JP3745847B2 - 二重モードｓａｗフィルタの構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は共振子型の弾性表面波フィルタ（以下ＳＡＷフィルタと称す）に関し、特に通過帯域の低周波側のスプリアスを低減した１−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＳＡＷフィルタは小型化、高周波化、量産性等に優れているため、携帯電話をはじめとする無線機に多く利用されている。特に最近のＰＨＳ、コードレス電話等では第一ＩＦフィルタの高周波化と広帯域化が要求され、この要件を満たし得るのはＳＡＷフィルタのみである。
共振子型ＳＡＷフィルタの広帯域化を図る手段として１次と３次のモードを利用した１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタが用いられている。図５はその一例を示す模式的平面図で、矩形状の圧電性基板１１の主面上に表面波の伝搬方向に沿って３個のインターディジタルトランスジューサ（以下ＩＤＴと称す）１２、１３、１４を配置し、その両側にグレーティング型の反射器１５、１６を配置する。ＩＤＴ１２〜１４はそれぞれ互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対のくし形電極により構成されている。ＩＤＴ１２〜１４の一方のくし型電極はアース電位に接続され、他方のくし形電極は入力または出力に電気的に接続されている。
【０００３】
図５に示す反射器１５、１６はＩＤＴ１２、１４からの漏洩表面波を反射する機能を有し、ＩＤＴ１２〜１４で励起される弾性表面波のエネルギーを反射器１５、１６間に閉じ込めることにより、１次モードと３次モードのＱ値を高める作用をする。
このとき、２次モードも当然励起されるが、該モードの変位分布は表面波の伝搬方向にＩＤＴ１３の中心に対し対称に分布するため、発生電荷も同様にＩＤＴ１３の中心に対し対称となり入出力ＩＤＴ間で相殺されて実質上励起されないのに等しく１次モードと３次モードのみを利用することが可能となる。
また、通過域のカットオフ特性を改善し、帯域外の減衰量を大きくする手段として図６に示すように１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタを二段縦続接続構成とすることが一般的に行われている。
図７は図６の二段縦続接続した縦結合二重モードＳＡＷフィルタの特性を示す図であり、
圧電基板は３６°Ｙ−ＸＬｉＴａＯ３、中心周波数Ｆ０＝１１０ＭＨｚ、通過帯域幅１．８ＭＨｚ、中央のＩＤＴ６の電極対数は６６．５対、ＩＤＴ５、７の電極対数を３３．５対、反射器２５本とした場合の濾波特性例である。同図から明らかなように通過帯域の低周波側の減衰量がスプリアスにより劣化していることが分かる。
【０００４】
一般的に低周波側の減衰特性を改善する手段として、反射器の対数を少なくする、ＩＤＴに重み付けをする、ＩＤＴの電極膜厚を厚くすると云った手法が用いられてきた。
また、特開平７−１３１２８１号に上述の共振子型フィルタとは異なるトランスバーサル型フィルタの一種である多電極型弾性表面波フィルタ（ ＩＩＤＴ型）におけるスプリアス除去手段が開示されており、 ＩＤＴの電極指をまびき、そこにダミー電極を形成してその過半数を基準電位であるアース電極に、他を入出力側電極に接続することにより、直達波レベルを低減し、スプリアスの低減ができることを示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、反射器の本数を少なくすると励起される振動モードのＱ値が劣化し、フィルタを構成する場合には挿入損失の増大を来すという問題があるためむやみに本数を減らすことはできない。ＩＤＴに重み付けをするあるいはＩＤＴの電極膜厚を厚くする方法は通過帯域幅を広げることになり、所望値の帯域幅を実現するためには重み付けなしのＩＤＴあるいは電極膜厚の薄いＩＤＴに比べ、ＩＤＴ対数を増加する必要があり、昨今の小型化への要求を満足できないという問題がある。
【０００６】
また、前記公開公報ではスプリアス低減方法ではどの周波数でスプリアス低減効果が現れるのか全く検討されておらず、実際にはＩＩＤＴ型ＳＡＷフィルタにおいても特定の周波数に出現するスプリアスを除去することは極めて困難であり、この方法では実現できないという問題があった。まして、ＩＩＤＴ型ＳＡＷフィルタにおける上述のようなスプリアス低減手段を直ちに共振子型１次−３次型縦結合二重モードＳＡＷフィルタに適用することはできなかった。
