(57)【要約】  通過帯域から減衰域にかけてのフィルタ特性の急峻性が高められており、かつ通過帯域内における損失が小さい、弾性波フィルタ装置を得る。  複数の直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２と、少なくとも１つの並列腕共振子Ｐ１を備えるラダー型回路構成を有する弾性波フィルタ装置であって、複数の直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２のうち、少なくとも１つの直列腕共振子Ｓ１の反共振周波数が残りの直列腕共振子Ｓ２の反共振周波数と異なっており、反共振周波数が最も低い直列腕共振子Ｓ１の共振周波数が通過帯域内に位置されておりかつその電気機械結合係数ｋ２が、全直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｐ１の電気機械結合係数の平均よりも小さくされている、弾性波フィルタ装置１。
2009119007.tif 000002
【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を形成するように、前記直列腕において互いに直列に接続された複数の直列腕共振子と、
前記直列腕とグラウンド電位との間に接続された並列腕を形成するために、並列腕に配置されている並列腕共振子とを備えるラダー型の回路構成を有する弾性波フィルタ装置であって、
前記複数の直列腕共振子のうち、少なくとも１つの直列腕共振子の反共振周波数が残りの直列腕共振子の反共振周波数と異なっており、反共振周波数が最も低い直列腕共振子の共振周波数が通過帯域内に位置されておりかつその電気機械結合係数ｋ２が、全直列腕共振子の電気機械結合係数の平均よりも小さくされていることを特徴とする、弾性波フィルタ装置。
【請求項２】
前記並列腕として、それぞれが並列腕共振子を有する複数の並列腕を有し、少なくとも１つの並列腕共振子の共振周波数が、残りの並列腕共振子の共振周波数と異なっており、共振周波数が最も高い並列腕共振子の反共振周波数が通過帯域内に位置されておりかつその電気機械結合係数が、全並列腕共振子の電気機械結合係数の平均よりも小さくされていることを特徴とする、請求項１に記載の弾性波フィルタ装置。
【請求項３】
前記弾性波フィルタ装置が、圧電単結晶からなる圧電基板と、圧電基板上に形成された電極とを備え、該圧電基板の結晶切断面と弾性波の伝搬方位をオイラー角表示（φ，θ，ψ）としたときの伝搬方位ψが、前記反共振周波数が最も低い直列腕共振子の電気機械結合係数が全直列腕共振子の電気機械結合係数の平均よりも小さくなるように選ばれている、請求項１または２に記載の弾性波フィルタ装置。
【請求項４】
入力端と出力端との間において直列腕を構成するように配置された直列腕共振子と、
前記直列腕とグラウンド電位とを接続している複数の並列腕を形成するために、複数の並列腕にそれぞれ設けられている複数の並列腕共振子とを備え、
前記複数の並列腕共振子において、少なくとも１つの並列腕共振子の共振周波数が、残りの並列腕共振子の共振周波数と異なっており、共振周波数が最も高い並列腕共振子の反共振周波数が通過帯域内に位置されておりかつその電気機械結合係数が、全並列腕共振子の電気機械結合係数の平均よりも小さくされていることを特徴とする、弾性波フィルタ装置。
【請求項５】
前記弾性波フィルタ装置が、圧電体結晶からなる圧電基板と、圧電基板上に形成された電極とを備え、該圧電基板の結晶切断面と弾性波の伝搬方位をオイラー角表示（φ，θ，ψ）としたときの伝搬方位ψが、前記反共振周波数が最も低い並列腕共振子の電気機械結合係数が全並列腕共振子の電気機械結合係数の平均よりも小さくなるように選ばれている、請求項４に記載の弾性波フィルタ装置。
【請求項６】
弾性境界波フィルタ装置である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の弾性波フィルタ装置。
【請求項７】
弾性表面波フィルタ装置である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の弾性波フィルタ装置。
【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装置に関し、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装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、弾性表面波を利用したラダー型回路構成を有するフィルタ装置が、携帯電話機の帯域フィルタなどに広く用いられている。例えば、下記の特許文献１には、図１４に示す回路構成のフィルタ装置が開示されている。このフィルタ装置１０１は、ラダー型の回路構成を有する。入力端子１０２と、出力端子１０３とを結ぶ直列腕において、複数の直列腕共振子１１１〜１１３が互いに直列に接続されている。また、それぞれが並列腕を構成するように、複数の並列腕共振子１１４〜１１７が直列腕に接続されている。【０００３】
