WO2014103953A1 - ラダー型フィルタ - Google Patents

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WO2014103953A1
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electrode
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series arm
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Inventor
真理 佐治
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株式会社村田製作所
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/125Driving means, e.g. electrodes, coils
    • H03H9/145Driving means, e.g. electrodes, coils for networks using surface acoustic waves
    • H03H9/14544Transducers of particular shape or position
    • H03H9/14573Arrow type transducers
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/125Driving means, e.g. electrodes, coils
    • H03H9/145Driving means, e.g. electrodes, coils for networks using surface acoustic waves
    • H03H9/14517Means for weighting
    • H03H9/1452Means for weighting by finger overlap length, apodisation

Definitions

  • the present invention relates to a ladder type filter having a series arm resonator and a parallel arm resonator, and more specifically, a ladder type filter in which the series arm resonator is formed of an elastic wave resonator having a cross-weighted IDT electrode. About.
  • Patent Document 1 discloses a ladder type filter including a plurality of surface acoustic wave resonators.
  • the plurality of series arm resonators and the plurality of parallel arm resonators in the ladder filter are each formed of a surface acoustic wave resonator.
  • the IDT electrodes are weighted in the cross width. That is, 30% to 80% of the number of electrode fingers of the surface acoustic wave resonator constituting the series arm resonator is weighted.
  • reflectors having about 50 to 80 electrode fingers are arranged on both sides of the IDT electrode.
  • An object of the present invention is to provide a ladder type filter that can reduce the size of a series arm resonator composed of an acoustic wave resonator.
  • the ladder filter of the present invention has a serial arm connecting the input terminal and the output terminal, and a parallel arm connecting the serial arm and the ground potential.
  • the ladder type filter of the present invention is provided on the series arm, and includes a series arm resonator formed of an acoustic wave resonator and a parallel arm resonator provided on the parallel arm.
  • at least one series arm resonator has a cross-weighted IDT electrode and no reflector.
  • the elastic wave excitation area in the IDT electrode is 2000 ⁇ or less.
  • the elastic wave excitation area is preferably 1500 ⁇ or less.
  • the elastic wave excitation area is preferably 500 ⁇ or more.
  • the cross-weighted IDT electrode is cross-weighted so that the envelope has a rhombus shape, and the apodization ratio X is 0.8 or more. It is in the range of 1.0 or less.
  • the series arm resonator having the IDT electrode weighted with the cross width includes a boundary acoustic wave resonator.
  • the present invention since at least one series arm resonator does not have a reflector and the elastic wave excitation area is 2000 ⁇ or less, series arm resonance is suppressed while suppressing generation of ripples near the resonance frequency.
  • the child can be downsized. Therefore, it is possible to reduce the size of the ladder filter.
  • FIG. 1A is a circuit diagram of a ladder type filter according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1B shows an electrode structure of a surface acoustic wave resonator used in the ladder type filter of the embodiment. It is a top view shown typically.
  • FIG. 2 is a plan view showing an electrode structure of an acoustic wave resonator with a reflector for explaining the apodization ratio.
  • FIG. 3 is a plan view showing an electrode structure of an acoustic wave resonator with a reflector for explaining the apodization ratio.
  • 4A is a schematic plan view of an elastic wave resonator having an apodization ratio of 1
  • FIG. 4B is an apodization ratio of 0.5
  • FIG. 3 is a schematic plan view of an acoustic wave resonator having the same excitation area as a child.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating an example of a boundary acoustic wave resonator.
  • 6 is a diagram illustrating impedance characteristics of the acoustic wave resonators of Example 1 and Comparative Example 1.
  • FIG. 7 is a diagram showing impedance Smith charts of the acoustic wave resonators of Example 1 and Comparative Example 1.
  • FIG. 8 is a diagram showing impedance Smith charts of the elastic wave resonator of Example 2 and the elastic wave resonator of Comparative Example 2 in which the elastic wave excitation area is 415.8 ⁇ .
  • FIG. 8 is a diagram showing impedance Smith charts of the elastic wave resonator of Example 2 and the elastic wave resonator of Comparative Example 2 in which the elastic wave excitation area is 415.8 ⁇ .
  • FIG. 9 is a diagram showing impedance Smith charts of the elastic wave resonator of Example 3 and the elastic wave resonator of Comparative Example 3 having an elastic wave excitation area of 871.25 ⁇ .
  • FIG. 10 is a diagram showing impedance Smith charts of the elastic wave resonator of Comparative Example 4 and the elastic wave resonator of Comparative Example 5 in which the elastic wave excitation area is 253.5 ⁇ .
  • FIG. 11 shows the attenuation frequency characteristics of the ladder type filter according to one embodiment of the present invention provided as a series arm resonator of the elastic wave resonator of Example 1, and the attenuation of the ladder type filter having the elastic wave resonator of the comparative example. It is a figure which shows quantity frequency characteristic.
  • FIG. 10 is a diagram showing impedance Smith charts of the elastic wave resonator of Example 4 and the elastic wave resonator of Comparative Example 5 in which the elastic wave excitation area is 253.5 ⁇ .
