JP7344294B2 - 弾性波フィルタ、分波器および通信装置 - Google Patents

弾性波フィルタ、分波器および通信装置 Download PDF

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Description

本開示は、電気信号をフィルタリングする弾性波フィルタ、当該弾性波フィルタを含む分波器および通信装置に関する。弾性波は、例えば、SAW(Surface Acoustic Wave)である。
複数の弾性波共振子をラダー型に接続することによって構成された弾性波フィルタが知られている(例えば特許文献1及び2)。
特許文献1は、弾性波フィルタに信号を入力する入力端子または弾性波フィルタからの信号を出力する出力端子と、弾性波フィルタ内で信号を伝達する配線との間に、シールド導体が設けられたラダー型の弾性波フィルタを開示している。
特許文献2では、ラダー型の弾性波フィルタからなる送信フィルタと、ラダー型の弾性波フィルタからなる受信フィルタとを有するデュプレクサが開示されている。送信フィルタおよび受信フィルタは、1つの入出力端子に共に接続されており、全体として概略U字状に配置されている。特許文献2では、送信フィルタと受信フィルタとの間にシールド導体が設けられた態様も開示されている。
特開平07-154201号公報 特開2010-239612号公報
本開示の一態様に係る弾性波フィルタは、圧電基板と、第1端子と、第2端子と、フィルタ本体と、を含む。前記フィルタ本体は、前記圧電基板上に位置している。前記フィルタ本体では、直列腕と、複数の並列共振子と、がラダー型に接続されている。前記直列腕は、前記第1端子と前記第2端子との間で互いに直列に接続されている複数の直列共振子を含んでいる。そして、前記直列腕は、第1分割腕と第2分割腕とを備えている。前記第1分割腕は、前記圧電基板に対して所定方向の一方側から他方側へ延びており、少なくとも1つの前記直列共振子を含んでいる。前記第2分割腕は、前記第1分割腕の前記他方側の部分から折り返して前記一方側へ延びており、少なくとも1つの前記直列共振子を含んでいる。そして、前記複数の直列共振子のうち回路的に最も第1端子の側に位置する直列共振子、および、前記複数の並列共振子のうち回路的に最も第1端子の側に位置する並列共振子それぞれから、弾性波の伝搬方向と平行な直線に沿って延長させた領域と、前記複数の直列共振子のうち回路的に最も第2端子の側に位置する直列共振子、および、前記複数の並列共振子のうち回路的に最も第2端子の側に位置する並列共振子とが重ならない。
本開示の一態様に係る分波器は、アンテナ端子と、前記アンテナ端子に接続されている送信フィルタと、前記アンテナ端子に接続されている受信フィルタと、を有しており、前記送信フィルタおよび前記受信フィルタの少なくとも一方は、上記の弾性波フィルタによって構成されている。
本開示の一態様に係る通信装置は、上記の弾性波フィルタと、前記直列腕の一端と接続されているアンテナと、前記直列腕の他端と接続されているICと、を有している。
SAW共振子の構成を示す平面図である。 図1のSAW共振子を含むSAWフィルタの構成を模式的に示す平面図である。 図2のSAWフィルタの変形例の構成を模式的に示す平面図である。 図2のSAWフィルタの変形例の構成を模式的に示す平面図である。 図4に示すSAWフィルタおよび比較例に係るSAWフィルタの周波数特性を示す線図である。 図2のSAWフィルタの利用例としての分波器を模式的に示す図である。 図6の分波器の利用例としての通信装置の要部の構成を示すブロック図である。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。
(SAW共振子の構成)
図1は、実施形態に係るSAWフィルタ51(図2)に用いられるSAW共振子1の構成を示す平面図である。
SAW共振子1(SAWフィルタ51)は、いずれの方向が上方または下方とされてもよいものであるが、以下の説明では、便宜的に、D1軸、D2軸およびD3軸からなる直交座標系を定義し、D3軸の正側(図1の紙面手前側)を上方として、上面等の語を用いることがあるものとする。なお、D1軸は、後述する圧電基板5の上面(紙面手前側の面。通常は最も広い面(主面)。)に沿って伝搬するSAWの伝搬方向に平行になるように定義され、D2軸は、圧電基板5の上面に平行かつD1軸に直交するように定義され、D3軸は、圧電基板5の上面に直交するように定義されている。
SAW共振子1は、いわゆる1ポートSAW共振子を構成しており、例えば、模式的に示す2つの端子3の一方から所定の周波数の電気信号が入力されると共振を生じ、その共振を生じた信号を2つの端子3の他方から出力する。
このようなSAW共振子1は、例えば、圧電基板5と、圧電基板5上に設けられたIDT電極7と、圧電基板5上にてIDT電極7の両側に位置する1対の反射器9とを有している。
なお、上記のように、厳密には、SAW共振子1は、圧電基板5を含んでいる。ただし、後述するように、本実施形態では、一の圧電基板5上に、IDT電極7及び1対の反射器9の組み合わせが複数設けられ、複数のSAW共振子1(1S1、1P1等)が構成される(図2参照)。そこで、以下の説明では、便宜上、IDT電極7及び1つの反射器9の組み合わせ(SAW共振子1の電極部)をSAW共振子1という。
圧電基板5は、例えば、圧電性を有する単結晶からなる。単結晶は、例えば、ニオブ酸リチウム(LiNbO)単結晶またはタンタル酸リチウム(LiTaO)単結晶である。カット角は、利用するSAWの種類等に応じて適宜に設定されてよい。例えば、圧電基板5は、回転YカットX伝搬のものである。すなわち、X軸は圧電基板5の上面(D1軸)に平行であり、Y軸は、圧電基板5の上面の法線に対して所定の角度で傾斜している。なお、圧電基板5は、比較的薄く形成され、裏面(D3軸負側の面)に無機材料または有機材料からなる支持基板が貼り合わされたものであってもよい。また、圧電基板5と支持基板との間に中間層が介在してもよい。中間層は単層でもよいし、複数の層が積層されていてもよい。
