JP4106092B2 - 弾性表面波装置 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は弾性表面波装置に関し、特に弾性表面波フィルタに関する。
背景技術
弾性表面波装置は圧電性基板上に設けられたくし歯状電極（ＩＤＴ：Ｉｎｔｅｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）により電気信号を弾性表面波に変換し、圧電性基板上を伝搬する弾性表面波を、同じく圧電性基板上に設けられたＩＤＴにより受信し、電気信号と弾性表面波との変換に関わる周波数特性を利用する装置である。
近年携帯電話などをはじめとして、薄型であり小型化できるという利点により弾性表面波フィルタなどの弾性表面波装置が広く用いられるようになってきている。この中でごく最近普及の始まった日本の簡易携帯電話システム（ＰＨＳ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙ−ｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）の中間周波数（ＩＦ）段（約２４０ＭＨｚ）には約０．１％程度の比帯域を持つ急峻な帯域外減衰特性を持つ弾性表面波フィルタが要求されている。
このような用途においては、周波数温度特性の１次係数が０で比較的電気機械結合係数ｋ2が１％程度と大きく、ＩＤＴ１本当たりの弾性表面波の反射係数が約３％と大きい４５°ＸカットＺ伝搬のＬＢＯ基板（４５°Ｘ−ＺＬＢＯ：特開昭６０−２５９０１）を利用することが有望視されている。このＬＢＯ基板を用いると、水晶基板（周波数温度特性の１次係数＝０、ｋ2＝０．１５％、ＩＤＴ１本当たりの弾性表面波の反射係数＝０．７％）を利用した場合に比べて弾性表面波素子・弾性表面波装置を小型化できるという利点がある。
このＬＢＯ基板を用いた従来の弾性表面波装置の１例を図１８及び図１９を用いて説明する。
図１８は圧電性基板として４５°Ｘカット−Ｚ伝搬のＬＢＯ基板を採用し、この基板上に配設された弾性表面波装置９００の電極パターンを模式的に示す図である。
この弾性表面波装置９００は、１つの励振ＩＤＴ、２つの受信ＩＤＴ及び２つの反射電極を１組とする弾性表面波フィルタ９０１〜９０４を直列に４段接続したものである。弾性表面波フィルタ９０１は中央に励振ＩＤＴ９１１があり、その両側に受信ＩＤＴ９２１、９３１が配置され、さらにその外側には反射電極９４１、９５２が配置されている。弾性表面波フィルタ９０２〜９０４についても同様の構成である。
この弾性表面波装置において、電気信号は弾性表面波フィルタ９０１の励振ＩＤＴ９１１に入力される。ここで電気信号は弾性表面波に変換され励振ＩＤＴ９１１の両側に伝搬し受信ＩＤＴ９２１、９３１で再び電気信号に変換される。弾性表面波フィルタ９０１の受信ＩＤＴ９２１と弾性表面波フィルタ９０２の励振ＩＤＴ９２２、同様に受信ＩＤＴ９３１と励振ＩＤＴ９３２は電気的に接続されている。弾性表面波フィルタ９０１から出力される電気信号は弾性表面波フィルタ９０２の励振ＩＤＴ９２２、９３２で再び弾性表面波に変換され受信ＩＤＴ９１２に伝搬し受信ＩＤＴ９１２から電気信号として出力される。
図１８において弾性表面波フィルタ９０３、９０４は弾性表面波フィルタ９０１、９０２の繰り返しであり全体では弾性表面波フィルタが４段に直列接続された構成となっている。
図１９に励振ＩＤＴを２０．５対、受信ＩＤＴを８対とし入受信ＩＤＴ間距離を３λ（λ＝ｖs／ｆ0；ｖsは弾性表面波の位相速度、ｆ0は弾性表面波フィルタが動作する中心周波数）、受信ＩＤＴ−反射電極間距離を０．３７５λ、反射電極の電極本数を１２０本、励振ＩＤＴ、受信ＩＤＴ及び反射電極の長さ（アパーチャー）を０．７２ｍｍ、入出力終端インピーダンスを４００Ωとした場合のシミュレーションによって得られた周波数特性を示す。ここでは約３００ＫＨｚの通過帯域を持ち減衰量の大きな弾性表面波フィルタが得られている。
図１８及び図１９に例示した弾性表面波フィルタにおいては１つの弾性表面波フィルタのアパーチャーが０．７２ｍｍと広く、チップサイズがワイヤボンディングを行うボンディング・パッド幅（約０．１５ｍｍ角）を含めると小さくても２．５ｍｍ×４．１ｍｍ角程度となってしまい、大きくなってしまうという問題がある。
また実際の弾性表面波フィルタにおいては電極長さが長いことにより電気抵抗が増大し、弾性表面波フィルタとしての損失が大きくなってしまうという問題がある。
さらにアパーチャー幅が広いと、図１９に示すように第３次高調波や第５次高調波のような高次の横モード・スプリアスが発生してしまうため、弾性表面波フィルタ特性を劣化させてしまうという問題がある。
この横モード・スプリアスを抑圧するには励振ＩＤＴ、受信ＩＤＴに重み付けをかけて、弾性表面波の伝搬方向に垂直な方向の弾性表面波の励振分布をＩＤＴの中心に偏らせる方法があるが、この方法では弾性表面波フィルタのインピーダンスが高くなるために、インピーダンスを下げるためにさらにアパーチャーを広く設定しなくてはならないという問題がある。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は通過周波数帯域が広く、遮断特性が優れ、インピーダンスの小さい弾性表面波装置を提供することを目的とする。また、同時に小型化が可能で、特に移動体通信や、携帯型情報機器に適した弾性表面波装置を提供することを目的とする。
本発明は挿入損失の小さい弾性表面波装置を提供することを目的とする。
さらに本発明は横モードスプリアスが小さく、帯域外特性の優れた弾性表面波装置を提供することを目的とする。
発明の開示
本発明は上述のような課題を解決するために下記のような構成を備えている。
本発明の弾性表面波装置は、圧電性基板と、前記圧電性基板上で第１の入力端子と第１の出力端子との間に配設された、中心周波数ｆ1を有する２ポート３ＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）の第１の弾性表面波フィルタと、前記第１の入力端子と前記第１の出力端子との間に前記第１の弾性表面波フィルタと並列に配設された、前記中心周波数ｆ1とわずかに異なる中心周波数ｆ2を有する２ポート３ＩＤＴの第２の弾性表面波フィルタとを具備し、前記第１の弾性表面波フィルタおよび前記第２の弾性表面波フィルタは、前記第１の入力端子から前記第１の弾性表面波フィルタを経由して前記第１の出力端子に出力される信号の位相と、前記第２の弾性表面波フィルタを経由して前記第１の出力端子に出力される信号の位相とが実質的に１８０°異なるように配設されたことを特徴とする。
前記第１の弾性表面波フィルタと前記第２の弾性表面波フィルタとは、前記第１の入力端子に入力される信号に対して位相が実質的に１８０°異なった弾性表面波を励振するように構成される。
すなわち、前記第１の弾性表面波フィルタは、前記第１の入力端子に接続され、前記第１の入力端子に入力された電気信号により第１の弾性表面波を励振する第１の励振ＩＤＴと、前記第１の励振ＩＤＴの両側に配設され、前記第１の弾性表面波を受信して電気信号に変換する第１の受信ＩＤＴおよび第２の受信ＩＤＴとを具備し、前記第２の弾性表面波フィルタは、前記第１の入力端子に接続され、前記第１の入力端子に入力された電気信号により前記第１の弾性表面波と１８０°位相の異なった第２の弾性表面波を励振する第２の励振ＩＤＴと、前記第２の励振ＩＤＴの両側に配設され、前記第２の弾性表面波を受信して電気信号に変換する第３の受信ＩＤＴおよび第４の受信ＩＤＴとを具備することを特徴としている。
あるいは、前記第１の弾性表面波フィルタと前記第２の弾性表面波フィルタとは、前記第１の入力端子に入力される信号に対して実質的に同位相の弾性表面波を励振するとともに、この弾性表面波を位相が実質的に１８０°異なるように電気信号に変換するように構成される。
すなわち、前記第１の弾性表面波フィルタは、前記第１の入力端子と接続され、前記第１の入力端子に入力された電気信号により前記第１の弾性表面波を励振する前記第１の励振ＩＤＴと、前記第１の励振ＩＤＴの両側に配設され、前記第１の弾性表面波を受信して電気信号に変換する第１の受信ＩＤＴおよび第２の受信ＩＤＴとを具備し、前記第２の弾性表面波フィルタは、前記第１の入力端子と接続され、前記第１の入力端子に入力された電気信号により前記第１の弾性表面波と同位相の第２の弾性表面波を励振する第２の励振ＩＤＴと、前記第２の励振ＩＤＴの両側に配設され、前記第２の弾性表面波を受信して前記第１の受信ＩＤＴおよび第２の受信ＩＤＴとは位相が実質的に１８０°異なるような電気信号に変換する第３の受信ＩＤＴおよび第４の受信ＩＤＴとを具備することを特徴としている。
前記圧電性基板はこの基板上を伝搬する弾性表面波の電気機械結合係数ｋ2が約１％であり、ＩＤＴ１本あたりの前記弾性表面波の反射係数が約３％以上であるものを用いることが好ましい。
例えば、前記圧電性基板としては例えば四硼酸リチウムを用いるようにしてもよい。
また、後で詳しく説明するように、前記第１の中心周波数と前記第２の中心周波数とは約０．１０％〜約０．１８％異なるようにすることが好適である。
また、前記各ＩＤＴを構成する櫛歯状電極の交差幅は、この櫛歯状電極の配設周期の約１０倍以下に設定するようにしてもよい。これにより、高次の横モードスプリアスを抑制することができる。
このような、中心周波数がわずかに相違する第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとを逆相並列に接続した本発明の弾性表面波装置は、同一の圧電性基板上に複数段従属接続するようにしてもよい。
このような構成を有する本発明の弾性表面波装置は、圧電性基板と、前記圧電性基板上で第１の入力端子と第１の出力端子および第２の出力端子との間に配設された、中心周波数ｆ1を有する２ポート３ＩＤＴの第１の弾性表面波フィルタと、前記第１の入力端子と前記第１の出力端子および第２の出力端子との間に前記第１の弾性表面波フィルタと並列に配設された、前記中心周波数ｆ1とわずかに異なる中心周波数ｆ2を有する２ポート３ＩＤＴの第２の弾性表面波フィルタと、前記第１の出力端子および前記第２の出力端子と第３の出力端子との間に配設された、中心周波数ｆ1を有する２ポート３ＩＤＴの第３の弾性表面波フィルタと、前記第１の出力端子および前記第２の出力端子と第３の出力端子との間に前記第３の弾性表面波フィルタと並列に配設された、前記中心周波数ｆ2を有する２ポート３ＩＤＴの第４の弾性表面波フィルタとを具備し、前記第１の弾性表面波フィルタおよび前記第２の弾性表面波フィルタは、前記第１の入力端子から前記第１の弾性表面波フィルタを経由して前記第１の出力端子に出力される信号の位相と、前記第２の弾性表面波フィルタを経由して前記第１の出力端子に出力される信号の位相とが実質的に１８０°異なるように配設され、前記第３の弾性表面波フィルタおよび前記第４の弾性表面波フィルタは、前記第１の出力端子および第２の出力端子から前記第３の弾性表面波フィルタを経由して前記第３の出力端子に出力される信号の位相と、前記第４の弾性表面波フィルタを経由して前記第３の出力端子に出力される信号の位相とが実質的に１８０°異なるように配設されたことを特徴とする。
つまり第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとにより１段目のフィルタが構成され、第３の弾性表面波フィルタと第４の弾性表面波フィルタとにより２段目のフィルタが構成され、これら２段のフィルタが同一の圧電性基板上で従属接続されている。
１段目のフィルタと２段目のフィルタとは同一構成でもよいし、そうでなくてもよい。例えば１段目のフィルタでは逆相の弾性表面波を励振して同相に受信する構成を採用し、２段目のフィルタでは同相の弾性表面波を励振して逆相に受信するような構成を採用するようにしてもよい。
例えば、第１の入力端子と、前記第１の入力端子に接続され、前記第１の入力端子に入力された電気信号により第１の弾性表面波を励振する第１の励振ＩＤＴと、前記第１の励振ＩＤＴの両側に配設され、前記第１の弾性表面波を受信して電気信号に変換する第１の受信ＩＤＴおよび第２の受信ＩＤＴとからなる、第１の中心周波数を有する第１の弾性表面波フィルタと、前記第１の入力端子に接続され、前記第１の入力端子に入力された電気信号により前記第１の弾性表面波と実質的に１８０°位相の異なった第２の弾性表面波を励振する第２の励振ＩＤＴと、前記第２の励振ＩＤＴの両側に配設され、前記第２の弾性表面波を受信して電気信号に変換する第３の受信ＩＤＴおよび第４の受信ＩＤＴとからなる、前記第１の中心周波数とわずかに異なる第２の中心周波数を有する第２の弾性表面波フィルタと、前記第１の受信ＩＤＴおよび前記第３の受信ＩＤＴと並列に接続された第１の出力端子と、前記第２の受信ＩＤＴおよび前記第４の受信ＩＤＴと並列に接続された第２の出力端子と、前記第１の出力端子と接続した第２の入力端子と、前記第２の出力端子と接続した第３の入力端子と、前記第２の入力端子と接続され、この入力端子に入力された電気信号により第３の弾性表面波を励振する第３の励振ＩＤＴと、前記第３の入力端子と接続され、この入力端子に入力された電気信号により前記第３の弾性表面波を励振する第４の励振ＩＤＴと、前記第３の励振ＩＤＴと前記第４の励振ＩＤＴとの間に配設され、前記第３の弾性表面波を受信して電気信号に変換する第５の受信ＩＤＴとからなる、前記第１の中心周波数を有する前記第３の弾性表面波フィルタと、前記第２の入力端子と接続され、この入力端子に入力された電気信号により前記第３の弾性表面波を励振する前記第５の励振ＩＤＴと、前記第３の入力端子と接続され、この入力端子に入力された電気信号により第４の弾性表面波を励振する前記第６の励振ＩＤＴと、前記第５の励振ＩＤＴと前記第６の励振ＩＤＴとの間に配設され、第４の弾性表面波を受信して電気信号に変換する第６の受信ＩＤＴとからなる、前記第２の中心周波数を有する第４の弾性表面波フィルタと、前記第５の受信ＩＤＴおよび前記第６の受信ＩＤＴと並列に接続された第３の出力端子とを具備するようにしてもよい。
すなわち本発明の弾性表面波装置は、圧電性基板と、この圧電性基板上に形成され、第１の入力端子と第１の出力端子との間および第１の入力端子と第２の出力端子との間に、第１の入力端子から入力される信号の位相に対して第１および第２の出力端子に出力される信号の位相が互いに１８０°異なるように並列に間挿された、第１の中心周波数を有する第１の弾性表面波フィルタおよび第１の中心周波数とわずかに異なる第２の中心周波数を有する第２の弾性表面波フィルタとを具備したものである。
また本発明の弾性表面波装置は、圧電性基板と、この圧電性基板上に形成され、第１の入力端子と第１の出力端子との間および第１の入力端子と第２の出力端子との間に、第１の入力端子から入力される信号の位相に対して第１および第２の出力端子に出力される信号の位相が互いに１８０°異なるように並列に間挿された、第１の中心周波数を有する第１の弾性表面波フィルタおよび第１の中心周波数とわずかに異なる第２の中心周波数を有する第２の弾性表面波フィルタと、前記圧電性基板上に形成され、第２の入力端子と第３の出力端子との間および第３の入力端子と第３の出力端子との間に、第２および第３の入力端子から入力される信号の位相に対して第３の出力端子に出力される信号の位相が互いに１８０°異なるように並列に間挿された、第１の中心周波数を有する第３の弾性表面波フィルタおよび第２の中心周波数を有する第４の弾性表面波フィルタと、第１の出力端子と第２の入力端子との間および第２の出力端子と第３の入力端子との間を電気的に接続する接続手段とを具備したことを特徴とする。
また本発明の弾性表面波装置は、圧電性基板と、この圧電性基板上に形成され、入出力端子間に出力端子へ出力する電気信号の位相が互いに１８０°異なるように並列接続された通過周波数帯域がわずかに異なる第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとを具備したものである。
前述のように本発明の弾性表面波装置を構成する圧電性基板としては、四硼酸リチウムＬｉ2Ｂ4Ｏ7を用いることが好適である。本発明の弾性表面波装置は四硼酸リチウムＬｉ2Ｂ4Ｏ7を用いることにより、より大きな効果を得ることができる。四硼酸リチウム以外にも、電気機械結合係数ｋ2がほぼ１％、ＩＤＴ１本当たりの弾性表面波の反射係数が約３％以上となるような圧電性基板材料を用いれば同様の効果を得ることができる。
四硼酸リチウムの場合、四硼酸リチウム単結晶からの切り出し角および弾性表面波伝搬方向をオイラ角表示で、（９０°＋α、９０°＋β、９０°＋γ）と表示したとき、α＝＋３８°〜＋５２°、β＝−５°〜＋５°かつγ＝−１０°〜＋１０°の範囲に設定するようにすればよい。
また、対向噛合して各ＩＤＴを構成する櫛歯状電極対の交差幅は、この櫛歯状電極の周期の１０倍以下にすることが好適である。
