WO2000076067A1 - Filtre a ondes de surface - Google Patents

Description

明 細 書 弾性表面波フィル夕 技術分野

本発明は無線通信機器の高周波回路、 中間周波回路などに使用される弾性表面 波フィル夕に関するものである。 背景技術

近年注目を集めている C DMA方式の携帯電話に使用される I Fフィルタのよ うに、 比較的広い通過帯域を必要とし、 かつ通過帯域内の位相特性の平坦性が重 要なフィルタには、 振幅特性と位相特性とを独立に設計できる卜ランスバーサル 型の弾性表面波フィルタ （以下 S AWフィルタ） が適している。

以下、 従来の一方向性電極を利用したトランスバーサル型の S AWフィル夕に ついて説明する。

図 3 0は従来の一方向性電極を利用したトランスバーサル型 S AWフィルタの 上面図である。 図 3 0において、 単結晶圧電基板 3 0 1の上に入、 出力用のイン 夕一ディジタルトランスデューサ電極 （以下 I D T電極） を形成することによつ て、 弾性表面波を励起させることができる。 圧電基板 3 0 1の上に入力 I D T電 極 3 0 2と所定の距離を設けて出力 I D T電極 3 0 3を形成することによりトラ ンスバ一サル型の S A Wフィルタが形成される。

以上のように構成された S AWフィルタは、 電極 3 0 2， 3 0 3の電極指を間 引いて種々の重み付けを行うことにより、 フィル夕の周波数特性が決定される。 従来技術においては、 このようにして広帯域で通過帯域内が平坦なフィル夕特性 と、 通過帯域近傍で優れた減衰特性を実現している。 近年では、 携帯端末の小型'軽量化が進み、 それに伴い、 I F段の SAWフィ ル夕にも小型化が要求されている。 しかし、 上述のトランスバーサル型で通過帯 域近傍の急峻な減衰特性を得ようとすると、 入、 出力用の ID T電極に十分な重 み付けを必要とするため、 電極長が長くなり、 小型化が困難であるという課題が あった。 さらに、 十分な重み付けができないため所望の特性が得られないという 問題点を有していた。

SAW変換器の電極構造として、 US P 6， 01 1, 344に、圧電基板上に、 1 / 2波長ずらして 2つ変換器が構成され、 2つの S AW変換器の電極が並列に 接続された構造が開示されている。 本構造は従来の DARTタイプの変換器にお いて、 入、 出力インピーダンスが高いことを改善しょうとするものであるが、 S AWフィルタそのものの寸法を短くする効果はない。

また、 特開 2000— 77974号公報には、 圧電基板上に、 第 1および第 2 のチャンネルを有する SAWフィル夕 （以下 2チャンネルフィルタという） が開 示されている。 上記 2チャンネルフィル夕は、 第 1チャンネルと、 第 2チャンネ ルの位相特性を、 通過帯域においては同位相とし、 通過帯域外においては逆位相 とした構成である。 上記 2チャンネルフィルタは、 急峻なな帯域特性を有し、 か つ小型の SAWフィルタが得られるが、 通過帯域内の特性が平坦性に欠ける課題 があった。

そこで本発明は、 小型化したとしても通過帯域が広く、 通過帯域内の特性が平 坦であると共に通過帯域近傍において急峻な減衰特性を有する SAWフィル夕を 提供することを目的とする。 発明の開示

本発明の SAWフィルタは、 圧電基板上に入力用および出力用に少なくとも 2 つの I DT電極を有するフィルタトラックを少なくとも 2つ備えたものである。 さらに、 本発明の S AWフィルタは、 一方のフィルタトラックの入力 I D T電極 と他方のフィルタトラックの入力 I D T電極とを並列に接続し、 一方のフィル夕 トラックの出力 I D T電極と他方のフィル夕トラックの出力 I D T電極とを並列 に接続したものである。 本発明の S AWフィルタは、 上記 2つのフィル夕トラッ クの、 伝達関数の最大値より 3 d B低下する周波数値がほぼ一致するものである ことを特徴とする。 上記 2つのフィル夕トラックの伝達関数の位相関係は、 通過 帯域内ではほぼ同位相、 通過帯域外ではほぼ逆位相としたものである。 本発明の 構成により、 より小型で広い通過帯域を有し、 通過帯域外において急峻な減衰特 性を有する S AWフィルタを提供することができる。 図面の簡単な説明

図 1は本発明の実施の形態 1における S AWフィル夕の上面図、 図 2 Aは図 1 に示す S AWフィル夕の振幅特性曲線図、 図 2 Bは図 1に示す S AWフィル夕の 位相特性曲線図、 図 3は本発明の他の実施の形態における S AWフィルタの上面 図、 図 4は本発明の第 2の実施の形態における S AWフィル夕の上面図、 図 5は 図 4の S AWフィル夕の I D T電極の一部拡大上面図、 図 6は本発明の実施の形 態 3における S AWフィル夕の上面図、 図 7は図 4に示す S A Wフィル夕の特性 曲線図、 図 8は従来の S AWフィル夕の特性曲線図、 図 9は図 6に示す S AWフ ィル夕の特性曲線図、 図 1 0は本発明の他の実施の形態における S AWフィルタ の上面図、 図 1 1は本発明の他の実施の形態における S AWフィル夕の上面図、 図 1 2は本発明による他の実施の形態の S AWフィル夕の上面図、 図 1 3は本発 明の実施の形態 4における S AWフィルタの上面図、 図 1 4は図 1 3の要部拡大 上面図、 図 1 5 Aは本発明の実施の形態 4における S AWフィル夕の伝播方向性 が強い方向の電機—機械変換特性図、 図 1 5 Bは本発明の実施の形態 4における S AWフィル夕の伝播方向性が弱い方向の電機—機械変換特性図、 図 1 6 Aは比 較例の S AWフィルタの伝播方向性が強い方向の電機一機械変換特性図、 図 1 6 Bは比較例の S AWフィル夕の伝播方向性が弱い方向の電機—機械変換特性図、 図 1 7は本発明の実施の形態における線幅比率とひ + |3の関係図、 図 1 8は本発 明の実施の形態 6における S AWフィルタの上面図、 図 1 9は図 1 8の要部拡大 上面図、 図 2 O Aは本発明の実施の形態 5における S AWフィル夕の伝播方向性 が強い方向の電機一機械変換特性図、 図 2 0 Bは本発明の実施の形態 5における S AWフィル夕の伝播方向性が弱い方向の電機—機械変換特性図、 図 2 1 Aは比 較例の S AWフィルタの伝播方向性が強い方向の電機—機械変換特性図、 図 2 1 Bは比較例の S AWフィル夕の伝播方向性が弱い方向の電機一機械変換特性図、 図 2 2は本発明の実施の形態 6における線幅比率と αの関係図、 図 2 3は本発明 の実施の形態 6における線幅比率と /3の関係図、 図 2 4は本発明の実施の形態 7 におけるフィル夕トラックの上面図、 図 2 5は図 2 4の要部拡大上面図、 図 2 6 は図 2 4に示すフィルタトラックの特性曲線図、 図 2 7は比較例のフィルタトラ ックの特性曲線図、 図 2 8は本発明の実施の形態 8における S AWフィル夕の上 面図、 図 2 9 Aは図 1に示す S AWフィル夕の振幅特性曲線図、 図 2 9 Bは図 1 に示す S AWフィルタの位相特性曲線図、 図 3 0は従来の S AWフィル夕の上面 図である。 発明の実施の形態

