JP4468185B2 - 等しい共振周波数を有する共振器フィルタ構造体 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部（プリアンブル部）に係る共振器フィルタ構造体に関する。

より具体的には、本発明は、中心周波数ｆ_Ｃ、下限遮断周波数ｆ_Ｌ、上限遮断周波数ｆ_Ｕとしての周波数によって規定することができる通過帯域を与えるために配置された共振器フィルタ構造体、特に無線周波数（ＲＦ）フィルタ構造体であって、入力ポートと出力ポートとの間に、格子ブランチ及び直列ブランチである二つの格子ブランチタイプを有する格子タイプフィルタ部を少なくとも備え、共振素子が、共振周波数ｆ_Ｘ１Ｒ及び***振周波数ｆ_Ｘ１Ａを有する直列アームとして上記直列ブランチに配置され、共振素子が、共振周波数ｆ_Ｘ２Ｒ及び***振周波数ｆ_Ｘ２Ａを有する格子アームとして上記格子ブランチに配置されている共振器フィルタ構造体に関する。

移動体通信の発達に伴って、携帯ユニットは、さらに小型になるとともに、益々複雑化している。これにより、移動体通信手段において使用される部品及び構造の小型化の要求が高まっている。このことは、小型化の要求が高まっているにも拘わらず、かなりの電力レベルに耐えることができなければならず、また、非常に切り立った（急峻な）通過帯域エッジと低い損失とを有していなければならず、また、望ましくは狭い通過帯域を与えなければならない無線周波数（ＲＦ）フィルタ構造体に関係している。ＧＨｚの帯域において高周波を使用するため、ＲＦフィルタ構造体を形成する専用の回路素子が必要であり、また、高周波関連の懸案事項を処理しなければならない。

従って、電気信号のためのフィルタ回路においては、機械的な共振器特性を使用することが知られている。これらの共振器は、利用された種類の機械的振動から導き出される二つの種類に分けることができる。第１の場合においては、固体表面の表面音響（弾性表面）振動モードが使用される。このモードにおいて、振動は、固体の表面に限定され、そのため、表面から離れると急速に減衰する。即ち、表面音波は、固体材料の表面上を伝播している。この場合、機械的な波又は音波はそれぞれ、周波数選択動作を引き起こす、適切に形成された電気接続部を介して結合されたり切り離されたりする。使用される表面音波に起因して、そのような素子は、表面音波（ＳＡＷ）フィルタ又はＳＡＷ共振器と呼ばれる。ＳＡＷ共振器は、一般に、圧電固体と、電極としての二つのインターデジタル構造とを備えている。共振素子を含むオシレータやフィルタのような様々な回路がＳＡＷ共振器を用いて製造される。このＳＡＷ共振器は、サイズが非常に小さいという利点を有するが、残念なことに、高い電力レベルに耐えるには弱い。

第２の場合においては、電気的接続のために少なくとも二つの電極間に挟まれたバルク材料の機械的振動が使用される。一般に、バルク材料は、二つの電極間に配置された単一の圧電層（圧電）である。金属−圧電−金属サンドイッチの両端間に交流電圧が印加されると、バルク材料全体が拡張及び収縮し、これにより、機械的な振動が形成される。この振動は、ＳＡＷの場合のように、表面に制限されるのとは対照的に、材料のバルク中にある。従って、そのような素子は、バルク音波（ＢＡＷ）共振器と呼ばれる。ＢＡＷ共振器は、多くの場合、様々な位相幾何学的構造（接続形態）を有する帯域通過フィルタにおいて使用される。更なる公知のＢＡＷ共振素子は、薄膜バルク音響共振器、いわゆるＦＢＡＲである。このＦＢＡＲは、一般に基板に対して強固に実装される前述したＢＡＷとは異なり、空気中において金属−圧電−金属サンドイッチを形成するために、薄膜半導体プロセスを使用して形成される。

ＳＡＷ共振器又はＢＡＷ共振器の電気的な作用は、添付の図２に示される等価回路によってかなり正確に特徴付けられる。図２には、等価インダクタンスＬｓと等価キャパシタンスＣｓと等価抵抗Ｒｓとの直列の結合体を構成するブランチが存在する。Ｌｓ及びＣｓはそれぞれ動インダクタンス及び動キャパシタンスであり、Ｒｓは共振器の音響損失を表わしている。これらの直列素子は、圧電材料の誘電特性から得られるキャパシタンスＣｐに対して並列に接続される。従って、各ＳＡＷ又はＢＡＷ共振器は、直列共振周波数及び並列共振周波数である二つの特徴的な共振周波数を有している。前者は共振周波数ｆ_Ｒと通常呼ばれ、後者は***振周波数ｆ_Ａとしても知られている。