また、横モードスプリアスの発生を抑制するためには、第１の中心周波数と第２の中心周波数とは０．１０〜０．１８％異なるように設定することが好適である。逆相並列接続した弾性表面波フィルタ対をさらに多段に接続する際には、各段を構成する弾性表面波フィルタ対を、その中心周波数が０．１０〜０．１８％異なるような弾性表面波フィルタにより構成するようにすればよい。例えば第１の中心周波数を有する第３の弾性表面波フィルタと、中心周波数が第３の弾性表面波フィルタと０．１０〜０．１８％異なる第４の弾性表面波フィルタとにより弾性表面波フィルタ対を構成するようにすればよい。
このように本発明の弾性表面波装置は、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタを、それぞれの入受信ＩＤＴを並列に接続するとともに、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタの入出力間の信号位相を１８０°異ならせ、さらに第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタの中心周波数をわずかに異ならせることにより、弾性表面波装置の通過周波数帯域のインピーダンスが低下するとともに、阻止域の減衰量が確保される。また、弾性表面波素子を小型化することができる。
すなわち、本発明の弾性表面波装置は第１の中心周波数を有する第１の弾性表面波フィルタと第２の中心周波数を有する第２の弾性表面波フィルタとを入出力端子間に逆相並列接続したものである。
第１の中心周波数ｆ1と第２の中心周波数ｆ2とは０．１０〜０．１８％程度ずらせてある。ここで中心周波数ｆiは弾性表面波フィルタを構成する櫛歯状電極のピッチをλ、圧電性基板を伝搬する弾性表面波の位相速度をｖsとしたとき、ｆi＝ｖs／λで表示されるものとする。
そして、本発明の弾性表面波装置においては、中心周波数ｆ1の第１の弾性表面波フィルタと、中心周波数ｆ2の第２の弾性表面波フィルタとが、入力端子と出力端子との間に、入力端子から入力される信号の位相に対して出力端子に出力される信号の位相が互いに１８０°異なるように、すなわち逆相並列に間挿されている。
図１は本発明の弾性表面波装置を構成する電極パターンの１例を模式的に示す図である。
図１に例示した弾性表面波装置１００は、圧電性基板上にＩＤＴを含む導体パターンが形成されたものであり、第１の入力端子１０１と第１の出力端子１０２ａおよび第２の出力端子１０２ｂとの間に、中心周波数ｆ1の第１の弾性表面波フィルタ１０３と、中心周波数ｆ2の第２の弾性表面波フィルタ１０４とが逆相並列接続されている。
図２は図１に例示した弾性表面波装置１００と同様の構成の弾性表面波装置１００ａにおいて、第１の弾性表面波フィルタ１０３ａと第２の弾性表面波フィルタ１０４ａとの逆相並列接続の１例を模式的に示した図である。
第１の弾性表面波フィルタ１０３ａは、入力端子１０１に接続して形成された弾性表面波を励振する第１の励振ＩＤＴ１１１と、この第１の励振ＩＤＴ１１１を挟むように面対称パターンに形成された、弾性表面波を受信する第１の受信ＩＤＴ１１２及び第２の受信ＩＤＴ１１３と、これら受信ＩＤＴ１１２、１１３のさらに外側に、第１の励振ＩＤＴ１１１、第１の受信ＩＤＴ１１２及び第２の受信ＩＤＴ１１３を挟み込んでキャビティーを形成するように配設された２個の反射電極１１４とから構成されている。
第２の弾性表面波フィルタ１０４ａも同様の構成である。すなわち、第２の弾性表面波フィルタ１０４ａは、入力端子１０１に接続して形成された弾性表面波を励振する第２の励振ＩＤＴ１２１と、この第２の励振ＩＤＴ１２１を挟むように面対称パターンに形成された、弾性表面波を受信する第３の受信ＩＤＴ１２２及び第４の受信ＩＤＴ１２３と、これら受信ＩＤＴのさらに外側に、第２の励振ＩＤＴ１２１、第３の受信ＩＤＴ１２２及び第４の受信ＩＤＴ１２３を挟み込んでキャビティーを形成するように配設された２個の反射電極１２４とから構成されている。
第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第１の励振ＩＤＴ１１１と第２の弾性表面波フィルタ１０４ａの第２の励振ＩＤＴ１２１とは、入力端子１０１に対して並列に接続されており、それぞれのＩＤＴは対向噛合した１対の櫛歯状電極から構成されている。そして、第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第１の励振ＩＤＴ１１１を構成する一方の櫛歯状電極１１１ａは入力端子１０１に接続されており、もう一方の櫛歯状電極は基準電位側１１１ｂに接続されている。
これに対し、第２の励振ＩＤＴ１２１においては第１の励振ＩＤＴ１１１の基準電位側に接続した櫛歯状電極１１１ｂに対応する櫛歯状電極１２１ｂが入力端子１０１に接続されており、第１の励振ＩＤＴ１１１の入力端子１０１に接続した櫛歯状電極１１１ａに対応する櫛歯状電極１２１ａが基準電位側に接続されている。第１の励振ＩＤＴ１１１と第２の励振ＩＤＴ１２１とをこのように接続することにより、第１の励振ＩＤＴ１１１により励振される弾性表面波と第２の励振ＩＤＴ１２１により、位相が１８０°ずれた弾性表面波が励振されることになる。
一方、第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第１の受信ＩＤＴ１１２及び第２の受信ＩＤＴ１１３も、第２の弾性表面波フィルタの第３の受信ＩＤＴ１２２及び第４の受信ＩＤＴ１２３も、それぞれ対向噛合した１対の櫛歯状電極から構成されている。
第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第１の受信ＩＤＴ１１２と第２の弾性表面波フィルタの第３の受信ＩＤＴ１２２とは面対称パターンに形成されており、櫛歯状電極１１２ａと櫛歯状電極１２２ｂとが第１の出力端子１０２ａと接続されている。櫛歯状電極１１２ｂと櫛歯状電極１２２ａはそれぞれ基準電位に接続されている。
また、第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第２の受信ＩＤＴ１１３と第２の弾性表面波フィルタ１０４ａの第４の受信ＩＤＴ１２３も面対称パターンに形成されており、櫛歯状電極１１３ａと櫛歯状電極１２３ｂとが第２の出力端子１０２ｂと接続されている。櫛歯状電極１１３ｂと櫛歯状電極１２３ａはそれぞれ基準電位に接続されている。
したがって、第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの受信ＩＤＴ１１２、１１３と第２の弾性表面波フィルタ１０４ａの受信ＩＤＴ１２２、１２３との間では、伝搬してきた弾性表面波の位相はずれることなく電気信号に変換される。
つまり、第１の出力端子１０２ａおよび第２の出力端子１０２ｂには、第１の弾性表面波フィルタ１０３ａを経由した信号の位相と、第２の弾性表面波フィルタ１０４ａを経由した信号の位相とは互いに１８０°ずれた状態で電気信号として出力されることになる。
図２に例示した逆相並列接続された第１の弾性表面波フィルタ１０３ａと第２の弾性表面波フィルタ１０４ａにおいては、第１の励振ＩＤＴと第２の励振ＩＤＴとにより位相が１８０°ずれた弾性表面波が励振されることになる。
第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとを逆相並列接続する方法は図２に例示した接続に限ることはなく、例えば励振ＩＤＴでは同位相の弾性表面波を励振して、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタの受信ＩＤＴで弾性表面波を受信する際に位相をずらせるようにしてもよい。
図３は弾性表面波装置１００ｂにおいて、第１の弾性表面波フィルタ１０３ａと第２の弾性表面波フィルタ１０４ｂとの逆相並列接続の１例を模式的に示した図である。この弾性表面波装置１００ｂの第１の弾性表面波フィルタ１０３ａと第２の弾性表面波フィルタ１０４ｂにおいては、励振ＩＤＴでは同位相の弾性表面波を励振し、受信ＩＤＴにより位相をずらせるような接続となっている。
弾性表面波装置１００ｂの第１の弾性表面波フィルタ１０３ａについては前述した第１の弾性表面波フィルタ１０３ａと同様の構成である。
第２の弾性表面波フィルタ１０４ｂは、入力端子１０１に接続して形成された弾性表面波を励振する第２の励振ＩＤＴ１３１と、この第２の励振ＩＤＴ１３１を挟むように面対称パターンに形成された、弾性表面波を受信する第３の受信ＩＤＴ１３２及び第４の受信ＩＤＴ１３３と、これら受信ＩＤＴのさらに外側に、第２の励振ＩＤＴ１３１、第３の受信ＩＤＴ１３２及び第４の受信ＩＤＴ１３３を挟み込んでキャビティーを形成するように配設された２個の反射電極１３４とから構成されている。
第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第１の励振ＩＤＴ１１１と第２の弾性表面波フィルタ１０４ｂの第２の励振ＩＤＴ１３１とは、入力端子１０１に対して並列に接続されており、それぞれ面対称パターンに対向噛合した１対の櫛歯状電極から構成されている。そして、第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第１の励振ＩＤＴ１１１を構成する一方の櫛歯状電極１１１ａは入力端子１０１に接続されており、もう一方の櫛歯状電極は基準電位側１１１ｂに接続されている。
第２の励振ＩＤＴ１３１においても、第１の励振ＩＤＴ１１１の入力端子１０１に接続した櫛歯状電極１１１ａに対応する櫛歯状電極１３１ｂが入力端子１０１に接続されており、第１の励振ＩＤＴ１１１の基準電位側に接続した櫛歯状電極１１１ｂに対応する櫛歯状電極１３１ａが基準電位側に接続されている。
第１の励振ＩＤＴ１１１と第２の励振ＩＤＴ１３１とをこのように接続することにより、図２に例示した逆相並列接続とは異なり、第１の励振ＩＤＴ１１１と第２の励振ＩＤＴ１３１とにより同位相の弾性表面波が励振される。
一方、第１の弾性表面波フィルタ１０３の第１の受信ＩＤＴ１１２及び第２の受信ＩＤＴ１１３も、第２の弾性表面波フィルタの第３の受信ＩＤＴ１３２及び第４の受信ＩＤＴ１３３も、それぞれ対向噛合した１対の櫛歯状電極から構成されている。
第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第１の受信ＩＤＴ１１２と第２の弾性表面波フィルタの第３の受信ＩＤＴ１３２とは同じパターンに形成されており、櫛歯状電極１１２ａと櫛歯状電極１３２ｂとが第１の出力端子１０２ａと接続されている。
すなわち、第１の受信ＩＤＴ１１２の基準電位に接続された櫛歯状電極１１２ｂに対応した櫛歯状電極１３２ｂが第１の出力端子１０２ａに接続されており、第１の受信ＩＤＴ１１２の第１の出力端子１０２ａに接続された櫛歯状電極１１２ａに対応した櫛歯状電極１３２ａが基準電位に接続されている。
第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第２の受信ＩＤＴ１１３と第２の弾性表面波フィルタ１０４ｂの第４の受信ＩＤＴ１３３についても同様に接続されている。
第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第２の受信ＩＤＴ１１３と第２の弾性表面波フィルタ１０４ｂの第４の受信ＩＤＴ１３３についても同様に接続されている。
すなわち、第２の受信ＩＤＴ１１３の基準電位に接続された櫛歯状電極１１３ｂに対応した櫛歯状電極１３３ｂが第１の出力端子１０２ｂに接続されており、第２の受信ＩＤＴ１１３の第１の出力端子１０２ｂに接続された櫛歯状電極１１３ａに対応した櫛歯状電極１３３ａが基準電位に接続されている。
したがって、第１の弾性表面波フィルタ１０３ａおよび第２の弾性表面波フィルタ１０４ｂにおいては、第１の励振ＩＤＴ１１１および第２の励振ＩＤＴ１３１とにより励振された同位相の弾性表面波は受信ＩＤＴにおいて位相が１８０°ずれた状態で電気信号に変換されることになる。
つまり、第１の出力端子１０２ａおよび第２の出力端子１０２ｂには、第１の弾性表面波フィルタ１０３ａを経由した信号の位相と、第２の弾性表面波フィルタ１０４ｂを経由した信号の位相とは互いに１８０°ずれた状態で電気信号として出力されることになる。
図４は第１の弾性表面波フィルタ１０３ａと第２の弾性表面波フィルタ１０４ｃとの逆相並列接続した弾性表面波装置１００ｃの１例を模式的に示した図である。この弾性表面波装置１００ｃの第１の弾性表面波フィルタ１０３ａと第２の弾性表面波フィルタ１０４ｃにおいても弾性表面波装置１００ｂと同じように、励振ＩＤＴでは同位相の弾性表面波を励振し、受信ＩＤＴにより位相をずらせるような接続となっている。図３に例示した弾性表面波装置１００ｂが受信ＩＤＴの接続により位相をずらせたものであるのに対して、図４に例示した弾性表面波装置１００ｃにおいては受信ＩＤＴの配設位置により位相をずらせる構造となっている。
弾性表面波装置１００ｃの第１の弾性表面波フィルタ１０３ａについては前述した第１の弾性表面波フィルタ１０３ａ、１０３ｂと同様の構成である。
第２の弾性表面波フィルタ１０４ｃは、入力端子１０１に接続して形成された弾性表面波を励振する第２の励振ＩＤＴ１３１と、この第２の励振ＩＤＴ１３１を挟むように面対称パターンに形成された、弾性表面波を受信する第３の受信ＩＤＴ１４２及び第４の受信ＩＤＴ１４３と、これら受信ＩＤＴのさらに外側に、第２の励振ＩＤＴ１３１、第３の受信ＩＤＴ１４２及び第４の受信ＩＤＴ１４３を挟み込んでキャビティーを形成するように配設された２個の反射電極１４４とから構成されている。
第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第１の励振ＩＤＴ１１１と第２の弾性表面波フィルタ１０４ｃの第２の励振ＩＤＴ１３１との接続は、図３に例示した弾性表面波装置１００ｂの励振ＩＤＴ１１１と励振ＩＤＴ１２１との接続と同じように接続されている。すなわち、第１の励振ＩＤＴ１１１と第２の励振ＩＤＴ１３１とは、入力端子１０１に対して並列に接続されており、それぞれ面対称パターンに対向噛合した１対の櫛歯状電極から構成されている。そして、第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第１の励振ＩＤＴ１１１を構成する入力端子１０１に接続された櫛歯状電極１１１ａに対応する櫛歯状電極１３１ｂが入力端子１０１に接続されており、第１の励振ＩＤＴを構成するもう一方の、基準電位側に接続された櫛歯状電極１１１ｂに対応した櫛歯状電極１３１ａが基準電位側に接続されている。
第１の励振ＩＤＴ１１１と第２の励振ＩＤＴ１３１とをこのように接続することにより、図３に例示した逆相並列接続と同様に、第１の励振ＩＤＴ１１１と第２の励振ＩＤＴ１３１とにより同位相の弾性表面波が励振される。
一方、第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第１の受信ＩＤＴ１１２及び第２の受信ＩＤＴ１１３も、第２の弾性表面波フィルタの第３の受信ＩＤＴ１４２及び第４の受信ＩＤＴ１４３は、前述のように、それぞれ対向噛合した１対の櫛歯状電極から構成されている。
この弾性表面波装置１００ｃにおいては、第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第１の受信ＩＤＴ１１２と、第２の弾性表面波フィルタ１０４ｃの第３の受信ＩＤＴ１４２とは面対称パターンに形成されているが、励振ＩＤＴからの距離が異なるように配設されている。
すなわち、第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第１の励振ＩＤＴ１１１と第１および第２の受信ＩＤＴ１１２、１１３との間の弾性表面波の伝搬距離をＬ1とすると、第２の弾性表面波フィルタ１０４ｃの第２の励振ＩＤＴ１３１と第３および第４の受信ＩＤＴ１４２、１４３との間の弾性表面波の伝搬距離Ｌ2はＬ1よりもλ／２だけ長くなるように配設している。当然ながらλ／２だけ短くなるように配設するようにしてもよい。
そして、第１の受信ＩＤＴ１１２の櫛歯状電極１１２ａと、第３の受信ＩＤＴの櫛歯状電極１４２ｂとが第１の出力端子１０２ａと接続されており、第１の受信ＩＤＴ１１２の櫛歯状電極１１２ｂと、第３の受信ＩＤＴの櫛歯状電極１４２ａとが基準電位に接続されている。すなわち、第１の受信ＩＤＴ１１２の基準電位に接続された櫛歯状電極１１２ｂに対応した櫛歯状電極１４２ｂが第１の出力端子１０２ａに接続されており、第１の受信ＩＤＴ１１２の第１の出力端子１０２ａに接続された櫛歯状電極１１２ａに対応した櫛歯状電極１４２ａが基準電位に接続されている。
第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第２の受信ＩＤＴ１１３と第２の弾性表面波フィルタ１０４ｃの第４の受信ＩＤＴ１４３についても同様に接続されている。すなわち、櫛歯状電極１１３ａと櫛歯状電極１４３ｂとが第２の出力端子１０２ｂに接続されており、櫛歯状電極１１３ｂと櫛歯状電極１４３ａとが基準電位に接続されている。
したがって、図４に例示した弾性表面波装置においては、図３に例示した弾性表面波装置と同様に、第１の励振ＩＤＴ１１１および第２の励振ＩＤＴ１３１とにより励振された同位相の弾性表面波は、受信ＩＤＴにおいて位相が１８０°ずれた状態で電気信号に変換されることになる。
