JP2008085885A - 複合弾性表面波装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通過帯域の高域側での損失悪化及びリップルの増大を招くことなく通過帯域高域側の急峻性を良好にした複合弾性表面波装置を構成する。
【解決手段】それぞれ３ＩＤＴ型の４つの縦結合共振子型弾性表面波フィルタ８１〜８４と弾性表面波共振子９０を圧電基板上に形成するとともに弾性表面波共振子９０に対してキャパシタ９２を並列接続する。このキャパシタ９２は縦結合共振子型弾性表面波フィルタ８１〜８４と弾性表面波共振子９０とともに同一の圧電基板上に、弾性表面波の伝搬方向に対して直交する向きにインターディジタル型の電極として設ける。
【選択図】図３

Description

この発明は、弾性表面波フィルタと弾性表面波共振子とを備えた複合弾性表面波装置に関するものである。

従来、移動体通信システムの端末や無線通信装置の受信側フィルタは不平衡で信号入出力を行うものが主流であった。しかし、最近の低電圧・低消費電力動作の要求のもと、ノイズの影響を受けにくい平衡出力タイプのフィルタが望まれるようになっている。それに伴い、平衡・不平衡信号の変換機能を有する弾性表面波フィルタが開発されている。

このような平衡・不平衡変換機能を有する弾性表面波フィルタには、縦結合共振子型フィルタが構成される（特許文献１〜３参照）。

図１は特許文献１に示されている複合弾性表面波装置の模式的平面図である。図１において、複合弾性表面波装置３０は、基板１３上に形成された多電極型弾性表面波フィルタ１０と１端子対型弾性表面波共振子７１ａ，７１ｂ，７２ｃ，７２ｅとを備え、１端子対型弾性表面波共振子７１ａ，７２ｃ，７２ｅはπ型接続されるとともに多電極型弾性表面波フィルタ１０のＡ側に接続されていて、１端子対型弾性表面波共振子７１ｂは多電極型弾性表面波フィルタ１０の出力端Ｂ側に接続されている。１端子対型弾性表面波共振子７１ａ，７１ｂ，７２ｃ及び７２ｅのインピーダンスは共振周波数近傍で低く、反共振周波数近傍で高くなる。この反共振周波数は多電極型弾性表面波フィルタ１０の通過帯域高域側近傍の減衰域内の周波数に設定されている。これにより通過帯域の損失を劣化させることなく高域側の減衰量を改善しようとしている。

図２は特許文献２に示されている複合弾性表面波装置の模式的平面図である。この例では弾性表面波（以下［ＳＡＷ」）フィルタ１は３つのインターディジタルトランスデューサ（以下「ＩＤＴ」）３，４ａ，４ｂを有する３ＩＤＴ構成の縦結合２重モードＳＡＷフィルタである。このＩＤＴ３，４ａ，４ｂの表面波伝搬方向の両端に反射器５ａ，５ｂが形成されている。また圧電基板８表面にはＩＤＴ６及び反射器７ａ，７ｂからなるＳＡＷ共振子２が形成されている。上記ＳＡＷフィルタ１とＳＡＷ共振子２は図に示すように接続されている。図２に示した構成において、直列接続されたＳＡＷ共振子２のＩＤＴ６の電極指を間引くことにより、通過帯域高域側の急峻性を改善しようとするものである。

また、特許文献３には圧電基板上に第１のデューティを有する第１のくし型電極を有する縦モード結合の第１の弾性表面波共振子を設け、その通過帯域の高域側近傍に反共振周波数を有し、第１のデューティとは異なる第２のデューティを有する第２のくし型電極を備えた第２の弾性表面波共振子を設けた構成が示されている。
特開平７−１３１２９０号公報 特開２０００−３１５９３１号公報 国際公開パンフレットＷＯ９９／００４４８９

