JP2022075959A - 弾性波フィルタ - Google Patents

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Abstract

【課題】通過帯域端部の急峻性および通過帯域の低損失性を両立するラダー型の弾性波フィルタを提供する。【解決手段】弾性波フィルタ２０は、入出力端子３１０および３２０を結ぶ経路上に配置された１以上の直列腕共振回路と、当該経路上のノードおよびグランドの間に配置された１以上の並列腕共振回路とを備え、１以上の直列腕共振回路および１以上の並列腕共振回路のそれぞれは弾性波共振子を有し、１以上の並列腕共振回路のうちの第１の並列腕共振回路が有する並列腕共振子は、浮き間引き電極、塗りつぶし電極、および反転間引き電極のいずれかを含み、第１の並列腕共振回路の反共振周波数は通過帯域よりも高周波側に位置し、１以上の直列腕共振回路のうちの第１の直列腕共振回路の共振周波数は、第１の並列腕共振回路の反共振周波数よりも低周波側に位置する。【選択図】図８

Description

本発明は、弾性波フィルタに関する。
通信機器などのＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）回路に使用される帯域フィルタとして、弾性波フィルタが実用化されている。無線通信のための周波数資源を有効活用するという観点から、携帯電話などの通信帯域として多くの周波数帯域が割り当てられるため、隣接する周波数帯域の間隔は狭くなっている。この周波数帯域の割り当て状況に鑑み、弾性波フィルタにおいては、通過帯域端部における通過帯域から減衰帯域への挿入損失の変化率（以降、急峻性と記す）が重要な性能指標となっている。
特許文献１には、通過帯域端部における急峻性を改善すべく、共振比帯域（反共振周波数と共振周波数との周波数差を反共振周波数および共振周波数の中心周波数で除した値）の小さい弾性波共振子で構成されたラダー型の弾性波フィルタが開示されている。弾性波共振子の共振比帯域を小さくする手法として、例えば、弾性波共振子に橋絡容量素子を付加する、または、間引き重み付けが施されたＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極で弾性波共振子を構成することが知られている。
特開２０１２－１４７１７５号公報
しかしながら、例えば、並列腕共振子に橋絡容量素子を接続したり、並列腕共振子を間引き重み付け電極で構成したりする場合、当該並列腕共振子の反共振周波数付近の反射損失が悪化する。ラダー型の弾性波フィルタにおいて、並列腕共振子の反共振周波数は、通常、通過帯域内に配置されるので、反共振周波数における反射損失が悪化すると、弾性波フィルタの通過帯域の挿入損失が悪化するという問題がある。
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、通過帯域端部の急峻性および通過帯域の低損失性を両立するラダー型の弾性波フィルタを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る弾性波フィルタは、通過帯域、ならびに、当該通過帯域よりも低周波側および高周波側の少なくとも一方に減衰帯域を有する帯域通過型の弾性波フィルタであって、第１入出力端子および第２入出力端子と、第１入出力端子と第２入出力端子とを結ぶ経路上に配置された１以上の直列腕共振回路と、経路上のノードおよびグランドの間に配置された１以上の並列腕共振回路と、を備え、上記１以上の直列腕共振回路のそれぞれは、上記経路上に配置された直列腕共振子を有し、上記１以上の並列腕共振回路のそれぞれは、上記ノードとグランドとの間に配置された並列腕共振子を有し、上記直列腕共振子および上記並列腕共振子のそれぞれは、圧電性を有する基板上に形成されたＩＤＴ電極を有する弾性波共振子であり、ＩＤＴ電極は、弾性波伝搬方向と交差する方向に延伸し、互いに平行に配置された複数の電極指と、当該複数の電極指を構成する電極指の一方端同士を接続するバスバー電極とで構成された櫛形電極を一対有し、上記複数の電極指のうち、上記一対の櫛形電極を構成するいずれのバスバー電極とも接続されていない電極指を第１間引き電極と定義し、上記複数の電極指のうち、最大の電極指幅を有する電極指であって、当該電極指を除く電極指における平均電極指幅の２倍以上の電極指幅を有する電極指を第２間引き電極と定義し、上記一対の櫛形電極を構成する全ての電極指のうち、両隣の電極指が接続されたバスバー電極と同じバスバー電極に接続された電極指を第３間引き電極と定義した場合、上記１以上の並列腕共振回路のうちの第１の並列腕共振回路が有する並列腕共振子は、第１間引き電極、第２間引き電極、および第３間引き電極のいずれかを含み、上記第１の並列腕共振回路で規定される全ての反共振周波数は、通過帯域よりも高周波側に位置し、上記１以上の直列腕共振回路のうちの第１の直列腕共振回路の共振周波数は、上記第１の並列腕共振回路で規定される全ての反共振周波数よりも低周波側に位置する。
本発明によれば、通過帯域端部の急峻性および通過帯域の低損失性を両立するラダー型の弾性波フィルタを提供することが可能となる。
図１は、実施の形態１に係る弾性波フィルタの回路構成図である。 図２Ａは、実施の形態１に係る弾性波共振子の一例を模式的に表す平面図および断面図である。 図２Ｂは、実施の形態１の変形例に係る弾性波共振子を模式的に表す断面図である。 図３は、ラダー型の弾性波フィルタの基本的な動作原理を説明する回路構成図および周波数特性を表すグラフである。 図４は、実施例１に係る弾性波フィルタを構成する各弾性波共振子のインピーダンス特性を示すグラフである。 図５は、比較例に係る弾性波フィルタを構成する各弾性波共振子のインピーダンス特性を示すグラフである。 図６Ａは、橋絡容量素子の有無による弾性波共振回路のインピーダンス特性を比較したグラフである。 図６Ｂは、橋絡容量素子の有無による弾性波共振回路の反射特性を比較したグラフである。 図７は、実施例１および比較例に係る弾性波フィルタの通過特性を比較したグラフである。 図８は、実施の形態２に係る弾性波フィルタの回路構成図である。 図９Ａは、実施の形態２に係る弾性波フィルタを構成する並列腕共振子のＩＤＴ電極の構成の第１例を示す概略平面図である。 図９Ｂは、実施の形態２に係る弾性波フィルタを構成する並列腕共振子のＩＤＴ電極の構成の第２例を示す概略平面図である。 図９Ｃは、実施の形態２に係る弾性波フィルタを構成する並列腕共振子のＩＤＴ電極の構成の第３例を示す概略平面図である。 図１０Ａは、浮き間引き電極および橋絡容量素子の有無による共振回路のインピーダンス特性を比較したグラフである。 図１０Ｂは、浮き間引き電極および橋絡容量素子の有無による共振回路の反射特性を比較したグラフである。 図１１は、実施例１および実施例２に係る弾性波フィルタの通過特性を比較したグラフである。
以下、本発明の実施の形態について、実施例および図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面に示される構成要素の大きさまたは大きさの比は、必ずしも厳密ではない。
（実施の形態１）
［１．１ 弾性波フィルタの回路構成］
図１は、実施の形態１に係る弾性波フィルタ１０の回路構成図である。同図に示すように、弾性波フィルタ１０は、直列腕共振子１０１、１０２、１０３および１０４と、並列腕共振子２０１、２０２および２０３と、橋絡容量Ｃｓ２およびＣｓ４と、インダクタＬ１と、入出力端子３１０および３２０と、を備える。
直列腕共振子１０１～１０４は、入出力端子３１０（第１入出力端子）と入出力端子３２０（第２入出力端子）とを結ぶ経路上に配置され、互いに直列接続されている。また、並列腕共振子２０１～２０３は、上記経路上のノードとグランド端子との間に配置されている。直列腕共振子１０１～１０４および並列腕共振子２０１～２０３の上記接続構成により、弾性波フィルタ１０は、ラダー型のバンドパスフィルタを構成している。
直列腕共振子１０２には、直列腕共振子１０２の入出力端に並列接続された橋絡容量Ｃｓ２が付加されている。また、直列腕共振子１０４には、直列腕共振子１０４の入出力端に並列接続された橋絡容量Ｃｓ４が付加されている。
