JP3996379B2 - 圧電共振子を含むフィルタ構造および構成 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に無線周波数フィルタに関する。とりわけ本発明は、圧電共振子、典型的には薄膜バルク音響波（ＢＡＷ）または表面音響波（ＳＡＷ）共振子を含むフィルタ構造に関する。
【０００２】
移動通信の開発は、より小さく、ますます複雑なハンドヘルド型ユニットに向かって進み続けている。この開発により、移動通信手段で用いられる部品および構造の小型化に対する要求が高まっている。この開発は、小型化の進展にもかかわらず、高いパワーレベルに耐え、通過帯域エッジの勾配が急であり、かつ損失が少ない無線周波数（ＲＦ）フィルタ構造にも関連している。
【０００３】
【従来の技術】
従来技術の移動電話において用いられるＲＦフィルタは通常、別個の表面音響波（ＳＡＷ）またはセラミックのフィルタである。表面音響波（ＳＡＷ）共振子は、図１に示される構造と同様な構造を一般に有している。表面音響波共振子は固体表面の表面音響振動モードを利用するものであり、そのモードでは振動は固体表面に限定され、表面から離れると速やかに減衰する。ＳＡＷ共振子は、一般に１つの圧電層１００および２つの電極１２２、１２４からなる。これらの電極はインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）を形成する。電極１２２、１２４の形状は、一般にＥの字すなわち櫛の形に似ており、電極は、第１の電極のフィンガが第２の電極のフィンガと平行でありかつそれらの間隔も平行になるように配置される。ＳＡＷ共振子の周波数は、主にフィンガ間の幅に依存し、さらにフィンガの幅にも依存する。ＳＡＷ共振子のインピーダンスは、主にフィンガの数およびフィンガの長さに依存する。ＩＤＴに加え、ＳＡＷ共振子は一般に、ＩＤＴの両側に１つずつ２つの反射器を有し、ＩＤＴにより引き起こされた表面音響波を反射し、ＩＤＴのフィンガの方向に垂直な方向へ横切る。
【０００４】
フィルタのような様々な共振子構造がＳＡＷ共振子を用いて製造されている。ＳＡＷ共振子には、サイズが非常に小さいという利点があるが、残念ながらＳＡＷ共振子は高いパワーレベルに耐えることができない。
【０００５】
シリコン（Ｓｉ）またはガリウムヒ素（ＧａＡｓ）ウェーハなどの半導体ウェーハ上に薄膜バルク音響波共振子を構成することが知られている。例えば、「バルク音響波複合共振子」と題された論文（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．３，ｐｐ．１２５−１２７，Ｆｅｂ．１，１９８１，ｂｙ Ｋ．Ｍ．Ｌａｋｉｎ ａｎｄ Ｊ．Ｓ．Ｗａｎｇ）には、シリコン(Ｓｉ)薄膜上にスパッタリングされた酸化亜鉛(ＺｎＯ)の薄膜圧電層からなるバルク音響波共振子が開示されている。さらに、「エアギャップ型圧電複合薄膜共振子」と題された論文（１５ Ｐｒｏｃ．３９ｔｈ Ａｎｎｕａｌ Ｓｙｍｐ．Ｆｒｅｑ．Ｃｏｎｔｒｏｌ，ｐｐ．３６１−３６６，１９８５，ｂｙ Ｈｉｒｏａｋｉ Ｓａｔｏｈ，Ｙａｓｕｏ Ｅｂａｔａ，Ｈｉｔｏｓｈｉ Ｓｕｚｕｋｉ，ａｎｄ Ｃｈｏｊｉ Ｎａｒａｈａｒａ）には、ブリッジ構造を有するバルク音響波共振子が開示されている。
【０００６】
図２には、ブリッジ構造を有するバルク音響波共振子の１例を示してある。この構造は、基板２００上に堆積された膜１３０からなる。共振子は、膜上の底部電極１１０、圧電層１００、および頂部電極１２０からさらになる。エッチングによって頂部側から基板のいくらかを除去することにより、膜と基板との間に空隙２１０が作られている。この空隙は音響アイソレータとして働き、本質的に、振動する共振子構造を基板から絶縁する。
【０００７】
以下では、特定タイプのＢＡＷ共振子を最初に説明する。バルク音響波共振子は一般に、シリコン（Ｓｉ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、ガラス、またはセラミック基板上に作られる。用いられるもう１種類のセラミック基板タイプはアルミナである。ＢＡＷ素子は一般に、例えば、スパッタリング、真空蒸着または化学蒸着などの種々の薄膜製造技術を用いて製造される。バルク音響波を生成するため、ＢＡＷ素子は圧電薄膜層を利用している。典型的なＢＡＷ素子の共振周波数は、素子のサイズおよび材料に応じて、０．５ＧＨｚ〜５ＧＨｚの範囲である。ＢＡＷ共振子は、水晶共振子の典型的な直列および並列共振を示す。共振周波数は、主に共振子の材料および共振子の層の寸法によって決まる。
【０００８】
典型的なＢＡＷ共振子は３つの基本要素、すなわち、音響的に活性な圧電層、この圧電層の両側の電極、および基板からの音響的絶縁から成る。
【０００９】
圧電層は、例えば、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＺｎＳまたは薄膜として作ることができる任意のその他の圧電材料である。さらなる例として、強誘電性セラミックスも圧電材料として用いることができる。例えば、ＰｂＴｉＯ₃およびＰｂ（Ｚｒ_xＴｉ_l-x）Ｏ₃ならびにその他のいわゆるチタン酸ジルコン酸ランタン鉛の族に属するものを用いることができる。
【００１０】
電極層の形成に用いられる材料は、電気伝導材料である。電極は、例えば、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、およびタンタル（Ｔａ）などの任意の適切な金属で構成し得る。基板は一般に、例えばＳｉ、ＳｉＯ₂、ガラス、またはセラミック材料から構成される。
【００１１】
音響的絶縁は、例えば下記の手法、すなわち基板バイアホール、マイクロメカニカルブリッジ構造、または音響ミラー構造で作り出すことができる。
【００１２】
バイアホールおよびブリッジ構造では、音響反射面は素子の上下の空気界面である。ブリッジ構造は一般に犠牲層を用いて作られ、この層は自立構造を作るためにエッチングにより除去される。犠牲層を用いることにより、バイアホール構造におけるように、基板を大きく加工する必要がないので、多様な基板材料の使用が可能になる。ブリッジ構造は、エッチピット構造を用いて製造することもでき、その場合は、自立ブリッジ構造を作るために、ＢＡＷ共振子の下の基板または材料層にエッチングによりピットが形成される必要がある。
【００１３】
図３には、ブリッジ構造の多くの形成方法の中の１例を示してある。ＢＡＷ構造の他の層を堆積する前に、最初に犠牲層１３５が堆積され、パターン形成される。ＢＡＷ構造の残りが犠牲層１３５の頂部の一部に堆積され、パターン形成される。ＢＡＷ構造の残りが完成された後、犠牲層１３５がエッチングで除去される。図３には、基板２００、膜層１３０、底部電極１１０、圧電層１００、および頂部電極１２０も示してある。犠牲層は、例えばセラミックス、金属またはポリマー材料を用いて実現できる。
【００１４】
バイアホール構造においては、ＢＡＷ共振子構造の主要部分の下部からエッチングで基板を除去することにより、共振子は基板から音響的に絶縁される。図４には、ＢＡＷ共振子のバイアホール構造を示してある。図４には、基板２００、膜層１３０、底部電極１１０、圧電層１００、および頂部電極１２０を示してある。バイアホール２１１は基板全体を通してエッチングされている。エッチングが必要なため、バイアホール構造は一般にはＳｉまたはＧａＡｓ基板でのみ実現されている。
【００１５】
ＢＡＷ共振子を基板から絶縁するさらなる方法は、音響ミラー構造の利用によるものである。音響ミラー構造は、音波を共振子構造へ反射することにより絶縁を行なう。音響ミラーは一般に、中心周波数の４分の１波長の厚さを有するいくつかの層からなり、交互の層が異なる音響インピーダンスを有している。音響ミラーにおける層数は、一般に３〜９の範囲である。ＢＡＷ共振子に対して、基板材料の比較的高いインピーダンスではなく、できるだけ低い音響インピーダンスをもたらすように、連続する２層の音響インピーダンスの比率は大きくすべきである。４分の１波長の厚さの圧電層の場合、ミラー層は、共振子に対して極力高いインピーダンスをもたらすように選択される。このことは、米国特許第ＵＳ５，３７３，２６８号に開示されている。高インピーダンス層の材料は、例えば金（Ａｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、またはタングステン（Ｗ）とすることができ、さらに低インピーダンス層の材料は、例えばシリコン（Ｓｉ）、ポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、アルミニウム（Ａｌ）、またはポリマーとすることができる。音響ミラー構造を利用した構造では、共振子は基板から絶縁され、また基板は大きく加工されないので、基板として多様な材料を使用できる。ポリマー層は損失特性が低くかつ音響インピーダンスが低い任意のポリマー材料で構成できる。音響ミラー構造のその他の層およびその他の構造の堆積中に比較的高温が必要とされることがあるので、ポリマー材料は少なくとも３５０℃の温度に耐え得るものであることが好ましい。ポリマー層は、例えば、ポリイミド、シクロテン、炭素ベース材料、シリコンベース材料またはその他の任意の適切な材料で構成できる。