IDT電極7および反射器9は、圧電基板5上に設けられた層状導体によって構成されている。IDT電極7および反射器9は、例えば、互いに同一の材料および厚さで構成されている。これらを構成する層状導体は、例えば、金属である。金属は、例えば、AlまたはAlを主成分とする合金(Al合金)である。Al合金は、例えば、Al-Cu合金である。層状導体は、複数の金属層から構成されていてもよい。層状導体の厚さは、SAW共振子1に要求される電気特性等に応じて適宜に設定される。一例として、層状導体の厚さは50nm以上600nm以下である
IDT電極7は、1対の櫛歯電極11(一方には視認性をよくする便宜上ハッチングを付す)を有している。各櫛歯電極11は、バスバー13と、バスバー13から互いに並列に延びる複数の電極指15と、複数の電極指15の間にてバスバー13から突出する複数のダミー電極17とを有している。
1対の櫛歯電極11は、複数の電極指15が互いに噛み合うように(交差するように)配置されている。この噛み合った部分を交差領域R1ということがある。1対の櫛歯電極11の2本のバスバー13は互いに対向して配置され、一方の櫛歯電極11の電極指15と他方の櫛歯電極11の電極指15とはその幅方向に基本的に交互に配列されている。また、一方の櫛歯電極11の複数のダミー電極17は、その先端が他方の櫛歯電極11の電極指15の先端と対向している。
バスバー13は、例えば、概略、一定の幅でSAWの伝搬方向(D1軸方向)に直線状に延びる長尺状に形成されている。そして、1対のバスバー13は、SAWの伝搬方向に直交する方向(D2軸方向)において互いに対向している。1対のバスバー13の互いに対向する縁部は、例えば、互いに平行である。なお、バスバー13は、幅が変化していたり、SAWの伝搬方向に対して傾斜していたりしてもよい。
各電極指15は、例えば、概略、一定の幅でSAWの伝搬方向に直交する方向(D2軸方向)に直線状に延びる長尺状に形成されている。複数の電極指15は、例えば、SAWの伝搬方向に配列されており、また、互いに同等の長さである。なお、IDT電極7は、複数の電極指15の長さ(別の観点では交差幅)が伝搬方向の位置に応じて変化する、いわゆるアポダイズが施されていてもよい。
電極指15の本数、長さ及び幅w(別の観点ではピッチpに対する幅wの比であるデューティー比)は、SAW共振子1に要求される電気特性等に応じて適宜に設定されてよい。なお、図1等は模式図であることから、電極指15の本数は少なく示されている。実際には、図示よりも多く(例えば100本以上)の電極指15が配列されてよい。後述する反射器9のストリップ電極21についても同様である。
複数の電極指15のピッチp(電極指ピッチ)は、例えば、IDT電極7全体に亘って概ね一定とされている。なお、ピッチpは、例えば、互いに隣り合う2本の電極指15(または後述するストリップ電極21)の中心間距離である。ピッチpは、基本的に、圧電基板5上を伝搬するSAWのうち共振させたい周波数と同等の周波数を有するSAWの波長λの半分(p=λ/2)とされている。
複数のダミー電極17は、例えば、概ね一定の幅でSAWの伝搬方向に直交する方向(D2軸方向)に直線状に突出する長尺状に形成されている。複数のダミー電極17の幅、本数およびピッチは、複数の電極指15と同等である。なお、ダミー電極17の幅は電極指15と異なっていてもよい。IDT電極7は、ダミー電極17を有さないものであってもよい。以下の説明では、ダミー電極17の説明および図示を省略することがある。
既述のように、一方の櫛歯電極11の複数の電極指15の先端と、他方の櫛歯電極11(より詳細には本実施形態では他方の櫛歯電極11のダミー電極17の先端)とは、複数の電極指15の延びる方向(D2軸方向)においてギャップGpを介して対向している。ギャップGpのD2軸方向における大きさは、例えば、複数の電極指15間で同等である。
反射器9は、例えば、格子状に形成されている。すなわち、反射器9は、互いに対向する1対のバスバー19と、1対のバスバー19間において延びる複数のストリップ電極21とを有している。
バスバー19およびストリップ電極21の形状は、ストリップ電極21の両端が1対のバスバー19に接続されていることを除いては、IDT電極7のバスバー13および電極指15と同様とされてよい。
1対の反射器9は、例えば、SAWの伝搬方向においてIDT電極7の両側に隣接している。従って、複数のストリップ電極21は、複数の電極指15の配列に続いて配列されている。反射器9とIDT電極7との間で互いに隣接するストリップ電極21と電極指15とのピッチは、例えば、複数の電極指15(および複数のストリップ電極21)のピッチと同等である。
なお、圧電基板5の上面は、IDT電極7および反射器9の上から、SiO等からなる不図示の保護膜によって覆われていてもよい。当該保護膜は、IDT電極7よりも薄くてもよいし、厚くてもよい。また、保護膜が設けられる場合等において、IDT電極7および反射器9の上面または下面には、SAWの反射係数を向上させるために、絶縁体または金属からなる付加膜が設けられてもよい。
そして、端子3とバスバー13との間は配線23で電気的に接続されている。
1対の櫛歯電極11に電圧が印加されると、電極指15によって圧電基板5に電圧が印加され、圧電基板5の上面付近において上面に沿ってD1軸方向に伝搬する所定のモードのSAWが励起される。励起されたSAWは、電極指15によって機械的に反射される。その結果、電極指15のピッチを半波長とする定在波が形成される。定在波は、当該定在波と同一周波数の電気信号に変換され、電極指15によって取り出される。このようにしてSAW共振子1は共振子として機能する。その共振周波数は、電極指ピッチを半波長として圧電基板5上を伝搬するSAWの周波数と概ね同一の周波数である。
