JPWO2012176455A1 - ラダー型弾性波フィルタ及びこれを用いたアンテナ共用器 - Google Patents
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Abstract
本発明のラダー型弾性波フィルタは、複数の直列共振器のうち最も低い共振周波数を有する第１の直列共振器と、第１の直列共振器の共振周波数より高い共振周波数を有する第２の直列共振器とを含むラダー型弾性波フィルタであって、第１の直列共振器の形成領域における誘電体膜の膜厚は第２の直列共振器の形成領域における誘電体膜の膜厚より厚い構成である。上記構成により、第１の直列共振器の特性の周波数温度依存性が第２の直列共振器の特性の周波数温度依存性より小さくなる。その結果、第１の直列共振器の特性の周波数変動量が抑制される。
Description
本発明は、ラダー型弾性波フィルタ及びこれを用いたアンテナ共用器に関する。
図１０に示すように、従来のラダー型弾性波フィルタ１０１は、圧電基板１２０と、圧電基板１２０上に形成されて直列共振器のうち最も低い共振周波数を有する第１の直列共振器１０３と、圧電基板１２０上に形成されて第１の直列共振器１０３を覆うように形成された誘電体膜１０６とを備えている。さらに、圧電基板１２０上に形成されて第１の直列共振器より高い共振周波数を有する第２の直列共振器１０５と、圧電基板１２０上に第２の直列共振器１０５を覆うように形成された誘電体膜１０７とを備えている。
この構成において、誘電体膜１０６の膜厚Ｈａと誘電体膜１０７の膜厚Ｈｂは等しい。
なお、この技術に関する先行技術文献としては、例えば、特許文献１が知られている。
従来のラダー型弾性波フィルタ１０１において、第１の直列共振器１０３は、直列共振器のうち最も低い共振周波数を有する直列共振器であるために、ラダー型弾性波フィルタ１０１の通過帯域の高周波側カットオフ周波数近傍での第１の直列共振器１０３の消費電力が他の直列共振器１０５の消費電力と比較して大きくなる。このため、第１の直列共振器１０３における発熱量が大きくなり、第１の直列共振器１０３の周波数温度依存性（ＴＣＦ：Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）に起因する特性の周波数変動量が第２の直列共振器１０５の特性の周波数変動量と比較して大きくなる。その結果、ラダー型弾性波フィルタ１０１の通過特性が劣化するという課題があった。
そこで、本発明は、ラダー型弾性波フィルタの通過特性の劣化を抑制することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明のラダー型弾性波フィルタは、複数の直列共振器のうち最も低い共振周波数を有する第１の直列共振器と、第１の直列共振器の共振周波数より高い共振周波数を有する第２の直列共振器とを含むラダー型弾性波フィルタであって、第１の直列共振器の形成領域における誘電体膜の膜厚は第２の直列共振器の形成領域における誘電体膜の膜厚より厚い構成である。
上記構成により、第１の直列共振器の特性の周波数温度依存性が第２の直列共振器の特性の周波数温度依存性より小さくなる。その結果、たとえ第１の直列共振器の消費電力が第２の直列共振器の消費電力と比較して大きくなり発熱量が大きくなっても、第１の直列共振器の特性の周波数変動量が抑制される。これにより、ラダー型弾性波フィルタの通過特性の劣化を抑制することができる。
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１のラダー型弾性波フィルタ１について図面を参照しながら説明する。
以下、本発明の実施の形態１のラダー型弾性波フィルタ１について図面を参照しながら説明する。
図１は、実施の形態１のラダー型弾性波フィルタ１における一実施の形態の回路ブロック図である。図１において、ラダー型弾性波フィルタ１は、例えば、入力端子１１と出力端子１２との間に、入力端子１１側から順に接続された直列共振器２、３、４、５を備える。さらに、ラダー型弾性波フィルタ１は、直列共振器２、３の接続部分とグランド端子１３との間に接続された並列共振器８と、直列共振器３、４の接続部分とグランド端子１３との間に接続された並列共振器９と、直列共振器４、５の接続部分とグランド端子１３との間に接続された並列共振器１０とを備える。
