JPH0730367A - 弾性表面波フィルタ - Google Patents
弾性表面波フィルタInfo
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Abstract
く、通過帯域近傍の減衰量、特に通過帯域よりも高周波
数側における減衰量を高め得る構造を備えたSAWフィ
ルタを提供する。 【構成】 圧電基板21上に表面波伝搬方向に沿って複
数のIDT23〜25を配置してなるSAWフィルタに
おいて、SAWフィルタの出力側に、少なくとも1個の
1ポート型SAW共振子28を直列に接続してなり、か
つ上記SAW共振子30の反共振周波数fa をSAWフ
ィルタの通過帯域よりも高周波数側に位置するようにし
た、SAWフィルタ21。
Description
搬方向に沿って複数のインターデジタルトランスデュー
サ(以下、IDT)を配置してなる弾性表面波フィルタ
(以下、SAWフィルタ)に関し、特に、通過帯域近傍
における減衰量を高め得る構造を備えたSAWフィルタ
に関する。
峻なフィルタ特性を有することを特徴としている。従っ
て、従来より種々の構造のSAWフィルタが提案され、
使用されている。
として、3電極型SAWフィルタを示す略図的平面図で
ある。SAWフィルタ1は、矩形の圧電基板2上に3個
のIDT3〜5を配置した構造を有する。なお、6,7
は反射器を示す。SAWフィルタ1では、IDT3,5
の一方の櫛歯電極が共通接続されて入力端とされてお
り、IDT4の一方の櫛歯電極が出力端とされている。
IDT3〜5の他方の櫛歯電極は、アース電位に接続さ
れている。
示す略図的平面図である。SAWフィルタ8は、圧電基
板2の上面に2個のIDT9,10を表面波伝搬方向に
沿って配置した構造を有する。IDT9,10の両側に
は反射器6,7が配置されている。この2電極型SAW
フィルタ8では、IDT9の一方の櫛歯電極が入力端と
して、IDT10の一方の櫛歯電極が出力端として用い
られる。IDT9,10の他方の櫛歯電極はアース電位
に接続されている。
の例を示す略図的平面図である。SAWフィルタ11は
矩形の圧電基板2の上面に表面波伝搬方向に沿って7個
のIDT12〜18を配置した構造を有し、多電極形S
AWフィルタと称されているものである。IDT12,
14,16,18の一方の櫛歯電極が共通接続されて入
力端として用いられ、IDT13,15,17の一方の
櫛歯電極が共通接続されて出力端として用いられてい
る。また、IDT12〜18の他方の櫛歯電極は、それ
ぞれ、アース電位に接続される。
は、多数のIDT12〜18を配置してなるものである
ため、挿入損失を低減することができる。
フィルタとして、挿入損失を低減するために種々の構造
のものが提案されている。しかしながら、挿入損失の低
減を図った場合、SAWフィルタの通過帯域近傍におけ
る減衰量があまり大きくならず、特に上記のような表面
波共振子を用いたSAWフィルタにおいては、通過帯域
近傍の減衰量が小さいという問題があった。
は、SAWフィルタの段数を増大し、多段接続すればよ
いと考えられる。しかしながら、SAWフィルタの段数
を増大させた場合には、段数に比例して挿入損失が増加
することになる。
通過帯域近傍における減衰量を大きくし得るSAWフィ
ルタの登場が望まれている。特に、携帯電話などの移動
体通信においては、送信側及び受信側の周波数間隔が狭
く、通過帯域近傍の減衰量を十分に確保する必要があ
る。しかしながら、従来のSAWフィルタでは、このよ
うな要求を満たすことが困難であった。
を損なうことなく、通過帯域近傍における減衰量、特に
通過帯域の高周波数側における減衰量を高め得る構造を
備えたSAWフィルタを提供することにある。
は、圧電基板上に表面波伝搬方向に沿って複数のIDT
を配置してなるSAWフィルタにおいて、前記SAWフ
ィルタの入出力側の少なくとも一方側に、少なくとも1
個のIDTを有する少なくとも1個の1ポート型表面波
共振子(以下、SAW共振子)が直列に接続されてお
り、かつ前記1ポート型SAW共振子の反共振周波数が
SAWフィルタの通過帯域よりも高周波数側に設定され
ていることを特徴とする、SAWフィルタである。
複数のIDTを配置してなるSAWフィルタとしては、
前述したような2電極型もしくは3電極型のSAW共振
子フィルタの他、多電極型SAWフィルタも含まれる。
本発明では、上記のような各種SAWフィルタにおい
て、上記少なくとも1個の1ポート型SAW共振子が直
列に接続されていることを特徴とする。
