JP5842513B2 - ラダー型フィルタ - Google Patents

Description

本発明は、例えば、帯域フィルタとして用いられるラダー型フィルタに関し、より詳細には、複数の弾性波共振子からなる複数の直列腕共振子を有するラダー型フィルタに関する。

従来、弾性表面波共振子や弾性境界波共振子を用いたラダー型フィルタが種々提案されている。下記の特許文献１には、図１１に示す回路構成を示すラダー型フィルタが開示されている。ラダー型フィルタ１０１では、直列腕に複数の直列腕共振子１０２，１０３が配置されている。直列腕とグラウンド電位とを結ぶように複数の並列腕が構成されている。複数の並列腕に、それぞれ、並列腕共振子１０４〜１０６が配置されている。直列腕共振子１０２，１０３及び並列腕共振子１０４〜１０６は、弾性表面波共振子により構成されている。より詳細には、弾性表面波共振子は、１ポート型弾性表面波共振子であり、ＩＤＴと一対の反射器とを備える。特許文献１では、直列腕共振子１０２のＩＤＴの電極指の対数と、直列腕共振子１０３のＩＤＴの電極指の対数とが異ならされている。それによって、ラダー型フィルタ１０１におけるリップルを改善することができるとされている。

特開２００１−１１９２６０号公報

ラダー型フィルタ１０１では、直列腕共振子１０２のＩＤＴの電極指の対数と、直列腕共振子１０３のＩＤＴの電極指の対数とを異ならせることにより、通過帯域内のマッチングをとっている。しかしながら、電極指の対数を異ならせると、直列腕共振子１０２の比帯域と、直列腕共振子１０３の比帯域にずれが生じる。その結果、直列腕共振子１０２の反共振周波数と、直列腕共振子１０３の反共振周波数がずれる。そのため、ラダー型フィルタ１０１の通過帯域高域側の減衰域において大きな減衰量を確保することができないという問題があった。

本発明の目的は、弾性波共振子からなる複数の直列腕共振子のＩＤＴの電極指の対数を異ならせた構成において、ラダー型フィルタの通過帯域よりも高域側における減衰量を十分大きくすることを可能とするラダー型フィルタを提供することにある。

本発明に係るラダー型フィルタは、直列腕及び並列腕を有する。直列腕に複数の直列腕共振子が配置されており、並列腕に並列腕共振子が配置されている。本発明では、直列腕共振子が複数の弾性波共振子からなる。本発明においては、上記複数の直列腕共振子を構成している複数の弾性波共振子において、少なくとも１つの弾性波共振子のＩＤＴの電極指の対数及び電極指ピッチが、残りの少なくとも１つの弾性波共振子のＩＤＴの電極指の対数及び電極指ピッチと異ならされており、かつ、反共振周波数が略一致している。すなわち、少なくとも１つの弾性波共振子のＩＤＴの電極指の対数が残りの少なくとも１つの弾性波共振子のＩＤＴの電極指の対数と異なっているだけでなく、電極指ピッチも異なっている。

また、本発明のラダー型フィルタのある特定の局面では、少なくとも１つの弾性波共振子のうちの対数の多いほうの弾性波共振子の反共振周波数が、残りの少なくとも１つの弾性波共振子のうち対数の少ないほうの弾性波共振子の反共振周波数に対して−０．１７％〜＋０．０１％の範囲となるようにされている。

本発明のラダー型フィルタのある特定の局面では、電極指の対数の多い方の弾性波共振子と、対数の少ない方の上記弾性波共振子とが直列腕において連続している。この場合には、お互いの共振子の配置が近いため、引き回し配線を短くできるため、寄生容量の影響を小さくすることができる。

本発明において、上記弾性波共振子としては、弾性表面波共振子を用いてもよく、弾性境界波共振子を用いてもよい。

本発明に係るラダー型フィルタによれば、複数の直列腕共振子を構成している複数の弾性波共振子において、少なくとも１つの弾性波共振子のＩＤＴの電極指の対数及び電極指ピッチが、残りの少なくとも１つの弾性波共振子のＩＤＴの電極指の対数及び電極指ピッチと異なっており、かつ反共振周波数が略一致している。このため、ラダー型フィルタの通過帯域高域側におけるリップルを抑圧できその結果、帯域外減衰量を十分に大きくすることが可能となる。

