(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向し合う第１，第２の端面を有する表面波基板と、
前記表面波基板に形成された第１，第２のインターデジタルトランスデューサとを備え、
第１，第２のインターデジタルトランスデューサが、それぞれ、ＳＨ波を主成分とする波を利用した第１，第２の表面波共振子を構成しておりかつ第１，第２の表面波共振子が結合されて横結合共振子フィルタを構成しており、
前記表面波基板の歪み一定の場合の１１方向に沿う比誘電率をＥ＝εS 11／ε0 、表面波の波長λで規格化されたインターデジタルトランスデューサの交叉幅をｙとしたときに、εS 11／ε0が３０００以下の範囲にあり、かつｙが下記の式（１）を満たし、かつ前記第１，第２の表面波共振子の結合長ｘ（波長λで規格化された値）が下記の式（３）を満たすように構成されていることを特徴とする横結合共振子型表面波フィルタ。
【数１】
0003587354.tif 000012
【数３】
0003587354.tif 000013
【請求項２】
ＳＨ波の電気機械結合係数をＫとしたとき、前記表面波基板の電気機械結合係数ＫとεS 11／ε0 との積であるＦ＝Ｋ2 ・εS 11／ε0 が２５０以下の範囲にあり、かつ前記インターデジタルトランスデューサの交叉幅ｙが下記の式（２）を満たしていることを特徴とする請求項１横結合共振子型表面波フィルタ。
【数２】
0003587354.tif 000014
【請求項３】
Ｆ＝Ｋ2 ・εS 11／ε0 が２５０以下の範囲にあり、かつ前記第１，第２の表面波共振子の結合長（波長λで規格化された値）が下記の式（４）を満たすことを特徴とする、請求項１または２に記載の横結合共振子型表面波フィルタ。
【数４】
0003587354.tif 000015
【請求項４】
前記第１，第２の表面波共振子の各一方のバスバーが共通バスバーとされており、該共通バスバーの幅Ｗが下記の式（５）を満たしていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の横結合共振子型表面波フィルタ。
【数５】
0003587354.tif 000016
【請求項５】
Ｆ＝Ｋ2 ・εS 11／ε0 が２５０以下の範囲にあり、かつ前記第１，第２の表面波共振子の各一方のバスバーが共通バスバーとされており、該共通バスバーの幅Ｗが下記の式（６）を満たしていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の横結合共振子型表面波フィルタ。
【数６】
0003587354.tif 000017
【請求項６】
前記第１，第２の表面波共振子の各一方のバスバーが共通バスバーとされており、共通バスバーの外側の複数個のバスバーから共通バスバーに延びる複数個の電極指の先端と共通バスバーとの間のギャップ幅Ｇが下記の式（７）を満たしていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の横結合共振子型表面波フィルタ。
【数７】
0003587354.tif 000018
【請求項７】
Ｆ＝Ｋ2 ・εS 11／ε0 が２５０以下の範囲にあり、かつ前記ギャップ幅Ｇが下記の式（８）を満たしていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の横結合共振子型表面波フィルタ。
【数８】
0003587354.tif 000019
【請求項８】
一段または複数段構成とされている、請求項１〜７のいずれかに記載の横結合共振子型表面波フィルタ。
【請求項９】
前記Ｅ＝εS 11／ε0 が２００〜３０００の範囲にあることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の横結合共振子型表面波フィルタ。
【請求項１０】
Ｆ＝Ｋ2 ・εS 11／ε0 が１０〜２５０の範囲にあることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の横結合共振子型表面波フィルタ。
【請求項１１】
前記表面波基板の対向し合う一対の端面の反射を利用した端面反射型表面波フィルタであることを特徴とする、請求項１〜１０のいづれかに記載の横結合共振子型表面波フィルタ。
【請求項１２】
表面波基板と、表面波基板上において表面波伝搬方向に沿って並べられた第１，第２のインターデジタルトランスデューサと、
第１，第２のインターデジタルトランスデューサが設けられている領域の両側に配置された第１，第２の反射器とを備え、
第１，第２のインターデジタルトランスデューサにより、それぞれＳＨ波を主成分としたＳＨ波型表面波を利用した第１，第２の表面波共振子が構成されており、
第１，第２の表面波共振子により縦結合型表面波フィルタが構成されており、前記表面波基板の歪み一定の場合の１１方向の比誘電率をＥ＝εS 11／ε0 としたときに、εS 11／ε0 が３０００以下の範囲にあり、かつ表面波の波長λで規格化された交叉幅Ｙが下記の式（９）を満たし、かつ前記第１，第２のインターデジタルトランスデューサの電極指の対数Ｎが下記の式（１１）を満たすとともに、第１と第２のトランスデューサの隣合う電極指間の距離Ｘが下記の式（１３）を満たしていることを特徴とする縦結合共振子型表面波フィルタ。
【数９】
0003587354.tif 000020
【数１１】
0003587354.tif 000021
【数１３】
0003587354.tif 000022
【請求項１３】
