JPH09331233A - 弾性表面波フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＳＡＷ共振子の定数、例えばＱ値等を劣化さ
せることなく容量比を自由に設定できるＳＡＷ共振子を
実現する。更にはこれを用いて梯子型ＳＡＷフィルタの
濾波特性を改善することを目的とする。 【解決手段】 弾性表面波共振子においてＩＤＴの電極
指部を表面波の伝搬方向に沿って複数部分に分割し、該
分割電極指部間の間隔を波長の０．５５〜０．８５倍と
した弾性表面波共振子を用いて梯子型弾性表面波フィル
タを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は弾性表面波フィルタに関
し、特に、複数個の弾性表面波共振子を直列腕と並列腕
とに配置した梯子型弾性表面波フィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より携帯用通信機等には小型化に適
した弾性表面波フィルタ（以下、ＳＡＷフィルタと云
う）がＲＦ及びＩＦフィルタとして使用されてきたが、
近年の搬送周波数の高周波化に伴い、携帯電話等のＲＦ
フィルタ用として中心周波数が７００〜２０００ＭＨ
ｚ、通過帯域幅が２０〜６０ＭＨｚのＳＡＷフィルタ実
現の要望が高まっている。無線機等に広く利用されてき
た４５５ｋＨｚセラミックフィルタの回路構成である梯
子型回路にならい、セラミック共振子を弾性表面波共振
子（以下、ＳＡＷ共振子と云う）に置き換えたタイプの
梯子型ＳＡＷフィルタが、数年前より提案され実用化さ
れている。該フィルタはＱの高いＳＡＷ共振子のみで構
成する共振子型フィルタであるため、低損失が得られる
こと、通過域の急峻なカットオフ特性が得られること等
の特徴を備えている。

【０００３】図５はこのような梯子型ＳＡＷフィルタの
構成を示す構成図であって、２端子対回路の直列腕にＳ
ＡＷ共振子１１を、並列腕にＳＡＷ共振子１２または１
３を梯子状に接続したものである。梯子型フィルタは、
他の例えば、ヤーマン回路の様にトランス等を用いず、
Ｑの高い共振子のみで多段接続のフィルタ回路を構成す
ることができるため低損失であり、更に、同一圧電基板
上に複数のＳＡＷ共振子を形成して梯子型ＳＡＷフィル
タを構成すれば、小型化、量産性等に適しているという
特徴を有する。図６は梯子型ＳＡＷフィルタに用いる各
ＳＡＷ共振子の基本構成を示した図であって圧電基板１
の主面にＩＤＴ１４とその両側に反射器１５ａ、１５ｂ
を形成した一般的なものであり、反射器間に振動エネル
ギーが閉じ込められる現象を利用するものである。ここ
で、ＷはＩＤＴの交叉指幅であり、ＩＤＴの対数Ｎ、電
極膜厚Ｈ等と共にＳＡＷ共振子の特性を左右する重要な
ファクターである。

【０００４】このような従来の梯子型ＳＡＷフィルタの
濾波特性例は、例えば、３６゜ＹカットＸ伝搬リチウム
タンタレートを圧電基板とし、ＳＡＷ共振子数は７素子
とし、入出力端の並列腕にはＩＤＴ対数Ｎ＝４０、電極
指交叉指幅Ｗ＝２８λ（λは該ＩＤＴが励起する弾性表
面波の波長である。）、他の並列腕にはＩＤＴ対数Ｎ＝
８０、電極指交叉指幅Ｗ＝２８λ、直列腕にＩＤＴ対数
Ｎ＝８０、電極指交叉指幅Ｗ＝１０λのＳＡＷ共振子を
それぞれ配置すると、その濾波特性は図７のようにな
る。

