JP4031096B2 - 弾性表面波フィルタ及び弾性表面波フィルタの構成方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば携帯電話のような移動通信機器等に用いられる弾性表面波フィルタ及びその構成方法に関する。
また本発明は例えば弾性表面波フィルタなどの弾性表面波装置に関し、特にインターディジタル変換器と反射器とを備えた共振子型弾性表面波フィルタに関する。
また本発明はインターディジタル変換器と反射器により構成される共振子型フィルタのインターディジタル変換器の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、移動通信分野の発展はめざましく、様々なシステムが開発されている。これらのシステムで用いられている通信機器の小型化に伴い、使用される電子部品も小型化が求められている。
【０００３】
弾性表面波フィルタは小型、軽量、高信頼性、優れた帯域外減衰特性等の特徴を有しているため、近年移動通信分野で盛んに使われている。また、フィルタ特性が通信機器の性能を決定するため、優れた周波数特性を有する弾性表面波フィルタは今や移動通信機器のキーデバイスとなっている。
【０００４】
しかしながら、弾性表面波フィルタは電気信号を弾性表面波という機械的なエネルギーに一度変換した後に再び電気信号に変換するといった動作原理により、挿入損失が大きいという問題があり、低損失化が求められている移動体通信機器用フィルタに使えるような低損失化を実現するためには様々な方式が検討されている。
例えば一方向性のフィルタや、複数のインターディジタル変換器（ΙｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：ＩＤＴ）を組み合わせたＩＩＤＴ方式、共振特性を利用した共振子型フィルタや１ポート型共振子を梯子状に組み合わせたラダー型弾性表面波フィルタ等がある。
【０００５】
これら方式の中でも、共振特性を利用した共振子型弾性表面波フィルタは、低損失で小型化に優れ、移動体通信用弾性表面波フィルタの主流となっている。
【０００６】
このような弾性表面波フィルタは、用いられる通信システム、放送システムなどに応じて周波数特性を制御する必要がある。近年では、例えば送信帯域と受信帯域が近接するなど、システムの高度化に伴って複雑な周波数特性の制御を行うことが要求されている。
【０００７】
従来、共振子型弾性表面波フィルタはインターディジタル変換器による弾性表面波の反射も積極的に利用するため、ＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：インターディジタル変換器）は２本で極性が単位周期をなすソリッド電極（シングル電極）で構成されており、周波数特性等の特性制御はインターディジタル変換器やグレーティング状の反射器（Ｇｒ）を構成する電極指の本数や配設ピッチ及び電極指を構成する導体薄膜の膜厚によって制御されていた。
【０００８】
しかしながら、例えば共振子型弾性表面波フィルタの基本特性は、このフィルタを構成するインターディジタル変換器の周波数特性と反射器の反射特性に支配されることになるため、従来の構造では複雑な特性制御を行うことができないという問題がある。
【０００９】
特に小型化、軽量化が求められている移動体通信用途の弾性表面波フィルタでは、インターディジタル変換器や反射器の本数には自ずと制限があり、従来構造では特性制御できる範囲も限られてしまうという問題がある。
【００１０】
また、弾性表面波フィルタは受動部品であるため、外部回路のインピーダンスの制限を受けるため、従来のようにインターディジタル変換器の電極指の対数や反射器の反射特性を制御する方法では弾性表面波フィルタ自体のインピーダンスが変化してしまうため特性制御には限界があった。
【００１１】
また、フィルタ特性を変えずに弾性表面波フィルタのインピーダンスを制御するために、従来はインターディジタル変換器の開口長を変えて制御していた。
しかしながら、従来のようにインターディジタル変換器の開口長を変化させることにより、外部回路との整合をとる方法は小型化が求められる移動体通信用弾性表面波フィルタでは、弾性表面波装置の素子サイズの制限を受けたり、開口長の増減に伴う電極指の抵抗分の変化に伴う挿入損失の劣化や、横モード等の不必要なモードによるスプリアスが発生して弾性表面波装置の特性に悪影響を及ぼすことがあり、システム要求に対して十分に対応することができる手法ではなかった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、弾性表面波フィルタの特性を制御する際のインピーダンス変化を最小限に押さえつつ、所望の周波数特性が得られる弾性表面波フィルタ及びその構成方法を提供することを目的としている。
また本発明の弾性表面波フィルタは、低損失で良好な帯域外減衰特性を有するとともに、複雑なシステム要求に柔軟に対応することができる弾性表面波フィルタを提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、本発明の弾性表面波フィルタ及び弾性表面波フィルタの構成方法は以下のような構成を採用したものである。
【００１４】
請求項１に係る本願発明の弾性表面波フィルタは、圧電性基板と、前記圧電性基板上に形成され、ソリッド電極からなる第１の領域と、前記第１の領域に隣接して形成されたスプリット電極からなる第２の領域とを有するインターディジタル変換器を有し、前記ソリッド電極の中心周波数をｆｏ 1 、スプリット電極の中心周波数をｆｏ 2 としたとき、２×（ｆｏ 2 ×０．９５）≦ｆｏ 1 ≦２×（ｆｏ 2 ×１．０１）の関係であることを特徴とする。