【００１６】
図５には、音響ミラー構造頂部上のＢＡＷ共振子の１例を示してある。図５には、基板２００、底部電極１１０、圧電層１００、および頂部電極１２０を示してある。この例では、音響ミラー構造１５０は、３つの層１５０ａ、１５０ｂからなる。これらの層のうちの２つの層１５０ａは第１の材料で形成されており、これら２層間にある第３の層１５０ｂは第２の材料で形成されている。第１および第２の層は、前述のように異なる音響インピーダンスを有している。材料の順番は変え得る。例えば、音響インピーダンスが高い材料を中間に置き、インピーダンスが低い材料をその両側に置くことができ、あるいはその逆もできる。底部電極も音響ミラーの１つの層として用い得る。
【００１７】
図６には、ＢＡＷ共振子構造のさらなる例を示してある。図６に例示されたＢＡＷ共振子は、２つの圧電層１００を有する積み重ね共振子構造である。底部電極１１０および頂部電極１２０に加え、積み重ね構造は中間電極１１５を必要とし、これは大地電位に接続されている。図６にはさらに、膜層１３０、基板２００および前記構造を基板から絶縁するエッチピット２１０が示してある。
【００１８】
無線周波数フィルタは、例えば、圧電共振子を用いて構成し得る。ＳＡＷ共振子および薄膜ＢＡＷ共振子の共振周波数は、これらの共振子をフィルタとして用いるのが有利になるようなものであり、そのフィルタは、約１ＧＨｚ〜数ＧＨｚの周波数範囲の特定の周波数帯で動作するように設計されている。図７ａには、直列接続された共振子７０１と並列接続された第２の共振子７０２とから成る梯子型フィルタブロック７００の１例が示してある。共振子７０１の直列共振周波数は一般に、梯子型フィルタブロック７００の中心周波数である、共振子７０２の並列周波数と同じかそれに近い。梯子型フィルタは一般に、所望のフィルタ特性を達成するため、一定数の梯子型フィルタブロック７００を直列接続して構成される。図８には、格子型フィルタ構造７１０の１例が示してあり、共振子７０１ａ、７０１ｂは直列接続され、共振子７０２ａ、７０２ｂは並列接続されている。
【００１９】
圧電共振子の製造には、基板上に圧電材料層を積層する段階を伴う。例えば、適切なマスクを用いることにより、圧電共振子の領域のみをカバーするように圧電層をパターン形成することが可能である。多くの圧電材料は吸湿性なので、圧電層を被覆するために保護層が通常用いられる。底部電極を露出するバイア（ｖｉａ）は一般に、パターン形成されていない圧電層および保護層に作られる。もし圧電層が適切にパターン形成されているなら、保護層にバイアを作れば十分であり得る。バイアにより、所望の部位での底部および頂部電極の接続が可能になる。すなわち、底部電極に接続された伝導片が露出され、圧電共振子を他の電気回路と容易に接続できる。
【００２０】
米国特許第ＵＳ５，２３１，３２７号および同５，４０４，６２８号には、ＢＡＷ共振子を含む回路中のバイアの数を最小にする方法が記載されている。すなわち、回路中のＢＡＷ共振子は、共用電極を有する１対のＢＡＷ共振子で代替できる。こうすることにより、ＢＡＷ共振子の対を他の回路に接続する電極が、パターン形成されていない圧電層と同じ側にあり、同じ基板上の他の回路への圧電共振子の接続が、圧電層までのバイア形成、または圧電層のパターン形成なしでも可能である。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、回路設計の１つの目的は、共振子の数ならびに他の構成要素の数も極力小さく保つことである。こうすることにより、製造コストは通常、極力低く保つことができる。さらに、一般には、回路中、例えばフィルタ中の構成要素の数がより大きくなれば、減衰もより大きくなる。フィルタ構造にパターン形成した圧電層の使用が容認できるフィルタにおいて（すなわち、フィルタの製造が圧電層のパターン形成も含んでいる）、単独の共振子の代わりに、例えば共振子対を用いることは非効率的であると思われる。
【００２２】
無線周波数フィルタおよび他の回路においてＳＡＷまたはＢＡＷ共振子を使用することが望ましくはあっても、残念なことに、ＳＡＷ共振子もＢＡＷ共振子も高いパワーレベルに耐えることができない。無線周波数フィルタのパワーハンドリングキャパシティは、例えば、移動通信装置のトランスミッタについては決定的である。高すぎるパワーレベルが回路に働く場合、一般にＢＡＷ共振子は非常に速く壊れ、破損の原因を分析することが困難である。破損時にこのようなＢＡＷ共振子がひどく破壊され、破損後に底部電極のみが基板上に残るということがしばしばある。
【００２３】
さらなる問題は、フィルタの圧電共振子を損わないパワーレベルにおいて、熱負荷が圧電共振子の温度上昇を引き起こし得ることである。これにより、今度は、圧電共振子の共振周波数の変化とフィルタ特性の変化とが一般に引き起こされる。例えば、温度上昇によりフィルタの通過域のシフトが引き起こされることがある。
【００２４】
本発明の１つの目的は、圧電共振子からなりかつ優れたパワーハンドリングキャパシティおよび優れた電気応答性を有するフィルタ構造を提示することである。本発明の第２の目的は、優れたパワーハンドリングキャパシティを有する伝送配置を提示することである。さらなる目的は、圧電共振子からなりかつ優れたパワーハンドリングキャパシティおよび優れた電気応答性を有するそのような電気回路を設計するための方法を提示することである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、フィルタ構造において、圧電共振子がすべて一定の共振子周波数を有し、互いに直列接続されておりかつフィルタ構造の入力導線と接続されている少なくとも１グループの圧電共振子を用いることにより達成される。
【００２６】
本発明によれば、一定のインピーダンス（インピーダンスレベル）を有しかつ第１の圧電共振子を備えるフィルタ構造であって、前記圧電共振子の共振周波数が第１の共振周波数であり、前記圧電共振子が前記フィルタ構造の入力導線に接続されてなるフィルタ構造において、フィルタ構造のパワーハンドリングキャパシティを増大するため、圧電共振子のチェーンをさらに備え、該チェーンは前記第１の圧電共振子に直列接続された少なくとも２個の圧電共振子からなりかつ前記第１の圧電共振子と共に直列接続された圧電共振子の群を形成すること、圧電共振子の前記チェーンに属する各圧電共振子は、前記第１の共振周波数に実質的に等しい共振周波数を有し、圧電共振子の前記群は、前記フィルタ構造の残りの圧電共振子に、圧電共振子の前記群の一端において直列接続された前記第１の圧電共振子および圧電共振子の前記群の他端において直列接続された第２の圧電共振子を介してのみ接続されており、直列接続された圧電共振子の前記群のインピーダンスが前記フィルタ構造のインピーダンス（インピーダンスレベル）と整合するようにしてあり、さらに、前記フィルタ構造が格子型フィルタ構造であることを特徴とするフィルタ構造が提供される。
【００２７】
本発明は、一定のインピーダンスレベルを有しかつ第１の表面音響波共振子からなるフィルタ構造であって、その共振子の共振周波数が第１の共振周波数でありその共振子が前記フィルタ構造の入力導線に接続されてなるフィルタ構造において、フィルタ構造のパワーハンドリングキャパシティを増大するため、第２の表面音響波共振子からさらになり、前記第１の表面音響波共振子の第１の電極は前記第２の表面音響波共振子の第１の電極に接続され、かつ前記第２の表面音響波共振子は前記第１の表面音響波共振子と共に直列接続された圧電共振子の群を形成すること、および
− 圧電共振子の前記群に属する各圧電共振子は、前記第１の共振周波数に実質的に等しい共振周波数を有し、
− 圧電共振子の前記群は、前記フィルタ構造の残りの圧電共振子に、前記第１の表面音響波共振子の第２の電極および前記第２の表面音響波共振子の第２の電極を介してのみ接続されており、さらに
− 直列接続された圧電共振子の前記群のインピーダンスが前記フィルタ構造のインピーダンスレベルと整合するようにしてあること、を特徴とするフィルタ構造にも関する。
【００２８】
本発明は、一定のインピーダンスレベルを有しかつ第１のバルク音響波共振子を備えるフィルタ構造であって、その共振子の共振周波数が第１の共振周波数でありその共振子が前記フィルタ構造の入力導線に接続されてなるフィルタ構造において、フィルタ構造のパワーハンドリングキャパシティを増大するため、第２のバルク音響波共振子からさらになり、前記第１のバルク音響波共振子の第１の電極は前記第２のバルク音響波共振子の第１の電極に接続され、かつ前記第２のバルク音響波共振子は前記第１のバルク音響波共振子と共に直列接続された圧電共振子の群を形成すること、および
