(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通過帯域近傍における減衰量を大きくするための弾性表面波フィルタであって、同一圧電基板上に櫛形のすだれ状電極を対向設置し入力端子と出力端子を有する共振器を少なくとも二つ具備し、第１の共振器の出力端子と第２の共振器の入力端子の間に前記共振器の直列共振周波数において位相が任意の角度回転するに等価な伝送線路を接続した弾性表面波フィルタを複数直列に接続した回路において、一方の伝送線路をπ型もしくはＴ型にシャントにコンデンサ、シリーズにインダクタを接続して等価構成し、他方の伝送線路をπ型もしくはＴ型にシャントにインダクタ、シリーズにコンデンサを接続して構成したことを特徴とする弾性表面波フィルタ。
【請求項２】
第１の共振器の出力端子と第２の共振器の入力端子の間に、前記共振器の直列共振周波数において位相が５度から１７５度の範囲で任意の角度回転するに等価な伝送線路を接続したことを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波フィルタ。
【請求項３】
前記伝送線路をπ型もしくはＴ型にシャントに前記コンデンサ、シリーズに前記インダクタを接続し、かつ、通過帯域において、前記コンデンサのインピーダンスと等しい合成インピーダンスになるように、コンデンサと直列にインダクタを接続した構成、もしくは、前記伝送線路をπ型もしくはＴ型にシャントに前記インダクタ、シリーズに前記コンデンサを接続し、かつ、通過帯域において、前記インダクタのインピーダンスと等しい合成インピーダンスになるように、インダクタと直列にコンデンサを接続した構成のいずれかを具備する請求項１記載の弾性表面波フィルタ。
【請求項４】
前記伝送線路をπ型もしくはＴ型にシャントに前記インダクタ、シリーズに前記コンデンサを接続し、かつ、通過帯域において、前記コンデンサのアドミッタンスと等しい合成アドミッタンスになるように、コンデンサと並列にインダクタを接続した構成、もしくは、前記伝送線路をπ型もしくはＴ型にシャントに前記コンデンサ、シリーズに前記インダクタを接続し、かつ、通過帯域において、前記インダクタのアドミッタンスと等しい合成アドミッタンスになるように、インダクタと並列にコンデンサを接続した構成のいずれかを具備する請求項１記載の弾性表面波フィルタ。
【請求項５】
伝送線路を比誘電率が１０以下の誘電体の積層体の中に構成し、前記積層体を前記圧電基板の気密封止材の一部として用いたことを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波フィルタ。
【請求項６】
伝送線路を主材料として銀もしくは銅のペーストを印刷して構成したことを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話などの移動体通信機器に用いられる弾性表面波フィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０に従来の弾性表面波フィルタの回路構成を示す。図１０において、１０１，１０２，１０３は圧電基板上に構成された弾性表面波共振素子であり、１０４および１０５はそれぞれ入力端子および出力端子である。ここでは、３素子の共振器を用いて帯域除去フィルタを構成している。
【０００３】
図１０に示す従来の回路構成を用いて、圧電基板としてＬｉＴａＯ3（リチウムタンタレート）を用い３素子の帯域除去フィルタを構成した場合、その特性は図１１に示した特性となる。また、弾性表面波共振素子の等価回路は図１２に示されたものとなる。なお、図中の１１１は並列容量Ｃ０、１１２は直列等価インダクタＬ１、１１３は直列等価コンデンサＣ１、１１４は等価抵抗Ｒ１である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の構成では、圧電基板の材料特性により図１２に示す回路において容量比η＝Ｃ０／Ｃ１なる物理定数が決定されてしまう。（ＬｉＴａＯ3であればη＝約１３）そのとき、弾性表面波共振素子の直列共振周波数Fsおよび並列共振周波数Fpは、
Fs＝１／（２π（Ｌ１＊Ｃ１）＾０．５）
Fp＝１／（２π（Ｌ１＊Ｃ１＊Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２））＾０．５）