ＢＡＷ又はＳＡＷ素子を備える回路は、一般には、前述した素子等価回路を考慮するとさらに良く理解することができる。個々の共振素子の直列共振は、等価インダクタンスＬｓ及び等価キャパシタンスＣｓによって引き起こされる。直列共振周波数よりも低い周波数において、共振素子のインピーダンスは容量的である。共振素子の直列共振周波数よりも高いが、並列キャパシタンスＣｐによって引き起こされる共振素子の並列共振周波数よりも低い周波数において、共振素子のインピーダンスは誘導的である。また、並列共振周波数よりも高い周波数においても、共振素子のインピーダンスは容量的である。

信号周波数に関する共振素子のインピーダンス特性において、共振素子の（直列）共振周波数ｆ_Ｒでは、共振素子のインピーダンスは低い。即ち、素子の損失が無い理想的な場合には、共振素子が短絡回路のように機能する。並列共振周波数即ち***振周波数ｆ_Ａでは、共振素子のインピーダンスが高い。即ち、損失が無い理想的な場合には、インピーダンスが無限であり、装置は、***振周波数において開回路のようなものである。従って、共振周波数及び***振周波数（ｆ_Ｒ及びｆ_Ａ）は、フィルタの設計においては重要な設計パラメータである。共振周波数及び***振周波数は、各共振素子の圧電層の厚さ及び／又は質量負荷の大きさのようなプロセスパラメータによって決定される。

ＢＡＷ共振素子に関する第１の公知のフィルタタイプは、ラダータイプの接続形態として知られる接続形態で構成される。この説明のため、ＢＡＷ共振素子から主に形成されるラダータイプフィルタを「ＢＡＷラダーフィルタ」と称する。ＢＡＷラダーフィルタは、一般に、一つ又は複数のＢＡＷ共振器がフィルタ内で直列接続され且つ一つ又は複数のＢＡＷ共振器がフィルタ内で分路接続されるように形成される。また、ＢＡＷラダーフィルタは、一般に、直列接続された「直列共振器」とも呼ばれる共振器が各フィルタの所望の周波数即ち設計周波数又は中心周波数とほぼ等しい若しくは当該周波数に近い周波数で直列共振を生じるように形成される。さらに、分路接続された「分路共振器」又は「並列共振器」とも呼ばれる共振器は、各フィルタの所望の中心周波数とほぼ等しい又は当該周波数に近い周波数で並列共振を生じる。

フィルタのための第２の公知の回路接続形態は、回路接続形態が平衡ブリッジ構造とも呼ばれるＢＡＷ格子回路である。そのようなＢＡＷ格子回路は、総てのブランチがほぼ等しいインピーダンスを有する場合には阻止帯域を有し、一方のブランチタイプ即ち直列アーム又は格子アームがそれぞれ誘導的に振る舞い且つ他方が容量的に振る舞う場合には通過帯域を有する。図４は、一般にフィルタ設計において使用される二つの異なるＢＡＷ共振素子ＢＡＷ−１，ＢＡＷ−２のインピーダンス特性を示している。ＢＡＷ−１及びＢＡＷ−２は、ＢＡＷ−１の***振周波数ｆ_Ａ１がＢＡＷ−２の共振周波数ｆ_Ｒ２とほぼ等しくなるように形成される。従って、前述した回路接続形態に基づくそのような二つのタイプのＢＡＷ共振器を用いると、最低共振周波数（ここではｆ_Ｒ１）と最高***振周波数（ここではｆ_Ａ２）との間の差Δｆにほぼ一致する通過帯域を有するＢＡＷ共振器フィルタを構成することができることが分かる。直列又は水平共振器が一方のタイプからなり且つ格子又は対角共振器が他のタイプからなる場合には、ＢＡＷ直列共振素子及びＢＡＷ格子共振素子を交換してもよい。このように形成されたフィルタの帯域幅即ち通過帯域は、使用される共振素子の最高***振周波数と最低共振周波数との間に差にほぼ対応する。ＢＡＷ格子回路は、通過帯域からかけ離れた深い阻止帯域拒絶があるという利点を有している。

しかしながら、例えばＰＣＳ等の最近の遠隔通信規格に対応する受信帯域フィルタの場合には、Ｔｘ及びＲｘ帯域が近接して分離しているため、阻止帯域から通過帯域への急な移行が必要である。例えば、拡張ＧＳＭ（ＥＧＳＭ）、即ち、欧州第二世代１ＧＨｚ移動体通信のための規格において、Ｒｘ及びＴｘ帯域はそれぞれ９４２．５ＭＨｚ及び８９７．５ＭＨｚに中心付けられる。両方の帯域は３５ＭＨｚの帯域幅を有しており、そのため、Ｒｘ及びＴｘのそれぞれにおける帯域幅の比率は３．７１％及び３．９％になる。また、いくつかのさらに新しい用途、例えばＧＰＳ又はＴＶアップコンバージョンフィルタは、さらに狭い帯域幅を必要とする。ＢＡＷ格子フィルタのフィルタ帯域幅を減少させる方法は、ＢＡＷ共振器の結合係数を減少させることである。しかしながら、共振周波数及び***振周波数にわずかなオフセットを与えなければならない二つのタイプ共振器が必要である。即ち、必要なフィルタ帯域幅が狭くなればなるほど、二つのタイプの共振器間で必要な共振周波数のオフセットが小さくなり、従って、製造プロセス制御がさらに難しくなる。

