JP3901879B2 - 弾性表面波フィルタ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、弾性表面波フィルタに関し、特に、櫛形形状の電極指からなる入力電極及び出力電極を有する弾性表面波フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、携帯電話等の通信機器の小型化に伴い、それに使用する電子部品の小型化が強く要求されている。特に、弾性表面波を利用したフィルタは、急峻な周波数特性及び機器の小型化の点で有利であるため、携帯電話等に盛んに利用されている。
弾性表面波フィルタは、電気信号を入力して弾性表面波を励振する入力電極と、励振された弾性表面波を受けて電気信号を取り出す出力電極とから構成され、入力電極及び出力電極とも細長い電極指が櫛形に組合せられた櫛形電極が用いられる。
【０００３】
携帯電話等の通信端末では、ＩＦフィルタとして、水晶基板等を用いた弾性表面波フィルタが用いられている。弾性表面波フィルタに使用する圧電基板の材料と要求される仕様と設計手法により、フィルタのサイズが決定される。
最も基本的な弾性表面波フィルタの構成は、弾性表面波を励振する入力電極と、それを受信する出力電極が１組ある１入力１出力構成である。弾性表面波を励振・受信する櫛形電極は一定の周期λを持つが、圧電基板の弾性表面波の速度をｖ、設計する所望のフィルタの中心周波数をｆ0にすると、ｖ＝ｆ0×λの関係がある。すなわち、速度と中心周波数が設定されると、櫛形電極の周期λが一義的に決定され、フィルタのサイズもその周期により決定される。
【０００４】
また、フィルタの仕様設計条件の一つとして、通過帯域幅があるが、これは、基板の電気機械結合係数と櫛形電極の電極指の対数に密接に関係する。電気機械結合係数は基板によって決定できるが、その値が大きいほど、広帯域のフィルタが実現できる。また、同じ基板の場合、対数を多くすると、狭帯域のフィルタが実現できる。
一般に、フィルタの設計仕様を決めるとき、通過帯域幅と帯域外抑圧度が問題となる。フィルタ仕様の例をあげると、通過帯域幅として、「最小挿入損失から△△ｄＢ落ちたところで、○○ＭＨｚ」、帯域外抑圧度として、「□□ｄＢ落ちたところで、帯域幅が××ＭＨｚ以下」と定義されることが多い（図１５参照）。特に、通過帯域幅（○○ＭＨｚ）が広く、抑圧度の帯域幅（××ＭＨｚ）が狭いほど、角型比の良いフィルタ特性と言う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、携帯電話等の移動通信端末の小型化が進み、フィルタの小型化への要求がますます高まっている。
ＩＦ（Intermediate Frequency）フィルタは、中心周波数ｆ0 が低いため、周期λが比較的大きく、フィルタの基本構成要素である櫛形電極のサイズが大きくなる。したがって、ＩＦフィルタ自体のサイズも大きくなってしまう。特に、ＩＦフィルタが狭帯域フィルタの場合は、多くの電極の対数が必要となり、フィルタサイズが大きくなる。
【０００６】
図１２に櫛形電極の交叉する長さ（開口長）が一定である正規電極を組み合わせたフィルタ構成を示し、図１３にそのフィルタの周波数特性のグラフの例を示す。図１２では、入力電極及び出力電極とも１つの正規型の櫛形電極から構成されている。
ここでは、圧電基板にＳＴカット水晶基板を用いている。この圧電基板は温度変化による周波数変化が少ないので、ＩＦフィルタに最もよく用いられる。
櫛形電極の膜厚を３００ｎｍとした場合の弾性表面波の速度ｖは、３１５８．８５５７ｍ／ｓである。このとき、中心周波数ｆ0を２１０．３８ＭＨｚとすると、櫛形電極の周期λは１５．０１５μｍとなる。
【０００７】
入力電極を１００対、出力電極を１００対とした弾性表面波フィルタでは、一つの電極の長さは、１００対×１５．０１５μｍ＝１５０１．５μｍとなる。このときの５ｄＢダウンの帯域幅（相対減衰量で５ｄＢ下がった通過帯域幅）は１．７２５ＭＨｚ、２０ｄＢダウンの帯域幅は３．１１９ＭＨｚであった。これから、通過帯域幅は１．６ＭＨｚ以上、抑圧すべき帯域幅は２０ｄＢダウンの位置で３．１５ＭＨｚ以下、とおおよその仕様を決めることができる。
【０００８】
しかし、従来の図１２に示したような入出力電極ともただ一つの櫛形電極からなるものでは、通過帯域幅や帯域外抑圧度をこの数値を維持したままで、対数を減少させることは困難であった。
【０００９】
図１６に、入力電極を１００対とし、出力電極の対数を変化させたときの帯域幅の変化のグラフを示す。図１６（ｂ）は、従来の図１２に対応するものである。
図１６（ａ）において、出力電極の対数を少なくすると、５ｄＢダウンの帯域幅及び２０ｄＢダウンの帯域幅のどちらも大きくなる。すなわち、前記した仕様（５ｄＢダウンの帯域幅：１．６ＭＨｚ以上、２０ｄＢダウンの帯域幅：３．１５ＭＨｚ以下）を満たすためには、出力電極の対数を９８対以上とする必要があり、櫛形電極のサイズをこれ以上小さくすることは困難である。
【００１０】
また、図１４に入力電極、出力電極の両方の対数を１００対から８４対に減らし、櫛形電極のサイズを小さくした場合のフィルタの周波数特性を示す。図１４では、通過帯域幅は２．０５５ＭＨｚであって仕様を満足するが、２０ｄＢダウンの帯域幅は３．９９ＭＨｚと広くなり、帯域外抑圧度の仕様を満足しないことになる。すなわち、従来の図１２のフィルタの構成において、櫛形電極のサイズを小さくすると要求される仕様が満たせなくなる。
【００１１】
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、所定のフィルタ仕様を満足しつつ、より小型の弾性表面波フィルタを提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明は、圧電基板と、圧電基板上に形成され弾性表面波を励振する入力電極部と、圧電基板上に形成され前記弾性表面波を受信する出力電極部とを備え、前記入力電極部と出力電極部とが、前記励振された弾性表面波を送受する位置関係に配置され、前記入力電極部及び出力電極部のうち少なくとも一つが、励振された弾性表面波の波長以上の間隔をあけて弾性表面波の伝搬方向に平行な方向に配置された２つの櫛形電極からなり、前記２つの櫛形電極の間隔が、前記２つの櫛形電極で励振される弾性表面波が同位相となるように設定され、かつ前記２つの櫛形電極の間に、グレーティング構造の金属膜または一様な金属膜が形成されたことを特徴とする弾性表面波フィルタを提供するものである。
これによれば、弾性表面波フィルタの幅を従来に比べて小さくすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明において、圧電基板としては温度係数の小さなＳＴカット水晶基板の他、四ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）やランガサイト（ＬＧＳ）等を用いることができる。入力電極部及び出力電極部は、Ａｌ等の金属の薄膜を圧電基板上に蒸着等の製造方法により形成して作成される。
この発明の弾性表面波フィルタでは、外部から電気信号を入力して弾性表面波を励起する入力電極部は少なくとも一つ備えることが必要であるが、２つ以上備えてもよい。また、弾性表面波を受信して外部へ電気信号を出力する出力電極部も少なくとも一つ備える必要があるが、２つ以上備えてもよい。さらに、外部に対して電気信号の入出力をするものではない櫛形形状の電極を備えてもよい。
入力電極部、出力電極部は上下方向から延伸した複数の電極指が交互に配置されたいわゆる櫛形電極により構成されるが、特にこれはインターディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）と呼ばれる。
【００１４】
また、２つの櫛形電極から構成される入力電極部あるいは出力電極部において、２つの櫛形電極の間に、表面波を送受信する電極となるべきものが存在しない。その２つの櫛形電極どうしの間の空間は、圧電基板が露出した自由表面又はグレーティング、一様な金属となる。
【００１５】
この自由表面の幅、すなわち２つの櫛形電極の間の距離（Ｌ）は、入力電極部で励振される弾性表面波の波長（λ）によって決定づけられる。特に、その距離（Ｌ）は、弾性表面波の伝搬のために少なくとも励振される弾性表面波の波長（λ）の長さ以上で、２つの櫛形電極で送信（受信）される表面波が同位相になるようにあればよく、上限は特に定めはない。
