JP2023003114A - 表面弾性波共振子、弾性波フィルタおよびマルチプレクサ - Google Patents

表面弾性波共振子、弾性波フィルタおよびマルチプレクサ Download PDF

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Abstract

【課題】表面弾性波共振子において、反共振周波数よりも高周波側にて発生するリップルを抑制する。【解決手段】表面弾性波共振子1は、1つのIDT電極と反射器とを有する。(1)電極指Fe(k)と電極指Fe(k+1)との距離をk番目の電極指ピッチP(k)と定義し、(2)電極指Fe(k-1)、電極指Fe(k)および電極指Fe(k+1)という隣り合う3本の電極指において、電極指ピッチP(k)と電極指ピッチP(k-1)およびP(k+1)の平均である区間平均電極指ピッチPM(k)との差分を、全体平均電極指ピッチPTで除した値をピッチ偏差率D(k)と定義し、(3)ピッチ偏差率D(k)を、上記IDT電極または反射器が有する全ての電極指について算出して得られた分布をピッチ偏差率D(k)のヒストグラムと定義した場合、IDT電極または反射器は、上記ヒストグラムにおけるピッチ偏差率Dの標準偏差SDが0.2%以上である。【選択図】図7

Description

本発明は、表面弾性波共振子、弾性波フィルタおよびマルチプレクサに関する。
従来、1つのIDT(InterDigital Transducer)電極と、このIDT電極に隣り合うように配置された反射器と、を有する表面弾性波共振子が知られている。IDT電極および反射器のそれぞれは、複数の電極指を有している。複数の電極指のそれぞれは、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ている。
特許文献1には、弾性波伝搬方向に隣り合う2つの電極指の中心間距離である電極指ピッチが、弾性波伝搬方向に連続的に変化したIDT電極を有する表面弾性波共振子が開示されている。特許文献2にも、電極指ピッチが弾性波伝搬方向に連続的に変化したIDT電極を有する表面弾性波共振子が開示されている。特許文献3には、弾性波伝搬方向の電極指ピッチが一定である領域を複数有するIDT電極によって構成されている表面弾性波共振子が開示されている。
特開2018-182460号公報 特開2013-85273号公報 国際公開第2017/131170号 国際公開第2021/010379号
特許文献1、2および3に開示されている表面弾性波共振子では、表面弾性波共振子の反共振周波数よりも高い周波数である所定値以上の周波数に対する反射係数が小さくなり、反共振周波数よりも高周波側おいてリップルが発生することがある。
特許文献4には、複数のIDT電極を含む縦結合型の共振器を備える弾性波フィルタが開示されている。この文献に開示された技術によれば、弾性波フィルタの減衰特性を向上することができる。しかしこの文献には、共振器に含まれるIDT電極が1つのIDT電極で構成されている場合について、どのようにして上記のリップルを抑制するかが開示されていない。
本発明は、表面弾性波共振子に含まれるIDT電極が1つのIDT電極で構成されている場合において、反共振周波数よりも高周波側にて発生するリップルを抑制することができる表面弾性波共振子等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表面弾性波共振子は、圧電性を有する基板と、前記基板に設けられたIDT電極と、前記IDT電極に対して弾性波伝搬方向に隣り合うように配置された反射器と、を有する表面弾性波共振子であって、前記表面弾性波共振子に含まれる前記IDT電極は、1つのIDT電極で構成され、前記IDT電極および前記反射器のそれぞれは、前記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を有し、(1)前記弾性波伝搬方向におけるk(kは2以上の整数)番目の電極指と(k+1)番目の電極指との距離をk番目の電極指ピッチと定義し、(2)(k-1)番目の電極指、k番目の電極指、および(k+1)番目の電極指という隣り合う3本の電極指において、k番目の電極指ピッチと、(k-1)番目の電極指ピッチおよび(k+1)番目の電極指ピッチの平均である区間平均電極指ピッチとの差分を、前記隣り合う3本の電極指が含まれる前記IDT電極または前記反射器が有する電極指全体の平均ピッチである全体電極指ピッチで除した値を、k番目の電極指のピッチ偏差率と定義し、(3)前記k番目の電極指のピッチ偏差率を、前記隣り合う3本の電極指が含まれる前記IDT電極または前記反射器が有する全ての電極指について算出して得られた前記ピッチ偏差率の分布を、前記ピッチ偏差率のヒストグラムと定義した場合に、前記IDT電極および前記反射器の少なくとも一方は、前記ヒストグラムにおける前記ピッチ偏差率の標準偏差が0.2%以上である。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る表面弾性波共振子は、圧電性を有する基板と、前記基板に設けられたIDT電極と、を有する表面弾性波共振子であって、前記表面弾性波共振子に含まれる前記IDT電極は、1つのIDT電極で構成され、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を有し、(1)前記弾性波伝搬方向におけるk(kは2以上の整数)番目の電極指と(k+1)番目の電極指との距離をk番目の電極指ピッチと定義し、(2)(k-1)番目の電極指、k番目の電極指、および(k+1)番目の電極指という隣り合う3本の電極指において、k番目の電極指ピッチと、(k-1)番目の電極指ピッチおよび(k+1)番目の電極指ピッチの平均である区間平均電極指ピッチとの差分を、前記隣り合う3本の電極指が含まれる前記IDT電極が有する電極指全体の平均ピッチである全体電極指ピッチで除した値を、k番目の電極指のピッチ偏差率と定義し、(3)前記k番目の電極指のピッチ偏差率を、前記隣り合う3本の電極指が含まれる前記IDT電極が有する全ての電極指について算出して得られた前記ピッチ偏差率の分布を、前記ピッチ偏差率のヒストグラムと定義した場合に、前記IDT電極は、前記ヒストグラムにおける前記ピッチ偏差率の標準偏差が0.2%以上である。
