JP3890667B2 - 縦結合二重モードｓａｗフィルタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は縦結合二重モードＳＡＷフィルタに関し、特に入出力インピーダンスを互いに異ならせた縦結合二重モードＳＡＷフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
多重モードＳＡＷフィルタは小型であり、大きな阻止域減衰量が確保できるため小型無線機等に適している。多重モードＳＡＷフィルタ中で縦結合二重モードＳＡＷフィルタ（以下、ＤＭＳフィルタと称す）は広帯域フィルタが実現できるので、携帯電話等のＲＦフィルタとして広く利用されている。
図９は従来の１次３次ＤＭＳフィルタの電極パターンを模式的に示す図であって、圧電基板１１の主面上にＩＤＴが励起する、あるいは受信する表面波の伝搬方向に沿って３つのＩＤＴ１２、１３、１４を近接配置し、それらの両側に反射器１５ａ、１５ｂを配置したものである。 ＩＤＴ１２、１３、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、ＩＤＴ１２、１３、１４を構成する一方のくし型電極はアース電位端子に接続され、他方のくし形電極は入力または出力端子に電気的に接続されている。
【０００３】
上記のように構成された１次３次ＤＭＳフィルタの動作を説明すると、ＩＤＴ１２、１３、１４によって励起される表面波が反射器間１５ａ、１５ｂに閉じ込められ、前記ＩＤＴ１２、１３、１４の間で音響結合が生ずる結果、１次及び３次モードの振動モードが強勢に励振され、これらのモードを利用した１次３次ＤＭＳフィルタとして動作する。
【０００４】
図９に電極パターンの模式図を示すように従来の１次３次ＤＭＳフィルタの入出力インピーダンスは共に等しく設定されていた。例えば従来、周辺部品やユニットの入出力インピーダンスとの関係から最も使い易い５０Ω系に設計されていた。ところが、最近携帯電話機等のＲＦ段に用いる増幅器の進歩により、従来の５０Ω系ＲＦフィルタに対する要望も変化し、例えば、アンテナ側に接続する入力インピーダンスは５０Ωとし、増幅器側に接続する出力インピーダンスを、１００Ω〜３０００Ωとするようにインピーダンスが非対称であり、且つ、入出力の一方を平衡型としたＲＦフィルタの要望が多くなってきた。これはフィルタの入出力を平衡型とすれば、たとえ外部よりノイズが入ってきたとしても、フィルタの後段に差動アンプを配置し容易にノイズを除去できるＩＣ回路が開発されたためである。
【０００５】
ＳＡＷフィルタにおいて入出力インピーダンスを互いに異ならせる方法としては従来、ＩＤＴの電極指対数を異なるよう構成することが考えられる。例えば、上述した図９に示す１次３次ＤＭＳフィルタにおいて、入出力インピーダンスを異なったものとするためには入出力インピーダンスが等しい状態のＩＤＴ１２〜１４の対数から、入力のＩＤＴ１２の電極指対数あるいは出力のＩＤＴ１３、１４の電極指対数を変えることにより実現可能していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のように単に前記ＩＤＴの対数を変えるだけでインピーダンスを所望値にする方法では、ＩＤＴ１２、１３、１４上に励起される１次及び３次モードの変位分布が変動し、その結果前記フィルタの等価インダクタンス、帯域幅等も変化して、元のフィルタの濾波特性と異なり所望の濾波特性が得られなくなる。この傾向は入出力インピーダンスの差が大きい程顕著な問題となっていた。更に、このように１次３次ＤＭＳフィルタの入出力インピーダンスに関しては設計の自由度が極めて低く必ずしも希望するフィルタ特性を維持しつつ所望のインピーダンスを実現し得るものではなかった。