JP3729090B2 - 圧電フィルタ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電フィルタ、特に2つの二重モードフィルタ素子を縦列接続してなる圧電フィルタに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、携帯電話などの移動体通信機器の中間周波段フィルタとして、2つの二重モードフィルタ素子を中継容量を介して縦列接続してなる圧電フィルタが用いられている(例えば特開平10−284985号公報)。
【0003】
この圧電フィルタは、2個の二重モードフィルタ素子を積層接着したものであり、一方のフィルタ素子の圧電基板の上面に分割電極を形成し、下面に分割電極と対向する共通電極を形成するとともに、圧電基板の上面に端子電極を兼ねる容量電極を、下面にこの容量電極と対向する容量電極を形成して容量部を形成したものである。また、他方のフィルタ素子も同様の構造を有し、一方のフィルタ素子の一方の分割電極と他方のフィルタ素子の一方の分割電極とが相互に接続され、かつ双方のフィルタ素子のアース用端子電極が相互に接続された構造となっている。
【0004】
上記圧電フィルタにおいて、各フィルタ素子の圧電基板の端部には、それぞれ分極されていない未分極部が設けられ、上記端子電極や容量電極がこの未分極部内に配置されている。そのため、望ましくない不要振動が抑制され、優れたフィルタ特性を得ることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような圧電フィルタで使用されるフィルタ素子のエネルギー閉じ込め状態は同等に設定されている。そのため、不要振動が発生する周波数も同じであり、これら不要振動が重なり、大きなレスポンスになっている。
このような不要振動のレスポンスを低減させるには、各フィルタ素子の周波数をずらせばよいが、これでは圧電フィルタとしての減衰特性が劣化してしまうので、望ましくない。
【0006】
そこで、本発明の目的は、2個のフィルタ素子の中心周波数をずらさずに、不要振動の周波数をずらし、不要振動のレスポンスを効果的に低減できる圧電フィルタを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に係る発明は、圧電基板の一主面に分割電極を形成し、他主面に分割電極と表裏対向する共通電極を形成し、圧電基板の両主面の端部に上記分割電極および共通電極のいずれかに接続された複数の端子電極を形成したエネルギー閉じ込め型の第1の二重モードフィルタ素子と、圧電基板の一主面に分割電極を形成し、他主面に分割電極と表裏対向する共通電極を形成し、圧電基板の両主面の端部に上記分割電極および共通電極のいずれかに接続された複数の端子電極を形成したエネルギー閉じ込め型の第2の二重モードフィルタ素子とを備え、第1のフィルタ素子の一方の分割電極と第2のフィルタ素子の一方の分割電極とが相互に接続された圧電フィルタにおいて、第1のフィルタ素子の圧電基板および第2のフィルタ素子の圧電基板の端部には、それぞれ分極されていない未分極部が設けられ、第1および第2のフィルタ素子のエネルギー閉じ込め振動が励振される振動領域の一部は上記未分極部に位置しており、第1のフィルタ素子における振動領域内の未分極部が占める割合と、第2のフィルタ素子における振動領域内の未分極部が占める割合とが異なることを特徴とする圧電フィルタを提供する。
【0008】
2つのフィルタ素子の圧電基板の端部には、それぞれ分極されていない未分極部が設けられる。各フィルタ素子のエネルギー閉じ込め振動が励振される振動領域の一部は未分極部に位置しており、第1のフィルタ素子における振動領域内の未分極部が占める割合と、第2のフィルタ素子における振動領域内の未分極部が占める割合とが異なるので、2つのフィルタ素子のエネルギー閉じ込め状態が異なる。そのため、不要振動の発生周波数が異なり、2つのフィルタ素子の不要振動が重なることがなく、不要振動のレスポンスを低減できる。
また、2個のフィルタ素子の中心周波数をずらさずに、不要振動の周波数をずらすことができるので、圧電フィルタの減衰特性を劣化させない。
【0009】
2つのフィルタ素子間で振動領域内の未分極部が占める割合を異ならせる方法としては、例えば次の(1)〜(3)の方法がある。
(1)2素子間で、振動領域(面積,形状)が同一で、未分極領域(面積,形状)が異なるもの。
(2)2素子間で、未分極領域(面積,形状)が同一で、振動領域(面積,形状)が異なるもの。
(3)2素子間で、振動領域(面積,形状)および未分極領域(面積,形状)の双方が異なるもの。
【0010】
請求項2では、第1のフィルタ素子における分割電極の対向方向は、圧電基板の端面に対して角度θ1 で傾斜しており、上記第2のフィルタ素子における分割電極の対向方向は、圧電基板の端面に対して角度θ2 で傾斜しており、角度θ1 と角度θ2 とが異なることを特徴とする。
