JP2004007352A - 高周波フィルタおよび高周波フィルタ装置 - Google Patents
高周波フィルタおよび高周波フィルタ装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】外部制御手段を用いてフィルタ特性を可変にでき、周波数安定度が高く、経時変化の少ない、広い周波数可変範囲を持つ、小型の高周波フィルタを提供する。
【解決手段】入出力１４，１５に対して直列に接続された直列薄膜圧電共振器１１と、入出力１４，１５に対して並列に接続された並列薄膜圧電共振器１２と、直列薄膜圧電共振器１１及び並列薄膜圧電共振器１２の少なくとも一方の印加電圧を変化させることのできる可変電圧回路１９とを具備する。可変電圧回路の電圧Ｖ１，Ｖ２を変化させることによって、直列薄膜圧電共振器及び並列薄膜圧電共振器の少なくとも一方の共振特性をシフトさせて、通過特性を変化させる。
【選択図】 図１７
【解決手段】入出力１４，１５に対して直列に接続された直列薄膜圧電共振器１１と、入出力１４，１５に対して並列に接続された並列薄膜圧電共振器１２と、直列薄膜圧電共振器１１及び並列薄膜圧電共振器１２の少なくとも一方の印加電圧を変化させることのできる可変電圧回路１９とを具備する。可変電圧回路の電圧Ｖ１，Ｖ２を変化させることによって、直列薄膜圧電共振器及び並列薄膜圧電共振器の少なくとも一方の共振特性をシフトさせて、通過特性を変化させる。
【選択図】 図１７
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧制御によりフィルタ特性を可変する高周波フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信技術の発達、新方式への切り替えに伴い、複数の送受信システムに対応する通信装置の需要がますます高まっている。複数の送受信システムに対応するためには、それぞれ固定した共振周波数をもつ誘電体共振器、表面弾性波（ＳＡＷ）共振子、水晶発振子などのバルク波共振素子やＬＣ共振子を使用した通過特性の異なるフィルタをいくつも用いて送受信装置を形成しなくてはならないが、この方法は通信装置の小型化という観点から適切ではない。
【０００３】
そこで適当な外部制御手段を用いてフィルタの通過特性を可変にできる高周波フィルタを用いれば、素子数を減らすことができるので通信装置の小型化を図るうえで期待されている。例えば圧電薄膜共振器に直列または並列にバラクタなどの電圧制御可変キャパシタなどを接続して共振回路とし、バラクタの容量可変により共振周波数を変化させるものがある（例えば非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
デー、ペヌヌリ等著、「ア チューナブル ＳＡＷ デュプレクサ」プロシーディングス、ＩＥＥＥ、ウルトラソニックス、シンポジウム、２０００、第３６１頁−第３６６頁
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、共振周波数の範囲が共振器の電気機械結合係数ｋ２に依存するので、可変周波数範囲が狭く、またバラクタのＱ値が低いためにフィルタ特性が劣化するという問題がある。
【０００６】
上述したように、複数の送受信システムに対応する通信装置の需要が高まりつつあり、特性良好に通過特性を可変にできる小型の高周波フィルタが期待されている。
【０００７】
本発明は、適当な外部制御手段を用いて通過特性などのフィルタ特性を可変にでき、周波数安定度が高く、経時変化の少ない、広い周波数可変範囲を持つ、小型の新たな高周波フィルタを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、分極方向が膜厚方向にそろった単結晶の強誘電体薄膜と、この強誘電体薄膜を間に挟むように設けられた一対の電極とで構成され電極間に電圧を印加することにより共振周波数を可変することができる薄膜圧電共振子を用いたフィルタを提供する。
【０００９】
本発明者らは、強誘電体を薄膜圧電共振子の圧電体として使用することについて、理論及び実験の幅広い面から繰返し検討を行った。その結果、強誘電体材料は本質的に電界を印加することで音速が大きく変化する性質を有しており、いくつかの条件、とくに分極方向を膜厚方向にそろえることで、強誘電体に制御電圧を印加して発振周波数を可変にすることが可能であることを見出した。
【００１０】
すなわち、この強誘電体膜を一対の電極間に挟み、電極間に印加する電圧を変化することで、発振周波数を変調する電圧制御発振器を提供できる。
【００１１】
このような電圧制御発振器は、強誘電体膜の共振周波数そのものを変化させるので電気機械結合係数によらず周波数可変幅を決定できる。また、集積化が難しくＱ値の低いバラクタを必要としない回路構成が可能となる。
【００１２】
具体的には、圧電体として使用する強誘電体材料は、分極方向が膜厚方向に揃った単結晶膜ないしは単一配向膜である必要がある。強誘電体膜の圧電性を充分に引き出し、かつ電圧印加により周波数可変にするためには、強誘電体膜の分極方向を膜厚方向に揃えることが必要である。その製造法としてエピタキシャル成長を用いると単結晶にすることが容易である。
【００１３】
本発明の一態様によれば、圧電体薄膜とこの薄膜の両面に設けられた一対の電極とからなる薄膜圧電共振器の複数個を、信号の入出力端間に直列接続および並列接続してなるフィルタであって、
前記少なくとも一つの薄膜圧電共振器が前記圧電薄膜をその分極方向を膜厚方向にそろえた強誘電体薄膜からなり、共振特性が印加電圧により変化する可変共振薄膜圧電共振器であるフィルタと、
前記可変共振薄膜圧電共振器に接続されこの共振器に電圧を印加する電圧回路と、
を具備し、電圧回路の印加電圧によりフィルタ特性が制御されることを特徴とする高周波フィルタにある。
【００１４】
本発明の他の態様は、信号の入出力側に直列接続され、分極方向が膜厚方向にそろった強誘電圧電体薄膜とこの薄膜の両面に設けられた一対の電極とからなり共振特性が印加電圧により変化する直列共振薄膜圧電共振器と、
信号の入出力側に並列接続され、分極方向が膜厚方向にそろった強誘電圧電体薄膜とこの薄膜の両面に設けられた一対の電極とからなり共振特性が印加電圧により変化する並列共振薄膜圧電共振器と、
前記直列共振薄膜圧電共振器と並列共振薄膜圧電共振器の少なくとも一方に接続されて電圧を印加しその共振特性を可変する電圧回路と、
を具備して、電圧回路によりフィルタ特性が制御される高周波フィルタにある。
【００１５】
さらに本発明の他の態様は、前記直列共振薄膜圧電共振器の共振周波数と前記並列共振薄膜圧電共振器の反共振周波数とを一致させ、前記直列共振薄膜圧電共振器及び前記並列共振薄膜圧電共振器の印加電圧を変化させることによって、前記直列共振薄膜圧電共振器の共振周波数及び前記並列共振薄膜圧電共振器の反共振周波数とを共に上昇或いは下降させて、通過帯域の中心周波数を制御することを特徴とする高周波フィルタにある。
【００１６】
さらに本発明の他の態様は、前記直列共振薄膜圧電共振器の共振周波数と前記並列共振薄膜圧電共振器の反共振周波数とを一致させ、前記直列共振薄膜圧電共振器或いは前記並列共振薄膜圧電共振器の印加電圧を変化させることによって、前記直列共振薄膜圧電共振器の共振周波数及び反共振周波数の間隔或いは前記並列共振薄膜圧電共振器の共振周波数及び反共振周波数の間隔を変化させて、通過帯域幅を制御することを特徴とする高周波フィルタにある。
【００１７】
さらに本発明の他の態様は、前記直列共振薄膜圧電共振器の共振周波数と前記並列共振薄膜圧電共振器の反共振周波数とをほぼ一致させ、前記直列共振薄膜圧電共振器及び前記並列共振薄膜圧電共振器の印加電圧を変化させることによって、前記直列共振薄膜圧電共振器の共振周波数及び前記並列共振薄膜圧電共振器の反共振周波数の間隔を変化させて、通過帯域のリップル位置或いはリップル形状を制御することを特徴とする高周波フィルタにある。
【００１８】
さらに本発明の他の態様は、前記直列共振薄膜圧電共振器の反共振周波数と前記並列共振薄膜圧電共振器の共振周波数とを一致させ、前記直列共振薄膜圧電共振器及び前記並列共振薄膜圧電共振器の印加電圧を変化させることによって、前記直列共振薄膜圧電共振器の反共振周波数及び前記並列共振薄膜圧電共振器の共振周波数とを共に上昇或いは下降させて、阻止帯域の中心周波数を制御することを特徴とする高周波フィルタにある。
【００１９】
さらに本発明の他の態様は、前記直列共振薄膜圧電共振器の反共振周波数と前記並列共振薄膜圧電共振器の共振周波数とを一致させ、前記直列共振薄膜圧電共振器或いは前記並列共振薄膜圧電共振器の印加電圧を変化させることによって、前記直列共振薄膜圧電共振器の共振周波数及び反共振周波数の間隔或いは前記並列共振薄膜圧電共振器の共振周波数及び反共振周波数の間隔を変化させて、阻止帯域幅を制御することを特徴とする高周波フィルタにある。
【００２０】
さらに本発明の他の態様は、前記直列共振薄膜圧電共振器或いは前記並列共振薄膜圧電共振器の印加電圧を変化させることによって、前記直列共振薄膜圧電共振器の共振周波数と前記並列共振薄膜圧電共振器の反共振周波数とが一致したときに得られる通過帯域特性及び前記直列共振薄膜圧電共振器の共振周波数と前記並列共振薄膜圧電共振器の共振周波数とが一致したときに得られる全域阻止特性とを切り替えることを特徴とする高周波フィルタにある。
【００２１】
さらに本発明の他の態様は、第１及び第２の入力端子からなる入力端と、
第１及び第２の出力端子からなる出力端と、
前記第１の入力端子及び前記第１の出力端子間に直列接続された薄膜圧電共振器と、
前記第１の入力端子及び前記第２の入力端子との間或いは前記第１の出力端子及び前記第２の出力端子との間に並列接続された薄膜圧電波共振器と、
前記直列接続の薄膜圧電共振器及び前記並列接続の薄膜圧電共振器の少なくとも一つは分極方向が膜厚方向にそろった強誘電圧電体薄膜とこの薄膜の両面に設けられた一対の電極とからなり共振特性が印加電圧により変化する可変共振薄膜圧電共振器であり、
この可変共振薄膜圧電共振器に接続され、その両端に電圧を可変に印加する可変電圧回路とを具備し、
前記可変電圧回路により前記薄膜圧電共振器に印加される電圧を変化させフィルタされる周波数通過特性が制御されることを特徴とする高周波フィルタにある。
【００２２】
上記各態様において、前記薄膜圧電共振器の全てが、前記圧電薄膜をその分極方向を膜厚方向にそろえた強誘電体薄膜からなることが好ましい。
【００２３】
さらに前記フィルタがラダー型の平衡回路であることが好ましい。
【００２４】
さらに前記フィルタがラダー型の非平衡回路であることが好ましい。
【００２５】
さらに前記強誘電体薄膜が０．１°以上５°以下の配向半値幅を有することが好ましい。
【００２６】
さらに前記強誘電体薄膜が、チタン酸バリウムを主成分とすることが好ましい。
【００２７】
さらに本発明の他の態様は、信号の入出力側に直列接続され、分極方向が膜厚方向にそろった強誘電圧電体薄膜とこの薄膜の両面に設けられた一対の電極とからなり共振特性が印加電圧により変化する直列共振薄膜圧電共振器と、
信号の入出力側に並列接続され、分極方向が膜厚方向にそろった強誘電圧電体薄膜とこの薄膜の両面に設けられた一対の電極とからなり共振特性が印加電圧により変化する並列共振薄膜圧電共振器とを組み合わせたフィルタ単位と、
前記フィルタ単位を２個以上を縦続接続する手段と、
前記フィルタ単位に接続されて電圧を印加しその共振特性を可変する電圧回路とを具備することを特徴とする高周波フィルタ装置にある。
【００２８】
さらに本発明の他の態様は、前記フィルタ単位間に接続されたアイソレータ或いはバッファアンプを具備することを特徴とする高周波フィルタ装置にある。
【００２９】
さらに本発明の他の態様は、信号の入出力側に直列接続され、分極方向が膜厚方向にそろった強誘電圧電体薄膜とこの薄膜の両面に設けられた一対の電極とからなり共振特性が印加電圧により変化する直列共振薄膜圧電共振器と、
信号の入出力側に並列接続され、分極方向が膜厚方向にそろった強誘電圧電体薄膜とこの薄膜の両面に設けられた一対の電極とからなり共振特性が印加電圧により変化する並列共振薄膜圧電共振器とを組み合わせたフィルタ単位と、
前記フィルタ単位を２個以上をスイッチを介して並列接続する手段と、
前記フィルタ単位に接続されて電圧を印加しその共振特性を可変する電圧回路と、
を具備し、前記スイッチにより前記フィルタ単位が選択され信号の通過特性が制御されることを特徴とする高周波フィルタ装置にある。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく種々工夫して用いることができる。
【００３１】
先ず、本発明者らは、高周波フィルタを形成するための薄膜圧電共振器の圧電体として、どのような材料を用いればよいかを検討した。その結果、強誘電体膜を用いれば分極が大きな電界依存性をもち、かつ自発分極が生じているため電圧を印加しなくとも圧電性を示し、材料定数が大きな電圧依存性を示すことを見出した。
【００３２】
特に、厚み縦振動を利用した共振を利用するため、分極は膜厚方向に揃っている必要がある。そのためには膜厚方向に配向した強誘電体薄膜が好ましい。また、膜厚方向に配向したエピタキシャル成長した強誘電体薄膜を用いることがより好ましいことが分かった。
【００３３】
また、強誘電体膜の弾性定数と電気機械結合定数（圧電定数）が電界依存性をもつ。このため膜厚方向に配向した強誘電体膜を用いた薄膜圧電共振器でフィルタを形成すると通過特性を電圧で制御できることを初めて見出した。
【００３４】
さらに、チタン酸バリウムやＰＺＴなどの強誘電体は、比誘電率がＡｌＮやＺｎＯなどの圧電体に比べて大きいため、インピーダンス整合を考慮に入れて共振器を設計すると、サイズが小さくできるというメリットがあることが分かった。
【００３５】
以下、実施形態では、圧電体としてチタン酸バリウムやＰＺＴを膜厚方向に配向するようにエピタキシャル成長したものを用いて説明する。
【００３６】
（実施形態１）
本発明者らは、帯域通過特性と全域阻止特性とを切り替えられるスイッチングフィルタについて詳細に検討を行なった。その結果、共振周波数を機械的でなく電気的に切り替える薄膜圧電共振器を用いれば、単純な回路構成で、かつ安価にマルチバンドの相互干渉、送受信信号の相互干渉及び不要ノイズを防止できる小型軽量のスイッチングフィルタを実現できることを見出した。ここで薄膜圧電共振器とは、ＳＡＷデバイスのような表面波を用いた共振器ではなく、薄膜の厚み方向の弾性波も用いた共振、すなわち薄膜をバルクとして膜全体の弾性波を用いた共振を利用した共振器のことである。薄膜圧電共振器として、薄膜バルク弾性波共振器を含む。
【００３７】
薄膜の厚さとしては、共振周波数が１ＧＨｚから２ＧＨｚで、１μｍから２μｍ程度である。今後必要とする共振周波数が高くなると、薄膜の厚さも薄くなっていく。適用周波数帯域を０．１〜１０ＧＨｚとすると、膜厚は０．１〜２０μｍが実用範囲である。
【００３８】
以下、本発明の原理について詳述する。
【００３９】
図１は、本実施例に用いる薄膜圧電共振器の断面図である。
【００４０】
この薄膜圧電共振器は、単結晶基板５上に、エッチングストッパー層４が形成され、このエッチングストッパー層４上に、第１の電極３、圧電体膜２及び第２の電極１からなる共振器構造が形成され、さらに単結晶基板５裏面からエッチングすることによりキャビティ（空洞）１００が形成されたものである。
【００４１】
この薄膜圧電共振器は、圧電体膜２の圧電効果を利用した共振器であり、単結晶基板５の裏面に形成されたキャビティ１００によって、圧電振動のエネルギーが逃げないようにしている。なお、エッチングストッパー層４は、単結晶基板５にキャビティ１００をエッチングにより形成する際のストッパーとして機能するほかに、エッチングストッパー層４上に形成されたエピタキシャル膜の下地層としての機能も有する。
【００４２】
図２は、図１に示す薄膜圧電共振器の別の例を示す断面図であり、第１の電極３と単結晶基板５の間に空隙１１０を設けたものである。
【００４３】
この空隙１１０は、第１の電極３、圧電体膜２及び第２の電極１からなる共振器の圧電振動のエネルギーが逃げないようにするためのものである。
【００４４】
また、図３は、図１に示す薄膜圧電共振器のまた別の例を示す断面図である。この薄膜圧電共振器は、第１の電極３と単結晶基板５の間に、異なる音響インピーダンスを有する層を積層して構成したブラッグ反射鏡６が形成されたものである。
【００４５】
このブラッグ反射鏡６も、第１の電極３、圧電体膜２及び第２の電極１からなる共振器の共振周波数を有する弾性波を反射し、エネルギーを逃さない構造となっている。
【００４６】
このようにして構成された図１、図２或いは図３に示す薄膜圧電共振器は、圧電体膜２の密度、膜厚或いは第１の電極３及び第２の電極１における質量負荷の効果などによって決まる共振周波数及び反共振周波数をもち、一つの共振点付近の電気的特性は、図４のような等価回路で示される。
【００４７】
図４に示すように、この等価回路は、キャパシタンスＣ１、抵抗Ｒ及びインダクタンスＬが直列に接続され、これらにキャパシタンスＣ２が並列に接続されたものである。
【００４８】
次に、図５に、このように接続された等価回路におけるインピーダンスの絶対値の周波数依存性を示す。
【００４９】
図５に示すように、この等価回路すなわち図１乃至図３に示す薄膜圧電共振器は、極小点（共振周波数）及び極大点（反共振周波数）をもつ。
【００５０】
次に、図６にて、このような特性をもつ薄膜圧電共振器を用いたスイッチングフィルタの構造及び特性について説明する。
【００５１】
図６（ａ）は、薄膜圧電共振器を梯子型フィルタ回路に組み合わせたスイッチングフィルタを示すものであり、図６（ｂ）は、フィルタ回路を構成する直列及び並列共振器の共振特性を示す図である。
【００５２】
図６（ａ）に示すように、このスイッチングフィルタは、高周波信号の入力端子（Ｉｎ１、Ｉｎ２）と、出力端子（Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２）を有する。第１の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ１）間には第１の導線２０２が接続され、これに直列に薄膜圧電共振器２００が複数接続されている。
【００５３】
また、第２の入出力端子（Ｉｎ２、Ｏｕｔ２）間には第２の導線２０３が母線として接続され、この第２の導線２０３と第１の導線２０２と並列に薄膜圧電共振器２０１が複数接続されている。各薄膜圧電共振器２０１に可変電圧源として直流電源３００が接続されている。
【００５４】
図６（ｂ）は、直列に接続された薄膜圧電共振器２００の共振周波数特性Ａと並列に接続された薄膜圧電共振器２０１におけるの共振周波数特性Ｂのインピーダンスの絶対値を示している。
【００５５】
このように直列に接続した薄膜圧電共振器２００と並列に接続された薄膜圧電共振器２０１とは、インピーダンスの絶対値と共振周波数の特性の形はほぼ同じであるが、直列に接続した薄膜圧電共振器２００の特性Ａの方が並列に接続した薄膜圧電共振器２０１の特性Ｂよりも周波数が高い方に僅かにシフトしたものを選ぶ。
【００５６】
このとき直列に接続された薄膜圧電共振器２００の共振周波数ｆｒ（Ａ）と並列に接続された薄膜圧電共振器２０１の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）が一致するようになっている。ここで、薄膜圧電共振器の共振周波数を変えるためには、例えば圧電体膜の膜厚や電極の膜厚を変えるといった方法がある。
【００５７】
図７に、このときの直列に接続された薄膜圧電共振器２００と並列に接続された薄膜圧電共振器２０１の合成された通過特性を示す。
【００５８】
図７に示すように、この合成インピーダンスは、１．７ＧＨｚから１．９ＧＨｚにピークを有する帯域通過特性が得られていることが分かる。この特性によってある周波数帯域を濾波することが可能なフィルタリングが可能となる。
【００５９】
次に、直列に接続した薄膜圧電共振器２００及び並列に接続した薄膜圧電共振器２０１の少なくとも一方の両端に直流電源３００から電圧を印加して、直列に接続した薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ａ）と並列に接続した薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ｂ）とを一致させる。このとき直列に接続した薄膜圧電共振器の反共振周波数ｆａｒ（Ａ）と並列に接続した薄膜圧電共振器の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）も一致することになる。
【００６０】
図８に、このときのフィルタの通過特性を示す。
【００６１】
図８に示すように、このフィルタの通過特性はほぼ全域で阻止特性を示すことが分かる。
【００６２】
このように、本発明では、直列に接続された薄膜圧電共振器２００の共振周波数ｆｒ（Ａ）と並列に接続された薄膜圧電共振器２０１の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）が一致したときに得られる帯域通過フィルタ特性及び直列に接続された薄膜圧電共振器２００の共振周波数ｆｒ（Ａ）と並列に接続された薄膜圧電共振器２０１の共振周波数ｆｒ（Ｂ）とが一致したときに得られる全域阻止特性を、電圧によって切り替え可能とすることによって、簡単な構造のスイッチングフィルタを提供できる。
【００６３】
この例では、初期状態に電圧無印加で直列に接続された薄膜圧電共振器の特性と並列に接続された薄膜圧電共振器の特性がずれている状態を説明したが、初期状態にこれらの特性が一致している状態から電圧を印加することによって、これらの特性がずれている状態にすることも可能である。
【００６４】
また、直列に接続された薄膜圧電共振器２００及び並列に接続された薄膜圧電共振器２０１のいずれか一方に電圧を印加して特性をシフトさせてもいいし、両方に電圧を印加することによって特性をシフトさせてもよい。
【００６５】
このように本発明では、圧電体膜にＤＣバイアスを印加し、分極状態を変化させて、圧電定数及び弾性定数などを変化して共振周波数を変化させることを利用している。このような効果を利用すれば、直列に接続された薄膜圧電共振器２００と並列に接続された薄膜圧電共振器２０１の共振特性を一致させて得られる全域阻止特性と、直列に接続された薄膜圧電共振器２００と並列に接続された薄膜圧電共振器２０１の共振特性をずらすことによって得られる帯域通過特性とをＤＣバイアスのみで切り替えることができるので、簡単な構成によりスイッチングフィルタを提供することができる。
【００６６】
以上では、図６に示した非平衡な（ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ）梯子型フィルタを例にとって説明を行なったが、図９に示す平衡な（ｂａｌａｎｃｅｄ）梯子（ラダー）型フィルタ或いは図１０に示すような平衡な格子型フィルタを用いても同様の効果が得られる。
【００６７】
また、スイッチングフィルタを構成する薄膜圧電共振器の段数についても、図６、図９、図１０に記載の段数に限らず、帯域外減衰量を大きくするためにさらに段数を増やしても良いし、通過域での挿入損失を減らすために段数を減らしても良い。その他、本発明の主旨の範囲内であれば、目的に応じてフィルタ回路の構成を変形して用いることができる。
【００６８】
次に、上述した薄膜圧電共振器に印加するＤＣバイアスの印加方式について説明する。
【００６９】
先ず、図９に示したような全ての共振器が分極が膜厚方向にそろった強誘電体の圧電薄膜をもった薄膜共振器２００，２０１により直列接続部が３段、並列接続部が２段の平衡な梯子型フィルタを構成した回路に可変電圧を印加する。このうちの並列に接続された薄膜圧電共振器２０１のみに電圧を印加する方式について検討を行なった。
【００７０】
単純に考えると、図９に示した回路の中で並列に接続された薄膜圧電共振器２０１の両端部にのみ可変ＤＣ電圧回路３０１を接続すればよさそうであるが、その場合直列に接続された薄膜圧電共振器２００にも電圧が印加されて、共振特性が変化してしまう。フィルタ特性の通過、阻止を最も効率的に切り替えるためには、並列に接続された薄膜圧電共振器２０１と直列に接続された薄膜圧電共振器２００とに印加される電圧をそれぞれ独立に制御する必要があるので、並列に接続された薄膜圧電共振器２０１に電圧を印加する時に、直列に接続された薄膜圧電共振器２００の特性が変化してしまうのは好ましくない。
【００７１】
これを解決するために、図１１に示すような回路構成を挙げることができる。
【００７２】
図１１に示すように、平衡な梯子型フィルタ回路は、第１の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ１）と、第２の入出力端子（Ｉｎ２、Ｏｕｔ２）と、第１の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ２）間を接続した第１の導線２０２と、第２の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ２）間を接続した第２の導線２０３を有する。第１の導線２０２に直列に接続された第１から第３の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−１、２００−２、２００−３）と、第２の導線２０３に直列に接続された第４から第６の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−４、２００−５、２００−６）とを有する。さらに第１と第２の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−１、２００−２）との間を一方の端子とし第４と第５の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−４、２００−５）との間をもう一方の端子とする第１の並列に接続された薄膜圧電共振器２０１−１と、第２と第３直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−２、２００−３）との間を一方の端子とし第５と第６直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−５、２００−６）との間をもう一方の端子とする第２の並列に接続された薄膜圧電共振器２０１−２とから構成される。さらに第１と第２の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ１、Ｉｎ２、Ｏｕｔ２）にはそれぞれキャパシタンスＣとインダクタンスＬからなるマッチング回路が接続されている。並列接続の薄膜圧電共振器２０１−１，２０１−２には図示において矢印で正から負極への分極方向を示した。
【００７３】
このような３段の平衡な梯子型フィルタ回路において、二つの並列に接続された薄膜圧電共振器（２０１−１、２０１−２）のみに電圧を印加するためには以下のような回路を接続すればよい。
【００７４】
先ず、第１と第２並列に接続された薄膜圧電共振器（２０１−１、２０１−２）を、第１の導線２０２から第２の導線２０３に向けて電圧が印加された場合にその共振周波数がともに上昇（もしくはともに低下）するように接続する。
【００７５】
