JPH06310978A - 表面波共振子フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 帯域内特性の平坦性、帯域外減衰特性に優れ
ており、周波数温度特性が安定でありかつ低損失の広帯
域表面波共振子フィルタを得る。 【構成】 水晶基板を用いた横結合型の表面波共振子フ
ィルタ部２，３が従属接続されており、該表面波共振子
フィルタ部２，３間に並列に２０〜５００ｎＨのインダ
クタンスＬが接続されており、上記表面波共振子フィル
タ部２，３の隣接並行配置された各インターデジタルト
ランスデューサの電極指交差幅Ｗ、及び２つのインター
デジタルトランスデューサ間の電極指非交差幅Ｇが表面
波の波長をλとしたときに、Ｗ≦７λ及びＧ≦２λの範
囲とされている、表面波共振子フィルタ１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面波共振子を用いた
二重モードフィルタ（以下、表面波共振子フィルタと略
す。）に関し、特に、横結合型の表面波共振子フィルタ
部を複数段従属接続してなる表面波共振子フィルタに関
する。

【０００２】

【従来の技術】上記表面波共振子フィルタには横結合型
と縦結合型の２種類のものが存在する。横結合型の表面
波共振子フィルタは、少なくとも２個のインターデジタ
ルトランスデューサが表面波伝播方向が平行となるよう
に隣接並行配置された構成を有し、縦結合型のものに比
べて狭帯域であるが、帯域外特性に優れており、かつ帯
域内特性の平坦性においても優れている。

【０００３】また、表面波共振子フィルタでは、帯域外
減衰量を十分な大きさとするために、通常、２段以上を
従属接続した構成として用いられている。このような２
段以上の表面波共振子フィルタ部を従属接続してなる表
面波共振子フィルタでは、複数段の表面波共振子フィル
タ部は同一の圧電基板上に構成されているのが普通であ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記表面波共振子フィ
ルタにおいては、より広帯域のものが求められている。
横結合型の表面波共振子フィルタにおいて広帯域化を図
るには、表面波の導波路を狭くし、それによって２つの
共振モードの周波数差を大きくすればよい。しかしなが
ら、無理に周波数差を大きくすると、必然的に２つの共
振モードの結合が密となり過ぎ、通過帯域内特性の平坦
性が大きく損なわれる。これを避けるには、複数段の表
面波共振子フィルタ部を従属接続してなる表面波共振子
フィルタの両側に接続されるチューニング回路において
インピーダンス整合をとることが考えられる。しかしな
がら、上記チューニング回路においてインピーダンス整
合をとると、２つの共振モード間の周波数差を有効に利
用することができず、結果的に通過帯域が狭くなり、広
帯域化を実現することができなかった。

【０００５】従って、従来は広い通過帯域が要求される
用途では、帯域外特性に劣る縦結合型の表面波共振子フ
ィルタを使用せざるを得なかった。しかしながら、縦結
合型の表面波共振子フィルタは、横結合型のものに比べ
て帯域外特性及び帯域内特性の平坦性が十分でないだけ
でなく、さらに以下のような問題点があった。すなわ
ち、圧電基板としてＬｉＴａＯ₃ またはＬｉＢａＯ₄ 等
の単結晶からなる基板を用いた場合には、中心周波数の
温度依存性が大きく、安定な温度特性を実現することが
できなかった。また、水晶からなる圧電基板を用いた場
合には、温度依存性は小さくなるものの、広帯域化に伴
って群遅延時間特性の平坦性が劣化するという問題があ
った。

【０００６】本発明の目的は、横結合型の表面波共振子
フィルタ部を複数段従属接続してなる表面波共振子フィ
ルタであって、広帯域化を図ることができ、しかも帯域
内特性の平坦性、帯域外特性及び周波数温度特性に優れ
ており、かつ挿入損失の小さな表面波共振子フィルタを
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、水晶基板を用
いた横結合型の表面波フィルタ部が少なくとも２段以上
従属接続されてなる表面波共振子フィルタにおいて、下
記の構成を備えることを特徴とする。

【０００８】すなわち、本発明の表面波共振子フィルタ
では、少なくとも１の段間に２０〜５００ｎＨのインダ
クタンスが並列に接続されており、かつ前記横結合型の
表面波共振子フィルタ部において隣接並行配置された２
つの共振子の各インターデジタルトランスデューサ（以
下、ＩＤＴと略す。）の電極指交差幅Ｗと、該２つの共
振子のＩＤＴ間の電極指非交差幅Ｇとが、表面波の波長
をλとしたときに、それぞれ、Ｗ≦７λ及びＧ≦２λの
範囲とされていることを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明の表面波共振子フィルタの特徴は、縦結
合型に比べて帯域外特性及び帯域内特性の平坦性に優れ
た横結合型の表面波共振子フィルタを用いながらも、こ
れらの長所を損なうことなく広帯域化を実現したことに
ある。すなわち、後述の実施例から明らかなように、複
数段の表面波共振子フィルタ部の少なくとも１の段間に
２０〜５００ｎＨのインダクタンスが並列に接続されて
おり、かつ上記隣接並行配置された２つの共振子の各Ｉ
ＤＴの電極指交差幅Ｗ及び２つの共振子のＩＤＴ間の電
極指非交差幅Ｇが上記特定の範囲とされているため、横
結合型の表面波共振子フィルタの上記長所を損なうこと
なく広帯域化が図られている。

