JP5736392B2 - 弾性波素子と、これを用いたアンテナ共用器 - Google Patents

Description

本発明は、弾性波素子と、これを用いたアンテナ共用器に関するものである。

現在、弾性表面波素子を用いたフィルタが、携帯電話等を中心に多く利用されている。一般に、このようなフィルタは、圧電基板上にＩＤＴ（櫛形電極）および反射器を設けた共振器によって構成される。このようなフィルタにおいて、弾性表面波デバイスは、周波数帯、システムにより求められる特性が異なるため、周波数帯、システムに適した圧電基板を用いることが重要となる。ここで周波数帯、通過帯域は弾性表面波速度および電気機械結合係数が大きく影響し、これらの特性は圧電基板の材料およびカット角に大きく依存する。

これで圧電基板においては、弾性表面波の波面の進行方向に対して結晶の対称性が無い場合、波面の進行方向（位相の伝搬方向）とエネルギーの進行方向とが異なるビームステアリングと呼ばれる現象が生じる。この波面の進行方向とエネルギーの進行方向とのなす角はパワーフロー角と呼ばれている。パワーフロー角が大きい場合には、エネルギーの損失が発生するため、フィルタ特性が劣化する場合がある。そのため、パワーフロー角が零となるようなカット角を用いることが考えられるが、このようなカット角で最適な弾性表面波速度および電気機械結合係数が得られるとは限らない。そこで、ビームステアリングがある状態で、如何に損失を低減するかということが重要となる。

これを実現したフィルタとして、特許文献１が開示するような共振器で構成されたフィルタが提案されている。図１０に、このフィルタ９００の上面図を示す。フィルタ９００では、圧電基板９１０上に１対のＩＤＴ電極９０１および反射器９０２が形成されている。ＩＤＴ電極９０１の複数の電極指９０３は、その延伸方向が弾性表面波の波面の進行方向であるＸ軸に直交して、互いに平行に並ぶ。また、これらの電極指９０３の配列の方向は、Ｘ軸に対してパワーフロー角ξだけ傾斜したＸ’軸に沿った方向となっている。また、ＩＤＴの両側に設けられた反射器９０２も、Ｘ’軸に沿って配置される。さらに、反射器９０２を構成する複数の導体ストリップ９０４は、その延伸方向がＸ軸に直交して、互いに平行に並び、その配列の方向はＸ’軸に沿った方向となっている。これにより、エネルギーの進行方向に沿って、電極指９０３の交差領域と、反射器９０２とを配置することになるため、エネルギーを閉じ込めることができ、損失を低減することができる。

特許第３２１６１３７号公報

しかしながら、一般的に、パワーフロー角ξは圧電基板の材料およびカット角により一意に決定されるものとされているため、パワーフロー角ξを有するとされる圧電基板を用いて、複数の共振器を有するフィルタを構成した場合には、全てのＩＤＴ電極の電極指および共振器の導体ストリップの配列方向は一律の角度ξだけ、弾性表面波の波面の進行方向から傾斜した構成となる。図１１に、このようなフィルタ９５０の構成を模式的に示す。フィルタ９５０は、直列共振器９５５と並列共振器９５６とを有するラダー型フィルタである。直列共振器９５５のＩＤＴ電極９５１ａの電極指９５３ａおよび反射器９５２ａの導体ストリップ９５４ａの配列方向は、弾性表面波の波面の進行方向からパワーフロー角ξだけ傾斜している。また、並列共振器９５６のＩＤＴ電極９５１ｂの電極指９５３ｂおよび反射器９５２ｂの導体ストリップ９５４ｂの配列方向も、弾性表面波の波面の進行方向からパワーフロー角ξだけ傾斜している。

発明者は、圧電基板上にＩＤＴ電極や反射器のようなグレーティングを配置した場合には、励起する弾性表面波の周波数によって、パワーフロー角が異なることを明らかにした。ここで、圧電基板のみの場合のパワーフロー角と、圧電基板にグレーティングを配置して弾性波素子を形成した場合の実際のパワーフロー角とを区別するために、前者を「圧電基板のパワーフロー角」、後者を「グレーティングのパワーフロー角」と定義することにする。また、ＩＤＴ電極の電極指の延伸方向に対して垂直の方向と、電極指および反射器の導体ストリップの配列方向とがなす角を、チルト角と呼ぶことにする。

このようにグレーティングのパワーフロー角が周波数依存性を持つことから、励起される弾性表面波の周波数によって最適なチルト角が異なることになる。すなわち、フィルタとして利用される共振器においては、共振周波数と反共振周波数とで、最もエネルギーを効果的に閉じ込め損失を低減できるチルト角が異なる。

したがって、共振周波数でのグレーティングのパワーフロー角に合わせてチルト角を決定した場合には、共振周波数においては損失を低減することができるが、反共振周波数においてグレーティングのパワーフロー角とチルト角との間に差が生じるため、損失が発生することとなる。一般に、複数の共振器を用いてフィルタを構成する際には、一方の共振器では共振周波数での特性、他方の共振器では反共振周波数での特性が重要となるため、従来技術のように全ての共振器を圧電基板のパワーフロー角に合わせてチルト角を決定した場合には、一方の共振器の共振周波数での特性、もしくは他方の共振器の反共振周波数での特性、あるいはその双方が劣化し、結果的にフィルタ全体の特性が劣化することとなる。

そこで本発明は、弾性表面波の波面の進行方向とエネルギーの進行方向が異なるビームステアリングを有する圧電基板を用いて弾性表面波フィルタを構成した場合に、フィルタ特性の劣化を低減することを目的とする。

