JP6959819B2 - マルチプレクサ - Google Patents

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Description

本発明は、直列共振子及び並列共振子を含むフィルタを備えるマルチプレクサに関する。
近年、携帯電話端末等の通信装置について、１つの端末で複数の周波数帯域及び複数の無線方式、いわゆるマルチバンド化及びマルチモード化に対応するため、高周波信号を周波数帯域ごとに分離（分波）するマルチプレクサが広く用いられている。このようなマルチプレクサに使用されるフィルタとして、直列共振子及び並列共振子を含むラダー型のフィルタが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載されているフィルタは、入力端子と出力端子とを結ぶ経路上に直列に配置された複数の直列共振子、及び、隣り合う直列共振子の間のノードとグランドとの間の経路に配置された複数の並列共振子を備えている。さらにこのフィルタでは、複数の並列共振子のうち両端に位置する並列共振子のそれぞれに、インダクタが並列接続されている。特許文献１に記載されているフィルタでは、並列共振子にインダクタを並列接続することで、フィルタの通過帯域幅を広げている。
国際公開第２０１４／０６４９８７号
しかしながら、特許文献１に記載されているフィルタでは、並列接続されたインダクタのＬ成分と並列共振子のＣ成分とで、共振周波数とは異なる周波数の共振（以下、不要共振と呼ぶ場合が有る）が発生し、通過帯域外における減衰量が不十分となることがある。
このような不要共振は、当該フィルタ自身の通過帯域内の特性上は問題とならないが、複数のフィルタを有するマルチプレクサでは、各フィルタを経由する経路同士が互いに接続されるため、他のフィルタの特性に影響を与え、劣化させる要因となり得る。具体的には、不要共振が他のフィルタの通過帯域内に位置している場合、他のフィルタの通過帯域における挿入損失の増大を招く要因となる。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、通過帯域幅を広げるとともに、通過帯域外における減衰量を大きくすることができるフィルタを備えるマルチプレクサを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るマルチプレクサは、複数のフィルタを備えるマルチプレクサであって、前記複数のフィルタのうちの少なくとも１つのフィルタは、第１端子及び第２端子と、前記第１端子と前記第２端子とを結ぶ第１経路上に直列に配置されたｎ個の直列共振子（ｎは３以上の自然数）と、前記第１経路上にて隣り合う前記直列共振子の間のノードとグランドとを結ぶ経路上に配置された１以上の並列共振子と、前記第１経路上にて、前記第１端子と、前記ｎ個の直列共振子のうち前記第１端子に最も近い共振子である第１の直列共振子との間に直列に配置された第１インダクタと、前記第１経路上にて、前記ｎ個の直列共振子のうち前記第２端子に最も近い共振子である第ｎの直列共振子と、前記第２端子との間に直列に配置された第２インダクタと、を備え、前記第１端子はアンテナ端子であり、前記第１の直列共振子の共振周波数を第１の共振周波数とし、前記第１の直列共振子及び前記第ｎの直列共振子と異なる他の直列共振子の共振周波数を第２の共振周波数とし、前記第ｎの直列共振子の共振周波数を第３の共振周波数とした場合に、前記第１の共振周波数及び前記第３の共振周波数のそれぞれは、前記第２の共振周波数よりも高い。
これらの構造を有することで、フィルタの通過帯域幅を広げるとともに、共振周波数と異なる周波数にて発生し得る不要共振を抑制し、通過帯域外における減衰量を大きくすることができる。
前記ｎ個の直列共振子及び前記１以上の並列共振子の各共振子は、圧電性を有する基板上に形成されたＩＤＴ電極を有し、前記ＩＤＴ電極は、弾性波伝搬方向の直交方向に延びるように配置された複数の電極指を含み、前記第１の直列共振子において前記弾性波伝搬方向に隣り合う前記複数の電極指のピッチの平均を第１のピッチとし、前記第１の直列共振子及び前記第ｎの直列共振子と異なる他の直列共振子において前記弾性波伝搬方向に隣り合う前記複数の電極指のピッチの平均を第２のピッチとし、前記第ｎの直列共振子において前記弾性波伝搬方向に隣り合う前記複数の電極指のピッチの平均を第３のピッチとした場合に、前記第１のピッチ及び前記第３のピッチのそれぞれは、前記第２のピッチよりも小さくてもよい。
これらの構造を有することで、弾性表面波共振子または弾性境界波共振子を用いたフィルタの通過帯域幅を広げるとともに、共振周波数と異なる周波数にて発生し得る不要共振を抑制し、通過帯域外における減衰量を大きくすることができる。
また、前記第１のピッチ及び前記第３のピッチのそれぞれは、前記第２のピッチの０．９５２倍以上０．９８倍以下であってもよい。
これによれば、フィルタの通過帯域におけるインピーダンスの不整合を低減し、かつ、通過帯域における挿入損失を低減することができる。
また、前記第１の直列共振子及び前記第ｎの直列共振子のそれぞれの容量は、前記他の直列共振子の容量よりも小さくてもよい。
このように、第１の直列共振子及び第ｎの直列共振子の容量を小さくすることで、フィルタの通過帯域外における減衰量をさらに大きくすることができる。
また、前記第１の直列共振子及び前記第ｎの直列共振子のそれぞれの分割数は、前記他の直列共振子の分割数よりも多くてもよい。
これによれば、分割後における共振子の容量を大きくすることができる。これにより、第１の直列共振子及び第ｎの直列共振子の共振周波数よりも低い周波数側においてリップルが発生することを抑制することができる。
また、前記ｎ個の直列共振子は、５個以上の直列共振子であってもよい。
これによれば、フィルタの通過帯域外における減衰量をさらに大きくすることができる。
また、前記フィルタは、２４９６ＭＨｚ以上２６９０ＭＨｚ以下の周波数を通過帯域としてもよい。
これによれば、Ｂａｎｄ４１の通過帯域外における減衰量を大きくすることができるフィルタを提供することができる。
前記ｎ個の直列共振子及び前記１以上の並列共振子の各共振子は、バルク波の厚み縦振動を利用する圧電薄膜共振子であって、圧電体層と、前記圧電体層の一方主面に形成された一方電極層と、前記圧電体層の他方主面に形成された他方電極層とを有し、前記第１の直列共振子において前記一方電極層及び前記他方電極層の厚みの平均を第１の厚みとし、前記第１の直列共振子及び前記第ｎの直列共振子と異なる他の直列共振子において前記一方電極層及び前記他方電極層の厚みの平均を第２の厚みとし、前記第ｎの直列共振子において前記一方電極層及び前記他方電極層の厚みの平均を第３の厚みとした場合に、前記第１の厚み及び前記第３の厚みのそれぞれは、前記第２の厚みよりも薄くてもよい。
これらの構造を有することで、圧電薄膜共振子を用いたフィルタの通過帯域幅を広げるとともに、共振周波数と異なる周波数にて発生し得る不要共振を抑制し、通過帯域外における減衰量を大きくすることができる。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るマルチプレクサは、複数のフィルタを備えるマルチプレクサであって、前記複数のフィルタのうちの少なくとも１つのフィルタは、第１端子及び第２端子と、前記第１端子と前記第２端子とを結ぶ第１経路上に直列に配置された３以上の直列共振子と、前記第１経路上にて隣り合う前記直列共振子の間のノードとグランドとを結ぶ経路上に配置された１以上の並列共振子と、前記第１経路上にて、前記第１端子と、前記３以上の直列共振子のうち前記第１端子に最も近い共振子である第１の直列共振子との間に直列に配置された第１インダクタと、を備え、前記３以上の直列共振子及び前記１以上の並列共振子の各共振子は、圧電性を有する基板上に形成されたＩＤＴ電極を有し、前記ＩＤＴ電極は、弾性波伝搬方向の直交方向に延びるように配置された複数の電極指を含み、前記第１端子はアンテナ端子であり、前記第１の直列共振子において前記弾性波伝搬方向に隣り合う前記複数の電極指のピッチの平均を第１のピッチとし、前記第１の直列共振子と異なる他の直列共振子において前記弾性波伝搬方向に隣り合う前記複数の電極指のピッチの平均を第２のピッチとした場合に、前記第１のピッチは、前記第２のピッチの０．９５２倍以上０．９８倍以下である。
