(57)【要約】  広帯域化及び減衰量の拡大を図り得るだけでなく、通過帯域内における損失を十分に小さくすることができる、ラダー型弾性波フィルタを提供する。  入力端と出力端とを結ぶ直列腕と、直列腕とグラウンド電位とを接続している並列腕とを備え、直列腕において、少なくとも３つの直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ３が互いに直列に接続されており、少なくとも３つの直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ３の共振周波数が異なっており、各直列腕共振子における電極指交叉幅の電極指の対数に対する割合を縦横比としたときに、共振周波数が最も低い直列腕共振子Ｓ１の縦横比Ｔ１が、全ての直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４の縦横比の平均Ｔ０よりも大きくされている、ラダー型弾性波フィルタ１。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端と出力端とを結ぶ直列腕と、
前記直列腕とグラウンド電位とを接続している並列腕とを備えるラダー型弾性波フィルタであって、
前記直列腕において、少なくとも３つの直列腕共振子が互いに直列に接続されており、少なくとも３つの該直列腕共振子の共振周波数が異なっており、直列腕共振子における電極指交叉幅の電極指の対数に対する割合を縦横比としたときに、共振周波数が最も低い直列腕共振子の縦横比Ｔ１が、全ての直列腕共振子の縦横比の平均Ｔ０よりも大きくされている、ラダー型弾性波フィルタ。
【請求項２】
共振周波数が最も高い前記直列腕共振子の縦横比Ｔ２が、全ての直列腕共振子の縦横比の平均値Ｔ０よりも小さくされている、請求項１に記載のラダー型弾性波フィルタ。
【請求項３】
共振周波数が最も低い前記直列腕共振子の共振周波数が、通過帯域内において通過帯域の中心周波数よりも低域側に位置しており、共振周波数が最も高い直列腕共振子の共振周波数は、通過帯域外において、通過帯域よりも高域側に位置している、請求項１または２に記載のラダー型弾性波フィルタ。
【請求項４】
弾性表面波フィルタである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のラダー型弾性波フィルタ。
【請求項５】
弾性境界波フィルタである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のラダー型弾性波フィルタ。
【請求項６】
少なくとも２個のフィルタを備えるデュプレクサであって、少なくとも１個のフィルタが、請求項１〜５のいずれか１項に記載のラダー型弾性波フィルタからなる、デュプレクサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば携帯電話機の帯域フィルタなどに用いられる弾性波フィルタに関し、より詳細には、ラダー型回路構成を有する弾性波フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話機のＲＦ段の帯域フィルタとして、弾性表面波フィルタが広く用いられている。例えば、下記の特許文献１には、この種の帯域フィルタの一例として、ラダー型弾性表面波フィルタが開示されている。ラダー型弾性表面波フィルタでは、直列腕共振子の共振周波数ｆｒｓと、並列腕共振子の反共振周波数ｆａｐとを通過帯域の中心周波数付近に設定する。他方、直列腕共振子の反共振周波数ｆａｓを通過帯域高域側近傍の減衰極に、並列腕共振子の共振周波数ｆｒｐを通過帯域低域側近傍の減衰極に位置させる。それによって、通過帯域が形成されている。【０００３】
特許文献１の段落〔０２９７〕に記載のように、直列腕共振子では、ＩＤＴ電極の開口長すなわち交叉幅を狭くし、電極指の対数を多くすることにより、電気抵抗を低くし、それによって損失を小さくすることができる。また、特許文献１の段落〔０３００〕に記載のように、交叉幅を狭くし過ぎると、表面波の回折による損失が大きくなる。もっとも、回折損は、共振特性よりも反共振特性に大きく影響する。従って、共振周波数ｆｒｓが通過帯域の中心周波数付近にあり、反共振周波数ｆａｓが通過帯域外に位置する直列腕共振子では、上記回折損の影響は小さいため、あまり問題とはならない。従って、交叉幅をできるだけ狭くするのが常識であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１７４５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、携帯電話機の帯域フィルタでは、通過帯域の拡大、減衰量の増大及び損失の低減が強く求められている。そのため、複数の直列腕共振子において、共振周波数を異ならせることにより、広帯域化及び減衰量の増大が図られている。【０００６】