前記表面波基板の電気機械結合係数をＫとしたとき、Ｆ＝Ｋ2 ・εS 11／ε0 が２５０以下の範囲にあり、かつ交叉幅Ｙが下記の式（１０）を満たしていることを特徴とする、請求項１２に記載の縦結合共振子型表面波フィルタ。
【数１０】
0003587354.tif 000023
【請求項１４】
Ｆ＝Ｋ2 ・εS 11／ε0 が２５０以下の範囲にあり、かつ前記第１，第２のインターデジタルトランスデューサの電極指の対数Ｎが下記の式（１２）を満たしていることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の縦結合共振子型表面波フィルタ。
【数１２】
0003587354.tif 000024
【請求項１５】
Ｆ＝Ｋ2 ・εS 11／ε0 が０〜２５０の範囲にあり、かつ第１と第２のトランスデューサの隣合う電極指間の距離Ｘが下記の式（１４）を満たしていることを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれかに記載の縦結合共振子型表面波フィルタ。
【数１４】
0003587354.tif 000025
【請求項１６】
Ｅ＝εS 11／ε0 が１５〜３０００の範囲にあることを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれかに記載の縦結合共振子型表面波フィルタ。
【請求項１７】
Ｆ＝Ｋ2 ・εS 11／ε0 が１．６〜２５０の範囲にあることを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれかに記載の縦結合共振子型表面波フィルタ。
【請求項１８】
表面波基板の対向し合う一対の端面における反射を利用した端面反射型表面波フィルタである、請求項１２〜１７のいずれかに記載の縦結合共振子型表面波フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば帯域フィルタとして用いられる共振子型表面波フィルタに関し、より詳細には、複数の表面波共振子を横結合または縦結合してなり、ＳＨ波を主成分とする表面波、例えば、ＢＧＳ波を利用した共振子型表面波フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、帯域フィルタとして種々の表面波フィルタが知られている。例えば、表面波としてのレイリー波を利用したトランスバーサル型表面波フィルタや、レイリー波を利用した横結合型や縦結合型の共振子フィルタが知られている。
【０００３】
トランスバーサル型表面波フィルタは、表面波基板上において、所定距離を隔てて一対のインターデジタルトランスデューサ（以下、ＩＤＴ）を配置した構造を有する。
【０００４】
また、レイリー波を利用した横結合型の共振子フィルタでは、表面波基板上に複数のＩＤＴが形成されて複数の表面波共振子が構成されており、かつ複数の表面波共振子同士が横結合されている。レイリー波を利用した横結合型の共振子フィルタでは、ＩＤＴの設けられている領域の両側に反射器が構成されている。
【０００５】
他方、近年、小型化を進める上で有利であるため、ＢＧＳ波などのＳＨタイプの表面波を利用した端面反射型の表面波フィルタが注目されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
レイリー波を利用したトランスバーサル型表面波フィルタでは、表面波基板上において２組のＩＤＴが表面波伝搬方向に沿って所定距離隔てられているため、フィルタの寸法が大きくならざるを得ず、かつ挿入損失も大きかった。
【０００７】
他方、レイリー波を利用した横結合型の共振子フィルタでは、電気機械結合係数Ｋが小さいため、十分な帯域がとれないことに加え、損失を低減し得るものの、ＩＤＴにおける電極指交叉幅が表面波の波長をλとしたときに１０λ程度であり、結合長が１．５λ程度であった。加えて、上記のように反射器を必要としていた。従って、フィルタの寸法が大きくならざるを得なかった。
【０００８】
他方、ＳＨタイプの表面波を利用した端面反射型表面波共振子では、Ｋが比較的大きいために広帯域を有する共振子特性が得られ、しかも反射器を必要としないため小型化を図る上で有利である。しかしながら、従来、ＳＨタイプの表面波を用いた場合には、複数の表面波共振子を結合させてフィルタを構成することはできないと考えられていた。
【０００９】
本発明の目的は、ＳＨタイプの表面波、なかでもＢＧＳ波を利用して構成されており、小型でありかつ挿入損失の小さな共振子型表面波フィルタを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願の第１の発明に係る横結合共振子型表面波フィルタは、対向し合う第１，第２の端面を有する表面波基板と、前記表面波基板に形成された第１，第２のインターデジタルトランスデューサとを備え、第１，第２のインターデジタルトランスデューサが、それぞれ、ＳＨ波を主成分とする波を利用した第１，第２の表面波共振子を構成しておりかつ第１，第２の表面波共振子が結合されて横結合共振子フィルタを構成しており、前記表面波基板の歪み一定の場合の１１方向に沿う比誘電率をＥ＝εS 11／ε0 、表面波の波長λで規格化されたインターデジタルトランスデューサの交叉幅をｙとしたときに、εS 11／ε0が３０００以下の範囲にあり、かつｙが下記の式（１）を満たし、かつ前記第１，第２の表面波共振子の結合長ｘ（波長λで規格化された値）が下記の式（３）を満たすように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
【数１５】
0.945+5.49×exp(-E/366)≧ｙ≧2.46×exp(-E/219)   ・ ・ ・(1)
【数１７】
