JPWO2005101657A1 - 平衡型弾性表面波フィルタ - Google Patents
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Abstract
Description
圧電基板51の主表面上に表面波の伝搬方向に沿って櫛形電極(IDT;Interdigital Transducer)52、53、54を近接配置し、IDT52、53、54の両側にはグレーティング反射器(以下、反射器と称す)55a、55bを配設する。IDT52、53、54及び反射器55a、55bにより第1二重モードSAWフィルタF1を形成する。この第1二重モードSAWフィルタF1は縦結合1次−3次二重モードSAWフィルタである。同じく、縦結合1次−3次二重モードSAWフィルタである第2二重モードSAWフィルタF2はIDT52’、53’、54’、反射器55’a、55’bから構成している。第1二重モードSAWフィルタF1及び第2二重モードSAWフィルタF2を縦続接続して2段縦続接続型のSAWフィルタを構成する。
入力側を不平衡入力とするためIDT52の一方の電極を入力端子INに、他方の電極を接地する。一方、出力側を平衡出力とするためIDT52’の一方の電極を出力端子OUT1に、他方の電極を出力端子OUT2に接続する。ここで、縦結合二重モードSAWフィルタを2段縦続接続してSAWフィルタを構成したのは減衰傾度、保証減衰量を増して要求される規格を満たすためである。
このような構造により保証減衰量が改善される理由は、IDT62と対向して導通電極64を形成しているのでIDT62と導通電極64との間に浮遊容量が形成され、この浮遊容量により減衰量が改善されると特開2002−76828号公報には記述されている。
しかし、圧電基板の裏面に導通電極64を形成するため製造工数が増加すると共に、封止用部材である金属ケース68が高価であるという問題点や、SAWフィルタ素子と金属ケース68との間に空間を設ける必要があり、SAWフィルタが大きくなるという問題点、更にはIDT62と導通電極64との僅かな位置ずれが保証減衰量の変動を生じるという問題点があった。
また、平衡−不平衡変換機能を有すSAWフィルタについては、特許第3440935号に開示がある。この先行技術にも記載があるように、平衡−不平衡変換機能を有する弾性表面波フィルタの通過帯域外減衰量の大きさは、該弾性表面波フィルタの平衡度に大きく依存する。平衡度とは、不平衡信号端子と第1の平衡信号端子との間の伝送特性と、不平衡信号端子と第2の平衡信号端子との間の伝送特性との差により表される。伝送特性のうち、振幅特性の差が振幅平衡度、位相特性の差が位相平衡度と呼ばれている。
従来の平衡−不平衡型SAWフィルタでは第1の平衡信号端子と第2の平衡信号端子とで寄生インピーダンスの加わり方が異なり、それによって通過帯域外の平衡度が悪化するので、特許第3440935号に記載された発明では第1の平衡信号端子と第2の平衡信号端子とでほぼ同様に寄生インピーダンスが付加されるような電極構造としている。
具体的には図17(a)〜(f)に示すように、第1及び第2の平衡信号端子に付加される寄与インピーダンスが同等となるように第1及び第3IDTを第2IDTを中心に点対称に配置している。
また請求項2に記載の発明は、圧電基板上に弾性表面波の伝播方向に沿って3つの櫛形電極を近接配置すると共にこれらの両側に反射器を配置し、入力側を不平衡とし出力側を平衡とした縦結合二重モードの平衡型弾性表面波フィルタであって、前記圧電基板上に配置した入力パッド電極から距離が遠い方の出力パッド電極との間を橋絡容量を介して結合したことを特徴とする。