尚、（表１）は、各直列共振器２、３、４、５の（１）共振器の分割数（段数）、（２）ＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）の電極指ピッチ（これは主要弾性波の波長λの１／２とする）、（３）ＩＤＴ電極指本数、（４）ＩＤＴを挟む反射器の本数、（５）ＩＤＴ電極指交差幅、（６）デューティ（電極幅／ピッチ）の一実施の形態を示す。
図２は、各直列共振器２、３、４、５のアドミタンス特性を示す。縦軸はアドミタンス（ｄＢ）、横軸は周波数（ＭＨｚ）である。図２に示すように、各直列共振器２、３、４、５の共振周波数のうち、直列共振器３の共振周波数が最も低く、次に直列共振器５の共振周波数が２番目に低い。次いで、直列共振器２の共振周波数が低く、直列共振器４の共振周波数が各直列共振器の共振周波数のうち最も高い。すなわち、本実施の形態では、直列共振器３が第１の直列共振器である。また、本実施の形態では、直列共振器２，４，５のうち直列共振器４を第２の直列共振器として説明するが、第２の直列共振器は直列共振器２または直列共振器５であっても良い。
また、図３は、各直列共振器２、３、４、５のうち最も低い共振周波数を有する第１の直列共振器３と、この第１の直列共振器３の共振周波数より高い共振周波数を有する第２の直列共振器４を含むラダー型弾性波フィルタ１の断面模式図である。図３において、ラダー型弾性波フィルタ１は、圧電基板７と、圧電基板７上に形成された複数の直列共振器２、３、４、５、並列共振器８、９、１０（直列共振器２、５、並列共振器８、９、１０は図示せず）と、直列共振器２、３、４、５、並列共振器８、９、１０のうちの少なくとも第１の直列共振器３に付着されて圧電基板７の周波数温度依存性と逆の周波数温度依存性を有する誘電体膜６を備える。さらに、第１の直列共振器３の形成領域（少なくとも第１の直列共振器３を覆う領域）における誘電体膜６の膜厚Ｈａは第２の直列共振器４の形成領域（少なくとも第２の直列共振器４を覆う領域）における誘電体膜６の膜厚Ｈｂより厚い構成である。また、第２の直列共振器４の形成領域における誘電体膜６の膜厚Ｈｂはゼロでも良い。なお、本明細書における誘電体膜６の膜厚とは、共振器形成領域において電極指と電極指との間の電極指非形成領域における圧電基板７の上面と誘電体膜６の上面との間の距離を指す。
図４は、各直列共振器の通過特性（信号通過ロス）とラダー型弾性波フィルタ１の通過特性を示す。図４に示す様に、例えば、１９１０ＭＨｚでの第１の直列共振器３での通過ロスは約−２．８ｄＢであるのに対し、第２の直列共振器４での信号通過ロスは約−０．２ｄＢである。これは、第１の直列共振器３の共振周波数が第２の直列共振器４の共振周波数より低く、１９１０ＭＨｚにおけるインピーダンスが第２の直列共振器４と比較して第１の直列共振器３において大きくなるためである。従って、ラダー型弾性波フィルタ１の通過帯域の高周波側カットオフ周波数近傍での第１の直列共振器３の消費電力は他の第２の直列共振器４の消費電力と比較して大きくなる。
そこで、図３に示すように、第１の直列共振器３の形成領域における誘電体膜６の膜厚Ｈａが第２の直列共振器４の形成領域における誘電体膜６の膜厚Ｈｂより厚い構成とすることで、第１の直列共振器３の特性の周波数温度依存性が第２の直列共振器４の特性の周波数温度依存性より小さくなる。その結果、たとえ第１の直列共振器３の消費電力が他の第２の直列共振器４の消費電力と比較して大きくなり発熱量が大きくなっても、第１の直列共振器３の特性の周波数変動量が抑制される。これにより、ラダー型弾性波フィルタ１の通過特性の劣化を抑制することができる。
以下、本実施の形態１のラダー型弾性波フィルタ１の各構成について詳述する。
圧電基板７は、本実施の形態では、圧電基板７のカット角φ、θと伝搬角ψがオイラー角（φ、θ、ψ）表記で、−１０°≦φ≦１０°、３３°≦θ≦４３°、−１０°≦ψ≦１０°のニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）系基板を用いているが、例えば、水晶、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）系、又はニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ3）系、他のオイラー角のニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）系の基板又は薄膜など他の圧電単結晶媒質であっても構わない。