次に、第１の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−１と第１の入力端子Ｉｎ１との間、第１と第２の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−１、２００−２）の間、第２と第３の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−２、２００−３）の間、そして第３の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−３と第１の出力端子Ｏｕｔ１との間に、高周波を十分にカットするためのインピーダンスを持つ抵抗Ｒを介して、可変電圧回路の一方の端子Ｖ１を接続する。さらに、第４の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−４と第２の入力端子Ｉｎ２との間、第４と第５の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−４、２００−５）の間、第５と第６の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−５、２００−６）の間、そして第６の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−６と第２の出力端子Ｏｕｔ２との間に、高周波を遮断するための抵抗Ｒを介して、可変電圧回路のもう一方の端子Ｖ２を接続する。
【００７６】
上述の電圧印加方式を用いると、直列に接続された薄膜圧電共振器２００の全てに対して可変電圧回路が接続されているので、直列に接続された薄膜圧電共振器２００の両端には同一電圧Ｖ１がかかり実質的な電圧が印加されず、並列に接続された薄膜圧電共振器２０１にのみ可変電圧（Ｖ１−Ｖ２）を印加することが可能である。
【００７７】
また第１と第２の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ１、Ｉｎ２、Ｏｕｔ２）にはマッチング回路が接続されているため、ポートの外部に対してはＤＣ電圧が印加されることはない。
【００７８】
上述の方式でフィルタ回路の各薄膜圧電共振器と可変電圧回路とを接続すれば、基本的なフィルタ構成を変えることなく、高周波カット用の抵抗体素子のみを付加することで、通常のフィルタ回路にスイッチング機能をもたせることができ、産業上特に有効である。
【００７９】
次に、図１２を用いて、平衡な梯子型フィルタの直列に接続された薄膜圧電共振器２００にのみ電圧を印加する方法を説明する。
【００８０】
図１２に示すように、このスイッチングフィルタは、６つの直列に接続された薄膜圧電共振器２００と２つの並列に接続された薄膜圧電共振器２０１とキャパシタンスＣ及びインダクタンスＬからなるマッチング回路は、図１１に示す平衡な梯子型フィルタ回路の構成と同じである。
【００８１】
可変電圧回路Ｖ１−Ｖ２との接続部及び直列に接続された薄膜圧電共振器２００の「向き」、即ち電圧印加に対して共振周波数が上昇する方向のみが図１１の回路と異なり、以下それらの点について説明する。なお、直列接続の薄膜圧電共振器２００−１から２００−６は図示するように矢印を分極方向を正から負極に向けて記載しており、Ｖ１＞Ｖ２としてこの電位差を大にすることにより共振周波数が上昇する。
【００８２】
先ず、第１と第３の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−１、２００−３）を、第１の入力端子Ｉｎ１から第１の出力端子Ｏｕｔ１に向けて電圧が印加された場合にその共振周波数がともに上昇するように接続し、それとは逆に第２の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−２は第１の入力端子Ｉｎ１から第１の出力端子Ｏｕｔ１に向けて電圧が印加された場合にその共振周波数が低下するように接続する。
【００８３】
次に、第４と第６の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−４、２００−６）を、第２の入力端子Ｉｎ２から第２の出力端子Ｏｕｔ２に向けて電圧が印加された場合にその共振周波数がともに上昇するように接続し、それとは逆に第５の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−５は第２の入力端子Ｉｎ２から第２の出力端子Ｏｕｔ２に向けて電圧が印加された場合にその共振周波数が低下するように接続する。
【００８４】
次に、第１の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−１と第１の入力端子Ｉｎ１との間、第２と第３の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−２、２００−３）の間、第４の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−４と第２の入力端子Ｉｎ２との間、そして第５と第６の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−５、２００−６）の間に、高周波をカットするための抵抗Ｒを介して、可変電圧回路の一方の端子Ｖ１を接続する。
【００８５】
さらに、第１と第２の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−１、２００−２）の間、第３の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−３と第１の出力端子Ｏｕｔ１との間、第４と第５の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−４、２００−５）の間、そして第６の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−６と第２の出力端子Ｏｕｔ２との間に、高周波をカットするための抵抗Ｒを介して、可変電圧回路のもう一方の端子Ｖ２を接続する。
【００８６】
上述の電圧印加方式を用いると、並列に接続された薄膜圧電共振器２０１の両端は常に同じ電位となっているため電圧が印加されず、直列に接続された薄膜圧電共振器２００に印加される電圧のみを制御することが可能である。
【００８７】
また第１と第２の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ１、Ｉｎ２、Ｏｕｔ２）にはキャパシタンスＣ及びインダクタンスＬからなるマッチング回路が接続されているため、ポートの外部に対してはＤＣ電圧が印加されることはない。
【００８８】
次に、図１０に回路略図を示し、図１３に実用回路を示す平衡な格子型フィルタの並列薄膜圧電共振器のみに可変ＤＣ電圧電源３０２から電圧Ｖ１，Ｖ２を印加する方式について説明する。
【００８９】
この平衡な格子型フィルタ回路は、第１の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ１）と、第２の入出力端子（Ｉｎ２、Ｏｕｔ２）と、第１の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ１）間を接続した第１の導線２０２と、第２の入出力端子間（Ｉｎ２、Ｏｕｔ２）を接続した第２の導線２０３を有する。第１の導線２０２に直列に接続された第１の薄膜圧電共振器２００−１と、第２の導線２０３に直列に接続された第２の薄膜圧電共振器２００−２とを有する。第１の入力端子Ｉｎ１と第２の出力端子Ｏｕｔ２間に並列に接続された薄膜圧電共振器２００−１と第２の入力端子Ｉｎ２と第１の出力端子の間に並列接続され薄膜圧電共振器２０１−２とから構成され、これらの並列接続の薄膜圧電共振器は交差して接続される。さらに第１と第２の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ１、Ｉｎ２、Ｏｕｔ２）にはそれぞれキャパシタンスＣとインダクタンスＬからなるマッチング回路が接続されている。
【００９０】
上述の平衡な格子型フィルタ回路において、二つの並列に接続された薄膜圧電共振器２０１のみに電圧を印加するためには以下のような回路を接続すればよい。図では、薄膜圧電共振器２０１−１，２０１−２の分極方向を正から負極にかけて矢印で示している。矢印方向に印加電圧を上昇させると、これらの共振器の発信周波数が増加する。
【００９１】
先ず、第１と第２の並列に接続された薄膜圧電共振器（２０１−１、２０１−２）を、第１の導線２０２から第２の導線２０３に向けて電圧が印加された場合にその共振周波数がともに上昇（もしくはともに低下）するように接続する。次に、第１の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−１と第１の入力端子Ｉｎ１との間、そして第１の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−１と第１の出力端子Ｏｕｔ１との間に、高周波をカットするための抵抗Ｒを介して、可変電圧回路の一方の端子Ｖ１を接続する。
【００９２】
さらに、第２の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−２と第２の入力端子Ｉｎ２との間、そして第２の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−２と第２の出力端子Ｏｕｔ２との間に、高周波をカットするための抵抗Ｒを介して、可変電圧回路のもう一方の端子Ｖ２を接続する。
【００９３】
上述の電圧印加方式を用いると、直列に接続された薄膜圧電共振器２００の両端は常に同じ電位となっているため電圧が印加されず、並列に接続された薄膜圧電共振器２０１に印加される電圧のみを制御することが可能である。
【００９４】
また、第１と第２の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ１、Ｉｎ２、Ｏｕｔ２）には、キャパシタンスＣ及びインダクタンスＬからなるマッチング回路が接続されているため、ポートの外部に対してはＤＣ電圧が印加されることはない。
【００９５】
次に、図１４を用いて、平衡な格子型フィルタの直列薄膜圧電共振器にのみ電圧を印加する方法を説明する。
【００９６】
図１４に示すように、このスイッチングフィルタは、２つの直列に接続された薄膜圧電共振器２００と２つの並列に接続された薄膜圧電共振器２０１とキャパシタンスＣ及びインダクタンスＬからなるマッチング回路からなる平衡な格子型フィルタ回路の構成は、図１３と同じである。
【００９７】
可変電圧回路との接続部及び直列に接続された薄膜圧電共振器２００の「向き」、即ち電圧印加に対して共振周波数が上昇する方向のみが図１３の回路と異なり、以下それらの点について説明する。
【００９８】
先ず、第１の直列薄膜圧電共振器２００−１を、第１の入力端子Ｉｎ１から第１の出力端子Ｏｕｔ１に向けて電圧が印加された場合にその共振周波数が上昇するように接続する。次に、第２の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−２を、第２の出力端子Ｏｕｔ２から第２の入力端子Ｉｎ２に向けて電圧が印加された場合にその共振周波数が上昇するように接続する。
【００９９】
さらに、第１の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−１と第１の入力端子Ｉｎ１との間、そして第２の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−２と第２の出力端子Ｏｕｔ２との間に、高周波をカットするための抵抗Ｒを介して、可変電圧回路の一方の端子Ｖ１を接続する。
【０１００】
さらに、第１の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−１と第１の出力端子Ｏｕｔ１との間、そして第２の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−２と第２の入力端子Ｉｎ２との間に、高周波をカットするための抵抗Ｒを介して、可変電圧回路のもう一方の端子Ｖ２を接続する。
【０１０１】
上述の電圧印加方式を用いると、並列に接続された薄膜圧電共振器２０１の両端は常に同じ電位となっているため電圧が印加されず、直列に接続された薄膜圧電共振器２００に印加される電圧のみを制御することが可能である。
【０１０２】
また、第１と第２の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ１、Ｉｎ２、Ｏｕｔ２）にはキャパシタンスＣ及びインダクタンスＬからなるマッチング回路が接続されているため、ポートの外部に対してはＤＣ電圧が印加されることはない。
【０１０３】
次に、図１５に示すような非平衡な梯子型フィルタの並列薄膜圧電共振器のみに電圧を印加する方式について説明する。図１５に示すように、このスイッチングフィルタは、第１の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ１）と、第２の入出力端子（Ｉｎ２、Ｏｕｔ２）と、第１の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ１）間を接続した第１の導線２０２と、第２の入出力端子（Ｉｎ２、Ｏｕｔ２）間を接続した第２の導線２０３と、第１の導線２０２に直列に接続された第１から第３の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−１、２００−２、２００−３）と、第１と第２の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−１、２００−２）との間に一方の端子が接続され、第２の導線２０３にもう一方の端子が接続されている第１の並列に接続された薄膜圧電共振器２０１−１と、第２と第３の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−２、２００−３）との間に一方の端子が接続され、第２の導線２０３にもう一方の端子が接続されている第２の並列に接続された薄膜圧電共振器２０１−２とから構成され、さらに第１の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ１）にはそれぞれキャパシタンスＣとインダクタンスＬからなるマッチング回路が接続されている。
【０１０４】
図１５の非平衡な梯子型フィルタ回路において、二つの並列に接続された薄膜圧電共振器２０１のみに電圧を印加するためには以下のような回路を接続すればよい。先ず、第１と第２の並列に接続された薄膜圧電共振器（２０１−１、２０１−２）を、第１の導線２０２から第２の導線２０３に向けて電圧が印加された場合にその共振周波数がともに上昇（もしくはともに低下）するように接続する。
【０１０５】
次に、第１の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−１と第１の入力端子Ｉｎ１との間、第１と第２の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−１、２００−２）の間、第２と第３の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−２、２００−３）の間、そして第３の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−３と第１の出力端子Ｏｕｔ１との間に、高周波をカットするための抵抗Ｒを介して、可変電圧回路の一方の端子Ｖ１を接続する。
【０１０６】
さらに、第２の入力端子Ｉｎ２と第２の出力端子Ｏｕｔ２との間に、高周波をカットするための抵抗Ｒを介して、可変電圧回路のもう一方の端子Ｖ２を接続する。
【０１０７】
上述の電圧印加方式を用いると、直列に接続された薄膜圧電共振器２００の両端は常に同じ電位となっているため電圧が印加されず、並列に印加された薄膜圧電共振器２０１に印加される電圧のみを制御することが可能である。
【０１０８】
また、第１の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ１）には、キャパシタンスＣ及びインダクタンスＬからなるマッチング回路が接続されているため、ポートの外部に対してはＤＣ電圧が印加されることはない。
【０１０９】
次に、図１６を用いて、非平衡な梯子型フィルタの並列薄膜圧電共振器にのみ電圧を印加する方法について説明する。図１６に示すように、このスイッチングフィルタは、３つの直列に接続された薄膜圧電共振器２００と２つの並列に接続された薄膜圧電共振器２０１とキャパシタンスＣ及びインダクタンスＬからなるマッチング回路を構成する非平衡な梯子型フィルタ回路は、図１５と同じである。
【０１１０】
可変電圧回路との接続部及び直列に接続された薄膜圧電共振器２００の「向き」、即ち電圧印加に対して共振周波数が上昇する方向、およびＤＣ電圧遮断用の二つのコンデンサのみが図１５の回路と異なり、以下それらの点について説明する。
【０１１１】
先ず、第１と第３の直列薄膜圧電共振器（２００−１、２００−３）を、第１の入力端子Ｉｎ１から第１の出力端子Ｏｕｔ１に向けて電圧が印加された場合にその共振周波数が上昇するように接続する。次に、第２の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−２を、第１の出力端子Ｏｕｔ１から第１の入力端子Ｉｎ１に向けて電圧が印加された場合にその共振周波数が上昇するように接続する。
【０１１２】
さらにＤＣ電圧を遮断する目的で、第１の並列に接続された薄膜圧電共振器２０１−１と第２の導線２０３との接続部との間に第１のコンデンサＣ１、第２の並列に接続された薄膜圧電共振器２０１−２と第２の導線２０３との接続部との間に第２のコンデンサＣ２を挿入する。
【０１１３】
さらに、第１の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−１と第１の入力端子Ｉｎ１との間、第２と第３の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−２、２００−３）の間、さらに第２の並列に接続された薄膜圧電共振器２０１−２と第２のコンデンサＣ２との間に、高周波をカットするための抵抗Ｒを介して、可変電圧回路の一方の端子Ｖ１を接続する。
【０１１４】
さらに、第１と第２の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−１、２００−２）との間、第３の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−３と第１の出力端子Ｏｕｔ１との間、そして第１の並列に接続された薄膜圧電共振器２０１−１と第１のコンデンサＣ１との間に高周波をカットするための抵抗Ｒを介して、可変電圧回路のもう一方の端子Ｖ２を接続する。
【０１１５】
上述の電圧印加方式を用いると、並列に接続された薄膜圧電共振器２０１の両端は常に同じ電位となっているため電圧が印加されず、直列に接続された薄膜圧電共振器２００に印加される電圧のみを制御することが可能である。
【０１１６】
また、前記第１の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ１）には、キャパシタンスＣ及びインダクタンスＬからなるマッチング回路が接続され、第２の導線２０３には第１と第２のコンデンサ（Ｃ１、Ｃ２）が接続されているため、ポートの外部に対してはＤＣ電圧が印加されることはない。
【０１１７】
また、本発明による薄膜圧電共振器に用いる圧電体材料としては、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＰｂＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３（ＰＺＴ）などが適しているが、誘電率が大きい材料ほどインピーダンスマッチングを取るために必要な電極面積が小さくて済むため、小型軽量化に有利である。中でも、わずかな電圧印加で大きく共振周波数が変化するＢａＴｉＯ３が好ましい。
【０１１８】
図１７に複数の薄膜圧電共振器から構成されるスイッチングフィルタの一つの好ましい実施例の回路図を示した。
【０１１９】
この回路は非平衡な直列３段、並列２段の梯子型フィルタ回路であり、３つの直列に接続された薄膜圧電共振器１１と２つの並列に接続された薄膜圧電共振器１２とからなる。直列に接続された薄膜圧電共振器１１の全ての電極と、第２の導線１７との間には可変電圧回路が接続されており、任意の方向に電圧を印加することができる構成となっている。可変電圧回路と第１の導線１６及び第２の導線１７との間には高周波成分を遮断する目的で薄膜抵抗体からなる抵抗１８が接続されている。
【０１２０】
この抵抗の大きさは、薄膜圧電共振器のインピーダンスの絶対値が最も大きくなる反共振周波数におけるインピーダンスの最大値に対して、５００倍〜１０００倍以上の値であれば良く、典型的には数百ｋΩ〜数ＭΩといった値となる。この抵抗値が大きすぎると、薄膜圧電共振器のキャパシタンスと抵抗値とで決まるＣＲ時定数が大きくなり、スイッチングに要する時間が長くなる。また、フィルタ回路の出入力端子にはマッチング回路１５が接続されており、特性インピーダンスが想定されるシステムに必要な値に調整されている。
【０１２１】
直列及び並列の薄膜圧電共振器（１１、１２）は全て同一の材料、構造で形成されており、電圧印加しない場合には図８に示すような遮断特性を示す。一方で、並列に接続された薄膜圧電共振器１２に対して、共振周波数が低下する方向にＤＣバイアスを印加して、並列に接続された薄膜圧電共振器１２の反共振周波数と直列に接続された薄膜圧電共振器１１の共振周波数とが等しくなると、その周波数を中心周波数とする帯域通過フィルタの特性を示すようになる。
【０１２２】
以上のようなフィルタを構成するための薄膜圧電共振器は例えば以下のようにして製造される。
【０１２３】
先ず、図１８（ａ）に示すように、Ｓｉ基板２１を既知の酸化手法によって酸化し、ＳｉＯ２層２２を厚さ６００ｎｍ形成する。この上部にＳｒＲｕＯ３からなる空洞化のための犠牲層２３をスパッタ法により厚さ３００ｎｍ成膜する。成膜条件は、基板温度４５０℃、ＲＦパワー３００Ｗとし、４インチセラミックターゲットを用いてアルゴン及び酸素（Ａｒ＋Ｏ２）雰囲気中とした。
【０１２４】
次に、ＳｒＲｕＯ３犠牲層２３をパターニングし、硝酸セリウムアンモニウム溶液を主成分とするエッチャントにより加工した。さらにこの上部に、第１のＩｒからなる電極２４を同じくスパッタ法により厚さ１００ｎｍ形成し、パターニング後Ａｒミリング加工を行った。
【０１２５】
次に、スパッタ法によりＢａＴｉＯ３からなる圧電体膜２５を成膜した。成膜条件は、基板温度４５０℃、ＲＦパワー３００Ｗとし、成膜速度を稼ぐため複数のターゲットを使用した。なお、成膜雰囲気はアルゴン及び酸素（Ａｒ＋Ｏ２）雰囲気である。圧電体膜２５の膜厚は８００ｎｍとした。
【０１２６】
次に、圧電体膜２５をパターニング後、過酸化水素水を主成分とするエッチャントによりウェットエッチングを行った。次に、Ｉｒからなる第２の電極２６を第１の電極２４と同一の成膜条件により厚さ１００ｎｍ成膜した。
【０１２７】
次に、第２の電極２６をパターニングしたあとＡｒミリングで加工した。すべての層の成膜が終了した後、加工により形成されていたヴィアホール２７を通じて犠牲層ＳｒＲｕＯ３２３を、硝酸セリウムアンモニウム溶液を主成分とするエッチャントにより溶解し、空洞化処理を行った。得られた強誘電体膜の分極方向であるｃ軸は膜厚方向に０．３°の配向半値幅を有していた。
【０１２８】
このように作成された薄膜圧電共振器の電気特性を、ネットワークアナライザを用いて測定したところ、図１８（ｂ）に示すように、２ＧＨｚ近傍に共振、反共振周波数をもち、電気機械結合定数は約１７％、Ｑ値は８００であった。電極間にＤＣ電圧を０−３Ｖにわたって印加したところ、共振、反共振周波数ともに約１００ＭＨｚ変化した。
【０１２９】
上述のようにして作成された薄膜圧電共振器を、同一のＳｉ基板上に多数作成し、その他薄膜抵抗やマッチング回路用コンデンサ、インダクタも同じ基板上にすべて薄膜技術を用いて形成した。
【０１３０】
これら薄膜素子を配線で図１７に示すスイッチングフィルタ回路となるように接続した。これらの薄膜圧電共振器は、並列、直列ともに同一の構造をもつため、ＤＣバイアスを印加しない場合は図８に示す全域阻止特性を示した。一方、並列に接続された薄膜圧電共振器１２にのみＤＣバイアスを印加して、共振周波数を低下させると、図７に示す帯域通過特性を示した。
【０１３１】
印加したＤＣバイアスは２．５Ｖのとき最も特性の良好な帯域通過フィルタ特性を示した。
【０１３２】
次に、アンテナを準備し、このアンテナに、図１７で説明した上記スイッチングフィルタを複数接続する。このときそれぞれのスイッチングフィルタは、異なる周波数帯をろ波する特性となるようにする。次に、これらスイッチングフィルタのそれぞれに異なる周波数帯に対応する複数の周波数処理システムとを接続して、マルチバンド対応の無線装置を作製した。
【０１３３】
このようにして作製したマルチバンド無線装置では、通過域における減衰量は従来のアンテナスイッチを介した場合よりも平均で１．５ｄＢほど少なかった。
【０１３４】
このように、可変電圧回路という容易な構造によって、帯域通過特性と全域阻止特性とを切り替えることができるため、マルチバンドにおける相互干渉、送受信信号の相互干渉、不要ノイズを防止できる。
【０１３５】
（実施形態２）
本実施形態では、中心周波数を可変する高周波フィルタを図１９，図２０で説明する。本実施形態においても薄膜圧電共振器は、実施形態１で説明したものと同一の工程により作製することができる。
【０１３６】
本実施形態の高周波フィルタは、図２０（ａ）に示すように、電圧無印加時には、直列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ａ）と並列薄膜圧電共振器の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）を一致させる。このとき図２０（ｃ）のように、ある周波数ｆ０を中心に通過する帯域特性を持つ。次に、制御電圧を印加することにより、直列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ａ）と、並列薄膜圧電共振器の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）を共にΔｆ分上昇或いは共に降下することにより、図２０（ｄ）に示すように通過帯域の中心周波数ｆ０を可変にすることができる。
【０１３７】
また、電圧印加時に直列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ａ）と並列薄膜圧電共振器の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）を一致させる。このときある周波数を通過する帯域特性を持つ。次に、制御電圧を変化する或いは無印加にすることにより、直列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ａ）と、並列薄膜圧電共振器の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）を共に上昇或いは共に降下することにより、通過帯域の中心周波数を可変にすることができる。
【０１３８】
通常、複数のシステムを一つの端末に載せたマルチバンド対応の移動体通信用の携帯端末では、帯域が異なるシステム毎に受信系を用意しなければならないが、本実施形態の中心周波数が可変の帯域通過フィルタを用いれば、一つのフィルタ回路だけでマルチバンド対応の移動体通信用の携帯端末を形成できる。
