JP2002217680A - ラダー型弾性表面波フィルタ - Google Patents

ラダー型弾性表面波フィルタ

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JP2002217680A
JP2002217680A JP2001013395A JP2001013395A JP2002217680A JP 2002217680 A JP2002217680 A JP 2002217680A JP 2001013395 A JP2001013395 A JP 2001013395A JP 2001013395 A JP2001013395 A JP 2001013395A JP 2002217680 A JP2002217680 A JP 2002217680A
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ladder
acoustic wave
surface acoustic
filter
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Yasuhide Onozawa
康秀 小野澤
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Toyo Communication Equipment Co Ltd
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Toyo Communication Equipment Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 広帯域でしかも小型なラダー型弾性表面波フ
ィルタを実現する手段を得る。 【解決手段】 一端子対表面波共振子を梯子状に複数個
配設して構成するラダー型弾性表面波フィルタであっ
て、並列接続した一端子対表面波共振子の中でインピー
ダンスの低い一端子対表面波共振子にパッケージの外部
からインダクタを直列接続してラダー型弾性表面波フィ
ルタを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はラダー型弾性表面波
フィルタに関し、特に通過帯域幅を広くしたラダー型弾
性表面波フィルタに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、弾性表面波フィルタ(以下、SA
Wフィルタと称す)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
携帯電話機等に多く用いられている。携帯電話機のRF
段に用いられるSAWフィルタの1つにラダー型弾性表
面波フィルタ(以下、ラダー型SAWフィルタと称す)
があり、その特徴は急峻な減衰傾度を有すること、挿入
損失が小さいこと等があげられる。最近、CDMA移動
通信システム(例えば、cdmaOne)において、端
末機用のRFフィルタとして従来の帯域幅より広いSA
Wフィルタが要求されている。例えば、受信用RFフィ
ルタの通過帯域幅には832〜870MHz、送信用R
Fフィルタとして887〜925MHz、即ち、送受信
とも38MHzの帯域幅が要求されている。
【0003】図3(a)はラダー型フィルタの基本区間
を示す回路で、並列腕の共振子Zpと直列腕の共振子Z
sとから構成され、それぞれの腕のリアクタンス曲線は
同図(b)のように配置される。即ち、並列腕共振子Z
pの反共振周波数と直列腕共振子Zsの共振周波数とを
ほぼ一致するように設定すると、その周波数を中心周波
数として、図3(b)に示すようにバンドパスフィルタ
Fが形成され、並列腕共振子Zpの共振周波数と直列腕
共振子Zsの反共振周波数とに減衰極が形成され、減衰
傾度の急峻なフィルタが得られる。図3(c)に示すラ
ダー型フィルタは、同図(a)に示す基本区間を4区間
インピーダンスが整合するように縦続接続した回路構成
であり、直列腕のインピーダンスXsは2Zs、並列腕
のインピーダンスXp、Xp2はそれぞれZp、Zp/
2となる。そして、図3(c)の各共振子を同図(d)
に示す一端子対弾性表面波共振子(以下、SAW共振子
と称す)で置換したラダー型フィルタが、所謂ラダー型
SAWフィルタである。
【0004】SAW共振子は図3(d)に示すように圧
電基板10の主面上に表面波の伝搬方向に沿って、ID
T電極11を配置すると共にその両側にグレーティング
反射器(以下、反射器と称す)12a、12bを配設し
て構成される。IDT電極11は互いに間挿し合う複数
の電極指を有する一対のくし型電極から形成される。実
用に供されているラダー型SAWフィルタは、図3
(d)に示すようなSAW共振子を一枚の圧電基板上に
表面波の伝搬方向に沿って複数個配置し、各共振子を図
3(c)に示すように梯子状に接続して構成する。その
際、各SAW共振子に要求されるインピーダンスの違い
はIDT電極の電極指対数、交差幅等で調整する。
【0005】図4(a)、(b)はcdmaOne端末
機のRF用ラダー型SAWフィルタのパスバンド及び減
衰域のフィルタ特性をシミュレーションにより求めたも
のである。シミュレーションには広帯域化を実現するた
め、例えば特開平5−183380号公報に開示されて
いるように、セラミックパッケージ上にマイクロストリ
ップラインによるインダクタンスを形成しておき、図4
(c)に示すように並列腕の各共振子にこのインダクタ
ンスをそれぞれ直列に付加したものを用い、また、実装
