JP3368087B2 - Surface acoustic wave filter device - Google Patents

Surface acoustic wave filter device

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JP3368087B2 JP06085595A JP6085595A JP3368087B2 JP 3368087 B2 JP3368087 B2 JP 3368087B2 JP 06085595 A JP06085595 A JP 06085595A JP 6085595 A JP6085595 A JP 6085595A JP 3368087 B2 JP3368087 B2 JP 3368087B2
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  • 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、圧電基板上を伝搬する
弾性表面波を用いてバンドパス特性を得る弾性表面波フ
ィルタ装置に関する。 【0002】 【従来の技術】従来から、例えば特公平3−51330
号公報に示されるように、圧電基板上に櫛歯状の入力電
極及び出力電極を弾性表面波の伝搬方向に直列に配置す
るとともに、前記両電極の各外側に反射器をそれぞれ配
置してなり、前記両電極内部に発生する対称モードと反
対称モードの2種の定在波からなる2つの振動モードを
用いてバンドパス特性を得るようにした弾性表面波フィ
ルタ装置は知られている。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来装置
においては、バンドパス特性の信号通過帯域幅を広げる
ためには、入力電極及び出力電極の電極指数を減少させ
て2振動の共振周波数差を広げる必要がある。また、一
方では、前記電極指数を減少させると、挿入損失が増加
するという問題もある。したがって、上記従来の弾性表
面波フィルタ装置においては、信号通過帯域幅を充分に
広げることはできず、例えば中心周波数449.945
MHzの弾性表面波フィルタの信号通過帯域幅は490
KHz程度であった。 【0004】本発明は上記問題に対処するためになされ
もので、挿入損失の増大を伴うことなく信号通過帯域幅
を広げることができる弾性表面波フィルタ装置を提供す
ることにある。 【0005】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る弾性表面波フィルタ装置の構成上の特
徴は、入力電極と出力電極との各内側間の距離を伝搬弾
性表面波の1/2波長の18倍以上に設定して、両電極
の各外側に設けた両反射器間の共振、両電極自身の各内
部共振及び入力電極と出力電極との両電極間の共振から
なる3つの共振を用いてバンドパス特性を得るようにし
たことにある。 【0006】 【発明の作用・効果】上記のように構成した本発明によ
れば、3つの共振を利用してバンドパスフィルタ特性を
得るようにしたために、入力電極及び出力電極の電極指
数を減少させることなく、信号通過帯域を広げることが
できた。また、入力電極と出力電極との各内側間の距離
を伝搬弾性表面波の1/2波長の18倍以上に設定する
ことにより、3つの共振点のピーク値の差を小さくする
ことができた。したがって、挿入損失を増大させること
なく、信号通過帯域が広くかつフラットな周波数特性を
有するバンドパスフィルタを実現できる。 【0007】 【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
すると、図1は同実施例に係る弾性表面波フィルタ装置
を平面図により概略的に示すとともに、同装置における
弾性表面波の発生状態を模擬的に示している。 【0008】この弾性表面波装置は、ニオブ酸リチウム
(LiNbO3)、タンタル酸リチウム(LiTaO3)、水晶などの圧
電材料で厚さの薄い直方体状に形成した圧電基板10を
備えている。圧電基板10上には、入力電極11及び出
力電極12が弾性表面波の伝搬方向に直列に配置されて
いる。入力電極11は交互に交差して並べられた多数の
電極指11a,11bからなるとともに、出力電極12
も交互に交差して並べられた多数の電極指12a,12
bからなる。電極指11a,11bの合計本数及び電極
指12a,12bの合計本数はそれぞれ300〜700
程度である。また、各電極指11a,11b,12a,
12bの間隔は伝搬する弾性表面波の波長λ(例えば、
6.96μm程度)にほぼ等しく設定され、各電極指1
1a,12aは各電極指11b,12bの中央に位置し
ている。両電極11,12の各内側間の距離(詳しく
は、最も各内側に位置する電極指11b,12bの中心
