JP2000151355A - ラダー型sawフィルタ - Google Patents

ラダー型sawフィルタ

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JP2000151355A
JP2000151355A JP10314241A JP31424198A JP2000151355A JP 2000151355 A JP2000151355 A JP 2000151355A JP 10314241 A JP10314241 A JP 10314241A JP 31424198 A JP31424198 A JP 31424198A JP 2000151355 A JP2000151355 A JP 2000151355A
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JP
Japan
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ladder
filter
saw filter
type saw
saw
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JP10314241A
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Takuya Owaki
卓弥 大脇
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Toyo Communication Equipment Co Ltd
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Toyo Communication Equipment Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電基板上に複数のSAW共振子を配置して
構成するラダー型SAWフィルタの減衰傾度を急峻にす
る手段を得る。 【解決手段】 圧電基板上に表面波の伝搬方向に沿って
IDT電極とその両側にグレーティング反射器を配して
形成するSAW共振子を、複数個配設して構成するラダ
ー型SAWフィルタにおいて、前記IDT電極及び前記
グレーティング反射器の電極指幅LとスペースSとの関
係を 0.55≦L/(L+S)≦0.75 としたラダー型SAWフィルタである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はラダー型SAWフィ
ルタに関し、特に通過域近傍の減衰傾度を改善したラダ
ー型SAWフィルタに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、SAWデバイスは通信分野で広く
利用され、高性能、小型、量産性等の優れた特徴を有す
ることから特に携帯電話器等に多く用いられている。携
帯電話器等のRF段に用いらるSAWフィルタの1種
に、同一圧電基板上に一端子対弾性表面波共振子(以
下、SAW共振子と称す)複数個を並、直列に配置した
所謂ラダー型SAWフィルタである。ラダー型SAWフ
ィルタの特徴は、他の電子部品に比べてQ値の高いSA
W共振子のみで構成するため、低挿入損失であると共
に、急峻な減衰傾度のフィルタを実現できることから、
近年、携帯電話等のRFフィルタとして広く用いられる
ようになった。
【0003】図5は、ラダー型SAWフィルタを形成す
るSAW共振子1個の構成を示す電極パターンの平面図
であり、圧電基板11上に表面波の伝搬方向に沿ってI
DT電極12とその両側にグレーティング反射器13
a、13bを配置してSAW共振子を構成したものであ
る。IDT電極12はそれぞれ互いに間挿し合う複数本
の電極指を有する一対のくし形電極により構成され、I
DT電極12の一方のくし形電極は入力端子とし、他方
のくし形電極は出力端子として用いる。
【0004】図5(b)に示すラダー型SAWフィルタ
は、圧電基板11上に表面波の伝搬方向に沿って、図5
(a)に示すSAW共振子と同様なSAW共振子5個
(14〜18)を互いに影響を及ぼさない距離を置いて
配置し、それらを並列、直列、並列、・・と順次ラダー
構造になるように信号線19、アース電極20及びアー
ス線21を用いて接続したものである。
【0005】図5(b)に示すラダー型SAWフィルタ
の電気的等価回路を、圧電共振子(SAW共振子も圧電
共振子の1種)を表す符号を用いて模式的に表すと、図
6に示すラダー型回路となる。即ち、図5(b)に示し
た各素子のうち、SAW共振子14、18は入出力端子
に対し直列アームに、SAW共振子15、16、17は
並列アームに接続されている。図6に示す各SAW共振
子の周波数と電気的諸定数とをフィルタ理論に従って設
定し、適当に終端すれば、有極構成の帯域濾波器として
機能することは良く知られている。
【0006】SAWデバイスの改良は年々急速に進展し
ており、例えば特開平9−167936に開示されてい
るように、タンタル酸リチウム(LiTaO3)基板上にラダ
ー型SAWフィルタを形成する際の挿入損失、減衰傾度
等は、基板の切断方位と電極膜厚とに大きく依存するこ
とが開示されている。即ち、電極膜厚H/λ(λは励起
される表面波の波長)が0.07≦H/λ≦0.1、基
板の切断方位Yが38°≦Y≦44°の条件を満たすよ
