JP2004112378A - フィルタ、複合フィルタ、それらを搭載したフィルタ実装体、集積回路チップ、電子機器およびそれらの周波数特性変更方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気−機械変換された駆動力により、共振器の中心周波数、共振モード間の結合係数及び外部Ｑ値を各々個別に所望の値に変更できるようにする。
【解決手段】入力電極２と出力電極３とから狭い空隙４，５を隔てて共振モード間結合部６を有するデュアルモード弾性波共振器７ａを配置する。これらは、導電性支柱２７，２８，２９、給電パッド３１により基板上に振動自在に支持されている。入・出力電極２，３、共振器７ａ、共振モード間結合部６の下には狭い空隙を隔てて対向電極１０，１１，２１，２３が形成されている。電源２５の電圧を変化させると、静電力により共振器７ａの歪みが変化し中心共振周波数が変化する。電源１６，１７の電圧を変化させると、入・出力電極２，３の歪みが変化し入・出力電極と共振器７ａとの端面の対向面積が変化する。これにより入・出力電極と共振器７ａとの間のエネルギーのやりとりの状況が変化し外部Ｑ値が変化する。電源２５の電圧を変化させると結合部６の歪みが変化し共振モード間の結合係数が変化する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信回路に使用するフィルタおよびその周波数特性変更方法に関し、詳細にはマイクロ・エレクトロ−メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）技術を使用し、弾性波共振器を用いて作製したフィルタ、その周波数特性変更方法およびそのフィルタを搭載した、携帯電話機、通信装置などの電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、無線ＬＡＮ、携帯電話システムをはじめとした無線通信システムにおいては、変復調方式、割り当て周波数等がシステムや国の違いによって各々異なっている。このような状況のもと、各種のシステムに一種類の無線機で対応できるソフトウェア無線機の開発が盛んに行われている。このソフトウェア無線機においては、ソフトウェアの変更により変調方式のみならず使用する無線周波数も変更できることが望まれている。このような機能を実現するためには、アンテナで送受信する電波の周波数の中から所望とする周波数帯のみを選別するフィルタにおいても、その中心周波数と帯域幅が任意に可変できることが望まれる。しかしながら、現在使用されている弾性表面波フィルタ、誘電体フィルタあるいは積層セラミックフィルタでは、ソフトウェア無線機において望まれる中心周波数と帯域幅の可変機構を備えることは極めて困難である。また、ＧＨｚ帯で使用可能なフィルタで中心周波数を可変可能なデバイスとしては静磁波フィルタが知られているが、このデバイスをもってしても帯域幅を任意に変更することは困難である。
【０００３】
近年、特開２００１−９４０６２号公報（参考文献１）にも開示されているように、マイクロ・エレクトロ−メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）技術の進展と共に中間周波数帯域用の狭帯域フィルタの開発が盛んになっている。この種のフィルタは、入出力間で複数の微小な共振器を結合させることにより、所望とする周波数の信号を通過させ、その他の周波数の信号および雑音を減衰させる。このようなＭＥＭＳ技術を用いて作製したフィルタにおいては、作製プロセスに起因する、フィルタの周波数特性に関わる共振器の中心周波数の設計値からのずれとばらつき、共振器間の結合係数の設計値からのずれとばらつき、および所望とする周波数信号の入出力部と共振器を結合する外部Ｑ値の設計値からのずれとばらつきが存在する。参考文献１には、このような周波数特性のずれとばらつきを調整する方法として、イオン注入によりシリコン導電層の密度を変化させること、あるいは共振器の厚さを変更することが記載されている。従って、参考文献１に記載された技術では、ソフトウェア上で指令して電気信号で機械的に制御可能な可動機構により周波数特性を調整することは出来ない。
【０００４】
このような周波数特性のずれやばらつきをＭＥＭＳ技術により作りこんだ電気信号で機械的に制御可能な可動機構により調整する方法が、Ｆｒａｎｋ　Ｄ．　Ｂａｎｎｏｎ，　ＩＩＩ，　Ｊｏｈｎ　Ｒ．　Ｃｌａｒｋ，　ａｎｄ　Ｃｌａｒｋ　Ｔ．−Ｃ．　Ｎｇｕｙｅｎ，　「Ｈｉｇｈ−Ｑ　ＨＦ　Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｆｉｌｔｅｒｓ」　ＩＥＥＥ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ　Ｃｉｒｃｕｉｔｓ，　Ｖｏｌ．　３５，　Ｎｏ．　４，　５１２−５２６（２０００）　（参考文献２）に開示されている。
参考文献２の方法は、フィルタの周波数特性のうち中心周波数の設計値からのずれとばらつきを調整することを目的として、所望とする周波数信号の入出力部と共振器の間に直流電圧をかけることにより共振器の中心周波数を調整するものである。このように、中心周波数に限定してフィルタの周波数特性の一部を調整する方法については、参考文献２にも開示されているようにこれまでにいくつか提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＭＥＭＳ技術を用いたフィルタにおいては、フィルタの周波数特性全般、即ち、中心周波数、帯域幅、遮断特性、挿入損失、位相特性の全ての特性に関して設計値からのずれとばらつきを調整できるフィルタは、これまでに提案されていない。このような周波数特性全般を調整するためには、少なくともフィルタ設計に用いられるパラメータのうち、一段フィルタであれば共振器の中心周波数と、入力電極と共振器間の外部Ｑ値、及び出力電極と共振器間の外部Ｑ値の三個のパラメータ全てを独立に調整する必要がある。ここで、一段フィルタとはフィルタとして使用する共振モードがただ一つであるフィルタを意味する。またフィルタとして使用する共振モードが複数個存在する複数段フィルタの場合には、共振器の中心周波数、共振モード間の結合係数および所望とする周波数信号の入出力部と共振器を結合する外部Ｑ値を各々個別に所望の設計値に調整可能にしなければならない。例えば、参考文献２には、入・出力電極と共振器の間に直流電圧を印加することにより共振器を歪ませて共振器の中心周波数を所望とする値に調整できることが示されているが、この方法では、共振器が歪むことにより入出力電極と共振器の間隔が狭まるため、所望とする周波数信号の入・出力部と共振器の間の静電力による結合も同時に強くなる。従って、中心周波数を調整した場合、外部Ｑ値も変わることになる。
また、このようなＭＥＭＳ技術により作製した電気信号で機械的に制御可能な可動機構により周波数特性の一部のずれやばらつきを調整することのできるＭＥＭＳフィルタにおいても、ソフトウェア無線機に必要とされるような、電気的に制御可能な形式でフィルタの周波数特性を可変させることにより、異なる周波数帯域や中心周波数を有する各種の規格に対応した周波数特性に変更することの可能なシステムは、これまで考えられていなかった。
【０００６】
本発明の目的は、ＭＥＭＳ技術を用いたフィルタにおいて、ＭＥＭＳ技術により作りこんだ電気信号で機械的に制御可能な可動機構により、周波数特性全般のずれやばらつきを各々個別に所望の設計値に修正可能であり、さらにソフトウェア無線機に必要とされるような、電気的に制御可能な形式でフィルタの周波数特性全般を各々個別に所望の目的とする値に可変させることにより、異なる周波数帯域や中心周波数を有する各種の規格に対応した周波数特性に変更することの可能な小型で高機能のフィルタと、その周波数特性変更方法と、そのフィルタを搭載した小型で信頼性の高い電子機器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、基板上に形成された、入力電極と、出力電極と、前記入力電極と前記出力電極との間に配置されたフィルタとして使用する共振モードが一つである一個の弾性波共振器とを有するフィルタであって、前記弾性波共振器の中心周波数と、前記弾性波共振器と前記入力電極の間の外部Ｑ値、および前記弾性波共振器と前記出力電極の間の外部Ｑ値の、前記フィルタの周波数特性を決定する全てのパラメータを各々同時、且つ独立に変更しうる、各々同時、且つ独立に電気信号を印加可能な、少なくとも前記パラメータと同数設けられた構造を有し、当該構造に設けられた電極に前記電気信号をそれぞれ個別に印加することにより前記フィルタの当該構造の各一部分を各々同時、且つ有限の独立性を持って機械的に変形しうる機能を有した電気−機械変換部を含んで構成されることを特徴とするフィルタ、が提供される。
【０００８】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、基板上に形成された、入力電極と、出力電極と、前記入力電極と前記出力電極との間に配置された、少なくとも１個の弾性波共振器を含み、フィルタとして使用する複数個の弾性波の共振モードを前記弾性波共振器内に備えた共振部とを有するフィルタであって、前記共振部の複数個の共振モード間の結合係数と、中心周波数と、前記弾性波共振器と前記入力電極の間の外部Ｑ値、および前記弾性波共振器と前記出力電極の間の外部Ｑ値の、前記フィルタの周波数特性を決定する全てのパラメータを各々同時、且つ独立に変更しうる、各々同時、且つ独立に電気信号を印加可能な、前記パラメータと少なくとも同数設けられた構造を有し、当該構造に設けられた電極に前記電気信号をそれぞれ個別に印加することにより前記フィルタの当該構造の各一部分を各々同時、且つ有限の独立性を持って機械的に変形しうる機能を有した電気−機械変換部を含んで構成されることを特徴とするフィルタ、が提供される。
