JP3764731B2 - 多重モード弾性表面波フィルタ及び分波器 - Google Patents

多重モード弾性表面波フィルタ及び分波器 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は多重モード弾性表面波フィルタに関する。
【0002】
【従来の技術】
バンドパスフィルタとして、多重モード型の弾性表面波(SAW:Surface Acoustic Wave)フィルタが知られている(例えば、Proc. IEEE Ultrason. Symp., pp.95-104, 1992. 参照)。多重モード弾性表面波フィルタは、いくつかの入力IDT(Interdigital Transducer)と出力IDTを交互に配置し、両端に弾性表面波反射器を設けた構造である。最も広く使われているのは、図1に示すような、参照番号20で示す入力IDTが1個、参照番号30と40で示す出力IDTが2個の構造である。この構造のフィルタは、2つの共振モードを利用したフィルタであるため、ダブルモードSAW(DMS:Double Mode SAW)フィルタと呼ばれることが多い。出力IDT30の外側には、弾性表面波の伝搬方向に位置するグレーティング型の反射器50が設けられている。同様に、出力IDT40の外側には、弾性表面波の伝搬方向に位置するグレーティング型の反射器60が設けられている。入力IDT20、出力IDT30、40及び反射器50、60はそれぞれ圧電基板10上に形成されている。
【0003】
入力IDT20、出力IDT30、40それぞれにおいて、一方の端子は信号端子(入力/出力)、他方の端子はグランド端子であり、それぞれ、信号バスバーとグランドバスバーに接続されている。バスバーとは、IDT電極指が接続されている、SAWの伝搬方向に伸長する導体薄膜のことである。より具体的には、入力IDT20は入力端子25及びグランド端子26を有し、それぞれ信号バスバー21及びグランドバスバー22に接続されている。出力IDT30は出力端子35及びグランド端子36を有し、それぞれ信号バスバー31及びグランドバスバー32に接続されている。同様に、出力IDT40は出力端子35(出力IDT30と共通)及びグランド端子36(出力IDT30と共通)を有し、それぞれ信号バスバー41及びグランドバスバー42に接続されている。
【0004】
入力IDT20及び出力IDT30、40のそれぞれにおいて、信号電極指は、信号バスバーからグランドバスバーに向かって伸長されている。具体的には、入力IDT20の信号電極指23は、信号バスバー21からグランドバスバー22に向かって伸長している。出力IDT30の信号電極指33は、信号バスバー31からグランドバスバー32に向かって伸長している。同様に、出力IDT40の信号電極指43は、信号バスバー41からグランドバスバー42に向かって伸長している。また、入力IDT20及び出力IDT30、40のそれぞれにおいて、グランド電極指は、グランドバスバーから、信号バスバーに向かって伸長されている。具体的には、入力IDT20のグランド電極指24は、グランドバスバー22から信号バスバー21に向かって伸長している。出力IDT30のグランド電極指34は、グランドバスバー32から信号バスバー31に向かって伸長している。同様に、出力IDT40のグランド電極指44は、グランドバスバー42から信号バスバー41に向かって伸長している。
【0005】
通常DMSフィルタは、入力端子INから出力端子OUTに空気中や基板内部を通って、直接信号が到達してしまわないように、入力端子と出力端子は対向するように配置される。すなわち、入力IDT20におけるグランド電極指24の伸長方向と、出力IDT30、40におけるグランド電極指34、44の伸長方向は180度異なるように配置される。
【0006】
図2に、DMSフィルタの代表的な通過特性を示す。2GHz帯で挿入損失約−4dB、帯域外抑圧度−35dB以上のバンドパス特性が得られる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図2に示すように、DMSフィルタの通過特性は一般に、立ち上がり・立ち下がりの急峻性が乏しく、高周波側の抑圧域には、コブのような段差が生じてしまうという問題があった。さらに、通過帯域の挿入損失が大きいという問題があった。携帯電話等の通信システムに用いられるフィルタは、低損失で、かつ、通過帯域端部を急峻に抑圧できる特性が望まれることが多く、DMS型のフィルタでは要求仕様を満足できないことが多かった。
【0008】
そこで、この発明は、以上のような事情を考慮してなされたものであり、低損失で、かつ、急峻なカットオフ特性を持つ、高性能な弾性表面波フィルタ及びこれを用いた分波器を実現することを課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明はまた、請求項に記載のように、圧電基板上に形成された、少なくとも1個の入力IDTと、少なくとも1個の出力IDTと、該入力IDTと出力IDTの外側に設けられた反射器とを有する多重モード弾性表面波フィルタが、少なくとも2個電気的に並列に接続されている多重モード弾性表面波フィルタにおいて、並列接続された各多重モード弾性表面波フィルタにおいて、前記出力IDTおよび前記入力IDTの数の合計が3以上であり、入力IDTに入力信号を供給する入力端子と、出力IDTから出力信号を受ける出力端子との全てを同じ方向に引き出すことを特徴とする。入力端子と出力端子を同じ方向に引き出した複数個の多重モード弾性表面波フィルタを並列に接続することで、入出力インピーダンスの不整合を生じさせることなく、フィルタ特性の立ち上がりと立ち下がりの急峻性は大幅に向上し、かつ通過帯域の挿入損失も低減する。
