JP4707902B2 - 弾性表面波フィルタ - Google Patents

Description

【０００１】
【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、複数の斜め電極指対を有するすだれ状電極を入力側及び出力側に備え、広帯域フィルタ特性を示す弾性表面波フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の広帯域フィルタ特性を示す弾性表面波フィルタにおいては、複数の斜め電極指対による帯域幅を持つ開口を有する入力側すだれ状電極と、複数の斜め電極指対による入力側と同じ帯域幅を持つ開口を有する出力側すだれ状電極が、所定の距離を隔てて圧電性基板上に備えられている。圧電性基板上の弾性表面波の伝搬方向と直交方向に関して同位置における入力側すだれ状電極の電極指ピッチと出力側すだれ状電極の電極指ピッチが等しく設定されている。入力信号の周波数に応じて弾性表面波が励振及び検出される電極指対の位置が異なることで、広帯域フィルタ特性が得られる。入力側すだれ状電極の開口の端部と出力側すだれ状電極の開口の端部は、圧電性基板上の弾性表面波の伝搬方向と直交方向に関して両端部とも同じ位置に設定されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の広帯域フィルタ特性を示す弾性表面波フィルタにおいては、入力側すだれ状電極の開口の両端部では、端部での電極指ピッチに対応する周波数を励振する有効開口長が、他の部分と比較してほぼ半分になり、さらに端部での電極指ピッチに対応する周波数における弾性表面波の励振強度分布は、端部より外側は励振強度を持たず内側だけに励振強度を持つ偏った分布になっている。そのため、両端部での電極指ピッチに対応する周波数すなわちフィルタ通過帯域の最低周波数及び最高周波数付近では、励振された弾性表面波には、所望の伝搬方向より内側を向いて伝搬し出力側すだれ状電極の開口の両端部より内側に到達する成分の割合が大きくなってしまうため、フィルタ通過帯域の最低周波数及び最高周波数付近でのフィルタ特性が劣化し、設計値通りのフィルタ特性が得られないという課題があった。
【０００４】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、入力側すだれ状電極の開口の端部における励振強度に起因するフィルタ特性の劣化を改善し、設計値通りのフィルタ特性が得られる弾性表面波フィルタを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明に係る弾性表面波フィルタは、複数の斜め電極指対による帯域幅を持つ開口を有する入力側すだれ状電極と、この入力側すだれ状電極と所定の距離を隔てて配置され、複数の斜め電極指対による帯域幅を持つ開口を有する出力側すだれ状電極と、を圧電性基板上に備え、前記圧電性基板上の弾性表面波の伝搬方向と直交方向に関して同位置における前記入力側すだれ状電極の電極指ピッチと前記出力側すだれ状電極の電極指ピッチがほぼ等しく設定されており、入力信号の周波数に対して弾性表面波の前記圧電基板上における伝搬領域が異なる弾性表面波フィルタであって、前記入力側すだれ状電極は、前記圧電性基板上の弾性表面波の伝搬方向と直交方向に関して、前記出力側すだれ状電極の開口の少なくとも一方の端部より外側に位置し、複数の電極指対による延長開口を有する延長電極を備えることを特徴とする。
【０００６】
このように、入力側すだれ状電極は、圧電性基板上の弾性表面波の伝搬方向と直交方向に関して、出力側すだれ状電極の開口の少なくとも一方の端部より外側に位置し、複数の電極指対による延長開口を有する延長電極を備えることにより、入力側すだれ状電極から弾性表面波が励振される際に、従来フィルタ特性の劣化を招いていたフィルタ通過帯域の最低周波数と最高周波数付近の少なくとも一方において、十分な有効開口長を確保し、かつ励振強度分布を対称にすることができる。したがって、フィルタ特性の劣化を改善し、設計値通りのフィルタ特性が得られる。
【０００７】
本発明に係る弾性表面波フィルタは、さらに、前記延長電極の電極指ピッチは、前記圧電性基板上の弾性表面波の伝搬方向と直交方向に関して一定であることを特徴とする。
【０００８】