また請求項3に記載の発明は、圧電基板上に弾性表面波の伝播方向に沿って3つの櫛形電極を近接配置すると共にこれらの両側に反射器を配置した構造の縦結合二重モード弾性表面波フィルタを2つ縦続接続し、入力側を不平衡とし出力側を平衡とした平衡型弾性表面波フィルタであって、前記圧電基板上に配置した入力パッド電極から距離が遠い方の出力パッド電極との間を、橋絡容量を介して結合したことを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、圧電基板上に弾性表面波の伝播方向に沿って3つの櫛形電極を近接配置すると共に、これらの両側に反射器を配置した構造の縦結合二重モード弾性表面波フィルタを所定の間隙を隔して併置し、前記縦結合二重モード弾性表面波フィルタの両外側に配置した櫛形電極の間隙側の電極同士を接続すると共に外側の電極を接地パッド電極に接続し、一方の前記縦結合二重モード弾性表面波フィルタの中央に配置した櫛形電極の間隙側の電極を接地パッド電極に接続すると共に外側の電極を入力パッド電極に接続し、他方の前記縦結合二重モード弾性表面波フィルタの中央に配置した櫛形電極の間隙側の電極を第1の出力パッド電極に接続すると共に外側の電極を第2の出力パッド電極に接続し、入力側を不平衡とし出力側を平衡とした平衡型弾性表面波フィルタであって、前記入力パッド電極と前記第2の出力パッド電極との間を前記圧電基板上に配置した橋絡容量を介して結合したことを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、前記橋絡容量を接続するリード電極を前記圧電基板の一方の周縁に設けた請求項4に記載の平衡型弾性表面波フィルタを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、前記容量が前記入力パッド電極より前記圧電基板の周縁に沿って圧電基板の中央部までリード電極を配設すると共に前記第2の出力パッド電極より前記圧電基板の周縁に沿って前記圧電基板の中央部までリード電極を配設して構成された請求項4に記載の平衡型弾性表面波フィルタを特徴とする。
請求項8に記載の発明は、圧電基板上に弾性表面波の伝播方向に沿って3つの櫛形電極を近接配置すると共にこれらの両側に反射器を配置して縦結合二重モード弾性表面波フィルタとし、該縦結合二重モード弾性表面波フィルタの両外側に配置した櫛形電極の一方の電極をそれぞれ入力パッド電極に接続し、他方の電極をそれぞれ接地すると共に、中央に配置した櫛形電極の一方の電極を第1の出力パッド電極に接続し、他方の電極を第2の出力パッド電極に接続し、入力側を不平衡とし出力側を平衡とした平衡型弾性表面波フィルタであって、前記入力パッド電極と前記第2の出力パッド電極との間を前記圧電基板上に配置した橋絡容量を介して結合したことを特徴とする。
請求項9に記載の発明は、前記第2の出力パッド電極の周辺に近接して第1の電極を配設すると共に前記入力パッド電極と、前記縦結合二重モード弾性表面波フィルタの外側の一方の櫛形電極とを結ぶリード電極に近接して第2の電極を設け、前記第1及び第2の電極をリード電極にて接続して構成した請求項8記載の平衡型弾性表面波フィルタを特徴とする。
また、電極とリード電極とにより橋絡容量を形成するので、高価な金属ケースやSAWフィルタ素子と金属ケースとの間に空間を設ける必要がない。したがって、樹脂封止によるCSP(Chip Sized Package)にもSAWフィルタを収納することができる。
さらに、電極とリード電極とにより橋絡容量を形成し、位相平衡度を好適に維持することができるので、二重モードSAWフィルタの多段縦続接続のように複数のIDTを同一基板上に配置する場合であっても、IDTの配置や結線の自由度を確保することができる。
圧電基板1上に表面波の伝搬方向に沿って3つの櫛形電極(IDT)を配置し、両端のIDTの外側にグレーティング反射器を配置して第1の二重モードSAWフィルタF1を構成する。第2の二重モードSAWフィルタF2も第1の二重モードSAWフィルタと同様に構成する。そして、第1二重モードSAWフィルタF1と第2二重モードSAWフィルタF2とを縦続接続する。
第1二重モードSAWフィルタF1の両外側に位置するIDTのそれぞれ一方の電極を接地(GND)し、中央に配置したIDTの一方の電極を入力パッド電極である第1のポートPort1と接続する。また中央に配置したIDTの他方の電極を接地する(GND)。
第2の二重モードSAWフィルタF2の両外側に位置するIDTのそれぞれ一方の電極を接地する。また中央に配置したIDTの一方の電極を出力パッド電極である第2のポートPort2に接続し、他方の電極を出力パッド電極である第3のポートPort3に接続する。これにより不平衡−平衡型機能を有すSAWフィルタを構成する。
さらに、第1のポートPort1及び第3のポートPort3の周辺に近接して容量形成用の電極2を配設すると共に該電極2を圧電基板1の周縁に形成したリード電極3にて接続する。
