JP4056798B2

JP4056798B2 - 弾性表面波フィルタ

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Publication number: JP4056798B2
Application number: JP2002165644A
Authority: JP
Inventors: 直人猪瀬
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2022-06-06
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は弾性表面波フィルタに関する。特に、通過帯域周波数の両側の減衰極周波数の任意倍周波数における減衰特性を改善する弾性表面波に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、弾性表面波フィルタに関する技術としては、例えば、電子情報通信学会誌ｖｏｌ．Ｊ７６−ＡＮｏ．２ＰＰ．２４５−２５２、ＰＰ．２３６−２４４、ＰＰ．８７−９５に記載されるものがあった。
【０００３】
これによれば、従来の弾性表面波フィルタは、一般的に、１端子対弾性表面波共振子（以下「１端子対ＳＡＷ共振子」と云う）を梯子型に接続したフィルタであり、この構造の１端子対ＳＡＷ共振子を用いて直列腕及び並列腕を構成し、直列腕によって高域の減衰極を形成し、並列腕によって低域の減衰極を形成して帯域フィルタを構成するものである。
【０００４】
以上の説明から１段の１端子対ＳＡＷ共振子を多段積した弾性表面波フィルタは以下のようになる。
【０００５】
図８は従来の１段の弾性表面波フィルタを梯子型に４段従属に接続したフィルタであり、４段の場合における本発明の前提となる定Ｋ型弾性表面波フィルタの構成図である。
【０００６】
図８の定Ｋ型弾性表面波フィルタは、直列腕共振子４０１と並列腕共振子５０１からなる１段目、直列腕共振子４０２と並列腕共振子５０２からなる２段目、直列腕共振子４０３と並列腕共振子５０３からなる３段目、直列腕共振子４０４と並列腕共振子５０４からなる４段目を従属接続した構成になっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
低損失、高減衰量フィルタを得ようとすると従来の梯子型弾性表面波フィルタの場合、以下の問題点があった。
（ａ）従来の梯子型弾性表面波フィルタの場合、低損失、高減衰量フィルタを得ようとすると、１端子対ＳＡＷ共振子の共振のＱと反共振のＱを上げる必要がある。即ち、通過帯域の減衰量を減少させ、減衰極の減衰量を大きくする必要がある。
【０００８】
しかしながら、１端子対ＳＡＷ共振子の共振のＱを上げようと櫛歯状電極（ＩＤＴ）の交差長または対数を増やすと、共振子の制動容量が増えると共に共振子の反共振のＱが下がり、減衰量が減ってしまう。
【０００９】
ここで、「制動容量」とは、限りなく直流に近い周波数でも持っている容量、即ち、振動しないとき持っている容量をいう。
【００１０】
一方、減衰量を得るためにはＩＤＴの交差長若しくは対数を減らす必要があり、そのように構成すると、共振子の共振のＱが下がり挿入損失が悪くなってしまう。
（ｂ）また、近年その需要が高い携帯電話向け送受信機（ＤＵＰＬＥＸＥＲ）用フィルタにおいては、送信部のパワーアンプの二次歪、三次歪を減衰させたいという要求があることから、共振周波数（または反共振周波数）の２倍、３倍の高調波部分の減衰量を増大することが必要とされている。
【００１１】
しかし、１端子対ＳＡＷ共振子は、共振周波数から離れると単なる容量としてしか動作せず、図９に示すように、２倍、３倍の高調波部分にまで広帯域に減衰量を得ることは難しくなる。
【００１２】
図９は、従来の弾性表面波フィルタの広帯域における周波数−減衰特性図である。
【００１３】
また、減衰量を得ようと外付けでＬ、Ｃ回路部品等を追加すると、Ｌ、Ｃの共振のＱが低いため、本来の通過域、減衰域の特性も劣化してしまうという問題点があった。
【００１４】
このため、２倍、３倍の高調波部分にまで大きい減衰量を保ちながら、低い通過域の挿入損失を得ることは困難であった。そこで、
本発明の目的は、低損失、高減衰量を達成すると共に、通過帯域の両側における減衰極周波数の２倍、３倍等の任意倍率の高調波部分にまで広帯域に大きな減衰量を得ることができるようにした弾性表面波フィルタを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するために以下の解決手段を採用する。
（１）直列腕共振子および並列腕共振子を複数段梯子型に接続した定Ｋ型弾性表面波フィルタにおいて、
任意段の並列腕に、前記定Ｋ型弾性表面波フィルタを構成する前記任意段の並列腕に並列配置される並列腕の共振子の減衰極周波数より高域側に減衰極周波数を有し、前記共振子の減衰極周波数においては減衰せずに容量として機能する共振素子を設け、
前記並列腕共振子に並列に組み合わせる前記共振素子の共振周波数を前記並列腕共振子の共振周波数の１．８倍以上で２．２倍以下の周波数もしくは２．７倍以上で３．３倍以下の周波数にしたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
本発明は、従来の梯子型弾性表面波フィルタの直列腕共振子、または並列腕共振子に、特徴をなす追加の共振素子を設ける構成を採用する。
