JP3688419B2 - 弾性表面波フィルタ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は弾性表面波フィルタに関し、特に複数の弾性表面波共振子を組み合わせて構成した弾性表面波フィルタに関する。また本発明は特に移動体通信に用いられる弾性表面波フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、移動体通信分野の発展はめざましく、様々なシステムが開発されている。これらの移動体通信システムに用いられている通信機器の小型化に伴って、使用される電子部品もその小型化が求められている。
【０００３】
通信機器の性能を左右する電子部品のひとつにフィルタがある。移動体通信機器に用いる際に求められるフィルタ特性は、低損失、広帯域、急峻な帯域外減衰特性である。一般的に、弾性表面波フィルタはこのような要求を満足する電子部品であるため、近年、移動体通信機器に多く用いられている。
【０００４】
しかし、弾性表面波フィルタは電気信号を弾性表面波という機械的なエネルギーに変換した後、再び電気信号に変換するといった動作原理から、挿入損失が大きいという課題を有し、低損失化を実現するために様々な方式が提案、検討されている。
例えば、一方向性のフィルタや、複数のＩＤΤ（Ｉｎｔｅｒ ＤｉｇｉｔａｌＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を組み合わせたＩＩＤＴ方式、共振特性を利用した共振子型フィルタや、ラダー型フィルタ等がある。特に移動体通信機器では、通信機器の小型化という観点より、複雑なチューニング回路を必要とせず、フィルタそのものが小型である共振特性を利用した共振子型フィルタや、複数の１ポート型弾性表面波共振子を直列・並列に組み合わせたラダー型フィルタが主流となっている。
また、最近では共振子型フィルタとラダー型フィルタ双方の利点を活かした共振子型フィルタとラダー型フィルタとを組み合わせた複合型のフィルタも提案されている。
【０００５】
従来、１ポート型弾性表面波共振子を利用したラダー型フィルタや、共振子型フィルタとラダー型フィルタとの複合型フィルタに用いられる１ポート型弾性表面波共振子では、この弾性表面波共振子のΙＤΤの最端部の電極指の中心から、この電極指と対向する反射器（グレーティング状反射器）最端部の電極指の中心まで距離Ρは、ＩＤＴの励振する弾性表面波の波長λで規格化されており、用いる圧電性基板にとって最も挿入損失が小さくなるように固定されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、共振子型フィルタや１ポート型弾性表面波共振子を直列、並列に接続しているラダー型およびその複合型のフィルタ等の共振特性を利用したフィルタでは広帯域で低損失なフィルタを比較的容易に作成することができるが、その特性はフィルタが有している反射器の反射特性とΙＤＴを構成している電極指の本数に依存するために、設計の自由度が小さく所望のフィル夕特性を得ることが困難であるという問題がある。
【０００７】
従来、所望の特性を得るためには、共振子フィルタの場合、共振子の対数を変えたり、ＩＤＴの周波数と反射器の周波数とを変えるといった手段がとられており、またラダー型フィルタの場合、直列共振子のＩＤＴと並列共振子のＩＤＴが有する容量の比を調節することによって設計の自由度を上げていた。しかしながら、フィルタの入出力インピーダンスが制限されることの多い移動体通信用フィルタでは、これらの手法でフィルタの特性を向上し、また設計の自由度を向上することには限界があった。
【０００８】
また、１ポート型弾性表面波共振子を用いるラダー型フィルタや共振子型フィルタとラダー型フィルタの複合型フィルタでは、１ポート型弾性表面波共振子に生じる高次の縦モードや横モードによるスプリアスが構成したフィルタの帯域内特性に悪影響を及ぼし、フィルタの平坦性が阻害したり、最悪の場合このスプリアスがノッチとして現れてしまうために、必要な帯域幅を確保できないといった問題が生じている。
【０００９】
通常の１ポート型弾性表面波共振子では、これら高次モードのスプリアスを抑制するために次の２つの手法を用いている。
【００１０】
縦モードによるスプリアスの抑圧には、ＩＤＴと反射器のピッチを変えること、すなわちＩＤＴと反射器の周波数の関係を調節することにより、発生する高次モードスプリアスの周波数が共振効率の低下する周波数になるようにしている。しかし、１ポート型弾性表面波共振子の基本的特性は反射器のストップバンドの幅とその特性により制限されるため、ＩＤΤと反射器のピッチを変える方法には限界があり、ＩＤＴの周波数が反射器のストップバンド内にはいる範囲内でしか制御することができないという問題がある。
【００１１】
また、横モードによるスプリアスの抑制には、ΙＤＴを構成している電極指の交差幅を、ＩＤＴ内の互いに交差する櫛歯状電極指１組ずつ変化させるといった、ΙＤＴ内での弾性表面波の励振強度で制御する方法（いわゆるアポダイズによる重み付け方式）が一般的であるが、この方式では１ポート型弾性表面波共振子の開口長が、前述の重み付け方式を採用しなかった場合と比べて大きくなること、また１ポート型弾性表面波共振子自体の挿人損失が大きくなるといった問題がある。このため、移動体通信用弾性表面波フィルタで用いられるラダー型フィルタや共振子型フィルタとラダー型フィルタの複合型フィルタにこの方法を適用することは困難である。
【００１２】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものである。すなわち本発明は、通過周波数帯域が広く、かつ低損失な弾性表面波フィルタを提供することを目的とする。また本発明は、特に移動体通信に用いられる通過周波数帯域が広く、かつ低損失なＲＦ用弾性表面波フィルタを提供することを目的とする。
【００１３】
さらに本発明は、移動体通信用途に適した特性を有するだけでなく、設計の自由度の高い弾性表面波フィルタを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の弾性表面波フィルタは、圧電性基板と、この圧電性基板上で入出力端子を接続する信号伝送線路上に直列に配置され、第１のＩＤＴと、この第１のＩＤＴの弾性表面波の励振方向に第１のＩＤＴを挟むように配設された第１の反射器とを有し、互いに隣接する第１のＩＤＴの電極指と第１の反射器の電極指との中心間距離がＰ1 （Ｐ 1 ＝λ 1 ／２、ただしλ 1 は第１のＩＤＴが励振する弾性表面波の波長）であるような第１の弾性表面波共振子と、前記圧電性基板上で、前記信号伝送線路と基準電位との間に第１の弾性表面波共振子と並列に接続して形成され、第２のＩＤＴと、この第２のＩＤＴの弾性表面波の励振方向に第２のＩＤＴを挟むように配設された第２の反射器とを有し、互いに隣接する第２のＩＤＴの電極指と第２の反射器の電極指との中心間距離がＰ2（Ｐ 2 ≠λ 2 ／２、ただしλ 2 は第２のＩＤＴが励振する弾性表面波の波長であり、０．５６λ 2 〜０．６３λ 2 を除く）であるような第２の弾性表面波共振子とを具備したことを特徴とする。
【００１５】
本発明の弾性表面波フィルタが備える弾性表面波共振子は、第１の弾性表面波共振子、第２の弾性表面波共振子それぞれ１個ずつに限ることなく、第１の弾性表面波共振子または第２の弾性表面波共振子を多段に接続するようにしてもよい。また、第１の弾性表面波共振子、第２の弾性表面波共振子の以外にも、これらとは構成の異なる弾性表面波共振子、弾性表面波フィルタなどを接続するようにしてもよい。
【００１８】
