JP2014204181A - Acoustic wave resonance device and ladder type filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、弾性表面波や弾性境界波などを用いた弾性波共振装置及び該弾性波共振装置を有するラダー型フィルタに関する。 The present invention relates to an elastic wave resonance device using a surface acoustic wave, a boundary acoustic wave, and the like, and a ladder filter having the elastic wave resonance device.
従来、フィルタ装置などに様々な弾性波共振子が広く用いられている。例えば下記の特許文献１には、複数の弾性波共振子を用いたラダー型フィルタが開示されている。このラダー型フィルタでは、弾性表面波共振子により直列腕共振子及び並列腕共振子が構成されている。また、１つの直列腕共振子が、互いに直列に接続された３個の共振子に分割されている。すなわち、３段の直列腕共振子に分割することにより、耐電力性が高められている。
Conventionally, various acoustic wave resonators are widely used in filter devices and the like. For example,
特許文献１に記載のように、従来、１つの弾性波共振子を互いに直列に接続された複数段の弾性波共振子に分割することにより耐電力性を高め得ることが知られている。
As described in
しかしながら、特許文献１に記載のラダー型フィルタにおいて、単に１つの直列腕共振子を３段の共振子に直列分割しただけでは、高周波化を図った場合、耐電力性を十分に改善することができないことがわかった。
However, in the ladder type filter described in
本発明の目的は、高周波化を図った場合においても耐電力性を十分に高め得る、弾性波共振装置及び該弾性波共振装置を有するラダー型フィルタを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an elastic wave resonance device and a ladder type filter having the elastic wave resonance device that can sufficiently improve power durability even when a high frequency is achieved.
本発明の弾性波共振装置は、入力端と出力端との間において、仮想の弾性波共振子をｎ段に分割することにより構成された、互いに直列に接続されたｎ個（ｎは整数）の弾性波共振子を備える。本発明では、隣り合う弾性波共振子間の距離である段間距離をＬ、段数をｎ、分割前の仮想の弾性波共振子の交差幅（λ）×電極指の対数Ｎで表されるインピーダンスをＺとし、弾性波共振装置の消費電力の仮想の上記弾性波共振子を有する構成の消費電力に対する割合である消費電力比をＰとしたときに、段間距離Ｌが下記の式（１）を満たしている。 The elastic wave resonance device of the present invention is formed by dividing a virtual elastic wave resonator into n stages between an input end and an output end, and n pieces (n is an integer) connected in series with each other. The elastic wave resonator is provided. In the present invention, the distance between steps, which is the distance between adjacent acoustic wave resonators, is represented by L, the number of steps is n, the intersection width (λ) of virtual acoustic wave resonators before division × the number N of pairs of electrode fingers. When the impedance is Z and the power consumption ratio, which is the ratio of the power consumption of the acoustic wave resonator to the power consumption of the configuration having the virtual acoustic wave resonator, is P, the interstage distance L is expressed by the following equation (1). ) Is satisfied.
Ｌ≦｛Ｐ―（３．１９ｎ２×１０−２−１．５７ｎ×１０−１＋１．１７）｝／｛（−１．２０ｎ＋３．３２）Ｚ×１０−６＋（５．１０ｎ−１２．３）×１０−３｝ …式（１） L ≦ {P− (3.19n 2 × 10 −2 −1.57 n × 10 −1 +1.17)} / {(− 1.20n + 3.32) Z × 10 −6 + (5.10n−12. 3) × 10 −3 } Formula (1)
本発明に係るラダー型フィルタは、入力端と出力端との間の直列腕に設けられたｎ個以上の複数の直列腕共振子と、直列腕とグラウンド電位との間に接続された並列腕共振子とを備えるラダー型フィルタであり、複数の直列腕共振子のうち、ｎ個の直列腕共振子が、請求項１に記載の弾性波共振装置からなる。
A ladder filter according to the present invention includes a plurality of n or more series arm resonators provided in a series arm between an input end and an output end, and a parallel arm connected between the series arm and a ground potential. It is a ladder type filter provided with a resonator, and n series arm resonators consist of an elastic wave resonance apparatus of
本発明に係る弾性波共振装置によれば、段間距離Ｌが式（１）を満たしているため、高周波化を図った場合でも、耐電力性を効果的に高めることが可能となる。 According to the elastic wave resonance apparatus according to the present invention, since the interstage distance L satisfies the formula (1), it is possible to effectively improve the power durability even when the frequency is increased.
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。 Hereinafter, the present invention will be clarified by describing specific embodiments of the present invention with reference to the drawings.
