JP2005072992A - Longitudinally coupled dual mode surface acoustic wave filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電基板上の弾性表面波の伝搬方向に沿って複数のIDTを順次配置した縦結合二重モード弾性表面波フィルタにおいて、狭帯域で通過域の減衰傾度を急峻にした縦結合二重モード弾性表面波フィルタに関する。 The present invention relates to a longitudinally coupled double mode surface acoustic wave filter in which a plurality of IDTs are sequentially arranged along a propagation direction of a surface acoustic wave on a piezoelectric substrate. The present invention relates to a heavy mode surface acoustic wave filter.
近年、弾性表面波(Surface Acoustic Wave:以下、SAW)フィルタは移動体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があることから特に携帯電話等に多く用いられている。日本の携帯電話に使われているPDC方式(Personal Digital Cellular)のRF部においては、隣接する送受信波を分離するために狭帯域で通過帯域の減衰傾度の急峻なSAWフィルタが要求されている。この理由としては、図8に示すようにPDC方式において周波数割り当てが送信周波数帯893MHz〜898MHz(Tx1)と、受信帯870MHz〜885MHz(Rx2)とが近接しているためであり、双方が混信しないよう狭帯域で減衰傾度が急峻な特性が必要なのである。 In recent years, surface acoustic wave (SAW) filters have been widely used in the field of mobile communication, and have been used particularly in mobile phones because of their excellent characteristics such as high performance, small size, and mass productivity. Yes. In the RF part of the PDC (Personal Digital Cellular) used in Japanese mobile phones, a SAW filter with a narrow band and a steep inclination of the pass band is required to separate adjacent transmission and reception waves. This is because, as shown in FIG. 8, in the PDC system, the frequency allocation is close to the transmission frequency band 893 MHz to 898 MHz (Tx1) and the reception band 870 MHz to 885 MHz (Rx2), and both do not interfere with each other. Therefore, it is necessary to have such a characteristic that the attenuation gradient is steep in a narrow band.
携帯電話のRF用フィルタとしてよく用いられる縦結合二重モードSAWフィルタの平面図を図9に示す。圧電基板上にSAWの伝搬方向に沿ってIDT32、33、34を近接配置すると共に、これらのIDTの両側にグレーティング反射器(以下、反射器と称す)35a、35bを配設する。前記IDT32、33、34は互いに間挿し合う複数の電極指を有する一対のくし形電極から形成され、中央のIDT33の一方のくし形電極は入力端子INに接続し他方のくし形電極は接地する。さらに、両側のIDT32、34のそれぞれ一方のくし形電極を接続して出力端子OUTに接続すると共に、他方のくし形電極はそれぞれ接地して縦結合二重モードSAWフィルタ31が構成される。
FIG. 9 shows a plan view of a longitudinally coupled double mode SAW filter that is often used as an RF filter for a cellular phone. IDTs 32, 33, and 34 are disposed close to each other along the SAW propagation direction on the piezoelectric substrate, and grating reflectors (hereinafter referred to as reflectors) 35a and 35b are disposed on both sides of these IDTs. The
前述の縦結合二重モードSAWフィルタ31において、狭帯域な特性を実現するにはIDT32〜34の電極指対数を増やせばよい。しかしながら、電極指対数を増やすと狭帯域になるものの挿入損失が劣化しまう問題があった。また、他の手段として、IDT32、33及びIDT33、34の最も近接する電極指の中心間距離Lを大きくすることにより狭帯域化できることが知られている。図10は、図9の縦結合二重モードSAWフィルタにおいて、IDTの電極指周期をλとした時、IDT間の最隣接電極指中心間距離Lを0.82λ、0.84λ、0.86λと変化させたときの通過域特性を示している。同図より、Lを大きくすると通過帯域幅が減少し狭帯域になることが分かる。しかし、Lを大きくして狭帯域にするほどフィルタのインピーダンスがずれてしまい通過帯域の低域側の肩が垂れて挿入損失が大きく劣化してしまう。
In the above-described longitudinally coupled double