従って、米国公開特許公報第２００１／００１２２３７号（特許文献１）において、表面音波（ＳＡＷ）フィルタ構造体は、圧電基板と、圧電基板上に実装された複数のＳＡＷ共振器とを有している。ＳＡＷ共振器は、直列アーム共振器及び格子アーム共振器を有する格子タイプフィルタ回路を構成するように接続される。この場合、格子アーム共振器の共振周波数は、直列アーム共振器の***振周波数とほぼ等しく、又は、その逆もまた同様である。米国公開特許公報第２００１／００１２２３７号（特許文献１）におけるそのようなフィルタの改良においては、ＳＡＷ共振器と並列なキャパシタを使用することにより及び／又はＳＡＷ共振器の幾何学的構造を調整することにより、格子アーム共振器のガンマ値と直列アーム共振器のガンマ値とを互いに異なるものとすることが提案されている。
米国公開特許公報第２００１／００１２２３７号

従って、本発明の目的は、非常に狭い通過帯域を有するフィルタ構造体、特に無線周波数（ＲＦ）フィルタ構造体を提供することである。また、製造プロセスをさらに簡単に制御できる無線周波数（ＲＦ）フィルタ構造体を提供することも本発明の目的である。

従って、本発明の共振器フィルタ構造体は、格子タイプフィルタ部内の共振素子がほぼ等しい共振周波数（即ちｆ_Ｘ１Ｒ≒ｆ_Ｘ２Ｒ）とほぼ等しい***振周波数（即ちｆ_Ｘ１Ａ≒ｆ_Ｘ２Ａ）とを有することを特徴とする。換言すると、格子タイプフィルタ部の共振素子はほぼ等しく形成されている。即ち、格子アーム共振素子及び直列アーム共振素子の共振周波数及び***振周波数はほぼ等しい。また、少なくとも、上記格子ブランチタイプのうちの一方の上記共振素子又は上記***振周波数ｆ_Ｘ１Ａ若しくはｆ_Ｘ２Ａのそれぞれのうちの一方又は上記共振周波数ｆ_Ｘ１Ｒ若しくはｆ_Ｘ２Ｒのそれぞれのうちの一方を動かすための手段が設けられている。
また、前記動かすための手段は、（ｉ）少なくとも前記***振周波数の一方を動かすための手段として、前記直列アーム共振器のそれぞれに対して又は前記格子アーム共振器のそれぞれに対して並列に接続された並列キャパシタンスＣ、又は、（ii）少なくとも前記共振周波数の一方を動かすための前記手段として、前記直列アーム共振器のそれぞれに対して又は前記格子アーム共振器のそれぞれに対して直列に接続された直列キャパシタンスＣ、のいずれかを含み、前記格子タイプフィルタ部の総てのブランチの総キャパシタンスは、少なくとも前記通過帯域の外側においてほぼ等しいことを特徴とする。

本発明の第１の実施の形態においては、本発明に係る別個のキャパシタンスＣを両方の格子アーム共振素子のそれぞれの両端間又は両方の直列アーム共振素子のそれぞれの両端間に並列に接続することによって、各並列キャパシタンスの影響によりこれらの共振素子の***振周波数が動かされる。即ち、共振素子の***振周波数が引き下げられる。これにより、共振器格子回路全体において非常に狭い通過帯域が有利に得られる。尚、そのような本発明に係る共振器格子フィルタ部内の直列及び格子ブランチは交換することができることに留意すべきである。即ち、格子ブランチの***振周波数が直列ブランチの***振周波数に比べて引き下げられる場合にも、これと逆の場合と同じ有利な効果が得られる。

本発明の第２の実施の形態においては、本発明に係る別個のキャパシタンスＣを両方の格子アーム共振素子のそれぞれに対して又は両方の直列アーム共振素子のそれぞれに対して直列に接続することによって、各直列キャパシタンスの影響によりこれらの共振素子の共振周波数が動かされる。即ち、共振素子の共振周波数が引き上げられる。これにより、共振器格子回路全体において非常に狭い通過帯域が有利に得られる。尚、そのような本発明に係る共振器格子フィルタ部内の直列及び格子ブランチは交換することができることに留意すべきである。即ち、格子ブランチの共振周波数が直列ブランチの共振周波数に比べて引き上げられる場合にも、これと逆の場合と同じ有利な効果が得られる。

