JP3160918B2 - 弾性表面波フィルタ - Google Patents

弾性表面波フィルタ

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JP3160918B2 JP02602391A JP2602391A JP3160918B2 JP 3160918 B2 JP3160918 B2 JP 3160918B2 JP 02602391 A JP02602391 A JP 02602391A JP 2602391 A JP2602391 A JP 2602391A JP 3160918 B2 JP3160918 B2 JP 3160918B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は圧電体表面に発生する弾
性表面波を利用して、弾性表面波共振子を構成し、さら
にその横弾性結合を利用してなる二重モード弾性表面波
フィルタに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の弾性表面波フィルタの電極構造と
しては、特開昭56−206816号公報及び特開昭5
7−131855号公報等があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の従来技
術には、弾性表面波共振子の縦モードスプリアス振動に
起因する不要なレスポンス即ちスプリアス振動の抑圧又
は除去については何も記載されておらず、弾性表面波フ
ィルタの設計条件によってしばしば前記スプリアスが発
生して問題であった。そこで本発明はこのような問題点
を解決するもので、その目的とするところは、スプリア
ス応答がなく信号選択性の優れた弾性表面波フィルタを
市場に提供し、性能の優れたペイジャー等の通信装置を
製作することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の弾性表面波フィ
ルタは、圧電体平板上に隣接して配置された二つの弾性
表面波共振子の弾性的横結合効果を利用して二重モード
フィルタとする弾性表面波フィルタにおいて、前記弾性
表面波共振子は中央に1個のすだれ状電極とこのすだれ
状電極の両側に1対の反射器とを有し、前記すだれ状電
極の電極指の対数が80対以上150対以下であり、前
記反射器と前記すだれ状電極は周期的に配置された金属
導体のストリップからなり、前記反射器と前記すだれ状
電極の最も近接した前記ストリップの間隔は前記すだれ
状電極のスペース幅に等しく、前記すだれ状電極の放射
コンダクタンスの最大値を与える周波数と前記反射器の
反射中心周波数とはほぼ一致し、前記反射器のライン対
スペース比がほぼ1であり、前記すだれ状電極のライン
幅対スペース幅の比が0.8以上1.5以下であること
を特徴とする。また、圧電体平板上に隣接して配置され
た二つの弾性表面波共振子の弾性的横結合効果を利用し
て二重モードフィルタとする弾性表面波フィルタにおい
て、前記弾性表面波共振子は中央に1個のすだれ状電極
とこのすだれ状電極の両側に1対の反射器とを有し、前
記すだれ状電極の電極指の対数が180対以上220対
以下であり、前記反射器と前記すだれ状電極は周期的に
配置された金属導体のストリップからなり、前記反射器
と前記すだれ状電極の最も近接した前記ストリップの間
隔は前記すだれ状電極のスペース幅に等しく、前記すだ
れ状電極の放射コンダクタンスの最大値を与える周波数
と前記反射器の反射中心周波数とはほぼ一致し、前記反
射器のライン対スペース比がほぼ1であり、前記すだれ
状電極のライン幅対スペース幅の比が0.8以上1.5
以下であることを特徴とする。さらに、前記反射器と前
記すだれ状電極はアルミニウム金属が主体であり、前記
反射器と前記すだれ状電極の膜厚Hと弾性表面波の波長
λとの比H/λが0.015から0.035の範囲であ
り、前記圧電体平板が水晶であることを特徴とする。
【0005】
【実施例】図1は、本発明の一実施例における弾性表面
波フィルタの電極構造の平面図である。図中各部位の名
称は、100は圧電体平板、101と103は反射器、
102はすだれ状電極(IDT)、104と105は入
出力端子、106と107は接地のための導通部材、1
08はすだれ状電極の正極性電極指、109はすだれ状
電極の負極性電極指である。前記100の圧電体平板
は、水晶、タンタル酸リチウム(LiTaO3)、ニオ
ブ酸リチウム(LiNbO3)、等の圧電材料の表面を
平面研磨してなる。101、102、103の反射器と
すだれ状電極(以下簡単にIDTと書く)は、前記圧電
体平板上に、Al、Ag、Au、Cu等を主体とした導
体金属を蒸着、スパッタ等の薄膜形成手段により膜形成
した後フォトリソグラフィ技術によりパターン形成して
なる。図1の弾性表面波フィルタは、IDT(102)
とその両側に配置した1対の反射器(101と103)
をもっていわゆる弾性表面波共振子を構成し、さらにこ
の弾性表面波共振子が2つ平行に近接配置して弾性的に
結合してできあがる。前記弾性表面波共振子の構成はま
ず、反射器101と103の導体ストリップ(110)
の配列周期PRは発生する弾性表面波の波長λのほぼ1
/2とする。さらに導体幅(l)と導体間隔(S)の比
l/Sをほぼ1とする。一方前記IDTの導体配列周期
Tは、前記反射器が作る弾性表面波の反射特性の最大
値を与える周波数と、前記102のIDTの放射コンダ
クタンス特性が最大値を与える周波数がほぼ一致するよ
