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
    または請求項記載の表面波装置。
  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〜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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