以下、 本発明の実施の形態について、 図面を参照しながら説明する。 なお、 フ ィル夕トラックの構成がよく分かるように S AWフィル夕の上面図においては、 フィルタトラック毎に破線で囲んである。

(実施の形態 1 )

図 1は本発明の実施の形態 1における S AWフィル夕の上面図である。 図 1に 示すように、 2 8 ° 〜4 2 ° 回転 Yカツ卜の水晶基板を用いて形成した圧電基板 1 1の上に、 第 1のフィル夕トラック 1 2と第 2のフィルタトラック 1 3が並列 に構成されている。 第 1のフィル夕トラック 1 2は入力 I D T電極 1 4と出力 I D T電極 1 5とから構成されている。 同様に、 第 2のフィルタトラック 1 3は入 力 I D T電極 1 6と出力 I D T電極 1 7とから構成されている。

また、 第 1のフィル夕トラック 1 2の入力 I D T電極 1 4と第 2のフィルタト ラック 1 3の入力 I D T電極 1 6とが並列に接続されている。 同様に、 第 1のフ ィル夕トラック 1 2の出力 I D T電極 1 5と第 2のフィル夕トラック 1 3の出力 I D T電極 1 7とが並列に接続されている。

上記のように構成された S AWフィル夕について、 以下その動作を説明する。 図 2 Aに図 1における第 1のフィル夕トラック 1 2の振幅特性 2 1と第 2のフ ィルタトラック 1 3の振幅特性 2 2を、 図 2 Bに図 1における第 1のフィルタト ラック 1 2の位相特性 2 3と第 2のフィルタトラック 1 3の位相特性 2 4とを示 す。

図 2 Bに示す様に、 本実施の形態においては、 第 1のフィルタトラック 1 2と 第 2のフィルタトラック 1 3との通過帯域内における位相差はほぼ 0 ° 、 すなわ ちほぼ同位相とする。

なお、 ここに言うほぼ同位相とは、 位相差が— 5 0 ° 〜十 5 0 ° 、 好ましくは — 2 0 ° 〜十 2 0 ° の範囲内とする。

図 2 Aに示す様に、 第 1のフィルタトラック 1 2の振幅特性 2 1はピークを 2 つ有し、 広い通過帯域を有するが、 中心周波数近傍で大きな挿入損失を示してい る。 一方、 第 2のフィルタトラック 1 3の振幅特性 2 2は中心周波数近傍でピー クを有し低挿入損失であるが、 通過帯域幅が狭い。

本実施の形態においては、 第 1のフィル夕トラック 1 2と第 2のフィル夕トラ ック 1 3とは通過帯域内においてほぼ同位相であるため、 これらを並列に接続す ることにより、 平坦で広い通過帯域幅を得ることができる。

他方、 通過帯域外においては、 第 1のフィル夕トラック 1 2と第 2のフィルタ トラック 1 3との位相差はほぼ 1 8 0 ° 、 すなわち逆位相である。 ほぼ 1 8 0 ° の位相差とは、 1 3 0 ° 〜2 3 0 ° の範囲を意味し、 好ましくは 1 6 0 ° 〜2 0 0 ° の範囲の位相差とする。

図 2 Aから判るように、 第 1のフィルタトラック 1 2の振幅特性 2 1および第 2のフィルタトラック 1 3の振幅特性 2 2とも、 通過帯域外におけるスプリアス のレベルはそれほど抑圧されていない。 かつ、 それぞれのスプリアスのピークの 周波数に差がない。 しかし、 本実施の形態においては、 第 1のフィル夕トラック 1 2と第 2のフィルタトラック 1 3とは通過帯域外においてほぼ逆位相であり、 スプリアスレベルがほぼ同一であるため、 第 1のフィルタトラック 1 2のスプリ ァスと第 2のフィル夕トラック 1 3のスプリアスは打ち消し合う。 その結果、 通 過帯域外において大きな減衰量が得られる。

さらに本発明では、平坦で広い通過帯域幅の弾性表面波フィルタを得るために、 図 2 Aの A点、 B点で示す様に、 第 1および第 2のフィルタトラック 1 2、 1 3 の振幅特性 2 1、 2 2が各々のフィルタトラックの伝達関数の最大値よりも 3 d B低い値となる周波数でほぼ一致することが好ましい。

上記 2つのフィル夕トラックの、 減衰量が一致する周波数における減衰量が 3 d Bよりも大きいか、 または小さい場合は通過帯域において、 通過帯域両端部の 減衰量が大きくなるか、 リップルが生じることとなり帯域内での平坦性が劣化す る。

