JPWO2011024876A1 - 弾性表面波装置 - Google Patents

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Abstract

SAW装置1は、基板3と、基板3に設けられたフィルタ9とを有する。フィルタ9は、SAWの伝搬方向に沿って配列された複数のIDT電極15を有する。複数のIDT電極15それぞれは、伝搬方向に直交する方向に延び、伝搬方向に沿って配列された複数の電極指19fを含む電極指群を有する。複数のIDT電極15の少なくともいずれか一つは複数の電極指19fのうち隣接する第1、第2電極指を含む広ピッチ部25を有し、第1電極指と第2電極指との間隔は、複数の電極指19fのうち残りの電極指の各間隔の平均値よりも大きい。

Description

本発明は、弾性表面波(SAW:Surface Acoustic Wave)を利用する弾性表面波装置(SAW装置)に関する。
IDT(InterDigital Transducer)電極をSAWの伝搬方向に配列して構成された弾性表面波フィルタ(SAWフィルタ)を有するSAW装置が知られている(例えば特許文献1)。IDT電極は、SAWの伝搬方向に直交するように延び、SAWの伝搬方向に配列された複数の電極指を有している。複数の電極指のピッチ(電極指ピッチ)は、通過帯域の周波数等に応じて適宜に設定される。
特許文献1においても開示されているように、このようなSAW装置においては、低周波側の帯域外減衰量を大きくする手段として、一般に、2つのSAWフィルタを縦接続(カスケード接続)する方法が採用されている。
多段接続された複数のSAWフィルタを有するSAW装置は、SAWフィルタの数の増加に伴って大型化する。また、特許文献1は、帯域外の減衰量を大きくすることに寄与するピッチについては言及していない。
そこで、小型な構成で帯域外の減衰量を大きくすることができる弾性表面波装置が提供されることが好ましい。
特開2006−333171号公報
本発明の一態様に係る弾性表面波装置は、圧電基板と、前記圧電基板に設けられ、弾性表面波の伝搬方向に沿って配列されている複数のIDT電極を有する弾性表面波フィルタと、を備え、前記複数のIDT電極のそれぞれは、それぞれが前記伝搬方向に直交する方向に延び且つ互いに前記伝搬方向に沿って所定の間隔を隔てて配列されている電極指群を有し、前記複数のIDT電極に含まれる第1IDT電極は、前記電極指群のうち隣接する第1、第2電極指を含む第1広ピッチ部を有し、前記第1電極指と前記第2電極指との間隔は、前記電極指群のうち残りの電極指の各間隔の平均値よりも大きい。
上述した弾性表面波装置によれば、複数のIDT電極に含まれる第1IDT電極が、電極指群のうち隣接する第1、第2電極指を含む第1広ピッチ部を有し、前記第1電極指と前記第2電極指との間隔を、前記電極指群のうち残りの電極指の各間隔の平均値よりも大きくしたことから、小型な構成で帯域外の減衰量を大きくすることができる。
本発明の実施形態に係るSAW装置を示す平面図である。 図1のSAW装置の電極指ピッチを示すグラフである。 図2のグラフの一部拡大図である。 図4(a)および図4(b)は図1のSAW装置の効果を説明する図である。 本発明の第1実施例に係るシミュレーション条件の電極指ピッチを示すグラフである。 第1実施例のシミュレーション結果を示すグラフである。 図7(a)〜図7(c)は本発明の第2実施例に係るシミュレーション条件を説明する図である。 第2実施例のシミュレーション条件に係る周波数を説明する図である。 図9(a)および図9(b)は第2実施例のシミュレーション結果を示すグラフである。 図10(a)および図10(b)は第2実施例の他のシミュレーション結果を示すグラフである。 図11(a)〜図11(i)は図9および図10のシミュレーション結果を解析して得られる減衰量の改善度を示すグラフである。 図11の解析結果を更に解析して得られる広ピッチ部の電極指ピッチが減衰量の改善度に及ぼす影響を示すグラフである。 図13(a)〜図13(i)は図9および図10のシミュレーション結果を解析して得られる挿入損失の劣化度を示すグラフである。 図14(a)および〜図14(b)は第2実施例の更に他のシミュレーション結果を示すグラフである。 図15(a)〜図15(i)は第3実施例のシミュレーション結果を解析して得られる減衰量の改善度を示すグラフである。 図16(a)〜図16(i)は第4実施例のシミュレーション結果を解析して得られる減衰量の改善度を示すグラフである。 本発明の第5実施例の基準となる電極指ピッチを示す図である。 第5実施例の第1パターンの電極指ピッチを示す図である。 第1パターンおよび比較例のシミュレーション結果を示す図である。 図20(a)は図19の領域XXaの拡大図であり、図20(b)は図19の領域XXbの拡大図である。 第5実施例の第2パターンの電極指ピッチを示す図である。 第2パターンおよび比較例のシミュレーション結果を示す図である。 図23(a)は図22の領域XXIIIaの拡大図であり、図23(b)は図22の領域XXIIIbの拡大図である。 第5実施例の第3パターンの電極指ピッチを示す図である。 第3パターンおよび比較例のシミュレーション結果を示す図である。 図26(a)は図25の領域XXVIaの拡大図であり、図26(b)は図25の領域XXVIbの拡大図である。 第5実施例の第4パターンの電極指ピッチを示す図である。 第4パターンおよび比較例のシミュレーション結果を示す図である。 図29(a)は図28の領域XXIXaの拡大図であり、図29(b)は図28の領域XXIXbの拡大図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下において参照される図面は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。また、以下の図面において、同一または類似する構成については、同一符号を付して説明を省略することがある。
図1は、本発明の実施形態にかかるSAW装置1を示す平面図である。
