JP2986036B2 - 弾性表面波フィルタ - Google Patents
弾性表面波フィルタInfo
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Description
振器を梯子の並列腕と直列腕に接続した弾性表面波フィ
ルタ、詳しくは、透過周波数領域における入出力インピ
ーダンスを望ましい水準(例えば50Ω)に調整した弾
性表面波フィルタに関する。
仲介して電気的な高周波信号を制御する様々な機能素
子、例えば、周波数選択素子、フィルタ素子、共振器、
遅延素子が実用化されており、TVのIFフィルタ、V
TRの発振器用の共振器、コードレス電話用VCO、移
動体無線のRF部のバンドパスフィルタ等に応用されて
いる。
せて圧電材料基板の表面に固定した一対の櫛形電極を1
組、または、弾性表面波の進行方向に並べて複数組有す
る。櫛形電極は、櫛形電極のピッチに依存した共振周波
数において、電気的な高周波信号を弾性表面波に変換
し、また、弾性表面波を電気的な高周波信号に逆変換す
る。
を用いて、櫛形電極のピッチを1μm以下にも設定でき
るため、弾性表面波を扱う素子は、機械的な寸法限界が
10μmを越える水晶共振器や圧電セラミック共振器に
比較して、高い周波数で機能させることができる
板の表面に固定された1組の櫛形電極で構成され、弾性
表面波による圧電材料基板の共振状態を利用して、特定
の周波数成分、すなわち、圧電材料の音響特性、櫛形電
極のピッチ等で定められた共振周波数に対する櫛形電極
間のインピーダンスを著しく低下させ、別の特定の周波
数成分、すなわち、反共振周波数に対する櫛形電極間の
インピーダンスを著しく増大させる。
における水晶共振器を、1端子対弾性表面波共振器にそ
のまま置き換えた表面弾性波フィルタが、特開昭52−
19044号公報に提案されている。この形式の表面弾
性波フィルタは、構造が簡単で製作が容易であるにもか
かわらず、FM放送電波等の相当に高い周波数の領域に
おいても特定の帯域を高い精度で選択的に通過でき、通
過帯域における損失も小さい。
32270号において、この形式の表面弾性波フィルタ
を広帯域化し、さらに、多数の1端子対弾性表面波共振
器を同一基板上に配置して、弾性表面波フィルタ全体を
1つのパッケージに収納する技術を提案した。
共振周披数と反共振周波数を設定した1端子対弾性表面
波共振器を有する第1共振器を並列腕に接続し、第1共
振器の反共振周波数にはぽ一致させた共振周波数を設定
した1端子対弾性表面波共振器を有する第2共振器を直
列腕に接続した端子フィルタを、梯子型に1段以上連結
して構成され、フィルタ中心周披数f0(MHz)を中
心とする所定幅の帯域を通過させるものである。この形
式の弾性表面波フィルタは、例えば、移動体無線のRF
部のバンドパスフィルタへの応用が検討されている。
のRF部に使用する場合、捕捉した電波による微弱な電
気信号を取り扱うため、表面弾性波フィルタ自身の挿入
損失が低いと同時に、表面弾性波フィルタの入力側と出
力例の両方でRF回路側とのインピーダンスが良く整合
していることが必要である。
フィルタの入力部における整合度に対してVSWR(電
圧定在波比)と言う一定の制限が設けられており、この
整合度を満たさない場合、すなわち、バンドパスフィル
タの入力側でインピーダンスが適合していない場合、バ
ンドパスフィルタの入力胆における電力の反射が増大し
て十分な出力が得られない。
ピーダンスが整合しない場合、バンドパスフィルタの出
力端に反射による大きな電圧定在波が形成され、下流段
の増幅器が破壊される可能性がある。
ィルタを採用する場合、表面弾性波フィルタの入出力イ
ンピーダンスを調節して、フィルタ中心周波数を中心と
する所定幅の帯域で、許容できる所定の範囲内に納める
ことが重要な設計項目となる。例えば、移動体無線のR
F部のバンドパスフィルタでは、入出力インピーダンス
を50オームに整合することが重要な設計項目である。
した表面弾性波フィルタにおける一般的な入出力インピ
ーダンスの調整方法は、従来の水晶共振器を用いた梯子
型フィルタにおける入出力インピーダンスの調整方法を
そのまま転用した方法である。
CR共振回路に置き換えた表面弾性波フィルタの等価回
路を用いて、表面弾性波フィルタの入出力インピーダン
