JP4618299B2 - 圧電薄膜フィルタ - Google Patents
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Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電薄膜フィルタに関し、詳しくは、共振子を格子型に接続した圧電薄膜フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
共振子を格子型に接続したフィルタにおいて、フィルタ特性を急峻にするために容量を付加することが提案されている。
【０００３】
例えば図２３に示すように、入力端子２，５と出力端子３，６との間に、直列腕共振子４，７と並列腕共振子８，９とが格子型に接続され、並列腕共振子８，９に並列に容量１０，１１を接続する、弾性表面波（ＳＡＷ）フィルタ１の回路構成が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】
特許第３３８９９１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような回路構成にすると、直列腕共振子の周波数が並列腕共振子の周波数より高い場合、通過帯域の低域側の急峻性が改善され、通過帯域から離れた周波数において大きな減衰が得られる。逆に、直列腕共振子の周波数が並列腕共振子の周波数より低い場合、上記とは反対側に通過帯域の高域側が急峻なフィルタ特性になる。
【０００５】
ＳＡＷフィルタでは、並列腕共振子と直列腕共振子のγ値（＝1／ｋ２）が同一である。直列腕共振子と並列腕共振子のγ値が同じで、共振周波数のみが異なっている場合、通過帯域近傍において減衰極ができず、通過帯域近傍のフィルタ特性の急峻性が悪化する。そこで、特許文献１のように容量を付加することによって、フィルタ特性の急峻性を改善することができる。容量は、例えば圧電基板上に一対のくし型電極を形成することにより、共振子と同時に形成することができる。
【０００６】
電極面積を調整することにより、並列腕共振子の容量を直列腕共振子の容量より小さくし、例えば、並列腕共振子の容量を０．１８ｐＦ、直列腕共振子の容量を０．３ｐＦ、付加容量を０．１２ｐＦとすることができる。この場合、並列腕共振子の容量０．１８ｐＦと付加容量０．１２ｐＦとの和が、直列腕共振子の容量０．３ｐＦと等しいので、付加容量込みの並列腕共振子のインピーダンスと直列腕共振子のインピーダンスとは、共振周波数から離れた周波数域において同一になる。これにより、通過帯域から離れた周波数において大きな減衰量を得られる。
【０００７】
図１（ａ）に、１つの共振子の等価回路を示す。Ｌ１は直列インダクタンス、Ｃ１は直列容量、Ｒ１は直列抵抗、Ｃ０は並列容量である。この共振子に並列に付加容量Ｃｘを並列に接続すると、図１（ｂ）に示すようになる。付加容量Ｃｘを並列に接続すると、直列容量Ｃ１はそのままで、並列容量がＣ０'＝Ｃ０＋Ｃｘの共振子と同等となる。そして、容量比は、γ＝Ｃ０／Ｃ１＝１／ｋ２（ｋは電気機械結合係数）から、γ'＝Ｃ０'／Ｃ１＝１／ｋ'２に大きくすることができる。したがって、付加容量が並列に接続された並列腕共振子は、直列腕共振子に対してγ値が大きくされ、直列腕共振子と並列容量が同じにされた共振子であると見なせる。
【０００８】
ここで、ｋ２＝２・Δｆ／ｆｒ＝１／γ＝Ｃ１／Ｃ０（又は、ｋ２＝Ｃ１／Ｃ０'）となることについて説明する。
【０００９】
まず、ｋ２＝２・Δｆ／ｆｒと定義される。Δｆ＝ｆａ−ｆｒ、ｆｒは共振周波数、ｆａは反共振周波数である。
【００１０】
図１（ａ）の等価回路のパラメータを用いると、
ｆｒ＝１／｛２π（Ｌ１・Ｃ１）１／２｝
ｆａ＝１／［２π｛Ｌ１・Ｃ０・Ｃ１／（Ｃ０＋Ｃ１）｝１／２］＝ｆｒ・（１＋１／γ）１／２
である。
【００１１】
ここで、１≪γであるので、
ｆａ＝ｆｒ・（１＋１／γ）１／２≒ｆｒ・｛１＋１／（２・γ）｝
これにより、Δｆ＝ｆａ−ｆｒ＝ｆｒ／（２・γ）となり、
ｋ２＝２・Δｆ／ｆｒ＝１／γ＝Ｃ１／Ｃ０
となる。
【００１２】
上記のように容量を付加するＳＡＷフィルタの回路構成を、単純にバルク弾性波（ＢＡＷ）フィルタに置き換えると、基板上に容量を形成する場合には、容量を形成するための特別な工程が増えるという問題点がある。
【００１３】
本発明は、かかる実情に鑑み、特別な工程を追加することなく、通過帯域から離れた周波数における大きな減衰量を得るとともに、通過帯域近傍の両側で急峻性を改善することができる、共振子を格子型に接続した圧電薄膜フィルタを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した圧電薄膜フィルタを提供する。
【００１５】
圧電薄膜フィルタは、一対の電極の間に圧電薄膜が挟まれた複数の第１、第２及び第３の共振子を備える。前記第２の共振子が、格子型に接続された直列腕共振子又は並列腕共振子のいずれか一方を構成する。並列に接続された前記第１及び前記第３の共振子が、格子型に接続された直列腕共振子又は並列腕共振子の他方を構成する。前記第２の共振子の容量は、前記第１の共振子の容量より大きい。前記第３の共振子の容量は、前記第２の共振子の前記容量と前記第１の共振子の前記容量との差に略等しい。前記第１の共振子の共振周波数は、前記第２の共振子の共振周波数より高い。前記第３の共振子の反共振周波数は、前記第２の共振子の前記共振周波数より大きく、前記第１の共振子の前記共振周波数より小さい。
【００１６】
上記構成において、第２の共振子が、格子型に接続された直列腕共振子を構成し、並列に接続された第１及び第３の共振子が、格子型に接続された並列腕共振子を構成する。あるいは、第２の共振子が、格子型に接続された並列腕共振子を構成し、並列に接続された第１及び第３の共振子が、格子型に接続された直列腕共振子を構成する。
【００１７】
上記構成によれば、直列腕共振子と並列腕共振子との容量が略等しいので、通過帯域から離れた周波数において大きな減衰量を得ることができる。
【００１８】
また、通過帯域の両側で急峻に減衰するフィルタ特性を得ることができる。すなわち、第１の共振子に並列に接続される第３の共振子は、第１の共振子の共振周波数と反共振周波数の間において容量性を持ち、第１の共振子に並列に容量を付加したのと同等である。そのため、第３の共振子によって、第１の共振子の反共振点を共振点側に近づけ、通過帯域の高域側のフィルタ特性の急峻性を改善することができる。一方、通過帯域低域側近傍において、並列に接続した第１及び第３の共振子と第２の共振子とのインピーダンスが符号を含めて同じになる周波数（極）ができる。これにより、通過帯域の低域側の急峻性を改善することができる。