本発明の第１の局面は、第１および第２の弾性波共振器を備えた弾性波素子であって、第１の弾性波共振器の電極指の延伸方向に対して垂直の方向と当該電極指の配列方向とのなす角である第１のチルト角と、第２の弾性波共振器の電極指の延伸方向に対して垂直の方向と当該電極指の配列方向とのなす角である第２のチルト角とを異ならせた弾性波素子である。

ここで、第１の弾性波共振器は直列腕に接続された直列共振器であり、第２の弾性波共振器は並列腕に接続された並列共振器であり、第１の弾性波共振器の共振周波数におけるパワーフロー角は、第２の弾性波共振器の反共振周波数におけるパワーフロー角よりも大きく、第１のチルト角は第２のチルト角よりも大きいことが好ましい。あるいは、第１の弾性波共振器の共振周波数におけるパワーフロー角は、第２の弾性波共振器の反共振周波数におけるパワーフロー角よりも小さく、第１のチルト角は第２のチルト角よりも小さくてもよい。

あるいは、第１の弾性波共振器は直列腕に接続された直列共振器であり、第１のチルト角は、第１の弾性波共振器の共振周波数におけるパワーフロー角の±１°の範囲内であることが好ましい。あるいはまた、第２の弾性波共振器は並列腕に接続された並列共振器であり、第２のチルト角は、第２の弾性波共振器の反共振周波数におけるパワーフロー角の±１°の範囲内であることが好ましい。

あるいは、第１および第２の弾性波共振器は直列腕に接続された直列共振器であり、第１の弾性波共振器の共振周波数におけるパワーフロー角は、第２の弾性波共振器の共振周波数におけるパワーフロー角よりも大きく、第１のチルト角は、第２のチルト角よりも大きいことが好ましい。

あるいは、第１および第２の弾性波共振器は直列腕に接続された直列共振器であり、第１の弾性波共振器の反共振周波数は第２の弾性波共振器の反共振周波数より低く、第１の弾性波共振器の反共振周波数におけるグレーティングのパワーフロー角と第１のチルト角との差の絶対値は第２の弾性波共振器の反共振周波数におけるグレーティングのパワーフロー角と第２のチルト角との差の絶対値より小さいことが好ましい。

あるいは、第１および第２の弾性波共振器は並列腕に接続された並列共振器であり、第１の弾性波共振器の反共振周波数におけるパワーフロー角は、第２の弾性波共振器の反共振周波数におけるパワーフロー角よりも小さく、第１のチルト角は、第２のチルト角よりも小さいことが好ましい。

あるいは、第１および第２の弾性波共振器は並列腕に接続された並列共振器であり、第１の弾性波共振器の共振周波数は第２の弾性波共振器の共振周波数より高く、第１の弾性波共振器の共振周波数におけるグレーティングのパワーフロー角と第１のチルト角との差の絶対値は第２の弾性波共振器の共振周波数におけるグレーティングのパワーフロー角と第２のチルト角との差の絶対値より小さいことが好ましい。

本発明の第２の局面は、第１の周波数帯を通過帯域とする第１の弾性波フィルタと、第１の周波数帯より高い第２の周波数帯を通過帯域とする第２の弾性波フィルタとを備えたアンテナ共用器であって、第１の弾性波フィルタは、直列腕に接続された第１の弾性波共振器と並列腕に接続された第２の弾性波共振器とを有し、第１の弾性波共振器の電極指の延伸方向に対して垂直の方向と当該電極指の配列方向とのなす角である第１のチルト角と、第１の弾性波共振器の反共振周波数におけるパワーフロー角との差の絶対値は、第２の弾性波共振器の電極指の延伸方向に対して垂直の方向と当該電極指の配列方向とのなす角である第２のチルト角と、第２の弾性波共振器の共振周波数におけるパワーフロー角との差の絶対値より小さい、アンテナ共用器である。

本発明の第３の局面は、第１の周波数帯を通過帯域とする第１の弾性波フィルタと、第１の周波数帯より高い第２の周波数帯を通過帯域とする第２の弾性波フィルタとを備えたアンテナ共用器であって、第２の弾性波フィルタは、直列腕に接続された第１の弾性波共振器と並列腕に接続された第２の弾性波共振器とを有し、第２の弾性波共振器の電極指の延伸方向に対して垂直の方向と当該電極指の配列方向とのなす角である第１のチルト角と、第２の弾性波共振器の共振周波数におけるパワーフロー角との差の絶対値は、第１の弾性波共振器の電極指の延伸方向に対して垂直の方向と当該電極指の配列方向とのなす角である第２のチルト角と、第１の弾性波共振器の反共振周波数におけるパワーフロー角との差の絶対値より小さい、アンテナ共用器である。

本発明の第４の局面は、第１の周波数帯を通過帯域とする第１の弾性波フィルタと、第１の周波数帯より高い第２の周波数帯を通過帯域とする第２の弾性波フィルタとを備えたアンテナ共用器であって、第１の弾性波フィルタは、信号を受信する受信フィルタであって、直列腕に接続された複数の第１の弾性波共振器と並列腕に接続された第２の弾性波共振器とを有し、第１の直列共振器のうち、入力側初段の直列共振器の電極指の延伸方向に対して垂直の方向と当該電極指の配列方向とのなす角である第１のチルト角と、当該入力側初段の直列共振器の共振周波数におけるパワーフロー角との差の絶対値は、第１の直列共振器のうち、入力側初段以外のいずれかの直列共振器の電極指の延伸方向に対して垂直の方向と当該電極指の配列方向とのなす角である第２のチルト角と、当該入力側初段以外の直列共振器の共振周波数におけるパワーフロー角との差の絶対値より小さい、アンテナ共用器である。