スを代数演算し、望ましい入出力インピーダンスが得ら
れる1端子対弾性表面波共振器の電極対容量が決定され
る。そして、この電極対容量に基づいて電極対の対数と
開口寸法が設計される。
対する角周波数をω0とし、通過帯域を通じた望ましい
インピーダンスをRとするとき、梯子の並列腕に接続さ
れた1端子対弾性表面波共振器の電極対静電容量Cop
(pF)と、梯子の直列腕に接続された1端子対弾性表
面波共振器の電極対静電容量Cos(pF)の積が(1
/ω0 2R2)となるように、電極対静電容量Copと
電極対静電容量Cosの組み合わせを選択する。
osの積を(1/ω0 2R2)とすれば弾性表面波フィ
ルタの入出力インピーダンスが通過帯域を通じてほぼR
Ωになる理由を次に説明する。
の構成を示す図、図9は図8の梯子型バンドパスフィル
タの特性を示す図である。図8中、(a)は一般的な梯
子型バンドパスフィルタの回路図、(b)は(a)図の
単位フィルタ1段を等価回路表示した回路図である。ま
た、図9中、(a)は図8(a)における並列腕に接続
された共振器と直列腕に接続された共振器のインミタン
ス周波数特性の線図、(b)図は図8(a)の梯子型バ
ンドパスフィルタの通過特性を示す図である。
ンドパスフィルタは、単位フィルタ60を梯子型に多段
に連結して構成され、単位フィルタ60の梯子の直列腕
には音響共振素子51、並列腕には音響共振素子41が
それぞれ接続される。
振素子51は、インピーダンスZsのLC共振回路52
に等価回路表示される。LC共振回路52は、音響共振
素子51の端子対静電容量Cosのコンデンサ55と並
列に、容量C1sのコンデンサ53とインダクタンスL
1sの直列共振回路を接続したもので、容量C1sおよ
びインダクタンスL1sは、LC共振回路52の周波数
特性が音響共振素子51の周波数特性に一致するように
定められる。
スZpのLC共振回路42に等価回路表示される。LC
共振回路42は、音響共振素子41の端子対静電容量C
opのコンデンサ45と並列に、容量C1pのコンデン
サ43とインダクタンスL1pの直列共振回路を接続し
たもので、容量C1pおよびインダクタンスL1pは、
このLC共振回路42の周波数特性が音響共振素子41
の周波数特性に一致するように定められる。
バンドパスフィルタに中心周波数f0を中心とする通過
帯域を設定するために、単性フィルタ60を構成する音
響共振素子51の共振周波数frsと音響共振素子41
の反共振周波数fapを、中心周波数f0の近傍ではぼ
一致させる。
バンドパスフィルタは、中心周波数f0を中心として、
音響共振素子51の反共振周波数fasをほぼ上限、音
響共振素子41の共振周波数ffpをほぼ下限とする通
過帯域を有し、単位フィルタ60の段数を増せば、通過
帯域と遮断帯域の減衰量の差が拡大する。
ルタの入出力インピーダンスは、単位フィルタ60の入
出力インピーダンスに一致するから、梯子型バンドパス
フィルタの入出力インピーダンスが、その通過帯域(バ
ンドパス帯域)を通じて公称インピーダンスRΩに一致
するには、図8(b)の等価回路のLC共振回路42、
52について定K形フィルタの条件式、 Zs・Zp=R2 …(1) が満たされる必要がある(エレクトロニクス選書「フィ
ルタの理論と設計」、柳沢 他、産報出版、P203、
(1974).)。
s、Zpは、図8(b)のLC共振回路52における共
振周波数frsに相当する共振角周波数ωrs、反共振
周波数fasに相当する反共振角周波数ωas、およ
び、LC共振回路42における共振周波数frpに相当
する共振角周波数ωrp、反共振周波数fapに相当す
る反共振角周波数ωapを用いて、 と表現される。また、(2)、(3)式中の共振周波数
ωrs、ωrp、反共振周波数ωas、ωapはそれぞ
れ、 ωrs=1/(L1s・C1s)1/2 …(4) ωrp=1/(L1p・C1p)1/2 …(5) ωas−ωrs(1+C1s/Cos)1/2 …(6) ωap−ωrp(1+C1s/Cop)1/2 …(7) である。ところで、図10(b)のLC共振回路52の
共振周波数ωrsとLC共振回路42の反共振周波数ω
apはほぼ一致させてあるから、ωrs−ωapとし
て、(1)式は、次のように変形される。
ω0(=2πf0)とすれば、 ω0=ωrp≒ωas−ω0 …(9) の関係にあるから、Δω=(ωas−ωrp)/2と置
