JP2003234635A - 水晶フィルタ - Google Patents

水晶フィルタ

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JP2003234635A
JP2003234635A JP2002034410A JP2002034410A JP2003234635A JP 2003234635 A JP2003234635 A JP 2003234635A JP 2002034410 A JP2002034410 A JP 2002034410A JP 2002034410 A JP2002034410 A JP 2002034410A JP 2003234635 A JP2003234635 A JP 2003234635A
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Japan
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electrodes
crystal filter
triple
mode
axis
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Takaaki Nishimori
隆明 西守
Jun Watanabe
潤 渡辺
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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】 3次オーバートン三重モード水晶フィルタの
高周波側に発生するスプリアスを抑圧する手段を得る。 【解決手段】 ATカット水晶基板のZ’軸方向に対し
10度から35度傾斜させて3つの電極を所定の間隙を
おいて配置すると共に、該電極に対向して1つの電極を
設け、3次オーバートン三重モード水晶フィルタを構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は水晶フィルタに関
し、特に通過帯域より高域側に発生するスプリアスを改
善した三重モード水晶フィルタに関する。
【0002】
【従来の技術】圧電基板にATカット水晶基板を用いた
多重モード圧電フィルタは、周波数温度特性が良好なこ
と、小型であること、高減衰量が得られること及び堅牢
性を有すること等の理由から、移動体通信機のIFフィ
ルタとして広く用いられている。図4は圧電基板にAT
カット水晶基板を用いた3次オーバートン三重モード水
晶フィルタの構成を示す図であって、同図(a)は平面
図、同図(b)は下面図、同図(c)はQ−Qにおける
断面図を示している。図4(a)に示すようにATカッ
ト水晶基板11のZ’軸方向に沿って、一方の主面上に
電極12、13、14をそれぞれ所定の間隙gをおいて
近接配置すると共に、電極12、13、14と対向して
他方の主面上に電極15を設ける。そして、電極12、
13、14、15からATカット水晶基板11の端部に
向けてそれぞれリード電極12’、13’、14’、1
5’を延在して、3次オーバートン三重モード水晶フィ
ルタを構成する。
【0003】リード電極12’、15’間に高周波電圧
を印加すると、図4(d)に示すような対称モードS
1、S2、反対称モードA1が強勢に励振され、リード
電極13’と15とを短絡し、リード電極12’、1
5’間及び14’、15’間に適当な終端を施すことに
より、S1、A1、S2の3つのモードを利用した三重
モード水晶フィルタを構成することができる。周知のよ
うに、電極間間隙gを狭めるとモードS1、A1、S2
間の結合が強まり、通過帯域幅は広がる。逆に、電極間
間隙gを広げるとモード間の結合が弱まり、帯域幅は狭
まる。通過帯域幅が狭いフィルタの場合にはリード電極
12’、15’間及び14’、15’間に終端抵抗と並
列に容量を付加する必要が生じる。
【0004】図5、6はATカット水晶基板を用い、フ
ィルタの中心周波数を109.65MHz(3次オーバ
ートン)、Z’、X軸方向の長さをそれぞれ2.3m
m、2.0mmとし、電極12、13、14の寸法をい
ずれも0.46mm×0.8mmとし、電極間間隙gを
0.07mm、電極の周波数低下量を400kHzとし
た場合のフィルタ特性である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
3次オーバートン三重モードフィルタにおいては、図5
に示すように中心周波数f+300KHzより高い周
波数において、インハーモニックオーバートンに起因す
るスプリアスSuが発生し、要求される35dB以上に
抑圧することが極めて困難であるという問題があった。
また、図6に示すように中心周波数より低周波側に高次
輪郭振動に起因すると思われるスプリアスSLが生ずる
場合もあり、無線機の通信品質を損なうという問題もあ
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、中心周波数f+300kHzより高域側の
スプリアスを35dB以上に抑圧すると共に、中心周波
数より低域側に生ずるスプリアスも抑圧した3次オーバ
ートン三重モード水晶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
