JP2008124703A - 弾性表面波フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】圧電基板上にＳＡＷの伝搬方向に沿って第１、第２ＩＤＴとその両側に反射器とを備える縦２重モードＳＡＷフィルタにおいて、十分な挿入損失及び減衰率と同時に小型化を実現する。
【解決手段】第１及び第２ＩＤＴ３，４を構成する交差指電極の対数Ｎidt1，Ｎidt2及び各反射器５，６を構成する反射器電極の対数Ｎr は、それらの総対数Ｎに対して０．１１≦Ｎr ／Ｎ≦０．２０となるように選択する。更にＳＡＷ伝搬方向と交差する圧電基板１２の各端辺１２ａをＳＡＷ伝搬方向と直交する向きに関して４°以上の角度で傾斜させると、その端面から反射されるＳＡＷの影響が抑制される。
【選択図】図１

Description

本発明は、弾性表面波（ＳＡＷ）を利用した共振子型のＳＡＷフィルタに関する。

従来より、携帯電話等の情報通信機器には、圧電基板上に形成したＩＤＴ（すだれ状トランスデューサ）により励振されるＳＡＷを利用したＳＡＷフィルタが帯域フィルタとして広く使用されている。一般にＳＡＷフィルタは、入力用ＩＤＴにより励振されたＳＡＷを出力用ＩＤＴにより検出するトランスバーサル型と、近接配置したＩＤＴ間の音響結合により励起される異なる周波数の共振モードを利用した共振子型とに大別される。

典型的な共振子型のＳＡＷフィルタは、圧電基板上にＳＡＷの伝搬方向に沿って２組のまたはそれ以上のＩＤＴとそれらの両側に反射器とを配置して構成される。かかる共振子型ＳＡＷフィルタにおいて、Ｑ値を高めかつ挿入損失を低減するために、反射器の電極本数を多くする方法が一般に知られている（例えば、特許文献１を参照）。同特許文献によれば、反射器電極の本数が大幅に増加することにより圧電基板が長大化する虞があるが、高周波領域のＳＡＷフィルタは反射器の電極ピッチが狭いので、全体として寸法に大きな影響はないとしている。

一般にＳＡＷフィルタにおける挿入損失は、１．５ｄＢ程度またはそれ以下に低減すれば、携帯電話等の通信機器やＧＰＳ等の無線システム等の分野において、実用上良好な特性が得られるので好ましいとされている（例えば、特許文献２，３を参照）。

反射器電極の本数が少ない場合には、反射器を通過したＳＡＷが圧電基板の端面で反射することによりスプリアスが発生し、ＳＡＷフィルタの減衰特性を劣化させる。そこで、ＳＡＷの進行方向に対して圧電基板の短辺を傾斜させることにより、基板端面からの反射波をＩＤＴに直接到達させないようにし、大幅にスプリアスを抑制したＳＡＷデバイスが知られている（例えば、特許文献４を参照）。

特開平５−５５８７１号公報 特開平９−２３１３３号公報 特開２００６−１３５９２１号公報 特開平９−１１６３７８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のＳＡＷフィルタは、低周波領域を対象とする場合、反射器の電極ピッチが比較的大きいので、反射器の電極本数を大幅に増加させると、圧電基板即ちフィルタ自体を大幅に長大化させることになる。そのため、最近のＳＡＷフィルタの小型化という要請に対応することができないという問題がある。

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、十分な挿入損失の低減を図りつつ、反射器の電極本数を少なくして、低周波領域を対象とする場合にも、小型化を実現することができる共振子型のＳＡＷフィルタを提供することにある。

また、励振するＳＡＷが低周波のＳＡＷフィルタに多く使用されるＳＨ波の場合、圧電基板の端面で全反射する性質があるため、反射器の電極本数を少なくすると、反射器を通過して基板端面で反射された不要なＳＡＷがフィルタ特性を大きく劣化させる虞がある。そこで、本発明の別の目的は、ＳＨ波を用いた場合にも、同様に十分な挿入損失の低減及び小型化を図りつつ、反射器の電極本数を少なくできる共振子型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、圧電基板と、該圧電基板上にＳＡＷの伝搬方向に沿って配置された複数のＩＤＴと、該ＩＤＴの両側にそれぞれ配置された反射器とを備え、ＩＤＴを構成する交差指電極の総対数Ｎidt 及び各反射器を構成する反射器電極の対数Ｎr を、ＩＤＴ及び反射器の総電極対数Ｎ（＝Ｎidt ＋２Ｎr ）に対する反射器電極対数Ｎr の割合が０．１１≦Ｎr ／Ｎ≦０．２０となるように選択したＳＡＷフィルタが提供される。

