JP2007043252A - 弾性表面波デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 １次−３次縦結合二重モードの共振子型ＳＡＷフィルタにおいて、通過帯域の高域側で不要なスプリアスを効果的に抑圧し、周波数対称性を向上させ、通過帯域の減衰傾度を十分に急峻にし、より一層の小型化を実現する。
【解決手段】 圧電基板２に第１〜第３のＩＤＴ３〜５をＳＡＷの伝搬方向に沿って近接して配置し、かつその両側にそれぞれ反射器６，７を配置し、隣接する第１のＩＤＴ３と第２のＩＤＴ４間の離隔距離Ｄ１と、隣接する第２のＩＤＴ４と第３のＩＤＴ５間の離隔距離Ｄ２とが異なり、Ｄ１が０．３０λ＜Ｄ１≦０．５０λ、好ましくは０．３０λ＜Ｄ１≦０．４０λの範囲にあるように設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧電材料で形成した又は圧電体薄膜を基板上に形成した圧電基板に３個のＩＤＴ（すだれ状トランスデューサ）を弾性表面波（Surface Acoustic Wave:ＳＡＷ）の伝搬方向に沿って配置し、帯域通過フィルタなどに使用するのに適した弾性表面波デバイスに関する。

従来から、通信機器特に携帯電話などの移動体通信の分野において、帯域通過フィルタとして、周波数選択性に優れた共振子型のＳＡＷフィルタが広く使用されている。一般にＳＡＷフィルタには、通信機器において隣接する送受信波を分離するために通過帯域の減衰傾度を急峻にすること、高感度化の観点から通過帯域の低損失化、及び通信機器の小型化に対応してより小型化が要求されている。

共振子型のＳＡＷフィルタでは、３個のＩＤＴをＳＡＷの伝搬方向に沿って圧電基板上に配置しかつその両側に反射器を設け、これらが励起するＳＡＷがＩＤＴ間で互いに音響結合した際に生ずる１次及び３次モードの２つの振動を利用することによって、１次及び２次モードの２つの振動を利用した場合よりも広帯域化が可能なことが知られており、更に中央のＩＤＴと両側のＩＤＴとの対面する最も内側の電極指の中心間距離を概ねλ／４（λはＳＡＷの波長）とすることによって、より広帯域低損失の縦結合２重モードＳＡＷフィルタが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

更に、このような広帯域低損失の縦結合２重モードＳＡＷフィルタにおいて、中央のＩＤＴと両側のＩＤＴとの対面する最も内側の電極指の中心間距離が左右で異なり、特にその一方をｎλ／２としかつ他方を（２ｎ−１）λ／４（ｎは自然数）とすることによって、高域側減衰帯域に現れるスプリアスを抑圧し、高域側近傍の減衰量を大きくすることが知られている（例えば、特許文献２を参照）。

また、低損失かつ帯域外抑圧度良好な狭帯域ＳＡＷフィルタを得るために、中間に入力用すだれ状電極を挟んで２個の出力用すだれ状電極を配置し、入出力すだれ状電極間距離が左右でｍ・λ（ｍは自然数）異なるようにした構成が知られている（例えば、特許文献３を参照）。

同様に３個のＩＤＴを配置した狭帯域のＳＡＷフィルタにおいて、中央のＩＤＴと両側のＩＤＴ間の最も隣接する電極指の中心間距離を異ならせ、かつ中央のＩＤＴと両側のＩＤＴ間の電極指周期を異ならせ、更に好ましくは両側のＩＤＴと反射器間の最も隣接する電極指の中心間距離を調節することによって、通過帯域を劣化することなく通過帯域の減衰傾度を急峻にした縦結合二重モードＳＡＷフィルタが知られている（例えば、特許文献４を参照）。

また、同様に通過域の高周波側に生ずるスプリアスにより劣化する減衰傾度を改善して急峻にするために、３個のＩＤＴを圧電基板上に配置し、中央のＩＤＴと隣接する一方のＩＤＴとの電極指の中心間間隔Ｇ１を５λ／４とし、他方のＩＤＴとの電極指の中心間間隔Ｇ２を（０．８４＋ｎ）λ＜Ｇ２＜（１．０＋ｎ）λとして、中央のＩＤＴの中心軸を基準として非対称に構成した１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタが知られている（例えば、特許文献５を参照）。

