JP4329557B2 - 弾性表面波装置、通信機 - Google Patents

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Description

本発明は、フィルタ機能と平衡−不平衡変換機能とを備え、平衡度が改善された弾性表面波装置、通信機に関するものである。
携帯電話機の小型化及び軽量化が進んでおり、これを実現するため、複数の機能を複合化した電子部品を採用する方向にある。この流れに沿って、携帯電話機のRF段に使用される弾性表面波(以下、SAWと記す)フィルタについても、フィルタ機能に加えて、平衡−不平衡変換機能、いわゆるバラン機能を持たせたものが研究されている。
また、SAWフィルタについて、性能的には、通過帯域の外側のごく近傍が高減衰であることが要求されている。このような要求を満たす手段としては、特許文献1に記載されているように、縦結合SAWフィルタ素子にSAW共振子を直列接続したSAWフィルタが挙げられる。
図14及び図15に示すように、上記SAWフィルタの構成は、3IDT(くし型電極部)タイプの縦結合共振子型のSAWフィルタ素子101に対して直列にSAW共振子102が接続されて圧電基板100上に設けられている。
IDTとは、圧電基板上に、帯状のバスバーに対し、その側部から上記バスバーの長手方向に直交する方向に延びる、複数の、互いに平行で離間したくし歯状電極を、一組、互いのくし歯状電極が互いに交叉されて有するものである。このようなIDTでは、電気信号が入力されると圧電基板上に所定周波数のSAWが各くし歯状電極の幅方向に沿って発生し、発生したSAWは他のIDTで電気信号として検出されるのでフィルタ機能を発揮できる。
上述した、SAWフィルタ素子101とSAW共振子102との周波数関係は、SAW共振子102の反共振周波数がSAWフィルタ素子101の通過域より高周波側に、共振周波数が通過域内に位置するように設定されている。
これにより、SAW共振子102の反共振周波数がSAWフィルタ素子101の通過帯域より高周波側に位置しているので、通過帯域高周波外側のごく近傍の減衰量が大きくなり、かつ共振周波数が通過帯域内に位置しているので通過帯域内の挿入損失の大きな劣化は回避されている。
特開平7−30367号公報(公開日:1995年1月31日)
しかしながら、上記特許文献1に記載のSAWフィルタを2つ用いて、フィルタ機能と、平衡−不平衡変換機能とを有するSAW装置を構成した場合、平衡信号端子間の平衡度が悪いという問題を生じている。
本発明は、平衡−不平衡変換機能を持たせ、かつSAW共振子を直列接続したSAWフィルタにおいて、そのSAW共振子の構成を工夫することにより、平衡信号端子間の平衡度を改善したSAW装置を提供することを目的としている。
本発明者らは、上記問題について種々検討したところ、この原因は、平衡−不平衡変換機能を持たせるために、一方のSAWフィルタの位相を反転させると、隣り合うIDT同士の最外電極指の極性関係が一方のSAWフィルタと他方のSAWフィルタとで異なってしまうため、接地容量や橋絡容量の影響が異なるためであることを見出し、本発明を完成した。
本発明のSAW装置は、以上の課題を解決するために、圧電基板上に、弾性表面波の伝搬方向に沿って3つのIDTと、前記3つのIDTを両側から挟むリフレクタとを有する縦結合共振子型のSAWフィルタ素子、及び1つのIDTと該IDTを両側から挟むリフレクタとを有する1ポートSAW共振子が設けられ、前記1ポートSAW共振子の一方のバスバーが中央付近で二分割され、前記1ポートSAW共振子の二分割された各バスバーが前記SAWフィルタ素子における中央IDTと異なる各IDTにそれぞれ接続され、前記SAWフィルタ素子が、2つでもって平衡−不平衡変換機能を有するように構成されたSAW装置において、前記1ポートSAW共振子は、前記1ポートSAW共振子の前記二分割されたIDTが非対称であることを特徴としている。