つまり、第１の出力端子１０２ａおよび第２の出力端子１０２ｂに第１の弾性表面波フィルタ１０３ａを経由した信号の位相と、第２の弾性表面波フィルタ１０４ｃを経由した信号の位相とは互いに１８０°ずれた状態で電気信号として出力されることになる。
図１〜図４に例示した本発明の弾性表面波装置は、中心周波数がわずかに異なった第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとを逆相並列接続したものであるが、逆相並列接続した１対の弾性表面波フィルタを多段に接続するようにしてもよい。
図５は図１に例示した電極パターンを１段として、２段にわたってイメージ接続した弾性表面波装置５００の電極パターンの１例を模式的に示す図である。図５に例示した弾性表面波装置５００は、圧電性基板上にＩＤＴを含む導体パターンが形成されたものであり、入力端子１０１と第１の出力端子１０２ａおよび第２の出力端子１０２ｂとの間に、中心周波数ｆ1の第１の弾性表面波フィルタ１０３と、中心周波数ｆ2の第２の弾性表面波フィルタ１０４とが逆相並列接続されている。
同様に、第２の入力端子１０５ａおよび第３の入力端子１０５ｂと第３の出力端子１０６との間にも、中心周波数ｆ1の第３の弾性表面波フィルタ１０７と、中心周波数ｆ2の第４の弾性表面波フィルタ１０８とが逆相並列接続されている。
そして、第１の出力端子１０２ａと第２の入力端子１０５ａとの間、および第２の出力端子１０２ｂと第３の入力端子１０２ｂとの間はそれぞれ接続手段１０９ａ、１０９ｂにより電気的に接続されている。
ここで、第３の弾性表面波フィルタ１０７と第４の弾性表面波フィルタ１０８は、中心周波数がｆ1、ｆ2であり、逆相並列接続されていればよい。
例えば、第１の弾性表面波フィルタ１０３と第２の弾性表面波フィルタ１０４とを逆相並列接続した１段目を図２に例示したような第１の弾性表面波フィルタ１０３ａと第２の弾性表面波フィルタ１０４ａとにより構成し、第３の弾性表面波フィルタ１０７と第４の弾性表面波フィルタ１０８とを逆相並列接続した２段目も図２に例示したような第１の弾性表面波フィルタ１０３ａと第２の弾性表面波フィルタ１０４ａとにより構成するようにしてもよい。
また、１段目を図２に例示したような第１の弾性表面波フィルタ１０３ａと第２の弾性表面波フィルタ１０４ａとにより構成し、弾性表面波フィルタ１０７と第４の弾性表面波フィルタ１０８とを逆相並列接続した２段目は図３に例示したような第１の弾性表面波フィルタ１０３ａと第２の弾性表面波フィルタ１０４ｂとにより構成するようにしてもよい。
さらに、１段目を図２に例示したような第１の弾性表面波フィルタ１０３ａと第２の弾性表面波フィルタ１０４ａとにより構成し、弾性表面波フィルタ１０７と第４の弾性表面波フィルタ１０８とを逆相並列接続した２段目は図４に例示したような第１の弾性表面波フィルタ１０３ａと第２の弾性表面波フィルタ１０４ｃとにより構成するようにしてもよい。
またさらに、１段目を図３に例示したような第１の弾性表面波フィルタ１０３ａと第２の弾性表面波フィルタ１０４ｂとにより構成し、弾性表面波フィルタ１０７と第４の弾性表面波フィルタ１０８とを逆相並列接続した２段目は図４に例示したような第１の弾性表面波フィルタ１０３ａと第２の弾性表面波フィルタ１０４ｃとにより構成するようにしてもよい。
このようにイメージ接続する各段の弾性表面波フィルタ対は中心周波数がｆ1、ｆ2であり、かつ逆相並列接続されていれば、同一パターンでなくともよい。
本発明の弾性表面波装置は、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタを各々の通過周波数帯域をわずかに異ならせて逆相並列に接続することにより、通過周波数帯域内においては、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとは並列動作することによりインピーダンスが約半分に低下する。
また、通過周波数帯域外では信号位相が１８０°異なることにより、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとの信号が互いに打ち消し合うことにより減衰量が確保される。特に、逆相並列接続した１対の弾性表面波フィルタをさらに多段に接続することにより、十分な減衰量が確保され、帯域外特性は大きく向上する。
したがって、従来の直列４段の弾性表面波フィルタと比較すると、弾性表面波装置のチップを小型化することができる。また、弾性表面波フィルタのアパーチャーを狭めることができるため、横モード・スプリアスの発生を防ぐことができ、入受信ＩＤＴに重み付けを施す必要がなくなり、さらなるアパーチャーの増大を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の弾性表面波装置の構成の１例を模式的に示す図であり；
図２は本発明の弾性表面波装置における、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとの逆相並列接続の１例を模式的に示す図であり；
図３は本発明の弾性表面波装置における、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとの逆相並列接続の別の１例を模式的に示す図であり；
図４は本発明の弾性表面波装置における、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとの逆相並列接続のさらに別の１例を模式的に示す図であり；
図５は本発明の弾性表面波装置の構成の別の１例を模式的に示す図であり；
図６は本発明の弾性表面波装置における、逆相並列接続した弾性表面波フィルタ対を２段接続した例を模式的に示す図であり；
図７は図６に例示した本発明の弾性表面波装置における信号伝搬の様子を模式的に示す図であり；
図８は本発明の弾性表面波装置の周波数特性を示す図であり；
図９は本発明の弾性表面波装置の周波数特性を示す図（逆相並列２段接続）であり；
図１０は図６に例示した本発明の弾性表面波装置の、弾性表面波フィルタ対間の周波数差をパラメータとしたときの周波数特性の変化を示す図であり；
図１１は図６に例示した本発明の弾性表面波装置の３ｄＢ低下の周波数帯域幅と、逆相並列接続した弾性表面波フィルタ対の周波数差との関係を示す図であり；
図１２は図６に例示した本発明の弾性表面波装置の段間のＩＤＴの対数と周波数特性との関係を示す図であり；
図１３は図６に例示した本発明の弾性表面波装置の段間のＩＤＴの対数と３ｄＢ低下の周波数帯域幅との関係を示す図であり；
図１４は複数段の弾性表面波フィルタ対を接続する配線の浮遊容量と４ｄＢ低下の周波数帯域幅との関係を示す図であり；
図１５は本発明の弾性表面波装置における横モード・スプリアスの発生レベルの解析を行った結果を示す図であり；
図１６は中心周波数ｆ1を２４４ＭＨｚ（λ＝１４．０μｍ）と設定した弾性表面波フィルタのアパーチャー幅に対する４５°ＸカットＺ伝搬のＬＢＯ基板の各次横モードの周波数分散特性を示す図であり；
図１７は図６に例示した本発明の弾性表面波装置において、第１の励振ＩＤＴ、第２の励振ＩＤＴ、第５の受信ＩＤＴ、第６の受信ＩＤＴの対数を４５．５対、アパーチャーを８．９λと設定した場合の周波数特性を示す図であり；
図１８は従来の弾性表面波装置の電極パターンの１例を模式的に示す図であり；そして、
図１９は図１８に例示した従来の弾性表面波装置の周波数特性を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
実施例１
図６は本発明の弾性表面波装置の電極パターンの１例を模式的に示した図である。
この弾性表面波装置６００は、４５°ＸカットＺ伝搬のＬＢＯからなる圧電性基板上に、入出力の信号位相が相互に実質的に１８０°ずれるように逆相並列接続した第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタを２段にわたってイメージ接続したものである。各段を構成する逆相並列接続された弾性表面波フィルタ対は互いに動作周波数を０．１０〜０．１８％程度ずらせてある。
１段目の弾性表面波フィルタ対は、第１の入力端子６０１と第１の出力端子６０２ａおよび第２の出力端子６０２ｂとの間に逆相並列接続された中心周波数ｆ1の第１の弾性表面波フィルタ６０３と中心周波数ｆ2の第２の弾性表面波フィルタ６０４とから構成されている。ここでは図２に例示した弾性表面波フィルタ対と同様の、相互に実質的に１８０°位相のずれた弾性表面波を励振する弾性表面波フィルタ対を用いている。
２段目の弾性表面波フィルタ対も１段目の弾性表面波フィルタ対と同様の構成であるが、入力端子と出力端子が逆に接続されている。すなわち、第２の入力端子６０５ａおよび第３の入力端子６０５ｂと第３の出力端子６０６との間に逆相並列接続された中心周波数ｆ1の第３の弾性表面波フィルタ６０７と中心周波数ｆ2の第２の弾性表面波フィルタ６０８とから構成されている。ここでは２段目の弾性表面波フィルタ対の電極パターン形状は、１段目の弾性表面波フィルタ対の電極パターン形状と同一形状に形成されている。すなわち、第１の弾性表面波フィルタ６０３と第３の弾性表面波フィルタ６０７とは同一形状に形成されており、第２の弾性表面波フィルタ６０４と第４の弾性表面波フィルタ６０８とは同一形状に形成されている。
第１の弾性表面波フィルタ６０３は、入力端子６０１に接続して形成された弾性表面波を励振する第１の励振ＩＤＴ６１１と、この第１の励振ＩＤＴ６１１を挟むように面対称パターンに形成された、弾性表面波を受信する第１の受信ＩＤＴ６１２及び第２の受信ＩＤＴ６１３と、これら受信ＩＤＴ６１２、６１３のさらに外側に、第１の励振ＩＤＴ６１１、第１の受信ＩＤＴ６１２及び第２の受信ＩＤＴ６１３を挟み込んで共振器として動作するようキャビティーを形成するように配設された２個の反射電極６１４とから構成されている。
第２の弾性表面波フィルタ６０４も、入力端子６０１に接続して形成された弾性表面波を励振する第２の励振ＩＤＴ６２１と、この第２の励振ＩＤＴ６２１を挟むように面対称パターンに形成された、弾性表面波を受信する第３の受信ＩＤＴ６２２及び第４の受信ＩＤＴ６２３と、これら受信ＩＤＴ６２２、６２３のさらに外側から、第２の励振ＩＤＴ６２１、第３の受信ＩＤＴ６２２及び第４の受信ＩＤＴ６２３を挟み込んで共振器として動作するようキャビティーを形成するように配設された１対の反射電極６２４とから構成されている。そして、第１の弾性表面波フィルタ６０３と第２の弾性表面波フィルタ６０４とは、例えばＩＤＴの櫛歯状電極のピッチを変えるなどして、その動作周波数がわずかに異なるように設計して配設されている。
第１の弾性表面波フィルタ６０３と第２の弾性表面波フィルタ６０４とは図２に例示した弾性表面波装置１００ａと同様の接続方法で逆相並列に接続されている。
すなわち、第１の弾性表面波フィルタ６０３の第１の励振ＩＤＴ６０３と第２の弾性表面波フィルタの第２の励振ＩＤＴ６２１とは、入力端子に対して並列に接続されており、それぞれ対向噛合した１対の櫛歯状電極から構成されている。そして、第１の弾性表面波フィルタ６０３の第１の励振ＩＤＴ６１１を構成する櫛歯状電極のうち入力端子６０１に接続された櫛歯状電極に対応する第２の弾性表面波フィルタ６０４の第２の励振ＩＤＴ６２１の櫛歯状電極は基準電位側に接続されている。
これに対し、第１の弾性表面波フィルタ６０３の第１の励振ＩＤＴ６１１を構成する櫛歯状電極のうち基準電位に接続された櫛歯状電極に対応する、第２の弾性表面波フィルタ６０４の第２の励振ＩＤＴ６２１の櫛歯状電極が入力端子６０１にされている。
第１の励振ＩＤＴ６１１と第２の励振ＩＤＴ６２１とをこのように接続することにより、第１の弾性表面波フィルタ６０３と第２の弾性表面波フィルタ６０４とでは、励振される弾性表面波の位相が実質的に１８０°ずれることになる。
一方、前述のように第１の弾性表面波フィルタ６０３と第２の弾性表面波フィルタ６０４とでは受信ＩＤＴでは伝搬してきた弾性表面波の位相はずれることはない。
したがって、第１の出力端子６０２ａおよび第２の出力端子６０２ｂに第１の弾性表面波フィルタ６０３を経由した信号の位相と、第２の弾性表面波フィルタ６０４を経由した信号の位相とは互いに実質的に１８０°ずれた状態で電気信号として出力されることになる。
つぎに図６に例示した弾性表面波装置６００を構成する２段目の弾性表面波フィルタ対について説明する。
第３の弾性表面波フィルタ６０７は、第２の入力端子６０５ａに接続して形成された弾性表面波を励振する第３の励振ＩＤＴ６３１と、第３の入力端子６０５ｂに接続して形成された弾性表面波を励振する第４の励振ＩＤＴ６３２と、この第３の励振ＩＤＴ６３１と第４の励振ＩＤＴ６３２とに挟まれるように形成された、弾性表面波を受信する第５の受信ＩＤＴ６３３と、これら励振ＩＤＴ６３１、６３２のさらに外側から、第３の励振ＩＤＴ６３１および第４の励振ＩＤＴ６３２と第５の受信ＩＤＴ６３３とを挟み込んで共振器として動作するようキャビティーを形成するように配設された２個の反射電極６３４とから構成されている。
また、第１の出力端子６０２ａと第２の入力端子６０５ａとの間は、例えば第１乃至第４の弾性表面波フィルタと同一基板上に形成された導体薄膜からなる配線６０９ａにより電気的に接続されている。第２の出力端子６０２ｂと第３の入力端子６０５ｂとの間についても配線６０９ｂにより同様に接続されている。
第４の弾性表面波フィルタ６０８も、第２の入力端子６０５ａに接続して形成された弾性表面波を励振する第５の励振ＩＤＴ６４１と、第３の入力端子６０５ｂに接続して形成された弾性表面波を励振する第６の励振ＩＤＴ６４２と、この第５の励振ＩＤＴ６４１と第６の励振ＩＤＴ６４２とに挟まれるように形成された、弾性表面波を受信する第６の受信ＩＤＴ６４３と、これら第５の励振ＩＤＴ６４１および第６の励振ＩＤＴ６４２と第６の受信ＩＤＴ６４３とを挟み込んで共振器として動作するようキャビティーを形成するように配設された２個の反射電極６４４とから構成されている。
このように図６に例示した弾性表面波素子６００では、２段目の弾性表面波フィルタ対を構成する電極パターン形状は１段目と同一であり、入出力端子が逆になっている。したがって、励振される弾性表面波の位相は弾性表面波フィルタ対間でずれることはない。一方、第３の弾性表面波フィルタ６０７と第４の弾性表面波フィルタ６０８とでは受信ＩＤＴにおいて伝搬してきた弾性表面波の位相が実質的に１８０°ずれることになる。
したがって、第３の出力端子６０６においては、第３の弾性表面波フィルタ６０７を経由した信号の位相と、第４の弾性表面波フィルタ６０８を経由した信号の位相とは互いに実質的に１８０°ずれた状態で電気信号として出力される。
図６に例示した本発明の弾性表面波装置では、１段目の弾性表面波フィルタ対と２段目の弾性表面波フィルタ対とを同一形状に形成したが、前述のように１段目と２段目の形状を変えるようにしてもよい（図２〜図４参照）。
実施例２
ここで、図６に例示した本発明の弾性表面波装置により、信号の伝搬について説明する。
この弾性表面波装置６００では、入力端子６０１から入力された電気信号は第１の弾性表面波フィルタの第１の励振ＩＤＴ６１１、第２の弾性表面波フィルタ６０４の第２の励振ＩＤＴ６２１に入力されて弾性表面波に変換される。前述のように、図６に例示した弾性表面波装置６００では、第１の励振ＩＤＴと第２の励振ＩＤＴ６２１とでは位相が実質的に１８０°ずれた弾性表面波が励振される。
第１の励振ＩＤＴ６１１により励振された弾性表面波は両側に伝搬し、第１の受信ＩＤＴ６１２および第２の受信ＩＤＴ６１３で再び電気信号に変換される。
第２の励振ＩＤＴ６１２により励振された弾性表面波も同様に両側に伝搬し、第３の受信ＩＤＴ６２２および第４の受信ＩＤＴ６２３で再び電気信号に変換される。第１の弾性表面波フィルタ６０３および第２の弾性表面波フィルタ６０４の受信ＩＤＴにおいては、受信した弾性表面波を電気信号に変換する際に位相がずれることはない。したがって、第１の出力端子６０２ａおよび第２の出力端子６０２ｂには、第１の弾性表面波フィルタ６０３を経由した信号と、この信号と実質的に１８０°位相のずれた第２の弾性表面波フィルタ６０４を経由した信号とが出力される。
第１の出力端子６０２ａに出力した信号は、配線６０９ａを通じて２段目の弾性表面波フィルタ対の第２の入力端子６０５ａに入力される。同様に第２の出力端子６０２ｂに出力した信号は、配線６０９ｂを通じて２段目の弾性表面波フィルタ対の第３の入力端子６０５ｂに入力される。
第２の入力端子６０５ａおよび第３の入力端子６０５ｂから、第３の弾性表面波フィルタ６０７および第４の弾性表面波フィルタ６０８に入力された電気信号は、第３の励振ＩＤＴ６３１、第４の励振ＩＤＴ６３２、第５の励振ＩＤＴ６４１、第６の励振ＩＤＴ６４２により再び弾性表面波に変換される。２段目の弾性表面波フィルタ対を構成する第３の弾性表面波フィルタ６０７と第４の弾性表面波フィルタ６０８とは、励振する弾性表面波の位相はずれることはない。