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、上記の表面弾性波共振子を含む。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るマルチプレクサは、送信用フィルタおよび受信用フィルタを備え、前記送信用フィルタは、上記の弾性波フィルタを含む。
本発明によれば、表面弾性波共振子の反共振周波数よりも高周波側にて発生するリップルを抑制することができる。
図1は、比較例1の表面弾性波共振子のIDT電極を模式的に示す図である。 図2は、比較例2の表面弾性波共振子のIDT電極を模式的に示す図である。 図3は、実施の形態に係る表面弾性波共振子のIDT電極を模式的に示す図である。 図4は、実施の形態に係る弾性波フィルタの回路構成図である。 図5は、実施の形態に係る表面弾性波共振子の電極構成を示す概略平面図である。 図6は、表面弾性波共振子の電極指ピッチの分布を表すグラフである。 図7は、表面弾性波共振子の区間平均電極指ピッチ、全体平均電極指ピッチ、ピッチ偏差率の定義を説明するための図である。 図8は、表面弾性波共振子の不規則な電極指ピッチ分布におけるピッチ偏差率およびその標準偏差を説明する図である。 図9は、比較例3および実施例1、2、3における表面弾性波共振子の挿入損失を示す図である。 図10は、電極指のピッチ偏差率の標準偏差とリップルの大きさとの関係を示す図である。 図11は、実施の形態に係るマルチプレクサおよびその周辺回路の構成図である。
本発明の具体的な構成を説明する前に、比較例1および2の問題点、ならびに実施の形態の概要について、図1~図3を参照しながら説明する。
図1は、比較例1の表面弾性波共振子のIDT電極を模式的に示す図である。図2は、比較例2の表面弾性波共振子のIDT電極を模式的に示す図である。図3は、実施の形態に係る表面弾性波共振子のIDT電極を模式的に示す図である。
図1~図3に示すIDT電極は、複数の電極指を有している。複数の電極指のそれぞれは、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ている。
図1に示すように、比較例1のIDT電極では、弾性波伝搬方向に隣り合う2つの電極指の中心間距離である電極指ピッチが等しくなっている。このようなIDT電極を有する表面弾性波共振子では、所定値未満の周波数に対しては反射係数が大きくなるが、表面弾性波共振子の反共振周波数よりも高い周波数である所定値以上の周波数に対しては、反射係数が急に小さくなる。これにより、表面弾性波共振子の反共振周波数よりも高周波側にて、大きなリップルが発生することがある。なお、本明細書におけるリップルとは、表面弾性波共振子の反射特性におけるリップルを指す(図9の(a)等を参照)。
図2に示すように、比較例2のIDT電極では、電極指ピッチが一定の区間で等しくなっている。このようなIDT電極を有する表面弾性波共振子では、電極指ピッチが一定の区間において、所定値以上の周波数に対する反射係数が急に小さくなる。これにより、表面弾性波共振子の反共振周波数よりも高周波側にて、大きなリップルが発生することがある。
図3に示すように、実施の形態のIDT電極では、電極指ピッチが不規則に変化するように各電極指が配列されている。このように電極指ピッチが不規則に変化する構成を有することで、所定値以上の周波数に対して反射係数が急に小さくなることを抑制できる。これにより、反共振周波数よりも高周波側にて大きなリップルが発生することを抑制できる。
以下、本発明の実施の形態について、実施の形態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)
[表面弾性波共振子および弾性波フィルタの構成]
表面弾性波共振子および弾性波フィルタの構成について、図4および図5を参照しながら説明する。
図4は、実施の形態に係る表面弾性波共振子1を備える弾性波フィルタ40の回路構成図である。
図4に示すように、弾性波フィルタ40は、直列腕共振子31sおよび32sと、並列腕共振子31pおよび32pと、入出力端子110および120と、を備える。
直列腕共振子31sおよび32sは、入出力端子110と入出力端子120とを結ぶ経路上に直列配置された弾性波共振子である。並列腕共振子31pおよび32pは、上記経路上のノードとグランドとの間に接続された弾性波共振子である。なお、ノードとは、経路が別の経路と分岐するところである。
本実施の形態の表面弾性波共振子1は、例えば、並列腕共振子32pに適用される。表面弾性波共振子1は、直列腕共振子31sおよび入出力端子120の間のノード130と、グランドとの間に配置されている。表面弾性波共振子1は、IDT(InterDigital Transducer)電極11と、IDT電極11の両外側に配置された反射器19Aおよび19Bと、を有している。表面弾性波共振子1に含まれるIDT電極11は、1つのIDT電極で構成されている。
図5は、表面弾性波共振子1の電極構成を示す概略平面図である。なお、図5に示された表面弾性波共振子1は、IDT電極11および反射器19A、19Bの典型的な平面レイアウト構成を説明するためのものであって、IDT電極を構成する電極指の本数、長さおよび電極指ピッチなどは、これに限定されない。