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、最近の携帯電話等に要求される入出力インピーダンスの大幅に異なる１次３次ＤＭＳフィルタ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縦結合二重モードフィルタの請求項１記載の発明は、圧電基板の主面上に表面波の伝搬方向に沿って３つのＩＤＴとその両側に反射器を配置する縦結合二重モードＳＡＷフィルタにおいて、入出力インピーダンスを等しくしたときの３つのＩＤＴの電極指の総数を変化させずに、入力ＩＤＴの所要数の電極対を切り離すと共に、該切り離された電極対を出力側の一方のバスバーに接続することにより、入力ＩＤＴにおける１次モード及び３次モードの電荷量と出力のＩＤＴにおける１次モード及び３次モードの電荷量とを異ならせたことを特徴とする縦結合二重モードＳＡＷフィルタである。請求項２記載の発明は、圧電基板の主面上に表面波の伝搬方向に沿って３つのＩＤＴとその両側に反射器を配置する縦結合二重モードＳＡＷフィルタにおいて、入出力インピーダンスを等しくしたときの３つのＩＤＴの電極指の総数を変化させずに、出力ＩＤＴの所要数の電極対を切り離すと共に、該切り離された電極対を入力側の一方のバスバーに接続することにより、入力ＩＤＴにおける１次モード及び３次モードの電荷量と出力のＩＤＴにおける１次モード及び３次モードの電荷量とを異ならせたことを特徴とする縦結合二重モードＳＡＷフィルタである。請求項３記載の発明は、前記切り離された電極対の電極指を、その配列周期を維持したままグレーティングとして用いたことを特徴とするものである。
【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１次３次ＤＭＳフィルタの電極パターンの一実施例を模式的に示した図であって、圧電基板１の主面上に表面波の伝搬方向に沿って３つのＩＤＴ２、３、４を配置しその両側に反射器５ａ、５ｂを配置すると共に前記中央（入力）のＩＤＴ２の電極指対数とその外側の２つのＩＤＴ３、４（出力）の電極指対数を周知の手法を用いて、１次３次ＤＭＳフィルタの入出力インピーダンスがほぼ等しくなるようにそれぞれ適切に設定する。なお、ＩＤＴ２、３、４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、ＩＤＴ２、３、４を構成する一方のくし型電極はアース電位端子に接続され、他方のくし形電極は入力または出力端子に電気的に接続されている。
本発明に係る１次３次ＤＭＳフィルタは、上記のように周知の手法を用いてＩＤＴ２、３、４の電極対数を適切に設定し、入出力インピーダンスを等しくした３つのＩＤＴ２、３、４の電極指の総数を変化させずに、インピーダンスを変動させる側のＩＤＴ、例えば入力側（ＩＤＴ２）の電極対数を減じ、減じられた電極指をインピーダンス変化のない出力側のＩＤＴ３、４のバスバーに接続することにある。図１は、入力側のＩＤＴ２のインピーダンスを高くする場合を説明す図であって、出力側の２つのＩＤＴ３、４の対数を変化させずに、入力のＩＤＴ２の電極指対数を減じ、切り離された電極指を前の位置を変えずに出力ＩＤＴ３、４のアース側のバスバーにそれぞれ接続し、入力ＩＤＴ２のインピーダンスを高くしたフィルタである。このように構成すれば、ＩＤＴ２、３、４の電極指の周期と入力ＩＤＴ２より切り離されて、ＩＤＴ３、４のアース側バスバーにそれぞれ接続された電極指の周期とは同周期となる。
【０００９】
上記のように構成した１次３次ＤＭＳフィルタは、ＩＤＴ２、３、４で励起された表面波の振動エネルギーが反射器５ａ、５ｂ間に閉じ込められると共に、ＩＤＴ２、３、４間で音響結合を生じ、その結果強勢に励起される１次及び３次の縦振動モードにて動作する１次３次ＤＭＳフィルタとして機能する。
【００１０】
上述したようにＩＤＴ２、３、４を構成した場合、入力インピーダンスと出力インピーダンスが互いに異なったものとなる動作原理について説明する。上記のような所謂二重モードフィルタのインピーダンスは該フィルタの帯域幅とその電気的等価インダクタンスの積に比例し、更に、周知のように、振動デバイスの電気的等価インダクタンスは振動変位により発生する電荷を電極により集めた電荷量に反比例する。従って、１次３次ＤＭＳフィルタの等価インダクタンスは、１次及び３次共振モードで発生する電荷をＩＤＴの電極指で集める電荷量によって決まる。
また、１次３次ＤＭＳフィルタの帯域幅は周知のように１次及び３次の縦共振モード共振周波数の差に比例する。