格子フィルタ部を設けることにより、内側が非平衡且つ外側が平衡となる良い信号誘導を行なうことができる。従って、入力ポート及び出力ポートのうちの一方を平衡信号ポートとして使用することができ、入力ポート及び出力ポートのうちの他方が非平衡信号ポートとなる。これは、平衡出力が好ましい場合、例えばフィルタを低雑音増幅器（ＬＮＡ）の平衡入力部に接続しなければならない場合に有益である。そのため、フィルタ構造体の入力ポート若しくは出力ポートが固定された基準電位、例えば回路の接地電位に接続されてもよく、又は、これらの両方のポートが接地電位に接続されなくてもよい。

本発明の格子フィルタ構造体によれば、共振周波数を有する格子回路の一つのタイプの共振器を使用することにより、非常に狭いフィルタ帯域幅を実現することができる。共振素子としては、音波共振素子が使用され、好ましくは表面音波（ＳＡＷ）共振器が使用され、さらに好ましくはバルク音波（ＢＡＷ）共振器が使用される。従って、共振素子の共振周波数のオフセットを形成する過程を排除することにより、処理が著しく簡略化される。例えば、本発明においてＢＡＷ共振素子が使用される場合、そのようなＢＡＷ共振器は、少なくとも一つ又は複数の音響反射層、下部電極、バルク、上部電極、上部電極の上端にある任意の質量負荷を有する積層体を基板上に備えている。これにより、ＢＡＷ共振素子のバルクは、所定の厚さを有し且つ窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）のような圧電材料からなるとともに例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ_２）のような任意の追加誘電体層を有する圧電層を備えている。ＢＡＷ共振器においてシリコン酸化物（ＳｉＯ_２）と窒化アルミニウム（ＡｌＮ）とを組み合わせると、例えば帯域幅及び温度の安定性に関していくつかの用途において要求されるように、ＢＡＷ共振素子の結合係数が減少する。そのようなＢＡＷ共振素子の製造プロセスにおいては、バルク及び／又は質量負荷の成分層の厚さ及び／又は各ＢＡＷ共振素子における電極層の厚さを使用して、ＢＡＷ共振素子が所定の共振周波数及び所定の***振周波数を有するようにすることができるのが有益である。また、総てのＢＡＷ共振器は、圧電層を同じ厚さにして形成することができ、さらに、質量負荷が不要となる。

いわゆる厚さモードにおいて、音響振動の周波数は、圧電層の厚さにほぼ反比例する。従って、圧電層の厚さは１ミクロン程度であり、そのため、一般に、薄膜半導体プロセスが使用される。強固実装バルク音波共振器（ｓｏｌｉｄｌｙ−ｍｏｕｔｅｄ ｂｕｌｋ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）（時として、ＳＢＡＲと呼ばれる）の実施の一形態においては、圧電層と基板との間で一つ又は複数の音響層が使用される。薄膜ＢＡＷ共振素子（時としてＦＢＡＲと呼ばれる）の他の実施の形態は、金属−圧電−金属のサンドイッチが宙に吊るされた薄膜手法を使用する。ＢＡＷ共振器は、多くの場合、様々な位相幾何学的構造（接続形態）を有する帯域通過フィルタにおいて使用される。ＢＡＷ共振器の一つの利点は、特にインターデジタル構造のピッチがサブミクロンでなければならない近年の無線システムの周波数において、表面音波（ＳＡＷ）共振器で使用されるインターデジタルな構造と比べ、電力の扱いが本質的に良好であるという点である。

格子タイプフィルタ部の一方のブランチタイプの共振素子、即ち、直列アーム共振素子又は格子アーム共振素子に対して並列に接続される並列キャパシタンスＣを用いると、これらの共振器の***振周波数が低下する。従って、フィルタ帯域幅を調整するためにキャパシタンス値Ｃが使用される。この場合、キャパシタンスＣが小さければ小さいほど、結果として生じるフィルタの帯域幅も小さくなる。本発明者等は、良好な阻止帯域拒絶を形成するためには阻止帯域において各ブランチの総キャパシタンスを等しくしなければならないことを見出した。従って、良好な阻止帯域拒絶即ち減衰は、並列キャパシタンスＣの値が以下の式にほぼ対応する場合に得られた。
Ｃ＝（１−ｘ）・Ａ・Ｃ_ＡＲＥＡ