図5に示すように、IDT電極11および反射器19A、19Bは、圧電性を有する基板60上に形成されている。IDT電極11は、櫛形電極11aおよび11bで構成されている。櫛形電極11aは、ノード130に接続され、櫛形電極11bは、グランドに接続されている。
櫛形電極11aは、第1櫛形電極の一例であり、IDT電極11を構成する複数の電極指のうちの一部の電極指と、当該一部の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ている。櫛形電極11bは、第2櫛形電極の一例であり、IDT電極11を構成する複数の電極指のうちの他部の電極指と、当該他部の電極指の他方端同士を接続するバスバー電極とで構成されている。櫛形電極11aを構成する電極指と、櫛形電極11bを構成する電極指とは、互いに間挿し合っている。
反射器19Aおよび19Bは、IDT電極11に対して弾性波伝搬方向に隣り合うように配置されている。具体的には、反射器19Aおよび19Bは、IDT電極11を間に挟むように、IDT電極11の両隣に配置されている。反射器19Aおよび19Bのそれぞれは、複数の電極指を有している。なお、反射器は、必ずしもIDT電極11の両外側に設けられている必要はなく、片側に1つ設けられていてもよい。基板60上を伝搬する弾性波が基板60の端部等で反射するように構成されている場合は、反射器は、基板60上に設けられていなくてもよい。
上記の実施の形態では、表面弾性波共振子1が、並列腕共振子32pとして適用される例を示したが、それに限られない。表面弾性波共振子1は、直列腕共振子31s、32sまたは並列腕共振子31pとして適用されてもよい。
弾性波フィルタ40において、直列腕共振子の数および並列腕共振子の数は任意であり、直列腕共振子31sおよび32sならびに並列腕共振子31pは、なくてもよい。また、本実施の形態に係る弾性波フィルタ40において、図4に開示された弾性波共振子、入出力端子およびグランドを接続する経路の間に、別の回路素子および配線などが挿入されていてもよい。
[電極指ピッチ]
IDT電極11および反射器19A、19Bの電極指ピッチについて、図5および図6を参照しながら説明する。
図5に示すように、IDT電極11および反射器19A、19Bのそれぞれは、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Feを有している。
本実施の形態に係る表面弾性波共振子1は、隣り合う電極指Fe同士の距離(電極指Feの弾性波伝搬方向における中心線同士の距離)である電極指ピッチPの分布に特徴を有している。ここで、図5に示すように、IDT電極または反射器において、弾性波伝搬方向における1番目の電極指Fe(1)と2番目の電極指Fe(2)との距離(電極指Fe(1)の弾性波伝搬方向における中心線と電極指Fe(2)の弾性波伝搬方向における中心線との距離)を電極指Fe(1)の電極指ピッチP(1)と定義する。以降、同様にして、電極指Fe(2)の電極指ピッチP(2)、電極指Fe(3)の電極指ピッチP(3)、電極指Fe(4)の電極指ピッチP(4)が定義される。つまり、電極指Fe(k)と電極指Fe(k+1)との距離(電極指Fe(k)の弾性波伝搬方向における中心線と電極指Fe(k+1)の弾性波伝搬方向における中心線との距離)を、弾性波伝搬方向におけるk番目の電極指Fe(k)の電極指ピッチP(k)(kは自然数)と定義する。
図6は、表面弾性波共振子の電極指ピッチP(k)の分布を表すグラフである。同図の横軸には、表面弾性波共振子1を構成する電極指Fe(1)から電極指Fe(200)の位置が示されており、縦軸には、電極指Fe(k)の電極指ピッチP(k)が示されている。
図6に示すように、表面弾性波共振子1では、電極指ピッチP(k)が不規則となるように電極指Feが配列された電極指区間を有している。不規則とは、一定の状態、比例的に変化する状態および周期的に変化する状態を含まず、ランダムに変化する状態を含む意味である。表面弾性波共振子1が、電極指ピッチP(k)が不規則である電極指区間を有することで、それぞれの電極指ピッチP(k)によって決まるリップルの発生帯域を適度に分散させることが可能となる。
本実施の形態の表面弾性波共振子1は、隣り合う4以上の電極指Fe間で一定の電極指ピッチP(k)を有さず、かつ、隣り合う4以上の電極指Fe間で電極指ピッチP(k)が一定の傾き(一定の増減率)を有さないIDT電極11および反射器19A、19Bを備えている。
例えば、表面弾性波共振子1は、弾性波伝搬方向に隣り合う4本の電極指の電極指ピッチを弾性波伝搬方向に並ぶ順にP(k-1)、P(k)、P(k+1)とした場合、少なくとも一部に、
P(k-1)<P(k+1)<P(k)またはP(k-1)>P(k+1)>P(k)、
となる関係を有している。
なお、図6に示された表面弾性波共振子1では、IDT電極11、反射器19Aおよび19Bの全てにおいて、電極指ピッチP(k)が不規則となるように電極指Feが配列されているが、表面弾性波共振子1は、これに限定されない。つまり、表面弾性波共振子1は、IDT電極11、反射器19Aおよび19Bのうちの少なくとも一部において、隣り合う4以上の電極指Fe間で電極指ピッチP(k)が不規則となる電極指区間を有していればよい。
例えば、表面弾性波共振子1は、複数の電極指Feのうちの一部の電極指が、一定の電極指ピッチを有し、一部を除く残りの電極指が、
P(k-1)<P(k+1)<P(k)またはP(k-1)>P(k+1)>P(k)、
となる関係を有していてもよい。
例えば、IDT電極11に含まれる複数の電極指Feが、一定の電極指ピッチを有し、反射器19Aおよび19Bに含まれる複数の電極指Feが、