本発明の第５の局面は、第１の周波数帯を通過帯域とする第１の弾性波フィルタと、第１の周波数帯より高い第２の周波数帯を通過帯域とする第２の弾性波フィルタとを備えたアンテナ共用器であって、第２の弾性波フィルタは、信号を受信する受信フィルタであって、直列腕に接続された複数の第１の弾性波共振器と並列腕に接続された第２の弾性波共振器とを有し、第１の直列共振器のうち、入力側初段の直列共振器の電極指の延伸方向に対して垂直の方向と当該電極指の配列方向とのなす角である第１のチルト角と、当該入力側初段の直列共振器の共振周波数におけるパワーフロー角との差の絶対値は、第１の直列共振器のうち、入力側初段以外のいずれかの直列共振器の電極指の延伸方向に対して垂直の方向と当該電極指の配列方向とのなす角である第２のチルト角と、当該入力側初段以外の直列共振器の共振周波数におけるパワーフロー角との差の絶対値より小さい、アンテナ共用器である。

本発明によれば、弾性表面波の波面の進行方向とエネルギーの進行方向が異なるビームステアリングを有する圧電基板を用いて弾性表面波フィルタを構成した場合に、フィルタ特性の劣化を低減することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るフィルタの構成図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係るチルト角と反共振周波数におけるＱ値との関係を示す図である。 図３は、本発明の第２の実施形態に係るフィルタの構成図である。 図４は、本発明の第２の実施形態に係るフィルタおよび共振器の周波数特性を示す図である。 図５は、本発明の第３の実施形態に係るフィルタの構成図である。 図６は、本発明の第３の実施形態に係るフィルタおよび共振器の周波数特性を示す図である。 図７は、本発明の第４の実施形態に係るフィルタの構成図である。 図８は、本発明の第５の実施形態に係るフィルタの構成図である。 図９は、本発明の第６の実施形態に係るフィルタの構成図である。 図１０は、従来のフィルタの構成図である。 図１１は、従来のフィルタの構成図である。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係るラダー型フィルタ１００の構成図である。ラダー型フィルタ１００は、直列接続された直列共振器１０５および並列接続された並列共振器１０６により構成されている。これらの共振器の各ＩＤＴ電極１０１ａ、１０１ｂの電極指１０３ａ、１０３ｂおよび、各反射器１０２ａ、１０２ｂの導体ストリップ１０４ａ、１０４ｂは、その延伸方向が弾性表面波の波面の進行方向であるＸ軸に直交して、互いに平行に並んでいる。また、これらの配列方向は、直列共振器１０５と並列共振器１０６とで異なり、それぞれチルト角τ１およびτ２の方向に沿っている。共振器ごとにチルト角が異なる点で、ラダー型フィルタ１００は、従来のラダー型フィルタ９５０と異なる。

ラダー型フィルタ１００の圧電基板１１０としては、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）系の圧電体が用いられ、オイラー角（φ，θ，ψ）は、（１５°，８５°，−１５°）である。また、ＩＤＴ電極１０１ａ、１０１ｂおよび反射器１０２ａ、１０２ｂとしては、例えば、アルミニウム、銅、銀、金、チタン、タングステン、モリブデン、白金、またはクロムからなる単体金属、もしくはこれらを主成分とする合金、またはこれらの金属を積層させた積層体からなる電極が用いられる。

一般に、このようなトリプルローテーションのカット角の圧電基板においては、弾性表面波の波面の進行方向に対して結晶の対称性が無いため、位相の伝搬方向とエネルギーの進行方向とが異なるビームステアリングが生じる。さらに、このような圧電基板を用いて、圧電基板上にグレーティングを配置した場合には、周波数依存性を持つグレーティングのパワーフロー角を有することになる。本実施形態においては、共振周波数で１．４°、反共振周波数で−２．６°である。

そこで、直列共振器１０５と並列共振器１０６のチルト角を異ならせることで、フィルタ特性の劣化を低減する。例えば、図１に示すように直列共振器１０５については、チルト角τ１を共振周波数でのグレーティングのパワーフロー角ξ１である１．４°に合わせ、並列共振器１０６については、チルト角τ２を反共振周波数でのグレーティングのパワーフロー角ξ２である−２．６°に合わせる構成とする。なお、図１ではチルト角τ１、τ２を誇張して示している。他の図も同様とする。この構成により、直列共振器１０５の共振周波数および並列共振器１０６の反共振周波数での損失を低減することができ、ラダー型フィルタ１００のフィルタ特性の劣化を抑えることができる。

なお、上記ではチルト角をグレーティングのパワーフロー角に一致させたが、厳密に一致させなくてもよい。図２に、チルト角と反共振周波数でのＱ値であるＱｐ値との関係の一例を示す。図２に示すようにチルト角がグレーティングパワーフロー角−２．６°から±１°以内の範囲であっても、Ｑ値の最大値からの劣化を２０％以内に抑えられる。また、このような角度範囲でなくとも、チルト角をパワーフロー角の一定範囲内に設定することでＱ値を改善することができる。また、ここではチルト角をグレーティングのパワーフロー角に一致させた共振器をラダー型フィルタに適用する場合について説明したが、他のフィルタに適用しても同様の効果が得られる。

また、各共振器を圧電基板に形成する際、各共振器の電極指の延伸方向が同一方向となるよう形成してもよく、共振器ごとに異なる方向となるよう形成してもよい。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、特に説明しない構成については、第１の実施形態と同様である。図３は本実施形態に係るラダー型フィルタ２００の構成図である。ラダー型フィルタ２００は、図３に示すように、圧電基板２１０上に、直列共振器２０５および並列共振器２０６と、その後段に、さらに直列共振器２０７および並列共振器２０８とを連続して配置することにより構成された、２段のラダー型フィルタである。一般に、２段のラダー型フィルタにおいて、初段の直列共振器の共振周波数と２段目の直列共振器の共振周波数は異なっている。

