JP4120549B2 - 弾性表面波フィルタ - Google Patents

Description

本発明は、例えば帯域フィルタとして用いられる弾性表面波フィルタに関し、より詳細には、第１，第２の音響チャネルを有するデュアルトラック型の弾性表面波フィルタに関する。

従来より、２つの音響チャネルを有するデュアルトラック型の弾性表面波装置が種々提案されている。例えば、下記の特許文献１には、２つの音響チャネルを有し、これらの音響チャネルが並列接続されており、２つの音響チャネルが通過帯域内では同相、通過帯域外では逆相となる弾性表面波フィルタが開示されている。

また、下記の特許文献２には、圧電基板上に第１，第２のチャネルとして、第１，第２のフィルタトラックが並列に構成されている弾性表面波フィルタが開示されている。この弾性表面波フィルタにおいても、第１のフィルタトラックの入力ＩＤＴ電極と、第２のフィルタトラックの入力ＩＤＴ電極とが電気的に並列に接続されており、第１のフィルタトラックの出力ＩＤＴ電極と第２のフィルタトラックの出力ＩＤＴ電極とが電気的に並列に接続されている。そして、第１，第２のフィルタトラックの位相差が通過帯域内では同相であり、通過帯域外では逆相とされている。さらに、特許文献２に記載の弾性表面波フィルタでは、第１，第２のフィルタトラックの伝達関数の（最大値−３ｄＢ）の周波数、すなわち３ｄＢ中心周波数がほぼ一致されている。
特開２０００−７７９７４ 特開２００１−５３５８１

特許文献１では、具体的にはＰＣＳ用のＩＦフィルタとして用いられる上記弾性表面波フィルタが開示されている。ＰＣＳでは、３０ｄＢ帯域幅と３ｄＢ帯域幅の比、すなわちシェープファクター（Ｓ．Ｆ．）は大きくとも１．８程度であればよいとされている。これに対して、Ｗ−ＣＤＭＡ方式やデジタル衛星ラジオ用のＩＦフィルタでは、ＳＦは１．５以下であることが、すなわちフィルタ特性の通過帯域近傍における傾きがより急峻であることが求められている。

このようなフィルタ特性がより急峻であることが求められている用途に、特許文献１に記載のようなデュアルトラック型の弾性表面波フィルタを用いた場合、逆相でかつ振幅が等しい領域を広い周波数範囲に渡り確保する必要がある。ところが、第１，第２の音響チャネルのメインローブ同士により逆相でかつ振幅が等しい領域を広い周波数範囲に渡り実現しようとすると、２つの音響チャネルの位相の傾きが異なるため、十分広い周波数範囲で位相による打ち消し合いを達成することはできなかった。すなわち、帯域外に大きなレスポンスが残るという問題があった。

また、特許文献２に記載の弾性表面波フィルタでは、フィルタのフィルタ特性の急峻性は、一方のフィルタトラックのフィルタ特性の急峻性により決定され、その外側における減衰量を高めるために、特許文献１と同様に、第１，第２のフィルタトラックを通過帯域外で逆相としている。従って、フィルタ特性の急峻性は、一方のフィルタトラックの急峻性よりも高めることができないという問題があった。

本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、フィルタ特性の急峻性を高めることができ、かつ帯域外レスポンスを効果的に抑圧し得るデュアルトラック型の弾性表面波フィルタを提供することにある。

本発明は、第１の入力変換器と、第１の出力変換器とを有し、第１の入力変換器及び第１の出力変換器により第１の伝達関数を有するように重み付けされた第１の音響チャネルと、第２の入力変換器と第２の出力変換器とを有し、第２の入力変換器及び第２の出力変換器により第２の伝達関数を有するように重み付けされた第２の音響チャネルとを備え、前記第１及び第２の入力変換器が互いに電気的に並列に接続されており、第１及び第２の出力変換器が互いに電気的に並列に接続されており、第１の伝達関数と第２の伝達関数が通過帯域内でほぼ同相であり、通過帯域外ではほぼ逆相とされている弾性表面波フィルタにおいて、前記第２の音響チャネルの通過帯域幅が前記第１の音響チャネルの通過帯域幅よりも狭くされて、前記第２の音響チャネルの第２の伝達関数における通過帯域に隣接する第１サイドローブが前記第１の音響チャネルの第１の伝達関数における通過帯域内に位置されており、前記第２の音響チャネルの第２の伝達関数における通過帯域に隣接する第１サイドローブ部分の伝達関数が前記第１の音響チャネルの第１の伝達関数における通過帯域に対応する第１のメインローブ部分の伝達関数とは逆相とされていることを特徴する、弾性表面波フィルタである。

