JP2005203996A - トランスバーサルｓａｗフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】圧電基板上に入力用ＩＤＴ電極と出力用ＩＤＴ電極を所定の間隙をあけて配置したトランスバーサルＳＡＷフィルタにおいて、通過帯域近傍の阻止域減衰量を改善することを目的とする。
【解決手段】圧電基板１上にＩＤＴ電極２、３を所定の間隙をあけて形成し、入出力端子間の直達波を遮蔽するためのグレーティング型シールド電極４を前記ＩＤＴ電極２、３の間隙に形成する。そして、シールド電極４の電極周期λｓを、ＩＤＴ電極２、３の電極周期をλｉ、ＩＤＴ電極２、３を励振するリーキーＳＡＷの共振周波数をｆｌ、シールド電極４により形成される反射帯域の中心周波数をｆｍとした時、（ｆｌ／１．０２ｆｍ）×λｉ≦λｓ≦（ｆｌ／０．９８ｆｍ）×λｉの範囲に設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧電基板上に入力用ＩＤＴ電極と出力用ＩＤＴ電極を所定の間隙をあけて配置したトランスバーサルＳＡＷフィルタにおいて、阻止域減衰量を改善したトランスバーサルＳＡＷフィルタに関する。

近年、弾性表面波（Surface Acoustic Wave：以下、ＳＡＷ）フィルタは移動体通信分野で広く利用され、高性能、小型、量産性等の優れた特徴があることから特に携帯電話、無線ＬＡＮ等に多く用いられている。これらの機器に用いられるＩＦ用ＳＡＷフィルタは、小型軽量、広帯域、低損失であると共に、隣接するキャリア周波数を阻止するために急峻な減衰傾度が要求される。更に、前記ＩＦ用ＳＡＷフィルタは高速なデジタルデータの品質を保持するために位相直線性も要求される。このような要求仕様を満足するフィルタ形式としては、振幅特性と位相特性を別々に設計可能なトランスバーサルＳＡＷフィルタが最も適している。

図７は従来のトランスバーサルＳＡＷフィルタの構成を示す平面図であって、圧電基板１０１の主表面上にＳＡＷの伝搬方向に沿って入力用ＩＤＴ電極１０２と出力用ＩＤＴ電極１０３を所定の間隔をあけて配置すると共に、該ＩＤＴ電極１０２、１０３の間に入出力端子間の直達波を遮蔽するためのシールド電極１０４を配置する。前記ＩＤＴ電極１０２、１０３は互いに間挿し合う複数の電極指を有する一対のくし形電極より構成されており、ＩＤＴ電極１０２の一方のくし形電極を入力端子ＩＮに接続すると共に他方のくし形電極は接地し、ＩＤＴ電極１０３の一方のくし形電極を出力端子ＯＵＴに接続すると共に他方のくし形電極は接地した構造である。また、基板端面からの不要な反射波を抑圧するために、圧電基板１０１の長辺方向（ＳＡＷの伝搬方向）の両端に吸音材１０５を塗布している。

前記シールド電極１０４の形状は、図７に示すような長方形のベタ電極が一般的に用いられているが、このようなベタ電極にするとシールド電極の端面でＳＡＷの反射が発生し、ＩＤＴ電極内に不要波が混入してフィルタ特性にリップルが発生してしまう問題があった。また、前記シールド電極の形状を平行四辺形とすることで、端面を斜めにしＳＡＷの反射による不要波をＩＤＴ電極内に混入することを阻止しリップルを低減した構造が試みられてきたが、端面反射の影響を完全になくすことはできなかった。

前記問題を解決するために、図８に示すようなグレーティング型のシールド電極１１４が考案された。該シールド電極１１４は電極指を所定の間隔をあけて配置することによりグレーティングを形成し、電極周期λｓをＩＤＴ電極１１２、１１３の電極周期λｉと等しくした構造となっている。このようにシールド電極をグレーティング型にすることにより、シールド電極の端面で生じる反射が打ち消されるので、不要波に起因するリップルの発生を阻止できることが知られている。

