JP3827232B2 - フィルタ装置およびそれを用いた分波器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はフィルタ装置およびそれを用いた分波器に関し、特にフィルタ装置における通過帯域と阻止帯域との間におけるフィルタ特性の急峻性向上に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話機をはじめとした移動体通信端末機が急速に発展している。そして、この端末機は、持ち運びの便利さから、特に小型、軽量で省電力であることが望まれている。移動体通信端末機の小型化、軽量化および省電力化を達成するには、そこに使われるフィルタ装置も小型、軽量かつ低損失であることが必要である。さらに、高速大容量通信への要求から、フィルタ装置には広帯域の通過帯域幅を有することが求められている。
【０００３】
このような要求を満たすため、移動体通信端末機のフィルタ装置には、複数の共振器を梯子型に接続してなるフィルタ装置、つまりラダー型フィルタが多用されている。ラダー型を構成する共振器としては、弾性表面波（ＳＡＷ − Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）を用いた弾性表面波共振器やバルク波（ＢＡＷ − Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）を用いた水晶振動子等の圧電共振器などが用いられており、近年では、圧電性を有する薄膜を用いた薄膜共振器を用いたフィルタが知られている。
【０００４】
従来のラダー型フィルタの構成の一例を図１６を用いて説明する。図１６は、従来のラダー型フィルタの構成の一例を示す等価回路図である。
【０００５】
図１６において、入力信号電極１０１と出力信号電極１０２との間に直列腕としての第１の配線部１０３が形成され、３つの共振器１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃが直列に接続されている。そして、入力信号電極１０１と共振器１０４ａとの中点と接地電極１０５との間、共振器１０４ａと共振器１０４ｂとの中点と接地電極１０５との間、共振器１０４ｂと共振器１０４ｃとの中点と接地電極１０５との間および出力信号電極１０２と共振器１０４ｃとの中点と接地電極１０５との間に並列腕としての第２の配線部１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄがそれぞれ形成され、共振器１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄが接続されている。
【０００６】
このようなラダー型フィルタにおいて、通過帯域幅の広帯域化を実現するために、例えば特開平１０−９３３７５号公報には、並列腕にインダクタンス素子を設けたり、直列腕に設けられた共振器の共振周波数と並列腕に設けられた共振器の反共振周波数との間に周波数差を設ける技術が開示されている。
【０００７】
ここで、図示するラダー型フィルタで用いられている直列腕の共振器Ｓおよび並列腕の共振器Ｐのインピーダンス特性を図１７に示す。なお、一般には、要求される挿入損失および減衰量確保のため、直列腕および並列腕に設けられた共振器の一つひとつについてインピーダンスおよび周波数を若干変化させているが、ここでは説明の便宜上、１種類の直列腕共振器および並列腕共振器の特性を示している。このような共振器を用いたフィルタの通過特性の一例を図１８に示す。なお、それぞれの並列腕共振器には、所望の周波数で減衰が得られるよう、グランド面に接続する経路のインダクタ成分が適当に調整されている。
【０００８】
ここで、フィルタ装置の減衰特性を評価するため、減衰量が−４ｄＢとなる周波数と−３５ｄＢとなる周波数との差ｄＳを考える。差ｄＳは減衰特性が急峻になるほど小さくなる。図示する従来のラダー型フィルタについて通過帯域低周波側の差ｄＳを求めると１８．２ＭＨｚである。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−９３３７５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
フィルタ装置は、通過帯域における挿入損失が所定のスペックを満たすのはもちろんのこと、阻止帯域（送受信フィルタにおける相手側の通過帯域）では、スペックを満たす大きな減衰量を得なければならない。例えば、送信フィルタは通過帯域内で３．８ｄＢの挿入損失を満たし、２０ＭＨｚ高い周波数（阻止帯域）で−３７ｄＢの減衰量を得なければならない。すなわち、２０ＭＨｚの間に３３．２ｄＢの高低差をつけなければならない。
【００１１】
加えて、フィルタ装置には、温度により特性が変動するという温度依存性と製造バラツキに起因する個体差とがあるため、スペックを満たす挿入損失が得られる通過帯域幅を広げ、且つスペックを満たす減衰量が得られる阻止帯域幅を広げる必要がある。すると、通過帯域と阻止帯域とが近接することになる。
【００１２】
しかしながら、前述した従来の技術では３５ｄＢの高低差を得るために１８．２ＭＨｚの帯域幅を要している。このように、３０ｄＢ〜４０ｄＢ程度の高低差を得るには約２０ＭＨｚの帯域幅が必要になる。これでは、特に通過帯域と阻止帯域とが近接した場合に十分に急峻な減衰特性を得ることができず、使用環境温度や製品個体差による特性変動があると、所望の特性が得られなくなる。
【００１３】
そこで、本発明は、狭い帯域幅で急峻な減衰特性を得ることのできるフィルタ装置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】
上記課題を解決するため、本発明に係るフィルタ装置は、単一の基板上に形成された回路要素で構成されるフィルタ装置であって、前記回路要素は、入力信号電極と出力信号電極との間に形成された第１の配線部と、前記第１の配線部に配置され、所定の共振周波数を有する少なくとも１つの第１の共振器と、前記第１の配線部と接地電極との間に形成された複数の第２の配線部と、前記第２の配線部に配置され、前記第１の共振器の共振周波数とで通過帯域を形成する反共振周波数を有する複数の第２の共振器とを備え、一部の前記第２の共振器は、その実効的電気機械結合係数が他の前記第２の共振器および前記第１の共振器の実効的電気機械結合係数と異なるとともに、これらの共振器のインピーダンスよりも低いことを特徴とする。
【００１５】
このように、一部の第２の共振器は、その実効的電気機械結合係数が他の第２の共振器および第１の共振器の実効的電気機械結合係数と異なり、さらにこれらの共振器のインピーダンスよりも低くなっているので、通過帯域よりも低周波側のより狭い帯域幅で急峻な減衰特性を得ることが可能になる。
【００１６】
本発明の好ましい形態において、実効的電気機械結合係数が異なった一部の第２の共振器の共振周波数は、フィルタ装置の減衰帯域における通過帯域側端の周波数と通過帯域における減衰帯域側端の周波数との間に設定されている。
【００１７】
このように共振器の実効的電気機械結合係数を他の共振器と異ならせることにより、狭い帯域幅で急峻な減衰特性を得ることが可能になる。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、発明の実施の形態は、本発明が実施される特に有用な形態としてのものであり、本発明がその実施の形態に限定されるものではない。
【００４９】
（実施の形態１）
【００５０】
図１は本発明の実施の形態１におけるフィルタ装置の構成を示す等価回路図、図２は図１のフィルタ装置に用いられた共振器の一例である弾性表面波共振器の構成を示す説明図、図３は図１のフィルタ装置における共振器のインピーダンス特性の一例を示すグラフ、図４は図３のインピーダンス特性を有するフィルタ装置の通過特性を示すグラフ、図５は図１のフィルタ装置に用いられた共振器の他の一例である圧電共振器の構造を示す断面図、図６は図１のフィルタ装置に用いられた共振器のさらに他の一例である圧電共振器の構造を示す断面図、図７は図２の弾性表面波共振器のＡ−Ａ線に沿った断面図、図８は圧電共振器における電極面積と実効的電気機械結合係数との関係を示すグラフ、図９は図１のフィルタ装置における共振器のインピーダンス特性の他の一例を示すグラフ、図１０は図９のインピーダンス特性を有するフィルタ装置の通過特性を示すグラフである。
【００５１】
図１に示すフィルタ装置１０は、単一の基板１１上に所定の回路要素が構成されたものからなる。
【００５２】
