JP2011205625A - ラダー型フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は携帯電話や無線ＬＡＮ端末等に用いられるラダー型フィルタにおいて、横モードに起因するスプリアスの抑制と、ラダー型フィルタの小型化を両立することを目的とする。
【解決手段】この目的を達成するために、ラダー型フィルタ７は、圧電基板８の上に直列腕の弾性波共振器９，１０と並列腕の弾性波共振器１１，１２とを梯子状に設け、弾性波共振器９〜１２はそれぞれ、第１のバスバーから延伸した電極指と第２のバスバーから延伸した電極指とが交差してなる複数の電極指対を備えた櫛歯電極を有し、並列腕に設けた弾性波共振器１１が有する櫛歯電極１１ａにおいて、第１のバスバーから延伸した電極指と第２のバスバーから延伸した電極指との電極交差幅Ｄは、櫛歯電極１１ａにより励振される弾性波の波長の２３倍以上とした構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話や無線ＬＡＮ端末等に用いられるラダー型フィルタに関する。

図６に示すように、従来のラダー型フィルタ１は、圧電基板２の上に直列腕の弾性波共振器３、４と、並列腕の弾性波共振器５、６とを梯子状に並べて構成されていた。このラダー型フィルタ１において、弾性波共振器５は、櫛歯電極５ａと櫛歯電極５ｂとを縦列に接続し、櫛歯電極５ａの電極交差幅Ｄ１と櫛歯電極５ｂの電極交差幅Ｄ２とを異ならせることにより、横モードに起因する共振周波数の近傍のスプリアスを抑制していた。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

国際公開第２００９／０６０５９４号

従来のラダー型フィルタ１において、弾性波共振器５の容量を確保するために櫛歯電極５ａと櫛歯電極５ｂの電極指対の数を増やす必要があるため、櫛歯電極５ａ、５ｂは電極指対の配列方向に長くなっていた。この結果、ラダー型フィルタ１のサイズが大きくなっていた。特に、ＵＭＴＳ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ）で定められたＢａｎｄ８などの低い周波数帯に用いられる場合には、電極指間の距離（ピッチ）を大きくする必要があるため、ラダー型フィルタ１のサイズは非常に大きくなっていた。

そこで、本発明は、横モードに起因するスプリアスの抑制と、ラダー型フィルタの小型化を両立することを目的とする。

そこで、本発明のラダー型フィルタは、圧電基板の上に複数の弾性波共振器を直列腕及び並列腕に梯子状に設け、複数の弾性波共振器はそれぞれ、第１のバスバーから延伸した電極指と第２のバスバーから延伸した電極指とが交差してなる複数の電極指対を備えた櫛歯電極を有し、並列腕に設けた弾性波共振器が有する櫛歯電極において、第１のバスバーから延伸した電極指と第２のバスバーから延伸した電極指との電極交差幅は、この櫛歯電極により励振される弾性波の波長の２３倍以上とした構成とする。

本発明のラダー型フィルタは、横モードに起因するスプリアスの抑制と、ラダー型フィルタの小型化を両立することができる。

本発明の実施の形態におけるラダー型フィルタの構成を示す模式平面図 本発明の実施の形態におけるラダー型フィルタについて、電極交差幅Ｄと電極指対の数とを変化させた場合の通過特性図 図２Ａに示した各通過特性図における、電極交差幅Ｄと電極指対の数との条件を示す図 本発明の実施の形態におけるラダー型フィルタの別の例の構成を示す模式平面図 本発明の実施の形態におけるラダー型フィルタのさらに別の例の構成を示す模式平面図 本発明の実施の形態におけるラダー型フィルタに係る、並列腕の弾性波共振器の他の例の構成を示す模式平面図 本発明の実施の形態におけるラダー型フィルタに係る、並列腕の弾性波共振器の他の例の構成を示す図５Ａの５Ｂ線による断面図 本発明の実施の形態におけるラダー型フィルタに係る、並列腕の弾性波共振器のさらに他の例の構成を示す断面図 従来のラダー型フィルタの構成を示す模式平面図

