JPH11112274A - 弾性表面波フィルタ - Google Patents

弾性表面波フィルタ

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JPH11112274A
JPH11112274A JP26638597A JP26638597A JPH11112274A JP H11112274 A JPH11112274 A JP H11112274A JP 26638597 A JP26638597 A JP 26638597A JP 26638597 A JP26638597 A JP 26638597A JP H11112274 A JPH11112274 A JP H11112274A
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JP
Japan
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electrode
surface acoustic
line width
acoustic wave
wave filter
Prior art date
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JP26638597A
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English (en)
Inventor
Yoshihisa Amano
義久 天野
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 Δfが従来よりも大きなIDT電極を、製造
および設計が容易な方法によって実現すること、及び、
モード結合法などのシミュレーション理論によって厳密
なシミュレーションが可能な電極構造によってΔf拡大
を実現すること。 【解決手段】 圧電基板上に、櫛歯状の励振電極1を設
けて成る弾性表面波フィルタであって、励振電極1を構
成する複数の電極線の線幅がその長さ方向で段状に異な
るように形成せしめ、該励振電極1により発生した弾性
表面波の伝搬速度が互いに異なる複数の伝搬路を設けた
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車電話
及び携帯電話等の移動体無線機器等に内蔵される周波数
帯域フィルタとしての弾性表面波フィルタに関し、特
に、弾性表面波フィルタに用いられる、櫛歯状弾性表面
波トランスデューサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の弾性表面波(Surface Acoustic W
ave で、以下、SAWと略す)フィルタの例を図5に示
す。同図は、移動体通信用のGHz帯域のラダー型(梯
子型)のSAWフィルタを示したものであり、いわゆる
2.5段π型と呼ばれるSAWフィルタの回路図であ
る。図中のa〜eはそれぞれSAW共振子を示し、これ
らa〜eの5個の共振子は、並列・直列交互に多段接続
されている。なお、図5では、INは入力端子、OUT
は出力端子を表す。
【0003】図3は、これらSAW共振子の電極構造を
示す模式図である。図中、1はSAW共振子Sの一対の
櫛歯電極であるIDT(Inter Digital Transdducer )
電極、2はIDT電極1のSAW伝搬路の両側に設けら
れた反射器である。なお、IDT1及び反射器2の電極
指の本数は数10〜数100本に及ぶため、その形状を
簡略化して図示してある。
【0004】このようなラダー型SAWフィルタにおい
て、その通過帯域幅は、基になるSAW共振子のストッ
プバンド幅(以下、Δfと記す)によってほぼ決まって
しまうことが知られている。
【0005】図4は、SAW共振子のIDT電極をイン
ピーダンスアナライザなどに接続して測定した際の、入
力インピーダンス(以下、Zinと記す)特性のグラフ
の模式図である。図において、横軸は周波数、縦軸はZ
inの絶対値(対数スケール)である。また、f1はZ
inが最小となる周波数(共振点)であり、f2はZi
nが最大となる周波数(反共振点)である。
【0006】ここで、ストップバンド幅Δfとは、この
f1とf2の周波数間隔のことを指す。Δfが小さい
と、フィルタの帯域幅は狭くなる。このΔfは、IDT
電極が形成された圧電基板の材料定数(電気機械結合係
数)によって支配的に決定されてしまうために、設計上
の工夫でコントロールできる自由度がほとんど無いこと
が知られている。
【0007】広帯域なフィルタを設計するためには、I
DT電極のΔfを大きくする必要がある。そのための手
段として、従来技術では以下のような方法が取られてい
た。即ち、図6のようにIDT電極1の電極ピッチP1
〜P3を少しづつ変えて設計する手法であり、チャープ
電極と呼ばれる。なお、2は反射器である。このように
電極ピッチが変わることによって複数の共振周波数が発
生し、それらが重ね合わされることによりΔfが拡大さ
