JP3189508B2 - 弾性表面波フィルタ - Google Patents

弾性表面波フィルタ

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JP3189508B2 JP16900193A JP16900193A JP3189508B2 JP 3189508 B2 JP3189508 B2 JP 3189508B2 JP 16900193 A JP16900193 A JP 16900193A JP 16900193 A JP16900193 A JP 16900193A JP 3189508 B2 JP3189508 B2 JP 3189508B2
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  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電基板上に表面波伝
搬方向に沿って複数のインターデジタルトランスデュー
サ(以下、IDT)を配置してなる弾性表面波フィルタ
(以下、SAWフィルタ)に関し、特に、通過帯域近傍
における減衰量を高め得る構造を備えたSAWフィルタ
に関する。
【0002】
【従来の技術】SAWフィルタは、小型であり、かつ急
峻なフィルタ特性を有することを特徴としている。従っ
て、従来より種々の構造のSAWフィルタが提案され、
使用されている。
【0003】図1は、従来の弾性表面波フィルタの一例
として、3電極型SAWフィルタを示す略図的平面図で
ある。SAWフィルタ1は、矩形の圧電基板2上に3個
のIDT3〜5を配置した構造を有する。なお、6,7
は反射器を示す。SAWフィルタ1では、IDT3,5
の一方の櫛歯電極が共通接続されて入力端とされてお
り、IDT4の一方の櫛歯電極が出力端とされている。
IDT3〜5の他方の櫛歯電極は、アース電位に接続さ
れている。
【0004】図2は、従来のSAWフィルタの他の例を
示す略図的平面図である。SAWフィルタ8は、圧電基
板2の上面に2個のIDT9,10を表面波伝搬方向に
沿って配置した構造を有する。IDT9,10の両側に
は反射器6,7が配置されている。この2電極型SAW
フィルタ8では、IDT9の一方の櫛歯電極が入力端と
して、IDT10の一方の櫛歯電極が出力端として用い
られる。IDT9,10の他方の櫛歯電極はアース電位
に接続されている。
【0005】図3は、従来のSAWフィルタのさらに他
の例を示す略図的平面図である。SAWフィルタ11は
矩形の圧電基板2の上面に表面波伝搬方向に沿って7個
のIDT12〜18を配置した構造を有し、多電極形S
AWフィルタと称されているものである。IDT12,
14,16,18の一方の櫛歯電極が共通接続されて入
力端として用いられ、IDT13,15,17の一方の
櫛歯電極が共通接続されて出力端として用いられてい
る。また、IDT12〜18の他方の櫛歯電極は、それ
ぞれ、アース電位に接続される。
【0006】このような多電極型SAWフィルタ11で
は、多数のIDT12〜18を配置してなるものである
ため、挿入損失を低減することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、SAW
フィルタとして、挿入損失を低減するために種々の構造
のものが提案されている。しかしながら、挿入損失の低
減を図った場合、SAWフィルタの通過帯域近傍におけ
る減衰量があまり大きくならず、特に上記のような表面
波共振子を用いたSAWフィルタにおいては、通過帯域
近傍の減衰量が小さいという問題があった。
【0008】通過帯域近傍における減衰量を高めるに
は、SAWフィルタの段数を増大し、多段接続すればよ
いと考えられる。しかしながら、SAWフィルタの段数
を増大させた場合には、段数に比例して挿入損失が増加
することになる。
【0009】従って、挿入損失を増大させることなく、
通過帯域近傍における減衰量を大きくし得るSAWフィ
ルタの登場が望まれている。特に、携帯電話などの移動
体通信においては、送信側及び受信側の周波数間隔が狭
く、通過帯域近傍の減衰量を十分に確保する必要があ
る。しかしながら、従来のSAWフィルタでは、このよ
うな要求を満たすことが困難であった。
【0010】本発明の目的は、通過帯域のフィルタ特性
を損なうことなく、通過帯域近傍における減衰量、特に
通過帯域の低域側における減衰量を高め得る構造を備え
たSAWフィルタを提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】発明は、圧電基板上に