− 圧電共振子の前記群に属する各圧電共振子は、前記第１の共振周波数に実質的に等しい共振周波数を有し、
− 圧電共振子の前記群は、前記フィルタ構造の残りの圧電共振子に、前記第１のバルク音響波共振子の第２の電極および前記第２のバルク音響波共振子の第２の電極を介してのみ接続されており、
− 前記第1のバルク音響波共振子および前記第２のバルク音響波共振子は、パターン形成されていない単一の圧電層を用いて形成されておらず、さらに
− 直列接続された圧電共振子の前記群のインピーダンスが前記フィルタ構造のインピーダンスレベルと整合するようにしてあること、を特徴とするフィルタ構造にさらに関する。
【００２９】
本発明は、第１の信号を濾波するための第１のフィルタブランチと第２の信号を濾波するための第２のフィルタブランチとからなるフィルタ構造であって、前記第１のフィルタブランチは第１の入力導線と第１の出力導線とを備え、前記第２のフィルタブランチは第２の入力導線と第２の出力導線とを備え、前記第１の出力導線は前記第２の入力導線に接続してあるフィルタ構造において、前記第１のフィルタブランチは直列接続された圧電共振子の群を含み、該群は少なくとも２つの圧電共振子を有すること、および
− 圧電共振子の前記群に属する各圧電共振子は、実質的に同じ共振周波数を有し、
− 圧電共振子の前記群は、第１フィルタブランチの残りの圧電共振子に、圧電共振子の前記群の一端において直列接続され、前記第１の入力導線と接続された前記第１の圧電共振子および圧電共振子の前記群の他端において直列接続された第２の圧電共振子を介してのみ接続されており、さらに
− 直列接続された圧電共振子の前記群のインピーダンスが第１フィルタブランチのインピーダンスレベルと整合するようにしてあること
を特徴とするフィルタ構造にさらに関する。
【００３０】
本発明は、無線周波数信号を送信および受信するための配置であって、前記配置は、
− 第１の信号を増幅するための第１の増幅手段と、
− 第２の信号を増幅するための第２の増幅手段と、
− 前記第１の信号を濾波するための第１のフィルタブランチおよび前記第２の信号を濾波するための第２のフィルタブランチとからなり、前記第１のフィルタブランチは第１の入力導線と第１の出力導線とを有し、前記第２のフィルタブランチは第２の入力導線と第２の出力導線とを有し、前記第１出力導線は前記第２入力導線に接続されており、前記第１の入力導線は前記第１の増幅手段の出力に連結されかつ前記第２の出力導線は前記第２の増幅手段の入力に連結されるフィルタ構造と
からなり、さらに、
前記第１のフィルタブランチは直列接続された圧電共振子の群からなり、該群は少なくとも２つの圧電共振子を有すること、および
− 圧電共振子の前記群に属する各圧電共振子は、実質的に同じ共振周波数を有し、
− 圧電共振子の前記群は、前記第１のフィルタブランチの残りの圧電共振子に、圧電共振子の前記群の一端において直列接続され、前記第１の入力導線に接続された第１の圧電共振子および圧電共振子の前記群の他端において直列接続された第２の圧電共振子を介してのみ接続されており、さらに
− 直列接続された圧電共振子の前記群のインピーダンスが前記第１のフィルタブランチのインピーダンスレベルと整合するようにしてあること
を特徴とする配置にも関する。
【００３１】
本発明は、無線周波数信号を送信するための配置であって、
− 無線周波数信号を増幅するための増幅手段と、
− 増幅された前記無線周波数信号を濾波するためのフィルタ構造とを含む配置において、
前記フィルタ構造は直列接続された圧電共振子の群からなり、該群は少なくとも２つの圧電共振子を有すること、および
− 圧電共振子の前記群に属する各圧電共振子は、前記第１の共振周波数に実質的に等しい共振周波数を有し、
− 圧電共振子の前記群は、前記フィルタ構造の残りの圧電共振子に、圧電共振子の前記群の一端において直列接続され、前記第１のフィルタ構造の入力導線に接続された第１の圧電共振子および圧電共振子の前記群の他端において直列接続された第２の圧電共振子を介してのみ接続されており、さらに
− 直列接続された圧電共振子の前記群のインピーダンスが前記フィルタ構造のインピーダンスレベルと整合するようにしてあること
を特徴とする配置にさらに関する。
【００３２】
本発明による方法はフィルタを設計するための方法であって、
− 圧電共振子からなり目標周波数応答を達成するフィルタ構成を特定する段階であってその方法は、
− 前記フィルタ構成において、第１の共振周波数を有する本来の１つの圧電共振子を圧電共振子の群で代替する段階であって、前記群の各々は前記第１の共振周波数と実質的に等しい共振周波数を有し、かつ直列接続された共振子の前記群のインピーダンスが前記本来の圧電共振子のインピーダンスと等しい段階と
−圧電共振子の前記群における圧電共振子の数を選択する段階と
からさらになることを特徴とする方法である。
【００３３】
添付される独立請求項は、本発明のいくつかの好ましい実施形態を説明するものである。
【００３４】
圧電ＢＡＷ共振子の破損は、高電圧により引き起こされた電気的破損および／または共振子の圧電的に励振された機械的振動の振幅により生じることがある。この電気的破損および超過すべきでない機械的振動の振幅は、共振子を損うことなく圧電共振子にかけることができる電圧に上限があることを示唆している。単一の圧電共振子の代わりに、直列接続されたいくつかの圧電共振子が使用される場合、個々の圧電共振子上にかかる電圧は減少する。従って、電圧についての上限は、単一の圧電共振子が使用される時よりも高いパワーに達する。
【００３５】
圧電ＳＡＷ共振子においては、ＳＡＷ共振子にかけられる電圧は、ＳＡＷ共振子への損傷の重要な要因である。従って、いくつかの圧電ＳＡＷ共振子が直列接続されているフィルタ構造は、対応する単一のＳＡＷ共振子を有するフィルタ構造よりも優れたパワーハンドリングキャパシティを有している。
【００３６】
直列接続されたいくつかの圧電共振子のインピーダンスは、一般に、フィルタ回路の共振と整合させる必要があるので、圧電共振子の直列に属する個々の圧電共振子の静電容量は、単一の圧電共振子の静電容量よりも大きい。例えば、圧電ＢＡＷ共振子の静電容量は、共振子の面積に比例する。従って、インピーダンス整合により、直列接続された圧電ＢＡＷ共振子の全面積は、単一の圧電ＢＡＷ共振子の面積よりもかなり大きくなる。ＳＡＷ共振子のインピーダンスは主にフィンガ数およびフィンガ長さに依存する。同様に、直列接続されかつ適切なインピーダンスを有する圧電ＳＡＷ共振子の群の面積は、単一のＳＡＷ共振子の面積よりも一般に大きい。面積が増大すると、圧電共振子から基板への熱伝達が向上し、直列接続されたいくつかの圧電共振子の温度の上がり方は、同じ状況の単一の圧電共振子の温度の上がり方よりも一般に少ない。このことは、フィルタまたは他の回路の特徴を変えずに維持するのに役立つ。さらに、温度が高すぎることにより、圧電共振子の破損が、少なくとも部分的に、引き起こされる可能性がある。従って、熱伝達能の増大により、圧電共振子からなる回路のパワーハンドリングキャパシティーも直接的に向上され得る。
【００３７】
直列接続されたいくつかの圧電ＢＡＷ共振子からなるフィルタの減衰は、対応する単一の圧電ＢＡＷ共振子からなるフィルタと比較すると、一般にあまり増大しない。これは、圧電ＢＡＷ共振子の面積が増大するにつれ、圧電ＢＡＷ共振子の有効圧電結合係数が増大するという事実に起因する。これは主に、浮遊容量の減少効果のためである。有効圧電結合係数は、圧電共振子にかけられた電圧が、圧電共振子において機械的振動にどれほど効率的に変えられたかの指標であり、かけられた電圧の周波数に強く依存する。従って、たとえ各圧電ＢＡＷ共振子がフィルタの減衰を増大させても、フィルタのバンドパスは若干広く（増大した有効結合係数によりこれが可能になる）設計でき、かつ減衰の増大は少なくとも部分的に補償し得る。
【００３８】
フィルタのパワーハンドリングキャパシティが問題になる時には、直列接続されたいくつかの圧電共振子の使用は、従って、圧電層のパターン形成を伴うまたは伴わない圧電共振子の製造にかかわりなく、フィルタ構造において有利である。圧電共振子の数と面積とが増加するにつれ、フィルタ構造の面積が一般に増大する。しかしながら、直列接続されたいくつかの圧電共振子を用いることの利点は、多くの状況において非常に大きく、フィルタ面積の増加は容認できる。例えば、直列接続された薄膜圧電共振子からなるフィルタに適合するために必要な面積は、セラミックフィルタ中に適合させるために必要な面積よりもかなり小さい。例えば、セラミックフィルタは今日、セルラー電話において使用されている。
【００３９】
【発明の実施の形態】
例としての好ましい実施形態および添付の図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。