更に狭帯域化の別の方法として、図11(a)に示すように縦結合二重モードSAWフィルタ31に1端子対SAW共振子41を直列接続する方法がある。これは、1端子対SAW共振子41を直列接続して該1端子対SAW共振子41の***振点を通過帯域内に位置させることにより減衰極を発生させて狭帯域化にする方法である。図11(b)は図11(a)に示す縦結合二重モードSAWフィルタ31に1端子対SAW共振子41を直列接続した場合の通過域特性である。なお、中心周波数をPDC方式の送信(Tx1)用SAWフィルタに適用される895.5(MHz)、中央IDT33の電極指対数を27.5対、両側IDTの電極指対数を20.5対、交差幅を15λ、電極膜厚を約4.4%λ、IDT間の最隣接電極指中心間距離Lを0.84λとした。同図より、1端子対SAW共振子の***振点による減衰極Eを通過帯域内に発生させることにより従来より狭帯域化することができる。ところで、PDC方式の送信(Tx1)用SAWフィルタにおいては、同図に示すように挿入損失3.5(dB)、通過域低域側の受信側(Rx1)阻止域減衰量35(dB)、通過域高域側減衰量3.5(dB)の仕様が要求されているが、この要求仕様を満足するには1端子対SAW共振子の***振周波数を低く設定して、減衰極Eを減衰極E'に大きくシフトさせる必要がある。しかしながら、要求仕様に応じるべく減衰極Eを減衰極E'にシフトさせると通過帯域の高域側の肩が大きく垂れてしまい挿入損失が劣化してしまう問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、縦結合二重モードSAWフィルタにおいて、PDC方式のRFフィルタに要求される狭帯域な仕様を満足しようとすると通過帯域が大きく劣化してしまう点である。 The problem to be solved by the present invention is that, in a longitudinally coupled double mode SAW filter, the passband is greatly deteriorated if an attempt is made to satisfy a narrowband specification required for a PDC RF filter.
上記課題を解決するために本発明に係る縦結合二重モードSAWフィルタの請求項1に記載の発明は、圧電基板上の弾性表面波の伝搬方向に沿って第1、第2、第3のIDTを順次配置し、前記第1〜第3のIDTの両側に第1及び第2の反射器を備えた縦結合二重モード弾性表面波フィルタにおいて、前記第1のIDTと前記第2のIDTの最も隣接する電極指の中心間距離L1と、前記第2のIDTと前記第3のIDTの最も隣接する電極指の中心間距離L2とを異ならせ、且つ、前記第1及び第3のIDTの電極指周期と前記第2のIDTの電極指周期とを異ならせたことを特徴とする縦結合二重モード弾性表面波フィルタである。 In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 of the longitudinally coupled double mode SAW filter according to the present invention is characterized in that the first, second and third are along the propagation direction of the surface acoustic wave on the piezoelectric substrate. In a longitudinally coupled double mode surface acoustic wave filter having IDTs sequentially arranged and having first and second reflectors on both sides of the first to third IDTs, the first IDT and the second IDT The distance L1 between the centers of the electrode fingers closest to each other and the distance L2 between the centers of the electrode fingers closest to each other of the second IDT and the third IDT, and the first and third IDTs This is a longitudinally coupled double mode surface acoustic wave filter characterized in that the electrode finger period of the second IDT and the electrode finger period of the second IDT are different.
請求項2に記載の発明は、前記縦結合二重モード弾性表面波フィルタにおいて、前記第1のIDTと前記第2のIDTの最も隣接する電極指の中心間距離L1と、前記第2のIDTと前記第3のIDTの最も隣接する電極指の中心間距離L2との差を|L1−L2|、IDTの電極指周期をλとした時、0.05λ≦|L1−L2|≦0.10λとしたことを特徴とする請求項1に記載の縦結合二重モード弾性表面波フィルタである。 According to a second aspect of the present invention, in the longitudinally coupled double-mode surface acoustic wave filter, the distance L1 between the electrode fingers closest to each other between the first IDT and the second IDT, and the second IDT When the difference between the center distance L2 of the electrode fingers closest to the third IDT is | L1-L2 | and the electrode finger period of the IDT is λ, 0.05λ ≦ | L1-L2 | ≦ 0. The longitudinally coupled double mode surface acoustic wave filter according to claim 1, wherein the length is 10λ.