更に、前記グレーティング型のシールド電極において、該シールド電極の一部の電極指間間隔をずらしたり電極指幅を変化させたりしてＳＡＷの反射に重み付けを施すことにより通過帯域近傍の減衰量を高めることができる。

ところで、弾性表面波の伝搬モードにはレイリーＳＡＷやリーキーＳＡＷ、縦波型のＳＳＢＷ(Surface Skimming Bulk Waves)等がある。図９は、圧電基板に３３．５°回転ＹカットＸ伝搬水晶基板を用い、レイリーＳＡＷを主伝搬モードにしたトランスバーサルＳＡＷフィルタのフィルタ特性を示している。なお、中心周波数fｏは２００（ＭＨｚ）に設定している。同図に示すようにリーキーＳＡＷはレイリーＳＡＷの約１．６倍の周波数位置、縦波型ＳＳＢＷはレイリーＳＡＷの約１．８倍の周波数位置に主応答が現れ、通過帯域から比較的離れた位置に主伝搬モード以外の伝搬モードの主応答が出現することが分かる。一方、図示していないが、リーキーＳＡＷを主伝搬モードにしたトランスバーサルＳＡＷフィルタの場合、レイリーＳＡＷはリーキーＳＡＷの約０．６倍の周波数位置、縦波型ＳＳＢＷはリーキーＳＡＷの約１．１倍の周波数位置に主応答が現れ、通過帯域に比較的近い位置に主伝搬モード以外の伝搬モードの主応答が出現してしまうので、レイリーＳＡＷを主伝搬モードにしたトランスバーサルＳＡＷフィルタと比較して通過帯域近傍の減衰量が劣ってしまうことが知られている。従って、通過域近傍において高減衰が要求されるＳＡＷフィルタにおいては、レイリーＳＡＷを主伝搬モードとして選択することが多い。

ところが、レイリーＳＡＷを主伝搬モードとしたトランスバーサルＳＡＷフィルタにおいて、前記リーキーＳＡＷの低域側の応答がスプリアスとしてレイリーＳＡＷの応答に混入してしまい、通過帯域近傍の阻止域減衰量が劣化してしまう問題があった。この問題を図１０を用いて説明する。同図は図９のフィルタ特性における中心周波数ｆｏ付近の通過特性を拡大した図であり、レイリーＳＡＷのみの応答（実線）とリーキーＳＡＷのみの応答（点線）を分けて図示している。ここで、通過帯域近傍の阻止域に着目すると、実線に示すレイリーＳＡＷのみの応答は阻止域Ｘにおいて高減衰であるが、点線に示すリーキーＳＡＷのみの応答は阻止域Ｘにおいて減衰量が劣化しているのが分かる。従って、両伝搬モードを合成したフィルタ特性で見ると、阻止域ＸにおいてリーキーＳＡＷの応答がスプリアスとして現れてしまうので減衰量が劣化してしまうのである。
特願平７−１４２７７９号公報

本発明の解決しようとする課題は、入力用ＩＤＴ電極と出力用ＩＤＴ電極とを所定の間隙をあけて配置し、レイリーＳＡＷを主伝搬モードにしたトランスバーサルＳＡＷフィルタにおいて、リーキーＳＡＷの低域側の応答がレイリーＳＡＷの応答に混入し阻止域減衰量を劣化させてしまう点である。