れる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、下記のような問題点があった。第1に、チャ
ープ電極は、製造が困難である。また、チャープ電極で
は、IDT電極の電極ピッチを非常に精密に加工するこ
とが要求されるが、例えば、安価な等倍露光方式を採用
してGHz 帯の高周波フィルタをする場合、フォトマスク
上の電極線幅が1μm以下の寸法になるため、フォトマ
スクを精度良く狙い通りの線幅に製造することが困難で
ある。そのため、安価な等倍露光法式ではなく、高価な
縮小露光方式を採用せざるをえず、高額な設備投資が必
要になるという問題がある。また、フォトマスク自体が
精度良く製造できたとしても、それを実際の微細IDT
電極に転写する際に、製造が困難である。チャープ電極
は電極ピッチがまちまちであるために場所によって露光
条件異なり、全体を均一に狙い通りの線幅に露光するこ
とが困難である。
【0009】第2に、チャープ電極は、シミュレーショ
ン等によって精度良く設計することが困難である。これ
は、現在SAWフィルタの代表的なシミュレーション理
論であるモード結合法などが、従来通りの等間隔の電極
ピッチを前提としており、チャープ電極に完全には対応
していないためである。そのため、事前に正確な設計が
困難であるため、実際に作成したチャープ電極には、設
計時点では予想外であったリップルが発生してフィルタ
特性を阻害するような問題が生じ易い。
【0010】従って、本発明は上記事情に鑑みて完成さ
れたものであり、その第1の目的は、Δfが従来よりも
大きなIDT電極を、製造および設計が容易な方法によ
って実現することにある。また第2の目的は、モード結
合法などのシミュレーション理論によって厳密なシミュ
レーションが可能な電極構造によってΔf拡大を実現す
ることにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明による弾性表面波
フィルタは、圧電基板上に、弾性表面波の伝搬速度が異
なる複数の伝搬路を有する励振電極を設け、これら複数
の伝搬路の干渉によりストップバンド幅Δfを調整する
ようにしたことを特徴とする。
【0012】具体的には、圧電基板上に櫛歯状の励振電
極を設けて成る弾性表面波フィルタであって、前記励振
電極を構成する複数の電極線の線幅がその長さ方向で段
状に異なるように形成せしめ、該励振電極により発生し
た弾性表面波の伝搬速度が互いに異なる複数の伝搬路を
設けたことを特徴とする。
【0013】また、圧電基板が36°回転YカットX方
向伝搬のタンタル酸リチウム単結晶であり、前記励振電
極の平均規格化線幅の最大値と最小値の差が下記式を満
足することを特徴とする。
【0014】0.05 < A < 0.20 (ただし、A:平均規格化線幅の最大値と最小値の差 平均規格化線幅=平均電極線幅/平均電極線ピッチ)
【0015】
【発明の実施の形態】図1は、本発明によるSAW共振
子の構造を示す模式図である。図において、1は互いに
噛み合うように形成された一対の櫛歯状電極(励振電
極)であるIDT電極、2はIDT電極2のSAW伝搬
路の両側に設けられた反射器である。尚、同図では、I
DT電極1及び反射器2は、その電極指の本数が数10
〜数100本に及ぶため、その形状を簡略化して描いて
ある。
【0016】図1のIDT電極1において、IDT電極
1はその電極の長さ方向において、図中A・B・Cの3
つのトラック(弾性表面波の伝搬路)に分けて設計され
ている。図中A・B・Cの3つのトラックでは、電極ピ
ッチP1〜P3は同じであるが、電極線幅L1〜L3を
段状に変えて設計してある。一例として、図1において
は、トラックAからトラックCの方向に向かうに従っ
て、電極線幅が太く設計されているが、弾性表面波の複
数の伝搬路(各段部に対応)が形成できるようにすれ
ば、このような設計に限定されるものではない。
【0017】図7は、電極線幅とSAW(弾性表面波)
音速の関係を示すグラフである。基板材料は、36°Y
カット−X伝搬のLiTaO3 結晶であり、電極膜厚は
簡単のためにゼロとした。電極線幅は電極ピッチによっ
て規格化して表示してある。このグラフから明らかなよ
うに、電極線幅を数十%程度変えることで、音速が1%
前後度変化する。IDT電極において、共振周波数は電
極ピッチと音速の2つによって決まる。そのため、一つ
のIDT内で音速の異なる領域(A,B,C)が存在す
ることによって、複数の共振周波数が生じ、これらが重
ね合わされることによって、Δfが広帯域化されたり、
狭帯域化されたりするので、Δfを調整することができ
る。
【0018】例えば、単純にΔfを広帯域化するために
は、電極線幅による音速の変化が大きい方が良い。しか
し、電極線幅による音速変化をあまりに大きくし過ぎる
と、図4の共振子入力インピーダンス特性において、共
振点f1の付近、或いは反共振点f2の付近に大きなリ
ップルが生じてしまう。
【0019】このような共振子入力インピーダンス特性
のリップルは、そのままフィルタ特性のリップルとなっ