【０００９】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、前記電気−機械変換部は、前記電気信号を印加することにより、静電力または圧電体の変形によって前記フィルタの当該構造の各一部分を機械的に変形しうる機構であることを特徴とするフィルタ、が提供される。
【００１０】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、前記電気−機械変換部として、前記弾性波共振器の端面が前記入力電極および前記出力電極の端面と所定の間隙を介して対向しており、静電力または圧電体の変形により前記弾性波共振器の端面と前記入力電極および前記出力電極の端面との距離、または、端面同士の対向面積を変化させる機構を含むことを特徴とするフィルタ、が提供される。
【００１１】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、前記電気−機械変換部として、前記静電力または前記圧電体の変形により前記弾性波共振器の一部を機械的に変形する機構を含むことを特徴とするフィルタ、が提供される。
【００１２】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、前記電気−機械変換部は、前記弾性波共振器の一部の機械的変形により、前記弾性波共振器に印加される張力を変化させる機構であることを特徴とするフィルタ、が提供される。
【００１３】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、前記入力電極、前記弾性波共振器、前記出力電極が、半導体、金属または表面が半導体、金属により被覆された絶縁体で形成されていることを特徴とするフィルタ、が提供される。
【００１４】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、前記入力電極、前記弾性波共振器または前記出力電極の中の少なくともいずれか１つには局部発振器が接続されていることを特徴とするフィルタ、が提供される。
【００１５】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、所望する周波数特性に適合する前記弾性波共振器の中心周波数および外部Ｑ値を実現する前記電気信号に対応する値を記憶する記憶回路と、その記憶回路から記憶値を読み出しその記憶値を前記電気信号に変換しその電気信号を出力する印加電圧形成部と、を備え、前記印加電圧形成部が出力する前記電気信号を前記電気−機械変換部の入力信号として用いることを特徴とするフィルタ、が提供される。
【００１６】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、所望する周波数特性に適合する前記共振部の共振モード間の結合係数、中心周波数および外部Ｑ値を実現する前記電気信号に対応する値を記憶する記憶回路と、その記憶回路から記憶値を読み出しその記憶値を前記電気信号に変換しその電気信号を出力する印加電圧形成部と、を備え、前記印加電圧形成部が出力する電気信号を前記電気−機械変換部の入力信号として用いることを特徴とするフィルタ、が提供される。
【００１７】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、前記記憶回路がデジタル回路で構成されており、前記印加電圧形成部がデジタル−アナログ変換器を構成要素として含むことを特徴とするフィルタ、が提供される。
【００１８】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、前記印加電圧形成部が出力する電気信号を昇圧回路、降圧回路または増幅回路を介して前記電気−機械変換部に印加する機構であることを特徴とするフィルタ、が提供される。
【００１９】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、前記記憶回路、および／または、前記印加電圧形成部の一部または全部が、前記弾性波共振器が形成される前記基板と同一基板上に形成されていることを特徴とするフィルタ、が提供される。
【００２０】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、変更可能な中心周波数範囲が互いに異なる、フィルタを並列に複数個備えたことを特徴とする複合フィルタ、が提供される。
【００２１】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、各前記フィルタには、増幅器が直列に接続されていることを特徴とする複合フィルタ、が提供される。
【００２２】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、各前記フィルタは、アイソレータにより互いに分離されていることを特徴とする複合フィルタ、が提供される。
【００２３】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、各前記フィルタへの分岐点には、サーキュレータが接続されていることを特徴とする複合フィルタ、が提供される。
【００２４】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、各前記フィルタには、スイッチ、および／または、可変移相器が直列に接続されていることを特徴とする複合フィルタ、が提供される。
【００２５】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、所望する周波数特性を与えるフィルタの組み合わせを実現する、各フィルタに直列に接続されたスイッチのオン／オフ、あるいは可変移相器による位相の調整値を記憶する記憶回路を備えることを特徴とする複合フィルタ、が提供される。
【００２６】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、各前記フィルタが同一基板上に形成されていることを特徴とする複合フィルタ、が提供される。
【００２７】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、各前記フィルタと、各前記フィルタに接続されるデバイスの全部またはその一部が同一基板上に形成されていることを特徴とする複合フィルタ、が提供される。
【００２８】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、上記フィルタまたは複合フィルタがパッケージ内に気密に封止されていることを特徴とするフィルタ実装体が提供される。
【００２９】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、上記パッケージ内にはゲッター材が配置されていることを特徴とするフィルタ実装体、が提供される。
【００３０】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、フィルタ、または複合フィルタが回路の一部として同一基板上に集積化された集積回路チップ、が提供される。
【００３１】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、フィルタか、複合フィルタ、または集積回路チップが搭載された電子機器、が提供される。
【００３２】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、第１の電気信号を印加して前記弾性波共振器を機械的に変形することにより共振部の中心周波数を変更し、第２、第３の電気信号を印加して、入力電極と弾性波共振器との相対的位置、および、出力電極と弾性波共振器との相対的位置を変化させることにより外部Ｑ値を変更することを特徴とするフィルタの周波数特性変更方法、が提供される。
【００３３】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、第１の電気信号を印加して前記弾性波共振器を機械的に変形することにより共振部の複数個の共振モードの中心周波数を変更し、第２、第３の電気信号を印加して、入力電極と弾性波共振器との相対的位置、および、出力電極と弾性波共振器との相対的位置を変化させることにより外部Ｑ値を変更し、更に第４の電気信号を印加して前記共振部の共振モード間の結合を生じさせる複数個の部位を各々変形することにより共振モード間の結合係数を変更することを特徴とするフィルタの周波数特性変更方法、が提供される。
【００３４】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、所望する周波数特性に適合する共振部の中心周波数および外部Ｑ値を実現する電気信号に対応する値を予め記憶回路は記憶しておき、フィルタの周波数特性を変更する際に印加電圧形成部はその記憶回路からその記憶値を読み出し、形成した電気信号をフィルタの電気−機械変換部に印加することによりフィルタの周波数特性を変更することを特徴とするフィルタの周波数特性変更方法、が提供される。
