JP4391754B2 - Ｓａｗフィルタ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳＡＷフィルタに係り、特に位相の直線性を改善することができる伝送形のＳＡＷフィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、移動しながら通話可能な移動通信システムは、ますます発展してきている。このような移動通信システムでは、使用できる周波数帯に制限があり、周波数帯の使用効率を高める必要があるため、必要に応じて特定のチャネルをユーザに割り当てる多重アクセス方式を採用するのが一般的である。このような多重アクセス方式の例として、周波数軸上で直交するチャネルを構成する周波数分割多重アクセス（FDMA:Frequency Division Multiple Access ）方式や、同一の無線周波数においてユーザ毎に異なる符号を割り当て、多元接続を行う符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ：code division multiple access ）方式がある。
【０００３】
図９（ａ）はＦＤＭＡ方式の周波数帯域の概念を示す図、図９（ｂ）はＣＤＭＡ方式の周波数帯域の概念を示す図である。図９（ａ）、図９（ｂ）において、ｆｉ（ｉ＝１，２，３・・・・）はＦＤＭＡ方式の各チャネルの中心周波数、ｆａは各チャネルの帯域幅、ｆｓはチャネル間隔、ｆｂはＣＤＭＡ方式の周波数帯域である。
ＦＤＭＡ方式では、無線周波数を各ユーザが使用する帯域で分割して、多数のチャネルを作るため、チャネル帯域幅ｆａとチャネル間隔ｆｓとを狭くすることで無線周波数の使用効率を向上させることができる。このような狭帯域化に対応するため、ＦＤＭＡ方式の移動通信システムの携帯端末では、所望のチャネルを選択するための帯域通過フィルタが必要となる。
一方、近年急増しているＣＤＭＡ方式では、同一の周波数帯域ｆｂを各ユーザが共有するため、ユーザ毎に帯域を分割する必要はないが、図９（ｂ）に示すように他の通信用帯域とのセパレーションが必要なため、ＦＤＭＡ方式と同様に急峻な特性の帯域通過フィルタが必要となる。
【０００４】
従来、このような帯域通過フィルタとして、伝送形のＳＡＷ（Surface Acoustic Wave ）フィルタが知られている。伝送形のＳＡＷフィルタは、入力側と出力側にすだれ状電極（interdigital transducer 、以下ＩＤＴと略する）を配置し、各電極指の励振強度に重みを付けてフィルタ特性を得る素子であり、その特徴として、振幅特性と位相特性を独立に設計できるという、従来のフィルタには無い優れた特徴を持っている。
【０００５】
図１０に従来のＳＡＷフィルタの構成を示す。ＳＡＷフィルタは、図示しない圧電基板と、圧電基板上に形成された入力ＩＤＴ１０１および出力ＩＤＴ１０２とを有するものである。入力ＩＤＴ１０１は、金属からなる櫛状の対向する２つの電極部１１１，１１２を有している。そして、電極部１１１，１１２には、対向電極部に向かって突出した複数の電極指１１３，１１４が設けられている。同様に、出力ＩＤＴ１０２は、櫛状の対向する２つの電極部１２１，１２２を有し、電極部１２１，１２２には、対向電極部に向かって突出した複数の電極指１２３，１２４が設けられている。入力ＩＤＴ１０１の入力端子ＩＮに入力された電気信号は、入力ＩＤＴ１０１により弾性表面波Ｗに変換され、この弾性表面波Ｗが出力ＩＤＴ１０２により電気信号に変換されて出力端子ＯＵＴから出力される。ここで、入力ＩＤＴ１０１は、電極指１１３，１１４の交差幅を変化させて重み付けをしたアポダイズ型電極であり、出力ＩＤＴ１０２は、電極指１２３，１２４の交差幅が一様な正規型電極である。
【０００６】
アポダイズ型のＩＤＴを使用しないＳＡＷフィルタの場合には、図１１の破線のような周波数特性となり、通過帯域内の周波数特性の平坦性と通過帯域外のサイドローブの抑圧性とが不十分なため、前記ＣＤＭＡ方式の移動通信システムで定められた周波数帯域ｆｂまで通過帯域幅ｆｃを広くすることができず、また通過帯域外の不要な成分を拾う恐れがある。これに対し、アポダイズ型のＩＤＴを使用した図１０のＳＡＷフィルタの場合には、図１１の実線のような周波数特性となり、通過帯域内の周波数特性の平坦性とサイドローブの抑圧性とを向上させることができるので、通過帯域幅をｆｃ’に広げ、かつ通過帯域外の不要な成分を拾う可能性を少なくすることができる（例えば、特許文献１参照）。なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−２３８０４２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来のＳＡＷフィルタでは、アポダイズ型のＩＤＴを用いることにより、通過帯域内の周波数特性の平坦性とサイドローブの抑圧性とを向上させることができる。