JP2006340195A - 弾性表面波デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】圧電基板上に少なくとも２つのＩＤＴ電極を所定の間隔をあけて配置したＳＡＷデバイスにおいて、デバイスサイズを大型にすることなく通過特性を改善することを目的とする。
【解決手段】圧電基板１の主面上にＩＤＴ電極２、３を所定の間隔をあけて配置し、中心周波数をｆｏ（Ｈｚ）、ＩＤＴ電極２、３の交差長をＷ（ｍｍ）、ＩＤＴ電極２、３間の距離をＤ（ｍｍ）とした時、０＜（Ｗ／Ｄ）×ｆｏ／１０^９≦０．６に設定する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、弾性表面波デバイスにおいて圧電基板上に少なくとも２つのＩＤＴ電極を所定の間隔をあけて配置した弾性表面波デバイスに関する。

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、無線ＬＡＮ等に多く用いられている。これらの機器に用いられるＩＦ用ＳＡＷフィルタは、小型軽量、広帯域、低損失であると共に、隣接するキャリア周波数を阻止するために、例えば通過帯域近傍において最小挿入損失を基準として５０ｄＢもの高減衰な特性が要求される場合がある。このような要求仕様を満足するＩＦ用ＳＡＷフィルタとしては、トランスバーサルＳＡＷフィルタが最も適している。

図６は、特開平７−３２１５９４号公報、特開平９−２７０６６０号公報に開示されているトランスバーサルＳＡＷフィルタの平面図である。圧電基板１上にはＳＡＷの伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極２、３を所定の間隔をあけて配置している。ＩＤＴ電極２、３はそれぞれ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で構成され、ＩＤＴ電極２の一方のくし形電極を入力端子ＩＮに接続すると共に他方のくし形電極は接地し、ＩＤＴ電極３の一方のくし形電極を出力端子ＯＵＴに接続すると共に他方のくし形電極は接地する。また、基板端面からの不要な反射波を抑圧するために、圧電基板１の長辺方向（ＳＡＷの伝搬方向）の両端に吸音材５を塗布する。当該発明では、ＩＤＴ電極２、３の間にシールド電極４を配置することにより、入出力端子間の電磁結合により生じる直達波を抑圧することを特徴としている。
特開平７−３２１５９４号公報 特開平９−２７０６６０号公報

前記トランスバーサルＳＡＷフィルタにおいて、圧電基板には水晶基板が用いられる場合が多いが、比帯域幅が２％を超えるような中・広帯域なフィルタでは電気機械結合係数の小さい水晶基板を用いると挿入損失が劣化する問題があった。

この問題を解決するには、電気機械結合係数が大きいタンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等を用いれば挿入損失の劣化を避けることができる。しかしながら、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムは水晶基板と比較して誘電率が約１０倍と大きいためＩＤＴ電極間の電磁的な結合が強まり、ＩＤＴ電極の間隙にシールド電極を配置したとしても直達波の影響を完全に抑圧することは困難であった。

図７は前記トランスバーサルＳＡＷフィルタにおいて、圧電基板にタンタル酸リチウムを用いた時の通過特性であり、（ａ）に伝達応答を、（ｂ）に時間応答を示している。なお、フィルタの中心周波数を３５０ＭＨｚとし、ＩＤＴ電極の交差長Ｗを０．７５ｍｍ、ＩＤＴ電極間の距離Ｄを０．２６ｍｍとしている。（ａ）の伝達応答に示すように、従来のトランスバーサルＳＡＷフィルタは、通過帯域内に歪みが生じ、通過帯域近傍の減衰量は最小挿入損失を基準（０ｄＢ）として５０ｄＢを満足していないことが分かる。また、（ｂ）の時間応答を見ると、横軸の遅延時間が０付近の応答は入出力ＩＤＴ電極間の電磁結合により生じる直達波の振幅レベルを示しており、ＳＡＷの主応答の振幅最大レベルを基準（０ｄＢ）としたときの直達波の振幅レベルを直達波レベルとした時、前記トランスバーサルＳＡＷフィルタの直達波レベルは約−２０ｄＢであることが分かる。直達波とＳＡＷの主応答との干渉を防ぐためには直達波レベルを少なくとも−３０ｄＢ以下に抑圧する必要があり、従来のトランスバーサルＳＡＷフィルタは直達波レベルが大きいために直達波とＳＡＷの主応答との干渉が生じ、通過帯域内に歪みが生じたり、減衰量が劣化してしまうと考えられる。