P(k-1)<P(k+1)<P(k)またはP(k-1)>P(k+1)>P(k)、
となる関係を有していてもよい。
例えば、反射器19Aおよび19Bに含まれる複数の電極指Feが、一定の電極指ピッチを有し、IDT電極11に含まれる複数の電極指Feが、
P(k-1)<P(k+1)<P(k)またはP(k-1)>P(k+1)>P(k)、
となる関係を有していてもよい。
例えば、表面弾性波共振子1において、弾性波伝搬方向に隣り合う2本の電極指の電極指ピッチP(k)の全てが、互いに異なっていてもよい。
[ピッチ偏差率およびその標準偏差]
IDT電極11および反射器19A、19Bにおける電極指Fe(k)のピッチ偏差率Dおよびその標準偏差SDについて、図7および図8を参照しながら説明する。
図7は、表面弾性波共振子1の区間平均電極指ピッチPM(k)、全体平均電極指ピッチPT、ピッチ偏差率D(k)の定義を説明するための図である。
図7には、表面弾性波共振子を構成するIDT電極または反射器の電極指ピッチP(k)の分布の一例が示されている。同図の横軸には、IDT電極および反射器を構成する電極指Fe(k)の位置が示されており、縦軸には、電極指Fe(k)の電極指ピッチP(k)が示されている。
前述したように、まず(1)弾性波伝搬方向におけるk(kは2以上の整数)番目の電極指Fe(k)と(k+1)番目の電極指Fe(k+1)との距離(電極指Fe(k)の弾性波伝搬方向における中心線と電極指Fe(k+1)の弾性波伝搬方向における中心線との距離)をk番目の電極指ピッチP(k)と定義する。
次に、(2)電極指Fe(k-1)、電極指Fe(k)、および電極指Fe(k+1)という隣り合う3本の電極指において、電極指ピッチP(k-1)と電極指ピッチP(k+1)との平均を、区間平均電極指ピッチPM(k)[={P(k-1)+P(k+1)}/2]とする。このとき、電極指ピッチP(k)と、区間平均電極指ピッチPM(k)との差分[=P(k)-PM(k)]を、電極指Fe(k-1)、Fe(k)、およびFe(k+1)が含まれるIDT電極または反射器が有する電極指全体の平均ピッチである全体平均電極指ピッチPTで除した値を、電極指Fe(k)のピッチ偏差率D(k)[={P(k)-PM(k)}/PT]と定義する。
次に、(3)電極指Fe(k)のピッチ偏差率D(k)を、電極指Fe(k-1)、Fe(k)、およびFe(k+1)が含まれるIDT電極または反射器が有する全ての電極指Feについて算出し、当該IDT電極または反射器におけるピッチ偏差率D(k)のヒストグラムを算出する。
図8は、表面弾性波共振子1の不規則な電極指ピッチ分布におけるピッチ偏差率D(k)およびその標準偏差SDを説明する図である。
図8の(a)には、図6と同様に、表面弾性波共振子1を構成するIDT電極11および反射器19A、19Bの電極指ピッチP(k)の分布を表すグラフが示されている。同図には、図2に示す反射器19Aの左端の電極指を電極指Fe(1)とした例が示されている。本実施の形態の表面弾性波共振子1では、電極指ピッチP(k)が、3.14μm以上3.47μm以下の範囲で分散している。言い換えると、電極指ピッチP(k)の最小値が3.20μm以下となり、かつ、最大値が3.40μm以上となるように分散している。
図8の(b)には、IDT電極11および反射器19A、19Bの電極指Feのピッチ偏差率D(k)の分布の一例が示されている。横軸にはIDT電極11または反射器19A、19Bを構成する電極指Fe(k)の位置が示され、縦軸には、ピッチ偏差率D(k)が示されている。本実施の形態の表面弾性波共振子1では、ピッチ偏差率D(k)が、-5%以上5%以下の範囲で分散している。言い換えると、ピッチ偏差率D(k)の最小値が-4%よりも小さく、かつ、最大値が4%よりも大きくなるように分散している。
図8の(c)には、IDT電極11および反射器19A、19Bの電極指Feのピッチ偏差率D(k)のヒストグラムの一例が示されている。このピッチ偏差率D(k)のヒストグラムに基づいて、電極指Feのピッチ偏差率の標準偏差SDが算出される。上記定義によれば、電極指ピッチP(k)の規則性が強いほどピッチ偏差率の標準偏差SDは小さく、電極指ピッチP(k)の不規則性が強いほどピッチ偏差率の標準偏差SDは大きくなる。
本実施の形態では、IDT電極11および反射器19Aおよび19Bの少なくとも一方において、上記のヒストグラムにおけるピッチ偏差率の標準偏差が0.2%以上となっている。この構成により、反共振周波数よりも高い周波数に対して、反射係数が急に小さくなることを抑制できる。これにより、表面弾性波共振子1内にて不要な定在波が発生することを抑制し、反共振周波数よりも高周波側にて大きなリップルが発生することを抑制できる。以下、上記構成を有する表面弾性波共振子1の効果について説明する。
[効果等]
図9は、比較例3および実施例1、2、3における表面弾性波共振子の挿入損失を示す図である。同図には、縦軸の下側に向かうほど反射損失が大きくなることが示されている。
図9の(a)は、比較例3である。同図には、複数の電極指Feの電極指ピッチP(k)が全て同じであり、ピッチ偏差率の標準偏差SDが、0.0%である例が示されている。比較例3では、表面弾性波共振子の反共振周波数(959MHz)よりも高周波側において、具体的には周波数1110MHz付近において大きなリップルが発生している。
図9の(b)は、実施の形態の一例である実施例1である。同図には、ピッチ偏差率の標準偏差SDを0.2%とした例が示されている。実施例1では、表面弾性波共振子1の反共振周波数よりも高周波側において、比較例3よりもリップルの発生を抑制できている。
図9の(c)は、実施の形態の一例である実施例2である。同図には、ピッチ偏差率の標準偏差SDを0.7%とした例が示されている。実施例2では、表面弾性波共振子1の反共振周波数よりも高周波側において、比較例3および実施例1よりもリップルの発生を抑制できている。