本発明の他のSAW装置は、前記課題を解決するために、圧電基板上に、SAWの伝搬方向に沿って、一方側から、第1乃至第3の3つのIDTを有し、前記3つのIDTを両側から挟むリフレクタを有する縦結合共振子型のSAWフィルタ素子が設けられ、1つのIDTと、該IDTを両側から挟むリフレクタを有する1ポートSAW共振子が設けられ、前記1ポートSAW共振子の一方のバスバーが中央付近で二分割され、前記1ポートSAW共振子の二分割された一方のバスバーが、前記SAWフィルタ素子の第1のIDTの一方のバスバーと接続され、前記1ポートSAW共振子の二分割された他方のバスバーが、前記縦結合SAWフィルタ素子の第3のIDTの一方のバスバーと接続され、平衡−不平衡変換機能を有するように構成されたSAW装置において、前記1ポートSAW共振子は、前記1ポートSAW共振子の前記二分割されたIDTが非対称であることを特徴としている。
上記SAW装置では、前記SAWフィルタ素子の第2のIDTがSAWの伝搬方向に二分割されていてもよい。
上記SAW装置においては、前記SAWフィルタ素子の第2のIDTが交叉幅方向に二分割されていてもよい。
本発明のさらに他のSAW装置は、前記課題を解決するために、圧電基板上に、SAWの伝搬方向に沿って、一方側から、第1乃至第5の5つのIDTを有し、前記5つのIDTを両側から挟むリフレクタを有する縦結合共振子型のSAWフィルタ素子が設けられ、1つのIDTと、該IDTを両側から挟むリフレクタを有する1ポートSAW共振子が2つ設けられ、前記第1及び第2の1ポートSAW共振子の一方のバスバーが中央付近で二分割され、前記縦結合SAWフィルタ素子の第3のIDTがSAWの伝搬方向に二分割され、前記第1の1ポートSAW共振子の二分割された一方のバスバーが、前記縦結合SAWフィルタ素子の第1のIDTの一方のバスバーと接続され、前記第1の1ポートSAW共振子の二分割された他方のバスバーが、前記縦結合SAWフィルタ素子の第3のIDTの二分割された一方のバスバーと接続され、前記第2の1ポートSAW共振子の分割された一方のバスバーが、前記縦結合SAWフィルタ素子の第5のIDTの一方のバスバーと接続され、前記第2の1ポートSAW共振子の分割された他方のバスバーが、前記縦結合SAWフィルタ素子の第3のIDTの二分割された他方のバスバーと接続され、前記縦結合SAWフィルタ素子の第2のIDTと第4のIDTとを並列接続して、不平衡入力端子とし、前記第1の1ポートSAW共振子の他方のバスバーと、前記第2の1ポートSAW共振子の他方のバスバーとを平衡出力端子として、平衡−不平衡変換機能を有するように構成されたSAW装置において、前記1ポートSAW共振子は、前記1ポートSAW共振子の前記二分割されたIDTが非対称であることを特徴としている。
上記SAW装置では、前記1ポートSAW共振子における、前記二分割された各IDTが互いに非対称であることは、二分割された各バスバーにおける各電極の本数、電極指ピッチ、電極指のduty、IDTとリフレクタとの中心間距離、及び、IDTとリフレクタとの電極指ピッチの比、からなる群より選択された少なくとも一つであってもよい。
本発明の通信機は、前記課題を解決するために、上記の何れかに記載のSAW装置を有することを特徴としている。
上記構成によれば、前記1ポートSAW共振子における、前記二分割された各IDTが互いに非対称とすることで、平衡信号端子間の平衡度をさらに調整できて、上記平衡度を改善することが可能となる。
本発明のSAW装置は、以上のように、縦結合SAWフィルタの出力を2つに分けて出力し、1ポートSAW共振子の一方のバスバーを二分割し、二分割したそれぞれのバスバーを前記縦結合SAWフィルタの2つの出力(入力)に接続し、前記1ポートSAW共振子の他方のバスパーを出力端子(入力端子)としたSAWフィルタを2つ用いて、不平衡−平衡変換機能を有するように構成されたSAW装置において、前記1ポートSAW共振子の前記二分割されたIDTを非対称にする構成である。