【００３５】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、所望する周波数特性に適合する共振器の中心周波数、外部Ｑ値および共振モード間の結合係数を実現する電気信号に対応する値を予め記憶回路は記憶しておき、フィルタの周波数特性を変更する際に印加電圧形成部はその記憶回路からその記憶値を読み出し、形成した電気信号をフィルタの電気−機械変換部に印加することによりフィルタの周波数特性を変更することを特徴とするフィルタの周波数特性変更方法、が提供される。
【００３６】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、各フィルタの周波数特性を変更することにより前記複合フィルタの周波数特性を変更することを特徴とする複合フィルタの周波数特性変更方法、が提供される。
【００３７】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、所望する周波数特性を実現するために、各フィルタに直列に接続されたスイッチのオン／オフ、および／または、可変移相器による位相の調整を行うことにより、複合フィルタの周波数特性を変更することを特徴とする複合フィルタの周波数特性変更方法、が提供される。
【００３８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態を示す概略の平面図であり、図２（ａ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線の断面図である。本実施の形態に係るフィルタは、入力電極１０１と、出力電極１０２と、入力電極１０１と出力電極１０２とからそれぞれ狭い隙間ｄ１、ｄ２を隔てて形成された、方形の弾性波共振器１０３を備える。電極面積や印加電圧にも依存するが、動作電圧の低電圧化等や必要とする外部Ｑ値の保持の観点から、隙間ｄ１、ｄ２は概ね１００ｎｍ以下に形成されることが望ましい。これらは図示が省略された基板上に支持されており、そして電気−機械変換された機械的な駆動力により、全体または部分的に変形ないし変形に伴う移動が可能である。入力電極１０１、出力電極１０２、弾性波共振器１０３は、導電性材料によって、すなわち、半導体、金属または表面が半導体、金属によって被覆された絶縁体等により形成されるが、必ずしも同一材料によって形成される必要はない。好ましい材料としては、シリコン、アルミニウム、鉄若しくはランタン等を含むアルミニウム合金、チタン、クロム、エリンバー（ｅｌｉｎｖａｒ）合金、恒弾性合金が挙げられるが、これらに限定されない。それらは単結晶状に形成されていてもよく、またアモルファス状であってもよい。
【００３９】
入・出力電極１０１、１０２、弾性波共振器１０３を駆動する機械的な力としては、電気−機械変換により形成される駆動力は全て利用可能であるが、好ましくは、静電力と圧電体の変形が用いられる。入・出力電極１０１、１０２、弾性波共振器１０３を支持する基板は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ等の半導体、金属、絶縁性材料、及びそれらの複合材料によって形成することができる。半導体、金属材料を用いる場合には表面は適宜絶縁被覆される。
図２（ｂ）に示すように、弾性波共振器１０３に機械的な力Ｆ１を印加してこれを変形、歪ませると、弾性波共振器１０３に張力が掛かり、共振周波数が上昇する。すなわち、弾性波共振器１０３の中心周波数を変化させることができる。また、図２（ｃ）に示すように、入力電極１０１、出力電極１０２の弾性波共振器１０３寄りの部位に機械的な力Ｆ２、Ｆ３を印加してこの部位を変形、歪ませると、入力電極１０１の端面と弾性波共振器１０３の端面との対向面積、出力電極１０２の端面と弾性波共振器１０３の端面との対向面積が減少する。その結果、入力電極１０１−弾性波共振器１０３間および出力電極１０２−弾性波共振器１０３間の電磁波のカップリングは弱くなり、入力電極１０１から弾性波共振器１０３へ静電力を介して伝達される弾性波の強さも弱くなる。即ち、外部Ｑ値は大きくなる。また、図２（ｄ）に示すように、入力電極１０１、出力電極１０２に水平方向の機械的な力Ｆ４、Ｆ５を印加して入力電極１０１、出力電極１０２を水平方向に移動させ、入力電極１０１、出力電極１０２と弾性波共振器１０３との隙間をｄ３、ｄ４と変化させると、入力電極１０１−弾性波共振器１０３間および出力電極１０２−弾性波共振器１０３間の電磁波のカップリングが変化する。これによっても、外部Ｑ値を変化させることができる。以上の中心周波数の変化と外部Ｑ値の変化をもたらす変形は、必ずしも完全に独立である必要は無い。例えば、図２（ｄ）の場合に、静電力を用いて機械的な力Ｆ４とＦ５を入力電極１０１と弾性波共振器１０３の間、あるいは出力電極１０２と弾性波共振器１０３の間に生じさせた場合、弾性波共振器１０３にも若干の張力が掛かり、中心周波数が変化する場合がある。この場合、中心周波数の変化と外部Ｑ値の変化をもたらす変形は完全には独立ではない。しかしながら、同時に図２（ｂ）のＦ１を独立に調整可能にする事により、変化した中心周波数を所望の値に戻すことができる。すなわち、前記変形は完全に独立ではなくとも、中心周波数の変化と外部Ｑ値の変化を独立に行うことができる。従って、フィルタの周波数特性を決定する全てのパラメータを少なくとも同数設けられ、同時、且つ独立に電気９信号を印加可能な電気−機械変換部を備える事により、前記パラメータ全てを各々、同時、且つ独立に変更しうる。
上記のように構成されたフィルタの共振器の中心周波数および外部Ｑ値を所望の値に調整するために、上記の力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３（またはＦ４、Ｆ５）を形成する電気−機械変換部には、これらの力を適切な値に制御するために直流の電気信号が入力される。その電気信号を形成する電気信号形成回路は、各種の周波数特性に適合する一連の共振器の中心周波数および外部Ｑ値を実現する一連の電気信号に対応する値を記憶する記憶装置から、使用する周波数特性の共振器の中心周波数および外部Ｑ値を実現する一連の電気信号に対応する記憶値を読み出し、これに基づいて電気−機械変換部に入力すべき電気信号を形成する。これらの電気信号形成回路、記憶装置の全部または一部は、入・出力電極、弾性波共振器が形成される基板と同一基板上に形成することが好ましい。これにより、部品点数が削減できることにより、低価格化、信頼性の向上等が計れる。
また、直流の電気信号を入力すると共に、前記入力電極、前記弾性波共振器または前記出力電極の中の少なくともいずれか１つに局部発振器を接続し、局部発振信号を重畳することにより、ミキサ機能を兼ね備えることもできる。
また、上記のように構成されたフィルタ単体で実現できる中心周波数の可変範囲は、ソフトウェア無線機等で所望される可変範囲と比較的して狭い。そのため上記のフィルタ単体では必要となる中心周波数の可変範囲を実現できない場合が起こり得る。その場合には、中心周波数の変更可能な範囲が異なる単位フィルタを複数並列に接続して広い周波数可変範囲をカバーできるようにすることができる。これら並列接続される単位フィルタは、同一基板上に形成することが望ましい。これにより、部品点数が削減できることにより、低価格化、信頼性の向上等が計れる。
【００４０】
図１（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態を示す概略の平面図であり、図３（ａ）は、図１（ｂ）のＢ−Ｂ線の断面図である。本実施の形態に係るフィルタは、入力電極１０１と、出力電極１０２と、入力電極１０１と出力電極１０２とからそれぞれ狭い隙間ｄ１、ｄ２を隔てて形成された、平面形状が概略正方形のデュアルモード弾性波共振器１０４を備える。デュアルモード弾性波共振器１０４には、入力電極１０１と出力電極１０２とから離れた隅に、二つのモードの共振を結合させる共振モード間結合部１０５が形成されている。これらは図示が省略された基板上に支持されており、そして電気−機械変換された駆動力により、全体または部分的に移動ないし変形が可能である。入力電極１０１、出力電極１０２、弾性波共振器１０４は、第１の実施の形態において説明した、入力電極等の形成材料と同様の材料により形成される。また、これらを支持する基板も第１の実施の形態の場合と同様のものが用いられる。
【００４１】
入・出力電極１０１、１０２、デュアルモード弾性波共振器１０４、共振モード間結合部１０５を駆動する電気−機械変換により形成される力には、静電力と圧電体の変形が好ましく用いられるが、これに限定されない。
