JPH11112284A - 弾性表面波フィルタ - Google Patents

弾性表面波フィルタ

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JPH11112284A
JPH11112284A JP26828297A JP26828297A JPH11112284A JP H11112284 A JPH11112284 A JP H11112284A JP 26828297 A JP26828297 A JP 26828297A JP 26828297 A JP26828297 A JP 26828297A JP H11112284 A JPH11112284 A JP H11112284A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】通過帯域端部近傍に高減衰極を有し、また通過
帯域端部近傍に高減衰極を有すると共に所望の周波数領
域で大きな減衰量が得られるものとする。 【解決手段】同一の圧電基板上で、少なくとも一対のI
DT電極を有する4個のSAW共振子3a,3a,3
b,3bを対称格子状に接続して成るSAWフィルタF
であって、前記4個のSAW共振子3a,3a,3b,
3bはS=T×K(T:櫛歯状電極の電極指の対数、
K:電極指の交差幅)が異なる2種のものからなり、第
1種のSAW共振子3b,3bのSをS1 =T1 ×K1
、第2種のSAW共振子3a,3aのSをS2 =T2
×K2 とした場合、S1 /S2 ≧1.2である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、移動体通信機器等
に用いられる弾性表面波フィルタであって、複数の弾性
表面波共振子を対称格子状に配設した不平衡入力−平衡
出力型あるいは平衡入力−不平衡出力型の弾性表面波フ
ィルタに関する。
【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)共振子の基本構成の平面
図を図6に示す。同図において、4は一対の櫛歯状電極
(Inter Digital Transducerで、以下、IDT電極とい
う)であり、IDT電極4のSAW伝搬路上の両端には
SAWを効率良く共振させるための反射器5が配置され
る。IDT電極4及び反射器5は、例えば36°Yカッ
ト−X伝搬のタンタル酸リチウム単結晶等からなる圧電
基板上に、フォトリソグラフィ法、蒸着法等によりAl
等のパターンを形成して作製される。尚、IDT電極4
の電極指の対数は数10〜数100対にも及ぶため、同
図では簡略化して描いてある。
【0003】近年、電波を利用する電子機器用の帯域通
過フィルタ等の周波数フィルタ(以下、フィルタとい
う)、遅延線、発振器等用の電子部品として、多くのS
AW共振子やSAWフィルタが用いられている。特に小
型・軽量でかつフィルタとしての急峻遮断性能が高いS
AWフィルタは、移動体通信分野において、携帯電話等
の携帯端末装置のRF(Radio Frequency :無線周波数
あるいは高周波)段及びIF(Intermediate Frequenc
y :中間周波数)段のフィルタとして多用されてきてお
り、通過帯域端部近傍を含めた通過帯域外減衰量が大き
く通過帯域内で低損失の特性を有するSAWフィルタに
対する要望が強い。
【0004】また、移動体通信機器等の小型・軽量化及
び低コスト化のための使用部品の削減により、SAWフ
ィルタに新たな機能の付加が要求されてきている。その
一つに、RF段等とIF段等との段間に使用されるSA
Wフィルタに対して、不平衡入力−平衡出力型あるいは
平衡入力−不平衡出力型に構成できるようにとの要求が
ある。
【0005】従来のSAWフィルタは、一般的に不平衡
入力−不平衡出力型であるため、SAWフィルタ後段の
回路や電子部品が平衡入力型となっている場合は、SA
Wフィルタと後段との間に、バラン回路等の不平衡−平
衡変換器を挿入した回路構成を採っていた。同様に、S
AWフィルタ前段の回路や電子部品が平衡出力型となっ
ている場合は、前段とSAWフィルタとの間に平衡−不
平衡変換器を挿入した回路構成となっていた。
【0006】現在、不平衡−平衡変換器あるいは平衡−
不平衡変換器を削除するために、SAWフィルタに平衡