【００１５】
請求項２では、インターディジタル変換器を有する共振子型フィルタを複数接続してなる弾性表面波フィルタであって、前記共振子型フィルタのうち少なくとも１つの共振子型フィルタが、ソリッド電極からなる第１の領域と、前記第１の領域に隣接して形成されたスプリット電極からなる第２の領域とを有するインターディジタル変換器を有し、前記ソリッド電極の中心周波数をｆｏ 1 、スプリット電極の中心周波数をｆｏ 2 としたとき、２×（ｆｏ 2 ×０．９５）≦ｆｏ 1 ≦２×（ｆｏ 2 ×１．０１）の関係であることを特徴とする弾性表面波フィルタが提供される。
【００１７】
請求項３では、ソリッド電極からなる第１の領域とスプリット電極からなる第２の領域とを有するインターディジタル変換器における、スプリット電極を構成する電極指の本数の総和がソリッド電極を構成する電極指の本数の総和以下であることを特徴とする、請求項１または２記載の弾性表面波フィルタが提供される。
【００２０】
ここで、インターディジタル変換器（ＩＤＴ）とは、例えば金属製薄膜の櫛歯状電極を互いに対向噛み合わせ配置したものである。通常、金属製薄膜のグレーティング状の反射器（Ｇｒ）がインターディジタル変換器より励振される弾性表面波の伝搬方向に沿ってΙＤＴを挟むように２ヶ配置される。また、ソリッド電極とは、インターディジタル変換器を構成している電極指の極性が、交流電圧などの信号が印加されたときに互い違いになるように配設されている電極をいう。また、スプリット電極とは、信号が印加されたときに、同極性の電極指２本を１つのぺアーとして、このぺアーの極性が互い違いになるように配設された電極をいう。
この弾性表面波フィルタでは、このようなインターディジタル変換器と反射器との組を複数個圧電性基板上に配設するようにしてもよい。
また、このとき同一の圧電性基板上に配設される複数の組のうち少なくとも１つの組のインターディジタル変換器をソリッド電極からなる第１の領域とスプリット電極からなる第２の領域とを有するように構成するようにしてもよい。
第１の領域と第２の領域とは、互いに隣接するように構成可能であり、また一方が他方を挟むように構成することも可能である。
【００２１】
ソリッド電極は電極自体で弾性表面波を反射するため、低損失化に不可欠な電極構造である。一方スプリット電極は、電極内において反射波がキャンセルされる構造であるため弾性表面波フィルタの低損失化には寄与することはない。
特に、設定された中心周波数より若干外れた不必要な周波数に相当する波長の弾性表面波に対しては、ソリッド電極では不必要にもかかわらず低損失化に寄与してしまうことになるが、スプリット電極では全く寄与しないため、本発明では、従来の構造に比べて、通過帯域近傍での減衰特性は急峻なものとなる。
【００２２】
また特に、スプリット電極の中心周波数をソリッド電極の中心周波数の１／２近傍に設定することにより、スプリット電極を構成する電極指の幅及び電極指の配設ピッチはスプリット電極を形成する電極指の幅および電極指の配設ピッチと等しくなる。
このことにより、ソリッド電極から励振された弾性表面波にとっては反射器として作用し、弾性表面波フィルタの低損失化に寄与するが、スプリット電極から励振される弾性表面波は先に述べたようにスプリット電極内で打ち消されるために、スプリット電極から励振された波長の弾性表面波の反射波による悪影響を回避することができる。
【００２３】
また上記の説明のように、スプリット電極はそれを構成する電極指の配設ピッチに応じた周波数の弾性表面波に対しては反射器として作用する。通常の反射器ではこの反射器を構成する電極はすべて同一極性となるのに対し、スプリット電極の場合には、同一極性の電極指２本をぺアーとし、ぺアー間で極性が異なっている構造上、この極性の異なる電極指ぺアー間に、通常の反射器では持ち得ない容量を有することとなる。
すなわち、ソリッド電極の一部をスプリット電極に置き換えた場合には、弾性表面波フィルタの容量を変えることなく励振源を変えることができるし、またソリッド電極で構成されている弾性表面波フィルタにスプリット電極を付加した場合には、励振源を変えることなく弾性表面波フィルタの容量を変えることができる。
このように本発明の弾性表面波フィルタおよびその構成方法によれば、弾性表面波フィルタの損失や、チップサイズを犠牲にすることなく、システムの要求する複雑な周波数特性に柔軟に対応することができる。
【００２４】
また、本発明の弾性表面波フィルタは、圧電性基板と、前記圧電性基板上に配設され、第１の弾性表面波を励振する第１の領域と、前記第１の弾性表面波を反射する第２の領域とを有するインターディジタル変換器とを具備したことを特徴とする。
すなわち本発明の弾性表面波フィルタは、圧電性基板と、前記圧電性基板上に配設され、信号が入力されたとき第１の弾性表面波を励振する第１の領域と、前記信号が入力されたとき前記第１の弾性表面波を反射する第２の領域とを有するインターディジタル変換器とを具備するものである。
１個のインターディジタル変換器内には、複数の第１の領域または複数の第２の領域が存在していてもよい。
【００２５】
前記インターディジタル変換器の前記第２の領域は、隣接配置される電極指間で容量が形成される部分を有するようにしてもよい。
【００２６】
また、前記インターディジタル変換器の第２の領域は、同一極性の電極指が３本以上並ぶように構成するようにしてもよい。つまり、前記インターディジタル変換器の第２の領域は、前記電気信号が入力されたとき同一極性の電極指が３本以上並ぶような配置で構成するようにしてもよい。