図３（ｂ）に示すように、デュアルモード弾性波共振器１０４に機械的な力Ｆ１を印加してこれを歪ませると、デュアルモード弾性波共振器１０４に張力が掛かり、両共振モードともに共振周波数が上昇する。これにより、デュアルモード弾性波共振器１０４の中心周波数を変化させることができる。また、図３（ｃ）に示すように、入力電極１０１の弾性波共振器１０４寄りの部位に機械的な力Ｆ２を印加してこの部位を歪ませると（ここでは入力電極側についてのみ図示し、説明するが、出力電極側においても機械的な力Ｆ３が印加されほぼ同様の動作が行われるものと理解されたい）、入力電極１０１の端面とデュアルモード弾性波共振器１０４の端面との対向面積が減少する。その結果、入力電極１０１−デュアルモード弾性波共振器１０４間の電磁波のカップリングは弱くなり、入力電極１０１からデュアルモード弾性波共振器１０４へ静電力を介して伝達される弾性波の強さも弱くなる。即ち、外部Ｑ値は大きくなる。また、図３（ｄ）に示すように、入力電極１０１に水平方向の機械的な力Ｆ４を印加して入力電極１０１を水平方向に移動させ、入力電極１０１とデュアルモード弾性波共振器１０４との隙間をｄ３と変化させると（出力電極側においても水平方向の機械的な力Ｆ５が印加されほぼ同様の動作が行われるものと理解されたい）、入力電極１０１−デュアルモード弾性波共振器１０４間の電磁波のカップリングが変化する。これによっても、外部Ｑ値を変化させることができる。また、図３（ｅ）に示すように、デュアルモード弾性波共振器１０４の共振モード間結合部１０５に機械的な力Ｆ６を印加してこれを歪ませると、デュアルモード弾性波共振器１０４の正方形からのずれが大きくなり、これにより二つの共振モード間の結合係数を変更することが出来る。以上の中心周波数の変化と、外部Ｑ値、及び結合係数の変化をもたらす変形は、第１の実施の形態同様、必ずしも完全に独立である必要は無い。例えば、図３の場合に、静電力を用いて、各々機械的な力Ｆ４とＦ２を生じさせた場合、弾性波共振器１０３にも若干の張力が掛かり、中心周波数が変化する場合がある。この場合、中心周波数の変化と、外部Ｑ値、あるいは結合係数の変化をもたらす変形は完全には独立ではない。しかしながら、同時に図３（ｂ）のＦ１を独立に調整可能にする事により、変化した中心周波数を所望の値に戻すことができる。すなわち、前記変形は完全に独立ではなくとも、中心周波数の変化と外部Ｑ値、あるいは結合係数の変化を独立に行うことができる。従って、フィルタの周波数特性を決定する全てのパラメータを少なくとも同数設けられ、同時、且つ独立に電気９信号を印加可能な電気−機械変換部を備える事により、前記パラメータ全てを各々、同時、且つ独立に変更しうる。
上記のように構成されたフィルタの共振器の中心周波数、共振モード間の結合係数および外部Ｑ値を所望の値に調整するために、上記の力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３（またはＦ４、Ｆ５）、Ｆ６を形成する電気−機械変換部には、これらの力を適切な値に制御するために直流の電気信号が入力される。その電気信号を形成する電気信号形成回路は、各種の周波数特性に適合する一連の共振器の中心周波数、共振モード間の結合係数および外部Ｑ値を実現する一連の電気信号に対応する値を記憶する記憶装置から、使用する周波数特性の共振器の中心周波数、共振モード間の結合係数および外部Ｑ値を実現する一連の電気信号に対応する記憶値を読み出し、これに基づいて電気−機械変換部に入力すべき電気信号を形成する。これらの電気信号形成回路、記憶装置の全部または一部は、入・出力電極、デュアルモード弾性波共振器が形成される基板と同一基板上に形成することが好ましい。これにより、部品点数が削減できることにより、低価格化、信頼性の向上等が計れる。
また、上記のように構成されたフィルタ単体で実現できる中心周波数の可変範囲は比較的に狭い。そのため上記のフィルタ単体では必要となる中心周波数の可変範囲を実現できない場合が起こり得る。その場合には、中心周波数の変更可能な範囲が異なる単位フィルタを複数並列に接続して広い周波数可変範囲をカバーできるようにすることができる。これら並列接続される単位フィルタは、同一基板上に形成することが望ましい。これにより、部品点数が削減できることにより、低価格化、信頼性の向上等が計れる。
【００４２】
図１（ｃ）は、本発明の第３の実施の形態を示す概略の平面図である。図１（ｃ）のＢ−Ｂ線の断面図は、図３（ａ）に示される第２の実施の形態の断面図と同様である。本実施の形態に係るフィルタは、入力電極１０１と、出力電極１０２と、入力電極１０１と出力電極１０２とからそれぞれ狭い隙間ｄ１、ｄ２を隔てて形成された、平面形状が方形の２つの弾性波共振器１０３を備える。２つの弾性波共振器１０３の間には、２つの共振器で所望の共振周波数で各々共振する弾性波、あるいは共振モードを結合させる共振モード間結合部１０５が形成されている。これらは図示が省略された基板上に支持されており、そして電気−機械変換された駆動力により、全体または部分的に移動ないし変形が可能である。入力電極１０１、出力電極１０２、弾性波共振器１０３および共振モード間結合部１０５とこれらを支持する基板は、第１の実施の形態の場合と同様の材料を用いて形成される。
【００４３】
入・出力電極１０１、１０２、弾性波共振器１０３、共振モード間結合部１０５を駆動する機械的な力には、静電力と圧電体の変形が好ましく用いられるが、これらに限定されない。
図３（ｂ）に示すように、弾性波共振器１０３に機械的な力Ｆ１を印加してこれを歪ませると、弾性波共振器１０３に張力が掛かり、弾性波共振器１０３の中心周波数を変化させることができる。また、図３（ｃ）に示すように、入力電極１０１の弾性波共振器１０３寄りの部位に機械的な力Ｆ２を印加してこの部位を変形、歪ませると（ここでは入力電極側についてのみ図示し、説明するが、出力電極側においても機械的な力Ｆ３が印加されほぼ同様の動作が行われるものと理解されたい）、入力電極１０１の端面と弾性波共振器１０３の端面との対向面積が減少する。その結果、入力電極１０１−弾性波共振器１０３間の電磁波のカップリングは弱くなり、入力電極１０１から弾性波共振器１０３へ静電力を介して伝達される弾性波の強さも弱くなる。即ち、外部Ｑ値は大きくなる。また、図３（ｄ）に示すように、入力電極１０１に水平方向の機械的な力Ｆ４を印加して入力電極１０１を水平方向に移動させ、入力電極１０１と弾性波共振器１０３との隙間をｄ３と変化させると（出力電極側においても水平方向の機械的な力Ｆ５が印加されほぼ同様の動作が行われるものと理解されたい）、入力電極１０１−弾性波共振器１０３間の電磁波のカップリングが変化する。これによっても、外部Ｑ値を変化させることができる。また、図３（ｅ）に示すように、弾性波共振器１０３の共振モード間結合部１０５に機械的な力Ｆ６を印加してこれを歪ませると、二つの弾性波共振器１０３間の結合度が変化し、これにより２つの共振モード間の結合係数を変更することが出来る。以上の中心周波数の変化と、外部Ｑ値、及び結合係数の変化をもたらす変形は、第１、第２の実施の形態同様、必ずしも完全に独立である必要は無い。フィルタの周波数特性を決定する全てのパラメータを少なくとも同数設けられ、同時、且つ独立に電気９信号を印加可能な電気−機械変換部を備える事により、前記パラメータ全てを各々、同時、且つ独立に変更しうる。
【００４４】
【実施例】
次に、添付した図面を参照しながら、本発明の実施例について詳細に説明する。
図４は、本発明の第１の実施例を示す図であって、図４（ａ）は、周辺回路構成を書き加えた上面図、図４（ｂ）は正面図、図４（ｃ）は側面図であり、また図４（ｄ）は、弾性波共振器の動作を説明する模式図である。
図４に示すように、本実施例のフィルタにおいては、基板１上に主に入力電極２と出力電極３と、その間に狭い空隙４と５を挟んで共振モード間結合部６を除いて上方から見て正方形をしているデュアルモード弾性波共振器７ａから構成されている。このデュアルモード弾性波共振器７ａの縦横の幅は構成材料の弾性波の速度を考慮して、設計時の共振周波数を実現した際に一波長の長さに一致するようにする。例えばアルミニウムであれば１ＧＨｚの共振周波数を得るためにはほぼ５ミクロンとなる。さらに、共振周波数を低くする場合と比較して高くするほうが容易であるため、製造時にはなるべく可変前の共振周波数を可変範囲下限か、それより低い周波数に予め設計しておくことが望ましい。また、本実施例では正方形としたが、デュアルモード弾性波共振器７ａの形状は正方形に限らず、帯域幅を広くする設計として、縦横の幅を意識的にずらし、共振周波数を若干ずらす場合もある。入力電極２と出力電極３は、それぞれ導電性支柱２７、２８により支持されており、またデュアルモード弾性波共振器７ａは、導電性支柱２９と給電パッド３１により支持されている。なお、導電性支柱２９と給電パッド３１は、弾性波共振器７ａの振動の節となる部位に設けられている。
本フィルタにおいては、外部Ｑ値を変更可能な電気信号で機械的に制御可能な可動機構として、入力電極２と出力電極３には、空隙８と９を挟んでその各々の近傍に配置された対向電極１０と１１が備えられている。入力電極２と出力電極３は、各々受信信号入力端子１２と出力端子１３に、直流電圧が漏れないようにデカップリングキャパシタ１４、１５を介して接続されている。可変電圧源１６、１７の入力端子１２と出力端子１３側にも、交流信号をカットするためのインダクタ１８、１９が挿入されている。なお、キャパシタ１４とインダクタ１８あるいはキャパシタ１５とインダクタ１９で生じる共振の周波数は、所望とするフィルタの周波数帯より十分低く設定してある。
【００４５】