（ａ）は、本発明の一実施形態に係るラダー型フィルタの回路構成を示す図であり、（ｂ）は、弾性波共振子の電極構造を示す模式的平面図である。 本発明の一実施形態で直列腕共振子として用いられている第１の弾性波共振子のインピーダンス特性及び第２の弾性波共振子の電極指ピッチを変化させた場合のインピーダンス特性の変化を示す図である。 比較例１として用意したラダー型フィルタの減衰量周波数特性を示す図である。 比較例２として用意したラダー型フィルタの減衰量周波数特性を示す図である。 本発明の一実施形態のラダー型フィルタの減衰量周波数特性であり、図２の点線Ｄで示すインピーダンス特性を有する第２の弾性波共振子を用いた場合のフィルタ特性を示す図である。 本発明の一実施形態のラダー型フィルタの減衰量周波数特性であり、図２の二点鎖線Ｅで示すインピーダンス特性を有する第２の弾性波共振子を用いた場合のフィルタ特性を示す図である。 反共振周波数差が−０．１７％である場合のラダー型フィルタのフィルタ特性のシミュレーション結果を示す図である。 反共振周波数差が−０．１９％である場合のラダー型フィルタのフィルタ特性のシミュレーション結果を示す図である。 反共振周波数差が＋０．０１％である場合のラダー型フィルタのフィルタ特性のシミュレーション結果を示す図である。 反共振周波数差が＋０．０３％である場合のラダー型フィルタのフィルタ特性のシミュレーション結果を示す図である。 従来のラダー型フィルタの回路構成を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係るラダー型フィルタの回路図である。ラダー型フィルタ１は、入力端子２と出力端子３とを結ぶ直列腕を有する。直列腕に、複数の直列腕共振子を構成する複数の弾性波共振子Ｓ１〜Ｓ９が配置されている。

直列腕とグラウンド電位との間に第１〜第３の並列腕が構成されている。なお、第１の並列腕は、弾性波共振子Ｓ３，Ｓ４間の接続点とグラウンド電位との間に接続されている。第２の並列腕は、弾性波共振子Ｓ６，Ｓ７間の接続点とグラウンド電位との間に接続されている。第３の並列腕は、出力端子３とグラウンド電位との間に接続されている。

第１の並列腕に、並列腕共振子を構成している複数の弾性波共振子Ｐ１，Ｐ２が互いに直列に接続されている。第２の並列腕にも、同様に複数の並列腕共振子を構成している複数の弾性波共振子Ｐ３，Ｐ４が配置されている。第３の並列腕にも、同様に、複数の並列腕共振子を構成している複数の弾性波共振子Ｐ５，Ｐ６が配置されている。

周知のように、ラダー型フィルタでは、直列腕共振子の共振特性と、並列腕共振子の共振特性とにより通過帯域が構成されている。すなわち、通過帯域低域側における減衰が、弾性波共振子Ｐ１〜Ｐ６の共振周波数により設定され、通過帯域の高域側における減衰が、弾性波共振子Ｓ１〜Ｓ９の反共振周波数により設定される。

図１（ｂ）は、直列腕共振子及び並列腕共振子を構成している弾性波共振子の電極構造を模式的に示す平面図である。ここでは、代表例として、直列腕共振子を構成している弾性波共振子Ｓ５の電極構造を示す。弾性波共振子Ｓ５は、ＩＤＴ１１とＩＤＴ１１の弾性波伝搬方向両側に配置された反射器１２，１３とを有する。本実施形態の特徴は、直列腕共振子を構成している複数の弾性波共振子Ｓ１〜Ｓ９において、少なくとも１つの弾性波共振子の反共振周波数が、残りの少なくとも１つの弾性波共振子の反共振周波数と略一致するように、少なくとも１つの弾性波共振子の電極指の対数及び電極指ピッチが、残りの少なくとも１つの弾性波共振子のＩＤＴの電極指の対数及び電極指ピッチと異ならされていることにある。それによって、上記少なくとも１つの弾性波共振子の反共振周波数と、残りの少なくとも１つの弾性波共振子の反共振周波数の差が小さくなり、ラダー型フィルタ１では、通過帯域高域側における帯域外減衰量を拡大することができる。これを、具体的な実験例に基づき説明する。

上記弾性波共振子Ｓ１〜Ｓ９を以下の要領で作製した。各弾性波共振子を形成するために、圧電基板として２５°ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ_３を用いた。圧電基板上に、図１（ａ）に示した電極構造を形成し、さらにＳｉＯ_２からなる誘電体層を積層し、各弾性境界波共振子を形成した。弾性波共振子Ｓ１〜Ｓ９の具体的な仕様は以下の通りとして、比較例１、比較例２、実施例１及び２のラダー型フィルタを作製した。