本発明のある特定の局面では、前記第１の音響チャネルの前記第１の伝達関数の３０ｄＢ帯域幅が、前記第１及び第２の音響チャネルを並列接続することにより得られる合成伝達関数の３０ｄＢ帯域幅の１００〜１５０％の間に設定されている。なお、３０ｄＢ帯域幅とは、ピークよりも３０ｄＢ減衰した部分の周波数範囲をいう。

本発明の他の特定の局面では、前記第１，第２の音響チャネルが、それぞれ、トランスバーサル型弾性表面波フィルタ装置により構成されている。

本発明に係る弾性表面波フィルタのさらに別の特定の局面では、前記第１，第２の音響チャネルが、それぞれ、一方向性電極からなる。

本発明に係る弾性表面波フィルタのある具体的な局面では、前記第１，第２の音響チャンネルが同一圧電基板上に構成されている。

本発明に係る弾性表面波フィルタでは、第１，第２音響チャネルを有し、第１，第２の音響チャネルの入力変換器及び出力変換器がそれぞれ電気的に並列に接続されており、かつ第１，第２の伝達関数が通過帯域内でほぼ同相であり、通過帯域外でほぼ逆相とされているデュアルトラック型の弾性表面波フィルタにおいて、第２の音響チャネルの帯域幅が第１の音響チャネルの帯域幅よりも狭くされており、第２の音響チャネルの第２の伝達関数の第１サイドローブが第１の音響チャネルの第１の伝達関数のメインローブとは逆相とされているため、通過帯域外において、広い周波数範囲に渡り第１，第２の伝達関数が逆相であり、かつ振幅が等しい領域を実現することができる。従って、従来のデュアルトラック型の弾性表面波フィルタに比べて、フィルタ特性の急峻性の向上及び通過帯域外減衰量の増大を図ることが可能となる。

第１の音響チャネルの第１の伝達関数の３０ｄＢ帯域幅が、第１，第２の伝達関数を合成して得られた伝達関数の３０ｄＢ帯域幅の１００〜１５０％の範囲に設定されている場合には、本発明に従ってフィルタ特性の急峻性の向上及び帯域外減衰量の拡大の両立をより確実に果たすことができる。

第１，第２の音響チャネルは、それぞれ、様々な弾性表面波フィルタ装置により構成し得るが、トランスバーサル型弾性表面波フィルタ装置により構成した場合には、本発明に従ってトランスバーサル型のデュアルトラック型弾性表面波フィルタを構成することができる。

また、第１，第２の音響チャネルは、それぞれ、一方向性電極を用いて構成されている場合には、低損失なデュアルトラックフィルタを構成することができる。

第１，第２の音響チャンネルが同一圧電基板上に構成されている場合には、１枚の圧電基板を用いて構成された単一なチップとして本発明の弾性表面波フィルタを構成することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

図１は、本発明の一実施形態に係るデュアルトラック型の弾性表面波フィルタを示す模式的平面図である。

弾性表面波フィルタ１では、圧電基板２上において、第１，第２の音響チャネル３，４が構成されている。本実施形態では、第１の音響チャネルの第１の伝達関数の帯域幅が第２の音響チャネルの第２の伝達関数の帯域幅よりも広くされている。すなわち、第１の音響チャネル３がメイントラックを構成し、第２の音響チャネル４がサブトラックを構成している。

第１の音響チャネル３は、圧電基板２状に形成された第１の入力変換器３ａ及び第１の出力変換器３ｂを有する。第１の入力変換器３ａと、第１の出力変換器３ｂは、それぞれ、ＩＤＴ電極により構成されており、表面波伝搬方向において所定距離隔てられている。すなわち、第１の音響チャネル３は、トランスバーサル型の弾性表面波フィルタ装置により構成されている。

同様に、第２の音響チャネル４は、第２の入力変換器４ａと、第２の出力変換器４ｂとを有する。第２の入力変換器４ａ及び第２の出力変換器４ｂは、それぞれ、ＩＤＴ電極からなり、かつ表面波伝搬方向において所定距離隔てられている。すなわち、第２の音響チャネル４も、第１の音響チャネル３と同様にトランスバーサル型の弾性表面波フィルタ装置により構成されている。

また、第１の入力変換器３ａと、第２の入力変換器４ａとは電気的に並列に接続されている。すなわち、第１，第２の入力変換器３ａ，４ａのホット側端子がホット側の入力端子５ａに接続されており、第１，第２の入力変換器３ａ，４ａのグラウンド端子が、グラウンド側入力端子５ｂに接続されている。

他方、第１，第２の出力変換器３ｂ，４ｂも電気的に並列に接続されている。すなわち、第１，第２の出力変換器３ｂ，４ｂのホット側端子がホット側の出力端子６ａに接続されており、第１，第２の出力変換器３ｂ，４ｂのグラウンド側端子が、グラウンド側出力端子６ｂに接続されている。