なお、圧電基板７に、オイラー角表示（φ，θ，ψ）において−１００°≦θ≦−６０°の範囲のニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）系基板を用いる場合、この基板は下記の範囲のオイラー角であることが望ましい。即ち、国際公開２０１１／０５２２１８号パンフレットにも記載のように、このニオブ酸リチウムからなる圧電基板７のオイラー角（φ，θ，ψ）は、−１００°≦θ≦−６０°、１．１９３φ−２°≦ψ≦１．１９３φ＋２°、ψ≦−２φ−３°，−２φ＋３°≦ψを満たすことが望ましい。このオイラー角にすることで、レイリー波による不要スプリアスの発生を抑制しながら速い横波が発生する周波数帯付近における不要スプリアスを抑制することができる。
共振器２、３、４、５、８、９、１０は、圧電基板７の上方からみて１組の櫛形形状のＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）がかみ合うように配置されると共に、このＩＤＴの両端に反射器が設けられた構成である。本実施の形態では、共振器２、３、４、５、８、９、１０は、圧電基板７側から順に、膜厚０．０４λのモリブデンを主成分とする第１電極層と、第１電極層の上に設けられた膜厚０．０８λのアルミニウムを主成分とする第２電極層とを有する。ただ、共振器２、３、４、５、８、９、１０は、他の金属でも良く、例えば、アルミニウム、銅、銀、金、チタン、タングステン、白金、若しくはクロムからなる単体金属、又はこれらを主成分とする合金又はそれらの金属が積層された構成であっても良い。また、圧電基板７と第１電極層との間、あるいは第１電極層と第２電極層との間に、チタンあるいはチタンナイトライドを挟んだ３層もしくは４層電極構成としても良い。このような構成とすることにより電極の配向性が向上しマイグレーションによる劣化を抑制することができる。
誘電体膜６は、圧電基板７の周波数温度依存性と逆の周波数温度依存性を有する薄膜であり、例えば、酸化珪素（ＳｉＯ2）からなる。また、図３では、誘電体膜６が共振器３、４のＩＤＴ電極指を覆った構成を示したが、図５に示すように、誘電体膜６が第１の直列共振器３のＩＤＴ電極指間または第２の直列共振器４のＩＤＴ電極指間に設けられることで第２の直列共振器４のＩＤＴ電極指の上面が誘電体膜６から露出している構成であっても良い。また、第１の直列共振器３のＩＤＴ電極指の上面が誘電体膜６から露出し、第２の直列共振器４のＩＤＴ電極指の上面が誘電体膜６で覆われていても良い。このような場合においても、本明細書における誘電体膜６の膜厚とは、共振器において電極指と電極指との間の電極指非形成領域における圧電基板７の上面と誘電体膜６の上面との間の距離ＨａまたはＨｂを指す。
さらに、図３では誘電体膜６の上面が平坦な状態を示したが、誘電体膜６の上面は平坦でなくとも良い。例えば、図６に示すように直列共振器３、４のＩＤＴ電極指の上方における誘電体膜６の上面に突起２０が設けられていても良い。この場合も、本明細書における誘電体膜６の膜厚とは、共振器において電極指と電極指との間の電極指非形成領域における圧電基板７の上面と誘電体膜６の上面との間の距離Ｈａ或いはＨｂを指す。
また、圧電基板７がニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）系基板で誘電体膜６が酸化珪素からなる場合、直列共振器２、３、４、５、並列共振器８、９、１０の周波数温度依存性の抑制と電気機械結合係数の確保の両者の観点から、第１の直列共振器３の形成領域における誘電体膜６の膜厚Ｈａは、０．２９λ以上３４λ未満で、第２の直列共振器４を含む他の直列共振器２、４、５、８、９、１０の形成領域における誘電体膜６の膜厚Ｈｂは、０．２４λ以上０．２９λ未満が望ましい。また、第１の直列共振器３の形成領域における誘電体膜６の膜厚Ｈａは、第２の直列共振器４を含む他の直列共振器２、４、５、並列共振器８、９、１０の形成領域における誘電体膜６の膜厚Ｈｂより０．０２λ以上厚いことが望ましい。これにより、第１の直列共振器３の周波数温度依存性を他の共振器の周波数温度依存性と比較して約４ｐｐｍ／℃以上抑制することができる。