【００４０】
以上において、従来技術の説明と共に図１〜図８を参照した。図中の対応する部材については、同じ参照番号が用いられている。
【００４１】
最初に、有効圧電結合係数ｋ_effに関するＢＡＷ共振子の電極面積Ａのサイズの影響を簡単に論じることにする。有効圧電結合係数についての上限は真の圧電結合係数であり、これはＢＡＷ共振子において用いられた圧電材料に主に依存する。
【００４２】
共振子の並列共振周波数および直列共振周波数を測定することにより、共振子の有効圧電結合係数を求めることが可能である。すなわち、有効圧電結合係数は、これらの共振周波数の差を用いて計算できる。図９は、２組のＢＡＷ共振子それぞれについて、２ＧＨｚでの有効圧電結合係数を白丸と黒丸で示すもので、圧電材料はＺｎＯである。検討するＢＡＷ共振子の電極部分は正方形で、この正方形の幅は横軸上に表してある。検討するＢＡＷ共振子のサイズは約５０×５０μｍ²〜約６００×６００μｍ²である。
【００４３】
ＢＡＷ共振子の並列静電容量はＣ₀＝Ｃ_PL＋Ｃ_Sである。Ｃ_PLは、ＢＡＷ共振子の電極面積の平板容量Ｃ_PL＝ε₀ε_rＡ／ｔであり、ε₀は自由空間の誘電率、ε_rは圧電材料の比誘電率、ＡはＢＡＷ共振子の電極面積、ｔは圧電層の厚さである。Ｃ_Sは、ＢＡＷ共振子の電極間からの電界リークを生じさせる有限の電極面積に関連する浮遊容量である。浮遊容量は、公知の公式を用いて推定し得る。
【００４４】
共振子の機械キャパシタンスＣ_mは、平板容量および真の圧電結合係数ｋから、Ｃ_m＝Ｃ_PL／（ｋ^-2−１）を用いて導き出し得る。次に、有効結合係数は、
【数１】

であり、これは電極面積Ａの関数である。この関数に有効圧電結合係数の測定値を当てはめて真の圧電結合係数ｋの推定値を得ることが可能である。図９には、実線および破線でこの測定値を通るように調整した結果を示してある。白丸で示した共振子については、真の圧電結合係数としてｋ＝０．２７１の値が得られる。黒丸で示した共振子については、ｋ＝０．２６６の値が得られる。図９に見られるように、面積が約２５０×２５０μｍ²以上である検討対象ＢＡＷ共振子については、有効圧電結合係数が真の圧電結合係数に極めて近い。面積が２００×２００μｍ²未満である検討対象ＢＡＷ共振子については、浮遊キャパシタンスＣ_sの影響が明らかに見られる。すなわち、有効圧電結合係数は真の圧電結合係数よりもかなり小さい。
【００４５】
フィルタのインピーダンスは一般に、特定のインピーダンスレベル、しばしば５０Ωインピーダンス、に整合される。圧電ＢＡＷ共振子のインピーダンスは主に並列静電容量Ｃ₀に起因し、従って、インピーダンス整合の結果、直列接続された個々のＢＡＷ共振子の静電容量は、該ＢＡＷ共振子を組み合せた場合の静電容量よりも大きい。従って、同じインピーダンスを有する単一のＢＡＷ共振子に替えて１群のＢＡＷ共振子が直列接続される場合、ＢＡＷ共振子群の面積は単一のＢＡＷ共振子の面積よりもかなり大きい。例えば、２００×２００μｍ²のサイズを有する単一のＢＡＷ共振子は、２８２×２８２μｍ²の直列接続されたＢＡＷ共振子２個、または３４６×３４６μｍ²の直列接続されたＢＡＷ共振子３個と代替し得る。直列接続された共振子の面積は同じである必要はないが、通常は同じサイズである。特定の面積ａを有しかつ直列接続されたｎ個のＢＡＷ共振子で、面積Ａを有する単一のＢＡＷ共振子を代替するとすれば、インピーダンスマッチングを達成するためには各ＢＡＷ共振子の面積ａは実質的にｎＡとなる。上記で論じたように、個々のＢＡＷ共振子の有効圧電結合係数は、ＢＡＷ共振子の面積と共に増大する。従って、フィルタ構造中の共振子数が増大したことによる減衰損失は、多少より広い周波数帯で動作するようにフィルタを設計することにより少なくとも部分的に補償できる。
【００４６】
ＳＡＷ共振子が用いられているフィルタにおいては、ＳＡＷ共振子の数が増加するにつれて減衰が増大することがある。他方では、ＳＡＷ共振子の結合係数は、少なくともＢＡＷ共振子の結合係数と比較する場合には、非常に良好であり、従って、多くのケースでは減衰の若干の増加は許容できる。
【００４７】
図１０には、圧電共振子からなるフィルタを設計するための本発明の第１の好ましい実施形態による方法９００のフローチャートが示してある。ステップ９０１では、フィルタについての目標周波数応答が定義される。例えば、フィルタは、１８０５〜１８８０ＭＨｚまたは９２５〜９６０ＭＨｚに通過帯域を有するバンドパスフィルタとし得る。ステップ９０２では、定義された目標周波数応答を達成する第１のフィルタ構成が特定される。このフィルタ構成は、バイアを介してフィルタ回路に接続された圧電共振子の数ができる限り低く保たれている、典型的な従来技術のフィルタ構成とし得る。ステップ９０１および９０２は、事実上すべてのフィルタ設計手順中に存在する。
【００４８】
ステップ９０３では、フィルタについての目標パワーハンドリングキャパシティが定義され、ステップ９０４では、第１のフィルタ構成のパワーハンドリングキャパシティが決定される。フィルタのパワーハンドリングキャパシティは、例えば、フィルタ構造および動作中のフィルタ挙動を理論的またはシミュレーションを用いることにより、あるいは、製造されたフィルタをパワーレベルが増加していく入力信号により試験することにより求め得る。
【００４９】
第１のフィルタ構成のパワーハンドリングキャパシティが目標パワーハンドリングキャパシティ以下であれば（ステップ９０５）、ステップ９０８において、第１の共振周波数を有する本来の１つの圧電共振子を、第１の共振周波数に実質的に等しい共振周波数を各々が有している圧電共振子の群と代替することにより、第２のフィルタ構成が特定される。圧電共振子の前記群は直列接続されており、かつ直列接続された共振子の群のインピーダンスは、第１のフィルタ構成における、本来の圧電共振子または本来の共振配置（前記群が一定数の本来の圧電共振子を代替する場合）のインピーダンスと同じである。第２のフィルタ構成中に、直列接続された圧電共振子の１群または２群以上を配置することが可能である。例えば、理論的にシミュレーションを用いて、あるいは試験により、高パワーレベルの存在下で、第１のフィルタ構成のどの圧電共振子が最も破損しやすいかを決定すること（ステップ９０６で）が可能である。最も損傷を受けやすい圧電共振子は、入力信号の周波数およびフィルタの構造に依存し得る。例えば、最高電圧にさらされている圧電共振子（または共振配置）は、一般に第１の（入力に向かって）圧電共振子（共振配置）である。バンドパスの低位エッジ近くの周波数においては、並列の第１の圧電共振子が一般に最も損傷を受けやすい。バンドパスの高位エッジ近くの周波数においては、直列の第１の圧電共振子が一般に最も損傷を受けやすい。従って、直列接続された圧電共振子の第１の群を第２のフィルタ構造において直列の第１の圧電共振配置として置き、さらに直列接続された圧電共振子の第２の群を第２のフィルタ構造において並列の第１の圧電共振配置として置くことが適切なことがある。これらの第１および第２の群における圧電共振子の数は等しくすることも異ならせることもできる。代わりに、直列および並列の第１の圧電共振子（圧電共振配置）の１つのみを、直列接続された圧電共振子の群と代替すれば十分なことがある。さらに、第１のフィルタ構成中の他の圧電共振子も、直列接続された圧電共振子の複数の群で代替する必要があることがある。
【００５０】
上記で論じたように、第１のフィルタ構成における本来の圧電共振子を代替する直列接続された圧電共振子の数は、第２のフィルタ構成の減衰と周波数応答に影響する。圧電共振子の群中の圧電共振子の数を増やすと第２のフィルタ構造のパワーハンドリングキャパシティが一般に増大するが、第２のフィルタ構造の減衰も増大し、かつ第２のフィルタ構造の周波数応答も変わることがある。減衰が増大しても一般に問題を引き起こさない高いパワー領域で使用するようにフィルタが特に設計されていることをパワーハンドリング要件が指定している時には、減衰が多少大きくなってもいくつかのケースでは無視できる。従って、少なくとも第２のフィルタ構造のパワーハンドリングキャパシティーと第２のフィルタ構成の周波数応答との間の適切なバランスを、直列接続された圧電共振子の数を選択することにより、見い出す必要が一般にある。代わりに、パワーハンドリングキャパシティを優先することも可能である。
【００５１】
方法９００において、１例として、ｎ＝２から始めて（ステップ９０７）いくつかの可能性を試し、直列接続された圧電共振子の数ｎが選択される。最初に、直列接続されかつ本来の圧電共振子と同じ結合インピーダンスを有するｎ個の圧電共振子により代替されるべき、第１のフィルタ構造中の１個の圧電共振子がステップ９０６において定義され、ステップ９０８において共振子の群と代替される。その後、現在の第２のフィルタ構成のパワーハンドリングキャパシティおよび周波数応答がステップ９０９において定義される。前記群における圧電共振子の個数ｎはステップ９１０で増加され、ステップ９０８〜９１０がある程度の回数繰り返される。ｎの上限は、例えば、フィルタ構成について利用可能なスペースに依存し得る。その後、パワーハンドリングキャパシティと周波数応答との適切な（通常は、最も可能性の高い）組合せをもたらすｎの値がステップ９１１において選択される。