【００２１】
好ましくは、前記第１の共振子と前記第３の共振子の容量の和が、前記第２の共振子の容量と等しい。
【００２２】
上記構成によれば、直列腕共振子の容量と並列腕共振子の容量とを等しくすることで、通過帯域外でのインピーダンスが一致するため、帯域外の減衰量が大きなフィルタを得ることができる。
【００２３】
また、本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した圧電薄膜フィルタを提供する。
圧電薄膜フィルタは、一対の電極の間に圧電薄膜が挟まれた複数の第１、第２及び第３の共振子を備える。前記第２の共振子が、格子型に接続された直列腕共振子又は並列腕共振子のいずれか一方を構成する。並列に接続された前記第１及び前記第３の共振子が、格子型に接続された直列腕共振子又は並列腕共振子の他方を構成する。前記第２の共振子の容量は、前記第１の共振子の容量より大きい。前記第１の共振子と前記第３の共振子の容量の和が、前記第２の共振子の容量と異なる。前記第１の共振子の共振周波数は、前記第２の共振子の共振周波数より高い。前記第３の共振子の反共振周波数は、前記第２の共振子の前記共振周波数より大きく、前記第１の共振子の前記共振周波数より小さい。
【００２４】
上記構成によれば、直列腕共振子の容量と並列腕共振子の容量とが異なることで、通過帯域の両外に減衰極を形成することができる。これによって、より急峻な減衰特性を持ったフィルタが得られる。
【００２５】
上記各構成において、好ましくは、前記第３の共振子の共振周波数が、前記第２の共振子の共振周波数と一致している。
上記構成によれば、厚み方向の振動を利用するＢＡＷ共振子により圧電薄膜フィルタを構成する場合、第３の共振子と第２の共振子とを同じ膜厚で形成できるため、工程数を削減できる。また、低周波側の通過帯域端で急峻に減衰するフィルタ特性とすることができる。
好ましくは、前記第１の共振子の反共振周波数と共振周波数の差が、前記第２の共振子の反共振周波数と共振周波数の差より小さい。
【００２６】
上記構成によれば、２つの動作周波数を用いることで、通過帯域の両側で急峻な減衰特性を持ったフィルタが得られる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の圧電薄膜フィルタによれば、特別な工程を追加することなく、通過帯域から離れた周波数における大きな減衰量を得るとともに、通過帯域近傍の両側で急峻性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】共振子及び共振子に容量を付加したときの等価回路を示す回路図である。
【図２】インピーダンス特性を示すグラフである。
【図３】フィルタの回路図である。（実施例１）
【図４】インピーダンス特性のグラフである。（実施例１）
【図５】インピーダンス特性のグラフである。（実施例１）
【図６】フィルタ特性のグラフである。（実施例１）
【図７】フィルタ特性のグラフである。（実施例１）
【図８】フィルタの回路図である。（比較例）
【図９】フィルタ特性のグラフである。（実施例１、比較例）
【図１０】フィルタ特性のグラフである。（実施例１、比較例）
【図１１】フィルタ特性を示すスミスチャートである。（実施例１、比較例）
【図１２】フィルタの回路図である。（実施例２）
【図１３】インピーダンス特性のグラフである。（実施例２）
【図１４】インピーダンス特性のグラフである。（実施例２）
【図１５】フィルタ特性のグラフである。（実施例２）
【図１６】フィルタ特性のグラフである。（実施例２）
【図１７】インピーダンス特性のグラフである。（実施例３）
【図１８】フィルタ特性のグラフである。（実施例３）
【図１９】フィルタ特性のグラフである。（実施例３）
【図２０】インピーダンス特性のグラフである。（実施例４）
【図２１】フィルタ特性のグラフである。（実施例４）
【図２２】フィルタ特性のグラフである。（実施例４）
【図２３】フィルタの回路図である。（従来例）
【符号の説明】
【００２９】
１０，４０ フィルタ
Ｃ＿１ 並列腕共振子（第１の共振子）
Ｃ＿２ 直列腕共振子（第２の共振子）
Ｃｘ＿１ 付加共振子（第３の共振子）
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図３〜図２２を参照しながら説明する。
【００３１】
＜実施例１＞ 実施例１の圧電薄膜フィルタ１０について、図３〜図１１を参照しながら説明する。
【００３２】
図３の回路図に示すように、圧電薄膜フィルタ１０は、直列腕共振子Ｃ＿２と並列腕共振子Ｃ＿１とが格子型に接続されたラティス型フィルタである。すなわち、２つの直列腕共振子Ｃ＿２が、入力端子１１と出力端子１３との間、入力端子１２と出力端子１４との間に、それぞれ接続されている。２つの並列腕共振子Ｃ＿１が、入力端子１１と出力端子１４との間、入力端子１２と出力端子１３との間に、それぞれ接続されている。さらに、各並列腕共振子Ｃ＿１には、それぞれ、付加共振子Ｃｘ＿１が並列に接続されている。
【００３３】
直列腕共振子Ｃ＿２の容量は、並列腕共振子Ｃ＿１の容量より大きい。付加共振子Ｃｘ＿１の容量は、直列腕共振子Ｃ＿２の容量と並列腕共振子Ｃ＿１の容量との差に略等しい。これによって、通過帯域から離れた周波数において、圧電薄膜フィルタ１０は、大きな減衰量を得ることができる。
【００３４】
また、並列腕共振子Ｃ＿１の共振周波数は、直列腕共振子Ｃ＿２の共振周波数より高い。付加共振子Ｃｘ＿１の反共振周波数は、直列腕共振子Ｃ＿２の共振周波数より大きく、並列腕共振子Ｃ＿１の共振周波数より小さい。これにより、通過帯域の高域側で急峻に減衰するフィルタ特性を得ることができる。
【００３５】
すなわち、並列腕共振子Ｃ＿１に並列に接続される付加共振子Ｃｘ＿１は、並列腕共振子Ｃ＿１の共振周波数と反共振周波数の間において容量性を持ち、並列腕共振子Ｃ＿１に並列に容量を付加したのと同等である。そのため、付加共振子Ｃｘ＿１によって、並列腕共振子Ｃ＿１の反共振点を共振点側に近づけ、通過帯域の高域側のフィルタ特性の急峻性を改善することができる。
【００３６】
一方、通過帯域低域側近傍において、並列に接続した並列腕共振子Ｃ＿１と付加共振子Ｃｘ＿１の合成インピーダンスと、直列腕共振子Ｃ＿２のインピーダンスとが、符号を含めて同じになる周波数（極）ができる。これにより、通過帯域の低域側の急峻性を改善することができる。
【００３７】
一例として、並列腕共振子Ｃ＿１の容量が０．１８ｐＦ、直列腕共振子Ｃ＿２の容量が０．３ｐＦ、付加共振子Ｃｘ＿１の容量が０．１２ｐＦの場合について説明する。