これらの構造を有することで、フィルタの通過帯域幅を広げるとともに、共振周波数と異なる周波数にて発生し得る不要共振を抑制し、通過帯域外における減衰量を大きくすることができる。また、フィルタの通過帯域におけるインピーダンスの不整合を低減し、かつ、通過帯域における挿入損失を低減することができる。
本発明に係るフィルタによれば、通過帯域幅を広げるとともに、通過帯域外における減衰量を大きくすることができる。
比較例１に係るフィルタの回路構成図である。 比較例１における並列共振子のインピーダンス及びフィルタの伝送特性を示す図である。 実施の形態１に係るフィルタの回路構成図である。 実施の形態１に係るフィルタの弾性波共振子を模式的に表す平面図及び断面図である。 実施の形態１に係るフィルタの伝送特性を示す図である。 実施の形態１における直列共振子のインピーダンスの変化を示す図である。 （ａ）は、実施の形態１に係るフィルタの通過帯域内におけるＶＳＷＲを示す図であり、（ｂ）は、同フィルタの通過帯域内における挿入損失を示す図である。 楕円関数フィルタをモデルとして、直列共振子の個数を変えた場合の挿入損失を示す図である。 実施の形態２に係るフィルタの回路構成図である。 フィルタの伝送特性と直列共振子のインピーダンスとの関係を示す図である。 実施の形態１及び実施の形態２のフィルタの伝送特性を示す図である。 比較例２のフィルタの伝送特性と中央に配置された直列共振子との関係を示す図である。 実施の形態１のフィルタ及び比較例２のフィルタの伝送特性を示す図である。 実施の形態３に係るフィルタの弾性波共振子を示す断面図である。 実施の形態４に係るフィルタの弾性波共振子を示す断面図である。 実施の形態１のフィルタを備えるマルチプレクサの回路構成図である。
（本発明に至る経緯）
まず、図１及び図２に示す比較例を参照しながら本発明に至る経緯について説明する。図１は、比較例１に係るフィルタ５０１の回路構成図である。
比較例１に係るフィルタ５０１は、ラダーフィルタ回路５０２を含む。ラダーフィルタ回路５０２は、第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２とを結ぶ第１経路ｒ１上に配置された直列共振子Ｓ５１１〜Ｓ５１ｎ（ｎは３以上の自然数）と、第１経路ｒ１とグランドとを結ぶ経路上に配置された並列共振子Ｐ５０１、Ｐ５１１〜Ｐ５１ｍ（ｍは２以上の自然数）、Ｐ５０２とを備える。並列共振子Ｐ５０１は、第１端子Ｔ１及び直列共振子Ｓ５１１の間のノードとグランドと結ぶ経路上に配置されている。並列共振子Ｐ５０２は、直列共振子Ｓ５１ｎ及び第２端子Ｔ２の間のノードとグランドとを結ぶ経路上に配置されている。フィルタ５０１は、さらに、並列共振子Ｐ５０１に並列接続されたインダクタＬ５０１と、並列共振子Ｐ５０２に並列接続されたインダクタＬ５０２を備える。
例えば、例えばＢａｎｄ４１（通過帯域：２４９６ＭＨｚ〜２６９０ＭＨｚ）を用いて通信を行う場合、フィルタ５０１の通過帯域幅を広げるため、図１に示すように、ラダーフィルタ回路５０２にインダクタＬ５０１、Ｌ５０２を並列接続し、共振周波数と反共振周波数との周波数の間隔を広げることが行われる。
図２を参照しながら、比較例１に係るフィルタ５０１に起こり得る問題点について説明する。図２は、比較例１における直列共振子Ｓ５１１のインピーダンス及びフィルタ５０１の伝送特性を示す図である。
図２の（ａ）において、実線は、インダクタＬ５０１が並列接続された並列共振子Ｐ５０１のインピーダンスを示し、破線は、インダクタＬ５０１が接続されていないと仮定した並列共振子Ｐ５０１のインピーダンスを示している。また、図２の（ｂ）は、インダクタＬ５０１、Ｌ５０２を有するフィルタ５０１の通過帯域及び通過帯域外における挿入損失を示している。
図２（ａ）に示すように、並列共振子Ｐ５０１にインダクタＬ５０１を並列接続すると、並列共振子Ｐ５０１の反共振周波数が高くなり、共振周波数と反共振周波数との周波数の間隔が広がってフィルタ５０１の通過帯域幅を広げることが可能となる。しかしながら、図２の（ａ）の周波数１６００ＭＨｚ付近に示すように、共振周波数よりも低い周波数側に、共振周波数と異なる周波数の不要共振が発生する。そのためフィルタ５０１では、図２の（ｂ）に示すように、通過帯域よりも低い周波数側において、減衰量が不十分な周波数帯が発生する。
この減衰量が不十分な周波数帯は、Ｂａｎｄ３（Ｔｘ：１７１０〜１７８５ＭＨｚ、Ｒｘ：１８０５〜１８８０ＭＨｚ）、または、Ｂａｎｄ２５（Ｔｘ：１８５０〜１９１５ＭＨｚ、Ｒｘ：１９３０〜１９９５ＭＨｚ）と重なっている。そのため、例えばフィルタ５０１を含むマルチプレクサを用いて複数の周波数帯域の信号を同時に通信する場合は、フィルタ５０１にて発生する不要共振がＢａｎｄ３またはＢａｎｄ２５の通過帯域における挿入損失の増大を招く。
本実施の形態のフィルタは、通過帯域幅を広げるとともに、共振周波数と異なる周波数にて不要共振が発生することを抑制し、通過帯域外における減衰量を大きくすることができる構成を有している。
以下、本発明の実施の形態について、実施例及び図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面に示される構成要素の大きさ、または大きさの比は、必ずしも厳密ではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化する場合がある。
（実施の形態１）
図３〜図８を参照しながら実施の形態１に係るフィルタ１について説明する。
［１−１．フィルタの回路構成］
図３は、実施の形態１に係るフィルタ１の回路構成図である。本実施の形態では、Ｂａｎｄ４１を通過帯域（２４９６ＭＨｚ〜２６９０ＭＨｚ）とするフィルタ１を例に挙げて説明する。
フィルタ１は、弾性波共振子である直列共振子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４及びＳ５と、弾性波共振子である並列共振子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４と、第１インダクタＬ１及び第２インダクタＬ２と、インダクタＬａ、Ｌｂ及びＬｃとを備える。以下、直列共振子Ｓ１〜Ｓ５及び並列共振子Ｐ１〜Ｐ４の全部または一部を指して「共振子」と呼ぶ場合がある。
直列共振子Ｓ１〜Ｓ５は、第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２とを結ぶ第１経路ｒ１上に、第１端子Ｔ１側からこの順に直列で接続されている。第１経路ｒ１上における直列共振子Ｓ１〜Ｓ５のうち、直列共振子（第１の直列共振子）Ｓ１は第１端子Ｔ１の最も近くに配置され、直列共振子（第５の直列共振子）Ｓ５は第２端子Ｔ２の最も近くに配置されている。直列共振子Ｓ２〜Ｓ４は、直列共振子Ｓ１と直列共振子Ｓ５との間に配置されている。
並列共振子Ｐ１〜Ｐ４のそれぞれは、第１経路ｒ１上にて隣り合う直列共振子Ｓ１〜Ｓ５の間の各ノードｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４と基準端子（グランド）とを結ぶ経路上に配置され、互いに並列に接続されている。
このように、フィルタ１は、第１経路ｒ１上に配置された５つの直列共振子Ｓ１〜Ｓ５、及び、第１経路ｒ１と基準端子とを結ぶ経路上に配置された４つの並列共振子Ｐ１〜Ｐ４で構成されるラダーフィルタ回路２を有する。また、フィルタ１は、ラダーフィルタ回路２の入出力端のそれぞれに直列接続された第１インダクタＬ１及び第２インダクタＬ２を備えている。
第１インダクタＬ１は、第１端子Ｔ１と直列共振子Ｓ１との間に直列に接続されている。具体的には、第１インダクタＬ１は、第１端子Ｔ１及び直列共振子Ｓ１に直接接続され、直列共振子Ｓ２〜Ｓ５及び並列共振子Ｐ１〜Ｐ４のいずれにも直接接続されていない。第１インダクタＬ１のインダクタ値は、例えば４．９ｎＨである。
第２インダクタＬ２は、直列共振子Ｓ５と第２端子Ｔ２との間に直列に接続されている。具体的には、第２インダクタＬ２は、直列共振子Ｓ５及び第２端子Ｔ２に直接接続され、直列共振子Ｓ１〜Ｓ４及び並列共振子Ｐ１〜Ｐ４のいずれにも直接接続されていない。第２インダクタＬ２のインダクタ値は、例えば５．９ｎＨである。
インダクタＬａは、並列共振子Ｐ１と基準端子との間に接続されている。インダクタＬｂは、並列共振子Ｐ２と、並列共振子Ｐ１とインダクタＬａとの間のノードとの間に接続されている。インダクタＬｃは、並列共振子Ｐ４と基準端子との間に接続されている。
