JP2002198769A - 弾性表面波フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】弾性表面波電極を用いてラダー型回路を構成し
た弾性表面波フィルタにおいて、フィルタ通過帯域減衰
極の低域側における減衰量を大きくすることにある。 【解決手段】ＩＤＴ５３ａ〜５７ａと、複数の電極指を
有する反射器５３ｂ〜５７ｃとからなり、ＩＤＴ５３ａ
〜５７ａの電極指間のピッチをＰ１、ＩＤＴ５３ａ〜５
７ａの電極指幅をＰ２、反射器５３ｂ〜５７ｃの電極指
間のピッチをＰＲ、反射器５３ｂ〜５７ｃの電極指幅を
ＰＷとしてＰ１＝Ｐ２＝ＰＲ＝ＰＷの関係が成り立つよ
うに構成されると共に、並列共振子群の弾性表面波電極
５５〜５７は、ＩＤＴの全電極指の対数をＮ１、反射器
の全電極指の本数をＮＲとしたとき、Ｎ１≦５０，ＮＲ
≧４０の条件を満足するように形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電基板上に複数
の弾性表面波電極を構成してなる弾性表面波フィルタに
関し、特に、通過帯域の低域側の減衰量を十分取ること
ができる弾性表面波フィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】移動体通信機器において、高域用の帯域
フィルタとして、複数の弾性表面波電極を圧電基板上に
構成してなる弾性表面波フィルタが知られている。例え
ば、特開平５−１８３３８０号公報には、圧電基板上に
複数の弾性表面波電極によりラダー型フィルタ回路を構
成した弾性表面波フィルタが開示されている。

【０００３】図６は上記先行技術に開示されている弾性
表面波フィルタを説明するための模式的な回路図であ
る。従来の弾性表面波フィルタ５１０は、矩形の圧電基
板５２０を用いて構成されている。圧電基板５２０上に
は、弾性表面波電極から構成された共振子５３０，５４
０，５５０，５６０が配設されている。すなわち、図に
示すように、入力端子５７０と出力端子５８０との間に
構成される直列腕において共振子５３０，５４０が直列
に接続されている（各共振子５３０，５４０を直列共振
子と称す。また、共振子５３０，５４０を併せて直列共
振子群と称す。以下同じ。）。また、直列腕とグランド
電極５９０との間に、共振子５５０，５６０が並列に接
続されている（各共振子５５０，５６０を並列共振子と
称す。また、共振子５５０，５６０を併せて並列共振子
群と称す。以下、同じ。）。なお、直列共振子５３０，
５４０と並列共振子５５０，５６０とは入出力間におい
て交互に配置されており、各並列共振子５５０，５６０
は夫々インダクタンス５５５，５６５を介してグランド
電極５９０に接続されている。この直列共振子５３０と
並列共振子５５０の１組で１段のラダー型フィルタを構
成しており、同様に直列共振子５４０と並列共振子５６
０の１組で１段のラダー型フィルタを構成している。

【０００４】従来の弾性表面波フィルタ５１０の動作原
理は以下の通りである。図７は直列・並列共振子５３０
〜５６０に形成する各弾性表面波電極の構造を説明する
図である。図では１ポート型の弾性表面波電極７００の
電極部分のみが模式的に示されている。

【０００５】弾性表面波電極７００は中央に配置された
ＩＤＴ７１０の両側に反射器７２０，７３０を配置した
構造を有する。ＩＤＴ７１０は、複数の電極指７１１を
有する櫛歯状電極７１０ａと、複数の電極指７１２を有
する櫛歯状電極７１０ｂとを、互いの電極指７１１，７
１２が間挿し合うように交叉して配置した構造を有す
る。なお、例えば、櫛歯状電極７１０ａは入出力電極に
接続され、また櫛歯状電極７１０ｂはグランド電極に接
続される。

【０００６】このような構造の弾性表面波電極７００の
ＩＤＴ７１０に入力された信号により励振された表面波
が、反射器７２０，７３０で反射されて定在波とされ、
反射器７２０，７３０間に閉じ込められ高いＱ値を有す
る共振子として動作する。この弾性表面波電極７００の
インピーダンス特性においては、周知のように、共振周
波数付近でインピーダンスが低くなる極が存在し、反共
振周波数においてインピーダンスが高くなる極が現れる
共振特性を有するようになる。

