JP2002290205A - 弾性表面波フィルタ装置 - Google Patents

弾性表面波フィルタ装置

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JP2002290205A JP2001085138A JP2001085138A JP2002290205A JP 2002290205 A JP2002290205 A JP 2002290205A JP 2001085138 A JP2001085138 A JP 2001085138A JP 2001085138 A JP2001085138 A JP 2001085138A JP 2002290205 A JP2002290205 A JP 2002290205A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 平衡−不平衡変換機能を有し、入出力インピ
ーダンスが異なり、帯域内平衡度が良好な弾性表面波フ
ィルタ装置を得る。 【解決手段】 第1の弾性表面波フィルタ素子101に
比べて、第2の弾性表面波フィルタ素子102の入出力
IDT間の中心間隔が弾性表面波の約0.5波長分だけ
大きくされて位相反転されており、平衡−不平衡変換機
能を有する弾性表面波フィルタ装置であって、第2の弾
性表面波フィルタ素子102の複数のIDTの静電容量
値の総和が、第1の弾性表面波フィルタ素子の101の
複数のIDTの静電容量値の総和よりも大きくされてい
る、弾性表面波フィルタ装置100。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば携帯電話機
等においてバンドパスフィルタとして用いられる弾性表
面波フィルタ装置に関し、特に、入力側の特性インピー
ダンスと出力側の特性インピーダンスとが異なってお
り、かつ不平衡−平衡変換機能を有する弾性表面波フィ
ルタ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、携帯電話機の小型化及び軽量化を
図るために、構成部品点数の削減、部品の小型化及び複
数の機能を有する複合部品の開発が進んでいる。
【0003】上記のような状況のもとに、携帯電話機の
RF段に使用される弾性表面波フィルタとして、平衡−
不平衡変換機能、いわゆるバラン機能を有するものが用
いられてきている。
【0004】携帯電話機において、アンテナからバンド
パスフィルタとしての弾性表面波フィルタまでの部分は
不平衡回路で構成され、50Ωの特性インピーダンスを
有するのが一般的であり、他方、弾性表面波フィルタの
後段に使用される増幅器は平衡端子を有し、150〜2
00Ωのインピーダンスを有することが多い。従って、
平衡−不平衡変換機能を有する弾性表面波フィルタとし
て、50Ω不平衡入力を、150〜200Ω平衡出力に
変換する機能を有するものが用いられている。
【0005】この種の弾性表面波フィルタの一例が、特
開平10−117123号公報に開示されている。図1
9を参照して、この従来の弾性表面波フィルタ装置を説
明する。弾性表面波フィルタ装置500では、不平衡入
力端子500aに、弾性表面波フィルタ511,512
が接続されている。弾性表面波フィルタ511は、弾性
表面波フィルタ素子511a,511bを2段縦続接続
した構造を有する。同様に、弾性表面波フィルタ512
は、2個の弾性表面波フィルタ素子512a,512b
を2段縦続接続した構造を有する。弾性表面波フィルタ
511,512の出力端が、それぞれ、平衡出力端子5
00b,500cとされている。
【0006】平衡−不平衡変換機能を有するフィルタに
おいては、不平衡端子と一方の平衡端子との間の通過帯
域内における伝送特性が、不平衡端子と他方の平衡端子
との間の通過帯域における伝送特性に対し、振幅が等し
く、かつ位相が180°反転していることが要求され
る。このような2個の伝送特性間の振幅及び位相の関係
を、それぞれ、振幅平衡度及び位相平衡度と呼んでい
る。
【0007】上記振幅平衡度及び位相平衡度は、平衡−
不平衡入出力を有するフィルタ装置を3ポートのデバイ
スと考え、不平衡入力端子をポート1、平衡出力端子の
それぞれをポート2及びポート3としたとき、以下の式
で表される。
【0008】振幅平衡度=|A|、但し、A=|20×
logS21|−|20×logS31| 但し、S21は、ポート1とポート2との間の伝送特性
の振幅を、S31は、ポート1とポート3との間の伝送
特性における振幅を示す。
【0009】位相平衡度=|B−180|、但し、B=
|∠S21−∠S31| 但し、∠S21は、ポート1とポート2との間の伝送特
性の位相を、∠S31は、ポート1とポート3との間の
伝送特性における位相を示す。
【0010】理想的には、フィルタの通過帯域内におい
て、上記振幅平衡度が0dB、位相平衡度は0度であ
る。しかしながら、実際には、振幅平衡度が1.5dB
以下であり、位相平衡度が20度以下であればよいとさ
れており、望ましくは、振幅平衡度が1.0dB以下、
位相平衡度が10度以下であることが求められている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上述した特開平10−
117123号公報に開示されているような、従来の平
衡−不平衡変換機能を有する弾性表面波フィルタでは、
不平衡端子と一方の平衡端子との間の伝送特性に対し
て、不平衡端子と他方の平衡端子との間の伝送特性の位
相を反転させるために、IDT(インターデジタルトラ
ンスデューサ)の極性を反転させる方法、あるいはID
T−IDT間隔を表面波の波長をλとした場合、0.5
λ広げる方法などが用いられている。従って、不平衡端
子と一方の平衡端子との間の構造と、不平衡端子と他方
の平衡端子との間の構造の差により、電気的特性に差が
生じざるを得なかった。そのため、通過帯域内における
振幅平衡度及び位相平衡度が悪化しがちであった。
【0012】また、特開平10−117123号公報に
開示されている弾性表面波フィルタ装置では、上述した
平衡度の劣化を抑制するために、4個の弾性表面波フィ
ルタ素子511a,511b,512a,512bが用
いられており、各弾性表面波フィルタ511,512が
2段構成を有する。そのため、弾性表面波フィルタ装置
500のサイズが大型にならざるを得ず、小型化が困難
であった。また、1枚のウェハーから製造し得る弾性表