このように、 第 1のフィルタトラック 1 2と第 2のフィルタトラック 1 3の相 対的な位相関係を通過帯域内ではほぼ同位相に、 通過帯域外では逆位相にし、 か つ、 各々のフィルタトラックの最大減衰量の値よりもほぼ 3 d B低い値となる周 波数がほぼ一致する様に構成することにより、 平坦で広い通過帯域幅を有し、 か つ、 通過帯域外の減衰量に優れた S AWフィルタを得ることができる。

本実施の形態の SAWフィルタの構成によれば、 従来技術を用いて同等のフィ ル夕特性を有する SAWフィル夕を形成した場合と比較すると、 入、 出力 I DT 電極長を短くすることが可能である。 このため、 従来技術による SAWフィルタ と比較して SAWフィル夕サイズを大幅に小さくすることができる。 その上に、 本実施の形態の S A Wフィル夕は平坦で広い通過帯域幅を有し、 かつ通過帯域外 での減衰特性が急峻である。

(実施の形態 2)

図 3は本実施の形態における SAWフィル夕の上面図である。 本実施の形態の SAWフィル夕は実施の形態 1と同様に圧電基板 31上に入、 出力 I D T電極 3 4、 35、 36、 37を有する第 1のフィルタトラック 32と第 2のフィルタト ラック 33を形成したものである。また第 1および第 2のフィル夕小ラック 32、 33の振幅および位相特性は実施の形態 1と同様である。

実施の形態 1と異なる点は、 電極 34、 35、 36、 37に EWC— SPUD T (Electrode Width Controlled Single Phase Unidirectional Transducer) と いわれる一方向性電極を採用したことである。 つまり電極 34、 35、 36、 3 7を弾性表面波の波長 λで区切つた時に、 λノ 4幅の電極指一本と λ / 8幅の電 極指二本の合計三本の電極指が存在する領域を設ける。 図 3において入力 I DT 電極 34， 36は右方向の方向性を、 出力 I D Τ電極 35、 37は左方向の方向 性を有するようにしたものである。また第 1および第 2のフィル夕トラック 32、 33の各電極は、 実施の形態 1と同様に接続すると共に、 第 1および第 2のフィ ル夕トラックの相対的な位相関係を通過帯域内ではほぼ同位相に、 通過帯域外で はほぼ逆位相としている。

本実施形態の構成により、 平坦で広い通過帯域幅を有し、 かつ通過帯域外減衰 量に優れるだけでなく、 挿入損失も小さくすることができる。 この効果は、 第 1 および第 2のフィル夕トラック 32、 33において弾性表面波の励起中心と反射 中心が非対称な関係になり、 双方向性損失が減少することに起因する。

またこのように電極 34、 35、 36、 37がー方向性を有する場合は、 メタ ライゼ一シヨンレシオ [λの範囲に存在する電極指幅の総和/ λ]を 0.45〜0. 65、 好ましくは 0. 5〜0. 6とすることにより、 効果的に挿入損失を小さく できると共に通過帯域内リップルを抑圧することができる。 またメタライゼ一シ ヨンレシオが 0. 45よりも小さいと、 電極指の線幅が小さくなり抵抗損失が増 大することとなる。 逆に 0. 65よりも大きいと電極指間が狭くなり電極指の形 成が困難になる。

さらに入、出力 I DT電極をアルミニウムを主成分とする金属で形成する場合、 電極指膜厚 hと弾性表面波の波長 λとの膜厚比率 （h/λ) が 0. 005〜0. 035となるようにすることにより、 挿入損失を小さくできると共に通過帯域内 リップルを抑圧することができる。

(実施の形態 3)

図 4は実施の形態 3における S AWフィル夕の上面図である。

本実施の形態においては、 圧電基板 41上に形成した第 1のフィル夕トラック 42と第 2のフィルタトラック 43を構成する入、 出カ 10丁電極44、 45、 46および 47は R— SPUDT (Resonant SPUDT) と呼ばれる電極構成をして いる。 この電極構成も実施の形態 2と同様に電極 44、 45、 46、 47を弾性 表面波の波長 λで区切った時に、 λノ 4幅の電極指一本と λノ 8幅の電極指二本 の合計三本の電極指が存在する領域を有するものである。 また第 1および第 21 のフィル夕トラック 42、 43の振幅および位相特性は実施の形態 1と同様であ る。 図 5において、矢印は点線で囲まれた各領域 A、 B、 Cの方向性を示している。 領域 Aおよび Cは、 図面の右方向に一方向性が付与されているが、 領域 Bでは、 逆方向すなわち図面の左方向に一方向性が付与されている。 入力 I DT電極 46 全体としては図面の右方向に一方向性が付与されていることになる。

他の電極 44、 45、 47も同様の構成で一方向性を有するものであるが、 そ れぞれのフィル夕トラック 42、 43において電極 44と電極 45、 電極 46と 電極 47の方向性が向き合うようにしている。

実施の形態 2では、 一つの I DT電極のどの領域も同一方向性を有する。 これ に対して、 R— S PUDTでは一つの I DT電極内において、 一部の領域に他の 領域と逆向きの方向性を付与することにより、 I DT電極内に共振キヤビティを 形成することとなる。

従つて、 実施の形態 2と比較すると I D T電極の長さをさらに短くすることが 可能となり、 S AWフィルタをさらに小型化することができる。

'図 7は図 4に示す S AWフィル夕の特性を示す図である。 また比較のために従 来の SAWフィル夕の特性を図 8に示す。 本実施の形態の SAWフィルタは従来 の SAWフィル夕と比較すると面積比で約 30%小型化したにもかかわらず、 広 く、 平坦な通過帯域を有すると共に通過帯域近傍の減衰特性に優れたものである ことがわかる。その上挿入損失も小さくできる。 また、挿入損失を測定した結果、 本実施の形態の場合は 11. 0 d Bであったのに対し、 従来例では 15. 0 d B であり、 挿入損失も従来品に比較して 4dB小さくなつていた。 — 5 dB帯域幅 は、 本実施形態において 1. 35 MHzであり、 従来例では 1. 30 MHzであ つた。

