JP2006295434A

JP2006295434A - 弾性表面波フィルタ

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Publication number: JP2006295434A
Application number: JP2005111784A
Authority: JP
Inventors: Naoki Takahashi; 直樹高橋
Original assignee: Miyazaki Epson Corp
Current assignee: Miyazaki Epson Corp
Priority date: 2005-04-08
Filing date: 2005-04-08
Publication date: 2006-10-26
Also published as: US20060226933A1; CN1845455A; US7518471B2; EP1710910A2

Abstract

【課題】狭帯域の縦結合１次−３次二重モードＳＡＷフィルタの小型化を図る手段を得る。
【解決手段】圧電基板上に表面波の伝搬方向に沿って３つのＩＤＴ電極を近接配置し、該３つのＩＤＴ電極の両側にグレーティング反射器を配設してなる縦結合１次−３次二重モードＳＡＷフィルタを２個縦続して構成した縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタにおいて、前記外側に配置したＩＤＴ電極から少なくとも一対の電極指を間引きし、そのあとに浮き電極を配置して狭帯域の弾性表面波フィルタを構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、弾性表面波フィルタに関し、特に小型化した狭帯域弾性表面波フィルタに関する。

近年、弾性表面波フィルタ（ＳＡＷフィルタ）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等に多く用いられている。図９は、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）を２つ縦続接続して構成した縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタの構成を示す平面図で、携帯電話のＲＦフィルタ等に用いられている。圧電基板３１の主表面上に表面波の伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極３２、３３、３４を近接配置すると共に、該ＩＤＴ電極３２、３３、３４の両側にグレーティング反射器（以下、反射器と称す）３５ａ、３５ｂ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３２、３３、３４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くし形電極から形成されている。
さらに、同一圧電基板３１上に第１の二重モードＳＡＷフィルタＦ１と同様に、ＩＤＴ電極３２’、３３’、３４’、反射器３５’ａ、３５’ｂ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を縦続接続して縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタを構成する。

最近、車載や携帯電話に利用が広がるＧＰＳ用のＲＦフィルタ（中心周波数が1.57542ＭＨｚ、帯域幅が±１ＭＨｚ、終端インピーダンスが５０Ω）を設計すべく、図９に示す縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタの電極パターンを用い、圧電基板を３８．７°Ｙ−ＸＬｉＴａＯ_３、中心周波数を１．５ＧＨｚ、ＩＤＴ電極３３、３３’をそれぞれ１４．５対、ＩＤＴ電極３２、３４、３２’、３４’をそれぞれ９．５対、交差幅を３５λ（λは表面波の波長）、反射器３５ａ、３５ｂ、３５’ａ、３５’ｂの本数をそれぞれ１００本、電極膜厚を７．７％λとして、シミュレーションによりフィルタ特性を求めたものが、図１０である。通過域内に大きなリップルが生じているが、広帯域用の電極パターンを用いたことに原因がある。

特開４−４０７０５号公報、特開７−７４５８８号公報に上記通過域内のリップルを改善する手段が開示されている。即ち、図１１に示すように、圧電基板４１の主表面上に表面波の伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極４２、４３、４４を近接配置すると共に、該ＩＤＴ電極４２、４３、４４の両側に反射器４５ａ、４５ｂを配設して第１の二重モードＳＡＷフィルタＦ１を形成する。そして、同一圧電基板４１上に第１の二重モードＳＡＷフィルタＦ１と同様に、ＩＤＴ電極４２’、４３’、４４’、反射器４５’ａ、４５’ｂ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を縦続接続する。さらに、第１及び第２の二重モードＳＡＷフィルタＦ１、Ｆ２の間に表面波の伝搬方向と直交して容量電極４６ａ、４６ｂを配置し、該容量電極４６ａ、４６ｂのそれぞれ一方の櫛形電極から延在するリード電極を、フィルタＦ１、Ｆ２を縦続接続するリード電極に接続し、他方の櫛形電極をそれぞれ接地して、狭帯域の縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタを構成する。容量電極４６ａ、４６ｂが容量素子として機能することにより帯域内のリップルを解消する。