SAW装置1は、入力された電気信号のSAWへの変換、そのSAWの電気信号への変換の過程において、入力された電気信号をフィルタリングする装置として構成されている。
SAW装置1は、SAWが伝搬する基板3と、入力された電気信号に基づいて基板3にSAWを発生させるとともに、そのSAWを検出する複数の弾性表面波素子(SAW素子)としての、入力側共振子7I、フィルタ9および出力側共振子7Oを有している。
また、SAW装置1は、フィルタリングされるべき信号が入力される入力端子5Iと、フィルタリングされた信号を出力する出力端子5Oとを有している。この他にも、SAW装置1は、SAW素子上に空間を形成しつつSAW素子を覆うカバー等を有するが、図示は省略する。
なお、以下では、入力側共振子7Iおよび出力側共振子7Oについて、端に「共振子7」といい、両者を区別しないことがある。また、入力端子5Iおよび出力端子5Oについて、単に「端子5」といい、両者を区別しないことがある。
基板3は、圧電効果を示す圧電体により構成された、いわゆる圧電基板である。圧電体は、例えばLiNbOやLiTaOである。基板3は、図1の紙面手前に面する第1主面3aと、その背面に面する不図示の第2主面とを有している。なお、基板3の平面形状は適宜に設定されてよい。
SAWは、SAW素子(7、9)に励起されて第1主面3aを図1の紙面上下方向に伝搬する。以下では、図1の紙面上下方向をSAWの伝搬方向といい、図1の紙面左右方向をSAWの伝搬方向に直交する方向ということがある。
入力側共振子7Iは、例えば、1ポート型の共振子により構成されている。具体的には、入力側共振子7Iは、IDT電極11と、IDT電極11の、SAWの伝搬方向の両側に配置された反射器13とを有している。IDT電極11や反射器13の構成は、後述するフィルタ9のIDT電極や反射器の構成と同様であり、説明は省略する。入力側共振子7Iは、入力端子5Iから入力された不平衡信号に共振する不平衡信号を出力する。
フィルタ9は、例えば、縦結合ダブルモード型の共振子弾性表面波フィルタにより構成されている。具体的には、フィルタ9は、SAWの伝搬方向に配列された第1IDT電極15A〜第5IDT電極15E(以下、単に「IDT電極15」といい、これらを区別しないことがある。)と、これらIDT電極15の、SAWの伝搬方向の両側に配置された反射器17とを有している。
IDT電極15は、第1櫛歯状電極19Aおよび第2櫛歯状電極19B(以下、単に「櫛歯状電極19」といい、これらを区別しないことがある。)を有している。櫛歯状電極19は、SAWの伝搬方向に延びるバスバー19bと、バスバー19bからSAWの伝搬方向に直交する方向に延びる複数の電極指19fからなる電極指群とを有している。2つの櫛歯状電極19は、互いに複数の電極指19fが噛み合うように配置されている。
第1IDT電極15A、第3IDT電極15Cおよび第5IDT電極15Eにおいて、第1櫛歯状電極19Aは入力側共振子7Iに接続され、第2櫛歯状電極19Bはグランドに接続されている。また、第2IDT電極15Bおよび第4IDT電極15Dにおいて、第1櫛歯状電極19Aはグランドに接続され、第2櫛歯状電極19Bは出力側共振子7Oに接続されている。すなわち、フィルタ9においては、入力側に接続されたIDT電極(15A、15C、15E)と、出力側に接続されたIDT電極(15B、15D)とが交互に配列されている。
反射器17は、SAWの伝搬方向に延びる2本のバスバー17bと、SAWの伝搬方向に直交する方向に延び、2本のバスバー17bに掛架される複数の電極指17fとを有している。
フィルタ9は、入力側共振子7Iから入力された不平衡信号をフィルタリングするとともに平衡信号に変換し、出力側共振子7Oに出力する。
出力側共振子7Oは、入力側共振子7Iと同様に、1ポート型の共振子により構成されており、IDT電極11および反射器13を有している。出力側共振子7Oは、フィルタ9が平衡信号を出力することに対応して2つ設けられている。2つの出力側共振子7Oは、フィルタ9から入力された平衡信号に共振する平衡信号を2つの出力端子5Oに出力する。
図2は、フィルタ9の第1IDT電極15A〜第5IDT電極15Eの電極指の間隔、すなわち電極指ピッチPを示すグラフである。
電極指ピッチは、図1において符号Pで示すように、互いに隣接する電極指19fの中心線間の距離である。図2において、横軸は、フィルタ9の、SAWの伝搬方向における位置(電極指ピッチの数)を示している。なお、第1IDT電極15A〜第5IDT電極15Eそれぞれに対応する範囲には、これらの符号(15A〜15E)が付されている。縦軸は、電極指ピッチを示している。
各IDT電極15は、IDT電極15の大部分を占める主ピッチ部21と、隣接するIDT電極15との境界部に位置する狭ピッチ部23とを有している。
主ピッチ部21の電極指ピッチは、概ね、通過させるべき信号の周波数に対応する波長の半分程度に設定されている。ただし、所望のフィルタ特性が得られるように、主ピッチ部21の電極指ピッチは、比較的微小な範囲で変動している。
狭ピッチ部23は、広帯域化や挿入損失の低下等を目的として設けられる。狭ピッチ部23の電極指ピッチは、主ピッチ部21の電極指ピッチの全てもしくは平均よりも狭く、例えば、主ピッチ部21の電極指ピッチの平均の4/5程度の大きさである。
本実施形態においては、さらに、通過帯域外における減衰量を増加させるために、両端のIDT電極(15Aおよび15E)は、主ピッチ部21中に、広ピッチ部25を有している。
広ピッチ部25は、例えば、両端のIDT電極15の中央に設けられている。広ピッチ部25の電極指ピッチは、広ピッチ部25以外の部分の電極指ピッチの平均値よりも大きく、例えば、広ピッチ部25以外の部分の電極指ピッチの平均値に対して、当該平均値の4%〜30%の割合で大きくされている。
図3は、図2の一部、具体的には、第5IDT電極15Eの範囲における拡大図である。図2においては、SAWの伝搬方向の位置と電極指ピッチの大きさとが線でのみ示されたが、図3においては、各電極指ピッチに対応するドット(マーク)も図示されている。
主ピッチ部21は、電極指ピッチが基本的に(広ピッチ部25を除いて)一定の複数の定ピッチ部(図3の例では第1定ピッチ部27A、第2定ピッチ部27Bおよび第3定ピッチ部27C。以下、単に「定ピッチ部27」ということがある。)を有している。
