JP3438705B2 - 表面波装置及び通信機装置 - Google Patents

表面波装置及び通信機装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マルチストリップ
カプラまたは方向性結合器などのカプラを用いた表面波
フィルタ、共用器等の表面波装置に関し、特に低損失で
シェイプファクターの良い表面波装置及びそれを用いた
通信機装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、移動体通信機器のＩＦフィル
タとして表面波フィルタが用いられている。このような
表面波フィルタには縦結合や横結合などの二重モード表
面波フィルタが良く知られているが、このような表面波
フィルタの場合、フィルタの通過帯域幅は表面波フィル
タを構成する圧電基板の材料の電気機械結合係数に大き
く影響されているため、ＩＤＴや反射器等の電極の配置
や構成ではフィルタの通過帯域幅を大きく変えることが
できなかった。
【０００３】そこで、近年、圧電基板の材料の電気機械
結合係数だけでなく、ＩＤＴや反射器等の電極の配置や
構成でフィルタの通過帯域幅を変化させうるマルチスト
リップカプラまたは方向性結合器などのカプラを用いた
表面波フィルタが注目されている。
【０００４】図１２はマルチストリップカプラを用いた
表面波フィルタ１０１を示す平面図である。
【０００５】図１２に示すように、圧電基板１０２上
に、第１及び第２のＩＤＴ１０３，１０４、マルチスト
リップカプラ１０５、反射器１０３ａ，１０３ｂ，１０
４ａ，１０４ｂが形成されている。
【０００６】第１のＩＤＴ１０３の一方の櫛歯電極は入
力端子１０６に接続され、他方の櫛歯電極は接地されて
いる。第２のＩＤＴ１０４の一方の櫛歯電極は出力端子
１０７に接続され、他方の櫛歯電極は接地されている。
【０００７】マルチストリップカプラ１０５は、複数の
ストリップラインから構成されており、第１のＩＤＴ１
０３から第２のＩＤＴ１０４にわたって図１２における
右側に形成されている。
【０００８】反射器１０３ａ，１０３ｂは第１のＩＤＴ
１０３とマルチストリップカプラ１０５を挟むように表
面波伝搬方向に配置されている。反射器１０４ａ，１０
４ｂは第２のＩＤＴ１０４とマルチストリップカプラ１
０５を挟むように表面波伝搬方向に配置されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記のような構成の表
面波装置の場合、反射器は所定の周波数特性を有するた
め、この周波数特性をＩＤＴの周波数特性に合せようと
すると、反射器の本数が一定以上必要であり、例えば、
１００〜３００ＭＨｚであれば２００本程度の本数が必
要であった。
【００１０】また、上記のような構成の表面波装置では
反射器の本数が多くなり、それにともなって反射器自体
の横方向の長さが長くなると、群遅延時間特性の偏差が
大きくなるという問題を有していた。
【００１１】すなわち、図１３に示すように、フィルタ
の周波数特性Ｃの通過帯域における群遅延時間特性Ｄは
両端が上がるような傾向を示しており、その偏差は約
０．５μＳ程度生じていた。
【００１２】さらに、このような群遅延時間特性の偏差
が大きければ大きいほど信号の位相が変化するため、入
力した信号に対して適正な応答が得られないという問題
を有していた。したがって、このような表面波装置を用
いた通信機装置、例えば、携帯電話等の通信機装置で
は、電波を受信したにもかかわらず通話中、音声が途切
れたり、音声が出力されないという恐れがあった。
【００１３】そして、反射器自体の横方向の長さが長く
なるため、全体として表面波フィルタなどの表面波装置
全体の大きさが大きくなるという問題を有しており、表
面波装置の小型化を図る場合の障害となっていた。
【００１４】本発明は、以上の問題点に鑑みて、群遅延
時間特性の偏差を低減し、小型化が容易な表面波装置を
提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】そこで、請求項１に係る