【0013】
上記構成の多重モード弾性表面波フィルタにおいて、並列接続された各多重モード弾性表面波フィルタの入力IDTのグランド端子と出力IDTのグランド端子が、圧電基板上で接続されている構成とすることができる。
【0014】
上記構成の多重モード弾性表面波フィルタにおいて、並列接続された各多重モード弾性表面波フィルタの入力IDTのグランド電極指と、出力IDTのグランド電極指が、同一のグランドバスバーに接続されていることを特徴とする。この構成により、入出力インピーダンスの整合を取りながら、立ち下がりの急峻性に特に優れたフィルタ特性を得ることができる。
【0015】
上記構成の多重モード弾性表面波フィルタにおいて、並列接続された各々の多重モード弾性表面波フィルタのグランド端子は、圧電基板上で互いに接続されている構成とすることができる。この構成により、急峻性及び挿入損失は一層向上する。
【0016】
上記構成の多重モード弾性表面波フィルタにおいて、並列接続された各々の多重モード弾性表面波フィルタの通過帯域は、互いに一致する構成とすることができる。この構成により、通過帯域内のスプリアスを抑制することができる。
【0017】
上記構成の多重モード弾性表面波フィルタにおいて、1個の多重モード弾性表面波フィルタの入力IDTは1個であり、この1個の入力IDTの両側に、各1個ずつ、合計2個の出力IDTが配置されている構成とすることができる。多重モード弾性表面波フィルタのIDTの一構成例である。
【0018】
上記構成の多重モード弾性表面波フィルタにおいて、並列接続された各々の多重モード弾性表面波フィルタが、弾性表面波の伝搬路が互いに一致するように配置され、かつ、並列接続された2個の多重モード弾性表面波フィルタの間に設けられた反射器が該2個の多重モード弾性表面波フィルタで共用されていることを特徴とする。この構成により、フィルタを小型化することができる。
【0019】
上記構成の多重モード弾性表面波フィルタにおいて、並列接続された各々の多重モード弾性表面波フィルタが、弾性表面波の伝搬路が互いに一致するように配置され、かつ、隣り合う2個の多重モード弾性表面波フィルタの間に、弾性表面波の伝搬方向に対して垂直ではない角度でグレーティング電極が配置されていることを特徴とする。圧電基板上に形成された上記グレーティング電極は弾性表面波を屈折させる反射器として作用する。これにより、弾性表面波がグレーティング電極を通り抜けてしまうことを抑制することができ、通り抜けで生じるスプリアスの発生を抑制することができる。
【0020】
本発明はまた、請求項に記載のように、圧電基板上に形成された、少なくとも1個の入力IDTと、少なくとも1個の出力IDTとを有する多重モード弾性表面波フィルタが、少なくとも2個電気的に並列に接続されている多重モード弾性表面波フィルタにおいて、並列接続された各々の多重モード弾性表面波フィルタが、弾性表面波の伝搬路が互いに一致するように配置され、かつ、隣り合う2個の弾性表面波フィルタの間に、三角形状のプリズムパターンが配置されていることを特徴とする。圧電基板上の三角形状のプリズムパターンは、弾性表面波を屈折させる作用がある。これにより、弾性表面波が隣の弾性表面波フィルタに到達してしまうことを抑制することができ、通り抜けで生じるスプリアスの発生を抑制することができる。
【0021】
上記構成の多重モード弾性表面波フィルタにおいて、並列接続された各多重モード弾性表面波フィルタにおいて、入力IDTに入力信号を供給する入力端子と、出力IDTから出力信号を受ける出力端子とを同じ方向に引き出す構成とすることができる。この構成により、フィルタ特性の立ち上がりと立ち下がりの急峻性は大幅に向上し、かつ通過帯域の挿入損失も低減する。
【0022】
上記構成の多重モード弾性表面波フィルタにおいて、並列接続された各多重モード弾性表面波フィルタの入力IDTのグランド端子と出力IDTのグランド端子が、圧電基板上で接続されている構成とすることができる。これにより、急峻性と挿入損失を一層改善することができる。
【0023】
上記構成の多重モード弾性表面波フィルタにおいて、並列接続された各多重モード弾性表面波フィルタの入力IDTのグランド電極指と、出力IDTのグランド電極指が、同一のグランドバスバーに接続されている構成とすることができる。グランドバスバーを共通化することで、パッケージ化した際のパッケージとフィルタ本体との電気的グランド接続は最少1ヶ所で済む。よって、デバイスの小型化を図ることができる。
【0024】
また、本発明は上記構成の多重モード弾性表面波フィルタを2個以上縦続接続した構成を含む。この構成により帯域外抑圧度を大きく改善することができる。
【0025】
上記構成の2個以上縦続接続された多重モード弾性表面波フィルタにおいて、各段のグランド端子は、他の段のグランド端子と圧電基板上で分離している構成とすることが好ましい。これにより、帯域外抑圧度を大きく改善することができる。
【0027】