0.71+1.72×exp(-E/251)≧x≧0.045+0.16×exp(-E/418)・ ・ ・(3)
【００１２】
第１の発明に係る横結合共振子型表面波フィルタにおいては、好ましくは、ＳＨ波の電気機械結合係数をＫとしたとき、前記表面波基板の電気機械結合係数ＫとεＳ１１／ε０との積であるＦ＝Ｋ２・εＳ１１／ε０が２５０以下の範囲にあり、かつ前記インターデジタルトランスデューサの交叉幅ｙが下記の式（２）を満たしている。
【００１３】
【数１６】
0003587354.tif 000002
【００１６】
より好ましくは、Ｆ＝Ｋ２・εＳ１１／ε０が２５０以下の範囲にあり、かつ前記第１，第２の表面波共振子の結合長（波長λで規格化された値）が下記の式（４）を満たすように構成されている。
【００１７】
【数１８】
0003587354.tif 000003
【００１８】
さらに、第１の発明に係る横結合共振子型表面波フィルタでは、好ましくは、前記第１，第２の表面波共振子の各一方のバスバーが共通バスバーとされており、該共通バスバーの幅Ｗが下記の式（５）を満たしている。
【００１９】
【数１９】
0003587354.tif 000004
【００２０】
より好ましくは、Ｋ２・εＳ１１／ε０が２５０以下の範囲にあり、かつ前記第１，第２の表面波共振子の共通バスバーの幅Ｗが下記の式（６）を満たすように構成される。
【００２１】
【数２０】
0003587354.tif 000005
【００２２】
また、第１の発明に係る共振子型表面波フィルタの特定の局面によれば、共通バスバーの外側のバスバーから延びる複数個の電極指先端と共通バスバーとの間の距離（ギャップ幅Ｇ）が、下記の式（７）を満たすように構成される。
【００２３】
【数２１】
0003587354.tif 000006
【００２４】
より好ましくは、Ｆ＝Ｋ２・εＳ１１／ε０が２５０以下の範囲にあり、かつ前記ギャップ幅Ｇが下記の式（８）を満たすように構成される。なお、図１の外側のギャップＧ′もほぼＧと同程度の距離とされる。
【００２５】
【数２２】
0003587354.tif 000007
【００２６】
第１の発明に係る共振子型表面波フィルタでは、好ましくは、基板端面の反射を利用した端面反射型の表面波フィルタが構成される。
また、第１の発明に係る共振子型表面波フィルタは、一段構成であってもよく、複数段構成であってもよい。また、第１の発明に係る横結合共振子型表面波フィルタにおいては、好ましくは、表面波基板として、前記Ｅ＝εＳ  １１／ε０  が２００〜３０００の範囲にあるものが用いられる。
【００２７】
より好ましくは、Ｆ＝Ｋ2 ・εS 11／ε0 が１０〜２５０の範囲にある表面波基板が用いられる。本願の第２の発明に係る縦結合共振子型表面波フィルタは、表面波基板と、表面波基板上において表面波伝搬方向に沿って並べられた第１，第２のＩＤＴと、第１，第２のＩＤＴが設けられている領域の両側に配置された第１，第２の反射器とを備え、第１，第２のＩＤＴにより、それぞれＳＨ波を主成分とした波を利用した第１，第２の表面波共振子が構成されており、第１，第２の表面波共振子により縦結合型表面波フィルタが構成されており、前記表面波基板の歪みが一定の場合の１１方向の比誘電率をＥ＝εS 11／ε0 としたときに、εS 11／ε0 が０〜３０００の範囲にあり、かつ表面波の波長λで規格化された交叉幅Ｙが下記の式（９）を満たし、かつ前記第１，第２のインターデジタルトランスデューサの電極指の対数Ｎが下記の式（１１）を満たすとともに、第１と第２のトランスデューサの隣合う電極指間の距離Ｘが下記の式（１３）を満たすように構成されている。
【００２８】
【数２３】
5.52+66.62×exp(-E/110)≧Y≧0.80+3.48×exp(-E/404)  ・ ・ ・(9)
【数２５】
114.4+0.02×E-9.283×10-5×E2≧N≧2.0  ・ ・ ・(11)
【数２７】
-5.423+5.994×exp(-E/22894)≧X≧0.255-0.19×exp(-E/446)  ・ ・ ・(13)
【００２９】
第２の発明に係る共振子型表面波フィルタでは、好ましくは、前記表面波基板の電気機械結合係数をＫとしたとき、Ｆ＝Ｋ２・εＳ１１／ε０が２５０以下の範囲にあり、かつ交叉幅Ｙが下記の式（１０）を満たしている。
【００３０】
【数２４】
0003587354.tif 000008
【００３３】
より好ましくは、Ｆ＝Ｋ２・εＳ１１／ε０が２５０以下の範囲にあり、かつ前記第１，第２のインターデジタルトランスデューサの電極指の対数Ｎが下記の式（１２）を満たすように構成されている。
【００３４】
【数２６】
0003587354.tif 000009
【００３７】
より好ましくは、Ｆ＝Ｋ２・εＳ１１／ε０が２５０以下の範囲にあり、かつ第１と第２のトランスデューサの隣合う電極指間の距離Ｘが下記の式（１４）を満たすように構成されている。
【００３８】
【数２８】
0003587354.tif 000010
【００３９】
第２の発明に係る縦結合共振子型表面波フィルタにおいては、好ましくは、上記表面波基板として、比誘電率Ｅ＝εＳ  １１／ε０  が１５〜３０００の範囲にあるものが用いられる。
【００４０】
より好ましくは、Ｆ＝Ｋ２  ・εＳ  １１／ε０  が１．６〜２５０の範囲にあるものが用いられる。
第２の発明に係る縦結合共振子型表面波フィルタにおいても、好ましくは、表面波基板の対向し合う一対の端面における反射を利用した端面反射型表面波フィルタとして構成される。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の共振子型表面波フィルタ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。
