JP3152418B2

JP3152418B2 - 弾性表面波フィルタ

Info

Publication number: JP3152418B2
Application number: JP17993697A
Authority: JP
Inventors: 良夫佐藤; 理伊形; 勉宮下; 隆志松田; 光夫高松
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-10-28
Filing date: 1997-07-04
Publication date: 2001-04-03
Anticipated expiration: 2016-04-03
Also published as: JPH1093375A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は弾性表面波フィルタ
に係り、特に自動車電話及び携帯電話などの小型移動体
無線機器のＲＦ（高周波部）のフィルタに適用しうる梯
子型の弾性表面波フィルタに関する。現在の国内の自動
車・携帯電話の仕様の１例は、９３３．５ＭＨｚを中心
として、±８．５ＭＨｚの範囲が送信帯域である。比帯
域幅にすると、約２％である。

【０００２】弾性表面波フィルタは上記の仕様を満たす
ような特性であることが必要であり、具体的には、通
過帯域幅が比帯域幅にして２％以上と広いこと、損失
が１．５〜２ｄＢ以下と低いこと、抑圧度が２０ｄＢ
〜３０ｄＢ以上と高いことが必要とされる。この要求を
満たすため、弾性表面波フィルタは、従来のトランスバ
ーサル型に代わって、弾性表面波素子を共振器として用
い、これを梯子型に構成した共振器型が希望視されてい
る。

【０００３】

【従来の技術】図２６は、特開昭５２−１９０４４号に
記載されている弾性表面波フィルタ１の等価回路を示
す。このフィルタ１は、直列腕２に弾性表面波共振器３
を配置し、並列腕４に弾性表面波共振器５を配置し、且
つ並列腕４の共振器５の等価並列容量Ｃ_OBを直列腕２の
共振器３の等価並列容量Ｃ_OAより大とした構成である。

【０００４】このフィルタ１は、図２７に線６で示す特
性を有する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のフィルタ１にお
いて、後述するように等価並列容量Ｃ_OBを大とすると、
矢印７で示すように抑圧度を高めることができる。しか
し、この容量Ｃ_OBを増やすと、矢印８で示すように通過
帯域幅が狭くなり、且つ矢印９で示すように損失が増
え、特性は線１０で示す如くになってしまう。

【０００６】抑圧度を２０ｄＢ以上としようとすると、
通過帯域幅は比帯域幅にして１％以下となってしまい、
上記の自動車携帯電話の仕様を満たすことができなくな
ってしまう。そこで、本発明は、通過帯域幅の拡大と通
過帯域外の抑圧度の向上とを同時に達成することがで
き、しかもリップル成分を抑圧した弾性表面波フィルタ
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、所定の共振周波数を有する第１の一端子対弾性表面
波共振器を並列腕に、該第１の共振器の反共振周波数に
略一致する共振周波数をもつ第２の一端子対弾性表面波
共振器を直列腕に配してなる梯子型弾性表面波フィルタ
において、前記梯子型弾性表面波フィルタの基板材料は
ＬｉＴａＯ _３であり、並列腕に形成された第１の一端子
対弾性表面波共振器が、その両側に同じ電極材料で形成
された反射器を有し、該第１の弾性表面波共振器を構成
する励振電極及び反射器を、材料がＡｌ製又は重量比で
数％異種金属を混ぜたＡｌ合金製であり、膜厚が電極周
期の０．０６〜０．０９倍となるように構成し、小型移
動体無線機器用のＲＦフィルタで、比帯域幅が少なくと
も２％であることを特徴とする弾性表面波フィルタであ
る。

【０００８】請求項２に記載の発明は、所定の共振周波
数を有する第１の一端子対弾性表面波共振器を並列腕
に、該第１の共振器の反共振周波数に略一致する共振周
波数をもつ第２の一端子対弾性表面波共振器を直列腕に
配してなる梯子型弾性表面波フィルタにおいて、前記梯
子型弾性表面波フィルタの基板材料はＬｉＴａＯ _３であ
り、並列腕に形成された第１の一端子対弾性表面波共振
器が、その両側に同じ電極材料で形成された反射器を有
し、該第１の弾性表面波共振器を構成する励振電極及び
反射器を、材料がＡｕ製であり、膜厚が電極周期の０．
００８６〜０．０１３倍となるように構成し、小型移動
体無線機器用のＲＦフィルタで、比帯域幅が少なくとも
２％であることを特徴とする弾性表面波フィルタであ
る。