複数の並列腕共振子１１４〜１１７のうち、１つの並列腕共振子１１４に並列にコンデンサ１１８が接続されている。それによって、並列腕共振子１１４の実効的電気機械結合係数が、残りの並列腕共振子１１５〜１１７の実効的電気機械結合係数よりも小さくされている。それによって、通過帯域端部におけるフィルタ特性の急峻化が図られている。【０００４】
なお、下記の特許文献２には、弾性波フィルタ装置における圧電単結晶基板における伝搬方位ψと電気機械結合係数ｋ２との関係が示されている。すなわち、オイラー角（０°，１０５°，ψ）のＬｉＮｂＯ３基板上にＡｕからなる電極を形成し、さらにＳｉＯ２膜を形成した構造における伝搬方位ψと、電気機械結合係数ｋ２との関係が示されている。ここでは、伝搬方位ψを変化させることにより、電気機械結合係数ｋ２の大きさを１６％〜０％まで自由に変化させることができる旨が示されている。すなわち、伝搬方位ψを大きくすれば、電気機械結合係数が単調に減少することが示されている。
【特許文献１】特開２００４−３４３１６８号公報
【特許文献２】ＷＯ２００４／０７０９４６
【発明の開示】
【０００５】
帯域フィルタでは、通過帯域における減衰量が小さく、帯域外減衰量が大きく、両者の間のフィルタ特性の急峻性が高いことが好ましい。特許文献１に記載のフィルタ装置１０１では、並列腕共振子１１４に並列にコンデンサ１１８を接続することにより並列腕共振子１１４の実効的電気機械結合係数が小さくされ、それによってフィルタ特性の急峻性が高められている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のフィルタ装置１０１では、フィルタ特性の急峻性を高め得るものの、並列腕共振子１１４の反共振周波数は通過帯域の端部に位置されているため、低域側におけるフィルタ特性の急峻性は高められるものの、通過帯域内における損失が増大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、ラダー型回路構成を有する弾性波フィルタ装置であって、フィルタ特性の急峻性が良好であるだけでなく、通過帯域内における損失が小さい、弾性波フィルタ装置を提供することにある。
【０００８】
本願の第１の発明は、入力端と出力端とを結ぶ直列腕を形成するように、前記直列腕において互いに直列に接続された複数の直列腕共振子と、前記直列腕とグラウンド電位との間に接続された並列腕を形成するために、並列腕に配置されている並列腕共振子とを備えるラダー型の回路構成を有する弾性波フィルタ装置であって、前記複数の直列腕共振子のうち、少なくとも１つの直列腕共振子の反共振周波数が残りの直列腕共振子の反共振周波数と異なっており、反共振周波数が最も低い直列腕共振子の共振周波数が通過帯域内に位置されておりかつその電気機械結合係数ｋ２が、全直列腕共振子の電気機械結合係数の平均よりも小さくされていることを特徴とする、弾性波フィルタ装置である。
【０００９】
第１の発明に係る弾性波フィルタ装置では、好ましくは、前記並列腕として、それぞれが並列腕共振子を有する複数の並列腕を有し、少なくとも１つの並列腕共振子の共振周波数が、残りの並列腕共振子の共振周波数と異なっており、共振周波数が最も高い並列腕共振子の反共振周波数が通過帯域内に位置されておりかつその電気機械結合係数が、全並列腕共振子の電気機械結合係数の平均よりも小さくされている。この場合には、電気機械結合係数が相対的に小さい直列腕共振子により通過帯域高域側のフィルタ特性の急峻性が高められるだけでなく、電気機械結合係数が相対的に小さい並列腕共振子により通過帯域低域側のフィルタ特性の急峻性も高められる。そのため、フィルタ特性の急峻性がより一層良好な弾性波フィルタ装置を提供することができる。
【００１０】
第１の発明に係る他の特定の局面では、前記弾性波フィルタ装置が、圧電単結晶からなる圧電基板と、圧電基板上に形成された電極とを備え、該圧電基板の結晶切断面と弾性波の伝搬方位をオイラー角表示（φ，θ，ψ）としたときの伝搬方位ψが、前記反共振周波数が最も低い直列腕共振子の電気機械結合係数が全直列腕共振子の電気機械結合係数の平均よりも小さくなるように選ばれている。この場合には、同一圧電基板上であっても、オイラー角のψを上記のように選ばれている伝搬方位とするだけで、第１の発明に従って、フィルタ特性の急峻性が高められた弾性波フィルタ装置を提供することができる。
【００１１】