【０１３９】
図１９に、本実施形態に関わる中心周波数を可変する高周波フィルタを、平衡な格子型フィルタで構成した場合の具体的な回路図を示す。
【０１４０】
図１９に示すように、この中心周波数可変フィルタは、第１の導線１６上に、直列薄膜圧電共振器１１が直列に接続されている。第２の導線１７上に、直列薄膜圧電共振器１１が直列に接続されている。第１の導線１６及び第２の導線１７の間に２個の並列薄膜圧電共振器１２が並列に接続されている。
【０１４１】
第１の導線１６において、入力端子１４と直列薄膜圧電共振器１１の間には、制御電圧入力端子１３が接続されている。同様に、第２の導線１７において、入力端子１４と直列薄膜圧電共振器１１の間には、制御電圧Ｖｃを印加する制御電圧入力端子１３が接続されている。
【０１４２】
この中心周波数高周波フィルタの動作原理を、図２０を用いて説明する。
【０１４３】
図２０（ａ）は電圧無印加時の直列薄膜圧電共振器１１及び並列薄膜圧電共振器１２の共振特性を示す。図２０（ａ）に示すように、直列薄膜圧電共振器（特性Ａ）１１の共振周波数ｆｒ（Ａ）（下側のピーク位置）と並列薄膜圧電共振器（特性Ｂ）１２の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）（上側のピーク位置）が一致するように組み合わせている。
【０１４４】
図２０（ｃ）は、この電圧無印加時のフィルタの通過特性である。図２０（ｃ）に示すように、電圧無印加時には、中心周波数がｆ０の帯域通過フィルタ特性を示している。
【０１４５】
次に、図１９の回路において、制御電圧入力端子１３に負の電圧を印加する。直列薄膜圧電共振器１１及び並列薄膜圧電共振器１２の全てに対して同一の電圧が印加され、その向きは分極方向（図示矢印）と逆向きである。また、正の電圧を印加した場合は、直列薄膜圧電共振器１１及び並列薄膜圧電共振器１２の全てに対して同一の電圧が印加され、その向きは分極方向と同じ向きである。
【０１４６】
電圧印加に伴い弾性定数が増加すると、直列薄膜圧電共振器１１及び並列薄膜圧電共振器１２の共振周波数ｆｒ（Ａ），ｆｒ（Ｂ）はいずれもΔｆだけ上昇する。ここで直列薄膜圧電共振器１１の共振周波数ｆｒ（ａ）と並列薄膜圧電共振器１２の反共振周波数ｆａｒ（ｂ）は一致したまま移動するように電圧を制御する。
【０１４７】
こうすることで図２０（ｄ）に示すように、中心周波数がｆ０＋Δｆの帯域通過特性を示すフィルタとなる。すなわち電圧印加後のフィルタの通過帯域は、電圧無印加時よりも高周波側にΔｆシフトする。典型的には、直列薄膜圧電共振器１１及び並列薄膜圧電共振器１２に、１μｍの厚さのチタン酸バリウム薄膜を用いて、これに３Ｖの電圧を加えると、２％程度の共振周波数の変化率が得られる。
【０１４８】
本実施形態では、図１９に示す中心周波数可変フィルタは、例えばＧＳＭ１．８ＧとＧＳＭ１．９Ｇのように使用周波数帯が比較的近いシステムのＲＦのトップフィルタとして用いることができる。
【０１４９】
従来では、二つのＲＦフィルタが必要であるのが、周波数可変フィルタを用いればもともとサイズが小さい薄膜圧電共振器を用いたフィルタ一つで済むため、受動回路の大幅な小型化が実現でき、その有用性は極めて大きい。
【０１５０】
（実施形態３）
本実施形態では、通過周波数帯域の幅を可変する帯域幅可変フィルタを図２１，図２２により説明する。本実施形態においても薄膜圧電共振器は、実施形態１で説明したものと同一の工程により作製することができる。
【０１５１】
本実施形態の可変高周波フィルタは、例えば電圧無印加時には、図２２（ａ）のように、直列薄膜圧電共振器（特性Ａ）の共振周波数ｆｒ（Ａ）と並列薄膜圧電共振器（特性Ｂ）の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）を一致するように構成しておく。次に、直列薄膜圧電共振器及び並列薄膜圧電共振器の少なくとも一方に制御電圧を印加することで、共振周波数ｆｒ（Ａ）と反共振周波数ｆａｒ（Ａ）の間隔を変えることができる。このとき、直列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ａ）と並列薄膜圧電共振器の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）がほぼ一致したままであれば、フィルタの中心周波数を動かさずに帯域幅だけを可変とすることが可能になる。
【０１５２】
電圧の印加する向きとして、強誘電体薄膜の分極が増加する向きを選べば、強誘電体薄膜の電気機械結合定数が増加し、その結果共振周波数と反共振周波数の間隔は広がる。従って、帯域通過フィルタの通過帯域幅を大きくすることが可能となる。
【０１５３】
なお、分極を大きくする向きに電圧を印加すると、弾性定数も変化し共振周波数が変化してしまう。従って、帯域幅が変化すると同時にフィルタの中心周波数も変化してしまう。このような場合は、例えば弾性定数の電圧依存性が圧電定数の電圧依存性に比べて小さい強誘電体材料を用いればよい。その一例として、例えば、若干配向に乱れをもつような強誘電体膜を用いることが好ましい。ただし配向半値幅が大きすぎると、逆に電圧を印加しても電気機械結合係数が十分に増加しないので、配向半値幅は０．５°以下であることが望ましい。また、強誘電体膜はエピタキシャル成長した膜を使用することが好ましい。
【０１５４】
こうすることで分極方向が多少乱れている場合、電圧を印加して分極が揃った場合の圧電性の変化が非常に大きく、周波数変化が無視できる電圧範囲で帯域幅を可変とすることが可能になる。
【０１５５】
図２１に、本実施形態に関わる通過周波数帯域の幅を可変する帯域幅可変フィルタを説明する。
【０１５６】
図２１に示すように、この帯域幅可変フィルタは、第１の導線１６に２個の直列薄膜圧電共振器１１−１、１１−２が直列に接続されている。第２の導線１７に２個の直列薄膜圧電共振器１１−３、１１−４が接続されている。第１の導線１６と第２の導線１７の間に４個の並列薄膜圧電共振器１２が接続されている。
【０１５７】
直列薄膜圧電共振器１１−１及び直列薄膜圧電共振器１１−２の間には、制御電圧入力端子１３が接続されている。同様に、直列薄膜圧電共振器１１−３及び直列薄膜圧電共振器１１−４の間にも、制御電圧入力端子１３が接続されている。
【０１５８】
この帯域幅可変フィルタの動作原理を、図２２を用いて説明する。図２２（ａ）は電圧無印加時の直列薄膜圧電共振器１１の共振特性Ａ及び並列薄膜圧電共振器１２の共振特性Ｂを示す。（ａ）に示すように、直列薄膜圧電共振器１１の共振周波数ｆｒ（Ａ）（下側のピーク位置）と並列薄膜圧電共振器１２の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）（上側のピーク位置）が一致するように組み合わせている。このとき直列薄膜圧電共振器１１の反共振周波数のピーク位置と並列薄膜圧電共振器１２の反共振周波数のピーク位置の間隔はΔｆ／２である。
【０１５９】
図２２（ｃ）は、この電圧無印加時のフィルタの通過特性である。（ｃ）に示すように、電圧無印加時には、通過帯域幅がΔｆの帯域通過フィルタ特性を示している。
【０１６０】
次に、図２１の回路において、制御電圧入力端子１３に電圧を印加する。直列薄膜圧電共振器１１及び並列薄膜圧電共振器１２の全てに対して同一の電圧が印加され、その向きは強誘電体の分極方向と同じ向きである。
【０１６１】
強誘電体膜は、電極無印加時には若干のばらつきをもっていた分極が、全て同一の方向を向くようになり、結合定数が増加する。
【０１６２】
したがって図２２（ｂ）に示すように、直列薄膜圧電共振器１１及び並列薄膜圧電共振器１２の反共振周波数ｆａｒ（Ａ），ｆａｒ（Ｂ）の間隔が広がる。この場合直列薄膜圧電共振器１１及び並列薄膜圧電共振器１２の共振周波数ｆｒ（Ａ），ｆｒ（Ｂ）の間隔も広がっている。ここで直列薄膜圧電共振器１１の共振周波数ｆｒ（Ａ）と並列薄膜圧電共振器１２の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）は一致したまま移動するように制御する。
【０１６３】
この場合、共振周波数も変化してしまうが、分極がわずかに乱れた強誘電体配向膜を圧電体膜として用いることで、共振周波数の電圧依存性よりも結合定数の電圧依存性の方がはるかに大きくなるので、実質的に問題は生じない。
【０１６４】
こうすることで図２２（ｄ）に示すように、通過する周波数帯幅がΔｆ＋Δｆ′の帯域通過特性を示すフィルタとなる。すなわち電圧印加後のフィルタの通過帯域は、電圧無印加時よりもΔｆ′だけ広がることになる。
【０１６５】
このようにしてフィルタ回路を構成したところ、制御電圧で通過帯域幅を可変にできる帯域通過フィルタを構成することができた。このようにして構成された帯域幅可変フィルタは、使用帯域幅の異なる複数のシステムを切り替えることや、情報量に応じて帯域幅を変えて対応するシステム（ＣＤＭＡ２０００など）で使用することが可能である。
【０１６６】
このように、同一のフィルタ回路で帯域幅を可変にすることができれば、伝送する情報量に応じてチャネルの周波数帯域幅を変えるという今後の移動体通信で必須とされるフィルタ機能が一つの回路で実現できることになり、実用上極めて有用である。
【０１６７】
（実施形態４）
本実施形態では、図２３，図２４により通過帯域内のリップル形状やリップル位置を可変する可変フィルタを説明する。本実施形態においても薄膜圧電共振器は、実施形態１で説明したものと同一の工程により作製することができる。
【０１６８】
本実施形態の可変フィルタは、図２４（ａ）に示すように、電圧無印加時には、直列薄膜圧電共振器（特性Ａ）の共振周波数ｆｒ（Ａ）と並列薄膜圧電共振器（特性Ｂ）の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）を一致させる。このときある周波数を通過する帯域特性を持つ。次に、直列薄膜圧電共振器及び並列薄膜圧電共振器の少なくとも一方に制御電圧を印加することで、直列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆａ（Ａ）と並列薄膜圧電共振器の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）の間隔を変化させることにより、通過帯域内のリップルの位置や形状を可変とすることができる。
【０１６９】
また、図２４（ｂ）のように、電圧印加時には、直列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ａ）と並列薄膜圧電共振器の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）を一致させる。このときある周波数を通過する帯域特性を持つ。次に、直列薄膜圧電共振器及び並列薄膜圧電共振器の少なくとも一方に制御電圧を変化或いは無印加にすることで、直列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ａ）と並列薄膜圧電共振器の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）の間隔を変化させることにより、通過帯域内のリップルの位置や形状を可変とすることができる。
【０１７０】
こうすることで、例えば、通過帯域内にリップルが存在し、部分的にシステム要求よりも挿入損失が大きい帯域が存在したとしても、通過帯域内の使用チャネルだけは挿入損失が小さくなるように薄膜圧電共振器に電圧を印加して強誘電体を使用した直列薄膜圧電共振器の共振周波数と並列薄膜圧電共振器の反共振周波数をずらし、また別のチャネルを用いて通信を行なうときには該当するチャネルの挿入損失が小さくなるようなリップル形状になるように制御電圧を変化させるので、多少のリップルが存在してもフィルタとして使用可能になる。
【０１７１】
このような可変フィルタは、フィルタの可変特性を向上させるような材料を選択すると、フィルタの挿入損失が若干大きくなる場合があるが、リップル位置や形状を可変とすることで、従来は適用が難しいと考えられていた材料でも可変性を活かしたフィルタとして利用することが可能になり、材料選択の幅が広がるというメリットが得られる。また、挿入損失を小さくできる材料を用いても、リップルのないフィルタを構成した場合の最小挿入損失よりも、リップルの存在を許容しても使用チャネルだけは挿入損失が小さくなるように共振器を組み合わせる方が、最小挿入損失は小さくできるという利点がある。
【０１７２】
図２３に、本実施形態に関わるリップル形状やリップル位置を可変にする可変フィルタを説明する。
【０１７３】
図２３に示すように、この可変フィルタは、第１の導線１６に３個の直列薄膜圧電共振器１１が直列に接続されている。第１の導線１６と第２の導線１７の間に２個の並列薄膜圧電共振器１２が接続されている。
【０１７４】
第１の導線１６の直列薄膜圧電共振器１１の全ての電極に制御電圧入力端子１３−１が抵抗１８を介して接続されている。
【０１７５】
制御電圧は並列薄膜圧電共振器１２にのみ印加され、直列薄膜圧電共振器１１には電圧が印加されないようになっている。
【０１７６】
このリップル形状やリップル位置を可変にする可変フィルタの動作原理を、図２４を用いて説明する。図２４（ａ）は電圧無印加時の直列薄膜圧電共振器１１のは共振特性Ａ及び並列薄膜圧電共振器１２の共振特性Ｂを示す。図２４（ａ）に示すように、直列薄膜圧電共振器１１の共振周波数ｆｒ（Ａ）（下側のピーク位置）と並列薄膜圧電共振器１２の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）（上側のピーク位置）が一致するように組み合わせている。
【０１７７】
図２４（ｃ）は、この電圧無印加時のフィルタの通過特性である。図２４（ｃ）に示すように、電圧無印加時には、リップルのない帯域通過フィルタ特性を示している。この場合帯域の中心にもっとも挿入損失の小さい領域が存在し、真中の２本のｃｈ２及びｃｈ３が通過する。
【０１７８】
次に、図２３の回路において、制御電圧入力端子１３に電圧を印加する。こうすると図２４（ｂ）に示すように、直列薄膜圧電共振器１１の共振周波数ｆｒ（Ａ）と並列薄膜圧電共振器１２の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）を僅かにずらす。すると図２４（ｄ）のように、通過周波数の端の位置にリップルが存在する特性となる。
【０１７９】
このように並列薄膜圧電共振器１２の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）と直列薄膜圧電共振器１１の共振周波数ｆｒ（Ａ）において挿入損失が極小となる通過特性をもつフィルタが構成できる。例えば、このリップル可変帯域通過フィルタの通過帯域内に４個のチャネルが存在する場合、図２４（ｃ）のような特性を示すときは４個のチャネルのうち真中の二つの帯域のチャネル（ｃｈ２とｃｈ３）が使用でき、図２４（ｄ）のような特性を示すときは４個のチャネルのうち上下二つの帯域のチャネル（ｃｈ１とｃｈ４）が使用できる。
【０１８０】
このようにしてリップル形状可変帯域通過フィルタ回路を構成したところ、リップルが存在せず、使用チャネルの全てに対して常に挿入損失が要求の値以下である帯域通過フィルタを作るよりは、多少のリップルがあったとしても、使用しているチャネルだけは挿入損失が少なくなるようなリップル形状になる可変フィルタの方が、使用チャネルの挿入損失を小さく抑えることができ、またある程度の特性のばらつきを電圧制御により抑えることが可能になるので、実用上そのメリットは大きい。
【０１８１】
（実施形態５）
本実施形態では、図２５，図２６により遮断周波数やその帯域幅を可変とする帯域遮断フィルタを説明する。本実施形態においても薄膜圧電共振器は、実施形態１で説明したものと同一の工程により作製することができる。
【０１８２】
この帯域遮断フィルタは、図２６（ｂ）に示すように、電荷無印加時に、直列薄膜圧電共振器（特性Ａ）の反共振周波数ｆａｒ（Ａ）と、並列薄膜圧電共振器（特性Ｂ）の共振周波数ｆｒ（Ｂ）とを一致させている。このときはある周波数帯を遮断する遮断フィルタとなっている。
【０１８３】
次に、電圧を印加することによって、直列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ａ）及び反共振周波数ｆａｒ（Ａ）と、並列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ｂ）及び反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）が、共に上昇或いは共に降下することにより、阻止帯域の中心周波数が可変となる。
【０１８４】
電圧印加時に直列薄膜圧電共振器の反共振周波数ｆａｒ（Ａ）と、並列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ｂ）とを一致させ、電圧を変化或いは無印加にして、直列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ａ）及び反共振周波数ｆａｒ（Ａ）と、並列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ｂ）及び反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）が、共に上昇或いは共に降下してもよい。
【０１８５】
また、電圧を印加することによって、直列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ａ）と反共振周波数ｆａｒ（Ａ）の間隔及び並列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ｂ）と反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）の間隔を変化させることにより、通過帯域幅を可変とする。
【０１８６】
このような構成を用いると、キャパシタンスの大きい方を直列薄膜圧電共振器として、キャパシタンスの小さい方を並列薄膜圧電共振器として用いることで、電圧を印加して直列薄膜圧電共振器の共振周波数と並列薄膜圧電共振器の反共振周波数をともに上昇させれば中心周波数も上昇し、電圧を印加して直列薄膜圧電共振器の共振周波数と並列薄膜圧電共振器の反共振周波数をともに低下させれば中心周波数も低下するため、遮断周波数を可変とする帯域通過フィルタを構成することができる。
【０１８７】
また、強誘電体薄膜の分極が増加する向きに電圧を印加して、その結果強誘電体薄膜の電気機械結合定数が増加すると、直列もしくは並列薄膜圧電共振器の共振−反共振周波数の間隔が広がるので、帯域遮断フィルタの遮断帯域幅を大きくすることが可能となる。
【０１８８】
帯域外の妨害波の周波数が変化した場合や、妨害波の存在する周波数範囲が変化した場合にも、単一のノッチフィルタ回路構成で妨害波を除くことができ、フィルタ回路の小型化に特に有利である。
【０１８９】
図２５は、遮断周波数可変フィルタを非平衡な梯子型フィルタで構成した場合の回路例である。図２５において、遮断周波数可変フィルタは、第１の導線１６に２個の直列薄膜圧電共振器１１が直列に接続されている。第１の導線１６と第２の導線１７の間に１個の並列圧電共振器１２が並列に接続されている。直列薄膜圧電共振器１１の間に制御電圧入力端子１３−１が接続されている。 こうすることで、制御電圧を直列薄膜圧電共振器１１及び並列薄膜圧電共振器１２に等しく印加することが可能となる。
【０１９０】
この可変高周波フィルタは、直列薄膜圧電共振器１１に共振周波数ｆｒ（Ａ）が低く、インピーダンスが小さいもの、並列薄膜圧電共振器１２には共振周波数ｆｒ（Ｂ）が高く、インピーダンスが大きいものを用いる。
【０１９１】
図２６（ａ）に示すように、直列薄膜圧電共振器１１の反共振周波数ｆａｒ（Ａ）と、並列薄膜圧電共振器１２の共振周波数ｆｒ（Ｂ）が一致している。
【０１９２】
図２６（ｂ）に示すように、直列薄膜圧電共振器１１の反共振周波数と並列薄膜共振器１２の共振周波数が一致するようにすれば、この一致する周波数の位置が遮断周波数となる帯域遮断特性が得られる。図はノッチ特性を示しており、遮断周波数１．７７ＧＨｚで−６０ｄＢの減衰になっている。
【０１９３】
さらに、直列薄膜圧電共振器１１と並列薄膜圧電共振器１２が同じ方向に共振周波数がシフトするように制御電圧を印加すれば、遮断周波数が可変となる帯域遮断フィルタを構成することができる。
【０１９４】
このようにして遮断周波数可変フィルタ回路を構成し、さらに帯域通過フィルタを同じ強誘電体配向膜からなる薄膜圧電共振器で同一基板上に形成し、直列に接続したところ、所望波を通過させ、妨害波を除去するとともに、妨害波の周波数帯が多少変動しても、変動を検知して適当な制御電圧を遮断周波数可変フィルタに印加する回路を付加することで、妨害波が変動してもフィルタ後段のアンプが飽和することなく動作させることができた。
【０１９５】
また、このようなノッチ位置可変ノッチフィルタ回路を使用することにより、例えばＷ−ＣＤＭＡの受信帯域である２１１０〜２１７０ＭＨｚ帯の前後にＰＨＳ（１９００ＭＨｚ前後）、無線ＬＡＮ（２．４ＭＨｚ）の帯域が存在しているので、これらの妨害波の位置に遮断周波数を合わせ、また妨害波のチャネルが変わった時にも遮断周波数を動かして妨害波に追随させる、といった動作が可能になった。
【０１９６】
（実施形態６）
図２７から図３０で示す本実施形態は、帯域通過特性と全域遮断特性とを電圧制御で切り替えることのできるスイッチングフィルタに関するものである。本実施形態においても薄膜圧電共振器は、実施形態１で説明したものと同一の工程により作製することができる。
【０１９７】
このスイッチングフィルタは、図３０（ａ）のように、直列薄膜圧電共振器（特性Ａ）の共振周波数ｆｒ（Ａ）と並列薄膜圧電共振器（特性Ｂ）の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）とが一致したときに得られる帯域通過特性（図３０（ｃ））と、直列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ａ）と並列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ｂ）とが一致したときに得られる全域阻止特性（図３０（ｄ））とを、直列薄膜圧電共振器或いは並列薄膜圧電共振器の少なくとも一方に前記制御電圧を印加することにより切り替え可能である。
【０１９８】
このような構成を用いると、直列薄膜圧電共振器の共振周波数と、並列薄膜圧電共振器の反共振周波数とが一致したときに得られる帯域通過特性（図３０（ｃ））と、前記強誘電体を使用した直列薄膜圧電共振器の共振周波数と、並列薄膜圧電共振器の共振周波数とが一致したときに得られる全域阻止特性（図３０（ｄ））とを、制御電圧だけで切り替えることができる。ここで、フィルタは常時接続されており、使用されているシステムに対応するフィルタのみ通過特性を示し、それ以外のフィルタは全域阻止特性を示すため、ＰＩＮダイオードのように切り替えのために挿入されたスイッチング素子で生じる損失がなく、挿入損失の少ないフィルタが構成できるとともに、オンオフの動作が能動素子を含まないため、受動素子を集積したモジュールのみを使用すればよく、極めて小さい面積で切り替え手段が実現できるという実用上大きな利点がある。
【０１９９】
図２７は、本実施形態に係わる帯域外減衰量切り替えフィルタを、スイッチングフィルタを用いて構成したブロック図を示す。
【０２００】
この帯域外減衰量切り替えフィルタは第１、第２、第３のスイッチングフィルタ３３、３４，３５を具備し、それらは常時接続されている。
【０２０１】
図２８に示すように、この３つのスイッチングフィルタは、例えばフィルタの段数を変えるなどの方法により、それぞれ帯域外減衰量Ｆ３３，Ｆ３４，Ｆ３５が異なる値となっている。
【０２０２】
図２９に、帯域外減衰量Ｆ３３ならびに挿入損失が最も小さい第１のスイッチングフィルタ３３の回路例を示す。
【０２０３】
図２９は、平衡な格子型フィルタからスイッチングフィルタを構成した例で、第１の導線１６及び第２の導線１７にそれぞれ１個ずつの直列薄膜圧電共振器１１が直列に接続されている。第１の導線１６と第２の導線１７の間に２個の並列薄膜圧電共振器１２が並列に接続されている。第１の導線１６の直列薄膜圧電共振器１１の両端の電極には制御電圧入力端子１３が抵抗１８を介して接続されている。こうすることで、制御電圧は並列薄膜圧電共振器１２にのみ印加され、直列薄膜圧電共振器には電圧が印加されないようになっている。
【０２０４】
次に、図３０を用いて、このスイッチングフィルタの動作原理を説明する。図３０（ａ）は、並列薄膜圧電共振器（特性Ｂ）１２の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）と直列薄膜圧電共振器（特性Ｂ）１１の共振周波数ｆｒ（Ａ）を一致させた場合のそれぞれの共振特性である。図３０（ｃ）に示すように、このときのフィルタの特性は、帯域通過フィルタ特性を示す（スイッチ“オン″に対応）。
【０２０５】
次に、図２９の回路の制御電圧入力端子１３に＋Ｖの電圧を印加すると、２個の並列薄膜圧電共振器１２にのみ電圧が印加される。例えば電圧印加に伴い弾性定数が増加したとすると、二つの並列薄膜圧電共振器１２の共振周波数は上昇する。
【０２０６】
図３０（ｂ）に示すように、制御電圧を変えて直列薄膜圧電共振器１１及び並列薄膜圧電共振器１２の共振周波数ｆｒ（Ａ），ｆｒ（Ｂ）を一致させると、フィルタの特性は図３０（ｄ）のような全ての周波数帯にわたって阻止特性を示すようになる（スイッチ“オフ″に対応）。
【０２０７】
このように、制御電圧を変えるだけで、帯域通過特性と全域遮断特性を切り替えることができ、並列に接続してもＰＩＮダイオードのような選択手段を介さなくて済むので、挿入損失が一切増加しないというメリットがある。
【０２０８】
図２７では、このような第１のスイッチングフィルタ３３、第２のスイッチングフィルタ３４及び第３のスイッチングフィルタ３５を３つ並列に接続したものを示す。このとき第１のスイッチングフィルタ３３、第２のスイッチングフィルタ３４及び第３のスイッチングフィルタ３５のフィルタの段数は全て異なるようにしておく、第１のスイッチングフィルタ３３には第１の電圧印加端子３６から電圧が印加出来るようにしておく。第２のスイッチングフィルタ３４には第２の電圧印加端子３７から電圧が印加出来るようにしておく。第３のスイッチングフィルタ３５には第３の電圧印加端子３８から電圧が印加出来るようにしておく。３１は信号入力端子、３２は信号出力端子である。
【０２０９】
また、図２８に、このときの帯域外減衰量切り替えフィルタの通過特性を示す。図２８から分かるように、フィルタを構成する直列薄膜圧電共振器と並列薄膜圧電共振器の組み合わせからなるフィルタの段数が少ない場合、挿入損失は少ないものの帯域外減衰量の小さい通過特性となる。一方フィルタの段数が多い場合、帯域外減衰量は大きいものの挿入損失もそれに応じて大きい通過特性となる。
【０２１０】
所望波に対して近くに妨害波が存在しない場合は、帯域外減衰量は少なくてもよく、むしろ挿入損失を少なくすることが後段のアンプの負担を減らすためにも必要となるので第１のフィルタ３３をスイッチングフィルタで選択し、逆に妨害波が存在する場合は、挿入損失が例え大きくとも、帯域外減衰量を大きくして後段のアンプが飽和しないようにすることが要求されるので第２のフィルタ３４を選択して使用する。妨害波の強度が極めて大きい場合は、さらに帯域外減衰量の大きい第３のフィルタ３５を選択して使用する。