（Ｉ）まず、前記直列腕共振子に追加の共振素子を設ける第１および第２実施例を説明する。
【００１８】
（本発明の第１実施例）
第１実施例では、梯子型弾性表面波フィルタにおける直列腕共振子の反共振周波数、すなわち、高域側の減衰極周波数の２倍、３倍等の任意倍率の周波数に減衰極を持つ共振素子を任意段の直列腕共振子に直列に挿入する。
【００１９】
図１は本発明の第１実施例の説明図である。図１（ａ）は、本発明の第１実施例の構成図を示す。
【００２０】
図１（ａ）のフィルタ回路における、直列腕共振子４０１と並列腕共振子５０１からなる１段目、直列腕共振子４０２と並列腕共振子５０２からなる２段目、直列腕共振子４０３と並列腕共振子５０３からなる３段目、直列腕共振子４０４と並列腕共振子５０４からなる４段目は、前記図８の従来の梯子型弾性表面波フィルタ回路と同じ構成になっている。
【００２１】
図１のフィルタ回路は、前記図８の従来のフィルタ回路に新規に共振子６０１〜６０４を挿入する。この共振子６０１〜６０４は、本発明における共振素子を構成する。
【００２２】
「共振素子」とは、図８に示すような定Ｋ型弾性表面波フィルタにおいて、該フィルタの減衰極周波数の２倍、３倍等の任意倍率（例えば、略整数倍）の減衰極周波数を形成するために任意の腕に挿入される共振子であり、弾性表面波素子の他に、別の圧電基板、もしくは強誘電体単結晶基板、強誘電体セラミックス基板のいずれか１つで形成したバルク波共振の圧電振動子で構成するものをいう。
【００２３】
挿入する共振素子６０１〜６０４は同一チップに形成され、直列腕共振子４０１〜４０４によって形成される高域の減衰極よりも高い周波数域に減衰極を持つ。
【００２４】
直列腕の共振素子６０１、６０３は直列腕共振子の高域側減衰極周波数の２倍の周波数に減衰極を持ち、直列腕の共振素子６０２、６０４は同じく高域側の減衰極の３倍の周波数に減衰極を持つ。
【００２５】
この結果、直列腕共振子４０１〜４０４には２倍もしくは３倍の反共振周波数を持つ直列腕の共振素子６０１〜６０４が直列に挿入される。
【００２６】
このように、本発明の弾性表面波フィルタは、複数の直列腕共振子の内、任意の直列腕の共振素子の反共振周波数を、他の直列腕共振子の反共振周波数より高くする。例えば、前記任意数の直列腕の共振素子の反共振周波数を、最も低い反共振周波数の原理上は２倍もしくは３倍とすればよいが、実用上、経験則によれば１．８倍以上で２．２倍以下の周波数もしくは２．７倍以上で３．３倍以下の周波数とすることが好ましい。
【００２７】
図１（ｂ）は、本発明の第１実施例における直列腕と共振素子の等価回路図である。具体的には、直列椀共振子４０２と直列椀共振素子６０２の等価回路図である。
【００２８】
通過域付近の直列腕共振子４０２の等価回路は、リアクタンスＬと容量Ｃ１の直列回路に制動容量Ｃ２を並列接続した回路構成をとる。通過域付近の本実施例で挿入した共振素子６０２の等価回路は、容量Ｃ３となり、前記直列腕共振子４０２の等価回路に直列に接続される。この等価回路は通過域付近の周波数での等価回路であるが、定Ｋ型弾性表面波フィルタの直列腕共振子の反共振周波数の２倍または３倍等の周波数における等価回路は後で述べるように異なる等価回路となる。
【００２９】
図２は本発明の弾性表面波フィルタの通過帯域近傍の周波数−減衰率特性図である。
【００３０】
図３は本発明の弾性表面波フィルタの広帯域の周波数−減衰率特性図である。
【００３１】
以上のように構成することにより、本発明の弾性表面波フィルタは、以下の（ｉ）（ii) の点に特徴を有することになる。
（ｉ）本発明の弾性表面波フィルタの通過帯域近傍の周波数−減衰率特性は、従来の特性に比べ、図３に示すように通過帯域の両側の減衰極の減衰量が大きく改善される。
（ii) 本発明の弾性表面波フィルタの広帯域の周波数−減衰率特性は、図９に示す従来の特性に比べ、図３に示すように、共振周波数付近の減衰量、２倍高調波の減衰量、３倍高調波の減衰量が大きく改善される。
【００３２】
この理由は以下のようになる。
【００３３】
図４は本発明の定Ｋ型弾性表面波フィルタの減衰極周波数の２倍および３倍高調波に減衰極を発生する原理を説明する図である。図４は概略図である。
【００３４】
前記反共振周波数を有する共振子の周波数−減衰率特性は、波形Ａとなり、前記反共振周波数以上の領域、例えば、最小の反共振周波数の２倍または３倍、実用的には前記反共振周波数の１．８倍以上で２．２倍以下の周波数、または２．７倍以上で３．３倍以下の周波数の領域は、共振子の等価回路が容量となることから、図示のようにほぼ平行線となる。
【００３５】
前記以外の直列腕共振子、即ち、通過帯域の高域側の反共振周波数の２倍または３倍の直列腕共振子の周波数−減衰率特性は、波形Ｂ、Ｃとなり、前記波形Ａと同様に、それぞれの直列椀共振子の反共振周波数以上の領域の特性は、共振子の等価回路が容量となることから、図示のようにほぼ平行線となる。
【００３６】
本発明の弾性表面波フィルタは、梯子型接続共振子による前記波形Ａと、最小の反共振周波数の２倍または３倍の直列腕共振子の前記波形Ｂ、Ｃを合成した特性となる。即ち、図４に示す反共振周波数の２倍または３倍の特性領域（ｄ）、（ｆ）、（ｇ）は、前記合成時、相手の特性に何らの影響も与えない特徴を有する。
【００３７】