間距離)dは、nλ/2に設定されている。nは正の整
数であり、後述の実験結果からも理解できるように、好
ましくは「18」以上の値に設定される。 【0009】両電極11,12の各外側には、Pλ/2
の間隔をおいて設けた複数(例えば、200本程度)の
グレーティング13a,14aからなる反射器13,1
4が、それぞれ配置されている。Pは、1.002〜
1.010程度の値である。反射器13と入力電極11
の間隔及び反射器14と出力電極12の間隔は、共にm
λ/2程度に設定されている。mは、正の整数であり、
「1」又は「2」程度の小さな値が好ましい。 【0010】上記のように構成した弾性表面波フィルタ
装置においては、シミュレーションの結果、周波数伝達
特性としての周波数に対する挿入損失(利得)の変化は
図2のグラフに示すようになることを確認した。なお、
この場合の弾性表面波フィルタ装置の仕様は下記表1の
通りである。 【0011】 【表1】 【0012】このグラフによれば、共振周波数が順に高
くなる第1〜第3の共振峰P1〜P3が450MHz当
りに発生することが確認される。第1共振峰P1は、反
射器13,14間の共振すなわち反射器13,14の等
価反射面X1,X1間の定在波を構成する弾性表面波の
共振に関するものである。第2共振峰P2は、入力電極
11自身及び出力電極12自身の各内部の弾性表面波の
共振に関するものである。第3共振峰P3は、両電極1
1,12間の共振すなわち両電極11,12の等価反射
面X2,X2間の定在波を構成する弾性表面波の共振に
関するものである。 【0013】また、シミュレーションにより、両電極1
1,12間の距離dを変化させて、第1〜第3共振峰P
1〜P3の周波数位置及び最大ピークレベル差P−Pの
変化を確認すると、第1〜第3共振峰P1〜P3の各周
波数位置は図3のグラフのように変化し、かつ最大ピー
クレベル差P−Pは図4のグラフのように変化すること
が確認された。一方、両電極11,12の各電極指11
a,11b,12a,12bの数及び反射器13,14
の各グレーティング13a,14aの数を変化させて
も、前記第1〜第3共振峰P1〜P3の周波数位置及び
最大ピークレベル差P−Pはバンドパスフィルタの設計
に影響を与えるほど大きく変化しないことも確認され
た。 【0014】このようなシミュレーション結果より、広
帯域かつフラットなバンドパス特性を得るためには、図
3のグラフから、第1〜第3共振峰P1〜P3の周波数
差が大きくなるようにすることが適切であり、両電極間
距離dを決める前記整数nは数十(例えば、「80」)
以下であることが適当であることが考察される。また、
フラットなバンドパス特性を得るためには、第1〜第3
共振峰P1〜P3の最大ピークレベル差P−Pが所定値
以下(例えば、3.0dB以下)である必要があり、図
4のグラフから両電極11,12間の距離dを18λ/
2以上に設定する必要があることが理解される。 【0015】そして、前記のような条件の基に弾性表面
波フィルタ装置を構成すれば、第1〜第3共振峰P1〜
P3にそれぞれ対応した3つの共振を利用できるので、
フラットな周波数伝達特性を有しかつ広帯域のバンドパ
スフィルタを実現できる。また、この場合、両電極1
1,12の各電極指11a,11b,12a,12bの
数を減少させる必要もないので、挿入損失を小さく抑え
ることもできる。 【0016】上述のように構成した弾性表面波フィルタ
装置10Aの使用に際しては、図5に示すように、同装
置10Aにインダクタンスを含む入力側インピーダンス
調整回路21及び出力側インピーダンス調整回路22を
接続して、信号通過帯域特性が極力フラットになるよう
に回路のマッチングを図る。そして、この回路による入
力電圧Einに対する出力電圧Eout の周波数伝達特性を
周波数に対する挿入損失(利得)で示すと、図6のグラ
フのようになる。これにより、信号通過帯域がきわめて
フラットな周波数伝達特性を有し、かつ中心周波数44
9.885MHz、信号通過帯域幅630KHzのバン
ドパスフィルタが実現されたことになる。なお、この図
6の実験に用いた弾性表面波フィルタ装置10Aも、上
記表1の仕様と同じものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface acoustic wave filter device which obtains bandpass characteristics by using a surface acoustic wave propagating on a piezoelectric substrate. 2. Description of the Related Art Conventionally, for example, Japanese Patent Publication No.
