JP2004007748A

JP2004007748A - 弾性表面波フィルタ

Info

Publication number: JP2004007748A
Application number: JP2003187637A
Authority: JP
Inventors: Toru Yamada; 山田　徹; Shigeru Tsuzuki; 都築　茂; Hiroyuki Nakamura; 中村　弘幸
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-01-13
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2004-01-08

Abstract

【課題】低損失で通過帯域外減衰量に優れた平衡型弾性表面波フィルタを実現する。
【解決手段】圧電基板４１の上に、双方向性電極である入力ＩＤＴ電極対４４とＳＰＵＤＴ電極である出力ＩＤＴ電極対４５を所定の距離を置いて配置する。入力ＩＤＴ電極対４４のインパルス応答特性における中心周波数の両側の最も近傍の周波数差と、出力ＩＤＴ電極対４５のインパルス応答特性における中心周波数の両側の最も近傍の周波数差とを異ならせる。
【選択図】　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、無線通信機器における高周波回路などに使用される弾性表面波フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
弾性表面波を用いたエレクトロメカニカル機構部品は、波の音速が数ｋｍ／ｓであり、波のエネルギーが伝搬媒体の表面に集中する性質を有することから、ハードウエアの高密度化の流れの中で注目されている。また、弾性表面波を用いたエレクトロメカニカル機構部品は、インタデジタルトランスジューサ（以下『ＩＤＴ』という。）電極の開発と、その変形展開を可能にした薄膜作製技術及び表面加工技術の進歩によって、レーダー用遅延線、テレビジョン受像機用帯域フィルタなどに実用化され、現在では、無線通信機器の送受信回路におけるＲＦ、ＩＦ段のフィルタとして広く使用されている。
【０００３】
近年、移動体通信機器のディジタル化に伴い、ディジタル携帯電話やディジタルコードレス電話などの開発が盛んに進められおり、１チャネル当たりの占有帯域幅は大きくなってきている。特に、近年注目を集めているＣＤＭＡ方式（符号分割多重方式）に用いられるＩＦフィルタには、広帯域かつ非常に平坦な群遅延時間偏差及び隣接チャネルの信号と所望の信号とを区別する選択度に優れた特性が要求される。
【０００４】
従来、ＩＦ段に適する弾性表面波フィルタとしては、共振器型弾性表面波フィルタとトランスバーサル型弾性表面波フィルタとがよく知られている。共振器型弾性表面波フィルタは、狭帯域かつ急峻な遮断特性を有し、挿入損失及び素子サイズも小さいが、群遅延時間偏差特性が劣る。一方、トランスバーサル型弾性表面波フィルタは、挿入損失及び素子サイズが大きいが、広帯域かつ平坦な群遅延時間偏差特性を有している。上記の特徴から、ＣＤＭＡ方式におけるＩＦフィルタとしては、トランスバーサル型弾性表面波フィルタが適している。
【０００５】
以下、従来のトランスバーサル型弾性表面波フィルタについて説明する。
【０００６】
図７は従来技術におけるトランスバーサル型弾性表面波フィルタの電極パターンを示す構成図である。図７において、７１は単結晶圧電基板であり、この圧電基板７１の上に電極パターンを形成することにより、弾性表面波を励起させることができる。圧電基板７１の上には、上部電極７２ａと下部電極７２ｂとからなる入力ＩＤＴ電極対７２と、上部電極７３ａと下部電極７３ｂとからなる出力ＩＤＴ電極対７３とが所定の距離を置いて設けられており、これによりトランスバーサル型の弾性表面波フィルタが構成されている。
