JP2005347970A - 弾性表面波デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 二端子対弾性表面波デバイスのインピーダンスを変換する手段を得る。
【解決手段】 他の要求仕様を満足しつつ高い入出力インピーダンスを有するものを実現するべく、圧電基板上に二端子対弾性表面波デバイス素子を形成すると同時に、同一圧電基板上に少なくとも一つの容量を形成し、該容量を前記二端子対弾性表面波デバイス素子の入出力の少なくとも一つに接続して二端子対弾性表面波デバイスを構成する。形状寸法を大きくすることなく、ＳＡＷデバイスのインピーダンスを変換できるという利点がある。
【選択図】 図１

Description

本発明は、弾性表面波デバイスに関し、特に弾性表面波デバイスの端子に容量を付加して、実装する回路側のインピーダンスに整合するようにした弾性表面波デバイスに関する。

近年、弾性表面波デバイス（以下、ＳＡＷデバイスと称す）は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を有することから特に携帯電話機等の通信装置に多く用いられている。
図６は２段縦続接続型の縦結合１次−３次二重モードＳＡＷフィルタ（以下、二重モードＳＡＷフィルタと称す）の構成を示す概略平面図で、入力側（ＩＮ）は不平衡回路、出力側（ＯＵＴ１−ＯＵＴ２）は平衡回路として構成した例である。圧電基板１０の主表面上に表面波の伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極１１、１２、１３を近接配置すると共に、該ＩＤＴ電極１１、１２、１３の両側にグレーティング反射器（以下、反射器と称す）１４、１５を配設して第１の二重モードＳＡＷフィルタＦ１を形成する。ここで、ＩＤＴ電極１１、１２、１３はそれぞれ互いに間挿し合う複数の電極指を有する一対の櫛形電極から形成されている。さらに、同一圧電基板１０上に第１の二重モードＳＡＷフィルタＦ１と同様に、ＩＤＴ電極１１’、１２’、１３’、反射器１４’、１５’からなる第２の二重モードＳＡＷフィルタＦ２を形成し、第１及び第２の二重モードＳＡＷフィルタＦ１、Ｆ２を縦続接続してＳＡＷフィルタを構成する。

図６では入力側を不平衡入力とするためＩＤＴ電極１２’の一方の櫛形電極を入力端子ＩＮに接続し、他方の櫛形電極を接地する。そして、出力側を平衡出力とするためＩＤＴ電極１２の一方の櫛形電極を出力端子ＯＵＴ１に、他方の櫛形電極を出力端子ＯＵＴ２に接続する。このように、二重モードＳＡＷフィルタを２段縦続接続してＳＡＷフィルタを構成すれば減衰傾度、保証減衰量が増大して、無線通信機器の厳しい要求規格を比較的容易に満足することができる。
日本学術振興会弾性表面波素子技術第105委員会著 「弾性波素子技術ハンドブック」 オーム出版 平成３年１１月発行

これまでは、フィルタの入出力インピーダンスは５０Ωとするのが一般的であったが、近年これより高い終端インピーダンスを必要とする場面が増えつつある。例えば、図７は無線ＬＡＮのＩＦフィルタの要求仕様に基づき設計し試作したフィルタの特性を示すものである。このフィルタの要求仕様では、入出力の終端インピーダンスが２００Ωと高く設定されている。
周知のように、ＳＡＷフィルタの入出力インピーダンスを高くするためには、対数を少なくしたり、交叉幅を小さくするといった手法がある。この事例においても要求仕様を満足するべく圧電基板１０に３８．７°Ｙ−ＸＬｉＴａＯ_３を用い、中央のＩＤＴ電極１２、１２’の対数を２７．５対、両外側のＩＤＴ電極１１、１３、１１’、１３’の対数を１８．５対、交差幅を１８λ（λは波長）、反射器１４、１５、１４’、１５’の本数をそれぞれ１００本とした。この設計により図７に示すように通過域に関する要求仕様はほぼクリアできた。

しかしながら、実測してみたところ入出力インピーダンスは夫々１５８Ω、１６７Ωであって２００Ωに届いていない。ところが、これ以上対数を少なくしたり、交叉幅を小さくすると挿入損失が増大してしまい、終端インピーダンス以外の要求仕様を満足することができなくなるという問題が生じることになり、ＳＡＷフィルタで他の要求仕様を満足しつつ高い入出力インピーダンスを有するものを実現することが困難となる場合が多くなっていた。

本発明は、ＳＡＷデバイス素子のインピーダンスを変換するため、二端子対ＳＡＷデバイスのそれぞれの端子に容量を接続してＳＡＷデバイスを構成することを特徴とする。

本発明のＳＡＷデバイスは、圧電基板上にＳＡＷデバイス素子を形成すると同時に、同一基板上に容量を形成し、該容量をＳＡＷデバイスの入出力端子に直列接続してＳＡＷデバイスを構成するため、形状寸法を大きくすることなく、ＳＡＷデバイスのインピーダンスを変換できるという利点がある。