請求項3に記載の発明は、前記縦結合二重モード弾性表面波フィルタにおいて、前記第1及び第3のIDTの電極指周期をλ、前記第2のIDTの電極指周期をλ'とした時、1.004λ≦λ'≦1.011λ、あるいは、1.004λ'≦λ≦1.011λ'としたことを特徴とする請求項1及び2に記載の縦結合二重モード弾性表面波フィルタである。 According to a third aspect of the present invention, in the longitudinally coupled double mode surface acoustic wave filter, the electrode finger period of the first and third IDTs is λ, and the electrode finger period of the second IDT is λ ′. 3. The longitudinally coupled double-mode surface acoustic wave filter according to claim 1, wherein 1.004λ ≦ λ ′ ≦ 1.011λ or 1.004λ ′ ≦ λ ≦ 1.011λ ′. It is.
請求項4に記載の発明は、前記縦結合二重モード弾性表面波フィルタにおいて、前記第1の反射器と前記第1のIDTの最も隣接する電極指の中心間距離L3と、前記第2の反射器と前記第3のIDTの最も隣接する電極指の中心間距離L4とを異ならせたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の縦結合二重モード弾性表面波フィルタである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the longitudinally coupled double-mode surface acoustic wave filter, a distance L3 between centers of the electrode fingers closest to the first reflector and the first IDT, and the second The longitudinally coupled double mode surface acoustic wave filter according to any one of claims 1 to 3, wherein a distance L4 between centers of the electrode fingers closest to the reflector and the third IDT is made different. is there.
請求項5に記載の発明は、前記縦結合二重モード弾性表面波フィルタにおいて、L1>L2の関係にあるときはL3<L4となるように設定し、また、L1<L2の関係にあるときはL3>L4となるように設定したことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の縦結合二重モード弾性表面波フィルタである。 According to a fifth aspect of the present invention, in the longitudinally coupled double-mode surface acoustic wave filter, when L1> L2 is set, L3 <L4 is set, and when L1 <L2 is satisfied. 5. The longitudinally coupled double mode surface acoustic wave filter according to claim 1, wherein L3> L4 is set.
請求項6に記載の発明は、前記縦結合二重モード弾性表面波フィルタに1端子対弾性表面波共振子を直列接続したこと特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の縦結合二重モード弾性表面波フィルタである。
The invention according to
本発明の縦結合二重モードSAWフィルタは、通過帯域を劣化することなく狭帯域で減衰特性が急峻な特性を実現したので、PDC方式のRF用フィルタとして優れた効果を奏するものである。 The longitudinally coupled double mode SAW filter according to the present invention realizes a narrow band and a steep attenuation characteristic without degrading the pass band, and therefore has an excellent effect as a PDC RF filter.
以下、発明を図面に図示した実施の形態例に基づいて詳細に説明する。図1(a)は、本発明に係る縦結合二重モードSAWフィルタ1の平面図を示している。圧電基板上にSAWの伝搬方向に沿ってIDT2、3、4を近接配置すると共に、これらのIDTの両側に反射器5a、5bを配設する。前記IDT2、3、4は互いに間挿し合う複数の電極指を有する一対のくし形電極から形成され、中央IDT3の一方のくし形電極は入力端子INに接続し、他方のくし形電極は接地する。さらに、両側IDT2、4のそれぞれ一方のくし形電極を接続して出力端子OUTに接続すると共に、他方のくし形電極はそれぞれ接地して縦結合二重モードSAWフィルタ1を構成する。また、図1(b)は、図1(a)の両側IDT2、4のそれぞれ最内側の電極指をバスバーから切り離し、IDT3のバスバーに接続した上で該電極指と元のIDT3の最外側の電極指とのスペースを電極にて埋めて設けて一体(幅広の電極指)とした縦結合二重モードSAWフィルタ11である。本発明の特徴の一つとして、IDT2とIDT3(IDT12とIDT13)の最も隣接する電極指の中心間距離L1とIDT3とIDT4(IDT13とIDT14)の最も隣接する電極指の中心間距離L2とを異ならせたことである。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings. FIG. 1A shows a plan view of a longitudinally coupled double mode SAW filter 1 according to the present invention.