さらに、第１の弾性表面波共振子の共振周波数をｆr1、反共振周波数をｆar1 とし、第２の弾性表面波共振子の共振周波数をｆr2、反共振周波数をｆar2 としたとき、ｆr2＜ｆar1 であり、かつｆr1とｆar2 とはほぼ等しくなるように設定するようにしてもよい。
【００１９】
本発明の通過周波数帯域の形成方法は、第１のＩＤＴと、この第１のＩＤＴの弾性表面波の励振方向に第１のＩＤＴを挟むように配設された第１の反射器とを有し、互いに隣接する第１のＩＤＴの電極指と第１の反射器の電極指との中心間距離がＰ1 （Ｐ 1 ＝λ 1 ／２、ただしλ 1 は第１のＩＤＴが励振する弾性表面波の波長）であるような第１の弾性表面波共振子を、圧電性基板上で入出力端子を接続する信号伝送線路上に直列に間挿するとともに、第２のＩＤＴと、この第２のＩＤＴの弾性表面波の励振方向に第２のＩＤＴを挟むように配設された第２の反射器とを有し、互いに隣接する第２のＩＤＴの電極指と第２の反射器の電極指との中心間距離がＰ2（Ｐ 2 ≠λ 2 ／２、ただしλ 2 は第２のＩＤＴが励振する弾性表面波の波長であり、０．５６λ 2 〜０．６３λ 2 を除く）であるような第２の弾性表面波共振子とを、前記圧電性基板上で、前記信号伝送線路と基準電位との間に第１の弾性表面波共振子と並列に間挿することを特徴とする。
【００２０】
第１の弾性表面波共振子と第２の弾性表面波共振子とは、第１の弾性表面波共振子の互いに隣接する第１のＩＤＴの電極指と第１の反射器の電極指との中心間距離Ｐ1 を、第１のＩＤＴが励振する弾性表面波の波長をλ1 としたとき、
Ρ1 ＝｛（４／８）×ｎ×λ｝ （ｎは１以上の整数）
を満たすとともに、第２の弾性表面波共振子の互いに隣接する第２のＩＤＴの電極指と第２の反射器の電極指との中心間距離Ｐ2 を、第２のＩＤＴが励振する弾性表面波の波長をλ2 としたとき
Ｐ2 ＝｛（１／８）×（４ｎ−１）×λ｝ （ｎは１以上の整数）
を満たすように設定するようにしてもよい。
【００２１】
同様に、第１の弾性表面波共振子と第２の弾性表面波共振子とは、第１の弾性表面波共振子の互いに隣接する第１のＩＤＴの電極指と第１の反射器の電極指との中心間距離Ｐ1 を、第１のＩＤＴが励振する弾性表面波の波長をλ1 としたとき、
Ρ1 ＝｛（１／８）×（４ｎ−１）×λ｝ （ｎは１以上の整数）
を満たすとともに、第２の弾性表面波共振子の互いに隣接する第２のＩＤＴの電極指と第２の反射器の電極指との中心間距離Ｐ2 を、第２のＩＤＴが励振する弾性表面波の波長をλ2 としたとき
Ｐ2 ＝｛（４／８）×ｎ×λ｝ （ｎは１以上の整数）
を満たすように設定するようにしてもよい。
【００２２】
さらに、第１の弾性表面波共振子の共振周波数をｆr1、反共振周波数をｆar1 とし、第２の弾性表面波共振子の共振周波数をｆr2、反共振周波数をｆar2 としたとき、ｆar2 ＜ｆar1 であり、かつｆr1 とｆr2 とがほぼ等しくなるように設定するようにしてもよい。
【００２３】
すなわち本発明の弾性表面波フィルタは、圧電性基板上に、導体薄膜からなる櫛歯型電極を互いに交差させてなるインターディジタル変換器（IDT:Inter Digital Transducer）と、このＩＤＴの励振する弾性表面波の励振方向に、ＩＤＴを挟み込むように配設された導体薄膜からなるグレーティング（周期摂動回路）状の反射器とを有する弾性表面波共振子を、複数個圧電性基板上に接続した弾性表面波フィルタであって、ＩＤＴによって励振される弾性表面波の波長（λ）で規格化された弾性表面波共振子のＩＤＴの最端部の電極指と、この電極指と対向する反射器の電極指との中心間距離をＰとしたとき、少なくとも１個の弾性表面波共振子のＰの値は、他の弾性表面波共振子のＰの値と異なるものである。
【００２４】
つまり本発明の弾性表面波フィルタは、共振効率・挿入損失よりも周波数特性を重視したものである。従来の移動体通信用弾性表面波フィルタに用いられていた１ポート型弾性表面波共振子のＩＤＴの端部の電極指の中心から、この電極指と対向する反射器端部の反射器の中心までのλで規格化された距離Ρが、挿入損失に固執するあまり、用いる圧電性基板にとって損失が最も小さくなるような値で固定してあり、自ら設計自由度を低く拘束していた。
【００２５】
前述した課題を解決するために本発明の弾性表面波フィルタにおいては、ΙＤＴの最端部の電極指の中心から、この電極指と対向する反射器の最端部の反射器の中心までの、弾性表面波共振子のＩＤＴの励振する弾性表面波の波長λで規格化された中心間距離Ρが異なる複数の１ポート型弾性表面波共振子を少なくとも１個備えたものである。
そして、このようなΙＤＴの最端部の電極指と、この電極指と対向する反射器の最端部の電極指との中心間距離Ｐが異なる複数の弾性表面波共振子を、弾性表面波フィルタの入出力端子間に直列および並列に間挿することにより、通過周波数帯域が広く、帯域外減衰特性が急峻で、挿入損失が小さい弾性表面波フィルタを構成することができる。
【００２６】
このような本発明の弾性表面波フィルタは、ΙＤＴの最端部の電極指と、この電極指と対向する反射器の最端部の電極指との中心間距離Ｐを調節することにより、所望の周波数にトラップを形成することができ、設計の自由度が大きく向上する。このことは、同一構成の弾性表面波フィルタにおいて、比較的限定の少ないパラメータを変化させることにより、様々な用途の弾性表面波フィルタを提供できることを意味する。
【００２７】
一般に、１ポート型弾性表面波共振子の特性はΙＤＴの対数、ＩＤΤと反射器の周波数の関係に依存している。 しかしながら、先に述べたようにＩＤΤの対数による弾性表面波共振子の特性制御はフィルタのインピーダンスにより制限される。
また、ＩＤＴと反射器の周波数を制御する方法も反射器のストップバンドの幅により制限されることになる。
【００２８】
一方、従来の弾性表面波フィルタでは、ＩＤＴと反射器との距離は、ＩＤＴの励振する弾性表面波の波長λで規格化されており、用いる圧電性基板にとって最も挿入損失が小さくなるように固定されている。
しかしながら、ＩＤＴと反射器との距離Ｐは前述のような制限を受けることはない。したがって、距離Ｐを変化させることにより、限られた設計パラメータ内で１ポート型弾性表面波共振子の特性は制御される。
【００２９】
通常の１ポート型弾性表面波共振子のＩＤＴの端部の電極指の中心から対面する反射器端部の反射器の中心までの距離Ρは基板の種類によって異なるが、もっとも挿入損失の少ないλ／２の倍数、もしくはλ／２の倍数よりλ／８を引いたものどちらか一方が選択される。
これは、反射器による弾性表面波の反射源には電気的なものと音響的なものとがあり、電気的な反射はλ／２の倍数が、音響的な反射はλ／２の倍数よりλ／８を引いたものが最も共振効率がよいため、圧電性基板の有している反射源が電気的なものが支配的な場合と、音響的なものが支配的な場合とにより選択している。
【００３０】
しかしながら、移動体通信用の弾性表面波フィルタを構成する１ポート型弾性表面波共振子においては、従来のように、必ずしもこれらの代表的なΡの値を選択する必要はない。
すなわち、ＩＤＴと反射器との距離Ρを共振効率で最適化した場合、反射器による反射効率が最大になるため、不必要な高次モードのスプリアスも誘発しやすいのである。先に述べたように装置の大きさ、挿入損失、インピーダンスに制限がある移動体通信用フィルタにおいては、高次モードスプリアスの抑制手法が限られている。また、移動体通信用弾性表面波フィルタを構成する１ポート型弾性表面波共振子は、共振点近傍でフィルタの帯域を作成し反共振点近傍で不必要な周波数を除外するトラップを作成するものである。したがって、本発明の弾性表面波フィルタは、共振効率・挿入損失よりも周波数特性を重視したものであり、ＩＤＴの最端部の電極指と、この電極指と対向する反射器の電極指との中心間隔Ｐを変化させている。そして、このようなＰを変化させた複数の弾性表面波共振子を組み合わせて接続して弾性表面波フィルタを構成することにより、帯域外減衰特性を急峻にするとともに、弾性表面波フィルタの設計の自由度を大きく向上したものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の弾性表面波フィルタについてさらに詳細に説明する。