表面波伝搬方向に沿って複数のIDTを配置してなるS
AW共振子フィルタにおいて、前記SAWフィルタの入
出力側の少なくとも一方側に、少なくとも1個のIDT
を有する少なくとも1個の1ポート型表面波共振子(以
下、SAW共振子)が並列に接続されており、かつ前記
1ポート型SAW共振子の共振周波数がSAWフィルタ
の通過帯域よりも低周波数側に設定されていることを特
徴とする、SAWフィルタである。
【0012】上記圧電基板上に表面波伝搬方向に沿って
複数のIDTを配置してなるSAWフィルタとしては、
前述したような2電極型もしくは3電極型のSAW共振
子フィルタの他、多電極型SAWフィルタも含まれる。
本発明では、上記のような各種SAWフィルタにおい
て、上記少なくとも1個の1ポート型SAW共振子が並
列に接続されていることを特徴とする。
【0013】請求項2に記載の発明では、前記圧電基板
が36°Yカット−LiTaO3 基板からなり、前記1
ポート型SAW共振子の共振周波数をf0 (MHz)、
電極指の対数をN、交差幅をA(μm)としたときに、
1ポートSAW共振子が1個の場合には、下記の式
(1)
【0014】
【数3】
【0015】を満たし、前記1ポート型SAW共振子が
複数個の場合には、個々の共振子の(N×A)/f0
合計が30以下となるように、前記1ポート型SAW共
振子のIDTが構成されている。
【0016】また、請求項3の記載の発明では、前記圧
電基板が64°Yカット−LiNbO3 からなり、前記
1ポート型SAW共振子の共振周波数をf0 (MH
z)、インターデジタルトランスデューサの電極指の対
数をN、交差幅をA(μm)としたときに、1ポート型
SAW共振子が1個の場合には、下記の式(2)
【0017】
【数4】
【0018】を満たし、前記1ポート型SAW共振子が
複数個の場合には、個々のSAW共振子の(N×A)/
0 の合計が45以下となるように、前記1ポート型S
AW共振子のIDTが構成されている。
【0019】
【作用】請求項1に記載の発明では、SAWフィルタの
入出力側の少なくとも一方に、少なくとも1個の上記1
ポート型SAW共振子が並列に接続されている。この1
ポート型SAW共振子は、その共振周波数f0 がSAW
フィルタの通過帯域よりも低周波数側に位置するように
構成されている。従ってSAWフィルタ全体の通過帯域
特性において、通過帯域の低周波数側において上記1ポ
ート型SAW共振子の共振点が位置するため、通過帯域
の低域側における減衰量が高められる。請求項2に記載
の発明では、後述の実施例から明らかなように、36°
Yカット−LiTaO3 からなる圧電基板を用いたSA
Wフィルタにおいて、上述した式(1)を満たすように
1ポート型SAW共振子が構成されているので、挿入損
失をあまり増大させることなく、通過帯域の低域側にお
ける減衰量を効果的に改善することができる。
【0020】同様に、請求項3に記載の発明では、Yカ
ット−LiNbO3 基板を用いたSAWフィルタにおい
て、上述した式(2)を満たすように上記1ポート型S
AW共振子が構成されているため、請求項2に記載の発
明の場合と同様に、挿入損失をあまり増大させることな
く、通過帯域の低域側における減衰量を著しく改善する
ことができる。
【0021】なお、上記請求項2,3に記載の発明にお
ける式(1)及び(2)は、後述の実施例から明らかな
ように、本願発明者により理論的に確かめられたもので
ある。
【0022】
【実施例の説明】以下、図面を参照しつつ実施例を説明
することにより、本発明を明らかにする。
【0023】図4は、本発明の第1の実施例に係るSA
Wフィルタを示す略図的平面図である。SAWフィルタ
21は、矩形の圧電基板22を用いて構成されている。
圧電基板22の上面22a上には、端縁22b側におい
て、複数のIDT23〜29が表面波伝搬方向に沿って
配置されている。
【0024】IDT23〜29は、多電極型SAWフィ
ルタを構成するために設けられている。IDT23,2
5,27,29の一方の櫛歯電極は、図示のように共通
接続されて入力端として用いられる。IDT23,2
5,27,29の他方の櫛歯電極は、図示のようにアー
ス電位に接続される。
【0025】また、IDT24,26,28の一方の櫛
歯電極は、図示のように共通接続されて、出力端に接続
される。IDT24,26,28の他方の櫛歯電極は、
図示のようにアース電位に接続される。
【0026】ここまでは、図3に示した従来の多電極型
SAWフィルタ11と同様である。本実施例の特徴は、
出力側において上記IDT23〜29で構成される多電
極型SAWフィルタに並列に、1ポート型SAW共振子
