JP7536094B2 - 弾性波共振子、弾性波フィルタ、分波器、通信装置 - Google Patents

弾性波共振子、弾性波フィルタ、分波器、通信装置 Download PDF

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Description

本開示は、弾性波装置に関する。
先行文献１には、圧電基板上に、ある特定の共振周波数を有するインターディジタルトランスデューサを複数備えた弾性波フィルタが記載されている。
国際公開第２００５／０５０８３７号
本開示の一態様に係る弾性波共振子は、圧電体と、前記圧電体上に位置し、弾性波の伝搬方向に配列された、複数の電極指とを備える。複数の電極指は、第１電極指群と、該第１電極指群の各電極指の間に形成された第２電極指群とを含む。前記第１電極指群の電極指のデューティ比は、第１の変化量に基づいて、前記伝搬方向の何れか一方に向かって次第に変化する。前記第２電極指群の電極指のデューティ比は、前記第１の変化量と異なる第２の変化量に基づいて、前記伝搬方向の何れか一方に向かって次第に変化する。前記複数の電極指が位置する領域において、各前記電極指間のピッチは、前記電極指のデューティ比の差異によってもたらされる共振周波数の差異への作用を打ち消すように変化する。
本開示の実施形態１に係る弾性波共振子の概略平面図である。 本開示の実施形態１に係る弾性波共振子の概略断面図である。 本開示の実施形態１に係る弾性波共振子の電極指のデューティ比の変化を示すグラフである。 本開示の実施形態１および比較形態に係る弾性波共振子について、特性を比較するためのグラフである。 本開示の実施形態２に係る弾性波共振子の反射器付近を拡大して示す概略平面図である。 本開示の各実施形態に係る通信装置を説明する概略図である。 本開示の各実施形態に係る分波器を説明する回路図である。
〔実施形態１〕
以下、本開示に係る実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において用いられる図は模式図であり、図面上の各部材の寸法比率を厳密に示すものではない。
＜共振子の構成＞
本実施形態に係る弾性波フィルタは、少なくとも一つの弾性波共振子を備える。例えば、弾性波フィルタは、複数の弾性波共振子がラダー型に接続されることにより、ラダー型フィルタを構成する。本実施形態に係る弾性波フィルタは、複数の弾性波共振子を、各弾性波共振子における弾性波の伝搬方向と直交する方向に、並列して備えていてもよい。
以下、図１および図２を参照して、本実施形態に係る弾性波共振子４について、より詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る弾性波共振子４の概略平面図であり、図２の領域Ａについての拡大平面図である。図２は、本実施形態に係る弾性波共振子４の概略断面図であり、図１のＢ－Ｂ線矢視断面図である。なお、本明細書において、弾性波共振子４における弾性波の伝搬方向ＴＤを、図１を含む弾性波共振子４の平面図においては、紙面に向かって上下方向、図２を含む弾性波共振子４の断面図においては、紙面に向かって左右方向とする。また、本明細書において、図２を含む弾性波共振子４の断面図においては、図示の簡単のため、断面における部材のみを示し、当該断面よりも奥側の部材の図示を省略する。
本実施形態に係る弾性波共振子４は、図１および図２に示すように、少なくとも、圧電体６と、当該圧電体６上のＩＤＴ電極８とを備える。なお、本明細書の図２を含む弾性波共振子４の断面図においては、圧電体６に対し、ＩＤＴ電極８が、紙面に向かって上側に位置するように示す。
圧電体６は、圧電性の材料をからなり、例えば、タンタル酸リチウム（以下、ＬＴとも記載する）の単結晶、ニオブ酸リチウム等を用いてもよい。弾性波共振子４において、後述するＩＤＴ電極８を含む導電層に電圧が印加されることにより、圧電体６を伝搬方向ＴＤに伝搬する弾性波が励振される。本実施形態において、圧電体６は、図２に示すように、一定の厚みＤ６を有していてもよい。なお、本明細書において、「厚みが一定」とは、必ずしも、厚みが厳密に一定であることを指さず、圧電体６を伝搬する弾性波の特性に、著しい影響を及ぼさない範囲において、多少の変動を許容する。
＜ＩＤＴ電極および反射器の詳細＞
ＩＤＴ電極８は、一対の櫛歯電極１０を含む。特に、本実施形態において、櫛歯電極１０は、図１に示すように、第１櫛歯電極１０Ａと第２櫛歯電極１０Ｂとを、一対の櫛歯電極として含む。なお、本明細書において、図１を含む弾性波共振子４の平面図においては、視認性の改善のために、第１櫛歯電極１０Ａにハッチングを施している。櫛歯電極１０は、例えば、バスバー１２と、該バスバー１２から互いに延びる複数の電極指１４と、複数の電極指１４のそれぞれの間において、バスバー１２から突出する、複数のダミー電極１６を含む。一対の櫛歯電極１０は、複数の電極指１４が、互いに噛み合うように配置されている。
バスバー１２は、概ね一定の幅を有し、伝搬方向ＴＤに概ね沿って形成されている。また、一対のバスバー１２は、伝搬方向ＴＤと概ね直交する方向において、互いに対向している。特に、バスバー１２は、第１櫛歯電極１０Ａのバスバーとして形成された第１バスバー１２Ａと、該第１バスバー１２Ａに対向し、第２櫛歯電極１０Ｂのバスバーとして形成された第２バスバー１２Ｂとを含む。なお、圧電体６を伝搬する弾性波に著しい影響を及ぼさない程度において、バスバー１２は、幅が変化してもよく、あるいは、伝搬方向ＴＤから傾斜して形成されていてもよい。
各電極指１４は、概ねバスバー１２の幅方向に沿って長尺状に形成される。各櫛歯電極１０において、各電極指１４は、伝搬方向ＴＤに配列されている。また、一方のバスバー１２から延びる電極指１４と、他方のバスバー１２から延びる電極指１４は、伝搬方向ＴＤにおいて、交互に配置されている。