図示するように、回路要素として、入力信号電極１２と出力信号電極１３との間に直列腕（第１の配線部）１４が形成され、３つの共振器（第１の共振器）１５ａ，１５ｂ，１５ｃが直列に接続されている。そして、入力信号電極１２と共振器１５ａとの中点と接地電極１６との間、共振器１５ａと共振器１５ｂとの中点と接地電極１６との間、共振器１５ｂと共振器１５ｃとの中点と接地電極１６との間および出力信号電極１３と共振器１５ｃとの中点と接地電極１６との間に並列腕（第２の配線部）１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄが形成され、各並列腕１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄには共振器（第２の共振器）１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄがそれぞれ接続されている。そして、直列腕１４の共振器１５ａ，１５ｂ，１５ｃの共振周波数と並列腕１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの共振器１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄの反共振周波数とがほぼ一致しており、これにより、入力信号電極１２に入力された所定帯域の信号が出力信号電極１３から出力される通過帯域が形成される。
【００５３】
なお、以下に説明する場合を含め、第１の共振器である直列腕共振器および第２の共振器である並列腕共振器は何れも１または複数あればよく、図示する数に限定されるものではない。
【００５４】
ここで、基板１１は、たとえばＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 や水晶などの圧電単結晶、あるいはチタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスのような圧電性セラミックスにより形成されている。但し、絶縁基板上にＺｎＯ薄膜などの圧電薄膜を形成したものを圧電基板として用いてもよい。
【００５５】
また、共振器１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄとしては、たとえば図２に示すような弾性表面波共振器からなる。図２に示すように、弾性表面波共振器は、相互に交差した一対の櫛歯状の電極指、つまり交差指状電極１９ａ，１９ｂからなる。そして、入力側である一方の交差指状電極１９ａに電圧を印加して電界をかけると、基板には圧電効果により弾性表面波が発生する。このようにして生成された弾性表面波による機械的歪みが電界を生じさせ、出力側である他方の交差指状電極１９ｂで電気信号に変換される。このような弾性表面波共振器の周波数特性は、電極の交差幅や電極対の数などの条件を変えることにより変更することができる。
【００５６】
なお、弾性表面波共振器の両側には、弾性表面波を反射する反射器２０が配置されている。
【００５７】
並列腕１７ａには、容量素子２１が共振器１８ａに対して並列に接続されて設けられ、これによって共振器１８ａの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ が他の共振器１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ と異なっている。なお、本実施の形態においては並列腕に設けられた一部の共振器の実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ が他と異なっていればよく、したがって、並列腕１７ｂ，１７ｃ，１７ｄに設けられた共振器１８ｂ，１８ｃ，１８ｄの一部も共振器１８ａの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２と同様に異ならせてもよい。また、以下に説明する場合を含め、容量素子は共振器に対して直列に接続されていてもよい。
【００５８】
ここで、実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ とは、共振器のインピーダンス特性において、インピーダンスが最大となる周波数ｆａからインピーダンスが最小となる周波数ｆｒを用いて以下の式で定義されるものである。
【００５９】
ｋｅｆｆ２ ＝（ｆａ２−ｆｒ２）／ｆｒ２×１００（％）
【００６０】
本実施の形態では、共振器１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ が５．１％であるのに対し、共振器１８ａの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ は０．９５％に設定されている。但し、数値は本実施の形態に示すものに限定されるものではなく、自由に設定することができる。
【００６１】
以上の構成を有するフィルタ装置１０において、直列腕１４の共振器１５ａ，１５ｂ，１５ｃおよび並列腕１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの共振器１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄのインピーダンス特性を図３に示す。なお、一般には、要求される挿入損失および減衰量確保のため、直列腕および並列腕に設けられた共振器の一つひとつについてインピーダンスおよび周波数を若干変化させているが、本実施の形態においては、説明の便宜上、１種類の直列腕共振器および並列腕共振器および実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を異ならせた共振器の特性を示している。
【００６２】
このような共振器１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄを用いた本実施の形態のフィルタ装置１０の通過特性を図４に示す。
【００６３】
先に述べたフィルタ装置の減衰特性を評価するための指標、つまり減衰量が−４ｄＢとなる周波数と−３５ｄＢとなる周波数との差ｄＳを図４から求めると、通過帯域低周波側が１４．８ＭＨｚである。前述した従来のフィルタ装置においては差ｄＳが１８．２ＭＨｚであったことから、減衰の急峻性が３．８ＭＨｚ改善されていることが分かる。
【００６４】
このように、実施の形態１のフィルタ装置１０によれば、並列腕１７ａに設けられた共振器１８ａの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を他の共振器１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ と異ならせているので、狭い帯域幅で急峻な減衰特性を得ることが可能になる。これにより、使用環境温度や製品個体差に拘わらず所望の特性を安定して得ることができる。
【００６５】
特に、本実施の形態に示すように、並列腕１７ａに設けられた共振器１８ａの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を異ならせることにより、通過帯域よりも低周波側において急峻な減衰特性が得られる。
【００６６】
なお、並列腕共振器における実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を異ならせる好ましい範囲は、直列腕共振器の実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ に対して、たとえば１／１０から７／１０とすることができる。直列腕共振器の実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ が各々異なる場合には、実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ の相加平均値に対して１／１０から７／１０に設定する。
【００６７】
また、実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を異ならせた並列腕共振器（本実施の形態では、共振器１８ａ）の共振周波数は、フィルタ装置１０の減衰帯域における通過帯域側端の周波数と通過帯域における減衰帯域側端の周波数との間に設定すればよく、好ましくは、他の並列腕共振器の共振周波数に設定すればよい。実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を異ならせた並列腕共振器のインピーダンスも要求特性に合わせて設定すればよい。なお、本実施の形態では、共振器１８ａは他の並列腕の共振器１８ｂ，１８ｃ，１８ｄのインピーダンスよりも大きくなるように設定されている。
【００６８】
ここで、以下に説明する実施の形態を含め、共振器にはバルク波を利用した圧電共振器を適用することができる。