ラダー型フィルタ２００においても、直列共振器２０５および２０７の共振周波数は異なり、直列共振器２０５の共振周波数でのグレーティングのパワーフロー角ξ３と直列共振器２０７の共振周波数でのグレーティングのパワーフロー角ξ４も異なる。そこで、ラダー型フィルタ２００では、直列共振器２０５と直列共振器２０７のチルト角τ３およびτ４を異ならせている。具体的には、図３に示すように、直列共振器２０５のチルト角τ３は直列共振器２０５の共振周波数でのグレーティングのパワーフロー角ξ３の値±１°以内の範囲に合わせ、直列共振器２０７のチルト角τ４は直列共振器２０７の共振周波数でのグレーティングのパワーフロー角ξ４の値±１°以内の範囲に合わせる。

ラダー型フィルタ２００では、直列共振器２０５の共振周波数が直列共振器２０７の共振周波数よりも高く、直列共振器２０５のチルト角τ３は、直列共振器２０７のチルト角τ４よりも大きくなる。これにより、直列共振器２０５および２０７のそれぞれの共振周波数でのビームステアリングによる損失を抑えることができるため、フィルタ特性の劣化を抑えることができる。なお、ここではラダーの段数が２段の場合を例に挙げて説明したが、３段以上の場合でも、各直列共振器のチルト角をそれぞれの共振周波数でのグレーティングのパワーフロー角の値±１°以内の範囲に合わせることで、同様の効果が得られる。

また、図４は、直列共振器２０５の周波数特性と直列共振器２０７の周波数特性とラダー型フィルタ２００の通過特性を示す図である。図４に示すように、直列共振器２０７の周波数特性を示す線は直列共振器２０５の周波数特性を示す線よりラダー型フィルタ２００の通過帯域の内側に存在し、直列共振器２０７の反共振周波数は直列共振器２０５の反共振周波数より低いため、直列共振器２０７の周波数特性は直列共振器２０５の周波数特性よりラダー型フィルタ２００の通過帯域の高域側の急峻性に大きく影響を及ぼす。よって、直列共振器２０７の反共振周波数でのＱ値の劣化量を直列共振器２０５の反共振周波数でのＱ値の劣化量より抑制するために、直列共振器２０７の反共振周波数におけるグレーティングのパワーフロー角とチルト角との差の絶対値を直列共振器２０５の反共振周波数におけるグレーティングのパワーフロー角とチルト角との差の絶対値より小さくすることが望ましい。これにより、ラダー型フィルタ２００の通過帯域の高域側の急峻性が向上する。

即ち、例えば、複数の直列共振器のうち、最も反共振周波数の低い直列共振器のチルト角をこの直列共振器の反共振周波数でのグレーティングのパワーフロー角の値±１°以内の範囲に合わせると共に、その他の直列共振器のチルト角をそれぞれの共振周波数でのグレーティングのパワーフロー角の値±１°以内の範囲に合わせることで、ラダー型フィルタ２００のフィルタ特性の劣化の抑制と高域側の急峻性を両立させることができる。

（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、特に説明しない構成については、第１の実施形態と同様である。図５は本実施形態に係るラダー型フィルタ３００の構成図である。ラダー型フィルタ３００は、図５に示すように、圧電基板３１０上に、直列共振器３０５および並列共振器３０６と、その後段に、さらに直列共振器３０７および並列共振器３０８とを連続して配置することにより構成された、２段のラダー型フィルタである。

ラダー型フィルタ３００は、第２の実施形態におけるラダー型フィルタ２００において、直列共振器のチルト角を０°とし、並列共振器のチルト角を異ならせたものである。一般に、２段のラダー型フィルタにおいて、初段の並列共振器の反共振周波数と２段目の並列共振器の反共振周波数は異なっている。ラダー型フィルタ３００においても、並列共振器３０６および３０８の反共振周波数は異なっており、並列共振器３０６の反共振周波数でのグレーティングのパワーフロー角ξ５と並列共振器３０８の反共振周波数でのグレーティングのパワーフロー角ξ６も異なる。そこで、図５に示すように並列共振器３０６と並列共振器３０８のチルト角τ５およびτ６を異ならせている。具体的には、並列共振器３０６のチルト角τ５は並列共振器３０６の反共振周波数でのグレーティングのパワーフロー角ξ５の値±１°以内の範囲に合わせ、並列共振器３０８のチルト角τ６は並列共振器３０８の反共振周波数でのグレーティングのパワーフロー角τ６の値±１°以内の範囲に合わせる。

ラダー型フィルタ３００では、並列共振器３０６の反共振周波数が並列共振器３０８の反共振周波数よりも高く、並列共振器３０６のチルト角τ５は、並列共振器３０８のチルト角τ６よりも大きくなる。これにより、並列共振器３０６および３０８のそれぞれの反共振周波数でのビームステアリングによる損失を抑えることができるため、フィルタ特性の劣化を抑えることができる。なお、ここではラダーの段数が２段の場合を例に挙げて説明したが、３段以上の場合でも、各並列共振器のチルト角をそれぞれの反共振周波数でのグレーティングのパワーフロー角の値±１°以内の範囲に合わせることで、同様の効果が得られる。

なお、ラダー型フィルタ３００において、並列共振器３０６および３０８だけでなく、直列共振器３０５および３０７についても、各チルト角を、それぞれの共振周波数でのグレーティングのパワーフロー角の値±１°以内の範囲に合わせてもよい。

