JP3169830B2 - Surface acoustic wave filter - Google Patents

Surface acoustic wave filter

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JP3169830B2
JP3169830B2 JP14700896A JP14700896A JP3169830B2 JP 3169830 B2 JP3169830 B2 JP 3169830B2 JP 14700896 A JP14700896 A JP 14700896A JP 14700896 A JP14700896 A JP 14700896A JP 3169830 B2 JP3169830 B2 JP 3169830B2
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acoustic wave
surface acoustic
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filter
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は弾性表面波フィルタ、更
に詳しく言えば圧電性基板上にインタディジタルな電極
指を配して構成されたトランスデューサより成る弾性表
面波共振器を複数個組合せてなるバンドパス、あるいは
バンドリジェクションフィルタの構成に関するものであ
る。 【0002】 【従来の技術】弾性表面波フィルタは上述の如く圧電性
基板上に簡単な形状の薄い導電性導体を配したトランス
デューサを形成するものであるため、極めて小型でかつ
安定な特性のフィルタを実現できる利点を持っている。 【0003】この種の弾性表面波フィルタに要求される
主な特性は低損失でかつ、急峻な周波数特性すなわちパ
ス(通過領域)とリジェクション(阻止領域)の境で減
衰特性が急激に変化できる特性を持つことである。又、
最近、特に注目されていることは耐電力特性すなわち、
大電力の信号に対して所定のフィルタとして動作するこ
とが重要となっている。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】従来種々の弾性表面波
フィルタが知られているが、耐電力性についてはあまり
配慮がなされていない。耐電力性を向上するために、電
極材料を改良するものがあるが、それでも、現在開発さ
れているものは0.5ワット以下のものしか使用されて
いない。 【0005】したがって、本発明の主な目的は耐電力性
のすぐれた弾性表面波フィルタを実現すること、すなわ
ち、数ワット以上の電力の信号にも使用できる弾性表面
波フィルタを実現することである。 【0006】 【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、一圧電性基板上に3個以上の共通電極を向
き合って一方向に配置し、この3個以上の共通電極のう
ちの両端に配置された2個の共通電極には一方向でかつ
これら以外の他の共通電極側にのみ、そして他の共通電
極には一方向の両方の側に電極指を接続し、かつこれら
の複数個の電極指のうちの2個ずつを互いに交互に間挿
して複数対の電極指を配置し、相隣る2つの共通電極間
で構成される複数個の弾性表面波共振器の入出力端子に
外部負荷との整合回路を設けると共に、弾性表面波共振
器を構成する共通電極および電極指と共通アース間の圧
電性基板による容量を利用してフィルタを構成したもの
である。ここで、複数個の弾性表面波共振器の中の少な
くとも一部の弾性表面波共振器は他の弾性表面波共振器
と共振周波数が異なっている。また、0.5Wより大き
く4W以下の耐電力用である。 【0007】 【作用】上記構成によれば以下の詳細な説明で明らかと
なるように、入力電力の一部(高周波成分)は音響エネ
ルギーに変換されることなく、直接出力側に伝達される
ため、電極材料、あるいは基板にかかる機械的応力が削
減され、大電力の信号に耐える(例えば2〜4watt)弾
性表面波フィルタを実現できる。すなわち、大電力の信
号に耐える(例えば2〜4watt)弾性表面波フィルタを
実現できることの第1理由は、通常の圧電結晶は良質な
誘電体であるので、大電力信号により1開口弾性表面波
共振器の電極導体とアースの間に数wattの入射電力によ
り非常に高い電圧が誘起されても、1開口弾性表面波共
振器の電極導体とアースの間の圧電基板容量が破壊する
ことはない点にある。このことを、圧電基板容量の代り
に1開口弾性表面波共振器を用いた特公昭58−1850号公
報に記載された弾性表面波フィルタとの比較で説明す
る。特公昭58−1850号公報に記載の1開口弾性表面波フ
ィルタは、直列接続した2ヶの1開口弾性表面波共振器
の接続点とアースとの間に、圧電基板容量ではなく1開
口弾性表面波共振器を導入しT型回路を形成することで
必要な周波数特性を実現している。しかし、本発明者が
実験により検討したところ、この1開口弾性表面波共振
器に、フィルタの通過帯域の周波数成分を持つエネルギ
の一部が流れ込み、アースを通って入力側に戻ってくる
ため、大電力が入射するとこの1開口弾性表面波共振器
が破壊される現象が生じることが分った。この破壊は1
開口弾性表面波共振器の電極指間の電極材料のマイグレ
ーションによるものである。また、第2の理由は、本発
明は1開口弾性表面波共振器に多数対の電極指を用いる
ため電極導体の面積が大きい。その結果、フィルタの入
射電力が広い範囲に渡って分散されて電力損失が本質的
に少なく、すなわち1開口弾性表面波共振器部での熱放
散性が良く、電極材料あるいは基板に発生する機械的応
力が低減されて電極指間の電極材料のマイグレーション
の発生による1開口弾性表面波共振器の破壊に強い点に
ある。 【0008】また、本発明の圧電基板容量は非常に重要
な意味をもつ。すなわち、圧電基板容量はフィルタの周
波数特性を合成する構成要素の一つとして意図的に用い
ているのであり、所謂寄生容量とはその重要性が全く異
なる。さらに、本発明では、多数対電極指より成る1開
口弾性表面波共振器を用いているので電極指部分の面積
が広く、比較的容易にアースに対する必要な容量を確保
出来る。 【0009】 【実施例】以下、実施例によって本発明を詳細に説明す
る。 【0010】図1は本発明による弾性表面波フィルタの
一実施例の構成を示す図である。 【0011】同図において、1は信号入力端子,2はフ
ィルタの出力端子である。圧電性基板8上には平行に共
通電極9−1…9−6が配置され、各共通電極9には互
に交互に間挿された電極指が接続されている。共通電極
9−1は入力端子を構成し信号入力端子1との間にイン
ダクタンス3及び4からなる入力負荷との整合回路が形
成され、又共通電極9−6は出力端子を形成し、フィル
タ出力端子2との間に、出力負荷との整合回路を構成す
るインダクタンス5及び6が設けられている。上記構成
において、相隣る2つの共通電極間は図2に示すよう
な、多数対トランスデューサによる1開口弾性表面波共
振器を構成する。ここで、1開口弾性表面波共振器(on
e port SAW resonator)とは、アイ イー イー イー
ウルトラソニックス シンポジウム プロシーディン
グ 1978年,第573−578頁(IEEEUltrasonics Symp. 19
78, pp.573-578)に記載されているように、弾性表面波
の励振又は受信に係わるトランスデューサが1ヶである
弾性表面波共振器のことである。一般に、弾性表面波共
振器はトランスデューサの両側に弾性表面波の反射器を
導入する場合が多いが、図2に示すようにトランスデュ
ーサの電極指の対数が非常に多い場合は、両側に反射器
がなくても、トランスデューサ自身の電極指による内部
反射で振動エネルギーが閉じ込められるので共振器とな
る。図1のフィルタは1開口弾性表面波共振器が共通電
極9−2,…,9−5で電気的に直列接続されている。
また、1開口弾性表面波共振器を構成するトランスデュ
ーサ内で励振された弾性表面波はトランスデューサの端
部に達するまでに他の電極指との間で多重反射を繰り返