第３の励振ＩＤＴ６３１と第４の励振ＩＤＴ６３２とにより励振された弾性表面波は、第５の受信ＩＤＴ６３３により受信され、第５の励振ＩＤＴ６４１と第６の励振ＩＤＴ６４２とにより励振された弾性表面波は、第６の受信ＩＤＴ６４３により受信される。この際、第５の受信ＩＤＴ６３３と第６の受信ＩＤＴ６４３とにより、伝搬してきた弾性表面波はその位相が互いに実質的に１８０°ずれた状態で電気信号に変換され、第３の出力端子６０６に出力される。
図７は本発明の弾性表面波装置６００の信号伝搬の様子を模式的に示した図である。
図６に例示した弾性表面波装置６００では、１段目の弾性表面波フィルタ対も２段目の弾性表面波フィルタ対も図２に例示したような逆相並列接続を採用したが、各段の弾性表面波フィルタ対の構成は中心周波数がわずかにずれていることと、逆相並列接続されているならば図２以外の逆相並列接続を採用することができる。例えば、１段目の弾性表面波フィルタ対と２段目の弾性表面波フィルタ対とに、図２乃至図４に例示した逆相並列接続を適宜組み合わせて採用するようにしてもよい。
２段目の弾性表面波フィルタ対に図３または図４に例示したような逆相並列接続を採用した場合、第３の励振ＩＤＴ６３１および第４の励振ＩＤＴ６３２により励振される弾性表面波と、第５の励振ＩＤＴ６４１および第６の励振ＩＤＴ６４２により励振される弾性表面波とは、その位相が実質的に１８０°ずれることになるが、第５の受信ＩＤＴ６３３と第６の受信ＩＤＴ６４３とにより位相がずれることはない。
実施例３
以下に本発明の弾性表面波装置の周波数特性について説明する。
図６に例示した弾性表面波装置６００においては、第１の弾性表面波フィルタ６０３の中心周波数ｆ1（約２４４ＭＨｚ）と第２の弾性表面波フィルタ６０４の中心周波数ｆ2および第３との弾性表面波フィルタ６０７の中心周波数ｆ1と第２の弾性表面波フィルタ６０８のの中心周波数ｆ2とは、Δｆ＝ｆ2−ｆ1＝０．３ＭＨｚだけ異なるように設定されている。
この弾性表面波装置の周波数特性を図８及び図９を用いて説明する。
図８は図２または図６（１段目）に例示した構成の本発明の弾性表面波装置の周波数特性を示す図である。
ここでは第１の励振ＩＤＴ６１１、第２の励振ＩＤＴ６２２、第５の受信ＩＤＴ６３３、第６の受信ＩＤＴ６４３を２０．５対とし、第１の受信ＩＤＴ６１２、第２の受信ＩＤＴ６１３、第３の受信ＩＤＴ６２２、第４の受信ＩＤＴ６２３、第３の励振ＩＤＴ６３１、第４の励振ＩＤＴ６３２、第５の励振ＩＤＴ６４１、第６の励振ＩＤＴ６４２を８対とした。
また、各弾性表面波フィルタの励振ＩＤＴと受信ＩＤＴとの間の距離を３λ（λ＝ｖs／ｆi；ｖsは弾性表面波の位相速度、ｆiは弾性表面波フィルタが動作する中心周波数）とし、受信ＩＤＴと反射電極との間距離を０．３７５λとし、反射電極の電極本数を１２０本とした。
さらに、励振ＩＤＴ、受信ＩＤＴ及び反射電極の長さ（アパーチャー）を０．１２ｍｍ、入出力終端インピーダンスを４００Ωとした。また、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタでは中心周波数が０．３ＭＨｚ異なるように設定している。
図８には、逆相並列接続した１段の弾性表面波フィルタ対の周波数特性８００と比較して、第１の弾性表面波フィルタ６０３単独での特性８０１および第２の弾性表面波フィルタ６０４単独での特性８０２についても示した。
また、逆相並列接続された第１の弾性表面波フィルタ６０３と第２の弾性表面波フィルタ６０４とにより生じる位相差８０４についても合わせて示した。
第１の弾性表面波フィルタ６０３と第２の弾性表面波フィルタ６０４とからなる弾性表面波フィルタ対の位相差は、弾性表面波フィルタの通過周波数帯域近傍では１１０〜１４０°の位相差となっているが、阻止域ではほぼ逆相（実質的に１８０°位相差）となっていることがわかる。したがって、１段の弾性表面波フィルタ対では第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタの通過周波数帯域が重なった通過周波数帯域が得られ、同時に阻止域では第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとの信号がお互いにキャンセルして十分な減衰量が得られる。
図９は逆相並列接続された第１の弾性表面波フィルタ６０３と第２の弾性表面波フィルタ６０４とからなる１段目の弾性表面波フィルタ対と、逆相並列接続された第３の弾性表面波フィルタ６０７と第４の弾性表面波フィルタ６０８とからなる２段目の弾性表面波フィルタ対とをイメージ接続した場合に得られる周波数特性を示す図である。各段を構成する弾性表面波フィルタ対の中心周波数差は０．３ＭＨｚである。
比較のため、図中には逆相並列接続した１段の弾性表面波フィルタ対の周波数特性もあわせて示した。この１段の周波数特性は図２に例示した弾性表面波装置の周波数特性に相当するものである。またこの周波数特性は、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとを直列２段接続した際に得られる周波数特性に相当するものである。
本発明の弾性表面波装置では、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタを各々の通過周波数帯域をわずかに異ならせて逆相並列に接続することにより、通過周波数帯域内においては、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとが並列動作することによりインピーダンスを約半分に低下することができる。また、通過周波数帯域外では信号位相が実質的に１８０°異なることにより、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとの信号が互いに打ち消し合うことにより減衰量が確保することができる。
逆相並列接続した１段の弾性表面波フィルタは、直列２段接続した弾性表面波フィルタと実質的に同等であり、特に、逆相並列接続した１対の弾性表面波フィルタをさらに多段に接続することにより、通過周波数帯域外での減衰量がさらに大きくなり、帯域外特性が大きく向上していることがわかる。
さらに、本発明の弾性表面波装置は通過周波数帯域においては、２つの弾性表面波フィルタが並列に接続されるため、弾性表面波フィルタの入出力インピーダンスを下げることができ、この結果、弾性表面波フィルタのチップサイズを小さくすることができる。特に、弾性表面波フィルタのアパーチャーの方向の大きさを約半分程度まで縮減することができる。このことは、移動体通信などチップサイズの小型化が求められている分野においてはとりわけ大きな利点となるだけでなく、横モード・スプリアスを抑制することができ、ＩＤＴの電極抵抗を低下し損失を低減することができる。さらにこのことは、同一のチップサイズであればその周波数特性が格段に優れていることを意味する。
図９に示した弾性表面波装置のチップサイズはボンディングパッドも含め約２．８ｍｍ×３．０ｍｍ角程度となり、例えば図１８に例示した従来の直列４段の弾性表面波フィルタ装置と比較しても、その大きさを格段に小型化することができる。
実施例４
次に一対の弾性表面波フィルタ対を逆相並列接続する際の好適な条件について説明する。
図１０は図６を用いて説明した本発明の弾性表面波装置（逆相並列接続した弾性表面波フィルタ対の２段構成）において、弾性表面波フィルタ対間の周波数差をパラメータとして変化させた場合の弾性表面波装置の周波数特性の変化を示したものである。
図１１はこの弾性表面波装置の周波数特性を特徴づけるために、３ｄＢ低下の周波数帯域幅を、逆相並列接続した弾性表面波フィルタ対の周波数差に対してプロットした図である。
図１０および図１１からわかるように、本発明の弾性表面波装置は弾性表面波フィルタ対間の周波数差を広げるにしたがって、その通過周波数帯域幅が拡大する。しかしながら周波数差を広げすぎると、通過周波数帯域内にリップルが現れて再び通過周波数帯域が減少することがわかる。
図１１から実質的に利用できる弾性表面波フィルタ対間の周波数差は、中心周波数が２４４ＭＨｚの弾性表面波フィルタにおいては０．２５〜０．４５ＭＨｚの範囲、すなわち中心周波数で規格化した周波数差では０．１０〜０．１８％の範囲に設定することが好適である。
実施例５
図１２は図６に例示した本発明の弾性表面波装置（逆相並列接続弾性表面波フィルタ対の２段構成）を構成する段間ＩＤＴ、すなわち第１の弾性表面波フィルタ６０３、第２の弾性表面波フィルタ６０４、第３の弾性表面波フィルタ６０７および第４の弾性表面波フィルタ６０８の、第１の受信ＩＤＴ６１２、第２の受信ＩＤＴ６１４、第３の受信ＩＤＴ６２２、第４の受信ＩＤＴ６２３、第３の励振ＩＤＴ６３１、第４の励振ＩＤＴ６３２、第５の励振ＩＤＴ６４１および第６の励振ＩＤＴ６４２の電極対数をパラメータとして変えた場合の弾性表面波フィルタの周波数特性の変化を示したものである。
図１３はこの弾性表面波装置の周波数特性を特徴づけるために、３ｄＢ低下の帯域幅を逆相並列接続した弾性表面波フィルタ対を構成する、第１の受信ＩＤＴ６１２、第２の受信ＩＤＴ６１４、第３の受信ＩＤＴ６２２、第４の受信ＩＤＴ６２３、第３の励振ＩＤＴ６３１、第４の励振ＩＤＴ６３２、第５の励振ＩＤＴ６４１および第６の励振ＩＤＴ６４２の対数に対してプロットした図である。
図１２からわかるように、本発明の弾性表面波装置は第１の受信ＩＤＴ６１２、第２の受信ＩＤＴ６１４、第３の受信ＩＤＴ６２２、第４の受信ＩＤＴ６２３、第３の励振ＩＤＴ６３１、第４の励振ＩＤＴ６３２、第５の励振ＩＤＴ６４１および第６の励振ＩＤＴ６４２の対数を増やすにしたがって、その通過周波数帯域幅が拡大するが、その対数が９対を越えると通過周波数帯域内にリップルが現れ再び帯域幅が減少することがわかる。したがって、これらのＩＤＴの対数は９対以下に設定することが好適である。
一方、図１３からわかるようにＩＤＴの対数を増やすにしたがって、３ｄＢ帯域幅が拡大するが、その対数が８対を越えると再び３ｄＢ帯域幅が減少することがわかる。したがって、例えば３ｄＢ帯域幅として０．３５ＭＨｚ以上の帯域幅を確保しようとする場合にはこれらのＩＤＴの対数は５〜８対に設定することが好適である。この対数では通過周波数帯域内にリップルが現れ帯域幅が減少することはない。
実施例６
図１４は、複数段の弾性表面波フィルタ対を接続する配線の浮遊容量と４ｄＢ低下の周波数帯域幅との関係を示す図である。
例えば段間接続により形成される浮遊容量が１．５ｐＦである場合、０．３５ＭＨｚ以上の帯域幅を確保するためにはＩＤＴの対数を１０対以上にすればよいことがわかる。また例えば、段間接続により形成される浮遊容量が２．５ｐＦである場合、０．３５ＭＨｚ以上の帯域幅を確保するためにはＩＤＴの対数を１３対以上にすればよいことがわかる。このように本発明の弾性表面波装置においては、段間接続により浮遊容量が形成される場合でも、ＩＤＴの対数を最適化することによって十分な帯域幅を確保することができる。
実施例７
次に本発明の弾性表面波装置において横モード・スプリアスを抑える手段を説明する。
図１５は本発明の弾性表面波装置（逆相並列接続弾性表面波フィルタの２段構成）における横モード・スプリアスの発生レベルの解析を行った結果を示す図である。周波数差を０．３ＭＨｚ、第１および第２の弾性表面波フィルタの励振ＩＤＴ、第３および第４の弾性表面波フィルタの受信ＩＤＴを２０．５対、アパーチャー幅を２５．７λ（λは電極の配設周期）とした。
図１５において、１ｓｔとして基本の横モードの信号成分（図９と同じもの）を示し、３ｒｄ、５ｔｈとしてそれぞれ３次と５次の横モードの信号成分を示した。図１５から明らかなように、高次の横モード・スプリアスは弾性表面波フィルタの帯域外特性を劣化させてしまう。
図１６は、中心周波数ｆ1を２４４ＭＨｚ（λ＝１４．０μｍ）と設定した弾性表面波フィルタのアパーチャー幅に対する４５°ＸカットＺ伝搬のＬＢＯ基板の各次横モードの周波数分散特性を示す図である。
図６に例示した弾性表面波装置においてアパーチャー幅を２５．７λに設定した場合、５次までの高次横モードスプリアスが発生することがわかる。
アパーチャーを１０λ以下に設定した場合には３次以降の高次の横モードはカットオフ周波数以上となり横モードの発生はなくなることがわかる。
図１７は図６に例示した本発明の弾性表面波装置（逆相並列接続弾性表面波フィルタの２段構成）において、第１の励振ＩＤＴ６１１、第２の励振ＩＤＴ６２１、第５の受信ＩＤＴ６３３、第６の受信ＩＤＴ６４３の対数を４５．５対、アパーチャーを８．９λと設定した場合の周波数特性を示す図である。図９と同様に第１の励振ＩＤＴ６１１、第２の励振ＩＤＴ６２１、第５の受信ＩＤＴ６３３、第６の受信ＩＤＴ６４３の対数を２０．５対とした場合の周波数特性も比較のため示した。
第１の励振ＩＤＴ６１１、第２の励振ＩＤＴ６２１、第５の受信ＩＤＴ６３３、第６の受信ＩＤＴ６４３の対数を４５．５対に設定した弾性表面波装置は、これらのＩＤＴを２０．５対と設定した場合と比較しても、その通過周波数帯域内の特性をほとんど損なわれていないことがわかる。
産業上の利用可能性
本発明の弾性表面波装置は、わずかに中心周波数の異なる２つの弾性表面波フィルタを逆相並列接続することにより、弾性表面波フィルタとしての通過周波数帯域の帯域幅を拡大することができる。
また、本発明の弾性表面波装置は、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタを各々の通過周波数帯域をわずかに異ならせて逆相並列に接続することにより、通過周波数帯域内においては、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとは並列動作することによりインピーダンスを約半分に低下することができる。
また、通過周波数帯域外では信号位相が１８０°異なることにより、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとの信号が互いに打ち消し合うことにより減衰量が確保することができる。特に、逆相並列接続した１対の弾性表面波フィルタをさらに多段に接続することにより、十分な減衰量が確保され、帯域外特性は大きく向上することができる。
したがって、従来の直列４段の弾性表面波フィルタ装置と比較すると、弾性表面波装置のチップを小型化することができる。したがって、移動体通信などチップサイズの小型化が求められている用途においてはとりわけ好適な弾性表面波装置である。
また、小型化により弾性表面波フィルタのアパーチャーを狭めることができるため、横モード・スプリアスの発生を防ぐことができ、ＩＤＴの電極抵抗を低下し損失を低減することができる。また、横モード・スプリアスの発生も抑制でき、帯域外特性を向上することができる。さらに、入受信ＩＤＴに重み付けを施す必要がなくなり、さらなるアパーチャーの増大を防ぐことができる。
本発明は弾性表面波装置に関し、特に弾性表面波フィルタに関する。
背景技術
弾性表面波装置は圧電性基板上に設けられたくし歯状電極（ＩＤＴ：Ｉｎｔｅｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）により電気信号を弾性表面波に変換し、圧電性基板上を伝搬する弾性表面波を、同じく圧電性基板上に設けられたＩＤＴにより受信し、電気信号と弾性表面波との変換に関わる周波数特性を利用する装置である。
近年携帯電話などをはじめとして、薄型であり小型化できるという利点により弾性表面波フィルタなどの弾性表面波装置が広く用いられるようになってきている。この中でごく最近普及の始まった日本の簡易携帯電話システム（ＰＨＳ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙ−ｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）の中間周波数（ＩＦ）段（約２４０ＭＨｚ）には約０．１％程度の比帯域を持つ急峻な帯域外減衰特性を持つ弾性表面波フィルタが要求されている。
このような用途においては、周波数温度特性の１次係数が０で比較的電気機械結合係数ｋ2が１％程度と大きく、ＩＤＴ１本当たりの弾性表面波の反射係数が約３％と大きい４５°ＸカットＺ伝搬のＬＢＯ基板（４５°Ｘ−ＺＬＢＯ：特開昭６０−２５９０１）を利用することが有望視されている。このＬＢＯ基板を用いると、水晶基板（周波数温度特性の１次係数＝０、ｋ2＝０．１５％、ＩＤＴ１本当たりの弾性表面波の反射係数＝０．７％）を利用した場合に比べて弾性表面波素子・弾性表面波装置を小型化できるという利点がある。
このＬＢＯ基板を用いた従来の弾性表面波装置の１例を図１８及び図１９を用いて説明する。
図１８は圧電性基板として４５°Ｘカット−Ｚ伝搬のＬＢＯ基板を採用し、この基板上に配設された弾性表面波装置９００の電極パターンを模式的に示す図である。
この弾性表面波装置９００は、１つの励振ＩＤＴ、２つの受信ＩＤＴ及び２つの反射電極を１組とする弾性表面波フィルタ９０１〜９０４を直列に４段接続したものである。弾性表面波フィルタ９０１は中央に励振ＩＤＴ９１１があり、その両側に受信ＩＤＴ９２１、９３１が配置され、さらにその外側には反射電極９４１、９５２が配置されている。弾性表面波フィルタ９０２〜９０４についても同様の構成である。
