JPH0494208A - Saw共振器フィルタ - Google Patents

Saw共振器フィルタ

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JPH0494208A
JPH0494208A JP21246690A JP21246690A JPH0494208A JP H0494208 A JPH0494208 A JP H0494208A JP 21246690 A JP21246690 A JP 21246690A JP 21246690 A JP21246690 A JP 21246690A JP H0494208 A JPH0494208 A JP H0494208A
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JP
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saw
saw resonator
frequency
filter
idt
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JP21246690A
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Arata Doi
新 土井
Katsuhiko Gunji
勝彦 郡司
Naganori Ebara
江原 永典
Tomokazu Komazaki
友和 駒崎
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Oki Electric Industry Co Ltd
Kyocera Crystal Device Corp
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
Kyocera Crystal Device Corp
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  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野〉 本発明は、弾性表面波(Surface  Acous
tic  Wave;5AW)を用いたSAW共振器フ
ィルタの構造に関するものである。
(従来の技術) 従来、高周波領域に使用するSAWフィルタとして、例
えばUHF/VHF帯の無線機等の通信装置に使用され
帯域幅が広帯域のフィルタについては、トランスバーサ
ル型が主に用いられている。
近年、通信装置等の小型化に伴い、フィルタの小型化が
更に要求され、特に狭帯域で安定かつ低挿入損失を有す
るSAW共振器フィルタが注目されている。そのSAW
共振器フィルタの一構成例を第2図(a>、(b)に示
す。
第2図(a>、(b)は、従来の無極型のSAW共振器
フィルタを説明するための図であり、同図(a)は従来
の2重モードSAW共振器フィルタの構成図、同図(b
)は同図(a)における変位分布図である。
このSAW共振器フィルタ、即ち2重モードSAW共振
器フィルタは、圧電基板1を有し、その圧電基板1上に
は、SAW共振器2,3が形成されている。SAW共振
器2は、電極指2a−1を有するインターディジタルト
ランスジューサ(以下、IDTという>2aと反射器2
b、2cとで構成され、SAW共振器3は、SAW共振
器2と同一の構成でしかもSAW共振器2に対して並列
に近接配置されるものであり、電極指3a−1を有する
IDT3aと反射器3b、3cとで構成されている。さ
らに、SAW共振器2のIDT2aには、電気信号を入
力する入力端子4a、4bが接続され、SAW共振器3
のIDT3aには、電気信号を出力する出力端子5a、
5bが接続されている。
ここで、入力端子4b及び出力端子5bはグランド(以
下、GNDという)に接地されている。
次に、以上のように構成されるSAW共振器フィルタの
動作を、第3図(a)、(b)、(c)を参照しつつ説
明する。
第3図(a>、(b)、(c)は、第2図中のSAW共
振器の特性を説明するための図であり、同図(a)は第
2図中のSAW共振器の電極構成図、同図(b)は伝搬
方向の変位分布図、同図(C)は伝搬方向に直交する方
向の変位分布図である。なお、図中、ψは変位を示すパ
ラメータであるスカラーポテンシャルを表わしている。
このSAW共振器フィルタでは、入力端子4a。
4bを介してIDT2aに電気信号が入力されると、I
DT2aの電極指2a−1間に電界が生じて電極指2a
−1下の圧電基板1に弾性表面波(以下、SAWという
)が励振される。そのSAWは、電極指2a−1と垂直
に圧電基板1を左右に伝搬し、反射器2b、2cで反射
されて、その2つの反射器2b及び2a間で反射を繰り
返して定在波となり、そのエネルギーが反射器2b及び
20間に閉じ込められる。