けば、中心周波数f0の近傍における(1)式の条件
は、さらに次のように変形される。
ωは、フィルタ中心周波数f0に対する角周波数ω0に
比べて小さく、2ω0》Δωであるから、(10)式は
さらに次にように簡略化される。
CopとCosの関係を調整すればインピーダンス整合
を図ることができる。
p、Cos)は、櫛形電極を構成する櫛の歯1本当りの
静電容量をC00とするとき、次式によって、電極対の
対数Nと開口長さにより設計される。
と対向間隔が等しい場合には、 C00=2×10−2(pF/100μm) …(13) である(「電極つい数重みづけ法による携帯電話用SA
Wフィルタの開発」、佐藤良夫他、電気学会論文誌C、
111巻9号、pp396−403、(199
1).)。
量Cop(pF)と電極対静電容量Cos(pF)の積
が(1/ω0 2R2)となる電極対静電容量Copと電
極対静電容量Cosの組み合わせを選択した設計であっ
ても、弾性表面波フィルタを実際に制作して入出力イン
ピーダンスを計測してみると、弾性表面波フィルタの通
過帯域を通じた入出力インピーダンスは、必ずしも望ま
しいインピーダンスRの範囲内に納まらないことが判明
した。
の電極対静電容量を低く設定した場合、すなわち、直列
腕の1端子対弾性表面波共振器の電極対の櫛型電極にお
いて対数Nが少なく、開口長1が短い場合、弾性表面波
フィルタの入出力インピーダンスは、許容できる範囲を
大幅に逸脱する。
表面波フィルタにおいて、多くの場合、実測された入出
力インピーダンスは、許容できる範囲ではあるが最適で
はない。そして、弾性表面波フィルタを実際に製作した
後では、弾性表面波フィルタの帯域特性に悪影響を与え
ないで、独立に入出力インピーダンスだけを調整するこ
とは不可能である。
着目し、通過帯域を通じた入出力インピーダンスを、確
実に望ましいインピーダンスRの範囲に納めることがで
き、弾性表面波フィルタを装入する回路とのインピーダ
ンス整合度を自在に操作できて、通過帯域における入出
力インピーダンスの整合度を容易に高められる弾性表面
波フィルタ、特に、直列腕の1端子対弾性表面波共振器
における電極対静電容量を低く設定した場合でも所望の
入出力インピーダンス整合度を確保できる弾性表面波フ
ィルタを実現することにある。
ィルタは、梯子型のフィルタを、並列腕に接続された所
定の共振周波数及び反共振周波数を設定した1端子対弾
性表面共振器11を有する第1共振器10とインダクタ
ンスLaとの直列回路と、直列腕に接続された第1共振
器の反共振周波数にほぼ一致させた共振周波数を設定し
た1端子対弾性表面波共振器21を有する第2共振器2
0とから構成し、フィルタ中心周波数f0(MHz)を
中心とする所定幅の帯域を通過させるものである。
面波共振器11の電極対静電容量Cop(pF)と第2
共振器20の1端子対弾性表面波共振器21の電極対静
電容量Cos(pF)との関係を、一次式、 Cop=−0.28Cos+3448/f0 を中心として、 一次式、Cop=−0.28Cos+3448/f0−
746/f0から、 一次式、Cop=−0.28Cos+3448/f0+
746/f0の範囲に定めたものである。
のフィルタを、並列腕に接続された所定の共振周波数及
び反共振周波数を設定した1端子対弾性表面共振器11
を有する第1共振器10とインダクタンスLaとの直列
回路と、直列腕に接続された第1共振器の反共振周波数
にほぼ一致させた共振周波数を設定した1端子対弾性表
面波共振器21を有する第2共振器20とから構成し、
フィルタ中心周波数f0(MHz)を中心とする所定幅
の帯域を通過させるものである。
共振器の電極対静電容量Cop(pF)と第2共振器の
1端子対弾性表面波共振器の電極対静電容量Cos(p
F)と望ましいフィルタ入出力インピーダンスR(Ω)
との関係を、一次式、 Cop=−0.28Cos+1.728×105/(f0R) を中心として、 一次式、Cop=−0.28Cos+1.728×10
5/(f0R)−3.73×104/(f0R)から、 一次式、Cop=−0.28Cos+1.728×10
5/(f0R)+3.73×104/(f0R)の範囲
に定めたものである。
ィルタ30を、並列腕に接続された所定の共振周波数及
び反共振周波数を設定した1端子対弾性表面共振器11