二重モードＳＡＷフィルタの諸定数は、図１０に示したものと同じとし、容量容量４６ａ、４６ｂが形成する容量値を共に０．６４ｐＦに設定し、シミュレーションによりフィルタ特性を求めたものが、図１２である。帯域内にリップルは無く、平坦特性となる。

また、特開２００２−３５３７７７号公報には、縦結合１次−３次二重モードＳＡＷフィルタの中央のＩＤＴ電極から少なくとも一対の電極指を間引きし、その後に短絡型浮き電極を配したフィルタ、間引きした後にグレーティングを配置したフィルタ等が開示され、電極指を間引きすることによりフィルタのインピーダンスを所望するインピーダンスに整合できることが開示されている。
特開４−４０７０５号公報特開７−７４５８８号公報特開２００２−３５３７７７号公報

しかしながら、図１１に示すような従来の狭帯域用の縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタでは、２つの二重モードＳＡＷフィルタＦ１、Ｆ２の段間に容量素子形成用の容量電極等を設ける必要があり、そのスペース分だけ縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタが大きくなるという問題があった。

本発明に係る弾性表面波フィルタの請求項１の発明は、圧電基板上に表面波の伝搬方向に沿って３つのＩＤＴ電極を近接配置し、該３つのＩＤＴ電極の両側にグレーティング反射器を配設してなる縦結合１次−３次二重モードＳＡＷフィルタを２個縦続して構成した縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタにおいて、前記外側に配置したＩＤＴ電極から少なくとも一対の電極指を間引きし、そのあとに浮き電極を配置して弾性表面波フィルタを構成することを特徴とする。
請求項２の発明は、間引きした一対の電極指と置換するように前記浮き電極を２本配置すると共にこれらが互いに短絡していることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波フィルタである。
請求項３の発明は、圧電基板上に表面波の伝搬方向に沿って３つのＩＤＴ電極を近接配置し、該３つのＩＤＴ電極の両側にグレーティング反射器を配設してなる縦結合１次−３次二重モードＳＡＷフィルタを２個縦続して構成した縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタにおいて、前記外側に配置したＩＤＴ電極から少なくとも一本の電極指を間引きし、その後に位相的に逆の櫛形電極に接続した電極指を配置して弾性表面波フィルタを構成することを特徴とする。
請求項４の発明は、圧電基板上に表面波の伝搬方向に沿って３つのＩＤＴ電極を近接配置し、該３つのＩＤＴ電極の両側にグレーティング反射器を配設してなる縦結合１次−３次二重モードＳＡＷフィルタを２個縦続して構成した縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタにおいて、前記外側に配置したＩＤＴ電極から少なくとも二本の電極指を間引きし、その後に位相的に逆の櫛形電極に接続した電極指を配置して弾性表面波フィルタを構成することを特徴とする。

本発明に係る弾性表面波フィルタは、ＩＤＴ電極を構成する電極指を適宜間引きし、その後に浮き電極或いは位相的に逆側の櫛形電極に接続した電極指を配置してＩＤＴ電極を構成するため、ＩＤＴ電極が形成するＳＡＷ共振子の容量比を従来のものより大きく、つまり劣化させることができるので、狭帯域の縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタを構成する際に、段間に容量素子を挿入する必要が無く、フィルタを小型化できるという利点がある。

図１は本発明に係る縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタの実施の形態を示す平面図であって、圧電基板１の主表面上に表面波の伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極２、３、４を近接配置すると共に、該ＩＤＴ電極２、３、４の両側に反射器５ａ、５ｂを配設して第１の二重モードＳＡＷフィルタＦ１を形成する。さらに、同一圧電基板１上に第１の二重モードＳＡＷフィルタＦ１と同様に、ＩＤＴ電極２’、３’、４’、反射器５’ａ、５’ｂ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を縦続接続して縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタを構成する。