【００１６】
この発明において、低損失等が要求されるフィルタ特性を得る観点からは、一方の櫛形電極により励振される弾性表面波と他方の櫛形電極により励振される弾性表面波とが同位相となるように、前記２つの櫛形電極間の距離を設定する。
【００１７】
したがって、前記入力電極部が２つの櫛形電極からなる場合には、その２つの櫛形電極の間隔を、２つの櫛形電極で励振される弾性表面波が同位相となるように設定すればよい。
また、前記出力電極部が２つの櫛形電極からなる場合に、その２つの櫛形電極の間隔を、２つの櫛形電極で受信される弾性表面波が同位相となるように設定すればよい。
【００１８】
さらに、前記入力電極部及び出力電極部とがどちらも２つの櫛形電極からなる場合に、２つの櫛形電極の間隔を、入力電極部及び出力電極部のそれぞれについて２つの櫛形電極で励振及び受信される弾性表面波が同位相となるように設定すればよい。
【００１９】
また、２つの櫛形電極の間は、圧電基板が露出した自由表面とする他、グレーティング構造の金属膜あるいは一様な金属膜を形成してもよい。この金属膜は、Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ等を用いることができる。グレーティングでは、弾性表面波の反射が起きないように櫛形電極と周期をずらす必要がある。そのグレーティングの周期は、一般的には櫛形電極の周期λよりも小さい周期にし、グレーティング構造の金属膜を形成する場合には、λ／２よりも小さくする。
さらに、この発明において結合器を用いる場合には、結合器は、導波路方向性結合器あるいはマルチストリップカプラを用いることができ、結合器及び反射器とも、Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ等の金属膜で形成できる。
【００２０】
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。
図１に、この発明の弾性表面波フィルタの第１実施例の構成図を示す。図２に、図１の弾性表面波フィルタの周波数特性のグラフを示す。
【００２１】
図１において、この弾性表面波フィルタは、圧電基板１上に形成された２つの入力電極２，３、１つの出力電極５、及び導波路４とから構成される。図１では、導波路４として、グレーティング形状の導波路を用いた場合を示している。圧電基板１には、ＳＴカット水晶を用いる。入力電極２，３、出力電極５，導波路４とも、金属の薄膜で形成され、金属の薄膜の材料としては、たとえばＡｌ合金などが用いられる。
【００２２】
入力電極２，３の櫛形電極の対数を３２対、出力電極５の櫛形電極の対数を１００対とする。入力電極部は、２つの入力電極２及び３と、これらの電極間に形成される導波路４とから構成される。この第１実施例では、この入力電極２と３との間隔（Ｌ）は２０λとする。このように、入力電極の対数及び間隔（Ｌ）を定めれば、両入力電極２，３で励振される弾性表面波はほぼ同位相とすることができる。なお、２つの入力電極の対数は必ず同数とする必要はなく、弾性表面波フィルタとして要求される特性が満たされる限り、異なる対数であってもよい。
【００２３】
導波路４は、弾性表面波の伝搬方向（紙面の左右方向）に垂直な方向に長い電極指を、弾性表面波の伝搬方向に平行に一定間隔で並べたグレーティング構造とする。このグレーティング構造の周期は、櫛形電極の周期λの１／２以下とするが、たとえば（λ／２）×（１／１．３）＝５．７７５μｍとする。
【００２４】
また、図１では、入力電極２及び３によって励振される弾性表面波の伝搬方向は、紙面の左右方向であり、入力電極２，３と出力電極５とは、この伝搬方向に平行な方向に並んで配置される。
【００２５】
すなわち、図１において、入力電極２及び３によって励振された弾性表面波は、これらの入力電極の左方向及び右方向へ伝搬していくが、入力電極２から右方向に進行した弾性表面波は導波路４を通過して、入力電極３に入射する。さらに、入力電極３で励振された弾性表面波と共にその右方向に進行した弾性表面波は、そのすぐ右隣りの出力電極５に入射することになる。
【００２６】
なお、図における符号１０から１３は、入力電極１，２に電気信号を与える入力端子（いわゆるバスバー）であり、符号１４，１５は、出力電極５から電気信号を取り出す出力端子（いわゆるバスバー）である。
電極膜厚、中心周波数、電極周期は、前記した図１３と同じ値で、電極膜厚３００ｎｍ、中心周波数ｆ0を２１０．３８ＭＨｚ、櫛形電極の周期λを、１５．０１５μｍとする。
このときの入力電極部の紙面の左右方向の幅のサイズは、（３２＋２０＋３２）×１５．０１５＝１２６１．２６μｍ（＝８４λ）となる。
【００２７】
図２によれば、抑圧度−５ｄＢの帯域幅、すなわち減衰量が−５ｄＢとなるところの帯域幅（ａ）は１．７５５ＭＨｚで、抑圧度−２０ｄＢの帯域幅、すなわち、減衰量が−２０ｄＢとなるところの帯域幅（ｂ）は３．１２７ＭＨｚとなり、図１３の特性とほぼ同等の数値を示し、要求仕様を満足する。この第１実施例の弾性表面波フィルタの紙面の左右方向の入力及び出力電極の幅を合計したサイズは、図１２と比べて、１６λ（＝１６×１５．０１５＝２４０．２４μｍ）だけ小さくすることができた。すなわち、弾性表面波フィルタの幅を従来よりも１６λ／（２００λ）×１００＝８０％程度、小型化できる。
【００２８】
また、図１では、２つの入力電極間に導波路４を設けたが、図６に示すように、導波路４を取り除き、この部分を自由表面８としてもよい。このとき、自由表面８の紙面に左右方向の幅（Ｌ）も２０λとする。この場合にも、図１と同様に、入力電極部の紙面の左右方向の幅のサイズを小さくすることができ、図２に示したのと同様な周波数特性が得られる。
【００２９】
図１７に、この発明の他の実施例であり、入力電極を１００対とし、出力電極が２つの櫛形電極からなり、その間に自由表面を形成した場合において、自由表面の紙面の左右方向の幅を２λとし、かつ２つの出力電極の対数を変化させたときの帯域幅の変化のグラフを示す。
【００３０】
図１７（ｂ）によれば、２つの出力電極の対数をどちらも４９対以上とすると、出力電極全体としての紙面の左右方向の幅は１００λ（＝４９＋２＋４９）以上となり、図１２に示す従来のフィルタ以上のサイズとなるので、出力電極の対数を４９対以上にするのは、小型化に反することになる。
【００３１】
また、図１７（ａ）によれば、前記した仕様（５ｄＢダウンの帯域幅：１．６ＭＨｚ以上，２０ｄＢダウンの帯域幅：３．１５ＭＨｚ以下）を満たすためには、各出力電極の対数を４７対以上とする必要がある。すなわち、この場合は、出力電極全体では、４７＋２＋４７＝９６対となって小型化の効果は少ない。
【００３２】
図１８に、この発明の他の実施例であり、入力電極を１００対とし、出力電極が２つの櫛形電極からなり、その間に自由表面を形成した場合において、２つの出力電極の対数を３２対とし、かつ自由表面の紙面の左右方向の幅を変化させたときの帯域幅の変化のグラフを示す。
【００３３】
図１８（ｂ）によれば、自由表面の紙面の左右方向の幅を３６λ以上とすると、出力電極全体の紙面の左右方向の幅が１００λ（＝３２＋３６＋３２）以上となり、図１２に示す従来のフィルタ以上のサイズとなるので、自由表面の紙面の左右方向の幅を３６λ以上にするのは、小型化に反することになる。
【００３４】
また、図１８（ａ）によれば、前記した仕様（５ｄＢダウンの帯域幅：１．６ＭＨｚ以上，２０ｄＢダウンの帯域幅：３．１５ＭＨｚ以下）を満たすためには、自由表面の紙面の左右方向の幅を２０λ以上３０λ以下とすればよい。したがって、フィルタサイズの小型化の観点からは、図６等に示したように、自由表面の左右方向の幅は少なくとも２０λとすればよい。
【００３５】
なお、フィルタの設計仕様は前記したものに限定されるものではないので、設計仕様に基づいて、自由表面の紙面の左右方向の幅，入力電極及び出力電極の対数の最適値が決められる。
【００３６】
次に、励振された弾性表面波の時間応答特性について説明する。
図１９（ａ），（ｂ）に入力電極が１対で出力電極が１００対の場合の弾性表面波フィルタの時間応答特性及び構成図を示す。時間応答特性は、信号レベルが最大となる値を０ｄＢとした。