【００３２】
（実施形態１）
図１は本発明の弾性表面波フィルタの構成の１例を模式的に示す図であり、図２は図１の弾性表面波フィルタの構成の１例を概略的に示す図である。図３は図２の弾性表面波共振子の一部を拡大して示す図である。
本発明の弾性表面波フィルタは、圧電性基板上に形成した少なくとも２個の弾性表面波共振子を有する弾性表面波フィルタであって、第１の弾性表面波共振子１１の第１のＩＤＴ１３の最端部の電極指１３ａと、この電極指１３ａと隣接する反射器１４の電極指１４ａとの中心間距離Ｐ1 と、第２の弾性表面波共振子１２の第２のＩＤＴ１５の最端部の電極指１５ａと、この電極指１５ａと隣接する反射器１６の電極指１６ａとの中心間距離をＰ2 とを調節することにより特性を制御したものである。
【００３３】
例えば第１の弾性表面波共振子１３は、１個の第１のＩＤＴ１３を１対の反射器１４で挟み込んだ構造の１ポート型弾性表面波共振子であり、第１のＩＤＴ１３の最端部の電極指１３ａと、この電極指１３ａと対向する反射器１４の電極指１４ａとの中心間隔をＰ1 に設定している（図３（ａ）参照）。一方、第２の弾性表面波共振子も、１個の第２のＩＤＴ１５を１対の反射器１６で挟み込んだ構造の弾性表面波共振子であるが、第２のＩＤＴ１５の最端部の電極指１５ａと、この電極指１５ａと対向する反射器１６の電極指１６ａとの中心間隔をＰ2 に設定している（図３（ｂ）参照）。
そして、このようなＩＤＴの最端部の電極指と、この電極指と対向する反射器の電極指との中心間隔Ｐを変化させた複数の弾性表面波共振子を組み合わせて弾性表面波フィルタを構成することにより、帯域外減衰特性を急峻にするとともに、弾性表面波フィルタの設計の自由度を大きく向上することができる。
【００３４】
（実施形態２）
本発明の弾性表面波フィルタを、６４°ＹカットΧ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板を用いた９００ＭＨｚ帯のＲＦフィルタに適用した例について説明する。
【００３５】
図４、図５、図６、図７はＩＤΤ及び反射器の中心周波数を９００ＭＨｚに設定した１ポート型弾性表面波共振子を入出力信号経路間に直列に配置したときの共振特性を示す図であり、ＩＤΤの最端部の電極指の中心から、この電極指と対面する反射器の最端部の電極指の中心までの距離Ρをλ／２から、λ／８ずつ増加していったときの共振特性の変化を示している。なお、図４乃至図７に示した共振特性はＰ以外のパラメータを共通にしてＳｍｉｔｈの等価回路によるシミレーションで求めたものであり、圧電性基板として６４゜ＹカットΧ伝搬のＬｉＮｂＯ3 を用い、この圧電性基板上に５０対の電極指を有するＩＤＴと、１００本の電極指を有する反射器（グレーティング）を、厚さ約２０００オングストロームのＡｌ合金で作成した弾性表面波共振子について求めたものである。
図４はＰ＝λ／２に設定した場合の共振特性を、図５はＰ＝｛（λ／２）＋（λ／８）｝に設定した場合の共振特性を、図６はＰ＝｛（λ／２）＋（２λ／８）｝に設定した場合の共振特性を、図７はＰ＝｛（λ／２）＋（３λ／８）｝に設定した場合の共振特性をそれぞれ示している。
【００３６】
例えば図４はＰの値を従来からＬｉＮｂＯ3 基板で採用されていたλ／２に設定した弾性表面波共振子を入出力端子間の直列接続したときの共振特性を示したものである。この場合、共振点と反共振点のレベル差は大きく、深いトラップを形成することができるが、共振点、反共振点の周波数間隔は約２０ＭＨｚあり、急峻性に欠けるという問題を有する。これを図５、図６、図７のように、Ρを変化させていくことにより、共振点、反共振点間に新たなトラップが出現することがわかる。この場合トラップレベルは浅いものとなるが、急峻性は向上することができる。
【００３７】
図８、図９、図１０、図１１は図４、図５、図６、図７と同様の１ポート型弾性表面波共振子を入出力信号経路に対して並列に配置したときの共振特性を示す図である。図８乃至図１１においても図４乃至図７と同様に、Ｐを変化させた場合、従来この圧電性基板で採用されていたΡ＝λ／２の場合（図８）と比較して、新たなトラップが出現し、急峻性を変化させることができる。
【００３８】
図４乃至図７、図８乃至図１１に示したように弾性表面波共振子を入出力信号経路間に直列、並列いずれに配置した場合においても、ＩＤΤの最端部の電極指の中心から、この電極指と対面する反射器の最端部の電極指の中心までの距離Ｐの値を変化させることにより、この１ポート型弾性表面波共振子の特性を大きく変化させることができる。
【００３９】
すなわち、システムにより要求される弾性表面波フィルタの特性に合わせて、ＩＤΤの最端部の電極指の中心から、この電極指と対面する反射器の最端部の電極指の中心までの距離Ｐを変化させた複数の１ポート型弾性表面波共振子を直列、並列に組み合わせて接続することにより、従来のように特定の値のＰを有する１ポート型弾性表面波共振子のみで構成されている弾性表面波フィルタに比べ、設計の自由度を大きく向上することができる。
【００４０】
弾性表面波フィルタの通過帯域に用いる周波数帯域は、直列配置の場合は最小損失点より低域側になり、並列配置の場合には最小損失点より高域側になる。そして図４乃至図７、図８乃至図１１から、このような通過周波数帯域がフラットになるのは、相互に対向するＩＤＴと反射器の電極指の中心間距離Ρが、電気的に反射効率のよいλ／２の倍数である場合か、もしくは音響的に反射効率のよいλ／２の倍数からλ／８だけ小さくした場合であることがわかる。したがって、本発明の弾性表面波フィルタを、相互に対向するＩＤＴと反射器の電極指の中心間距離Ρをλ／２の倍数、もしくはλ／２の倍数からλ／８だけ小さく設定した弾性表面波共振子により構成するようにすれば、より平坦性の高い弾性表面波フィルタを形成することができる。
【００４１】
（実施形態３）
本発明者は、実際に上述のような構成を有する本発明の弾性表面波フィルタを作成し、その特性を測定した。
【００４２】
図１２は本発明の弾性表面波フィルタの構成の別の１例を概略的に示す図であり、図１３は図１２の弾性表面波フィルタの電極パターンの１例を模式的に示す図である。図１４、図１５は図１３に例示した電極パターンを一部拡大して示す図である。
圧電性基板としては、図４乃至図７、図８乃至図１１と同様に６４°ＹカットΧ伝搬ＬｉＮｂＯ3 を用いた。また、ＩＤＴ、反射器を含む電極パターンは、圧電性基板上にスパッタ法などにより形成した膜厚約２０００オングストロームのアルミニウム薄膜をフォトエッチングプロセスによりパターニングして形成した。 この弾性表面波フィルタは、入力端子１７と出力端子１８との間にＩＤＴを３個有する共振子型弾性表面波フィルタ２０と、１ポート型の第１の弾性表面波共振子２１とを直列に間挿し、また１ポート型の第２の弾性表面波共振子２２を、３ＩＤＴの共振子型弾性表面波フィルタ２０と基準電位１９ａとの間に、第１の弾性表面波共振子２１と並列に間挿したものである。
【００４３】
３ＩＤＴの共振子型弾性表面波フィルタ２０の中心周波数は９４０ＭＨｚに設定した。また、第１の弾性表面波共振子２１、第２の弾性表面波共振子２２とも、５０対の電極指よりなるＩＤΤと、１００本の電極指からなる１対の反射器とから構成され、ＩＤＴの中心周波数と、反射器の中心周波数は等しくなるように設定した。
【００４４】