表面波装置は、圧電基板と、前記圧電基板表面に形成さ
れた第１のＩＤＴと、前記圧電基板表面に形成され前記
第１のＩＤＴに対して表面波伝搬方向に略垂直な方向に
配置された第２のＩＤＴと、前記第１及び第２のＩＤＴ
に対向し、前記第１及び第２のＩＤＴに表面波を反射す
るために前記圧電基板に形成された反射端面と、前記圧
電基板表面に前記第１のＩＤＴから前記第２のＩＤＴに
わたって対向するように形成され、前記第１及び第２の
ＩＤＴと前記反射端面の間に配置された複数本のストリ
ップからなるカプラとを備え、前記圧電基板は、前記第
１及び第２のＩＤＴに対して一方側の端面が前記反射端
面であり、前記第１及び第２のＩＤＴに対して他方側の
端面は表面波伝搬方向に対して垂直でない面からなるこ
とを特徴とする。
【００１６】請求項２に係る表面波装置は、前記カプラ
が前記第１及び第２のＩＤＴの両側に形成されている。
【００１７】
【００１８】請求項３に係る表面波装置は、前記第１及
び第２のＩＤＴに対して表面波伝搬方向に略垂直な方向
に少なくとも一つの第３のＩＤＴを配置している。
【００１９】請求項４に係る表面波装置は、少なくとも
前記ＩＤＴ上をゲル状または針入度の低い樹脂で被覆し
ている。
【００２０】請求項５に係る表面波装置は、表面波とし
てＳＨ波を用いている。
【００２１】請求項６に係る通信機装置は、上記表面波
装置を用いている。
【００２２】以上のような構成により、群遅延時間特性
の偏差が小さい表面波装置及び良好な送受信特性を有す
る通信機装置を得ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
用いて説明する。図１は本発明の第１の実施形態を示す
表面波フィルタの平面図である。表面波フィルタ１は、
例えば、横方向に分極された圧電セラミック等の圧電基
板２上に、アルミニウム等の電極材料により、第１及び
第２のＩＤＴ３，４、マルチストリップカプラ５が形成
されて構成されている。
【００２４】第１のＩＤＴと第２のＩＤＴは表面波伝搬
方向に垂直な方向に並べられており、第１のＩＤＴ３の
一方の櫛歯電極は入力端子６に接続され、他方の櫛歯電
極は接地されている。第２のＩＤＴ４の一方の櫛歯電極
は出力端子７に接続され、他方の櫛歯電極は接地されて
いる。
【００２５】マルチストリップカプラ５は、複数のスト
リップから構成されており、第１のＩＤＴ３から第２の
ＩＤＴ４にわたって図１における右側に第１及び第２の
ＩＤＴ３，４に対向するように形成されている。
【００２６】図１における第１及び第２のＩＤＴ３，４
の左側及び図１におけるマルチストリップカプラ５の右
側は圧電基板２の端面となっており、第１及び第２のＩ
ＤＴに表面波が反射される反射端面になっている。な
お、反射端面の位置はマルチストリップカプラ５の最も
端面寄りのストリップの中心からマルチストリップカプ
ラ５におけるストリップ幅とストリップ間隔の幅との合
計Ｗに関して、（ｎ／２±１５／３２）Ｗ（ただしｎは
整数）の位置近傍あるいはＩＤＴ電極の最外電極指の中
心から波長λに関して、（ｎ／２±１／４）λ（ただし
ｎは整数）の位置近傍が効率よく表面波を反射すること
ができるので好ましい 第１及び第２のＩＤＴ３，４とマルチストリップカプラ
５の周期は、第１及び第２のＩＤＴ３，４の放射コンダ
クタンスの中心が反射端面による周波数特性の中心にな
るように設定されている。
【００２７】このような表面波フィルタ１では、図１の
矢印に示すように音響エネルギが伝搬する。すなわち、
入力端子６から信号が入力され、第１のＩＤＴ３が励振
してマルチストリップカプラ５において音響エネルギが
伝搬される。伝搬された音響エネルギは反射端面で反射
して第２のＩＤＴ４に入射され、出力端子７から出力さ
れる。
【００２８】次に、上記のような表面波フィルタ１の周
波数特性について説明する。図２は、図１２に示した従
来の反射器を有する表面波フィルタ１０１と同じ条件で
測定した周波数特性図である。
【００２９】図２に示すように、図１２に示した従来の