本願の第２の発明は、入力端と出力端との間において直列腕を構成するように配置された直列腕共振子と、前記直列腕とグラウンド電位とを接続している複数の並列腕を形成するために、複数の並列腕にそれぞれ設けられている複数の並列腕共振子とを備え、前記複数の並列腕共振子において、少なくとも１つの並列腕共振子の共振周波数が、残りの並列腕共振子の共振周波数と異なっており、共振周波数が最も高い並列腕共振子の反共振周波数が通過帯域内に位置されておりかつその電気機械結合係数が、全並列腕共振子の電気機械結合係数の平均よりも小さくされていることを特徴とする、弾性波フィルタ装置である。
【００１２】
第２の発明の弾性波フィルタ装置のある特定の局面では、前記弾性波フィルタ装置が、圧電単結晶からなる圧電基板と、圧電基板上に形成された電極とを備え、該圧電基板の結晶切断面と弾性波の伝搬方位をオイラー角表示（φ，θ，ψ）としたときの伝搬方位ψが、前記反共振周波数が最も低い並列腕共振子の電気機械結合係数が全並列腕共振子の電気機械結合係数の平均よりも小さくなるように選ばれている。この場合には、同一圧電基板上であっても、オイラー角のψを上記のように選ばれている伝搬方位とするだけで、第２の発明に従って、フィルタ特性の急峻性が高められた弾性波フィルタ装置を容易に提供することができる。
【００１３】
本発明に係る弾性波フィルタ装置は、弾性境界波を利用した弾性境界波フィルタ装置であってもよく、弾性表面波を利用した弾性表面波フィルタ装置であってもよい。
（発明の効果）
【００１４】
本願の第１の発明によれば、複数の直列腕共振子のうちの少なくとも１つの直列腕共振子の反共振周波数が残りの直列腕共振子の反共振周波数よりも低くされており、反共振周波数が相対的に低い直列腕共振子の共振周波数が通過帯域内に位置されておりかつその電気機械結合係数ｋ２が相対的に小さくされているので、通過帯域高域側におけるフィルタ特性の急峻性を高めることができ、しかも通過帯域内における挿入損失を十分小さくすることができる。
【００１５】
本願の第２の発明では、複数の並列腕共振子のうちの少なくとも１つの並列腕共振子の共振周波数が相対的に高くされており、もっとも高い共振周波数を有する並列腕共振子の反共振周波数が通過帯域内に位置されており、かつその電気機械結合係数が相対的に小さくされているため、通過帯域低域側におけるフィルタ特性の急峻性を高めることができ、しかも通過帯域内における損失を十分に小さくすることが可能となる。
【００１６】
よって、本願の第１，２の発明によれば、通過帯域から減衰域にかけてのフィルタ特性の急峻性が高められ、かつ低損失の弾性波フィルタ装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波フィルタ装置の電極構造を示す模式的平面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波フィルタ装置の模式的正面断面図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波フィルタ装置の回路構成を示す回路図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波フィルタ装置及び比較例の弾性波フィルタ装置の減衰量周波数特性を示す図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波フィルタ装置の減衰特性と、使用されている第１，第２の直列腕共振子のインピーダンス−周波数特性とを示す図である。
【図６】図６は、比較のために用意した弾性波フィルタ装置の減衰周波数特性と使用されている第１，第２の直列腕共振子のインピーダンス周波数特性を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第１の実施形態及び比較例の各弾性波フィルタ装置の直列腕共振子のインピーダンス−周波数特性を示す図である。
【図８】図８は、本発明の第２の実施形態の弾性波フィルタ装置の回路図である。
【図９】図９は、第２の弾性波フィルタ装置及び比較のために用意した第２の比較例の弾性波フィルタ装置の減衰量周波数特性を示す図である。
【図１０】図１０は、第２の実施形態の弾性波フィルタ装置の減衰量周波数特性及び第２の実施形態で用いられている第１〜第４の直列腕共振子のインピーダンス−周波数特性を示す図である。
【図１１】図１１は、第２の実施形態の弾性波フィルタ装置の減衰量周波数特性と使用されている第１，２の並列腕共振子のインピーダンス−周波数特性を示す図である。
【図１２】図１２は、第２の比較例の弾性波フィルタ装置の減衰量周波数特性及び使用されている第１〜第４の直列腕共振子のインピーダンス−周波数特性を示す図である。
【図１３】図１３は、第２の比較例の弾性波フィルタ装置の減衰量周波数特性及び使用されている第１，２の並列腕共振子のインピーダンス−周波数特性を示す図である。