すなわち、(2),(3)のように振動領域を異ならせる方法として、分割電極の対向方向の傾き角θ1 ,θ2 を異ならせたものである。傾き角が異なると、2つのフィルタ素子の不要振動の発生周波数が異なり、これらを組み合わせることにより不要振動を低減することができる。
なお、この場合に未分極領域は同一であってもよいし異なっていてもよい。
【0011】
請求項3のように、第1のフィルタ素子の圧電基板と第2のフィルタ素子の圧電基板は同一の外形形状を有し、各圧電基板に設けられた未分極部の占める面積が異なるようにしてもよい。
この場合は、(1),(3)の方法を利用したものであり、未分極領域が異なることで、2つのフィルタ素子のエネルギー閉じ込め状態が異なり、不要振動を抑制することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1〜図5は本発明にかかる圧電フィルタの第1実施例を示す。この圧電フィルタはチップ型(表面実装型)に構成されたものである。
この圧電フィルタは、第1,第2の二重モードフィルタ素子F1,F2と、フィルタ素子F1,F2を相互に接着する枠状の接着剤層Sと、フィルタ素子F1,F2の外側に積層接着された第1,第2のケース基板K1,K2とで構成されている。
【0013】
第1のフィルタ素子F1は、図3に示すように、圧電セラミックスまたは圧電単結晶よりなる矩形板状の圧電基板11の表側主面に、所定距離隔てて分割電極12,13が形成され、裏側主面に分割電極12,13と対向する共通電極14が形成されたものであり、これら電極12,13,14によって厚み縦振動を利用したエネルギー閉じ込め型の二重モードフィルタが構成される。分割電極12,13の対向方向は、圧電基板11の端面に対して角度θ1 で傾斜している。ここでは、傾斜角θ1 をほぼ45°としてある。一方の分割電極12は圧電基板11の1つの角部に形成された入力用の端子電極15と細いリード電極15aを介して接続され、他方の分割電極13は圧電基板11の対角位置にある容量電極を兼ねる中継用の端子電極16と細いリード電極16aを介して接続されている。共通電極14は、上記端子電極16と対向する位置に設けられた容量電極17と細いリード電極17aを介して接続されている。上記端子電極16と容量電極17との間で中継容量C1が形成される。なお、圧電基板11の裏面の3辺には、上記容量電極17とは別に複数のアース用の端子電極18が設けられ、これら端子電極18と共通電極14とは細いリード電極18aを介して接続されている。
【0014】
図3に示すように、第1のフィルタ素子F1の圧電基板11は、その中央部のみが分極され、両端部は分極されていない未分極部となっており、端子電極15,16および容量電極17はこの未分極部内に設けられている。第1のフィルタ素子F1のエネルギー閉じ込め振動が励振される振動領域Rは、図3に破線で示すように振動電極12〜14を包含する領域であり、その一部は未分極部内に位置している(斜線で示す)。振動領域Rの形状は、破線で示すように長方形に限らないが、一般には分割電極12,13の対向方向の長さAが分割電極12,13の距離aの3〜4倍であり、幅Bが分割電極12,13の幅bの1.5〜2倍である。
上記のように、端子電極15,16は未分極部内に設けられているので、不要振動が抑制され、良好なフィルタ特性を持つ圧電フィルタが得られる。
【0015】
第2のフィルタ素子F2は、図4に示すように、圧電セラミックスまたは圧電単結晶よりなる矩形板状の圧電基板21の裏側主面に所定距離隔てて分割電極22,23が形成され、表側主面に分割電極22,23と対向する共通電極24が形成されたものであり、第1のフィルタF1と同様に、電極22,23,24によって厚み縦振動を利用したエネルギー閉じ込め型の二重モードフィルタが構成される。第1のフィルタ素子F1と第2のフィルタ素子F2の中心周波数(ここでは、10.7MHz)は同じに設定されている。分割電極22,23の対向方向は、圧電基板21の端面に対して角度θ2 で傾斜しており、傾斜角θ2 と傾斜角θ1 とは異なる角度とされている。ここでは、傾斜角θ2 は約25°としてある。一方の分割電極22は圧電基板21の1つの角部に形成された出力用の端子電極25と細いリード電極25aを介して接続され、他方の分割電極23は圧電基板21の他端部にある容量電極を兼ねる中継用の端子電極26と細いリード電極26aを介して接続されている。フィルタ素子F2の端子電極26とフィルタ素子F1の端子電極16とは厚み方向に対応した位置にある。共通電極24は、上記端子電極26と対向する位置に設けられた容量電極27と細いリード電極27aを介して接続されている。上記端子電極26と容量電極27との間で中継容量C2が形成される。なお、圧電基板21の表面の3辺には、上記容量電極27とは別に複数のアース用の端子電極28が設けられ、これら端子電極28と共通電極24とは細いリード電極28aを介して接続されている。フィルタ素子F1のアース用の端子電極18とフィルタ素子F2のアース用の端子電極28とは厚み方向に対応する位置に形成されている。
