JP4138093B2 - 縦結合二重モードｓａｗフィルタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は縦結合二重モードＳＡＷフィルタに関し、特に通過帯域近傍の高域側の阻止域減衰量を改善した縦結合二重モードＳＡＷフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＳＡＷデバイスは通信分野で広く利用され、高性能、小型、量産性等の優れた特徴を有することから特に携帯電話等に多く用いられている。
図７は従来の１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタ（以下、二重モードＳＡＷフィルタと称す）の構成を示す電極パターンの模式的平面図であって、圧電基板１１の主面上に表面波の伝搬方向に沿って３つのＩＤＴ電極１２、１３、１４を近接配置すると共に、これらの両側に反射器１５ａ、１５ｂを配設したものである。
ＩＤＴ電極１２、１３、１４はそれぞれ互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対のくし形電極により構成され、ＩＤＴ電極１２の一方のくし形電極は入力端子INに接続し、他方のくし形電極は接地する。一方、ＩＤＴ電極１３、１４の一方のくし形電極は互いに連結して出力端子OUTに接続すると共に、他方のくし形電極は互いに連結して接地する。
【０００３】
図７に示す二重モードＳＡＷフィルタの動作は、周知のように、ＩＤＴ電極１２、１３、１４によって励起される複数の表面波が反射器１５ａ、１５ｂの間に閉じ込められて、ＩＤＴ電極１２、１３、１４の間で音響結合し、その結果１次と３次の２つの縦共振モードが強勢に励振されるため、適当な終端を施すことによりこれらの２つのモードを利用した二重モードＳＡＷフィルタとして動作する。なお、該二重モードＳＡＷフィルタの通過帯域幅は１次共振モードと３次共振モードとの周波数差で決まることは周知の通りである。
【０００４】
図８は、図７に示す２段縦続接続の二重モードＳＡＷフィルタの濾波特性を示したものであって、圧電基板に３６゜ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ₃を用い、入力ＩＤＴ電極１２の電極対数Ｎ１を２０．５対、出力電極１３、１４の電極対数Ｎ２をそれぞれ１１．５対、グレーティング１５ａ、１５ｂの本数をそれぞれ２５０本、アルミニウム合金の電極膜厚を６％λ（λは励起される表面波の波長）とし、フィルタの中心周波数を９００ＭＨｚになるように前記電極のピッチを設定したものであり、比帯域４％と広帯域なバンドパスフィルタを得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８の濾波特性から明らかなように、１ｄＢの通過帯域幅の中心周波数をｆ₀とし、二重モードＳＡＷフィルタの周波数領域ｆ₀±（４５±１２．５）ＭＨｚの減衰量は、低周波側のｆ₀−（４５±１２．５）ＭＨｚでは４０ｄＢ程度得られるのに対して、高周波側のｆ₀＋（４５±１２．５）ＭＨｚの周波数領域Ａでは２０ｄＢ程度しか得られず、最近のディジタル携帯電話に要求される仕様（２５ｄＢ以上）を満足できないという問題があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたものであって、広帯域であると共に上記通過帯域近傍の高周波側の阻止域減衰量を改善した二重モードＳＡＷフィルタを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係る縦結合二重モードＳＡＷフィルタは、圧電基板上に表面波の伝搬方向に沿って３個のＩＤＴ電極と該ＩＤＴ電極の両側にグレーティング反射器とを配置して構成した縦結合二重モードＳＡＷフィルタを２段縦続接続したＳＡＷフィルタにおいて、前記３個のＩＤＴ電極は入力側ＩＤＴ電極と出力側ＩＤＴ電極とで構成され、前記入力側ＩＤＴ電極の励振周波数と前記出力側ＩＤＴ電極の励振周波数を異ならせており、前記入力側ＩＤＴ電極の電極指対数をＮ１、ライン占有率をη１’とし、前記出力側ＩＤＴ電極の電極指対数をＮ２、ライン占有率をη２’としたとき、η１’とη２’との比を