【０００７】このような構造の直列・並列共振子５３０
〜５６０を有した弾性表面波フィルタ５１０では、弾性
表面波電極７００のインピーダンス特性を利用して所望
の帯域幅を有する通過帯域を得ている。すなわち、直列
共振子５３０，５４０の共振周波数と、並列共振子５５
０，５６０の反共振周波数とを一致させることにより、
この間の周波数付近において入出力インピーダンスを特
性インピーダンスと整合させており、それによって通過
帯域を構成している。特にラダー型フィルタ回路では、
弾性表面波電極７００は所定のインピーダンス特性を有
するため、直列共振子５３０，５４０の反共振周波数付
近では非常に高インピーダンスとなり、逆に並列共振子
５５０，５６０の共振周波数付近では非常に低インピー
ダンスとなるため、この特性を利用してラダー型フィル
タ回路では、高域側の阻止域から通過帯域を介して低域
側の阻止域を形成した幅広のフィルタ特性を得ることに
なる。

【０００８】このようなラダー型フィルタ回路において
減衰極の減衰量を改善する方法として共振子に弾性表面
波電極で形成したＬＣ回路を設けたり（特開平９−２３
２９０６）、外部接続時のワイヤ長を変えることでワイ
ヤ自体のもつインダクタンス値を変化させ減衰極の位置
を変え減衰量を調整する（特開平１１−５５０６７）技
術が開示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年の
移動体通信システムにおいては、電波の有効利用のため
に規格が決められており、例えば、米国のＰＣＳ規格で
は受信帯域が１９３０〜１９９０ＭＨｚ、送信帯域が１
８５０〜１９１０ＭＨｚ、送受信フィルタの通過帯域同
士の間隔は２０ＭＨｚとなり、受信帯域に隣接して送信
帯域が形成されているため、受信用フィルタにおいて
は、広帯域を維持しつつ、充分な減衰量と通過帯域にお
ける低挿入損失を確保することが必要となる。

【００１０】従来から用いられるラダー型フィルタ回路
を構成した弾性表面波フィルタでは、直列共振子と並列
共振子の弾性表面波電極双方で形成される２つの減衰極
でフィルタを構成するために、通過帯域の両肩における
減衰量が比較的大きくなり、これによって、弾性表面波
フィルタは移動体通信機器の帯域フィルタとして好適な
特性を有するものである。

【００１１】しかしながら、ラダー型回路を組んだ弾性
表面波フィルタでは、通過帯域近傍の減衰極付近では減
衰量が非常に大きいものの減衰極の周波数範囲が狭いた
め、減衰極の周波数を外れると急激に減衰量が小さくな
るという問題があった。即ち、通過帯域近傍における阻
止域において、減衰極の周波数付近では大きな減衰量を
得ることができるが、減衰量の大きな周波数領域が狭い
ため、近年の移動体通信の規格における送受信間隔では
送信・受信の隣接チヤンネルでの減衰量を確保するのが
困難となっていた。

【００１２】本発明は上述の課題に鑑みて案出されたも
のであり、その目的は、通過帯域低域側の減衰量を十分
取ることができ、送信・受信隣接チャンネルの混信を防
止することができる弾性表面波フィルタを提供すること
にある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに本発明は、圧電基板の表面に、入力端子と出力端子
との間に複数の弾性表面波電極が直列接続された直列共
振子群と、該直列共振子群の各弾性表面波電極の入力端
子側あるいは出力端子側とグランドとの間に複数の弾性
表面波電極が並列に接続された並列共振子群とを配する
と共に、直列共振子群で形成される共振周波数と並列共
振子群で形成される反共振周波数を略一致させることで
フィルタの通過帯域を形成した弾性表面波フィルタにお
いて、前記弾性表面波電極は、電極指が互いに交差する
ように対向配置された櫛歯状電極と、弾性表面波が伝搬
する経路に沿って前記櫛歯状電極の両側に設けられた複
数の電極指を有するグレーテイング反射器とからなり、
前記櫛歯状電極の互いに隣り合う電極指間のピッチをＰ
１、櫛歯状電極の電極指幅をＰ２、グレーテイング反射
器の互いに隣り合う電極指間のピッチをＰＲ、グレーテ
イング反射器の電極指幅をＰＷとしてＰ１＝Ｐ２＝ＰＲ
＝ＰＷの関係が成り立つように構成されると共に、前記
並列共振子群の弾性表面波電極の内、一部の弾性表面波
電極は、櫛歯状電極の全電極指の対数をＮ１、反射器の
全電極指の本数をＮＲとしたとき、Ｎ１≦５０、ＮＲ≧
４０の条件を満足するように形成されていることを特徴
とする弾性表面波フィルタを提供する。