これらすべての直列腕共振子を同一基板に形成する。また、最も低い反共振周波数の直列腕共振子以外の直列腕の共振素子を、別の圧電基板、もしくは強誘電体単結晶基板、強誘電体セラミックス基板のいずれか１つで形成した厚み振動またはたわみ振動等のバルク波共振の圧電振動子で構成する。
【００３８】
最も低い反共振周波数の直列腕共振子以外の直列腕の共振素子を、同一基板上に形成される圧電薄膜共振子とする。
【００３９】
弾性表面波フィルタにおいて用いる同一基板上に形成される圧電薄膜共振子は、ＬｉＴａＯ₃（タンタル酸リチウム）薄膜、ＬｉＮｂＯ₃（ニオブ酸リチウム）薄膜、ＺｎＯ（酸化亜鉛）薄膜、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）薄膜のいずれか１つで形成する。
【００４０】
また、弾性表面波フィルタにおいて用いる共振素子は、結晶成長面３６°Ｙ−ＸのＬｉＴａＯ₃基板、結晶成長面Ｘ−１１２°ＹのＬｉＴａＯ₃基板、結晶成長面Ｙ−ＺのＬｉＴａＯ₃基板、結晶成長面６４°Ｙ−ＸのＬｉＮｂＯ₃基板、結晶成長面４１°Ｙ−ＸのＬｉＮｂＯ₃基板、結晶成長面１２８°Ｙ−ＸのＬｉＮｂＯ₃基板、結晶成長面Ｙ−ＺのＬｉＮｂＯ₃基板、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系圧電セラミックス基板、ＰｂＴｉＯ₃（チタン酸鉛）系圧電セラミックス基板のいずれか１つで構成する。
【００４１】
本発明の定Ｋ型弾性表面波フィルタは、圧電基板、もしくは強誘電体単結晶基板、強誘電体セラミックス基板上に複数のＩＤＴを所定の電極ピッチで形成した１端子対ＳＡＷ共振子によってそれぞれ構成される直列腕共振子および並列腕共振子を複数段梯子型に接続して構成し、共振（直列共振）および反共振（並列共振）特性を持ち、直列接続されたリアクタンスＬおよび容量Ｃ１と容量Ｃ２が並列接続された集中定数等価回路で近似でき、各直列腕が定Ｋ型を構成する１端子対ＳＡＷ共振子と異なる周波数に共振、反共振を持つ共振素子を少なくとも１つ以上直列に組み合わせて構成する。
【００４２】
一般的に、１端子対ＳＡＷ共振子の共振、反共振のＱは少なくとも１００以上はあるため、各段の直列腕の共振周波数、反共振周波数付近では、接続した２倍高調波、３倍高調波に共振、反共振する共振子は単なる直列容量として機能する。
【００４３】
例えば２段目の直列腕を考えると、通過域付近では図１において、点線内は図８と同じ共振子４０２に相当し、点線外の直列に挿入される容量は新規の共振素子６０２に相当する。
【００４４】
一方、共振素子６０２の反共振周波数では、共振素子６０２は反共振を生じ、減衰極が生じ、直列腕共振子４０２の直列腕共振子は単なる容量として動作する。これを簡略に図４に図示する。
【００４５】
この図において、信号波形Ａは従来の定Ｋ型弾性表面波フィルタの周波数−減衰量特性波形、信号波形Ｂは前記共振素子６０１および６０３による２倍高調波に減衰極を有する周波数−減衰量特性波形、信号波形Ｃは前記共振素子６０２および６０４による３倍高調波に減衰極を有する周波数−減衰量特性波形を表し、本発明の弾性表面波フィルタはこれら信号波形を合成する。
【００４６】
この時、信号波形Ａの領域ｄ、信号波形Ｂの領域ｅおよび領域ｆ、信号波形Ｃの領域ｇは、自分の減衰極周波数の２倍または３倍の領域になるので、特性上略平行線に近い直線となる。
【００４７】
この領域ｄ、ｅ、ｆおよびｇの信号は、減衰極特性に影響を与えることがない。即ち、信号Ａの減衰極ａの特性は信号Ｂの領域ｅおよび信号Ｃの領域ｇの影響を受けずに合成波形Ｄにそのまま現出する。
【００４８】
このことから、定Ｋ型弾性表面波フィルタの減衰極周波数の任意倍の高調波に減衰極を発生する必要が生じた場合には、その高調波に減衰極を有する共振子を定Ｋ型弾性表面波フィルタに追加挿入することになる。
【００４９】
つまり、図１において、３倍高調波付近では、今度は前記図１における点線内が共振素子６０２に相当し、直列に挿入される容量は直列腕共振子４０２に相当する。
【００５０】
すなわち、直列容量を挿入することによって直列腕共振子が制動容量を減らされたことと等価になり、直列腕の合成された結果は周波数上昇型エネルギー閉じ込め１端子対ＳＡＷ共振子となり、挿入損失が減り減衰量が向上すると共に、２倍高調波、３倍高調波の部分に減衰極が生じる。
【００５１】
各段に最も低い反共振周波数の直列腕共振子以外の直列腕の共振素子を接続すれば各段の直列腕共振子が制動容量を減らされたことになり、各段それぞれの共振子の共振および反共振のＱが上がり、フィルタ全体の挿入損失が減り通過帯域の高域側の減衰極の減衰量が増加すると共に、２倍高調波、３倍高調波の部分の減衰量も増えることとなる。
【００５２】
弾性表面波フィルタにおいて、原理上は最も低い反共振周波数の２倍もしくは３倍となる直列腕の共振素子の制動容量を最も低い反共振周波数の直列腕共振子の制動容量と同じかまたはそれ以上にする。
【００５３】
前記共振素子６０１および６０３は２倍、前記共振素子６０２および６０４は３倍の高調波の周波数に減衰極が来るように反共振周波数を合わせておけば、２倍、３倍のいずれの高調波の減衰量も得られる。
【００５４】
挿入する共振子の制動容量を挿入される共振子の２倍以上にすると挿入損失の劣化が小さい。
【００５５】
第１実施例の共振素子は、直列腕共振子の間に配置することが特性上好ましい。
【００５６】