しかしながら、複数の直列腕共振子の共振周波数を異ならせた場合、通過帯域内における損失を十分に小さくすることができなかった。特に、通過帯域内における高域側の周波数域における損失が悪化するという問題があった。【０００７】
本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、通過帯域の拡大及び通過帯域近傍の減衰域における減衰量の増大を図り得るだけでなく、通過帯域内における損失の低減を図ることが可能とされている、ラダー型弾性波フィルタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、入力端と出力端とを結ぶ直列腕と、前記直列腕とグラウンド電位とを接続している並列腕とを備えるラダー型弾性波フィルタであって、前記直列腕において、少なくとも３つの直列腕共振子が互いに直列に接続されており、少なくとも３つの該直列腕共振子の共振周波数が異なっており、直列腕共振子における電極指交叉幅の電極指の対数に対する割合を縦横比としたときに、共振周波数が最も低い直列腕共振子の縦横比Ｔ１が、全ての直列腕共振子の縦横比の平均Ｔ０よりも大きくされている、ラダー型弾性波フィルタが提供される。【０００９】
本発明に係るラダー型弾性波フィルタのある特定の局面では、共振周波数が最も高い前記直列腕共振子の縦横比Ｔ２が、全ての直列腕共振子の縦横比の平均値Ｔ０よりも小さくされている。この場合には、通過帯域内における損失をより一層効果的に低減することができる。【００１０】
本発明に係るラダー型弾性波フィルタのさらに他の特定の局面では、共振周波数が最も低い前記直列腕共振子の共振周波数が、通過帯域内において通過帯域の中心周波数よりも低域側に位置しており、共振周波数が最も高い直列腕共振子の共振周波数は、通過帯域外において、通過帯域よりも高域側に位置している。この場合には、損失をより一層確実に小さくすることができる。【００１１】
本発明に係るラダー型弾性波フィルタは、弾性表面波フィルタを利用したものであってもよく、あるいは弾性境界波を利用したものであってもよい。従って、本発明によって、ラダー型弾性表面波フィルタ及びラダー型弾性境界波フィルタのいずれをも提供することができる。【００１２】
本発明に係るデュプレクサは、複数の帯域フィルタを備え、少なくとも１個の帯域フィルタが、本発明に従って構成されたラダー型弾性波フィルタからなる。よって、デュプレクサにおける損失の低減を図ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るラダー型弾性波フィルタによれば、共振周波数が互いに異なる少なくとも３つの直列腕共振子において、共振周波数が最も低い直列腕共振子の縦横比Ｔ１が、全ての直列案共振子の縦横比の平均値Ｔ０よりも大きくされているため、共振周波数を異ならせることにより広帯域化を図り、減衰量の拡大を図り得るだけでなく、損失、特に通過帯域内の高域側周波数域における損失を充分に小さくすることができる。【００１４】
よって、広帯域、高減衰量及び低損失の帯域フィルタを本発明に従って提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るラダー型弾性波フィルタ装置の回路構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示したラダー型弾性波フィルタ装置において用いられている１つの弾性波共振子の模式的平面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態のラダー型弾性波フィルタ及び比較例のラダー型弾性波フィルタの挿入損失特性を示す図である。
【図４】図４は、共振周波数が最も低い直列腕共振子の縦横比が０．０７または０．１５の場合のインピーダンス特性をそれぞれ示す図である。
【図５】図５は、共振周波数が最も低い直列腕共振子の縦横比が０．０７または０．１５の場合の位相特性をそれぞれ示す図である。
【図６】図６は、共振周波数が最も低い直列腕共振子の縦横比が０．０７または０．１５の場合のインピーダンススミスチャートをそれぞれ示す図である。
【図７】図７は、共振周波数が最も低い直列腕共振子の縦横比が０．０７または０．１５の場合のリターンロス特性をそれぞれ示す図である。
【図８】図８は、共振周波数が最も高い直列腕共振子の縦横比が０．０７または０．２０の場合のインピーダンス特性をそれぞれ示す図である。
【図９】図９は、共振周波数が最も高い直列腕共振子の縦横比が０．０７または０．２０の場合の位相特性をそれぞれ示す図である。
【図１０】図１０は、共振周波数が最も高い直列腕共振子の縦横比が０．０７または０．２０の場合のインピーダンススミスチャートをそれぞれ示す図である。
【図１１】図１１は、共振周波数が最も高い直列腕共振子の縦横比が０．０７または０．２０の場合のリターンロス特性をそれぞれ示す図である。