【００１１】
本発明に係る特徴の１つは、ＩＤＴ２、３、４と反射器５ａ、５ｂによって決まる１次及び３次の共振モードをＩＤＴ２、３、４の電極指の総数を変えずに、入力ＩＤＴ２の電極指対数を所定のインピーダンスに合わせるべく制御する点である。即ち、入力インピーダンスと出力インピーダンスを互いに異ならせるには、１次及び３次の共振モードを電極対数を変化させる前の変位分布の状態を維持しながら、入力のＩＤＴ２でピックアップする１次モード及び３次モードの電荷量とＩＤＴ３、４でピックアップする１次モード及び３次モードの電荷量とを異ならせればよい。
例えば、入力側（ＩＤＴ２）のインピーダンスを大きくする場合、ＩＤＴ２の電極指対数を減少させることにより集められる電荷量を減少させればよく、その結果等価インダクタンスが大きくなるため、入力側（ＩＤＴ２）から見たインピーダンスを大きくすることができる。一方、出力側のＩＤＴ３、４の電極指対数は何ら変化していないため前記ＩＤＴ３、４の電極指で集められる電荷の量は変わらず、出力側（ＩＤＴ３、４）から見たインピーダンスは不変である。このように電極指総数を変えずに、インピーダンスを変化させる側のＩＤＴの電極指の対数を変えることにより、フィルタの特性は元の状態に保持したまま、入出力インピーダンスを任意に制御することが可能となる。
図２は中央のＩＤＴ２より切り離した電極指をＩＤＴ３、４の出力側のバスバーに接続した例であり、図１と同様の効果がある。
また、図３は中央のＩＤＴ２より切り離した電極指をグレーティングとして元の電極指の位置に配置した例であり、図１と同様の効果がある。
【００１２】
図４は本発明に係る他の１次３次ＤＭＳフィルタの実施例である。周知のように、１次３次ＤＭＳフィルタの中央のＩＤＴと両側のＩＤＴ、即ち入出力ＩＤＴの隣接する電極指の中心間間隙を連続的周期からずらす（オフセットを施すという）と１次共振モードと３次共振モードの周波数差が変化し、前記中心間隔を連続的周期の１／２とした場合が最大の周波数間隔が得られる。
この種の１次３次ＤＭＳフィルタに本発明を適用して入出力インピーダンスを互いに異ならせた実施例が図４である。この実施例は電極指総数、オフセットを施した位置、オフセット量を維持することにより、他の特性に変化を与えることなく、入力インピーダンスを高くした例である。
図５は中央のＩＤＴ２より切り離した電極指をそれぞれ１つおきに接続して構成した例であり、図４と同様な効果を発揮する。
【００１３】
図６は本発明に係る他の１次３次ＤＭＳフィルタの実施例で、ＩＤＴ２、３、４の総電極指数を維持すると共にＩＤＴ３、４の電極対数を維持したまま中央のＩＤＴ２より切り離した電極指をＩＤＴ３、４側のバスバーに接続し、且つＩＤＴ２、３、４をのいずれのバスバーも接地せず、平衡型１次３次ＤＭＳフィルタを構成した実施例である。１次３次ＤＭＳフィルタを平衡型とすることにより、前述したようにノイズが入ってきたとしても後段の差動アンプにより前記ノイズを容易に除去することができる。
【００１４】
図７は本発明に係る入出力インピーダンスを異にした１次３次ＤＭＳフィルタＡ（例えば、２００Ω対５０Ω）と従来の入出力インピーダンスの等しい１次３次ＤＭＳフィルタＢ（例えば、５０Ω）を縦続接続したフィルタである。このように２段縦続１次３次ＤＭＳフィルタを構成すると、前記フィルタＡ、Ｂ間でインピーダンスの整合を取りながら入出力インピーダンスを異ならせることができる。また、図７に示すように前記フィルタＡの中央ＩＤＴ２のバスバーをアースから浮かすことにより入力側を平衡型フィルタとすることが可能であり、ノイズが除去できることは上述した通りである。
【００１５】
図８は、図７に示した本発明に係る２段縦続１次３次ＤＭＳフィルタの１例についてフィルタ特性を示したものであって、圧電基板に６４゜ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ₃を用い、中央ＩＤＴ２は１０．５対、ＩＤＴ３、４は１１．５対、中央ＩＤＴ２より切り離した電極指はそれぞれ６本、反射器は各２３７本である。電極膜厚は波長λの約４％、中心周波数は９４７．５ＭＨｚ、帯域幅は４０ＭｈＺで、入力インピーダンス２００Ω平衡型、出力インピーダンス５０Ω不平衡型である。