各電極指１４の本数は、図１に示す本数に限られず、弾性波共振子４に求められる特性に応じて、適切に設計されてよい。また、各電極指１４の長さは、図１に示すように、略一定であってもよく、あるいは、伝搬方向ＴＤにおける位置によって、互いに長さがことなる、いわゆるアポタイズが施されていてもよい。なお、ＩＤＴ電極８の一部において、電極指１４の一部が「間引き」されていてもよい。換言すれば、ＩＤＴ電極８は、その一部において、電極指１４の一部が形成されていない領域を含んでいてもよい。
各ダミー電極１６は、概ねバスバー１２の幅方向に沿って突出する。また、一方のバスバー１２から突出するダミー電極１６は、他方のバスバー１２から延びる電極指１４の先端と、伝搬方向ＴＤと直交する方向において、ギャップを介し互いに対向する。なお、本実施形態に係る弾性波共振子４は、ダミー電極１６を備えていなくともよい。
弾性波共振子４は、さらに、圧電体６上の、電極指１４に対して伝搬方向ＴＤの両端に位置する一対の反射器１８を備える。反射器１８は、互いに対向する一対のバスバー２０から延びる複数のストリップ電極２２を含む。反射器１８は、電気的に浮遊状態であってもよく、あるいは、反射器１８には、基準電位が与えられていてもよい。なお、ＩＤＴ電極８と反射器１８とは、同層であってもよく、導電層に含まれていてもよい。ＩＤＴ電極８と反射器１８とは、金属材料からなり、例えば、Ａｌを主成分とする合金からなっていてもよい。また、反射器１８の各ストリップ電極２２の本数、形状等は、図１に示す構成に限られず、電極指１４と同じく、弾性波共振子４に求められる特性に応じて、適切に設計されてよい。
なお、本明細書において、「電極指」とは、ＩＤＴ電極８の複数の電極指１４と、弾性波共振子４が反射器１８を備える場合には、反射器１８の複数のストリップ電極２２とを含む。
本実施形態に係る弾性波共振子４において、図１および図２に示すように、ＩＤＴ電極８の複数の電極指１４は、平面視において、電極指配置領域２４内に位置する。また、本実施形態において、電極指配置領域２４は、第１領域２４Ａと、第２領域２４Ｂとを、少なくとも一つずつ含む。
ここで、図１に示すように、伝搬方向ＴＤのうちの一方の方向を第１方向Ｔ１とする。なお、図１においては、第１方向Ｔ１を、伝搬方向ＴＤのうち、図１の紙面に向かって上から下に向かう方向とする。なお、図１に示すように、本実施形態において、電極指配置領域２４は、第２領域２４Ｂを、第１領域２４Ａよりも第１方向Ｔ１側に備えている。例えば、図１に示すように、電極指１４は、半数が第１領域２４Ａに、残りの半数が第２領域２４Ｂに形成されていてもよい。
＜電極指のデューティ比＞
本実施形態に係る弾性波共振子４において、図１および図２に示すように、ＩＤＴ電極８の複数の電極指１４は、第１電極指群１４Ａと、第２電極指群１４Ｂとを含む。第１電極指群１４Ａは、第１バスバー１２Ａから延び、第２電極指群１４Ｂは、第２バスバー１２Ｂから延びる。したがって、図１および図２に示すように、第２電極指群１４Ｂは、第１電極指群１４Ａの各電極指の間に形成されている。
本実施形態に係る弾性波共振子４は、各電極指１４のデューティ比に特徴を有する。電極指１４のデューティ比は、ある電極指１４の幅Ｗを、当該電極指１４と隣接する電極指１４との間のピッチによって割った値である。
本実施形態において、少なくとも一部の電極指１４のデューティ比は、伝搬方向ＴＤの何れか一方に向かって次第に変化する。特に、本実施形態において、電極指１４のうち、第１電極指群１４Ａの少なくとも一部の電極指１４のデューティ比は、第１の変化量に基づいて、伝搬方向ＴＤの何れか一方に向かって次第に変化する。対して、電極指１４のうち、第２電極指群１４Ｂの少なくとも一部の電極指１４のデューティ比は、第１の変化量と異なる第２の変化量に基づいて、伝搬方向ＴＤの何れか一方に向かって次第に変化する。
ここで、一般に、圧電体６を伝搬する弾性波のうち、弾性波共振子４によって励振される弾性波が有する共振周波数は、電極指１４のデューティ比によって変化し、例えば、電極指１４のデューティ比が小さくなることにより高くなる。このため、弾性波共振子４において、電極指１４のデューティ比を除く、上記共振周波数に寄与するパラメータが、弾性波共振子４の位置によって略一定である場合には、弾性波共振子４の位置によって共振周波数に差異が生じる。
なお、本明細書において、「共振周波数」とは、弾性波共振子４によって励振される弾性波のうち、主共振のモードによって励振される弾性波が有する共振周波数を指し、副共振あるいはスプリアスのモードによって励振される弾性波の周波数を指さない。
＜電極指のデューティ比の例＞
本実施形態における、第１電極指群１４Ａと第２電極指群１４Ｂとの、それぞれの電極指１４のデューティ比の変化の例について、図３を参照し、より詳細に説明する。図３は、本実施形態に係る弾性波共振子４の電極指１４について、伝搬方向ＴＤにおける弾性波共振子４上の位置と、電極指１４のデューティ比との関係を示すグラフである。図３のグラフにおいて、横軸は、電極指１４が形成される、伝搬方向ＴＤにおける弾性波共振子４上の位置を示し、縦軸は、当該位置における電極指１４のデューティ比を示す。横軸に示す、２４Ａ、２４Ｂは、それぞれ、第１領域２４Ａ、第２領域２４Ｂが形成される位置に対応する。
また、図３のグラフにおいては、横軸の正方向が第１方向Ｔ１と対応する。さらに、図３のグラフにおいては、実線にて第１電極指群１４Ａの電極指１４のデューティ比を、破線にて第２電極指群１４Ｂの電極指１４のデューティ比を示す。
