JP2004320412A - 弾性表面波フィルタ - Google Patents

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Abstract

【課題】横結合二重モード弾性表面波フィルタにおいて、横方向および縦方向の高次モードによるスプリアスを同時に抑圧した横結合二重モード弾性表面波フィルタを提供することを目的とする。
【解決手段】横結合二重モードSAWフィルタにおいて、IDTのライン占有率に対し反射器のライン占有率を小さくあるいは大きくすることで、縦方向および横方向の高次モードが原因で発生する通過帯域外のスプリアスを同時に抑圧することができる。
【選択図】図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は弾性表面波フィルタに関し、特に高次横モード及び高次縦モードに起因するスプリアスを抑圧した弾性表面波フィルタに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、弾性表面波(Surface Acoustic Wave:以下、SAW)デバイスは通信分野で幅広く用いられ、高性能、小型、量産性等の点で優れた特徴を有することから特に携帯電話等に多く用いられている。図6は従来の横結合型二重モード弾性表面波フィルタ(以下、横結合二重モードSAWフィルタと称す)の構成を示す平面図であって、圧電基板31上に2つのIDT32、33をSAWの伝搬方向に直角に、且つ並列に近接配置すると共にこれらIDTの両端部にグレーティング反射器(以下、反射器と称す)35、36を配置して、横結合二重モードSAWフィルタを構成する。なお、IDT32、33の内側のバスバーは互いに接して共通バスバー34とするのが一般的である。IDT32、33は互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対のくし形電極により形成され、IDT32の基板端部側のくし形電極は入力端子INに接続されると共に、他方のくし形電極は接地される。さらに、IDT33の基板端部側のくし形電極は出力端子OUTに接続されると共に、他方のくし形電極は接地される構成となっている。
【0003】
図6の横結合二重モードSAWフィルタを用いて、中心周波数近傍に発生する代表的な振動モードのエネルギー分布の形態を説明すると、SAWの伝搬方向に対し直角な方向(横方向)に、 A、B、Cで示す1次、2次、3次、及び図示していない更に高次の変位分布をもつ共振モードが励起される。また、SAWの伝搬方向(縦方向)についても、D、E、Fで示す1次、2次、3次、及び更に高次の変位分布をもつ共振モードが励起される。このうち、横方向の1次モード(A)と2次モード(B)の共振周波数を接近させることにより、通過帯域の狭い狭帯域型フィルタとして機能する。
【0004】
図7は、従来の横結合二重モードSAWフィルタのフィルタ特性を示す図であって、圧電基板31にSTカット水晶基板を用い、アルミニウム合金の膜厚を2.88%λ(λは基板上に励起されるSAWの波長)、フィルタ特性の中心周波数を169.3MHzに設定した横結合二重モードSAWフィルタである。IDT32、33の対数をそれぞれ135.5対、交差幅を9.4λ、反射器34、35の本数をそれぞれ126本とし、ライン占有率はIDT、反射器共に0.70とした。ここで、ライン占有率は、IDTの電極指の幅をL、電極指間のスペースをSとした時、ライン占有率η=L/(L+S)と定義する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前記横結合二重モードSAWフィルタには、通過特性を形成する1次モード及び2次モード以外にも横方向及び縦方向の高次の共振モードも同時に励起される。従って、横結合二重モードSAWフィルタには図7に示すような高次モードによるスプリアスS1、S2が発生する。このうち、通過帯域に対し低域側のスプリアスS1は縦方向の高次モードに起因し、通過帯域に対し高域側のスプリアスS2は横方向の高次モードに起因して発生する。
【0006】
従って、横結合二重モードSAWフィルタでは縦方向および横方向の高次モードにより、通過帯域外に不要なスプリアスが発生してしまい、通過帯域に対し低域側と高域側の減衰量を劣化させる原因となっていた。
【0007】
これら高次モードによるスプリアス発生を抑圧する方法としては、反射器の電極ピッチを狭くあるいは広くし反射帯域の中心周波数をずらすことで、通過帯域に対し低域側あるいは高域側のスプリアスを抑圧する手段、もしくは横結合二重モードSAWフィルタのIDT対数を調整することで、通過帯域に対し低域側に発生するスプリアスを抑圧する手段等がある。しかしながら、反射器の電極ピッチを調整する手段は、通過帯域に対し低域側もしくは高域側のどちらかのスプリアスしか抑圧できず両方同時に抑圧することはできない。また、IDT対数を調整する手段は、フィルタの終端インピーダンスが大きく変化してしまい、フィルタをセットに用いる場合に終端条件を合わせるのが困難になるという問題が生じてしまう。本発明は前記問題を解決するためになされたものであって、終端インピーダンスを変えずに、横方向および縦方向の高次モードによるスプリアスを同時に抑圧した横結合二重モードSAW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に係る横結合二重モードSAWフィルタの請求項1に記載の発明は、圧電基板上に2つのIDTを弾性表面波の伝搬方向に直角、且つ並列に近接配置し、2つのIDTを電気的に接続した横結合二重モードSAWフィルタにおいて、前記IDTの両端部に配置された反射器のライン占有率をIDTのライン占有率より小さくしたことを特徴とする弾性表面波フィルタである。