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、共振子型１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタにおいて、通過域より低周波側のスプリアスによる減衰量低減を任意の周波数において改善する手段を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係る二重モードＳＡＷフィルタの請求項１記載の発明は、圧電基板上に３個のＩＤＴとその両側に反射器を表面波の伝搬方向に沿って配置した１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタにおいて、中央に位置する中央ＩＤＴの中心軸を基準としてほぼ対称に位置する接地側電極指の少なくとも１組を浮き電極指に置き換えることを特徴とする二重モードＳＡＷフィルタの構造である。
請求項２記載の発明は、中央ＩＤＴの接地側電極指の本数をＮ’、浮き電極に置き換えた前記接地側電極指の中央ＩＤＴ端部からのナンバリングをＮ、フィルタ通過域の中心周波数をＦ０としたとき、
（Ｆ− Ｆ0）／ Ｆ0＝０．１３５Ｎ／（（Ｎ’＋１）／２）−０．０６９
の式を満たす周波数Ｆ近傍において、スプリアスを抑圧することを特徴とする請求項１記載の二重モードＳＡＷフィルタの構造である。
【０００８】
【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は本発明に係る二重モードＳＡＷフィルタの一実施例の電極構造を示す模式的平面図であって、圧電基板上に３個のＩＤＴ５、６、７を表面波の伝搬方向に沿って配置し、その両側に前記ＩＤＴより漏洩した表面波を電極中央へ反射するグレイティング反射器等の反射器８、９を配設する。
【０００９】
本発明に係るＩＤＴの特徴は中央のＩＤＴ６にあり、更に詳しくはアース側くし形電極６ｂの電極指を該ＩＤＴの中央より左右対称に配置し、図１に示すようにその両側から順に番号を付けたとき、左右の同番号（この図においては３番目）の電極指を端子側にもアース側にも接続しない浮き電極指とするものである。
図１（ａ）に示したＩＤＴ６の電極構成の平面図の一部（中心より左半分）を図１（ｂ）に拡大して示す。図１（ｂ）はくし形電極６ｂの左から３番目の電極指を浮き電極指に置き換えたものであり、同様にくし形電極６ｂの中心より右側においても右端から３番目の電極指を浮き電極指で置換する。ここでくし形電極６ｂの電極指本数をＮ’本としたとき、くし形電極６ｂの電極指が奇数であれば、中央の電極指はＩＤＴ６の中心と一致し、左あるいは右から数えても（Ｎ’＋１）／２番目となる。また、くし形電極６ｂに端部から順番にナンバリングを施したときの浮き電極指の番号をＮとし、これを中央の電極指の番号（Ｎ’＋１）／２で除して基準化数Ｎ／（（Ｎ’＋１）／２）とする。
【００１０】
くし形電極６ｂにおいて電極指を左右の端から順に１組だけ浮き電極で置き換えた場合、通過帯域の低周波側のスプリアスがどのように変化するかを実験的に調べた。図２はこの時のスプリアスの変化を明らかにすべく濾波特性を図示したものであり、図２（ａ）の実線は図７に示した従来のＩＤＴ構成の場合の濾波特性であり、破線は２番目の電極指を浮き電極で置き換えた場合の濾波特性を示すものである。図２（ｂ）は図２（ａ）の矢印２の周波数近傍の実線と破線との差異を拡大した図がであり、同図の右端の周波数が中心周波数である。図２（ａ）、（ｂ）からも明らかなように通過帯域より低周波側の一部の帯域のスプリアスのみが抑圧されており、その他の帯域の濾波特性にはほとんど影響を与えてない。この改善されたスプリアスの帯域の中心周波数を矢印２で示してある。同様に図２（ｃ）、（ｄ）の破線は５番目、８番目の電極指を浮き電極指で置き換えた場合のフィルタの濾波特性であり、矢印５、８は改善されたスプリアスの帯域の中心周波数を示している。
このように任意のＮ番目の電極指を浮き電極指とした場合に、スプリアスの改善される周波数帯域の中心をＦとし、フィルタの通過帯域の中心周波数Ｆ0で基準化した基準化周波数（Ｆ− Ｆ0）／ Ｆ0と浮き電極の基準化数Ｎ／（（Ｎ’＋１）／２）との関係を図３に示す。
【００１１】
図３より明らかなように浮き電極の基準化数Ｎ／（（Ｎ’＋１）／２）がほぼ０．０５から０．３５の範囲内ではほぼ次式の直線で近似することができる。
（Ｆ− Ｆ0）／ Ｆ0＝０．１３５Ｎ／（（Ｎ’＋１）／２）−０．０６９
また、基準化数Ｎ／Ｎ’が約０．３５より大きくなると、スプリアスが改善される基準化周波数（Ｆ− Ｆ0）／ Ｆ0はほぼ一定値になることが実験より明らかになった。この図を利用することにより低周波側の任意の周波数帯におけるスプリアスを改善することが可能となる。
【００１２】
ここで本発明を用いた１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタにより所望の周波数帯域においてスプリアスを抑圧する場合を考える。例えば（Ｆ0−７）ＭＨｚから（Ｆ0−２）ＭＨｚの範囲でスプリアスによる減衰量の低減を改善する場合には、図３を参照して０＜Ｎ／（（Ｎ’＋１）／２）＜０．１と０．３＜Ｎ／（（Ｎ’＋１）／２）＜０．３５の二カ所に相当する電極指を浮き電極指で置き換えればよいことになる。