【０００７】
以上のような構成を有する弾性表面波フィルタにおいては、入出力ＩＤＴ電極対に種々の重み付けを施すことにより、あるいは、入出力ＩＤＴ電極対の少なくとも一方を一方向性ＩＤＴ電極対とすること等により、フィルタの周波数特性が決定され、広帯域で急峻なフィルタ特性が実現されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
近年では、ＩＦフィルタ前後段におけるＩＣの平衡入出力化が進み、ＩＦフィルタにも平衡入出力型の出現が強く要望されている。また、隣接チャネルの信号と所望の信号とを区別するために、通過帯域外減衰量の改善も要望されている。
【０００９】
しかし、図７に示すような構成を有する従来の弾性表面波フィルタでは、入出力ＩＤＴ電極対に重み付けを施すことによってＩＤＴ電極対の上部電極と下部電極との構成が異なってしまうため、平衡度が悪くなるという問題点がある。また、入出力ＩＤＴ電極対の少なくとも一方を一方向性ＩＤＴ電極対とすること等により、通過帯域近傍のサイドローブレベルが悪化するという問題点が生じる。
【００１０】
本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、低損失で通過帯域外減衰量に優れた平衡型弾性表面波フィルタを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明に係る弾性表面波フィルタの構成は、圧電基板と、前記圧電基板上に形成された第１のインタデジタルトランスジューサ電極対と、前記圧電基板上に形成され、前記第１のインタデジタルトランスジューサ電極対と所定の距離を置いて配置された第２のインタデジタルトランスジューサ電極対とを備え、前記第１及び第２のインタデジタルトランスジューサ電極対のいずれか一方を入力、他方を出力とする弾性表面波フィルタであって、
前記第１のインタデジタルトランスジューサ電極対のインパルス応答特性における中心周波数の両側の最も近傍の周波数差と、前記第２のインタデジタルトランスジューサ電極対のインパルス応答特性における中心周波数の両側の最も近傍の周波数差とが異なることを特徴とする。
【００１２】
この弾性表面波フィルタの構成によれば、フィルタ全体としてのサイドローブレベルを抑圧することができるので、通過帯域近傍において優れた減衰量が得られる。
【００１３】
また、前記本発明の弾性表面波フィルタの構成においては、前記第１及び第２のインタデジタルトランスジューサ電極対のどちらか一方が単相型一方向性変換器（ＳＰＵＤＴ）であり、他方が双方向性変換器であるのが好ましい。この好ましい例によれば、インピーダンス整合の状態でＴＴＥ（Ｔｒｉｐｌｅ　Ｔｒａｎｓｉｔ　Ｅｃｈｏ）レベルを抑えることが可能となるので、平坦な通過帯域内特性での挿入損失が小さく、しかも通過帯域近傍において優れた減衰量を有する弾性表面波フィルタを実現することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
【００１５】
〈第１の実施の形態〉
図１は本発明の第１の実施の形態における弾性表面波フィルタの電極パターンを示す構成図である。
【００１６】
図１において、１１は単結晶圧電基板であり、この圧電基板１１の上に周期構造のストリップライン状の電極パターンを形成することにより、弾性表面波を励起させることができる。圧電基板１１の上には、第１のフィルタトラック１２と第２のフィルタトラック１３とが設けられており、第１のフィルタトラック１２と第２のフィルタトラック１３とは弾性表面波の伝搬方向を対称軸とした対称構造となっている。
【００１７】
