JP4415360B2 - 縦結合弾性表面波フィルタ - Google Patents
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Description
【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し、特に入出力インピーダンスを互いに異にした縦続接続型二重モードSAWフィルタの通過域特性を平坦化した弾性表面波フィルタに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、弾性表面波フィルタ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5は従来の1次−3次縦結合型二重モードSAWフィルタ(以下、二重モードSAWフィルタと称す)を2段縦続接続したフィルタの構成を示す平面図であって、圧電基板Pの主面上に表面波の伝搬方向に沿って3つのIDT電極11、12、13を近接配置すると共に、これらのIDT電極の両側にグレーティング反射器(以下、反射器と称す)14a、14bを配設して第1の二重モードSAWフィルタを構成する。さらに、第1の二重モードSAWフィルタと平行して3つのIDT電極15、16、17を近接配置すると共に、これらの両側に反射器18a、18bを設けて第2の二重モードSAWフィルタを構成し、第1と第2の二重モードSAWフィルタを縦続接続して縦続型二重モードSAWフィルタを構成する。
第1の二重モードSAWフィルタを構成するIDT電極11、12、13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、中央のIDT電極11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。さらに、両側のIDT電極12、13の一方のくし形電極は、第1の二重モードSAWフィルタと対称に配置した第2の二重モードSAWフィルタの入力とそれぞれ接続し、他方のくし形電極はそれぞれ接地する。
【0003】
第2の二重モードSAWフィルタについても、第1の二重モードSAWとほぼ同様に構成するが、中央のIDT電極15の対数を第1の二重モードSAWフィルタのIDT電極11の対数より少なくし、少なくなった電極指の数だけくし形のダミー電極D1、D2を設けてアース側のくし形電極にそれぞれ接続している点が異なる。これにより入力インピーダンスを低く(例えば50Ω)、出力インピーダンスを高く(例えば200Ω)して前段及び後段の回路とのインピーダンス・マッチングを実現している。
そして、IDT電極11、12、13及びIDT電極15、16、17の電極指ピッチ(以下、ピッチと称す)および、ダミー電極D1、D2のピッチは全て同一としている。
【0004】
図5に示す第1の二重モードSAWフィルタの動作は、周知のように、IDT電極11、12、13によって励起される複数の表面波が反射器14a、14bの間に閉じ込められて音響結合し、IDT電極パターンにより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。また、第2の二重モードSAWフィルタの動作は第1の二重モードSAWフィルタと同様である。
なお、縦続接続型フィルタとするのは、周知のように、フィルタの減衰傾度を単独の場合よりも大きくし、阻止域減衰量を高くするためである。
【0005】
図6(a)は、中心周波数を881.5MHz、帯域幅を25MHz、入出力インピーダンスをそれぞれ50Ω、200Ωとした2段縦続型二重モードSAWフィルタを製作すべく、圧電基板に39゜YカットX伝搬LiTaO3を用い、中央のIDT電極11、15の対数をそれぞれ19.5対、13.5対、IDT電極12、13、16、17の対数をそれぞれ13.5対、ダミー電極D1、D2をそれぞれ6本、反射器14a、14b、18a、18bの本数をそれぞれ200本、電極膜厚を6.5%λ(電極周期の波長)とした場合のフィルタ特性を示した図である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の入出力インピーダンスを互いに異にした縦続型フィルタにおいては、図6(a)に示すフィルタの通過域特性のように、通過域の低域側に大きなリップルが生じて、携帯電話のRFフィルタの規格として要求される869MHzから894MHzの通過帯域(斜線で示す)が3.5dB以下という規格を満たさないという問題があった。さらに、図6(b)に入力側(実線)と出力側(破線)の双方から測定した電圧定在波比(VSWR)を示すように、前記帯域においてハッチングで示すVSWRが2以下という規格を満たさないという問題もあった。