上述の如く、従来のトランスバーサルＳＡＷフィルタにおいて、広帯域な特性を実現すべく圧電基板にタンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムを用いると、直達波とＳＡＷの主応答との干渉により通過帯域内に歪みが生じたり、通過帯域近傍の減衰量が劣化してしまう問題がある。従って、直達波とＳＡＷ応答との干渉を生じさせないようにＩＤＴ電極の距離を十分離す必要があった。

図８は、前記トランスバーサルＳＡＷフィルタにおいて、ＩＤＴ電極間の距離Ｄと直達波レベルの関係を示している。なお、圧電基板にはタンタル酸リチウムを用い、ＩＤＴ電極の交差長Ｗを０．７５ｍｍとし、中心周波数を３１０ＭＨｚ、又は３５０ＭＨｚとしており、ＳＡＷの波長λで基準化した入出力ＩＤＴ電極間の距離Ｄ（λ）と直達波レベル（ｄＢｃ）との関係を（ａ）に、入出力ＩＤＴ電極間の距離Ｄの実測値（ｍｍ）と直達波レベル（ｄＢｃ）との関係を（ｂ）に示している。同図より、直達波レベルを−３０ｄＢ以下とするには、中心周波数が３１０ＭＨｚのフィルタの場合は入出力用ＩＤＴ電極間の距離Ｄを４７λ又は０．５０ｍｍ以上とする必要があり、中心周波数が３５０ＭＨｚのフィルタの場合は入出力用ＩＤＴ電極間の距離Ｄを４５λ又は０．４３ｍｍ以上とする必要がある。従って、入出力ＩＤＴ電極間の距離Ｄを十分大きくしなければ直達波レベルを−３０ｄＢ以下に小さくすることができず、デバイスが大型になってしまう問題がある。

以上説明した問題を解決すべく、本発明では少なくとも２つのＩＤＴ電極を所定の間隔をあけて配置したＳＡＷデバイスにおいて、デバイスを大型にすることなく通過帯域内に歪みが生じるのを防止し、広帯域で低損失、高減衰な特性を実現することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明に係るＳＡＷデバイスの請求項１に記載の発明は、 圧電基板上に少なくとも２つのＩＤＴ電極を所定の間隔をあけて配置した弾性表面波デバイスにおいて、中心周波数をｆｏ（Ｈｚ）、ＩＤＴ電極の交差長をＷ（ｍｍ）、ＩＤＴ電極間の距離をＤ（ｍｍ）とした時、０＜（Ｗ／Ｄ）×ｆｏ／１０^９≦０．６とすることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記圧電基板はタンタル酸リチウム、又はニオブ酸リチウムであることを特徴とする。

本発明の請求項１に記載の発明によれば、圧電基板上に少なくとも２つのＩＤＴ電極を所定の間隔をあけて配置した弾性表面波デバイスにおいて、中心周波数をｆｏ（Ｈｚ）、ＩＤＴ電極の交差長をＷ（ｍｍ）、ＩＤＴ電極間の距離をＤ（ｍｍ）とした時、０＜（Ｗ／Ｄ）×ｆｏ／１０^９≦０．６とすることにより、入出力端子間の直達波を抑圧でき、デバイスを大型にすることなく通過帯域内に歪みが生じるのを防止し、低損失、高減衰な通過特性を実現できる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明において圧電基板をタンタル酸リチウム、又はニオブ酸リチウムとすることにより、広帯域な通過特性を実現しつつ、デバイスを大型にすることなく通過帯域内に歪みが生じるのを防止し、低損失、高減衰な通過特性を実現できる。

