CN109983696B - 弹性波滤波器装置 - Google Patents

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Abstract

弹性波滤波器(10)具备：串联臂谐振器(12)，设置在将输入输出端子(110以及120)连结的路径；并联臂谐振器(21)，设置在将连结串联臂谐振器(12)和输入输出端子(110)的路径上的节点(N1)与接地连结的路径；以及并联臂谐振器(22)，设置在将连结串联臂谐振器(12)和输入输出端子(120)的路径上的节点(N2)与接地连结的路径，并联臂谐振器(21)的谐振频率(frp21)比并联臂谐振器(22)的谐振频率(frp22)低，并联臂谐振器(21)的反谐振频率(fap21)比并联臂谐振器(22)的反谐振频率(fap22)高，在全部的并联臂谐振器中并联臂谐振器(22)的谐振频率(frp22)最高。

Description

弹性波滤波器装置
技术领域
本发明涉及具有弹性波谐振器的弹性波滤波器装置。
背景技术
以往，使用了弹性波的弹性波滤波器被广泛用于配置在移动通信机的前端部的带通型滤波器等。此外，为了应对多模式/多频段等的复合化，具备多个弹性波滤波器的高频前端电路正在实用化。
作为应对多频段化的弹性波滤波器，今后，要求例如像LTE的Band41(通带：2496-2690MHz)那样的宽带且具有陡峭的衰减(WLAN频带：2400-2472MHz)的特性。在专利文献1公开了具有陡峭的衰减特性的滤波器装置的结构。更具体地，在梯型的带通滤波器中，使多个并联臂谐振器中的一个并联臂谐振器的有效机电耦合系数与其它并联臂谐振器的有效机电耦合系数不同。由此，在滤波器装置中，能够在窄的带宽得到陡峭的衰减特性。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-343168号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，根据在专利文献1公开的滤波器装置，虽然能够通过减小上述一个并联臂谐振器的有效机电耦合系数，从而得到陡峭的衰减特性，但是难以将通带以及通带附近的衰减带宽带化。另一方面，若谋求通带的宽带化以及低损耗化，则得不到充分的陡峭性。
因此，本发明的目的在于，提供一种将通带以及通带低频侧的衰减带宽带化并且在该通带与该衰减带之间的过渡区域中具有高的陡峭性的弹性波滤波器装置。
用于解决课题的技术方案
为了达成上述目的，本发明的一个方式涉及的弹性波滤波器装置是由一个以上的串联臂谐振器以及两个以上的并联臂谐振器构成的弹性波滤波器装置，具备：第一输入输出端子以及第二输入输出端子，输入或输出高频信号；第一串联臂谐振器，设置在将所述第一输入输出端子和所述第二输入输出端子连结的路径，由弹性波谐振器构成；第一并联臂谐振器，设置在将第一节点和接地连结的路径，所述第一节点是将所述第一串联臂谐振器和所述第一输入输出端子连结的路径上的节点；以及第二并联臂谐振器，设置在将第二节点和接地连结的路径，所述第二节点是将所述第一串联臂谐振器和所述第二输入输出端子连结的路径上的节点，所述第一并联臂谐振器的谐振频率比所述第二并联臂谐振器的谐振频率低，所述第一并联臂谐振器的反谐振频率比所述第二并联臂谐振器的反谐振频率高，在构成所述弹性波滤波器装置的全部的并联臂谐振器中，所述第二并联臂谐振器的谐振频率最高。
并联臂谐振器的反谐振点规定滤波器通带内的通过特性，谐振点规定滤波器通带低频侧的衰减特性。
根据上述结构，第一并联臂谐振器的作为谐振频率与反谐振频率之差的谐振带宽比第二并联臂谐振器的谐振带宽大，且第一并联臂谐振器的反谐振频率比第二并联臂谐振器的反谐振频率高。由此，与使各并联臂谐振器的反谐振频率一致的情况相比较，能够将通带宽带化。此外，第一并联臂谐振器的谐振带宽比第二并联臂谐振器的谐振带宽大，且第一并联臂谐振器的谐振频率比第二并联臂谐振器的谐振频率低。由此，与使各并联臂谐振器的谐振频率一致的情况相比较，能够将通带低频侧的衰减带宽带化。进而，在全部的并联臂谐振器中，第二并联臂谐振器的谐振频率最高，因此通带与低频侧衰减带之间的过渡区域中的陡峭度由第二并联臂谐振器的谐振点-反谐振点特性决定。在此，第二并联臂谐振器的谐振点-反谐振点特性比第一并联臂谐振器的谐振点-反谐振点特性陡峭，因此上述过渡区域中的陡峭度提高。
此外，也可以是，在构成所述弹性波滤波器装置的全部的并联臂谐振器中，所述第二并联臂谐振器的有效机电耦合系数最小。
根据上述结构，在全部的并联臂谐振器中，谐振带宽最窄的第二并联臂谐振器的谐振频率最高，因此在上述过渡区域中能够实现更高的陡峭性。
此外，也可以是，在构成所述弹性波滤波器装置的全部的并联臂谐振器之中，所述第一并联臂谐振器的有效机电耦合系数最大。
根据上述结构，在全部的并联臂谐振器中，第一并联臂谐振器的谐振带宽最宽，因此能够实现更宽带的通带以及更宽带的低频侧衰减带。
此外，在本发明的一个方式涉及的弹性波滤波器装置中，所述一个以上的串联臂谐振器以及所述两个以上的并联臂谐振器可以分别为声表面波谐振器。
由此，构成梯型的声表面波滤波器，因此能够达成滤波器通过特性的低损耗化以及小型化。