尚、上記では、第１の直列共振器３の形成領域における誘電体膜６のみ他の直列共振器２、４、５、並列共振器８、９、１０の形成領域における誘電体膜６の膜厚より厚い構成を示したが、これに限るものではない。例えば、第１の直列共振器３とその次に共振周波数の高い直列共振器５の形成領域における誘電体膜６の膜厚がその他の直列共振器２、４、並列共振器８、９、１０の形成領域における誘電体膜６の膜厚より厚くとも構わない。また、例えば、直列共振器の中で最も共振周波数の高い第２の直列共振器４の形成領域における誘電体の膜厚がその他の直列共振器２、３、５、並列共振器８、９、１０の形成領域における誘電体膜６の膜厚より薄い、もしくは誘電体膜６の膜厚がゼロであっても良い。
上記構成により、第１の直列共振器３の特性の周波数温度依存性が第２の直列共振器４の特性の周波数温度依存性より小さくなる。その結果、たとえ第１の直列共振器３の消費電力が他の直列共振器４の消費電力と比較して大きくなり発熱量が大きくなっても、第１の直列共振器３の特性の周波数変動量が抑制される。これにより、ラダー型弾性波フィルタ１の通過特性の劣化を抑制することができる。
さらに、付着された誘電体膜６の膜厚が相対的に厚い第１の直列共振器３の反共振周波数は付着された誘電体膜６の膜厚が相対的に薄い第２の直列共振器４の反共振周波数より低いことが望ましい。換言すると、反共振周波数の相対的に低い第１の直列共振器３の形成領域における酸化珪素からなる誘電体膜６の膜厚を、反共振周波数の相対的に厚い第２の直列共振器４の形成領域における酸化珪素からなる誘電体膜６の膜厚より厚くすることが望ましい。この理由を以下に説明する。
第１の直列共振器３の反共振周波数は相対的に低いので、第１の直列共振器３の電気機械結合係数はラダー型弾性波フィルタ１の通過帯域高域側のカットオフ周波数近傍における急峻性に大きく影響する。一方、第２の直列共振器４の反共振周波数は相対的に高いので、第２の直列共振器４の電気機械結合係数はラダー型弾性波フィルタ１の通過帯域高域側のカットオフ周波数近傍における急峻性にあまり影響を与えない。ここで、共振器に付着された酸化珪素からなる誘電体膜６の膜厚が厚くなればなるほど、その共振器の電気機械結合係数は小さくなるが、この特性を用いて、第１の直列共振器３と第２の直列共振器４の電気機械結合係数を制御し、ラダー型弾性波フィルタ１の通過帯域高域側のカットオフ周波数近傍における急峻性の向上と通過帯域における低損失化とを両立させるのである。
即ち、反共振周波数の相対的に低い第１の直列共振器３の電気機械結合係数を相対的に小さくすることで、ラダー型弾性波フィルタ１の通過帯域高域側のカットオフ周波数近傍における急峻性を向上させることができる。また、反共振周波数の相対的に高い第２の直列共振器４の電気機械結合係数を大きく確保することにより、ラダー型弾性波フィルタ１の通過帯域幅が広くなり、広い通過帯域における損失を抑制することができる。即ち、該構成により、ラダー型弾性波フィルタ１の通過帯域高域側のカットオフ周波数近傍における急峻性の向上と通過帯域における低損失化とを両立させることができるのである。
また、第１の直列共振器３の容量は、第２の直列共振器４の容量より大きいことが望ましい。上記に説明した様に、ラダー型弾性波フィルタ１の通過帯域の高周波側カットオフ周波数近傍での第１の直列共振器３における消費電力は第２の直列共振器４と比較して大きく第１の直列共振器３は第２の直列共振器４より発熱により劣化する可能性が高い。そこで、第１の直列共振器３の容量を第２の直列共振器４の容量より大きくすることで、ラダー型弾性波フィルタ１の耐電力性を向上することができる。
尚、共振器の容量は、ＩＤＴ電極指交差幅とＩＤＴ電極指本数の積に比例するが、第１の直列共振器３の容量を第２の直列共振器４の容量より大きくする上で、第１の直列共振器３のＩＤＴ電極指本数を第２の直列共振器４のＩＤＴ電極指本数より多くすることが望ましい。これは第１の直列共振器３のＩＤＴ電極指本数が多くなればなる程、第１の直列共振器３の電気抵抗が小さくなり、第１の直列共振器３の発熱が抑制されるからである。その結果、ラダー型弾性波フィルタ１の耐電力性を向上することができる。
