JP3654920B2

JP3654920B2 - Multi-stage surface acoustic wave multimode filter

Info

Publication number: JP3654920B2
Application number: JP14738493A
Authority: JP
Inventors: 素義高瀬; 直之三島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-06-18
Filing date: 1993-06-18
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2020-06-02
Also published as: JPH077370A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は多段接続弾性表面波多重モードフィルタに係わり、とくにその帯域外減衰量の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
弾性表面波フィルタは、圧電基板上に形成されたインターデジタル電極（以下、ＩＤＴと略称する）に電気信号を印加し、これを弾性表面波に変換して基板上を伝搬させ、受信用ＩＤＴに到達した弾性表面波を再度電気信号に変換する構成となっている。とくに、水晶基板上に形成されたＩＤＴの両側に反射器を備えた弾性表面波多重モードフィルタは、周波数温度特性に優れ、共振器構造のためエネルギーを内部に閉じ込め、低損失化を比較的容易に実現できる。
【０００３】
従来の弾性表面波多重モードフィルタを図６に示す構成図により説明する。
水晶基板１の主面上にＩＤＴ４と、その両側に配置した反射器６からなる共振器２と、同様にＩＤＴ５と、その両側に配置した反射器７から構成された共振器３とを近接配置させる。さらに、共振器２および３を共通のアースライン８を介して接続し多重モードフィルタとする。このとき、共通のアースライン８に対して対称な対称モード（ａ）と反対称な反対称モード（ｂ）とが励振される。この 2つの導波路モードは励振周波数が異なっているため、音響的に結合させることにより、 2つのモードの励振周波数間を通過域とするバンドパスフィルタを形成することができる。通常、帯域外減衰量を確保するため、多段接続される場合が多く、多重モードフィルタＡ、Ｂを接続ライン９により接続して構成する。ここで、多重モードフィルタの帯域幅を考えると、 2つのモードの周波数差により決定され、フィルタの比帯域幅で考えると、ＢＷ／ｆo ＝0.06％（ここで、ｆo は中心周波数、ＢＷは帯域幅を表す。）が限界である。これ以上のモード間周波数差ではモードの結合力が弱く、フィルタの通過帯域を形成できない。これは共振器の容量比に依存するもので、比帯域幅0.06％以上を実現するためには共振器の静電容量を小さくする工夫が必要となる。一つの方法として共振器の各端子に並列にインダクタンスを接続し、静電容量を見掛け上、小さくする方法がある。図６の入力端子、出力端子に１０、１１の並列インダクタンスを接続し、さらに段間接続ライン９にもインダクタンス１２を並列接続した構成とすることにより、通過帯域幅を広げることができる。
【０００４】
多重モードフィルタの等価回路は図２のように表され、対称モードを決めるＬｓ、Ｃｓの共振アームと反対称モードを決めるＬａ、Ｃａの共振アームを変整器により結合させる。さらにＩＤＴの静電容量Ｃｏが並列に入る。モード間周波数差が広い場合（比帯域幅0.06％以上のフィルタ）、入力にＬａ、出力にＬｂ、また段間部分にＬｃのインダクタンスを並列に挿入して 2つのモードを結合させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の多重モードフィルタは以下のような問題がある。
1つの多重モードフィルタは、そのフィルタを形成する第 1の共振器と、第 2の共振器、それぞれのＩＤＴ間に水晶基板を介して静電容量が結合する。この静電容量は図２の等価回路中で表現するとＣm で表される。その結果、段間部分にインピーダンス調整用Ｌｃのインダクタンスを並列に挿入すると、段間接続部分にインダクタンスを接続しない場合の多重モードフィルタの特性に、Ｃm とＬc によって生じるＬ−Ｃ並列共振特性がかぶさる形になる。このような多段接続弾性表面波多重モードフィルタの周波数特性の関係を図３に示す。図３において、特性曲線(III) は段間接続部分にインダクタンスを接続しない場合の多重モードフィルタの特性を示し、特性曲線(II)は段間接続部分にＬｃのインダクタンスを並列に挿入した多重モードフィルタの特性を示す。このようにインダクタンスを挿入することにより、通過帯域幅を広げることができる一方、帯域外減衰量特性が悪くなる。
