JP2011086997A

JP2011086997A - 弾性波装置

Info

Publication number: JP2011086997A
Application number: JP2009236385A
Authority: JP
Inventors: Satoru Ikeuchi; 哲池内
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2009-10-13
Publication date: 2011-04-28

Abstract

【課題】本発明は、高域側カットオフ周波数領域における急峻度を大きく改善することができるとともに、通過帯域外高域側の減衰を大きくすることが可能な弾性波装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明の弾性波装置は、圧電基板１１と、この圧電基板１１の表面に設けた縦結合共振器型弾性波素子１４を用いた弾性波フィルタ部１５と、この弾性波フィルタ部１５の一端に直列に接続した第１の弾性波共振器１６と、この第１の弾性波共振器１６に直列に接続した第２の弾性波共振器１７とを備え、前記第１の弾性波共振器１６と前記第２の弾性波共振器１７の接続部２２とグランド端子１８との間に容量結合部２３を接続したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、主として移動体通信機器において使用される弾性波装置に関するものである。

近年、携帯電話機のＲＦ段などにおいて、帯域フィルタとして弾性波フィルタが広く用いられている。

図５は、従来の弾性波装置を示すパターン配置図である。

図５において、弾性波装置は、圧電基板１の上において、入力端子２と出力端子３の間に、縦結合共振器型弾性波素子４からなるバンドパスフィルタ部と、２個の一端子対弾性波共振器５、６を直列に接続した直列共振器部７を直列に接続したものである。そして、縦結合共振器型弾性波素子４は、弾性波伝搬方向に配置された３つのＩＤＴとその両側に配置された反射器とからなり、中央のＩＤＴの一端が入力端子２に接続され、両側のＩＤＴの一端が共通接続されて、一端子対弾性波共振器５の一端に接続されている。また、中央のＩＤＴの他端と両側のＩＤＴの他端はそれぞれグランド電極８に接続されている。９は信号配線とグランド配線の立体交差部である。

上記のような弾性波装置において、縦結合共振器型弾性波素子４のみでは、高域側カットオフ周波数領域における急峻性が低く、高域側の減衰量も不十分であるため、２個の一端子対弾性波共振器５、６を直列に接続した直列共振器部７を付加することにより改善を図ろうとしたものである。

なお、この出願の発明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。

特開２００２−６４３５８号公報

しかしながら、近年、使用する通過帯域が増えるとともに通過帯域間の間隔が狭まってきて、周波数の峻別能力の要請が厳しくなってくると、さらに大きな急峻度と減衰量が必要になり、上記従来の構成では、急峻度および減衰量が不十分になってしまうという問題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、特に縦結合共振器型弾性波素子において問題となる高域側において、カットオフ周波数領域の急峻性を向上するとともに帯域外の減衰量を確保することのできる弾性波装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、圧電基板と、この圧電基板の表面に設けた縦結合共振器型弾性波素子を用いた弾性波フィルタ部と、この弾性波フィルタ部の一端に直列に接続した第１の弾性波共振器と、この第１の弾性波共振器に直列に接続した第２の弾性波共振器とを備え、前記第１の弾性波共振器と前記第２の弾性波共振器の接続部とグランド端子との間に容量結合部を接続したもので、この構成によれば、第１の弾性波共振器と第２の弾性波共振器の接続部とグランド端子との間に容量結合部を接続したことにより、第１と第２の弾性波共振器が単なる共振器波形の足し合わせだけではなく、３素子型のノッチつきローパスフィルタを並列に接続した構成となるため、高域側カットオフ周波数領域における急峻度を大きく改善することができるという作用効果を有する。さらに、第１および第２の弾性波共振器の反共振周波数以上の帯域において第１と第２の弾性波共振器および縦結合共振器型弾性波素子はコンデンサとして機能するため、容量結合部を含めた回路部分の構成は、等価回路変換により、縦結合共振器型弾性波素子の容量と容量結合部の容量を単純合計した値よりも大きな容量が付加された効果があり、通過帯域外高域側の減衰を大きく改善することができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、第２の弾性波共振器の反共振周波数を、第１の弾性波共振器の反共振周波数と等しいか、または第１の弾性波共振器の反共振周波数よりも高くしたもので、この構成によれば、第２の弾性波共振器の反共振周波数を、第１の弾性波共振器の反共振周波数と等しいか、または第１の弾性波共振器の反共振周波数よりも高くしたことにより、通過帯域の高域側の急峻性をより効果的に向上することができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項３に記載の発明は、特に、第１の弾性波共振器の静電容量を第２の弾性波共振器の静電容量よりも大きくしたもので、この構成によれば、第１の弾性波共振器の静電容量を第２の弾性波共振器の静電容量よりも大きくしたことにより、通過帯域の高域側の急峻性をより効果的に向上することができるという作用効果を有するものである。