【図１４】図１４は、従来のラダー型回路構成を有するフィルタ装置の回路図である。
【符号の説明】
【００１８】
１…弾性波フィルタ装置
２…圧電基板
３…入力端
４…出力端
５…ＩＤＴ
６，７…反射器
８…ＩＤＴ
９，１０…反射器
１１…接続点
１２…ＩＤＴ
１５…誘電体層
１６…電極構造
１７…入力側電極パッド
１８…出力側電極パッド
１９，２０…接続導体
２１，２２…貫通導体
２３…入力端子
２４…出力端子
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。【００２０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波フィルタ装置の電極構造を示す模式的平面図であり、図２は、該弾性波フィルタ装置の立体的な構造を説明するための模式的正面断面図であり、図３は、該弾性波フィルタ装置の回路図である。【００２１】
図３に示すように、本実施形態の弾性波フィルタ装置１では、入力端と出力端とを結ぶ直列腕を形成するように、直列腕において第１，２の直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２が互いに直列に接続されている。また、直列腕とグラウンド電位との間に接続された並列腕には、並列腕共振子Ｐ１が挿入されている。すなわち、２個の直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２と、１個の並列腕共振子Ｐ１とを有するラダー型の回路が構成されている。【００２２】
具体的には、図１に示すように、弾性波フィルタ装置１では、圧電基板２上に、図示の電極構造が形成されている。すなわち、入力端３と出力端４との間に第１，第２の直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２が接続されている。ここでは、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２は、それぞれ、１ポート型の弾性境界波共振子により構成されている。具体的には、直列腕共振子Ｓ１は、ＩＤＴ（インターデジタルトランスデューサ）５と、ＩＤＴ５の境界波伝搬方向両側に配置された反射器６，７とを有する。同様に、直列腕共振子Ｓ２も、ＩＤＴ８と反射器９，１０とを有する。また、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２間の接続点１１と、アース電位との間に、並列腕を形成するために、１ポート型弾性境界波共振子からなる並列腕共振子Ｐ１が接続されている。並列腕共振子Ｐ１もまた、ＩＤＴ１２と、ＩＤＴ１２の境界波伝搬方向両側に配置された反射器１３，１４とを有する。【００２３】
本実施形態では、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２及び並列腕共振子Ｐ１が、それぞれ、弾性境界波共振子からなるため、図２に示すように、圧電基板２と圧電基板２上に形成された誘電体層１５との界面にこれらの電極が形成されている。図２では、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２及び並列腕共振子Ｐ１などを含む電極１６が略図的に示されている。また、電極１６は、入力側電極パッド１７及び出力側電極パッド１８に図示されていない部分において電気的に接続されている。図２に示すように、誘電体層１５には、各電極パッド１７または１８を露出させる貫通孔が形成されている。該各貫通孔内に、接続導体１９，２０が配置されている。接続導体１９，２０は貫通孔内に至っており、電極パッド１７，１８に電気的に接続されている。また、接続導体１９，２０は、貫通孔外において、誘電体層１５の上面に延ばされている。貫通孔内には、貫通導体２１，２２が充填されている。【００２４】
また、接続導体１９，２０の誘電体層１５上に延長されている部分において、接続導体１９，２０に、それぞれ、入力端子２３及び出力端子２４が接続されている。この入力端子２３及び出力端子２４が、図１において略図的に示した入力端３及び出力端４を構成している。【００２５】
ラダー型回路からなる帯域フィルタでは、直列腕共振子のインピーダンス周波数特性と、並列腕共振子のインピーダンス周波数特性により通過帯域が形成される。より具体的には、直列腕共振子の反共振周波数で高域側の通過帯域端部が形成され、並列腕共振子の共振周波数で通過帯域低域側の端部が形成されるように、直列腕共振子及び並列腕共振子が選ばれる。【００２６】