入出力端子間に直列に接続した１ポート型の第１の弾性表面波共振子２１の相互に対向するＩＤＴ２３の電極指２３ａと反射器２４の電極指２４ａの中心間距離Ρはλ／２に設定し、また、第１の弾性表面波共振子２１と並列に、基準電位１９ａとの間に間挿した１ポート型の第２の弾性表面波共振子２２の相互に対向するＩＤＴ２５の電極指２５ａと反射器２６の電極指２６ａの中心間距離Ρを７λ／８に設定した。
なお、第１の弾性表面波共振子２１の中心周波数と第２の弾性表面波共振子２２の中心周波数は、形成する通過周波数帯域のトラップの位置に合わせてそれぞれ設定し、またインピーダンス整合をとるために開口長は変えてあるものの、他のパラメータは図４乃至図１１の弾性表面波共振子と同様に同じに設定した。
【００４５】
図１６はこの弾性表面波フィルタの周波数特性を示すグラフ（シミュレーション）であり、ＩＤＴを３個有する共振子型弾性表面波フィルタ２０、第１の弾性表面波共振子２１、第２の弾性表面波共振子２２それぞれ単体でシミレーションした特性を示している。開口長を変えているために、１ポート型の第１の弾性表面波共振子２１、第２の弾性表面波共振子２２の特性が、図４乃至図７、図８乃至図１１と若干異なっているが、特性のプロファイルの傾向は図４乃至図７、図８乃至図１１と同じである。
【００４６】
図１７は、図１６でそれぞれ単体の特性として示したＩＤＴを３個有する共振子型弾性表面波フィルタ２０、第１の弾性表面波共振子２１および第２の弾性表面波共振子２２を合成して１つの弾性表面波フィルタとしたときの特性をシミュレーションした結果を示すグラフである。
また、図１８は図１３に例示した本発明の弾性表面波フィルタ実際に作成し、その周波数特性を測定した結果を示すグラフである。
【００４７】
従来この圧電性基板で採用されていた相互に対向するＩＤＴの電極指と反射器の電極指との中心間距離、すなわちλ／２とは異なるΡの値を有するにもかかわらず、実際に作成した本発明の弾性表面波フィルタの周波数特性を測定結果は、シミュレーションと同じく良好であった。すなわち、広い通過周波数帯域を有し、かつ帯域外減衰特性が急峻であり、本発明の弾性表面波フィルタの有効性が実験的に確認された。
【００４８】
なお、本実施例では直列に接続した１ポート型弾性表面波共振子のＰ値をλ／２に、並列に接続した１ポート型弾性表面波共振子のΡ値を７λ／８に設定した組み合わせで弾性表面波フィルタを構成したが、Ｐの値はこれに限ることはなく必要に応じて設定するようにすればよい。例えば図４乃至図７、図８乃至図１１に示したようなＰ値を組み合わせるようにしてもよい。
【００４９】
また、上述の例では６４°ＹカットΧ伝搬のＬｉＮｂＯ3 からなる圧電性基板を用いて説明したが、本発明はこれに限定されることなく、他の圧電性基板、例えばＬｉＴａＯ3 、Ｌｉ2 Ｂ4 Ｏ7 、ＳｉＯ2 などにも全く同様に適用することができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の弾性表面波フィルタはＩＤＴの最端部の電極指と、この電極指と対向する反射器の電極指の中心間距離Ｐが異なる複数の弾性表面波共振子を組み合わせることにより、広い通過周波数帯域と急峻な帯域外減衰特性を得ることができる。また、本発明の弾性表面波フィルタは、従来とは異なり、ＩＤＴの最端部の電極指と、この電極指と対向する反射器の電極指の中心間距離Ｐを変化させて弾性表面波共振子を形成することにより、トラップの位置、減衰特性を変化させることができ、弾性表面波フィルタの設計の自由度を大幅に向上することができる。また、ＩＤＴの最端部の電極指と、この電極指と対向する反射器の電極指の中心間距離Ｐを共振効率、挿入損失で最適化される値からはずして設定することにより不要なスプリアスの誘発を抑制し、帯域内特性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の弾性表面波フィルタの構成の１例を模式的に示す図。
【図２】弾性表面波共振子の構成の１例を概略的に示す図。
【図３】図２の弾性表面波共振子の一部を拡大して示す図。
【図４】直列接続した１ポート型弾性表面波共振子の共振特性を示す図（Ｐ＝λ／２の場合）。
【図５】直列接続した１ポート型弾性表面波共振子の共振特性を示す図（Ｐ＝｛（λ／２）＋（λ／８）｝の場合）。
【図６】直列接続した１ポート型弾性表面波共振子の共振特性を示す図（Ｐ＝｛（λ／２）＋（２λ／８）の場合）。
【図７】直列接続した１ポート型弾性表面波共振子の共振特性を示す図（Ｐ＝｛（λ／２）＋（３λ／８）｝の場合）。
【図８】並列接続した１ポート型弾性表面波共振子の共振特性を示す図（Ｐ＝λ／２の場合）。
【図９】並列接続した１ポート型弾性表面波共振子の共振特性を示す図（Ｐ＝｛（λ／２）＋（λ／８）｝の場合）。
【図１０】並列接続した１ポート型弾性表面波共振子の共振特性を示す図（Ｐ＝｛（λ／２）＋（２λ／８）の場合）。
【図１１】並列接続した１ポート型弾性表面波共振子の共振特性を示す図（Ｐ＝｛（λ／２）＋（３λ／８）｝の場合）。
【図１２】本発明の弾性表面波フィルタの構成の別の１例を概略的に示す図。
【図１３】図１２の弾性表面波フィルタの電極パターンの１例を模式的に示す図。
【図１４】図１３に例示した電極パターンを一部拡大して示す図（直列椀）。
【図１５】図１３に例示した電極パターンを一部拡大して示す図（並列椀）。
【図１６】図１３の弾性表面波フィルタ、第１の弾性表面波共振子、第２の弾性表面波共振子それぞれの周波数特性を示すグラフ。
【図１７】図１３の弾性表面波フィルタ全体の周波数特性を示すグラフ。
【図１８】図１３の本発明の弾性表面波フィルタの周波数特性を測定した結果を示すグラフ。
【符号の説明】
１１……第１の弾性表面波共振子、 １２……第２の弾性表面波共振子
１３……第１のＩＤＴ、 １３ａ……電極指
１４……第１の反射器、 １４ａ……電極指
１５……第２のＩＤＴ、 １５ａ……電極指
１６……第２の反射器、 １６ａ……電極指
１７……入力端子、 １８……出力端子
１９、１９ａ……基準電位
２０……３ＩＤＴ弾性表面波フィルタ
２１……第１の弾性表面波共振子、 ２２……第２の弾性表面波共振子
２３……第１のＩＤＴ、 ２３ａ……電極指
２４……第１の反射器、 ２４ａ……電極指
２５……第２のＩＤＴ、 ２５ａ……電極指
２６……第２の反射器、 ２６ａ……電極指
【発明の属する技術分野】
本発明は弾性表面波フィルタに関し、特に複数の弾性表面波共振子を組み合わせて構成した弾性表面波フィルタに関する。また本発明は特に移動体通信に用いられる弾性表面波フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、移動体通信分野の発展はめざましく、様々なシステムが開発されている。これらの移動体通信システムに用いられている通信機器の小型化に伴って、使用される電子部品もその小型化が求められている。
【０００３】
通信機器の性能を左右する電子部品のひとつにフィルタがある。移動体通信機器に用いる際に求められるフィルタ特性は、低損失、広帯域、急峻な帯域外減衰特性である。一般的に、弾性表面波フィルタはこのような要求を満足する電子部品であるため、近年、移動体通信機器に多く用いられている。
【０００４】
しかし、弾性表面波フィルタは電気信号を弾性表面波という機械的なエネルギーに変換した後、再び電気信号に変換するといった動作原理から、挿入損失が大きいという課題を有し、低損失化を実現するために様々な方式が提案、検討されている。
例えば、一方向性のフィルタや、複数のＩＤΤ（Ｉｎｔｅｒ ＤｉｇｉｔａｌＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を組み合わせたＩＩＤＴ方式、共振特性を利用した共振子型フィルタや、ラダー型フィルタ等がある。特に移動体通信機器では、通信機器の小型化という観点より、複雑なチューニング回路を必要とせず、フィルタそのものが小型である共振特性を利用した共振子型フィルタや、複数の１ポート型弾性表面波共振子を直列・並列に組み合わせたラダー型フィルタが主流となっている。