【図１２】図１２は、本発明が適用される弾性波フィルタ装置としての弾性境界波装置を説明するための模式的正面断面図である。
【図１３】図１３は、本発明が適用されるデュプレクサを説明するための回路構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係るラダー型弾性波フィルタの回路構成を示す図である。
【００１８】
ラダー型弾性波フィルタ１は、入力端子２と出力端子３との間を結ぶ直列腕を有する。この直列腕においては、複数の直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４が互いに直列に接続されている。ここでは、入力端子２側から出力端子３側に向けて、直列腕共振子Ｓ４、直列腕共振子Ｓ３、直列腕共振子Ｓ２及び直列腕共振子Ｓ１の順にこれらの直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４が配置されている。
【００１９】
また、出力端子３と第１の直列腕共振子Ｓ１との間の接続点とグラウンド電位との間を結ぶように第１の並列腕が形成されており、第１の並列腕は、第１の並列腕共振子Ｐ１を有する。
【００２０】
同様に、第１，第２の直列腕の共振子Ｓ１，Ｓ２間の接続点とグラウンド電位とを結ぶ第２の並列腕は第２の並列腕共振子Ｐ２を、第２，第３の直列腕共振子Ｓ２，Ｓ３の接続点とグラウンド電位とを結ぶ第３の並列腕は第３の並列腕共振子Ｐ３を、第３，第４の直列腕共振子Ｓ３，Ｓ４間の接続点とグラウンド電位とを結ぶ第４の並列腕は第４の並列腕共振子Ｐ４を有する。
【００２１】
上記直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４及び並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ４は、いずれも、本実施形態では、１ポート型の弾性表面波共振子からなる。１ポート型弾性表面波共振子の一例を、図２に示す。図２において、弾性表面波共振子１１は、圧電基板１２と、圧電基板１２上に形成されたＩＤＴ電極１３及び反射器１４，１５を有する。
【００２２】
前述した通り、ラダー型フィルタでは、直列腕共振子の反共振周波数ｆａｓが通過帯域高域近傍の減衰極に位置され、並列腕共振子の共振周波数ｆｒｐが通過帯域低域側の減衰極に位置される。また、直列腕共振子の共振周波数ｆｒｓ及び並列腕共振子の反共振周波数ｆａｐは、通過帯域内に位置される。もっとも、広帯域化を図るために、従来より、複数の直列腕共振子の共振周波数を異ならせる手法が用いられている。
【００２３】
本実施形態のラダー型弾性波フィルタ１においても、複数の直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４の共振周波数を異ならせることにより、広帯域化及び阻止域における減衰量の拡大が図られている。
【００２４】
下記の表１に、第１〜第４の直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４の共振周波数、反共振周波数及びＩＤＴ電極のピッチで定まる波長を示す。
【００２５】
また、下記の表１においては、本実施形態における上記第１〜第４の直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４におけるＩＤＴ電極の電極指の対数、交叉幅及び縦横比を併せて示す。なお、縦横比とは、電極指交叉幅の電極指の対数に対する割合を示す。すなわち、縦横比＝交叉幅／対数である。
【００２６】
【表１】
2010103882.tif 000003
【００２７】
また、第１〜第４の並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ４の共振周波数、反共振周波数及びＩＤＴ電極のピッチで定まる波長を下記の表２に示す。表２においては、並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ４の電極指の対数、交叉幅及び縦横比も併せて示す。
【００２８】
【表２】
2010103882.tif 000004
【００２９】
本実施形態のラダー型弾性波フィルタ１の特徴は、上記直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４において、共振周波数が最も低い直列腕共振子Ｓ１の縦横比Ｔ１が、全ての直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４の縦横比の平均Ｔ０よりも大きくされていることにあり、それによって、損失、特に通過帯域高域側における損失を十分に小さくすることが可能とされていることにある。これを、具体的な実験例に基づき説明する。
【００３０】