Ｎ１＞Ｎ２の場合 ０．３≦η２’／η１’≦０．５
Ｎ１＜Ｎ２の場合 ０．３≦η１’／η２’≦０．５
とすることを特徴とする。
また本発明に係る縦結合二重モードＳＡＷフィルタは、圧電基板上に表面波の伝搬方向に沿って３個のＩＤＴ電極と該ＩＤＴ電極の両側にグレーティング反射器とを配置して構成した縦結合二重モードＳＡＷフィルタを２段縦続接続したＳＡＷフィルタにおいて、前記３個のＩＤＴ電極は入力側ＩＤＴ電極と出力側ＩＤＴ電極とで構成され、前記入力側ＩＤＴ電極の励振周波数と出力側ＩＤＴ電極の励振周波数を異ならせており、前記入力側ＩＤＴ電極の電極指対数をＮ１、電極周期をλ１とし、前記出力側ＩＤＴ電極の電極指対数をＮ２、電極周期をλ２としたとき、λ１とλ２との比を
Ｎ１＞Ｎ２の場合 ０．９７０≦λ２／λ１≦０．９８５
Ｎ１＜Ｎ２の場合 ０．９７０≦λ１／λ２≦０．９８５
としたことを特徴とすることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面に示した実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る二重モードＳＡＷフィルタの構成を示す平面図であって、圧電基板１の主面上に表面波の伝搬方向に沿って３つのＩＤＴ電極２、３、４近接配置すると共に、これらの両側にグレーティング反射器５ａ、５ｂを配設する。ＩＤＴ電極２、３、４はそれぞれ互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対のくし形電極により構成され、ＩＤＴ電極２の一方のくし形電極は入力端子INに接続し、他方のくし形電極は接地する。一方、ＩＤＴ電極３、４の一方のくし形電極は互いに連結して出力端子OUTに接続すると共に、他方のくし形電極は互いに連結して接地する構造とする。
【０００８】
本発明の特徴は、ＩＤＴ電極２、３、４の電極周期をほぼ同一とすると共に、ＩＤＴ電極２の電極指幅η１をＩＤＴ電極３、４の電極指幅η２より幅広に設定することにある。図１はＩＤＴ電極２の電極対数Ｎ１をＩＤＴ電極３、４の電極対数Ｎ２より多く設定した例である。
【０００９】
正規型ＩＤＴ電極の電極対数をＮ、その電極周期をλ、基準化周波数をΩ（＝（ω−ω₀）／ω₀、ここでω₀＝２πＶ／λ＝２πｆ₀、Ｖは表面波の速度）とすると、ＩＤＴ電極の周波数特性は、
ｓｉｎ（ＮπΩ）／ｓｉｎ（πΩ）
で表され、減衰極は１／Ｎおきに現れ、その帯域幅は対数Ｎに反比例することが知られている。この周期的に繰り返すＩＤＴ電極の周波数特性を以下、トランスバーサル特性という。
二重モードＳＡＷフィルタの通過帯域外の周波数特性は、入出力ＩＤＴ電極２〜４のトランスバーサル特性が現れ、阻止域にはそのトランスバーサル特性による周期的な減衰極が現れる。このうちメインローブの高周波側の減衰極を、図８に示すｆ₀＋（４５±１２．５）ＭＨｚの周波数領域Ａに一致させることができれば、該周波数領域の減衰量の改善がはかられるものと推察される。
【００１０】
従来の二重モードＳＡＷフィルタでは図７に示すように入力ＩＤＴ電極１２の電極指対数Ｎ１を出力ＩＤＴ電極１３、１４の電極指対数Ｎ２より多く設定すると共に、入出力ＩＤＴ電極１２、１３、１４の励振周波数をほぼ同一と設定するのが一般的である。従って、トランスバーサル特性による入力ＩＤＴ電極１２のメインローブＭ１、出力ＩＤＴ電極１３、１４のメインローブＭ２は図２（ａ）に示すように、それぞれの帯域幅の中心周波数はほぼ同一となる。ところが、ＩＤＴ電極１２とＩＤＴ電極１３、１４との電極対数をＮ１＞Ｎ２とすることにより、それぞれのメインローブの帯域幅は図２（ａ）に示すように異なる。つまり、メインローブＭ２の帯域幅に比べ、メインローブＭ１の帯域幅は峡帯域となる。ここで、Ｐ１、Ｐ２はそれぞれメインローブＭ１、Ｍ２の高周波側の減衰極を指すものとする。