  • FIG. 11 shows the attenuation frequency characteristics of
  • FIG. 12 is a diagram showing impedance Smith charts of the acoustic wave resonators of Example 4 and Comparative Example 6.
  • FIG. 13 is a diagram showing impedance Smith charts of the acoustic wave resonators of Example 5 and Comparative Example 7.
  • FIG. 14 is a diagram showing impedance Smith charts of the acoustic wave resonators of Example 6 and Comparative Example 8.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating impedance Smith charts of a plurality of types of elastic wave resonators having different elastic wave excitation areas.
  • FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the elastic wave excitation area and the resonance resistance.
  • FIG. 1A is a circuit diagram of a ladder type filter according to an embodiment of the present invention.
  • the ladder filter 1 has an input terminal 2 and an output terminal 3.
  • a serial arm 4 connecting the input terminal 2 and the output terminal 3 and first and second parallel arms 5 and 6 connecting the serial arm 4 and the ground potential are provided.
  • the series arm 4 is provided with first and second series arm resonators S1 and S2.
  • the first and second series arm resonators S1 and S2 are connected in series.
  • the first parallel arm 5 is provided with a first parallel arm resonator P1.
  • the second parallel arm 6 is provided with a second parallel arm resonator P2.
  • the circuit configuration of the ladder filter is not limited to the circuit diagram shown in FIG. That is, the number of series arm resonators and parallel arm resonators is not particularly limited.
  • the feature of the ladder filter 1 of the present embodiment is that the series arm resonators S1 and S2 are made of boundary acoustic wave resonators having no reflector and having an elastic wave excitation area of 2000 ⁇ or less.
  • FIG. 1B is a schematic plan view showing the electrode structure of the first series arm resonator S1.
  • the first series arm resonator S ⁇ b> 1 has an IDT electrode 11.
  • the IDT electrode 11 includes a first comb electrode 12 and a second comb electrode 13.
  • the first comb electrode 12 has a first bus bar 12a. One end of each of the plurality of first electrode fingers 12b and the first dummy electrodes 12c is connected to the first bus bar 12a.
  • the second comb-tooth electrode 13 has a second bus bar 13a. One end of each of a plurality of second electrode fingers 13b and a plurality of second dummy electrodes 13c is connected to the second bus bar 13a.
  • the plurality of first electrode fingers 12b and the first dummy electrodes 12c extend in a direction orthogonal to the elastic wave propagation direction.
  • the second electrode finger 13b and the second dummy electrode 13c also extend in a direction orthogonal to the elastic wave propagation direction.
  • the plurality of first electrode fingers 12b and the plurality of second electrode fingers 13b are interleaved with each other.
  • the tip of the first dummy electrode 12c is opposed to the tip of the second electrode finger 13b with a gap.
  • the tip of the second dummy electrode 13c is opposed to the tip of the first electrode finger 12b with a gap.
  • the first series arm resonator S1 includes the IDT electrode 11, but no reflector is provided on both sides of the IDT electrode 11. Therefore, the size of the first series arm resonator S1 can be reduced by the amount that the reflector is not provided. Further, the IDT electrode 11 is subjected to cross width weighting as illustrated. In the IDT electrode 11 subjected to the cross width weighting, the elastic wave excitation area is set to 2000 ⁇ or less. Thereby, the area of the IDT electrode 11 is reduced. This elastic wave excitation area will be described in detail later.
  • the first series arm resonator S1 since the first series arm resonator S1 does not have a reflector and the elastic wave excitation area is 2000 ⁇ or less, the first series arm resonator S1 can be downsized. Can do.
  • the second series arm resonator S2 is configured in the same manner as the first series arm resonator S1. Therefore, in the ladder type filter 1, since the first and second series arm resonators S1 and S2 can be reduced in size, the entire ladder type filter device can be reduced in size.
  • the first and second series arm resonators S1 and S2 are boundary acoustic wave resonators.
  • the specific structure of the boundary acoustic wave resonator is not particularly limited.
  • a so-called three-medium structure boundary acoustic wave resonator shown in FIG. 5 can be used.
  • the IDT electrode 11 described above is provided between the piezoelectric body 14 as the first medium and the dielectric body 15 as the second medium.
  • a third medium 16 is laminated on the dielectric 15.
  • Not only such a boundary acoustic wave resonator having three media but also a boundary acoustic wave resonator having a so-called two-medium structure may be used.
  • the boundary acoustic wave resonator but also the surface acoustic wave resonator may be a surface acoustic wave resonator.
  • FIG. 2 is a plan view schematically showing an electrode structure of an acoustic wave resonator with a reflector as a reference example.
  • reflectors 102 and 103 are provided on both sides of the IDT electrode 101.
  • a plurality of first electrode fingers 104 and a plurality of second electrode fingers 105 are interleaved.
  • a second dummy electrode 106 is disposed with a gap from the tip of the first electrode finger 104.
  • a first dummy electrode 107 is provided with a gap from the tip of the second electrode finger 105.
  • the IDT electrode 101 is weighted with cross width. That is, the region where the first electrode finger 104 and the second electrode finger 105 intersect changes along the elastic wave propagation direction.
