JPWO2012108255A1 - ラダー型フィルタ装置及び弾性波共振子 - Google Patents

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Abstract

通過帯域の低域側部分における挿入損失が小さいラダー型フィルタ装置を提供する。直列腕共振子のＩＤＴ電極におけるアポダイズ角度θが２°〜１４°の範囲内にある。

Description

本発明は、ラダー型フィルタ装置及び弾性波共振子に関する。
従来、例えば携帯電話機のＲＦ回路の帯域フィルタなどとして、ラダー型フィルタ装置が用いられている。そのようなラダー型フィルタ装置の一例として、例えば下記の特許文献１には、アポダイズ重み付けされた弾性表面波共振子により並列腕共振子を構成し、正規型の弾性表面波共振子により直列腕共振子を構成したラダー型フィルタ装置が記載されている。特許文献１には、上記構成のラダー型フィルタ装置によれば、通過帯域内のリップルを抑圧できる旨が記載されている。
特開平９−２４６９１１号公報
しかしながら、特許文献１に記載のラダー型フィルタ装置では、通過帯域の低域側部分における挿入損失を十分に小さくできないという問題がある。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、通過帯域の低域側部分における挿入損失が小さいラダー型フィルタ装置を提供することにある。
本発明に係るラダー型フィルタ装置は、第１及び第２の信号端子と、直列腕と、複数の直列腕共振子と、並列腕と、並列腕共振子とを備えている。直列腕は、第１及び第２の信号端子を接続している。複数の直列腕共振子は、直列腕において直列に接続されている。並列腕は、直列腕とグラウンド電位とを接続している。並列腕共振子は、並列腕に設けられている。直列腕共振子は、圧電基板と、圧電基板の上に形成されたＩＤＴ電極とを有する弾性波共振子により構成されている。ＩＤＴ電極は、互いに間挿し合う第１及び第２のくし歯状電極を有する。第１及び第２のくし歯状電極の各々は、バスバーとバスバーに接続されている複数の電極指を含む。第１及び第２のくし歯状電極のそれぞれにおいて、複数の電極指の先端を結んでなる包絡線と弾性波伝搬方向とのなす角の大きさであるアポダイズ角度が２°〜１４°の範囲内にある。
本発明に係るラダー型フィルタ装置のある特定の局面では、並列腕共振子は、圧電基板と、圧電基板の上に形成されたＩＤＴ電極とを有する弾性波共振子により構成されている。並列腕共振子のＩＤＴ電極は、互いに間挿し合う第３及び第４のくし歯状電極を有する。第３及び第４のくし歯状電極の各々は、バスバーとバスバーに接続されている複数の電極指を含む。直列腕共振子のアポダイズ角度は、並列腕共振子のアポダイズ角度よりも小さい。この構成では、並列腕共振子の反共振周波数のインピーダンスが大きくなるため、フィルタの挿入損失を小さくできる。
本発明に係る弾性波共振子は、圧電基板と、圧電基板の上に形成されたＩＤＴ電極とを有する弾性波共振子である。ＩＤＴ電極は、互いに間挿し合う第１及び第２のくし歯状電極を有する。第１及び第２のくし歯状電極の各々は、バスバーとバスバーに接続されている複数の電極指を含む。第１及び第２のくし歯状電極のそれぞれにおいて、複数の電極指の先端を結んでなる包絡線と弾性波伝搬方向とのなす角の大きさであるアポダイズ角度が２°〜１４°の範囲内にある。
本発明に係るラダー型フィルタ装置では、直列腕共振子におけるアポダイズ角度が２°〜１４°の範囲内にある。従って、通過帯域の低域側部分における挿入損失を小さくできる。
本発明に係る弾性波共振子では、アポダイズ角度が２°〜１４°の範囲内にある。このため、共振周波数付近におけるリターンロスを小さくすることができる。従って、本発明に係る弾性波共振子を直列腕共振子として用いることにより、通過帯域の低域側部分における挿入損失が小さなラダー型フィルタ装置を実現することができる。