(実施の形態 4)

図 6は実施の形態 3における SAWフィルタの上面図である。 本実施の形態と 実施の形態 3との相違は、 図 6では方向性を付与している第 1および第 2のフィ ル夕トラック 62、 63の入、 出カ 10丁電極64、 65、 66、 67の一波長 内あたりの電極指の数が 4本で構成されている。 さらにもう一つの相違は、 異な る幅の電極指 2本で電極指対を形成し、 電極指対同士を対向させている点である (例えば図 6中の 64 aと 64 b)。 これに対し、実施の形態 2では圧電基板 61 上を伝搬する弾性表面波の一波長内あたりの電極指の数が三本である。

電極指幅の細い電極指の線幅を L 1、電極指幅の太い電極指の線幅を L 2とし、 その比を線幅比率 （L2 L 1) とした時、 L2ZL 1を 1より大きく、 好まし くは 1. 4〜3. 6の範囲とする。 この構成により、 SAWフィルタの挿入損失 を最小にすることができる。 このように、 L 2 L 1を最適化することにより、 表面弾性波の方向性を制御し、 不十分な方向性あるいは逆に過度の方向性等に起 因する通過帯域内のリップルを抑圧し、 通過特性の平坦性に優れた SAWフィル 夕を得ることができる。

一方で、 L2ZL 1の値が大きいということは、 細い電極指の線幅 L 1を細く することとなる。 あまりに L 1を細くすると製造工程上、 精度良く製造すること は難しく、 また電極指での抵抗損失が増大するので、 実用上、 L2ZL 1は大き くても 3. 6程度とすることが好ましいのである。

また、 L2ZL 1の最適値は、 電極指の数、 電極指膜厚で異なるので、 構成の 異なる入、出力 I DT電極を用いる場合は、 L 2ZL 1の値を変えることにより、 さらに挿入損失を小さくすることができる。

本実施形態の入、 出力 I DT電極を用いると、 弾性表面波の励振効率が上昇す る。 あるいは入、 出力 I DT電極のインピーダンスを下げることができる。 これ らの効果により挿入損失の少ない S AWフィルタを得ることができる。

また、 本実施の形態の SAWフィル夕の特性を図 9に示す。 図 9に示す特性を 図 7に示す特性と比較すると、 中心周波数 （f 。） における挿入損失 （9. 5 d B) が図 7に示す SAWフィルタの挿入損失 （11. OdB) より約 1. 5 dB 小さくなつており、 挿入損失の低化に効果があることがわかる。 一 5 dB帯域幅 はどちらも 1. 35 MHzである。 (実施の形態 5)

図 13は実施の形態 4におけるフィルタトラックの上面図であり、 実施の形態 1〜4における一つのフィル夕トラックに相当する。 図 14は図 13の要部拡大 上面図である。

図 13に示す様に、 圧電基板 131の上には入力 I DT電極 136、 出力 I D T電極 137を有し、 入、 出カ 10丁電極136、 137はそれぞれ互いに対向 する電極指対 132 a、 132 bおよび 133 a、 133 bとこれらを接続する 引き出し電極 134 a、 134bおよび 135 a、 135 bより構成されている。 また、 図 14に拡大して示す様に、 電極指対 132 a、 132 b、 133 a、 1 33 bは、 異なった線幅を有する二本の電極指でそれぞれ構成されており、 それ ぞれ弾性表面波の一波長 λの 1 Ζ 2の領域に存在するように形成されている。 電極 136、 137はアルミニウムあるいはアルミニウム合金を用いて形成さ れたものである。 電極 136、 137の線幅比率は 1. 0より大きく、 好ましく は 1. 4〜3. 6とする。

図 14において点線は電極 136を λ Ζ 2で区切った時の境界線 138、 13 9である。 またこの境界線 138、 139間を領域 Αとする。

この領域 Aにおいて、 電極指対 132 bの細い電極指と太い電極指間の距離を 入ノ16で規格化した値を r、 電極指対 132 bの細い電極指と境界線 138と の距離を λ/16で規格ィヒした値を α、 電極指対 132 bの太い電極指と境界線 139との距離を λΖΐ 6で規格化した値を /3とすると、 ァ〉 α + 3とする。 電極 136の他の電極指対 132 a、 電極 137の電極指対 133 a、 133 bも同様の構成としている。 但し電極 1 3 6、 1 3 7の方向性が向き合うように している。

このフィルタトラックにおいて方向性が強い方の電気—機械変換特性を図 1 5 Aに、 方向性が弱い方の電気一機械変換特性を図 1 5 Bに示す。 なお、 電極 1 3 6、 1 37はそれぞれ線幅の異なる電極指対を 1 0 0対有し、 膜厚比率 0. 0 1 5、 線幅比率 3、 = β = 0. 4 1、 ァ =2である。

また、 比較のため、 α = /3= 1、 ァ =2とした以外は同様の構成のフィルタト ラックの方向性が強い方の電気一機械変換特性を図 1 6 Αに、 方向性が弱い方の 電気一機械変換特性を図 1 6 Bに示す。

図 1 5と図 1 6を比較するとわかるように、 本実施の形態の方が対称性に優れ ているので、 さらに通過帯域内のリップルを小さく、 通過帯域外減衰量を大きく することができる。

従って図 1 3に示す構成のフィルタトラックを実施の形態 1から 4に示すよう に同一圧電基板上で並列接続し、 相対的な位相関係を通過帯域内ではほぼ同位相 に、 通過帯域外ではほぼ逆位相となるような SAWフィルタを形成することによ り、 通過帯域内のリップルを小さく、 通過帯域外の減衰量を大きくできる。 この 場合 2つのフィルタトラックの振幅特性は実施の形態 1と同様となるようにする。 図 1 7に圧電基板 1 3 1として 2 8° 〜42 ° 回転 Yカツトの水晶基板を用 い、 中心周波数が 1 1 0 MHzで、 電極指対が 1 00対の場合の膜厚比率 0. 0 05， 0. 0 1 0, 0. 0 1 5， 0. 020, 0. 0 30、 ァ = 2の時の α + j8 の最適値を示す。 これを見るとわかるように線幅比率が 1より大きい場合、 α + βの最適値は必ずァょり小さくなっている。

