JP2000091881A - 縦結合二重モードｓａｗフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 縦結合二重モードＳＡＷフィルタの通過帯域
近傍の高周波側に生じる減衰量の劣化を補償する手段を
得る。 【解決手段】 圧電基板上に少なくとも２個のＩＤＴ電
極と２個のグレーティング反射器とを用いて構成した縦
結合二重モードＳＡＷフィルタにおいて、入力側ＩＤＴ
電極の励振周波数と出力側ＩＤＴ電極の励振周波数を異
ならせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は縦結合二重モードＳ
ＡＷフィルタに関し、特に通過帯域近傍の高域側の阻止
域減衰量を改善した縦結合二重モードＳＡＷフィルタに
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＳＡＷデバイスは通信分野で広く
利用され、高性能、小型、量産性等の優れた特徴を有す
ることから特に携帯電話等に多く用いられている。図７
は従来の１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタ
（以下、二重モードＳＡＷフィルタと称す）の構成を示
す電極パターンの模式的平面図であって、圧電基板１１
の主面上に表面波の伝搬方向に沿って３つのＩＤＴ電極
１２、１３、１４を近接配置すると共に、これらの両側
に反射器１５ａ、１５ｂを配設したものである。ＩＤＴ
電極１２、１３、１４はそれぞれ互いに間挿し合う複数
本の電極指を有する一対のくし形電極により構成され、
ＩＤＴ電極１２の一方のくし形電極は入力端子INに接続
し、他方のくし形電極は接地する。一方、ＩＤＴ電極１
３、１４の一方のくし形電極は互いに連結して出力端子
OUTに接続すると共に、他方のくし形電極は互いに連結
して接地する。

【０００３】図７に示す二重モードＳＡＷフィルタの動
作は、周知のように、ＩＤＴ電極１２、１３、１４によ
って励起される複数の表面波が反射器１５ａ、１５ｂの
間に閉じ込められて、ＩＤＴ電極１２、１３、１４の間
で音響結合し、その結果１次と３次の２つの縦共振モー
ドが強勢に励振されるため、適当な終端を施すことによ
りこれらの２つのモードを利用した二重モードＳＡＷフ
ィルタとして動作する。なお、該二重モードＳＡＷフィ
ルタの通過帯域幅は１次共振モードと３次共振モードと
の周波数差で決まることは周知の通りである。

