JP2016171446A - 縦結合二重モードフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】縦結合二重モードフィルタにおいて、インピーダンスを所要の大きさに設定しながら小型化を図ることができる技術を提供すること。【解決手段】中央ＩＤＴ２Ｂの電極指５Ｂの周期単位λ´を、左側ＩＤＴ２Ａ及び右側ＩＤＴ２Ｃの電極指５Ａ、５Ｃの周期単位λよりも小さく設定している。中央ＩＤＴ２Ｂの電極指５Ｂにおける周期単位λを小さくしたことから電極指５Ｂ群の容量が大きくなるので、その分インピーダンスが小さくなる。各ＩＤＴ２Ａ〜２Ｃの電極指５Ａ〜５Ｃの交差幅Ｗを小さくするとインピーダンスが大きくなるが、周期単位λを小さくしたことによりインピーダンスが小さくなっているため、各ＩＤＴ２Ａ〜２Ｃの電極指５Ａ〜５Ｃの交差幅Ｗを小さくしてその分インピーダンスが大きくなっても、インピーダンスを所要の大きさに設定することができる。従って縦結合二重モードフィルタを小型化できる。【選択図】図１

Description

本発明は、圧電基板上に３つのＩＤＴ（Inter Digital Transducer）電極を弾性波の伝藩方向に並べると共に、これらの両端のＩＤＴの外側に反射器を設置した縦結合二重モードフィルタに関する。

弾性表面波フィルタである縦結合二重モードフィルタは、圧電基板上に設けられた中央ＩＤＴにおける弾性表面波の伝播方向における両側にＩＤＴを配置し、これら両側のＩＤＴの外側に反射器を配置して構成されている。縦結合二重モードフィルタは、反射器の間に弾性表面波が閉じ込められ、ＩＤＴ間で音響結合が生じて例えば０次モード及び二次モード、あるいは一次モード及び三次モードの振動モードが強励振される。

縦結合二重モードフィルタの電極指の対数及び電極指の交差幅は、入力インピーダンス及び出力インピーダンスを決定する要素であり、当該フィルタに接続される回路とのインピーダンスの整合とるためにこれらインピーダンスを例えば５０Ωに調整しようとすると、電極指の対数及び電極指の交差幅を適切に設定する必要がある。一方、縦結合二重モードフィルタにおいては、フィルタの帯域幅は主に電極指の対数により決定されることから、狭帯域のフィルタでは電極指の対数を多く設定し、広帯域のフィルタでは電極指の対数を少なく設定する必要がある。

このため上述のようにインピーダンスを整合させようとすると、狭帯域のフィルタでは、電極指の交差幅を狭く、また広帯域のフィルタでは交差幅を広く設定する必要がある。従って、広帯域のフィルタは狭帯域のフィルタに比べて弾性表面波の伝播方向と直交する方向に大きくなる傾向にあり、市場における小型化の要求に対応しにくいという課題がある。

特許文献１には、縦結合二重モード型フィルタを集約させることで小型化する技術が記載されているが、ＩＤＴの大きさを小型化するものではない。

特開２００８−３０５１５６号公報

本発明はこのような事情の下になされたものであり、縦結合二重モードフィルタにおいて、インピーダンスを所要の大きさに設定しながら小型化を図ることができる技術を提供することにある。

本発明の縦結合二重モードフィルタは、圧電基板上に設けられた中央ＩＤＴにおける弾性波の伝播方向における両側に夫々左側ＩＤＴ及び右側ＩＤＴを配置し、前記左側ＩＤＴの左側及び右側ＩＤＴの右側に各々反射器を配置して構成された縦結合二重モードフィルタにおいて、
前記中央ＩＤＴの電極指の周期単位λ´の数の５０％以上の数の周期単位λ´が前記左側ＩＤＴ及び右側ＩＤＴの電極指の周期単位λよりも小さいことを特徴とする。