なお、電極指のデューティ比は、当該電極指ごとに決定されるため、本来図３に示すグラフは、離散的にデューティ比の値がプロットされる。しかしながら、本明細書において、電極指１４のデューティ比の変化をグラフにて示す場合には、図示の簡単のために、第１電極指群１４Ａと第２電極指群１４Ｂとのそれぞれの電極指１４のデューティ比が、連続的に変化しているとみなし、図示を行っている。
本実施形態に係る弾性波共振子４において、第１領域２４Ａに位置する第１電極指群１４Ａの電極指１４のデューティ比は、例えば、図３のグラフ３０１に示すように、第１方向Ｔ１に向かって、０．３から０．６まで次第に増加する。対して、当該弾性波共振子４において、第１領域２４Ａに位置する第２電極指群１４Ｂの電極指１４のデューティ比は、第１方向Ｔ１に向かって、０．４から０．５まで次第に増加する。
一方、本実施形態に係る弾性波共振子４において、第２領域２４Ｂに位置する第１電極指群１４Ａの電極指１４のデューティ比は、例えば、図３に示すように、第１方向Ｔ１に向かって、０．６から０．３まで次第に減少する。対して、当該弾性波共振子４において、第２領域２４Ｂに位置する第２電極指群１４Ｂの電極指１４のデューティ比は、第１方向Ｔ１に向かって、０．５から０．４まで次第に減少する。
このため、上記弾性波共振子４の第１領域２４Ａにおいては、第１方向Ｔ１に向かって、第１電極指群１４Ａの電極指１４のデューティ比が、第２電極指群１４Ｂの電極指１４のデューティ比と比べて大きい変化量に基づいて、次第に増加している。また、上記弾性波共振子４の第２領域２４Ｂにおいては、第１方向Ｔ１に向かって、第１電極指群１４Ａの電極指１４のデューティ比が、第２電極指群１４Ｂの電極指１４のデューティ比と比べて大きい変化量に基づいて、次第に減少している。
なお、本実施形態に係る弾性波共振子４の各電極指１４のデューティ比の変化は、図３のグラフ３０１に示す例に限られない。例えば、本実施形態に係る弾性波共振子４において、第１領域２４Ａに位置する第２電極指群１４Ｂの電極指１４のデューティ比は、図３のグラフ３０２に示すように、第１方向Ｔ１に向かって、０．５から０．４まで次第に減少していてもよい。この場合、第２領域２４Ｂに位置する第２電極指群１４Ｂの電極指１４のデューティ比は、図３のグラフ３０２に示すように、第１方向Ｔ１に向かって、０．４から０．５まで次第に減少していてもよい。なお、図３のグラフ３０１とグラフ３０２とにそれぞれ対応する弾性波共振子４において、第１電極指群１４Ａの電極指１４のデューティ比の変化は同一であってもよい。
上記より、本実施形態に係る弾性波共振子４においては、第１領域２４Ａと第２領域２４Ｂとのそれぞれにおいて、伝搬方向ＴＤの何れか一方に対する、電極指１４のデューティ比の変化が、第１電極指群１４Ａと第２電極指群１４Ｂとにおいて異なっている。
＜電極指のピッチ＞
複数の電極指１４のそれぞれは、互いにあるピッチＰを介して配置されている。また、弾性波共振子４によって励振される弾性波が有する共振周波数は、電極指１４のピッチＰに依存する。一般に、弾性波共振子４によって励振される弾性波が有する共振周波数は、電極指１４のピッチＰが狭くなることにより高くなる。
本実施形態において、ピッチＰは、電極指配置領域２４において、電極指１４のデューティ比の差異によってもたらされる共振周波数の差異への作用を打ち消すように変化する。換言すれば、本実施形態に係る弾性波共振子４は、ピッチＰがいずれの位置においても略一定である場合と比較して、電極指配置領域２４の各位置において発振する共振周波数の差が小さい。
これにより、圧電体６の各位置において励振される弾性波の周波数が均一化し、弾性波共振子４の特性が改善する。なお、各電極指１４間におけるピッチＰは、各電極指１４のデューティ比の差異から、シミュレーションにより、容易に決定することができる。
本実施形態において、電極指配置領域２４の少なくとも一部において発振する共振周波数は、同一であってもよい。また、電極指配置領域２４の８０％以上において発振する共振周波数は、同一であってもよい。これにより、圧電体６の各位置において励振される弾性波の周波数がより均一化し、弾性波共振子４の特性が改善する。
なお、本明細書において、「周波数が同一」とは、必ずしも、周波数が厳密に同一であることを指さない。例えば、電極指配置領域２４において圧電体６を伝搬する弾性波の主共振の共振周波数は、弾性波共振子４の特性に著しい影響を及ぼさない範囲において、多少の差異を許容する。
具体的には、「ある領域における共振周波数が同一」と判断するための数値に、当該領域における共振周波数の差を、所望の共振周波数で割った値に１００を乗じた値（ｄｆｒ）を用いてもよい。例えば、ｄｆｒが、－０．８５６以上０．８５６以下の場合に、「当該領域における共振周波数が同一」としてもよい。
ｄｆｒの値が、上記範囲を満たす場合には、弾性波共振子４として周波数特性において、各位置において共振周波数に差異があることに起因するスプリアスの発生を抑制することができる。また、本実施形態において、上記範囲を満たす場合、当該領域における共振周波数の差の絶対値は、５０ＭＨｚ以下である。
なお、ｄｆｒが、－１．０２８、または、１．０２８である場合においては、スプリアスの発生が確認されている。この場合、本実施形態において、当該領域における共振周波数の差の絶対値は、６０ＭＨｚに相当する。
ここで、ピッチＰの値は、例えば、０．７０ｎｍから０．７５ｎｍ程度であってもよい。また、圧電体６の厚みＤ６は、何れかの電極指１４間におけるピッチＰ以下の厚みであってもよい。これにより、比較的広いピッチを有する電極指１４を備えた弾性波共振子４によって、共振周波数をより高くすることが可能となる。
また、圧電体６の厚みＤ６は、特に限定されないが、本実施形態においては、例えば、第１ピッチＰＡと第２ピッチＰＢとの何れかの、０．４倍から１．２倍程度である。例えば、圧電体６の厚みＤ６は、０．２８μｍから０．９μｍ程度である。