うにラダー型SAWフィルタを形成すると、挿入損失が
低損失になると共に、通過域近傍の減衰傾度が急峻なラ
ダー型SAWフィルタが得られることが記述されてい
る。
【0007】図7は、圧電基板に42°Y-X LiTaO3を用
い、電極にアルミニウム合金の膜厚H/λを0.08、ID
T電極対数を100対、反射器の本数をそれぞれ100本、電
極指の交差幅Wを30λ、共振周波数を880MHz帯とした
SAW共振子5個を図6に示すように並直列に接続した
フィルタの濾波特性をシミュレーションによりもとめた
図で、フィルタ特性について阻止域を含めて図示したも
のBと、通過域のみを拡大して図示したものAが重ね書
きされている。拡大したフィルタ特性のロス(Loss)は
右側の縦軸に、周波数(Freq.)は下段の数値に対応し
ている。尚、ハッチングで示すAsは通過域の規格を示
し、Bsは減衰域の規格を示している。尚、電極指幅
(ライン幅)Lと電極指間スペースSの寸法(以下、ス
ペース幅と称す)とを等しく設定している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、米国の
AMPS方式では900MHz帯の周波数を用い、送受の周
波数間隔が20MHzであり、比帯域が4.5%のRFフ
ィルタが必要であるに対し、新たなPCS方式では周波数
帯が1.9GHz帯に移行したにも拘わらず送受の周波
数間隔が20MHzのままであり、RFフィルタとして
比帯域4.0%と狭帯域かつ通過域近傍の減衰傾度は従来
のものに比べてより急峻にする必要が生じている。上記
のラダー型SAWフィルタでは、新しい規格を満たすこ
とが極めて難しいという問題があった。本発明は上記問
題を解決するためになされたものであって、減衰傾度を
改善したラダー型SAWフィルタを提供することを目的
とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明においては、IDTの電極指幅Lとスペース幅
Sとの関係を吟味した結果、以下のようにすれば目的を
達成し得ることを見出した。即ち、請求項1記載の発明
は、圧電基板上に表面波の伝搬方向に沿ってIDT電極
とその両側にグレーティング反射器を配してなるSAW
共振子を複数個配設して構成するラダー型SAWフィル
タにおいて、IDT電極及びグレーティング反射器の電
極指幅LとスペースSとの関係を 0.55≦L/(L+S)≦0.75 としたことを特徴とするラダー型SAWフィルタであ
る。請求項2記載の発明は、切断角度θが38°≦θ≦
44°のタンタル酸リチウム基板を用いたことを特徴と
する請求項1記載のラダー型SAWフィルタである。
【0010】
【発明の実施の形態】以下本発明を図面に示した実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に係るラ
ダー型SAWフィルタの構成を示す平面図であって、圧
電基板1上に図5で説明したようなSAW共振子5個
(SAW共振子2〜6)を配し、リード電極7及び複数
の電極パッド8a〜eを用いて、並、直列に接続してラ
ダー型SAWフィルタを構成したものである。それぞれ
のSAW共振子2〜6は互いに影響を及ぼさない距離を
隔して配置されている。また、電極パッド8aと入力端
子IN、電極パッド8bと出力端子OUTとをワイヤボンデ
ィングを用いて電気的に接続し、電極パッド8c〜8e
はそれぞれ接地してラダー型SAWフィルタを構成す
る。
【0011】ラダー型SAWフィルタの挿入損失、通過
域近傍の減衰傾度を改善するには、フィルタを構成して
いるSAW共振子の特性、例えば電気的等価抵抗R、容
量比γ等を改善する必要がある。そこで発明者は、SA
W共振子の断面図の一部を示す図2のように、電極指幅
(ライン幅)Lとスペース幅Sとを定義したとき、両者の
和に対する電極指幅Lの比、即ちライン占有率L/(L+S)
とSAW共振子の電気的等価抵抗R及び容量比γの関係
を求めるべく、種々実験を重ねた。尚、同図においてλ
は一波長に相当し、Hは電極膜の厚みであり、一般にS
AW共振子の膜厚をH/λで表現する。圧電基板に42°Y
-X LiTaO3を用い、電極にアルミニウム合金の膜厚H/λ
を0.08、IDT電極対数を100対、反射器の本数をそれ
ぞれ100本、電極指の交差幅Wを30λとし、周波数は900
MHz帯とした。ライン占有率L/(L+S)を0.3から0.7ま
で0.1きざみで変化させ、その時の円線図と共振特性と
を測定して、共振周波数f s、***振周波数fa、容量比
γ、等価抵抗R及びスプリアスを測定した。
【0012】図2(b)、(c)に示した円線図及び共
振特性は測定した一例であり、点αは共振周波数、点β
は***振周波数を示している。図3(a)、(b)は、
以上の測定から得られたデータを、それぞれ容量比γと
電気的等価抵抗Rとに分け、ライン占有率L/(L+S)に対
してプロットした図である。図3(a)から容量比γは
ライン占有率L/(L+S)が約0.47のとき最小値となること
が分かる。また、図3(b)からライン占有率の増加に
つれて電気的等価抵抗Rは概ね減少する傾向にある。
【0013】発明者は容量比γが小さく、等価抵抗Rも
小さいSAW共振子を用いてラダー型SAWフィルタを
構成した場合に、挿入損失が小さく、通過域近傍の減衰
傾度が急峻になると考え実験してきたが、容量比γが最
小値よりも少し大きな値のSAW共振子を用いてラダー