30が接続されていることにある。1ポート型SAW共
振子30は、互いに間挿し合う複数本の電極指を有する
一対の櫛歯電極30a,30bからなり、一方の櫛歯電
極30aが出力端に、他方の櫛歯電極30bがアース電
位に接続されている。
【0027】本実施例では、上記1ポート型SAW共振
子30の共振周波数f0 が、IDT23〜29で構成さ
れる多電極型SAWフィルタの通過帯域よりも低周波数
側に位置するように構成されている。従って、SAWフ
ィルタ21のフィルタ特性において、通過帯域の低域側
における減衰量を高めることが可能とされている。
【0028】図5は、本発明の第2の実施例に係るSA
Wフィルタ31を示す略図的平面図である。矩形の圧電
基板32の上面32a上に2個のIDT33,34が配
置されている。IDT33の一方の櫛歯電極が入力端
に、他方の櫛歯電極がアース電位に接続されている。I
DT34の一方の櫛歯電極は出力端に、他方の櫛歯電極
がアース電位に接続されている。また、35,36は反
射器を示す。すなわち、IDT33,34及び反射器3
5,36により、図2に示した2電極型SAWフィルタ
と同一の構造が構成されている。
【0029】本実施例では、上記出力側においてSAW
フィルタと並列に、2個の1ポート型SAW共振子3
7,38が接続されている。SAW共振子37,38
は、第1の実施例のSAW共振子30と同様に、それぞ
れ、一対の櫛歯電極37a,37b,38a,38bを
有する。また、一方の櫛歯電極37a,38aが出力端
に、他方の櫛歯電極37b,38bがアース電位に接続
されている。
【0030】第2の実施例においても、1ポート型SA
W共振子37,38は、それぞれ、その共振周波数が2
電極型SAWフィルタの通過帯域よりも低周波数域側に
位置するように設計されている。従って、第1の実施例
の場合と同様に、1ポート型表面波共振子37,38の
共振点が2電極型SAWフィルタの通過帯域よりも低周
波数側に位置するため、通過帯域よりも低周波数側にお
ける減衰量を増大させることが可能とされている。
【0031】図6は、本発明の第3の実施例に係るSA
Wフィルタを示す略図的平面図である。SAWフィルタ
41は、矩形の圧電基板42を用いて構成されている。
圧電基板42の上面42a上には、中央において3電極
型弾性表面波フィルタが構成されている。すなわち、I
DT43〜45が弾性表面波伝搬方向に沿って配置され
ている。IDT44の一方の櫛歯電極が入力端に、ID
T43,45の一方の櫛歯電極が出力端に接続されてい
る。また、IDT43〜45の他方の櫛歯電極は、それ
ぞれ、アース電位に接続されている。46,47は、反
射器を示す。
【0032】本実施例の特徴は、上記入力側においてS
AWフィルタに並列に1個の1ポート型表面波共振子4
8が接続されており、出力側にも1個の1ポート型SA
W共振子49が並列に接続されていることにある。
【0033】1ポート型SAW共振子48,49は、I
DT43〜45を用いて構成された3電極型SAWフィ
ルタの通過帯域よりも低周波数側に共振周波数f0 を有
するように構成されている。
【0034】従って、第3の実施例においても、1ポー
ト型SAW共振子48,49を付加したことにより、通
過帯域よりも低周波数側における減衰量が増大される。
なお、第2,第3の実施例のように、複数の1ポート型
SAW共振子を接続する場合には、共振周波数やインピ
ーダンスの異なるSAW共振子を用いることにより、S
AWフィルタ全体の特性を所望の特性により一層近づけ
ることができる。
【0035】なお、上述した第1〜第3の実施例におい
て圧電基板22,32,42としては、従来より公知の
圧電セラミックスからなるもの、あるいは絶縁性基板上
に圧電薄膜を形成したもの等を用いることができ、絶縁
性基板上に圧電性薄膜を形成した構造にあっては、各I
DT及び反射器は圧電薄膜の上面及び下面のいずれに形
成されていてもよい。
【0036】次に、本発明の動作原理を、具体的な実験
結果に基づき説明する。1ポート型SAW共振子は、一
般に、図7に示す等価回路で表される。図7を参照し
て、1ポート型SAW共振子51は、互いに直列に接続
されたインダクタンスL1 、容量C1 及び抵抗R1 と、
該インダクタンスL1 、容量C1 及び抵抗R1 に並列に
接続された容量C0 とを有する。このSAW共振子51
のインピーダンス−周波数特性は図8に示す通りであ
り、共振周波数f0 付近でインピーダンスが最小値とな
り、反共振子周波数fa 付近でインピーダンスが最大値
となる。
【0037】前述した多電極型SAWフィルタや2電極
型もしくは3電極型SAWフィルタにおいて、上記1ポ