並列腕共振子２０１には、並列腕共振子２０１の入出力端に並列接続された橋絡容量Ｃｐ１が付加されている。並列腕共振子２０２には、並列腕共振子２０２の入出力端に並列接続された橋絡容量Ｃｐ２が付加されている。並列腕共振子２０３には、並列腕共振子２０３の入出力端に並列接続された橋絡容量Ｃｐ３が付加されている。
入出力端子３１０と入出力端子３２０とを結ぶ経路上に、１以上の直列腕共振回路が配置される。（１）直列腕共振子１０１、（２）直列腕共振子１０２と橋絡容量Ｃｓ２とが並列接続された回路、（３）直列腕共振子１０３、および（４）直列腕共振子１０４と橋絡容量Ｃｓ４とが並列接続された回路は、それぞれ、直列腕共振回路を構成している。直列腕共振回路は、直列腕共振子を有する。
また、（１）並列腕共振子２０１と橋絡容量Ｃｐ１とが並列接続された回路、（２）並列腕共振子２０２と橋絡容量Ｃｐ２とが並列接続された回路、および（３）並列腕共振子２０３と橋絡容量Ｃｐ３とが並列接続された回路は、それぞれ、上記経路上のノードおよびグランドの間に配置された並列腕共振回路を構成している。並列腕共振回路は、並列腕共振子を有する。
インダクタＬ１は、入出力端子３１０と直列腕共振子１０１との間に直列配置されたインピーダンス整合用のインダクタンス素子である。
上記構成により、弾性波フィルタ１０は、通過帯域、ならびに、当該通過帯域よりも低周波側および高周波側の少なくとも一方に減衰帯域を有するバンドパスフィルタとして機能する。
なお、並列腕共振子２０１～２０３が接続されたグランド端子は、並列腕共振子２０１～２０３が形成された基板上において共通化されていれもよく、また、当該基板上において個別化されていてもよく、弾性波フィルタ１０の減衰極を調整するという観点から、任意に設定される。
橋絡容量Ｃｓ２、Ｃｓ４、Ｃｐ１～Ｃｐ３は、後述する図２Ａで示されたような一対の櫛形電極で形成された容量素子であってもよく、また、チップコンデンサのような容量素子であってもよく、さらには、弾性波共振子を接続する配線と基板のような誘電材料とで形成された容量素子であってもよい。
また、橋絡容量Ｃｓ２およびＣｓ４は、なくてもよい。また、橋絡容量Ｃｐ１～Ｃｐ３のうち少なくとも１つが配置されていればよい。
また、弾性波フィルタ１０を構成する直列腕共振子の数は、図１に示された４つに限定されず、１以上であればよい。また、弾性波フィルタ１０を構成する並列腕共振子の数は、図１に示された３つに限定されず、１以上であればよい。また、インダクタＬ１は、なくてもよい。
また、直列腕共振子１０１～１０４、並列腕共振子２０１～２０３、ならびに、入出力端子３１０および３２０の間に、インダクタおよびキャパシタなどの回路素子ならびに、縦結合型共振器などが挿入されていてもよい。
以下では、弾性波フィルタ１０を構成する直列腕共振子および並列腕共振子の基本構造について説明する。
［１．２ 弾性波共振子の構造］
図２Ａは、実施の形態１に係る弾性波共振子の一例を模式的に表す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）および（ｃ）は、（ａ）に示した一点鎖線における断面図である。図２Ａには、弾性波フィルタ１０を構成する直列腕共振子１０１～１０４および並列腕共振子２０１～２０３の基本構造を有する弾性波共振子１００が例示されている。なお、図２Ａに示された弾性波共振子１００は、弾性波共振子の典型的な構造を説明するためのものであって、電極を構成する電極指の本数および長さなどは、これに限定されない。
弾性波共振子１００は、圧電性を有する基板５と、櫛形電極１００ａおよび１００ｂとで構成されている。
図２Ａの（ａ）に示すように、基板５の上には、互いに対向する一対の櫛形電極１００ａおよび１００ｂが形成されている。櫛形電極１００ａは、互いに平行な複数の電極指１５０ａと、複数の電極指１５０ａを接続するバスバー電極１６０ａとで構成されている。また、櫛形電極１００ｂは、互いに平行な複数の電極指１５０ｂと、複数の電極指１５０ｂを接続するバスバー電極１６０ｂとで構成されている。複数の電極指１５０ａおよび１５０ｂは、弾性波伝搬方向（Ｘ軸方向）と直交する方向に沿って形成されている。
また、複数の電極指１５０ａおよび１５０ｂ、ならびに、バスバー電極１６０ａおよび１６０ｂで構成されるＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極５４は、図２Ａの（ｂ）に示すように、密着層５４１と主電極層５４２との積層構造となっている。
密着層５４１は、基板５と主電極層５４２との密着性を向上させるための層であり、材料として、例えば、Ｔｉが用いられる。密着層５４１の膜厚は、例えば、１２ｎｍである。
主電極層５４２は、材料として、例えば、Ｃｕを１％含有したＡｌが用いられる。主電極層５４２の膜厚は、例えば１６２ｎｍである。
保護層５５は、櫛形電極１００ａおよび１００ｂを覆うように形成されている。保護層５５は、主電極層５４２を外部環境から保護する、周波数温度特性を調整する、および、耐湿性を高めるなどを目的とする層であり、例えば、二酸化ケイ素を主成分とする誘電体膜である。保護層５５の厚さは、例えば２５ｎｍである。
なお、密着層５４１、主電極層５４２および保護層５５を構成する材料は、上述した材料に限定されない。さらに、ＩＤＴ電極５４は、上記積層構造でなくてもよい。ＩＤＴ電極５４は、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄなどの金属または合金から構成されてもよく、また、上記の金属または合金から構成される複数の積層体から構成されてもよい。また、保護層５５は、形成されていなくてもよい。
次に、基板５の積層構造について説明する。
図２Ａの（ｃ）に示すように、基板５は、高音速支持基板５１と、低音速膜５２と、圧電膜５３とを備え、高音速支持基板５１、低音速膜５２および圧電膜５３がこの順で積層された構造を有している。
圧電膜５３は、５０°ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ３圧電単結晶または圧電セラミックス（Ｘ軸を中心軸としてＹ軸から５０°回転した軸を法線とする面で切断したリチウムタンタレート単結晶、またはセラミックスであって、Ｘ軸方向に弾性表面波が伝搬する単結晶またはセラミックス）からなる。圧電膜５３は、例えば、厚みが６００ｎｍである。なお、各フィルタの要求仕様により、圧電膜５３として使用される圧電単結晶の材料およびカット角が適宜選択される。
高音速支持基板５１は、低音速膜５２、圧電膜５３ならびにＩＤＴ電極５４を支持する基板である。高音速支持基板５１は、さらに、圧電膜５３を伝搬する表面波および境界波などの弾性波よりも、高音速支持基板５１中のバルク波の音速が高速となる基板であり、弾性表面波を圧電膜５３および低音速膜５２が積層されている部分に閉じ込め、高音速支持基板５１より下方に漏れないように機能する。高音速支持基板５１は、例えば、シリコン基板であり、厚みは、例えば２００μｍである。
低音速膜５２は、圧電膜５３を伝搬するバルク波よりも、低音速膜５２中のバルク波の音速が低速となる膜であり、圧電膜５３と高音速支持基板５１との間に配置される。この構造と、弾性波が本質的に低音速な媒質にエネルギーが集中するという性質とにより、弾性表面波エネルギーのＩＤＴ電極外への漏れが抑制される。低音速膜５２は、例えば、二酸化ケイ素を主成分とする膜であり、厚みは、例えば６７０ｎｍである。
なお、基板５の上記積層構造によれば、圧電基板を単層で使用している従来の構造と比較して、共振周波数および反共振周波数におけるＱ値を大幅に高めることが可能となる。すなわち、Ｑ値が高い弾性波共振子を構成し得るので、当該弾性波共振子を用いて、挿入損失が小さいフィルタを構成することが可能となる。
また、弾性波フィルタ１０の通過帯域低周波側端部および高周波側端部の急峻性を改善すべく、弾性波共振子に橋絡容量が接続され、または、後述するように、弾性波共振子に間引き電極が適用されると、弾性波共振回路（または弾性波共振子）のＱ値が等価的に小さくなる場合が想定される。これに対して、上記基板の積層構造によれば、弾性波共振子１００のＱ値を高い値に維持できる。よって、通過帯域内の低損失が維持された弾性波フィルタ１０を形成することが可能となる。
