JP3451234B2 - トランスバーサル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】本発明はトランスバーサル弾
性表面波フィルタ（以下、トランスバーサルＳＡＷフィ
ルタと称す）に関し、特に通過帯域内のリップルを改善
したトランスバーサルＳＡＷフィルタに関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、弾性表面波フィルタ（以下、ＳＡ
Ｗフィルタと称す）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。最近の予想を越える
携帯電話の普及と画像を含む高速データ通信の要請等に
より、従来のＰＤＣ、ＡＭＰＳ方式等のように、狭帯域
のキャリア周波数間隔を用いる方式から広帯域で高速大
容量に適したＣＤＭＡ方式が普及し始めている。ＣＤＭ
Ａ方式端末機に用いられるＩＦ回路には、高速データを
伝送するため広帯域のフィルタが必要であると共に、隣
接のキャリアを阻止するために減衰傾度の急峻な特性も
合わせて要求される。さらに、高速なデジタルデータの
品質を保持するために、ＩＦフィルタには平坦な遅延時
間特性も要求される。このような要求を満たすフィルタ
として、振幅特性と位相特性とを互いに別個に設計可能
なトランスバーサルＳＡＷフィルタが適している。 【０００３】図４は従来のトランスバーサルＳＡＷフィ
ルタの構成を示す平面図であって、圧電基板２１の主面
上に表面波の伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極２２と、所定
の間隔を空けてＩＤＴ電極２３を配置して構成する。Ｉ
ＤＴ電極２２、２３はそれぞれ互いに間挿し合う複数の
電極指を有する一対のくし形電極から構成し、ＩＤＴ電
極２２の一方のくし形電極は入力端子INに接続すると共
に、他方のくし形電極は接地する。さらに、ＩＤＴ電極
２３の一方のくし形電極は出力端子OUTに接続すると共
に、他方のくし形電極は接地してトランスバーサルＳＡ
Ｗフィルタを構成する。なお、圧電基板の両端には端面
からの反射波を吸収するための吸音材２４を付着してい
る。 【０００４】図４に示すように、ＩＤＴ電極２２、２３
に正規型ＩＤＴ電極を用いた場合、トランスバーサルＳ
ＡＷフィルタの伝送特性は、周知のように、通過帯域幅
ＢはＢ＝０．８８／Ｎ（Ｎは電極指対数）で、その中心
周波数を頂点とする丸みを帯びた特性となり、サイドロ
ーブの抑圧レベルは２６ｄＢとなる。正規型ＩＤＴ電極
特有の丸みのある通過域特性をより平坦化する手法とし
て、ＩＤＴ電極２２、２３のいずれかに重み付けする方
法、即ち表面波の励振強度が伝搬方向の位置の関数とな
るように重み付けを行う手法がある。重み付け法は大別
して、ＩＤＴ電極の交差長Ｗを変化させて重み付けをす
る方法（アポダイズ法）と、交差長Ｗは一定とし励振強
度を変えることによる重み付け法の２つの手法がある。
アポダイズ法の特徴は比較的容易に正確な重み付けがで
きるが、交差長Ｗの小さな部分で回折損が大きくなり、
挿入損失が劣化するという欠点がある。一方、励振強度
を変える手法の１つに電極間引き法があり、アポダイズ
法の長所、短所と逆の関係になる。 【０００５】電極間引き法は、周知のように、アポダイ
ズ法で設計したＩＤＴ電極のメインローブの交差長の最
長のもので基準化し、電極指の配列を密あるいは粗に変
換する。実際のＩＤＴ電極構成では、例えば、電極指が
存在する位置には励振可能なＩＤＴ電極を配置し、電極
指が存在しない位置には、励振作用のない電極を配設す
ることによって実現している。 【０００６】ここで励振可能なＩＤＴ電極と励振作用の
ないＩＤＴ電極について、数例を挙げて説明すると、図