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態におけるラダー型フィルタ７の構成を示す模式平面図である。

図１に示したように、ラダー型フィルタ７は、圧電基板８の上に、直列腕の弾性波共振器９，１０と、並列腕の弾性波共振器１１，１２とを梯子状に並べて構成されている。弾性波共振器９，１０，１１，１２はそれぞれ、櫛歯電極９ａ，１０ａ，１１ａ，１２ａを有している。

櫛歯電極９ａ〜１２ａはそれぞれ、第１のバスバー１３，２３，３３，４３から延伸した電極指１４，２４，３４，４４と、第２のバスバー１５，２５，３５，４５から延伸した電極指１６，２６，３６，４６とが交差してなる、複数の電極指対を備えている。なお、櫛歯電極９ａ〜１２ａはそれぞれ、両端に反射器１７，１８，２７，２８，３７，３８，４７，４８を備えていてもよい。両端に反射器１７，１８，２７，２８，３７，３８，４７，４８を備えた場合には、弾性波を櫛歯電極９ａ〜１２ａそれぞれの内部に閉じ込める効果が増大し、櫛歯電極９ａ〜１２ａそれぞれのＱ値を高めることができる。

以下、本実施の形態におけるラダー型フィルタ７を構成する各構成要素について詳述する。

圧電基板８は、板厚１００〜３５０μｍ程度の単結晶圧電基板からなる。圧電基板８は、例えば、水晶、タンタル酸リチウム系、ニオブ酸リチウム系、又はニオブ酸カリウム系の基板である。

なお、以下においては、圧電基板８としてニオブ酸リチウム系の基板を用いた場合について説明する。これにより、電気機械結合係数を大きくすることができ、通過帯域が広いフィルタを構成することができる。

なお、圧電基板８として、カット角が−１５°〜＋３５°の範囲のＹカットＸ伝搬のニオブ酸リチウム基板を用いることにより、電気機械係数をさらに大きくすることができる。以下の説明においては、カット角が５°回転ＹカットＸ伝搬のニオブ酸リチウム基板を用いる。

櫛歯電極９ａ〜１２ａは、膜厚が０．１〜０．５μｍ程度の電極である。櫛歯電極９ａ〜１２ａは、例えば、アルミニウム、銅、銀、金、チタン、タングステン、白金、クロム、ニッケルおよびモリブデンのうち、少なくとも一種からなる単体金属、これらを主成分とする合金、または、これらの金属が積層されて構成されている。櫛歯電極９ａ〜１２ａは、圧電基板８の上に、例えば、スパッタリングまたは蒸着によって形成されている。

ここで、並列腕の弾性波共振器１１が有する櫛歯電極１１ａについて、詳細に説明する。櫛歯電極１１ａにおいては、第１のバスバー３３から延伸した電極指３４と第２のバスバー３５から延伸した電極指３６との電極交差幅Ｄを、櫛歯電極１１ａにより励振される弾性波の波長の２３倍以上としている。

本実施の形態においては、ラダー型フィルタ７をＵＭＴＳで定められたＢａｎｄ８の送信フィルタ（通過帯域は８８０ＭＨｚ−９１５ＭＨｚ）として用いている。圧電基板８としてニオブ酸リチウムを用いた場合、電極指３４と電極指３６との間の距離（ピッチ）を約２．１７μｍとすることにより、櫛歯電極１１ａにより励振される弾性波の波長λは約４．３４μｍとなり、櫛歯電極１１ａの共振周波数を約８８０ＭＨｚとすることができる。

本実施の形態においては、櫛歯電極１１ａの電極交差幅Ｄを約１００μｍとして、弾性波の波長λ（約４．３４μｍ）の約２３倍としている。

図２Ａは、本発明の実施の形態におけるラダー型フィルタ７について、電極交差幅Ｄと電極指対の数とを変化させた場合の通過特性図である。図２Ａにおいて、横軸は周波数を表し、縦軸はアドミタンスを表している。