電極材料としては、Ａｌ膜とＰｔ膜との積層金属膜を用いた。直列腕の設計パラメータは以下のとおりである。弾性波共振子Ｓ１〜Ｓ３のピッチ＝２．０１７８μｍ、共振周波数＝１７４４．７９ＭＨｚ、反共振周波数＝１８１５．００ＭＨｚ、最大交叉幅＝７２．９４μｍ、対数＝１６４対。弾性波共振子Ｓ４のピッチ＝１．９９５３μｍ、共振周波数＝１７６６．５６ＭＨｚ、反共振周波数＝１８３１．０８ＭＨｚ、最大交叉幅＝６１．０２μｍ、対数＝１３９対。弾性波共振子Ｓ６のピッチ＝２．０３０３μｍ、共振周波数＝１７３４．１４ＭＨｚ、反共振周波数＝１８０４．９０ＭＨｚ、最大交叉幅＝１２４．３３μｍ、対数＝１６８対。弾性波共振子Ｓ７〜Ｓ９のピッチ＝２．０１８３μｍ、共振周波数＝１７４３．８３ＭＨｚ、反共振周波数＝１８１２．９３ＭＨｚ、最大交叉幅＝７１．７６μｍ、対数＝１６２対。

（比較例１）
弾性波共振子Ｓ５：ＩＤＴの電極指の対数＝２７８対、最大交叉幅＝７５．１０μｍ、電極指ピッチ＝２．０３０３μｍ、設定共振周波数＝１６８７．５１ＭＨｚ、設定反共振周波数＝１８０７．７４ＭＨｚ

比較例１のラダー型フィルタでは、弾性波共振子Ｓ１〜Ｓ４，また弾性波共振子Ｓ７〜Ｓ９は、それぞれ、上記の通りとした。なお、比較例では、弾性波共振子Ｓ６において、電極指ピッチは弾性波共振子Ｓ５と同じく２．０３０３μｍである。

また、並列腕共振子としての弾性波共振子Ｐ１〜Ｐ６は以下の通りとした。

弾性波共振子Ｐ１〜Ｐ６：Ｐ１，Ｐ２のピッチ＝２．１３７９μｍ、共振周波数＝１６５５．１４ＭＨｚ、反共振周波数＝１７３９．０７ＭＨｚ、最大交叉幅＝１０７．９１μｍ、対数＝１３３対。弾性波共振子Ｐ３，Ｐ４のピッチ＝２．１２４７μｍ、共振周波数＝１６６５．１４ＭＨｚ、反共振周波数＝１７４７．００ＭＨｚ、最大交叉幅＝１０１．７６μｍ、対数＝１２６対。弾性波共振子Ｐ５，Ｐ６のピッチ＝２．１１２１μｍ、共振周波数＝１６８３．２０ＭＨｚ、反共振周波数＝１７４６．３８ＭＨｚ、最大交叉幅＝５５．３３μｍ、対数＝６９対。

（比較例２）
上記比較例１のラダー型フィルタと同様にして、但し、直列腕を構成している弾性波共振子Ｓ５の電極指ピッチを以下のように異ならせ、比較例２のラダー型フィルタを得た。なお、弾性波共振子Ｓ５以外の共振子の設計パラメータは比較例１と同じである。

弾性波共振子Ｓ５：ＩＤＴの電極指の対数＝２７８対、電極指ピッチ＝２．０３２３μｍ、共振周波数＝１６８６．９６ＭＨｚ、反共振周波数＝１８０５．３３ＭＨｚ。

なお、比較例２における弾性波共振子Ｐ１〜Ｐ６は、上記比較例１と同様とした。

（実施例１）
上記比較例２のラダー型フィルタと同様にして、但し、直列腕を構成している弾性波共振子Ｓ５の電極指ピッチを以下のように異ならせ、実施例１のラダー型フィルタを得た。なお、弾性波共振子Ｓ５以外の弾性波共振子の設計パラメータは比較例２と同じである。

弾性波共振子Ｓ５：ＩＤＴの電極指の対数＝２７８対、電極指ピッチ＝２．０３３３μｍ、共振周波数＝１６８５．４９ＭＨｚ、反共振周波数＝１８０５．０６ＭＨｚ。

実施例１においても、弾性波共振子Ｐ１〜Ｐ６は、上記比較例１と同様とした。

（実施例２）
上記比較例２ラダー型フィルタと同様にして、但し、直列腕を構成している弾性波共振子Ｓ５の電極指ピッチを以下のように異ならせ、実施例２のラダー型フィルタを得た。なお、弾性波共振子Ｓ５以外の共振子の設計パラメータは比較例２と同じとした。