【００６９】
圧電共振器の構成を図５および図６に示す。
【００７０】
図５に示す圧電共振器はダイヤフラム型圧電共振器と呼ばれるもので、たとえばＳｉＯ２ 膜（酸化膜）などの保護層２２が両面に形成されたシリコンやガラスからなる基板１１の片面に、ＡｌＮやＺｎＯなどからなる圧電膜２３を挟んで下部電極２４と上部電極２５とが積層形成されている。そして、下部電極２４と上部電極２５とが積層方向にオーバーラップした部分は、バルク波が伝搬しやすくするために、エッチング等の手法により基板１１が切り欠かれている。
【００７１】
また、図６に示す圧電共振器はＳＭＲ（Ｓｏｌｉｄｌｙ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）型圧電共振器と呼ばれるもので、シリコンやガラスからなる基板１１の片面に、音響インピーダンスが高い材料と低い材料、たとえばＳｉＯ２ 膜２６ａとＡｌＮ膜２６ｂとが交互に積層されてなる反射膜２６が形成され、反射膜２６上に、ＡｌＮやＺｎＯなどからなる圧電膜２３を挟んで下部電極２４と上部電極２５とが積層形成されている。また、圧電膜２３と上部電極２５との間にはたとえばＳｉＯ２ 膜（酸化膜）などの誘電体膜２７が形成されている。
【００７２】
このように共振器としては弾性表面波共振器や圧電共振器が適用できるが、共振器の実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を他の共振器と異ならせる手段としては、前述した容量素子を用いることの他に、次のようなことが考えられる。
【００７３】
すなわち、共振器として弾性表面波共振器を用いた場合においては、膜厚をｈ、弾性表面波の波長をλとした場合、規格化膜厚ｈ／λを他の共振器と違えることにより実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を異ならせることができる。あるいは、ある電極指の一方側からこれと隣接する他の電極指の他方端までの距離をＬ１、１つの電極指の幅をＬ２とした場合、デューティーＬ２／Ｌ１を他の共振器と違えることにより実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を異ならせることができる。
【００７４】
また、共振器として圧電共振器を用いた場合においては、圧電膜２３の表面に形成されたＳｉＯ２ 膜（図５に示す場合においては下部電極２４側の保護層２２、図６に示す場合においては誘電体膜２７）の膜厚を他の共振器と違えることにより実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を異ならせることができる。具体的には、図６に示す構造において、共振器１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄでは酸化膜である誘電体膜２７の膜厚を５０ｎｍとし、共振器１８ａについては３５０ｎｍとする。これにより、共振器１８ａの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を他の共振器１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ５／１０以下にすることができる。なお、図５に示すダイヤフラム型圧電共振器においては、上部電極２５の下に誘電体層を設けても実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を変化させることができる。
【００７５】
あるいは、図８に示すように、実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ は共振器を構成する電極２４，２５の面積と関連していることから、下部電極２４および上部電極２５の何れかまたは両方の面積を他の共振器と違えることにより実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を異ならせことができる。さらに、実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ は共振器を構成する電極２４，２５の膜厚とも関連していることから、下部電極２４および上部電極２５の何れかまたは両方の膜厚を他の共振器と違えることにより実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を異ならせことができる。
【００７６】
なお、共振器にインダクタを付加すると共振周波数が低周波側にシフトすることから、所定の共振器の実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ をインダクタにより他の共振器と異ならせることが考えられるが、インダクタには４〜６ｎＨ程度が必要となるために、インダクタを基板１１上に形成するにしても、あるいは外付けとするにしても、フィルタ装置が大型化してしまう。これに対して本願では、前述したように容量素子２１を接続したり共振器の寸法等を違えることにより共振器の実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を調整しているので、狭い帯域幅で急峻な減衰特性を有する小型のフィルタ装置１０が得られる。
【００７７】
ここで、直列腕１４に設けられた共振器１５ａ，１５ｂ，１５ｃと異なる実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を有する共振器１８ａのインピーダンスを共振器１５ａ，１５ｂ，１５ｃと同じ実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を有する共振器１８ｂ，１８ｃ，１８ｄのインピーダンスよりも低くした場合について説明する。
【００７８】
図９はこのような共振器のインピーダンス特性を示すグラフ、図１０は図９のインピーダンス特性を有するフィルタ装置の通過特性を示すグラフである。なお、図９に示すように、実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を異ならせた並列腕１７ａの共振器１８ａの共振周波数は他の並列腕１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの共振器１８ｂ，１８ｃ，１８ｄの共振周波数より高く設定されている。
【００７９】
図１０において、このような共振器を用いたフィルタ装置１０の通過特性における差ｄＳを求めると１３．６ＭＨｚとなっており、図３に示すインピーダンス特性を有するフィルタ装置１０と比較して、一層狭い帯域幅で急峻な減衰特性が得られていることが分かる。
【００８０】
（実施の形態２）
【００８１】
図１１は本発明の実施の形態２におけるフィルタ装置の構成を示す等価回路図、図１２は図１１のフィルタ装置における共振器のインピーダンス特性の一例を示すグラフ、図１３は図１２のインピーダンス特性を有するフィルタ装置の通過特性を示すグラフ、図１４は図１１のフィルタ装置における共振器のインピーダンス特性の他の一例を示すグラフ、図１５は図１４のインピーダンス特性を有するフィルタ装置の通過特性を示すグラフである。
【００８２】
図１１において、基板１１上に形成された回路要素として、入力信号電極１２と出力信号電極１３との間に直列腕（第１の配線部）１４が形成され、３つの共振器（第１の共振器）１５ａ，１５ｂ，１５ｃが直列に接続されている。そして、共振器１５ａと共振器１５ｂとの中点と接地電極１６との間、および共振器１５ｂと共振器１５ｃとの中点と接地電極１６との間に並列腕（第２の配線部）１７ａ，１７ｂが形成され、各並列腕１７ａ，１７ｂには共振器（第２の共振器）１８ａ，１８ｂがそれぞれ接続されている。そして、直列腕１４の共振器１５ａ，１５ｂ，１５ｃの共振周波数と並列腕１７ａ，１７ｂの共振器１８ａ，１８ｂの反共振周波数とがほぼ一致して通過帯域が形成されている。
【００８３】
直列腕１４には、容量素子２１ａが共振器１５ａに対して、容量素子２１ｃが共振器１５ｃに対して、それぞれ並列に接続されて設けられ、これによって共振器１５ａ，１５ｃの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ が他の共振器１５ｂ，１８ａ，１８ｂの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ と異なっている。なお、本実施の形態においては直列腕に設けられた一部の共振器の実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ が他と異なっていればよく、したがって、共振器１５ａおよび共振器１５ｃの何れか１つの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ が、あるいは共振器１５ｂの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ が、他と異なっていてもよい。