この弾性表面波装置において、電気信号は弾性表面波フィルタ９０１の励振ＩＤＴ９１１に入力される。ここで電気信号は弾性表面波に変換され励振ＩＤＴ９１１の両側に伝搬し受信ＩＤＴ９２１、９３１で再び電気信号に変換される。弾性表面波フィルタ９０１の受信ＩＤＴ９２１と弾性表面波フィルタ９０２の励振ＩＤＴ９２２、同様に受信ＩＤＴ９３１と励振ＩＤＴ９３２は電気的に接続されている。弾性表面波フィルタ９０１から出力される電気信号は弾性表面波フィルタ９０２の励振ＩＤＴ９２２、９３２で再び弾性表面波に変換され受信ＩＤＴ９１２に伝搬し受信ＩＤＴ９１２から電気信号として出力される。
図１８において弾性表面波フィルタ９０３、９０４は弾性表面波フィルタ９０１、９０２の繰り返しであり全体では弾性表面波フィルタが４段に直列接続された構成となっている。
図１９に励振ＩＤＴを２０．５対、受信ＩＤＴを８対とし入受信ＩＤＴ間距離を３λ（λ＝ｖs／ｆ0；ｖsは弾性表面波の位相速度、ｆ0は弾性表面波フィルタが動作する中心周波数）、受信ＩＤＴ−反射電極間距離を０．３７５λ、反射電極の電極本数を１２０本、励振ＩＤＴ、受信ＩＤＴ及び反射電極の長さ（アパーチャー）を０．７２ｍｍ、入出力終端インピーダンスを４００Ωとした場合のシミュレーションによって得られた周波数特性を示す。ここでは約３００ＫＨｚの通過帯域を持ち減衰量の大きな弾性表面波フィルタが得られている。
図１８及び図１９に例示した弾性表面波フィルタにおいては１つの弾性表面波フィルタのアパーチャーが０．７２ｍｍと広く、チップサイズがワイヤボンディングを行うボンディング・パッド幅（約０．１５ｍｍ角）を含めると小さくても２．５ｍｍ×４．１ｍｍ角程度となってしまい、大きくなってしまうという問題がある。
また実際の弾性表面波フィルタにおいては電極長さが長いことにより電気抵抗が増大し、弾性表面波フィルタとしての損失が大きくなってしまうという問題がある。
さらにアパーチャー幅が広いと、図１９に示すように第３次高調波や第５次高調波のような高次の横モード・スプリアスが発生してしまうため、弾性表面波フィルタ特性を劣化させてしまうという問題がある。
この横モード・スプリアスを抑圧するには励振ＩＤＴ、受信ＩＤＴに重み付けをかけて、弾性表面波の伝搬方向に垂直な方向の弾性表面波の励振分布をＩＤＴの中心に偏らせる方法があるが、この方法では弾性表面波フィルタのインピーダンスが高くなるために、インピーダンスを下げるためにさらにアパーチャーを広く設定しなくてはならないという問題がある。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は通過周波数帯域が広く、遮断特性が優れ、インピーダンスの小さい弾性表面波装置を提供することを目的とする。また、同時に小型化が可能で、特に移動体通信や、携帯型情報機器に適した弾性表面波装置を提供することを目的とする。
本発明は挿入損失の小さい弾性表面波装置を提供することを目的とする。
さらに本発明は横モードスプリアスが小さく、帯域外特性の優れた弾性表面波装置を提供することを目的とする。
発明の開示
本発明は上述のような課題を解決するために下記のような構成を備えている。
本発明の弾性表面波装置は、圧電性基板と、前記圧電性基板上で第１の入力端子と第１の出力端子との間に配設された、中心周波数ｆ1を有する２ポート３ＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）の第１の弾性表面波フィルタと、前記第１の入力端子と前記第１の出力端子との間に前記第１の弾性表面波フィルタと並列に配設された、前記中心周波数ｆ1とわずかに異なる中心周波数ｆ2を有する２ポート３ＩＤＴの第２の弾性表面波フィルタとを具備し、前記第１の弾性表面波フィルタおよび前記第２の弾性表面波フィルタは、前記第１の入力端子から前記第１の弾性表面波フィルタを経由して前記第１の出力端子に出力される信号の位相と、前記第２の弾性表面波フィルタを経由して前記第１の出力端子に出力される信号の位相とが実質的に１８０°異なるように配設されたことを特徴とする。
前記第１の弾性表面波フィルタと前記第２の弾性表面波フィルタとは、前記第１の入力端子に入力される信号に対して位相が実質的に１８０°異なった弾性表面波を励振するように構成される。
すなわち、前記第１の弾性表面波フィルタは、前記第１の入力端子に接続され、前記第１の入力端子に入力された電気信号により第１の弾性表面波を励振する第１の励振ＩＤＴと、前記第１の励振ＩＤＴの両側に配設され、前記第１の弾性表面波を受信して電気信号に変換する第１の受信ＩＤＴおよび第２の受信ＩＤＴとを具備し、前記第２の弾性表面波フィルタは、前記第１の入力端子に接続され、前記第１の入力端子に入力された電気信号により前記第１の弾性表面波と１８０°位相の異なった第２の弾性表面波を励振する第２の励振ＩＤＴと、前記第２の励振ＩＤＴの両側に配設され、前記第２の弾性表面波を受信して電気信号に変換する第３の受信ＩＤＴおよび第４の受信ＩＤＴとを具備することを特徴としている。
あるいは、前記第１の弾性表面波フィルタと前記第２の弾性表面波フィルタとは、前記第１の入力端子に入力される信号に対して実質的に同位相の弾性表面波を励振するとともに、この弾性表面波を位相が実質的に１８０°異なるように電気信号に変換するように構成される。
すなわち、前記第１の弾性表面波フィルタは、前記第１の入力端子と接続され、前記第１の入力端子に入力された電気信号により前記第１の弾性表面波を励振する前記第１の励振ＩＤＴと、前記第１の励振ＩＤＴの両側に配設され、前記第１の弾性表面波を受信して電気信号に変換する第１の受信ＩＤＴおよび第２の受信ＩＤＴとを具備し、前記第２の弾性表面波フィルタは、前記第１の入力端子と接続され、前記第１の入力端子に入力された電気信号により前記第１の弾性表面波と同位相の第２の弾性表面波を励振する第２の励振ＩＤＴと、前記第２の励振ＩＤＴの両側に配設され、前記第２の弾性表面波を受信して前記第１の受信ＩＤＴおよび第２の受信ＩＤＴとは位相が実質的に１８０°異なるような電気信号に変換する第３の受信ＩＤＴおよび第４の受信ＩＤＴとを具備することを特徴としている。
前記圧電性基板はこの基板上を伝搬する弾性表面波の電気機械結合係数ｋ2が約１％であり、ＩＤＴ１本あたりの前記弾性表面波の反射係数が約３％以上であるものを用いることが好ましい。
例えば、前記圧電性基板としては例えば四硼酸リチウムを用いるようにしてもよい。
また、後で詳しく説明するように、前記第１の中心周波数と前記第２の中心周波数とは約０．１０％〜約０．１８％異なるようにすることが好適である。
また、前記各ＩＤＴを構成する櫛歯状電極の交差幅は、この櫛歯状電極の配設周期の約１０倍以下に設定するようにしてもよい。これにより、高次の横モードスプリアスを抑制することができる。
このような、中心周波数がわずかに相違する第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとを逆相並列に接続した本発明の弾性表面波装置は、同一の圧電性基板上に複数段従属接続するようにしてもよい。
このような構成を有する本発明の弾性表面波装置は、圧電性基板と、前記圧電性基板上で第１の入力端子と第１の出力端子および第２の出力端子との間に配設された、中心周波数ｆ1を有する２ポート３ＩＤＴの第１の弾性表面波フィルタと、前記第１の入力端子と前記第１の出力端子および第２の出力端子との間に前記第１の弾性表面波フィルタと並列に配設された、前記中心周波数ｆ1とわずかに異なる中心周波数ｆ2を有する２ポート３ＩＤＴの第２の弾性表面波フィルタと、前記第１の出力端子および前記第２の出力端子と第３の出力端子との間に配設された、中心周波数ｆ1を有する２ポート３ＩＤＴの第３の弾性表面波フィルタと、前記第１の出力端子および前記第２の出力端子と第３の出力端子との間に前記第３の弾性表面波フィルタと並列に配設された、前記中心周波数ｆ2を有する２ポート３ＩＤＴの第４の弾性表面波フィルタとを具備し、前記第１の弾性表面波フィルタおよび前記第２の弾性表面波フィルタは、前記第１の入力端子から前記第１の弾性表面波フィルタを経由して前記第１の出力端子に出力される信号の位相と、前記第２の弾性表面波フィルタを経由して前記第１の出力端子に出力される信号の位相とが実質的に１８０°異なるように配設され、前記第３の弾性表面波フィルタおよび前記第４の弾性表面波フィルタは、前記第１の出力端子および第２の出力端子から前記第３の弾性表面波フィルタを経由して前記第３の出力端子に出力される信号の位相と、前記第４の弾性表面波フィルタを経由して前記第３の出力端子に出力される信号の位相とが実質的に１８０°異なるように配設されたことを特徴とする。
つまり第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとにより１段目のフィルタが構成され、第３の弾性表面波フィルタと第４の弾性表面波フィルタとにより２段目のフィルタが構成され、これら２段のフィルタが同一の圧電性基板上で従属接続されている。
１段目のフィルタと２段目のフィルタとは同一構成でもよいし、そうでなくてもよい。例えば１段目のフィルタでは逆相の弾性表面波を励振して同相に受信する構成を採用し、２段目のフィルタでは同相の弾性表面波を励振して逆相に受信するような構成を採用するようにしてもよい。
例えば、第１の入力端子と、前記第１の入力端子に接続され、前記第１の入力端子に入力された電気信号により第１の弾性表面波を励振する第１の励振ＩＤＴと、前記第１の励振ＩＤＴの両側に配設され、前記第１の弾性表面波を受信して電気信号に変換する第１の受信ＩＤＴおよび第２の受信ＩＤＴとからなる、第１の中心周波数を有する第１の弾性表面波フィルタと、前記第１の入力端子に接続され、前記第１の入力端子に入力された電気信号により前記第１の弾性表面波と実質的に１８０°位相の異なった第２の弾性表面波を励振する第２の励振ＩＤＴと、前記第２の励振ＩＤＴの両側に配設され、前記第２の弾性表面波を受信して電気信号に変換する第３の受信ＩＤＴおよび第４の受信ＩＤＴとからなる、前記第１の中心周波数とわずかに異なる第２の中心周波数を有する第２の弾性表面波フィルタと、前記第１の受信ＩＤＴおよび前記第３の受信ＩＤＴと並列に接続された第１の出力端子と、前記第２の受信ＩＤＴおよび前記第４の受信ＩＤＴと並列に接続された第２の出力端子と、前記第１の出力端子と接続した第２の入力端子と、前記第２の出力端子と接続した第３の入力端子と、前記第２の入力端子と接続され、この入力端子に入力された電気信号により第３の弾性表面波を励振する第３の励振ＩＤＴと、前記第３の入力端子と接続され、この入力端子に入力された電気信号により前記第３の弾性表面波を励振する第４の励振ＩＤＴと、前記第３の励振ＩＤＴと前記第４の励振ＩＤＴとの間に配設され、前記第３の弾性表面波を受信して電気信号に変換する第５の受信ＩＤＴとからなる、前記第１の中心周波数を有する前記第３の弾性表面波フィルタと、前記第２の入力端子と接続され、この入力端子に入力された電気信号により前記第３の弾性表面波を励振する前記第５の励振ＩＤＴと、前記第３の入力端子と接続され、この入力端子に入力された電気信号により第４の弾性表面波を励振する前記第６の励振ＩＤＴと、前記第５の励振ＩＤＴと前記第６の励振ＩＤＴとの間に配設され、第４の弾性表面波を受信して電気信号に変換する第６の受信ＩＤＴとからなる、前記第２の中心周波数を有する第４の弾性表面波フィルタと、前記第５の受信ＩＤＴおよび前記第６の受信ＩＤＴと並列に接続された第３の出力端子とを具備するようにしてもよい。
すなわち本発明の弾性表面波装置は、圧電性基板と、この圧電性基板上に形成され、第１の入力端子と第１の出力端子との間および第１の入力端子と第２の出力端子との間に、第１の入力端子から入力される信号の位相に対して第１および第２の出力端子に出力される信号の位相が互いに１８０°異なるように並列に間挿された、第１の中心周波数を有する第１の弾性表面波フィルタおよび第１の中心周波数とわずかに異なる第２の中心周波数を有する第２の弾性表面波フィルタとを具備したものである。
また本発明の弾性表面波装置は、圧電性基板と、この圧電性基板上に形成され、第１の入力端子と第１の出力端子との間および第１の入力端子と第２の出力端子との間に、第１の入力端子から入力される信号の位相に対して第１および第２の出力端子に出力される信号の位相が互いに１８０°異なるように並列に間挿された、第１の中心周波数を有する第１の弾性表面波フィルタおよび第１の中心周波数とわずかに異なる第２の中心周波数を有する第２の弾性表面波フィルタと、前記圧電性基板上に形成され、第２の入力端子と第３の出力端子との間および第３の入力端子と第３の出力端子との間に、第２および第３の入力端子から入力される信号の位相に対して第３の出力端子に出力される信号の位相が互いに１８０°異なるように並列に間挿された、第１の中心周波数を有する第３の弾性表面波フィルタおよび第２の中心周波数を有する第４の弾性表面波フィルタと、第１の出力端子と第２の入力端子との間および第２の出力端子と第３の入力端子との間を電気的に接続する接続手段とを具備したことを特徴とする。
また本発明の弾性表面波装置は、圧電性基板と、この圧電性基板上に形成され、入出力端子間に出力端子へ出力する電気信号の位相が互いに１８０°異なるように並列接続された通過周波数帯域がわずかに異なる第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとを具備したものである。
前述のように本発明の弾性表面波装置を構成する圧電性基板としては、四硼酸リチウムＬｉ2Ｂ4Ｏ7を用いることが好適である。本発明の弾性表面波装置は四硼酸リチウムＬｉ2Ｂ4Ｏ7を用いることにより、より大きな効果を得ることができる。四硼酸リチウム以外にも、電気機械結合係数ｋ2がほぼ１％、ＩＤＴ１本当たりの弾性表面波の反射係数が約３％以上となるような圧電性基板材料を用いれば同様の効果を得ることができる。
四硼酸リチウムの場合、四硼酸リチウム単結晶からの切り出し角および弾性表面波伝搬方向をオイラ角表示で、（９０°＋α、９０°＋β、９０°＋γ）と表示したとき、α＝＋３８°〜＋５２°、β＝−５°〜＋５°かつγ＝−１０°〜＋１０°の範囲に設定するようにすればよい。
また、対向噛合して各ＩＤＴを構成する櫛歯状電極対の交差幅は、この櫛歯状電極の周期の１０倍以下にすることが好適である。
また、横モードスプリアスの発生を抑制するためには、第１の中心周波数と第２の中心周波数とは０．１０〜０．１８％異なるように設定することが好適である。逆相並列接続した弾性表面波フィルタ対をさらに多段に接続する際には、各段を構成する弾性表面波フィルタ対を、その中心周波数が０．１０〜０．１８％異なるような弾性表面波フィルタにより構成するようにすればよい。例えば第１の中心周波数を有する第３の弾性表面波フィルタと、中心周波数が第３の弾性表面波フィルタと０．１０〜０．１８％異なる第４の弾性表面波フィルタとにより弾性表面波フィルタ対を構成するようにすればよい。
このように本発明の弾性表面波装置は、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタを、それぞれの入受信ＩＤＴを並列に接続するとともに、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタの入出力間の信号位相を１８０°異ならせ、さらに第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタの中心周波数をわずかに異ならせることにより、弾性表面波装置の通過周波数帯域のインピーダンスが低下するとともに、阻止域の減衰量が確保される。また、弾性表面波素子を小型化することができる。
すなわち、本発明の弾性表面波装置は第１の中心周波数を有する第１の弾性表面波フィルタと第２の中心周波数を有する第２の弾性表面波フィルタとを入出力端子間に逆相並列接続したものである。
第１の中心周波数ｆ1と第２の中心周波数ｆ2とは０．１０〜０．１８％程度ずらせてある。ここで中心周波数ｆiは弾性表面波フィルタを構成する櫛歯状電極のピッチをλ、圧電性基板を伝搬する弾性表面波の位相速度をｖsとしたとき、ｆi＝ｖs／λで表示されるものとする。
そして、本発明の弾性表面波装置においては、中心周波数ｆ1の第１の弾性表面波フィルタと、中心周波数ｆ2の第２の弾性表面波フィルタとが、入力端子と出力端子との間に、入力端子から入力される信号の位相に対して出力端子に出力される信号の位相が互いに１８０°異なるように、すなわち逆相並列に間挿されている。
図１は本発明の弾性表面波装置を構成する電極パターンの１例を模式的に示す図である。
図１に例示した弾性表面波装置１００は、圧電性基板上にＩＤＴを含む導体パターンが形成されたものであり、第１の入力端子１０１と第１の出力端子１０２ａおよび第２の出力端子１０２ｂとの間に、中心周波数ｆ1の第１の弾性表面波フィルタ１０３と、中心周波数ｆ2の第２の弾性表面波フィルタ１０４とが逆相並列接続されている。
図２は図１に例示した弾性表面波装置１００と同様の構成の弾性表面波装置１００ａにおいて、第１の弾性表面波フィルタ１０３ａと第２の弾性表面波フィルタ１０４ａとの逆相並列接続の１例を模式的に示した図である。