(実施の形態 6)

図 1 8は実施の形態 6におけるフィル夕トラックの上面図であり、 図 1 9は同 要部拡大上面図である。 本実施形態の SAWフィルタは圧電基板 141の上に形 成された入力 I D T電極 146、 出力 I D T電極 147、 電極指対 142 a、 1 42 bおよび 143 a、 143 bとこれらを接続する引き出し電極 144 a、 1 44bおよび 145 a、 145 bより構成されている。 電極 146、 147の線 幅比率は 1. 0より大きく、 好ましくは 1. 4〜3. 6とする。

また電極指対 142 a、 142b, 143 a, 143 bは、 それぞれ異なった 線幅を有する二本の電極指で構成されているものと、 同じ線幅を有する二本の電 極指で構成されているものとが混在している。 電極指対 142 a、 142 b, 1 43 a、 143 はそれぞれ弾性表面波の一波長 λの 1 / 2の領域に存在する。 さらに電極 146、 147はアルミニウムあるいはアルミニウム合金を用いて形 成されたものである。

このようにして構成された SAWフィルタの電極指対 142 a、 142 , 1 43 a, 143 bの線幅の関係を詳細に示したのが図 19である。

図 19において点線は電極 146を λ / 2で区切つた時の境界線 148、 14 9、 150である。 境界線 148と 149間を領域 Α、 境界線 149と 150間 を領域 Βとする。 電極指対 142 a、 142 bはそれぞれ領域 A、 Bに存在する ように形成している。

領域 Bにおいて、 電極指対 142 aの細い電極指と太い電極指間の距離を λノ 16で規格化した値をァ、 電極指対 142 aの細い電極指と境界線 149間の距 離を λΖΐ 6で規格化した値をひ、 電極指対 142 aの太い電極指と境界線 15 0間の距離を λΖΐ 6で規格化した値を /3とすると、 ァ〉 α + )3、 かつ α<]3と する。

電極 146の他の電極指対 142 aも同様の構成であり、 電極 147は電極 1 46と同様の構成とし、電極 146、 147の方向性が向き合うようにしている。 このフィル夕トラックの方向性が強い方の電気一機械変換特性を図 2 OAに、 方向性が弱い方の電気一機械変換特性を図 2 OBに示す。 なお、 電極 146、 1 47はそれぞれ、 線幅の異なる電極指対 50対と同じ線幅の電極指対 40対から なり、 膜厚比率 0. 01 5、 線幅比率 3、 = 0. 1 5、 ]3 = 0. 67、 τ = 2 である。

また、 比較のため、 ひ = ]3 = 0. 41、 ァ =2とした以外は同じ構成のフィル タトラックの方向性が強い方の電気一機械変換特性を図 2 1 Αに、 方向性が弱い 方の電気一機械変換特性を図 21 Bに示す。

図 20、 図 21を比較するとわかるように、 線幅の異なる電極指対と同じ線幅 の電極指対が混在する場合は、 ァ>ひ + 0かつひく^ 3とすることによりさらに対 称性に優れることとなり、 通過帯域内リップルを小さく、 通過帯域外減衰量を大 きくすることができる。

また図 22、 図 23に圧電基板 141として 28° 〜42° 回転 Yカツ卜の水 晶基板を用い、 中心周波数が 1 10MHzで、 線幅の異なる電極指対 50対、 同 じ線幅の電極指対 40対からなる入、 出力 I DT電極を有するフィルタトラック を同一圧電基板上で接続して形成した SAWフィル夕において、 膜厚比率 0. 0 05， 0. 010， 0. 01 5, 0. 020, 0. 030、 ァ=2の場合のひ， /3の最適値を示す。 これを見るとわかるように線幅比率が 1より大きい場合、 Ύ >α + )3かつ α<3の関係となる。 (実施の形態 7)

図 24は、 本実施の形態 7におけるフィルタトラックの上面図、 図 25は図 2 4の要部拡大上面図である。

図 24に示すように圧電基板 241の上に、 アルミニウムを主成分とする入力 I DT電極 246、 出力 I DT電極 247を弾性表面波の伝播方向に所定の間隔 を設けて形成する。 電極 246、 247は電極指対 242 a、 242 bおよび 2 43 a、 243 bとこれらを接続する引き出し電極 244a、 244bおよび 24 5a、 245 bを形成したものである。 また電極指対 242 a、 242bおよび 2 43a、 243 bは線幅の異なる二本の電極指で構成されている。

さらに電極 246, 247はその方向性が向き合うようにした。

また図 25に示すように弾性表面波の波長 λの 1ノ2単位で電極 246を区切 つた時の領域 Α、領域 Βには、それぞれ電極指対 242 a、 242 bが存在する。 また電極指対 242 a、 242 bの線幅の細い電極指の線幅を L 1、 線幅の太い 電極指の線幅を L 2とすると、 線幅比率 （L 2/L 1) が 1より大きく、 好まし くは 1. 4〜3. 6となるようにしている。 また電極 246においては領域 A領 域 Bとが交互に存在するように形成している。 この領域 A， Bの境界線を 251、 252、 253とし、 電極指対 242 a、 242 bの線幅の細い電極指と境界線 251、 252との距離を λΖΐ 6で規格化した値をそれぞれ α 1、 α 2とし、 細い電極指と太い電極指間の距離を λΖΐ 6で規格化した値をそれぞれァ 1、 r 2とし、 太い電極指と境界線 252、 253との距離を λΖΐ 6で規格化した値 をそれぞれ 1、 /32とする。 さらに、 膜厚比率 （入力 I DT電極 246の膜厚 hと弾性表面波の波長 λとした時の hZA) 0. 015、 線幅比率 2、 α 1 = β 1 = 0、 r 1=4, 2 = β 2=1. 5、 ァ 2 = 1となるように、 すなわちァ 1 > 1 + β 1, ァ 2≤α 2 + ι82となるように形成している。