なお、本実施形態において、各電極指１４の厚みＤ１４は、電極指配置領域２４内において同一であってもよい。電極指１４の厚みＤ１４は、例えば、何れかの電極指１４間におけるピッチＰの、０．１６倍程度である。また、反射器１８のストリップ電極２２の厚みは、電極指１４の厚みと同一であってもよい。
＜固着基板＞
弾性波共振子４の各構成の説明に戻ると、図２に示すように、弾性波共振子４は、さらに、圧電体６よりも、ＩＤＴ電極８と反対の側に支持基板２６を備える。本実施形態において、支持基板２６が、圧電体６を伝搬する弾性波の特性に与える影響は、十分に小さい。このため、支持基板２６の材料および寸法は適宜設計されてもよい。例えば、支持基板２６は、絶縁材料を含み、樹脂またはセラミックを含んでいてもよい。支持基板２６の厚みは、例えば、圧電体６の厚みＤ６よりも厚い。温度変化に伴う、弾性波の特性に与える影響をより低減するために、支持基板２６は、圧電体６の線膨張係数よりも線膨張係数が低い材料からなっていてもよい。
加えて、弾性波共振子４は、圧電体６と支持基板２６との間に、反射多層膜３０を備えている。弾性波共振子４は、反射多層膜３０と支持基板２６との間に、密着層２８を含んでいてもよい。なお、圧電体６、支持基板２６、密着層２８、および反射多層膜３０を含む積層体を、固着基板３６と称することがある。
密着層２８は、支持基板２６と反射多層膜３０との密着性を向上させるために挿入される層であり、圧電体６を伝搬する弾性波の特性に与える影響は十分に小さい。
反射多層膜３０は、第１層３２と第２層３４とを、それぞれ交互に積層して含む。第１層３２の材料は、第２層３４の材料と比較して、音響インピーダンスが低い。これにより、第１層３２と第２層３４との界面においては、弾性波の反射率が高くなるため、弾性波フィルタの外部への、圧電体６を伝搬する弾性波漏れだしを低減する。
例えば、第１層３２は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる。また、例えば、第２層３４は、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）からなる。他にも、第２層３４は、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、および酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の何れかからなっていてもよい。
反射多層膜３０は、第１層３２と第２層３４とを、それぞれ、少なくとも一層含んでいればよく、層数は特に問われない。また、第１層３２と第２層３４との層数の合計値は、奇数であってもよく、偶数であってもよい。ここで、反射多層膜３０の層のうち、圧電体６と接する層は、第１層３２であるが、密着層２８と接する層は、第１層３２と第２層３４とのどちらであってもよい。
例えば、反射多層膜３０は、第１層３２と第２層３４とを、合計して、３層以上１２層以下含んでいてもよい。ただし、反射多層膜３０は、第１層３２と第２層３４とを、それぞれ一層ずつのみ含んでいてもよい。また、第１層３２と第２層３４とのそれぞれの間においても、反射多層膜３０の各層の密着性の向上、および、反射多層膜３０における弾性波の拡散防止の観点から、密着層２８が形成されていてもよい。
なお、図２に示すように、第１層３２は、それぞれ、一定の厚みＤ３２を有していてもよく、第２層３４は、それぞれ、一定の厚みＤ３４を有していてもよい。厚みＤ３２と厚みＤ３４とは、例えば、何れかの電極指１４間におけるピッチＰの、０．２５倍から２倍程度であってもよい。
＜ピッチおよびデューティ比の差異による特性変化＞
本実施形態に係る弾性波共振子４の特性を評価するために、比較形態に係る弾性波共振子と特性を比較して説明する。比較形態に係る弾性波共振子は、全ての電極指１４のデューティ比が、０．５５にて一定であり、かつ、全ての電極指１４間のピッチＰが一定である。上記点を除き、比較形態に係る弾性波共振子は、本実施形態に係る弾性波共振子４と同一の構成を備える。
図４は、比較形態および本実施形態のそれぞれに係る弾性波共振子において、励振する弾性波の特性を示すグラフであり、弾性波共振子におけるインピーダンスの位相を、周波数毎に示すグラフである。換言すれば、図４のグラフは、各弾性波共振子において発振する弾性波の強度を、周波数毎に示すグラフである。図４のグラフにおいて、縦軸を位相（単位：ｄｅｇ）、横軸を周波数（単位：ＭＨｚ）とした。
図４のグラフ４０１は、比較形態に係る弾性波共振子における、シミュレーションによる計算結果を示す。また、図４のグラフ４０２は、図３のグラフ３０１に、電極指１４のデューティ比の変化を示した、本実施形態に係る弾性波共振子４におけるシミュレーションによる計算結果を示す。なお、図４のグラフ４０２に特性を示す弾性波共振子４の電極指１４のピッチＰは、図４のグラフ４０１に特性を示す弾性波共振子と比較して、共振周波数が同一となるように決定されている。このため、図４のそれぞれのグラフに示すように、比較形態および本実施形態のそれぞれに係る弾性波共振子は、４７００ＭＨｚ付近に主共振の周波数を有する。
ここで、図４に示すグラフ４０１から明らかであるように、比較形態に係る弾性波共振子においては、主共振の周波数の他、６０００ＭＨｚ付近および６７５０ＭＨｚ付近の周波数において励振するスプリアスが生じる。一方、図４に示すグラフ４０２から明らかであるように、本実施形態に係る弾性波共振子においては、比較形態に係る弾性波共振子と比較して、スプリアスの強度が低減している。
