JPH1188102A - Method for improving characteristic of surface acoustic wave device - Google Patents

Method for improving characteristic of surface acoustic wave device

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JPH1188102A
JPH1188102A JP16768798A JP16768798A JPH1188102A JP H1188102 A JPH1188102 A JP H1188102A JP 16768798 A JP16768798 A JP 16768798A JP 16768798 A JP16768798 A JP 16768798A JP H1188102 A JPH1188102 A JP H1188102A
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嘉久 鈴木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for improving the characteristic of the surface acoustic wave device with which a filter with a high specific band width (Δf/f) and high out-band attenuation is stably obtained. SOLUTION: A surface acoustic wave resonator is adopted for impedance matching elements interposed in parallel between adjacent surface acoustic wave filters of the surface acoustic wave device provided with plural surface acoustic wave filters connected in multi-stages and with the impedance matching elements, and the electromechanical coupling factor of the piezoelectric substrate of the surface acoustic wave resonator is selected higher than the electromechanical coupling factor of the piezoelectric substrate of the surface acoustic wave filter. Thus, an inductive frequency band of the surface acoustic wave resonator is made wider than a pass frequency band of the surface acoustic wave filter.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、弾性表面波装置の特性
改良方法に関し、さらに詳細には、多段接続された複数
の弾性表面波フィルタと、隣合う弾性表面波フィルタの
間に配置されたインピーダンス整合素子とを備える弾性
表面波装置の特性改良方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for improving the characteristics of a surface acoustic wave device, and more particularly, to a method for improving the characteristics of a surface acoustic wave device. The present invention relates to a method for improving characteristics of a surface acoustic wave device including an impedance matching element.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば、近年普及がめざましい移動体通
信分野では、通信装置の中間周波数として70MHz 〜4
00MHz の周波数帯域が使用されている。従来、このよ
うに50MHz 以上の周波数帯域での通過帯域フィルタと
しては、LCフィルタ、圧電バルク波を利用したモノリ
シック水晶フィルタ(以下MCFと称することがあ
る)、弾性表面波(以下SAWと称することがある)フ
ィルタなどが知られており、近年においては、なかでも
弾性表面波多重モードフィルタが多く使用されている。
2. Description of the Related Art For example, in the field of mobile communications, which has become increasingly popular in recent years, the intermediate frequency of a communication device is 70 MHz to 4 MHz.
A frequency band of 00 MHz is used. Conventionally, as a pass band filter in the frequency band of 50 MHz or more, an LC filter, a monolithic crystal filter using piezoelectric bulk waves (hereinafter sometimes referred to as MCF), and a surface acoustic wave (hereinafter referred to as SAW) may be used. A) filters are known, and in recent years, a surface acoustic wave multi-mode filter has been widely used.

【0003】弾性表面波多重モードフィルタは、その動
作原理が一般によく知られているMCFの動作原理と類
似するものであり、圧電基板とこの圧電基板上に形成さ
れたインターディジタル・トランスデューサ(以下ID
Tと称することがある)とを備える共振器を複数隣接し
て配置することにより、音響的結合で基本モードと高次
モードが励振するが、この基本モードの反共振周波数と
高次モードの共振周波数を一致させるようにパターン設
計して構成されたものである。
The operation principle of a surface acoustic wave multi-mode filter is similar to the operation principle of a generally well-known MCF, and includes a piezoelectric substrate and an interdigital transducer (hereinafter referred to as ID) formed on the piezoelectric substrate.
T), the fundamental mode and the higher-order mode are excited by acoustic coupling. The anti-resonance frequency of the fundamental mode and the resonance of the higher-order mode are excited. It is configured by pattern design to match the frequencies.

【0004】弾性表面波多重モードフィルタとしては、
横結合型多重モードフィルタと縦結合型多重モードフィ
ルタがある。横結合型多重モードフィルタは、図1の
(a)に示されているように、伝搬方向に垂直方向(横
方向)に存在する1次モード(以下対称モードと称す
る)および2次モード(以下斜対称モードと称する)の
変位分布を利用したものである。一方、縦結合型多重モ
ードフィルタは、図1の(b)に示されているように、
伝搬方向(縦方向)に存在する対称モードと斜対称モー
ドの変位分布を利用したものである。このような、弾性
表面波多重モードフィルタは、帯域外減衰量を向上する
ため、通常、複数個を多段接続して用いられる。なお、
一般的に、横結合型、縦結合型ともに、Qを向上させる
ため、素子の両側に反射器を備えている。横結合型、縦
結合型ともにその動作原理は同じなので、簡略のため以
下は横結合型についてのみ述べる。
As a surface acoustic wave multi-mode filter,
There are a horizontal coupling type multi-mode filter and a vertical coupling type multi-mode filter. As shown in FIG. 1A, a laterally coupled multimode filter includes a first-order mode (hereinafter, referred to as a symmetric mode) and a second-order mode (hereinafter, referred to as a symmetric mode) existing in a direction (lateral direction) perpendicular to the propagation direction. (Referred to as an oblique symmetric mode). On the other hand, as shown in FIG.
This is based on the displacement distribution of a symmetric mode and an oblique symmetric mode existing in the propagation direction (longitudinal direction). Such a surface acoustic wave multi-mode filter is usually used by connecting a plurality of filters in multiple stages in order to improve the out-of-band attenuation. In addition,
Generally, both the horizontal coupling type and the vertical coupling type have reflectors on both sides of the element in order to improve Q. Since the principle of operation is the same for both the horizontal coupling type and the vertical coupling type, only the horizontal coupling type will be described below for simplification.

【0005】このような弾性表面波多重モードフィルタ
の通過帯域幅は、通常、対称モードの共振周波数frs
と斜対称モードの共振周波数fraの周波数差△fを中
心周波数fで除した値である比帯域幅(△f/f)で示
される。2つのモードの周波数差△f(=fra−fr
s)は、IDTの電極設計あるいは反射器のパターン配
置などによってある程度設計できる幅があるが、基本的
には圧電基板材料の電気機械結合係数K2 によって上下
限が決まる。
[0005] The pass band width of such a surface acoustic wave multimode filter usually has a resonance frequency frs of a symmetric mode.
And a fractional bandwidth (Δf / f) which is a value obtained by dividing the frequency difference Δf between the resonance frequency fra of the oblique symmetric mode and the center frequency f. Frequency difference Δf (= fra−fr) between two modes
s) has a width which can be designed to some extent by the electrode design of the IDT or the pattern arrangement of the reflector, but basically the upper and lower limits are determined by the electromechanical coupling coefficient K 2 of the piezoelectric substrate material.

