JPH10270981A

JPH10270981A - 弾性表面波フィルタ

Info

Publication number: JPH10270981A
Application number: JP7297597A
Authority: JP
Inventors: Kuniyuki Matsui; 邦行松井
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1997-03-26
Filing date: 1997-03-26
Publication date: 1998-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】広い通過帯域幅であっても、良好な通過特性
を維持できるラダー接続型弾性表面波フィルタを提供す
る。【解決手段】ＩＤＴ２とグレーティング反射器４、４
からなる複数個の１端子対共振器５、６が、圧電基板１
上に電気的に直列および並列に接続している弾性表面波
フィルタに於て、並列接続される１端子対共振器６にお
けるグレーティング反射器４、４のグレーティング本数
を３０本より少なくするか、或いは、グレーティング反
射器４、４を配備しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動体通信機器等
に高周波デバイスとして利用される弾性表面波フィルタ
に関し、具体的には、通過帯域幅の広いラダー接続型弾
性表面波フィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、通信機器には様々な高周波フィル
タが利用されている。特に、最近の携帯電話等の移動体
通信機器の普及および通信利用の増加に伴い、各種フィ
ルタの小型化および電気的特性の改善が要求されてい
る。弾性表面波フィルタは、圧電基板上に複数のすだれ
状電極トランスジューサ（ＩＤＴ）を配備したものであ
る。弾性表面波フィルタの電極構造には、多重電極型、
多重モード型、ラダー接続型等があり、それぞれ800Ｍ
Ｈｚ以上の高周波数帯において帯域通過型フィルタを実
現できる。最近、ラダー接続型の電極構造が、低損失化
の点から注目されている。

【０００３】ラダー接続型弾性表面波フィルタは、複数
の弾性表面波共振器(５)(６)を直列及び並列に接続して
使用される。該弾性表面波共振器(５)(６)は、図５にて
示されるように、圧電基板(１)上に、一対の電極指(20)
(21)からなるＩＤＴ(２)を配備し、該ＩＤＴ(２)におけ
る弾性表面波の伝搬方向の両端外側にグレーティング反
射器(４)(４)をそれぞれ配備したものであり、１端子対
共振器と呼ばれている。１端子対共振器は、図６に示さ
れるように、インピーダンスｊＸが０となる共振周波数
ｆ_rと、インピーダンスが無限大に発散する***振周波
数ｆ_aを有する。共振周波数ｆ_rおよび***振周波数ｆ_a
は、ＩＤＴ(２)における電極指(20)(21)のピッチ、ＩＤ
Ｔ(２)と圧電基板(１)の電気機械結合係数等によって変
化する。

【０００４】ラダー接続型フィルタは、圧電基板(１)上
に前記１端子対共振器を複数個、電気的に直列及び並列
に接続したものであり、等価回路で表わすと、例えば図
７のように、信号線(70)及び接地線(71)において、信号
線(70)に複数の１端子対共振器(５)（以下、「直列腕共
振器」と呼ぶ）を直列に接続し、信号線(70)と接地線(7
1)間に複数の１端子対共振器(６)（以下、「並列腕共振
器」と呼ぶ）を接続したものである。直列腕共振器(５)
の接続による信号の通過特性は、図１０（ａ）にて示さ
れるように、***振周波数ｆ_asにおいて減衰極(80)を有
する。また、並列腕共振器(６)の接続による信号の通過
特性は、図１０（ｂ）にて示されるように、共振周波数
ｆ_rpにおいて減衰極(81)を有する。従って、直列腕共振
器(５)の共振周波数ｆ_rsと、並列腕共振器(６)の***振
周波数ｆ_apとが略一致するように、直列腕共振器(５)及
び並列腕共振器(６)を形成すると、図９にて実線で示さ
れるように、周波数ｆ_rs≒ｆ_apを中心とし、直列腕共振
器(５)の***振周波数ｆ_ａｓ及び並列腕共振器（６)の
共振周波数ｆ_rpを減衰極(80)(81)とする帯域通過型フィ
ルタが得られる。なお、図９において、実線のグラフＳ
₂₁は通過特性を示し、破線のグラフＳ₁₁は反射特性を示
す。