面波フィルタ装置の数が少なくなるため、コストが高く
つくという問題もあった。
【0013】本発明の目的は、入出力インピーダンスが
異なる平衡−不平衡変換機能を有する弾性表面波フィル
タ装置であって、振幅平衡度及び位相平衡度が良好であ
り、小型化を進めることができ、さらにコストを低減す
ることができる弾性表面波フィルタ装置を提供すること
にある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本願の第1の発明は、圧
電基板上に弾性表面波の伝搬方向に沿って形成された複
数のIDTを有し、かつ第1,第2の端子を有する第1
の弾性表面波フィルタ素子と、圧電基板上に弾性表面波
の伝搬方向に沿って形成された複数のIDTを有し、第
1の弾性表面波フィルタ素子に比べて、入出力IDT間
の中心間隔が弾性表面波の約0.5波長分だけ大きくさ
れており、第1,第2の端子を有する第2の弾性表面波
フィルタ素子とを備え、第1,第2の弾性表面波フィル
タ素子の各第1の端子が共通接続されて不平衡端子に接
続されており、第1,第2の弾性表面波フィルタ素子の
各第2の端子が平衡端子に接続されている弾性表面波フ
ィルタ装置において、第2の弾性表面波フィルタ素子の
複数のIDTの静電容量値の総和が、第1の弾性表面波
フィルタ素子の複数のIDTの静電容量値の総和よりも
大きくされていることを特徴とする。
【0015】第1の発明に係る弾性表面波フィルタ装置
の特定の局面では、第2の弾性表面波フィルタ素子の複
数のIDTの静電容量値の総和をC2、第1の弾性表面
波フィルタ素子の複数のIDTの静電容量値の総和をC
1としたとき、C1<C2<1.20C1とされてい
る。
【0016】第1の発明に係る弾性表面波フィルタ装置
のさらに他の特定の局面では、第1の弾性表面波フィル
タ素子の複数のIDTにおける電極被覆率をM1、電極
指交叉幅をW1、複数のIDTの電極指の総対数をN1
とし、第2の弾性表面波フィルタ素子の複数のIDTに
おける電極被覆率をM2、電極指交叉幅をW2、複数の
IDTの電極指の総対数をN2としたときに、M1×W
1×N1<M2×W2×N2<1.20×M1×W1×
N1とされており、より好ましくは0.93×M1<M
2<1.05×M1とされている。
【0017】第1の発明の別の特定の局面では、第1,
第2の弾性表面波フィルタ素子が、複数のIDTが設け
られている領域の両側に反射器を有し、第1の弾性表面
波フィルタ素子の反射器と該反射器と隣り合うIDTと
の間の間隔をGR1、第2の弾性表面波フィルタ素子に
おける反射器と、該反射器に隣り合うIDTとの間の間
隔をGR2としたとき、0.96GR1<GR2<1.
02GR1とされている。
【0018】本願の第2の発明は、圧電基板上に弾性表
面波の伝搬方向に沿って形成された複数のIDTを有
し、かつ第1,第2の端子を有する第1の弾性表面波フ
ィルタ素子と、圧電基板上に弾性表面波の伝搬方向に沿
って形成された複数のIDTを有し、第1の弾性表面波
フィルタ素子に比べて、入出力IDT間の中心間隔が弾
性表面波の約0.5波長分だけ大きくされており、第
1,第2の端子を有する第2の弾性表面波フィルタ素子
とを備え、第1,第2の弾性表面波フィルタ素子の各第
1の端子が共通接続されて不平衡端子に接続されてお
り、第1,第2の弾性表面波フィルタ素子の各第2の端
子が平衡端子に接続されている弾性表面波フィルタ装置
において、第1,第2の弾性表面波フィルタ素子のうち
少なくとも一方において、少なくとも1つのIDT−I
DT間隔が、他のIDT−IDT間隔に対して、弾性表
面波の波長の整数倍だけ異ならされていることを特徴と
する。
【0019】第2の発明の特定の局面では、第1の弾性
表面波フィルタ素子において、少なくとも1つのIDT
−IDT間隔が、他のIDT−IDT間隔に比べて弾性
表面波の波長の整数倍だけ異なっており、第2の弾性表
面波フィルタ素子において、複数のIDT−IDT間隔
が、第1の弾性表面波フィルタ素子の最も小さいIDT
−IDT間隔よりも大きく、かつ第1の弾性表面波フィ
ルタ素子の最も大きいIDT−IDT間隔よりも小さく
されている。
【0020】第2の発明のさらに他の特定の局面では、
第1の弾性表面波フィルタ素子において、少なくとも1
つのIDT−IDT間隔が他のIDT−IDT間隔に比
べて弾性表面波の約1波長分だけ異なっており、第2の
弾性表面波フィルタ素子において、複数のIDT−ID
T間隔がほぼ同じ値を有し、第1の弾性表面波フィルタ
素子の最も小さいIDT−IDT間隔よりも弾性表面波
の約0.5波長分大きくされている。
【0021】第1,第2の発明に係る弾性表面波フィル
タ装置の他の特定の局面では、前記平衡端子側及び不平
衡端子側のうち少なくとも一方に並列または直列に接続
されている弾性表面波共振子がさらに備えられる。
【0022】本発明に係る弾性表面波フィルタ装置のさ
らに別の特定の局面では、前記平衡端子側及び不平衡端
子側のうち少なくとも一方に縦続接続された弾性表面波
共振子型フィルタがさらに備えられる。
【0023】本発明に係る通信機は、本発明に係る弾性
表面波フィルタ装置を有することを特徴とする。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明
に係る弾性表面波フィルタ装置の具体的な実施例を説明
することにより、本発明を明らかにする。
【0025】(第1の実施例)図1は、本発明の第1の
実施例の弾性表面波フィルタ装置の模式的平面図であ
る。
【0026】弾性表面波フィルタ装置100では、圧電
基板100a上に、図1に示した電極構造を形成するこ
とにより、第1,第2の弾性表面波フィルタ素子10
1,102が構成されている。第1,第2の弾性表面波
フィルタ素子101,102は、本実施例では、それぞ
れ、表面波伝搬方向に沿って配置された第1〜第3のI
DT111〜113及び114〜116を有する。ま
た、各弾性表面波フィルタ素子101,102では、3
個のIDTが配置されている領域の表面波伝搬方向両側
に、反射器101a,101b,102a,102bが
配置されている。
【0027】第1の弾性表面波フィルタ素子101の中
央のIDT112と、第2の弾性表面波フィルタ素子1
02の中央のIDT115の各一端である各第1の端子
が、共通接続されており、不平衡入力端子121に電気
的に接続されている。
【0028】また、第1の弾性表面波フィルタ素子10