電極 247も電極 246と同様の構成である。

このフィルタトラックの電気一一機械変換特性を図 26に示す。 また比較のた めに α 1=)31=α 2 = /32 = 0. 75、 r 1 =r 2 = 2. 5、 すなわちァ 1〉 a l + ΐ, γ 2〉α 2 + 32となるように形成した以外は同様の構成のフィル タトラック （実施の形態 5に相当） の電気一一機械変換特性を図 27に示す。 本実施の形態 （図 26) は実施の形態 5 (図 27) と比較すると通過帯域内に おいて、 電気一一機械変換特性の方向性が強い方と弱い方の差 （以下、 「方向性」 とする） が、 通過帯域内で平均化されているので、 群遅延時間の通過帯域内での 変動も小さい。 すなわちリップルを小さくすることができる。

つまり異なる線幅の電極指対 2 4 2 a、 2 4 2 b , 2 4 3 a , 2 4 3 bで入、 出力 I D T電極を構成する場合、 ァ 1〉α 1 + 0 1、 ァ 2≤α 2 + )3 2となるよ うにすることにより、 通過帯域内の平坦性をさらに向上させることができる。 なお、 一つの I D T電極において領域 Αと領域 Βとを交互に存在させる必要は ないが、 交互に存在させることにより、 弹性表面波の一方向性を制御し、 不十分 な方向性あるいは過度の方向性等による通過帯域内のリップルを抑圧し、 さらに 通過帯域内の平坦性に優れたものとなる。

また一つの I D T電極において領域 Aと領域 Bとはほぼ同数存在するようにす ることにより、 弾性表面波の一方向性を制御し、 不十分な方向性あるいは過度の 方向性等による通過帯域内のリップルを抑圧し、 通過帯域内の平坦性に優れたも のとなる。

さらに上記実施の形態においては、 電極 2 4 6、 2 4 7は同様の構成としたの で同じ線幅比率を有するものであるが、 電極 2 4 6、 2 4 7の構成が異なる場合 は、 線幅比率を変えそれぞれ最適値とすることにより弾性表面波の一方向性を制 御し、 不十分な方向性あるいは過度の方向性等による通過帯域内のリップルを抑 圧し、 通過帯域内の平坦性に優れたものとなる。 いずれの場合も、 電極 2 4 6、 2 4 7の線幅比率は 1より大きく、好ましくは 1 . 4〜3 . 6とすることにより、 挿入損失を小さくすることができる。

(実施の形態 8 )

図 2 8は本実施の形態 8における S AWフィル夕の上面図である。 図 2 8に示 すように、 2 8 ° 〜4 2 ° 回転 Yカットの水晶基板を用いて形成した圧電基板 2 8 1の上に、 第 1のフィルタトラック 2 8 2と第 2のフィル夕トラック 2 8 3が 並列に構成されている。 第 1のフィル夕トラック 282は入力 I DT電極 284 と出力 I DT電極 285を有する。 同様に、 第 2のフィルタトラック 283は入 力 I DT電極 286と出力 I DT電極 287を有する。

また、 第 1のフィル夕トラック 282の電極 284と第 2のフィル夕トラック 283の電極 286を並列接続すると共に、 第 1のフィルタトラック 282の電 極 285と第 2のフィル夕トラック 283の電極 287を並列接続している。 上記のように構成された S AWフィル夕について、 以下その動作を説明する。 図 29 Aに図 1における第 1のフィルタトラック 282の振幅特性 291と第 2のフィル夕トラック 282の振幅特性 292を、 図 29 Bに図 28における第 1のフィルタトラック 282の位相特性 293と第 2のフィルタトラック 283 の位相特性 294とを示す。

図 29 Bに示すように通過帯域内においては、 第 1のフィルタトラック 282 と第 2のフィル夕トラック 283との位相差はほぼ 0° 、 すなわちほぼ同位相と する。 ほぼ同位相とは、 —50° 〜十 50° 好ましくは _ 20° 〜十 20° の範 囲内の位相差である。

また通過帯域外においては、 第 1のフィルタトラック 282と第 2のフィルタ トラック 283との位相差はほぼ 180° 、 すなわちほぼ逆位相である。 ほぼ逆 位相とは、 130° 〜230° 、 好ましくは 160° 〜200° の範囲内の位相 差である。 ， また図 29 Aに示すように第 1のフィルタトラック 282の振幅特性 291は 減衰量が大きいものの広い通過帯域を有する。 一方、 第 2のフィルタトラック 2 83の振幅特性 292は減衰量が小さいものの通過帯域が狭い。 従って第 1のフ ィルタトラ'ック 282と第 2のフィル夕トラック 283とは過帯域内においてほ ぼ同位相であるため、 これらを電気的に並列に接続することにより、 平坦で広い 通過帯域幅を得ることができる。 また第 1のフィルタトラック 2 8 2の振幅特性 2 9 1および第 2のフィル夕ト ラック 2 8 3の振幅特性 2 9 2とも、 通過帯域外におけるスプリアスのレベルは それほど抑圧されていない。 さらにそれぞれのスプリアスはピークの周波数に差 が無くほぼ同一である。 しかしながら、 第 1のフィル夕トラック 2 8 2と第 2の フィルタトラック 2 8 3とは通過帯域外においてほぼ逆位相であるため、 第 1の フィルタトラック 2 8 2のスプリアスと第 2のフィル夕トラック 2 8 3のスプリ ァスは打ち消し合うこととなる。 従って通過帯域外において大きな減衰量が得ら れるのである。