As shown in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H11-209, a comb-shaped input electrode and an output electrode are arranged in series in a propagation direction of surface acoustic waves on a piezoelectric substrate, and a reflector is arranged outside each of the two electrodes. There is known a surface acoustic wave filter device which obtains a band-pass characteristic by using two vibration modes including two kinds of standing waves of a symmetric mode and an anti-symmetric mode generated inside both electrodes. However, in the above-mentioned conventional apparatus, in order to widen the signal passing bandwidth of the band-pass characteristic, the electrode index of the input electrode and the output electrode is reduced to reduce the resonance of the two vibrations. It is necessary to widen the frequency difference. On the other hand, when the electrode index is reduced, there is a problem that insertion loss increases. Therefore, in the above-described conventional surface acoustic wave filter device, the signal pass bandwidth cannot be sufficiently widened, and for example, the center frequency is 449.945.
The signal pass bandwidth of the surface acoustic wave filter of MHz is 490.
It was about KHz. An object of the present invention is to provide a surface acoustic wave filter device capable of expanding a signal passing bandwidth without increasing insertion loss. [0005] In order to achieve the above object, a structural characteristic of a surface acoustic wave filter device according to the present invention is to propagate a distance between each inner side of an input electrode and an output electrode. The resonance between the two reflectors provided outside each of the two electrodes, the internal resonance of the two electrodes themselves, and the two electrodes between the input electrode and the output electrode are set at 18 times or more the wavelength of the surface acoustic wave. The bandpass characteristic is obtained by using three resonances consisting of the above resonances. According to the present invention constructed as described above, the band index filter characteristics are obtained by utilizing three resonances, so that the electrode index of the input electrode and the output electrode is reduced. Without passing through, the signal pass band could be expanded. Further, by setting the distance between the inner sides of the input electrode and the output electrode to be 18 times or more the half wavelength of the propagating surface acoustic wave, the difference between the peak values of the three resonance points could be reduced. . Accordingly, a bandpass filter having a wide signal pass band and flat frequency characteristics can be realized without increasing insertion loss. FIG. 1 is a plan view schematically showing a surface acoustic wave filter device according to an embodiment of the present invention, and FIG. The generation state of a surface wave is schematically shown. This surface acoustic wave device is made of lithium niobate.
The piezoelectric substrate 10 has a rectangular parallelepiped shape formed of a piezoelectric material such as (LiNbO 3 ), lithium tantalate (LiTaO 3 ), or quartz. On the piezoelectric substrate 10, an input electrode 11 and an output electrode 12 are arranged in series in the propagation direction of the surface acoustic wave. The input electrode 11 is composed of a large number of electrode fingers 11a and 11b that are alternately crossed and arranged.
Also a large number of electrode fingers 12a, 12
b. The total number of electrode fingers 11a and 11b and the total number of electrode fingers 12a and 12b are 300 to 700, respectively.
It is about. In addition, each electrode finger 11a, 11b, 12a,
The interval of 12b is the wavelength λ of the propagating surface acoustic wave (for example,
(Approximately 6.96 μm).
