JP2000022493A - 弾性表面波フィルタ - Google Patents

弾性表面波フィルタ

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JP2000022493A
JP2000022493A JP10184600A JP18460098A JP2000022493A JP 2000022493 A JP2000022493 A JP 2000022493A JP 10184600 A JP10184600 A JP 10184600A JP 18460098 A JP18460098 A JP 18460098A JP 2000022493 A JP2000022493 A JP 2000022493A
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acoustic wave
surface acoustic
wave filter
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Yoshifumi Yamagata
佳史 山形
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 平衡入出力に対応でき、かつ耐電力性に優れ
たラダー型弾性表面波フィルタの構成を提供することを
目的とする。これにより、バラン素子を削減でき携帯電
話機の小型・軽量・低コスト化が図ることができる弾性
表面波フィルタを提供すること。 【解決手段】 複数の弾性表面波共振子(2a,2b、
3a,3b)を直列に接続した2列の直列共振子群と、
これら2列の直列共振子群の間に複数の弾性表面波共振
子(4a,4b,4c)を並列に接続して成る並列共振
子群とから成るとともに、前記直列共振子群の総容量を
Cs、並列共振子群の総容量をCpとした場合に、Cs
/Cpを0.4〜1.2としたことを特徴とする弾性表
面波フィルタ1とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話等の移動
体通信機器に用いられる弾性表面波フィルタであって、
平衡―平衡型及び平衡−不平衡型のフィルタに関する。
【0002】
【従来の技術とその問題点】移動体通信用弾性表面波フ
ィルタは、基本的に携帯電話機の小型化に伴い小型であ
ること、省電力化のため通過帯域において低損失である
こと、使用されるシステムと機の回路設計で決定される
減衰域において所望の減衰量が得られていることが要求
される。
【0003】弾性表面波フィルタには、伝搬型,共振器
型,ラダー型,ラティス型があり、要求仕様に合わせて
それに適するタイプが選定され使用されているが、高周
波回路部分では設計の自由度が高く急峻度が高いことか
ら、ラダー型が多く採用されている。また、アンテナ近
傍の大きな電力が印加される高周波回路部分では、その
高い耐電力性から唯一ラダー型フィルタのみが使用され
ていた。
【0004】図6に示すように、従来のラダー型弾性表
面波フィルタ101は、第1の入出力端子対105a,
105bと第2の入出力端子対106a,106bとの
間に、直列弾性表面波共振子102a〜102dと並列
弾性表面波共振子104a〜104cが交互に従属接続
され、端子105bと106bがグランド接続された不
平衡−不平衡型のフィルタであった。図7に示すよう
に、このフィルタの伝送振幅特性108は、通過帯域7
では低損失、それ以外の減衰域(システムにより変わる
ため図示せず)では大きな減衰量を有している。
【0005】しかしながら、従来の弾性表面波フィルタ
は不平衡−不平衡型であり、ミキサーとの接続部分に使
用される場合には別途バランを必要とするという問題点
があった。
【0006】図5に携帯電話機のアンテナ近傍の受信回
路ブロック図を示す。図中、矢印は受信信号の流れ方向
を示している。アンテナ(図示せず)から受信した信号
は、ローノイズアンプ12を通り増幅された後、不平衡
型弾性表面波フィルタ13により妨害信号が除去され、
ミキサー15で低周波信号へと変換される。この際、ミ
キサーが平衡入力となっているため、不平衡弾性表面波
フィルタ13の後段には、不平衡−平衡変換のためのバ
ラン14を接続する必要があった。
【0007】図8を用いてバラン14の簡単な説明をす
る。ラダー型フィルタの構成は図6と同一であり、バラ
ン14により不平衡端子対である第2の入出力端子対1
06を平衡端子対107に変換していた。
【0008】バランは誘導結合を利用したインピーダン
ス変換器であり、変換損失を小さくするためにはある程
度大型化することが必要で、弾性表面波フィルタの数倍
の大きさとなっていた。また別途バランを使用するため
低コスト/軽量化の妨げとなっていた。このため、急峻
度が高く耐電力性に優れた従来の不平衡ラダー型フィル
タにおいて、平衡型化が強く望まれている。
【0009】そこで本発明は、特に平衡入出力型に好適
に対応でき、かつ耐電力性に優れたラダー型弾性表面波
フィルタの構成を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の弾性表面波フィルタは、複数の弾性表面波
共振子を直列に接続した2列の直列共振子群と、これら
2列の直列共振子群の間に複数の弾性表面波共振子を並
列に接続した並列共振子群とから成る。
【0011】そして特に、直列共振子群の総容量をC
s、前記並列共振子群の総容量をCpとした場合、Cs
/Cpが0.4〜1.2(より好適には、0.6〜1.