図１９（ａ）において、時間０〜０．６μｓ程度の部分が主応答であり、最も弾性表面波として寄与するものである。
【００３７】
また、図２０（ａ），（ｂ）に、入力電極が１００対で、出力電極が１００対の場合の弾性表面波の時間応答特性及び構成図を示す。この場合の主応答は、時間が０〜１μｓ程度までとなっている。図２０（ａ）の時間応答特性は、図１９（ａ）の時間応答特性を電極１００対分、時間的に少しずつずらして重ね合わせたものに等しい。この場合、たとえば、−２０ｄＢの信号レベルにおいて、図１９に示した入力電極が１対の場合と比べると、応答時間幅が約０．８６７μｓと長い。
ところで、図２０（ｂ）と図１２とは、同じ構造の従来の弾性表面波フィルタであり、図２０（ａ）に示した時間応答特性は、図１３の周波数特性に対応するものである。
【００３８】
図２１に、この発明の一実施例の弾性表面波フィルタにおける時間応答特性を示す。また、図２２にこの図２１の３つの時間応答特性のそれぞれの弾性表面波フィルタの構成図を示す。
図２２（ａ）は、２つの入力電極（３２対）と自由表面（２０λ）、及び１００対の出力電極とからなり、これに対する時間応答特性は図２１の実線で示されている。ここで、この実線の主応答の−２０ｄＢでの応答時間幅は約０．８５７μｓとなっている。
【００３９】
図２２（ｂ）は、左側が５２λ分の自由表面と３２対の入力電極、及び１００対の出力電極とからなり、これに対する時間応答特性は図２１の太い破線で示されている。図２２（ｂ）の場合は、主応答は時間０〜０．６μｓ程度の部分に表われており、−２０ｄＢでの応答時間幅は図２２（ａ）に比べて狭い。
【００４０】
図２２（ｃ）は、右側が５２λ分の自由表面と３２対の入力電極、及び１００対の出力電極とからなり、これに対する時間応答特性は図２１の細い破線で示されている。図２２（ｃ）の場合は、主応答は０．２５〜１μｓ程度の部分に表われており、−２０ｄＢでの応答時間幅は図２２（ａ）に比べて狭い。
また、それぞれの主応答部分の信号レベルを考えてみると、図２２（ａ）に対応する主応答は、図２２（ｂ）に対応する主応答（太い破線）と、図２２（ｃ）に対応する主応答（細い破線）とを合成したものに等しく、図２２（ａ）の応答時間幅は、図２０に示した従来の入出力電極が共に１００対の応答時間幅（約０．８μｓ）にほぼ等しい。
【００４１】
図２３に、３つの弾性表面波フィルタの時間応答特性の比較図を示す。
ここで実線は、図２２（ａ）に示したこの発明の弾性表面波フィルタの時間応答特性であり、図２１に示した実線と同じものである。
また、太い破線は図２０（ａ）に示した従来の入出力電極がどちらも１００対の弾性表面波フィルタの時間応答特性であり、細い破線は従来の入力電極が８４対、出力電極が１００対の弾性表面波フィルタの時間応答特性である。
ここで、主応答についての−２０ｄＢの信号レベルに注目すると、この発明の弾性表面波フィルタの時間応答幅と入出力電極がどちらも１００対の弾性表面波フィルタの時間応答幅はどちらも約０．８５〜０．８７μｓ程度でほぼ等しいが、入力電極が８４対の弾性表面波フィルタの時間応答幅は、約０．８０１μｓであり、他の２つのフィルタに比べて狭い。
【００４２】
言いかえると、この発明の弾性表面波フィルタ（図２２（ａ））と入出力電極がどちらも１００対の弾性表面波フィルタとは、ほぼ同等の周波数特性を示し、フィルタとして要求される仕様（角型比）を満たす。しかし、従来の入力電極が８４対の弾性表面波フィルタは、これらに比べて時間応答幅が狭いので、周波数特性で見ると抑圧度の帯域幅が広く、したがって角型比が悪く、要求される仕様を満たさない場合がある。
【００４３】
以上の説明により、従来の構成で単に入力電極の対数を１００対から８４対に減らした場合、フィルタとして要求される仕様を満たさない場合があるが、この発明の図２２（ａ）のような構成を採用し、入力電極部分の幅を電極８４対相当分（３２対＋２０λ＋３２λ）の幅に減らしても、入出力電極がどちらも１００対のときに満たしていたフィルタとして要求される仕様を満たすことができる。すなわち、要求される仕様に対して、この発明の構成を採用すれば、弾性表面波フィルタの幅を従来よりも小さくできることがわかる。
【００４４】
図３に、この発明の弾性表面波フィルタの第２実施例の構成図を示す。図４に、図３の弾性表面波フィルタの周波数特性のグラフを示す。
図１の第１実施例では、入力電極部のみが一定間隔だけ離れた２つの入力電極２，３から構成された実施例を示したが、ここでは、入力電極部及び出力電極部のどちらも、２つの櫛形電極からなる実施例を示す。
【００４５】
すなわち、図３において、この弾性表面波フィルタは、圧電基板１上に形成された２つの入力電極２，３、２つの出力電極５，６、グレーティング形状の導波路４，７とから構成される。また、入力電極部は、２つの入力電極２及び３と、これらの電極間に形成される導波路４とから構成され、出力電極部は、２つの出力電極５及び６と、これらの電極間に形成される導波路７とから構成される。
圧電基板、入力電極、出力電極及び導波路を形成する金属の薄膜の材料は、第１実施例と同様のものを用いる。
【００４６】
第２実施例において、入力電極２，３の櫛形電極の対数を３２対、出力電極５，６の櫛形電極の対数を３２対とする。また、入力電極２と３との間隔（Ｌ１）及び出力電極５と６との間隔（Ｌ２）は、どちらも２０λとする。導波路４，７は、どちらもグレーティングの周期を（λ／２）×（１／１．３）＝５．７７５μｍとしたグレーティング構造とする。さらに、入力電極２，３、出力電極５，６及び導波路４，７は、入力電極２，３によって励振された弾性表面波の伝搬方向に平行な方向に並んで配置される。なお、図３における符号１０から１７は、電気信号を入出力するバスバーである。
【００４７】
電極膜厚、中心周波数、電極周期は第１実施例と同じ数値とした（電極膜厚：３００ｎｍ、中心周波数ｆ0：２１０．３８ＭＨｚ、櫛形電極の周期λ：１５．０１５μｍ）。
このときの入力電極部及び出力電極部の紙面の左右方向の幅のサイズは、どちらも（３２＋２０＋３２）×１５．０１５＝１２６１．２６μｍ（＝８４λ）である。
【００４８】
図４によれば、抑圧度−５ｄＢの帯域幅（ａ）は１．７８５ＭＨｚで、抑圧度−２０ｄＢの帯域幅（ｂ）は３．３３ＭＨｚとなり、図１３の特性とほぼ同等の数値を示し、要求仕様を満足する。この第２実施例の弾性表面波フィルタの紙面の左右方向の入力及び出力電極の幅のサイズは、３２λ（＝３２×１５．０１５＝４８０．４８μｍ）だけ小さくすることができた。
また、第２実施例では、２つの入力電極間、及び２つの出力電極間のどちらにも導波路を形成した構成を示したが、どちらか一方の電極間にのみ導波路を形成するようにしてもよく、さらにこれらの導波路を設けずに、入力電極間及び出力電極間を単なる自由表面としてもよい。
【００４９】
図７は、この発明において、入力電極間及び出力電極間に自由表面８，９を設けた弾性表面波フィルタの構成図である。ここで自由表面８，９の紙面の左右方向の幅（Ｌ１，Ｌ２）は２０λとし、入力電極及び出力電極とも図３に示したものと同一寸法，同一材料とする。この場合にも、図３に同様に弾性表面波フィルタ全体の紙面の左右方向の幅のサイズを小さくでき、図１３に示したのと同様の周波数特性が得られる。
【００５０】
また、第２実施例の図４と、第２実施例と同じ紙面の左右方向の幅を持つ入力電極及び出力電極からなる従来の弾性表面波フィルタの周波数特性図（図１４）とを比較すると、第２実施例の方が、同じ幅であっても、帯域幅の狭いフィルタ、すなわち狭帯域特性を持つ弾性表面波フィルタを実現できることがわかる。
【００５１】
図８は、図３に示した構成から、出力電極間に設けた導波路を取り除き、２つの出力電極間を自由表面９とした場合の弾性表面波フィルタの構成図である。ここで、この自由表面９の紙面の左右方向の幅Ｌ２は２０λとする。この場合にも、図３と同様に、弾性表面波フィルタの紙面の左右方向の幅のサイズを小さくでき、図４に示したのと同様の周波数特性が得られる。
【００５２】
また、図１、図３では、入力電極（あるいは出力電極）が２つの櫛形電極から構成されていたが、図５に示すように、バスバーで２つの電極を接続してもよい。
図５は、図３に対して、２つの入力電極２と３とをバスバー２１及び２２で接続し、２つの出力電極５と６とをバスバー２３及び２４で接続した弾性表面波フィルタの構成図を示している。