此外，也可以是，所述第一并联臂谐振器以及所述第二并联臂谐振器各自至少具有压电体以及IDT电极，所述第二并联臂谐振器还具有形成在所述压电体与所述IDT电极之间并对有效机电耦合系数进行调整的第二电介质层，在所述第一并联臂谐振器的所述压电体与所述IDT电极之间未形成对有效机电耦合系数进行调整的电介质层，或者，形成在所述第一并联臂谐振器的所述压电体与所述IDT电极之间并对有效机电耦合系数进行调整的第一电介质层比所述第二电介质层薄。
根据具有形成在压电体与IDT电极之间的电介质层或形成为覆盖IDT电极的电介质层的上述结构，第二并联臂谐振器的有效机电耦合系数变得比第一并联臂谐振器的有效机电耦合系数小。由此，第一并联臂谐振器的谐振带宽变得比第二并联臂谐振器的谐振带宽大。因而，能够达成通带的宽带化、通带低频侧的衰减带的宽带化、以及上述过渡区域中的陡峭度的提高。
此外，在通过上述电介质层的形成对有效机电耦合系数进行调整的情况下，与未形成上述电介质层的构造相比较，频率温度特性(TCF)变小。也就是说，第二并联臂谐振器与第一并联臂谐振器相比，频率温度特性(TCF)小。特别是，在施加了高频信号的情况下，各谐振器的温度上升，因此抑制高温时的滤波器特性的劣化变得重要。在高温时，通带内的低频端向通带宽度变宽的方向偏移，但是通带低频侧的上述过渡区域的衰减带向变窄的方向偏移。在此，上述过渡区域中的陡峭度由第二并联臂谐振器规定，因此与高温时的通带低频端的(向低频的)温度偏移量相比，上述过渡区域中的(向低频的)温度偏移量小。由此，高温时的上述过渡区域的陡峭度相对于室温下的陡峭度没有劣化。因而，与室温相比，能够使高温时的通过特性不劣化并抑制上述过渡区域中的衰减特性的劣化。
此外，也可以还具备与所述第二并联臂谐振器并联连接的电容器。
据此，第二并联臂谐振器的有效机电耦合系数变得比第一并联臂谐振器的有效机电耦合系数小。由此，第二并联臂谐振器的谐振带宽变得比第一并联臂谐振器的谐振带宽小。因而，能够达成通带的宽带化、通带低频侧的衰减带的宽带化、以及上述过渡区域中的陡峭度的提高。
此外，也可以是，所述电容器具有形成在压电体上的梳齿电极，在所述压电体与所述梳齿电极之间未形成对有效机电耦合系数进行调整的电介质层。
据此，由于在电容器与压电体之间没有电介质层，从而能够将电容器的每单位面积的电容值确保得大。因而，能够将电容器小型化，因此能够将弹性波滤波器装置小型化。
此外，也可以还具备与所述第一并联臂谐振器并联连接的电感器。
据此，第一并联臂谐振器的有效机电耦合系数变得比第二并联臂谐振器的有效机电耦合系数大。由此，第一并联臂谐振器的谐振带宽变得比第二并联臂谐振器的谐振带宽大。因而，能够达成通带的宽带化、通带低频侧的衰减带的宽带化、以及上述过渡区域中的陡峭度的提高。
此外，也可以是，所述第二并联臂谐振器具有压电体以及IDT电极，构成所述IDT电极的梳型电极为间疏电极。
据此，第二并联臂谐振器的有效机电耦合系数变得比第一并联臂谐振器的有效机电耦合系数小。由此，第二并联臂谐振器的谐振带宽变得比第一并联臂谐振器的谐振带宽小。因而，能够达成通带的宽带化、通带低频侧的衰减带的宽带化、以及上述过渡区域中的陡峭度的提高。
发明效果
根据本发明，能够提供一种将通带以及通带低频侧的衰减带宽带化并且在该通带与该衰减带之间的过渡区域具有高的陡峭性的弹性波滤波器装置。
附图说明
图1是实施方式涉及的弹性波滤波器的电路结构图。
图2是说明一般的梯型的滤波器电路的工作原理的图。
图3是说明实施方式涉及的弹性波滤波器的通过特性以及谐振特性的概略的图。
图4是表示实施方式涉及的弹性波滤波器的电极结构的俯视图以及剖视图。
图5是实施方式中的DT电极及其周围的构造的剖视图。
图6是表示实施方式涉及的弹性波滤波器的通过特性以及谐振特性的曲线图。
图7是对实施方式以及比较例1涉及的弹性波滤波器的通过特性以及电压驻波比进行了比较的曲线图。
图8是对实施方式以及比较例2涉及的弹性波滤波器的通过特性进行了比较的曲线图。
图9是对通带低频侧以及高频侧的温度特性进行了比较的曲线图。
图10A是实施方式的变形例1涉及的弹性波滤波器的电路结构图。
图10B是示出实施方式的变形例1涉及的弹性波滤波器的一部分的电极布局的俯视图以及梳齿电容的电极剖视图。
图10C是实施方式的变形例2涉及的弹性波滤波器的电路结构图。
具体实施方式
以下，使用实施例以及附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，以下说明的实施方式均示出总括性或具体的例子。在以下的实施方式中示出的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置以及连接方式等是一个例子，其主旨并不在于限定本发明。关于以下的实施方式中的构成要素之中未记载于独立权利要求的构成要素，作为任意的构成要素而进行说明。此外，附图所示的构成要素的大小或大小之比未必严谨。此外，在各图中，对实质上相同的结构标注相同的附图标记，有时省略或简化重复的说明。
(实施方式)
[1.弹性波滤波器的电路结构]