このように、延長電極の電極指ピッチは、圧電性基板上の弾性表面波の伝搬方向と直交方向に関して一定であることにより、従来フィルタ特性の劣化を招いていたフィルタ通過帯域の最低周波数と最高周波数付近の少なくとも一方における弾性表面波の励振において、延長電極の延長開口長分、有効開口長を増すことができ、かつ励振強度分布をほぼ一様にすることができる。さらに、延長電極の延長開口において励振される弾性表面波の周波数は、延長開口の端部も含めてフィルタ通過帯域の最低周波数または最高周波数であるので、延長開口の端部から励振された弾性表面波が内側に向かって伝搬し出力側すだれ状電極に到達することを防止できる。したがって、フィルタ特性の劣化をさらに改善することができる。
【０００９】
本発明に係る弾性表面波フィルタは、さらに、前記圧電性基板上の弾性表面波の伝搬方向と直交方向に関する前記延長電極の延長開口長は、この延長電極と同じ側に位置する前記出力側すだれ状電極の開口の端部における電極指ピッチをｄ１、この延長電極と反対側に位置する前記出力側すだれ状電極の開口の端部における電極指ピッチをｄ２、前記出力側すだれ状電極の開口長をＡ、前記入力側すだれ状電極の対数をＮとすると、ｄ２×Ａ／（２×Ｎ×｜ｄ１−ｄ２｜）以上であることを特徴とする。
【００１０】
このように、圧電性基板上の弾性表面波の伝搬方向と直交方向に関する延長電極の延長開口長をｄ２×Ａ／（２×Ｎ×｜ｄ１−ｄ２｜）以上にすることにより、フィルタ通過帯域の最低周波数と最高周波数付近の少なくとも一方において、最低限必要な有効開口長を確保できるので、圧電性基板のサイズも考慮に入れてフィルタ設計の最適化が図れる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００１２】
（１）第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態に係る弾性表面波フィルタの構成の概略を示す平面図である。
【００１３】
水晶等の圧電性材料からなる圧電性基板１０上に、複数の斜め電極指対を有し信号が入力される入力側すだれ状電極１２、１４と、複数の斜め電極指対を有し信号が出力される出力側すだれ状電極１６、１８が、所定の距離を隔てて圧電性基板１０上に備えられている。図示はしていないが、信号は入力側すだれ状電極１２に入力され、出力側すだれ状電極１６から出力される。また、入力側すだれ状電極１４及び出力側すだれ状電極１８は接地されている。ここで図１に示すように、圧電性基板１０上に弾性表面波の所望の伝搬方向をＸ軸、それと直交する方向をＹ軸、入力側すだれ状電極１２、１４のＹ軸に関する中央位置をＹ＝０とする座標軸を規定する。入力側すだれ状電極１２、１４及び出力側すだれ状電極１６、１８は、Ｙ座標値が大きくなるにつれて電極指の幅及び隣り合った電極指の間隔（図１におけるｄの値で、以下、電極指ピッチとする）が増加するように形成されている。また、同じＹ座標値における入力側すだれ状電極１２、１４の電極指ピッチと出力側すだれ状電極１６、１８の電極指ピッチは等しく設定されている。入力側すだれ状電極１２、１４同士がＸ軸から見て対向する部分（以下、開口とする）は帯域幅を持ち、入力側すだれ状電極１２、１４は帯域幅を持つ弾性表面波を励振する。同様に出力側すだれ状電極１６、１８の開口も帯域幅を持ち、出力側すだれ状電極１６、１８は帯域幅を持つ弾性表面波を検出する。これによって、広帯域フィルタ特性を得ることができる。
【００１４】
ここで、従来技術の課題について図２を用いて再度詳細に説明する。あるＹ座標値（ここではＹ＝０とする）近傍における入力側すだれ状電極１２、１４の微小部分を考えると、この部分ではＹ＝０における電極指ピッチに対応した周波数ｆ０の弾性表面波が最も強く励振される。実際には周波数ｆ０の弾性表面波が励振されるのはＹ＝０の部分だけでなく、図２に示すようにＹ＝０を中心としてＹ軸に関してある程度の長さを有し対称な励振強度分布を持つ（以下、この長さを有効開口長とする）。
【００１５】
次に入力側すだれ状電極１２、１４の開口の端部近傍における微小部分を考えると、この部分では端部における電極指ピッチに対応した周波数ｆｌの弾性表面波が最も強く励振される。そして周波数ｆｌにおける弾性表面波の励振についても有効開口長が存在し励振強度分布を持つが、入力側すだれ状電極１２、１４の開口の端部より外側では弾性表面波が励振されないため、図２に示すように、有効開口長がほぼ半分になり、かつ偏りを持った励振強度分布になる。このため、従来においては、入力側すだれ状電極１２、１４の開口の端部において励振される周波数ｆｌの弾性表面波には、Ｘ軸と平行方向より内側を向いて伝搬し出力側すだれ状電極１６、１８の開口の端部より内側に到達する成分の割合が大きくなってしまうため、フィルタの通過帯域の最低周波数及び最高周波数付近でのフィルタ特性の劣化を招いていた。