このように、フィルタ１では、ラダーフィルタ回路２の入出力端に第１インダクタＬ１及び第２インダクタＬ２が直列に接続されているので、フィルタ１の通過帯域幅を広げることができる。
なお、フィルタ１は、５個の直列共振子に限られず、ｎ個の直列共振子（ｎは３以上の自然数）を有していればよい。また、フィルタ１は、４個の並列共振子に限られず、１以上の並列共振子を有していればよい。図３では、並列共振子が接続される基準端子が個別化または共通化されているが、基準端子を個別化するか共通化するかは、例えば、フィルタ１の実装レイアウトの制約等によって適宜選択され得る。
［１−２．共振子の構造］
次に、フィルタ１を構成する共振子の構造について説明する。本実施の形態における共振子は、弾性表面波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）共振子である。
図４は、フィルタ１の共振子を模式的に表す平面図及び断面図である。なお、図４に示された共振子は、各共振子の典型的な構造を説明するためのものであって、電極を構成する電極指の本数や長さなどは、これに限定されない。
図４の平面図に示すように、共振子は、互いに対向する一対の櫛歯状電極３２ａ及び３２ｂと、一対の櫛歯状電極３２ａ及び３２ｂに対して弾性波伝搬方向Ｄ１に配置された複数の反射器（図示省略）と、を有する。一対の櫛歯状電極３２ａ及び３２ｂは、ＩＤＴ電極３２を構成する。
櫛歯状電極３２ａは、櫛歯形状に配置され、互いに平行な複数の電極指３２２ａと、複数の電極指３２２ａのそれぞれの一端同士を接続するバスバー電極３２１ａとで構成されている。また、櫛歯状電極３２ｂは、櫛歯形状に配置され、互いに平行な複数の電極指３２２ｂと、複数の電極指３２２ｂのそれぞれの一端同士を接続するバスバー電極３２１ｂとで構成されている。複数の電極指３２２ａ及び３２２ｂは、弾性波伝搬方向Ｄ１の直交方向に延びるように形成されている。
次に、共振子を構成するＩＤＴ電極３２の電極パラメータについて説明する。
共振子の波長は、図４の中段に示すＩＤＴ電極３２を構成する複数の電極指３２２ａまたは３２２ｂの繰り返し周期である波長λで規定される。複数の電極指３２２ａ、３２２ｂのピッチｐｔは、波長λの１／２であり、櫛歯状電極３２ａ及び３２ｂを構成する電極指３２２ａ及び３２２ｂのライン幅をｗ１とし、隣り合う電極指３２２ａと電極指３２２ｂとの間のスペース幅をｗ２とする場合、（ｗ１＋ｗ２）で定義される。また、一対の櫛歯状電極３２ａ及び３２ｂの交叉幅Ｌは、弾性波伝搬方向Ｄ１から見た場合において、電極指３２２ａと電極指３２２ｂとが重複する電極指長さである。また、各共振子の電極デューティーは、複数の電極指３２２ａ及び３２２ｂのライン幅占有率であり、複数の電極指３２２ａ及び３２２ｂのライン幅とスペース幅との加算値に対する当該ライン幅の割合であり、ｗ１／（ｗ１＋ｗ２）で定義される。
表１に、実施の形態１に係るフィルタ１を構成する直列共振子Ｓ１〜Ｓ５、及び、並列共振子Ｐ１〜Ｐ４の電極パラメータ（波長λ、交叉幅Ｌ、対数Ｎ、及び電極デューティーＲ）の詳細を示す。
Figure 0006959819
次に、本実施の形態のフィルタ１における各共振子の関係について説明する。なお、以下において、複数の電極指３２２ａ、３２２ｂの全部または一部を指して「電極指」と呼ぶ場合がある。
ここで、直列共振子Ｓ１において弾性波伝搬方向Ｄ１に隣り合う複数の電極指のピッチの平均を、第１のピッチｐｔ１とする。また、直列共振子Ｓ１及び直列共振子Ｓ５と異なる他の直列共振子Ｓ２〜Ｓ４において弾性波伝搬方向Ｄ１に隣り合う複数の電極指のピッチの平均を、第２のピッチｐｔ２とする。また、直列共振子Ｓ５において弾性波伝搬方向Ｄ１に隣り合う複数の電極指のピッチの平均を、第３のピッチｐｔ３とする。なお、ピッチの平均とは、弾性波伝搬方向Ｄ１においてＩＤＴ電極３２の両端に位置する電極指の距離を（電極指の数−１）で除算して得られる値である。
この場合、本実施の形態に係るフィルタ１は、第１のピッチｐｔ１＜第２のピッチｐｔ２、かつ、第３のピッチｐｔ３＜第２のピッチｐｔ２という関係を有している。
これを共振周波数で言い換え、直列共振子Ｓ１の共振周波数を第１の共振周波数とし、直列共振子Ｓ１及び直列共振子Ｓ５と異なる他の直列共振子Ｓ２〜Ｓ４の共振周波数を第２の共振周波数とし、直列共振子Ｓ５の共振周波数を第３の共振周波数とする。
その場合、本実施の形態に係るフィルタ１は、第１の共振周波数＞第２の共振周波数、かつ、第３の共振周波数＞第２の共振周波数という関係を有している。
なお、第１のピッチｐｔ１及び第３のピッチｐｔ３のそれぞれは、第２にピッチｐｔ２の０．９５２倍以上０．９８倍以下である。フィルタ１における各共振子の電極指が、上記に示すピッチｐｔ１、ｐｔ２及びｐｔ３の関係を有する理由については後述する。
［１−３．共振子の断面構造］
次に、再び図４を参照しながら、共振子の断面構造について説明する。
図４の断面図に示すように、複数の電極指３２２ａ及び３２２ｂ、ならびに、バスバー電極３２１ａ及び３２１ｂで構成されるＩＤＴ電極３２は、密着層３２４と主電極層３２５との積層構造となっている。反射器の断面構造もＩＤＴ電極３２の断面構造と同様である。
密着層３２４は、圧電体層３２７と主電極層３２５との密着性を向上させるための層であり、材料として、例えば、Ｔｉが用いられる。密着層３２４の膜厚は、例えば、１２ｎｍである。
主電極層３２５は、材料として、例えば、Ｃｕを１％含有したＡｌが用いられる。主電極層３２５の膜厚は、例えば１６２ｎｍである。
保護層３２６は、ＩＤＴ電極３２及び基板３２０を覆うように、ＩＤＴ電極３２及び基板３２０の外表面に沿って形成されている。保護層３２６は、主電極層３２５を外部環境から保護する、周波数温度特性を調整する、及び、耐湿性を高めるなどを目的とする層であり、例えば、二酸化ケイ素を主成分とする膜である。保護層３２６の膜厚は、例えば２５ｎｍである。
このようなＩＤＴ電極３２は、次に説明する基板３２０の主面上に形成されている。以下、本実施の形態における基板３２０の積層構造について説明する。
図４の下段に示すように、基板３２０は、高音速支持基板３２９と、低音速膜３２８と、圧電体層３２７とを備え、高音速支持基板３２９、低音速膜３２８及び圧電体層３２７がこの順で積層された構造を有している。
圧電体層３２７は、ＩＤＴ電極３２が主面上に配置された圧電膜である。圧電体層３２７は、例えば、５０°ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ３圧電単結晶または圧電セラミックス（Ｘ軸を中心軸としてＹ軸から５０°回転した軸を法線とする面で切断したタンタル酸リチウム単結晶またはセラミックスであって、Ｘ軸方向に弾性表面波が伝搬する単結晶またはセラミックス）からなる。圧電体層３２７の厚みは、弾性波の波長をλとした場合、３．５λ以下であり、例えば、６００ｎｍである。
高音速支持基板３２９は、低音速膜３２８、圧電体層３２７ならびにＩＤＴ電極３２を支持する基板である。高音速支持基板３２９は、さらに、圧電体層３２７を伝搬する表面波や境界波の弾性波よりも、高音速支持基板３２９中のバルク波の音速が高速となる基板であり、弾性表面波を圧電体層３２７及び低音速膜３２８が積層されている部分に閉じ込め、高音速支持基板３２９より下方に漏れないように機能する。高音速支持基板３２９は、例えば、シリコン基板であり、厚みは、例えば１２５μｍである。
低音速膜３２８は、圧電体層３２７を伝搬する弾性波の音速よりも、低音速膜３２８中のバルク波の音速が低速となる膜であり、圧電体層３２７と高音速支持基板３２９との間に配置される。この構造と、弾性波が本質的に低音速な媒質にエネルギーが集中するという性質とにより、弾性表面波エネルギーのＩＤＴ電極３２外への漏れが抑制される。低音速膜３２８は、例えば、二酸化ケイ素を主成分とする膜である。低音速膜３２８の厚みは、弾性波の波長をλとした場合、２λ以下であり、例えば６７０ｎｍである。
本実施の形態における基板３２０の上記積層構造によれば、例えば圧電基板を単層で使用している構造と比較して、共振周波数及び反共振周波数におけるＱ値を大幅に高めることが可能となる。一方、上記積層構造によれば、基板３２０の厚み方向における弾性波エネルギーの閉じ込め効率が高くなるので、共振周波数と異なる周波数である不要共振が減衰されにくく残ってしまう。そのため、上記積層構造を有する本実施の形態の共振子では、より一層、不要共振を抑制するための方策が必要となる。
