JP2013225945A - チューナブルフィルタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】直列腕に設けられた直列腕共振子S1,S2と、並列腕に設けられた並列腕共振子P1と、直列腕共振子S1,S2及び並列腕共振子P1の少なくとも一方に接続された可変コンデンサCss,Cpsとを備えるラダー型回路構成のチューナブルフィルタにおいて、前記直列腕共振子S1,S2の共振周波数及び反共振周波数をFrS、FaS、前記並列腕共振子P1の共振周波数及び反共振周波数をFrP、FaPとしたときに、FrS≦{(n−1)FrP+FaP}/nかつFaP≦{(n−1)FaS+FrS}/nであり、nが2以上、30以下の整数である、チューナブルフィルタ601。
【選択図】図28
Description
{(2−t/0.9)×(1+y)−(2+t/0.9)}/{(2+t/0.9)×y}×100(%) ・・・(1)
図1(a)は、本発明の第1の実施形態に係るチューナブルフィルタの回路図であり、(b)は、該チューナブルフィルタに用いられる弾性表面波共振子の模式的平面図であり、(c)は、(b)中のI−I線に沿う部分の正面断面図である。(d)は、(c)中のSiO2膜が存在しない構造の正面断面図である。
図2の実線は、15°YカットX伝搬のLiNbO3基板、すなわちオイラー角で(0°,105°,0°)のLiNbO3基板を用い、電極材料としてAlを用い、弾性表面波共振子の波長をλとしたときに、IDT電極12の膜厚を0.17λとし、SiO2膜の膜厚を0.22λとしたときの弾性表面波共振子のインピーダンス特性及び位相特性を示す図である。比較のために、SiO2膜が形成されていないことを除いては、同様に形成された図1(d)に示す弾性表面波共振子のインピーダンス−周波数特性及び位相特性を図2に破線で示す。
オイラー角が(0°,126°,0°)のLiTaO3基板を圧電基板として用い、電極材料としてAuを用い、圧電基板を覆うようにSiO2膜を成膜し、種々の構造の弾性表面波共振子を作製した。弾性表面波共振子のIDT電極の電極指ピッチで定まる波長をλとしたときに、SiO2膜の厚みhを波長λで規格化してなる規格化厚みh/λは0.3とした。用意した弾性表面波共振子としては、以下の第1〜第5の弾性表面波共振子A〜Eを用意した。
後述の図8の実線で示した弾性表面波共振子を用いた上記チューナブルフィルタ1の周波数特性を図6に示す。ここでは、可変コンデンサC2と可変コンデンサC3との容量を等しくし、可変コンデンサCP1と可変コンデンサCP2との容量を等しくした構造において、静電容量を図6に示すように変化させた場合の周波数特性を図6に示す。なお、帯域幅拡大用インダクタンスLxのインダクタンス値は4.5nHとした。
本実施形態のチューナブルフィルタ1では、弾性表面波共振子をパッケージと電気的に接続するボンディングワイヤにより帯域幅拡大用インダクタンスLxが構成されている。この場合には、帯域幅拡大用インダクタンスLxを構成するための余分な部品を必要としないので、小型化を図ることができる。このようなボンディングワイヤにより帯域幅拡大用インダクタンスLxを構成した具体的な構造の例を、図10及び図11を参照して説明する。
上記第1の実施形態では、ボンディングワイヤからなる帯域幅拡大用インダクタンスを用いたが、図12(a)に示すようにパッケージ205に形成されたミアンダ状の導体パターンからなる帯域幅拡大用インダクタンス221を用いてもよい。
以下、図13〜16を参照しつつ、第1の実施形態のチューナブルフィルタにおける変形例を説明する。
図28は、本発明の第2の実施形態のチューナブルフィルタを示す回路図である。第2の実施形態は、本願の第2の発明の実施形態である。第2の実施形態のチューナブルフィルタ601では、入力端子602と出力端子603とを結ぶ直列腕において、直列腕共振子S1及びS2が互いに直列に接続されている。直列腕共振子S1の入力側には、可変コンデンサCssが接続されており、直列腕共振子S2の出力側には、他の可変コンデンサCssが接続されている。また、直列腕共振子S1に並列に可変コンデンサCspが接続されており、直列腕共振子S2にも並列に可変コンデンサCspが接続されている。
第2の組み合わせ:Css=1.5pF、Csp=0.5pF、Cps=7pF、Cpp=2.3pF
第3の組み合わせ:Css=0.5pF、Csp=0pF、Cps=2.3pF、Cpp=0pF
{(2−t/0.9)×(1+y)−(2+t/0.9)}/{(2+t/0.9)×y}×100(%) ・・・(1)
t≒2×(FaP−FrS)/(FaP+FrS)×0.9×100(%)
である。従って、適した可変幅は、得られるフィルタ特性を考慮すると、0.7×t〜0.9×tの間である。よって、最小の3dB帯域幅は、(FrS−FrP)×0.9あるいは(FaS−FaP)×0.9のいずれか小さいほうで、最大周波数可変幅は140×(FaP−FrS)/(FaP+FrS)(%)から180×(FaP−FrS)/(FaP+FrS)(%)、が得られる。
