JP2000049568A - 弾性表面波フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 周波数特性の設計の自由度が高く、コンパク
トで帯域外特性の良好な弾性表面波フィルタを提供す
る。 【解決手段】 前記圧電性基板上に弾性表面波の伝播方
向が同じになるように配設されたＩＤＴ１０と、この圧
電性基板上に配設され、前記弾性弾性表面波の伝播方向
に沿って前記ＩＤＴ１０を挟むように配設された反射器
とを具備し、前記ＩＤＴ１０は、ＩＤＴ１０を構成する
電極指のうち１／２以上を備える第１の領域１１と、第
１の領域以外の第２の領域１２とを有し、第１の領域１
１で励振される弾性表面波の位相と、第２の領域１２で
励振される弾性表面波の位相とが逆相であることを特徴
とする共振子型の弾性表面波フィルタであって、第２の
領域１２の電極指１２ｆのピッチと対数とを選ぶことに
より、フィルタの周波数特性とサセプタンス特性を制御
し、特性の向上を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば携帯電話の
ような移動通信機器等に用いられる弾性表面波フィルタ
に関する。また本発明は特にインターディジタル変換器
（ＩＤＴ）と反射器とを備えた弾性表面波フィルタに関
する。さらに本発明はＩＤＴと反射器により構成される
共振子型フィルタのＩＤＴの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】弾性表面波フィルタは小型、軽量、高信
頼性、優れた帯域外減衰特性等の特徴を有しているた
め、近年移動通信分野で盛んに使われている。特に弾性
表面波の共振特性を利用した共振子型の弾性表面はフィ
ルタは、小型化でき、VHF 帯やUHF 帯のフィルタの製造
が可能であり、しかもフィルタ特性が優れていることか
ら、移動体通信用弾性表面波フィルタの主流を成してい
る。

【０００３】共振子型の弾性表面波フィルタは、図１５
に模式的に例示したような弾性表面波共振子を用いたフ
ィルタである。弾性表面波共振子は圧電性基板上に形成
されたＩＤＴとグレーティング反射器（ＧＲ）からな
り、２つのＧＲを適当に間隔を設けて配置することによ
り、ＧＲ間に弾性表面波の定在波の立つ共振器を形成
し、この定在波とよく結合するように、ＩＤＴをこの２
つのＧＲの間に設けた構成となっている。

【０００４】移動体通信などの通信機器のさらなる発達
に伴って、通信機器を構成する弾性表面波フィルタに対
し、従来に比べてさらに高い性能が求められている。即
ち、弾性表面波フィルタは周波数特性として、通過帯域
で低損失を実現し、通過帯域外の周波数では通過特性が
急峻に減衰してその遮断特性が良好であること、しかも
適用周波数範囲がより広いことが求められている。

【０００５】共振子型の弾性表面波フィルタは、ＧＲに
よる反射のほか、電極指による弾性表面波の反射も積極
的に利用しており、通常はＩＤＴは２本で極性が一周期
をなすソリッド電極で構成されている。このため弾性表
面波フィルタの特性は、ＩＤＴやＧＲの本数、ピッチや
膜厚等によって決定される。

【０００６】ところが従来のようにＩＤＴやＧＲの本
数、ピッチや膜厚を選んでフィルタ特性を得る方法にお
いては、チップサイズの制限や、フォトエッチングにお
ける加工性の制約がある。また、この方法ではフィルタ
のインピーダンスが変化するが、フィルタのインピーダ
ンスは、外部回路のインピーダンスと整合していなけれ
ばならない。このため、従来の弾性表面波フィルタは、
より高い性能を得ようとしたとき、所望の特性を得るこ
とが困難であるという問題点があった。

【０００７】また特性をより急峻にするために多段方式
でフィルタを構成する場合には、多段フィルタ間をコイ
ルや容量でチューニングして、多段のフィルタのサセプ
タンス成分が互いにゼロもしくは周波数に対して平坦に
なるようにしなければ、満足すべきフィルタ特性が得ら
れないという問題があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題点を解決するためになされたものであり、所望の周波
数特性を得るとともに、弾性表面波フィルタの特性を制
御する際のインピーダンスの調整された弾性表面波フィ
ルタを提供することを目的としている。