本実施の形態では、前述したように、ラダーフィルタ回路２の入出力端に第１インダクタＬ１及び第２インダクタＬ２が直列に接続されている。また、各共振子の電極指のピッチｐｔに関して、第１のピッチｐｔ１＜第２のピッチｐｔ２、かつ、第３のピッチｐｔ３＜第２のピッチｐｔ２という関係を有している。これらの構造を有することで、フィルタ１の通過帯域幅を広げるとともに、共振周波数と異なる周波数にて発生し得る不要共振を抑制し、通過帯域外における減衰量を大きくすることができる。
［１−４．効果等］
上記構成を有するフィルタ１の効果等について図５を参照しながら説明する。図５の（ａ）及び（ｂ）は、フィルタ１の伝送特性を示す図であって、フィルタ１をＢａｎｄ４１のフィルタとして用いた例を示している。
図５の（ａ）に示すように、上記構成を有するフィルタ１は、Ｂａｎｄ４１（通過帯域：２４９６ＭＨｚ〜２６９０ＭＨｚ）に十分適用可能な広い通過帯域幅を有している。また、図５の（ｂ）に示すように、Ｂａｎｄ３（Ｔｘ：１７１０〜１７８５ＭＨｚ、Ｒｘ：１８０５〜１８８０ＭＨｚ）、及び、Ｂａｎｄ２５（Ｔｘ：１８５０〜１９１５ＭＨｚ、Ｒｘ：１９３０〜１９９５ＭＨｚ）の周波数帯域におけるフィルタ１の減衰量は４４ｄＢ以下となっており、前述した比較例１のフィルタ５０１に比べてＢａｎｄ３及びＢａｎｄ２５における減衰量が大きくなっている。すなわち、本実施の形態のフィルタ１を用いることで、通過帯域外における減衰量を大きくすることができる。
以下、図６を参照しながら、本実施の形態のフィルタ１において、通過帯域幅を広げ、かつ、通過帯域外における減衰量を大きくすることができる理由について説明する。
図６は、直列共振子Ｓ１のインピーダンスの変化を示す図である。図６の（ａ）の実線は、インダクタＬ１が直列接続された直列共振子Ｓ１のインピーダンスを示し、破線は、インダクタＬ１が接続されていないと仮定した直列共振子Ｓ１のインピーダンスを示している。
図６の（ａ）に示すように、直列共振子Ｓ１にインダクタＬ１を直列接続することで、直列共振子Ｓ１の共振周波数が低くなり、共振周波数と反共振周波数との周波数の間隔が広がってフィルタ１の通過帯域幅を広げることができる。
一方、図６の（ａ）に示すように、直列共振子Ｓ１に直列にインダクタを接続すると、直列共振子Ｓ１の共振周波数が低くなる。そのため、低い周波数側に移動した共振周波数を通過帯域内に戻す必要がある。共振周波数は、ＩＤＴ電極３２の電極指のピッチｐｔで調整することができる。
図６の（ｂ）の実線は、直列共振子Ｓ１の第１のピッチｐｔ１を他の直列共振子Ｓ２〜Ｓ４の第２のピッチｐｔ２よりも小さくした場合のインピーダンスを示している。なお、（ｂ）の破線は、直列共振子Ｓ１の第１のピッチｐｔ１と他の直列共振子Ｓ２〜Ｓ４の第２のピッチｐｔ２とを同じにした場合のインピーダンスを示している。
図６の（ｂ）に示すように、第１のピッチｐｔ１を第２のピッチｐｔ２よりも小さくすることで、直列共振子Ｓ１の波長λを小さくし、低周波数側に移動した直列共振子Ｓ１の共振周波数を高くすることができる。この周波数調整によって直列共振子Ｓ１の共振周波数を通過帯域内に戻し、直列共振子Ｓ１をフィルタ１の通過帯域を形成する素子として機能させることができる。また、実施の形態１の直列共振子Ｓ１のインピーダンスには、比較例１のような不要共振が発生していない。そのため、フィルタ１の通過帯域外において十分な減衰量を確保することができる。
このように、ラダーフィルタ回路２にインダクタＬ１を直列接続することでフィルタ１の通過帯域幅を広げることができる。また、インダクタＬ１の隣に位置する直列共振子Ｓ１の第１のピッチｐｔ１を小さくすることで、共振周波数を所望の周波数帯域に戻すとともに通過帯域外における十分な減衰量を確保することができる。なお、上記では第１端子Ｔ１側に位置するインダクタＬ１について説明したが、第２端子Ｔ２側に位置するインダクタＬ２についても同様である。すなわち、ラダーフィルタ回路２にインダクタＬ２を直列接続することでフィルタ１の通過帯域幅を広げることができる。また、インダクタＬ２の隣に位置する直列共振子Ｓ５の第３のピッチｐｔ３を小さくすることで、共振周波数を所望の周波数帯域に戻すとともに通過帯域外における十分な減衰量を確保することができる。
次に、図７を参照しながら、第１のピッチｐｔ１をどの程度まで小さくすることが望ましいか、すなわち、第１のピッチｐｔ１の望ましい範囲について説明する。
図７の（ａ）は、フィルタ１の通過帯域内におけるＶＳＷＲ（電圧定在波比）を示す図であり、（ｂ）は、フィルタ１の通過帯域内における挿入損失を示す図である。横軸である第１のピッチｐｔ１と第２のピッチｐｔ２との比率は、比率（％）＝（ｐｔ２−ｐｔ１）／ｐｔ２×１００の式から求められる値である。図７の（ａ）及び（ｂ）では、第２のピッチｐｔ２を基準としており、横軸の正方向に進むにしたがい第１のピッチｐｔ１が小さくなることを示している。
図７の（ａ）では、横軸において上記比率を大きくするほど、すなわち第２のピッチｐｔ２に対して第１のピッチｐｔ１を小さくするほど、ＶＳＷＲが小さくなっている。図７の（ａ）より、例えば、上記比率を２．０％以上にすることで、ＶＳＷＲを２以下にすることができる。言い換えると、第１のピッチｐｔ１を第２のピッチｐｔ２の０．９８倍以下とすることで、ＶＳＷＲを２以下とすることができる。このような範囲で第１のピッチｐｔ１を設定することで、フィルタ１の通過帯域内におけるインピーダンスの不整合を低減することができる。
また、図７の（ｂ）では、横軸において上記比率を大きくするほど、すなわち第２のピッチｐｔ２に対して第１のピッチｐｔ１を小さくするほど、挿入損失が大きくなっている。挿入損失が大きくなっているのは、第１のピッチｐｔ１を小さくして直列共振子Ｓ１の共振周波数が高くなり過ぎた場合に、共振周波数を元の周波数に戻すためにインダクタＬ１のインダクタ値を大きしているからである。インダクタＬ１は抵抗成分を有しており、インダクタ値が大きくなるほど、フィルタ１の挿入損失が大きくなる。そのため、第１のピッチｐｔ１は小さければよいというものではなく、上限がある。図７の（ｂ）より、例えば、上記比率を４．８％以下にすることで、フィルタ１の挿入損失を２．８ｄＢ以下とすることができる。言い換えると、第１のピッチｐｔ１を第２のピッチｐｔ２の０．９５２倍以上とすることで、挿入損失を２．８ｄＢ以下とすることができる。このような範囲で第１のピッチｐｔ１を設定することで、フィルタ１の通過帯域内における挿入損失を低減ことができる。
次に、図８を参照しながら、フィルタ１における直列共振子の望ましい個数について説明する。
図８は、楕円関数フィルタのシミュレーションで計算した、直列共振子の個数を変えた場合の挿入損失を示す図である。図８では、ラダーフィルタにおける直列共振子の個数を４〜６個に段階的に変えてシミュレーションしている。なお、図８では、直列共振子の個数に対応して並列共振子の個数も増減させている。
図８に示すように、ラダーフィルタにおける直列共振子の個数を増やすほど、通過帯域外における減衰量が大きくなっている。例えば直列共振子が４個の場合は３５ｄＢの減衰量が得られ、直列共振子が５個の場合は４０ｄＢ以上の減衰量が得られる。すなわち、通過帯域外において４０ｄＢ以上の減衰量が必要な場合は、フィルタ１における直列共振子を５個以上とすることで、十分な減衰量を得ることができる。
［１−５．まとめ］
本実施の形態に係るフィルタ１は、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２と、第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２とを結ぶ第１経路ｒ１上に直列に配置された直列共振子Ｓ１〜Ｓ５と、第１経路ｒ１上にて隣り合う直列共振子Ｓ１〜Ｓ５の間のノードｎ１〜ｎ４とグランドとを結ぶ経路上に配置された並列共振子Ｐ１〜Ｐ４と、第１経路ｒ１上にて、第１端子Ｔ１と、直列共振子Ｓ１〜Ｓ５のうち第１端子Ｔ１に最も近い共振子である直列共振子Ｓ１との間に配置された第１インダクタＬ１と、第１経路ｒ１上にて、直列共振子Ｓ１〜Ｓ５のうち第２端子Ｔ２に最も近い共振子である直列共振子Ｓ５と、第２端子Ｔ２との間に配置された第２インダクタＬ２とを備える。
ここで、直列共振子Ｓ１の共振周波数を第１の共振周波数とし、直列共振子Ｓ１及び直列共振子Ｓ５と異なる他の直列共振子Ｓ２〜Ｓ４の共振周波数を第２の共振周波数とし、直列共振子Ｓ５の共振周波数を第３の共振周波数とした場合に、第１の共振周波数及び第３の共振周波数のそれぞれは、第２の共振周波数よりも高い。