【００８４】
以上の構成を有するフィルタ装置において、直列腕の共振器および並列腕の共振器のインピーダンス特性を図１２に、このような共振器を用いた本実施の形態のフィルタ装置の通過特性を図１３に示す。
【００８５】
図１３において前述の差ｄＳを求めると、通過帯域高周波側が１３．５ＭＨｚとなり、従来のフィルタ装置に比べて減衰の急峻性が改善されていることが分かる。
【００８６】
このように、実施の形態２のフィルタ装置１０によれば、直列腕１４に設けられた共振器１５ａ，１５ｃの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を他の共振器１５ｂ，１８ａ，１８ｂの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ と異ならせているので、狭い帯域幅で急峻な減衰特性を得ることが可能になる。これにより、使用環境温度や製品個体差に拘わらず所望の特性を安定して得ることができる。
【００８７】
特に、本実施の形態に示すように、直列腕１４に設けられた共振器１５ａ，１５ｃの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を異ならせることにより、通過帯域よりも高周波側において急峻な減衰特性が得られる。
【００８８】
なお、並列腕１７ａ，１７ｂに設けられた共振器１８ａ，１８ｂと異なる実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を有する直列腕１４の共振器１５ａ，１５ｃのインピーダンスを共振器１８ａ，１８ｂと同じ実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を有する共振器１５ｂのインピーダンスよりも低くすれば、実施の形態１において共振器１８ａのインピーダンスを共振器１８ｂ，１８ｃ，１８ｄのインピーダンスよりも低くした場合と同様に、より狭い帯域幅（本実施の形態では、通過帯域よりも高周波側においてより狭い帯域幅）で急峻な減衰特性を得ることが可能になる。
【００８９】
なお、本実施の形態のフィルタ装置１０の場合、通過帯域の整合条件が乱れているために単体のフィルタ装置として適用するよりは、アンテナ共用器用のフィルタ装置に適用して整合条件を満たすようにするのがよい。
【００９０】
ここで、並列腕１７ａ，１７ｂに設けられた共振器１８ａ，１８ｂの反共振周波数ＰＡ を、これらの共振器１８ａ，１８ｂと同じ実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を有する直列腕１４の共振器１５ｂの共振周波数ＰＲ よりも高くした場合のインピーダンス特性を図１４に、このようなインピーダンス特性を有するフィルタ装置の通過特性を図１５に示す。なお、図１４においては、共振器１８ａ，１８ｂの反共振周波数は共振器１５ｂの共振周波数より１ＭＨｚ高く設定されている。
【００９１】
図１５において、このような共振器を用いたフィルタ装置１０の通過特性における差ｄＳを求めると１２．４ＭＨｚとなっており、より一層狭い帯域幅で急峻な減衰特性が得られていることが分かる。
【００９２】
以上の説明においては、直列腕共振器の一部または並列腕共振器の一部の実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ が他の共振器の実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ と異なっている場合について述べたが、全ての直列腕共振器と全ての並列腕共振器との実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ が相互に異なっていても急峻な減衰特性を得ることができる。
【００９３】
そして、以上説明したフィルタ装置は、フィルタ装置単体としても成立し得るが、相互に異なる通過帯域のフィルタ装置を複数用いて分波器を構成してもよい。
【００９４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば以下の効果を奏することができる。
【００９５】
すなわち、一部の第２の共振器は、その実効的電気機械結合係数が他の第２の共振器および第１の共振器の実効的電気機械結合係数と異なり、さらにこれらの共振器のインピーダンスよりも低くなっているので、通過帯域よりも低周波側のより狭い帯域幅で急峻な減衰特性を得ることが可能になる。
【００９６】
これにより、使用環境温度や製品個体差に拘わらず所望の特性を安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるフィルタ装置の構成を示す等価回路図である。
【図２】図１のフィルタ装置に用いられた共振器の一例である弾性表面波共振器の構成を示す説明図である。
【図３】図１のフィルタ装置における共振器のインピーダンス特性の一例を示すグラフである。
【図４】図３のインピーダンス特性を有するフィルタ装置の通過特性を示すグラフである。
【図５】図１のフィルタ装置に用いられた共振器の他の一例である圧電共振器の構造を示す断面図である。
【図６】図１のフィルタ装置に用いられた共振器のさらに他の一例である圧電共振器の構造を示す断面図である。
【図７】図２の弾性表面波共振器のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図８】圧電共振器における電極面積と実効的電気機械結合係数との関係を示すグラフである。
【図９】図１のフィルタ装置における共振器のインピーダンス特性の他の一例を示すグラフである。
【図１０】図９のインピーダンス特性を有するフィルタ装置の通過特性を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施の形態２におけるフィルタ装置の構成を示す等価回路図である。
【図１２】図１１のフィルタ装置における共振器のインピーダンス特性の一例を示すグラフである。
【図１３】図１２のインピーダンス特性を有するフィルタ装置の通過特性を示すグラフである。
【図１４】図１１のフィルタ装置における共振器のインピーダンス特性の他の一例を示すグラフである。
【図１５】図１４のインピーダンス特性を有するフィルタ装置の通過特性を示すグラフである。
【図１６】従来のラダー型フィルタの構成の一例を示す等価回路図である。
【図１７】図１６のラダー型フィルタで用いられている直列腕の共振器および並列腕の共振器のインピーダンス特性を示すグラフである。
【図１８】図１７のインピーダンス特性を有するフィルタ装置の通過特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ フィルタ装置
１１ 基板
１２ 入力信号電極
１３ 出力信号電極
１４ 直列腕
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ 共振器
１６ 接地電極
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ 並列腕
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ 共振器
１９ａ，１９ｂ 交差指状電極
２０ 反射器
２１，２１ａ，２１ｂ 容量素子
２２ 保護層
２３ 圧電膜
２４ 下部電極
２５ 上部電極
２６ 反射膜
２６ａ ＳｉＯ２ 膜
２６ｂ ＡｌＮ膜
２７ 誘電体膜
１０１ 入力信号電極
１０２ 出力信号電極
１０３ 配線部
１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ 共振器
１０５ 接地電極
１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄ 配線部
１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄ 共振器
【発明の属する技術分野】
本発明はフィルタ装置およびそれを用いた分波器に関し、特にフィルタ装置における通過帯域と阻止帯域との間におけるフィルタ特性の急峻性向上に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話機をはじめとした移動体通信端末機が急速に発展している。そして、この端末機は、持ち運びの便利さから、特に小型、軽量で省電力であることが望まれている。移動体通信端末機の小型化、軽量化および省電力化を達成するには、そこに使われるフィルタ装置も小型、軽量かつ低損失であることが必要である。さらに、高速大容量通信への要求から、フィルタ装置には広帯域の通過帯域幅を有することが求められている。