【０００９】また本発明の弾性表面波フィルタは、低損
失で良好な帯域外減衰特性を有するとともに、複雑なシ
ステム要求に柔軟に対応することができる弾性表面波フ
ィルタを提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、本発明の弾性表面波フィルタは以下のような
構成を採用している。

【００１１】即ち、本発明の表面弾性波フィルタは、圧
電性基板と、前記圧電性基板上に形成され第１の弾性表
面波を励振する第１の電極領域と前記第１の電極領域で
励振される前記第１の弾性表面波と逆位相の第２の弾性
表面波を励振する第２の電極領域とを有するＩＤＴと、
前記ＩＤＴの励振する前記第１および第２の弾性表面波
の伝播方向に沿って前記ＩＤＴを挟むように配設された
反射器とを具備したことを特徴とするものである。

【００１２】ここで第１の領域と第２の領域とは、第１
の領域で励振される弾性表面波と、第２の領域で励振さ
れる弾性表面波とが、相互に励振効率に応じた強度で打
ち消しあうように構成すればよい。

【００１３】本発明の弾性表面波フィルタは、ＩＤＴが
反射器の間に複数個形成されていて、その中の少なくと
も１個が上記第１の領域と第２の領域を有するものであ
ってもよい。

【００１４】また本発明の弾性表面波フィルタは、上記
の第１の領域と第２の領域とを有するＩＤＴを備えた弾
性表面波フィルタを２個以上接続、例えばカスケードに
２段以上接続して構成してもよい。

【００１５】さらに本発明の弾性表面波フィルタは、複
数の弾性表面波フィルタを接続したものであって、それ
ら複数の弾性表面波フィルタの少なくとも１つが、第１
の領域と第２の領域からなる上記ＩＤＴを有するもので
あってもよい。例えば弾性表面波フィルタを多数結合さ
せてフィルタを構成し、その中の一部の弾性表面波フィ
ルタが、第１の領域と第２の領域からなる上記ＩＤＴを
有するものであってもよい。

【００１６】本発明の弾性表面波フィルタにおいては、
上記第１の領域と第２の領域とを有するＩＤＴにおける
第２の領域の電極指の配列ピッチを、第１の領域の電極
指の配列ピッチと等しいか、より大きくなるように配設
することができる。また第２の領域における電極指の配
列ピッチを、第１の領域における電極指の配列ピッチと
等しいか、より小さくなるように配設することもでき
る。

【００１７】このように、第２の領域の電極指の配列ピ
ッチの第１の領域の電極指の配列ピッチに対する比を選
択することにより、また対数の比を選択することによ
り、本発明の弾性表面波フィルタの特性を制御すること
ができる。

【００１８】即ち、本発明においては、弾性表面波フィ
ルタ装置の帯域通過特性を平坦にするように、第１の領
域の電極指の配列ピッチと第２の領域の配列ピッチをほ
ぼ等しくすることができる。こうすることによって、第
２の領域の電極指の励振する逆相の弾性表面波は、通過
帯域において帯域通過特性を平坦にするように、第１の
領域の電極指の励振する弾性表面波の一部を打ち消すこ
とができる。

【００１９】また、弾性表面波フィルタの低周波側の通
過帯域外の減衰特性が増大するように、前記第１の電極
領域における電極指の配列ピッチに比べて、前記第２の
電極領域における電極指の配列ピッチを大きくしたＩＤ
Ｔを有するすることができる。また、弾性表面波フィル
タの高周波側の通過帯域外の減衰特性が増大するよう
に、前記第１の電極領域における電極指の配列ピッチに
比べ、前記第２の電極領域における電極指の配列ピッチ
を小さくしたＩＤＴを有することができる。こうするこ
とによって、第２の領域の電極指の励振する逆相の弾性
表面波は、通過帯域外において、減衰量が増大するよう
に、第１の領域の電極指の励振する弾性表面波の一部を
打ち消すことができる。

