CN102334291A - 梯型弹性波滤波器 - Google Patents

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Abstract

提供一种梯型弹性波滤波器，其不仅能够实现宽带化以及衰减量的扩大，还能够充分地减小通频带内的损耗。梯型弹性波滤波器(1)具有：连接输入端和输出端的串联臂；以及连接了串联臂和接地电位的并联臂，在串联臂中，至少三个串联臂谐振器(S1～S3)被相互串联连接，且至少三个串联臂谐振器(S1～S3)的谐振频率不同，在将各串联臂谐振器中的电极指交叉宽度与电极指的对数的比例设为纵横比时，谐振频率最低的串联臂谐振器(S1)的纵横比(T1)大于所有的串联臂谐振器(S1～S4)的纵横比的平均(T0)。

Description

梯型弹性波滤波器
技术领域
本发明涉及在便携式电话机的带通滤波器等中所使用的弹性波滤波器，更详细地讲，涉及具有梯型电路结构的弹性波滤波器。
背景技术
一直以来，弹性表面波滤波器作为便携式电话机的RF频段的带通滤波器被广泛使用。例如，以下的专利文献1公开了梯型弹性表面波滤波器作为这种带通滤波器的一个例子。在梯型弹性表面波滤波器中，将串联臂谐振器的谐振频率frS和并联臂谐振器的反谐振频率faP设定在通频带的中心频率附近。另一方面，使串联臂谐振器的反谐振频率faS位于通频带高频侧附近的衰减极；使并联臂谐振器的谐振频率frP位于通频带低频侧附近的衰减极。由此，形成通频带。
如专利文献1的第【0297】段所记载的那样，在串联臂谐振器中，通过使IDT电极的开口长度即交叉宽度变窄，并增多电极指的对数，能够降低电阻，且由此减小损耗。另外，如专利文献1的第【0300】段所记载的那样，如果使交叉宽度过窄，则由表面波的衍射引起的损耗变大。衍射损耗对于反谐振特性的影响要大于对谐振特性的影响。因此，在谐振频率frS位于通频带的中心频率附近、且反谐振频率faS位于通频带外的串联臂谐振器中，由于上述衍射损耗的影响小，所以不会成为大的问题。因此，尽量使交叉宽度变窄是常识。
专利文献1：JP特开2000-174586号公报
近年来，在便携式电话机的带通滤波器中，强烈需要扩大通频带、增大衰减量以及降低损耗。因此，在多个串联臂谐振器中，通过使谐振频率不同来实现宽带化以及衰减量的增大。
但是，在使多个串联臂谐振器的谐振频率不同的情况下，不能充分地减小通频带内的损耗。特别是，存在通频带内的高频侧的频带中的损耗变差这一问题。
发明内容
鉴于上述现有技术的现状，本发明的目的是提供一种梯型弹性波滤波器，其不仅能够扩大通频带，并增大通频带附近的衰减带的衰减量，还能够降低通频带内的损耗。
根据本发明，提供一种梯型弹性波滤波器，具有：连接输入端和输出端的串联臂；以及连接了上述串联臂和接地电位连接的并联臂，其中，在上述串联臂中，至少三个串联臂谐振器被相互串联连接，至少三个的该串联臂谐振器的谐振频率不同，在将串联臂谐振器中的电极指交叉宽度与电极指的对数的比例设为纵横比时，谐振频率最低的串联臂谐振器的纵横比：大于所有的串联臂谐振器的纵横比的平均T0。
在本发明的梯型弹性波滤波器的某一特定的实施方式中，谐振频率最高的上述串联臂谐振器的纵横比T2小于所有的串联臂谐振器的纵横比的平均值T0。在这种情况下，能够更加有效地降低通频带内的损耗。
在本发明的梯型弹性波滤波器的另一个特定的实施方式中，在通频带内，谐振频率最低的上述串联臂谐振器的谐振频率与通频带的中心频率相比，位于低频侧；在通频带外，谐振频率最高的串联臂谐振器的谐振频率与通频带相比，位于高频侧。在这种情况下，能够更切实地减小损耗。
本发明的梯型弹性波滤波器既可以使用弹性表面波滤波器，也可以使用弹性界面波滤波器。因此，根据本发明，能够提供梯型弹性表面波滤波器以及梯型弹性界面波滤波器中的任意一种。
本发明的双工器具有多个带通滤波器，其中，至少一个带通滤波器由根据本发明所构成的梯型弹性波滤波器构成。因此，能够降低双工器的损耗。
(发明的效果)
根据本发明的梯型弹性波滤波器，在谐振频率彼此不同的至少三个串联臂谐振器中，由于谐振频率最低的串联臂谐振器的纵横比T1大于所有的串联臂谐振器的纵横比的平均值T0，因此，通过使谐振频率不同，不仅能够实现宽带化，并扩大衰减量，还能够充分地减小损耗、特别是通频带内的高频侧频带的损耗。