本発明はまた、請求項15に記載のように、圧電基板上に形成された、少なくとも1個の入力IDTと、少なくとも1個の出力IDTと、該入力IDTと出力IDTの外側に設けられた反射器とを有する多重モード弾性表面波フィルタが、少なくとも2個電気的に並列に接続されている多重モード弾性表面波フィルタにおいて、並列接続された各多重モード弾性表面波フィルタにおいて、前記出力IDTおよび前記入力IDTの数の合計が3以上であり、入力IDTにおけるグランド電極指の伸長方向と出力IDTにおけるグランド電極指の伸長方向が等しいことを特徴とする。上記グランド電極指の伸長方向を備えた複数個の多重モード弾性表面波フィルタを並列に接続することで、入出力インピーダンスの不整合を生じさせることなく、フィルタ特性の立ち上がりと立ち下がりの急峻性は大幅に向上し、かつ通過帯域の挿入損失も低減する。
【0028】
本発明はまた請求項16に記載のように、上記多重モード弾性表面波フィルタを用いて少なくとも送信側または受信側のフィルタが構成されていることを特徴とする弾性表面波分波器を含む。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳述する。なお、これによってこの発明が限定されるものではない。
【0030】
前述した通り、従来のDMSフィルタ(図1)は、入出力端子間距離を離すことで、直達信号を低減し、帯域外抑圧度を向上させていた。具体的には、入力端子と出力端子が対向するようにIDTを配置していた。このように、帯域外抑圧度を向上させるという観点において、入力端子と出力端子を対向配置するのは、弾性表面波フィルタを設計する上で、自然な考え方である。本発明者は、あえてこの常識とは相反する、入出力端子間距離が近くなってしまう配置、すなわち、入力端子と出力端子が隣り合った配置のDMSフィルタを考察した。入力端子と出力端子が隣り合った配置をより特定すれば、入力IDTに入力信号を供給する入力端子と、出力IDTから出力信号を受ける出力端子とを同じ方向に引き出す配置である。この場合、入力IDTにおけるグランド電極指の伸長方向と出力IDTにおけるグランド電極指の伸長方向は等しくなる。本発明は、このような配置のDMSフィルタを作製し、従来のDMSフィルタと比べてフィルタ特性がどのように変化するのかを調査した。以下に説明する全ての実施形態や変形例は、上記配置を備えている。
【0031】
(第1実施形態)
図3は、本発明の第1実施形態による多重モード弾性表面波フィルタを示す平面図である。図中、前述した構成要素と同一のものには同一の参照番号を付してある。この多重モード弾性表面波フィルタはDMSフィルタであって、入力IDT20、及び出力IDT30A、40Aを有する。出力IDT30Aと40Aの外側にはそれぞれ圧電基板10上にグレーティング電極を形成することで構成された反射器50と60が設けられている。本実施形態では、入力IDT20におけるグランド電極指24の伸長方向と出力IDT30A、40Aにおけるグランド電極指34、44の伸長方向が等しい。言い換えれば、入力IDT20における信号電極指23の伸長方向と出力IDT30A、40Aにおける信号電極指33、43の伸長方向が等しい。この配置により、入力IDT20の入力端子25と、出力IDT30A、40Aの出力端子35は同じ方向に引き出されて隣り合い、入力IDT20のグランド端子26と出力IDT30A、40Aのグランド端子36も同じ方向に引き出されて隣り合う。
【0032】
図3に示すDMSフィルタを製作し、1.9GHz帯の周波数特性を測定した。その測定結果を図6に示す。図6の横軸は周波数(MHz)、縦軸は挿入損失(dB)を示す。開口長W(図1に示すように、隣り合う電極指が重なり合う部分の長さ)を80λとした。なお、λは弾性表面波の波長である。図6の破線が図3に示すDMSフィルタの特性を示し、細い実線は図1に示す従来技術のDMSフィルタの特性を示す。図6に示すように、入力端子25と出力端子35とが隣り合う配置にすると、破線で示すように、実線の従来構成に比べて、立ち上がりと立ち下がりの急峻性が大幅に向上することがわかった。また、通過帯域の挿入損失も低減することがわかった。
【0033】
図4は、第1実施形態の第1の変形例を示す図である。図中、図3に示す構成要素と同一のものには同一の参照番号を付してある。図4に示すDMSフィルタは、図3の入力IDT20のグランド端子26と、出力IDT30A、40Aのグランド端子36とを圧電基板10上で接続して、共通グランド端子26Aを設けた構成である。
【0034】
また、図5は、第1実施形態の第2の変形例を示す図である。図中、図3に示す構成要素と同一のものには同一の参照番号を付してある。図5に示すDMSフィルタは、入力IDT20のグランドバスバー22と出力IDT30A、40Aのグランドバスバー32、42を圧電基板10上で共通化した共通グランドバスバー22Aを設けた構成である。
【0035】
図4及び図5の構成はいずれも、圧電基板10上で入力IDT20と出力IDT30A、40Aのグランド電位を等しくするものである。この構成により、図6の太線で示すように、より急峻性が増し、より低損失化することがわかった。
【0036】
図6に示す第1実施形態及びその変形例の1.9GHz帯のフィルタ特性を、シミュレーションにより再現した結果を図7に示す。図7の細い実線が図1に示す従来技術のDMSフィルタの特性を示し、破線が図3に示す第1実施形態のDMSフィルタの特性、太線が図4と図5に示す変形例のDMSフィルタの特性である。このようにシミュレーションの結果からも、入力端子25と出力端子35とが隣り合う配置(同じ方向に引き出された配置)にすると、従来構成に比べて、立ち上がりと立ち下がりの急峻性が大幅に向上する結果が得られた。また、通過帯域の挿入損失も低減する結果が得られた。さらに、図4及び図5の構成のように、圧電基板10上で入力IDT20と出力IDT30、40のグランド電位を等しくすれば、より急峻性が増し、より低損失化する結果が得られた。