【０００９】請求項３に記載の弾性表面波フィルタは、
請求項１又は２において、前記弾性表面波フィルタは、
前記第１の弾性表面波共振器に直列に設族されるインダ
クタンスを有することを特徴とするものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】まず、本発明の基本原理について
説明する。図１は本発明の弾性表面波フィルタ２０の原
理構成を示す。２１は第１の一端子弾性表面波共振器で
あり、所定の共振周波数ｆ_rpを有し、並列腕２２に配し
てある。２３は第２の一端子弾性表面波共振器であり、
第１の共振器２１の反共振周波数ｆ_rpに略一致する共振
周波数ｆ_asを有し、直列腕２４に配してある。２５はイ
ンダクタンスであり、第１の共振器２１に直列に付加し
てあり、並列腕２２に配してある。

【００１１】一端子対弾性表面波共振器を直列腕と並列
腕とにもつ回路がフィルタ特性を有する原理は次の通り
である。この原理については、本特許の原理説明にも必
要であるため、ここで詳しくのべる。共振回路がフィル
タ特性を示すか否かを評価するには、イメージパラメー
タによる方法が理解し易い。この方法は柳沢等による
「フィルタの理論と設計」（産報出版：エレクトロニク
ス選書，１９７４年発行）に詳しく述べられている。

【００１２】以下これを基にして原理を述べる。フィル
タ特性を示す基本的な梯子型回路を図２に示す。同図に
おいて斜線のブラックボックスが弾性表面波共振器３
０，３１である。今、説明の簡略化のため、弾性表面波
共振器を抵抗分のないリアクタンス回路であると仮定
し、直列腕の共振器３０のインピーダンスをＺ＝ｊｘ、
並列腕の共振器３１のアドミタンスをＹ＝ｊｂとする。

【００１３】イメージパラメータ法によれば、入力側電
圧・電流をそれぞれＶ₁，Ｉ₁、出力側をＶ₂，Ｉ₂と
すると（図２参照）、

【００１４】

【数１】

【００１５】で定義されるイメージ伝送量γ（複素数）
が、重要な意味を持つ。即ち、

【００１６】

【数２】

【００１７】の式において、この式で表される値が虚数
であれば図２の二端子対回路全体は通過特性を示し、実
数であれば減衰特性を示す。ここに、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの
記号は図２の回路全体をＦ行列で表した時の四端子定数
であり、それぞれを前述のｘ，ｂで表すと以下のように
なる。Ａ＝１Ｂ＝ｊｘＣ＝ｊｂＤ＝１−ｂｘ …（３）従って、（２）式は、次式になる。

【００１８】

【数３】

【００１９】（４）式より、０＜ｂｘ＜１、即ちｂとｘ
が同符号で小さな値の時、図２の回路全体は通過特性を
示し、ｂｘ＜０またはｂｘ＞１の時、即ちｂとｘが異符
号またはｂｘ積が大きな値の時、減衰特性を示すことが
分かる。ここでさらにｂとｘの周波数特性を定性的に知
るために、弾性表面波共振器のインピーダンス及びアド
ミタンスの周波数特性を調べる。

【００２０】一端子対弾性表面波共振器は図３（Ａ）に
示されるような櫛形電極４０で構成される（日経エレク
トロニクス誌１９７６年１１月２９日号のＰ．７６〜
Ｐ．９８に記載）。４１は電極対で、４２は開口長（交
差幅）、４３は櫛形電極周期である。この櫛形電極は抵
抗分を無視すると一般に図３（Ｂ）に示されるような等
価回路４５で表される。ここにＣ_Oは櫛形電極の静電容
量、Ｃ₁，Ｌ₁は等価定数である。

【００２１】この等価回路４５を、以下、図３（Ｃ）に
示す記号４６で表わす。図４（Ａ）（Ｂ）は夫々櫛形電
極を図３（ｂ）のような等価回路で表した時のインピー
ダンス及びアドミタンスの周波数依存性を定性的に示
す。同図の特性は水晶による共振器と同様に２つの共振
周波数ｆｒ，ｆａをもつ２重共振特性となる。ここでｆ
ｒを共振周波数、ｆａを反共振周波数と呼ぶ。このよう
な２重共振特性をもつ共振器をそれぞれ直列腕及び並列
腕に配置し、さらに並列腕の反共振周波数ｆａｐを直列
腕の共振周波数ｆｒｓに略一致させると、それを中心周
波数とするバンドパス型のフィルタ特性を示す回路を構
成できる。その理由は、図５（Ａ）のインミタンスの周
波数特性の図にも示したように、ｆａｐ≒ｆｒｓである
中心周波数近傍では、０＜ｂｘ＜１が満たされ前述の条
件から通過域となり、中心周波数から少し離れた周波数
領域ではｂｘ＞１、大きく離れた領域ではｂｘ＜０とな
り共に減衰域となるからである。

【００２２】従って、図１に示す構成の弾性表面波フィ
ルタ１は、図５（Ｂ）中線４７で示すフィルタ特性を定
性的に有する。〔通過帯域幅決定要因〕次に、このような共振器型弾性表面波フィルタにおける
バンド幅決定要因を考察する。