なお、高音速支持基板５１は、支持基板と、圧電膜５３を伝搬する表面波および境界波などの弾性波よりも、伝搬するバルク波の音速が高速となる高音速膜とが積層された構造を有していてもよい。この場合、支持基板には、サファイア、リチウムタンタレート、リチウムニオベイト、および水晶等の圧電体、アルミナ、マグネシア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、ジルコニア、コージライト、ムライト、ステアタイト、およびフォルステライト等の各種セラミック、ガラス等の誘電体、シリコンおよび窒化ガリウム等の半導体、ならびに樹脂基板等を用いることができる。また、高音速膜には、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、ＤＬＣ膜、ダイヤモンド、これらの材料を主成分とする媒質、これらの材料の混合物を主成分とする媒質等、様々な高音速材料を用いることができる。
また、図２Ｂは、実施の形態の変形例に係る弾性波共振子を模式的に表す断面図である。図２Ａに示した弾性波共振子１００では、ＩＤＴ電極５４が、圧電膜５３を有する基板５上に形成された例を示したが、当該ＩＤＴ電極５４が形成される基板は、図２Ｂに示すように、圧電体層の単層からなる圧電単結晶基板５７であってもよい。圧電単結晶基板５７は、例えば、ＬｉＮｂＯ３の圧電単結晶で構成されている。本変形例に係る弾性波共振子１００は、ＬｉＮｂＯ３の圧電単結晶基板５７と、ＩＤＴ電極５４と、圧電単結晶基板５７上およびＩＤＴ電極５４上に形成された保護層５５と、で構成されている。
上述した圧電膜５３および圧電単結晶基板５７は、弾性波フィルタ装置の要求通過特性などに応じて、適宜、積層構造、材料、カット角、および、厚みを変更してもよい。上述したカット角以外のカット角を有するＬｉＴａＯ３圧電基板などを用いた弾性波共振子１００であっても、上述した圧電膜５３を用いた弾性波共振子１００と同様の効果を奏することができる。
また、ＩＤＴ電極５４が形成される基板は、支持基板と、エネルギー閉じ込め層と、圧電膜がこの順で積層された構造を有していてもよい。圧電膜上にＩＤＴ電極５４が形成される。圧電膜は、例えば、ＬｉＴａＯ３圧電単結晶または圧電セラミックスが用いられる。支持基板は、圧電膜、エネルギー閉じ込め層、およびＩＤＴ電極５４を支持する基板である。
エネルギー閉じ込め層は１層または複数の層からなり、その少なくとも１つの層を伝搬する弾性バルク波の速度は、圧電膜近傍を伝搬する弾性波の速度よりも大きい。例えば、低音速層と、高音速層との積層構造となっていてもよい。低音速層は、圧電膜を伝搬する弾性波の音速よりも、低音速層中のバルク波の音速が低速となる膜である。高音速層は、圧電膜を伝搬する弾性波の音速よりも、高音速層中のバルク波の音速が高速となる膜である。なお、支持基板を高音速層としてもよい。
また、エネルギー閉じ込め層は、音響インピーダンスが相対的に低い低音響インピーダンス層と、音響インピーダンスが相対的に高い高音響インピーダンス層とが、交互に積層された構成を有する音響インピーダンス層であってもよい。
ここで、弾性波共振子１００を構成するＩＤＴ電極の電極パラメータの一例（実施例）について説明する。
弾性波共振子の波長とは、図２Ａの（ｂ）に示すＩＤＴ電極５４を構成する複数の電極指１５０ａまたは１５０ｂの繰り返し周期である波長λで規定される。また、電極ピッチは、波長λの１／２であり、櫛形電極１００ａおよび１００ｂを構成する電極指１５０ａおよび１５０ｂのライン幅をＷとし、隣り合う電極指１５０ａと電極指１５０ｂとの間のスペース幅をＳとした場合、（Ｗ＋Ｓ）で定義される。また、一対の櫛形電極１００ａおよび１００ｂの交叉幅Ｌは、図２Ａの（ａ）に示すように、電極指１５０ａと電極指１５０ｂとの弾性波伝搬方向（Ｘ軸方向）から見た場合の重複する電極指の長さである。また、各弾性波共振子の電極デューティーは、複数の電極指１５０ａおよび１５０ｂのライン幅占有率であり、複数の電極指１５０ａおよび１５０ｂのライン幅とスペース幅との加算値に対する当該ライン幅の割合であり、Ｗ／（Ｗ＋Ｓ）で定義される。また、櫛形電極１００ａおよび１００ｂの高さをｈとしている。以降では、波長λ、交叉幅Ｌ、電極デューティー、ＩＤＴ電極５４の高さｈ等、弾性波共振子のＩＤＴ電極の形状に関するパラメータを、電極パラメータという。
［１．３ 弾性波フィルタの動作原理］
次に、本実施の形態に係るラダー型の弾性波フィルタの動作原理について説明する。
図３は、ラダー型の弾性波フィルタの基本的な動作原理を説明する回路構成図および周波数特性を表すグラフである。
図３の（ａ）に示された弾性波フィルタは、１つの直列腕共振子３０１および１つの並列腕共振子３０２で構成された基本的なラダー型フィルタである。図３の（ｂ）に示すように、並列腕共振子３０２は、共振特性において共振周波数ｆｒｐおよび反共振周波数ｆａｐ（＞ｆｒｐ）を有している。また、直列腕共振子３０１は、共振特性において共振周波数ｆｒｓおよび反共振周波数ｆａｓ（＞ｆｒｓ＞ｆｒｐ）を有している。
ラダー型の弾性波共振子を用いてバンドパスフィルタを構成するにあたり、一般的には、並列腕共振子３０２の反共振周波数ｆａｐと直列腕共振子３０１の共振周波数ｆｒｓとを近接させる。これにより、並列腕共振子３０２のインピーダンスが０に近づく共振周波数ｆｒｐ近傍は、低周波側阻止域となる。また、これより周波数が増加すると、反共振周波数ｆａｐ近傍で並列腕共振子３０２のインピーダンスが高くなり、かつ、共振周波数ｆｒｓ近傍で直列腕共振子３０１のインピーダンスが０に近づく。これにより、反共振周波数ｆａｐ～共振周波数ｆｒｓの近傍では、入出力端子３１０から入出力端子３２０への信号経路において信号通過域となる。これにより、弾性波共振子の電極パラメータおよび電気機械結合係数を反映した通過帯域を形成することが可能となる。さらに、周波数が高くなり、反共振周波数ｆａｓ近傍になると、直列腕共振子３０１のインピーダンスが高くなり、高周波側阻止域となる。
上述した基本的な動作原理に対して、本実施の形態に係る弾性波フィルタ１０では、少なくとも一部の直列腕共振回路の共振周波数Ｆｒｓを、橋絡容量が付加された一部の並列腕共振回路の反共振周波数Ｆａｐよりも低くしている。これにより、弾性波フィルタ１０の通過帯域を、狭帯域化することが可能となる。
なお、並列腕共振子および直列腕共振子で構成される共振段の段数は、要求仕様に応じて、適宜最適化される。一般的に、複数の共振段で弾性波フィルタが構成される場合には、複数の並列腕共振子の反共振周波数ｆａｐを略一致させ、複数の直列腕共振子の反共振周波数ｆａｓを略一致させる。
上記動作原理を有する弾性波フィルタにおいて、入出力端子３１０から高周波信号が入力されると、入出力端子３１０と基準端子との間で電位差が生じ、これにより、圧電体層が歪むことでＸ軸方向に伝搬する弾性表面波が発生する。ここで、ＩＤＴ電極５４の波長λと、通過帯域の波長とを略一致させておくことにより、通過させたい周波数成分を有する高周波信号のみが当該弾性波フィルタを通過する。
［１．４ 弾性波フィルタの通過特性］
次に、本実施の形態に係る弾性波共振子のインピーダンス特性および反射特性、ならびに、弾性波フィルタ１０の通過特性について説明する。
図４は、実施例１に係る弾性波フィルタ１０を構成する各弾性波共振子のインピーダンス特性を示すグラフである。また、図５は、比較例に係る弾性波フィルタを構成する各弾性波共振子のインピーダンス特性を示すグラフである。
ここで、実施例１に係る弾性波フィルタ１０は、図１に示された実施の形態１に係る弾性波フィルタ１０の回路構成を有しており、並列腕共振回路の反共振周波数および直列腕共振回路の共振周波数、ならびに橋絡容量の具体的数値は、表１に示す通りである。なお、表１には記載されていないが、インダクタＬ１のインダクタンス値は、４．０ｎＨである。
