JP3290165B2 - ラダー型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】本発明はラダー型弾性表面波
フィルタに関し、特に通過域近傍の減衰傾度を改善した
ラダー型弾性表面波フィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、弾性表面波デバイスは通信分野で
広く利用され、高性能、小型、量産性等の優れた特徴を
有することから特に携帯電話等に多く用いられている。
弾性表面波フィルタ（以下、ＳＡＷフィルタと称す）の
中で、減衰傾度が急峻であると共に挿入損失が小さいと
いう特徴を備えたラダー型ＳＡＷフィルタが、セルラー
方式携帯電話のＲＦ段に数多く用いられている。周知の
ように、ラダー型ＳＡＷフィルタは同一圧電基板上に一
端子対弾性表面波共振子（以下、ＳＡＷ共振子と称す）
複数個を並列、直列と交互に配置してラダー型構造に構
成した共振子型ＳＡＷフィルタである。

【０００３】図４（ａ）は、ラダー型ＳＡＷフィルタに
用いられるＳＡＷ共振子の構成を示す平面図であって、
圧電基板４１の主面上に表面波の伝搬方向に沿ってＩＤ
Ｔ電極４２とその両側にグレーティング反射器（以下、
反射器と称す）４３ａ、４３ｂを配置してＳＡＷ共振子
を構成したものである。ＩＤＴ電極４２はそれぞれ互い
に間挿し合う複数本の電極指を有する一対のくし形電極
より構成され、一方のくし形電極をINとして、他方のく
し形電極をOUTとする。

【０００４】一般にラダー型回路は、図４（ｂ）に示す
ように、並列腕Ｙｐと直列腕Ｚｓとが共に１個の共振子
からなる基本区間（定K形回路）を、互いにインピーダ
ンスが整合するように、ｎ区間（図の例では４区間）縦
続接続して構成される。影像パラメータ理論によると、
基本区間の並列腕（Yp）の反共振周波数faと、直列腕
（Zs）の共振周波数fsをほぼ一致させるように設定する
ことにより、この一致した周波数を中心周波数とする帯
域フィルタが形成され、並列腕（Yp）の共振周波数及び
直列腕（Zs）の反共振周波数にそれぞれ減衰極が形成さ
れる。

【０００５】図４（ｂ）に示すように基本区間を４個縦
続接続したラダー形回路において、直列腕のインピーダ
ンスZsを有する共振子を２個直列接続した回路は、周知
のようにインピーダンス２Zsの１個の共振子と等価であ
り、また、アドミッタンスYpの共振子が２個並列に接続
されたものは、アドミッタンス２Ypの１個の共振子と等
価となる。従って、図４（ｂ）に示した４区間のラダー
型回路は、同図（ｃ）に示す５素子ラダー型回路に等価
変換される。即ち、直列腕はインピーダンス2Zs、並列
腕はアドミッタンスYp、2Ypを有するＳＡＷ共振子で置
換されたラダー型ＳＡＷフィルタで構成されることにな
る。このため、並列腕のＳＡＷ共振子44、46、48は同一
の共振周波数を有するが、ＳＡＷ共振子46はＳＡＷ共振
子44、48の２倍のアドミッタンスを有することになる。

【０００６】図５は、図４（ｃ）に示した５素子ラダー
型ＳＡＷフィルタのフィルタ特性をシミュレーションに
よって求めたものであって、中心周波数を1.97GHzと
し、圧電基板に３６°ＹカットＬｉＴａＯ₃を用いて、
ＳＡＷ共振子４４、４８の電極対数は６４対、交差幅は
２０λ（λはＩＤＴ電極の電極周期）、反射器本数はそ
れぞれ１３６本、ＳＡＷ共振子４５、４７の電極対数は
６７対、交差幅は２０λ、反射器本数はそれぞれ１３３
本、ＳＡＷ共振子４６の電極対数は６４対、交差幅は４
０λ、反射器本数はそれぞれ１３６本としたフィルタの
特性である。図５より3.5dB、15dB帯域幅を求めるとそ
れぞれ86.797ＭＨｚ、130.638MHzとなり、3.5dBの帯域
幅に対する15dBの帯域幅の比、即ちシェープファクタＳ
は1.505となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のラダー型ＳＡＷ
フィルタの構成においては、内側の並列腕ＳＡＷ共振子
４６のアドミッタンス２Ｙｐは最外側の並列腕ＳＡＷ共
振子４４、４８のアドミッタンスＹｐの２倍、インピー
ダンスで表すと１／２となる。つまり、ＳＡＷ共振子４
６のＩＤＴ電極対数をＳＡＷ共振子４４、４８の電極対
数より多くするか、あるいはＳＡＷ共振子４６のＩＤＴ
電極の交差幅をＳＡＷ共振子４４、４８の電極の交差幅
より広く設定する必要が生じる。ここで、図６（ａ）は
３６°ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ₃基板を用いたＳＡＷ
共振子のＩＤＴ電極交差幅Ｗ／λと、共振周波数（■と
frで示す）及び反共振周波数（□とfaで示す）との関係
を示す図であり、同図（ｂ）はＩＤＴ電極対数と、共振
周波数及び反共振周波数との関係を示す図である。ま
た、図７（ａ）は４２°ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ₃基
板を用いたＳＡＷ共振子のＩＤＴ電極交差幅Ｗ／λと、
共振周波数及び反共振周波数との関係を示す図であり、
同図（ｂ）はＩＤＴ電極対数と、共振周波数及び反共振
周波数との関係を示す図である。