この方程式において、Ａは、ＢＡＷ共振素子が実装される基板上のＢＡＷ共振器の面積であって、格子タイプフィルタのブランチタイプのうちの一方におけるＢＡＷ共振器の面積である。係数ｘは０＜ｘ＜１のときの一方の前記面積Ａに対する他方の面積の比率であり、ｘ・Ａは、格子タイプフィルタそれぞれの他のブランチタイプのＢＡＷ共振器の面積である。そのようなキャパシタンスＣは、並列キャパシタンスとして、装置の基板上に面積ｘ・Ａを有する各ＢＡＷ共振器に対して並列に接続されなければならない。

本発明のＢＡＷ格子フィルタ構成の実用的な実施に関し、ＢＡＷ共振器は基本的に二つの電極からなり、これらの二つの電極間には圧電材料が封入されている。また、このシステム全体は音響反射媒体に封入されており、これにより、圧電層内で音響エネルギを維持している。総ての層は、共振器特性、例えば共振周波数、帯域幅、Ｑ係数等に影響を与える。格子回路並びにカスケード格子及びラダー回路を商業的に魅力ある製品に変えるためには、ほとんどの場合、二つの電極を有することが必要条件である。これらの二つの電極は、ＢＡＷ共振器に固有のものであり、相互に接続されたラインの必要な交差に解決策を与える。ＢＡＷ素子とは異なり、ＳＡＷ共振素子の電極は、一般に、一つの金属層内に形成され、従って、格子の相互接続配線が非常に複雑になる。

本発明に係るインピーダンス整合のための手段に関しては、入力ポート及び出力ポートの一方又は両方に対して直列及び／又は並列に接続される誘導素子Ｌ及び／又は容量素子Ｃが存在する。実施の一形態において、インピーダンス整合のための手段は、一方のポートに対して直列に接続された直列容量素子と、他方のポートに対して直列に接続された直列容量素子とを備えている。尚、本発明者等は、特定の場合においては、別々のインピーダンス整合手段が不要であり、即ち、入力ポート又は出力ポートのうちの一方のポートでのみインピーダンス整合を行なえば済むことを見出したことに留意すべきである。

本発明の前述した目的及び他の目的、特徴、利点は、本発明の好ましい実施の形態に関する以下の説明及び添付図面からさらに明らかとなる。尚、図面中の同一部品又は同等の部品は、同じ参照符号を用いている。総ての図面は、本発明のいくつかの態様及び実施の形態を説明しようとするものである。明確化のため、回路は簡単な方法で描かれている。総ての代替案及び選択肢を示していないことは言うまでもなく、従って、本発明は、添付図面の内容に限定されない。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の一例を詳細に説明する。

図１は、第１のポート１及び第２のポート２を備える本発明の第１の実施の形態に係る共振器フィルタ構造体１０を示している。第１のポート１には第１の負荷３が接続されており、また、第２のポート２に対して第２の負荷４が接続されている。第１のポート１は、固定された基準電位に対する接続部を有している。この例において、固定された上記基準電位は、回路のグランド５である。従って、入力ポート１は、信号誘導が非平衡なポートである。第１の負荷は、共振器フィルタ構造体１０のための入力として無線周波数信号を駆動している発生器の内部抵抗であってもよい。一つの用途において、そのような発生器は、例えば、通信ユニットの受信アンテナであってもよい。また、第２の負荷４は、例えば低雑音増幅器（ＬＮＡ）のような次の段の入力抵抗であってもよい。信号誘導に関しては、第１のポート1がグランド５に接地されており、これにより、第１のポート１が非平衡なポートになっている。

当業者であれば分かるように、電力の推移を最適化するためには、入力ポート１及び出力ポート２においてインピーダンス整合を行う必要がある。少なくとも、共振器フィルタ構造体１０の入力インピーダンスは、共振器フィルタ構造体１０の通過帯域に対応する周波数帯域内において各負荷３，４に従って整合されなければならない。通過帯域は、下限遮断周波数、中心周波数、上限遮断周波数によって規定される。この場合、遮断周波数は、信号が通過帯域から阻止帯域（拒絶帯域）へと低下した特定の信号出力レベルによって得られる。

図１に示された共振器フィルタ構造体１０の中心部分は、四つのほぼ等しいＢＡＷ共振素子２０−１，２０−２，２０−３，２０−４を備える格子フィルタ部２０である。このＢＡＷ格子フィルタ部２０の回路構造即ち接続形態は、平衡ブリッジ回路における公知の原理であり、四つのＢＡＷ素子２０−１，２０−２，２０−３，２０−４を用いて構成されている。そのため、四つの共振素子のうちの対応する二つ、即ち、２０−１，２０−２が直列に接続されることにより第１の直列経路が形成されるとともに、２０−３，２０−４が直列に接続されることにより第２の直列経路が形成されている。第１及び第２の直列経路の二つのＢＡＷ素子間の接続ノードは、ＢＡＷ格子回路の対応する出力ノードを表している。また、ブリッジの第１及び第２の直列経路は、ＢＡＷ格子回路の入力ノードに対して並列に接続されている。ＢＡＷ格子フィルタ部２０に示される構造から、共振素子２０−１，２０−４は、ＢＡＷ格子回路の水平素子又は直列素子とも呼ばれ、また、ＢＡＷ素子２０−２，２０−３は、ＢＡＷ格子フィルタ部２０の対角素子又は格子素子とも呼ばれる。さらに、この命名法に従って、ＢＡＷ格子フィルタ部２０の各ブランチは、格子回路のアームと呼ばれる。この場合、水平素子がそれぞれ水平又は直列アームを形成し、対角素子がそれぞれ格子回路の対角又は格子アームを形成する。