第１のフィルタトラック１２は、入力ＩＤＴ電極対１４と出力ＩＤＴ電極対１５とにより構成されている。また、第２のフィルタトラック１３は、入力ＩＤＴ電極対１６と出力ＩＤＴ電極対１７とにより構成されている。
【００１８】
第１のフィルタトラック１２の入力ＩＤＴ電極対１４の下部電極１４ｂと第２のフィルタトラック１３の入力ＩＤＴ電極対１６の上部電極１６ａとは接続されて端子を形成し、アースに接続されている。また、第１のフィルタトラック１２の出力ＩＤＴ電極対１５の下部電極１５ｂと第２のトラック１３の入力ＩＤＴ電極対１７の上部電極１７ａとは接続されて端子を形成し、アースに接続されている。
【００１９】
図１に示す本実施の形態の弾性表面波フィルタと図７に示す従来の弾性表面波フィルタの電極パターン構成上の相違点は、図７に示す従来の弾性表面波フィルタでは、入力端子対に接続されている電極７２ａと電極７２ｂの構成が異なっているのに対し、図１に示す本実施の形態の弾性表面波フィルタでは、入力端子に接続されている電極１４ａと電極１６ｂの構成が同一となっている点である。また、本実施の形態の弾性表面波フィルタでは、出力端子対に接続されている電極１５ａと電極１７ｂの構成も同一となっている。すなわち、上記のような２トラック構成を採用することにより、入出力端子対に接続される電極の構成が同一となり、図７に示す従来の弾性表面波フィルタと比較して、平衡型として動作させた場合の端子間の平衡度が大幅に改善される。その結果、低損失で通過帯域外減衰量に優れた平衡型弾性表面波フィルタを実現することができる。通過帯域外減衰量に着目した場合、帯域幅１．３ＭＨｚのフィルタにおいて、フィルタの中心周波数をｆ_０　として通過帯域外減衰量はｆ_０　±５ＭＨｚとなり、図７に示す従来の弾性表面波フィルタの場合に比べて約１０ｄＢ改善される。
【００２０】
また、図１に示す本実施の形態の弾性表面波フィルタにおいて、第１のフィルタトラック１２及び第２のフィルタトラック１３の入出力ＩＤＴ電極対１４、１５、１６及び１７が『間引き重み付け』を有している場合、入出力ＩＤＴ電極対の一方の電極には、ＩＤＴ電極を間引いた部分に弾性表面波の音速を調整するためのダミー電極が付与される。この場合、第１のフィルタトラック１２の入出力ＩＤＴ電極対１４及び１５の下部電極１４ｂ及び１５ｂと第２のフィルタトラック１３の入出力ＩＤＴ電極対１６及び１７の上部電極１６ａ及び１７ａとにダミー電極を有するような電極構成、又は、第１のフィルタトラック１２の入出力ＩＤＴ電極対１４及び１５の上部電極１４ａ及び１５ａと第２のフィルタトラック１３の入出力ＩＤＴ電極対１６及び１７の上部電極１６ｂ及び１７ｂとにダミー電極を有するような電極構成が考えられるが、前者の電極構成で、ＩＤＴ電極１４ｂとＩＤＴ電極１６ａとの接続部及びＩＤＴ電極１５ｂとＩＤＴ電極１７ａとの接続部をアースに接続すれば、ダミー電極による浮遊容量などの影響を抑えることができる。その結果、挿入損失の改善を図ることができる。
【００２１】
図２は、図１の弾性表面波フィルタにおいて、第１のフィルタトラック１２及び第２のフィルタトラック１３の入出力ＩＤＴ電極対１４、１５、１６及び１７が単相型一方向性変換器（ＳＰＵＤＴ）である場合の電極パターンを示す構成図である。ＳＰＵＤＴは一方向性の電極であり、ＩＤＴ電極の内部に反射器電極を有する構成となっている。この場合、第１のフィルタトラック２２の入出力ＩＤＴ電極対２４及び２５の下部電極２４ｂ及び２５ｂと第２のフィルタトラック２３の入出力ＩＤＴ電極対２６及び２７の上部電極２６ａ及び２７ａとに反射器電極を有する構成、又は、第１のフィルタトラック２２の入出力ＩＤＴ電極対２４及び２５の上部電極２４ａ及び２５ａと第２のフィルタトラック２３の入出力ＩＤＴ電極対２６及び２７の下部電極２６ｂ及び２７ｂとに反射器電極を有する構成のいずれかが可能であるが、前者の構成で、ＩＤＴ電極２４ｂとＩＤＴ電極２６ａとの接続部及びＩＤＴ電極２５ｂとＩＤＴ電極２７ａとの接続部をアースに接続すれば、後者の構成を選択する場合に比べて、ダミー電極及び反射器電極による浮遊容量などの影響を抑えることができる。その結果、挿入損失及び通過帯域外減衰量の点で優れた特性が得られる。