に本発明に係る水晶フィルタの請求項1記載の発明は、
ATカット水晶基板の一方の主面上に3つの電極を近接
配置し、他方の主面上に該3つの電極に対向する電極を
設けて構成する三重モード水晶フィルタにおいて、前記
3つの電極の配列方向を水晶基板のZ’軸に対して10
度から80度傾斜させて構成したことを特徴とする三重
モード水晶フィルタである。請求項2記載の発明は、他
方の主面上に前記3つの電極と対向する1つの電極を配
置したことを特徴とする請求項1に記載の三重モード水
晶フィルタである。請求項3記載の発明は、ATカット
水晶基板の一方の主面上に3つの電極を近接配置し、他
方の主面上に該3つの電極に対向する電極を設けて構成
する三重モード水晶フィルタにおいて、前記3つの電極
の配列方向を水晶基板のX軸もしくはZ’軸に対して1
0度から35度傾斜させて構成したことを特徴とする三
重モード水晶フィルタである。請求項4記載の発明は、
三重モード水晶フィルタを3次オーバートンで駆動する
ことを特徴とする請求項1乃至3の三重モード水晶フィ
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3
次オーバートン三重モード水晶フィルタの構成を示す図
であって、同図(a)は平面図、(b)は下面図ある。
図1(a)に示すようにATカット水晶基板1のZ’軸
方向を長辺、X軸方向を短辺、Y’軸方向を厚さとし、
電極2、3、4の配列方向LをZ’軸方向に対しθ度傾
け、一方の主面上に所定の間隙Gを空けて配置すると共
に、該電極2、3、4と対向して他方の主面上に電極5
を設ける。そして、電極2、3、4、5から水晶基板1
の端部に向けてリード電極2’、3’、4’、5’を延
在し、リード電極3’と5’とを短絡すると共に、リー
ド電極2’、5’を入力端子、リード電極4’、5’出
力端子とし、入出力端子に適当な終端を施すことにより
3次オーバートン三重モード水晶フィルタを構成する。
なお、図1(a)に示すように水晶基板の端部と電極
2、4の端部との間隔は、振動エネルギーの漏洩を防ぐ
ために所定の距離を保つ必要がある。
【0008】多重モード水晶フィルタは複数の電極を用
いるため、主振動の他に偶数次モード(反対称モードA
1、A2、・・Ai)、奇数次モード(対称モードS
1、S2、・・Si)が励振し易くなり、単一電極の水
晶振動子より必然的に多くのモードが励振される。さら
に、オーバートン、例えば3次オーバートンモードで励
振する場合には平面度、平行度が理想状態からわずかに
ずれても、基本波モードで用いる場合より多くのモード
が励振され易くなる。本願発明者は通過域の高域側に生
ずる、インハーモニックオーバートンに起因するスプリ
アスを抑圧すべく、水晶基板の寸法、電極の寸法、電極
膜厚等を種々変えて実験したが3次オーバートン三重モ
ードフィルタの場合には、上記スプリアスを抑圧する有
効な手段が見い出すことができなかった。
【0009】そこで、3つの電極の配列方向LをATカ
ット水晶基板のZ’軸方向から傾けて配置した場合に、
上記スプリアスがどのように変化するか実験してみた。
これまでにも図7に示すように、二重モード水晶フィル
タの電極配列方向をZ’軸方向からX軸方向まで傾けて
配置した場合に2つのモードS1、A1間の結合、即ち
フィルタの通過帯域幅がどのように変化するのかという
点については種々の検討が行われてきた。つまり、配列
方向をX軸とすることで広帯域に、Z’軸とすることで
狭帯域となることから、必要に応じてX軸とZ’軸のい
ずれか選択して用いているのが一般的であり、それ以外
の配列方向とすることは検討されてこなかった。また、
通過帯域の高域側に発生するスプリアスと電極配列方向
との関係についても、これまでは論じられることが無か
ったのである。
【0010】図2は、電極の寸法、電極間隙G、電極膜
厚等は図5、6に示したパラメータを用い、電極2、
3、4の配列方向LとZ’軸となす角度θを変化させた
場合に、中心周波数f+300kHz以上の高域にお
けるスプリアスの最大値がどのように変化するかを図示
したものである。図2では電極配列の傾斜角θを横軸と
し、縦軸はスプリアスの抑圧レベルを示している。この
図から電極の配列方向LをZ’軸から傾けていくにつれ
てスプリアスは減少し、傾斜角θが10度になると配列
方向LをZ’軸とした従来のものより、スプリアスレベ
ルが10dB程度改善され、以降θ=20度近傍で抑圧
レベルが最大に達して、図示は省略しているが45度を
超えても10dB程度の改善効果が維持される。一方、
X軸を基準として配列方向Lを傾けた場合も傾きが10
度になると10dB程度の改善があり、20度近傍で最
大値に達し、それ以降もほぼ10dB程度の改善が維持
されるという同様の傾向が見られた。つまり、Z’軸か
ら10度乃至80度の範囲で改善されることが確認でき
た。これは高域側のスプリアスの多くはインハーモニッ
クオーバートンモードによって発生しているものと考え
られ、該モードをX線トポグラフィ手法で観測すると、
Z’軸、X軸方向に対称に分布する場合が多く見られ
る。そのため、Z’軸方向から傾けて電極を配列するこ
とにより、インハーモニックオーバートンモードによっ
て励起する電荷を電極がピックアップする割合が小さく
なり、該インハーモニックオーバートンモードによるス
プリアスが抑圧されるものと思われる。