更に、挿入損失の増大を招くことなく、通過帯域よりも高域側の阻止域における減衰量を効果的に改善し、目的とする帯域幅を確実に確保し、高い選択度を得るために、隣接する第１〜第３のインターデジタル電極間の最も近接し合っている電極指間の中心間距離Ｌ１と中心間距離Ｌ２とを異ならせ、かつそれらが、０＋ｎλ＜Ｌ１＜１／２λ＋ｎλ、１／２λ＋ｍλ＜Ｌ２＜（ｍ＋１）λ、Ｌ１≠Ｌ２−１／２λ＋ｋλの関係を満たすように設定した２重モード縦結合型ＳＡＷ共振子フィルタが知られている（例えば、特許文献６を参照）。

また、隣接する第１〜第３のインターデジタル電極間の最も近接し合っている電極指間の中心間距離Ｌ１と中心間距離Ｌ２とを異ならせるだけでなく、少なくとも１つのＩＤ電極を重み付けすることにより、通過帯域の高域側に現れる大きなスプリアスをより効果的に抑圧し、それにより選択特性をより一層改善した縦結合型ＳＡＷ共振子フィルタが知られている（例えば、特許文献７を参照）。

特開平５−２６７９９０号公報 特許第３３９３９４５号公報 特開昭６４−８２７０６号公報 特開２００５−７２９９２号公報 特開平１０−１６３７９２号公報 特許第３３２４４２４号公報 特開平１０−１９０３９４号公報

しかしながら、上述した従来の１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタは、いずれも通過帯域の高域側でスプリアスの抑圧が十分でなく、周波数対称性即ち中心周波数の低域側及び高域側両方における周波数特性の対称性が良くない、という問題がある。また、通過帯域の減衰傾度も十分に急峻でないため、携帯電話などの通信機器に十分対応し得ない虞がある。上記特許文献６に記載のＳＡＷ共振子フィルタでは、更に周知の間引き重み付け法を組み合わせることによって、より一層通過帯域近傍の阻止域における減衰特性を改善することができるとしている。しかしながら、一般に間引き重み付けは挿入損失などのフィルタ特性を劣化させる虞がある。また、スプリアスを効果的に抑圧するために、ＳＡＷフィルタにＳＡＷレゾネータを組み合わせる方法が従来からよく知られているが、フィルタ全体の小型化が制限されるという問題が生じる。

そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧電基板に３個のＩＤＴをＳＡＷの伝搬方向に沿って配置し、１次及び３次モードの２つの振動を利用した共振子型ＳＡＷフィルタにおいて、特に通過帯域の高域側で不要なスプリアスを効果的に抑圧し、周波数対称性を向上させることにある。

更に、本発明は、携帯電話などの通信機器に対応させて通過帯域の減衰傾度を十分に急峻にし得る１次−３次縦結合二重モードの共振子型ＳＡＷフィルタを提供することにある。また、本発明の別の目的は、より一層の小型化を実現し得る１次−３次縦結合二重モードの共振子型ＳＡＷフィルタを提供することにある。

本発明によれば、上記目的を達成するために、圧電基板に弾性表面波の伝搬方向に沿って互いに近接して配置した第１〜第３のＩＤＴと、その両側に配置した反射器とを有し、隣接する第１のＩＤＴと第２のＩＤＴ間の離隔距離Ｄ１と、隣接する第２のＩＤＴと第３のＩＤＴ間の離隔距離Ｄ２とが異なり、かつ、Ｄ１が０．３０λ＜Ｄ１≦０．５０λの範囲にある弾性表面波デバイスが提供される。

このようにＤ１及びＤ２を設定することによって、通過帯域幅の広狭によらず、通過帯域の高域側のスプリアスを従来よりも効果的に抑圧し、優れた周波数対称性を実現することができる。更に、フィルタの終端インピーダンスＺを或る値に設定したとき、電極指交差長を従来よりも小さくでき、それだけ圧電基板の幅を縮小できることから、ＳＡＷフィルタを小型化することができる。

或る実施例では、この離隔距離Ｄ１の範囲において、離隔距離Ｄ２が（−０．１７３ＢＷ＋０．９１４）λ≦Ｄ２≦（−０．２３７ＢＷ＋１．１６７）λの範囲にあるとき、フィルタの仕様や終端インピーダンスの値に拘わらず、電極指交差長を最小にすることができ、圧電基板即ちＳＡＷフィルタをより小型化することができる。

また、或る実施例では、離隔距離Ｄ１が０．３０λ＜Ｄ１≦０．４０λの範囲にあると、後述するように減衰特性の急峻性を表わすシェイプファクタ（ＢＷ１０／ＢＷ３）が安定して小さくなり、通過帯域の減衰傾度を従来よりも急峻にすることができる。別の実施例では、このＤ１の範囲において、Ｄ２が（−０．１７３ＢＷ＋０．９１４）λ≦Ｄ２≦（−０．２８３ＢＷ＋１．２１０）λの範囲にあると、通過帯域幅の広狭によらず、常に十分に急峻な減衰傾度を確保することができる。