以上のように本発明の弾性波装置は、第１の弾性波共振器と第２の弾性波共振器の接続部とグランド端子との間に容量結合部を接続したことにより、高域側カットオフ周波数領域における急峻性を大きく改善することができるとともに通過帯域外高域側の減衰を大きくすることができるという優れた効果を奏するものである。

本発明の一実施の形態における弾性波装置のパターン配置図（ａ）同弾性波装置の要部の通過特性図、（ｂ）従来の弾性波装置の要部の通過特性図（ａ）本発明の一実施の形態における弾性波装置の要部の等価回路図、（ｂ）同弾性波装置の要部の等価回路図（ａ）同弾性波装置の通過特性図、（ｂ）従来の弾性波装置の通過特性図従来の弾性波装置のパターン配置図

以下、本発明の一実施の形態における弾性波装置について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施の形態における弾性波装置のパターン配置図である。

図１において、弾性波装置は、圧電性の単結晶からなる圧電基板１１の表面において、入出力信号端子１２、１３と、縦結合共振器型弾性波素子１４からなる弾性波フィルタ部１５と、第１と第２の弾性波共振器１６、１７と、グランド端子１８とを設け、入出力信号端子１２に弾性波フィルタ部１５の一端を接続し、弾性波フィルタ部１５の他端と入出力信号端子１３との間に第１の弾性波共振器１６と第２の弾性波共振器１７を順次直列に接続したものである。縦結合共振器型弾性波素子１４は、３電極型のものであり、両側から反射器で挟んだものである。縦結合共振器型弾性波素子１４において、中央のインタデジタルトランスデューサ１９は、その一端を入出力信号端子１２に接続し、他端をグランド端子１８に接続したものであり、両側のインタデジタルトランスデューサ２０は、その一端を第１の弾性波共振器１６に接続し、他端をグランド端子１８に接続したものである。第１の弾性波共振器１６および第２の弾性波共振器１７は、一端子対弾性波共振器であり、それぞれ両外側の電極指にアポタイズ（図示せず）を設けて反射器の機能を持たせ、Ｑ値を確保したものである。２１は信号配線とグランド配線との立体交差部である。