図１は、本発明を実施した一実施形態に係るラダー型フィルタ装置の略図的回路図である。 図２は、本発明を実施した一実施形態における弾性表面波共振子の略図的平面図である。 図３は、変形例における弾性表面波共振子の略図的平面図である。 図４は、実施例１に係るラダー型フィルタ装置の挿入損失と、比較例に係るラダー型フィルタ装置の挿入損失とを表すグラフである。 図５は、実施例２に係るラダー型フィルタ装置の挿入損失と、比較例に係るラダー型フィルタ装置の挿入損失とを表すグラフである。 図６は、アポダイズ角度と弾性表面波共振子のリターンロスとの関係を表すグラフである。 図７は、種々のアポダイズ角度の１ポート型弾性表面波共振子のリターンロスを示す図である。
以下、本発明を実施した好ましい形態について、図１に示すラダー型フィルタ装置１を例に挙げて説明する。但し、ラダー型フィルタ装置１は、単なる例示である。本発明は、ラダー型フィルタ装置１に何ら限定されない。
図１は、本実施形態に係るラダー型フィルタ装置の略図的回路図である。図１に示すように、ラダー型フィルタ装置１は、第１及び第２の信号端子１１，１２を有する。第１及び第２の信号端子１１，１２は、直列腕１３によって接続されている。直列腕１３においては、複数の直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２−１，Ｓ２−２，Ｓ３が直列に接続されている。
直列腕１３とグラウンド電位との間には、複数の並列腕１４〜１６が接続されている。並列腕１４〜１６のそれぞれには、並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ３が設けられている。
直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２−１，Ｓ２−２，Ｓ３及び並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ３のそれぞれは、１または複数の弾性表面波共振子により構成されている。この直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２−１，Ｓ２−２，Ｓ３及び並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ３を構成している弾性表面波共振子２０の略図的平面図を図２に示す。
図２に示すように、本実施形態の弾性表面波共振子２０は、アポダイズ重み付けが施された弾性表面波共振子である。具体的には、弾性表面波共振子２０は、圧電基板２１と、ＩＤＴ電極２２とを有する。圧電基板２１は、例えば、ＬｉＮｂＯ３基板やＬｉＴａＯ３基板、水晶基板などにより構成することができる。
ＩＤＴ電極２２は、圧電基板２１の上に形成されている。ＩＤＴ電極２２は、Ａｌ，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｒ及びＰｄからなる群から選ばれた金属、もしくは、Ａｌ，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｒ及びＰｄからなる群から選ばれた一種以上の金属を含む合金などにより形成することができる。また、ＩＤＴ電極２２は、例えば、上記金属や合金から形成された複数の導電層の積層体により構成されていてもよい。なお、圧電基板２１の表面上において、ＩＤＴ電極２２の弾性表面波伝搬方向ｘの両側に一対の反射器を設けてもよい。