図１において、ＢＡＷ格子フィルタ部２０の総てのＢＡＷ共振器２０−１，２０−２，２０−３，２０−４はほぼ等しい。即ち、個々のＢＡＷ素子は、同じ共振周波数及び同じ***振周波数を有している。しかしながら、水平ＢＡＷ共振素子２０−１，２０−４と対角ＢＡＷ共振素子２０−２，２０−３との間には、その上にフィルタ回路が製造される基板上の面積において違いがある。対角ＢＡＷ素子２０−２，２０−３に対して並列に接続される並列キャパシタンス３０−１，３０−２は、対応する対角ＢＡＷ共振器２０−２，２０−３の***振周波数を動かす。即ち、キャパシタンス３０−１，３０−２は、同調素子として、フィルタ通過帯域を調整し、従って、本発明に係るＢＡＷ格子フィルタ部２０の製造プロセスを有利に軽減する。

対向する水平ＢＡＷ共振器２０−１，２０−４は面積Ａを有しており、対角ＢＡＷ共振器２０−２，２０−３は、この面積Ａに対して比率ｘをなす面積を基板上に有している。ここで、ｘは０と１との間の値である。ＢＡＷ共振器の電極は、単位面積当たりのキャパシタンスＣ_ＡＲＥＡをもたらす。並列キャパシタンス３０の最適値に関し、本発明者等は、良好な阻止帯域拒絶のためにはＢＡＷ格子型フィルタ部２０における各格子アームの総キャパシタンスが等しくなければならないことを見出した。即ち、以下の式に従って並列キャパシタンス３０−１，３０−２の値をとると、良好な阻止帯域拒絶を実現できる。
Ｃ＝（１−ｘ）・Ａ・Ｃ_ＡＲＥＡ

帯域幅に同じ影響をもたらすために、水平即ち直列アームＢＡＷを対角即ち格子アームＢＡＷと交換してもよいことは言うまでもない。ＢＡＷ格子フィルタ部２０は、その望ましい中心周波数又は設計周波数が、直列アームＢＡＷ共振素子２０−１，２０−４の***振周波数と格子アームＢＡＷ共振素子２０−２，２０−３の***振周波数との間のほぼ中央にある。

電力推移の向上のためのインピーダンス整合に関しては、フィルタ構造体１０の入力ポート１にインピーダンス整合部４０ａ，４０ｂがある。インピーダンス整合部４０ａは、ＢＡＷ格子フィルタ部２０の入力インピーダンスと負荷３の出力インピーダンスとの間のインピーダンス整合のために設けられた直列キャパシタンス４１を備えている。ＢＡＷ格子フィルタ部２０の出力ポート２には、二つの直列キャパシタンス４２−１，４２−２を有するインピーダンス整合部４０ｂが設けられている。二つの直列キャパシタンス４２−１，４２−２は、平衡な信号誘導を行なうために出力ポート２に対して直列に対称的に接続されており、ＢＡＷ格子フィルタ部１０の出力インピーダンスと負荷４の入力インピーダンスとの間のインピーダンス整合のために設けられている。

格子フィルタ技術においては非常に珍しく、総てのＢＡＷ格子素子２０−１，２０−２，２０−３，２０−４が等しい共振周波数及び***振周波数を有しているため、共振周波数のオフセットを形成する過程を排除することにより、製造プロセスが有利に簡略化される。このことは、総ての共振器を圧電層の厚さを同じにして形成することができ、さらに質量負荷が不要になることを意味している。

図２は、直列インダクタンスＬｓと直列キャパシタンスＣｓと直列抵抗Ｒｓとを備えるＢＡＷ共振素子５０の等価素子回路を示している。共振周波数ｆ_ＲはＬｓ及びＣｓに対応している。また、ＢＡＷ共振器の電極に主に起因する並列キャパシタンスＣｐが存在する。ＢＡＷ共振素子５０の***振周波数はＬｓ及び両方のキャパシタンスＣｓ，Ｃｐに対応している。さらに、ＢＡＷ共振器５０の等価素子に対して並列に接続され且つ点線で示された並列キャパシタンス３０が存在する。並列キャパシタンス３０を用いると、実質的にＣｐ及びＣからなる有効並列キャパシタンスを増大させることにより***振周波数を調整することができる。