図１（ａ）、（ｂ）は本発明に係るＳＡＷデバイスの実施の形態の概略を示す回路図であって、同図（ａ）は二端子対ＳＡＷデバイス（図の例はＳＡＷフィルタ）の入力端子１、２にそれぞれ容量Ｃ１、Ｃ２を直列接続して、開放端を端子Ｔ１、Ｔ２とし、出力端子３、４にそれぞれ容量Ｃ３、Ｃ４を直列接続して、開放端を端子Ｔ３、Ｔ４とした実施例である。また、図１（ｂ）は二端子対ＳＡＷフィルタの入出力のそれぞれ一端子（端子２、４）を接地し、入力端子１に容量Ｃ１を、出力端子３に容量Ｃ３をそれぞれ直列接続し、開放端をそれぞれ入力端子Ｔ１、出力端子Ｔ３とした実施例である。
上記の容量Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４は圧電基板上にＩＤＴ電極を形成する際に、これらのＩＤＴ電極と干渉しない間隔を隔して同一圧電基板上に形成してもよい。

一例として、入力インピーダンスのみを変換する場合について説明する。入力が平衡型入力の場合は容量Ｃ１、Ｃ２が必要であるが、不平衡型入力の場合には容量Ｃ１のみを考慮すれば十分である。
図２（ａ）は入力１側からＳＡＷフィルタをみた等価回路を、周知のように容量Ｃ_０と抵抗Ｒとの並列回路で表し、入力端子１に容量Ｃを直列接続し、開放端を端子Ｔｉとする。ここで、容量Ｃ_０はＳＡＷフィルタの入力からみた静電容量、抵抗Ｒはフィルタの中心周波数における入力からみた等価抵抗である。
入力Ｔｉからみた入力アドミッタンスＹｉｎは次式のように表せる。

また、入力Ｔｉからみた等価抵抗Ｒ’は次式のように表すことができる。

式２の右辺の第一項のインピーダンスは入力１に直列接続する容量Ｃの値により図３（ａ）に示すように変化する。即ち、容量Ｃの値をＳＡＷフィルタの静電容量Ｃ_０と等く設定すると、インピーダンスは４倍となる。また、式２の右辺の第二項のインピーダンスは容量Ｃの値により図３（ｂ）に示すように変化する。容量Ｃの値をＳＡＷフィルタの静電容量Ｃ_０と等しく設定すると、インピーダンスは（ω^２Ｃ_０Ｒ）^−１となる。そして、入力端子Ｔｉからみたフィルタ側のインピーダンスは式２の右辺の第一項と第二項との和となるので、図３（ａ）、（ｂ）の抵抗値を足したものとなる。
なお、出力側についてもインピーダンスの変換式は式１、２と同様になる。

図４は、図７に示した縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタの入力側に容量Ｃを直列接続し、入力インピーダンスダンスを変換した例で、入力インピーダンスは１９６Ωである。インピーダンスを変換してもフィルタ特性への影響はないことが分かる。
図５は、図７に示した縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタの入出力側それぞれに容量を直列接続してインピーダンスを変換した例で、入出力インピーダンスはそれぞれ１９７Ω、１９９Ωである。この場合もフィルタ特性への影響はないことが分かる。

以上の説明は二重モードＳＡＷフィルタを例として説明したが、他の共振器型フィルタにも適用できる。また、一端子対ＳＡＷ共振子、二端子対共振子等についても適用できることは説明するまでもない。

（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明に係るインピーダンス変換の回路構成を示した図である。 （ａ）、（ｂ）は入力側に容量を直列接続した場合の等価回路である。 （ａ）、（ｂ）は容量Ｃを変化させたときの入力からみた抵抗の式の第一項及び第二項をそれぞれプロットした図でである。 二重モードＳＡＷフィルタの入力インピーダンスを変換した例である。 二重モードＳＡＷフィルタの入出力インピーダンスを変換した例である。 縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタの電極構成を示す平面図である。 縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタのフィルタ特性である。

符号の説明

１、２、３、４ 端子
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ 容量
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔｉ 端子
Ｃ_０、 静電容量
Ｃ_０’ 等価容量
Ｒ、Ｒ’ 等価抵抗
ω 角周波数

Claims (3)

1. 圧電基板上に形成した弾性表面波素子の入出力端子の少なくとも１つに容量を接続したものであって、前記容量は前記圧電基板上に配置した導電パターンを用いて構成されたものであることを特徴とする弾性表面波デバイス。
2. 前記弾性表面波素子が共振器型の弾性表面波フィルタ素子であることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
3. 前記容量を接続した入出力用端子のインピーダンスが５０Ωを超える値であることを特徴とする請求項１又は２に記載の弾性表面波デバイス。
   
   
   
   
   
   

Images