を有する第1共振器10とインダクタンスLaとの直列
回路と、直列腕に接続された第1共振器の反共振周波数
にほぼ一致させた共振周波数を設定した1端子対弾性表
面波共振器21を有する第2共振器20とから構成し、
単位フィルタ30を、梯子型に2段以上連結し、フィル
タ中心周波数f0(MHz)を中心とする所定幅の帯域
を通過させるものである。
面波共振器11の電極対静電容量Cop(pF)と第2
共振器20の1端子対弾性表面波共振器21の電極対静
電容量Cos(pF)との関係を、一次式、 Cop=−0.28Cos+3448/f0 を中心として、 一次式、Cop=−0.28Cos+3448/f0−
746/f0から、 一次式、Cop=−0.28Cos+3448/f0+
746/f0の範囲に定めたものである。
ィルタ30を、並列腕に接続された所定の共振周波数及
び反共振周波数を設定した1端子対弾性表面共振器11
を有する第1共振器10とインダクタンスLaとの直列
回路と、直列腕に接続された第1共振器の反共振周波数
にほぼ一致させた共振周波数を設定した1端子対弾性表
面波共振器21を有する第2共振器20とから構成し、
単位フィルタ30を、梯子型に2段以上連結し、フィル
タ中心周波数f0(MHz)を中心とする所定幅の帯域
を通過させるものである。
共振器の電極対静電容量Cop(pF)と第2共振器の
1端子対弾性表面波共振器の電極対静電容量Cos(p
F)と望ましいフィルタ入出力インピーダンスR(Ω)
との関係を、一次式、 Cop=−0.28Cos+1.728×105/(f0R) を中心として、 一次式、Cop=−0.28Cos+1.728×10
5/(f0R)−3.73×104/(f0R)から、 一次式、Cop=−0.28Cos+1.728×10
5/(f0R)+3.73×104/(f0R)の範囲
に定めたものである。
る共振器は、1端子対弾性表面波共振器を広帯域かつ高
抑圧化する目的で追加されたインダクタンス、1端子対
弾性表面波共振器の結線が持つインダクタンス等を含む
可能性を有する。また、フィルタ反射率に応じて定める
定数は、より一般的には、反射係数Γを用いて定義でき
る。
限界の反射係数ΓとVSWR(電圧定在波比)の関係
は、 Γ=(VSWR−1)/(VSWR+1) で表わされる。特に、移動体無線のRF部のバンドパス
フィルタの通常の仕様ではVSWR<2が基準になるこ
とが多く、この場合の許容できる限界の反射係数Γは
0.333である。
0.333とした場合、「帯状の範囲の上限および下限
を定める、許容できる限界の反射係数Γに応じて定めた
定数」は、フィルタ中心周波数f0(MHz)、および
望ましいフィルタ入出力インピーダンスR(Ω)を用い
て、実験によって、 ±3.73×104/(f0・R) となることが確認されている。
を50Ωに調整する場合、この定数は、実験によって、 ±746/(f0) となることが確認されている。
いた解析的な演算操作に基づいて、電極対静電容量Co
sと電極対静電容量Copの関係を定め、入出力インピ
ーダンスを所定の値(例えば50Ω)に調整しようとし
たのに対して、本発明の弾性表面波フィルタでは、実験
式を用いた簡単な演算を通じて、電極対静電容量Cos
と電極対静電容量Copの関係を定めている。
極対静電容量Copと入出力インピーダンスの関係を実
験的に求めたもので、電極対静電容量Cosと電極対静
電容量Copの組み合わせを種々に異ならせた弾性表面
波フィルタを実際に試作し、それぞれの弾性表面波フィ
ルタについて入出力インピーダンスを測定した結果とし
て得られたもので、入出力インピーダンスが所定の値と
なるための、電極対静電容量Cosと電極対静電容量C
opの関係を、使い易い一次式にまとめたものである。
は、電極対静電容量Cosと電極対静電容量Copの組
み合わせ条件を、この実験式を用いて設定し、その後
は、従来の設計手法をそのまま用いて、圧電材料の選
択、電極対の対数と機械寸法の決定等を行なって、それ
ぞれの電極対静電容量を実現する。
ルタのバンドパス帯域における入出力インピーダンスを
所望の値を中心とする許容範囲、例えば、任意に定めた
許容できる限界の反射係数Γを上限および下限とする範
囲に納める。
移動無線のRF部のバンドパスフィルタを含む多くのバ
ンドパスフィルタにおける入出力インビーダンスが50
