JPH0334715A - 弾性表面波共振子およびフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、圧電基板上にインタディジタル電極とグレー
ティング反射器を形成してなる弾性表面波共振子に関し
、特に帯域通過フィルタの低周波側スプリアスレベルの
低減に利用して効果のある技術に関するものである。

［従来の技術］ 近年、ＶＨＦ帯およびＵ　ＨＦ帯を使用した無線通信機
用フロントエンドフィルタとして弾性表面波デバイスを
利用し、無線通信機を小型、軽量化することが提案され
ている。フロントエンド用フィルタとして必要な電気特
性は、挿入損失が小さいこと、帯域内リップルが小さい
こと、帯域外スプリアスレベルが低いこと、帯域外減衰
量が大きいこと、通信システムに要求されるチャンネル
数を確保するために適当な帯域幅を持つことであり、こ
れらの条件をすべて、満足することが要求される。

従来の弾性表面波フィルタは、主に２種類に分類される
。１つは比帯域幅は広いが、挿入損失が大きいトランス
バーサル型デバイスであり、もう１つ１よ比帯域幅が０
．０５％程度と狭いが、挿入損失は小さい共振子型デバ
イスである。したがって、従来の弾性表面波デバイスを
フロントエンドフィルタとして用いるには、各々特性の
改善が必要で両方の性質の長所を合わせ持つものが望ま
れていた。

一方、弾性表面波デバイスをＵＨＦ帯で使用するために
は、終端インピーダンスは通常５０Ωが選択されている
。このような低インピーダンスで挿入損失の小さな弾性
表面波フィルタを得るための方法として、１個の入力用
インタディジタル電極ともう１個の出力用インタディジ
タル電極を用いて弾性表面波共振子を構成し、エネルギ
ー閉じ込めモードの対称的な０次モードおよび反対称な
１次モードの２つのモードを利用した縦型２重モード帯
域通過フィルタが提案されている（特開昭６１−２８５
８１４号）。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、この縦型２重モード帯域通過フィルタに
おいては、圧電基板として水晶を用いた場合、規格化電
極膜厚を４％と大きくしても比帯域幅は０．３％までし
か達成出来ず、帯域内リップルも大きいという問題点が
ある。また、圧電基板としてリチウムタンタレート（Ｌ
　ｉ　Ｔ　ａ　０３）を用いた場合に、規格化電極膜厚
を４％と大きくしたとしても比帯域＠０．４７％までし
か達成出来ず、帯域内リップルも大きい。

しかも、上記先願発明においては、フロントエンド用フ
ィルタとして利用する場合に重要な電気的特性の１つで
ある帯域外スプリアスレベルについてはなんらの考慮も
されていない。

したがって、比帯域幅が０．３％以上で帯域内リップル
が小さく、帯域外スプリアスレベルが低く、大きな帯域
外減衰量が要求されるフロントエンド用フィルタとして
従来の弾性表面波デバイスは実用に供することはできな
かった。

本発明は上記問題点を解決すべくなされたもので、その
目的とするところは帯域幅が広く、挿入損失が小さく、
帯域内リップルが小さく、シかも帯域外スプリアスレベ
ルが低い弾性表面波共振子フィルタを提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは弾性表面波共振子フィルタを無線通信機用
フロントエンドフィルタに使用する場合に要求される条
件の一つである帯域外スプリアスレベルを低減する方法
について詳細に研究した。

実用上のフィルタの性能としては、帯域外スプリアスレ
ベルを一２０ｄＢ以下とする必要がある。

しかるに、０次と２次のエネルギー閉じ込めモードを利
用して帯域特性を合成する第１図に示すような弾性表面
波共振子フィルタにおいて、通過帯域に最も近い帯域外
スプリアスは４次のエネルギー閉じ込めモードである。

第２図は上記フィルタにおいて、第１図（ｂ）に示すイ
ンタディジタル電極と反射器とのエツジ間距１ｌＩＩ　
Ｌ　ｘ　Ｒを０．２４４λ（１２９μｍ）としたときの
周波数特性を示すものである。