图1是实施方式涉及的弹性波滤波器10的电路结构图。弹性波滤波器10例如是配置在应对多模式/多频段的便携式电话的前端部的弹性波滤波器装置。弹性波滤波器10例如设置在应对LTE(Long Term Evolution，长期演进)的便携式电话等的前端部，对在3GPP(Third Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划)中进行了标准化的Band(频带)的高频信号进行滤波。该弹性波滤波器10是使用弹性波谐振器对高频信号进行滤波的弹性波滤波器装置。
如同图所示，弹性波滤波器10具备串联臂谐振器11、12、13、14以及15、并联臂谐振器21、22、23以及24、电感器31以及32、和输入输出端子110以及120。
串联臂谐振器11～15分别是设置在将输入输出端子110和120连结的路径的、由弹性波谐振器构成的串联臂谐振器。其中，串联臂谐振器12是设置在上述路径的第一串联臂谐振器。
并联臂谐振器21～24是设置在将输入输出端子110、串联臂谐振器11～15、以及输入输出端子120连接的各节点与接地之间的、由弹性波谐振器构成的并联臂谐振器。其中，并联臂谐振器21是设置在将节点N1(第一节点)和接地连结的路径的第一并联臂谐振器，该节点N1(第一节点)是将输入输出端子110和串联臂谐振器12连结的路径上的节点。此外，并联臂谐振器22是设置在将节点N2(第二节点)和接地连结的路径的第二并联臂谐振器，该节点N2(第二节点)是将输入输出端子120和串联臂谐振器12连结的路径上的节点。
电感器31以及32分别是用于获得与连接于输入输出端子110以及120的外部电路的阻抗匹配的匹配用元件。另外，也可以没有电感器31以及32。
在此，在本实施方式涉及的弹性波滤波器中，第一并联臂谐振器的谐振频率比第二并联臂谐振器的谐振频率低。此外，第一并联臂谐振器的反谐振频率比第二并联臂谐振器的反谐振频率高。进而，在构成弹性波滤波器的全部的并联臂谐振器中，第二并联臂谐振器的谐振频率最高。
更具体地，在图1所示的弹性波滤波器10中，并联臂谐振器21、23以及24的谐振频率frp21、frp23以及frp24比并联臂谐振器22的谐振频率frp22低。此外，并联臂谐振器21的反谐振频率fap21比并联臂谐振器22的反谐振频率fap22高。
另外，本发明涉及的弹性波滤波器并不限定于上述弹性波滤波器10的电路结构。例如，并联臂谐振器的数目也可以不是四个，只要为两个以上即可。此外，具有如上所述的谐振特性的第一并联臂谐振器(在图1中为并联臂谐振器21)并不限定于连接于串联臂谐振器11与12之间的节点，也可以连接于将输入输出端子110和120连结的路径上的其它节点。此外，第二并联臂谐振器(在图1中为并联臂谐振器22)并不限定于连接于串联臂谐振器12与13之间的节点，也可以连接于该路径上的其它节点，且连接于未连接第一并联臂谐振器的节点。进而，第一并联臂谐振器以及第二并联臂谐振器也可以不仅夹着一个串联臂谐振器而进行配置。也可以在第一并联臂谐振器与第二并联臂谐振器之间配置有两个以上的串联臂谐振器。也就是说，第一并联臂谐振器和第二并联臂谐振器、以及其它并联臂谐振器的配置关系是任意的。
此外，在本发明涉及的弹性波滤波器中，各串联臂谐振器以及各并联臂谐振器各自也可以由被串联分割的两个以上的弹性波谐振器构成。在该情况下，将被串联分割的两个以上的弹性波谐振器视作一个串联臂谐振器或一个并联臂谐振器而构成为满足后述的式1～式4的关系。
此外，本发明涉及的弹性波滤波器也可以除了以梯型构成的串联臂谐振器以及并联臂谐振器以外还具备纵向耦合型谐振器。
以下，对具有如上所述的并联臂谐振器中的谐振特性的弹性波滤波器10的作用以及效果进行详细说明。
[2.梯型滤波器的工作原理]
首先，对像图1那样的由串联臂谐振器以及并联臂谐振器构成的梯型滤波器的基本工作原理进行说明。
图2是说明一般的梯型的弹性波滤波器的工作原理的图。图2所示的弹性波滤波器是由一个串联臂谐振器s1以及一个并联臂谐振器p1构成的基本的梯型滤波器。如图2所示，并联臂谐振器p1在谐振特性中具有谐振频率frp以及反谐振频率fap(＞frp)。此外，串联臂谐振器s1在谐振特性中具有谐振频率frs以及反谐振频率fas(＞frs＞frp)。
在由梯型的谐振器构成带通滤波器时，使并联臂谐振器p1的反谐振频率fap和串联臂谐振器s1的谐振频率frs靠近。由此，并联臂谐振器p1的阻抗接近于0的谐振频率frp附近成为低频侧阻带。此外，若频率比其增加，则在反谐振频率fap附近并联臂谐振器p1的阻抗变高，且在谐振频率frs附近串联臂谐振器s1的阻抗接近于0。由此，在反谐振频率fap～谐振频率frs的附近，在从输入输出端子110向120的信号路径中成为信号通过频带。若频率进一步变高而成为反谐振频率fas附近，则串联臂谐振器s1的阻抗变高，成为高频侧阻带。
另外，由并联臂谐振器以及串联臂谐振器构成的谐振级的级数根据要求规格而适当地进行优化。一般来说，在由多个谐振级构成弹性波滤波器的情况下，使多个并联臂谐振器的反谐振频率fap大致一致，并使多个串联臂谐振器的反谐振频率fas大致一致。
[3.实施方式涉及的弹性波滤波器的作用效果]
