JPH07263995A

JPH07263995A - 弾性表面波装置およびそれを用いたアンテナ分波器

Info

Publication number: JPH07263995A
Application number: JP6050528A
Authority: JP
Inventors: Norio Hosaka; 憲生保坂; Hideo Onuki; 秀男大貫; Kazushi Watanabe; 一志渡辺; Akitsuna Yuhara; 章綱湯原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-03-22
Filing date: 1994-03-22
Publication date: 1995-10-13

Abstract

(57)【要約】【目的】高周波数域での周波数特性に優れた弾性表面
波装置を提供する。【構成】圧電性基板２上にすだれ状電極３が形成され
てなる一開口弾性表面波共振子１と、誘電体基板５上に
形成されたマイクロストリップ線路６からなるインダク
タンス素子４と、これら一開口弾性表面波共振子１とイ
ンダクタンス素子４、およびパッケージ７の端子９を相
互に電気的に接続する配線８とが、単一のパッケージ７
に収められた弾性表面波装置において、インダクタンス
素子４の誘電体基板５が実質的に比誘電率６以下になる
ようにした。【効果】高周波数域における減衰量および急峻性等、
良好な周波数特性を有する弾性表面波装置を提供するこ
とが可能となった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、弾性表面波共振子及び
インダクタンス素子を含んで構成された弾性表面波装
置、並びにこの弾性表面波装置を備えたアンテナ分波器
に関する。

【０００２】

【従来の技術】弾性表面波装置は、極めて大量に生産さ
れているＬＳＩ（大規模集積回路）と同様に、フォトリ
ソグラフィ技術を応用して製造可能であるので、量産性
に優れていることから、民生機器や通信機器等で広範囲
に使用されている。特に、最近では弾性表面波装置の小
形かつ軽量であるという特徴から、ポケットベル、携帯
電話等の移動体通信において、高周波フィルタとして使
用されることが多い。

【０００３】前記移動体通信で使用される弾性表面波装
置は、特に低損失で急峻な周波数特性が要求されるの
で、ＩＩＤＴ（Interdigitated Interdigital Transduc
ers)型フィルタや弾性表面波共振子を使用して構成した
装置が使用される。

【０００４】前記のような弾性表面波共振子を使用して
構成した弾性表面波装置の例として、電子情報通信学会
技術研究報告ＵＳ９２−５２（１９９２−０９）、第９
頁〜１６頁記載の技術がある。この技術は、後述の図３
に示すように梯子型フィルタの直列、並列素子に弾性表
面波共振子を用いて帯域通過型フィルタを構成するもの
である。

【０００５】また、他の技術として、エレクトロニクス
レター１９８５年、２１巻、２５／２６号、第１２
１１〜１２１２頁（ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＬＥＴＴ
ＥＲＳ５ｔｈＤｅｃｅｍｂｅｒ１９８５，Ｖｏ
ｌ．２１，Ｎｏ．２５／２６，ｐｐ．１２１１〜１２１
２）記載のように、梯子型フィルタの直列素子にインダ
クタンスを、並列素子に弾性表面波共振子を用いて、フ
ィルタを構成する技術がある。

【０００６】この梯子型フィルタの直列素子にインダク
タンスを、並列素子に弾性表面波共振子を用いてフィル
タを構成するものでは、後述の図２に示すように、梯子
型フィルタの直列素子にインダクタンス素子を、並列素
子に弾性表面波共振子を使用して構成すると、梯子型フ
ィルタの周波数特性は、図４に示すような通過域内に阻
止域を有する低域通過型の特性となる。なお、前記のよ
うに複数の弾性表面波共振子、あるいは弾性表面波共振
子と他の電気素子を組合せて単一の機能装置として構成
した場合についても、本発明ではこれを広い意味でとら
え弾性表面波装置と呼ぶ。

