特性的埋入型IDT电极的弹性表面波装置的情况下，在使可变电容器C2和可变电容器C3的电容相等、并使可变电容器CP1和可变电容器CP2的电容相等的构造中，将如图38所示使静电容发生变化时的频率特性示于图38。
如图38可知，变化为C2＝0.5pF及CP1＝0(未连接CP1)、C2＝0.75pF且CP1＝1pF，以及C2＝1.0pF且CP1＝3pF的情况下，可使中心频率变化7％而为1858MHz、1798MHz及1733MHz的频率。另外，电容器C1、C4的静电容为2.5pF时的阻抗值在1800MHz为35Ω，与来自外部的阻抗50Ω大致匹配，因此，可使插入损失减小。另外，上述电感器L4(电感器值4.5nH)的1800MHz附近的阻抗为45Ω。
图37为上述的本发明第三实施方式的可调滤波器的电路图，在可变电容器CP1和串联臂谐振子S1的并联连接回路上串联连接有可变电容器C2。同样，可变电容器CP2和串联臂谐振子S2的并联连接回路上串联连接有可变电容器C3。
如图51(a)的变形例所示，在串联臂谐振子S1和可变电容器C2的串联连接回路上也可以并联连接有可变电容器CP1。同样，在串联臂谐振子S2和可变电容器C3的串联连接回路上也可以并联连接有可变电容器CP2。
图37表示在串联臂上具有串联臂谐振子S1、S2的可调滤波器，如图51(b)的其它变形例所示，由包含串联臂谐振子S3的串联臂和包含电感器L5的并联臂构成回路可进一步级联连接。与S1、S2、S3并联或串联连接有可变电容器，但也可削除一部分。另外，电感器L4也可以是电容器。
上述的各实验例中，对在弹性表面波谐振子、及弹性表面波谐振子串联连接有可变电容器的可调滤波器进行了说明，本发明是在使用于可调滤波器的弹性表面波谐振子中具有特点的发明。因此，可调滤波器中的电路结构没有特别限定。即，与弹性表面波谐振子串联及/或并联连接有可变电容器的可调滤波器一般可适用本发明。
另外，对可变电容器的构造也没有特别限定，可使用能够机械地或者电气地使静电容发生变化的可变电容器。
符号说明
1…可调滤波器
2…输入端子
3…输出端子
4～8…可变电容器
11…压电基板
11a…上表面
11b…槽
12…IDT电极
12a、12b…梳齿电极
13、14…反射器
15…SiO2膜
21…可调滤波器
22…输入端子
23…输出端子
31…可调滤波器
32…输入端子
33…输出端子
41…可调滤波器
C1、C4、C7…电容器
C2、C3、C6…可变电容器
Cf…第三电容器
CP1、CP2…可变电容器
L1、L4、L5…电感器
P1～P3…并联臂谐振子
S1～S3…串联臂谐振子
S11、S12…串联臂谐振子回路部

Claims (19)

1.一种可调滤波器，其特征在于，
具备：
弹性表面波谐振子，其具有由LiNbO3或LiTaO3构成且在上表面形成有凹部的压电基板、和由填充于所述凹部的电极材料构成的IDT电极；以及
可变电容器，其与所述弹性表面波谐振子连接。
2.如权利要求1所述的可调滤波器，其特征在于，
所述弹性表面波谐振子还具有以覆盖所述压电基板的上表面的方式设置的SiO2膜。
3.如权利要求2所述的可调滤波器，其特征在于，
所述压电基板由欧拉角(0°，85°～150°，0°)的LiTaO3基板构成。
4.如权利要求3所述的可调滤波器，其特征在于，
所述IDT电极以从由Au、Pt、Cu及Al、以及以它们为主体的合金组成的组中选择的至少一种构成的电极层为主体。
5.如权利要求4所述的可调滤波器，其特征在于，
所述IDT电极具有多根电极指，至少在电极指所在的部分的上方，在SiO2膜的表面上形成有与电极指的厚度相同的高度的凸部。
6.如权利要求4所述的可调滤波器，其特征在于，
所述IDT电极具有多根电极指，在该电极指的上方，所述SiO2膜的表面被平坦化。
7.如权利要求1～6中任一项所述的可调滤波器，其特征在于，
埋入所述压电基板的电极的占空比大于0.5。
8.如权利要求1或2所述的可调滤波器，其特征在于，
所述压电基板由欧拉角(0°，80°～130°，0°)的LiNbO3基板构成。
9.如权利要求8所述的可调滤波器，其特征在于，
所述IDT电极以从由Au、Pt、Cu、W、Ta、Ag、Mo、Ni及Al、以及以它们为主体的合金组成的组中选择的至少一种构成的电极层为主体。
10.如权利要求9所述的可调滤波器，其特征在于，
所述IDT电极具有多根电极指，SiO2膜的表面大致平坦。
11.如权利要求9或10所述的可调滤波器，其特征在于，
所述IDT电极具有多根电极指，至少在电极指所在的部分的上方，在SiO2膜的表面上形成有与电极指的厚度相同的高度的凸部。
12.一种可调滤波器，其特征在于，
具备：
弹性表面波谐振子，其具有由欧拉角(0°，80°～130°，0°)的LiNbO3构成且在上表面形成有凹部的压电基板、以及将从由Au、Pt、W、Ta、Ag、Cu、Mo、及Ni组成的组中选择的至少一种为主体的金属材料埋入所述凹部的IDT电极，在将弹性表面波的波长设为λ的情况下，成为IDT电极的主体的金属与电极膜厚的下限和占空比的关系为图42～49及下述表1所示的关系，电极膜厚上限为下述表1所示的各值，占空比为0.15～0.85；以及
可变电容器，其与所述弹性表面波谐振子连接，
[表1]
(X：占空比)