例えば、前記インターディジタル変換器の前記第１の領域は、第１の極性を有するように接続された第１の電極指と、第２の極性を有するように接続された第２の電極指とを交互に配設して構成し、前記第２の領域を少なくとも１本の前記第１の電極指と３本の前記第２の電極指とからなる偶数本を単位として周期的に配設するようにしてもよい。
つまり本発明の弾性表面波フィルタは、圧電性基板と、前記圧電性基板上に配設され、第１の極性を有するように接続された第１の電極指と第２の極性を有するように接続された第２の電極指とが交互に配設された第１の領域と、前記第１の電極指と前記第２の電極指とが少なくとも１本の前記第１の電極指と２本の前記第２の電極指とからなる奇数本の電極指を単位として周期的に配設された第２の領域とを有するインターディジタル変換器とを具備するようにしてもよい。
また、圧電牲基板上に形成した金属製薄膜の櫛歯状電極を互いに交差させてなるインターディジタル変換器を単数もしくは複数個有し、金属製薄膜のグレーティング状の反射器（Ｇｒ）が前記インターディジタル変換器により励振される弾性表面波の伝搬方向に沿って前記インターディジタル変換器を挟むように配置してなる共振子型の弾性表面波フィルタであって、前記インターディジタル変換器を構成する電極指はすべて前記インターディジタル変換器により励振される弾性表面波の１／４波長の幅とピッチで配置されている電極（以後ソリッド電極と呼ぶ）で構成されており、かつ、少なくとも１ヶの前記インターディジタル変換器内で、このインターディジタル変換器を構成している前記電極指の極性が２本で単位周期をなす第１の領域と、４本以上で偶数本の前記電極指で単位周期をなす第２の領域とを備えるようにしてもよい。
このとき、４本以上の偶数本の電極指で単位周期をなす第２の領域が、同一極性の電極指２本と、異なる極性の電極指２本の計４本の電極指で単位周期を構成すると、設定した周波数の半分の周波数で励振するスプリット電極となってしまい、励振源の数が減ってしまう。このため、インターディジタル変換器の第２の領域の構成は、例えば４本の電極指で１周期を構成する場合には、一方のバスバーに接続された電極指１本と他方のバスバーに接続された電極指３本とによりソリッドに構成するようにすればよい。
【００２７】
また、前記インターディジタル変換器の第２の領域は、前記電気信号が入力されたとき互いに打ち消し合うような２つの弾性表面波を励振するように構成するようにしてもよい。
例えば、前記インターディジタル変換器の前記第１の領域は、第１の極性を有するように接続された第１の電極指と第２の極性を有するように接続された第２の電極指とを交互に配設して構成し、前記第２の領域は少なくとも１本の前記第１の電極指と２本の前記第２の電極指とからなる奇数本を単位として周期的に配設するようにしてもよい。
つまり本発明の弾性表面波フィルタは、圧電性基板と、前記圧電性基板上に配設され、第１の極性を有するように接続された第１の電極指と第２の極性を有するように接続された第２の電極指とが交互に配設された第１の領域と、前記第１の電極指と前記第２の電極指とが少なくとも１本の前記第１の電極指と２本の前記第２の電極指とからなる奇数本の電極指を単位として周期的に配設された第２の領域とを有するインターディジタル変換器とを具備するようにしてもよい。
また、圧電牲基板上に形成した金属製薄膜の櫛歯状電極を互いに交差させてなるインターディジタル変換器を単数もしくは複数個有し、金属製薄膜のグレーティング状の反射器（Ｇｒ）が前記インターディジタル変換器により励振される弾性表面波の伝搬方向に沿って前記インターディジタル変換器を挟むように配置してなる共振子型の弾性表面波フィルタであって、前記インターディジタル変換器を構成する電極指はすべて前記インターディジタル変換器により励振される弾性表面波の１／４波長の幅とピッチで配置されている電極（以後ソリッド電極と呼ぶ）で構成されており、かつ、少なくとも１ヶの前記インターディジタル変換器内で、このインターディジタル変換器を構成している前記電極指の極性が２本で単位周期をなす第１の領域と、３本以上で奇数本の前記電極指で単位周期をなす第２の領域とを有するようにしてもよい。
【００２８】
また、前記インターディジタル変換器を構成する電極指の幅は前記インターディジタル変換器が励振する弾性表面波の波長の１／４であり、前記電極指の配設ピッチは前記波長の１／４となるように構成するようにしてもよい。
【００２９】
また、前記インターディジタル変換器は、前記第１の領域で励振される弾性表面波の位相と、前記第２の領域で励振される弾性表面波の位相とが同相になるように配設するようにしてもよい。
【００３０】
また、前記インターディジタル変換器は、前記第１の領域で励振される弾性表面波の位相と、前記第２の領域で励振される弾性表面波の位相とが逆相になるように配設するようにしてもよい。
【００３１】
また前記インターディジタル変換器を構成する電極指は、前記第１の領域における配設ピッチをｐ1 、前記第２の領域における配設ピッチをｐ2 としたとき、
ｐ₁ ×０．９０≦ｐ₂ ≦ｐ₁ ×１．１
の関係を満たすように構成するようにしてもよい。
【００３２】
また、前記圧電性基板上に、前記インターディジタル変換器の励振する弾性表面波の伝搬方向に沿って前記インターディジタル変換器を挟むように配設された反射器をさらに具備するようにしてもよく、前記インターディジタル変換器は前記反射器の間に複数個配設するようにしてもよい。
【００３３】
すなわち本発明の弾性表面波フィルタは、弾性表面波フィルタを構成しているインターディジタル変換器のうち少なくとも１個のインターディジタル変換器を、その電極指の極性が２本で単位周期をなすソリッド電極からなる第１の領域と、４本以上で偶数本の電極指で極性が単位周期をなすソリッド電極からなる第２の領域とにより構成することにより、弾性表面波フィルタの特性を制御する際のインピーダンス変化を最小限に抑制しつつ、電極指の本数を変えることなく複雑な周波数特性を実現することができるものである。