実施の形態１のフィルタ１は、上記に示す共振周波数の関係を有することで、フィルタ１の通過帯域幅を広げるとともに、共振周波数と異なる周波数にて発生し得る不要共振を抑制し、通過帯域外における減衰量を大きくすることができる。
また、フィルタ１の直列共振子Ｓ１〜Ｓ５及び並列共振子Ｐ１〜Ｐ４の各共振子は、圧電性を有する基板３２０上に形成されたＩＤＴ電極３２を有し、ＩＤＴ電極３２は、弾性波伝搬方向Ｄ１の直交方向に延びるように配置された複数の電極指３２２ａ、３２２ｂを含む。
そして、直列共振子Ｓ１において弾性波伝搬方向Ｄ１に隣り合う複数の電極指３２２ａ、３２２ｂのピッチの平均を第１のピッチｐｔ１とし、直列共振子Ｓ１及び直列共振子Ｓ５と異なる他の直列共振子Ｓ２〜Ｓ５において弾性波伝搬方向Ｄ１に隣り合う複数の電極指３２２ａ、３２２ｂのピッチの平均を第２のピッチｐｔ２とし、直列共振子Ｓ５において弾性波伝搬方向Ｄ１に隣り合う複数の電極指３２２ａ、３２２ｂのピッチの平均を第３のピッチｐｔ３とした場合に、第１のピッチｐｔ１及び第３のピッチｐｔ３のそれぞれは、第２のピッチｐｔ２よりも小さい。
実施の形態１のフィルタ１は、上記に示す電極指のピッチの関係を有することで、フィルタ１の通過帯域幅を広げるとともに、共振周波数と異なる周波数にて発生し得る不要共振を抑制し、通過帯域外における減衰量を大きくすることができる。
（実施の形態２）
［２−１．フィルタ及び共振子の構成］
図９は、実施の形態２に係るフィルタ１の回路構成を示す図である。実施の形態２のフィルタ１も、実施の形態１のフィルタ１と同様に、直列共振子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４及びＳ５と、並列共振子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４と、第１インダクタＬ１及び第２インダクタＬ２と、インダクタＬａ、Ｌｂ及びＬｃとを備える。
実施の形態２に係るフィルタ１では、直列共振子Ｓ１、Ｓ５の容量が、直列共振子Ｓ２〜Ｓ４の容量よりも小さくなるように設定されている。このように直列共振子Ｓ１、Ｓ５の容量を小さくすることで、フィルタ１の減衰量を大きくすることができる。なお、直列共振子Ｓ２〜Ｓ４の容量を小さくするよりも、インダクタＬ１、Ｌ２の近くに位置する直列共振子Ｓ１、Ｓ５の容量を小さくすることが望ましい。その点については後述する。
また、実施の形態２に係るフィルタ１は、図９に示すように、直列共振子Ｓ１〜Ｓ５及び並列共振子Ｐ１〜Ｐ４のそれぞれが、分割された共振子によって構成されている。具体的には、直列共振子Ｓ１、Ｓ５のそれぞれは、直列に並ぶ３つの共振子で構成され、直列共振子Ｓ２〜Ｓ４のそれぞれは、直列に並ぶ２つの共振子で構成されている。すなわち直列共振子Ｓ１、Ｓ５のそれぞれの分割数は、直列共振子Ｓ２〜Ｓ４のそれぞれの分割数よりも多くなっている。なお、並列共振子Ｐ１〜Ｐ４のそれぞれは、同じ分割数で分割されている。
直列共振子Ｓ１、Ｓ５の分割数を、直列共振子Ｓ２〜Ｓ４の分割数よりも多くしているのは、直列共振子Ｓ１、Ｓ５の容量を直列共振子Ｓ２〜Ｓ４の容量よりも小さくしているからである。例えば、共振子の容量が小さいと共振周波数よりも低い周波数側にリップルが発生しやすくなる。共振子にてリップルが発生すると、フィルタの通過帯域内にパスバンドリップルが発生したり、相互変調歪が発生したりする。また、共振子の容量が小さいとフィルタの耐電力性が低くなる。それに対し、上記のように共振子を分割し、分割した後の共振子を直列接続することで、分割前の共振子の容量よりも分割された後の共振子の容量が大きな値となるように設計することができる。
このように、フィルタ１において直列共振子Ｓ１、Ｓ５の分割数を多くすることで、直列共振子Ｓ１、Ｓ５の容量を小さくすることに伴って発生しやすくなるリップル等を抑制することができる。
表２に、実施の形態２に係るフィルタ１を構成する直列共振子Ｓ１〜Ｓ５、及び、並列共振子Ｐ１〜Ｐ４の電極パラメータ（対数Ｎ、交叉幅Ｌ、分割数、容量の比較値）の詳細を示す。なお、容量の比較値は、容量の比較値＝対数×交叉幅／分割数の式から求められる値である。また、容量の比較値は共振子を分割する前の値であり、対数Ｎは分割後の共振子の対数である。
Figure 0006959819
［２−２．効果等］
次に、直列共振子Ｓ１〜Ｓ５のうち、直列共振子Ｓ１、Ｓ５の容量を小さくすることが望ましい点について説明する。
１つ目の観点としては、直列共振子Ｓ２〜Ｓ４の容量を変えるよりもインダクタＬ１、Ｌ２の近くに位置する直列共振子Ｓ１、Ｓ５共振子の容量を変えるほうが、インダクタＬ１、Ｌ２の値を調整することでインピーダンスを整合しやすく、不整合による挿入損失を小さくできるからである。
２つ目の観点としては、直列共振子Ｓ１、Ｓ５の容量を変えても通過帯域幅に与える影響は小さいが、直列共振子Ｓ２〜Ｓ４の容量を変えるとわずかではあるが通過帯域幅が狭くなるからである。この点について図１０〜図１３を参照しながら説明する。
図１０は、フィルタ１の伝送特性と直列共振子Ｓ１のインピーダンスとの関係を示す図である。図１０の（ａ）及び（ｂ）に示すように、直列共振子Ｓ１の共振周波数は、フィルタ１の通過帯域低域側のスロープ部に位置している。また、直列共振子Ｓ１の反共振周波数は、通過帯域よりも高周波数側である通過帯域外に位置している。
ラダーフィルタの通過帯域幅は、通過帯域低域側においては並列共振子の誘導性と直列共振子の容量性によって決まり、通過帯域高域側においては並列共振子の容量性と直列共振子の誘導性によって決まる。
図１０の（ｂ）に示すように、直列共振子Ｓ１の共振周波数が通過帯域低域側に位置する場合は、直列共振子Ｓ１の容量を小さくしても、直列共振子の容量性の値の変化が小さい。また、直列共振子Ｓ１の反共振周波数が通過帯域よりも高周波数側であって通過帯域外に位置する場合は、直列共振子Ｓ１の容量を小さくしても、直列共振子の誘導性の値の変化が小さい。このように、共振周波数が通過帯域低域側のスロープ部に位置し、反共振周波数が通過帯域外に位置する直列共振子Ｓ１では、直列共振子Ｓ１の容量を小さくしても、フィルタ１の通過帯域幅に与える影響は小さい。
図１１は、実施の形態１及び実施の形態２のフィルタ１の伝送特性を示す図である。図１１の太実線は実施の形態１に係るフィルタ１の伝送特性であり、細実線は実施の形態２に係るフィルタ１の伝送特性である。実施の形態２のフィルタ１は、実施の形態１のフィルタ１と比較すると通過帯域の一部においてリップルが発生しているが、通過帯域幅については、ほとんど変化していない。このように、フィルタ１において直列共振子Ｓ１の容量を小さくすることで、通過帯域幅に与える影響を少なくした状態で、通過帯域外における減衰量を大きくすることができる。なお、直列共振子Ｓ５についても同様であり、直列共振子Ｓ５の容量を小さくすることで、通過帯域幅に与える影響を少なくした状態で、通過帯域外における減衰量を大きくすることができる。
一方、図１２を参照しながら、比較例２について説明する。図１２は、比較例２のフィルタの伝送特性と中央に配置された直列共振子Ｓ３との関係を示す図である。
図１２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、直列共振子Ｓ３の共振周波数は、フィルタの通過帯域の中央部に位置している。また、直列共振子Ｓ３の反共振周波数は、通過帯域高域側のスロープ部に位置している。
図１２の（ｂ）に示すように、直列共振子Ｓ３の共振周波数が通過帯域の中央部に位置する場合は、直列共振子Ｓ３の容量を小さくすると、通過帯域低域側における容量性の値が直列共振子Ｓ１の場合よりも小さくなって、通過帯域低域側のスロープ部における周波数が高域側にシフトする。また、直列共振子Ｓ３の反共振周波数が、通過帯域高域側のスロープ部に位置している場合は、直列共振子Ｓ３の容量を小さくすると、通過帯域高域側における誘導性の値が、直列共振子Ｓ１の場合よりも大きくなって、通過帯域高域側におけるスロープ部の周波数が低域側にシフトする。このように、共振周波数が通過帯域の中央部に位置し、反共振周波数が通過帯域高域側のスロープ部に位置する直列共振子Ｓ３では、直列共振子Ｓ３の容量を小さくすると、フィルタの通過帯域幅が狭くなってしまう。
図１３は、実施の形態１のフィルタ１及び比較例２のフィルタの伝送特性を示す図である。図１３の実線は実施の形態１に係るフィルタ１の伝送特性であり、破線は比較例２のフィルタの伝送特性である。比較例２のフィルタは、実施の形態１のフィルタ１と比べて通過帯域幅が狭くなっている。このように、通過帯域幅が広く、かつ減衰量が大きいフィルタを実現するためには、インダクタＬ１及びインダクタＬ２の近くに位置する直列共振子Ｓ１、Ｓ５の容量を、他の直列共振子Ｓ２〜Ｓ４よりも小さく調整することが望ましい。