直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４及び並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ４を構成する圧電基板としてＬＮ基板を用いた。そして、電極主材料としてＡｌ、Ｃｕ、Ｐｔなどを成膜しパターニングすることにより、表１及び表２に示した電極指の対数、交叉幅及び縦横比を有する各ＩＤＴ電極を形成した。なお、反射器についても、同じ電極材料を用い、電極指の本数が１５本であるグレーティング型反射器を形成した。
【００３１】
また、比較のために、上述した表１に示すように、複数の直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４のＩＤＴ電極の電極指の対数、交叉幅及び縦横比が設定されたことを除いては、上記実施形態と同様にして構成された比較例１，２のラダー型弾性波フィルタ装置を作製した。
【００３２】
なお、上記実施形態のラダー型弾性波フィルタ装置では、直列腕共振子Ｓ１の縦横比Ｔ１＝０．１８であり、Ｔ０＝０．１２であるため、Ｔ１＞Ｔ０である。
【００３３】
また、比較例１では、Ｔ１＝０．１０であり、Ｔ０＝０．１０であるため、Ｔ１＝Ｔ０である。さらに、比較例２では、Ｔ１＝０．０７であり、Ｔ０＝０．１３であるため、Ｔ１＜Ｔ０である。
【００３４】
図３は、上記実施形態に従って構成された実施例及び比較例１，２のラダー型弾性波フィルタの挿入損失特性を示す図である。図３において、実線が実施例の結果を、破線が比較例１の結果を、一点鎖線が比較例２の結果を示す。
【００３５】
図３から明らかなように、比較例１，２では、通過帯域高域側端部である１９８０ＭＨｚ付近の通過帯域内において、損失が大きくなっているのに対し、本実施形態によれば、通過帯域内の通過帯域内において高域側の周波数域においても損失がさほど大きくならず、通過帯域内の高域側の周波数域における損失を大幅に低減し得ることがわかる。
【００３６】
これは、後述するように、共振周波数が異なる複数の直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４のうち、最も低い直列腕共振子Ｓ１の縦横比Ｔ１を、全直列腕共振子の縦横比の平均値であるＴ０よりも大きくしたことにより、通過帯域内における直列腕共振子Ｓ１の通過帯域高域側におけるリターンロス特性が改善されたことによると考えられる。これを、図４〜図１１を参照して明らかにする。
【００３７】
本願発明者は、通過帯域高域側端部近傍の通過帯域内における損失の低減が、最も共振周波数が低い直列腕共振子Ｓ１のリターンロス特性による影響であることを見出した。すなわち、最も共振周波数が低い直列腕共振子Ｓ１と、最も共振周波数が高い直列腕共振子Ｓ２のリターンロス特性が、フィルタ特性の通過帯域高域側の損失に影響しているのではないかと考え、これを確認した。
【００３８】
図４〜図７は、それぞれ、共振周波数が最も低い直列腕共振子Ｓ１において、縦横比を０．０７または０．１５とした場合のインピーダンス特性、位相特性、インピーダンススミスチャート及びリターンロス（ＲＬ）特性を示す図である。図４〜図７において、実線が、縦横比＝０．１５の場合の特性を、破線が縦横比＝０．０７の場合の特性を示す。
【００３９】
図４〜図６に示すように、直列腕共振子Ｓ１の縦横比が０．０７の場合に比べ、０．１５と大きくすることにより、直列腕共振子Ｓ１の反共振特性が改善することがわかる。また、図７に示したように、通過帯域内の高域側の周波数におけるリターンロスが改善されることもわかる。
【００４０】
すなわち、最も共振周波数の低い直列腕共振子Ｓ１の反共振周波数は、通過帯域である１９２０〜１９８０ＭＨｚ付近にあるため、回折損による反共振特性が悪化すると、通過帯域内の高域側周波数域におけるリターンロスにまで悪影響が現れることがわかった。
【００４１】
そこで、直列腕共振子Ｓ１の交叉幅を広くすることにより、回折損を低減し、反共振特性を改善した。なお、弾性波共振子の静電容量を変化させないために、交叉幅を広げた分だけ、電極指の対数を減らした。すなわち、縦横比を大きくした。
【００４２】
他方、図８〜図１１は、共振周波数が最も高い直列腕共振子Ｓ２の縦横比が０．０７または０．２０の場合のインピーダンス特性、位相特性、インピーダンススミスチャート及びリターンロス特性をそれぞれ示す図である。実線が０．２０の場合を、破線が０．０７の場合を示す。
【００４３】
図８〜図１１から明らかなように、共振周波数が最も高い直列腕共振子Ｓ２の縦横比が０．０７の場合には、０．２０の場合に比べ、縦横比を小さくすることにより、共振特性が改善し得ることがわかる。交叉幅が狭くなることにより、第２の直列腕共振子Ｓ２の反共振特性は劣化するが、リターンロスが悪化するのは、前述したように、共振周波数よりも高域側である。従って、通過帯域内におけるリターンロスは改善される。