それゆえ、上記構成は、平衡信号端子間の平衡度を改善した、SAW装置が得られるという効果を奏する。
本発明の実施の各形態について図1ないし図13に基づいて説明すれば、以下の通りである。
図1及び図2を用いて、本発明の実施の第一形態の構成を説明する。なお、以後の実施の第一形態では、DCS受信用フィルタを例にとって説明を行っていく。まず、図1及び図2を用いて、実施の第一形態の電極構成について説明する。実施の第一形態では、40±5°YcutX伝搬LiTaO3の圧電基板200上に縦結合共振子型の各SAWフィルタ素子201、202、SAW共振子801、802が、Al電極により形成されている。
実施の第一形態の構成は、各SAWフィルタ素子201、202を用いて平衡−不平衡変換機能を有するように設定したSAW装置である。縦結合共振子型のSAWフィルタ素子201では、IDT208をSAWの伝搬方向に沿って挟み込むように各IDT207、209がそれぞれ形成され、さらに、それらの両側に各リフレクタ210、211がそれぞれ形成されている。
図1を見るとわかるように、IDT207とIDT208との間、およびIDT208とIDT209との間における数本の電極指のピッチを、IDTの他の部分よりも小さくしている。
縦結合共振子型のSAWフィルタ素子202の構成は、基本的にはSAWフィルタ素子201と同じであるが、IDT207とIDT208とに対して対応する各IDT220、222が反転されている点が異なる。
IDT208とIDT221は不平衡信号端子214に接続されている。IDT207及びIDT209と、IDT220及びIDT222とはそれぞれ各SAW共振子801、802を介して、それぞれ平衡信号端子215、216に接続されている。
その上、縦結合共振子型のSAWフィルタ素子202のIDT220には、809(隣り合う、中央のIDT221に対面する位置)で示した箇所において直列重み付けが施されている。この直列重み付けにより、平衡信号端子間の平衡度を向上させることが可能となる。
SAW共振子801の構成は、IDT803、806の一方のバスバーのみをSAWの伝搬方向に沿って2分割し、それぞれ各SAWフィルタ素子201、202の各IDT207、209、220、222に対し直列接続している。このとき、SAWフィルタ素子202の各IDT220、222にそれぞれ接続しているSAW共振子802の各IDT807、808の総本数を互いに10本異ならせている。これにより、SAW共振子802は、SAWの伝搬方向に沿った中心線に対し非対称となっている。
本実施の第一形態のSAW装置は、図3に示すように、圧電基板405の電極面とパッケージのダイアタッチ面403の間をバンプ406で導通を取るフェイスダウン工法を用いて作製されている。パッケージは底板401と側壁部402、キャップ404からなっている。
縦結合共振子型の各SAWフィルタ素子201、202の詳細な設計は、ピッチを小さくしていない電極指のピッチで決まる波長をλIとすると、
交叉幅:41.8λI
IDT本数(207、208、209の順):18(3)/(3)33(3)/(3)18本(カッコ内はピッチを小さくした電極指の本数)
リフレクタ本数:60本(201)、90本(202)
duty:0.72(IDT)、0.57(リフレクタ)
電極膜厚:0.092λI
SAW共振子801、802の詳細な設計は、以下のとおりである。
交叉幅:34.9λI
IDT本数:125本
リフレクタ本数:30本
duty:0.60
電極膜厚:0.093λI
次に、本実施の第一形態における作用・効果について説明する。図4に、実施の第一形態の構成における周波数−コモンモード減衰量(平衡信号端子間の平衡度を示す特性値)特性、図5に周波数−伝送特性を示す。また、図6に示す比較例の各特性も図4及び図5に合わせてそれぞれ示す。比較例の設計は、縦結合共振子型SAWフィルタ素子201、202の設計は実施の第一形態と同じであり、SAW共振子203’、205’の設計は、実施の第一形態のようにIDTを2分割していない点以外は、すべて同じ設計である。