また、第１の直列共振器は、本実施の形態の直列共振器２のようにラダー型弾性波フィルタの入力端子１１に直接接続されない２段目以降の直列共振器とすることが望ましい。ラダー型弾性波フィルタにおいては、入力段の共振器における印加電力が最も大きくなり、後段になるほど印加電力が低減される。一方で、ラダー型弾性波フィルタにおける各共振器の消費電力は印加される電力に比例する。上記に説明した様に、ラダー型弾性波フィルタ１の通過帯域の高周波側カットオフ周波数近傍での第１の直列共振器３における消費電力は他の直列共振器と比較して大きく第１の直列共振器３は他の直列共振器より発熱により劣化する可能性が高い。従って、第１の直列共振器を入力端子１１側から２段目以降に配置させることで、第１の直列共振器３における消費電力を低減でき、ラダー型弾性波フィルタ１の耐電力性を向上することができる。
尚、ラダー型弾性波フィルタ１は、一実施の形態として４つの直列共振器と３つの並列共振器を有するフィルタを示したが、これに限るものではなく、少なくとも共振周波数の異なる複数の直列共振器を有するラダー型弾性波フィルタであれば良い。
また、ラダー型弾性波フィルタ１は、一実施の形態として弾性表面波フィルタを示したが、これに限るものではなく、図７に示すように、誘電体膜６の上にさらに膜厚が波長λ以上５λ以下のＳｉＮ膜、ＡｌＮ膜等の通過する横波の音速が主要弾性波の音速より遅い媒質からなる第２の誘電体膜２５を備えた弾性境界波フィルタでも良い。
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２のラダー型弾性波フィルタについて図面を参照しながら説明する。尚、特に説明しない限りにおいてその構成は実施の形態１と同様である。
以下、本発明の実施の形態２のラダー型弾性波フィルタについて図面を参照しながら説明する。尚、特に説明しない限りにおいてその構成は実施の形態１と同様である。
図８は、実施の形態２のラダー型弾性波フィルタの断面模式図である。詳細には、図８は、各直列共振器２、３、４、５のうち最も低い共振周波数を有する第１の直列共振器３と、この第１の直列共振器３の共振周波数より高い共振周波数を有する第２の直列共振器４を含むラダー型弾性波フィルタ１の断面模式図である。
実施の形態２において、実施の第１の直列共振器３の形成領域における誘電体膜６の膜厚と第２の直列共振器４の誘電体膜６の膜厚は同等であり、第１の直列共振器３のデューティ（電極幅／ピッチ）が第２の直列共振器４のデューティ（電極幅／ピッチ）より小さい。
即ち、実施の形態２のラダー型弾性波フィルタ１は、圧電基板７と、圧電基板７の上に形成されて入力端子と出力端子との間に接続された複数の直列共振器と、圧電基板７の上に形成されて直列共振器とグランド端子との間に接続された少なくとも一つの並列共振器と、直列共振器のうちの少なくとも１つの直列共振器に付着されて圧電基板７の周波数温度依存性と逆の周波数温度依存性を有する誘電体膜６を備え、複数の直列共振器のうち最も低い共振周波数を有する第１の直列共振器３と、第１の直列共振器３の共振周波数より高い共振周波数を有する第２の直列共振器４とを含み、第１の直列共振器３のデューティ（電極幅／ピッチ）が第２の直列共振器４のデューティより小さい構成である。尚、複数の直列共振器のうち最も低い共振周波数を有する第１の直列共振器３のデューティ（電極幅／ピッチ）がその他の直列共振器２、４、５のデューティ（電極幅／ピッチ）の少なくとも１つより小さければ良い。なお、実施の形態２においては、誘電体膜６はラダー型弾性波フィルタ１を構成するための必須の要素ではない。
共振器のデューティが小さくなると、主要弾性波のエネルギー分布が圧電基板７側から誘電体膜６側に移動し、これにより、共振器特性の周波数温度依存性は小さくなる。即ち、上記構成により、第１の直列共振器３の特性の周波数温度依存性が第２の直列共振器４の特性の周波数温度依存性より小さくなる。その結果、たとえ第１の直列共振器３の消費電力が他の直列共振器４の消費電力と比較して大きくなり発熱量が大きくなっても、第１の直列共振器３の特性の周波数変動量が抑制される。これにより、ラダー型弾性波フィルタ１の通過特性の劣化を抑制することができる。
また、第１の直列共振器３の容量は、第２の直列共振器４の容量より大きいことが望ましい。上記に説明した様に、ラダー型弾性波フィルタ１の通過帯域の高周波側カットオフ周波数近傍での第１の直列共振器３における消費電力は第２の直列共振器４と比較して大きく第１の直列共振器３は第２の直列共振器４より発熱により劣化する可能性が高い。そこで、第１の直列共振器３の容量を第２の直列共振器４の容量より大きくすることで、ラダー型弾性波フィルタ１の耐電力性を向上することができる。