図１は、本発明の一実施形態に係る弾性波共振装置の模式的平面図である。弾性波共振装置１は、弾性表面波を利用した弾性表面波共振装置である。弾性波共振装置１は、圧電基板２上に、図示の電極構造を形成することにより構成されている。この電極構造では、入力電極３と出力電極４との間に、１つの弾性波共振子を３分割することにより構成された３個の弾性波共振子５〜７が設けられている。すなわち、弾性波共振子５〜７が入力電極３と出力電極４との間において直列に接続されている。
FIG. 1 is a schematic plan view of an elastic wave resonance device according to an embodiment of the present invention. The surface acoustic
弾性波共振子５〜７は、それぞれ、ＩＤＴ電極５ａ〜７ａと、反射器５ｂ，５ｃ〜７ｂ，７ｃとを有する。すなわち、弾性波共振子５〜７は、それぞれ、１ポート型弾性波共振子である。
The
入力電極３と弾性波共振子５とが線路８により電気的に接続されている。また、弾性波共振子５，６は線路９により、弾性波共振子６，７は線路１０により接続されている。さらに、弾性波共振子７と出力電極４とが線路１１により接続されている。
The
弾性波共振装置１においては、隣り合う弾性波共振子５，６間の距離及び弾性波共振子６，７間の距離である段間距離をＬとする。段数をｎとするが、本実施形態ではｎ＝３である。分割前の仮想の共振子の交差幅（単位はλ）×電極指の対数で表されるインピーダンスをＺとする。この場合、弾性波共振装置１の消費電力の上記仮想の分割前の弾性波共振子の消費電力に対する割合である消費電力比をＰとしたとき、段間距離Ｌが下記の式（１）を満たしている。
In the acoustic
Ｌ≦｛Ｐ―（３．１９ｎ２×１０−２−１．５７ｎ×１０−１＋１．１７）｝／｛（−１．２０ｎ＋３．３２）Ｚ×１０−６＋（５．１０ｎ−１２．３）×１０−３｝ …式（１） L ≦ {P− (3.19n 2 × 10 −2 −1.57 n × 10 −1 +1.17)} / {(− 1.20n + 3.32) Z × 10 −6 + (5.10n−12. 3) × 10 −3 } Formula (1)
本実施形態では、段間距離Ｌが式（１）を満たすため、後述するように、高周波化を図った場合であっても、耐電力性を効果的に高めることができる。理論的には、１つの仮想の弾性波共振子を直列分割した構成では、分割数すなわち段数が大きくなるにつれ、消費電力は小さくなるはずである。しかしながら、２ＧＨｚ以下の周波数帯では問題にならなかったが、２ＧＨｚを超え、より高周波域に達すると、耐電力性が十分に得られないことがわかった。これを、図２〜図２１を参照して説明する。 In this embodiment, since the interstage distance L satisfies the formula (1), the power durability can be effectively improved even when the frequency is increased as described later. Theoretically, in a configuration in which one virtual elastic wave resonator is divided in series, the power consumption should decrease as the number of divisions, that is, the number of stages, increases. However, although it did not become a problem in the frequency band of 2 GHz or less, it has been found that sufficient power durability cannot be obtained when the frequency band exceeds 2 GHz and reaches a higher frequency range. This will be described with reference to FIGS.
なお、前提とした構成は、圧電基板２としてニオブ酸リチウムを用いた各弾性波共振装置についてのものである。
The presupposed configuration is for each acoustic wave resonance device using lithium niobate as the
図２〜図６により、共振周波数が３．６ＧＨｚ、すなわち波長λが１．０μｍである弾性波共振装置における段間距離依存性を示す。ここでは、段間距離を、図２では１００λすなわち１００μｍ、図３では７０λすなわち７０μｍ、図４では５０λすなわち５０μｍ、図５では３０λすなわち３０μｍ、図６では、１０λすなわち１０μｍとした。図２〜図６における各段間距離における段数と消費電力との関係について理想値とシミュレーション結果とを示す。理想値とは、上記弾性表面波装置において、共振子を直列分割数で割ることにより求められた設計値である。シミュレーション結果は上記構成の弾性波共振子について、配線の影響を考慮した回路により消費電力をシミュレーションにより求めた値である。 2 to 6 show the inter-step distance dependency in an acoustic wave resonance device having a resonance frequency of 3.6 GHz, that is, a wavelength λ of 1.0 μm. Here, the interstage distance is 100λ or 100 μm in FIG. 2, 70λ or 70 μm in FIG. 3, 50λ or 50 μm in FIG. 4, 30λ or 30 μm in FIG. 5, 10λ or 10 μm in FIG. The ideal value and simulation result are shown about the relationship between the number of steps | paragraphs in each inter-step distance in FIGS. 2-6, and power consumption. The ideal value is a design value obtained by dividing the resonator by the number of series divisions in the surface acoustic wave device. The simulation result is a value obtained by simulating the power consumption of the elastic wave resonator having the above-described configuration by a circuit in consideration of the influence of the wiring.
図２〜図６から明らかなように、理想値に比べ、段数が高くなるにつれ消費電力が大きくなることがわかる。すなわち、段数を高めたとしても、段数が高くなるにつれ消費電力が理想値からずれ、大きくなることがわかる。 As is apparent from FIGS. 2 to 6, it can be seen that the power consumption increases as the number of stages increases compared to the ideal value. That is, even if the number of stages is increased, the power consumption deviates from the ideal value and increases as the number of stages increases.
また、この理想値からのずれの量が、段間距離によって変化することもわかる。図２〜図６によれば、段間距離が大きくなるほどこのずれが大きくなっていることがわかる。 It can also be seen that the amount of deviation from the ideal value varies depending on the interstage distance. 2 to 6, it can be seen that this deviation increases as the inter-step distance increases.