【0006】上記圧電基板材料としては通常水晶が用い
られ、そのK2 が0.14〜0.16%であるので、従
来の弾性表面波多重モードフィルタの比帯域幅(△f/
f)は、特開昭59−131213号公報の第8図に示
されるように0.01〜0.06%くらいまでが限界で
あった。図2の(a)、(b)、(c)に、水晶基板を
用いた比帯域幅(△f/f)0.05%の横結合型多重
モードフィルタのフィルタ特性、対称モードおよび斜対
称モードのインピーダンス特性、およびスミスチャート
での特性を示す。
[0006] Quartz is usually used as the piezoelectric substrate material, and its K 2 is 0.14 to 0.16%. Therefore, the specific bandwidth (Δf /
f), as shown in FIG. 8 of JP-A-59-131213, the limit is about 0.01 to 0.06%. FIGS. 2A, 2B and 2C show the filter characteristics, symmetric mode and oblique symmetry of a laterally coupled multimode filter having a relative bandwidth (Δf / f) of 0.05% using a quartz substrate. The impedance characteristics of the mode and the characteristics in the Smith chart are shown.

【0007】このように従来の弾性表面波多重モードフ
ィルタの比帯域幅(△f/f)は、0.06%が限度で
あった。なお、弾性表面波多重モードフィルタにおい
て、帯域幅を基板材料の能力を越えて無理に広げようと
すると、例えば、比帯域幅(△f/f)を0.1%にす
ると、図3の(a)に示したフィルタ特性となって、中
心周波数帯域において大きなリップルが生じ、最早フィ
ルタとは呼べない状態となってしまう。これは、図3の
(b)の対称および斜対称モードのインピーダンス特性
から分かるように、帯域幅を基板材料の能力を越えて無
理に広げ、対称モードの反共振周波数と斜対称モードの
共振周波数の差が大きくなったために、図3の(c)の
スミスチャートに示されているように通過帯域内のフィ
ルタの動作インピーダンスが容量性リアクタンスになっ
て外部回路とのインピーダンス整合、および複数個のフ
ィルタを多段接続した場合の隣合うフィルタ間のインピ
ーダンス整合がとれなくなり、挿入損失が増すからであ
る。
As described above, the relative bandwidth (Δf / f) of the conventional surface acoustic wave multimode filter is limited to 0.06%. In the surface acoustic wave multimode filter, if the bandwidth is forcibly expanded beyond the capability of the substrate material, for example, if the fractional bandwidth (Δf / f) is set to 0.1%, (FIG. The filter characteristic shown in a) results in a large ripple in the center frequency band, and the filter can no longer be called a filter. This is because, as can be seen from the impedance characteristics of the symmetric and oblique modes in FIG. 3B, the bandwidth is forcibly expanded beyond the capability of the substrate material, and the anti-resonance frequency of the symmetric mode and the resonance frequency of the oblique symmetric mode are increased. As shown in the Smith chart of FIG. 3C, the operating impedance of the filter in the pass band becomes a capacitive reactance, as shown in the Smith chart in FIG. This is because, when filters are connected in multiple stages, impedance matching between adjacent filters cannot be achieved, and insertion loss increases.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】弾性表面波多重モード
フィルタの通過帯域幅を広げた場合の上記の問題を解消
ため、従来は、図6および図8に示されているように、
外部回路とインピーダンス整合をとるための整合回路を
設けていた。すなわち、弾性表面波多重モードフィルタ
1の容量性リアクタンスをキャンセルするだけのインダ
クタンスLa、Lb、Lcを、整合回路として複数の弾
性表面波多重モードフィルタ1を多段接続している接続
点、および弾性表面波多重モードフィルタの入出力端子
に付加していた。現実には、200MHz 以上の周波数帯
では、インダクタンスのL値が数百nHとなること、L値
の微調整が困難なことより、コイルであるインダクタン
スLaとコンデンサCを組み合わせて全体で弾性表面波
多重モードフィルタの容量性リアクタンスをキャンセル
する方法がとられている。
In order to solve the above-mentioned problem when the pass band width of the surface acoustic wave multimode filter is widened, conventionally, as shown in FIGS. 6 and 8,
A matching circuit for impedance matching with an external circuit is provided. That is, the inductances La, Lb, and Lc that only cancel the capacitive reactance of the surface acoustic wave multimode filter 1 are used as matching circuits, at the connection points where the plurality of surface acoustic wave multimode filters 1 are connected in multiple stages, and at the surface. It was added to the input / output terminal of the wave multiplex mode filter. Actually, in a frequency band of 200 MHz or more, the inductance L value is several hundred nH, and it is difficult to finely adjust the L value. A method of canceling the capacitive reactance of the multimode filter has been adopted.

【0009】しかしながら、この場合、電気的特性に問
題が発生する。前記のインピーダンス整合の方法では、
通過帯域では、インピーダンス整合がとれるが、広帯域
のフィルタ特性をみると、インピーダンス整合が、ちょ
うど大きなLC共振となるために、帯域外特性はLC共
振のレスポンスが支配的になり、帯域外減衰量が劣化し
てしまう。対策として、図6および図8の(a)に示し
たように、L、Cに並列に抵抗Rを付加してLC共振の
Qを下げて帯域外減衰量を大きくする方法もあるが、あ
まり大きな効果が得られない。実際、図8の(b)、
(c)と図3(a)を比較すれば分かるように、インピ
ーダンス整合回路を設けた場合は、帯域外減衰量が20
dB程度劣化してしまっている。
However, in this case, a problem occurs in the electric characteristics. In the impedance matching method,
In the pass band, impedance matching can be achieved. However, looking at the filter characteristics in a wide band, the impedance matching becomes just large LC resonance. Therefore, the response of the LC resonance is dominant in the out-of-band characteristics, and the attenuation outside the band is reduced. Will deteriorate. As a countermeasure, as shown in FIGS. 6 and 8A, there is a method of adding a resistor R in parallel with L and C to lower the LC resonance Q to increase the out-of-band attenuation. Large effect cannot be obtained. In fact, FIG.
As can be seen from a comparison between FIG. 3C and FIG. 3A, when the impedance matching circuit is provided, the out-of-band attenuation is 20%.
It has deteriorated by about dB.