【０００４】図８は、図７に示す２段縦続接続の二重モ
ードＳＡＷフィルタの濾波特性を示したものであって、
圧電基板に３６゜ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ₃を用い、
入力ＩＤＴ電極１２の電極対数Ｎ１を２０．５対、出力
電極１３、１４の電極対数Ｎ２をそれぞれ１１．５対、
グレーティング１５ａ、１５ｂの本数をそれぞれ２５０
本、アルミニウム合金の電極膜厚を６％λ（λは励起さ
れる表面波の波長）とし、フィルタの中心周波数を９０
０ＭＨｚになるように前記電極のピッチを設定したもの
であり、比帯域４％と広帯域なバンドパスフィルタを得
ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８の
濾波特性から明らかなように、１ｄＢの通過帯域幅の中
心周波数をｆ₀とし、二重モードＳＡＷフィルタの周波
数領域ｆ₀±（４５±１２．５）ＭＨｚの減衰量は、低
周波側のｆ₀−（４５±１２．５）ＭＨｚでは４０ｄＢ
程度得られるのに対して、高周波側のｆ₀＋（４５±１
２．５）ＭＨｚの周波数領域Ａでは２０ｄＢ程度しか得
られず、最近のディジタル携帯電話に要求される仕様
（２５ｄＢ以上）を満足できないという問題があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたものであっ
て、広帯域であると共に上記通過帯域近傍の高周波側の
阻止域減衰量を改善した二重モードＳＡＷフィルタを提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る縦結合二重モードＳＡＷの請求項１記載
の発明は、圧電基板上に表面波の伝搬方向に沿って２個
以上のＩＤＴ電極と該ＩＤＴ電極の両側にグレーティン
グ反射器とを配置して構成した縦結合二重モードＳＡＷ
フィルタにおいて、入力側ＩＤＴ電極の励振周波数と出
力側ＩＤＴ電極の励振周波数を異ならせることを特徴と
する縦結合二重モードＳＡＷフィルタである。請求項２
記載の発明は、入力側ＩＤＴ電極の電極指ライン占有率
η１’と出力側ＩＤＴ電極のライン占有率η２’を異な
らせたことを特徴とする請求項１記載の縦結合二重モー
ドＳＡＷフィルタである。請求項３記載の発明は、入力
側ＩＤＴ電極の電極指対数をＮ１、ライン占有率をη
１’とし、出力側ＩＤＴ電極の電極指対数をＮ２、ライ
ン占有率をη２’としたとき、η１’とη２’との比を Ｎ１＞Ｎ２の場合 ０．２＜η２’／η１’＜１ Ｎ１＜Ｎ２の場合 ０．２＜η１’／η２’＜１ とすることを特徴とする請求項１あるいは２記載の縦結
合二重モードＳＡＷフィルタである。請求項４記載の発
明は、入力側ＩＤＴ電極の電極周期λ１と出力側ＩＤＴ
電極の電極周期λ２を異ならせたことを特徴とする請求
項１記載の縦結合二重モードＳＡＷフィルタである。請
求項５記載の発明は、入力側ＩＤＴ電極の電極指対数を
Ｎ１、電極周期をλ１とし、出力側ＩＤＴ電極の電極指
対数をＮ２、電極周期をλ２としたとき、λ１とλ２と
の比を Ｎ１＞Ｎ２の場合 ０．９６０＜λ２／λ１＜１．０００ Ｎ１＜Ｎ２の場合 ０．９６０＜λ１／λ２＜１．０００ としたことを特徴とする請求項１あるいは４記載の縦結
合二重モードＳＡＷフィルタである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下本発明を図面に示した実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る二
重モードＳＡＷフィルタの構成を示す平面図であって、
圧電基板１の主面上に表面波の伝搬方向に沿って３つの
ＩＤＴ電極２、３、４近接配置すると共に、これらの両
側にグレーティング反射器５ａ、５ｂを配設する。ＩＤ
Ｔ電極２、３、４はそれぞれ互いに間挿し合う複数本の
電極指を有する一対のくし形電極により構成され、ＩＤ
Ｔ電極２の一方のくし形電極は入力端子INに接続し、他
方のくし形電極は接地する。一方、ＩＤＴ電極３、４の
一方のくし形電極は互いに連結して出力端子OUTに接続
すると共に、他方のくし形電極は互いに連結して接地す
る構造とする。

【０００８】本発明の特徴は、ＩＤＴ電極２、３、４の
電極周期をほぼ同一とすると共に、ＩＤＴ電極２の電極
指幅η１をＩＤＴ電極３、４の電極指幅η２より幅広に
設定することにある。図１はＩＤＴ電極２の電極対数Ｎ
１をＩＤＴ電極３、４の電極対数Ｎ２より多く設定した
例である。

【０００９】正規型ＩＤＴ電極の電極対数をＮ、その電
極周期をλ、基準化周波数をΩ（＝（ω−ω₀）／ω₀、
ここでω₀＝２πＶ／λ＝２πｆ₀、Ｖは表面波の速度）
とすると、ＩＤＴ電極の周波数特性は、 ｓｉｎ（ＮπΩ）／ｓｉｎ（πΩ） で表され、減衰極は１／Ｎおきに現れ、その帯域幅は対
数Ｎに反比例することが知られている。この周期的に繰
り返すＩＤＴ電極の周波数特性を以下、トランスバーサ
ル特性という。二重モードＳＡＷフィルタの通過帯域外
の周波数特性は、入出力ＩＤＴ電極２〜４のトランスバ
ーサル特性が現れ、阻止域にはそのトランスバーサル特
性による周期的な減衰極が現れる。このうちメインロー
ブの高周波側の減衰極を、図８に示すｆ₀＋（４５±１
２．５）ＭＨｚの周波数領域Ａに一致させることができ
れば、該周波数領域の減衰量の改善がはかられるものと
推察される。