【００５２】
方法９００は、フィルタ構造のパワーハンドリングキャパシティを調節する方法の単なる１例である。第１のフィルタ構成中の種々の圧電共振子が、直列接続された圧電共振子の複数の群で代替される、より精巧な方法を使うことはもちろん可能である。代わりに、種々の周波数について方法９００を独立して使い（すなわち、ステップ９０６において種々の圧電共振子を選択する）、その結果を用いて、次に最も適切なフィルタ構造を決定することもできる。
【００５３】
方法９００または他の同様な方法を用いて、圧電共振子を含む従来技術のフィルタ構造をより優れたパワーハンドリングキャパシティを持つように修正することが可能である。
【００５４】
図１１には、本発明の第２の好ましい実施形態による梯子型フィルタブロック１０９０に対応する回路が１例として例示してある。この梯子型フィルタブロック１０９０は、ある第１の共振周波数を有しかつ直列接続された圧電共振子の第１の群１０１０と、ある第２の共振周波数（一般には、第１の共振周波数とは異なる）を有しかつ直列接続された圧電共振子の第２の群１０２０とからなる。梯子型フィルタブロック１０９０において、入力導線１０３０ａ、１０３０ｂと出力導線１０４０ａ、１０４０ｂとの間で、圧電共振子の第１の群１０１０は直列接続され、圧電共振子の第２の群１０２０は並列接続されている。図１１において、群１０１０および１０２０における３つの点は、図１１中の最も離れた圧電共振子１０１１ａ、１０１１ｂ、１０２１ａ、１０２１ｂの間の直列接続された数個（数≧０）の圧電共振子を指す。圧電共振子のこの数は、任意の正の整数または０とし得る。図１１において、群１０１０は従って、少なくとも２つの圧電共振子からなり、群１０２０は少なくとも３つの圧電共振子からなる。これは１例であり、例えば、本発明によるフィルタ構造において、入力および出力導線の間で並列接続された圧電共振子の群（すなわち、ブロック１０９０中の群１０２０に対応する群）が少なくとも２つの圧電共振子からなりおよび／または入力および出力導線の間で直列接続された圧電共振子の群（すなわち、ブロック１０９０中の群１０１０に対応する群）が少なくとも３つの共振子からなることも可能である。
【００５５】
直列接続された圧電共振子の群１０１０、１０２０は、直列接続された圧電共振子の該群の一端として第１の圧電共振子１０１１ａ、１０２１ａからなり、前記群の他端として第２の圧電共振子１０１１ｂ、１０２１ｂからなる。直列接続された圧電共振子の群１０１０、１０２０は、第１の圧電共振子１０１１ａ、１０２１ａおよび第２の圧電共振子１０１１ｂ、１０２１ｂを介してのみ、他の梯子型フィルタブロック１０９０と接続される。圧電共振子の群１０１０、１０２０のインピーダンスは、それぞれ梯子型フィルタブロック１０９０の目標インピーダンスと整合させられる。
【００５６】
図１２には、本発明の第３の好ましい実施形態による、梯子型フィルタ１１００に対応する回路の１例が例示してある。この梯子型フィルタ１１００は３つの梯子型フィルタブロックからなる。その最初のもの、すなわち梯子型フィルタブロック１１９０は圧電共振子の群１１１０及び１１９１からなり、該群１１１０の圧電共振子は、直列接続され同じ共振周波数を有し、入力導線１０３０ａ、１０３０ｂと出力導線１０４０ａ、１０４０ｂとの間で直列接続されており、圧電共振子１１９１は圧電共振子および入力導線入力と出力導線との間で並列接続されている。１例として、図１２の群１１１０は２つの圧電共振子から構成されているが、その数は本発明による他の梯子型フィルタにおいてはより大きくし得る。梯子型フィルタブロック１１８０ａ、１１８０ｂは、梯子型フィルタブロック１１９０と直列接続されている。梯子型フィルタブロック１１８０ａ、１１８０ｂはそれぞれ、直列接続された圧電共振子１１８１ａ、１１８１ｂならびに入力および出力導線の間で並列接続された圧電共振子１１８２ａ、１１８２ｂからなる。
【００５７】
圧電共振子の群１１１０は、梯子型フィルタ１１００において、直列の第１の圧電共振配置として働く。方法９００に関して上記で論じたように、第１の圧電共振配置として複数の圧電共振子を置くことが望ましいことがしばしばある。さらなる例として、梯子型フィルタブロック１１９０は、例えば、図１１のフィルタブロック１０９０で代替できる。入力および出力導線の間で並列接続されかつ入力導線に直接に接続された圧電共振子の群は、フィルタのパワーハンドリングキャパシティをさらに向上する。
【００５８】
梯子型フィルタ１１００と同じ構造を有し、圧電共振子が、圧電材料としてＺｎＯを有する圧電ＢＡＷ共振子であり、群１１１０が２つの圧電ＢＡＷ共振子で構成され、かつその梯子型フィルタの中心周波数が９４２．５ＭＨｚである梯子型フィルタが、３３ｄＢｍのパワーに耐えることが分っている。対応する単一の圧電ＢＡＷ共振子により群１１１０が置き換えられた対応する梯子型フィルタは、３０ｄＢｍのパワーを扱うことができる。２つを超えた圧電共振子を有する群１１１０を用いることにより、この例の梯子型フィルタのパワーハンドリングキャパシティをよりいっそう増大させることが可能である。
【００５９】
図１３には、本発明の第４の好ましい実施形態による格子型フィルタ構造１２００に対応する回路が１例として例示してある。格子型フィルタ構造１２００は、圧電共振子の４つの群からなる。この格子型フィルタ構造１２００において、入力導線１０３０ａ、１０３０ｂと出力導線１０４０ａ、１０４０ｂとの間に、群１２１０ａ、１２１０ｂが直列接続され、さらに入力導線と出力導線との間で群１２２０ａ、１２２０ｂが並列接続されている。群１２１０ａおよび１２１０ｂは一般に同一であり（または、製造可能な程度に同一）、群１２２０ａおよび１２２０ｂも同様である。従来技術の格子型フィルタと比較すると、格子型フィルタ構造１２００においては、直列の第１の共振子および並列の第１の共振子が、圧電共振子の群により代替されている。フィルタ構造を対称的にしておくため、従来技術の格子型フィルタの残りの共振子も、圧電共振子の群と代替される。フィルタ構造１２００においては、１例として、群１２１０ａ、１２１０ｂは２つの圧電共振子から構成され、群１２２０ａ、１２２０ｂは３つの圧電共振子から構成される。
【００６０】
前記群１２１０ａ、１２１０ｂ、１２２０ａ、１２２０ｂに属する圧電共振子は、例えば、圧電ＢＡＷ共振子とすることができ、これらは圧電材料の別個のブロックへ圧電層をパターン形成することにより形成され、従って、各ＢＡＷ共振子は圧電材料のそのような別個のブロックからなる。これらの圧電ＢＡＷ共振子は一般にバイアを用いて相互に接続されており、このバイアは保護層を通って設けてある。代わりに、ＢＡＷ共振子を相互におよび／または他のフィルタ回路と接続するために必要な数のバイアが設けられた単一の圧電層を用いてＢＡＷ共振子を形成することも可能である。代わりに、前記群１２１０ａ、１２１０ｂ、１２２０ａ、１２２０ｂに属する圧電共振子は、例えば、圧電ＳＡＷ共振子としてもよい。一般的に、フィルタが圧電共振子からなる場合、ＢＡＷまたはＳＡＷ共振子のどちらかのみがフィルタ構造に用いられる。
【００６１】
図１１〜図１３におけるフィルタ構造は、本発明によるフィルタ構造の例として提示されている。特許請求の範囲に含まれる種々のその他のフィルタ構造を構成することが可能である。特に、本発明によるフィルタ構造は、直列接続された圧電共振子の２つ以上の群を有することができる。
【００６２】
直列接続されたＢＡＷ共振子は、パターン形成したまたはパターン形成しない圧電層を用いて構成し得る。図１４、図１５には、フィルタ構造１１００を構成する２つの例が示してあり、これらの例ではパターン形成された圧電層が用いられている。例えば、ＢＡＷ共振子の底部電極ならびに入力および出力導線を形成している導電性材料は交差したハッチング線で表してある。ＢＡＷ共振子の頂部電極および接続回路の部分を形成している導電性材料は無地の白色である。圧電層は斜線ハッチングで表してある。ＢＡＷ共振子１１１０ａおよび１１１０ｂは、図１２において１１１０と記された圧電共振子を形成する。図１４においては、圧電層は、前記フィルタ構造に属する各ＢＡＷ共振子が圧電材料の別個のブロックで形成されるようにパターン形成されている。図１５には第２の例が示してあり、そこではフィルタ構造のＢＡＷ共振子の少なくとも１つをフィルタ回路に接続するためのいくつかのバイアが形成されている。この目的のために、１つのバイアのみが必要とされることがある。パターン形成されていない圧電層（図１４、図１５には図示せず）の使用は、事実上フィルタ回路の全面積が圧電層により被覆されていることを意味する。