【０００６】
Ｌ−Ｃ並列共振特性に影響するＣm はＩＤＴ対数に依存しており、ＩＤＴ対数が多くなるとＣm も大きくなるので、ＩＤＴ対数が多くなるにつれ帯域外レベルも悪くなってくる。図４、図５はＩＤＴ対数を変えた場合の多重モードフィルタの帯域外減衰量、挿入損失の変化の様子を実験にて求めた結果である。図４および図５より、ＩＤＴ対数を減少させると帯域外減衰量は抑圧されるが、挿入損失は逆に増加する。挿入損失の増加はＩＤＴ対数を少なくすることにより引き起こされる多重モードフィルタの高インピーダンス化が一つの要因であり、外部回路とのインピーダンス整合がとりにくく、ミスマッチング量が大きくなるためではないかと考えられる。
【０００７】
このように、ＩＤＴ対数を少なくすることにより基板内部に介在するＩＤＴ間の容量結合を小さくさせ、高減衰量化を図ろうとすると、多重モードフィルタのインピーダンスが高くなり、外部回路との整合が困難になる。このことは通過域内の挿入損失を増加させる要因となり、多重モードフィルタの特性上大きな問題となる。
【０００８】
本発明はこのような課題に対処するためになされたもので、ＩＤＴ間の容量結合を小さくして対域外レベルを高減衰量化するとともに、挿入損失の増加も極力抑えた多段接続弾性表面波多重モードフィルタを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の多段接続弾性表面波多重モードフィルタは、圧電基板と、この圧電基板上に設けられたＩＤＴと反射器とからなる第１および第２の共振器を近接配置させ音響結合させた多重モードフィルタを複数個多段接続し少なくとも前記多段接続部にインダクタンスを並列接続してなる多段接続弾性表面波多重モードフィルタにおいて、前述の第１の共振器と第２の共振器とのＩＤＴが異なった対数を有し、かつ前記多重モードフィルタ同士は鏡面対象となるよう多段接続することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係わる多重モードフィルタを構成する第１の共振器と第２の共振器ととのＩＤＴの対数は異なるが、前記多重モードフィルタ同士は鏡面対象となるよう多段接続される。また、入力側の多重モードフィルタにおいて、入力側である第１の共振器（第１のトラック）のＩＤＴの対数を、入力側と反対側にある第２の共振器（第２のトラック）のＩＤＴの対数よりも多くすることが好ましい組み合わせである。このような組み合わせ、接続とすることにより挿入損失をより減らすことができる。なお、多重モードフィルタを構成する反射器の格子状の形は、第１の共振器と第２の共振器とにおいて対称であっても非対称であってもよい。
【００１１】
多重モードフィルタ同士の多段接続は、 2段のみならず 3段以上の構成とすることもできる。
【００１２】
本発明に使用できる圧電性基板は弾性表面波を利用できるＳＴカット水晶基板、回転Ｙ板Ｚ伝搬の水晶のように横波の変位を持つＳＳＢＷ(Surface Skimming Bulk Wave)または基板表面に摂動を与えることによって生じるＳＴＷ(Surface Transverse Wave) 等を使用することができる。
【００１３】
【作用】
対数の多いＩＤＴを有する共振器におけるＩＤＴ対数をＮ₁対、対数の少ないＩＤＴを有する共振器におけるＩＤＴ対数をＮ₂対とすると、ＩＤＴ間の容量結合は対数の少ないＮ₂で決定され、帯域外レベルはＮ₂に対応した特性となる。一方インピーダンスはＮ₂同士の場合よりも小さくなり、挿入損失としてはＮ₁のときの挿入損失と、Ｎ₂同士の挿入損失のほぼ中間程度に抑えられる。これにより、インピーダンス不整合等によって招かれる挿入損失の増加を極力抑えつつ帯域外抑圧量が改善され良好な特性を有する多段接続弾性表面波多重モードフィルタが得られる。
【００１４】
【実施例】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。
実施例１
