JPH11340774A - 弾性表面波フィルタ - Google Patents

弾性表面波フィルタ

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JPH11340774A
JPH11340774A JP10144654A JP14465498A JPH11340774A JP H11340774 A JPH11340774 A JP H11340774A JP 10144654 A JP10144654 A JP 10144654A JP 14465498 A JP14465498 A JP 14465498A JP H11340774 A JPH11340774 A JP H11340774A
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JP
Japan
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acoustic wave
surface acoustic
resonators
resonator
wave filter
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JP10144654A
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Norio Taniguchi
典生 谷口
Tadamasa Atomiya
忠正 後宮
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/46Filters
    • H03H9/64Filters using surface acoustic waves
    • H03H9/6423Means for obtaining a particular transfer characteristic
    • H03H9/6433Coupled resonator filters
    • H03H9/6483Ladder SAW filters
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02535Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02543Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
    • H03H9/02559Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of lithium niobate or lithium-tantalate substrates

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 帯域幅を狭めることなく通過帯域内における
所望でないリップルを抑圧することができ、通過帯域内
の平坦性に優れ、かつ広帯域の弾性表面波フィルタを得
る。 【解決手段】 複数の一端子対弾性表面波共振子11を
用いて構成された梯子型回路構成の弾性表面波フィルタ
であって、圧電性基板上に直列共振子S1,S2及び並
列共振子P1〜P3を構成するために複数の一端子対弾
性表面波共振子11が形成されており、少なくとも1つ
の弾性表面波共振子11のIDT12におけるバスバー
12a2 と、バスバー12a2 とは反対側のバスバー1
2b2に接続されている電極指12b1 の先端との間の
ギャップ長Wが、表面波の波長をλとしたときに、1.
0λ以下とされている、弾性表面波フィルタ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、帯域フィルタとし
て用いられる弾性表面波フィルタに関し、より詳細に
は、一端子対弾性表面波共振子を複数用いてなる梯子型
回路構成を有する弾性表面波フィルタに関する。
【0002】
【従来の技術】LiTaO3 基板は、比較的大きな電気
機械結合係数を有し、かつ温度特性が比較的安定である
という利点を有する。従って、LiTaO3 基板は、弾
性表面波共振子や弾性表面波フィルタ用の圧電基板とし