第１の弾性表面波フィルタ１０３ａは、入力端子１０１に接続して形成された弾性表面波を励振する第１の励振ＩＤＴ１１１と、この第１の励振ＩＤＴ１１１を挟むように面対称パターンに形成された、弾性表面波を受信する第１の受信ＩＤＴ１１２及び第２の受信ＩＤＴ１１３と、これら受信ＩＤＴ１１２、１１３のさらに外側に、第１の励振ＩＤＴ１１１、第１の受信ＩＤＴ１１２及び第２の受信ＩＤＴ１１３を挟み込んでキャビティーを形成するように配設された２個の反射電極１１４とから構成されている。
第２の弾性表面波フィルタ１０４ａも同様の構成である。すなわち、第２の弾性表面波フィルタ１０４ａは、入力端子１０１に接続して形成された弾性表面波を励振する第２の励振ＩＤＴ１２１と、この第２の励振ＩＤＴ１２１を挟むように面対称パターンに形成された、弾性表面波を受信する第３の受信ＩＤＴ１２２及び第４の受信ＩＤＴ１２３と、これら受信ＩＤＴのさらに外側に、第２の励振ＩＤＴ１２１、第３の受信ＩＤＴ１２２及び第４の受信ＩＤＴ１２３を挟み込んでキャビティーを形成するように配設された２個の反射電極１２４とから構成されている。
第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第１の励振ＩＤＴ１１１と第２の弾性表面波フィルタ１０４ａの第２の励振ＩＤＴ１２１とは、入力端子１０１に対して並列に接続されており、それぞれのＩＤＴは対向噛合した１対の櫛歯状電極から構成されている。そして、第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第１の励振ＩＤＴ１１１を構成する一方の櫛歯状電極１１１ａは入力端子１０１に接続されており、もう一方の櫛歯状電極は基準電位側１１１ｂに接続されている。
これに対し、第２の励振ＩＤＴ１２１においては第１の励振ＩＤＴ１１１の基準電位側に接続した櫛歯状電極１１１ｂに対応する櫛歯状電極１２１ｂが入力端子１０１に接続されており、第１の励振ＩＤＴ１１１の入力端子１０１に接続した櫛歯状電極１１１ａに対応する櫛歯状電極１２１ａが基準電位側に接続されている。第１の励振ＩＤＴ１１１と第２の励振ＩＤＴ１２１とをこのように接続することにより、第１の励振ＩＤＴ１１１により励振される弾性表面波と第２の励振ＩＤＴ１２１により、位相が１８０°ずれた弾性表面波が励振されることになる。
一方、第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第１の受信ＩＤＴ１１２及び第２の受信ＩＤＴ１１３も、第２の弾性表面波フィルタの第３の受信ＩＤＴ１２２及び第４の受信ＩＤＴ１２３も、それぞれ対向噛合した１対の櫛歯状電極から構成されている。
第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第１の受信ＩＤＴ１１２と第２の弾性表面波フィルタの第３の受信ＩＤＴ１２２とは面対称パターンに形成されており、櫛歯状電極１１２ａと櫛歯状電極１２２ｂとが第１の出力端子１０２ａと接続されている。櫛歯状電極１１２ｂと櫛歯状電極１２２ａはそれぞれ基準電位に接続されている。
また、第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第２の受信ＩＤＴ１１３と第２の弾性表面波フィルタ１０４ａの第４の受信ＩＤＴ１２３も面対称パターンに形成されており、櫛歯状電極１１３ａと櫛歯状電極１２３ｂとが第２の出力端子１０２ｂと接続されている。櫛歯状電極１１３ｂと櫛歯状電極１２３ａはそれぞれ基準電位に接続されている。
したがって、第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの受信ＩＤＴ１１２、１１３と第２の弾性表面波フィルタ１０４ａの受信ＩＤＴ１２２、１２３との間では、伝搬してきた弾性表面波の位相はずれることなく電気信号に変換される。
つまり、第１の出力端子１０２ａおよび第２の出力端子１０２ｂには、第１の弾性表面波フィルタ１０３ａを経由した信号の位相と、第２の弾性表面波フィルタ１０４ａを経由した信号の位相とは互いに１８０°ずれた状態で電気信号として出力されることになる。
図２に例示した逆相並列接続された第１の弾性表面波フィルタ１０３ａと第２の弾性表面波フィルタ１０４ａにおいては、第１の励振ＩＤＴと第２の励振ＩＤＴとにより位相が１８０°ずれた弾性表面波が励振されることになる。
第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとを逆相並列接続する方法は図２に例示した接続に限ることはなく、例えば励振ＩＤＴでは同位相の弾性表面波を励振して、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタの受信ＩＤＴで弾性表面波を受信する際に位相をずらせるようにしてもよい。
図３は弾性表面波装置１００ｂにおいて、第１の弾性表面波フィルタ１０３ａと第２の弾性表面波フィルタ１０４ｂとの逆相並列接続の１例を模式的に示した図である。この弾性表面波装置１００ｂの第１の弾性表面波フィルタ１０３ａと第２の弾性表面波フィルタ１０４ｂにおいては、励振ＩＤＴでは同位相の弾性表面波を励振し、受信ＩＤＴにより位相をずらせるような接続となっている。
弾性表面波装置１００ｂの第１の弾性表面波フィルタ１０３ａについては前述した第１の弾性表面波フィルタ１０３ａと同様の構成である。
第２の弾性表面波フィルタ１０４ｂは、入力端子１０１に接続して形成された弾性表面波を励振する第２の励振ＩＤＴ１３１と、この第２の励振ＩＤＴ１３１を挟むように面対称パターンに形成された、弾性表面波を受信する第３の受信ＩＤＴ１３２及び第４の受信ＩＤＴ１３３と、これら受信ＩＤＴのさらに外側に、第２の励振ＩＤＴ１３１、第３の受信ＩＤＴ１３２及び第４の受信ＩＤＴ１３３を挟み込んでキャビティーを形成するように配設された２個の反射電極１３４とから構成されている。
第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第１の励振ＩＤＴ１１１と第２の弾性表面波フィルタ１０４ｂの第２の励振ＩＤＴ１３１とは、入力端子１０１に対して並列に接続されており、それぞれ面対称パターンに対向噛合した１対の櫛歯状電極から構成されている。そして、第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第１の励振ＩＤＴ１１１を構成する一方の櫛歯状電極１１１ａは入力端子１０１に接続されており、もう一方の櫛歯状電極は基準電位側１１１ｂに接続されている。
第２の励振ＩＤＴ１３１においても、第１の励振ＩＤＴ１１１の入力端子１０１に接続した櫛歯状電極１１１ａに対応する櫛歯状電極１３１ｂが入力端子１０１に接続されており、第１の励振ＩＤＴ１１１の基準電位側に接続した櫛歯状電極１１１ｂに対応する櫛歯状電極１３１ａが基準電位側に接続されている。
第１の励振ＩＤＴ１１１と第２の励振ＩＤＴ１３１とをこのように接続することにより、図２に例示した逆相並列接続とは異なり、第１の励振ＩＤＴ１１１と第２の励振ＩＤＴ１３１とにより同位相の弾性表面波が励振される。
一方、第１の弾性表面波フィルタ１０３の第１の受信ＩＤＴ１１２及び第２の受信ＩＤＴ１１３も、第２の弾性表面波フィルタの第３の受信ＩＤＴ１３２及び第４の受信ＩＤＴ１３３も、それぞれ対向噛合した１対の櫛歯状電極から構成されている。
第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第１の受信ＩＤＴ１１２と第２の弾性表面波フィルタの第３の受信ＩＤＴ１３２とは同じパターンに形成されており、櫛歯状電極１１２ａと櫛歯状電極１３２ｂとが第１の出力端子１０２ａと接続されている。
すなわち、第１の受信ＩＤＴ１１２の基準電位に接続された櫛歯状電極１１２ｂに対応した櫛歯状電極１３２ｂが第１の出力端子１０２ａに接続されており、第１の受信ＩＤＴ１１２の第１の出力端子１０２ａに接続された櫛歯状電極１１２ａに対応した櫛歯状電極１３２ａが基準電位に接続されている。
第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第２の受信ＩＤＴ１１３と第２の弾性表面波フィルタ１０４ｂの第４の受信ＩＤＴ１３３についても同様に接続されている。
第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第２の受信ＩＤＴ１１３と第２の弾性表面波フィルタ１０４ｂの第４の受信ＩＤＴ１３３についても同様に接続されている。
すなわち、第２の受信ＩＤＴ１１３の基準電位に接続された櫛歯状電極１１３ｂに対応した櫛歯状電極１３３ｂが第１の出力端子１０２ｂに接続されており、第２の受信ＩＤＴ１１３の第１の出力端子１０２ｂに接続された櫛歯状電極１１３ａに対応した櫛歯状電極１３３ａが基準電位に接続されている。
したがって、第１の弾性表面波フィルタ１０３ａおよび第２の弾性表面波フィルタ１０４ｂにおいては、第１の励振ＩＤＴ１１１および第２の励振ＩＤＴ１３１とにより励振された同位相の弾性表面波は受信ＩＤＴにおいて位相が１８０°ずれた状態で電気信号に変換されることになる。
つまり、第１の出力端子１０２ａおよび第２の出力端子１０２ｂには、第１の弾性表面波フィルタ１０３ａを経由した信号の位相と、第２の弾性表面波フィルタ１０４ｂを経由した信号の位相とは互いに１８０°ずれた状態で電気信号として出力されることになる。
図４は第１の弾性表面波フィルタ１０３ａと第２の弾性表面波フィルタ１０４ｃとの逆相並列接続した弾性表面波装置１００ｃの１例を模式的に示した図である。この弾性表面波装置１００ｃの第１の弾性表面波フィルタ１０３ａと第２の弾性表面波フィルタ１０４ｃにおいても弾性表面波装置１００ｂと同じように、励振ＩＤＴでは同位相の弾性表面波を励振し、受信ＩＤＴにより位相をずらせるような接続となっている。図３に例示した弾性表面波装置１００ｂが受信ＩＤＴの接続により位相をずらせたものであるのに対して、図４に例示した弾性表面波装置１００ｃにおいては受信ＩＤＴの配設位置により位相をずらせる構造となっている。
弾性表面波装置１００ｃの第１の弾性表面波フィルタ１０３ａについては前述した第１の弾性表面波フィルタ１０３ａ、１０３ｂと同様の構成である。
第２の弾性表面波フィルタ１０４ｃは、入力端子１０１に接続して形成された弾性表面波を励振する第２の励振ＩＤＴ１３１と、この第２の励振ＩＤＴ１３１を挟むように面対称パターンに形成された、弾性表面波を受信する第３の受信ＩＤＴ１４２及び第４の受信ＩＤＴ１４３と、これら受信ＩＤＴのさらに外側に、第２の励振ＩＤＴ１３１、第３の受信ＩＤＴ１４２及び第４の受信ＩＤＴ１４３を挟み込んでキャビティーを形成するように配設された２個の反射電極１４４とから構成されている。
第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第１の励振ＩＤＴ１１１と第２の弾性表面波フィルタ１０４ｃの第２の励振ＩＤＴ１３１との接続は、図３に例示した弾性表面波装置１００ｂの励振ＩＤＴ１１１と励振ＩＤＴ１２１との接続と同じように接続されている。すなわち、第１の励振ＩＤＴ１１１と第２の励振ＩＤＴ１３１とは、入力端子１０１に対して並列に接続されており、それぞれ面対称パターンに対向噛合した１対の櫛歯状電極から構成されている。そして、第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第１の励振ＩＤＴ１１１を構成する入力端子１０１に接続された櫛歯状電極１１１ａに対応する櫛歯状電極１３１ｂが入力端子１０１に接続されており、第１の励振ＩＤＴを構成するもう一方の、基準電位側に接続された櫛歯状電極１１１ｂに対応した櫛歯状電極１３１ａが基準電位側に接続されている。
第１の励振ＩＤＴ１１１と第２の励振ＩＤＴ１３１とをこのように接続することにより、図３に例示した逆相並列接続と同様に、第１の励振ＩＤＴ１１１と第２の励振ＩＤＴ１３１とにより同位相の弾性表面波が励振される。
一方、第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第１の受信ＩＤＴ１１２及び第２の受信ＩＤＴ１１３も、第２の弾性表面波フィルタの第３の受信ＩＤＴ１４２及び第４の受信ＩＤＴ１４３は、前述のように、それぞれ対向噛合した１対の櫛歯状電極から構成されている。
この弾性表面波装置１００ｃにおいては、第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第１の受信ＩＤＴ１１２と、第２の弾性表面波フィルタ１０４ｃの第３の受信ＩＤＴ１４２とは面対称パターンに形成されているが、励振ＩＤＴからの距離が異なるように配設されている。
すなわち、第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第１の励振ＩＤＴ１１１と第１および第２の受信ＩＤＴ１１２、１１３との間の弾性表面波の伝搬距離をＬ1とすると、第２の弾性表面波フィルタ１０４ｃの第２の励振ＩＤＴ１３１と第３および第４の受信ＩＤＴ１４２、１４３との間の弾性表面波の伝搬距離Ｌ2はＬ1よりもλ／２だけ長くなるように配設している。当然ながらλ／２だけ短くなるように配設するようにしてもよい。
そして、第１の受信ＩＤＴ１１２の櫛歯状電極１１２ａと、第３の受信ＩＤＴの櫛歯状電極１４２ｂとが第１の出力端子１０２ａと接続されており、第１の受信ＩＤＴ１１２の櫛歯状電極１１２ｂと、第３の受信ＩＤＴの櫛歯状電極１４２ａとが基準電位に接続されている。すなわち、第１の受信ＩＤＴ１１２の基準電位に接続された櫛歯状電極１１２ｂに対応した櫛歯状電極１４２ｂが第１の出力端子１０２ａに接続されており、第１の受信ＩＤＴ１１２の第１の出力端子１０２ａに接続された櫛歯状電極１１２ａに対応した櫛歯状電極１４２ａが基準電位に接続されている。
第１の弾性表面波フィルタ１０３ａの第２の受信ＩＤＴ１１３と第２の弾性表面波フィルタ１０４ｃの第４の受信ＩＤＴ１４３についても同様に接続されている。すなわち、櫛歯状電極１１３ａと櫛歯状電極１４３ｂとが第２の出力端子１０２ｂに接続されており、櫛歯状電極１１３ｂと櫛歯状電極１４３ａとが基準電位に接続されている。
したがって、図４に例示した弾性表面波装置においては、図３に例示した弾性表面波装置と同様に、第１の励振ＩＤＴ１１１および第２の励振ＩＤＴ１３１とにより励振された同位相の弾性表面波は、受信ＩＤＴにおいて位相が１８０°ずれた状態で電気信号に変換されることになる。
つまり、第１の出力端子１０２ａおよび第２の出力端子１０２ｂに第１の弾性表面波フィルタ１０３ａを経由した信号の位相と、第２の弾性表面波フィルタ１０４ｃを経由した信号の位相とは互いに１８０°ずれた状態で電気信号として出力されることになる。
図１〜図４に例示した本発明の弾性表面波装置は、中心周波数がわずかに異なった第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとを逆相並列接続したものであるが、逆相並列接続した１対の弾性表面波フィルタを多段に接続するようにしてもよい。
図５は図１に例示した電極パターンを１段として、２段にわたってイメージ接続した弾性表面波装置５００の電極パターンの１例を模式的に示す図である。図５に例示した弾性表面波装置５００は、圧電性基板上にＩＤＴを含む導体パターンが形成されたものであり、入力端子１０１と第１の出力端子１０２ａおよび第２の出力端子１０２ｂとの間に、中心周波数ｆ1の第１の弾性表面波フィルタ１０３と、中心周波数ｆ2の第２の弾性表面波フィルタ１０４とが逆相並列接続されている。
同様に、第２の入力端子１０５ａおよび第３の入力端子１０５ｂと第３の出力端子１０６との間にも、中心周波数ｆ1の第３の弾性表面波フィルタ１０７と、中心周波数ｆ2の第４の弾性表面波フィルタ１０８とが逆相並列接続されている。
そして、第１の出力端子１０２ａと第２の入力端子１０５ａとの間、および第２の出力端子１０２ｂと第３の入力端子１０２ｂとの間はそれぞれ接続手段１０９ａ、１０９ｂにより電気的に接続されている。
ここで、第３の弾性表面波フィルタ１０７と第４の弾性表面波フィルタ１０８は、中心周波数がｆ1、ｆ2であり、逆相並列接続されていればよい。
例えば、第１の弾性表面波フィルタ１０３と第２の弾性表面波フィルタ１０４とを逆相並列接続した１段目を図２に例示したような第１の弾性表面波フィルタ１０３ａと第２の弾性表面波フィルタ１０４ａとにより構成し、第３の弾性表面波フィルタ１０７と第４の弾性表面波フィルタ１０８とを逆相並列接続した２段目も図２に例示したような第１の弾性表面波フィルタ１０３ａと第２の弾性表面波フィルタ１０４ａとにより構成するようにしてもよい。
また、１段目を図２に例示したような第１の弾性表面波フィルタ１０３ａと第２の弾性表面波フィルタ１０４ａとにより構成し、弾性表面波フィルタ１０７と第４の弾性表面波フィルタ１０８とを逆相並列接続した２段目は図３に例示したような第１の弾性表面波フィルタ１０３ａと第２の弾性表面波フィルタ１０４ｂとにより構成するようにしてもよい。
さらに、１段目を図２に例示したような第１の弾性表面波フィルタ１０３ａと第２の弾性表面波フィルタ１０４ａとにより構成し、弾性表面波フィルタ１０７と第４の弾性表面波フィルタ１０８とを逆相並列接続した２段目は図４に例示したような第１の弾性表面波フィルタ１０３ａと第２の弾性表面波フィルタ１０４ｃとにより構成するようにしてもよい。