一般に、弾性波共振子において、電極指のデューティ比およびピッチの変化に対し、スプリアスのモードにおいて励振する弾性波の周波数は、主共振および反共振のモードにおいて励振する、弾性波の周波数とは、異なる依存性を有する。このため、弾性波共振子において、主共振の周波数を一定としつつ、電極指のピッチとデューティ比との双方を変化させた場合、スプリアスのモードにおいて励振する弾性波の周波数が変化する。
ここで、本実施形態に係る弾性波共振子４は、電極指配置領域２４内において、電極指１４のデューティ比が変化している。換言すれば、本実施形態に係る弾性波共振子４において、共振するスプリアスの周波数は、電極指配置領域２４内の位置によって異なっている。このため、デューティ比が一定である電極指を備えた弾性波共振子と比較して、本実施形態に係る弾性波共振子４は、共振するスプリアスの周波数を一定値に集中させることを抑制し、全体として、スプリアスの強度を低減することができる。
さらに、本実施形態に係る弾性波共振子４は、電極指配置領域２４内において、電極指１４のデューティ比が変化する上、主共振の周波数の差異が低減している。したがって、図４のグラフ４０２に示すように、主共振の周波数の均一性を維持しつつ、スプリアスの強度を低減することができ、特性を改善することができる。
また、本実施形態に係る弾性波共振子４において、第１電極指群１４Ａと第２電極指群１４Ｂとの間において、第１方向Ｔ１に対する電極指１４のデューティ比の変化量に差異がある。換言すれば、本実施形態に係る弾性波共振子４の、伝搬方向ＴＤにおいて互いに隣り合う電極指１４について、デューティ比の変化の法則に差異がある。
これにより、本実施形態に係る弾性波共振子４は、伝搬方向ＴＤにおいて互いに隣り合う電極指１４について、デューティ比の差異をより効率的に異ならせることができる。また、本実施形態に係る弾性波共振子４は、電極指１４のデューティ比の変化による、共振周波数の変化を、電極指１４間のピッチＰの設計により、比較的容易に均一化することが可能である。
また、本実施形態において、図３に示すように、第１電極指群１４Ａの電極指１４における、デューティ比の最大値は、第２電極指群１４Ｂの電極指１４における、デューティ比の最大値と異なっていてもよい。特に、本実施形態において、図３に示すように、第１電極指群１４Ａの電極指１４における、デューティ比の最大値が、第２電極指群１４Ｂの電極指１４における、デューティ比の最大値よりも大きくともよい。
さらに、本実施形態において、図３に示すように、第１電極指群１４Ａの電極指１４における、デューティ比の最小値は、第２電極指群１４Ｂの電極指１４における、デューティ比の最小値と異なっていてもよい。特に、本実施形態において、図３に示すように、第１電極指群１４Ａの電極指１４における、デューティ比の最小値が、第２電極指群１４Ｂの電極指１４における、デューティ比の最小値よりも小さくともよい。
加えて、本実施形態において、図３に示すように、第１電極指群１４Ａの電極指１４における、デューティ比の最大値と最小値との差は、第２電極指群１４Ｂの電極指１４における、デューティ比の最大値と最小値との差と異なっていてもよい。
上記構成により、本実施形態に係る弾性波共振子４は、伝搬方向ＴＤにおいて互いに隣り合う電極指１４について、デューティ比の差異をより効率的に異ならせることができる。
〔実施形態２〕
＜反射器のストリップ電極のデューティ比＞
図５は、本実施形態に係る弾性波共振子４Ａの、反射器１８の周辺について拡大して示す概略平面図である。本実施形態に係る弾性波共振子４Ａは、例えば、反射器１８の構成を除いて、前実施形態に係る弾性波共振子４と、同一の構成を備えていてもよい。なお、図５に示す反射器１８は、図１等に示す反射器１８と、ストリップ電極２２の本数が異なる。しかしながら、前実施形態に係る弾性波共振子４についても、図５に示す反射器１８と同じ本数のストリップ電極２２を備えた反射器１８を備えていてもよい。
本実施形態に係る弾性波共振子４Ａにおいて、図５に示すように、複数のストリップ電極２２は、平面視において、電極指配置領域２４内に位置する。また、本実施形態において、電極指配置領域２４は、第１領域２４Ｃと、第２領域２４Ｄとを、少なくとも一つずつ含む。
ここで、図５に示すように、伝搬方向ＴＤのうちの一方の方向を第１方向Ｔ１とする。なお、図５においても、第１方向Ｔ１を、伝搬方向ＴＤのうち、図５の紙面に向かって上から下に向かう方向とする。なお、図５に示すように、本実施形態において、電極指配置領域２４は、第２領域２４Ｄを、第１領域２４Ｃよりも第１方向Ｔ１側に備えている。例えば、図５に示すように、ストリップ電極２２は、半数が第１領域２４Ｃに、残りの半数が第２領域２４Ｄに形成されていてもよい。
本実施形態に係る弾性波共振子４Ａのストリップ電極２２は、図５に示すように、第１ストリップ電極群２２Ａと、第２ストリップ電極群２２Ｂとを含む。なお、図５においては、視認性の改善のために、第１ストリップ電極群２２Ａのストリップ電極２２にハッチングを施している。
ここで、図５に示すように、第１ストリップ電極群２２Ａのストリップ電極２２と、第２ストリップ電極群２２Ｂのストリップ電極２２とは、伝搬方向ＴＤにおいて、交互に形成されている。換言すれば、第２ストリップ電極群２２Ｂのストリップ電極２２は、第１ストリップ電極群２２Ａのストリップ電極２２の間に形成されている。
本実施形態に係る弾性波共振子４Ａは、各ストリップ電極２２のデューティ比に特徴を有する。ストリップ電極２２のデューティ比は、あるストリップ電極２２の幅Ｗを、当該ストリップ電極２２と隣接するストリップ電極２２との間のピッチによって割った値である。
本実施形態において、少なくとも一部のストリップ電極２２のデューティ比は、伝搬方向ＴＤの何れか一方に向かって次第に変化する。特に、本実施形態において、ストリップ電極２２のうち、第１ストリップ電極群２２Ａの少なくとも一部のストリップ電極２２のデューティ比は、第１の変化量に基づいて、伝搬方向ＴＤの何れか一方に向かって次第に変化する。対して、ストリップ電極２２のうち、第２ストリップ電極群２２Ｂの少なくとも一部のストリップ電極２２のデューティ比は、第１の変化量と異なる第２の変化量に基づいて、伝搬方向ＴＤの何れか一方に向かって次第に変化する。