しながらトランスデューサの端部に達してトランスデュ
ーサの外部へ漏れる。しかし、この漏れ弾性表面波のエ
ネルギは、トランスデューサ内部で多重反射を繰り返し
ている弾性表面波の全エネルギに比べると非常に小さ
い。しかも、漏れの方向は1開口弾性表面波共振器の電
気的直列接続の方向と直交している。したがって、各1
開口弾性表面波共振器の間で弾性表面波が相互作用する
ことはない。以下、簡単のため、フィルタの基板構成要
素である1開口弾性表面波共振器を図2の構成で説明す
る。 【0012】図3(a)は上記図2の共振器の電気的等
価回路を示す。一般に弾性表面波共振器は電極間の静電
容量Coと並列に、共振によるインダクタンスL1と容量
1の直列回路を接続した形で表わされる。このような
共振器のインピーダンス特性は図3(b)に示すように
共振周波数frでインピーダンスがほぼ0、反共振周波数
faでほぼ無限大になる。 【0013】従って、図1に示す弾性表面波フィルタは
図4の等価回路で表わすことができる。 【0014】入出力端子1,2に接続された並列インダ
クタンス3,6および直列インダクタンス4,5は図1
と同様外部の整合回路を示す。また、弾性表面波共振器
には図3(a)の等価回路を用いた。 【0015】図中点線で示した容量は、各共振器の電極
指および共振器間を結び付ける電極、または、入出力端
子電極の共通アースに対する容量を示す。ここで、共通
アースとは、図1の圧電基板8を接着剤あるいは半田付
け等でパッケージあるいは回路基盤に固定する場合の、
パッケージあるいは回路基板のアース面のことである。
これ等の容量は図4では点線で示したが、共振器間を結
び付ける電極、または、ボンディングパッド等の入出力
端子電極の面積を増減することによって任意に設定する
ことができる。また、圧電基板8の板厚を変化させるこ
とによっても任意に設定可能である。さらに、これ等の
容量は必要に応じて外部に設けたチップキャパシタ等に
よって形成しても良い。 【0016】図1の構成では、図4の等価回路から分か
るように、各共振器の共振周波数より低い周波数では、
各共振器のインピーダンスはほぼ電極間の容量(36,37
…39)のみとなるため図5(a)のように表わされる。
また、各共振器の共振周波数の近傍では、各共振器は共
振によるインダクタンスと容量の直列接続(51,52…5
4)に近い形で図5(b)のように表わされる。各共振
器の反共振周波数の近傍では、各共振器は電極間の容量
と共振によるインダクタンスの並列接続(65,66…68)
に近い形で図5(c)のように表わされる。反共振周波
数より十分高い周波数では、共振器は再び電極間の容量
のみとなり図5(a)のように表わされる。なお、40,
41…45,55,56…60,69,70…74はトランスデューサの
電極導体と共通のアースとの間の等価容量を示す。 【0017】次に、図1の構成がバンドパスフィルタあ
るいはバンドリジェクションフィルタとなることを説明
する。フィルタとしての通過帯域は共振周波数あるいは
共振周波数より低い周波数に設定した場合に関して説明
する。 【0018】一般に、このような構成では、フィルタの
通過帯域は共振周波数の近傍に設定するのが、好まし
い。この帯域では、図5(a),(b)は簡略化され、
近似的に図5(d)のように表わされる。すなわち、弾
性表面波共振器は、単なる共通アースに対する容量のみ
で表わすことが出来るため、外部回路によって常に入出
力負荷と整合が可能である。 【0019】通過帯域より低い周波数では、フィルタの
等価回路は図5(a)のように圧電基板容量と1開口弾
性表面波共振器の電極間の静電容量Coで表される。ここ
で、弾性表面波共振器の等価回路が電極間の静電気容量
Coで表されるのは、図3(a)から明らかである。した
がって、通過帯域により低い周波数帯域では圧電基板容
量および弾性表面波共振器の電極間静電容量Coの両容量
ともインピーダンスが大きいため、フィルタは減衰域と
なる。通常帯域より高い周波数では、まず反共振周波数
の近傍では図5(c)のように表わされ、弾性表面波共
振器は反共振によってインピーダンスがほぼ無限大とな
るため、フィルタは減衰域となる。さらには反共振周波
数より高い周波数帯域では圧電基板容量の影響が相対的
に大きくなるため、フィルタの等価回路は図5(d)の
ように圧電基板容量のみで表され、この場合もフィルタ
は減衰域となる。 【0020】以上の構成は、各共振器の共振周波数の近
傍を通過帯域、反共振周波数の近傍を減衰域とするた
め、通過帯域の高域側に非常に急峻な立上り特性が要求
されるバンドパスフィルタ、あるいはバンドリジェクシ
ョンフィルタに好適な構成である。 【0021】図6に、本構成によるフィルタの周波数特
性例を示す。弾性表面波共振器は、対数が400の多数対
トランスデューサを用いた。圧電基板は36°回転Yカッ
トX伝搬LiTaO3を用い、基板表面に20ヶの弾性表面波共
振器と共振器間を直列接続する電極パターンおよびボデ
ィングパッドを形成した。基板厚は、共通アースに対す
る電極指および、接続電極部、ボディングパッド容量が
所望の値となるように0.35mmとした。 【0022】周波数特性は、825〜845MHzを通過域、870
〜890MHzを減衰域とする自動車電話の送信フィルタを想
定した。高域側に急峻な立上り特性を得ると同時に、減
衰域の幅を広く取るため、以下の設計思想に基づいて設
計した。図1の9−1,9−2,…,9−6に相当する
共通電極を圧電基板上に21ヶ形成して20ヶの1開口弾性
表面波共振器と成した。さらに、図3(b)に示される
1開口弾性表面波共振器のインピーダンス特性を、フィ
ルタの入力側から順に、隣合う2ヶの1開口弾性表面波
共振器ずつ同じくして、10グループの共振器と成した。
各グループの共振器間は互に、共振周波数frおよび反共
振周波数faを若干ずらし、これらがフィルタの入力側か
ら出力側へ向かって徐々に高くなるように構成した。ま
た、各1開口弾性表面波共振器の電極導体と共通アース
の間にはかなり大きな値の圧電基板容量が必要であり、
この容量は圧電基板の厚さを0.35mmと比較的薄くするこ
とにより確保した。これ等の設計により、高域側の急峻
の立ち上り特性と広帯域な減衰域を実現している。外部
整合回路は、図1に示すのと同様、入出力各々直列と並
列のインダクタンスを用いた。 【0023】図6に示すように通過帯域(825〜845MH
z)の損失0.5dB以下で、減衰域(870〜890MHz)の損失3
0dB以上の特性が得られた。また、立上り特性は非常に
急峻で従来の弾性表面波フィルタでは実現が困難な特性
を実現している。また、本フィルタは、最近フィルタの
良さを表わすパラメータの一つとなってきたハンドリン
グパワー(通過電力)が非常に大きい特徴がある。実験
結果では30dBm以上の通過電力にも十分耐えた。 【0024】通過電力が非常に大きい理由としては、圧
電基板として用いた36°回転YカットX伝搬LiTaO3はそ
のtanδが極めて小さい良質な誘電体結晶であり、弾性
表面波共振器の電極導体とアースの間で形成される圧電
基板容量に、数wattの入射電力により非常に高い印加電
圧が生じるにもかかわらず、圧電基板容量が破壊しない
ことがあげられる。 【0025】一般に、弾性表面波フィルタは、大電力を
入射すると、弾性振動の非線形効果のため、入射周波数
fTに対して2fT,3fT等の高調波を発生する。本フィルタ
は、非線形効果も非常に小さく、30dBm(1Watt)以上の
通過電力に対して、2fT,3fT等の高調波は通常のスペク
トルアナライザでは観測出来なかった。 【0026】以上、図1の構成では、通過帯域の高域側
に急峻な減衰域が存在する場合について説明した。通過
帯域の低減側に減衰域が存在する場合には、弾性表面波
共振器の反共振周波数を通過帯域の低域側に設定し、外
部回路によって、通過帯域で整合を取れば良い。計算機
シミュレーションの結果、通過帯域の損失は、高域側に
減衰域が存在する場合に比べ若干増加するが、同様なフ
ィルタが可能である。 【0027】図7に、本発明による弾性表面波フィルタ
の他の実施例を示す。図7は、入出力間のアイソレーシ
ョンを良くするため、フィルタを複数個7−1,7−2