【００２３】図５からも分かるようにバンド幅は主にそ
れぞれの共振器における共振周波数ｆｒと反共振周波数
ｆａとの差で決定されている。この差が大きくとれれば
バンド幅は広く広帯域となり、小さければ狭帯域とな
る。ここでｆｒ，ｆａは図３（Ｂ）の等価回路定数を使
って次式から決定できる。

【００２４】

【数４】

【００２５】比帯域幅（Δｆ／ｆ₀は）は主にｆｒ，ｆ
ａの差から決まってしまうため、（６），（７）式を使
い次式のように表される。 Δｆ／ｆ₀＝２（ｆａ−ｆｒ）／（ｆａ＋ｆｒ） ≒２／（４γ＋１） …（８）上式から明らかなようにγ（容量比）が比帯域幅を決め
る重要な因子となる。しかし、この値は特開昭５２−１
９０４４号公報にも記載されているように、櫛形電極を
形成する基板材料の種類によりほぼ決まってしまう。例
えば材料の電気機械結合係数が小さなＳＴカット水晶で
は、γは１３００以上となるのに対し、電気機械結合係
数が大きな３６°Ｙｃｕｔ−ｘ伝搬ＬｉＴａＯ₃では、
γは１５位の値になる。比帯域幅は（８）式より、ＳＴ
カット水晶では０．０４％、３６°Ｙｃｕｔ−Ｘ伝搬Ｌ
ｉＴａＯ₃では３．３％となる。従って、基板材料が決
まれば帯域幅はほぼ決定してしまう。

【００２６】そして、帯域外抑圧度を高めるため、特開
昭５２−１９０４４号に記載されているように、等価並
列容量Ｃ_OBを大とすると、帯域幅はどんどん狭くなって
しまう。これを図６を使って詳しく説明する。前述の原
理説明からも明らかなように並列共振器のｆｒとｆａを
固定したまま、アドミタンス値を大きくしていくと（ア
ドミタンス値を増加するにはγを一定にしたまま櫛形電
極の開口長または対数を増やして静電容量Ｃ₀を大きく
していく）、図６（Ａ）に示すように帯域外ではｂｘ積
が負で増加するため減衰量は増え特性は良くなるが、中
心周波数の近傍ではｂｘ積が正で増加するためｂｘ＞１
の領域が拡がり、結果として０＜ｂｘ＜１なる通過域が
狭まって帯域が十分取れなくなる。この様子を図６
（Ｂ）中の矢印で表す。

【００２７】〔通過帯域幅の改善〕以上の点を解決する一つの手段として、直列腕の共振
器か若しくは並列腕の共振器かどちらかすくなくとも一
方の共振器のｆｒとｆａとの差を広げ、かつそのイン
ピーダンス値若しくはアドミタンス値を大きくするとい
う２つの条件を満たすことが必要である。インピーダン
ス値やアドミタンス値を大きくする理由は、帯域外減衰
量を大きくするためである。これが実現できれば、通過
帯域を広げつつ若しくは狭くすることなく、帯域外減衰
量を改善できることになる。

【００２８】まず、の条件である共振器のｆｒ，ｆａ
の差を広げる方法としては、一端子対弾性表面波共振器
に直列にインダクタンスＬを付加する方法が有効であ
る。図７（Ａ），（Ｂ）に一端子対弾性表面波共振器に
直列にＬとして８ｎＨを接続した時のインピーダンス
及びアドミタンスの周波数変化を示す。計算に用いた弾
性表面波共振器の等価回路の各定数は同図に示す。

【００２９】図７（Ａ）中、線５０は、Ｌを付加する前
のインピーダンス特性を示す。線５１は、Ｌを付加した
後のインピーダンス特性を示す。図７（Ｂ）、線５２は
Ｌを付加する前のアドミタンス特性を示す。線５３は、
Ｌを付加した後のアドミタンス特性を示す。図７（Ａ）
より、Ｌを付加することによってｆｒとｆａの間隔は広
がっていることが分かる。この場合では約３０ＭＨｚ拡
大した。この理由は、同図（Ａ）のインピーダンスの周
波数特性から明らかなように、直列にＬが加わることに
より元の共振器だけのインピーダンスが＋側へ、ωＬ分
だけ引上げられる結果、ｆｒがｆｒ’へと変化したため
である。この時ｆａはほとんど動かない。インピーダン
スの逆数であるアドミタンスも同じ理由から同図
（Ａ）に示すように変化する。この場合も、ｆｒがｆ
ｒ’へと変化していることが明確にわかる。