実施例１に係る弾性波フィルタ１０は、例えば、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）のＢａｎｄ３０（受信帯域：２３５０－２３６０ＭＨｚ）の受信用フィルタとして適用される。Ｂａｎｄ３０は、受信帯域の帯域幅が１０ＭＨｚであり、また、通過帯域よりも低周波側にＳＤＡＲＳ帯（Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｕｄｉｏ Ｒａｄｉｏ Ｓｅｒｖｉｃｅ:２３３６．２－２３４１．３ＭＨｚ）の減衰帯域があり、狭帯域かつ通過帯域低周波側端部における高い急峻性が要求される。
また、比較例に係る弾性波フィルタは、図１に示された弾性波フィルタ１０の回路構成を有しているが、並列腕共振回路の反共振周波数および直列腕共振回路の共振周波数、ならびに橋絡容量の具体的数値は、表１に示すように、実施例１に係る弾性波フィルタ１０と異なる。
Figure 2022075959000002
比較例に係る弾性波フィルタでは、図５に示すように、並列腕共振子２０１と橋絡容量Ｃｐ１とが並列接続された並列腕共振回路（共振周波数Ｆｒｐ１、反共振周波数Ｆａｐ１）の反共振周波数Ｆａｐ１、並列腕共振子２０２と橋絡容量Ｃｐ２とが並列接続された並列腕共振回路（共振周波数Ｆｒｐ２、反共振周波数Ｆａｐ２）の反共振周波数Ｆａｐ２、並列腕共振子２０３と橋絡容量Ｃｐ３とが並列接続された並列腕共振回路（共振周波数Ｆｒｐ３、反共振周波数Ｆａｐ３）の反共振周波数Ｆａｐ３は、全て、通過帯域内に位置している。加えて、直列腕共振子１０１で構成された直列腕共振回路（共振周波数ｆｒｓ１、反共振周波数ｆａｓ１）の共振周波数ｆｒｓ１は、上記並列腕共振回路の反共振周波数Ｆａｐ１、Ｆａｐ２およびＦａｐ３よりも低周波側に位置している。
比較例に係る弾性波フィルタの上記構成によれば、並列腕共振子２０１、２０２および２０３に対して、それぞれ、橋絡容量Ｃｐ１、Ｃｐ２およびＣｐ３が付加されていることにより、共振比帯域の小さい並列腕共振回路を構成している。これにより、ラダー型の弾性波フィルタの通過帯域低周波側端部における急峻性を改善できる。
図６Ａは、橋絡容量の有無による弾性波共振回路のインピーダンス特性を比較したグラフである。同図には、弾性波共振子単体のインピーダンス（図６Ａの破線）、および、弾性波共振子に橋絡容量が付加された弾性波共振回路のインピーダンス（図６Ａの実線）が示されている。同図に示すように、橋絡容量が付加された弾性波共振回路の反共振周波数Ｆａは、弾性波共振子単体の反共振周波数ｆａに対して低周波側にシフトするので共振比帯域を小さくできるが、反共振周波数Ｆａのインピーダンスは、反共振周波数ｆａのインピーダンスよりも小さくなる。
図６Ｂは、橋絡容量の有無による弾性波共振回路の反射特性を比較したグラフである。図６Ａに示したインピーダンス特性の変化に対応して、弾性波共振子に橋絡容量が付加された弾性波共振回路の反共振周波数Ｆａ付近の反射損失は、弾性波共振子単体の反共振周波数ｆａ付近の反射損失よりも大きくなっている。
比較例に係る弾性波フィルタでは、橋絡容量が並列付加された並列腕共振回路の反共振周波数Ｆａｐは、図６Ａを参照すれば、並列腕共振子単体の反共振周波数ｆａｐに対して低周波側にシフトするので共振比帯域を小さくできる。しかしながら、図６Ｂを参照すれば、反共振周波数Ｆａｐ付近の反射損失は、反共振周波数Ｆａｐ付近のインピーダンス低下に対応して大きくなる。比較例に係る弾性波フィルタでは、反射損失が大きい反共振周波数Ｆａｐ１～Ｆａｐ３の全てが通過帯域内に位置しているため、反共振周波数Ｆａｐ１～Ｆａｐ３近傍の反射損失増加に起因して通過帯域の挿入損失が悪化する。
これに対して、実施例１に係る弾性波フィルタ１０では、並列腕共振子２０１と橋絡容量Ｃｐ１とが並列接続された並列腕共振回路の反共振周波数Ｆａｐ１、並列腕共振子２０２と橋絡容量Ｃｐ２とが並列接続された並列腕共振回路の反共振周波数Ｆａｐ２、並列腕共振子２０３と橋絡容量Ｃｐ３とが並列接続された並列腕共振回路（第１の並列腕共振回路）の反共振周波数Ｆａｐ３は、全て、通過帯域よりも高周波側に位置している。加えて、直列腕共振子１０１で構成された直列腕共振回路（第１の直列腕共振回路）の共振周波数ｆｒｓ１は、上記並列腕共振回路の反共振周波数Ｆａｐ１、Ｆａｐ２およびＦａｐ３よりも低周波側に位置している。
図７は、実施例１および比較例に係る弾性波フィルタの通過特性を比較したグラフである。図７に示すように、実施例１に係る弾性波フィルタ１０によれば、並列腕共振子２０１、２０２および２０３に対して、それぞれ、橋絡容量Ｃｐ１、Ｃｐ２およびＣｐ３が付加されていることにより、共振比帯域の小さい並列腕共振回路を構成している。これにより、ラダー型の弾性波フィルタ１０の通過帯域低周波側端部における急峻性を改善できる。また、橋絡容量が付加された、反射損失の大きい並列腕共振回路の反共振周波数Ｆａｐ１～Ｆａｐ３を、通過帯域よりも高周波側に位置させているので、通過帯域における挿入損失の悪化を低減できる。さらに、直列腕共振子１０１の共振周波数ｆｒｓ１を、並列腕共振回路の反共振周波数Ｆａｐ１～Ｆａｐ３よりも低周波側に位置させているので、通過帯域を狭帯域化できる。つまり、本実施例に係る弾性波フィルタ１０によれば、通過帯域端部の急峻性および通過帯域の低損失性を両立させることが可能となる。
また、実施例１に係る弾性波フィルタ１０では、図４に示すように、並列腕共振子２０３と橋絡容量Ｃｐ３とで構成された並列腕共振回路の共振周波数Ｆｒｐ３は、通過帯域よりも低周波側に位置している。また、共振周波数Ｆｒｐ３は、３つの並列腕共振回路の共振周波数Ｆｒｐ１～Ｆｒｐ３のなかで、通過帯域の低周波側端部に最も近接している。
これにより、共振周波数Ｆｒｐ３により低周波側の減衰極が規定されるので、共振比帯域の小さい並列腕共振回路により、弾性波フィルタ１０の通過帯域低周波側端部における急峻性を向上できる。
また、実施例１に係る弾性波フィルタ１０では、図４に示すように、直列腕共振子１０２と橋絡容量Ｃｓ２とが並列接続された直列腕共振回路（第２の直列腕共振回路）の共振周波数Ｆｒｓ２、および、直列腕共振子１０３（第２の直列腕共振回路）の共振周波数ｆｒｓ３は、通過帯域よりも高周波側に位置している。弾性波共振子において、共振周波数から反共振周波数までの周波数帯域では、弾性波共振子のインピーダンスは誘導性を示す。一方、共振周波数よりも低周波側、および、反共振周波数よりも高周波側では、弾性波共振子のインピーダンスは容量性を示す。つまり、直列腕共振子１０２と橋絡容量Ｃｓ２とが並列接続された直列腕共振回路（第２の直列腕共振回路）、および、直列腕共振子１０３（第２の直列腕共振回路）は、ともに、共振周波数よりも低周波側に位置する通過帯域において、容量性のインピーダンスを有する。
本実施例のように、並列腕共振回路の反共振周波数を通過帯域の高周波側に位置させると、当該並列腕共振回路の共振周波数と反共振周波数との間の誘導性領域が通過帯域内に位置することとなる。このため、実施例に係る弾性波フィルタ１０において、並列腕共振回路のインピーダンスに着目すれば、並列腕共振回路の反共振周波数が通過帯域内にある従来のラダー型弾性波フィルタと比較して、通過帯域内のインピーダンスが誘導性にシフトすることとなる。これに対して、本実施例における直列腕共振回路の上記構成によれば、第２の直列腕共振回路の通過帯域におけるインピーダンスが容量性となっている。よって、弾性波フィルタ１０の通過帯域におけるインピーダンスを低リアクタンス領域に位置させることができるので、外部回路との整合損が低減された低損失な弾性波フィルタ１０を実現できる。
なお、本実施例では、弾性波フィルタ１０を構成する４つの直列腕共振回路（直列腕共振子）のうち、２つの直列腕共振回路（直列腕共振子）の共振周波数が通過帯域よりも高周波側に位置している。しかしながら、共振周波数が通過帯域よりも高周波側に位置する直列腕共振回路の数は、反共振周波数が通過帯域よりも高周波側に位置する並列腕共振回路の誘導性インピーダンスに応じて任意に設定される。
また、直列腕共振回路の容量性インピーダンスを通過帯域に合わせる手法としては、当該直列腕共振回路の反共振周波数を通過帯域よりも低周波側に配置させてもよい。ただし、反共振周波数より高周波側には、バルク波放射やストップバンドリップルが存在するため、通過帯域に悪影響を与えないように、反共振周波数の位置を設定する必要がある。