に分割し、間にアース電極13を挿入し、ワイヤボンディ
ング,クロスオーバパターン等で接続したものである。
また、図7は、フィルタを複数個のチップに分割し、同
一パッケージ内または別パッケージに実装後互いに接続
しても同様の効果が得られる。 【0028】 【発明の効果】本発明によれば、弾性表面波フィルタの
耐電力特性をワットオーダに向上させることができる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface acoustic wave filter, and more particularly, to an elastic surface acoustic wave filter comprising a transducer having interdigital electrode fingers arranged on a piezoelectric substrate. The present invention relates to a configuration of a bandpass or a band rejection filter formed by combining a plurality of surface acoustic wave resonators. 2. Description of the Related Art Since a surface acoustic wave filter is formed by forming a transducer having a thin conductive conductor having a simple shape on a piezoelectric substrate as described above, the filter has extremely small and stable characteristics. Has the advantage that it can be realized. The main characteristics required for this type of surface acoustic wave filter are low loss and steep frequency characteristics, that is, an abrupt change in attenuation characteristics at the boundary between a path (passing region) and a rejection (blocking region). It has characteristics. or,
In recent years, particular attention has been paid to power-resistant characteristics,
It is important to operate as a predetermined filter for a high-power signal. Conventionally, various surface acoustic wave filters have been known, but little consideration has been given to power durability. In order to improve the power durability, some electrode materials are improved. However, only those having a capacity of 0.5 watt or less are currently being developed. Accordingly, a main object of the present invention is to realize a surface acoustic wave filter having excellent power durability, that is, to realize a surface acoustic wave filter which can be used for signals having a power of several watts or more. . According to the present invention, in order to achieve the above object, three or more common electrodes are arranged on one piezoelectric substrate so as to face each other, and the three or more common electrodes are arranged in one direction. The electrode fingers are connected to the two common electrodes disposed at both ends of the electrodes in one direction and only to the other common electrode side, and to the other common electrodes on both sides in one direction. A plurality of pairs of electrode fingers are arranged by alternately inserting two of the plurality of electrode fingers into each other, and a plurality of surface acoustic wave resonances formed between two adjacent common electrodes. In addition to providing a matching circuit with an external load at the input / output terminals of the device, a filter is configured using the capacitance of the piezoelectric substrate between the common electrode and the electrode finger and the common ground constituting the surface acoustic wave resonator. . Here, at least a part of the plurality of surface acoustic wave resonators has a different resonance frequency from other surface acoustic wave resonators. In addition, it is for withstand power of more than 0.5 W and 4 W or less. According to the above configuration, as will be apparent from the following detailed description, a part (high-frequency component) of the input power is transmitted directly to the output side without being converted into acoustic energy. In addition, the mechanical stress applied to the electrode material or the substrate is reduced, and a surface acoustic wave filter that can withstand a high-power signal (for