実施例１の多段接続弾性表面波多重モードフィルタを図１に示す。
ＳＴカット水晶基板１を用い、中心周波数 f₀=250MHz 、比帯域幅 0.14%の多段接続弾性表面波多重モードフィルタを作製する。
水晶基板１上に第 1の共振器２と第 2の共振器３とを近接配置し、多重モードフィルタＡを構成する。ここで第 1の共振器２を構成するＩＤＴ対数を 150対、第 2の共振器３を構成するＩＤＴ対数を 100対とした。さらに 2段目の多重モードフィルタＢを多重モードフィルタＡと同一構造で作製し、多重モードフィルタＡと多重モードフィルタＢとが接続部分に対して鏡面対称となるように相互に接続線９により接続し多段構成とした。このとき、モード間周波数差が広い場合を考えているので、入力、出力、段間接続部にインピーダンス調整用インダクタンス１０、１１、１２を並列接続させ実施例１の多段接続弾性表面波多重モードフィルタを得た。
【００１５】
得られた多段接続弾性表面波多重モードフィルタの挿入損失と帯域外減衰量を測定した。その結果を表１に示す。また周波数特性の関係を図３に特性曲線(I) として示す。
【００１６】
比較例１
第 1の共振器２を構成するＩＤＴ対数を 150対、第 2の共振器３を構成するＩＤＴ対数を 150対とする以外は実施例１と同一の材料、構成により多段接続弾性表面波多重モードフィルタを得た。
得られた多段接続弾性表面波多重モードフィルタの挿入損失と帯域外減衰量を測定した。その結果を表１に示す。
【００１７】
比較例２
第 1の共振器２を構成するＩＤＴ対数を 100対、第 2の共振器３を構成するＩＤＴ対数を 100対とする以外は実施例１と同一の材料、構成により多段接続弾性表面波多重モードフィルタを得た。
得られた多段接続弾性表面波多重モードフィルタの挿入損失と帯域外減衰量を測定した。その結果を表１に示す。
【００１８】
【表１】

表１および図３の結果によると、実施例１のフィルタ構成では、挿入損失は比較例１および比較例２のほぼ中間の挿入損失を示すが、帯域外減衰量は比較例２と同一であり、通過域内挿入損失が増えることを抑えつつ帯域外減衰量を大きくすることができ、良好な周波数特性を有する多段接続弾性表面波多重モードフィルタが得られた。
【００１９】
また、表１の結果は、第 1の共振器のＩＤＴと第 2の共振器のＩＤＴとの間で生じる水晶板を介しての容量結合が、ＩＤＴ対数の少ない方によって支配されていることを示している。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、インダクタンスにより各端子をインピーダンス調整した帯域幅の広い多段接続弾性表面波多重モードフィルタにおいて、圧電基板上に設けられたＩＤＴと反射器とからなる第 1および第 2の共振器が異なった対数のＩＤＴを有するので、 2つのＩＤＴ間で生じる圧電基板を介する容量性結合を対数の少ないＩＤＴに依存させることができる。その結果、通過域内挿入損失の増加を微量に抑えつつ帯域外減衰量を大きく改善する多段接続弾性表面波多重モードフィルタが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の多段接続弾性表面波多重モードフィルタを示す図である。
【図２】多段接続弾性表面波多重モードフィルタの等価回路を示す図である。
【図３】多段接続弾性表面波多重モードフィルタの周波数特性を説明する図である。
【図４】ＩＤＴ対数を変えた場合の多重モードフィルタの帯域外減衰量に関する実験結果を示す図である。
【図５】ＩＤＴ対数を変えた場合の多重モードフィルタの挿入損失に関する実験結果を示す図である。
【図６】従来の多段接続弾性表面波多重モードフィルタを示す図である。
【符号の説明】
１………水晶基板、２、３………共振器、４、５………ＩＤＴ、６、７………反射器、８………アースライン、９………接続ライン、１０………入力端子の並列インダクタンス、１１………出力端子の並列インダクタンス、１２………段間接続ラインの並列インダクタンス。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a multi-stage surface acoustic wave multimode filter, and more particularly to improvement of the out-of-band attenuation.