【０２１１】
このように、帯域外減衰量と挿入損失のトレードオフを回避するために、容易に小型化できる強誘電体配向膜を用いた薄膜圧電共振器から構成されるフィルタを損失の少ないスイッチ手段で切り替えて使用することで、妨害波の有無によってそれぞれ最適化されたフィルタ回路を使用できるようになった。また、スイッチ手段がフィルタ回路と同じ薄膜受動素子基板上に集積化できるため、極めてサイズの小さいフィルタモジュールが作製可能となった。
【０２１２】
（実施形態７）
図３１，３２に示す本実施形態では、上記した各実施例の可変フィルタを組み合わせた可変フィルタに関するものである。すなわち上記した通過帯域の中心周波数、通過帯域幅、リップル位置或いはリップル形状、ノッチ位置或いは遮断帯域幅を可変とする可変フィルタを複数用いて所望の可変帯域通過フィルタを形成することができる。こうすることでそれぞれ単独の特性可変フィルタでは実現が難しい大きな可変幅をもつフィルタを形成することもできる。
【０２１３】
例えば、フィルタ回路を図１９で説明した実施例の中心周波数可変フィルタの直列接続で用い、電圧を印加することにより、前段の周波数可変フィルタの中心周波数を上昇させ、後段の周波数可変フィルタの中心周波数を低下させれば、帯域幅を狭くすることができる。
【０２１４】
また、前段と後段の中心周波数をあらかじめ異なる周波数に設定して、重なる部分だけをフィルタをして用いて、前段と後段の中心周波数を電圧印加により同じ方向に動かせば、通過帯域に比べて中心周波数の変化する割合を大きく取ることができ、より多くのシステムに特性可変フィルタを適用することができるようになり、実用上極めて有利である。
【０２１５】
図３１に、帯域幅可変フィルタを２個の中心周波数可変フィルタの直列接続により実現した回路を示す。図３１において、この直列型帯域幅可変フィルタは、第１の導線１６に２個の直列薄膜圧電共振器１１−１、１１−２が直列に接続されている。第２の導線１７に２個の直列薄膜圧電共振器１１−３、１１−４が直列に接続されている。第１の導線１６と第２の導線１７の間に４個の並列薄膜圧電共振器１２が並列に接続されている。
【０２１６】
第１の導線１６の第１の直列薄膜圧電共振器１１−１と第２の直列薄膜圧電共振器１１−２の間には、制御電圧入力端子１３が接続されている。同様に、第２の導線１７の第３の直列薄膜圧電共振器１１−３と第４の直列薄膜圧電共振器１１−４の間にも、制御電圧入力端子１３が接続されている。便宜上、制御電圧入力端子１３から入力端子１４側のフィルタを第１のフィルタ、制御電圧入力端子１３から出力端子１５側のフィルタを第２のフィルタと以下呼ぶことにする。
【０２１７】
図３２を用いて、この帯域幅可変フィルタの動作原理を説明する。図３２（ａ）は、電圧無印加時の第１のフィルタの通過特性Ｆ１及び第２のフィルタＦ２の通過特性を示したものである。第１のフィルタ及び第２のフィルタは、通過帯域がΔｆだけ重なるように設計されている。
【０２１８】
図３２（ｂ）に示すように、第１のフィルタ及び第２のフィルタを直列に接続した帯域通過フィルタの特性Ｆ３は帯域幅Δｆの帯域通過フィルタ特性である。
【０２１９】
次に、図３２（ｂ）に示すように、制御電圧を印加して薄膜圧電共振器の共振周波数を変化させることにより、第１のフィルタの通過域を低周波側にΔｆ′シフトさせ、第２のフィルタの通過域を高周波側にΔｆ′シフトさせる。
【０２２０】
図３２（ｄ）に示すように、帯域通過フィルタの特性Ｆ４は帯域幅がΔｆ＋２Δｆ′になり、２Δｆ′だけ広がることになる。このようにして、外部から加えた制御電圧により帯域幅を可変とすることができる。
【０２２１】
このような構成を実現するには実際には以下のように設計すればよい。第１のフィルタは第２のフィルタよりも低周波側に通過域をもつものとすると、第１のフィルタを構成する４つの薄膜圧電共振器は、第２のフィルタを構成する４つの薄膜圧電共振器よりも電極膜厚を大きくして、共振周波数を低下させなければならない。
【０２２２】
この場合、制御電圧入力端子に正の電圧を印加すると、第１のフィルタを構成する４つの薄膜圧電共振器には分極方向と同じ向きに電界が印加され、逆に第２のフィルタを構成する４つの薄膜圧電共振器には分極方向と逆向きに電界が印加される。従って、制御電圧を印加することで、第１のフィルタが例えば高周波側にシフトしたとすると、このとき第２のフィルタは逆に低周波側にシフトする。また、第１のフィルタが例えば低周波側にシフトしたとすると、このとき第２のフィルタは逆に高周波側にシフトする。つまり、このような構成の回路を作製すれば、制御電圧印加にともなって第１のフィルタと第２のフィルタが逆向きにシフトするため、両者の重なっている部分、すなわち通過帯域が広がったり狭まったりする。
【０２２３】
以上の説明で分かるように、図３１で示したようなフィルタ回路は、図３２で説明した動作原理に基づく帯域幅可変フィルタを作製することができる。この方法では、実質的に一つのフィルタ回路に制御電圧入力端子を付け加えるだけで帯域幅可変フィルタが構成できたので、従来の薄膜圧電共振器を用いたフィルタ回路の設計技術、プロセス技術がともに活用でき、さらに同一の基板上に全て形成可能であることから、極めて小さいフィルタモジュールが実現できた。
【０２２４】
この帯域幅可変フィルタは、例えばマルチキャリア方式を採用しているＣＤＭＡ２０００のように、通常１キャリアあたり１．２５ＭＨｚである帯域幅を、高速性が要求される場合にのみ複数のキャリアを用いて、２．５ＭＨｚや３．７５ＭＨｚの帯域幅に変えるシステムにおいて特に有効である。このような大きな帯域幅の変化を要するシステムでは、可変幅を大きく取れるので有利である。また、通常チャネル幅は数ＭＨｚであり、１０％以上もの結合定数をもつ強誘電体配向膜を圧電体とした薄膜圧電共振器では帯域幅が広すぎて、作製するのが困難であるが、本実施例に見られるような、帯域幅の広いフィルタを二つ直列に接続して帯域幅の狭いフィルタを構成する手法を用いれば、帯域幅の狭い帯域幅可変フィルタが構成できる。
【０２２５】
（実施形態８）
図３３に、本実施形態の可変フィルタの回路図を示す。これは２個の中心周波数可変フィルタの直列接続により実現した回路例である。
【０２２６】
図３３において、帯域幅可変フィルタは、第１の導線１６に２個の直列薄膜共振器１１−１、１１−２が直列に接続されている。第２の導線１７に２個の直列薄膜圧電共振器１１−３、１１−４が直列に接続されている。第１の導線１６と第２の導線１７の間に４個の並列薄膜圧電共振器１２が並列に接続されている。
【０２２７】
第１の導線１６の第１の直列薄膜圧電共振器１１−１と第２の直列薄膜圧電共振器１１−２の間には、制御電圧入力端子１３が接続されている。同様に、第２の導線１７の第３の直列薄膜圧電共振器１１−３と第４の直列薄膜圧電共振器１１−４の間にも、制御電圧入力端子１３が接続されている。
【０２２８】
回路上は図２１の２段の中心周波数可変フィルタと全く同一であるが、以下述べるように、電圧無印加時の通過特性が異なる。
【０２２９】
図３４を用いて、この帯域幅可変フィルタの動作原理を説明する。便宜上、図２２の制御電圧入力端子１３よりも入力端子１４側を第１の中心周波数可変フィルタ、出力端子１５側を第２の中心周波数可変フィルタと呼ぶことにする。
【０２３０】
図３４（ａ）は、電圧無印加時の第１及び第２の中心周波数可変フィルタの通過特性Ｆ５、Ｆ６を示したものである。それぞれの通過特性は、帯域幅はほぼ同じであるが、重なっている周波数帯がチャネル一つ分と同じになっている。
【０２３１】
図３４（ｃ）に示すように、第１及び第２の中心周波数可変フィルタを直列に接続した場合に、チャネル一つ分が通過帯域幅となるような帯域通過フィルタの特性Ｆ７が構成できるように調整してある。本例ではチャネル１に一致する。
【０２３２】
図３４（ｂ）に示すように、このような中心周波数可変フィルタに電圧を印加して、それぞれの通過帯域をΔｆ′だけ高周波側にずらすと、図３４（ｄ）に示すように、通過域のチャネルもΔｆ′だけ高周波側にシフトし、フィルタ特性Ｆ８となり、本例ではチャネル４に一致する。
【０２３３】
通常の方法では、強誘電体のように結合定数の大きい圧電材料では、１チャネルを選択するような帯域幅の狭いフィルタを構成し、かつそれを数チャネル分動かすのは困難であった。なぜならば、強誘電体配向膜のように可変幅が大きい材料は結合定数も大きく、逆に結合定数が小さい材料は可変幅が極めて狭く、中心周波数可変フィルタを作製できないというトレードオフの関係があるからである。
【０２３４】
しかし、本実施形態で説明したような２段の中心周波数可変フィルタを構成すれば、強誘電体のもつ大きなチューナビリティを活かしつつ、帯域幅の狭いチャネルフィルタを作製することができ、実用上の価値は極めて大きい。
【０２３５】
本発明では、図３５に示すように、縦続接続された複数のフィルタ単位４１，４２の間に、アイソレータ或いはバッファアンプ４３を接続することができる。こうすることで直列薄膜圧電共振器のフィルタの前段と後段との間で、インピーダンスの不整合に起因する通過特性の低下を抑制することができ、実用上特に利用価値が高い。符号４４は可変電圧回路を示す。
【０２３６】
また、可変高周波フィルタを少なくとも２個以上スイッチを介して並列に接続し、スイッチによりフィルタを選択することにより、通過帯域の中心周波数、通過帯域幅、リップル位置或いはリップル形状、ノッチ位置或いは遮断帯域幅、帯域外減衰量、通過損失を可変とすることができる。
【０２３７】
こうすると単一の可変フィルタ或いは複数の可変フィルタの直列接続で実現できる可変範囲よりも、さらに広い可変範囲をもつ特性可変フィルタが得られるという利点がある。
【０２３８】
例えば、挿入損失が少ないが帯域外減衰量も大きくない第１の特性の可変フィルタと、挿入損失は大きいが帯域外減衰量が大きい第２の特性の可変フィルタを並列に接続すれば、妨害波が存在しない場合には第１の可変フィルタを使用し、妨害波が出現した場合には第２の可変フィルタに切り替えて使用することで、フィルタ後段のアンプが飽和するのを避けることが可能となる。
【０２３９】
また、周波数可変チャネル選択フィルタを構成する場合、９００ＭＨｚ帯と２ＧＨｚ帯のチャネル選択フィルタを一つのフィルタ或いは直列に接続された可変フィルタで実現することは困難であるが、別々に構成して並列接続すれば用意に作製可能である。
【０２４０】
また、特に並列された可変フィルタの選択手段として実施形態１で説明したスイッチングフィルタを使用すれば、挿入損失も小さく実用上のメリットは極めて大きい。
【０２４１】
また、可変フィルタに用いる薄膜圧電共振器に使用する強誘電体として、単結晶或いは配向した強誘電体が０．１°以上５°以下の配向半値幅を有することが好ましい。
【０２４２】
本来、理想的な強誘電体では、電圧を印加しない場合でも分極が位置方向に揃っているが、適度に欠陥などが導入されていたり、格子定数がばらついたりしていると、電圧を印加しない場合は分極が揃っていない領域が膜中に形成される。このような領域もわずかに電圧を印加すれば分極が揃い、結合定数が大きく変化する。従って、印加電圧に対して材料定数の変化率を大きく取るためには、理想的な単結晶の強誘電体よりもわずかに配向が乱れていたほうが好ましい。
【０２４３】
詳細に実験を行なった結果、Ｘ線回折により得られた配向半値幅が０．１°以上であれば、実用上必要な結合定数の電圧依存性を得ることができる。しかしながら配向半値幅が大きすぎると、逆に電圧を印加しても電気機械結合係数か十分に増加しないという問題がある。詳細に実験を行った結果、Ｘ線回析により得られた配向半値幅が０．１°以上であれば、電気機械結合係数などの材料定数は電圧印加により大きく変化し、配向半値幅が５°以下であれば電圧印加時に十分大きな結合定数を得ることができる。したがって、配向半値幅は０．１°以上５°以下であることが望ましい。
【０２４４】
薄膜圧電共振器の圧電体膜としてチタン酸バリウムを用いることが好ましい。
【０２４５】
チタン酸バリウムは、電気機械結合定数が約２０％と大きく、また弾性定数や結合定数の電圧依存性が他の圧電材料に比べて大きく、さらに高周波帯における誘電率も２００以上とＡｌＮやＺｎＯに比べると遥かに大きいため、上述したような特性可変フィルタや小型切り替え式フィルタを構成するのに特に適している。また、ＰＺＴと違い、熱力学的に安定でかつ有害な金属を含まないので、実用上特に有望な材料である。
【０２４６】
【発明の効果】
本発明によれば、適当な外部制御手段を用いて通過特性を可変にできる新たな高周波フィルタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフィルタ回路に用いるバルク弾性波を利用する強誘電圧体を使用した薄膜圧電共振器の一例の断面図。
【図２】本発明のフィルタ回路に用いるバルク弾性波を利用する強誘電圧体を使用した薄膜圧電共振器の他の例の断面図。
【図３】本発明のフィルタ回路に用いるバルク弾性波を利用する強誘電圧体を使用した薄膜圧電共振器のさらに他の例の断面図。
【図４】バルク弾性波を利用する強誘電圧体を使用した薄膜圧電共振器の等価回路。
【図５】バルク弾性波を利用する強誘電圧体を使用した薄膜圧電共振器の周波数特性を示す図。
【図６】（ａ）は本発明の実施例のスイッチングフィルタの回路図、（ｂ）は同フィルタのインピーダンスの絶対値の周波数特性図。
【図７】前記スイッチングフィルタの一例の帯域通過特性図。
【図８】前記スイッチングフィルタの一例の全域阻止特性図。
【図９】本発明の他の実施例のスイッチングフィルタを示し平衡梯子型フィルタで構成される回路図。
【図１０】本発明の他の実施例のスイッチングフィルタを示し平衡格子型フィルタで構成される回路図。
【図１１】図９に示す実施例の具体的な回路図。
【図１２】本発明の他の実施例のスイッチングフィルタにおける平衡梯子型フィルタの回路図。
【図１３】図１０に示す実施例の具体的な回路図。
【図１４】本発明の他の実施例のスイッチングフィルタにおける平衡格子型フィルタの回路図。
【図１５】本発明の他の実施例のスイッチングフィルタにおける平衡梯子型フィルタの回路図。
【図１６】本発明の他の実施例のスイッチングフィルタにおける非平衡梯子型フィルタの回路図。
【図１７】本発明の他の実施例のスイッチングフィルタにおける非平衡梯子型フィルタの回路図。
【図１８】（ａ）は 本発明の実施例に用いる、バルク弾性波を利用する強誘電圧体を使用した薄膜圧電共振器の具体的な製造方法を説明するための断面図、（ｂ）は（ａ）の共振器の可変電圧印加に対する共振周波数および反共振周波数の変化を示す曲線図。
【図１９】本発明の他の実施例に係わる中心周波数可変フィルタの回路図。
【図２０】（ａ）乃至（ｄ）は図１９で説明した実施例に係わる中心周波数可変フィルタの動作原理を説明する図で、（ａ）及び（ｂ）は共振器のインピーダンス特性、（ｃ）及び（ｄ）は通過特性。
【図２１】本発明の他の実施例に係わる帯域幅可変フィルタの回路図。
【図２２】（ａ）乃至図（ｄ）は図２１で説明した実施例に係わる帯域幅可変フィルタの動作原理を説明する図で、（ａ）及び（ｂ）は共振器のインピーダンス特性、（ｃ）及び（ｄ）は通過特性。
【図２３】本発明の他の実施例に係わるリップル形状可変フィルタの回路図。
【図２４】（ａ）乃至（ｄ）は図２３で説明した実施例に係わるリップル形状可変フィルタの動作原理を説明する図であり、（ａ）及び（ｂ）は共振器のインピーダンス特性、（ｃ）及び（ｄ）は通過特性。
【図２５】本発明の他の実施例に係わる周波数可変帯域遮断フィルタの回路図。
【図２６】（ａ）および（ｂ）は図２５で説明した実施例に係わる周波数可変帯域遮断フィルタの動作原理を説明する図であり、（ａ）はインピーダンス特性、（ｂ）は通過特性。
【図２７】本発明の他の実施例に係わる帯域外減衰量切り替えフィルタのブロック図。
【図２８】図２７の実施例に係わる帯域外減衰量切り替えフィルタを構成するスイッチングフィルタの通過特性。
【図２９】図２７の実施例に係わる帯域外減衰量切り替えフィルタのスイッチングフィルタの回路図。
【図３０】（ａ）乃至（ｄ）は図２９の実施例の帯域外減衰量切り替えフィルタを構成するスイッチングフィルタの動作原理を説明する図であり、（ａ）及び（ｂ）は共振器のインピーダンス特性、（ｃ）及び（ｄ）は、通過特性。
【図３１】本発明の他の実施例に係わる帯域幅可変フィルタの回路図。
【図３２】図３１の実施例に係わる帯域幅可変フィルタの動作原理を説明する図であり、（ａ）及び（ｂ）は共振器のインピーダンス特性、（ｃ）及び（ｄ）は、通過特性。
【図３３】本発明の他の実施例に係わるチャネル選択フィルタの回路図。
【図３４】（ａ）乃至（ｄ）は図３３の実施例に係わるチャネル選択フィルタの動作原理を説明する図であり、（ａ）及び（ｂ）は共振器のインピーダンス特性、（ｃ）及び（ｄ）は、通過特性。
【図３５】本発明の他の実施例を示すブロック図。
【符号の説明】
１・・・第１の電極
２・・・圧電体膜
３・・・第２の電極
４・・・エッチングストッパー層
５・・・単結晶基板
６・・・多層音響反射層
１１・・・直列に接続された薄膜圧電弾性波共振器
１２・・・並列に接続された薄膜圧電弾性波共振器
１３・・・マッチング回路
１４・・・入力ポート
１５・・・出力ポート
１６・・・第１の導線
１７・・・第２の導線
１８・・・高周波遮断用抵抗
１９・・・可変電圧回路接続端子
２１・・・Ｓｉ基板
２２・・・ＳｉＯ２層
２３・・・ＳｒＲｕＯ３犠牲層
２４・・・Ｉｒ下部電極
２５・・・ＢａＴｉＯ３圧電体膜
２６・・・Ｉｒ上部電極
２７・・・ヴィアホール
３０・・・帯域外減衰量切り替えフィルタ
３１・・・信号入力端子
３２・・・信号出力端子
３３・・・第１のスイッチングフィルタ
３４・・・第２のスイッチングフィルタ
３５・・・第３のスイッチングフィルタ
３６・・・第１の制御電圧入力端子
３７・・・第２の制御電圧入力端子
３８・・・第３の制御電圧入力端子
２００・・・直列に接続された薄膜圧電弾性波共振器
２０１・・・並列に接続された薄膜圧電弾性波共振器
３００・・・直流電源
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧制御によりフィルタ特性を可変する高周波フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信技術の発達、新方式への切り替えに伴い、複数の送受信システムに対応する通信装置の需要がますます高まっている。複数の送受信システムに対応するためには、それぞれ固定した共振周波数をもつ誘電体共振器、表面弾性波（ＳＡＷ）共振子、水晶発振子などのバルク波共振素子やＬＣ共振子を使用した通過特性の異なるフィルタをいくつも用いて送受信装置を形成しなくてはならないが、この方法は通信装置の小型化という観点から適切ではない。
【０００３】
そこで適当な外部制御手段を用いてフィルタの通過特性を可変にできる高周波フィルタを用いれば、素子数を減らすことができるので通信装置の小型化を図るうえで期待されている。例えば圧電薄膜共振器に直列または並列にバラクタなどの電圧制御可変キャパシタなどを接続して共振回路とし、バラクタの容量可変により共振周波数を変化させるものがある（例えば非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
デー、ペヌヌリ等著、「ア チューナブル ＳＡＷ デュプレクサ」プロシーディングス、ＩＥＥＥ、ウルトラソニックス、シンポジウム、２０００、第３６１頁−第３６６頁
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、共振周波数の範囲が共振器の電気機械結合係数ｋ２に依存するので、可変周波数範囲が狭く、またバラクタのＱ値が低いためにフィルタ特性が劣化するという問題がある。
【０００６】
上述したように、複数の送受信システムに対応する通信装置の需要が高まりつつあり、特性良好に通過特性を可変にできる小型の高周波フィルタが期待されている。
【０００７】
本発明は、適当な外部制御手段を用いて通過特性などのフィルタ特性を可変にでき、周波数安定度が高く、経時変化の少ない、広い周波数可変範囲を持つ、小型の新たな高周波フィルタを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、分極方向が膜厚方向にそろった単結晶の強誘電体薄膜と、この強誘電体薄膜を間に挟むように設けられた一対の電極とで構成され電極間に電圧を印加することにより共振周波数を可変することができる薄膜圧電共振子を用いたフィルタを提供する。
【０００９】
本発明者らは、強誘電体を薄膜圧電共振子の圧電体として使用することについて、理論及び実験の幅広い面から繰返し検討を行った。その結果、強誘電体材料は本質的に電界を印加することで音速が大きく変化する性質を有しており、いくつかの条件、とくに分極方向を膜厚方向にそろえることで、強誘電体に制御電圧を印加して発振周波数を可変にすることが可能であることを見出した。
【００１０】
すなわち、この強誘電体膜を一対の電極間に挟み、電極間に印加する電圧を変化することで、発振周波数を変調する電圧制御発振器を提供できる。
【００１１】
このような電圧制御発振器は、強誘電体膜の共振周波数そのものを変化させるので電気機械結合係数によらず周波数可変幅を決定できる。また、集積化が難しくＱ値の低いバラクタを必要としない回路構成が可能となる。
【００１２】
具体的には、圧電体として使用する強誘電体材料は、分極方向が膜厚方向に揃った単結晶膜ないしは単一配向膜である必要がある。強誘電体膜の圧電性を充分に引き出し、かつ電圧印加により周波数可変にするためには、強誘電体膜の分極方向を膜厚方向に揃えることが必要である。その製造法としてエピタキシャル成長を用いると単結晶にすることが容易である。
【００１３】
本発明の一態様によれば、圧電体薄膜とこの薄膜の両面に設けられた一対の電極とからなる薄膜圧電共振器の複数個を、信号の入出力端間に直列接続および並列接続してなるフィルタであって、
前記少なくとも一つの薄膜圧電共振器が前記圧電薄膜をその分極方向を膜厚方向にそろえた強誘電体薄膜からなり、共振特性が印加電圧により変化する可変共振薄膜圧電共振器であるフィルタと、
前記可変共振薄膜圧電共振器に接続されこの共振器に電圧を印加する電圧回路と、
を具備し、電圧回路の印加電圧によりフィルタ特性が制御されることを特徴とする高周波フィルタにある。
【００１４】
本発明の他の態様は、信号の入出力側に直列接続され、分極方向が膜厚方向にそろった強誘電圧電体薄膜とこの薄膜の両面に設けられた一対の電極とからなり共振特性が印加電圧により変化する直列共振薄膜圧電共振器と、
信号の入出力側に並列接続され、分極方向が膜厚方向にそろった強誘電圧電体薄膜とこの薄膜の両面に設けられた一対の電極とからなり共振特性が印加電圧により変化する並列共振薄膜圧電共振器と、
前記直列共振薄膜圧電共振器と並列共振薄膜圧電共振器の少なくとも一方に接続されて電圧を印加しその共振特性を可変する電圧回路と、
を具備して、電圧回路によりフィルタ特性が制御される高周波フィルタにある。
【００１５】
さらに本発明の他の態様は、前記直列共振薄膜圧電共振器の共振周波数と前記並列共振薄膜圧電共振器の反共振周波数とを一致させ、前記直列共振薄膜圧電共振器及び前記並列共振薄膜圧電共振器の印加電圧を変化させることによって、前記直列共振薄膜圧電共振器の共振周波数及び前記並列共振薄膜圧電共振器の反共振周波数とを共に上昇或いは下降させて、通過帯域の中心周波数を制御することを特徴とする高周波フィルタにある。
【００１６】
さらに本発明の他の態様は、前記直列共振薄膜圧電共振器の共振周波数と前記並列共振薄膜圧電共振器の反共振周波数とを一致させ、前記直列共振薄膜圧電共振器或いは前記並列共振薄膜圧電共振器の印加電圧を変化させることによって、前記直列共振薄膜圧電共振器の共振周波数及び反共振周波数の間隔或いは前記並列共振薄膜圧電共振器の共振周波数及び反共振周波数の間隔を変化させて、通過帯域幅を制御することを特徴とする高周波フィルタにある。
【００１７】
さらに本発明の他の態様は、前記直列共振薄膜圧電共振器の共振周波数と前記並列共振薄膜圧電共振器の反共振周波数とをほぼ一致させ、前記直列共振薄膜圧電共振器及び前記並列共振薄膜圧電共振器の印加電圧を変化させることによって、前記直列共振薄膜圧電共振器の共振周波数及び前記並列共振薄膜圧電共振器の反共振周波数の間隔を変化させて、通過帯域のリップル位置或いはリップル形状を制御することを特徴とする高周波フィルタにある。
【００１８】
さらに本発明の他の態様は、前記直列共振薄膜圧電共振器の反共振周波数と前記並列共振薄膜圧電共振器の共振周波数とを一致させ、前記直列共振薄膜圧電共振器及び前記並列共振薄膜圧電共振器の印加電圧を変化させることによって、前記直列共振薄膜圧電共振器の反共振周波数及び前記並列共振薄膜圧電共振器の共振周波数とを共に上昇或いは下降させて、阻止帯域の中心周波数を制御することを特徴とする高周波フィルタにある。
【００１９】
さらに本発明の他の態様は、前記直列共振薄膜圧電共振器の反共振周波数と前記並列共振薄膜圧電共振器の共振周波数とを一致させ、前記直列共振薄膜圧電共振器或いは前記並列共振薄膜圧電共振器の印加電圧を変化させることによって、前記直列共振薄膜圧電共振器の共振周波数及び反共振周波数の間隔或いは前記並列共振薄膜圧電共振器の共振周波数及び反共振周波数の間隔を変化させて、阻止帯域幅を制御することを特徴とする高周波フィルタにある。
【００２０】
さらに本発明の他の態様は、前記直列共振薄膜圧電共振器或いは前記並列共振薄膜圧電共振器の印加電圧を変化させることによって、前記直列共振薄膜圧電共振器の共振周波数と前記並列共振薄膜圧電共振器の反共振周波数とが一致したときに得られる通過帯域特性及び前記直列共振薄膜圧電共振器の共振周波数と前記並列共振薄膜圧電共振器の共振周波数とが一致したときに得られる全域阻止特性とを切り替えることを特徴とする高周波フィルタにある。
【００２１】
さらに本発明の他の態様は、第１及び第２の入力端子からなる入力端と、
第１及び第２の出力端子からなる出力端と、
前記第１の入力端子及び前記第１の出力端子間に直列接続された薄膜圧電共振器と、
前記第１の入力端子及び前記第２の入力端子との間或いは前記第１の出力端子及び前記第２の出力端子との間に並列接続された薄膜圧電波共振器と、
前記直列接続の薄膜圧電共振器及び前記並列接続の薄膜圧電共振器の少なくとも一つは分極方向が膜厚方向にそろった強誘電圧電体薄膜とこの薄膜の両面に設けられた一対の電極とからなり共振特性が印加電圧により変化する可変共振薄膜圧電共振器であり、
この可変共振薄膜圧電共振器に接続され、その両端に電圧を可変に印加する可変電圧回路とを具備し、
前記可変電圧回路により前記薄膜圧電共振器に印加される電圧を変化させフィルタされる周波数通過特性が制御されることを特徴とする高周波フィルタにある。
【００２２】
上記各態様において、前記薄膜圧電共振器の全てが、前記圧電薄膜をその分極方向を膜厚方向にそろえた強誘電体薄膜からなることが好ましい。
【００２３】
さらに前記フィルタがラダー型の平衡回路であることが好ましい。
【００２４】
さらに前記フィルタがラダー型の非平衡回路であることが好ましい。
【００２５】
さらに前記強誘電体薄膜が０．１°以上５°以下の配向半値幅を有することが好ましい。
【００２６】
さらに前記強誘電体薄膜が、チタン酸バリウムを主成分とすることが好ましい。
【００２７】
さらに本発明の他の態様は、信号の入出力側に直列接続され、分極方向が膜厚方向にそろった強誘電圧電体薄膜とこの薄膜の両面に設けられた一対の電極とからなり共振特性が印加電圧により変化する直列共振薄膜圧電共振器と、