example, 2 to 4 watts) can be realized. That is, the first reason that a surface acoustic wave filter that can withstand a high-power signal (for example, 2 to 4 watts) can be realized is that a normal piezoelectric crystal is a high-quality dielectric, and thus a one-opening surface acoustic wave resonance Even if a very high voltage is induced between the electrode conductors of the resonator and the ground by a few watts of incident power, the capacitance of the piezoelectric substrate between the electrode conductors of the single-opening surface acoustic wave resonator and the ground is not destroyed. It is in. This will be described in comparison with a surface acoustic wave filter described in Japanese Patent Publication No. 58-1850 using a one-opening surface acoustic wave resonator instead of a piezoelectric substrate capacitor. The single-opening surface acoustic wave filter described in Japanese Patent Publication No. 58-1850 discloses a single-opening surface acoustic wave filter, not a piezoelectric substrate capacitor, between a connection point of two single-opening surface acoustic wave resonators connected in series and ground. The required frequency characteristics are realized by introducing a wave resonator and forming a T-type circuit. However, the present inventor has studied through experiments that a part of the energy having the frequency component of the pass band of the filter flows into the one-opening surface acoustic wave resonator and returns to the input side through the ground. It has been found that when a large amount of electric power is incident, a phenomenon occurs in which the one-port surface acoustic wave resonator is broken. This destruction is 1
This is due to the migration of the electrode material between the electrode fingers of the aperture surface acoustic wave resonator. The second reason is that the present invention uses a large number of pairs of electrode fingers for a single-opening surface acoustic wave resonator, and therefore has a large area for electrode conductors. As a result, the incident power of the filter is dispersed over a wide range and the power loss is essentially small, that is, the heat dissipation in the one-port surface acoustic wave resonator is good, and the mechanical properties generated in the electrode material or the substrate are reduced. The point is that the stress is reduced and the electrode material is resistant to destruction of the one-opening surface acoustic wave resonator due to migration of the electrode material between the electrode fingers. Further, the capacitance of the piezoelectric substrate of the present invention has a very important meaning. That is, the piezoelectric substrate capacitance is intentionally used as one of the components for synthesizing the frequency characteristics of the filter, and its importance is completely different from the so-called parasitic capacitance. Further, according to the present invention, since the one-opening surface acoustic wave resonator composed of a large number of counter electrode fingers is used, the area of the electrode finger portion is large, and the necessary capacity for grounding can be relatively easily secured. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an embodiment of a surface acoustic wave filter according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a signal input terminal, and 2 denotes an output terminal of a filter. The common electrodes 9-1... 