[0002]
[Prior art]
The surface acoustic wave filter applies an electrical signal to an interdigital electrode (hereinafter abbreviated as IDT) formed on a piezoelectric substrate, converts it into a surface acoustic wave, propagates it on the substrate, and transmits it to the receiving IDT. The surface acoustic wave that has reached is again converted into an electrical signal. In particular, a surface acoustic wave multimode filter with reflectors on both sides of an IDT formed on a quartz substrate has excellent frequency-temperature characteristics and confines energy inside due to the resonator structure, making it relatively easy to reduce loss. Can be realized.
[0003]
A conventional surface acoustic wave multimode filter will be described with reference to the block diagram shown in FIG.
On the main surface of the quartz substrate 1, an IDT 4 and a resonator 2 composed of reflectors 6 arranged on both sides thereof, similarly an IDT 5 and a resonator 3 composed of reflectors 7 arranged on both sides thereof are arranged close to each other. Let Furthermore, the

resonators

2 and 3 are connected via a common ground line 8 to form a multimode filter. At this time, a symmetric mode (a) symmetric with respect to the common ground line 8 and an anti-symmetric anti-symmetric mode (b) are excited. Since these two waveguide modes have different excitation frequencies, a bandpass filter having a pass band between the excitation frequencies of the two modes can be formed by acoustic coupling. Usually, in order to secure the attenuation amount outside the band, the multi-mode filters A and B are often connected by the connection line 9 in many cases. Here, considering the bandwidth of the multimode filter, it is determined by the frequency difference between the two modes, and considering the specific bandwidth of the filter, BW / fo = 0.06% (where fo is the center frequency and BW is the bandwidth) Width)) is the limit. If the frequency difference between modes is larger than this, the coupling power of the mode is weak, and the pass band of the filter cannot be formed. This depends on the capacitance ratio of the resonator, and in order to realize a specific bandwidth of 0.06% or more, a device for reducing the capacitance of the resonator is required. As one method, there is a method in which inductance is connected in parallel to each terminal of the resonator to make the capacitance apparently small. By connecting parallel inductances 10 and 11 to the input terminal and output terminal of FIG. 6 and further connecting the inductance 12 to the interstage connection line 9 in parallel, the passband width can be widened.
[0004]
An equivalent circuit of the multimode filter is expressed as shown in FIG. 2, and the resonance arms of Ls and Cs that determine the symmetric mode and the resonance arms of La and Ca that determine the antisymmetric mode are coupled by a transformer. Furthermore, the capacitance Co of IDT enters in parallel. When the frequency difference between modes is wide (filter with a relative bandwidth of 0.06% or more), the two modes are coupled by inserting an inductance of La in the input, Lb in the output, and Lc in the interstage part in parallel.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described multimode filter has the following problems.
In one multimode filter, capacitance is coupled between a first resonator, a second resonator, and each IDT forming the filter via a quartz substrate. This capacitance is expressed as Cm in the equivalent circuit of FIG. As a result, when the inductance of the impedance adjusting Lc is inserted in parallel between the interstage portions, the characteristics of the multimode filter when no inductance is connected to the interstage connection portion are covered with the LC parallel resonance characteristic generated by Cm and Lc. Become a shape. FIG. 3 shows the relationship of the frequency characteristics of such a multi-stage surface acoustic wave multimode filter. In FIG. 3, the characteristic curve (III) shows the characteristics of the multimode filter when no inductance is connected to the interstage connection part, and the characteristic curve (II) is the multimode in which the inductance of Lc is inserted in parallel between the interstage connection parts. The characteristic of a filter is shown. By inserting the inductance in this manner, the passband width can be widened, but the out-of-band attenuation characteristic is deteriorated.