図５によれば、バスバーを除く櫛形電極の部分は、図３と同様の構成を有しているので、弾性表面波フィルタ全体の入力及び出力電極の幅のサイズ（１６８λ）は、図１２と比べて３２λだけ小さくすることができ、図４に示したのとほぼ同等の周波数特性を持つ。
【００５３】
また、入力電極と出力電極は、図１、図３のように、弾性表面波の伝搬方向に沿った位置関係にある必要もなく、反射器等を通して、弾性表面波を入力電極から出力電極へ伝搬できる位置関係にあればよい。
図９、図１０に、この発明において、方向性結合器及び反射器を備えた弾性表面波フィルタの構成図を示す。
図９は、入力電極２，３間及び出力電極５，６間のどちらも自由表面とした場合を示しており、図１０は、入力電極２，３間及び出力電極５，６間のどちらにも導波路（４，７）を設けた場合を示している。
【００５４】
方向性結合器３１は入力電極２，３で励振された弾性表面波を下方の出力電極５，６を含む伝搬路の方へ移行させるためのものであり、図に示すような方向性結合器３１の他、マルチマトリップカプラを用いることもできる。反射器３２，３３は、弾性表面波の伝搬方向を反転させるためのものである。
入力電極２，３によって励振される弾性表面波の伝搬方向は、紙面の左右方向であるが、入力電極と出力電極との位置関係は、この弾性表面波の伝搬方向と９０°異なる紙面の上下方向である。
【００５５】
図９、図１０いずれの場合も、入力電極３の右方向に進行した弾性表面波は方向性結合器３１を通り、反射器３２，３３に入射される。反射器３２，３３に入射した弾性表面波は、ここで１８０°反転され、反射器３２，３３の左方向へ進行し、再び方向性結合器３１を通り、出力電極６に入射することにより、入力電極２，３から出力電極５，６へ伝搬される。
図９では、図７に対して入力電極と出力電極の相対的な配置は異なるが、図７に示したのと同じ構成の入力電極及び出力電極を用いる。図１０では、図３に対して入力電極と出力電極の相対的な配置は異なるが、図３に示したのと同じ構成の入力電極及び出力電極を用いる。
【００５６】
図１１に、図９及び図１０と同様に、方向性結合器３１及び反射器３２，３３を備えた構成であるが、入力電極及び出力電極として、図１２に示した従来用いられていた正規電極を用いたタイプの弾性表面波フィルタの構成図を示す。
図９及び図１０に示したこの発明の弾性表面波フィルタは、いずれも入力電極及び出力電極の弾性表面波の伝搬方向の幅のサイズを、図１１に示したものと比較して、１６λだけ小さくすることができ、周波数特性もほぼ同等の特性が得られる。
【００５７】
また、図９及び図１０の場合においては、方向性結合器３１と反射器３２，３３の紙面の左右方向の幅のサイズを合計したものが、出力電極の紙面の左右方向の幅のサイズ（８４λ）よりも小さくすることができる場合には、弾性表面波フィルタ全体の紙面の左右方向の幅のサイズを、図３等に示した弾性表面波フィルタよりも小さくすることができる。
なお、入力電極部または出力電極部が２つの櫛形電極から構成される場合の、その２つの櫛形電極の間の間隔（Ｌ）として２０λとする実施例を示したがこれに限定するものではない。
【００５８】
【発明の効果】
この発明によれば、従来と同等の帯域幅及び抑圧度を維持したままで、従来よりも弾性表面波の伝搬方向の弾性表面波フィルタの幅を小さくすることができる。また、弾性表面波の伝搬方向の弾性表面波フィルタの幅を従来と同一として構成した場合には、従来よりも狭帯域の周波数特性を持つ弾性表面波フィルタを実現できる。
【００５９】
通常、圧電基板上から外へ出る方向に伝搬された弾性表面波は、フィルタとしては寄与せず、基板端部で反射する。この反射は、フィルタの周波数特性を劣化させる。弾性表面波フィルタを１つのチップにパッケージングする場合、このフィルタとして寄与しない弾性表面波が基板端部で反射するのを防止するために、吸音材を基板周辺に形成する必要がある。そこで、この発明のようなサイズの小さい弾性表面波フィルタを用いれば、吸音材を形成する余裕ができるので、特性劣化原因を削減することが可能である。すなわち、フィルタサイズの小型化により、より多くの吸音材を形成するスペースが確保でき、フィルタの周波数特性をより改善できる。
【００６０】
また、弾性表面波フィルタのチップを搭載するパッケージサイズには、いくつかの規格化されたサイズが存在するが、弾性表面波フィルタのサイズの小型化によって、より小さな規格化されたパッケージサイズに適合させることが容易となり、製造の自動化の促進と共に、製造コストを下げることも可能となる。さらに、弾性表面波フィルタのサイズを小型化することにより、この発明のフィルタを利用する各種情報機器の構造及び大きさについても好ましい影響を及ぼすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の弾性表面波フィルタの第１実施例の構成図である。
【図２】第１実施例の弾性表面波フィルタの周波数特性のグラフである。
【図３】この発明の弾性表面波フィルタの第２実施例の構成図である。
【図４】第２実施例の弾性表面波フィルタの周波数特性のグラフである。
【図５】２つの入力電極をバスバーで接続し、２つの出力電極をバスバーで接続した場合の弾性表面波フィルタの構成図である。
【図６】この発明において、２つの入力電極間に自由表面を設けた場合の弾性表面波フィルタの構成図である。
【図７】この発明において、入力電極間及び出力電極間にそれぞれ自由表面を設けた場合の弾性表面波フィルタの構成図である。
【図８】この発明において、２つの入力電極間に導波路を設け、２つの出力電極間を自由表面とした場合の弾性表面波フィルタの構成図である。
【図９】この発明において、方向性結合器及び反射器を備えた場合の弾性表面波フィルタの構成図である。
【図１０】この発明において、方向性結合器及び反射器を備えた場合の弾性表面波フィルタの構成図である。
【図１１】従来の正規電極を組み合わせた弾性表面波フィルタの構成図である。
【図１２】正規電極を組み合わせた従来の弾性表面波フィルタの構成図である。
【図１３】図１２に示した従来の弾性表面波フィルタの周波数特性のグラフの例である。
【図１４】入力電極、出力電極の両方の対数を８４対とした場合の従来の弾性表面波フィルタの周波数特性のグラフである。
【図１５】弾性表面波フィルタの仕様の決め方についての説明図である。
【図１６】従来において、入力電極を１００対とし、出力電極の対数を変化させたときの帯域幅の変化のグラフである。
【図１７】この発明の一実施例において、２つの出力電極の対数を変化させたときの帯域幅の変化のグラフである。
【図１８】この発明の一実施例において、出力電極の自由表面の紙面の左右方向の幅を変化させたときの帯域幅の変化のグラフである。
【図１９】入力電極が１対で出力電極が１００対の場合の弾性表面波フィルタの時間応答特性である。
【図２０】入力電極が１００対で出力電極が１００対の場合の弾性表面波フィルタの時間応答特性である。
【図２１】この発明の一実施例の弾性表面波フィルタにおける時間応答特性である。
【図２２】図２１の３つの時間応答特性のそれぞれの弾性表面フィルタの構成である。
【図２３】３つの弾性表面波フィルタの時間応答特性の比較図である。
【符号の説明】
１ 圧電基板
２ 入力電極
３ 入力電極
４ 導波路
５ 出力電極
６ 出力電極
７ 導波路
８ 自由表面
９ 自由表面
１０ バスバー
１１ バスバー
１２ バスバー
１３ バスバー
１４ バスバー
１５ バスバー
１６ バスバー
２１ バスバー
２２ バスバー
２３ バスバー
２４ バスバー
３１ 方向性結合器
３２ 反射器
３３ 反射器
【発明の属する技術分野】
この発明は、弾性表面波フィルタに関し、特に、櫛形形状の電極指からなる入力電極及び出力電極を有する弾性表面波フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、携帯電話等の通信機器の小型化に伴い、それに使用する電子部品の小型化が強く要求されている。特に、弾性表面波を利用したフィルタは、急峻な周波数特性及び機器の小型化の点で有利であるため、携帯電話等に盛んに利用されている。
弾性表面波フィルタは、電気信号を入力して弾性表面波を励振する入力電極と、励振された弾性表面波を受けて電気信号を取り出す出力電極とから構成され、入力電極及び出力電極とも細長い電極指が櫛形に組合せられた櫛形電極が用いられる。