（第１実施例の効果）
以上のように本実施例では、通過帯域の高域側の減衰極の反共振周波数の２倍、３倍の反共振周波数をもつ直列腕共振子を前記通過帯域の高域側の減衰極を形成する直列腕共振子に直列に接続したため、
１．挿入損失を増やすことなく、２倍、３倍の高調波の減衰量を増やすことができる。
２．接続された直列腕共振子に加わる電圧が下がり直列腕共振子の耐電圧（耐電力）が向上する。
３．２倍、３倍の高調波をトラップする外付け部品が必要なくなるので、搭載するプリント基板サイズが小さくなる。
４．異なる倍率の反共振周波数の直列腕共振子を搭載することで基本的に本発明の弾性表面波フィルタを構成できるので、特別な工程を設ける必要がなく、コスト上昇を阻止できる。
【００５７】
第１実施例では同一基板上に共振子を形成する場合について説明したが、別の基板（別のカット角度あるいは、ＬｉＮｂＯ₃等の別の材料）上に形成しその間をボンディングワイヤー等で配線しても同様の効果を得ることができる。
【００５８】
また、４段構成の低Ｋ型フィルタについて説明したが、４段構成に限定されず、さらに多段のフィルタについても各段に異なる倍率の反共振周波数の直列腕共振子を挿入することで構成でき、さらに効果を向上することができる。
【００５９】
（本発明の第２実施例）
第２実施例では、共振および反共振特性を持つ圧電振動子（バルク波の振動子）を各段の直列腕共振子に直列に接続する。該圧電振動子および後述する圧電薄膜共振子は本発明の前記共振素子を構成する。
【００６０】
第２実施例では、直列腕共振子によって形成される通過帯域の高域側の減衰極周波数の２倍、３倍の周波数に減衰極を持つ圧電振動子を各段の直列腕共振子に直列に挿入する。
【００６１】
第２実施例の構成図は図１と同じになる。
【００６２】
各段に直列挿入する共振素子（圧電振動子）６０１〜６０４は共振子基板の外部に形成され、直列腕共振子４０１〜４０４によって形成される通過帯域の高域側の減衰極周波数よりも高い周波数に減衰極を持つ。
【００６３】
直列腕共振子４０１〜４０４には２倍もしくは３倍の反共振周波数を持つ共振素子（圧電振動子）６０１〜６０４が直列に接続される。
【００６４】
一般的に、バルク波の圧電振動子の共振、反共振のＱは少なくとも１０以上はあるため、各段の直列腕の共振周波数、反共振周波数付近では、挿入した２倍高調波、３倍高調波に共振、反共振する共振子は単なる直列容量として機能する。
【００６５】
例えば２段目の直列腕を考えると通過域付近では図１において、点線内は直列腕共振子４０２に相当し、直列に挿入される容量Ｃ３は共振素子（圧電振動子）６０２に相当する。
【００６６】
一方、共振素子（圧電振動子）６０１〜６０４の反共振周波数では、共振素子（圧電振動子）６０１〜６０４は反共振を生じ、減衰極が生じ、直列腕共振子４０１〜４０４は単なる容量として機能する。
【００６７】
同様に図１において３倍高調波付近では、今度は点線内は共振素子（圧電振動子）６０２に相当し、直列に挿入される容量Ｃ３は直列腕共振子４０２に相当する。
【００６８】
すなわち、直列容量を挿入することによって直列腕共振子が制動容量を減らされたことと等価になり、直列腕の合成された結果は周波数上昇型エネルギー閉じ込め１端子対ＳＡＷ共振子となり、挿入損失が減り減衰量が向上すると共に、２倍高調波、３倍高調波の部分に減衰極が生じる。
【００６９】
第２実施例の各圧電振動子は、第１実施例の各共振素子と同じく、前記図４に示した信号合成を行う。
【００７０】
各段に挿入すれば各段の直列腕共振子が制動容量を減らされたことになり、各段それぞれの共振子の共振および反共振のＱが上がり、フィルタ全体の挿入損失が減り減衰量が向上すると共に、定Ｋ型弾性表面波振動子の減衰極周波数の２倍高調波、３倍高調波の部分の減衰量も増える。
【００７１】
定Ｋ型弾性表面波振動子の減衰極周波数に対し、共振素子（圧電振動子）６０１、６０３は２倍、共振素子（圧電振動子）６０２、６０４は３倍の高調波の周波数に合わせておけば、２倍、３倍のいずれの高調波の減衰量も得られる。さらに、圧電振動子の減衰極周波数を任意倍率の高調波とすることも可能である。
【００７２】
挿入する圧電振動子の制動容量を接続される共振子の２倍以上にすると挿入損失の劣化が小さい。
【００７３】
これは同一基板上に形成された１端子対ＳＡＷ共振子の場合と同じ原理である。
【００７４】
別の基板上に形成し、電気的な配線さえ行えば、お互いに振動の波が悪影響することはない。
【００７５】
挿入する圧電振動子の制動容量を挿入される共振子の２倍以上にすると以上述べた効果が更に大きくなる。すなわち、直列容量を挿入することによって直列腕共振子が制動容量を減らされたことと等価になり、直列腕の合成された結果は周波数上昇型エネルギー閉じ込め１端子対ＳＡＷ共振子となり、挿入損失が減り減衰量が向上すると共に、２倍高調波、３倍高調波の部分に減衰極が生じる。
【００７６】
また、実用上、各直列腕共振子に直列に組み合わせる共振素子の反共振周波数を各段の直列腕共振子の反共振周波数の１．８倍以上で２．２倍以下の周波数もしくは２．７倍以上で３．３倍以下の周波数に設定することが好ましい。
【００７７】
各直列腕共振子に直列に組み合わせる共振素子を同一基板に形成した１端子対ＳＡＷ共振子で構成することが可能である。
【００７８】