【0009】
請求項2記載の発明は、圧電基板上に2つのIDTを弾性表面波の伝搬方向に直角、且つ並列に近接配置し、2つのIDTを電気的に接続した横結合二重モードSAWフィルタにおいて、前記IDTの両端部に配置された反射器のライン占有率をIDTのライン占有率より大きくしたことを特徴とする弾性表面波フィルタである。
【0010】
請求項3記載の発明は、圧電基板上に2つのIDTを弾性表面波の伝搬方向に直角、且つ並列に近接配置し、2つのIDTを電気的に分離して入力側及び出力側を平衡型とした横結合二重モードSAWフィルタにおいて、前記IDTの両端部に配置された反射器のライン占有率をIDTのライン占有率より小さくしたことを特徴とする弾性表面波フィルタである。
【0011】
請求項4記載の発明は、圧電基板上に2つのIDTを弾性表面波の伝搬方向に直角、且つ並列に近接配置し、2つのIDTを電気的に分離して入力側及び出力側を平衡型とした横結合二重モードSAWフィルタにおいて、前記IDTの両端部に配置された反射器のライン占有率をIDTのライン占有率より大きくしたことを特徴とする弾性表面波フィルタである。
【0012】
請求項5記載の発明は、請求項1乃至4記載の横結合二重モードSAWフィルタにおいて、前記横結合二重モードSAWフィルタを複数個縦続接続したことを特徴とする弾性表面波フィルタである。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示した実施の形態に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に係る横結合二重モードSAWフィルタの構成を示す平面図であって、圧電基板1上に2つのIDT2、3をSAWの伝搬方向に直角に、且つ並列に近接配置すると共にこれらIDTの両端部に反射器5、6を配置して、横結合二重モードSAWフィルタを構成する。なお、図1においてはIDT2、3の内側のバスバーを互いに接続して共通バスバー4とした場合を示している。IDT2、3は互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対のくし形電極により形成され、IDT2の基板端部側のくし形電極は入力端子INに接続されると共に、他方のくし形電極は接地される。さらに、IDT3の基板端部側のくし形電極は出力端子OUTに接続されると共に、他方のくし形電極は接地される構成となっている。本発明の特徴は、反射器5、6のライン占有率をIDT2、3のライン占有率より小さく設定したことである。
【0014】
次に反射器のライン占有率を変化させた時の反射帯域幅の関係について述べる。図2は、反射器のライン占有率と反射帯域幅の関係を示した図であり、反射器のライン占有率0.70付近で反射器の反射帯域幅が最大、即ちSAWの反射効率が最も大きく、反射器のライン占有率0.70付近をピークにして反射器の反射帯域幅が減少、即ちSAWの反射効率が劣化することが分かる。
【0015】
一般に、IDT2、3のライン占有率はインピーダンス整合を考慮すると0.70付近で設計するのが最適であり、反射器のライン占有率においても反射効率が良い0.70付近で設計されてきた。しかしながら、反射器の反射効率を良くしてIDT内のSAWのエネルギー閉じ込め度を大きくすることで、通過帯域を形成する1次、2次の主モード以外の縦方向および横方向の高次モードによるスプリアスも同時に大きく成長してしまうという問題があった。
【0016】
そこで、本願発明者は、IDTのライン占有率を0.70とした時、反射器のライン占有率を0.70より小さくすることで、反射器の反射効率をあえて劣化させIDT内のSAWのエネルギー閉じ込め度を若干弱らせることにより、通過帯域に対し低域側に発生する縦方向高次モードのスプリアスと、通過帯域に対し高域側に発生する横方向高次モードのスプリアスを抑圧できるのではないかと考えた。
【0017】
図3は、STカット水晶基板上に、中心周波数169.3MHzの横結合二重モードSAWフィルタを形成すべく図1に示すような電極パターンを形成して、アルミニウム合金の膜厚を2.88%λ、IDT2、3をそれぞれ対数135.5対、交差幅9.4λ、ライン占有率0.70とし、反射器4、5をそれぞれ本数126本、ライン占有率0.40とした時の通過特性の実測データである。なお、反射器のライン占有率を小さくすると、反射帯域の中心周波数は変化するので、その周波数変化分を反射器のピッチにより補正している。図3から明らかな通り縦方向の高次モードにより発生するスプリアスS1’は、図7の従来構造によるフィルタ特性のスプリアスS1と比較して約10dB程減衰量が改善されているのがわかる。同様に横方向の高次モードにより発生するスプリアスS2’はスプリアスS2と比較して約4dB程減衰量が改善されているのがわかる。
【0018】
前実施例では、反射器のライン占有率をIDTのライン占有率より小さくすることで縦方向および横方向の高次モードによるスプリアスの抑圧を図ったが、図2に示すように反射器のライン占有率をIDTのライン占有率より大きくしても、反射器の反射帯域幅は減少し、IDT内のSAWのエネルギー閉じ込め度が弱くなる。従って、反射器のライン占有率をIDTのライン占有率より大きくしても、縦方向および横方向の高次モードによるスプリアスを抑圧することは可能である。