【００２０】さらに、前記第１の電極領域における電極
指の配列ピッチとほぼ等しい第２の電極領域の電極指を
有するＩＤＴと、前記第１の電極領域における電極指配
列ピッチと異なる電極指配列ピッチを有する第２の領域
の電極指とを備えたＩＤＴとを有することによって、通
過帯域を平坦にするとともに、通過帯域外の減衰特性を
高めることもできる。

【００２１】このような作用効果を得るために、前記第
２の励振電極領域における電極指の配列ピッチＰｂと前
記第１の励振電極領域における前記電極指の配列ピッチ
Ｐａとの比Ｐｂ／Ｐａは、０．９５以上１．０５以下で
あることが好ましい。

【００２２】本発明の弾性表面波フィルタにおいては、
ＩＤＴの一部に逆相の弾性表面波を励振する第２の領域
を設けることによって、上記のフィルタの帯域通過特性
の平坦化や帯域外減衰特性の向上が得られる。

【００２３】このようにすることにより、多段構成にし
たときに、段間をコイルや容量でチュ−ニングすること
なく、所望のフィルタ特性を得ることが可能となる。こ
れによって、弾性表面波フィルタの構成を単純化し、弾
性表面波フィルタの小形化を可能にするとともに、その
製造において生産性の向上が可能になる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に基づ
き、本発明の弾性表面波フィルタを詳細に説明する。

【００２５】（実施の形態１）図１および図２は、第１
の領域と第２の領域を有するＩＤＴを備えた、本発明の
表面弾性波フィルタの構成を示す図である。

【００２６】これらの図において、圧電性の基板１とし
ては例えば水晶、ＬＢＯ（lithiumtetra borate）、Ｌ
ｉＮｂＯ₃ 、またはＬｉＴａＯ₃ を用いることができ
る。

【００２７】図１および図２において、ＩＤＴ１０は、
励振する弾性表面波の位相が正相の第１の領域１１のほ
かに、励振する弾性表面波の位相が逆相の第２の領域１
２を有している。図１の例では１個のＩＤＴを１つの正
相の第１の領域１１と１つの逆相の第２の領域１２とに
より構成しており、また図２の例では１個のＩＤＴを２
つの正相の第１の領域１１と１つの逆相の第２の領域１
２とにより構成されている。このように本発明の弾性表
面波フィルタのＩＤＴ１０においては、正相の第１の領
域１１または逆相の第２の領域１２を２つ以上の複数に
分割して設けるようにしてもよい。

【００２８】なお、第１の領域と第２の領域では励振信
号の位相が互いに逆であるに過ぎず、いずれを正とする
ことも可能であるが、本発明では電極指が多く、励振の
強い方の信号の位相を正相とし、そのＩＤＴ領域を第１
の領域、他を逆相の第２の領域と定める。第１の領域と
第２の領域の励振信号の位相差は正確に１８０°である
必要はなく、第１の領域と第２の領域の励振信号が互い
に打ち消し合うことによって、帯域外で急峻な通過特性
の減衰、あるいは帯域内の通過特性の平坦化が得られれ
ばよい。

【００２９】図３は本発明の弾性表面波フィルタが備え
る第１の領域と第２の領域とを有するＩＤＴの具体的構
成の例を概略的に示す図である。

【００３０】第１の領域１１と第２の領域１２との間
は、図３に例示するように隣接する電極指１１ｆと電極
指１２ｆとの中心間隔が（λ／２）＋ｎλ（但し、ｎは
０または自然数）となっている。この隣接する電極指１
１ｆと電極指１２ｆの電極指の極性は同じになるように
構成している。

【００３１】図４は本発明の弾性表面波フィルタが備え
る第１の領域と第２の領域とを有するＩＤＴの構成の別
の例を概略的に示す図である。

【００３２】第１の領域１１と第２の領域１２との間
は、図４に例示するように隣接する電極指１１ｆと電極
指１２ｆとの中心間隔がｎλ（但し、ｎは自然数）とな
っている。この部分で隣接する電極指の極性が異なるよ
うに構成している。