【００１０】なお、水晶基板を用いて構成されているた
め、本発明の表面波共振子フィルタでは、周波数温度特
性も安定なものとされている。

【００１１】

【実施例の説明】図１は、本発明の一実施例にかかる表
面波共振子フィルタを含む回路を示す図である。本実施
例の表面波共振子フィルタ１は、表面波共振子フィルタ
部２，３を有する２段の表面波共振子フィルタであり、
表面波共振子フィルタ部２，３間に並列にＬが接続され
ていることを特徴とする。

【００１２】各表面波共振子フィルタ部２，３は、水晶
基板を用いた横結合型の二重モード表面波フィルタによ
り構成されている。すなわち、水晶基板上に、少なくと
も２個のＩＤＴが、互いの表面波伝播方向が平行となる
ように隣接並行配置された構成を有する。なお、本実施
例の表面波共振子フィルタ１では、単一の水晶基板上に
上記表面波共振子フィルタ部２，３が構成されており、
従って図１の破線で示される部分が１つの部品パッケー
ジ内に構成されている。

【００１３】なお、インダクタンスＬは、後述のように
２０〜５００ｎＨの値に選ばれており、かつインダクタ
ンスＬは、本実施例では破線で示す部品パッケージの端
子に外づけの形で接続されている。もっとも、インダク
タンスＬは、破線で示す部品パッケージ内に構成しても
よく、その場合には、部品パッケージの端子数を低減す
ることができる。

【００１４】４，５はチューニング回路を示し、本実施
例の表面波共振子フィルタ１の外部において特性を調整
するために設けられている。なお、横結合型の表面波共
振子フィルタでは、上記のようなチューニング回路４，
５を部品パッケージに接続してチューニングし得るた
め、従来、本発明のようにフィルタの段間に他の素子を
部品パッケージ外で接続することは、通常、行なわれて
いなかった。

【００１５】本実施例の表面波共振子フィルタ１は、上
記表面波共振子フィルタ部２，３においてそれぞれ隣接
並行配置された２つの共振子の各ＩＤＴの電極指交差幅
Ｗ及び該２つの共振子のＩＤＴ間の電極指非交差幅Ｇ
が、表面波の波長λとしたときに、Ｗ≦７λ及びＧ≦２
λの範囲とされていることを特徴とする。この電極指交
差幅Ｗ及び電極指非交差幅Ｇを上記範囲内としたのは、
以下の理由による。

【００１６】図２は、１段の横結合型表面波共振子フィ
ルタを模式的に示す平面図である。表面波共振子フィル
タ部１１は、図示しない水晶基板上に、ＩＤＴ１２，１
３を、互いの表面波伝播方向が平行となるように隣接並
行配置した構造を有する。一方のＩＤＴ１２は、バスバ
ー１２ａから中央のバスバー１４側に向かって延びる複
数本の電極指１２ｂを有し、該複数本の電極指１２ｂと
間挿しあうように複数本の電極指１２ｃが中央のバスバ
ー１４からバスバー１２ａ側に延ばされている。

【００１７】また、他方のＩＤＴ１３では、バスバー１
３ａから中央のバスバー１４に向かって延びるように複
数本の電極指１３ｂが形成されており、該電極指１３ｂ
と間挿しあうように中央のバスバー１４からバスバー１
３ａ側に複数本の電極指１３ｃが延ばされている。な
お、１５，１６は、それぞれ、反射器を示す。

【００１８】上記表面波共振子フィルタ部１１では、隣
接並行配置されたＩＤＴ１２，１３の電極指交差幅Ｗ
と、ＩＤＴ１２，１３に共通する中央のバスバー１４を
挟んだ２つの共振子間の電極指非交差幅Ｇとにより、図
２の右方に示す基本モード及び高次モードの２種の共振
モードにおける周波数差が決定される。図３に、上記電
極指交差幅Ｗ及び電極指非交差幅Ｇと共振モードの周波
数差との関係を示す。なお、図３においてｆａ，ｆｓ
は、それぞれ反共振周波数及び共振周波数を示す。