图3是说明实施方式涉及的弹性波滤波器10的通过特性以及谐振特性的概略的图。更具体地，在图3示出了构成实施方式涉及的弹性波滤波器10的并联臂谐振器21(第一并联臂谐振器)以及并联臂谐振器22(第二并联臂谐振器)的谐振特性、以及弹性波滤波器10的通过特性的概略波形。
如图3所示，并联臂谐振器21以及22的谐振特性满足式1以及式2的关系。
frp21＜frp22 (式1)
fap21＞fap22 (式2)
此外，根据式1以及式2，并联臂谐振器21的作为谐振频率与反谐振频率的频率差的谐振带宽比并联臂谐振器22的谐振带宽大。也就是说，并联臂谐振器21的有效机电耦合系数Ksaw21和并联臂谐振器22的有效机电耦合系数Ksaw22满足式3的关系。
Ksaw21＞Ksaw22 (式3)
如图2所示，按照梯型滤波器的基本工作原理，在使构成弹性波滤波器的多个并联臂谐振器的谐振频率一致的情况下，能够将通带低频侧附近的衰减极的衰减量确保得大，但是在比该衰减极靠低频侧回弹大，得不到充分的衰减带宽以及衰减量。
相对于此，根据本实施方式涉及的弹性波滤波器，像式1那样，并联臂谐振器21的谐振频率frp21被设定得比并联臂谐振器22的谐振频率frp22低。因此，除了由并联臂谐振器22的谐振频率frp22规定的通带低频侧附近的衰减极以外，还在比该衰减极靠低频侧生成由并联臂谐振器21的谐振频率frp21规定的衰减极。由此，与使各并联臂谐振器的谐振频率一致的情况相比较，能够将通带低频侧的衰减带宽带化。
此外，如式2所示，并联臂谐振器21的反谐振频率fap21被设定得比并联臂谐振器22的反谐振频率fap22高。由此，与使各并联臂谐振器的反谐振频率一致的情况相比较，能够将由并联臂谐振器的反谐振频率和串联臂谐振器的谐振频率规定的通带宽带化。
进而，如式4所示，并联臂谐振器22的谐振频率frp22被设定得比其它并联臂谐振器的谐振频率高。
frp22＞frp21、frp23、frp24 (式4)
根据上述式4以及式2的关系，在本实施方式涉及的弹性波滤波器10中，通带与低频侧衰减带之间的过渡区域中的陡峭度由并联臂谐振器22规定。在如图2所示的一般的梯型的结构中，并联臂谐振器的谐振带宽越小，上述过渡区域中的陡峭度越高。在此，根据式3，并联臂谐振器22的谐振带宽比并联臂谐振器21的谐振带宽窄，因此上述过渡区域中的陡峭度提高。
另外，优选在构成弹性波滤波器10的全部的并联臂谐振器21～24中，并联臂谐振器22的有效机电耦合系数Ksaw22最小。据此，在全部的并联臂谐振器21～24中，谐振带宽最窄的并联臂谐振器22的谐振频率frp22最高，因此在上述过渡区域中，能够实现更高的陡峭性。
此外，优选在构成弹性波滤波器10的全部的并联臂谐振器21～24中，并联臂谐振器21的有效机电耦合系数Ksaw21最大。据此，在全部的并联臂谐振器21～24中，并联臂谐振器21的谐振带宽最宽，因此能够实现更宽带的通带以及更宽带的低频侧衰减带。
[4.弹性波滤波器的电极结构]
接下来，对构成弹性波滤波器的弹性波谐振器的构造进行说明。特别是，对用于在多个并联臂谐振器中通过使有效机电耦合系数不同而使谐振带宽不同的具体构造进行说明。
构成本实施方式涉及的弹性波滤波器10的串联臂谐振器11～15以及并联臂谐振器21～24为声表面波谐振器。由此，构成梯型的声表面波滤波器，因此能够达成滤波器通过特性的低损耗化以及小型化。
图4是表示实施方式涉及的弹性波滤波器10的电极结构的俯视图以及剖视图。图5是实施方式中的IDT(InterDigital Transducer，叉指换能器)电极及其周围的构造的剖视图。在图4以及图5例示了表示构成弹性波滤波器10的各谐振器中的并联臂谐振器22的构造的俯视示意图以及剖视示意图。此外，图4所示的并联臂谐振器22用于说明构成弹性波滤波器10的多个弹性波谐振器的典型的构造，构成电极的电极指的根数、长度等并不限定于此。
如图5所示，并联臂谐振器22具有基板101、电介质层102、IDT电极200、和保护层103以及104。
基板101例如由-11°Y切割X传播LiNbO3压电单晶构成。另外，基板101只要是在至少一部分具有压电性的基板即可。例如，也可以在表面具备压电薄膜(压电体)，并由声速与该压电薄膜不同的膜以及支承基板等的层叠体构成。此外，基板101也可以在基板整体具有压电性。在该情况下，基板101是由一层压电体层构成的压电基板。
如图4所示，IDT电极200由相互对置的一对梳型电极200a以及200b构成。梳型电极200a以及200b分别由相互平行的多个电极指和连接该多个电极指的汇流条电极构成。上述多个电极指沿着与传播方向正交的方向形成。在IDT电极200的两侧设置有反射器210。另外，反射器210可以通过加重来构成，此外，也可以不设置反射器210。
此外，如图5所示，IDT电极200例如通过从基板101侧起依次层叠由NiCr构成的金属膜211、由Pt构成的金属膜212、由Ti构成的金属膜213、由A1构成的金属膜214、以及由Ti构成的金属膜215而形成。
保护层103以及104是以从外部环境保护IDT电极200并且调整频率温度特性、以及提高耐湿性等为目的的第四电介质层。保护层103例如由SiO2构成，保护层104例如由SiN构成。