【００３４】
本発明によれば、少なくとも１個のインターディジタル変換器は、極性が２本で単位周期をなすソリッド電極からなる第１の領域と、４本以上の偶数本で極性が単位周期をなすソリッド電極からなる第２の領域とを有している。
ソリッド電極は電極自体で弾性表面波を反射するため、低損失化に不可欠な電極構造である。本発明では、４本以上の偶数本で極性が単位周期となるように電極指が配設された第２の領域を有しているため、信号が印加されたときには、同一極性の電極指が並んだ部分が生じることになる。この部分では弾性表面波は励振されることはないから、異なる極性が並んだ第１の領域で励振された弾性表面波（第１の弾性表面波）に対して反射器としてのみ作用する。
すなわち、上記の説明のように、インターディジタル変換器の第２の領域は、この領域を構成する電極指の配設ピッチに応じた周波数の弾性表面波に対しては反射器として作用することになる。通常の反射器では、すべての電極指は同一極性であるのに対し、本発明では反射器として機能するインターディジタル変換器の第２の領域には、同一極性の電極指以外にも、極性が異なっている電極指を有しているため、この異なる極性の電極指間では通常の反射器では持ち得ない容量と励振源を有することとなる。
また、２本のソリッド電極で単位周期をなす通常のインターディジタル変換器の一部を４本以上の偶数本の電極指で単位周期をなす第２の領域で置き換えることにより、圧電性基板の厚み方向に容量を持つことになるため、弾性表面波フィルタの励振源の個数を変えることなく弾性表面波フィルタの容量を変えることができる。
【００３５】
なお、本発明の弾性表面波フィルタのインターディジタル変換器の電極構造の類似例として、４本の電極で単位周期をなす電極部を、同一極性の電極指を２本ずつ交互に配設して構成した場合には、設定した周波数の半分で励振するスプリット電極となってしまう。このため、設定した周波数で２個の逆相の弾性表面波が励振して互いにキャンセルし合い、２本のソリッド電極で単位周期をなす通常のインターディジタル変換器の一部をこの構造に置き換えた場合は励振源の個数が減ってしまうことになり、本発明のような効果を得ることができない。
【００３６】
また本発明の弾性表面波フィルタは、弾性表面波フィルタを構成しているインターディジタル変換器のうち少なくとも１個のインターディジタル変換器を、その電極指の極性が２本で単位周期をなすソリッド電極からなる第１の領域と、３本以上で奇数本の電極指で極性が単位周期をなすソリッド電極からなる第２の領域とにより構成することにより、インターディジタル変換器の第１の領域に容量を付加することができる。したがって、開口長を変えることなく弾性表面波フィルタのインピーダンス特性を制御することができる。また弾性表面波フィルタの特性を制御する際のインピーダンス変化を最小限に抑制しつつ、電極指の本数を変えることなく複雑な周波数特性を実現することができる。
【００３７】
本発明の弾性表面波フィルタによれば、インターディジタル変換器は極性が２本で単位周期をなすソリッド電極と３本以上の奇数本で極性が単位周期をなすソリッド電極からなる第２の領域を有している。前述のようにソリッド電極は電極自体で弾性表面波を反射するため、低損失化に不可欠な電極構造である。このような第２の領域では、互いに１８０゜位相が異なる２種の弾性表面波が励振されるが、これらの弾性表面波は打ち消し合い、結局この第２の領域では弾性表面波は励振されることはない。したがってこの第２の領域は、２本の電極指で極性の単位周期が構成される第１の領域で励振された弾性表面波（第１の弾性表面波）に対して反射器としてのみ作用することになる。
さらに、この３本以上奇数本の電極指で単位周期が構成される第２の領域内の異なる極性を有する電極指間には、容量が形成されることになる。すなわち、この第２の領域の一部は従来の反射器では成し得ない容量素子としての機能を兼ね備えている。このような構成を有する本発明の弾性表面波フィルタによれば、インターディジタル変換器内にこの３本以上奇数本の電極指で単位周期をなす第２の領域を備えているため、この領域に付加される容量成分がインターディジタル変換器の第１の領域に並列に接続されることになり、インターディジタル変換器を構成する電極指の対数や開口長を変えることなくインピーダンスを低減することができる。これは、同じインピーダンスを有する弾性表面波装置においてはその開口長を小さくできることを意味し、弾性表面波装置をコンパクトにすることができ、移動体通信機、携帯用情報端末などの携帯用電子機器に特に好適な弾性表面波装置を提供することができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３９】
（実施形態１）
図１は本発明の一実施形態に係る弾性表面波フィルタの電極パターンを一部を省略して示す図である。これらの電極は、圧電性基板、例えば４５°ＸカットＬＢＯ基板に形成される。この弾性表面波フィルタは、２種類の２ＩＤＴフィルタ１、２を接続して構成される。すなわち、第１の２ＩＤＴフィルタ１は、所定の間隔をもって配置された２つのＩＤＴ３、４と、これらを挟むように配置された２つのＧｒ５、６とを有する。第２の２ＩＤＴフィルタ２も同様に、所定の間隔をもって配置された２つのＩＤＴ７、８と、これらを挟むように配置された２つのＧｒ９、１０とを有する。第１の２ＩＤＴフィルタ１のＩＤＴ４と第２の２ＩＤＴフィルタ２のＩＤＴ８とは、接続線１１を介して接続されている。
【００４０】