また、図２Ｂは、図２Ａに示した各通過特性図における、電極交差幅Ｄと電極指対の数との条件を示す図である。

図２Ｂに示したように、通過特性（ａ）は、櫛歯電極１１ａの電極交差幅Ｄを５０μｍ（λの１２倍）とし、電極指対の数を１５０とした場合の通過特性である。

通過特性（ｂ）は、櫛歯電極１１ａの電極交差幅Ｄを７５μｍ（λの１７倍）とし、電極指対の数を１００とした場合の通過特性である。

通過特性（ｃ）は、櫛歯電極１１ａの電極交差幅Ｄを１００μｍ（λの２３倍）とし、電極指対の数を７５とした場合の通過特性である。

通過特性（ｄ）は、櫛歯電極１１ａの電極交差幅Ｄを１５０μｍ（λの３５倍）とし、電極指対の数を５０とした場合の通過特性である。

通過特性（ｅ）は、櫛歯電極１１ａの電極交差幅Ｄを２００μｍ（λの４６倍）とし、電極指対の数を３２．５とした場合の通過特性である。

なお、通過特性（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、櫛歯電極１１ａの容量が同じになるように、電極交差幅Ｄ及び電極指対の数を設定した場合の通過特性を示している。通過特性（ａ），（ｂ）は、電極交差幅Ｄが弾性波の波長λの２３倍未満である場合の通過特性を示しており、通過特性（ｃ），（ｄ），（ｅ）は、電極交差幅Ｄが弾性波の波長λの２３倍以上である場合の通過特性を示している。

図２Ａに示した、通過特性（ａ），（ｂ）においては、共振周波数ｆｒと***振周波数ｆａの間において、横モードに起因するスプリアスＳが発生している。この結果、アドミタンスはそれぞれ約−４７ｄＢ，−４９ｄＢとなっている。一方、通過特性（ｃ），（ｄ），（ｅ）においては、通過特性（ａ），（ｂ）と比べて、十分にスプリアスが抑制されており、アドミタンスはそれぞれ約−５２ｄＢ、−５６ｄＢ、−５３ｄＢとなっている。

図２Ａに示したように、櫛歯電極１１ａの電極交差幅Ｄを大きくするに従って、相対的に横モードに起因するスプリアスが小さくなっている。横モードに起因するスプリアスは、第１のバスバー３３と第２のバスバー３５との間、特に両電極指３４，３６の交差領域において、横モードの定在波が発生することにより生じる。しかしながら、電極交差幅Ｄを大きくするに従って、横モードの高調波が増加するため、横モードスプリアスが分散する。この結果、低次の横モードスプリアスのエネルギーが減少し、共振周波数ｆｒと***振周波数ｆａとの間に発生するスプリアスが小さくなっているものと考えられる。

このように、並列腕の弾性波共振器１１において、櫛歯電極１１ａの電極交差幅Ｄを弾性波の波長λの２３倍以上とすることにより、横モードに起因するスプリアスを抑制することができる。このように、本実施の形態のラダー型フィルタ７においては、電極交差幅Ｄを、弾性波の波長λよりも大きくしているので共振器抵抗が高まるが、電極交差幅Ｄを弾性波の波長λの２３倍以上とする弾性波共振器を並列腕の弾性波共振器１１とすることで、横モードに起因するスプリアスを抑制して、挿入損失の増大を防止することができる。

また、本実施の形態のラダー型フィルタ７においては、電極指対の数を増やす必要がないため、小型化が可能である。

さらに、直列腕の弾性波共振器９，１０における櫛歯電極９ａ，１０ａの電極交差幅Ｄａ，Ｄｂのうち、少なくとも一方を、弾性波の波長λの２３倍未満とすることが望ましい。これにより、直列腕の弾性波共振器９，１０の電極指対の数を多く確保することができ、この結果、共振器抵抗が抑制され、ラダー型フィルタ７の挿入損失を低減することができる。