【００４２】
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施例としての横結合型の共振子型表面波フィルタを示す平面図であり、（ｂ）は、この共振子型フィルタにおいて励振されるＢＧＳ波の２種のモードを略図的に示す図である。この２つのモードが結合してフィルタが構成される。
【００４３】
共振子型表面波フィルタ１は、矩形の表面波基板２を用いて構成されている。表面波基板２は、圧電材料からなる圧電基板を用いて、あるいは基板上にＺｎＯ薄膜などの薄膜を積層することにより構成されている。圧電基板を構成する圧電材料としては、ＬｉＴａＯ３  、ＬｉＮｂＯ３  もしくは水晶などの圧電単結晶、またはチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスのような圧電セラミックスを用いることができる。また、基板上に薄膜を形成して表面波基板２を構成する場合には、基板としてはアルミナ、サファイア、Ｓｉなどの適宜の絶縁性基板やＬｉＮｂＯ３  や水晶などの圧電性基板上に、ＺｎＯ、Ｔａ２  Ｏ５  などの圧電材料からなる圧電薄膜を積層したものや圧電基板上にＡｕなどの薄膜を積層したものを用いることができる。圧電薄膜を基板上に積層して表面波基板を構成する場合には、後述のＩＤＴ３，４は、圧電薄膜の上面または下面に形成される。
【００４４】
図１に示す共振子型表面波フィルタ１では、表面波基板２の上面に、ＩＤＴ３，４が形成されている。本発明では、ＩＤＴ３により第１の表面波共振子が、ＩＤＴ４により第２の表面波共振子が構成されており、第１，第２の表面波共振子が横方向に、すなわち表面波伝搬方向と直交する方向に結合されている。
【００４５】
上記第１，第２の表面波共振子を構成するＩＤＴ３，４の詳細を説明する。表面波基板２上には、表面波伝搬方向に延びる２つのバスバー５，６が形成されており、２つのバスバー５，６の間には、同じく表面波伝搬方向に延びる共通バスバー７が形成されている。バスバー５には、複数本の電極指８ａ，８ｂが接続されており、電極指８ａ，８ｂは、表面波伝搬方向と直交する方向において、バスバー７側に向かって延ばされている。また、共通バスバー７には、表面波伝搬方向と直交する方向に延びる複数本の電極指９ａ，９ｂが接続されている。電極指９ａ，９ｂは、バスバー５側に向かって延ばされている。電極指８ａ，８ｂと、電極指９ａ，９ｂとが、互いに間挿し合うように配置されており、それによって第１のＩＤＴ３が構成されている。
【００４６】
また、共通バスバー７には、表面波伝搬方向と直交する方向に延び、かつバスバー６側に向かって延ばされている複数本の電極指１０ａ，１０ｂが接続されている。他方、バスバー６には、複数本の電極指１１ａ，１１ｂが接続されている。電極指１１ａ，１１ｂは、バスバー７側に向かって延ばされており、かつ電極指１０ａ，１０ｂと互いに間挿し合うように配置されている。上記電極指１０ａ，１０ｂと、電極指１１ａ，１１ｂが形成されている部分において、第２のＩＤＴ４が構成されている。
【００４７】
第１，第２のＩＤＴ３，４のそれぞれの電極指の先端８ｂ（８ａ）と１１ｂ（１１ａ）は、表面波伝搬方向と直交する方向において、結合長ｘを隔てて配置されている。ここで、結合長ｘとは、一方のＩＤＴ３における電極指が交叉している領域と、他方のＩＤＴ４における電極指が交叉している領域との間の表面波伝搬方向と直交する方向に沿う距離をいうものとする。
【００４８】
また、電極指交叉領域とは、ＩＤＴ３において、電極８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂが表面波伝搬方向において重なり合っている領域を示すものとする。ＩＤＴ４における電極指交叉領域についても同様である。
【００４９】
また、電極指交叉幅ｙとは、ＩＤＴ３，４における上記電極指交叉領域の表面波伝搬方向に直交する方向の寸法をいうものとする。
なお、ＩＤＴ３，４において、電極指８ａ〜１１ｂの先端と相手方のバスバーとの間の距離をギャップ長Ｇとする。
【００５０】
上記電極指８ａ，８ｂ〜１１ａ，１１ｂのうち、表面波伝搬方向最外側の電極指８ａ，９ｂ，１０ａ，１１ｂは、その幅がλ／８とされており、残りの電極指８ｂ，９ａ，１０ｂ，１１ａの幅はλ／４とされている。また、隣り合う電極指間の領域の表面波伝搬方向に沿う寸法は、全てλ／４とされている。
【００５１】
電極指８ａ，１１ａは、表面波基板２の端面２ａと上面２ｃとのなす端縁に沿うように形成されている。同様に、電極指９ｂ，１０ｂは、端面２ａとは反対側の端面２ｂと上面２ｃとのなす端縁に沿うように形成されている。
【００５２】
すなわち、第１，第２のＩＤＴ３，４は、それぞれ、ＢＧＳ波を利用した端面反射型の表面波共振子を構成している。
上記ＩＤＴ３，４は、例えばアルミニウムなどの金属膜を形成し、パターニングすることにより構成することができる。
【００５３】
本実施例の共振子型表面波フィルタ１はＢＧＳ波を利用しており、例えば、共通バスバー７とバスバー５間に入力信号を入力することにより、共通バスバー７とバスバー６とで出力信号を取り出すことができる。この場合、入力信号を印加した場合、表面波フィルタ１は、図１の（ｂ）に示す０次モード及び１次モードの振動を発生させ、両者のモードが結合されて、横結合型の共振子型フィルタとして動作する。
【００５４】
また、第１，第２のＩＤＴ３，４は、それぞれ、端面反射型表面波共振子を構成しているので、すなわち共振子型表面波フィルタ１は、端面反射型の構造を有するので、反射器を必要としない。従って、表面波フィルタの小型化を進めることができる。