Ωに調整されることに着目して、入出力インピーダンス
が50Ωを中心とする所定の範囲に納まる直列腕の1端
子対表面弾性波共振器の静電容量と並列腕の1端子対弾
性表面波共振器の静電容量との関係が実験式化されてい
る。
入出力インピーダンスを仕意のRΩに調整する場合の直
列腕の1端子対弾性表面波共振器の静電容量と並列腕の
1端子対弾性表面波共振器の静電容量との関係が実験式
化されている。
図、図2は1端子対弾性表面波共振器の構成を示す図で
ある。ここでは、通過帯域の中心周波数f0およぴ通過
帯域幅が共通だが、梯子の直列腕の1端子対弾性表面波
共振器の電極対静電容量Cosと並列腕の1端子対弾性
表面波共振器の電極対静電容量Copの組み合わせがそ
れぞれ異なる多数の弾性表面波フィルタを製作し、それ
ぞれの弾性表面波フィルタの入出力インピーダンスを測
定した。
ィルタは、単位フィルタ33を梯子型に3段連結したも
のである。単位フィルタ33は、梯子の直列腕に1端子
対弾性表面波共振器23を、並列腕に1端子対弾性表面
波共振器13を接続して構成され、1端子対弾性表面波
共振器23の共振周波数frsと、1端子対弾性表面波
共振器13の反共振周波数fapとは、通過帯域の中心
周波数f0=932MHzでほぼ一致させてある。イン
ダクタンスLi、Lo、Laは、後述するワイヤリング
によって発生した成分である。
15の表面には、一対の櫛形電極16、17が、櫛の歯
を交互にする形式で形成される。櫛形電極16、17
は、同一のピッチλと櫛の歯の幅λ/4を有し、櫛の歯
の対向間隔はそれぞれλ/4である。一対の櫛形電極1
6、17は、基板15上にAl薄膜(約3000Å)を
形成し、フォトリソグラフィー法で櫛形パターンを形成
し、不必要部分をエッチングして得た。
計6個の1端子対弾性表面波共振器13、23は、実際
には、1.5mmx2mmの基板15上に、それぞれの
弾性表面波の進行方向を避ける形式で配置されており、
基板15全体を1個のICパッケージに搭載して、基板
15上のボンディンデパッドからICパッケージ側のリ
ードフレームまでを、図3のLi、Lo、Laの部分
で、直径25μm、長さ約1mm位のワイヤにより接続
している。従って、インダクタンスLi、Lo、La
は、それぞれ、ワイヤによる約1.5nHである。
3は、櫛形電極16、17の周期λを異ならせること
で、それぞれの共振周波数frs、frp、反共振周波
数fas、fapを得ている。また、櫛形電極16、1
7の周期λに関連づけて開口長1および対数nを定め
て、それぞれの電極対静電容量Cos、Copを調整す
る。
0.75の直線に沿って定めたCosとCopの組み合
わせ例3つの実験結果を示す。
れぞれ2.1pF、1.6pFに設定した場合の説明
図、図4は電極対静電容量Cos、Copをそれぞれ
3.6pF、2.7pFに設定した場合の説明図、図5
は電極対静電容量Cos、Copをそれぞれ5.0p
F、3.7pFに設定した場合の説明図である。図3〜
図5中、(a)は櫛形電極対の設定条件、(b)は弾性
表面波フィルタの周波数特性、(c)は弾性表面波フィ
ルタの入力インピーダンス特性、(d)は弾性表面波フ
ィルタの出力インピーダンス特性である。
▲1−▲2の間が弾性表面波フィルタの通過帯域30M
Hzを示す。さらに、(c)、(d)の線図は、中心を
50Ωに定めて、実軸と虚軸を含む0Ωから∽Ωまでの
インピーダンス平面を円表示したスミスチャートと呼ば
れる図で、弾性表面波フィルタの入力(出力)インピー
ダンスは、周波数の低い側から▲1−▲2の通過帯域3
0MHzを挟んで周波数の高い側まで曲線上を連続的に
移動して示される。同図中、2点鎖線で示した円は、イ
ンピーダンス50Ωの外部回路に対する電圧在波比VS
WR=2に相当する、反射係数Γ=0.333を示す。
は、後述する図6のCop/Cos比=0.75の直線
に沿って定めたCosとCopの組み合わせの例であ
り、図6では太い○印または×印で示される。
opをそれぞれ2.1pF、1.6pFに設定した場
合、Cop/Cos=0.75の条件を満たすにもかか
わらず、(c)、(d)の曲線上の▲1と▲2の間に、
Γ=0.333の円から外へはみ出した部分があり、そ
の他の部分もΓ=0.333の円に近いところに位置す
る。従って、通過帯域を通じてインピーダンス整合が良