【００３３】図５は図３に例示した本発明の弾性表面波
フィルタのＩＤＴ１０を構成する電極指の極性を説明す
るための模式的断面図である。図５において、第１の領
域１１の端の電極指１１ｆと、これに隣接する第２の領
域１２の端の電極指１２ｆとが同相となり、第１の領域
１１と第２の領域１２とは互いに逆相となる。

【００３４】このように本発明の弾性表面波フィルタが
備えるＩＤＴは、位相の異なる弾性表面波を励振する第
１の領域１１と第２の領域１２とを備えている。したが
って第１の領域１１と第２の領域１２とのうち、電極指
の対数が同じ部分では励振は打ち消されることになる。
第１の領域１１と第２の領域１２とで、電極指の配列ピ
ッチが等しい場合には、この対数が等しい部分では励振
は完全に打ち消されることになり、第２の領域１２の対
数を少なく選んで通過帯域の特性の平坦化を得ることが
できる。

【００３５】第１の領域１１と第２の領域１２とで、電
極指の配列ピッチが異なっている場合には、励振は完全
に打ち消すのではなく、第１の領域１１と第２の領域１
２とが互いにＩＤＴの励振効率に準じた強度で打ち消し
合い、励振に重みづけをかけることができ、通過帯域外
の通過特性の急峻な減衰を得ることができる。

【００３６】これら第１の領域１１と第２の領域１２と
をソリッド電極で構成すると、１個のＩＤＴを構成する
第１の領域１１と第２の領域１２とは、弾性表面波の励
振源としては互いに干渉している。しかし各領域のＩＤ
Ｔは、それぞれの弾性表面波にとって、反射源である点
では区別されるものではない。

【００３７】また、これらＩＤＴは互いに極性の異なる
電極指を隣接させているため、容量を形成する。即ち、
第２の領域を反射源として考えた場合、通常のＧＲでは
有していない電極指間の容量が、第２の領域では有して
おり、容量的には通常のＩＤＴと同等である。本発明の
ＩＤＴでは第１の領域と第２の領域とに分かれているた
め、ＩＤＴの有する容量はこれら第１の領域の容量と第
２の領域の容量を並列に接続したものになる。

【００３８】（実施の形態２）圧電性基板をＳＴカット
水晶とし、電極指の対数が８５対のＩＤＴ２個を電極本
数１００本の反射器２個で挟んだ構造の２１５ＭＨｚ帯
の弾性表面波フィルタにおいて、２個のＩＤＴのうちの
１個は第１の領域を７０対、第２の領域を１５対とし、
他の１個のＩＤＴは第１の領域のみとしたものを、５０
Ω系にてシミュレーションした。

【００３９】図６は帯域通過特性の結果を示す図であ
る。また図７はフィルタのサセプタンスおよびコンダク
タンスの周波数変化の結果を示す図である。

【００４０】（実施の形態３）実施の形態２と同様に、
弾性表面波フィルタの圧電性基板をＳＴカット水晶と
し、電極指の対数が８５対のＩＤＴ２個を電極本数１０
０本の反射器２個で挟んだ構造の２１５ＭＨｚ帯の弾性
表面波フィルタにおいて、２個のＩＤＴのうちの１個を
第１の領域６５対、第２の領域２０対とし、他の１個の
ＩＤＴは第１の領域のみとしたものを、５０Ω系にてシ
ミュレーションした。

【００４１】図８はその帯域通過特性の結果を示す図で
ある。また図９はフィルタのサセプタンスおよびコンダ
クタンスの周波数変化の結果を示す図である。

【００４２】（比較例）実施の形態２と同様に、圧電性
基板をＳＴカット水晶とし、電極指の対数が８５対で第
１の領域のみのＩＤＴ２個を電極本数１００本の反射器
２個で挟んだ構造の２１５ＭＨｚ帯の弾性表面波フィル
タを、５０Ω系にてシミュレーションした。