【0010】また、フィルタの使用上においても、イン
ピーダンス整合をとるためにL、C、Rなどが必要とな
り、部品点数が増えること、それぞれのインピーダンス
整合点で微調整が必要なことから非常に扱い難いデバイ
スとなってしまう不具合がある。
Also, when using a filter, L, C, R, etc. are required for impedance matching, and the number of parts is increased, and fine adjustment is required at each impedance matching point. There is a problem that makes it a difficult device.

【0011】また、高周波領域では、プリント基板のま
わりの浮遊容量成分あるいはインピーダンス整合用のイ
ンダクタンス、コンデンサなどの配置が帯域外減衰量に
大きく影響するため、実用上では帯域外特性が不安定と
なる。
Further, in the high frequency region, the arrangement of the stray capacitance component around the printed circuit board or the inductance and capacitor for impedance matching greatly affects the out-of-band attenuation, so that the out-of-band characteristics become unstable in practical use. .

【0012】そこで、本発明は、比帯域幅(△f/f)
が大きく、かつ帯域外減衰量の大きなフィルタ特性を安
定に得ることのできる弾性表面波装置の特性改良方法を
提供することを目的とする。
Therefore, the present invention provides a fractional bandwidth (Δf / f)
It is an object of the present invention to provide a method for improving the characteristics of a surface acoustic wave device capable of stably obtaining a filter characteristic having a large attenuation and a large out-of-band attenuation.

【0013】本発明の他の目的は、フィルタ部分とイン
ピーダンス整合素子を1つのパッケージの中に内蔵化し
て、部品点数の削減、整合回路の微調整および周辺回路
の影響をなくすことのできる弾性表面波装置の特性改良
方法を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide an elastic surface capable of reducing the number of parts, finely adjusting a matching circuit, and eliminating the influence of peripheral circuits by incorporating a filter portion and an impedance matching element in one package. An object of the present invention is to provide a method for improving the characteristics of a wave device.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
(1)の本発明により達成される。 (1) 多段に接続された複数の弾性表面波フィルタ
と、インピーダンス整合素子とを備える弾性表面波装置
を用い、隣合う弾性表面波フィルタの間に並列に介在さ
せられるインピーダンス整合素子を弾性表面波共振器で
構成し、この弾性表面波共振器の圧電基板の電気機械結
合係数を前記弾性表面波フィルタの圧電基板の電気機械
結合係数より大きく設定することにより、該弾性表面波
共振器の誘導性帯域を前記弾性表面波フィルタの通過帯
域より広くする弾性表面波装置の特性改良方法。
This and other objects are attained by the present invention which is defined below as (1). (1) A surface acoustic wave device including a plurality of surface acoustic wave filters connected in multiple stages and an impedance matching element is used, and an impedance matching element interposed in parallel between adjacent surface acoustic wave filters is used as a surface acoustic wave. By configuring the surface acoustic wave resonator to have an electromechanical coupling coefficient larger than that of the piezoelectric substrate of the surface acoustic wave filter, the inductive property of the surface acoustic wave resonator is improved. A method for improving characteristics of a surface acoustic wave device, wherein a band is wider than a pass band of the surface acoustic wave filter.

【0015】[0015]

【作用】上記のように構成された弾性表面波装置は、弾
性表面波共振器の圧電基板の電気機械結合係数が弾性表
面波フィルタの圧電基板よりも大きいので、図5に示す
ように弾性表面波共振器は、弾性表面波フィルタの通過
帯域幅よりも大きい帯域幅のインピーダンス特性を示
す。また、弾性表面波共振器のインピーダンスは、ある
周波数帯で位相が90°の誘導性リアクタンスとなり、
他の周波数帯では位相−90°の容量性リアクタンスと
なる。すなわち、周波数帯域制限されたインダクタンス
を構成できる。このことより弾性表面波フィルタの通過
帯域と弾性表面波共振器の誘導性帯域を設計により一致
させると、通過帯域のみの弾性表面波共振器のインダク
タンスでインピーダンス整合ができ、阻止帯域では容量
性リアクタンスとなるため不整合となる組合せが可能と
なる。したがって、従来のようなLC共振による帯域外
特性の悪化が起きず、高い帯域外減衰量が確保できる。
According to the surface acoustic wave device constructed as described above, the electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric substrate of the surface acoustic wave resonator is larger than that of the surface acoustic wave filter. The wave resonator exhibits impedance characteristics of a bandwidth larger than the pass bandwidth of the surface acoustic wave filter. Further, the impedance of the surface acoustic wave resonator becomes an inductive reactance having a phase of 90 ° in a certain frequency band,
In other frequency bands, the capacitive reactance has a phase of -90 °. That is, an inductance whose frequency band is limited can be configured. From this, if the pass band of the surface acoustic wave filter and the inductive band of the surface acoustic wave resonator are matched by design, impedance matching can be performed with the inductance of the surface acoustic wave resonator only in the pass band, and capacitive reactance in the stop band. Thus, a mismatched combination is possible. Therefore, the out-of-band characteristics do not deteriorate due to the LC resonance as in the related art, and a high out-of-band attenuation can be secured.

【0016】また、前記弾性表面波装置を並列接続する
ことによりフィルタの入力インピーダンスを低下させる
ことができ、フィルタの前後でインピーダンス変換して
整合がとりやすくなる。
Also, by connecting the surface acoustic wave devices in parallel, the input impedance of the filter can be reduced, and the impedance can be converted before and after the filter to facilitate matching.