いとは言えず、特に、はみ出した範囲では、電圧在波比
VSWR<2の規格を満たさない位、外部回路に対する
弾性表面波フィルタのインピーダンス整合が悪い。
opをそれぞれ3.6pF、2.7pFに設定した場
合、Cop/Cos=0.75の条件を満たし、かつ、
(c)、(d)の曲線上の▲1と▲2の間の部分は、Γ
=0.333の円の内側のかなり中心に近いところに位
置する。従って、通過帯域を通じて、外部回路に対する
弾性表面波フィルタのインピーダンス整合が良い。
opをそれぞれ5.0pF、3.7pFに設定した場
合、Cop/Cos=0.75の条件を満たすにもかか
わらず、(c)、(d)の曲線上の▲1と▲2の間の部
分は、Γ=0.333の円に近い所に位置しており、Γ
=0.333の円から外へはみ出した部分もある。従っ
て、通過帯域を通じてインピーダンス整合が良いとは言
えず、特に、はみ出した範囲では、電圧在波比VSWR
<2の規格を満たさない位、外部回路に対する弾性表面
波フィルタのインピーダンス整合が悪い。
75以外にも種々に異ならせ、かつ同一のCop/Co
s比の中で、CopとCosの組み合わせを種々に異な
らせて弾性表面波フィルタを製作し、弾性表面波フィル
タの入出力インピーダンスを測定した。
または×印)を含む、電極対静電容量Copと電極対静
電容量Cosの組み合わせのそれぞれ異なる多数の弾性
表面波フィルタの入出力インピーダンスの測定結果の説
明図である。
0、1.5、1.0、0.75、0.5、0.25の6
種類に異ならせ、かつ、それぞれのCop/Cos比に
ついてCopとCosの組み合わせを異ならせた弾性表
面波フィルタの入出力インピーダンスを測定した結果、
図中の○印の組み合わせ条件では、望ましい50Ωのイ
ンピーダンスに対して通過帯域を通じた電圧在波比VS
WR<2のインピーダンス整合が得られ、X印の組み合
わせ条件では電圧在波比VSWR<2のインピーダンス
整合が完全には得られなかった。
通過帯域を通じた電圧在波比VSWR<2のインピーダ
ンス整合が得られる電極対静電容量Copと電極対静電
容量Cosの組み合わせは、図6の斜線部分にあると推
定される。この斜線部分の中心は、図6から求めた実験
式、 Cop=−0.28Cos+3.7 で表され、電圧在波比VSWR<2を満たす境界の上限
と下限は、実験式、 Cop=−0.28Cos+3.7±0.8 で表わされる。
簡便な手法、すなわち、電極対静電容量Copと電極対
静電容量Cosの積が(1/ω0 2R2)となるよう
に、電極対静電容量Copと電極対静電容量Cosの組
み合わせを定める手法によれば、望ましい入出力インピ
ーダンスRに50Ωが選択され、通過帯域の中心角周波
数ω0は2π・932MHzだから、 である。この条件を図6に太い破線で示す。
が比較的大きい領域では、本実施例で得られたCopと
Cosの組み合わせ条件に良く一致するが、反面、Co
sの小さな領域では、本実施例で得られたCopとCo
sの組み合わせ条件と大きく異なる。そして、図3〜図
5のCop/Cos比=0.75の直線に沿って定めた
CosとCopの組み合わせにおいても、入出力インピ
ーダンスRが50Ωにより正しく整合される組み合わせ
条件は、太い破線上で選択された組み合わせ条件ではな
く、むしろ図4の組み合わせ条件(太い○印)である。
弾性表面波フィルタについて同様な実験を行なった。図
7は、電極対静電容量Copと電極対静電容量Cosの
組み合わせの異なる弾性表面波フィルタの入出力インピ
ーダンスの測定結果の説明図である。
0、 1.0、 0.6、0.25の4種類に異なら
せ、かつ、それぞれのCop/Cos比についてCop
とCosの組み合わせを異ならせた弾性表面波フィルタ
の入出力インピーダンスを測定した結果、図中の○印で
は、望ましい50Ωのインピーダンスに対して通過帯域
を通じた電圧在波比VSWR<2のインピーダンス整合
が得られ、×印では電圧在波比VSWR<2のインピー
ダンス整合が完全には得られなかった。
通過帯域を通じた電圧在波比VSWR<2のインピーダ
ンス整合が得られる電極対静電容量Copと電極対静電
容量Cosの組み合わせは、図7の斜線部分にあると推
定される。この斜線部分の中心は、実験式、 Cop=−0.28Cos+1.8 で表わされ、電圧在波比VSWR<2を満たす境界の上