また、デュアルモード弾性波共振器７ａの中心周波数を変更可能な電気信号で機械的に制御可能な可動機構として、デュアルモード弾性波共振器７ａには空隙２０を挟んでその近傍に配置された対向電極２１が備えられている。さらに、デュアルモード弾性波共振器７ａの共振モード間の結合係数を変更可能な電気信号で機械的に制御可能な可動機構として、デュアルモード弾性波共振器７ａの共振モード間結合部６には空隙２２を挟んでその近傍に配置された対向電極２３が備えられている。各々の電極間に直流電気信号を印加するために可変電圧源１６、１７、２４および２５が備えられている。これらの可変電圧源１６、１７、２４および２５を用いて、各々の電極間に直流電気信号を印加することにより、各々の電極間に静電力を生じさせ、入力電極２と出力電極３、デュアルモード弾性波共振器７ａあるいは共振モード間結合部６を機械的に歪ませることができる。ここで、空隙８、９、２０、２２は、１００ｎｍ以下に形成されている。これにより必要な印加電圧を低く抑えることができる。入力電極２と出力電極３の場合、対向電極１０、１１の間に可変電圧源１６、１７を用いて直流電気信号を印加することにより、入力電極２と出力電極３は、空隙８と空隙９の間隔を縮めるように対向電極１０、１１に向かって湾曲する。従って、空隙４と空隙５を介して対向している入力電極２と出力電極３の端面とデュアルモード弾性波共振器７ａの端面とはずれることになる。その結果、空隙４または空隙５により作られるキャパシタンスによる電磁波のカップリングは弱くなり、静電力を介して力学的な力に変換された弾性波の強さも弱くなる。即ち、外部Ｑ値は大きくなる。
【００４６】
また、デュアルモード弾性波共振器７ａの中心周波数を変更するには、対向電極２１との間に可変電圧源２４を用いて直流電気信号を印加することにより、デュアルモード弾性波共振器７ａの中央部分は空隙２０の間隔を縮めるように対向電極２１に向かって湾曲する。従って、デュアルモード弾性波共振器７ａに張力が掛かり、両共振モードともに共振周波数が上昇する。即ち、図４（ｄ）中に基本波として共振している縦波弾性波の振幅のエンベロープを一点鎖線と矢印で示したように、デュアルモード弾性波共振器７ａ内では、この二つ共振モードが存在するが、これら二つの共振モードの共振周波数が共に上昇することになる。さらに、デュアルモード弾性波共振器７ａの共振モード間の結合係数を変更するには、共振モード間結合部６と対向電極２３との間に可変電圧源２５を用いて直流電気信号を印加する。これにより、結合部６の中央部分は空隙２２の間隔を縮めるように対向電極２３に向かって湾曲し、その結果、デュアルモード弾性波共振器７ａの正方形からのずれが大きくなる。デュアルモード弾性波共振器７ａでは、結合部６における正方形からのずれを通じて二つのモード間のエネルギーのやり取りが行われ、これにより二つの共振モードが結合している。従って結合部６を歪ませることにより、結合係数を変更することが出来る。
【００４７】
以上示したとおり、電気的に制御して共振器の中心周波数、共振器間の結合係数および外部Ｑ値を各々個別に所望の値に変更することが出来る。この三つのパラメータを変更することにより、まず、中心周波数と帯域幅は調整可能である。また、同一中心周波数であっても結合係数と外部Ｑ値を変更することにより、フィルタタイプをチェビシェフ、バターワース、ベッセル、ガウシアン等さまざまな種類に選ぶことが出来る。このフィルタタイプの違いによって、遮断特性、挿入損失、位相特性も異なる。従って、本実施例のフィルタにおいては、周波数特性全般、即ち、中心周波数、帯域幅、遮断特性、挿入損失、位相特性の全ての特性に関して変更可能になっている。もちろん、作製プロセスに起因するような設計値からのずれとばらつきも調整可能である。
【００４８】
次に、図４に示された可変電圧源１６、１７、２４および２５の構成について図５を用いて詳述する。図５は可変電圧源の構成を示すブロック図である。まず、例えばＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ　ｕｎｉｔ）やＤＳＰ（ｄｉｇｉｔａｌ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等で構成される上位の制御回路２０１から、周波数特性を変更すること、例えば現在使用している無線規格と異なる無線規格に変更することが、制御回路２０２に指示される。記憶回路２０３には、各種の無線規格に適合する一連の共振器の中心周波数、共振モード間の結合係数および外部Ｑ値を実現する一連の電気信号に対応する値が予めデジタル値で格納されている。デジタル回路を用いる事により、安価に、経時変化やノイズに強い回路を構成できる。電源が切れてもこの値が保持されるように、記憶回路２０３はＲＯＭ、不揮発性メモリや磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスクあるいはバックアップ電源付きＲＡＭのうちのいずれかまたはそれらの組み合わせで構成されていることが望ましい。制御回路２０２は記憶回路２０３にアクセスして、所望の無線規格に適合する一連の共振器の中心周波数、共振モード間の結合係数および外部Ｑ値を実現する一連の電気信号に対応するプリセット値を読み出す。必要な形式にこのプリセット値を変更したデジタル信号をデジタル−アナログ変換器２０４に送り、アナログ信号に変換する。その後このアナログ信号を昇圧回路２０５に送り、フィルタの電気信号で機械的に制御可能な各々の可動機構に対応する電圧に変換している。この信号をフィルタの可動機構に印加することにより、フィルタの周波数特性を変更する。さらに、所望とする無線規格内の制御信号、あるいはその周波数帯域近傍で検知し得る制御信号や搬送波を利用して、微調も行える。受信した制御信号の検出結果は上位の制御回路２０１を経由して、制御回路２０２に周波数特性修正の指示と共に伝えられる。この修正値を制御回路２０２は記憶回路２０３に記憶させる。さらに制御回路は記憶回路２０３から読み出したプリセット値に修正値を加え、新たに所望の無線規格に適合する一連の共振器の中心周波数、共振モード間の結合係数および外部Ｑ値を実現する一連の電気信号を作成する。この値をデジタル−アナログ変換器２０４に送り、アナログ信号に変換する。その後このアナログ信号を昇圧回路２０５に送り、フィルタの電気信号で機械的に制御可能な各々の可動機構に対応する電圧に変換する。この信号をフィルタの可動機構に印加することにより、フィルタの周波数特性を微調する。またこの際、新たに得た所望の無線規格に適合する一連の共振器の中心周波数、共振モード間の結合係数および外部Ｑ値を実現する一連の電気信号を既存の値に上書きする形で記憶回路２０３に書き込んでもよい。
フィルタを構成する共振器の中心周波数、共振モード間の結合係数および外部Ｑ値は、製造ばらつきにより、製品間やロット間でばらつくのが一般的である。製造後の検査工程においてフィルタの周波数特性を測定し、測定の結果に基づいて記憶回路２０３に記憶させるプリセット値にロット毎にあるいは製品毎に修正を加えておくことが望ましい。
図５に示される回路の全てまたはその一部をフィルタの形成された基板上に形成することができる。そのようにする場合には、基板にＳｉ基板を用いることが望ましい。また、昇圧回路２０５に代え、増幅回路または降圧回路若しくはその組み合わせを用いることができる。
【００４９】
また、各種主要な無線規格の中心周波数は主に８００ＭＨｚ以上１０ＧＨｚ以下の帯域に散在しており、図４に記載されたフィルタ単体で実現できる変更可能な周波数特性のみでは対応できない場合が起こり得る。その場合には、図６ないし図１０に示す方法を採ることが出来る。即ち、中心周波数の変更可能な範囲が異なるフィルタを複数備え、各フィルタの前段あるいは後段にスイッチと組み合わせて、増幅器、アイソレータまたはサーキュレータを各々少なくとも備え、その後配線で接続するという方法である。図６によれば、アンテナ３０１の後段で複数の系統に分離され、その後複数の増幅器３０２に接続されている。この増幅器３０２は、例えば受信側であれば初段の低雑音増幅器に相当し、さらに複数の系統に分離した際のインピーダンス整合を取る役割も果たしている。その後段には周波数特性を変更可能なフィルタ３０３が設置され、さらにインピーダンス整合機能も含めた二段目の増幅器３０４、その後段にスイッチ３０５が設置され、その後に分離された受信系統は統合され、以後の段に接続される。この結果、例えば図１１に示すように、所望の周波数特性が４０１の実線で示される中心周波数と帯域幅を有していた場合、中心周波数の変更可能な範囲、即ち図中の中心周波数変動幅が異なる二つのフィルタの中心周波数と帯域幅をそれぞれ４０３と４０４のように制御することにより、４０１の特性を実現できる。単体のフィルタのみでは周波数特性の可変範囲が限られる場合においても、この方法により極めて広い周波数特性の可変範囲を得ることが出来る。さらにこれらの複数のフィルタを同一基板上に集積化すれば、ディスクリートに構成するよりフィルタの占有面積を縮小できる。図７に示す回路においては、入力側および出力側の増幅器が一つにまとめられている。すなわち、アンテナ３０１より入力した受信信号は、前段の増幅器３０２の後で複数の系統に分離され、各分枝においてアイソレータ３０６、フィルタ３０３、スイッチ３０５、アイソレータ３０６を経た後、統合されて後段の増幅器３０４に入力する。図８に示す回路においては、受信信号は、アイソレータ３０６を経て終端子３０７により終端されている。そしてアイソレータ３０６により分離された信号は、スイッチ３０５、フィルタ３０３、スイッチ３０５、アイソレータ３０６を経て統合される。また、図９に示す回路では、アイソレータとスイッチに代えてサーキュレータ３０８を用いて分岐を行っている。さらに、図１０に示す回路おいては、アンテナ３０１にて受信された信号は、サーキュレータ３０８により分岐され、スイッチ３０５、フィルタ３０３、可変移相器３０９を経由した後、３系統に統合・分離されて出力される。可変移相器３０９を用いることにより、合波される信号間で位相差が生じて干渉により出力低下が発生することを防ぐことができる。また、図１０に示されるように、複数チャネルの信号を同時に受信できるようにすることにより、例えば音声による通信を続けながらデータ通信を行う等形態の異なる複数の通信を並行して行うこともできるようになる。