て反映されるために、あまりに大きなリップルは許容す
ることができない。Δfが十分に拡大しつつ、しかもリ
ップルが許容範囲の大きさに抑えられるような電極線幅
の振り幅は、圧電基板材料やカット角・伝搬方向などに
よって異なる。
【0020】特に実用上特に重要な基板条件である36
°〜42°回転YカットX伝搬LiTaO3 単結晶につ
いて実験を行なった結果、IDT電極の平均規格化線幅
の最大値と最小値の差が下記式を満足すると、リップル
の発生が極力抑えられることが判明した。
【0021】0.05 < A < 0.20 (ただし、A:平均規格化線幅の最大値と最小値の差 平均規格化線幅=平均電極線幅/平均電極線ピッチ) そこで、図1に示すようなSAW共振子を、36°Yカ
ット−X伝搬のLiTaO3 結晶から成る圧電基板上に
Alから成るSAWフィルタ用の回路パターンを形成す
る場合、具体的には、紫外線(Deep UV )を用いた密着
露光機によるフォトリソグラフィー法で前記圧電基板の
ウェハ上にレジストのネガパターンを形成し、次いで電
子ビーム蒸着機で厚み約4000ÅのAlを成膜して、
回路パターンを多数組み形成した。その後、レジスト剥
離液中で不要なAlをリフトオフし、IDT電極などの
微細な回路パターンを完成させた。
【0022】ここで、IDT電極対数を80、反射器電
極本数を30、IDT電極の開口幅を90μm 、IDT
電極ピッチを2.0μm 、IDT電極を開口幅に対して
等間隔で9トラックに分割し、規格化線幅を0.58,
0.56,0.54,0.52,0.50,0.49,
0.48,0.47,0.46の9通りとした。
【0023】なお、このように規格化線幅は変化してい
るものの、電極ピッチは一定に保たれているために、設
計時には、モード結合法などの通常のシミュレーション
法をそのまま適用でき、シミュレーションとほぼ同様な
結果が得られた。
【0024】図2は、本発明によって得られたSAW共
振子の入力インピーダンス特性である。また、比較のた
めに、従来のSAW共振子の入力インピーダンス特性も
示した。図2から明らかなように、本発明のSAW共振
子においては、Δfが広帯域化されている。共振点付近
にリップルが生じているが、その大きさは実用上問題が
無い程度に小さく抑えられている。従って、例えばこの
ような共振子構造をラダー型SAWフィルタの直列共振
子として用いた場合、従来よりも広帯域なフィルタが得
られる。
【0025】
【発明の効果】以上、本発明の弾性表面波フィルタによ
れば、異なる速度の弾性表面波の干渉により、ストップ
バンド幅Δfを適当に調整することができ、例えばSA
Wフィルタの帯域幅を拡大させることができる。また、
電極ピッチを一定に保つようにすれば、フォトマスクの
製作が容易であるだけでなく、モード結合法等の通常の
シミュレーション手法によって設計が可能となる、非常
に画期的でユニークな弾性表面波フィルタを提供するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるSAW共振子の構造を説明する模
式図である。
【図2】本発明によるSAW共振子の入力インピーダン
スの周波数特性を、従来技術のSAW共振子の入力イン
ピーダンスの周波数特性と比較したグラフである。
【図3】一般的なSAW共振子の構造を説明する模式図
である。
【図4】一般的なSAW共振子の入力インピーダンスの
周波数特性を説明する模式図である。
【図5】SAW共振子を用いた、2.5段π型のラダー
型フィルタの構造を説明する模式図である。
【図6】チャープ電極によるIDT電極を態様を説明す
る模式図である。
【図7】電極線幅と音速の関係を表すグラフである。
【符号の説明】
1:IDT電極 2:反射器 S:弾性表面波共振子

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電基板上に櫛歯状の励振電極を設けて
    成る弾性表面波フィルタであって、前記励振電極を構成
    する複数の電極線の線幅がその長さ方向で段状に異なる
    ように形成せしめ、該励振電極により発生した弾性表面
    波の伝搬速度が互いに異なる複数の伝搬路を設けたこと
    を特徴とする弾性表面波フィルタ。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の弾性表面波フィルタで
    あって、前記圧電基板が36°〜42°回転YカットX
    方向伝搬のタンタル酸リチウム単結晶であり、前記励振
    電極の平均規格化線幅の最大値と最小値の差が下記式を
    満足することを特徴とする弾性表面波フィルタ。 0.05 < A < 0.20 (ただし、A:平均規格化線幅の最大値と最小値の差 平均規格化線幅=平均電極線幅/平均電極線ピッチ)
JP26638597A 1997-09-30 1997-09-30 弾性表面波フィルタ Pending JPH11112274A (ja)

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