このように、 図 2 9 Aに示すような振幅特性 2 9 1 , 2 9 2を有する第 1のフ ィルタトラック 2 8 2と第 2のフィル夕トラック 2 8 3の相対的な位相関係を通 過帯域内ではほぼ同位相に、 通過帯域外ではほぼ逆位相にすることにより、 平坦 で広い通過帯域幅を有し、 かつ通過帯域外減衰量に優れた S AWフィル夕を得る ことができる。

なお、 本実施の形態においても電極 2 8 4、 2 8 5、 2 8 6、 2 8 7を実施の 形態 2から 7に示した構造とすることによりそれぞれ同様の効果が得られる。 こ の際、 第 1のフィルタトラック 2 8 2の振幅特性は減衰量が大きいが広い通過帯 域を有するものであり、 第 2のフィル夕トラック 2 8 3の振幅特性は減衰量が小 さいが通過帯域が狭いものとする。 さらに第 1および第 2のフィルタトラック 2 8 2， 2 8 3とも通過帯域内の平坦性に優れている。

以下本発明のポイントについて上記説明も含めて、 記載する。

( 1 ) 平坦で広い通過帯域幅を有し、 かつ通過帯域外減衰量に優れた S AWフィ ル夕を得るために、第 1および第 2のフィルタトラックの振幅特性の相関関係は、 図 2 Aに示すものか、 図 2 9 Aに示す形状であることが好ましい。

( 2 ) 第 1、 第' 2のフィル夕トラックの位相差は、 通過帯域近傍の減衰特性を求 められる周波数領域においてはほぼ逆位相とする必要があるが、 通過帯域から遠 く離れた周波数領域では逆位相でなくても、 第 1および第 2のフィルタトラック の振幅特性により十分な減衰特性が得られる。

(3) 本実施の形態の SAWフィル夕は、 同等のフィルタ特性を有する従来の S AWフィル夕と比較すると入、 出力 I DT電極の長さが短く、 大幅に小型化でき る。 従って携帯電話などの通信機器の小型化に寄与することができる。

(4) 本実施の形態の SAWフィルタは、 必要に応じて吸音材等を設けたとして も同様の効果が得られる。

(5) 上記実施の形態においては、 入、 出力端子は平衡型としたが、 図 10に示 すような不平衡型あるいは図 11に示すような一方を平衡型、 他方を不平衡型と した場合も、 同様の効果が得られるものである。

図 10の入、 出力 I DT電極 104、 105、 106、 107、 および図 11 の入、 出カ10丁電極114、 115、 1 16、 117のように一方向性電極、 あるいは間引き重み付けされた入、 出力 I DT電極を用いた場合、 反射器電極ま たは音速調整用のダミー電極が付与されている電極指側の端子を接地した方が、 浮遊容量の抑圧、 低損失化、 高減衰化の点から好ましい。

( 6 ) 上記各実施の形態においては図 1に示すように第 1のフィルタトラック 1 2と第 2のフィル夕トラック 13とを引き回し電極にて並列に接続している。 し かし、 図 12に示すように圧電基板 121上において、 第 1のフィルタトラック 122の入力 I DT電極 124と第 2のフィルタトラック 123の入力 I DT電 極 126を接続し、 第 1のフィルタトラック 122の出力 I DT電極 125と第 2のフィルタトラック 123の出力 I DT電極 127を直接接続しても同様の効 果が得られる。 この構成とすることにより、 交差幅方向の長さを短くすることが でき、 より SAWフィルタを一層小型化できると共に、 引き回し電極による抵抗 損失を低減でき、 揷入損失も小さくすることができる。

(7) 圧電基板として水晶を用いた場合、 その周波数ドリフトは 2次曲線で表わ されることとなり、 実用的な膜厚およびメ夕ライゼ一ションレシオを考慮すると 2 8 ° 〜4 2 ° 回転 Yカットの水晶基板を用いることが好ましい。 その結果頂点 温度を使用温度範囲の中心付近にすることができ、 使用温度範囲での周波数ドリ フトを小さくすることができる。 産業上の利用可能性

以上本発明によると、広く、平坦な通過帯域で通過帯域近傍の減衰量に優れた、 従来より小型の S AWフィルタを提供することができる。 本発明の S AWフィル 夕は小型通信機器のフィル夕として適したものである。

Claims

請 求 の 範 囲

1. 圧電基板上に、 入力インターディジタルトランスデューサ （IDT) 電極と 出力 I DT電極とを有するフィル夕トラックを少なくとも 2つ備え、 前記少なく とも 2つのフィル夕トラックの入力 I DT電極は並列に接続され、 前記少なくと も 2つのフィル夕トラックの出力 I DT電極は並列に接続されてなり、 前記少な くとも 2つのフィル夕トラックの位相関係は通過帯域内ではほぼ同位相であり、 通過帯域外ではほぼ逆位相であり、 前記少なくとも 2つのフィルタトラック伝達 関数の最大値から 3 dB低下する周波数値がほぼ一致していることを特徴とする 弹性表面波フィルタ。

2. 前記入力 I DT電極および前記出力 I DT電極のうち少なくとも一つが一方 向性電極であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の弾性表面波フィルタ。

3. 前記一方向性電極内に相反する伝播方向性を有する部分を有することを特徴 とする請求の範囲第 2項に記載の弾性表面波フィル夕。

4. 前記 I DT電極のメタライゼイシヨンレシオが 0. 45〜0. 65である請 求の範囲第 2項に記載の弾性表面波フィルタ。

ただし、 メタライゼイシヨンレシオは 「半波長内の電極指幅の総和 Z伝搬する SAWの半波長」 で規定する。

5. 前記入力 I DT電極および前記出力 I DT電極のうち少なくとも一つが一波 長内に 4本の電極指を有し、 つ、 前記電極指の少なくとも一部が異なった線幅 を有する電極指対を形成し、 前記電極指対の細い電極指の幅と太い電極指の幅と の比率 （線幅比率） が 1より大である請求の範囲第 2項に記載の弾性表面波フィ ルタ。