【００５５】
また、本実施例の共振子型表面波フィルタ１では、上記表面波基板２の歪み一定の場合の１１方向に沿う比誘電率εＳ  １１／ε０  あるいはＫ２  ・εＳ  １１／ε０  の数値に応じて最適な交叉幅、結合長、共通バスバー、ギャップ幅を選ぶことにより、第１，第２の表面波共振子が横結合されて、良好なフィルタ特性を得ることができる。なお、Ｋ２  は、表面波基板の電気機械結合係数であり、上記ギャップ幅とは、電極指先端と相手方のバスバーとの間の距離をいうものとする。すなわち、電極指９Ａを例にとると、電極指９ａの先端と、バスバー５との間の表面波伝搬方向に直交する方向に沿う寸法がギャップ幅Ｇとなる。
【００５６】
これを、以下において具体的な実験例に基づき説明する。
上記横結合型の表面波共振子フィルタ１として、εＳ  １１／ε０  ＝４７０、Ｋ２  ・εＳ  １１／ε０  ＝２５及び２．１×１．５×０．５ｍｍの圧電セラミックからなる表面波基板２上に、電極指交叉幅を種々異ならせて、ＩＤＴ３，４を形成し、種々の表面波フィルタ１を作製した。なお、いずれの場合も、中心周波数４９ＭＨｚ、結合長＝０．６λ、ギャップ幅＝０．２λとした。図２〜図４は、これらの共振子型表面波フィルタの周波数特性を示す図である。図２は、ＩＤＴ３，４における電極指交叉幅が４λの場合を、図３は１．５λの場合を、図４は０．３λの場合の結果を示す。なお、図２〜図４において、一点鎖線は、破線で示す特性を、周波数、振幅共に拡大して示したものである。
【００５７】
図２〜図４から明らかなように、電極指交叉幅が１．５λの場合、すなわち、後述の図５に示す良好な特性を示す範囲にある場合には、横モードの結合が良好であるため、良好な周波数特性が得られているが、４λでは良好な特性が得られていない。図４の電極指交叉幅＝０．３λの場合には特性が得られているが、図３に示されている特性程良好ではない。これは、後述の図５に示す良好な特性を発現する領域外のためである。
【００５８】
次に、表面波基板２を構成する圧電材料として、下記の表１に示す種々の材料のものを用い、図３に示したような良好なフィルタ特性が得られる条件を検討した。すなわち、種々の表面波基板２を用い、結合長ｘ、電極指交叉幅ｙ、共通バスバー７の幅、上記ギャップ幅Ｇを種々変更し、これらの最適値を求めた。
【００５９】
【表１】
0003587354.tif 000011
【００６０】
結果を図５〜図１２に示す。図５は、表面波基板２を構成する圧電材料の比誘電率εＳ  １１／ε０  と、ＩＤＴ３，４における交叉幅ｙとの関係を示す。図５の実線Ａ，Ｂは、上記のようにして測定された良好なフィルタ特性を有する点の集合の上限と下限とを近似して得られた曲線である。図５の実線Ａを式で表すと、ｙ＝０．９４５＋５．４９×ｅｘｐ（−Ｅ／３６６）となり、実線Ｂは、ｙ＝２．４６×ｅｘｐ（−Ｅ／２１９）となる。なお、ここで、Ｅ＝εＳ  １１／ε０  である。
【００６１】
従って、図５の結果から、ＩＤＴ３，４における電極指交叉幅ｙが、前述した式（１）を満たす範囲であれば、良好なフィルタ特性の得られることがわかる。なお、以下の図６〜図１２における実線Ａ，Ｂは、いずれも、測定された点の集合の上限及び下限に沿う部分を近似することにより得られた曲線である。
【００６２】
図６は、表面波基板２を構成している圧電材料の電気機械結合係数Ｋ２  と、比誘電率εＳ  １１／ε０  との積Ｋ２  ・εＳ  １１／ε０  と、ＩＤＴ３，４における電極指交叉幅との関係を示す。図６中の実線Ａを式で表すと、ｙ＝１．４０＋４．１４×ｅｘｐ（−Ｆ／４６）であり、実線Ｂについては、ｙ＝０．２５＋０．９７×ｅｘｐ（−Ｆ／４２）である。従って、図６から、電極指交叉幅ｙが、式（２）を満たす範囲にあれば、良好なフィルタ特性の得られることがわかる。
【００６３】
なお、ＰＺＴのＢＧＳ波を用いた端面反射共振子の場合、最適交叉幅は２．８〜３．１λであることが特願平０７−０４４２１６号に記載されているが、共振子とフィルタの場合の最適交叉幅は異なり、重複した領域ではないことを確認した。
【００６４】
図７は、表面波基板２を構成している圧電材料の比誘電率εＳ  １１／ε０  と、上記結合長ｘとの関係を示す。図７の実線Ａを式で表すと、ｘ＝０．７１＋１．７２×ｅｘｐ（−Ｅ／２５１）となり、実線Ｂについては、ｘ＝０．０４５＋０．１６×ｅｘｐ（−Ｅ／４１８）である。従って、結合長ｘが、式（３）を満たすように構成すれば、良好なフィルタ特性の得られることがわかる。
【００６５】
図８は、Ｋ２  ・εＳ  １１と、結合長ｘとの関係を示す。図８における実線Ａを式で表すと、ｘ＝０．４５２＋１．９５３×ｅｘｐ（−Ｆ／４９．５６）となり、実線Ｂを式で表すとｘ＝０．２６９×ｅｘｐ（−Ｆ／３２）となる。従って、図８から、結合長ｘが前述した式（４）を満たす範囲とすれば、良好なフィルタ特性の得られることがわかる。
【００６６】
また、図９は、表面波基板２を構成している圧電材料の比誘電率εＳ  １１／ε０  と共通バスバー７の幅Ｗとの関係を示す。図９の実線Ａを式で表すと、共通バスバー７の幅Ｗ＝０．３２＋０．８５３×ｅｘｐ（−Ｅ／２２２）となり、実線Ｂを式で表すとＷ＝０．０１７＋０．１５７×ｅｘｐ（−Ｅ／２４５）となる。従って、共通バスバーの幅Ｗについては、式（５）を満たすように構成すれば、良好なフィルタ特性の得られることがわかる。
【００６７】
図１０は、Ｋ２  ・εＳ  １１／ε０  と、共通バスバー７との関係を示す。図１０の実線Ａを式で表すと、Ｗ＝０．２２＋０．８４×ｅｘｐ（−Ｆ／４３）となり、実線Ｂを式で表すと、Ｗ＝０．０３＋０．１４×ｅｘｐ（−Ｆ／２１）となる。従って、図１０から、前述した式（６）を満たすように共通バスバーの幅Ｗを設定すれば、良好なフィルタ特性の得られることがわかる。