【００３０】次にの条件であるが、アドミタンス値は
図７（Ｂ）からも明らかのようにＬを付加することで大
きくなっている。しかし、インピーダンス値は図７
（Ａ）に示すように帯域外では逆に小さくなっている。
従って、直列腕の共振回路にこの方法を適用する場合に
はインピーダンス値を大きくする方法が更に必要とす
る。それには直列に複数個の同じ弾性表面波共振器を接
続することにより解決できる。

【００３１】図８中、線５５は、一つの共振器のインピ
ーダンス特性を示す。線５６は、ｎ個の共振器を直列に
接続した場合の共振部分のインピーダンス特性を示す。
図８に示すように、ｎ個の共振器を接続することにより
共振器部のインピーダンス値はｎ倍になる。一方ｆａと
ｆｒの差については、Ｌを繋いだ時の共振周波数の拡が
りはｆｒ”と、１個の共振器の場合のｆｒ’よりやや狭
くなるものの、Ｌを繋がない時よりもｆａとｆｒの差は
大きくとれる。もし必要であればＬの値を増やすことに
よりｆａとｆｒの差はさらに大きくなる。

【００３２】以下、本発明の内容を具体的な実施例によ
り説明する。実施例はほとんどシミュレーションにより
行った。そこで、まず本発明に用いたシミュレーション
について簡単に述べるとともに、シミュレーションの正
当性を証明するために、実験との比較を示す。図３
（Ｂ）に示した等価回路は一端子対弾性表面波共振器の
特性を簡略にシミュレーションできるが、共振器を構成
する櫛形電極の対数、開口長、電極膜厚などの変化並び
に反射器の効果等を正確にシミュレーションすることが
難しい。そこで発明者等が既に開発したところのスミス
の等価回路を基本にこれを転送行列で表す方法を用い、
共振器へ応用した（O.Ikata et al.:1990 ULTRASONIC S
YMPOSIUM Proceedings,vol.1, pp83-86, (1990). を参
照、これを文献（１）とする。）。

【００３３】図９（Ａ）は並列腕に一端子対弾性表面波
共振器を配した場合の、シミュレーションの結果を示
す。図９（Ｂ）は、並列腕に、材料がＡｌ−２％Ｃｕ、
膜厚が１６００Åの櫛形電極よりなる一端子対弾性表面
波共振器を配し、更にこの共振器に長さ３ｍｍのボンデ
ィングワイヤ（Ｌ＝１．５ｎＨ）を接続した場合の、実
験の結果を示す。

【００３４】図９（Ａ），（Ｂ）を比較するに、開口長
変化による共振点（図中ｆｒ₁，ｆｒ₂，ｆｒ₃で示し
た）の動きや共振点近傍での減衰量について、実験値と
計算値が良く一致していることが分かる。図１０（Ａ）
は、直列腕に共振器を配した場合の、シミュレーション
の結果を示す。後述する実験で用いたボンディングパッ
ドがやや大きかったため、シミュレーションでは、その
浮遊容量として、０．５ｐＦのコンデンサを考慮してい
る。

【００３５】図１０（Ｂ）は、直列腕に共振器を接続し
た場合の実験の結果を示す。図１０（Ａ），（Ｂ）を比
較するに、反共振周波数ｆａ₁，ｆａ₂，ｆａ₃が開口
長に依存しない点や、反共振周波数近傍での減衰量の変
化などが実験と良く一致していることがわかる。従っ
て、これらを組み合わせた時のフィルタ特性も実験と良
く一致することは明らかであり、以降の実施例はシミュ
レーションで行った。

【００３６】〔実施例１〕図１１は本発明の第１実施例になる弾性表面波フィルタ
１３０を示す。本実施例は、損失の低下を図ったもので
ある。現在、国内の自動車・携帯電話の仕様のなかで１
つの例をあげると、９３３．５ＭＨｚを中心周波数とし
て、±８．５ＭＨｚの範囲が移動機器の送信帯域で、そ
こから−５５ＭＨｚ離れた８７８．５ＭＨｚを中心周波
数として、±８．５ＭＨｚの範囲が受信帯域という仕様
がある。

【００３７】本実施例は、上記の移動機器の送信側フィ
ルタに適するように設計してある。後述する他の実施例
も同様である。直列腕６１に一端子対弾性表面波共振器
Ｒ₂及びＲ₄が配してある。並列腕６２，６３，６４に
夫々一端子対弾性表面波共振器Ｒ_1B，Ｒ_3B，Ｒ_5Bが配し
てある。