因此，根据本发明能够提供一种宽带、高衰减量以及低损耗的带通滤波器。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的梯型弹性波滤波器装置的电路构成的图。
图2是在图1所示的梯型弹性波滤波器装置中所使用的一个弹性波滤波器的示意性俯视图。
图3是表示本发明的一个实施方式的梯型弹性波滤波器以及比较例的梯型弹性波滤波器的插入损耗特性的图。
图4是分别表示谐振频率最低的串联臂谐振器的纵横比为0.07或0.15的情况下的阻抗特性的图。
图5是分别表示谐振频率最低的串联臂谐振器的纵横比为0.07或0.15的情况下的相位特性的图。
图6是分别表示谐振频率最低的串联臂谐振器的纵横比为0.07或0.15的情况下的阻抗史密斯圆图的图。
图7是分别表示谐振频率最低的串联臂谐振器的纵横比为0.07或0.15的情况下的回波损耗特性的图。
图8是分别表示谐振频率最高的串联臂谐振器的纵横比为0.07或0.20的情况下的阻抗特性的图。
图9是分别表示谐振频率最高的串联臂谐振器的纵横比为0.07或0.20的情况下的相位特性的图。
图10是分别表示谐振频率最高的串联臂谐振器的纵横比为0.07或0.20的情况下的阻抗史密斯圆图的图。
图11是分别表示谐振频率最高的串联臂谐振器的纵横比为0.07或0.20的情况下的回波损耗特性的图。
图12是用于说明作为使用本发明的弹性波滤波器装置的弹性界面波装置的示意性正面剖面图。
图13表示用于说明使用本发明的双工器的电路构成。
具体实施方式
以下，为了明确地了解本发明，参照附图对本发明的具体实施方式进行说明。
图1是表示本发明的一个实施方式的梯型弹性波滤波器的电路构成的图。
梯型弹性波滤波器1具有将输入端子2和输出端子3之间连接的串联臂。在该串联臂中，多个串联臂谐振器S1～S4相互串联连接。在此，从输入端子2侧开始向输出端子3侧，按照串联臂谐振器S4、串联臂谐振器S3、串联臂谐振器S2以及串联臂谐振器S1的顺序，配置这些串联臂谐振器S1～S4。
另外，以连接输出端子3与第一串联臂谐振器S1之间的连接点和接地电位之间的方式形成第一并联臂，第一并联臂具有第一并联臂谐振器P1。
同样，连接第一、第二串联臂的谐振器S1、S2之间的连接点和接地电位的第二并联臂具有第二并联臂谐振器P2；连接第二、第三串联臂谐振器S2、S3的连接点和接地电位的第三并联臂具有第三并联臂谐振器P3；连接第三、第四串联臂谐振器S3、S4之间的连接点和接地电位的第四并联臂具有第四并联臂谐振器P4。
在本实施方式中，上述串联臂谐振器S1～S4以及并联臂谐振器P1～P4都由1端口型的弹性表面波谐振器构成。图2表示1端口型弹性表面波谐振器的一个例子。在图2中，弹性表面波谐振器11具有：压电基板12；和在压电基板12上形成的IDT电极13以及反射器14、15。
如上所述，在梯型滤波器中，串联臂谐振器的反谐振频率faS位于通频带高频附近的衰减极，并联臂谐振器的谐振频率frP位于通频带低频侧的衰减极。另外，串联臂谐振器的谐振频率frP以及并联臂谐振器的反谐振频率faS位于通频带内。为了实现宽带化，一直以来使用使多个串联臂谐振器的谐振频率不同的方法。
即使在本实施方式的梯型弹性波滤波器1中，也通过使多个串联臂谐振器S1～S4的谐振频率不同，来实现宽带化以及阻带的衰减量的扩大。
下表1表示用第一～第四串联臂谐振器S1～S4的谐振频率、反谐振频率以及IDT电极的间距所规定的波长。
另外，在下列表1中，将本实施方式的上述第一～第四串联臂谐振器S1～S4中的IDT电极的电极指的对数、交叉宽度以及纵横比一起表示。另外，纵横比表示的是电极指交叉宽度与电极指的对数的比例。即，纵横比＝交叉宽度/对数。
【表1】
Figure BDA0000085741520000051
另外，下列表2表示用第一～第四并联臂谐振器P1～P4的谐振频率、反谐振频率以及IDT电极的间距所规定的波长。在表2中，也将并联臂谐振器P1～P4的电极指的对数、交叉宽度以及纵横比一起表示。
【表2】
Figure BDA0000085741520000061