【００１６】
本実施形態において特徴的な点は、入力側すだれ状電極１２、１４には、出力側電極の開口の端部２８、３０のＹ座標の位置（以下、この位置のＹ座標をそれぞれＹ＝−Ｙｈ及びＹ＝Ｙｌとする）より外側に延長されている延長電極２０、２２及び２４、２６が設けられており、延長電極の延長開口の端部３２、３４におけるＹ座標の絶対値が、それぞれＹｈ、Ｙｌより大きくなっていることである。本実施形態では延長電極２０、２２及び２４、２６は、Ｙ座標値が大きくなるにつれて電極指の幅及び電極指ピッチが増加するように形成されている。なお、延長電極２０、２２同士及び延長電極２４、２６同士がＸ軸から見て対向する部分を延長開口としている。
【００１７】
本実施形態においては、延長電極２０、２２及び２４、２６を設けることにより、従来フィルタ特性の劣化を招いていたフィルタ通過帯域の最低周波数及び最高周波数付近における弾性表面波の励振（Ｙ＝−Ｙｈ及びＹ＝Ｙｌにおける入力側すだれ状電極１２、１４の部分が最も強く励振される）において、十分な長さの有効開口長を得ることができ、かつこれらの周波数における弾性表面波の励振強度分布を図３に示すように対称にすることができる。したがって、Ｙ＝−Ｙｈ及びＹ＝Ｙｌにおける入力側すだれ状電極１２、１４の部分において励振されたこれらの周波数の弾性表面波を、所望の伝搬方向であるＸ軸と平行方向に伝搬させることができる。そして、延長電極２０、２２及び２４、２６の延長開口において励振された弾性表面波は、延長開口の端部３２、３４を除けば十分な有効開口長が得られており、Ｘ軸と平行方向に伝搬するので、出力側すだれ状電極１６、１８において検出されない。また、延長開口の端部３２、３４において励振された弾性表面波については、Ｘ軸と平行方向より内側を向いて伝搬し出力側すだれ状電極１６、１８に到達する場合もあるが、出力側すだれ状電極１６、１８にはこの弾性表面波の周波数に対応した電極指ピッチが存在しないため検出レベルは極めて低い。したがって、フィルタの通過帯域の最低周波数及び最高周波数付近でのフィルタ特性の劣化を改善でき、設計値通りのフィルタ特性を得ることができる。
【００１８】
ここで、フィルタ通過帯域の最低周波数及び最高周波数において十分な長さの有効開口長を得るために最低限必要な延長電極２０、２２及び２４、２６の延長開口長をそれぞれＬｌ及びＬｈとする。フィルタ通過帯域の最低周波数におけるＹ＝Ｙｌ＋Ｌｌの位置での励振強度値が、最も強いＹ＝Ｙｌの位置での励振強度値より３ｄＢ（励振強度が半分）以上低ければ、励振に寄与している電極の部分をすべて考慮でき、十分な長さの有効開口長が得られると考えることで、Ｌｌは以下の（１）式により近似的に算出される。延長電極２０、２２の延長開口長が（１）式のＬｌ以上ならば十分な長さの有効開口長を得ることができる。
【数１】
Ｌｌ＝ｆｌ×Ａ／（２×Ｎ×（ｆｈ−ｆｌ）） （１）
【００１９】
ここで、ｆｌ及びｆｈは、それぞれフィルタ通過帯域の最低周波数及び最高周波数、Ａは電極延長前の入力側すだれ状電極１２、１４の開口長（出力側すだれ状電極１６、１８の開口長に等しく、Ａ＝Ｙｌ＋Ｙｈ）、Ｎは入力側すだれ状電極１２、１４の対数である。
【００２０】
同様にしてフィルタ通過帯域の最高周波数におけるＹ＝−Ｙｈ−Ｌｈの位置での励振強度値が、最も強いＹ＝−Ｙｈの位置での励振強度値より３ｄＢ（励振強度が半分）以上低ければ、十分な長さの有効開口長が得られると考えることで、Ｌｈは以下の（２）式により近似的に算出される。延長電極２４、２６の延長開口長が（２）式のＬｈ以上ならば十分な長さの有効開口長を得ることができる。
【数２】
Ｌｈ＝ｆｈ×Ａ／（２×Ｎ×（ｆｈ−ｆｌ）） （２）
【００２１】
ここで、Ｙ＝Ｙｌの位置での入力側すだれ状電極１２、１４（出力側すだれ状電極１６、１８）の電極指ピッチをｄｌ、Ｙ＝−Ｙｈの位置での入力側すだれ状電極１２、１４（出力側すだれ状電極１６、１８）の電極指ピッチをｄｈとすると、（１）式及び（２）式はそれぞれ以下の（３）式及び（４）式のように変形できる。
【数３】
Ｌｌ＝ｄｈ×Ａ／（２×Ｎ×（ｄｌ−ｄｈ）） （３）
【数４】
Ｌｈ＝ｄｌ×Ａ／（２×Ｎ×（ｄｌ−ｄｈ）） （４）
【００２２】