本発明の特徴はＩＤＴ電極２、３、４（２’、３’、４’）の構成にある。ＩＤＴ電極３（３’）は通常のＩＤＴ電極のように、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くし形電極から形成されている。つまり、電極指がプラスの櫛形電極、マイナスの櫛形電極に交互に接続されて構成されている。一方、ＩＤＴ電極２、４（２’、４’）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くし形電極から、少なくとも一対の電極指を間引きし、その後に短絡した浮き電極を配置してＩＤＴ電極２、４（２’、４’）を構成する。図１に示す実施例のＩＤＴ電極２を用いて説明すると、三対の電極指α、β、γを間引きし、その後に間引きした電極指と置換するように３つの短絡型浮き電極を配置する。ＩＤＴ電極４、２’、４’についても同様に構成する。

図２は、図１に示した電極パターンを用い、圧電基板を３８．７°Ｙ−ＸＬｉＴａＯ_３、中心周波数を１．５ＧＨｚ、ＩＤＴ電極３、３’を１４．５対、ＩＤＴ電極２、４、２’、４’をそれぞれ９．５対（間引きする前の対数、この中３対を間引きし、３つの短絡型浮き電極を配置）、交差幅を３５λ（λは波長）、反射器５ａ、５ｂ、５’ａ、５’ｂの本数をそれぞれ１００本、電極膜厚を７．７％λとして、シミュレーションにより求めたフィルタ特性である。図２から明らかなように、通過域内の平坦さ、挿入損失とも図１２と比べて遜色がない。

図１１に示す狭帯域の縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタのように、容量素子として機能する容量電極４６ａ、４６ｂを付加しなくとも通過域が平坦になる理由を調べた。図３は、図１に示す縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタから二重モードＳＡＷフィルタＦ１のみを取り出して構成したフィルタであり、図４は、図３の二重モードＳＡＷフィルタのインピーダンス特性をシミュレーションにより求めた円線図（スミスチャート）である。周波数を変化させるとフィルタの通過域内では、インピーダンスは実軸の近傍で変化するのに対し、帯域外では実軸より離れてところを変化することが分かった。

そこで、図９に示した広帯域用の縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタから二重モードＳＡＷフィルタＦ１のみを取り出して、図１３に示すように構成し、そのインピーダンス特性をシミュレーションにより求めたものが、図１４に示す円線図である。周波数をフィルタの通過域内で変化させるとインピーダンスは実軸より離れたところで変化し、帯域外の周波数でも実軸より離れたところで変化することが分かった。
また、図１１に示した狭帯域用の縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタから二重モードＳＡＷフィルタＦ１のみ取り出すと共に、容量素子として機能するＩＤＴ電極４６ａ、４６ｂをそれぞれ出力のリード電極に並列接続したフィルタを図１５に示すように構成し、そのインピーダンス特性をシミュレーションにより求めたものが図１６に示す円線図である。図１６から分かるように、通過域内で周波数を変化させるとインピーダンスは実軸の近傍で推移し、帯域外では実軸を離れて推移していることが分かった。

通過域、減衰域特性とも良好なフィルタでは、通過域内で呈するインピーダンスは終端インピーダンスにほぼ整合しており、帯域外で呈するインピーダンスは終端インピーダンスと不整合の状態にある。つまり、通過域内では終端インピーダンスとフィルタのインピーダンスが整合して負荷に最大の電力が供給される状態であり、フィルタのロスは最小になる。一方、帯域外では終端インピーダンスとフィルタのインピーダンスとが大幅に不整合の状態で、負荷に供給される電力は極端に少ない状態で、フィルタのロスは大きくなる。即ち減衰を呈する。

また、図１に示す二重モードＳＡＷフィルタＦ１、Ｆ２をＳＡＷ共振子としてみた場合、ＳＡＷ共振子が呈する容量比は、図９、１１に示す二重モードＳＡＷフィルタの呈する容量比に比べて大きくなって（劣化して）、共振周波数と反共振周波数の周波数間隔が狭まっている。そのため、容量素子を付加しなくともフィルタ理論に基づく所定の周波数配列を構成するので、フィルタの通過域特性は平坦となり、挿入損失が小さくなるものと推測される。

