JP2008289031A - 縦結合二重モードｓａｗフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】高域側のダレ特性を改善する。
【解決手段】圧電基板２の主面上に表面波の伝搬方向に沿って３つの正規型ＩＤＴ３、ＩＤＴ４及びＩＤＴ５を０．５λのピッチで近接配置し、これらＩＤＴの両側に反射器６、７を配設したものである。ＩＤＴ３、４、５はそれぞれ互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対のくし形電極により構成され、ＩＤＴ３の一方のくし形電極は入力端子に接続し、他方のくし形電極は接地する。そして、ＩＤＴ４とＩＤＴ５の一方のくし形電極は互いに連結して出力端子に接続し、ＩＤＴ４とＩＤＴ５の他方のくし形電極は互いに接続して接地する。さらにＩＤＴ３とＩＤＴ４との間、及びＩＤＴ３とＩＤＴ５との間にＳＡＷの特性を反転する反射反転型の電極構造を有する反射反転ミドルグレーティング８、９を配置するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、広帯域低損失で高域側の阻止域減衰量の大きな縦結合二重モードＳＡＷフィルタに関するものである。

従来より高周波領域において使用する広帯域低損失フィルタとして、１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタ（以下、単に「二重モードＳＡＷフィルタ」と称す）が知られている。
図５は、従来の二重モードＳＡＷフィルタの説明図であり、（ａ）は従来の二重モードＳＡＷフィルタの電極パターンの一例を示す平面図、（ｂ）は、その周波数特性のシミュレーション結果を示した図である。
図５（ａ）に示す二重モードＳＡＷフィルタは、圧電基板１０１の主面上に表面波の伝搬方向に沿って３つの正規型ＩＤＴ１０２、ＩＤＴ１０３及びＩＤＴ１０４の隣接する電極指間の中心距離が０．５λのピッチとなるように近接配置し、これらＩＤＴの両側に反射器１０５、１０６を配設したものである。ＩＤＴ１０２、１０３、１０４はそれぞれ互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対のくし形電極により構成され、ＩＤＴ１０２の一方のくし形電極は入力端子に接続し、他方のくし形電極は接地する。そして、ＩＤＴ１０３とＩＤＴ１０４の一方のくし形電極は互いに連結して出力端子に接続し、ＩＤＴ１０３とＩＤＴ１０４の他方のくし形電極は接地する。なお、λはＩＤＴによって励起される表面波の波長であり、この波長λはＩＤＴの連続する任意の同一極性の電極指の中央から中央までに相当する。

図５（ａ）に示す二重モードＳＡＷフィルタの動作は、周知のようにＩＤＴ１０２、１０３、１０４によって励起される複数の表面波が反射器１０５、１０６の間に閉じ込められ、ＩＤＴ１０２、１０３、１０４の間で音響結合を生ずる結果、１次と３次の２の縦共振モードが強勢に励振され、これらの２つのモードを利用した二重モードＳＡＷフィルタとして動作する。なお、二重モードＳＡＷフィルタの通過帯域は、１次共振モードと３次共振モードとの周波数差に比例することは周知のことである。また、二重モードＳＡＷフィルタを圧電基板上に複数個併置し、それらを縦続接続してフィルタの減衰傾度及び保証減衰量を改善することは周知の手段である。
図５（ｂ）は、上記した二重モードＳＡＷフィルタの周波数特性のシミュレーション結果を示した図であり、ここでは圧電基板１０１を３６°ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ₃とした。また電極材料をＡｌ合金、電極膜厚を５％λ、ＩＤＴ１０２を２１．５対、ＩＤＴ１０３、１０４を各１５．５対、反射器１０５、１０６を２８対、反射器のピッチに対するＩＤＴのピッチ比ＬＴ／ＬＲを０．９８７とし、中心周波数は３１５ＭＨｚとした。また入出力ＩＤＴ間の隣接電極指の中心間距離は０．５λ（以下、これを正規配置と呼ぶ場合がある）である。

しかしながら、図５（ａ）に示したような正規型ＩＤＴ電極パターンを用いて二重モードＳＡＷフィルタを実現しようとすると、図５（ｂ）に示したフィルタ特性からも明らかなように、通過域近傍の高域側の減衰傾度が、低域側の減衰傾度のように一様に増加せず、減衰量が一度劣化してから増加する特性、即ちダレ特性を呈する。
近年、周波数有効利用の必要性からチャネル間隔の挟帯域化の要請があり、使用するフィルタに対しても低損失、高減衰量が要求され、従来の通過帯域近傍の高域側に生ずる所謂ダレ特性のある二重モードＳＡＷフィルタでは、その要求に応えることができないという問題点があった。