また、最近では共振子型フィルタとラダー型フィルタ双方の利点を活かした共振子型フィルタとラダー型フィルタとを組み合わせた複合型のフィルタも提案されている。
【０００５】
従来、１ポート型弾性表面波共振子を利用したラダー型フィルタや、共振子型フィルタとラダー型フィルタとの複合型フィルタに用いられる１ポート型弾性表面波共振子では、この弾性表面波共振子のΙＤΤの最端部の電極指の中心から、この電極指と対向する反射器（グレーティング状反射器）最端部の電極指の中心まで距離Ρは、ＩＤＴの励振する弾性表面波の波長λで規格化されており、用いる圧電性基板にとって最も挿入損失が小さくなるように固定されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、共振子型フィルタや１ポート型弾性表面波共振子を直列、並列に接続しているラダー型およびその複合型のフィルタ等の共振特性を利用したフィルタでは広帯域で低損失なフィルタを比較的容易に作成することができるが、その特性はフィルタが有している反射器の反射特性とΙＤＴを構成している電極指の本数に依存するために、設計の自由度が小さく所望のフィル夕特性を得ることが困難であるという問題がある。
【０００７】
従来、所望の特性を得るためには、共振子フィルタの場合、共振子の対数を変えたり、ＩＤＴの周波数と反射器の周波数とを変えるといった手段がとられており、またラダー型フィルタの場合、直列共振子のＩＤＴと並列共振子のＩＤＴが有する容量の比を調節することによって設計の自由度を上げていた。しかしながら、フィルタの入出力インピーダンスが制限されることの多い移動体通信用フィルタでは、これらの手法でフィルタの特性を向上し、また設計の自由度を向上することには限界があった。
【０００８】
また、１ポート型弾性表面波共振子を用いるラダー型フィルタや共振子型フィルタとラダー型フィルタの複合型フィルタでは、１ポート型弾性表面波共振子に生じる高次の縦モードや横モードによるスプリアスが構成したフィルタの帯域内特性に悪影響を及ぼし、フィルタの平坦性が阻害したり、最悪の場合このスプリアスがノッチとして現れてしまうために、必要な帯域幅を確保できないといった問題が生じている。
【０００９】
通常の１ポート型弾性表面波共振子では、これら高次モードのスプリアスを抑制するために次の２つの手法を用いている。
【００１０】
縦モードによるスプリアスの抑圧には、ＩＤＴと反射器のピッチを変えること、すなわちＩＤＴと反射器の周波数の関係を調節することにより、発生する高次モードスプリアスの周波数が共振効率の低下する周波数になるようにしている。しかし、１ポート型弾性表面波共振子の基本的特性は反射器のストップバンドの幅とその特性により制限されるため、ＩＤΤと反射器のピッチを変える方法には限界があり、ＩＤＴの周波数が反射器のストップバンド内にはいる範囲内でしか制御することができないという問題がある。
【００１１】
また、横モードによるスプリアスの抑制には、ΙＤＴを構成している電極指の交差幅を、ＩＤＴ内の互いに交差する櫛歯状電極指１組ずつ変化させるといった、ΙＤＴ内での弾性表面波の励振強度で制御する方法（いわゆるアポダイズによる重み付け方式）が一般的であるが、この方式では１ポート型弾性表面波共振子の開口長が、前述の重み付け方式を採用しなかった場合と比べて大きくなること、また１ポート型弾性表面波共振子自体の挿人損失が大きくなるといった問題がある。このため、移動体通信用弾性表面波フィルタで用いられるラダー型フィルタや共振子型フィルタとラダー型フィルタの複合型フィルタにこの方法を適用することは困難である。
【００１２】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものである。すなわち本発明は、通過周波数帯域が広く、かつ低損失な弾性表面波フィルタを提供することを目的とする。また本発明は、特に移動体通信に用いられる通過周波数帯域が広く、かつ低損失なＲＦ用弾性表面波フィルタを提供することを目的とする。
【００１３】
さらに本発明は、移動体通信用途に適した特性を有するだけでなく、設計の自由度の高い弾性表面波フィルタを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の弾性表面波フィルタは、圧電性基板と、この圧電性基板上で入出力端子を接続する信号伝送線路上に直列に配置され、第１のＩＤＴと、この第１のＩＤＴの弾性表面波の励振方向に第１のＩＤＴを挟むように配設された第１の反射器とを有し、互いに隣接する第１のＩＤＴの電極指と第１の反射器の電極指との中心間距離がＰ1 （Ｐ 1 ＝λ 1 ／２、ただしλ 1 は第１のＩＤＴが励振する弾性表面波の波長）であるような第１の弾性表面波共振子と、前記圧電性基板上で、前記信号伝送線路と基準電位との間に第１の弾性表面波共振子と並列に接続して形成され、第２のＩＤＴと、この第２のＩＤＴの弾性表面波の励振方向に第２のＩＤＴを挟むように配設された第２の反射器とを有し、互いに隣接する第２のＩＤＴの電極指と第２の反射器の電極指との中心間距離がＰ2（Ｐ 2 ≠λ 2 ／２、ただしλ 2 は第２のＩＤＴが励振する弾性表面波の波長であり、０．５６λ 2 〜０．６３λ 2 を除く）であるような第２の弾性表面波共振子とを具備したことを特徴とする。
【００１５】
本発明の弾性表面波フィルタが備える弾性表面波共振子は、第１の弾性表面波共振子、第２の弾性表面波共振子それぞれ１個ずつに限ることなく、第１の弾性表面波共振子または第２の弾性表面波共振子を多段に接続するようにしてもよい。また、第１の弾性表面波共振子、第２の弾性表面波共振子の以外にも、これらとは構成の異なる弾性表面波共振子、弾性表面波フィルタなどを接続するようにしてもよい。
【００１８】
さらに、第１の弾性表面波共振子の共振周波数をｆr1、反共振周波数をｆar1 とし、第２の弾性表面波共振子の共振周波数をｆr2、反共振周波数をｆar2 としたとき、ｆr2＜ｆar1 であり、かつｆr1とｆar2 とはほぼ等しくなるように設定するようにしてもよい。
【００１９】
本発明の通過周波数帯域の形成方法は、第１のＩＤＴと、この第１のＩＤＴの弾性表面波の励振方向に第１のＩＤＴを挟むように配設された第１の反射器とを有し、互いに隣接する第１のＩＤＴの電極指と第１の反射器の電極指との中心間距離がＰ1 （Ｐ 1 ＝λ 1 ／２、ただしλ 1 は第１のＩＤＴが励振する弾性表面波の波長）であるような第１の弾性表面波共振子を、圧電性基板上で入出力端子を接続する信号伝送線路上に直列に間挿するとともに、第２のＩＤＴと、この第２のＩＤＴの弾性表面波の励振方向に第２のＩＤＴを挟むように配設された第２の反射器とを有し、互いに隣接する第２のＩＤＴの電極指と第２の反射器の電極指との中心間距離がＰ2（Ｐ 2 ≠λ 2 ／２、ただしλ 2 は第２のＩＤＴが励振する弾性表面波の波長であり、０．５６λ 2 〜０．６３λ 2 を除く）であるような第２の弾性表面波共振子とを、前記圧電性基板上で、前記信号伝送線路と基準電位との間に第１の弾性表面波共振子と並列に間挿することを特徴とする。
【００２０】
第１の弾性表面波共振子と第２の弾性表面波共振子とは、第１の弾性表面波共振子の互いに隣接する第１のＩＤＴの電極指と第１の反射器の電極指との中心間距離Ｐ1 を、第１のＩＤＴが励振する弾性表面波の波長をλ1 としたとき、
Ρ1 ＝｛（４／８）×ｎ×λ｝ （ｎは１以上の整数）
を満たすとともに、第２の弾性表面波共振子の互いに隣接する第２のＩＤＴの電極指と第２の反射器の電極指との中心間距離Ｐ2 を、第２のＩＤＴが励振する弾性表面波の波長をλ2 としたとき