図７〜図１１は、共振周波数２．９ＧＨｚすなわち波長λが１．２５μｍである弾性波共振装置における消費電力と段数との関係の段間距離依存性を示す図である。図７では、段間距離を８０λすなわち１００μｍ、図８では５６λすなわち７０μｍ、図９では４０λすなわち５０μｍ、図１０では２４λすなわち３０μｍ、図１１では８λすなわち１０μｍとしている。 7 to 11 are diagrams showing the inter-step distance dependency of the relationship between the power consumption and the number of steps in an elastic wave resonance device having a resonance frequency of 2.9 GHz, that is, the wavelength λ is 1.25 μm. 7, the inter-step distance is 80λ or 100 μm, FIG. 8 is 56λ or 70 μm, FIG. 9 is 40λ or 50 μm, FIG. 10 is 24λ or 30 μm, and FIG. 11 is 8λ or 10 μm.
図７〜図１１から、共振周波数２．９ＧＨｚの場合においても、図２〜図６の場合と同様に、段数が高くなるにつれ、消費電力が理想値からずれ、大きくなることがわかる。またこの場合においても、段間距離が大きくなるにつれ、消費電力のずれが大きくなることがわかる。 7 to 11, it can be seen that even in the case of the resonance frequency of 2.9 GHz, as in the case of FIGS. 2 to 6, the power consumption deviates from the ideal value and increases as the number of stages increases. Also in this case, it can be seen that the deviation in power consumption increases as the inter-step distance increases.
図１２〜図１６は、共振周波数が２．４ＧＨｚすなわち波長λが１．５０μｍである弾性波共振子における消費電力と段数との関係を示す図である。図１２では、段間距離が６６．７λすなわち１００μｍであり、図１３では４６．７λすなわち７０μｍであり、図１４では３３．３λすなわち５０μｍであり、図１５では２０．０λすなわち３０μｍであり、図１６では６．７λすなわち１０μｍである。図１２〜図１６においても、同様に、段数が大きくなるにつれ、理想値よりも消費電力が大きくなっていることがわかる。また、段間距離が大きくなるにつれ、消費電力のずれ量が大きくなっていることがわかる。 12 to 16 are diagrams showing the relationship between the power consumption and the number of stages in an acoustic wave resonator having a resonance frequency of 2.4 GHz, that is, a wavelength λ of 1.50 μm. 12, the inter-step distance is 66.7λ or 100 μm, FIG. 13 is 46.7λ or 70 μm, FIG. 14 is 33.3λ or 50 μm, FIG. 15 is 20.0λ or 30 μm, 16 is 6.7λ, that is, 10 μm. Similarly in FIGS. 12 to 16, it can be seen that the power consumption is larger than the ideal value as the number of stages is increased. It can also be seen that the amount of power consumption shift increases as the inter-step distance increases.
図１７〜図２１は、共振周波数１．８ＧＨｚすなわち波長λが２．００μｍである弾性波共振子における消費電力と段数との関係を示す図である。図１７では、段間距離が５０λすなわち１００μｍであり、図１８では３５λすなわち７０μｍであり、図１９では２５λすなわち５０μｍであり、図２０では１５λすなわち３０μｍであり、図２１では５λすなわち１０μｍである。図１７〜図２１から明らかなように、図１７〜図２１ではシミュレーションによる消費電力値は理想値ほど変わっていないことがわかる。共振周波数１．８ＧＨｚの場合には、上記のように段数が大きくなっても、消費電力はさほど大きくならないことがわかる。 17 to 21 are diagrams showing the relationship between the power consumption and the number of stages in an acoustic wave resonator having a resonance frequency of 1.8 GHz, that is, a wavelength λ of 2.00 μm. 17, the inter-step distance is 50λ or 100 μm, FIG. 18 is 35λ or 70 μm, FIG. 19 is 25λ or 50 μm, FIG. 20 is 15λ or 30 μm, and FIG. 21 is 5λ or 10 μm. As is apparent from FIGS. 17 to 21, it can be seen that the power consumption values by simulation are not changed as much as ideal values in FIGS. 17 to 21. When the resonance frequency is 1.8 GHz, the power consumption does not increase so much even if the number of stages is increased as described above.
これに対して、図２〜図１６では、段数が大きくなると、消費電力が理想値より大きくなっていた。これは、２．４ＧＨｚ以上と高周波化するに従って、段間の線路の影響を無視できなくなるためと考えられる。 On the other hand, in FIGS. 2 to 16, the power consumption is larger than the ideal value when the number of stages is increased. This is probably because the influence of the line between stages cannot be ignored as the frequency becomes higher than 2.4 GHz.
図２２〜図２７は、弾性波共振装置における多段化による消費電力変化を示す図である。ここでは、波長λ＝１．０μｍとしてシミュレーションを行った。また、段間距離Ｌについては５０λ、線路長＝段間距離×（段数−１）とした。共振周波数は３．６ＧＨｚ帯であり、波長λ＝１．０μｍである。図２２〜図２７の横軸は周波数（ＭＨｚ）を、縦軸は１ｍＷの電力を投入した場合の消費電力値を示す。 22 to 27 are diagrams showing a change in power consumption due to multi-stages in the elastic wave resonance device. Here, the simulation was performed with the wavelength λ = 1.0 μm. The interstage distance L was 50λ, and the line length = interstage distance × (number of stages−1). The resonance frequency is the 3.6 GHz band, and the wavelength λ = 1.0 μm. 22 to 27, the horizontal axis represents the frequency (MHz), and the vertical axis represents the power consumption value when 1 mW of power is input.