  • the elastic wave is excited at a portion where the first electrode finger 104 and the second electrode finger 105 connected to different potentials intersect, that is, a portion where they overlap in the elastic wave propagation direction. Since the intersection width is weighted, the size of the portion that excites the elastic wave changes in the elastic wave propagation direction.
  • the region where the plurality of first electrode fingers 104 and the second electrode finger 105 intersect, that is, the elastic wave excitation region A has a rhombus shape.
  • the elastic wave excitation area refers to the area of the elastic wave excitation area A.
  • the IDT electrode 101 can naturally be reduced in size.
  • the first bus bar 108 and the second bus bar 109 are extended in parallel. Therefore, as the intersection width changes, the lengths of the first and second dummy electrodes 106 and 107 also change.
  • the first and second bus bars 118 and 119 are provided so that both approach each other from the maximum cross width portion toward the end portion in the elastic wave propagation direction. That is, the elastic wave excitation area A constituted by the first and second electrode fingers 104 and 105 is the same as that in FIG. 2, but the area where the first and second dummy electrodes 106 and 107 are provided. Has been made smaller. Also in this case, the elastic wave excitation region A is the same as the IDT electrode 101 shown in FIG.
  • the elastic wave excitation area is Number of pairs of electrode fingers in IDT electrode [pair] ⁇ intersection width [ ⁇ ] ⁇ (1 ⁇ X / 2) (1) It is represented by Here, X represents the apodization ratio, and ⁇ represents the wavelength of the propagating elastic wave.
  • the apodization ratio X is represented by (ab / a).
  • a indicates the maximum crossing width [ ⁇ ] of the IDT electrode, and b indicates the opening length [ ⁇ ].
  • FIG. 4A the IDT electrode 121 is subjected to cross width weighting so that a portion surrounded by a broken line is the elastic wave excitation region A.
  • the maximum intersection width is a [ ⁇ ].
  • the elastic wave at the IDT electrode to which the intersection width is weighted can express the excitation area by the above-described equation (1).
  • the number of electrode finger pairs is 63
  • the electrode finger cross width, that is, the maximum cross width is 13.2 ⁇
  • the apodization ratio X is 0.9
  • the first and second series arm resonators S1 and S2 do not have reflectors, and the elastic wave excitation area defined as described above is large. Since it is 2000 ⁇ or less, it is possible to reduce the size. Moreover, in the ladder filter 1 of the present embodiment, even if the first and second series arm resonators S1 and S2 are downsized as described above, generation of ripples in the vicinity of the resonance frequency can be suppressed. it can. This will be described more specifically with reference to FIGS.
  • FIG. 6 shows impedance characteristics of the elastic wave resonator of Example 1 which is a specific example of the first series arm resonator S1 and Comparative Example 1 prepared for comparison
  • FIG. 7 shows impedance Smith. A chart is shown.
  • Example 1 The configuration of Example 1 is as follows.
  • a structure was used in which silicon oxide having a thickness of 0.8 ⁇ was stacked as a second medium layer and silicon nitride having a thickness of 1 ⁇ was stacked as a third medium layer on a LiNbO 3 substrate.
  • the electrode structure was provided at the boundary between LiNbO 3 and the second medium.
  • the IDT electrode was the same as in Example 1. However, a pair of reflectors each having 32 electrode fingers were provided on both sides of the IDT electrode.
  • FIG. 8 to 10 are diagrams showing impedance Smith charts of Examples 2 and 3, Comparative Example 4, and Comparative Examples 2, 3, and 5.
  • FIG. The configurations of Examples 2 and 3, Comparative Example 4, and Comparative Examples 2, 3, and 5 are as follows.
  • Elastic wave excitation area 415.8 ⁇ .
  • Comparative Example 3 a pair of reflectors having 24 electrode fingers was provided. In Example 3, no reflector was provided.
  • Comparative Example 5 a pair of reflectors having 24 electrode fingers was provided. In Comparative Example 4, no reflector was provided.
  • Example 2 Comparative Example 4 and Comparative Examples 2, 3 and 5, the boundary acoustic wave device was formed by stacking the LiNbO 3 substrate and the second and third media in the same manner as in Example 1.
  • the elastic wave excitation area is not too large, and if it is 2000 ⁇ or less as shown in the first to third embodiments, it is possible to reduce the size according to the present invention without causing deterioration of characteristics in the vicinity of the resonance frequency. You can see that you can proceed.
  • a pair of reflectors each having 15 electrode fingers are provided on the series arm resonators S1 and S2.
  • the resonator has a three-medium structure in which a 0.8 ⁇ -thick silicon oxide and a 1 ⁇ -thick silicon nitride are stacked on a LiNbO 3 substrate.
  • the attenuation amount was large at the frequency position corresponding to the resonance frequency of the series arm resonator in the center of the passband.
  • the embodiment shown by the solid line it is possible to improve the loss in the frequency range.
  • FIG. 15 is a diagram showing an impedance Smith chart of a plurality of types of elastic wave resonators having different elastic wave excitation areas.
  • the solid line in FIG. 15 shows the results when the elastic wave excitation area is 141 ⁇ , the broken line is 353 ⁇ , the alternate long and short dash line is 705 ⁇ , the alternate long and two short dashes line is 1058 ⁇ , and the thin line is 1763 ⁇ .
  • FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the elastic wave excitation area and the resonance resistance. The relationship between the elastic wave excitation area and the resonance resistance Rr in this case is shown in Table 1 below.
  • the resonance resistance is deteriorated.
  • the resonance resistance required for the series arm resonator of the ladder filter is desirably 2 ⁇ or less
  • the elastic wave excitation area is desirably 500 ⁇ or more from FIG. Therefore, the resonator of the ladder filter in this embodiment preferably has an elastic wave excitation area of 500 ⁇ or more.
  • FIGS. 12 to 14 are diagrams showing impedance Smith charts of the acoustic wave resonators of Examples 4 to 6 and Comparative Examples 6 to 8.
  • FIGS. The specifications of Examples 4 to 6 and Comparative Examples 6 to 8 are as follows.
  • Comparative Examples 6 to 8 were the same as Examples 4 to 6 except that the reflector was provided. From Examples 4 to 6, Comparative Examples 6 to 8 were boundary acoustic wave elements having a three-medium structure similar to Example 1.
  • the resonance is higher in the examples 4 to 6 than in the comparative examples 6 to 8. It can be seen that the return loss near the frequency can be improved. Further, it can be seen that even if the apodization ratio is made smaller than 1.0 and close to the normal type IDT, the characteristics near the resonance frequency can be improved.
  • the apodization ratio X is desirably 0.8 or more.
  • the apodization ratio X is desirably 0.8 or more and 1.0 or less as described above.
  • the elastic wave resonator in the present embodiment is not limited to the series arm resonator of the ladder type filter.
  • the present invention may be applied to a series arm resonator for traps connected to a longitudinally coupled resonator type filter.

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Abstract

 交差幅重み付けが施されたIDT電極を有する直列腕共振子を備えるラダー型フィルタの小型化を図る。 直列腕共振子S1,S2と並列腕共振子P1,P2とを備え、少なくとも1つの直列腕共振子S1,S2が、交差幅重み付けされたIDT電極11を有し、かつ反射器を有せず、IDT電極11における最大交差幅をa、開口長をbとし、アポダイズ比X=(a-b)/a、伝搬する弾性波の波長をλとしたときに、弾性波励振面積=IDT電極の対数[対]×交差幅[λ]×(1-X/2)は2000λ以下とされている、ラダー型フィルタ1。

Description

ラダー型フィルタ
 本発明は、直列腕共振子及び並列腕共振子を有するラダー型フィルタに関し、より詳細には、直列腕共振子が、交差幅重み付けされたIDT電極を有する弾性波共振子からなる、ラダー型フィルタに関する。
 従来、携帯電話機の帯域フィルタなどにラダー型フィルタが用いられている。下記の特許文献1には、複数の弾性表面波共振子からなるラダー型フィルタが開示されている。特許文献1では、当該ラダー型フィルタにおける複数の直列腕共振子及び複数の並列腕共振子が、それぞれ、弾性表面波共振子からなる。直列腕共振子に用いられている弾性表面波共振子では、IDT電極が交差幅重み付けされている。すなわち、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子の電極指の対数の30%~80%が重み付けされている。弾性表面波の漏洩を防止するために、IDT電極の両側に、電極指本数が50本~80本程度の反射器が配置されている。