[0006]
Cm that affects the L-C parallel resonance characteristic depends on the IDT logarithm, and as the IDT logarithm increases, the Cm increases, and as the IDT logarithm increases, the out-of-band level also deteriorates. FIG. 4 and FIG. 5 show the results of experimentally determining the changes in the out-of-band attenuation and insertion loss of the multimode filter when the IDT logarithm is changed. 4 and 5, when the IDT logarithm is decreased, the out-of-band attenuation is suppressed, but the insertion loss increases conversely. The increase in insertion loss is due to the high impedance of the multimode filter caused by reducing the IDT logarithm, which is considered to be because impedance matching with external circuits is difficult to achieve and the amount of mismatching increases. .
[0007]
Thus, by reducing the IDT logarithm and reducing the capacitive coupling between the IDTs inside the substrate and increasing the attenuation, the impedance of the multimode filter increases, making it difficult to match the external circuit. Become. This causes an increase in insertion loss in the passband, which is a serious problem in the characteristics of the multimode filter.
[0008]
The present invention has been made to cope with such a problem. The multi-stage surface acoustic wave multiplexing in which the capacitive coupling between IDTs is reduced to increase the attenuation level outside the band and the increase in insertion loss is suppressed as much as possible. It aims to provide a mode filter.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
A multi-stage surface acoustic wave multimode filter according to the present invention is a multimode in which a piezoelectric substrate, and first and second resonators comprising an IDT and a reflector provided on the piezoelectric substrate are arranged close to each other and acoustically coupled. In a multistage-connected surface acoustic wave multimode filter in which a plurality of filters are connected in multiple stages and inductances are connected in parallel to at least the multistage connections, the logarithms in which the IDTs of the first resonator and the second resonator are different have a, and the multimode filter each other characterized by a multi-stage connection to be a mirror image.
[0010]
Although the logarithm of IDT of the 1st resonator and the 2nd resonator which comprise the multimode filter concerning this invention differs, the said multimode filters are connected in multiple stages so that it may become a mirror surface object. In the multimode filter on the input side, the logarithm of the IDT of the first resonator (first track) on the input side is set to the logarithm of the second resonator (second track) on the opposite side to the input side. It is a preferable combination that is larger than the logarithm of IDT. By using such a combination and connection, the insertion loss can be further reduced. Note that the lattice shape of the reflectors constituting the multimode filter may be symmetric or asymmetric between the first resonator and the second resonator.
[0011]
Multi-stage connections between multi-mode filters can be configured not only in two stages but also in three or more stages.
[0012]
The piezoelectric substrate that can be used in the present invention is an ST-cut quartz substrate that can use surface acoustic waves, a SSBW (Surface Skimming Bulk Wave) that has a displacement of a transverse wave, such as a rotating Y-plate Z-propagating quartz, or perturbs the substrate surface. STW (Surface Transverse Wave) generated by the above can be used.
[0013]
[Action]
When the IDT logarithm in a resonator having a high logarithm IDT is N ₁ pairs and the IDT logarithm in a resonator having a low logarithm IDT is N ₂ pairs, the capacitive coupling between the IDTs is determined by N ₂ having a low logarithm, The outer level has characteristics corresponding to N ₂ . On the other hand, the impedance is smaller than that between N ₂ , and the insertion loss is suppressed to about the middle between the insertion loss when N ₁ and the insertion loss between N ₂ . As a result, an out-of-band suppression amount is improved while suppressing an increase in insertion loss caused by impedance mismatching or the like, and a multistage connected surface acoustic wave multimode filter having good characteristics can be obtained.
[0014]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
Example 1
A multi-stage surface acoustic wave multimode filter of Example 1 is shown in FIG.
Using the ST cut quartz substrate 1, a multi-stage surface acoustic wave multimode filter having a center frequency f ₀ = 250 MHz and a specific bandwidth 0.14% is manufactured.
A first resonator 2 and a second resonator 3 are arranged close to each other on a quartz substrate 1 to constitute a multimode filter A. Here, the number of IDT pairs constituting the first resonator 2 is 150 pairs, and the number of IDT pairs constituting the second resonator 3 is 100 pairs. Further, the second-stage multimode filter B is manufactured in the same structure as the multimode filter A, and the multimode filter A and the multimode filter B are connected to each other by the connection line 9 so as to be mirror-symmetric with respect to the connection portion. A multi-stage configuration was used. At this time, since the case where the frequency difference between modes is wide is considered, impedance adjusting inductances 10, 11, and 12 are connected in parallel to the input, output, and interstage connection portions, and the multistage connected surface acoustic wave multimode filter of the first embodiment is used. Got.