尚、共振器の容量は、ＩＤＴ電極指交差幅とＩＤＴ電極指本数の積に比例するが、第１の直列共振器３の容量を第２の直列共振器４の容量より大きくする上で、第１の直列共振器３のＩＤＴ電極指本数を第２の直列共振器４のＩＤＴ電極指本数より多くすることが望ましい。これは第１の直列共振器３のＩＤＴ電極指本数が多くなればなる程、第１の直列共振器３の電気抵抗が小さくなり、第１の直列共振器３の発熱が抑制されるからである。その結果、ラダー型弾性波フィルタ１の耐電力性を向上することができる。
また、第１の直列共振器は、本実施の形態の直列共振器２のようにラダー型弾性波フィルタの入力端子１１に直接接続されない２段目以降の直列共振器とすることが望ましい。ラダー型弾性波フィルタにおいては、入力段の共振器における印加電力が最も大きくなり、後段になるほど印加電力が低減される。一方で、ラダー型弾性波フィルタにおける各共振器の消費電力は印加される電力に比例する。上記に説明した様に、ラダー型弾性波フィルタ１の通過帯域の高周波側カットオフ周波数近傍での第１の直列共振器３における消費電力は他の直列共振器と比較して大きく第１の直列共振器３は他の直列共振器より発熱により劣化する可能性が高い。従って、第１の直列共振器を入力端子１１側から２段目以降に配置させることで、第１の直列共振器３における消費電力を低減でき、ラダー型弾性波フィルタ１の耐電力性を向上することができる。
また、他の直列共振器と比較してデューティの小さい第１の直列共振器３の耐電力性は、他の直列共振器の耐電力性より低い。ゆえに、ラダー型弾性波フィルタ１の耐電力性向上の観点から、この第１の直列共振器３を入力端子１１より出力端子１２に近い直列腕（直列共振器４若しくは直列共振器５の位置）に配置することが望ましい。より好ましくは、第１の直列共振器３を出力端子１２に最も近い直列腕（直列共振器５の位置）に配置することで、ラダー型弾性波フィルタ１の耐電力性を向上させることができる。
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３について図面を参照しながら説明する。尚、特に説明しない限りにおいてその構成は実施の形態１と同様である。
以下、本発明の実施の形態３について図面を参照しながら説明する。尚、特に説明しない限りにおいてその構成は実施の形態１と同様である。
実施の形態３は、実施の形態１のラダー型弾性波フィルタ１を送信側フィルタに用いたアンテナ共用器に関する。
図９は、一実施形態として３ＧＰＰ（３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）において定められたＢａｎｄ２のアンテナ共用器１４の回路ブロック図を示す。
アンテナ共用器１４は、入力端子１１とアンテナ端子１６（実施の形態１の出力端子１２）の間に接続されて第１周波数帯（１．８５ＧＨｚ〜１．９１ＧＨｚ）の通過帯域を有する送信側フィルタ１５と、アンテナ端子１６と二つの出力端子１７、１８との間に接続されて第１周波数帯より高い第２周波数帯（１．９３ＧＨｚ〜１．９９ＧＨｚ）の通過帯域を有する受信側フィルタ１９とを備える。尚、受信側フィルタ１９は、入力側から共振器２１と、これに縦続接続された２つの二重モードＳＡＷフィルタ２２、２３と、これに縦続接続された二重モードＳＡＷフィルタ２４とを備える構成を一実施の形態として示したが、これに限らない。
このようなアンテナ共用器１４の送信側フィルタ１５は、広帯域で低ロスであることと、クロスバンド側（通過帯域高域側）のカットオフ周波数近傍において急峻であることの両立が求められる。
そこで、付着された誘電体膜６の膜厚が相対的に厚い第１の直列共振器３の反共振周波数を付着された誘電体膜６の膜厚が相対的に薄い第２の直列共振器４の反共振周波数より低くすることで、クロスバンド側のカットオフ周波数近傍における急峻性の向上と通過帯域における低損失化とを両立させる。換言すると、反共振周波数の相対的に低い第１の直列共振器３の形成領域における酸化珪素からなる誘電体膜６の膜厚を、反共振周波数の相対的に高い第２の直列共振器４の形成領域における酸化珪素からなる誘電体膜６の膜厚より厚くすることで、上記効果を得ることができる。
第１の直列共振器３の反共振周波数は相対的に低いので、第１の直列共振器３の電気機械結合係数はクロスバンド側のカットオフ周波数近傍における急峻性に大きく影響する。一方、第２の直列共振器４の反共振周波数は相対的に高いので、第２の直列共振器４の電気機械結合係数はクロスバンド側のカットオフ周波数近傍における急峻性にあまり影響を与えない。ここで、共振器に付着された酸化珪素からなる誘電体膜６の膜厚が厚くなればなるほど、その共振器の電気機械結合係数は小さくなるが、この特性を用いて、第１の直列共振器３と第２の直列共振器４の電気機械結合係数を制御し、クロスバンド側のカットオフ周波数近傍における急峻性の向上と通過帯域における低損失化とを両立させるのである。