反射器を有する表面波フィルタに比べて、フィルタの周
波数特性Ａの通過帯域における群遅延時間特性Ｂは平坦
になっており、その偏差は約０．１５μＳと小さくなっ
ている。また、反射端面は、反射器に比べて反射部分で
生じる損失も抑えられるため、周波数特性Ａの通過帯域
において挿入損失が２〜３ｄＢ改善されている。
【００３０】次に、本発明の第１の実施形態の第１の変
形例について図を用いて説明する。図３は第１の変形例
に係る表面波フィルタ１１を示す平面図である。なお、
図１に示した表面波フィルタ１と同じ構成部分には同じ
符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３１】本変形例は、図１に示した表面波フィルタ
１とはマルチストリップカプラ５が第１のＩＤＴ３から
第２のＩＤＴ４にわたって両側に形成されている点で異
なる。
【００３２】このようにマルチストリップカプラ５を第
１及び第２のＩＤＴ３，４の両側に形成することによ
り、第１のＩＤＴ３と第２のＩＤＴ４とがより結合し易
くなる。すなわち、図３の矢印に示すように二経路で音
響エネルギが伝搬するため入力端子６から入力された信
号は効率的に出力端子７から出力されることとなる。
【００３３】このような構成により、図１に示す片側の
みにマルチストリップカプラ５を形成した表面波フィル
タ１に比べて、フィルタの通過帯域において１０ｄＢ程
度生じていた挿入損失が約５〜６ｄＢ改善できるため、
約５ｄＢ程度の挿入損失とすることができる。
【００３４】次に、本発明の第１の実施形態の第２の変
形例について図を用いて説明する。図４は第２の変形例
に係る表面波フィルタ２１を示す平面図である。なお、
図１に示した表面波フィルタ１と同じ構成部分には同じ
符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３５】本変形例は、図１に示した表面波フィルタ
１とは第１及び第２のＩＤＴ３，４がそれぞれ複数構成
され、マルチストリップカプラ５を挟むように配置され
ている点で異なる。
【００３６】このようにマルチストリップカプラ５を第
１及び第２のＩＤＴ３，４で挟みこむことにより、第１
のＩＤＴ３と第２のＩＤＴ４とがより結合し易くなる。
すなわち、図４の矢印に示すようにマルチストリップカ
プラ５に音響エネルギが集中して伝搬するため入力端子
６から入力された信号は効率的に出力端子７から出力さ
れることとなる。
【００３７】このような構成により、図１に示す第１及
び第２のＩＤＴ３，４が一つずつの表面波フィルタ１に
比べて、フィルタの通過帯域における挿入損失を改善す
ることができる。
【００３８】次に、本発明の第１の実施形態の第３の変
形例について図を用いて説明する。図５は第３の変形例
に係る表面波フィルタ３１を示す平面図である。なお、
図１に示した表面波フィルタ１と同じ構成部分には同じ
符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３９】本変形例は、図１に示した表面波フィルタ
１とはマルチストリップカプラ５を配置した側とは反対
側の端面を表面波伝搬方向に対して角度θ（θ≠９０
°）となるようにしている点で異なる。
【００４０】このように第１及び第２のＩＤＴ３，４に
対してマルチストリップカプラ５を配した側の端面のみ
を反射端面とした場合、両側を反射端面とした場合と比
較すると若干挿入損失が大きくなる。しかしながら、反
射端面はマルチストリップカプラ５や第１及び第２のＩ
ＤＴ３，４から適切な位置に設定しないと良好な反射特
性が得られないため、精度が必要とされる。反射端面が
適切な位置に設定されない場合、不要な反射が生じ、そ
の結果、不要なスプリアスとなってしまう。
【００４１】そのため、図５に示すように、フィルタ特
性に大きく影響を与えるマルチストリップカプラ５側の
端面は反射端面とし、その反対側の端面は精度を必要と
しないように、また、不要な反射波が第１及び第２のＩ
ＤＴ３，４に反射されないように、本変形例ではマルチ