二重モードＳＡＷフィルタの通過帯域は、入出力ＩＤＴ電極１２〜１４のメインローブＭ１、Ｍ２内に位置するので、メインローブの減衰極Ｐ１、Ｐ２は周波数領域Ａの外側に現れることになる。そこでメインローブの減衰極Ｐ１、Ｐ２の位置を制御して、改善すべき周波数領域Ａに一致させるための手段を種々検討した。
【００１１】
その結果、入出力ＩＤＴ電極の励振周波数を単純に異ならせるだけでは、上記の周波数領域Ａにメインローブの減衰極Ｐ１、Ｐ２を配置することは不可能であることが分かった。この理由は、二重モードＳＡＷフィルタの通過帯域は入出力ＩＤＴ電極１２〜１４が呈するトランスバーサル特性のメインローブ内に位置しているが、入力ＩＤＴ電極１２の電極対数Ｎ１を出力ＩＤＴ電極１３、１４のそれぞれの電極対数Ｎ２より多く設定しているために、入力ＩＤＴ電極１２によって形成される帯域幅の狭いメインローブＭ１の帯域幅の内側に形成されることになる。
【００１２】
以上の理由で、図２（ｂ）に示すように帯域幅の狭いメインローブＭ１を帯域幅の広いメインローブＭ２より高周波側に配置する手段では周波数領域Ａにメインローブの減衰極Ｐ１、Ｐ２を一致させることができない。
そこで、図２（ｃ）に示すように帯域幅の狭いメインローブＭ１を帯域幅の広いメインローブＭ２より低周波側に配置することにより、メインローブＭ１の高周波側に現れる減衰極Ｐ１を二重モードＳＡＷフィルタの改善すべき周波数領域Ａに一致させることが可能であることを見出した。
【００１３】
まず、ＩＤＴ電極の励振周波数を電極ピッチを変えることにより変化させた場合を検討する。図３はＩＤＴ電極６、７、８のライン占有率を一定として、ＩＤＴ電極６とＩＤＴ電極７、８と電極指ピッチを互いに異ならせることにより、それぞれの励振周波数を変えた二重モードＳＡＷフィルタである。図３の二重モードＳＡＷフィルタを２段縦続接続して、周波数領域Ａにおける減衰量と電極周期比（λ２／λ１）関係をシミュレーションにより求めた結果を図４に示す。図４から明らかなように、通過帯域を良好な状態に維持したまま、周波数領域Ａにおける減衰量が改善できる電極周期比（λ２／λ１）の範囲は、入力電極の電極指対数Ｎ１が出力電極の電極指対数Ｎ２より多い場合には、０．９７≦λ２／λ１≦０．９８５であることが判った。
【００１４】
上記の結果に基づき、圧電基板に３６゜ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ₃を用い、入力ＩＤＴ電極６の電極指対数Ｎ１を２２．５対、出力ＩＤＴ電極７、８の電極指対数Ｎ２をそれぞれ１２．５対、グレーティング反射器９ａ、９ｂの本数を２５０本、アルミニウム合金の電極膜厚を６％λ、入力ＩＤＴ電極周期λ１対する出力ＩＤＴ電極７、８の電極周期λ２の比λ２／λ１を０．９８０に設定した二重モードＳＡＷフィルタを構成すると、その濾波特性はｆ₀＋（４５±１２．５）ＭＨｚの周波数領域で減衰量が約８ｄＢ改善できることが分かった。
ところが、実際には上記電極周期の差はごく僅かであり、現在のフォトリソグラフィ技術による製造誤差により、その効果を十分に享受することができない場合がある。
【００１５】
そこで、ＩＤＴを同一の電極周期で励振周波数を変える手段を検討することとした。第１にＩＤＴ電極の電極膜厚を変化させる方法、第２にＩＤＴ電極指のライン占有率（ライン幅／（ライン幅＋スペース幅））を変化させる方法がある。
前者では、同一の圧電基板上で１〜２μｍの空間を挟んで隣接するＩＤＴ電極２と３、４との膜厚を正確に制御することが必要となるが、製造工程が複雑となるのはもちろん、現在の技術では製造バラツキが大きくあまり実用的ではない。