IDT電極7において励起されたSAWは、反射器9のストリップ電極21によって機械的に反射される。また、互いに隣接するストリップ電極21がバスバー19によって互いに接続されていることから、IDT電極7からのSAWは、電気的にもストリップ電極21によって反射される。これにより、SAWの発散が抑制され、IDT電極7における定在波が強く立ち、SAW共振子1の共振子としての機能が向上する。
なお、SAW共振子1について接続という場合、特に断りがない限りは、2つの端子3によって模式的に示されているように、1対の櫛歯電極11に電圧が印加されるような態様での接続をいうものとする。
IDT電極7は、特性の向上または微調整のために、その一部(例えばピッチpの総数の50%未満、または5%未満)に、大部分のピッチpとは異なる大きさのピッチpが設定されることがある。例えば、IDT電極7は、SAWの伝搬方向の両側に、他の大部分よりもピッチpが小さい狭ピッチ部が設けられることがある。また、例えば、交互に配列されている1対の櫛歯電極11の電極指15を所定数(例えば1~3本)無くす、またはこれと実質的に等価な電極指15の幅wまたは配列の変更を行う、いわゆる間引きが行われることがある。本開示においてピッチp、幅wまたはデューティー比(w/p)について言及するとき、特に断りがない限りは、このような特異な部分は考慮しないものとする。また、ピッチpまたは幅wがIDT電極7全体に亘って微小範囲内で変動するような場合においては、その平均値を用いてよい。
(SAWフィルタの概要)
図2は、SAW共振子1を含むSAWフィルタ51の構成を模式的に示す平面図である。この図では、紙面左上側に示されたIDT電極7および反射器9の符号から理解されるように、これらの導体を図1よりも更に模式的に示している。
SAWフィルタ51は、既述の圧電基板5を有している。そして、SAWフィルタ51は、圧電基板5上に、信号の入出力がなされる種々の端子3(31及び32等)と、信号をフィルタリングするフィルタ本体52と、を有している。
複数の端子3は、例えば、SAWフィルタ51の外部から電気信号が入力される入力端子31(第1端子)、外部へ電気信号を出力する出力端子32(第2端子)、外部から基準電位が付与される第1GND端子331~第3GND端子333、接合用のダミー端子34を含んでもよい。なお、SAWフィルタ51は、入力端子31を出力端子として、出力端子32を入力端子として使用することができるものであってもよい。
なお、第1GND端子331~第3GND端子333について、単に「GND端子33」といい、これらを区別しないことがある。入力端子31、出力端子32および/またはGND端子33は、例えば、図1に示した端子3に相当している。これらの端子を区別せずに、単に端子3ということがある。
フィルタ本体52は、入力端子31からの電気信号をフィルタリングして出力端子32へ出力するように構成されている。また、フィルタ本体52は、上記のフィルタリングの際、電気信号に含まれる不要成分(通過帯域外の信号)をGND端子33へ逃がすように構成されている。
フィルタ本体52は、入力端子31、出力端子32および1以上のGND端子33の間において、複数のSAW共振子1(図示の例では1S1~1S6および1P1~1P5)が回路的にラダー型に接続されることによって構成されている。複数の端子3及び複数のSAW共振子1の接続は、複数の配線23によってなされている。
なお、SAWフィルタ51のパッケージおよび/または実装構造は、種々の態様のものとされてよい。例えば、SAWフィルタ51は、圧電基板5の上面(+D3側の面)が不図示の回路基板に対向するように配置され、上記の各種の端子3と、回路基板のパッドとがバンプによって接合されることによって、パッケージングまたは実装がなされる。あるいは、例えば、圧電基板5の上面には、不図示の箱状のカバーが被せられ、各種の端子3上には、カバーを貫通する不図示の柱状の導体が立てられる。そして、SAWフィルタは、カバーの上面が不図示の回路基板に対向するように配置され、カバーの上面から露出する柱状の導体と、回路基板のパッドとがバンプによって接合されることによって、実装される。
(端子および配線)
端子3および配線23は、圧電基板5の上面に位置する導体層からなる。当該導体層は、例えば、IDT電極7および反射器9を構成する導体層と同一のもの(同一の材料および厚さ)である。ただし、端子3の位置においては、IDT電極7、反射器9および配線23と共通の導体層上に、他の材料からなる導体層が形成されていてもよい。もちろん、端子3、配線23およびその他の導体層は、互いに異なる材料から構成されていてもよい。
端子3の形状および寸法等は適宜に設定されてよい。なお、端子3は、それ自体の構成(形状または材料等)によって配線23と区別可能である必要はなく、配線23の一部のようになっていてもよい。例えば、端子3の位置または範囲は、配線23を覆い、端子3を覆わない絶縁層によって特定されたり、圧電基板5がパッケージングされたときに端子3に当接する部材(例えばバンプ)によって特定されたりしてもよい。
GND端子33は、その全部または一部が互いに短絡されていてもよいし、短絡されていなくてもよい。
配線23の具体的な経路および幅等は適宜に設定されてよい。図2では、便宜上、配線23を一定の幅で、また、比較的細く示している。ただし、配線23は、幅が変化してもよいし、図1に示すように比較的太く形成されてもよいし、バスバー13の長さ(D1軸方向)と同等の幅を一部に有していてもよい。また、図2では、便宜上、配線23は、D1軸方向またはD2軸方向に平行に引き回されているが、D1軸方向またはD2軸方向に傾斜していてもよい。図示の例では、配線23は互いに重なっていないが、絶縁体を介して配線23同士が立体交差する部分が存在してもよい。
(フィルタ本体におけるSAW共振子の接続関係)