0)とした。
【0012】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る実施形態に
ついて図面に基づいて詳細に説明する。
【0013】図1に本発明の弾性表面波フィルタ1の基
本構成を示す。弾性表面波フィルタ1は、第1の入出力
端子対5a,5b及び第2の入出力端子対6a,6b
と、端子5aと端子6aの間に直列に配された直列共振
子2a,2bから成る第1の直列共振子群と、端子5b
と端子6bの間に直列に配された直列共振子3a,3b
から成る第2の直列共振子群と、これら直列共振子群と
の間に配された並列共振子4a〜4cから成る並列共振
子群とから構成される。そして、図9から明らかなよう
に、弾性表面波フィルタを構成する共振子の容量比によ
りフィルタの通過帯域内でのインピーダンス整合条件が
異なり、定在波比VSWRが2.5以下の条件を満足す
るのは、容量比(Cp/Cs、Cp:直列共振子群の総
容量、Cs:並列共振子の総容量)が0.4〜1.2、
より好適には、VSWRがほぼ一定となる0.6〜1.
0としなければならないことが判明した。
【0014】また、端子5bは端子対5a,5bを不平
衡端子とするため、端子5bはグランドGへ接続されて
いる。このように、端子5bがグランド接続されている
ことを除いて、直並列の弾性表面波共振子は上下対称の
特性を有している。すなわち、直列共振子2aと3a,
直列共振子2bと3bは同一の構造としている。これに
より、端子対6a,6bを平衡端子対としている。本発
明者らはこの構成が上下対称であることから、以下真ラ
ダー型フィルタと称する。
【0015】図2は、本発明によるラダー型弾性表面波
フィルタの伝送振幅特性8を示している。通過帯域7で
は低損失で、それ以外の領域で高減衰を実現している。
【0016】図3(a)〜(d)は、本発明によるラダ
ー型弾性表面波フィルタのバランス動作を説明する図で
ある。図3(a)は端子5aから端子6aへの伝送振幅
特性9a、図3(b)は端子5aから端子6bへの伝送
振幅特性9b、図3(c)は端子5aから端子6aへの
伝送位相特性10a、図3(d)は端子5aから端子6
bへの伝送位相特性10bを示している。振幅特性図3
(a)と図3(b)は、全く同一の特性であり、位相特
性図3(c)と図3(d)は完全に180°ずれた特性
となっている。これはラダー型弾性表面波フィルタの共
振子構成が、上下対称となっているためである。
【0017】図4に平衡−平衡型として用いる弾性表面
波フィルタ11の一例を示す。ここで、図1の弾性表面
波フィルタ1との相違は端子5bをグランド接続しない
という点だけであり、その効果は弾性表面波フィルタ1
と同様である。
【0018】なお、左右方向については対称である必要
はない。また、本発明は基板材料を36°YカットLi
TaO3 単結晶としたが、36°〜42°YカットLi
TaO3 単結晶あるいは、64°YカットLiNbO3
単結晶など各種圧電材料が使用可能であり、要旨を逸脱
しない範囲内で適宜変更し実施しうる。また、本発明で
は共振子数を7個としたが、要求仕様によりその数等に
ついて適宜変更できることは言うまでもない。
【0019】
【実施例】次に、本発明によるラダー型弾性表面波フィ
ルタを具体的に試作した実施例を説明する。
【0020】36°YカットLiTaO3 単結晶基板上
に、Alを主成分とする微細電極パターンを形成した。
パターン作製には、Deep−UV光を用いた密着露光
機によりフォトリソグラフィーを行なった。
【0021】まず、基板材料(LT42°Yカット)を
アセトン・IPA等によって超音波をかけながら洗浄
し、有機分を除去した。
【0022】次に、クリーンオーブンによって充分に基
板乾燥を行なった後、基板上にフォトレジストをスピン
コーターによって約1μm 厚み回転塗布した。
【0023】フォトマスクは石英ガラスを主成分とした
厚み0.09インチで外形5インチサイズとした。電極
成膜には、電子ビーム蒸着機を使用し、AlもしくはA
l−Cu(2%)の材料を蒸着によって成膜した。ここ
で、電極膜厚は約4200Åとした。
【0024】次に、レジスト剥離液中で基板に超音波を
かけることで、不要Alパターンをリフトオフした。な
お、リフトオフでAl等の材料をリフトオフするために
はレジストの断面形状を逆テーパにするための条件出し
が必要(あるいは2層レジスト等の工夫が必要)とな
る。
【0025】この後、保護膜工程を行った。ここで、保
護膜材料としてSiを採用した。Siは電子ビーム蒸着
機にて蒸着し、これもまたレジストを逆テーパにするこ
とでリフトオフによってパターニングした。Si膜厚は
250Åであり、これにより金属粉によるショートが防
止できる。