また本発明の縦結合二重モードフィルタは、上述の縦結合二重モードフィルタを第１の縦結合二重モードフィルタ及び第２の縦結合二重モードフィルタとして２個用い、第１の縦結合二重モードフィルタと第２の縦結合二重モードフィルタとを縦続接続して構成されてもよく、前記左側ＩＤＴ及び右側ＩＤＴの電極指の並びの周期単位λに対する前記中央ＩＤＴの電極指の並びの周期単位λ´の比率（λ´／λ）が０．９以上であってもよい。あるいは、比帯域の帯域幅が３．０％〜６．０％であることを特徴としてもよい。

本発明は、縦結合二重モードフィルタにおいて、中央ＩＤＴの電極指の本数の５０％以上について、電極指の並びの周期単位λ´を両側ＩＤＴの電極指の並びの周期単位λよりも小さく設定している。従って電極指間の離間寸法が小さくなるので、電極指群の容量が大きくなり、見掛け上のインピーダンスが小さくなる。このため電極指の交差幅Ｗを小さくすることに起因してインピーダンスが大きくなっても、全体としてインピーダンスを所要の大きさに抑えることができる。従って、インピーダンスを所要の大きさに設定しながら、フィルタの小型化を図ることができる。

本発明の実施の形態に係る縦結合二重モードフィルタの一例を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る縦結合二重モードフィルタの一部を拡大した平面図である。 実施例に係る縦結合二重モードフィルタについて得られた特性を示す特性図である。 比較例に係る縦結合二重モードフィルタについて得られた特性を示す特性図である。

本発明の実施の形態に係る縦結合二重モードフィルタについては、図１に示すように、互いに縦続に接続された複数例えば２つの縦結合二重モードフィルタを備えており、例えばタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）などからなる圧電基板１上に形成されている。ここで、これら２つの縦結合二重モードフィルタの一方及び他方を「第１のフィルタ部１１」及び「第２のフィルタ部１２」と呼ぶと共に、弾性波の伝搬方向に直交する方向を前後方向と呼ぶと、第１のフィルタ部１１及び第２のフィルタ部１２は、夫々奥側及び手前側に配置されている。図１においては、各々のＩＤＴ２Ａ〜２Ｃにおける電極指５Ａ〜５Ｃの配置レイアウトについて簡略化して描画している。

第１のフィルタ部１１は、弾性波の伝搬方向（左右方向）に沿って一列に配置された３つのＩＤＴ２Ａ〜２Ｃと、これらＩＤＴ２Ａ〜２Ｃを左右方向から挟むように設けられた反射器３０Ａ、３０Ｂとを備えている。中央のＩＤＴ２Ｂは、中央ＩＤＴに相当し、ＩＤＴ２Ｂの左右に位置するＩＤＴ２Ａ、２Ｃは、夫々左側ＩＤＴ及び右側ＩＤＴに相当する。

各々のＩＤＴ２Ａ〜２Ｃには、各々一対のバスバー（４０Ａ、４１Ａ）、（４０Ｂ、４１Ｂ）、（４０Ｃ、４１Ｃ）及び複数の電極指５Ａ〜５Ｃが設けられている。図１を正面に見て、左側ＩＤＴ２Ａを例に説明すると、バスバー４０Ａ、４１Ａは、弾性波の伝搬方向に沿って各々伸びると共に、前後方向に互いに離間するように配置されている。各々の電極指５Ａは、バスバー４０Ａから対向するバスバー４１Ａに向かって伸びる電極指５Ａと、バスバー４１Ａから対向するバスバー４０Ａに向かって伸びる電極指５Ａと、が互いに交差するように配置されている。