限と下限は、実験式、 Cop=−0.28Cos+1.8±0.4 で表される。
簡便な手法、すなわち、電極対静電容量Copと電極対
静電容量Cosの積が(1/ω0 2R2)となるよう
に、電極対静電容量Copと電極対静電容量Cosの組
み合わせを定める手法によれば、望ましい入出力インピ
ーダンスRに50Ωが選択され、通過帯域の中心角周波
数ω0は2π・1900MHzであるので、 Cop・Cos=1/ω0 2R2=2.7 Cop=2.7/Cos である。この条件を図7に太い破線で示す。
は、Cosが比較的大きい領域では、本実施例で得られ
たCopとCosの組み合わせ条件に良く一致するが、
反面、Cosの小さな領域では、本実施例で得られたC
opとCosの組み合わせ条件と大きく異なる。
合と中心周波数f0=1900MHzの場合をまとめて
表現すれば、 Cop=−0.28Cos+3448/f0±746/f0 となる。また、Cop・Cos=1/ω0 2R2の関係
から、 Cop=−0.28Cos+1.728×105/(f
0R)±3.73×104/(f0R) が得られる。
あるが、本特許の関係式は基板材料の比誘電率に依存し
ないため、どのような基板材料に対しても成立つ関係で
ある。
れば、弾性表面波フィルタの通過帯域を通じた入出力イ
ンピーダンスを、50Ωを中心とする任意の範囲内に納
めることができる。また、弾性表面波フィルタの入出力
インピーダンスを調整する簡便な設計手法、すなわち、
Cop・Cos−1/ω0 2R2の関係を用いるより
も、CopとCosの幅広い範囲で、精密に入出力イン
ピーダンスを調整できるので、VSWR値が小さく、し
かも低損失なフィルタを容易に実現できる。
ば、弾性表面波フィルタの通過帯域を通じた入出力イン
ピーダンスを、任意のRΩを中心とする任意の範囲内に
納めることができる。また、弾性表面波フィルタの入出
力インピーダンスを調整する簡便な設計手法、すなわ
ち、Cop・Cos−1/ω0 2R2の関係を用いるよ
りも、CopとCosの幅広い範囲で、精密に入出力イ
ンピーダンスを調整できるので、VSWR値が小さく、
しかも低損失なフィルタを容易に実現できる。
る。
れぞれ2.1pF、1.6pFに設定した場合)を示す
図である。
れぞれ3.6pF、 2.7pFに設定した場合)を示
す図である。
れぞれ5.0pF、 3.7pFに設定した場合)を示
す図である。
を示す図である。
Copと電極対静電容量Cosの組み合わせの異なる弾
性表面波フィルタの入出力インピーダンスの測定結果の
説明図である。
す図である。
図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 梯子型のフィルタを用い、フィルタ中心
周波数f0 (MHz)を中心とする所定幅の帯域を通過させ
る弾性表面波フィルタにおいて、 梯子型のフィルタを、並列腕に接続された所定の共振周
波数及び反共振周波数を設定した1端子対弾性表面共振
器を有する第1共振器とインダクタンスとの直列回路
と、直列腕に接続された第1共振器の反共振周波数にほ
ぼ一致させた共振周波数を設定した1端子対弾性表面波
共振器を有する第2共振器とから構成し、第1共振器の
1端子対弾性表面波共振器の電極対静電容量Cop(pF)と
第2共振器の1端子対弾性表面波共振器の電極対静電容
量Cos(pF)との関係を、一次式、 Cop=−0.28Cos+3448/f0 を中心として、 一次式、Cop=−0.28Cos+3448/f0 −746 /f0 か
ら、 一次式、Cop=−0.28Cos+3448/f0 +746 /f0 の
範囲に定めたことを特徴とする弾性表面波フィルタ。 - 【請求項2】 梯子型のフィルタを用い、フィルタ中心
周波数f0 (MHz)を中心とする所定幅の帯域を通過させ
る弾性表面波フィルタにおいて、 梯子型のフィルタを、並列腕に接続された所定の共振周
波数及び反共振周波数を設定した1端子対弾性表面共振
器を有する第1共振器とインダクタンスとの直列回路
と、直列腕に接続された第1共振器の反共振周波数にほ
ぼ一致させた共振周波数を設定した1端子対弾性表面波
共振器を有する第2共振器とから構成し、第1共振器の
1端子対弾性表面波共振器の電極対静電容量Cop(pF)と
第2共振器の1端子対弾性表面波共振器の電極対静電容