となる。従って、ここで、Ｃ１とＣ２の間には、容量比ηで決まる関係があるため、電気的な特性として弾性表面波共振素子の直列共振周波数と並列共振周波数の周波数間隔が任意に設定できず、その結果、フィルタ特性で重要な減衰特性ならびに通過特性にも、図１１に示すように限界を有していた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、任意に減衰特性および通過特性が設定可能な弾性表面波フィルタを実現することを目的とする。
【０００６】
この目的を達成するために本発明の弾性表面波フィルタは、同一圧電基板上に櫛形のすだれ状電極を対向設置し入力端子と出力端子を有する共振器を少なくとも二つ具備し、第１の共振器の出力端子と第２の共振器の入力端子の間に前記共振器の直列共振周波数において位相が任意の角度回転するに等価な伝送線路を接続した構成を有し、一方の伝送線路をπ型もしくはＴ型にシャントにコンデンサ、シリーズにインダクタを接続して等価構成し、他方の伝送線路をπ型もしくはＴ型にシャントにインダクタ、シリーズにコンデンサを接続して構成するものである。
【０００７】
これにより、任意に減衰特性および通過特性が設定可能な帯域阻止フィルタもしくは帯域通過フィルタを構成することができるものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の弾性表面波フィルタは、同一圧電基板上に櫛形のすだれ状電極を対向設置し入力端子と出力端子を有する共振器を少なくとも二つ具備し、第１の共振器の出力端子と第２の共振器の入力端子の間に前記共振器の直列共振周波数において位相が５度から１７５度の範囲で任意の角度回転するに等価な伝送線路を接続したものであり、これにより、比較的任意な減衰および通過特性を有する帯域除去フィルタを構成することができる。
【０００９】
また望ましくは、同一圧電基板上に櫛形のすだれ状電極を対向設置し入力端子と出力端子を有する共振器を少なくとも二つ具備し、前記共振器の各出力端子を接地し、且つ前記共振器の入力端子間に前記共振器の並列共振周波数において位相が５度から１７５度の範囲で任意の角度回転するに等価な伝送線路を接続したものであり、これにより、比較的任意な減衰および通過特性を有する帯域除去フィルタを構成することができる。
【００１０】
また望ましくは、同一圧電基板上に櫛形のすだれ状電極を対向設置し入力端子と出力端子を有する第１の共振器の出力端子と、前記圧電基板上に構成され櫛形のすだれ状電極を対向設置し入力端子と出力端子を有する第２の共振器の入力端子を接続し、さらに前記圧電基板上に櫛形のすだれ状電極を対向設置し入力端子と出力端子を有する第３の共振器の出力端子と、前記圧電基板上に構成され櫛形のすだれ状電極を対向設置し入力端子と出力端子を有する第４の共振器の入力端子を接続し、前記第１の共振器と前記第２の共振器の接続点と前記第３の共振器と前記第４の共振器の接続点との間に前記第１もしくは第３の共振器の直列共振周波数もしくは前記第２もしくは前記第４の共振器の並列共振周波数において位相が５度から１７５度の範囲で任意の角度回転するに等価な伝送線路を接続したものであり、これにより、比較的任意な減衰および通過特性を有する帯域通過フィルタを構成することができる。
【００１１】
また望ましくは、同一圧電基板上に櫛形のすだれ状電極を対向設置し入力端子と出力端子を有する第１の共振器の出力端子と、前記圧電基板上に構成され櫛形のすだれ状電極を対向設置し入力端子と出力端子を有する第２の共振器の入力端子を接続し、さらに前記圧電基板上に櫛形のすだれ状電極を対向設置し入力端子と出力端子を有する第３の共振器の出力端子と、前記圧電基板上に構成され櫛形のすだれ状電極を対向設置し入力端子と出力端子を有する第４の共振器の入力端子を接続し、前記第１の共振器と前記第２の共振器の接続点と前記第３の共振器の入力端子との間に前記第１もしくは第３の共振器の直列共振周波数もしくは前記第２もしくは前記第４の共振器の並列共振周波数において位相が５度から１７５度の範囲で任意の角度回転するに等価な伝送線路を接続したものであり、これにより、比較的任意な減衰および通過特性を有する帯域通過フィルタを構成することができる。
【００１２】
また望ましくは、前記伝送線路をシャントにコンデンサ、シリーズにインダクタを接続したπ型もしくはＴ型の回路で実現したことを特徴とするものであり、これにより、通過帯域の周波数の２倍程度以上の高い周波数での不要信号を除去できるフィルタとすることができる。
【００１３】
また望ましくは、前記伝送線路をシャントにインダクタ、シリーズにコンデンサを接続したπ型もしくはＴ型回路で実現したことを特徴とするものであり、これにより、通過帯域の周波数の２分の１程度以下の低い周波数において不要な周波数を除去できるフィルタとすることができる。
【００１４】