しかしながら、アポダイズ型のＩＤＴを用いたＳＡＷフィルタでは、通過帯域内の位相の直線性が劣化するという問題点があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、位相の直線性を向上させることができるＳＡＷフィルタを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のＳＡＷフィルタは、圧電基板上に第１のフィルタと第２のフィルタとを備え、前記第１のフィルタは、励振用の第１の重み付け型すだれ状電極と、この第１の重み付け型すだれ状電極に相対する受信用の第１の正規型すだれ状電極と、前記第１の重み付け型すだれ状電極に相対する受信用の第２の正規型すだれ状電極とからなり、前記第２のフィルタは、前記第１の正規型すだれ状電極と接続された励振用の第３の正規型すだれ状電極と、前記第２の正規型すだれ状電極と接続された励振用の第４の正規型すだれ状電極と、前記第３の正規型すだれ状電極および前記第４の正規型すだれ状電極に相対する受信用の第２の重み付け型すだれ状電極とからなり、前記第１の重み付け型すだれ状電極は、前記第２の正規型すだれ状電極の方向へ弾性表面波を放射する場合に伝達関数Ｆ（ｚ）の最小位相特性となり、かつ前記第１の正規型すだれ状電極の方向へ弾性表面波を放射する場合に伝達関数Ｆ（ｚ-1）ｚ-N（Ｎは前記第１、第２の重み付け型すだれ状電極の電極指の対数）の最大位相特性となるように重み付けがなされた電極であり、前記第２の重み付け型すだれ状電極は、前記第３の正規型すだれ状電極の方向から弾性表面波を受信する場合に伝達関数Ｆ（ｚ）の最小位相特性となり、かつ前記第４の正規型すだれ状電極の方向から弾性表面波を受信する場合に伝達関数Ｆ（ｚ-1）ｚ-Nの最大位相特性となるように重み付けがなされた電極である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
［第１参考例］
以下、本発明の参考例について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１参考例となるＳＡＷフィルタの構成を示すブロック図である。本参考例のＳＡＷフィルタは、図示しない圧電基板上に形成された第１のフィルタと第２のフィルタとを備える。第１のフィルタは、入力された電気信号を弾性表面波に変換する励振用のアポダイズ型ＩＤＴ１と、このアポダイズ型ＩＤＴ１に相対する受信用の正規型ＩＤＴ２とからなり、第２のフィルタは、正規型ＩＤＴ２と電気的に接続された励振用の正規型ＩＤＴ３と、この正規型ＩＤＴ３に相対する受信用のアポダイズ型ＩＤＴ４とからなる。
【００１１】
アポダイズ型ＩＤＴ１は、金属からなる櫛状の対向する２つの電極部１１，１２を有している。そして、電極部１１，１２には、対向電極部に向かって突出した複数の電極指１３，１４が設けられている。アポダイズ型ＩＤＴ４は、アポダイズ型ＩＤＴ１と同一構造の電極を反転、すなわち圧電基板と平行な面（図１の紙面）内で１８０°回転させたものである。一方、正規型ＩＤＴ２は、櫛状の対向する２つの電極部２１，２２を有し、電極部２１，２２には、対向電極部に向かって突出した複数の電極指２３，２４が設けられている。正規型ＩＤＴ３は、正規型ＩＤＴ２と同一の構造を有する。
【００１２】
入力側のアポダイズ型ＩＤＴ１の入力端子ＩＮに入力された電気信号は、アポダイズ型ＩＤＴ１により右方向を主伝搬方向とする弾性表面波Ｗ１に変換され、この弾性表面波Ｗ１は、正規型ＩＤＴ２により電気信号に変換される。続いて、正規型ＩＤＴ２から出力された電気信号は、正規型ＩＤＴ３により右方向を主伝搬方向とする弾性表面波Ｗ２に変換され、この弾性表面波Ｗ２は、出力側のアポダイズ型ＩＤＴ４により電気信号に変換されて出力端子ＯＵＴから出力される。
【００１３】
アポダイズ型ＩＤＴ１は、第１の方向（図１の例では右方向）へ弾性表面波を放射する場合または第２の方向（図１の例では左方向）から弾性表面波を受信する場合に位相の遅延が最小の最小位相特性となり、かつ第２の方向へ弾性表面波を放射する場合または第１の方向から弾性表面波を受信する場合に位相の遅延が最大の最大位相特性となるように、重み付けがなされた電極である。したがって、本参考例の場合、アポダイズ型ＩＤＴ１は第１の方向へ弾性表面波Ｗ１を放射するため最小位相特性を有する。
一方、アポダイズ型ＩＤＴ１を１８０°反転させたアポダイズ型ＩＤＴ４は、前記第１の方向と第２の方向との関係が逆転するので、第２の方向へ弾性表面波を放射する場合または第１の方向から弾性表面波を受信する場合に最小位相特性となり、かつ第１の方向へ弾性表面波を放射する場合または第２の方向から弾性表面波を受信する場合に最大位相特性となるように、重み付けがなされた電極となる。したがって、本参考例の場合、アポダイズ型ＩＤＴ４は第２の方向から弾性表面波Ｗ２を受信するため最大位相特性を有する。
【００１４】
アポダイズ型ＩＤＴ１およびアポダイズ型ＩＤＴ４の電極指の対数をＮ、最小位相特性の場合の伝達関数をＦ（ｚ）とすると、最大位相特性の場合の伝達関数はＦ（ｚ-1）ｚ-Nとなり、図１に示したＳＡＷフィルタの伝達関数は２Ｆ（ｚ）Ｆ（ｚ-1）ｚ-Nとなる。すなわち、本参考例のＳＡＷフィルタは、アポダイズ型ＩＤＴ１が最小位相特性を有し、アポダイズ型ＩＤＴ４が最大位相特性を有する構成となっているため、互いの位相特性が相殺されて直線位相となる。このとき、特にＩＤＴ１の最小位相と同じすだれ状電極を、ＩＤＴ４として受信される音響波の進行方向を、ＩＤＴ１の進行方向とは逆向きに配置した場合、ＩＤＴ４は最大位相となり、ＩＤＴ１とＩＤＴ４の位相作用により位相の直線性は向上する。
【００１５】
図２（ａ）、図２（ｂ）にアポダイズ型ＩＤＴ１の周波数特性と位相特性を示し、図２（ｃ）、図２（ｄ）にアポダイズ型ＩＤＴ４の周波数特性と位相特性を示す。また、図３（ａ）、図３（ｂ）に本参考例のＳＡＷフィルタの周波数特性と位相特性を示す。図２〜図３の例では、記載を容易にするため、通過帯域が０〜０．５ＭＨｚのローパスフィルタとしてＳＡＷフィルタの特性を記しているが、ローパスフィルタをバンドパスフィルタに変換することが容易であるのは言うまでもない。図２（ｂ）のように最小位相を示すアポダイズ型ＩＤＴ１の特性と図２（ｄ）のように最大位相を示すアポダイズ型ＩＤＴ４の特性とを合成することにより、図３（ｂ）のように直線位相を示すＳＡＷフィルタを実現することができる。
