JP3459494B2 - 弾性表面波フィルタ - Google Patents

弾性表面波フィルタ

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【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、高周波デバイスとして
好適な弾性表面波フィルタに関する。 【0002】 【従来の技術】近年の携帯電話や自動車電話の普及に伴
い、小型・高性能の高周波フィルタの必要性が高まって
いる。高周波フィルタとしては、従来より、誘電体フィ
ルタや弾性表面波フィルタが知られているが、後者の弾
性表面波フィルタの方が小型・高性能化に適している。 【0003】また、弾性表面波フィルタは、電極構造に
より、多重電極型、多重モード型、或いは複合型(ラダ
ー接続型)等があり、それぞれ800MHz以上の周波
数においてバンドパスフィルタを実現できるが、低損失
で整合回路が不要であるという点から、複合型の弾性表
面波フィルタが注目されている。 【0004】この複合型の弾性表面波フィルタは、図8
に示すように、圧電基板(LiNbO3等)1上に櫛型電極2
aとグレーティング反射器2b,2bとから成る1ポー
ト共振器2を2つ備えたものを一つのフィルタ機能単位
3とするものであり、一方の1ポート共振器2を信号線
4に電気的に直列に接続し(これを直列腕共振器2Sと
いう)、他方の1ポート共振器2を信号線に電気的に並
列に接続している(これを並列腕共振器2Pという)。
なお、図9は、一つのフィルタ機能単位3の基本構成を
示している。 【0005】複合型の弾性表面波フィルタは、前記の直
列腕共振器2Sと並列腕共振器2Pのインピーダンスの
差を利用してバンドパスフィルタを実現している。以
下、その原理を図10(a)(b)により簡単に述べ
る。直列腕共振器2SのインピーダンスをjXS 、並列
腕共振器2PのインピーダンスをjXP 、並列腕共振器
2Pの***振周波数をfap、その共振周波数をfrP、直
列腕共振器2Sの***振周波数をfaS、その共振周波数
をfrSとし、同図(a)に示すように、***振周波数f
apと共振周波数frSとを略一致させることにより、同図
(b)に示すように、その略一致点を中心とし、***振
周波数faS及び共振周波数frPを極としたフィルタ特性
が得られる。 【0006】共振器2の個数は、フィルタの挿入損失、
帯域外抑圧量等に基づいて設定されるが、直列腕共振器
2Sを3個、並列腕共振器2Pを3個用いてフィルタ機
能単位3を3段に設けた構造で、圧電基板1として36
°Y−X(YカットX軸伝搬)のLiTaO3を用いると、8
00MHz帯において最小挿入損失が2dB以下で帯域
外抑圧が25dB以上の低損失フィルタが得られてい
る。また、この構造であれば、通過帯域において直列腕
共振器2Sのインピーダンスが0で並列腕共振器2Pの
インピーダンスが50Ωより十分大きくなることから、
インピーダンス整合が図れ、整合回路が不要であるとい
う利点を有している。 【0007】ところで、複合型の弾性表面波フィルタで
は、そのフィルタ原理により、帯域幅を変化させるため
の自由度が小さいという欠点がある。即ち、直列腕共振
器2Sの共振周波数frSと並列腕共振器2Pの***振周
波数fapとを略一致させることが重要であり、共振周波
数frSと***振周波数fapとを略一致させないで帯域幅
の大きいフィルタを得ようとすると、図11(a)
(b)に示すように、共振周波数の差Δf(frS
rP)を大きくしなければならず、この場合には、***
振周波数fapと共振周波数frSのずれにより、帯域内に
リップルが発生する。また、図12(a)(b)に示す
ように、共振周波数の差Δfを小さくした場合には、通
過帯域が凸状になるという問題点がある。 【0008】従って、適正なフィルタ特性を得つつ帯域
幅を変化させるためには、それぞれの共振器2の共振周
波数と***振周波数との周波数差を変化させなければな
らない。周波数差を変化させる方法としては、例えば、