なお、この場合の入力インタディジタル電極の対数は５
０．５対、出力インタディジタル電極の対数は片側で４
１．５対であり、インタディジタル電極相互のエツジ間
距離は２．２μｍである。

このようなパラメータをもつフィルタでは帯域外スプリ
アスレベルが一１０ｄＢと非常に大きな値になっていた
。

そこで、本発明者らは弾性表面波共振子フィルタの素子
構造を決めるパラメータを１つ１つ検討した。

その結果、４次のエネルギー閉じ込めモードのスプリア
スはインタディジタル電極と反射器との距離ＬＩＲによ
って大きく変動することをつきとめた。第３図にインタ
ディジタル電極と反射器との距ＩＬＩＲと帯域外スプリ
アスレベルとの関係を示す。同図より、帯域外スプリア
スレベルを一２０ｄＢ以下に抑えるには、ＬＩＲを０．
２１λ以上０．２３λ以下に設定する必要があることが
わかる。

この発明は上記のような知見に基づいてなされたモノテ
、４５°±５ａ回転Ｘ板Ｌｉ、Ｂ４Ｏ７基板のＺ方向±
５°を弾性表面波伝搬方向とするとき、上記基板上に３
個のインタディジタル電極を近接配置して、これらのイ
ンタディジタル電極のうち中央のインタディジタル電極
を入力端子に接続し、残りのインタディジタル電極を並
列形態で出力端子に接続すると共に、前記インタディジ
タル電極の両外側に少なくとも１組の反射器を配置し０
次および２次の共振モードを利用する弾性表面波共振子
において、前記インタディジタル電極と反射器との距＠
Ｌ工Ｒを、 （ただし、ｎはＯまたは正の整数、λは中心周波数の弾
性表面波波長）の範囲に設定することを提案するもので
ある。

ただし、電極間距離はりソグラフィ技術によるプロセス
のばらつきにより多少変わってくるので、電極指の中心
間距離で規定するようにしてもよい、５その場合、電極
指の幅は０．２５λであるので、中心間距離は０．４６
λ以上０．４８λ以下に設定すればよい。

なお、ここでλは通過中心周波数の弾性表面波波長、Ｌ
ＩＲは第１図（ｂ）に示すようにインタディジタル電極
の電極指のエツジと反射器の電極指のエツジ間の距離と
する。また、＋ｎ／２としているのは、ＬＩＲが半波長
の整数倍増加しても、インタディジタル電極および反射
器に対する定在波の位相との関係は変化しないのでスプ
リアスレベルの抑圧は同様に可能だからである。

［作用］ 前記手段により帯域外スプリアスレベルを一２０ｄＢ以
下に抑えられるのは、入出力インタディジタル電極間の
定在波と反射器間の定在波との相互干渉によるものと考
えられる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説明
する。

第１図は１本発明に係る弾性表面波共振子を用いたフィ
ルタの一構成例を示す概念図であって、圧電基板１の表
面に入力用インタディジタル電極２ａを形成し、その両
外側には励起された弾性表面波の伝搬方向に沿って出力
用インタディジタル電極３ａ、３ａ’　を相隣接して配
設しである。そして出力用インタディジタル電極３ａ、
３ａ’の両側には、グレーティング反射器４ａ、４ａ’
　を配置しである。また、上記インタディジタル電極２
ａ、３ａ、３ａ’および反射器４ａ、４ａ’　と並んで
同一構成の電極２ｂ、３ｂ、３ｂ’　と反射器４ｂ、４
ｂ’　を形成して２段構造とし、電極３ａと３ｂおよび
３ａ’　と３ｂ’　を縦続接続している。

さらに、上段のインタディジタル電極２ａを構成する一
対のくし形電極を各々入力端子ＩＮと接地点に、また各
インタディジタル電極３ａ、３ａ’の一方の電極を接地
点に接続するとともに、下段のインタディジタル電極２
ｂを構成する一対のくし形電極を各々出力端子ＯＵＴと
接地点に、また各インタディジタル電極３ｂ、３ｂ’　
の一方の電極を接地点に接続しである。入出力用端子間
にはそれぞれ終端インピーダンス５，５′を接続しであ
る。なお、この終端インピーダンス５，５′はＵ　ＨＦ
帯で多く使用されている５０Ωの抵抗とすればよい。