ストリップカプラ５を配置した側とは反対側の端面を表
面波伝搬方向に対して角度θ（θ≠９０°）としている
ことにより、不要なスプリアスや損失を改善することが
できる。
【００４２】次に、本発明の第１の実施形態の第４の変
形例について図を用いて説明する。図６は第４の変形例
に係る表面波フィルタ４１を示す平面図である。なお、
図１に示した表面波フィルタ１と同じ構成部分には同じ
符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００４３】本変形例は、図１に示した表面波フィルタ
１とは、図６に示すようにマルチストリップカプラ５を
複数配置し、マルチストリップカプラ５同士を途中で対
向させて結合させている点で異なる。
【００４４】なお、本発明で言うところの「表面波伝搬
方向に略垂直な方向に」とは、表面波伝搬方向に複数の
ＩＤＴが並置されているのではないという意味であり、
本発明の作用・効果を奏する範囲であれば、例えば本実
施例のような場合も「略垂直に配置された」という概念
に含まれるものである。
【００４５】次に、本発明の第１の実施形態の第５の変
形例について図を用いて説明する。図７は第５の変形例
に係る表面波フィルタ５１を示す平面図である。なお、
図１に示した表面波フィルタ１と同じ構成部分には同じ
符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００４６】本変形例は、図１に示した表面波フィルタ
１とはマルチストリップカプラ５が各ＩＤＴの両側に形
成されている点及び第１のＩＤＴ３と第２のＩＤＴ４の
表面波伝搬方向に垂直な方向に第３のＩＤＴ８を配置し
た点で異なる。
【００４７】図７に示すように、第３のＩＤＴ８を第１
及び第２のＩＤＴ３，４に対して表面波伝搬方向に垂直
な方向に配置し、マルチストリップカプラ５を第１〜第
３のＩＤＴ３，４，８の両側に形成している。そしてこ
の第３のＩＤＴ８の一方の櫛歯電極は入力端子９に接続
され、他方の櫛歯電極は接地されている。
【００４８】このような構成にすることにより、第１の
ＩＤＴ３と第３のＩＤＴ８を入力として使用することが
でき、図１に示す第１及び第２のＩＤＴ３，４のみの表
面波フィルタ１に比べて、フィルタの通過帯域において
さらに低損失にすることができる。
【００４９】また、入力端子６と入力端子９を平衡入力
端子として使用することもできる。この場合、平衡入力
−不平衡出力の表面波フィルタが得られる。さらに、本
変形例では、第１のＩＤＴ３に接続された端子を入力端
子、第２のＩＤＴ４に接続された端子を出力端子、第３
のＩＤＴ８に接続された端子を入力端子としたがこれに
限るものではなく、それぞれを状況に応じて入力端子ま
たは出力端子とすることもできる。
【００５０】なお、本発明で用いる表面波としてＳＨ波
を用いれば端面での反射効率が良いため好ましい。
【００５１】次に、本発明の第２の実施形態について図
を用いて説明する。図８は第２の実施形態に係る表面波
フィルタ６１を示す平面図であり、図９は図８における
Ｘ−Ｘ線断面図である。なお、第１の実施形態及びその
変形例と同じ構成部分には同じ符号を付し、詳細な説明
を省略する。
【００５２】本実施の形態の表面波フィルタ６１は、図
７に示した表面波フィルタ５１とは第１〜３のＩＤＴ
３，４，８及びマルチストリップカプラ５を含めて圧電
基板２上にゲル状の樹脂２ａが塗布されている点で異な
る。
【００５３】このように第１〜３のＩＤＴ３，４，８上
にゲル状の樹脂２ａを塗布することにより、第１〜３の
ＩＤＴ３，４，８及びマルチストリップカプラ５におけ
る不要な励振、反射、結合を抑制することができるの
で、不要なリップルや帯域外減衰量を約１０ｄＢ程度改
善することができる。
【００５４】また、図９に示すようにゲル状の樹脂２ａ
は反射端面の一部に達していてもよく、そしてＩＤＴに
おける不要な励振、反射が最も影響が大きいため、少な
くとも、ゲル状の樹脂はＩＤＴを被覆していることが好
ましい。本実施の形態のゲル状の樹脂は針入度の低いも
のであれば良い。例えば、ショア硬さ３０以下のものが