図２２は１段品すなわち線路長が０λの場合の結果を示す。図２３〜図２７は、それぞれ、２段構成すなわち線路長＝５０λ、３段構成すなわち線路長＝１００λ、４段構成すなわち線路長＝１５０λ、５段構成すなわち線路長＝２００λ、６段構成すなわち線路長＝２５０λの場合の結果を示す。なお図２３〜図２７における１段、２段、３段、４段、５段、６段等の曲線は、それぞれ、各段の共振子の消費電力を示す。すなわち、図２３における実線で示す１段は１段目の消費電力の弾性波共振子であり、一点鎖線で示す２段は２段目の消費電力値を示す。 FIG. 22 shows the result when the one-stage product, that is, the line length is 0λ. 23 to 27 are respectively a two-stage configuration, that is, a line length = 50λ, a three-stage configuration, that is, a line length = 100λ, a four-stage configuration, that is, a line length = 150λ, a five-stage configuration, that is, a line length = 200λ, and a six-stage configuration, that is, a line. The result in the case of length = 250λ is shown. In FIGS. 23 to 27, curves such as 1st stage, 2nd stage, 3rd stage, 4th stage, 5th stage, and 6th stage indicate the power consumption of the resonator of each stage. That is, the first stage indicated by the solid line in FIG. 23 is an elastic wave resonator of the first stage power consumption, and the second stage indicated by the alternate long and short dash line indicates the power consumption value of the second stage.
また、図２３〜図２７においては消費電力理想値を破線で示す。この消費電力理想値とは、弾性表面波装置において、共振子を直列分割数で割ることにより求められた各段数における消費電力を意味する。図２３〜図２７から明らかなように、段数が大きくなるにつれ、消費電力の理想値からのずれが大きくなっていることがわかる。特に、各複数段構成の場合、最終段の弾性波共振子において、消費電力が大きくなっていることがわかる。例えば、図２６では、５段構成において５段目の弾性波共振子における消費電力が３６６０〜３６７０ＭＨｚ付近で大きなピークを示していることがわかる。ここで段数の順番は入力電極から出力電極へ至る順番である。従って、５段構成における５段目の弾性波共振子とは、入力電極側から数えて５段目の弾性波共振子である。 23 to 27, the ideal power consumption value is indicated by a broken line. This ideal value of power consumption means the power consumption at each number of stages obtained by dividing the resonator by the number of series divisions in the surface acoustic wave device. As is apparent from FIGS. 23 to 27, it can be seen that the deviation from the ideal value of the power consumption increases as the number of stages increases. In particular, in the case of each multi-stage configuration, it can be seen that the power consumption is large in the last-stage acoustic wave resonator. For example, in FIG. 26, it can be seen that the power consumption in the fifth-stage acoustic wave resonator in the five-stage configuration shows a large peak around 3660-3670 MHz. Here, the order of the number of stages is the order from the input electrode to the output electrode. Therefore, the fifth-stage acoustic wave resonator in the five-stage configuration is the fifth-stage acoustic wave resonator counted from the input electrode side.
同様に、図２５及び図２７の４段構成及び６段構成においては、それぞれ、４段目及び６段目の弾性波共振子において、消費電力がやはり大きくなっていることがわかる。 Similarly, in the four-stage configuration and the six-stage configuration in FIGS. 25 and 27, it can be seen that the power consumption is still large in the fourth-stage and sixth-stage elastic wave resonators, respectively.
本願発明者は、上記図２〜図２７の結果をもとに、消費電力と段間距離との関係を求めた。結果を図２８〜図３２に示す。このシミュレーションでは、横軸を段間距離とし、縦軸を消費電力比とした。消費電力比とは、弾性波共振装置１の消費電力の分割前の１個の対応する弾性波共振子を用いた共振装置の消費電力に対する割合である。図２８は、２段構成、図２９〜図３２には、それぞれ、３段構成、４段構成、５段構成及び６段構成の場合の結果を示す。
This inventor calculated | required the relationship between power consumption and interstage distance based on the result of the said FIGS. The results are shown in FIGS. In this simulation, the horizontal axis is the interstage distance, and the vertical axis is the power consumption ratio. The power consumption ratio is a ratio with respect to the power consumption of the resonance device using one corresponding elastic wave resonator before the power consumption of the elastic
図２８〜図３２において、段間距離を種々異ならせた場合の結果に基づき、消費電力比をｙ、段間距離をｘとし、ｙのｘによる依存性を式で表した。結果は図２８〜図３２中に示したように、以下の通りとなる。 28 to 32, the power consumption ratio is y, the inter-stage distance is x, and the dependence of y on x is expressed by an expression based on the results when the inter-stage distance is varied. As shown in FIGS. 28 to 32, the results are as follows.