【０００７】前記のような構成の弾性表面波装置は、携
帯電話機においてアンテナ分波器の送信用フィルタとし
て用いられている。アンテナ分波器は、単一のアンテナ
で電波の送信と受信を行うために、送信信号と受信信号
を分離する働きをし、概略、送信用フィルタと受信用フ
ィルタを主体に構成されている。したがって、送信用フ
ィルタである本発明の弾性表面波装置では、図４に示す
ように送信信号の周波数が通過帯域Ｔに、受信信号の周
波数帯域が阻止帯域Ｒに相当することになる。また、倍
周波数等の高調波の不要信号を抑圧するため、低域通過
特性のフィルタとなっている。例えば、国内で使用され
ているディジタル方式の携帯電話においては、受信帯域
の高周波数側に送信帯域が設定されており、このような
用途のアンテナ分波器に前記弾性表面波装置は使用され
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、送信用フィ
ルタは、電力的に大きな送信信号を伝送するため、損失
が大きいと携帯電話機の消費電力が増加する不都合があ
り、前記弾性表面波装置では、通過域の損失、高周波数
域の減衰量等を考慮して素子や装置の構成を決めること
が重要である。しかし、従来の弾性表面波装置は、ＵＨ
Ｆ帯以上の高周波で携帯電話のような、損失や減衰量が
問題とされる応用がなされていなかったため、素子の構
成について、特に高周波特性に対する配慮がされていな
かった。

【０００９】すなわち、前記弾性表面波装置で、弾性表
面波共振子およびインダクタンス素子等の電気特性は、
伝播損失、ミスマッチロス、カットオフ周波数等の周数
特性に関わり、逆にこれら周波数特性の仕様から、各素
子の最適な電気特性を決めることができる。ところが、
実際の弾性表面波装置で低損失化を重点に装置を構成す
ると、高周波数域の減衰量が充分でなく、急峻な周波数
特性が得られないといった問題のあることが分かった。
なお、この種の弾性表面波装置もしくは弾性表面波素
子として、例えば特開昭５５−３３３８２号公報、特開
平１−７３８０７号公報、及び特開平５−１１４８２８
号公報記載のものが知られているが、いずれも高周波数
域での特性については、特に考慮されてはいなかった。

【００１０】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたもので、その目的は、この種の弾性表面波装
置の高周波数域での周波数特性を改善することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、圧電性基板上にすだれ状電極が形成され
てなる一開口弾性表面波共振子と、誘電体基板上に形成
されたマイクロストリップ線路からなるインダクタンス
素子と、これら一開口弾性表面波共振子とインダクタン
ス素子、およびパッケージの端子を相互に電気的に接続
する配線とが、単一のパッケージに収められた弾性表面
波装置において、前記インダクタンス素子の誘電体基板
が実質的に比誘電率６以下であるように構成した。

【００１２】

【作用】梯子型フィルタの直列素子にインダクタンス素
子を、並列素子に弾性表面波共振子を使用した低域通過
型の弾性表面波装置において、高周波数域の減衰量は、
弾性表面波装共振子の制動容量、インダクタンス素子の
インダクタンス値等で決まり、これら素子値を選択し減
衰量を改善する事は可能である。しかし、このような改
善策では、逆に通過域の損失増加を招き、装置の基本性
能が得られないことになる。そこで、通過域の損失増加
を生じない減衰量の改善策を検討した結果、インダクタ
ンス素子が重要な働きをしていることが分かった。

【００１３】すなわち、前記のような弾性表面波装置用
の素子は、高周波における電気抵抗に注意して作成さ
れ、一般的にインダクタンス素子として、組立やコスト
の点で有利な、絶縁基板上にスパイラル状にマイクロス
トリップ線路を形成した素子が使用されている。このよ
うなインダクタンス素子で弾性表面波装置を構成した場
合、インダクタンス素子の絶縁基板の厚さと高周波数域
の減衰量の大きさに相関があり、厚い基板ほど減衰量が
大きくなる傾向がみられた。これは、インダクタンス素
子の寄生容量の大きさが基板の厚さに依存し、結果とし
て素子が異なった電気特性になっていることに起因する
と考えらる。

【００１４】弾性表面波装置の高周波数域の減衰量を改
善するために、厚い基板をインダクタンス素子に使用す
ることは、装置自体の厚さが増すことになるので不都合
である。そこで本発明は、厚い基板と同様の効果を得る
ため、比誘電率が小さな基板を使用したインダクタンス
素子により、弾性表面波装置を構成するようにした。こ
のようにインダクタンス素子に比誘電率の小さな基板を
使用すると、浮遊容量の影響は小さくなり、弾性表面波
装置の高周波数域の減衰量を改善することができ、急峻
な周波数特性を得ることが可能となる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１は、本発明第１の実施例に係る弾性表
面波装置の構成を示す斜視図である。図において、弾性
表面波共振子１は圧電性基板２の表面にアルミニウム薄
膜等で多数対のすだれ状電極３を形成し、一開口弾性表
面波共振子として構成されている。インダクタンス素子
４は石英ガラス基板５上に銅薄膜によるマイクロストリ
ップ線路６を形成して構成される。なお、銅薄膜表面に
は保護とワイヤボンディング性の向上のため、ニッケル
と金の薄膜が形成してある。