圧電基板1の電気機械結合係数を変化させる方法があ
る。この方法は、電気機械結合係数が大きくなると、共
振器2の共振周波数と***振周波数の周波数差は大きく
なり、電気機械結合係数が小さくなれば共振器2の共振
周波数と***振周波数の周波数差は小さくなることを利
用するものである。従って、帯域幅の大きいフィルタが
必要な場合には、電気機械結合係数の大きい基板を用
い、帯域幅の小さいフィルタが必要な場合には、電気機
械結合係数の小さい基板を用いればよいことになる。 【0009】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、用いる
基板を変えることで周波数差を変化させる従来の方法で
は、以下の問題がある。即ち、800MHz以上の高周
波フィルタに用いられる圧電基板としては、36°Y−
XLiTaO3(電気機械結合係数k2 =0.047)と、6
4°Y−XのLiNbO3(電気機械結合係数k2 =0.1
1)の2種類しか有用な基板がないため、各通信方法で
要求される周波数帯域幅(33MHz,25MHz,1
7MHz等)に十分に対応したフィルタを実現するのは
困難である。 【0010】本発明は、上記の事情に鑑み、帯域幅に関
して設計の自由度が高い弾性表面波フィルタを提供する
ことを目的とする。 【0011】 【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、圧電基板上に櫛型電極とグレーティング反射器
とから成る共振器を2つ備え、一方の共振器を信号線に
電気的に直列に接続し、他方の共振器を信号線に電気的
に並列に接続して成るフィルタ機能単位を一つ以上備え
た複合型の弾性表面波フィルタにおいて、前記の直列に
接続された共振器の前記櫛型電極が連続して隣り合う電
極指を一組以上有して成ることを特徴とするものであ
る。 【0012】 【作用】連続して隣り合う電極指を備えた櫛型電極は、
当該隣り合う電極指を境に個別の櫛型電極を複数備えた
ものに相当する。複数の櫛型電極を備えた共振器は、そ
の櫛型電極数に応じて共振点と***振点の周波数が変化
する。即ち、共振器の共振点と***振点を任意に変え得
ることになる。従って、このような任意の共振点と***
振点を持つ共振器にてフィルタ機能単位を構成して成る
弾性表面波フィルタであれば、通過帯域幅を任意に設定
することができる。 【0013】 【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図に基づい
て説明する。 【0014】図1は、本発明の複合型(ラダー接続型)
の弾性表面波フィルタを示す模式的平面図である。この
弾性表面波フィルタは、64°Y−X(YカットX軸伝
搬)のLiNbO3から成る圧電基板1上に櫛型電極2aとグ
レーティング反射器2b,2bとから成る1ポート共振
器2を2つ備えたものを一つのフィルタ機能単位3とす
るものであり、一方の1ポート共振器2を信号線4に電
気的に直列に接続し(これを直列腕共振器2Sとい
う)、他方の1ポート共振器2を信号線に電気的に並列
に接続している(これを並列腕共振器2Pという)。そ
して、上記のフィルタ機能単位3を3段に並べて構成さ
れている。 【0015】また、図1の弾性表面波フィルタは、通過
帯域の中心周波数f0 を902.5MHzとし、帯域幅
が25MHzとなるようにしており、直列腕共振器2S
の櫛型電極2aの電極指数および並列腕共振器2Pの櫛
型電極2aの電極指数は、それぞれ120本とし、直列
腕共振器2Sの櫛型電極2aの電極指の長さ(開口長)
を70μmに、並列腕共振器2Pの櫛型電極2aの電極
指の長さ(開口長)を140μmに設定している。 【0016】そして、前記の直列腕共振器2Sの櫛型電
極2aには、連続して隣り合う電極指が一組形成されて
いる。 【0017】図2は、図1の弾性表面波フィルタにおけ
る一つの直列腕共振器2Sの櫛型電極2aを拡大して示
す模式的平面図である。この図では、連続して隣り合う
電極指を○で囲んで示している。この直列腕共振器2S
の櫛型電極2aの電極指数は、前述したように120本