各定ピッチ部27を構成する電極指の本数は、例えば、10〜20本である。なお、定ピッチ部27内において、複数の電極指ピッチの広さは互いに同一であるが、公差の範囲では変動する。
隣接する定ピッチ部27同士は、電極指ピッチの広さが互いに異なっている。すなわち、上述のように、主ピッチ部21においては、所望のフィルタ特性が得られるように、比較的微小な範囲で電極指ピッチが変動するが、当該変動は、定ピッチ部27を最小単位として実現されている。
広ピッチ部25は、第5IDT電極15Eの中央に位置する定ピッチ部27(図3では第2定ピッチ部27B)に設けられている。また、広ピッチ部25は、第2定ピッチ部27Bの中央に設けられている。広ピッチ部25においては、1つの電極指ピッチのみが存在している。換言すれば、広ピッチ部25を構成する電極指は2本である。広ピッチ部25を構成する2本の電極指が本発明の第1電極指および第2電極指の一態様である。
図3に示すように広ピッチ部25は、電極指ピッチが一定の第1ピッチ部29Aと、電極指ピッチが一定且つ第1ピッチ部29Aの電極指ピッチと同一の第2ピッチ部29Bとの間において、第1ピッチ部29Aおよび第2ピッチ部29Bに隣接している。また、広ピッチ部25は、第1ピッチ部29Aおよび第2ピッチ部29Bよりも、電極指ピッチが広く且つ電極指ピッチの数が少ない。
図4は、広ピッチ部25の作用を模式的に説明する図である。図4(a)は、広ピッチ部25を有さない定ピッチ部27の断面図を示している。図4(b)は、広ピッチ部25を有する定ピッチ部27の断面図を示している。
図4(a)および図4(b)において実線S1で示す曲線は、除去されるべき信号に対応するSAWを示している。図4(a)に示すように、広ピッチ部25を有さない定ピッチ部27においては、電極指19fが幅を有すること等から、通過帯域の信号に対応するSAWだけでなく、除去されるべき信号に対応するSAWも伝搬され得る。
しかし、図4(b)に示すように、広ピッチ部25が挿入されることにより、除去されるべき信号に対応するSAWの半波長と電極指ピッチとのずれが大きくなり、そのSAWの伝搬が阻止される。これにより、帯域外の減衰量の低減が期待される。なお、広ピッチ部25を構成する電極指の本数は2本であることから、挿入損失の劣化が抑制される。
<第1実施例>
実施形態のSAW装置1を具体的に設計した後にモデル化し、シミュレーションを行った。以下に、シミュレーションの条件および結果を示す。
図5は、シミュレーション条件の電極指ピッチを示すグラフである。横軸は、フィルタ9の、SAWの伝搬方向における位置を電極指ピッチの数により示している。縦軸は、電極指ピッチの広さである。
シミュレーション条件の電極指ピッチは、実際の電極指ピッチよりも、主ピッチ部21の変動が単純化されている。また、広ピッチ部25は、両端のIDT電極(15A、15E)内において、中心よりも外側にずれた位置に配置されている。
図6は、シミュレーション結果を示すグラフである。横軸は、周波数を示している。縦軸は、信号の減衰量を示している。実線L0は、広ピッチ部25が設けられないケース(比較例)のシミュレーション結果を示し、点線L1は、広ピッチ部25が設けられたケース(第1実施例)のシミュレーション結果を示している。
領域AR1(約870〜900MHz)において示されるように、実施例において、通過帯域における挿入損失の劣化は、比較例と同様に、ほとんど生じていない。一方、領域AR2(約830〜850MHz)において示されるように、実施例における通過帯域外の減衰量は、比較例における通過帯域外の減衰量よりも大きくなっている。
<第2実施例>
条件を種々変更してシミュレーションを行い、広ピッチ部25の電極指ピッチの広さや広ピッチ部25の挿入位置等の好ましい態様に関する知見を得た。具体的には、以下のとおりである。
(シミュレーション条件)
図7(a)は、第2実施例のSAW装置201の模式図である。
SAW装置201は、デュプレクサとして構成されており、受信用フィルタ部251と、送信用フィルタ部253と、これらのフィルタ部に共用されるアンテナ用端子205とを有している。
受信用フィルタ部251は、例えば、実施形態のSAW装置1と同様に、縦結合ダブルモード型の共振子SAWフィルタを含んで構成されている。送信用フィルタ部253は、例えば、ラダー型のSAWフィルタを含んで構成されている。第2実施例では、受信用フィルタ部251についてシミュレーションを行う。
図7(b)は、受信用フィルタ部251のフィルタ209を示す模式図である。
実施形態のフィルタ9は、5つのIDT電極15を有していたのに対し、第2実施例のフィルタ209は、3つのIDT電極15F、15Gおよび15Hを有している。また第2実施例のフィルタ209は、共振子7を設けていない。それ以外のフィルタ209の構成は、フィルタ9の構成と概ね同様である。また、アンテナ用端子205は、実施形態における入力端子5Iとして機能する。
図7(c)は、シミュレーション条件の電極指ピッチを示すグラフであり、図5と同様のグラフである。
フィルタ209のIDT電極15は、実施形態と同様に、主ピッチ部21および狭ピッチ部23を有している。また、フィルタ209の主ピッチ部21は、広ピッチ部25を有している。
なお、図7(c)では、中央のIDT電極15Gの中央に広ピッチ部25が設けられた場合を例示している。しかし、第2実施例のシミュレーションにおいて、広ピッチ部25の挿入位置は、種々のシミュレーションケースの実現のために適宜に変更される。
また、図7(c)では、広ピッチ部25を構成する2本の電極指の間隔(電極指ピッチの大きさ)が、広ピッチ部25を除いた部分(狭ピッチ部23を含む)の電極指ピッチの大きさの平均値に対し、30%の割合で大きくした場合を例示している。具体的には、図7(c)において、中央のIDT電極の広ピッチ部25を除いた残りの電極指の各間隔の平均値2.18μmに対し、広ピッチ部25を構成する2本の電極指の間隔は、2.83μmである。
しかし、広ピッチ部25の広さも、種々のシミュレーションケースの実現のために適宜に変更される。
