JPWO2006008922A1 - 弾性表面波フィルタ - Google Patents

Abstract

小型化を進めた場合であっても、不要波によるリップルが生じ難く、さらに再励起波によるリップルも生じ難い、良好なフィルタ特性を有するトランスバーサル型の弾性表面波フィルタを提供する。表面波基板２上に、入力側ＩＤＴ電極３、出力側ＩＤＴ電極４及びシールド電極５が形成されているトランスバーサル型弾性表面波フィルタであって、入力側ＩＤＴ電極３のシールド電極５に最も近い励振点Ａと、入力側ＩＤＴ電極３のシールド電極５側の端部と、シールド電極５の入力側ＩＤＴ電極側の端部との間の中点Ｂとの間の距離Ｘが、表面波の波長λとしたときに、０．８λ〜０．９７５λの範囲とされている、弾性表面波フィルタ１。

Description

本発明は、トランスバーサル型の弾性表面波フィルタに関し、特に、入力側ＩＤＴ電極と出力側ＩＤＴ電極との間にシールド電極が配置されているトランスバーサル型弾性表面波フィルタに関する。

従来より、テレビジョン受像機の映像中間周波用（ＶＩＦ）の帯域フィルタとしてトランスバーサル型の弾性表面波フィルタが広く用いられている。この種の弾性表面波フィルタでは、入力側ＩＤＴ電極と出力側ＩＤＴ電極との間に、グランド電位に接続されるシールド電極が配置されていることが多い。これは、シールド電極を配置することにより、入力側ＩＤＴ電極と出力側ＩＤＴ電極との電磁的かつ静電的結合を抑制するためである。

ところで、近年、弾性表面波フィルタにおいても小型化が強く求められている。小型化を進める場合、トランスバーサル型弾性表面波フィルタでは、入力側ＩＤＴ電極と出力側ＩＤＴ電極との間隔が小さくされねばならない。しかしながら、この間隔を小さくすると、上記シールド電極と、入力側ＩＤＴ電極との間に電界が生じそれにより不要波が生じるという問題があった。すなわち、該不要波と、利用しようとする弾性表面波が出力側ＩＤＴ電極側で結合し、通過帯域内に大きなリップルが生じるという問題があった。

そこで、下記の特許文献１には、上記不要波を抑圧する構造を備えた弾性表面波フィルタが開示されている。図５は、特許文献１に記載の弾性表面波フィルタを説明するための模式的平面図である。

弾性表面波フィルタ１０１では、入力側ＩＤＴ電極１０２と、出力側ＩＤＴ電極１０３との間に、シールド電極１０４が配置されている。そして、シールド電極１０４と入力側ＩＤＴ電極１０２との間に、線幅がλ／８である二本の浮き電極指１０５ａ，１０５ｂがλ／８の間隔を隔てて配置されている。なお、λは、弾性表面波フィルタ１０１において利用する表面波の波長を示す。

上述した不要波の励振点は、シールド電極１０４の入力側ＩＤＴ電極側の端部と、入力側ＩＤＴ電極１０２のシールド電極１０４側の端部との中点に存在する。従って、該中点を挟むように浮き電極指１０５ａ，１０５ｂを配置することにより、不要波の励振電界が打ち消されている。
特公平２−４４１６８号公報

特許文献１に記載の弾性表面波フィルタ１０１では、浮き電極指１０５ａ，１０５ｂからなるスプリット型浮き電極を配置することにより、不要波の励振電界が打ち消され、不要波に基づくリップルを抑制することができるとされている。しかしながら、特許文献１に記載の弾性表面波フィルタ１０１では、入力側ＩＤＴ電極１０２とシールド電極１０４とを近づけた際に生じる上記不要波の抑制は図られるものの、スプリット型浮き電極を設けたことによる再励起波が生じ、該再励起波によるリップルが生じるという問題があった。すなわち、特許文献１に記載のように、浮き電極指１０５ａ，１０５ｂからなるスプリット型浮き電極を配置した場合、やはり通過帯域内に、所望でないリップルが生じざるを得なかった。

本発明の目的は、小型化を進めた場合であっても、シールド電極とＩＤＴ電極との間で生じる不要波を効果的に抑圧できるだけでなく、再励起波が生じ難いトランスバーサル型の弾性表面波フィルタを提供することにある。