また、バルク波共振の圧電振動子は、各直列腕共振子に直列に組み合わせる共振素子を別の圧電基板、もしくは強誘電体単結晶基板、強誘電体セラミックス基板のいずれか１つで形成する。
【００７９】
各直列腕共振子に直列に組み合わせる共振素子を同一基板上に形成することも可能である。
【００８０】
また、同一基板上に形成される圧電薄膜共振子を、ＬｉＴａＯ₃薄膜、ＬｉＮｂＯ₃薄膜、ＺｎＯ薄膜、ＡｌＮ薄膜のいずれか１つで形成することも可能である。
【００８１】
圧電基板または強誘電体単結晶基板または強誘電体セラミックス基板を、結晶成長面３６°Ｙ−ＸのＬｉＴａＯ₃基板、結晶成長面Ｘ−１１２°ＹのＬｉＴａＯ₃基板、結晶成長面Ｙ−ＺのＬｉＴａＯ₃基板、結晶成長面６４°Ｙ−ＸのＬｉＮｂＯ₃基板、結晶成長面４１°Ｙ−ＸのＬｉＮｂＯ₃基板、結晶成長面１２８°Ｙ−ＸのＬｉＮｂＯ₃基板、結晶成長面Ｙ−ＺのＬｉＮｂＯ₃基板、ＰＺＴ系圧電セラミックス基板、ＰｂＴｉＯ₃系圧電セラミックス基板のいずれか１つとする。
【００８２】
第２実施例の１端子対ＳＡＷ共振子も前記第１実施例と同じく図２〜図４について説明した特性および作用・効果を備える。
【００８３】
（第２実施例の効果）
以上のように、第２実施例では、共振および反共振特性を持つ圧電振動子（バルク波の振動子）を各段の直列腕共振子に直列に接続したため、
１．挿入損失を増やすことなく、２倍、３倍の高調波の減衰量を増やすことができる。
２．各段の直列腕共振子に圧電振動子を直列に接続したため、直列腕共振子に加わる電圧が下がり直列腕共振子の耐電力が向上する。
３．異なる倍率の反共振周波数の直列腕の共振素子を搭載することで基本的に本発明の弾性表面波フィルタを構成できるので、特別な工程を設ける必要がなく、コスト上昇を阻止できる。
【００８４】
本実施例では別の基板上に圧電振動子を形成しその間をボンディングワイヤー等で配線する場合について説明したが、バンプ等で直接配線しても同様の効果を得ることができる。
【００８５】
また、４段構成の定Ｋ型フィルタについて説明したが、４段構成に限定されず、さらに多段のフィルタについても各段に異なる倍率の反共振周波数の直列腕共振子を挿入することで構成でき、さらに効果を向上することができる。
【００８６】
また、挿入する共振子は直列腕共振子間であれば他の共振子間でも同様の効果を得られる。
【００８７】
また、第２実施例では別の基板上に圧電振動子を形成した場合を説明したが、同一基板上に形成した圧電薄膜共振子でも同様の効果が得られる。
（ＩＩ）次に並列腕共振子に並列に追加の共振素子を設ける第１および第２参考例について説明する。
【００８８】
（第１参考例）
第１参考例では、梯子型弾性表面波フィルタにおける並列腕共振子によって形成される通過帯域の低域側の減衰極周波数の２倍、３倍の周波数に共振する共振素子を各段の並列腕共振子に並列に挿入してある。
【００８９】
図５は本発明の第１参考例の説明図である。図５（ａ）は、本発明の第１参考例の構成図を示す。
【００９０】
図５（ａ）のフィルタ回路における、直列腕共振子４０１、４０２、４０３および４０４と並列腕共振子５０１および５０４は前記図８の従来の梯子型弾性表面波フィルタ回路と同じ構成になっている。図５（ａ）において、従来の図８の並列腕共振子５０２および５０３の代わりに挿入する並列腕共振子７０１と７０２は同一チップに形成され、従来の並列腕共振子５０１と５０４によって形成される通過帯域の低域側の減衰極周波数よりも高い周波数に減衰極を持つ追加の並列腕共振子７０１と７０２を、従来の並列腕共振子５０１と５０４の並列腕共振子に並列に挿入してある。
【００９１】
この共振子７０１〜７０２は、本発明の第１参考例における前記「共振素子」を構成する。
【００９２】
この「共振素子」とは、定Ｋ型弾性表面波フィルタにおいて、該フィルタの通過帯域の低域側の減衰極周波数の２倍、３倍等の任意倍率（例えば、整数倍）の減衰極を形成するために挿入される共振子であり、弾性表面波素子の他に、別の圧電基板、もしくは強誘電体単結晶基板、強誘電体セラミックス基板のいずれか１つで形成したバルク波共振の圧電振動子で構成する。
【００９３】
１段目および４段目の並列腕共振子５０１と５０４の２倍および３倍の共振周波数を持つ共振素子７０１と７０２が２段目および３段目に並列に挿入される。
【００９４】
一般的に、１端子対ＳＡＷ共振子の共振、反共振のＱは少なくとも１００以上はあるため、各段の並列腕の共振周波数、反共振周波数付近では、挿入した２倍高調波、３倍高調波に共振、反共振する共振素子は単なる容量として動作する。
【００９５】
一方、追加の共振素子７０１と７０２の共振周波数では、共振素子７０１と７０２は共振を生じ、減衰極が生じ、並列腕共振子５０１と５０４は単なる容量として機能する。
【００９６】
すなわち、並列容量を挿入することによって並列腕共振子が制動容量を増やされたことと等価になり、通過帯域の低域側の共振周波数の２倍、３倍の高調波部分に減衰極が生じる。
【００９７】
各段に追加の共振子を挿入すれば各段の並列腕共振子が制動容量を増やされたことになり、フィルタ全体の通過帯域の低域側の減衰極周波数の２倍、３倍の高調波部分の減衰量が増加する。
【００９８】
挿入損失が大きく劣化せずに代わりの共振素子７０１と７０２を挿入するには、並列腕共振子５０１と５０４の制動容量を１／２になるように変更し、挿入する追加の共振素子７０１と７０２の制動容量を並列腕共振子５０１および５０４と同じ値にすると良い。
【００９９】
