JP2013229641A - Elastic wave filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、弾性波フィルタに関する。 The present invention relates to an elastic wave filter.
従来、例えば携帯電話機などの通信機器において、弾性表面波や弾性境界波などの弾性波を利用した弾性波フィルタが広く用いられるようになってきている。例えば下記の特許文献1には、この弾性波フィルタの一種として、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部を備える弾性表面波フィルタが開示されている。図11に特許文献1に記載の弾性表面波フィルタの略図的平面図を示す。図11に示すように、弾性表面波フィルタ100は、入力端子101と出力端子102との間に接続されている縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部103を備えている。縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部103と入力端子101との間の接続点とグラウンド電位との間には、弾性表面波共振子104aが接続されている。一方、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部103と出力端子102との間の接続点とグラウンド電位との間には、弾性表面波共振子104bが接続されている。これら弾性表面波共振子104a、104bの反共振周波数を弾性表面波フィルタ100の通過帯域内に位置させると共に、共振周波数を通過帯域低域側近傍の減衰域に位置させることにより、通過帯域内の挿入損失の悪化を抑制しつつ、通過帯域低域側近傍の減衰量を大きくすることができる。
Conventionally, in a communication device such as a mobile phone, an elastic wave filter using an elastic wave such as a surface acoustic wave or a boundary acoustic wave has been widely used. For example,
ところで、弾性表面波フィルタ100においては、通過帯域より低い側に位置する減衰域と通過帯域との間の低域側過渡帯域におけるフィルタ特性の急峻性は、弾性表面波共振子104a、104bの共振周波数と反共振周波数との間のリターンロスによって決定される。低域側過渡帯域におけるフィルタ特性の高い急峻性を得る観点からは、弾性表面波共振子104a、104bの交差幅を大きくすることによってリターンロスを低減することが好ましい。しかしながら、弾性表面波共振子104a、104bの交差幅を大きくすると容量も大きくなってしまい、通過帯域における挿入損失が大きくなってしまうという問題が生じる。
By the way, in the surface
例えば、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部103と入力端子101または出力端子102との間の接続点とグラウンド電位との間に、2つの弾性表面波共振子を直列に接続することも考えられる。その場合は、全体としての容量を増大させることなく各弾性表面波共振子の交差幅を大きくできるため、共振周波数と反共振周波数との間のリターンロスを改善することができる。その結果、通過帯域における挿入損失を小さくしつつ、低域側過渡帯域におけるフィルタ特性の急峻性を高めることができる。しかしながら、この場合は、2つの弾性表面波共振子を、1つの弾性表面波共振子を設ける場合と比較して、それぞれ2倍の交差幅を有するものとする必要がある。従って、各弾性表面波共振子の占める面積が1つの弾性表面波共振子を設ける場合の約2倍となり、合計で約4倍の面積が必要となる。よって、弾性表面波フィルタが大型化してしまうという問題がある。
For example, two surface acoustic wave resonators may be connected in series between a connection point between the longitudinally coupled resonator type surface acoustic
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、弾性波フィルタを大型化させることなく、かつ、通過帯域における挿入損失の増大を抑制しつつ、フィルタ特性の急峻性の向上を図ることにある。 The present invention has been made in view of the above points, and aims to improve the steepness of the filter characteristics without increasing the size of the elastic wave filter and suppressing an increase in insertion loss in the passband. is there.
本発明に係る弾性波フィルタは、第1及び第2の信号端子と、縦結合共振子型弾性波フィルタ部と、弾性波共振子とを備えている。縦結合共振子型弾性波フィルタ部は、第1の信号端子と第2の信号端子との間に接続されている。弾性波共振子は、縦結合共振子型弾性波フィルタ部と第1または第2の信号端子との間の接続点とグラウンド電位との間に接続されている。弾性波共振子は、圧電基板と、圧電基板の上に形成されているIDT電極とを有する。IDT電極には、アポダイズ重み付けが施されている。 The elastic wave filter according to the present invention includes first and second signal terminals, a longitudinally coupled resonator type elastic wave filter unit, and an elastic wave resonator. The longitudinally coupled resonator type acoustic wave filter unit is connected between the first signal terminal and the second signal terminal. The acoustic wave resonator is connected between a connection point between the longitudinally coupled resonator type acoustic wave filter section and the first or second signal terminal and the ground potential. The acoustic wave resonator includes a piezoelectric substrate and an IDT electrode formed on the piezoelectric substrate. Apodization weighting is applied to the IDT electrode.
