JPH0630433B2 - 弾性表面波フィルタを用いた分波器 - Google Patents

弾性表面波フィルタを用いた分波器

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JPH0630433B2
JPH0630433B2 JP58030720A JP3072083A JPH0630433B2 JP H0630433 B2 JPH0630433 B2 JP H0630433B2 JP 58030720 A JP58030720 A JP 58030720A JP 3072083 A JP3072083 A JP 3072083A JP H0630433 B2 JPH0630433 B2 JP H0630433B2
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    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/70Multiple-port networks for connecting several sources or loads, working on different frequencies or frequency bands, to a common load or source
    • H03H9/72Networks using surface acoustic waves
    • H03H9/725Duplexers

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  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は分波器、更に詳しく言えば、圧電性材料からな
る基板の表面上に弾性表面波を伝搬させて、所定の周波
数特性を有するバンドパスフイルタを有して構成された
分波器に係り、特にアンテナ共用器のような複数個のフ
イルタを並列接続にして構成する場合に好適な分波器に
関するものである。
分波器は共通の信号伝搬媒体を伝搬する信号を信号の波
動の特質等によつて分離する装置で、例えば、アンテナ
共用器のようにアンテナを共通の信号伝搬媒体として、
そのアンテナを介して、受信信号を得るパスと送信信号
を上記アンテナに送るパスを分離する装置がある。この
ような分波器は、第1図に示すように、送信用フイルタ
2と受信用フイルタ3が単一アンテナ1を共通端子とし
て並列接続して構成される。フイルタ2および3の通過
帯域fおよびfを第2図のように異つた帯域とする
ことによつて、入力端子4からの送信信号Tをアンテ
ナ1を介して送信し、受信信号Rは出力端子5を介し
て受信される。このような分波器を構成するフイルタは
従来半同軸の空胴共振器を複数個組合せて構成したもの
が知られている。しかし、分波器のみの構成としては装
置が大型となる欠点がある。
装置を小形化軽量化するためにフイルタを弾性表面波装
置で構成することが考えられる。
フイルタを弾性表面波装置で構成する場合、半胴軸空胴
共振器で構成した場合に比較し、損失が大きくなるとい
う問題がある。
この損失には、弾性表面波フイルタ固有の損失と、第1
図のようにフイルタを並列に接続することから生じる並
列接続損失がある。前者の損失は近年、種々の材料上か
らの検討により、非常に低域されている。一方後者の損
失については有効な解決手段が知られておらず、弾性表
面波フイルタの分波器への適用の大きさ障害の一つとな
つている。更に詳しく言うと、周波数帯域の異なる複数
個のフイルタを並列接続すると、ある一つのフイルタ通
過帯域の信号が他のフイルタの通過帯域外の周波数で他
のフイルタに吸収消散するためである。すなわち、フイ
ルタに所定の通過帯域特性を持たせるために、トランス
デューサを構成する導電性指状電極の重みづけとして、
いわゆるアポダイズ(Apodize)法が用いられるためフ
イルタの入力インピーダンスが通過帯域外の周波数の信
号に対して、コンダクテイブな成分が存在し、完全なリ