本発明は、表面波基板と、表面波基板上に形成された入力側インターデジタル電極と、表面波基板上において入力側インターデジタル電極と隔てられて配置された出力側インターデジタル電極と、前記入力側インターデジタル電極と出力側インターデジタル電極との間に配置されており、グランド電位に接続されるシールド電極とを備えるトランスバーサル型の弾性表面波フィルタにおいて、前記入力側インターデジタル電極の前記シールド電極に最も近い励振点と、前記入力側インターデジタル電極の前記シールド電極側の端部と前記シールド電極の入力側インターデジタル電極側の端部との中点との間の距離が、表面波の波長をλとしたときに、０．８λ〜０．９７５λの範囲とされていることを特徴とする。

本発明に係る弾性表面波フィルタのある特定の局面では、前記入力側ＩＤＴ電極及び出力側ＩＤＴ電極の一方が不平衡型ＩＤＴ電極であり、前記入力側ＩＤＴ電極及び出力側ＩＤＴ電極の他方が平衡型ＩＤＴ電極である。

本発明に係る弾性表面波フィルタの他の特定の局面では、前記入力側ＩＤＴ電極及び出力側ＩＤＴ電極のいずれか一方が重み付けされている。

本発明に係る弾性表面波フィルタのさらに他の特定の局面では、前記入力側ＩＤＴ電極及び出力側ＩＤＴ電極が、正規型ＩＤＴ電極である。

本発明に係る弾性表面波フィルタでは、入力側ＩＤＴ電極と出力側ＩＤＴ電極との間に、グランド電位に接続されるシールド電極が配置されており、かつ入力側ＩＤＴ電極の励振点のうち、最もシールド電極に近い励振点と、入力側ＩＤＴ電極のシールド電極側の端部と、シールド電極の入力側ＩＤＴ電極側の端部との間の中点である不要波励振点との距離Ｘが０．８λ〜０．９７５λの範囲とされているため、通過帯域内におけるリップルを効果的に抑圧できる。すなわち、入力側ＩＤＴ電極とシールド電極との間の距離を短くした場合であっても、不要波によるリップルを効果的に抑圧することができるとともに、スプリット型浮き電極を設けないため、不要な再励起波も生じ難い。従って、小型化を図った場合でも、特許文献１に記載のような従来の弾性表面波フィルタに比べて、リップルの少ない良好なフィルタ特性を得ることができる。

本発明において、上記距離Ｘを上記特定の範囲としたことにより不要波を効果的に抑圧し得るのは、以下の理由によると考えられる。シールド電極と入力側ＩＤＴ電極との間の距離を小さくするほど、不要波が強く励振されるはずであるが、フィルタ特性上に表われるリップルは、シールド電極と入力側ＩＤＴ電極との間の距離を小さくするに従って大きくなる訳ではないことが分かった。これは、不要波と、ＩＤＴ電極内部で励振された表面波との位相条件の相互作用により不要波成分が大きくなったり、小さくなったりし、出力側ＩＤＴ電極で受信されることによると考えられる。すなわち、不要波が励振されたとしても、利用される表面波と不要波との位相条件により出力側ＩＤＴ電極で受信された信号では、必ずしも、上記距離が小さくなった場合に、リップルが大きくなるとは限らないことによると考えられる。

しかも、スプリット型浮き電極を用いていないため、所望ではない再励起波も生じ難い。よって、本発明によれば、ＩＤＴ電極とシールド電極との間の距離を近づけて小型化を図った場合でも、所望でないリップルが生じ難い、小型かつ良好なフィルタ特性を有する弾性表面波フィルタを提供することが可能となる。

本発明において入力側ＩＤＴ電極及び出力側ＩＤＴ電極のうち一方が不平衡型ＩＤＴ電極であり、他方が平衡型ＩＤＴ電極である場合には、平衡−不平衡変換機能を有する弾性表面波フィルタであって、本発明に従って良好なフィルタ特性を有する弾性表面波フィルタを提供することができる。

入力側ＩＤＴ電極及び出力側ＩＤＴ電極のいずれか一方が重み付けされている場合には、該重み付けにより所望とするフィルタ特性を有し、しかも本発明に従って上記不要波や再励起波に基づくリップルが生じ難い、弾性表面波フィルタを提供することができる。