【０００８】図６、７より３６°Ｙカットあるいは４２
°Ｙカットのいずれの切断角度を用いても、共振周波数
はＩＤＴ電極の対数あるいは交差幅に関わらずほぼ一定
となることが分かる。しかしながら、反共振周波数はＩ
ＤＴ電極の対数あるいは交差幅の増加と共に上昇する傾
向がある。そのため、ＳＡＷ共振子４６の共振周波数を
ＳＡＷ共振子４４、４８の共振周波数に合わせようとす
ると、反共振周波数がずれることになり、図５に示すよ
うにラダー型ＳＡＷフィルタの通過域近傍の急峻度（シ
ェープファクタ）が、最適設計に基づく周波数配置とし
てシミュレーションにより求めた理想的なフィルタ特性
に比べて劣化するという問題があった。本発明は上記問
題を解決するためになされたものであって、通過域近傍
の急峻度を改善したラダー型ＳＡＷフィルタを提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るラダー型弾性表面波フィルタの請求項１
記載の発明は、ＩＤＴ電極とその両側に配置したグレー
ティング反射器とを備えた弾性表面波共振子を圧電基板
の主面上に並列腕、直列腕、並列腕と順次配置したラダ
ー型弾性表面波フィルタにおいて、前記フィルタの最外
側に配置した並列腕の弾性表面波共振子の個数を内側の
並列腕に配設した弾性表面波共振子の個数の２倍とする
と共に、それぞれの並列腕の弾性表面波共振子のアドミ
ッタンスをほぼ等しくしたことを特徴とするラダー型弾
性表面波フィルタである。請求項２記載の発明は、最外
側の並列腕に弾性表面波共振子を２つ、内側の並列腕に
１つ配置したことを特徴とする請求項１記載のラダー型
弾性表面波フィルタである。請求項３記載の発明は、最
外側の並列腕に弾性表面波共振子を４つ、内側の並列腕
に２つ配置したことを特徴とする請求項１記載のラダー
型弾性表面波フィルタである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下本発明を図面に示した実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るラ
ダー型ＳＡＷフィルタの構成を示す回路図で、入力側か
ら順に、アドミッタンスＹを有する２つのＳＡＷ共振子
１、２を直列接続した並列腕Ｐ１と、インピーダンスＺ
を有するＳＡＷ共振子３の直列腕と、アドミッタンスＹ
のＳＡＷ共振子４の並列腕Ｐ２と、インピーダンスＺの
ＳＡＷ共振子５の直列腕と、アドミッタンスＹの２つの
ＳＡＷ共振子６、７を直列接続した並列腕Ｐ３とから構
成されている。本発明の特徴は並列腕Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３
を構成するＳＡＷ共振子１、２、４、６、７のアドミッ
タンスを全てほぼ同一の値Ｙとなるように設定したこと
である。

【００１１】このように並列腕を構成する全てのＳＡＷ
共振子を同一アドミッタンスを有するように設定したの
で、並列腕の全てのＳＡＷ共振子の共振周波数、反共振
周波数を等しくすることが可能となり、従来のラダー型
ＳＡＷフィルタおける通過域近傍の急峻度劣化の原因と
なっていた並列腕ＳＡＷ共振子同志の反共振周波数のズ
レを解消することができるようになった。一方、アドミ
ッタンスＹの２つのＳＡＷ共振子１、２及び６、７の直
列接続回路からなる並列腕Ｐ１及びＰ３のアドミッタン
スは合成すると0.5Ｙとなり、並列腕Ｐ２のアドミッタ
ンスとの比が１：２となり、ラダー型フィルタの設計理
論に合致していることは云うまでもない。

【００１２】図２は、図１に示した回路構成のラダー型
ＳＡＷフィルタのフィルタ特性をシミュレーションによ
り求めたものの一例で、中心周波数を1.97GHzとし、圧
電基板に３６°ＹカットＬｉＴａＯ₃を用いて、ＳＡＷ
共振子１、２、４、６及び７の電極対数は６４対、交差
幅は４０λ、反射器本数はそれぞれ１３６本、ＳＡＷ共
振子３、５の電極対数は６７対、交差幅は２０λ、反射
器本数はそれぞれ１３３本としたもののフィルタ特性で
ある。図２より3.5dB、15dB帯域幅を求めるとそれぞれ8
9.342ＭＨｚ、129.534MHzとなり、3.5dBの帯域幅に対す
る15dBの帯域幅の比、即ちシェープファクタＳは1.449
と改善されることが確認できた。