特開平09-246911号公報
 弾性表面波共振子を用いたラダー型フィルタにおいても、他の電子部品と同様に、小型化が強く求められている。従って、弾性表面波共振子が構成される部分の面積を小さくすることが求められている。しかしながら、特許文献1に記載のラダー型フィルタの直列腕共振子では、IDT電極の両側に電極指本数が50本~80本の反射器が配置されている。従って、小型化が困難であった。
 また、小型化のためには、IDT電極を小さくすることも考えられる。しかしながら、IDT電極の面積を小さくしすぎると、共振周波数付近にリップルが発生するという問題があった。
 本発明の目的は、弾性波共振子からなる直列腕共振子の小型化を図ることができる、ラダー型フィルタを提供することにある。
 本発明のラダー型フィルタは、入力端子と、出力端子とを結ぶ直列腕と、直列腕とグラウンド電位とを結ぶ並列腕とを有する。本発明のラダー型フィルタは、前記直列腕に設けられており、弾性波共振子からなる直列腕共振子と、前記並列腕に設けられている並列腕共振子とを備える。本発明では、少なくとも1つの直列腕共振子が、交差幅重み付けされたIDT電極を有し、かつ反射器を有しない。そして、このIDT電極における弾性波励振面積が2000λ以下とされている。
 なお、弾性波励振面積とは、伝搬する弾性波の波長をλとしたとき、弾性波励振面積=IDT電極の電極指の対数[対]×交差幅[λ]×(1-X/2)で表わされる。ここで、XはIDT電極の重み付けの程度を示すアポダイズ比である。このアポダイズ比は、IDT電極における最大交差幅をa、開口長をbとしたときに、X=(a-b)/aで表わされる。
 本発明に係るラダー型フィルタでは、好ましくは、上記弾性波励振面積が1500λ以下とされている。
 本発明に係るラダー型フィルタでは、好ましくは、上記弾性波励振面積が500λ以上とされている。
 本発明に係るラダー型フィルタは、好ましくは、前記交差幅重み付けされているIDT電極が、包絡線が菱形の形状であるように交差幅重み付けされており、かつアポダイズ比Xが0.8以上、1.0以下の範囲にある。
 本発明に係るラダー型フィルタの他の特定の局面では、前記交差幅重み付けされたIDT電極を有する直列腕共振子が弾性境界波共振子からなる。
 本発明によれば、少なくとも1つの直列腕共振子が反射器を有せず、かつ弾性波励振面積が2000λ以下とされているため、共振周波数付近におけるリップルの発生を抑制しつつ、直列腕共振子の小型化を図ることができる。そのため、ラダー型フィルタの小型化を進めることが可能となる。
図1(a)は、本発明の一実施形態に係るラダー型フィルタの回路図であり、図1(b)は実施形態のラダー型フィルタで用いられている弾性表面波共振子の電極構造を模式的に示す平面図である。 図2は、アポダイズ比を説明するための反射器付きの弾性波共振子の電極構造を示す平面図である。 図3は、アポダイズ比を説明するための反射器付きの弾性波共振子の電極構造を示す平面図である。 図4(a)は、アポダイズ比が1である弾性波共振子の模式的平面図であり、図4(b)は、アポダイズ比が0.5であり、図4(a)の弾性波共振子と同じ励振面積を有する弾性波共振子の模式的平面図である。 図5は、弾性境界波共振子の一例を示す断面図である。 図6は、実施例1及び比較例1の弾性波共振子のインピーダンス特性を示す図である。 図7は、実施例1及び比較例1の弾性波共振子のインピーダンススミスチャートを示す図である。 図8は、弾性波励振面積が415.8λである実施例2の弾性波共振子及び比較例2の弾性波共振子のインピーダンススミスチャートを示す図である。 図9は、弾性波励振面積が871.25λである実施例3の弾性波共振子及び比較例3の弾性波共振子のインピーダンススミスチャートを示す図である。 図10は、弾性波励振面積が253.5λである比較例4の弾性波共振子及び比較例5の弾性波共振子のインピーダンススミスチャートを示す図である。 図11は、実施例1の弾性波共振子の直列腕共振子として備える本発明の一実施形態に係るラダー型フィルタの減衰量周波数特性及び比較例の弾性波共振子を有するラダー型フィルタの減衰量周波数特性を示す図である。 図12は、実施例4及び比較例6の弾性波共振子のインピーダンススミスチャートを示す図である。 図13は、実施例5及び比較例7の弾性波共振子のインピーダンススミスチャートを示す図である。 図14は、実施例6及び比較例8の弾性波共振子のインピーダンススミスチャートを示す図である。 図15は、弾性波励振面積を異ならせた複数種の弾性波共振子のインピーダンススミスチャートを表す図である。 図16は、弾性波励振面積と共振抵抗の関係を示す図である。
 以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
 図1(a)は、本発明の一実施形態に係るラダー型フィルタの回路図である。ラダー型フィルタ1は、入力端子2と出力端子3とを有する。入力端子2と出力端子3とを結ぶ直列腕4と、直列腕4とグラウンド電位とを結ぶ第1,第2の並列腕5,6とが備えられている。直列腕4には、第1,第2の直列腕共振子S1,S2が設けられている。第1,第2の直列腕共振子S1,S2は直列に接続されている。第1の並列腕5には、第1の並列腕共振子P1が設けられている。第2の並列腕6には第2の並列腕共振子P2が設けられている。