ここで、一般に、圧電体６を伝搬する弾性波のうち、弾性波共振子４Ａによって励振される弾性波が有する共振周波数は、ストリップ電極２２のデューティ比によっても変化する。このため、弾性波共振子４Ａにおいて、ストリップ電極２２のデューティ比を除く、上記共振周波数に寄与するパラメータが、弾性波共振子４Ａの位置によって略一定である場合には、弾性波共振子４Ａの位置によって共振周波数に差異が生じる。
本実施形態における、ストリップ電極２２のデューティ比の変化は、例えば、図３の何れかのグラフに示す、電極指１４のデューティ比の変化を、ストリップ電極２２のデューティ比の変化に置き換えたものであってもよい。
複数のストリップ電極２２のそれぞれは、互いにあるピッチＰを介して配置されている。また、弾性波共振子４Ａによって励振される弾性波が有する共振周波数は、ストリップ電極２２のピッチＰにも依存する。
本実施形態において、ピッチＰは、電極指配置領域２４において、ストリップ電極２２のデューティ比の差異によってもたらされる共振周波数の差異への作用を打ち消すように変化する。換言すれば、本実施形態に係る弾性波共振子４Ａは、ピッチＰがいずれの位置においても略一定である場合と比較して、電極指配置領域２４の各位置において発振する共振周波数の差が小さい。
これにより、圧電体６の各位置において励振される弾性波の周波数が均一化し、弾性波共振子４Ａの特性が改善する。なお、各ストリップ電極２２間におけるピッチＰは、各ストリップ電極２２のデューティ比の差異から、シミュレーションにより、容易に決定することができる。なお、各ストリップ電極２２の幅および厚みは、ＩＤＴ電極８の電極指１４の幅および厚みと同程度であってもよい。
ここで、本実施形態に係る弾性波共振子４Ａは、電極指配置領域２４内において、ストリップ電極２２のデューティ比が変化している。換言すれば、本実施形態に係る弾性波共振子４Ａにおいて、共振するスプリアスの周波数は、電極指配置領域２４内の位置によって異なっている。このため、デューティ比が一定であるストリップ電極を含む反射器を備えた弾性波共振子と比較して、本実施形態に係る弾性波共振子４Ａは、共振するスプリアスの周波数を一定値に集中させることを抑制し、全体として、スプリアスの強度を低減することができる。
さらに、本実施形態に係る弾性波共振子４Ａは、電極指配置領域２４内において、ストリップ電極２２のデューティ比が変化する上、主共振の周波数の差異が低減している。したがって、主共振の周波数の均一性を維持しつつ、スプリアスの強度を低減することができ、特性を改善することができる。
また、本実施形態に係る弾性波共振子４Ａにおいて、第１ストリップ電極群２２Ａと第２ストリップ電極群２２Ｂとの間において、第１方向Ｔ１に対するストリップ電極２２のデューティ比の変化量に差異がある。換言すれば、本実施形態に係る弾性波共振子４Ａの、伝搬方向ＴＤにおいて互いに隣り合うストリップ電極２２について、デューティ比の変化の法則性に差異がある。
これにより、本実施形態に係る弾性波共振子４Ａは、伝搬方向ＴＤにおいて互いに隣り合うストリップ電極２２について、デューティ比の差異をより効率的に異ならせることができる。また、本実施形態に係る弾性波共振子４Ａは、ストリップ電極２２のデューティ比の変化による、共振周波数の変化を、ストリップ電極２２間のピッチＰの設計により、比較的容易に均一化することが可能である。
＜その他の変形例＞
各実施形態においては、弾性波共振子４、４Ａが、反射多層膜３０を備える例について説明した。しかしながら、本開示においてはこの限りではなく、弾性波共振子４、４Ａの固着基板３６は、Ｓｉの支持基板２６上に直接圧電体６が形成されたものとしてもよく、あるいは、反射多層膜３０に代えて、ＳｉＯ２等からなる絶縁層を備えるものとしてもよい。
加えて、各実施形態に係る弾性波共振子４、４Ａにおいては、圧電体６のうち、ＩＤＴ電極８が形成された領域の裏面側と支持基板２６との間に、空隙が位置するようにしてもよい。この場合、各実施形態に係る弾性波共振子４、４Ａは、例えば、凹部を備える支持基板２６上に圧電体６を配置した、いわゆる、メンブレン形状のものとしてもよい。
＜通信装置および分波器の構成の概要＞
図６は、本開示の実施形態に係る通信装置４０の要部を示すブロック図である。通信装置４０は、電波を利用した無線通信を行なうものである。分波器４２は、通信装置４０において送信周波数の信号と受信周波数の信号とを分波する機能を有している。
通信装置４０において、送信すべき情報を含む送信情報信号ＴＩＳは、ＲＦ－ＩＣ４４によって変調および周波数の引上げ（搬送波周波数の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４６によって送信用の通過帯域以外の不要成分が除去され、増幅器４８によって増幅されて分波器４２に入力される。分波器４２は、入力された送信信号ＴＳから送信用の通過帯域以外の不要成分を除去してアンテナ５０に出力する。アンテナ５０は、入力された電気信号（送信信号ＴＳ）を無線信号に変換して送信する。