信号の入出力側に並列接続され、分極方向が膜厚方向にそろった強誘電圧電体薄膜とこの薄膜の両面に設けられた一対の電極とからなり共振特性が印加電圧により変化する並列共振薄膜圧電共振器とを組み合わせたフィルタ単位と、
前記フィルタ単位を２個以上を縦続接続する手段と、
前記フィルタ単位に接続されて電圧を印加しその共振特性を可変する電圧回路とを具備することを特徴とする高周波フィルタ装置にある。
【００２８】
さらに本発明の他の態様は、前記フィルタ単位間に接続されたアイソレータ或いはバッファアンプを具備することを特徴とする高周波フィルタ装置にある。
【００２９】
さらに本発明の他の態様は、信号の入出力側に直列接続され、分極方向が膜厚方向にそろった強誘電圧電体薄膜とこの薄膜の両面に設けられた一対の電極とからなり共振特性が印加電圧により変化する直列共振薄膜圧電共振器と、
信号の入出力側に並列接続され、分極方向が膜厚方向にそろった強誘電圧電体薄膜とこの薄膜の両面に設けられた一対の電極とからなり共振特性が印加電圧により変化する並列共振薄膜圧電共振器とを組み合わせたフィルタ単位と、
前記フィルタ単位を２個以上をスイッチを介して並列接続する手段と、
前記フィルタ単位に接続されて電圧を印加しその共振特性を可変する電圧回路と、
を具備し、前記スイッチにより前記フィルタ単位が選択され信号の通過特性が制御されることを特徴とする高周波フィルタ装置にある。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく種々工夫して用いることができる。
【００３１】
先ず、本発明者らは、高周波フィルタを形成するための薄膜圧電共振器の圧電体として、どのような材料を用いればよいかを検討した。その結果、強誘電体膜を用いれば分極が大きな電界依存性をもち、かつ自発分極が生じているため電圧を印加しなくとも圧電性を示し、材料定数が大きな電圧依存性を示すことを見出した。
【００３２】
特に、厚み縦振動を利用した共振を利用するため、分極は膜厚方向に揃っている必要がある。そのためには膜厚方向に配向した強誘電体薄膜が好ましい。また、膜厚方向に配向したエピタキシャル成長した強誘電体薄膜を用いることがより好ましいことが分かった。
【００３３】
また、強誘電体膜の弾性定数と電気機械結合定数（圧電定数）が電界依存性をもつ。このため膜厚方向に配向した強誘電体膜を用いた薄膜圧電共振器でフィルタを形成すると通過特性を電圧で制御できることを初めて見出した。
【００３４】
さらに、チタン酸バリウムやＰＺＴなどの強誘電体は、比誘電率がＡｌＮやＺｎＯなどの圧電体に比べて大きいため、インピーダンス整合を考慮に入れて共振器を設計すると、サイズが小さくできるというメリットがあることが分かった。
【００３５】
以下、実施形態では、圧電体としてチタン酸バリウムやＰＺＴを膜厚方向に配向するようにエピタキシャル成長したものを用いて説明する。
【００３６】
（実施形態１）
本発明者らは、帯域通過特性と全域阻止特性とを切り替えられるスイッチングフィルタについて詳細に検討を行なった。その結果、共振周波数を機械的でなく電気的に切り替える薄膜圧電共振器を用いれば、単純な回路構成で、かつ安価にマルチバンドの相互干渉、送受信信号の相互干渉及び不要ノイズを防止できる小型軽量のスイッチングフィルタを実現できることを見出した。ここで薄膜圧電共振器とは、ＳＡＷデバイスのような表面波を用いた共振器ではなく、薄膜の厚み方向の弾性波も用いた共振、すなわち薄膜をバルクとして膜全体の弾性波を用いた共振を利用した共振器のことである。薄膜圧電共振器として、薄膜バルク弾性波共振器を含む。
【００３７】
薄膜の厚さとしては、共振周波数が１ＧＨｚから２ＧＨｚで、１μｍから２μｍ程度である。今後必要とする共振周波数が高くなると、薄膜の厚さも薄くなっていく。適用周波数帯域を０．１〜１０ＧＨｚとすると、膜厚は０．１〜２０μｍが実用範囲である。
【００３８】
以下、本発明の原理について詳述する。
【００３９】
図１は、本実施例に用いる薄膜圧電共振器の断面図である。
【００４０】
この薄膜圧電共振器は、単結晶基板５上に、エッチングストッパー層４が形成され、このエッチングストッパー層４上に、第１の電極３、圧電体膜２及び第２の電極１からなる共振器構造が形成され、さらに単結晶基板５裏面からエッチングすることによりキャビティ（空洞）１００が形成されたものである。
【００４１】
この薄膜圧電共振器は、圧電体膜２の圧電効果を利用した共振器であり、単結晶基板５の裏面に形成されたキャビティ１００によって、圧電振動のエネルギーが逃げないようにしている。なお、エッチングストッパー層４は、単結晶基板５にキャビティ１００をエッチングにより形成する際のストッパーとして機能するほかに、エッチングストッパー層４上に形成されたエピタキシャル膜の下地層としての機能も有する。
【００４２】
図２は、図１に示す薄膜圧電共振器の別の例を示す断面図であり、第１の電極３と単結晶基板５の間に空隙１１０を設けたものである。
【００４３】
この空隙１１０は、第１の電極３、圧電体膜２及び第２の電極１からなる共振器の圧電振動のエネルギーが逃げないようにするためのものである。
【００４４】
また、図３は、図１に示す薄膜圧電共振器のまた別の例を示す断面図である。この薄膜圧電共振器は、第１の電極３と単結晶基板５の間に、異なる音響インピーダンスを有する層を積層して構成したブラッグ反射鏡６が形成されたものである。
【００４５】
このブラッグ反射鏡６も、第１の電極３、圧電体膜２及び第２の電極１からなる共振器の共振周波数を有する弾性波を反射し、エネルギーを逃さない構造となっている。
【００４６】
このようにして構成された図１、図２或いは図３に示す薄膜圧電共振器は、圧電体膜２の密度、膜厚或いは第１の電極３及び第２の電極１における質量負荷の効果などによって決まる共振周波数及び反共振周波数をもち、一つの共振点付近の電気的特性は、図４のような等価回路で示される。
【００４７】
図４に示すように、この等価回路は、キャパシタンスＣ１、抵抗Ｒ及びインダクタンスＬが直列に接続され、これらにキャパシタンスＣ２が並列に接続されたものである。
【００４８】
次に、図５に、このように接続された等価回路におけるインピーダンスの絶対値の周波数依存性を示す。
【００４９】
図５に示すように、この等価回路すなわち図１乃至図３に示す薄膜圧電共振器は、極小点（共振周波数）及び極大点（反共振周波数）をもつ。
【００５０】
次に、図６にて、このような特性をもつ薄膜圧電共振器を用いたスイッチングフィルタの構造及び特性について説明する。
【００５１】
図６（ａ）は、薄膜圧電共振器を梯子型フィルタ回路に組み合わせたスイッチングフィルタを示すものであり、図６（ｂ）は、フィルタ回路を構成する直列及び並列共振器の共振特性を示す図である。
【００５２】
図６（ａ）に示すように、このスイッチングフィルタは、高周波信号の入力端子（Ｉｎ１、Ｉｎ２）と、出力端子（Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２）を有する。第１の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ１）間には第１の導線２０２が接続され、これに直列に薄膜圧電共振器２００が複数接続されている。
【００５３】
また、第２の入出力端子（Ｉｎ２、Ｏｕｔ２）間には第２の導線２０３が母線として接続され、この第２の導線２０３と第１の導線２０２と並列に薄膜圧電共振器２０１が複数接続されている。各薄膜圧電共振器２０１に可変電圧源として直流電源３００が接続されている。
【００５４】
図６（ｂ）は、直列に接続された薄膜圧電共振器２００の共振周波数特性Ａと並列に接続された薄膜圧電共振器２０１におけるの共振周波数特性Ｂのインピーダンスの絶対値を示している。
【００５５】
このように直列に接続した薄膜圧電共振器２００と並列に接続された薄膜圧電共振器２０１とは、インピーダンスの絶対値と共振周波数の特性の形はほぼ同じであるが、直列に接続した薄膜圧電共振器２００の特性Ａの方が並列に接続した薄膜圧電共振器２０１の特性Ｂよりも周波数が高い方に僅かにシフトしたものを選ぶ。
【００５６】
このとき直列に接続された薄膜圧電共振器２００の共振周波数ｆｒ（Ａ）と並列に接続された薄膜圧電共振器２０１の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）が一致するようになっている。ここで、薄膜圧電共振器の共振周波数を変えるためには、例えば圧電体膜の膜厚や電極の膜厚を変えるといった方法がある。
【００５７】
図７に、このときの直列に接続された薄膜圧電共振器２００と並列に接続された薄膜圧電共振器２０１の合成された通過特性を示す。
【００５８】
図７に示すように、この合成インピーダンスは、１．７ＧＨｚから１．９ＧＨｚにピークを有する帯域通過特性が得られていることが分かる。この特性によってある周波数帯域を濾波することが可能なフィルタリングが可能となる。
【００５９】
次に、直列に接続した薄膜圧電共振器２００及び並列に接続した薄膜圧電共振器２０１の少なくとも一方の両端に直流電源３００から電圧を印加して、直列に接続した薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ａ）と並列に接続した薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ｂ）とを一致させる。このとき直列に接続した薄膜圧電共振器の反共振周波数ｆａｒ（Ａ）と並列に接続した薄膜圧電共振器の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）も一致することになる。
【００６０】
図８に、このときのフィルタの通過特性を示す。
【００６１】
図８に示すように、このフィルタの通過特性はほぼ全域で阻止特性を示すことが分かる。
【００６２】
このように、本発明では、直列に接続された薄膜圧電共振器２００の共振周波数ｆｒ（Ａ）と並列に接続された薄膜圧電共振器２０１の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）が一致したときに得られる帯域通過フィルタ特性及び直列に接続された薄膜圧電共振器２００の共振周波数ｆｒ（Ａ）と並列に接続された薄膜圧電共振器２０１の共振周波数ｆｒ（Ｂ）とが一致したときに得られる全域阻止特性を、電圧によって切り替え可能とすることによって、簡単な構造のスイッチングフィルタを提供できる。
【００６３】
この例では、初期状態に電圧無印加で直列に接続された薄膜圧電共振器の特性と並列に接続された薄膜圧電共振器の特性がずれている状態を説明したが、初期状態にこれらの特性が一致している状態から電圧を印加することによって、これらの特性がずれている状態にすることも可能である。
【００６４】
また、直列に接続された薄膜圧電共振器２００及び並列に接続された薄膜圧電共振器２０１のいずれか一方に電圧を印加して特性をシフトさせてもいいし、両方に電圧を印加することによって特性をシフトさせてもよい。
【００６５】
このように本発明では、圧電体膜にＤＣバイアスを印加し、分極状態を変化させて、圧電定数及び弾性定数などを変化して共振周波数を変化させることを利用している。このような効果を利用すれば、直列に接続された薄膜圧電共振器２００と並列に接続された薄膜圧電共振器２０１の共振特性を一致させて得られる全域阻止特性と、直列に接続された薄膜圧電共振器２００と並列に接続された薄膜圧電共振器２０１の共振特性をずらすことによって得られる帯域通過特性とをＤＣバイアスのみで切り替えることができるので、簡単な構成によりスイッチングフィルタを提供することができる。
【００６６】
以上では、図６に示した非平衡な（ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ）梯子型フィルタを例にとって説明を行なったが、図９に示す平衡な（ｂａｌａｎｃｅｄ）梯子（ラダー）型フィルタ或いは図１０に示すような平衡な格子型フィルタを用いても同様の効果が得られる。
【００６７】
また、スイッチングフィルタを構成する薄膜圧電共振器の段数についても、図６、図９、図１０に記載の段数に限らず、帯域外減衰量を大きくするためにさらに段数を増やしても良いし、通過域での挿入損失を減らすために段数を減らしても良い。その他、本発明の主旨の範囲内であれば、目的に応じてフィルタ回路の構成を変形して用いることができる。
【００６８】
次に、上述した薄膜圧電共振器に印加するＤＣバイアスの印加方式について説明する。
【００６９】
先ず、図９に示したような全ての共振器が分極が膜厚方向にそろった強誘電体の圧電薄膜をもった薄膜共振器２００，２０１により直列接続部が３段、並列接続部が２段の平衡な梯子型フィルタを構成した回路に可変電圧を印加する。このうちの並列に接続された薄膜圧電共振器２０１のみに電圧を印加する方式について検討を行なった。
【００７０】
単純に考えると、図９に示した回路の中で並列に接続された薄膜圧電共振器２０１の両端部にのみ可変ＤＣ電圧回路３０１を接続すればよさそうであるが、その場合直列に接続された薄膜圧電共振器２００にも電圧が印加されて、共振特性が変化してしまう。フィルタ特性の通過、阻止を最も効率的に切り替えるためには、並列に接続された薄膜圧電共振器２０１と直列に接続された薄膜圧電共振器２００とに印加される電圧をそれぞれ独立に制御する必要があるので、並列に接続された薄膜圧電共振器２０１に電圧を印加する時に、直列に接続された薄膜圧電共振器２００の特性が変化してしまうのは好ましくない。
【００７１】
これを解決するために、図１１に示すような回路構成を挙げることができる。
【００７２】
図１１に示すように、平衡な梯子型フィルタ回路は、第１の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ１）と、第２の入出力端子（Ｉｎ２、Ｏｕｔ２）と、第１の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ２）間を接続した第１の導線２０２と、第２の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ２）間を接続した第２の導線２０３を有する。第１の導線２０２に直列に接続された第１から第３の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−１、２００−２、２００−３）と、第２の導線２０３に直列に接続された第４から第６の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−４、２００−５、２００−６）とを有する。さらに第１と第２の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−１、２００−２）との間を一方の端子とし第４と第５の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−４、２００−５）との間をもう一方の端子とする第１の並列に接続された薄膜圧電共振器２０１−１と、第２と第３直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−２、２００−３）との間を一方の端子とし第５と第６直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−５、２００−６）との間をもう一方の端子とする第２の並列に接続された薄膜圧電共振器２０１−２とから構成される。さらに第１と第２の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ１、Ｉｎ２、Ｏｕｔ２）にはそれぞれキャパシタンスＣとインダクタンスＬからなるマッチング回路が接続されている。並列接続の薄膜圧電共振器２０１−１，２０１−２には図示において矢印で正から負極への分極方向を示した。
【００７３】
このような３段の平衡な梯子型フィルタ回路において、二つの並列に接続された薄膜圧電共振器（２０１−１、２０１−２）のみに電圧を印加するためには以下のような回路を接続すればよい。
【００７４】
先ず、第１と第２並列に接続された薄膜圧電共振器（２０１−１、２０１−２）を、第１の導線２０２から第２の導線２０３に向けて電圧が印加された場合にその共振周波数がともに上昇（もしくはともに低下）するように接続する。
【００７５】
次に、第１の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−１と第１の入力端子Ｉｎ１との間、第１と第２の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−１、２００−２）の間、第２と第３の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−２、２００−３）の間、そして第３の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−３と第１の出力端子Ｏｕｔ１との間に、高周波を十分にカットするためのインピーダンスを持つ抵抗Ｒを介して、可変電圧回路の一方の端子Ｖ１を接続する。さらに、第４の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−４と第２の入力端子Ｉｎ２との間、第４と第５の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−４、２００−５）の間、第５と第６の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−５、２００−６）の間、そして第６の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−６と第２の出力端子Ｏｕｔ２との間に、高周波を遮断するための抵抗Ｒを介して、可変電圧回路のもう一方の端子Ｖ２を接続する。
【００７６】
上述の電圧印加方式を用いると、直列に接続された薄膜圧電共振器２００の全てに対して可変電圧回路が接続されているので、直列に接続された薄膜圧電共振器２００の両端には同一電圧Ｖ１がかかり実質的な電圧が印加されず、並列に接続された薄膜圧電共振器２０１にのみ可変電圧（Ｖ１−Ｖ２）を印加することが可能である。
【００７７】
また第１と第２の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ１、Ｉｎ２、Ｏｕｔ２）にはマッチング回路が接続されているため、ポートの外部に対してはＤＣ電圧が印加されることはない。
【００７８】
上述の方式でフィルタ回路の各薄膜圧電共振器と可変電圧回路とを接続すれば、基本的なフィルタ構成を変えることなく、高周波カット用の抵抗体素子のみを付加することで、通常のフィルタ回路にスイッチング機能をもたせることができ、産業上特に有効である。
【００７９】
次に、図１２を用いて、平衡な梯子型フィルタの直列に接続された薄膜圧電共振器２００にのみ電圧を印加する方法を説明する。
【００８０】
図１２に示すように、このスイッチングフィルタは、６つの直列に接続された薄膜圧電共振器２００と２つの並列に接続された薄膜圧電共振器２０１とキャパシタンスＣ及びインダクタンスＬからなるマッチング回路は、図１１に示す平衡な梯子型フィルタ回路の構成と同じである。
【００８１】
可変電圧回路Ｖ１−Ｖ２との接続部及び直列に接続された薄膜圧電共振器２００の「向き」、即ち電圧印加に対して共振周波数が上昇する方向のみが図１１の回路と異なり、以下それらの点について説明する。なお、直列接続の薄膜圧電共振器２００−１から２００−６は図示するように矢印を分極方向を正から負極に向けて記載しており、Ｖ１＞Ｖ２としてこの電位差を大にすることにより共振周波数が上昇する。
【００８２】
先ず、第１と第３の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−１、２００−３）を、第１の入力端子Ｉｎ１から第１の出力端子Ｏｕｔ１に向けて電圧が印加された場合にその共振周波数がともに上昇するように接続し、それとは逆に第２の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−２は第１の入力端子Ｉｎ１から第１の出力端子Ｏｕｔ１に向けて電圧が印加された場合にその共振周波数が低下するように接続する。
【００８３】
次に、第４と第６の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−４、２００−６）を、第２の入力端子Ｉｎ２から第２の出力端子Ｏｕｔ２に向けて電圧が印加された場合にその共振周波数がともに上昇するように接続し、それとは逆に第５の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−５は第２の入力端子Ｉｎ２から第２の出力端子Ｏｕｔ２に向けて電圧が印加された場合にその共振周波数が低下するように接続する。
【００８４】
次に、第１の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−１と第１の入力端子Ｉｎ１との間、第２と第３の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−２、２００−３）の間、第４の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−４と第２の入力端子Ｉｎ２との間、そして第５と第６の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−５、２００−６）の間に、高周波をカットするための抵抗Ｒを介して、可変電圧回路の一方の端子Ｖ１を接続する。
【００８５】
さらに、第１と第２の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−１、２００−２）の間、第３の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−３と第１の出力端子Ｏｕｔ１との間、第４と第５の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−４、２００−５）の間、そして第６の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−６と第２の出力端子Ｏｕｔ２との間に、高周波をカットするための抵抗Ｒを介して、可変電圧回路のもう一方の端子Ｖ２を接続する。
【００８６】
上述の電圧印加方式を用いると、並列に接続された薄膜圧電共振器２０１の両端は常に同じ電位となっているため電圧が印加されず、直列に接続された薄膜圧電共振器２００に印加される電圧のみを制御することが可能である。
【００８７】
また第１と第２の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ１、Ｉｎ２、Ｏｕｔ２）にはキャパシタンスＣ及びインダクタンスＬからなるマッチング回路が接続されているため、ポートの外部に対してはＤＣ電圧が印加されることはない。
【００８８】
次に、図１０に回路略図を示し、図１３に実用回路を示す平衡な格子型フィルタの並列薄膜圧電共振器のみに可変ＤＣ電圧電源３０２から電圧Ｖ１，Ｖ２を印加する方式について説明する。
【００８９】
この平衡な格子型フィルタ回路は、第１の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ１）と、第２の入出力端子（Ｉｎ２、Ｏｕｔ２）と、第１の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ１）間を接続した第１の導線２０２と、第２の入出力端子間（Ｉｎ２、Ｏｕｔ２）を接続した第２の導線２０３を有する。第１の導線２０２に直列に接続された第１の薄膜圧電共振器２００−１と、第２の導線２０３に直列に接続された第２の薄膜圧電共振器２００−２とを有する。第１の入力端子Ｉｎ１と第２の出力端子Ｏｕｔ２間に並列に接続された薄膜圧電共振器２００−１と第２の入力端子Ｉｎ２と第１の出力端子の間に並列接続され薄膜圧電共振器２０１−２とから構成され、これらの並列接続の薄膜圧電共振器は交差して接続される。さらに第１と第２の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ１、Ｉｎ２、Ｏｕｔ２）にはそれぞれキャパシタンスＣとインダクタンスＬからなるマッチング回路が接続されている。
【００９０】
上述の平衡な格子型フィルタ回路において、二つの並列に接続された薄膜圧電共振器２０１のみに電圧を印加するためには以下のような回路を接続すればよい。図では、薄膜圧電共振器２０１−１，２０１−２の分極方向を正から負極にかけて矢印で示している。矢印方向に印加電圧を上昇させると、これらの共振器の発信周波数が増加する。
【００９１】
先ず、第１と第２の並列に接続された薄膜圧電共振器（２０１−１、２０１−２）を、第１の導線２０２から第２の導線２０３に向けて電圧が印加された場合にその共振周波数がともに上昇（もしくはともに低下）するように接続する。次に、第１の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−１と第１の入力端子Ｉｎ１との間、そして第１の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−１と第１の出力端子Ｏｕｔ１との間に、高周波をカットするための抵抗Ｒを介して、可変電圧回路の一方の端子Ｖ１を接続する。
【００９２】
さらに、第２の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−２と第２の入力端子Ｉｎ２との間、そして第２の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−２と第２の出力端子Ｏｕｔ２との間に、高周波をカットするための抵抗Ｒを介して、可変電圧回路のもう一方の端子Ｖ２を接続する。
【００９３】
上述の電圧印加方式を用いると、直列に接続された薄膜圧電共振器２００の両端は常に同じ電位となっているため電圧が印加されず、並列に接続された薄膜圧電共振器２０１に印加される電圧のみを制御することが可能である。
【００９４】
また、第１と第２の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ１、Ｉｎ２、Ｏｕｔ２）には、キャパシタンスＣ及びインダクタンスＬからなるマッチング回路が接続されているため、ポートの外部に対してはＤＣ電圧が印加されることはない。
【００９５】
次に、図１４を用いて、平衡な格子型フィルタの直列薄膜圧電共振器にのみ電圧を印加する方法を説明する。
【００９６】
図１４に示すように、このスイッチングフィルタは、２つの直列に接続された薄膜圧電共振器２００と２つの並列に接続された薄膜圧電共振器２０１とキャパシタンスＣ及びインダクタンスＬからなるマッチング回路からなる平衡な格子型フィルタ回路の構成は、図１３と同じである。
【００９７】
可変電圧回路との接続部及び直列に接続された薄膜圧電共振器２００の「向き」、即ち電圧印加に対して共振周波数が上昇する方向のみが図１３の回路と異なり、以下それらの点について説明する。
【００９８】
先ず、第１の直列薄膜圧電共振器２００−１を、第１の入力端子Ｉｎ１から第１の出力端子Ｏｕｔ１に向けて電圧が印加された場合にその共振周波数が上昇するように接続する。次に、第２の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−２を、第２の出力端子Ｏｕｔ２から第２の入力端子Ｉｎ２に向けて電圧が印加された場合にその共振周波数が上昇するように接続する。
【００９９】