−不平衡変換器機能あるいは不平衡−平衡変換器機能を
持たせた、不平衡入力−平衡出力型SAWフィルタある
いは平衡入力−不平衡出力型SAWフィルタ(以下、平
衡型SAWフィルタと略す)の実用化が進められてい
る。
【0007】また、移動体通信機器用のフィルタは、携
帯端末装置の小型化、低電力化のために低損失であるの
が望ましい。その上、受信用及び送信用として用いられ
る共用フィルタには、受信帯域と送信帯域のそれぞれの
帯域外に抑止帯域(あるいは阻止帯域)があり、通過帯
域端部近傍から広い範囲に渡って高減衰であることが強
く要求されている。更に、移動体通信システムによって
は局所的に特定の周波数領域のみかなり大きい減衰量が
要求される場合がある。
【0008】このようななかで、SAW共振子からなる
4個のインピーダンス素子を対称格子状に配置した格子
型SAWフィルタが期待されており、これは、共振周波
数の異なる2種類のSAW共振子を2個ずつの計4個で
ブリッジ回路を構成したものであり、平衡型SAWフィ
ルタを実現できると共に通過帯域内において低損失とな
る。
【0009】上記格子型SAWフィルタの従来例とし
て、一方のSAW共振子と他方のSAW共振子のIDT
電極の容量差を±5%以内に設定することにより、通過
帯域外の広い周波数範囲で高い減衰量を得るものが提案
されている(特開平8−65099号公報参照)。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
格子型SAWフィルタは、図5のフィルタ特性のグラフ
に示すように、通過帯域(800〜850MHz程度)
から離れるに従い高減衰であるが、通過帯域端部近傍の
減衰量を大きくとることができず、通過帯域と通過帯域
外との遮断特性が悪いという問題がある。また、通過帯
域から離れた特定の周波数領域を大きく減衰させること
ができないという問題もある。
【0011】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、その目的は通過帯域端部近傍に高減衰
域(高減衰極)を有し、また通過帯域端部近傍に高減衰
域(高減衰極)を有すると共に所望の周波数領域で大き
な減衰量が得られるものとすることを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明のSAWフィルタ
は、同一の圧電基板上で、少なくとも一対の櫛歯状電極
を有する複数の弾性表面波共振子を対称格子状に接続し
て成る弾性表面波フィルタであって、前記複数の弾性表
面波共振子はT×K(T:櫛歯状電極の電極指の対数、
K:電極指の交差幅)が異なる2種のものからなり、第
1種の弾性表面波共振子をT1 ×K1 、第2種の弾性表
面波共振子をT2 ×K2 とした場合、(T1 ×K1 )/
(T2 ×K2 )≧1.2であることを特徴とし、通過帯
域端部近傍に高減衰域(高減衰極)を設定することがで
きる。
【0013】また、本発明のSAWフィルタは、上記弾
性表面波フィルタを用い、前記弾性表面波フィルタを弾
性表面波フィルタAとし、(T1 ×K1 )/(T2 ×K
2 )>1のものを弾性表面波フィルタBとし、弾性表面
波フィルタAと弾性表面波フィルタBとが多段接続され
ている特徴とし、これにより、通過帯域端部近傍に高減
衰域(高減衰極)を設定できると共に、通過帯域から離
れた周波数領域でも大きな減衰量が得られる。
【0014】更に、本発明において好ましくは、圧電基
板が36°Yカット−X伝搬のタンタル酸リチウム単結
晶からなり、R=(T1 ×K1 )/(T2 ×K2 )とし
た場合に前記Rは、 R=−1.1/{100×(fL −f0 )/f0 +A}+B R=1.4/{100×(fH −f0 )/f0 +A}+B 2.8≦A≦5.2 0.98≦B<1.00 (f0 :フィルタの中心周波数、fL :低周波側の減衰
極の周波数、fH :高周波側の減衰極の周波数)で決定
される。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明のSAWフィルタFを図1
〜図4に示す。また、以下、簡単のためT×K=Sと表
す。図1(a)は、一対のIDT電極を有する4個のS
AW共振子3a,3a,3b,3bを対称格子状に接続
して成り、対称位置にある第1種のSAW共振子3b,