【００４３】図１０はその帯域通過特性の結果を示す図
である。また図１１はフィルタのサセプタンスおよびコ
ンダクタンスの周波数変化の結果を示す図である。

【００４４】上記の実施の形態２および実施の形態３と
比較例の結果を対比すれば、本発明により、弾性表面波
フィルタの各ピーク間での損失の増加は少なくなり、帯
域外の通過特性の減衰が急峻になることが認められる。
また本発明により、弾性表面波フィルタのサセプタンス
の値の周波数変化が小さくなることが認められ、段間に
チューニング素子がなくても、整合を取りやすくなって
いることがわかる。

【００４５】（実施の形態４）次に本発明の弾性表面波
フィルタを製作し、その特性を測定した。

【００４６】圧電性基板としてＳＴカット水晶基板を用
い、両側にＧＲを設け、ＩＤＴの１２５本の電極指のう
ち、第１の領域は１０５対、第２の領域は２０対とし、
第１の領域の電極指のピッチＰａと第２の領域の電極指
のピッチＰｂはＰｂ＝１．０２３×Ｐａとし、これを２
段に設けたフィルタを構成し、始端および終端を５００
Ωとした。段間をコイルや容量でチューニングすること
は行わなかった。

【００４７】図１２〜図１４はその帯域通過特性を示す
グラフである。図から明らかなように、本発明の弾性表
面波フィルタでは、段間をコイルや容量でチューニング
することなく、比帯域幅として約０．１％を確保するこ
とができることが示され、本発明の有効性が明らかにな
った。

【００４８】なお、上述の説明では圧電性基板としてＳ
Ｔカット水晶基板を用い、チューニング回路の使用を前
提としたＩＦフィルタについて説明したが、他の圧電基
板や、チュ−ニング回路を使用しないＲＦフィルタに適
用することができることは言うまでもない。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の弾性表面
波フィルタによれば、第１の領域と第２の領域とを構成
する電極指の対数や配列ピッチを選ぶことにより、弾性
表面波フィルタの特性を制御することができる。

【００５０】また本発明の弾性表面波フィルタによれ
ば、通過域のサセプタンスを制御することができ、多段
フィルタに展開した場合でも、段間をコイルや容量でチ
ューニングすることなくフィルタ特性を得ることも可能
である。従って共振子型フィルタの設計自由度を大幅に
向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の弾性表面波フィルタの一実施形態の
ＩＤＴの構成を模式的に示す図。