Ｐ2 ＝｛（１／８）×（４ｎ−１）×λ｝ （ｎは１以上の整数）
を満たすように設定するようにしてもよい。
【００２１】
同様に、第１の弾性表面波共振子と第２の弾性表面波共振子とは、第１の弾性表面波共振子の互いに隣接する第１のＩＤＴの電極指と第１の反射器の電極指との中心間距離Ｐ1 を、第１のＩＤＴが励振する弾性表面波の波長をλ1 としたとき、
Ρ1 ＝｛（１／８）×（４ｎ−１）×λ｝ （ｎは１以上の整数）
を満たすとともに、第２の弾性表面波共振子の互いに隣接する第２のＩＤＴの電極指と第２の反射器の電極指との中心間距離Ｐ2 を、第２のＩＤＴが励振する弾性表面波の波長をλ2 としたとき
Ｐ2 ＝｛（４／８）×ｎ×λ｝ （ｎは１以上の整数）
を満たすように設定するようにしてもよい。
【００２２】
さらに、第１の弾性表面波共振子の共振周波数をｆr1、反共振周波数をｆar1 とし、第２の弾性表面波共振子の共振周波数をｆr2、反共振周波数をｆar2 としたとき、ｆar2 ＜ｆar1 であり、かつｆr1 とｆr2 とがほぼ等しくなるように設定するようにしてもよい。
【００２３】
すなわち本発明の弾性表面波フィルタは、圧電性基板上に、導体薄膜からなる櫛歯型電極を互いに交差させてなるインターディジタル変換器（IDT:Inter Digital Transducer）と、このＩＤＴの励振する弾性表面波の励振方向に、ＩＤＴを挟み込むように配設された導体薄膜からなるグレーティング（周期摂動回路）状の反射器とを有する弾性表面波共振子を、複数個圧電性基板上に接続した弾性表面波フィルタであって、ＩＤＴによって励振される弾性表面波の波長（λ）で規格化された弾性表面波共振子のＩＤＴの最端部の電極指と、この電極指と対向する反射器の電極指との中心間距離をＰとしたとき、少なくとも１個の弾性表面波共振子のＰの値は、他の弾性表面波共振子のＰの値と異なるものである。
【００２４】
つまり本発明の弾性表面波フィルタは、共振効率・挿入損失よりも周波数特性を重視したものである。従来の移動体通信用弾性表面波フィルタに用いられていた１ポート型弾性表面波共振子のＩＤＴの端部の電極指の中心から、この電極指と対向する反射器端部の反射器の中心までのλで規格化された距離Ρが、挿入損失に固執するあまり、用いる圧電性基板にとって損失が最も小さくなるような値で固定してあり、自ら設計自由度を低く拘束していた。
【００２５】
前述した課題を解決するために本発明の弾性表面波フィルタにおいては、ΙＤＴの最端部の電極指の中心から、この電極指と対向する反射器の最端部の反射器の中心までの、弾性表面波共振子のＩＤＴの励振する弾性表面波の波長λで規格化された中心間距離Ρが異なる複数の１ポート型弾性表面波共振子を少なくとも１個備えたものである。
そして、このようなΙＤＴの最端部の電極指と、この電極指と対向する反射器の最端部の電極指との中心間距離Ｐが異なる複数の弾性表面波共振子を、弾性表面波フィルタの入出力端子間に直列および並列に間挿することにより、通過周波数帯域が広く、帯域外減衰特性が急峻で、挿入損失が小さい弾性表面波フィルタを構成することができる。
【００２６】
このような本発明の弾性表面波フィルタは、ΙＤＴの最端部の電極指と、この電極指と対向する反射器の最端部の電極指との中心間距離Ｐを調節することにより、所望の周波数にトラップを形成することができ、設計の自由度が大きく向上する。このことは、同一構成の弾性表面波フィルタにおいて、比較的限定の少ないパラメータを変化させることにより、様々な用途の弾性表面波フィルタを提供できることを意味する。
【００２７】
一般に、１ポート型弾性表面波共振子の特性はΙＤＴの対数、ＩＤΤと反射器の周波数の関係に依存している。 しかしながら、先に述べたようにＩＤΤの対数による弾性表面波共振子の特性制御はフィルタのインピーダンスにより制限される。
また、ＩＤＴと反射器の周波数を制御する方法も反射器のストップバンドの幅により制限されることになる。
【００２８】
一方、従来の弾性表面波フィルタでは、ＩＤＴと反射器との距離は、ＩＤＴの励振する弾性表面波の波長λで規格化されており、用いる圧電性基板にとって最も挿入損失が小さくなるように固定されている。
しかしながら、ＩＤＴと反射器との距離Ｐは前述のような制限を受けることはない。したがって、距離Ｐを変化させることにより、限られた設計パラメータ内で１ポート型弾性表面波共振子の特性は制御される。
【００２９】
通常の１ポート型弾性表面波共振子のＩＤＴの端部の電極指の中心から対面する反射器端部の反射器の中心までの距離Ρは基板の種類によって異なるが、もっとも挿入損失の少ないλ／２の倍数、もしくはλ／２の倍数よりλ／８を引いたものどちらか一方が選択される。
これは、反射器による弾性表面波の反射源には電気的なものと音響的なものとがあり、電気的な反射はλ／２の倍数が、音響的な反射はλ／２の倍数よりλ／８を引いたものが最も共振効率がよいため、圧電性基板の有している反射源が電気的なものが支配的な場合と、音響的なものが支配的な場合とにより選択している。
【００３０】
しかしながら、移動体通信用の弾性表面波フィルタを構成する１ポート型弾性表面波共振子においては、従来のように、必ずしもこれらの代表的なΡの値を選択する必要はない。
すなわち、ＩＤＴと反射器との距離Ρを共振効率で最適化した場合、反射器による反射効率が最大になるため、不必要な高次モードのスプリアスも誘発しやすいのである。先に述べたように装置の大きさ、挿入損失、インピーダンスに制限がある移動体通信用フィルタにおいては、高次モードスプリアスの抑制手法が限られている。また、移動体通信用弾性表面波フィルタを構成する１ポート型弾性表面波共振子は、共振点近傍でフィルタの帯域を作成し反共振点近傍で不必要な周波数を除外するトラップを作成するものである。したがって、本発明の弾性表面波フィルタは、共振効率・挿入損失よりも周波数特性を重視したものであり、ＩＤＴの最端部の電極指と、この電極指と対向する反射器の電極指との中心間隔Ｐを変化させている。そして、このようなＰを変化させた複数の弾性表面波共振子を組み合わせて接続して弾性表面波フィルタを構成することにより、帯域外減衰特性を急峻にするとともに、弾性表面波フィルタの設計の自由度を大きく向上したものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の弾性表面波フィルタについてさらに詳細に説明する。
【００３２】
（実施形態１）
図１は本発明の弾性表面波フィルタの構成の１例を模式的に示す図であり、図２は図１の弾性表面波フィルタの構成の１例を概略的に示す図である。図３は図２の弾性表面波共振子の一部を拡大して示す図である。
本発明の弾性表面波フィルタは、圧電性基板上に形成した少なくとも２個の弾性表面波共振子を有する弾性表面波フィルタであって、第１の弾性表面波共振子１１の第１のＩＤＴ１３の最端部の電極指１３ａと、この電極指１３ａと隣接する反射器１４の電極指１４ａとの中心間距離Ｐ1 と、第２の弾性表面波共振子１２の第２のＩＤＴ１５の最端部の電極指１５ａと、この電極指１５ａと隣接する反射器１６の電極指１６ａとの中心間距離をＰ2 とを調節することにより特性を制御したものである。
【００３３】
例えば第１の弾性表面波共振子１３は、１個の第１のＩＤＴ１３を１対の反射器１４で挟み込んだ構造の１ポート型弾性表面波共振子であり、第１のＩＤＴ１３の最端部の電極指１３ａと、この電極指１３ａと対向する反射器１４の電極指１４ａとの中心間隔をＰ1 に設定している（図３（ａ）参照）。一方、第２の弾性表面波共振子も、１個の第２のＩＤＴ１５を１対の反射器１６で挟み込んだ構造の弾性表面波共振子であるが、第２のＩＤＴ１５の最端部の電極指１５ａと、この電極指１５ａと対向する反射器１６の電極指１６ａとの中心間隔をＰ2 に設定している（図３（ｂ）参照）。