【００１６】
また、本参考例によれば、定在的な損失は図１０に示した従来のＳＡＷフィルタとほぼ同一であり、弾性表面波の伝搬方向（図１の左右方向）のサイズについても従来のＳＡＷフィルタと同等にすることができる。また、アポダイズ型ＩＤＴ１とアポダイズ型ＩＤＴ４とを同一とし、正規型ＩＤＴ２と正規型ＩＤＴ３とを同一としていることから、第１のフィルタと第２のフィルタとの接続点（正規型ＩＤＴ２と正規型ＩＤＴ３との接続点）でのインピーダンス反射がなく、また直線位相のため感度を小さくすることができる。また、アポダイズ型ＩＤＴ４はアポダイズ型ＩＤＴ１を反転させたものなので、アポダイズ型ＩＤＴ１とアポダイズ型ＩＤＴ４のうちいずれか一方のみを設計すればよく、直線位相ＳＡＷフィルタを厳密に設計することができる。
【００１７】
［第２参考例］
第１参考例では、励振用のアポダイズ型ＩＤＴ１が最小位相特性を有し、受信用のアポダイズ型ＩＤＴ４が最大位相特性を有する構成としているが、この構成を逆にしてもよい。すなわち、各ＩＤＴの電気配線を図１のままにして、アポダイズ型ＩＤＴ１とアポダイズ型ＩＤＴ４とをそれぞれ反転させることにより、図４の構成となり、アポダイズ型ＩＤＴ１が最大位相特性を有し、アポダイズ型ＩＤＴ４が最小位相特性を有する構成となる。
【００１８】
［第１の実施の形態］
第１参考例、第２参考例では、正規型ＩＤＴを２個用いたが、正規型ＩＤＴを４個用いて図５に示すようなＳＡＷフィルタを構成してもよい。本実施の形態のＳＡＷフィルタは、第１参考例のＳＡＷフィルタに対し、アポダイズ型ＩＤＴ１を挟んで正規型ＩＤＴ２と異なる側に正規型ＩＤＴ５を追加し、アポダイズ型ＩＤＴ４を挟んで正規型ＩＤＴ３と異なる側に正規型ＩＤＴ６を追加したものである。正規型ＩＤＴ５と正規型ＩＤＴ６とは電気的に接続されている。
【００１９】
入力側のアポダイズ型ＩＤＴ１の入力端子ＩＮに入力された電気信号は、アポダイズ型ＩＤＴ１により右方向を主伝搬方向とする弾性表面波Ｗ１および左方向を主伝搬方向とする弾性表面波Ｗ３に変換され、弾性表面波Ｗ１，Ｗ３は、それぞれ正規型ＩＤＴ２，５により電気信号に変換される。続いて、正規型ＩＤＴ２から出力された電気信号は、正規型ＩＤＴ３により右方向を主伝搬方向とする弾性表面波Ｗ２に変換され、正規型ＩＤＴ５から出力された電気信号は、正規型ＩＤＴ６により左方向を主伝搬方向とする弾性表面波Ｗ４に変換される。そして、弾性表面波Ｗ２，Ｗ４は、出力側のアポダイズ型ＩＤＴ４により電気信号に変換されて出力端子ＯＵＴから出力される。
【００２０】
前述のように、アポダイズ型ＩＤＴ１は右方向へ弾性表面波Ｗ１を放射する場合に最小位相特性となり、アポダイズ型ＩＤＴ４は左方向から弾性表面波Ｗ２を受信する場合に最大位相特性となる。したがって、アポダイズ型ＩＤＴ１→正規型ＩＤＴ２→正規型ＩＤＴ３→アポダイズ型ＩＤＴ４の経路では、アポダイズ型ＩＤＴ１の最小位相特性がアポダイズ型ＩＤＴ４の最大位相特性で相殺されて直線位相となる。
【００２１】
一方、アポダイズ型ＩＤＴ１は左方向へ弾性表面波Ｗ３を放射する場合に最大位相特性となり、アポダイズ型ＩＤＴ４は右方向から弾性表面波Ｗ４を受信する場合に最小位相特性となる。したがって、アポダイズ型ＩＤＴ１→正規型ＩＤＴ５→正規型ＩＤＴ６→アポダイズ型ＩＤＴ４の経路では、アポダイズ型ＩＤＴ１の最大位相特性がアポダイズ型ＩＤＴ４の最小位相特性で相殺されて直線位相となる。こうして、第１参考例と同様の効果を得ることができる。
【００２２】
また、本実施の形態では、第１参考例に比べて挿入損失（インサーションロス）を向上させることができる。その理由は、第１参考例では弾性表面波の伝搬方向（図１左右方向）のうち１方向のみＩＤＴ１，４を使用しているため、挿入損失がＩＤＴ１，２で３ｄＢ、ＩＤＴ３，４で３ｄＢの計６ｄＢとなるのに対し、本実施の形態では２方向でＩＤＴ１，４を使用しているため、挿入損失がＩＤＴ１，２，５で１．５ｄＢ、ＩＤＴ３，４，６で１．５ｄＢの計３ｄＢとなるからである。
【００２３】
［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、アポダイズ型ＩＤＴ１→正規型ＩＤＴ２→正規型ＩＤＴ３→アポダイズ型ＩＤＴ４の経路では、アポダイズ型ＩＤＴ１が最小位相特性、アポダイズ型ＩＤＴ４が最大位相特性となり、アポダイズ型ＩＤＴ１→正規型ＩＤＴ５→正規型ＩＤＴ６→アポダイズ型ＩＤＴ４の経路では、アポダイズ型ＩＤＴ１が最大位相特性、アポダイズ型ＩＤＴ４が最小位相特性となるが、この構成を逆にしてもよい。
【００２４】
すなわち、各ＩＤＴの電気配線を図５のままにして、アポダイズ型ＩＤＴ１とアポダイズ型ＩＤＴ４とをそれぞれ反転させることにより、図６の構成となり、アポダイズ型ＩＤＴ１→正規型ＩＤＴ２→正規型ＩＤＴ３→アポダイズ型ＩＤＴ４の経路では、アポダイズ型ＩＤＴ１が最大位相特性、アポダイズ型ＩＤＴ４が最小位相特性となり、アポダイズ型ＩＤＴ１→正規型ＩＤＴ５→正規型ＩＤＴ６→アポダイズ型ＩＤＴ４の経路では、アポダイズ型ＩＤＴ１が最小位相特性、アポダイズ型ＩＤＴ４が最大位相特性となる。
【００２５】
［第３参考例］
図７は本発明の第３参考例となるＳＡＷフィルタの構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。入力側のアポダイズ型ＩＤＴ１の入力端子ＩＮに入力された電気信号は、アポダイズ型ＩＤＴ１により右方向を主伝搬方向とする弾性表面波Ｗ１に変換され、弾性表面波Ｗ１は、出力側のアポダイズ型ＩＤＴ４により電気信号に変換されて出力端子ＯＵＴから出力される。第１参考例で説明したように、アポダイズ型ＩＤＴ１は最小位相特性を有し、アポダイズ型ＩＤＴ４は最大位相特性を有する。