（２）第２実施形態
図４は、本発明の第２実施形態に係る弾性表面波フィルタの構成の概略を示す平面図である。本実施形態においては、延長電極２０、２２及び２４、２６は、Ｙ座標値が変化しても電極指の幅及び電極指ピッチが一定になるように形成されている。他の構成は第１実施形態と同様のため省略する。
【００２３】
本実施形態においては、延長電極２０、２２及び２４、２６の電極指の幅及び電極指ピッチが一定になるように形成されていることにより、従来フィルタ特性の劣化を招いていたフィルタ通過帯域の最低周波数及び最高周波数付近における弾性表面波の励振において、延長電極２０、２２及び２４、２６の延長開口長分、有効開口長を増すことができ、かつ図５に示すように励振強度分布をほぼ一様にすることができる。さらに、延長電極２０、２２及び２４、２６の延長開口において励振された弾性表面波の周波数は、延長開口の端部３２、３４も含めてフィルタ通過帯域の最低周波数または最高周波数であるので、延長電極２０、２２及び２４、２６の延長開口において励振されたこれらの周波数の弾性表面波は、所望の伝搬方向であるＸ軸と平行方向に伝搬し、出力側すだれ状電極１６、１８において検出されない。したがって第１実施形態と比較してフィルタ特性の劣化をさらに改善することができる。
【００２４】
さらに、本実施形態における最低限必要な延長電極２０、２２及び２４、２６の延長開口長については、延長電極２０、２２及び２４、２６の延長開口における弾性表面波の励振強度分布をほぼ一様にできるため、第１実施形態における最低限必要な延長電極２０、２２及び２４、２６の延長開口長より短くすることができる。したがって、本実施形態では弾性表面波フィルタの小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係る弾性表面波フィルタの構成の概略を示す平面図である。
【図２】 従来技術の課題を説明するための入力側すだれ状電極における弾性表面波の励振強度分布を示す図である。
【図３】 本発明の第１実施形態に係る弾性表面波フィルタの作用を説明するための入力側すだれ状電極における弾性表面波の励振強度分布を示す図である。
【図４】 本発明の第２実施形態に係る弾性表面波フィルタの構成の概略を示す平面図である。
【図５】 本発明の第２実施形態に係る弾性表面波フィルタの作用を説明するための入力側すだれ状電極における弾性表面波の励振強度分布を示す図である。
【符号の説明】
１０ 圧電性基板、１２、１４ 入力側すだれ状電極、１６、１８ 出力側すだれ状電極、２０、２２、２４、２６ 延長電極、２８、３０ 出力側電極の開口の端部、３２、３４ 延長開口の端部。

Claims (3)

1. 複数の斜め電極指対による帯域幅を持つ開口を有する入力側すだれ状電極と、
   この入力側すだれ状電極と所定の距離を隔てて配置され、複数の斜め電極指対による帯域幅を持つ開口を有する出力側すだれ状電極と、
   を圧電性基板上に備え、
   前記圧電性基板上の弾性表面波の伝搬方向と直交方向に関して同位置における前記入力側すだれ状電極の電極指ピッチと前記出力側すだれ状電極の電極指ピッチがほぼ等しく設定されており、入力信号の周波数に対して弾性表面波の前記圧電基板上における伝搬領域が異なる弾性表面波フィルタであって、
   前記入力側すだれ状電極は、前記圧電性基板上の弾性表面波の伝搬方向と直交方向に関して、前記出力側すだれ状電極の開口の少なくとも一方の端部より外側に位置し、複数の電極指対による延長開口を有する延長電極を備えることを特徴とする弾性表面波フィルタ。
2. 請求項１に記載の弾性表面波フィルタにおいて、
   前記延長電極の電極指ピッチは、前記圧電性基板上の弾性表面波の伝搬方向と直交方向に関して一定であることを特徴とする弾性表面波フィルタ。
3. 請求項１に記載の弾性表面波フィルタにおいて、
   前記圧電性基板上の弾性表面波の伝搬方向と直交方向に関する前記延長電極の延長開口長は、前記出力側すだれ状電極の開口のこの延長電極と同じ側の端部における電極指ピッチをｄ１、前記出力側すだれ状電極の開口のこの延長電極と反対側の端部における電極指ピッチをｄ２、前記出力側すだれ状電極の開口長をＡ、前記入力側すだれ状電極の対数をＮとすると、ｄ２×Ａ／（２×Ｎ×｜ｄ１−ｄ２｜）以上であることを特徴とする弾性表面波フィルタ。

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