【0037】
これらのシミュレーションの結果は、いずれも実験結果とよく一致しており、妥当なシミュレーション手法であるといえる。同じシミュレーション手法を使って、他の周波数帯のフィルタ特性を計算し、本発明の他の周波数帯での特性改善効果を調べた。図8は、携帯電話等でよく使用される800MHz帯のフィルタ特性の計算結果である。また、図9は、無線LAN等でよく使用される2.4GHz帯のフィルタ特性の計算結果である。実際の計算では、中心周波数が800MHzまたは2.4GHzとなるように、電極ピッチ、開口長、電極膜厚、バスバー幅、配線パターン等を相似的に拡大/縮小した。800MHz帯及び2.4GHz帯の計算でも、1.9GHz帯の計算結果と同様、図3から図5に示す構成にすることで、急峻性及び挿入損失の改善効果があることが確認できた。このことから、これらの構成による特性改善効果は、フィルタの中心周波数に依存せず、あらゆる周波数帯のフィルタで有効であるといえる。
【0038】
以上説明した考察に基づき、図6に示すDMSフィルタの特性改善効果をDMSフィルタの中心周波数で規格化(正規化)したフィルタ特性を図10に示す。図10の横軸はフィルタの中心周波数f0で正規化した規格化周波数f/f0を示し、縦軸は挿入損失(dB)を示す。図3から図5に示す本発明の各実施形態の特性改善効果は、フィルタの中心周波数に依存せず、あらゆる周波数帯のフィルタで有効である。
【0039】
上記第1実施形態及びその変形例の特性改善効果は、図3から図5に示す配線レイアウトに限ったものではなく、図11に示す各種配線レイアウトにおいても急峻性及び挿入損失が改善することを確認している。図11は(a)から(i)までの12種類の配線レイアウトを示している。いずれのレイアウトも、夫々の配線パターンを介して、入力IDTに入力信号を供給する入力端子と、出力IDTから出力信号を受ける出力端子とが同じ方向に引き出されている。また、いずれもレイアウトも、入力IDTにおけるグランド電極指の伸長方向と出力IDTにおけるグランド電極指の伸長方向が等しい。図11では便宜上、(a)、(b)及び(c)に入力配線パターンIN及び出力配線パターンOUTの記号を付してあり、その他の図では省略してある。いずれのパターンも、入力配線パターンINは2つの出力配線パターンOUTの間に配置されている。なお、図11では、入力IDTと出力IDTの電極指の対数はそれぞれ7.5対と6.5対にしているが、これに限るものではなく、例えば、入力IDTの対数は7〜20対程度、出力IDTの対数は6〜18対程度の範囲で設計される。また、反射器の電極本数も図では省略して描いているが、実際は、例えば数十本〜数百本配置される。図11の(a)〜(i)に示す12種類のレイアウトのフィルタを作製し、特性を評価したところ、(a)〜(i)のいずれもでも、急峻性及び挿入損失の改善効果が得られた。このことから、入力端子と出力端子を同方向から取り出す配置にすれば、多少の配線レイアウトの違いがあっても、ほぼ同等の特性改善効果が得られることがわかった。
【0040】
(第2実施形態)
次に、第2実施形態を説明する。第2実施形態は、第1実施形態よりも立ち下がりの急峻性をさらに増すことができ、かつ、挿入損失をさらに低減できる構成を備える。まず、入力端子と出力端子が隣り合った本発明の構成において、IDTの開口長Wを変化させて特性変化を調べた。このときの電極構造は、図5に示したような、グランドバスバーを共通化したもの(共通グランドバスバー22A)とした。実験結果を図12に示す。開口長を小さくするほど高周波側の引き込み周波数が低域側にシフトし、立ち下がりの急峻性が向上することがわかった。しかしながら、開口長を小さくするほど、通過帯域の形状が崩れ、挿入損失が大幅に増加してしまった。これは、開口長を小さくしたことで、IDTの静電容量が低下し、入力・出力インピーダンスの不整合が生じてしまったことが原因である。
【0041】
そこで、インピーダンスの不整合を解消するために、図3〜5に示すDMSフィルタを並列接続することを考えた。DMSフィルタの並列接続の一例を説明するための図を図13に示す。図13では、図5に示すDMSフィルタを例に説明している。開口長Wでインピーダンス整合が取れていたDMSフィルタ100(図13(a))の開口長を1/N倍(N:整数)したとすると、IDTの静電容量も1/N倍になってしまう。そこで、開口長を1/N倍したDMSフィルタをN個電気的に並列に接続すれば、全体としての静電容量は開口長WのDMSフィルタと同じになる。従って、開口長の小さいDMSフィルタでもインピーダンス整合を取ることができ、立ち下がりの急峻性に優れたDMSフィルタを実現できると考えられる。ここで、並列接続するそれぞれのDMSフィルタは、互いに通過帯域が一致していることが好ましい。通過帯域が一致していないと、通過帯域内にスプリアスが発生してしまう恐れがあるからである。実際に、並列接続する個数Nが2個(1001、1002)と3個(1001、1002、1003)の1.9GHz帯のフィルタ(図13(b)、(c))を作製し、評価した結果を図14に示す。並列個数を増やすほど、1個のDMSフィルタの開口長が小さくなるので、立ち下がりの急峻性が増す結果となった。さらに、N個並列接続すると、開口長は1/N倍になり、IDT電極指の対数は全体でN倍になるので、IDTの抵抗成分は1/N2倍に激減する。この結果、挿入損失は大幅に低減した。