第1のポートPort1及び第3のポートPort3の周辺に近接して電極2を配設し、電極2を圧電基板1の周縁に形成したリード電極3にて接続することにより、図1の右側に示すように第1のポートPort1と第3のポートPort3との間に橋絡容量Cが形成されることになる。容量Cの大きさは主として電極2の大きさと、電極2と第1のポートPort1及び第3のポートPort3との間隙に依存する。
電極2の大きさと間隙とを変えて図1に示す2段縦続の二重モードSAWフィルタを試作し、そのフィルタ特性を測定したものが図2である。
圧電基板に38.7°Y−XLiTaO3を用い、中央のIDTの対数は29対、両側のIDTの対数は19.5対、交差幅30λ(λは波長)、反射器の本数は95本で、800MHz帯W−CDMA方式のRFフィルタ用のSAWフィルタである。
P2で示すフィルタ特性は、図3(c)に示したような第3のポートPort3に対する電極2の構成を採用した場合のものであり、P3で示すフィルタ特性は図4(c)に示した第3のポートPort3に対する電極2の構成を採用した場合のものであり、P4で示すフィルタ特性は図5(c)に示した第3のポートPort3に対する電極2の構成を採用した場合のものである。なお、各図には第3のポートPort3と電極2との位置及び寸法が示されているが、電極2と第1のポートPort1との関係も電極2と第3のポートPort3との関係と同様である。
図2に示すように、電極2を用いて第1のポートPort1と第3のポートPort3との間に橋絡容量を形成したSAWフィルタの特性P2、P3、P4は容量形成用の電極2が無い従来のSAWフィルタの特性P1に比べて通過域特性は変化せずに減衰特性のみが大きく異なっている。即ち、要求スペックに応じて橋絡容量を適切に選択することによって所望の特性を得ることが可能である。
ここで、SAWフィルタの平衡側出力OUT1−OUT2の減衰特性は平衡度に大きく依存し、振幅平衡度及び位相平衡度のいずれも伝送特性S21、S31の差で表される。したがって、伝送特性S21、S31の振幅特性と位相特性を測定し、比較することにした。
図3(a)に示した伝送特性S21及びS31の振幅特性と、図5(a)に示した伝送特性S21及びS31の振幅特性とを比較すると、伝送特性S21及びS31の振幅特性の差は図5(a)に示したものの方が小さい。同様に図3(b)に示した伝送特性S21及びS31の位相特性と、図5(b)に示した伝送特性S21及びS31の位相特性とを比較すると、伝送特性S21及びS31の位相特性の差は図5(b)に示したものの方が小さい。図2に示したようにフィルタ特性P2とP4とを比較すると、フィルタ特性P4(図5に示した構造のフィルタ)の減衰特性が大きい。
したがって、これらの図から分かるように、橋絡容量を変化させて、伝送特性S21、S31の振幅特性と位相特性の差が小さいものほど通過域近傍の周波数帯において、平衡出力の減衰量が大きくなるので、橋絡容量Cの値を適宜設定することにより、通過域近傍の所望の周波数帯において、減衰特性を改善することができる。
図7、図8は、第3及び第4の実施の形態を示す平面図である。この第3及び第4の実施の形態が図1に示した第1の実施の形態と構成が異なるところは容量形成用の電極2と、該電極2を接続するリード電極3とを、図中左半面あるいは右半面のみに構成した点である。これらの構成でも電極2の大きさと、第1のポートPort1及び第3のポートPort3と電極2との間隙を適切に設定することにより、第1のポートPort1と第3のポートPort3の間に橋絡容量Cが形成され、保証減衰量を改善することができる。
図9は、図7、図8に示す電極パターンを用いて試作したSAWフィルタのフィルタ特性を重ね書きした図で、圧電基板、IDT、反射器等は図2に示したものと同じパラメータを用いた。図7の電極パターンを採用したSAWフィルタのフィルタ特性をP5で示し、図8の電極パターンを採用したSAWフィルタのフィルタ特性をP6で示す。なお、フィルタ特性P1はフィルタ特性P5及びP6との比較のために示したものであり、これは図2に示した構造を採用した場合のフィルタ特性である。