なお、図６ないし図１０に示す複数のフィルタを備えた複合フィルタにおいて、所望する各種の無線規格に適合する周波数特性を実現する、スイッチのオン／オフや可変移相器の移相角が記憶回路に記憶されているようにすることが好ましい。特に複数の並列に設置された奇数段フィルタを通してきた信号を通過帯域の一部が重なるように信号を合波する場合、一段毎に１８０度位相角がずれるため、可変移相器の使用が望ましい。
【００５０】
本実施例において、例えば複数のフィルタを同一基板上に集積化するだけではなく、例えばシリコン基板を用いて、図５中の可変電圧源として用いる制御回路、記憶回路、デジタル−アナログ変換器、昇圧回路、あるいは図６ないし図１０中の増幅器やスイッチを同一基板上に集積化することにより、さらにフィルタの占有面積を縮小できる。また部品点数を削減でき、従って信頼性も向上する。また、本発明に係るフィルタを回路ブロックの一部として搭載した集積回路チップは外付け部品の点数の削減効果と言う付加価値を伴うため、チップ価格を高く設定できる。さらに、本発明に係るフィルタ、複合フィルタ、または集積回路チップの搭載された、携帯電話機など電子機器においても、部品点数削減効果によって小型化、信頼性の向上が図れるほか低コスト化を実現することができる。
【００５１】
図１２は、本発明の第２の実施例を示す図であって、図１２（ａ）は、周辺回路構成を書き加えた上面図、図１２（ｂ）は正面図、図１２（ｃ）は側面図である。本実施例は、第１の実施例のうち図４に示したフィルタの共振器の中心周波数を電気−機械的に制御可能な可動機構に圧電体を使用したものである。すなわち、図４の対向電極２１が除去され、デュアルモード弾性波共振器７ａを導電性支柱２９と給電パッド３１で支持すると共に、二つの圧電体支柱３４により支持している。圧電体支柱３４は給電線３３上に設けられている。なお、導電性支柱２９と給電パッド３１と圧電体支柱３４は、弾性波共振器７ａの振動の節となる部位に設けられている。可変電圧源２４は、給電線３３と弾性波共振器７ａとに接続されている。デュアルモード弾性波共振器７ａの中心周波数を変更するには、可変電圧源２４を用いて直流電気信号を圧電体支柱３４に印加することによりこれを伸ばすか縮めるかして、デュアルモード弾性波共振器７ａを湾曲させて、デュアルモード弾性波共振器７ａに張力が掛け、共振周波数を変化させる。
また、図４の対向電極１０、１１が除去され、入力電極２−デュアルモード弾性波共振器７ａ間に可変電圧源１６の電圧が印加され、出力電極３−デュアルモード弾性波共振器７ａ間に可変電圧源１７の電圧が印加されている。そして、入力電極２と出力電極３とに開口３５が設けられ、開口の両サイドに切り込み３６が入れられている。したがって、開口３５の両サイドにばね特性を持たせることができる。このばね特性の共振周波数は、フィルタの通過帯域に干渉しないような選ぶことが望ましい。可変電圧源１６、１７の電圧を変化させることにより、入力電極２−デュアルモード弾性波共振器７ａ間の空隙４と、出力電極３−デュアルモード弾性波共振器７ａ間の空隙５の幅を変化させることができ、入・出力電極と弾性波共振器７ａとの間の電磁的カップリングを調整することができる。すなわち、この動作により、外部Ｑ値を変更できる。
【００５２】
図１３は、本発明の第３の実施例を示す図であって、図１３（ａ）は、周辺回路構成を書き加えた上面図、図１３（ｂ）は正面図、図１３（ｃ）は側面図である。本実施例は、第１の実施例のうちフィルタの共振モード間の結合係数および外部Ｑ値を調整する可動機構に圧電体を使用したものである。すなわち、図４の対向電極１０、１１と対向電極２３が除去され、一端が可変電圧源１６、１７に接続された給電線３７、３８と入力電極２、出力電極３との間に圧電体支柱４０、４１が配置され、一端が可変電圧源２５に接続された給電線３９と共振モード間結合部６との間に圧電体支柱４２が配置されている。可変電圧源１６、１７の電圧を変化させると、圧電体支柱４０、４１が伸長ないし縮小することにより、入力電極２および出力電極３が上下動する。これにより、入力電極２の端面、出力電極３の端面とこれと対向するデュアルモード弾性波共振器７ａの端面との対向面積が変化することになり、入・出力電極と弾性波共振器７ａとの間の電磁的カップリングを変化させることができる。すなわち、この動作により、外部Ｑ値を調整することができる。また、可変電圧源２５の電圧を変化させると、圧電体支柱４２が伸長ないし縮小することにより、デュアルモード弾性波共振器７ａの共振モード間結合部６が歪む。これにより両共振モード間の結合が変化しフィルタの共振モード間の結合係数を調整することができる。
【００５３】
図１４は、本発明の第４の実施例を示す図であって、図１４（ａ）は、周辺回路構成を書き加えた上面図、図１４（ｂ）は正面図、図１４（ｃ）は側面図である。本実施例は、図１２に示す第２の実施例に対し、外部Ｑ値を変化させるための可動機構となる、入力電極２と出力電極３を吸引することのできる吸引電極を付加したものである。すなわち、入力電極２と出力電極３に形成された開口３５内に吸引電極４５、４６を設け、これらを、一端が可変電圧源４７、４８に接続された給電線４３、４４上に配置している。また、本実施例では、入・出力電極の開口３５の外側にも切り込み３６を入れてある。本実施例によれば、吸引電極４５、４６を設けたことにより、可変電圧源１６、１７と併用して入・出力電極の可動範囲を大きくして外部Ｑ値の調整範囲を大きくすることができる。あるいは、可変電圧源１６、１７の使用を停止して、外部Ｑ値の調整と共振器の中心周波数の調整との間に干渉が発生することを抑制することができる。
【００５４】
図１５は、本発明の第５の実施例を示す図であって、図１５（ａ）は、周辺回路構成を書き加えた上面図、図１５（ｂ）は正面図である。図１５において、他の実施例の部分と同等の部分には同一の参照番号が付せられている。本実施例は、シングルモードの弾性波共振器７ｂを１個有するのみである。したがって、本実施例においては、共振モード間の結合係数の調整は行われない。本実施例においては、弾性波共振器７ｂと対向電極１０との間に印加される可変電圧源２４の電圧を変化させて共振器の中心周波数を調整し、入力電極２−弾性波共振器７ｂ間および出力電極３−弾性波共振器７ｂ間に印加される可変電圧源１６、１７の電圧を変化させて外部Ｑ値の調整を行う。共振器の中心周波数を一定にして外部Ｑ値を変更することにより、共振器の周波数−出力強度特性の立ち上がり特性を調整したり、共振器の群遅延特性を調整したりすることができる。
対向電極１０と接地間に局部発振器４９を挿入することにより、本実施例のフィルタをミキサ機能を併せ持つコンバータとして動作させることができる。挿入される局部発振器は、入力電極２−接地間あるいは出力電極３−接地間あるいは給電パッド３１−接地間であってもよい。また、デュアルモード弾性波共振器や複数段の弾性波共振器によって構成されるフィルタに局部発振器の信号を入力するようにしてもよい。
【００５５】
図１６は、本発明の第６の実施例を示す図であって、図１６（ａ）は、周辺回路構成を書き加えた上面図、図１６（ｂ）は正面図である。図１６において、他の実施例の部分と同等の部分には同一の参照番号が付せられている。本実施例においては、入力電極２と出力電極３との間に２つの弾性波共振器７ｂが配置され、２つの弾性波共振器７ｂは、それぞれ共振モード間結合部６ａの一端に接続されている。共振モード間結合部６ａの下には対向電極２３ａが配置されており、対向電極２３ａに印加される電圧を可変電圧源２５により変化させることにより、共振モード間結合部６ａの歪みを調整することが可能であり、これにより２つ弾性波共振器７ｂ同士の結合度を変化させることができ、共振器間の結合係数を調整することが可能である。また、弾性波共振器７ｂに近接して配置された対向電極２１に印加される電圧を可変電圧源２４により変化させることにより、２つの共振器の中心周波数を調整することができ、また入力電極２、出力電極３に印加される電圧を可変電圧源１６、１７により変化させることにより、共振器の外部Ｑ値を調整することができる。
【００５６】
図１７は、本発明の第７の実施例を示す図であって、図１７（ａ）は、周辺回路構成を書き加えた上面図、図１７（ｂ）は正面図、図１７（ｃ）は、共振モードを中心とした動作説明図である。図１７において、他の実施例の部分と同等の部分には同一の参照番号が付せられている。本実施例は、１枚の弾性波共振器を用いた３段フィルタに係る。本実施例においては、入力電極２と出力電極３との間にそれらと狭い間隙を隔ててトリプルモード弾性波共振器７ｃが配置される。トリプルモード弾性波共振器７ｃの入力電極２と出力電極３とから離れたコーナ部には共振モード間結合部６が形成されている。図１７（ｃ）に示されるように、弾性波共振器７ｃには３つのモードの共振が形成され、そして交差する２つの共振モードが、それぞれ共振モード間結合部６により結合されている。
【００５７】