第１の音響チャネル３においては、第１の入力変換器３ａ及び第１の出力変換器３ｂにより第１の伝達関数を有するように重み付けが施されている。同様に、音響チャネル４においては、第２の入力変換器４ａ及び第２の出力変換器４ｂにより第２の伝達関数を有するように重み付けが施されている。

なお、本実施形態では、第１の伝達関数の３０ｄＢ帯域幅は、第１，第２の伝達関数の合成伝達関数の３０ｄＢ帯域幅の１２０％とされている。

そして、第１の伝達関数と第２の伝達関数は通過帯域内でほぼ同相とされており、通過帯域外ではほぼ逆相とされている。

従って、特許文献１に記載の先行技術の弾性表面波フィルタと同様に、通過帯域外では第１，第２の伝達関数がほぼ逆相とされているため、位相による打ち消し合いにより減衰量が確保されている。

しかしながら、メインローブ同士による位相の打ち消し合いでは、打ち消し合いにより減衰量が確保される周波数範囲は、狭い範囲に限られる。これは、中心周波数付近では同相である第１，第２の音響チャネル３，４の位相が、通過帯域の端部において互いに逆相となるように位相の傾きを変化させる必要があるためである。従って、第１，第２の音響チャネル３，４の位相の傾きが異なるため、位相が完全に逆相となる領域はごく狭い周波数範囲に限られる。

そこで、本実施形態では、より広い周波数範囲に渡り位相の打ち消し合いが達成されるように、第２の音響チャネル４の帯域幅が第１の音響チャネル３の帯域幅よりも狭くされており、第２の音響チャネル４の第２の伝達関数の第１サイドローブが第１の音響チャネルとは逆相とされている。これを図２を参照して説明する。

図２は、本実施形態の弾性表面波フィルタ１の原理を説明するための第１，第２の音響チャネルの振幅特性及び位相特性を示す図である。図２から明らかなように、第２の音響チャネル４の帯域幅が、第１の音響チャネル３の帯域幅よりも狭くされている。また、第２の音響チャネル４の第２の伝達関数の第１サイドローブが、第１の音響チャネル３の第１の伝達関数のメインローブとは逆相とされていることがわかる。すなわち、メイントラックである第１の音響チャネル３の第１の伝達関数のメインローブと、サブトラックである第２の音響チャネル４の第２の伝達関数の第１サイドローブで位相の打ち消し合いが達成されるように構成されている。つまり、第２の音響チャネル４のメインローブの外側の最初の減衰極でサブトラックである第２の音響チャネル４の位相を急激に回転させることができ、その外側では同じ位相の傾きを維持することができる。よって、第２の音響チャネル４の第１サイドローブ全般に渡り、第１，第２の音響チャネル３，４がほぼ逆相である条件が満たされる。

従って、本実施形態によれば、フィルタ特性の急峻性の向上及び帯域外減衰量の増大の双方を両立することが可能となる。

また、サブトラックである第２の音響チャネル４の位相を急激に回転させることができるため、両チャネル３，４が通過帯域内で同相である周波数範囲を広くすることができ、通過帯域内のフィルタ特性の平坦性を改善することも可能となる。

なお、第１の音響チャネル３、すなわちメイントラックの帯域幅を広げすぎた場合には、フィルタ特性の急峻性の向上及び帯域外減衰量の増大の両立が困難となる。本実施形態では、前述したように、目標とする特性のピークから減衰量が３０ｄＢである周波数帯域、すなわち３０ｄＢ帯域幅に対し、第１の伝達関数の３０ｄＢ帯域幅は１２０％とされており、それによってフィルタ特性の急峻性と帯域外減衰量の拡大が両立されている。

もっとも、本実施形態の構成に限定されず、メイントラックである第１の音響チャネル３の３０ｄＢ帯域幅を、第１，第２の音響チャネルを並列接続することにより得られた合成伝達関数３０ｄＢ帯域幅の１００〜１５０％の範囲であれば、上記実施形態と同様に、フィルタ特性の急峻性の向上及び帯域外減衰量の拡大を両立することができる。これを図３〜図５を参照して説明する。

図３は、上記メイントラックである第１の伝達関数の３０ｄＢ帯域幅を上記合成伝達関数の３０ｄＢ帯域幅の１５０％したことを除いては、上記実施形態の弾性表面波フィルタ１と同様にして構成された弾性表面波フィルタ１における合成伝達関数、第１，第２の音響チャネルの振幅特性及び位相特性を示す図である。

また、図４は、上記メイントラックである第１の伝達関数の３０ｄＢ帯域幅を上記合成伝達関数の３０ｄＢ帯域幅の１８０％したことを除いては、上記実施形態の弾性表面波フィルタ１と同様にして構成された弾性表面波フィルタ１における合成伝達関数の、第１，第２の音響チャネルの振幅特性及び位相特性を示す図である。