【００２２】
〈第２の実施の形態〉
図３は本発明の第２の実施の形態における弾性表面波フィルタの電極パターンを示す構成図である。
【００２３】
図３において、３１は単結晶圧電基板であり、この圧電基板３１の上に周期構造のストリップライン状の電極パターンを形成することにより、弾性表面波を励起させることができる。圧電基板３１の上には、第１のフィルタトラック３２と第２のフィルタトラック３３とが設けられており、第１のフィルタトラック３２と第２のフィルタトラック３３は以下のような構造を有している。すなわち、第１のフィルタトラック３２は、入力ＩＤＴ電極対３４と出力ＩＤＴ電極対３５とにより構成されている。また、第２のフィルタトラック３３は、入力ＩＤＴ電極対３６と出力ＩＤＴ電極対３７とにより構成されている。ここで、第１のフィルタトラック３２を、第２のフィルタトラック３３に対して弾性表面波の伝搬方向に（ｎ＋１／２）λ（ｎ：０以上の整数、λ：圧電基板上を伝搬する弾性表面波の波長）ずらすと、双方のトラック３２、３３は、弾性表面波の伝搬方向を対称軸とした対称構造をとる。逆に言えば、弾性表面波の伝搬方向を対称軸とした対称構造を有する２つのトラックを、互いに弾性表面波の伝搬方向に（ｎ＋１／２）λずらすことにより、図３に示す構造が得られる。さらに、第１のフィルタトラック３２の入力ＩＤＴ電極対３４の下部電極３４ｂと第２のフィルタトラック３３の入力ＩＤＴ電極対３６の上部電極３６ａとは接続されて端子を形成し、アースに接続されている。また、第１のフィルタトラック３２の出力ＩＤＴ電極対３５の下部電極３５ｂと第２のトラック３３の入力ＩＤＴ電極対３７の上部電極３７ａとは接続されて端子を形成し、アースに接続されている。
【００２４】
ここで、第１のフィルタトラック３２と第２のフィルタトラック３３とは弾性表面波の伝搬方向に（ｎ＋１／２）λずらして配置されているので、第１のフィルタトラック３２と第２のフィルタトラック３３とが互いに音響的に影響を及ぼし合うことがなく、第１のフィルタトラック３２と第２のフィルタトラック３３との距離を十分に取る必要はないので、素子サイズの大幅な小型化を図ることができる。
【００２５】
また、第１のフィルタトラック３２と第２のフィルタトラック３３とは、１０λ以上の距離を置いて設けられるのが好ましい。この構成によれば、第１のフィルタトラック３２と第２のフィルタトラック３３とが互いに音響的に影響を及ぼし合うことがなく、優れたフィルタ特性が得られる。
【００２６】
〈第３の実施の形態〉
図４は本発明の第３の実施の形態における弾性表面波フィルタの電極パターンを示す構成図である。
【００２７】
図４において、４１は単結晶圧電基板であり、この圧電基板４１の上に周期構造のストリップライン状の電極パターンを形成することにより、弾性表面波を励起させることができる。圧電基板４１の上には、第１のフィルタトラック４２と第２のフィルタトラック４３とが設けられており、第１のフィルタトラック４２と第２のフィルタトラック４３は以下のような構造を有している。すなわち、第１のフィルタトラック４２は、双方向性電極である入力ＩＤＴ電極対４４とＳＰＵＤＴ電極である出力ＩＤＴ電極対４５とにより構成されている。また、第２のフィルタトラック４３は、双方向性電極である入力ＩＤＴ電極対４６とＳＰＵＤＴ電極である出力ＩＤＴ電極対４７とにより構成されている。