また、実施例１に係る弾性波フィルタ１０では、図１に示すように、直列腕共振子１０４には、橋絡容量Ｃｓ４が並列接続されている。ここで、図４に示すように、直列腕共振子１０４と橋絡容量Ｃｓ４とが並列接続された直列腕共振回路（第３の直列腕共振回路）の共振周波数Ｆｒｓ４は、通過帯域よりも低周波側に位置し、反共振周波数Ｆａｓ４は、通過帯域よりも高周波側に位置している。
これにより、上記第３の直列腕共振回路の反共振周波数により高周波側の減衰極が規定されるので、共振比帯域の小さい第３の直列腕共振回路により、弾性波フィルタ１０の通過帯域高周波側端部の急峻性を向上できる。さらに、第３の直列腕共振回路の共振周波数を通過帯域よりも低周波側に位置させることで通過帯域を狭帯域化できる。
なお、共振比帯域の小さい第３の直列腕共振回路を形成するにあたり、本実施例では、直列腕共振子に橋絡容量を接続する構成をとったが、後述の実施の形態２で示しているように、直列腕共振子に橋絡容量を接続する代わりに、当該直列腕共振子のＩＤＴ電極に第１間引き電極、第２間引き電極、または第３間引き電極を含ませてもよい。
この構成によっても、弾性波フィルタ１０の通過帯域高周波側端部の急峻性を向上できる。さらに、第３の直列腕共振回路の共振周波数を通過帯域よりも低周波側に位置させることで通過帯域を狭帯域化できる。
実施例１および比較例に係る弾性波フィルタを、図７に示すようにＢａｎｄ３０における受信用フィルタに適用した場合、実施例１における通過帯域内の挿入損失は２．０２ｄＢであり、比較例における通過帯域内の挿入損失は２．４２ｄＢである。また、実施例１におけるＳＤＡＲＳ帯の減衰量は７．８ｄＢであり、比較例におけるＳＤＡＲＳ帯の減衰量は７．３ｄＢである。つまり、実施例１に係る弾性波フィルタ１０は、比較例に係る弾性波フィルタと比較して、通過帯域内の挿入損失の低損失性、および、通過帯域の低周波側減衰帯域の高減衰性の双方において優れている。
なお、本実施例に係る弾性波フィルタ１０では、ラダー型フィルタを構成する３つの並列腕共振子２０１～２０３の全てに対して橋絡容量を付加し、当該橋絡容量が付加された３つの並列腕共振回路の反共振周波数Ｆａｐ１～Ｆａｐ３の全てが、通過帯域よりも高周波側に位置している構成とした。しかしながら、本実施の形態に係る弾性波フィルタ１０は、ラダー型フィルタを構成する３つの並列腕共振子のうちの少なくとも１つに橋絡容量が付加され、当該橋絡容量が付加された少なくとも１つの並列腕共振回路（第１並列腕共振回路）の反共振周波数が通過帯域よりも高周波側に位置していればよい。また、このとき、１以上の直列腕共振回路のうちの第１の直列腕共振回路の共振周波数が、上記少なくとも１つの並列腕共振回路（第１の並列腕共振回路）の反共振周波数よりも低周波側に位置していればよい。つまり、本実施の形態に係る弾性波フィルタでは、共振比帯域が小さくなるが反射損失が大きくなる並列腕共振回路の反共振周波数付近を通過帯域から外すことで、橋絡容量による挿入損失悪化を抑制し、低損失かつ高い急峻性を有するフィルタ特性を実現するものである。
これによれば、反射損失が大きい第１の並列腕共振回路の反共振周波数を通過帯域よりも高周波側に位置させることで、共振比帯域を小さくして通過帯域低周波側端部における急峻性を確保しつつ、通過帯域における挿入損失を低減することが可能となる。さらに、直列腕共振回路の共振周波数を第１の並列腕共振回路の反共振周波数よりも低周波側に位置させることで通過帯域を狭帯域化できる。
なお、本実施の形態に係る弾性波フィルタ１０のように、全ての並列腕共振回路の反共振周波数Ｆａｐ１～Ｆａｐ３が通過帯域よりも高周波側に位置し、第１の直列腕共振子回路の共振周波数を反共振周波数Ｆａｐ１～Ｆａｐ３よりも低周波側に位置させることにより、各並列腕共振回路の共振比帯域を小さくして通過帯域低周波側端部における急峻性、および、通過帯域における低損失化を最適化することが可能となる。
（実施の形態２）
実施の形態１では、並列腕共振回路の共振比帯域を小さくする構成として、並列腕共振子に橋絡容量が付加された構成を示したが、本実施の形態では、並列腕共振回路の共振比帯域を小さくする構成として、並列腕共振子のＩＤＴ電極が、いわゆる間引き電極を有する構成を示す。
［２．１ 弾性波フィルタの回路構成］
図８は、実施の形態２に係る弾性波フィルタ２０の回路構成図である。同図に示すように、弾性波フィルタ２０は、直列腕共振子１０１、１０２、１０３および１０４と、並列腕共振子２５１、２５２および２５３と、橋絡容量Ｃｓ２およびＣｓ４と、インダクタＬ１と、入出力端子３１０および３２０と、を備える。
本実施の形態に係る弾性波フィルタ２０は、実施の形態１に係る弾性波フィルタ１０と比較して、並列腕共振子（並列腕共振回路）の構成が異なる。以下、本実施の形態に係る弾性波フィルタ２０について、実施の形態１に係る弾性波フィルタ１０と同じ構成については説明を省略し、異なる構成を中心に説明する。
並列腕共振子２５１～２５３は、直列腕共振子１０１～１０４が配置された経路上のノードとグランド端子との間に配置されている。直列腕共振子１０１～１０４および並列腕共振子２５１～２５３の上記接続構成により、弾性波フィルタ２０は、ラダー型のバンドパスフィルタを構成している。
直列腕共振子１０２には、直列腕共振子１０２の入出力端に並列接続された橋絡容量Ｃｓ２が付加されている。また、直列腕共振子１０４には、直列腕共振子１０４の入出力端に並列接続された橋絡容量Ｃｓ４が付加されている。
並列腕共振子２５１は、第１間引き電極、第２間引き電極および第３間引き電極のいずれかを含んでいる。また、並列腕共振子２５２は、第１間引き電極、第２間引き電極および第３間引き電極のいずれかを含んでいる。また、並列腕共振子２５３は、第１間引き電極、第２間引き電極および第３間引き電極のいずれかを含んでいる。第１間引き電極、第２間引き電極および第３間引き電極の構成については、それぞれ、図９Ａ、図９Ｃおよび図９Ｂを用いて説明する。
（１）直列腕共振子１０１、（２）直列腕共振子１０２と橋絡容量Ｃｓ２とが並列接続された回路、（３）直列腕共振子１０３、および（４）直列腕共振子１０４と橋絡容量Ｃｓ４とが並列接続された回路は、それぞれ、入出力端子３１０と入出力端子３２０とを結ぶ経路上に配置された直列腕共振回路を構成している。
また、並列腕共振子２５１、２５２、および２５３は、それぞれ、上記経路上のノードおよびグランドの間に配置された並列腕共振回路を構成している。
上記構成により、弾性波フィルタ２０は、通過帯域、ならびに、当該通過帯域よりも低周波側および高周波側の少なくとも一方に減衰帯域を有するバンドパスフィルタとして機能する。
なお、並列腕共振子２５１～２５３が接続されたグランド端子は、並列腕共振子２５１～２５３が形成された基板上において共通化されていてもよく、また、当該基板上において個別化されていてもよく、弾性波フィルタ２０の減衰極を調整するという観点から、任意に設定される。
また、橋絡容量Ｃｓ２およびＣｓ４は、なくてもよい。
また、並列腕共振子２５１、２５２、および２５３のうちの少なくとも１つが、第１間引き電極、第２間引き電極および第３間引き電極のいずれかを含んでいればよい。
また、弾性波フィルタ２０を構成する直列腕共振子の数は、図８に示された４つに限定されず、１以上であればよい。また、弾性波フィルタ２０を構成する並列腕共振子の数は、図８に示された３つに限定されず、１以上であればよい。また、インダクタＬ１は、なくてもよい。
また、直列腕共振子１０１～１０４、並列腕共振子２５１～２５３、ならびに、入出力端子３１０および３２０の間に、インダクタおよびキャパシタなどの回路素子ならびに、縦結合型共振器などが挿入されていてもよい。
以下では、並列腕共振子２５１～２５３が有する第１間引き電極、第２間引き電極および第３間引き電極の構造について説明する。
［２．２ 並列腕共振子の電極構造］