上記課題を解決するために本発明に係るトランスバーサルＳＡＷフィルタの請求項１に記載の発明は、圧電基板上に少なくとも２個のＩＤＴ電極を所定の間隙をあけて配置し、入出力端子間の直達波を遮蔽するためのグレーティング型のシールド電極を前記ＩＤＴ電極の間隙に配置したトランスバーサルＳＡＷフィルタにおいて、前記シールド電極の電極周期λｓは、前記ＩＤＴ電極の電極周期をλｉ、前記ＩＤＴ電極を励振するリーキーＳＡＷの共振周波数をｆｌ、前記シールド電極により形成される反射帯域の中心周波数をｆｍとした時、（ｆｌ／１．０２ｆｍ）×λｉ≦λｓ≦（ｆｌ／０．９８ｆｍ）×λｉの範囲に設定することを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、前記シールド電極は、隣り合う電極指の中心間距離をλｓ／２として電極指を順次配置していることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、前記シールド電極に、隣り合う電極指の中心間距離を３λｓ／４、或いは３λｓ／８とした部分が含まれていることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、前記シールド電極に、隣り合う電極指の中心間距離を３λｓ／４にし、その３λｓ／４の中心間距離を有する電極指間にλｓ／４以下の幅を有する電極指を１本配置した部分が含まれていることを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、前記シールド電極は、隣り合う電極指の中心間距離がλｓ／２となるよう電極指が順次配置された構造を基本として、電極指の１本を間引き、その位置にλｓ／４以下の幅を有する電極指を２本配置した構造を有していることを特徴としている。

以下、本発明を図面に図示した実施の形態例に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施例に係るトランスバーサルＳＡＷフィルタの平面図を示したものである。圧電基板1に３３．５°回転ＹカットＸ伝搬水晶基板を用い、該圧電基板１の主表面上にＳＡＷの伝搬方向に沿ってＡｌを主成分とする金属材料からなる入力用ＩＤＴ電極２と出力用ＩＤＴ電極３を所定の間隔をあけて配置すると共に、該ＩＤＴ電極２，３の間に入出力端子間の直達波を遮蔽する為のグレーティング型のシールド電極４を配置したレイリーＳＡＷを主伝搬モードとするトランスバーサルＳＡＷフィルタである。前記ＩＤＴ電極２、３は互いに間挿し合う複数の電極指を有する一対のくし形電極より構成されており、ＩＤＴ電極２の一方のくし形電極を入力端子ＩＮに接続すると共に他方のくし形電極は接地し、ＩＤＴ電極３の一方にくし形電極を出力端子ＯＵＴに接続すると共に、他方のくし形電極は接地した構造である。そして、シールド電極４は、該シールド電極の電極周期をλｓとした場合、３λｓ／８の幅を有する電極指をλｓ／８の間隔を介して順次配置している。また、基板端面からの不要な反射波を抑圧するために圧電基板１の長辺方向（ＳＡＷの伝搬方向）の両端に吸音材５を塗布する。本発明の特徴は、シールド電極４の電極周期λｓを調整することにより、リーキーＳＡＷの低域応答を前記シールド電極４で反射させ、出力用ＩＤＴ電極３にリーキーＳＡＷの低域応答を透過させないようにしたことである。

ここで、本発明のシールド電極４の構造について詳細に説明する。該シールド電極４の電極周期λｓは、入出力用ＩＤＴ電極２、３の電極周期をλｉ、レイリーＳＡＷの共振周波数をｆs、リーキーＳＡＷの共振周波数をｆl、阻止域周波数をｆ'とした時、λｓ＝（ｆl／ｆｓ）×（ｆｓ／ｆ'）×λｉ＝（ｆｌ／ｆ'）×λｉに設定している。つまり、阻止域におけるレイリーＳＡＷの波長（ｆｓ／ｆ'）×λｉに対して、リーキーＳＡＷの共振周波数とレイリーＳＡＷの共振周波数の比率ｆｌ／ｆｓだけ電極周期を変化させている。このようにシールド電極の電極周期λｓを設定することで、リーキーＳＡＷの低域応答をシールド電極で反射させ、阻止域においてリーキーＳＡＷの低域応答を抑圧できないか試みた。