この時、SAW共振器2の伝搬方向(縦方向)、即ち第
2図中に示したX方向には、キャビティが構成され、第
3図(b)において(i>、(ii)、(iii)で示
すような1次、2次、3次の変位を有する共振モードが
励起される。また、伝搬方向に対して直交する方向(横
方向)、即ち第2図中に図示した2方向には、第3図(
c)において(I)(II)、(III)で示すような
1次、2次、3次の変位を有するモードが励起される。
この2方向では、電極指2a−1が互いに交差する領域
Aとその両側の領域BとでSAWの伝搬速度が異なり、
領域Aで電極指2a−1による反射と摂動によりSAW
の伝搬速度がその両側の領域Bより低下し、いわゆる弾
性波導波路を構成する。
SAW共振器2の反射器2b及び2a間にSAWのエネ
ルギーが閉じ込められると、SAW共振器2及び3はそ
の間の間隔が十分に小さい場合にいわゆる2重モードS
AW共振器として機能し、SAW共振器2及び3間に音
響結合が生じて、第2図(b)に示すような2つの共振
モード、即ち対称モードと反対称モードが励起される。
一方の対称モードは、2つのSAW共振器2゜3がその
中心に対して対称な変位分布を持つものであり、他方の
反対称モードは、2つのSAW共振器2,3がその中心
に対して点対称な変位分布を持つものである。SAW共
振器2及び3間に音響結合が生じると、その音響結合に
より、IDT3aの電極指3a−1間に所望の中心周波
数foを含む周波数帯域(通過帯域)の周波数を有する
電気信号が励起されて出力端子5a、5bに出力される
次に、以上のように動作するSAW共振器フィルタの特
性について解析を行う。
このSAW共振器フィルタについて、第2図(a>に示
すような5つの領域工〜■からなる弾性表面波導波路モ
デルを用いて解析すると、領域II、 IVGi低速度
領域、領域1.III、Vは高速度領域であることが分
かる。また、領域IIIは2つのSAW共振器2,3の
音響結合領域である。さらに、第2図中、各領域I、V
の幅をB、領域II。
IVの幅をW、領域IIIの幅をGとし、SAWの伝搬
方向をX方向、これと直交する方向を2方向として、圧
電基板1を均一な等方向性物質と仮定すると、SAWの
伝搬は、低速度領域におけるスカラーポテンシャルψ5
、高速度領域におけるスカラーポテンシャルψfを用い
て次式(1)、(2)のように表わされる。
k、W= ・・・(1) kfW= 二二で、■8、■fは、各々低速度領域、高速度領域に
おけるSAWの伝搬速度、ωは共振角周波数である。
(1〉、(2)式での境界条件を、各境界において変位
及び応力が連続であること、及び最外端で力が加わらな
いこととし、外側の高速領域の幅Bが十分に広いと仮定
して、(1〉、(2)式を解くと次式(3)、(4>が
得られる。
但し、 である。
ここで、(3)式は、領域II、 IVの変位を同一方
向とした場合、即ち対称モードに対応し、(4)式は、
領域II、 IVの変位を逆方向とした場合、即ち反対
称モードに対応する。また、各式(3)。
(4)中の■は各モードにおけるSAWの伝搬速度であ
る。
以上のように解析される2重モードSAW共振器フィル
タの等価回路を第4図に示す。ここで、第4図は、第2
図の2重モードSAW共振器フィルタの等価回路の回路
図である。
この等価回路は、入力端子4a、4bと出力端子E5a
、5bの間に等価的に設定される、対称共振モードにお
ける共振周波数fS、等価インダクタンスLS、等価キ
ャパシタンスC3、及び等価抵抗R3と、反対称共振モ
ードにおける共振周波数fa、等価インダクタンスLa
 、等価キャパシタンスCa、及び等価抵抗Raとで表
わされる。
ここで、Lf ThLaであり、Ra =R3である。
また、Coは各SAW共振器2,3の並列キャパシタン
スである。この等価回路は、回路理論により第5図に示
すように等価変換される。
第5図は、第4図の等価回路から等価変換されたラダー
回路の回路図である。
このラダー回路は、入力端子4a、4bと出力端子5a
、5bとの間に等価的に設定されるもので、第5図中の
インダクタンス成分L1はL1=LS =Laの関係を
満たし、抵抗成分R1は、R1=RS=Raの関係を、
キャパシタンス成分Cmは、1/Cm =1/Ca−1
/Csの関係をそれぞれ満たすものである。このラダー
回路では、無極型のフィルタ特性が得られる。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上記構成のSAW共振器フィルタでは、
次のような課題があった。
従来のSAW共振器フィルタでは、第5図に示したラダ
ー回路から得られる無極形のフィルタ特性、即ちバンド
パスフィルタの中心周波数foに対して減衰特性が周波
数の変化に対して単調に増加するフィルタ特性のみしか
実現できず、急峻なフィルタ特性を実現するなめには、
SAW共振器2及び3からなる2重モードSAW共振器