図１８は、本発明の第８の実施例を示す上面図である。本実施例は、クロスカップルされた８段フィルタに係る。図１８において、他の実施例の部分と同等の部分には同一の参照番号が付せられている。本実施例おいては、入力電極２と出力電極３との間に、４つのデュアルモード弾性波共振器７ａが配置され、それらが順に共振モード間結合部６ａにより連結されるとともに初段の弾性波共振器７ａと最終段の弾性波共振器７ａとの間がクロスカップルとなる共振モード間結合部６ｂにより接続されている。共振モード間結合部６ａ、６ｂの下にはそれぞれ対向電極２３ａが配置されており、対向電極２３ａに印加される電圧を調整することにより、それぞれ２つの共振モード間の結合度を調整することができる。図１８に示されるように、共振モード間をクロスカップルすることにより、フィルタの選択度を向上させ、群遅延特性を改善することができる。
【００５８】
次に、図１９を参照して本発明の第１の実施例の製造方法について説明する。図１９（ａ）〜（ｇ）は、本発明の第１の実施例の製造方法を説明するための、図４のＢ−Ｂ線での工程順の断面図である。Ｓｉ基板１ａ上をＳｉＮ膜１ｂで被覆してなる基板１上にスパッタ法によりＡｌ膜５０を堆積する〔図１９（ａ）〕。次に、フォトリソグラフィ法およびＲＩＥ（ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｉｏｎ　ｅｔｃｈｉｎｇ）によりＡｌ膜５０をパターニングして、対向電極１０、導電性支柱２７、２９、給電パッド３１を形成する〔図１９（ｂ）〕。次に、ＣＶＤ法によりＳｉＯ_２膜５１を堆積し〔図１９（ｃ）〕、導電性支柱２７、２９、給電パッド３１の表面が露出するようにパターニングする〔図１９（ｄ）〕。次に、スパッタ法によりＡｌ膜５２を堆積し〔図１９（ｅ）〕、フォトエッチング法により入力電極２、デュアルモード弾性波共振器７ａおよび出力電極が連続した状態になるようにパターニングする。次いで、収束イオンビーム（ｆｏｃｕｓｅｄ　ｉｏｎ　ｂｅａｍ：ＦＩＢ）ミリング法により、入力電極２−デュアルモード弾性波共振器７ａ間および出力電極−デュアルモード弾性波共振器７ａ間に狭い空隙４を形成する〔図１９（ｆ）〕。この収束イオンビームミリング法を使用することにより、おおよそ５ｎｍまで空隙４の幅を狭くすることもできる。最後に、残余のＳｉＯ_２膜５１を湿式法によりエッチング除去し、超臨界流体を用いた乾燥法を用いて完成する〔図１９（ｇ）〕。
【００５９】
図２０（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第９の実施例の製造方法を説明するための工程順の断面図である。半絶縁性ＧａＡｓ基板１ｃ上にＡｌ膜を堆積し、これをパターニングして対抗電極１０、給電パッド３１を形成する〔図２０（ａ）〕。次に、ＳｉＮ膜５３を堆積し〔図２０（ｂ）〕、これをパターニングして絶縁性支柱５４、５５を形成する〔図２０（ｃ）〕。ＳｉＯ_２膜５６を堆積し、ＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）により、表面を平坦化して絶縁性支柱５４、５５の表面を露出させる〔図２０（ｄ）〕。次に、ＳｉＯ_２膜５６を選択的にエッチングして給電パッド３１の表面を露出させた後、スパッタ法によりＡｌ膜５７を堆積する〔図２０（ｅ）〕。Ａｌ膜５７を電子線リソグラフィを用いてパターニングして入力電極２、デュアルモード弾性波共振器７ａを形成した後、残余のＳｉＯ_２膜５６を等方性のドライエッチング法を用いて除去する〔図２０（ｆ）〕。
【００６０】
図２１は、本発明によるフィルタの実装手段の一例を示す断面図である。メモリや演算回路を含む周辺回路は、フィルタが形成される基板上に形成される場合と別個の基板上に形成される場合とがあるが、図示した例は前者に係る。基板５０１上には、フィルタ５０２とその周辺回路５０３とが形成され、基板の周縁部にはパッド５０４が形成されている。基板５０１は、外部端子５０８を備えたパッケージ基部５０６上に搭載され、パッド５０４と外部端子５０８のインナーリード部との間がボンディングワイヤ５０５により接続される。その後、パッケージ蓋部５０７が被せられ、フィルタは気密封止される。パッケージ内には、水分や酸素等を吸着するゲッター材５０９が配置される。これにより、水分の吸着や表面酸化によるフィルタの特性変化を抑制できる。基板は、ダイボンドにより搭載する方式に代え、基板上にバンプを設けフリップチップ方式によりパッケージ内に搭載するようにしてもよい。
【００６１】
以上好ましい実施例により本発明の特徴を説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜の変更が可能なものである。例えば、電気−機械変換機構としては、磁歪素子など実施例以外の手段を用いることもできる。また、図６から図１０においては受信系統を想定して説明したが、フィルタ単体が明らかに送受両系統に適用可能なように、フィルタを並列に複数個備えたフィルタは同様に送信系統にも適用可能である。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、基板上に入・出力電極とこれに隣接して弾性波共振器を設け、電気−機械変換部により、共振器の中心周波数、共振モード間の結合係数および外部Ｑ値をそれぞれ個別に変更できるようにしたものであるので、フィルタの周波数特性を任意に変更することが可能になり、ソフトウェア無線機等の通信機器や電子機器にて要求される特性を満たすフィルタとその周波数特性の変更方法を提供することができる。また、本発明によれば、製造ばらつきにより発生する周波数特性のずれを適切に補正することが可能になる。
また、フィルタとその周辺回路とを同一基板上に集積化する場合には、デバイスの小型化と信頼性の向上を実現することができる。また、本発明によるフィルタを搭載した通信機器などの電子機器においては、装置の小型化と信頼性の向上を実現できるほか製品のコストダウンを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１ないし第３の実施の形態を示す平面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の断面図と動作説明図。
【図３】本発明の第２、第３の実施の形態の断面図と動作説明図。
【図４】本発明の第１の実施例を示す上面図と正面図と側面図と動作説明図。
【図５】本発明の実施例に用いられる可変電圧源の構成を示す図。
【図６】本発明の第１の実施例を説明する中心周波数の変更可能な範囲が異なるフィルタを複数備えた構成を示す図（その１）。
【図７】本発明の第１の実施例を説明する中心周波数の変更可能な範囲が異なるフィルタを複数備えた構成を示す図（その２）。
【図８】本発明の第１の実施例を説明する中心周波数の変更可能な範囲が異なるフィルタを複数備えた構成を示す図（その３）。
【図９】本発明の第１の実施例を説明する中心周波数の変更可能な範囲が異なるフィルタを複数備えた構成を示す図（その４）。
【図１０】本発明の第１の実施例を説明する中心周波数の変更可能な範囲が異なるフィルタを複数備えた構成を示す図（その５）。
【図１１】本発明の第１の実施例を説明する中心周波数の変更可能な範囲が異なるフィルタを複数備えた場合の周波数特性図。
【図１２】本発明の第２の実施例を示す上面図と正面図と側面図。
【図１３】本発明の第３の実施例を示す上面図と正面図と側面図。
【図１４】本発明の第４の実施例を示す上面図と正面図と側面図。
【図１５】本発明の第５の実施例を示す上面図と正面図。
【図１６】本発明の第６の実施例を示す上面図と正面図。
【図１７】本発明の第７の実施例を示す上面図と正面図と動作説明図。
【図１８】本発明の第８の実施例を示す上面図。
【図１９】本発明の第１の実施例の製造方法を説明する工程順の断面図。
【図２０】本発明の第９の実施例の製造方法を説明する工程順の断面図。
【図２１】本発明のフィルタの実装手段の一例を示す断面図。
【符号の説明】
１　基板
１ａ　Ｓｉ基板
１ｂ　ＳｉＮ膜
１ｃ　半絶縁性ＧａＡｓ基板
２、１０１　入力電極
３、１０２　出力電極
４、５、８、９、２０、２２　空隙
６、６ａ、６ｂ、１０５　共振モード間結合部
７ａ、１０４　デュアルモード弾性波共振器
７ｂ、１０３　弾性波共振器
７ｃ　トリプルモード弾性波共振器
１０、１１、２１、２３、２３ａ　対向電極
１２　受信信号入力端子
１３　出力端子
１４、１５　デカップリングキャパシタ
１６、１７、２４、２５、４７、４８　可変電圧源
１８、１９　インダクタ
２７、２８、２９　導電性支柱
３１　給電パッド
３３、３７、３８、３９、４３、４４　給電線
３４、４０、４１、４２　圧電体支柱
３５　開口
３６　切り込み
４５、４６　吸引電極
４９　局部発振器
５０、５２、５７　Ａｌ膜
５１、５６　ＳｉＯ_２膜
５３　ＳｉＮ膜
５４、５５　絶縁性支柱
２０１　上位の制御回路
２０２　制御回路
２０３　記憶回路
２０４　デジタル−アナログ変換器
２０５　昇圧回路
３０１　アンテナ
３０２　増幅器
３０３　周波数特性を変更可能なフィルタ
３０４　増幅器
３０５　スイッチ
３０６　アイソレータ
３０７　終端子
３０８　サーキュレータ
３０９　可変移相器
４０１　所望の周波数特性
４０３、４０４　単体フィルタの周波数特性
５０１　基板
５０２　フィルタ
５０３　周辺回路
５０４　パッド
５０５　ボンディングワイヤ
５０６　パッケージ基部
５０７　パッケージ蓋部
５０８　外部端子
５０９　ゲッター材

Claims (32)