図５は本発明に係る第２の実施の形態を示す平面図であって、圧電基板１１の主表面上に表面波の伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極１２、１３、１４を近接配置すると共に、該ＩＤＴ電極１２、１３、１４の両側に反射器１５ａ、１５ｂを配設して第１の二重モードＳＡＷフィルタＦ１を形成する。さらに、同一圧電基板１１上に第１の二重モードＳＡＷフィルタＦ１と同様に、ＩＤＴ電極１２’、１３’、１４’、反射器１５’ａ、１５’ｂ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を縦続接続して縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタを構成する。

ＩＤＴ電極１３（１３’）は通常のＩＤＴ電極のように、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くし形電極から形成されている。第２の実施例の特徴は、ＩＤＴ電極１２、１４（１２’、１４’）の構成にあり、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くし形電極から、少なくとも一本の電極指を間引きし、その後に位相的に逆の櫛形電極に接続した電極指を配置してＩＤＴ電極１２、１４（１２’、１４’）を構成するところである。図５の実施例のＩＤＴ電極１２を用いて説明すると、二本の電極指α、βを間引きし、その後に位相的に逆の櫛型電極に接続した電極指を配置する。ＩＤＴ電極１４、１２’、１４’についても同様に構成する。ＩＤＴ電極をこのような構成にすると、ＩＤＴ１２、１３、１４（１２’、１３’、１４’）が形成するＳＡＷ共振子の容量比は、従来の構成の容量比より大きくなり（劣化し）、縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタを構成する際に段間に容量素子を付加する必要がなくなる。

図６は、図５に示した電極パターンを用い、圧電基板を３８．７°Ｙ−ＸＬｉＴａＯ_３、中心周波数を１．５ＧＨｚ、ＩＤＴ電極１３、１３’を１４．５対、ＩＤＴ電極１２、１４、１２’、１４’をそれぞれ９．５対（間引きする前の対数、この中２本の電極指を間引きし、逆位相の櫛型電極に接続した２本電極指を配置）、交差幅を３５λ（λは波長）、反射器１５ａ、１５ｂ、１５’ａ、１５’ｂの本数をそれぞれ１００本、電極膜厚を７．７％λとして、シミュレーションにより求めたフィルタ特性である。図６から明らかなように、通過域内の平坦さ、挿入損失とも図１２と比べて遜色がないことが分かる。

図７は本発明に係る第３の実施の形態を示す平面図であって、圧電基板２１の主表面上に表面波の伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極２２、２３、２４を近接配置すると共に、該ＩＤＴ電極２２、２３、２４の両側に反射器２５ａ、２５ｂを配設して第１の二重モードＳＡＷフィルタＦ１を形成する。さらに、同一圧電基板２１上に第１の二重モードＳＡＷフィルタＦ１と同様に、ＩＤＴ電極２２’、２３’、２４’、反射器２５’ａ、２５’ｂ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を縦続接続して縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタを構成する。

第３の実施例の特徴は、ＩＤＴ電極２２、２４（２２’、２４’）の構成にあり、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くし形電極から、少なくとも一対の電極指を間引きし、そのあとに逆位相の櫛形電極に接続した２本の電極指を配置してＩＤＴ電極２２、２４（２２’、２４’）を構成するところである。図７の実施例のＩＤＴ電極２２を用いて説明すると、二対の電極指α、βを間引きし、その後に位相的に逆の櫛形電極に接続した電極指をそれぞれ配置する。ＩＤＴ電極２４、２２’、２４’についても同様に構成する。ＩＤＴ電極をこのような構成にすると、ＩＤＴ２２、２３、２４（２２’、２３’、２４’）が形成するＳＡＷ共振子の容量比は、従来の構成の容量比より大きくなり（劣化し）、縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタを構成する際に段間に容量素子を付加する必要がなくなる。