すなわち、図５（ａ）のフィルタ回路は、図８の従来例において、並列腕共振子５０２と５０３を同じ制動容量を持ち、減衰極周波数の２倍、３倍の高調波部分に共振周波数を持つ共振素子に置き換えるのと等価となる。
【０１００】
図５（ｂ）は、本発明の第１参考例における並列腕の等価回路である。具体的には、並列腕共振子５０１と７０１の等価回路図である。
【０１０１】
通過域付近の並列腕共振子５０１の等価回路は、リアクタンスＬと容量Ｃ１の直列接続と、制動容量Ｃ２とを並列接続した回路構成をとる。通過域付近の周波数における本実施例で挿入した共振素子７０１の等価回路は、容量Ｃ３となり、前記並列腕共振子の５０１の等価回路に並列に接続される。この等価回路は通過域付近の周波数での等価回路であるが、定Ｋ型弾性表面波フィルタの並列腕共振子の通過帯域の低域側の減衰極周波数の２倍、３倍等の周波数における等価回路は後で述べるように異なる等価回路となる。
【０１０２】
図６は本発明の第１参考例の並列腕に共振素子を追加した弾性表面波フィルタの広帯域の周波数−減衰率特性図である。
【０１０３】
以上のように構成することにより、本発明の第１参考例の弾性表面波フィルタは、以下の（ｉ）（ii) の点に特徴を有することになる。
（ｉ）本発明の第１参考例の弾性表面波フィルタの通過帯域近傍の周波数−減衰率特性は、従来の特性に比べ、図２に示すように通過帯域の両側の減衰極の減衰量が大きく改善される。
（ii) 本発明の第１参考例の弾性表面波フィルタの広帯域の周波数−減衰率特性は、図９に示す従来の特性に比べ、図６に示すように、共振周波数付近の減衰量、２倍高調波の減衰量、３倍高調波の減衰量が大きく改善される。
【０１０４】
この理由は以下のようになる。
【０１０５】
図７は本発明の第１参考例の定Ｋ型弾性表面波フィルタの減衰極周波数の２倍および３倍高調波に減衰極を発生する原理を説明する図である。図７は概略図である。
【０１０６】
最小の共振周波数を有する共振子の周波数−減衰率特性は、波形Ａとなり、最小の共振周波数以上の領域、例えば、最小の共振周波数の２倍または３倍、実用的には最小の共振周波数の１．８以上で２．２倍以下の周波数または２．７以上で３．３倍以下の周波数領域は、共振子の等価回路が容量となることから、図示のようにほぼ平行線となる。
【０１０７】
前記以外の並列腕共振素子、即ち、最小の共振周波数の２倍または３倍の並列腕共振子の周波数−減衰率特性は、波形Ｂ、Ｃとなり、前記波形Ａと同様に、それぞれの並列腕共振子の共振周波数以上の領域の特性は、共振子の等価回路が容量となることから、図示のようにほぼ平行線となる。
【０１０８】
本発明の第１参考例の弾性表面波フィルタは、梯子型接続共振子による前記波形Ａと、最小の共振周波数の２倍または３倍の並列共振素子の前記波形Ｂ、Ｃを合成した特性となる。即ち、図７に示す共振周波数の２倍または３倍の特性領域（ｄ）、（ｆ）、（ｇ）は、前記合成時、相手の特性に何らの影響も与えない特徴を有する。
【０１０９】
これらすべての並列腕共振子および並列腕共振素子を構成する１端子対弾性表面波共振子と組み合わせる共振素子を同一基板もしくは別の基板に形成した１端子対弾性表面波共振子とする。
【０１１０】
また、弾性表面波フィルタにおいて、各並列腕を構成する１端子対弾性表面波共振子と組み合わせる共振素子を別の圧電基板、もしくは強誘電体単結晶基板、強誘電体セラミックス基板のいずれか１つに形成した厚み振動又はたわみ振動等のバルク波共振の圧電振動子とする。
【０１１１】
また、弾性表面波フィルタにおいて用いる共振素子は、結晶成長面３９±６°Ｙ−ＸのＬｉＴａＯ₃基板、結晶成長面Ｘ−１１２°ＹのＬｉＴａＯ₃基板、結晶成長面Ｙ−ＺのＬｉＴａＯ₃基板、結晶成長面６４°Ｙ−ＸのＬｉＮｂＯ₃基板、結晶成長面４１°Ｙ−ＸのＬｉＮｂＯ₃基板、結晶成長面１２８°Ｙ−ＸのＬｉＮｂＯ₃基板、結晶成長面Ｙ−ＺのＬｉＮｂＯ₃基板、ＰＺＴ系圧電セラミック基板、ＰｂＴｉＯ₃系圧電セラミック基板のいずれか１つから構成する。
【０１１２】
本発明の第１参考例の定Ｋ型弾性表面波フィルタは、圧電基板、もしくは強誘電体単結晶基板、強誘電体セラミックス基板上に複数のＩＤＴを所定の電極ピッチで形成した１端子対ＳＡＷ共振子によってそれぞれ構成される直列腕共振子および並列腕共振子を複数段梯子型に接続して構成し、共振（直列共振）および反共振（並列共振）特性を持ち、直列接続されたリアクタンスＬおよびキャパシタンスＣ１とキャパシタンスＣ２が並列接続された集中定数等価回路で近似でき、各並列腕が定Ｋ型を構成する１端子対ＳＡＷ共振子と異なる周波数に共振点、反共振点を持つ共振素子を少なくとも１つ以上並列に組み合わせて構成する。
【０１１３】
一般的に、１端子対ＳＡＷ共振子の共振、反共振のＱは少なくとも１００以上はあるため、各段の並列腕の共振周波数、反共振周波数付近では、接続した２倍高調波、３倍高調波に共振する共振素子は単なる容量として動作する。
【０１１４】
例えば並列腕を考えると、共振周波数付近では図５において、等価回路の点線内は図５と同じ共振子５０５に相当し、点線外の並列に挿入される容量は新規の共振素子７０１または７０２に相当する。
【０１１５】
一方、共振素子７０１または７０２の共振周波数では、共振素子７０２は共振を生じ、減衰極が生じ、共振子５０５の直列腕共振子は単なる容量として機能する。これを簡略に図７に図示する。
【０１１６】