【００２６】
本参考例のＳＡＷフィルタは、正規型ＩＤＴを使用しない構成である。弾性表面波の伝搬方向（図７の左右方向）のサイズについては第１参考例のＳＡＷフィルタに比べて不利となるが、正規型ＩＤＴを省略することができる。
【００２７】
［第４参考例］
第３参考例では、アポダイズ型ＩＤＴ１が最小位相特性を有し、アポダイズ型ＩＤＴ４が最大位相特性を有する構成としているが、この構成を逆にしてもよい。すなわち、各ＩＤＴの電気配線を図７のままにして、アポダイズ型ＩＤＴ１とアポダイズ型ＩＤＴ４とをそれぞれ反転させることにより、図８の構成となり、アポダイズ型ＩＤＴ１が最大位相特性を有し、アポダイズ型ＩＤＴ４が最小位相特性を有する構成となる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、圧電基板上に励振用の第１の重み付け型すだれ状電極と受信用の第２の重み付け型すだれ状電極とを設け、第１の重み付け型すだれ状電極と第２の重み付け型すだれ状電極のうちいずれか一方を最小位相特性を有するように重み付けがなされた電極とし、他方を最大位相特性を有するように重み付けがなされた電極とすることにより、従来のアポダイズ型すだれ状電極を使用したＳＡＷフィルタに比べて位相の直線性を向上させることができる。
【００２９】
また、第１の重み付け型すだれ状電極と同一構造の電極を反転させたものを第２の重み付け型すだれ状電極とすることにより、第１の重み付け型すだれ状電極と第２の重み付け型すだれ状電極に同一構造の電極を使用できるので、いずれか一方のみを設計すればよく、直線位相ＳＡＷフィルタを厳密に設計することができる。
【００３０】
また、圧電基板上に第１のフィルタと第２のフィルタとを設け、第１のフィルタを励振用の第１の重み付け型すだれ状電極と受信用の第１の正規型すだれ状電極とから構成し、第２のフィルタを励振用の第２の正規型すだれ状電極と受信用の第２の重み付け型すだれ状電極とから構成して、第１の重み付け型すだれ状電極と第２の重み付け型すだれ状電極のうちいずれか一方を最小位相特性を有するように重み付けがなされた電極とし、他方を最大位相特性を有するように重み付けがなされた電極とすることにより、従来のアポダイズ型すだれ状電極を使用したＳＡＷフィルタに比べて位相の直線性を向上させることができる。また、第１の重み付け型すだれ状電極と第２の重み付け型すだれ状電極に同一構造の電極を使用できるので、直線位相ＳＡＷフィルタを厳密に設計することができる。また、第１のフィルタと第２のフィルタを弾性表面波の伝搬方向と直角の方向に並べて配置すれば、伝搬方向のサイズを従来のＳＡＷフィルタと同等にすることができる。
【００３１】
また、第１のフィルタを励振用の第１の重み付け型すだれ状電極と受信用の第１の正規型すだれ状電極と受信用の第２の正規型すだれ状電極とから構成し、第２のフィルタを励振用の第３の正規型すだれ状電極と励振用の第４の正規型すだれ状電極と受信用の第２の重み付け型すだれ状電極とから構成することにより、第１のフィルタを励振用の第１の重み付け型すだれ状電極と受信用の第１の正規型すだれ状電極とから構成し、かつ第２のフィルタを励振用の第２の正規型すだれ状電極と受信用の第２の重み付け型すだれ状電極とから構成する場合に比べて、挿入損失を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１参考例となるＳＡＷフィルタの構成を示すブロック図である。
【図２】 本発明の第１参考例におけるアポダイズ型すだれ状電極の周波数特性と位相特性を示す図である。
【図３】 本発明の第１参考例におけるＳＡＷフィルタの周波数特性と位相特性を示す図である。
【図４】 本発明の第２参考例となるＳＡＷフィルタの構成を示すブロック図である。
【図５】 本発明の第１の実施の形態となるＳＡＷフィルタの構成を示すブロック図である。
【図６】 本発明の第２の実施の形態となるＳＡＷフィルタの構成を示すブロック図である。
【図７】 本発明の第３参考例となるＳＡＷフィルタの構成を示すブロック図である。
【図８】 本発明の第４参考例となるＳＡＷフィルタの構成を示すブロック図である。
【図９】 ＦＤＭＡ方式およびＣＤＭＡ方式の周波数帯域の概念を示す図である。
【図１０】 従来のＳＡＷフィルタの構成を示すブロック図である。
【図１１】 従来のＳＡＷフィルタの周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
１、４…アポダイズ型すだれ状電極、２、３、５、６…正規型すだれ状電極。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳＡＷフィルタに係り、特に位相の直線性を改善することができる伝送形のＳＡＷフィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、移動しながら通話可能な移動通信システムは、ますます発展してきている。このような移動通信システムでは、使用できる周波数帯に制限があり、周波数帯の使用効率を高める必要があるため、必要に応じて特定のチャネルをユーザに割り当てる多重アクセス方式を採用するのが一般的である。このような多重アクセス方式の例として、周波数軸上で直交するチャネルを構成する周波数分割多重アクセス（FDMA:Frequency Division Multiple Access ）方式や、同一の無線周波数においてユーザ毎に異なる符号を割り当て、多元接続を行う符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ：code division multiple access ）方式がある。