通信装置４０において、アンテナ５０によって受信された無線信号は、アンテナ５０によって電気信号（受信信号ＲＳ）に変換されて分波器４２に入力される。分波器４２は、入力された受信信号ＲＳから受信用の通過帯域以外の不要成分を除去して増幅器５２に出力する。出力された受信信号ＲＳは、増幅器５２によって増幅され、バンドパスフィルタ５４によって受信用の通過帯域以外の不要成分が除去される。そして、受信信号ＲＳは、ＲＦ－ＩＣ４４によって周波数の引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。無線信号の通過帯域は、ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）等の各種の規格に従ったものでよい。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つ以上の組合せのいずれであってもよい。
図７は、本開示の一実施形態に係る分波器４２の構成を示す回路図である。分波器４２は、図６において通信装置４０に使用されている分波器４２である。
送信フィルタ５６は、図７に示すように、直列共振子Ｓ１～Ｓ３および並列共振子Ｐ１～Ｐ３を有する。分波器４２は、アンテナ端子５８と、送信端子６０と、受信端子６２と、アンテナ端子５８と送信端子６０との間に配置された送信フィルタ５６と、アンテナ端子５８と受信端子６２との間に配置された受信フィルタ６４とから主に構成されている。送信端子６０には増幅器４８からの送信信号ＴＳが入力され、送信端子６０に入力された送信信号ＴＳは、送信フィルタ５６において送信用の通過帯域以外の不要成分が除去されてアンテナ端子５８に出力される。また、アンテナ端子５８にはアンテナ５０から受信信号ＲＳが入力され、受信フィルタ６４において受信用の通過帯域以外の不要成分が除去されて受信端子６２に出力される。
送信フィルタ５６は、例えばラダー型弾性波フィルタによって構成されている。具体的に送信フィルタ５６は、その入力側と出力側との間において直列に接続された３個の直列共振子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３と、直列共振子同士を接続するための配線である直列腕と基準電位部Ｇとの間に設けられた３個の並列共振子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３とを有する。すなわち、送信フィルタ５６は３段構成のラダー型フィルタである。ただし、送信フィルタ５６においてラダー型フィルタの段数は任意である。
並列共振子Ｐ１～Ｐ３と基準電位部Ｇとの間には、インダクタＬが設けられている。このインダクタＬのインダクタンスを所定の大きさに設定することによって、送信信号の通過帯域外に減衰極を形成して帯域外減衰を大きくしている。複数の直列共振子Ｓ１～Ｓ３および複数の並列共振子Ｐ１～Ｐ３は、それぞれ弾性波共振子からなる。
受信フィルタ６４は、例えば、多重モード型弾性波フィルタ６６と、その入力側に直列に接続された補助共振子６８とを有している。なお、本実施形態において、多重モードは２重モードを含むものである。多重モード型弾性波フィルタ６６は平衡－不平衡変換機能を有しており、受信フィルタ６４は平衡信号が出力される２つの受信端子６２に接続されている。受信フィルタ６４は多重モード型弾性波フィルタ６６によって構成されるものに限られず、ラダー型フィルタによって構成してもよいし、平衡－不平衡変換機能を有していないフィルタであってもよい。
送信フィルタ５６、受信フィルタ６４およびアンテナ端子５８の接続点とグランド電位部Ｇとの間には、インダクタ等からなるインピーダンスマッチング用の回路を挿入してもよい。
上述した各実施形態に係る弾性波フィルタは、例えば図６に示した分波器４２における送信フィルタ５６、あるいは、受信フィルタ６４の、少なくとも一方のラダー型フィルタ回路を構成する弾性波素子である。送信フィルタ５６、あるいは、受信フィルタ６４の何れかが、上述した各実施形態に係る弾性波フィルタである場合、当該フィルタの備える弾性波共振子の全て、または、少なくとも一部は、上述した各実施形態に係る弾性波共振子４、４Ａ～４Ｇである。
このような送信フィルタ５６、あるいは、受信フィルタ６４を備える分波器４２を採用することにより、通信装置４０のフィルタ特性を向上させることができる。
本開示は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。
２…弾性波フィルタ、４・４Ａ～４Ｇ…弾性波共振子、６…圧電体、８…ＩＤＴ電極、１４…電極指、１４Ａ…第１電極指群、１４Ｂ…第２電極指群、１４Ｃ…中間電極指群、１８…反射器、２４…電極指配置領域、２４Ａ…第１領域、２４Ｂ…第２領域、２４Ｃ…中間領域、２６…支持基板、３０…反射多層膜、３８…保護膜、４０…通信装置、４２…分波器、４４…ＲＦ－ＩＣ、５０…アンテナ、５６…送信フィルタ、５８…アンテナ端子、６４…受信フィルタ。

Claims (15)

  1. 圧電体と、
    前記圧電体上に位置し、弾性波の伝搬方向に配列された、複数の電極指とを備え、
    複数の電極指は、第１電極指群と、該第１電極指群の各電極指の間に形成された第２電極指群とを含み、
    前記第１電極指群の電極指のデューティ比が、第１の変化量に基づいて、前記伝搬方向の何れか一方に向かって次第に変化し、前記第２電極指群の電極指のデューティ比が、前記第１の変化量と異なる第２の変化量に基づいて、前記伝搬方向の何れか一方に向かって次第に変化し、
    前記複数の電極指が位置する領域において、各前記電極指間のピッチは、前記電極指のデューティ比の差異によってもたらされる共振周波数の差異への作用を打ち消すように変化し、
    前記複数の電極指が位置する領域の８０％以上における前記弾性波の主共振の共振周波数が同一である弾性波共振子。
  2. 圧電体と、
    前記圧電体上に位置し、弾性波の伝搬方向に配列された、複数の電極指とを備え、
    複数の電極指は、第１電極指群と、該第１電極指群の各電極指の間に形成された第２電極指群とを含み、