本実施形態の弾性波フィルタ装置１では、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２のうち、直列腕共振子Ｓ１の反共振周波数が、直列腕共振子Ｓ２よりも低くされており、該直列腕共振子Ｓ１の共振周波数が通過帯域内に位置されており、かつ直列腕共振子Ｓ１の電気機械結合係数ｋ２が、全直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２の電気機械結合係数の平均よりも小さくされている。それによって、通過帯域よりも高域側における通過帯域から減衰域にかけてのフィルタ特性の急峻性が高められる。しかも、通過帯域内における損失の低減が生じ難い。これを図４〜図７を参照してより具体的に説明する。【００２７】
上記実施形態の弾性波フィルタ装置及び第１の比較例の弾性波フィルタ装置を以下の要領で作製した。【００２８】
上記圧電基板２として、ＬｉＮｂＯ３を用い、該ＬｉＮｂＯ３基板の結晶切断面と弾性波の伝搬方位をオイラー角表示（φ，θ，ψ）としたときのオイラー角は（０°，１０５°，ψ）とした。伝搬方位ψについては、後述の表１に示すように直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２及び並列腕共振子Ｐ１において互いに異ならせた。上記誘電体層１５として厚み１０μｍのＳｉＯ２膜を圧電基板２上に形成した。なお、両者の界面に、電極１６を形成した。電極１６は、厚み０．０５λのＡｕからなる薄膜により形成した。なお、λは、弾性波フィルタ装置１の通過帯域の中心周波数における弾性境界波の波長である。【００２９】
直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２及び並列腕共振子Ｐ１の詳細は下記の表１に示す通りとした。【００３０】
【表１】
2009119007.tif 000003
【００３１】
上記のように、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２において、伝搬方位ψを３５°及び２７°と異ならせた。このように、直列腕共振子Ｓ１,Ｓ２における弾性境界波の伝搬方位ψを異ならせることにより、本実施形態では、直列腕共振子Ｓ１の電気機械結合係数が、直列腕共振子Ｓ２の電気機械結合係数よりも小さくされている。【００３２】
比較のために用意した第１の比較例の弾性境界波装置では、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２及び並列腕共振子Ｐ１を下記の表２のように設計したことを除いては、上記実施形態と同様とした。【００３３】
【表２】
2009119007.tif 000004
【００３４】
すなわち、第１の比較例の弾性波フィルタ装置では、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２における伝搬方位ψは、いずれも３０°とした。従って、直列腕共振子Ｓ１の電気機械結合係数ｋ２と、直列腕共振子Ｓ２の電気機械結合係数ｋ２は等しくされている。【００３５】
図４は、上記実施形態及び第１の比較例の弾性波フィルタ装置の減衰周波数特性を示す図である。図４から明らかなように、第１の比較例に比べて、上記実施形態によれば、通過帯域高域側における減衰特性の急峻性が高められ、かつ通過帯域内における挿入損失が増大し難いことがわかる。すなわち、通過帯域の高域側の端部付近において、挿入損失が３ｄＢの周波数位置と、挿入損失が１５ｄＢである周波数位置との間の周波数幅により急峻性を比較すると、第１の比較例では、１７．２ＭＨｚであるのに対し、上記実施形態では、１６．１ＭＨｚであった。すなわち、１．１ＭＨｚ改善されていることがわかる。【００３６】
本実施形態において、通過帯域高域側における急峻性が高められているのは、以下の理由による。【００３７】
図５は、上記実施形態の弾性境界波装置の減衰量周波数特性と、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２のインピーダンス特性とを示す図である。これに対して、図６は、第１の比較例の減衰量周波数特性と、第１の比較例における直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２のインピーダンス特性を示す図である。【００３８】
図５から明らかなように、直列腕共振子Ｓ１の反共振周波数ｆａにより、通過帯域高域側の急峻性が形成されていることがわかる。【００３９】
また、図６から明らかなように、第１の比較例においても、第１の直列腕共振子Ｓ１の反共振周波数ｆａにより、通過帯域高域側の急峻性が形成されていることがわかる。【００４０】