うに設定する。例えば、圧電体平板100がSTカット
又はATカット水晶板であり反射器とIDTの導体金属
が、Alである場合には前記PRとPTの比としてPR
T=1.002〜1.02程度にとられる。さらに又
前記IDTの導体幅l′と導体間間隔S′の比率l′/
S′はl′/S′≧0.8とし、反射器とIDTの最も
近接した導体ストリップ間の距離をIDTの前記S′と
なるようにしてSAW共振子の直列共振抵抗を低減して
いる。さらにはl′/S′の範囲として、1≦l′/
S′≦1.5が特性と加工上の点で適切である。IDT
の正極性電極指108と負極性電極指109の1組を1
対と数えてM対としたときに、IDTのトータルな反射
係数ΡをΡ=4Ma(H/λ)とすると、Ρ=2.4程
度となるようにMとa及び(H/λ)を選択すれば弾性
表面波共振子のQ値が104〜2×104と充分高いもの
が得られる。但しここでaは前記正負電極指及び反射器
の導体ストリップ1本当りの弾性表面波の反射係数であ
り、Hは導体ストリップの膜厚、λは弾性表面波の波長
である。前記aは圧電体平板の材質により異なるが「≧
2.4程度をみたせば良好な弾性表面波共振子を構成で
きる。水晶材にあっては、M=80対に相当する。
【0006】ところで一般的共振子の特性の一つに、不
用振動モード即ちスプリアスの存在がある。弾性表面波
共振子の場合にもこのスプリアスが存在しており、本発
明の弾性表面波フィルタを構成する際にも伝送特性に於
て、充分な減衰特性が確保できない周波数領域が前記ス
プリアスにより発生する。本発明にあっては、前記ID
T対数Mを80〜150対及び180〜220対とする
ことにより抑圧するか、特定の周波数領域をさける構成
としている。この様子を次の図2、図3、図4を用いて
説明する。図2は本発明の図1が特定のIDT対数
(M:170対)をもつ場合であってスプリアスが存在
する。図中の横軸は周波数、縦軸は伝送特性を示す動作
減衰量(200)である。同図は280MHz帯シング
ルスパーのペイジャー用として設計した例であるが、図
中のマーカ1で示す領域が通過帯域であって、ペイジャ
ーの通信チャネルの1つが対応する。又マーカ3に対応
する点は中間周波数(fL)に対応する。さらにマーカ
2に対応する点はイメージ周波数(fI)に対応してい
る。各々のマーカ間の周波数差はマーカ1と3間が45
5KHz、さらにマーカ3と2間が455KHzとなっ
ている。図2の例に於てはスプリアス201と202の
内202側がイメージ周波数にかかっている。ついでに
203もスプリアスであることを付け加える。又スプリ
アス202の振幅レベルも大きくマーカ1の通過帯域に
対して36dB程度の減衰量しかとれていないので問題
となる。本発明はこの点を改善するものである。次に改
善できる根拠につき図3を用いて説明する。図3の横軸
は本発明の弾性表面波フィルタの2個の弾性表面波共振
子が有するIDTの電極対数Mであり、又縦軸は弾性表
面波フィルタの通過帯域中心周波数f0(図2のマーカ
1)をゼロとした時の差周波数軸である。図中の301
と302、303は前述のスプリアスモードに対応して
いる。スプリアスモード301はMに対して周波数が変
化していない。この理由は301のモードが弾性表面波
共振子の幅即ち、弾性表面波の伝播方向に対して直角方
向の幅に依存する振動モードであることによる。これは
いわゆる横モードと呼ばれている。一方曲線302と3
03で示される振動モードは、前述のIDT対数Mに依
存して周波数が変化しており、これは通称縦モードと呼
ばれるものである。302と303は2つの縦振動モー
ドが横に弾性的に結合して発生する対称と斜対称の振動
モードである。又図中の304(A)は前記スプリアス
302と303の有する振幅レベルを通過帯域を0dB
とした減衰量で表わしたものであって、IDT対数Mが
150以下であれば、減衰量50dBとなって充分良好
なフィルタ特性が得られることになる。さらに前述の弾
性表面波共振子が、前述の反射器のIDT側端部に於て
応力の境界条件を満足して充分良好な共振特性が得られ
る条件として、IDT対数Mが80以上必要であること
を考えて、80≦M≦150対の範囲であれば、良好な
フィルタ特性が得られると言える。前述のスプリアスモ
ードの周波数位置は、反射器及びIDTの金属導体の膜
厚によっても変化する。図4にこの様子を示した。図
中、横軸は金属導体の膜厚Hであって単位はÅである。
又縦軸は周波数であって、図3と同様に通過帯域中央を
周波数のゼロに設定している。図4中の曲線401は前
述の横モード振動の特性であり、又402と403はI
DT対数M=200対の場合の縦モード振動の特性であ
る。又fLで示される周波数が中間周波数455KHz
でありfIで示す周波数がイメージ周波数である。40
2と403の曲線が前記fLとfIの中央に配置させるこ
とが必要でありこのための前記IDTの対数Mの条件
は、図3のスプリアスを示す曲線302と303のいず
れか一方が前記fLとfIにかからないMの範囲として、
180≦M≦220対の範囲にあれば良い。この条件が
成立つための金属導体の膜厚条件として、周波数依存を
なくす表現が用いられ、膜厚Hと弾性表面波波長λの比
H/λが0.018から0.032程度の範囲にあれば
良い。これは図4中の膜厚H=2000〜3500Åに
相当する。以上は水晶STカットによる特性であること
を付け加える。
【0007】最後に本発明の弾性表面波フィルタは、図
1の構成の様に弾性表面波共振子2つ用いた2ポールフ