そこで、このような問題を解決できる二重モードＳＡＷフィルタとして図６に示すようなものが提案されている。
図６は従来の広帯域化が可能な二重モードＳＡＷフィルタの説明図であり、（ａ）はその電極パターンの一例を示す平面図、（ｂ）は、その周波数特性のシミュレーション結果を示した図である。なお、図５（ａ）と同一部位には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図６（ａ）に示す二重モードＳＡＷフィルタは、図６（ｂ）に示したフィルタ特性と図５（ｂ）に示したフィルタ特性を比較すれば明らかなように、通過域近傍の高域側のダレ特性が改善されていることが容易にわかる。

また、この図６（ａ）に示す二重モードＳＡＷフィルタは、広帯域化を図るために図５（ａ）においては０．５λのピッチで近接配置されていた３つのＩＤＴ１０２、ＩＤＴ１０３及びＩＤＴ１０４を、隣接する電極指間の中心距離が０．２５λのピッチで最も近接配置している。このように構成した場合は、基本次モードと高次モードの周波数差が最大になる。すなわち、一方のＩＤＴから他方のＩＤＴを見た場合に一方のＩＤＴから励振された表面波は他方のＩＤＴに入射する場合、正規配置に対してλ／４ずれることになる。
この場合、図６（ｂ）と図５（ｂ）に示すシミュレーション結果と比較すれば明らかなように、図５（ｂ）に示した二重モードＳＡＷフィルタでは約４．０ＭＨｚであった帯域幅ＢＷを、図６（ｂ）に示すように約１１．８ＭＨｚまで拡大することができる。また通過域近傍の高域側の減衰傾度も大幅に改善することができる。

なお、広帯域低損失で高域側の阻止域減衰量の大きな縦結合二重モードＳＡＷフィルタの先行文献としては特許文献１、２等がある。
特許文献１には、圧電基板上に第１の電極指、第２の電極指、及び第３の電極指を配置し、第１の電極指と第３の電極指を同相とし、第２の電極指を逆相とすると共に、第１の電極指と第３の電極指の幅員を等しくし、第１の電極指と第２の電極指の間隙と第２の電極指と第３の電極指の間隙を等しくした反射反転型弾性表面波変換器の発明が開示されている。また、特許文献２には、圧電基板上に３個のＩＤＴをＳＡＷの伝搬方向に沿って配置し、その両側に反射器を設け、励振したＳＡＷの振動エネルギーを３個のＩＤＴ内にほぼ閉じ込めるとともに、これら各振動のＩＤＴ間における音響結合によって発生する１次および３次の振動モードを利用する二重モードフィルタにおいて、各ＩＤＴが互いに対面する最内側電極指の中心間の間隔を（２ｎ＋１）λ／４として空間を設け、この空間にｎ本（ただし、ｎ＝１、２、３・・・）のグレーティングを等間隔に配置した縦結合二重モードＳＡＷフィルタの発明が開示されている。
特許第３２６６８４６号 特許第３４１９９４９号

しかしながら、上記図６（ａ）に示した縦結合二重モードＳＡＷフィルタは、ＩＤＴ間の距離を０．２５λずらしているため、図５（ａ）に示したＩＤＴが正規配置のＳＡＷフィルタに比べてＱ値が悪化するという欠点がある。また、電極指の配列周期が不連続となる部分には定在波の波動エネルギーが集中しやすく、特に図６（ｂ）のように不連続部が電極指１本のみで構成されている場合は、その電極指付近に局所的に波動エネルギーが集中しやすい。このような電極指配列を採用したＩＤＴで高電力動作を行った場合、０．２５λずらした部分（不連続部）にエネルギーが集中して電極が破壊されるおそれがある。さらに、通過帯域近傍の高域側に生ずるダレ特性についてもより一層の改善が求められていた。
また、図６（ａ）に示した縦結合二重モードＳＡＷフィルタは、帯域幅を変更する場合にＩＤＴ間の距離を変更しなければならず回路設計が複雑になるという欠点があった。
また、特許文献１にはＩＤＴ電極を反射反転構造にした弾性表面波変換器が開示されているが、グレーティングを反射反転構造にすることは何ら開示されていない。
本発明は上記したような点を鑑みてなされたものであり、ＩＤＴを正規に配置した場合でも高域側のダレ特性を改善した縦結合二重モードＳＡＷフィルタを提供する。またＩＤＴ間の距離を変更することなく帯域幅を変更可能な縦結合二重モードＳＡＷフィルタを提供する。