図8は、シミュレーション条件に係る周波数を示す図である。
第2実施例のシミュレーションでは、SAW装置201がUMTS(Universal Mobile Telecommunication System)において使用されることを想定する。
図8の上段の「UMTS」の行は、UMTSにおいて使用される周波数をバンド毎(「BAND1」〜「BAND9」)に示している。
「Tx」の欄は、送信に使用される周波数を示し、「Rx」の欄は、受信に使用される周波数を示している。「Tx」および「Rx」の欄内において、「L」の欄は、通過帯域の下限値を示し、「U」の欄は、通過帯域の上限値を示し、「W」の欄は、通過帯域の幅を示し、「W/C」の欄は、通過帯域の中央値に対する通過帯域の幅の比を示している。
なお、「Tx」および「Rx」の欄に示される周波数から理解されるように、各バンドにおいて、受信の通過帯域(「Rx」)は、送信の通過帯域(「Tx」)よりも、周波数が高い。
「Tx−Rx Gap」の欄は、送信の通過帯域と受信の通過帯域との関係を示している。具体的には、「Lr−Ut」の欄は、送信の通過帯域の上限値と、受信の通過帯域の下限値との差を示している。換言すれば、送信の通過帯域と受信の通過帯域との間の周波数帯域の幅を示している。また、「Gap/C_TxRx」の欄は、送信の通過帯域と受信の通過帯域との間の周波数帯域の中央値に対する当該間の周波数帯域の幅の比を示している。
「UMTS」の行に示されるように、UMTSでは、複数のバンドが使用されている。各バンドに対応する電極指ピッチを設定し、各バンド毎にシミュレーションを行うことは膨大な作業を必要とする。
そこで、第2実施例では、UMTSの各バンドの周波数を正規化し、正規化された周波数に基づいてシミュレーションモデルの構築およびシミュレーション結果の評価を行う。これにより、各バンドに対して共通にシミュレーションを行うことができる。
図8の下段の「Nrml」の行は、正規化された周波数を、「UMTS」の行と同様に示している。
正規化は、正規化前(「UMTS」)と正規化後(「Nrml」)とで、「Rx」の「W/C」の欄の値、および、「Tx−Rx Gap」の「Gap/C_TxRx」の欄の値が一致するように行われる。
正規化の結果、「Nrml」の「BAND1」〜「BAND9」は、「Rx」の周波数帯域が互いに重複している。また、「Nrml」の「BAND1」〜「BAND9」は、「Tx」の周波数帯域も、重複または近接している。
シミュレーションにおいて、「Nrml」の「Rx」は通過帯域である。また、「Nrml」の「Tx」はデュプレクサとしての機能向上の観点から、減衰量の増加が望まれる周波数帯域である。
まず、以下のように条件を変化させて、複数のシミュレーションを行った。
(条件1:広ピッチ部25の位置)
両端のIDT電極(15Fおよび15H)、または、中央のIDT電極(15G)の2種類
(条件2:広ピッチ部25を構成する2本の電極指の間隔)
広ピッチ部25の電極指ピッチの広さを、広ピッチ部25以外の部分(狭ピッチ部23も含む)の電極指ピッチの広さの平均に対して、1%、3%、5%、7%、10%、15%、20%、25%および30%の割合で、それぞれ大きくした場合の9種類
(シミュレーションケース数)
条件1×条件2=18ケース
なお、広ピッチ部25は、当該広ピッチ部25が設けられるIDT電極15の中央に設けられているものとした。
また、広ピッチ部25が設けられていない場合についてもシミュレーションを行った。
(シミュレーション結果)
図9(a)は、両端のIDT電極(15Fおよび15H)に広ピッチ部25が設けられた場合のシミュレーション結果を示している。また、図9(b)は、図9(a)の通過帯域周辺における拡大図である。
図10(a)は、中央のIDT電極(15G)に広ピッチ部25が設けられた場合のシミュレーション結果を示している。また、図10(b)は、図10(a)の通過帯域周辺における拡大図である。
「base」と示された曲線は、広ピッチ部25が設けられていないシミュレーションケースに対応している。それ以外の「(数値)%」と示された複数の曲線は、条件2を変化させた各シミュレーションケースに対応している。
図9および図10において、横軸は周波数、縦軸は減衰量を示している。また、マークM1は、通過帯域の目安位置を示し、マークM2(図9(a)および図10(a))は、減衰量の増加が望まれる周波数帯域の目安位置を示している。
図9および図10から、ほとんどのシミュレーションケースにおいて、広ピッチ部25が設けられると、帯域外の減衰量は増加し、その一方で、挿入損失はあまり大きくならないことが見て取れる。
ただし、条件1や条件2を変化させることにより、減衰が得られる周波数や減衰量等に差異があることも窺える。すなわち、広ピッチ部25が設けられるIDT電極15の選択や広ピッチ部25の電極指ピッチの広さの設定について検討の余地があることも窺える。
(減衰量の改善に関する解析)
上記のシミュレーション結果を解析して、18個のシミュレーションケース毎に、広ピッチ部25が設けられなかった場合に比較した改善度を算出した。
改善度を示す指標値として、広ピッチ部25が設けられなかった場合の減衰量と広ピッチ部25が設けられた場合の減衰量との差の、減衰が確保されることが望まれる周波数帯域における平均(改善の平均値Ia)を算出した。
上記の減衰が確保されることが望まれる周波数帯域は、図8の「Nrml」行の「Tx」欄に示される周波数帯域である。当該周波数帯域は、「BAND1」〜「BAND9」毎に異なるので、改善の平均値Iaの算出は、「BAND1」〜「BAND9」毎に行った。
図11は、改善の平均値Iaを示すグラフである。図11(a)〜図11(i)は、各図の上に示すように、「BAND1」〜「BAND9」に対応している。
図11において、横軸は、広ピッチ部25の電極指ピッチの広さ(条件2)を示している。縦軸は、改善の平均値Iaを示している。また、実線L21は、広ピッチ部25を両端のIDT電極(15Fおよび15H)に設けたケースを示し、実線L22は、広ピッチ部25を中央のIDT電極(15G)に設けたケースを示している。