3bのSをS1 =T1 ×K1 、同様に対称位置にある第
2種のSAW共振子3a,3aのSをS2 =T2 ×K2
とした場合、S1 /S2 ≧1.2であるSAWフィルタ
を2段接続したものである。勿論、同図において、1段
のみであってもよい。
【0016】また、同図(b)は(a)のもののフィル
タ特性のグラフであり、通過帯域端部近傍に減衰極が生
じる。
【0017】図2(a)は、4個のSAW共振子3a,
3a,3b,3bを対称格子状に接続して成り、第1種
のSAW共振子3b,3bのSをS1 =T1 ×K1 、第
2種のSAW共振子3a,3aのSをS2 =T2 ×K2
とした場合、S1 /S2 ≧1.2であるSAWフィルタ
Aを前段とし、4個のSAW共振子3c,3c,3d,
3dを対称格子状に接続して成り、第1種のSAW共振
子3d,3dのSをS12=T12×K12(S1 をS12に、
T1 をT12に、K1 をK12に置き換える)、第2種のS
AW共振子3c,3cのSをS22=T22×K22(S2 を
S22に、T2 をT22に、K2 をK22に置き換える)とし
た場合、S12/S22>1であるSAWフィルタBを後段
として、SAWフィルタAとSAWフィルタBとを2段
接続(縦続接続)したものである。勿論、同図におい
て、SAWフィルタAとSAWフィルタBを入れ換えた
り、これらのいずれかをより多段接続してもよい。
【0018】また、同図(b)は(a)のもののフィル
タ特性のグラフであり、通過帯域端部近傍と通過帯域か
ら離れた周波数領域に減衰極が設定できる。
【0019】更に、同図において、SAWフィルタBの
S12/S22の値を種々に設定したものを多段接続して、
より多くの減衰極を任意の周波数領域に設定することも
できる。
【0020】またこの場合、1<S12/S22<1.2と
することにより、SAWフィルタBによって生じる減衰
極とSAWフィルタAにより生じる減衰極が重複せず
に、SAWフィルタAは通過帯域に近い周波数領域に、
SAWフィルタBは通過帯域にから離れた周波数領域に
それぞれ減衰極を設定できる。
【0021】尚、図1,図2において、1a,1bは2
つの入力端子、2a,2bは2つの出力端子である。
【0022】ここで、上記TはIDT電極の電極指の対
数、Kは電極指の交差幅であり、S=T×KはSAW共
振子の等価電気容量に比例するものである。前記等価電
気容量は、図4に示すSAW共振子の等価回路のC0 に
相当する。また、等価電気容量C0 は圧電基板の誘電率
にもよるが、同一の圧電基板においてはT,Kによって
決定される。更に、Sの値が大きい方が等価電気容量が
大きく、また電極指のピッチを小さくすることにより共
振周波数を高くしている。
【0023】一般に、一つのSAW共振子は、インピー
ダンスが極小値となる共振周波数とインピーダンスが極
大値となる反共振周波数を有する。そして、本発明は基
本的に、共振周波数の異なる2種類のSAW共振子を各
2個ずつの計4個を、2つの入力端子と2つの出力端子
との間に対称格子状(ブリッジ型)に配設してなる構造
を有する。
【0024】この構成において、図3に示すように、原
理的にはS1 /S2 =1のとき低周波側の減衰極は0H
zで高周波側の減衰極は無限大の周波数位置に発生す
る。そして、S1 /S2 が1より大きくなるに従い、低
周波側の減衰極は高周波側に移動し、共振周波数が低い
方のSAW共振子の共振周波数に近づいていく。同時
に、高周波側の減衰極は低周波側に移動し、共振周波数
が高い方のSAW共振子の反共振周波数に近づいてい
く。
【0025】図3(a)は、圧電基板が36°Yカット
−X伝搬のタンタル酸リチウム単結晶の場合に、S1 /
S2 (横軸)と(fL −f0 )/f0 ×100(縦軸)
との関係を表したグラフで、S1 /S2 >1で1の近傍
のときに(fL −f0 )/f0 ×100=−40.0、
f0 =800MHzとして、fL ≒440MHzとな
り、S1 /S2 ≧1.2とすると通過帯域端部近傍に減
衰極を設定できることが判る。
【0026】同様に、(b)は圧電基板が36°Yカッ
ト−X伝搬のタンタル酸リチウム単結晶の場合に、S1
/S2 (横軸)と(fH −f0 )/f0 ×100(縦
軸)との関係を表したグラフで、S1 /S2 >1で1の
近傍のときに(fH −f0 )/f0 ×100=50.