図９Ａは、実施の形態２に係る弾性波フィルタ２０を構成する並列腕共振子２５１～２５３のＩＤＴ電極の構成の第１例を示す概略平面図である。図９Ｂは、実施の形態２に係る弾性波フィルタ２０を構成する並列腕共振子２５１～２５３のＩＤＴ電極の構成の第２例を示す概略平面図である。図９Ｃは、実施の形態２に係る弾性波フィルタ２０を構成する並列腕共振子２５１～２５３のＩＤＴ電極の構成の第３例を示す概略平面図である。
図９Ａに示された並列腕共振子２５１Ａは、並列腕共振子２５１～２５３の電極構成の第１例を示したものであり、並列腕共振子２５１～２５３のＩＤＴ電極構造を表す平面摸式図が例示されている。なお、図９Ａに示された並列腕共振子２５１Ａは、並列腕共振子２５１～２５３の典型的な構造を説明するためのものであって、電極を構成する電極指の本数および長さなどは、これに限定されない。
並列腕共振子２５１Ａは、圧電性を有する基板５と、基板５上に形成された櫛形電極１０１ａおよび１０１ｂと、反射器１４１とで構成されている。
図９Ａに示すように、櫛形電極１０１ａは、互いに平行な複数の電極指１５１ａと、複数の電極指１５１ａの一方端同士を接続するバスバー電極１６１ａとで構成されている。また、櫛形電極１０１ｂは、互いに平行な複数の電極指１５１ｂと、複数の電極指１５１ｂの一方端同士を接続するバスバー電極１６１ｂとで構成されている。複数の電極指１５１ａおよび１５１ｂは、弾性表面波伝搬方向（Ｘ軸方向）と直交する方向に沿って形成されている。櫛形電極１０１ａおよび１０１ｂは、複数の電極指１５１ａと１５１ｂとが互いに間挿し合うように対向配置されている。つまり、並列腕共振子２５１ＡのＩＤＴ電極は、一対の櫛形電極１０１ａおよび１０１ｂを有している。
なお、櫛形電極１０１ａは、複数の電極指１５１ｂの長手方向に対向して配置されたダミー電極を有しているが、当該ダミー電極はなくてもよい。また、櫛形電極１０１ｂは、複数の電極指１５１ａの長手方向に対向して配置されたダミー電極を有しているが、当該ダミー電極はなくてもよい。
反射器１４１は、互いに平行な複数の電極指と、当該複数の電極指を接続するバスバー電極とで構成され、一対の櫛形電極１０１ａおよび１０１ｂの両端に配置されている。
なお、一対の櫛形電極１０１ａおよび１０１ｂで構成されるＩＤＴ電極は、図２Ａの（ｂ）に示すように、密着層５４１と主電極層５４２との積層構造となっているが、当該積層構造に限定されない。
ここで、並列腕共振子２５１ＡのＩＤＴ電極には、電極指１５２が離散的に形成されている。電極指１５２は、バスバー電極１６１ａおよび１６１ｂのいずれとも接続されておらず、複数の電極指１５１ａおよび１５１ｂと平行かつ同ピッチで配置された第１間引き
電極（浮き間引き電極）である。また、隣り合う２つの電極指１５２の間には、複数の電極指１５１ａおよび１５１ｂが配置されている。つまり、電極指１５２のピッチは、複数の電極指１５１ａおよび１５１ｂのピッチよりも大きい。
図９Ｂに示された並列腕共振子２５１Ｂは、並列腕共振子２５１～２５３の電極構成の第２例を示したものであり、並列腕共振子２５１～２５３のＩＤＴ電極構造を表す平面摸式図が例示されている。なお、図９Ｂに示された並列腕共振子２５１Ｂは、並列腕共振子２５１～２５３の典型的な構造を説明するためのものであって、電極を構成する電極指の本数および長さなどは、これに限定されない。
並列腕共振子２５１Ｂは、圧電性を有する基板５と、基板５上に形成された櫛形電極３０１ａおよび３０１ｂと、反射器３４１とで構成されている。
図９Ｂに示すように、櫛形電極３０１ａは、互いに平行な複数の電極指３５１ａと、複数の電極指３５１ａの一方端同士を接続するバスバー電極３６１ａとで構成されている。また、櫛形電極３０１ｂは、互いに平行な複数の電極指３５１ｂと、複数の電極指３５１ｂの一方端同士を接続するバスバー電極３６１ｂとで構成されている。複数の電極指３５１ａおよび３５１ｂは、弾性波伝搬方向（Ｘ軸方向）と直交する方向に沿って形成されている。櫛形電極３０１ａおよび３０１ｂは、複数の電極指３５１ａと３５１ｂとが互いに間挿し合うように対向配置されている。つまり、並列腕共振子２５１ＢのＩＤＴ電極は、一対の櫛形電極３０１ａおよび３０１ｂを有している。
なお、櫛形電極３０１ａは、複数の電極指３５１ｂの長手方向に対向して配置されたダミー電極を有しているが、当該ダミー電極はなくてもよい。また、櫛形電極３０１ｂは、複数の電極指３５１ａの長手方向に対向して配置されたダミー電極を有しているが、当該ダミー電極はなくてもよい。
反射器３４１は、互いに平行な複数の電極指と、当該複数の電極指を接続するバスバー電極とで構成され、一対の櫛形電極３０１ａおよび３０１ｂの両端に配置されている。
なお、一対の櫛形電極３０１ａおよび３０１ｂで構成されるＩＤＴ電極は、図２Ａの（ｂ）に示すように、密着層５４１と主電極層５４２との積層構造となっているが、当該積層構造に限定されない。
ここで、並列腕共振子２５１ＢのＩＤＴ電極には、電極指３５２が離散的に形成されている。電極指３５２は、一対の櫛形電極３０１ａおよび３０１ｂを構成する全ての電極指のうち、両隣の電極指が接続されたバスバー電極と同じバスバー電極に接続された第３間引き電極（反転間引き電極）である。また、隣り合う２つの電極指３５２の間には、複数の電極指３５１ａおよび３５１ｂが配置されている。つまり、電極指３５２のピッチは、複数の電極指３５１ａおよび３５１ｂのピッチよりも大きい。
図９Ｃに示された並列腕共振子２５１Ｃは、並列腕共振子２５１～２５３の電極構成の第２例を示したものであり、並列腕共振子２５１～２５３のＩＤＴ電極構造を表す平面摸式図が例示されている。なお、図９Ｂに示された並列腕共振子２５１Ｃは、並列腕共振子２５１～２５３の典型的な構造を説明するためのものであって、電極を構成する電極指の本数および長さなどは、これに限定されない。
並列腕共振子２５１Ｃは、圧電性を有する基板５と、基板５上に形成された櫛形電極２０１ａおよび２０１ｂと、反射器２４１とで構成されている。
図９Ｂに示すように、櫛形電極２０１ａは、互いに平行な複数の電極指２５１ａと、複数の電極指２５１ａの一方端同士を接続するバスバー電極２６１ａとで構成されている。また、櫛形電極２０１ｂは、互いに平行な複数の電極指２５１ｂと、複数の電極指２５１ｂの一方端同士を接続するバスバー電極２６１ｂとで構成されている。複数の電極指２５１ａおよび２５１ｂは、弾性表面波伝搬方向（Ｘ軸方向）と直交する方向に沿って形成されている。櫛形電極２０１ａおよび２０１ｂは、複数の電極指２５１ａと２５１ｂとが互いに間挿し合うように対向配置されている。つまり、並列腕共振子２５１ＣのＩＤＴ電極は、一対の櫛形電極２０１ａおよび２０１ｂを有している。
なお、櫛形電極２０１ａは、複数の電極指２５１ｂの長手方向に対向して配置されたダミー電極を有しているが、当該ダミー電極はなくてもよい。また、櫛形電極２０１ｂは、複数の電極指２５１ａの長手方向に対向して配置されたダミー電極を有しているが、当該ダミー電極はなくてもよい。
反射器２４１は、互いに平行な複数の電極指と、当該複数の電極指を接続するバスバー電極とで構成され、一対の櫛形電極２０１ａおよび２０１ｂの両端に配置されている。
なお、一対の櫛形電極２０１ａおよび２０１ｂで構成されるＩＤＴ電極は、図２Ａの（ｂ）に示すように、密着層５４１と主電極層５４２との積層構造となっているが、当該積層構造に限定されない。
ここで、並列腕共振子２５１ＣのＩＤＴ電極には、電極指２５４が離散的に形成されている。電極指２５４は、並列腕共振子２５１ＣのＩＤＴ電極において最大の電極指幅を有する電極指であって、電極指２５４を除く電極指における平均電極指幅の２倍以上の電極指幅を有する第２間引き電極（塗りつぶし電極）である。言い換えると、電極指２５４は、隣り合う電極指２５１ａおよび２５１ｂと、当該隣り合う電極指２５１ａおよび２５１ｂの間のスペースとが、まとめられて１本の電極指となり、バスバー電極２６１ａおよび２６１ｂのいずれかに接続され、複数の電極指２５１ａおよび２５１ｂよりも電極指幅の広い第２間引き電極（塗りつぶし電極）である。また、隣り合う２つの電極指２５４の間には、複数の電極指２５１ａおよび２５１ｂが配置されている。つまり、電極指２５４のピッチは、複数の電極指２５１ａおよび２５１ｂのピッチよりも大きい。