そして、第１の弾性波共振器１６と第２の弾性波共振器１７の接続部２２と、グランド端子１８との間にくし型電極により構成した容量結合部２３を設けたものである。

このように、容量結合部２３を設けたことにより、第１および第２の弾性波共振器１６、１７は、容量結合部２３とともに３素子型のノッチ付ローパスフィルタ部２４を構成することができ、弾性波装置の高域側カットオフ周波数領域の急峻度を大きく向上することができる。このノッチ付ローパスフィルタ部２４の通過特性をシミュレーションにより求めた通過特性図を図２（ａ）に示す。また、比較のために、図５に示す従来の弾性波装置における、２個の一端子対弾性波共振器５、６の直列共振器部７の通過特性をシミュレーションにより求めた通過特性図を図２（ｂ）に示す。図２（ｂ）に示す通過特性では、急峻度が２．５ｄＢ／ＭＨｚであるのに対して、図２（ａ）における急峻度は５．５ｄＢ／ＭＨｚである。このように、図２（ｂ）に示す従来の弾性波装置の直列共振器部７の波形が、単なる２個の共振器波形の足し合わせであるのに対して、本発明の一実施の形態における弾性波装置は、第１および第２の弾性波共振器１６、１７と容量結合部２３が、３素子型のノッチ付ローパスフィルタ部２４を構成するものであり、これを高域側カットオフ周波数領域に適用することにより、その急峻度を大きく向上することができる。すなわち、第１と第２の弾性波共振器１６、１７の反共振周波数を、弾性波フィルタ部１５の通過帯域の高域側近傍において、弾性波フィルタ部１５の通過帯域よりも高く設定することにより効果的に急峻度を向上できる。

そして、第１の弾性波共振器１６は、その両端がインタデジタルトランスデューサ２０および容量結合部２３を介してグランドに接続されているため、両端が容量素子を介してグランドに接続されているものとみなすことができ、片側のみに容量素子を介してグランドに接続されている第２の弾性波共振器１７と比較して、急峻性が強い。この第１の弾性波共振器１６の反共振周波数を第２の弾性波共振器１７の反共振周波数よりも弾性波フィルタ部１５の通過帯域に近づけることにより、第１の弾性波共振器１６により急峻性のスロープを決定付けることができるものであり、より効果的に急峻度を向上することができる。

このとき、急峻性のスロープを決定付ける第１の弾性波共振器１６の容量を第２の弾性波共振器１７の容量よりも大きくすることにより、通過帯域近傍における急峻度をさらに効果的に向上することができるものである。

なお、第２の弾性波共振器１７の反共振周波数は、第１の弾性波共振器１６の反共振周波数と等しくすることにより、急峻度を強め合うこともできるが、第１の弾性波共振器１６の反共振周波数よりも高くすることにより、より高域側の減衰量の向上に用いてもよい。

以上のように、第２の弾性波共振器１７の反共振周波数を、第１の弾性波共振器１６の反共振周波数と等しいか、または第１の弾性波共振器１６の反共振周波数よりも高くすることにより効果的に急峻度を向上することができるものである。そして、第１の弾性波共振器１６の容量を第２の弾性波共振器１７の容量よりも大きくすることにより、通過帯域近傍における急峻度をさらに効果的に向上することができるものである。

次に、通過帯域外の高域側における減衰についての、容量結合部２３の効果について説明する。ここで、図３（ａ）に、容量結合部２３と第１の弾性波共振器１６と縦結合共振器型弾性波素子１４において第１の弾性波共振器１６に接続されたインタデジタルトランスデューサ２０によって構成される要部の等価回路図を示す。図３（ａ）において、弾性波共振器は反共振周波数以上の帯域において容量素子として機能するため、インタデジタルトランスデューサ２０は、一端を信号配線に接続し、他端をグランド配線に接続した容量Ｃ_DMSの容量素子とみなすことができ、第１の弾性波共振器１６は容量Ｃ_R1の容量素子とみなすことができ、Ｃ_Sは容量結合部２３の容量である。そして、この図３（ａ）に示す回路構成は、等価回路変換により、図３（ｂ）に示す回路図に変換することができる。図３（ｂ）において、Ｃ_A、Ｃ_B、Ｃ_Cはそれぞれ、容量素子Ｃ_DMS、Ｃ_R1、Ｃ_Sを変換した結果得られる容量素子の容量である。この変換によって、信号ラインとグランドとの間の容量Ｃ_Cは、次式（１）、（２）によって与えられる。

式（１）、（２）から分かるように、信号ラインとグランドとの間の容量Ｃ_Cは、インタデジタルトランスデューサ２０の容量Ｃ_DMSと容量結合部２３の容量Ｃ_Sの合計よりもＣδが加わった分だけ大きな容量として働くため、通過帯域外の高域側の減衰を大きく向上することが出来るものである。