ここで、図1(a)の縦結合二重モードSAWフィルタ1のL1とL2とを異ならせた時の通過域特性を図2に示す。なお、縦結合二重モードSAWフィルタ1の設計条件は、中心周波数foを895.5MHz、IDT3の電極対数を27.5対、IDT2及びIDT4の電極対数を20.5対とした。また、IDTの電極指周期をλとした時、電極指交差幅を15λ、電極膜厚を約4.4%λとし、L1とL2を0.84λから異ならせた。同図より、L1=0.84λ、L2=0.79λとすることにより通過帯域中にディップAが発生して、該ディップAにより通過帯域が狭帯域となることが分かる。また、L1=0.89λ、L2=0.79λのグラフに示すように、L1とL2の差を大きくすると、ディップAは低周波数側にシフトすると共に高減衰になるので更に狭帯域化することできる。 Here, FIG. 2 shows passband characteristics when L1 and L2 of the longitudinally coupled double mode SAW filter 1 of FIG. The design conditions for the longitudinally coupled double mode SAW filter 1 were a center frequency fo of 895.5 MHz, an IDT3 electrode pair number of 27.5 pairs, and an IDT2 and IDT4 electrode pair number of 20.5 pairs. When the electrode finger period of the IDT is λ, the electrode finger crossing width is 15λ, the electrode film thickness is about 4.4% λ, and L1 and L2 are different from 0.84λ. From the figure, it can be seen that by setting L1 = 0.84λ and L2 = 0.79λ, a dip A is generated in the passband, and the dipA narrows the passband. Further, as shown in the graphs of L1 = 0.89λ and L2 = 0.79λ, when the difference between L1 and L2 is increased, dip A shifts to a lower frequency side and becomes higher attenuation, so that the band is further narrowed. it can.
しかしながら、L1とL2とを大きく異ならすと図2のB部に示すように通過帯域の低域側において不要なリップルが発生してしまい特性が大きく劣化してしまう問題があった。この劣化の原因としては、L1とL2とを大きく異ならせるとIDT2〜4上をSAWが励振する際にL1部及びL2部において不連続点が発生し、この不連続点でSAWがバルク波へ変換されてしまうので特性が劣化してしまうものと推測した。
However, if L1 and L2 are greatly different from each other, there is a problem that unnecessary ripples are generated on the low band side of the pass band and the characteristics are greatly deteriorated as shown in part B of FIG. As a cause of this deterioration, if L1 and L2 are greatly different, when the SAW excites on the
そこで、中央IDT3の電極指周期と両側IDT2及び4の電極指周期とを双方異ならせることによって、L1部及びL2部におけるSAWの励振の不連続部を緩和できるのではないかと考えた。図3は、両側IDT2及び4の電極指周期λに対し、中央IDT3の電極指周期λ'を1.004λ、1.008λ、1.011λと大きくしたときの通過域特性を示している。なお、このときのL1を0.89λ、L2を0.79λとしている。同図に示すように、IDT3の電極指周期をIDT2及びIDT4の電極指周期より大きくすると、通過帯域低域側のリップルが除去され滑らかになっていることが分かる。これは、中央IDTの電極指周期を両側IDTの電極指周期と異ならせたことによりSAWの励振の連続性が保たれた為と考えられる。しかしながら、同図に示すように中央IDTの電極指周期をあまり大きくしすぎると通過帯域の両肩が垂れてしまうので適切な値に設定する必要がある。具体的には、1.004λ≦λ'≦1.011λに設定すれば良好な通過域特性が得られる。また、前述では両側IDT2及び4の電極指周期を変えずに中央IDT3の電極指周期を変化させたが、逆に中央IDT3の電極指周期を変えずに両側IDT2及び4の電極指周期を変化させた場合も同様な効果が得られるのは言うまでもない。