図２８：２段構成の場合
ｙ＝１．２６２×１０−３×ｘ＋９．８９５×１０−１
Ｒ２＝４．３９６×１０−１
図２９：３段構成の場合
ｙ＝３．０２６×１０−３×ｘ＋９．７７７×１０−１
Ｒ２＝８．２１５×１０−１
図３０：４段構成の場合
ｙ＝６．２３０×１０−３×ｘ＋１．０３９
Ｒ２＝９．０４５×１０−１
図３１：５段構成の場合
ｙ＝９．０６７×１０−３×ｘ＋１．１７１
Ｒ２＝９．５０１×１０−１
図３２：６段構成の場合
ｙ＝１．１７０×１０−２×ｘ＋１．３３２
Ｒ２＝９．４６６×１０−１
FIG. 28: Two-stage configuration y = 1.262 × 10 −3 × x + 9.895 × 10 −1
R 2 = 4.396 × 10 −1
FIG. 29: In the case of a three-stage configuration y = 3.026 × 10 −3 × x + 9.777 × 10 −1
R 2 = 8.215 × 10 −1
FIG. 30: 4-stage configuration y = 6.230 × 10 −3 × x + 1.039
R 2 = 9.045 × 10 −1
FIG. 31: In the case of a five-stage configuration y = 9.067 × 10 −3 × x + 1.171
R 2 = 9.501 × 10 −1
FIG. 32: 6-stage configuration y = 1.170 × 10 −2 × x + 1.332
R 2 = 9.466 × 10 −1
図２８及び図２９に示すように、２段構成及び３段構成では、段間距離を小さくしていくことにより、消費電力比をほぼ１に近づけることができる。これに対して、図３０〜図３２に示すように、４段構成、５段構成及び６段構成の場合、段間距離を１０μｍよりも低めたとしても、消費電力比は１になり難い。これは、消費電力が共振子のインピーダンス依存性を示すからである。この点については、後程説明する。 As shown in FIG. 28 and FIG. 29, in the two-stage configuration and the three-stage configuration, the power consumption ratio can be made close to 1 by decreasing the interstage distance. On the other hand, as shown in FIGS. 30 to 32, in the case of the four-stage configuration, the five-stage configuration, and the six-stage configuration, even if the interstage distance is made lower than 10 μm, the power consumption ratio is unlikely to be 1. This is because the power consumption shows the impedance dependency of the resonator. This point will be described later.
図２８〜図３２では、各弾性波共振子のインピーダンスＺは固定した。すなわち、インピーダンスＺ＝交差幅Ｗ（λ）×電極指の対数Ｎ（対）で表されるが、このＷ×Ｎ＝１８００とした。また、λについては、０．９〜１．５μｍの間で変化させた。 28 to 32, the impedance Z of each acoustic wave resonator is fixed. That is, impedance Z = intersection width W (λ) × number of electrode finger pairs N (pairs), where W × N = 1800. Further, λ was changed between 0.9 and 1.5 μm.
上記図２８〜図３２の結果から、２段構成〜６段構成におけるＺを固定し、かつλを変更した場合の消費電力Ｐと段間距離Ｌとの関係は以下の通りとなる。 From the results of FIGS. 28 to 32, the relationship between the power consumption P and the interstage distance L when Z is fixed and λ is changed in the two-stage configuration to the six-stage configuration is as follows.
２段構成：Ｐ＝１．２６２Ｌ×１０−３＋９．８９５×１０−１ …式（２ａ）
３段構成：Ｐ＝３．０２６Ｌ×１０−３＋９．７７７×１０−１ …式（２ｂ）
４段構成：Ｐ＝６．２３０Ｌ×１０−３＋１．０３９ …式（２ｃ）
５段構成：Ｐ＝９．０６７Ｌ×１０−３＋１．１７１ …式（２ｄ）
６段構成：Ｐ＝１．１７０Ｌ×１０−２＋１．３３２ …式（２ｅ）
Two-stage configuration: P = 1.262 L × 10 −3 + 9.895 × 10 −1 Formula (2a)
Three-stage configuration: P = 3.026 L × 10 −3 + 9.777 × 10 −1 Formula (2b)
Four-stage configuration: P = 6.230L × 10 −3 +1.039 (2c)
5-stage configuration: P = 9.067L × 10 −3 +1.171 Formula (2d)
Six-stage configuration: P = 1.170 L × 10 −2 +1.332 Equation (2e)
次に、２段構成〜６段構成の弾性波共振装置における消費電力比と段間距離と上記弾性波共振子のインピーダンスＺとの関係を求めた。結果を図３３〜図３７に示す。図３３〜図３７においては、段間距離と消費電力とインピーダンスＺ＝Ｗ×Ｎとの関係が示されている。図３３は２段構成の場合の結果を、図３４〜図３７は、それぞれ、３段、４段、５段及び６段構成の結果を示す。 Next, the relationship between the power consumption ratio, the interstage distance, and the impedance Z of the acoustic wave resonator in the acoustic wave resonator having the two-stage configuration to the six-stage configuration was obtained. The results are shown in FIGS. 33 to 37 show the relationship among the interstage distance, power consumption, and impedance Z = W × N. FIG. 33 shows the results for the two-stage configuration, and FIGS. 34 to 37 show the results for the three-stage, four-stage, five-stage, and six-stage configurations, respectively.