実施の形態２のフィルタ１においても、ラダーフィルタ回路２の入出力端に第１インダクタＬ１及び第２インダクタＬ２が直列に接続されている。また、各共振子の電極指のピッチｐｔに関して、第１のピッチｐｔ１＜第２のピッチｐｔ２、かつ、第３のピッチｐｔ３＜第２のピッチｐｔ２という関係を有している。これらの構造を有することで、フィルタ１の通過帯域幅を広げるとともに、共振周波数と異なる周波数にて発生し得る不要共振を抑制し、通過帯域外における減衰量を大きくすることができる。
なお、直列共振子Ｓ１〜Ｓ５のそれぞれが分割された複数のＩＤＴ電極で構成されている場合において、ピッチｐｔの平均は、分割されたＩＤＴ電極ごとに求めたピッチｐｔの平均を、各電極指の数で重み付けし、加重平均することで求めることができる。
（実施の形態３）
図１４を参照しながら、実施の形態３に係る弾性波共振子１０１について説明する。実施の形態３の弾性波共振子１０１は、バルク波の厚み縦振動を利用する圧電薄膜共振子である点で、表面波を利用する実施の形態１の弾性波共振子と異なる。
図１４は、実施の形態３に係るフィルタの弾性波共振子１０１を示す断面図である。
弾性波共振子１０１は、基板１０２と、基板１０２に設けられた薄膜積層部１０９とを備えている。薄膜積層部１０９は、圧電体層１０３と、一方電極層１０４と、他方電極層１０５とを有している。弾性波共振子１０１では、一方電極層１０４または他方電極層１０５の厚みを変えることで、共振周波数を変えることができる。
基板１０２は、絶縁体または半導体であり、例えば、シリコン基板である。基板１０２の第１の主面１０２ａには、窪みを有する凹部１０７が形成されている。
薄膜積層部１０９の一部は、基板１０２の第１の主面１０２ａに固定されている。第１の主面１０２ａに固定されていない薄膜積層部１０９の他の一部は、凹部１０７から離れており、空隙１０６を介して浮いている。この凹部１０７から離れ、基板１０２に接していない部分は、基板１０２に対して音響的に分離されている。
薄膜積層部１０９の圧電体層１０３は、スカンジウム含有窒化アルミニウム膜である。圧電体層１０３は、例えば、窒化アルミニウム膜にスカンジウムをドープすることにより形成される。圧電体層１０３の下面には、一方電極層１０４が形成されている。圧電体層１０３の上面には、他方電極層１０５が形成されている。一方電極層１０４は、圧電体層１０３を介して他方電極層１０５に重なり合っており、この部分が振動部を構成する。一方電極層１０４と他方電極層１０５との間に交流電界が印加されることで、上記振動部が励振される。弾性波共振子１０１は、この励振により生じたバルク波の厚み縦振動を利用する共振子である。
本実施の形態におけるフィルタは、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２と、第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２とを結ぶ第１経路ｒ１上に直列に配置された直列共振子Ｓ１〜Ｓ５と、第１経路ｒ１上にて隣り合う直列共振子Ｓ１〜Ｓ５の間のノードｎ１〜ｎ４とグランドとを結ぶ経路上に配置された並列共振子Ｐ１〜Ｐ４と、第１経路ｒ１上にて、第１端子Ｔ１と、直列共振子Ｓ１〜Ｓ５のうち第１端子Ｔ１に最も近い共振子である直列共振子Ｓ１との間に配置された第１インダクタＬ１と、第１経路ｒ１上にて、直列共振子Ｓ１〜Ｓ５のうち第２端子Ｔ２に最も近い共振子である直列共振子Ｓ５と、第２端子Ｔ２との間に配置された第２インダクタＬ２とを備える。
直列共振子Ｓ１〜Ｓ５及び並列共振子Ｐ１〜Ｐ４の各共振子は、バルク波の厚み縦振動を利用する圧電薄膜共振子であって、圧電体層１０３と、圧電体層１０３の一方主面に形成された一方電極層１０４と、圧電体層１０３の他方主面に形成された他方電極層１０５とを有している。
直列共振子Ｓ１において一方電極層１０４及び他方電極層１０５の厚みの平均を第１の厚みとし、直列共振子Ｓ１及び直列共振子Ｓ５と異なる他の直列共振子Ｓ２〜Ｓ４において一方電極層１０４及び他方電極層１０５の厚みの平均を第２の厚みとし、直列共振子Ｓ５において一方電極層１０４及び他方電極層１０５の厚みの平均を第３の厚みとした場合に、第１の厚み及び第３の厚みのそれぞれは、第２の厚みよりも薄い。
実施の形態３のフィルタは、上記に示す電極層の厚みの関係を有することで、フィルタの通過帯域幅を広げるとともに、共振周波数と異なる周波数にて発生し得る不要共振を抑制し、通過帯域外における減衰量を大きくすることができる。
なお、実施の形態３のフィルタでは、この電極層の厚みの関係を共振周波数の関係に置き換えて示すことができる。すなわち、直列共振子Ｓ１の共振周波数を第１の共振周波数とし、直列共振子Ｓ１及び直列共振子Ｓ５と異なる他の直列共振子Ｓ２〜Ｓ４の共振周波数を第２の共振周波数とし、直列共振子Ｓ５の共振周波数を第３の共振周波数とした場合に、第１の共振周波数及び第３の共振周波数のそれぞれは、第２の共振周波数よりも高い。
実施の形態３のフィルタは、上記に示す共振周波数の関係を有することで、フィルタの通過帯域幅を広げるとともに、共振周波数と異なる周波数にて発生し得る不要共振を抑制し、通過帯域外における減衰量を大きくすることができる。
（実施の形態４）
図１５を参照しながら、実施の形態４に係る弾性波共振子２０１について説明する。実施の形態４の弾性波共振子２０１は、バルク波の厚み縦振動を利用する圧電薄膜共振子である点で、表面波を利用する実施の形態１の弾性波共振子と異なる。
図１５は、実施の形態４に係るフィルタの弾性波共振子２０１を示す断面図である。
図１５に示すように、弾性波共振子２０１が構成されている部分では、基板２０２上に音響反射層２０８及び薄膜積層部２０９がこの順序で積層されている。
音響反射層２０８は、相対的に音響インピーダンスが低い材料からなる第１の音響インピーダンス層２０８ａ〜２０８ｃと、相対的に音響インピーダンスが高い材料からなる第２の音響インピーダンス層２０８ｄ、２０８ｅとを交互に積層した構造を有する。すなわち、後述する圧電振動部から基板２０２側に向かって、第１の音響インピーダンス層２０８ａ、第２の音響インピーダンス層２０８ｄ、第１の音響インピーダンス層２０８ｂ、第２の音響インピーダンス層２０８ｅ、第１の音響インピーダンス層２０８ｃの順序で、音響インピーダンス層２０８ａ〜２０８ｅが積層されている。
上記第１の音響インピーダンス層２０８ａ〜２０８ｃ及び第２の音響インピーダンス層２０８ｄ、２０８ｅは、適宜の無機材料または有機材料により形成することができる。
例えば、第１の音響インピーダンス層２０８ａ〜２０８ｃは、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯＣなどの無機材料、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリイミドなどのような高分子材料のような有機材料により形成することができる。また、第２の音響インピーダンス層２０８ｄ、２０８ｅは、例えば、Ｗ、Ｉｒ、ＰｔもしくはＭｏなどの金属またはＡｌＮ、ＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３もしくはＴａ２Ｏ５などの無機化合物、あるいは適宜の有機材料を挙げることができる。
音響反射層２０８上には、前述した薄膜積層部２０９が積層されている。薄膜積層部２０９は、分極軸が厚み方向に揃っている圧電体層２０３と、圧電体層２０３の下面２０３ａ側（音響反射層２０８が存在する側）に設けられた一方電極層２０４と、圧電体層２０３の上面２０３ｂ側に設けられた他方電極層２０５とを備える。弾性波共振子２０１では、一方電極層２０４または他方電極層２０５の厚みを変えることで、共振周波数を変えることができる。
圧電体層２０３は、圧電性を示す適宜の圧電単結晶または圧電セラミックスからなる。このような圧電材料としては、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＫＮｂＯ３またはチタン酸ジルコン酸鉛系圧電性セラミックスなどを挙げることができる。