図２はＩＤＴ３の構造を示す図である。図中の１２はソリッド電極、１３はスプリット電極であり、ソリッド電極１２とスプリット電極１３とが相互に隣接して形成されている。ソリッド電極は電極自体で弾性表面波を反射するため、低損失化に不可欠な電極構造である。一方スプリット電極は、弾性表面波の進行波と反射波の位相が１８０°異なっており、電極内において反射波がキャンセルされる構造であるため弾性表面波フィルタの低損失化には寄与することはない。
【００４１】
このような構造を有するＩＤＴ３を有する弾性表面波フィルタでは、ソリッド電極１２とスプリット電極１３とを接続して形成することで、特性を制御する際のインピーダンス変化を最小限に押さえつつ、所望の周波数特性が得られることになる。
【００４２】
このような効果を確認するため行ったシュミレーション結果を図３に示す。 図３は、４５°ΧカットＬＢＯ基板に２ヶのＩＤＴを有し、２ヶのＩＤＴの内１ヶのＩＤＴに関して、ソリッド電極とスプリット電極とを接続するように形成した、６００Ω系の共振子フィルタのＳｍｉｔｈの等価回路に基づいて行ったシュミレーション結果である。
なお、本発明を実施したΙＤＴを形成する電極指の本数と、本発明を実施していない従来技術のＩＤＴを形成する電極指の本数はそろえてある。
また、スプリット電極の中心周波数はソリッド電極の中心周波数の１／２になるように設定し、ΙＤＴ構成は図２のようにし、ソリッド電極側に従来構造のΙＤＴを配置した。
【００４３】
図３中、３１は比較のため、ソリッド電極を含まない従来構造のＩＤＴ、３２はスプリット電極を構成する電極指の数がソリッド電極を構成する電極の半分に、３３はスプリット電極を構成する電極指の数とソリッド電極を構成する電極指の数が等しいように設置した例である。ソリッド電極の比率が増えるにしたがって、フィルタの急峻性は増すが、本実施例では特に低域側での急峻性が増した。また、ソリッド電極の本数が増加すると、設定したインピーダンスよりも弾性表面波フィルタのインピーダンスはずれてしまい、本発明の効果は半減してしまう。
【００４４】
図４は図３中の３１と３２の共振子フィルタを接続した２段構成の弾性表面波フィルタのシュミレーション結果を、図５はこの弾性表面波フィルタを実際に作成して、コンデンサとコイルで６００Ωになるように調整した回路での評価結果をそれぞれ示す図である。
【００４５】
また、図６は図３中の３２の共振子フィルタを２ヶ縦続に接続したもののシュミレーション結果を、図７は弾性表面波フィルタを実際に作成して、図５の弾性表面波フィルタと同じ回路で評価したものである。
【００４６】
いずれの場合も、シュミレーションと実物はよく似ており、本発明の効果が分かる。
【００４７】
なお、本発明は上述した実施形態には限定されない。例えば、上述した実施形態では、図２に示したようにソリッド電極１２とスプリット電極１３とを隣接するように形成したが、図８に示すようにスプリット電極１３をソリッド電極１２が挟むように形成してもよいし、図９に示すようにソリッド電極１２をスプリット電極１３が挟むように形成してもよい。
【００４８】
以上説明したように、本発明によれば、特性を制御する際のインピーダンス変化を最小限に押さえつつ、所望の周波数特性を得ることができ、設計の自由度を大幅に向上することができる。
【００４９】
（実施形態２）
図１０、図１１、図１２は本発明の弾性表面波フィルタが備えるＩＤＴ（インターディジタル変換器）の構造を概略的に示す図である。
図１０に例示したＩＤＴ１００は、信号が入力されたときに、極性が２本で単位周期をなすソリッドな電極指からなる第１の領域１０１ａと、４本以上偶数本の電極指で極性が単位周期をなすソリッドな電極指からなる第２の領域１０１ｂとを有している。
また、例えば図１１、図１２に例示するように２本の電極指で極性の単位周期を構成する第１の領域１０１ａと、４本以上の偶数本の電極指で極性の単位周期を構成する第２の領域１０１ｂとを１個のＩＤＴ１００内に複数装備するようにしてもよい。
【００５０】
弾性表面波フィルタを構成するＩＤＴが複数ある場合には、少なくとも１個のＩＤＴを第１の領域１０１ａと第２の領域１０１ｂとにより構成するようにすればよい。また、それぞれのＩＤＴ１００に関し、例えば図１０、図１１、図１２に例示したような構成の何れを用いるようにしてもよく、１個の弾性表面波フィルタを構成するすべてのＩＤＴを同じ構成にする必要はない。
図１３は本発明の弾性表面波フィルタの構成を概略的に示す図であり、圧電性基板１１０上に、上述のような第１の領域１０１ａと第２の領域１０１ｂとからなるＩＤＴ１００ａ、１００ｂ、１００ｄおよび従来と同様のソリッドなＩＤＴ１００ｃとを、反射器１０２間に配設したものである。
第１の領域１０１ａと第２の領域１０１ｂとの位相関係は同相関係でも逆相関係のどちらでもよく、この位相関係によっても弾性表面波フィルタの特性を変えることができる。
また、１個のＩＤＴ内に複数の第２の領域１０１ｂがある場合にも、個々の第２の領域１０１ｂの第１の領域１０１ａに対する位相関係も同相関係・逆相関係の何れでもよく、さらに同相関係・逆相関係を組み合わせたものでもよい。
【００５１】
図１４は本発明の弾性表面波フィルタのＩＤＴを構成する第２の領域１０１ｂの例を説明するための図である。
このＩＤＴの第２の領域１０１ｂは、信号が印加されたときに、同一極性の電極指３本と異なる極性の電極指１本の計４本で単位周期をなすように構成したものである。実際の弾性表面波フィルタの場合はこのＩＤＴの弾性表面波の励振方向の最外部に反射器１０２を有している。またＩＤＴは反射器間に複数備えるようにしてもよい。
【００５２】
（実施形態３）
以下に４５°ＸカットＬＢＯ基板（ＬＢＯ：四硼酸リチウム）上に、２個のＩＤＴと、これらのＩＤＴを挟むように配設された反射器とを配設した８００Ω系の共振子型弾性表面波フィルタに本発明を適用した例について説明する。