【００４４】
図４〜図７及び図８〜図１１の結果から明らかなように、共振周波数が異なる複数の直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４を用いて広帯域化を図った場合、最も共振周波数が低い第１の直列腕共振子Ｓ１の縦横比がラダー型弾性波フィルタ１の通過帯域高域側の損失に影響することがわかる。
【００４５】
最も共振周波数が高い直列腕共振子Ｓ２の共振周波数は通過帯域よりも高域側にあり、反共振周波数はさらに高域側に位置する。従って、直列腕共振子Ｓ２の回折損による反共振特性の悪化は通過帯域内のリターンロスにほとんど影響しないと考えられる。そこで、直列腕共振子Ｓ２の交叉幅を最も狭くし、抵抗損を低減し、共振特性の改善を試みた。また、弾性波共振子の静電容量を変化させないために、交叉幅を狭くした分だけ、電極指の対数を増加させた。すなわち、表１に示した実施形態のように、直列腕共振子Ｓ２の縦横比を小さくした。
【００４６】
上記のように、本実施形態では、共振周波数が最も低い第１の直列腕共振子Ｓ１の縦横比を大きくすることにより、図４〜図７に示したように、反共振特性が改善され、かつ図７に示したように、通過帯域内の高域側周波数域におけるリターンロスが改善されていることがわかる。
【００４７】
また、本実施形態では、交叉幅が広げられたことにより、直列腕共振子Ｓ１の共振特性は劣化するものの、反共振特性が改善されているため、共振特性と反共振特性との間、すなわち共振周波数よりも高域側の周波数域のリターンロスは、共振周波数よりも低い周波数域におけるリターンロスに比べて悪化しない。共振周波数の最も低い第１の直列腕共振子Ｓ１では、共振周波数よりも高域側の周波数域が通過帯域となるため、通過帯域内におけるリターンロスは悪化し難いことがわかる。
【００４８】
そこで、上記直列腕共振子Ｓ１の縦横比Ｔ１と、他の直列腕共振子Ｓ２〜Ｓ４の縦横比を種々異ならせて、検討した結果、図３に示されているように、Ｔ１＞Ｔ０とすれば、広帯域化を図り、減衰量の拡大を図り得るだけでなく、通過帯域高域側における損失を十分に小さくし得ることを確認した。
【００４９】
また、上記実施形態では、共振周波数が最も高い直列腕共振子Ｓ２の縦横比Ｔ２＝０．０７であり、Ｔ０＝０．１２よりも小さくされている。そのため、通過帯域内における高域側の周波数域における損失をより一層小さくすることができる。
【００５０】
なお、上記実施形態では、弾性表面波を利用した弾性表面波共振子を用いたラダー型弾性波フィルタにつき説明したが、本発明は、弾性境界波を利用した弾性境界波装置を用い、各弾性波共振子を形成してもよい。すなわち、本発明のラダー型弾性波フィルタは、ラダー型弾性波境界波フィルタであってもよい。
【００５１】
すなわち、図１２に略図的正面断面図で示す弾性境界波装置１６では、圧電体からなる圧電基板１７上に、誘電体１８が積層されている。圧電基板１７と誘電体１８との界面に、ＩＤＴを含む電極構造１９が設けられている。この電極構造１９として、前述した各実施形態の電極構造を形成することにより、本発明に従って、弾性境界波フィルタ装置を提供することができる。
【００５２】
また、本発明のラダー型弾性波フィルタは、複数の帯域フィルタを備えるデュプレクサの帯域フィルタとして好適に用いられる。図１３（ａ），（ｂ）に示すデュプレクサ２１，２２は、複数の帯域フィルタとして、送信フィルタＴｘ及び受信フィルタＲｘを有する。このＲｘフィルタとして、本発明のラダー型弾性波フィルタを用いることにより、デュプレクサ２１，２２の損失の低減を図ることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１…ラダー型弾性波フィルタ
２…入力端子
３…出力端子
１１…弾性表面波共振子
１２…圧電基板
１３…ＩＤＴ電極
１４，１５…反射器
１６…弾性境界波装置
１７…圧電基板
１８…誘電体
１９…電極構造
２１，２２…デュプレクサ
Ｐ１〜Ｐ４…第１〜第４の並列腕共振子
Ｓ１〜Ｓ４…第１〜第４の直列腕共振子
【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】
2010103882.tif 000013
【図１０】
2010103882.tif 000014
【図１１】
2010103882.tif 000015
【図１２】
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【図１３】
2010103882.tif 000017
【国際調査報告】
2010103882.tif 000018
2010103882.tif 000019
2010103882.tif 000020
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