この実施例では、圧電基板１として、リチウムテトラボ
レート（Ｌ　ｘ　ｚ　Ｂ　４０□）４５°回転Ｘ板Ｚ伝
搬基板を用いた。この場合の弾性表面波の音速は約３４
４０ｍ／秒である。上記基板ｌの表面上を弾性表面波が
Ｚ軸方向に伝搬するように入出力用インタディジタル電
極２，３．３’および反射器４．４′を配置した。電極
はアルミニウムとした。ただし、Ｌｉ、Ｂ、０７基板が
ＡＱのエツチング液に対して溶解するため電極の形成は
リフトオフ法により行なった０反射器４，４″のグレー
ティングはアルミニウムからなる金属ストリップとし、
かつＡＱストリップ１本当たりの弾性表面波反射率を考
慮し、弾性表面波を十分に反射できる本数として１００
本を選択した。また最大交差幅Ｗは、１７０λとした。

横モード抑圧のための重み付けは、この実施例では直線
アポダイズで行なった。

上記構成の弾性表面波共振子において、次のようなパラ
メータを持つ２つのデバイスを作成した。

第１のデバイスはインタディジタル電極２ａ。

２ｂの対数を４６．５対、その両側のインタディジタル
電極３ａ、３ａ’　、３ｂ、３ｂ’の対数をそれぞれ、
３６．５対とするとともに、インタディジタル電極２ａ
、２ｂ、３ａ、３ａ’　、３ｂ、３ｂ′のピッチ（すな
わち、アルミニウム電極指の幅とその電極指間の間隔の
和）はそれぞれ４．４５μｍとし、インタディジタル電
極２ａ、２ｂの両側にインタディジタル電極３ａ、３ａ
’　と３ｂ。

３ｂ’　をそれぞれ２．２μｍの距離をおいて近接配置
した。ただし、この距離はインタディジタル電極のエツ
ジ間の距離である。さらに、インタディジタル電極３ａ
、３ａ’　、３ｂ、３ｂ’の両外側にそれぞれ１００本
の金属ストリップからなる反射器４，４′を、１．９５
μｍ　（ＬＸ　Ｒ）離してそれぞれ設置した。反射器４
，４′の各ストリップのピッチは４．５μｍとし、イン
タディジタル電極と反射器のＡＱ膜厚は、電極指抵抗と
製造時の中心周波数バラツキを考慮して１０００人とし
た。なお、インタディジタル電極と反射器の各電極指の
幅はそれぞれピッチの２分の１である。

このデバイスの中心周波数における弾性表面波波長λは
９．０ｐｍである。したがってＬＩＲは０１２１７λで
ある。

第４図には、この素子の周波数応答を示す。同図より電
気的特性として中心周波数３８０ＭＨｚ、比帯域幅０．
５％、挿入損失２ｄＢ、帯域内リップル１ｄＢ、帯域外
減衰量６０ｄＢ、低周波側帯域外スプリアス−３３ｄＢ
の特性が得られ、実用上十分な特性を有していることが
分かる。

第２のデバイスは、インタディジタル電極２ａ。

２ｂの対数を５０．５対、インタディジタル電極３ａ、
３ａ’　、３ｂ、３ｂ’の対数を３６．５対とし、イン
タディジタル電極のピッチは４８４５μｍ１反射器のピ
ッチを４．５μｍ、インタディジタル電極間の距離をエ
ツジ間で２．２５μｍ、インタディジタル電極と反射器
間の距離ＬＩＲを２．０４μｍ　（０，２２７λ）とし
た。

第５図に２第２のデバイスの周波数特性を示す。

第５図より、電気的特性として中心周波数３８０ＭＨｚ
、比帯域＠０．５％、挿入損失２ｄＢ、帯域内リップル
１ｄＢ、帯域外減衰量６０ｄＢ、低周波側帯域外スプリ
アスー５０ｄＢの特性が得られ、実用上十分な特性を有
することが分かる。