【0016】
図4に示すように、第2のフィルタ素子F2の圧電基板21は、その中央部のみが分極され、両端部は分極されていない未分極部となっており、端子電極25,26および容量電極27はこの未分極部内に設けられている。第2のフィルタ素子F2のエネルギー閉じ込め振動が励振される振動領域Rは、図4に破線で示すように振動電極22〜24を包含する領域であり、その一部は未分極部内に位置している(斜線で示す)。振動領域Rの形状は、第1のフィルタ素子F1と同様に、長さCが分割電極22,23の距離cの3〜4倍であり、幅Dが分割電極22,23の幅dの1.5〜2倍である。
この場合も、端子電極25,26が未分極部内に設けられているので、不要振動が抑制され、良好なフィルタ特性を持つ圧電フィルタが得られる。
【0017】
2個のフィルタ素子F1,F2は枠形のシート状接着剤層Sを介して積層接着され、接着剤層Sの開口部S1により両フィルタ素子F1,F2の間には振動空間が形成される。接着剤層Sの長辺側の両側縁には、後述するケース基板K1,K2の凹部と対応する6個の切欠部S2〜S7が設けられている。なお、図2には、切欠部S6,S7は図示されていない。
【0018】
第1のフィルタ素子F1の外側に接着される第1のケース基板K1は、セラミックスまたは耐熱性樹脂などの圧電性を有しない絶縁基板よりなり、その内側面には振動空間形成用の凹部31が形成されている。ケース基板K1の裏側主面であって長辺側の両側縁部には、各フィルタ素子F1,F2の端子電極と対応する位置には、電極材料を回り込ませるための合計6個の凹部32〜37が形成されている。なお、図2には、凹部35〜37は図示されていない。
【0019】
第2のケース基板K2も、第1のケース基板K1と同様に圧電性を有しない絶縁基板よりなり、このケース基板K2の内側面にも振動空間形成用の凹部41が形成されている。ケース基板K2の表側主面であって長辺側の両側縁部には、各フィルタ素子F1,F2の端子電極と対応する位置に、電極材料を回り込ませるための合計6個の凹部42〜47が形成されている。なお、図2には、凹部46,47は図示されていない。
【0020】
ケース基板K2の裏側主面には、図2に投影図として示されているように、入力用外部電極46、出力用外部電極47、アース用外部電極48、中継用外部電極49が形成されている。これら外部電極は、圧電フィルタの長手方向両側面に厚み方向に連続する帯状電極と接続されている。圧電フィルタの長手方向両側面に形成された外部電極によって、入力用端子電極15は入力用外部電極46と、出力用端子電極25は出力用外部電極47と、中継用端子電極16,26は中継用外部電極49と、アース用端子電極18,28はアース用外部電極48とそれぞれ接続される。このとき、ケース基板K1,K2の凹部32〜37、42〜47、および接着剤層Sの切欠部S2〜S7を利用して電極材料が端子電極15,16,17,25,26,28に広い面積で付着するので、各外部電極とフィルタ素子F1,F2の端子電極との導通信頼性が高い。なお、ここでは電極材料として、導電ペーストを用いている。
ケース基板K1,K2および接着剤層Sの凹部または切欠部は、外部電極とフィルタ素子F1,F2の端子電極との導通信頼性を高めるためのものであり、両者の導通が確実に得られる場合であれば、これら凹部や切欠部を省略してもよい。その結果、図5に示すように、2個のフィルタ素子F1,F2を中継容量C1,C2を介して縦列接続した圧電フィルタが得られる。
【0021】
図3,図4に斜線で示すように、第1のフィルタ素子F1における振動領域R内の未分極部が占める割合と、第2のフィルタ素子F2における振動領域R内の未分極部が占める割合とが異なる。具体的には、第1のフィルタ素子F1では約30%、第2のフィルタ素子F2では約10%である。
このように振動領域R内の未分極部が占める割合が異なることによって、2つのフィルタ素子F1,F2のエネルギー閉じ込め状態が異なり、不要振動の発生周波数が異なる。その結果、2つのフィルタ素子F1,F2の不要振動が重なることがなく、不要振動のレスポンスを低減できる。また、2つのフィルタ素子F1,F2の中心周波数をずらさずに済むので、圧電フィルタの減衰特性を劣化させない。
【0022】
図6の(a)〜(c)は、上記構造の圧電フィルタを用いて、振動領域における未分極領域の占める割合を変えた場合の減衰特性および群遅延特性を示す。