 なお、本発明においては、ラダー型フィルタの回路構成は図1(a)に示した回路図の構成に限定されるものではない。すなわち、直列腕共振子及び並列腕共振子の数は特に限定されるものではない。
 本実施形態のラダー型フィルタ1の特徴は、直列腕共振子S1,S2が、反射器を有せず、弾性波励振面積が2000λ以下とされている弾性境界波共振子からなることにある。
 図1(b)は、第1の直列腕共振子S1の電極構造を示す模式的平面図である。第1の直列腕共振子S1は、IDT電極11を有する。IDT電極11は、第1の櫛歯電極12と第2の櫛歯電極13とを有する。
 第1の櫛歯電極12は、第1のバスバー12aを有する。第1のバスバー12aに複数本の第1の電極指12b及び第1のダミー電極12cの各一端が接続されている。第2の櫛歯電極13は、第2のバスバー13aを有する。第2のバスバー13aに、複数本の第2の電極指13bと、複数本の第2のダミー電極13cとの各一端が接続されている。
 複数本の第1の電極指12b及び第1のダミー電極12cは、弾性波伝搬方向と直交する方向に延びている。同様に、第2の電極指13b及び第2のダミー電極13cも弾性波伝搬方向と直交する方向に延びている。
 複数本の第1の電極指12bと、複数本の第2の電極指13bとが互いに間挿し合っている。また、第1のダミー電極12cの先端は、第2の電極指13bの先端とギャップを隔てて対向されている。同様に、第2のダミー電極13cの先端は、第1の電極指12bの先端とギャップを隔てて対向されている。
 図1(b)に示すように、第1の直列腕共振子S1は、IDT電極11を有するが、IDT電極11の両側に反射器は設けられていない。従って、反射器が設けられていない分だけ、第1の直列腕共振子S1の小型化を図ることができる。また、IDT電極11は、図示のように、交差幅重み付けが施されている。この交差幅重み付けが施されているIDT電極11において、弾性波励振面積は2000λ以下とされている。それによって、IDT電極11の面積が小さくされている。この弾性波励振面積については後ほど詳述する。
 本実施形態では、第1の直列腕共振子S1が、反射器を有せず、かつ弾性波励振面積が2000λ以下とされているため、第1の直列腕共振子S1の小型化を図ることができる。
 なお、第2の直列腕共振子S2も第1の直列腕共振子S1と同様に構成されている。よって、ラダー型フィルタ1では、第1,第2の直列腕共振子S1,S2の小型化を図り得るため、ラダー型フィルタ装置全体の小型化を進めることが可能となる。
 第1,第2の直列腕共振子S1,S2は弾性境界波共振子からなる。弾性境界波共振子の具体的構造は特に限定されない。例えば、図5に示すいわゆる三媒質構造の弾性境界波共振子を用いることができる。第1の媒質として圧電体14と第2の媒質として誘電体15との間に、前述したIDT電極11が設けられている。誘電体15に第3の媒質16が積層されている。このような三媒質の弾性境界波共振子に限らず、いわゆる二媒質構造の弾性境界波共振子を用いてもよい。さらに、弾性境界波共振子に限らず、弾性波共振子は、弾性表面波共振子であってもよい。
 ここで、上記弾性波励振面積を図2~図4を参照して説明する。
 図2は、参考例としての反射器付きの弾性波共振子の電極構造を模式的に示す平面図である。図2に示す電極構造では、IDT電極101の両側に反射器102,103が設けられている。IDT電極101では、複数本の第1の電極指104と、複数本の第2の電極指105とが間挿し合っている。また、第1の電極指104の先端とギャップを隔てて第2のダミー電極106が配置されている。第2の電極指105の先端とギャップを隔てて第1のダミー電極107が設けられている。
 IDT電極101では交差幅重み付けが施されている。すなわち、第1の電極指104と第2の電極指105とが交差している領域が、弾性波伝搬方向に沿って変化している。弾性波は、異なる電位に接続される第1の電極指104と、第2の電極指105とが交差している部分すなわち弾性波伝搬方向において両者が重なり合っている部分において励振される。交差幅重み付けが施されているため、この弾性波を励振する部分は弾性波伝搬方向において大きさが変化している。IDT電極101では、上記複数本の第1の電極指104と第2の電極指105とが交差している領域、すなわち弾性波励振領域Aは菱形の形状を有している。
 上記弾性波励振面積とは、弾性波励振領域Aの面積を言う。弾性波励振面積が小さくなると、当然のことながら、IDT電極101の小型化を図り得る。
 なお、図2に示すIDT電極101では、第1のバスバー108と第2のバスバー109とが平行に延ばされていた。従って、上記交差幅が変化するにつれ、第1,第2のダミー電極106,107の長さも変化している。
 他方、図3に示すIDT電極111では、第1,第2のバスバー118,119は、最大交差幅部分から弾性波伝搬方向端部に向かうにつれ、両者が近づくように設けられている。すなわち、第1,第2の電極指104,105により構成される弾性波励振領域Aは図2の場合と同様であるが、第1,第2のダミー電極106,107が設けられている領域が小さくされている。この場合においても、弾性波励振領域Aは、図2に示したIDT電極101と同一となる。すなわち弾性波励振面積は、
IDT電極における電極指の対数[対]×交差幅[λ]×(1-X/2)…式(1)
で表わされる。ここで、Xはアポダイズ比、λは伝搬する弾性波の波長を示す。アポダイズ比Xは、(a-b/a)で表わされる。ここで、aはIDT電極の最大交差幅[λ]を示し、bは開口長[λ]を示す。