【０００５】ところが図７から明らかなようにカットオ
フ特性は急峻さを欠き、減衰傾度も十分ではなく、フィ
ルタの挿入損失が２．５ｄＢと大きいという欠点があ
る。この原因は設計する際に一般的に使われている簡便
な影像パラメータ法を用いて梯子型フィルタを構成した
ためであるを推測される。そこで、より良好な特性が期
待できる動作パラメータ法を駆使すると共に種々パラメ
ータを変更しながらシミュレーションを行ったところ、
梯子型フィルタを構成するＳＡＷ共振子として容量比の
異なるものを用いて、これを適宜直列腕、並列腕に配列
することが必要となることが判明した。所望のフィルタ
特性により異なるが、動作パラメータ法を用いた設計で
は、梯子型回路に用いるＳＡＷ共振子の容量比の最小値
のものと最大値のものとの比率を概略２程度までの範囲
で自由に選定することが必要となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６に
示すような一般的なＳＡＷ共振子にあっては、各ＳＡＷ
共振子の容量比はほぼ同一であり、製造によるバラツキ
を考慮してもその差異は１０％未満である。容量比を決
定する最も重要な因子は圧電基板であり、同一基板上に
容量比の異なるＳＡＷ共振子を構成することは困難であ
る。他の決定因子としてはＩＤＴの対数Ｎ、ＩＤＴの交
叉指幅比Ｗ／λ、電極膜厚比Ｈ／λ及びＩＤＴ形状等が
あるもののこれらパラメータを変化させれば、容量比を
ある程度変化させることは可能であるが、自由に設定す
ることは極めて困難であった。

【０００７】例えば、図５に示すように一枚の圧電基板
上に複数のＳＡＷ共振子を同時に形成するのではなく、
個別のＳＡＷ共振子を用いて梯子型ＳＡＷフィルタを構
成する場合には、個別の容量を前記ＳＡＷ共振子に並列
接続して、見かけ上の容量比を可変することは容易であ
り、この手段は通常の水晶フィルタ等を梯子型で構成す
る場合には一般的に用いられてきた。また、この手段を
一枚の圧電基板に複数のＳＡＷ共振子を形成するものに
適用しようとしても、小型化と量産性が特徴であるＳＡ
Ｗフィルタでは、個別容量を追加する余地もなく、たと
え追加が可能であるとしても小型化上問題となることは
明らかである。

【０００８】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであって、ＳＡＷ共振子の容量比を自由に設定で
きるＳＡＷ共振子を実現することであり、これを用いて
梯子型ＳＡＷフィルタの濾波特性を改善し、良好なＳＡ
Ｗフィルタを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る弾性表面波フィルタの請求項１記載の発
明は、圧電基板上に所定のパターンの複数の弾性表面波
共振子を梯子型回路の直列腕と並列腕のそれぞれに配置
した帯域通過フィルタ回路において、最大の容量比を呈
する弾性表面波共振子と最小の容量比を呈する弾性表面
波共振子との容量比の差が１０％以上であること特徴と
する弾性表面波フィルタである。請求項２記載の発明
は、前記弾性表面波共振子の少なくとも一つがＩＤＴの
電極指部を伝搬方向に沿って複数部分に分割したもので
あることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波フィル
タである。請求項３記載の発明は、前記分割電極指部間
の間隔を波長の０．５５〜０．８５倍とした弾性表面波
共振子が１つ以上含まれることを特徴とする請求項１記
載の弾性表面波フィルタである。請求項４記載の発明
は、前記圧電基板が３６゜±３゜または４１゜±１゜Ｙ
カットＸ伝搬リチウムタンタレートであることを特徴と
する請求項１又は請求項２記載の弾性表面波フィルタで
ある。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示した実施
の形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る
梯子型ＳＡＷフィルタを構成するＳＡＷ共振子の構成の
一実施例を示す図であって、例えば、３６゜ＹカットＸ
伝搬リチウムタンタレート基板の主面上に、弾性表面波
の伝搬方向に沿って対数がＮ対のＩＤＴ２を配置し、該
ＩＤＴを間隔Ｄを設けて電極指部３と４とに２分割する
と共に、ＩＤＴ２の両側に反射器５ａと５ｂとを配置す
るように構成したＳＡＷ共振子である。ここでＩＤＴ電
極指部３と４の電極指ピッチはほぼ等しく、該電極指部
３と４の間隔Ｄは、利用する弾性表面波の波長λの０．
５５〜０．８５倍とする。また、ＩＤＴと反射器との間
隔は励起される弾性表面波の半波長分とする。