一方電極層２０４及び他方電極層２０５は、適宜の導電性材料からなる。このような導電性材料としては、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｔａなどの適宜の金属もしくはこれらの金属の合金を挙げることができる。また、一方電極層２０４及び他方電極層２０５、これらの金属もしくは合金からなる金属膜を複数積層した積層金属膜からなるものであってもよい。
本実施形態では、一方電極層２０４と他方電極層２０５とが圧電体層２０６を介して重なり合っている部分によって、圧電振動部が構成されている。一方電極層２０４及び他方電極層２０５に交流電界が印加されると、圧電振動部に電界が印加されて、圧電振動部が励振される。これにより、エネルギー閉じ込め型の厚み縦振動を利用した共振特性を得ることができる。
本実施の形態におけるフィルタは、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２と、第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２とを結ぶ第１経路ｒ１上に直列に配置された直列共振子Ｓ１〜Ｓ５と、第１経路ｒ１上にて隣り合う直列共振子Ｓ１〜Ｓ５の間のノードｎ１〜ｎ４とグランドとを結ぶ経路上に配置された並列共振子Ｐ１〜Ｐ４と、第１経路ｒ１上にて、第１端子Ｔ１と、直列共振子Ｓ１〜Ｓ５のうち第１端子Ｔ１に最も近い共振子である直列共振子Ｓ１との間に配置された第１インダクタＬ１と、第１経路ｒ１上にて、直列共振子Ｓ１〜Ｓ５のうち第２端子Ｔ２に最も近い共振子である直列共振子Ｓ５と、第２端子Ｔ２との間に配置された第２インダクタＬ２とを備える。
直列共振子Ｓ１〜Ｓ５及び並列共振子Ｐ１〜Ｐ４の各共振子は、バルク波の厚み縦振動を利用する圧電薄膜共振子であって、圧電体層２０３と、圧電体層２０３の一方主面に形成された一方電極層２０４と、圧電体層２０３の他方主面に形成された他方電極層２０５とを有している。
直列共振子Ｓ１において一方電極層２０４及び他方電極層２０５の厚みの平均を第１の厚みとし、直列共振子Ｓ１及び直列共振子Ｓ５と異なる他の直列共振子Ｓ２〜Ｓ４において一方電極層２０４及び他方電極層２０５の厚みの平均を第２の厚みとし、直列共振子Ｓ５において一方電極層２０４及び他方電極層２０５の厚みの平均を第３の厚みとした場合に、第１の厚み及び第３の厚みのそれぞれは、第２の厚みよりも薄い。
実施の形態４のフィルタは、上記に示す電極層の厚みの関係を有することで、フィルタの通過帯域幅を広げるとともに、共振周波数と異なる周波数にて発生し得る不要共振を抑制し、通過帯域外における減衰量を大きくすることができる。
なお、実施の形態４のフィルタでは、この電極層の厚みの関係を共振周波数の関係に置き換えて示すことができる。すなわち、直列共振子Ｓ１の共振周波数を第１の共振周波数とし、直列共振子Ｓ１及び直列共振子Ｓ５と異なる他の直列共振子Ｓ２〜Ｓ４の共振周波数を第２の共振周波数とし、直列共振子Ｓ５の共振周波数を第３の共振周波数とした場合に、第１の共振周波数及び第３の共振周波数のそれぞれは、第２の共振周波数よりも高い。
実施の形態４のフィルタは、上記に示す共振周波数の関係を有することで、フィルタの通過帯域幅を広げるとともに、共振周波数と異なる周波数にて発生し得る不要共振を抑制し、通過帯域外における減衰量を大きくすることができる。
（その他の実施の形態）
以上、本発明の実施の形態に係るフィルタについて、複数の実施の形態を挙げて説明したが、本発明は、上記実施の形態における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、上記実施の形態に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本発明に係るフィルタを内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
例えば、上記実施の形態１のフィルタ１では、２つのインダクタＬ１、Ｌ２がラダーフィルタ回路２に直列接続されている例を示したが、１つのインダクタＬ１がラダーフィルタ回路２に直列接続された形態であってもよい。
すなわち、フィルタ１は、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２と、第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２とを結ぶ第１経路ｒ１上に直列に配置された直列共振子Ｓ１〜Ｓ５と、第１経路ｒ１上にて隣り合う直列共振子Ｓ１〜Ｓ５の間のノードｎ１〜ｎ４とグランドとを結ぶ経路上に配置された並列共振子Ｐ１〜Ｐ４と、第１経路ｒ１上にて、第１端子Ｔ１と、直列共振子Ｓ１〜Ｓ５のうち第１端子Ｔ１に最も近い共振子である直列共振子Ｓ１との間に配置された第１インダクタＬ１と、を備え、直列共振子Ｓ１〜Ｓ５及び並列共振子Ｐ１〜Ｐ４の各共振子は、圧電性を有する基板３２０上に形成されたＩＤＴ電極３２を有し、ＩＤＴ電極３２は、弾性波伝搬方向Ｄ１の直交方向に延びるように配置された複数の電極指３２２ａ、３２２ｂを含み、直列共振子Ｓ１において弾性波伝搬方向Ｄ１に隣り合う複数の電極指３２２ａのピッチの平均を第１のピッチｐｔ１とし、直列共振子Ｓ１と異なる他の直列共振子Ｓ２〜Ｓ５において弾性波伝搬方向Ｄ１に隣り合う複数の電極指３２２ａ、３２２ｂのピッチの平均を第２のピッチｐｔ２とした場合に、第１のピッチｐｔ１は、第２のピッチｐｔ２の０．９５２倍以上０．９８倍以下であってもよい。
例えば、上記実施の形態１では、１つのフィルタを例に説明したが、本発明のフィルタは、複数の周波数帯域の信号を同時に送受信するマルチプレクサに用いることができる。例えば、本発明のフィルタは、２つのフィルタのそれぞれの第１端子が共通化されたダイプレクサや、３つのフィルタのそれぞれの第１端子が共通化されたトリプレクサや、６つのフィルタの第１端子が共通化されたヘキサプレクサに適用することができる。つまり、フィルタ１を１つ以上備えたマルチプレクサに適用することができる。
図１６は、実施の形態１のフィルタ１を備えるマルチプレクサ９である。図１６に示すマルチプレクサ９は、ダイプレクサであり、第１端子Ｔ１と、第２端子Ｔ２と、第３端子Ｔ３と、フィルタ１と、フィルタ１ａとを備える。
第１端子Ｔ１は、フィルタ１及びフィルタ１ａに共通に設けられ、マルチプレクサ９の内部でフィルタ１及びフィルタ１ａに接続される。また、第１端子Ｔ１は、マルチプレクサ９の外部でアンテナ素子８に接続される。つまり、第１端子Ｔ１は、マルチプレクサ９のアンテナ端子でもある。
第２端子Ｔ２は、マルチプレクサ９の内部でフィルタ１に接続される。第３端子Ｔ３は、マルチプレクサ９の内部でフィルタ１ａに接続される。また、第２端子Ｔ２及び第３端子Ｔ３は、マルチプレクサ９の外部で、増幅回路等（図示せず）を介してＲＦ信号処理回路（ＲＦＩＣ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ、図示せず）に接続される。
フィルタ１は、第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２とを結ぶ第１経路ｒ１上に配置される。フィルタ１は、例えば、ＢａｎｄＨ（ハイバンド）を通過帯域とするフィルタである。フィルタ１ａは、第１端子Ｔ１と第３端子Ｔ３とを結ぶ第２経路ｒ２上に配置される。フィルタ１ａは、例えば、ＢａｎｄＬ（ローバンド）を通過帯域とするフィルタである。フィルタ１及びフィルタ１ａの特性としては、対応するＢａｎｄを通過させ、他の帯域を減衰させるような特性が求められる。本実施の形態では、例えば、フィルタ１は、フィルタ１ａよりも周波数通過帯域が高くなるように設定されている。
また、上記実施の形態１では、共振子が、オフセット電極指（電極指に対向して相手側のバスバー電極から突出する電極）を有していない例を示したが、これに限られず、各共振子はオフセット電極指を有していてもよい。
また、ＩＤＴ電極３２及び反射器の密着層３２４、主電極層３２５及び保護層３２６を構成する材料は、前述した材料に限定されない。さらに、ＩＤＴ電極３２は、上記積層構造でなくてもよい。ＩＤＴ電極３２は、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄなどの金属または合金から構成されてもよく、また、上記の金属または合金から構成される複数の積層体から構成されてもよい。また、保護層３２６は、形成されていなくてもよい。
また、実施の形態１の共振子における基板３２０において、高音速支持基板３２９は、支持基板と、圧電体層３２７を伝搬する表面波や境界波の弾性波よりも、伝搬するバルク波の音速が高速となる高音速膜とが積層された構造を有していてもよい。