【００６８】
図１１は、表面波基板２を構成している圧電材料の比誘電率εＳ  １１／ε０  とギャップ幅Ｇとの関係を示す。図１１の実線Ａを式で表すと、Ｇ＝１．１９＋４．５１×１０−４×Ｅ−１．３４×１０−６×Ｅ２  となり、実線ＢについてはＧ＝−０．１１５＋０．２９×ｅｘｐ（−Ｅ／１１５０）となる。従って、図１１から明らかなように、前述した式（７）を満たすようにギャップ幅Ｇを設定することにより、良好なフィルタ特性を得ることができる。
【００６９】
図１２は、Ｋ２  ・εＳ  １１／ε０  と、ギャップ幅Ｇとの関係を示す。図１２の実線Ａを式で表すと、Ｇ＝１．１２５−０．００３×Ｆ−１．０１６×１０−６×Ｆ２  となり、実線ＢについてはＧ＝−０．１０７＋０．２６×ｅｘｐ（−Ｆ／２５０）となる。従って、ギャップ幅Ｇを、前述した式（８）を満たすように選択することにより、良好なフィルタ特性を得ることができる。
【００７０】
図５〜図１２から、比誘電率εＳ  １１／ε０  とＫ２  ・εＳ  １１／ε０  、電極指交叉幅ｙ、結合長ｘ、共通バスバー７の幅及び上記ギャップ幅との関係を図に示した範囲内で設計することにより、良好な共振特性の得られることがわかる。
【００７１】
なお、この横結合型フィルタでは、端面反射型ではなく、反射器を用いて構成しても同様の結果が得られる。
図１３は、本発明の第２の実施例としてのＢＧＳ波を利用した縦結合型の共振子型表面波フィルタを示す平面図である。
【００７２】
共振子型表面波フィルタ２１は、矩形の表面波基板２２を用いて構成されている。表面波基板２２については、表面波基板２と同様の圧電材料を用いて構成することができ、また、各種基板上にＺｎＯ薄膜などの薄膜を形成することにより表面波基板２２を構成してもよい。もっとも、本実施例では、良好なフィルタ特性を得るには、表面波基板２２の歪み一定の場合の１１方向に沿う比誘電率εＳ  １１／ε０  及びＫ２  ・εＳ  １１／ε０  と交叉幅、電極対数、フィンガー間距離との関係は図１４〜１９に示す範囲である必要がある。
【００７３】
表面波基板２２上には、表面波伝搬方向に沿って第１，第２のＩＤＴ２３，２４が形成されている。ＩＤＴ２３は、一対のバスバー２５，２６を有する。一対のバスバー２５，２６は表面波伝搬方向に延ばされており、バスバー２５には、複数本の電極指２５ａが接続されており、バスバー２６には複数本の電極指２６ａが接続されている。電極指２５ａと電極指２６ａとは、互いに間挿し合うように配置されている。すなわち、バスバー２５と複数本の電極指２５ａにより構成されたくし歯電極と、バスバー２６と電極指２６ａとにより構成されたくし歯電極とにより、ＩＤＴ２３が構成されている。
【００７４】
同様に、ＩＤＴ２４は、それぞれ表面波伝搬方向に延びる一対のバスバー２７，２８と、バスバー２７に接続された複数本の電極指２７ａと、バスバー２８に接続された複数本の電極指２８ａとを有する。
【００７５】
ＩＤＴ２３，２４が設けられている領域の表面波伝搬方向外側には、反射器２９，３０が形成されている。反射器２９，３０は、表面波伝搬方向と直交する方向に延びる複数本の電極指の両端を短絡した構造を有する。
【００７６】
本実施例の縦結合型の共振子型表面波フィルタ２１では、一方のＩＤＴ２３のバスバー２５，２６間に入力信号を印加し、ＩＤＴ２３，２４においてＢＧＳ波を共振させ、反射器２９，３０間で閉じ込められたＢＧＳ波に基づく出力信号がＩＤＴにおけるバスバー２７，２８から取り出される。この場合、ＩＤＴ２３，２４が表面波伝搬方向において近接されているので、縦結合型の共振子型表面波フィルタとして動作する。なお、ＩＤＴ２３，２４間の距離、すなわち、ＩＤＴ２３，２４の最も近接し合っている電極指２５ａ１  と電極指２８ａ１  の中心間距離が結合長ｘとなる。
【００７７】
本実施例の共振子型表面波フィルタ２１では、上記のように比誘電率εＳ  １１／ε０  及びＫ２  ・εＳ  １１／ε０  と電極交叉幅、対数、フィンガー間距離との関係が図１４〜１９に示す領域を満たす条件で作成されているため、損失が小さく、良好なフィルタ特性を得ることができる。
【００７８】
従って、水晶を用いたレイリー波型の縦結合共振子フィルタでは、ＩＤＴの電極指の対数が２００〜３００対必要であるのに比べて、本実施例では、電極指の対数が少なくてもよいことがわかる。
【００７９】
さらに、ＩＤＴ２３，２４における電極指の対数を１１０対以下とすることにより、良好な共振特性が得られる。これを、以下の具体的な実験例に基づき説明する。
【００８０】
図１４は、表面波基板２２を構成する圧電材料の比誘電率εＳ  １１／ε０  と、ＩＤＴ２３，２４における交叉幅Ｙとの関係を示す。図１４の実線Ａ，Ｂは、周知のようにして測定された点の集合の上限と下限とを近似した曲線である。図１４の実線Ａを式で表すと、Ｙ＝５．５２＋６６．６２×ｅｘｐ（−Ｅ／１１０）となり、実線Ｂについては、Ｙ＝０．８０＋３．４８×ｅｘｐ（−Ｅ／４０４）となる。従って、前述した式（９）を満たすように交叉幅Ｙを設定することにより、良好なフィルタ特性を得ることができる。なお、縦結合型共振子の場合も横結合型共振子の場合と同様、共振子とフィルタでは最適交叉幅は異なる。
【００８１】
図１５〜図１９における実線Ａ，Ｂは、いずれも、測定された点の集合の上限及び下限に沿う部分を近似することにより得られた曲線である。