【００３８】Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₃はインダクタンスであ
り、夫々共振器Ｒ_1B，Ｒ_3B，Ｒ_5Bと接続して並列腕６
２，６３，６４に配してある。各共振器Ｒ₂、Ｒ₄、Ｒ
_1B，Ｒ_3B，Ｒ_5Bは櫛形電極構造を有する。対数は１０
０、開口長は８０μｍである。材料は、Ａｌ−２％Ｃｕ
であり、膜厚は３，０００Åである。また、櫛形電極の
周期が適宜定めてあり、並列腕６２，６３，６４中の各
共振器Ｒ_1B，Ｒ_3B，Ｒ_5Bの共振周波数は、９１２ＭＨ
ｚ、反共振周波数は９３４ＭＨｚとしてある。直列腕６
１中の各共振器Ｒ₂，Ｒ₄の共振周波数は９３４ＭＨ
ｚ、反共振周波数は９６２ＭＨｚとしてある。

【００３９】インダクタンスＬ₁，Ｌ₂，Ｌ₃は共に４
ｎＨである。並列腕６２の第１の弾性表面波共振器Ｒ_1B
は、図１２に示すように励振電極１３１と、この両側に
反射器１３２，１３３を配した構成である。反射器１３
２，１３３は励振電極１３１と反射器１３２，１３３と
の中心間距離ｄを次式ｄ＝（ｎ＋β）・λ … （ここで、ｎは適当な整数、βは１以下の実数、λは共
振周波数に対応した櫛形電極の周期である）で表わすと
き、β＝０．４としたときの位置に配してある。

【００４０】上記反射器１３２，１３３の対数は、５０
である。反射器を備えた共振器Ｒ_1Bは、図１１に示すよ
うに「＊」を追加した記号で表わす。他の並列腕６３，
６４の共振器Ｒ_3B，Ｒ_5Bも、上記の共振器Ｒ_1Bと同様
に、反射器を備えた構成である。上記構成のフィルタ１
３０は、図１３中線１３４で示す通過特性を有する。

【００４１】この通過特性は、図１１のフィルタ６０の
通過特性（線６５で示す）に比べて、矢印１３５で示す
ように、通常帯域の挿入損失が低減されている。ここ
で、リップルｒ_Pは、図１２に示すように並列腕の励振
電極１３１の両側に反射器１３２，１３３を配置したこ
とによって発生したものである。ここで、反射器１３
２，１３３の配設位置を上記のように定めた理由につい
て説明する。上記式において、βを０から０．５まで
変化させてリップルｒ_Pの幅への影響は、図１４中線１
４０で示す如くになる。同図中、点１４１がリップル幅
が最小の点であり、このときのβが０．４である。

【００４２】このことから、βを０．４に定めてある。
図１５は、図１１のフィルタ１３０を実現した弾性表面
波フィルタ装置１５０を示す。８１はセラミックパッケ
ージ、８２はフィルタチップ、８３はアースとして機能
する蓋である。セラミックパッケージ８１はアルミナセ
ラミック製であり、サイズは５．５×４ｍｍ²の高さが
１．５ｍｍと小さい。このセラミックパッケージ８１に
はＡｕ製の電極端子８４_-1〜８４_-6が形成してある。フ
ィルタチップ８２は、ＬｉＴａＯ₃製であり、サイズは
２×１．５ｍｍ²の厚さが０．５ｍｍである。このフィ
ルタチップ８２の表面に、対数が１００、開口長が８０
μｍ、材料がＡｌ−２％Ｃｕ、膜厚が３，０００Åの櫛
形電極構造を有する共振器Ｒ₂、Ｒ₄、Ｒ_1B、Ｒ_3B、Ｒ
_5Bが、互いに弾性表面波の伝播路を共有しないように、
ずらして配置してある。またフィルタチップ８２の表
面には、ボンディング用端子としての、二つの信号線用
端子８５_-1，８５_-2及び三つのアース用端子８５_-3，８
５_-4，８５_-5が形成してある。

【００４３】８６_-1〜８６_-5はボンディングワイヤであ
り、Ａｌ又はＡｕ製であり、径が２５μｍφであり、夫
々端子８４_-1〜８４_-5と端子８５_-1〜８５_-5とにボンデ
ィングされて接続してある。このうち、ワイヤ８６_-1，
８６_-2は夫々図１１中の直列腕６１の一部６１ａ及び６
１ｂを構成する。ワイヤ８６_-3はアース用電極端子８
４_-3と８５_-3との間に接続してあり、ワイヤ８６_-4は別
のアース用電極端子８４_-4と８５_-4との間に接続してあ
り、ワイヤ８６_-5は別のアース用電極端子８４_-5と８５
_-5との間に接続してある。このワイヤ８６_-3〜８６_-5は
長さが共に２．０ｍｍと長い。