弾性波共振子Ｓ５：ＩＤＴの電極指の対数＝２７８対、電極指ピッチ＝２．０３４４μｍ、共振周波数＝１６８５．１６ＭＨｚ、反共振周波数＝１８０３．４４ＭＨｚ。

実施例２においても、弾性波共振子Ｐ１〜Ｐ６は、上記比較例１と同様とした。

図２において、上記弾性波共振子Ｓ６のインピーダンス特性を実線Ａで示す。また、上記比較例１、比較例２、実施例１及び実施例２で用いた弾性波共振子Ｓ５のインピーダンス特性を、それぞれ、破線Ｂ、一点鎖線Ｃ、点線Ｄ及び二点鎖線Ｅで示す。

図２では、実線Ａで示す弾性波共振子Ｓ６の反共振周波数は１８０４．９０ＭＨｚである。破線Ｂで示す弾性波共振子Ｓ５の反共振周波数は１８０７．７４ＭＨｚにある。一点鎖線Ｃで示す弾性波共振子Ｓ５の反共振周波数は１８０５．３３ＭＨｚ付近である。点線Ｄで示す弾性波共振子Ｓ５の反共振周波数は１８０５．０６ＭＨｚである。二点鎖線Ｅで示す弾性波共振子Ｓ５の反共振周波数は１８０３．４４ＭＨｚ付近にある。

図２の実線Ａと破線Ｂを比較すれば明らかなように、電極指の対数が異なる弾性波共振子Ｓ６と比較例１で用意した弾性波共振子Ｓ５とでは、反共振周波数が大きくずれていることがわかる。これは、電極指の対数を異ならせたことにより、比帯域がシフトしたことによる。

これに対して、実施例１及び２で用いた弾性波共振子Ｓ５では、点線Ｄ及び二点鎖線Ｅから明らかなように、弾性波共振子Ｓ６と反共振周波数がさほど異ならないことがわかる。すなわち、電極指ピッチを変化させることより、弾性波共振子Ｓ５の反共振周波数を弾性波共振子Ｓ６の反共振周波数と略一致させ得ることがわかる。

なお、本明細書において反共振周波数を略一致させるとは、対数が少ない方の弾性波共振子（実施例では弾性波共振子Ｓ６に相当）の反共振周波数に対する、対数が多い方の弾性波共振子（実施例では弾性波共振子Ｓ５に相当）との反共振周波数の差が−０．１７％〜＋０．０１％の範囲内であることを意味する。反共振周波数差が上記の範囲内であれば、後述するラダー型フィルタの減衰量周波数特性上において、通過帯域高域側付近におけるリップルを抑制し、帯域外減衰量を十分大きくすることができる。

上記比較例１，２及び実施例１，２における弾性波共振子Ｓ５及び弾性波共振子Ｓ６の反共振周波数及び反共振周波数差を下記の表１にまとめて示す。

図３は、上記比較例１のラダー型フィルタの減衰量周波数特性を示す。図３から明らかなように、矢印Ｆで示すように、通過帯域高域側の端部において、リップルが大きく表れている。そのため、通過帯域高域側における通過帯域近傍の帯域外減衰量が小さくなっている。

図４は、比較例２のラダー型フィルタの減衰量周波数特性を示す。比較例２では、弾性波共振子Ｓ５の反共振周波数が弾性波共振子Ｓ６の反共振周波数に比較例１よりも近づいている。しかしながら、上記反共振周波数差が＋０．０２４％と比較的大きい。そのため、図４に示すリップルＧが発生している。

図５及び図６は、上記実施例１及び実施例２のラダー型フィルタの減衰量周波数特性を示す。図５及び図６を図３及び図４と対比すれば明らかなように、上記リップルを抑圧することができ、通過帯域高域側端部における帯域外減衰量を十分大きくし得ることがわかる。

また、前述の通り、上記反共振周波数差は−０．１７％〜＋０．０１％の範囲となることが必要である。これを、図７〜図１０を参照して説明する。図７〜図１０は、実施例１、実施例２及び比較例１、比較例２と同様にして、ただし、反共振周波数差を異ならせた場合のラダー型フィルタのシミュレーションによるフィルタ特性を示す。図７〜図１０では、それぞれ、上記反共振周波数差を−０．１７％、−０．１９％、＋０．０１％及び＋０．０３％とした。