図9の(d)は、実施の形態の一例である実施例3である。同図には、ピッチ偏差率の標準偏差SDを0.9%とした例が示されている。実施例3では、表面弾性波共振子1の反共振周波数よりも高周波側において、リップルが発生することを抑制できている。
図10は、電極指Feのピッチ偏差率の標準偏差SDとリップルの大きさとの関係を示す図である。図10には、電極指Feのピッチ偏差率の標準偏差SDを0.0%から1.45%に変えたときのそれぞれのリップルの大きさが示されている。リップルの大きさとは、挿入損失を縦軸としたときのリップルの上限値と下限値との差である(図9の(a)等を参照)。
図10に示すように、電極指Feのピッチ偏差率の標準偏差SDが0.2%以上である場合は、標準偏差SDが0.1%である場合に比べてリップルが小さくなる。このように、ピッチ偏差率の標準偏差を0.2%以上とすることで、表面弾性波共振子1の反共振周波数よりも高周波側にて大きなリップルが発生することを抑制できる。
また、電極指Feのピッチ偏差率の標準偏差SDが0.7%以上である場合は、標準偏差SDが0.2%である場合に比べて、リップルがさらに小さくなっている。このように、ピッチ偏差率の標準偏差を0.7%以上とすることで、表面弾性波共振子1の反共振周波数よりも高周波側にてリップルが発生することをさらに抑制できる。
また、電極指Feのピッチ偏差率の標準偏差SDが0.95%以上である場合は、リップルはさらに小さくなり、リップルの大きさの値はほとんど変化しなくなっている。この傾向は、ピッチ偏差率の標準偏差SDが1.4%であっても変わらず、また、標準偏差SDが3%または10%であっても変わらないと考えられる。このように、ピッチ偏差率の標準偏差を0.95%以上とすることで、表面弾性波共振子1の反共振周波数よりも高周波側にてリップルが発生することをさらに抑制できる。
[マルチプレクサの構成]
図11は、実施の形態に係るマルチプレクサ100およびその周辺回路の構成図である。同図に示すように、マルチプレクサ100は、弾性波フィルタ40と、フィルタ50と、共通端子160と、を備える。マルチプレクサ100は、共通端子160においてアンテナ2に接続されている。共通端子160とアンテナ2との接続経路とグランドとの間には、インピーダンス整合用のインダクタ3が接続されている。なお、インダクタ3は共通端子160とアンテナ2との間に直列に接続されてもよい。インダクタ3は、マルチプレクサ100に含めた構成としてもよいし、マルチプレクサ100に外付けされた構成であってもよい。また、インダクタ3は、キャパシタであってもよく、または、インダクタおよびキャパシタからなる合成回路であってもよい。
共通端子160には、弾性波フィルタ40の入出力端子110およびフィルタ50の入出力端子140が接続されている。
弾性波フィルタ40は、弾性波としてラブ波を利用している。弾性波フィルタ40の表面弾性波共振子1が有するIDT電極11、反射器19Aおよび19Bは、図6に示された電極指ピッチP(k)の分布を有している。
フィルタ50は、入出力端子140および入出力端子150を有し、複数の弾性波共振子で構成されたラダー型の弾性波フィルタである。フィルタ50は、直列腕共振子51s、52s、53sおよび54sと、並列腕共振子51p、52pおよび53pと、を備える。直列腕共振子51s、52s、53sおよび54sは、入出力端子140と入出力端子150とを結ぶ経路上に直列配置されている。並列腕共振子51p、52pおよび53pは、それぞれ、上記経路上のノードとグランドとの間に接続されている。
例えば、弾性波フィルタ40は、送信用フィルタに適用され、フィルタ50は、受信用フィルタに適用される。弾性波フィルタ40の通過帯域は、フィルタ50の通過帯域よりも低周波側に位置している。
例えば、弾性波フィルタ40は、LTE(Long Term Evolution)の送信用フィルタに適用され、フィルタ50は、LTEの受信用フィルタに適用される。
(まとめ)
以上のように、本実施の形態に係る表面弾性波共振子1は、圧電性を有する基板60と、基板60に設けられたIDT電極11と、IDT電極11に対して弾性波伝搬方向に隣り合うように配置された反射器19A、19Bと、を有する。表面弾性波共振子1に含まれるIDT電極11は、1つのIDT電極で構成されている。IDT電極11および反射器19A、19Bのそれぞれは、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Feを有している。
(1)弾性波伝搬方向におけるk(kは2以上の整数)番目の電極指と(k+1)番目の電極指との距離をk番目の電極指ピッチと定義し、
(2)(k-1)番目の電極指、k番目の電極指、および(k+1)番目の電極指という隣り合う3本の電極指において、k番目の電極指ピッチと、(k-1)番目の電極指ピッチおよび(k+1)番目の電極指ピッチの平均である区間平均電極指ピッチとの差分を、隣り合う3本の電極指が含まれるIDT電極11または反射器19A、19Bが有する電極指全体の平均ピッチである全体電極指ピッチで除した値を、k番目の電極指のピッチ偏差率D(k)と定義し、
(3)k番目の電極指のピッチ偏差率D(k)を、隣り合う3本の電極指が含まれるIDT電極11または反射器19A、19Bが有する全ての電極指について算出して得られたピッチ偏差率D(k)の分布を、ピッチ偏差率D(k)のヒストグラムと定義した場合に、
IDT電極11および反射器19A、19Bの少なくとも一方は、上記ヒストグラムにおけるピッチ偏差率D(k)の標準偏差SDが0.2%以上である。