第３のデバイスは、インタディジタル電極２ａ。

２ｂの対数を４８．５対、インタディジタル電極３ａ、
３ａ’　、３ｂ、３ｂ’の対数を３４．５対とし、イン
タディジタル電極のピッチは１３．３μｍ、インタディ
ジタル電極と反射器間の距ＭＬＸＲを２．８０μｍ　（
０，２０９λ）とした。この第３のデバイスの電気的特
性は、中心周波数２５０ＭＨｚ、比帯域９０．５％、挿
入損失１．６ｄＢ、帯域内リップル１．２ｄＢ、帯域外
減衰量６０ｄＢ、低周波側帯域外スプリアス−３６ｄＢ
と、優れた値を示した。

以上の説明においては、同一の構造の弾性表面波共振子
を２段に縦続接続する第１図の構造で検討した。しかし
、１段のみの弾性表面波共振子における低周波側のスプ
リアスレベルも、インタディジタル電極と反射器との距
離Ｌ　Ｘ、　Ｒを０．２０λから０．２３λの範囲に設
定すれば抑圧できることは明白である。

ところで、上記実施例においては圧電基板として４５度
回転Ｘ板２伝′＃１Ｌｉ２Ｂ４ｏ７を用いたが、これに
限定されるものでなく、本発明の原理は、Ｌ　ｉ　Ｔ　
ａ　Ｏ、その他すべての圧電材料またはガラス等に圧電
物質を付着した複合基板等にも適用できることは言うま
でもない。また、圧電基板としてＬｉ２Ｂ、０７を用い
た場合、カット面は４５゜±５°回転Ｘ板の範囲でよく
、また伝搬方向もＺ方向から±５°の範囲であってもよ
い。

また、実験では中心周波数３８０ＭＨｚの素子を作成し
たが、弾性表面波デバイスの特徴としてインタディジタ
ル電極およびブレーティング反射器の線幅および周期を
変えることにより中心周波数は自由に変更することがで
きる。したがって、本発明は弾性表面波デバイスの中心
周波数によって制約されるものではない。加えて、上記
の実施例においては、偶数の共振モードを利用し、その
高次のモードとして４次のモードの抑制を例示している
。しかし、インタディジタル電極の配置の対称性を変更
することで奇数の共振モード、例えば１次、３次、５次
の共振モードを利用し、その高次のモー１へとして５次
のモードなどを抑制する場合にも本発明は利用しうるも
のである。

なお、第１のデバイスも第２のデバイスも、グレーティ
ング反射器の周期を、中心周波数の弾性表面波の波長の
１／２に合わせた。

さらに、横モード抑圧のために上記実施例においては、
直線アポダイズで重み付けを行なうようにしたが、その
他の横モード抑圧法として、コサインアボダイズ、コサ
イン２乗アポダイズ、変形コサインアボダイズがあり、
これらの重み付は法を用いるようにしてもよい。

また、所要のパラメータを上述した如き範囲に設定する
本発明の弾性表面波デバイスを実際に製造する場合には
、例えば、入出力インタディジタル電極間に適当な幅を
有するシールド電極を設け、これを接地すること、ある
いは入出力インタディジタル電極の端の電極指を接地す
ることによって入出力インタディジタル電極間の直達波
を阻止するよう構成することが望ましいのはいうまでも
ない。

また、以上の説明においては、弾性表面波を用いること
についてのみ説明してきたが必ずしもこれに限定する必
要はなく、例えば、基板表面直下を伝搬するすベリ波、
ラブ波、５ＳＢＷ、ＳＩｉ波、リーキー波あるいはブル
ースタイン・フーリエ・清水波等に関しても全く同様に
適用可能である。

即ち、インタディジタル電極を有する共振子は、上記各
波をも励起することが既に立証されており、電極下の振
動エネルギーを閉じ込めることができるとともに、多重
モードの振動を発生する条件が存在するからである。

