JP2009027689A

JP2009027689A - 弾性表面波フィルタと、それを用いたアンテナ共用器

Info

Publication number: JP2009027689A
Application number: JP2008091103A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Nakamura; 弘幸中村; Tetsuya Tsurunari; 哲也鶴成; Masaru Matsunami; 賢松波; Hidekazu Nakanishi; 秀和中西
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2007-06-19
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2009-02-05
Also published as: US7812688B2; US20080315973A1

Abstract

【課題】本発明は、弾性表面波フィルタの共振点におけるロスの発生を抑制することを目的とする。
【解決手段】そして、この目的を達成するために本発明は、直列共振器７Ａにおけるインターディジタルトランスデューサ電極１０の交差幅重み付け係数を並列共振器８Ａにおけるインターディジタルトランスデューサ電極１２の交差幅重み付け係数よりも小さくしたものである。
この構成により、並列共振器８Ａ、８Ｂにおける反共振点での高いＱ値を担保したまま、直列共振器７Ａ、７Ｂ、７Ｃにおける共振点でも高いＱ値を得ることができ、弾性表面波フィルタの通過特性におけるロスの発生を抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、携帯電話等に用いられる弾性表面波フィルタと、それを用いたアンテナ共用器に関するものである。

従来、この種の弾性表面波フィルタは、図１３に示すごとく、圧電基板１上面に設けられ互いに対向する櫛形電極２Ａ、２Ｂにより構成されるインターディジタルトランスデューサ電極２を有する弾性表面波共振器３を有し、インターディジタルトランスデューサ電極２における交差幅重み付け係数、即ち、図１４に示すごとく、励振領域４における電極非対向領域５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄの面積の和の割合を大きくする構成を採用していた。

そのような構成とすることにより、弾性表面波共振器３が入出力端子間に電気的に直列に接続される直列共振器である場合には、図１５に示すごとく、反共振点における通過特性をより減衰させてＱ値を向上させるとともに、弾性表面波共振器３が入出力端子間に電気的に並列に接続される並列共振器である場合には、図１６に示すごとく、反共振点における通過特性を向上させて、ロスの低減を図り、フィルタ特性の向上を図っていた。

なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
国際公開第２００５／０１１１１７号パンフレット

このような従来の弾性表面波フィルタでは、通過特性におけるロスが大きいことが問題となっていた。

すなわち、上記従来の弾性表面波フィルタにおいて交差幅重み付け係数を大きくした場合、弾性表面波共振器３が直列共振器である場合には、図１５に示すごとく、共振点における通過特性のロスが発生し、その結果として、弾性表面波フィルタの通過特性におけるロスが大きくなってしまっていた。

そこで本発明は、弾性表面波フィルタの通過特性におけるロスの発生を抑制することを目的とする。

そして、この目的を達成するために本発明は、直列共振器におけるインターディジタルトランスデューサ電極の交差幅重み付け係数を並列共振器におけるインターディジタルトランスデューサ電極の交差幅重み付け係数よりも小さくしたものである。

この構成により、並列共振器における反共振点での高いＱ値を担保したまま、直列共振器における共振点でも高いＱ値を得ることができ、共振点における弾性表面波フィルタの通過特性におけるロスの発生を抑制することができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における弾性表面波フィルタ及びそれを用いたアンテナ共用器について図面を参照しながら説明する。

図１に示すごとく、本実施の形態における弾性表面波フィルタは、入出力端子６Ａ、６Ｂに電気的に直列に接続された直列共振器７Ａ、７Ｂ、７Ｃと、この直列共振器７Ａ、７Ｂ間に一端が接続されるとともに他端がグランドに接続された構成、即ち入出力端子６Ａ、６Ｂに並列接続された構成となる並列共振器８Ａと、直列共振器７Ｂ、７Ｃ間に一端が接続されるとともに他端がグランドに接続された構成、即ち入出力端子６Ａ、６Ｂに並列接続された構成となる並列共振器８Ｂとを備えている。

そして、図２に示すごとく、直列共振器７Ａは圧電基板９上に設けられるとともに互いに対向する櫛形電極１０Ａと１０Ｂとにより構成されるインターディジタルトランスデューサ電極１０を、並列共振器８Ａは圧電基板９上に設けられるとともに互いに対向する櫛形電極１２Ａ、１２Ｂとにより構成されるインターディジタルトランスデューサ電極１２を有しており、櫛形電極１０Ａと櫛形電極１０Ｂ、及び櫛形電極１２Ａと櫛形電極１２Ｂは、それぞれの電極指同士の交差幅が中央部から両端部に向かって短くなるようにしている。