これらの図に示されるように、概ね、広ピッチ部25の電極指ピッチを広くしていくと、減衰量は増加し、更に広ピッチ部25の電極指ピッチを広くしていくと、減衰量は下がることが見て取れる。
なお、図11(d)等の一部においては、上記のような減衰量の変化が生じていない。これは、評価対象の周波数帯域(「Nrml」行の「Tx」欄に示される周波数帯域)が他の図に比較して極端に小さいことなどによるものと考えられる。
図12は、図11に示した解析結果を更に解析して得られる広ピッチ部25の電極指ピッチの広さが減衰量の改善度に及ぼす影響を示すグラフである。
具体的には、図11に示した改善の平均値Iaの、全バンド(「BAND1」〜「BAND9」)における最大値(改善の平均値の最大値Ia_max)を、18個のシミュレーションケース毎に求めた。
なお、上述のように、「BAND4」(図11(d))に関する改善の平均値Iaについては、他のバンドの改善の平均値Iaの変化とは異なる変化が生じている。そこで、全バンドから「BAND4」を除外した残りのバンドについても、改善の平均値の最大値Ia_maxを求めた。
図12の横軸は、広ピッチ部25の電極指ピッチの広さ(条件2)を示している。縦軸は、改善の平均値の最大値Ia_maxを示している。また、実線L31は、広ピッチ部25を両端のIDT電極(15Fおよび15H)に設けたケースにおける全バンドの最大値を示している。実線L32は、広ピッチ部25を中央のIDT電極(15G)に設けたケースにおける全バンドの最大値を示している。実線L33は、広ピッチ部25を両端のIDT電極(15Fおよび15H)に設けたケースにおける「BAND4」を除外した残りのバンドの最大値を示している。実線L32は、広ピッチ部25を中央のIDT電極(15G)に設けたケースにおける「BAND4」を除外した残りのバンドの最大値を示している。
実線L31およびL32により示される解析結果により、広ピッチ部25の電極指ピッチの拡大量の割合が1%〜30%であれば、少なくともいずれかのバンドにおいて、減衰が確保されることが望まれる周波数帯域における減衰量の改善が得られることが確認される。
「BAND4」を除いた場合においても、広ピッチ部25の電極指ピッチの拡大量の割合が25%以下であれば、減衰量の改善がなされ得ることが分かる。
実線L31およびL32において、減衰量が低下する20%付近においても、5dBの改善量は確保されている。5dBの改善量が確保できれば、弾性表面波装置の製造ばらつきによる特性の劣化分をたいていの場合吸収することができる。従って、実施例の効果を考察する上で、5dBは一つの目安となる。そして、電極指ピッチが狭い側に着目すると、広ピッチ部25の電極指ピッチの拡大量の割合が4%以上であれば、5dBの減衰量の改善がなされ得ることが分かる。
(挿入損失に関する解析)
上記のシミュレーション結果を解析して、18個のシミュレーションケース毎に、広ピッチ部25が設けられなかった場合に比較した挿入損失の悪化度を算出した。
挿入損失の悪化度を示す指標値として、広ピッチ部25が設けられなかった場合の減衰量と広ピッチ部25が設けられた場合の減衰量との差の、通過帯域における最大値(悪化の最大値Lmax)を算出した。
通過帯域は、図8の「Nrml」行の「Rx」欄に示される周波数帯域である。当該周波数帯域は、「BAND1」〜「BAND9」毎に異なるので、悪化の最大値Lmaxの算出は、「BAND1」〜「BAND9」毎に行った。
図13は、悪化の最大値Lmaxを示すグラフである。図13(a)〜図13(i)は、各図の上に示すように、「BAND1」〜「BAND9」に対応している。
図13において、横軸は、広ピッチ部25の電極指ピッチの広さ(条件2)を示している。縦軸は、悪化の最大値Lmaxを示している。また、実線L41は、広ピッチ部25を両端のIDT電極(15Fおよび15H)に設けたケースを示し、実線L42は、広ピッチ部25を中央のIDT電極(15G)に設けたケースを示している。
これらの図に示されるように、広ピッチ部25が中央のIDT電極(15G)に設けられる場合よりも、広ピッチ部が両端のIDT電極(15Fおよび15H)に設けられる場合の方が、挿入損失の悪化は抑えられる。
広ピッチ部25の、IDT電極15内の位置が挿入損失に及ぼす影響を見るために、更にシミュレーションを行った。具体的には、広ピッチ部25の拡大量の割合が30%の場合について、広ピッチ部25の位置を当該広ピッチ部25が設けられるIDT電極15内で変化させて複数のシミュレーションを行った。
図14(a)は、両端のIDT電極(15Fおよび15H)内において広ピッチ部25の位置を変化させて行った複数のシミュレーション結果を示す図である。
横軸は周波数、縦軸は減衰量である。横軸の範囲は、通過帯域周辺である。マークM1は、通過帯域の目安位置を示している。
実線L50は、広ピッチ部25が設けられていない場合のシミュレーション結果を示している。実線L51は、広ピッチ部25が、両端のIDT電極(15Fおよび15H)の、中央のIDT電極(15G)とは反対側の端部付近に設けられた場合のシミュレーション結果を示している。実線L52は、広ピッチ部25が、両端のIDT電極(15Fおよび15H)の、中央付近に設けられた場合のシミュレーション結果を示している。実線L53は、広ピッチ部25が、両端のIDT電極(15Fおよび15H)の、中央のIDT電極(15G)側の端部付近に設けられた場合のシミュレーション結果を示している。
この図では、広ピッチ部25が、中央のIDT電極(15G)側に設けられているとき(実線L53)には挿入損失が比較的大きく、それ以外の位置に設けられているとき(実線L52、L53)には挿入損失が比較的少ないことが見て取れる。
図14(b)は、中央のIDT電極(15G)において広ピッチ部25の位置を変化させて行った複数のシミュレーション結果を示す図である。横軸、縦軸、マークM1等については図14(a)と同様である。