【００５３】
ＩＤＴは２本の電極指で単位周期を成すＩＤＴ換算で４４対、Ｇｒは電極指５０本とし、開口長は１０λ（λ：この弾性表面波フィルタの中心周波数）とした。また、ＩＤＴ、反射器はＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ系の合金からなる導体薄膜をスパッタ法などにより形成し、その厚さは、励振する弾性表面波の波長の約１％程度に設定している。ＩＤＴの構成は図１０に例示した構成と同様にし、第２の領域１０１ｂには、図１４に例示したような同一極性の電極指３本と異なる極性の電極１本の計４本で単位周期を成す構造とし、ＩＤＴの内２本で単位周期を成すＩＤＴ換算で１０対分に、本発明を適応し、励振源の個数は変えぬよう、適応部分の電極指の数は倍にした。
【００５４】
図１５はこのように構成した本発明の弾性表面波フィルタを５０Ω系で見た時のシュミレーション結果である。
図１５に示したプロファイルのうち１０６ａは比較例として本発明を適用しなかったもの、プロファイル１０６ｂ、１０６ｃは本発明を適用した例である。
ＩＤＴ１００の第１の領域１０１ａで励振する弾性表面波と、第２の領域１０１ｂで励振する弾性表面波の位相関係は、１０６ｂでは同相関係に、また１０６ｃは逆相関係になるように配置した。
【００５５】
このシュミレーション結果からもわかるようにより、本発明により通過域近傍の特性を変えることなく帯域外減衰量を制御できることがわかる。
さらに逆相関係に本発明を適用することにより帯域近傍の減衰特性の急峻性は増すが、帯域より周波数の低い部分での減衰量は小さくなるというトレードオフの関係を有していることも分かる。
【００５６】
図１６は本発明の別の弾性表面波フィルタを５０Ω系で見た時のシュミレーション結果である。
この弾性表面波フィルタは、図１５に例示した構造のＩＤＴにおいて、プロファイル１０６ｂを得た構成と同様に、第１の領域１０１ａで励振する弾性表面波と、４本の電極指で単位周期を構成する第２の領域１０１ｂで励振する弾性表面波との位相関係が同相関係になるようにＩＤＴを構成したものであり、第１の領域１０１ａに対して第２の領域１０１ｂの割合を増やしていった時の５０Ωで見た時のシュミレーション結果である（全電極指数は同じ）。
【００５７】
プロファイル１０７ａは、比較例として本発明を適用しなかった場合を、プロファイル１０７ｂはＩＤΤの内の第１の領域をＩＤＴ換算で１０対分にした場合を、プロファイル１０７ｃはＩＤＴの内の第１の領域１０１ａをＩＤＴ換算で２０対分にした場合の周波数特性である。
【００５８】
本発明を適用する電極指の数を増やすことにより、帯域近傍での帯域外減衰量はより急峻なものとなるが、帯域より周波数の低い部分での減衰量は劣化するトレードオフの関係を有していることがわかる。
【００５９】
（実施形態４）
ところで、実際のデバイスではチップサイズが限定されるため、配設可能な電極指の数には限界がある。すなわち、本発明を実際のデバイスに適用する場合には、要求される特性が得られるように、第１の領域１０１ａ、第２の領域１０１ｂを構成する電極指の数や、相互の位相関係を選択することが必要となる。
【００６０】
図１７は本発明の別の弾性表面波フィルタの特性を示す図である。
この例では、図１５で説明したような、プロファイル１０６ａに対応した構成の共振子型弾性表面波フィルタと、プロファイル１０６ｂに対応した構成の共振子型弾性表面波フィルタとを縦続に接続した２段構成の弾性表面波フィルタを８００Ω系でシュミレーション結果を示す。
図１８はこの弾性表面波フィルタを実際に作成し、コンデンサとコイルで８００Ωになるように調整した回路での周波数特性を評価した結果を示す図である。
図１７、図１８から分かるようにシュミレーションと実際の弾性表面波フィルタの周波数特性は実物はよく似ている。このように本発明によれば、弾性表面波フィルタの特性を柔軟に変化させることができる。また特性を制御する際のインピーダンス変化を最小限に押さえつつ、共振子型弾性表面波フィルタより構成されている弾性表面波フィルタの設計自由度を大幅に向上することができる。
【００６１】
なお上述の例では圧電性基板として４５°ＸカットＬＢＯ基板を用いて、２個のＩＤＴより成る、８００Ω系の共振子フィルタを例に説明したが、他の圧電性基板やＲＦフィルタのように純５０Ωで駆動するフィルターに適用することができることは言うまでもない。
【００６２】
（実施形態５）
図１９は本発明の弾性表面波フィルタが備えるＩＤＴの構造の別の例を概略的に示す図である。
図１９に例示したＩＤＴ２００は、極性が２本で単位周期をなすソリッドな電極指からなる第１の領域１０１ａと、３本以上奇数本の電極指で極性が単位周期をなす第２の領域１０１ｃとにより構成されている。
また、図２０、図２１に例示するように、２本で単位周期をなす第１の領域１０１ａまたは３本以上奇数本で単位周期をなす第２の領域１０１ｃを複数設けてるようにしてもよい。
【００６３】
弾性表面波フィルタを構成するＩＤＴが複数ある場合には、少なくとも１個のＩＤＴを第１の領域１０１ａと第２の領域１０１ｂ、１０１ｃとにより構成するようにすればよい。また、それぞれのＩＤＴ２００に関し、例えば図１９、図２０、図２１に例示したような構成の何れを用いるようにしてもよく、１個の弾性表面波フィルタを構成するすべてのＩＤＴを同じ構成にする必要はない。さらに例えば図１０、図１１、図１２に例示したような構成と組み合わせて用いるようにしてもよい。
【００６４】
図２２は本発明の弾性表面波フィルタの構成を概略的に示す図であり、圧電性基板１１０上に、上述のような第１の領域１０１ａと第２の領域１０１ｃとからなるＩＤＴ２００ａ、２００ｂ、２００ｄおよび従来と同様のソリッドなＩＤＴ２００ｃとを、反射器１０２間に配設したものである。