本実施の形態に係る弾性波フィルタ２０において、並列腕共振子２５１、２５２、および２５３のうちの少なくとも１つは、第１間引き電極、第２間引き電極、および第３間引き電極のいずれかを含んでいる。言い換えると、並列腕共振子２５１、２５２、および２５３のうちの少なくとも１つは、並列腕共振子２５１Ａ、２５１Ｂおよび２５１Ｃのいずれかである。
なお、並列腕共振子２５１、２５２、および２５３のうちの少なくとも１つが第１間引き電極を含んでいる、とは、並列腕共振子２５１、２５２、および２５３のうちの少なくとも１つが、図９Ａに示された電極指１５２（第１間引き電極（浮き間引き電極））を少なくとも１つ有していればよい。また、並列腕共振子２５１、２５２、および２５３のうちの少なくとも１つが第３間引き電極を含んでいる、とは、並列腕共振子２５１、２５２、および２５３のうちの少なくとも１つが、図９Ｂに示された電極指３５２（第３間引き電極（反転間引き電極））を少なくとも１つ有していればよい。また、並列腕共振子２５１、２５２、および２５３のうちの少なくとも１つが第２間引き電極を含んでいる、とは、並列腕共振子２５１、２５２、および２５３のうちの少なくとも１つが、図９Ｃに示された電極指２５４（第２間引き電極（塗りつぶし電極））を少なくとも１つ有していればよい。
［２．３ 弾性波フィルタの通過特性］
図１０Ａは、第１間引き電極（浮き間引き電極）および橋絡容量の付加による共振回路のインピーダンス特性を比較したグラフである。同図には、実施の形態１の並列腕共振回路の構造である、橋絡容量が付加された弾性波共振回路のインピーダンス（図１０Ａの破線）、および、実施の形態２の並列腕共振子の構造である、ＩＤＴ電極に第１間引き電極（浮き間引き電極）を含む弾性波共振子のインピーダンス（図１０Ａの実線）が示されている。
橋絡容量が付加された弾性波共振回路の反共振周波数Ｆａ、および、ＩＤＴ電極に第１間引き電極（浮き間引き電極）を含む弾性波共振子の反共振周波数ｆａ２は、ともに、橋絡容量が付加されず第１間引き電極（浮き間引き電極）を含まない弾性波共振子単体の反共振周波数ｆａ（図１０Ａには図示せず）に対して低周波側にシフトするので共振比帯域を小さくできる。ただし、反共振周波数Ｆａおよびｆａ２のインピーダンスは、反共振周波数ｆａのインピーダンスよりも小さくなる。
図１０Ｂは、第１間引き電極（浮き間引き電極）および橋絡容量の付加による共振回路の反射特性を比較したグラフである。
図１０Ａに示したインピーダンス特性の変化に対応して、橋絡容量が付加された弾性波共振回路の反共振周波数Ｆａ、および、ＩＤＴ電極に第１間引き電極（浮き間引き電極）を含む弾性波共振子の反共振周波数ｆａ２付近の反射損失は、弾性波共振子単体の反共振周波数ｆａ付近の反射損失（図１０Ｂには図示せず）よりも大きくなる。
これに対して、本実施の形態に係る弾性波フィルタ２０では、並列腕共振子２５１で構成された並列腕共振回路（第１の並列腕共振回路）の反共振周波数Ｆａｐ１、並列腕共振子２５２で構成された並列腕共振回路（第１の並列腕共振回路）の反共振周波数Ｆａｐ２、並列腕共振子２５３で構成された並列腕共振回路（第１の並列腕共振回路）の反共振周波数Ｆａｐ３は、全て、通過帯域よりも高周波側に位置している。加えて、直列腕共振子１０１で構成された直列腕共振回路（第１の直列腕共振回路）の共振周波数ｆｒｓ１は、上記並列腕共振回路の反共振周波数Ｆａｐ１、Ｆａｐ２およびＦａｐ３よりも低周波側に位置している。
図１１は、実施例１および実施例２に係る弾性波フィルタの通過特性を比較したグラフである。
ここで、実施例２に係る弾性波フィルタ２０は、図８に示された実施の形態２に係る弾性波フィルタ２０の回路構成を有しており、並列腕共振子２５１、２５２および２５３のそれぞれは、第１間引き電極を有している。また、弾性波フィルタ２０の各弾性波共振子の共振周波数および反共振周波数、ならびに直列腕共振子１０２および１０４に付加された橋絡容量Ｃｓ２およびＣｓ４の具体的数値は、実施例１に係る弾性波フィルタ１０と、略同じである。実施例１および実施例２に係る弾性波フィルタは、例えば、ＬＴＥのＢａｎｄ３０（受信帯域：２３５０－２３６０ＭＨｚ）の受信用フィルタとして適用される。Ｂａｎｄ３０は、受信帯域の帯域幅が１０ＭＨｚであり、また、通過帯域よりも低周波側にＳＤＡＲＳ帯（２３３６．２－２３４１．３ＭＨｚ）の減衰帯域があり、狭帯域かつ低周波側端部における高い急峻性が要求される。
図１１に示すように、実施例２に係る弾性波フィルタ２０によれば、並列腕共振子２５１、２５２および２５３が、それぞれ、第１間引き電極を含んでいることにより、共振比帯域の小さい並列腕共振回路を構成している。これにより、ラダー型の弾性波フィルタ２０の通過帯域低周波側端部における急峻性を改善できる。また、第１間引き電極を含む、反射損失が大きい並列腕共振回路の反共振周波数Ｆａｐ１～Ｆａｐ３を、通過帯域よりも高周波側に位置させているので、通過帯域における挿入損失の悪化を低減できる。さらに、直列腕共振子１０１の共振周波数ｆｒｓ１を、並列腕共振回路の反共振周波数Ｆａｐ１～Ｆａｐ３よりも低周波側に位置させているので、通過帯域を狭帯域化できる。つまり、本実施例に係る弾性波フィルタ２０によれば、通過帯域端部の急峻性および通過帯域の低損失性を両立させることが可能となる。
本実施例に係る弾性波フィルタ２０を、Ｂａｎｄ３０における受信用フィルタに適用した場合、通過帯域内の挿入損失は１．９１ｄＢであり、実施例１における通過帯域内の挿入損失は２．０２ｄＢである。つまり、実施例２に係る弾性波フィルタ２０は、実施例１に係る弾性波フィルタ１０よりも、通過帯域内の挿入損失を低減することが可能である。
これは、図１０Ａに示すように、ＩＤＴ電極に第１間引き電極を含む弾性波共振子の反共振周波数ｆａ２付近のインピーダンスが、橋絡容量が付加された弾性波共振回路の反共振周波数Ｆａ付近のインピーダンスよりも大きいことに起因するものである。このため、図１０Ｂに示すように、反共振周波数ｆａ２付近における反射損失が、反共振周波数Ｆａ付近における反射損失よりも小さくなる。これにより、並列腕共振回路の共振周波数から反共振周波数の領域で通過帯域が形成されるラダー型フィルタでは、反共振周波数ｆａ２付近における反射損失が小さい実施例２の弾性波フィルタ２０のほうが、挿入損失を低減できる。
なお、実施例２に係る弾性波フィルタ２０では、並列腕共振子２５１～２５３のＩＤＴ電極が第１間引き電極を含む構成であるのに対して、並列腕共振子２５１～２５３のＩＤＴ電極が第２間引き電極または第３間引き電極を含む構成であってもよい。この場合であっても、実施例２に係る弾性波フィルタ２０と同様の効果を奏することが可能である。さらに、並列腕共振子２５１～２５３のＩＤＴ電極が、第１間引き電極、第２間引き電極および第３間引き電極以外の間引き電極を含む構成であっても、通過帯域端部の急峻性および通過帯域の低損失性を両立させることが可能となる。ただし、間引き電極のうち第１間引き電極（浮き間引き電極）が、弾性波フィルタの急峻性および低損失性を最適化することが可能となる。
なお、本実施の形態に係る弾性波フィルタ２０では、ラダー型フィルタを構成する３つの並列腕共振子２５１～２５３の全てが第１間引き電極、第２間引き電極および第３間引き電極のいずれかを含み、当該３つの並列腕共振回路の反共振周波数Ｆａｐ１～Ｆａｐ３の全てが、通過帯域よりも高周波側に位置している構成とした。しかしながら、本実施の形態に係る弾性波フィルタ２０は、ラダー型フィルタを構成する３つの並列腕共振子のうちの少なくとも１つが第１間引き電極、第２間引き電極および第３間引き電極のいずれかを含み、第１間引き電極、第２間引き電極および第３間引き電極のいずれかを含む少なくとも１つの並列腕共振回路（第１並列腕共振回路）の反共振周波数が通過帯域よりも高周波側に位置していればよい。また、このとき、１以上の直列腕共振回路のうちの第１の直列腕共振回路の共振周波数が、上記少なくとも１つの並列腕共振回路（第１の並列腕共振回路）の反共振周波数よりも低周波側に位置していればよい。つまり、本実施の形態に係る弾性波フィルタでは、共振比帯域が小さくなるが反射損失が大きくなった並列腕共振回路の反共振周波数付近を通過帯域から外すことで、間引き電極による挿入損失悪化を抑制し、低損失かつ高い急峻性を有するフィルタ特性を実現するものである。