【0017】さらに、弾性表面波共振器は弾性表面波フ
ィルタと全く同一製造工法により形成されるので、小型
のインピーダンス整合素子が容易に作成できる。これに
より、弾性表面波フィルタと弾性表面波共振器を1つの
パッケージに収容することが可能となり、取扱い易くな
るとともに、周辺回路などの影響を受けにくくなる。
Further, since the surface acoustic wave resonator is formed by exactly the same manufacturing method as the surface acoustic wave filter, a small impedance matching element can be easily produced. Thus, the surface acoustic wave filter and the surface acoustic wave resonator can be housed in one package, which facilitates handling and is less affected by peripheral circuits and the like.

【0018】[0018]

【具体的構成】以下、本発明の具体的構成について詳細
に説明する。
[Specific Configuration] Hereinafter, a specific configuration of the present invention will be described in detail.

【0019】本発明の弾性表面波装置の一例を図7およ
び図9に示す。この弾性表面波装置Dは、70〜400
MHz程度の周波数帯域のフィルタとして用いられるも
のであり、複数の弾性表面波フィルタ(以下弾性表面波
多重モードフィルタを代表して説明する)1が多段(図
においては2段のものを示した)接続され、これらの2
つの弾性表面波多重モードフィルタ1の接続部にインピ
ーダンス整合素子としての弾性表面波共振器2が接続さ
れた構造を有している。なお、弾性表面波フィルタとし
ては、上記の弾性表面波多重モードフィルタの他、トラ
ンスバーサル型弾性表面波フィルタ等も好ましく用いる
ことができる。
FIGS. 7 and 9 show an example of a surface acoustic wave device according to the present invention. This surface acoustic wave device D is 70 to 400
The filter is used as a filter in a frequency band of about MHz, and a plurality of surface acoustic wave filters (hereinafter, a surface acoustic wave multi-mode filter will be described as a representative) 1 has multiple stages (two stages are shown in the figure). Connected these two
A surface acoustic wave resonator 2 as an impedance matching element is connected to a connection portion of two surface acoustic wave multimode filters 1. As the surface acoustic wave filter, a transversal type surface acoustic wave filter or the like can be preferably used in addition to the above surface acoustic wave multimode filter.

【0020】弾性表面波多重モードフィルタの接続段数
は、2以上、好ましくは2〜3に設定される。これらの
弾性表面波多重モードフィルタは全て同じ構造のもので
あり、IDT部10と、このIDT部10の両側に配置
された反射器20を備えている。IDT部10は、圧電
基板11と、この圧電基板11上に形成配置されたID
T電極12とを備えている。
The number of connection stages of the surface acoustic wave multimode filter is set to two or more, preferably two to three. All of these surface acoustic wave multimode filters have the same structure, and include an IDT unit 10 and reflectors 20 arranged on both sides of the IDT unit 10. The IDT unit 10 includes a piezoelectric substrate 11 and an ID formed and arranged on the piezoelectric substrate 11.
And a T electrode 12.

【0021】上記圧電基板11としては、通常、温度特
性の良好なカット角30〜43°程度のSTカット水晶
基板が用いられ、その電気機械結合係数K2 は、0.1
4〜0.16 %程度である。圧電基板材料としては、上
記の水晶の他、K2 が0.64%のXカット112°回
転Y方向伝翻LiTaO3 基板(以下、X−112LT
と称することがある)等を用いることができる。電極材
料としては、導電性の良好な金属や合金であるならどの
ようなものでも用いることができるが、通常高純度アル
ミニウム、あるいはCuやTiなどを少量添加したアル
ミニウム合金等が使用される。電極は、通常蒸着等によ
って形成され、その膜厚は、フィルタの中心周波数によ
って異なるが、例えば、250MHz帯フィルタの場
合、2000〜5000Aが好ましい。
As the piezoelectric substrate 11, an ST-cut quartz substrate with a good cut-off angle of about 30 to 43 ° having good temperature characteristics is used, and its electromechanical coupling coefficient K 2 is 0.1.
It is about 4 to 0.16%. As the piezoelectric substrate material, besides the above crystal, K 2 0.64% of the X-cut 112 ° rotated Y-direction Den transliteration LiTaO 3 substrate (hereinafter, X-112LT
Etc.) may be used. As the electrode material, any material can be used as long as it is a metal or an alloy having good conductivity. Usually, high-purity aluminum or an aluminum alloy to which a small amount of Cu or Ti is added is used. The electrodes are usually formed by vapor deposition or the like, and the film thickness varies depending on the center frequency of the filter. For example, in the case of a 250 MHz band filter, 2000 to 5000 A is preferable.

【0022】また、上記反射器20は、上記IDT部1
0と共通の圧電基板11上に多数の電極22を形成配置
した構造のものである。
The reflector 20 is connected to the IDT unit 1.
This is a structure in which a large number of electrodes 22 are formed and arranged on a piezoelectric substrate 11 which is common to the piezoelectric substrate 0.

【0023】弾性表面波多重モードフィルタは、主とし
て、図12の(a)に示したIDT部10のIDT電極
12のIDT対数、電極ピッチλIDT 、交差幅W、結合
長さG、および反射器20の電極本数(図には反射器本
数と示した)、電極ピッチλREF 、ならびにIDT電極
12と反射器20の間の間隔等が総合的に調整されて、
そのフィルタの中心周波数が上記の範囲に設定され、か
つその比帯域幅(△f/f)が0.06〜0.15%に
調整される。
The surface acoustic wave multi-mode filter mainly includes an IDT logarithm of the IDT electrode 12 of the IDT unit 10, an electrode pitch λ IDT , an intersection width W, a coupling length G, and a reflector shown in FIG. 20, the number of electrodes (shown as the number of reflectors in the figure), the electrode pitch λ REF , and the distance between the IDT electrode 12 and the reflector 20 are comprehensively adjusted.
The center frequency of the filter is set in the above range, and the specific bandwidth (Δf / f) is adjusted to 0.06 to 0.15%.