1のIDT111,113の一端が、共通接続されて第
2の端子を構成しており、該第2の端子が第1の平衡出
力端子122に接続されている。また、第2の弾性表面
波フィルタ素子102のIDT114,116の出力端
が共通接続されて第2の端子を構成しており、該第2の
端子が第2の平衡出力端子123に電気的に接続されて
いる。
【0029】本実施例の特徴は、弾性表面波フィルタ素
子102におけるIDT114〜116の静電容量値の
総和が、弾性表面波フィルタ素子101のIDT111
〜113の静電容量値の総和よりも大きくされているこ
とにあり、それによって、平衡−不平衡変換機能を有す
る弾性表面波フィルタ装置100において、振幅平衡度
及び位相平衡度が改善されている。これを、具体的な実
験例に基づき説明する。
【0030】圧電基板として、LiTaO3 基板を用い
た。なお、圧電基板は、他の圧電単結晶または圧電セラ
ミックスにより構成されていてもよい。上記圧電基板上
に、第1,第2の弾性表面波フィルタ素子101,10
2を以下のように構成した。
【0031】なお、図1においては、各弾性表面波フィ
ルタ素子101,102における電極指の数及び反射器
の電極指の数は、図示を容易とするために実際よりも少
なく図示されていることを指摘しておく。
【0032】(1)第1の弾性表面波フィルタ素子10
1 電極指交叉幅W1=128μm IDTにおける電極指の対数…中央のIDT112の電
極指の対数=17、両側の各IDT111,113にお
ける電極指の対数=11 IDT111〜113における電極指ピッチP1=2.
10μm IDTにおける電極被覆率L1/P1=0.72 (L
1は電極指幅) 反射器101a,101bの電極指の本数NR=120
本 反射器101a,101bの電極指ピッチPR=2.1
5μm IDT111〜113におけるIDT−IDT間隔GI
1=1.27λ、なお、λは表面波の波長を示す。ま
た、本明細書において、IDT−IDT間隔とは、図1
のGI1で示されているように、隣り合うIDTの最も
近接している信号電極側の電極指中心間距離をいうもの
とする。IDT−反射器間隔GR1=0.500λ、な
お、IDTと反射器との間隔とは、両者の隣り合う電極
指中心間距離をいうものとする。
【0033】(2)第2の弾性表面波フィルタ素子10
2 交叉幅W2=145μm IDT114〜116における電極指の対数:中央のI
DT115の電極指の対数=17、両側の各IDT11
4,116の電極指の対数=11 IDT114〜116の電極指ピッチP2=2.10μ
m IDTにおける電極被覆率L2/P2=0.70 (L
2は電極指幅) 反射器102a,102bの電極指の本数NR=120
本 反射器102a,102bの電極指ピッチPR=2.1
5μm IDT−IDT間隔GI2=1.77λ IDT−反射器間隔GR2=0.494λ 本実施例の弾性表面波フィルタ装置100では、弾性表
面波フィルタ素子101におけるIDT111〜113
の静電容量値の総和は3.0pFであり、弾性表面波フ
ィルタ素子102のIDT114〜116の静電容量値
の総和が3.4pFとされている。
【0034】本実施例の弾性表面波フィルタ装置100
においては、第1の弾性表面波フィルタ素子101と第
2の弾性表面波フィルタ素子102とにおいて、IDT
−IDT間隔が上記のように異ならされている。すなわ
ち、弾性表面波フィルタ素子101に比べて、弾性表面
波フィルタ素子102におけるIDT−IDT間隔が
0.5波長分大きくされているので、不平衡入力端子1
21−平衡出力端子122間の伝送位相特性と、不平衡
入力端子121−平衡出力端子123間の伝送位相特性
は約180°異なっている。
【0035】本実施例の弾性表面波フィルタ装置100
の振幅平衡度及び位相平衡度の周波数特性を図2及び図
3に示す。比較のために、図19に示した従来の弾性表
面波フィルタ装置500における振幅平衡度及び位相平
衡度の周波数特性を図20及び図21に示す。図2及び
図3を、図20及び図21と比較すれば明らかなよう
に、本実施例では、帯域内における振幅平衡度が0.5
dB以下であり、位相平衡度が4.9度以下であり、平
衡度が良好であることがわかる。
【0036】本実施例において、上記のように平衡度が
改善される理由を、以下において詳細に説明する。弾性
表面波フィルタ装置100では、不平衡入力端子121
に電気信号が入力され、弾性表面波フィルタ素子10
1,102においてそれぞれフィルタリングされ、平衡
出力端子122,123から出力が取り出される。ここ
で、弾性表面波フィルタ素子101と弾性表面波フィル
タ素子102とは、IDT−IDT間隔が、上述したよ
うに表面波の0.5波長分異なっている。よって、フィ
ルタリングされる振幅特性はほぼ同じであり、伝送位相
特性は反転されている。従って、平衡出力端子122,
123に導出される電気信号の振幅特性はほぼ同じであ
り、伝送位相特性は反転されている。
【0037】本実施例のような3IDT型の縦結合共振
子型弾性表面波フィルタでは、通常、通過帯域を形成す
るために、図4(a)に示す3つの共振モードが用いら
れている。図4(a)では、共振モードをわかり易くす
るために、故意に入出力インピーダンスを不整合状態に
して測定した周波数特性が示されている。矢印A〜Cで
示す部分が各共振モードの共振周波数である。
【0038】それぞれの共振モードの有効電流の強度分
布を図4(b)に示す。矢印Bで示される最も周波数の
低いレスポンスは2次モードと呼ばれており、有効電流
強度分布において2つの節を持つ共振モードである。
【0039】矢印Aで示される中央のレスポンスは、0
次モードと呼ばれており、有効電流強度分布において節
を持たない共振モードである。矢印Cで示される最も高
い周波数のレスポンスは、IDT−IDT間隔部に表面
波の強度分布のピークを有する定在波共振モードであ
る。
【0040】上記3つの共振モードのうち、帯域中央に
見られる共振モードAと、帯域高域側に見られる共振モ
ードCでは、IDT−IDT間隔部における弾性表面波
の有効電流の強度が大きいので、IDT−IDT間隔が
大きくされることにより、弾性表面波を励振・受波を行
わない領域が広くなる影響を非常に受け易い。
【0041】その結果、定在波の励振及び受波を効率良
く行い難くなるため、高インピーダンスな特性となる。
図5は、IDT−IDT間隔を弾性表面波の波長の1.