[0015]
The insertion loss and out-of-band attenuation of the obtained multi-stage surface acoustic wave multimode filter were measured. The results are shown in Table 1. The relationship between frequency characteristics is shown as a characteristic curve (I) in FIG.
[0016]
Comparative Example 1
The multistage-connected surface acoustic wave multiplex mode is the same as in Example 1 except that the IDT pair constituting the first resonator 2 is 150 pairs and the IDT pair constituting the second resonator 3 is 150 pairs. A filter was obtained.
The insertion loss and out-of-band attenuation of the obtained multistage surface acoustic wave multimode filter were measured. The results are shown in Table 1.
[0017]
Comparative Example 2
The multistage-connected surface acoustic wave multiplex mode is the same as in Example 1 except that the number of IDT pairs constituting the first resonator 2 is 100 pairs and the number of IDT pairs constituting the second resonator 3 is 100 pairs. A filter was obtained.
The insertion loss and out-of-band attenuation of the obtained multistage surface acoustic wave multimode filter were measured. The results are shown in Table 1.
[0018]
[Table 1]

According to the results of Table 1 and FIG. 3, in the filter configuration of Example 1, the insertion loss shows an insertion loss almost in the middle of Comparative Example 1 and Comparative Example 2, but the out-of-band attenuation is the same as that of Comparative Example 2. As a result, it is possible to increase the out-of-band attenuation while suppressing an increase in the insertion loss in the passband, and to obtain a multi-stage surface acoustic wave multimode filter having good frequency characteristics.
[0019]
Also, the results in Table 1 show that the capacitive coupling through the quartz plate that occurs between the IDT of the first resonator and the IDT of the second resonator is dominated by the smaller IDT logarithm. Show.
[0020]
【The invention's effect】
According to the present invention, in a multi-band surface acoustic wave multimode filter having a wide bandwidth in which each terminal is impedance-adjusted by inductance, the first and second resonators each including an IDT and a reflector provided on a piezoelectric substrate. Have different logarithmic IDTs, the capacitive coupling through the piezoelectric substrate that occurs between the two IDTs can be made dependent on the less logarithmic IDT. As a result, it is possible to obtain a multi-stage surface acoustic wave multimode filter that greatly improves the out-of-band attenuation while suppressing an increase in the insertion loss in the passband to a small amount.
[Brief description of the drawings]
1 is a diagram showing a multi-stage surface acoustic wave multimode filter of Example 1. FIG.
FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of a multi-stage surface acoustic wave multimode filter.
FIG. 3 is a diagram illustrating frequency characteristics of a multi-stage surface acoustic wave multimode filter.
FIG. 4 is a diagram illustrating an experimental result regarding an out-of-band attenuation amount of a multimode filter when an IDT logarithm is changed.
FIG. 5 is a diagram illustrating experimental results regarding insertion loss of a multimode filter when the IDT logarithm is changed.
FIG. 6 is a diagram showing a conventional multi-stage surface acoustic wave multimode filter.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ......... Quartz substrate, 2, 3 ......... Resonator 4, 5 ......... IDT, 6, 7 ......... Reflector, 8 ......... Earth line, 9 ......... Connection line, 10 ... ... parallel inductance of the input terminal, 11 ... parallel inductance of the output terminal, 12 ... ... parallel inductance of the interstage connection line.

Claims

A plurality of multi-mode filters in which a piezoelectric substrate and an interdigital electrode provided on the piezoelectric substrate and a first resonator and a second resonator made of a reflector are arranged close to each other and acoustically coupled are connected in multiple stages, and at least the multi-stage connection section In the multi-stage surface acoustic wave multimode filter formed by connecting the inductances in parallel ,
Cascaded surface acoustic wave, characterized in that said first have a logarithm interdigital electrodes have different the resonator and the second resonator, and the multimode filter each other connected in multiple stages so as to be mirror symmetry Multimode filter.