また望ましくは、上記回路を複数直列に接続した回路において、一部の伝送線路をπ型もしくはＴ型にシャントにコンデンサ、シリーズにインダクタを接続して等価構成し、他の伝送線路をπ型もしくはＴ型にシャントにインダクタ、シリーズにコンデンサを接続して構成したことを特徴とするものであり、これにより、通過帯域の周波数の２倍程度以上の高い周波数および２分の１程度以下の低い周波数に含まれる不要な信号をともに除去できるフィルタとすることができる。
【００１５】
また望ましくは、伝送線路をπ型もしくはＴ型にシャントにコンデンサ、シリーズにインダクタを接続し、かつ、通過帯域において、コンデンサのインピーダンスと等しい合成インピーダンスになるように、コンデンサと直列にインダクタを接続した構成、もしくは、伝送線路をπ型もしくはＴ型にシャントにインダクタ、シリーズにコンデンサを接続し、かつ、通過帯域において、インダクタのインピーダンスと等しい合成インピーダンスになるように、インダクタと直列にコンデンサを接続した構成、もしくは、伝送線路をπ型もしくはＴ型にシャントにインダクタ、シリーズにコンデンサを接続し、かつ、通過帯域において、コンデンサのアドミッタンスと等しい合成アドミッタンスになるように、コンデンサと並列にインダクタを接続した構成、もしくは、伝送線路をπ型もしくはＴ型にシャントにコンデンサ、シリーズにインダクタを接続し、かつ、通過帯域において、インダクタのアドミッタンスと等しい合成アドミッタンスになるように、インダクタと並列にコンデンサを接続した構成のいずれかを具備したことを特徴とするものであり、これにより、帯域外に新たに減衰極を設けることができ、不要な信号成分をより効率的に除去できるフィルタとすることができる。
【００１６】
また望ましくは、伝送線路を比誘電率が１０以下の誘電体の積層体の中に構成し、前記積層体を前記圧電基板の気密封止材の一部として用いたことを特徴とするものであり、これにより、より小型で低コストな弾性表面波フィルタを得ることができる。
【００１７】
また望ましくは、前記伝送線路を主材料として銀もしくは銅のペーストを印刷して構成したことを特徴とするものであり、これにより、低損失な弾性表面波フィルタを得ることができる。
【００１８】
（実施の形態１）
図１、図２は本発明の実施の形態１における弾性表面波フィルタの回路図およびその特性図である。図において、１１，１２，１３は同一の圧電基板上に形成された弾性表面波共振器、１４ａ，１５ａは伝送線路、１６，１７は入力端子、出力端子である。なお、本実施の形態では圧電基板としてリチウムタンタレートを用いている。
【００１９】
ここでの回路動作を説明すると、減衰周波数において、弾性表面波共振器１１は直列共振して０オームであり、弾性表面波共振器１１と伝送線路１４ａの接続点は接地された状態である。仮に、伝送線路１４ａの電気長が９０度であるとした場合、伝送線路１４ａの反対側（弾性表面波共振器１２との接続側）から見たインピーダンスはオープンとなる。
【００２０】
しかし、一方、弾性表面波共振器１２もほぼ同様の周波数設定されているため、弾性表面波共振器１２と伝送線路１４ａの接続点もショートである。従って、伝送線路１４ａと弾性表面波共振器１２の接続点において両側のインピーダンスが大きく異なることになる。通常、高周波回路においてはある点から両側を見たときのインピーダンスが複素共役の関係であるときが整合条件を満たすことになるが、この関係から離れるほど通過特性において不整合による減衰特性を大きくすることができる。したがって、弾性表面波共振器の間に伝送線路を接続することにより、同様の効果が期待できるのである。
【００２１】
実際の回路においては、インピーダンスの関係が複雑になり、単純に位相を９０度にすれば良いというものではなく、インピーダンス変化素子として働く伝送線路の特性インピーダンスおよび電気長を最適化することによって、インピーダンス変換のようすを調整すれば、高減衰で低損失なフィルタを得ることができるのである。
【００２２】
この回路において伝送線路１４ａおよび１５ａの特性インピーダンスおよび通過帯域の中心周波数における線路長を、それぞれ５０Ω６８度および５０Ω５５度とした場合、フィルタ特性は図２に示されるようなものが得られ、通過帯域における損失が１．９ｄＢ、減衰量が３３ｄＢの良好な特性が得られる。
【００２３】
本発明の特徴は、伝送線路１４ａおよび１５ａと弾性表面波共振器１１、１２および１３を組み合わせたことであり、これら伝送線路はインピーダンス変換素子として動作するため、その特性インピーダンスおよび電気長を最適化すると良好なフィルタ特性を得ることができる。本実施の形態は一例としての組み合わせを示したものである。なお、伝送線路の電気長としては、インピーダンス変換素子として顕著にその働きを示すのは、線路長が電気位相として５〜１７５度であり、０および１８０度では全くインピーダンス変換素子としての動作をしない。