特許文献１に示されている構造で、弾性表面波共振子の共振周波数を通過帯域中央付近に合わせ、反共振周波数を高域側の減衰極に合わせるのが理想的であるが、共振周波数と反共振周波数の間隔が大きい場合、反共振周波数を高域側の減衰極に合わせた時に共振周波数が通過帯域中央より低域側に位置することになるため、通過帯域高域側の損失が悪化する。

特許文献２では特許文献１の課題を解決しようとするが、電極指の間引きによって波の励振状態が不連続となり、そのため通過帯域にリップルが入るという問題が生じる。

特許文献３も特許文献１の構造による課題を解決しようとするものであるが、別の問題が生じる。すなわち、弾性表面波共振子のデューティを小さくする場合、周波数に対するデューティの依存性が増加するため、製造ばらつきが増大し、結果的に良品率の低下及びコストアップが生じる。また、弾性表面波共振子の膜厚と縦結合共振子型フィルタの膜厚を異ならせる場合には製造プロセスが複雑となり、コストアップが生じる。

そこで、この発明の目的は、通過帯域の高域側での損失悪化及びリップルの増大を招くことなく通過帯域高域側の急峻性を良好にした複合弾性表面波装置を提供することにある。

この発明の複合弾性表面波装置は、少なくとも１つの縦結合共振子型弾性表面波フィルタと、該縦結合共振子型弾性表面波フィルタに直列接続された弾性表面波共振子とを圧電基板上に形成するとともに、弾性表面波共振子に並列にキャパシタを接続したことを特徴としている。

また、前記キャパシタは前記圧電基板上に形成する。
また、前記キャパシタはくし型の電極で構成する。

弾性表面波共振子に並列にキャパシタを接続することにより、弾性表面波共振子の共振周波数と反共振周波数の間隔が狭くなり、そのため、共振周波数が通過帯域の中央付近に保ったまま反共振周波数が通過帯域に近づき、通過帯域高域側の急峻性が改善できる。

前記キャパシタを圧電基板上に形成することにより、外部に個別の部品を接続することなく圧電基板上の電極形成だけ回路が構成できるので、装置を大型化・コストアップすることなく特性が改善できる。

また、前記キャパシタをくし型の電極で構成することにより、圧電基板上の限られたスペースにキャパシタを構成することができ、大型化することもない。

《第１の実施形態》
第１の実施形態に係る複合弾性表面波装置について図３〜図５を参照して説明する。
図３（Ａ）は第１の実施形態に係る複合弾性表面波装置の回路図、図３（Ｂ）はその比較対象としての回路図である。図３（Ａ）において複合弾性表面波装置１００は不平衡型入力端子Ｉｎと平衡型出力端子Ｏｕｔ１，Ｏｕｔ２を備えている。入力端子Ｉｎ側にはインピーダンス整合用のインダクタ９１を接続していて、全体として受信フィルタを構成している。通常入力端子Ｉｎにはアンテナが接続される。

複合弾性表面波装置１００は４４．５°ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ₃基板上にそれぞれ３ＩＤＴ構成の４つの縦結合共振子型ＳＡＷフィルタ８１，８２，８３，８４、ＳＡＷ共振子９０、及びキャパシタ９２を構成している。

図４は図３（Ａ）に示した３ＩＤＴ構成の縦結合共振子型ＳＡＷフィルタの構成を示す図である。図４（Ａ）はその記号であり、（Ｂ）はそれに対応する、圧電基板上での電極パターンの模式図である。このように３ＩＤＴ構成の縦結合共振子型ＳＡＷフィルタは、３つのＩＤＴ ４１，４２ａ，４２ｂと反射器４３ａ，４３ｂとで構成している。
一方、図３（Ａ）に示したＳＡＷ共振子９０はＩＤＴ及びそのＩＤＴによる弾性表面波を反射する２つの反射器から構成している。このＳＡＷ共振子９０は対数９０、交叉幅４５μｍである。後述するように図３（Ｂ）のＳＡＷ共振子９０については対数９０、交叉幅６０μｍである。