またさらに、１段目を図３に例示したような第１の弾性表面波フィルタ１０３ａと第２の弾性表面波フィルタ１０４ｂとにより構成し、弾性表面波フィルタ１０７と第４の弾性表面波フィルタ１０８とを逆相並列接続した２段目は図４に例示したような第１の弾性表面波フィルタ１０３ａと第２の弾性表面波フィルタ１０４ｃとにより構成するようにしてもよい。
このようにイメージ接続する各段の弾性表面波フィルタ対は中心周波数がｆ1、ｆ2であり、かつ逆相並列接続されていれば、同一パターンでなくともよい。
本発明の弾性表面波装置は、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタを各々の通過周波数帯域をわずかに異ならせて逆相並列に接続することにより、通過周波数帯域内においては、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとは並列動作することによりインピーダンスが約半分に低下する。
また、通過周波数帯域外では信号位相が１８０°異なることにより、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとの信号が互いに打ち消し合うことにより減衰量が確保される。特に、逆相並列接続した１対の弾性表面波フィルタをさらに多段に接続することにより、十分な減衰量が確保され、帯域外特性は大きく向上する。
したがって、従来の直列４段の弾性表面波フィルタと比較すると、弾性表面波装置のチップを小型化することができる。また、弾性表面波フィルタのアパーチャーを狭めることができるため、横モード・スプリアスの発生を防ぐことができ、入受信ＩＤＴに重み付けを施す必要がなくなり、さらなるアパーチャーの増大を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の弾性表面波装置の構成の１例を模式的に示す図であり；
図２は本発明の弾性表面波装置における、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとの逆相並列接続の１例を模式的に示す図であり；
図３は本発明の弾性表面波装置における、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとの逆相並列接続の別の１例を模式的に示す図であり；
図４は本発明の弾性表面波装置における、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとの逆相並列接続のさらに別の１例を模式的に示す図であり；
図５は本発明の弾性表面波装置の構成の別の１例を模式的に示す図であり；
図６は本発明の弾性表面波装置における、逆相並列接続した弾性表面波フィルタ対を２段接続した例を模式的に示す図であり；
図７は図６に例示した本発明の弾性表面波装置における信号伝搬の様子を模式的に示す図であり；
図８は本発明の弾性表面波装置の周波数特性を示す図であり；
図９は本発明の弾性表面波装置の周波数特性を示す図（逆相並列２段接続）であり；
図１０は図６に例示した本発明の弾性表面波装置の、弾性表面波フィルタ対間の周波数差をパラメータとしたときの周波数特性の変化を示す図であり；
図１１は図６に例示した本発明の弾性表面波装置の３ｄＢ低下の周波数帯域幅と、逆相並列接続した弾性表面波フィルタ対の周波数差との関係を示す図であり；
図１２は図６に例示した本発明の弾性表面波装置の段間のＩＤＴの対数と周波数特性との関係を示す図であり；
図１３は図６に例示した本発明の弾性表面波装置の段間のＩＤＴの対数と３ｄＢ低下の周波数帯域幅との関係を示す図であり；
図１４は複数段の弾性表面波フィルタ対を接続する配線の浮遊容量と４ｄＢ低下の周波数帯域幅との関係を示す図であり；
図１５は本発明の弾性表面波装置における横モード・スプリアスの発生レベルの解析を行った結果を示す図であり；
図１６は中心周波数ｆ1を２４４ＭＨｚ（λ＝１４．０μｍ）と設定した弾性表面波フィルタのアパーチャー幅に対する４５°ＸカットＺ伝搬のＬＢＯ基板の各次横モードの周波数分散特性を示す図であり；
図１７は図６に例示した本発明の弾性表面波装置において、第１の励振ＩＤＴ、第２の励振ＩＤＴ、第５の受信ＩＤＴ、第６の受信ＩＤＴの対数を４５．５対、アパーチャーを８．９λと設定した場合の周波数特性を示す図であり；
図１８は従来の弾性表面波装置の電極パターンの１例を模式的に示す図であり；そして、
図１９は図１８に例示した従来の弾性表面波装置の周波数特性を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
実施例１
図６は本発明の弾性表面波装置の電極パターンの１例を模式的に示した図である。
この弾性表面波装置６００は、４５°ＸカットＺ伝搬のＬＢＯからなる圧電性基板上に、入出力の信号位相が相互に実質的に１８０°ずれるように逆相並列接続した第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタを２段にわたってイメージ接続したものである。各段を構成する逆相並列接続された弾性表面波フィルタ対は互いに動作周波数を０．１０〜０．１８％程度ずらせてある。
１段目の弾性表面波フィルタ対は、第１の入力端子６０１と第１の出力端子６０２ａおよび第２の出力端子６０２ｂとの間に逆相並列接続された中心周波数ｆ1の第１の弾性表面波フィルタ６０３と中心周波数ｆ2の第２の弾性表面波フィルタ６０４とから構成されている。ここでは図２に例示した弾性表面波フィルタ対と同様の、相互に実質的に１８０°位相のずれた弾性表面波を励振する弾性表面波フィルタ対を用いている。
２段目の弾性表面波フィルタ対も１段目の弾性表面波フィルタ対と同様の構成であるが、入力端子と出力端子が逆に接続されている。すなわち、第２の入力端子６０５ａおよび第３の入力端子６０５ｂと第３の出力端子６０６との間に逆相並列接続された中心周波数ｆ1の第３の弾性表面波フィルタ６０７と中心周波数ｆ2の第２の弾性表面波フィルタ６０８とから構成されている。ここでは２段目の弾性表面波フィルタ対の電極パターン形状は、１段目の弾性表面波フィルタ対の電極パターン形状と同一形状に形成されている。すなわち、第１の弾性表面波フィルタ６０３と第３の弾性表面波フィルタ６０７とは同一形状に形成されており、第２の弾性表面波フィルタ６０４と第４の弾性表面波フィルタ６０８とは同一形状に形成されている。
第１の弾性表面波フィルタ６０３は、入力端子６０１に接続して形成された弾性表面波を励振する第１の励振ＩＤＴ６１１と、この第１の励振ＩＤＴ６１１を挟むように面対称パターンに形成された、弾性表面波を受信する第１の受信ＩＤＴ６１２及び第２の受信ＩＤＴ６１３と、これら受信ＩＤＴ６１２、６１３のさらに外側に、第１の励振ＩＤＴ６１１、第１の受信ＩＤＴ６１２及び第２の受信ＩＤＴ６１３を挟み込んで共振器として動作するようキャビティーを形成するように配設された２個の反射電極６１４とから構成されている。
第２の弾性表面波フィルタ６０４も、入力端子６０１に接続して形成された弾性表面波を励振する第２の励振ＩＤＴ６２１と、この第２の励振ＩＤＴ６２１を挟むように面対称パターンに形成された、弾性表面波を受信する第３の受信ＩＤＴ６２２及び第４の受信ＩＤＴ６２３と、これら受信ＩＤＴ６２２、６２３のさらに外側から、第２の励振ＩＤＴ６２１、第３の受信ＩＤＴ６２２及び第４の受信ＩＤＴ６２３を挟み込んで共振器として動作するようキャビティーを形成するように配設された１対の反射電極６２４とから構成されている。そして、第１の弾性表面波フィルタ６０３と第２の弾性表面波フィルタ６０４とは、例えばＩＤＴの櫛歯状電極のピッチを変えるなどして、その動作周波数がわずかに異なるように設計して配設されている。
第１の弾性表面波フィルタ６０３と第２の弾性表面波フィルタ６０４とは図２に例示した弾性表面波装置１００ａと同様の接続方法で逆相並列に接続されている。
すなわち、第１の弾性表面波フィルタ６０３の第１の励振ＩＤＴ６０３と第２の弾性表面波フィルタの第２の励振ＩＤＴ６２１とは、入力端子に対して並列に接続されており、それぞれ対向噛合した１対の櫛歯状電極から構成されている。そして、第１の弾性表面波フィルタ６０３の第１の励振ＩＤＴ６１１を構成する櫛歯状電極のうち入力端子６０１に接続された櫛歯状電極に対応する第２の弾性表面波フィルタ６０４の第２の励振ＩＤＴ６２１の櫛歯状電極は基準電位側に接続されている。
これに対し、第１の弾性表面波フィルタ６０３の第１の励振ＩＤＴ６１１を構成する櫛歯状電極のうち基準電位に接続された櫛歯状電極に対応する、第２の弾性表面波フィルタ６０４の第２の励振ＩＤＴ６２１の櫛歯状電極が入力端子６０１にされている。
第１の励振ＩＤＴ６１１と第２の励振ＩＤＴ６２１とをこのように接続することにより、第１の弾性表面波フィルタ６０３と第２の弾性表面波フィルタ６０４とでは、励振される弾性表面波の位相が実質的に１８０°ずれることになる。
一方、前述のように第１の弾性表面波フィルタ６０３と第２の弾性表面波フィルタ６０４とでは受信ＩＤＴでは伝搬してきた弾性表面波の位相はずれることはない。
したがって、第１の出力端子６０２ａおよび第２の出力端子６０２ｂに第１の弾性表面波フィルタ６０３を経由した信号の位相と、第２の弾性表面波フィルタ６０４を経由した信号の位相とは互いに実質的に１８０°ずれた状態で電気信号として出力されることになる。
つぎに図６に例示した弾性表面波装置６００を構成する２段目の弾性表面波フィルタ対について説明する。
第３の弾性表面波フィルタ６０７は、第２の入力端子６０５ａに接続して形成された弾性表面波を励振する第３の励振ＩＤＴ６３１と、第３の入力端子６０５ｂに接続して形成された弾性表面波を励振する第４の励振ＩＤＴ６３２と、この第３の励振ＩＤＴ６３１と第４の励振ＩＤＴ６３２とに挟まれるように形成された、弾性表面波を受信する第５の受信ＩＤＴ６３３と、これら励振ＩＤＴ６３１、６３２のさらに外側から、第３の励振ＩＤＴ６３１および第４の励振ＩＤＴ６３２と第５の受信ＩＤＴ６３３とを挟み込んで共振器として動作するようキャビティーを形成するように配設された２個の反射電極６３４とから構成されている。
また、第１の出力端子６０２ａと第２の入力端子６０５ａとの間は、例えば第１乃至第４の弾性表面波フィルタと同一基板上に形成された導体薄膜からなる配線６０９ａにより電気的に接続されている。第２の出力端子６０２ｂと第３の入力端子６０５ｂとの間についても配線６０９ｂにより同様に接続されている。
第４の弾性表面波フィルタ６０８も、第２の入力端子６０５ａに接続して形成された弾性表面波を励振する第５の励振ＩＤＴ６４１と、第３の入力端子６０５ｂに接続して形成された弾性表面波を励振する第６の励振ＩＤＴ６４２と、この第５の励振ＩＤＴ６４１と第６の励振ＩＤＴ６４２とに挟まれるように形成された、弾性表面波を受信する第６の受信ＩＤＴ６４３と、これら第５の励振ＩＤＴ６４１および第６の励振ＩＤＴ６４２と第６の受信ＩＤＴ６４３とを挟み込んで共振器として動作するようキャビティーを形成するように配設された２個の反射電極６４４とから構成されている。
このように図６に例示した弾性表面波素子６００では、２段目の弾性表面波フィルタ対を構成する電極パターン形状は１段目と同一であり、入出力端子が逆になっている。したがって、励振される弾性表面波の位相は弾性表面波フィルタ対間でずれることはない。一方、第３の弾性表面波フィルタ６０７と第４の弾性表面波フィルタ６０８とでは受信ＩＤＴにおいて伝搬してきた弾性表面波の位相が実質的に１８０°ずれることになる。
したがって、第３の出力端子６０６においては、第３の弾性表面波フィルタ６０７を経由した信号の位相と、第４の弾性表面波フィルタ６０８を経由した信号の位相とは互いに実質的に１８０°ずれた状態で電気信号として出力される。
図６に例示した本発明の弾性表面波装置では、１段目の弾性表面波フィルタ対と２段目の弾性表面波フィルタ対とを同一形状に形成したが、前述のように１段目と２段目の形状を変えるようにしてもよい（図２〜図４参照）。
実施例２
ここで、図６に例示した本発明の弾性表面波装置により、信号の伝搬について説明する。
この弾性表面波装置６００では、入力端子６０１から入力された電気信号は第１の弾性表面波フィルタの第１の励振ＩＤＴ６１１、第２の弾性表面波フィルタ６０４の第２の励振ＩＤＴ６２１に入力されて弾性表面波に変換される。前述のように、図６に例示した弾性表面波装置６００では、第１の励振ＩＤＴと第２の励振ＩＤＴ６２１とでは位相が実質的に１８０°ずれた弾性表面波が励振される。
第１の励振ＩＤＴ６１１により励振された弾性表面波は両側に伝搬し、第１の受信ＩＤＴ６１２および第２の受信ＩＤＴ６１３で再び電気信号に変換される。
第２の励振ＩＤＴ６１２により励振された弾性表面波も同様に両側に伝搬し、第３の受信ＩＤＴ６２２および第４の受信ＩＤＴ６２３で再び電気信号に変換される。第１の弾性表面波フィルタ６０３および第２の弾性表面波フィルタ６０４の受信ＩＤＴにおいては、受信した弾性表面波を電気信号に変換する際に位相がずれることはない。したがって、第１の出力端子６０２ａおよび第２の出力端子６０２ｂには、第１の弾性表面波フィルタ６０３を経由した信号と、この信号と実質的に１８０°位相のずれた第２の弾性表面波フィルタ６０４を経由した信号とが出力される。
第１の出力端子６０２ａに出力した信号は、配線６０９ａを通じて２段目の弾性表面波フィルタ対の第２の入力端子６０５ａに入力される。同様に第２の出力端子６０２ｂに出力した信号は、配線６０９ｂを通じて２段目の弾性表面波フィルタ対の第３の入力端子６０５ｂに入力される。
第２の入力端子６０５ａおよび第３の入力端子６０５ｂから、第３の弾性表面波フィルタ６０７および第４の弾性表面波フィルタ６０８に入力された電気信号は、第３の励振ＩＤＴ６３１、第４の励振ＩＤＴ６３２、第５の励振ＩＤＴ６４１、第６の励振ＩＤＴ６４２により再び弾性表面波に変換される。２段目の弾性表面波フィルタ対を構成する第３の弾性表面波フィルタ６０７と第４の弾性表面波フィルタ６０８とは、励振する弾性表面波の位相はずれることはない。
第３の励振ＩＤＴ６３１と第４の励振ＩＤＴ６３２とにより励振された弾性表面波は、第５の受信ＩＤＴ６３３により受信され、第５の励振ＩＤＴ６４１と第６の励振ＩＤＴ６４２とにより励振された弾性表面波は、第６の受信ＩＤＴ６４３により受信される。この際、第５の受信ＩＤＴ６３３と第６の受信ＩＤＴ６４３とにより、伝搬してきた弾性表面波はその位相が互いに実質的に１８０°ずれた状態で電気信号に変換され、第３の出力端子６０６に出力される。
図７は本発明の弾性表面波装置６００の信号伝搬の様子を模式的に示した図である。
図６に例示した弾性表面波装置６００では、１段目の弾性表面波フィルタ対も２段目の弾性表面波フィルタ対も図２に例示したような逆相並列接続を採用したが、各段の弾性表面波フィルタ対の構成は中心周波数がわずかにずれていることと、逆相並列接続されているならば図２以外の逆相並列接続を採用することができる。例えば、１段目の弾性表面波フィルタ対と２段目の弾性表面波フィルタ対とに、図２乃至図４に例示した逆相並列接続を適宜組み合わせて採用するようにしてもよい。
２段目の弾性表面波フィルタ対に図３または図４に例示したような逆相並列接続を採用した場合、第３の励振ＩＤＴ６３１および第４の励振ＩＤＴ６３２により励振される弾性表面波と、第５の励振ＩＤＴ６４１および第６の励振ＩＤＴ６４２により励振される弾性表面波とは、その位相が実質的に１８０°ずれることになるが、第５の受信ＩＤＴ６３３と第６の受信ＩＤＴ６４３とにより位相がずれることはない。
実施例３
以下に本発明の弾性表面波装置の周波数特性について説明する。
図６に例示した弾性表面波装置６００においては、第１の弾性表面波フィルタ６０３の中心周波数ｆ1（約２４４ＭＨｚ）と第２の弾性表面波フィルタ６０４の中心周波数ｆ2および第３との弾性表面波フィルタ６０７の中心周波数ｆ1と第２の弾性表面波フィルタ６０８のの中心周波数ｆ2とは、Δｆ＝ｆ2−ｆ1＝０．３ＭＨｚだけ異なるように設定されている。
この弾性表面波装置の周波数特性を図８及び図９を用いて説明する。
図８は図２または図６（１段目）に例示した構成の本発明の弾性表面波装置の周波数特性を示す図である。
ここでは第１の励振ＩＤＴ６１１、第２の励振ＩＤＴ６２２、第５の受信ＩＤＴ６３３、第６の受信ＩＤＴ６４３を２０．５対とし、第１の受信ＩＤＴ６１２、第２の受信ＩＤＴ６１３、第３の受信ＩＤＴ６２２、第４の受信ＩＤＴ６２３、第３の励振ＩＤＴ６３１、第４の励振ＩＤＴ６３２、第５の励振ＩＤＴ６４１、第６の励振ＩＤＴ６４２を８対とした。
また、各弾性表面波フィルタの励振ＩＤＴと受信ＩＤＴとの間の距離を３λ（λ＝ｖs／ｆi；ｖsは弾性表面波の位相速度、ｆiは弾性表面波フィルタが動作する中心周波数）とし、受信ＩＤＴと反射電極との間距離を０．３７５λとし、反射電極の電極本数を１２０本とした。