以下、本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。本発明に係るトランスバーサルＳＡＷフィルタは図６に示すトランスバーサルＳＡＷフィルタと基本的な構造は同じであり、圧電基板１の主表面上にＳＡＷの伝搬方向に沿って入力用のＩＤＴ電極２と出力用のＩＤＴ電極３を所定の間隔をあけて配置すると共に、ＩＤＴ電極２、３の間にシールド電極４を配置する。前記ＩＤＴ電極２、３はそれぞれ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より構成されており、ＩＤＴ電極２の一方のくし形電極を入力端子ＩＮに接続すると共に他方のくし形電極は接地し、ＩＤＴ電極３の一方のくし形電極を出力端子ＯＵＴに接続すると共に他方のくし形電極は接地する。また、基板端面からの不要な反射波を抑圧するために、圧電基板１の長辺方向（ＳＡＷの伝搬方向）の両端に吸音材５を塗布している。

本発明の特徴は、ＩＤＴ電極２、３の交差長ＷとＩＤＴ電極２、３間の距離Ｄを最適に設定することにより、ＩＤＴ電極２、３間の電磁結合により生じる直達波の低減を図った。

図１は、前記トランスバーサルSAWフィルタにおいて、圧電基板にタンタル酸リチウムを用い、ＩＤＴ電極間の距離Ｄを０．２６ｍｍとし、交差長Ｗ（ｍｍ）を変化させた時の伝達応答を示しており、（ａ）は中心周波数を３１０ＭＨｚとした時の通過特性を、（ｂ）は中心周波数を３５０ＭＨｚとした時の通過特性を示している。同図に示すように、いずれの周波数においても交差長Ｗを小さくするほど通過帯域内の歪みが抑圧され、低損失になると共に、通過帯域近傍の減衰量が高減衰となっていることが分かる。特に（ａ）ではＷ＝０．５０ｍｍの特性、（ｂ）ではＷ＝０．２５ｍｍの特性において、通過帯域近傍で最小挿入損失を基準（０ｄＢ）として約５０ｄＢもの高減衰な特性が得られていることが分かる。

次に、図２は図１に示すトランスバーサルＳＡＷフィルタの通過特性において、交差長Ｗ（ｍｍ）を変化させた時の直達波レベル（ｄＢｃ）を示している。なお、図１と同様に圧電基板にタンタル酸リチウムを用い、ＩＤＴ電極間の距離Ｄは０．２６ｍｍとし、中心周波数を３１０ＭＨｚ、又は３５０ＭＨｚとしている。いずれの周波数においても交差長を小さくするほど直達波レベルが小さくなり、中心周波数が３１０ＭＨｚの場合は交差長Ｗを０．４９ｍｍ以下、中心周波数が３５０ＭＨｚの場合は交差長Ｗを０．４０ｍｍ以下とすれば直達波レベルを−３０ｄＢ以下に抑圧でき、直達波とＳＡＷの主応答が干渉するのを防ぐことができる。

以上説明したように、本発明のトランスバーサルＳＡＷフィルタは、ＩＤＴ電極間の距離Ｄを０．２６ｍｍと従来より狭くしても、ＩＤＴ電極の交差長Ｗを小さく設定することにより直達波レベルを−３０ｄＢ以下に抑圧できるので、デバイスサイズを大型にすることなく、通過帯域内に歪みが生じるのを防止し、広帯域、低損失で高減衰な通過特性を実現できる。

これまでは、ＩＤＴ電極間の距離Ｄを固定した例について説明したが、以下ではＩＤＴ電極間の距離Ｄ、交差長Ｗ、中心周波数ｆｏを複合的に変化させた時について検討した。図３は、中心周波数ｆｏ（Ｈｚ）、ＩＤＴ電極間の距離Ｄ（ｍｍ）及び交差長Ｗ（ｍｍ）を変数とした（Ｗ／Ｄ）×ｆｏ／１０^９と直達波レベルの関係を示している。なお、圧電基板にはタンタル酸リチウムを用いている。同図に示すように、直達波レベルと（Ｗ／Ｄ）×ｆｏ／１０^９の関係はおおよそ直線の近似式で表すことができ、直達波レベルを−３０ｄＢ以下とするには、０＜（Ｗ／ｄ）×ｆｏ／１０^９≦０．６とすれば良いことが分かる。