【０００３】
図９（ａ）はＦＤＭＡ方式の周波数帯域の概念を示す図、図９（ｂ）はＣＤＭＡ方式の周波数帯域の概念を示す図である。図９（ａ）、図９（ｂ）において、ｆｉ（ｉ＝１，２，３・・・・）はＦＤＭＡ方式の各チャネルの中心周波数、ｆａは各チャネルの帯域幅、ｆｓはチャネル間隔、ｆｂはＣＤＭＡ方式の周波数帯域である。
ＦＤＭＡ方式では、無線周波数を各ユーザが使用する帯域で分割して、多数のチャネルを作るため、チャネル帯域幅ｆａとチャネル間隔ｆｓとを狭くすることで無線周波数の使用効率を向上させることができる。このような狭帯域化に対応するため、ＦＤＭＡ方式の移動通信システムの携帯端末では、所望のチャネルを選択するための帯域通過フィルタが必要となる。
一方、近年急増しているＣＤＭＡ方式では、同一の周波数帯域ｆｂを各ユーザが共有するため、ユーザ毎に帯域を分割する必要はないが、図９（ｂ）に示すように他の通信用帯域とのセパレーションが必要なため、ＦＤＭＡ方式と同様に急峻な特性の帯域通過フィルタが必要となる。
【０００４】
従来、このような帯域通過フィルタとして、伝送形のＳＡＷ（Surface Acoustic Wave ）フィルタが知られている。伝送形のＳＡＷフィルタは、入力側と出力側にすだれ状電極（interdigital transducer 、以下ＩＤＴと略する）を配置し、各電極指の励振強度に重みを付けてフィルタ特性を得る素子であり、その特徴として、振幅特性と位相特性を独立に設計できるという、従来のフィルタには無い優れた特徴を持っている。
【０００５】
図１０に従来のＳＡＷフィルタの構成を示す。ＳＡＷフィルタは、図示しない圧電基板と、圧電基板上に形成された入力ＩＤＴ１０１および出力ＩＤＴ１０２とを有するものである。入力ＩＤＴ１０１は、金属からなる櫛状の対向する２つの電極部１１１，１１２を有している。そして、電極部１１１，１１２には、対向電極部に向かって突出した複数の電極指１１３，１１４が設けられている。同様に、出力ＩＤＴ１０２は、櫛状の対向する２つの電極部１２１，１２２を有し、電極部１２１，１２２には、対向電極部に向かって突出した複数の電極指１２３，１２４が設けられている。入力ＩＤＴ１０１の入力端子ＩＮに入力された電気信号は、入力ＩＤＴ１０１により弾性表面波Ｗに変換され、この弾性表面波Ｗが出力ＩＤＴ１０２により電気信号に変換されて出力端子ＯＵＴから出力される。ここで、入力ＩＤＴ１０１は、電極指１１３，１１４の交差幅を変化させて重み付けをしたアポダイズ型電極であり、出力ＩＤＴ１０２は、電極指１２３，１２４の交差幅が一様な正規型電極である。
【０００６】
アポダイズ型のＩＤＴを使用しないＳＡＷフィルタの場合には、図１１の破線のような周波数特性となり、通過帯域内の周波数特性の平坦性と通過帯域外のサイドローブの抑圧性とが不十分なため、前記ＣＤＭＡ方式の移動通信システムで定められた周波数帯域ｆｂまで通過帯域幅ｆｃを広くすることができず、また通過帯域外の不要な成分を拾う恐れがある。これに対し、アポダイズ型のＩＤＴを使用した図１０のＳＡＷフィルタの場合には、図１１の実線のような周波数特性となり、通過帯域内の周波数特性の平坦性とサイドローブの抑圧性とを向上させることができるので、通過帯域幅をｆｃ’に広げ、かつ通過帯域外の不要な成分を拾う可能性を少なくすることができる（例えば、特許文献１参照）。なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−２３８０４２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来のＳＡＷフィルタでは、アポダイズ型のＩＤＴを用いることにより、通過帯域内の周波数特性の平坦性とサイドローブの抑圧性とを向上させることができる。しかしながら、アポダイズ型のＩＤＴを用いたＳＡＷフィルタでは、通過帯域内の位相の直線性が劣化するという問題点があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、位相の直線性を向上させることができるＳＡＷフィルタを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のＳＡＷフィルタは、圧電基板上に第１のフィルタと第２のフィルタとを備え、前記第１のフィルタは、励振用の第１の重み付け型すだれ状電極と、この第１の重み付け型すだれ状電極に相対する受信用の第１の正規型すだれ状電極と、前記第１の重み付け型すだれ状電極に相対する受信用の第２の正規型すだれ状電極とからなり、前記第２のフィルタは、前記第１の正規型すだれ状電極と接続された励振用の第３の正規型すだれ状電極と、前記第２の正規型すだれ状電極と接続された励振用の第４の正規型すだれ状電極と、前記第３の正規型すだれ状電極および前記第４の正規型すだれ状電極に相対する受信用の第２の重み付け型すだれ状電極とからなり、前記第１の重み付け型すだれ状電極は、前記第２の正規型すだれ状電極の方向へ弾性表面波を放射する場合に伝達関数Ｆ（ｚ）の最小位相特性となり、かつ前記第１の正規型すだれ状電極の方向へ弾性表面波を放射する場合に伝達関数Ｆ（ｚ-1）ｚ-N（Ｎは前記第１、第２の重み付け型すだれ状電極の電極指の対数）の最大位相特性となるように重み付けがなされた電極であり、前記第２の重み付け型すだれ状電極は、前記第３の正規型すだれ状電極の方向から弾性表面波を受信する場合に伝達関数Ｆ（ｚ）の最小位相特性となり、かつ前記第４の正規型すだれ状電極の方向から弾性表面波を受信する場合に伝達関数Ｆ（ｚ-1）ｚ-Nの最大位相特性となるように重み付けがなされた電極である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