【０００３】
携帯電話等の通信端末では、ＩＦフィルタとして、水晶基板等を用いた弾性表面波フィルタが用いられている。弾性表面波フィルタに使用する圧電基板の材料と要求される仕様と設計手法により、フィルタのサイズが決定される。
最も基本的な弾性表面波フィルタの構成は、弾性表面波を励振する入力電極と、それを受信する出力電極が１組ある１入力１出力構成である。弾性表面波を励振・受信する櫛形電極は一定の周期λを持つが、圧電基板の弾性表面波の速度をｖ、設計する所望のフィルタの中心周波数をｆ0にすると、ｖ＝ｆ0×λの関係がある。すなわち、速度と中心周波数が設定されると、櫛形電極の周期λが一義的に決定され、フィルタのサイズもその周期により決定される。
【０００４】
また、フィルタの仕様設計条件の一つとして、通過帯域幅があるが、これは、基板の電気機械結合係数と櫛形電極の電極指の対数に密接に関係する。電気機械結合係数は基板によって決定できるが、その値が大きいほど、広帯域のフィルタが実現できる。また、同じ基板の場合、対数を多くすると、狭帯域のフィルタが実現できる。
一般に、フィルタの設計仕様を決めるとき、通過帯域幅と帯域外抑圧度が問題となる。フィルタ仕様の例をあげると、通過帯域幅として、「最小挿入損失から△△ｄＢ落ちたところで、○○ＭＨｚ」、帯域外抑圧度として、「□□ｄＢ落ちたところで、帯域幅が××ＭＨｚ以下」と定義されることが多い（図１５参照）。特に、通過帯域幅（○○ＭＨｚ）が広く、抑圧度の帯域幅（××ＭＨｚ）が狭いほど、角型比の良いフィルタ特性と言う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、携帯電話等の移動通信端末の小型化が進み、フィルタの小型化への要求がますます高まっている。
ＩＦ（Intermediate Frequency）フィルタは、中心周波数ｆ0 が低いため、周期λが比較的大きく、フィルタの基本構成要素である櫛形電極のサイズが大きくなる。したがって、ＩＦフィルタ自体のサイズも大きくなってしまう。特に、ＩＦフィルタが狭帯域フィルタの場合は、多くの電極の対数が必要となり、フィルタサイズが大きくなる。
【０００６】
図１２に櫛形電極の交叉する長さ（開口長）が一定である正規電極を組み合わせたフィルタ構成を示し、図１３にそのフィルタの周波数特性のグラフの例を示す。図１２では、入力電極及び出力電極とも１つの正規型の櫛形電極から構成されている。
ここでは、圧電基板にＳＴカット水晶基板を用いている。この圧電基板は温度変化による周波数変化が少ないので、ＩＦフィルタに最もよく用いられる。
櫛形電極の膜厚を３００ｎｍとした場合の弾性表面波の速度ｖは、３１５８．８５５７ｍ／ｓである。このとき、中心周波数ｆ0を２１０．３８ＭＨｚとすると、櫛形電極の周期λは１５．０１５μｍとなる。
【０００７】
入力電極を１００対、出力電極を１００対とした弾性表面波フィルタでは、一つの電極の長さは、１００対×１５．０１５μｍ＝１５０１．５μｍとなる。このときの５ｄＢダウンの帯域幅（相対減衰量で５ｄＢ下がった通過帯域幅）は１．７２５ＭＨｚ、２０ｄＢダウンの帯域幅は３．１１９ＭＨｚであった。これから、通過帯域幅は１．６ＭＨｚ以上、抑圧すべき帯域幅は２０ｄＢダウンの位置で３．１５ＭＨｚ以下、とおおよその仕様を決めることができる。
【０００８】
しかし、従来の図１２に示したような入出力電極ともただ一つの櫛形電極からなるものでは、通過帯域幅や帯域外抑圧度をこの数値を維持したままで、対数を減少させることは困難であった。
【０００９】
図１６に、入力電極を１００対とし、出力電極の対数を変化させたときの帯域幅の変化のグラフを示す。図１６（ｂ）は、従来の図１２に対応するものである。
図１６（ａ）において、出力電極の対数を少なくすると、５ｄＢダウンの帯域幅及び２０ｄＢダウンの帯域幅のどちらも大きくなる。すなわち、前記した仕様（５ｄＢダウンの帯域幅：１．６ＭＨｚ以上、２０ｄＢダウンの帯域幅：３．１５ＭＨｚ以下）を満たすためには、出力電極の対数を９８対以上とする必要があり、櫛形電極のサイズをこれ以上小さくすることは困難である。
【００１０】
また、図１４に入力電極、出力電極の両方の対数を１００対から８４対に減らし、櫛形電極のサイズを小さくした場合のフィルタの周波数特性を示す。図１４では、通過帯域幅は２．０５５ＭＨｚであって仕様を満足するが、２０ｄＢダウンの帯域幅は３．９９ＭＨｚと広くなり、帯域外抑圧度の仕様を満足しないことになる。すなわち、従来の図１２のフィルタの構成において、櫛形電極のサイズを小さくすると要求される仕様が満たせなくなる。
【００１１】
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、所定のフィルタ仕様を満足しつつ、より小型の弾性表面波フィルタを提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明は、圧電基板と、圧電基板上に形成され弾性表面波を励振する入力電極部と、圧電基板上に形成され前記弾性表面波を受信する出力電極部とを備え、前記入力電極部と出力電極部とが、前記励振された弾性表面波を送受する位置関係に配置され、前記入力電極部及び出力電極部のうち少なくとも一つが、励振された弾性表面波の波長以上の間隔をあけて弾性表面波の伝搬方向に平行な方向に配置された２つの櫛形電極からなり、前記２つの櫛形電極の間隔が、前記２つの櫛形電極で励振される弾性表面波が同位相となるように設定され、かつ前記２つの櫛形電極の間に、グレーティング構造の金属膜または一様な金属膜が形成されたことを特徴とする弾性表面波フィルタを提供するものである。
これによれば、弾性表面波フィルタの幅を従来に比べて小さくすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明において、圧電基板としては温度係数の小さなＳＴカット水晶基板の他、四ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）やランガサイト（ＬＧＳ）等を用いることができる。入力電極部及び出力電極部は、Ａｌ等の金属の薄膜を圧電基板上に蒸着等の製造方法により形成して作成される。
この発明の弾性表面波フィルタでは、外部から電気信号を入力して弾性表面波を励起する入力電極部は少なくとも一つ備えることが必要であるが、２つ以上備えてもよい。また、弾性表面波を受信して外部へ電気信号を出力する出力電極部も少なくとも一つ備える必要があるが、２つ以上備えてもよい。さらに、外部に対して電気信号の入出力をするものではない櫛形形状の電極を備えてもよい。
入力電極部、出力電極部は上下方向から延伸した複数の電極指が交互に配置されたいわゆる櫛形電極により構成されるが、特にこれはインターディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）と呼ばれる。
【００１４】
また、２つの櫛形電極から構成される入力電極部あるいは出力電極部において、２つの櫛形電極の間に、表面波を送受信する電極となるべきものが存在しない。その２つの櫛形電極どうしの間の空間は、圧電基板が露出した自由表面又はグレーティング、一様な金属となる。
【００１５】
この自由表面の幅、すなわち２つの櫛形電極の間の距離（Ｌ）は、入力電極部で励振される弾性表面波の波長（λ）によって決定づけられる。特に、その距離（Ｌ）は、弾性表面波の伝搬のために少なくとも励振される弾性表面波の波長（λ）の長さ以上で、２つの櫛形電極で送信（受信）される表面波が同位相になるようにあればよく、上限は特に定めはない。
【００１６】
この発明において、低損失等が要求されるフィルタ特性を得る観点からは、一方の櫛形電極により励振される弾性表面波と他方の櫛形電極により励振される弾性表面波とが同位相となるように、前記２つの櫛形電極間の距離を設定する。
【００１７】
したがって、前記入力電極部が２つの櫛形電極からなる場合には、その２つの櫛形電極の間隔を、２つの櫛形電極で励振される弾性表面波が同位相となるように設定すればよい。
また、前記出力電極部が２つの櫛形電極からなる場合に、その２つの櫛形電極の間隔を、２つの櫛形電極で受信される弾性表面波が同位相となるように設定すればよい。
【００１８】
さらに、前記入力電極部及び出力電極部とがどちらも２つの櫛形電極からなる場合に、２つの櫛形電極の間隔を、入力電極部及び出力電極部のそれぞれについて２つの櫛形電極で励振及び受信される弾性表面波が同位相となるように設定すればよい。