また、実施の形態１では、フィルタ１を構成するＩＤＴ電極３２は、圧電体層３２７を有する基板３２０上に形成された例を示したが、当該ＩＤＴ電極３２が形成される基板は、圧電体層３２７の単層からなる圧電基板であってもよい。この場合の圧電基板は、例えば、ＬｉＴａＯ３の圧電単結晶、または、ＬｉＮｂＯ３などの他の圧電単結晶で構成される。また、ＩＤＴ電極３２が形成される基板３２０は、圧電性を有する限り、全体が圧電体層からなるものの他、支持基板上に圧電体層が積層されている構造を用いてもよい。
また、上記実施の形態１に係る圧電体層３２７は、５０°ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ３単結晶を使用したものであるが、単結晶材料のカット角はこれに限定されない。つまり、弾性波フィルタ装置の要求通過特性などに応じて、適宜、積層構造、材料、及び厚みを変更してもよく、上記以外のカット角を有するＬｉＴａＯ３圧電基板またはＬｉＮｂＯ３圧電基板などを用いた弾性表面波フィルタであっても、同様の効果を奏することが可能となる。
本発明は、マルチバンドシステムに適用できるフィルタとして、携帯電話などの通信機器に広く利用できる。
１、１ａ フィルタ
２ ラダーフィルタ回路
８ アンテナ素子
９ マルチプレクサ
３２ ＩＤＴ電極
３２ａ、３２ｂ 櫛歯状電極
１０１ 弾性波共振子
１０２ 基板
１０２ａ 第１の主面
１０３ 圧電体層
１０４ 一方電極層
１０５ 他方電極層
１０６ 空隙
１０７ 凹部
１０９ 薄膜積層部
２０１ 弾性波共振子
２０２ 基板
２０３ 圧電体層
２０３ａ 下面
２０３ｂ 上面
２０４ 一方電極層
２０５ 他方電極層
２０８ 音響反射層
２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃ 第１の音響インピーダンス層
２０８ｄ、２０８ｅ 第２の音響インピーダンス層
２０９ 薄膜積層部
３２０ 基板
３２１ａ、３２１ｂ バスバー電極
３２２ａ、３２２ｂ 電極指
３２４ 密着層
３２５ 主電極層
３２６ 保護層
３２７ 圧電体層
３２８ 低音速膜
３２９ 高音速支持基板
Ｄ１ 弾性波伝搬方向
Ｌ 交叉幅
Ｌ１ 第１インダクタ
Ｌ２ 第２インダクタ
Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ インダクタ
ｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４ ノード
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４ 並列共振子
ｐｔ 電極指のピッチ
ｐｔ１ 第１のピッチ
ｐｔ２ 第２のピッチ
ｐｔ３ 第３のピッチ
ｒ１ 第１経路
ｒ２ 第２経路
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５ 直列共振子
Ｔ１ 第１端子
Ｔ２ 第２端子
Ｔ３ 第３端子
ｗ１ ライン幅
ｗ２ スペース幅
λ 波長

Claims (9)

  1. 複数のフィルタを備えるマルチプレクサであって、
    前記複数のフィルタのうちの少なくとも１つのフィルタは、
    第１端子及び第２端子と、
    前記第１端子と前記第２端子とを結ぶ第１経路上に直列に配置されたｎ個の直列共振子（ｎは３以上の自然数）と、
    前記第１経路上にて隣り合う前記直列共振子の間のノードとグランドとを結ぶ経路上に配置された１以上の並列共振子と、
    前記第１経路上にて、前記第１端子と、前記ｎ個の直列共振子のうち前記第１端子に最も近い共振子である第１の直列共振子との間に直列に配置された第１インダクタと、
    前記第１経路上にて、前記ｎ個の直列共振子のうち前記第２端子に最も近い共振子である第ｎの直列共振子と、前記第２端子との間に直列に配置された第２インダクタと、
    を備え、
    前記第１端子はアンテナ端子であり、
    前記第１の直列共振子の共振周波数を第１の共振周波数とし、前記第１の直列共振子及び前記第ｎの直列共振子と異なる他の直列共振子の共振周波数を第２の共振周波数とし、前記第ｎの直列共振子の共振周波数を第３の共振周波数とした場合に、
    前記第１の共振周波数及び前記第３の共振周波数のそれぞれは、前記第２の共振周波数よりも高い、
    マルチプレクサ。
  2. 前記ｎ個の直列共振子及び前記１以上の並列共振子の各共振子は、圧電性を有する基板上に形成されたＩＤＴ電極を有し、
    前記ＩＤＴ電極は、弾性波伝搬方向の直交方向に延びるように配置された複数の電極指を含み、
    前記第１の直列共振子において前記弾性波伝搬方向に隣り合う前記複数の電極指のピッチの平均を第１のピッチとし、前記第１の直列共振子及び前記第ｎの直列共振子と異なる他の直列共振子において前記弾性波伝搬方向に隣り合う前記複数の電極指のピッチの平均を第２のピッチとし、前記第ｎの直列共振子において前記弾性波伝搬方向に隣り合う前記複数の電極指のピッチの平均を第３のピッチとした場合に、
    前記第１のピッチ及び前記第３のピッチのそれぞれは、前記第２のピッチよりも小さい
    、
    請求項１に記載のマルチプレクサ。
  3. 前記第１のピッチ及び前記第３のピッチのそれぞれは、前記第２のピッチの０．９５２倍以上０．９８倍以下である、
    請求項２に記載のマルチプレクサ。
  4. 前記第１の直列共振子及び前記第ｎの直列共振子のそれぞれの容量は、前記他の直列共振子の容量よりも小さい、
    請求項１〜３のいずれか１項に記載のマルチプレクサ。
  5. 前記第１の直列共振子及び前記第ｎの直列共振子のそれぞれの分割数は、前記他の直列共振子の分割数よりも多い、
    請求項１〜４のいずれか１項に記載のマルチプレクサ。
  6. 前記ｎ個の直列共振子は、５個以上の直列共振子である、
    請求項１〜５のいずれか１項に記載のマルチプレクサ。
  7. 前記フィルタは、２４９６ＭＨｚ以上２６９０ＭＨｚ以下の周波数を通過帯域とする、
    請求項１〜６のいずれか１項に記載のマルチプレクサ。
  8. 前記ｎ個の直列共振子及び前記１以上の並列共振子の各共振子は、バルク波の厚み縦振動を利用する圧電薄膜共振子であって、圧電体層と、前記圧電体層の一方主面に形成された一方電極層と、前記圧電体層の他方主面に形成された他方電極層とを有し、
    前記第１の直列共振子において前記一方電極層及び前記他方電極層の厚みの平均を第１の厚みとし、前記第１の直列共振子及び前記第ｎの直列共振子と異なる他の直列共振子において前記一方電極層及び前記他方電極層の厚みの平均を第２の厚みとし、前記第ｎの直列共振子において前記一方電極層及び前記他方電極層の厚みの平均を第３の厚みとした場合に、
    前記第１の厚み及び前記第３の厚みのそれぞれは、前記第２の厚みよりも薄い、
    請求項１に記載のマルチプレクサ。
  9. 複数のフィルタを備えるマルチプレクサであって、
    前記複数のフィルタのうちの少なくとも１つのフィルタは、
    第１端子及び第２端子と、
    前記第１端子と前記第２端子とを結ぶ第１経路上に直列に配置された３以上の直列共振子と、
    前記第１経路上にて隣り合う前記直列共振子の間のノードとグランドとを結ぶ経路上に配置された１以上の並列共振子と、
    前記第１経路上にて、前記第１端子と、前記３以上の直列共振子のうち前記第１端子に最も近い共振子である第１の直列共振子との間に直列に配置された第１インダクタと、
    を備え、
    前記３以上の直列共振子及び前記１以上の並列共振子の各共振子は、圧電性を有する基板上に形成されたＩＤＴ電極を有し、
    前記ＩＤＴ電極は、弾性波伝搬方向の直交方向に延びるように配置された複数の電極指を含み、
    前記第１端子はアンテナ端子であり、
    前記第１の直列共振子において前記弾性波伝搬方向に隣り合う前記複数の電極指のピッチの平均を第１のピッチとし、前記第１の直列共振子と異なる他の直列共振子において前記弾性波伝搬方向に隣り合う前記複数の電極指のピッチの平均を第２のピッチとした場合に、
    前記第１のピッチは、前記第２のピッチの０．９５２倍以上０．９８倍以下である、
    マルチプレクサ。
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