以下に、本発明の好適実施例について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明による１次−３次縦結合二重モードの共振子型ＳＡＷフィルタ１を示している。圧電基板２には、第１〜第３のＩＤＴ３〜５がＳＡＷの伝搬方向に沿って互いに近接して配置され、かつその両側にそれぞれ反射器６，７が配置されている。尚、本実施例において、圧電基板２には、水晶，ＬｉＴａＯ_３，ＬｉＮｂＯ_３などの圧電材料で形成された基板、及びその表面に圧電体薄膜を積層した基板の双方を含むものとする。

各ＩＤＴ３〜５は、それぞれ１対の交差指電極３ａ，３ｂ、４ａ，４ｂ、５ａ，５ｂを有する。中央の第２のＩＤＴ４は、一方の交差指電極４ａが接地され、他方の交差指電極４ｂが出力端子に接続されている。その両側の第１及び第３のＩＤＴ３，５は、一方の交差指電極３ａ，５ａが互いに接続されかつ入力端子に接続され、他方の交差指電極３ｂ，５ｂが互いに接続されかつ接地されている。

隣接する第１のＩＤＴ３と第２のＩＤＴ４間の離隔距離Ｄ１と、隣接する第２のＩＤＴ４と第３のＩＤＴ５間の離隔距離Ｄ２とは、異なるように設定される。ここで、隣接するＩＤＴ間の離隔距離Ｄ１，Ｄ２は、次のように定義する。前記ＩＤＴにより励振されるＳＡＷの波長λは、前記交差指電極のピッチ、例えば図１に示すように、隣接する電極対と電極対との間隔の中心位置から次の隣接する電極対と電極対との間隔の中心位置までを１単位として、１対の電極指の幅と間隔とにより決定される。本発明では、このように決定されるλを１単位として、各ＩＤＴのＳＡＷ伝搬方向両端において、その最も外側の電極指の縁端から更にλ／４だけ外側に広げた位置が、その端部として画定される。従って、隣接する２つのＩＤＴについて、それぞれこのように画定されるＳＡＷ伝搬方向の端部とそれに隣接する端部との間隔を、本発明における隣接するＩＤＴ間の離隔距離とする。更に本発明によれば、Ｄ１を０．３０λ＜Ｄ１≦０．５０λの範囲に設定する。このようにＤ１及びＤ２を設定することによって、通過帯域の高域側のスプリアスをより効果的に抑圧することができる。

図２（Ａ）〜（Ｄ）は、図１のＳＡＷフィルタにおいて、その比帯域幅（＝帯域幅ＢＷ／中心周波数Ｆ０）及びＤ１を変化させたときのフィルタ特性をそれぞれ示している。ここで、比帯域幅について図３を用いて詳細に説明する。図３は、本実施例のような共振子型ＳＡＷフィルタの一般的なフィルタ特性を示している。同図において、点Ｐ１は最小挿入損失となる周波数、点Ｐ２は中心周波数Ｆ０、点Ｐ３及び点Ｐ４は、それぞれ最小挿入損失Ｐ１からの減衰量が−３ｄＢとなるカットオフ周波数ｆｌ，ｆｈである。従って、中心周波数はＦ０＝（ｆｌ＋ｆｈ）／２であり、カットオフ周波数ｆｌ，ｆｈでの通過帯域幅即ち３ｄＢ帯域幅がＢＷ＝ｆｈ−ｆｌである。この３ｄＢ帯域幅と中心周波数との比、即ちＢＷ／Ｆ０が比帯域幅である。

図２（Ａ）は、比帯域幅＝１．６％、Ｄ１＝０．３５λ、Ｄ２＝０．６９λの場合である。図中矢印で示す通過帯域の高域側のスプリアスは約１６ｄＢである。図２（Ｂ）は、比帯域幅＝１．６％、Ｄ１＝０．４０λ、Ｄ２＝０．７３λの場合であり、図中矢印で示す通過帯域の高域側のスプリアスは約１７ｄＢである。図２（Ｃ）は、比帯域幅＝１．０％の狭帯域で、Ｄ１＝０．３５λ、Ｄ２＝０．７６λの場合であり、図中矢印で示す通過帯域の高域側のスプリアスは約２４ｄＢである。図２（Ｄ）は、比帯域幅＝１．８％の広帯域で、Ｄ１＝０．３５λ、Ｄ２＝０．６７λの場合であり、図中矢印で示す通過帯域の高域側のスプリアスは約１４ｄＢである。これに対し、例えば上記特許文献６に記載されているＳＡＷ共振子フィルタの実施例について、それと同様にＤ１＝０．３０λ、Ｄ２＝０．６４λとし、かつ比帯域幅＝１．６％に設定してフィルタ特性をシミュレーションしたところ、高域側のスプリアスは約１３ｄＢであった。これらの結果から、本発明によるＳＡＷフィルタは、帯域幅の広狭によらず、通過帯域の高域側においてスプリアスをより効果的に抑圧し得ることが分かる。