1a and 12a are located at the center of each of the electrode fingers 11b and 12b. The distance d between the inner sides of the two electrodes 11 and 12 (more specifically, the distance between the centers of the innermost electrode fingers 11b and 12b) is set to nλ / 2. n is a positive integer, and is preferably set to a value of “18” or more, as can be understood from the experimental results described later. On the outside of each of the electrodes 11, 12, a Pλ / 2
Reflectors 13, 1 composed of a plurality (for example, about 200) of gratings 13a, 14a provided at intervals of
4 are arranged respectively. P is 1.002-
The value is about 1.010. Reflector 13 and input electrode 11
And the distance between the reflector 14 and the output electrode 12 are both m
It is set to about λ / 2. m is a positive integer;
A small value such as “1” or “2” is preferable. In the surface acoustic wave filter device configured as described above, as a result of the simulation, it was confirmed that the change of the insertion loss (gain) with respect to the frequency as the frequency transfer characteristic is as shown in the graph of FIG. In addition,
The specifications of the surface acoustic wave filter device in this case are as shown in Table 1 below. [Table 1] According to this graph, it is confirmed that the first to third resonance peaks P1 to P3 in which the resonance frequency increases sequentially occur around 450 MHz. The first resonance peak P1 relates to the resonance between the reflectors 13 and 14, that is, the resonance of the surface acoustic wave forming the standing wave between the equivalent reflection surfaces X1 and X1 of the reflectors 13 and 14. The second resonance peak P2 relates to the resonance of the surface acoustic waves inside each of the input electrode 11 and the output electrode 12 itself. The third resonance peak P3 is formed by two electrodes 1
This relates to the resonance between the surface acoustic waves constituting the standing waves between the equivalent reflection surfaces X2 and X2 of the electrodes 11 and 12, that is, the resonance between the electrodes 1 and 12. In addition, both electrodes 1
By changing the distance d between the first and third resonance peaks P
When the changes in the frequency positions 1 to P3 and the maximum peak level difference PP are confirmed, the frequency positions of the first to third resonance peaks P1 to P3 change as shown in the graph of FIG. It was confirmed that PP changed as shown in the graph of FIG. On the other hand, each electrode finger 11 of both electrodes 11 and 12
a, 11b, 12a, 12b and the number of reflectors 13, 14
Even if the number of the gratings 13a and 14a is changed, the frequency positions of the first to third resonance peaks P1 to P3 and the maximum peak level difference PP do not greatly change so as to affect the design of the bandpass filter. It was also confirmed. From the above simulation results, in order to obtain a wide band and flat bandpass characteristic, it is necessary to increase the frequency difference between the first to third resonance peaks P1 to P3 from the graph of FIG. The integer n that is appropriate and determines the distance d between the two electrodes is several tens (for example, “80”).
It is contemplated that the following is appropriate. Also,
To obtain a flat bandpass characteristic, the first to third
It is necessary that the maximum peak level difference PP of the resonance peaks P1 to P3 is equal to or less than a predetermined value (for example, 3.0 dB or less). From the graph of FIG.
It is understood that it is necessary to set more than two. If the surface acoustic wave filter device is constructed under the above conditions, the first to third resonance peaks P1 to P1 can be obtained.
Since three resonances respectively corresponding to P3 can be used,
A bandpass filter having a flat frequency transfer characteristic and a wide band can be realized. In this case, both electrodes 1
Since it is not necessary to reduce the number of the electrode fingers 11a, 11b, 12a, 12b of 1 and 12, the insertion loss can be reduced. When using the surface acoustic wave filter device 10A configured as described above, as shown in FIG. 5, an input impedance adjustment circuit 21 including an inductance and an output impedance adjustment circuit 22 including an inductance are connected to the device 10A. Circuit matching so that the signal passband characteristic is as flat as possible. FIG. 6 is a graph showing the frequency transfer characteristic of the output voltage Eout with respect to the input voltage Ein in terms of the insertion loss (gain) with respect to the frequency. As a result, the signal pass band has a very flat frequency transfer characteristic and the center frequency 44
This means that a bandpass filter having a 9.885 MHz and a signal pass bandwidth of 630 KHz has been realized. The surface acoustic wave filter device 10A used in the experiment of FIG. 6 has the same specifications as those in Table 1 above.