ここで、直列共振器７Ａにおけるインターディジタルトランスデューサ電極１０の交差幅重み付け係数は、並列共振器８Ａにおけるインターディジタルトランスデューサ電極１２の交差幅重み付け係数よりも小さくしている。

なお、ここで交差幅重み付け係数とは、励振領域における電極非対向領域の面積の割合を意味し、直列共振器７Ａであれば励振領域１３における電極非対向領域１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄの面積の和の割合を、並列共振器８Ａであれば励振領域１５における電極非対向領域１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄの面積の和の割合を意味する。本実施の形態の図２に示すインターディジタルトランスデューサ電極１０における交差幅重み付け係数はおよそ０．３としており、インターディジタルトランスデューサ電極１２における交差幅重み付け係数はおよそ０．５としている。

このような構成により、並列共振器８Ａにおける反共振点での高いＱ値を担保したまま、直列共振器７Ａにおける共振点でも高いＱ値を得ることができる。以下、その理由について説明する。

まず、図３においては、図１に示した直列共振器７Ａ、７Ｂ、７Ｃの共振点におけるＱ値であるＱｓと、図１に示した弾性表面波フィルタにおけるロスとの関係を示している。ここで、縦軸であるロスの変化量［ｄＢ］は、Ｑｓが５００であるときにおけるロスを基準とし、Ｑｓを１００まで変化させたときのロスの変化量を示している。

この図３から、直列共振器７Ａ、７Ｂ、７Ｃの共振点におけるＱ値であるＱｓが５００から１００へと低下するに従って、ロスが増大していることがわかる。

次に、図４においては、直列共振器７Ａ、７Ｂ、７Ｃの反共振点におけるＱ値であるＱｐと、図１に示した弾性表面波フィルタにおけるロスとの関係を示している。ここで、縦軸であるロスの変化量［ｄＢ］は、Ｑｐが５００であるときにおけるロスを基準とし、Ｑｐを１００まで変化させたときのロスの変化量を示している。

この図４から、直列共振器７Ａ、７Ｂ、７Ｃの反共振点におけるＱ値であるＱｐは、ロスの大小に影響をほとんど与えないことがわかる。

そして、図５においては、並列共振器８Ａ、８Ｂの共振点におけるＱ値であるＱｓと、図１に示した弾性表面波フィルタにおけるロスとの関係を示している。ここで、縦軸であるロスの変化量［ｄＢ］は、Ｑｓが５００であるときにおけるロスを基準とし、Ｑｓを１００まで変化させたときのロスの変化量を示している。

この図５に示すごとく、並列共振器８Ａ、８Ｂの共振点におけるＱ値は、ロスの大小に影響をほとんど与えないことがわかる。

さらに、図６においては、並列共振器８Ａ、８Ｂの反共振点におけるＱ値であるＱｐと、図１に示した弾性表面波フィルタにおけるロスとの関係を示している。ここで、縦軸であるロスの変化量［ｄＢ］は、Ｑｐが５００であるときにおけるロスを基準とし、Ｑｐを１００まで変化させたときのロスの変化量を示している。

この図６から、並列共振器８Ａ、８Ｂの反共振点におけるＱ値であるＱｐが５００から１００へと低下するに従って、ロスが増大していることがわかる。

これら、図３乃至図６の結果から、弾性表面波フィルタの共振点及び反共振点におけるロスを低減するためには、直列共振器７Ａ、７Ｂ、７Ｃの共振点におけるＱ値であるＱｓを高くするとともに、並列共振器８Ａ、８Ｂの反共振点におけるＱ値であるＱｐを高くする必要があるということがわかる。

この結果を踏まえて、以下、説明を続行する。

図７において、上述した交差幅重み付け係数と、共振点におけるＱ値であるＱｓとの関係を示す。ここで、縦軸である規格化Ｑｓとは、交差幅重み付け係数が０．５の場合のＱｓを１として規格化した各交差幅重み付け係数に対応するＱｓの値を示している。