図７は概略図であり、この図において、信号波形Ａは従来の定Ｋ型弾性表面波フィルタの周波数−減衰量特性波形、信号波形Ｂは前記共振素子７０１および７０２による２倍高調波に減衰極を有する周波数−減衰量特性波形、信号波形Ｃは前記共振素子７０１、７０２による３倍高調波に減衰極を有する周波数−減衰量特性波形を表し、本発明の第１参考例の弾性表面波フィルタはこれら信号波形を合成する。
【０１１７】
この時、信号波形Ａの領域ｄ、信号波形Ｂの領域ｅおよび領域ｆ、信号波形Ｃの領域ｇは、自分の減衰極周波数の２倍または３倍の領域になるので、容量として機能し、特性上略平行線に近い直線となる。
【０１１８】
この領域ｄ、ｅ、ｆおよびｇの信号は、減衰極特性に影響を与えることがない。即ち、信号Ａの減衰極ａの特性は信号Ｂの領域ｅおよび信号Ｃの領域ｇの影響を受けずに合成波形Ｄにそのまま現出する。
【０１１９】
このことから、定Ｋ型弾性表面波フィルタの減衰極周波数の任意倍の高調波に減衰極を発生する必要が生じた場合には、その高調波に減衰極を有する共振素子を定Ｋ型弾性表面波フィルタに追加挿入することになる。
【０１２０】
つまり、図７において、３倍高調波付近では、今度は前記図５における点線内が共振素子７０１に相当し、並列に挿入される容量Ｃ３は共振子５０５に相当する。
【０１２１】
すなわち、並列容量を挿入することによって並列腕共振子が制動容量を減らされたことと等価になり、並列腕の合成された結果は周波数上昇型エネルギー閉じ込め１端子対ＳＡＷ共振子となり、挿入損失が減り減衰量が向上すると共に、２倍高調波、３倍高調波の部分に減衰極が生じる。
【０１２２】
各段に最も低い共振周波数の並列腕共振子以外の並列腕共振素子を接続すれば各段の並列腕共振子が制動容量を減らされたことになり、各段それぞれの共振子の共振および反共振のＱが上がり、フィルタ全体の挿入損失が減り通過帯域の低域側の減衰極の減衰量が増加すると共に、２倍高調波、３倍高調波の部分の減衰量も増えることとなる。
【０１２３】
弾性表面波フィルタにおいて、共振周波数が通過帯域の低域の共振周波数の原理上は２倍もしくは３倍となる並列腕の共振素子の制動容量を通過帯域の低域側の共振周波数における並列腕共振子の制動容量と同じかまたはそれ以上にする。
【０１２４】
前記共振素子７０１は２倍、前記共振素子７０２は３倍の高調波の周波数に減衰極が来るように共振周波数を合わせておけば、２倍、３倍のいずれの高調波の減衰量も得られる。
【０１２５】
挿入する共振素子の制動容量を挿入される共振子の２倍以上にすると挿入損失の劣化が小さい。
【０１２６】
第１参考例の共振素子は、並列腕共振子の間に配置することが特性上好ましい。
【０１２７】
（第１参考例の効果）
以上のように、第１参考例では、並列腕共振子の２倍、３倍の共振周波数をもつ共振素子を並列腕共振子に並列に追加挿入したため、以下の効果を奏する。
１．挿入損失を大きく増やすことなく、並列腕共振子の共振周波数の２倍、３倍の高調波の減衰量を増やすことができる。
２．並列腕共振子に追加の共振素子を並列に挿入したため、挿入された並列腕共振子に流れる電流が下がり並列腕共振子の耐電流（耐電力）特性が向上する。
３．並列腕共振子の共振周波数の２倍、３倍の高調波をトラップする外付け部品が必要なくなるので、搭載するプリント基板サイズが小さくなる。
４．特別な外付け等の工程の必要がなくなり、コスト上昇を抑えることが可能となる。
【０１２８】
本参考例では同一基板上に共振子を形成する場合について説明したが、別の基板（別のカット角度あるいは、ＬｉＮｂＯ₃等の別の材料）上に形成しその間をボンディングワイヤー等で配線しても同様の効果を得ることができる。
【０１２９】
また、４段構成の定Ｋ型フィルタについて説明したが、４段構成に限定されず、さらに多段のフィルタについても各段に本発明の追加の共振子を挿入すればさらに効果が大きくなる。
【０１３０】
（第２参考例）
第２参考例は、共振および反共振特性を持つ圧電振動子（バルク波の振動子）を各段の並列腕共振子に並列に挿入する構成を採る。前記圧電振動子は共振素子を構成する。
【０１３１】
本参考例では、並列腕共振子によって形成される通過帯域の低域側における減衰極周波数の２倍、３倍の周波数に減衰極を持つ圧電振動子を各段の並列腕共振子に並列に挿入してある。
【０１３２】
第２参考例の構成は図５と同じである。
【０１３３】
従来の並列腕共振子５０５と５０６には、通過帯域の低域側の減衰極を構成する共振周波数の２倍および３倍の共振周波数を持つ追加の並列腕となる共振素子７０１と７０２が並列に挿入される。
【０１３４】
一般的に、１端子対ＳＡＷ共振子の共振、反共振のＱは少なくとも１００以上はあるため、各段の並列腕の共振周波数付近では、挿入した２倍高調波、３倍高調波に共振する共振素子は単なる直列容量として機能する。
【０１３５】
一方、圧電振動子からなる共振素子７０１と７０２の共振周波数では、共振素子７０１と７０２は共振による減衰極が生じ、並列腕共振子５０５と５０６は単なる容量として動作する。
【０１３６】
すなわち、並列容量を挿入することによって並列腕共振子が制動容量を増やされたことと等価になり、２倍、３倍の高調波部分に減衰極が生じる。
【０１３７】
各段に挿入すれば各段の並列腕共振子が制動容量を増やされたことになり、フィルタ全体の並列腕共振子の共振周波数の２倍、３倍の高調波部分の減衰量が増大する。
【０１３８】