【0024】上記トランスバーサル型弾性表面波フィル
タは、図1の(c)に示したように、送信側と受信側に
IDT電極を配し、各電極指の励振強度に重みを付けて
フィルタ特性を得るフィルタである。IDTは、入力端
子が電気系で出力端子が音響系、またはその逆の回路と
して非常に疎な電気音響結合状態で考えると、図1の
(d)のように書き表される。図の各要素をデルタ関数
モデルを使って説明すると、重み関数値Wi は各電極端
部の振源の強度に相当し、遅延時間τi は(i−1)番
目の振源とi番目の振源間を弾性表面波が伝搬する時間
である。このフィルタの周波数特性Hωは、下記数1に
より表される。
As shown in FIG. 1C, the transversal type surface acoustic wave filter has IDT electrodes on the transmitting side and the receiving side, and weights the excitation intensity of each electrode finger to provide filter characteristics. Is a filter that obtains The IDT is expressed as shown in FIG. 1 (d) when an input terminal is an electric system and an output terminal is an acoustic system, or when the circuit is the opposite circuit in a very sparse electroacoustic coupling state. Explaining each element in the figure using a delta function model, the weight function value W i corresponds to the intensity of the source at each electrode end, and the delay time τ i is the (i−1) th source and the i-th source. Is the time required for the surface acoustic wave to propagate between the vibration sources. The frequency characteristic Hω of this filter is expressed by the following equation (1).

【0025】[0025]

【数1】 (Equation 1)

【0026】このような、トランスバーサル型弾性表面
波フィルタにおいても、上記の弾性表面波多重モードフ
ィルタと同様の問題が生じ、本発明は、このトランスバ
ーサル型弾性表面波フィルタについて生ずる問題の解消
についても有効である。
Such a transversal type surface acoustic wave filter also has the same problem as the above-described surface acoustic wave multimode filter, and the present invention is directed to solving the problem that occurs with this transversal type surface acoustic wave filter. Is also effective.

【0027】上記弾性表面波共振器2としては、図4の
(a)、(b)、(c)にそれぞれ示したキャビティ型
弾性表面波共振器、多対型弾性表面波共振器、折り返し
型弾性表面波共振器等を用いることができる。図4の
(a)のキャビティ型弾性表面波共振器は、IDTの両
側に反射器を配置し、IDTから放射された表面波を反
射器により反射させて、共振空洞を形成するタイプのも
のである。図4の(b)の多対型弾性表面波共振器は、
IDTの電極本数を多くし、IDT自体の電極反射によ
り共振させるタイプのものである。また、図4の(c)
の折り返し型弾性表面波共振器は、図4の(a)、
(b)の共振器のIDTを折り返すことにより、インピ
ーダンスを高くしたタイプのものである。図7には、多
対折り返し型共振器を用いた例を示した。
The surface acoustic wave resonator 2 includes a cavity surface acoustic wave resonator, a multi-pair surface acoustic wave resonator, and a folded surface acoustic wave resonator shown in FIGS. 4 (a), 4 (b) and 4 (c), respectively. A surface acoustic wave resonator or the like can be used. The cavity surface acoustic wave resonator shown in FIG. 4A is of a type in which reflectors are arranged on both sides of the IDT and surface waves emitted from the IDT are reflected by the reflector to form a resonant cavity. is there. The multi-pair surface acoustic wave resonator shown in FIG.
This is a type in which the number of electrodes of the IDT is increased and resonance occurs by electrode reflection of the IDT itself. Also, (c) of FIG.
The folded surface acoustic wave resonator of FIG.
The impedance is increased by folding back the IDT of the resonator shown in FIG. FIG. 7 shows an example using a multi-pair folded resonator.

【0028】これらの弾性表面波共振器は、図5を参照
して説明したように、そのインピーダンス特性の誘導性
帯域を用いてインピーダンス整合素子として機能するも
のである。なお、本明細書においては、この弾性表面波
共振器の誘導性帯域の幅を単に帯域幅と称し、この帯域
幅を中心周波数で除した値を共振器比帯域幅と称するこ
ととする。
As described with reference to FIG. 5, these surface acoustic wave resonators function as impedance matching elements using the inductive band of their impedance characteristics. In this specification, the width of the inductive band of the surface acoustic wave resonator is simply referred to as a bandwidth, and a value obtained by dividing the bandwidth by a center frequency is referred to as a resonator ratio bandwidth.

【0029】弾性表面波共振器2は、上記の弾性表面波
多重モードフィルタのIDT部10と同様、圧電基板3
と、その上に形成配置されたIDT電極4とを備えてい
る。上記圧電基板3は、上記IDT部10の圧電基板1
1の電気機械結合係数K2 より大きな値の電気機械結合
係数K2 を有する材料が使用される。この圧電基板の電
気機械結合係数K2 は、特に2〜15%が好ましく、例
えば、K2 が6.5%の36°回転YカットX伝搬Li
TaO3 基板(以下36LTと称する)、K2が11.
3%の64°回転YカットX伝搬LiNbO3 基板(以
下64LNと称する)、K2 が5.5%の128°回転
YカットX伝搬LiNbO3 基板(以下128LNと称
する)等を用いることができる。
The surface acoustic wave resonator 2 includes a piezoelectric substrate 3 similar to the IDT unit 10 of the surface acoustic wave multimode filter.
And an IDT electrode 4 formed and arranged thereon. The piezoelectric substrate 3 is the piezoelectric substrate 1 of the IDT unit 10.
Material having an electromechanical coupling coefficient K 2 of a value greater than the first electromechanical coupling factor K 2 is used. The electromechanical coupling coefficient K 2 of this piezoelectric substrate is particularly preferably 2 to 15%, for example, 36 ° rotation Y-cut X-propagation Li with K 2 of 6.5%.
10. TaO 3 substrate (hereinafter referred to as 36LT), K 2 is 11.
3% 64 ° rotated Y-cut X-propagation LiNbO 3 substrate (hereinafter referred to as 64LN), K 2 is (hereinafter referred to as 128LN) 5.5% of the 128 ° rotated Y-cut X-propagation LiNbO 3 substrate, or the like can be used .