図３３〜図３７から明らかなように、同じ段数及び段間距離であってもインピーダンスＬ＝Ｗ×Ｎの値が変化すると、消費電力比が変化することがわかる。この図３３〜図３７の各結果を式で表すと以下の式（３ａ）〜式（３ｃ）の通りとなる。なお、２段構成及び３段構成では、図３３及び図３４から明らかなように、インピーダンスＺ＝Ｗ×Ｎを変更しても、その差すなわち消費電力の差はほとんどないため無視し得ると考えられる。 As can be seen from FIGS. 33 to 37, the power consumption ratio changes when the value of impedance L = W × N changes even with the same number of steps and the distance between steps. Each result of FIGS. 33 to 37 is expressed by the following equations (3a) to (3c). In the two-stage configuration and the three-stage configuration, as apparent from FIGS. 33 and 34, even if the impedance Z = W × N is changed, there is almost no difference, that is, a difference in power consumption. It is done.
４段構成の場合：図３５
Ｐ＝（−１．７４９Ｚ×１０−６＋９．４４８×１０−３）Ｌ＋１．０３９ …式（３ａ）
５段構成の場合：図３６
Ｐ＝（−２．６５５Ｚ×１０−６＋１．４５４×１０−２）Ｌ＋１．１７１ …式（３ｂ）
６段構成の場合：図３７
Ｐ＝（−４．０５７Ｚ×１０−６＋２．０５０×１０−２）Ｌ＋１．３３２ …式（３ｃ）
In the case of a four-stage configuration: FIG.
P = (− 1.749Z × 10 −6 + 9.448 × 10 −3 ) L + 1.039 Formula (3a)
In the case of a 5-stage configuration: FIG.
P = (− 2.655Z × 10 −6 + 1.454 × 10 −2 ) L + 1.171 Formula (3b)
In the case of a six-stage configuration: FIG.
P = (− 4.057Z × 10 −6 + 2.050 × 10 −2 ) L + 1.332 Formula (3c)
前述した式（２ａ）〜式（２ｅ）と、式（３ａ）〜式（３ｃ）と、２段構成及び３段構成の場合、Ｚの変化による消費電力Ｐの差を無視した内容を考慮し、段数をｎとすると、Ｐと、Ｌ、Ｚ及びｎの関係は以下の式の通りとなる。 In the case of the above-described formulas (2a) to (2e), formulas (3a) to (3c), and the two-stage configuration and the three-stage configuration, the content ignoring the difference in the power consumption P due to the change in Z is considered. When the number of stages is n, the relationship between P and L, Z, and n is as follows.
すなわち、λ≦１．５０μｍであり、かつ共振周波数２．４ＧＨｚ以上の場合、
Ｐ＝｛（−１．２０ｎ＋３．３２）Ｚ×１０−６＋（５．１０ｎ−１２．３）×１０−３｝Ｌ＋３．１９ｎ２×１０−２−１．５７ｎ×１０−１＋１．１７ …式（４）
上記式（４）を変形すると、Ｌ＝｛Ｐ―（３．１９ｎ２×１０−２−１．５７ｎ×１０−１＋１．１７）｝／｛（−１．２０ｎ＋３．３２）Ｚ×１０−６＋（５．１０ｎ−１２．３）×１０−３｝
That is, when λ ≦ 1.50 μm and the resonance frequency is 2.4 GHz or more,
P = {(− 1.20n + 3.32) Z × 10 −6 + (5.10n−12.3) × 10 −3 } L + 3.19 n 2 × 10 −2 −1.57 n × 10 −1 +1.17 ... Formula (4)
When the above equation (4) is transformed, L = {P− (3.19n 2 × 10 −2 −1.57 n × 10 −1 +1.17)} / {(− 1.20n + 3.32) Z × 10 − 6 + (5.10n-12.3) × 10 -3}
従って、消費電力比を低減するには、
Ｌ≦｛Ｐ―（３．１９ｎ２×１０−２−１．５７ｎ×１０−１＋１．１７）｝／｛（−１．２０ｎ＋３．３２）Ｚ×１０−６＋（５．１０ｎ−１２．３）×１０−３｝ …式（１）
を満たすように段間距離Ｌを定めればよい。
Therefore, to reduce the power consumption ratio,
L ≦ {P− (3.19n 2 × 10 −2 −1.57 n × 10 −1 +1.17)} / {(− 1.20n + 3.32) Z × 10 −6 + (5.10n−12. 3) × 10 −3 } Formula (1)
The interstage distance L may be determined so as to satisfy
よって、例えば、Ｐ≦１．２０とするには、式（５）を満たすようにＬ、ｎ及びＺを決定すればよい。 Therefore, for example, in order to satisfy P ≦ 1.20, L, n, and Z may be determined so as to satisfy Expression (5).