【０００５】図１０（ａ）及び（ｂ）にて示されるよう
に、直列腕共振器(５)および並列腕共振器(６)における
信号の通過特性には、それぞれ減衰極(80)(81)よりも高
周波数側にリップル(90)(91)が生じる。従って、ラダー
接続型弾性表面波フィルタにおける信号の通過特性に
は、図９にて示されるように、並列腕共振器(６)による
リップル(91)が通過帯域内に生じ、通過特性に悪影響を
及ぼすことになる。なお、直列腕共振器(５)によるリッ
プル(90)は、ラダー接続型弾性表面波フィルタの通過帯
域外に生じるため、通過特性に悪影響はない。この問題
点に対処するため、従来は、共振器における電極の膜厚
を増やすことが行われており、これに関しては、例え
ば、特開平５−１８３３８０の弾性表面波フィルタに記
載されている。これは、膜厚の増加によって、通過特性
の波形全体が低周波数側にシフトするが、リップルの位
置が変わらないことを利用したものであり、図１１
（ａ）の実線のように、通過特性にリップル(91)を有す
るフィルタに関して、電極の膜厚を増加することによ
り、図１１（ａ）の破線のように、リップル(91)を通過
帯域外へ排除することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】現在、携帯電話等の移
動体通信機器は、各国で様々な無線通信方式が選択され
使用されている。例えば、日本の携帯電話では、ＮＴＴ
方式とＮＴＡＣＳ方式という２つの異なるアナログ方
式、及びＰＤＣ方式というデジタル方式が使用されてい
る。ＮＴＴ方式の通信周波数は、受信用が870〜885MH
z、送信用が925〜940MHzとなっており、ＰＤＣ方式の通
信周波数は、受信用が810〜826MHz、送信用が940〜956M
Hzとなっている。それぞれの通信周波数の帯域幅は、15
〜33MHzの範囲内にあり、これらの帯域幅をカバーする
弾性表面波フィルタが開発されている。近時、携帯電話
の利用者数の増加に対応するため、アナログ方式からデ
ジタル方式への移行を推進している。そのため、アナロ
グ方式とデジタル方式の両方の通信が可能なデュアルモ
ード型携帯電話が開発されている。従って、デュアルモ
ード型携帯電話には、アナログ方式とデジタル方式の両
方の通信周波数帯域をカバーするフィルタが必要であ
り、日本のＮＴＴ方式とＰＤＣ方式の場合では、受信用
フィルタが810〜885MHz（帯域幅75MHz）、送信用フィル
タが925〜956MHz（帯域幅31MHz）を通過帯域幅としてカ
バーする必要がある。前記受信用フィルタの通過帯域幅
75MHzは、従来開発されている弾性表面波フィルタの通
過帯域幅（15〜33MHz）よりも広く、これを弾性表面波
フィルタにて実現するため、電気機械結合係数の大きい
基板（例えば、41度ＹカットLiNbO₃）を使用する等の設
計上の施策が行われている。

【０００７】しかしながら、従来は、図１１（ａ）のよ
うに、電極の膜厚を増加することにより排除されていた
リップル(91)が、通過帯域幅を広げることにより、図１
１（ｂ）の破線のように、通過帯域から排除しきれなく
なる。また、電極の膜厚を増加すると、フィルタの挿入
損失、すなわち通過帯域内における信号の減衰量が大き
くなる。従って、リップル(91)を排除するためにさらに
電極の膜厚を増加すると、フィルタの挿入損失が大きく
なりすぎて、要求されるスペックを満たすことができな
くなる