【００１９】
また、２つの櫛形電極の間は、圧電基板が露出した自由表面とする他、グレーティング構造の金属膜あるいは一様な金属膜を形成してもよい。この金属膜は、Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ等を用いることができる。グレーティングでは、弾性表面波の反射が起きないように櫛形電極と周期をずらす必要がある。そのグレーティングの周期は、一般的には櫛形電極の周期λよりも小さい周期にし、グレーティング構造の金属膜を形成する場合には、λ／２よりも小さくする。
さらに、この発明において結合器を用いる場合には、結合器は、導波路方向性結合器あるいはマルチストリップカプラを用いることができ、結合器及び反射器とも、Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ等の金属膜で形成できる。
【００２０】
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。
図１に、この発明の弾性表面波フィルタの第１実施例の構成図を示す。図２に、図１の弾性表面波フィルタの周波数特性のグラフを示す。
【００２１】
図１において、この弾性表面波フィルタは、圧電基板１上に形成された２つの入力電極２，３、１つの出力電極５、及び導波路４とから構成される。図１では、導波路４として、グレーティング形状の導波路を用いた場合を示している。圧電基板１には、ＳＴカット水晶を用いる。入力電極２，３、出力電極５，導波路４とも、金属の薄膜で形成され、金属の薄膜の材料としては、たとえばＡｌ合金などが用いられる。
【００２２】
入力電極２，３の櫛形電極の対数を３２対、出力電極５の櫛形電極の対数を１００対とする。入力電極部は、２つの入力電極２及び３と、これらの電極間に形成される導波路４とから構成される。この第１実施例では、この入力電極２と３との間隔（Ｌ）は２０λとする。このように、入力電極の対数及び間隔（Ｌ）を定めれば、両入力電極２，３で励振される弾性表面波はほぼ同位相とすることができる。なお、２つの入力電極の対数は必ず同数とする必要はなく、弾性表面波フィルタとして要求される特性が満たされる限り、異なる対数であってもよい。
【００２３】
導波路４は、弾性表面波の伝搬方向（紙面の左右方向）に垂直な方向に長い電極指を、弾性表面波の伝搬方向に平行に一定間隔で並べたグレーティング構造とする。このグレーティング構造の周期は、櫛形電極の周期λの１／２以下とするが、たとえば（λ／２）×（１／１．３）＝５．７７５μｍとする。
【００２４】
また、図１では、入力電極２及び３によって励振される弾性表面波の伝搬方向は、紙面の左右方向であり、入力電極２，３と出力電極５とは、この伝搬方向に平行な方向に並んで配置される。
【００２５】
すなわち、図１において、入力電極２及び３によって励振された弾性表面波は、これらの入力電極の左方向及び右方向へ伝搬していくが、入力電極２から右方向に進行した弾性表面波は導波路４を通過して、入力電極３に入射する。さらに、入力電極３で励振された弾性表面波と共にその右方向に進行した弾性表面波は、そのすぐ右隣りの出力電極５に入射することになる。
【００２６】
なお、図における符号１０から１３は、入力電極１，２に電気信号を与える入力端子（いわゆるバスバー）であり、符号１４，１５は、出力電極５から電気信号を取り出す出力端子（いわゆるバスバー）である。
電極膜厚、中心周波数、電極周期は、前記した図１３と同じ値で、電極膜厚３００ｎｍ、中心周波数ｆ0を２１０．３８ＭＨｚ、櫛形電極の周期λを、１５．０１５μｍとする。
このときの入力電極部の紙面の左右方向の幅のサイズは、（３２＋２０＋３２）×１５．０１５＝１２６１．２６μｍ（＝８４λ）となる。
【００２７】
図２によれば、抑圧度−５ｄＢの帯域幅、すなわち減衰量が−５ｄＢとなるところの帯域幅（ａ）は１．７５５ＭＨｚで、抑圧度−２０ｄＢの帯域幅、すなわち、減衰量が−２０ｄＢとなるところの帯域幅（ｂ）は３．１２７ＭＨｚとなり、図１３の特性とほぼ同等の数値を示し、要求仕様を満足する。この第１実施例の弾性表面波フィルタの紙面の左右方向の入力及び出力電極の幅を合計したサイズは、図１２と比べて、１６λ（＝１６×１５．０１５＝２４０．２４μｍ）だけ小さくすることができた。すなわち、弾性表面波フィルタの幅を従来よりも１６λ／（２００λ）×１００＝８０％程度、小型化できる。
【００２８】
また、図１では、２つの入力電極間に導波路４を設けたが、図６に示すように、導波路４を取り除き、この部分を自由表面８としてもよい。このとき、自由表面８の紙面に左右方向の幅（Ｌ）も２０λとする。この場合にも、図１と同様に、入力電極部の紙面の左右方向の幅のサイズを小さくすることができ、図２に示したのと同様な周波数特性が得られる。
【００２９】
図１７に、この発明の他の実施例であり、入力電極を１００対とし、出力電極が２つの櫛形電極からなり、その間に自由表面を形成した場合において、自由表面の紙面の左右方向の幅を２λとし、かつ２つの出力電極の対数を変化させたときの帯域幅の変化のグラフを示す。
【００３０】
図１７（ｂ）によれば、２つの出力電極の対数をどちらも４９対以上とすると、出力電極全体としての紙面の左右方向の幅は１００λ（＝４９＋２＋４９）以上となり、図１２に示す従来のフィルタ以上のサイズとなるので、出力電極の対数を４９対以上にするのは、小型化に反することになる。
【００３１】
また、図１７（ａ）によれば、前記した仕様（５ｄＢダウンの帯域幅：１．６ＭＨｚ以上，２０ｄＢダウンの帯域幅：３．１５ＭＨｚ以下）を満たすためには、各出力電極の対数を４７対以上とする必要がある。すなわち、この場合は、出力電極全体では、４７＋２＋４７＝９６対となって小型化の効果は少ない。
【００３２】
図１８に、この発明の他の実施例であり、入力電極を１００対とし、出力電極が２つの櫛形電極からなり、その間に自由表面を形成した場合において、２つの出力電極の対数を３２対とし、かつ自由表面の紙面の左右方向の幅を変化させたときの帯域幅の変化のグラフを示す。
【００３３】
図１８（ｂ）によれば、自由表面の紙面の左右方向の幅を３６λ以上とすると、出力電極全体の紙面の左右方向の幅が１００λ（＝３２＋３６＋３２）以上となり、図１２に示す従来のフィルタ以上のサイズとなるので、自由表面の紙面の左右方向の幅を３６λ以上にするのは、小型化に反することになる。
【００３４】
また、図１８（ａ）によれば、前記した仕様（５ｄＢダウンの帯域幅：１．６ＭＨｚ以上，２０ｄＢダウンの帯域幅：３．１５ＭＨｚ以下）を満たすためには、自由表面の紙面の左右方向の幅を２０λ以上３０λ以下とすればよい。したがって、フィルタサイズの小型化の観点からは、図６等に示したように、自由表面の左右方向の幅は少なくとも２０λとすればよい。
【００３５】
なお、フィルタの設計仕様は前記したものに限定されるものではないので、設計仕様に基づいて、自由表面の紙面の左右方向の幅，入力電極及び出力電極の対数の最適値が決められる。
【００３６】
次に、励振された弾性表面波の時間応答特性について説明する。
図１９（ａ），（ｂ）に入力電極が１対で出力電極が１００対の場合の弾性表面波フィルタの時間応答特性及び構成図を示す。時間応答特性は、信号レベルが最大となる値を０ｄＢとした。
図１９（ａ）において、時間０〜０．６μｓ程度の部分が主応答であり、最も弾性表面波として寄与するものである。
【００３７】
また、図２０（ａ），（ｂ）に、入力電極が１００対で、出力電極が１００対の場合の弾性表面波の時間応答特性及び構成図を示す。この場合の主応答は、時間が０〜１μｓ程度までとなっている。図２０（ａ）の時間応答特性は、図１９（ａ）の時間応答特性を電極１００対分、時間的に少しずつずらして重ね合わせたものに等しい。この場合、たとえば、−２０ｄＢの信号レベルにおいて、図１９に示した入力電極が１対の場合と比べると、応答時間幅が約０．８６７μｓと長い。
ところで、図２０（ｂ）と図１２とは、同じ構造の従来の弾性表面波フィルタであり、図２０（ａ）に示した時間応答特性は、図１３の周波数特性に対応するものである。
【００３８】
図２１に、この発明の一実施例の弾性表面波フィルタにおける時間応答特性を示す。また、図２２にこの図２１の３つの時間応答特性のそれぞれの弾性表面波フィルタの構成図を示す。