Ｌ（ｎ，Ｚ）≦｛１．２０−３．１９ｎ２×１０−２−１．５７ｎ×１０−１＋１．１７）｝／｛（−１．２０ｎ＋３．３２）Ｚ×１０−６＋（５．１０ｎ−１２．３）×１０−３｝ …式（５） L (n, Z) ≦ {1.20-3.19n 2 × 10 −2 −1.57 n × 10 −1 +1.17)} / {(− 1.20n + 3.32) Z × 10 −6 + ( 5.10n-12.3) × 10 −3 } Expression (5)
また、上記式（１）から、例えば１つの弾性波共振子を３段の弾性波共振子に直列分割した構造では、段間距離Ｌは下記の式（６）を満たすように構成すればよいことがわかる。 Further, from the above formula (1), for example, in a structure in which one elastic wave resonator is divided into three stages of elastic wave resonators, the interstage distance L may be configured to satisfy the following formula (6). I understand that.
Ｌ＝（Ｐ−０．９８６）／（−２．８０Ｚ×１０−７＋３．００×１０−３ …式（６） L = (P−0.986) / (− 2.80Z × 10 −7 + 3.00 × 10−3) Formula (6)
但し、λ≦１．５０かつ共振周波数は２．４ＧＨｚ以上が上記と同様に前提である。また右辺の分母は正の値となる。 However, it is assumed that λ ≦ 1.50 and the resonance frequency is 2.4 GHz or more in the same manner as described above. The denominator on the right side is a positive value.
例えば、Ｚ＝４５００の場合、消費電力の悪化を１０％以内に抑えたい場合、以下の通りとなる。すなわち、Ｐ≦１．１とすればよいため、式（６）より、Ｌ≦６５とすればよい。すなわち、段間距離Ｌを６５μｍ以下に設定すればよい。 For example, in the case of Z = 4500, when it is desired to suppress the deterioration of power consumption to within 10%, the result is as follows. That is, since P ≦ 1.1 is satisfied, L ≦ 65 may be satisfied from Expression (6). That is, the interstage distance L may be set to 65 μm or less.
また、弾性波共振子を４段に直列分割した構成の場合、段間距離Ｌは下記の式（７）で表わされる。 In the case where the acoustic wave resonator is divided in series in four stages, the interstage distance L is expressed by the following equation (7).
Ｌ＝（Ｐ−１．０５２）／（−１．４８０Ｚ×１０−６＋８．１００×１０−３ …式（７） L = (P−1.052) / (− 1.480Z × 10 −6 + 8.100 × 10 −3 ... (7)
ここでも、λは１．５０以下であり、かつ共振周波数は２．４ＧＨｚ以上が前提である。また右辺の分母は正の値となる。 Here, it is assumed that λ is 1.50 or less and the resonance frequency is 2.4 GHz or more. The denominator on the right side is a positive value.
Ｚ＝４５００とし、多段化した場合の消費電力の悪化量を１０％以内に抑えたいとする。この場合、Ｐ≦１．１とすればよいため、式（７）よりＬ≦３３λとすればよい。すなわち、段間距離を３３μｍ以下とすればよい。 Suppose that Z = 4500 and the amount of power consumption deterioration in the case of multiple stages is suppressed to within 10%. In this case, since P ≦ 1.1 is satisfied, L ≦ 33λ may be satisfied from Expression (7). That is, the interstage distance may be set to 33 μm or less.
以上の通り、本実施形態によれば、高周波化を図った場合においても、耐電力性を効果的に高め得ることがわかる。 As described above, according to the present embodiment, it is understood that the power durability can be effectively improved even when the frequency is increased.
なお、確認のためにシミュレーション条件に下記の表１に示すようにλ及びＷ×Ｎを設定し、弾性波共振装置１の消費電力Ｐをシミュレーションにより求めた。このシミュレーション値と、式（４）により求めた消費電力Ｐの値との関係を図３８に示す。図３８から明らかなように、上記式（４）による消費電力値が、弾性波共振装置における消費電力値に高い相関を有していることが確かめられた。
For confirmation, λ and W × N were set as simulation conditions as shown in Table 1 below, and the power consumption P of the acoustic
なお、図３９は、交差幅Ｗ×対数Ｎと、ＩＤＴ電極の容量との関係を示す図である。図３９から明らかなように、Ｗ×Ｎが増加するにつれＩＤＴ電極の容量が大きくなる。すなわち、容量が大きくなるとインピーダンスが小さくなり、消費電力を小さくし得る。Ｗ×Ｎ＝Ｚ、ＩＤＴ電極の容量をＣとすると、図３９より、インピーダンスＺと容量Ｃとの関係は下記の通りとなる。 FIG. 39 is a diagram showing the relationship between the intersection width W × the logarithm N and the capacity of the IDT electrode. As is apparent from FIG. 39, the capacity of the IDT electrode increases as W × N increases. That is, as the capacity increases, the impedance decreases and the power consumption can be reduced. Assuming that W × N = Z and the capacitance of the IDT electrode is C, the relationship between the impedance Z and the capacitance C is as follows from FIG.
Ｚ＝（Ｃ＋０．００１６）／０．０００８ Z = (C + 0.0016) /0.0008
図４０は、上記実施形態による段間距離Ｌを調整した場合と、段間距離を調整していない比較例における段数と破壊電力比との関係を示す図である。これは、共振周波数が３．６ＧＨｚの弾性波共振装置について測定した。破壊電力比は、以下の要領でステップアップ耐電力試験を実施し、そのときの１段構成の耐電力を１としたときの各段数の弾性波共振装置の破壊電力の割合を示す。 FIG. 40 is a diagram illustrating the relationship between the number of stages and the breakdown power ratio in the case where the interstage distance L according to the above embodiment is adjusted and in a comparative example in which the interstage distance is not adjusted. This was measured for an acoustic wave resonator having a resonance frequency of 3.6 GHz. The breakdown power ratio indicates the ratio of the breakdown power of each stage of the acoustic wave resonance device when the step-up power resistance test is performed in the following manner and the power resistance of the one-stage configuration at that time is 1.