【0030】弾性表面波共振器の上記共振器比帯域幅
は、上記弾性表面波多重モードフィルタ1の比帯域幅
(△f/f)の5〜70倍の範囲、特に10〜50倍の
範囲であることが好ましい。例えば、弾性表面波多重モ
ードフィルタの中心周波数が250MHzで、通過帯域
幅が250kHzである場合には、比帯域幅(△f/
f)は0.1%であるが、弾性表面波共振器の共振器比
帯域幅は0.5〜7%、特に1〜5%であることが好ま
しい。したがって、弾性表面波共振器の帯域幅は、1.
25〜17.5MHz、特に2.5〜12.5MHzの
範囲であることが好ましい。弾性表面波共振器の帯域幅
は、主として上記圧電基板3の電気機械結合係数K2
より決定され、図12の(b)に示したIDT対数、電
極ピッチλIDT、交差幅W等を総合的に調整することに
より微調整される。例えば、中心周波数が250MHz
の場合には、弾性表面波共振器の帯域幅は、K2 が6.
5%の36LTを用いると、2〜8MHz程度が可能と
なり、K2 が11.3%の64LNを用いると、5〜1
5MHz程度が可能となり、K2 が5.5%の128L
Nを用いると、1〜6MHz程度が可能となる。
The resonator bandwidth of the surface acoustic wave resonator is in the range of 5 to 70 times, particularly in the range of 10 to 50 times, the bandwidth (Δf / f) of the surface acoustic wave multimode filter 1. It is preferred that For example, when the center frequency of the surface acoustic wave multimode filter is 250 MHz and the pass bandwidth is 250 kHz, the fractional bandwidth (Δf /
f) is 0.1%, but the resonator specific bandwidth of the surface acoustic wave resonator is preferably 0.5 to 7%, particularly preferably 1 to 5%. Therefore, the bandwidth of the surface acoustic wave resonator is 1.
It is preferably in the range of 25 to 17.5 MHz, particularly 2.5 to 12.5 MHz. The bandwidth of the surface acoustic wave resonator is mainly determined by the electromechanical coupling coefficient K 2 of the piezoelectric substrate 3, and includes the IDT logarithm, the electrode pitch λ IDT , the cross width W, and the like shown in FIG. Fine adjustment is made by adjusting to. For example, if the center frequency is 250 MHz
, The bandwidth of the surface acoustic wave resonator is K 2 of 6.
When 5% of 36LT is used, about 2 to 8 MHz is possible, and when 64 LN with K2 of 11.3% is used, 5 to 1 MHz is used.
5MHz about becomes possible, 128L K 2 is 5.5%
When N is used, about 1 to 6 MHz is possible.

【0031】弾性表面波共振器の共振器比帯域幅を上記
のように設定した理由は、上記の範囲未満である場合、
すなわち共振帯域幅が小さ過ぎる場合には、インピーダ
ンス整合の役割を果たす誘導性(Lの値)が急峻な周波
数特性を持つために、フィルタの帯域内特性が悪化し、
一方、上記の範囲を超える場合、すなわち共振帯域幅が
大き過ぎる場合には、誘導性リアクタンスの帯域制限効
果が小さくなり、帯域外減衰量が劣化するからである。
The reason that the resonator ratio bandwidth of the surface acoustic wave resonator is set as described above is that when it is less than the above range,
That is, when the resonance bandwidth is too small, the inductivity (the value of L) which plays the role of impedance matching has a steep frequency characteristic, so that the in-band characteristic of the filter deteriorates.
On the other hand, if the above range is exceeded, that is, if the resonance bandwidth is too large, the band limiting effect of the inductive reactance becomes small and the out-of-band attenuation is deteriorated.

【0032】上記の例では横結合多重モードフィルタで
行ったが縦結合型多重モードフィルタの場合でも帯域幅
を無理に広げて通過帯域内が容量性リアクタンスとなっ
た場合には本発明は有効である。また、弾性表面波トラ
ンスバーサル型フィルタを複数多段接続する場合にも、
通常、弾性表面波トランスバーサル型フィルタの入出力
インピーダンスが容量性リアクタンスとなるので、本発
明は有効である。
In the above example, the horizontal coupling multi-mode filter is used. However, even in the case of the vertical coupling type multi-mode filter, the present invention is effective when the bandwidth is forcibly expanded and the pass band becomes a capacitive reactance. is there. Also, when connecting a plurality of surface acoustic wave transversal filters in multiple stages,
Usually, the input and output impedance of the surface acoustic wave transversal filter is a capacitive reactance, so that the present invention is effective.

【0033】なお、弾性表面波共振器として、図4にキ
ャビティ型、多対型、折り返し型を示したが、帯域幅が
比較的狭いときにはキャビティ型を用い、比較的広いと
きには多対型を用いることが望ましい。なお、フィルタ
とのインピーダンス整合を行なうため、共振器を折り返
す場合がある。この中では、共振器の帯域幅を大きくと
り易い多対型共振器が特に望ましい。共振器のL値は図
5のように周波数依存性をもつために動作点でのL値が
ばらつき易い欠点があるが、共振器の帯域幅が大きくな
ればL値の周波数変動率が小さくなり、ばらつきにくく
なるからである。また、同じ理由で共振器のQは低く抑
えたほうがよい。
FIG. 4 shows a cavity type, a multi-pair type, and a folded type as surface acoustic wave resonators. A cavity type is used when the bandwidth is relatively narrow, and a multi-type is used when the bandwidth is relatively wide. It is desirable. The resonator may be folded in order to perform impedance matching with the filter. Among them, a multi-pair type resonator which is easy to increase the bandwidth of the resonator is particularly desirable. Although the L value of the resonator has a frequency dependency as shown in FIG. 5, there is a disadvantage that the L value at the operating point tends to fluctuate. However, as the resonator bandwidth increases, the frequency fluctuation rate of the L value decreases. This is because it becomes difficult to vary. For the same reason, it is better to keep the Q of the resonator low.