【0042】
図7から図9で用いたのと同じ計算方法を使って、図13の(a)〜(c)のDMSフィルタの周波数特性を、1.9GHz帯以外の周波数帯で計算した。図7〜図9で計算したときと同様に、800MHz帯と2.4GHz帯で計算したところ、1.9GHz帯の計算結果とほぼ同じになった。図15に、シミュレーション結果を示す。横軸は規格化周波数f/f0、縦軸は挿入損失(dB)を示す。計算結果は、試作したDMSフィルタの実験結果に極めて近く、並列個数を増やすほど、挿入損失は低減し、立ち下がりの急峻性も増す結果となっている。このことから、DMSフィルタを複数個並列接続したときの特性改善効果は、DMSフィルタの中心周波数に依存せず、あらゆる周波数帯のフィルタで有効であると結論付けられる。
【0043】
図16は、図14に示すDMSフィルタの特性改善効果をDMSフィルタの中心周波数で規格化したフィルタ特性を示す。図16の横軸はフィルタの中心周波数f0で正規化した規格化周波数f/f0を示し、縦軸は挿入損失(dB)を示す。DMSフィルタを複数個並列接続したときの特性改善効果は、フィルタの中心周波数に依存せず、あらゆる周波数帯のフィルタで有効である。
【0044】
(第3実施形態)
次に、弾性表面波フィルタを並列接続する際のフィルタ配置を特徴の1つとする本発明の第3実施形態について述べる。ここでは例として2個のフィルタを並列接続する場合を考える。
【0045】
最もフィルタサイズを小型化できるのは、図17に示した配置である。2個のDMSフィルタ1001、1002を、SAWの伝搬方向が互いに一致するように一列に並べ、かつ、中央に1つの共通反射器70を設けたものである。中央の共通反射器70は、2個のDMSフィルタ1001、1002の共通反射器として働く。このような配置にすることで、反射器1個分の面積を縮小でき、フィルタサイズの小型化に貢献できる。
【0046】
図18は、図17に示す構成を変形して、SAWの伝搬路が互いに異なるように配置にした構成のSAWフィルタを示す図である。共通反射器70を2つに分割し、反射器70AをDMSフィルタ1001の反射器とし、反射器70BをDMSフィルタ100の反射器とし、反射器70Aと70BをSAWの伝搬方向にほぼ垂直な方向に並べた構成である。
【0047】
図17に示すSAWフィルタの特性と、図18に示すSAWフィルタの特性を図19に示す。同等のフィルタ特性が得られているが、図17に示すフィルタの特性には、通過帯域より低周波側に、小さなスプリアスが発生していることがわかる。このスプリアスは、共通反射器を通り抜けて隣のDMSフィルタにまでSAWが到達してしまうことが原因で、問題になることもある。
【0048】
本発明者は小型化したまま、スプリアスを低減するために、図17に示す共通反射器70におけるSAWの通り抜けを防止する手段を考えた。図20と図21に考案した構造を示す。図20の構造は、2個のDMSフィルタ1001、1002の間に、SAWの伝搬方向に対して垂直でない(反射器電極と平行でない)斜めグレーティング電極71を共通反射器70Aの内部に設けたものである。この斜めグレーティング電極71がSAWの伝搬方向を曲げるため、SAWの通り抜けを防ぐことができる。
【0049】
図21に示すSAWフィルタの構造は、2個のDMSフィルタ1001、1002の間に、三角形状のプリズムパターン(ベタパターン)72を反射器70B内部に設けたものである。このプリズムパターン72にSAWが入射すると、伝搬速度の違いにより、SAWが屈折するため、SAWの通り抜けを防ぐことができる。このような原理により、図20又は図21に示したような構造にすれば、帯域外スプリアスを抑え、かつ、小型なフィルタを実現できる。
【0050】
本発明は、1個の入力IDTと2個の出力IDTとから構成される、DMSフィルタのみならず、例えば、2個の入力IDTと3個の出力IDTとから構成される多重モード弾性表面波フィルタ等にも容易に適用でき、低挿入損失で急峻なカットオフ特性を持つ、優れた弾性表面波フィルタを提供することができる。
【0051】
(第4実施形態)
本発明の第4実施例のフィルタ構造を図22に示す。入力IDTが1個、出力IDTが2個のDMSフィルタを3個並列接続し、これを2段に縦続接続した構造である。2段に縦続接続することで、帯域外の抑圧度を2倍以上に増すことができる。1段目の3個のDMSフィルタを参照番号2001、2002、2003で示し、2段目の3個のDMSフィルタを参照番号2004、2005、2006で示す。2段目のDMSフィルタ2004、2005、2006はそれぞれ入力IDTが2つ、出力IDTが1つであり、これら2つの入力IDTは共通信号線90を介して、1段目のDMSフィルタ2001、2002、2003の出力IDTに接続されている。
【0052】
1段目のDMSフィルタ2001、2002、2003は1個の共通グランドバスバー91を有し、共通グランドバスバー91から入力IDTと出力IDTのグランド電極指及び共通反射器の電極指が伸長されている。同様に、2段目のDMSフィルタ2004、2005、2006は(2)1個の共通グランドバスバー92を有し、共通グランドバスバー92から入力IDTと出力IDTのグランド電極指及び共通反射器の電極指が伸長されている。このように、並列接続したそれぞれのDMSフィルタのグランド端子を圧電基板10上で接続することで、1段につき、最少1本のボンディングワイヤ、あるいは、1個のボンディングバンプでパッケージのグランド端子と接続することができるので、パッケージングの簡素化が図れる。また、並列接続したDMSフィルタを同一伝搬路上に一列に並べ、フィルタ間の反射器を共通化することで、小型化を図っている。