が36°Yカット−LiTaO3 基板からなり、前記1
ポート型SAW共振子の共振周波数をf0 (MHz)、
電極指の対数をN、交差幅をA(μm)としたときに、
1ポートSAW共振子が1個の場合には、下記の式
(1)
複数個の場合には、個々の共振子のf0 /(N×A)の
合計が0.6以下となるように、前記1ポート型SAW
共振子のIDTが構成されている。
電基板が64°Yカット−LiNbO3 からなり、前記
1ポート型SAW共振子の共振周波数をf0 (MH
z)、インターデジタルトランスデューサの電極指の対
数をN、交差幅をA(μm)としたときに、1ポート型
SAW共振子が1個の場合には、下記の式(2)
複数個の場合には、個々のSAW共振子のf0 /(N×
A)の合計が1.1以下となるように、前記1ポート型
SAW共振子のIDTが構成されている。
入出力側の少なくとも一方に、少なくとも1個の上記1
ポート型SAW共振子が直列に接続されている。この1
ポート型SAW共振子は、その反共振周波数がfa がS
AWフィルタの通過帯域よりも高周波数側に位置するよ
うに構成されている。従ってSAWフィルタ全体の通過
帯域特性において、通過帯域の高周波数側において上記
1ポート型SAW共振子の反共振点が位置するため、通
過帯域の高域側における減衰量が高められる。
から明らかなように、36°Yカット−LiTaO3 か
らなる圧電基板を用いたSAWフィルタにおいて、上述
した式(1)を満たすように1ポート型SAW共振子が
構成されているので、挿入損失をあまり増大させること
なく、通過帯域の高域側における減衰量を効果的に改善
することができる。
°Yカット−LiNbO3 基板を用いたSAWフィルタ
において、上述した式(2)を満たすように上記1ポー
ト型SAW共振子が構成されているため、請求項2に記
載の発明の場合と同様に、挿入損失をあまり増大させる
ことなく、通過帯域の高域側における減衰量を効果的に
改善することができる。
ける式(1)及び(2)は、後述の実施例から明らかな
ように、本願発明者により理論的に確かめられたもので
ある。
することにより、本発明を明らかにする。
Wフィルタを示す略図的平面図である。SAWフィルタ
21は、矩形の圧電基板22を用いて構成されている。
圧電基板22の上面22a上には、端縁22b側におい
て、複数のIDT23〜25が表面波伝搬方向に沿って
配置されている。
ルタを構成するために設けられている。なお、IDT2
3〜25の両側には、反射器26,27が配置されてい
る。IDT23,25の一方の櫛歯電極は、図示のよう
に共通接続されて入力端として用いられる。IDT2
3,25の他方の櫛歯電極は、アース電位に接続されて
いる。
ス電位に接続されており、他方の櫛歯電極が出力端OU
Tに後述の1ポート型表面波共振子28を介して接続さ
れている。
子28が、IDT24の他方の櫛歯電極と、出力端との
間に、すなわち3電極型SAWフィルタの出力側に直列
に接続されていることにある。
数本の電極指を有する一対の櫛歯電極28a,28bを
有する。一方の櫛歯電極28aが、上記IDT24の櫛
歯電極に接続されており、他方の櫛歯電極28bが出力
端OUTに接続される。
は、IDT23〜25で構成される3電極型SAWフィ
ルタの通過帯域よりも高周波数側に位置するように構成
されている。従って、後述の動作原理の説明から明らか
なように、SAWフィルタ21のフィルタ特性におい
て、通過帯域の高周波数側における減衰量を高めること
が可能とされている。
Wフィルタ31を示す略図的平面図である。矩形の圧電
基板32の上面32a上に2個のIDT33,34が配
置されている。IDI33の一方の櫛歯電極が入力端
に、他方の櫛歯電極がアース電位に接続されている。I
DT34の一方の櫛歯電極はアース電位に、他方の櫛歯
電極は、後述のSAW共振子37,38を介して出力端
OUTに接続されている。
ち、IDT33,34及び反射器35,36により、図
2に示した2電極型SAWフィルタと同一の構造が構成
されている。
タの出力側において、該SAWフィルタと直列に、2個
の1ポート型SAW共振子37,38が接続されてい
る。SAW共振子37,38は、第1の実施例のSAW
共振子28と同様に、それぞれ、一対の櫛歯電極37
a,37b,38a,38bを有する。もっとも、櫛歯
電極37bと櫛歯電極38aとはバスバーが共通とされ
ている。そして、図示のように櫛歯電極37aがIDT
34に接続されており、櫛歯電極38bが出力端OUT
に接続されている。