第１の領域１０１ａと第２の領域１０１ｃとの位相関係は同相関係でも逆相関係のどちらでもよく、この位相関係によっても弾性表面波フィルタの特性を変えることができる。
また、１個のＩＤＴ内に複数の第２の領域１０１ｃがある場合にも、個々の第２の領域１０１ｃの第１の領域１０１ａに対する位相関係も同相関係・逆相関係の何れでもよく、さらに同相関係・逆相関係を組み合わせたものでもよい。
【００６５】
図２３は上述のような本発明の弾性表面波フィルタを構成するＩＤＴ２００の、３本以上の奇数本で極性が単位周期をなす第２の領域１０１ｃの構造とその動作を説明するための図である。
図２３（ａ）のように電極指を配設して第２の領域１０１ｃを構成すると、図２３（ｂ）に示すように、ＩＤＴに信号が供給されたときには電極指の極性の周期は３本の電極指により構成されることになる。これは逆極性になったときでも同様であり、隣接する電極指の極性が異なる部分では容量が形成されることになる。
また、この第２の領域では図２３（ｃ）のように、ある信号周期とその次の信号周期では互いに打ち消しあう２種の弾性表面波が励振されるので、結局弾性表面波は励振されず、第１の領域１０１ａで励振された弾性表面波に対して、第２の領域１０１ｃは容量Ｃを有する反射器として振る舞うことになる。
【００６６】
図２４は４５゜ＸカットＬＢＯ基板での、２個のＩＤＴを有する７１ΜΗｚのＧＳΜ用ＩＦフィルタに本発明を適用し、Ｓｍｉｔｈの等価回路に基づいて行った５０Ω系で見た時のシュミレーション結果を表す。
【００６７】
ＩＤＴは２本で単位周期を成すＩＤＴ換算で４４対、Ｇｒは５０本とし、開口長は１０λとした。また、電極は励振する弾性表面波の波長の約１％程度の厚みとしている。
【００６８】
またこの例では、３本で単位周期をなす第２の領域１０１ｃを２０周期分にわたってＩＤＴのＧｒ側に形成し、さらに励振源と反射源とをそろえるため、本発明を適用して構成したＩＤＴのうち第１の領域１０１ａの電極指の本数と、本発明を適用しない従来技術のＩＤＴを形成する電極指の本数、及びＩＤＴの開口長は同じに設定し、本発明の構成の電極指を付加した分たけＧｒの電極指の本数を減らしている。
【００６９】
図２４中、プロファイル２０６ａは従来構成によるシュミレーション結果を、プロファイル２０６ｂは本発明を適用した構成の弾性表面波フィルタの周波数特性のシュミレーション結果を示したものである。
【００７０】
この結果より、本発明の弾性表面波フィルタが有するＩＤＴに付加された容量の効果により、帯域外領域でわずかな特性差は生じているものの、帯域特性はほぼ同一にすることができることがわかる。
【００７１】
図２５は図２４でプロファイル２０６ｂが得られた構成の弾性表面波フィルタを２段構成にし、インピーダンスのマッチングを取った時のシュミレーション結果を示す図である。ここではインピーダンスのマッチングは約６９０Ωで取っている。
図２６は図２４のプロファイル２０６ａが得られた従来構成の弾性表面波フィルタを２段構成にし、マッチングを取った時のシュミレーション結果を示したものであり、約８７０Ωでマッチングが取れている。
【００７２】
これらのシュミレーションにより、本発明の弾性表面波フィルタによれば、ＩＤＴの開口長を変えることなく、弾性表面波フィルタのインピーダンスを制御できることが確認された。このように本発明によれば、ＩＤＴの開口長を変えることなくインピーダンス制御することができる。
【００７３】
また、この例ではＬＢＯ基板を用いたチューニング回路の使用を前提としたＩＦフィルタについて説明したが、他の圧電基板や、チューニング回路を使用しないＲＦフィルタに適用できることは言うまでもない。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば特性を制御する際のインピーダンス変化を最小限に抑制しながら、システムの要求に対応するための複雑な周波数特性を実現することができ、設計の自由度を大幅に向上することができる。
【００７５】
また、本発明によれば、ＩＤＴの開口長を変えることなく弾性表面波フィルタのインピーダンスを柔軟に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る弾性表面波フィルタの電極パターンを示す図。
【図２】図１に示したＩＤＴ３の構造を示す図。
【図３】本発明の効果を説明するシュミレーション結果を表す図。
【図４】本発明を実施した弾性表面波フィルタのシュミレーション結果を表す図。
【図５】本発明を実施することによって得られた弾性表面波フィルタの周波数特性を表す図。
【図６】本発明を実施した弾性表面波フィルタのシュミレーション結果を表す図。
【図７】本発明を実施する事によって得られた弾性表面波フィルタの周波数特性を表す図。
【図８】本発明に係るＩＤＴの他の構造を示す図。
【図９】本発明に係るＩＤＴの他の構造を示す図。
【図１０】本発明の弾性表面波フィルタが備えるＩＤＴの構造を概略的に示す図。
【図１１】本発明の弾性表面波フィルタが備えるＩＤＴの構造を概略的に示す図。
【図１２】本発明の弾性表面波フィルタが備えるＩＤＴの構造を概略的に示す図。
【図１３】本発明の弾性表面波フィルタの構成を概略的に示す図。
【図１４】本発明の弾性表面波フィルタのＩＤＴを構成する第２の領域の構成の例を説明するための図。
【図１５】本発明の弾性表面波フィルタののシュミレーション結果を示す図。
【図１６】第１の領域と第２の領域の割合を変化させたときの弾性表面波フィルタの特性のシュミレーション結果を示す図。
【図１７】本発明の別の弾性表面波フィルタの特性を示す図。
【図１８】本発明を適用して作成した弾性表面波フィルタの周波数特性を示す図。