フィルタ本体52は、いわゆるラダー型のSAWフィルタによって構成されている。すなわち、フィルタ本体52は、入力端子31と出力端子32とを接続している直列腕53(直列腕53に沿って矢印yを示す。)と、直列腕53とGND端子33とを接続している1以上(図示の例では複数(5つ))の並列腕55とを有している。直列腕53は、通過帯域の信号の伝送に寄与している。並列腕55は、通過帯域外の信号をGND端子33へ流すことに寄与している。なお、本実施形態の説明では、基本的に、並列腕55の数が複数である場合を例にとる。
直列腕53は、入力端子31と出力端子32との間において直列に接続された第1直列共振子1S1~第6直列共振子1S6(以下、単に「直列共振子1S」といい、これらを区別しないことがある。)を含んでいる。各並列腕55は、いずれかの直列共振子1Sの入力側(入力端子31側)または出力側(出力端子32側)とGND端子33とを接続する、第1並列共振子1P1~第5並列共振子1P5(以下、単に「並列共振子1P」といい、これらを区別しないことがある。)のいずれかを有している。複数の並列腕55(並列共振子1P)は、直列腕53に対して電気的に互いに異なる位置(直列共振子1Sに対する相対関係が互いに異なる位置)に接続されている。
なお、本実施形態の説明において、直列腕53(別の観点では1以上の直列共振子1S)および並列腕55(別の観点では1以上の並列共振子1P)がラダー型に接続されているという場合、上記のように、入力端子31と出力端子32との間に直列腕53(別の観点では1つの直列共振子または直列に接続された複数の直列共振子1S)が接続され、1以上の直列共振子1Sの入力側または出力側とGND端子33との間に1以上の並列腕55(別の観点では1以上の並列共振子1P)とが接続されている状態を指す。
直列共振子1Sの数および並列共振子1Pの数は、適宜に設定されてよく、図2に示す数は一例に過ぎない。図示の例では、最も入力端子31側の第1直列共振子1S1の入力側には並列共振子1Pは接続されていないが、第1直列共振子1S1の入力側に並列共振子1Pが接続されていてもよい。同様に、最も出力端子32側の第6直列共振子1S6の出力側には並列共振子1Pが接続されていないが、第6直列共振子1S6の出力側に並列共振子1Pが接続されていてもよい。
複数の並列共振子1Pは、互いに短絡されていない複数のGND端子33に個別に(1対1で)接続されていてもよいし、その全部又は一部が、同一のGND端子33または互いに短絡されている複数のGND端子33に接続されていてもよい。図示の例では、第1並列共振子1P1は第1GND端子331に接続されており、第2並列共振子1P2および第3並列共振子1P3は共に第2GND端子332に接続されており、第4並列共振子1P4および第5並列共振子1P5は共に第3GND端子333に接続されている。
直列共振子1Sおよび並列共振子1Pそれぞれは、例えば、図1を参照して説明したSAW共振子1により構成されている。ただし、電極指15の本数、電極指15の長さおよび/またはピッチp等の具体的な値は、各共振子に要求される特性に応じて設定されている。
直列共振子1Sおよび並列共振子1Pそれぞれは、1つのSAW共振子1によって構成されていてもよいし、複数のSAW共振子1によって構成されていてもよい。図示の例では、第1直列共振子1S1は、2つのSAW共振子1(第1分割共振子1S1-1および第2分割共振子1S1-2)によって構成されており、それ以外の共振子は、1つのSAW共振子1によって構成されている。なお、別の観点では、第1直列共振子1S1は、1つのSAW共振子1が複数(ここでは2つ)のSAW共振子1に分割されて構成されていると捉えられてもよい。
第1分割共振子1S1-1および第2分割共振子1S1-2は、互いに直列に接続されている。接続は、配線23によってなされていてもよいし、両者のバスバー13が共通化されることによってなされていてもよい。第1分割共振子1S1-1および第2分割共振子1S1-2は、例えば、概略、互いに同一の構成とされている。ただし、両者は互いに異なる構成とされていてもよい。
このように、1つの直列共振子1Sまたは1つの並列共振子1Pを分割することによって、例えば、1つのSAW共振子1(ここでは第1分割共振子1S1-1または第2分割共振子1S1-2)に印加される電圧を下げ、1つの直列共振子1S全体または1つの並列共振子1P全体における耐電力性を向上させることができる。SAWフィルタ51が無線通信に利用される送信フィルタ(後述)である場合においては、出力端子32側に比較して入力端子31側において電気信号の強度が高い。この場合、図示の例のように、最も入力端子31に近いSAW共振子1を分割することによって、SAWフィルタ51全体としての耐電力性を向上させることができる。
なお、直列腕53内で、直列に接続されている複数のSAW共振子1が設けられている場合において、各SAW共振子1が、分割共振子であるのか、単体で直列共振子1Sを構成するものであるのかは、例えば、並列腕55との接続位置を基準に特定してよい。例えば、互いに直列に接続されている2つのSAW共振子1間に並列腕55が接続されていなければ、その2つのSAW共振子1は、共に1つの直列共振子1Sを構成する分割共振子とみなされてよい。
(直列腕の経路の形状)
SAWフィルタ51は、直列腕53に沿って付された矢印y(y1,y2,y3)から理解されるように、直列腕53が圧電基板5上において途中で折り返すように(概略U字状に)構成されている。折り返し数は1か所以上であればよく、この例では、経路が途中で2か所折り返しており、全体としては概略S字状となっている。換言すれば、直列腕53は、圧電基板5上の所定方向(D2軸方向)の一方側(-D2側)から他方側(+D2側)へ(矢印y1方向に)延びている第1分割腕59Aと、第1分割腕59Aの他方側(+D2側)から折り返して一方側(-D2側)へ(矢印y2方向に)延びている第2分割腕59Bと、第2分割腕59Bの一方側(-D2側)から折り返して他方側(+D2側)へ(矢印y3方向に)延びている第3分割腕59Cと、を有している(以下、単に「分割腕59」といい、これらを区別しないことがある。)。これらの構成は、具体的には、例えば、以下のとおりである。