て広く用いられている。
【0003】例えば、特開平6−188673号公報に
は、LiTaO3 基板上に複数の弾性表面波共振子を形
成して梯子型回路を構成してなる弾性表面波フィルタが
開示されている。この先行技術では、所望のインピーダ
ンス特性を実現するには、弾性表面波共振子において、
電極指の対数や交叉幅を調整すれば良いことが記載され
ている。
【0004】他方、特開平5−183380号公報に
は、複数の弾性表面波共振子を用いて構成された梯子型
回路構成の弾性表面波フィルタが開示されており、ここ
では、所望の電極容量を得るために、電極指の対数や交
叉幅を構成すればよい旨が記載されている。弾性表面波
共振子の電極容量は、特開平5−183380号公報に
記載のように、電極指の対数と、交叉幅と、基板の誘電
率との積でほぼ決定される。従って、圧電性基板として
LiTaO3 基板を用いる場合、目的とする電極容量に
応じて、電極指の対数と交叉幅との積を決定すれば良
い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、複数の
弾性表面波共振子を用いて梯子型回路構成を有する弾性
表面波フィルタを作製するにあたり、上記のように電極
容量を所望の値とするように、電極指の対数と交叉幅の
積を一定とした場合、以下に述べるように、通過帯域内
の平坦性が十分でないという問題があった。図17は、
従来の弾性表面波フィルタの減衰量周波数特性を示す。
図17に矢印Aで示すように、通過帯域において、左側
の肩の部分が欠けており、すなわち通過帯域内の低周波
数側領域において減衰量が十分小さくならなかった。従
って、通過帯域における減衰量周波数特性の平坦度が十
分でなかった。
【0006】本発明の目的は、通過帯域における減衰量
周波数特性の平坦性に優れ、広帯域化を図り得る弾性表
面波フィルタを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、入出力間に構成された直列椀に直列共振子を有し、
該直列椀と基準電位との間に構成された並列椀に並列共
振子を有する梯子型回路構成の弾性表面波フィルタであ
って、圧電性基板と、前記圧電性基板上に形成された複
数の一端子対弾性表面波共振子とを備え、複数の一端子
対弾性表面波共振子が、前記直列共振子及び並列共振子
を構成するように配置されており、少なくとも1つの弾
性表面波共振子のインターデジタルトランスデューサ
(以下、IDT)における、一方のバスバーと、該バス
バーとは反対側のバスバーに接続されている電極指先端
との間のギャップ長が、弾性表面波の波長をλとしたと
きに、1.0λ以下となるようにされていることを特徴
とする。
【0008】請求項2に記載の発明では、並列共振子を
構成している一端子対弾性表面波共振子のうち、少なく
とも1つの弾性表面波共振子における前記ギャップ長
が、1.0λ以下とされている。
【0009】請求項3に記載の発明では、複数の並列共
振子が備えられており、かつすべての並列共振子におい
て、上記ギャップ長が1.0λ以下とされている。請求
項4に記載の発明では、上記圧電性基板がLiTaO3
基板により構成されている。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
具体的な実施例を説明することにより、本発明を明らか
にする。
【0011】(従来例の検討)前述した通り、複数の弾
性表面波共振子を用いて梯子型回路構成を有する弾性表
面波フィルタを構成した場合、従来、通過帯域内の平坦
度が十分でないという問題があった。これは、電極指の
交叉幅が弾性表面波の波長に対して短く、それによって
不要モードによるリップルが通過帯域内に表れることに
よると考えられる。
【0012】上記リップルは、特に、LiTaO3 基板
を用いた場合に顕著に現れていた。ところで、このよう
なリップルについては、特開平5−183380号公報
に開示の方法、すなわち、電極指の対数や交叉幅を変更
する方法だけでは解決することは困難であった。これ
を、以下において説明する。
【0013】従来の梯子型弾性表面波フィルタに用いら
れている弾性表面波共振子のインピーダンス特性の一例