【００１１】このＳＡＷ共振子の電極指部３と４との間
に設けた間隔Ｄの距離を変更すると、図２に示すように
ＳＡＷ共振子の容量比がこれに応じて変化する。ここ
で、横軸はＩＤＴ２により励起される弾性表面波の波長
λで間隔Ｄを基準化したＤ／λであり、縦軸は容量比倍
率（容量比倍率とは前記ＩＤＴ電極指間の間隔Ｄがλ／
２の時、即ち、従来の電極指配置における容量比と間隔
Ｄを形成した時の容量比との比をいう）を表している。
この図から明らかなように基準化間隔Ｄ／λ即ち、間隔
Ｄを変えることによって、該ＳＡＷ共振子の容量比を大
幅に変化させることが可能となり、動作パラメータによ
る梯子型フィルタで必要な種々の容量比を実現すること
が出来る。

【００１２】図３は本発明を適用した弾性表面波フィル
タの特性例を示す図である。即ち、図７に示した従来の
梯子型ＳＡＷフィルタの各ＳＡＷ共振子について適切な
容量比を求め、これを実現すべく本発明に基づいて各Ｓ
ＡＷ共振子のＩＤＴを所定の間隔をもって分割構成した
梯子型ＳＡＷフィルタの特性を示す図である。なお圧電
基板は３６゜ＹカットＸ伝搬リチウムタンタレート基板
であり、梯子型回路のＳＡＷ共振子数は７素子とし、入
出力端の並列腕にはＩＤＴ対数Ｎ＝４０、電極指交叉幅
Ｗ＝２８λ、他の並列腕にはＩＤＴ対数Ｎ＝８０、電極
指交叉幅Ｗ＝２８λ、 直列腕にＩＤＴ対数Ｎ＝８０、
電極指交叉幅Ｗ＝１０λのＳＡＷ共振子をそれぞれ配置
した。図３に示す如く中心周波数は８３６．５ＭＨｚ
で、図７に示した従来例に比べると明らかなように通過
帯域のカットオフ特性は急峻であり、減衰傾度も改善さ
れ、しかも、阻止域減衰量を十分に確保し且つ、挿入損
失が（２ｄＢ以下に）低減されたものであることが理解
できよう。

【００１３】図４は本発明の他の実施例を示すＳＡＷ共
振子の電極指構成例の図であって、この例では３６゜Ｙ
カットＸ伝搬リチウムタンタレート基板１の主面上に、
弾性表面波の伝搬方向に沿ってＩＤＴ対数がＮ対のＩＤ
Ｔ６を配置し、該ＩＤＴ６の電極指部のみをＩＤＴ電極
指部７、８および９に分割すると共に、ＩＤＴ６の両側
に反射器１０ａと１０ｂを配置するように構成したＳＡ
Ｗ共振子である。ここでＩＤＴ電極指部７と８の間隔、
ＩＤＴ電極指部８と９の間隔を同じくＤとし、該間隔Ｄ
を前記ＩＤＴが励起する波長λの０．５５〜０．８５倍
とすることによって、図１の本発明に係るＳＡＷ共振子
と同様な効果即ち、間隔ＤによりＳＡＷ共振子の容量比
を大幅に可変することができる。なお、以上ＳＡＷ共振
子の構成としてＩＤＴを２分割および３分割した例につ
いて説明したが、図示した以外の箇所に間隙を設けて
も、同等の効果が得られ、また分割数は更に多くてもも
よい。また、ＩＤＴ分割の位置と、数と幅を適宜選択し
て組み合わせれば任意の容量比を実現することができ
る。