また、図６は、並列共振器３０６の周波数特性と並列共振器３０８の周波数特性とラダー型フィルタ３００の通過特性を示す図である。図６に示すように、並列共振器３０６の周波数特性を示す線は並列共振器３０８の周波数特性を示す線よりラダー型フィルタ３００の通過帯域の内側に存在し、並列共振器３０６の共振周波数は並列共振器３０８の共振周波数より高いため、並列共振器３０６の周波数特性は並列共振器３０８の周波数特性よりラダー型フィルタ３００の通過帯域の低域側の急峻性に大きく影響を及ぼす。よって、並列共振器３０６の共振周波数でのＱ値の劣化量を並列共振器３０５の共振周波数でのＱ値の劣化量より抑制するために、並列共振器３０６の共振周波数におけるグレーティングのパワーフロー角とチルト角との差の絶対値を並列共振器３０８の共振周波数におけるグレーティングのパワーフロー角とチルト角との差の絶対値より小さくすることが望ましい。これにより、ラダー型フィルタ３００の通過帯域の低域側の急峻性が向上する。

（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、特に説明しない構成は、第１の実施形態１と同様である。図７は、本実施形態に係る共用器４００の構成図である。図７に示すように、共用器４００は、圧電基板４１０上に、第１の周波数帯を通過帯域とするラダー型フィルタ４２１および第２の周波数帯を通過帯域とするラダー型フィルタ４２２を形成して接続することで構成される。以下、第１の周波数帯は、第２の周波数帯より低周波数側にあるとする。これらの周波数帯の用途としては、例えば、第１の周波数帯を送信帯域、第２の周波数帯を受信帯域とすることが挙げられる。

一般に、共用器においては、フィルタの通過特性とともに、アイソレーション特性が重要となる。すなわち第１の周波数帯の高周波側の減衰特性、および第２の周波数帯の低周波側の減衰特性が重要となる。ここで、ラダー型フィルタにおいては、フィルタ特性の低周波側の減衰極は並列接続共振器の反共振周波数によって、また高周波側の減衰極は直列接続共振器の反共振周波数によって構成される。したがって、第１の周波数帯を通過帯域とするラダー型フィルタ４２１としては、高周波数側の減衰極を構成する直列接続共振器の反共振周波数でのＱ値が重要となる。

共用器４００では、ラダー型フィルタ４２１の直列共振器４０５と並列共振器４０６のチルト角τ７、τ８を異ならせ、かつ、直列共振器４０５の反共振周波数におけるグレーティングのパワーフロー角ξ７とチルト角τ７との差の絶対値を、並列共振器の共振周波数におけるグレーティングのパワーフロー角ξ８とチルト角τ８との差の絶対値より小さくしている。これにより、直列共振器４０５の反共振周波数における損失が優先的に低減されてＱ値が改善され、ラダー型フィルタ４０１の高周波数側の減衰特性が向上する。このように、低帯域側の通過帯域を有するフィルタにおいて、アイソレーション特性に関わる高周波数側の減衰特性を改善することにより、共用器４００のアイソレーション特性を改善することができる。

なお、第１の周波数帯の通過帯域を形成するラダー型フィルタ４２１において、複数の直列共振器の反共振周波数が異なる場合、反共振周波数の相対的に低い直列共振器の周波数特性を示す線は反共振周波数の相対的に高い直列共振器の周波数特性を示す線よりラダー型フィルタ４２１の通過帯域の内側に存在し、反共振周波数の相対的に低い直列共振器の周波数特性は反共振周波数の相対的に高い直列共振器の周波数特性よりラダー型フィルタ４２１の通過帯域の高域側の急峻性に大きく影響を及ぼす。よって、反共振周波数の相対的に低い直列共振器の反共振周波数におけるグレーティングのパワーフロー角とチルト角との差の絶対値を反共振周波数の相対的に高い直列共振器の反共振周波数におけるグレーティングのパワーフロー角とチルト角との差の絶対値より小さくすることが望ましい。これにより、ラダー型フィルタ４２１の通過帯域の高域側の急峻性が向上する。

（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、特に説明しない構成は、第１の実施形態と同様である。上述したように、共用器においては、第１の周波数帯の高周波側の減衰特性だけでなく第２の周波数帯の低周波数側の減衰特性が重要となる。したがって、第２の周波数帯を通過帯域とするフィルタとしては、低周波側の減衰極を構成する並列接続共振器の共振周波数でのＱ値が重要となる。

図８は、本実施形態に係る共用器５００の構成図である。共用器５００は、第４の実施形態の共用器４００において、第１の周波数帯を通過帯域とするラダー型フィルタの各共振器のチルト角を０°とし、第２の周波数帯を通過帯域とするラダー型フィルタの各共振器のチルト角を異ならせたものである。

すなわち、図８に示すように、圧電基板５１０上に形成された第１の周波数帯を通過帯域とするラダー型フィルタ５２１の直列共振器５０５および並列共振器５０６のチルト角を０°とし、第２の周波数帯を通過帯域とするラダー型フィルタ５２２の直列共振器５０７と並列共振器５０８のチルト角をそれぞれτ９、τ１０と異ならせ、かつ、並列共振器５０８の共振周波数におけるグレーティングのパワーフロー角ξ１０とチルト角τ１０との差の絶対値を、直列共振器５０７の反共振周波数におけるグレーティングのパワーフロー角ξ９とチルト角τ９との差の絶対値より小さくしている。これにより、並列共振器５０８の共振周波数における損失が優先的に低減されてＱ値が改善され、ラダー型フィルタ５２２の低周波数側の減衰特性が向上する。このように、高帯域側の通過帯域を有するフィルタにおいて、アイソレーション特性に関わる低周波数側の減衰特性を改善することにより、共用器５００のアイソレーション特性を改善することができる。