圧電基板5は、例えば、平面視において概略矩形に構成されており、4辺を有している。-D2側の辺を第1辺61A、+D1側の辺を第2辺61B、+D2側の辺を第3辺61C、-D1側の辺を第4辺61Dとする。
この例では、入力端子31は、SAWフィルタ51の電極群が配置された領域の中央よりも第1辺61Aの側に位置し、出力端子32は、SAWフィルタ51の電極群が配置された領域の中央よりも第3辺61Cの側に位置している。そして、入力端子31と出力端子32とは矩形状の圧電基板5の対角線上に位置している。このことから、入出力端子間の干渉を低減することができる。
第1分割腕59Aは、概略、入力端子31から+D2側(第1辺61Aの対辺である第3辺61C側)へ延びて折り返し部(第1分割腕59Aと第2分割腕59Bとの接続部)63Aへ至っている。折り返し部63Aは、例えば、2つの直列共振子1S3,1S4同士を接続する配線23によって構成されており、第3辺61Cの比較的近くに位置している。
第2分割腕59Bは、概略、折り返し部63Aから-D2側(第1辺61A側)へ延びて折り返し部63Bに至っている。折り返し部63Bは、例えば、2つの直列共振子1S4,1S5同士を接続する配線23によって構成されている。
第3分割腕59Cは、概略、第2分割腕59Bの-D2側の端部にある折り返し部63Bから+D2側(第3辺61C側)へ延びて出力端子32に至っている。
図2の紙面右側において符号を付すように、直列共振子1Sの1対の櫛歯電極11のうち、電気信号の流れに関して入力端子31側(入力側、一方側)に位置する櫛歯電極11を入力側櫛歯電極11Aとし、電気信号の流れに関して出力端子32側(出力側、他方側)に位置する櫛歯電極11を出力側櫛歯電極11Bとする。すなわち、1対の櫛歯電極11のうち、入力端子31に対して、他の直列共振子1Sを介して、または介さずに接続されているものが入力側櫛歯電極11Aであり、1対の櫛歯電極11のうち、出力端子32に対して、他の直列共振子1Sを介して、または介さずに接続されている接続されているものが出力側櫛歯電極11Bである。また、入力側櫛歯電極11Aのバスバー13から出力側櫛歯電極11Bのバスバー13へのD2軸方向における向きを、入力側櫛歯電極11Aから出力側櫛歯電極11Bへの圧電基板5に対する向き等ということがあるものとする。
折り返し部63Aおよび63Bを区別せずに、折り返し部63(符号は図3)ということがある。ここで、「折り返し部63」を有するとは、各分割腕59間で端子31から端子32に向かう信号の流れが逆向きになることをいう。「信号の流れが逆向き」であるとは、各分割腕における信号の流れをベクトルで示したとき、2つのベクトルでなす角が90°を超え270°未満の角度をなすことをいう。言い換えると、「信号の流れが逆向き」であるとは、入力側櫛歯電極11Aから出力側櫛歯電極11Bに向かう方向が逆の共振子を含むことをいう。このような、信号の流れが逆向きの分割腕59の組み合わせを、図2に示す例では第1分割腕59Aと第2分割腕59Bとの組み合わせと、第2分割腕59Bと第3分割腕59Cとの組み合わせと、の2組備えることとなる。なお、U字形状の場合には1組備えることとなる。
このように経路の途中に折り返し部63を備えることで、SAWフィルタ51を構成する電極群を配置する領域の面積を小さくすることができ、ひいてはSAWフィルタ51の小型化に寄与することができる。さらに、直列腕53の経路をS字状とすることで、端子31と端子32との直線距離を多くすることができる。言い換えると、端子31と端子32とを対角線上に配置することができる。これにより、両端子間の干渉等を防ぐことができる。
(共振子の配置)
上述のように、直列腕53が折り返し部63を備える場合には、複数の共振子1がD1方向において重なることがある。言い換えると、ある共振子1のD1方向における延長線上に他の共振子1が位置することがある。
これに対して、本開示のSAWフィルタ51によれば、回路的に最も入力端子31側に位置する共振子(1S1および1P1)のいずれとも、回路的に最も信号端子32側に位置する共振子(1S6および1P5)がD1方向において重ならないように配置されている。
ここで、共振子同士がD1方向において「重なる」とは、SAW共振子1の電極指15が交差する交差領域R1同士がD1方向において重なることをいう。言い換えると、共振子1間でバスバー13やダミー電極17とは重なっていても、交差領域R1が重なっていなければ、2つの共振子1は重なっていないと言える。より具体的には、一方のSAW共振子1の交差領域R1をD1方向に延長させたときに、その延長させた領域内に他方のSAW共振子1が位置していなければ、2つのSAW共振子1はD1方向において「重なっていない」と言える。
また、「回路的に最も入力端子側に位置する」とは、平面視におけるレイアウト上の位置関係と区別するものであり、各共振子間の電気的接続状態を示す回路図で示した場合の位置関係を示すものである。すなわち、「回路的に最も入力端子側に位置する共振子」は、直列共振子のうち高周波信号の流れに沿って、最も入力端子側に位置するもの、および並列共振子のうち最も入力端子側に位置するものをいう。同様に、「回路的に最も出力端子側に位置する」とは、平面視におけるレイアウト上の位置関係と区別するものであり、各共振子間の電気的接続状態を示す回路図で示した場合の位置関係を示すものである。すなわち、「回路的に最も出力端子側に位置する共振子」は、高周波信号の流れに沿って、最も出力端子側に位置するものをいう。
図2に示す例では、共振子1S6および1P5が共振子1S1と共振子1P1とには重ならないように配置されている。このように配置することで、端子直下の共振子同士の干渉を防ぐことができるので、電気特性の優れたSAWフィルタ51を提供することができる。