図２２（ａ）は、２つの入力電極（３２対）と自由表面（２０λ）、及び１００対の出力電極とからなり、これに対する時間応答特性は図２１の実線で示されている。ここで、この実線の主応答の−２０ｄＢでの応答時間幅は約０．８５７μｓとなっている。
【００３９】
図２２（ｂ）は、左側が５２λ分の自由表面と３２対の入力電極、及び１００対の出力電極とからなり、これに対する時間応答特性は図２１の太い破線で示されている。図２２（ｂ）の場合は、主応答は時間０〜０．６μｓ程度の部分に表われており、−２０ｄＢでの応答時間幅は図２２（ａ）に比べて狭い。
【００４０】
図２２（ｃ）は、右側が５２λ分の自由表面と３２対の入力電極、及び１００対の出力電極とからなり、これに対する時間応答特性は図２１の細い破線で示されている。図２２（ｃ）の場合は、主応答は０．２５〜１μｓ程度の部分に表われており、−２０ｄＢでの応答時間幅は図２２（ａ）に比べて狭い。
また、それぞれの主応答部分の信号レベルを考えてみると、図２２（ａ）に対応する主応答は、図２２（ｂ）に対応する主応答（太い破線）と、図２２（ｃ）に対応する主応答（細い破線）とを合成したものに等しく、図２２（ａ）の応答時間幅は、図２０に示した従来の入出力電極が共に１００対の応答時間幅（約０．８μｓ）にほぼ等しい。
【００４１】
図２３に、３つの弾性表面波フィルタの時間応答特性の比較図を示す。
ここで実線は、図２２（ａ）に示したこの発明の弾性表面波フィルタの時間応答特性であり、図２１に示した実線と同じものである。
また、太い破線は図２０（ａ）に示した従来の入出力電極がどちらも１００対の弾性表面波フィルタの時間応答特性であり、細い破線は従来の入力電極が８４対、出力電極が１００対の弾性表面波フィルタの時間応答特性である。
ここで、主応答についての−２０ｄＢの信号レベルに注目すると、この発明の弾性表面波フィルタの時間応答幅と入出力電極がどちらも１００対の弾性表面波フィルタの時間応答幅はどちらも約０．８５〜０．８７μｓ程度でほぼ等しいが、入力電極が８４対の弾性表面波フィルタの時間応答幅は、約０．８０１μｓであり、他の２つのフィルタに比べて狭い。
【００４２】
言いかえると、この発明の弾性表面波フィルタ（図２２（ａ））と入出力電極がどちらも１００対の弾性表面波フィルタとは、ほぼ同等の周波数特性を示し、フィルタとして要求される仕様（角型比）を満たす。しかし、従来の入力電極が８４対の弾性表面波フィルタは、これらに比べて時間応答幅が狭いので、周波数特性で見ると抑圧度の帯域幅が広く、したがって角型比が悪く、要求される仕様を満たさない場合がある。
【００４３】
以上の説明により、従来の構成で単に入力電極の対数を１００対から８４対に減らした場合、フィルタとして要求される仕様を満たさない場合があるが、この発明の図２２（ａ）のような構成を採用し、入力電極部分の幅を電極８４対相当分（３２対＋２０λ＋３２λ）の幅に減らしても、入出力電極がどちらも１００対のときに満たしていたフィルタとして要求される仕様を満たすことができる。すなわち、要求される仕様に対して、この発明の構成を採用すれば、弾性表面波フィルタの幅を従来よりも小さくできることがわかる。
【００４４】
図３に、この発明の弾性表面波フィルタの第２実施例の構成図を示す。図４に、図３の弾性表面波フィルタの周波数特性のグラフを示す。
図１の第１実施例では、入力電極部のみが一定間隔だけ離れた２つの入力電極２，３から構成された実施例を示したが、ここでは、入力電極部及び出力電極部のどちらも、２つの櫛形電極からなる実施例を示す。
【００４５】
すなわち、図３において、この弾性表面波フィルタは、圧電基板１上に形成された２つの入力電極２，３、２つの出力電極５，６、グレーティング形状の導波路４，７とから構成される。また、入力電極部は、２つの入力電極２及び３と、これらの電極間に形成される導波路４とから構成され、出力電極部は、２つの出力電極５及び６と、これらの電極間に形成される導波路７とから構成される。
圧電基板、入力電極、出力電極及び導波路を形成する金属の薄膜の材料は、第１実施例と同様のものを用いる。
【００４６】
第２実施例において、入力電極２，３の櫛形電極の対数を３２対、出力電極５，６の櫛形電極の対数を３２対とする。また、入力電極２と３との間隔（Ｌ１）及び出力電極５と６との間隔（Ｌ２）は、どちらも２０λとする。導波路４，７は、どちらもグレーティングの周期を（λ／２）×（１／１．３）＝５．７７５μｍとしたグレーティング構造とする。さらに、入力電極２，３、出力電極５，６及び導波路４，７は、入力電極２，３によって励振された弾性表面波の伝搬方向に平行な方向に並んで配置される。なお、図３における符号１０から１７は、電気信号を入出力するバスバーである。
【００４７】
電極膜厚、中心周波数、電極周期は第１実施例と同じ数値とした（電極膜厚：３００ｎｍ、中心周波数ｆ0：２１０．３８ＭＨｚ、櫛形電極の周期λ：１５．０１５μｍ）。
このときの入力電極部及び出力電極部の紙面の左右方向の幅のサイズは、どちらも（３２＋２０＋３２）×１５．０１５＝１２６１．２６μｍ（＝８４λ）である。
【００４８】
図４によれば、抑圧度−５ｄＢの帯域幅（ａ）は１．７８５ＭＨｚで、抑圧度−２０ｄＢの帯域幅（ｂ）は３．３３ＭＨｚとなり、図１３の特性とほぼ同等の数値を示し、要求仕様を満足する。この第２実施例の弾性表面波フィルタの紙面の左右方向の入力及び出力電極の幅のサイズは、３２λ（＝３２×１５．０１５＝４８０．４８μｍ）だけ小さくすることができた。
また、第２実施例では、２つの入力電極間、及び２つの出力電極間のどちらにも導波路を形成した構成を示したが、どちらか一方の電極間にのみ導波路を形成するようにしてもよく、さらにこれらの導波路を設けずに、入力電極間及び出力電極間を単なる自由表面としてもよい。
【００４９】
図７は、この発明において、入力電極間及び出力電極間に自由表面８，９を設けた弾性表面波フィルタの構成図である。ここで自由表面８，９の紙面の左右方向の幅（Ｌ１，Ｌ２）は２０λとし、入力電極及び出力電極とも図３に示したものと同一寸法，同一材料とする。この場合にも、図３に同様に弾性表面波フィルタ全体の紙面の左右方向の幅のサイズを小さくでき、図１３に示したのと同様の周波数特性が得られる。
【００５０】
また、第２実施例の図４と、第２実施例と同じ紙面の左右方向の幅を持つ入力電極及び出力電極からなる従来の弾性表面波フィルタの周波数特性図（図１４）とを比較すると、第２実施例の方が、同じ幅であっても、帯域幅の狭いフィルタ、すなわち狭帯域特性を持つ弾性表面波フィルタを実現できることがわかる。
【００５１】
図８は、図３に示した構成から、出力電極間に設けた導波路を取り除き、２つの出力電極間を自由表面９とした場合の弾性表面波フィルタの構成図である。ここで、この自由表面９の紙面の左右方向の幅Ｌ２は２０λとする。この場合にも、図３と同様に、弾性表面波フィルタの紙面の左右方向の幅のサイズを小さくでき、図４に示したのと同様の周波数特性が得られる。
【００５２】
また、図１、図３では、入力電極（あるいは出力電極）が２つの櫛形電極から構成されていたが、図５に示すように、バスバーで２つの電極を接続してもよい。
図５は、図３に対して、２つの入力電極２と３とをバスバー２１及び２２で接続し、２つの出力電極５と６とをバスバー２３及び２４で接続した弾性表面波フィルタの構成図を示している。
図５によれば、バスバーを除く櫛形電極の部分は、図３と同様の構成を有しているので、弾性表面波フィルタ全体の入力及び出力電極の幅のサイズ（１６８λ）は、図１２と比べて３２λだけ小さくすることができ、図４に示したのとほぼ同等の周波数特性を持つ。
【００５３】
また、入力電極と出力電極は、図１、図３のように、弾性表面波の伝搬方向に沿った位置関係にある必要もなく、反射器等を通して、弾性表面波を入力電極から出力電極へ伝搬できる位置関係にあればよい。
図９、図１０に、この発明において、方向性結合器及び反射器を備えた弾性表面波フィルタの構成図を示す。
図９は、入力電極２，３間及び出力電極５，６間のどちらも自由表面とした場合を示しており、図１０は、入力電極２，３間及び出力電極５，６間のどちらにも導波路（４，７）を設けた場合を示している。
【００５４】