図4を見ると、比較例に比べて実施の第一形態は、1890MHz付近のコモンモード減衰量が約2dB改善している。このとき、図5に示すように、伝送特性は実施の第一形態と比較例とでほとんど変わらない。つまり、実施の第一形態では、他の電気的特性にほとんど影響を与えず、コモンモード減衰量のみを改善することができる。
このような効果が得られた理由としては、縦結合共振子型のSAWフィルタ素子202のIDT220は、809(隣り合う、中央のIDT221に対面する位置)で示した箇所において直列重み付けを行っていることが挙げられる。この直列重み付けは、平衡信号端子間の平衡度を向上させるために実施している。
その上、上記のようにSAW共振子802が左右非対称な設計の場合、実施の第一形態のように平衡信号端子に接続される各IDT220、222のそれぞれに対し、SAW共振子802の分割した各分割くし歯状電極807、808を接続し、かつ各分割くし歯状電極807、808で設計パラメータを互いに調整することで、さらに平衡信号端子間の平衡度を調整することができるためである。
実施の第一形態は、各分割くし歯状電極807、808にて、各電極の本数を互いの間にて調整することで、平衡信号端子間の平衡度をさらに調整したものである。実施の第一形態では、各分割くし歯状電極807、808において、各電極の本数を互いに調整したが、これは別の設計パラメータ、例えば電極指ピッチ、電極指のduty、IDTとリフレクタの中心間距離、IDTとリフレクタの電極指ピッチの比などを調整しても、本発明の効果は得られる。
なお、実施の第一形態では図3のように、フェイスダウン工法でパッケージと圧電基板の導通を取る方法でSAW装置を作製したが、これはワイヤボンド工法であっても問題はない。
また、フェイスダウン工法で作製する構成としては図3の構成に限らず、例えば図7のように集合基板501上に圧電基板502をフリップチップ工法で接合し、その上に樹脂503を覆って封止して、ダイシングにより1パッケージ単位に切断する構成、図8のように同じく集合基板501上に圧電基板502をフリップチップ工法で接合し、その上にシート状の樹脂材513を覆って封止して、ダイシングにより1パッケージ単位に切断する構成で、SAW装置が作製されていてもよい。
また、実施の第一形態では、縦結合共振子型の各SAWフィルタ素子201、202の詳細な設計を同じとしたが、必要に応じて別の設計パラメータを異ならせてもよい。実施の第一形態においては、圧電基板200として、40±5°YcutX伝搬LiTaO3を用いたが、効果が得られる原理からもわかるとおり、本発明は、この圧電基板に限らず、64°〜72°YcutX伝搬LiNbO3、41°YcutX伝搬LiNbO3などの基板でも同様な効果が得られる。
さらに、実施の第一形態では2つのSAWフィルタ素子201、202を用いて平衡−不平衡変換機能を有する構成を示したが、この構成は、図9乃至図12に記載の何れかのように1つの縦結合共振子型のSAWフィルタ素子を用いて平衡−不平衡変換機能を有するSAW装置を構成してもよい。
図9は、前記SAWフィルタ素子の中央のIDT(第2のくし型電極部)がSAWの伝搬方向に二分割されているものである。図10は、前記SAWフィルタ素子の中央のIDT(第2のくし型電極部)における、互いに交叉するくし歯状電極にそれぞれ平衡信号端子を接続したものである。
図11は、前記SAWフィルタ素子の中央のIDT(第2のくし型電極部)が交叉幅方向に二分割されているものである。図12は、前記SAWフィルタ素子が5つのIDTからなり、中央のIDTがSAWの伝搬方向に二分割されているものである。