上記目的を達成するため、本発明の縦結合二重モードＳＡＷフィルタは、圧電基板と、圧電基板上にＳＡＷの伝搬方向に沿って配置される複数のＩＤＴと、ＩＤＴの両側に配置される反射器と、複数のＩＤＴ間に配置される反射反転ミドルグレーティングと、を備えるようにした。
このような本発明によれば、通過帯域近傍の高域側に生ずるダレ特性を改善することができる。特に、従来の広帯域化を図るためにＩＤＴ間を０．２５λずらして最も近接配置した場合と比較しても、通過域近傍の高域側のダレ特性を２〜３ｄＢ改善することができる。また、ＩＤＴ間を正規配置（０．５λ）できるので、Ｑ値劣化の抑止を可能とし、エネルギーの集中による電極破壊の虞が低減される。
また本発明によれば、反射反転ミドルグレーティングの対数を変更するだけで、帯域幅を容易に変更することができるので設計が容易になる。

また、本発明の縦結合二重モードＳＡＷフィルタは、反射反転ミドルグレーティングは、第１の幅員を有する第１の電極指と、該第１の電極指とは第１の間隙をおいて配置される第２の幅員を有する第２の電極指と、該第２の電極指とは第２の間隙をおいて配置される第３の幅員を有する第３の電極指と、前記第１の電極指と前記第３の電極指の両側にそれぞれ配置したスペースとからなる単位区間を１又は複数区間繰り返して構成し、前記第１の電極指の第１の幅員と前記第３の電極指の第３の幅員とを同一幅とし、前記第１の間隙と前記第２の間隙とを同一幅とした。
本発明の反射反転ミドルグレーティングを複数のＩＤＴ間に配置すれば、通過帯域近傍の高域側に生ずるダレ特性を改善することができる。特に、従来の広帯域化を図るためにＩＤＴ間を０．２５λずらして最も近接配置した場合と比較しても、通過域近傍の高域側のダレ特性を２〜３ｄＢ改善することができる。また、ＩＤＴ間を正規配置（０．５λ）できるので、Ｑ値の悪化やエネルギーの集中による電極破壊の虞が低減される。さらに、反射反転ミドルグレーティングの対数を変更するだけで、帯域幅を容易に可変することができる。

また本発明の縦結合二重モードＳＡＷフィルタは、ＩＤＴはＳＡＷの伝搬方向に沿って３つのＩＤＴを配置した一次−三次型のＩＤＴである。
一次−三次型のＩＤＴ間に反射反転ミドルグレーティングを配置すれば、通過帯域近傍の高域側に生ずるダレ特性を改善することができる。特に、従来の広帯域化を図るためにＩＤＴ間を０．２５λずらして最も近接配置した場合と比較しても、通過域近傍の高域側のダレ特性を２〜３ｄＢ改善することができる。また、ＩＤＴ間を正規配置（ｎλ／２）できるので、Ｑ値の悪化やエネルギーの集中による電極破壊の虞が低減される。さらに、反射反転ミドルグレーティングの対数を変更するだけで、帯域幅を容易に可変することができる。
また本発明の縦結合二重モードＳＡＷフィルタは、反射反転ミドルグレーティングが接地されている。このように構成すれば、ＳＡＷフィルタのシールド効果を高めることができる。
また本発明の縦結合二重モードＳＡＷフィルタは、反射反転ミドルグレーティングの対数が５〜７対であることを特徴とする。このように構成すれば、従来よりも広帯域な特性が得られる。