ここで、第１のフィルタトラック４２を、第２のフィルタトラック４３に対して弾性表面波の伝搬方向に（ｎ＋１／２）λ（ｎ：０以上の整数、λ：圧電基板上を伝搬する弾性表面波の波長）ずらすと、双方のトラック４２、４３は、弾性表面波の伝搬方向を対称軸とした対称構造をとる。逆に言えば、弾性表面波の伝搬方向を対称軸とした対称構造を有する２つのトラックを、互いに弾性表面波の伝搬方向に（ｎ＋１／２）λずらすことにより、図４に示す構造が得られる。さらに、第１のフィルタトラック４２の入力ＩＤＴ電極対４４の下部電極４４ｂと第２のフィルタトラック４３の入力ＩＤＴ電極対４６の上部電極４６ａとは接続されて端子を形成し、アースに接続されている。また、第１のフィルタトラック４２の出力ＩＤＴ電極対４５の下部電極４５ｂと第２のトラック４３の入力ＩＤＴ電極対４７の上部電極４７ａとは接続されて端子を形成し、アースに接続されている。
【００２８】
従来の弾性表面波フィルタにおいて入出力ＩＤＴ電極対に双方向性電極を用いたトランスバーサル型フィルタでは、通過帯域近傍で大きな減衰量を得ることができるが、入出力ＩＤＴ電極対が双方向性電極であるために、ＴＴＥ（Ｔｒｉｐｌｅ　Ｔｒａｎｓｉｔ　Ｅｃｈｏ）の影響によって通過帯域内に大きなリップルが生じる。
【００２９】
ディジタル移動体通信機器のＩＦ段に用いられるフィルタには平坦な通過帯域内特性が要求されるので、ＴＴＥ　を抑圧するためにインピーダンス不整合の状態で用いなければならず、その結果、挿入損失が非常に大きくなる。一方、入出力ＩＤＴ電極対にＳＰＵＤＴ電極を用いた場合には、インピーダンス整合の状態でＴＴＥ　レベルが十分に小さくなるために、平坦な通過帯域内特性で挿入損失の小さいフィルタが得られるが、一方向性の電極であるために、通過帯域近傍の減衰量が悪化する。
【００３０】
しかし、図４に示す本実施の形態の弾性表面波フィルタでは、一方の電極対が双方向性電極であり、他方の電極対がＳＰＵＤＴ電極であるため、インピーダンス整合の状態でＴＴＥ　レベルを抑えることが可能となり、入出力ＩＤＴ電極対に双方向性電極を用いたトランスバーサル型フィルタと比較して、平坦な通過帯域内特性での挿入損失が小さくなる。また、入出力ＩＤＴ電極対にＳＰＵＤＴ電極を用いた弾性表面波フィルタと比較して、通過帯域近傍において優れた減衰量を有する弾性表面波フィルタを実現することができる。
【００３１】
また、図４に示す本実施の形態の弾性表面波フィルタにおいて、図５に示す入力ＩＤＴ電極対のインパルス応答特性５１における中心周波数ｆ_０　に最も近い高域側の極の周波数ｆ_１ｈと中心周波数ｆ_０　に最も近い低域側の極の周波数ｆ_１ｌとの差をΔｆ_１　、出力ＩＤＴ電極対のインパルス応答特性５２における中心周波数ｆ_０　に最も近い高域側の極の周波数ｆ_２ｈと中心周波数ｆ_０　に最も近い低域側の極の周波数ｆ_２ｌとの差をΔｆ_２　としたとき、Δｆが小さい方のＩＤＴ電極対（ここでは、出力ＩＤＴ電極対４５及び４７）をＳＰＵＤＴ電極とした場合、出力ＩＤＴ電極対４５及び４７の特性はサイドローブレベルが上昇するが、他方の入力ＩＤＴ電極対４４及び４６の特性のトラップと相殺されるため、フィルタ全体としてはサイドローブレベルを抑圧することができ、通過帯域近傍において優れた減衰量を得ることができる。
【００３２】
以上のように、本実施の形態によれば、平衡度に優れ、しかも通過帯域外減衰量及び挿入損失を改善することのできる弾性表面波フィルタを実現することができる。
【００３３】
尚、本実施の形態においては、図４に示すような２つのフィルタトラックを用いた場合を例に挙げて説明したが、図６に示すように、１つのフィルタトラックのみの構成とし、Δｆが小さい方のＩＤＴ電極対（ここでは、出力ＩＤＴ電極対６３）をＳＰＵＤＴ電極としても、通過帯域近傍において優れた減衰量を得ることができる。