５（ａ）に示したＩＤＴ電極の基本区間は３λ／８幅の
電極指と、２つのλ／８幅の電極指とから構成された一
方向性トランスデューサ（EWC-SPUDT）であり、図中矢
印方向（順方向）への反射作用を有する。尚、λは１波
長に相当し、基本区間とは１波長分のＩＤＴ電極構成の
ことを云う。図５（ｂ）に示すＩＤＴ電極構成の基本区
間は励振作用を有するものの、一方向性のないタイプで
ある。図５（ｃ）に示す構成の基本区間のＩＤＴ電極は
励振作用を有しないが、図の矢印方向への反射作用を有
する。また、図５（ｄ）はλ／８の電極が同じ極性の電
極にのみ接続された構造であり、励振、反射の作用とも
有しない。図５（ｅ）の基本区間のＩＤＴ電極は同図
（ａ）の電極と対称であり、励振作用と図中矢印方向
（逆方向）への一方向性を有する。また、同図（ｆ）に
示す構成の 基本区間のＩＤＴ電極は、励振作用は有し
ないが矢印方向への一方向性（逆方向）の反射作用を有
する。図５（ａ）、（ｃ）の電極構成を順方向ＳＰＵＤ
Ｔ、同図（ｅ）、（ｆ）の電極構成を逆方向ＳＰＵＤＴ
と云うことにする。 【０００７】図５に示した６種類の基本区間を用いて、
所望の特性を有するトランスバーサルＳＡＷフィルタを
設計するアルゴリズムは、今のところ確立されていな
い。そこで、励振用ＩＤＴ電極の基本区間の種類とその
区間数、励振作用のないＩＤＴ電極の基本区間の種類と
その区間数とを経験から設定し、シミュレーションによ
りフィルタ特性を確認しながら、所望の伝送特性に近づ
ける、所謂カットアンドトライを繰り返して、設計して
いるのが現状である。 【０００８】図６（ａ）、（ｂ）は本願出願人が出願し
た特開２０００−０７７９７３に開示されたものであっ
て、（ａ）に示すＩＤＴ電極３２はその中心に対して対
称であるので左半分のみ構成を示している。即ち、図６
（ａ）の図中左端から順番に位置を示す番号（１、２、
・・ｎ）を付け、その位置に配置するＩＤＴ電極の基本
区間（ＩＤＴパターン）の種類と区間数とを示したもの
が図６（ｂ）である。ＩＤＴパターンのａ〜ｆは図５
（ａ）〜（ｆ）に示したＩＤＴ電極のパターンに対応し
ている。ここで７０〜２８までがメインローブ、２７か
ら３までが第１サイドローブ、２〜１までが第２サイド
ローブであって、メインローブの区間数７３に対して逆
方向ＳＰＵＤＴであるパターン（ｆ）の区間数３５と、
第１サイドローブに区間数２３の順方向ＳＰＵＤＴと、
第２サイドローブに区間数３の逆方向ＳＰＵＤＴを配置
している。 【０００９】図７は上記のような手法に基づいて設計し
たトランスバーサルＳＡＷフィルタのフィルタ特性の一
例であり、ＣＤＭＡ−ｏｎｅ用に試作したものである。
圧電基板に水晶ＳＴカット基板を用い、中心周波数を11
1.85MHz、帯域幅を1.25MHz、電極膜厚を2.3%λとした場
合のフィルタ特性である。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に
示したようなトランスバーサルＳＡＷフィルタのフィル
タ特性は、図７からも明らかなようにリップルも大き
く、しかも通過帯域特性が中心周波数に対して左右対称
ではなく、ＩＦ回路の伝送品質を劣化させるという問題
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、トランスバーサルＳＡＷフィルタの通過
域特性をほぼ左右対称にすると共に、リップルを改善し
たフィルタを提供することを目的とする。 【００１１】 【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め本発明の請求項１記載の発明は、圧電基板上に表面波
の伝搬方向に沿って２つのＩＤＴ電極を所定の間隔をお