本实施方式的梯型弹性波滤波器1的特征为，在上述串联臂谐振器S1～S4中，谐振频率最低的串联臂谐振器S1的纵横比T1大于所有的串联臂谐振器S1～S4的纵横比的平均T0，因此，能够充分地减小损耗、特别是通频带高频侧的损耗。以下根据具体的实验例对该内容进行说明。
作为构成串联臂谐振器S1～S4以及并联臂谐振器P1～P4的压电基板，使用了LN基板。并且，通过将Al、Cu、Pt等作为电极主材料而成膜并构图，从而形成具有表1以及表2所示的电极指的对数、交叉宽度以及纵横比的各IDT电极。另外，关于反射器，也使用相同的电极材料，来形成电极指的根数为15根的光栅型反射器。
另外，为了比较，如上述表1所示，除了设定多个串联臂谐振器S1～S4的IDT电极的电极指的对数、交叉宽度以及纵横比之外，还制作了与上述实施方式具有相同构成的比较例1、2的梯型弹性波滤波器装置。
另外，在上述实施方式的梯型弹性波滤波器装置中，由于串联臂谐振器S1的纵横比为T1＝0.18，T0＝0.12，因此，T1＞T 0。
另外，在比较例1中，T 1＝0.10，T0＝0.10，因此，T1＝T0。在比较例2中，T1＝0.07，T0＝0.13，因此，T1＜T0。
图3表示根据上述实施方式构成的实施例以及比较例1、2的梯型弹性波滤波器的插入损耗特性。在图3中，实线表示实施例的结果，虚线表示比较例1的结果，点划线表示比较例2的结果。
通过图3可知，在比较例1、2中，在作为通频带高频侧端部的1980MHz附近的通频带内，损耗变大，相比之下，根据本实施方式，在通频带内的通频带内，即使在高频侧的频带中，损耗也不会变得很大，能够大幅度地降低通频带内的高频侧的频带中的损耗。
如后面要提到的那样，其原因可以认为是：通过使谐振频率不同的多个串联臂谐振器S1～S4中最低的串联臂谐振器S1的纵横比T1，大于所有串联臂谐振器的纵横比的平均值T0，从而改善了通频带内的串联臂谐振器S1的通频带高频侧的回波损耗特性。参照图4～图11可以明确这一点。
本申请的发明人发现：通频带高频侧端部附近的通频带内的损耗的降低是由谐振频率最低的串联臂谐振器S1的回波损耗特性带来的影响。即，发明人认为谐振频率最低的串联臂谐振器S1和谐振频率最高的串联臂谐振器S2的回波特性可能会影响到滤波器特性的通频带高频侧的损失，并确认到确实如此。
图4～图7是分别表示在谐振频率最低的串联臂谐振器S1中将纵横比设为0.07或0.15的情况下的阻抗特性、相位特性、阻抗史密斯圆图以及回波损耗(RL)特性的图。在图4～图7中，实线表示纵横比＝0.15的情况下的特性；虚线表示纵横比＝0.07的情况下的特性。
通过图4～图6所示可知，与串联臂谐振器S1的纵横比为0.07的情况相比，通过增大到0.15从而串联臂谐振器S1的反谐振特性得到改善。另外，由图7所示也可知，通频带内的高频侧的频率的回波损耗得到改善。
即，可知，谐振频率最低的串联臂谐振器S1的反谐振频率在通频带1920～1980MHz附近，因此，如果由衍射损耗所决定的反谐振特性变差，则连通频带内的高频侧频带的回波损耗都会受到不良影响。
因此，通过加宽串联臂谐振器S1的交叉宽度，降低了衍射损耗，并改善了反谐振特性。另外，为了不使弹性波谐振器的静电电容变化，而在加宽交叉宽度的同时，相应地减少了电极指的对数。即，增大了纵横比。
另一方面，图8～图11是分别表示谐振频率最高的串联臂谐振器S2的纵横比为0.07或0.20的情况下的阻抗特性、相位特性、阻抗史密斯圆图以及回波损耗特性的图。实线表示0.20的情况；虚线表示0.07的情况。
由图8～图11可知，在谐振频率最高的串联臂谐振器S2的纵横比为0.07的情况下，与0.20的情况相比，通过减小纵横比，能够改善谐振特性。由于交叉宽度变窄，因此，第二串联臂谐振器S2的反谐振特性变差，但是，如上所述，回波损耗恶化的是与谐振频率相比的高频侧。因此，通频带内的回波损耗得到改善。
由图4～图7以及图8～图11的结果可知，在使用谐振频率不同的多个串联臂谐振器S1～S4，来谋求实现宽带化的情况下，谐振频率最低的第一串联臂谐振器S1的纵横比会影响梯型弹性波滤波器1的通频带高频侧的损耗。