図４は、中心周波数を３１０ＭＨｚとしたフィルタにおいて、０＜（Ｗ／ｄ）×ｆｏ／１０^９≦０．６となるようにＩＤＴ電極間の距離Ｄと交差長Ｗを定めた時の通過特性を示しており、（ａ）に伝達応答を、（ｂ）に時間応答を示している。ここでは、Ｄ＝０．２６ｍｍ、Ｗ＝０．２５ｍｍとし、圧電基板をタンタル酸リチウムとしている。同図に示すように、直達波レベルは−３７ｄＢ程度まで抑圧されており、低リップル、低損失で且つ高減衰な通過特性を実現している。

図５は、中心周波数を３５０ＭＨｚとしたフィルタにおいて、０＜（Ｗ／ｄ）×ｆｏ／１０^９≦０．６となるようにＩＤＴ電極間距離Ｄと交差長Ｗを定めた時の通過特性を示しており、（ａ）に伝達応答を、（ｂ）に時間応答を示している。ここでは、Ｄ＝０．２６μm、Ｗ＝０．２５ｍｍとし、圧電基板をタンタル酸リチウムとしている。同図に示すように、直達波レベルは−３５ｄＢ程度まで抑圧されており、低リップル、低損失、且つ高減衰な通過特性を実現している。

以上説明したように、本発明では少なくとも２個のＩＤＴ電極を所定の間隔をあけて配置したＳＡＷデバイスにおいて、中心周波数ｆｏ（Ｈｚ）、ＩＤＴ電極間の距離Ｄ（ｍｍ）、交差長Ｗ（ｍｍ）を０＜（Ｗ／ｄ）×ｆｏ／１０^９≦０．６の範囲内に設定することにより直達波を十分抑圧することができ、デバイスを大型にすることなく通過特性を改善することができる。

これまで、圧電基板にタンタル酸リチウムを用いた例について説明したが、ニオブ酸リチウムとした場合においてもほぼ同等な効果が得られた。また、それ以外の水晶、四硼酸リチウム、ランガサイト等に用いた場合にも本発明を適用できることは明らかである。また、圧電基板上にＩＤＴ電極を３個以上配置した場合や、トランスバーサルＳＡＷフィルタ以外のフィルタ形式した場合においても本発明を適用できることは明らかである。

本発明に係るＳＡＷデバイスの交差長Ｗを変化させた時の通過特性を示しており、（ａ）に中心周波数を３１０ＭＨｚとした時の特性を、（ｂ）に中心周波数を３５０ＭＨｚとした時の特性を示す。 本発明に係るＳＡＷデバイスの交差長Ｗと直達波レベルの関係を示す。 本発明に係るＳＡＷデバイスの（Ｗ／Ｄ）×ｆｏ／１０^９と直達波レベルの関係を示す。 本発明に係るＳＡＷデバイスの中心周波数を３１０ＭＨｚとしたときの伝達応答を（ａ）に、時間応答を（ｂ）に示す。 本発明に係るＳＡＷデバイスの中心周波数を３５０ＭＨｚとしたときの伝達応答を（ａ）に、時間応答を（ｂ）に示す。 トランスバーサルＳＡＷフィルタの平面図を示す。 従来のトランスバーサルＳＡＷフィルタの伝達応答を（ａ）に、時間応答を（ｂ）に示す。 従来のトランスバーサルＳＡＷフィルタの波長λで基準化したＩＤＴ電極間距離Ｄと直達波レベルの関係を（ａ）に、ＩＤＴ電極間距離Ｄの実測値と直達波レベルの関係を（ｂ）に示す。

符号の説明

１：圧電基板
２：ＩＤＴ電極
３：ＩＤＴ電極
４：シールド電極
５：吸音材

Claims (2)

1. 圧電基板上に少なくとも２つのＩＤＴ電極を所定の間隔をあけて配置した弾性表面波デバイスにおいて、中心周波数をｆｏ（Ｈｚ）、ＩＤＴ電極の交差長をＷ（ｍｍ）、ＩＤＴ電極間の距離をＤ（ｍｍ）とした時、０＜（Ｗ／Ｄ）×ｆｏ／１０^９≦０．６とすることを特徴とした弾性表面波デバイス。
2. 前記圧電基板はタンタル酸リチウム、又はニオブ酸リチウムであることを特徴とした請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
   

Images