【０００８】

【発明の目的】共振器(５)(６)における前記リップル(9
0)(91)は、共振器(５)(６)に配備されるグレーティング
反射器(４)(４)によるものと考えられている。しかしな
がら、グレーティング反射器(４)(４)を配備しないなら
ば、共振器における弾性表面波波の閉込め効率が低下
し、挿入損失が増大する結果となる。そこで、本願発明
者は、並列腕共振器(６)におけるグレーティング反射器
(４)(４)のグレーティング本数を減らして、グレーティ
ング本数に対するフィルタの通過特性の変化を調べる実
験を行った。すると、グレーティング本数をある本数ま
で少なくしても、帯域内リップルの大きさΔＬはさほど
変わらないが、それよりも少なくすると、本数を減らす
につれて帯域内リップルの大きさΔＬが減少して行き、
グレーティング本数を０本、すなわち、グレーティング
反射器(４)(４）を配備しないときに帯域内リップルの
大きさΔＬが最小となることを見出した。ここで、帯域
内リップルとは、通過帯域内における最大減衰量と最小
減衰量の差のことである。さらに、グレーティング反射
器（４)(４)を配備しないときであっても、挿入損失と
して要求されるスペックを満足することを見出した。本
発明は、広い通過帯域幅であっても、良好なフィルタ特
性を維持できるラダー接続型弾性表面波フィルタを提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のラダー接続型弾
性表面波フィルタは、並列腕共振器におけるグレーティ
ング反射器のグレーティング本数が３０本より少ない
か、或いは、並列腕共振器にグレーティング反射器を配
備しないことを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】まず、本発明の実施形態およびそ
のフィルタ特性を、従来のフィルタと比較しながら説明
し、それから本発明の効果について述べる。図１は、本
実施形態のラダー接続型弾性表面波フィルタを示し、図
８は、本実施形態に対応する従来のラダー接続型弾性表
面波フィルタを示している。これらは、中心周波数847.
5MHz、通過帯域幅75MHzの帯域通過型フィルタであり、
デュアルモード型携帯電話における受信用フィルタとし
て使用される。まず、本発明の実施形態を説明する前
に、従来のラダー接続型弾性表面波フィルタについて述
べる。従来のラダー接続型弾性表面波フィルタは、図８
のように、圧電基板(１)上に、３個の直列腕共振器(５)
と３個の並列腕共振器(６)とを信号入力端子(30)からそ
れぞれ交互に直列接続および並列接続することによって
構成される。フィルタの通過帯域幅を75MHzという広い
帯域幅にするために、圧電基板(１)には、電気機械結合
係数の大きい41度ＹカットＸ方向伝搬のLiNbO₃が使用さ
れる。直列腕共振器(５)及び並列腕共振器(６)は、図５
のように、一対の電極指(20)(21)からなるＩＤＴ(２)
と、該ＩＤＴ(２)における弾性表面波の伝搬方向の両端
外側に配備されたグレーティング反射器(４)(４)とによ
って構成される。直列腕共振器(５)の電極指(20)(21)
は、開口長ｄが80μｍ、対数（ついすう）が82対、且つ
ピッチが1.23μｍであり、並列腕共振器(６)の電極指(2
0)(21)は、開口長ｄが140μｍ、対数が50対、且つピッ
チが1.36μｍである。また、直列腕共振器(５)における
グレーティング反射器(40)(40)のグレーティング本数は
それぞれ200本であり、同じく、並列腕共振器(６)にお
けるグレーティング反射器(41)(41)のグレーティング本
数もそれぞれ200本である。ＩＤＴ(２)は、アルミニウ
ム又はアルミニウム合金をスパッタリングすることによ
り薄膜状に形成され、その膜厚は、直列腕共振器(５)、
並列腕共振器(６)共に200ｎｍ（ナノメートル）であ
る。