【0053】
図22に示す構成では、反射器の共通化により反射器4個分の面積を縮小できている。これに対して、従来のDMSフィルタを3個並列接続し、2段に縦続接続した構造例を比較例として図23に示す。フィルタ間の反射器を共通化していないので、SAWの伝搬方向のサイズが大きくなってしまう。また、並列接続したそれぞれのDMSフィルタのグランド端子を圧電基板10上で接続していないので、グランド端子数が多く、1段につき、最少6本のボンディングワイヤ、あるいは、6個のボンディングバンプを使ってパッケージのグランド端子と接続する必要があり、パッケージングが複雑になってしまう。
【0054】
図24に、図22に示す本発明の第4実施形態に係る弾性表面波フィルタの1.9GHz帯のフィルタ特性と、図23に示す比較例のフィルタ特性の比較図を示す。図中、横軸は周波数(MHz)、縦軸は挿入損失(dB)を示す。前述したように、本発明の弾性表面波フィルタは、入力端子と出力端子が隣り合う(入力IDTと出力IDTでグランド電極指の伸長方向が同じ)配置にしているので、フィルタ特性の立ち上がりと立ち下がりが急峻になっていることがわかる。通過帯域の挿入損失も1dB以上低減している。また、本実施形態の弾性表面波フィルタは、3個並列接続しているので、1個のDMSフィルタの開口長が、並列接続しないDMSフィルタに比べて1/3倍になっているので、立ち下がりの特性がより急峻になっている。このため、従来、高周波側の抑圧域にあった、コブのような段差も解消され、高性能なフィルタになっている。
【0055】
図24に示す効果と同様の効果は、800MHz帯や2.4GHz帯でも同様に得られることを確認している。図25は、第4実施形態に係るフィルタの規格化したフィルタ特性を示す。通過帯域の周波数にかかわらず、図25に示すフィルタ特性を得ることができる。
【0056】
(第5実施形態)
上記第4実施形態では、並列接続した3個のDMSフィルタ2001、2002、2003及び2004、2005、2006をそれぞれ同一伝搬路に配置しているため、通過帯域より低周波側に小さなスプリアスが生じていた。このスプリアスのために、要求される抑圧仕様を満たさないこともある。そこで、前述したように、並列接続された2個のフィルタの間に三角形状のプリズムパターンを配置したのが、本発明の第5実施形態である。
【0057】
第5実施形態によるフィルタ構造を図26に示す。第4実施形態と同じく、3個並列接続したDMSフィルタ2101、2102、2103及び2104、2105、2106を2段に縦続接続したものである。DMSフィルタ2101と2102との間及びDMSフィルタ2104と2105との間にそれぞれプリズムパターン73を設け、DMSフィルタ2102と2103との間及びDMSフィルタ2105と2106との間にそれぞれプリズムパターン74を設けてある。プリズムパターン73と74は図示する形状に限るものではなく、SAWの伝搬路を曲げる構造であれば三角形である必要もない。DMSフィルタ間に2個以上配置しても良く、SAWの伝搬路を曲げる構造であれば任意の形状、個数を用いることができる。前述したように、SAWの伝搬方向に対して垂直でない角度でグレーティング電極を設けるのも、SAWの伝搬路を曲げる1つの方法である。
【0058】
図27に、図26に示す第5実施形態の弾性表面波フィルタのフィルタ特性と、図22に示す第4実施形態の弾性表面波フィルタのフィルタ特性を比較して示す。DMSフィルタ間にプリズムパターンを配置したことによって、共通反射器を通り抜けて隣のDMSフィルタまで到達してしまうSAWが減少し、低周波側のスプリアスが低減したことがわかる。このプリズムパターンを配置すれば、スプリアス低減のために並列接続したDMSフィルタを、互いに伝搬路が異なるように段違いに配置する必要もなくなり、フィルタサイズの小型化が図れる。なお、図27は1.9GHz帯のフィルタ特性であるが、800MHz帯や2.4GHz帯など、他の周波数であっても同様の効果が得られる。
【0059】
(第6実施形態)
上記第5実施形態において、1段目のDMSフィルタのグランド端子と2段目のDMSフィルタのグランド端子を圧電基板10上で接続したのが、第6実施形態である。
【0060】
第6実施形態例のフィルタ構造を図28に示す。すべて(6個)のDMSフィルタを取り囲むように共通グランドパターン95を設けることによって、フィルタ全体で、最少1本のボンディングワイヤ、あるいは1個のボンディングバンプでパッケージのグランド端子と接続することができるので、最も簡便にパッケージングが行える構造と考えられる。しかしながら、図29に示す、第6実施形態と第5実施形態のフィルタ特性の比較図から明らかなように、1段目と2段目のグランド端子を圧電基板10上で接続すると、通過帯域外の抑圧度が大幅に悪化してしまうことがわかった。また、通過帯域内の挿入損失も増大してしまった。以上の結果から、本発明の弾性表面波フィルタを2段以上に縦続接続するときは、各段のグランド端子は、それぞれ圧電基板上で分離させておくことが好ましい。なお、図20は1.9GHz帯のフィルタ特性であるが、800MHz帯や2.4GHz帯など、他の周波数であっても同様のフィルタ特性が得られる。