を図2に示す。図2から明らかなように、共振周波数f
rと***振周波数faとの間において、矢印Bで示すリ
ップルが存在していることがわかる。
【0014】上記リップルBは、電極指の交叉幅を広く
することにより、小さくすることができる。ところが、
交叉幅を広くする場合には、所望のインピーダンスを得
ようとすると電極指の対数を減らさなければならない。
電極指の対数が少なくなると、共振周波数frと***振
周波数faとの間の周波数間隔が狭くなり、広帯域のフ
ィルタを提供することができなくなる。これを、図3〜
図8を参照してより具体的に説明する。
【0015】図3〜図8は、それぞれ、電極指の対数と
交叉幅との積を800λとして一定とした場合に、対数
と交叉幅と変更した場合の各弾性表面波共振子のインピ
ーダンス特性を示す。図3〜図8に示す特性における、
電極指の対数及び交叉幅は、下記の表1に示す通りであ
る。
【0016】
【表1】
【0017】図3〜図8から明らかなように、電極指の
対数を少なくし、交叉幅を広くしていくにつれて、リッ
プルBは小さくなる。しかしながら、共振周波数frと
***振周波数faとの間の周波数間隔も狭くなることが
わかる。
【0018】なお、上記のように交叉幅を変化させた場
合、リップルBの周波数は変化しない。従って、上記リ
ップルBは、横モードによる不要リップルではないこと
がわかる。
【0019】上記のように、弾性表面波共振子の電極容
量を所望の値とするために、電極指の対数と交叉幅との
積を一定にしようとすると、リップルBの大きさと、共
振周波数fr−***振周波数faの周波数間隔とがトレ
ードオフの関係となり、何れかを犠牲にしなければなら
ない。
【0020】図9は、上記のような弾性表面波共振子を
複数用いて構成された従来の梯子型弾性表面波フィルタ
のフィルタ特性を示す図である。図9において実線Cは
電極指交叉幅を10.0λとした場合、破線Dは交叉幅
を20.0λとしたときに、一点鎖線Eは交叉幅を4
0.0λとした場合の特性を示す。なお、何れの場合に
おいても、交叉幅と電極指の対数との積は800λと
し、一定とした。
【0021】図9から明らかなように、並列共振子にお
ける交叉幅が広くなるにつれて、帯域内リップルが小さ
くなるものの、通過帯域が狭くなることがわかる。すな
わち、従来の梯子型弾性表面波フィルタでは、通過帯域
を狭めることなく、帯域内リップルを軽減することは非
常に困難であった。
【0022】(実施例)図1(a)及び(b)は、それ
ぞれ、本発明の第1の実施例に係る弾性表面波フィルタ
の回路図、及び該弾性表面波フィルタに用いられている
一端子対弾性表面波共振子の電極構造を示す平面図であ
る。
【0023】本実施例の弾性表面波フィルタ1では、入
力端2と出力端3とを結ぶ線路が直列腕であり、該直列
腕と基準電位との間に第1〜第3の並列腕が構成されて
おり、それによって梯子型回路が構成されている。
【0024】直列腕には、直列共振子S1,S2が接続
されている。入力端2と直列共振子S1との間の接続点
4と、基準電位との間に第1の並列共振子P1を接続す
ることにより、第1の並列腕が構成されている。また、
第1,第2の直列共振子S1,S2間の接続点5と基準
電位との間に第2の並列共振子P2を接続することによ
り、第2の並列腕が構成されている。直列共振子S2と
出力端3との間の接続点6と基準電位との間に第3の並
列共振子P3を接続することにより第3の並列腕が構成
されている。直列共振子S1,S2及び並列共振子P1
〜P3は、それぞれ、一端子対弾性表面波共振子により
構成されている。
【0025】上記のように、直列共振子S1,S2及び
並列共振子P1〜P3を有する梯子型回路構成自体は、
従来より公知である。本実施例の弾性表面波フィルタ1
の特徴は、並列共振子P1〜P3を構成している弾性表
面波共振子のIDTにおける一方のバスバーと、該バス
バーとは反対側のバスバーに接続されている電極指先端
との間のギャップ長Wが、1.0λ以下とされているこ
とにある。
【0026】本実施例では、第1〜第3の並列共振子P
1〜P3の上記ギャップ長Wが1.0λ以下とされてお
り、それによって帯域幅を狭めることなく通過帯域内の
平坦度が高められている。これを以下において説明す