27倍とした場合を基本とし、0.5波長ずつIDT−
IDT間隔を大きくしていった場合の1つの弾性表面波
フィルタ素子のIDT−IDT間隔とインピーダンス特
性との関係を示す。図5から明らかなように、IDT−
IDT間隔を大きくすることにより、弾性表面波フィル
タ素子のインピーダンス特性が高インピーダンスとなる
ことがわかる。
【0042】インピーダンス特性の不一致は、接続点に
おける反射特性に与える影響が大きく、特に振幅の平衡
度の劣化をもたらす。よりインピーダンスの高い素子に
は信号が伝送され難く、その分の信号が、よりインピー
ダンスの低い素子へ伝送される。従って、インピーダン
ス特性の不一致は、振幅平衡度の劣化をもたらす。
【0043】よって、弾性表面波フィルタ素子102を
構成する際に、伝送位相特性を弾性表面波フィルタ素子
101に対して180°異ならせるために、IDT−I
DT間隔を表面波の0.5波長分大きくする手法を用い
た場合には、第2の弾性表面波フィルタ素子102の持
つインピーダンス特性が第1の弾性表面波フィルタ素子
101の持つインピーダンス特性に比べて高インピーダ
ンス側に変動し、振幅平衡度の悪化を招く。
【0044】そこで、本発明では、弾性表面波フィルタ
素子101,102のインピーダンス特性が、IDTの
静電容量値の総和に依存することに着目し、弾性表面波
フィルタ素子102の複数のIDT114〜116の静
電容量値の総和を、大きくすることにより、弾性表面波
フィルタ素子102のインピーダンス特性を低インピー
ダンス側にシフトさせ、弾性表面波フィルタ素子10
1,102間のインピーダンス特性の不一致をなくすよ
うに構成されている。
【0045】弾性表面波フィルタ素子102のIDTの
静電容量値の総和C2と、弾性表面波フィルタ素子10
1のIDTの静電容量値の総和C1との比C2/C1に
ついて、弾性表面波フィルタ素子101のIDTの静電
容量値の総和C1を基準として、弾性表面波フィルタ素
子102のIDTの静電容量値の総和C2を変化させた
場合の容量値の比C2/C1と平衡度との関係を求め
た。
【0046】図6及び図7は、弾性表面波フィルタ素子
101のIDT111〜113の静電容量値の総和C1
を一定とし、第2の弾性表面波フィルタ素子102のI
DT114〜116の静電容量値の総和C2を変化させ
た場合の、静電容量値の総和の比C2/C1と、平衡度
との関係を示す。図6から明らかなように、比C2/C
1が1.10の場合、振幅平衡度が最小となり、1.0
〜1.20の範囲で振幅平衡度が1.0dB以下を満足
することがわかる。
【0047】従って、C2/C1=1.10で振幅平衡
度が最小となり、1.00<C2/C1<1.20の範
囲で振幅平衡度が1.0dB以下とし得ることがわか
る。IDTの静電容量値は、電極被覆率、電極指交叉幅
及びIDTにおける電極指の対数のそれぞれに比例す
る。
【0048】従って、弾性表面波フィルタ素子102の
IDTの電極被覆率M2と、電極指交叉幅W2と、ID
Tの総対数N2とが、弾性表面波フィルタ素子101の
IDTの電極被覆率M1と、電極指交叉幅W1と、ID
Tの総対数N1に対し、M1×W1×N1<M2×W2
×N2<1.20×M1×W1×N1の範囲とすれば、
IDTの静電容量値の総和を前述した好ましい範囲とす
ることができ、振幅平衡度及び位相平衡度を改善し得る
ことがわかる。
【0049】IDTの電極被覆率は、表面波の伝搬特
性、例えば音速等に影響を与えるため、位相平衡度への
影響が大きい。弾性表面波フィルタ素子101と弾性表
面波フィルタ素子102の電極被覆率を異ならせ、位相
平衡度の変化を調べた。図10は、弾性表面波フィルタ
素子102の電極被覆率M2と、弾性表面波フィルタ素
子101の電極被覆率M1との比M2/M1に対する位
相平衡度の変化を示す。ここでは、電極指交叉幅は、I
DTの静電容量値の総和の比C2/C1が上記適正範囲
となるように設定されている。
【0050】図10から明らかなように、M2/M1
が、約0.97〜約1.0の範囲で位相平衡度が最小と
なることがわかる。また、位相平衡度が10度以下を満
たす範囲は、0.93<M2/M1<1.05の範囲で
あることがわかる。
【0051】他方、図4(a)に示す通過帯域低域側に
見られる共振モードBでは、IDT−IDT間隔部が有
効電流の強度分布の節にあたるため、IDT−IDT間
隔を大きくした影響を受け難い。しかしながら、IDT
の静電容量値を変化させた場合の影響は、他の2つの共
振モードA,Cの場合と同様である。
【0052】また、IDT−反射器間隔を変化させる
と、通過帯域の低域側における共振モードが最も影響を
受ける。従って、上述した静電容量値の総和の比C2/
C1を最適化すると同時に、弾性表面波フィルタ素子1
01のIDT−反射器間隔GR1と弾性表面波フィルタ
素子102のIDT−反射器間隔GR2についても最適
化することにより、平衡度をより効果的に改善し得るこ
とがわかる。
【0053】図8及び図9は、IDT−反射器間隔GR
1に対してIDT−反射器間隔GR2を変化させた場合
の比GR2/GR1と、振幅平衡度及び位相平衡度との
関係をそれぞれ示す。
【0054】図8から明らかなように、GR2/GR1
が0.99付近で振幅平衡度が最小となり、振幅平衡度
が1.0dB以下を満足する範囲は、0.96<GR2
/GR1<1.02の範囲であることがわかる。また、
図9から、GR2/GR1がこの範囲であれば、位相平
衡度10度以下を満足し得ることがわかる。
【0055】ここでは、反射器として、グレーティング
型反射器を用いているが、グレーティング反射器に限ら
ず、チップ端面における反射を用いたものであってもよ
い。上記のように、弾性表面波フィルタ素子102のI
DTの静電容量値の総和C2の弾性表面波フィルタ素子
101のIDTの静電容量値の総和C1に対する比、C
2/C1と、IDT−反射器間隔GR2のIDT−反射