【００１６】前記の弾性表面波共振子とインダクタンス
素子は、同一のパッケージ７に接着剤で固定され、アル
ミニウム等の配線ワイヤ８で相互に、あるいはパッケー
ジの端子９と接続されている。実際には、パッケージは
シールされるが、図では内部構造が分かるように省略し
てある。

【００１７】図２は実施例に係る弾性表面波装置の電気
回路図である。同図に示すように、実施例に係る弾性表
面波装置は前述のように梯子型フィルタを構成してお
り、この装置は、カットオフ周波数が弾性表面波共振子
１の制動容量の値とインダクタンス素子４の値から決ま
る低域通過型フィルタ特性を示す。また、弾性表面波共
振子１の共振周波数近傍では、回路の伝送係数が実数と
なるため減衰特性を示し、阻止帯域を形成することにな
る。

【００１８】この実施例では、石英ガラスを基板とした
インダクタンス素子４を使用して、弾性表面波装置１を
構成している。これにより、以下に説明するように、装
置の周波数特性を改善することができる。

【００１９】図５に従来の弾性表面波装置の周波数特性
ａと本実施例に係る弾性表面波装置の周波数特性ｂを示
す。従来の弾性表面波装置は、アルミナを基板としたイ
ンダクタンス素子を使用して装置を構成しており、アル
ミナの比誘電率は８．５である。これに対し、本実施例
では基板に石英ガラスを使用しており、比誘電率は３．
８と従来のアルミナ基板に比べ１／２以下である。した
がって、浮遊容量のインダクタンスに及ぼす影響は格段
に小さくなっているものと考えられる。実際に、同図に
示すように従来に比べ、高周波数域における減衰量は改
善され、周波数特性も急峻な特性が得られている。

【００２０】ここで、インダクタンス素子の電気特性に
ついて調べた結果、以下のようなことが分かった。図６
はインダクタンス素子４の基本構造を示す斜視図で、そ
の電気的等価回路は図７のように描ける。この等価回路
でＣ₁はマイクロストリップ線路６自体が有する容量、
Ｃ₂は対地容量であり、Ｃ₁はＣ₂に比較して無視でき
るほど小さく、インダクタンス素子４の浮遊容量は、ほ
とんど対地容量Ｃ₂できまる。

【００２１】図８は測定系に直列に接続したインダクタ
ンスが示すインピーダンスのスミスチャートである。浮
遊容量や抵抗の影響がない理想状態の場合、インピーダ
ンスは、同図に示す破線に沿って低周波数から高周波数
へとインピーダンス無限大の点へ向かって移動してい
く。しかし、実際のインダクタンスでは浮遊容量の影響
が無視できず、高周波数になるほど理想のインダクタン
ス値から外れていくことになる。従来のアルミナ基板の
インダクタンス素子では、同図Ａに示すようなインピー
ダンス変化を示し、高周波におけるインダクタンス値の
理想状態からのずれは大きい。これに対し、石英ガラス
基板を用いた本実施例のインダクタンス素子４では、同
図Ｂに示すように高周波でもインダクタンス値のずれは
比較的小さく、理想状態に近いことが分かった。

【００２２】以上、第１の実施例ではインダクタタンス
素子４の基板５として石英ガラスを用いて弾性表面波装
置を構成したが、本発明は基板の比誘電率を小さなもの
にすることを特徴としており、他の基板材料を使用する
ことも可能である。例えば、珪酸ガラスは比誘電率が
３．８であり、また、硼珪酸ガラスは比誘電率が４．
８、バリウム硼珪酸ガラスは比誘電率が５．８であり、
いずれも本発明が関わる弾性表面波装置に使用すること
で、高周波数域における周波数特性の改善が可能であ
る。