図３は、本発明に係るＢＡＷ格子フィルタ構造体のＢＡＷ共振素子のインピーダンス特性図である。より明確には、ＢＡＷ共振器Ａの実線で示された第１のインピーダンス特性は、図１においてはＢＡＷ共振器２０−１，２０−４である並列キャパシタンスＣが無いＢＡＷ共振器に対応している。ＢＡＷ共振器Ｂの破線で示された第２のインピーダンス特性は、図１においてはＢＡＷ共振器２０−２，２０−３である並列キャパシタンスＣを有するＢＡＷ共振器に対応している。図３から容易に分かるように、両方のタイプのＢＡＷ共振器は、等しい共振周波数ｆ_Ｒを有している。しかしながら、ＢＡＷ共振器Ａの***振周波数ｆ_Ａと、結果として生じるＢＡＷ共振器Ｂの***振周波数ｆ_Ａ＊との間にはわずかな差がある。この差は、図１ではキャパシタンス３０−１，３０−２によって示され且つ図２ではキャパシタンス３０によって示される並列キャパシタンスＣを使用することにより形成される。

図３を参照すると、ＢＡＷ格子フィルタ部１０がどのようにしてそのような非常に狭い通過帯域を与えることができるのかが分かる。本発明のＢＡＷ格子フィルタ部１０は、総てのブランチが等しいインピーダンスを有する際には阻止帯域を有し、一方のブランチタイプ即ち直列アーム又は格子アームがそれぞれ誘導的に振る舞い且つ他方が容量的に振る舞う場合には通過帯域を有する。ＢＡＷ格子フィルタ部２０の総てのブランチにおいてはほぼ同じ周波数即ち共振周波数ｆ_Ｒ及び***振周波数ｆ_Ａで共振するＢＡＷ共振器が使用されるという事実に起因して、ＢＡＷ格子フィルタ部２０の一方のブランチタイプ即ち直列アーム又は格子アームのそれぞれにおける両方のＢＡＷ共振器の***振周波数がわずかに動かされる間、一方のブランチタイプが誘導的で且つ他方が容量的である場合にはわずかな周波数範囲Δｆだけが存在する。このように、非常に狭い帯域通過フィルタが形成されるが、この場合、通過帯域は、単一のＢＡＷ共振器の共振周波数ｆ_Ｒと***振周波数ｆ_Ａとの間の差よりも十分に狭い。もたらされる通過帯域は、図３にΔｆで示されるような、格子ブランチＢＡＷ共振器と直列ブランチＢＡＷ共振器との間の***振周波数ｆ_Ａ，ｆ_Ａ＊の差によってほぼ決定することができる。ＢＡＷ直列共振素子とＢＡＷ格子共振素子とを交換してもよいことは言うまでもない。

本発明においては、無線周波数（ＲＦ）フィルタのための共振器フィルタ構造体、特にバルク音波（ＢＡＷ）フィルタ構造体が提供される。本発明によれば、共振器フィルタは、ＢＡＷ格子フィルタ部内の総てのＢＡＷ共振素子がほぼ等しい共振周波数を有するＢＡＷ格子フィルタ構造体を用いて構成される。本発明によれば、ＢＡＷ格子フィルタ部の一方のブランチタイプのＢＡＷ共振器に対して並列キャパシタンスが並列に接続される。従って、各ＢＡＷ共振器の***振周波数が調整される。これにより、格子フィルタ部の対角ブランチと水平ブランチとの間の***振周波数の差にほぼ対応する非常に狭い通過帯域が得られる。並列キャパシタンスは、帯域幅を調整するために使用される。即ち、キャパシタンスが小さければ小さいほど、帯域幅も小さくなる。また、各用途においては必要に応じて、格子構造により、共振器フィルタの一方のポートにおける信号誘導を平衡にし、他方のポートの信号誘導を非平衡又は平衡にすることができる。

尚、本発明は、本発明の実施の形態に限定されず、特に、この明細書で一例として使用された受信フィルタに限定されない。また、本発明の原理は、非常に狭い帯域幅及び高い阻止帯域を与えるフィルタを高周波環境において必要とする任意の用途に適用することができる。

並列キャパシタンスが格子アームＢＡＷ共振器に対して並列に接続され且つインピーダンス整合キャパシタンスがフィルタのポートに対して直列に接続されたＢＡＷ格子フィルタ部を有する共振器フィルタ構造体の回路図を示している。 並列キャパシタスがＢＡＷ共振器に対して並列に接続されたＢＡＷ共振素子の等価素子回路を示している。 二つのほぼ等しいＢＡＷ共振素子Ａ，Ｂのインピーダンス特性であって、ＢＡＷ共振器Ｂの***振周波数に対する図２に示される並列キャパシタンスの影響が点線で示されたインピーダンス特性を示している。 信号周波数に関して描かれた二つのＢＡＷ共振素子のインピーダンス特性であって、共振周波数、***振周波数、中心周波数が通常通りに設定されたインピーダンス特性を示している。