実線L60は、広ピッチ部25が設けられていない場合のシミュレーション結果を示している。実線L61は、広ピッチ部25が、中央のIDT電極(15G)の、端部付近に設けられた場合のシミュレーション結果を示している。実線L62は、広ピッチ部25が、中央のIDT電極(15G)の、中央と端部との中間付近に設けられた場合のシミュレーション結果を示している。実線L63は、広ピッチ部25が、中央のIDT電極(15G)の、中央付近に設けられた場合のシミュレーション結果を示している。
この図では、広ピッチ部25の位置が中央側(実線L63)になるほど挿入損失が小さくなることが見て取れる。
以上のとおり、広ピッチ部25の位置によりフィルタ特性は異なる。広ピッチ部25の最適位置については、減衰量の改善度なども総合的に考慮する必要がある。ただし、挿入損失の低減の観点においては、今回のシミュレーション結果から、広ピッチ部25は、IDT電極15の中央などが好ましいことが窺える。なお、IDT電極15の電極指の本数が奇数のときは電極指ピッチが偶数個あるが、この場合はIDT電極15の中心に位置する電極指の両隣の電極指ピッチのうち少なくとも一方に広ピッチ部25があればよい。
なお、広ピッチ部25は、IDT電極15の中央に設けられると、IDT電極15内の対称性が高くなり、総合的にフィルタ特性が向上することが期待される。
<第3および第4実施例>
第2実施例では、IDT電極15が3個の場合について、種々の条件でシミュレーションを行い、広ピッチ部25による減衰の改善の効果等を確認した。しかし、IDT電極15が3個以外の場合においても、広ピッチ部25による減衰の改善の効果は、種々の条件下で奏される。具体的には、以下のとおりである。
図15は、IDT電極15が5個の場合(第3実施例)のシミュレーション結果を解析して得られる改善度を示すグラフである。また、図16は、IDT電極15が7個の場合(第4実施例)のシミュレーション結果を解析して得られる改善度を示すグラフである。図15(a)〜図15(i)、および、図16(a)〜図16(i)は、各図の上に示すように、「BAND1」〜「BAND9」に対応している。
各図において、横軸は、図11等と同様に広ピッチ部25の電極指ピッチの広さを示している。縦軸は、広ピッチ部25が設けられなかった場合の減衰量と広ピッチ部25が設けられた場合の減衰量との差の、減衰が確保されることが望まれる周波数帯域における最大値(改善の最大値Imax)を示している。プロットされた複数の線は、広ピッチ部25が中央のIDT電極15に設けられた場合、その両側のIDT電極15に設けられた場合、更にその両側のIDT電極15に設けられた場合等に対応している。なお、広ピッチ部25は、広ピッチ部25が設けられるIDT電極15の中央に設けられている。
これらの図から、概ね、広ピッチ部25がいずれのIDT電極15に設けられても、また、種々の広さの電極指ピッチで設けられても、減衰量の改善の効果が奏されることが確認される。
<第5実施例>
図7(a)および図7(b)に示した第2実施例と同様の構成のフィルタ209について、広ピッチ部25の設定を変えた4パターンの条件についてシミュレーション結果を行った。その結果、広ピッチ部は複数設けられてもよいことが確認されるなど、種々の知見が得られた。具体的には、以下のとおりである。
(基準となるシミュレーション条件)
図17は、基準となる電極指ピッチを示す、第2実施例における図7(b)および図7(c)と同様の図である。第5実施例の4パターンの電極指ピッチは、後述するように、基準となる電極指ピッチに対して広ピッチ部25に関する変更を行ったものとなる。なお、以下では、基準となる電極指ピッチを有するフィルタ209を比較例ということがある。
比較例のフィルタ209は、第2実施例と同様に、3つのIDT電極15を有し、IDT電極15は、主ピッチ部21および狭ピッチ部23を有している。また、第2実施例と同様に、比較例の主ピッチ部21の電極指ピッチは一定とされている(実際の電極指ピッチよりも単純化されている。)。ただし、狭ピッチ部23等における電極ピッチの具体的な大きさ等は、若干、第2実施例と相違する。また、比較例では、広ピッチ部25は設けられていない。
(評価方法)
第2実施例と同様に、UMTSの正規化された周波数(図8の「Nrml」)について、減衰量および挿入損失を解析する。ただし、減衰量を解析する周波数帯域については、図8の「BAND5」の「Tx」(824〜849MHz)を対象とする。図11において示されるように、BAND5は、減衰量の改善の傾向が典型的なものとなっていることからである。また、挿入損失を解析する周波数帯域は、図8の「BAND1」の「Rx」(869〜894MHz)を対象とする。正規化された「Rx」は、複数のBAND間において互いに概ね重複しており、いずれのBANDを選択してもよいと考えられる。
減衰量および挿入損失とも、上記の周波数帯における最大値を抽出し、比較例と4パターンの実施例とで比較するものとする。
(第1パターン)
図18は、第5実施例の第1パターンの電極指ピッチを示す、図17と同様のグラフである。実線L71は、図17において示した比較例の電極指ピッチを示しており、鎖線L73は、第1パターンの電極指ピッチを示している。
第1のパターンは、比較例において、両側のIDT電極15に広ピッチ部25を設けたものとなっている。両側の各IDT電極15において、広ピッチ部25は、2つ設けられている。具体的には、2つの広ピッチ部25は、各IDT電極15の中央と、3つのIDT電極15の外側となる端部に設けられている。2つの広ピッチ部25の電極指ピッチの大きさは互いに同一であり、また、主ピッチ部21の広ピッチ部25以外における電極指ピッチに対して15%大きく設定されている。各広ピッチ部25において、電極指ピッチの数は1つである。なお、IDT電極15において2つ設けられている広ピッチ部25のうち、一方が本発明の第1広ピッチ部の一態様であり、他方が第2広ピッチ部の一態様である。またIDT電極15において2つ設けられている広ピッチ部25のうち、一方の広ピッチ部25を構成する2本の電極指が本発明の第1電極指および第2電極指の一態様であり、他方の広ピッチ部25を構成する2本の電極指が本発明の第3電極指および第4電極指の一態様である。