ート型SAW共振子を入出力側の少なくとも一方におい
て並列に接続した場合、1ポート型SAW共振子の反共
振周波数fa をSAWフィルタの通過帯域内に位置させ
ることにより、挿入損失をあまり増加させることなく、
通過帯域を構成することができる。
【0038】また、上記の場合、1ポート型SAW共振
子の共振周波数f0 付近では、入力インピーダンスが短
絡状態に近くなり、減衰極を構成する。従って、共振周
波数f0 では、通過帯域の低域側における減衰量を増大
させることができる。
【0039】このとき、付加される1ポート型SAW共
振子の共振周波数におけるインピーダンスが小さい程、
減衰量を増大させる効果は大きくなる。もっとも、1ポ
ート型SAW共振子の共振周波数におけるインピーダン
スが小さすぎる場合には、SAWフィルタのインピーダ
ンス整合範囲が狭くなり、挿入損失が悪化する。従っ
て、以下の実験例で示されるように、SAWフィルタの
構成に応じて付加すべき1ポート型SAW共振子のID
Tを設計することが望ましい。
【0040】いま、1ポート型表面波共振子の共振周波
数をf0 (MHz)、電極指の対数をN(対)、交差幅
をA(μm)とすると、M=(N×A)/f0 は、表面
波共振子の電極間容量を周波数で規格化した値に比例し
た量となる。
【0041】なお、1ポート型SAW共振子を複数個接
続した場合には、個々の1ポートSAW共振子について
(N×A)/f0 を求め、その合計が上記Mの値とな
る。上記Mの値が小さくなるとインピーダンス整合範囲
が狭くなり、挿入損失が増加する。インピーダンス不整
合による挿入損失の増大分は、実用的には0.5dBが
限度であり、挿入損失増大量はこれ以下に抑えることが
必要である。また、圧電基板の温度特性を考慮すると、
比帯域は1%以上必要である。
【0042】図9は、圧電基板として36°Yカット−
LiTaO3 基板を用いた場合に、上記Mの値を変動さ
せたときに挿入損失の悪化が0.5dB以内に収まる比
帯域を計算した結果を示す図である。図9から明らかな
ように、比帯域を1%以上確保するには、Mの値を30
以下とする必要がある。
【0043】図10は、64°Yカット−LiNbO3
基板を用い、上記Mの値を変動させた場合の挿入損失の
変化を示す図である。図10から明らかなように、比帯
域を1%以上確保するには、Mの値を45以下とする必
要のあることがわかる。
【0044】上記のように、挿入損失の増大を避けるに
は、上記M値を圧電基板材料に応じてある値以下とする
ように1ポート型SAW共振子の電極構造を設計するこ
とが望ましい。
【0045】次に、図4に示した第1の実施例のSAW
フィルタの変形例について具体的に挿入損失−周波数特
性を測定した実験例につき説明する。図4に示した第1
の実施例のSAWフィルタ21では、出力側に1個のS
AW共振子30が接続されていたが、このSAW共振子
30を接続しない場合の挿入損失−周波数特性を図11
に示す。
【0046】また、上記図11の特性を測定したSAW
フィルタの出力側に、図4に示したSAW共振子30を
4個接続した実施例のSAWフィルタを作製し、同様に
挿入損失−周波数特性を測定した。結果を図12に示
す。
【0047】なお、図11及び図12において、実線A
は、それぞれ、通過帯域の要部を拡大して示す特性曲線
であり挿入損失の大きさは図11及び図12の右側に示
されているスケールにより表されている。
【0048】図11及び図12の比較から明らかなよう
に、4個の1ポート型SAW共振子を接続した実施例の
構造では、通過帯域の低域側における減衰量が約5〜1
0dB改善されることがわかる。
【0049】
【発明の効果】請求項1に記載の発明では、SAWフィ
ルタの入出力側の少なくとも一方に、少なくとも1個の
1ポート型SAW共振子が並列に接続されており、かつ
該1ポート型SAW共振子の共振周波数がSAWフィル
タの通過帯域よりも低周波数側に位置するように1ポー
ト型SAW共振子が設計されているため、通過帯域外の
減衰量が約5〜10dB改善され、特に、通過帯域近傍
の通過帯域よりも低周波数側における減衰量を著しく改
善することができる。従って、通過帯域に比べて減衰域
における減衰量が増大されるため、すなわち、フィルタ
特性の急峻性が高められる。よって、携帯電話機におけ
る送受信側の周波数のように、周波数間隔の狭い用途に
用いるのに適したSAWフィルタを提供することが可能
となる。
【0050】また、請求項2に記載の発明では、36°
Yカット−LiTaO3 を圧電基板材料として用いた場
合、上述した式(1)を満たすように1ポート型SAW