本発明に係る弾性波フィルタのある特定の局面では、弾性波共振子は、弾性表面波共振子であり、縦結合共振子型弾性波フィルタ部は、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部である。 In a specific aspect of the acoustic wave filter according to the present invention, the acoustic wave resonator is a surface acoustic wave resonator, and the longitudinally coupled resonator type acoustic wave filter unit is a longitudinally coupled resonator type surface acoustic wave filter unit. is there.
本発明に係る弾性波フィルタの他の特定の局面では、弾性波共振子は、弾性境界波共振子であり、縦結合共振子型弾性波フィルタ部は、縦結合共振子型弾性境界波フィルタ部である。 In another specific aspect of the elastic wave filter according to the present invention, the elastic wave resonator is a boundary acoustic wave resonator, and the longitudinally coupled resonator type elastic wave filter unit is a longitudinally coupled resonator type boundary acoustic wave filter unit. It is.
本発明では、縦結合共振子型弾性波フィルタ部と第1または第2の信号端子との間の接続点とグラウンド電位との間に接続されている弾性波共振子のIDT電極に、アポダイズ重み付けが施されている。このため、弾性波フィルタを過剰に大型化させることなく、かつ、通過帯域における挿入損失の増大を抑制しつつ、フィルタ特性の急峻性の向上を図ることができる。 In the present invention, the IDT electrode of the acoustic wave resonator connected between the connection point between the longitudinally coupled resonator type acoustic wave filter section and the first or second signal terminal and the ground potential is apodized weighted. Is given. For this reason, it is possible to improve the steepness of the filter characteristics without excessively increasing the size of the acoustic wave filter and suppressing an increase in insertion loss in the passband.
以下、本発明を実施した好ましい形態について、図1に示す弾性表面波フィルタ1を例に挙げて説明する。但し、弾性表面波フィルタ1は、単なる例示である。本発明に係る弾性波フィルタは、弾性表面波フィルタ1に何ら限定されない。
Hereinafter, a preferred embodiment in which the present invention is implemented will be described taking the surface
弾性表面波フィルタ1は、平衡−不平衡信号変換機能を有するUMTS−Band2用受信側フィルタとして利用されるフィルタである。なお、UMTS−Band2の送信周波数帯は1850MHz〜1910MHzであり、受信周波数帯は1930MHz〜1990MHzである。
The surface
弾性表面波フィルタ1は、入力端子としての不平衡信号端子12と、出力端子としての第1及び第2の平衡信号端子13a、13bとを有する。本実施形態では、不平衡信号端子12のインピーダンスが50Ωであり、第1及び第2の平衡信号端子13a、13bのインピーダンスが100Ωである。
The surface
不平衡信号端子12と第1及び第2の平衡信号端子13a、13bとの間には、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部20が接続されている。縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部20は、第1及び第2の縦結合共振子型弾性表面波素子部20a、20bを有する。第1の縦結合共振子型弾性表面波素子部20aは、不平衡信号端子12と第1の平衡信号端子13aとの間に接続されている。一方、第2の縦結合共振子型弾性表面波素子部20bは、不平衡信号端子12と第2の平衡信号端子13bとの間に接続されている。
A longitudinally coupled resonator type surface acoustic
第1及び第2の縦結合共振子型弾性表面波素子部20a、20bのそれぞれは、弾性表面波伝搬方向に沿って配列されている3つのIDT電極21a、21b、22a、22b、23a、23bと、3つのIDT電極21a、21b、22a、22b、23a、23bが設けられている領域の弾性表面波伝搬方向の両側に設けられた一対の反射器24a、24b、25a、25bとを有する。なお、第1及び第2の縦結合共振子型弾性表面波素子部20a、20bのそれぞれにおいては、IDT電極21a、21b、22a、22b、23a、23bの、隣り合っているIDT電極に隣接している端部は、中央部よりも電極指の周期が小さい狭ピッチ電極指部とされている。