［第１参考例］
以下、本発明の参考例について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１参考例となるＳＡＷフィルタの構成を示すブロック図である。本参考例のＳＡＷフィルタは、図示しない圧電基板上に形成された第１のフィルタと第２のフィルタとを備える。第１のフィルタは、入力された電気信号を弾性表面波に変換する励振用のアポダイズ型ＩＤＴ１と、このアポダイズ型ＩＤＴ１に相対する受信用の正規型ＩＤＴ２とからなり、第２のフィルタは、正規型ＩＤＴ２と電気的に接続された励振用の正規型ＩＤＴ３と、この正規型ＩＤＴ３に相対する受信用のアポダイズ型ＩＤＴ４とからなる。
【００１１】
アポダイズ型ＩＤＴ１は、金属からなる櫛状の対向する２つの電極部１１，１２を有している。そして、電極部１１，１２には、対向電極部に向かって突出した複数の電極指１３，１４が設けられている。アポダイズ型ＩＤＴ４は、アポダイズ型ＩＤＴ１と同一構造の電極を反転、すなわち圧電基板と平行な面（図１の紙面）内で１８０°回転させたものである。一方、正規型ＩＤＴ２は、櫛状の対向する２つの電極部２１，２２を有し、電極部２１，２２には、対向電極部に向かって突出した複数の電極指２３，２４が設けられている。正規型ＩＤＴ３は、正規型ＩＤＴ２と同一の構造を有する。
【００１２】
入力側のアポダイズ型ＩＤＴ１の入力端子ＩＮに入力された電気信号は、アポダイズ型ＩＤＴ１により右方向を主伝搬方向とする弾性表面波Ｗ１に変換され、この弾性表面波Ｗ１は、正規型ＩＤＴ２により電気信号に変換される。続いて、正規型ＩＤＴ２から出力された電気信号は、正規型ＩＤＴ３により右方向を主伝搬方向とする弾性表面波Ｗ２に変換され、この弾性表面波Ｗ２は、出力側のアポダイズ型ＩＤＴ４により電気信号に変換されて出力端子ＯＵＴから出力される。
【００１３】
アポダイズ型ＩＤＴ１は、第１の方向（図１の例では右方向）へ弾性表面波を放射する場合または第２の方向（図１の例では左方向）から弾性表面波を受信する場合に位相の遅延が最小の最小位相特性となり、かつ第２の方向へ弾性表面波を放射する場合または第１の方向から弾性表面波を受信する場合に位相の遅延が最大の最大位相特性となるように、重み付けがなされた電極である。したがって、本参考例の場合、アポダイズ型ＩＤＴ１は第１の方向へ弾性表面波Ｗ１を放射するため最小位相特性を有する。
一方、アポダイズ型ＩＤＴ１を１８０°反転させたアポダイズ型ＩＤＴ４は、前記第１の方向と第２の方向との関係が逆転するので、第２の方向へ弾性表面波を放射する場合または第１の方向から弾性表面波を受信する場合に最小位相特性となり、かつ第１の方向へ弾性表面波を放射する場合または第２の方向から弾性表面波を受信する場合に最大位相特性となるように、重み付けがなされた電極となる。したがって、本参考例の場合、アポダイズ型ＩＤＴ４は第２の方向から弾性表面波Ｗ２を受信するため最大位相特性を有する。
【００１４】
アポダイズ型ＩＤＴ１およびアポダイズ型ＩＤＴ４の電極指の対数をＮ、最小位相特性の場合の伝達関数をＦ（ｚ）とすると、最大位相特性の場合の伝達関数はＦ（ｚ-1）ｚ-Nとなり、図１に示したＳＡＷフィルタの伝達関数は２Ｆ（ｚ）Ｆ（ｚ-1）ｚ-Nとなる。すなわち、本参考例のＳＡＷフィルタは、アポダイズ型ＩＤＴ１が最小位相特性を有し、アポダイズ型ＩＤＴ４が最大位相特性を有する構成となっているため、互いの位相特性が相殺されて直線位相となる。このとき、特にＩＤＴ１の最小位相と同じすだれ状電極を、ＩＤＴ４として受信される音響波の進行方向を、ＩＤＴ１の進行方向とは逆向きに配置した場合、ＩＤＴ４は最大位相となり、ＩＤＴ１とＩＤＴ４の位相作用により位相の直線性は向上する。
【００１５】
図２（ａ）、図２（ｂ）にアポダイズ型ＩＤＴ１の周波数特性と位相特性を示し、図２（ｃ）、図２（ｄ）にアポダイズ型ＩＤＴ４の周波数特性と位相特性を示す。また、図３（ａ）、図３（ｂ）に本参考例のＳＡＷフィルタの周波数特性と位相特性を示す。図２〜図３の例では、記載を容易にするため、通過帯域が０〜０．５ＭＨｚのローパスフィルタとしてＳＡＷフィルタの特性を記しているが、ローパスフィルタをバンドパスフィルタに変換することが容易であるのは言うまでもない。図２（ｂ）のように最小位相を示すアポダイズ型ＩＤＴ１の特性と図２（ｄ）のように最大位相を示すアポダイズ型ＩＤＴ４の特性とを合成することにより、図３（ｂ）のように直線位相を示すＳＡＷフィルタを実現することができる。
【００１６】
また、本参考例によれば、定在的な損失は図１０に示した従来のＳＡＷフィルタとほぼ同一であり、弾性表面波の伝搬方向（図１の左右方向）のサイズについても従来のＳＡＷフィルタと同等にすることができる。また、アポダイズ型ＩＤＴ１とアポダイズ型ＩＤＴ４とを同一とし、正規型ＩＤＴ２と正規型ＩＤＴ３とを同一としていることから、第１のフィルタと第２のフィルタとの接続点（正規型ＩＤＴ２と正規型ＩＤＴ３との接続点）でのインピーダンス反射がなく、また直線位相のため感度を小さくすることができる。また、アポダイズ型ＩＤＴ４はアポダイズ型ＩＤＴ１を反転させたものなので、アポダイズ型ＩＤＴ１とアポダイズ型ＩＤＴ４のうちいずれか一方のみを設計すればよく、直線位相ＳＡＷフィルタを厳密に設計することができる。