 上記弾性波励振面積の計算例を図4(a)及び(b)を参照して説明する。図4(a)では、IDT電極121は、破線で囲まれた部分が弾性波励振領域Aであるように交差幅重み付けが施されている。ここで、最大交差幅はa[λ]である。この場合、IDT電極121の弾性波伝搬方向端部では、交差幅は0、すなわち開口長は0とされている。従って、アポダイズ比X=a/a=1となる。よって、弾性波励振面積は、IDT電極121における電極指の対数[対]×a[λ]×(1-1/2)=(対数×a)×0.5λとなる。
 これに対して、図4(b)に示すIDT電極131では、アポダイズ比が0.5である。すなわち、(a-b)/a=0.5、アポダイズ割合が50%とされている。この場合には、弾性波励振面積は電極指の対数[対]×a[λ]×(1-0.5/2)=(対数×a)×0.75λとなる。
 上記のように交差幅重み付けが施されているIDT電極における弾性波が励振面積を上述した式(1)により表わすことができる。たとえば、図3に示したIDT電極111において、電極指の対数が63対、電極指交差幅すなわち最大交差幅は13.2λ、アポダイズ比Xが0.9であり、反射器102,103の電極指の本数が32本とすると、弾性波励振面積は63×13.2λ×(1-0.9/2)=457.38λとなる。
 前述したように、図1に示したラダー型フィルタ1では、第1,第2の直列腕共振子S1,S2が反射器を有せず、かつ上記のように定義される弾性波励振面積が2000λ以下であるため、小型化を図ることが可能とされている。しかも、本実施形態のラダー型フィルタ1では、上記のように第1,第2の直列腕共振子S1,S2の小型化を図ったとしても、共振周波数近傍におけるリップルの発生を抑制することができる。これを、図6~図14を参照してより具体的に説明する。
 図6は、第1の直列腕共振子S1の具体的な実施例である実施例1と、比較のために用意した比較例1の弾性波共振子のインピーダンス特性を示し、図7はインピーダンススミスチャートを示す。
 実施例1の構成は以下の通りである。
 LiNbO基板上に、第2の媒質層として0.8λの厚みの酸化ケイ素、第3の媒質層として1λの厚みの窒化ケイ素を積層した構造を用いた。電極構造は、LiNbOと第2の媒質との間の境界に設けた。IDT電極:電極指の対数=63対、最大交差幅a=13.2λ、アポダイズ比=0.9。比較例1では、IDT電極は実施例1と同様とした。但し、IDT電極の両側に電極指の本数が各32本の一対の反射器を設けた。
 上記実施例1及び比較例1における弾性波励振面積は、63×13.2λ×(1-0.9/2)=457.38λとなる。
 図6及び図7の実線が実施例1の結果を、破線が比較例1の結果を示す。
 図6及び図7から明らかなように、同じ弾性波励振面積を有するにも関わらず、反射器が設けられている比較例1では、共振周波数付近に大きなリップルが表れていることがわかる。すなわち、図6における比較例1のインピーダンス特性では、共振周波数付近において下向きのピークの先端が鋭くなっていない。これは、共振周波数付近に大きなリップルが表れていることによる。同様に、図7のインピーダンススミスチャートにおいても、矢印Bで示す共振周波数付近においてリップルが表れていることがわかる。これに対して、実施例1では、共振周波数付近におけるリップルがほとんど生じていないことがわかる。図6及び図7から明らかなように、実施例1では、反射器を設けなかったことにより、上記リップルを抑圧し得たことがわかる。
 図8~図10は、実施例2,3、比較例4及び比較例2,3,5のインピーダンススミスチャートを示す図である。実施例2,3、比較例4及び比較例2,3,5の構成は以下の通りである。
 (実施例2及び比較例2)
 IDT電極の電極指の対数=63対、最大交差幅a=13.2λ、アポダイズ比=1.0。弾性波励振面積=415.8λ。
 比較例2では、電極指本数が24本の一対の反射器を設けた。実施例2では反射器は設けなかった。すなわち、反射器の電極指の本数=0である。
 (実施例3及び比較例3)
 電極指の対数=85対、最大交差幅a=20.5λ、アポダイズ比=1.0。弾性波励振面積=871.25λ。
 比較例3では、電極指本数が24本の一対の反射器を設けた。実施例3では反射器は設けなかった。
 (比較例4及び比較例5)
 電極指の対数=162対、最大交差幅a=43.5λ、アポダイズ比=1.0。弾性波励振面積=3253.5λ。
 比較例5では、電極指本数が24本の一対の反射器を設けた。比較例4では反射器は設けなかった。
 なお、実施例2,3、比較例4及び比較例2,3,5においても、実施例1と同様にLiNbO基板と、第2,第3の媒質を積層した弾性境界波素子とした。
 図8及び図9に矢印C,Dで示すように、比較例2,3では、共振周波数付近におけるリップルによるリターンロスの劣化が見られたが、これに対して実施例2,3では、このリターンロスが改善されていることがわかる。
 もっとも、図10では、実線の特性と破線の特性にさほど変化がない。すなわち、弾性波励振面積が3253.5λである比較例4では、比較例5に比べ、特性がさほど変化していない。従って、弾性波励振面積が2000λを超え、3253.5λと大きいIDT電極では、反射器を設けなかったとしても共振特性を改善する効果が得られないことがわかる。
 よって、本発明では、弾性波励振面積は、大き過ぎず、上記実施例1~3に示したように2000λ以下であれば、本発明に従って共振周波数近傍における特性の劣化を招くことなく小型化を進め得ることがわかる。
 図11の実線は上記実施形態のラダー型フィルタのフィルタ特性を示し、破線は比較例のラダー型フィルタのフィルタ特性を示す図である。なお、上記実施形態のラダー型フィルタにおける直列腕共振子の仕様は以下の通りである。