次に、上記実施の形態の何れかに記載のSAW装置を用いた通信機について図13に基づき説明する。上記通信機600は、受信を行うレシーバ側(Rx側)として、アンテナ601、アンテナ共用部/RFTopフィルタ602、アンプ603、Rx段間フィルタ604、ミキサ605、1stIFフィルタ606、ミキサ607、2ndIFフィルタ608、1st+2ndローカルシンセサイザ611、TCXO(temperature compensated crystal oscillator(温度補償型水晶発振器))612、デバイダ613、ローカルフィルタ614を備えて構成されている。
Rx段間フィルタ604からミキサ605へは、図13に二本線で示したように、バランス性を確保するために各平衡信号にて送信することが好ましい。
また、上記通信機600は、送信を行うトランスミッタ側(Tx側)として、上記アンテナ601および上記アンテナ共用部/RFTopフィルタ602を共用するとともに、TxIFフィルタ621、ミキサ622、Tx段間フィルタ623、アンプ624、カプラ625、アイソレータ626、APC(automatic power control(自動出力制御))627を備えて構成されている。
そして、上記のRx段間フィルタ604、1stIFフィルタ606、TxIFフィルタ621、Tx段間フィルタ623には、上述した本実施の形態に記載のSAW装置が好適に利用できる。
本発明にかかるSAW装置は、振幅差や位相差といった平衡度が改善されているという優れた特性を有するものである。よって、上記SAW装置を有する本発明の通信機は、伝送特性を向上できるものとなっている。
本発明のSAW装置は、フィルタ機能と共に平衡−不平衡変換機能を備えた複合化されたものであるので、小型化が要求される、携帯電話といった通信機の分野に好適に利用できる。
本発明の実施の第一形態に係るSAW装置の概略構成図である。 上記SAW装置の要部拡大図である。 上記SAW装置及びそれを収納したパッケージの断面図である。 上記実施の第一形態と、比較例との各SAW装置における周波数とコモンモード減衰率との関係を示すグラフである。 上記実施の第一形態と、比較例との各SAW装置における周波数と挿入損失との関係を示すグラフである。 上記比較例のSAW装置の概略構成図である。 上記SAW装置及びそれを収納した他のパッケージの断面図である。 上記SAW装置及びそれを収納したさらに他のパッケージの断面図である。 上記実施の第一形態の一変形例を示す概略構成図である。 上記実施の第一形態の他の変形例を示す概略構成図である。 上記実施の第一形態のさらに他の変形例を示す概略構成図である。 上記実施の第一形態のさらに他の変形例を示す概略構成図である。 本発明の実施の第二形態に係る通信機のブロック図である。 従来のSAW装置の概略構成図である。 上記従来のSAW装置の平面図である。
符号の説明
200:圧電基板
201、202:SAWフィルタ素子(弾性表面波フィルタ素子)
207〜209、220〜222:IDT(くし型電極部)
214:不平衡信号端子
215、216:平衡信号端子
801、802:1ポートSAW共振子(1ポート弾性表面波共振子)
803、806:IDT(くし型電極部)
804、805、807、808:二分割バスバー

Claims (7)

  1. 圧電基板上に、弾性表面波の伝搬方向に沿って3つのくし型電極部と、前記3つのくし型電極部を両側から挟むリフレクタとを有する縦結合共振子型の弾性表面波フィルタ素子、及び1つのくし型電極部と該くし型電極部を両側から挟むリフレクタとを有する1ポート弾性表面波共振子が設けられ、
    前記1ポート弾性表面波共振子の一方のバスバーが中央付近で二分割され、前記1ポート弾性表面波共振子の二分割された各バスバーが前記弾性表面波フィルタ素子における中央くし型電極部と異なる各くし型電極部にそれぞれ接続され、
    前記弾性表面波フィルタ素子が、2つでもって平衡−不平衡変換機能を有するように構成された弾性表面波装置において、
    前記1ポート弾性表面波共振子は、前記1ポート弾性表面波共振子の前記二分割されたくし型電極部が非対称であることを特徴とする弾性表面波装置。