図7(a)、(b)は上記縦続接続型フィルタの入出力双方から測定したスミス図表であり、通過帯域近傍で大きな円を描いてうねっている。この曲線から明らかなように、フィルタの入出力インピーダンスが所望の50Ωとなっていないことを示している。なお、フィルタの入出力インピーダンスはそれぞれ50Ωと200Ωと設計してあるので、出力側のVSWRを測定する際にはインピーダンス変換器(トランスフォーマー)を用いた。
また、RFフィルタの通過帯域を平坦にする手段として、終端インピーダンスに並列にインダクタンスを接続して、インピーダンス整合を図ることが知られている。そこで、図8は入力側は50Ωのままとし、出力側にインダクタンス39nHを並列接続して測定したスミス図表で、図8(a)が入力側から、(b)が変換器を介して出力側から測定したものである。出力側に並列にインダクタンスを接続しても入出力側のインピーダンス特性は改善されていないことが分かる。
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、通過域特性が平坦であると共に、VSWR特性が所望の規格(2以下)を満たした縦続フィルタを提供することを目的とする。
【0007】
【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弾性表面波フィルタは、圧電基板の主面上に表面波の伝播方向に3つのIDT電極を近接配置すると共に、その両側にグレーティング反射器を配設した1次−3次縦結合二重モードSAWフィルタを2つ縦続接続したフィルタにおいて、前記フィルタの一方の二重モードSAWフィルタの中央に配置するIDT電極のピッチをL2とし、該IDT電極の電極指を他方の二重モードSAWフィルタの中央に配置したIDT電極よりも少なくすると共に、少なくした電極指に代えてピッチLdのダミー電極を配置したフィルタであって、ピッチL2をそれ以外のIDT電極の電極指ピッチL1より大きくし、前記ダミー電極のピッチLdをL1と等しくしたことを特徴とする。
【0008】
【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は本発明に係る入出力インピーダンスを互いに異にすると共に、入力側を不平衡、出力側を平衡回路とした縦続接続型二重モードフィルタの構成を示す平面図であって、圧電基板(図示しない)の主面上に表面波の伝搬方向に沿って3つのIDT電極1、2、3を近接配置すると共に、これらのIDT電極の両側に反射器4a、4bを配設して第1の二重モードSAWフィルタを構成する。さらに、第1の二重モードSAWフィルタと平行して3つのIDT電極5、6、7を近接配置すると共に、これらの両側に反射器8a、8bを設けて第2の二重モードSAWフィルタを構成し、第1と第2の二重モードSAWフィルタを縦続接続して、縦続接続型二重モードSAWフィルタを構成する。
第1の二重モードSAWフィルタを構成するIDT電極1、2、3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1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。さらに、IDT電極2、3の一方のくし形電極はそれぞれ第2の二重モードSAWフィルタの入力端子と接続し、他方のくし形電極はそれぞれ接地する。
【0009】
第2の二重モードSAWフィルタについても、第1の二重モードSAWフィルタとほぼ同様に構成するが、中央のIDT電極5の電極指を第1の二重モードSAWフィルタの中央のIDT電極1を両側から対称に削除したような構成とすると共に、該削除した電極指をくし型のダミー電極D1、D2として形成して、両側のIDT電極6、7の一方のくし形電極(図の場合は接地側のくし形電極)に接続している。
ここで、IDT電極1、2、3のピッチをいずれもL1とし、IDT電極5、6、7のピッチをそれぞれL1、L2、L1、ダミー電極D1、D2のピッチを共にLdとする。
【0010】
本発明の特徴は、IDT電極1、2、3、IDT電極6、7及びダミー電極D1、D2のそれぞれのピッチL1、Ldをいずれも等しくすると共に、これらのピッチより第2の二重モードSAWフィルタのIDT電極5のピッチL2を大きくしたことである。また、ピッチL5とピッチLdとをほぼ等しく(L2≒Ld)すると共にピッチL1より大きくしたことである。
【0011】
ここで、中心周波数を881.5MHz、帯域幅を25MHz、入出力インピーダンスをそれぞれ50Ω、200Ωとした2段縦続型二重モードSAWフィルタを試作し、ピッチL2とLdとをほぼ等しくすると共にピッチL1より大きく(L2/L1=1.012)した。圧電基板に39゜YカットX伝搬LiTaO3を用い、中央のIDT電極1、5の対数をそれぞれ19.5対、13.5対、IDT電極2、3、6、7の対数をそれぞれ13.5対、ダミー電極D1、D2をそれぞれ6本、反射器4a、4b、8a、8bの本数をそれぞれ200本、電極膜厚を6.5%λ(λ=2L1)とした場合のフィルタの入力側と出力側から測定したスミス図表を図2(a)、(b)に示す。なお、フィルタの出力側にはインダクタンス39nHを並列接続してある。