【００３４】
また、上記１トラック構成のフィルタは、図６では平衡型フィルタとなっているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、不平衡型の入出力端子構成、あるいは、一方が平衡型で、他方が不平衡型の入出力端子構成であっても、同様の効果が得られる。
【００３５】
また、本発明における圧電基板としては、温度特性に優れたＳＴカット水晶を用いるのが好ましいが、ＬｉＴａＯ_３　、ＬｉＮｂＯ_３　、Ｌｉ_２　Ｂ_４　Ｏ_７　、Ｌａ_３　Ｇａ_５　ＳｉＯ_１４等を圧電基板として用いることもできる。
【００３６】
また、電極材料としては、膜厚制御の容易な比較的密度の小さいアルミニウムを用いるのが好ましいが、金電極の使用も可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、平衡度に優れ、通過帯域外減衰量が従来に比べて大きい弾性表面波フィルタを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における弾性表面波フィルタの電極パターンを示す構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における弾性表面波フィルタの電極パターンの他の例を示す構成図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態における弾性表面波フィルタの電極パターンを示す構成図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態における弾性表面波フィルタの電極パターンを示す構成図である。
【図５】図４の弾性表面波フィルタの入出力ＩＤＴ電極対のインパルス応答特性を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態における弾性表面波フィルタの電極パターンの他の例を示す構成図である。
【図７】従来技術におけるトランスバーサル型弾性表面波フィルタの電極パターンを示す構成図である。
【符号の説明】
１１、２１、３１、４１、６１　圧電基板
１２、１３、２２、２３、３２、３３、４２、４３　フィルタトラック
１４、１６、２４、２６、３４、３６、４４、４６、６２　入力ＩＤＴ電極対
１５、１７、２５、２７、３５、３７、４５、４７、６３　出力ＩＤＴ電極対
１４ａ、１６ａ、２４ａ、２６ａ、３４ａ、３６ａ、４４ａ、４６ａ　入力ＩＤＴの上部電極
１４ｂ、１６ｂ、２４ｂ、２６ｂ、３４ｂ、３６ｂ、４４ｂ、４６ｂ　入力ＩＤＴの下部電極
１５ａ、１７ａ、２５ａ、２７ａ、３５ａ、３７ａ、４５ａ、４７ａ　出力ＩＤＴの上部電極
１５ｂ、１７ｂ、２５ｂ、２７ｂ、３５ｂ、３７ｂ、４５ｂ、４７ｂ　出力ＩＤＴの下部電極

Claims

圧電基板と、前記圧電基板上に形成された第１のインタデジタルトランスジューサ電極対と、前記圧電基板上に形成され、前記第１のインタデジタルトランスジューサ電極対と所定の距離を置いて配置された第２のインタデジタルトランスジューサ電極対とを備え、前記第１及び第２のインタデジタルトランスジューサ電極対のいずれか一方を入力、他方を出力とする弾性表面波フィルタであって、
前記第１のインタデジタルトランスジューサ電極対のインパルス応答特性における中心周波数の両側の最も近傍の周波数差と、前記第２のインタデジタルトランスジューサ電極対のインパルス応答特性における中心周波数の両側の最も近傍の周波数差とが異なることを特徴とする弾性表面波フィルタ。
前記第１及び第２のインタデジタルトランスジューサ電極対のどちらか一方が単相型一方向性変換器（ＳＰＵＤＴ）であり、他方が双方向性変換器である請求項１に記載の弾性表面波フィルタ。