なお、第１の周波数帯を通過帯域とするフィルタとして、第４の実施形態のラダー型フィルタ４２１を用い、第２の周波数帯を通過帯域とするフィルタとして、第５の実施形態のラダー型フィルタ５２２を用いた共用器を構成してもよい。この場合、共用器のアイソレーション特性をさらに改善することができる

また、第１の周波数帯を通過帯域とするフィルタの低周波数側の減衰特性および第２の周波数帯を通過帯域とするフィルタの高周波数側の減衰特性の向上は、共用器のアイソレーション特性の改善に寄与しないものの、各フィルタに要求される帯域特性に応じて適宜実施することができる。例えば、第４の実施形態の第１の周波数帯を通過帯域とするラダー型フィルタ４２１において、直列共振器４０５の反共振周波数におけるグレーティングのパワーフロー角ξ７とチルト角τ７との差の絶対値と同程度に、並列共振器４０６の共振周波数におけるグレーティングのパワーフロー角ξ８とチルト角τ８との差の絶対値を小さくしてもよい。この場合、ラダー型フィルタ４２２の低周波数側の減衰特性が改善される。また、第５の実施形態の第２の周波数帯を通過帯域とするラダー型フィルタ５２２において、並列共振器５０８の共振周波数におけるグレーティングのパワーフロー角ξ１０とチルト角τ１０との差の絶対値と同程度に、直列共振器５０７の反共振周波数におけるグレーティングのパワーフロー角ξ９とチルト角τ９との差の絶対値を小さくしてもよい。この場合、ラダー型フィルタ５２２の高周波数側の減衰特性が改善される。

なお、第２の周波数帯の通過帯域を形成するラダー型フィルタ５２２において、複数の並列共振器の共振周波数が異なる場合、共振周波数の相対的に高い並列共振器の周波数特性を示す線は共振周波数の相対的に低い並列共振器の周波数特性を示す線よりラダー型フィルタ５２２の通過帯域の内側に存在し、共振周波数の相対的に高い並列共振器の周波数特性は共振周波数の相対的に低い並列共振器の周波数特性よりラダー型フィルタ５２２の通過帯域の低域側の急峻性に大きく影響を及ぼす。よって、共振周波数の相対的に高い並列共振器の共振周波数におけるグレーティングのパワーフロー角とチルト角との差の絶対値を共振周波数の相対的に低い並列共振器の共振周波数におけるグレーティングのパワーフロー角とチルト角との差の絶対値より小さくすることが望ましい。これにより、ラダー型フィルタ５２２の通過帯域の高域側の急峻性が向上する。

（第６の実施形態）
以下、本発明の第６の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、特に説明しない構成は、第１の実施形態と同様である。図９は、本実施形態に係る共用器６００の構成図である。共用器６００は、第１の周波数帯を通過帯域とするフィルタ６２１および第２の周波数帯を通過帯域とする２段のラダー型フィルタ６２２を接続することで構成される。フィルタ６２１は送信側のフィルタであり、ラダー型フィルタ６２２は受信側のフィルタである。フィルタ６２１は内部構成を図示しないが、上述した各実施形態におけるラダー型フィルタのいずれか、または、任意のフィルタを用いることができる。

一般に、受信側のフィルタとして用いられる複数段のラダー型フィルタにおいては、初段の直列共振器に最も大きな電力が印加されることになる。したがって、耐電力性を確保するため、初段の直列共振器は、特に低損失であることが求められる。

そのため、共用器６００のラダー型フィルタ６２２の初段の直列共振器６０５の共振周波数におけるグレーティングのパワーフロー角ξ１１とチルト角τ１１との差の絶対値を、２段目の直列共振器６０７の共振周波数におけるグレーティングのパワーフロー角ξ１２とチルト角τ１２との差の絶対値よりも小さくしている。これにより、初段の直列共振器の損失を優先的に低減し、ラダー型フィルタ６２２の耐電力性を向上することができる。

なお、第１の通過帯域を受信帯域、第２の通過帯域を送信帯域とする場合であっても、第１の周波数帯を通過帯域とするフィルタに、上述のラダー型フィルタ６２２を適用すれば同様の効果が得られる。

また、ラダー型フィルタ６２２は、共用器の一部として利用するだけでなく、単体のフィルタとして利用することもできる。

また、２段のラダー型フィルタの代わりに、３以上の段数のラダー型フィルタを用いてもよい。この場合、初段の直列共振器の共振周波数におけるグレーティングのパワーフロー角とチルト角との差の絶対値を、初段以外のいずれかの直列共振器の共振周波数におけるグレーティングのパワーフロー角とチルト角との差の絶対値よりも小さくすればよい。

本発明は、情報通信機器等に用いられる弾性素子において有用である。特に携帯電話等の電子機器に用いられる共用器に適用可能である。

１００、２００、３００、４２１、４２２、５２１、５２２、６２１、６２２、９００、９５０ フィルタ
１０１ａ、１０１ｂ、９０１、９５１ａ、９５１ｂ ＩＤＴ電極
１０２ａ、１０２ｂ、９０２、９５２ａ、９５２ｂ 反射器
１０３ａ、１０３ｂ、９０３、９５３ａ、９５３ｂ 電極指
１０４ａ、１０４ｂ、９０４、９５４ａ、９５４ｂ 導体ストリップ
１０５、２０５、２０７、３０５、３０７、４０５、４０７、５０５、５０７、６０５、６０７、９５５ 直列共振器
１０６、２０６、２０８、３０６、３０８、４０６、４０８、５０６、５０８、９５６ 並列共振器
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、９１０ 圧電基板
４００、５００、６００ 共用器

Claims (16)