【００３８】
並列腕共振子Ｃ＿１の反共振周波数は５４６０ＭＨｚ、ｋ２＝５．８％である。付加共振子Ｃｘ＿１の反共振周波数は５２４０ＭＨｚ、ｋ２＝５．８％である。直列腕共振子Ｃ＿２の反共振周波数は５２６５ＭＨｚ、ｋ２＝５．８％である。
【００３９】
図４及び図５に、それぞれの共振子について動作周波数を変えた場合のインピーダンス特性を示す。図６及び図７に、フィルタ特性を示す。図５は、図４の一部拡大図である。図６は、図７の一部拡大図である。
【００４０】
図４及び図５において、太線１５は直列腕共振子Ｃ＿２のインピーダンス特性を示す。細線１６は、並列腕共振子Ｃ＿１のインピーダンス特性を示す。破線１６ｘは、付加共振子Ｃｘ＿１のインピーダンス特性を示す。鎖線１７は、並列腕共振子Ｃ＿１と付加共振子Ｃｘ＿１とを並列に接続したときの合成インピーダンス特性を示す。
【００４１】
並列腕共振子Ｃ＿１と付加共振子Ｃｘ＿１の動作周波数が異なるため、並列腕共振子Ｃ＿１の共振周波数と反共振周波数の範囲において、付加共振子Ｃｘ＿１は容量特性しか持っておらず、特許文献１と同様に、容量が付加された状態となり、特許文献１と同様の原理で、ｋ２が変化する。
【００４２】
図５に示すように、通過帯域外の点１８（５．０７０ＧＨｚ、２３．９０２Ω）で、直列腕共振子Ｃ＿２のインピーダンス特性曲線１５と、並列腕共振子Ｃ＿１と付加共振子Ｃｘ＿１の合成インピーダンス特性曲線１７とが一致している。これにより、図６及び図７に示すように、通過帯域の近傍に減衰極１９が生じ、急峻かつ帯域外減衰の大きなフィルタ特性が得られる。
【００４３】
この例では、３種類の共振子Ｃ＿１、Ｃ＿２、Ｃｘ＿１は、それぞれ異なる動作周波数を持つ。そのため、ＢＡＷ共振子により圧電薄膜フィルタ１０を作製する場合には、各共振子Ｃ＿１、Ｃ＿２、Ｃｘ＿１ごとに、膜厚・構造を変化させる必要があり、工程が増える。
【００４４】
図８は、比較例のラティス型フィルタ２０の回路図である。比較例のラティス型フィルタ２０は、入力端子２１，２２と出力端子２３，２４との間に、２つの直列腕共振子Ｃ＿４と２つの並列腕共振子Ｃ＿３とが格子型に接続され、各並列腕共振子Ｃ＿３には、それぞれ、容量Ｃｘが並列に接続されている。パラメータは、実施例１のラティス型フィルタ１０と同様とする。すなわち、並列腕共振子Ｃ＿３は、容量が０．１８ｐＦ、反共振周波数が５４６０ＭＨｚ、ｋ２＝５．８％である。付加容量Ｃｘの容量は、０．１２ｐＦである。直列腕共振子Ｃ＿４は、容量が０．３０ｐＦ、反共振周波数が５２６５ＭＨｚ、ｋ２＝５．８％である。
【００４５】
比較例と実施例について、図９に伝送特性（Ｓ２１）、図１０に反射特性（Ｓ１１）、図１１に反射特性（Ｓ１１）のスミスチャート（周波数１．０００ＧＨｚ〜９．０００ＧＨｚ）をそれぞれ示す。図９〜図１１において、実施例の特性は実線３０〜３２で示し、比較例の特性は破線３３〜３５で示している。
【００４６】
図９に示すように、符号３６で示す通過帯域の低域側において、実施例３０は、比較例３３よりも急峻性が改善される。また、符号３７で示す通過帯域の高域側においては、実施例３０は、比較例３３と同程度に、急峻性が改善される。
【００４７】
図１０に示すように、実施例３１は比較例３４よりＳ１１（反射）を低減する。これは、図１１に示すように、通過帯域低域側近傍におけるインピーダンスが、比較例３５では容量性インピーダンス（水平軸より下側）であるのに対し、実施例３２では定抵抗円上をプラス側に大きくなる方向にシフトした誘導性インピーダンスとなり、５０Ωポイント３８付近で巻いているためである。
【００４８】
＜実施例２＞ 実施例２の圧電薄膜フィルタ４０について、図１２〜図１６を参照しながら説明する。
【００４９】
実施例２では、２種類の動作周波数を持たせて、工程を増やさずに、付加共振子を並列に接続する。
【００５０】
図１２の回路図に示すように、圧電薄膜フィルタ４０は、実施例１と同様に、入力端子４１，４２と出力端子４３，４４との間に、２つの直列腕共振子Ｃ＿２と２つの並列腕共振子Ｃ＿１とが格子型に接続され、さらに、各並列腕共振子Ｃ＿１に、それぞれ、付加共振子Ｃｘ＿１が並列に接続されている。
【００５１】
圧電薄膜フィルタ４０では、実施例１と異なり、付加共振子Ｃｘ＿１の共振周波数と、直列腕共振子Ｃ＿２の共振周波数とを同じにする。厚み方向の振動を利用するＢＡＷ共振子により圧電薄膜フィルタ４０を構成する場合、付加共振子Ｃｘ＿１と直列腕共振子Ｃ＿２とを同じ膜厚で形成できるため、工程数を削減できる。
【００５２】
一例として、並列腕共振子Ｃ＿１の容量が０．１８ｐＦ、直列腕共振子Ｃ＿２の容量が０．３ｐＦ、付加共振子Ｃｘ＿１の容量が０．１２ｐＦの場合について説明する。
【００５３】
並列腕共振子Ｃ＿１の反共振周波数は５４４０ＭＨｚ、ｋ２＝５．８％である。付加共振子Ｃｘ＿１の反共振周波数は５２４５ＭＨｚ、ｋ２＝５．８％である。直列腕共振子Ｃ＿２の反共振周波数は５２４５ＭＨｚ、ｋ２＝５．８％である。
【００５４】
図１３及び図１４に、それぞれの共振子について動作周波数を変えた場合のインピーダンス特性を示す。図１５及び図１６に、フィルタ特性を示す。図１４は、図１３の一部拡大図である。図１５は、図１６の一部拡大図である。
【００５５】
図１３及び図１４において、太線４５は直列腕共振子Ｃ＿２のインピーダンス特性を示す。図１３において、細線４６は、並列腕共振子Ｃ＿１のインピーダンス特性を示す。鎖線４６ｘは、付加共振子Ｃｘ＿１のインピーダンス特性を示す。図１４において、細線４７は、並列腕共振子Ｃ＿１と付加共振子Ｃｘ＿１とを並列に接続したときの合成インピーダンス特性を示す。
【００５６】
図１４に示すように、直列腕共振子Ｃ＿２のインピーダンス特性曲線４５の通過帯域外の共振点４５ａ（５．１０５ＧＨｚ、２．９８８Ω）と、並列腕共振子Ｃ＿１と付加共振子Ｃｘ＿１の合成インピーダンス特性曲線４７の共振点４７ａとの周波数が一致している。これにより、図１５及び図１６に示すように、通過帯域の近傍に減衰極４９が生じ、急峻かつ帯域外減衰の大きなフィルタ特性が得られる。
【００５７】
付加共振子Ｃｘ＿１は、並列腕共振子Ｃ＿１ではなく、２つの直列腕共振子Ｃ＿２に、それぞれ並列に接続してもよい。この場合に、付加共振子Ｃｘ＿１の動作周波数は、並列腕共振子Ｃ＿１の動作周波数と同じする。
【００５８】
動作周波数が異なる直列腕共振子Ｃ＿２又は並列腕共振子Ｃ＿１のいずれか一方に、直列腕共振子Ｃ＿２又は並列腕共振子Ｃ＿１の他方と動作周波数が同じである付加共振子Ｃｘ＿１を並列に接続することで、フィルタ特性を改善することができる。
【００５９】