器間隔GR1に対する比を上記特定の範囲とすることに
より、不平衡−平衡変換機能を有する弾性表面波フィル
タ装置100において、平衡度が効果的に改善されるこ
とがわかる。
【0056】なお、本実施例では、3IDT型の縦結合
共振子型弾性表面波フィルタ素子101,102を用い
たが、本発明では、第1,第2の弾性表面波フィルタ素
子のIDTの数についてはこれに限定されるものではな
く、また、IDT−IDT間隔が多数存在する多電極型
縦結合共振子型弾性表面波フィルタを用いてもよい。
【0057】(第2の実施例)図11は、本発明の第2
の実施例の弾性表面波フィルタ装置の電極構造を示す模
式的平面図である。
【0058】本実施例においても、第1の実施例と同様
にLiTaO3 基板からなる圧電基板上に図示の電極構
造が構成されている。なお、圧電基板としては、第1の
実施例と同様に、他の圧電単結晶または圧電セラミック
スからなるものを用いてもよい。
【0059】本実施例では、不平衡入力端子221に第
1,第2の弾性表面波フィルタ素子201,202の各
第1の端子が接続されている。また、第1,第2の弾性
表面波フィルタ素子201,202の出力端である各第
2の端子が、それぞれ、平衡出力端子222,223に
接続されている。また、弾性表面波フィルタ素子20
1,202は、基本的には、第1の実施例の弾性表面波
フィルタ素子101,102と同様に構成されている。
すなわち、各弾性表面波フィルタ素子201,202
は、表面波伝搬方向に沿って配置されたIDT211〜
213,214〜216を有する。また、IDTが設け
られている領域の表面波伝搬方向両側に、反射器201
a,201b,202a,202bが形成されている。
【0060】そして、不平衡入力端子221は、中央の
IDT212,215に接続されている。平衡出力端子
222はIDT211,213に接続されており、平衡
出力端子223はIDT214,216に接続されてい
る。
【0061】第2の実施例では、第1,第2の弾性表面
波フィルタ素子201,202の少なくとも一方におい
て、少なくとも1つのIDT−IDT間隔が、他のID
T−IDT間隔に対して、弾性表面波の波長の整数倍だ
け異ならされており、それによって平衡度が改善されて
いる。これを、具体的な実験例に基づき説明する。
【0062】第1,第2の弾性表面波フィルタ素子20
1,202の構成は以下の通りである。 (1)第1の弾性表面波フィルタ素子201 電極指交叉幅W1=125μm IDTの電極指対数:中央のIDT212の電極指の対
数=17、両側のIDT211,213の電極指の対数
=11 IDTの電極指ピッチP1=2.1μm 電極被覆率L1/P1=0.70 (L1は電極指幅) 反射器の電極指の本数NR=120本 反射器の電極指のピッチPR=2.15μm IDT−IDT間隔…図11のGI11=1.27λ、
GI12=2.27λ IDT−反射器間隔GR1=0.500λ
【0063】(2)第2の弾性表面波フィルタ素子20
2 電極指交叉幅W2=128μm IDTの電極指の対数:中央のIDT215の電極指対
数=17、両側のIDT214,216の電極指の対数
=11 IDTの電極指ピッチP2=2.1μm 電極被覆率L2/P2=0.70 (L2は電極指幅) 反射器の電極指の本数NR=120本 反射器の電極指のピッチλR=2.15μm IDT−IDT間隔…図11のGI21=1.77λ、
GI22=1.77λ IDT−反射器間隔GR2=0.498λ なお、λは、励振される弾性表面波の波長を示す。
【0064】本実施例の弾性表面波フィルタ装置200
の振幅平衡度及び位相平衡度の周波数特性を図12及び
図13に示す。図12及び図13を、前述した従来例の
特性を示す図20及び図21と比較すれば明らかなよう
に、従来法では帯域内の位相平衡度が4.4度以下であ
るのに対し、本実施例では5.0度以下であり、ほぼ変
わらない。しかしながら、振幅平衡度を比較すると、従
来法では、0.96dBまで大きくなっているのに対
し、本実施例では、0.19dB以下と非常に小さくさ
れていることがわかる。
【0065】この理由を以下において、より詳細に説明
する。弾性表面波フィルタ装置200においても、不平
衡入力端子221に入力された電気信号が、弾性表面波
フィルタ素子201,202においてフィルタリングさ
れ、出力が平衡出力端子222,223に与えられる。
この場合、弾性表面波フィルタ素子202に入力された
電気信号は、IDT215により弾性表面波に変換さ
れ、定在波が励振される。励振された定在波は、IDT
214,216により再び電気信号に変換される。励振
される定在波の共振モードの周波数特性により、伝送さ
れる信号の取捨選択が行われ、上記フィルタリングが行
われる。
【0066】同様に、弾性表面波フィルタ素子201に
入力された電気信号は、IDT212により弾性表面波
に変換され、定在波が励振される。励振された定在波
は、IDT211,213により再び電気信号に変換さ
れる。このとき、励振される定在波の共振モードの周波
数特性により、伝送される信号の取捨選択が行われ、フ
ィルタリングが行われる。
【0067】弾性表面波フィルタ素子201で、IDT
−IDT間隔GI11と、IDT−IDT間隔GI12
とが異なっているが、この差は弾性表面波の1波長分で
ある。従って、IDT211,213に導出される信号
の伝送位相特性はほぼ等しい。
【0068】また、前述したように、IDT−IDT間
隔を大きくすると、インピーダンス特性が高くなるとい
う性質がある。複数のIDT−IDT間隔の一部のみの
IDT−IDT間隔を大きくした場合にもインピーダン
スが高くなるが、全てのIDT−IDT間隔を大きくし
た場合ほどインピーダンス特性の変動はない。
【0069】本実施例の弾性表面波フィルタ装置200
では、弾性表面波フィルタ素子201において、IDT
−IDT間隔が2つしか存在しない。従って、インピー