この図からも明らかなように図7、図8の電極パターンを用いても容量形成用の電極2の大きさと、該電極2と第1のポートPort1及び第3のポートPort3との間隙を適切に設定することにより、SAWフィルタの所望の周波数帯の保証減衰量を改善することができる。
図11は、本発明にかかる平衡型二重モードSAWフィルタの第6の実施の形態を示す図である。第6の実施の形態が第5の実施の形態と異なるところは、第3のポートPort3からのみ圧電基板1の周縁に沿って圧電基板1の中央部までリード電極6を形成した点である。
図12は、本発明にかかる平衡型二重モードSAWフィルタの第7の実施の形態を示す図である。第7の実施の形態が第5の実施の形態と異なるところは、第3のポートPort3に近接した位置に電極2を配置すると共に、二重モードSAWフィルタF1の外側に位置するIDTと、二重モードSAWフィルタF2の外側に位置するIDTとを接続する縦続接続用に形成されたリード電極の近傍に電極17を形成し、該電極17と電極2とを圧電基板1の周縁に形成したリード電極3にて接続した点である。
すなわち、圧電基板1上に表面波の伝搬方向に沿って3つのIDTを設け、更にその両側に反射器を配置して二重モードSAWフィルタF3を形成する。そして、両外側に位置するIDTのそれぞれ一方と第1のポートPort1とを圧電基板1上に形成したリード電極にて接続し、他方はそれぞれ接地電極(GND)に接続する。中央に配置したIDTの一方は第2のポートPort2と接続し、他方は第3のポートPort3と接続する。これにより不平衡−平衡型の二重モードSAWフィルタを構成したものである。
さらに、第3のポートPort3の周辺に近接して橋絡容量用の電極2を形成し、該電極2及び電極6を設け、両者をリード電極3を介して接続している。
図13(b)は、図13(a)に示す電極パターンを用いて試作したSAWフィルタのフィルタ特性を重ね書きした図である。このSAWフィルタは中心周波数が1575.42MHzのGPS用に用いられるものであって、その構造は、圧電基板に38.7°Y−XLiTaO3を用い、中央のIDTの対数は32対、両側のIDTの対数は22.5対、交差幅30λ、反射器の本数は110本である。
同図のP10は、図13(a)において容量形成用の電極が無いときのフィルタ特性であり、P11は図13(a)において橋絡容量が0.03pFとなるように、電極2、6の大きさと、該電極2、6と第1のポートPort1及び第3のポートPort3との間隙を適切に設定したときのフィルタ特性である。同図に示すように、第1のポートPort1と第3のポートPort3との間に橋絡容量を形成することにより、減衰特性が大きくなり、SAWフィルタの所望の周波数帯の保証減衰量を改善することができる。
このように、中央のIDTを中心として両側のIDTを点対称に配置することにより、第2のポートPort2側と第3のポートPort3側の配線パターンはほぼ対称となるので、図13(a)に示した構造のSAWフィルタと比較して平衡度が良くなり通過帯域外の減衰量を改善できる。また、第1のポートPort1と第2のポートPort2の距離、及び、第1のポートPort1と第3のポートPort3の距離の差に起因する伝送特性S21及びS31の位相特性及び振幅特性の差を電極2、9、10、11及び第3のポートPort3による橋絡容量で補償しているので、従来技術で示した特許第3440935号よりも良好な平衡度及び通過帯域外の減衰量を得ることができる。
図14(b)は、図14(a)に示す電極パターンを用いて試作したSAWフィルタのフィルタ特性を重ね書きした図で、圧電基板、IDT、反射器等は図13(b)に示したものと同じパラメータを用い、中心周波数を1575.42MHzとしている。同図のP12は容量形成用の電極2、11等が無いときのフィルタ特性であり、P13は橋絡容量が0.10pFとなるように、電極2、10の大きさと、該電極2、10と第3のポートPort3及びリード電極9との間隙を適切に設定したときのフィルタ特性である。同図に示すように、第3のポートPort3とリード電極9との間に橋絡容量を形成することにより、減衰特性が大きくなり、特に通過帯域の高域側の減衰量を大幅に改善することができる。