図４（Ａ）〜（Ｃ）は、図１のＳＡＷフィルタにおいて、それぞれ異なる比帯域幅についてフィルタ特性をＤ１に対するスプリアスの値でそれぞれ示している。但し、同図の縦軸に示すスプリアスは、最小挿入損失からの減衰量を表している。図４（Ａ）は、比帯域幅＝１．６％で、Ｄ１を０〜０．６の範囲で変化させた場合である。図４（Ｂ）は比帯域幅＝１．０％で、図４（Ｃ）は比帯域幅＝１．８％でそれぞれＤ１を０〜０．６の範囲で変化させた場合である。これらの結果から、０．３０λ＜Ｄ１＜０．５０λの範囲で、特に図４（Ｂ）では０．３０λ＜Ｄ１＜０．４０λの範囲で、大きなスプリアス抑圧度を得られることが分かる。

図５（Ａ）〜（Ｃ）は、図１のＳＡＷフィルタにおいて、それぞれ異なる比帯域幅についてＤ１に対するシェイプファクタ（ＢＷ１０／ＢＷ３）の値をそれぞれ示している。ここで、シェイプファクタ＝ＢＷ１０／ＢＷ３とは、例えば図２に示すようなフィルタ特性において、挿入損失が１０ｄＢとなる場合の帯域幅ＢＷ１０と、挿入損失が３ｄＢとなる場合の帯域幅ＢＷ３との比であり、この値が１に近いほど、減衰傾度が急峻であると評価する。

図５（Ａ）は、比帯域幅＝１．６％で、Ｄ１を０〜０．６の範囲で変化させた場合である。図５（Ｂ）は比帯域幅＝１．０％で、図５（Ｃ）は比帯域幅＝１．８％でそれぞれＤ１を０〜０．６の範囲で変化させた場合である。これらの結果から、帯域幅の広狭によらず、０．３０λ＜Ｄ１≦０．４０λの範囲で、シェイプファクタ（ＢＷ１０／ＢＷ３）が安定して小さく、従来よりも優れた急峻性を得られることが分かる。

図６（Ａ）〜（Ｃ）は、図１のＳＡＷフィルタにおいて、それぞれ異なる比帯域幅について、上述したシェイプファクタ（ＢＷ１０／ＢＷ３）及びスプリアス抑圧度が最良となるＤ１とＤ２との関係をそれぞれ示している。図５（Ａ）は比帯域幅＝１．６％で、図６（Ｂ）は比帯域幅＝１．０％で、図６（Ｃ）は比帯域幅＝１．８％でそれぞれＤ１を０〜０．６の範囲で変化させた場合である。これらの結果から分かるように、Ｄ１とＤ２との関係は比帯域幅によって変化する。例えば比帯域幅＝１．６％の場合、０．３０λ＜Ｄ１≦０．４０λにおいて０．６４λ＜Ｄ２≦０．７７λとなる。いずれの場合も、Ｄ２は、０．３０λ＜Ｄ１の範囲において、他の範囲よりも比較的安定した変化を示しており、特徴的である。

更に図７は、シェイプファクタ（ＢＷ１０／ＢＷ３）が良好な値を示すＤ１について、即ち０．３０λ＜Ｄ１≦０．４０λの範囲において、比帯域幅ＢＷに対するＤ２の変化を示している。同図において、線１０で囲まれた範囲は、シェイプファクタが最良となるＬ２の範囲であり、これは、（−０．１７３ＢＷ＋０．９１４）λ≦Ｄ２≦（−０．２８３ＢＷ＋１．２１０）λで表すことができる。この範囲では、比帯域幅によらず、常に十分に急峻な減衰傾度を確保することができる。

図８（Ａ）〜（Ｃ）は、図１のＳＡＷフィルタにおいて、それぞれ異なる比帯域幅について、該フィルタの終端インピーダンスＺに関して、Ｄ１に対する電極指交差長Ｗの値をそれぞれ示している。同図の縦軸に示すＷ×Ｚの値は、フィルタの設計条件に応じてインピーダンスＺを予め設定した場合に、その値が小さいほど電極指交差長Ｗの値が小さいことを表している。そして、インピーダンスＺの値により決定される電極指交差長Ｗの値が小さいほど、ＳＡＷフィルタの幅を小さくすることができる。