なお、上述の例では、共振子1P1,1S1,1P5および1S6のすべてが互いにD1方向において重複しない場合を例に説明したが、これらのうち少なくとも1つが重複しないことで、すべてが重複する場合に比べて電気特性を高める効果がある。ここで、SAW共振子1S1とSAW共振子1P1とがD1方向において重なっていても特性に影響は少ないが、SAW共振子1S1と、SAW共振子1S6またはSAW共振子1P5とが重なっている場合と、SAW共振子1P1と、SAW共振子1S6またはSAW共振子1P5とが重なっている場合と、に電気特性に影響が生じる。
また、圧電基板5が比較的薄く形成され、裏面(D3軸負側の面)に無機材料または有機材料からなる支持基板が直接または間接的に貼り合わされている場合には、厚い圧電基板に比べて遠くまで弾性波が伝搬する。このため、圧電基板5が1λ以下の薄い場合には、弾性波の干渉の影響が大きくなるため、共振子の配置が重要となる。
(変形例)
上述の例では、直列腕53の経路がS字状である場合を例に説明したが、この限りではない。例えば、図3に示すようにU字状であってもよい。すなわち、折り返し部63を一つ有し、y1方向に向かう第1分割腕59Aと、y1方向とは逆向きのy2方向に向かう第2分割腕59Bとが折り返し部63で電気的に接続されて、略U字状となっていてもよい。
また、図4に示すように、一つの圧電基板5上に弾性波フィルタ51Aを含む2以上のフィルタを含んでもよい。図4に示す例では、図面右側の領域に送信フィルタTxを含み、図面左側の領域に受信フィルタRxとして機能するSAWフィルタ51Aを含んでいる。
図4において、SAW共振子1の形状は、図2および図3に比べ、さらに簡略化して表現されている。具体的には、IDT電極7の外縁部を矩形で示し、反射器9の図示を省略している。
送信フィルタTxとSAWフィルタ51Aとは、アンテナからの信号を送受信する端子として端子31を共有している。すなわち、図4には2つのフィルタを備える分波器の例を示している。Txフィルタでは複数のSAW共振子1がラダー型に接続されている。そして、端子31から送信信号が入力される端子3Txまで直列腕53が折り曲げ部を備えることなく一方向に伸びている。言い換えると、直列共振子1Sにおいて入力側櫛歯電極11Aと出力側櫛歯電極11Bとの平面視における位置関係が逆向きに配置されることはない。
なお、SAWフィルタ51AはSAWフィルタ51と比較して共振子の数が異なる。具体的には、SAWフィルタ51Aは直列共振子1S1~1S4および並列共振子1P1~1P4を備える。直列共振子1S1はアンテナ直下に位置するために、分割共振子となっているとともに、横方向のスプリアスを抑制するためにバスバーの延びる方向がD1方向と直交する方向(D2)に対して傾斜している。また、共振子1S2と共振子1S3との間に1つめの折り返し部63Aが位置し、共振子1S4と共振子1P4との間に2つめの折り返し部63Bが位置している。そして、共振子1S4は共振子1S1および共振子1P1よりも第1の折り返し部63A側(+D2側)に位置し、共振子1P4は共振子1S1と共振子1P1との間に位置している。
送信フィルタTxおよび受信フィルタRxは、SAWの伝搬方向と直交する方向に並んで配置されている。
ここで、送信フィルタTxは受信フィルタRxよりも高い電力が必要となり、送信フィルタTxを構成する共振子の数、大きさ等も受信フィルタRxを構成する共振子に比べ多くなる可能性がある。その結果、受信フィルタRxを構成する電極群を配置する領域(以下Rx領域という)は、送信フィルタを構成する電極群を配置する領域(以下、Tx領域という)に比べて小さくなることがある。例えば、Rx領域はTx領域の1/2以下の面積となっている。
このような場合に、受信フィルタとして、本開示の弾性波フィルタ51または51Aを用いる場合には、限られたスペースであっても電気特性を劣化させることなく共振子を配置することができる。なお、受信フィルタは、Rx領域のD2方向の長さが、受信フィルタを構成する共振子のD2方向における幅を足し合わせた長さよりも短いときに、特に直列腕53に折り返し部を設ける効果を奏するものとなる。
(効果の検証)
実施例として、図4に示す分波器においてSAWフィルタ51Aのフィルタ特性を測定した。同様に、また、比較例としてSAWフィルタ51Aにおいて共振子の配置を考慮していないフィルタを製造しフィルタ特性を測定した。すなわち、比較例に係る受信フィルタにおいては、入力端子(31)に近い共振子と出力端子(32)に近い共振子とがD1方向において重なっている。
図5に、フィルタ特性を示す。図5は透過特性を示す。横軸は周波数(単位:MHz)を示す。縦軸は透過特性(単位:dB)を示す。直線は実施例の特性を示す。破線は比較例の特性を示す。
図5からも明らかなように、本開示のSAWフィルタ51Aを用いた受信フィルタでは通過帯域の低周波数側における減衰特性が改善されていることが確認された。具体的には、比較例の場合には、通過帯域の低周波数側においてスプリアスが多数確認されているが、実施例においてはスプリアスが低減されている。
以上より、本開示のSAWフィルタによれば、減衰特性が高く、その結果、電気特性の優れたものを提供することができることを確認した。
(弾性波フィルタの利用例:分波器)
図6は、SAWフィルタ51または51Aの利用例としての分波器101(例えばデュプレクサ)の構成を模式的に示す回路図である。この図の紙面左上に示された符号から理解されるように、この図では、櫛歯電極11が二叉のフォーク形状によって模式的に示され、反射器9は両端が屈曲した1本の線で表わされている。また、この図では、図2よりも直列共振子1Sおよび並列共振子1Pの数は減らされており、かつSAW共振子1の圧電基板5上における具体的な配置(例えば直列腕のS字状の形状)は省略されている。
分波器101は、例えば、送信端子105からの送信信号をフィルタリングしてアンテナ端子103へ出力する送信フィルタ109と、アンテナ端子103からの受信信号をフィルタリングして1対の受信端子107に出力する受信フィルタ111とを有している。