谐振频率最高的串联臂谐振器S2的谐振频率位于通频带的高频侧，反谐振频率位于更高频侧。因此，可以认为由于串联臂谐振器S2的衍射损耗引起的反谐振特性的恶化对通频带内的回波损耗几乎没有影响。因此，尝试了将串联臂谐振器S2的交叉宽度设为最窄，降低电阻损耗，以改善谐振特性。另外，为了不使弹性波谐振器的静电电容变化，而在使交叉宽度变窄的同时，相应地增加了电极指的对数。即，如表1所示的实施方式那样，减小了串联臂谐振器S2的纵横比。
如上所述，在本实施方式中，通过增大谐振频率最低的第一串联臂谐振器S1的纵横比，如图4～图7所示，反谐振特性得到改善，并且，由图7所示可知，通频带内的高频侧频带的回波损耗得到改善。
另外，在本实施方式中，虽然由于交叉宽度变宽而导致串联臂谐振器S1的谐振特性变差，但是，由于反谐振特性得到改善，因此，谐振特性和反谐振特性之间、即与谐振频率相比为高频侧的频带的回波损耗，和与谐振频率相比为低频带的回波损耗相比，不会恶化。在谐振频率最低的第一串联臂谐振器S1中可知，与谐振频率相比为高频侧的频带成为通频带，因此，通频带内的回波损耗很难恶化。
因此，使上述串联臂谐振器S1的纵横比T1和其他串联臂谐振器S2～S4的纵横比分别不同，而进行了检验，其结果如图3所示，可以确认：如果设T1＞T0，则不仅能够实现宽带化和衰减量的扩大，还能够充分地减小通频带高频侧的损耗。
另外，在上述实施方式中，谐振频率最高的串联臂谐振器S2的纵横比为T2＝0.07，小于T0＝0.12。因此，能够进一步地减小通频带内的高频侧的频带的损耗。
另外，在上述实施方式中，虽然对使用利用了弹性表面波的弹性表面波谐振器的梯型弹性波滤波器进行了说明，但是本发明也可以使用利用了弹性界面波的弹性界面波装置，来形成各弹性波谐振器。即，本发明的梯型弹性波滤波器可以是梯型弹性界面波滤波器。
即，在图12的以略图性正面剖面图所示的弹性界面波装置16中，在由压电体构成的压电基板17上层叠有电介质18。在压电基板17和电介质18的界面上设置有包括IDT的电极结构19。作为该电极结构19，能够通过形成上述各实施方式的电极结构，从而根据本发明提供一种弹性界面波滤波器装置。
另外，本发明的梯型弹性波滤波器能够作为具有多个带通滤波器的双工器的带通滤波器而适当地进行应用。图13(a)、(b)所示的双工器21、22具有发送滤波器Tx以及接收滤波器Rx作为多个带通滤波器。通过使用本发明的梯型弹性波滤波器作为该Rx滤波器，能够降低双工器21、22的损耗。
附图标记的说明：
1…梯型弹性波滤波器
2…输入端子
3…输出端子
11…弹性表面波谐振器
12…压电基板
13…IDT电极
14、15…反射器
16…弹性界面波装置
17…压电基板
18…电介质
19…电极结构
21、22…双工器
P1～P4…第一～第四并联臂谐振器
S1～S4…第一～第四串联臂谐振器

Claims (6)

1.一种梯型弹性波滤波器，具有：连接输入端和输出端的串联臂；以及连接了上述串联臂和接地电位的并联臂，其中，
在上述串联臂中，至少三个串联臂谐振器被相互串联连接，至少三个该串联臂谐振器的谐振频率不同，在将串联臂谐振器中的电极指交叉宽度与电极指的对数的比例设为纵横比时，谐振频率最低的串联臂谐振器的纵横比T1大于所有的串联臂谐振器的纵横比的平均T0。
2.根据权利要求1所述的梯型弹性波滤波器，其中，
谐振频率最高的上述串联臂谐振器的纵横比T2小于所有的串联臂谐振器的纵横比的平均值T0。
3.根据权利要求1或2所述的梯型弹性波滤波器，其中，
在通频带内，谐振频率最低的上述串联臂谐振器的谐振频率与通频带的中心频率相比，位于低频侧；在通频带外，谐振频率最高的串联臂谐振器的谐振频率与通频带相比，位于高频侧。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的梯型弹性波滤波器，其中，
所述梯型弹性波滤波器是弹性表面波滤波器。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的梯型弹性波滤波器，其中，
所述梯型弹性波滤波器是弹性界面波滤波器。
6.一种双工器，具有至少两个滤波器，其中，
至少一个滤波器由权利要求1～5中任一项所述的梯型弹性波滤波器构成。
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