図５は、第１の伝達関数の３０ｄＢ帯域幅を上記合成伝達関数の３０ｄＢ帯域幅の１２０％、１５０％及び１８０％と変化させた場合の各弾性表面波フィルタ全体の減衰量周波数特性を示す。

図３〜５から明らかなように、上記比率が１２０％及び１５０％の場合には、フィルタ特性の急峻性の向上及び帯域外減衰量の拡大の両立を図ることができるのに対し、１８０％の場合には、帯域外減衰量が３５ｄＢ程度であり、十分な大きさとならないことがわかる。これは、上記比率が１８０％まで広げられた場合には、広い周波数範囲に渡り、同振幅及び逆位相という条件を満足させるようにサブトラックである第２の音響チャネルを設計することが困難となるためである。

なお上記比率の下限１００％は、メイントラックである第１の音響チャネル３の３０ｄＢ帯域幅は、合成伝達関数の３０ｄＢ帯域幅の１００％以下にはならないためである。

第１，第２の音響チャネル３，４の第１，第２の入力変換器３ａ，４ａ及び第１，第２の出力変換器３ｂ，４ｂは、上記第１，第２の伝達関数を有するように重み付けされたＩＤＴ電極により構成され得るが、好ましくは、前述した特許文献１に記載のように一方向性電極により各変換器が構成される。

本発明の一実施形態の弾性表面波フィルタを説明するための模式的平面図。 本発明の一実施形態の弾性表面波フィルタにおける第１，第２の音響チャネル及び合成伝達関数の振幅特性及び位相特性を示す図。 第１の音響チャネルの３０ｄＢ帯域幅を合成伝達関数の３０ｄＢ帯域幅の１５０％と変化された場合の第１，第２の音響チャネル及び合成伝達関数の振幅特性及び位相特性を示す図。 第１の音響チャネルの３０ｄＢ帯域幅を合成伝達関数の３０ｄＢ帯域幅の１８０％と変化された場合の第１，第２の音響チャネル及び合成伝達関数の振幅特性及び位相特性を示す図。 第１の音響チャネルの３０ｄＢ帯域幅の比率を１２０％、１５０％及び１８０％とした場合の弾性表面波フィルタ全体の減衰量周波数特性を示す図。

符号の説明

１…弾性表面波フィルタ
２…圧電基板
３…第１の音響チャネル
３ａ…第１の入力変換器
３ｂ…第１の出力変換器
４…第２の音響チャネル
４ａ…第２の入力変換器
４ｂ…第２の出力変換器
５ａ…ホット側入力端子
５ｂ…グラウンド側出力端子
６ａ…ホット側入力端子
６ｂ…グラウンド側出力端子

Claims (5)

1. 第１の入力変換器と、第１の出力変換器とを有し、第１の入力変換器及び第１出力変換器により第１の伝達関数を有するように重み付けされた第１の音響チャネルと、
   第２の入力変換器と第２の出力変換器とを有し、第２の入力変換器及び第２の出力変換器により第２の伝達関数を有するように重み付けされた第２の音響チャネルとを備え、
   前記第１及び第２の入力変換器が互いに電気的に並列に接続されており、第１及び第２の出力変換器が互いに電気的に並列に接続されており、
   第１の伝達関数と第２の伝達関数が通過帯域内でほぼ同相であり、通過帯域外ではほぼ逆相とされている弾性表面波フィルタにおいて、
   前記第２の音響チャネルの通過帯域幅が前記第１の音響チャネルの通過帯域幅よりも狭くされて、前記第２の音響チャネルの第２の伝達関数における通過帯域に隣接する第１サイドローブが前記第１の音響チャネルの第１の伝達関数における通過帯域内に位置されており、前記第２の音響チャネルの第２の伝達関数における通過帯域に隣接する第１サイドローブ部分の伝達関数が前記第１の音響チャネルの第１の伝達関数における通過帯域に対応する第１のメインローブ部分の伝達関数とは逆相とされていることを特徴する、弾性表面波フィルタ。
2. 前記第１の音響チャネルの前記第１の伝達関数の３０ｄＢ帯域幅が、前記第１及び第２の音響チャネルを並列接続することにより得られる合成伝達関数の３０ｄＢ帯域幅の１００〜１５０％の間に設定されている、請求項１に記載の弾性表面波フィルタ。
3. 前記第１，第２の音響チャネルが、それぞれ、トランスバーサル型弾性表面波フィルタ装置により構成されている、請求項１または２に記載の弾性表面波フィルタ。
4. 前記第１，第２の音響チャネルが、それぞれ、一方向性電極からなる、請求項１または２に記載の弾性表面波フィルタ。
5. 前記第１，第２の音響チャンネルが同一圧電基板上に構成されている、請求項１〜４のいずれかに記載の弾性表面波フィルタ。

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