そして、このようなＩＤＴの最端部の電極指と、この電極指と対向する反射器の電極指との中心間隔Ｐを変化させた複数の弾性表面波共振子を組み合わせて弾性表面波フィルタを構成することにより、帯域外減衰特性を急峻にするとともに、弾性表面波フィルタの設計の自由度を大きく向上することができる。
【００３４】
（実施形態２）
本発明の弾性表面波フィルタを、６４°ＹカットΧ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板を用いた９００ＭＨｚ帯のＲＦフィルタに適用した例について説明する。
【００３５】
図４、図５、図６、図７はＩＤΤ及び反射器の中心周波数を９００ＭＨｚに設定した１ポート型弾性表面波共振子を入出力信号経路間に直列に配置したときの共振特性を示す図であり、ＩＤΤの最端部の電極指の中心から、この電極指と対面する反射器の最端部の電極指の中心までの距離Ρをλ／２から、λ／８ずつ増加していったときの共振特性の変化を示している。なお、図４乃至図７に示した共振特性はＰ以外のパラメータを共通にしてＳｍｉｔｈの等価回路によるシミレーションで求めたものであり、圧電性基板として６４゜ＹカットΧ伝搬のＬｉＮｂＯ3 を用い、この圧電性基板上に５０対の電極指を有するＩＤＴと、１００本の電極指を有する反射器（グレーティング）を、厚さ約２０００オングストロームのＡｌ合金で作成した弾性表面波共振子について求めたものである。
図４はＰ＝λ／２に設定した場合の共振特性を、図５はＰ＝｛（λ／２）＋（λ／８）｝に設定した場合の共振特性を、図６はＰ＝｛（λ／２）＋（２λ／８）｝に設定した場合の共振特性を、図７はＰ＝｛（λ／２）＋（３λ／８）｝に設定した場合の共振特性をそれぞれ示している。
【００３６】
例えば図４はＰの値を従来からＬｉＮｂＯ3 基板で採用されていたλ／２に設定した弾性表面波共振子を入出力端子間の直列接続したときの共振特性を示したものである。この場合、共振点と反共振点のレベル差は大きく、深いトラップを形成することができるが、共振点、反共振点の周波数間隔は約２０ＭＨｚあり、急峻性に欠けるという問題を有する。これを図５、図６、図７のように、Ρを変化させていくことにより、共振点、反共振点間に新たなトラップが出現することがわかる。この場合トラップレベルは浅いものとなるが、急峻性は向上することができる。
【００３７】
図８、図９、図１０、図１１は図４、図５、図６、図７と同様の１ポート型弾性表面波共振子を入出力信号経路に対して並列に配置したときの共振特性を示す図である。図８乃至図１１においても図４乃至図７と同様に、Ｐを変化させた場合、従来この圧電性基板で採用されていたΡ＝λ／２の場合（図８）と比較して、新たなトラップが出現し、急峻性を変化させることができる。
【００３８】
図４乃至図７、図８乃至図１１に示したように弾性表面波共振子を入出力信号経路間に直列、並列いずれに配置した場合においても、ＩＤΤの最端部の電極指の中心から、この電極指と対面する反射器の最端部の電極指の中心までの距離Ｐの値を変化させることにより、この１ポート型弾性表面波共振子の特性を大きく変化させることができる。
【００３９】
すなわち、システムにより要求される弾性表面波フィルタの特性に合わせて、ＩＤΤの最端部の電極指の中心から、この電極指と対面する反射器の最端部の電極指の中心までの距離Ｐを変化させた複数の１ポート型弾性表面波共振子を直列、並列に組み合わせて接続することにより、従来のように特定の値のＰを有する１ポート型弾性表面波共振子のみで構成されている弾性表面波フィルタに比べ、設計の自由度を大きく向上することができる。
【００４０】
弾性表面波フィルタの通過帯域に用いる周波数帯域は、直列配置の場合は最小損失点より低域側になり、並列配置の場合には最小損失点より高域側になる。そして図４乃至図７、図８乃至図１１から、このような通過周波数帯域がフラットになるのは、相互に対向するＩＤＴと反射器の電極指の中心間距離Ρが、電気的に反射効率のよいλ／２の倍数である場合か、もしくは音響的に反射効率のよいλ／２の倍数からλ／８だけ小さくした場合であることがわかる。したがって、本発明の弾性表面波フィルタを、相互に対向するＩＤＴと反射器の電極指の中心間距離Ρをλ／２の倍数、もしくはλ／２の倍数からλ／８だけ小さく設定した弾性表面波共振子により構成するようにすれば、より平坦性の高い弾性表面波フィルタを形成することができる。
【００４１】
（実施形態３）
本発明者は、実際に上述のような構成を有する本発明の弾性表面波フィルタを作成し、その特性を測定した。
【００４２】
図１２は本発明の弾性表面波フィルタの構成の別の１例を概略的に示す図であり、図１３は図１２の弾性表面波フィルタの電極パターンの１例を模式的に示す図である。図１４、図１５は図１３に例示した電極パターンを一部拡大して示す図である。
圧電性基板としては、図４乃至図７、図８乃至図１１と同様に６４°ＹカットΧ伝搬ＬｉＮｂＯ3 を用いた。また、ＩＤＴ、反射器を含む電極パターンは、圧電性基板上にスパッタ法などにより形成した膜厚約２０００オングストロームのアルミニウム薄膜をフォトエッチングプロセスによりパターニングして形成した。 この弾性表面波フィルタは、入力端子１７と出力端子１８との間にＩＤＴを３個有する共振子型弾性表面波フィルタ２０と、１ポート型の第１の弾性表面波共振子２１とを直列に間挿し、また１ポート型の第２の弾性表面波共振子２２を、３ＩＤＴの共振子型弾性表面波フィルタ２０と基準電位１９ａとの間に、第１の弾性表面波共振子２１と並列に間挿したものである。
【００４３】
３ＩＤＴの共振子型弾性表面波フィルタ２０の中心周波数は９４０ＭＨｚに設定した。また、第１の弾性表面波共振子２１、第２の弾性表面波共振子２２とも、５０対の電極指よりなるＩＤΤと、１００本の電極指からなる１対の反射器とから構成され、ＩＤＴの中心周波数と、反射器の中心周波数は等しくなるように設定した。
【００４４】
入出力端子間に直列に接続した１ポート型の第１の弾性表面波共振子２１の相互に対向するＩＤＴ２３の電極指２３ａと反射器２４の電極指２４ａの中心間距離Ρはλ／２に設定し、また、第１の弾性表面波共振子２１と並列に、基準電位１９ａとの間に間挿した１ポート型の第２の弾性表面波共振子２２の相互に対向するＩＤＴ２５の電極指２５ａと反射器２６の電極指２６ａの中心間距離Ρを７λ／８に設定した。
なお、第１の弾性表面波共振子２１の中心周波数と第２の弾性表面波共振子２２の中心周波数は、形成する通過周波数帯域のトラップの位置に合わせてそれぞれ設定し、またインピーダンス整合をとるために開口長は変えてあるものの、他のパラメータは図４乃至図１１の弾性表面波共振子と同様に同じに設定した。
【００４５】
図１６はこの弾性表面波フィルタの周波数特性を示すグラフ（シミュレーション）であり、ＩＤＴを３個有する共振子型弾性表面波フィルタ２０、第１の弾性表面波共振子２１、第２の弾性表面波共振子２２それぞれ単体でシミレーションした特性を示している。開口長を変えているために、１ポート型の第１の弾性表面波共振子２１、第２の弾性表面波共振子２２の特性が、図４乃至図７、図８乃至図１１と若干異なっているが、特性のプロファイルの傾向は図４乃至図７、図８乃至図１１と同じである。
【００４６】
図１７は、図１６でそれぞれ単体の特性として示したＩＤＴを３個有する共振子型弾性表面波フィルタ２０、第１の弾性表面波共振子２１および第２の弾性表面波共振子２２を合成して１つの弾性表面波フィルタとしたときの特性をシミュレーションした結果を示すグラフである。
また、図１８は図１３に例示した本発明の弾性表面波フィルタ実際に作成し、その周波数特性を測定した結果を示すグラフである。
【００４７】