电介质层102是形成在基板101与IDT电极200之间并对机电耦合系数以及频率温度特性进行调整的第二电介质层。电介质层102例如由SiO2构成。
由Pt构成的金属膜212是构成层叠体的多个金属膜211～215之中密度最高的金属膜。此外，金属膜211、213、214以及215构成密度最高的金属膜212以外的金属膜。
另外，图5所示的IDT电极200的结构是一个例子，并不限于这些。IDT电极200也可以不是金属膜的层叠构造而是单层的金属膜。此外，构成各金属膜以及各保护层的材料并不限定于上述的材料。此外，IDT电极200例如可以由Ti、Al、Cu、Pt、Au、Ag、Pd等的金属或合金构成，也可以由上述的金属或合金所构成的多个层叠体构成。此外，基板101例如也可以由LiTaO3压电单晶、KNbO3压电单晶、石英、或压电陶瓷构成。此外，保护层103、104以及电介质层102的结构并不限于上述的结构，例如也可以由SiO2、SiN、AlN、聚酰亚胺、或它们的层叠体等的电介质或绝缘体构成。此外，也可以不形成保护层103以及104。
在上述结构中，电介质层102越薄，有效机电耦合系数Ksaw变得越大，电介质层102越厚，有效机电耦合系数Ksaw变得越小。另外，在基板101与IDT电极之间未形成电介质层102的情况下，有效机电耦合系数Ksaw变得最大。
此外，在上述结构中，保护层103以及104越薄，有效机电耦合系数Ksaw变得越大，保护层103以及104越厚，有效机电耦合系数Ksaw变得越小。另外，在IDT电极上未形成保护层103以及104的情况下，有效机电耦合系数Ksaw变得最大。
在本实施方式中，并联臂谐振器22(第二并联臂谐振器)具有上述的第二电介质层(电介质层102)。另一方面，在并联臂谐振器21(第一并联臂谐振器)的基板101与IDT电极之间未形成对有效机电耦合系数进行调整的电介质层，或者，形成在并联臂谐振器21(第一并联臂谐振器)的基板101与IDT电极之间并对有效机电耦合系数进行调整的第一电介质层比上述第二电介质层薄。由此，上述式3成立。
另外，在本实施方式中，作为对有效机电耦合系数Ksaw进行调整的方法，对形成在基板101与IDT电极之间的电介质层102的膜厚进行了调整，但是有效机电耦合系数Ksaw的调整方法并不限于此。
作为有效机电耦合系数Ksaw的调整方法，也可以对保护层103以及104的膜厚进行调整。
即，并联臂谐振器22(第二并联臂谐振器)具有第四电介质层(保护层103以及104)。另一方面，在并联臂谐振器21(第一并联臂谐振器)的IDT电极上未形成对有效机电耦合系数进行调整的电介质层，或者，形成在并联臂谐振器21(第一并联臂谐振器)的IDT电极上并对有效机电耦合系数进行调整的第三电介质层比上述第四电介质层薄。由此，上述式3成立。另外，由保护层103以及104构成的电介质层的所谓膜厚，定义为从基板101的表面到保护层104的表面为止的距离。
另外，作为对有效机电耦合系数Ksaw进行调整的方法，也可以实施电介质层102的膜厚调整、以及保护层103以及104的膜厚调整这两者。
[5.弹性波滤波器的通过特性以及衰减特性]
图6是表示实施方式涉及的弹性波滤波器10的通过特性以及谐振特性的曲线图。在图6的上段示出了本实施方式涉及的弹性波滤波器10的通过特性(以及衰减特性)，在中段示出了并联臂谐振器21～24的谐振特性，在下段示出了串联臂谐振器11～15的谐振特性。
实施方式涉及的弹性波滤波器10应用于LTE的Band41用的带通滤波器。更具体地，将通带设为2496-2690MHz，将衰减带设为作为WLAN的频带的2400-2472MHz。据此，相对带宽成为大约7.8％，因此优选与其它带通滤波器相比较机电耦合系数大的声表面波滤波器。因此，设计了能够将机电耦合系数确保得大的-11°Y切割X传播LiNbO3的利用了拉夫波(Lovewave)的弹性波滤波器10。
此外，在表1示出构成弹性波滤波器10的各弹性波谐振器的谐振参数。在表1示出了各弹性波谐振器的谐振频率fr以及反谐振频率fa、和根据谐振频率fr以及反谐振频率fa导出的有效机电耦合系数Ksaw(的平方)。在此，有效机电耦合系数Ksaw根据谐振频率fr以及反谐振频率fa用以下的式5来表示。
[表1]
Figure GDA0002066724450000131
[数学式1]
Figure GDA0002066724450000132
另外，在式5中，Δf为谐振带宽(fa-fr)。
如表1以及图6的中段的曲线图所示，并联臂谐振器21～24满足上述式1～式4的关系。另外，为了满足上述式1～式4的关系，在并联臂谐振器21中，在基板101与IDT电极之间未形成电介质层。另一方面，在并联臂谐振器22～24中，在基板101与IDT电极之间形成有第二电介质层。
另外，如表1以及图6的下段的曲线图所示，串联臂谐振器11～15没有成为将上述式1～式4的关系同时满足的关系，有效机电耦合系数Ksaw为大致相同的值。此外，关于谐振频率fr以及反谐振频率fa，从高的一方起，分别依次成为串联臂谐振器15、11、12、13、14。