ステップアップ耐電力試験の方法：消費電力のピークの周波数位置において、小電力から徐々に電力を上げて電力投入して、製品が破壊する電力値を求め、破壊電力とした。 Step-up power durability test method: At the frequency position of the peak of power consumption, the power was gradually increased from the small power and the power was turned on to determine the power value at which the product was destroyed, and this was taken as the breakdown power.
図４０から明らかなように、段間距離を調整していない比較例では、３段以上の複数段構成になると段数が増加しても、破壊電力比が高くならないことがわかる。これに対して、上記実施形態によれば、段数を高めた場合、期待通りに耐電力性を高め得ることがわかる。 As can be seen from FIG. 40, in the comparative example in which the inter-step distance is not adjusted, the breakdown power ratio does not increase even if the number of steps is increased in a multi-step configuration of three or more steps. On the other hand, according to the said embodiment, when the number of steps is increased, it can be seen that the power durability can be improved as expected.
本実施形態の弾性波共振装置は、弾性表面波や弾性境界波などの様々な弾性波を利用した弾性波共振装置に適用することができ、またラダー型フィルタの直列腕共振子として好適に用いることができる。図４１は、本発明が適用されるラダー型フィルタの一例を示す回路図である。ラダー型フィルタ２１は、入力端と出力端とを結ぶ直列腕に、複数の直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ３を有する。また直列腕とグラウンド電位とを結ぶ並列腕に並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ４が設けられている。この直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ３のうち少なくとも１個の直列腕共振子を、本発明に従って、ｎ個の直列腕共振子を直列に接続した弾性波共振装置により構成することが望ましい。それによって、耐電力性を効果的に高めることができる。
The elastic wave resonance device of this embodiment can be applied to an elastic wave resonance device using various elastic waves such as a surface acoustic wave and a boundary acoustic wave, and is preferably used as a series arm resonator of a ladder type filter. be able to. FIG. 41 is a circuit diagram showing an example of a ladder type filter to which the present invention is applied. The
なお、本発明は、ラダー型フィルタ以外の様々な弾性波フィルタにも適用することができる。 The present invention can also be applied to various acoustic wave filters other than ladder type filters.
１…弾性波共振装置
２…圧電基板
３…入力電極
４…出力電極
５〜７…弾性波共振子
５ａ…ＩＤＴ電極
５ｂ，５ｃ…反射器
６ａ…ＩＤＴ電極
６ｂ，６ｃ…反射器
７ａ…ＩＤＴ電極
７ｂ，７ｃ…反射器
８〜１１…線路
２１…ラダー型フィルタ
Ｐ１〜Ｐ４…並列腕共振子
Ｓ１〜Ｓ３…直列腕共振子
DESCRIPTION OF
Claims (2)
隣り合う弾性波共振子間の距離である段間距離をＬ、段数をｎ、分割前の仮想の弾性波共振子の交差幅（λ）×電極指の対数Ｎで表わされるインピーダンスをＺとし、前記弾性波共振装置の消費電力の前記仮想の弾性波共振子を有する構成の消費電力に対する割合である消費電力比をＰとしたときに、段間距離Ｌが下記の式（１）を満たす、弾性波共振装置。
Ｌ≦｛Ｐ―（３．１９ｎ２×１０−２−１．５７ｎ×１０−１＋１．１７）｝／｛（−１．２０ｎ＋３．３２）Ｚ×１０−６＋（５．１０ｎ−１２．３）×１０−３｝ …式（１） An elastic wave including n (n is an integer) elastic wave resonators connected in series, which is configured by dividing a virtual elastic wave resonator into n stages between an input end and an output end A resonant device,
The interstage distance, which is the distance between adjacent acoustic wave resonators, is L, the number of stages is n, the impedance represented by the intersection width (λ) of the virtual acoustic wave resonator before the division × the number N of the pairs of electrode fingers is Z, When the power consumption ratio, which is the ratio of the power consumption of the acoustic wave resonator to the power consumption of the configuration having the virtual acoustic wave resonator, is P, the interstage distance L satisfies the following formula (1): Elastic wave resonance device.
L ≦ {P− (3.19n 2 × 10 −2 −1.57 n × 10 −1 +1.17)} / {(− 1.20n + 3.32) Z × 10 −6 + (5.10n−12. 3) × 10 −3 } Formula (1)
前記複数の直列腕共振子のうち、ｎ個の直列腕共振子が、請求項１に記載の弾性波共振装置からなる、ラダー型フィルタ。 The n or more series arm resonators provided in the series arm between the input end and the output end, and a parallel arm resonator connected between the series arm and a ground potential,
The ladder type filter in which n number of series arm resonators of the plurality of series arm resonators includes the acoustic wave resonance device according to claim 1.
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