1. 第１および第２の弾性波共振器を備えた弾性波素子であって、
   前記第１の弾性波共振器の第１の複数電極指の延伸方向に対して垂直の方向と前記第１の複数電極指の配列方向とのなす角である第１のチルト角と、前記第２の弾性波共振器の第２の複数電極指の延伸方向に対して垂直の方向と前記第２の複数電極指の配列方向とのなす角である第２のチルト角とが異なり、
   前記第１の弾性波共振器は前記弾性波素子の直列腕に接続された直列共振器であり、
   前記第２の弾性波共振器は前記弾性波素子の並列腕に接続された並列共振器であり、
   前記第１の弾性波共振器の共振周波数におけるパワーフロー角は、前記第２の弾性波共振器の反共振周波数におけるパワーフロー角よりも大きく、
   前記第１のチルト角は前記第２のチルト角よりも大きい、弾性波素子。
2. 第１および第２の弾性波共振器を備えた弾性波素子であって、
   前記第１の弾性波共振器の第１の複数電極指の延伸方向に対して垂直の方向と前記第１の複数電極指の配列方向とのなす角である第１のチルト角と、前記第２の弾性波共振器の第２の複数電極指の延伸方向に対して垂直の方向と前記第２の複数電極指の配列方向とのなす角である第２のチルト角とが異なり、
   前記第１の弾性波共振器は前記弾性波素子の直列腕に接続された直列共振器であり、
   前記第２の弾性波共振器は前記弾性波素子の並列腕に接続された並列共振器であり、
   前記第１の弾性波共振器の共振周波数におけるパワーフロー角は、前記第２の弾性波共振器の反共振周波数におけるパワーフロー角よりも小さく、
   前記第１のチルト角は前記第２のチルト角よりも小さい、弾性波素子。
3. 第１および第２の弾性波共振器を備えた弾性波素子であって、
   前記第１の弾性波共振器の第１の複数電極指の延伸方向に対して垂直の方向と前記第１の複数電極指の配列方向とのなす角である第１のチルト角と、前記第２の弾性波共振器の第２の複数電極指の延伸方向に対して垂直の方向と前記第２の複数電極指の配列方向とのなす角である第２のチルト角とが異なり、
   前記第１の弾性波共振器は前記弾性波素子の直列腕に接続された直列共振器であり、
   前記第１のチルト角は、前記第１の弾性波共振器の共振周波数におけるパワーフロー角の±１°の範囲内である、弾性波素子。
4. 第１および第２の弾性波共振器を備えた弾性波素子であって、
   前記第１の弾性波共振器の第１の複数電極指の延伸方向に対して垂直の方向と前記第１の複数電極指の配列方向とのなす角である第１のチルト角と、前記第２の弾性波共振器の第２の複数電極指の延伸方向に対して垂直の方向と前記第２の複数電極指の配列方向とのなす角である第２のチルト角とが異なり、
   前記第２の弾性波共振器は前記弾性波素子の並列腕に接続された並列共振器であり、
   前記第２のチルト角は、前記第２の弾性波共振器の反共振周波数におけるパワーフロー角の±１°の範囲内である、弾性波素子。
5. 第１および第２の弾性波共振器を備えた弾性波素子であって、
   前記第１の弾性波共振器の第１の複数電極指の延伸方向に対して垂直の方向と前記第１の複数電極指の配列方向とのなす角である第１のチルト角と、前記第２の弾性波共振器の第２の複数電極指の延伸方向に対して垂直の方向と前記第２の複数電極指の配列方向とのなす角である第２のチルト角とが異なり、
   前記第１および第２の弾性波共振器は前記弾性波素子の直列腕に接続された直列共振器であり、
   前記第１の弾性波共振器の共振周波数におけるパワーフロー角は、前記第２の弾性波共振器の共振周波数におけるパワーフロー角よりも大きく、
   前記第１のチルト角は、前記第２のチルト角よりも大きい、弾性波素子。
6. 第１および第２の弾性波共振器を備えた弾性波素子であって、
   前記第１の弾性波共振器の第１の複数電極指の延伸方向に対して垂直の方向と前記第１の複数電極指の配列方向とのなす角である第１のチルト角と、前記第２の弾性波共振器の第２の複数電極指の延伸方向に対して垂直の方向と前記第２の複数電極指の配列方向とのなす角である第２のチルト角とが異なり、
   前記第１および第２の弾性波共振器は前記弾性波素子の直列腕に接続された直列共振器であり、
   前記第１の弾性波共振器の反共振周波数は前記第２の弾性波共振器の反共振周波数より低く、
   前記第１の弾性波共振器の反共振周波数におけるグレーティングのパワーフロー角と前記第１のチルト角との差の絶対値は前記第２の弾性波共振器の反共振周波数におけるグレーティングのパワーフロー角と前記第２のチルト角との差の絶対値より小さい、弾性波素子。
7. 第１および第２の弾性波共振器を備えた弾性波素子であって、
   前記第１の弾性波共振器の第１の複数電極指の延伸方向に対して垂直の方向と前記第１の複数電極指の配列方向とのなす角である第１のチルト角と、前記第２の弾性波共振器の第２の複数電極指の延伸方向に対して垂直の方向と前記第２の複数電極指の配列方向とのなす角である第２のチルト角とが異なり、
   前記第１および第２の弾性波共振器は前記弾性波素子の並列腕に接続された並列共振器であり、
   前記第１の弾性波共振器の反共振周波数におけるパワーフロー角は、前記第２の弾性波共振器の反共振周波数におけるパワーフロー角よりも小さく、
   前記第１のチルト角は、前記第２のチルト角よりも小さい、弾性波素子。
8. 第１および第２の弾性波共振器を備えた弾性波素子であって、