図７は、上記実施形態における直列腕共振子Ｓ１のインピーダンス特性と、上記第１の比較例で用いられている直列腕共振子Ｓ１のインピーダンス特性とを示す図である。図７から明らかなように、直列腕共振子Ｓ１の伝搬方位ψを３０°から３５°と大きくしたことにより電気機械結合係ｋ２が小さくなり、共振周波数／反共振周波数間の周波数間隔が狭くされている。そのため、本実施形態では、直列腕共振子Ｓ１の反共振周波数ｆａ付近における急峻性が高められ、その結果、弾性波フィルタ装置１の通過帯域高域側における急峻性が高められている。【００４１】
伝搬方位ψと電気機械結合係数ｋ２との関係は、例えば、前述した特許文献２に開示されている。この特許文献２では、オイラー角（０°，１０５°，ψ）のＬｉＮｂＯ３基板上に、Ａｕからなる電極を形成し、さらにＳｉＯ２膜を形成した構造における伝搬方位ψと電気機械結合係数ｋ２との関係が示されている。すなわち、伝搬方位ψを大きくすることにより、電気機械結合係数が減少することが示されている。従って、直列腕共振子Ｓ１の電気機械結合係数を、残りの全直列腕共振子の電気機械結合係数の平均よりも小さくするには、直列腕共振子Ｓ１における伝搬方位ψをそのように選択すればよいことがわかる。【００４２】
他方、直列腕共振子Ｓ２の伝搬方位ψは、上記実施形態では２７°と小さくされている。従って、上記実施形態の直列腕共振子Ｓ２の電気機械結合係数ｋ２は、第１の比較例における伝搬方位ψが３０°の直列腕共振子Ｓ２に比べて、電気機械結合係数ｋ２が大きくなっている。図５及び図６から明らかなように、直列腕共振子Ｓ２の反共振周波数は、通過帯域高域側の急峻性には寄与していない。直列腕共振子Ｓ２の反共振周波数付近のインピーダンス特性は、通過帯域高域側の減衰量を大きくするように作用する。従って、上記実施形態のように、直列腕共振子Ｓ２の電気機械結合係数が大きくなったとしても、通過帯域高域側における急峻性は悪化しない。【００４３】
通過帯域高域側における急峻性を高めるために、直列腕共振子Ｓ１の伝搬方位ψを大きくするだけでは、通過帯域幅が狭くなり、かつ通過帯域高域側における全体の減衰量は悪化する。しかしながら、同時に、直列腕共振子Ｓ２の伝搬方位ψを小さくすることにより、すなわち、残りの直列腕共振子Ｓ２の電気機械結合係数を相対的に大きくすることにより、通過帯域高域幅を十分な大きさとすることができる。しかも、通過帯域高域側の広い周波数範囲に渡り減衰量を悪化させることなく、通過帯域近傍の急峻性を高めることができる。【００４４】
特許文献２に記載のように、伝搬方位ψを変化させることにより、電気機械結合係数ｋ２の大きさは例えば１６％〜０％まで自由に変化させることができる。従って、前述の特許文献１に開示されている方法を用いた場合、すなわちコンデンサを接続して実効的電気機械結合係数を変化させた場合に比べて、電気機械結合係数ｋ２を大きく変化させることができる。【００４５】
さらに、特許文献１に記載のように、並列腕共振子に並列にコンデンサを接続した構造では、通過帯域内における挿入損失が増大するという欠点があったのに対し、本実施形態のように、圧電基板２における弾性波の伝搬方位ψを変化させることにより電気機械結合係数を変化させた場合には、通過帯域内における挿入損失の増大も生じ難い。よって、通過帯域高域側におけるフィルタ特性の急峻性を高め、さらに低損失化を図ることが可能となる。【００４６】
また、本実施形態では、通過帯域高域側の急峻性を形成している直列腕共振子Ｓ１における伝搬方位ψが大きくされているため、通過帯域が高域側における周波数温度係数ＴＣＦも改善される。伝搬方位ψとＴＣＦとの関係は、前述した特許文献２の図８４に開示されている。伝搬方位ψが４５°以下の場合、伝搬方位ψを大きくすると、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値も単調に減少していることが示されている。従って、上記のように伝搬方位ψを大きくすることにより、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値を小さくすることができ、周波数温度特性を改善することも可能となる。【００４７】
上記実施形態から明らかなように、複数の直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２において、反共振周波数が低い側の直列腕共振子Ｓ１の共振周波数を通過帯域内に位置させ、その電気機械結合係数ｋ２を相対的に小さくすることにより、通過帯域高域側の急峻性の改善を図ることができる。【００４８】
なお、上記実施形態では、２つの直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２と、１つの並列腕共振子Ｐ１とＴ型に接続したラダー型フィルタにつき説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されず、π型の接続構造を有するものであってもよい。すなわち、１つの直列腕共振子に、２つの並列腕共振子が接続されている接続構造が２段以上接続せれる構成であってもよい。さらに、４素子以上の共振子が接続されて、ラダー型回路が構成されていてもよい。【００４９】