この図７から、交差幅重み付け係数の増大に伴い、規格化Ｑｓが低下することがわかる。従って、図３を用いて上述した直列共振器７Ａ、７Ｂ、７ＣのＱｓとロスとの関係から、直列共振器７Ａ、７Ｂ、７Ｃにおいて交差幅重み付け係数をできるだけ小さい値とすることによりＱｓを向上させ、共振点におけるロスを低減することができることがわかる。

次に、図８において、上述した交差幅重み付け係数と、反共振点におけるＱ値であるＱｐとの関係を示す。ここで、縦軸である規格化Ｑｐとは、交差幅重み付け係数が０．５の場合のＱｐを１として規格化した各交差幅重み付け係数に対応するＱｐの値を示している。

この図８から、交差幅重み付け係数の増大に伴い、規格化Ｑｐが増加することがわかる。従って、図６を用いて上述した直列共振器８Ａ、８ＢのＱｐとロスとの関係から、並列共振器８Ａにおいて、交差幅重み付け係数を０．５にできるだけ近い大きな値とすることによりＱｐを向上させ、反共振点におけるロスを低減することができることがわかる。

これら、図７、８の結果から、図２に示す直列共振器７Ａ、７Ｂ、７Ｃにおけるインターディジタルトランスデューサ電極１０との交差幅重み付け係数を、並列共振器８Ａ、８Ｂにおけるインターディジタルトランスデューサ電極１２の交差幅重み付け係数よりも小さくすることにより、並列共振器８Ａ、８Ｂにおける反共振点での高いＱ値を担保したまま、直列共振器７Ａ、７Ｂ、７Ｃにおける共振点でも高いＱ値を得ることができ、弾性表面波フィルタの通過特性におけるロスを低減できることがわかる。

また、交差幅重み付け係数は、横モードのスプリアス抑制にも関連している。図９に示すのは、図１０に示すごとく、交差幅重み付け係数がゼロの櫛形電極１７Ａ、１７Ｂを有する弾性表面波フィルタの通過特性である。ここで、弾性表面波共振器には、圧電基板９として回転Ｙ板のカット角が−３０°〜＋３０°程度のニオブ酸リチウム基板を用いており、インターディジタルトランスデューサ電極１７の上方には弾性表面波の波長の１５％以上の膜厚を有するＳｉＯ₂薄膜を形成している。

この図９に示すごとく、周波数１９００ＭＨｚから２１００ＭＨｚ付近における通過特性には横モードのスプリアスが発生してしまうことがわかる。これに対し、図１１に示すのは、交差幅重み付け係数が０．２２５のインターディジタルトランスデューサ電極を有する弾性表面波フィルタの通過特性であるが、この図１１から、周波数１９００ＭＨｚから２１００ＭＨｚ付近における横モードのスプリアス発生が抑制されていることがわかる。

従って、図２に示す直列共振器７Ａ、７Ｂ、７Ｃにおけるインターディジタルトランスデューサ電極１０の交差幅重み付け係数は、並列共振器８Ａ、８Ｂにおけるインターディジタルトランスデューサ電極１２の交差幅重み付け係数よりも小さくして、弾性表面波共振器７Ａ、７Ｂ、７Ｃにおける共振点でも高いＱｐを確保するとともに、直列共振器７Ａ、７Ｂ、７Ｃにおけるインターディジタルトランスデューサ電極１０の交差幅重み付け係数をゼロより大きくしておくことにより、横モードのスプリアス発生を抑制することが望ましい。

また、並列共振器８Ａ、８Ｂにおいては、インターディジタルトランスデューサ電極１２の交差幅重み付け係数を大きく、０．５以上の値とすることが望ましい。これにより、横モードのスプリアスを抑えて、かつ、並列共振器８Ａ、８Ｂの反共振点におけるＱ値を向上させ、弾性表面波フィルタにおける通過特性のロスを低減することができる。

なお、図２に示す圧電基板９には、ニオブ酸リチウム基板を用い、当該基板における回転Ｙ板のカット角を−３０°〜＋３０°程度とすることが望ましい。カット角をこの範囲とすることにより、広帯域な弾性表面波フィルタを実現することができる。

更に、インターディジタルトランスデューサ電極１０、１２の上方にはＳｉＯ₂薄膜（
図示せず）を形成しており、このＳｉＯ₂薄膜の膜厚を弾性表面波の波長の１５％以上の
厚みとすれば、弾性表面波のロスを低減でき、更に、温度特性も改善できるため望ましい。