0、f0 =800MHzでfH ≒1200MHzとな
り、S1 /S2 ≧1.2とすると通過帯域端部近傍に減
衰極を設定できることが判る。
【0027】また、S1 /S2 ≧1.2とすることによ
り、低周波側の減衰極及び高周波側の減衰極を、中心周
波数からそれぞれ約10%以内離れたところに設けるこ
とができ、移動体通信用として要求される急峻な遮断特
性を得ることができる。また、S1 /S2 ≧1.2の領
域では、S1 /S2 =1.2を変曲点としてS1 /S2
の変化に対し減衰極位置の変化が緩やかになるため、減
衰極位置の制御がし易く、その結果所望の周波数で減衰
極を有するフィルタを安定的に製造することができると
いう効果もある。
【0028】同図におけるS1 /S2 のグラフは実験的
に得られたものであり、R=S1 /S2 とすると、
(a)において、R=−1.1/{100×(fL −f
0 )/f0 +4}+0.98(A=4,B=0.98)
と表され、(b)において、R=1.4/{100×
(fH −f0 )/f0 +4}+0.98(A=4,B=
0.98)と表される。
【0029】上記式において、2.8≦A≦5.2
(4.0±1.2)であり、この範囲外では減衰極の位
置が中心値の4.0%から1.2%(f0 =836MH
zでは10MHz程度に相当)以上ずれることになり、
遮断特性が劣化したり通過帯域が狭くなりすぎる。好ま
しくは、3.8≦A≦4.2(4.0±0.2)であ
る。また、0.98≦B<1.00(0.99±0.0
1)であり、1.00以上では低周波側の減衰極は0H
z、高周波側の減衰極は無限大の周波数位置に発生する
ことになり、0.98未満では中心値の0.99に対し
て圧電基板材料及びIDT電極等のパターン作製バラツ
キ等によるRのバラツキへの影響が大きくなり、その結
果遮断特性が劣化する等の問題が生ずる。
【0030】本発明のSAWフィルタFが主に使用され
る移動体通信機器における、RFフィルタの通過帯域幅
は中心周波数(800〜900MHz)の1%〜5%
(比帯域幅)である。これを実現するための圧電基板
は、2%以上の電気機械結合係数を有することが望まし
い。具体的には、36°Yカット−X伝搬タンタル酸リ
チウム単結晶,64°Yカット−X伝搬ニオブ酸リチウ
ム単結晶,41°Yカット−X伝搬ニオブ酸リチウム単
結晶等を挙げることができる。特に36°Yカット−X
伝搬タンタル酸リチウム単結晶は温度特性等が良好であ
り有用である。
【0031】本発明において、一つのSAWフィルタF
に使用されるSAW共振子は4個に限定されず、5個以
上設けても構わない。この場合、ブリッジの対称位置に
おいて同数とするのがよい。
【0032】かくして、本発明は、通過帯域端部近傍に
高減衰極を有し、また通過帯域端部近傍に高減衰極を有
すると共に所望の周波数領域で大きな減衰量が得られる
という作用効果を有する。
【0033】尚、本発明は上記の実施形態に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々
の変更は何ら差し支えない。
【0034】
【実施例】本発明の実施例を以下に説明する。
【0035】(実施例1)図1のSAWフィルタFを以
下のように構成した。共振周波数の高い方のSAW共振
子3b,3bの共振周波数を、共振周波数の低い方のS
AW共振子3a,3aの反共振周波数にほぼ一致させる
ことにより、平坦な通過帯域特性が得られる。本実施例
では、第1種のSAW共振子3b,3b同士、又は第2
種のSAW共振子3a,3a同士ではそれぞれ同じもの
を用いたが、所望の特性により、第1種又は第2種の各
々のグループにおいて、個々の共振周波数を微妙にずら
すことも可能である。
【0036】そして、SAW共振子3b,3bにおい
て、T1 =94対、K1 =80μm、S1 =7520、
(等価電気容量)=3.00pFとし、SAW共振子3
a,3aにおいて、T2 =94対、K2 =60μm、S
2 =5640、(等価電気容量)=2.26pFとし、
S1 /S2 =1.33とした。
【0037】上記構成により、図1(b)に示すような
良好な通過帯域端部近傍の遮断特性が得られ、通過帯域
の中心周波数約815MHz、比帯域幅約4%、通過帯
域における損失約2dB、減衰極での減衰量約50dB
が得られた。
【0038】また、SAWフィルタFの作製方法につい
て以下に説明する。
【0039】36°Yカット−X伝搬タンタル酸リチウ
ム単結晶からなる圧電基板の一主面に、Al,Al合金
の金属薄膜を蒸着法、スパッタリング法等の薄膜形成法
を用いて成膜する。その後、フォトレジストを金属薄膜
上に塗布し、IDT電極等のパターンを形成するための
フォトマスクを用いて紫外光等により露光を行う。次
に、圧電基板を現像液に浸漬しフォトレジストのパター
ニングを行い、フォトレジストをマスクとしてウエット
エッチング法又ドライエッチング法により金属薄膜をパ
ターニングし、SAWフィルタFを作製する。尚、本実
施例は金属薄膜のエッチングによる電極形成法である
が、リフトオフ法によっても同様に作製できる。
【0040】(実施例2)図2のものを以下のように構
成した。SAWフィルタAは図1のものと同じであり、
SAWフィルタBについて、SAW共振子3d,3dに