そして、複数の直列腕共振子において、少なくとも１つの直列腕共振子の反共振周波数が残りの直列腕共振子の反共振周波数に比べて低くされており、該反共振周波数の最も低い直列腕共振子の共振周波数を通過帯域内に位置させ、かつその電気機械結合係数を相対的に小さくすればよい。それによって、上記実施形態と同様に、通過帯域高域側におけるフィルタ特性の急峻性を、通過帯域内における挿入損失を悪化させることなく改善することができる。【００５０】
また、複数の並列腕を有し、複数の並列腕共振子が複数の並列腕に配置されているラダー型フィルタの場合には、上記とは逆に、複数の並列腕共振子において、少なくとも１つの並列腕共振子の共振周波数が残りの並列腕共振子の共振周波数に比べて高くされており、共振周波数が最も高い並列腕共振子の反共振周波数を通過帯域内に位置し、かつその電気機械結合係数を、相対的に小さくすればよい。それによって、上記実施形態とは逆に、通過帯域低域側におけるフィルタ特性の急峻性を、通過帯域内における挿入損失を増加させることなく改善することができる。【００５１】
なお、好ましくは、上記実施形態の構造に加えて、さらに、並列腕として複数の並列腕を有し、該複数の並列腕に配置された複数の並列腕共振子において、上記のように、通過帯域低域側におけるフィルタ特性の急峻性を高める構造が備えられていることが望ましい。すなわち、複数の並列腕共振子のうち、共振周波数が残りの並列腕共振子の共振周波数と異なっており、共振周波数が最も高い並列腕共振子の反共振周波数が通過帯域内に位置されており、かつその電気機械結合係数が全並列腕共振子の電気機械結合係数の平均よりも小さくされている構造を併用することが望ましい。【００５２】
なお、上記実施形態及び上記のように複数の並列腕共振子を用いた構成においた通過帯域低域側の急峻性を高めるうえで、電気機械結合係数を相対的に小さくする手法としては、前述したように、伝搬方位ψを大きくする方法に限らず、様々な方法を用いることができる。【００５３】
また、電気機械結合係数を相対的に小さくするとは、上記実施形態の場合には、直列腕共振子Ｓ１の共振周波数が直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２の電気機械結合係数の平均よりも小さくされていればよい旨を説明した。同様に、複数の並列腕共振子を用い、少なくとも１つの並列腕共振子の共振周波数を残りの並列腕共振子の共振周波数と異ならせて、かつその電気機械結合係数が相対的に小さくされている場合においても、該共振周波数が最も高い並列腕共振子の電気機械結合係数は、全並列腕共振子の電気機械結合係数の平均よりも小さくされておればよい。【００５４】
また、上記実施形態では、オイラー角（０°，１０５°，ψ）のＬｉＮｂＯ３基板を用いたが、他のオイラー角のＬｉＮｂＯ３基板を用いてもよい。また、ＬｉＴａＯ３や水晶などの他の圧電単結晶を用いてもよい。【００５５】
電極構造１６は、Ａｕ膜により形成したが、Ａｕ以外の金属、例えばＡｌ、Ｃｕ、ＰｔまたはＡｇ−Ｐｄ合金などの適宜の合金により形成することができる。さらに、電極構造１６は、複数の金属膜を積層した積層金属膜により形成されていてもよい。【００５６】
誘電体層１５についても、ＳｉＯ２に限らず、ＳｉＮやＡｌ２Ｏ３-などの適宜の誘電体材料により形成され得る。もっとも、ＳｉＯ２は、正の周波数温度係数ＴＣＦを有するため、負の周波数温度係数ＴＣＦを有する圧電基板と組み合わせて用いることにより、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値を小さくすることができ、好ましい。すなわち、ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３は、負の周波数温度係数を有するため、誘電体層１５は、正の周波数温度係数を有する誘電体材料により形成することが好ましい。【００５７】
また、上記実施形態では、直列腕共振子Ｓ１、Ｓ２及び並列腕共振子Ｐ１の電極構造は略図的に示したが、当然のことながら、これらの共振子のＩＤＴや反射器等は適宜変形され得る。例えば、ＩＤＴに、交叉幅重み付け等が施されていてもよく、ダミー電極指が付加されていてもよい。また、反射器は省略されてもよい。【００５８】
（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態に係るラダー型回路構成の弾性波フィルタ装置の回路図である。本実施形態では、使用した圧電基板、電極構造を形成する材料及び誘電体層を形成する材料については、第１の実施形態と同様とし、回路構成のみを図８に示すように変更した。すなわち、第２の実施形態の弾性波フィルタ装置２１では、第１〜第４の直列腕共振子Ｓ１１〜Ｓ１４と、第１〜第２の並列腕共振子Ｐ１１，Ｐ１２とを有する。並列腕共振子Ｐ１１，Ｐ１２は、直列腕共振子とアース電位とを結ぶ第１，第２の並列腕にそれぞれ配置されている。【００５９】