次に、本発明の一実施の形態における弾性波装置の通過特性をシミュレーションにより求めた通過特性図を図４（ａ）に示す。また、比較のために図５に示す従来の弾性波装置の通過特性をシミュレーションにより求めた通過特性図を図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）に示す従来の弾性波装置の通過特性と比較して、図４（ａ）に示す本発明の一実施の形態における弾性波装置の通過特性は、通過帯域における挿入損失が０．１５ｄＢ減少し、通過帯域外の高域側の減衰量が５ｄＢ向上したものである。

以上のように、本発明の一実施の形態における弾性波装置は、第１の弾性波共振器１６と第２の弾性波共振器１７の接続部２２とグランド端子１８との間に容量結合部２３を接続したことにより、高域側カットオフ周波数領域における急峻度を大きく改善することができるとともに、通過帯域外高域側の減衰を大きくすることができたものである。

なお、本発明の一実施の形態における弾性波装置は、容量結合部２３を弾性波フィルタ部１５の縦結合共振器型弾性波素子１４に直接に接続せず、第１の弾性波共振器１６を介して接続したことにより、さらなる設計上の利点を有する。すなわち、容量結合部２３を縦結合共振器型弾性波素子１４に直接に接続すると、縦結合共振器型弾性波素子１４の特性インピーダンスが変化してしまうため、特性インピーダンスを調整するための複雑な設計を縦結合共振器型弾性波素子１４に施す必要があり、縦結合共振器型弾性波素子１４の設計が複雑化すると共に追加の制約が必要になってしまう。本発明の一実施の形態における弾性波装置においては、容量結合部２３を縦結合共振器型弾性波素子１４に直接に接続せず、第１の弾性波共振器１６を介して接続したことにより、縦結合共振器型弾性波素子１４の特性インピーダンスを調整するための設計を施す必要が無く、そのため、縦結合共振器型弾性波素子１４の設計の自由度が高まり、要求される特性を容易に実現することが可能になるものである。

また、第１および第２の弾性波共振器１６、１７において、アポタイズにより反射器の機能を持たせた箇所については、その代わりに、反射器を設けても良い。

また、本発明の一実施の形態における弾性波装置は、弾性波フィルタ部１５として、３電極型の縦結合共振器型弾性波素子１４を用いたが、５電極型の縦結合共振器型弾性波素子であってもよく、複数の縦結合共振器型弾性波素子を組み合わせたものであってもよいもので、いずれも本発明と同様の効果を有する。

本発明に係る弾性波装置は、高域側カットオフ周波数領域における急峻度を大きく改善することができるとともに、通過帯域外高域側の減衰を大きくすることができるもので、主として移動体通信機器に用いられる弾性波フィルタ等において有用となるものである。

１１圧電基板
１２、１３入出力信号端子
１４縦結合共振器型弾性波素子
１５弾性波フィルタ部
１６第１の弾性波共振器
１７第２の弾性波共振器
２２接続部
２３容量結合部

Claims

圧電基板と、この圧電基板の表面に設けた縦結合共振器型弾性波素子を用いた弾性波フィルタ部と、この弾性波フィルタ部の一端に直列に接続した第１の弾性波共振器と、この第１の弾性波共振器に直列に接続した第２の弾性波共振器とを備え、前記第１の弾性波共振器と前記第２の弾性波共振器の接続部とグランド端子との間に容量結合部を接続した弾性波装置。
第２の弾性波共振器の反共振周波数を、第１の弾性波共振器の反共振周波数と等しいか、または第１の弾性波共振器の反共振周波数よりも高くした請求項１記載の弾性波装置。
第１の弾性波共振器の静電容量を第２の弾性波共振器の静電容量よりも大きくした請求項１記載の弾性波装置。