JP3273920B2 - 弾性表面波フィルタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、１端子対弾性表面
波共振器を並列腕と直列腕に接続した単位フィルタを、
複数段連結してなる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。

【０００２】

【従来の技術】圧電材料の表面を伝播する弾性表面波を
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。

【０００３】これらの機能素子は、互い違いに組み合わ
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。

【０００４】半導体製造技術から転用した微細加工技術
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

【０００５】１端子対弾性表面波共振器は、圧電材料基
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。

【０００６】従来の水晶振動子を用いた梯子型フィルタ
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。

【０００７】一方、本発明の出願人は、先に特願平４−
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。

【０００８】この形式の弾性表面波フィルタは、所定の
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ヘの応用が検討されている。

【０００９】この形式の表面弾性波フィルタを無線機器
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。

【００１０】無線機器のＲＦ部では、通常、バンドパス
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端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。

【００１１】また、バンドパスフィルタの出力側でイン
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。

【００１２】従って、無線機器のＲＦ部に表面弾性波フ
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。

【００１３】１端子対弾性表面波共振器を梯子型に接続
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。

【００１４】すなわち、１端子対弾性表面波共振器をＬ
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。

【００１５】具体的には、通過帯域の中心周波数ｆ₀ に
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(p
F)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Ｃ
osの組み合わせを選択する。

【００１６】電極対静電容量Ｃopと電極対静電容量Ｃos
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ＲΩにな
る理由を次に説明する。

【００１７】図８は一般的な梯子型バンドパスフィルタ
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。

【００１８】図８(a) において、一般的的な梯子型バン
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。

【００１９】図８(b) において、図８(a) の音響共振素
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５
１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Ｌ₁s 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。

【００２０】一方、音響共振素子４１は、インピーダン
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Ｃop
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。

【００２１】図９(a) において、図８(a) の梯子型バン
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。

【００２２】図９(b) において、図８(a) の梯子型バン
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ｆrp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。

【００２３】さて、図８(a) の梯子型バンドパスフィル
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、(197
4).）。

【００２４】ここで、(1) 式中のインピーダンスZs、Zp
は、図８(b) のＬＣ共振回路５２における共振周波数ｆ
rs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、 Zs＝（ω２−ωrs² ）／［ｊω・Ｃos（ω² −ωas² ）］ …(2) Zp＝（ω² −ωrp² ）／［ｊω・Ｃop（ω² −ωap² ）］ …(3) 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８(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ωap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。

【００２５】 Zs・Zp＝（ω² −ωrp² ）／［ω² ＣopＣos（ωas² −ω² ）］ …(8) 一方、通過帯域の中心周波数ｆ₀ に対する角周波数を、
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。

【００２６】 Zs・Zp＝(2ω² −Δω）／［ω₀ ²・ＣopＣos(2ω₀ −Δω）］ …(10) ここで、梯子型フィルタのおおよそその帯域幅を示すΔ
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。

【００２７】 １／（ω₀ ²・Ｃop・Ｃos）≒Ｒ² 一定 …(11) つまり、フィルタの中心周波数ｆ₀ が決まれば、あとは
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。

【００２８】そして、必要な電極対静電容量Ｃ₀ （Ｃo
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。

【００２９】 Ｃ₀ ＝２×Ｃ₀₀×１×Ｎ …(12) ここで、櫛の歯１本当りの静電容量Ｃ００は、櫛の歯幅
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 SAW
フィルタの開発」、佐藤良夫他、電気学会論文誌Ｃ、 1
11巻９号、pp396-403 、(1991).）。

【００３０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、電極対静電容
量Ｃop(pF)と電極対静電容量Ｃos(pF)の積が（１／ω₀ ²
Ｒ² ）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。

【００３１】特に、直列腕の１端子対弾性表面波共振器
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。

【００３２】従来の設計方法に基づいて製作された弾性
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。

【００３３】本発明の技術的課題は、このような問題に
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。

【００３４】

【課題を解決するための手段】請求項１の弾性表面波フ
ィルタは、所定の共振周波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共振器を直列腕に接続した単位フィルタを、複数
段連結する。

【００３５】そして、各第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
の範囲に定めたものである。

【００３６】請求項２の弾性表面波フィルタは、所定の
共振周波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共振器を直
列腕に接続した単位フィルタを、複数段連結する。

【００３７】そして、各第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）の範囲に定めたものであ
る。

【００３８】

【００３９】

【００４０】

【００４１】

【００４２】

【００４３】

【００４４】

【００４５】

【００４６】ここで、１端子対弾性表面波共振器を有す
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。

【００４７】例えば、通常のＲＦ回路では、許容できる
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。

【００４８】そして、許容できる限界の反射係数Γを
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。

【００４９】さらに、フィルタ入出力インピーダンスＲ
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。

【００５０】

【作用】従来の弾性表面波フィルタでは、等価回路を用
いた解析的な演算操作に基づいて、電極対静電容量Ｃos
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）に調整しているのに対し
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。

【００５１】この実験式は、電極対静電容量Ｃosと電極
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Ｃopの関係
を、使い易い一次式にまとめたものである。

【００５２】従って、本発明の弾性表面波フィルタで
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。

【００５３】このような操作を通じて、弾性表面波フィ
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。

【００５４】請求項１の弾性表面波フィルタでは、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５０Ωに
調整されることに着目して、入出力インピーダンスが５
０Ω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。