なお、SAWフィルタをRFフィルタとして用いる場合、通常アンテナに接続する側は50Ωの不平衡回路、IC回路に接続する側は200Ωの平衡回路として利用する場合が多いので、平衡回路側の中央IDTの電極指を間引きし、インピーダンスを200Ωに整合させるよう構成してもよい。
2、6、10、14、17 容量形成用の電極
3、3’、4、5、9、9’、11、12、13、15 リード電極
7、8 IDT
F1、F2、F3 縦結合1次−3次二重モードSAWフィルタ
Claims (9)
- 圧電基板上に構成した入力側を不平衡とし出力側を平衡とした平衡型弾性表面波フィルタであって、
前記圧電基板上に配置した入力パッド電極から距離が遠い方の出力パッド電極との間を、橋絡容量を介して結合したことを特徴とする平衡型弾性表面波フィルタ。 - 圧電基板上に弾性表面波の伝播方向に沿って3つの櫛形電極を近接配置すると共にこれらの両側に反射器を配置し、入力側を不平衡とし出力側を平衡とした縦結合二重モードの平衡型弾性表面波フィルタであって、
前記圧電基板上に配置した入力パッド電極から距離が遠い方の出力パッド電極との間を橋絡容量を介して結合したことを特徴とする平衡型弾性表面波フィルタ。 - 圧電基板上に弾性表面波の伝播方向に沿って3つの櫛形電極を近接配置すると共にこれらの両側に反射器を配置した構造の縦結合二重モード弾性表面波フィルタを2つ縦続接続し、入力側を不平衡とし出力側を平衡とした平衡型弾性表面波フィルタであって、
前記圧電基板上に配置した入力パッド電極から距離が遠い方の出力パッド電極との間を、橋絡容量を介して結合したことを特徴とする平衡型弾性表面波フィルタ。 - 圧電基板上に弾性表面波の伝播方向に沿って3つの櫛形電極を近接配置すると共に、これらの両側に反射器を配置した構造の縦結合二重モード弾性表面波フィルタを所定の間隙を隔して併置し、前記縦結合二重モード弾性表面波フィルタの両外側に配置した櫛形電極の間隙側の電極同士を接続すると共に外側の電極を接地パッド電極に接続し、一方の前記縦結合二重モード弾性表面波フィルタの中央に配置した櫛形電極の間隙側の電極を接地パッド電極に接続すると共に外側の電極を入力パッド電極に接続し、他方の前記縦結合二重モード弾性表面波フィルタの中央に配置した櫛形電極の間隙側の電極を第1の出力パッド電極に接続すると共に外側の電極を第2の出力パッド電極に接続し、入力側を不平衡とし出力側を平衡とした平衡型弾性表面波フィルタであって、
前記入力パッド電極と前記第2の出力パッド電極との間を前記圧電基板上に配置した橋絡容量を介して結合したことを特徴とする平衡型弾性表面波フィルタ。 - 前記橋絡容量を接続するリード電極を前記圧電基板の周縁に設けたことを特徴とする請求項4に記載の平衡型弾性表面波フィルタ。
- 前記橋絡容量を接続するリード電極を前記圧電基板の一方の周縁に設けたことを特徴とする請求項4に記載の平衡型弾性表面波フィルタ。
- 前記容量が前記入力パッド電極より前記圧電基板の周縁に沿って圧電基板の中央部までリード電極を配設すると共に前記第2の出力パッド電極より前記圧電基板の周縁に沿って前記圧電基板の中央部までリード電極を配設して構成されたことを特徴とする請求項4に記載の平衡型弾性表面波フィルタ。
- 圧電基板上に弾性表面波の伝播方向に沿って3つの櫛形電極を近接配置すると共にこれらの両側に反射器を配置して縦結合二重モード弾性表面波フィルタとし、該縦結合二重モード弾性表面波フィルタの両外側に配置した櫛形電極の一方の電極をそれぞれ入力パッド電極に接続し、他方の電極をそれぞれ接地すると共に、中央に配置した櫛形電極の一方の電極を第1の出力パッド電極に接続し、他方の電極を第2の出力パッド電極に接続し、入力側を不平衡とし出力側を平衡とした平衡型弾性表面波フィルタであって、
前記入力パッド電極と前記第2の出力パッド電極との間を前記圧電基板上に配置した橋絡容量を介して結合したことを特徴とする平衡型弾性表面波フィルタ。 - 前記第2の出力パッド電極の周辺に近接して第1の電極を配設すると共に前記入力パッド電極と、前記縦結合二重モード弾性表面波フィルタの外側の一方の櫛形電極とを結ぶリード電極に近接して第2の電極を設け、前記第1及び第2の電極をリード電極にて接続して構成したことを特徴とする請求項8記載の平衡型弾性表面波フィルタ。
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