【００１３】図３は本発明の他の実施例を示すラダー型
ＳＡＷフィルタの回路であって、入力側から順に、アド
ミッタンスＹを有する４つのＳＡＷ共振子１１、１２、
１３、１４を直列接続した並列腕Ｐ１と、インピーダン
スＺを有するＳＡＷ共振子１５の直列腕と、アドミッタ
ンスＹの２つのＳＡＷ共振子１６、１７の並列腕Ｐ２
と、インピーダンスＺのＳＡＷ共振子１８の直列腕と、
アドミッタンスＹの４つのＳＡＷ共振子１８、１９、２
０、２１を直列接続した並列腕Ｐ３とから構成されてい
る。この実施例の特徴は並列腕Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を構成
する全てのＳＡＷ共振子１１〜１４、１６〜１７及び１
８〜２１のアドミッタンスをほぼ等しく設定したことで
ある。このように並列腕を構成する全てのＳＡＷ共振子
をほぼ同一のアドミッタンスを有するように構成したの
で、それらの共振周波数、反共振周波数をほぼ等しくす
ることが可能となり、通過域近傍の急峻度劣化の原因と
なっていたアドミッタンスの違いによる並列腕ＳＡＷ共
振子同志の反共振周波数のズレを解消することができる
ようになった。

【００１４】以上の説明では３つの並列腕と２つの直列
腕からなるラダー型ＳＡＷフィルタを用いて説明した
が、本発明は他の構成のラダー型ＳＡＷフィルタに適用
できることは云うまでもない。また、圧電基板に３６
゜、４２゜のタンタル酸リチウムの例を説明したが、本
発明が他の切断角度にも適用できる。さらに、本発明が
ランガサイト、ニオブ酸リチウム、四硼酸リチウム等の
圧電基板にも適用できることは云うまでもない。

【００１５】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成した
ので、ラダー型ＳＡＷフィルタの並列腕を構成するＳＡ
Ｗ共振子のアドミッタンスをほぼ等しくすることによ
り、それらの共振周波数及び反共振周波数をそれぞれ所
定の周波数に設定することができるようになり、通過域
近傍の急峻度を改善でしたフィルタが可能となった。本
発明になるラダー型ＳＡＷフィルタを携帯電話のＲＦ段
に用いれば通話品質を高めることができるというの優れ
た効果を表す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るラダー型ＳＡＷフィルタの構成を
示す回路図である。

【図２】本発明に係るラダー型ＳＡＷフィルタ回路を用
いたときの通過域近傍のフィルタ特性の一例である。

【図３】本発明の他の実施例のラダー型ＳＡＷフィルタ
の構成を示す回路図である。

【図４】（ａ）は従来のＳＡＷ共振子の構成を示す図、
（ｂ）はラダー型回路の基本区間を４区間縦続接続した
回路、（ｃ）は各腕のインピーダンス、アドミッタンス
をそれぞれ合成した回路構成である。

【図５】従来のラダー型ＳＡＷフィルタの通過域近傍の
フィルタ特性を示す図である。

【図６】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ３６゜ＬｉＴａＯ₃
圧電基板を用いたＳＡＷ共振子のＩＤＴ電極の交差幅及
びＩＤＴ電極対数と共振周波数及び反共振周波数との関
係を示す図である。

【図７】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ４２゜ＬｉＴａＯ₃
圧電基板を用いたＳＡＷ共振子のＩＤＴ電極の交差幅及
びＩＤＴ電極対数と共振周波数及び反共振周波数との関
係を示す図である。

【符号の説明】

１、２、３、４、５、６、７・・ＳＡＷ共振子 １１、１２、１３、１４、１５、１６・・ＳＡＷ共振子 ２１・・ＳＡＷ共振子 Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３・・並列腕 Ｙ・・ＳＡＷ共振子のアドミッタンス Ｚ・・ＳＡＷ共振子のインピーダンス

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＩＤＴ電極とその両側に配置したグレー
   ティング反射器とを備えた弾性表面波共振子を圧電基板
   の主面上に並列腕、直列腕、並列腕と順次配置したラダ
   ー型弾性表面波フィルタにおいて、前記フィルタの最外
   側に配置した並列腕の弾性表面波共振子の個数を内側の
   並列腕に配設した弾性表面波共振子の個数の２倍とする
   と共に、並列腕を構成する弾性表面波共振子のアドミッ
   タンスをほぼ等しくしたことを特徴とするラダー型弾性
   表面波フィルタ。
2. 【請求項２】 最外側の並列腕に弾性表面波共振子を２
   つ、内側の並列腕に１つ配置したことを特徴とする請求
   項１記載のラダー型弾性表面波フィルタ。
3. 【請求項３】 最外側の並列腕に弾性表面波共振子を４
   つ、内側の並列腕に２つ配置したことを特徴とする請求
   項１記載のラダー型弾性表面波フィルタ。