【００１７】
［第２参考例］
第１参考例では、励振用のアポダイズ型ＩＤＴ１が最小位相特性を有し、受信用のアポダイズ型ＩＤＴ４が最大位相特性を有する構成としているが、この構成を逆にしてもよい。すなわち、各ＩＤＴの電気配線を図１のままにして、アポダイズ型ＩＤＴ１とアポダイズ型ＩＤＴ４とをそれぞれ反転させることにより、図４の構成となり、アポダイズ型ＩＤＴ１が最大位相特性を有し、アポダイズ型ＩＤＴ４が最小位相特性を有する構成となる。
【００１８】
［第１の実施の形態］
第１参考例、第２参考例では、正規型ＩＤＴを２個用いたが、正規型ＩＤＴを４個用いて図５に示すようなＳＡＷフィルタを構成してもよい。本実施の形態のＳＡＷフィルタは、第１参考例のＳＡＷフィルタに対し、アポダイズ型ＩＤＴ１を挟んで正規型ＩＤＴ２と異なる側に正規型ＩＤＴ５を追加し、アポダイズ型ＩＤＴ４を挟んで正規型ＩＤＴ３と異なる側に正規型ＩＤＴ６を追加したものである。正規型ＩＤＴ５と正規型ＩＤＴ６とは電気的に接続されている。
【００１９】
入力側のアポダイズ型ＩＤＴ１の入力端子ＩＮに入力された電気信号は、アポダイズ型ＩＤＴ１により右方向を主伝搬方向とする弾性表面波Ｗ１および左方向を主伝搬方向とする弾性表面波Ｗ３に変換され、弾性表面波Ｗ１，Ｗ３は、それぞれ正規型ＩＤＴ２，５により電気信号に変換される。続いて、正規型ＩＤＴ２から出力された電気信号は、正規型ＩＤＴ３により右方向を主伝搬方向とする弾性表面波Ｗ２に変換され、正規型ＩＤＴ５から出力された電気信号は、正規型ＩＤＴ６により左方向を主伝搬方向とする弾性表面波Ｗ４に変換される。そして、弾性表面波Ｗ２，Ｗ４は、出力側のアポダイズ型ＩＤＴ４により電気信号に変換されて出力端子ＯＵＴから出力される。
【００２０】
前述のように、アポダイズ型ＩＤＴ１は右方向へ弾性表面波Ｗ１を放射する場合に最小位相特性となり、アポダイズ型ＩＤＴ４は左方向から弾性表面波Ｗ２を受信する場合に最大位相特性となる。したがって、アポダイズ型ＩＤＴ１→正規型ＩＤＴ２→正規型ＩＤＴ３→アポダイズ型ＩＤＴ４の経路では、アポダイズ型ＩＤＴ１の最小位相特性がアポダイズ型ＩＤＴ４の最大位相特性で相殺されて直線位相となる。
【００２１】
一方、アポダイズ型ＩＤＴ１は左方向へ弾性表面波Ｗ３を放射する場合に最大位相特性となり、アポダイズ型ＩＤＴ４は右方向から弾性表面波Ｗ４を受信する場合に最小位相特性となる。したがって、アポダイズ型ＩＤＴ１→正規型ＩＤＴ５→正規型ＩＤＴ６→アポダイズ型ＩＤＴ４の経路では、アポダイズ型ＩＤＴ１の最大位相特性がアポダイズ型ＩＤＴ４の最小位相特性で相殺されて直線位相となる。こうして、第１参考例と同様の効果を得ることができる。
【００２２】
また、本実施の形態では、第１参考例に比べて挿入損失（インサーションロス）を向上させることができる。その理由は、第１参考例では弾性表面波の伝搬方向（図１左右方向）のうち１方向のみＩＤＴ１，４を使用しているため、挿入損失がＩＤＴ１，２で３ｄＢ、ＩＤＴ３，４で３ｄＢの計６ｄＢとなるのに対し、本実施の形態では２方向でＩＤＴ１，４を使用しているため、挿入損失がＩＤＴ１，２，５で１．５ｄＢ、ＩＤＴ３，４，６で１．５ｄＢの計３ｄＢとなるからである。
【００２３】
［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、アポダイズ型ＩＤＴ１→正規型ＩＤＴ２→正規型ＩＤＴ３→アポダイズ型ＩＤＴ４の経路では、アポダイズ型ＩＤＴ１が最小位相特性、アポダイズ型ＩＤＴ４が最大位相特性となり、アポダイズ型ＩＤＴ１→正規型ＩＤＴ５→正規型ＩＤＴ６→アポダイズ型ＩＤＴ４の経路では、アポダイズ型ＩＤＴ１が最大位相特性、アポダイズ型ＩＤＴ４が最小位相特性となるが、この構成を逆にしてもよい。
【００２４】
すなわち、各ＩＤＴの電気配線を図５のままにして、アポダイズ型ＩＤＴ１とアポダイズ型ＩＤＴ４とをそれぞれ反転させることにより、図６の構成となり、アポダイズ型ＩＤＴ１→正規型ＩＤＴ２→正規型ＩＤＴ３→アポダイズ型ＩＤＴ４の経路では、アポダイズ型ＩＤＴ１が最大位相特性、アポダイズ型ＩＤＴ４が最小位相特性となり、アポダイズ型ＩＤＴ１→正規型ＩＤＴ５→正規型ＩＤＴ６→アポダイズ型ＩＤＴ４の経路では、アポダイズ型ＩＤＴ１が最小位相特性、アポダイズ型ＩＤＴ４が最大位相特性となる。
【００２５】
［第３参考例］
図７は本発明の第３参考例となるＳＡＷフィルタの構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。入力側のアポダイズ型ＩＤＴ１の入力端子ＩＮに入力された電気信号は、アポダイズ型ＩＤＴ１により右方向を主伝搬方向とする弾性表面波Ｗ１に変換され、弾性表面波Ｗ１は、出力側のアポダイズ型ＩＤＴ４により電気信号に変換されて出力端子ＯＵＴから出力される。第１参考例で説明したように、アポダイズ型ＩＤＴ１は最小位相特性を有し、アポダイズ型ＩＤＴ４は最大位相特性を有する。
【００２６】
本参考例のＳＡＷフィルタは、正規型ＩＤＴを使用しない構成である。弾性表面波の伝搬方向（図７の左右方向）のサイズについては第１参考例のＳＡＷフィルタに比べて不利となるが、正規型ＩＤＴを省略することができる。
【００２７】
［第４参考例］