W共振子37,38は、それぞれ、その反共振周波数が
上記2電極型SAWフィルタの通過帯域よりも高周波数
側に位置するように設計されている。従って、第1の実
施例の場合と同様に、通過帯域よりも高周波数側におけ
る減衰量を増大させることが可能とされている。
Wフィルタを示す略図的平面図である。SAWフィルタ
41は、矩形の圧電基板42を用いて構成されている。
圧電基板42の上面42a上には、中央において、複数
のIDT43〜49が表面波伝搬方向に沿って配置され
ている。
ルタを構成するために設けられている。IDT43,4
5,47,49の一方の櫛歯電極は、図示のように共通
接続され、後述の1ポート型SAW共振子50を介して
入力端INに接続されている。IDT43,45,4
7,49の他方の櫛歯電極はアース電位に接続されてい
る。
歯電極はアース電位に接続されており、他方の櫛歯電極
は共通接続され、後述の1ポート型SAW共振子51を
介して出力端OUTに接続されている。
は、多電極型SAWフィルタの入力側及び出力側の双方
において、直列に各1個のSAW共振子50,51を接
続したことに特徴を有する。
れぞれ、その反共振周波数fa が中央に構成されている
多電極型SAWフィルタの通過帯域よりも高周波数側に
位置するように設計されている。よって、第1,第2の
実施例の場合と同様に、SAWフィルタ41では通過帯
域の高周波数側における減衰量を増大させることが可能
とされている。
の1ポート型SAW共振子を接続する場合には、共振周
波数やインピーダンスの異なるSAW共振子を用いるこ
とにより、SAWフィルタ全体の特性を所望の特性によ
り一層近づけることができる。
て圧電基板22,32,42としては、従来より公知の
圧電セラミックスからなるもの、あるいは絶縁性基板上
に圧電薄膜を形成したもの等を用いることができ、絶縁
性基板上に圧電性薄膜を形成した構造にあっては、各I
DT及び反射器は圧電薄膜の上面及び下面のいずれに形
成されていてもよい。
結果に基づき説明する。1ポート型SAW共振子は、一
般に、図7に示す等価回路で表される。図7を参照し
て、1ポート型SAW共振子61は、互いに直列に接続
されたインダクタンスL1 、容量C1 及び抵抗R1 と、
該インダクタンスL1 、容量C1 及び抵抗R1 に並列に
接続された容量C0 とを有する。このSAW共振子61
のインピーダンス−周波数特性は図8に示す通りであ
り、共振周波数f0 付近でインピーダンスが最小値とな
り、反共振子周波数fa 付近でインピーダンスが最大値
となる。
型SAWフィルタや多電極型SAWフィルタにおいて、
上記1ポート型SAW共振子を入出力側の少なくとも一
方において直列に接続した場合、上記SAW共振子の反
共振周波数fa を減衰極とするトラップを構成すること
ができる。よって、前述した2電極型もしくは3電極型
のSAW共振子フィルタや多電極型SAWフィルタのよ
うな低損失フィルタと組み合わせることにより、上記S
AW共振子の反共振周波数fa 付近の減衰量を増大させ
ることができる。
a をSAWフィルタの通過帯域よりも高周波数側に設定
し、かつ共振周波数f0 をSAWフィルタの通過帯域内
に位置させれば、通過帯域における挿入損失をあまり悪
化させることなく、通過帯域より高周波数側における減
衰量を増大させることができる。
周波数におけるインピーダンス値が高い場合には、イン
ピーダンス整合範囲が狭くなり、SAWフィルタの挿入
損失が増大する。従って、以下の実験例で示されるよう
に、SAWフィルタの構成に応じて付加すべき1ポート
型SAW共振子のIDTを設計することが望ましい。
数をf0 (MHz)、電極指の対数をN(対)、交差幅
をA(μm)とすると、M=f0 /(N×A)は、SA
W共振子の電極間容量の逆数に比例した値となり、比例
定数は基板材料により決定される。
続した場合には、個々の1ポートSAW共振子について
f0 /(N×A)を求め、その合計が上記Mの値とな
る。上記Mの値が大きくなるとインピーダンス整合範囲
が狭くなり、挿入損失が増加する。インピーダンス不整
合による挿入損失の増大分は、実用的には0.5dBが
限度であり、挿入損失増大量はこれ以下に抑えることが
必要である。また、圧電基板の温度特性を考慮すると、
比帯域は1%以上必要である。
LiTaO3 基板を用いた場合に、上記Mの値を変動さ
せたときに挿入損失の悪化が0.5dB以内に収まる比
帯域を計算した結果を示す図である。図9から明らかな
ように、比帯域を1%以上確保するには、Mの値を0.