ダンス特性は、IDT−IDT間隔を、いずれも小さい
値、すなわち1.27λにしたときのインピーダンス特
性と、IDT−IDT間隔を共に大きくした場合、すな
わち2.27λにした場合のインピーダンス特性の中間
的な値となる。この中間的な値とは、図5から推測され
得るように、IDT−IDT間隔を共に1.77λとし
たときのインピーダンス特性に相当し、弾性表面波フィ
ルタ素子202のインピーダンス特性と一致すると考え
られる。
【0070】また、弾性表面波フィルタ素子201にお
けるIDT−IDT間隔GI11,GI12は、それぞ
れ、弾性表面波フィルタ素子202のIDT−IDT間
隔GI21,GI22に対して、弾性表面波の0.5波
長分異なる。従って、平衡出力端子222に導出される
信号の伝送位相特性は、平衡出力端子223に導出され
る信号の伝送位相特性と、位相が180度異なってい
る。
【0071】よって、弾性表面波フィルタ素子201,
202は、IDT−IDT間隔が0.5波長分異なって
いることにより、伝送位相特性が180度異なる性質を
有する。さらに、弾性表面波フィルタ素子201,20
2が同じインピーダンス特性を有するので、平衡出力端
子222に導出される信号と、平衡出力端子223に導
出される信号の振幅特性の差が小さくされ得る。
【0072】(第3の実施例)第3の実施例は、第1の
実施例の弾性表面波フィルタ装置100の変形に相当
し、図14に示すように、不平衡入力端子121側に、
弾性表面波共振子304,304が、不平衡出力端子1
22,123側に弾性表面波共振子306,306が接
続されている。その他の構成については、第1の実施例
と同様であるため、第1の実施例の説明を援用すること
により省略する。
【0073】すなわち、不平衡入力端子111と、第
1,第2の弾性表面波フィルタ素子101,102の各
第1の端子との間に、それぞれ、弾性表面波共振子30
4,304が接続されている。また、第1,第2の弾性
表面波フィルタ素子101,102の各第2の端子と平
衡出力端子112,113との間に、それぞれ、弾性表
面波共振子306,306が接続されている。
【0074】弾性表面波共振子304,306の構成は
以下の通りである。 (1)弾性表面波共振子304 電極指交叉幅W=88μm IDTの電極指の対数N=80 IDTの電極指のピッチPI=2.10μm 反射器の電極指の本数NR=120 基板…LiTaO3
【0075】(2)弾性表面波共振子306 電極指交叉幅W=80μm IDTの電極指の対数N=80 IDTの電極指のピッチPI=2.12μm 反射器の電極指の本数NR=120 基板…LiTaO3 第3の実施例の弾性表面波フィルタ装置300の減衰量
周波数特性を図15に実線で示す。また、比較のため
に、第1の実施例の減衰量周波数特性を図15に破線で
併せて示す。図15から明らかなように、不平衡入力端
子121側及び平衡出力端子122,123側にそれぞ
れ弾性表面波共振子304,306を直列に接続するこ
とにより、帯域外減衰量を、特に通過帯域の高域側にお
ける減衰量を大きくし得ることがわかる。
【0076】(第4の実施例)図16は、第4の実施例
の弾性表面波フィルタ装置の電極構造を示す模式的平面
図である。
【0077】第4の実施例の弾性表面波フィルタ装置で
は、第2の実施例の弾性表面波フィルタ装置200の不
平衡入力端子側に、3個のIDT403a〜403c
と、反射器403d,403eとを有する弾性表面波共
振子型フィルタ403が接続されている。その他の構成
については第2の実施例と同様である。
【0078】第4の実施例では、上記弾性表面波共振子
型フィルタ403が不平衡入力端子221側に接続され
ているため、通過帯域高域側における減衰量を大きくす
ることができる。これを具体的な実験例に基づき説明す
る。
【0079】第2の実施例と同様に構成し、但し、弾性
表面波共振子型フィルタ403を以下のように設計し
た。 電極指交叉幅W3=240μm IDTの対数…中央のIDT403bの電極指の対数が
17、両側のIDT403a,403cの電極指の対数
がそれぞれ11 IDT403a〜403cの電極指ピッチP3=2.1
μm 電極被覆率L3/P3=0.72 (L3は電極指幅) 反射器403d,403eの電極指の本数NR=120 反射器403d,403eの電極指ピッチPR=2.1
5μm IDT−IDT間隔GI=1.27λ IDT−反射器間隔GR=0.500λ 基板…LiTaO3 上記のような仕様の弾性表面波共振子型フィルタ403
を接続した第4の実施例の弾性表面波フィルタ装置の減
衰量周波数特性を図17に実線で示す。比較のために、
第2の実施例の弾性表面波フィルタ装置の減衰量周波数
特性を図17に破線で示す。図17から明らかなよう
に、第4の実施例によれば、第2の実施例に比べて、通
過帯域高域側の減衰量を大きくし得ることがわかる。
【0080】図18は、本発明に係る弾性表面波フィル
タ装置を用いた通信機160を説明するための各概略ブ
ロック図である。図18において、アンテナ161に、
デュプレクサ162が接続されている。デュプレクサ1
62と受信側ミキサ163との間に、RF段を構成する
弾性表面波フィルタ164及び増幅器165が接続され
ている。さらにミキサ163にIF段の表面波フィルタ
169が接続されている。また、デュプレクサ162と
送信側のミキサ166との間には、RF段を構成する増
幅器167及び弾性表面波フィルタ168が接続されて
いる。
【0081】上記通信機160における表面波フィルタ
164,168として本発明に従って構成された弾性表
面波フィルタ装置を好適に用いることができる。
【0082】
【発明の効果】第1の発明に係る弾性表面波フィルタ装
置では、第1の弾性表面波フィルタ素子に比べて、入出
力IDT間の中心間隔が弾性表面波の約0.5波長分だ
け大きくされているように第2の弾性表面波フィルタ素