方向性結合器３１は入力電極２，３で励振された弾性表面波を下方の出力電極５，６を含む伝搬路の方へ移行させるためのものであり、図に示すような方向性結合器３１の他、マルチマトリップカプラを用いることもできる。反射器３２，３３は、弾性表面波の伝搬方向を反転させるためのものである。
入力電極２，３によって励振される弾性表面波の伝搬方向は、紙面の左右方向であるが、入力電極と出力電極との位置関係は、この弾性表面波の伝搬方向と９０°異なる紙面の上下方向である。
【００５５】
図９、図１０いずれの場合も、入力電極３の右方向に進行した弾性表面波は方向性結合器３１を通り、反射器３２，３３に入射される。反射器３２，３３に入射した弾性表面波は、ここで１８０°反転され、反射器３２，３３の左方向へ進行し、再び方向性結合器３１を通り、出力電極６に入射することにより、入力電極２，３から出力電極５，６へ伝搬される。
図９では、図７に対して入力電極と出力電極の相対的な配置は異なるが、図７に示したのと同じ構成の入力電極及び出力電極を用いる。図１０では、図３に対して入力電極と出力電極の相対的な配置は異なるが、図３に示したのと同じ構成の入力電極及び出力電極を用いる。
【００５６】
図１１に、図９及び図１０と同様に、方向性結合器３１及び反射器３２，３３を備えた構成であるが、入力電極及び出力電極として、図１２に示した従来用いられていた正規電極を用いたタイプの弾性表面波フィルタの構成図を示す。
図９及び図１０に示したこの発明の弾性表面波フィルタは、いずれも入力電極及び出力電極の弾性表面波の伝搬方向の幅のサイズを、図１１に示したものと比較して、１６λだけ小さくすることができ、周波数特性もほぼ同等の特性が得られる。
【００５７】
また、図９及び図１０の場合においては、方向性結合器３１と反射器３２，３３の紙面の左右方向の幅のサイズを合計したものが、出力電極の紙面の左右方向の幅のサイズ（８４λ）よりも小さくすることができる場合には、弾性表面波フィルタ全体の紙面の左右方向の幅のサイズを、図３等に示した弾性表面波フィルタよりも小さくすることができる。
なお、入力電極部または出力電極部が２つの櫛形電極から構成される場合の、その２つの櫛形電極の間の間隔（Ｌ）として２０λとする実施例を示したがこれに限定するものではない。
【００５８】
【発明の効果】
この発明によれば、従来と同等の帯域幅及び抑圧度を維持したままで、従来よりも弾性表面波の伝搬方向の弾性表面波フィルタの幅を小さくすることができる。また、弾性表面波の伝搬方向の弾性表面波フィルタの幅を従来と同一として構成した場合には、従来よりも狭帯域の周波数特性を持つ弾性表面波フィルタを実現できる。
【００５９】
通常、圧電基板上から外へ出る方向に伝搬された弾性表面波は、フィルタとしては寄与せず、基板端部で反射する。この反射は、フィルタの周波数特性を劣化させる。弾性表面波フィルタを１つのチップにパッケージングする場合、このフィルタとして寄与しない弾性表面波が基板端部で反射するのを防止するために、吸音材を基板周辺に形成する必要がある。そこで、この発明のようなサイズの小さい弾性表面波フィルタを用いれば、吸音材を形成する余裕ができるので、特性劣化原因を削減することが可能である。すなわち、フィルタサイズの小型化により、より多くの吸音材を形成するスペースが確保でき、フィルタの周波数特性をより改善できる。
【００６０】
また、弾性表面波フィルタのチップを搭載するパッケージサイズには、いくつかの規格化されたサイズが存在するが、弾性表面波フィルタのサイズの小型化によって、より小さな規格化されたパッケージサイズに適合させることが容易となり、製造の自動化の促進と共に、製造コストを下げることも可能となる。さらに、弾性表面波フィルタのサイズを小型化することにより、この発明のフィルタを利用する各種情報機器の構造及び大きさについても好ましい影響を及ぼすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の弾性表面波フィルタの第１実施例の構成図である。
【図２】第１実施例の弾性表面波フィルタの周波数特性のグラフである。
【図３】この発明の弾性表面波フィルタの第２実施例の構成図である。
【図４】第２実施例の弾性表面波フィルタの周波数特性のグラフである。
【図５】２つの入力電極をバスバーで接続し、２つの出力電極をバスバーで接続した場合の弾性表面波フィルタの構成図である。
【図６】この発明において、２つの入力電極間に自由表面を設けた場合の弾性表面波フィルタの構成図である。
【図７】この発明において、入力電極間及び出力電極間にそれぞれ自由表面を設けた場合の弾性表面波フィルタの構成図である。
【図８】この発明において、２つの入力電極間に導波路を設け、２つの出力電極間を自由表面とした場合の弾性表面波フィルタの構成図である。
【図９】この発明において、方向性結合器及び反射器を備えた場合の弾性表面波フィルタの構成図である。
【図１０】この発明において、方向性結合器及び反射器を備えた場合の弾性表面波フィルタの構成図である。
【図１１】従来の正規電極を組み合わせた弾性表面波フィルタの構成図である。
【図１２】正規電極を組み合わせた従来の弾性表面波フィルタの構成図である。
【図１３】図１２に示した従来の弾性表面波フィルタの周波数特性のグラフの例である。
【図１４】入力電極、出力電極の両方の対数を８４対とした場合の従来の弾性表面波フィルタの周波数特性のグラフである。
【図１５】弾性表面波フィルタの仕様の決め方についての説明図である。
【図１６】従来において、入力電極を１００対とし、出力電極の対数を変化させたときの帯域幅の変化のグラフである。
【図１７】この発明の一実施例において、２つの出力電極の対数を変化させたときの帯域幅の変化のグラフである。
【図１８】この発明の一実施例において、出力電極の自由表面の紙面の左右方向の幅を変化させたときの帯域幅の変化のグラフである。
【図１９】入力電極が１対で出力電極が１００対の場合の弾性表面波フィルタの時間応答特性である。
【図２０】入力電極が１００対で出力電極が１００対の場合の弾性表面波フィルタの時間応答特性である。
【図２１】この発明の一実施例の弾性表面波フィルタにおける時間応答特性である。
【図２２】図２１の３つの時間応答特性のそれぞれの弾性表面フィルタの構成である。
【図２３】３つの弾性表面波フィルタの時間応答特性の比較図である。
【符号の説明】
１ 圧電基板
２ 入力電極
３ 入力電極
４ 導波路
５ 出力電極
６ 出力電極
７ 導波路
８ 自由表面
９ 自由表面
１０ バスバー
１１ バスバー
１２ バスバー
１３ バスバー
１４ バスバー
１５ バスバー
１６ バスバー
２１ バスバー
２２ バスバー
２３ バスバー
２４ バスバー
３１ 方向性結合器
３２ 反射器
３３ 反射器
Claims (2)
- 圧電基板と、圧電基板上に形成され弾性表面波を励振する入力電極部と、圧電基板上に形成され前記弾性表面波を受信する出力電極部とを備え、前記入力電極部と出力電極部とが、前記励振された弾性表面波を送受する位置関係に配置され、前記入力電極部及び出力電極部のうち少なくとも一つが、励振された弾性表面波の波長以上の間隔をあけて弾性表面波の伝搬方向に平行な方向に配置された２つの櫛形電極からなり、前記２つの櫛形電極の間隔が、前記２つの櫛形電極で励振される弾性表面波が同位相となるように設定され、かつ前記２つの櫛形電極の間に、グレーティング構造の金属膜または一様な金属膜が形成されたことを特徴とする弾性表面波フィルタ。
- 圧電基板と、圧電基板上に互いに平行に存在する複数の弾性表面波伝搬路と、これらの弾性表面波伝搬路を結合させる結合器とからなり、少なくとも１つの弾性表面波伝搬路上には、前記結合器をはさんで弾性表面波を励振する入力電極部と第１反射器とが配置され、他の弾性表面波伝搬路のうち少なくとも１つの伝搬路上には、前記結合器をはさんで出力電極部と第２反射器とが配置され、前記入力電極部及び出力電極部のうち少なくとも１つが、励振された弾性表面波の波長以上の間隔をあけて励振された弾性表面波の伝搬方向に平行な方向に配置された２つの櫛形電極からなり、前記２つの櫛形電極の間隔が、前記２つの櫛形電極で励振される弾性表面波が同位相となるように設定され、かつ前記２つの櫛形電極の間に、グレーティング構造の金属膜または一様な金属膜が形成されたことを特徴とする弾性表面波フィルタ。
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