従来この圧電性基板で採用されていた相互に対向するＩＤＴの電極指と反射器の電極指との中心間距離、すなわちλ／２とは異なるΡの値を有するにもかかわらず、実際に作成した本発明の弾性表面波フィルタの周波数特性を測定結果は、シミュレーションと同じく良好であった。すなわち、広い通過周波数帯域を有し、かつ帯域外減衰特性が急峻であり、本発明の弾性表面波フィルタの有効性が実験的に確認された。
【００４８】
なお、本実施例では直列に接続した１ポート型弾性表面波共振子のＰ値をλ／２に、並列に接続した１ポート型弾性表面波共振子のΡ値を７λ／８に設定した組み合わせで弾性表面波フィルタを構成したが、Ｐの値はこれに限ることはなく必要に応じて設定するようにすればよい。例えば図４乃至図７、図８乃至図１１に示したようなＰ値を組み合わせるようにしてもよい。
【００４９】
また、上述の例では６４°ＹカットΧ伝搬のＬｉＮｂＯ3 からなる圧電性基板を用いて説明したが、本発明はこれに限定されることなく、他の圧電性基板、例えばＬｉＴａＯ3 、Ｌｉ2 Ｂ4 Ｏ7 、ＳｉＯ2 などにも全く同様に適用することができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の弾性表面波フィルタはＩＤＴの最端部の電極指と、この電極指と対向する反射器の電極指の中心間距離Ｐが異なる複数の弾性表面波共振子を組み合わせることにより、広い通過周波数帯域と急峻な帯域外減衰特性を得ることができる。また、本発明の弾性表面波フィルタは、従来とは異なり、ＩＤＴの最端部の電極指と、この電極指と対向する反射器の電極指の中心間距離Ｐを変化させて弾性表面波共振子を形成することにより、トラップの位置、減衰特性を変化させることができ、弾性表面波フィルタの設計の自由度を大幅に向上することができる。また、ＩＤＴの最端部の電極指と、この電極指と対向する反射器の電極指の中心間距離Ｐを共振効率、挿入損失で最適化される値からはずして設定することにより不要なスプリアスの誘発を抑制し、帯域内特性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の弾性表面波フィルタの構成の１例を模式的に示す図。
【図２】弾性表面波共振子の構成の１例を概略的に示す図。
【図３】図２の弾性表面波共振子の一部を拡大して示す図。
【図４】直列接続した１ポート型弾性表面波共振子の共振特性を示す図（Ｐ＝λ／２の場合）。
【図５】直列接続した１ポート型弾性表面波共振子の共振特性を示す図（Ｐ＝｛（λ／２）＋（λ／８）｝の場合）。
【図６】直列接続した１ポート型弾性表面波共振子の共振特性を示す図（Ｐ＝｛（λ／２）＋（２λ／８）の場合）。
【図７】直列接続した１ポート型弾性表面波共振子の共振特性を示す図（Ｐ＝｛（λ／２）＋（３λ／８）｝の場合）。
【図８】並列接続した１ポート型弾性表面波共振子の共振特性を示す図（Ｐ＝λ／２の場合）。
【図９】並列接続した１ポート型弾性表面波共振子の共振特性を示す図（Ｐ＝｛（λ／２）＋（λ／８）｝の場合）。
【図１０】並列接続した１ポート型弾性表面波共振子の共振特性を示す図（Ｐ＝｛（λ／２）＋（２λ／８）の場合）。
【図１１】並列接続した１ポート型弾性表面波共振子の共振特性を示す図（Ｐ＝｛（λ／２）＋（３λ／８）｝の場合）。
【図１２】本発明の弾性表面波フィルタの構成の別の１例を概略的に示す図。
【図１３】図１２の弾性表面波フィルタの電極パターンの１例を模式的に示す図。
【図１４】図１３に例示した電極パターンを一部拡大して示す図（直列椀）。
【図１５】図１３に例示した電極パターンを一部拡大して示す図（並列椀）。
【図１６】図１３の弾性表面波フィルタ、第１の弾性表面波共振子、第２の弾性表面波共振子それぞれの周波数特性を示すグラフ。
【図１７】図１３の弾性表面波フィルタ全体の周波数特性を示すグラフ。
【図１８】図１３の本発明の弾性表面波フィルタの周波数特性を測定した結果を示すグラフ。
【符号の説明】
１１……第１の弾性表面波共振子、 １２……第２の弾性表面波共振子
１３……第１のＩＤＴ、 １３ａ……電極指
１４……第１の反射器、 １４ａ……電極指
１５……第２のＩＤＴ、 １５ａ……電極指
１６……第２の反射器、 １６ａ……電極指
１７……入力端子、 １８……出力端子
１９、１９ａ……基準電位
２０……３ＩＤＴ弾性表面波フィルタ
２１……第１の弾性表面波共振子、 ２２……第２の弾性表面波共振子
２３……第１のＩＤＴ、 ２３ａ……電極指
２４……第１の反射器、 ２４ａ……電極指
２５……第２のＩＤＴ、 ２５ａ……電極指
２６……第２の反射器、 ２６ａ……電極指
Claims (2)
- 圧電性基板と、
この圧電性基板上で入出力端子を接続する信号伝送線路上に直列に配置され、第１のＩＤＴと、この第１のＩＤＴの弾性表面波の励振方向に第１のＩＤＴを挟むように配設された第１の反射器とを有し、互いに隣接する第１のＩＤＴの電極指と第１の反射器の電極指との中心間距離がＰ1 （Ｐ 1 ＝λ 1 ／２、ただしλ 1 は第１のＩＤＴが励振する弾性表面波の波長）であるような第１の弾性表面波共振子と、
前記圧電性基板上で、前記信号伝送線路と基準電位との間に第１の弾性表面波共振子と並列に接続して形成され、第２のＩＤＴと、この第２のＩＤＴの弾性表面波の励振方向に第２のＩＤＴを挟むように配設された第２の反射器とを有し、互いに隣接する第２のＩＤＴの電極指と第２の反射器の電極指との中心間距離がＰ2（Ｐ 2 ≠λ 2 ／２、ただしλ 2 は第２のＩＤＴが励振する弾性表面波の波長であり、０．５６λ 2 〜０．６３λ 2 を除く）であるような第２の弾性表面波共振子とを具備したことを特徴とする弾性表面波フィルタ。 - 第１の弾性表面波共振子の共振周波数をｆr1、反共振周波数をｆar1とし、第２の弾性表面波共振子の共振周波数をｆr2、反共振周波数をｆar2としたとき、ｆr2＜ｆar1であり、かつｆr1とｆar2とはほぼ等しいことを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波フィルタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00490897A JP3688419B2 (ja) | 1997-01-14 | 1997-01-14 | 弾性表面波フィルタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00490897A JP3688419B2 (ja) | 1997-01-14 | 1997-01-14 | 弾性表面波フィルタ |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10200374A JPH10200374A (ja) | 1998-07-31 |
| JP3688419B2 true JP3688419B2 (ja) | 2005-08-31 |
Family
ID=11596752
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP00490897A Expired - Lifetime JP3688419B2 (ja) | 1997-01-14 | 1997-01-14 | 弾性表面波フィルタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3688419B2 (ja) |
-
1997
- 1997-01-14 JP JP00490897A patent/JP3688419B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10200374A (ja) | 1998-07-31 |
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