いて配置し、前記ＩＤＴ電極の一方を反射機能を有する
電極周期λＲの基本区間と、反射機能を有しない電極周
期λＳの基本区間とを用いて形成したトランスバーサル
弾性表面波フィルタにおいて、電極周期λＲ及びλＳを
互いに異ならせ、電極周期λＲによって励起される表面
波の周波数と、電極周期λＳによって励起もしくは共振
する表面波の周波数とがほぼ同一になるようにそれぞれ
の電極周期を設定し、且つ、電極周期偏倚率ｄをｄ＝
（（λＲ−λＳ）／λＲ）としたとき、前記圧電基板に
水晶基板を用いる場合はｄを０．１０％から０．１５％
の範囲としたことを特徴とするトランスバーサル弾性表
面波フィルタである。 【００１２】 【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（ａ）は本発明に
係るトランスバーサルＳＡＷフィルタの構成を示す平面
図であって、圧電基板１の主面上に表面波の伝搬方向に
沿ってＩＤＴ電極２と、所定の間隔を空けてＩＤＴ電極
３を配置すると共に、ＩＤＴ電極２、３はそれぞれ互い
に間挿し合う複数の電極指を有する一対のくし形電極か
ら構成され、ＩＤＴ電極２の一方のくし形電極は入力端
子IN-１に接続すると共に、他方のくし形電極は入力端
子IN-２に接続する。さらに、ＩＤＴ電極３の一方のく
し形電極は出力端子OUT-１に接続すると共に、他方のく
し形電極は出力端子OUT-２に接続してトランスバーサル
ＳＡＷフィルタを構成する。図１（ａ）の実施例におい
ては、ＩＤＴ電極３は正規型電極にて構成し、ＩＤＴ電
極２は同図（ｂ）、（ｃ）に示すＩＤＴ電極の基本区間
を所望の特性が得られるように配置している。 【００１３】図５に示した基本区間のＩＤＴ電極を経験
に基づいて組み合わせ、シミュレーションによってその
伝送特性を確認しながら、所望の特性を実現する手法は
従来の通りであるが、本発明の特徴は図１（ｂ）のよう
に反射機能を有する基本区間の電極周期λＲと、同図
（ｃ）のように反射機能を有しない基本区間の電極周期
λＳとを互いに異ならせて、トランスバーサルＳＡＷフ
ィルタを構成したところにある。例えば、ＣＤＭＡ−ｏ
ｎｅに用いるＩＦフィルタ用トランスバーサルＳＡＷフ
ィルタの圧電基板としては、水晶ＳＴカットが多く使用
される。水晶圧電基板を用いた場合、図１（ｂ）に示す
ような電極指の１本を３λ／８とし、他の２本をλ／８
として反射機能を持たせた領域における位相速度をＶ
Ｒ、同図（ｃ）に示すような電極指が全てλ／８で構成
する領域における位相速度をＶＳとすると、電極周期λ
が同一の場合、位相速度ＶＲ、ＶＳはが互いに異なるこ
とになる。 【００１４】そこで、図１（ｂ）、（ｃ）の基本区間に
おける表面波の周波数が同一になるように ＶＲ／λＲ＝ＶＳ／λＳ とすれば、フィルタ特性が改善できると推測した。ここ
で、反射機能を有する基本区間の電極周期λＲに対する
電極周期偏倚率ｄをｄ＝（（λＲ−λＳ）／λＲ）と
し、電極周期偏倚率ｄを少しずつ変化せた場合のトラン
スバーサルＳＡＷフィルタの帯域特性を測定することに
した。圧電基板に水晶ＳＴカット基板を用い、中心周波
数を111.85MHz、帯域幅を1.25MHz、電極膜厚を2.3%λと
した場合のフィルタ特性を示したものが図２である。図
２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は電極周期偏倚率ｄを０．０
６％、０．１１％、０．１６％とした場合の通過域のフ
ィルタ特性である。 【００１５】図３は、電極周期偏倚率ｄをさらに詳細に
変化させて通過帯域内偏差を測定し、横軸を電極周期偏
倚率ｄ、縦軸を帯域内偏差（ｄＢ）としてプロットした
図である。この図から明らかなように、電極周期偏倚率
ｄとして０．１３％程度と設定した場合に帯域内偏差が