キャパシタ９２は交互に対向するくし型電極の対からなり、このキャパシタ９２をＳＡＷ共振子９０に対して並列に接続している。

具体的にキャパシタ９２は、上記縦結合共振子型ＳＡＷフィルタ８１〜８４、ＳＡＷ共振子９０と共に同じ圧電基板上に、電極指をインターディジタル型に対向配置してくし型電極を形成する。くし型電極を弾性表面波伝搬方向形成すると、このキャパシタ９２の両端に印加される電圧によって弾性表面波が生じることがなく、逆に圧電基板上を伝搬する弾性表面波で励振されることもない。

上記くし型電極は、対数５０、交叉幅１００μｍ、電極線幅０．８２５μｍ、電極間隔０．８２５μｍで、容量値は２．０ｐＦである。また、電極はＡｌを主成分とし、その組成・膜厚は縦結合共振子型ＳＡＷフィルタ８１〜８４やＳＡＷ共振子９０のくし型電極と同一であり、同一プロセスで形成する。さらに、ＳＡＷ共振子９０とキャパシタ９２との合成容量が所定値になるように、ＳＡＷ共振子９０の交叉幅は単体であれば交叉幅６０μｍであるところを４５μｍに変更している。

図３に示した４つの３ＩＤＴ構成の縦結合共振子型ＳＡＷフィルタ８１〜８４のうち２つのフィルタ８１，８２に対して入力信号が等しく入力され、それぞれの出力信号がフィルタ８３，８４にそれぞれ入力され、この２つのフィルタ８３，８４から位相差１８０°の信号が取り出されて合成されるとともに出力端子Ｏｕｔ１，Ｏｕｔ２に出力されることになる。すなわち、この４つの縦結合共振子型ＳＡＷフィルタ８１〜８４で不平衡−平衡変換を行うとともに帯域通過フィルタとして作用する。そしてＳＡＷ共振子９０は通過帯域の高域側に減衰極を形成することによって、通過帯域高域側の減衰特性を急峻にする。

図５は図３（Ａ）に示したフィルタ装置と図３（Ｂ）に示したフィルタ装置の挿入損失特性を示す図である。図５において挿入損失特性の破線で示す特性は図３（Ｂ）のフィルタ装置の特性、実線は図３（Ａ）のフィルタ装置の特性である。また図５のインピーダンス特性は図３に示したＳＡＷ共振子９０とキャパシタ９２の並列回路によるインピーダンス特性、破線は図３（Ｂ）のＳＡＷ共振子９０のインピーダンス特性を示す図である。

図３（Ｂ）に示したようにＳＡＷ共振子９０を接続しただけでは共振周波数と反共振周波数の間隔が大きく、共振周波数を通過帯域の中心周波数に合わせると反共振周波数が通過帯域の中心周波数から高域側に大きくずれるので通過帯域の高域側の急峻性が改善されないが、図３（Ａ）に示したようにＳＡＷ共振子９０にキャパシタ９２を並列接続することによって、図５の実線で示すように反共振周波数ｆａと共振周波数ｆｒとの間隔が狭まり、これに伴い通過帯域の高域側の減衰が急峻となる。

図６は８００ＭＨｚ帯の複合弾性表面波装置を構成した際の実測結果を示す図である。ここで曲線Ａは図３（Ａ）に示した複合弾性表面波装置の挿入損失特性、曲線Ｂは図３（Ｂ）に示した装置の挿入損失特性である。横軸は周波数、縦軸は挿入損失（ｄＢ）である。なお、曲線Ｃは曲線Ａのスケールを１０倍拡大したものであり、曲線Ａの目盛の値は左側、曲線Cの目盛の値は右側にそれぞれ示している。