【0034】弾性表面波共振器は、弾性表面波フィルタ
と同一製造工法(フォトプロセス)により作成でき、小
型化が容易である。前記の例では2×1mmの寸法ででき
た。したがって、1つのパッケージの中にフィルタデバ
イスと整合用共振器デバイスを入れることが実現でき
た。図10にセラミック・パッケージに弾性表面波(S
AW)フィルタと弾性表面波(SAW)共振器を入れた
簡略図を示す。これは、1つのパッケージの中でインピ
ーダンス整合を行っているので、周辺回路、プリント基
板などの影響を受けずに安定に帯域外減衰量を維持する
効果がある。
The surface acoustic wave resonator can be manufactured by the same manufacturing method (photo process) as the surface acoustic wave filter, and can be easily reduced in size. In the above example, the size was 2 × 1 mm. Therefore, it was possible to implement the filter device and the matching resonator device in one package. FIG. 10 shows that a surface acoustic wave (S
FIG. 2 shows a simplified diagram including an (AW) filter and a surface acoustic wave (SAW) resonator. Since impedance matching is performed in one package, there is an effect of stably maintaining the out-of-band attenuation without being affected by peripheral circuits, a printed circuit board, and the like.

【0035】なお、図7に示した構成、すなわち弾性表
面波共振器によりインピーダンス整合を行なった構成の
弾性表面波装置Dは、図11の(a)、(b)に示した
ように、各段の弾性表面波フィルタ1を複数個並列接続
した構成とすることが好ましい。このとき、各段を構成
する弾性表面波フィルタの数は、同数とし、2〜5個、
特に2〜3個が好ましい。これにより、例えば、各段を
2つの弾性表面波フィルタで構成したとき、1つの弾性
表面波フィルタだけのときの入力インピーダンスが10
00Ωだったものが、500Ω以下と2分の1に低下さ
せることができ、例えばPHS用IFの場合、フィルタ
の前後でインピーダンス変換して整合が取りやすくなる
からである。
The surface acoustic wave device D having the configuration shown in FIG. 7, that is, the configuration in which the impedance matching is performed by the surface acoustic wave resonator, has respective components as shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b). It is preferable that a plurality of stages of surface acoustic wave filters 1 are connected in parallel. At this time, the number of surface acoustic wave filters constituting each stage is the same, 2 to 5,
Particularly, two or three are preferable. Thus, for example, when each stage is configured by two surface acoustic wave filters, the input impedance when only one surface acoustic wave filter is used is 10%.
This is because the impedance can be reduced from a value of 00Ω to a half of 500Ω or less. For example, in the case of a PHS IF, impedance conversion can be performed before and after the filter to facilitate matching.

【0036】[0036]

【実施例】表1に示す構造および特性を有する弾性表面
波多重モードフィルタと、表2に示す構造および特性を
有する3つの弾性表面波共振器を組み合わせて図7およ
び図9の構造の実施例1ないし3の弾性表面波装置を作
製した。一方、比較例として、図6に示した従来の構造
の弾性表面波装置を準備した。この比較例の弾性表面波
装置においては、上記したようにインピーダンス整合素
子としてLC素子を用いた。L素子としては、Lが47
nHで、Qが40の捲線タイプのLチップを用いた。ま
た、C素子としては、Cが5pFの通常のチップを用い
た。
An embodiment of the structure shown in FIGS. 7 and 9 by combining a surface acoustic wave multi-mode filter having the structure and characteristics shown in Table 1 with three surface acoustic wave resonators having the structure and characteristics shown in Table 2. 1 to 3 surface acoustic wave devices were produced. On the other hand, as a comparative example, a surface acoustic wave device having the conventional structure shown in FIG. 6 was prepared. In the surface acoustic wave device of this comparative example, the LC element was used as the impedance matching element as described above. As the L element, L is 47
A winding type L chip with nH and Q of 40 was used. As a C element, a normal chip having C of 5 pF was used.

【0037】[0037]

【表1】 [Table 1]

【0038】[0038]

【表2】 [Table 2]

【0039】以上の実施例1ないし3の弾性表面波装置
と比較例の弾性表面波装置を用いて実際にフィルタ特性
等を調べた。その結果を、図13、図14、図15およ
び図16に示した。これらの図から分かるように、本実
施例の弾性表面波装置においては、比較例の弾性表面波
装置に比べて、帯域外減衰量を12〜19dB改善する
ことができた。
Using the surface acoustic wave devices of Examples 1 to 3 and the surface acoustic wave device of the comparative example, the filter characteristics and the like were actually examined. The results are shown in FIG. 13, FIG. 14, FIG. 15 and FIG. As can be seen from these figures, in the surface acoustic wave device of the present example, the out-of-band attenuation was improved by 12 to 19 dB as compared with the surface acoustic wave device of the comparative example.

【0040】次に、表1に示す構造および特性を有する
弾性表面波多重モードフィルタと、表3に示す構造およ
び特性を有する3つの弾性表面波共振器を組み合わせて
図11の(a)、(b)の各段を並列に接続した複数の
弾性表面波フィルタで構成した構造の実施例4ないし6
の弾性表面波装置を作製した。これらのフィルタ特性等
を調べたところ、図17、図18および図19に示した
ように、それぞれ実施例1ないし3と同等もしくはそれ
以上の特性が得られた。また、実施例1ないし3の弾性
表面波装置においては、入出力インピーダンスが100
0Ωであったものが、実施例4ないし6の弾性表面波装
置では、500Ωと半減できた。
Next, by combining a surface acoustic wave multi-mode filter having the structure and characteristics shown in Table 1 with three surface acoustic wave resonators having the structure and characteristics shown in Table 3, FIGS. Embodiments 4 to 6 of the structure composed of a plurality of surface acoustic wave filters in which each stage of b) is connected in parallel
Was manufactured. When these filter characteristics and the like were examined, as shown in FIG. 17, FIG. 18, and FIG. 19, characteristics equivalent to or higher than those of Examples 1 to 3 were obtained, respectively. In the surface acoustic wave devices according to the first to third embodiments, the input / output impedance is 100%.
The surface acoustic wave devices of Examples 4 to 6 were able to reduce the resistance from 0Ω to 500Ω by half.