図１５は、表面波基板２２を構成している圧電材料の電気機械結合係数Ｋ２  と、比誘電率εＳ  １１／ε０  との積Ｋ２  ・εＳ  １１／ε０  と、ＩＤＴ３，４における電極指交叉幅Ｙとの関係を示す。図１５の実線Ａを式で表すと、Ｙ＝７．９６＋４４．１４×ｅｘｐ（−Ｆ／３８．３）となり、実線Ｂについては、Ｙ＝０．４０＋４．３５×ｅｘｐ（−Ｆ／８０）となる。従って、図１５から明らかなように、前述した式（１０）を満たすように交叉幅Ｙを設定することにより、良好なフィルタ特性を得ることができる。
【００８２】
図１６は、表面波基板２２を構成している圧電材料の比誘電率εＳ  １１／ε０  とＩＤＴ２３，２４における電極指の対数との関係を、図１７は、Ｋ２  ・εＳ  １１／ε０  と、ＩＤＴ２３，２４における電極指の対数Ｎとの関係を示す。図１６の実線Ｂは、式で表すと、Ｎ＝２．０となり、実線Ａは、Ｎ＝１１４．４＋０．０２×Ｅ−９．２８３×１０−５×Ｅ２  となる。従って、前述した式（１１）を満たすように設定することにより、図１６から明らかなように、良好なフィルタ特性を得ることができる。
【００８３】
同様に、図１７の実線Ｂは、Ｎ＝２．０に相当し、実線Ａは、Ｎ＝−１７１＋２９２×ｅｘｐ（−Ｆ／６７２）となる。従って、前述した式（１２）を満たすように電極指の対数Ｎを設定すれば、良好なフィルタ特性を得ることができる。
【００８４】
図１８は、表面波基板２２を構成している圧電材料の比誘電率εＳ  １１／ε０  と、上記第１，第２のＩＤＴの隣合う電極指間距離Ｘとの関係を、図１９は、Ｋ２  ・εＳ  １１／ε０  と、電極指間距離Ｘとの関係を示す。図１８の実線Ａは、Ｘ＝−５．４２３＋５．９９４×ｅｘｐ（−Ｅ／２２８９４）となり、実線ＢについてはＸ＝０．２５５−０．１９×ｅｘｐ（−Ｅ／４４６）となる。従って、電極指間距離Ｘを、式（１３）を満たすように構成することにより、良好なフィルタ特性を得ることができる。同様に、図１９の実線Ａは、Ｘ＝０．３６４＋０．１９８×ｅｘｐ（−Ｆ／６７．５）となり、実線ＢはＸ＝０．２４１−０．１６９×ｅｘｐ（−Ｆ／５８．１）となる。従って、前述した式（１４）を満たすように電極指間距離Ｘを設定することにより、良好なフィルタ特性を得ることができる。
【００８５】
図１５〜図１９から、表面波用基板の比誘電率εＳ  １１／ε０  あるいはＫ２  ・εＳ  １１／ε０  との値に応じて電極指交叉幅、第１，第２のＩＤＴの隣合う電極指間距離及び電極指の対数を種々変更することにより、良好な共振特性の得られることがわかる。
【００８６】
【発明の効果】
第１の発明に係る共振子型表面波フィルタでは、ＩＤＴの交叉幅ｙが、式（１）を満たす範囲とされており、かつεＳ１１／ε０が３０００以下の範囲にあるため、前述したように、ＳＨ波を主成分とする波を利用した第１，第２の端面反射型表面波共振子が横結合されて、良好な共振特性を得ることができる。すなわち、従来不可能であると考えられていた、ＢＧＳ波を利用した横結合型の端面反射型の共振子フィルタを提供することができる。
【００８７】
端面反射型の共振子型表面波フィルタであるため、反射器を必要とせず、従って表面波フィルタの小型化を進めることができる。
よって、第１の発明によれば、良好なフィルタ特性を有し、かつ小型の表面波フィルタを提供することが可能となる。
【００８８】
特に、ＩＤＴの交叉幅ｙが式（２）を満たすように構成し、Ｋ２・εＳ１１／ε０が２５０以下の範囲にある場合には、前述した実験例から明らかなように、より一層良好なフィルタ特性を得ることができる。
【００８９】
同様に、第１，第２の表面波共振子の結合長ｘが式（３）を満たしている場合には、Ｋ２・εＳ１１／ε０が２５０以下の範囲にあり、第１，第２の表面波共振子の結合長ｘが式（４）を満たしている場合、第１，第２の表面波共振子の共振子バスバーの幅Ｂが式（５）を満たしている場合、Ｋ２・εＳ１１／ε０が２５０以下の範囲であり、かつ共通バスバーの幅Ｂが式（６）を満たしている場合、並びに共通バスバーと外側のバスバーに接続された電極指先端との間のギャップＧが式（７）を満たしている場合、いずれも良好なフィルタ特性を得ることができる。すなわち、εＳ１１／ε０やＫ２・εＳ１１／ε０に応じて最適な交叉幅、結合長、共通バスバーの幅及びギャップ幅を選択することにより、より一層良好なフィルタ特性を実現することができる。
【００９０】
また、第１の発明に係る共振子型表面波フィルタは、基板端面の反射を利用したフィルタとして構成することができ、すなわち端面反射型表面波フィルタとして構成することができる。この場合には、表面波を反射させるために反射器を必要としないため、共振子型表面波フィルタの小型化を進めることができる。さらに、電極指による反射器に比べ反射率及び反射効率が大きいため、低損失で広帯域なフィルタが実現できる。
【００９１】
また、第１の発明においては、第１の発明に係る共振子型表面波フィルタを一段構成とし、小型化してもよく、あるいは、複数段構成とし、それによって要求される特性に応じた帯域特性を有するフィルタを構成してもよい。
【００９２】
第２の発明に係る共振子型表面波フィルタでは、第１，第２のＩＤＴにより、ＢＧＳ波を利用した第１，第２の表面波共振子が構成されており、第１，第２の表面波共振子が縦結合されて表面波フィルタが構成されている。そして、εＳ１１／ε０が３０００以下の範囲にあり、かつ交叉幅Ｙが式（９）を満たすように構成されているので、良好なフィルタ特性を得ることができる。
【００９３】