このようにＳＡＷ共振子９０にキャパシタ９２を並列接続することによって通過帯域高域側の減衰極周波数ｆｐｂはｆｐａまで低下し、通過帯域高域側の減衰が急峻となる。また曲線Ｃで示すように通過帯域のリップルも大きくならないことが分かる。また、ＳＡＷ共振子９０と同一プロセスで形成するため、製造が簡単であり、コストアップも生じない。

《第２の実施形態》
図７は第２の実施形態に係る複合弾性表面波装置の構成を示す回路図である。第１の実施形態では不平衡型入力、平衡型出力のフィルタであったが、この第２の実施形態では不平衡型入力・不平衡型出力の構成としている。図３（Ａ）に示した装置と異なるのは、３ＩＤＴ構成の縦結合共振子型ＳＡＷフィルタ８３，８４の中央のＩＤＴの一方の端子を接地し、他方の端子を不平衡出力端子としている点である。なお、図７の例では入力端子にはインピーダンス整合用のインダクタは設けていない。

このような構成であってもＳＡＷ共振子９０に対してキャパシタ９２を並列接続することによって第１の実施形態の場合と同様の作用により通過帯域の高域側の減衰特性を急峻にすることができる。

《第３の実施形態》
図８は第３の実施形態に係る複合弾性表面波装置の構成を示す回路図である。第１・第２の実施形態では入力端側にＳＡＷ共振子を接続したが、この第３の実施形態では出力端側にＳＡＷ共振子９４を設けている。すなわち３ＩＤＴ構成の縦結合共振子型ＳＡＷフィルタ９３の両側のＩＤＴの一方の電極に入力端子Ｉｎからの配線を接続し、他方の電極を接地し、中央のＩＤＴの一方の電極を接地し、他方の電極にＳＡＷ共振子９４を接続している。このＳＡＷ共振子９４には並列にキャパシタ９５を接続している。このような構成でも第１・第２の実施形態の場合と同様の作用により通過帯域の高域側の減衰特性を急峻にすることができる。

なお、第１〜第３の実施形態において３ＩＤＴ構成の縦結合共振子型ＳＡＷフィルタの入出力の方向を反転させても同様の特性を得ることができる。

《第４の実施形態》
この発明の複合弾性表面波装置は単体のフィルタとして設けるだけでなく、周波数帯域によって送信信号と受信信号を分波するデュプレクサに適用できる。この発明の複合弾性表面波装置は通過帯域の高域側減衰特性が急峻であるので、通過帯域の周波数帯が低い方のフィルタに適用することによって、通過帯域の高域側に隣接する高域側の周波数帯に対する影響を効果的に抑えることができる。

特許文献１に開示されている複合弾性表面波装置の構成を示す図である。 特許文献２に開示されている複合弾性表面波装置の構成を示す図である。 第１の実施形態に係る複合弾性表面波装置の構成を示す図である。 図３における３ＩＤＴ構成の縦結合共振子型ＳＡＷフィルタの構成を示す図である。 ＳＡＷ共振子及び並列接続したキャパシタによる複合弾性表面波装置の特性変化の作用を説明するための図である。 第１の実施形態に係る複合弾性表面波装置の特性を示す図である。 第２の実施形態に係る複合弾性表面波装置の構成を示す図である。 第３の実施形態に係る複合弾性表面波装置の構成を示す図である。

符号の説明

８１〜８４，９３−縦結合共振子型ＳＡＷフィルタ
９０，９４−ＳＡＷ共振子
９１−インダクタ
９２，９５−キャパシタ
１００−複合弾性表面波装置

Claims (3)

1. 少なくとも１つの縦結合共振子型弾性表面波フィルタと、該縦結合共振子型弾性表面波フィルタに直列接続された弾性表面波共振子とを圧電基板上に形成するとともに、前記弾性表面波共振子に並列にキャパシタを接続してなる複合弾性表面波装置。
2. 前記キャパシタを前記圧電基板上に形成した請求項１に記載の複合弾性表面波装置。
3. 前記キャパシタをくし型の電極で構成した請求項２に記載の複合弾性表面波装置。

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