ＩＤＴ電極２２は、互いに間挿し合う一対のくし歯状電極２３，２４を有する。くし歯状電極２３，２４のそれぞれは、バスバー２３ａ、２４ａと、複数の電極指２３ｂ、２４ｂと、複数のダミー電極２３ｃ、２４ｃとを有する。電極指２３ｂ、２４ｂは、バスバー２３ａ、２４ａに接続されている。電極指２３ｂ、２４ｂは、バスバー２３ａ、２４ａから弾性表面波伝搬方向ｘに垂直な交差幅方向ｙに沿って延びている。電極指２３ｂ、２４ｂは、弾性表面波伝搬方向ｘに沿って交互に設けられている。ダミー電極２３ｃ、２４ｃは、バスバー２３ａ、２４ａに接続されている。ダミー電極２３ｃ、２４ｃは、交差幅方向ｙに沿って延びている。ダミー電極２３ｃ、２４ｃの先端は、電極指２４ｂ、２３ｂの先端と交差幅方向ｙにおいて対向している。
本実施形態では、ＩＤＴ電極２２には、アポダイズ重み付けが施されている。具体的には、複数の電極指２３ｂの先端を結んでなる第１の包絡線Ｌ１と、複数の電極指２４ｂの先端を結んでなる第２の包絡線Ｌ２とのそれぞれと、弾性表面波伝搬方向ｘとのなす角の大きさであるアポダイズ角度θが０°よりも大きい。具体的には、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２−１，Ｓ２−２，Ｓ３においては、アポダイズ角度θは、２°〜１４°の範囲内とされている。並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ３におけるアポダイズ角度θは、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２−１，Ｓ２−２，Ｓ３におけるアポダイズ角度θよりも小さい。もっとも、本発明においては、並列腕共振子のＩＤＴ電極には、アポダイズ重み付けが施されていなくてもよい。並列腕共振子のＩＤＴ電極は、例えば正規型のＩＤＴ電極であってもよい。
なお、本実施形態では、ＩＤＴ電極２２は、電極指２３ｂ、２４ｂの交差幅が最大となる極大点が１つ形成されているものであるが、例えば、図３に示すように、電極指２３ｂ、２４ｂの交差幅が最大となる極大点が複数形成されているものであってもよい。
以上説明したように、本実施形態では、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２−１，Ｓ２−２，Ｓ３３におけるアポダイズ角度θが２°〜１４°の範囲内とされている。このため、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２−１，Ｓ２−２，Ｓ３のリターンロスを低減することができる。その結果、通過帯域の低域側部分における挿入損失を低減することができる。なお、この効果は、複数の直列腕共振子のうちの少なくともひとつにおいてアポダイズ角度θが２°〜１４°であれば得られる効果である。このため、本発明においては、複数の直列腕共振子のすべてにおいてアポダイズ角度θが２°〜１４°である必要は必ずしもなく、一部の直列腕共振子においてアポダイズ角度θが２°〜１４°であってもよい。
以下、この効果について、具体例に基づいて説明する。
まず、実施例１として、上記実施形態に係るラダー型フィルタ装置１と実質的に同様の構成を有するラダー型フィルタ装置を下記の設計パラメータで作製し、挿入損失を測定した。結果を図４に示す。また、比較例として、下記の表２に示すように、アポダイズ角度が実施例とは異なるラダー型フィルタ装置を作製し、挿入損失を測定した。結果を図４に示す。
（実施例１の設計パラメータ）
圧電基板：カット角が１２７．５°のＬｉＮｂＯ３基板
電極構成：圧電基板側から、ＮｉＣｒ膜（厚み１０ｎｍ）、Ｐｔ膜（厚み３３．３ｎｍ）、Ｔｉ膜（厚み１０ｎｍ）、ＡｌＣｕ膜（厚み１３０ｎｍ）、Ｔｉ膜（厚み１０ｎｍ）
圧電基板の上に、厚み６２３ｎｍのＳｉＯ２膜を形成し、ＳｉＯ２膜の上に厚み２０ｎｍのＳｉＮ膜を形成した。
Figure 2012108255
（比較例の設計パラメータ）
圧電基板：カット角が１２７．５°のＬｉＮｂＯ３基板
電極構成：圧電基板側から、ＮｉＣｒ膜（厚み１０ｎｍ）、Ｐｔ膜（厚み３３．３ｎｍ）、Ｔｉ膜（厚み１０ｎｍ）、ＡｌＣｕ膜（厚み１３０ｎｍ）、Ｔｉ膜（厚み１０ｎｍ）