また、このＳｉＯ₂薄膜（図示せず）の形状は、インターディジタルトランスデューサ
電極１０、１２の電極指を覆う角柱状とするとともに、その上面から下方へ行くに従って広がる構成とし、その上面の幅をインターディジタルトランスデューサ電極１０、１２の上面の幅よりも細い構成とした。このような構成とすることにより、レイリー波によるスプリアスの低減を実現することができる。

なお、インターディジタルトランスデューサ電極１０、１２に用いる材料としては、ＡｌやＣｕなどの導電率の高い材料を用いることができ、特に、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等の材料を用いた場合には、その重量から弾性表面波を圧電基板９内に閉じ込めることができ、その結果として弾性表面波フィルタのロスを低減することができ望ましい。また、Ａｌを主成分とする合金とＴｉとを組み合わせ積層構造の電極構成とすることにより、耐電力特性を向上させることができる。

なお、圧電基板９を第１の媒質層とし、この第１の媒質層としての圧電基板９と、インターディジタルトランスデューサ電極１０、１２の上面に第２の媒質層（図示せず）を設け、弾性境界波フィルタとして構成することができる。即ち、第２の媒質層の横波の音速を前記第１の媒質層としての圧電基板の遅い横波の音速よりも遅くすることにより、弾性波を基板境界付近に閉じ込める構成とし、弾性境界波デバイスを実現することができる。第１の媒質層としてニオブ酸リチウムからなる基板を用いる構成においては、第２の媒質層として厚いＳｉＯ₂層を用いれば、同時に温度特性改善効果も得られ、高性能な弾性境界波デバイスを実現することができる。

なお、図１２に示すごとく、アンテナ端子１８、送信端子１９、受信端子２０を有するアンテナ共用器において、その送信フィルタ２１、あるいは受信フィルタ２２の内少なくとも一方に、上述した弾性表面波フィルタ又は弾性境界波フィルタを用いることにより、ロスの少ないアンテナ共用器を実現することができる。

なお、本実施の形態においては、図２に示すごとく、一枚の圧電基板９で弾性表面波フィルタを構成する例を示したが、図１に示すそれぞれの共振器ごとに個別的に圧電基板（図示せず）を設ける構成としても構わない。

なお、本実施の形態においては、図２に示した直列共振器７Ａ、７Ｂ、７Ｃにおけるインターディジタルトランスデューサ電極１０の交差幅重み付け係数を、並列共振器８Ａ、８Ｂにおけるインターディジタルトランスデューサ電極１２との交差幅重み付け係数よりも小さくする構成としているが、直列共振器７Ａ、７Ｂ、７Ｃの内いずれか１つにおけるインターディジタルトランスデューサ電極１０の交差幅重み付け係数を、並列共振器８Ａ、８Ｂの内いずれか１つにおけるインターディジタルトランスデューサ電極１２の交差幅重み付け係数よりも小さくする構成としても、弾性表面波フィルタにおける通過特性のロスを低減することができるという効果を得ることができる。但し、本実施の形態に示すごとく、直列共振器７Ａ、７Ｂ、７Ｃ全てにおけるインターディジタルトランスデューサ電極１０の交差幅重み付け係数を、並列共振器８Ａ、８Ｂ双方におけるインターディジタルトランスデューサ電極１２の交差幅重み付け係数よりも小さくする構成とすることにより、上述の弾性表面波フィルタの通過特性におけるロスを低減することができるという効果をより顕著に得ることができ望ましい。

また、本実施の形態においては、弾性表面波フィルタは、直列共振器７Ａ、７Ｂ、７Ｃと並列共振器８Ａ、８Ｂとにより構成されるとしたが、これに限るものではなく、少なくとも一つの直列共振器と少なくとも一つの並列共振器を有する構成であれば、上述の弾性表面波フィルタの通過特性におけるロスを低減することができるという効果を得ることができる。