本実施の形態のラダー型フィルタ７は、１ＧＨｚ未満の通過帯域を使用する通信システムにおいて特に効果的である。櫛歯電極９ａ〜１２ａにおける電極指間の距離（ピッチ）は波長に略比例する。このため、１ＧＨｚ未満の通過帯域を使用する通信システムにおいては、電極指間のピッチを約２μｍ以上とする必要がある。

また、ラダー型フィルタ７を構成する櫛歯電極９ａ〜１２ａのインピーダンスは、容量Ｃと周波数との積に略反比例するため、櫛歯電極のインピーダンスを一定としたときに、周波数が低くなるほど、電極指対の数を増やして櫛歯電極９ａ〜１２ａの容量を大きくする必要がある。このため、図６に示した従来のラダー型フィルタ１のように、櫛歯電極５ａ，５ｂを縦列に接続した場合には、電極指の配列方向の幅が非常に大きくなってしまう。例えば、通過帯域が２ＧＨｚの場合と比較すると、１ＧＨｚの場合には、櫛歯電極の電極指の配列方向の幅が約４倍となる。

一方、本実施の形態のラダー型フィルタ７によれば、電極指３４，３６の配列方向の幅を大きくせずに、横モードに起因するスプリアスを抑制することができる。従って、周波数が低くなるほど本発明の小型化効果が顕著となるので、本実施の形態のラダー型フィルタ７は、通過帯域が１ＧＨｚ未満のシステムにおいて、特に有用である。

次に、本実施の形態におけるラダー型フィルタ７の別の構成例について説明する。

図３は、本発明の実施の形態におけるラダー型フィルタの、別の例の構成を示す模式平面図である。

図３に示したように、ラダー型フィルタ５７は、図１に示したラダー型フィルタ７と比較して、直列腕の弾性波共振器５９の構成が異なる。

ラダー型フィルタ５７の直列腕の弾性波共振器５９は、櫛歯電極５９ｂと櫛歯電極５９ｃとを縦列に接続し、櫛歯電極５９ｂの電極交差幅Ｄ３と櫛歯電極５９ｃの電極交差幅Ｄ４とを異ならせた構成である。

ラダー型フィルタ５７においても、並列腕の弾性波共振器１１，１２および直列腕の弾性波共振器１０の構成は、図１に示したラダー型フィルタ７と共通している。

この構成により、弾性波共振器５９を用いたラダー型フィルタ５７においても、前述した並列腕の弾性波共振器１１を含んでいるので、横モードに起因するスプリアスを抑圧することができる。

図３に示したラダー型フィルタ５７のように、その直列腕に設けられる弾性波共振器５９において、複数の櫛歯電極５９ｂ，５９ｃを縦列に接続し、それぞれの電極交差幅Ｄ３，Ｄ４を異ならせる構成とすることにより、耐電力性を実現しながら、横モードに起因するスプリアスを抑圧することができる。

なお、ラダー型フィルタ５７において、直列腕の弾性波共振器５９と、並列腕の弾性波共振器１１とは隣接して設けられている。図３に示したように、櫛歯電極５９ｂと櫛歯電極５９ｃとを縦列に接続して弾性波共振器５９を構成した場合には、櫛歯電極５９ｂ及び櫛歯電極５９ｃの電極指対の数が増えるため、弾性波共振器５９のサイズが大きくなる。

この場合においても、隣接する並列腕の弾性波共振器１１における横モードに起因するスプリアスを抑圧する手段として、電極交差幅Ｄを弾性波の波長λの２３倍以上とする構成を採用することが望ましい。すなわち、弾性波共振器５９における櫛歯電極５９ｂおよび櫛歯電極５９ｃを、隣接する弾性波共振器１１が有する櫛歯電極１１ａと比べて、電極指対の数が多く、かつ、電極交差幅Ｄ３，Ｄ４を、電極交差幅Ｄよりも小さい構成とすることが望ましい。