そこで、入出力ＩＤＴ電極の電極周期を変えずに、励振周波数を変化させる手段として、図１に示すようにＩＤＴ電極２のライン幅η１とＩＤＴ電極３、４のライン幅η２とを互いに異ならせる方法を検討した。同一電極周期であるためライン幅η１、η２の比はそれぞれのライン占有率η１’、η２’の比と等しい。
【００１６】
ＩＤＴ電極２、３、４の電極周期を同一にし、入力ＩＤＴ電極２のライン占有率η１’と出力ＩＤＴ電極３、４のライン占有率η２’を互いに異ならせることにより、それぞれの励振周波数を変えて二重モードＳＡＷフィルタを構成した例が図１である。図５は、図１に示した二重モードＳＡＷフィルタを２段縦続接続したフィルタの周波数領域Ａ（ｆ_０＋（４５±１２．５）ＭＨｚ）において、その減衰量とライン占有率比（η２’／η１’）との関係をシミュレーションにより求めた結果である。これは通過帯域を良好な状態に維持したまま、図８における周波数領域Ａにおいて減衰量が改善できるライン占有率の比η２’／η１’は、入力電極の電極指対数Ｎ１が出力電極の電極指対数Ｎ２より多い場合には、０．３≦η２’／η１’≦０．５と設定すべきであることを示している。
【００１７】
図６は上記の検討結果に基づき構成したフィルタの濾波特性を示す図であって、圧電基板に３６゜ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ₃を用い、入力ＩＤＴ電極２の電極指対数Ｎ１を２０．５対、出力ＩＤＴ電極３、４の電極指対数Ｎ２をそれぞれ１１．５対、グレーティング反射器５ａ、５ｂの本数を２５０本、アルミニウム合金の電極膜厚を６％λ、入力ＩＤＴ電極のライン占有率η１’に対する出力ＩＤＴ電極のライン占有率η２’の比η２’／η１’を０．４３に設定したと場合の特性である。なお電極指ピッチはフィルタの中心周波数が９００ＭＨｚになるように設定した。
【００１８】
図６から明らかなように通過帯域近傍の高周波側（周波数領域Ａ）の減衰量が、図８に示した従来の二重モードＳＡＷフィルタの減衰量に比べて１０ｄＢ程度改善されていることが分かる。この改善より通過帯域近傍の減衰量を急峻にする必要がある携帯電話用ＲＦフィルタの要求を十分に満たすことができるようになった。
【００１９】
図１の説明では、入力ＩＤＴ電極２の電極指対数Ｎ１が出力ＩＤＴ電極３、４の電極指対数Ｎ２より多い場合の例を取り上げたが、逆に入力ＩＤＴ電極２の電極指対数Ｎ１が出力ＩＤＴ電極３、４の電極指対数Ｎ２より少ない場合を検討すると、ライン占有率を変えて周波数領域Ａにおける減衰量を改善する場合、ライン占有率比は０．３≦η１’／η２’≦０．５とすればよいことが確認できた。
【００２０】
また、図５の例では入力ＩＤＴ電極６の電極指対数Ｎ１が出力ＩＤＴ電極７、８の電極指対数Ｎ２より多い場合を説明したが、逆に入力ＩＤＴ電極６の電極指対数Ｎ１が出力ＩＤＴ電極７、８の電極指対数Ｎ２より少ない場合を検討すると、電極周期を変えて周波数領域Ａの減衰量を改善するには、電極周期比を０．９７≦λ１／λ２≦０．９８５とすればよいことを確認した。
【００２１】
なお、以上の説明では３個のＩＤＴ電極を用いた１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタに説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく２個以上のＩＤＴ電極を持つ二重モードＳＡＷフィルタであれば適用可能であることは云うまでもない。
【００２２】
さらに、以上本発明の説明で圧電基板に３６゜ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ３を用いた例を示したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、どのような圧電基板を用いた縦結合二重モードＳＡＷフィルタにも適用可能である。