アクテイブにならないためである。
ここでアポタイズ法とは、プロシーディング オブ ア
イ イー イー イー第59巻,第3号,1971年,
第393〜403頁(Proc.IEEE Vol.5
9,NO.3,1971,pp.393〜409)に述べ
られているように、フイルタの周波数特性を合成するた
め、トランスデューサの電極指の交叉幅を変化させる手
法である。このようなトランスデューサは、入力インピ
ーダンスが通過帯域外の周波数で完全なリアクテイブに
はならないことが分かった。これについては、あとで詳
しく説明する。
〔発明の目的〕
したがつて、本発明の目的は、弾性表面波フイルタを含
む複数個のフイルタを並列接続して、装置を小形にする
と共に、かつ損失、特に並列接続による損失の少ない分
波器を実現することである。
〔発明の概要〕
本発明は上記目的を達成するため、通過帯域が異なり、
かつ少なくとも1個の弾性表面波フイルタを含む複数個
のフイルタを並列に接続し、上記各弾性表面波フイルタ
は圧電性基板上に少なくとも第1及び第2の2つのトラ
ンスデューサが形成され、上記各フイルタの2つのトラ
ンスデューサのうちの一方が共通に接続され、上記共通
に接続されたトランスデューサは通過帯域外かつ通過帯
域近傍の周波数帯域で入力インピーダンスがリアクテイ
ブになるように重み付したことを特徴とするものであ
る。なお、並列接続とは第1図に示すように、フイルタ
の入力又は出力側の一方が共通に接続されている場合を
表す。
以下本発明を実施例によつて詳細に説明する。
〔発明の実施例〕
第3図は本発明による分波器の一実施例の構成を示す図
である。同図において、2および3はいずれも弾性表面
波フイルタで、それぞれ圧電性基板13および14に、
2つのトランスデューサ9,10および11,12が形
成されている。トランスデューサ9,10,11および
12は分波器の用途によつて、電気・音響トランスデュ
ーサであつたり、音響・電気トランスデューサであつた
りする。例えば第1図に示したアンテナ共用器に使用し
2を送信用フイルタ3を受信用フイルタとするときは、
9および12は音響・電気トランスデューサであり、1
0および11は電気・音響トランスデューサである。上
述の構成において本発明の特徴は共通接続線6,7,8
に接続されるトランスデューサ9および11が、各々の
フイルタの通過帯域外かつ通過帯域近傍の周波数信号に
対して、共通接続側からみた入力インピーダンスがリア
クテイブになるように構成されていることである。これ
らのトランスデューサ9および11の具体的構成につい
ては第4図および第6図の実施例によつて説明する。
上記トランスデューサ9および11の共通接続側からえ
みたインピーダンスがリアクテイブになつたとき、すな
わち、電極指間の容量のみとなつたとき、トランスデュ
ーサ9および11から共通接続点Pまでの線路長
を上記通過帯域外の周波数の信号波長λ,λ
対して、約4分の1波長 とすると、共通接点Pからトランスデューサ9,10を
みたとき、共通帯域外の周波数の信号に対して開放とな
り、電気信号はトランスデューサの入口で反射されるこ
とになる。したがつて部分的にも弾性表面波フイルタの
圧電性基板内に音響エネルギーとして吸収消散されるこ
とはなくなる。例えば、第3図の実施例を第1図及び第
2図で説明したアンテナ共用器用の分波器として使用し
た場合、端子4からの送信信号Tの周波数成分f
全て端子8よりアンテナに送出され、端子8から入力し
た受信信号Rの周波数成分fは全て受信用フイルタ
に加えられる。したがつて並列接続による損失は著しく
低減する。
弾性表面波フイルタの一般的構成,動作は従来よく知ら
れているので、説明は省略する。
ここで、前述のアポタイズ法による重み付けを導入した
トランスデューサでは、入力インピーダンスが通過帯域
外の周波数で完全なリアクテイブにはならない理由を説
明する。本発明者が詳細に調べた結果、アポタイズ法を
導入したトランスデューサからは、ほぼ全ての周波数帯
域に渡って弾性表面波が励振されていることが分った。
これは、電極指の構造に起因していると考えられる。す