このように、電極指Fe(k)のピッチ偏差率D(k)の標準偏差SDが0.2%以上となっていることで、反共振周波数よりも高い周波数に対して、反射係数が急に小さくなることを抑制できる。これにより、表面弾性波共振子1内にて不要な定在波が発生することを抑制し、反共振周波数よりも高周波側にて大きなリップルが発生することを抑制できる。
また、表面弾性波共振子1は、弾性波伝搬方向に隣り合う4本の電極指の電極指ピッチを弾性波伝搬方向に並ぶ順にP(k-1)、P(k)、P(k+1)とした場合、少なくとも一部に、
P(k-1)<P(k+1)<P(k)またはP(k-1)>P(k+1)>P(k)、
となる関係を有していてもよい。
表面弾性波共振子1が上記に示す電極指ピッチの関係を有することで、反共振周波数よりも高い周波数に対して、反射係数が急に小さくなることを抑制できる。これにより、表面弾性波共振子1内にて不要な定在波が発生することを抑制し、反共振周波数よりも高周波側にて大きなリップルが発生することを抑制できる。
また、複数の電極指のうちの一部の電極指は、一定の電極指ピッチを有し、一部を除く残りの電極指は、
P(k-1)<P(k+1)<P(k)またはP(k-1)>P(k+1)>P(k)、
となる関係を有していてもよい。
このように、一部を除く残りの電極指が上記に示す電極指ピッチの関係を有することで、反共振周波数よりも高い周波数に対して、反射係数が急に小さくなることを抑制できる。これにより、表面弾性波共振子1内にて不要な定在波が発生することを抑制し、反共振周波数よりも高周波側にて大きなリップルが発生することを抑制できる。
また、IDT電極11に含まれる複数の電極指は、一定の電極指ピッチを有し、反射器(例えば反射器19A)に含まれる複数の電極指は、
P(k-1)<P(k+1)<P(k)またはP(k-1)>P(k+1)>P(k)、
となる関係を有していてもよい。
このように、反射器に含まれる複数の電極指が上記に示す電極指ピッチの関係を有することで、反共振周波数よりも高い周波数に対して、反射係数が急に小さくなることを抑制できる。これにより、表面弾性波共振子1内にて不要な定在波が発生することを抑制し、反共振周波数よりも高周波側にて大きなリップルが発生することを抑制できる。
また、反射器19A、19Bに含まれる複数の電極指は、一定の電極指ピッチを有し、IDT電極11に含まれる複数の電極指は、
P(k-1)<P(k+1)<P(k)またはP(k-1)>P(k+1)>P(k)、
となる関係を有していてもよい。
このように、IDT電極11に含まれる複数の電極指が上記に示す電極指ピッチの関係を有することで、反共振周波数よりも高い周波数に対して、反射係数が急に小さくなることを抑制できる。これにより、表面弾性波共振子1内にて不要な定在波が発生することを抑制し、反共振周波数よりも高周波側にて大きなリップルが発生することを抑制できる。
本実施の形態に係る表面弾性波共振子1は、圧電性を有する基板60と、基板60に設けられたIDT電極11と、を有する。表面弾性波共振子1に含まれるIDT電極11は、1つのIDT電極で構成されている。IDT電極11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を有している。
(1)弾性波伝搬方向におけるk(kは2以上の整数)番目の電極指と(k+1)番目の電極指との距離をk番目の電極指ピッチと定義し、
(2)(k-1)番目の電極指、k番目の電極指、および(k+1)番目の電極指という隣り合う3本の電極指において、k番目の電極指ピッチと、(k-1)番目の電極指ピッチおよび(k+1)番目の電極指ピッチの平均である区間平均電極指ピッチとの差分を、隣り合う3本の電極指が含まれるIDT電極11が有する電極指全体の平均ピッチである全体電極指ピッチで除した値を、k番目の電極指のピッチ偏差率D(k)と定義し、
(3)k番目の電極指のピッチ偏差率D(k)を、隣り合う3本の電極指が含まれるIDT電極11が有する全ての電極指について算出して得られたピッチ偏差率D(k)の分布を、ピッチ偏差率D(k)のヒストグラムと定義した場合に、
IDT電極11は、上記ヒストグラムにおけるピッチ偏差率D(k)の標準偏差SDが0.2%以上である。
このように、電極指Fe(k)のピッチ偏差率D(k)の標準偏差SDが0.2%以上となっていることで、反共振周波数よりも高い周波数に対して、反射係数が急に小さくなることを抑制できる。これにより、表面弾性波共振子1内にて不要な定在波が発生することを抑制し、反共振周波数よりも高周波側にて大きなリップルが発生することを抑制できる。
また、弾性波伝搬方向に隣り合う4本の電極指の電極指ピッチを弾性波伝搬方向に並ぶ順にP(k-1)、P(k)、P(k+1)とした場合、少なくとも一部に、
P(k-1)<P(k+1)<P(k)またはP(k-1)>P(k+1)>P(k)、
となる関係を有していてもよい。
表面弾性波共振子1が上記に示す電極指ピッチの関係を有することで、反共振周波数よりも高い周波数に対して、反射係数が急に小さくなることを抑制できる。これにより、表面弾性波共振子1内にて不要な定在波が発生することを抑制し、反共振周波数よりも高周波側にて大きなリップルが発生することを抑制できる。
また、複数の電極指のうちの一部の電極指は、一定の電極指ピッチを有し、一部を除く残りの電極指は、
P(k-1)<P(k+1)<P(k)またはP(k-1)>P(k+1)>P(k)、
となる関係を有していてもよい。
このように、一部を除く残りの電極指が上記に示す電極指ピッチの関係を有することで、反共振周波数よりも高い周波数に対して、反射係数が急に小さくなることを抑制できる。これにより、表面弾性波共振子1内にて不要な定在波が発生することを抑制し、反共振周波数よりも高周波側にて大きなリップルが発生することを抑制できる。