【００１０】従来の二重モードＳＡＷフィルタでは図７
に示すように入力ＩＤＴ電極１２の電極指対数Ｎ１を出
力ＩＤＴ電極１３、１４の電極指対数Ｎ２より多く設定
すると共に、入出力ＩＤＴ電極１２、１３、１４の励振
周波数をほぼ同一と設定するのが一般的である。従っ
て、トランスバーサル特性による入力ＩＤＴ電極１２の
メインローブＭ１、出力ＩＤＴ電極１３、１４のメイン
ローブＭ２は図２（ａ）に示すように、それぞれの帯域
幅の中心周波数はほぼ同一となる。ところが、ＩＤＴ電
極１２とＩＤＴ電極１３、１４との電極対数をＮ１＞Ｎ
２とすることにより、それぞれのメインローブの帯域幅
は図２（ａ）に示すように異なる。つまり、メインロー
ブＭ２の帯域幅に比べ、メインローブＭ１の帯域幅は峡
帯域となる。ここで、Ｐ１、Ｐ２はそれぞれメインロー
ブＭ１、Ｍ２の高周波側の減衰極を指すものとする。二
重モードＳＡＷフィルタの通過帯域は、入出力ＩＤＴ電
極１２〜１４のメインローブＭ１、Ｍ２内に位置するの
で、メインローブの減衰極Ｐ１、Ｐ２は周波数領域Ａの
外側に現れることになる。そこでメインローブの減衰極
Ｐ１、Ｐ２の位置を制御して、改善すべき周波数領域Ａ
に一致させるための手段を種々検討した。

【００１１】その結果、入出力ＩＤＴ電極の励振周波数
を単純に異ならせるだけでは、上記の周波数領域Ａにメ
インローブの減衰極Ｐ１、Ｐ２を配置することは不可能
であることが分かった。この理由は、二重モードＳＡＷ
フィルタの通過帯域は入出力ＩＤＴ電極１２〜１４が呈
するトランスバーサル特性のメインローブ内に位置して
いるが、入力ＩＤＴ電極１２の電極対数Ｎ１を出力ＩＤ
Ｔ電極１３、１４のそれぞれの電極対数Ｎ２より多く設
定しているために、入力ＩＤＴ電極１２によって形成さ
れる帯域幅の狭いメインローブＭ１の帯域幅の内側に形
成されることになる。

【００１２】以上の理由で、図２（ｂ）に示すように帯
域幅の狭いメインローブＭ１を帯域幅の広いメインロー
ブＭ２より高周波側に配置する手段では周波数領域Ａに
メインローブの減衰極Ｐ１、Ｐ２を一致させることがで
きない。そこで、図２（ｃ）に示すように帯域幅の狭い
メインローブＭ１を帯域幅の広いメインローブＭ２より
低周波側に配置することにより、メインローブＭ１の高
周波側に現れる減衰極Ｐ１を二重モードＳＡＷフィルタ
の改善すべき周波数領域Ａに一致させることが可能であ
ることを見出した。

【００１３】まず、ＩＤＴ電極の励振周波数を電極ピッ
チを変えることにより変化させた場合を検討する。図３
はＩＤＴ電極６、７、８のライン占有率を一定として、
ＩＤＴ電極６とＩＤＴ電極７、８と電極指ピッチを互い
に異ならせることにより、それぞれの励振周波数を変え
た二重モードＳＡＷフィルタである。図３の二重モード
ＳＡＷフィルタを２段縦続接続して、周波数領域Ａにお
ける減衰量と電極周期比（λ２／λ１）関係をシミュレ
ーションにより求めた結果を図４に示す。図４から明ら
かなように、通過帯域を良好な状態に維持したまま、周
波数領域Ａにおける減衰量が改善できる電極周期比（λ
２／λ１）の範囲は、入力電極の電極指対数Ｎ１が出力
電極の電極指対数Ｎ２より多い場合には、０．９６＜λ
２／λ１＜１．０００であることが判った。

【００１４】上記の結果に基づき、圧電基板に３６゜Ｙ
カットＸ伝搬ＬｉＴａＯ₃を用い、入力ＩＤＴ電極６の
電極指対数Ｎ１を２２．５対、出力ＩＤＴ電極７、８の
電極指対数Ｎ２をそれぞれ１２．５対、グレーティング
反射器９ａ、９ｂの本数を２５０本、アルミニウム合金
の電極膜厚を６％λ、入力ＩＤＴ電極周期λ１対する出
力ＩＤＴ電極７、８の電極周期λ２の比λ２／λ１を
０．９８０に設定した二重モードＳＡＷフィルタを構成
すると、その濾波特性はｆ₀＋（４５±１２．５）ＭＨ
ｚの周波数領域で減衰量が約８ｄＢ改善できることが分
かった。ところが、実際には上記電極周期の差はごく僅
かであり、現在のフォトリソグラフィ技術による製造誤
差により、その効果を十分に享受することができない場
合がある。