図19は、第1パターンおよび比較例のシミュレーション結果を示す図9(a)と同様の図である。図20(a)は、図19の領域XXaの拡大図である。図20(b)は、図19の領域XXbの拡大図である。図19および図20において、実線L81は比較例のシミュレーション結果を示し、鎖線L83は第1パターンのシミュレーション結果を示している。また、マークM1は、挿入損失の解析対象の周波数帯域を示し、マークM2は、減衰量の解析対象の周波数帯域を示している。
これらの図に示されるように、第1パターンは、比較例に比較して、減衰特性が改善している一方で、挿入損失はあまり変化していない。解析対象の周波数帯域における減衰量の最大値(Imax)および挿入損失の最大値(Lmax)は、以下のようになる。
[比較例] Imax:−19.12dB、Lmax:3.1dB
[第1パターン] Imax:−23.85dB、Lmax:2.8dB
[改善量] Imax: 4.46dB、Lmax:0.3dB
(第2パターン)
図21は、第5実施例の第2パターンの電極指ピッチを示す、図17と同様のグラフである。実線L71は、図17において示した比較例の電極指ピッチを示しており、鎖線L75は、第2パターンの電極指ピッチを示している。
第2のパターンは、図18との比較から理解されるように、第1のパターンと、IDT電極15の中央の広ピッチ部25の電極指ピッチの大きさのみが異なっている。具体的には、外側の広ピッチ部25の電極指ピッチは、第1のパターンと同様に、他の電極指ピッチに対して15%大きく設定され、中央の広ピッチ部25の電極指ピッチは、他の電極指ピッチに対して10%大きく設定されている。すなわち、第2のパターンでは、IDT電極15は、大きさの異なる2つの広ピッチ部25を有している。
図22は、第2パターンおよび比較例のシミュレーション結果を示す図19と同様の図である。図23(a)は、図22の領域XXIIIaの拡大図である。図22(b)は、図22の領域XXIIIbの拡大図である。図22および図23において、実線L81は比較例のシミュレーション結果を示し、鎖線L85は第2パターンのシミュレーション結果を示している。
これらの図に示されるように、第2パターンは、比較例に比較して、減衰特性が改善している一方で、挿入損失はあまり変化していない。解析対象の周波数帯域における減衰量の最大値(Imax)および挿入損失の最大値(Lmax)は、以下のようになる。
[比較例] Imax:−19.12dB、Lmax:3.1dB
[第2パターン] Imax:−21.78dB、Lmax:2.8dB
[改善量] Imax: 2.66dB、Lmax:0.3dB
(第3パターン)
図24は、第5実施例の第3パターンの電極指ピッチを示す、図17と同様のグラフである。実線L71は、図17において示した比較例の電極指ピッチを示しており、鎖線L77は、第3パターンの電極指ピッチを示している。
第3のパターンは、第1および第2のパターンと同様に、両側の各IDT電極15に広ピッチ部25を設けたものとなっている。ただし、各IDT電極15において、広ピッチ部25は一つ設けられ、また、各広ピッチ部25の電極指ピッチの数は2つとされている。換言すれば、広ピッチ部25は、連続して並んだ3本の電極指からなる。これら3本の電極指のうち中央に位置する電極指が本発明の第5電極指の一態様であり、他の2本がそれぞれ本発明の第6電極指および第7電極指の一態様である。なお、各広ピッチ部25は、各IDT電極15の中央に配置されている。また、各広ピッチ部25の2つの電極指ピッチの大きさは互いに同一であり、他の電極指ピッチに対して10%の割合で大きく設定されている。
図25は、第3パターンおよび比較例のシミュレーション結果を示す図19と同様の図である。図25(a)は、図26の領域XXVIaの拡大図である。図26(b)は、図25の領域XXVIbの拡大図である。図25および図26において、実線L81は比較例のシミュレーション結果を示し、鎖線L87は第3パターンのシミュレーション結果を示している。
これらの図に示されるように、第3パターンは、比較例に比較して、減衰特性が改善している一方で、挿入損失はあまり変化していない。解析対象の周波数帯域における減衰量の最大値(Imax)および挿入損失の最大値(Lmax)は、以下のようになる。
[比較例] Imax:−19.12dB、Lmax:3.1dB
[第3パターン] Imax:−22.66dB、Lmax:3.1dB
[改善量] Imax: 3.54dB、Lmax:0.0dB
(第4パターン)
図27は、第5実施例の第4パターンの電極指ピッチを示す、図17と同様のグラフである。実線L71は、図17において示した比較例の電極指ピッチを示しており、鎖線L79は、第4パターンの電極指ピッチを示している。
第4のパターンは、第1〜第3のパターンと同様に、両側の各IDT電極15に広ピッチ部25を設けたものとなっている。ただし、各IDT電極15において、広ピッチ部25は3つ設けられており、また、各広ピッチ部25の電極指ピッチの数は1つである。なお、3つの広ピッチ部25は、各IDT電極15の中央および両側に配置されている。また、3つの広ピッチ部25の電極指ピッチの大きさは互いに同一であり、他の電極指ピッチに対して10%の割合で大きく設定されている。
図28は、第4パターンおよび比較例のシミュレーション結果を示す図19と同様の図である。図29(a)は、図28の領域XXIXaの拡大図である。図29(b)は、図25の領域XXIXbの拡大図である。図28および図29において、実線L81は比較例のシミュレーション結果を示し、鎖線L89は第4パターンのシミュレーション結果を示している。
これらの図に示されるように、第4パターンは、比較例に比較して、マークM2で示される周波数帯域全体としては、減衰量が大きくなっているものの、減衰量が小さい周波数帯域(820〜830MHz)が生じている。また、挿入損失は悪化している。解析対象の周波数帯域における減衰量の最大値(Imax)および挿入損失の最大値(Lmax)は、以下のようになる。
[比較例] Imax:−19.12dB、Lmax:3.1dB
[第4パターン] Imax:−15.52dB、Lmax:7.2dB
[改善量] Imax: −3.60dB、Lmax:−4.1dB