【００２３】さらに、前述したように従来のアルミナ基
板で浮遊容量を小さくしようとした場合、基板の厚さを
厚くしなければならず、このため弾性表面波装置全体が
厚くなり、装置の小形化に不利であった。しかし、本実
施例のように誘電率の小さな基板材料を使用すれば、基
板５を厚くする必要はなく、弾性表面波装置の小形化に
非常に有利である。

【００２４】図９に、本発明第２の実施例による弾性表
面波装置の構成を示す。本実施例では、インダクタンス
素子４の有する浮遊容量を低減するため、基板５の接地
面側に凹加工を行って凹部５ａを形成し、接地面とマイ
クロストリップ線路６の導体との間に基板５だけでな
く、空気層が介在するように構成した。

【００２５】このような構造とすることで、先に図７に
示したインダクタンス素子の等価回路における対地容量
Ｃ₂は、基板５の誘電率と厚さ、および空気層の厚さで
決まる値となり、実効的な比誘電率を小さくすることが
できる。

【００２６】以上述べたように、凹加工を行って凹部５
ａを形成することは、インダクタンス素子４の有する浮
遊容量を低減することになり、したがって、前述の第１
の実施例と同様にインダクタンス素子４の特性が向上
し、弾性表面波装置の高周波数域における周波数特性の
改善を図ることができる。また、この第２の実施例で
は、基板５に加工を施すことで特性の改善を行ってお
り、比誘電率が比較的大きな材料、例えば従来のアルミ
ナ基板でも使用可能であり、基板材料に対する自由度が
得られる利点がある。

【００２７】図１０は、本発明の第３の実施例に係る弾
性表面波装置の構成を示す斜視図である。前述の第１の
実施例では、２個のインダクタンス素子４を別々にパッ
ケージに接着固定していたが、この第３の実施例は２個
のインダクタンス素子４を一つの石英ガラス基板５上に
形成し、弾性表面波装置を構成している。このように複
数のインダクタンス素子４を単一の基板上に形成してお
けば、弾性表面波装置を組み立てる際の手数を低減でき
る。

【００２８】図１１は、前述の第３の実施例と同様の方
法を、インダクタンス素子４の基板５の接地面の凹加工
による場合に適用した第４の実施例の弾性表面波装置の
構造を示す斜視図である。この実施例の場合において
も、凹部６ａによって第３の実施例と同様の効果が得ら
れる。

【００２９】図１２は、本発明の第５実施例に係る弾性
表面波装置の構造を示す斜視図である。本実施例では、
石英ガラス基板５によるインダクタンス素子４のマイク
ロストリップ線路６、また弾性表面波共振子１の共通電
極は、それぞれ一部配線も兼ねており、このような構造
とすることでワイヤによる配線個所は少なくなり、作業
手数の低減、配線ミスによる不良の低減等の効果があ
る。本実施例の構造は、第２の実施例で説明した凹加工
の場合にも適用でき、同一の効果を得ることができる。

【００３０】本発明に係る弾性表面波装置の構成は以上
のようであるが、ここでインダクタンス素子４に使用可
能な基板５の比誘電率あるいは、基板５に凹加工を行っ
て凹部５ａを形成した場合の実効的な比誘電率の値は、
具体的には以下のようにして決めることができる。

【００３１】すなわち基板５の厚さを０．５ｍｍで一定
とした場合について、高周波数域の減衰量として、送信
周波数の倍周波数における減衰量とインダクタンス基板
の比誘電率との関係を描くと図１３に示すグラフが得ら
れる。この倍周波数における損失の仕様は、３０ｄＢ以
上であるから、同図のグラフからインダクタンス素子４
に使用する基板５の比誘電率あるいは実効的な比誘電率
は、６以下であれば良いことが分かる。

【００３２】図１４は、本発明の弾性表面波装置１を、
アンテナ分波器に使用した場合の実施例で、符号１０は
アンテナ分波器を、符号１１はアンテナをそれぞれ示
す。なお、このアンテナ分波器１０は送信フィルタと受
信フィルタから構成される。また、符号Ｔは前述と同様
に送信信号、符号Ｒは受信信号を示す。このように構成
すると、前述の理由により高周波数域の減衰量を大きく
することができるので、アンテナ分派器１０の性能が向
上する。