根据本实施方式涉及的弹性波滤波器10，像式1以及图6中段的曲线图那样，并联臂谐振器21的谐振频率frp21被设定得比并联臂谐振器22的谐振频率frp22低。因此，除了由并联臂谐振器22的谐振频率frp22规定的通带低频侧附近的衰减点A以外，还在比该衰减点靠低频侧生成由并联臂谐振器21的谐振频率frp21规定的衰减极B。由此，与使各并联臂谐振器的谐振频率一致的情况相比较，能够将通带低频侧的衰减带宽带化。
此外，像式2以及图6中段的曲线图那样，并联臂谐振器21的反谐振频率fap1被设定得比并联臂谐振器22的反谐振频率fap2高。由此，与使各并联臂谐振器的反谐振频率一致的情况相比较，能够将由并联臂谐振器的反谐振频率和串联臂谐振器的谐振频率规定的通带宽带化。
进而，像式4以及图6中段的曲线图那样，并联臂谐振器22的谐振频率frp22被设定得比其它并联臂谐振器的谐振频率高。由此，通带与低频侧衰减带之间的过渡区域中的陡峭度提高。
[6.与比较例1涉及的弹性波滤波器的特性比较]
图7是对实施方式以及比较例1涉及的弹性波滤波器的通过特性以及电压驻波比进行了比较的曲线图。比较例1涉及的弹性波滤波器不满足上述式1～式4中的式2，成为fap21＝fap22。
如图7的(a)所示，与实施方式涉及的弹性波滤波器10相比较，在比较例1涉及的弹性波滤波器中，通带内的纹波变差。此外，如图7的(b)所示，在除去了不匹配损耗的带内通过特性中，实施方式以及比较例1看上去像是同等的插入损耗。然而，如图7的(c)以及(d)所示，在比较例1涉及的弹性波滤波器中，与实施方式涉及的弹性波滤波器10相比较，在低频侧通带中，电压驻波比(VSWR)变差。VSWR与带宽处于顾此失彼的关系，因此若在维持上述过渡区域中的陡峭性以及衰减带宽的状态下对比较例1中的VSWR进行优化，则不能确保与实施方式涉及的弹性波滤波器10同等的带宽。
[7.与比较例2涉及的弹性波滤波器的特性比较]
图8是对实施方式以及比较例2涉及的弹性波滤波器的通过特性进行了比较的曲线图。比较例2涉及的弹性波滤波器不满足上述式1～式4中的式1以及式4，成为frp21＝frp22。
如图8所示，在比较例2涉及的弹性波滤波器中，与实施方式涉及的弹性波滤波器10相比较，设为frp21＝frp22。因此，通带低频侧附近的衰减带(BWATT2)变得比实施方式涉及的弹性波滤波器10的该衰减带(BWATT1)窄，不能确保WLAN的通带中的衰减量。
[8.弹性波滤波器的频率温度特性]
接下来，说明本发明涉及的弹性波滤波器对提高通带与通带低频侧的衰减带的过渡区域中的陡峭性是有效的。
图9是对通带低频侧以及高频侧的温度特性进行了比较的曲线图。在同图表示了梯型的声表面波滤波器的通过特性(图9中央下方)、通带低频侧的通过特性(图9左上方)、以及通带高频侧的通过特性(图9右上方)。
一般来说，在由声表面波谐振器构成的弹性波滤波器的情况下，随着温度变化，通过特性中的频率会变动。若与常温相比变为低温，则通过特性向高频侧偏移，若与常温相比变为高温，则通过特性向低频侧偏移。
在声表面波谐振器中，在通过基板101与IDT电极之间的电介质层的形成来调整有效机电耦合系数的情况下，与未形成该电介质层的构造相比较，可抑制由温度变化造成的频率偏移。换言之，上述电介质层越厚，频率温度特性(TCF)变得越小。也就是说，在本实施方式中，并联臂谐振器22与并联臂谐振器21相比，频率温度特性(TCF)变小。
特别是，在施加了高频信号的情况下，各谐振器的温度上升，因此抑制高温时的滤波器特性的劣化变得重要。在此，在高温时的通带内的低频端，向通带宽度变宽的方向偏移。另一方面，在高温时的通带低频侧的上述过渡区域中，向衰减带变窄的方向偏移。因而，在高温时，成为使滤波器特性劣化的主要因素是通带低频侧的上述过渡区域中的频率偏移。在本实施方式中，高温时的通带内的低频端的温度偏移量(ΔfLBND)由构成弹性波滤波器10的全部的并联臂谐振器21～24的频率温度特性决定。相对于此，高温时的通带低频侧的上述过渡区域中的温度偏移量(ΔfLATT)由并联臂谐振器22的频率温度特性决定。因而，温度偏移量(ΔfLATT)变得比温度偏移量(ΔfLBND)小。由此，如图9(左上方)所示，高温时的上述过渡区域的陡峭度与室温下的陡峭度相比，不会劣化。也就是说，能够使高温时的通带低频端的通过特性不劣化并抑制上述过渡区域中的衰减特性的劣化。
另一方面，为了使通带高频侧的过渡区域的陡峭度提高，作为比较例涉及的弹性波滤波器，可考虑将多个串联臂谐振器设定为满足以下的式6至式10。
fas11(串联臂谐振器11的反谐振频率)＞fas12(串联臂谐振器12的反谐振频率)(式6)
frs11(串联臂谐振器11的谐振频率)＜frs12(串联臂谐振器12的谐振频率) (式7)
Ksaw11(串联臂谐振器11的Ksaw)＞Ksaw2(串联臂谐振器12的Ksaw) (式8)
fas12＜fas11、fas13、fas14、fas15 (式9)
串联臂谐振器12的电介质层的膜厚＞串联臂谐振器11的电介质层的膜厚 (式10)