即ち、反共振周波数の相対的に低い第１の直列共振器３の電気機械結合係数を相対的に小さくすることで、クロスバンド側のカットオフ周波数近傍における急峻性を向上させることができる。また、反共振周波数の相対的に高い第２の直列共振器４の電気機械結合係数を大きく確保することにより、送信側フィルタ１５の通過帯域幅が広くなり、広い通過帯域における損失を抑制することができる。即ち、該構成により、クロスバンド側のカットオフ周波数近傍における急峻性の向上と通過帯域における低損失化とを両立させることができるのである。
本発明にかかるラダー型弾性波フィルタ及びこれを用いたアンテナ共用器は、ラダー型弾性波フィルタの通過特性の劣化を抑制することができるという効果を有し、携帯電話等の電子機器に適用可能である。
１ ラダー型弾性波フィルタ
２ 直列共振器
３ 第１の直列共振器
４ 第２の直列共振器
５ 直列共振器
６ 誘電体膜
７ 圧電基板
８，９，１０ 並列共振器
１１ 入力端子
１２ 出力端子
１３ グランド端子
１４ アンテナ共用器
１５ 送信側フィルタ
１６ アンテナ端子
１７，１８ 出力端子
１９ 受信側フィルタ
２１ 共振器
２２，２３，２４ 二重モードＳＡＷフィルタ
２５ 第２の誘電体膜
２ 直列共振器
３ 第１の直列共振器
４ 第２の直列共振器
５ 直列共振器
６ 誘電体膜
７ 圧電基板
８，９，１０ 並列共振器
１１ 入力端子
１２ 出力端子
１３ グランド端子
１４ アンテナ共用器
１５ 送信側フィルタ
１６ アンテナ端子
１７，１８ 出力端子
１９ 受信側フィルタ
２１ 共振器
２２，２３，２４ 二重モードＳＡＷフィルタ
２５ 第２の誘電体膜
図１０に示すように、従来のラダー型弾性波フィルタ１０１は、圧電基板１２０と、圧電基板１２０上に形成された直列共振器のうち最も低い共振周波数を有する第１の直列共振器１０３と、圧電基板１２０上に形成されて第１の直列共振器１０３を覆うように形成された誘電体膜１０６とを備えている。さらに、圧電基板１２０上に形成されて第１の直列共振器より高い共振周波数を有する第２の直列共振器１０５と、圧電基板１２０上に第２の直列共振器１０５を覆うように形成された誘電体膜１０７とを備えている。
誘電体膜６は、圧電基板７の周波数温度依存性と逆の周波数温度依存性を有する薄膜であり、例えば、酸化珪素（ＳｉＯ2）からなる。また、図３では、誘電体膜６が共振器３、４のＩＤＴ電極指を覆った構成を示したが、図５に示すように、誘電体膜６が第１の直列共振器３のＩＤＴ電極指間または第２の直列共振器４のＩＤＴ電極指間に設けられることで第２の直列共振器４のＩＤＴ電極指の上面が誘電体膜６から露出している構成であっても良い。このような場合においても、本明細書における誘電体膜６の膜厚とは、共振器において電極指と電極指との間の電極指非形成領域における圧電基板７の上面と誘電体膜６の上面との間の距離ＨａまたはＨｂを指す。
また、圧電基板７がニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）系基板で誘電体膜６が酸化珪素からなる場合、直列共振器２、３、４、５、並列共振器８、９、１０の周波数温度依存性の抑制と電気機械結合係数の確保の両者の観点から、第１の直列共振器３の形成領域における誘電体膜６の膜厚Ｈａは、０．２９λ以上０．３４λ未満で、第２の直列共振器４を含む他の直列共振器２、４、５、８、９、１０の形成領域における誘電体膜６の膜厚Ｈｂは、０．２４λ以上０．２９λ未満が望ましい。また、第１の直列共振器３の形成領域における誘電体膜６の膜厚Ｈａは、第２の直列共振器４を含む他の直列共振器２、４、５、並列共振器８、９、１０の形成領域における誘電体膜６の膜厚Ｈｂより０．０２λ以上厚いことが望ましい。これにより、第１の直列共振器３の周波数温度依存性を他の共振器の周波数温度依存性と比較して約４ｐｐｍ／℃以上抑制することができる。