また、弾性波伝搬方向に隣り合う2本の電極指の電極指ピッチの全てが、互いに異なっていてもよい。
このように、電極指ピッチの全てが異なっていることで、反共振周波数よりも高い周波数に対して、反射係数が急に小さくなることを抑制できる。これにより、表面弾性波共振子1内にて不要な定在波が発生することを抑制し、反共振周波数よりも高周波側にて大きなリップルが発生することを抑制できる。
本実施の形態に係る弾性波フィルタ40は、上記の表面弾性波共振子1を含む弾性波フィルタである。
これによれば、反共振周波数よりも高周波側にて大きなリップルが発生することを抑制できる表面弾性波共振子1を含む弾性波フィルタ40を提供できる。
また、弾性波フィルタ40は、直列腕共振子および並列腕共振子を有するラダー回路で構成され、並列腕共振子の少なくとも1つが、表面弾性波共振子1で構成されていてもよい。
これによれば、並列腕共振子の反共振周波数よりも高周波側にて大きなリップルが発生することを抑制できる。これにより、弾性波フィルタ40の通過帯域において挿入損失が大きくなることを抑制できる。
本実施の形態に係るマルチプレクサ100は、送信用フィルタおよび受信用フィルタを備え、送信用フィルタは、上記の弾性波フィルタ40を含む。
これによれば、送信用フィルタの通過帯域外にリップルが発生することを抑制できる。これにより、送信用フィルタの通過帯域外にある受信用フィルタの通過帯域において、挿入損失が大きくなることを抑制できる。
ここで、前述した特許文献1~3に開示されている表面弾性波共振子のピッチ偏差率が、本実施の形態の表面弾性波共振子1のピッチ偏差率と大きく異なる点について説明する。
特許文献1~3におけるピッチ偏差率は、特許文献1~3に開示されている各ピッチを用い、本明細書の(まとめ)の欄の(1)、(2)および(3)の定義により算出される。特許文献1の比較例2Aにおけるピッチ偏差率は0.008%である。特許文献1の比較例2Bにおけるピッチ偏差率は、0.016%である。特許文献1の比較例2Cにおけるピッチ偏差率は、0.025%である。特許文献1の比較例3Aにおけるピッチ偏差率は、0.027%である。特許文献1の比較例3Bにおけるピッチ偏差率は、0.048%である。特許文献1の比較例3Cにおけるピッチ偏差率は、0.068%である。特許文献2におけるピッチ偏差率は、0.045%である。特許文献3におけるピッチ偏差率は、0.183%である。
このように特許文献1~3の表面弾性波共振子のピッチ偏差率は、本実施の形態の表面弾性波共振子1のピッチ偏差率(図8の(b)参照)の最大値および最小値と比べると、かなり小さい。本実施の形態の表面弾性波共振子1では、電極指Fe(k)のピッチ偏差率D(k)の値が大きく分散していることで、反共振周波数よりも高い周波数に対して、反射係数が急に小さくなることを抑制できる。これにより、表面弾性波共振子1内にて不要な定在波が発生することを抑制し、反共振周波数よりも高周波側にて大きなリップルが発生することを抑制できる。
(その他の変形例など)
以上、本発明に係る表面弾性波共振子、弾性波フィルタおよびマルチプレクサについて、実施の形態を挙げて説明したが、本発明の表面弾性波共振子、弾性波フィルタおよびマルチプレクサは、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、上記実施の形態における表面弾性波共振子、弾性波フィルタおよびマルチプレクサを内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
例えば、表面弾性波共振子1では、IDT電極11、反射器19Aおよび19Bのうちの少なくとも1つのピッチ偏差率の標準偏差SDが0.2%以上であればよい。また、表面弾性波共振子1では、IDT電極11のピッチ偏差率の標準偏差SDが0.2%以上であり、かつ、反射器19Aおよび19Bのそれぞれのピッチ偏差率の標準偏差SDが0.2%未満であってもよい。また、表面弾性波共振子1では、反射器19Aおよび19Bの少なくとも1つのピッチ偏差率の標準偏差SDが0.2%以上であり、かつ、IDT電極11のピッチ偏差率の標準偏差SDが0.2%未満であってもよい。
上記マルチプレクサは、デュプレクサだけでなく、3つのフィルタがアンテナに共通接続されたトリプレクサや、3つのデュプレクサが共通端子で共通接続されたヘキサプレクサなどについても適用することができる。つまり、上記マルチプレクサは、2以上のフィルタを備えていればよい。
また、本発明に係るマルチプレクサは、送信用フィルタおよび受信用フィルタの双方を備える構成に限らず、複数の送信用フィルタのみ、または、複数の受信用フィルタのみを備える構成であってもよい。
また、上記実施の形態における弾性波フィルタおよびマルチプレクサにおいて、図面に開示された各回路素子(および部品)および信号経路を接続する経路の間に、別の回路素子および配線などが挿入されていてもよい。
本発明は、通過帯域外の高減衰が要求される無線通信端末のフロントエンドに使用される送受信用フィルタおよびマルチプレクサに広く利用できる。
1 表面弾性波共振子
2 アンテナ
3 インダクタ
11 IDT電極
11a、11b 櫛形電極
19A、19B 反射器
31s、32s、51s、52s、53s、54s 直列腕共振子
31p、32p、51p、52p、53p 並列腕共振子
40 弾性波フィルタ
50 フィルタ
60 基板
100 マルチプレクサ
110、120、140、150 入出力端子
130 ノード
160 共通端子
D ピッチ偏差率
Fe 電極指
P 電極指ピッチ
PM 区間平均電極指ピッチ
PT 全体平均電極指ピッチ
SD 標準偏差

Claims (12)

  1. 圧電性を有する基板と、
    前記基板に設けられたIDT電極と、
    前記IDT電極に対して弾性波伝搬方向に隣り合うように配置された反射器と、