図4に示す例では、受信フィルタにSAWフィルタ51Aを適用した例を説明したが、この例では、送信フィルタ109は、例えば、実施形態のSAWフィルタ51(または51A)によって構成されている。送信端子105は、入力端子31または当該入力端子31に接続されている端子である。アンテナ端子103は、出力端子32または当該出力端子32に接続されている端子である。
受信フィルタ111は、例えば、SAW共振子1と、多重モード型フィルタ(ダブルモード型フィルタを含むものとする。)113とを含んで構成されている。多重モード型フィルタ113は、弾性波の伝搬方向に配列された複数(図示の例では3つ)のIDT電極7と、その両側に配置された1対の反射器9とを有している。なお、受信フィルタ111を構成するSAW共振子1および多重モード型フィルタ113は、例えば、同一の圧電基板5に設けられている。
なお、送信フィルタ109および受信フィルタ111は、同一の圧電基板5に設けられていてもよいし、互いに異なる圧電基板5に設けられていてもよい。図6は、あくまで分波器101の構成の一例であり、例えば、受信フィルタ111が送信フィルタ109と同様にラダー型フィルタによって構成されるなどしてもよい。分波器101は、デュプレクサに限定されず、例えば、ダイプレクサでもよいし、3以上のフィルタを含んだマルチプレクサであってもよい。
(弾性波装置の利用例:通信装置)
図7は、SAWフィルタ51(別の観点では分波器101)の利用例としての通信装置151の要部を示すブロック図である。通信装置151は、電波を利用した無線通信を行うものであり、分波器101を含んでいる。
通信装置151において、送信すべき情報を含む送信情報信号TISは、RF-IC(Radio Frequency Integrated Circuit)153によって変調および周波数の引き上げ(搬送波周波数を有する高周波信号への変換)がなされて送信信号TSとされる。送信信号TSは、バンドパスフィルタ155によって送信用の通過帯以外の不要成分が除去され、増幅器157によって増幅されて分波器101(送信端子105)に入力される。そして、分波器101(送信フィルタ109)は、入力された送信信号TSから送信用の通過帯以外の不要成分を除去し、その除去後の送信信号TSをアンテナ端子103からアンテナ159に出力する。アンテナ159は、入力された電気信号(送信信号TS)を無線信号(電波)に変換して送信する。
また、通信装置151において、アンテナ159によって受信された無線信号(電波)は、アンテナ159によって電気信号(受信信号RS)に変換されて分波器101(アンテナ端子103)に入力される。分波器101(受信フィルタ111)は、入力された受信信号RSから受信用の通過帯以外の不要成分を除去して受信端子107から増幅器161へ出力する。出力された受信信号RSは、増幅器161によって増幅され、バンドパスフィルタ163によって受信用の通過帯以外の不要成分が除去される。そして、受信信号RSは、RF-IC153によって周波数の引き下げおよび復調がなされて受信情報信号RISとされる。
なお、送信情報信号TISおよび受信情報信号RISは、適宜な情報を含む低周波信号(ベースバンド信号)でよく、例えば、アナログの音声信号もしくはデジタル化された音声信号である。無線信号の通過帯は、適宜に設定されてよく、公知の各種の規格に従ってよい。変調方式は、位相変調、振幅変調、周波数変調もしくはこれらのいずれか2つ以上の組み合わせのいずれであってもよい。回路方式は、ダイレクトコンバージョン方式を例示したが、それ以外の適宜なものとされてよく、例えば、ダブルスーパーヘテロダイン方式であってもよい。また、図7は、要部のみを模式的に示すものであり、適宜な位置にローパスフィルタやアイソレータ等が追加されてもよいし、また、増幅器等の位置が変更されてもよい。
なお、以上の実施形態および変形例において、SAWフィルタ51は弾性波フィルタの一例である。
本開示に係る技術は、以上の実施形態および変形例に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
例えば、弾性波は、SAWに限定されない。弾性波は、圧電基板に沿う伝搬方向を概念できる適宜な波とされてよく、例えば、BAW(Bulk Acoustic Wave)、弾性境界波または板波(ただし、これらの波とSAWとは必ずしも区別できない。)であってもよい。
実施形態の説明で触れたように、受信フィルタにおいて、圧電基板のうちフィルタ本体が位置する領域において、弾性波の伝搬方向と直交する方向(D2方向)の長さは、受信フィルタが有する全ての直列共振子のD2方向の長さの合計と、受信フィルタが有する全ての並列共振子のD2方向の長さの合計とを足し合わせた長さ未満(又は当該足し合わせた長さ以下)とされてよい。この長さの関係は、受信フィルタ以外の用途のフィルタ(例えば送信フィルタ)に適用されても構わない。
1S…直列共振子、1P…並列共振子、5…圧電基板、51…SAWフィルタ(弾性波フィルタ)、52…フィルタ本体、53…直列腕、59A…第1分割腕、59B…第2分割腕。

Claims (6)

  1. 圧電基板と、
    第1端子と、
    第2端子と、
    前記第1端子と前記第2端子との間で互いに直列に接続されている複数の直列共振子を含んでいる直列腕と、複数の並列共振子と、がラダー型に接続されている、前記圧電基板上のフィルタ本体と、
    を有しており、
    前記直列腕は、
    前記圧電基板に対して所定方向の一方側から他方側へ延びており、少なくとも1つの前記直列共振子を含んでいる第1分割腕と、
    記他方側から前記一方側へ延びており、少なくとも1つの前記直列共振子を含んでいる第2分割腕と、
    前記一方側から前記他方側へ延びており、少なくとも1つの前記直列共振子を含んでいる第3分割腕と、