共振子を設計することにより、あるいは請求項3に記載
のように64°Yカット−LiNbO3 を圧電基板材料
として用いた場合には上述した式(2)を満たすように
1ポート型SAW共振子を設計することにより、挿入損
失を増大させることなく請求項1に記載の発明のように
通過帯域外における減衰量、特に通過帯域よりも低周波
数域における減衰量を効果的に高めることが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の3電極型SAWフィルタを示す略図的平
面図。
【図2】従来の2電極型SAWフィルタを示す略図的平
面図。
【図3】従来の多電極型SAWフィルタを示す略図的平
面図。
【図4】第1の実施例に係るSAWフィルタを説明する
ための略図的平面図。
【図5】第2の実施例に係るSAWフィルタを示す略図
的平面図。
【図6】第3の実施例に係るSAWフィルタを示す略図
的平面図。
【図7】1ポート型SAW共振子の等価回路を示す図。
【図8】1ポート型SAW共振子のインピーダンス−周
波数特性を示す図。
【図9】36°Yカット−LiTaO3 基板を用い、M
の値を変動させた場合の挿入損失の変化を示す図。
【図10】64°Yカット−LiNbO3 基板を用い、
Mの値を変動させた場合の挿入損失を変化を示す図。
【図11】比較のために用意した従来のSAWフィルタ
の挿入損失−周波数特性を示す図。
【図12】4個の1ポート型SAW共振子を接続した実
施例のSAWフィルタの挿入損失−周波数特性を示す
図。
【符号の説明】
21…SAWフィルタ 22…圧電基板 23〜39…IDT 30…1ポート型SAW共振子 31…SAWフィルタ 32…圧電基板 33,34…IDT 35,36…反射器 37,38…1ポート型SAW共振子 41…SAWフィルタ 42…圧電基板 43〜45…IDT 46,47…反射器 48,49…1ポート型SAW共振子 51…1ポート型SAW共振子
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−97722(JP,A) 特開 平1−260911(JP,A) 特開 平6−177697(JP,A) 特開 平6−260876(JP,A) 第14回超音波エレクトロニクスシンポ ジウム講演予稿集,p.275 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03H 9/64 H03H 9/25

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電基板上に表面波伝搬方向に沿って複
    数のインターデジタルトランスデューサを配置してなる
    弾性表面波共振子フィルタにおいて、 前記弾性表面波共振子フィルタの入出力側の少なくとも
    一方側に、少なくとも1個のインターデジタルトランス
    デューサを有する少なくとも1個の1ポート型表面波共
    振子が並列に接続されており、かつ前記1ポート型表面
    波共振子の共振周波数が弾性表面波共振子フィルタの通
    過帯域よりも低周波数側に設定されていることを特徴と
    する、弾性表面波フィルタ。
  2. 【請求項2】 前記圧電基板が36°Yカット−LiT
    aO3 基板からなり、 前記1ポート型弾性表面波共振子の共振周波数をf
    0 (MHz)、電極指の対数をN、交差幅をA(μm)
    としたときに、 1ポート型表面波共振子が1個の場合には、 【数1】 を満たし、 前記1ポート型表面波共振子が複数個並列に接続された
    場合には、個々の共振子の(N×A)/f0 の合計が3
    0以下となるように、前記1ポート型表面波共振子のイ
    ンターデジタルトランスデューサが構成されている、請
    求項1に記載の弾性表面波フィルタ。
  3. 【請求項3】 前記圧電基板が64°Yカット−LiN
    bO3 からなり、 前記1ポート型表面波共振子の共振周波数をf0 (MH
    z)、インターデジタルトランスデューサの電極指の対
    数をN、交差幅をA(μm)としたときに、 1ポート型表面波共振子が1個の場合には、 【数2】 を満たし、 前記1ポート型表面波共振子が複数個並列に接続された
    場合には、個々の表面波共振子の(N×A)/f0 の合
    計が45以下となるように、前記1ポート型表面波共振
    子のインターデジタルトランスデューサが構成されてい
    る、請求項1に記載の弾性表面波フィルタ。
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