特に、Ｋ２・εＳ１１／ε０が２５０以下の範囲にあり、かつ交叉幅Ｙが式（１０）を満たしている場合、第１，第２のＩＤＴの電極指の対数Ｎが式（１１）を満たしている場合、Ｋ２・εＳ１１／ε０が２５０以下の範囲にあり、かつ第１，第２のＩＤＴの電極指の対数Ｎが式（１２）を満たしている場合、第１，第２のＩＤＴの隣合う電極指間の距離Ｘが式（１３）を満たしている場合、Ｋ２・εＳ１１／ε０が２５０以下の範囲にあり、かつ第１，第２のＩＤＴの隣合う電極指間の距離Ｘが式（１４）を満たしている場合、いずれも良好なフィルタ特性を得ることができる。すなわち、第２の発明に係る縦結合共振子型表面波フィルタにおいても、比誘電率εＳ１１／ε０やＫ２・εＳ１１／ε０に応じて交叉幅Ｙ、ＩＤＴの電極指の対数Ｎ、第１，第２のＩＤＴの隣合う電極指間の距離Ｘを選択することにより、より一層良好なフィルタ特性を実現することができる。
【００９４】
さらに、第２の発明に係る縦結合共振子型表面波フィルタにおいては、比誘電率εＳ  １１／ε０  が１５〜３０００のものを用いた場合、あるいはＫ２  ・εＳ  １１／ε０  が１．６〜２５０の範囲にある表面波基板を用いることにより、良好なフィルタ特性を実現することができる。
【００９５】
第２の発明に係る共振子型表面波フィルタについても、基板端面の反射を利用した端面反射型のフィルタとして構成することができ、その場合には反射器を必要としないので小型化を進めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施例に係る共振子型表面波フィルタの平面図及び励振される表面波のモードを説明するための図。
【図２】電極指交叉幅が４．０λの場合の横結合型の共振子型表面波フィルタのインピーダンス−周波数特性を示す図。
【図３】電極指交叉幅が１．５λの場合の横結合型の共振子型表面波フィルタのインピーダンス−周波数特性を示す図。
【図４】電極指交叉幅が０．３λの場合の横結合型の共振子型表面波フィルタのインピーダンス−周波数特性を示す図。
【図５】横結合型の共振子型表面波フィルタにおける比誘電率εＳ  １１／ε０  と、電極指交叉幅との関係を示す図。
【図６】横結合型の共振子型表面波フィルタにおけるＫ２  ・εＳ  １１／ε０  と電極指交叉幅との関係を示す図。
【図７】横結合型の共振子型表面波フィルタにおける比誘電率εＳ  １１／ε０  と、結合長との関係を示す図。
【図８】横結合型の共振子型表面波フィルタにおけるＫ２  ・εＳ  １１／ε０  と結合長との関係を示す図。
【図９】横結合型の共振子型表面波フィルタにおける比誘電率εＳ  １１／ε０  と、共通バスバーの幅との関係を示す図。
【図１０】横結合型の共振子型表面波フィルタにおけるＫ２  ・εＳ  １１／ε０  と共通バスバーの幅との関係を示す図。
【図１１】横結合型の共振子型表面波フィルタにおける比誘電率εＳ  １１／ε０  と、ギャップ幅Ｇとの関係を示す図。
【図１２】横結合型の共振子型表面波フィルタにおけるＫ２  ・εＳ  １１／ε０  とギャップ幅Ｇとの関係を示す図。
【図１３】本発明の第２の実施例に係る縦結合型の共振子型表面波フィルタを示す平面図。
【図１４】縦結合型の共振子型表面波フィルタにおける比誘電率εＳ  １１／ε０  と、電極指交叉幅との関係を示す図。
【図１５】縦結合型の共振子型表面波フィルタにおけるＫ２  ・εＳ  １１／ε０  と、電極指交叉幅との関係を示す図。
【図１６】縦結合型の共振子型表面波フィルタにおける比誘電率εＳ  １１／ε０  と、ＩＤＴの電極指の対数との関係を示す図。
【図１７】縦結合型の共振子型表面波フィルタにおけるＫ２  ・εＳ  １１／ε０  と、ＩＤＴの電極指の対数との関係を示す図。
【図１８】縦結合型の共振子型表面波フィルタにおける比誘電率εＳ  １１／ε０  と、フィンガー間距離との関係を示す図。
【図１９】縦結合型の共振子型表面波フィルタにおけるＫ２  ・εＳ  １１／ε０  と、フィンガー間距離ｘとの関係を示す図。
【符号の説明】
１…共振子型表面波フィルタ
２…表面波基板
３…第１のＩＤＴ
４…第２のＩＤＴ
５…バスバー
６…バスバー
７…共通バスバー
８ａ，８ｂ〜１１ａ，１１ｂ…電極指
２１…共振子型表面波フィルタ
２２…表面波基板
２３，２４…第１，第２のＩＤＴ
２５，２６…バスバー
２５ａ，２６ａ…電極指
２７，２８…バスバー
２７ａ，２８ａ…電極指
２９，３０…反射器
【図１】
0003587354.tif 000026
【図２】
0003587354.tif 000027
【図３】
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【図４】
0003587354.tif 000029
【図５】
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【図６】
0003587354.tif 000031
【図７】
0003587354.tif 000032
【図８】
0003587354.tif 000033
【図９】
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【図１０】
0003587354.tif 000035
【図１１】
0003587354.tif 000036
【図１２】
0003587354.tif 000037
【図１３】
0003587354.tif 000038
【図１４】
0003587354.tif 000039
【図１５】
0003587354.tif 000040
【図１６】
0003587354.tif 000041
【図１７】
0003587354.tif 000042
【図１８】
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【図１９】
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