この構成により、隣接する弾性波共振器５９と弾性波共振器１１とにおいて、共に電極指対の数が増加することを防げるので、耐電力性を確保しつつ、横モードに起因するスプリアスを抑制し、さらに小型なラダー型フィルタ５７を得ることができる。

ここで、本実施の形態におけるラダー型フィルタのさらに別の例について説明する。

図４は、本発明の実施の形態におけるラダー型フィルタのさらに別の例の構成を示す模式平面図である。図４に示したように、ラダー型フィルタ６７においては、図３に示したラダー型フィルタ５７と比較して、直列腕の弾性波共振器６０および並列腕の弾性波共振器６２の構成が異なる。弾性波共振器６０においては、櫛歯電極６０ｂと櫛歯電極６０ｃとを縦列に接続し、櫛歯電極６０ｂの電極交差幅Ｄ５と櫛歯電極６０ｃの電極交差幅Ｄ６とを異ならせている。ラダー型フィルタ６７における直列腕の弾性波共振器５９および並列腕の弾性波共振器１１の構成は、図３に示したラダー型フィルタ５７と共通している。

このとき、図４に示したように、ラダー型フィルタ６７における、並列腕の弾性波共振器６２の櫛歯電極６２ａの電極交差幅Ｄ７を、弾性波共振器１１と同様に弾性波の波長λの２３倍以上としてもよい。この構成により、さらに横モードに起因するスプリアスの抑圧と小型化を両立したラダー型フィルタを実現することができる。

なお、上述したラダー型フィルタ７，５７，６７において、各弾性波共振器の上面に誘電体膜を有する構成としてもよい。ここでは、並列腕の弾性波共振器１１を例として説明する。

図５Ａは、本発明の実施の形態におけるラダー型フィルタに係る、並列腕の弾性波共振器の他の例の構成を示す模式平面図である。また、図５Ｂは、本発明の実施の形態におけるラダー型フィルタに係る、並列腕の弾性波共振器の他の例の構成を示す断面図である。図５Ａに示したように、弾性波共振器６１において、櫛歯電極１１ａ、反射器３７，３８の構成は、図１に示したラダー型フィルタ７の弾性波共振器１１と共通している。弾性波共振器６１においては、圧電基板８の上に、電極指３４と電極指３６とが交差する交差領域Ｃ１を覆うように、誘電体膜２４を設けている。

また、図５Ｂに示したように、誘電体膜２４は、圧電基板８上に、少なくとも交差領域Ｃ１を覆うように設けられている。本実施の形態においては、電極指３４，３６の膜厚を３４４０Å（波長で規格化した規格化膜厚は８％）、誘電体膜２４の膜厚を１５０００Å（規格化膜厚は３５％）としている。このように、電極指３４，３６の膜厚よりも、誘電体膜２４の膜厚を厚くすることにより、櫛歯電極１１ａの共振周波数付近に現れる不要なレイリー波に起因するスプリアスをも抑制することができる。

このように、櫛歯電極１１ａにおいて、圧電基板８の上に、電極指３４と電極指３６とが交差する交差領域Ｃ１を覆うように誘電体膜２４を設けた場合には、誘電体膜２４の両端部が横モードの波の境界となるため、誘電体膜２４の幅Ｃ２の間に横モードの定在波が生じる。したがって、図５Ａおよび図５Ｂに示した弾性波共振器６１の構成においては、誘電体膜２４の幅Ｃ２を櫛歯電極１１ａにより励振される弾性波の波長λの２３倍以上とすることにより、横モードに起因するスプリアスを抑圧することができる。また、交差領域Ｃ１の幅と誘電体膜２４の幅Ｃ２とを同一としてもよい。この構成により、横モード波に起因するスプリアスをより効果的に抑制することができる。