本発明に係る弾性表面波フィルタでは、入力側ＩＤＴ電極及び出力側ＩＤＴ電極は正規型ＩＤＴ電極で構成されていてもよく、その場合には、本発明に従って良好なフィルタ特性を有する弾性表面波フィルタを、安価にかつ容易に提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る弾性表面波フィルタの平面図である。 図２は、図１に示した弾性表面波フィルタにおいて距離Ｘ／λを種々変更した場合のリップルの大きさの変化を示す図である。 図３は、図１に示した弾性表面波フィルタにおいて距離Ｘ／λを、０．８７５付近で種々変化させた際のリップルの大きさの変化を示す図である。 図４は、本発明の実施形態の弾性表面波フィルタ及び比較のために用意した従来の弾性表面波フィルタの周波数特性を示す図である。 図５は、従来の弾性表面波フィルタの一例を示す平面図である。

符号の説明

１…弾性表面波フィルタ
２…表面波基板
３…入力側ＩＤＴ電極
３Ａ，３Ｂ…櫛形電極
４…出力側ＩＤＴ電極
４Ａ，４Ｂ…櫛形電極
５…シールド電極
Ａ…励振点
Ｂ…中点

以下、図面を参照しつつ本発明の具体的な実施形態を説明することにより本発明を明らかにする。

図１は、本発明の一実施形態に係る弾性表面波フィルタの平面図である。

弾性表面波フィルタ１は、表面波基板２を有する。表面波基板２は、ＬｉＴａＯ₃、ＬｉＮｂＯ₃もしくは水晶などの圧電単結晶、またはＰＺＴ系セラミックスのような圧電セラミックスなどの圧電材料により構成される。もっとも、表面波基板２は、ガラスなどの絶縁基板上に圧電薄膜を形成した構造を有していてもよい。

表面波基板２上には、入力側ＩＤＴ電極３と、出力側ＩＤＴ電極４とが表面波伝搬方向において隔てられて配置されている。入力側ＩＤＴ電極３は、交差幅重み付けが施されたＩＤＴ電極であり、本実施形態では、不平衡型のＩＤＴ電極である。

入力側ＩＤＴ電極３は、複数本の電極指を有する櫛形電極３Ａと、複数本の電極指を有する櫛形電極３Ｂとを有する。

本実施形態では、櫛形電極３Ａ，３Ｂの複数本の電極指は、それぞれが、スプリット型電極により構成されている。スプリット型電極とは、同電位に接続される一対の電極指からなる電極をいう。

もっとも、本発明においては、ＩＤＴ電極の電極指は、スプリット型電極に限定されない。

出力側ＩＤＴ電極４は、平衡出力を取り出し得るＩＤＴ電極である。そして、出力側ＩＤＴ電極４は、一対の櫛形電極４Ａ，４Ｂを有する。櫛形電極４Ａの電極指もまた、入力側ＩＤＴ電極の場合と同様にスプリット電極により構成されている。出力側ＩＤＴ電極４においても電極指はスプリット電極を用いたものに限定されない。

表面波基板２上において、シールド電極５が、入力側ＩＤＴ電極３と出力側ＩＤＴ電極４との間に配置されている。シールド電極５はグランド電位に接続される。

上記入力側ＩＤＴ電極３、出力側ＩＤＴ電極４及びシールド電極５は、ＡｌやＡｌ合金のような適宜の導電性材料により形成され得る。

本実施形態の弾性表面波フィルタ１の特徴は、入力側ＩＤＴ電極３の励振点のうち、シールド電極５に最も近い励振点Ａと、入力側ＩＤＴ電極３のシールド電極側端部と、シールド電極５の入力側ＩＤＴ電極３に近い側の端部との中点Ｂとの間の距離Ｘが、０．８λ〜０．９７５λの範囲とされていることにある。なお、λは、弾性表面波フィルタ１で利用する表面波の波長である。

また、入力側ＩＤＴ電極における励振点とは、隣り合う異なる電位に接続される電極指間の中心点に位置する。そして、入力側ＩＤＴ電極３では、複数の励振点が存在するが、上記励振点Ａは、複数の励振点のうち、シールド電極に最も近い励振点である。