【００１９】上記基本モード及び高次モードのインピー
ダンス−周波数特性は、図４に示す通りである。図４に
おいて、Ｆｓ₀ ，Ｆａ₀ は基本モードの共振点及び反共
振点を、Ｆｓ₁ ，Ｆａ₁ は、それぞれ、高次モードの共
振点及び反共振点を示す。図４から明らかなように、実
線Ａで示す基本モードのインピーダンス−周波数特性
と、破線Ｂで示すインピーダンス−周波数特性とは逆位
相の関係にある。よって、二重モードフィルタとして動
作させるには、基本モードの反共振点Ｆａ₀ と、高次モ
ードの共振点Ｆｓ₁ の周波数を近づける必要がある（こ
れを条件１とする）。

【００２０】上記条件１から大きくはずれると、通過帯
域内にリップルが生じる。従って、通常、表面波の導波
路の幅（Ｗ＋Ｇ＋Ｗ）は、１８λ〜２５λ程度の範囲で
選択する必要がある。ここで、通過帯域を広げようと無
理に基本モードと高次モードとの周波数差を大きくする
と、従来技術の説明の項で示したように、モード結合が
密になりすぎ、帯域内における特性の平坦性が大きく損
なわれる。

【００２１】ところで、図１に示したように、本実施例
の表面波共振子フィルタでは、段間にインダクタンスＬ
が並列に接続されている。従って、結果的に、基本モー
ド及び高次モードの各モードにおける共振点−反共振点
間の周波数差が大きくなる。すなわち、図５に実線Ａ´
及び破線Ｂ´で示すように、インダクタンスＬを段間に
並列に接続することにより、基本モードの反共振点がＦ
ａ´₀ に移行し、高次モードの反共振点がＦａ´₁ に移
行する。その結果、図５から明らかなように、基本モー
ドと高次モードとの間の周波数差を図示のように大きく
したとしても、基本モードの反共振点Ｆａ´₀ と高次モ
ードの共振点Ｆｓ₁ と近づけることができ、すなわち条
件１を満足することができる。よって、帯域を広げた場
合であっても、通過帯域内における特性の平坦性を確保
することができる。

【００２２】上記実施例に従って構成された２段の表面
波共振子フィルタの減衰量−周波数特性の一例を図６
に、他例を図７に示す。図６では、実線Ｃがインダクタ
ンスＬを接続していない場合の減衰量−周波数特性を、
実線ＤがインダクタンスＬを接続した場合の減衰量−周
波数特性を示す。また、一点鎖線Ｃ´及びＤ´は、それ
ぞれ、インダクタンスを接続していない場合及び接続し
た場合のインピーダンス−周波数特性曲線Ｃ，Ｄを拡大
したものである（実線Ｃ，Ｄについては減衰量の一目盛
りが縦軸に記載されているように１０ｄＢであるのに対
し、一点鎖線Ｃ´及びＤ´の曲線では一目盛りが２ｄＢ
として表現されている）。

【００２３】また、図７は、Ｗ＝６．５λ、Ｇ＝１．０
λであり、段間に並列に接続されたインダクタンスＬが
１００ｎＨである２段の表面波共振子フィルタの挿入損
失量−周波数特性を示す図である。なお、図７の実線Ｅ
´で示す特性曲線は、実線Ｅで示す特性曲線の要部を拡
大して示したものであり、縦軸の挿入損失の値を実線Ｅ
の場合に比べて５倍に拡大した図に相当する。

【００２４】図７から明らかなように、本実施例におい
ても、通過帯域内特性が平坦であり、かつ通過帯域幅が
２４０ＭＨｚの中心周波数において２８３ｋＨｚと広い
表面波共振子フィルタの得られることがわかる。また、
挿入損失も３．０ｄＢ程度と非常に小さいことがわか
る。

【００２５】ところで、上記実施例のように、通過帯域
を広げた場合であっても通過帯域内における特性の平坦
性を損なわないためには、表面波共振子フィルタの本来
の共振点−反共振点間の周波数差を考慮にいれ、基本モ
ードと高次モードとの間の周波数差をある程度大きく取
ることが必要である。具体的には、（両モード間の周波
数差／中心周波数）＞０．０８％…（条件２とする）を
満足することが必要である。

【００２６】上記条件２を満足させるには、横結合型の
表面波共振子フィルタ部における電極指交差幅Ｗ及び電
極指非交差幅Ｇについて、図３から明らかなように、Ｗ
≦７λ及びＧ≦２λを満足することが必要である。

【００２７】なぜならば、（モード間周波数差／中心周
波数）が０．０８％以下では、段間に並列に接続された
インダクタンスＬによる広帯域化効果を得ることができ
ず、インダクタンスＬを接続すると逆に帯域内における
特性の平坦性が損なわれるからである。