＜実施例３＞ 実施例３のフィルタについて、図１７〜図１９を参照しながら説明する。
【００６０】
実施例３では、２種類の動作周波数と、互いに異なるｋ２を持たせて、通過帯域の両側の帯域端近傍に急峻な減衰を持たせる。回路図は、実施例１及び実施例２と同じであるので省略する。
【００６１】
並列腕共振子又は直列腕共振子のどちらか一方に付加する付加共振子の共振周波数が、付加共振子を付加しない他方の共振子の共振周波数と一致するようにする。すなわち、周波数は２種類とする。
【００６２】
さらに、付加共振子と、付加対象となる共振子のｋ２を変える。ｋ２を変える方法としては、
（１）電極と圧電膜の比率を変えること
（２）２倍波で動作させること
があげられる。
【００６３】
（１）の具体例として、振動部分の構成と膜厚値を表１に示す。
【表１】
【００６４】
（２）の具体例として、振動部分の構成と膜厚値を表２に示す。
【表２】
【００６５】
一例として、並列腕共振子Ｃ＿１の容量が０．２ｐＦ、直列腕共振子Ｃ＿２の容量が０．３ｐＦ、付加共振子Ｃｘ＿１の容量が０．１ｐＦの場合について説明する。
【００６６】
並列腕共振子Ｃ＿１と付加共振子Ｃｘ＿１とは、動作周波数とｋ２とを変える。すなわち、並列腕共振子Ｃ＿１の反共振周波数は５３１０ＭＨｚ、ｋ２＝２．７％である。付加共振子Ｃｘ＿１の反共振周波数は５２４５ＭＨｚ、ｋ２＝５．８％である。直列腕共振子Ｃ＿２の反共振周波数は５２４５ＭＨｚ、ｋ２＝５．８％である。
【００６７】
図１７にインピーダンス特性、図１８及び図１９にフィルタ特性を示す。
【００６８】
図１７において、太線５０は直列腕共振子Ｃ＿２のインピーダンス特性を、細線５２は、並列腕共振子Ｃ＿１と付加共振子Ｃｘ＿１とを並列に接続したときの合成インピーダンス特性を示す。両者は、共振点５０ａ（５．０９５ＧＨｚ、２．９８８Ω），５２ａで周波数（共振周波数）が一致し、帯域外の点５１（５．３６９ＧＨｚ、２１４．８５７Ω）でインピーダンスが一致している。これにより、図１８及び図１９に示すように、通過帯域の低周波側と高周波側の両側近傍に減衰極５６，５７が生じ、急峻かつ帯域外減衰の大きなフィルタ特性となる。高域側の減衰極５７により、実施例１、２よりも、フィルタ特性をさらに改善することができる。
【００６９】
＜実施例４＞ 実施例４のフィルタについて、図２０〜図２２を参照しながら説明する。
【００７０】
実施例４では、直列腕と並列腕の合成容量を異ならせて、通過帯域の両側の帯域端近傍に急峻な減衰を持たせる。回路図は、実施例１及び２と同じであるので、省略する。
【００７１】
実施例４では、実施例３と同様に、並列腕共振子又は直列腕共振子のどちらか一方に付加する付加共振子の共振周波数が、付加共振子を付加しない他方の共振子の共振周波数と一致するようにする。すなわち、周波数は２種類とする。
【００７２】
実施例１〜３において、直列腕共振子Ｃ＿２の容量と、並列腕共振子Ｃ＿１及び付加共振子Ｃｘ＿１の合成容量とを一致させていたが、実施例４では、若干、容量が異なるようにする。
【００７３】
一例として、並列腕共振子Ｃ＿１の容量が０．２２ｐＦ、直列腕共振子Ｃ＿２の容量が０．３ｐＦ、付加共振子Ｃｘ＿１の容量が０．１１ｐＦの場合について説明する。
【００７４】
並列腕共振子Ｃ＿１の反共振周波数は５４５０ＭＨｚ、ｋ２＝５．８％である。付加共振子Ｃｘ＿１の反共振周波数は５２４５ＭＨｚ、ｋ２＝５．８％である。直列腕共振子Ｃ＿２の反共振周波数は５２４５ＭＨｚ、ｋ２＝５．８％である。
【００７５】
図２０にインピーダンス特性、図２１及び図２２にフィルタ特性を示す。図２１は、図２２の一部拡大図である。
【００７６】
図２０において、太線６０は直列腕共振子Ｃ＿２のインピーダンス特性を、細線６２は、並列腕共振子Ｃ＿１と付加共振子Ｃｘ＿１とを並列に接続したときの合成インピーダンス特性を示す。両者は、帯域外の点６１（４．７９６ＧＨｚ、７２．５６５Ω）と、点６３（５．７４８ＧＨｚ、１１８．１５４Ω）とで、インピーダンスが一致している。また、直列腕共振子Ｃ＿２の共振点６０ａ（５．０９５ＧＨｚ、２．９８８Ω）、並列腕共振子Ｃ＿１と付加共振子Ｃｘ＿１とを並列に接続したときの共振点６２ａとの周波数が一致する。これにより、図２１及び図２２に示すように、通過帯域の低周波側と高周波側の両近傍に減衰極６６，６７，６８が生じ、急峻かつ帯域外減衰の大きなフィルタ特性となる。
【００７７】
＜まとめ＞ 付加共振子は、直列腕共振子や並列腕共振子と同時に形成することができ、圧電薄膜フィルタの作製において、特別な工程を追加する必要はない。共振子であっても、共振子の共振周波数より低い周波数および反共振周波数より高い周波数では容量として動作するので、これを利用してγ値（＝１／ｋ２）を調整し、通過帯域から離れた周波数における大きな減衰量を得るとともに、通過帯域近傍の両側で急峻性を改善することができる。
【００７８】
５ＧＨｚ帯Ｗ−ＬＡＮ用のバンドパスフィルタでは、２．４ＧＨｚ帯無線ＬＡＮやその他の２ＧＨｚ帯近辺を使用している機器などからの干渉を防ぐために、通過帯域から離れた周波数において大きな減衰量が得られ、通過帯域の両側で急峻に減衰させた特性が必要とされる。実施例１〜４の圧電薄膜フィルタは、このような要求を満たすので、５ＧＨｚ帯Ｗ−ＬＡＮ用のバンドパスフィルタに好適である。
【００７９】
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。
【００８０】
例えば、並列腕共振子に付加共振子を並列に接続する代わりに、直列腕共振子に付加共振子を並列に接続してもよい。また、ラティス型フィルタの段数は、実施例１〜４の２段に限らず、１段であっても、３段以上であってもよい。
【０００１】
本発明は圧電薄膜フィルタに関し、詳しくは、共振子を格子型に接続した圧電薄膜フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
共振子を格子型に接続したフィルタにおいて、フィルタ特性を急峻にするために容量を付加することが提案されている。
【０００３】
例えば図２３に示すように、入力端子２，５と出力端子３，６との間に、直列腕共振子４，７と並列腕共振子８，９とが格子型に接続され、並列腕共振子８，９に並列に容量１０，１１を接続する、弾性表面波（ＳＡＷ）フィルタ１の回路構成が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】