図２に、本発明に係るトランスバーサルＳＡＷフィルタの通過特性を示す。なお、同図の実線は図１に示す本発明構造の通過特性、点線は図８に示す従来構造の通過特性である。本発明構造及び従来構造はいずれも、入力用ＩＤＴ電極の電極指対数１０２対、出力用ＩＤＴ電極の電極指対数を１１７対、シールド電極の電極指本数８０本、電極周期λｉを１５（μｍ）とし、中心周波数ｆｏ、即ち、レイリーＳＡＷの共振周波数ｆｓを２００（ＭＨｚ）、リーキーＳＡＷの共振周波数ｆｌを３２６（ＭＨｚ）としている。また、本発明構造のシールド電極は、阻止域Ｙの周波数ｆ'を１９１（ＭＨｚ）に設定した場合において、電極周期λｓをλｓ＝（ｆl／ｆ'）×λｉ＝（３２６／１９１）×１５≒２５．６（μｍ）として、３λｓ／８の幅を有する電極指をλｓ／４間隔毎に順次配置した構造である。一方、従来構造のシールド電極は、電極周期λｓをＩＤＴ電極の電極周期λｉと同じ１５（μｍ）に設定した構造である。図２より本発明構造と従来構造を比較すると、阻止域Ｙにおいて本発明構造の方が約１２ｄＢ高減衰になることが分かった。

ここで、本発明のトランスバーサルＳＡＷフィルタのシールド電極の特性について調べた。図３は図２の周波数範囲におけるシールド電極の透過特性を示しており、１９０〜２１０（ＭＨｚ）において０（ｄＢ）の信号を入力させた時、中心周波数付近では入力信号を全て透過させているが、１９１ＭＨｚ付近の阻止域Ｙにおいて入力信号が反射している様子が分かる。また、この反射領域は、中心周波数ｆｍ＝１９１（ＭＨｚ）、帯域幅Ｗｒ＝１．６（ＭＨｚ）の反射帯域が形成されているとも言える。このように、シールド電極の電極周期λｓを調整することにより、該シールド電極により形成される反射帯域Ｗｒと阻止域の周波数位置が一致して、阻止域におけるリーキーＳＡＷの低域応答が抑圧されたと考えられる。

また、本実施例のトランスバーサルＳＡＷフィルタは、圧電基板に３３．５°回転ＹカットＸ伝搬水晶基板、電極材料にＡｌを主成分とする金属で構成しているが、これ以外の圧電基板、電極材料を適用してもよい。前記反射帯域Ｗｒは、圧電基板と電極材料の組み合わせによっては、０．９８ｆｍ≦Ｗｒ≦１．０２ｆｍまで広げられることが実験により判明している。前述のように、シールド電極により形成される反射帯域Ｗｒと阻止域の周波数位置とを一致させればリーキーＳＡＷの低域応答を抑圧することが可能であるから、λｓ＝（ｆｌ／ｆ'）×λｉの式における阻止域周波数ｆ'を反射帯域Ｗｒ、即ち、０．９８ｆｍ≦Ｗｒ≦１．０２ｆｍの範囲内に一致させれば十分効果が得られる。つまり、（ｆｌ／１．０２ｆｍ）×λｉ≦λｓ≦（ｆｌ／０．９８ｆｍ）×λｉの範囲内にシールド電極の電極周期λｓを設定すれば阻止域を高減衰化することが可能である。

以上のように、従来構造においてはリーキーＳＡＷの低域応答により通過域近傍阻止域の減衰量が所望の値より劣化してしまう問題があったが、本発明によれば、シールド電極の電極周期を調整することでリーキーＳＡＷの低域応答を抑圧でき、阻止域減衰量を大幅に改善することができるという効果を奏する。

また、本発明のトランスバーサルＳＡＷフィルタは、ＩＤＴ電極本数を増やしたりチップサイズを大きくすることなく、入出力端子間の直達波の遮蔽用として従来から用いられてきたシールド電極の電極周期を調整するだけで高減衰化できるのでフィルタの小型化にも寄与する。

図１に示すようなシールド電極以外の構造でも、シールド電極の電極周期を前述のように設定することで、リーキーＳＡＷの低域応答を抑圧して阻止域減衰量を高減衰にすることが可能である。以下、他実施例について詳細に説明する。