6. 前記入力 I DT電極と前記出力 I DT電極の前記線幅比率が異なる構成であ る請求の範囲第 5項に記載の弾性表面波フィル夕。

7. 前記電極指対の各電極指間の距離が次式を満足する構成である請求の範囲第 5項に記載の弾性表面波フィルタ。

Τ ^> + β

ただし、

Ύ ：電極指対を構成する細い電極指と太い電極間の距離を λΖΐ 6で規 格化した値。

： I DT電極を λ/2単位で区切った領域の一方の端と、 電極指対中 の細い電極指との距離をぇノ16で規格化した値。

β ： IDT電極を 2単位で区切った領域の他方の端と、 電極指対中 の太い電極指との距離を λ/16で規格化した値。

8. 線幅の異なる電極指からなる電極指対を少なくとも二対設けると共に、 前記 電極指対の少なくとも一対は次の式 （1) を満たし、 他の電極指対は式 （2) を 満たす請求項 5に記載の弾性表面波フィルタ。

Τ>α + β (1)

Τ≤α + β (2)

ただし、

7 ：電極指対を構成する細い電極指と太い電極間の距離を λΖΐ 6で規 格化した値。 ： I DT電極を λΖ2単位で区切った領域の一方の端と、 電極指対中 の細い電極との距離を λ/16で規格化した値。

β ： I DT電極を λΖ2単位で区切った領域の他方の端と、 電極指対中 の太い電極指との距離をぇノ16で規格化した値。

9. 前記式 （1) と前記式 （2) とを満たす電極指対の数が同じである請求の範 囲第 8項記載の弾性表面波フィルタ。

10. 隣り合う前記電極指対の一方は前記式 （1) を満たし、 他方は前記式（2) とを満たす請求の範囲第 8項記載の弾性表面波フィル夕。

11. 前記電極指はアルミニウムを主成分とする金属で形成すると共に、 電極指 膜厚と弾性表面波の波長 λとの比率が 0. 005〜0. 035である請求の範囲 第 2項に記載の弾性表面波フィル夕。

12. 前記圧電基板に 28° 〜42° 回転 Υカットの水晶基板を用いる請求の範 囲第 2項に記載の弾性表面波フィル夕。

13. 圧電基板上に、 入力インタ一ディジタルトランスデューサ （IDT) 電極 と出力 I DT電極とを有するフィルタトラックを 2つ備え、 前記 2つのフィルタ トラックの入力 I DT電極は並列に接続され、 前記 2つのフィルタトラックの出 力 I D Τ電極は並列に接続されてなり、 前記 2つのフィル夕トラックの位相関係 は通過帯域内ではほぼ同位相であり、 通過帯域外ではほぼ逆位相であり、 前記 2 つのフィルタトラックの中心周波数がほぼ一致すると共に、 一つのフィルタトラ ックの通過帯域幅が他のフィルタトラックの通過帯域幅よりも大である弾性表面 波フィルタ。

14. 前記入力 I DT電極および前記出力 I DT電極のうち少なくとも一つが一 方向性電極であることを特徴とする請求の範囲第 13項に記載の弾性表面波フィ ルタ。

15. 前記一方向性電極内に相反する伝播方向性を有する部分を有することを特 徵とする請求の範囲第 14項に記載の弾性表面波フィルタ。

16. 前記 I DT電極のメタライゼイシヨンレシオが 0. 45〜0. 65である 請求の範囲第 14項に記載の弾性表面波フィルタ。

ただし、 メタライゼイシヨンレシオは 「半波長内の電極指幅の総和 伝搬する SAWの半波長」 で規定する。

17. 前記入力 I DT電極および前記出力 I DT電極のうち少なくとも一つが一 波長内に 4本の電極指を有し、 かつ、 前記電極指の少なくとも一部が異なった線 幅を有する電極指対を形成し、 前記電極指対の細い電極指の幅と太い電極指の幅 との比率 （線幅比率） が 1より大である請求の範囲第 14項に記載の弾性表面波 フィルタ。

18. 前記入力 I DT電極と前記出力 I DT電極の前記線幅比率が異なる構成で ある請求の範囲第 17項に記載の弾性表面波フィルタ。

19. 前記電極指対の各電極指間の距離が次式を満足する構成である請求の範囲 第 17項に記載の弾性表面波フィル夕。 T>a + β

ただし、

7 ：電極指対を構成する細い電極指と太い電極間の距離を λΖΐ 6で規 格化した値。

： IDT電極を λΖ2単位で区切った領域の一方の端と、 電極指対中 の細い電極指との距離を λΖΐ 6で規格化した値。

β ： I DT電極を λΖ2単位で区切った領域の他方の端と、 電極指対中 の太い電極指との距離を λΖΐ 6で規格化した値。

20. 線幅の異なる電極指からなる電極指対を少なくとも二対設けると共に、 前 記電極指対の少なくとも一対は次の式 （1) を満たし、 他の電極指対は式 （2) を満たす請求項 17に記載の弾性表面波フィル夕。

7>a + i3 (1)

7≤α + β (2)

ただし、

r：電極指対を構成する細い電極指と太い電極間の距離を λΖΐ 6で規 格化した値。

a ： IDT電極を 2単位で区切った領域の一方の端と、 電極指対中 の細い電極との距離を久 16で規格化した値。

β ： IDT電極を ΛΖ2単位で区切った領域の他方の端と、 電極指対中 の太い電極指との距離を λΖΐ 6で規格化した値。

21. 前記式 （1) と前記式 （2) とを満たす電極指対の数が同じである請求の 範囲第 20項記載の弾性表面波フィルタ。

22. 隣り合う前記電極指対の一方は前記式 （1) を満たし、 他方は前記式（2) とを満たす請求の範囲第 20項記載の弾性表面波フィルタ。

23. 前記電極指はアルミニウムを主成分とする金属で形成すると共に、 電極指 膜厚と弾性表面波の波長 λとの比率が 0. 005〜0. 035である請求の範囲 第 14項に記載の弹性表面波フィル夕。

24. 前記圧電基板に 28° 〜42° 回転 Υカットの水晶基板を用いる請求の範 囲第 14項に記載の弾性表面波フィルタ。