挿入損失が大きく劣化せず共振素子７０１と７０２を挿入するには、並列腕共振子５０５と５０６を制動容量が１／２になるように変更し、挿入する共振素子７０１と７０２の制動容量を並列腕共振子５０５および５０６と同じ値にすると良い。
【０１３９】
すなわち、従来の並列腕共振子５０２と５０３を、同じ制動容量を持ち、共振周波数の２倍、３倍の高調波部分に共振周波数を持つ圧電振動子に置き換えるのと等価である。
【０１４０】
（第２参考例の効果）
以上のように、第２参考例では、共振および反共振特性を持つ圧電振動子（バルク波の振動子）を各段の直列腕共振子に直列に挿入したため、
１．挿入損失を増やすことなく、２倍、３倍の高調波の減衰量を増やすことが
出来る。
２．各段の並列腕共振子に圧電振動子を並列に挿入したため、並列腕共振子
に流れる電流が減り並列腕共振子の耐電流（耐電力）特性が向上する。
３．特別な工程の必要がなく、コストが上昇したりしない。
本参考例では別の基板上に圧電振動子を形成しその間をボンディングワイヤー等で配線する場合について説明したが、バンプ等で直接配線しても同様の効果を得ることができる。
【０１４１】
また、４段構成の定Ｋ型フィルタについて説明したが、４段構成に限定されず、さらに多段のフィルタについても各段に共振子を挿入すればさらに効果が大きい。
【０１４２】
また、挿入する共振子は直列腕共振子間であれば他の共振子間でも同様の効果を得られる。
（ＩＩＩ）次に、直列腕共振子と並列腕共振子の両者に追加の共振素子を設ける参考例について説明する。
【０１４３】
（他の参考例）
この参考例では、追加の共振素子を直列腕共振子と並列腕共振子との両者に設ける場合を示す。以上述べた、直列腕共振子に追加の共振素子を設ける例と、並列腕共振子に追加の共振素子を設ける例とを組み合わせて、弾性表面波フィルタを構成する。
【０１４４】
直列腕共振子の反共振周波数および減衰極と、並列腕共振子の共振周波数および減衰極とは、通過帯域を介在して離れて存在するものであることから、前記反共振周波数および共振周波数の高域側における、それらの２倍または３倍の周波数の領域においても、理論上、同様に通過帯域を挟んで両側に減衰極が形成されることになる。実用上、通過帯域の幅が多少変動しても、少なくとも減衰極は形成される。
【０１４５】
（他の参考例の効果）
以上のことから、直列腕共振子と並列腕共振子の両者に追加の共振素子を設ける他の参考例の場合においても、弾性表面波フィルタとして、低損失、高減衰量を達成すると共に、共振周波数の２倍、３倍の高調波における減衰量を増やすことができる。
【０１４６】
【発明の効果】
本発明は、以下の構成により、弾性表面波フィルタとして、低損失、高減衰量を達成すると共に、共振周波数の２倍、３倍の高調波における減衰量を増やすことができる。
（１）直列腕共振子および並列腕共振子を複数段梯子型に接続した定Ｋ型弾性表面波フィルタにおいて、
任意段の並列腕に、前記定Ｋ型弾性表面波フィルタを構成する前記任意段の並列腕に並列配置される並列腕の共振子の減衰極周波数より高域側に減衰極周波数を有し、前記共振子の減衰極周波数においては減衰せずに容量として機能する共振素子を設け、
前記並列腕共振子に並列に組み合わせる前記共振素子の共振周波数を前記並列腕共振子の共振周波数の１．８倍以上で２．２倍以下の周波数もしくは２．７倍以上で３．３倍以下の周波数にしたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の説明図である。
【図２】本発明の弾性表面波フィルタの通過帯域近傍の周波数−減衰率特性図である。
【図３】本発明の弾性表面波フィルタの広帯域の周波数−減衰率特性図である。
【図４】本発明の定Ｋ型弾性表面波フィルタの減衰極周波数の２倍および３倍高調波に減衰極を発生する原理を説明する図である。
【図５】本発明の第１参考例の説明図である
【図６】本発明の第１参考例の並列腕に共振素子を追加した弾性表面波フィルタの広帯域の周波数−減衰率特性図である。
【図７】本発明の第１参考例の定Ｋ型弾性表面波フィルタの減衰極周波数の２倍および３倍高調波に減衰極を発生する原理を説明する図である。
【図８】従来の１段の弾性表面波フィルタを梯子型に４段従属に接続したフィルタであり、４段の場合における本発明の前提となる定Ｋ型弾性表面波フィルタの構成図である。
【図９】従来の弾性表面波フィルタの広帯域における周波数−減衰特性図である。
【符号の説明】
４０１、４０２、４０３、４０４直列腕共振子
５０１、５０２、５０３、５０４並列腕共振子
６０１、６０２、６０３、６０４、７０１、７０２共振素子
Ｌ直列腕または並列腕共振子のリアクタンス
Ｃ１直列腕または並列腕共振子の容量
Ｃ２直列腕または並列腕共振子の制動容量
Ｃ３共振素子の容量

Claims

直列腕共振子および並列腕共振子を複数段梯子型に接続した定Ｋ型弾性表面波フィルタにおいて、
任意段の並列腕に、前記定Ｋ型弾性表面波フィルタを構成する前記任意段の並列腕に並列配置される並列腕の共振子の減衰極周波数より高域側に減衰極周波数を有し、前記共振子の減衰極周波数においては減衰せずに容量として機能する共振素子を設け、
前記並列腕共振子に並列に組み合わせる前記共振素子の共振周波数を前記並列腕共振子の共振周波数の１．８倍以上で２．２倍以下の周波数もしくは２．７倍以上で３．３倍以下の周波数にしたことを特徴とする弾性表面波フィルタ。