9-6 are arranged in parallel on the piezoelectric substrate 8, and electrode fingers interleaved with each other are connected to each common electrode 9. The common electrode 9-1 constitutes an input terminal, and a matching circuit with the input load composed of the inductances 3 and 4 is formed between the common electrode 9-1 and the signal input terminal 1. The common electrode 9-6 forms an output terminal, and a filter output. Inductances 5 and 6 forming a matching circuit with an output load are provided between the terminal 2 and the terminal 2. In the above configuration, a one-opening SAW resonator composed of a large number of pairs of transducers is formed between two adjacent common electrodes as shown in FIG. Here, a one aperture surface acoustic wave resonator (on
e port SAW resonator is an IEE Ultrasonics Symposium Proceeding 1978, pp. 573-578 (IEEE EUtrasonics Symp. 19).
78, pp. 573-578), a surface acoustic wave resonator in which one transducer is involved in exciting or receiving a surface acoustic wave. Generally, surface acoustic wave resonators often introduce surface acoustic wave reflectors on both sides of the transducer, but if the number of electrode fingers of the transducer is very large as shown in FIG. Even if it is not, the vibration energy is confined by the internal reflection by the electrode finger of the transducer itself, so that it becomes a resonator. In the filter shown in FIG. 1, one-opening surface acoustic wave resonators are electrically connected in series by common electrodes 9-2,..., 9-5.
Further, the surface acoustic wave excited in the transducer constituting the one-aperture surface acoustic wave resonator reaches the end of the transducer while repeating multiple reflections with other electrode fingers before reaching the end of the transducer. Leak outside the transducer. However, the energy of this leaky surface acoustic wave is very small as compared with the total energy of the surface acoustic wave repeating multiple reflections inside the transducer. In addition, the direction of the leakage is orthogonal to the direction of the electrical series connection of the single-opening surface acoustic wave resonator. Therefore, each one
No surface acoustic waves interact between the open surface acoustic wave resonators. Hereinafter, for the sake of simplicity, a one-opening surface acoustic wave resonator which is a substrate component of the filter will be described with the configuration of FIG. FIG. 3A shows an electric equivalent circuit of the resonator shown in FIG. In general SAW resonator in parallel with the capacitance Co between the electrodes, it is represented in the form of connecting the series circuit of the inductance L 1 and the capacitor C 1 due to the resonance. As shown in FIG. 3 (b), the impedance characteristic of such a resonator is such that the impedance is almost 0 at the resonance frequency fr,
It becomes almost infinite with fa. Therefore, the surface acoustic wave filter shown in FIG. 1 can be represented by an equivalent circuit shown in FIG. The parallel inductances 3, 6 and the series inductances 4, 5 connected to the input / output terminals 1, 2 are shown in FIG.
2 shows an external matching circuit. The equivalent circuit of FIG. 3A was used for the surface acoustic wave resonator. The capacitance indicated by the dotted line in the figure indicates the capacitance of the electrode fingers of each resonator and the electrode connecting the resonators or the input / output terminal electrode to the common ground. Here, the common ground refers to a case where the piezoelectric substrate 8 of FIG. 1 is fixed to a package or a circuit board by an adhesive or soldering.