左側ＩＤＴ２Ａ、中央ＩＤＴ２Ｂ及び右側ＩＤＴ２Ｃの夫々における電極指５Ａ〜５Ｃとからなる構成の数量を「対数Ｎ」とすると、この対数Ｎは、例えば夫々１６対、１７対及び１６対に設定されている。また反射器３０Ａ、３０Ｂの２本のバスバー７の間に設けられたストライプ電極８の本数は、例えば５０本である。図２は、中央ＩＤＴ２Ｂ及び左側ＩＤＴ２Ａの一部を拡大して示している。なお電極指５Ａ、５Ｃの対数については、図示の便宜上正確には記載されていない。図２中、λは左側ＩＤＴ２Ａの電極指５Ａの配列の周期単位を示しており、λ´は中央ＩＤＴ２Ｂの電極指５Ｂの配列の周期単位を示している。中央ＩＤＴ２Ｂの電極指５Ｂの周期単位λ´の数の５０％以上、例えば１００％の数の周期単位λ´は、左側ＩＤＴ２Ａ及び右側ＩＤＴ２Ｃの電極指５Ａ、５Ｃの周期単位λよりも小さく設定されている。即ち、中央ＩＤＴ２Ｂの電極指５Ｂの全体に亘って周期単位λ´がλよりも小さく設定されている。
左側ＩＤＴ２Ａ（右側ＩＤＴ２Ｃ）の周期単位λに対する中央ＩＤＴ２Ｂの電極指５Ｂの周期単位λ´の比率(λ´／λ)は、例えば０．９以上、例えば０．９８に設定される。なお図１、図２においては、周期長は誇張して記載している。
これらの各ＩＤＴ２Ａ〜２Ｃの電極指５Ａ〜５Ｃの交差幅Ｗ（図２参照）、即ち一方側のバスバー４０Ａ〜４０Ｃから伸びる電極指５Ａ〜５Ｃと他方側のバスバー４１Ａ〜４１Ｃから伸びる電極指５Ａ〜５Ｃとが交差する長さ寸法は、例えば３５λに設定されている。

図１に戻って、第１のフィルタ部１１においては、左側ＩＤＴ２Ａの一方側のバスバー４０Ａは、接地ポート３１を介して接地されている。この左側ＩＤＴ２Ａの他方側のバスバー４１Ａには、第２のフィルタ部１２に向かって伸びる接続配線６０の一端側が接続されている。中央ＩＤＴ２Ｂでは、一方側のバスバー４０Ｂに入力ポート３２が接続され、他方側のバスバー４１Ｂは接地ポート３１に接続されている。また、右側ＩＤＴ２Ｃでは、一方側のバスバー４０Ｃに接地ポート３１が接続され、他方側のバスバー４１Ｃには前記接続配線６０とは別の接続配線６１の一端側が接続されている。

第１のフィルタ部１１と第２のフィルタ部１２との間から両フィルタ部１１、１２を見たとき、第２のフィルタ部１２は第１のフィルタ部１１と同じ構造として構成されている。即ち、第１のフィルタ部１１と第２のフィルタ部１２とは、鏡面対称として構成されている。このため第２のフィルタ部１２の各部位について、第１のフィルタ部１１に相当する部位は、第１のフィルタ部１１と同じ符号を付している。

第２のフィルタ部１２における左側ＩＤＴ２Ａでは、第１のフィルタ部１１の左側ＩＤＴ２Ａから伸びる接続配線６０の他端側が一方側のバスバー４０Ａに接続され、他方側のバスバー４１Ａは接地ポート３１に接続されている。中央ＩＤＴ２Ｂでは、一方側のバスバー４０Ｂに接地ポート３１が接続され、他方側のバスバー４１Ｂには出力ポート３３が接続されている。また、右側ＩＤＴ２Ｃでは、第１のフィルタ部１１の右側ＩＤＴ２Ｃから伸びる接続配線６１の他端側が一方側のバスバー４０Ｃに接続され、他方側のバスバー４１Ｃは接地ポート３１に接続されている。
第１のフィルタ部１１と第２のフィルタ部１２とは、各々縦結合二重モードフィルタを構成していることから、図１に示す縦結合二重モードフィルタは、第１の縦結合二重モードフィルタと第２の縦結合二重モードフィルタとを縦続接続して構成されているということができる。

続いて縦結合二重モードフィルタにおける弾性表面波の伝藩について説明する。入力ポート３２から縦結合二重モードフィルタに周波数信号が入力されると、圧電基板１に歪みが生じ、この歪みにより第１のフィルタ部１１における中央ＩＤＴ２Ｂにおいて弾性表面波が発生し、右側方向及び左側方向に向かって伝搬していく。右側に向かって伝搬する弾性表面波は、右側ＩＤＴ２Ｃを介して右側の反射器３０Ｂに到達し、この反射器３０Ｂにおいて反射されて右側ＩＤＴ２Ｃに向かって戻される。