【図面の簡単な説明】 【図1】 本発明の一実施例を示す弾性表面波フィルタ
装置を平面的に示すとともに、同装置を伝搬する弾性表
面波を模擬的に示す概略図である。 【図2】 図1の弾性表面波フィルタ装置の周波数に対
する挿入損失(利得)の変化を示すグラフである。 【図3】 入力電極と出力電極の間の距離を変化させた
場合の共振峰の周波数位置の変化を示すグラフである。 【図4】 入力電極と出力電極の間の距離を変化させた
場合の共振峰の最大ピークレベル差の変化を示すグラフ
である。 【図5】 前記弾性表面波フィルタ装置の使用例を示す
回路図である。 【図6】 同使用例の周波数に対する挿入損失(利得)
の変化を示すグラフである。 【符号の説明】 10…圧電基板、11…入力電極、11a,11b…電
極指、12…出力電極、12a,12b…電極指、1
3,14…反射器、13a,14a…グレーティング。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing a surface acoustic wave filter device according to an embodiment of the present invention in a plan view and simulating a surface acoustic wave propagating through the device. FIG. 2 is a graph showing a change in insertion loss (gain) with respect to a frequency of the surface acoustic wave filter device of FIG. 1; FIG. 3 is a graph showing a change in a frequency position of a resonance peak when a distance between an input electrode and an output electrode is changed. FIG. 4 is a graph showing a change in a maximum peak level difference of a resonance peak when a distance between an input electrode and an output electrode is changed. FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of use of the surface acoustic wave filter device. FIG. 6 shows an insertion loss (gain) with respect to a frequency in the example of use.
6 is a graph showing a change in the graph. [Description of Signs] 10: piezoelectric substrate, 11: input electrode, 11a, 11b: electrode finger, 12: output electrode, 12a, 12b: electrode finger, 1
3, 14 ... reflector, 13a, 14a ... grating.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−283309(JP,A) 特開 昭62−12206(JP,A) 特開 昭62−30413(JP,A) 山本泰司,複合縦モード共振器型SA Wフィルタ,電子情報通信学会論文誌, 1993年2月25日,VOL.J76−A,N o.2(第302号,p.219−226 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03H 9/64 H03H 9/145 H03H 9/25 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-63-283309 (JP, A) JP-A-62-12206 (JP, A) JP-A-62-30413 (JP, A) Yasushi Yamamoto, Composite vertical Mode resonator type SAW filter, IEICE Transactions, February 25, 1993, Vol. J76-A, No. 2 (No. 302, pp. 219-226 (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H03H 9/64 H03H 9/145 H03H 9/25

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 圧電基板上に櫛歯状の入力電極及び出力
電極を弾性表面波の伝搬方向に直列に配置するとともに
前記両電極の各外側に反射器をそれぞれ配置してなる弾
性表面波フィルタ装置において、前記入力電極と出力電
極との各内側間の距離を伝搬弾性表面波の1/2波長の
18倍以上に設定して、前記両反射器間の共振、前記両
電極自身の各内部共振及び前記両電極間の共振からなる
3つの共振を用いてバンドパス特性を得るようにしたこ
とを特徴とする弾性表面波フィルタ装置。
(57) [Claim 1] A comb-shaped input electrode and an output electrode are arranged on a piezoelectric substrate in series in a propagation direction of a surface acoustic wave, and a reflector is provided outside each of the two electrodes. In the surface acoustic wave filter device arranged respectively, the distance between each inner side of the input electrode and the output electrode is set to be 18 times or more of 1/2 wavelength of the propagating surface acoustic wave, and the distance between the two reflectors is set. A surface acoustic wave filter device wherein bandpass characteristics are obtained by using three resonances including resonance, internal resonance of the electrodes themselves, and resonance between the electrodes.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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山本泰司,複合縦モード共振器型SAWフィルタ,電子情報通信学会論文誌,1993年2月25日,VOL.J76−A,No.2(第302号,p.219−226

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