なお、本実施の形態に係る弾性波フィルタ２０のように、全ての並列腕共振回路の反共振周波数Ｆａｐ１～Ｆａｐ３が通過帯域よりも高周波側に位置し、第１の直列腕共振子回路の共振周波数を反共振周波数Ｆａｐ１～Ｆａｐ３よりも低周波側に位置させることにより、各並列腕共振回路の共振比帯域を小さくして通過帯域両端における急峻性、および、通過帯域における低損失化を最適化することが可能となる。
（その他の変形例など）
以上、上記実施の形態に係る弾性波フィルタ１０および２０について、実施の形態を挙げて説明したが、本発明の弾性波フィルタは、上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、上記実施の形態に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、上記実施の形態に係る弾性波フィルタ１０および２０を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
上記実施の形態に係る弾性波フィルタ１０および２０を構成する弾性波共振子は、例えば、上述した弾性表面波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）共振子であってもよいし、または、ＢＡＷ（Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）デバイス、もしくは、ＦＢＡＲ（Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）等であってもよい。なお、ＳＡＷには、表面波だけでなく境界波も含まれる。
本発明は、マルチバンド化およびマルチモード化された周波数規格に適用できる急峻性の高い弾性波フィルタとして、携帯電話などの通信機器に広く利用できる。
５ 基板
１０、２０ 弾性波フィルタ
５１ 高音速支持基板
５２ 低音速膜
５３ 圧電膜
５４ ＩＤＴ電極
５５ 保護層
５７ 圧電単結晶基板
１００ 弾性波共振子
１００ａ、１００ｂ、１０１ａ、１０１ｂ、２０１ａ、２０１ｂ、３０１ａ、３０１ｂ 櫛形電極
１０１、１０２、１０３、１０４、３０１ 直列腕共振子
１４１、２４１、３４１ 反射器
１５０ａ、１５０ｂ、１５１ａ、１５１ｂ、１５２、２５１ａ、２５１ｂ、２５４、３５１ａ、３５１ｂ、３５２ 電極指
１６０ａ、１６０ｂ、１６１ａ、１６１ｂ、２６１ａ、２６１ｂ、３６１ａ、３６１ｂ バスバー電極
２０１、２０２、２０３、２５１、２５１Ａ、２５１Ｂ、２５１Ｃ、２５２、２５３、３０２ 並列腕共振子
３１０、３２０ 入出力端子
５４１ 密着層
５４２ 主電極層
Ｃｐ１、Ｃｐ２、Ｃｐ３、Ｃｓ２、Ｃｓ４ 橋絡容量
Ｌ１ インダクタ

Claims (7)

  1. 通過帯域、ならびに、当該通過帯域よりも低周波側および高周波側の少なくとも一方に減衰帯域を有する帯域通過型の弾性波フィルタであって、
    第１入出力端子および第２入出力端子と、
    前記第１入出力端子と前記第２入出力端子とを結ぶ経路上に配置された１以上の直列腕共振回路と、
    前記経路上のノードおよびグランドの間に配置された１以上の並列腕共振回路と、を備え、
    前記１以上の直列腕共振回路のそれぞれは、前記経路上に配置された直列腕共振子を有し、
    前記１以上の並列腕共振回路のそれぞれは、前記ノードとグランドとの間に配置された並列腕共振子を有し、
    前記直列腕共振子および前記並列腕共振子のそれぞれは、圧電性を有する基板上に形成されたＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極を有する弾性波共振子であり、
    前記ＩＤＴ電極は、弾性波伝搬方向と交差する方向に延伸し、互いに平行に配置された複数の電極指と、当該複数の電極指を構成する電極指の一方端同士を接続するバスバー電極とで構成された櫛形電極を一対有し、
    前記複数の電極指のうち、前記一対の櫛形電極を構成するいずれの前記バスバー電極とも接続されていない電極指を第１間引き電極と定義し、
    前記複数の電極指のうち、最大の電極指幅を有する電極指であって、当該電極指を除く電極指における平均電極指幅の２倍以上の電極指幅を有する電極指を第２間引き電極と定義し、
    前記一対の櫛形電極を構成する全ての電極指のうち、両隣の電極指が接続されたバスバー電極と同じバスバー電極に接続された電極指を第３間引き電極と定義した場合、
    前記１以上の並列腕共振回路のうちの第１の並列腕共振回路が有する並列腕共振子は、前記第１間引き電極、前記第２間引き電極、および前記第３間引き電極のいずれかを含み、
    前記第１の並列腕共振回路で規定される全ての反共振周波数は、前記通過帯域よりも高周波側に位置し、
    前記１以上の直列腕共振回路のうちの第１の直列腕共振回路の共振周波数は、前記第１の並列腕共振回路で規定される全ての反共振周波数よりも低周波側に位置する、
    弾性波フィルタ。
  2. 前記１以上の並列腕共振回路のうちの第１の並列腕共振回路が有する並列腕共振子は、前記第１間引き電極を含む、
    請求項１に記載の弾性波フィルタ。
  3. 前記１以上の並列腕共振回路のうちの全ての並列腕共振回路が有する並列腕共振子は、前記第１間引き電極または前記第２間引き電極を含み、
    前記全ての並列腕共振回路の反共振周波数は、前記通過帯域よりも高周波側に位置し、
    前記第１の直列腕共振回路の共振周波数は、前記全ての並列腕共振回路の反共振周波数よりも低周波側に位置する、
    請求項１または２に記載の弾性波フィルタ。
  4. 前記第１の並列腕共振回路の共振周波数は、前記通過帯域よりも低周波側に位置し、かつ、前記１以上の並列腕共振回路の共振周波数のうち前記第１の並列腕共振回路の共振周波数が前記通過帯域の低周波端部に最も近接している、
    請求項１～３のいずれか１項に記載の弾性波フィルタ。
  5. 前記１以上の直列腕共振回路のうちの第２の直列腕共振回路の共振周波数は、前記通過帯域よりも高周波側に位置し、
    前記第２の直列腕共振回路の前記通過帯域におけるインピーダンスは、容量性である、
    請求項１～４のいずれか１項に記載の弾性波フィルタ。
  6. 前記１以上の直列腕共振回路のうちの第３の直列腕共振回路は、
    弾性波共振子と、
    前記弾性波共振子に並列接続された橋絡容量素子と、を有し、
    前記第３の直列腕共振回路の共振周波数は、前記通過帯域よりも低周波側に位置し、
    前記第３の直列腕共振回路の反共振周波数は、前記通過帯域よりも高周波側に位置する、
    請求項１～５のいずれか１項に記載の弾性波フィルタ。
  7. 前記１以上の直列腕共振回路のうちの第３の直列腕共振回路は、圧電性を有する基板上に形成されたＩＤＴ電極を有する弾性波共振子であり、
    前記ＩＤＴ電極は、弾性波伝搬方向と交差する方向に延伸し、互いに平行に配置された複数の電極指と、当該複数の電極指を構成する電極指の一方端同士を接続するバスバー電極とで構成された櫛形電極を一対有し、
    前記複数の電極指のうち、前記一対の櫛形電極を構成するいずれの前記バスバー電極とも接続されていない電極指を第１間引き電極と定義し、
    前記複数の電極指のうち、最大の電極指幅を有する電極指であって、当該電極指を除く電極指における平均電極指幅の２倍以上の電極指幅を有する電極指を第２間引き電極と定義し、
    前記一対の櫛形電極を構成する全ての電極指のうち、両隣の電極指が接続されたバスバー電極と同じバスバー電極に接続された電極指を第３間引き電極と定義した場合、
    前記第３の直列腕共振回路は、前記第１間引き電極、前記第２間引き電極、および前記第３間引き電極のいずれかを含み、
    前記第３の直列腕共振回路の共振周波数は、前記通過帯域よりも低周波側に位置し、
    前記第３の直列腕共振回路の反共振周波数は、前記通過帯域よりも高周波側に位置する、
    請求項１～５のいずれか１項に記載の弾性波フィルタ。
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