第３参考例では、アポダイズ型ＩＤＴ１が最小位相特性を有し、アポダイズ型ＩＤＴ４が最大位相特性を有する構成としているが、この構成を逆にしてもよい。すなわち、各ＩＤＴの電気配線を図７のままにして、アポダイズ型ＩＤＴ１とアポダイズ型ＩＤＴ４とをそれぞれ反転させることにより、図８の構成となり、アポダイズ型ＩＤＴ１が最大位相特性を有し、アポダイズ型ＩＤＴ４が最小位相特性を有する構成となる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、圧電基板上に励振用の第１の重み付け型すだれ状電極と受信用の第２の重み付け型すだれ状電極とを設け、第１の重み付け型すだれ状電極と第２の重み付け型すだれ状電極のうちいずれか一方を最小位相特性を有するように重み付けがなされた電極とし、他方を最大位相特性を有するように重み付けがなされた電極とすることにより、従来のアポダイズ型すだれ状電極を使用したＳＡＷフィルタに比べて位相の直線性を向上させることができる。
【００２９】
また、第１の重み付け型すだれ状電極と同一構造の電極を反転させたものを第２の重み付け型すだれ状電極とすることにより、第１の重み付け型すだれ状電極と第２の重み付け型すだれ状電極に同一構造の電極を使用できるので、いずれか一方のみを設計すればよく、直線位相ＳＡＷフィルタを厳密に設計することができる。
【００３０】
また、圧電基板上に第１のフィルタと第２のフィルタとを設け、第１のフィルタを励振用の第１の重み付け型すだれ状電極と受信用の第１の正規型すだれ状電極とから構成し、第２のフィルタを励振用の第２の正規型すだれ状電極と受信用の第２の重み付け型すだれ状電極とから構成して、第１の重み付け型すだれ状電極と第２の重み付け型すだれ状電極のうちいずれか一方を最小位相特性を有するように重み付けがなされた電極とし、他方を最大位相特性を有するように重み付けがなされた電極とすることにより、従来のアポダイズ型すだれ状電極を使用したＳＡＷフィルタに比べて位相の直線性を向上させることができる。また、第１の重み付け型すだれ状電極と第２の重み付け型すだれ状電極に同一構造の電極を使用できるので、直線位相ＳＡＷフィルタを厳密に設計することができる。また、第１のフィルタと第２のフィルタを弾性表面波の伝搬方向と直角の方向に並べて配置すれば、伝搬方向のサイズを従来のＳＡＷフィルタと同等にすることができる。
【００３１】
また、第１のフィルタを励振用の第１の重み付け型すだれ状電極と受信用の第１の正規型すだれ状電極と受信用の第２の正規型すだれ状電極とから構成し、第２のフィルタを励振用の第３の正規型すだれ状電極と励振用の第４の正規型すだれ状電極と受信用の第２の重み付け型すだれ状電極とから構成することにより、第１のフィルタを励振用の第１の重み付け型すだれ状電極と受信用の第１の正規型すだれ状電極とから構成し、かつ第２のフィルタを励振用の第２の正規型すだれ状電極と受信用の第２の重み付け型すだれ状電極とから構成する場合に比べて、挿入損失を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１参考例となるＳＡＷフィルタの構成を示すブロック図である。
【図２】 本発明の第１参考例におけるアポダイズ型すだれ状電極の周波数特性と位相特性を示す図である。
【図３】 本発明の第１参考例におけるＳＡＷフィルタの周波数特性と位相特性を示す図である。
【図４】 本発明の第２参考例となるＳＡＷフィルタの構成を示すブロック図である。
【図５】 本発明の第１の実施の形態となるＳＡＷフィルタの構成を示すブロック図である。
【図６】 本発明の第２の実施の形態となるＳＡＷフィルタの構成を示すブロック図である。
【図７】 本発明の第３参考例となるＳＡＷフィルタの構成を示すブロック図である。
【図８】 本発明の第４参考例となるＳＡＷフィルタの構成を示すブロック図である。
【図９】 ＦＤＭＡ方式およびＣＤＭＡ方式の周波数帯域の概念を示す図である。
【図１０】 従来のＳＡＷフィルタの構成を示すブロック図である。
【図１１】 従来のＳＡＷフィルタの周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
１、４…アポダイズ型すだれ状電極、２、３、５、６…正規型すだれ状電極。
Claims (1)
- 圧電基板上に第１のフィルタと第２のフィルタとを備え、
前記第１のフィルタは、励振用の第１の重み付け型すだれ状電極と、この第１の重み付け型すだれ状電極に相対する受信用の第１の正規型すだれ状電極と、前記第１の重み付け型すだれ状電極に相対する受信用の第２の正規型すだれ状電極とからなり、
前記第２のフィルタは、前記第１の正規型すだれ状電極と接続された励振用の第３の正規型すだれ状電極と、前記第２の正規型すだれ状電極と接続された励振用の第４の正規型すだれ状電極と、前記第３の正規型すだれ状電極および前記第４の正規型すだれ状電極に相対する受信用の第２の重み付け型すだれ状電極とからなり、
前記第１の重み付け型すだれ状電極は、前記第２の正規型すだれ状電極の方向へ弾性表面波を放射する場合に伝達関数Ｆ（ｚ）の最小位相特性となり、かつ前記第１の正規型すだれ状電極の方向へ弾性表面波を放射する場合に伝達関数Ｆ（ｚ -1 ）ｚ -N （Ｎは前記第１、第２の重み付け型すだれ状電極の電極指の対数）の最大位相特性となるように重み付けがなされた電極であり、
前記第２の重み付け型すだれ状電極は、前記第３の正規型すだれ状電極の方向から弾性表面波を受信する場合に伝達関数Ｆ（ｚ）の最小位相特性となり、かつ前記第４の正規型すだれ状電極の方向から弾性表面波を受信する場合に伝達関数Ｆ（ｚ -1 ）ｚ -N の最大位相特性となるように重み付けがなされた電極であることを特徴とするＳＡＷフィルタ。
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