Each of the first and second longitudinally coupled resonator type surface acoustic
第1の縦結合共振子型弾性表面波素子部20aと不平衡信号端子12との間には、弾性表面波共振子19aが接続されている。一方、第2の縦結合共振子型弾性表面波素子部20bと不平衡信号端子12との間には、弾性表面波共振子19bが接続されている。弾性表面波共振子19a、19bは、共振周波数が縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部20の通過帯域内に位置し、反共振周波数が通過帯域高域側近傍の減衰域に位置するように構成されている。
A surface
第1の縦結合共振子型弾性表面波素子部20aと第1の平衡信号端子13aとの間の接続点とグラウンド電位との間には、弾性表面波共振子30aが接続されている。第2の縦結合共振子型弾性表面波素子部20bと第2の平衡信号端子13bとの間の接続点とグラウンド電位との間には、弾性表面波共振子30bが接続されている。弾性表面波共振子30a、30bのそれぞれは、IDT電極31a、31bと、IDT電極31a、31bの弾性表面波伝搬方向の両側に配置されている一対の反射器34a、34b、35a、35bとを備える。
A surface
弾性表面波共振子30a、30bは、共振周波数が縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部20の通過帯域低域側近傍の減衰域に位置し、反共振周波数が通過帯域内に位置するように構成されている。これら弾性表面波共振子30a、30bと、上記弾性表面波共振子19a、19bとによって、通過帯域近傍における減衰量が大きくされている。
The surface
図2に示すように、本実施形態の弾性表面波フィルタ1は、圧電基板10と、圧電基板10の上に形成されている電極11を有する。この電極11によって、上記IDT電極、反射器、配線等が構成されている。本実施形態では、圧電基板10が40±5°YカットX伝搬LiTaO3基板により構成されており、漏洩弾性表面波を用いている。もっとも、圧電基板10は、LiNbO3基板や水晶などの他の圧電基板により構成されていてもよい。
As shown in FIG. 2, the surface
電極11は、Alにより形成されている。もっとも、電極11は、Al以外の導電材料からなるものであってもよい。電極11は、例えば、Al,Pt,Au,Ag,Cu,Ni,Ti,Cr,Pdなどの金属や、これらの金属の一種以上を含む合金により形成することもできる。また、電極11は、上記のような金属や合金からなる複数の導電膜の積層体により構成することも可能である。
The
なお、圧電基板10の上に、例えば、周波数温度特性を改善する目的またはIDT電極や反射器を保護する目的で、酸化ケイ素膜や窒化ケイ素膜などの誘電体膜を形成するようにしてもよい。
For example, a dielectric film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film may be formed on the
次に、図3を参照しながら、本実施形態における弾性表面波共振子30aのIDT電極31aの構成について詳細に説明する。なお、本実施形態においては、IDT電極31aとIDT電極31bとは実質的に同様の構成を有する。このため、ここでは、IDT電極31aに関する以下の説明を、IDT電極31bに関しても援用することとする。
Next, the configuration of the
図3に示すように、IDT電極31aは、互いに間挿し合っている一対のくし歯状電極32a、33aを有する。くし歯状電極32a、33aのそれぞれは、複数の電極指32a1,33a1と、バスバー32a2,33a2とを有する。複数の電極指32a1,33a1は、バスバー32a2,33a2に接続されている。くし歯状電極32a、33aのそれぞれは、さらに、バスバー32a2,33a2に接続されている複数のダミー電極32a3,33a3を備えている。一方のくし歯状電極32aのダミー電極32a3は、弾性波伝搬方向に対して垂直な交差幅方向において、他方のくし歯状電極33aの電極指33a1と対向している。また、他方のくし歯状電極33aのダミー電極33a3は、交差幅方向において、一方のくし歯状電極32aの電極指32a1と対向している。
As shown in FIG. 3, the
本実施形態では、IDT電極31aには、アポダイズ重み付けが施されている。ここで、アポダイズ重み付けとは、電極指32a1,33a1の交差幅が、弾性波伝搬方向において異なる部分があるように電極指32a1,33a1の形状を設定することをいう。本実施形態では、具体的に、電極指32a1の先端を結ぶことにより形成される包絡線L1と、電極指33a1の先端を結ぶことにより形成される包絡線L2とのそれぞれが弾性波伝搬方向に対して傾斜するように、電極指32a1,33a1の形状が設定されている。本実施形態では、交差幅の極大点、すなわち交差幅方向における包絡線L1と包絡線L2との間の距離が最大となる点が一つ形成されている。
In the present embodiment, apodization weighting is applied to the
以上説明したように、本実施形態では、IDT電極31a、31bにアポダイズ重み付けが施されている。このため、アポダイズ重み付けされていないIDT電極と比べて、同じ容量でも、見かけ上の交差幅を大きくすることができる。よって、弾性表面波共振子30a、30bの数量を増やすことなく、通過帯域内の挿入損失の悪化を抑制しつつ、弾性表面波共振子30a、30bの共振周波数と反共振周波数との間のリターンロスを改善することができる。以下、この効果について、実施例及び比較例に基づいて詳細に説明する。