子が構成されて位相特性が反転されている構造におい
て、IDT−IDT間隔を異ならせたことに起因するイ
ンピーダンス特性の差が、第2の弾性表面波フィルタ素
子の複数のIDTの静電容量値の総和を、第1の弾性表
面波フィルタ素子の複数のIDTの静電容量値の総和よ
りも大きくすることにより補正されている。
【0083】従って、帯域内における振幅平衡度が良好
である平衡−不平衡変換機能を有する弾性表面波フィル
タ装置を提供することができる。よって、平衡度が良好
であり、入出力インピーダンスが異なる平衡−不平衡変
換機能を有する弾性表面波フィルタ装置を提供すること
が可能となる。
【0084】特に、第2の弾性表面波フィルタ素子の複
数のIDTの静電容量値の総和をC2、第1の弾性表面
波フィルタ素子の複数のIDTの静電容量値の総和をC
1としたときに、C1<C2<1.20C1とされてい
る場合、振幅平衡度を効果的に改善することができ、同
様に、第1の弾性表面波フィルタ素子の複数のIDTに
おける電極被覆率をM1、電極指交叉幅をW1、電極指
の総対数をN1、第2の弾性表面波フィルタ素子の複数
のIDTにおける電極被覆率をM2、電極指交叉幅をW
2、電極指の総対数をN2としたとき、M1×W1×N
1<M2×W2×N2<1.20×M1×W1×N1と
した場合、同様に平衡度を効果的に改善することがで
き、0.93×M1<M2<1.05×M1とした場合
には、より一層平衡度を改善することができる。
【0085】さらに、第1,第2の弾性表面波フィルタ
素子における反射器と反射器と隣り合うIDTとの間隔
GR1,GR2が、0.96GR1<GR2<1.02
GR1とした場合には、位相平衡度も効果的に改善され
る。
【0086】第2の発明に係る弾性表面波フィルタ装置
では、第1の弾性表面波フィルタ素子のIDT−IDT
間隔が左右で1波長異なっており、第2の弾性表面波フ
ィルタ素子のIDT−IDT間隔が左右で第1の弾性表
面波フィルタ素子のIDT−IDT間隔の小さい方より
も0.5波長分大きい値とされているので、IDT−I
DT間隔によるインピーダンス特性の差が平均化され
る。従って、第1,第2の弾性表面波フィルタ素子のイ
ンピーダンス特性がほぼ一致され、振幅平衡度が良好に
保たれる。よって、第2の発明によっても、平衡度が良
好であり、入出力インピーダンスが異なる平衡−不平衡
変換機能を有する弾性表面波フィルタ装置を提供するこ
とができる。
【0087】本発明において、平衡端子側及び不平衡端
子側のうち少なくとも一方に並列または直列に弾性表面
波共振子を接続した場合には、帯域内挿入損失を悪化さ
せることなく、通過帯域外の減衰量を大きくすることが
できる。同様に、平衡端子側及び不平衡端子側のうち少
なくとも一方に弾性表面波共振子型フィルタを接続した
場合においても、通過帯域外の減衰量を大きくすること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例に係る弾性表面波フィル
タ装置の模式的平面図。
【図2】第1の実施例の弾性表面波フィルタ装置の帯域
内振幅平衡度を示す図。
【図3】第1の実施例の弾性表面波フィルタ装置の帯域
内位相平衡度を示す図。
【図4】(a)は、第1の実施例で用いられている弾性
表面波フィルタ素子の動作原理を説明するための図であ
り、(a)は共振モードの周波数関係を示す図、(b)
は各共振モードの有効電流分布を示す図。
【図5】IDT−IDT間隔と弾性表面波フィルタ素子
の入出力インピーダンスとの関係を示す図。
【図6】IDTの静電容量値の総和の比C2/C1と振
幅平衡度との関係を示す図。
【図7】IDTの静電容量値の総和の比C2/C1と位
相平衡度との関係を示す図。
【図8】IDT−反射器間隔の比GR2/GR1と振幅
平衡度との関係を示す図。
【図9】IDT−反射器間隔の比GR2/GR1と位相
平衡度との関係を示す図。
【図10】電極被覆率の比M2/M1と位相平衡度との
関係を示す図。
【図11】第2の実施例の弾性表面波フィルタ装置を説
明するための模式的平面図。
【図12】第2の実施例の弾性表面波フィルタ装置にお
ける帯域内振幅平衡度を示す図。
【図13】第2の実施例の弾性表面波フィルタ装置にお
ける帯域内位相平衡度を示す図。
【図14】第3の実施例の弾性表面波フィルタ装置の電
極構造を示す模式的平面図。
【図15】第3の実施例の弾性表面波フィルタ装置及び
第1の実施例の弾性表面波フィルタ装置の減衰量周波数
特性を示す図。
【図16】第4の実施例の弾性表面波フィルタ装置を説
明するための模式的平面図。
【図17】第4の実施例及び第2の実施例の弾性表面波
フィルタ装置の減衰量周波数特性を示す図。
【図18】本発明に係る弾性表面波フィルタ装置が用い
られている通信機を説明するための概略ブロック図。
【図19】従来の弾性表面波フィルタ装置の一例を示す
模式的平面図。
【図20】図19に示した従来の弾性表面波フィルタ装
置の帯域内振幅平衡度を示す図。
【図21】図19に示した従来の弾性表面波フィルタ装
置の帯域内位相平衡度を示す図。
【符号の説明】
100…弾性表面波フィルタ装置 101,102…第1,第2の弾性表面波フィルタ素子 101a,101b,102a,102b…反射器 111〜113…IDT 114〜116…IDT 121…不平衡入力端子 122,123…平衡出力端子 160…通信機 161…アンテナ 162デュプレクサ 163,166…ミキサ 165…増幅器 167…増幅器 168…弾性表面波フィルタ 169…表面波フィルタ GI1,GI2…IDT−IDT間隔 GR1,GR2…IDT−反射器間隔 200…弾性表面波フィルタ装置 201,202…第1,第2の弾性表面波フィルタ素子 201a,201b,202a,202b…反射器 211〜213…IDT 214〜216…IDT 221…不平衡入力端子 222,223…平衡出力端子 300…弾性表面波フィルタ装置 304,306…弾性表面波共振子 400…弾性表面波フィルタ装置 403…弾性表面波共振子型フィルタ 403a〜403c…IDT 403d,403e…反射器