る。
【0027】帯域幅を狭めることなく、前述したリップ
ルBの影響を小さくして通過帯域内の平坦度を高めるに
は、直列共振子S1,S2及び並列共振子P1〜P3に
おける共振周波数と***振周波数との間に存在するリッ
プルBの周波数を、共振周波数側に近付ければよい。弾
性表面波のメインの共振のインピーダンスをZLとし、
リップルBのインピーダンスをZRとすると、これらを
合成した全体のインピーダンスZ0は、下記の式(1)
で表される。
【0028】
【数1】
【0029】リップルBが存在しない場合には、Z0=
ZLとなる。これに対して、リップルBが存在する場
合、式(1)におけるZL/ZR分だけ、リップルBの
影響を受け、インピーダンスが目的とする値から外れる
ことになる。ここで、ZRが同じ値の場合、ZLが小さ
ければ小さい程、全体のインピーダンスZ0におけるZ
L/ZRの不要モードに起因する影響を抑制することが
できる。
【0030】本願発明者は、上記リップルBの周波数を
変化させることにより、上記リップルBの影響を抑制す
べく検討した結果、上述したように、1ポート型弾性表
面波共振子におけるギャップ長Wを1.0λ以下とすれ
ばよいことを見出した。これを、以下において説明す
る。
【0031】図1(b)は、1端子対SAW共振子の電
極構造を示す平面図である。ここで、1端子対SAW共
振子11では、圧電性基板(図示せず)上に、一対のく
し歯電極12a,12bを、互いの電極指が間挿し合う
ように配置することにより構成されたインターデジタル
トランスデューサ(IDT)を有する。また、特に図示
はしないが、上記IDTの表面波伝搬方向両側には、グ
レーティング型反射器が設けられている。
【0032】上記くし歯電極12a,12bは、それぞ
れ、複数本の電極指12a1 ,12b1 と、電極指を一
端側で短絡しているバスバー12a2 ,12b2 とを有
する。ここで、上記ギャップ長Wとは、一方のくし歯電
極12aの電極指12a1 の先端と、該電極指12a1
が接続されているバスバー12a2 とは反対側のバスバ
ー12b2 との間のギャップの電極指長さ方向に延びる
長さをいうものとする。
【0033】上記一端子対弾性表面波共振子11におい
て、電極指交叉幅及び電極指の対数を一定とし、ギャッ
プ長Wのみを変化させて、それぞれ、インピーダンス特
性を測定した。結果を図10〜図12に示す。
【0034】図10は、ギャップ長W=2.0λ、図1
1は、ギャップ長W=1.0λ、図12は、ギャップ長
W=0.5λの場合のインピーダンス特性を示す。図1
0〜図12から明らかなように、ギャップ長Wが小さく
なるにつれて、インピーダンス特性そのものは変化しな
いが、共振周波数frと***振周波数faとの間に発生
するリップルBの周波数位置が共振周波数fr側に近付
くことがわかる。
【0035】図13は、ギャップ長と、リップルBの周
波数位置との関係を示す図である。なお、図13におけ
る縦軸のリップルの周波数位置は、(リップルの発生す
る周波数−共振周波数)/共振周波数で表されており、
すなわちリップルの発生する周波数を共振周波数で正規
化した値である。従って、縦軸のリップルの周波数位置
の値は、リップルが発生する周波数が、共振周波数から
どの程度離れているかを示しており、この値が大きい程
共振周波数frから離れ、***振周波数faに近いこと
を意味する。
【0036】図13から明らかなように、ギャップ長W
を変化させることにより、リップルBが発生する周波数
位置が変化しており、リップルBの位置を共振周波数f
rに近付けるには、ギャップ長Wを小さくすればよいこ
とがわかる。従って、不要リップルBの影響をできるだ
け小さくするには、ギャップ長Wをできるだけ小さくす
ればよいことがわかる。
【0037】特に、ギャップ長Wを、1.0λとすれ
ば、リップルBの周波数位置が、0.0175以下とな
り、ほぼ共振周波数近傍となるため、リップルBの影響
を確実に抑制し得ることがわかる。上記のように、ギャ
ップ長Wを1.0λ以下とすれば、不要リップルBの影
響を低減することができ、良好なインピーダンス特性を
得ることができる。
【0038】次に、本実施例の弾性表面波フィルタの具