    前記第1分割腕の前記他方側の端部と前記第2分割腕の前記他方側の端部とを電気的に接続する第1折り返し部と、
    前記第2分割腕の前記一方側の端部と前記第3分割腕の前記一方側の端部とを電気的に接続する第2折り返し部と、を有しており、
    前記複数の直列共振子のうち回路的に最も第1端子の側に位置する直列共振子、および、前記複数の並列共振子のうち回路的に最も第1端子の側に位置する並列共振子それぞれから弾性波の伝搬方向に平行な直線に沿って延長した領域と、前記複数の直列共振子のうち回路的に最も第2端子の側に位置する直列共振子、および、前記複数の並列共振子のうち回路的に最も第2端子の側に位置する並列共振子とが重ならない、
    弾性波フィルタ。
  2. 圧電基板と、
    第1端子と、
    第2端子と、
    前記第1端子と前記第2端子との間で互いに直列に接続されている複数の直列共振子を含んでいる直列腕と、複数の並列共振子と、がラダー型に接続されている、前記圧電基板上のフィルタ本体と、
    を有しており、
    前記直列腕は、
    前記圧電基板に対して所定方向の一方側から他方側へ延びており、少なくとも1つの前記直列共振子を含んでいる第1分割腕と、
    前記他方側から前記一方側延びており、少なくとも1つの前記直列共振子を含んでいる第2分割腕と、
    前記一方側から前記他方側延びており、前記直列共振子を含んでいない第3分割腕と、
    前記第1分割腕の前記他方側の端部と前記第2分割腕の前記他方側の端部とを電気的に接続する第1折り返し部と、
    前記第2分割腕の前記一方側の端部と前記第3分割腕の前記一方側の端部とを電気的に接続する第2折り返し部と、を有しており、
    前記複数の直列共振子のうち回路的に最も第1端子の側に位置する直列共振子、および、前記複数の並列共振子のうち回路的に最も第1端子の側に位置する並列共振子それぞれから弾性波の伝搬方向に平行な直線に沿って延長した領域と、前記複数の直列共振子のうち回路的に最も第2端子の側に位置する直列共振子、および、前記複数の並列共振子のうち回路的に最も第2端子の側に位置する並列共振子とが重ならない、
    弾性波フィルタ。
  3. 圧電基板と、
    第1端子と、
    第2端子と、
    前記第1端子と前記第2端子との間で互いに直列に接続されている複数の直列共振子を含んでいる直列腕と、複数の並列共振子と、がラダー型に接続されている、前記圧電基板上のフィルタ本体と、
    を有しており、
    前記直列腕は、
    前記圧電基板に対して所定方向の一方側から他方側へ延びており、少なくとも1つの前記直列共振子を含んでいる第1分割腕と、
    前記第1分割腕の前記他方側の部分から前記一方側へ延びており、少なくとも1つの前記直列共振子を含んでいる第2分割腕と、を有しており、
    前記複数の直列共振子のうち回路的に最も第1端子の側に位置する直列共振子、および、前記複数の並列共振子のうち回路的に最も第1端子の側に位置する並列共振子それぞれから弾性波の伝搬方向に平行な直線に沿って延長した領域と、前記複数の直列共振子のうち回路的に最も第2端子の側に位置する直列共振子、および、前記複数の並列共振子のうち回路的に最も第2端子の側に位置する並列共振子とが重ならず、
    前記圧電基板のうち前記フィルタ本体が位置する領域において、弾性波の伝搬方向と直交する方向の長さは、前記複数の直列共振子の弾性波の伝搬方向と直交する方向の長さの合計と、前記複数の並列共振子の弾性波の伝搬方向と直交する方向の長さの合計とを足し合わせた長さ以下である、弾性波フィルタ。
  4. アンテナ端子と、
    前記アンテナ端子に接続されている送信フィルタと、
    前記アンテナ端子に接続されている受信フィルタと、
    を有しており、
    前記送信フィルタおよび前記受信フィルタの少なくとも一方は、請求項1~3のいずれか1項に記載の弾性波フィルタによって構成されている
    分波器。
  5. アンテナ端子と、
    前記アンテナ端子に接続されている送信フィルタと、
    前記アンテナ端子に接続されている受信フィルタと、
    を有しており、
    弾性波フィルタであって、
    圧電基板と、
    第1端子と、
    第2端子と、
    前記第1端子と前記第2端子との間で互いに直列に接続されている複数の直列共振子を含んでいる直列腕と、複数の並列共振子と、がラダー型に接続されている、前記圧電基板上のフィルタ本体と、
    を有しており、
    前記直列腕が、
    前記圧電基板に対して所定方向の一方側から他方側へ延びており、少なくとも1つの前記直列共振子を含んでいる第1分割腕と、
    前記第1分割腕の前記他方側の部分から前記一方側へ延びており、少なくとも1つの前記直列共振子を含んでいる第2分割腕と、を有しており、
    前記複数の直列共振子のうち回路的に最も第1端子の側に位置する直列共振子、および、前記複数の並列共振子のうち回路的に最も第1端子の側に位置する並列共振子それぞれから弾性波の伝搬方向に平行な直線に沿って延長した領域と、前記複数の直列共振子のうち回路的に最も第2端子の側に位置する直列共振子、および、前記複数の並列共振子のうち回路的に最も第2端子の側に位置する並列共振子とが重ならない、前記弾性波フィルタを、前記受信フィルタのみが、有しており、
    前記送信フィルタは、前記受信フィルタと前記圧電基板を共有しており、前記圧電基板上に位置する電極群を有しており、
    前記圧電基板上において、前記フィルタ本体が位置する領域は、前記電極群が位置する領域に比べ、面積が半分以下である、分波器。
  6. 請求項1~5のいずれか1項に記載の弾性波フィルタと、
    前記直列腕の一端と接続されているアンテナと、
    前記直列腕の他端と接続されているICと、
    を有している通信装置。
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