The ground plane of the package or circuit board.
Although these capacitances are shown by dotted lines in FIG. 4, they can be arbitrarily set by increasing or decreasing the area of the electrodes connecting the resonators or the input / output terminal electrodes such as bonding pads. Further, it can be set arbitrarily by changing the thickness of the piezoelectric substrate 8. Further, these capacitors may be formed by an externally provided chip capacitor or the like as necessary. In the configuration of FIG. 1, as can be seen from the equivalent circuit of FIG. 4, at a frequency lower than the resonance frequency of each resonator,
The impedance of each resonator is approximately the capacitance between the electrodes (36, 37
.. 39) are shown in FIG. 5 (a).
In the vicinity of the resonance frequency of each resonator, each resonator is connected in series with an inductance and a capacitance due to resonance (51, 52... 5).
It is represented as shown in FIG. 5B in a form close to 4). In the vicinity of the anti-resonance frequency of each resonator, each resonator is connected in parallel with the capacitance between the electrodes and the inductance due to resonance (65, 66 ... 68)
5 (c). At a frequency sufficiently higher than the anti-resonance frequency, the resonator has only the capacitance between the electrodes again, and is represented as shown in FIG. In addition, 40,
41 ... 45, 55, 56 ... 60, 69, 70 ... 74 indicate the equivalent capacitance between the electrode conductors of the transducer and the common ground. Next, it will be described that the configuration of FIG. 1 is a bandpass filter or a band rejection filter. The case where the pass band as a filter is set to a resonance frequency or a frequency lower than the resonance frequency will be described. In general, in such a configuration, it is preferable that the pass band of the filter is set near the resonance frequency. In this band, FIGS. 5A and 5B are simplified,
It is approximately represented as shown in FIG. That is, since the surface acoustic wave resonator can be represented only by the capacitance with respect to the common ground, the external circuit can always match the input / output load. At frequencies lower than the pass band, the equivalent circuit of the filter is represented by the capacitance of the piezoelectric substrate and the capacitance Co between the electrodes of the single-opening surface acoustic wave resonator as shown in FIG. Here, the equivalent circuit of the surface acoustic wave resonator is the electrostatic capacitance between the electrodes.
What is represented by Co is clear from FIG. Therefore, in a frequency band lower than the pass band, the impedance of both the capacitance of the piezoelectric substrate and the capacitance Co between the electrodes of the surface acoustic wave resonator is large, so that the filter is in an attenuation region. At frequencies higher than the normal band, first, near the anti-resonance frequency, it is represented as shown in FIG. 5C. Since the impedance of the surface acoustic wave resonator becomes almost infinite due to anti-resonance, the filter is in an attenuation range. . Further, in a frequency band higher than the anti-resonance frequency, the effect of the capacitance of the piezoelectric substrate becomes relatively large. Therefore, the equivalent circuit of the filter is expressed only by the capacitance of the piezoelectric substrate as shown in FIG. Area. In the above configuration, since the pass band is near the resonance frequency of each resonator and the attenuation band is near the anti-resonance frequency, a band where a very steep rise characteristic is required on the high band side of the pass band is required. This configuration is suitable for a pass filter or a band rejection filter. FIG. 6 shows an example of the frequency characteristic of the filter according to this configuration. The surface acoustic wave resonator used a multi-pair transducer having a logarithm of 400. The piezoelectric substrate used was a 36 ° rotation Y-cut X-propagating LiTaO 3 , and 20 surface acoustic wave resonators and electrode patterns and boding pads for connecting the resonators in series were formed on the substrate surface. The substrate thickness was set to 0.35 mm so that the electrode finger with respect to the common ground, the connection electrode portion, and the capacity of the padding pad became a desired value. The frequency characteristics are 825 to 845 MHz pass band, 870
A transmission filter of a mobile phone having an attenuation range of 890890 MHz is assumed. The design was based on the following design concept in order to obtain a steep rising characteristic on the high frequency side and to widen the attenuation range. The common electrodes corresponding to 9-1, 9-2,..., 9-6 in FIG. 1 were formed on the piezoelectric substrate, thereby forming 20 one-opening surface acoustic wave resonators. Further, the impedance characteristics of the single-aperture surface acoustic wave resonator shown in FIG. 3B are sequentially changed from the input side of the filter to each of two adjacent single-aperture surface acoustic wave resonators, and the resonance characteristics of 10 groups are obtained. It was a container.