6以下とする必要がある。
基板を用い、上記Mの値を変動させた場合の挿入損失の
変化を示す図である。図10から明らかなように、比帯
域を1%以上確保するには、Mの値を1.1以下とする
必要のあることがわかる。
は、上記M値を圧電基板材料に応じてある値以下とする
ように1ポート型SAW共振子の電極構造を設計するこ
とが望ましい。
フィルタの変形例について具体的に挿入損失−周波数特
性を測定した実験例につき説明する。図6に示した第3
の実施例のSAWフィルタ21では、入出力側に各1個
のSAW共振子50,51が接続されていたが、このS
AW共振子50,51を接続しない場合の挿入損失−周
波数特性を図11に示す。なお、圧電基板としては、6
4°YカットLiNbO3 圧電基板を用いた。
フィルタの出力側に、図6に示したSAW共振子50を
4個直列に接続したSAWフィルタを作製し、同様に挿
入損失−周波数特性を測定した。結果を図12に示す。
は、それぞれ、通過帯域の要部を拡大して示す特性曲線
であり挿入損失の大きさは図11及び図12の右側に示
されているスケールにより表されている。
に、4個の1ポート型SAW共振子を接続した実施例の
構造では、通過帯域の高域側における減衰量が約10〜
20dB改善され、他方、通過帯域内の挿入損失は0.
3dBの増加にとどまっていることがわかる。
ルタの入出力側の少なくとも一方に、少なくとも1個の
1ポート型SAW共振子が直列に接続されており、かつ
該1ポート型SAW共振子の反共振周波数がSAWフィ
ルタの通過帯域よりも高周波数側に位置するように1ポ
ート型SAW共振子が設計されているため、通過帯域よ
りも高周波数側における減衰量を約10〜20dB改善
することができる。
減衰量が増大されるため、フィルタ特性の急峻性が高め
られる。よって、携帯電話機における送受信側の周波数
のように、周波数間隔の狭い用途に用いるのに適したS
AWフィルタを提供することが可能となる。
Yカット−LiTaO3 を圧電基板材料として用いた場
合、上述した式(1)を満たすように1ポート型SAW
共振子を設計することにより、あるいは請求項3に記載
のように64°Yカット−LiNbO3 を圧電基板材料
として用いた場合には上述した式(2)を満たすように
1ポート型SAW共振子を設計することにより、挿入損
失を増大させることなく請求項1に記載の発明のように
通過帯域外における減衰量、特に通過帯域よりも高周波
数域における減衰量を効果的に高めることが可能とな
る。
面図。
面図。
面図。
ための略図的平面図。
的平面図。
的平面図。
波数特性を示す図。
の値を変動させた場合の挿入損失の変化を示す図。
Mの値を変動させた場合の挿入損失を変化を示す図。
の挿入損失−周波数特性を示す図。
施例のSAWフィルタの挿入損失−周波数特性を示す
図。
Claims (3)
- 【請求項1】 圧電基板上に表面波伝搬方向に沿って複
数のインターデジタルトランスデューサを配置してなる
弾性表面波フィルタにおいて、 前記弾性表面波フィルタの入出力側の少なくとも一方側
に、少なくとも1個のインターデジタルトランスデュー
サを有する少なくとも1個の1ポート型表面波共振子が
直列に接続されており、かつ前記1ポート型表面波共振
子の反共振周波数が弾性表面波フィルタの通過帯域より
も高周波数側に設定されていることを特徴とする、弾性
表面波フィルタ。 - 【請求項2】 前記圧電基板が36°Yカット−LiT
aO3 基板からなり、 前記1ポート型弾性表面波共振子の共振周波数をf
0 (MHz)、電極指の対数をN、交差幅をA(μm)
としたときに、 1ポート型表面波共振子が1個の場合には、 【数1】 を満たし、 前記1ポート型表面波共振子が複数個直列に接続された
場合には、個々の共振子のf0 /(N×A)の合計が
0.6以下となるように、前記1ポート型表面波共振子
のインターデジタルトランスデューサが構成されてい
る、請求項1に記載の弾性表面波フィルタ。 - 【請求項3】 前記圧電基板が64°Yカット−LiN
bO3 からなり、 前記1ポート型表面波共振子の共振周波数をf0 (MH
z)、インターデジタルトランスデューサの電極指の対
数をN、交差幅をA(μm)としたときに、 1ポート型表面波共振子が1個の場合には、 【数2】 を満たし、 前記1ポート型表面波共振子が複数個直列に接続された
場合には、個々の表面波共振子のf0 /(N×A)の合
計が1.1以下となるように、前記1ポート型表面波共
振子のインターデジタルトランスデューサが構成されて
いる、請求項1に記載の弾性表面波フィルタ。
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