なわち、先に参照したプロシーディング オブ アイ
イ− イー イー第59巻,第3号,1971年,第3
93〜409頁(Proc.IEEE Vol.59,
NO.3,1971,pp.393〜409)から明らか
なように、アポタイズ法を導入したトランスデューサ
は、電気・音響変換に有効な交叉指状電極の弾性表面波
の伝搬方向における電極指の数が上記伝搬方向と垂直な
方向で変化している。この構造は、少数対のトランスデ
ューサから多数対のトランスデューサまでを電気的に並
列接続した形で表わされる。少数対のトランスデューサ
は、非常に広い周波数帯域に渡って弾性表面波を励振す
るため、トランスデューサの入力インピーダンスには弾
性表面波の励振に対応するコンダクタンス成分が常に存
在する。したがって、通過帯域外でも完全なリアクテイ
ブインピーダンスは実現できない。
一方、本発明者が詳細に調べた結果、弾性表面波の伝搬
路に沿っての励振電極指の実質的な対数が伝搬方向と垂
直な方向でほぼ等しいトランスデューサは、フイルタの
通過帯域外かつ通過帯域近傍の周波数帯域で入力インピ
ーダンスをリアクテイブにできることが分った。このよ
うな重み付けには、間引き重み付けや新位相重み付けが
ある。
以下詳細に説明する。
第4図は、上記第3のトランスデューサ9および11の
一実施例の構成を示す部分平面図である。同図は圧電性
基板面上に形成される交叉指状電極の一部のみを示す。
端子15は共通接続側に接続される端子でx方向(紙面
の横方向)に伸びた共通電極16に接続され、共通電極
6にはy方向(紙面の縦方向)に延びた多数の電極指1
7が接続されている。又x方向に延びた共通電極19に
も同様に多数の電極指18がy方向に延び、前記電極指
17に互に間挿されている。この電極指の構成の特徴
は、互に間挿され、トランスデューサとして機能する部
分の密度分布(重み付け関数)がx方向において変化し
所定の周波数通過特性を持つように構成されていること
で、間引き重み付けとして知られている。更に特徴は、
間挿部の電極数(x方向にみた累計)が、y方向のどの
部分でも等しいことである。
このトランスデューサの放射コンダクタンスの周波数特
性は第5図のようになる。第5図は横軸に周波数、縦軸
に(弾性表面波の励振に対応する)放射コンダクタンス
を表す。同図から明らかなようにフイルタの通過帯域
(f〜f)のメインローブの両端に、放射コンダク
タンスが非常に小さくなる周波数領域(f〜f,f
〜f)が存在する。この周波数領域ではトランスデ
ューサの入力インピーダンスはほぼ電極間の静電容量の
みとなる。したがつて、並列接続する各フイルタで、並
列接続される側のトランスデューサを第4図のような間
引重み付けをした交叉指状電極を用いて構成し、第3図
に示したように共通接続点Pとトランスデューサの端子
11との間の長を()を所定の長さにする
と、接続点からフイルタ側を見たインピーダンスは、上
記、フイルタの通過帯域外(例えばf〜f,f
)の信号に対しては高周波的にはほぼ開放とするこ
とができる。
以上のことは、アポタイズ法による重み付けと異なり、
間引き重み付けを導入したトランスデューサの実質的な
対数が、トランスデューサの弾性表面波の伝搬方向と垂
直な方向のどの部分でも一定であることにより実現され
たものである。これは本発明者により初めて明らかにさ
れた。間引き重み付けを導入したトランスデューサは、
トランスデューサのどの部分でも対数が一定のため、ト
ランスデューサ全体として、フイルタの通過帯域では弾
性表面波を励振するが、通過帯域外では基本的には弾性
表面波を励振しない。すなわち、トランスデューサの共
通端子からみると、通過帯域外では、コンダクタンス成
分は存在しない。
第6図は、第3図のトランスデューサ9,11他の実施
例の構成を示す図で、第4図と同様に、説明の簡明のた
めトランスデューサの交叉指状電極のみの一部のみを示
している。このトランスデューサの構成の特徴は、x方
向に延びている共通電極(16,19)から、y方向に
延びている交叉指状電極は、屈曲しているものが多い
が、そのy方向の長さは等しいことである。所定の周波