また、中央ＩＤＴ２Ｂから左側に向かって伝搬する弾性波は、左側ＩＤＴ２Ａを介して左側の反射器３０Ａに到達し、この反射器３０Ａにおいて反射されて左側ＩＤＴ２Ａに戻される。こうして例えば反射器３０Ａ、３０Ｂのキャビティ（等価反射面）間において弾性表面波が反射し、互いに周波数の異なる例えば１次モード及び３次モードの共振モードが励起される。その後第１のフィルタ部１１における左側ＩＤＴ２Ａ及び右側ＩＤＴ２Ｃから、接続配線６０、６１を介して、夫々第２のフィルタ部１２における左側ＩＤＴ２Ａ及び右側ＩＤＴ２Ｃに入力される。第２のフィルタ部１２においても同様に互いに周波数の異なる１次モード及び３次モードの共振モードが励起され、第２のフィルタ部１２における中央ＩＤＴ２Ｂに接続された出力ポート３３から出力される。

上述の実施形態では、中央ＩＤＴ２Ｂの電極指５Ｂの周期単位λ´を、左側ＩＤＴ２Ａ及び右側ＩＤＴ２Ｃの電極指５Ａ、５Ｃの周期単位λよりも小さく設定している。中央ＩＤＴ２Ｂの電極指５Ｂは、縦結合二重モードフィルタのインピーダンスを決定するにあたり支配的な因子である。周期単位λを小さくしたことから電極指５Ｂ群の容量が大きくなるので、その分インピーダンスが小さくなる。各ＩＤＴ２Ａ〜２Ｃの電極指５Ａ〜５Ｃの交差幅Ｗを小さくするとインピーダンスが大きくなるが、周期単位λを小さくしたことによりインピーダンスが小さくなっているため、各ＩＤＴ２Ａ〜２Ｃの電極指５Ａ〜５Ｃの交差幅Ｗを小さくしてその分インピーダンスが大きくなっても、インピーダンスを所要の大きさに設定することができる。従って縦結合二重モードフィルタを小型化できる。

上述の例では、中央ＩＤＴ２Ｂの電極指５Ｂの周期単位λ´の数の全部に亘って、即ちすべての電極指５Ｂについて両側のＩＤＴ２Ａ、２Ｃの電極指５Ａ、５Ｃの周期単位λよりも小さく設定しているが、電極指５Ｂの周期単位λ´の数の一部についてだけ、周期単位λよりも小さく設定するようにしてもよい。この場合、電極指５Ｂの周期単位λ´のうち、周期単位λよりも小さく設定される周期単位λ´の数の割合が大きい方が効果が大きく、その割合は５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましい。図２で説明すると、電極指５Ｂの本数は１５本であり、周期単位λ´の数は６であるから、５０％以上であるということは、周期単位λよりも小さい周期単位λ´の数は３以上であるということである。
残りの周期単位λ´は、例えば周期単位λと同じに設定される。なお、周期単位λよりも小さく設定される周期単位λ´は、の大きさは互いに同じであることに限定されない。

両側のＩＤＴ２Ａ、２Ｃの周期単位λに対する中央ＩＤＴ２Ｂの周期単位λ´の比率（λ´／λ）が小さすぎると、周波数と電力の減衰量との関係を示す周波数特性において、通過域から阻止域に移行する特性曲線の肩の部分の傾斜が緩やかになり、特性として劣化してしまう。このため比率（λ´／λ）は０．９以上が好ましく、０．９５以上であることがより好ましい。
更に第１の縦結合二重モードフィルタ（第１のフィルタ部１１）と第２の縦結合二重モードフィルタ（第２のフィルタ部１２）とを縦続接続して構成すれば、入力ポート３２だけでなく、出力ポート３３も中央ＩＤＴ２Ｂに接続できるので、入力インピーダンス及び出力インピーダンスのいずれについても例えば５０Ωに設定して接続回路とのインピーダンスの整合をとることができる利点がある。
本発明の縦結合二重モードフィルタは、広帯域のものほど小型化の効果が大きく、例えば比帯域の帯域幅が３．０％〜６．０％であるフィルタに対して好適である。