【作用】一般的なラダー型弾性表面波フィルタの設計と
しては、図５に示すよう実線のように反射係数Γが大き
くなる周波数のΓａを共振周波数ｆｒに併せることで弾
性表面波が２つの反射器での反射効率を良くするように
設計される。

【００１４】しかし、本発明では並列共振子群の弾性表
面波電極の内、少なくとも一部の弾性表面波電極は、上
述のようにＮ１≦５０，ＮＲ≧４０を満足するように形
成することで、点線に示すように反射係数が極小となる
Γｂの周波数が共振周波数ｆｒに近づくことになり、こ
れにより、一部の弾性表面波電極は通過帯域よりも低域
側のインピーダンスを増大させることができる。

【００１５】即ち、Ｎ１≦５０，ＮＲ≧４０の設定にす
ることで一部の弾性表面波電極の櫛歯状電極内でのみ弾
性表面波が反射され、かつ漏れた弾性表面波は反射器で
反射されないことからエネルギー損失が大きくなりイン
ピーダンスが増大し共振周波数ｆｒよりも低域側にスプ
リアスが発生すると考えられる。

【００１６】従って、この一部の弾性表面波電極により
全体のフィルタとして通過帯域の左肩側減衰極よりも低
域側の挿入損失を悪くして十分な減衰量を得ることがで
き、送信・受信隣接チャンネルの混信を防止することが
できるものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例について
図面を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施形態
に係るの弾性表面波フィルタの電極配置図であり、図２
は本発明の特徴を説明するために並列共振子の反射器を
拡大した拡大図である。図１において弾性表面波フィル
タＡは、圧電基板１の主面に、入力端子（ＩＮ）と出力
端子（ＯＵＴ）との間に複数の弾性表面波電極５３，５
４が直列に接続された直列共振子群と、弾性表面波電極
５５，５６，５７が入出力端子（ＩＮ，ＯＵＴ）とグラ
ンド（ＧＮＤ）に対して並列に接続された並列共振子群
が形成されている。以下、直列共振子群の弾性表面波電
極５３，５４の夫々を直列共振子と称し、並列共振子群
の弾性表面波電極５５〜５７の夫々を並列共振子と称
す。

【００１８】直列共振子からなる弾性表面波電極５３，
５４及び並列共振子からなる弾性表面波電極５５，５
６，５７は、何れも中央に櫛歯状のインターデジタルト
ランスデューサ（以下、ＩＤＴ）５３ａ〜５７ａを有
し、その両側にはグレーテイング反射器（以下、反射器
と称す）５３ｂ〜５７ｃを形成した構造を有する。

【００１９】圧電基板１は所定カット角、所定伝搬方向
となるように切断処理された水晶、ニオブ酸リチウム、
タンタル酸リチウム、四ホウ酸リチウム等から成る。ま
た、直列共振子からなる弾性表面波電極５３，５４及び
並列共振子からなる弾性表面波電極５５〜５７は、例え
ば、アルミニウム薄膜からなり、その厚みは０．1〜
０．３μmで所定のパターンに被着形成されている。ま
た、ＩＤＴ５３ａ〜５７ａ及びその両側の反射器５３ｂ
〜５７ｃの電極指幅及び電極指間隔は、例えば、弾性表
面波の波長λに対して１／４λとなっている。

【００２０】ＩＤＴ５３ａ〜５７ａの構造としては、図
２に示すように、電極指Ａ１及びそれに交叉する電極指
Ａ２が互いに交叉して配設されており、各電極指Ａ１，
Ａ２が発生する弾性表面波の伝搬方向に直交して整列し
ている。また、各電極指Ａ１、Ａ２間の電極指ピッチは
Ｐ１に設定されており、さらに、電極指Ａ１及び電極指
Ａ２の各電極幅はＰ２に設定され、Ｐ１とＰ２は略同じ
長さに設定されている。

【００２１】反射器５３ｂ〜５７ｃは、発生する弾性表
面波の伝搬経路の各ＩＤＴ５３ａ〜５７ａ両側に配置さ
れると共に、複数の電極指Ｂが発生する弾性表面波の伝
搬方向に垂直に形成されている。ここでは、この隣り合
う電極指Ｂ同士のピッチをＰＲに設定されており、ま
た、電極指Ｂの幅はピッチＰＲと同じ長さのＰＷに設定
されている。これにより、弾性表面波電極５３〜５７は
Ｐ１＝Ｐ２＝ＰＲ＝ＰＷの関係が成り立つように構成さ
れる６１は入力端子であり、６２は出力端子である。各
並列共振子５５，５６，５７のグランド電極（ＧＮＤ）
は各反射器５５ｃ，５６ｃ，５７ｃにより接地されてい
る。即ち、入力端子６１から並列共振子５７を通じてグ
ランド電極に接続されている。また入力端子６１から直
列に直列共振子５３に接続され、そして交互に５４，５
５，５６の順に接続され出力端子６２につながってい
る。