圧電基板の上に、厚み６２３ｎｍのＳｉＯ２膜を形成し、ＳｉＯ２膜の上に厚み２０ｎｍのＳｉＮ膜を形成した。
Figure 2012108255
なお、「縦横比」とは、ＩＤＴ電極の弾性波伝搬方向に沿った寸法に対する交差幅方向に沿った寸法の比である。
図４に示すように、直列腕共振子におけるアポダイズ角度θが１４°よりも大きな比較例では、通過帯域の低域側部分における挿入損失が大きかった。それに対して、直列腕共振子におけるアポダイズ角度θが２°〜１４°の範囲内にある実施例１では、通過帯域の低域側部分における挿入損失が小さかった。
次に、実施例２として、直列腕共振子Ｓ３のアポダイズ角度θのみを２°〜１４°の範囲内にまで小さくしたことのみは上記比較例と同様の構成を有するラダー型フィルタ装置を作製し、挿入損失を測定した。結果を、図５に示す。
図５に示す結果から、直列腕共振子Ｓ３のアポダイズ角度θのみを２°〜１４°の範囲内にまで小さくした場合であっても、通過帯域の低域側部分における挿入損失を小さくできることが分かる。
以上の結果から、直列腕共振子におけるアポダイズ角度θを２°〜１４°の範囲内とすることにより、通過帯域の低域側部分における挿入損失を低減できることが分かる。
次に、下記の条件（１）〜（３）の弾性表面波共振子を、アポダイズ角度θを変化させて種々作製し、リターンロスを測定した。結果を図６に示す。図６に示す結果から、アポダイズ角度θを１４°以下とすることでリターンロスを小さくできることが分かる。
条件（１）：
圧電基板：カット角が１２７．５°のＬｉＮｂＯ３基板
電極構成：圧電基板側から、ＮｉＣｒ膜（厚み１０ｎｍ）、Ｐｔ膜（厚み３３．３ｎｍ）、Ｔｉ膜（厚み１０ｎｍ）、ＡｌＣｕ膜（厚み１３０ｎｍ）、Ｔｉ膜（厚み１０ｎｍ）
圧電基板の上に、厚み６２３ｎｍのＳｉＯ２膜を形成し、ＳｉＯ２膜の上に厚み２０ｎｍのＳｉＮ膜を形成した。
交差幅極大値の数：２つ
アポダイズ比：０．９
対数：１６８
交差幅：３０．２９
縦横比：０．１０
反射器における電極指の本数：２０本
波長（λ）：１．８９３０ｎｍ
条件（２）：
圧電基板：カット角が１２７．５°のＬｉＮｂＯ３基板
電極構成：圧電基板側から、ＮｉＣｒ膜（厚み１０ｎｍ）、Ｐｔ膜（厚み３３．３ｎｍ）、Ｔｉ膜（厚み１０ｎｍ）、ＡｌＣｕ膜（厚み１３０ｎｍ）、Ｔｉ膜（厚み１０ｎｍ）
圧電基板の上に、厚み６２３ｎｍのＳｉＯ２膜を形成し、ＳｉＯ２膜の上に厚み２０ｎｍのＳｉＮ膜を形成した。
交差幅極大値の数：２つ
アポダイズ比：０．７
対数：１６８
交差幅：３０．２９
縦横比：０．１０
反射器における電極指の本数：２０本
波長（λ）：１．８９３０ｎｍ
条件（３）：
圧電基板：カット角が１２７．５°のＬｉＮｂＯ３基板
電極構成：圧電基板側から、ＮｉＣｒ膜（厚み１０ｎｍ）、Ｐｔ膜（厚み３３．３ｎｍ）、Ｔｉ膜（厚み１０ｎｍ）、ＡｌＣｕ膜（厚み１３０ｎｍ）、Ｔｉ膜（厚み１０ｎｍ）
圧電基板の上に、厚み６２３ｎｍのＳｉＯ２膜を形成し、ＳｉＯ２膜の上に厚み２０ｎｍのＳｉＮ膜を形成した。
交差幅極大値の数：１つ
アポダイズ比：０．９
対数：１６８
交差幅：３０．２９
縦横比：０．１０
反射器における電極指の本数：２０本
波長（λ）：１．８９３０ｎｍ
なお、本実施形態では、本発明を実施したラダー型フィルタ装置の一例として、弾性表面波共振子を並列腕共振子や直列腕共振子として用いたラダー型フィルタ装置を例に挙げて説明した。但し、本発明に係るラダー型フィルタ装置は、これに限定されない。本発明に係るラダー型フィルタ装置においては、直列腕共振子や並列腕共振子は、弾性境界波共振子であってもよい。また、本発明に係る弾性波共振子は、弾性表面波共振子であってもよいし、弾性境界波共振子であってもよい。