【0061】
(第7実施形態)
上記第1〜6実施形態において説明した多重モード弾性表面波フィルタを分波器に適用したものが第7実施形態である。
【0062】
図30は、分波器に本発明の多重モード弾性表面波フィルタを用いた例を示す図であり、送信側フィルタとしてラダー型弾性表面波フィルタ300が用いられ、受信側フィルタとして本発明の図21に示した多重モード弾性表面波フィルタ350を2段従属接続したものを用いたものが示されている。受信側のフィルタとしては、図21の例の他、本発明の各実施形態で説明したものが適用できる。また、本実施形態では、受信側のフィルタに本発明の多重モード弾性表面波フィルタを用いたが、送信側のフィルタに適用してもよく、両方に用いてもよい。なお、図示する分波器は、上記フィルタに加え、アンテナに結合される入力端子400、送信側と受信側のインピーダンスを整合させる整合回路410、送信信号が印加される送信端子420、及び受信信号を出力する受信端子430を有する。
【0063】
このように分波器に本発明の多重モード弾性表面波フィルタを用いることにより、受信側フィルタの立ち上がり及び立ち下り特性が急峻なものになるため、送信周波数と受信周波数が近接していても、送信・受信信号が影響を及ぼし合うことがなくなる効果が得られる。
【0064】
以上説明した本発明の実施形態及びその変形例に係る弾性表面波フィルタをセラミックなどのパッケージで封止すれば、パッケージ化された弾性表面波フィルタデバイスを提供することができる。
【0065】
以上、本発明の実施の形態及び変形例を説明した。本発明は上記実施の形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、他の様々な実施の形態や変形例が可能である。
【0066】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、低損失で、かつ、急峻なカットオフ特性を持つ、高性能な弾性表面波フィルタ及びこれを用いた分波器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のダブルモードSAWフィルタの構成を示す図である。
【図2】図1に示す従来のダブルモードSAWフィルタの特性を示す図である。
【図3】本発明の第1実施形態を示す図である。
【図4】第1実施形態の第1の変形例を示す図である。
【図5】第1実施形態の第2の変形例を示す図である。
【図6】従来例、第1実施形態並びに第1及び第2の変形例のフィルタ特性を示す図である。
【図7】従来例、第1実施形態並びに第1及び第2の変形例の1.9GHz帯のシミュレーション結果を示す図である。
【図8】従来例、第1実施形態並びに第1及び第2の変形例の800GHz帯のシミュレーション結果を示す図である。
【図9】従来例、第1実施形態並びに第1及び第2の変形例の2.4GHz帯のシミュレーション結果を示す図である。
【図10】従来例、第1実施形態並びに第1及び第2の変形例の規格化したフィルタ特性を示す図である。
【図11】実験で用いた配線パターンを示す図である。
【図12】開口長を変えたときの第1実施形態並びに第1及び第2の変形例のフィルタ特性を示す図である。
【図13】第2の変形例を並列に接続する構成の第2実施形態を説明するための図である。
【図14】図13に示す構成において、並列接続されるフィルタの個数の違いによるフィルタ特性の違いを説明するための図である。
【図15】図13に示す構成のシミュレーション結果を示す図である。
【図16】図13に示す構成の規格化されたフィルタ特性を示す図である。
【図17】本発明の第3実施形態を示す図である。
【図18】図17に示す構成の変形例を示す図である。
【図19】伝搬路の一致(図17)及び不一致(図18)による特性の違いを示す図である。
【図20】 斜めグレーティングを用いた本発明の第3実施形態を示す図である。
【図21】プリズムパターンを用いた本発明の第3実施形態を示す図である。
【図22】本発明の第4実施形態を示す図である。
【図23】従来のDMSフィルタを3個並列接続し、2段に縦続接続した比較例を示す図である。
【図24】第4実施形態及び比較例のフィルタ特性を示す図である。
【図25】第4実施形態及び比較例の規格化されたフィルタ特性を示す図である。
【図26】本発明の第5実施形態を示す図である。
【図27】第4実施形態及び第5実施形態の特性を比較する図である。
【図28】本発明の第6実施形態を示す図である。
【図29】第5実施形態及び第6実施形態の特性を比較する図である。
【図30】本発明の第7実施形態を示す図である。
【符号の説明】
10 圧電基板
20 入力IDT
21、31、41 信号バスバー
22、32、42 グランドバスバー
22A 共通グランドバスバー
23、33、43 信号電極指
24、34、44 グランド電極指
25、35、45 入力端子
26、36、46 グランド端子
26A 共通グランド端子
30、30A 出力IDT
40、40A 出力IDT
50、60 反射器
70 共通反射器
70A、70B 反射器
71 斜めグレーティング電極
72、73、74 プリズムパターン
90 共通信号線
91、92 共通グランドバスバー
95 共通グランドパターン
100、1001、1002、1003 DMSフィルタ
2001、2002、2003、2004、2005、2006 DMSフィルタ
2101、2102、2103、2104、2105、2106 DMSフィルタ