【００１１】図９は、上記構成の従来のフィルタにおけ
る通過特性および反射特性を示すグラフである。ここ
で、曲線S₁₁およびS₂₁において、添字の１は信号入力端
子(30)側を示し、添字の２は信号出力端子(31)側を示
す。曲線S₁₁は、信号入力端子(30)における反射特性を
電圧定在波比（ＶＳＷＲ：voltage standing wave rati
o）で表したものである。ＶＳＷＲとは、入射した電圧
信号（入射波）と反射して戻ってくる電圧信号（反射
波）とにより生じる電圧定在波における最大値と最小値
の比であり、この値が１に近いほど整合状態が良く、従
って、信号の反射や該反射による信号の歪みが少ないこ
とを示す。曲線S₂₁は、信号出力端子(31)から信号入力
端子(30)に通過した信号の減衰量を表す通過特性を示
す。なお、信号入力端子(30)における反射特性（曲線S
₁₁）と信号出力端子(31)における反射特性は略同じであ
り、信号入力端子(30)から信号出力端子(31)への通過特
性と信号出力端子(31)から信号入力端子(30)への通過特
性（曲線S₂₁）は略同じである。図９から明らかなよう
に、通過特性曲線S₂₁および反射特性曲線S₁₁において通
過帯域内にリップル(91)(91)が生じている。ＰＤＣ方式
の受信用フィルタに要求されるスペックは、通過帯域内
において、挿入損失が約3.0dB以下、帯域内リップルの
大きさΔＬが約2.0dB以下、且つＶＳＷＲが約2.0以下で
ある。従って、従来のラダー接続型弾性表面波フィルタ
では、リップル(91)(91)のために前記スペックを満たさ
ず、受信用フィルタに使用できない。

【００１２】前記従来のフィルタにおいて、電極の膜厚
を増加したときの通過特性の変化を表したものが図１１
（ｂ）であり、ここで、元の通過特性は実線で示され、
電極の膜厚を増加したときの通過特性は破線で示されて
いる。図１１（ｂ）から明らかなように、通過帯域幅が
広いため、電極の膜厚を増加してもリップルが通過帯域
内に残り、しかも、電極膜厚の増加により挿入損失が５
dB以上に増大するため、要求される前記スペックを満た
さない。従って、電極の膜厚を増加する方法では、この
問題点を解決できない。

【００１３】次に本実施形態のラダー接続型弾性表面波
フィルタについて説明する。本実施形態のフィルタは、
図１にて示されるように、前記従来のフィルタに比べ、
並列腕共振器(６)においてグレーティング反射器(４)
(４)を配備しない点のみが異なる。このフィルタにおけ
る直列腕共振器(５)および並列腕共振器(６)の通過特性
は、それぞれ図３（ａ）及び（ｂ）のようになり、従来
の直列腕共振器(５)および並列腕共振器(６)の通過特性
（図１０（ａ）及び（ｂ））と比べると、直列腕共振器
(５)の方は同じであるが、並列腕共振器(６)の方はリッ
プル(91)が消失していることがわかる。従って、本実施
形態のフィルタの通過特性は、図２のようになり、従来
のフィルタの通過特性（図９）と比べて、リップル(91)
が除去され、反射特性においてもリップル(91)が除去さ
れて、要求されるスペックを満たす良好なフィルタ特性
となる。グレーティング反射器(４)を配備しないことに
よる短所は、弾性表面波の閉込め効率、即ちエネルギー
の閉込め効率が悪化することであり、その結果、通過特
性において通過帯域内の減衰量が増大し、挿入損失が増
大することになる。しかしながら、本実施形態のフィル
タの挿入損失は約2.5dBであり、要求される前記スペッ
ク内に納まる。