(a)は第1,第2のフィルタ素子F1,F2の未分極領域の占める割合を共に10%とした場合、(b)は共に30%とした場合、(c)は一方のフィルタ素子を10%、他方のフィルタ素子を30%とした場合である。図1〜図5に示す実施例は(c)に相当する。
図から明らかなように、(a),(b)の場合は、中心周波数より高域側で−35dB程度のスプリアスが発生しているのに対し、(c)ではこのスプリアスを抑制できていることがわかる。
【0023】
上記実施例では、外形形状が同じで未分極領域が等しい圧電基板を用い、振動電極12〜14、22〜24の傾斜角θ1 ,θ2 を変えることにより、2つのフィルタ素子の振動領域における未分極領域の占める割合を異ならせたが、これに限るものではない。
例えば、特開平10−284985号公報に示されるように、いずれのフィルタ素子における分割電極の対向方向も、圧電基板の端面に対して平行または垂直とし、未分極領域の広さを変えることにより、2つのフィルタ素子の振動領域における未分極領域の占める割合を異ならせてもよい。
【0024】
上記実施例では、フィルタ素子として厚み縦振動モードを利用したフィルタ素子を用いたが、これに限らず、厚みすべり振動モードなど、他の振動を利用したフィルタ素子を用いることも可能である。
また、本発明の圧電フィルタは、フィルタ素子とケース基板とを積層したチップ型の圧電フィルタに限るものではない。例えば、ケース基板上に2つのフィルタ素子を搭載し、ケース基板にキャップを封着することにより、フィルタ素子の周囲を封止した構造の圧電フィルタでもよい。
【0025】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項1に係る発明によれば、2つの二重モードフィルタ素子を縦列接続した圧電フィルタにおいて、各フィルタ素子のエネルギー閉じ込め振動が励振される振動領域の一部を未分極部に位置させ、第1のフィルタ素子における振動領域内の未分極部が占める割合と、第2のフィルタ素子における振動領域内の未分極部が占める割合とを異ならせたので、2個のフィルタ素子の中心周波数をずらさずに不要振動の周波数をずらすことができ、不要振動のレスポンスを効果的に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る圧電フィルタの一例の斜視図である。
【図2】図1に示す圧電フィルタの分解斜視図である。
【図3】図1の圧電フィルタに用いられる第1のフィルタ素子の表裏面図である。
【図4】図1の圧電フィルタに用いられる第2のフィルタ素子の表裏面図である。
【図5】図1に示す圧電フィルタの回路図である。
【図6】振動領域における未分極領域の占める割合を変えた場合における圧電フィルタの減衰特性および群遅延特性である。
【符号の説明】
K1,K2 ケース基板
F1,F2 フィルタ素子
C1,C2 中継容量
11,21 圧電基板
12,13,22,23 分割電極
14,24 共通電極
16,17,26,27 容量電極
Claims (3)
- 圧電基板の一主面に分割電極を形成し、他主面に分割電極と表裏対向する共通電極を形成し、圧電基板の両主面の端部に上記分割電極および共通電極のいずれかに接続された複数の端子電極を形成したエネルギー閉じ込め型の第1の二重モードフィルタ素子と、
圧電基板の一主面に分割電極を形成し、他主面に分割電極と表裏対向する共通電極を形成し、圧電基板の両主面の端部に上記分割電極および共通電極のいずれかに接続された複数の端子電極を形成したエネルギー閉じ込め型の第2の二重モードフィルタ素子とを備え、
第1のフィルタ素子の一方の分割電極と第2のフィルタ素子の一方の分割電極とが相互に接続された圧電フィルタにおいて、
第1のフィルタ素子の圧電基板および第2のフィルタ素子の圧電基板の端部には、それぞれ分極されていない未分極部が設けられ、
第1および第2のフィルタ素子のエネルギー閉じ込め振動が励振される振動領域の一部は上記未分極部に位置しており、
第1のフィルタ素子における振動領域内の未分極部が占める割合と、第2のフィルタ素子における振動領域内の未分極部が占める割合とが異なることを特徴とする圧電フィルタ。 - 上記第1のフィルタ素子における分割電極の対向方向は、圧電基板の端面に対して角度θ1 で傾斜しており、
上記第2のフィルタ素子における分割電極の対向方向は、圧電基板の端面に対して角度θ2 で傾斜しており、
上記角度θ1 と角度θ2 とが異なることを特徴とする請求項1に記載の圧電フィルタ。 - 上記第1のフィルタ素子の圧電基板と第2のフィルタ素子の圧電基板は同一の外形形状を有し、
各圧電基板に設けられた未分極部の占める面積が異なることを特徴とする請求項1または2に記載の圧電フィルタ。
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