図2から明らかように、インピーダンス曲線はフィルタの通過域付近で50Ω近傍を回転していることが確認できた。
【0012】
図3(a)は上記の縦続接続型フィルタの通過域特性で要求規格の25MHz以上と、挿入損失3.5dB以下を共に満たしている。また、図3(b)は通過域近傍のVSWRで入力側(実線)、出力側(破線)の測定値とも要求規格の2以下を満たしていることが図より明らかである。
種々の実験から電極指ピッチ比L2/L1は、エッチング等のバラツキを考慮すると1.001より大きく、1.015以下であればフィルタの通過域特性を平坦とすると共に、VSWRを所望の値とすることができることが判明した。
【0013】
図4は本発明に係る他の実施例で、入出力とも不平衡回路とし、入出力インピーダンスを互いに異ならせた2段縦続接続型二重モードSAWフィルタの構成を示す平面図である。図1と異なるのは第2の二重モードSAWフィルタの中央のIDT電極5’とダミー電極D’1、D’2である。即ち、第2の二重モードSAWフィルタは中央のIDT電極5’とその両側のIDT電極6、7との間にダミー電極D’1、D’2を備えると共に、該ダミー電極D’1、D’2をIDT電極5’の出力用くし形電極と対になるアース側のくし形電極にそれぞれ接続している。そして、IDT電極1、2、3、6、7のピッチは共に等しくL1とすると共に、IDT電極5’のピッチをL’2、ダミー電極D’1、D’2のピッチをL’dとする。この実施例の特徴はL’2≒L’dとすると共に、L’2>L1としたことである。
種々の実験の結果電極指ピッチ比L’2/L1は1.001より大きく、1.015以下であれば所望の通過域特性、VSWRを満たすことが分かった。
【0014】
上記では圧電基板に39゜YカットX伝搬LiTaO3を用いて携帯電話に適用するRFフィルタを例に説明したが本発明はこれのみに限定するものではなく、ニオブ酸リチウム、四硼酸リチウム、ランガサイト等の圧電基板を用いた他の用途のRFフィルタに適用してもよい。
【0015】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成したので、入出力インピーダンスが互いに異なる縦続接続型二重モードSAWフィルタの通過帯域が平坦化すると共に、通過帯域近傍のVSWRが2以下と小さなRFフィルタを構成できるようになった。しかも、本発明は入力−不平衡型、出力−平衡型フィルタも構成することができるので、機器内部がデジタル回路とアナログ回路とからなる携帯電話等に採用すればノイズ低減に優れた効果を表す。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る縦続接続型二重モードSAWフィルタの構成を示す平面図である。
【図2】 本発明に係る縦続接続型二重モードSAWフィルタのスミス図表で、(a)は入力側から、(b)は出力側から測定したものである。
【図3】本発明に係る縦続接続型二重モードSAWフィルタの、(a)は通過域特性、(b)は通過域近傍のVSWR特性である。
【図4】本発明に係る他の実施例の縦続接続型二重モードSAWフィルタの構成を示す平面図である。
【図5】従来の縦続接続型二重モードSAWフィルタの構成を示す平面図である。
【図6】従来の縦続接続型二重モードSAWフィルタの、(a)は通過域特性、(b)は通過域近傍のVSWR特性を示す図である。
【図7】従来の縦続接続型二重モードSAWフィルタのスミス図表で、(a)は入力側から、(b)は出力側から測定したものである。
【図8】従来の縦続接続型二重モードSAWフィルタの出力側にインダクタンスを並列接続した場合のスミス図表で、(a)は入力側から、(b)は出力側から測定したものである。
【符号の説明】
1、2、3、5、5’、6、7・・IDT電極
4a、4b、8a、8b・・グレーティング反射器
D1、D’1、D2、D’2・・ダミー電極
L1、L2、L’2、Ld、L’d・・IDT電極の電極指ピッチ
Claims (2)
- 圧電基板の主面上に表面波の伝播方向に3つのIDT電極を近接配置すると共に、その両側にグレーティング反射器を配設した1次−3次縦結合二重モードSAWフィルタを2つ縦続接続したフィルタにおいて、
前記フィルタの一方の二重モードSAWフィルタの中央に配置するIDT電極のピッチをL2とし、該IDT電極の電極指を他方の二重モードSAWフィルタの中央に配置したIDT電極よりも少なくすると共に、少なくした電極指に代えてピッチLdのダミー電極を配置したフィルタであって、ピッチL2をそれ以外のIDT電極の電極指ピッチL1より大きくし、前記ダミー電極のピッチLdをL1と等しくしたことを特徴とする縦結合弾性表面波フィルタ。 - 1.001<L2/L1<1.015としたことを特徴とする請求項1記載の縦結合弾性表面波フィルタ。
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