【００４４】このように、細くて長いワイヤは高周波の
理論によれば、インダクタンス分を持つ。空中リボンイ
ンダクタの理論式（倉石：理工学講座、「例題円周マイ
クロ波回路」東京電機大学出版局のＰ１９９に記載）に
よれば、上記のワイヤ８６_-3，８６_-4，８６_-5のインダ
クタンスは約１ｎＨとなる。このようにして、図１１中
のインダクタンスＬ₁，Ｌ₂，Ｌ₃を構成する。

【００４５】また、１５１，１５２，１５３，１５４は
夫々反射器である。次に、第１の一端子対弾性表面波共
振器の変形例について説明する。図１６は一の変形例を
示す。この共振器Ｒ₁Ｂａは、励振電極１３１の両側
に、反射器として、電気的負荷が短絡型の櫛形電極１６
０，１６１を配した構成である。

【００４６】図１７は、別の変形例を示す。この共振器
Ｒ₁Ｂ_bは、励振電極１３１の両側に反射器として、ス
トリップアレイ型電極１６５，１６６を配した構成であ
る。〔実施例２〕図１８は本発明の第２実施例になる弾性表面波フィルタ
１７０を示す。本実施例は、実施例１と同様に損失の低
下を図ったもので、前述した図に示す構成部分と対応す
る部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

【００４７】直列腕６１のうち、並列腕６２，６３の間
の部分に同じ共振器Ｒ₂が二つ直列に接続され、更にこ
れに直列に３ｎＨのインダクタンスＬ_Sが付加してあ
る。同じく、直列腕６１のうち、並列腕６３，６４の間
の部分に、同じ共振器Ｒ₄が二つ直列に接続され、更
に、これに直列に３ｎＨのインダクタンスＬ_Sが付加し
てある。並列腕６２には、一つの共振器Ｒ位置だけが配
してある。同じく、並列腕６３には、一の共振器Ｒ₃だ
けが配してある。同様に、並列腕６４には、一の共振器
Ｒ₄だけが配してある。

【００４８】フィルタ１７０は、各並列腕６２，６３，
６４の第１の弾性表面波共振器Ｒ_1B，Ｒ_3B，Ｒ_5Bを夫々
図１２に示すように励振電極１３１の両側のβが０．４
で定まる位置に反射器１３２，１３３を配した構成であ
る。このフィルタ１７０によれば、通過帯域の損失が少
なく、且つリップルも抑えられた通過特性が得られる。

【００４９】〔実施例３〕本実施例は、図１３中のリップルｒ_Pを取り除くことを
目的としたものである。まず、前記反射器付加時に現れ
るリップルを効果的に取り除く手段について述べる。発
明者等は、リップルの現れ周波数位置と電極膜厚との関
係をシミュレーションにより調べた。シミュレーション
では膜厚増加の効果を電極下の音響インピーダンス（Ｚ
ｍ）と自由表面の音響インピーダンス（Ｚｏ）との比を
大きくしていくことで置き換えた。それは文献（１）で
も述べているように、電極膜厚の増加は質量が増加する
ことであり、これはそのまま音響インピーダンスの不連
続量の増加に比例すると考えられるためである従って、Ｑ＝Ｚｏ／Ｚｍ＝Ｖｏ／Ｖｍ＝１＋ｋ²／２＋α（ｔ）… （９）（Ｖｏ，Ｖｍ：自由表面及び電極下での音速、ｋ²：電気機械結合係数）とし、α（ｔ）を膜厚ｔに比例するパラメータとしてこ
れを変化させた。

【００５０】こう置くとフィルタの中心周波数ｆｏは、ｆｏ＝２ｆｏ’／（１＋Ｑ） …（１０）となり、膜厚を増加するにつれ、音響インピーダンスの
不連続がない時の中心周波数ｆｏ’から低周波数側へ移
動していくという良く知られた実験事実とも一致する。
シミュレーションの結果、α（ｔ）を大きくすると、即
ち電極膜厚を厚くしていくと、リップルｒ_Pの現れる周
波数位置が図１９中、矢印１８０で示すように、通過帯
域の高周波側へ移動してゆき、ついには高周波側の減衰
極の中に落ちてしまうことが分かった。これを模式的に
図１９に示す。

【００５１】なお、図１９中、別のリップルｒ_Sは、直
列腕共振器の反射器が原因で発生するものである。図２
０はα（ｔ）＝０．０８の時で、並列腕の共振器の反射
器から生じるリップルが、丁度高周波側の減衰極の中に
落ちている場合の通過特性を示す。従って、同図では通
過帯域からリップルが消え、しかも挿入損失がかなり低
減している。なお、この図では、通過帯域の中心が（１
０）式に従って低周波側へ移動したため、これを補正す
べく、中心周波数を９３２ＭＨｚになるように、直列腕
及び並列腕の共振器の共振周波数を１５ＭＨｚだけ高周
波側へシフトしている。