【００２８】なお、上記電極指交差幅Ｗ及び電極指非交
差幅Ｇの範囲は、従来の横結合型の表面波共振子フィル
タでは、帯域内における特性を劣化させやすいため使用
されなかった範囲であるが、本発明では、段間にＬが並
列に接続されているため逆に上記範囲を選択することが
必要であり、それによって上記のような広帯域であり、
かつ帯域内における特性の平坦な表面波共振子フィルタ
を構成することができる。

【００２９】また、条件２における左辺の下限は、電極
指交差幅Ｗ及び電極指非交差幅Ｇと高次モードのカット
オフ周波数との関係で制限される。従って、電極指交差
幅Ｗ及び電極指非交差幅Ｇの下限は必然的に限定される
ため、特に限定する必要はない性質のものである。

【００３０】なお、上記条件２を満足するモード間周波
数差において、上記条件１を満たすインダクタンスＬの
値は、表面波共振子の内部インピーダンスが定まれば必
然的に定まるものである。すなわち、インダクタンスＬ
の値を小さくしすぎると、条件１からはずれ、インピー
ダンスのミスマッチングが起こり、帯域内特性が劣化す
る。シミュレーションによれば、インダクタンスＬが接
続される２個の表面波共振子の内部静電容量をＣ₀ を全
て打ち消すような（すなわち、２ωＣ₀ −１／ωＬ＝０
となる）Ｌ値では、帯域内における特性の平坦性が崩れ
る。

【００３１】シミュレーションによれば、約２００ＭＨ
ｚ帯では、インダクタンスＬによる上記静電容量Ｃ₀ の
打ち消された残りの量を、それぞれの表面波共振子にお
いて０．５ｐＦ程度とすることが好ましいと考えられ
る。しかしながら、表面波共振子の周波数、チューニン
グ条件、結合係数、音響アドミタンス比及びＩＤＴの対
数等が微妙にからむため、上記インダクタンスＬの値は
一義的には定め得ない。もっとも、インダクタンスＬの
値を大きくしすぎた場合には、各共振モードの共振点−
反共振点間の周波数差を大きくすることができず、本発
明の効果を得られない。

【００３２】上記表面波共振子の内部インピーダンス
は、ＩＤＴの対数と電極指交差幅Ｗでほぼ決定され、す
なわち目標とする周波数、帯域幅及び素子の寸法で制限
される。結局、電子部品としての量産性、パッケージサ
イズとを常識的にかつ経験的に考慮すれば、段間に接続
される最適なＬの値は、上記の背景及び状況により、２
０〜５００ｎＨの範囲に限定されると考えられる。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、横結合
の表面波共振子フィルタ部において隣接並行配置された
２つの共振子の各ＩＤＴの電極指交差幅Ｗ及び２つの共
振子のＩＤＴ間の電極指非交差幅Ｇが上記特定の範囲と
されており、かつ少なくとも１の段間に２０〜５００ｎ
Ｈのインダクタンスが並列に接続されているため、帯域
内特性の平坦性及び帯域外減衰特性に優れた横結合型の
表面波共振子フィルタの特徴を損なうことなく、表面波
共振子フィルタの広帯域化及び低損失化を図ることがで
き、さらに水晶基板を用いているため、中心周波数の温
度特性も安定に保たれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の表面波共振子フィルタを含む回路を示
す図。

【図２】横結合型の表面波共振子フィルタ部を説明する
ための模式的平面図。

【図３】電極指交差幅Ｗ、及び電極指非交差幅Ｇと表面
波の波長λとの関係を示す図。

【図４】横結合型表面波共振子フィルタにおける基本モ
ード及び高次モードの共振特性を示す図。

【図５】段間にインダクタンスＬが接続された場合の基
本モード及び高次モードの共振特性を示すインピーダン
ス−周波数特性図。

【図６】インダクタンスＬを接続していない場合及び接
続した場合の表面波共振子フィルタの減衰量−周波数特
性を示す図。

【図７】実施例の表面波共振子フィルタの挿入損失−周
波数特性を示す図。

【符号の説明】

１…表面波共振子フィルタ ２，３…表面波共振子フィルタ部 Ｌ…インダクタンス ４，５…チューニング回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水晶基板を用いた横結合型の表面波共振
   子フィルタ部が少なくとも２段以上従属接続されてなる
   表面波共振子フィルタにおいて、 少なくとも１の段間に２０〜５００ｎＨのインダクタン
   スが並列に接続されており、かつ前記横結合型の表面波
   共振子フィルタ部において隣接並行配置された２つの共
   振子の各インターデジタルトランスデューサの電極指交
   差幅Ｗと、該２つの共振子のインターデジタルトランス
   デューサ間の電極指非交差幅Ｇとが、表面波の波長をλ
   とした時に、Ｗ≦７λ及びＧ≦２λの範囲とされている
   ことを特徴とする、表面波共振子フィルタ。