【0019】
図4は本発明に係る第2の実施例の構成を示す図であり、図1に示した構成において共通バスバー4を中央にて分割して、入力側および出力側を平衡型にした横結合二重モードSAWフィルタである。分割した上側のバスバーは入力端子IN2に、下側のバスバーは出力端子OUT2にそれぞれ接続する。本実施例においても第1の実施例と同様に、反射器のライン占有率をIDTのライン占有率より小さくあるいは大きくすることで、縦方向および横方向の高次モードによるスプリアスを同時に抑圧することができる。
【0020】
図5は本発明に係る第3の実施例の構成を示す図である。一般的に、SAWフィルタにおいて、通過帯域外の減衰量を大きくするためにSAW共振子を複数段縦続接続して使用する場合が多々ある。本実施例では、図5に示すように横結合型二重モードSAWフィルタを2段縦続接続した。第一の横結合二重モードSAWフィルタに対し基板の中央でほぼ線対称に第二の横結合二重モードSAWフィルタを形成し、IDT22の基板端部側のくし形電極を入力端子INに接続すると共に、IDT23の基板中央側のくし形電極はリード電極L1を介して第二の横結合二重モードSAWフィルタのIDT26の基板中央側のくし形電極に接続する。さらに、第二の横結合二重モードSAWフィルタのIDT27の基板端部側のくし形電極を出力端子OUTに接続する。
【0021】
本実施例においても、IDTのライン占有率に対し反射器のライン占有率を小さくあるいは大きくすることで、通過帯域の低域側に発生する高次縦モードのスプリアスおよび通過帯域の高域側に発生する高次横モードのスプリアスを同時に抑圧することができる。また、横結合二重モードSAWフィルタを2段縦続接続することで、1段のみの横結合二重モードSAWフィルタよりも、通過帯域外の減衰量を大きくすることができる。
【0022】
以上のように、本発明の特徴は、横結合二重モードSAWフィルタにおいて、IDTのライン占有率に対し反射器のライン占有率を小さくあるいは大きくすることで、縦方向および横方向の高次モードが原因で発生する通過帯域外のスプリアスを同時に抑圧したことである。
【0023】
これまで、圧電基板にSTカット水晶基板を用いた場合について説明したが、本発明は水晶のみに限定するものではなく、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ランガサイト、四硼酸リチウム等の圧電結晶にも適用できることはいうまでもない。
【0024】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成したので横方向および縦方向の高次モードにより生じるスプリアスを従来構造のものより同時に大きく抑圧できたので、本フィルタを携帯電話のIFフィルタとして用いれば中間周波数部の特性を改善する上で優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1の実施例の横結合二重モードSAWフィルタの構成を示す平面図である。
【図2】反射器のライン占有率と反射帯域幅の関係を示す図である。
【図3】本発明に係る横結合二重モードSAWフィルタのフィルタ特性を示す図である。
【図4】本発明に係る第2の実施例の横結合二重モードSAWフィルタの構成を示す平面図である。
【図5】本発明に係る第3の実施例の横結合二重モードSAWフィルタの構成を示す平面図である。
【図6】従来の横結合二重モードSAWフィルタの構成を示す平面図である。
【図7】従来の横結合二重モードSAWフィルタのフィルタ特性を示す図である。
【符号の説明】
1、11、21、 31…圧電基板
2、3、12、 13、22、23、26、27、32、33…IDT
5、6、15、16、24、25、28、29、35、36…反射器
4、34…共通バスバー
L1…リード電極

Claims (5)

  1. 圧電基板上に2つのIDTを弾性表面波の伝搬方向に直角、且つ並列に近接配置し、2つのIDTを電気的に接続した横結合二重モードSAWフィルタにおいて、前記IDTの両端部に配置された反射器のライン占有率をIDTのライン占有率より小さくしたことを特徴とする弾性表面波フィルタ。
  2. 圧電基板上に2つのIDTを弾性表面波の伝搬方向に直角、且つ並列に近接配置し、2つのIDTを電気的に接続した横結合二重モードSAWフィルタにおいて、前記IDTの両端部に配置された反射器のライン占有率をIDTのライン占有率より大きくしたことを特徴とする弾性表面波フィルタ。
  3. 圧電基板上に2つのIDTを弾性表面波の伝搬方向に直角、且つ並列に近接配置し、2つのIDTを電気的に分離して入力側及び出力側を平衡型とした横結合二重モードSAWフィルタにおいて、前記IDTの両端部に配置された反射器のライン占有率をIDTのライン占有率より小さくしたことを特徴とする弾性表面波フィルタ。
  4. 圧電基板上に2つのIDTを弾性表面波の伝搬方向に直角、且つ並列に近接配置し、2つのIDTを電気的に分離して入力側及び出力側を平衡型とした横結合二重モードSAWフィルタにおいて、前記IDTの両端部に配置された反射器のライン占有率をIDTのライン占有率より大きくしたことを特徴とする弾性表面波フィルタ。
  5. 請求項1乃至4記載の横結合二重モードSAWフィルタにおいて、前記横結合二重モードSAWフィルタを複数個縦続接続したことを特徴とする弾性表面波フィルタ。
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