   前記第１の弾性波共振器の第１の複数電極指の延伸方向に対して垂直の方向と前記第１の複数電極指の配列方向とのなす角である第１のチルト角と、前記第２の弾性波共振器の第２の複数電極指の延伸方向に対して垂直の方向と前記第２の複数電極指の配列方向とのなす角である第２のチルト角とが異なり、
   前記第１および第２の弾性波共振器は前記弾性波素子の並列腕に接続された並列共振器であり、
   前記第１の弾性波共振器の共振周波数は前記第２の弾性波共振器の共振周波数より高く、
   前記第１の弾性波共振器の共振周波数におけるグレーティングのパワーフロー角と前記第１のチルト角との差の絶対値は前記第２の弾性波共振器の共振周波数におけるグレーティングのパワーフロー角と前記第２のチルト角との差の絶対値より小さい、弾性波素子。
9. 第１の周波数帯を通過帯域とする第１の弾性波フィルタと、前記第１の周波数帯より高い第２の周波数帯を通過帯域とする第２の弾性波フィルタとを備えたアンテナ共用器であって、
   前記第１の弾性波フィルタは、前記第１の弾性波フィルタの直列腕に接続された第１の弾性波共振器と前記第１の弾性波フィルタの並列腕に接続された第２の弾性波共振器とを有し、
   前記第１の弾性波共振器の電極指の延伸方向に対して垂直の方向と当該電極指の配列方向とのなす角である第１のチルト角と、前記第１の弾性波共振器の反共振周波数におけるパワーフロー角との差の絶対値は、前記第２の弾性波共振器の電極指の延伸方向に対して垂直の方向と当該電極指の配列方向とのなす角である第２のチルト角と、前記第２の弾性波共振器の共振周波数におけるパワーフロー角との差の絶対値より小さい、アンテナ共用器。
10. 第１の周波数帯を通過帯域とする第１の弾性波フィルタと、前記第１の周波数帯より高い第２の周波数帯を通過帯域とする第２の弾性波フィルタとを備えたアンテナ共用器であって、
    前記第２の弾性波フィルタは、前記第２の弾性波フィルタの直列腕に接続された第１の弾性波共振器と前記第２の弾性波フィルタの並列腕に接続された第２の弾性波共振器とを有し、
    前記第２の弾性波共振器の電極指の延伸方向に対して垂直の方向と当該電極指の配列方向とのなす角である第１のチルト角と、前記第２の弾性波共振器の共振周波数におけるパワーフロー角との差の絶対値は、前記第１の弾性波共振器の電極指の延伸方向に対して垂直の方向と当該電極指の配列方向とのなす角である第２のチルト角と、前記第１の弾性波共振器の反共振周波数におけるパワーフロー角の差の絶対値より小さい、アンテナ共用器。
11. 第１の周波数帯を通過帯域とする第１の弾性波フィルタと、前記第１の周波数帯より高い第２の周波数帯を通過帯域とする第２の弾性波フィルタとを備えたアンテナ共用器であって、
    前記第１の弾性波フィルタは、信号を受信する受信フィルタであって、前記第１の弾性波フィルタの直列腕に接続された複数の第１の弾性波共振器と前記第１の弾性波フィルタの並列腕に接続された第２の弾性波共振器とを有し、
    前記第１の直列共振器のうち、入力側初段の直列共振器の電極指の延伸方向に対して垂直の方向と当該電極指の配列方向とのなす角である第１のチルト角と、当該入力側初段の直列共振器の共振周波数におけるパワーフロー角との差の絶対値は、前記第１の直列共振器のうち、入力側初段以外のいずれかの直列共振器の電極指の延伸方向に対して垂直の方向と当該電極指の配列方向とのなす角である第２のチルト角と、当該入力側初段以外の直列共振器の共振周波数におけるパワーフロー角との差の絶対値より小さい、アンテナ共用器。
12. 第１の周波数帯を通過帯域とする第１の弾性波フィルタと、前記第１の周波数帯より高い第２の周波数帯を通過帯域とする第２の弾性波フィルタとを備えたアンテナ共用器であって、
    前記第２の弾性波フィルタは、信号を受信する受信フィルタであって、前記第２の弾性波フィルタの直列腕に接続された複数の第１の弾性波共振器と前記第２の弾性波フィルタの並列腕に接続された第２の弾性波共振器とを有し、
    前記第１の直列共振器のうち、入力側初段の直列共振器の電極指の延伸方向に対して垂直の方向と当該電極指の配列方向とのなす角である第１のチルト角と、当該入力側初段の直列共振器の共振周波数におけるパワーフロー角との差の絶対値は、前記第１の直列共振器のうち、入力側初段以外のいずれかの直列共振器の電極指の延伸方向に対して垂直の方向と当該電極指の配列方向とのなす角である第２のチルト角と、当該入力側初段以外の直列共振器の共振周波数におけるパワーフロー角との差の絶対値より小さい、アンテナ共用器。
13. トリプルローテーションのカット角を有する圧電基板をさらに含み、
    前記第１の弾性波共振器及び前記第２の弾性波共振器は前記圧電基板上に形成される、請求項１から８のいずれか一項に記載の弾性波素子。
14. 前記圧電基板はニオブ酸リチウムである、請求項１３に記載の弾性波素子。
15. 前記第２の弾性波フィルタは、前記第２の弾性波フィルタの直列腕に接続された第３の弾性波共振器と、前記第２の弾性波フィルタの並列腕に接続された第４の弾性波共振器とを有する、請求項９に記載のアンテナ共用器。
16. 前記第１の弾性波フィルタは、前記第１の弾性波フィルタの直列腕に接続された第３の弾性波共振器と、前記第１の弾性波フィルタの並列腕に接続された第４の弾性波共振器とを有する、請求項１０に記載のアンテナ共用器。

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