【００１４】また、本発明を３６゜ＹカットＸ伝搬リチ
ウムタンタレートを基板とし、中心周波数８３６．５Ｍ
Ｈｚの携帯電話用ＲＦフィルタを例として説明したが、
本発明はこれのみに限定されるものではなく、適当な基
板、電極材料、電極膜厚、ＩＤＴ対数、交差幅、反射器
本数とすることにより同様な構成で梯子型ＳＡＷフィル
タが実現することは明白であり、中心周波数も弾性表面
波が励振可能な範囲であればよい。また、ＩＤＴ電極指
ピッチと反射器電極指ピッチ比率の補正、ＩＤＴと反射
器電極の間隔補正およびＩＤＴ電極への重み付けと云っ
たＳＡＷ共振子に於いて周知の技術を適用して特性の改
善を図ることも可能である。

【００１５】更に、本発明に係るＳＡＷ共振子を用いる
ことにより各種のフィルタ、例えばチェビシェフフィル
タ、振幅平坦フィルタ（ButterworthあるいはWagner特
性）や遅延平坦特性フィルタへも適用できることは言う
までもない。梯子型ＳＡＷフィルタの構成例として図５
に両端が並列腕共振子で構成される場合について示した
が、両端が直列腕共振子および並列腕共振子の任意の組
み合わせで終わる構成が可能なことは自明である。

【００１６】

【発明の効果】本発明は以上説明した如く構成するもの
であるから、ＳＡＷ共振子の容量比をマスクパターンに
よって任意の値に設定することができ、設計手法として
動作パラメータ法が採用できるため、通過帯域特性と阻
止域特性のバランスの良好な梯子型ＳＡＷフィルタを実
現することが出来る。その結果、イメージパラメータ法
による特性に比較して、通過帯域のカットオフ特性は急
峻であり、減衰傾度は改良され、阻止域減衰量は増大
し、且つ挿入損失も低減することが出来、特に梯子型Ｓ
ＡＷフィルタの特性改善をする上で著しい効果を発揮す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例で、梯子型ＳＡＷフィル
タの構成要素に用いられる共振子のＩＤＴ構成を示す模
式図である。

【図２】ＳＡＷ共振子のＩＤＴ電極指部間距離と容量比
倍率の関係を示す図である。

【図３】本発明になるＳＡＷ共振子を用いて構成した梯
子型ＳＡＷフィルタの濾波特性を示す図である。

【図４】本発明に係る他の実施例で、ＳＡＷ共振子に適
用したＩＤＴ電極指部の構成を示す模式図である。

【図５】従来から用いられている梯子型ＳＡＷフィルタ
の構成を示す図である。

【図６】従来構成のＳＡＷ共振子のＩＤＴ及び反射器の
構成を示す図である。

【図７】従来構成の梯子型ＳＡＷフィルタの濾波特性を
示す図である。

【符号の説明】

１ 圧電基板 ２、６ ＩＤＴ ３、４、７、８、９ ＩＤＴ電極指部 ５ａ、５ｂ、１０ａ、１０ｂ 反射器 Ｄ ＩＤＴ電極指部間の間隔

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電基板上に所定のパターンの複数の弾
   性表面波共振子を梯子型回路の直列腕と並列腕のそれぞ
   れに配置した帯域通過フィルタ回路において、最大の容
   量比を呈する弾性表面波共振子と最小の容量比を呈する
   弾性表面波共振子との容量比の差が１０％以上であるこ
   と特徴とする弾性表面波フィルタ。
2. 【請求項２】 前記弾性表面波共振子の少なくとも一つ
   がＩＤＴの電極指部を伝搬方向に沿って複数部分に分割
   したものであることを特徴とする請求項１記載の弾性表
   面波フィルタ。
3. 【請求項３】 前記分割電極指部間の間隔を波長の０．
   ５５〜０．８５倍とした弾性表面波共振子が１つ以上含
   まれることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波フィ
   ルタ。
4. 【請求項４】 前記圧電基板が３６゜±３゜または４１
   ゜±１゜ＹカットＸ伝搬リチウムタンタレートであるこ
   とを特徴とする請求項１又は請求項２記載の弾性表面波
   フィルタ。