図４は本発明の第２の実施例に係るトランスバーサルＳＡＷフィルタを示したものである。同図に示すシールド電極１４、２４は、該シールド電極の電極周期をλｓとした時、隣接する電極指の中心間距離がλｓ／２となるようにλｓ／４程度の幅を有する電極指を順次配置し、一部の電極指中心間距離をずらしたことを特徴としている。ここで、（ａ）のシールド電極１４は、一部の電極指中心間距離をλｓ／２から３λｓ／４にずらし、（ｂ）のシールド電極２４は、一部の電極指中心間距離をλｓ／２から３λｓ／８にずらした場合を示している。なお、（ａ）及び（ｂ）のシールド電極の電極周期λｓは共に、ＩＤＴ電極の電極周期をλｉ、リーキーＳＡＷの共振周波数をｆl、反射帯域の中心周波数ｆｍとした時、（ｆｌ／１．０２ｆｍ）×λｉ≦λｓ≦（ｆｌ／０．９８ｆｍ）×λｉに設定している。このように、シールド電極の電極指のある一部分の中心間距離をずらしてＳＡＷの反射に重み付けを施すことによりシールド電極の反射帯域を広げることができるので、阻止域を広帯域に渡って高減衰化が可能である。

ところで、第２の実施例に示すシールド電極は反射帯域を広帯域化できる反面、シールド電極内のＳＡＷの反射が強い為に通過帯域内に歪が入ってしまう虞がある。そこで、本願発明者はシールド電極を構成する一部の電極指の幅を調整することによりシールド電極内のＳＡＷの反射量を調整したシールド電極を考えた。以下、第３の実施例にて詳細に説明する。

図５は本発明の第３の実施例に係るトランスバーサルＳＡＷフィルタを示したものである。同図に示すシールド電極３４、４４は、該シールド電極の電極周期をλｓとした時、隣接する電極指の中心間距離がλｓ／２となるようにλｓ／４程度の幅を有する電極指を順次配置し、ある一部分の電極指の幅を変化させたことを特徴としている。ここで、（ａ）のシールド電極３４は、Ｂ部において電極指の一本を間引き、その位置にλｓ／４以下の幅を有する電極指を２本配置しており、（ｂ）のシールド電極４４は、Ｃ部において電極指中心間距離をλｓ／２から３λｓ／４にずらし、そのずらした電極指間にλｓ／４以下の幅を有する電極指を１本配置した場合を示している。なお、（ａ）及び（ｂ）のシールド電極の電極周期λｓは共に、ＩＤＴ電極の電極周期をλｉ、リーキーＳＡＷの共振周波数をｆl、反射帯域の中心周波数ｆｍとした時、（ｆｌ／１．０２ｆｍ）×λｉ≦λｓ≦（ｆｌ／０．９８ｆｍ）×λｉに設定している。このように、シールド電極の一部の電極指の幅を変化させることによりシールド電極内のＳＡＷの反射量を調整することができるので、阻止域を広帯域に渡って高減衰にできると共に、通過帯域内に歪が入るのを防ぐことができる。

ところで、これまでＩＤＴ電極及びシールド電極の電極周期が一様である場合についてのみ言及してきたが、トランスバーサルＳＡＷフィルタにおいては局所的に電極周期を異ならせてフィルタ特性を高性能化にする手法が多々用いられる。本発明においては、このように電極周期が一様でない場合も適用することが可能である。以下、第４の実施例にて詳細に説明する。

図６は本発明の第４の実施例に係るトランスバーサルＳＡＷフィルタの模式図を示したものである。図６（ａ）のトランスバーサルＳＡＷフィルタの入力用ＩＤＴ電極５２及び出力用ＩＤＴ電極５３は、電極周期λｉ１の電極指１０対から構成された区間Ｘと電極周期λｉ２の電極指２０対から構成された区間Ｙからなっている。このようにＩＤＴ電極が異なる電極周期で構成されている場合、ＩＤＴ電極の平均電極周期λｉ'、即ちλｉ'＝（１０×λｉ１＋２０×λｉ２）／３０をとって、シールド電極の電極周期を（ｆｌ／１．０２ｆｍ）×λｉ'≦λｓ≦（ｆｌ／０．９８ｆｍ）×λｉ'に設定することにより阻止域減衰量を高減衰にすることが可能である。