である。そして、上記の連続して隣り合う電極指を境
に、その両側に60本の電極指がそれぞれ存在するよう
にしてある。 【0018】図3は、図2と同様、直列腕共振器2Sの
櫛型電極2aを拡大して示す模式的平面図であって櫛型
電極2aの変形例を示した図である。この図3の櫛型電
極2aには、連続して隣り合う電極指が二組形成されて
いる。この図3の櫛型電極2aの電極指数は、前述した
ように120本であり、上記の連続して隣り合う電極指
を境に、その両側に40本の電極指がそれぞれ存在する
ようにしてある。 【0019】図4も、図2と同様、直列腕共振器2Sの
櫛型電極2aを拡大して示す模式的平面図であって櫛型
電極2aの変形例を示した図である。この図4の櫛型電
極2aには、連続して隣り合う電極指が三組形成されて
いる。この図4の櫛型電極2aの電極指数は、前述した
ように120本であり、上記の連続して隣り合う電極指
を境に、その両側に30本の電極指がそれぞれ存在する
ようにしてある。 【0020】図5も、図2と同様、直列腕共振器2Sの
櫛型電極2aを拡大して示す模式的平面図であって櫛型
電極2aの変形例を示した図である。この図4の櫛型電
極2aには、連続して隣り合う電極指が二組形成されて
いるが、そのうちの一組の連続して隣り合う電極指は、
櫛型電極2aを構成する一方の電極側に形成され、他の
一組の連続して隣り合う電極指は、櫛型電極2aを構成
する他方の電極側に形成されている。そして、上記二組
の連続して隣り合う電極指の形成位置が互いに重ならな
いようにしてある。 【0021】上述した図2乃至図5のごとく、連続して
隣り合う電極指を備えた櫛型電極2aは、当該隣り合う
電極指を境に個別の櫛型電極を複数備えたものに相当す
る。即ち、図2の場合は2分割された櫛型電極となり、
図3及び図5の場合は3分割された櫛型電極となり、図
4の場合は4分割された櫛型電極となる。そして、この
ように複数の櫛型電極(分割された櫛型電極)を備えた
共振器は、その櫛型電極数(分割数)に応じて共振点と
***振点の周波数が変化する。 【0022】図6は、共振器2における周波数−減衰量
特性を示したグラフであり、前記の図2の構成の櫛型電
極(図では、2分割として細線で表記している)、前記
図3の構成の櫛型電極(図では、3分割として太線で表
記している)、及び、従来の櫛型電極(図では、正規型
として点線で表記している)の3つの構成について示し
ている。 【0023】上記の図6から明らかなように、2分割さ
れた櫛型電極を有する共振器における最も高い減衰点
(***振点)と共振点との間隔は、正規型電極を有する
共振器の***振点と共振点との間隔よりも7MHz狭ま
っている。また、3分割された櫛型電極を有する共振器
の***振点と共振点との間隔は、正規型電極を有する共
振器の***振点と共振点との間隔よりも11MHz狭ま
っている。 【0024】即ち、分割された櫛型電極2aを有する共
振器2は、その分割数によって共振器2の共振点と***
振点を任意に変え得ることになる。従って、このような
任意の共振点と***振点を持つ共振器にてフィルタ機能
単位を構成して成る本発明の弾性表面波フィルタであれ
ば、通過帯域幅を任意に設定することができる。 【0025】図7は、図1に示した弾性表面波フィルタ
における周波数−減衰量特性を示したグラフである。な
お、比較のため、図8に示した従来の弾性表面波フィル
タにおける周波数−減衰量特性も併記している。この図
7から明らかなように、本発明の弾性表面波フィルタで
あれば、通過帯域幅が25MHzとなるように周波数特
性を設定できるとともに、たとえこのように狭帯域化さ
せたとしても、従来例で示した図12のように、共振周
波数の差Δfを小さくした場合に通過帯域が凸状になる
ということもない。また、圧電基板の材質変更だけでは
各通信方法で要求される周波数帯域幅(33MHz,2
5MHz,17MHz)に十分に対応できないといった
問題も解消することができる。 【0026】なお、以上の実施例では、連続して隣り合
う電極指により分割された櫛型電極の電極指数が同数と