好ましい。
【００５５】さらに、本発明の第３の実施形態として、
本発明で言うところのカプラに方向性結合器を用いた例
を図を用いて説明する。図１０は第３の実施形態に係る
表面波フィルタ８１を示す平面図である。なお、第１の
実施形態と同じ構成部分には同じ符号を付し、詳細な説
明を省略する。
【００５６】本実施の形態の表面波フィルタ８１は、図
１に示した表面波フィルタ１とはカプラ部分が複数のス
トリップおよび複数のストリップを接続する三つの共通
電極８２から構成される方向性結合器８５となっている
点で異なる。このように、本発明のカプラとして方向性
結合器８５を用いても、群遅延時間特性の偏差が小さく
なったり、挿入損失が改善されたり、さらには小型化で
きるという本発明の効果が得られる。
【００５７】なお、ここでは図１におけるマルチストリ
ップカプラを方向性結合器に置き換えた例を示したが、
図２〜図９で説明した表面波フィルタにおける、それぞ
れのマルチストリップカプラを本実施形態で示したよう
な方向性結合器に置きかえてもそれぞれ同様の効果が得
られる。
【００５８】次に、本発明の第４、第５の実施形態につ
いて説明する。図１１は本発明の第４の実施形態を示す
共用器及び本発明の第５の実施形態を示す通信機装置の
ブロック図である。
【００５９】図１１に示すように、通信機装置７１は、
受信用の表面波フィルタ７２と送信用の表面波フィルタ
７３を有する共用器７４のアンテナ端子がアンテナ７５
に接続され、出力端子が受信回路７６に接続され、入力
端子が送信回路７７に接続されることにより構成されて
いる。このような共用器７４の受信用の表面波フィルタ
７２と送信用の表面波フィルタ７３には、第１、第２の
実施形態における表面波フィルタ１〜６１および第３の
実施形態における表面波フィルタ８１などのいずれかま
たはその組み合わせを用いる。
【００６０】なお、上記第１〜第４の実施形態では圧電
セラミックを圧電基板として用いたがこれに限るもので
はなく、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム、四硼
酸リチウム、ランガサイト、水晶等の圧電基板を用いる
ことができ、また、ガラスやサファイヤ等の基板上に酸
化亜鉛や窒化アルミニウム、五酸化タンタルなどの圧電
膜を形成したものでも良い。
【００６１】また、上記第１〜第４の実施形態では第１
〜第３のＩＤＴやマルチストリップカプラ、方向性結合
器をアルミニウムで形成したがこれに限るものではな
く、金、銀、銅、タングステン、タンタル等導電性の材
料であればどのようなものでもよい。
【００６２】さらに、上記第１〜第４の実施形態では表
面波フィルタを用いて説明したが本発明はこれに限るも
のではなく、例えば表面波遅延線等の表面波装置にも適
用することができ、マルチストリップカプラまたは方向
性結合器などのカプラを用いた表面波装置全般に適用す
ることができる。
【００６３】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、カプラ
を用いるとともに反射端面で表面波を反射するようにし
たので、群遅延時間特性が平坦になり、その偏差を小さ
くすることができる。また、反射端面は、反射器に比べ
て反射部分で生じる損失も抑えられるため、挿入損失を
改善することができる。さらに、反射部分が反射器から
反射端面になったことにより小型化が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る表面波フィルタの平面図
である。
【図２】第１の実施形態に係る表面波フィルタの周波数
特性及び群遅延時間特性を示す特性図である。
【図３】第１の実施形態の第１の変形例に係る表面波フ
ィルタの平面図である。
【図４】第１の実施形態の第２の変形例に係る表面波フ
ィルタの平面図である。
【図５】第１の実施形態の第３の変形例に係る表面波フ
ィルタの平面図である。
【図６】第１の実施形態の第４の変形例に係る表面波フ
ィルタの平面図である。