図７では、通過帯域高域側にリップルが見られないのに対し、図８では、矢印Ｈで示すように通過帯域高域側の減衰部分においてリップルが認められる。また、図９では、反共振周波数差が＋０．０１％であり、通過帯域高域側において上記のようなリップルが認められない。これに対して、図１０では、反共振周波数差が０．０３％であるため、矢印Ｉで示すように、通過帯域高域側の減衰量が大きく変化する部分においてリップルＩから見られる。従って、上記反共振周波数差は−０．１７％〜＋０．０１％の範囲内にすることにより、上記リップルを抑制し得ることがわかる。

また、特許文献１に記載のように、直列腕を構成している複数の弾性波共振子において、ＩＤＴの電極指の対数を異ならせることにより、通過帯域内におけるリップルを抑圧することができる。従って、ＩＤＴの電極指の対数を異ならせ、通過帯域内リップルを抑制し得るだけでなく、上記実施例１，２から明らかなように、本実施形態によれば、通過帯域高域側端部における帯域外減衰量を十分大きくすることができる。従って、フィルタ特性を大幅に改善することが可能となる。特に、引き回しなどによる寄生容量等の反共振周波数への影響を小さくできるため、対数の多いほうの弾性波共振子と、対数の少ないほうの弾性波共振子が連続して、すなわち直列腕において隣り合っていることが好ましい。

なお、上記実施形態では、複数の直列腕共振子として弾性波共振子Ｓ１〜Ｓ９を用いたが、本発明におけるラダー型フィルタにおいては、直列腕に構成される複数の弾性波共振子の数及び配置は特に限定されるものではない。また、図１（ａ）に示した３段構成のラダー型フィルタに限らず、ラダー型フィルタにおけるフィルタの段数についても特に限定されるものではない。

また、複数の弾性波共振子Ｐ１〜Ｐ６についても特に限定されず、各並列腕に１つの並列腕共振子が配置されていてもよい。

上記実施形態では、弾性波共振子Ｓ１〜Ｓ９及び弾性波共振子Ｐ１〜Ｐ６を弾性境界波共振子で構成したが、弾性表面波共振子を用いてもよい。

１…ラダー型フィルタ
２…入力端子
３…出力端子
１１…ＩＤＴ
１２，１３…反射器
Ｐ１〜Ｐ６…弾性波共振子
Ｓ１〜Ｓ９…弾性波共振子

Claims (5)

1. 直列腕と、直列腕とグラウンド電位に接続された複数の並列腕とを有するラダー型フィ
   ルタであって、
   入力端子及び出力端子に接続されている前記直列腕に配置された複数の直列腕共振子と、
   前記並列腕に配置された並列腕共振子とを備え、
   前記各直列腕共振子は、ＩＤＴ電極を有する弾性波共振子からなり、前記複数の直列腕共振子は、前記入力端子から前記出力端子に向かって順に配置された、第１の直列腕共振子群、第２の直列腕共振子群及び第３の直列腕共振子群を有し、前記第１の直列腕共振子群と、前記第２の直列腕共振子群との間に１つの並列腕の一端が接続されており、前記第２の直列腕共振子群と、前記第３の直列腕共振子群との間に、他の１つの並列腕の一端が接続されており、前記第２の直列腕共振子群は、前記入力端子側から順に第１番目、第２番目及び第３番目の直列腕共振子を有し、
   前記第２の直列腕共振子群における前記第２番目の直列腕共振子における電極指の対数は、前記第１番目又は前記第３番目の直列腕共振子における電極指の対数と異なっており、かつ、前記第２番目の直列腕共振子の電極指ピッチは、前記第１番目又は前記第３番目の直列腕共振子の電極指ピッチよりも長い、ラダー型フィルタ。
2. 前記第１番目、第２番目及び第３番目の直列腕共振子を構成している弾性波共振子のうち、対数の多いほうの弾性波共振子の反共振周波数が、前記第１番目、第２番目及び第３番目の直列腕共振子を構成している弾性波共振子のうち対数の少ないほうの弾性波共振子の反共振周波数に対して、−０．１７％〜＋０．０１％の範囲とされている、請求項１に記載のラダー型フィルタ。
3. 前記第１番目、第２番目及び第３番目の直列腕共振子を構成している弾性波共振子のうち、対数の多いほうの弾性波共振子と、前記第１番目、第２番目及び第３番目の直列腕共振子を構成している弾性波共振子のうち、対数の少ないほうの弾性波共振子が直列腕において連続して構成されている、請求項１または２に記載のラダー型フィルタ。
4. 前記弾性波共振子が、弾性表面波共振子である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のラダー型フィルタ。
5. 前記弾性波共振子が弾性境界波共振子である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のラダー型フィルタ。

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