なるようにしたが、このように同数とすることに限られ
ないことは勿論であり、分割された櫛型電極の電極指数
が異なるときでも、上記実施例と同様の作用を発揮する
ことができるものである。また、直列腕共振器2Sにお
いて櫛型電極を分割するようにしたが、並列腕共振器2
Pにおいて連続して隣り合う電極指により櫛型電極を分
割してもよい。更に、800MHz帯の仕様に限らず、
どのような周波数帯においても本発明の複合型の弾性表
面波フィルタは前述した作用を発揮し得るものである。 【0027】 【発明の効果】以上のように、本発明によれば、直列腕
共振器及び/又は並列腕共振器の共振周波数と***振周
波数との周波数差を変化させることができるので、単に
共振周波数と***振周波数とを略一致させないでフィル
タを得ようとする場合の欠点を解消できる。また、圧電
基板の材質変更で各通信方法で要求される周波数帯域幅
を得ようとするときの不十分さも解消できるという効果
を奏する。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の複合型の弾性表面波フィルタを示す模
式的平面図である。 【図2】図1の弾性表面波フィルタの直列腕共振器を拡
大して示す模式的平面図である。 【図3】本発明の共振器の変形例(3分割)を示す模式
的平面図である。 【図4】本発明の共振器の変形例(4分割)を示す模式
的平面図である。 【図5】本発明の共振器の変形例(3分割)を示す模式
的平面図である。 【図6】本発明の共振器(分割型)および従来の共振器
(正規型)における周波数−減衰量特性を示したグラフ
である。 【図7】本発明の弾性表面波フィルタおよび従来の弾性
表面波フィルタにおける周波数−減衰量特性を示したグ
ラフである。 【図8】従来の複合型の弾性表面波フィルタを示す模式
的平面図である。 【図9】フィルタ機能単位を示す模式的平面図である。 【図10】同図(a)は直列腕共振器及び並列腕共振器
の周波数−インピーダンス特性を示し、同図(b)は同
図(a)の両共振器を用いた場合の周波数−減衰量特性
を示したグラフである。 【図11】同図(a)は直列腕共振器及び並列腕共振器
の周波数−インピーダンス特性を示し、同図(b)は同
図(a)の両共振器を用いた場合の周波数−減衰量特性
を示したグラフである。 【図12】同図(a)は直列腕共振器及び並列腕共振器
の周波数−インピーダンス特性を示し、同図(b)は同
図(a)の両共振器を用いた場合の周波数−減衰量特性
を示したグラフである。 【符号の説明】 1 圧電基板 2 共振器 2S 直列腕共振器 2P 並列腕共振器 2a 櫛型電極 2b グレーティング反射器 3 フィルタ機能単位 4 信号線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 泰三 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三洋電機株式会社内 (72)発明者 竹内 孝介 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三洋電機株式会社内 (72)発明者 柴田 賢一 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−79128(JP,A) 特開 昭55−107319(JP,A)

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 圧電基板上に櫛型電極とグレーティング
    反射器とから成る共振器を2つ備え、一方の共振器を信
    号線に電気的に直列に接続し、他方の共振器を信号線に
    電気的に並列に接続して成るフィルタ機能単位を一つ以
    上備えた複合型の弾性表面波フィルタにおいて、前記の
    直列に接続された共振器の前記櫛型電極が連続して隣り
    合う電極指を一組以上有して成ることを特徴とする弾性
    表面波フィルタ。
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