特許第３３８９９１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような回路構成にすると、直列腕共振子の周波数が並列腕共振子の周波数より高い場合、通過帯域の低域側の急峻性が改善され、通過帯域から離れた周波数において大きな減衰が得られる。逆に、直列腕共振子の周波数が並列腕共振子の周波数より低い場合、上記とは反対側に通過帯域の高域側が急峻なフィルタ特性になる。
【０００５】
ＳＡＷフィルタでは、並列腕共振子と直列腕共振子のγ値（＝1／ｋ２）が同一である。直列腕共振子と並列腕共振子のγ値が同じで、共振周波数のみが異なっている場合、通過帯域近傍において減衰極ができず、通過帯域近傍のフィルタ特性の急峻性が悪化する。そこで、特許文献１のように容量を付加することによって、フィルタ特性の急峻性を改善することができる。容量は、例えば圧電基板上に一対のくし型電極を形成することにより、共振子と同時に形成することができる。
【０００６】
電極面積を調整することにより、並列腕共振子の容量を直列腕共振子の容量より小さくし、例えば、並列腕共振子の容量を０．１８ｐＦ、直列腕共振子の容量を０．３ｐＦ、付加容量を０．１２ｐＦとすることができる。この場合、並列腕共振子の容量０．１８ｐＦと付加容量０．１２ｐＦとの和が、直列腕共振子の容量０．３ｐＦと等しいので、付加容量込みの並列腕共振子のインピーダンスと直列腕共振子のインピーダンスとは、共振周波数から離れた周波数域において同一になる。これにより、通過帯域から離れた周波数において大きな減衰量を得られる。
【０００７】
図１（ａ）に、１つの共振子の等価回路を示す。Ｌ１は直列インダクタンス、Ｃ１は直列容量、Ｒ１は直列抵抗、Ｃ０は並列容量である。この共振子に並列に付加容量Ｃｘを並列に接続すると、図１（ｂ）に示すようになる。付加容量Ｃｘを並列に接続すると、直列容量Ｃ１はそのままで、並列容量がＣ０'＝Ｃ０＋Ｃｘの共振子と同等となる。そして、容量比は、γ＝Ｃ０／Ｃ１＝１／ｋ２（ｋは電気機械結合係数）から、γ'＝Ｃ０'／Ｃ１＝１／ｋ'２に大きくすることができる。したがって、付加容量が並列に接続された並列腕共振子は、直列腕共振子に対してγ値が大きくされ、直列腕共振子と並列容量が同じにされた共振子であると見なせる。
【０００８】
ここで、ｋ２＝２・Δｆ／ｆｒ＝１／γ＝Ｃ１／Ｃ０（又は、ｋ２＝Ｃ１／Ｃ０'）となることについて説明する。
【０００９】
まず、ｋ２＝２・Δｆ／ｆｒと定義される。Δｆ＝ｆａ−ｆｒ、ｆｒは共振周波数、ｆａは反共振周波数である。
【００１０】
図１（ａ）の等価回路のパラメータを用いると、
ｆｒ＝１／｛２π（Ｌ１・Ｃ１）１／２｝
ｆａ＝１／［２π｛Ｌ１・Ｃ０・Ｃ１／（Ｃ０＋Ｃ１）｝１／２］＝ｆｒ・（１＋１／γ）１／２
である。
【００１１】
ここで、１≪γであるので、
ｆａ＝ｆｒ・（１＋１／γ）１／２≒ｆｒ・｛１＋１／（２・γ）｝
これにより、Δｆ＝ｆａ−ｆｒ＝ｆｒ／（２・γ）となり、
ｋ２＝２・Δｆ／ｆｒ＝１／γ＝Ｃ１／Ｃ０
となる。
【００１２】
上記のように容量を付加するＳＡＷフィルタの回路構成を、単純にバルク弾性波（ＢＡＷ）フィルタに置き換えると、基板上に容量を形成する場合には、容量を形成するための特別な工程が増えるという問題点がある。
【００１３】
本発明は、かかる実情に鑑み、特別な工程を追加することなく、通過帯域から離れた周波数における大きな減衰量を得るとともに、通過帯域近傍の両側で急峻性を改善することができる、共振子を格子型に接続した圧電薄膜フィルタを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した圧電薄膜フィルタを提供する。
【００１５】
圧電薄膜フィルタは、一対の電極の間に圧電薄膜が挟まれた複数の第１、第２及び第３の共振子を備える。前記第２の共振子が、格子型に接続された直列腕共振子又は並列腕共振子のいずれか一方を構成する。並列に接続された前記第１及び前記第３の共振子が、格子型に接続された直列腕共振子又は並列腕共振子の他方を構成する。前記第２の共振子の容量は、前記第１の共振子の容量より大きい。前記第３の共振子の容量は、前記第２の共振子の前記容量と前記第１の共振子の前記容量との差に略等しい。前記第１の共振子の共振周波数は、前記第２の共振子の共振周波数より高い。前記第３の共振子の反共振周波数は、前記第２の共振子の前記共振周波数より大きく、前記第１の共振子の前記共振周波数より小さい。
【００１６】
上記構成において、第２の共振子が、格子型に接続された直列腕共振子を構成し、並列に接続された第１及び第３の共振子が、格子型に接続された並列腕共振子を構成する。あるいは、第２の共振子が、格子型に接続された並列腕共振子を構成し、並列に接続された第１及び第３の共振子が、格子型に接続された直列腕共振子を構成する。
【００１７】
上記構成によれば、直列腕共振子と並列腕共振子との容量が略等しいので、通過帯域から離れた周波数において大きな減衰量を得ることができる。
【００１８】
また、通過帯域の両側で急峻に減衰するフィルタ特性を得ることができる。すなわち、第１の共振子に並列に接続される第３の共振子は、第１の共振子の共振周波数と反共振周波数の間において容量性を持ち、第１の共振子に並列に容量を付加したのと同等である。そのため、第３の共振子によって、第１の共振子の反共振点を共振点側に近づけ、通過帯域の高域側のフィルタ特性の急峻性を改善することができる。一方、通過帯域低域側近傍において、並列に接続した第１及び第３の共振子と第２の共振子とのインピーダンスが符号を含めて同じになる周波数（極）ができる。これにより、通過帯域の低域側の急峻性を改善することができる。
【００２１】
好ましくは、前記第１の共振子と前記第３の共振子の容量の和が、前記第２の共振子の容量と等しい。
【００２２】
上記構成によれば、直列腕共振子の容量と並列腕共振子の容量とを等しくすることで、通過帯域外でのインピーダンスが一致するため、帯域外の減衰量が大きなフィルタを得ることができる。
【００２３】
また、本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した圧電薄膜フィルタを提供する。
圧電薄膜フィルタは、一対の電極の間に圧電薄膜が挟まれた複数の第１、第２及び第３の共振子を備える。前記第２の共振子が、格子型に接続された直列腕共振子又は並列腕共振子のいずれか一方を構成する。並列に接続された前記第１及び前記第３の共振子が、格子型に接続された直列腕共振子又は並列腕共振子の他方を構成する。前記第２の共振子の容量は、前記第１の共振子の容量より大きい。前記第１の共振子と前記第３の共振子の容量の和が、前記第２の共振子の容量と異なる。前記第１の共振子の共振周波数は、前記第２の共振子の共振周波数より高い。前記第３の共振子の反共振周波数は、前記第２の共振子の前記共振周波数より大きく、前記第１の共振子の前記共振周波数より小さい。