【0011】ただし、Z’軸からの傾斜角θを大きくし
ていくとS1、A1、S2モード間の結合が変化するの
で、電極の構成が同じであるとフィルタの通過帯域幅が
所望の値からずれることになる。この変化は電極間の間
隙G、電極寸法等変更することで所望の値に設定するこ
とは可能であるが、設計変更という煩雑な作業が必要と
なり、あまり好ましくない。そこで、配列方向の傾きに
よるスプリアス抑圧の改善効果が20度近傍で最大とな
ることも勘案すれば、10度から35度の傾きに設定す
ることが望ましく、従前の電極パターンの設計手法をそ
のまま適用できるというメリットも享受できる。
【0012】図3はATカット水晶基板を用い、フィル
タの中心周波数を109.65MHz(3次オーバート
ン)に設定し、Z’、X軸方向の長さをそれぞれ2.3
mm、2.0mmとし、電極12、13、14の寸法を
いずれも0.46mm×0.8mmとし、電極間間隙G
を0.07mm、電極の周波数低下量を400kHz、
電極配列Lの傾斜角θを20度とした場合のフィルタ特
性である。この図から中心周波数f+300kHz以
上の高域におけるスプリアスは40dB程度に抑圧され
ており、図5、6に示したフィルタに比べスプリアスの
抑圧レベル差は10dB程度と大幅に改善されているこ
とが分かる。なお、低域側に発生する高次の輪郭系のス
プリアスも抑圧されることが明らかとなった。
【0013】以上の説明では一方の主面に3つの電極、
他方の主面に1つの電極を配列した例について説明した
が、両面とも3つの対向電極を用いたものでもよいこと
は説明するまでもない。さらに、以上の説明では3次オ
ーバートン三重モード水晶フィルタを例に説明したが、
基本波で駆動する三重モード水晶フィルタに本発明が適
用でき、中心周波数より高域側のスプリアスを抑圧でき
ることも確かめた。また、3つの電極の大きさを全て同
一として説明したが、入出力インピーダンスを外部回路
に適合させるべく電極の大きさをそれぞれ異ならせたも
のであっても同様な効果が得られる。
【0014】
【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に記載の発明は中心周波数より高域側に
発生するスプリアスを大幅に抑圧できるという優れた効
果を表す。請求項2に記載の発明は一方の電極を1つに
することより製造及び周波数調整が容易になるという優
れた効果を表す。請求項3に記載の発明は帯域幅を広げ
る場合に効果を発揮する。請求項4に記載の発明は3次
オーバートンで駆動するために、スプリアスの少ない高
周波フィルタを容易に実現するという優れた効果を奏
す。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る3次オーバートン三重モード水晶
フィルタの構成を示す図で、(a)は平面図、(b)は
下面図である。
【図2】電極の配列方向をZ’軸から角度θだけ傾斜し
た場合、角度θとスプリアス抑圧の関係を示す図であ
る。
【図3】本発明になる3次オーバートン三重モード水晶
フィルタのフィルタ特性を示す図である。
【図4】従来の3次オーバートン三重モード水晶フィル
タの構成を示す図であって、(a)は平面図、(b)下
面図、(c)は断面図、(d)は励起される3つのモー
ドの変位分布を示す図である。
【図5】従来の3次オーバートン三重モード水晶フィル
タのフィルタ特性を示す図である。
【図6】従来の3次オーバートン三重モード水晶フィル
タのフィルタ特性を示す図である。
【図7】従来の二重モード水晶フィルタの結晶軸方向と
電極配列方向との関係を示す図である。
【符号の説明】
1・・水晶基板 2、3、4、5・・電極 2’、3’、4’、5 ’・・リード電極 θ・・電極の配列方向とZ’軸方向とのなす角度 L・・電極の配列方向 G・・電極間間隙 d・・水晶基板端部と電極端部との距離

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ATカット水晶基板の一方の主面上に3
    つの電極を近接配置し、他方の主面上に該3つの電極に
    対向する電極を設けて構成する三重モード水晶フィルタ
    において、 前記3つの電極の配列方向を水晶基板のZ’軸に対して
    10度から80度傾斜させて構成したことを特徴とする
    三重モード水晶フィルタ。
  2. 【請求項2】 他方の主面上に前記3つの電極と対向す
    る1つの電極を配置したことを特徴とする請求項1に記
    載の三重モード水晶フィルタ。
  3. 【請求項3】 ATカット水晶基板の一方の主面上に3
    つの電極を近接配置し、他方の主面上に該3つの電極に
    対向する電極を設けて構成する三重モード水晶フィルタ
    において、 前記3つの電極の配列方向を水晶基板のX軸もしくは
    Z’軸に対して10度から35度傾斜させて構成したこ
    とを特徴とする三重モード水晶フィルタ。
  4. 【請求項4】 三重モード水晶フィルタを3次オーバー
    トンで駆動することを特徴とする請求項1乃至3の三重
    モード水晶フィルタ。
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Cited By (5)

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