在上述比较例涉及的弹性波滤波器中，在高温时的通带内的高频端，向通带宽度变窄的方向偏移。另一方面，在高温时的通带高频侧的过渡区域，向衰减带变宽的方向偏移。因而，在高温时，成为使滤波器特性劣化的主要因素是通带内的高频端的频率偏移。在本比较例中，高温时的通带内的高频端的温度偏移量(ΔfHBND)由构成弹性波滤波器的全部的串联臂谐振器11～15的频率温度特性决定。相对于此，高温时的通带高频侧的过渡区域中的温度偏移量(ΔfHATT)由串联臂谐振器12的频率温度特性决定。因而，温度偏移量(ΔfHATT)变得比温度偏移量(ΔfHBND)小。由此，如图9(右上方)所示，与室温下的陡峭度相比较，高温时的上述过渡区域的陡峭度劣化。因而，在上述比较例涉及的弹性波滤波器中，使高温时的通带内的高频端的通过特性劣化。
像以上那样，根据本实施方式涉及的弹性波滤波器10，通过将多个并联臂谐振器构成为满足式1～式4，从而在高频信号施加时的高温时，能够抑制通带内的通过特性、以及低频侧的过渡区域中的衰减特性的劣化。
[9.变形例涉及的弹性波滤波器的结构]
在本实施方式涉及的弹性波滤波器10中，作为对并联臂谐振器21～24的有效机电耦合系数Ksaw进行调整的方法，说明了对基板101与IDT电极之间的电介质层或IDT电极上的保护层的膜厚进行调整的情况。在本变形例中，对使用了其它方法的有效机电耦合系数Ksaw的调整进行说明。
图10A是实施方式的变形例1涉及的弹性波滤波器10A的电路结构图。本变形例涉及的弹性波滤波器10A与实施方式涉及的弹性波滤波器10相比较，不同点在于，在并联臂谐振器21～24之间，电介质层的膜厚相同，在并联臂谐振器22并联连接有电容元件。以下，关于变形例1涉及的弹性波滤波器10A，与弹性波滤波器10的相同点省略说明，以不同点为中心进行说明。
弹性波滤波器10A具备串联臂谐振器11～15、并联臂谐振器21～24、电感器31以及32、电容器33、和输入输出端子110以及120。弹性波滤波器10A满足上述式1～式4的全部式子。
在并联臂谐振器21～24中，形成在基板101与IDT电极之间的电介质层的膜厚以及形成在IDT电极上的保护层的膜厚相同。
电容器33与并联臂谐振器22并联连接。由此，并联臂谐振器22的有效机电耦合系数Ksaw22变得比并联臂谐振器21的有效机电耦合系数Ksaw21小，满足上述式3。
另外，电容器33也可以由梳齿电极构成。
图10B是示出实施方式的变形例1涉及的弹性波滤波器10A的一部分的电极布局的俯视图以及电容器33的电极剖视图。如同图所示，也可以是，电容器33具有形成在基板101(压电体)上的梳齿电极，在基板101与梳齿电极之间未形成对有效机电耦合系数进行调整的电介质层。由SiO2等构成的电介质层的介电常数小于基板101(压电体)的介电常数。根据该结构，由于在电容器33与基板101(压电体)之间没有电介质层，从而能够将电容器33的每单位面积的电容值确保得大。因而，能够将电容器33小型化，因此能够将弹性波滤波器10A小型化。
另外，构成上述梳齿电极的多个电极指沿着弹性波的传播方向形成，也可以沿着与该传播方向正交的方向周期性地形成。
根据变形例1涉及的弹性波滤波器10A，并联臂谐振器22的谐振带宽变得比并联臂谐振器21的谐振带宽小。进而，通过满足式1、式2以及式4，从而能够达成通带的宽带化、通带低频侧的衰减带的宽带化、以及上述过渡区域中的陡峭度的提高。
图10C是实施方式的变形例2涉及的弹性波滤波器10B的电路结构图。本变形例涉及的弹性波滤波器10B与实施方式涉及的弹性波滤波器10相比较，不同点在于，在并联臂谐振器21～24之间，电介质层的膜厚相同，在并联臂谐振器21并联连接有电感性元件。以下，关于变形例2涉及的弹性波滤波器10B，与弹性波滤波器10的相同点省略说明，以不同点为中心进行说明。
弹性波滤波器10B具备串联臂谐振器11～15、并联臂谐振器21～24、电感器31、32以及34、和输入输出端子110以及120。弹性波滤波器10B满足上述式1～式4的全部式子。
在并联臂谐振器21～24中，形成在基板101与IDT电极之间的电介质层的膜厚以及形成在IDT电极上的保护层的膜厚相同。
电感器34与并联臂谐振器21并联连接。由此，并联臂谐振器21的有效机电耦合系数Ksaw21变得比并联臂谐振器22的有效机电耦合系数Ksaw22大，满足上述式3。
根据变形例2涉及的弹性波滤波器10B，并联臂谐振器21的谐振带宽变得比并联臂谐振器22的谐振带宽大。进而，通过满足式1、式2以及式4，从而能够达成通带的宽带化、通带低频侧的衰减带的宽带化、以及上述过渡区域中的陡峭度的提高。
进而，变形例3涉及的弹性波滤波器10C与实施方式涉及的弹性波滤波器10相比较，不同点在于，在并联臂谐振器21～24之间，电介质层的膜厚相同，构成并联臂谐振器22的IDT电极的梳型电极成为间疏电极。以下，关于变形例3涉及的弹性波滤波器10C，与弹性波滤波器10的相同点省略说明，以不同点为中心进行说明。
弹性波滤波器10C具备串联臂谐振器11～15、并联臂谐振器21～24、电感器31以及32、和输入输出端子110以及120。弹性波滤波器10C满足上述式1～式4的全部式子。
构成并联臂谐振器22的IDT电极200的梳型电极200a以及200b具有间疏电极构造。由此，并联臂谐振器22的有效机电耦合系数Ksaw22变得比并联臂谐振器21的有效机电耦合系数Ksaw21小，满足上述式3。