本発明の効果を検証するために、実施例及び比較例に係る縦結合二重モードフィルタを用い、周波数通過帯域における減衰量を調べた。実施例及び比較例の縦結合二重モードフィルタについては、各々表１に示すように設定した。実施例の縦結合二重モードフィルタにおいては、左側及び右側ＩＤＴ２Ａ、２Ｃの電極指５Ａ、５Ｃの対数を１６対とし、中央ＩＤＴ２Ｂの電極指５Ｂの対数を１７に設定した。また中央ＩＤＴ２Ｂにおける電極指５Ｂの周期長λ´と左側及び右側ＩＤＴ２Ａ、２Ｃの電極指５Ａ、５Ｃの周期長λとがλ´／λ＝０．９８４になるように設定した。また実施例における交差幅Ｗを３５λに設定した。

比較例の縦結合二重モードフィルタにおいては、中央ＩＤＴ２Ｂの電極周期λ´と左側及び右側ＩＤＴ２Ａ、２Ｃの電極指５Ａ、５Ｃの周期長λとを同じ周期（λ´／λ＝１．０００）に設定し、交差幅Ｗを４８λに設定したことを除いて実施例と同様に設定した。

表１

図３及び図４は、夫々実施例及び比較例における縦結合二重モードフィルタの周波数特性を示す特性図である。図３に示すように実施例においては、通過域と阻止域との間で６０〜７０ｄＢ程度の減衰量の差が得られた。また図４に示しように比較例においても、通過域と阻止域との間で６０〜７０ｄＢ程度の減衰量の差が得られており、実施例においても比較例と同程度の挿入損失が得られることがわかる。表１に示すように縦結合二重モードフィルタの交差幅Ｗは、実施例おいては３５λに設定しており、比較例では４８λに設定していた。従って実施例は、交差幅Ｗを比較例の７３％程度に小さくしながら同レベルの減衰特性が得られることがわかり、本発明の実施の形態によれば縦結合二重モードフィルタを小型化することができるといえる。

１ 圧電基板
２Ａ 左側ＩＤＴ
２Ｂ 中央ＩＤＴ
２Ｃ 右側ＩＤＴ
５Ａ〜５Ｃ 電極指
３０Ａ、３０Ｂ 反射電極
３１ 接地ポート
３２ 入力ポート
３３ 出力ポート
４０Ａ〜４０Ｃ、４１Ａ〜４１Ｃ
バスバー
６０、６１ 接続配線

Claims (4)

1. 圧電基板上に設けられた中央ＩＤＴにおける弾性波の伝播方向における両側に夫々左側ＩＤＴ及び右側ＩＤＴを配置し、前記左側ＩＤＴの左側及び右側ＩＤＴの右側に各々反射器を配置して構成された縦結合二重モードフィルタにおいて、
   前記中央ＩＤＴの電極指の周期単位λ´の数の５０％以上の数の周期単位λ´が前記左側ＩＤＴ及び右側ＩＤＴの電極指の周期単位λよりも小さいことを特徴とする縦結合二重モードフィルタ。
2. 請求項１記載の縦結合二重モードフィルタを第１の縦結合二重モードフィルタ及び第２の縦結合二重モードフィルタとして２個用い、第１の縦結合二重モードフィルタと第２の縦結合二重モードフィルタとを縦続接続して構成された縦結合二重モードフィルタ。
3. 前記左側ＩＤＴ及び右側ＩＤＴの電極指の並びの周期単位λに対する前記中央ＩＤＴの電極指の並びの周期単位λ´の比率（λ´／λ）が０．９以上であることを特徴とする請求項１または２記載の縦結合二重モードフィルタ。
4. 比帯域の帯域幅が３．０％〜６．０％であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の縦結合二重モードフィルタ。

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