  电极   膜厚下限(λ)   膜厚上限(λ)   Au   0.0381-0.0211X-0.0222X2   0.25   Pt   0.0501-0.0445X-0.0031X2   0.25 W 0.0748-0.0978X+0.0444X2 0.25   Ta   0.0739-0.0789X+0.0222X2   0.25   Ag   0.1287-0.1767X+0.0667X2   0.25   Cu   0.1883-0.23X+0.0667X2   0.25   Mo   0.1497-0.0990X   0.25   Ni   0.22112-0.13613X+0.0439X2   0.25
。
13.一种可调滤波器，其特征在于，
具备：
弹性表面波谐振子，其具有由欧拉角(0°，80°～130°，0°)的LiNbO3构成且在上表面形成有凹部的压电基板，以及将从由Au、Pt、W、Ta、Ag、Cu、Mo、及Ni组成的组中选择的至少1种为主体的金属材料埋入所述凹部的IDT电极，在将弹性表面波的波长设为λ的情况下，成为IDT电极的主体的金属与电极膜厚的下限和占空比的关系为图42～49及下述表2所示的关系，电极膜厚上限为下述表2所示的各值，占空比大于0.5；以及
可变电容器，其与所述弹性表面波谐振子连接，
[表2]
(X：占空比)
  电极   膜厚下限(λ)   膜厚上限(λ)   Au   0.0381-0.0211X-0.0222X2   0.25   Pt   0.0501-0.0445X-0.0031X2   0.25   W   0.0748-0.0978X+0.0444X2   0.25   Ta   0.0739-0.0789X+0.0222X2   0.25   Ag   0.1287-0.1767X+0.0667X2   0.25   Cu   0.1883-0.23X+0.0667X2   0.25
  Mo   0.1497-0.0990X   0.25   Ni   0.22112-0.13613X+0.0439X2   0.25
。
14.如权利要求12或13所述的可调滤波器，其特征在于，
成为IDT电极的主体的金属与电极膜厚和占空比的关系为下述表3所示的关系，电极膜厚上限为下述表3所示的各值，
[表3]
(X：占空比)
  电极   膜厚下限(λ)   膜厚上限(λ)   Au   0.0343-0.0190X-0.0200X2   0.25   Pt   0.0451-0.0401X-0.0028X2   0.25   W   0.0673-0.0880X+0.040X2   0.25   Ta   0.0665-0.0710X+0.020X2   0.25   Ag   0.1158-0.1590X+0.060X2   0.25   Cu   0.1695-0.207X+0.060X2   0.25   Mo   0.1347-0.0891X   0.25   Ni   0.1997-0.1259X-0.0358X2   0.25
。
15.一种可调滤波器，其特征在于，
具备：
弹性表面波谐振子，其具有由欧拉角(0°，80°～130°，0°)的LiNbO3构成且在上表面形成有凹部的压电基板，以及将以Al或Al为主体的合金埋入所述凹部的IDT电极，在将弹性表面波的波长设为λ的情况下，IDT电极的标准化膜厚H/λ为0.036以上、0.4以下，优选为Al标准化膜厚的上限和占空比的关系为如图50及表4所示，Al标准化膜厚下限为下述表4所示的值，且占空比不足0.5或大于0.5；以及
可变电容器，其与所述弹性表面波谐振子连接，
[表4]
(Y：Al膜厚，X：占空比)
  电极   下限   上限   Al   0.036λ   Y＝-0.9X+0.766
。
16.如权利要求15所述可调滤波器，其特征在于，
成为IDT电极的主体的金属与电极膜厚上限和占空比的关系为如下述表5所示，将电极膜厚下限设为下述表5所示的值，
[表5]
(Y：Al膜厚，X：占空比)
  电极   下限   上限   Al   0.036λ   Y＝-0.81X+0.689
17.一种可调滤波器，其特征在于，
具备：
弹性表面波谐振子，其具有由欧拉角(0°，80°～130°，0°)的LiNbO3构成且在上表面形成有凹部的压电基板，以及将从由Au、Pt、W、Ta、Ag、Cu、Mo、及Ni组成的组中选择的至少一种为主体的金属材料埋入所述凹部的IDT电极，构成为，在将弹性表面波的波长设为λ的情况下，Au、Pt、W或Ta成为主体的电极厚度H/λ为0.006以下，Ag成为主体的电极厚度H/λ为0.01以下，Cu、Mo或Ni成为主体的电极厚度H/λ为0.013以下；以及
可变电容器，其与所述弹性表面波谐振子连接。
18.如权利要求1～17中任一项所述的可调滤波器，其特征在于，
作为所述弹性表面波谐振子具有多个弹性表面波谐振子，该多个弹性表面波谐振子在输入端子和输出端子之间串联连接，
作为所述可变电容器，具有第一、第二可变电容器，第一可变电容器与所述多个弹性表面波谐振子中的至少一个弹性表面波谐振子串联连接，所述第二可变电容器与所述多个弹性表面波谐振子中的至少一个弹性表面波谐振子并联连接，
还具备：
连接于多个弹性表面波谐振子的连接点和地线之间的电感器；以及
连接于输入端子和地线间及输出端子和地线间的匹配电容器。
19.如权利要求18所述的可调滤波器，其特征在于，
匹配电容器及电感器的阻抗为20～100Ω。
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