前述したように、この種のトランスバーサル型弾性表面波フィルタ１では、小型化を図るためには、入力側ＩＤＴ電極３とシールド電極５との間の距離を小さくすることが必要である。しかしながら、入力側ＩＤＴ電極３とシールド電極５との間の距離を短くすると、不要波が励振され、通過帯域内に大きなリップルが現われる。特許文献１に記載の弾性表面波フィルタ１０１では、この不要波を抑圧するために、前述した浮き電極指１０５ａ，１０５ｂが配置されていた。しかしながら、浮き電極指１０５ａ，１０５ｂを用いた構造では、再励起波が生じ、やはりリップルが生じるという問題があった。

これに対して本実施形態の弾性表面波フィルタ１０１では、浮き電極指を設けないため、上記のような再励起波は生じず、従って再励起波に基づくリップルが生じ難い。しかも、上記距離Ｘを、０．８λ〜０．９７５λの範囲とするだけで、入力側ＩＤＴ電極３とシールド電極５とを近づけた際に生じる不要波によるリップルが効果的に抑圧され得る。これは、本願発明者により実験的に確かめられたものである。以下、具体的な実験例を示して、距離Ｘが０．８λ〜０．９７５λの範囲とされたときに通過帯域内リップルの抑圧を効果的に図り得ることを説明する。

ガラスからなる表面波基板２上に、入力側ＩＤＴ電極３、出力側ＩＤＴ電極４及びシールド電極５を、電極材料としてＡｌを用いて形成した。その上にＺｎＯ圧電薄膜を２５μｍの厚さで形成した。なお、波長λは５９．４８μｍとし、入力側ＩＤＴ電極３と出力側ＩＤＴ電極４との間の距離を４００μｍとした。入力側ＩＤＴ電極３の電極指の対数は１５１対、出力側ＩＤＴ電極４の対数は９対とした。このようにして、中心周波数が４４ＭＨｚのデジタルテレビのＶＩＦ用帯域フィルタとして用いられ得る弾性表面波フィルタを作製した。

上記弾性表面波フィルタ１において、前述したＸの距離を、１．９１λ、１．２５λ、１．１２５λ、１．０λ、０．８７５λ、０．７５λ及び０．６２５λと変化させ、複数種の弾性表面波フィルタ１を作製した。このようにして作製された弾性表面波フィルタの周波数特性を測定し、通過帯域内にリップルが現われるか否かを観察した。結果を図２に示す。図２の横軸は、上記距離Ｘを波長λで規格化した値Ｘ／λであり、縦軸はリップルの大きさを示す。なお、リップルの大きさとは、通過帯域内におけるリップルにおいて隣接する極大値と極小値との差の内の最大値をいうものとする。

図２から明らかなように、距離Ｘが１．９１λの場合のリップルの大きさに比べて、距離Ｘが０．６２５λの場合には、リップルが大きくなっている。すなわち、距離Ｘを短くし、小型化を図った場合、通過帯域内リップルが大きくなる傾向があることが分かる。しかしながら、必ずしも、距離Ｘの短縮にともなって、リップルの大きさが大きくなるものではないことが分かる。

すなわち、距離Ｘが１．１２５λから１．０λまで短くされたとしても、リップルの大きさは変わらず、さらに１．０λから０．８７５λと短縮された場合には、Ｘが短縮されたにもかかわらず、逆にリップルの大きさは小さくなっている。そして、Ｘが０．８７５λにおいてリップルが最も小さくなり、０．８７５λよりもＸが小さくなると、再度リップルが大きくなっていく。

従来、入力側ＩＤＴ電極とシールド電極との間の距離を近づければ近づけるほど、不要波が強く励振され、不要波によるリップルも大きくなると考えられていた。しかしながら、図２の結果から明らかなように、現実には、入力側ＩＤＴ電極３とシールド電極５とを近づければ近づけるほど、不要波によるリップルが必ずしも大きくなるものでないことが分かった。これは、入力側ＩＤＴ電極３と、シールド電極５とを近づけた場合、不要波が強く励振されるものの、出力側ＩＤＴ電極４で受信される際には、上記不要波と利用する表面波との相互作用により不要波成分の影響が大きくなったり、小さくなったりすることによると考えられる。

本願発明者は、図２の結果をもとに、リップルが最も小さいＸ＝０．８７５λ付近においてＸをさらに種々変更し、リップルの大きさを測定した。結果を図３に示す。

図３から明らかなように、Ｘ＝０．８λ〜０．９７５λの範囲とすれば、リップルの大きさを０．４５ｄＢ以下とし得ることが分かる。デジタルテレビの映像中間周波用帯域フィルタでは、通過帯域内リップルが大きいと画質が劣化するが、この場合のリップルの大きさは０．４５ｄＢ以下とすることが望ましとされている。従ってＸを０．８λ〜０．９７５λの範囲とすれば、この要求を満たすことができる。