【００２２】ここで、本発明の特徴部分を説明する。図
５（ａ）は前記並列共振子群の一部の弾性表面波電極に
おいて得られる共振特性を示し、Ｎ１＝６０，ＮＲ＝１
０の場合の共振特性及びＮ１＝５０，ＮＲ＝４０の共振
特性を比較するための図であり、図５（ｂ）はその各反
射特性を示している。一般的なラダー型弾性表面波フィ
ルタの設計としては、実線に示したように反射係数Γが
大きくなる周波数のΓａを共振周波数ｆｒに併せること
で弾性表面波が２つの反射器での反射効率を良くするよ
うに設計される。

【００２３】しかし、本発明では並列共振子の弾性表面
波電極５５〜５７の内、少なくとも一部の弾性表面波電
極（以下、弾性表面波電極５７を例にとって説明）は、
上述のようにＮ１≦５０、ＮＲ≧４０を満足するように
形成することで、点線に示すように反射係数Γが極小と
なるΓｂの周波数が共振周波数ｆｒに近づくことにな
り、これにより、一部の弾性表面波電極は通過帯域より
も低域側のインピーダンスを増大させることができる。

【００２４】即ち、以上のような範囲の設定にすると弾
性表面波電極５７のＩＤＴ５７ａ内でのみ弾性表面波が
反射され、かつ漏れた弾性表面波は反射器５７ｂ，５７
ｃで反射されないことからエネルギー損失が大きくなり
インピーダンスが増大して共振周波数ｆｒよりも低域側
にスプリアスが発生すると考えられる。

【００２５】従って、この一部の弾性表面波電極により
全体のフィルタとしてフィルタの通過帯域の左肩側減衰
極よりも低域側の挿入損失を悪くして十分な減衰量を得
ることができ、送信・受信隣接チャンネルの混信を防止
することができるものである。

【００２６】ここで、Ｎ１が５０対よりも多いとＩＤＴ
内での弾性表面波の反射を大きくする反射係数の周波数
特性の影響を受けにくくなり、ＮＲが４０本よりも少な
いと反射器の反射係数が全体として小さくなるため挿入
損失悪化の原因となるため好ましくない。

【００２７】上述では３つの並列共振子の弾性表面波電
極５５、５６、５７の一つで減衰極よりも低域側にスプ
リアスを形成することができるが、これに限定されるこ
とはなく２つ以上の弾性表面波電極で形成してもよい。
このような構成にしても同様の効果が得られる。

【００２８】

【実施例】次に本発明の作用効果を確認するために、図
１の構造において本発明の実施例を示す。圧電基板１と
してはカット角４２°Ｘ−Ｙタンタル酸リチウム基板を
用い、その表面にＡｌまたはＡｌ合金からなる直列共振
子５３，５４及び並列共振子５５、５６、５７を形成し
た。これにより、中心周波数１．９ＧＨｚのラダーＳＡ
Ｗ型フィルタを製作した。

【００２９】この場合、電極指周期２．００μｍであ
り、直列共振子の弾性表面波電極５３，５４の各電極指
間のピッチＰ１を１．０３８μｍ、電極指幅を０．５１
９μｍ、反射器の各電極指ピッチＰＲを１．０３８μ
ｍ、その電極指幅ＰＷを０．５１９μｍとし、また、並
列共振子の弾性表面波電極５５、５６、５７の各電極指
間のピッチＰ１を１．０６８μｍ、電極指幅を０．５３
４μｍ、反射器の各電極指ピッチＰＲを１．０６８μ
ｍ、その電極指幅ＰＷを０．５３４μｍとした。

【００３０】直列共振子の弾性表面波電極５３，５４に
おいてＩＤＴの電極指の対数を５０対、反射器の電極指
の本数を４０本、並列共振子の弾性表面波電極５５〜５
７における電極対数を２０対、反射器５５ｂ〜５７ｃの
電極指の本数を４０本としている。

【００３１】このように形成した弾性表面波フィルタＡ
の直列共振子及び並列共振子の各共振特性を図３（ａ）
に、そのフィルタ特性を図３（ｂ）に示す。このとき、
図３（ａ）の縦軸はインピーダンスであり、横軸は規格
化周波数である。また、図３（ｂ）の縦軸は減衰量（５
ｄＢ／ｄｉｖ）であり、横軸は規格化周波数である。