As described above, in this embodiment, apodization weighting is applied to the
実施例1として、上記実施形態において説明した弾性表面波フィルタ1と同様の構成を有する弾性表面波フィルタを下記の設計パラメータで作製した。
As Example 1, a surface acoustic wave filter having the same configuration as that of the surface
(実施例1の設計パラメータ)
第1の縦結合共振子型弾性表面波素子部20a:
交叉幅:30.4λI(但し、λIは、IDT電極の電極指のピッチで決まる弾性表面波の波長である。)
IDT電極22a、23aの電極指の本数:39本(うち、狭ピッチ電極指部における電極指の本数:5本)
IDT電極21aの電極指の本数:43本(うち、IDT電極22a側狭ピッチ電極指部における電極指の本数:3本、IDT電極23a側狭ピッチ電極指部における電極指の本数:7本)
反射器24a,25aにおける電極指の本数:65本
IDT電極21a〜23aのメタライゼーションレシオ:0.68
電極膜厚:0.091λI
またIDT電極22aの狭ピッチ電極指部における電極指の周期は、IDT電極23aの狭ピッチ電極指部における電極指の周期より0.09μmだけ小さい。
(Design parameters of Example 1)
First longitudinally coupled resonator type surface acoustic
Cross width: 30.4λI (where λI is the wavelength of the surface acoustic wave determined by the pitch of the electrode fingers of the IDT electrode)
Number of electrode fingers of
Number of electrode fingers of the
Number of electrode fingers in
Electrode film thickness: 0.091λI
The period of the electrode fingers in the narrow pitch electrode finger portion of the
第2の縦結合共振子型弾性表面波素子部20b:
出力信号の位相を180°反転させるために、中央に位置しているIDT電極が反転している以外は、第1の縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部20aと同様の構成を有する。
Second longitudinally coupled resonator type surface acoustic
In order to invert the phase of the output signal by 180 °, the configuration is the same as that of the first longitudinally coupled resonator type surface acoustic
弾性表面波共振子19a、19b:
交叉幅:11.0λII(但し、λIIはIDT電極の電極指の周期で決まる弾性表面波の波長である。)
IDT電極の電極指の本数:71本
反射器の電極指の本数:18本
IDT電極のメタライゼーションレシオ:0.60
電極膜厚:0.095λI
弾性表面波共振子30a、30b:
交差幅の最大値:30.0λIII(但し、λIIIはIDT電極の電極指の周期で決まる弾性表面波の波長である。)
IDT電極31a、31bの電極指の本数:111本
反射器34a、35a、34b、35bの電極指の本数:18本
IDT電極31a、31bのメタライゼーションレシオ:0.60
電極膜厚:0.091λI
アポダイズ:100%(IDT電極31a、31bの弾性波伝搬方向両端における交差幅が交差幅の最大値の0%)
また、実施例2として、図4に示すように、弾性表面波共振子30a、30bにおけるアポダイズを50%としたこと、すなわち、IDT電極31a、31bの弾性波伝搬方向両端における交差幅が交差幅の最大値の50%となるようにしたこと以外は、上記実施例1と同様の構成を有する弾性表面波フィルタを作製した。
Surface
Cross width: 11.0λII (where λII is the surface acoustic wave wavelength determined by the period of the electrode fingers of the IDT electrode)
Number of electrode fingers of IDT electrode: 71 Number of electrode fingers of reflector: 18 IDT metallization ratio: 0.60
Electrode film thickness: 0.095λI
Surface
Maximum crossing width: 30.0λIII (where λIII is the surface acoustic wave wavelength determined by the period of the electrode fingers of the IDT electrode)
Number of electrode fingers of
Electrode film thickness: 0.091λI
Apodization: 100% (intersection width at both ends of