型SAWフィルタを構成したところ、通過域帯域幅は容
量比γが最小なものと同等で、通過域近傍の減衰傾度は
むしろ急峻になることを見出した。
【0014】そこで、上記のことを確認すべく圧電基板
に42°Y-X LiTaO3を用い、電極にアルミニウム合金の膜
厚H/λを0.08、IDT電極対数を100対、反射器の本数
をそれぞれ100本、電極指の交差幅Wを30λ、共振周波数
を880MHz帯としたSAW共振子5個を図6のによう
に並直列に接続したフィルタの濾波特性を、前記のSA
W共振子の容量比γ、電気的等価抵抗R等の実験値を用
いて、シミュレーションによって求めた。図4は、SA
W共振子の容量比γが最小値より少し大きな値を呈する
ライン占有率0.7に設定した場合の濾波特性を示した図
で、フィルタ特性について阻止域を含めて図示したもの
Bと、通過域のみを拡大して図示したものAが重ね書き
されている。拡大したフィルタ特性のロス(Loss)は右
側の縦軸に、周波数(Freq.)は下段に数値に対応して
いる。尚、ハッチングを施したAsは通過域の規格、B
sは減衰域の規格を示したものである。図4と図7とか
ら明らかなように、ライン占有率が0.7を用いたラダー
型SAWフィルタの方が通過域近傍の減衰傾度が急峻で
あることが分かる。
【0015】さらに、図4、7を詳細に検討すると最小
損失から1.5dB減衰した所の通過帯域幅は両者ともほぼ
同じ値を示すが、30dB減衰した所の帯域幅はライン占有
率0.7を用いたラダー型SAWフィルタの方が、ライン
占有率0.5のフィルタより約7%ほど狭くなっていること
が分かった。即ち、ライン占有率を0.7に設定したラダ
ー型SAWフィルタの方がライン占有率を0.5に設定し
たフィルタより通過域近傍の減衰傾度が急峻になるとい
うことである。さらに、容量比γ、電気的等価抵抗R等
に実験値を用い、ライン占有率をパラメータにしてラダ
ー型SAWフィルタの濾波特性をシミュレーションによ
り求めたところ、ライン占有率L/(L+S)が0.55≦ L/(L
+S) ≦0.75の関係を満たすときにライン占有率0.5とし
た従来のフィルタより減衰傾度が改善されることが分か
った。
【0016】以上の説明では圧電基板上に配列したSA
W共振子のIDT電極及びグレーティング反射器のライ
ン占有率を同じ比で変化させた場合について、通過域近
傍の減衰傾度が改善される関係を求めたが、ライン占有
率を変化させると共振周波数も変化するため、グレーテ
ィング反射器が形成するストップバンドの中心地をフィ
ルタの帯域幅に対して最適になるようにグレーティング
反射器の波長を調整することはいうまでもない。
【0017】また、以上の説明では、タンタル酸リチウ
ム基板の切断角度θを42度を用いた場合について説明し
たが、切断角度が38°≦θ≦44°の範囲の切断角度を用
いても上記と同様な結果が得られた。また、電極膜厚H
/λについて0.08の場合について説明したが、この値に
限ることなく0.07≦ H/λ≦0.1の範囲に設定したもの
についても同様な結果が得られた。
【0018】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成した
ので、通過域近傍の減衰傾度を急峻にすることが可能と
なった。従って、本発明になるフィルタを1.9GHz帯の携
帯電話等のRFフィルタに用いれば通信品質の優れた携
帯電話が実現できるという優れた効果を奏す。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るラダー型SAWフィルタの構成を
示す平面図である。
【図2】(a)ライン占有率を説明する図、(b)円線
図、(c)共振特性を示す図である。
【図3】(a)ライン占有率L/(L+S)と容量比γとの関
係を示す図、(b)ライン占有率L/(L+S)と電気的等価
抵抗Rとの関係を示す図である。
【図4】本発明に係るラダー型SAWフィルタの濾波特
性を示す図である。
【図5】(a)SAW共振子の構成を示す図、(b)ラ
ダー型SAWフィルタの構成を示す図である。
【図6】ラダー型SAWフィルタの電気的等価回路であ
る。
【図7】従来のラダー型SAWフィルタの濾波特性を示
す図である。
【符号の説明】
1・・圧電基板 2、3、4、5、6・・SAW共振子 7・・リード電極 8a、8b、8c、8d、8e・・電極パッド L・・電極指幅(ライン幅) S・・スペース λ・・波長 H・・電極膜厚 α・・共振点 β・・***振点 A・・通過域特性 B・・減衰域特性 As・・通過帯域の規格 Bs・・減衰域の規格

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 タンタル酸リチウム基板上に表面波の伝
    搬方向に沿ってIDT電極とその両側にグレーティング
    反射器を配してなるSAW共振子を複数個配設して構成
    するラダー型SAWフィルタにおいて、前記IDT電極
    及び前記グレーティング反射器の電極指幅Lとスペース
    Sとの関係を 0.55≦L/(L+S)≦0.75 としたことを特徴とするラダー型SAWフィルタ。
  2. 【請求項2】 切断角度θが38°≦θ≦44°のタン
    タル酸リチウム基板を用いたことを特徴とする請求項1
    記載のラダー型SAWフィルタ。
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