The resonance frequency fr and the anti-resonance frequency fa were slightly shifted from each other between the resonators of each group, and these were gradually increased from the input side to the output side of the filter. Also, a considerably large value of the piezoelectric substrate capacitance is required between the electrode conductor of each one-opening surface acoustic wave resonator and the common ground,
This capacity was ensured by making the thickness of the piezoelectric substrate relatively thin, 0.35 mm. With these designs, a steep rising characteristic on the high frequency side and a wide band attenuation area are realized. As the external matching circuit, as shown in FIG. 1, the input and output of each of the series and the parallel were used. As shown in FIG. 6, the pass band (825 to 845 MHz)
z) Loss less than 0.5dB, attenuation 3 (870-890MHz) loss 3
A characteristic of 0 dB or more was obtained. Further, the rising characteristics are very steep, and realize characteristics that are difficult to realize with a conventional surface acoustic wave filter. Further, the present filter is characterized in that the handling power (passing power), which has recently become one of the parameters indicating the goodness of the filter, is extremely large. According to the experimental result, it passed the passing power more than 30dBm. The reason why the passing power is very large is that the 36 ° rotation Y-cut X-propagating LiTaO 3 used as the piezoelectric substrate is a high-quality dielectric crystal having an extremely small tan δ, and is not in contact with the electrode conductor of the surface acoustic wave resonator. The reason is that despite the fact that a very high applied voltage is generated by the incident power of several watts in the piezoelectric substrate capacitance formed between the grounds, the piezoelectric substrate capacitance is not destroyed. In general, when a large power is incident on a surface acoustic wave filter, the incident frequency is reduced due to the nonlinear effect of elastic vibration.
2f T, generating harmonics of such 3f T against f T. This filter is a nonlinear effect is also very small, relative to 30 dBm (1watt) more passing power, 2f T, harmonics such as 3f T could not be observed in the normal spectrum analyzer. As described above, in the configuration of FIG. 1, the case where the steep attenuation region exists on the high frequency side of the pass band has been described. If the attenuation band exists on the lower side of the pass band, the anti-resonance frequency of the surface acoustic wave resonator may be set to the lower side of the pass band, and matching may be performed in the pass band by an external circuit. As a result of the computer simulation, the loss in the pass band slightly increases as compared with the case where the attenuation band exists on the high frequency side, but a similar filter can be used. FIG. 7 shows another embodiment of the surface acoustic wave filter according to the present invention. FIG. 7 shows a case where a plurality of filters 7-1 and 7-2 are provided to improve isolation between input and output.
And a ground electrode 13 is inserted between them, and they are connected by wire bonding, a crossover pattern, or the like.
Also, in FIG. 7, the same effect can be obtained by dividing the filter into a plurality of chips, connecting them to each other after mounting them in the same package or in another package. According to the present invention, the power durability of a surface acoustic wave filter can be improved to the order of watts.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明による弾性表面波フィルタの一実施例の
構成を示す図である。 【図2】図1及び図7のフィルタを構成する1開口弾性
表面波共振器の構成図である。 【図3】図2の1開口弾性表面波共振器の等価回路及び
特性を示す図である。 【図4】図1のフィルタの等価回路を示す図である。 【図5】周波数に対応して図4を書き変えた回路図であ
る。 【図6】本発明における一実施例の周波数特性図であ
る。 【図7】本発明による弾性表面波フィルタの一実施例の
構成を示す図である。 【符号の説明】 1,2…信号入力端子および出力端子、3,4,5,6
…インダクタンス、8…圧電性基板、9…共通電極、7
…1開口弾性表面波共振器用トランスデューサ、10…
1開口弾性表面波共振器用トランスデューサの電極指間
誘電容量、11…1開口弾性表面波共振器の等価共振イ
ンダクタンス、12…1開口弾性表面波共振器の等価共
振キャパシタンス、13…アース電極。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of a surface acoustic wave filter according to the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram of a one-opening surface acoustic wave resonator constituting the filters of FIGS. 1 and 7; FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit and characteristics of the single-aperture surface acoustic wave resonator of FIG. FIG. 4 is a diagram showing an equivalent circuit of the filter of FIG. FIG. 5 is a circuit diagram obtained by rewriting FIG. 4 according to a frequency. FIG. 6 is a frequency characteristic diagram of one embodiment of the present invention. FIG. 7 is a diagram showing a configuration of one embodiment of a surface acoustic wave filter according to the present invention. [Description of Signs] 1, 2,... Signal input terminal and output terminal, 3, 4, 5, 6
... inductance, 8 ... piezoelectric substrate, 9 ... common electrode, 7
... Transducer for 1 aperture SAW resonator, 10 ...