【００５２】これを実際の膜厚との対応でみるため、チ
ップを試作し、その通過特性を調べた。図２１（Ａ），
（Ｂ），（Ｃ）の線１８５，１８６，１８７は、夫々膜
厚が２０００Å，３０００Å，４０００Åの時の通過特
性を対応させて示す。尚、膜厚を変えることにより中心
周波数が変わるが、同図のデータはこれを補正するべ
く、櫛形電極の周期を変え、中心周波数があまり変動し
ないように調整している。

【００５３】図２１から明らかなように、２０００Åの
時に帯域内に現れていた並列腕の共振器のリップル
ｒ_P、及び帯域外の直列腕のリップルｒ_Sが、３０００
Åの時には高周波側へ移動してｒ_P’，ｒ_S’となり、
ｒ_P’は高周波側の減衰極に埋もれてしまった結果、帯
域内にリップルのない良好な特性となった。この結果は
シミュレーションの結果と定性的に良く一致している。

【００５４】しかし、膜厚を増加させた時にはシミュレ
ーションでは計算できないバルク波による損失劣化（江
畑他：「ＬｉＴａＯ₃基板上の弾性表面波共振子とその
ＶＴＲ用発振器への応用」，電子通信学会論文誌，vol.
J66-C,No.1, pp23-30,1988)と抵抗損による損失改善が
あり、その兼ね合いも重要な因子となる。そこで図２２
（Ａ）に膜厚を変えた時の最小挿入損の変化をプロット
した。

【００５５】同図中、線１９０はバルク波による損失、
線１９１は抵抗損による損失を示す。線１９２が実験値
である。同図より分かるように、挿入損は２５００Å位
で両者の効果が均衡し、約３５００Åくらいからバルク
波による損失増加が支配的になり劣化し始める。図２２
（Ｂ）の線１９３は、図１２中の励振電極１３１と反射
器１３２，１３３の膜厚を変えた場合の、リップルｒ_P
の周波数位置の、通過帯域中心周波数ｆ₀に対する変化
を示す。

【００５６】図２２（Ａ），（Ｂ）及び自動車・携帯電
話に適した損失２ｄＢ以下の条件を総合的に判断する
と、膜厚としては、２６００Å〜４０００Åが帯域内に
もリップルを作らず、かつ損失劣化も少ないことから適
当である。これを、フィルタの中心周波数からほぼ決ま
る並列腕共振器の電極周期λ_P（９３２ＭＨｚで４．４
μｍであり、図１２参照）で規格化すると、０．０６〜
０．０９となる。

【００５７】本実施例は、上記の検討結果に基づくもの
である。図２３は本発明の弾性表面波フィルタの第１の
一端子対弾性表面波共振器２００を示す。同図中、２０
１励振電極２０２，２０３は反射器であり、夫々Ａｌ製
又は重量比で数％異種金属を混ぜたＡｌ混合製であり、
膜厚ｔ₁は、電極周期λｐの０．０６〜０．０９倍の厚
さである。

【００５８】この共振器２００を図１１及び図１８中の
共振器Ｒ_1B，Ｒ_3B，Ｒ_5Bに適用した弾性表面波フィルタ
の通過特性は、図２４中、線２０５で示す如くになり、
通過帯域内にリップルは現われていない。なお、上記の
Ａｌ合金製とした場合には、Ａｌ製とした場合に比べて
耐電力特性が向上する。混合させる異種金属はＣｕ，Ｔ
ｉなどである。

【００５９】図２５は、上記共振器の変形例である共振
器２１０を示す。２１１は励振電極、２１２，２１３は
反射器である。これらは、Ａｕ製である。質量付加効果
の影響でこの現象が生じていることから、最適な膜厚値
の範囲Ａｌの密度との比だけ上記値より小さくなる。Ａ
ｌの密度／Ａｕの密度＝２．７／１８．９＝０．１４３
であるため、最適膜厚ｔ₂は、０．１４３倍して、電極
周期λ_Pの０．００８６〜０．０１３倍の厚さとしてあ
る。

【００６０】この共振器２１０を図１１及び図１８中の
共振器Ｒ_1B，Ｒ_3B，Ｒ_5Bに適用した弾性表面波フィルタ
の通過特性も、図２４に示す如くになり、通過帯域にリ
ップルは現われない。

【００６１】

【発明の効果】以上説明した様に、請求項１ないし３に
記載の発明によれば、従来のものに比べて、通過帯域外
抑圧度を高めることができ、しかも同時に通過帯域幅を
広げることができ、更にはリップルを小さく又は実質的
に無くすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の弾性表面波フィルタの原理図である。