このように反射器電極の対数Ｎr を選択することによって、後述するように、十分に低い挿入損失及び高い減衰量の双方を同時に実現することができる。しかも、反射器電極の対数は総電極対数Ｎに対応して決定すればよいので、従来技術のように挿入損失を低減するために反射器電極の本数を大きく増加させる必要が無いから、圧電基板即ちＳＡＷフィルタの小型化を図ることができる。

或る実施例では、ＳＡＷの伝搬方向と交差する圧電基板の両端辺をＳＡＷ伝搬方向と直交する向きに関して４°以上の角度で傾斜させることにより、圧電基板の端辺で反射される不要なＳＡＷによるフィルタ特性の劣化を生じさせないようにすることができる。これは、後述するように、特に低周波ＳＡＷフィルタにおいて、励振されるＳＡＷが圧電基板の端面で全反射するＳＨ波である場合に有利である。

以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
図１は、本発明による縦２重モードＳＡＷフィルタの第１実施例を示している。本実施例のＳＡＷフィルタ１は、例えばリチウムタンタレート、リチウムナイオベート、水晶などの従来公知の圧電材料で形成された圧電基板２の表面中央に第１ＩＤＴ３と第２ＩＤＴ４とがＳＡＷの伝搬方向に沿って配置されている。更に圧電基板２表面には、前記ＩＤＴを挟むようにそれらの両側に各１個の反射器５，６が配置されている。

各ＩＤＴ３，４は、それぞれ圧電基板２上にＡｌ等の導体金属薄膜を蒸着又はスパッタ等の公知方法により形成してパターニングした交差指電極３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂから構成される。前記交差指電極は、ＳＡＷの伝搬方向に沿って等間隔でＳＡＷの１波長λ中に正負各１本ずつ配置されている。本実施例において、第１ＩＤＴ３はＳＡＷフィルタ１の送信側ＩＤＴを、第２ＩＤＴ４は受信側ＩＤＴを構成する。

各反射器５，６は、同様にそれぞれ圧電基板２上にＡｌ等の導体金属薄膜を蒸着又はスパッタ等の公知方法により形成してパターニングした複数の反射体電極５ａ、６ａから構成される。前記反射体電極は、ＳＡＷの伝搬方向に沿って等間隔でＳＡＷの１波長λ中に２本ずつ配置されている。

第１及び第２ＩＤＴ３，４を構成する前記交差指電極の対数をそれぞれＮidt1，Ｎidt2とし、各反射器５，６を構成する前記反射器電極の対数をＮr とし、両ＩＤＴ及び反射器の総電極対数をＮ（＝Ｎidt1＋Ｎidt2＋２Ｎr ）とする。本実施例では、総電極対数Ｎに対する反射器電極対数Ｎr の割合を、以下に詳述する所定の範囲に設定する。尚、図中第１及び第２ＩＤＴ３，４の交差指電極対数は同じであるが、実際には同数とする必要はない。また、反射器電極の対数はＳＡＷの１波長λ中に配置された２本を１対とするから、前記各反射器の電極本数はそれぞれ２Ｎr である。

ＳＡＷフィルタ１を試作し、総電極対数Ｎに対する反射器電極対数Ｎr の割合を変化させた場合の挿入損失及び減衰量の変化を測定した。圧電基板２には、共振子型ＳＡＷフィルタに広く使用されている３８．７°回転ＹカットＬｉＴａＯ_３ 基板を用い、各ＩＤＴ及び反射器はアルミニウム電極膜で形成した。中心周波数は５０〜２００ＭＨｚの低周波に設定した。

図２は、反射器電極の対数比Ｎr ／Ｎに関する挿入損失の変化のシミュレーション結果を示している。同図から分かるように、反射器電極の対数比Ｎr ／Ｎを１１〜２８％の範囲としたとき、挿入損失は１．５ｄＢ以下の良好な値を示す。尚、携帯電話等の通信機器やＧＰＳ等の無線システムにおいて使用されるＳＡＷフィルタは、多くの場合１．５ｄＢ以下の低い挿入損失が要求されている。

図３は、反射器電極の対数比Ｎr ／Ｎに関する減衰量の変化のシミュレーション結果を示している。各Ｎr ／Ｎにおける減衰量の平均値をとると、Ｎr ／Ｎが８〜２０％の範囲において、同図に示すように１５ｄＢ以上の高い減衰量が得られた。