【００５５】請求項２の弾性表面波フィルタでは、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。

【００５６】

【発明の実施の形態】図１は実施の形態の弾性表面波フ
ィルタの回路図、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ｆ
₀ および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。

【００５７】図１に示すように、実施例の弾性表面波フ
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。

【００５８】図２において、LiTaO3の単結晶基板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１６、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。

【００５９】図１の弾性表面波フィルタに用いられる合
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１
５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１のLi、Lo、Laの部分で、直径２５μ
ｍ、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。

【００６０】図２の１端子対弾性表面波共振器１３、２
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ｆ
as、ｆapを得ている。また、櫛形電極１６、１７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。

【００６１】まず、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の組み合わせ例３つの
実験結果を示す。

【００６２】図３は電極対静電容量Ｃos、Ｃopをそれぞ
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、 2.7ｐ
Ｆに設定した場合の説明図、図５は電極対静電容量Ｃo
s、Ｃopをそれぞれ 5.0ｐＦ、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。

【００６３】また、(b)、(c)、(d) の線図中、▲１−▲
２の間が弾性表面波フィルタの通過帯域３０ＭHz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３０ＭHz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50
Ωの外部回路に対する電圧定在波比ＶＳＷＲ＝２に相当
する、反射係数Г＝0.333を示す。

【００６４】図３〜図５における櫛形電極対の設定条件
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。

【００６５】図３において、電極対静電容量Ｃos、Ｃop
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、電圧定在波比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。

【００６６】図４において、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、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。

【００６７】図５において、電極対静電容量Ｃos、Ｃop
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、電圧定在波比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。

【００６８】このようにして、Ｃop／Ｃos比を0.75以外
にも種々に異ならせ、かつ同一のＣop／Ｃos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。

【００６９】図６は、図３〜図５の測定結果（太い○印
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。

【００７０】図６において、Ｃop／Ｃos比を 2.0、 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
を通じた電圧定在波比ＶＳＷＲ＜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定在波比Ｖ
ＳＷＲ＜２のインピーダンス整合が完全には得られなか
った。

【００７１】従って、50Ωのインピーダンスに対して通
過帯域を通じた電圧定在波比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、電圧定在波比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。

【００７２】一方、入出力インピーダンスＲを調整する
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、 Ｃop・Ｃos＝１／ω₀ ²Ｒ² ＝１２ Ｃop＝１２／Ｃos である。この条件を図６に太い破線で示す。

【００７３】簡便な手法によって求めた関係は、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ＣopとＣosの組み合わ
せ条件と大きく異なる。そして、図３〜図５のＣop／Ｃ
os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６の組み合わせ
条件（太い○印）である。

【００７４】次に、中心周波数ｆ₀ ＝1900ＭＨｚの弾性
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。

【００７５】図７において、Ｃop／Ｃos比を、 2.0、
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、×印では電圧定在
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。

【００７６】従って、50Ωのインピーダンスに対して通
過帯域を通じた電圧定在波比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、電圧定在波比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。

【００７７】一方、入出力インピーダンスＲを調整する
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。

【００７８】ここでも、従来の手法によって求めた関係
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ＣopとＣos
の組み合わせ条件と大きく異なる。

【００７９】結局、中心周波数ｆ₀ ＝ 932ＭHzの場合と
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 ／（ｆ₀ Ｒ）±3.73×
104 ／（ｆ₀ Ｒ） が得られる。

【００８０】以上の説明はLiTaO3 を用いた場合である
が、本発明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。

【００８１】請求項１の弾性表面波フィルタによれば、
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・Ｃ
os＝１／ω₀ ² Ｒ² の関係を用いるよりも、ＣopとＣo
s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。

【００８２】請求項２の弾性表面波フィルタによれば、
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、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、Ｃ
op・Ｃos＝１／ω₀ ² Ｒ² の関係を用いるよりも、Ｃo
p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。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態の弾性表面波フィルタの回路図であ
る。

【図２】１端子対弾性表面波共振器の構成を示す図であ
る。

【図３】実験例１（電極対静電容量Ｃos、Ｃopをそれぞ
れ 2.1ｐＦ、 1.6ｐＦに設定した場合）を示す図であ
る。

【図４】実験例２（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）を示す図であ
る。

【図５】実験例３（電極対静電容量Ｃos、Ｃopをそれぞ
れ 5.0ｐＦ、 3.7ｐＦに設定した場合）を示す図であ
る。

【図６】図３〜図５の入出力インピーダンスの測定結果
を示す図である。

【図７】ｆ₀ ＝1900ＭHzの場合の電極対静電容量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。

【図８】一般的な梯子型バンドパスフィルタの構成を示
す図である。

【図９】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。

【符号の説明】１３ １端子対弾性表面波共振器（第１共振器） ２３ １端子対弾性表面波共振器（第２共振器） ３３ 単位フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (56)参考文献 特開 平４−81823（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−270670（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−145172（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−127719（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03H 9/64

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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、 所定の共振周波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
   器を直列腕に接続した単位フィルタを、複数段連結し、 各第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
   範囲に定めて設定することを特徴とする弾性表面波フィ
   ルタ。
2. 【請求項２】 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、 所定の共振周波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
   器を直列腕に接続した単位フィルタを、複数段連結し、 各第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）の範囲に定めて設定すること
   を特徴とする弾性表面波フィルタ。