【００２４】
（実施の形態２）
図３、図４は本発明の実施の形態２における弾性表面波フィルタの回路図およびその特性図である。図において、３１〜３５は図１に示す伝送線路１４ａおよび１５ａと電気的に等価な働きをする回路素子であり、本実施の形態においてはシャントにコンデンサ、シリーズにインダクタを接続したπ型の低域通過型の回路構成を形成している。
【００２５】
本回路のフィルタ特性は図４に示されるようなものが得られ、通過帯域近辺で実施の形態１の特性とほぼ同等の良好な特性が得られるとともに、高い周波数において、４０ｄＢ以上の大きな減衰が得られている。その理由は、伝送線路を本発明では、最終、５素子の集中素子で等価変換しており、これら集中素子のインピーダンスの周波数特性により、高調波での減衰特性として作用するためである。
【００２６】
このように伝送線路を等価的にπ型に接続された素子を用いることにより、素子の変更が容易で開発の効率化や量産時の歩留まり向上が期待できるとともに、特に通過帯域から離れたところでの減衰特性を持たせることができる。また、Ｔ型の回路構成もしくはシャントにインダクタ、シリーズにコンデンサを接続した高域通過型の回路構成を用いても同様の効果が得られるが、この場合、低周波側での減衰特性を大きくすることができる。
【００２７】
（実施の形態３）
図５、図６は本発明の実施の形態３における弾性表面波フィルタの回路図およびその特性図である。図において、５１，５２，５３は同一の圧電基板上に形成された弾性表面波共振器、５４，５５は伝送線路、１６，１７は入力端子、出力端子である。なお、本実施の形態では圧電基板としてリチウムタンタレートを用いている。
【００２８】
この回路において伝送線路５４および５５の特性インピーダンスおよび通過帯域の中心周波数における線路長をそれぞれ６６Ω７９度および３８Ω１４２度とした場合、フィルタ特性は図６に示されるようなものが得られ、通過帯域における損失が２．７ｄＢ、減衰量が３８ｄＢの良好な特性が得られる。
【００２９】
本発明の特徴は、伝送線路５４および５５と弾性表面波共振器５１、５２および５３を組み合わせたことであり、これら伝送線路はインピーダンス変換素子として動作するため、その特性インピーダンスおよび電気長を最適化すると良好なフィルタ特性を得ることができる。本実施の形態は一例としての組み合わせを示したものである。なお、伝送線路の電気長としては、インピーダンス変換素子として顕著にその働きを示すのは、線路長が電気位相として５〜１７５度であり、０および１８０度では全くインピーダンス変換素子としての動作をしない。
【００３０】
本実施の形態は、通過帯域に弾性表面波共振器の直列共振点をあわせ、減衰大域に弾性表面波共振器の並列共振器を合わせる設計しており、さらに必ず弾性表面波共振器の直列共振点が並列共振点より低い周波数となるため、実施の形態１の場合と異なり、通過帯域の上側を主に減衰させる特性が要求される場合に有効である。
【００３１】
（実施の形態４）
図７、図８は本発明の実施の形態４における弾性表面波フィルタの回路図およびその特性図である。図において、７１〜７６は同一の圧電基板上に構成された弾性表面波共振器、７７，７８は伝送線路、１６，１７は入力端子、出力端子である。なお、本実施の形態では圧電基板としてリチウムタンタレートを用いている。
【００３２】
この回路において伝送線路７７および７８の特性インピーダンスおよび通過帯域の中心周波数における線路長をそれぞれ４３Ω１０２度および６７Ω８１度とした場合、フィルタ特性は図８に示されるようなものが得られ、通過帯域における損失が２．７ｄＢ、減衰量が３５ｄＢの良好なバンドパス特性が得られる。
【００３３】
本発明の特徴は、伝送線路７７および７８と弾性表面波共振器７１〜７６を組み合わせたことであり、これら伝送線路はインピーダンス変換素子として動作するため、その特性インピーダンスおよび電気長を最適化すると良好なフィルタ特性を得ることができる。本実施の形態は一例としての組み合わせを示したものである。なお、伝送線路の電気長としては、インピーダンス変換素子として顕著にその働きを示すのは、線路長が電気位相として５〜１７５度であり、０および１８０度では全くインピーダンス変換素子としての動作をしない。
【００３４】