最小となり、従来の場合の０．６ｄＢの帯域内偏差に対
して、０．３ｄＢ以下と改善されることが判明した。 【００１６】以上、本発明を圧電基板に水晶ＳＴカット
を用いた場合のトランスバーサルＳＡＷフィルタについ
て説明したが本発明はこれに限定されるものではなく、
圧電基板にタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、四
硼酸リチウム、ランガサイト等を用いた場合にも適用す
ることができる。その場合には、それぞれの圧電基板に
反射機能を有する基本区間と、反射機能を有しない基本
区間とをそれぞれ配設し、このときの位相速度をシミュ
レーション、あるいは実験によって求め、図３に相当す
る図を作成して、トランスバーサルＳＡＷフィルタの帯
域内リップルが最小値となるような電極周期偏倚率ｄに
設定すればよい。また、ＩＤＴ電極を構成する基本区間
は図１または図５に示すものに限定される訳ではなく、
反射機能を有するものと反射機能を有さないものをどの
ように組み合わせたものにも適用可能であることは云う
までもない。 【００１７】 【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成した
ので、例えばＣＤＭＡ−ｏｎｅのＩＦ回路に用いるトラ
ンスバーサルＳＡＷフィルタの通過域特性を平坦化する
ことが可能となり、ＩＦ回路の伝送品質を向上させるこ
とができるという優れた効果を表す。

【図面の簡単な説明】 【図１】（ａ）は本発明に係るトランスバーサルＳＡＷ
フィルタの構成を示す平面図、（ｂ）はＩＤＴ電極の反
射機能を有する基本区間、（ｃ）ＩＤＴ電極の反射機能
の無い基本区間を示す図である。 【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は電極周期偏倚率ｄを
変化させた場合のフィルタ特性である。 【図３】圧電基板に水晶ＳＴカットを用いた場合、電極
周期偏倚率ｄと帯域内偏差との関係を示す図である。 【図４】従来のトランスバーサルＳＡＷフィルタの構成
を示す図である。 【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、
（ｆ）は従来のトランスバーサルＳＡＷフィルタを形成
するＩＤＴ電極の基本区間である。 【図６】（ａ）は従来の基本区間を用いて構成したトラ
ンスバーサルＳＡＷフィルタの平面図、（ｂ）は（ａ）
の詳細図で位置、ＩＤＴパターン、基本区間数を示す図
である。 【図７】従来のトランスバーサルＳＡＷフィルタのフィ
ルタ特性を示す図である。 【符号の説明】 １・・圧電基板 ２、３・・ＩＤＴ電極 λＲ・・反射機能を有するＩＤＴ電極の基本区間の電極
周期 λＳ・・反射機能の無いＩＤＴ電極の基本区間の電極周
期

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】圧電基板上に表面波の伝搬方向に沿って２
   つのＩＤＴ電極を所定の間隔をおいて配置し、前記ＩＤ
   Ｔ電極の一方を反射機能を有する電極周期λＲの基本区
   間と、反射機能を有しない電極周期λＳの基本区間とを
   用いて形成したトランスバーサル弾性表面波フィルタに
   おいて、電極周期λＲ及びλＳを互いに異ならせ、電極
   周期λＲによって励起される表面波の周波数と、電極周
   期λＳによって励起もしくは共振する表面波の周波数と
   がほぼ同一になるようにそれぞれの電極周期を設定し、
   且つ、電極周期偏倚率ｄをｄ＝（（λＲ−λＳ）／λ
   Ｒ）としたとき、前記圧電基板に水晶基板を用いる場合
   はｄを０．１０％から０．１５％の範囲としたことを特
   徴とするトランスバーサル弾性表面波フィルタ。