さらに、励振ＩＤＴ、受信ＩＤＴ及び反射電極の長さ（アパーチャー）を０．１２ｍｍ、入出力終端インピーダンスを４００Ωとした。また、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタでは中心周波数が０．３ＭＨｚ異なるように設定している。
図８には、逆相並列接続した１段の弾性表面波フィルタ対の周波数特性８００と比較して、第１の弾性表面波フィルタ６０３単独での特性８０１および第２の弾性表面波フィルタ６０４単独での特性８０２についても示した。
また、逆相並列接続された第１の弾性表面波フィルタ６０３と第２の弾性表面波フィルタ６０４とにより生じる位相差８０４についても合わせて示した。
第１の弾性表面波フィルタ６０３と第２の弾性表面波フィルタ６０４とからなる弾性表面波フィルタ対の位相差は、弾性表面波フィルタの通過周波数帯域近傍では１１０〜１４０°の位相差となっているが、阻止域ではほぼ逆相（実質的に１８０°位相差）となっていることがわかる。したがって、１段の弾性表面波フィルタ対では第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタの通過周波数帯域が重なった通過周波数帯域が得られ、同時に阻止域では第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとの信号がお互いにキャンセルして十分な減衰量が得られる。
図９は逆相並列接続された第１の弾性表面波フィルタ６０３と第２の弾性表面波フィルタ６０４とからなる１段目の弾性表面波フィルタ対と、逆相並列接続された第３の弾性表面波フィルタ６０７と第４の弾性表面波フィルタ６０８とからなる２段目の弾性表面波フィルタ対とをイメージ接続した場合に得られる周波数特性を示す図である。各段を構成する弾性表面波フィルタ対の中心周波数差は０．３ＭＨｚである。
比較のため、図中には逆相並列接続した１段の弾性表面波フィルタ対の周波数特性もあわせて示した。この１段の周波数特性は図２に例示した弾性表面波装置の周波数特性に相当するものである。またこの周波数特性は、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとを直列２段接続した際に得られる周波数特性に相当するものである。
本発明の弾性表面波装置では、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタを各々の通過周波数帯域をわずかに異ならせて逆相並列に接続することにより、通過周波数帯域内においては、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとが並列動作することによりインピーダンスを約半分に低下することができる。また、通過周波数帯域外では信号位相が実質的に１８０°異なることにより、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとの信号が互いに打ち消し合うことにより減衰量が確保することができる。
逆相並列接続した１段の弾性表面波フィルタは、直列２段接続した弾性表面波フィルタと実質的に同等であり、特に、逆相並列接続した１対の弾性表面波フィルタをさらに多段に接続することにより、通過周波数帯域外での減衰量がさらに大きくなり、帯域外特性が大きく向上していることがわかる。
さらに、本発明の弾性表面波装置は通過周波数帯域においては、２つの弾性表面波フィルタが並列に接続されるため、弾性表面波フィルタの入出力インピーダンスを下げることができ、この結果、弾性表面波フィルタのチップサイズを小さくすることができる。特に、弾性表面波フィルタのアパーチャーの方向の大きさを約半分程度まで縮減することができる。このことは、移動体通信などチップサイズの小型化が求められている分野においてはとりわけ大きな利点となるだけでなく、横モード・スプリアスを抑制することができ、ＩＤＴの電極抵抗を低下し損失を低減することができる。さらにこのことは、同一のチップサイズであればその周波数特性が格段に優れていることを意味する。
図９に示した弾性表面波装置のチップサイズはボンディングパッドも含め約２．８ｍｍ×３．０ｍｍ角程度となり、例えば図１８に例示した従来の直列４段の弾性表面波フィルタ装置と比較しても、その大きさを格段に小型化することができる。
実施例４
次に一対の弾性表面波フィルタ対を逆相並列接続する際の好適な条件について説明する。
図１０は図６を用いて説明した本発明の弾性表面波装置（逆相並列接続した弾性表面波フィルタ対の２段構成）において、弾性表面波フィルタ対間の周波数差をパラメータとして変化させた場合の弾性表面波装置の周波数特性の変化を示したものである。
図１１はこの弾性表面波装置の周波数特性を特徴づけるために、３ｄＢ低下の周波数帯域幅を、逆相並列接続した弾性表面波フィルタ対の周波数差に対してプロットした図である。
図１０および図１１からわかるように、本発明の弾性表面波装置は弾性表面波フィルタ対間の周波数差を広げるにしたがって、その通過周波数帯域幅が拡大する。しかしながら周波数差を広げすぎると、通過周波数帯域内にリップルが現れて再び通過周波数帯域が減少することがわかる。
図１１から実質的に利用できる弾性表面波フィルタ対間の周波数差は、中心周波数が２４４ＭＨｚの弾性表面波フィルタにおいては０．２５〜０．４５ＭＨｚの範囲、すなわち中心周波数で規格化した周波数差では０．１０〜０．１８％の範囲に設定することが好適である。
実施例５
図１２は図６に例示した本発明の弾性表面波装置（逆相並列接続弾性表面波フィルタ対の２段構成）を構成する段間ＩＤＴ、すなわち第１の弾性表面波フィルタ６０３、第２の弾性表面波フィルタ６０４、第３の弾性表面波フィルタ６０７および第４の弾性表面波フィルタ６０８の、第１の受信ＩＤＴ６１２、第２の受信ＩＤＴ６１４、第３の受信ＩＤＴ６２２、第４の受信ＩＤＴ６２３、第３の励振ＩＤＴ６３１、第４の励振ＩＤＴ６３２、第５の励振ＩＤＴ６４１および第６の励振ＩＤＴ６４２の電極対数をパラメータとして変えた場合の弾性表面波フィルタの周波数特性の変化を示したものである。
図１３はこの弾性表面波装置の周波数特性を特徴づけるために、３ｄＢ低下の帯域幅を逆相並列接続した弾性表面波フィルタ対を構成する、第１の受信ＩＤＴ６１２、第２の受信ＩＤＴ６１４、第３の受信ＩＤＴ６２２、第４の受信ＩＤＴ６２３、第３の励振ＩＤＴ６３１、第４の励振ＩＤＴ６３２、第５の励振ＩＤＴ６４１および第６の励振ＩＤＴ６４２の対数に対してプロットした図である。
図１２からわかるように、本発明の弾性表面波装置は第１の受信ＩＤＴ６１２、第２の受信ＩＤＴ６１４、第３の受信ＩＤＴ６２２、第４の受信ＩＤＴ６２３、第３の励振ＩＤＴ６３１、第４の励振ＩＤＴ６３２、第５の励振ＩＤＴ６４１および第６の励振ＩＤＴ６４２の対数を増やすにしたがって、その通過周波数帯域幅が拡大するが、その対数が９対を越えると通過周波数帯域内にリップルが現れ再び帯域幅が減少することがわかる。したがって、これらのＩＤＴの対数は９対以下に設定することが好適である。
一方、図１３からわかるようにＩＤＴの対数を増やすにしたがって、３ｄＢ帯域幅が拡大するが、その対数が８対を越えると再び３ｄＢ帯域幅が減少することがわかる。したがって、例えば３ｄＢ帯域幅として０．３５ＭＨｚ以上の帯域幅を確保しようとする場合にはこれらのＩＤＴの対数は５〜８対に設定することが好適である。この対数では通過周波数帯域内にリップルが現れ帯域幅が減少することはない。
実施例６
図１４は、複数段の弾性表面波フィルタ対を接続する配線の浮遊容量と４ｄＢ低下の周波数帯域幅との関係を示す図である。
例えば段間接続により形成される浮遊容量が１．５ｐＦである場合、０．３５ＭＨｚ以上の帯域幅を確保するためにはＩＤＴの対数を１０対以上にすればよいことがわかる。また例えば、段間接続により形成される浮遊容量が２．５ｐＦである場合、０．３５ＭＨｚ以上の帯域幅を確保するためにはＩＤＴの対数を１３対以上にすればよいことがわかる。このように本発明の弾性表面波装置においては、段間接続により浮遊容量が形成される場合でも、ＩＤＴの対数を最適化することによって十分な帯域幅を確保することができる。
実施例７
次に本発明の弾性表面波装置において横モード・スプリアスを抑える手段を説明する。
図１５は本発明の弾性表面波装置（逆相並列接続弾性表面波フィルタの２段構成）における横モード・スプリアスの発生レベルの解析を行った結果を示す図である。周波数差を０．３ＭＨｚ、第１および第２の弾性表面波フィルタの励振ＩＤＴ、第３および第４の弾性表面波フィルタの受信ＩＤＴを２０．５対、アパーチャー幅を２５．７λ（λは電極の配設周期）とした。
図１５において、１ｓｔとして基本の横モードの信号成分（図９と同じもの）を示し、３ｒｄ、５ｔｈとしてそれぞれ３次と５次の横モードの信号成分を示した。図１５から明らかなように、高次の横モード・スプリアスは弾性表面波フィルタの帯域外特性を劣化させてしまう。
図１６は、中心周波数ｆ1を２４４ＭＨｚ（λ＝１４．０μｍ）と設定した弾性表面波フィルタのアパーチャー幅に対する４５°ＸカットＺ伝搬のＬＢＯ基板の各次横モードの周波数分散特性を示す図である。
図６に例示した弾性表面波装置においてアパーチャー幅を２５．７λに設定した場合、５次までの高次横モードスプリアスが発生することがわかる。
アパーチャーを１０λ以下に設定した場合には３次以降の高次の横モードはカットオフ周波数以上となり横モードの発生はなくなることがわかる。
図１７は図６に例示した本発明の弾性表面波装置（逆相並列接続弾性表面波フィルタの２段構成）において、第１の励振ＩＤＴ６１１、第２の励振ＩＤＴ６２１、第５の受信ＩＤＴ６３３、第６の受信ＩＤＴ６４３の対数を４５．５対、アパーチャーを８．９λと設定した場合の周波数特性を示す図である。図９と同様に第１の励振ＩＤＴ６１１、第２の励振ＩＤＴ６２１、第５の受信ＩＤＴ６３３、第６の受信ＩＤＴ６４３の対数を２０．５対とした場合の周波数特性も比較のため示した。
第１の励振ＩＤＴ６１１、第２の励振ＩＤＴ６２１、第５の受信ＩＤＴ６３３、第６の受信ＩＤＴ６４３の対数を４５．５対に設定した弾性表面波装置は、これらのＩＤＴを２０．５対と設定した場合と比較しても、その通過周波数帯域内の特性をほとんど損なわれていないことがわかる。
産業上の利用可能性
本発明の弾性表面波装置は、わずかに中心周波数の異なる２つの弾性表面波フィルタを逆相並列接続することにより、弾性表面波フィルタとしての通過周波数帯域の帯域幅を拡大することができる。
また、本発明の弾性表面波装置は、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタを各々の通過周波数帯域をわずかに異ならせて逆相並列に接続することにより、通過周波数帯域内においては、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとは並列動作することによりインピーダンスを約半分に低下することができる。
また、通過周波数帯域外では信号位相が１８０°異なることにより、第１の弾性表面波フィルタと第２の弾性表面波フィルタとの信号が互いに打ち消し合うことにより減衰量が確保することができる。特に、逆相並列接続した１対の弾性表面波フィルタをさらに多段に接続することにより、十分な減衰量が確保され、帯域外特性は大きく向上することができる。
したがって、従来の直列４段の弾性表面波フィルタ装置と比較すると、弾性表面波装置のチップを小型化することができる。したがって、移動体通信などチップサイズの小型化が求められている用途においてはとりわけ好適な弾性表面波装置である。
また、小型化により弾性表面波フィルタのアパーチャーを狭めることができるため、横モード・スプリアスの発生を防ぐことができ、ＩＤＴの電極抵抗を低下し損失を低減することができる。また、横モード・スプリアスの発生も抑制でき、帯域外特性を向上することができる。さらに、入受信ＩＤＴに重み付けを施す必要がなくなり、さらなるアパーチャーの増大を防ぐことができる。
Claims (3)
- 圧電性基板と、
前記圧電性基板上で第１の入力端子と第１の出力端子との間に配設された、中心周波数ｆ1を有する２ポート３ＩＤＴの第１の弾性表面波フィルタであって、前記第１の入力端子に接続され、前記第１の入力端子に入力された電気信号により第１の弾性表面波を励振する第１の励振ＩＤＴと、前記第１の励振ＩＤＴの両側に配設され、前記第１の弾性表面波を受信して電気信号に変換する第１の受信ＩＤＴおよび第２の受信ＩＤＴとを備える第１の弾性表面波フィルタと、
前記第１の入力端子と前記第１の出力端子との間に前記第１の弾性表面波フィルタと並列に配設された、前記中心周波数ｆ1とわずかに異なる中心周波数ｆ2を有する２ポート３ＩＤＴの第２の弾性表面波フィルタであって、前記第１の入力端子に接続され、前記第１の入力端子に入力された電気信号により前記第１の弾性表面波と１８０°位相の異なった第２の弾性表面波を励振する第２の励振ＩＤＴと、前記第２の励振ＩＤＴの両側に配設され、前記第２の弾性表面波を受信して電気信号に変換する第３の受信ＩＤＴおよび第４の受信ＩＤＴとを備える第２の弾性表面波フィルタとを具備し、
前記第１の入力端子から前記第１の弾性表面波フィルタを経由して前記第１の出力端子に出力される信号の位相と、前記第２の弾性表面波フィルタを経由して前記第１の出力端子に出力される信号の位相とが実質的に１８０°異なることを特徴とする弾性表面波装置。 - 圧電性基板と、
前記圧電性基板上で第１の入力端子と第１の出力端子との間に配設された、中心周波数ｆ1を有する２ポート３ＩＤＴの第１の弾性表面波フィルタであって、前記第１の入力端子と接続され、前記第１の入力端子に入力された電気信号により第１の弾性表面波を励振する第１の励振ＩＤＴと、前記第１の励振ＩＤＴの両側に配設され、前記第１の弾性表面波を受信して電気信号に変換する第１の受信ＩＤＴおよび第２の受信ＩＤＴとを備える第１の弾性表面波フィルタと、
前記第１の入力端子と前記第１の出力端子との間に前記第１の弾性表面波フィルタと並列に配設された、前記中心周波数ｆ1とわずかに異なる中心周波数ｆ2を有する２ポート３ＩＤＴの第２の弾性表面波フィルタであって、前記第１の入力端子と接続され、前記第１の入力端子に入力された電気信号により前記第１の弾性表面波と同位相の第２の弾性表面波を励振する第２の励振ＩＤＴと、前記第２の励振ＩＤＴの両側に配設され、前記第２の弾性表面波を受信して前記第１の受信ＩＤＴおよび第２の受信ＩＤＴとは位相が実質的に１８０°異なるような電気信号に変換する第３の受信ＩＤＴおよび第４の受信ＩＤＴとを備える第２の弾性表面波フィルタとを具備し、
前記第１の入力端子から前記第１の弾性表面波フィルタを経由して前記第１の出力端子に出力される信号の立相と、前記第２の弾性表面波フィルタを経由して前記第１の出力端子に出力される信号の立相とが実質的に１８０°異なることを特徴とする弾性表面波装置。 - 圧電性基板上にＩＤＴが形成された弾性表面波装置において、
第１の入力端子と、
前記第１の入力端子に接続され、前記第１の入力端子に入力された電気信号により第１の弾性表面波を励振する第１の励振ＩＤＴと、前記第１の励振ＩＤＴの両側に配設され、前記第１の弾性表面波を受信して電気信号に変換する第１の受信ＩＤＴおよび第２の受信ＩＤＴとからなる、第１の中心周波数を有する第１の弾性表面波フィルタと、
前記第１の入力端子に接続され、前記第１の入力端子に入力された電気信号により前記第１の弾性表面波と実質的に１８０°位相の異なった第２の弾性表面波を励振する第２の励振ＩＤＴと、前記第２の励振ＩＤＴの両側に配設され、前記第２の弾性表面波を受信して電気信号に変換する第３の受信ＩＤＴおよび第４の受信ＩＤＴとからなる、前記第１の中心周波数とわずかに異なる第２の中心周波数を有する第２の弾性表面波フィルタと、
前記第１の受信ＩＤＴおよび前記第３の受信ＩＤＴと並列に接続された第１の出力端子と、
前記第２の受信ＩＤＴおよび前記第４の受信ＩＤＴと並列に接続された第２の出力端子と、
前記第１の出力端子と接続した第２の入力端子と、
前記第２の出力端子と接続した第３の入力端子と、
前記第２の入力端子と接続され、この入力端子に入力された電気信号により第３の弾性表面波を励振する第３の励振ＩＤＴと、前記第３の入力端子と接続され、この入力端子に入力された電気信号により前記第３の弾性表面波を励振する第４の励振ＩＤＴと、前記第３の励振ＩＤＴと前記第４の励振ＩＤＴとの間に配設され、前記第３の弾性表面波を受信して電気信号に変換する第５の受信ＩＤＴとからなる、前記第１の中心周波数を有する前記第３の弾性表面波フィルタと、
前記第２の入力端子と接続され、この入力端子に入力された電気信号により前記第３の弾性表面波を励振する前記第５の励振ＩＤＴと、前記第３の入力端子と接続され、この入力端子に入力された電気信号により第４の弾性表面波を励振する前記第６の励振ＩＤＴと、前記第５の励振ＩＤＴと前記第６の励振ＩＤＴとの間に配設され、第４の弾性表面波を受信して電気信号に変換する第６の受信ＩＤＴとからなる、前記第２の中心周波数を有する第４の弾性表面波フィルタと、
前記第５の受信ＩＤＴおよび前記第６の受信ＩＤＴと並列に接続された第３の出力端子と
を具備したことを特徴とする弾性表面波装置。
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