 直列腕共振子S1:電極指の対数=117対、最大交差幅a=23.39λ、アポダイズ比=100%。弾性波励振面積=117×23.39λ×(1-1/2)=1368.3λ。三媒質構造で上記実施例と同様の材料を得る構造を用いた。
 比較例のラダー型フィルタでは、直列腕共振子S1,S2に、電極指本数が15本の一対の反射器をそれぞれ設けた。
 共振子の構成としては、LiNbO基板上に、0.8λの厚みの酸化ケイ素及び1λの厚みの窒化ケイ素を積層した三媒質構造とした。
 図11から明らかなように、比較例のラダー型フィルタでは、通過帯域中央において、直列腕共振子の共振周波数に相当する周波数位置において減衰量が大きかった。これに対して、実線で示す上記実施形態によれば、該周波数域における損失を改善することが可能となった。
 図15は弾性波励振面積を異ならせた複数種の弾性波共振子のインピーダンススミスチャートを表す図である。図15中の実線は弾性波励振面積が141λ、破線は353λ、一点鎖線は705λ、二点鎖線は1058λ、細線は1763λの場合の結果を示す。図16は弾性波励振面積と共振抵抗の関係を示す図である。この場合の弾性波励振面積と共振抵抗Rrの関係を下記の表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 図16及び表1に示されるように、弾性波励振面積が小さくなると、共振抵抗が劣化する。ラダー型フィルタにおいては、直列腕共振子の共振抵抗が劣化すると、フィルタ帯域内の伝搬損失が劣化する。従って、共振抵抗があまり大きくならないように設定することが望ましい。ここで、ラダー型フィルタの直列腕共振子に求められる共振抵抗は2Ω以下であることが望ましいので、図16から、弾性波励振面積は500λ以上とすることが望ましい。したがって、本実施形態におけるラダー型フィルタの共振子としては、弾性波励振面積が500λ以上であることが好ましい。
 図12~図14は、実施例4~6及び比較例6~8の弾性波共振子のインピーダンススミスチャートを示す図である。実施例4~6及び比較例6~8の仕様は以下の通りである。
 IDT電極の電極指の対数=63対、最大交差幅a=13.2λ。実施例4~6では反射器を設けなかった。比較例6~8では、電極指の本数が8本の一対の反射器をIDT電極の両側に設けた。弾性波励振面積が菱形となるように交差幅重み付けを施した。アポダイズ比は以下の通りとした。
 実施例4のアポダイズ比=1.0、実施例5のアポダイズ比=0.9、実施例6のアポダイズ比=0.8。
 比較例6~8は、上記反射器を設けたことを除いては実施例4~6と同様とした。また、実施例4~6より比較例6~8は、実施例1と同様の三媒質構造の弾性境界波素子とした。
 図12~図14から明らかなように、アポダイズ比が1.0、0.9及び0.8のいずれの場合においても、比較例6~8に比べ、実施例4~6によれば、共振周波数付近におけるリターンロスを改善し得ることがわかる。また、アポダイズ比を1.0より小さくし、正規型のIDTに近付けていったとしても、共振周波数近傍における特性を良好とし得ることがわかる。
 もっとも、アポダイズ比が大きいほど、すなわちアポダイズ比Xが1.0に近い程本発明による効果が大きいことがわかる。従って、本発明の効果を十分に得るには、アポダイズ比Xは0.8以上であることが望ましい。なお、アポダイズ比の上限1.0であるため、アポダイズ比Xは上記のように0.8以上、1.0以下であることが望ましい。
 また、本実施形態における弾性波共振子は、ラダー型フィルタの直列腕共振子に限られるものではない。たとえば、縦結合共振子型フィルタに接続される、トラップ用の直列腕共振子に適用してもよい。
1…ラダー型フィルタ
2…入力端子
3…出力端子
4…直列腕
5,6…第1,第2の並列腕
11…IDT電極
12…第1の櫛歯電極
12a…第1のバスバー
12b…第1の電極指
12c…第1のダミー電極
13…第2の櫛歯電極
13a…第2のバスバー
13b…第2の電極指
13c…第2のダミー電極
14…圧電体
15…誘電体
16…第3の媒質
P1,P2…並列腕共振子
S1,S2…直列腕共振子

Claims (5)

  1.  入力端子と、出力端子とを結ぶ直列腕と、直列腕とグラウンド電位とを結ぶ並列腕とを有するラダー型フィルタであって、
     前記直列腕に設けられており、弾性波共振子からなる直列腕共振子と、
     前記並列腕に設けられている並列腕共振子とを備え、
     少なくとも1つの前記直列腕共振子が、交差幅重み付けされたIDT電極を有し、反射器を有せず、前記IDT電極における最大交差幅をa、開口長をbとしたときにアポダイズ比=(a-b)/aで表わされるアポダイズ比をX、伝搬する弾性波の波長をλとしたとき、弾性波励振面積=IDT電極の電極指の対数[対]×交差幅[λ]×(1-X/2)で表わされる弾性波励振面積が2000λ以下とされている、ラダー型フィルタ。
  2.  前記弾性波励振面積が1500λ以下である、請求項1に記載のラダー型フィルタ。
  3.  前記弾性波励振面積が500λ以上である、請求項1または2に記載のラダー型フィルタ。
  4.  前記交差幅重み付けされているIDT電極が、包絡線が菱形の形状であるように交差幅重み付けされており、かつアポダイズ比Xが0.8以上、1.0以下の範囲にある、請求項1~3のいずれか1項に記載のラダー型フィルタ。
  5.  前記交差幅重み付けされたIDT電極を有する直列腕共振子が弾性境界波共振子からなる、請求項1~4のいずれか1項に記載のラダー型フィルタ。
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