Further, as Example 2, as shown in FIG. 4, the apodization in the surface
また、比較例として、図5に示すように、弾性表面波共振子30a、30bを、アポダイズ重み付けを施していない正規型のIDT電極により構成し、交差幅を実施例1における交差幅の最大値の半分(15.0λIII)にしたこと以外は、上記実施例1と同様の構成を有する弾性表面波フィルタを作製した。
As a comparative example, as shown in FIG. 5, the surface
なお、実施例1,2及び比較例の説明において、上記実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。 In the description of Examples 1 and 2 and the comparative example, members having substantially the same functions as those of the above-described embodiment are referred to by common reference numerals, and the description thereof is omitted.
図6は、実施例1,2及び比較例における弾性表面波共振子30aのリターンロスを表すグラフである。なお、図6において、実線で示すグラフが、実施例1における弾性表面波共振子30aのリターンロスを表すグラフである。一点鎖線で示すグラフが、実施例2における弾性表面波共振子30aのリターンロスを表すグラフである。破線で示すグラフが、比較例における弾性表面波共振子30aのリターンロスを表すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the return loss of the surface
図6に示すグラフから、弾性表面波共振子30aの共振周波数と反共振周波数との間におけるリターンロスは、弾性表面波共振子30aにアポダイズ重み付けを施すことにより改善することが分かる。
From the graph shown in FIG. 6, it can be seen that the return loss between the resonance frequency and the antiresonance frequency of the surface
図7は、実施例1及び比較例における弾性表面波フィルタの挿入損失を表すグラフである。図8は、図7の一部分を拡大したグラフである。なお、図7及び図8において、実線で示すグラフが、実施例1における弾性表面波フィルタの挿入損失を表すグラフであり、一点鎖線で示すグラフが比較例における弾性表面波フィルタの挿入損失を表すグラフである。 FIG. 7 is a graph showing the insertion loss of the surface acoustic wave filter in Example 1 and the comparative example. FIG. 8 is an enlarged graph of a part of FIG. 7 and 8, the graph shown by the solid line is a graph showing the insertion loss of the surface acoustic wave filter in Example 1, and the graph shown by the alternate long and short dash line shows the insertion loss of the surface acoustic wave filter in the comparative example. It is a graph.
図7及び図8に示す結果から、弾性表面波共振子30a、30bにアポダイズ重み付けを施した実施例1と、アポダイズ重み付けを施さなかった比較例とで、通過帯域における挿入損失は、同等であった。通過帯域の低域側過渡帯域におけるフィルタ特性の急峻性に関しては、実施例1の方が比較例よりも優れていた。具体的には、挿入損失が3.5dBである周波数と40dBである周波数との差は、比較例では、14.5MHzであったのに対して、実施例1では、13.9MHzと小さくなっていた。以上の結果から、弾性表面波共振子30a、30bにアポダイズ重み付けを施すことにより、通過帯域内における挿入損失の悪化を抑制しつつ、弾性表面波共振子30a、30bの共振周波数と反共振周波数との間のリターンロスを改善することができる。そして、リターンロスの改善により、通過帯域の低域側過渡帯域におけるフィルタ特性の急峻性を実現できる。なお、実施例1の弾性表面波共振子30a、30bは、比較例と比べて面積が約2倍になっている。しかし、2つの弾性表面波共振子を直列接続して同等のフィルタ特性を得ようとすると、比較例と比べて面積を約4倍にする必要がある。よって、実施例1はこの場合よりは大型化していない。
From the results shown in FIGS. 7 and 8, the insertion loss in the passband is the same in Example 1 in which the surface
(第1の変形例)
図9は、第1の変形例に係る弾性表面波フィルタの一部分の略図的断面図である。
(First modification)
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a part of the surface acoustic wave filter according to the first modification.