図８（Ａ）は比帯域幅＝１．６％で、図８（Ｂ）は比帯域幅＝１．０％で、図８（Ｃ）は比帯域幅＝１．８％でそれぞれＤ１を０〜０．６の範囲で変化させた場合である。例えば、図８（Ａ）において、Ｄ１＝０．３λのとき、インピーダンスＺを５０Ωとすると、Ｗ＝１．２ｍｍにする必要がある。Ｄ１＝０．４λのときは、Ｚ＝５０Ωで、Ｗ＝０．８ｍｍになるので、それだけ圧電基板の幅寸法を縮小することができる。図７の結果から、帯域幅の広狭によらず、或る終端インピーダンスＺを設定すれば、０．３０λ＜Ｄ１≦０．５０λの範囲で電極指交差長を小さくでき、従ってＳＡＷフィルタを小型化し得ることが分かる。

更に図９は、電極指交差長を小さくして圧電基板即ちＳＡＷフィルタの小型化が可能なＤ１について、即ち０．３０λ＜Ｄ１≦０．５０λの範囲において、比帯域幅ＢＷに対するＤ２の変化を示している。同図において、線１１で囲まれた範囲は、電極指交差長を最小にするＤ２の範囲であり、これは、（−０．１７３ＢＷ＋０．９１４）λ≦Ｄ２≦（−０．２３７ＢＷ＋１．１６７）λで表すことができる。この範囲では、フィルタの仕様や終端インピーダンスの値に拘わらず、電極指交差長を最小にして、圧電基板即ちＳＡＷフィルタを小型化することができる。

以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明は、上記実施例に様々な変形・変更を加えて実施することができる。

本発明によるＳＡＷフィルタの平面図。 （Ａ）（Ｂ）図は、図１のＳＡＷフィルタにおいて比帯域幅及びＤ１を変化させたときのフィルタ特性を示す図。 （Ｃ）（Ｄ）図は、それぞれ異なる比帯域幅についてＤ１を変化させたときのフィルタ特性を示す図。 本発明の比帯域幅を説明するためのフィルタ特性図。 （Ａ）〜（Ｃ）図は、それぞれ異なる比帯域幅についてＤ１に対するスプリアスの値を示す図。 （Ａ）〜（Ｃ）図は、それぞれ異なる比帯域幅についてＤ１に対するシェイプファクタの値を示す図。 （Ａ）〜（Ｃ）図は、それぞれ異なる比帯域幅について、シェイプファクタ及びスプリアス抑圧度が最良となるＤ１とＤ２との関係をそれぞれ示す図。 シェイプファクタに関連して０．３０λ＜Ｄ１≦０．４０λにおける比帯域幅とＤ２との関係を示す図。 （Ａ）〜（Ｃ）図は、それぞれ異なる比帯域幅について、フィルタの終端インピーダンスＺに関してＤ１と電極指交差長Ｗとの関係を示す図。 電極指交差長に関連して０．３０λ＜Ｄ１≦０．５０λにおける比帯域幅とＤ２との関係を示す図。

符号の説明

１…ＳＡＷフィルタ、２…圧電基板、３〜５…ＩＤＴ、３ａ〜５ａ，３ｂ〜５ｂ…交差指電極、６，７…反射器、１０，１１…線。

Claims (4)

1. 圧電基板に弾性表面波の伝搬方向に沿って互いに近接して配置した第１〜第３のＩＤＴと、その両側に配置した反射器とを有し、
   隣接する前記第１のＩＤＴと前記第２のＩＤＴ間の離隔距離Ｄ１と、隣接する前記第２のＩＤＴと前記第３のＩＤＴ間の離隔距離Ｄ２とが異なり、かつ、Ｄ１が０．３０λ＜Ｄ１≦０．５０λ（但し、λ：弾性表面波の波長）の範囲にあることを特徴とする弾性表面波デバイス。
2. Ｄ１が０．３０λ＜Ｄ１≦０．４０λの範囲にあることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波デバイス。
3. Ｄ２が（−０．１７３ＢＷ＋０．９１４）λ≦Ｄ２≦（−０．２８３ＢＷ＋１．２１０）λ（但し、ＢＷ：比帯域幅）の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波デバイス。
4. Ｄ２が（−０．１７３ＢＷ＋０．９１４）λ≦Ｄ２≦（−０．２３７ＢＷ＋１．１６７）λの範囲にあることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波デバイス。

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