  2. 圧電基板上に、弾性表面波の伝搬方向に沿って、一方側から、第1乃至第3の3つのくし型電極部を有し、前記3つのくし型電極部を両側から挟むリフレクタを有する縦結合共振子型の弾性表面波フィルタ素子が設けられ、
    1つのくし型電極部と、該くし型電極部を両側から挟むリフレクタを有する1ポート弾性表面波共振子が設けられ、
    前記1ポート弾性表面波共振子の一方のバスバーが中央付近で二分割され、前記1ポート弾性表面波共振子の二分割された一方のバスバーが、前記弾性表面波フィルタ素子の第1のくし型電極部の一方のバスバーと接続され、
    前記1ポート弾性表面波共振子の二分割された他方のバスバーが、前記縦結合弾性表面波フィルタ素子の第3のくし型電極部の一方のバスバーと接続され、平衡−不平衡変換機能を有するように構成された弾性表面波装置において、
    前記1ポート弾性表面波共振子は、前記1ポート弾性表面波共振子の前記二分割されたくし型電極部が非対称であることを特徴とする弾性表面波装置。
  3. 前記弾性表面波フィルタ素子の第2のくし型電極部が弾性表面波の伝搬方向に二分割されていることを特徴とする請求項2記載の弾性表面波装置。
  4. 前記弾性表面波フィルタ素子の第2のくし型電極部が交叉幅方向に二分割されていることを特徴とする請求項2記載の弾性表面波装置。
  5. 圧電基板上に、弾性表面波の伝搬方向に沿って、一方側から、第1乃至第5の5つのくし型電極部を有し、前記5つのくし型電極部を両側から挟むリフレクタを有する縦結合共振子型の弾性表面波フィルタ素子が設けられ、
    1つのくし型電極部と、該くし型電極部を両側から挟むリフレクタを有する1ポート弾性表面波共振子が2つ設けられ、
    前記第1及び第2の1ポート弾性表面波共振子の一方のバスバーが中央付近で二分割され、前記縦結合弾性表面波フィルタ素子の第3のくし型電極部が弾性表面波の伝搬方向に二分割され、
    前記第1の1ポート弾性表面波共振子の二分割された一方のバスバーが、前記縦結合弾性表面波フィルタ素子の第1のくし型電極部の一方のバスバーと接続され、
    前記第1の1ポート弾性表面波共振子の二分割された他方のバスバーが、前記縦結合弾性表面波フィルタ素子の第3のくし型電極部の二分割された一方のバスバーと接続され、
    前記第2の1ポート弾性表面波共振子の分割された一方のバスバーが、前記縦結合弾性表面波フィルタ素子の第5のくし型電極部の一方のバスバーと接続され、
    前記第2の1ポート弾性表面波共振子の分割された他方のバスバーが、前記縦結合弾性表面波フィルタ素子の第3のくし型電極部の二分割された他方のバスバーと接続され、
    前記縦結合弾性表面波フィルタ素子の第2のくし型電極部と第4のくし型電極部とを並列接続して、不平衡入力端子とし、
    前記第1の1ポート弾性表面波共振子の他方のバスバーと、前記第2の1ポート弾性表面波共振子の他方のバスバーとを平衡出力端子として、平衡−不平衡変換機能を有するように構成された弾性表面波装置において、
    前記1ポート弾性表面波共振子は、前記1ポート弾性表面波共振子の前記二分割されたくし型電極部が非対称であることを特徴とする弾性表面波装置。
  6. 前記1ポート弾性表面波共振子における、くし型電極部の仮想中央線に対し非対称であることは、二分割された各バスバーにおける各電極の本数、電極指ピッチ、電極指のduty、くし型電極部とリフレクタとの中心間距離、及び、くし型電極部とリフレクタとの電極指ピッチの比、からなる群より選択された少なくとも一つであることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の弾性表面波装置。
  7. 請求項1乃至6の何れか1項に記載の弾性表面波装置を有することを特徴とする通信機。
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