上記実施形態では、本発明を実施した好ましい形態について、弾性表面波を利用した弾性表面波フィルタ1を例に挙げて説明した。但し、本発明において、弾性波共振子や縦結合共振子型弾性波フィルタ部は、弾性表面波を利用したものに限定されない。例えば、図9に示すように、圧電基板10の上に、電極11を覆うように、第1及び第2の誘電体層40,41を形成することにより、弾性波フィルタを、弾性境界波を利用した弾性境界波共振子と縦結合共振子型弾性境界波フィルタ部とを備える弾性境界波フィルタとしてもよい。また、第1及び第2の誘電体層40,41のうち、第1の誘電体層40のみを設けてもよい。なお、第1及び第2の誘電体層40,41の材質は特に限定されない。例えば、第1の誘電体層40を酸化ケイ素により形成し、第2の誘電体層41を窒化ケイ素により形成することができる。
In the above-described embodiment, the preferred embodiment of the present invention has been described by taking the surface
(第2の変形例)
図10は、第2の変形例におけるIDT電極31aの形状を説明するための模式的平面図である。
(Second modification)
FIG. 10 is a schematic plan view for explaining the shape of the
上記実施形態では、交差幅の極大点がひとつのみ形成されるように、弾性波共振子にアポダイズ重み付けを施す例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図10に示すように、交差幅の極大点が複数形成されるように、弾性波共振子にアポダイズ重み付けを施してもよい。また、上記実施形態では包絡線L1、L2が直線状となるようにアポダイズしたが、曲線状になるようにアポダイズしてもよい。 In the above-described embodiment, the example in which the apodization weighting is applied to the acoustic wave resonator so that only one maximum point of the intersection width is formed has been described. However, the present invention is not limited to this configuration. For example, as shown in FIG. 10, apodization weighting may be applied to the acoustic wave resonator so that a plurality of maximum points of the intersection width are formed. In the above embodiment, the envelopes L1 and L2 are apodized so as to be linear, but may be apodized so as to be curved.
1…弾性表面波フィルタ
10…圧電基板
11…電極
12…不平衡信号端子
13a…第1の平衡信号端子
13b…第2の平衡信号端子
19a、19b…弾性表面波共振子
20…縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部
20a…第1の縦結合共振子型弾性表面波素子部
20b…第2の縦結合共振子型弾性表面波素子部
21a、21b、22a、22b、23a、23b…IDT電極
24a、24b、25a、25b…反射器
30a、30b…弾性表面波共振子
31a、31b…IDT電極
32a、33a…くし歯状電極
32a1、33a1…電極指
32a2、33a2…バスバー
32a3、33a3…ダミー電極
34a、34b、35a、35b…反射器
40…第1の誘電体層
41…第2の誘電体層
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記第1の信号端子と前記第2の信号端子との間に接続されている縦結合共振子型弾性波フィルタ部と、
前記縦結合共振子型弾性波フィルタ部と前記第1または第2の信号端子との間の接続点とグラウンド電位との間に接続されている弾性波共振子と、
を備え、
前記弾性波共振子は、圧電基板と、前記圧電基板の上に形成されているIDT電極とを有し、
前記IDT電極には、アポダイズ重み付けが施されている、弾性波フィルタ。 First and second signal terminals;
A longitudinally coupled resonator type acoustic wave filter unit connected between the first signal terminal and the second signal terminal;
An acoustic wave resonator connected between a connection point between the longitudinally coupled resonator type acoustic wave filter section and the first or second signal terminal and a ground potential;
With
The acoustic wave resonator includes a piezoelectric substrate and an IDT electrode formed on the piezoelectric substrate,
An elastic wave filter in which the IDT electrode is apodized weighted.
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