さらに、本実施の形態においては、ラダー型に組まれた共振器組、たとえば弾性表面波共振器７１と７２をユニットとして設計をしており、通過帯域の下側の減衰特性は弾性表面波共振器７１、７３および７５、また、通過帯域の上側の減衰特性は弾性表面波共振器７２、７４および７６でえるという思想の設計となっている。
【００３５】
ここで、図７に示した伝送線路７７および７８は、実施の形態１，２で示したように、コンデンサおよびインダクタを用いたπ型もしくはＴ型の低域通過型もしくは高域通過型の等価回路を用いて構成しても同様の効果が得られる。その際には、通過特性から比較的遠く離れた周波数での減衰特性を得ることができる。
【００３６】
さらに伝送線路のどちらか一方を高域通過型とし、他方を低域通過型とすればブロードな特性を持つバンドパスフィルタを融合させた特性とすることができ、帯域から離れた所の不要な信号成分をより効率的に除去することができる。すなわち、弾性表面波共振器の特性のみでは減衰できない周波数での減衰を得ることができるので、従来、場合によっては特別に別のフィルタを準備する必要があったが、この構成によれば、その必要性がなくなる。
【００３７】
（実施の形態５）
図９は本発明の実施の形態５における弾性表面波フィルタの分解構成図である。図において、９１，９２，９３は誘電体からなるシートの積層体、９４は圧電基板、９５ａ，９５ｂは積層体９２上に印刷形成された伝送線路、９６は同じく印刷形成されたシールド電極、９７は圧電基板９４を覆うように設けられたキャップである。
【００３８】
なお、本実施の形態は回路的には図１に示したものを具現化したものであり、圧電基板９４上に構成された弾性表面波共振器と伝送線路９５ａと９５ｂとはビアホール９９で接続されている。
【００３９】
また、伝送線路９５ａと９５ｂの特性インピーダンスおよび線路長はその線路幅や上下グランド電極との距離、すなわち誘電体シート９１および９２の厚みと物理的な印刷長さによって設計値を実現している。
【００４０】
また、下部にシールド電極を設けることにより、特性インピーダンスを安定化させるとともに、外部、例えばマザー基板のパターンの影響などを回避するためにもこのシールド電極を設けた方がよい。
【００４１】
上記のような構成とすることにより、誘電体シートの積層化により、より小型で高信頼性な弾性表面波フィルタとすることができる。また、例えば、携帯電話などに用いる場合、数ミリ程度のフィルタを想定するため、積層体の厚みが約１ｍｍ、線路幅が０．１ｍｍ程度のトリプレート構造のストリップライン伝送線路を想定した場合、伝送線路の特性インピーダンスが５０Ω近辺とした場合、積層に用いる材料の比誘電率は、１０近辺以下のものがよい。たとえば、酸化アルミニウム、フォルステライト、ガラスセラミックスなどである。さらに、伝送線路を構成する材料に銀や銅、またはその含有率の高い金属材料を用いることにより、低損失なフィルタとすることができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、インピーダンス変換素子となる伝送線路もしくはそれを等価変換して得られる集中定数回路と弾性表面波共振器を組み合わせることにより、少ない段数で減衰域の減衰を大きくすることができるので、大きな減衰特性および低損失な通過特性を有する帯域阻止もしくは帯域通過フィルタを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における弾性表面波フィルタの回路図
【図２】同フィルタの電気的特性を示す図
【図３】本発明の実施の形態２における弾性表面波フィルタの回路図
【図４】同フィルタの電気的特性を示す図
【図５】本発明の実施の形態３における弾性表面波フィルタの回路図
【図６】同フィルタの電気的特性を示す図
【図７】本発明の実施の形態４における弾性表面波フィルタの回路図
【図８】同フィルタの電気的特性を示す図
【図９】本発明の実施の形態５における弾性表面波フィルタの分解構成図
【図１０】従来の弾性表面波フィルタの回路図
【図１１】同従来フィルタの電気的特性を示す図
【図１２】同従来フィルタの等価回路図
【符号の説明】
１１〜１３，５１〜５３，７１〜７６  弾性表面波共振器
１４ａ，１５ａ，１４ｂ，１５ａ，５４，５５，７７，７８  伝送線路
１６，１７  入力端子、出力端子
９１〜９３  誘電体シート
９４  圧電基板
９５ａ，９５ｂ  伝送線路
９６  シールド電極
９７  封止キャップ
９８  ボンディングワイヤ
９９  ビアホール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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