【００２４】
上記構成によれば、直列腕共振子の容量と並列腕共振子の容量とが異なることで、通過帯域の両外に減衰極を形成することができる。これによって、より急峻な減衰特性を持ったフィルタが得られる。
【００２５】
上記各構成において、好ましくは、前記第３の共振子の共振周波数が、前記第２の共振子の共振周波数と一致している。
上記構成によれば、厚み方向の振動を利用するＢＡＷ共振子により圧電薄膜フィルタを構成する場合、第３の共振子と第２の共振子とを同じ膜厚で形成できるため、工程数を削減できる。また、低周波側の通過帯域端で急峻に減衰するフィルタ特性とすることができる。
好ましくは、前記第１の共振子の反共振周波数と共振周波数の差が、前記第２の共振子の反共振周波数と共振周波数の差より小さい。
【００２６】
上記構成によれば、２つの動作周波数を用いることで、通過帯域の両側で急峻な減衰特性を持ったフィルタが得られる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の圧電薄膜フィルタによれば、特別な工程を追加することなく、通過帯域から離れた周波数における大きな減衰量を得るとともに、通過帯域近傍の両側で急峻性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】共振子及び共振子に容量を付加したときの等価回路を示す回路図である。
【図２】インピーダンス特性を示すグラフである。
【図３】フィルタの回路図である。（実施例１）
【図４】インピーダンス特性のグラフである。（実施例１）
【図５】インピーダンス特性のグラフである。（実施例１）
【図６】フィルタ特性のグラフである。（実施例１）
【図７】フィルタ特性のグラフである。（実施例１）
【図８】フィルタの回路図である。（比較例）
【図９】フィルタ特性のグラフである。（実施例１、比較例）
【図１０】フィルタ特性のグラフである。（実施例１、比較例）
【図１１】フィルタ特性を示すスミスチャートである。（実施例１、比較例）
【図１２】フィルタの回路図である。（実施例２）
【図１３】インピーダンス特性のグラフである。（実施例２）
【図１４】インピーダンス特性のグラフである。（実施例２）
【図１５】フィルタ特性のグラフである。（実施例２）
【図１６】フィルタ特性のグラフである。（実施例２）
【図１７】インピーダンス特性のグラフである。（実施例３）
【図１８】フィルタ特性のグラフである。（実施例３）
【図１９】フィルタ特性のグラフである。（実施例３）
【図２０】インピーダンス特性のグラフである。（実施例４）
【図２１】フィルタ特性のグラフである。（実施例４）
【図２２】フィルタ特性のグラフである。（実施例４）
【図２３】フィルタの回路図である。（従来例）
【符号の説明】
【００２９】
１０，４０ フィルタ
Ｃ＿１ 並列腕共振子（第１の共振子）
Ｃ＿２ 直列腕共振子（第２の共振子）
Ｃｘ＿１ 付加共振子（第３の共振子）
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図３〜図２２を参照しながら説明する。
【００３１】
＜実施例１＞ 実施例１の圧電薄膜フィルタ１０について、図３〜図１１を参照しながら説明する。
【００３２】
図３の回路図に示すように、圧電薄膜フィルタ１０は、直列腕共振子Ｃ＿２と並列腕共振子Ｃ＿１とが格子型に接続されたラティス型フィルタである。すなわち、２つの直列腕共振子Ｃ＿２が、入力端子１１と出力端子１３との間、入力端子１２と出力端子１４との間に、それぞれ接続されている。２つの並列腕共振子Ｃ＿１が、入力端子１１と出力端子１４との間、入力端子１２と出力端子１３との間に、それぞれ接続されている。さらに、各並列腕共振子Ｃ＿１には、それぞれ、付加共振子Ｃｘ＿１が並列に接続されている。
【００３３】
直列腕共振子Ｃ＿２の容量は、並列腕共振子Ｃ＿１の容量より大きい。付加共振子Ｃｘ＿１の容量は、直列腕共振子Ｃ＿２の容量と並列腕共振子Ｃ＿１の容量との差に略等しい。これによって、通過帯域から離れた周波数において、圧電薄膜フィルタ１０は、大きな減衰量を得ることができる。
【００３４】
また、並列腕共振子Ｃ＿１の共振周波数は、直列腕共振子Ｃ＿２の共振周波数より高い。付加共振子Ｃｘ＿１の反共振周波数は、直列腕共振子Ｃ＿２の共振周波数より大きく、並列腕共振子Ｃ＿１の共振周波数より小さい。これにより、通過帯域の高域側で急峻に減衰するフィルタ特性を得ることができる。
【００３５】
すなわち、並列腕共振子Ｃ＿１に並列に接続される付加共振子Ｃｘ＿１は、並列腕共振子Ｃ＿１の共振周波数と反共振周波数の間において容量性を持ち、並列腕共振子Ｃ＿１に並列に容量を付加したのと同等である。そのため、付加共振子Ｃｘ＿１によって、並列腕共振子Ｃ＿１の反共振点を共振点側に近づけ、通過帯域の高域側のフィルタ特性の急峻性を改善することができる。
【００３６】
一方、通過帯域低域側近傍において、並列に接続した並列腕共振子Ｃ＿１と付加共振子Ｃｘ＿１の合成インピーダンスと、直列腕共振子Ｃ＿２のインピーダンスとが、符号を含めて同じになる周波数（極）ができる。これにより、通過帯域の低域側の急峻性を改善することができる。
【００３７】
一例として、並列腕共振子Ｃ＿１の容量が０．１８ｐＦ、直列腕共振子Ｃ＿２の容量が０．３ｐＦ、付加共振子Ｃｘ＿１の容量が０．１２ｐＦの場合について説明する。
【００３８】
並列腕共振子Ｃ＿１の反共振周波数は５４６０ＭＨｚ、ｋ２＝５．８％である。付加共振子Ｃｘ＿１の反共振周波数は５２４０ＭＨｚ、ｋ２＝５．８％である。直列腕共振子Ｃ＿２の反共振周波数は５２６５ＭＨｚ、ｋ２＝５．８％である。
【００３９】
図４及び図５に、それぞれの共振子について動作周波数を変えた場合のインピーダンス特性を示す。図６及び図７に、フィルタ特性を示す。図５は、図４の一部拡大図である。図６は、図７の一部拡大図である。
【００４０】
図４及び図５において、太線１５は直列腕共振子Ｃ＿２のインピーダンス特性を示す。細線１６は、並列腕共振子Ｃ＿１のインピーダンス特性を示す。破線１６ｘは、付加共振子Ｃｘ＿１のインピーダンス特性を示す。鎖線１７は、並列腕共振子Ｃ＿１と付加共振子Ｃｘ＿１とを並列に接続したときの合成インピーダンス特性を示す。
【００４１】
並列腕共振子Ｃ＿１と付加共振子Ｃｘ＿１の動作周波数が異なるため、並列腕共振子Ｃ＿１の共振周波数と反共振周波数の範囲において、付加共振子Ｃｘ＿１は容量特性しか持っておらず、特許文献１と同様に、容量が付加された状態となり、特許文献１と同様の原理で、ｋ２が変化する。
【００４２】