    前記第１電極指群の電極指のデューティ比が、第１の変化量に基づいて、前記伝搬方向の何れか一方に向かって次第に変化し、前記第２電極指群の電極指のデューティ比が、前記第１の変化量と異なる第２の変化量に基づいて、前記伝搬方向の何れか一方に向かって次第に変化し、
    前記複数の電極指が位置する領域において、各前記電極指間のピッチは、前記電極指のデューティ比の差異によってもたらされる共振周波数の差異への作用を打ち消すように変化し、
    前記第１電極指群の電極指における、デューティ比の最大値が、前記第２電極指群の電極指における、デューティ比の最大値よりも大きく、
    前記第１電極指群の電極指における、デューティ比の最小値が、前記第２電極指群の電極指における、デューティ比の最小値よりも小さい弾性波共振子。
  3. 圧電体と、
    前記圧電体上に位置し、弾性波の伝搬方向に配列された、複数の電極指とを備え、
    複数の電極指は、第１電極指群と、該第１電極指群の各電極指の間に形成された第２電極指群とを含み、
    前記第１電極指群の電極指のデューティ比が、第１の変化量に基づいて、前記伝搬方向の何れか一方に向かって次第に変化し、前記第２電極指群の電極指のデューティ比が、前記第１の変化量と異なる第２の変化量に基づいて、前記伝搬方向の何れか一方に向かって次第に変化し、
    前記複数の電極指が位置する領域において、各前記電極指間のピッチは、前記電極指のデューティ比の差異によってもたらされる共振周波数の差異への作用を打ち消すように変化し、
    前記圧電体の厚みは、何れかの前記電極指間のピッチ以下の厚みである弾性波共振子。
  4. 圧電体と、
    前記圧電体上に位置し、弾性波の伝搬方向に配列された、複数の電極指とを備え、
    複数の電極指は、第１電極指群と、該第１電極指群の各電極指の間に形成された第２電極指群とを含み、
    前記第１電極指群の電極指のデューティ比が、第１の変化量に基づいて、前記伝搬方向の何れか一方に向かって次第に変化し、前記第２電極指群の電極指のデューティ比が、前記第１の変化量と異なる第２の変化量に基づいて、前記伝搬方向の何れか一方に向かって次第に変化し、
    前記複数の電極指が位置する領域において、各前記電極指間のピッチは、前記電極指のデューティ比の差異によってもたらされる共振周波数の差異への作用を打ち消すように変化し、
    前記複数の電極指が位置する領域は、前記第１電極指群の電極指のデューティ比が、前記伝搬方向のうちの一方の方向である第１方向に向かって次第に増加する第１領域と、前記第１電極指群の電極指のデューティ比が、前記第１方向に向かって次第に減少する第２領域とを備え、
    前記第１領域において、前記第２電極指群の電極指のデューティ比が、前記第１方向に向かって次第に減少し、前記第２領域において、前記第２電極指群の電極指のデューティ比が、前記第１方向に向かって次第に増加する弾性波共振子。
  5. 前記複数の電極指が位置する領域は、前記第１電極指群の電極指のデューティ比が、前記伝搬方向のうちの一方の方向である第１方向に向かって次第に増加する第１領域と、前記第１電極指群の電極指のデューティ比が、前記第１方向に向かって次第に減少する第２領域とを備えた請求項１から３の何れか１項に記載の弾性波共振子。
  6. 前記第１領域において、前記第２電極指群の電極指のデューティ比が、前記第１方向に向かって次第に増加し、前記第２領域において、前記第２電極指群の電極指のデューティ比が、前記第１方向に向かって次第に減少する請求項５に記載の弾性波共振子。
  7. 前記第１電極指群の電極指における、デューティ比の最大値と最小値との差と、前記第２電極指群の電極指における、デューティ比の最大値と最小値との差とが異なる請求項１から６の何れか１項に記載の弾性波共振子。
  8. 前記第１電極指群の電極指における、デューティ比の最大値と、前記第２電極指群の電極指における、デューティ比の最大値とが異なる請求項１から７の何れか１項に記載の弾性波共振子。
  9. 前記第１電極指群の電極指における、デューティ比の最小値と、前記第２電極指群の電極指における、デューティ比の最小値とが異なる請求項１から８の何れか１項に記載の弾性波共振子。
  10. 前記圧電体上に、前記複数の電極指の少なくとも一部を含むＩＤＴ電極を備えた請求項１から９の何れか１項に記載の弾性波共振子。
  11. 前記圧電体上に、前記複数の電極指の一部を含むＩＤＴ電極と、前記ＩＤＴ電極に対して前記伝搬方向の両端に位置し、前記複数の電極指の他の一部をそれぞれ含む一対の反射器とを備えた請求項１から９の何れか１項に記載の弾性波共振子。
  12. 前記ＩＤＴ電極は、第１バスバーと、該第１バスバーと対向する第２バスバーとを備え、
    前記第１電極指群の電極指の少なくとも一部は、前記第１バスバーから延び、前記第２電極指群の電極指の少なくとも一部は、前記第２バスバーから延びる請求項１０または１１に記載の弾性波共振子。
  13. 請求項１から１２の何れか１項に記載の弾性波共振子を少なくとも一つ以上備えた弾性波フィルタ。
  14. アンテナ端子と、
    送信信号をフィルタリングして前記アンテナ端子に出力する送信フィルタと、
    前記アンテナ端子からの受信信号をフィルタリングする受信フィルタと、
    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が請求項１３に記載の弾性波フィルタを含む分波器。
  15. アンテナと、
    前記アンテナに前記アンテナ端子が接続された請求項１４に記載の分波器と、
    前記送信フィルタおよび前記受信フィルタに接続されたＩＣと、
    を有した通信装置。
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