Therefore, it was considered that the discontinuous part of the SAW excitation in the L1 part and the L2 part can be alleviated by making the electrode finger period of the central IDT 3 different from the electrode finger periods of the both-
更に、各IDT間の電極指周期を調整するだけでなく、反射器とIDTの最も隣接する電極指中心間距離L3及びL4を調整することにより特性改善ができないか検討した。図4は、図1(a)における反射器とIDTの最隣接電極指中心間距離L3及びL4を従来の0.50λから変化させた時のフィルタ特性を示している。なお、L1=0.89λ、L2=0.79λ、中央IDT3の電極指周期をλ'=1.008λとしている。同図に示すように、L3=0.48λ、L4=0.46λの条件においては通過帯域低域側にリップルが発生して特性が劣化してしまうが、L3=0.46λ、L4=0.48λとした条件においては通過帯域低域側の減衰傾度が急峻になる。これは、IDT2とIDT3の最隣接電極指中心間距離L1を広くした時は反射器5aとIDT2の最隣接電極指中心間距離L3を狭くし、また、IDT3とIDT4の最隣接電極指中心間距離L2をL1より小さくした時は反射器5bとIDT4の最隣接電極指中心間距離L4を大きくすることによりSAWの励振の連続性がより円滑になり、通過帯域の減衰傾度が急峻になったと考えられる。以上から、L1>L2の関係にあるときはL3<L4となるように設定し、また、L1<L2の関係にあるときはL3>L4となるように設定すればSAWの励振の連続性がより円滑となり、通過帯域の減衰傾度が急峻になることが判明した。 Furthermore, not only the electrode finger period between the IDTs but also the distance between the electrode finger centers L3 and L4 that are closest to each other between the reflector and the IDT were adjusted to investigate whether the characteristics could be improved. FIG. 4 shows the filter characteristics when the distances L3 and L4 between the reflector and IDT closest electrode finger centers in FIG. 1A are changed from the conventional 0.50λ. Note that L1 = 0.89λ, L2 = 0.79λ, and the electrode finger period of the center IDT3 is λ ′ = 1.008λ. As shown in the figure, under the conditions of L3 = 0.48λ and L4 = 0.46λ, ripples are generated on the low pass band side and the characteristics deteriorate, but L3 = 0.46λ and L4 = 0. Under the condition of .48λ, the attenuation gradient on the low passband side becomes steep. This is because when the distance L1 between the nearest electrode finger centers of IDT2 and IDT3 is increased, the distance L3 between the nearest electrode finger centers of the reflector 5a and IDT2 is reduced, and between the nearest electrode finger centers of IDT3 and IDT4. When the distance L2 is made smaller than L1, the continuity of SAW excitation becomes smoother by increasing the distance L4 between the adjacent electrode finger centers of the reflector 5b and IDT4, and the attenuation gradient of the passband becomes steep. Conceivable. From the above, when the relationship of L1> L2 is established, L3 <L4 is set, and when the relationship of L1 <L2 is established, L3> L4 is set so that the continuity of SAW excitation is increased. It has been found that the smoothness becomes smoother and the attenuation gradient of the passband becomes steep.