【００６３】
ＳＡＷ共振子からなるフィルタは一般に、圧電結晶で形成されたディスク（基板）上に構成されている。ＳＡＷ共振子の電極は一般に、圧電結晶の１方の表面上に堆積されている。ＳＡＷ共振子は一般に、電極が形成されているのと同じ導電性層を用いて、および／または結合線を用いて互いに接続されている。
【００６４】
多くのセルラーシステムにおいては、例えば、信号の送信および受信は異なる周波数で行われる。もし送信が第１の周波数帯において行われ、受信が第２の周波数帯において行われるならば、送信信号および受信信号を互いに分離するために二重フィルタが用いられる。二重フィルタは２つのフィルタブランチを有し、これらのフィルタブランチの通過域は異なる。従って、アンテナと接続された二重のフィルタにより、第１の周波数帯での信号送信および第２の周波数帯での信号受信が可能になる。さらに、１つの周波数帯のみを用いるのでなく、信号の送信および／または受信が種々の周波数帯で行われることが可能である。この場合においても、信号の送信および受信を可能にするフィルタを設計することが可能である。
【００６５】
図１６には、本発明によるさらなるフィルタ構造１４００が例示してある。このフィルタ構造１４００は一般に無線トランシーバにおいて用いられ、図１６には、フィルタ構造がアンテナとどのように接続されるかが示してある。フィルタ構造１４００は、送信されるべき信号を濾波するための第１のフィルタブランチ１４０１および受信された信号を濾波するための第２のフィルタブランチ１４０２からなる。第１のフィルタ構造の出力は一般に第２のフィルタ構造の入力と共通であり、これは通常アンテナポートと呼ばれる。フィルタ構造１４００は、例えば、二重フィルタであり得る。
【００６６】
第１のフィルタブランチの１つまたは複数の通過帯域は、第２のフィルタブランチの通過帯域とは異なり、従って、フィルタ構造１４００は、受信された信号から送信された信号を分離する。受信信号の周波数帯とは周波数帯が異なっている送信信号は、高インピーダンスとして第２のフィルタブランチ１４０２を感じ、この第２のフィルタブランチには入らない。セルラーシステムにおいては、送信信号のパワーは、例えば、最大２Ｗになり得る。他方、受信信号のパワーは、ほぼ−１００ｄＢｍ程度になり得る。同様に、受信された信号は、高インピーダンスとして第１のフィルタブランチを感じ、第２のフィルタブランチに入る。この方法で事実上すべての受信信号のパワーが受信機回路に入る。
【００６７】
フィルタ構造１４００においては、第１のフィルタブランチは、本発明による直列接続された圧電フィルタの群からなる。第１のフィルタブランチは、例えば、梯子型フィルタ構造１１００または格子型フィルタ構造１２００からなり得る。一般に、受信信号のパワーレベルが非常に小さく、そこではパワーハンドリングキャパシティは問題を起こさないので、フィルタ構造１４００中の第２のフィルタブランチ１４０２の構造については何の制限も課されない。フィルタ構造１４００は移動通信機器において用いられるのに有利である。
【００６８】
図１７には、無線周波数信号の送信および受信のための構成１５００の１例が例示してある。この構成は、フィルタ構造１４００に加え、送信されるべきデータを搬送する信号を生成する局部発振器１５０２ならびに変調器１５０１からなる。局部発振器からの搬送波信号と変調器からの信号とが混合され、生じた信号はその後パワー増幅器１５０３で増幅される。増幅された信号は、フィルタ構造１４００の第１のフィルタブランチ１４０１において濾波され、例えば、送信周波数の倍数の周波数が、濾波により取り除かれる。パワー増幅器１５０３と第１のフィルタブランチ１４０１との間に、インピーダンス整合要素１５０４が一般に必要とされる。
【００６９】
構成におけるフィルタ構造１４００の第２のフィルタブランチ１４０２の出力は一般に、受信された信号をさらなる処理の前に増幅する低ノイズ増幅器１５０５に接続されている。
【００７０】
図１８には、無線周波数信号を送信するための構成１６００が例示してある。そのような構成は、例えば、移動通信機器の一部であり得る。これは、１つのフィルタ構造１６０１がパワー増幅器１５０３をアンテナに連結している以外の点では配置１５００と同様である。このフィルタ構造は、例えば、フィルタ構造１１００または１２００、あるいは優れたパワーハンドリングキャパシティを有する本発明による任意の他のフィルタ構造とすることができる。
【００７１】
請求項中のバルク音響共振子という用語は、圧電層および該圧電層の片方の面上に第１の電極ならびに前記圧電層の反対側の面上に第２の電極を有する構造を指す。この構造は、例えば、付加的な圧電層および付加的な電極をさらに有し得る。
【００７２】
請求項中およびこの詳細な説明中の表面音響波共振子という用語は、圧電材料の表面上に少なくとも２つの電極を有する構造を指し、前記圧電材料は一般に単一の圧電結晶である。
【００７３】
請求項中およびこの詳細な説明中の接続という用語およびそれからの派生語は、ガルバニック接続を指す。連結という用語およびそれからの派生語は、請求項中およびこの詳細な説明中において、電気的（必ずしも、ガルバニック的ではない）連結を指す。例えば、一緒に連結された２つの構成要素は、中間的電気部品にガルバニック的にそれぞれ接続され得る。
（付記１） 一定のインピーダンスレベルを有しかつ第１の圧電共振子（１０２１ａ）からなるフィルタ構造（１０９０、１１００、１２００）であって、前記圧電共振子の共振周波数が第１の共振周波数であり、前記圧電共振子が前記フィルタ構造の入力導線（１０３０ａ、１０３０ｂ）に接続されてなるフィルタ構造において、フィルタ構造のパワーハンドリングキャパシティを増大するため、圧電共振子のチェーンからさらになり、該チェーンは前記第１の圧電共振子に直列接続された少なくとも２個の圧電共振子からなりかつ前記第１の圧電共振子と共に直列接続された圧電共振子の群（１０２０、１１１０、１２２０）を形成すること、
圧電共振子の前記チェーンに属する各圧電共振子は、前記第１の共振周波数に実質的に等しい共振周波数を有し、
圧電共振子の前記群（１０２０、１１１０、１２２０）は、前記フィルタ構造の残りの圧電共振子に、圧電共振子の前記群の一端において直列接続された前記第１の圧電共振子（１０２１ａ）および圧電共振子の前記群の他端において直列接続された第２の圧電共振子（１０２１ｂ）を介してのみ接続されており、さらに
直列接続された圧電共振子の前記群のインピーダンスが前記フィルタ構造のインピーダンスレベルと整合するようにしてあること
を特徴とするフィルタ構造。
（付記２） 直列接続された圧電共振子の第２の群（１０１０、１２１０）からさらになり、該群は少なくとも２つの圧電共振子からなり、
圧電共振子の前記第２の群に属する各圧電共振子は、第２の共振周波数に等しい共振周波数を有し、
圧電共振子の前記第２の群は、前記フィルタ構造の残りの圧電共振子に、圧電共振子の前記第２の群の一端において直列接続された第３の圧電共振子（１０１１ａ）および圧電共振子の前記第２の群の他端において直列接続された第４の圧電共振子（１０１１ｂ）を介してのみ接続されており、さらに
直列接続された圧電共振子の前記第２の群のインピーダンスが前記フィルタ構造のインピーダンスレベルと整合するようにしてあること
を特徴とする付記１に記載のフィルタ構造（１０９０、１２００）。
（付記３） 前記第１の共振周波数は前記第２の共振周波数と実質的に等しいことを特徴とする付記２に記載のフィルタ構造。
（付記４） 前記第１の共振周波数は前記第２の共振周波数と異なることを特徴とする付記２に記載のフィルタ構造。
（付記５） 前記第３の圧電共振子（１０１１ａ）は前記フィルタ構造の第２の入力導線（１０３０ａ）に接続されていることを特徴とする付記２に記載のフィルタ構造（１０９０、１２００）。
（付記６） 前記フィルタ構造は梯子型フィルタ構造（１１００）であることを特徴とする付記１に記載のフィルタ構造。
（付記７） 前記フィルタ構造は格子型フィルタ構造（１２００）であることを特徴とする付記１に記載のフィルタ構造。
（付記８） 前記第１の圧電共振子および前記第２の圧電共振子はバルク音響波共振子であることを特徴とする付記１に記載のフィルタ構造。
（付記９） 圧電共振子の前記群を形成する前記圧電共振子はバルク音響波共振子であることを特徴とする付記８に記載のフィルタ構造。
（付記１０） 前記バルク音響波共振子はパターン形成されていない圧電材料層上に形 成されていることを特徴とする付記９に記載のフィルタ構造。
（付記１１） 前記バルク音響波共振子はパターン形成された圧電材料層上に形成されていることを特徴とする付記９に記載のフィルタ構造。
（付記１２） 前記バルク音響波共振子は圧電材料の個別のブロック上に形成されていることを特徴とする付記１１に記載のフィルタ構造。
（付記１３） 前記第１の圧電共振子および前記第２の圧電共振子は表面音響波共振子であることを特徴とする付記１に記載のフィルタ構造。