図５に示すように、通過帯域外の点１８（５．０７０ＧＨｚ、２３．９０２Ω）で、直列腕共振子Ｃ＿２のインピーダンス特性曲線１５と、並列腕共振子Ｃ＿１と付加共振子Ｃｘ＿１の合成インピーダンス特性曲線１７とが一致している。これにより、図６及び図７に示すように、通過帯域の近傍に減衰極１９が生じ、急峻かつ帯域外減衰の大きなフィルタ特性が得られる。
【００４３】
この例では、３種類の共振子Ｃ＿１、Ｃ＿２、Ｃｘ＿１は、それぞれ異なる動作周波数を持つ。そのため、ＢＡＷ共振子により圧電薄膜フィルタ１０を作製する場合には、各共振子Ｃ＿１、Ｃ＿２、Ｃｘ＿１ごとに、膜厚・構造を変化させる必要があり、工程が増える。
【００４４】
図８は、比較例のラティス型フィルタ２０の回路図である。比較例のラティス型フィルタ２０は、入力端子２１，２２と出力端子２３，２４との間に、２つの直列腕共振子Ｃ＿４と２つの並列腕共振子Ｃ＿３とが格子型に接続され、各並列腕共振子Ｃ＿３には、それぞれ、容量Ｃｘが並列に接続されている。パラメータは、実施例１のラティス型フィルタ１０と同様とする。すなわち、並列腕共振子Ｃ＿３は、容量が０．１８ｐＦ、反共振周波数が５４６０ＭＨｚ、ｋ２＝５．８％である。付加容量Ｃｘの容量は、０．１２ｐＦである。直列腕共振子Ｃ＿４は、容量が０．３０ｐＦ、反共振周波数が５２６５ＭＨｚ、ｋ２＝５．８％である。
【００４５】
比較例と実施例について、図９に伝送特性（Ｓ２１）、図１０に反射特性（Ｓ１１）、図１１に反射特性（Ｓ１１）のスミスチャート（周波数１．０００ＧＨｚ〜９．０００ＧＨｚ）をそれぞれ示す。図９〜図１１において、実施例の特性は実線３０〜３２で示し、比較例の特性は破線３３〜３５で示している。
【００４６】
図９に示すように、符号３６で示す通過帯域の低域側において、実施例３０は、比較例３３よりも急峻性が改善される。また、符号３７で示す通過帯域の高域側においては、実施例３０は、比較例３３と同程度に、急峻性が改善される。
【００４７】
図１０に示すように、実施例３１は比較例３４よりＳ１１（反射）を低減する。これは、図１１に示すように、通過帯域低域側近傍におけるインピーダンスが、比較例３５では容量性インピーダンス（水平軸より下側）であるのに対し、実施例３２では定抵抗円上をプラス側に大きくなる方向にシフトした誘導性インピーダンスとなり、５０Ωポイント３８付近で巻いているためである。
【００４８】
＜実施例２＞ 実施例２の圧電薄膜フィルタ４０について、図１２〜図１６を参照しながら説明する。
【００４９】
実施例２では、２種類の動作周波数を持たせて、工程を増やさずに、付加共振子を並列に接続する。
【００５０】
図１２の回路図に示すように、圧電薄膜フィルタ４０は、実施例１と同様に、入力端子４１，４２と出力端子４３，４４との間に、２つの直列腕共振子Ｃ＿２と２つの並列腕共振子Ｃ＿１とが格子型に接続され、さらに、各並列腕共振子Ｃ＿１に、それぞれ、付加共振子Ｃｘ＿１が並列に接続されている。
【００５１】
圧電薄膜フィルタ４０では、実施例１と異なり、付加共振子Ｃｘ＿１の共振周波数と、直列腕共振子Ｃ＿２の共振周波数とを同じにする。厚み方向の振動を利用するＢＡＷ共振子により圧電薄膜フィルタ４０を構成する場合、付加共振子Ｃｘ＿１と直列腕共振子Ｃ＿２とを同じ膜厚で形成できるため、工程数を削減できる。
【００５２】
一例として、並列腕共振子Ｃ＿１の容量が０．１８ｐＦ、直列腕共振子Ｃ＿２の容量が０．３ｐＦ、付加共振子Ｃｘ＿１の容量が０．１２ｐＦの場合について説明する。
【００５３】
並列腕共振子Ｃ＿１の反共振周波数は５４４０ＭＨｚ、ｋ２＝５．８％である。付加共振子Ｃｘ＿１の反共振周波数は５２４５ＭＨｚ、ｋ２＝５．８％である。直列腕共振子Ｃ＿２の反共振周波数は５２４５ＭＨｚ、ｋ２＝５．８％である。
【００５４】
図１３及び図１４に、それぞれの共振子について動作周波数を変えた場合のインピーダンス特性を示す。図１５及び図１６に、フィルタ特性を示す。図１４は、図１３の一部拡大図である。図１５は、図１６の一部拡大図である。
【００５５】
図１３及び図１４において、太線４５は直列腕共振子Ｃ＿２のインピーダンス特性を示す。図１３において、細線４６は、並列腕共振子Ｃ＿１のインピーダンス特性を示す。鎖線４６ｘは、付加共振子Ｃｘ＿１のインピーダンス特性を示す。図１４において、細線４７は、並列腕共振子Ｃ＿１と付加共振子Ｃｘ＿１とを並列に接続したときの合成インピーダンス特性を示す。
【００５６】
図１４に示すように、直列腕共振子Ｃ＿２のインピーダンス特性曲線４５の通過帯域外の共振点４５ａ（５．１０５ＧＨｚ、２．９８８Ω）と、並列腕共振子Ｃ＿１と付加共振子Ｃｘ＿１の合成インピーダンス特性曲線４７の共振点４７ａとの周波数が一致している。これにより、図１５及び図１６に示すように、通過帯域の近傍に減衰極４９が生じ、急峻かつ帯域外減衰の大きなフィルタ特性が得られる。
【００５７】
付加共振子Ｃｘ＿１は、並列腕共振子Ｃ＿１ではなく、２つの直列腕共振子Ｃ＿２に、それぞれ並列に接続してもよい。この場合に、付加共振子Ｃｘ＿１の動作周波数は、並列腕共振子Ｃ＿１の動作周波数と同じする。
【００５８】
動作周波数が異なる直列腕共振子Ｃ＿２又は並列腕共振子Ｃ＿１のいずれか一方に、直列腕共振子Ｃ＿２又は並列腕共振子Ｃ＿１の他方と動作周波数が同じである付加共振子Ｃｘ＿１を並列に接続することで、フィルタ特性を改善することができる。
【００５９】
＜実施例３＞ 実施例３のフィルタについて、図１７〜図１９を参照しながら説明する。
【００６０】
実施例３では、２種類の動作周波数と、互いに異なるｋ２を持たせて、通過帯域の両側の帯域端近傍に急峻な減衰を持たせる。回路図は、実施例１及び実施例２と同じであるので省略する。
【００６１】
並列腕共振子又は直列腕共振子のどちらか一方に付加する付加共振子の共振周波数が、付加共振子を付加しない他方の共振子の共振周波数と一致するようにする。すなわち、周波数は２種類とする。
【００６２】
さらに、付加共振子と、付加対象となる共振子のｋ２を変える。ｋ２を変える方法としては、
（１）電極と圧電膜の比率を変えること
（２）２倍波で動作させること
があげられる。
【００６３】
（１）の具体例として、振動部分の構成と膜厚値を表１に示す。
【表１】
（２）の具体例として、振動部分の構成と膜厚値を表２に示す。
【表２】
一例として、並列腕共振子Ｃ＿１の容量が０．２ｐＦ、直列腕共振子Ｃ＿２の容量が０．３ｐＦ、付加共振子Ｃｘ＿１の容量が０．１ｐＦの場合について説明する。
【００６６】
並列腕共振子Ｃ＿１と付加共振子Ｃｘ＿１とは、動作周波数とｋ２とを変える。すなわち、並列腕共振子Ｃ＿１の反共振周波数は５３１０ＭＨｚ、ｋ２＝２．７％である。付加共振子Ｃｘ＿１の反共振周波数は５２４５ＭＨｚ、ｋ２＝５．８％である。直列腕共振子Ｃ＿２の反共振周波数は５２４５ＭＨｚ、ｋ２＝５．８％である。