数特性を持たせるための重み付けは、有効交叉指状電
極、すなわち、相隣る電極17,18が、電気・音響変
換に有効な働きをする部分のy方向の長さはx方向の位
置の関数となつている。さらにその有効交叉指状電極の
y方向の分布は、特定の位置に集中せず、y方向に対し
てほぼ均一になつている。すなわち、図示の如く、y方
向を1,2,……N−1,Nに分けると各分けられた位
置のx方向における有効交叉指状電極の数がほぼ等しく
なつている。この重み付けは、本発明者が先に発表した
ものであり(M.Hikita,etal,"Pphase Weighting for Lo
w Loss SAW Filters"1980 IEEE Ultrasonice Symp
osium Proc p.308),新位相重み付け法と名付けた。詳
しくは、文献を参照されたい。この重み付けをしたトラ
ンスデューサは、第4図の間引き重み付けをしたものと
同様に励振弾性表面波がほぼ平面波となり、さらに任意
の重み付け関数が実現出来るものである。
第7図は第6図に示した重み付けによるトランスデュー
サの周波数特性図で、第5図と同様横軸に周波数、縦軸
に放射コンダクタンスを表す。なお(a)は、第6図のy
方向をN段に分断したと仮定した場合の最上段の伝搬路
1の部分の特性を示し(b)は最下段(伝搬路N)に対応
する特性を示す。その中間の2,3……N−1,部分の
伝搬路の特性は当然この(a),(b)の中間的特性を持つ。
すなわち、メインローブ(通過帯域)の幅が最上段から
最下段へ向つて徐々に狭くなり、サイドローブの始まる
周波数は、最上段から最下段へ向つて、徐徐にメインロ
ーブに接近する。したがつて、第7図において、f
′(f>f),f<f′(f<f′)
である。
一般に、適当な重み付け関数を導入することにより、f
′<f(f′>f)とすることが可能であり、
′からf(fからf′)の領域は、放射コン
ダクタンスを非常に小さくすることができる。以上のこ
とは、第4図の間引き重み付けの場合と同様に、本重み
付けを導入したトランスデューサの実質的な対数が、ト
ランスデューサの弾性表面波の伝搬方向と垂直な方向の
どの部分でも一定であることにより実現されたものであ
る。したがつて、第4図の間引き重み付けしたトランス
デューサの場合と同様、第1図のような並列接続される
各フイルタで、並列接続される共通端子側のトランスデ
ューサに、放射コンダクタンスが小さくなる領域を互の
通過帯域に対応させ、かつ共通接続点Pとトランスデュ
ーサの端子間の線路長を所定の長さに設定することによ
り低損失な並列接続、すなわち、低損失な弾性表面波フ
イルタ分波器が構成される。
第8図は本発明の分波器の他の実施例の構成を示す図
で、接続点にサーキュレータ等を導入して構成したもの
である。この場合も相互の周波数帯域でフイルタの入力
インピーダンスがリアクテイブになる必要があり、同様
に本発明の構成に含まれる。
第9図および第10図はいずれも、本発明の分波器に実
施される弾性表面波フイルタの他の実施例におけるトラ
ンスデューサ部の電極構造を示す図で、いずれも、トラ
ンスデューサを構成する交叉指状電極を空間的に分割し
て構成したもので、第9図の実施例は端子15を並列接
続端子とすれば、分割して分布するトランスデューサ9
−1〜9−5に、前述の重み付がなされる。他の端子2
2に接続される交叉指状トランスデューサも空間的に分
割され上記トランスデューサ9−1〜9−5の間に間挿
されて構成されている。
第10図のフイルタは端子15に接続された、分割され
たトランスデューサ9−6〜9−9と端子22に結合さ
れた分割されたトランスデューサ10−5〜10−8と
の結合を、トランスデューサ9−6〜9−9の間に間挿
配置されたトランスデューサ24−1〜24−4で電気
信号に変換し、その電気信号を、トランスデューサ10
−5〜10−8の間に間挿された電気・音響トランスデ
ューサ25−1〜25−3で弾性波に変換し、上記トラ
ンスデューサ10−5〜10−8に結合したものであ
る。なお、図中矢印は弾性波、あるいは電気信号の伝搬
方向を示し、ブロツク23−1,23−2,23−3,