【００１３】
他は図７と同じ条件で構成し中央のＩＤＴのくし形電極６ｂの左右からＮ＝６と１０の二カ所（対称構成のため４カ所）の電極指を浮き電極とした二段縦続接続の１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタの濾波特性を図４に示す。従来の浮き電極を設けないフィルタの濾波特性である図７と比較し、本発明になる浮き電極を設けたフィルタは図４から明らかなように、所望のスプリアス帯域において１０〜１５ｄＢの改善がみられた。
本発明を用いることにより反射器の対数を少なくすることなく、電極膜厚を厚くすることもなく、またＩＤＴに重付けをしなくともスプリアスによる減衰量の低減を抑制することが可能となった。ただし、これら従来の手法を不具合が生じない程度に適宜併用すればスプリアス抑圧効果が増大することはいうまでもない。
【００１４】
上記説明ではＬｉＴａＯ３を用いた例を挙げたが、ＬｉＮｂＯ３、ＬＢＯ等の圧電性結晶の基板を用いてもよい。
また、上記説明では一対で構成するＩＤＴのうち一方のＩＤＴを接地する不平衡型ＳＡＷフィルタを説明したが、一方のＩＤＴを接地しない平衡型ＳＡＷフィルタに本発明を適用することも可能である。また、中央のＩＤＴ６ｂが奇数の場合を説明したが、本発明は必ずしもこれに限定するものではなく偶数であってもよい。
【００１５】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成したので、従来１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタにおいて問題であった低周波側のスプリアスを所望の帯域において減衰させることが可能となった。前記ＳＡＷフィルタを携帯電話、コードレス電話等の用いる場合に所定の不要波を抑制することができ極めて有効な効果があがる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明に係る１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタの一実施例を示す平面図、（ｂ）は中央ＩＤＴの拡大図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は２番目の電極指、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ５、８番目の電極指を浮き電極で置き換えた時のスプリアスの変化を示す図である。
【図３】電極指の基準化数Ｎ／Ｎ’とスプリアスの低減される基準化周波数（Ｆ− Ｆ0）／ Ｆ0との関係を表す図である。
【図４】本発明を用いて改善した二段縦続接続１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタの濾波特性図である。
【図５】従来の１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタの電極構成を示す平面図である。
【図６】従来の二段縦続接続１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタの電極構成を示す平面図である。
【図７】従来の二段縦続接続１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタの濾波特性を示す図である。
【符号の説明】
１、２、３、４、Ｎ’・・・電極指の番号
５、５ａ、５ｂ、６、６ａ、６ｂ、７、７ａ、７ｂ・・・ＩＤＴ
８、９・・・反射器

Claims (2)

1. 圧電基板上に３個のＩＤＴとその両側に反射器を表面波の伝搬方向に沿って配置した１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタにおいて、中央に位置する中央ＩＤＴの中心軸を基準としてほぼ対称に位置する接地側電極指の少なくとも１組を浮き電極指に置き換えることを特徴とする二重モードＳＡＷフィルタの構造。
2. 中央ＩＤＴの接地側電極指の本数をＮ’、浮き電極に置き換えた前記接地側電極指の中央ＩＤＴ端部からのナンバリングをＮ、フィルタ通過域の中心周波数をＦ０としたとき、
   （Ｆ− Ｆ0）／ Ｆ0＝０．１３５Ｎ／（（Ｎ’＋１）／２）−０．０６９
   の式を満たす周波数Ｆ近傍において、スプリアスを抑圧することを特徴とする請求項１記載の二重モードＳＡＷフィルタの構造。

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