法はフリップチップボンディングとした。図4のラダー
型SAWフィルタに用いたパラメータとしては、圧電基
板には42°回転YカットX伝搬LiTaO3を用い、
SAW共振子Xsの波長λ1を4.213μm、IDT電極対
数を68対、交差幅を14.0λ1、反射器の本数をそれぞれ1
02本と、SAW共振子Xpの波長λ2を4.439μm、ID
T電極対数を104対、交差幅を14.0λ1、反射器の本数を
それぞれ66本と、SAW共振子Xp2の波長λ2を4.439
μm、IDT電極対数を170対、交差幅を17.1λ1、反射
器の本数をそれぞれ10本である。また、ストリップライ
ンにより形成したインダクタンスL1、L2、L3はそ
れぞれ1.2 nH、0.2 nH、0.3nHとした。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、cdm
aOne端末機にRFフィルタとして用いるには、温度
変化による周波数変化や製造時の周波数偏差を考慮する
と、通過帯域幅は46MHz以上が望ましい。この帯域
幅に対し、図4から明らかように上記の構成のラダー型
SAWフィルタでは、3dB帯域幅が43.1MHz程
度であり、帯域幅が要求を満たさないという問題があっ
た。帯域幅を広げる手段として、(1)直列腕SAW共
振子の共振周波数と並列腕SAW共振子の共振周波数の
周波数間隔(Δf)を広げる方法、(2)各並列腕共振
子にさらに大きなインダクタを直列接続する方法等があ
るが、(1)の手法ではΔfを広くし過ぎると挿入損失
の劣化をきたすという問題があり、(2)の手法では最
近の小型化要求により、パッケージ内にインダクタンス
値の大きなインダクタをストリップラインにより形成す
ることは困難であるという問題がある。そこで、ラダー
型SAWフィルタの帯域幅を広げるべく、パッケージの
外部にチップインダクタを設けることにより広帯域化を
図ることも考えられるが、部品点数の増加は携帯電話の
小型化に逆行するので、外付けインダクタの数は1個に
限定せざるを得ない。ところが、図5に示すようにマイ
クロストリップラインによるインダクタンスL1、L2
3の接地側の端子を接続し、これに直列に外付インダ
クタLαを接続したラダー型SAWフィルタのフィルタ
特性は、図6(a)、(b)に示すように減衰域特性が
著しく劣化することが判明した。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、小型で広帯域なラ
ダー型SAWフィルタを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るラダー型弾性表面波フィルタの請求項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
IDT電極とその両側にグレーティング反射器を配置し
て形成する一端子対表面波共振子を梯子状に複数個配設
し、該圧電基板をパッケージ内に収容して構成するラダ
ー型弾性表面波フィルタにおいて、並列腕に配置された
一端子対表面波共振子の中でインピーダンスの低い共振
子にのみパッケージの外部からインダクタを直列接続し
て広帯域フィルタを構成したことを特徴とするラダー型
弾性表面波フィルタである。請求項2記載の発明は、5
個の一端子対表面波共振子を並列腕、直列腕、並列腕、
直列腕、並列腕の順にそれぞれ配置し、2つの直列腕に
挟まれた並列腕の一端子対表面波共振子に1個のインダ
クタを接続したこことを特徴とする請求項1に記載のラ
ダー型弾性表面波フィルタである。
【0008】
【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。外付けインダクタLα
1個をどの並列腕のSAW共振子に付加した場合に、通
過帯域が広がり減衰域も満足するか、ラダー型SAWフ
ィルタのフィルタ特性をシミュレーションにより求める
ことにした。外付するインダクタLαのインダクタンス
値は2nHとし、ラダー型回路は図3(c)に示す5素
子構成とし、パッケージ内に設けたマイクロストリップ
ラインによるインダクタンスL1、L2、L 3は各並列腕
のSAW共振子に直列に付加されようにした。また、パ
ラメータは前記の図4と同じ値を用いた。
【0009】まず、図7に示すように入出力両側に位置
する並列腕SAW共振子に接続されたマイクロストリッ
プラインによるインダクタンスL1、L3の接地側の端子
同士を接続し、これに外付インダクタLαを接続したラ
ダー型SAWフィルタのフィルタ特性は、図8(a)、
(b)に示すようになった。同図(b)から明らかなよ
うに減衰域特性が著しく劣化していることが分かる。そ
こで、図9に示すように、入力側の並列腕のSAW共振
子に接続されたマイクロストリップラインによるインダ
クタンスL1の接地側の端子に、直列に外付インダクタ
αを接続したラダー型SAWフィルタのフィルタ特性
は(出力側の並列腕のSAW共振子の場合でも同様)、
図10(a)、(b)に示すようなフィルタ特性が得ら
れた。減衰特性は良好であるが、同図(a)から3dB
帯域幅は42.5MHzとなり、帯域幅は広がらないことが
判明した。
【0010】図1(a)は本発明に係るラダー型SAW
フィルタの回路構成を示す図であり、5個のSAW共振
子Xp、Xs、Xp2、Xs、Xpは圧電基板上に表面
波の伝搬方向に沿って形成され、梯子状に接続されてお
り、パッケージ内にはマイクロストリップラインによる
インダクタンスL1、L2、L3がそれぞれ並列腕のSA
W共振子Xp、Xp2、Xpに直列に接続される構造と