【0041】[0041]

【表3】 [Table 3]

【0042】なお、本実施例では、弾性表面波フィルタ
を水晶基板を用いて形成した場合についてのみ示した
が、他の材料、例えば、X−112LT等を用いた場合
でも同様の効果が得られた。また、上記実施例では、弾
性表面波フィルタとして、弾性表面波多重モードフィル
タを用いた例について示したが、トランスバーサル型弾
性表面波フィルタの場合にも同等の効果が得られ、LC
素子を用いたときと比較して、帯域外減衰量を10dB
以上改善することができた。
In this embodiment, only the case where the surface acoustic wave filter is formed using a quartz substrate is shown. However, the same effect can be obtained when another material such as X-112LT is used. Was. Further, in the above embodiment, an example was described in which a surface acoustic wave multi-mode filter was used as the surface acoustic wave filter, but the same effect can be obtained in the case of a transversal type surface acoustic wave filter.
10 dB less out-of-band attenuation compared to when using element
This has been improved.

【0043】[0043]

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、従来の弾性表面波フィルタよりも大きな帯域外減衰
量(約10〜20dB改善)を確保できる。
As described above, according to the present invention, a larger amount of out-of-band attenuation (about 10 to 20 dB improvement) can be secured as compared with the conventional surface acoustic wave filter.

【0044】また、製造工法が容易なこと、整合素子が
小型にできることより整合素子内蔵化弾性表面波フィル
タデバイスが可能になった。これにより、従来必要であ
った2素子の接続点でのインピーダンス整合のための部
品(L、C、R)をなくすことができる。
Further, since the manufacturing method is easy and the matching element can be reduced in size, a surface acoustic wave filter device with a built-in matching element has been made possible. As a result, components (L, C, R) for impedance matching at the connection point of the two elements, which has been conventionally required, can be eliminated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】一般的な弾性表面波フィルタのパターン構成を
示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a pattern configuration of a general surface acoustic wave filter.

【図2】従来の比帯域幅0.05%の多重モードフィル
タの例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a conventional multimode filter having a fractional bandwidth of 0.05%.

【図3】従来の比帯域幅0.1%の多重モードフィルタ
の例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a conventional multimode filter having a fractional bandwidth of 0.1%.

【図4】一般的な弾性表面波共振器のパターン構成を示
す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a pattern configuration of a general surface acoustic wave resonator.

【図5】弾性表面波共振器のインピーダンス特性、L−
Q特性および弾性表面波フィルタとの帯域幅比較を示す
図である。
FIG. 5 shows impedance characteristics of a surface acoustic wave resonator, L-
It is a figure which shows Q characteristic and the bandwidth comparison with a surface acoustic wave filter.

【図6】従来の多重モードフィルタのパターン接続例を
示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a pattern connection example of a conventional multimode filter.

【図7】本発明の多重モードフィルタのパターン接続例
を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a pattern connection example of the multimode filter of the present invention.

【図8】従来のインピーダンス整合によるフィルタ特性
を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a filter characteristic by a conventional impedance matching.

【図9】本発明の弾性表面波共振器のインピーダンス整
合によるフィルタ特性を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a filter characteristic by impedance matching of the surface acoustic wave resonator of the present invention.

【図10】本発明のパッケージ内部構成を示す図であ
る。
FIG. 10 is a diagram showing an internal configuration of a package according to the present invention.

【図11】本発明の並列接続による低インピーダンス化
実施例を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing an embodiment of reducing impedance by parallel connection according to the present invention.

【図12】弾性表面波装置の構造を説明するための図で
ある。
FIG. 12 is a diagram illustrating the structure of a surface acoustic wave device.

【図13】実施例1の弾性表面波装置のフィルタ特性等
を示す図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating filter characteristics and the like of the surface acoustic wave device according to the first embodiment.

【図14】実施例2の弾性表面波装置のフィルタ特性等
を示す図である。
FIG. 14 is a diagram illustrating filter characteristics and the like of the surface acoustic wave device according to the second embodiment.

【図15】実施例3の弾性表面波装置のフィルタ特性等
を示す図である。
FIG. 15 is a diagram illustrating filter characteristics and the like of the surface acoustic wave device according to the third embodiment.

【図16】比較例の弾性表面波装置のフィルタ特性等を
示す図である。
FIG. 16 is a diagram illustrating filter characteristics and the like of a surface acoustic wave device according to a comparative example.

【図17】実施例4の弾性表面波装置のフィルタ特性等
を示す図である。
FIG. 17 is a diagram illustrating filter characteristics and the like of the surface acoustic wave device according to the fourth embodiment.

【図18】実施例5の弾性表面波装置のフィルタ特性等
を示す図である。
FIG. 18 is a diagram illustrating filter characteristics and the like of the surface acoustic wave device according to the fifth embodiment.

【図19】実施例6の弾性表面波装置のフィルタ特性等
を示す図である。
FIG. 19 is a diagram illustrating filter characteristics and the like of the surface acoustic wave device according to the sixth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 弾性表面波多重モードフィルタ 2 弾性表面波共振器 3 圧電基板 4 IDT電極 10 IDT部 11 圧電基板 12 IDT電極 20 反射器 22 電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Surface acoustic wave multimode filter 2 Surface acoustic wave resonator 3 Piezoelectric substrate 4 IDT electrode 10 IDT part 11 Piezoelectric substrate 12 IDT electrode 20 Reflector 22 electrode

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 多段に接続された複数の弾性表面波フィ
ルタと、インピーダンス整合素子とを備える弾性表面波
装置を用い、 隣合う弾性表面波フィルタの間に並列に介在させられる
インピーダンス整合素子を弾性表面波共振器で構成し、 この弾性表面波共振器の圧電基板の電気機械結合係数を
前記弾性表面波フィルタの圧電基板の電気機械結合係数
より大きく設定することにより、該弾性表面波共振器の
誘導性帯域を前記弾性表面波フィルタの通過帯域より広
くする弾性表面波装置の特性改良方法。
1. A surface acoustic wave device comprising a plurality of surface acoustic wave filters connected in multiple stages and an impedance matching element, wherein an impedance matching element interposed in parallel between adjacent surface acoustic wave filters is elastically coupled. The surface acoustic wave resonator is constituted by setting the electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric substrate of the surface acoustic wave resonator to be larger than the electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric substrate of the surface acoustic wave filter. A method for improving characteristics of a surface acoustic wave device in which an inductive band is wider than a pass band of the surface acoustic wave filter.
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