図２及び図３の結果を綜合すると、本実施例によれば、反射器電極の対数比Ｎr ／Ｎを０．１１≦Ｎr ／Ｎ≦０．２０となるように選択することによって、十分に低い挿入損失と高い減衰量とを同時に実現することができる。しかも、反射器電極の対数は総電極対数Ｎに対応して決定すればよいので、従来技術のように挿入損失を改善するために反射器電極の本数を大きく増加させる必要が無く、従ってＳＡＷフィルタ１の小型化を図ることができる。

図４は、本発明によるＳＡＷフィルタの第２実施例を示している。第２実施例のＳＡＷフィルタ１１は、圧電基板１２の長手方向の両端辺、即ちＳＡＷの伝搬方向と交差する圧電基板の両端辺１２ａ，１２ａが、ＳＡＷ伝搬方向と直交する向きに関して所定の角度θで傾斜している。その他の構成は第１実施例と実質的に同一であるので、第２実施例のＳＡＷフィルタ１１も、同様に十分に低い挿入損失及び高い減衰量と、反射器電極対数を少なくしたことによる小型化を実現できる。

ＳＡＷフィルタ１１を上述したＳＡＷフィルタ１と同様の条件で試作し、傾斜角度θを変化させた場合に群遅延時間に生じるリップルの変化を測定した。第１ＩＤＴ３が励振するＳＡＷはＳＨ波とし、第１実施例の場合と同様に、中心周波数を５０〜２００ＭＨｚの低周波に設定した。ＳＡＷが例えば３００ＭＨｚ以上の高周波の場合は、圧電基板１２の端面１２ａでのＳＡＷの反射によるスプリアスの影響が比較的小さい。しかしながら、２００ＭＨｚ以下の低周波では、圧電基板１２の端面１２ａで反射されたＳＡＷがフィルタ特性を大きく劣化させる虞がある。

図５は、圧電基板端面１２ａの傾斜角度θに関する群遅延リップルの変化の測定結果を示している。同図から分かるように、傾斜角度θを４°以上の範囲としたとき、群遅延リップルは大幅にかつ急激に低下する。更に、圧電基板端面１２ａの傾斜角度θを０°から徐々に大きくしたときの挿入損失及び群遅延時間を測定した。その結果、傾斜角度θを４°以上の範囲において、挿入損失は通過帯域近傍の低域側でスプリアスが消滅し、良好な特性が得られた。群遅延時間も通過帯域近傍の低域側でディップが大幅に小さくなり、通過帯域において平坦な特性が得られた。従って、第２実施例は、特にＳＨ波を用いた低周波ＳＡＷフィルタであっても、傾斜角度θを適当に選択することによって、反射器電極対数を少なくしたことで圧電基板端面１２ａから反射される不要なＳＡＷによるフィルタ特性の劣化を生じることはない。

以上、本発明の好適実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記各実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。例えば、本発明の共振子型ＳＡＷフィルタは、圧電基板上に３組またはそれ以上のＩＤＴをＳＡＷ伝搬方向に沿って配置した構成を採用することができる。

本発明によるＳＡＷフィルタの第１実施例を示す平面図。 第１実施例における反射器電極の対数比Ｎr ／Ｎに関する挿入損失を示す線図。 第１実施例における反射器電極の対数比Ｎr ／Ｎに関する減衰率を示す線図。 本発明によるＳＡＷフィルタの第２実施例を示す平面図。 第２実施例における傾斜角度θに関する群遅延リップルの変化を示す線図。

符号の説明

１，１１…ＳＡＷフィルタ、２，１２…圧電基板、３…第１ＩＤＴ、４…第２ＩＤＴ、３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ…交差指電極、５，６…反射器、５ａ，６ａ…反射器電極、１２ａ…端辺。

Claims (3)

1. 圧電基板と、前記圧電基板上に弾性表面波の伝搬方向に沿って配置された複数のＩＤＴと、前記ＩＤＴの両側にそれぞれ配置された反射器とを備え、
   前記ＩＤＴを構成する交差指電極の総対数Ｎidt 及び前記各反射器を構成する反射器電極の対数Ｎr を、前記ＩＤＴ及び前記反射器の総電極対数Ｎ（＝Ｎidt ＋２Ｎr ）に対する反射器電極対数Ｎr の割合が０．１１≦Ｎr ／Ｎ≦０．２０となるように選択したことを特徴とする弾性表面波フィルタ。
2. 前記弾性表面波の伝搬方向と交差する前記圧電基板の両端辺が、該弾性表面波伝搬方向と直交する向きに関して４°以上の角度で傾斜していることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波フィルタ。
3. 前記弾性表面波がＳＨ波であることを特徴とする請求項２記載の弾性表面波フィルタ。

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