【０００３】
このような要求を満たすため、移動体通信端末機のフィルタ装置には、複数の共振器を梯子型に接続してなるフィルタ装置、つまりラダー型フィルタが多用されている。ラダー型を構成する共振器としては、弾性表面波（ＳＡＷ − Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）を用いた弾性表面波共振器やバルク波（ＢＡＷ − Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）を用いた水晶振動子等の圧電共振器などが用いられており、近年では、圧電性を有する薄膜を用いた薄膜共振器を用いたフィルタが知られている。
【０００４】
従来のラダー型フィルタの構成の一例を図１６を用いて説明する。図１６は、従来のラダー型フィルタの構成の一例を示す等価回路図である。
【０００５】
図１６において、入力信号電極１０１と出力信号電極１０２との間に直列腕としての第１の配線部１０３が形成され、３つの共振器１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃが直列に接続されている。そして、入力信号電極１０１と共振器１０４ａとの中点と接地電極１０５との間、共振器１０４ａと共振器１０４ｂとの中点と接地電極１０５との間、共振器１０４ｂと共振器１０４ｃとの中点と接地電極１０５との間および出力信号電極１０２と共振器１０４ｃとの中点と接地電極１０５との間に並列腕としての第２の配線部１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄがそれぞれ形成され、共振器１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄが接続されている。
【０００６】
このようなラダー型フィルタにおいて、通過帯域幅の広帯域化を実現するために、例えば特開平１０−９３３７５号公報には、並列腕にインダクタンス素子を設けたり、直列腕に設けられた共振器の共振周波数と並列腕に設けられた共振器の反共振周波数との間に周波数差を設ける技術が開示されている。
【０００７】
ここで、図示するラダー型フィルタで用いられている直列腕の共振器Ｓおよび並列腕の共振器Ｐのインピーダンス特性を図１７に示す。なお、一般には、要求される挿入損失および減衰量確保のため、直列腕および並列腕に設けられた共振器の一つひとつについてインピーダンスおよび周波数を若干変化させているが、ここでは説明の便宜上、１種類の直列腕共振器および並列腕共振器の特性を示している。このような共振器を用いたフィルタの通過特性の一例を図１８に示す。なお、それぞれの並列腕共振器には、所望の周波数で減衰が得られるよう、グランド面に接続する経路のインダクタ成分が適当に調整されている。
【０００８】
ここで、フィルタ装置の減衰特性を評価するため、減衰量が−４ｄＢとなる周波数と−３５ｄＢとなる周波数との差ｄＳを考える。差ｄＳは減衰特性が急峻になるほど小さくなる。図示する従来のラダー型フィルタについて通過帯域低周波側の差ｄＳを求めると１８．２ＭＨｚである。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−９３３７５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
フィルタ装置は、通過帯域における挿入損失が所定のスペックを満たすのはもちろんのこと、阻止帯域（送受信フィルタにおける相手側の通過帯域）では、スペックを満たす大きな減衰量を得なければならない。例えば、送信フィルタは通過帯域内で３．８ｄＢの挿入損失を満たし、２０ＭＨｚ高い周波数（阻止帯域）で−３７ｄＢの減衰量を得なければならない。すなわち、２０ＭＨｚの間に３３．２ｄＢの高低差をつけなければならない。
【００１１】
加えて、フィルタ装置には、温度により特性が変動するという温度依存性と製造バラツキに起因する個体差とがあるため、スペックを満たす挿入損失が得られる通過帯域幅を広げ、且つスペックを満たす減衰量が得られる阻止帯域幅を広げる必要がある。すると、通過帯域と阻止帯域とが近接することになる。
【００１２】
しかしながら、前述した従来の技術では３５ｄＢの高低差を得るために１８．２ＭＨｚの帯域幅を要している。このように、３０ｄＢ〜４０ｄＢ程度の高低差を得るには約２０ＭＨｚの帯域幅が必要になる。これでは、特に通過帯域と阻止帯域とが近接した場合に十分に急峻な減衰特性を得ることができず、使用環境温度や製品個体差による特性変動があると、所望の特性が得られなくなる。
【００１３】
そこで、本発明は、狭い帯域幅で急峻な減衰特性を得ることのできるフィルタ装置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】
上記課題を解決するため、本発明に係るフィルタ装置は、単一の基板上に形成された回路要素で構成されるフィルタ装置であって、前記回路要素は、入力信号電極と出力信号電極との間に形成された第１の配線部と、前記第１の配線部に配置され、所定の共振周波数を有する少なくとも１つの第１の共振器と、前記第１の配線部と接地電極との間に形成された複数の第２の配線部と、前記第２の配線部に配置され、前記第１の共振器の共振周波数とで通過帯域を形成する反共振周波数を有する複数の第２の共振器とを備え、一部の前記第２の共振器は、その実効的電気機械結合係数が他の前記第２の共振器および前記第１の共振器の実効的電気機械結合係数と異なるとともに、これらの共振器のインピーダンスよりも低いことを特徴とする。
【００１５】
このように、一部の第２の共振器は、その実効的電気機械結合係数が他の第２の共振器および第１の共振器の実効的電気機械結合係数と異なり、さらにこれらの共振器のインピーダンスよりも低くなっているので、通過帯域よりも低周波側のより狭い帯域幅で急峻な減衰特性を得ることが可能になる。
【００１６】
本発明の好ましい形態において、実効的電気機械結合係数が異なった一部の第２の共振器の共振周波数は、フィルタ装置の減衰帯域における通過帯域側端の周波数と通過帯域における減衰帯域側端の周波数との間に設定されている。
【００１７】
このように共振器の実効的電気機械結合係数を他の共振器と異ならせることにより、狭い帯域幅で急峻な減衰特性を得ることが可能になる。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、発明の実施の形態は、本発明が実施される特に有用な形態としてのものであり、本発明がその実施の形態に限定されるものではない。
【００４９】
（実施の形態１）
【００５０】
図１は本発明の実施の形態１におけるフィルタ装置の構成を示す等価回路図、図２は図１のフィルタ装置に用いられた共振器の一例である弾性表面波共振器の構成を示す説明図、図３は図１のフィルタ装置における共振器のインピーダンス特性の一例を示すグラフ、図４は図３のインピーダンス特性を有するフィルタ装置の通過特性を示すグラフ、図５は図１のフィルタ装置に用いられた共振器の他の一例である圧電共振器の構造を示す断面図、図６は図１のフィルタ装置に用いられた共振器のさらに他の一例である圧電共振器の構造を示す断面図、図７は図２の弾性表面波共振器のＡ−Ａ線に沿った断面図、図８は圧電共振器における電極面積と実効的電気機械結合係数との関係を示すグラフ、図９は図１のフィルタ装置における共振器のインピーダンス特性の他の一例を示すグラフ、図１０は図９のインピーダンス特性を有するフィルタ装置の通過特性を示すグラフである。
【００５１】
図１に示すフィルタ装置１０は、単一の基板１１上に所定の回路要素が構成されたものからなる。
【００５２】
図示するように、回路要素として、入力信号電極１２と出力信号電極１３との間に直列腕（第１の配線部）１４が形成され、３つの共振器（第１の共振器）１５ａ，１５ｂ，１５ｃが直列に接続されている。そして、入力信号電極１２と共振器１５ａとの中点と接地電極１６との間、共振器１５ａと共振器１５ｂとの中点と接地電極１６との間、共振器１５ｂと共振器１５ｃとの中点と接地電極１６との間および出力信号電極１３と共振器１５ｃとの中点と接地電極１６との間に並列腕（第２の配線部）１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄが形成され、各並列腕１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄには共振器（第２の共振器）１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄがそれぞれ接続されている。そして、直列腕１４の共振器１５ａ，１５ｂ，１５ｃの共振周波数と並列腕１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの共振器１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄの反共振周波数とがほぼ一致しており、これにより、入力信号電極１２に入力された所定帯域の信号が出力信号電極１３から出力される通過帯域が形成される。