図８は、図７に示した電極パターンを用い、圧電基板を３８．７°Ｙ−ＸＬｉＴａＯ_３、中心周波数を１．５ＧＨｚ、ＩＤＴ電極２３、２３’をそれぞれ１４．５対、ＩＤＴ電極２２、２４、２２’、２４’をそれぞれ９．５対（間引きする前の対数、この中２対を間引きし、逆位相の櫛型電極に接続した４本の電極指を配置）、交差幅を３５λ（λは波長）、反射器２５ａ、２５ｂ、２５’ａ、２５’ｂの本数をそれぞれ１００本、電極膜厚を７．７％λとして、シミュレーションにより求めたフィルタ特性である。図８から明らかなように、通過域内の平坦さ、挿入損失とも図１２と比べて遜色がないことが分かる。

以上ではカット角が３８．７度のタンタル酸リチウムを用いて本発明を説明したが、他の切断角のタンタル酸リチウムに本発明が適用できることは言うまでもない。また、他の圧電材料、例えばニオブ酸リチウムにも本発明は適用できる。
また、縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタについて説明したが、１段の二重モードＳＡＷフィルタに適用すれば通過域特性は平坦になる。

本発明に係る第１の実施例の構成を示した概略平面図である。図１に基づきシミュレーションにより求めた通過域特性である。図１の第１の二重モードＳＡＷフィルタＦ１の構成を示す平面図である。図３の二重モードＳＡＷフィルタのインピーダンス特性を示す円線図である。本発明に係る第２の実施例の構成を示した概略平面図である。図５に基づきシミュレーションにより求めた通過域特性である。本発明に係る第３の実施例の構成を示した概略平面図である。図７に基づきシミュレーションにより求めた通過域特性である。広帯域用の縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタの構成を示す平面図である。図９に基づきシミュレーションにより求めた通過域特性である。狭帯域用の縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタの構成を示す平面図である。図１１に基づきシミュレーションにより求めた通過域特性である。図９の第１の二重モードＳＡＷフィルタＦ１の構成を示す平面図である。図１３の二重モードＳＡＷフィルタのインピーダンス特性を示す円線図である。図１１の第１の二重モードＳＡＷフィルタＦ１の構成を示す平面図である。図１５の二重モードＳＡＷフィルタのインピーダンス特性を示す円線図である。

符号の説明

１、１’、１１、２１圧電基板
２、３、４、２’、３’、４’、１２、１３、１４、１２’、１３’、１４’、２２、２３、２４、２２’、２３’、２４’ ＩＤＴ電極
５ａ、５ｂ、５’ａ、５’ｂ、１５ａ、１５ｂ、１５’ａ、１５’ｂ、２５ａ、２５ｂ、２５’ａ、２５’ｂ、グレーティング反射器
Ｆ１第１の二重モードＳＡＷフィルタ
Ｆ２第２の二重モードＳＡＷフィルタ

Claims

圧電基板上に表面波の伝搬方向に沿って３つのＩＤＴ電極を近接配置し、該３つのＩＤＴ電極の両側にグレーティング反射器を配設してなる縦結合１次−３次二重モードＳＡＷフィルタを２個縦続して構成した縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタにおいて、
前記外側に配置したＩＤＴ電極から少なくとも一対の電極指を間引きし、そのあとに浮き電極を配置したことを特徴とする弾性表面波フィルタ。
間引きした一対の電極指と置換するように前記浮き電極を２本配置すると共にこれらが互いに短絡していることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波フィルタ。
圧電基板上に表面波の伝搬方向に沿って３つのＩＤＴ電極を近接配置し、該３つのＩＤＴ電極の両側にグレーティング反射器を配設してなる縦結合１次−３次二重モードＳＡＷフィルタを２個縦続して構成した縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタにおいて、
前記外側に配置したＩＤＴ電極から少なくとも一本の電極指を間引きし、その後に位相的に逆の櫛形電極に接続した電極指を配置したことを特徴とする弾性表面波フィルタ。
圧電基板上に表面波の伝搬方向に沿って３つのＩＤＴ電極を近接配置し、該３つのＩＤＴ電極の両側にグレーティング反射器を配設してなる縦結合１次−３次二重モードＳＡＷフィルタを２個縦続して構成した縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタにおいて、
前記外側に配置したＩＤＴ電極から少なくとも二本の電極指を間引きし、その後に位相的に逆の櫛形電極に接続した電極指を配置したことを特徴とする弾性表面波フィルタ。