体的な構成及び特性を説明する。図14は、図1に示し
た実施例の弾性表面波フィルタの平面図である。弾性表
面波フィルタ1では、LiTaO3 基板21上に、Al
よりなる複数の一端子対弾性表面波共振子が形成されて
いる。この複数の一端子対弾性表面波共振子は、図1に
示した直列共振子S1,S2と、並列共振子P1〜P3
とに相当するものである。
【0039】本実施例の弾性表面波フィルタ1の並列共
振子P1〜P3及び直列共振子S1,S2のIDTの波
長、交叉幅、ギャップ長W及び電極指の対数は下記の表
2に示す通りである。
【0040】
【表2】
【0041】表2から明らかなように、並列共振子P1
〜P3は、ギャップ長Wが、0.5λとされている。な
お、直列共振子S1,S2については、表1に示す通
り、ギャップ長Wは1.0λとされている。
【0042】なお、上記並列共振子P1〜P3及び直列
共振子S1,S2の電極膜厚は300nmであり、対波
長比で7%程度である。上記並列共振子のインピーダン
ス特性を図15に示す。
【0043】図15の実線は、実施例で用いた並列共振
子P1〜P3のインピーダンス特性を、破線はギャップ
長W=2.0λとしたことを除いては、上記並列共振子
P1〜P3と同様に構成された一端子対弾性表面波共振
子のインピーダンス特性を示す。 上記実施例の弾性表
面波フィルタのフィルタ特性を、図16に一点鎖線Fで
示す。
【0044】比較のために、図15に破線で示したギャ
ップ長W=2.0λの並列共振子P1〜P3を用いたこ
とを除いては、実施例と同様にして構成された弾性表面
波フィルタのフィルタ特性を図15に実線Gで示す。さ
らに、同じく、ギャップ長W=1.0λに変更された並
列共振子を用いたことを除いては、上記実施例と同様に
して作製された第2の実施例の弾性表面波フィルタのフ
ィルタ特性を破線Hで示す。
【0045】図16から明らかなように、ギャップ長W
=2.0λの場合には、通過帯域の左肩における欠けが
大きく、良好なフィルタ特性を得られないことがわか
る。これに対し、ギャップ長W=1.0λとした第2の
実施例の場合、帯域の左肩における欠けが小さくなり、
帯域内の平坦性が改善されていることがわかる。さら
に、第1の実施例に従って、ギャップ長W=0.5λの
並列共振子を用いた場合には、通過帯域内における平坦
性がより一層高められ、広帯域のフィルタ特性の得られ
ることがわかる。
【0046】上記第1,第2の実施例では、圧電性基板
として、LiTaO3 基板を用いたが、LiNbO3
水晶などの他の圧電単結晶からなる圧電性基板を用いて
もよい。
【0047】また、上記第1,第2の実施例では、並列
共振子P1〜P3の全てにおいて、ギャップ長Wが1.
0λ以下とされていたが、並列共振子のうち少なくとも
1つの並列共振子のギャップ長Wを1.0λ以下として
もよく、さらに、全ての弾性表面波共振子のうち、1つ
の弾性表面波共振子においてギャップ長Wを1.0λ以
下としてもよい。
【0048】また、梯子型回路についても、図1(a)
の回路構成に限定されず、従来より公知のラダー型フィ
ルタと同様に、適宜の段数となるように直列共振子及び
並列共振子を接続し得る。
【0049】
【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、梯子型
回路を構成している直列共振子及び並列共振子が一端子
対弾性表面波共振子よりなり、少なくとも1つの弾性表
面波共振子のIDTにおける、一方のバスバーと、該バ
スバーとは反対側のバスバーに接続されている電極指先
端との間のギャップ長が、弾性表面波の波長をλとした
ときに、1.0λ以下とされているので、弾性表面波共
振子の共振周波数と***振周波数との間に発生するリッ
プルに起因する、通過帯域内の不要リップルを抑圧する
ことができる。しかも、各弾性表面波共振子のインピー
ダンス特性自体は変化しないため、通過帯域を狭めるこ
となく、上記リップルを抑圧することができるので、通
過帯域内の平坦性に優れており、かつ広帯域の弾性表面
波フィルタを提供することができる。
【0050】請求項2に記載の発明では、並列共振子を
構成している一端子対弾性表面波共振子のうち、少なく
とも1つの弾性表面波共振子におけるギャップ長が1.