23−4は反射器で弾性波をトランスデューサ側に反射
させるためのものである。
以上、本発明を実施例によつて説明したが、本発明は上
記実施例に限定されるものではなく、例えば複数のフイ
ルタを並列接続して構成される分波器において、その一
部のフイルタを弾性表面波フイルタで構成し、その弾性
表面波フイルタの並列接続側のトランスデューサに上記
重み付をする場合も含むものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は分波器(アンテナ共用器)の構成例を示す図、
第2図は共用器の各フイルタの周波数特性例を示す図、
第3図は本発明による分波器の一実施例の構成を示す
図、第4図及び第6図は本発明の分波器に使用される弾
性表面波トランスデューサの交叉指状電極の構成を示す
部分図面、第5図は第4図のトランスデューサの放射コ
ダンクタンスを示す図、第7図は第6図のトランスデュ
ーサの放射コンダクタンスを示す図、第8図は本発明に
よる分波器の他の実施例構成を示す図、第9図及び第1
0図は本発明による分波器の他の実施例に使用される弾
性表面波トランスデューサの交叉指状電極の構成を示す
図である。 1……アンテナ、2……送信フイルタ、3……受信フイ
ルタ、6,7……線路、4……送信フイルタ端子、5…
…受信フイルタ端子、15,22……トランスデューサ
の電気端子、21……サーキュレータ。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−71301(JP,A) 特開 昭53−122301(JP,A) 特開 昭55−97722(JP,A) 1980IEEE,1980ULTRASONI CS SYMPOSIUM Proc, p.308〜312

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】通過帯域の異なる複数個のフイルタを並列
    に接続してなる弾性表面波フイルタを用いた分波器であ
    って、上記複数個のフイルタの少なくとも1つは少なく
    とも第1及び第2の2つのトランスデューサで構成され
    た弾性表面波フイルタであり、上記第1のトランスデュ
    ーサは上記並列接続の共通接続点側に配置され、上記第
    1のトランスデューサの上記共通接続点からみた入力イ
    ンピーダンスは、上記第1のトランスデューサを構成要
    素とする弾性表面波フイルタの通過帯域外の周波数帯域
    の信号に対して高周波的に開放であり、かつ、該開放に
    必要な上記入力インピーダンスのリアクテイブ化は、上
    記第1のトランスデューサの電気・音響変換に有効な交
    叉指状電極の弾性表面波の伝搬方向における電極指の数
    が上記伝搬方向と垂直な方向のいずれの部分においても
    実質的に等しくなる重み付けにより成されていることを
    特徴とする弾性表面波フイルタを用いた分波器。
  2. 【請求項2】上記第1のトランスデューサの電気・音響
    変換に有効な交叉指状電極の電極指の密度は音響波の伝
    搬方向で変化している特許請求の範囲第1項記載の弾性
    表面波フイルタを用いた分波器。
  3. 【請求項3】上記第1のトランスデューサの電気・音響
    変換に有効な交叉指状電極の電極指は、屈曲している電
    極指および直線状の電極指から成り、かつ音響波の伝搬
    方向に垂直な方向での長さが等しい特許請求の範囲第1
    項記載の弾性表面波フイルタを用いた分波器。
  4. 【請求項4】上記複数個のフイルタは全て弾性表面波フ
    イルタで構成されている特許請求の範囲第1項乃至第3
    項のいずれか一項に記載の弾性表面波フイルタを用いた
    分波器。
JP58030720A 1983-02-28 1983-02-28 弾性表面波フィルタを用いた分波器 Expired - Lifetime JPH0630433B2 (ja)

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