Claims (9)

1. 中心周波数ｆ_Ｃ、下限遮断周波数ｆ_Ｌ、上限遮断周波数ｆ_Ｕとしての周波数によって規定することができる通過帯域を与えるために基板上に配置された共振器フィルタ構造体、であって、入力ポートと出力ポートとの間に、格子ブランチ及び直列ブランチである二つの格子ブランチタイプを有する格子タイプフィルタ部を少なくとも備え、共振素子が、共振周波数ｆ_Ｘ１Ｒ及び***振周波数ｆ_Ｘ１Ａを有する直列アームとして前記直列ブランチに配置され、共振素子が、共振周波数ｆ_Ｘ２Ｒ及び***振周波数ｆ_Ｘ２Ａを有する格子アームとして前記格子ブランチに配置されている共振器フィルタ構造体において、
   前記格子タイプフィルタ部内の前記共振素子の総てがほぼ等しい共振周波数即ちｆ_Ｘ１Ｒ≒ｆ_Ｘ２Ｒとほぼ等しい***振周波数即ちｆ_Ｘ１Ａ≒ｆ_Ｘ２Ａとを有し、少なくとも、前記格子ブランチタイプのうちの一方の前記共振素子の前記***振周波数ｆ_Ｘ１Ａ若しくはｆ_Ｘ２Ａのそれぞれのうちの一方又は前記共振周波数ｆ_Ｘ１Ｒ若しくはｆ_Ｘ２Ｒのそれぞれのうちの一方を動かすための手段が設けられていることを特徴とすると共に、
   前記動かすための手段は、
   （ｉ）少なくとも前記***振周波数の一方を動かすための手段として、前記直列アーム共振器のそれぞれに対して又は前記格子アーム共振器のそれぞれに対して並列に接続された並列キャパシタンスＣ、又は
   （ii）少なくとも前記共振周波数の一方を動かすための前記手段として、前記直列アーム共振器のそれぞれに対して又は前記格子アーム共振器のそれぞれに対して直列に接続された直列キャパシタンスＣ、を含み、
   前記格子タイプフィルタ部の総てのブランチの総キャパシタンスは、少なくとも前記通過帯域の外側においてほぼ等しいことを特徴とする、共振器フィルタ構造体。
2. 前記共振素子は、音声共振素子、好ましくはバルク音波（ＢＡＷ）共振素子又は表面音波（ＳＡＷ）共振素子であることを特徴とする請求項１に記載の共振器フィルタ構造体。
3. 前記ＢＡＷ共振素子は、前記ＢＡＷ共振素子の総てにおいて等しい厚さを有する圧電層を少なくとも備えていることを特徴とする請求項２に記載の共振器フィルタ構造体。
4. 前記圧電層は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）及び／又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含む圧電材料からなる層と、少なくとも、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を含む追加誘電体層とを備えていることを特徴とする請求項３に記載の共振器フィルタ構造体。
5. 少なくとも前記***振周波数の一方を動かすための手段としての前記並列キャパシタンスＣは、
   Ｃ＝（１−ｘ）・Ａ・Ｃ_ＡＲＥＡ
   に対応しており、Ａは、前記ＢＡＷ格子フィルタ部の前記ブランチタイプのうちの一方における前記ＢＡＷ共振器のうちの一つの前記基板上の面積であり、前記面積は単位面積当たりのキャパシタンスＣ_ＡＲＥＡを有し、ｘは０＜ｘ＜１のときの一方の前記面積Ａに対する他方の面積の比率であり、ｘ・Ａは、前記ＢＡＷ格子フィルタ部の前記それぞれの他のブランチタイプの前記ＢＡＷ共振器のうちの一つの面積であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の共振器フィルタ構造体。
6. インピーダンス整合のための手段が、前記入力ポート及び前記出力ポートのうちの少なくとも一方に接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の共振器フィルタ構造体。
7. インピーダンス整合のための前記手段は、前記各ポートに対して直列に及び／又は並列に接続された別個の誘導素子及び／又は別個の容量素子を備えていることを特徴とする請求項６に記載の共振器フィルタ構造体。
8. 前記入力ポート及び出力ポートの少なくとも一方における信号誘導が平衡にされることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の共振器フィルタ構造体。
9. 前記入力ポート及び出力ポートの少なくとも一方における信号誘導が非平衡にされることを特徴とする請求項１乃至８に記載の共振器フィルタ構造体。

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