以上説明したように、本発明に係る縦結合二重モードSAWフィルタは、中央IDTと両側IDTの最も隣接する電極指の中心間距離を異ならせ、且つ、中央IDTと両側IDTの電極指周期を異ならせ、更に、両側IDTと反射器の最も隣接する電極指の中心間距離を調節することにより狭帯域で通過帯域の減衰傾度を急峻にした縦結合二重モードSAWフィルタを実現した。図5は、本発明に係る縦結合二重モードSAWフィルタをPDC方式のRFフィルタに適用した時の通過域特性であり、中心周波数を895.5MHz、中央IDTの電極指対数を27.5対、両側IDTの電極指対数を20.5対、交差幅を15λ、電極膜厚を約4.4%λ、L1=0.89λ、L2=0.79λ、L3=0.46λ、L4=0.48λとし、中央IDTの電極指周期を1.008λに設定している。同図に示すように、PDC方式のRF用フィルタに要求される仕様を満足するには更なる狭帯域化と通過帯域の高域側に位置するレスポンスCの高減衰化が必要である。 As described above, the longitudinally coupled double mode SAW filter according to the present invention varies the distance between the centers of the electrode fingers closest to the center IDT and the both-side IDTs, and the electrode finger period between the center IDT and the both-side IDTs. Further, a longitudinally coupled double mode SAW filter having a narrow band and a steep attenuation in the passband was realized by adjusting the distance between the centers of the electrode fingers closest to the IDT on both sides and the reflector. FIG. 5 shows passband characteristics when the longitudinally coupled dual mode SAW filter according to the present invention is applied to a PDC RF filter. The center frequency is 895.5 MHz, and the number of electrode finger pairs of the center IDT is 27.5 pairs. The number of electrode fingers on both sides IDT is 20.5, the crossing width is 15λ, the electrode film thickness is about 4.4% λ, L1 = 0.89λ, L2 = 0.79λ, L3 = 0.46λ, L4 = 0 .48λ, and the electrode finger period of the central IDT is set to 1.008λ. As shown in the figure, in order to satisfy the specifications required for the PDC-type RF filter, it is necessary to further narrow the band and to increase the attenuation of the response C located on the high band side of the pass band.
ここで、図6(a)に示すように前記縦結合二重モードSAWフィルタ1に一端子対SAW共振子22を直列接続することにより、狭帯域化する共に通過帯域高域側のレスポンスの高減衰化を図った。図6(b)に示すように、一端子対SAW共振子の***振点Dをレスポンスに重ね、更に共振点を通過帯域内に位置させるように該一端子対SAW共振子の周波数を設定することにより、通過帯域を狭帯域にすると共にレスポンスを高減衰としたので、PDC方式のRFフィルタに要求される仕様を全て満足することができた。図7は、前記縦結合二重モードSAWフィルタを試作した時の実測の通過域特性である。実測においても通過帯域が狭帯域な特性が得られ、要求仕様を全て満足できることが判明した。
Here, as shown in FIG. 6A, a one-terminal
1、11:縦結合二重モードSAWフィルタ
2、3、4、12、13、14:IDT電極
5a、5b、15a、15b:反射器
22:1端子対SAW共振子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 11: Longitudinal coupling double
Claims (6)
前記第1のIDTと前記第2のIDTの最も隣接する電極指の中心間距離L1と、前記第2のIDTと前記第3のIDTの最も隣接する電極指の中心間距離L2とを異ならせ、且つ、前記第1及び第3のIDTの電極指周期と前記第2のIDTの電極指周期とを異ならせたことを特徴とする縦結合二重モード弾性表面波フィルタ。 First, second, and third IDTs are sequentially arranged along the propagation direction of the surface acoustic wave on the piezoelectric substrate, and first and second reflectors are provided on both sides of the first to third IDTs. In the longitudinally coupled double mode surface acoustic wave filter,
The distance L1 between the centers of the electrode fingers closest to the first IDT and the second IDT is made different from the distance L2 between the centers of the electrode fingers closest to the second IDT and the third IDT. A longitudinally coupled double mode surface acoustic wave filter characterized in that the electrode finger period of the first and third IDTs is different from the electrode finger period of the second IDT.
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