（付記１４） 一定のインピーダンスレベルを有しかつ第１の表面音響波共振子（１０２１ａ）からなるフィルタ構造（１０９０、１１００、１２００）であって、前記共振子の共振周波数が第１の共振周波数であり前記共振子が前記フィルタ構造の入力導線に接続されてなるフィルタ構造において、フィルタ構造のパワーハンドリングキャパシティを増大するため、第２の表面音響波共振子（１０２１ｂ）からさらになり、前記第１の表面音響波共振子の第１の電極は前記第２の表面音響波共振子の第１の電極に接続され、かつ前記第２の表面音響波共振子は前記第１の表面音響波共振子と共に直列接続された圧電共振子の群（１０２０）を形成すること、および
圧電共振子の前記群に属する各圧電共振子は、前記第１の共振周波数と実質的に等しい共振周波数を有し、
圧電共振子の前記群は、前記フィルタ構造の残りの圧電共振子に、前記第１の表面弾性波共振子の第２の電極および前記第２の表面音響波共振子の第２の電極を介してのみ接続されており、さらに
直列接続された圧電共振子の前記群のインピーダンスが前記フィルタ構造のインピーダンスレベルと整合するようにしてあること
を特徴とするフィルタ構造。
（付記１５） 直列接続された圧電共振子の第２の群（１０１０、１２１０）からさらになり、該群は少なくとも２つの圧電共振子からなり、
圧電共振子の前記第２の群に属する各圧電共振子は、第２の共振周波数と等しい共振周波数を有し、
圧電共振子の前記第２の群は、前記フィルタ構造の残りの圧電共振子に、圧電共振子の前記第２の群の一端において直列接続された第３の圧電共振子（１０１１ａ）および圧電共振子の前記第２の群の他端において直列接続された第４の圧電共振子（１０１１ｂ）を介してのみ接続されており、さらに
直列接続された圧電共振子の前記第２の群のインピーダンスが前記フィルタ構造のインピーダンスレベルと整合するようにしてあること
を特徴とする付記１４に記載のフィルタ構造（１０９０、１２００）。
（付記１６） 前記第１の共振周波数は前記第２の共振周波数と実質的に等しいことを特徴とする付記１５に記載のフィルタ構造。
（付記１７） 前記第１の共振周波数は前記第２の共振周波数と異なることを特徴とする付記１５に記載のフィルタ構造。
（付記１８） 前記第３の圧電共振子（１０１１ａ）は、前記フィルタ構造の第２の入力導線（１０３０ａ）と接続されていることを特徴とする付記１５に記載のフィルタ構造（１０９０、１２００）。
（付記１９） 前記フィルタ構造は梯子型フィルタ構造（１１００）であることを特徴とする付記１４に記載のフィルタ構造。
（付記２０） 前記フィルタ構造は格子型フィルタ構造（１２００）であることを特徴とする付記１４に記載のフィルタ構造。
（付記２１） 一定のインピーダンスレベルを有しかつ第１のバルク音響波共振子（１０２１ａ）を備えるフィルタ構造（１０９０、１１００、１２００）であって、前記共振子の共振周波数が第１の共振周波数であり、前記共振子が前記フィルタ構造の入力導線に接続されてなるフィルタ構造において、フィルタ構造のパワーハンドリングキャパシティを増大するため、第２のバルク音響波共振子（１０２１ｂ）からさらになり、前記第１の バルク音響波共振子の第１の電極は前記第２のバルク音響波共振子の第１の電極に接続され、かつ前記第２のバルク音響波共振子は前記第１のバルク音響波共振子と共に直列接続された圧電共振子の群（１０２０）を形成すること、および
圧電共振子の前記群に属する各圧電共振子は、前記第１の共振周波数と実質的に等しい共振周波数を有し、
圧電共振子の前記群は、前記フィルタ構造の残りの圧電共振子に、前記第１のバルク音響波共振子の第２の電極および前記第２のバルク音響波共振子の第２の電極を介してのみ接続されており、
前記第 1 のバルク音響波共振子および前記第２のバルク音響波共振子は、パターン形成されていない単一の圧電層を用いて形成されておらず、さらに
直列接続された圧電共振子の前記群のインピーダンスが前記フィルタ構造のインピーダンスレベルと整合するようにしてあること
を特徴とするフィルタ構造。
（付記２２） 直列接続された圧電共振子の第２の群（１０１０、１２１０）からさらになり、該群は少なくとも２つの圧電共振子からなり、
圧電共振子の前記第２の群に属する各圧電共振子は、第２の共振周波数と等しい共振周波数を有し、
圧電共振子の前記第２の群は、前記フィルタ構造の残りの圧電共振子に、圧電共振子の前記第２の群の一端において直列接続された第３の圧電共振子（１０１１ａ）および圧電共振子の前記第２の群の他端において直列接続された第４の圧電共振子（１０１１ｂ）を介してのみ接続されており、さらに
直列接続された圧電共振子の前記第２の群のインピーダンスが前記フィルタ構造のインピーダンスレベルと整合するようにしてあること
を特徴とする付記２１に記載のフィルタ構造（１０９０、１２００）。
（付記２３） 前記第１の共振周波数は前記第２の共振周波数と実質的に等しいことを特徴とする付記２２に記載のフィルタ構造。
（付記２４） 前記第１の共振周波数は前記第２の共振周波数と異なることを特徴とする付記２２に記載のフィルタ構造。
（付記２５） 前記第３の圧電共振子（１０１１ａ）は、前記フィルタ構造の第２の入力導線（１０３０ａ）と接続されていることを特徴とする付記２２に記載のフィルタ構造（１０９０、１２００）。
（付記２６） 前記フィルタ構造が梯子型フィルタ構造（１１００）であることを特徴とする付記２１に記載のフィルタ構造。
（付記２７） 前記フィルタ構造が格子型フィルタ構造（１２００）であることを特徴とする付記２１に記載のフィルタ構造。
（付記２８） 前記第１および第２のバルク音響波共振子は、パターン形成された圧電材料層上に形成されかつバイアを用いて共に接続されていることを特徴とする付記２１に記載のフィルタ構造。
（付記２９） 前記第１および第２のバルク音響波共振子は、圧電材料の別個のブロック上に形成されていることを特徴とする付記２１に記載のフィルタ構造。
（付記３０） 第１の信号を濾波するための第１のフィルタブランチ（１４０１）と第２の信号を濾波するための第２のフィルタブランチ（１４０２）とからなるフィルタ構造（１４００）であって、前記第１のフィルタブランチは第１の入力導線と第１の出力導線とを有し、前記第２のフィルタブランチは第２の入力導線と第２の出力導線とを有し、前記第１の出力導線は前記第２の入力導線に接続しているフィルタ構造において、前記第１のフィルタブランチは直列接続された圧電共振子の群からなり、該群は少なくとも２つの圧電共振子を有すること、および
圧電共振子の前記群に属する各圧電共振子は、実質的に同じ共振周波数を有し、
圧電共振子の前記群は、前記フィルタブランチの残りの圧電共振子に、圧電共振子の前記群の一端において直列接続され前記第１の入力導体に接続された第１の圧電共振子を介 しておよび圧電共振子の前記群の他端において直列接続された第２の圧電共振子を介してのみ接続されており、さらに
直列接続された圧電共振子の前記群のインピーダンスが前記フィルタ構造のインピーダンスレベルと整合するようにしてあること
を特徴とするフィルタ構造。
（付記３１） 前記第１のフィルタブランチの通過域は前記第２のフィルタブランチの通過域と異なることを特徴とする付記３０に記載のフィルタ構造。
（付記３２） 前記第１および第２の圧電共振子はバルク音響波共振子であることを特徴とする付記３０に記載のフィルタ構造。
（付記３３） 前記第１および第２の圧電共振子は表面音響波共振子であることを特徴とする付記３０に記載のフィルタ構造。
（付記３４） 無線周波数信号を送信および受信するための構成（１５００）であって、
第１の信号を増幅するための第１の増幅手段（１５０３）と、
第２の信号を増幅するための第２の増幅手段（１５０５）と、
前記第１の信号を濾波するための第１のフィルタブランチ（１４０１）および前記第２の信号を濾波するための第２のフィルタブランチ（１４０２）とからなり、前記第１のフィルタブランチは第１の入力導線と第１の出力導線とを有し、前記第２のフィルタブランチは第２の入力導線と第２の出力導線とを有し、第１の出力導線は第２の入力導線に接続され、前記第１の入力導線は前記第１の増幅手段の出力に連結されかつ前記第２の出力導線は前記第２の増幅手段の入力に連結されるフィルタ構造と（１４００）からなるフィルタ構成において、
前記第１のフィルタブランチは直列接続された圧電共振子の群からなり、該群は少なくとも２つの圧電共振子を有すること、および
圧電共振子の前記群に属する各圧電共振子は、実質的に同じ共振周波数を有し、
圧電共振子の前記群は、前記第１のフィルタブランチの残りの圧電共振子に、圧電共振子の前記群の一端において直列接続され前記第１の入力導線に接続された第１の圧電共振子を介しておよび圧電共振子の前記群の他端において直列接続された第２の圧電共振子を介してのみ接続されており、さらに
直列接続された圧電共振子の前記群のインピーダンスが前記第１のフィルタ構造のインピーダンスレベルと整合するようにしてあること