【図１９】本発明を説明するＩＤＴの構造を示す図。
【図２０】本発明を説明するＩＤＴの構造の変形例を示す図。
【図２１】本発明を説明するＩＤＴの構造の変形例を示す図。
【図２２】本発明を説明する弾性表面波フィルタの例を示す図。
【図２３】本発明の効果を説明するための３本の電極指で単位周期をなす第２の領域の構成の例を示す図。
【図２４】本発明の効果を表す弾性表面波フィルタのシュミレーション結果を示す図。
【図２５】本発明を実施した弾性表面波フィルタのシュミレーション結果を示す図。
【図２６】従来構造の弾性表面波フィルタのシュミレーション結果を示す図。
【符号の説明】
１、２…………………２ＩＤＴフィルタ
３、４、７、８………ＩＤＴ（インターディジタル変換器）
５、６、９、１０……Ｇｒ（グレーティング状反射器）
１１………………接続線
１２………………ソリッド電極
１３………………スプリット電極
１００…………ＩＤＴ
１０１ａ………第１の領域
１０１ｂ………第２の領域
１０１ｃ………第２の領域
１０２…………反射器
１１０…………圧電性基板
２００…………ＩＤＴ

Claims (14)

1. 圧電性基板と、
   前記圧電性基板上に形成され、ソリッド電極からなる第１の領域と、前記第１の領域に隣接して形成されたスプリット電極からなる第２の領域とを有するインターディジタル変換器を有し、
   前記ソリッド電極の中心周波数をｆｏ 1 、スプリット電極の中心周波数をｆｏ 2 としたとき、
   ２×（ｆｏ 2 ×０．９５）≦ｆｏ 1 ≦２×（ｆｏ 2 ×１．０１）
   の関係であることを特徴とする弾性表面波フィルタ。
2. インターディジタル変換器を有する共振子型フィルタを複数接続してなる弾性表面波フィルタであって、
   前記共振子型フィルタのうち少なくとも１つの共振子型フィルタが、ソリッド電極からなる第１の領域と、前記第１の領域に隣接して形成されたスプリット電極からなる第２の領域とを有するインターディジタル変換器を有し、
   前記ソリッド電極の中心周波数をｆｏ 1 、スプリット電極の中心周波数をｆｏ 2 としたとき、
   ２×（ｆｏ 2 ×０．９５）≦ｆｏ 1 ≦２×（ｆｏ 2 ×１．０１）
   の関係であることを特徴とする弾性表面波フィルタ。
3. ソリッド電極からなる第１の領域とスプリット電極からなる第２の領域とを有するインターディジタル変換器における、スプリット電極を構成する電極指の本数の総和がソリッド電極を構成する電極指の本数の総和以下であることを特徴とする請求項１または２記載の弾性表面波フィルタ。
4. 前記インターディジタル変換器の前記第２の領域は、隣接配置される電極指間で容量が形成される部分を有することを特徴とする請求項１または２記載の弾性表面波フィルタ。
5. 前記インターディジタル変換器の第２の領域は、同一極性の電極指が３本以上並ぶことを特徴とする請求項１または２記載の弾性表面波フィルタ。
6. 前記インターディジタル変換器の前記第１の領域は、第１の極性を有するように接続された第１の電極指と、第２の極性を有するように接続された第２の電極指とが交互に配設され、前記第２の領域は少なくとも１本の前記第１の電極指と３本の前記第２の電極指とからなる偶数本を単位として周期的に配設されたことを特徴とする請求項５記載の弾性表面波フィルタ。
7. 前記インターディジタル変換器の第２の領域は、互いに打ち消し合うような２つの弾性表面波を励振することを特徴とする請求項１または２記載の弾性表面波フィルタ。
8. 前記インターディジタル変換器の前記第１の領域は、第１の極性を有するように接続された第１の電極指と第２の極性を有するように接続された第２の電極指とが交互に配設され、前記第２の領域は少なくとも１本の前記第１の電極指と２本の前記第２の電極指とからなる奇数本を単位として周期的に配設されたことを特徴とする請求項７記載の弾性表面波フィルタ。
9. 前記インターディジタル変換器を構成する電極指の幅は前記インターディジタル変換器が励振する弾性表面波の波長の１／４であり、前記電極指の配設ピッチは前記波長の１／４であることを特徴とする請求項４乃至８のいずれか１項記載の弾性表面波フィルタ。
10. 前記インターディジタル変換器は、前記第１の領域で励振される弾性表面波の位相と、前記第２の領域で励振される弾性表面波の位相とが同相になるように配設されたことを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項記載の弾性表面波フィルタ。
11. 前記インターディジタル変換器は、前記第１の領域で励振される弾性表面波の位相と、前記第２の領域で励振される弾性表面波の位相とが逆相になるように配設されたことを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項記載の弾性表面波フィルタ。
12. 前記インターディジタル変換器を構成する電極指は、前記第１の領域における配設ピッチをｐ₁ 、前記第２の領域における配設ピッチをｐ₂ としたとき、ｐ₁×０．９０≦ｐ₂ ≦ｐ₁ ×１．１の関係を満たすことを特徴とする請求項４乃至１１のいずれか１項記載の弾性表面波フィルタ。
13. 前記圧電性基板上に、前記インターディジタル変換器の励振する弾性表面波の伝搬方向に沿って前記インターディジタル変換器を挟むように配設された反射器をさらに具備したことを特徴とする請求項４乃至１２のいずれか１項記載の弾性表面波フィルタ。
14. 前記インターディジタル変換器は前記反射器の間に複数個配設されたことを特徴とする請求項１３記載の弾性表面波フィルタ。

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