【００３３】

【発明の効果】これまでの説明で明らかなように、イン
ダクタンス素子の誘電体基板を比誘電率６以下とした請
求項１記載の発明、誘電体基板が、石英ガラス、珪酸ガ
ラス、硼珪酸ガラス及びバリウム硼珪酸ガラスの少なく
とも１つを含んで形成された請求項２記載の発明、イン
ダクタンス素子の誘電体基板の実効的な比誘電率を６以
下とした請求項３記載の発明、誘電体基板の接地面側に
凹部を形成した請求項４記載の発明によれば、及びマイ
クロストリップ線路を２つ備え、１つの共通した誘電体
基板上に形成した請求項５記載の発明によれば、いずれ
も誘電体基板の比誘電率が実質的に６以下となり、高周
波数域における浮遊容量の影響を小さくすることがで
き、周波数特性の急峻性及び／又は減衰量を向上させる
ことができるので、弾性表面波装置の高周波数域での周
波数特性を改善することができる。また、請求項５記載
の発明では、前記効果に加えて、組み立て工数の低減を
図ることができる。

【００３４】請求項１ないし５記載の弾性表面波装置を
備えた請求項６記載の発明によれば、前記理由によりア
ンテナ分波器の性能の向上を図ることが可能になり、さ
らに、基板も薄くできるので小型に構成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る弾性表面波装置の
構成を示す斜視図である。

【図２】第１の実施例に係る弾性表面波装置の等価回路
図である。

【図３】従来の弾性表面波装置の等価回路図である。

【図４】第１の実施例の弾性表面波装置の周波数特性を
示す図である。

【図５】弾性表面波装置の周波数特性を、従来技術と本
発明の場合について比較して示す図である。

【図６】インダクタンス素子の基本構造を示す図であ
る。

【図７】インダクタンス素子の等価回路図である。

【図８】インダクタンス素子のスミスチャート上でのイ
ンピーダンス変化を、従来と本発明の場合について比較
して示す図である。

【図９】第２の実施例に係る弾性表面波装置の構成を示
す斜視図である。

【図１０】第３の実施例に係る弾性表面波装置の構成を
示す斜視図である。

【図１１】第４の実施例に係る弾性表面波装置の構成を
示す斜視図である。

【図１２】第５の実施例に係る弾性表面波装置の構成を
示す斜視図である。

【図１３】送信周波数の倍周波数における損失と、イン
ダクタンス素子の基板の比誘電率との関係を示す図であ
る。

【図１４】本発明に係る弾性表面波装置で構成したアン
テナ分波器を示す図である。

【符号の説明】

１弾性表面波共振子２圧電性基板３すだれ状電極４インダクタンス素子５誘電体基板５ａ凹部６マイクロストリップ線路７パッケージ８配線ワイヤ９端子１０アンテナ分波器１１アンテナ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者湯原章綱神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所映像メディア研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電性基板上にすだれ状電極が形成され
てなる一開口弾性表面波共振子と、誘電体基板上に形成
されたマイクロストリップ線路からなるインダクタンス
素子と、これら一開口弾性表面波共振子とインダクタン
ス素子、およびパッケージの端子を相互に電気的に接続
する配線とが、単一のパッケージに収められた弾性表面
波装置において、前記インダクタンス素子の誘電体基板
が比誘電率６以下であることを特徴とする弾性表面波装
置。
【請求項２】前記誘電体基板が、石英ガラス、珪酸ガ
ラス、硼珪酸ガラス及びバリウム硼珪酸ガラスの少なく
とも１つを含んで形成されていることを特徴とする請求
項１記載の弾性表面波装置。
【請求項３】圧電性基板上にすだれ状電極が形成され
てなる一開口弾性表面波共振子と、誘電体基板上に形成
されたマイクロストリップ線路からなるインダクタンス
素子と、これら一開口弾性表面波共振子とインダクタン
ス素子、およびパッケージの端子を相互に電気的に接続
する配線とが、単一のパッケージに収められた弾性表面
波装置において、前記インダクタンス素子の誘電体基板
の実効的な比誘電率が６以下であることを特徴とする弾
性表面波装置。
【請求項４】前記誘電体基板の接地面側に凹部が形成
されていることを特徴とする請求項３記載の弾性表面波
装置。
【請求項５】前記マイクロストリップ線路を２つ備
え、１つの共通した誘電体基板上に形成されていること
を特徴とする請求項１または３記載の弾性表面波装置。
【請求項６】請求項１ないし５の何れか１に記載の表
面弾性波装置を備えていることを特徴とするアンテナ分
波器。