根据变形例3涉及的弹性波滤波器10C，并联臂谐振器22的谐振带宽变得比并联臂谐振器21的谐振带宽小。进而，通过满足式1、式2以及式4，从而能够达成通带的宽带化、通带低频侧的衰减带的宽带化、以及上述过渡区域中的陡峭度的提高。
(其它实施方式)
以上，列举实施方式对本发明的实施方式涉及的弹性波滤波器进行了说明，但是本发明并不限定于上述实施方式。将上述实施方式中的任意的构成要素进行组合而实现的其它实施方式、在不脱离本发明的主旨的范围内对上述实施方式实施本领域技术人员想到的各种变形而得到的变形例、本发明涉及的弹性波滤波器也包含于本发明。
例如，本发明涉及的弹性波滤波器并不限定于声表面波滤波器，也可以是由串联臂谐振器以及并联臂谐振器构成的使用了声边界波、BAW(Bulk Acoustic Wave，体声波)的弹性波滤波器装置。由此，也可达到与上述实施方式涉及的声表面波滤波器具有的效果同样的效果。
此外，例如，在弹性波滤波器中，也可以在各构成要素之间连接有电感器、电容器。另外，该电感器也可以包含由将各构成要素间相连的布线构成的布线电感器。
产业上的可利用性
本发明能够作为低频侧的衰减特性优异的宽带的弹性波滤波器而广泛利用于便携式电话等通信设备。
附图标记说明
10、10A、10B、10C：弹性波滤波器；
11、12、13、14、15：串联臂谐振器；
21、22、23、24：并联臂谐振器；
31、32、34：电感器；
33：电容器；
101：基板；
102：电介质层；
103、104：保护层；
110、120：输入输出端子；
200：IDT电极；
200a、200b：梳型电极；
210：反射器；
211、212、213、214、215：金属膜。

Claims (10)

1.一种弹性波滤波器装置，由两个以上的串联臂谐振器以及三个以上的并联臂谐振器构成，其中，
所述弹性波滤波器装置具备：
第一输入输出端子以及第二输入输出端子，输入或输出高频信号；
第一串联臂谐振器以及第二串联臂谐振器，设置在将所述第一输入输出端子和所述第二输入输出端子连结的路径，由弹性波谐振器构成；
第一并联臂谐振器，设置在将第一节点和接地连结的路径，所述第一节点是将所述第一串联臂谐振器和所述第一输入输出端子连结的路径上的节点；
第二并联臂谐振器，设置在将第二节点和接地连结的路径，所述第二节点是将所述第一串联臂谐振器和所述第二输入输出端子连结的路径上的节点；以及
第三并联臂谐振器，设置在将第三节点和接地连结的路径，所述第三节点是将所述第二串联臂谐振器和所述第二输入输出端子连结的路径上的节点，
所述第一并联臂谐振器的谐振频率比所述第二并联臂谐振器的谐振频率低，
所述第一并联臂谐振器的反谐振频率比所述第二并联臂谐振器的反谐振频率高，
在构成所述弹性波滤波器装置的全部的并联臂谐振器中，所述第二并联臂谐振器的谐振频率最高，
所述第三并联臂谐振器的谐振频率比所述第一并联臂谐振器的谐振频率接近所述第二并联臂谐振器的谐振频率。
2.根据权利要求1所述的弹性波滤波器装置，其中，
在构成所述弹性波滤波器装置的全部的并联臂谐振器中，所述第二并联臂谐振器的有效机电耦合系数最小。
3.根据权利要求1或2所述的弹性波滤波器装置，其中，
在构成所述弹性波滤波器装置的全部的并联臂谐振器之中，所述第一并联臂谐振器的有效机电耦合系数最大。
4.根据权利要求1或2所述的弹性波滤波器装置，其中，
所述两个以上的串联臂谐振器以及所述三个以上的并联臂谐振器分别为声表面波谐振器。
5.根据权利要求1或2所述的弹性波滤波器装置，其中，
所述第一并联臂谐振器以及所述第二并联臂谐振器各自至少具有压电体以及IDT电极，
所述第二并联臂谐振器还具有形成在所述压电体与所述IDT电极之间并对有效机电耦合系数进行调整的第二电介质层，
在所述第一并联臂谐振器的所述压电体与所述IDT电极之间未形成对有效机电耦合系数进行调整的电介质层，或者，形成在所述第一并联臂谐振器的所述压电体与所述IDT电极之间并对有效机电耦合系数进行调整的第一电介质层比所述第二电介质层薄。
6.根据权利要求1或2所述的弹性波滤波器装置，其中，
所述第一并联臂谐振器以及所述第二并联臂谐振器各自至少具有压电体以及IDT电极，
所述第二并联臂谐振器还具有形成为覆盖所述IDT电极并对有效机电耦合系数进行调整的第四电介质层，
在所述第一并联臂谐振器的所述IDT电极上未形成对有效机电耦合系数进行调整的电介质层，或者，形成为覆盖所述第一并联臂谐振器的所述IDT电极并对有效机电耦合系数进行调整的第三电介质层比所述第四电介质层薄。
7.根据权利要求1或2所述的弹性波滤波器装置，其中，
还具备：电容器，与所述第二并联臂谐振器并联连接。
8.根据权利要求7所述的弹性波滤波器装置，其中，
所述电容器具有形成在压电体上的梳齿电极，
在所述压电体与所述梳齿电极之间未形成对有效机电耦合系数进行调整的电介质层。
9.根据权利要求1或2所述的弹性波滤波器装置，其中，
还具备：电感器，与所述第一并联臂谐振器并联连接。
10.根据权利要求1或2所述的弹性波滤波器装置，其中，
所述第二并联臂谐振器具有压电体以及IDT电极，
构成所述IDT电极的梳型电极为间疏电极。
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