なっている。そして、インダクタンスL1、L3はパッケ
ージのグランド端子と接続し、インダクタンスL2は接
地していない端子Nに接続する。さらに、パスバンドを
広げるべくインダクタLαの一方の端子は、パッケージ
の端子Nに接続し、他方の端子は接地した構成とする。
図1(b)はパッケージ裏面の端子側からみた図であ
る。図1(a)に示すラダー型SAWフィルタには2種
類の並列腕共振子Xp、Xp2が在るが、本発明の特徴
は並列腕の中でインピーダンスの低いSAW共振子Xp
2(前述したようにXp2のインピーダンスはXpの1
/2)のみに外付インダクタLα(=2nH)を付加し
たことである。図2(a)、(b)は図1(a)に示し
た回路構成のラダー型SAWフィルタのフィルタ特性
で、(a)はパスバンド特性、(b)は減衰域特性であ
る。図2(a)から3dBの帯域幅は46.5MHzが
得られ、46MHzより広くなっていることが分かる。
減衰域特性も従来の特性(図4)に比べても何の遜色も
なく、むしろ減衰量が改善されている。
【0011】以上の説明では5つの共振子を有するラダ
ー型SAWフィルタについて述べたが、本発明はこれに
限定されるものではなく、5つ以上の共振子を有するラ
ダー型SAWフィルタにも適用でき、このときはインピ
ーダンスの低い並列腕の少なくともいずれか一つに外付
けのインダクタを付加すればよい。また、並列腕あるい
は直列腕を複数の共振子の直列接続構成としたものにつ
いても同様のことが言える。また、外付けインダクタL
αの値について2nHを例に挙げて説明したが、これに
限定する必要はなく、RFフィルタに要求されるフィル
タ特性に最適なインダクタンス値を選定すればよい。ま
た、圧電基板についても42°回転YカットX伝搬Li
TaO3に限定する必要はなく、その他の切断角度でも
よく、また他の圧電基板例えばニオブ酸リチウム、四硼
酸リチウム、ランガサイト等を用いたラダー型SAWフ
ィルタにも適用できることは明らかである。
【0012】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成した
ので、請求項1に記載の発明は広帯域で小型なラダー型
SAWフィルタを実現できるという優れた効果を表す。
請求項2に記載の発明は5素子のラダー型SAWフィル
タで特に携帯電話等に適し、小型で、広帯域なラダー型
SAWフィルタを実現できるという優れた効果を表す。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明に係るラダー型SAWフィルタ
の構成を示す回路図、(b)はパッケージの裏面からみ
た図である。
【図2】本発明に係るラダー型SAWフィルタのフィル
タ特性を示す図で、(a)はパスバンド特性、(b)は
減衰域特性を示す図である。
【図3】ラダー型SAWフィルタを説明するための図
で、(a)はラダー型フィルタの基本区間、(b)は基
本区間のリアクタンス特性とフィルタ特性、(c)は基
本区間を4区間縦続接続して構成した5素子ラダー型フ
ィルタ、(d)一端子対弾性表面波共振子の構成を示す
平面図である。
【図4】従来の5素子ラダー型SAWフィルタのフィル
タ特性を示す図で、(a)はパスバンド特性、(b)は
減衰域特性を示す図、(c)は5素子ラダー型SAWフ
ィルタの回路構成を示す図である。
【図5】全ての並列腕SAW共振子の接地側端子を接続
し、それに直列にインダクタを接続した5素子ラダー型
SAWフィルタの回路構成を示す図である。
【図6】図5の構成の5素子ラダー型SAWフィルタの
フィルタ特性を示す図で、(a)はパスバンド特性、
(b)は減衰域特性を示す図である。
【図7】入力、出力側の並列腕SAW共振子の接地側端
子を互いに接続し、それに直列にインダクタを接続した
5素子ラダー型SAWフィルタの回路構成を示す図であ
る。
【図8】図7の構成の5素子ラダー型SAWフィルタの
フィルタ特性を示す図で、(a)はパスバンド特性、
(b)は減衰域特性を示す図である。
【図9】インダクタを入力側の並列腕SAW共振子に直
列接続した5素子ラダー型SAWフィルタの回路構成を
示す図である。
【図10】図9の構成の5素子ラダー型SAWフィルタ
のフィルタ特性を示す図で、(a)はパスバンド特性、
(b)は減衰域特性を示す図である。
【符号の説明】
Xs・・直列腕弾性表面波共振子 Xp、Xp2・・並列腕弾性表面波共振子 Lα・・インダクタ

Claims (2)

    【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
    IDT電極とその両側にグレーティング反射器を配置し
    て形成する一端子対表面波共振子を梯子状に複数個配設
    し、該圧電基板をパッケージ内に収容して構成するラダ
    ー型弾性表面波フィルタにおいて、 並列腕に配置された一端子対表面波共振子の中でインピ
    ーダンスの低い共振子にのみパッケージの外部からイン
    ダクタを直列接続して広帯域フィルタを構成したことを
    特徴とするラダー型弾性表面波フィルタ。
  2. 【請求項2】 5個の一端子対表面波共振子を並列腕、
    直列腕、並列腕、直列腕、並列腕の順にそれぞれ配置
    し、2つの直列腕に挟まれた並列腕の一端子対表面波共
    振子に1個のインダクタを接続したこことを特徴とする
    請求項1に記載のラダー型弾性表面波フィルタ。
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