フィルタを複数段設ける構成にしなければならない。そ
のため、SAW共振器2.3等の数が増加し、圧電基板
1の面積が広くなってしまい、SAW共振器フィルタ全
体が大型化すると共に、製造プロセス及び製造時間が増
加したり、製造材料等の増加により製造コストが高くな
るなどしてS’AW共振器フィルタの製造性が厳しくな
るなどの問題が生じてしまう。
本発明は、前記従来技術が持っていた課題として、急峻
なフィルタ特性を実現する場合に大型化すると共に製造
性が厳しくなる点について解決したSAW共振器フィル
タを提供するものである。
(課題を解決するための手段) 本発明は、前記課題を解決するなめに、電気信号及びS
AW間の変換を行うインターディジタルトランスジュー
サと、該インターディジタルトランスジューサからのS
AWを反射して該SAWのエネルギーの閉じ込めを行う
反射器とを有する複数のSAW共振器を、音響結合可能
な状態で入力端子及び出力端子に接続し、前記入力端子
からの入力信号の特定の周波数帯域をろ波して前記出力
端子から出力するSAW共振器フィルタにおいて、イン
ターディジタルトランスジューサ及び反射器を有し、前
記周波数帯域の遮断周波数近傍の周波数で共振する減衰
極実現用のSAW共振器を、前記出力端子に並列接続し
たものである。
(作用) 本発明によれば、以上のようにSAW共振器フィルタを
構成したので、前記減衰極実現用のSAW共振器は、前
記周波数帯域の遮断周波数近傍の周波数を有する電気信
号をSAWに変換してそのエネルギーを吸収し、前記出
力端子から出力される電気信号の周波数に減衰量無限大
点(減衰極)を実現するように働く。即ち、前記減衰極
実現用のSAW共振器は、有限の周波数軸上に任意の周
波数で減衰量無限大点、即ち減衰極周波数を実現するが
、その減衰量無限大点を、前記遮断周波数近傍の周波数
に設定することにより、遮断周波数近傍に伝送ゼロ点が
実現される。
従って、前記課題を解決できるのである。
(実施例) 第1図は、本発明の実施例を示す有極型のSAW共振器
フィルタの平面図である。
このSAW共振器フィルタは、例えば通信装置において
狭帯域のバンドパスフィルタとして使用され、例えば水
晶からなる一枚の圧電基板11を有している。圧電基板
11上には、蒸着あるいはスパッタ等により形成される
金属膜からなる入力用のSAW共振器12と、SAW共
振器12に対してギャップG1隔てた出力用のSAW共
振器13とが近接して並列配置されている。
SAW共振器12は、電極指12a−1を有するIDT
12aと、その両側に配置された反射器12b、12c
とで構成され、SAW共振器13は、電極指13a−1
を有するIDT13aと、その両側に配置された反射器
13b、13cとで構成されている。このSAW共振器
12及び13は、ギャップG1の間隔を十分に小さく設
定することにより、2重モードフィルタを構成している
SAW共振器12のIDT12aは、入力端子14a、
14bにワイヤボンディングされ、SAW共振器13の
IDT13aは、出力端子15a15bにワイヤボンデ
ィングさizている。なお、入力端子14b及び出力端
子15bはGNDに接地されている。
さらに、圧電基板11上には、SAW共振器12.13
から所定間隔隔てて、本実施例の特徴である減衰極実現
用のSAW共振器16が配置形成されている。このSA
W共振器16は、減衰極を実現する機能を有し、電極指
16 a−1を有するIDT16aと、その両側に配置
された反射器16b、16cとで構成され、出力端子1
5a、15bに並列接続されている。即ち、SAW共振
器16のIDT16aは、その一端が出力端子15aに
接続され、他端がGND?″ニー接地されている。
なお、各SAW共振器12,13.16のIDT12b
、12c、13b、13c、16b、16cは、図示し
ないが例えばGNDに接地されている。
次に、第1図のSAW共振器フィルタの構造についての
解析を、第6図を参照しつつ行う。
第6図は、第1図のSAW共振器フィルタの電気的な等
価回路の回路図である。
この等価回路は、入力端子14a、14bと出力端子1
5a、15bとの間に設定されるLl及びC1からなる
2組の直列共振回路と、CI2からなる結合容量と、出
力端子15a、15bに並列接続されなK2及びC2か
らなる共振回路とで構成されている。ここで、各直列共
振回路は、それぞれSAW共振器12.13に対応し、
結合容量C12は、ギャップG1に対応し、K2及びC
2からなる共振回路は、本実施例の特徴であるSAW共
振器16に対応している。
また、−船釣に水晶素板上にSAW共振器を構成すると
、IDTの周期り丁、即ち電極指間のピッチ(IDT幅
)は、Vt/fOで表わされる。
ここで、Vtは、水晶素板上を伝搬する横波の伝搬速度
、fOはフィルタの中心周波数である。−方反射器の周
期LRは、次式(5)で表わされる。