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電基板上に弾性表面波の伝搬方向に沿
    って形成された複数のIDTを有し、かつ第1,第2の
    端子を有する第1の弾性表面波フィルタ素子と、 圧電基板上に弾性表面波の伝搬方向に沿って形成された
    複数のIDTを有し、第1の弾性表面波フィルタ素子に
    比べて、入出力IDT間の中心間隔が弾性表面波の約
    0.5波長分だけ大きくされており、第1,第2の端子
    を有する第2の弾性表面波フィルタ素子とを備え、 第1,第2の弾性表面波フィルタ素子の各第1の端子が
    共通接続されて不平衡端子に接続されており、第1,第
    2の弾性表面波フィルタ素子の各第2の端子が平衡端子
    に接続されている弾性表面波フィルタ装置において、 第2の弾性表面波フィルタ素子の複数のIDTの静電容
    量値の総和が、第1の弾性表面波フィルタ素子の複数の
    IDTの静電容量値の総和よりも大きくされていること
    を特徴とする、弾性表面波フィルタ装置。
  2. 【請求項2】 第2の弾性表面波フィルタ素子の複数の
    IDTの静電容量値の総和をC2、第1の弾性表面波フ
    ィルタ素子の複数のIDTの静電容量値の総和をC1と
    したとき、C1<C2<1.20C1とされている、請
    求項1に記載の弾性表面波フィルタ装置。
  3. 【請求項3】 第1の弾性表面波フィルタ素子の複数の
    IDTにおける電極被覆率をM1、電極指交叉幅をW
    1、複数のIDTの電極指の総対数をN1とし、第2の
    弾性表面波フィルタ素子の複数のIDTにおける電極被
    覆率をM2、電極指交叉幅をW2、複数のIDTの電極
    指の総対数をN2としたときに、 M1×W1×N1<M2×W2×N2<1.20×M1
    ×W1×N1とされている、請求項1または2に記載の
    弾性表面波フィルタ装置。
  4. 【請求項4】 0.93×M1<M2<1.05×M1
    とされている、請求項3に記載の弾性表面波フィルタ装
    置。
  5. 【請求項5】 第1,第2の弾性表面波フィルタ素子
    が、複数のIDTが設けられている領域の両側に反射器
    を有し、第1の弾性表面波フィルタ素子の反射器と該反
    射器と隣り合うIDTとの間の間隔をGR1、第2の弾
    性表面波フィルタ素子における反射器と、該反射器に隣
    り合うIDTとの間の間隔をGR2としたとき、 0.96GR1<GR2<1.02GR1とされている
    ことを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の弾
    性表面波フィルタ装置。
  6. 【請求項6】 圧電基板上に弾性表面波の伝搬方向に沿
    って形成された複数のIDTを有し、かつ第1,第2の
    端子を有する第1の弾性表面波フィルタ素子と、 圧電基板上に弾性表面波の伝搬方向に沿って形成された
    複数のIDTを有し、第1の弾性表面波フィルタ素子に
    比べて、入出力IDT間の中心間隔が弾性表面波の約
    0.5波長分だけ大きくされており、第1,第2の端子
    を有する第2の弾性表面波フィルタ素子とを備え、 第1,第2の弾性表面波フィルタ素子の各第1の端子が
    共通接続されて不平衡端子に接続されており、第1,第
    2の弾性表面波フィルタ素子の各第2の端子が平衡端子
    に接続されている弾性表面波フィルタ装置において、 第1,第2の弾性表面波フィルタ素子のうち少なくとも
    一方において、少なくとも1つのIDT−IDT間隔
    が、他のIDT−IDT間隔に対して、弾性表面波の波
    長の整数倍だけ異ならされていることを特徴とする、弾
    性表面波フィルタ装置。
  7. 【請求項7】 第1の弾性表面波フィルタ素子におい
    て、少なくとも1つのIDT−IDT間隔が、他のID
    T−IDT間隔に比べて弾性表面波の波長の整数倍だけ
    異なっており、 第2の弾性表面波フィルタ素子において、複数のIDT
    −IDT間隔が、第1の弾性表面波フィルタ素子の最も
    小さいIDT−IDT間隔よりも大きく、かつ第1の弾
    性表面波フィルタ素子の最も大きいIDT−IDT間隔
    よりも小さくされている、請求項6に記載の弾性表面波
    フィルタ装置。
  8. 【請求項8】 第1の弾性表面波フィルタ素子におい
    て、少なくとも1つのIDT−IDT間隔が他のIDT
    −IDT間隔に比べて弾性表面波の約1波長分だけ異な
    っており、 第2の弾性表面波フィルタ素子において、複数のIDT
    −IDT間隔がほぼ同じ値を有し、第1の弾性表面波フ
    ィルタ素子の最も小さいIDT−IDT間隔よりも弾性
    表面波の約0.5波長分大きくされている、請求項6に
    記載の弾性表面波フィルタ装置。
  9. 【請求項9】 前記平衡端子側及び不平衡端子側のうち
    少なくとも一方に並列または直列に接続されている弾性
    表面波共振子をさらに備える、請求項1〜8のいずれか
    に記載の弾性表面波フィルタ装置。
  10. 【請求項10】 前記平衡端子側及び不平衡端子側のう
    ち少なくとも一方に縦続接続された弾性表面波共振子型
    フィルタをさらに備える、請求項1〜8のいずれかに記
    載の弾性表面波フィルタ装置。
  11. 【請求項11】 請求項1〜10のいずれかに記載の弾
    性表面波フィルタ装置を有する通信機。
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