【００１５】そこで、ＩＤＴを同一の電極周期で励振周
波数を変える手段を検討することとした。第１にＩＤＴ
電極の電極膜厚を変化させる方法、第２にＩＤＴ電極指
のライン占有率（ライン幅／（ライン幅＋スペース
幅））を変化させる方法がある。前者では、同一の圧電
基板上で１〜２μｍの空間を挟んで隣接するＩＤＴ電極
２と３、４との膜厚を正確に制御することが必要となる
が、製造工程が複雑となるのはもちろん、現在の技術で
は製造バラツキが大きくあまり実用的ではない。そこ
で、入出力ＩＤＴ電極の電極周期を変えずに、励振周波
数を変化させる手段として、図１に示すようにＩＤＴ電
極２のライン幅η１とＩＤＴ電極３、４のライン幅η２
とを互いに異ならせる方法を検討した。同一電極周期で
あるためライン幅η１、η２の比はそれぞれのライン占
有率η１’、η２’の比と等しい。

【００１６】ＩＤＴ電極２、３、４の電極周期を同一に
し、入力ＩＤＴ電極２のライン占有率η１’と出力ＩＤ
Ｔ電極３、４のライン占有率η２’を互いに異ならせる
ことにより、それぞれの励振周波数を変えて二重モード
ＳＡＷフィルタを構成した例が図１である。図５は、図
１に示した二重モードＳＡＷフィルタを２段縦続接続し
たフィルタの周波数領域Ａ（ｆ₀＋（４５±１２．５）
ＭＨｚ）において、その減衰量とライン占有率比（η
２’／η１’）との関係をシミュレーションにより求め
た結果である。これは通過帯域を良好な状態に維持した
まま、図８における周波数領域Ａにおいて減衰量が改善
できるライン占有率の比η２’／η１’は、入力電極の
電極指対数Ｎ１が出力電極の電極指対数Ｎ２より多い場
合には、０．２＜η２’／η１’＜１と設定すべきであ
ることを示している。

【００１７】図６は上記の検討結果に基づき構成したフ
ィルタの濾波特性を示す図であって、圧電基板に３６゜
ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ₃を用い、入力ＩＤＴ電極２
の電極指対数Ｎ１を２０．５対、出力ＩＤＴ電極３、４
の電極指対数Ｎ２をそれぞれ１１．５対、グレーティン
グ反射器５ａ、５ｂの本数を２５０本、アルミニウム合
金の電極膜厚を６％λ、入力ＩＤＴ電極のライン占有率
η１’に対する出力ＩＤＴ電極のライン占有率η２’の
比η２’／η１’を０．４３に設定したと場合の特性で
ある。なお電極指ピッチはフィルタの中心周波数が９０
０ＭＨｚになるように設定した。

【００１８】図６から明らかなように通過帯域近傍の高
周波側（周波数領域Ａ）の減衰量が、図８に示した従来
の二重モードＳＡＷフィルタの減衰量に比べて１０ｄＢ
程度改善されていることが分かる。この改善より通過帯
域近傍の減衰量を急峻にする必要がある携帯電話用ＲＦ
フィルタの要求を十分に満たすことができるようになっ
た。

【００１９】図１の説明では、入力ＩＤＴ電極２の電極
指対数Ｎ１が出力ＩＤＴ電極３、４の電極指対数Ｎ２よ
り多い場合の例を取り上げたが、逆に入力ＩＤＴ電極２
の電極指対数Ｎ１が出力ＩＤＴ電極３、４の電極指対数
Ｎ２より少ない場合を検討すると、ライン占有率を変え
て周波数領域Ａにおける減衰量を改善する場合、ライン
占有率比は０．２＜η１’／η２’＜１とすればよいこ
とが確認できた。

【００２０】また、図５の例では入力ＩＤＴ電極６の電
極指対数Ｎ１が出力ＩＤＴ電極７、８の電極指対数Ｎ２
より多い場合を説明したが、逆に入力ＩＤＴ電極６の電
極指対数Ｎ１が出力ＩＤＴ電極７、８の電極指対数Ｎ２
より少ない場合を検討すると、電極周期を変えて周波数
領域Ａの減衰量を改善するには、電極周期比を０．９６
＜λ１／λ２＜１．０００とすればよいことを確認し
た。

【００２１】なお、以上の説明では３個のＩＤＴ電極を
用いた１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタに説
明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく
２個以上のＩＤＴ電極を持つ二重モードＳＡＷフィルタ
であれば適用可能であることは云うまでもない。