T R 0,7qT 2+0.56qT +0.431−に11 ・・・(5) 但し、 qT=πに12N K11= である。ここで、HはIDT及び反射器の膜厚、Lは横
波の波長、NはIDT対数である。
従って、直列共振回路を構成するSAW共振器12.1
3のIDT幅及び反射器幅は、SAW共振器16のID
T幅及び反射器幅と違う値に設定される。即ち、IDT
16aの電極指16a−1間ピッチ及び反射器16b、
16cのピッチは、■DT12a、13aの電極指12
a−1間ピッチ及び電極指13b−1間ピッチと、反射
器12b、12c、13b、13cのピッチとそれぞれ
異なっている。SAW共振器12.13については、そ
のIDT幅及び反射器幅が、所望の中心周波数fOを含
む周波数帯域を通過させるように設定される。SAW共
振器16については、そのIDT幅及び反射器幅が、例
えばる渡された電気信号の周波数帯域の高域側の遮断周
波数近傍の周波数で共振するように設定され、その周波
数がSAW共振器16の共振周波数となっている。
次に、以上のように構成されるSAW共振器フィルタの
動作を説明する。
入力端子14a、14bを介してSAW共振器フィルタ
に入力される電気信号が、SAW共振器12のIDT1
2aに入力信号として入力される。
すると、その入力信号は、IDT12aの電極指12a
−1間に電界を生じさせ、IDT12a下の圧電基板1
1に励起されるSAWに変換される。
このSAWは、両方向性であるため、IDT12aの左
右を電極指12a−1と直交する伝搬方向に沿って伝搬
し、反射器12b、12cへ到達する。
反射器12b、12cへ到達したSAWは、圧電基板1
1を水晶等の圧電材料で構成したための摂動により、反
射器12b、12cにより反射されて、反射器12b、
IDT12a、及び反射器12cの間に閉じ込められる
SAW共振器12にSAWのエネルギーが閉じ込められ
ると、そのSAWはギャップG1を介して隣り合ったS
AW共振器13と音響結合をする。
この音響結合により、SAW共振器13のIDT13a
の電極指13a−1間に、出力信号として所定の中心周
波数fOを含む通過帯域の周波数を有する電気信号が励
起される。この電気信号がIDT13aに励起されると
、その電気信号のうち、SAW共振器16の共振周波数
を有する電気信号については、SAW共振器16によっ
てSAWに変換されそのエネルギーが吸収され、出力端
子15a、15bへは伝搬しないが、それ以外の周波数
を有する電気信号については、出力端子15a。
15bから出力される。これは、SAW共振器16が出
力端子15a、15bに並列接続されているためである
。即ちSAW共振器16の一端が出力端子15aに接続
され、他端が接地された構造にしたので、このSAW共
振器16の共振周波数では低インピーダンスとなり、エ
ネルギーが負荷に伝達しないためである。従って、出力
端子15a、15bから出力される電気信号は、遮断周
波数近傍に伝送ゼロ点を有する。
本実施例では、次のような利点を有している。
(A)本実施例のSAW共振器フィルタは、出力端子1
5a、15bにSAW共振器16を並列接続することに
より、直列共振回路を構成するSAW共振器12.13
に対して並列アーム(a r m >にSAW共振器1
6を設けた。そのため、伝送ゼロ点を実現でき、SAW
共振器16や圧電基板11等の構造の設定により、任意
の周波数に減衰量無限大点を構成できて、その減衰量無
限大点をフィルタの通過帯域の遮断周波数近傍に設定す
ることにより急峻な遮断特性が得られる。従って、本実
施例のSAW共振器フィルタでは、減衰特性がバンドパ
スフィルタの中心周波数foに対して急峻に増加するフ
ィルタ特性が得られる。その様子を第7図に示す。ここ
で、第7図は、第1図のSAW共振器フィルタのフィル
タ特性図である。
(B)第7図から分かるように、本実施例のSAW共振
器フィルタでは、中心周波数fOに対して高域側周波数
に減衰極が生じているので、厳しいスカート(skir
t)特性を有するフィルタの実現においては、無極型と
比較して共振器の数を少なくして同等のフィルタ特性を
実現できる。そのなめ、圧電基板11の面積を狭くでき
てSAW共振器フィルタ全体の小型化を図ることができ
ると共に、それに応じて製造プロセスの削減、製造時間
の短縮、及び製造コストの削減が図れるなどの製造性の
向上を達成できる。
なお、本発明は、上記実施例に限定されず、種々の変形
が可能である。その変形例としては、例えば次のような
ものがある。
(I>第1図のSAW共振器フィルタは、その構成の変
形が可能である。その−例としては、次のようなことが
挙げられる。
■ 圧電基板11は、水晶以外の圧電材料、例えばニオ
ブ酸リチウム(L 1NbO3)やタンタル酸リチウム
(L iT a O3>等で構成してもよい。
■ SAW共振器12.13は、IDT12a。
13aや反射器12b、12c、13b、13cの構成