以下、図面を参照しながら本発明の縦結合二重モードＳＡＷフィルタの実施の形態について説明する。
図１は、本実施形態の二重モードＳＡＷフィルタの電極パターンの一例を示す平面図である。図１に示す本実施形態の二重モードＳＡＷフィルタ１は、圧電基板２の主面上に表面波の伝搬方向に沿って３つの正規型ＩＤＴ３、ＩＤＴ４及びＩＤＴ５を０．５λのピッチで近接配置し、これらＩＤＴの両側に反射器６、７を配設したものである。ＩＤＴ３、４、５はそれぞれ互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対のくし形電極により構成され、ＩＤＴ３の一方のくし形電極は入力端子に接続し、他方のくし形電極は接地する。そして、ＩＤＴ４とＩＤＴ５の一方のくし形電極は互いに連結して出力端子に接続し、ＩＤＴ４とＩＤＴ５の他方のくし形電極は互いに接続して接地する。
さらに本実施形態では、ＩＤＴ３とＩＤＴ４との間、及びＩＤＴ３とＩＤＴ５との間にＳＡＷの特性を反転する反射反転型の電極構造を有する反射反転ミドルグレーティング（以下、単に「ミドルグレーティング」と称する）８、９を配置するようにした。この場合、ミドルグレーティング８、９は接地されている。なお、反射反転型電極の原理については特許文献１に開示されているので本明細書では説明は省略する。

図２は、ミドルグレーティングの構造を示した図である。
図２に示すように、本実施形態のミドルグレーティングは、第１の幅員を有する第１の電極指１１と、この第１の電極指１１とは第１の間隙をおいて配置され、第２の幅員を有する第２の電極指１２と、この第２の電極指１２とは第２の間隙をおいて配置され、第３の幅員を有する第３の電極指１３と、第１の電極指１１と第３の電極指１３の両側にそれぞれ配置したスペースＳとにより単位区間（１λ）を複数区間繰り返すことにより構成されている。この場合、第１の電極指１１の第１の幅員Ｗ１と第３の電極指１３の第３の幅員Ｗ１とを同一にし、第１の間隙Ｇ１と第２の間隙Ｇ１とを同一にした。さらに、第１電極指１１と第３電極指１３の夫々両側のスペースＳをＧ２／２とした。なお、本実施形態では基本区間を１λとしているが、広帯域化が可能であれば、例えば基本区間を１λより僅かにずらして（例えば０．９９λ）に設定しても良い。
なお、本実施形態のミドルグレーティングは、単位区間を複数区間繰り返すことにより構成するようにしているが、これはあくまでも一例であり、単位区間が一区間だけでも構成可能である。

このように構成される本実施形態の二重モードＳＡＷフィルタでは、入出力ＩＤＴ３、４及び３、５間の距離は正規配置（ｎλ／２、ｎは自然数）のままであるが、入出力ＩＤＴ間にミドルグレーティング８、９を夫々配置したことで、ミドルグレーティング８、９上のＳＡＷの反射は位相をλ／４ずらすようにした。つまり、図６（ａ）に示した従来の二重モードＳＡＷフィルタでは、ＩＤＴ間の距離を変えることで広帯域化を図っているが、本実施の形態ではＩＤＴ間にミドルグレーティング８、９を配置したことで広帯域化を図るようにしたものである。これにより、入出力ＩＤＴ間の距離を０．２５λずらすことなく、二重モードＳＡＷフィルタの広帯域化を図るようにしている。この場合は、ＩＤＴ間の距離は正規配置のままなのでＱ値の悪化やエネルギーの集中による電極破壊等の虞が低減される。

図３は、本実施形態の二重モードＳＡＷフィルタの周波数特性のシミュレーション結果を示した図である。ここでは、圧電基板２を３６°ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ₃とした。また電極材料をＡｌ合金、電極膜厚を５％λ、ＩＤＴ３を２１．５対、ＩＤＴ４、５を各１５．５対、反射器６、７を２８対、反射器６、７のピッチに対するＩＤＴのピッチ比ＬＴ／ＬＲを０．９８７とし、中心周波数は３１５ＭＨｚとした。また入出力ＩＤＴ間距離を８．５λ、ミドルグレーティング８、９の対数を８対（８λ）とした。
図３に示す本実施形態の二重モードＳＡＷフィルタの周波数特性と、図６（ｂ）に示す従来の二重モードＳＡＷフィルタを比較した場合、図６（ｂ）に示す従来の二重モードＳＡＷフィルタでは、帯域外の高域側（３３０ＭＨｚ付近）の減衰量が約１２ｄＢに対して、本実施形態の二重モードＳＡＷフィルタでは帯域外の高域側（３３０ＭＨｚ付近）の減衰量は約１４ｄＢとなり減衰量を約２〜３ｄＢ程度改善できることがわかった。つまり、図６（ａ）に示した従来の二重モードＳＡＷフィルタよりダレ特性を２〜３ｄＢ改善できることがわかった。