なお、入出力端子（ＩＮおよび０ＵＴ）への電極の接続
の仕方は上記実施例に限定されず、例えばインタディジ
タル電極３ｂ、３ｂ’　を入力端子ＩＮに、インタディ
ジタル電極３　ａ　２３　ａ　’　を出力端子ＯＵ　Ｔ
に接続し、インタディジタル電極２ａと２ｂとを接続し
てもよい。ただし、入力側′電極と出力側電極の組合せ
が対称である接続の仕方を採用した方が帯域内リップル
を小さくすることができる。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明は、４５＠±５゜回転Ｘ板
Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７基板のＺ方向±５°を弾性表面波伝搬方
向とするとき、上記基板上に３個のインタディジタル電
極を近接配置して、これらのインタディジタル電極のう
ち中央のインタディジタル１！極を入力端子に接続し、
残りのインタディジタル電極を並列形態で出力端子に接
続すると共に、前記インタディジタル電極の両外側に少
なくとも１組の反射器を配置し０次および２次の共振モ
ードを利用する弾性表面波共振子において前記インタデ
ィジタル電極と反射器との距離ＬｚＲを、（ただし、ｎ
はＯまたは正の整数、λは中心周波数の弾性表面波波長
）の範囲に設定するようにしたので、低周波側帯域外ス
プリアスレベルを低減することができるという効果が有
る。しかも、上記構成の表面弾性共振子フィルタは、帯
域幅が広く、挿入損失が小さく、帯域内リップルが小さ
いという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される弾性表面波共振子フィルタ
の構成例を示す説明図でありこのうち、第１図（、）は
全体図、 第１図（ｂ）はインタディジタル１！極と反射器との距
離ＬＩＲを説明する拡大断面図、第２図は従来の弾性表
面波共振子における周波数応答を示す図、 第３図はインタディジタル電極と反射器との距ｉｔｌＬ
ｚｇ／λと帯域外スプリアスレベルとの関係を示す図、 第４図および第５図は本発明で提案した範囲内で各パラ
メータを具体的に設定して得られたデバイスの周波数応
答を示す図である。 １・・・・圧電基板、２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ・・・・
インタディジタル電極、４ａ、４ｂ・・・・反射器。 第１図 （ａ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電基板上に弾性表面波伝搬方向に沿って複数個
   のインタディジタル電極を近接配置して、これらのイン
   タディジタル電極のうち少なくとも１個を入力端子に接
   続し、残りのインタディジタル電極を出力端子に接続す
   ると共に、前記インタディジタル電極の両外側に少なく
   とも１組の反射器を配置し複数の共振モードを利用する
   弾性表面波共振子において、前記インタディジタル電極
   と反射器との距離Ｌ＿Ｉ＿Ｒを、 （０．２０＋ｎ／２）λ≦Ｌ＿Ｉ＿Ｒ≦（０．２３＋ｎ
   ／２）λ（ただし、ｎは０または正の整数、λは中心周
   波数の弾性表面波波長）の範囲に設定したことを特徴と
   する弾性表面波共振子。
2. （２）４５゜±５゜回転Ｘ板Ｌｉ＿２Ｂ＿４Ｏ＿７基板
   のＺ方向±５゜を弾性表面波伝搬方向とするとき、上記
   基板上に３個のインタディジタル電極を近接配置して、
   これらのインタディジタル電極のうち中央のインタディ
   ジタル電極を入力端子に接続し、残りのインタディジタ
   ル電極を並列形態で出力端子に接続すると共に、前記イ
   ンタディジタル電極の両外側に少なくとも１組の反射器
   を配置し０次および２次の共振モードを利用する弾性表
   面波共振子において、前記インタディジタル電極と反射
   器との距離Ｌ＿Ｉ＿Ｒを、 （０．２０＋ｎ／２）λ≦Ｌ＿Ｉ＿Ｒ≦（０．２３＋ｎ
   ／２）λ（ただし、ｎは０または正の整数、λは中心周
   波数の弾性表面波波長）の範囲に設定したことを特徴と
   する弾性表面波共振子。
3. （３）第２項記載の弾性表面波共振子を複数個縦続接続
   したことを特徴とする弾性表面波共振子フィルタ。