ィルタの他にさらに2ポールフィルタを縦続接続してで
きる2ポール以上のフィルタに適用できることはもちろ
んであるし、導体1本当りの反射係数aがほぼ等しけれ
ば圧電板の材質とか方位にかかわりなく成立つものであ
る。
【0008】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、適切
に共振条件を出せるようにした弾性表面波共振子のID
T対数を共振子の縦モード振動に起因するスプリアスを
抑圧又はさけるようにIDT対数とIDTと反射器の金
属導体膜厚を設定したことにより、充分に不要信号を抑
圧して良好なフィルタ特性を実現する弾性表面波フィル
タを市場に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の弾性表面波フィルタの電極構造を示す
一実施例の平面図。
【図2】本発明の弾性表面波フィルタの電極構造を特定
条件によって作成した弾性表面波フィルタの伝送特性を
示す特性図。
【図3】本発明の弾性表面波フィルタの電極構造を用い
た時のIDT対数M対スプリアスモードの周波数特性を
示す特性図。
【図4】本発明の弾性表面波フィルタの電極構造を用い
た時の金属導体膜厚対スプリアスモードの周波数特性を
示す特性図。
【符号の説明】
100 圧電体平板 101、103 反射器 102 すだれ状電極(IDT) 110 金属導体ストリップ 200 伝送特性
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−321713(JP,A) 実開 昭63−12930(JP,U) 実開 昭63−135223(JP,U) 日本音響学会講演論文集、昭和55年10 月、p.65〜66、「1−7−11 導波路 結合型弾性表面波二重モードフィルタの 設計法」 電子情報通信学会春季全国大会(1989 年)p.1−223(A−220) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03H 9/145

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電体平板上に隣接して配置された二つ
    の弾性表面波共振子の弾性的横結合効果を利用して二重
    モードフィルタとする弾性表面波フィルタにおいて、前
    記弾性表面波共振子は中央に1個のすだれ状電極とこの
    すだれ状電極の両側に1対の反射器とを有し、前記すだ
    れ状電極の電極指の対数が80対以上150対以下で
    り、前記反射器と前記すだれ状電極は周期的に配置され
    た金属導体のストリップからなり、前記反射器と前記す
    だれ状電極の最も近接した前記ストリップの間隔は前記
    すだれ状電極のスペース幅に等しく、前記すだれ状電極
    の放射コンダクタンスの最大値を与える周波数と前記反
    射器の反射中心周波数とはほぼ一致し、前記反射器のラ
    イン対スペース比がほぼ1であり、前記すだれ状電極の
    ライン幅対スペース幅の比が0.8以上1.5以下で
    ることを特徴とする弾性表面波フィルタ
  2. 【請求項2】 圧電体平板上に隣接して配置された二つ
    の弾性表面波共振子の弾性的横結合効果を利用して二重
    モードフィルタとする弾性表面波フィルタにおいて、前
    記弾性表面波共振子は中央に1個のすだれ状電極とこの
    すだれ状電極の両側に1対の反射器とを有し、前記すだ
    れ状電極の電極指の対数が180対以上220対以下で
    あり、前記反射器と前記すだれ状電極は周期的に配置さ
    れた金属導体のストリップからなり、前記反射器と前記
    すだれ状電極の最も近接した前記ストリップの間隔は前
    記すだれ状電極のスペース幅に等しく、前記すだれ状電
    極の放射コンダクタンスの最大値を与える周波数と前記
    反射器の反射中心周波数とはほぼ一致し、前記反射器の
    ライン対スペース比がほぼ1であり、前記すだれ状電極
    のライン幅対スペース幅の比が0.8以上1.5以下で
    あることを特徴とする弾性表面波フィルタ。
  3. 【請求項3】 前記反射器と前記すだれ状電極はアルミ
    ニウム金属が主体であり、前記反射器と前記すだれ状電
    極の膜厚Hと弾性表面波の波長λとの比H/λが0.0
    15から0.035の範囲であり、前記圧電体平板が水
    晶であることを特徴とする請求項1又は2記載の弾性表
    面波フィルタ。
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US5895996A (en) * 1994-09-29 1999-04-20 Seiko Epson Corporation Saw device
WO2004102797A1 (ja) * 1997-07-17 2004-11-25 Michiaki Takagi 2ポートsaw共振子
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
日本音響学会講演論文集、昭和55年10月、p.65〜66、「1−7−11 導波路結合型弾性表面波二重モードフィルタの設計法」
電子情報通信学会春季全国大会(1989年)p.1−223(A−220)

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