【図２】 本発明の弾性表面波フィルタの他の一実施形
態のＩＤＴの構成を模式的に示す図。

【図３】 本発明の弾性表面波フィルタのＩＤＴの第１
の領域、第２の領域およびそのの境界の具体例を示す
図。

【図４】 本発明の弾性表面波フィルタのＩＤＴの第１
の領域、第２の領域およびその境界の他の具体例を示す
図。

【図５】 図３に例示した本発明の弾性表面波フィルタ
の一実施形態のＩＤＴを構成する電極指の極性を示す断
面図。

【図６】 本発明の一実施形態の弾性表面波フィルタの
帯域通過特性を５０Ω系でシミュレーションした結果を
示す図。

【図７】 本発明の一実施形態の弾性表面波フィルタの
サセプタンスおよびコンダクタンスの周波数変化を５０
Ω系でシミュレーションした結果を示す図。

【図８】 本発明の他の一実施形態の弾性表面波フィル
タの帯域通過特性を５０Ω系でシミュレーションした結
果を示す図。

【図９】 本発明の一実施形態の弾性表面波フィルタの
サセプタンスおよびコンダクタンスの周波数変化を５０
Ω系でシミュレーションした結果を示す図。

【図１０】 従来構造のＩＤＴを備えた弾性表面波フィ
ルタの帯域通過特性を５０Ω系でシミュレーションした
結果を示す図。

【図１１】 従来構造のＩＤＴを備えた弾性表面波フィ
ルタのサセプタンスおよびコンダクタンスを５０Ω系で
シミュレーションした結果を示す図。

【図１２】 本発明の弾性表面波フィルタの一実施例の
帯域通過特性の測定結果を示す図。

【図１３】 本発明の弾性表面波フィルタの一実施例の
帯域通過特性の測定結果を示す図。

【図１４】 本発明の弾性表面波フィルタの一実施例の
帯域通過特性の測定結果を示す図。

【図１５】 従来の弾性表面波フィルタの構成の一例を
示す図。

【符号の説明】 １０……ＩＤＴ、 １１……第１の領域、 １１ｆ
……電極指、１２……第２の領域 １２ｆ……電極
指。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電性基板と、 前記圧電性基板上に形成され第１の弾性表面波を励振す
   る第１の電極領域と前記第１の電極領域で励振される前
   記第１の弾性表面波と逆位相の第２の弾性表面波を励振
   する第２の電極領域とを有するＩＤＴと、 前記ＩＤＴの励振する前記第１および第２の弾性表面波
   の伝播方向に沿って前記ＩＤＴを挟むように配設された
   反射器とを具備したことを特徴とする弾性表面波フィル
   タ。
2. 【請求項２】 ＩＤＴが前記反射器の間に複数個形成さ
   れていることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波フ
   ィルタ。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載の弾性表面
   波フィルタを２個以上接続してなることを特徴とする弾
   性表面波フィルタ。
4. 【請求項４】 複数の弾性表面波フィルタを接続してな
   り、前記複数の弾性表面波フィルタの少なくとも１つ
   は、請求項１記載の第１の領域と第２の領域からなるＩ
   ＤＴを有することを特徴とする弾性表面波フィルタ。
5. 【請求項５】 前記第１の励振電極領域における電極指
   の配列ピッチをＰａ、前記第２の励振電極領域における
   前記電極指の配列ピッチをＰｂとしたとき、Ｐａ≦Ｐｂ
   である電極指を持つＩＤＴを有することを特徴とする請
   求項１ないし４記載の弾性表面波フィルタ。
6. 【請求項６】 前記第１の励振電極領域における電極指
   の配列ピッチをＰａ、前記第２の励振電極領域における
   前記電極指の配列ピッチをＰｂとしたとき、Ｐａ≧Ｐｂ
   である電極指を持つＩＤＴを有することを特徴とする請
   求項１ないし４記載の弾性表面波フィルタ。
7. 【請求項７】 前記第１の領域と第２の領域とは、前記
   第１の領域で励振される前記弾性表面波と、前記第２の
   領域で励振される前記弾性表面波とが、相互に励振効率
   に応じた強度で打ち消しあうように構成されているＩＤ
   Ｔを有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれ
   か１項に記載の弾性表面波フィルタ。
8. 【請求項８】 弾性表面波フィルタ装置の帯域通過特性
   が平坦になるように、前記第１の電極領域の電極指の配
   列ピッチと前記第２の電極領域の電極指の配列ピッチと
   をほぼ等しくしたＩＤＴを有することを特徴とする請求
   項１ないし４のいずれか１項記載の弾性表面波フィル
   タ。
9. 【請求項９】 弾性表面波フィルタの低周波側の通過帯
   域外の減衰特性が増大するように、前記第１の電極領域
   における電極指の配列ピッチに比べて、前記第２の電極
   領域における電極指の配列ピッチを大きくしたＩＤＴを
   有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１
   項記載の弾性表面波フィルタ。
10. 【請求項１０】 弾性表面波フィルタの高周波側の通過
    帯域外の減衰特性が増大するように、前記第１の電極領
    域における電極指の配列ピッチに比べて、前記第２の電
    極領域における電極指の配列ピッチを小さくしたＩＤＴ
    を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか
    １項記載の弾性表面波フィルタ。
11. 【請求項１１】 前記第２の励振電極領域における電極
    指の配列ピッチＰｂと前記第１の励振電極領域における
    前記電極指の配列ピッチＰａとの比Ｐｂ／Ｐａが０．９
    ５以上１．０５以下であるＩＤＴを有することを特徴と
    する請求項１ないし４に記載の弾性表面波フィルタ。