図５Ｃは、本発明の実施の形態におけるラダー型フィルタに係る、並列腕の弾性波共振器のさらに他の例の構成を示す断面図である。図５Ｃに示したように、弾性波共振器６２の誘電体膜２４における第１のバスバー３３および第２のバスバー３５と対向する側面２４ａ，２４ｂを高さ方向に傾斜を有するテーパー状としてもよい。側面２４ａ，２４ｂのいずれかをこのようなテーパー形状とすることにより、第１のバスバー３３と第２のバスバー３５との間に発生する横モードの定在波の波長を高さ方向で異ならせることができる。これにより、横モードに起因するスプリアスを効果的に分散させることができる。

なお、図５Ｂに示した弾性波共振器６１、および、図５Ｃに示した弾性波共振器６２における誘電体膜２４としては、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）のように、圧電基板８とは逆の周波数温度特性を有する媒質を用いることが望ましい。この構成により、ラダー型フィルタの周波数温度特性を向上することができる。

誘電体膜２４は、圧電基板８の上に、少なくとも電極指３４と電極指３６とが交差する交差領域Ｃ１を覆うように、例えば、スパッタリング、蒸着またはＣＶＤ法により形成される。なお、誘電体膜２４の上面を、電極指３４，３６の上部が凸形状となるように、凹凸を有する形状としてもよい。この構成により、レイリーモードに起因するスプリアスを効果的に抑圧することができる。

本発明のラダー型フィルタは、横モードに起因するスプリアスの抑制と、ラダー型フィルタの小型化を両立することができるので、携帯電話や無線ＬＡＮ端末等において有用である。

７ ラダー型フィルタ
８ 圧電基板
９〜１２ 弾性波共振器
９ａ，１０ａ 櫛歯電極
１１ａ，１２ａ 櫛歯電極
１３ 第１のバスバー
１４ 電極指
１５ 第２のバスバー
１６ 電極指
１７，１８ 反射器
２４ 誘電体膜

Claims (5)

1. 圧電基板の上に、複数の弾性波共振器を直列腕および並列腕に梯子状に設けたラダー型フィルタであって、
   前記複数の弾性波共振器はそれぞれ櫛歯電極を備え、前記櫛歯電極は、第１のバスバーから延伸した電極指と第２のバスバーから延伸した電極指とが交差してなる複数の電極指対を有し、
   前記並列腕に設けた弾性波共振器が有する前記櫛歯電極において、前記第１のバスバーから延伸した電極指と、前記第２のバスバーから延伸した電極指との電極交差幅を、前記櫛歯電極により励振される弾性波の波長の２３倍以上としたラダー型フィルタ。
2. 前記直列腕に設けた弾性波共振器が備える前記櫛歯電極において、前記第１のバスバーから延伸した前記電極指と前記第２のバスバーから延伸した前記電極指との電極交差幅を、前記櫛歯電極により励振される弾性波の波長の２３倍未満とした請求項１に記載のラダー型フィルタ。
3. 前記並列腕に設けた弾性波共振器と隣接する、前記直列腕に設けた弾性波共振器は、前記並列腕に設けた弾性波共振器が備える前記櫛歯電極と比べて、前記複数の電極指対の数が多く、かつ、電極交差幅の小さい複数の前記櫛歯電極を縦列接続してなる請求項１に記載のラダー型フィルタ。
4. 前記並列腕に設けた弾性波共振器が備える前記櫛歯電極において、前記第１のバスバーから延伸した複数の前記電極指と前記第２のバスバーから延伸した複数の前記電極指とが交差する交差領域の上部に誘電体膜を設け、
   前記誘電体膜の幅を、前記並列腕に設けた弾性波共振器が備える前記櫛歯電極により励振される弾性波の波長の２３倍以上とした請求項１に記載のラダー型フィルタ。
5. 前記誘電体膜における、前記第１のバスバーと対向する側面および前記第２のバスバーと対向する側面のうち、少なくとも一方が、高さ方向に傾斜を有する請求項４に記載のラダー型フィルタ。

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