【００３２】図３において並列列共振子にはスプリアス
による極ｘが共振周波数ｆｒの低域側に形成されている
が、この並列共振子によって図３（ｂ）に示すようにフ
ィルタの通過帯域の左肩側減衰極よりも低域側にも減衰
極があらわれ広い周波数範囲で充分な減衰量を確保され
ていることがわかる。

【００３３】次に比較例として並列共振子における弾性
表面波電極５５〜５７の全電極指の対数を２０対、反射
器の全電極指の本数を２０本として直列振動子の弾性表
面波電極と同じにした以外は実施例と同様の構成とし
た。そのときの各共振子の共振周波数を図４（ａ）に、
そのフィルタ特性を図４（ｂ）に示す。図４も縦軸及び
横軸は図３と同様とする。

【００３４】このフィルタ特性によれば、フィルタの通
過帯域の左肩側減衰極よりも低域側で減衰量は小さくな
り減衰量の確保できる周波数範囲が狭くなっていること
がわかる

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、並列共振
子群の弾性表面波電極の内、少なくとも一部の弾性表面
波電極は、上述のようにＮ１≦５０，ＮＲ≧２０を満足
するように形成することで、一部の弾性表面波電極は通
過帯域よりも低域側のインピーダンスを増大させること
ができ、フィルタの通過帯域の左肩側減衰極よりも低域
側の減衰域において十分な減衰量を確保することができ
る。

【００３６】また、弾性表面波電極の段数を増やさずに
フィルタの通過帯域における低域側減衰域近傍の減衰量
だけを改善できるので、通過帯域内特性を変化させず、
通過帯域内は低損失で通過帯域の低域側減衰域が高減衰
の弾性表面波フィルタが提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の弾性表面波フィルタの平面図である。

【図２】本発明の弾性表面波電極の拡大図である。

【図３】（ａ）は本発明の直列共振子及び並列共振子の
各共振特性を示す図であり、（ｂ）は本発明の直列共振
子及び並列共振子で構成されるラダー型フィルタのフィ
ルタ特性を示す。

【図４】（ａ）は比較例の直列共振子及び並列共振子の
各共振特性を示す図であり、（ｂ）は比較例の直列共振
子及び並列共振子で構成されるラダー型フィルタのフィ
ルタ特性を示す。

【図５】（ａ）は並列共振子群において得られる共振特
性を示し、実線はＮ１＝６０，ＮＲ＝１０の場合の共振
特性、点線はＮ１＝５０，ＮＲ＝２０の場合の共振特性
を示す図であり、（ｂ）はその各反射特性を示す図であ
る。

【図６】従来の弾性表面波フィルタを説明するための模
式的平面図

【図７】１ポート型の弾性表面波電極を説明するための
拡大平面図

【符号の説明】

Ａ：弾性表面波フィルタ １：圧電基板 ５３、５４：直列共振子 ５５〜５７：並列共振子 ６１：入力端子 ６２：出力端子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電基板の表面に、入力端子と出力端子
   との間に複数の弾性表面波電極が直列接続された直列共
   振子群と、該直列共振子群の各弾性表面波電極の入力端
   子側あるいは出力端子側とグランドとの間に複数の弾性
   表面波電極が並列に接続された並列共振子群とを配する
   と共に、直列共振子群で形成される共振周波数と並列共
   振子群で形成される反共振周波数を略一致させることで
   フィルタの通過帯域を形成した弾性表面波フィルタにお
   いて、 前記弾性表面波電極は、電極指が互いに交差するように
   対向配置された櫛歯状電極と、弾性表面波が伝搬する経
   路に沿って前記櫛歯状電極の両側に設けられた複数の電
   極指を有するグレーテイング反射器とからなり、前記櫛
   歯状電極の互いに隣り合う電極指間のピッチをＰ１、櫛
   歯状電極の電極指幅をＰ２、グレーテイング反射器の互
   いに隣り合う電極指間のピッチをＰＲ、グレーテイング
   反射器の電極指幅をＰＷとしてＰ１＝Ｐ２＝ＰＲ＝ＰＷ
   の関係が成り立つように構成されると共に、前記並列共
   振子群の弾性表面波電極の内、少なくとも一部の弾性表
   面波電極は、櫛歯状電極の全電極指の対数をＮ１、グレ
   イティング反射器の全電極指の本数をＮＲとしたとき、
   以下の条件を満足するように形成されていることを特徴
   とする弾性表面波フィルタ。 Ｎ１≦５０ ＮＲ≧４０