【００６７】
図１７にインピーダンス特性、図１８及び図１９にフィルタ特性を示す。
【００６８】
図１７において、太線５０は直列腕共振子Ｃ＿２のインピーダンス特性を、細線５２は、並列腕共振子Ｃ＿１と付加共振子Ｃｘ＿１とを並列に接続したときの合成インピーダンス特性を示す。両者は、共振点５０ａ（５．０９５ＧＨｚ、２．９８８Ω），５２ａで周波数（共振周波数）が一致し、帯域外の点５１（５．３６９ＧＨｚ、２１４．８５７Ω）でインピーダンスが一致している。これにより、図１８及び図１９に示すように、通過帯域の低周波側と高周波側の両側近傍に減衰極５６，５７が生じ、急峻かつ帯域外減衰の大きなフィルタ特性となる。高域側の減衰極５７により、実施例１、２よりも、フィルタ特性をさらに改善することができる。
【００６９】
＜実施例４＞ 実施例４のフィルタについて、図２０〜図２２を参照しながら説明する。
【００７０】
実施例４では、直列腕と並列腕の合成容量を異ならせて、通過帯域の両側の帯域端近傍に急峻な減衰を持たせる。回路図は、実施例１及び２と同じであるので、省略する。
【００７１】
実施例４では、実施例３と同様に、並列腕共振子又は直列腕共振子のどちらか一方に付加する付加共振子の共振周波数が、付加共振子を付加しない他方の共振子の共振周波数と一致するようにする。すなわち、周波数は２種類とする。
【００７２】
実施例１〜３において、直列腕共振子Ｃ＿２の容量と、並列腕共振子Ｃ＿１及び付加共振子Ｃｘ＿１の合成容量とを一致させていたが、実施例４では、若干、容量が異なるようにする。
【００７３】
一例として、並列腕共振子Ｃ＿１の容量が０．２２ｐＦ、直列腕共振子Ｃ＿２の容量が０．３ｐＦ、付加共振子Ｃｘ＿１の容量が０．１１ｐＦの場合について説明する。
【００７４】
並列腕共振子Ｃ＿１の反共振周波数は５４５０ＭＨｚ、ｋ２＝５．８％である。付加共振子Ｃｘ＿１の反共振周波数は５２４５ＭＨｚ、ｋ２＝５．８％である。直列腕共振子Ｃ＿２の反共振周波数は５２４５ＭＨｚ、ｋ２＝５．８％である。
【００７５】
図２０にインピーダンス特性、図２１及び図２２にフィルタ特性を示す。図２１は、図２２の一部拡大図である。
【００７６】
図２０において、太線６０は直列腕共振子Ｃ＿２のインピーダンス特性を、細線６２は、並列腕共振子Ｃ＿１と付加共振子Ｃｘ＿１とを並列に接続したときの合成インピーダンス特性を示す。両者は、帯域外の点６１（４．７９６ＧＨｚ、７２．５６５Ω）と、点６３（５．７４８ＧＨｚ、１１８．１５４Ω）とで、インピーダンスが一致している。また、直列腕共振子Ｃ＿２の共振点６０ａ（５．０９５ＧＨｚ、２．９８８Ω）、並列腕共振子Ｃ＿１と付加共振子Ｃｘ＿１とを並列に接続したときの共振点６２ａとの周波数が一致する。これにより、図２１及び図２２に示すように、通過帯域の低周波側と高周波側の両近傍に減衰極６６，６７，６８が生じ、急峻かつ帯域外減衰の大きなフィルタ特性となる。
【００７７】
＜まとめ＞ 付加共振子は、直列腕共振子や並列腕共振子と同時に形成することができ、圧電薄膜フィルタの作製において、特別な工程を追加する必要はない。共振子であっても、共振子の共振周波数より低い周波数および反共振周波数より高い周波数では容量として動作するので、これを利用してγ値（＝１／ｋ２）を調整し、通過帯域から離れた周波数における大きな減衰量を得るとともに、通過帯域近傍の両側で急峻性を改善することができる。
【００７８】
５ＧＨｚ帯Ｗ−ＬＡＮ用のバンドパスフィルタでは、２．４ＧＨｚ帯無線ＬＡＮやその他の２ＧＨｚ帯近辺を使用している機器などからの干渉を防ぐために、通過帯域から離れた周波数において大きな減衰量が得られ、通過帯域の両側で急峻に減衰させた特性が必要とされる。実施例１〜４の圧電薄膜フィルタは、このような要求を満たすので、５ＧＨｚ帯Ｗ−ＬＡＮ用のバンドパスフィルタに好適である。
【００７９】
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。
【００８０】
例えば、並列腕共振子に付加共振子を並列に接続する代わりに、直列腕共振子に付加共振子を並列に接続してもよい。また、ラティス型フィルタの段数は、実施例１〜４の２段に限らず、１段であっても、３段以上であってもよい。
Claims (5)
- 一対の電極の間に圧電薄膜が挟まれた複数の第１、第２及び第３の共振子を備え、
前記第２の共振子が、格子型に接続された直列腕共振子又は並列腕共振子のいずれか一方を構成し、
並列に接続された前記第１及び前記第３の共振子が、格子型に接続された直列腕共振子又は並列腕共振子の他方を構成し、
前記第２の共振子の容量は、前記第１の共振子の容量より大きく、
前記第３の共振子の容量は、前記第２の共振子の前記容量と前記第１の共振子の前記容量との差に略等しく、
前記第１の共振子の共振周波数は、前記第２の共振子の共振周波数より高く、
前記第３の共振子の反共振周波数は、前記第２の共振子の前記共振周波数より大きく、前記第１の共振子の前記共振周波数より小さいことを特徴とする、圧電薄膜フィルタ。 - 前記第１の共振子と前記第３の共振子の容量の和が、前記第２の共振子の容量と等しいことを特徴とする、請求項１に記載の圧電薄膜フィルタ。
- 一対の電極の間に圧電薄膜が挟まれた複数の第１、第２及び第３の共振子を備え、
前記第２の共振子が、格子型に接続された直列腕共振子又は並列腕共振子のいずれか一方を構成し、
並列に接続された前記第１及び前記第３の共振子が、格子型に接続された直列腕共振子又は並列腕共振子の他方を構成し、
前記第２の共振子の容量は、前記第１の共振子の容量より大きく、
前記第１の共振子と前記第３の共振子の容量の和が、前記第２の共振子の容量と異なり、
前記第１の共振子の共振周波数は、前記第２の共振子の共振周波数より高く、
前記第３の共振子の反共振周波数は、前記第２の共振子の前記共振周波数より大きく、前記第１の共振子の前記共振周波数より小さいことを特徴とする圧電薄膜フィルタ。 - 前記第３の共振子の共振周波数が、前記第２の共振子の共振周波数と一致していることを特徴とする。請求項１ないし３のいずれか一つに記載の圧電薄膜フィルタ。
- 前記第１の共振子の反共振周波数と共振周波数との差が、前記第２の共振子の反共振周波数と共振周波数との差より小さいことを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一つに記載の圧電薄膜フィルタ。
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