さらに、第１の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−１と第１の入力端子Ｉｎ１との間、そして第２の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−２と第２の出力端子Ｏｕｔ２との間に、高周波をカットするための抵抗Ｒを介して、可変電圧回路の一方の端子Ｖ１を接続する。
【０１００】
さらに、第１の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−１と第１の出力端子Ｏｕｔ１との間、そして第２の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−２と第２の入力端子Ｉｎ２との間に、高周波をカットするための抵抗Ｒを介して、可変電圧回路のもう一方の端子Ｖ２を接続する。
【０１０１】
上述の電圧印加方式を用いると、並列に接続された薄膜圧電共振器２０１の両端は常に同じ電位となっているため電圧が印加されず、直列に接続された薄膜圧電共振器２００に印加される電圧のみを制御することが可能である。
【０１０２】
また、第１と第２の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ１、Ｉｎ２、Ｏｕｔ２）にはキャパシタンスＣ及びインダクタンスＬからなるマッチング回路が接続されているため、ポートの外部に対してはＤＣ電圧が印加されることはない。
【０１０３】
次に、図１５に示すような非平衡な梯子型フィルタの並列薄膜圧電共振器のみに電圧を印加する方式について説明する。図１５に示すように、このスイッチングフィルタは、第１の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ１）と、第２の入出力端子（Ｉｎ２、Ｏｕｔ２）と、第１の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ１）間を接続した第１の導線２０２と、第２の入出力端子（Ｉｎ２、Ｏｕｔ２）間を接続した第２の導線２０３と、第１の導線２０２に直列に接続された第１から第３の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−１、２００−２、２００−３）と、第１と第２の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−１、２００−２）との間に一方の端子が接続され、第２の導線２０３にもう一方の端子が接続されている第１の並列に接続された薄膜圧電共振器２０１−１と、第２と第３の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−２、２００−３）との間に一方の端子が接続され、第２の導線２０３にもう一方の端子が接続されている第２の並列に接続された薄膜圧電共振器２０１−２とから構成され、さらに第１の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ１）にはそれぞれキャパシタンスＣとインダクタンスＬからなるマッチング回路が接続されている。
【０１０４】
図１５の非平衡な梯子型フィルタ回路において、二つの並列に接続された薄膜圧電共振器２０１のみに電圧を印加するためには以下のような回路を接続すればよい。先ず、第１と第２の並列に接続された薄膜圧電共振器（２０１−１、２０１−２）を、第１の導線２０２から第２の導線２０３に向けて電圧が印加された場合にその共振周波数がともに上昇（もしくはともに低下）するように接続する。
【０１０５】
次に、第１の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−１と第１の入力端子Ｉｎ１との間、第１と第２の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−１、２００−２）の間、第２と第３の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−２、２００−３）の間、そして第３の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−３と第１の出力端子Ｏｕｔ１との間に、高周波をカットするための抵抗Ｒを介して、可変電圧回路の一方の端子Ｖ１を接続する。
【０１０６】
さらに、第２の入力端子Ｉｎ２と第２の出力端子Ｏｕｔ２との間に、高周波をカットするための抵抗Ｒを介して、可変電圧回路のもう一方の端子Ｖ２を接続する。
【０１０７】
上述の電圧印加方式を用いると、直列に接続された薄膜圧電共振器２００の両端は常に同じ電位となっているため電圧が印加されず、並列に印加された薄膜圧電共振器２０１に印加される電圧のみを制御することが可能である。
【０１０８】
また、第１の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ１）には、キャパシタンスＣ及びインダクタンスＬからなるマッチング回路が接続されているため、ポートの外部に対してはＤＣ電圧が印加されることはない。
【０１０９】
次に、図１６を用いて、非平衡な梯子型フィルタの並列薄膜圧電共振器にのみ電圧を印加する方法について説明する。図１６に示すように、このスイッチングフィルタは、３つの直列に接続された薄膜圧電共振器２００と２つの並列に接続された薄膜圧電共振器２０１とキャパシタンスＣ及びインダクタンスＬからなるマッチング回路を構成する非平衡な梯子型フィルタ回路は、図１５と同じである。
【０１１０】
可変電圧回路との接続部及び直列に接続された薄膜圧電共振器２００の「向き」、即ち電圧印加に対して共振周波数が上昇する方向、およびＤＣ電圧遮断用の二つのコンデンサのみが図１５の回路と異なり、以下それらの点について説明する。
【０１１１】
先ず、第１と第３の直列薄膜圧電共振器（２００−１、２００−３）を、第１の入力端子Ｉｎ１から第１の出力端子Ｏｕｔ１に向けて電圧が印加された場合にその共振周波数が上昇するように接続する。次に、第２の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−２を、第１の出力端子Ｏｕｔ１から第１の入力端子Ｉｎ１に向けて電圧が印加された場合にその共振周波数が上昇するように接続する。
【０１１２】
さらにＤＣ電圧を遮断する目的で、第１の並列に接続された薄膜圧電共振器２０１−１と第２の導線２０３との接続部との間に第１のコンデンサＣ１、第２の並列に接続された薄膜圧電共振器２０１−２と第２の導線２０３との接続部との間に第２のコンデンサＣ２を挿入する。
【０１１３】
さらに、第１の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−１と第１の入力端子Ｉｎ１との間、第２と第３の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−２、２００−３）の間、さらに第２の並列に接続された薄膜圧電共振器２０１−２と第２のコンデンサＣ２との間に、高周波をカットするための抵抗Ｒを介して、可変電圧回路の一方の端子Ｖ１を接続する。
【０１１４】
さらに、第１と第２の直列に接続された薄膜圧電共振器（２００−１、２００−２）との間、第３の直列に接続された薄膜圧電共振器２００−３と第１の出力端子Ｏｕｔ１との間、そして第１の並列に接続された薄膜圧電共振器２０１−１と第１のコンデンサＣ１との間に高周波をカットするための抵抗Ｒを介して、可変電圧回路のもう一方の端子Ｖ２を接続する。
【０１１５】
上述の電圧印加方式を用いると、並列に接続された薄膜圧電共振器２０１の両端は常に同じ電位となっているため電圧が印加されず、直列に接続された薄膜圧電共振器２００に印加される電圧のみを制御することが可能である。
【０１１６】
また、前記第１の入出力端子（Ｉｎ１、Ｏｕｔ１）には、キャパシタンスＣ及びインダクタンスＬからなるマッチング回路が接続され、第２の導線２０３には第１と第２のコンデンサ（Ｃ１、Ｃ２）が接続されているため、ポートの外部に対してはＤＣ電圧が印加されることはない。
【０１１７】
また、本発明による薄膜圧電共振器に用いる圧電体材料としては、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＰｂＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３（ＰＺＴ）などが適しているが、誘電率が大きい材料ほどインピーダンスマッチングを取るために必要な電極面積が小さくて済むため、小型軽量化に有利である。中でも、わずかな電圧印加で大きく共振周波数が変化するＢａＴｉＯ３が好ましい。
【０１１８】
図１７に複数の薄膜圧電共振器から構成されるスイッチングフィルタの一つの好ましい実施例の回路図を示した。
【０１１９】
この回路は非平衡な直列３段、並列２段の梯子型フィルタ回路であり、３つの直列に接続された薄膜圧電共振器１１と２つの並列に接続された薄膜圧電共振器１２とからなる。直列に接続された薄膜圧電共振器１１の全ての電極と、第２の導線１７との間には可変電圧回路が接続されており、任意の方向に電圧を印加することができる構成となっている。可変電圧回路と第１の導線１６及び第２の導線１７との間には高周波成分を遮断する目的で薄膜抵抗体からなる抵抗１８が接続されている。
【０１２０】
この抵抗の大きさは、薄膜圧電共振器のインピーダンスの絶対値が最も大きくなる反共振周波数におけるインピーダンスの最大値に対して、５００倍〜１０００倍以上の値であれば良く、典型的には数百ｋΩ〜数ＭΩといった値となる。この抵抗値が大きすぎると、薄膜圧電共振器のキャパシタンスと抵抗値とで決まるＣＲ時定数が大きくなり、スイッチングに要する時間が長くなる。また、フィルタ回路の出入力端子にはマッチング回路１５が接続されており、特性インピーダンスが想定されるシステムに必要な値に調整されている。
【０１２１】
直列及び並列の薄膜圧電共振器（１１、１２）は全て同一の材料、構造で形成されており、電圧印加しない場合には図８に示すような遮断特性を示す。一方で、並列に接続された薄膜圧電共振器１２に対して、共振周波数が低下する方向にＤＣバイアスを印加して、並列に接続された薄膜圧電共振器１２の反共振周波数と直列に接続された薄膜圧電共振器１１の共振周波数とが等しくなると、その周波数を中心周波数とする帯域通過フィルタの特性を示すようになる。
【０１２２】
以上のようなフィルタを構成するための薄膜圧電共振器は例えば以下のようにして製造される。
【０１２３】
先ず、図１８（ａ）に示すように、Ｓｉ基板２１を既知の酸化手法によって酸化し、ＳｉＯ２層２２を厚さ６００ｎｍ形成する。この上部にＳｒＲｕＯ３からなる空洞化のための犠牲層２３をスパッタ法により厚さ３００ｎｍ成膜する。成膜条件は、基板温度４５０℃、ＲＦパワー３００Ｗとし、４インチセラミックターゲットを用いてアルゴン及び酸素（Ａｒ＋Ｏ２）雰囲気中とした。
【０１２４】
次に、ＳｒＲｕＯ３犠牲層２３をパターニングし、硝酸セリウムアンモニウム溶液を主成分とするエッチャントにより加工した。さらにこの上部に、第１のＩｒからなる電極２４を同じくスパッタ法により厚さ１００ｎｍ形成し、パターニング後Ａｒミリング加工を行った。
【０１２５】
次に、スパッタ法によりＢａＴｉＯ３からなる圧電体膜２５を成膜した。成膜条件は、基板温度４５０℃、ＲＦパワー３００Ｗとし、成膜速度を稼ぐため複数のターゲットを使用した。なお、成膜雰囲気はアルゴン及び酸素（Ａｒ＋Ｏ２）雰囲気である。圧電体膜２５の膜厚は８００ｎｍとした。
【０１２６】
次に、圧電体膜２５をパターニング後、過酸化水素水を主成分とするエッチャントによりウェットエッチングを行った。次に、Ｉｒからなる第２の電極２６を第１の電極２４と同一の成膜条件により厚さ１００ｎｍ成膜した。
【０１２７】
次に、第２の電極２６をパターニングしたあとＡｒミリングで加工した。すべての層の成膜が終了した後、加工により形成されていたヴィアホール２７を通じて犠牲層ＳｒＲｕＯ３２３を、硝酸セリウムアンモニウム溶液を主成分とするエッチャントにより溶解し、空洞化処理を行った。得られた強誘電体膜の分極方向であるｃ軸は膜厚方向に０．３°の配向半値幅を有していた。
【０１２８】
このように作成された薄膜圧電共振器の電気特性を、ネットワークアナライザを用いて測定したところ、図１８（ｂ）に示すように、２ＧＨｚ近傍に共振、反共振周波数をもち、電気機械結合定数は約１７％、Ｑ値は８００であった。電極間にＤＣ電圧を０−３Ｖにわたって印加したところ、共振、反共振周波数ともに約１００ＭＨｚ変化した。
【０１２９】
上述のようにして作成された薄膜圧電共振器を、同一のＳｉ基板上に多数作成し、その他薄膜抵抗やマッチング回路用コンデンサ、インダクタも同じ基板上にすべて薄膜技術を用いて形成した。
【０１３０】
これら薄膜素子を配線で図１７に示すスイッチングフィルタ回路となるように接続した。これらの薄膜圧電共振器は、並列、直列ともに同一の構造をもつため、ＤＣバイアスを印加しない場合は図８に示す全域阻止特性を示した。一方、並列に接続された薄膜圧電共振器１２にのみＤＣバイアスを印加して、共振周波数を低下させると、図７に示す帯域通過特性を示した。
【０１３１】
印加したＤＣバイアスは２．５Ｖのとき最も特性の良好な帯域通過フィルタ特性を示した。
【０１３２】
次に、アンテナを準備し、このアンテナに、図１７で説明した上記スイッチングフィルタを複数接続する。このときそれぞれのスイッチングフィルタは、異なる周波数帯をろ波する特性となるようにする。次に、これらスイッチングフィルタのそれぞれに異なる周波数帯に対応する複数の周波数処理システムとを接続して、マルチバンド対応の無線装置を作製した。
【０１３３】
このようにして作製したマルチバンド無線装置では、通過域における減衰量は従来のアンテナスイッチを介した場合よりも平均で１．５ｄＢほど少なかった。
【０１３４】
このように、可変電圧回路という容易な構造によって、帯域通過特性と全域阻止特性とを切り替えることができるため、マルチバンドにおける相互干渉、送受信信号の相互干渉、不要ノイズを防止できる。
【０１３５】
（実施形態２）
本実施形態では、中心周波数を可変する高周波フィルタを図１９，図２０で説明する。本実施形態においても薄膜圧電共振器は、実施形態１で説明したものと同一の工程により作製することができる。
【０１３６】
本実施形態の高周波フィルタは、図２０（ａ）に示すように、電圧無印加時には、直列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ａ）と並列薄膜圧電共振器の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）を一致させる。このとき図２０（ｃ）のように、ある周波数ｆ０を中心に通過する帯域特性を持つ。次に、制御電圧を印加することにより、直列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ａ）と、並列薄膜圧電共振器の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）を共にΔｆ分上昇或いは共に降下することにより、図２０（ｄ）に示すように通過帯域の中心周波数ｆ０を可変にすることができる。
【０１３７】
また、電圧印加時に直列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ａ）と並列薄膜圧電共振器の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）を一致させる。このときある周波数を通過する帯域特性を持つ。次に、制御電圧を変化する或いは無印加にすることにより、直列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ａ）と、並列薄膜圧電共振器の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）を共に上昇或いは共に降下することにより、通過帯域の中心周波数を可変にすることができる。
【０１３８】
通常、複数のシステムを一つの端末に載せたマルチバンド対応の移動体通信用の携帯端末では、帯域が異なるシステム毎に受信系を用意しなければならないが、本実施形態の中心周波数が可変の帯域通過フィルタを用いれば、一つのフィルタ回路だけでマルチバンド対応の移動体通信用の携帯端末を形成できる。
【０１３９】
図１９に、本実施形態に関わる中心周波数を可変する高周波フィルタを、平衡な格子型フィルタで構成した場合の具体的な回路図を示す。
【０１４０】
図１９に示すように、この中心周波数可変フィルタは、第１の導線１６上に、直列薄膜圧電共振器１１が直列に接続されている。第２の導線１７上に、直列薄膜圧電共振器１１が直列に接続されている。第１の導線１６及び第２の導線１７の間に２個の並列薄膜圧電共振器１２が並列に接続されている。
【０１４１】
第１の導線１６において、入力端子１４と直列薄膜圧電共振器１１の間には、制御電圧入力端子１３が接続されている。同様に、第２の導線１７において、入力端子１４と直列薄膜圧電共振器１１の間には、制御電圧Ｖｃを印加する制御電圧入力端子１３が接続されている。
【０１４２】
この中心周波数高周波フィルタの動作原理を、図２０を用いて説明する。
【０１４３】
図２０（ａ）は電圧無印加時の直列薄膜圧電共振器１１及び並列薄膜圧電共振器１２の共振特性を示す。図２０（ａ）に示すように、直列薄膜圧電共振器（特性Ａ）１１の共振周波数ｆｒ（Ａ）（下側のピーク位置）と並列薄膜圧電共振器（特性Ｂ）１２の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）（上側のピーク位置）が一致するように組み合わせている。
【０１４４】
図２０（ｃ）は、この電圧無印加時のフィルタの通過特性である。図２０（ｃ）に示すように、電圧無印加時には、中心周波数がｆ０の帯域通過フィルタ特性を示している。
【０１４５】
次に、図１９の回路において、制御電圧入力端子１３に負の電圧を印加する。直列薄膜圧電共振器１１及び並列薄膜圧電共振器１２の全てに対して同一の電圧が印加され、その向きは分極方向（図示矢印）と逆向きである。また、正の電圧を印加した場合は、直列薄膜圧電共振器１１及び並列薄膜圧電共振器１２の全てに対して同一の電圧が印加され、その向きは分極方向と同じ向きである。
【０１４６】
電圧印加に伴い弾性定数が増加すると、直列薄膜圧電共振器１１及び並列薄膜圧電共振器１２の共振周波数ｆｒ（Ａ），ｆｒ（Ｂ）はいずれもΔｆだけ上昇する。ここで直列薄膜圧電共振器１１の共振周波数ｆｒ（ａ）と並列薄膜圧電共振器１２の反共振周波数ｆａｒ（ｂ）は一致したまま移動するように電圧を制御する。
【０１４７】
こうすることで図２０（ｄ）に示すように、中心周波数がｆ０＋Δｆの帯域通過特性を示すフィルタとなる。すなわち電圧印加後のフィルタの通過帯域は、電圧無印加時よりも高周波側にΔｆシフトする。典型的には、直列薄膜圧電共振器１１及び並列薄膜圧電共振器１２に、１μｍの厚さのチタン酸バリウム薄膜を用いて、これに３Ｖの電圧を加えると、２％程度の共振周波数の変化率が得られる。
【０１４８】
本実施形態では、図１９に示す中心周波数可変フィルタは、例えばＧＳＭ１．８ＧとＧＳＭ１．９Ｇのように使用周波数帯が比較的近いシステムのＲＦのトップフィルタとして用いることができる。
【０１４９】
従来では、二つのＲＦフィルタが必要であるのが、周波数可変フィルタを用いればもともとサイズが小さい薄膜圧電共振器を用いたフィルタ一つで済むため、受動回路の大幅な小型化が実現でき、その有用性は極めて大きい。
【０１５０】
（実施形態３）
本実施形態では、通過周波数帯域の幅を可変する帯域幅可変フィルタを図２１，図２２により説明する。本実施形態においても薄膜圧電共振器は、実施形態１で説明したものと同一の工程により作製することができる。
【０１５１】
本実施形態の可変高周波フィルタは、例えば電圧無印加時には、図２２（ａ）のように、直列薄膜圧電共振器（特性Ａ）の共振周波数ｆｒ（Ａ）と並列薄膜圧電共振器（特性Ｂ）の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）を一致するように構成しておく。次に、直列薄膜圧電共振器及び並列薄膜圧電共振器の少なくとも一方に制御電圧を印加することで、共振周波数ｆｒ（Ａ）と反共振周波数ｆａｒ（Ａ）の間隔を変えることができる。このとき、直列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ａ）と並列薄膜圧電共振器の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）がほぼ一致したままであれば、フィルタの中心周波数を動かさずに帯域幅だけを可変とすることが可能になる。
【０１５２】
電圧の印加する向きとして、強誘電体薄膜の分極が増加する向きを選べば、強誘電体薄膜の電気機械結合定数が増加し、その結果共振周波数と反共振周波数の間隔は広がる。従って、帯域通過フィルタの通過帯域幅を大きくすることが可能となる。
【０１５３】
なお、分極を大きくする向きに電圧を印加すると、弾性定数も変化し共振周波数が変化してしまう。従って、帯域幅が変化すると同時にフィルタの中心周波数も変化してしまう。このような場合は、例えば弾性定数の電圧依存性が圧電定数の電圧依存性に比べて小さい強誘電体材料を用いればよい。その一例として、例えば、若干配向に乱れをもつような強誘電体膜を用いることが好ましい。ただし配向半値幅が大きすぎると、逆に電圧を印加しても電気機械結合係数が十分に増加しないので、配向半値幅は０．５°以下であることが望ましい。また、強誘電体膜はエピタキシャル成長した膜を使用することが好ましい。
【０１５４】
こうすることで分極方向が多少乱れている場合、電圧を印加して分極が揃った場合の圧電性の変化が非常に大きく、周波数変化が無視できる電圧範囲で帯域幅を可変とすることが可能になる。
【０１５５】
図２１に、本実施形態に関わる通過周波数帯域の幅を可変する帯域幅可変フィルタを説明する。
【０１５６】
図２１に示すように、この帯域幅可変フィルタは、第１の導線１６に２個の直列薄膜圧電共振器１１−１、１１−２が直列に接続されている。第２の導線１７に２個の直列薄膜圧電共振器１１−３、１１−４が接続されている。第１の導線１６と第２の導線１７の間に４個の並列薄膜圧電共振器１２が接続されている。
【０１５７】
直列薄膜圧電共振器１１−１及び直列薄膜圧電共振器１１−２の間には、制御電圧入力端子１３が接続されている。同様に、直列薄膜圧電共振器１１−３及び直列薄膜圧電共振器１１−４の間にも、制御電圧入力端子１３が接続されている。
【０１５８】
この帯域幅可変フィルタの動作原理を、図２２を用いて説明する。図２２（ａ）は電圧無印加時の直列薄膜圧電共振器１１の共振特性Ａ及び並列薄膜圧電共振器１２の共振特性Ｂを示す。（ａ）に示すように、直列薄膜圧電共振器１１の共振周波数ｆｒ（Ａ）（下側のピーク位置）と並列薄膜圧電共振器１２の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）（上側のピーク位置）が一致するように組み合わせている。このとき直列薄膜圧電共振器１１の反共振周波数のピーク位置と並列薄膜圧電共振器１２の反共振周波数のピーク位置の間隔はΔｆ／２である。
【０１５９】
図２２（ｃ）は、この電圧無印加時のフィルタの通過特性である。（ｃ）に示すように、電圧無印加時には、通過帯域幅がΔｆの帯域通過フィルタ特性を示している。
【０１６０】
次に、図２１の回路において、制御電圧入力端子１３に電圧を印加する。直列薄膜圧電共振器１１及び並列薄膜圧電共振器１２の全てに対して同一の電圧が印加され、その向きは強誘電体の分極方向と同じ向きである。
【０１６１】
強誘電体膜は、電極無印加時には若干のばらつきをもっていた分極が、全て同一の方向を向くようになり、結合定数が増加する。
【０１６２】
したがって図２２（ｂ）に示すように、直列薄膜圧電共振器１１及び並列薄膜圧電共振器１２の反共振周波数ｆａｒ（Ａ），ｆａｒ（Ｂ）の間隔が広がる。この場合直列薄膜圧電共振器１１及び並列薄膜圧電共振器１２の共振周波数ｆｒ（Ａ），ｆｒ（Ｂ）の間隔も広がっている。ここで直列薄膜圧電共振器１１の共振周波数ｆｒ（Ａ）と並列薄膜圧電共振器１２の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）は一致したまま移動するように制御する。
【０１６３】
この場合、共振周波数も変化してしまうが、分極がわずかに乱れた強誘電体配向膜を圧電体膜として用いることで、共振周波数の電圧依存性よりも結合定数の電圧依存性の方がはるかに大きくなるので、実質的に問題は生じない。
【０１６４】
こうすることで図２２（ｄ）に示すように、通過する周波数帯幅がΔｆ＋Δｆ′の帯域通過特性を示すフィルタとなる。すなわち電圧印加後のフィルタの通過帯域は、電圧無印加時よりもΔｆ′だけ広がることになる。
【０１６５】
このようにしてフィルタ回路を構成したところ、制御電圧で通過帯域幅を可変にできる帯域通過フィルタを構成することができた。このようにして構成された帯域幅可変フィルタは、使用帯域幅の異なる複数のシステムを切り替えることや、情報量に応じて帯域幅を変えて対応するシステム（ＣＤＭＡ２０００など）で使用することが可能である。
【０１６６】
このように、同一のフィルタ回路で帯域幅を可変にすることができれば、伝送する情報量に応じてチャネルの周波数帯域幅を変えるという今後の移動体通信で必須とされるフィルタ機能が一つの回路で実現できることになり、実用上極めて有用である。
【０１６７】
（実施形態４）
本実施形態では、図２３，図２４により通過帯域内のリップル形状やリップル位置を可変する可変フィルタを説明する。本実施形態においても薄膜圧電共振器は、実施形態１で説明したものと同一の工程により作製することができる。
【０１６８】
本実施形態の可変フィルタは、図２４（ａ）に示すように、電圧無印加時には、直列薄膜圧電共振器（特性Ａ）の共振周波数ｆｒ（Ａ）と並列薄膜圧電共振器（特性Ｂ）の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）を一致させる。このときある周波数を通過する帯域特性を持つ。次に、直列薄膜圧電共振器及び並列薄膜圧電共振器の少なくとも一方に制御電圧を印加することで、直列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆａ（Ａ）と並列薄膜圧電共振器の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）の間隔を変化させることにより、通過帯域内のリップルの位置や形状を可変とすることができる。
【０１６９】
また、図２４（ｂ）のように、電圧印加時には、直列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ａ）と並列薄膜圧電共振器の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）を一致させる。このときある周波数を通過する帯域特性を持つ。次に、直列薄膜圧電共振器及び並列薄膜圧電共振器の少なくとも一方に制御電圧を変化或いは無印加にすることで、直列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ａ）と並列薄膜圧電共振器の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）の間隔を変化させることにより、通過帯域内のリップルの位置や形状を可変とすることができる。
【０１７０】