図35〜図39を参照して、第2の実施形態の変形例に係るラダー型チューナブルフィルタを説明する。図37に回路図で示すように、本実施形態のラダー型チューナブルフィルタ61は、入力端子62と出力端子63と、グラウンド電位に接続されるグラウンド端子64とを有する。入力端子62と出力端子63とを結ぶ直列腕に、第1,第2のバルク波共振子65,66が互いに直列に挿入されている。また、入力端子62と第1のバルク波共振子65との間に、第1の可変コンデンサCSs1が接続されている。第1のバルク波共振子65に並列に可変コンデンサCSp1が接続されている。
第2の組み合わせ:S−Cs=0.6pF、S−Cp=0.6pF、P−Cs=4.0pF、P−Cp=3.0pF。
第3の組み合わせ:S−Cs=0.2pF、S−Cp=0pF,P−Cs=0.8pF、P−Cp=0pF。
第2の組み合わせ:S−Cs=0.2pF、S−Cp=0.26pF、P−Cs=0.8pF、P−Cp=1.0pF。
第3の組み合わせ:S−Cs=0.08pF、S−Cp=0.2pF、P−Cs=0.3pF、P−Cp=0pF。
11…圧電基板
11a…上面
11b…溝
12…IDT電極
12a,12b…くし歯電極
13,14…反射器
15…SiO2膜
22…入力端子
23…出力端子
41…チューナブルフィルタ
51…チューナブルフィルタ
61…チューナブルフィルタ
62…入力端子
63…出力端子
64…グラウンド端子
65〜67…第1〜第3のバルク波共振子
68…基板
68a…貫通孔
68b…凹部
69…圧電薄膜
70…共通励振電極
70A…第2の励振電極
71A…第1の励振電極
71,72…分割励振電極
81,82…バルク波共振子
200…圧電基板
201〜203…端子
201A…端子
202A…端子
205…パッケージ
206〜209…電極
211〜214…ボンディングワイヤ
221…帯域幅拡大用インダクタンス
221A…帯域幅拡大用インダクタンス
301…第2のチューナブルフィルタ
302…インダクタンス
303…可変コンデンサ
304…チューナブルフィルタ
601…チューナブルフィルタ
602…入力端子
603…出力端子
701…ラダー型フィルタ
702…入力端子
704…ラダー型フィルタ
705…入力端子
C1〜C4…コンデンサ
CP1,CP2…コンデンサ
L1…インダクタンス
P1…並列腕共振子
S1,S2…直列腕共振子
S11,S12…直列腕共振子回路部
Claims (14)
- 直列腕に設けられた直列腕共振子と、並列腕に設けられた並列腕共振子と、直列腕共振子及び並列腕共振子の少なくとも一方に接続された可変コンデンサとを備えるラダー型回路構成のチューナブルフィルタにおいて、前記直列腕共振子の共振周波数及び反共振周波数をFrS、FaS、前記並列腕共振子の共振周波数及び反共振周波数をFrP、FaPとしたときに、FrS≦{(n−1)FrP+FaP}/nかつFaP≦{(n−1)FaS+FrS}/nであり、nが2以上、30以下の整数である、チューナブルフィルタ。
- FrS≦(FrP+FaP)/2、FaP>FrS及びFaP<FaSを満たす、請求項1に記載のチューナブルフィルタ。
- FrS≦(2FrP+FaP)/3、FaP>FrS及びFaP<FaSである、請求項1に記載のチューナブルフィルタ。
- チューナブルフィルタの周波数可変幅を(FaP+FrS)/2で規格化してなる値をt、直列腕共振子及び並列腕共振子の共振周波数と反共振周波数の差の絶対値をそれぞれの共振周波数で規格化した値をyとしたときに、Δfr=FrS−FrPのFrPに対する比であるΔfr/FrPを比帯域幅yで規格化した値が、以下の式(1)で示す値以下とされている、請求項1に記載のチューナブルフィルタ。 {(2−t/0.9)×(1+y)−(2+t/0.9)}/{(2+t/0.9)×y}×100(%) ・・・(1)
- 最小の3dB帯域幅が、(FrS−FrP)×0.9あるいは(FaS−FaP)×0.9のいずれか小さいほうで、最大周波数可変幅が140×(FaP−FrS)/(FaP+FrS)(%)から180×(FaP−FrS)/(FaP+FrS)(%)の範囲とされている、請求項5または6に記載のチューナブルフィルタ。
- 直列腕共振子の比帯域幅及び並列腕共振子の比帯域幅がいずれも13%以上、60%以下である、請求項1〜6のいずれか1項に記載のチューナブルフィルタ。
- 前記直列腕共振子及び並列腕共振子が、バルク波共振子からなり、該バルク波共振子が、上面に開いたキャビティを有する基板と、前記基板のキャビティを覆うように基板上に設けられた圧電薄膜あるいは圧電薄板と、前記圧電薄膜の下面であって前記キャビティに臨む部分に設けられた第1の励振電極と、
前記圧電薄膜の上面に設けられており、かつ前記第1の励振電極と圧電薄膜を介して対向するように配置されている第2の励振電極とを有する、請求項1〜8のいずれか1項に記載のチューナブルフィルタ。 - 前記バルク波共振子が厚みすべり振動共振子である、請求項10に記載のチューナブルフィルタ。
- 前記バルク波共振子が厚み縦振動共振子である、請求項10に記載のチューナブルフィルタ。
- 前記バルク波共振子が、LiNbO3からなる圧電薄膜あるいは圧電薄板を用いた厚み縦振動共振子であって、そのオイラー角が(0±5°、107°〜137°、ψ)、(10±5°、112°〜133°、ψ)、(50±5°、47°〜69°、ψ)または(60±5°、43°〜73°、ψ)の範囲内である、請求項12に記載のチューナブルフィルタ。
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