【００５３】
なお、以下に説明する場合を含め、第１の共振器である直列腕共振器および第２の共振器である並列腕共振器は何れも１または複数あればよく、図示する数に限定されるものではない。
【００５４】
ここで、基板１１は、たとえばＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 や水晶などの圧電単結晶、あるいはチタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスのような圧電性セラミックスにより形成されている。但し、絶縁基板上にＺｎＯ薄膜などの圧電薄膜を形成したものを圧電基板として用いてもよい。
【００５５】
また、共振器１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄとしては、たとえば図２に示すような弾性表面波共振器からなる。図２に示すように、弾性表面波共振器は、相互に交差した一対の櫛歯状の電極指、つまり交差指状電極１９ａ，１９ｂからなる。そして、入力側である一方の交差指状電極１９ａに電圧を印加して電界をかけると、基板には圧電効果により弾性表面波が発生する。このようにして生成された弾性表面波による機械的歪みが電界を生じさせ、出力側である他方の交差指状電極１９ｂで電気信号に変換される。このような弾性表面波共振器の周波数特性は、電極の交差幅や電極対の数などの条件を変えることにより変更することができる。
【００５６】
なお、弾性表面波共振器の両側には、弾性表面波を反射する反射器２０が配置されている。
【００５７】
並列腕１７ａには、容量素子２１が共振器１８ａに対して並列に接続されて設けられ、これによって共振器１８ａの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ が他の共振器１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ と異なっている。なお、本実施の形態においては並列腕に設けられた一部の共振器の実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ が他と異なっていればよく、したがって、並列腕１７ｂ，１７ｃ，１７ｄに設けられた共振器１８ｂ，１８ｃ，１８ｄの一部も共振器１８ａの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２と同様に異ならせてもよい。また、以下に説明する場合を含め、容量素子は共振器に対して直列に接続されていてもよい。
【００５８】
ここで、実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ とは、共振器のインピーダンス特性において、インピーダンスが最大となる周波数ｆａからインピーダンスが最小となる周波数ｆｒを用いて以下の式で定義されるものである。
【００５９】
ｋｅｆｆ２ ＝（ｆａ２−ｆｒ２）／ｆｒ２×１００（％）
【００６０】
本実施の形態では、共振器１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ が５．１％であるのに対し、共振器１８ａの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ は０．９５％に設定されている。但し、数値は本実施の形態に示すものに限定されるものではなく、自由に設定することができる。
【００６１】
以上の構成を有するフィルタ装置１０において、直列腕１４の共振器１５ａ，１５ｂ，１５ｃおよび並列腕１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの共振器１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄのインピーダンス特性を図３に示す。なお、一般には、要求される挿入損失および減衰量確保のため、直列腕および並列腕に設けられた共振器の一つひとつについてインピーダンスおよび周波数を若干変化させているが、本実施の形態においては、説明の便宜上、１種類の直列腕共振器および並列腕共振器および実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を異ならせた共振器の特性を示している。
【００６２】
このような共振器１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄを用いた本実施の形態のフィルタ装置１０の通過特性を図４に示す。
【００６３】
先に述べたフィルタ装置の減衰特性を評価するための指標、つまり減衰量が−４ｄＢとなる周波数と−３５ｄＢとなる周波数との差ｄＳを図４から求めると、通過帯域低周波側が１４．８ＭＨｚである。前述した従来のフィルタ装置においては差ｄＳが１８．２ＭＨｚであったことから、減衰の急峻性が３．８ＭＨｚ改善されていることが分かる。
【００６４】
このように、実施の形態１のフィルタ装置１０によれば、並列腕１７ａに設けられた共振器１８ａの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を他の共振器１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ と異ならせているので、狭い帯域幅で急峻な減衰特性を得ることが可能になる。これにより、使用環境温度や製品個体差に拘わらず所望の特性を安定して得ることができる。
【００６５】
特に、本実施の形態に示すように、並列腕１７ａに設けられた共振器１８ａの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を異ならせることにより、通過帯域よりも低周波側において急峻な減衰特性が得られる。
【００６６】
なお、並列腕共振器における実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を異ならせる好ましい範囲は、直列腕共振器の実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ に対して、たとえば１／１０から７／１０とすることができる。直列腕共振器の実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ が各々異なる場合には、実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ の相加平均値に対して１／１０から７／１０に設定する。
【００６７】
また、実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を異ならせた並列腕共振器（本実施の形態では、共振器１８ａ）の共振周波数は、フィルタ装置１０の減衰帯域における通過帯域側端の周波数と通過帯域における減衰帯域側端の周波数との間に設定すればよく、好ましくは、他の並列腕共振器の共振周波数に設定すればよい。実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を異ならせた並列腕共振器のインピーダンスも要求特性に合わせて設定すればよい。なお、本実施の形態では、共振器１８ａは他の並列腕の共振器１８ｂ，１８ｃ，１８ｄのインピーダンスよりも大きくなるように設定されている。
【００６８】
ここで、以下に説明する実施の形態を含め、共振器にはバルク波を利用した圧電共振器を適用することができる。
【００６９】
圧電共振器の構成を図５および図６に示す。
【００７０】
図５に示す圧電共振器はダイヤフラム型圧電共振器と呼ばれるもので、たとえばＳｉＯ２ 膜（酸化膜）などの保護層２２が両面に形成されたシリコンやガラスからなる基板１１の片面に、ＡｌＮやＺｎＯなどからなる圧電膜２３を挟んで下部電極２４と上部電極２５とが積層形成されている。そして、下部電極２４と上部電極２５とが積層方向にオーバーラップした部分は、バルク波が伝搬しやすくするために、エッチング等の手法により基板１１が切り欠かれている。
【００７１】