【図７】第１の実施形態の第５の変形例に係る表面波フ
ィルタの平面図である。
【図８】第２の実施形態に係る表面波フィルタの平面図
である。
【図９】図８のＸ―Ｘ線断面図である。
【図１０】第３の実施形態に係る表面波フィルタの平面
図である。
【図１１】第４の実施形態に係る共用器及び第５の実施
形態に係る通信機装置のブロック図である。
【図１２】従来のマルチストリップカプラを用いた表面
波フィルタの平面図である。
【図１３】従来のマルチストリップカプラを用いた表面
波フィルタの周波数特性及び群遅延時間特性を示す特性
図である。
【符号の説明】
１ 表面波フィルタ ２ 圧電基板 ２ａ ゲル状の樹脂 ３ 第１のＩＤＴ ４ 第２のＩＤＴ ５ マルチストリップカプラ ６ 入力端子 ７ 出力端子 ８ 第３のＩＤＴ ９ 入力端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−130586（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−126243（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−257211（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−72816（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−51759（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−239214（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−18282（ＪＰ，Ａ) 清水洋一，弾性表面波を用いた共振子 構成，昭和50年電気四学会連合大会, 1975年，ｐ．845〜848 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H03H 9/145

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧電基板と、 前記圧電基板表面に形成された第１のＩＤＴと、 前記圧電基板表面に形成され前記第１のＩＤＴに対して
    表面波伝搬方向に略垂直な方向に配置された第２のＩＤ
    Ｔと、 前記第１及び第２のＩＤＴに対向し、前記第１及び第２
    のＩＤＴに表面波を反射するために前記圧電基板に形成
    された反射端面と、 前記圧電基板表面に前記第１のＩＤＴから前記第２のＩ
    ＤＴにわたって対向するように形成され、前記第１及び
    第２のＩＤＴと前記反射端面の間に配置された複数本の
    ストリップからなるカプラと、を備え、 前記圧電基板は、前記第１及び第２のＩＤＴに対して一
    方側の端面が前記反射端面であり、前記第１及び第２の
    ＩＤＴに対して他方側の端面は表面波伝搬方向に対して
    垂直でない面からなること を特徴とする表面波装置。
  2. 【請求項２】 前記カプラは前記第１及び第２のＩＤ
    Ｔの両側に形成されたことを特徴とする請求項１記載の
    表面波装置。
  3. 【請求項３】 前記第１及び第２のＩＤＴに対して表
    面波伝搬方向に略垂直な方向に少なくとも一つの第３の
    ＩＤＴを配置したことを特徴とする請求項１、請求項１
    または請求項２記載の表面波装置。
  4. 【請求項４】 少なくとも前記ＩＤＴ上をゲル状また
    は針入度の低い樹脂で被覆したことを特徴とする請求項
    １、請求項２または請求項３記載の表面波装置。
  5. 【請求項５】 前記表面波はＳＨ波であることを特徴
    と請求項１、請求項２、請求項３または請求項４記載の
    表面波装置。
  6. 【請求項６】 請求項１〜５記載の表面波装置を用い
    たことを特徴とする通信機装置。
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