0λ以下とされているので、並列共振子の共振周波数−
***振周波数間に発生するリップルが抑圧され、それに
よって通過帯域の低域側におけるフィルタ特性の劣化を
防止することができ、通過帯域を狭めることなく、通過
帯域内の平坦性を高めることができる。
【0051】請求項3に記載の発明では、複数の並列共
振子の全てにおいてギャップ長が1.0λ以下とされて
いるので、より一層通過帯域内の平坦性を高めることが
でき、広帯域の弾性表面波フィルタを提供することがで
きる。
【0052】請求項4に記載の発明では、圧電性基板
が、大きな電気機械結合係数を有し、かつ温度特性が比
較的良好なLiTaO3 基板により構成されているの
で、広帯域であり、かつ温度特性が安定な弾性表面波フ
ィルタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)及び(b)は、本発明の第1の実施例に
係る弾性表面波フィルタの回路図及び該実施例に用いら
れている一端子対弾性表面波共振子のIDTの電極構造
を説明するための平面図。
【図2】一端子対弾性表面波共振子のインピーダンス特
性の一例を示す図。
【図3】電極指の対数が200対、交叉幅が4λの一端
子対弾性表面波共振子のインピーダンス特性を示す図。
【図4】電極指の対数が100対、交叉幅が8λの一端
子対弾性表面波共振子のインピーダンス特性を示す図。
【図5】電極指の対数が70対、交叉幅が11.4λの
一端子対弾性表面波共振子のインピーダンス特性を示す
図。
【図6】電極指の対数が50対、交叉幅が16λの一端
子対弾性表面波共振子のインピーダンス特性を示す図。
【図7】電極指の対数が25対、交叉幅が32λの一端
子対弾性表面波共振子のインピーダンス特性を示す図。
【図8】電極指の対数が16対、交叉幅が50λの一端
子対弾性表面波共振子のインピーダンス特性を示す図。
【図9】電極指交叉幅と電極指の対数の積を一定とし、
交叉幅を変化させた場合の弾性表面波フィルタのフィル
タ特性を示す図。
【図10】ギャップ長W=2.0λである一端子対弾性
表面波共振子のインピーダンス特性を示す図。
【図11】ギャップ長W=1.0λである一端子対弾性
表面波共振子のインピーダンス特性を示す図。
【図12】ギャップ長W=0.5λである一端子対弾性
表面波共振子のインピーダンス特性を示す図。
【図13】ギャップ長とリップルが表れる周波数位置と
の関係を示す図。
【図14】本発明の第1の実施例に係る弾性表面波フィ
ルタの平面図。
【図15】第1の実施例において用いられた並列共振子
のインピーダンス特性と、比較のために用意した並列共
振子のインピーダンス特性(破線)を示す図。
【図16】第1,第2の実施例の弾性表面波フィルタ及
び比較のために用意した弾性表面波フィルタの各フィル
タ特性を示す図。
【図17】従来の梯子型回路構成を有する弾性表面波フ
ィルタのフィルタ特性を示す図。
【符号の説明】
1…弾性表面波フィルタ 2…入力端 3…出力端 S1,S2…直列共振子 P1〜P3…並列共振子 11…位置端子対SAW共振子 12…インターデジタルトランスデューサ 12a,12b…くし歯電極 12a1 ,12b1 …電極指 12a2 ,12b2 …バスバー 21…LiTaO3 基板

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入出力間に構成された直列椀に直列共振
    子を有し、該直列椀と基準電位との間に構成された並列
    椀に並列共振子を有する梯子型回路構成の弾性表面波フ
    ィルタであって、 圧電性基板と、 前記圧電性基板上に形成された複数の一端子対弾性表面
    波共振子とを備え、複数の一端子対弾性表面波共振子
    が、前記直列共振子及び並列共振子を構成するように配
    置されており、 少なくとも1つの弾性表面波共振子のインターデジタル
    トランスデューサにおける、一方のバスバーと、該バス
    バーとは反対側のバスバーに接続されている電極指先端
    との間のギャップ長が、弾性表面波の波長をλとしたと
    きに、1.0λ以下となるようにされていることを特徴
    とする、弾性表面波フィルタ。
  2. 【請求項2】 並列共振子を構成している一端子対弾性
    表面波共振子のうち、少なくとも1つの弾性表面波共振
    子における前記ギャップ長が、1.0λ以下とされてい
    る、請求項1に記載の弾性表面波フィルタ。
  3. 【請求項3】 複数の並列共振子を有し、かつすべての
    並列共振子において、前記ギャップ長が1.0λ以下と
    されている、請求項1に記載の弾性表面波フィルタ。
  4. 【請求項4】 前記圧電性基板が、LiTaO3 基板で
    ある、請求項1〜3の何れかに記載の弾性表面波フィル
    タ。
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