さらに、付着された誘電体膜６の膜厚が相対的に厚い第１の直列共振器３の反共振周波数は付着された誘電体膜６の膜厚が相対的に薄い第２の直列共振器４の反共振周波数より低いことが望ましい。換言すると、反共振周波数の相対的に低い第１の直列共振器３の形成領域における酸化珪素からなる誘電体膜６の膜厚を、反共振周波数の相対的に高い第２の直列共振器４の形成領域における酸化珪素からなる誘電体膜６の膜厚より厚くすることが望ましい。この理由を以下に説明する。
実施の形態２において、第１の直列共振器３の形成領域における誘電体膜６の膜厚と第２の直列共振器４の形成領域における誘電体膜６の膜厚は同等であり、第１の直列共振器３のデューティ（電極幅／ピッチ）が第２の直列共振器４のデューティ（電極幅／ピッチ）より小さい。
即ち、実施の形態２のラダー型弾性波フィルタ１は、圧電基板７と、圧電基板７の上に形成されて入力端子と出力端子との間に接続された複数の直列共振器と、圧電基板７の上に形成されて直列共振器とグランド端子との間に接続された少なくとも一つの並列共振器と、直列共振器のうちの少なくとも１つの直列共振器に付着されて圧電基板７の周波数温度依存性と逆の周波数温度依存性を有する誘電体膜６を備え、複数の直列共振器は、複数の直列共振器のうち最も低い共振周波数を有する第１の直列共振器３と、第１の直列共振器３の共振周波数より高い共振周波数を有する第２の直列共振器４とを含み、第１の直列共振器３のデューティ（電極幅／ピッチ）が第２の直列共振器４のデューティより小さい構成である。尚、複数の直列共振器のうち最も低い共振周波数を有する第１の直列共振器３のデューティ（電極幅／ピッチ）がその他の直列共振器２、４、５のデューティ（電極幅／ピッチ）の少なくとも１つより小さければ良い。なお、実施の形態２においては、誘電体膜６はラダー型弾性波フィルタ１を構成するための必須の要素ではない。
Claims (10)
- 圧電基板と、
入力端子と、
出力端子と、
グランド端子と、
前記圧電基板の上に形成されて前記入力端子と前記出力端子との間に接続された複数の直列共振器と、
前記圧電基板の上に形成されて前記直列共振器と前記グランド端子との間に接続された少なくとも一つの並列共振器と、
前記直列共振器のうちの少なくとも１つの直列共振器に付着されて前記圧電基板の周波数温度依存性と逆の周波数温度依存性を有する誘電体膜を備え、
前記複数の直列共振器のうち最も低い共振周波数を有する第１の直列共振器と、前記第１の直列共振器の共振周波数より高い共振周波数を有する第２の直列共振器とを含み、
前記第１の直列共振器の形成領域における前記誘電体膜の膜厚は前記第２の直列共振器の形成領域における前記誘電体膜の膜厚より厚いラダー型弾性波フィルタ。 - 圧電基板と、
入力端子と、
出力端子と、
グランド端子と、
前記圧電基板の上に形成されて前記入力端子と前記出力端子との間に接続された複数の直列共振器と、
前記圧電基板の上に形成されて前記直列共振器と前記グランド端子との間に接続された少なくとも一つの並列共振器と、
前記複数の直列共振器のうち最も低い共振周波数を有する第１の直列共振器と、前記第１の直列共振器の共振周波数より高い共振周波数を有する第２の直列共振器とを含み、
前記第１の直列共振器のデューティが前記第２の直列共振器のデューティより小さいラダー型弾性波フィルタ。 - 前記圧電基板の周波数温度依存性と逆の周波数温度依存性を有する誘電体膜は酸化珪素からなる請求項１に記載のラダー型弾性波フィルタ。
- 前記第１の直列共振器の反共振周波数は前記第２の直列共振器の反共振周波数より低い請求項１に記載のラダー型弾性波フィルタ。
- 前記第１の直列共振器の容量は、前記第２の直列共振器の容量より大きい請求項１または請求項２に記載のラダー型弾性波フィルタ。
- 前記第１の直列共振器のＩＤＴ電極指本数は、前記第２の直列共振器のＩＤＴ電極指本数より多い請求項１または請求項２に記載のラダー型弾性波フィルタ。
- 前記第１の直列共振器は、前記入力端子側から２段目以降に接続された請求項１または請求項２に記載のラダー型弾性波フィルタ。
- 前記第１の直列共振器が前記入力端子より前記出力端子に近い直列腕に配置された請求項２に記載のラダー型弾性波フィルタ。
- 前記第１の直列共振器が前記出力端子に最も近い直列腕に配置された請求項２に記載のラダー型弾性波フィルタ。
- 請求項４に記載のラダー型弾性波フィルタと、
前記ラダー型弾性波フィルタの通過帯域よりも高周波の信号を通過させるフィルタと、を備えたアンテナ共用器。
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