【００１６】
上記例では圧電基板にＬｉＮｂＯ₃を用いた例を説明したが、圧電基板はこれのみに限定する必要はなく、他の圧電物質、例えば水晶、ＬｉＴａＯ３、四硼酸リチウム、ランガサイト等であってもよいことは言うまでもない。
また、上記例では、説明を分かり易くするため入力インピーダンスを高くする場合について説明したが、出力側を高くする場合も同様であり、無線装置のアンテナ側は５０Ωあるため、入力側のインピーダンス５０Ω、出力側のインピーダンスを１５０〜３００Ωとしたフィルタの方がより実用的で使い易い。
【００１７】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように１次３次縦結合二重モードフィルタにおいて、ＩＤＴ２、３、４の総電極指数とＩＤＴ３、４の対数を維持したまま、所望のインピーダンスに合わせるべく中央のＩＤＴ２を両端から対称に切り離し、余った電極指をＩＤＴ３、４のバスバーに接続するか、あるいはもとの位置に配置することにより入出力インピーダンスを所望のインピーダンスに容易に整合できるため、後段の増幅部の設計の自由度が大幅に増し、携帯電話等のＲＦ部の特性改善に大きく貢献できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る１次３次ＤＭＳフィルタの実施の一形態例の電極パターンを示す図で、切り離した中央の電極指をアースバスバーに接続したものである。
【図２】本発明に係る他の１次３次ＤＭＳフィルタを示す電極パターンを示す図、で切り離した中央ＩＤＴの電極指を入力側バスバーに接続したものである。
【図３】本発明に係る他の１次３次ＤＭＳフィルタを示す電極パターンを示す図で、切り離した中央ＩＤＴの電極指をグレーティングとしたものである。
【図４】中央のＩＤＴの両端の電極指をλ／２として帯域幅を最大にした１次３次ＤＭＳフィルタに本発明を適用した例である。
【図５】本発明に係る他の１次３次ＤＭＳフィルタを示す電極パターンを示す図で、切り離した中央ＩＤＴの電極指を１つ置きに接続したものである。
【図６】平衡型１次３次ＤＭＳフィルタに本発明を適用した電極パターンを示す図である。
【図７】本発明と通常の１次３次ＤＭＳフィルタとの２段縦続フィルタの電極パターンを示す図である。
【図８】本発明を用いた２段縦続フィルタの濾波特性を示す図である。
【図９】従来の１次３次ＤＭＳフィルタの電極パターンを示す図である。
【符号の説明】
１・・圧電基板
２、３、４・・ＩＤＴ
５ａ、５ｂ・・反射器

Claims (3)

1. 圧電基板の主面上に表面波の伝搬方向に沿って３つのＩＤＴとその両側に反射器を配置する縦結合二重モードＳＡＷフィルタにおいて、入出力インピーダンスを等しくしたときの３つのＩＤＴの電極指の総数を変化させずに、入力ＩＤＴの所要数の電極対を切り離すと共に、該切り離された電極対の電極指を出力側の一方のバスバーに接続することにより、入力ＩＤＴにおける１次モード及び３次モードの電荷量と出力のＩＤＴにおける１次モード及び３次モードの電荷量とを異ならせたことを特徴とする縦結合二重モードＳＡＷフィルタ。
2. 圧電基板の主面上に表面波の伝搬方向に沿って３つのＩＤＴとその両側に反射器を配置する縦結合二重モードＳＡＷフィルタにおいて、入出力インピーダンスを等しくしたときの３つのＩＤＴの電極指の総数を変化させずに、出力ＩＤＴの所要数の電極対を切り離すと共に、該切り離された電極対の電極指を入力側の一方のバスバーに接続することにより、入力ＩＤＴにおける１次モード及び３次モードの電荷量と出力のＩＤＴにおける１次モード及び３次モードの電荷量とを異ならせたことを特徴とする縦結合二重モードＳＡＷフィルタ。
3. 前記切り離された電極対の電極指を、その配列周期を維持したままグレーティングとして用いたことを特徴とする請求項１又は２記載の縦結合二重モードＳＡＷフィルタ。

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