例えば４５゜ＸカットＺ伝搬Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇、ＳＴカット水晶、４２゜ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ₃あるいは６４゜ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ₃等の圧電材料にも適用できることは云うまでもない。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成したので、縦結合二重モードＳＡＷフィルタにおいて通過帯域の近傍の高周波側の減衰量を１０ｄＢ程度改善することができるようになり、本発明の二重モードＳＡＷフィルタを携帯電話等のＲＦフィルタに用いればその性能を改善する上で優れた効果を表す。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタの電極構成を示す平面図である。
【図２】 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は入出力ＩＤＴ電極の呈するメインローブの周波数とフィルタ特性の関係を説明する図である。
【図３】本発明に係る１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタの実施例で、電極周期を変えて構成したフィルタの平面図である。
【図４】ＩＤＴ電極のピッチ比と通過帯域近傍の高周波側の減衰量との関係を示す図である。
【図５】ライン占有率比λ２’／λ１’と二重モードＳＡＷフィルタの通過域近傍の減衰量との関係を示す図である。
【図６】本発明に係る二重モードＳＡＷフィルタをシミュレーションにより求めた濾波特性である。
【図７】従来の１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタの電極構成を示す平面図である。
【図８】従来の１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタのフィルタ特性を示す図である。
【符号の説明】
１・・圧電基板
３、４、６、７、８・・ＩＤＴ電極
５ａ、５ｂ、９ａ、９ｂ・・グレーティング反射器
λ１、λ２・・ＩＤＴ電極周期
η１、η２・・ライン幅
η１’、η２’・・ライン占有率
Ｍ１、Ｍ２・・メインローブ
Ｐ１、Ｐ２・・メインローブの高周波側の減衰

Claims (2)

1. 圧電基板上に表面波の伝搬方向に沿って３個のＩＤＴ電極と該ＩＤＴ電極の両側にグレーティング反射器とを配置して構成した縦結合二重モードＳＡＷフィルタを２段縦続接続したＳＡＷフィルタにおいて、前記３個のＩＤＴ電極は入力側ＩＤＴ電極と出力側ＩＤＴ電極とで構成され、前記入力側ＩＤＴ電極の励振周波数と前記出力側ＩＤＴ電極の励振周波数を異ならせており、前記入力側ＩＤＴ電極の電極指対数をＮ１、ライン占有率をη１’とし、前記出力側ＩＤＴ電極の電極指対数をＮ２、ライン占有率をη２’としたとき、η１’とη２’との比を
   Ｎ１＞Ｎ２の場合 ０．３≦η２’／η１’≦０．５
   Ｎ１＜Ｎ２の場合 ０．３≦η１’／η２’≦０．５
   とすることを特徴とするＳＡＷフィルタ。
2. 圧電基板上に表面波の伝搬方向に沿って３個のＩＤＴ電極と該ＩＤＴ電極の両側にグレーティング反射器とを配置して構成した縦結合二重モードＳＡＷフィルタを２段縦続接続したＳＡＷフィルタにおいて、前記３個のＩＤＴ電極は入力側ＩＤＴ電極と出力側ＩＤＴ電極とで構成され、前記入力側ＩＤＴ電極の励振周波数と出力側ＩＤＴ電極の励振周波数を異ならせており、前記入力側ＩＤＴ電極の電極指対数をＮ１、電極周期をλ１とし、前記出力側ＩＤＴ電極の電極指対数をＮ２、電極周期をλ２としたとき、
   λ１とλ２との比を
   Ｎ１＞Ｎ２の場合 ０．９７０≦λ２／λ１≦０．９８５
   Ｎ１＜Ｎ２の場合 ０．９７０≦λ１／λ２≦０．９８５
   としたことを特徴とすることを特徴とするＳＡＷフィルタ。

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