【図２】共振器を用いたフィルタ回路の基本構成を示す
図である。

【図３】一端子対弾性表面波共振器の構造とその等価回
路及びその記号を示す図である。

【図４】一端子対弾性表面波共振器のインピーダンス及
びアドミタンスの周波数特性を示す図である。

【図５】共振周波数近傍における弾性表面波共振器のイ
ンミタンス特性及びそれらを接続してなる図１のフィル
タのフィルタ特性を示す図である。

【図６】従来の弾性表面波フィルタを説明する図であ
る。

【図７】共振器にインダクタンスを直列に付加した場合
の効果を示す図である。

【図８】一端子対弾性表面波共振器を直列にｎ個接続し
た場合の効果を示す図である。

【図９】並列腕共振器の通過特性の開口長依存性を示す
図である。

【図１０】直列腕共振器の通過特性の開口長依存性を示
す図である。

【図１１】本発明の弾性表面波フィルタの第１実施例の
回路図である。

【図１２】図１１中、第１の一端子対弾性表面共振器を
示す図である。

【図１３】図１１のフィルタの通過特性を示す図であ
る。

【図１４】反射器設置位置ｄ＝（ｎ＋β）・λのβによ
るリップル幅への影響を示す図である。

【図１５】図１１の弾性表面波フィルタの構造をその蓋
を取り外した状態で示す平面図である。

【図１６】図１１中の第１の一端子対弾性表面波共振器
の一の変形例を示す図である。

【図１７】図１１中の第１の一端子対弾性表面波共振器
の別の変形例を示す図である。

【図１８】本発明の弾性表面波フィルタの第２実施例を
示す図である。

【図１９】電極膜厚（ｔ）のリップル発生位置への効果
を示す図である。

【図２０】並列腕共振器の反射器によるリップル
（ｒ_P）が高周波減衰極へ落ちたときの状態を示す図で
ある。

【図２１】共振器型フィルタの通過特性の膜厚依存性を
示す図である。

【図２２】挿入損失及びリップル発生位置の膜厚依存性
の実験の結果を示す図である。

【図２３】本発明の弾性表面波フィルタの第３実施例の
第１の一端子対弾性表面波共振器を示す図である。

【図２４】図２３の共振器を適用した弾性表面波フィル
タの通過特性を示す図である。

【図２５】本発明の弾性表面波フィルタの第３実施例の
第１の一端子対弾性表面波共振器の変形例を示す図であ
る。

【図２６】従来の弾性表面波フィルタの１例を示す図で
ある。

【図２７】図２６のフィルタの通過特性を示す図であ
る。

【符号の説明】

１３０，１７０弾性表面波フィルタ１５０弾性表面波フィルタ装置８１セラミックパッケージ８２フィルタチップ８３蓋８４_-1〜８５_-6 電極端子８５_-1〜８５_-5 端子８６_-1〜８６_-5 ボンディングワイヤ１３１，励振電極１３２，１３３反射器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮下勉神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者松田隆志神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者高松光夫神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の共振周波数を有する第１の一端子
対弾性表面波共振器を並列腕に、該第１の共振器の反共
振周波数に略一致する共振周波数をもつ第２の一端子対
弾性表面波共振器を直列腕に配してなる梯子型弾性表面
波フィルタにおいて、前記梯子型弾性表面波フィルタの基板材料はＬｉＴａＯ
_３であり、並列腕に形成された第１の一端子対弾性表面波共振器
が、その両側に同じ電極材料で形成された反射器を有
し、該第１の弾性表面波共振器を構成する励振電極及び
反射器を、材料がＡｌ製又は重量比で数％異種金属を混ぜたＡｌ合
金製であり、膜厚が電極周期の０．０６〜０．０９倍となるように構
成し、小型移動体無線機器用のＲＦフィルタで、比帯域幅が少
なくとも２％であることを特徴とする弾性表面波フィル
タ。
【請求項２】所定の共振周波数を有する第１の一端子
対弾性表面波共振器を並列腕に、該第１の共振器の反共
振周波数に略一致する共振周波数をもつ第２の一端子対
弾性表面波共振器を直列腕に配してなる梯子型弾性表面
波フィルタにおいて、前記梯子型弾性表面波フィルタの基板材料はＬｉＴａＯ
_３であり、並列腕に形成された第１の一端子対弾性表面波共振器
が、その両側に同じ電極材料で形成された反射器を有
し、該第１の弾性表面波共振器を構成する励振電極及び
反射器を、材料がＡｕ製であり、膜厚が電極周期の０．００８６〜０．０１３倍となるよ
うに構成し、小型移動体無線機器用のＲＦフィルタで、比帯域幅が少
なくとも２％であることを特徴とする弾性表面波フィル
タ。
【請求項３】前記弾性表面波フィルタは、前記第１の
弾性表面波共振器に直列に接続されるインダクタンスを
有することを特徴とする請求項１または２に記載の弾性
表面波フィルタ。