第２の実施形態の弾性波フィルタ装置における上記直列腕共振子Ｓ１１〜Ｓ１４及び並列腕共振子Ｐ１１，Ｐ１２の設計を以下の表３の示す通りとした。【００６０】
比較のために、第２の比較例として、直列腕共振子Ｓ１１〜Ｓ１４及び並列腕共振子Ｐ１１，Ｐ１２が下記の表４に示すように変更されたことを除いては、上記第２の実施形態と同様に構成された、第２の比較例の弾性波フィルタ装置を用意した。【００６１】
【表３】
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【００６２】
【表４】
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【００６３】
表３から明らかなように、第２の実施形態では、直列腕共振子Ｓ１１〜Ｓ１４における弾性境界波の伝搬方位ψを、２２．７°、３．９°、３８．０°及び２８．４°とした。これに対して、第２の比較例では、直列腕共振子Ｓ１１〜Ｓ１４における伝搬方位ψは、全て２０．４°とした。【００６４】
他方、第２の実施形態では、第１，第２の並列腕共振子Ｐ１１，Ｐ１２の伝搬方位ψは、２８．１°及び２６．２°と異ならせた。これに対して、第２の比較例では、第１，２の並列腕共振子Ｐ１１，Ｐ１２における伝搬方位ψは、いずれも２８．２°とした。【００６５】
図９は、第２の実施形態及び第２の比較例の各弾性波フィルタ装置の減衰量周波数特性を示す図である。図９から明らかなように、第２の実施形態によれば、第２の比較例に比べて、通過帯域高域側において、フィルタ特性の急峻性が高められている。より具体的には、通過帯域低域側端部近傍においては、挿入損失が４．０ｄＢである周波数と挿入損失が２５ｄＢである周波数との間の周波数幅は１７ＭＨｚであり、第２の比較例においても１７ＭＨｚであった。これに対して、通過帯域高域側における挿入損失が４．４ｄＢである周波数と、３７ｄＢである周波数との周波数幅は、第２の比較例では、１３．６ＭＨｚであるのに対し、第２の実施形態では、１１．６ＭＨｚである。すなわち、２．０ＭＨｚも改善されていることがわかる。【００６６】
上記のように、通過帯域高域側におけるフィルタ特性の急峻性が改善されているのは、以下の理由によると考えられる。【００６７】
図１０及び図１１は、上記実施形態の弾性波フィルタ装置の減衰量周波数特性と、使用されている直列腕共振子Ｓ１１〜Ｓ１４のインピーダンス特性または並列腕共振子Ｐ１１，Ｐ１２のインピーダンス特性とを示す図である。図１０から明らかなように、通過帯域高域側の急峻性を形成しているのは、直列腕共振子Ｓ１４であることがわかる。直列腕共振子Ｓ１４の伝搬方位ψは、２８．４°である。他方、全ての直列腕共振子の伝搬方位ψの相加平均は２３．３°であり、従って、直列腕共振子Ｓ１４の伝搬方位ψは、相対的に大きく、従って、電気機械結合係数ｋ２が全直列腕共振子の電気機械結合係数の平均よりも小さくされている。【００６８】
もっとも、伝搬方位ψが最大である直列腕共振子が直列腕共振子Ｓ１４ではなく、直列腕共振子Ｓ１３である。しかしながら、本実施形態から明らかなように、必ずしも、通過帯域近傍の急峻性を形成している直列腕共振子の伝搬方位ψを最大にし、電気機械結合係数を全共振子中において最小にする必要はない。すなわち、通過帯域近傍の急峻性を形成している共振子、本実施形態では直列腕共振子Ｓ１４の電気機械結合係数ｋ２を全直列腕共振子の電気機械結合係数ｋ２の平均よりも小さくすればよい。【００６９】
図１２及び図１３は、第２の比較例の弾性波フィルタ装置の減衰量周波数特性と使用されている直列腕共振子Ｓ１１〜Ｓ１４のインピーダンス特性または並列腕共振子Ｐ１１，Ｐ１２のインピーダンス特性との関係を示す図である。ここでは、全ての直列腕共振子Ｓ１１〜Ｓ１４の伝搬方位ψは、２０．４°である。【００７０】
上記第２の比較例と、第２の実施形態とを比較すれば明らかなように、通過帯域近傍の急峻性を形成している直列腕共振子Ｓ１４の伝搬方位ψが、第２の比較例では２０．４°、上記実施形態では２８．４°とされていることにより、通過帯域高域側における急峻性が上記のように２．０ＭＨｚ向上されており、さらに伝搬方位φが８°大きくなっているため、通過帯域高域側端部近傍における周波数温度係数ＴＣＦも２ｐｐｍ程度改善される。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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