また、図６に示す圧電共振器はＳＭＲ（Ｓｏｌｉｄｌｙ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）型圧電共振器と呼ばれるもので、シリコンやガラスからなる基板１１の片面に、音響インピーダンスが高い材料と低い材料、たとえばＳｉＯ２ 膜２６ａとＡｌＮ膜２６ｂとが交互に積層されてなる反射膜２６が形成され、反射膜２６上に、ＡｌＮやＺｎＯなどからなる圧電膜２３を挟んで下部電極２４と上部電極２５とが積層形成されている。また、圧電膜２３と上部電極２５との間にはたとえばＳｉＯ２ 膜（酸化膜）などの誘電体膜２７が形成されている。
【００７２】
このように共振器としては弾性表面波共振器や圧電共振器が適用できるが、共振器の実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を他の共振器と異ならせる手段としては、前述した容量素子を用いることの他に、次のようなことが考えられる。
【００７３】
すなわち、共振器として弾性表面波共振器を用いた場合においては、膜厚をｈ、弾性表面波の波長をλとした場合、規格化膜厚ｈ／λを他の共振器と違えることにより実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を異ならせることができる。あるいは、ある電極指の一方側からこれと隣接する他の電極指の他方端までの距離をＬ１、１つの電極指の幅をＬ２とした場合、デューティーＬ２／Ｌ１を他の共振器と違えることにより実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を異ならせることができる。
【００７４】
また、共振器として圧電共振器を用いた場合においては、圧電膜２３の表面に形成されたＳｉＯ２ 膜（図５に示す場合においては下部電極２４側の保護層２２、図６に示す場合においては誘電体膜２７）の膜厚を他の共振器と違えることにより実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を異ならせることができる。具体的には、図６に示す構造において、共振器１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄでは酸化膜である誘電体膜２７の膜厚を５０ｎｍとし、共振器１８ａについては３５０ｎｍとする。これにより、共振器１８ａの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を他の共振器１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ５／１０以下にすることができる。なお、図５に示すダイヤフラム型圧電共振器においては、上部電極２５の下に誘電体層を設けても実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を変化させることができる。
【００７５】
あるいは、図８に示すように、実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ は共振器を構成する電極２４，２５の面積と関連していることから、下部電極２４および上部電極２５の何れかまたは両方の面積を他の共振器と違えることにより実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を異ならせことができる。さらに、実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ は共振器を構成する電極２４，２５の膜厚とも関連していることから、下部電極２４および上部電極２５の何れかまたは両方の膜厚を他の共振器と違えることにより実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を異ならせことができる。
【００７６】
なお、共振器にインダクタを付加すると共振周波数が低周波側にシフトすることから、所定の共振器の実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ をインダクタにより他の共振器と異ならせることが考えられるが、インダクタには４〜６ｎＨ程度が必要となるために、インダクタを基板１１上に形成するにしても、あるいは外付けとするにしても、フィルタ装置が大型化してしまう。これに対して本願では、前述したように容量素子２１を接続したり共振器の寸法等を違えることにより共振器の実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を調整しているので、狭い帯域幅で急峻な減衰特性を有する小型のフィルタ装置１０が得られる。
【００７７】
ここで、直列腕１４に設けられた共振器１５ａ，１５ｂ，１５ｃと異なる実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を有する共振器１８ａのインピーダンスを共振器１５ａ，１５ｂ，１５ｃと同じ実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を有する共振器１８ｂ，１８ｃ，１８ｄのインピーダンスよりも低くした場合について説明する。
【００７８】
図９はこのような共振器のインピーダンス特性を示すグラフ、図１０は図９のインピーダンス特性を有するフィルタ装置の通過特性を示すグラフである。なお、図９に示すように、実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を異ならせた並列腕１７ａの共振器１８ａの共振周波数は他の並列腕１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの共振器１８ｂ，１８ｃ，１８ｄの共振周波数より高く設定されている。
【００７９】
図１０において、このような共振器を用いたフィルタ装置１０の通過特性における差ｄＳを求めると１３．６ＭＨｚとなっており、図３に示すインピーダンス特性を有するフィルタ装置１０と比較して、一層狭い帯域幅で急峻な減衰特性が得られていることが分かる。
【００８０】
（実施の形態２）
【００８１】
図１１は本発明の実施の形態２におけるフィルタ装置の構成を示す等価回路図、図１２は図１１のフィルタ装置における共振器のインピーダンス特性の一例を示すグラフ、図１３は図１２のインピーダンス特性を有するフィルタ装置の通過特性を示すグラフ、図１４は図１１のフィルタ装置における共振器のインピーダンス特性の他の一例を示すグラフ、図１５は図１４のインピーダンス特性を有するフィルタ装置の通過特性を示すグラフである。
【００８２】
図１１において、基板１１上に形成された回路要素として、入力信号電極１２と出力信号電極１３との間に直列腕（第１の配線部）１４が形成され、３つの共振器（第１の共振器）１５ａ，１５ｂ，１５ｃが直列に接続されている。そして、共振器１５ａと共振器１５ｂとの中点と接地電極１６との間、および共振器１５ｂと共振器１５ｃとの中点と接地電極１６との間に並列腕（第２の配線部）１７ａ，１７ｂが形成され、各並列腕１７ａ，１７ｂには共振器（第２の共振器）１８ａ，１８ｂがそれぞれ接続されている。そして、直列腕１４の共振器１５ａ，１５ｂ，１５ｃの共振周波数と並列腕１７ａ，１７ｂの共振器１８ａ，１８ｂの反共振周波数とがほぼ一致して通過帯域が形成されている。
【００８３】
直列腕１４には、容量素子２１ａが共振器１５ａに対して、容量素子２１ｃが共振器１５ｃに対して、それぞれ並列に接続されて設けられ、これによって共振器１５ａ，１５ｃの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ が他の共振器１５ｂ，１８ａ，１８ｂの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ と異なっている。なお、本実施の形態においては直列腕に設けられた一部の共振器の実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ が他と異なっていればよく、したがって、共振器１５ａおよび共振器１５ｃの何れか１つの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ が、あるいは共振器１５ｂの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ が、他と異なっていてもよい。
【００８４】
以上の構成を有するフィルタ装置において、直列腕の共振器および並列腕の共振器のインピーダンス特性を図１２に、このような共振器を用いた本実施の形態のフィルタ装置の通過特性を図１３に示す。
【００８５】
図１３において前述の差ｄＳを求めると、通過帯域高周波側が１３．５ＭＨｚとなり、従来のフィルタ装置に比べて減衰の急峻性が改善されていることが分かる。