おいて、T12=94対、K12=80μm、S12=752
0、(等価電気容量)=3.00pFとし、SAW共振
子3c,3cにおいて、T22=94対、K22=79μ
m、S22=7426、(等価電気容量)=2.97pF
とし、S12/S22=1.01とした。
【0041】上記構成により、図2(b)に示すよう
に、通過帯域端部近傍の良好な遮断特性と、通過帯域か
ら離れた低周波側及び高周波側での更なる減衰極とが得
られ、特に高周波側の1.2〜1.3GHzで良好な減
衰特性(減衰量50dB以上)となった。また、通過帯
域の中心周波数約815MHz、比帯域幅約4%、通過
帯域における損失約2dBであった。
【0042】
【発明の効果】本発明は、第1種のSAW共振子のSを
S1 =T1 ×K1 、第2種のSAW共振子のSをS2 =
T2 ×K2 とした場合、S1 /S2 ≧1.2とする、又
は、S1 /S2 ≧1.2のSAWフィルタAとS1 /S
2 >1のSAWフィルタBとを多段接続することによ
り、通過帯域端部近傍に高減衰極を有し、また通過帯域
端部近傍に高減衰極を有すると共に所望の周波数領域で
大きな減衰量が得られるという作用効果を有する。
【0043】また、本発明は、通過帯域内で低挿入損失
なものとなり、更に不平衡入力−平衡出力又は平衡入力
−不平衡出力が可能となるので、移動体通信機器用の携
帯端末装置の小型軽量化、低電力化が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のSAWフィルタFの第1の実施例を示
し、(a)はそのブロック回路図、(b)はフィルタ特
性のグラフである。
【図2】本発明のSAWフィルタFの第2の実施例を示
し、(a)はそのブロック回路図、(b)はフィルタ特
性のグラフである。
【図3】図3(a)は、圧電基板が36°Yカット−X
伝搬のタンタル酸リチウム単結晶の場合の、S1 /S2
と(fL −f0 )/f0 ×100との関係を表したグラ
フ、(b)は圧電基板が36°Yカット−X伝搬のタン
タル酸リチウム単結晶の場合の、S1 /S2 と(fH −
f0 )/f0 ×100との関係を表したグラフである。
【図4】SAW共振子の等価回路図である。
【図5】従来の平衡型SAWフィルタのフィルタ特性の
グラフである。
【図6】従来のSAW共振子の基本構成の平面図であ
る。
【符号の説明】
1a:入力端子 1b:入力端子 2a:出力端子 2b:出力端子 3a:第2種のSAW共振子 3b:第1種のSAW共振子 3c:第2種のSAW共振子 3d:第1種のSAW共振子 4:IDT電極 5:反射器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】同一の圧電基板上で、少なくとも一対の櫛
    歯状電極を有する複数の弾性表面波共振子を対称格子状
    に接続して成る弾性表面波フィルタであって、前記複数
    の弾性表面波共振子はT×K(T:櫛歯状電極の電極指
    の対数、K:電極指の交差幅)が異なる2種のものから
    なり、第1種の弾性表面波共振子をT1 ×K1 、第2種
    の弾性表面波共振子をT2 ×K2 とした場合、(T1 ×
    K1 )/(T2 ×K2)≧1.2であることを特徴とす
    る弾性表面波フィルタ。
  2. 【請求項2】請求項1の弾性表面波フィルタを用い、前
    記弾性表面波フィルタを弾性表面波フィルタAとし、
    (T1 ×K1 )/(T2 ×K2 )>1のものを弾性表面
    波フィルタBとし、弾性表面波フィルタAと弾性表面波
    フィルタBとが多段接続されていることを特徴とする弾
    性表面波フィルタ。
  3. 【請求項3】圧電基板が36°Yカット−X伝搬のタン
    タル酸リチウム単結晶からなり、R=(T1 ×K1 )/
    (T2 ×K2 )とした場合に前記Rは、 R=−1.1/{100×(fL −f0 )/f0 +A}+B R=1.4/{100×(fH −f0 )/f0 +A}+B 2.8≦A≦5.2 0.98≦B<1.00 (f0 :フィルタの中心周波数、fL :低周波側の減衰
    極の周波数、fH :高周波側の減衰極の周波数)で決定
    される請求項1又は2記載の弾性表面波フィルタ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6549100B2 (en) * 2000-02-07 2003-04-15 Murata Manufacturing Co., Ltd. Surface acoustic wave lattice filter with different lattice and series arm capacitance ratios and communication device using same
KR20030053113A (ko) * 2001-12-22 2003-06-28 엘지이노텍 주식회사 밸런스형 표면탄성파 필터
JP2009272666A (ja) * 2008-04-30 2009-11-19 Fujitsu Ltd フィルタ、デュプレクサおよび通信機器

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