以上のように、1つのIDT電極15に広ピッチ部25の電極指ピッチが2つ設けられている場合(第1〜第3のパターン)においても、減衰特性の改善が見られた。すなわち、広ピッチ部25の電極指ピッチは、IDT電極15に2つ設けられてもよいことが確認された。
また、広ピッチ部25の2つの電極指ピッチは、その大きさが互いに同じであってもよいし(第1および第3のパターン)、互いに異なっていてもよい(第2のパターン)ことが確認された。
また、広ピッチ部25の2つの電極指ピッチは、互いに離間していてもよいし(第1および第2のパターン)、互いに隣接していてもよいこと(第3のパターン)が確認された。換言すれば、電極指ピッチの数が1つの広ピッチ部25が2つ設けられてもよいし、電極指ピッチの数が2つの広ピッチ部25が1つ設けられてもよいことが確認された。
広ピッチ部25の電極指ピッチは、3つ設けられていても、減衰量を大きくする効果は期待される(第4のパターン)。ただし、挿入損失の低減を考慮すると、広ピッチ部25の電極指ピッチの数は、1つまたは2つが好ましい。
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
弾性表面波装置は、縦接続された複数の弾性波フィルタを有するものであってもよい。弾性表面波フィルタの入力信号または出力信号は、平衡信号および不平衡信号のいずれであってもよい。IDT電極の数は、奇数に限定されず、偶数であってもよい。
広ピッチ部における電極指ピッチの数は、1または2に限定されない。広ピッチ部の両側に隣接し、電極指ピッチが一定の第1ピッチ部および第2ピッチ部それぞれよりも、電極指ピッチの数が少なければよい。換言すれば、第1ピッチ部および第2ピッチ部のそれぞれを構成する電極指の本数よりも、広ピッチ部を構成する電極指の本数が少なければよい。この場合、広ピッチ部は、フィルタ特性に対して支配的な第1ピッチ部および第2ピッチ部とは設計的観点から明確に区別される。例えば、広ピッチ部における電極指ピッチの数は、3であってもよい。また、広ピッチ部に2以上の電極指ピッチが設けられる場合において、これらの電極指ピッチの大きさは互いに同一のものに限定されず、互いに異なっていてもよい。
1つのIDT電極に設けられる広ピッチ部の数は、1〜3に限定されず、4以上であってもよい。ただし、第5実施例において示したように、広ピッチ部の電極指ピッチの数が多くなると挿入損失が大きくなるので、1つのIDT電極内における広ピッチ部の電極指ピッチの総和が2以下となるように、広ピッチ部の数および各広ピッチ部における電極指ピッチの数が設定されることが好ましい。
広ピッチ部の位置および電極指ピッチの広さは、適宜に設定されてよい。これらの具体的な値については、通過帯域の周波数、減衰が期待される周波数、期待される減衰量、IDTの数、共振子の特性などに応じて、適宜に設計されてよい。
1…弾性表面波装置、3…基板、9…弾性表面波フィルタ、15…IDT電極、19f…電極指、25…広ピッチ部、29A…第1ピッチ部、29B…第2ピッチ部。

Claims (8)

  1. 圧電基板と、
    前記圧電基板に設けられ、弾性表面波の伝搬方向に沿って配列されている複数のIDT電極を有する弾性表面波フィルタと、を備え、
    前記複数のIDT電極のそれぞれは、それぞれが前記伝搬方向に直交する方向に延び且つ互いに前記伝搬方向に沿って所定の間隔を隔てて配列されている電極指群を有し、
    前記複数のIDT電極に含まれる第1IDT電極は、前記電極指群のうち隣接する第1、第2電極指を含む第1広ピッチ部を有し、前記第1電極指と前記第2電極指との間隔は、前記電極指群のうち残りの電極指の各間隔の平均値よりも大きい
    弾性表面波装置。
  2. 前記第1IDT電極は、
    前記電極指群のうち間隔が一定の複数の電極指を有し、該複数の電極指の一つが前記第1広ピッチ部の前記第1電極指と隣接している第1ピッチ部と、
    前記電極指群のうち間隔が一定の複数の電極指を有し、該複数の電極指の一つが前記第1広ピッチ部の前記第2電極指と隣接している第2ピッチ部と、をさらに有し、
    前記第1ピッチ部の前記間隔と前記第2ピッチ部の前記間隔とが同一である
    請求項1に記載の弾性表面波装置。
  3. 前記第1IDT電極は、その中央に前記第1広ピッチ部を有している
    請求項1または2に記載の弾性表面波装置。
  4. 前記第1IDT電極は、前記複数のIDT電極のうち、一方端に位置するIDT電極である
    請求項1〜3のいずれか1項に記載の弾性表面波装置。
  5. 前記第1電極指と前記第2電極指との間隔は、前記電極指群のうち残りの電極指の各間隔の平均値よりも4%〜30%大きい
    請求項1〜4のいずれか1項に記載の弾性表面波装置。
  6. 前記第1IDT電極は、前記電極指群のうち隣接する第3、第4電極指を含む第2広ピッチ部をさらに有し、
    前記第3電極指と前記第4電極指との間隔は、前記電極指群のうち前記第1〜第4電極指を除いた残りの電極指の各間隔の平均値よりも大きい
    請求項1〜5に記載の弾性表面波装置。
  7. 圧電基板と、
    前記圧電基板に設けられ、弾性表面波の伝搬方向に沿って配列されている複数のIDT電極を有する弾性表面波フィルタと、を備え、
    前記複数のIDT電極のそれぞれは、それぞれが前記伝搬方向に直交する方向に延び且つ互いに前記伝搬方向に沿って所定の間隔を隔てて配列されている電極指群を有し、
    前記複数のIDT電極の少なくとも1つは、前記電極指群のうちの1つである第5電極指と該第5電極指の両側に隣接する第6、第7の電極指とを含む広ピッチ部を有し、前記第5電極指と前記第6電極指との間隔および前記第5電極指と前記第7電極指との間隔は、前記電極指群のうち残りの電極指の各間隔の平均値よりも大きい
    弾性表面波装置。
  8. 前記複数のIDT電極は、3以上の奇数個のIDT電極を有し、
    前記弾性表面波フィルタは、縦結合ダブルモード型の弾性表面波フィルタである
    請求項1〜7のいずれか1項に記載の弾性表面波装置。
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