量Cos(pF)と望ましいフィルタ入出力インピーダンスR
(Ω)との関係を、一次式、 Cop=−0.28Cos+1.728 ×105 /(f0 R) を中心として、 一次式、Cop=−0.28Cos+1.728 ×105 /(f0 R)
−3.73×104 /(f0R)から、 一次式、Cop=−0.28Cos+1.728 ×105 /(f0 R)
+3.73×104 /(f0R)の範囲に定めたことを特徴と
する弾性表面波フィルタ。 - 【請求項3】 単位フィルタを梯子型に2段以上連結
し、フィルタ中心周波数f0 (MHz)を中心とする所定幅
の帯域を通過させる弾性表面波フィルタにおいて、 単位フィルタを、並列腕に接続された所定の共振周波数
及び反共振周波数を設定した1端子対弾性表面共振器を
有する第1共振器とインダクタンスとの直列回路と、直
列腕に接続された第1共振器の反共振周波数にほぼ一致
させた共振周波数を設定した1端子対弾性表面波共振器
を有する第2共振器とから構成し、 第1共振器の1端子対弾性表面波共振器の電極対静電容
量Cop(pF)と第2共振器の1端子対弾性表面波共振器の
電極対静電容量Cos(pF)との関係を、一次式、 Cop=−0.28Cos+3448/f0 を中心として、 一次式、Cop=−0.28Cos+3448/f0 −746 /f0 か
ら、 一次式、Cop=−0.28Cos+3448/f0 +746 /f0 の
範囲に定めたことを特徴とする弾性表面波フィルタ。 - 【請求項4】 単位フィルタを梯子型に2段以上連結
し、フィルタ中心周波数f0 (MHz)を中心とする所定幅
の帯域を通過させる弾性表面波フィルタにおいて、 単位フィルタを、並列腕に接続された所定の共振周波数
及び反共振周波数を設定した1端子対弾性表面共振器を
有する第1共振器とインダクタンスとの直列回路と、直
列腕に接続された第1共振器の反共振周波数にほぼ一致
させた共振周波数を設定した1端子対弾性表面波共振器
を有する第2共振器とから構成し、 第1共振器の1端子対弾性表面波共振器の電極対静電容
量Cop(pF)と第2共振器の1端子対弾性表面波共振器の
電極対静電容量Cos(pF)と望ましいフィルタ入出力イン
ピーダンスR(Ω)との関係を、一次式、 Cop=−0.28Cos+1.728 ×105 /(f0 R) を中心として、 一次式、Cop=−0.28Cos+1.728 ×105 /(f0 R)
−3.73×104 /(f0R)から、 一次式、Cop=−0.28Cos+1.728 ×105 /(f0 R)
+3.73×104 /(f0R)の範囲に定めたことを特徴と
する弾性表面波フィルタ。
Priority Applications (1)
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JP4220118A JP2986036B2 (ja) | 1992-08-19 | 1992-08-19 | 弾性表面波フィルタ |
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JP4220118A JP2986036B2 (ja) | 1992-08-19 | 1992-08-19 | 弾性表面波フィルタ |
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ID=16746202
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-
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- 1992-08-19 JP JP4220118A patent/JP2986036B2/ja not_active Expired - Lifetime
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1992年電子情報通信学会春季大会講演論文集[分冊1]P.1−394〜P.1−396(A393〜A395),1992年3月15日発行 |
電子通信学会論文集 Vol.53〜A,No.8(1970/8/25)P.399〜405 |
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