図７は、種々のアポダイズ角度の１ポート型弾性表面波共振子のリターンロスを示す図である。図７において、θ＝６°で示すグラフは、アポダイズ角度が６°である場合のリターンロスを示している。θ＝１０°で示すグラフは、アポダイズ角度が１０°である場合のリターンロスを示している。θ＝１４°で示すグラフは、アポダイズ角度が１４°である場合のリターンロスを示している。θ＝１７°で示すグラフは、アポダイズ角度が１７°である場合のリターンロスを示している。θ＝２７°で示すグラフは、アポダイズ角度が２７°である場合のリターンロスを示している。θ＝３５°で示すグラフは、アポダイズ角度が３５°である場合のリターンロスを示している。
図７に示す結果から、アポダイズ角度が大きすぎると、共振周波数近傍であり、ラダー型フィルタ装置の通過帯域が属する１８００ＭＨｚ〜１９００ＭＨｚの周波数帯において、リターンロスが周期的に増減を繰り返すことが理解される。このリターンロスの周期的な増減が、ラダー型フィルタ装置の通過帯域の低域側部分における挿入損失増大の一因であると考えられる。そして、アポダイズ角度を所定の範囲内にすることによって、１８００ＭＨｚ〜１９００ＭＨｚの周波数帯におけるリターンロスの周期的な増減を小さくできることが分かる。これにより、直列腕共振子におけるアポダイズ角度を好適な範囲とすることにより、ラダー型フィルタ装置の通過帯域の低域側部分における挿入損失を提言できるものと考えられる。
なお、アポダイズ角度が大きすぎると、１８００ＭＨｚ〜１９００ＭＨｚの周波数帯において、リターンロスが周期的に増減を繰り返すことは、本発明者らによって初めて見出されたことである。
１…ラダー型フィルタ装置
１１…第１の信号端子
１２…第２の信号端子
１３…直列腕
１４〜１６…並列腕
２０…弾性表面波共振子
２１…圧電基板
２２…ＩＤＴ電極
２３，２４…くし歯状電極
２３ａ、２４ａ…バスバー
２３ｂ、２４ｂ…電極指
２３ｃ、２４ｃ…ダミー電極
Ｐ１〜Ｐ３…並列腕共振子
Ｓ１，Ｓ２−１，Ｓ２−２，Ｓ３…直列腕共振子
Ｌ１…第１の包絡線
Ｌ２…第２の包絡線

Claims (3)

  1. 第１及び第２の信号端子と、
    前記第１及び第２の信号端子を接続する直列腕と、
    前記直列腕において直列に接続されている複数の直列腕共振子と、
    前記直列腕とグラウンド電位とを接続している並列腕と、
    前記並列腕に設けられた並列腕共振子と、
    を備え、
    前記直列腕共振子は、圧電基板と、前記圧電基板の上に形成されたＩＤＴ電極とを有する弾性波共振子により構成されており、
    前記ＩＤＴ電極は、各々、バスバーと前記バスバーに接続されている複数の電極指を含み、互いに間挿し合う第１及び第２のくし歯状電極を有し、
    前記第１及び第２のくし歯状電極のそれぞれにおいて、前記複数の電極指の先端を結んでなる包絡線と弾性波伝搬方向とのなす角の大きさであるアポダイズ角度が２°〜１４°の範囲内にある、ラダー型フィルタ装置。
  2. 前記並列腕共振子は、圧電基板と、前記圧電基板の上に形成されたＩＤＴ電極とを有する弾性波共振子により構成されており、
    前記並列腕共振子の前記ＩＤＴ電極は、各々、バスバーと前記バスバーに接続されている複数の電極指を含み、互いに間挿し合う第３及び第４のくし歯状電極を有し、
    前記直列腕共振子のアポダイズ角度は、前記並列腕共振子のアポダイズ角度よりも小さい、請求項１に記載のラダー型フィルタ装置。
  3. 圧電基板と、前記圧電基板の上に形成されたＩＤＴ電極とを有する弾性波共振子であって、
    前記ＩＤＴ電極は、各々、バスバーと前記バスバーに接続されている複数の電極指を含み、互いに間挿し合う第１及び第２のくし歯状電極を有し、
    前記第１及び第２のくし歯状電極のそれぞれにおいて、前記複数の電極指の先端を結んでなる包絡線と弾性波伝搬方向とのなす角の大きさであるアポダイズ角度が２°〜１４°の範囲内にある、弾性波共振子。
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