【0026】次に、基板をスクライブラインに沿って、
ダイシングし、チップごとに分割した。そして、各チッ
プはダイボンダーにかけられ、ピックアップされ、Si
樹脂を主成分とするダイボンド樹脂でSMD(表面実装
型)パッケージ内キャビティに接着した。この後、加熱
し、乾燥・硬化させた。SMDパッケージは、3mm角
積層構造であり、チップサイズは1.6×1.0mmと
した。
【0027】次に、30μφAuワイヤーをSMDパッ
ケージのパッド部とチップ上のAlパッド上にボールボ
ンディングした後、パッケージリッドをパッケージにか
ぶせ、シームシーラーにてシーリングして完成となっ
た。なお、チップ上のグランドは各々分離して配線さ
れ、Auワイヤーボンディングにてパッケージ上のグラ
ンドパッドにボンディングした。なお、本電極は同一チ
ップ上に配線するため、同一パッケージ内に収容した。
【0028】ラダー型弾性表面波フィルタを構成する弾
性表面波共振子は、IDTの対数が40〜120対、交
差幅が10〜30λで、弾性表面波の波長は直列と並列
で違えてあるが、概略4.4μmとした。反射電極本数
は直列共振子側で20本、並列共振子側で20本であ
る。
【0029】ここで重要なのは、直列弾性表面波共振子
を2回路構成されたラダー型フィルタの電極設計を全く
同一にすることである。これにより、図3より明らかな
ように出力波形の振幅は同一で、位相のみ180°違う
応答が得られる。特性測定には、ネットワークアナライ
ザを用い、図2、図3に示す周波数特性の測定を行っ
た。また、基板材料は36°YカットLiTaO3 単結
晶基板を用い、規格化電極膜厚は9.6%とした。
【0030】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の弾性表面
波フィルタによれば、複数の弾性表面波共振子を直列に
接続した2列の直列共振子群と、これら2列の直列共振
子群の間に複数の弾性表面波共振子を並列に接続して成
る並列共振子群とから成るとともに、特に直列共振子群
の総容量をCs、並列共振子群の総容量をCpとした場
合に、Cs/Cpを0.4〜1.2としたので、平衡−
平衡型及び平衡−不平衡型の耐電力性に優れたラダー型
弾性表面波フィルタを実現できる。これにより、バラン
を削除でき、携帯電話機の小型,軽量,低コスト化を図
ることができ、優れた弾性表面波フィルタを提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による平衡−不平衡真ラダー型弾性表面
波フィルタの構成図である。
【図2】本発明による平衡−不平衡真ラダー型弾性表面
波フィルタの伝送振幅特性を示す図である。
【図3】(a)〜(d)はそれぞれ本発明による平衡−
不平衡真ラダー型弾性表面波フィルタのバランス動作を
説明する図である。
【図4】本発明による平衡−平衡真ラダー型弾性表面波
フィルタの構成図である。
【図5】平衡−不平衡型弾性表面波フィルタが使用され
る携帯電話機の部分ブロック図である。
【図6】従来の不平衡ラダー型弾性表面波フィルタの構
成図である。
【図7】従来の不平衡ラダー型弾性表面波フィルタの伝
送振幅特性を示す図である。
【図8】従来の不平衡ラダー型弾性表面波フィルタをバ
ランを付加し平衡−不平衡型フィルタとした構成図であ
る。
【図9】本発明の弾性表面波フィルタの共振子容量比と
VSWRとの関係を示す図である。
【符号の説明】
1:平衡−不平衡真ラダー型弾性表面波フィルタ 2a,2b:第1の直列弾性表面波共振子 3a,3b:第2の直列弾性表面波共振子 4a,4b,4c:第3の直列弾性表面波共振子 5,105:第1の入出力端子対 6,106:第2の入出力端子対 7:通過帯域 8,9a,9b,108:伝送振幅特性 10a,10b:伝送位相特性 11:平衡−平衡真ラダー型弾性表面波フィルタ 12:ローノイズアンプ 13:不平衡型弾性表面波フィルタ 14::バラン 15:ミキサ 101:不平衡ラダー型フィルタ 102:直列弾性表面波共振子 104:並列弾性表面波共振子 107:平衡端子対

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の弾性表面波共振子を直列に接続し
    た2列の直列共振子群と、これら2列の直列共振子群の
    間に複数の弾性表面波共振子を並列に接続した並列共振
    子群とから成る弾性表面波フィルタ。
  2. 【請求項2】 前記直列共振子群の総容量をCs、前記
    並列共振子群の総容量をCpとした場合、Cs/Cpが
    0.4〜1.2であることを特徴とする請求項1に記載
    の弾性表面波フィルタ。
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