また、より好ましくは、Ｘを０．８５λ〜０．９λとすれば、リップルの大きさを０．４ｄＢ以下とすることができ、Ｘの大きさが１．５λ以上の大型の弾性表面波フィルタと同様の特性を得ることができる。

次に、上記実施形態に従って得られた弾性表面波フィルタ１の具体的な周波数特性において、従来の弾性表面波フィルタの場合に比べてリップルが効果的に低減されることを図４を参照して説明する。

図４の実線は、Ｘ＝０．８７５λとした上記実施形態の弾性表面波フィルタ１のフィルタ特性を示す図である。また、図４に破線で、比較のために従来の弾性表面波フィルタの周波数特性を示す。破線で示した特性の弾性表面波フィルタは、特許文献１に記載の構成に従って、浮き電極指１０５ａ，１０５ｂを設けた相当の弾性表面波フィルタであり、ここでは、Ｘ＝０．７５λとされている。すなわち、図５に示した弾性表面波フィルタ１０１では、入力側ＩＤＴ電極１０２の最もシールド電極に近い励振点と、不要波の励振点との距離Ｘは０．７５λとされている。

図４から明らかなように、従来の弾性表面波フィルタでは、通過帯域内に周期的に大きなリップルが現われているのに対し、本実施形態の弾性表面波フィルタでは、このようなリップルが現われていないことが分かる。

なお、上記実施形態では、入力側ＩＤＴ電極３が不平衡型ＩＤＴ電極であり、出力側ＩＤＴ電極が平衡型ＩＤＴ電極であったが、逆に、平衡入力−不平衡出力型の弾性表面波フィルタを構成してもよい。

また、図１に示す弾性表面波フィルタ１では、入力側ＩＤＴ電極３が交差幅重み付けを施され、出力側ＩＤＴ電極４が正規型ＩＤＴ電極で構成されていたが、出力側ＩＤＴ電極４が交差幅重み付けを施され、入力側ＩＤＴ電極３が正規型ＩＤＴ電極で構成されていてもよい。

また、ＩＤＴ電極の重み付けについても、上述した交差幅重み付けに限らず、間引き法などの他の重み付け方法が用いられていてもよい。

さらに、本発明に係る弾性表面波フィルタでは、入力側ＩＤＴ電極及び出力側ＩＤＴ電極の双方が正規型ＩＤＴ電極で構成されていてもよい。

すなわち、表面波の位相は励振点の位置に依存するため、ＩＤＴ電極が重み付けされていても、あるいは重み付けされていなくても、距離Ｘが上記特定の範囲とされることにより、本発明に従って不要波を効果的に抑圧することができる。

Claims (4)

1. 表面波基板と、表面波基板上に形成された入力側インターデジタル電極と、表面波基板上において入力側インターデジタル電極と隔てられて配置された出力側インターデジタル電極と、前記入力側インターデジタル電極と出力側インターデジタル電極との間に配置されており、グランド電位に接続されるシールド電極とを備えるトランスバーサル型の弾性表面波フィルタにおいて、
   前記入力側インターデジタル電極の前記シールド電極に最も近い励振点と、前記入力側インターデジタル電極の前記シールド電極側の端部と前記シールド電極の入力側インターデジタル電極側の端部との中点との間の距離が、表面波の波長をλとしたときに、０．８λ〜０．９７５λの範囲とされていることを特徴とする、弾性表面波フィルタ。
2. 前記入力側ＩＤＴ電極及び出力側ＩＤＴ電極の一方が不平衡型ＩＤＴ電極であり、前記入力側ＩＤＴ電極及び出力側ＩＤＴ電極の他方が平衡型ＩＤＴ電極である、請求項１に記載の弾性表面波フィルタ。
3. 前記入力側ＩＤＴ電極及び出力側ＩＤＴ電極のいずれか一方が重み付けされている、請求項１または２に記載の弾性表面波フィルタ。
4. 前記入力側ＩＤＴ電極及び出力側ＩＤＴ電極が、正規型ＩＤＴ電極である、請求項１または２に記載の弾性表面波フィルタ。

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