また、図６（ｂ）のトランスバーサルＳＡＷフィルタのシールド電極６４は、電極周期λｓ１の電極指１０対から構成された区間Ｓ１と電極周期λｓ２の電極指２０対から構成された区間Ｓ２からなる。このように、シールド電極が異なる電極周期で構成されている場合、シールド電極の平均電極周期λｓ'、即ちλｓ'＝（１０×λｓ１＋２０×λｓ２）／３０をとって、シールド電極の電極周期を（ｆｌ／１．０２ｆｍ）×λｉ≦λｓ'≦（ｆｌ／０．９８ｆｍ）×λｉに設定することにより阻止域減衰量を高減衰にすることが可能である。

本発明の第１の実施例に係るトランスバーサルＳＡＷフィルタを説明する図である。 本発明の第１の実施例に係るトランスバーサルＳＡＷフィルタと従来のトランスバーサルＳＡＷフィルタの通過特性の比較を説明する図である 本発明のトランスバーサルＳＡＷフィルタのシールド電極の透過特性を説明する図である。 本発明の第２の実施例に係る電極指の一部の中心間距離を変化させたシールド電極を説明する図である。 本発明の第３の実施例に係る電極指の一部の電極指幅を変化させたシールド電極を説明する図である。 本発明の第４の実施例に係るＩＤＴ電極或いはシールド電極を異なる電極周期で構成した場合のトランスバーサルＳＡＷフィルタを説明する図である。 従来のトランスバーサルＳＡＷフィルタを説明する図である。 従来のグレーティング型のシールド電極を説明する図である。 従来のトランスバーサルＳＡＷフィルタのフィルタ特性を説明する図である。 従来のトランスバーサルＳＡＷフィルタの通過帯域付近のレイリーＳＡＷ応答とリーキーＳＡＷ応答を説明する図である。

符号の説明

１ 圧電基板
２、５２、６２ 入力用ＩＤＴ電極
３、５３、６３ 出力用ＩＤＴ電極
４、１４、２４、３４、４４、５４ シールド電極
５ 吸音材

Claims (5)

1. 圧電基板上に少なくとも２個のＩＤＴ電極を所定の間隙をあけて配置し、入出力端子間の直達波を遮蔽するためのグレーティング型のシールド電極を前記ＩＤＴ電極の間隙に配置したトランスバーサルＳＡＷフィルタにおいて、
   前記シールド電極の電極周期λｓは、前記ＩＤＴ電極の電極周期をλｉ、前記ＩＤＴ電極を励振するリーキーＳＡＷの共振周波数をｆｌ、前記シールド電極により形成される反射帯域の中心周波数をｆｍとした時、（ｆｌ／１．０２ｆｍ）×λｉ≦λｓ≦（ｆｌ／０．９８ｆｍ）×λｉの範囲に設定することを特徴とするトランスバーサルＳＡＷフィルタ。
2. 前記シールド電極は、隣り合う電極指の中心間距離をλｓ／２として電極指を順次配置したシールド電極であることを特徴とする請求項１に記載のトランスバーサルＳＡＷフィルタ。
3. 前記シールド電極に、隣り合う電極指の中心間距離を３λｓ／４、或いは３λｓ／８とした部分が含まれていることを特徴とする請求項２に記載のトランスバーサルＳＡＷフィルタ。
4. 前記シールド電極に、隣り合う電極指の中心間距離を３λｓ／４にし、その３λｓ／４の中心間距離を有する電極指間にλｓ／４以下の幅を有する電極指を１本配置した部分が含まれていることを特徴とする請求項２に記載のトランスバーサルＳＡＷフィルタ。
5. 前記シールド電極は、隣り合う電極指の中心間距離がλｓ／２となるよう電極指が順次配置された構造を基本として、電極指の１本を間引き、その位置にλｓ／４以下の幅を有する電極指を２本配置した構造を有していることを特徴とする請求項１に記載のトランスバーサルＳＡＷフィルタ。
   
   

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