本発明の弾性表面波フィルタは、通過特性におけるロスの発生を抑制することができるという効果を有し、携帯電話等の各種通信機器において有用である。

本発明の実施の形態１における弾性表面波フィルタの回路構成図本発明の実施の形態１における弾性表面波フィルタのインターディジタルトランスデューサ電極構造を示す上面図本発明の実施の形態１における弾性表面波フィルタの直列共振器におけるＱｓ値とロスとの関係を示す図本発明の実施の形態１における弾性表面波フィルタの直列共振器におけるＱｐ値とロスとの関係を示す図本発明の実施の形態１における弾性表面波フィルタの並列共振器におけるＱｓ値とロスとの関係を示す図本発明の実施の形態１における弾性表面波フィルタの並列共振器におけるＱｐ値とロスとの関係を示す図本発明の実施の形態１における弾性表面波フィルタの交差幅重み付け係数と規格化Ｑｓ値との関係を示す図本発明の実施の形態１における弾性表面波フィルタの交差幅重み付け係数と規格化Ｑｐ値との関係を示す図本発明の実施の形態１における弾性表面波フィルタの通過特性図本発明の実施の形態１における弾性表面波フィルタの他のインターディジタルトランスデューサ電極構造を示す上面図本発明の実施の形態１における弾性表面波フィルタの他の通過特性図本発明の実施の形態１におけるアンテナ共用器の回路構成図従来の弾性表面波フィルタの上面図従来の弾性表面波フィルタのインターディジタルトランスデューサ電極構造を示す上面図従来の弾性表面波フィルタにおける直列共振器の通過特性図従来の弾性表面波フィルタにおける並列共振器の通過特性図

符号の説明

７Ａ直列共振器
８Ａ並列共振器
９圧電基板
１０インターディジタルトランスデューサ電極
１０Ａ、１０Ｂ櫛形電極
１２インターディジタルトランスデューサ電極
１２Ａ、１２Ｂ櫛形電極

Claims

ニオブ酸リチウムからなる圧電基板と、
この圧電基板上方に設けられた第１のインターディジタルトランスデューサ電極を有する直列共振器と、
前記圧電基板上方に設けられた第２のインターディジタルトランスデューサ電極を有するとともに前記直列共振器に電気的に接続された並列共振器とを備え、
前記第１のインターディジタルトランスデューサ電極における交差幅重み付け係数を
前記第２のインターディジタルトランスデューサ電極における交差幅重み付け係数よりも小さくした
弾性表面波フィルタ。
前記ニオブ酸リチウムからなる基板は
回転Ｙ板のカット角を−３０度乃至＋３０度とし、
前記第１、第２のインターディジタルトランスデューサ電極の内少なくとも一方を
誘電体薄膜により覆った
請求項１に記載の弾性表面波フィルタ。
前記誘電体薄膜はＳｉＯ₂薄膜とし、
この誘電体薄膜の厚みを
前記ニオブ酸リチウムからなる基板を伝搬する弾性表面波の波長の１５％以上とした
請求項２に記載の弾性表面波フィルタ。
前記誘電体薄膜が
この誘電体薄膜に覆われた前記インターディジタルトランスデューサ電極の形状に沿った凹凸を有し、
前記誘電体薄膜の凸部上面の幅を
前記誘電体薄膜に覆われた前記インターディジタルトランスデューサ電極の電極指の幅よりも細くした
請求項２に記載の弾性表面波フィルタ。
前記第１のインターディジタルトランスデューサ電極の交差幅重み付け係数を
０より大きな値とした
請求項１に記載の弾性表面波フィルタ。
前記第２のインターディジタルトランスデューサ電極の交差幅重み付け係数を
０．５以上の値とした
請求項１に記載の弾性表面波フィルタ。
送信フィルタと受信フィルタとを有し、
前記送信フィルタ及び前記受信フィルタの内少なくとも一方が
請求項１乃至請求項６の内いずれかに記載の弾性表面波フィルタである
アンテナ共用器。
ニオブ酸リチウムからなる第１の媒質層としての圧電基板と、
この圧電基板上方に設けられた第１のインターディジタルトランスデューサ電極を有する直列共振器と、
前記圧電基板上方に設けられた第２のインターディジタルトランスデューサ電極を有するとともに前記直列共振器に電気的に接続された並列共振器と、
前記圧電基板、及び前記第１、第２のインターディジタルトランスデューサ電極の上方に設けられた第２の媒質層とを備え、
前記第２の媒質層の横波の音速を前記第１の媒質層としての圧電基板の遅い横波の音速よりも遅くし、
前記第１のインターディジタルトランスデューサ電極における交差幅重み付け係数を
前記第２のインターディジタルトランスデューサ電極における交差幅重み付け係数よりも小さくした
弾性境界波フィルタ。
送信フィルタと受信フィルタとを有し、
前記送信フィルタ及び前記受信フィルタの内少なくとも一方が
請求項８に記載の弾性境界波フィルタである
アンテナ共用器。