1. 基板上に形成された、入力電極と、出力電極と、前記入力電極と前記出力電極との間に配置されたフィルタとして使用する共振モードが一つである一個の弾性波共振器とを有するフィルタであって、前記弾性波共振器の中心周波数と、前記弾性波共振器と前記入力電極の間の外部Ｑ値、および前記弾性波共振器と前記出力電極の間の外部Ｑ値の、前記フィルタの周波数特性を決定する全てのパラメータを各々同時、且つ独立に変更しうる、各々同時、且つ独立に電気信号を印加可能な、少なくとも前記パラメータと同数設けられた構造を有し、当該構造に設けられた電極に前記電気信号をそれぞれ個別に印加することにより前記フィルタの当該構造の各一部分を各々同時、且つ有限の独立性を持って機械的に変形しうる機能を有した電気−機械変換部を含んで構成されることを特徴とするフィルタ。
2. 基板上に形成された、入力電極と、出力電極と、前記入力電極と前記出力電極との間に配置された、少なくとも１個の弾性波共振器を含み、フィルタとして使用する複数個の弾性波の共振モードを前記弾性波共振器内に備えた共振部とを有するフィルタであって、前記共振部の複数個の共振モード間の結合係数と、中心周波数と、前記弾性波共振器と前記入力電極の間の外部Ｑ値、および前記弾性波共振器と前記出力電極の間の外部Ｑ値の、前記フィルタの周波数特性を決定する全てのパラメータを各々同時、且つ独立に変更しうる、各々同時、且つ独立に電気信号を印加可能な、前記パラメータと少なくとも同数設けられた構造を有し、当該構造に設けられた電極に前記電気信号をそれぞれ個別に印加することにより前記フィルタの当該構造の各一部分を各々同時、且つ有限の独立性を持って機械的に変形しうる機能を有した電気−機械変換部を含んで構成されることを特徴とするフィルタ。
3. 請求項１または２記載のフィルタにおいて前記電気−機械変換部は、前記電気信号を印加することにより、静電力または圧電体の変形によって前記フィルタの当該構造の各一部分を機械的に変形しうる機構であることを特徴とする請求項１または２記載のフィルタ。
4. 前記電気−機械変換部として、前記弾性波共振器の端面が前記入力電極および前記出力電極の端面と所定の間隙を介して対向しており、静電力または圧電体の変形により前記弾性波共振器の端面と前記入力電極および前記出力電極の端面との距離、または、端面同士の対向面積を変化させる機構を含むことを特徴とする請求項３記載のフィルタ。
5. 前記電気−機械変換部として、前記静電力または前記圧電体の変形により前記弾性波共振器の一部を機械的に変形する機構を含むことを特徴とする請求項３記載のフィルタ。
6. 前記電気−機械変換部は、前記弾性波共振器の一部の機械的変形により、前記弾性波共振器に印加される張力を変化させる機構であることを特徴とする請求項５記載のフィルタ。
7. 前記入力電極、前記弾性波共振器、前記出力電極が、半導体、金属または表面が半導体、金属により被覆された絶縁体で形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のフィルタ。
8. 前記入力電極、前記弾性波共振器または前記出力電極の中の少なくともいずれか１つには局部発振器が接続されていることを特徴とする請求項１または２記載のフィルタ。
9. 請求項１記載のフィルタであって、所望する周波数特性に適合する前記弾性波共振器の中心周波数および外部Ｑ値を実現する前記電気信号に対応する値を記憶する記憶回路と、その記憶回路から記憶値を読み出しその記憶値を前記電気信号に変換しその電気信号を出力する印加電圧形成部と、を備え、前記印加電圧形成部が出力する前記電気信号を前記電気−機械変換部の入力信号として用いることを特徴とするフィルタ。
10. 請求項２記載のフィルタであって、所望する周波数特性に適合する前記共振部の共振モード間の結合係数、中心周波数および外部Ｑ値を実現する前記電気信号に対応する値を記憶する記憶回路と、その記憶回路から記憶値を読み出しその記憶値を前記電気信号に変換しその電気信号を出力する印加電圧形成部と、を備え、前記印加電圧形成部が出力する電気信号を前記電気−機械変換部の入力信号として用いることを特徴とするフィルタ。
11. 前記記憶回路がデジタル回路で構成されており、前記印加電圧形成部がデジタル−アナログ変換器を構成要素として含むことを特徴とする請求項９または１０に記載のフィルタ。
12. 前記印加電圧形成部が出力する電気信号を昇圧回路、降圧回路または増幅回路を介して前記電気−機械変換部に印加する機構であることを特徴とする請求項９または１０に記載のフィルタ。
13. 前記記憶回路、および／または、前記印加電圧形成部の一部または全部が、前記弾性波共振器が形成される前記基板と同一基板上に形成されていることを特徴とする請求項９から１２のいずれかに記載のフィルタ。
14. 変更可能な中心周波数範囲が互いに異なる、請求項１から１３のいずれかに記載されたフィルタを並列に複数個備えたことを特徴とする複合フィルタ。
15. 各前記フィルタには、増幅器が直列に接続されていることを特徴とする請求項１４に記載の複合フィルタ。
16. 各前記フィルタは、アイソレータにより互いに分離されていることを特徴とする請求項１４または１５に記載の複合フィルタ。
17. 各前記フィルタへの分岐点には、サーキュレータが接続されていることを特徴とする請求項１４から１６のいずれかに記載の複合フィルタ。
18. 各前記フィルタには、スイッチが直列に接続されていることを特徴とする請求項１４から１７のいずれかに記載の複合フィルタ。
19. 各前記フィルタには、可変移相器が直列に接続されていることを特徴とする請求項１４から１８のいずれかに記載の複合フィルタ。
20. 請求項１８または１９記載の複合フィルタにおいて、所望する周波数特性を与えるフィルタの組み合わせを実現する、各フィルタに直列に接続されたスイッチのオン／オフ、あるいは可変移相器による位相の調整値を記憶する記憶回路を備えることを特徴とする複合フィルタ。
21. 各前記フィルタが同一基板上に形成されていることを特徴とする請求項１４から２０のいずれかに記載の複合フィルタ。
22. 各前記フィルタと、各前記フィルタに接続されるデバイスの全部またはその一部が同一基板上に形成されていることを特徴とする請求項１４から２１のいずれかに記載の複合フィルタ。
23. 請求項１から１３のいずれかに記載のフィルタまたは請求項１４から２２のいずれかに記載の複合フィルタが一パッケージ内に気密に封止されていることを特徴とするフィルタ実装体。
24. パッケージ内にはゲッター材が配置されていることを特徴とする請求項２３に記載のフィルタ実装体。
25. 請求項１から１３のいずれかに記載のフィルタまたは請求項１４から２２のいずれかに記載の複合フィルタが回路の一部として同一基板上に集積化された集積回路チップ。
26. 請求項１から１３のいずれかに記載のフィルタ、または、請求項１４から２２のいずれかに記載の複合フィルタ、または、請求項２３から２４のいずれかに記載のフィルタ実装体、または、請求項２５に記載の集積回路チップが搭載された電子機器。
27. 請求項１記載のフィルタに対して、第１の電気信号を印加して前記弾性波共振器を機械的に変形することにより共振器の中心周波数を変更し、第２、第３の電気信号を印加して、入力電極と弾性波共振器との相対的位置、および、出力電極と弾性波共振器との相対的位置を変化させることにより外部Ｑ値を変更することを特徴とするフィルタの周波数特性変更方法。
28. 請求項２記載のフィルタに対して、一または複数の第１の電気信号を印加して前記弾性波共振器を機械的に変形することにより共振部の複数個の共振モードの中心周波数を変更し、第２、第３の電気信号を印加して、入力電極と弾性波共振器との相対的位置、および、出力電極と弾性波共振器との相対的位置を変化させることにより外部Ｑ値を変更し、更に一または複数の第４の電気信号を印加して前記共振部の共振モード間の結合を生じさせる複数個の部位を各々変形することにより共振モード間の結合係数を変更することを特徴とするフィルタの周波数特性変更方法。
29. 請求項９記載のフィルタにおいて、所望する周波数特性に適合する共振部の中心周波数および外部Ｑ値を実現する電気信号に対応する値を予め記憶回路は記憶しておき、フィルタの周波数特性を変更する際に印加電圧形成部はその記憶回路からその記憶値を読み出し、形成した電気信号をフィルタの電気−機械変換部に印加することによりフィルタの周波数特性を変更することを特徴とするフィルタの周波数特性変更方法。
30. 請求項１０記載のフィルタにおいて、所望する周波数特性に適合する共振器の中心周波数、外部Ｑ値および共振モード間の結合係数を実現する電気信号に対応する値を予め記憶回路は記憶しておき、フィルタの周波数特性を変更する際に印加電圧形成部はその記憶回路からその記憶値を読み出し、形成した電気信号をフィルタの電気−機械変換部に印加することによりフィルタの周波数特性を変更することを特徴とするフィルタの周波数特性変更方法。
31. 請求項１４から２２記載の複合フィルタの周波数特性変更方法であって、各フィルタの周波数特性を変更することにより前記複合フィルタの周波数特性を変更することを特徴とする複合フィルタの周波数特性変更方法。
32. 請求項１８から２０記載の複合フィルタにおいて、所望する周波数特性を実現するために、各フィルタに直列に接続されたスイッチのオン／オフ、および／または、可変移相器による位相の調整を行うことにより、複合フィルタの周波数特性を変更することを特徴とする複合フィルタの周波数特性変更方法。

Images