【００２２】さらに、以上本発明の説明で圧電基板に３
６゜ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ３を用いた例を示した
が、本発明はこれのみに限定されるものではなく、どの
ような圧電基板を用いた縦結合二重モードＳＡＷフィル
タにも適用可能である。例えば４５゜ＸカットＺ伝搬Ｌ
ｉ₂Ｂ₄Ｏ₇、ＳＴカット水晶、４２゜ＹカットＸ伝搬Ｌ
ｉＴａＯ₃あるいは６４゜ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ₃等
の圧電材料にも適用できることは云うまでもない。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成した
ので、縦結合二重モードＳＡＷフィルタにおいて通過帯
域の近傍の高周波側の減衰量を１０ｄＢ程度改善するこ
とができるようになり、本発明の二重モードＳＡＷフィ
ルタを携帯電話等のＲＦフィルタに用いればその性能を
改善する上で優れた効果を表す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る１次−３次縦結合二重モードＳＡ
Ｗフィルタの電極構成を示す平面図である。

【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は入出力ＩＤＴ電極の
呈するメインローブの周波数とフィルタ特性の関係を説
明する図である。

【図３】本発明に係る１次−３次縦結合二重モードＳＡ
Ｗフィルタの実施例で、電極周期を変えて構成したフィ
ルタの平面図である。

【図４】ＩＤＴ電極のピッチ比と通過帯域近傍の高周波
側の減衰量との関係を示す図である。

【図５】ライン占有率比λ２’／λ１’と二重モードＳ
ＡＷフィルタの通過域近傍の減衰量との関係を示す図で
ある。

【図６】本発明に係る二重モードＳＡＷフィルタをシミ
ュレーションにより求めた濾波特性である。

【図７】従来の１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィ
ルタの電極構成を示す平面図である。

【図８】従来の１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィ
ルタのフィルタ特性を示す図である。

【符号の説明】

１・・圧電基板 ３、４、６、７、８・・ＩＤＴ電極 ５ａ、５ｂ、９ａ、９ｂ・・グレーティング反射器 λ１、λ２・・ＩＤＴ電極周期 η１、η２・・ライン幅 η１’、η２’・・ライン占有率 Ｍ１、Ｍ２・・メインローブ Ｐ１、Ｐ２・・メインローブの高周波側の減衰

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電基板上に表面波の伝搬方向に沿って
   ２個以上のＩＤＴ電極と該ＩＤＴ電極の両側にグレーテ
   ィング反射器とを配置して構成した縦結合二重モードＳ
   ＡＷフィルタにおいて、入力側ＩＤＴ電極の励振周波数
   と出力側ＩＤＴ電極の励振周波数を異ならせることを特
   徴とする縦結合二重モードＳＡＷフィルタ。
2. 【請求項２】 入力側ＩＤＴ電極の電極指ライン占有率
   η１’と出力側ＩＤＴ電極のライン占有率η２’を異な
   らせたことを特徴とする請求項１記載の縦結合二重モー
   ドＳＡＷフィルタ。
3. 【請求項３】 入力側ＩＤＴ電極の電極指対数をＮ１、
   ライン占有率をη１’とし、出力側ＩＤＴ電極の電極指
   対数をＮ２、ライン占有率をη２’としたとき、η１’
   とη２’との比を Ｎ１＞Ｎ２の場合 ０．２＜η２’／η１’＜１ Ｎ１＜Ｎ２の場合 ０．２＜η１’／η２’＜１ とすることを特徴とする請求項１あるいは２記載の縦結
   合二重モードＳＡＷフィルタ。
4. 【請求項４】 入力側ＩＤＴ電極の電極周期λ１と出力
   側ＩＤＴ電極の電極周期λ２とを異ならせたことを特徴
   とする請求項１記載の縦結合二重モードＳＡＷフィル
   タ。
5. 【請求項５】 入力側ＩＤＴ電極の電極指対数をＮ１、
   電極周期をλ１とし、出力側ＩＤＴ電極の電極指対数を
   Ｎ２、電極周期をλ２としたとき、λ１とλ２との比を Ｎ１＞Ｎ２の場合 ０．９６０＜λ２／λ１＜１．０００ Ｎ１＜Ｎ２の場合 ０．９６０＜λ１／λ２＜１．０００ としたことを特徴とする請求項１あるいは４記載の縦結
   合二重モードＳＡＷフィルタ。