    を有する表面弾性波共振子であって、
    前記表面弾性波共振子に含まれる前記IDT電極は、1つのIDT電極で構成され、
    前記IDT電極および前記反射器のそれぞれは、前記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を有し、
    (1)前記弾性波伝搬方向におけるk(kは2以上の整数)番目の電極指と(k+1)番目の電極指との距離をk番目の電極指ピッチと定義し、
    (2)(k-1)番目の電極指、k番目の電極指、および(k+1)番目の電極指という隣り合う3本の電極指において、k番目の電極指ピッチと、(k-1)番目の電極指ピッチおよび(k+1)番目の電極指ピッチの平均である区間平均電極指ピッチとの差分を、前記隣り合う3本の電極指が含まれる前記IDT電極または前記反射器が有する電極指全体の平均ピッチである全体電極指ピッチで除した値を、k番目の電極指のピッチ偏差率と定義し、
    (3)前記k番目の電極指のピッチ偏差率を、前記隣り合う3本の電極指が含まれる前記IDT電極または前記反射器が有する全ての電極指について算出して得られた前記ピッチ偏差率の分布を、前記ピッチ偏差率のヒストグラムと定義した場合に、
    前記IDT電極および前記反射器の少なくとも一方は、前記ヒストグラムにおける前記ピッチ偏差率の標準偏差が0.2%以上である、
    表面弾性波共振子。
  2. 前記弾性波伝搬方向に隣り合う4本の電極指の前記電極指ピッチを前記弾性波伝搬方向に並ぶ順にP(k-1)、P(k)、P(k+1)とした場合、少なくとも一部に、
    P(k-1)<P(k+1)<P(k)またはP(k-1)>P(k+1)>P(k)、
    となる関係を有する
    請求項1に記載の表面弾性波共振子。
  3. 前記複数の電極指のうちの一部の電極指は、一定の前記電極指ピッチを有し、
    前記一部を除く残りの電極指は、
    P(k-1)<P(k+1)<P(k)またはP(k-1)>P(k+1)>P(k)、
    となる関係を有する
    請求項2に記載の表面弾性波共振子。
  4. 前記IDT電極に含まれる複数の前記電極指は、一定の前記電極指ピッチを有し、
    前記反射器に含まれる複数の前記電極指は、
    P(k-1)<P(k+1)<P(k)またはP(k-1)>P(k+1)>P(k)、
    となる関係を有する
    請求項3に記載の表面弾性波共振子。
  5. 前記反射器に含まれる複数の前記電極指は、一定の前記電極指ピッチを有し、
    前記IDT電極に含まれる複数の前記電極指は、
    P(k-1)<P(k+1)<P(k)またはP(k-1)>P(k+1)>P(k)、
    となる関係を有する
    請求項3に記載の表面弾性波共振子。
  6. 圧電性を有する基板と、
    前記基板に設けられたIDT電極と、
    を有する表面弾性波共振子であって、
    前記表面弾性波共振子に含まれる前記IDT電極は、1つのIDT電極で構成され、
    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を有し、
    (1)前記弾性波伝搬方向におけるk(kは2以上の整数)番目の電極指と(k+1)番目の電極指との距離をk番目の電極指ピッチと定義し、
    (2)(k-1)番目の電極指、k番目の電極指、および(k+1)番目の電極指という隣り合う3本の電極指において、k番目の電極指ピッチと、(k-1)番目の電極指ピッチおよび(k+1)番目の電極指ピッチの平均である区間平均電極指ピッチとの差分を、前記隣り合う3本の電極指が含まれる前記IDT電極が有する電極指全体の平均ピッチである全体電極指ピッチで除した値を、k番目の電極指のピッチ偏差率と定義し、
    (3)前記k番目の電極指のピッチ偏差率を、前記隣り合う3本の電極指が含まれる前記IDT電極が有する全ての電極指について算出して得られた前記ピッチ偏差率の分布を、前記ピッチ偏差率のヒストグラムと定義した場合に、
    前記IDT電極は、前記ヒストグラムにおける前記ピッチ偏差率の標準偏差が0.2%以上である、
    表面弾性波共振子。
  7. 前記弾性波伝搬方向に隣り合う4本の電極指の前記電極指ピッチを前記弾性波伝搬方向に並ぶ順にP(k-1)、P(k)、P(k+1)とした場合、少なくとも一部に、
    P(k-1)<P(k+1)<P(k)またはP(k-1)>P(k+1)>P(k)、
    となる関係を有する
    請求項6に記載の表面弾性波共振子。
  8. 前記複数の電極指のうちの一部の電極指は、一定の前記電極指ピッチを有し、
    前記一部を除く残りの電極指は、
    P(k-1)<P(k+1)<P(k)またはP(k-1)>P(k+1)>P(k)、
    となる関係を有する
    請求項7に記載の表面弾性波共振子。
  9. 前記弾性波伝搬方向に隣り合う2本の電極指の前記電極指ピッチの全てが、互いに異なっている
    請求項1または6に記載の表面弾性波共振子。
  10. 請求項1~9のいずれか1項に記載された表面弾性波共振子を含む弾性波フィルタ。
  11. 前記弾性波フィルタは、直列腕共振子および並列腕共振子を有するラダー回路で構成され、
    前記並列腕共振子の少なくとも1つが、前記表面弾性波共振子で構成されている
    請求項10に記載の弾性波フィルタ。
  12. 送信用フィルタおよび受信用フィルタを備え、
    前記送信用フィルタは、請求項10または11に記載された弾性波フィルタを含む
    マルチプレクサ。
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