図４は、ミドルグレーティング対数と帯域幅の関係を示した図であり、この図４に示すように本実施形態の二重モードＳＡＷフィルタでは、入出力ＩＤＴ間にそれぞれ配置したミドルグレーティング８、９の対数を変えることでフィルタの帯域幅を可変できることがわかった。つまり、入出力ＩＤＴ間の距離は正規配置（ｎλ／２）のままで帯域幅を変化させることができることがわかった。従って、帯域幅を変化させるために、入出力ＩＤＴ間の距離が２／λの非整数倍に設定する必要がないので、ＩＤＴの電極配置を容易に行うことが可能になる。
また図４に示すように、本実施形態の二重モードＳＡＷフィルタでは、ミドルグレーティングが５〜７対の場合に、従来の図６（ｂ）よりも広帯域な特性が得られることがわかった。
なお、図４において、ミドルグレーティングの対数が０対の所に■によりプロットされている帯域幅約１１．５ＭＨｚのデータは、図６（ｂ）に示した従来の二重モードＳＡＷフィルタのデータを示している。

なお、本実施形態の二重モードＳＡＷフィルタ１では、３つのＩＤＴをＳＡＷの伝搬方向に沿って配置するようにしているが、これはあくまでも一例であり、少なくとも２つのＩＤＴを縦結合した縦結合型二重モードＳＡＷフィルタであれば適用可能である。
また、本実施形態の二重モードＳＡＷフィルタ１では、ミドルグレーティング８、９を接地する場合を例に挙げて説明したが、これはあくまでも一例であり、ミドルグレーティング８、９は必ずしも接地する必要はない。
また本実施形態では、ＩＤＴを構成するくし形電極の一方を接地した、所謂不平衡型としたが、本発明は平衡型の場合でも適用可能である。
また、本実施形態では、圧電基板として３６°ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ₃を例に挙げて説明したが、これはあくまでも一例であり、他のカット角の回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ₃や１２８°ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ₃、６４°ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ₃などでも良い。また圧電基板の材料としては水晶でもＬｉ₂Ｂ₄Ｏ₇を用いるようにしても良い。

本実施形態の二重モードＳＡＷフィルタの電極パターンの一例を示す平面図。 反射反転電極の構造を示した図。 図１に示した二重モードＳＡＷフィルタの周波数特性のシミュレーション結果を示した図。 本実施形態のミドルグレーティング対数と帯域幅の関係を示した図。 （ａ）は従来の二重モードＳＡＷフィルタの電極パターンの一例を示す平面図、（ｂ）はその周波数特性のシミュレーション結果を示した図。 （ａ）は従来の二重モードＳＡＷフィルタの他の電極パターンの一例を示す平面図、（ｂ）はその周波数特性のシミュレーション結果を示した図。

符号の説明

１…二重モードＳＡＷフィルタ、２…圧電基板、３、４、５…ＩＤＴ、６、７…反射器、８…ミドルグレーティング、１１、１２、１３…電極指

Claims (5)

1. 圧電基板と、前記圧電基板上にＳＡＷの伝搬方向に沿って配置される複数のＩＤＴと、前記ＩＤＴの両側に配置される反射器と、前記複数のＩＤＴ間に配置される反射反転ミドルグレーティングと、を備えたことを特徴とする縦結合二重モードＳＡＷフィルタ。
2. 前記反射反転ミドルグレーティングは、
   第１の幅員を有する第１の電極指と、該第１の電極指とは第１の間隙をおいて配置される第２の幅員を有する第２の電極指と、該第２の電極指とは第２の間隙をおいて配置される第３の幅員を有する第３の電極指と、前記第１の電極指と前記第３の電極指の両側にそれぞれ配置したスペースとからなる単位区間を１又は複数区間繰り返して構成し、前記第１の電極指の第１の幅員と前記第３の電極指の第３の幅員とを同一幅とし、前記第１の間隙と前記第２の間隙とを同一幅としたことを特徴とする請求項１に記載の縦結合二重モードＳＡＷフィルタ。
3. 前記ＩＤＴはＳＡＷの伝搬方向に沿って３つのＩＤＴを配置した一次−三次型のＩＤＴであることを特徴とする請求項１又は２に記載の縦結合二重モードＳＡＷフィルタ。
4. 前記反射反転ミドルグレーティングが接地されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の縦結合二重モードＳＡＷフィルタ。
5. 前記反射反転ミドルグレーティングは対数が５〜７対であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の縦結合二重モードＳＡＷフィルタ。

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