を変更することが可能である。例えば電極指12a−1
及び13a−1の平面形状等は適宜変更が可能である。
■ SAW共振器16は、IDT16aや反射器16b
、16cの構成、または共振周波数等を変更することが
可能である。上記実施例では、通過帯域の高域側の遮断
周波数近傍にSAW共振器16の共振周波数の設定を行
ったが、低域側の遮断周波数近傍にその共振周波数を設
定するようにしてもよい。
■ 上記実施例のSAW共振器フィルタでは、減衰極実
現用のSAW共振器16のみを設ける構成にしたが、他
の減衰極実現用のSAW共振器を設けて構成してもよい
。この場合、例えば2つの減衰極実現用のSAW共振器
の共振周波数を、各々高域側の遮断周波数の近傍、低域
側の遮断周波数の近傍に設定することにより、双方の遮
断周波数に伝送ゼロ点を実現でき、遮断特性の一層の向
上を図れる。また、上記実施例において、遮断周波数近
傍の周波数を有する信号を除去する減衰極実現用のSA
W共振器16等に加えて、“必要に応じて遮断周波数近
傍以外の周波数に減衰無限大点を実現するSAW共振器
を付加して構成することも可能である。さらには、同一
の遮断周波数近傍に接近した複数の減衰量無限大点を実
現するような複数のSAW共振器16等を設ける構成に
してもよい。
■ 上記実施例では、各配線をワイヤボンディングで行
うようにしたが、これを金属薄膜による配線パターンに
よって行ってもよい。
(II)上記実施例のSAW共振器フィルタは、通信装
置を含む種々の装置に幅広く適用が可能である。
(発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明によれば、前記出力
端子に並列接続された前記SAW共振器を設けてSAW
共振器フィルタを構成したので、前記出力端子から出力
される電気信号において伝送ゼロ点を実現でき、所定の
遮断周波数近傍に減衰量無限大点を実現できる。そのた
め、前記SAW共振器フィルタでは、少ない共振器数で
急峻な遮断特性が得られる。
従って、小型で、製造性に優れ、急峻なフィルタ特性を
有するSAW共振器フィルタを実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す有極型のSAW共振器フ
ィルタの平面図、第2図(a)、(b)は従来の無極型
のSAW共振器フィルタを説明するための図であり、同
図(a>は従来の2重モードSAW共振器フィルタの構
成図、同図(b)は同図(a)における変位分布図、第
3図(a)(b)、(c)は第2図中のSAW共振器の
特性を説明するための図であり、同図(a>は第2図中
のSAW共振器の電極構成図、同図(b)は伝搬方向の
変位分布図、同図(C)は伝搬方向に直交する方向の変
位分布図、第4図は第2図の2重モードSAW共振器フ
ィルタの等価回路の回路図、第5図は第4図の等価回路
から等価変換されたラダー回路の回路図、第6図は第1
図のSAW共振器フィルタの等価回路の回路図、第7図
は第1図のSAW共振器フィルタでのフィルタ特性図で
ある。 11・・・圧電基板、12,13.16・・・SAW共
振器、12a、13a、  16a−IDT、12b。 12c、13b、13c、16b、16cm・・反射器
、14a、14b−入力端子、15a、  15b・・
出力端子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】  電気信号及びSAW間の変換を行うインターディジタ
    ルトランスジューサと、該インターディジタルトランス
    ジューサからのSAWを反射して該SAWのエネルギー
    の閉じ込めを行う反射器とを有する複数のSAW共振器
    を、音響結合可能な状態で入力端子及び出力端子に接続
    し、 前記入力端子からの入力信号の特定の周波数帯域をろ波
    して前記出力端子から出力するSAW共振器フィルタに
    おいて、 インターディジタルトランスジューサ及び反射器を有し
    、前記周波数帯域の遮断周波数近傍の周波数で共振する
    SAW共振器を、前記出力端子に並列接続したことを特
    徴とするSAW共振器フィルタ。
JP21246690A 1990-08-09 1990-08-09 Saw共振器フィルタ Pending JPH0494208A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4408989A1 (de) * 1993-05-27 1994-12-01 Fujitsu Ltd Oberflächenakustikwellenfilter des Resonatortyps zum Reduzieren der Signalstärke einer Störspitze

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