1: dielectric capacitance between electrode fingers of the aperture surface acoustic wave transducer; 11... Equivalent resonance inductance of the 1 aperture SAW resonator; 12... Equivalent resonance capacitance of the 1 aperture SAW resonator;

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 住岡 淳司 東京都小平市御幸町32番地 日立電子株 式会社小金井工場内 (72)発明者 石田 喜勝 茨城県勝田市大字稲田1410番地 株式会 社日立製作所東海工場内 (56)参考文献 特開 昭51−3833(JP,A) 特開 昭51−92147(JP,A) 特開 昭59−4216(JP,A) 特開 昭58−131810(JP,A) 奥野和雄、小林洋一「弾性表面波振動 子を用いた帯域通過ろ波器」日本音響学 会論文集,昭和51年5月 3−3−8, PP.359−360   ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Junji Sumioka               32, Miyukicho, Kodaira-shi, Tokyo Hitachi Electronics Co., Ltd.               Inside the Koganei Plant (72) Inventor Yoshikatsu Ishida               1410 Inada, Katsuta, Ibaraki Pref.               Hitachi, Ltd. Tokai Plant                (56) References JP-A-51-3833 (JP, A)                 JP-A-51-92147 (JP, A)                 JP-A-59-4216 (JP, A)                 JP-A-58-131810 (JP, A)                 Kazuo Okuno, Yoichi Kobayashi `` Surface acoustic wave vibration               Bandpass filter using a transducer "Nihon Acoustics               Transactions, 3-3-8, May 1979,               PP. 359-360

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.入力端子と、出力端子と、上記入力端子と上記出力
端子との間に電気的に直列接続されたN個(N≧3)の
弾性表面波共振器と、上記入力端子と上記N個の弾性表
面波共振器との間に設けられた入力負荷との第1の整合
回路と、上記出力端子と上記N個の弾性表面波共振器と
の間に設けられた出力負荷との第2の整合回路とを有
し、上記入力端子から入力された信号のうち所望の周波
数帯域の信号のみを上記出力端子から出力する弾性表面
波フィルタにおいて、 上記N個の弾性表面波共振器が、1つの圧電性基板の表
面に形成されたN+1個の共通電極と、隣合う各共通電
極間に形成された多数対のN個の電極指群とからなり、
両端に配置された2つの共通電極以外のN−1個の各共
通電極がその略平行な2辺に2つの電極指群が接続され
て2つの弾性表面波共振器で共用され、 かつ、上記圧電性基板の裏面に共通アースが形成され、
全ての電極指群及び共通電極の各部において、圧電性基
板を介した前記共通アースとの間で容量が形成されてい
ることを特徴とする弾性表面波フィルタ。 2.前記N個の弾性表面波共振器のうちの一部の弾性表
面波共振器と他の弾性表面波共振器とが、共振周波数が
異なっていることを特徴とする請求項1に記載の弾性表
面波フィルタ。 3.前記弾性表面波フィルタが、0.5Wより大きく4
W以下の耐電力用であることを特徴とする請求項1乃至
2に記載の弾性表面波フィルタ。 4.前記弾性表面波フィルタが、2W以上4W以下の耐
電力用であることを特徴とする請求項1乃至2に記載の
弾性表面波フィルタ。 5.前記圧電性基板が、36°回転YカットX伝搬Li
TaO3であることを特徴とする請求項1乃至4に記載
の弾性表面波フィルタ。 6.前記弾性表面波フィルタが、送信用フィルタである
ことを特徴とする請求項1乃至5に記載の弾性表面波フ
ィルタ。
(57) [Claims] An input terminal, an output terminal, N (N ≧ 3) surface acoustic wave resonators electrically connected in series between the input terminal and the output terminal, the input terminal and the N elastic surfaces A first matching circuit for an input load provided between the surface acoustic wave resonator and a second matching between an output load provided between the output terminal and the N surface acoustic wave resonators. A surface acoustic wave filter that outputs only a signal in a desired frequency band among the signals input from the input terminal from the output terminal, wherein the N surface acoustic wave resonators include one piezoelectric element. N + 1 common electrodes formed on the surface of the conductive substrate, and a large number of pairs of N electrode finger groups formed between adjacent common electrodes,
N-1 common electrodes other than the two common electrodes disposed at both ends are connected to two electrode finger groups on two substantially parallel sides thereof, and are shared by two surface acoustic wave resonators. A common ground is formed on the back of the piezoelectric substrate,
A surface acoustic wave filter, wherein a capacitance is formed between each of the electrode finger groups and each part of the common electrode and the common ground via a piezoelectric substrate. 2. The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein a part of the N surface acoustic wave resonators and another surface acoustic wave resonator have different resonance frequencies. Wave filter. 3. The surface acoustic wave filter is larger than 0.5 W and 4
3. The surface acoustic wave filter according to claim 1, wherein the surface acoustic wave filter is used for withstand power of W or less. 4. 3. The surface acoustic wave filter according to claim 1, wherein the surface acoustic wave filter is used for withstand power of 2 W or more and 4 W or less. 4. 5. The piezoelectric substrate has a 36 ° rotation Y-cut X-propagation Li
The surface acoustic wave filter according to claim 1 to 4, characterized in that a TaO 3. 6. The surface acoustic wave filter according to any one of claims 1 to 5, wherein the surface acoustic wave filter is a transmission filter.
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奥野和雄、小林洋一「弾性表面波振動子を用いた帯域通過ろ波器」日本音響学会論文集,昭和51年5月 3−3−8,PP.359−360

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