こうすることで、例えば、通過帯域内にリップルが存在し、部分的にシステム要求よりも挿入損失が大きい帯域が存在したとしても、通過帯域内の使用チャネルだけは挿入損失が小さくなるように薄膜圧電共振器に電圧を印加して強誘電体を使用した直列薄膜圧電共振器の共振周波数と並列薄膜圧電共振器の反共振周波数をずらし、また別のチャネルを用いて通信を行なうときには該当するチャネルの挿入損失が小さくなるようなリップル形状になるように制御電圧を変化させるので、多少のリップルが存在してもフィルタとして使用可能になる。
【０１７１】
このような可変フィルタは、フィルタの可変特性を向上させるような材料を選択すると、フィルタの挿入損失が若干大きくなる場合があるが、リップル位置や形状を可変とすることで、従来は適用が難しいと考えられていた材料でも可変性を活かしたフィルタとして利用することが可能になり、材料選択の幅が広がるというメリットが得られる。また、挿入損失を小さくできる材料を用いても、リップルのないフィルタを構成した場合の最小挿入損失よりも、リップルの存在を許容しても使用チャネルだけは挿入損失が小さくなるように共振器を組み合わせる方が、最小挿入損失は小さくできるという利点がある。
【０１７２】
図２３に、本実施形態に関わるリップル形状やリップル位置を可変にする可変フィルタを説明する。
【０１７３】
図２３に示すように、この可変フィルタは、第１の導線１６に３個の直列薄膜圧電共振器１１が直列に接続されている。第１の導線１６と第２の導線１７の間に２個の並列薄膜圧電共振器１２が接続されている。
【０１７４】
第１の導線１６の直列薄膜圧電共振器１１の全ての電極に制御電圧入力端子１３−１が抵抗１８を介して接続されている。
【０１７５】
制御電圧は並列薄膜圧電共振器１２にのみ印加され、直列薄膜圧電共振器１１には電圧が印加されないようになっている。
【０１７６】
このリップル形状やリップル位置を可変にする可変フィルタの動作原理を、図２４を用いて説明する。図２４（ａ）は電圧無印加時の直列薄膜圧電共振器１１のは共振特性Ａ及び並列薄膜圧電共振器１２の共振特性Ｂを示す。図２４（ａ）に示すように、直列薄膜圧電共振器１１の共振周波数ｆｒ（Ａ）（下側のピーク位置）と並列薄膜圧電共振器１２の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）（上側のピーク位置）が一致するように組み合わせている。
【０１７７】
図２４（ｃ）は、この電圧無印加時のフィルタの通過特性である。図２４（ｃ）に示すように、電圧無印加時には、リップルのない帯域通過フィルタ特性を示している。この場合帯域の中心にもっとも挿入損失の小さい領域が存在し、真中の２本のｃｈ２及びｃｈ３が通過する。
【０１７８】
次に、図２３の回路において、制御電圧入力端子１３に電圧を印加する。こうすると図２４（ｂ）に示すように、直列薄膜圧電共振器１１の共振周波数ｆｒ（Ａ）と並列薄膜圧電共振器１２の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）を僅かにずらす。すると図２４（ｄ）のように、通過周波数の端の位置にリップルが存在する特性となる。
【０１７９】
このように並列薄膜圧電共振器１２の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）と直列薄膜圧電共振器１１の共振周波数ｆｒ（Ａ）において挿入損失が極小となる通過特性をもつフィルタが構成できる。例えば、このリップル可変帯域通過フィルタの通過帯域内に４個のチャネルが存在する場合、図２４（ｃ）のような特性を示すときは４個のチャネルのうち真中の二つの帯域のチャネル（ｃｈ２とｃｈ３）が使用でき、図２４（ｄ）のような特性を示すときは４個のチャネルのうち上下二つの帯域のチャネル（ｃｈ１とｃｈ４）が使用できる。
【０１８０】
このようにしてリップル形状可変帯域通過フィルタ回路を構成したところ、リップルが存在せず、使用チャネルの全てに対して常に挿入損失が要求の値以下である帯域通過フィルタを作るよりは、多少のリップルがあったとしても、使用しているチャネルだけは挿入損失が少なくなるようなリップル形状になる可変フィルタの方が、使用チャネルの挿入損失を小さく抑えることができ、またある程度の特性のばらつきを電圧制御により抑えることが可能になるので、実用上そのメリットは大きい。
【０１８１】
（実施形態５）
本実施形態では、図２５，図２６により遮断周波数やその帯域幅を可変とする帯域遮断フィルタを説明する。本実施形態においても薄膜圧電共振器は、実施形態１で説明したものと同一の工程により作製することができる。
【０１８２】
この帯域遮断フィルタは、図２６（ｂ）に示すように、電荷無印加時に、直列薄膜圧電共振器（特性Ａ）の反共振周波数ｆａｒ（Ａ）と、並列薄膜圧電共振器（特性Ｂ）の共振周波数ｆｒ（Ｂ）とを一致させている。このときはある周波数帯を遮断する遮断フィルタとなっている。
【０１８３】
次に、電圧を印加することによって、直列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ａ）及び反共振周波数ｆａｒ（Ａ）と、並列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ｂ）及び反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）が、共に上昇或いは共に降下することにより、阻止帯域の中心周波数が可変となる。
【０１８４】
電圧印加時に直列薄膜圧電共振器の反共振周波数ｆａｒ（Ａ）と、並列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ｂ）とを一致させ、電圧を変化或いは無印加にして、直列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ａ）及び反共振周波数ｆａｒ（Ａ）と、並列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ｂ）及び反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）が、共に上昇或いは共に降下してもよい。
【０１８５】
また、電圧を印加することによって、直列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ａ）と反共振周波数ｆａｒ（Ａ）の間隔及び並列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ｂ）と反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）の間隔を変化させることにより、通過帯域幅を可変とする。
【０１８６】
このような構成を用いると、キャパシタンスの大きい方を直列薄膜圧電共振器として、キャパシタンスの小さい方を並列薄膜圧電共振器として用いることで、電圧を印加して直列薄膜圧電共振器の共振周波数と並列薄膜圧電共振器の反共振周波数をともに上昇させれば中心周波数も上昇し、電圧を印加して直列薄膜圧電共振器の共振周波数と並列薄膜圧電共振器の反共振周波数をともに低下させれば中心周波数も低下するため、遮断周波数を可変とする帯域通過フィルタを構成することができる。
【０１８７】
また、強誘電体薄膜の分極が増加する向きに電圧を印加して、その結果強誘電体薄膜の電気機械結合定数が増加すると、直列もしくは並列薄膜圧電共振器の共振−反共振周波数の間隔が広がるので、帯域遮断フィルタの遮断帯域幅を大きくすることが可能となる。
【０１８８】
帯域外の妨害波の周波数が変化した場合や、妨害波の存在する周波数範囲が変化した場合にも、単一のノッチフィルタ回路構成で妨害波を除くことができ、フィルタ回路の小型化に特に有利である。
【０１８９】
図２５は、遮断周波数可変フィルタを非平衡な梯子型フィルタで構成した場合の回路例である。図２５において、遮断周波数可変フィルタは、第１の導線１６に２個の直列薄膜圧電共振器１１が直列に接続されている。第１の導線１６と第２の導線１７の間に１個の並列圧電共振器１２が並列に接続されている。直列薄膜圧電共振器１１の間に制御電圧入力端子１３−１が接続されている。 こうすることで、制御電圧を直列薄膜圧電共振器１１及び並列薄膜圧電共振器１２に等しく印加することが可能となる。
【０１９０】
この可変高周波フィルタは、直列薄膜圧電共振器１１に共振周波数ｆｒ（Ａ）が低く、インピーダンスが小さいもの、並列薄膜圧電共振器１２には共振周波数ｆｒ（Ｂ）が高く、インピーダンスが大きいものを用いる。
【０１９１】
図２６（ａ）に示すように、直列薄膜圧電共振器１１の反共振周波数ｆａｒ（Ａ）と、並列薄膜圧電共振器１２の共振周波数ｆｒ（Ｂ）が一致している。
【０１９２】
図２６（ｂ）に示すように、直列薄膜圧電共振器１１の反共振周波数と並列薄膜共振器１２の共振周波数が一致するようにすれば、この一致する周波数の位置が遮断周波数となる帯域遮断特性が得られる。図はノッチ特性を示しており、遮断周波数１．７７ＧＨｚで−６０ｄＢの減衰になっている。
【０１９３】
さらに、直列薄膜圧電共振器１１と並列薄膜圧電共振器１２が同じ方向に共振周波数がシフトするように制御電圧を印加すれば、遮断周波数が可変となる帯域遮断フィルタを構成することができる。
【０１９４】
このようにして遮断周波数可変フィルタ回路を構成し、さらに帯域通過フィルタを同じ強誘電体配向膜からなる薄膜圧電共振器で同一基板上に形成し、直列に接続したところ、所望波を通過させ、妨害波を除去するとともに、妨害波の周波数帯が多少変動しても、変動を検知して適当な制御電圧を遮断周波数可変フィルタに印加する回路を付加することで、妨害波が変動してもフィルタ後段のアンプが飽和することなく動作させることができた。
【０１９５】
また、このようなノッチ位置可変ノッチフィルタ回路を使用することにより、例えばＷ−ＣＤＭＡの受信帯域である２１１０〜２１７０ＭＨｚ帯の前後にＰＨＳ（１９００ＭＨｚ前後）、無線ＬＡＮ（２．４ＭＨｚ）の帯域が存在しているので、これらの妨害波の位置に遮断周波数を合わせ、また妨害波のチャネルが変わった時にも遮断周波数を動かして妨害波に追随させる、といった動作が可能になった。
【０１９６】
（実施形態６）
図２７から図３０で示す本実施形態は、帯域通過特性と全域遮断特性とを電圧制御で切り替えることのできるスイッチングフィルタに関するものである。本実施形態においても薄膜圧電共振器は、実施形態１で説明したものと同一の工程により作製することができる。
【０１９７】
このスイッチングフィルタは、図３０（ａ）のように、直列薄膜圧電共振器（特性Ａ）の共振周波数ｆｒ（Ａ）と並列薄膜圧電共振器（特性Ｂ）の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）とが一致したときに得られる帯域通過特性（図３０（ｃ））と、直列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ａ）と並列薄膜圧電共振器の共振周波数ｆｒ（Ｂ）とが一致したときに得られる全域阻止特性（図３０（ｄ））とを、直列薄膜圧電共振器或いは並列薄膜圧電共振器の少なくとも一方に前記制御電圧を印加することにより切り替え可能である。
【０１９８】
このような構成を用いると、直列薄膜圧電共振器の共振周波数と、並列薄膜圧電共振器の反共振周波数とが一致したときに得られる帯域通過特性（図３０（ｃ））と、前記強誘電体を使用した直列薄膜圧電共振器の共振周波数と、並列薄膜圧電共振器の共振周波数とが一致したときに得られる全域阻止特性（図３０（ｄ））とを、制御電圧だけで切り替えることができる。ここで、フィルタは常時接続されており、使用されているシステムに対応するフィルタのみ通過特性を示し、それ以外のフィルタは全域阻止特性を示すため、ＰＩＮダイオードのように切り替えのために挿入されたスイッチング素子で生じる損失がなく、挿入損失の少ないフィルタが構成できるとともに、オンオフの動作が能動素子を含まないため、受動素子を集積したモジュールのみを使用すればよく、極めて小さい面積で切り替え手段が実現できるという実用上大きな利点がある。
【０１９９】
図２７は、本実施形態に係わる帯域外減衰量切り替えフィルタを、スイッチングフィルタを用いて構成したブロック図を示す。
【０２００】
この帯域外減衰量切り替えフィルタは第１、第２、第３のスイッチングフィルタ３３、３４，３５を具備し、それらは常時接続されている。
【０２０１】
図２８に示すように、この３つのスイッチングフィルタは、例えばフィルタの段数を変えるなどの方法により、それぞれ帯域外減衰量Ｆ３３，Ｆ３４，Ｆ３５が異なる値となっている。
【０２０２】
図２９に、帯域外減衰量Ｆ３３ならびに挿入損失が最も小さい第１のスイッチングフィルタ３３の回路例を示す。
【０２０３】
図２９は、平衡な格子型フィルタからスイッチングフィルタを構成した例で、第１の導線１６及び第２の導線１７にそれぞれ１個ずつの直列薄膜圧電共振器１１が直列に接続されている。第１の導線１６と第２の導線１７の間に２個の並列薄膜圧電共振器１２が並列に接続されている。第１の導線１６の直列薄膜圧電共振器１１の両端の電極には制御電圧入力端子１３が抵抗１８を介して接続されている。こうすることで、制御電圧は並列薄膜圧電共振器１２にのみ印加され、直列薄膜圧電共振器には電圧が印加されないようになっている。
【０２０４】
次に、図３０を用いて、このスイッチングフィルタの動作原理を説明する。図３０（ａ）は、並列薄膜圧電共振器（特性Ｂ）１２の反共振周波数ｆａｒ（Ｂ）と直列薄膜圧電共振器（特性Ｂ）１１の共振周波数ｆｒ（Ａ）を一致させた場合のそれぞれの共振特性である。図３０（ｃ）に示すように、このときのフィルタの特性は、帯域通過フィルタ特性を示す（スイッチ“オン″に対応）。
【０２０５】
次に、図２９の回路の制御電圧入力端子１３に＋Ｖの電圧を印加すると、２個の並列薄膜圧電共振器１２にのみ電圧が印加される。例えば電圧印加に伴い弾性定数が増加したとすると、二つの並列薄膜圧電共振器１２の共振周波数は上昇する。
【０２０６】
図３０（ｂ）に示すように、制御電圧を変えて直列薄膜圧電共振器１１及び並列薄膜圧電共振器１２の共振周波数ｆｒ（Ａ），ｆｒ（Ｂ）を一致させると、フィルタの特性は図３０（ｄ）のような全ての周波数帯にわたって阻止特性を示すようになる（スイッチ“オフ″に対応）。
【０２０７】
このように、制御電圧を変えるだけで、帯域通過特性と全域遮断特性を切り替えることができ、並列に接続してもＰＩＮダイオードのような選択手段を介さなくて済むので、挿入損失が一切増加しないというメリットがある。
【０２０８】
図２７では、このような第１のスイッチングフィルタ３３、第２のスイッチングフィルタ３４及び第３のスイッチングフィルタ３５を３つ並列に接続したものを示す。このとき第１のスイッチングフィルタ３３、第２のスイッチングフィルタ３４及び第３のスイッチングフィルタ３５のフィルタの段数は全て異なるようにしておく、第１のスイッチングフィルタ３３には第１の電圧印加端子３６から電圧が印加出来るようにしておく。第２のスイッチングフィルタ３４には第２の電圧印加端子３７から電圧が印加出来るようにしておく。第３のスイッチングフィルタ３５には第３の電圧印加端子３８から電圧が印加出来るようにしておく。３１は信号入力端子、３２は信号出力端子である。
【０２０９】
また、図２８に、このときの帯域外減衰量切り替えフィルタの通過特性を示す。図２８から分かるように、フィルタを構成する直列薄膜圧電共振器と並列薄膜圧電共振器の組み合わせからなるフィルタの段数が少ない場合、挿入損失は少ないものの帯域外減衰量の小さい通過特性となる。一方フィルタの段数が多い場合、帯域外減衰量は大きいものの挿入損失もそれに応じて大きい通過特性となる。
【０２１０】
所望波に対して近くに妨害波が存在しない場合は、帯域外減衰量は少なくてもよく、むしろ挿入損失を少なくすることが後段のアンプの負担を減らすためにも必要となるので第１のフィルタ３３をスイッチングフィルタで選択し、逆に妨害波が存在する場合は、挿入損失が例え大きくとも、帯域外減衰量を大きくして後段のアンプが飽和しないようにすることが要求されるので第２のフィルタ３４を選択して使用する。妨害波の強度が極めて大きい場合は、さらに帯域外減衰量の大きい第３のフィルタ３５を選択して使用する。
【０２１１】
このように、帯域外減衰量と挿入損失のトレードオフを回避するために、容易に小型化できる強誘電体配向膜を用いた薄膜圧電共振器から構成されるフィルタを損失の少ないスイッチ手段で切り替えて使用することで、妨害波の有無によってそれぞれ最適化されたフィルタ回路を使用できるようになった。また、スイッチ手段がフィルタ回路と同じ薄膜受動素子基板上に集積化できるため、極めてサイズの小さいフィルタモジュールが作製可能となった。
【０２１２】
（実施形態７）
図３１，３２に示す本実施形態では、上記した各実施例の可変フィルタを組み合わせた可変フィルタに関するものである。すなわち上記した通過帯域の中心周波数、通過帯域幅、リップル位置或いはリップル形状、ノッチ位置或いは遮断帯域幅を可変とする可変フィルタを複数用いて所望の可変帯域通過フィルタを形成することができる。こうすることでそれぞれ単独の特性可変フィルタでは実現が難しい大きな可変幅をもつフィルタを形成することもできる。
【０２１３】
例えば、フィルタ回路を図１９で説明した実施例の中心周波数可変フィルタの直列接続で用い、電圧を印加することにより、前段の周波数可変フィルタの中心周波数を上昇させ、後段の周波数可変フィルタの中心周波数を低下させれば、帯域幅を狭くすることができる。
【０２１４】
また、前段と後段の中心周波数をあらかじめ異なる周波数に設定して、重なる部分だけをフィルタをして用いて、前段と後段の中心周波数を電圧印加により同じ方向に動かせば、通過帯域に比べて中心周波数の変化する割合を大きく取ることができ、より多くのシステムに特性可変フィルタを適用することができるようになり、実用上極めて有利である。
【０２１５】
図３１に、帯域幅可変フィルタを２個の中心周波数可変フィルタの直列接続により実現した回路を示す。図３１において、この直列型帯域幅可変フィルタは、第１の導線１６に２個の直列薄膜圧電共振器１１−１、１１−２が直列に接続されている。第２の導線１７に２個の直列薄膜圧電共振器１１−３、１１−４が直列に接続されている。第１の導線１６と第２の導線１７の間に４個の並列薄膜圧電共振器１２が並列に接続されている。
【０２１６】
第１の導線１６の第１の直列薄膜圧電共振器１１−１と第２の直列薄膜圧電共振器１１−２の間には、制御電圧入力端子１３が接続されている。同様に、第２の導線１７の第３の直列薄膜圧電共振器１１−３と第４の直列薄膜圧電共振器１１−４の間にも、制御電圧入力端子１３が接続されている。便宜上、制御電圧入力端子１３から入力端子１４側のフィルタを第１のフィルタ、制御電圧入力端子１３から出力端子１５側のフィルタを第２のフィルタと以下呼ぶことにする。
【０２１７】
図３２を用いて、この帯域幅可変フィルタの動作原理を説明する。図３２（ａ）は、電圧無印加時の第１のフィルタの通過特性Ｆ１及び第２のフィルタＦ２の通過特性を示したものである。第１のフィルタ及び第２のフィルタは、通過帯域がΔｆだけ重なるように設計されている。
【０２１８】
図３２（ｂ）に示すように、第１のフィルタ及び第２のフィルタを直列に接続した帯域通過フィルタの特性Ｆ３は帯域幅Δｆの帯域通過フィルタ特性である。
【０２１９】
次に、図３２（ｂ）に示すように、制御電圧を印加して薄膜圧電共振器の共振周波数を変化させることにより、第１のフィルタの通過域を低周波側にΔｆ′シフトさせ、第２のフィルタの通過域を高周波側にΔｆ′シフトさせる。
【０２２０】
図３２（ｄ）に示すように、帯域通過フィルタの特性Ｆ４は帯域幅がΔｆ＋２Δｆ′になり、２Δｆ′だけ広がることになる。このようにして、外部から加えた制御電圧により帯域幅を可変とすることができる。
【０２２１】
このような構成を実現するには実際には以下のように設計すればよい。第１のフィルタは第２のフィルタよりも低周波側に通過域をもつものとすると、第１のフィルタを構成する４つの薄膜圧電共振器は、第２のフィルタを構成する４つの薄膜圧電共振器よりも電極膜厚を大きくして、共振周波数を低下させなければならない。
【０２２２】
この場合、制御電圧入力端子に正の電圧を印加すると、第１のフィルタを構成する４つの薄膜圧電共振器には分極方向と同じ向きに電界が印加され、逆に第２のフィルタを構成する４つの薄膜圧電共振器には分極方向と逆向きに電界が印加される。従って、制御電圧を印加することで、第１のフィルタが例えば高周波側にシフトしたとすると、このとき第２のフィルタは逆に低周波側にシフトする。また、第１のフィルタが例えば低周波側にシフトしたとすると、このとき第２のフィルタは逆に高周波側にシフトする。つまり、このような構成の回路を作製すれば、制御電圧印加にともなって第１のフィルタと第２のフィルタが逆向きにシフトするため、両者の重なっている部分、すなわち通過帯域が広がったり狭まったりする。
【０２２３】
以上の説明で分かるように、図３１で示したようなフィルタ回路は、図３２で説明した動作原理に基づく帯域幅可変フィルタを作製することができる。この方法では、実質的に一つのフィルタ回路に制御電圧入力端子を付け加えるだけで帯域幅可変フィルタが構成できたので、従来の薄膜圧電共振器を用いたフィルタ回路の設計技術、プロセス技術がともに活用でき、さらに同一の基板上に全て形成可能であることから、極めて小さいフィルタモジュールが実現できた。
【０２２４】
この帯域幅可変フィルタは、例えばマルチキャリア方式を採用しているＣＤＭＡ２０００のように、通常１キャリアあたり１．２５ＭＨｚである帯域幅を、高速性が要求される場合にのみ複数のキャリアを用いて、２．５ＭＨｚや３．７５ＭＨｚの帯域幅に変えるシステムにおいて特に有効である。このような大きな帯域幅の変化を要するシステムでは、可変幅を大きく取れるので有利である。また、通常チャネル幅は数ＭＨｚであり、１０％以上もの結合定数をもつ強誘電体配向膜を圧電体とした薄膜圧電共振器では帯域幅が広すぎて、作製するのが困難であるが、本実施例に見られるような、帯域幅の広いフィルタを二つ直列に接続して帯域幅の狭いフィルタを構成する手法を用いれば、帯域幅の狭い帯域幅可変フィルタが構成できる。
【０２２５】
（実施形態８）
図３３に、本実施形態の可変フィルタの回路図を示す。これは２個の中心周波数可変フィルタの直列接続により実現した回路例である。
【０２２６】
図３３において、帯域幅可変フィルタは、第１の導線１６に２個の直列薄膜共振器１１−１、１１−２が直列に接続されている。第２の導線１７に２個の直列薄膜圧電共振器１１−３、１１−４が直列に接続されている。第１の導線１６と第２の導線１７の間に４個の並列薄膜圧電共振器１２が並列に接続されている。
【０２２７】
第１の導線１６の第１の直列薄膜圧電共振器１１−１と第２の直列薄膜圧電共振器１１−２の間には、制御電圧入力端子１３が接続されている。同様に、第２の導線１７の第３の直列薄膜圧電共振器１１−３と第４の直列薄膜圧電共振器１１−４の間にも、制御電圧入力端子１３が接続されている。
【０２２８】
回路上は図２１の２段の中心周波数可変フィルタと全く同一であるが、以下述べるように、電圧無印加時の通過特性が異なる。
【０２２９】
図３４を用いて、この帯域幅可変フィルタの動作原理を説明する。便宜上、図２２の制御電圧入力端子１３よりも入力端子１４側を第１の中心周波数可変フィルタ、出力端子１５側を第２の中心周波数可変フィルタと呼ぶことにする。
【０２３０】
図３４（ａ）は、電圧無印加時の第１及び第２の中心周波数可変フィルタの通過特性Ｆ５、Ｆ６を示したものである。それぞれの通過特性は、帯域幅はほぼ同じであるが、重なっている周波数帯がチャネル一つ分と同じになっている。
【０２３１】
図３４（ｃ）に示すように、第１及び第２の中心周波数可変フィルタを直列に接続した場合に、チャネル一つ分が通過帯域幅となるような帯域通過フィルタの特性Ｆ７が構成できるように調整してある。本例ではチャネル１に一致する。
【０２３２】
図３４（ｂ）に示すように、このような中心周波数可変フィルタに電圧を印加して、それぞれの通過帯域をΔｆ′だけ高周波側にずらすと、図３４（ｄ）に示すように、通過域のチャネルもΔｆ′だけ高周波側にシフトし、フィルタ特性Ｆ８となり、本例ではチャネル４に一致する。
【０２３３】
通常の方法では、強誘電体のように結合定数の大きい圧電材料では、１チャネルを選択するような帯域幅の狭いフィルタを構成し、かつそれを数チャネル分動かすのは困難であった。なぜならば、強誘電体配向膜のように可変幅が大きい材料は結合定数も大きく、逆に結合定数が小さい材料は可変幅が極めて狭く、中心周波数可変フィルタを作製できないというトレードオフの関係があるからである。
【０２３４】
しかし、本実施形態で説明したような２段の中心周波数可変フィルタを構成すれば、強誘電体のもつ大きなチューナビリティを活かしつつ、帯域幅の狭いチャネルフィルタを作製することができ、実用上の価値は極めて大きい。
【０２３５】
本発明では、図３５に示すように、縦続接続された複数のフィルタ単位４１，４２の間に、アイソレータ或いはバッファアンプ４３を接続することができる。こうすることで直列薄膜圧電共振器のフィルタの前段と後段との間で、インピーダンスの不整合に起因する通過特性の低下を抑制することができ、実用上特に利用価値が高い。符号４４は可変電圧回路を示す。
【０２３６】
また、可変高周波フィルタを少なくとも２個以上スイッチを介して並列に接続し、スイッチによりフィルタを選択することにより、通過帯域の中心周波数、通過帯域幅、リップル位置或いはリップル形状、ノッチ位置或いは遮断帯域幅、帯域外減衰量、通過損失を可変とすることができる。
【０２３７】
こうすると単一の可変フィルタ或いは複数の可変フィルタの直列接続で実現できる可変範囲よりも、さらに広い可変範囲をもつ特性可変フィルタが得られるという利点がある。
【０２３８】
例えば、挿入損失が少ないが帯域外減衰量も大きくない第１の特性の可変フィルタと、挿入損失は大きいが帯域外減衰量が大きい第２の特性の可変フィルタを並列に接続すれば、妨害波が存在しない場合には第１の可変フィルタを使用し、妨害波が出現した場合には第２の可変フィルタに切り替えて使用することで、フィルタ後段のアンプが飽和するのを避けることが可能となる。
【０２３９】
また、周波数可変チャネル選択フィルタを構成する場合、９００ＭＨｚ帯と２ＧＨｚ帯のチャネル選択フィルタを一つのフィルタ或いは直列に接続された可変フィルタで実現することは困難であるが、別々に構成して並列接続すれば用意に作製可能である。
【０２４０】
また、特に並列された可変フィルタの選択手段として実施形態１で説明したスイッチングフィルタを使用すれば、挿入損失も小さく実用上のメリットは極めて大きい。
【０２４１】
また、可変フィルタに用いる薄膜圧電共振器に使用する強誘電体として、単結晶或いは配向した強誘電体が０．１°以上５°以下の配向半値幅を有することが好ましい。
【０２４２】
本来、理想的な強誘電体では、電圧を印加しない場合でも分極が位置方向に揃っているが、適度に欠陥などが導入されていたり、格子定数がばらついたりしていると、電圧を印加しない場合は分極が揃っていない領域が膜中に形成される。このような領域もわずかに電圧を印加すれば分極が揃い、結合定数が大きく変化する。従って、印加電圧に対して材料定数の変化率を大きく取るためには、理想的な単結晶の強誘電体よりもわずかに配向が乱れていたほうが好ましい。
【０２４３】
詳細に実験を行なった結果、Ｘ線回折により得られた配向半値幅が０．１°以上であれば、実用上必要な結合定数の電圧依存性を得ることができる。しかしながら配向半値幅が大きすぎると、逆に電圧を印加しても電気機械結合係数か十分に増加しないという問題がある。詳細に実験を行った結果、Ｘ線回析により得られた配向半値幅が０．１°以上であれば、電気機械結合係数などの材料定数は電圧印加により大きく変化し、配向半値幅が５°以下であれば電圧印加時に十分大きな結合定数を得ることができる。したがって、配向半値幅は０．１°以上５°以下であることが望ましい。