Claims (16)

  1. 圧電基板上に形成された、少なくとも1個の入力IDTと、少なくとも1個の出力IDTと、該入力IDTと出力IDTの外側に設けられた反射器とを有する多重モード弾性表面波フィルタが、少なくとも2個電気的に並列に接続されている多重モード弾性表面波フィルタにおいて、並列接続された各多重モード弾性表面波フィルタにおいて、前記出力IDTおよび前記入力IDTの数の合計が3以上であり、入力IDTに入力信号を供給する入力端子と、出力IDTから出力信号を受ける出力端子との全てを同じ方向に引き出すことを特徴とする多重モード弾性表面波フィルタ。
  2. 請求項記載の多重モード弾性表面波フィルタにおいて、並列接続された各多重モード弾性表面波フィルタの入力IDTのグランド端子と出力IDTのグランド端子が、圧電基板上で接続されていることを特徴とする多重モード弾性表面波フィルタ。
  3. 請求項記載の多重モード弾性表面波フィルタにおいて、並列接続された各多重モード弾性表面波フィルタの入力IDTのグランド電極指と、出力IDTのグランド電極指が、同一のグランドバスバーに接続されていることを特徴とする多重モード弾性表面波フィルタ。
  4. 請求項1〜3記載の多重モード弾性表面波フィルタにおいて、並列接続された各々の多重モード弾性表面波フィルタのグランド端子は、圧電基板上で互いに接続されていることを特徴とする多重モード弾性表面波フィルタ。
  5. 請求項1〜4記載の多重モード弾性表面波フィルタにおいて、並列接続された各々の多重モード弾性表面波フィルタの通過帯域は、互いに一致することを特徴とする多重モード弾性表面波フィルタ。
  6. 請求項1〜5記載の多重モード弾性表面波フィルタにおいて、1個の多重モード弾性表面波フィルタの入力IDTは1個であり、この1個の入力IDTの両側に、各1個ずつ、合計2個の出力IDTが配置されていることを特徴とする多重モード弾性表面波フィルタ。
  7. 請求項記載の多重モード弾性表面波フィルタにおいて、並列接続された各々の多重モード弾性表面波フィルタが、弾性表面波の伝搬路が互いに一致するように配置され、かつ、並列接続された2個の多重モード弾性表面波フィルタの間に設けられた反射器が該2個の多重モード弾性表面波フィルタで共用されていることを特徴とする多重モード弾性表面波フィルタ。
  8. 請求項記載の多重モード弾性表面波フィルタにおいて、並列接続された各々の多重モード弾性表面波フィルタが、弾性表面波の伝搬路が互いに一致するように配置され、かつ、隣り合う2個の多重モード弾性表面波フィルタの間に、弾性表面波の伝搬方向に対して垂直ではない角度でグレーティング電極が配置されていることを特徴とする多重モード弾性表面波フィルタ。
  9. 圧電基板上に形成された、少なくとも1個の入力IDTと、少なくとも1個の出力IDTとを有する多重モード弾性表面波フィルタが、少なくとも2個電気的に並列に接続されている多重モード弾性表面波フィルタにおいて、並列接続された各々の多重モード弾性表面波フィルタが、弾性表面波の伝搬路が互いに一致するように配置され、かつ、隣り合う2個の弾性表面波フィルタの間に、三角形状のプリズムパターンが配置されていることを特徴とする多重モード弾性表面波フィルタ。
  10. 請求項から記載の多重モード弾性表面波フィルタにおいて、並列接続された各多重モード弾性表面波フィルタにおいて、入力IDTに入力信号を供給する入力端子と、出力IDTから出力信号を受ける出力端子とを同じ方向に引き出すことを特徴とする多重モード弾性表面波フィルタ。
  11. 請求項10記載の多重モード弾性表面波フィルタにおいて、並列接続された各多重モード弾性表面波フィルタの入力IDTのグランド端子と出力IDTのグランド端子が、圧電基板上で接続されていることを特徴とする多重モード弾性表面波フィルタ。
  12. 請求項から記載の多重モード弾性表面波フィルタにおいて、並列接続された各多重モード弾性表面波フィルタの入力IDTのグランド電極指と、出力IDTのグランド電極指が、同一のグランドバスバーに接続されていることを特徴とする多重モード表面波フィルタ。
  13. 請求項1〜12記載の多重モード弾性表面波フィルタが、2個以上縦続接続されていることを特徴とする多重モード弾性表面波フィルタ。
  14. 請求項13記載の2個以上縦続接続された多重モード弾性表面波フィルタにおいて、各段のグランド端子は、他の段のグランド端子と圧電基板上で分離していることを特徴とする多重モード弾性表面波フィルタ。
    方向が等しいことを特徴とする多重モード弾性表面波フィルタ。
  15. 圧電基板上に形成された、少なくとも1個の入力IDTと、少なくとも1個の出力IDTと、該入力IDTと出力IDTの外側に設けられた反射器とを有する多重モード弾性表面波フィルタが、少なくとも2個電気的に並列に接続されている多重モード弾性表面波フィルタにおいて、並列接続された各多重モード弾性表面波フィルタにおいて、前記出力IDTおよび前記入力IDTの数の合計が3以上であり、入力IDTにおけるグランド電極指の伸長方向と出力IDTにおけるグランド電極指の伸長方向が等しいことを特徴とする多重モード弾性表面波フィルタ。
  16. 請求項1〜請求項15記載の多重モード弾性表面波フィルタを用いて少なくとも送信側または受信側のフィルタが構成されていることを特徴とする弾性表面波分波器。
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