【００８６】
このように、実施の形態２のフィルタ装置１０によれば、直列腕１４に設けられた共振器１５ａ，１５ｃの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を他の共振器１５ｂ，１８ａ，１８ｂの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ と異ならせているので、狭い帯域幅で急峻な減衰特性を得ることが可能になる。これにより、使用環境温度や製品個体差に拘わらず所望の特性を安定して得ることができる。
【００８７】
特に、本実施の形態に示すように、直列腕１４に設けられた共振器１５ａ，１５ｃの実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を異ならせることにより、通過帯域よりも高周波側において急峻な減衰特性が得られる。
【００８８】
なお、並列腕１７ａ，１７ｂに設けられた共振器１８ａ，１８ｂと異なる実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を有する直列腕１４の共振器１５ａ，１５ｃのインピーダンスを共振器１８ａ，１８ｂと同じ実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を有する共振器１５ｂのインピーダンスよりも低くすれば、実施の形態１において共振器１８ａのインピーダンスを共振器１８ｂ，１８ｃ，１８ｄのインピーダンスよりも低くした場合と同様に、より狭い帯域幅（本実施の形態では、通過帯域よりも高周波側においてより狭い帯域幅）で急峻な減衰特性を得ることが可能になる。
【００８９】
なお、本実施の形態のフィルタ装置１０の場合、通過帯域の整合条件が乱れているために単体のフィルタ装置として適用するよりは、アンテナ共用器用のフィルタ装置に適用して整合条件を満たすようにするのがよい。
【００９０】
ここで、並列腕１７ａ，１７ｂに設けられた共振器１８ａ，１８ｂの反共振周波数ＰＡ を、これらの共振器１８ａ，１８ｂと同じ実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ を有する直列腕１４の共振器１５ｂの共振周波数ＰＲ よりも高くした場合のインピーダンス特性を図１４に、このようなインピーダンス特性を有するフィルタ装置の通過特性を図１５に示す。なお、図１４においては、共振器１８ａ，１８ｂの反共振周波数は共振器１５ｂの共振周波数より１ＭＨｚ高く設定されている。
【００９１】
図１５において、このような共振器を用いたフィルタ装置１０の通過特性における差ｄＳを求めると１２．４ＭＨｚとなっており、より一層狭い帯域幅で急峻な減衰特性が得られていることが分かる。
【００９２】
以上の説明においては、直列腕共振器の一部または並列腕共振器の一部の実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ が他の共振器の実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ と異なっている場合について述べたが、全ての直列腕共振器と全ての並列腕共振器との実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２ が相互に異なっていても急峻な減衰特性を得ることができる。
【００９３】
そして、以上説明したフィルタ装置は、フィルタ装置単体としても成立し得るが、相互に異なる通過帯域のフィルタ装置を複数用いて分波器を構成してもよい。
【００９４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば以下の効果を奏することができる。
【００９５】
すなわち、一部の第２の共振器は、その実効的電気機械結合係数が他の第２の共振器および第１の共振器の実効的電気機械結合係数と異なり、さらにこれらの共振器のインピーダンスよりも低くなっているので、通過帯域よりも低周波側のより狭い帯域幅で急峻な減衰特性を得ることが可能になる。
【００９６】
これにより、使用環境温度や製品個体差に拘わらず所望の特性を安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるフィルタ装置の構成を示す等価回路図である。
【図２】図１のフィルタ装置に用いられた共振器の一例である弾性表面波共振器の構成を示す説明図である。
【図３】図１のフィルタ装置における共振器のインピーダンス特性の一例を示すグラフである。
【図４】図３のインピーダンス特性を有するフィルタ装置の通過特性を示すグラフである。
【図５】図１のフィルタ装置に用いられた共振器の他の一例である圧電共振器の構造を示す断面図である。
【図６】図１のフィルタ装置に用いられた共振器のさらに他の一例である圧電共振器の構造を示す断面図である。
【図７】図２の弾性表面波共振器のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図８】圧電共振器における電極面積と実効的電気機械結合係数との関係を示すグラフである。
【図９】図１のフィルタ装置における共振器のインピーダンス特性の他の一例を示すグラフである。
【図１０】図９のインピーダンス特性を有するフィルタ装置の通過特性を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施の形態２におけるフィルタ装置の構成を示す等価回路図である。
【図１２】図１１のフィルタ装置における共振器のインピーダンス特性の一例を示すグラフである。
【図１３】図１２のインピーダンス特性を有するフィルタ装置の通過特性を示すグラフである。
【図１４】図１１のフィルタ装置における共振器のインピーダンス特性の他の一例を示すグラフである。
【図１５】図１４のインピーダンス特性を有するフィルタ装置の通過特性を示すグラフである。
【図１６】従来のラダー型フィルタの構成の一例を示す等価回路図である。
【図１７】図１６のラダー型フィルタで用いられている直列腕の共振器および並列腕の共振器のインピーダンス特性を示すグラフである。
【図１８】図１７のインピーダンス特性を有するフィルタ装置の通過特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ フィルタ装置
１１ 基板
１２ 入力信号電極
１３ 出力信号電極
１４ 直列腕
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ 共振器
１６ 接地電極
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ 並列腕
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ 共振器
１９ａ，１９ｂ 交差指状電極
２０ 反射器
２１，２１ａ，２１ｂ 容量素子
２２ 保護層
２３ 圧電膜
２４ 下部電極
２５ 上部電極
２６ 反射膜
２６ａ ＳｉＯ２ 膜
２６ｂ ＡｌＮ膜
２７ 誘電体膜
１０１ 入力信号電極
１０２ 出力信号電極
１０３ 配線部
１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ 共振器
１０５ 接地電極
１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄ 配線部
１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄ 共振器
Claims (2)
- 単一の基板上に形成された回路要素で構成されるフィルタ装置であって、
前記回路要素は、
入力信号電極と出力信号電極との間に形成された第１の配線部と、
前記第１の配線部に配置され、所定の共振周波数を有する少なくとも１つの第１の共振器と、
前記第１の配線部と接地電極との間に形成された複数の第２の配線部と、
前記第２の配線部に配置され、前記第１の共振器の共振周波数とで通過帯域を形成する反共振周波数を有する複数の第２の共振器とを備え、
一部の前記第２の共振器は、その実効的電気機械結合係数が他の前記第２の共振器および前記第１の共振器の実効的電気機械結合係数と異なるとともに、これらの共振器のインピーダンスよりも低いことを特徴とするフィルタ装置。 - 実効的電気機械結合係数が異なった一部の前記第２の共振器の共振周波数は、フィルタ装置の減衰帯域における通過帯域側端の周波数と通過帯域における減衰帯域側端の周波数との間に設定されていることを特徴とする請求項１記載のフィルタ装置。
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