【０２４４】
薄膜圧電共振器の圧電体膜としてチタン酸バリウムを用いることが好ましい。
【０２４５】
チタン酸バリウムは、電気機械結合定数が約２０％と大きく、また弾性定数や結合定数の電圧依存性が他の圧電材料に比べて大きく、さらに高周波帯における誘電率も２００以上とＡｌＮやＺｎＯに比べると遥かに大きいため、上述したような特性可変フィルタや小型切り替え式フィルタを構成するのに特に適している。また、ＰＺＴと違い、熱力学的に安定でかつ有害な金属を含まないので、実用上特に有望な材料である。
【０２４６】
【発明の効果】
本発明によれば、適当な外部制御手段を用いて通過特性を可変にできる新たな高周波フィルタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフィルタ回路に用いるバルク弾性波を利用する強誘電圧体を使用した薄膜圧電共振器の一例の断面図。
【図２】本発明のフィルタ回路に用いるバルク弾性波を利用する強誘電圧体を使用した薄膜圧電共振器の他の例の断面図。
【図３】本発明のフィルタ回路に用いるバルク弾性波を利用する強誘電圧体を使用した薄膜圧電共振器のさらに他の例の断面図。
【図４】バルク弾性波を利用する強誘電圧体を使用した薄膜圧電共振器の等価回路。
【図５】バルク弾性波を利用する強誘電圧体を使用した薄膜圧電共振器の周波数特性を示す図。
【図６】（ａ）は本発明の実施例のスイッチングフィルタの回路図、（ｂ）は同フィルタのインピーダンスの絶対値の周波数特性図。
【図７】前記スイッチングフィルタの一例の帯域通過特性図。
【図８】前記スイッチングフィルタの一例の全域阻止特性図。
【図９】本発明の他の実施例のスイッチングフィルタを示し平衡梯子型フィルタで構成される回路図。
【図１０】本発明の他の実施例のスイッチングフィルタを示し平衡格子型フィルタで構成される回路図。
【図１１】図９に示す実施例の具体的な回路図。
【図１２】本発明の他の実施例のスイッチングフィルタにおける平衡梯子型フィルタの回路図。
【図１３】図１０に示す実施例の具体的な回路図。
【図１４】本発明の他の実施例のスイッチングフィルタにおける平衡格子型フィルタの回路図。
【図１５】本発明の他の実施例のスイッチングフィルタにおける平衡梯子型フィルタの回路図。
【図１６】本発明の他の実施例のスイッチングフィルタにおける非平衡梯子型フィルタの回路図。
【図１７】本発明の他の実施例のスイッチングフィルタにおける非平衡梯子型フィルタの回路図。
【図１８】（ａ）は 本発明の実施例に用いる、バルク弾性波を利用する強誘電圧体を使用した薄膜圧電共振器の具体的な製造方法を説明するための断面図、（ｂ）は（ａ）の共振器の可変電圧印加に対する共振周波数および反共振周波数の変化を示す曲線図。
【図１９】本発明の他の実施例に係わる中心周波数可変フィルタの回路図。
【図２０】（ａ）乃至（ｄ）は図１９で説明した実施例に係わる中心周波数可変フィルタの動作原理を説明する図で、（ａ）及び（ｂ）は共振器のインピーダンス特性、（ｃ）及び（ｄ）は通過特性。
【図２１】本発明の他の実施例に係わる帯域幅可変フィルタの回路図。
【図２２】（ａ）乃至図（ｄ）は図２１で説明した実施例に係わる帯域幅可変フィルタの動作原理を説明する図で、（ａ）及び（ｂ）は共振器のインピーダンス特性、（ｃ）及び（ｄ）は通過特性。
【図２３】本発明の他の実施例に係わるリップル形状可変フィルタの回路図。
【図２４】（ａ）乃至（ｄ）は図２３で説明した実施例に係わるリップル形状可変フィルタの動作原理を説明する図であり、（ａ）及び（ｂ）は共振器のインピーダンス特性、（ｃ）及び（ｄ）は通過特性。
【図２５】本発明の他の実施例に係わる周波数可変帯域遮断フィルタの回路図。
【図２６】（ａ）および（ｂ）は図２５で説明した実施例に係わる周波数可変帯域遮断フィルタの動作原理を説明する図であり、（ａ）はインピーダンス特性、（ｂ）は通過特性。
【図２７】本発明の他の実施例に係わる帯域外減衰量切り替えフィルタのブロック図。
【図２８】図２７の実施例に係わる帯域外減衰量切り替えフィルタを構成するスイッチングフィルタの通過特性。
【図２９】図２７の実施例に係わる帯域外減衰量切り替えフィルタのスイッチングフィルタの回路図。
【図３０】（ａ）乃至（ｄ）は図２９の実施例の帯域外減衰量切り替えフィルタを構成するスイッチングフィルタの動作原理を説明する図であり、（ａ）及び（ｂ）は共振器のインピーダンス特性、（ｃ）及び（ｄ）は、通過特性。
【図３１】本発明の他の実施例に係わる帯域幅可変フィルタの回路図。
【図３２】図３１の実施例に係わる帯域幅可変フィルタの動作原理を説明する図であり、（ａ）及び（ｂ）は共振器のインピーダンス特性、（ｃ）及び（ｄ）は、通過特性。
【図３３】本発明の他の実施例に係わるチャネル選択フィルタの回路図。
【図３４】（ａ）乃至（ｄ）は図３３の実施例に係わるチャネル選択フィルタの動作原理を説明する図であり、（ａ）及び（ｂ）は共振器のインピーダンス特性、（ｃ）及び（ｄ）は、通過特性。
【図３５】本発明の他の実施例を示すブロック図。
【符号の説明】
１・・・第１の電極
２・・・圧電体膜
３・・・第２の電極
４・・・エッチングストッパー層
５・・・単結晶基板
６・・・多層音響反射層
１１・・・直列に接続された薄膜圧電弾性波共振器
１２・・・並列に接続された薄膜圧電弾性波共振器
１３・・・マッチング回路
１４・・・入力ポート
１５・・・出力ポート
１６・・・第１の導線
１７・・・第２の導線
１８・・・高周波遮断用抵抗
１９・・・可変電圧回路接続端子
２１・・・Ｓｉ基板
２２・・・ＳｉＯ２層
２３・・・ＳｒＲｕＯ３犠牲層
２４・・・Ｉｒ下部電極
２５・・・ＢａＴｉＯ３圧電体膜
２６・・・Ｉｒ上部電極
２７・・・ヴィアホール
３０・・・帯域外減衰量切り替えフィルタ
３１・・・信号入力端子
３２・・・信号出力端子
３３・・・第１のスイッチングフィルタ
３４・・・第２のスイッチングフィルタ
３５・・・第３のスイッチングフィルタ
３６・・・第１の制御電圧入力端子
３７・・・第２の制御電圧入力端子
３８・・・第３の制御電圧入力端子
２００・・・直列に接続された薄膜圧電弾性波共振器
２０１・・・並列に接続された薄膜圧電弾性波共振器
３００・・・直流電源
Claims (18)
- 圧電体薄膜とこの薄膜の両面に設けられた一対の電極とからなる薄膜圧電共振器の複数個を、信号の入出力端間に直列接続および並列接続してなるフィルタであって、
前記少なくとも一つの薄膜圧電共振器が前記圧電薄膜をその分極方向を膜厚方向にそろえた強誘電体薄膜からなり、共振特性が印加電圧により変化する可変共振薄膜圧電共振器であるフィルタと、
前記可変共振薄膜圧電共振器に接続されこの共振器に電圧を印加する電圧回路と、
を具備し、電圧回路の印加電圧によりフィルタ特性が制御されることを特徴とする高周波フィルタ。 - 信号の入出力端間に直列接続され、分極方向が膜厚方向にそろった強誘電圧電体薄膜とこの薄膜の両面に設けられた一対の電極とからなり共振特性が印加電圧により変化する直列共振薄膜圧電共振器と、
信号の入出力端間に並列接続され、分極方向が膜厚方向にそろった強誘電圧電体薄膜とこの薄膜の両面に設けられた一対の電極とからなり共振特性が印加電圧により変化する並列共振薄膜圧電共振器と、
前記直列共振薄膜圧電共振器と並列共振薄膜圧電共振器の少なくとも一方に接続されて電圧を印加しその共振特性を可変する電圧回路と、
を具備して、電圧回路によりフィルタ特性が制御される高周波フィルタ。 - 前記電圧回路は前記直列共振薄膜圧電共振器と並列共振薄膜圧電共振器のいずれか一方の両端に可変電圧を印加し、他方の両端に同一電圧を印加する請求項２記載の高周波フィルタ。
- 前記直列共振薄膜圧電共振器の共振周波数と前記並列共振薄膜圧電共振器の反共振周波数とをほぼ一致させ、前記直列共振薄膜圧電共振器及び前記並列共振薄膜圧電共振器の印加電圧を変化させることによって、前記直列共振薄膜圧電共振器の共振周波数及び前記並列共振薄膜圧電共振器の反共振周波数とを共に上昇或いは下降させて、通過帯域の中心周波数を制御することを特徴とする請求項２記載の高周波フィルタ。
- 前記直列共振薄膜圧電共振器の共振周波数と前記並列共振薄膜圧電共振器の反共振周波数とを一致させ、前記直列共振薄膜圧電共振器或いは前記並列共振薄膜圧電共振器の印加電圧を変化させることによって、前記直列共振薄膜圧電共振器の共振周波数及び反共振周波数の間隔或いは前記並列共振薄膜圧電共振器の共振周波数及び反共振周波数の間隔を変化させて、通過帯域幅を制御することを特徴とする請求項２記載の高周波フィルタ。
- 前記直列共振薄膜圧電共振器の共振周波数と前記並列共振薄膜圧電共振器の反共振周波数とをほぼ一致させ、前記直列共振薄膜圧電共振器及び前記並列共振薄膜圧電共振器の印加電圧を変化させることによって、前記直列共振薄膜圧電共振器の共振周波数及び前記並列共振薄膜圧電共振器の反共振周波数の間隔を変化させて、通過帯域のリップル位置或いはリップル形状を制御することを特徴とする請求項２記載の高周波フィルタ。
- 前記直列共振薄膜圧電共振器の反共振周波数と前記並列共振薄膜圧電共振器の共振周波数とを一致させ、前記直列共振薄膜圧電共振器及び前記並列共振薄膜圧電共振器の印加電圧を変化させることによって、前記直列共振薄膜圧電共振器の反共振周波数及び前記並列共振薄膜圧電共振器の共振周波数とを共に上昇或いは下降させて、阻止帯域の中心周波数を制御することを特徴とする請求項２記載の高周波フィルタ。
- 前記直列共振薄膜圧電共振器の反共振周波数と前記並列共振薄膜圧電共振器の共振周波数とを一致させ、前記直列共振薄膜圧電共振器或いは前記並列共振薄膜圧電共振器の印加電圧を変化させることによって、前記直列共振薄膜圧電共振器の共振周波数及び反共振周波数の間隔或いは前記並列共振薄膜圧電共振器の共振周波数及び反共振周波数の間隔を変化させて、阻止帯域幅を制御することを特徴とする請求項２記載の高周波フィルタ。
- 前記直列共振薄膜圧電共振器或いは前記並列共振薄膜圧電共振器の印加電圧を変化させることによって、前記直列共振薄膜圧電共振器の共振周波数と前記並列共振薄膜圧電共振器の反共振周波数とが一致したときに得られる通過帯域特性及び前記直列共振薄膜圧電共振器の共振周波数と前記並列共振薄膜圧電共振器の共振周波数とが一致したときに得られる全域阻止特性とを切り替えることを特徴とする請求項２記載の高周波フィルタ。
- 第１及び第２の入力端子からなる入力端と、
第１及び第２の出力端子からなる出力端と、
前記第１の入力端子及び前記第１の出力端子間に直列接続された薄膜圧電共振器と、
前記第１の入力端子及び前記第２の入力端子との間或いは前記第１の出力端子及び前記第２の出力端子との間に並列接続された薄膜圧電波共振器と、
前記直列接続の薄膜圧電共振器及び前記並列接続の薄膜圧電共振器の少なくとも一つは分極方向が膜厚方向にそろった強誘電圧電体薄膜とこの薄膜の両面に設けられた一対の電極とからなり共振特性が印加電圧により変化する可変共振薄膜圧電共振器であり、
この可変共振薄膜圧電共振器に接続され、その両端に電圧を可変に印加する可変電圧回路とを具備し、
前記可変電圧回路により前記薄膜圧電共振器に印加される電圧を変化させフィルタされる周波数通過特性が制御されることを特徴とする高周波フィルタ。 - 前記薄膜圧電共振器の全てが、前記圧電薄膜をその分極方向を膜厚方向にそろえた強誘電体薄膜からなる請求項１、２、１０のずれかに記載の高周波フィルタ。
- 前記フィルタがラダー型の平衡回路である請求項１、２、１０のずれかに記載の高周波フィルタ。
- 前記フィルタがラダー型の非平衡回路である請求項１、２、１０のずれかに記載の高周波フィルタ。
- 前記強誘電体薄膜が０．１°以上５°以下の配向半値幅を有することを特徴とする請求項１、２、１０のずれかに記載の高周波フィルタ。
- 前記強誘電体薄膜が、チタン酸バリウムを主成分とすることを特徴とする請求項１、２、１０のずれかに記載の高周波フィルタ。
- 信号の入出力側に直列接続され、分極方向が膜厚方向にそろった強誘電圧電体薄膜とこの薄膜の両面に設けられた一対の電極とからなり共振特性が印加電圧により変化する直列共振薄膜圧電共振器と、
信号の入出力側に並列接続され、分極方向が膜厚方向にそろった強誘電圧電体薄膜とこの薄膜の両面に設けられた一対の電極とからなり共振特性が印加電圧により変化する並列共振薄膜圧電共振器とを組み合わせたフィルタ単位と、
前記フィルタ単位を２個以上を縦続接続する手段と、
前記フィルタ単位に接続されて電圧を印加しその共振特性を可変する電圧回路と、
を具備することを特徴とする高周波フィルタ装置。 - 前記フィルタ単位間に接続されたアイソレータ或いはバッファアンプを具備することを特徴とする請求項１６記載の高周波フィルタ装置。
- 信号の入出力側に直列接続され、分極方向が膜厚方向にそろった強誘電圧電体薄膜とこの薄膜の両面に設けられた一対の電極とからなり共振特性が印加電圧により変化する直列共振薄膜圧電共振器と、
信号の入出力側に並列接続され、分極方向が膜厚方向にそろった強誘電圧電体薄膜とこの薄膜の両面に設けられた一対の電極とからなり共振特性が印加電圧により変化する並列共振薄膜圧電共振器とを組み合わせたフィルタ単位と、
前記フィルタ単位を２個以上をスイッチを介して並列接続する手段と、
前記フィルタ単位に接続されて電圧を印加しその共振特性を可変する電圧回路と、
を具備し、前記スイッチにより前記フィルタ単位が選択され信号の通過特性が制御されることを特徴とする高周波フィルタ装置。
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Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006217606A (ja) * | 2005-01-31 | 2006-08-17 | Samsung Electronics Co Ltd | 圧電薄膜共振器及びその製作方法 |
| WO2006087878A1 (ja) * | 2005-02-21 | 2006-08-24 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 圧電薄膜共振子 |
| JP2007124166A (ja) * | 2005-10-27 | 2007-05-17 | Fujitsu Media Device Kk | 圧電薄膜共振器およびフィルタ |
| JP2007215172A (ja) * | 2006-02-06 | 2007-08-23 | Samsung Electronics Co Ltd | 帯域通過フィルタおよびそれを備えたデュプレクサ |
| JP2008506302A (ja) * | 2004-07-06 | 2008-02-28 | テレフオンアクチーボラゲット エル エム エリクソン（パブル） | チューナブル共振器 |
| EP1962367A1 (en) | 2007-02-22 | 2008-08-27 | NTT DoCoMo, Inc. | Variable resonator, tunable filter, and electric circuit device |
| EP1962368A1 (en) | 2007-02-22 | 2008-08-27 | NTT DoCoMo, Inc. | Variable resonator, tunable bandwidth filter, and electric circuit device |
| US7573356B2 (en) | 2006-02-28 | 2009-08-11 | Ntt Docomo, Inc. | Tunable filter |
| JP2009529833A (ja) * | 2006-03-07 | 2009-08-20 | アジャイル アールエフ，インク． | Ｂｓｔ素材を用いたスイッチング可能で同調可能な音響共振器 |
| EP2365576A1 (en) | 2010-03-05 | 2011-09-14 | NTT DoCoMo, Inc. | Multirole circuit element capable of operating as variable resonator or transmission line and variable filter incorporating the same |
| US8125302B2 (en) | 2007-09-10 | 2012-02-28 | Ntt Docomo, Inc. | Signal selecting device |
| US8138852B2 (en) | 2007-10-31 | 2012-03-20 | Ntt Docomo, Inc. | Duplexer and transceiver |
| US8294537B2 (en) | 2006-09-08 | 2012-10-23 | Ntt Docomo, Inc. | Variable resonator, variable bandwidth filter, and electric circuit device |
| US8648666B2 (en) | 2010-08-25 | 2014-02-11 | Ntt Docomo, Inc. | Multimode frontend circuit |
| US8773223B2 (en) | 2009-11-17 | 2014-07-08 | Ntt Docomo, Inc. | Variable resonator and variable filter |
| WO2015045538A1 (ja) * | 2013-09-26 | 2015-04-02 | 株式会社村田製作所 | 高周波パワーアンプ、高周波フロントエンド回路、無線通信装置 |
| JP2016517652A (ja) * | 2013-03-11 | 2016-06-16 | ノキア テクノロジーズ オーユー | 共振周波数をチューニングする装置及び方法 |
| CN109951172A (zh) * | 2017-12-20 | 2019-06-28 | 株式会社大真空 | 压电滤波器装置 |
-
2002
- 2002-09-19 JP JP2002273493A patent/JP3854212B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (35)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008506302A (ja) * | 2004-07-06 | 2008-02-28 | テレフオンアクチーボラゲット エル エム エリクソン（パブル） | チューナブル共振器 |
| US7619492B2 (en) | 2005-01-31 | 2009-11-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Film bulk acoustic resonator and a method for manufacturing the same |
| JP4520415B2 (ja) * | 2005-01-31 | 2010-08-04 | 三星電子株式会社 | 圧電薄膜共振器及びその製作方法 |
| JP2006217606A (ja) * | 2005-01-31 | 2006-08-17 | Samsung Electronics Co Ltd | 圧電薄膜共振器及びその製作方法 |
| WO2006087878A1 (ja) * | 2005-02-21 | 2006-08-24 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 圧電薄膜共振子 |
| EP1852974A1 (en) * | 2005-02-21 | 2007-11-07 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric thin film resonator |
| EP1852974A4 (en) * | 2005-02-21 | 2010-01-20 | Murata Manufacturing Co | PIEZOELECTRIC THIN FILM RESONATOR |
| US7642695B2 (en) | 2005-02-21 | 2010-01-05 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric thin-film resonator |
| JP2007124166A (ja) * | 2005-10-27 | 2007-05-17 | Fujitsu Media Device Kk | 圧電薄膜共振器およびフィルタ |
| JP4707533B2 (ja) * | 2005-10-27 | 2011-06-22 | 太陽誘電株式会社 | 圧電薄膜共振器およびフィルタ |
| JP2007215172A (ja) * | 2006-02-06 | 2007-08-23 | Samsung Electronics Co Ltd | 帯域通過フィルタおよびそれを備えたデュプレクサ |
| JP4594337B2 (ja) * | 2006-02-06 | 2010-12-08 | 三星電子株式会社 | 帯域通過フィルタおよびそれを備えたデュプレクサ |
| US7573356B2 (en) | 2006-02-28 | 2009-08-11 | Ntt Docomo, Inc. | Tunable filter |
| JP2009529833A (ja) * | 2006-03-07 | 2009-08-20 | アジャイル アールエフ，インク． | Ｂｓｔ素材を用いたスイッチング可能で同調可能な音響共振器 |
| US8581677B2 (en) | 2006-09-08 | 2013-11-12 | Ntt Docomo, Inc. | Variable resonator, variable bandwidth filter, and electric circuit device |
| US8294537B2 (en) | 2006-09-08 | 2012-10-23 | Ntt Docomo, Inc. | Variable resonator, variable bandwidth filter, and electric circuit device |
| US8106727B2 (en) | 2007-02-22 | 2012-01-31 | Ntt Docomo, Inc. | Variable resonator, tunable filter, and electric circuit device |
| US8324988B2 (en) | 2007-02-22 | 2012-12-04 | Ntt Docomo, Inc. | Variable resonator, tunable bandwidth filter, and electric circuit device |
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| US8564384B2 (en) | 2007-02-22 | 2013-10-22 | Ntt Docomo, Inc. | Variable resonator, tunable bandwidth filter, and electric circuit device |
| EP1962367A1 (en) | 2007-02-22 | 2008-08-27 | NTT DoCoMo, Inc. | Variable resonator, tunable filter, and electric circuit device |
| EP1962368A1 (en) | 2007-02-22 | 2008-08-27 | NTT DoCoMo, Inc. | Variable resonator, tunable bandwidth filter, and electric circuit device |
| US8125302B2 (en) | 2007-09-10 | 2012-02-28 | Ntt Docomo, Inc. | Signal selecting device |
| US8138852B2 (en) | 2007-10-31 | 2012-03-20 | Ntt Docomo, Inc. | Duplexer and transceiver |
| US8773223B2 (en) | 2009-11-17 | 2014-07-08 | Ntt Docomo, Inc. | Variable resonator and variable filter |
| EP2365576A1 (en) | 2010-03-05 | 2011-09-14 | NTT DoCoMo, Inc. | Multirole circuit element capable of operating as variable resonator or transmission line and variable filter incorporating the same |
| US8760244B2 (en) | 2010-03-05 | 2014-06-24 | Ntt Docomo, Inc. | Multirole circuit element capable of operating as variable resonator or transmission line and variable filter incorporating the same |
| US8648666B2 (en) | 2010-08-25 | 2014-02-11 | Ntt Docomo, Inc. | Multimode frontend circuit |
| JP2016517652A (ja) * | 2013-03-11 | 2016-06-16 | ノキア テクノロジーズ オーユー | 共振周波数をチューニングする装置及び方法 |
| US10819313B2 (en) | 2013-03-11 | 2020-10-27 | Lyten, Inc. | Apparatus and method for tuning a resonance frequency |
| WO2015045538A1 (ja) * | 2013-09-26 | 2015-04-02 | 株式会社村田製作所 | 高周波パワーアンプ、高周波フロントエンド回路、無線通信装置 |
| JPWO2015045538A1 (ja) * | 2013-09-26 | 2017-03-09 | 株式会社村田製作所 | 高周波パワーアンプ、高周波フロントエンド回路、無線通信装置 |
| US9787334B2 (en) | 2013-09-26 | 2017-10-10 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | High frequency power amplifier, high frequency front-end circuit, and radio communication device |
| CN109951172A (zh) * | 2017-12-20 | 2019-06-28 | 株式会社大真空 | 压电滤波器装置 |
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