【００１４】次に、本願発明者は、従来のフィルタ特性
（図９）から本実施形態のフィルタ特性（図２）への変
化の過程を知るために、並列腕共振器(６)におけるグレ
ーティング反射器(４)(４)のグレーティング本数を減ら
したときに、リップル(91)がどのように変化するかを実
験し、図４のグラフを得た。ここで、図４の縦軸には、
帯域内リップルの大きさΔＬをとっているが、リップル
(91)を無視したときの帯域内リップルの大きさΔＬは約
0.8dBであるから、この図では、縦軸はリップル(91)の
大きさを表すことになる。図から明らかなように、グレ
ーティング本数が30本以上であれば、グレーティング本
数が減少してもリップル(91)の大きさは約８dBのままで
変わらないが、30本未満であれば、グレーティング本数
を少なくするにつれて、リップル(91)の大きさも減少す
る。ＰＤＣ方式の場合、帯域内リップルの大きさΔＬが
約２dB以下であることが要求されるから、並列腕共振器
(６)のグレーティング本数を10本以下にすれば、帯域幅
が広く且つ要求されるスペックを満たすラダー接続型弾
性表面波フィルタが得られる。

【００１５】

【発明の作用および効果】上記の結果から、並列腕共振
器(６)におけるグレーティング反射器(４)(４)のグレー
ティング本数を30本未満とすることにより、フィルタ特
性におけるリップル(91)の大きさを減少させることがで
き、グレーティング反射器(４)(４)を配備しないことに
より、前記リップル(91)を消滅させることができ、要求
されるスペックを満たすことができる。従って、本発明
により、広い通過帯域においても良好なフィルタ特性を
有する弾性表面波フィルタを実現できる。

【００１６】上記実施形態の説明は、本発明を説明する
ためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限
定し、或いは範囲を減縮する様に解すべきではない。
又、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請
求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であ
ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるラダー接続型弾性表面波フィルタ
の実施形態を示す模式図である。

【図２】本実施形態の通過特性および反射特性を示す図
である。

【図３】（ａ）は本実施形態における直列腕共振器の通
過特性を示す図であり、（ｂ）は本実施形態における並
列腕共振器の通過特性を示す図である。

【図４】本実施形態において並列腕共振器のグレーティ
ング本数を変えたときの帯域内のリップルの変化を示す
図である。

【図５】１端子対共振器を示す平面図である。

【図６】１端子対共振器のインピーダンス特性を示す図
である。

【図７】一般的なラダー接続型フィルタを示す等価回路
図である。

【図８】従来のラダー接続型弾性表面波フィルタを示す
模式図である。

【図９】図８の通過特性および反射特性を示す図であ
る。

【図１０】（ａ）は図８における直列腕共振器の通過特
性を示す図であり、（ｂ）は図８における並列腕共振器
の通過特性を示す図である。

【図１１】電極膜厚の増加による通過特性の変化を示す
図であり、（ａ）は通過帯域が狭い場合、（ｂ）は通過
帯域が広い場合である。

【符号の説明】

(１) 圧電基板 (２) ＩＤＴ (４) グレーティング反射器 (５) 直列腕共振器 (６) 並列腕共振器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】すだれ状電極トランスジューサ(２)とグ
レーティング反射器(４)(４)からなる複数個の１端子対
共振器(５)(６)が、圧電基板(１)上に電気的に直列およ
び並列に接続している弾性表面波フィルタに於て、並列接続される１端子対共振器(６)において、グレーテ
ィング反射器(４)(４)が配備されないことを特徴とする
弾性表面波フィルタ。
【請求項２】すだれ状電極トランスジューサ(２)とグ
レーティング反射器(４)(４)からなる複数個の１端子対
共振器(５)(６)が、圧電基板(１)上に電気的に直列およ
び並列に接続している弾性表面波フィルタに於て、並列接続される１端子対共振器(６)において、グレーテ
ィング反射器(４)(４)のグレーティング本数が３０本よ
り少ないことを特徴とする弾性表面波フィルタ。
【請求項３】並列接続される１端子対共振器(６)にお
いて、グレーティング反射器(４)(４)のグレーティング
本数が１０本以下である、請求項２に記載の弾性表面波
フィルタ。
【請求項４】圧電基板(１)には、41度ＹカットLiNbO₃
が使用されることを特徴とする、請求項１乃至請求項３
の何れかに記載の弾性表面波フィルタ。