を特徴とする構成。
（付記３５） 前記第１のフィルタブランチの通過域は前記第２のフィルタブランチの通過域と異なることを特徴とする付記３４に記載の構成。
（付記３６） 前記第１および第２の圧電共振子はバルク音響波共振子であることを特徴とする付記３４に記載の構成。
（付記３７） 前記第１および第２の圧電共振子は表面音響波共振子であることを特徴とする付記３４に記載の構成。
（付記３８） 無線周波数信号を送信するための構成（１６００）であって、
無線周波数信号を増幅するための増幅手段（１５０３）と、
増幅された前記無線周波数信号を濾波するためのフィルタ構造（１０９０、１１００、１２００、１６０１）からなる構成において、
前記フィルタ構造は直列接続された圧電共振子の群からなり、該群は少なくとも２つの圧電共振子を有すること、および
圧電共振子の前記群に属する各圧電共振子は、実質的に同じ共振周波数を有し、
圧電共振子の前記群は、前記フィルタ構造の残りの圧電共振子に、圧電共振子の前記群の一端において直列接続され前記第１のフィルタ構造の入力導線に接続された第１の圧電共振子を介しておよび圧電共振子の前記群の他端において直列接続された第２の圧電共振子を介してのみ接続されており、さらに
直列接続された圧電共振子の前記群のインピーダンスが前記フィルタ構造のインピーダ ンスレベルと整合するようにしてあること
を特徴とする構成。
（付記３９） 前記第１のフィルタブランチの通過域は前記第２のフィルタブランチの通過域と異なることを特徴とする付記３８に記載の構成。
（付記４０） 前記第１および第２の圧電共振子はバルク音響波共振子であることを特徴とする付記３８に記載の構成。
（付記４１） 前記第１および第２の圧電共振子は表面音響波共振子であることを特徴とする付記３８に記載の構成。
（付記４２） フィルタを設計するための方法であって、
圧電共振子からなり、目標周波数応答を達成するフィルタ構成を特定する段階からなる方法において、
前記フィルタ構成において、第１の共振周波数を有する本来の１つの圧電共振子を圧電共振子の群で代替する段階であって、前記群の各々は前記第１の共振周波数と実質的に等しい共振周波数を有し、かつ直列接続された共振子の前記群のインピーダンスが前記本来の圧電共振子のインピーダンスと等しい段階と
前記複数の圧電共振子における圧電共振子の数を選択する段階とからなることを特徴とする方法。
（付記４３） 目標パワーハンドリングキャパシティを定義する段階と、
圧電共振子の群を有する前記フィルタ構成のパワーハンドリングキャパシティを決定する段階と、
圧電共振子の前記群を有する前記フィルタ構成の周波数応答を決定する段階とからなり、
圧電共振子の前記群中の圧電共振子の数を選択する前記段階において、前記フィルタ構造の前記パワーハンドリングキャパシティと前記フィルタ構成の前記周波数応答との間のバランスが達成されるように前記選択が実行されること
を特徴とする付記４２に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による表面音響共振子を例示する図である。
【図２】従来技術によるバルク音響波共振子を例示する図である。
【図３】ブリッジ構造を有する別のバルク音響波共振子構造を示す図である。
【図４】バイアホール構造を有するバルク音響波共振子を例示する図である。
【図５】音響ミラー構造により基板から絶縁されたバルク音響波共振子を例示する図である。
【図６】積み重ねられたバルク音響波共振子を例示する図である。
【図７】従来技術の梯子型フィルタブロックの例を示す図である。
【図８】従来技術の格子型フィルタ構造の例を示す図である。
【図９】ＢＡＷ共振子の電極幅の関数としての有効圧電結合係数を例示するグラフである。
【図１０】本発明の第１の好ましい実施形態によるフィルタ構造を設計する方法を例示するフローチャートである。
【図１１】本発明の第２の好ましい実施形態による梯子型フィルタブロックを１つの例として例示する図である。
【図１２】本発明の第３の好ましい実施形態による梯子型フィルタを１つの例として例示する図である。
【図１３】本発明の第４の好ましい実施形態による格子型フィルタ構造を１つの例として例示する図である。
【図１４】図１２において提示されたフィルタ構造を実装する第１の例を例示する図である。
【図１５】図１２において提示されたフィルタ構造を実装する第２の例を例示する図である。
【図１６】本発明による二重フィルタ構造を１つの例として例示する図である。
【図１７】本発明による、無線周波数信号を送信および受信するための構成を１つの例として例示する図である。
【図１８】本発明による、無線周波数信号を送信するための構成を１つの例として例示する図である。
【符号の説明】
１００…圧電層
１１０…底部電極
１２０…頂部電極
１２２、１２４…電極
１３０…膜
１３５…犠牲層
１５０…音響ミラー
２００…基板
２１０…空隙
２１１…バイアホール
７００…梯子型フィルタブロック
７０１、７０２…共振子
１０９０…梯子型フィルタブロック
１０１０、１０２０、１１１０、１１８０、１１９０、１２１０、１２２０…圧電共振子の群
１０１１、１０２１、１１８１、１１８２、１１９１…圧電共振子
１０３０…入力導線
１０４０…出力導線
１４００…フィルタ構造
１４０１…第１フィルタブランチ
１４０２…第２フィルタブランチ
１５０１…変調器
１５０２…局部発振器
１５０３…パワー増幅器
１５０４…インピーダンス整合要素
１５０５…低ノイズ増幅器

Claims (11)

1. 一定のインピーダンスを有しかつ第１の圧電共振子を備えるフィルタ構造であって、前記圧電共振子の共振周波数が第１の共振周波数であり、前記圧電共振子が前記フィルタ構造の入力導線に接続されてなるフィルタ構造において、フィルタ構造のパワーハンドリングキャパシティを増大するため、圧電共振子のチェーンをさらに備え、該チェーンは前記第１の圧電共振子に直列接続された少なくとも２個の圧電共振子からなりかつ前記第１の圧電共振子と共に直列接続された圧電共振子の群を形成すること、
   圧電共振子の前記チェーンに属する各圧電共振子は、前記第１の共振周波数に実質的に等しい共振周波数を有し、
   圧電共振子の前記群は、前記フィルタ構造の残りの圧電共振子に、圧電共振子の前記群の一端において直列接続された前記第１の圧電共振子および圧電共振子の前記群の他端において直列接続された第２の圧電共振子を介してのみ接続されており、
   直列接続された圧電共振子の前記群のインピーダンスが前記フィルタ構造のインピーダンスと整合するようにしてあり、さらに、
   前記フィルタ構造が格子型フィルタ構造であることを特徴とするフィルタ構造。
2. 直列接続された圧電共振子の第２の群をさらに備え、該群は少なくとも２つの圧電共振子からなり、
   圧電共振子の前記第２の群に属する各圧電共振子は、第２の共振周波数に等しい共振周波数を有し、
   圧電共振子の前記第２の群は、前記フィルタ構造の残りの圧電共振子に、圧電共振子の前記第２の群の一端において直列接続された第３の圧電共振子および圧電共振子の前記第２の群の他端において直列接続された第４の圧電共振子を介してのみ接続されており、さらに
   直列接続された圧電共振子の前記第２の群のインピーダンスが前記フィルタ構造のインピーダンスと整合するようにしてあること
   を特徴とする請求項１に記載のフィルタ構造。
3. 前記第１の共振周波数は前記第２の共振周波数と実質的に等しいことを特徴とする請求項２に記載のフィルタ構造。
4. 前記第１の共振周波数は前記第２の共振周波数と異なることを特徴とする請求項２に記載のフィルタ構造。
5. 前記第３の圧電共振子は前記フィルタ構造の第２の入力導線に接続されていることを特徴とする請求項２に記載のフィルタ構造。
6. 前記第１の圧電共振子および前記第２の圧電共振子はバルク音響波共振子であることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ構造。
7. 圧電共振子の前記群を形成する前記圧電共振子はバルク音響波共振子であることを特徴とする請求項６に記載のフィルタ構造。
8. 前記バルク音響波共振子はパターン形成されていない圧電材料層上に形成されていることを特徴とする請求項７に記載のフィルタ構造。
9. 前記バルク音響波共振子はパターン形成された圧電材料層上に形成されていることを特徴とする請求項７に記載のフィルタ構造。
10. 前記バルク音響波共振子は圧電材料の個別のブロック上に形成されていることを特徴とする請求項９に記載のフィルタ構造。
11. 前記第１の圧電共振子および前記第２の圧電共振子は表面音響波共振子であることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ構造。

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