(57)【要約】【課題】従来の弾性表面波フィルタでは電極指対数を数百対程度に増やすと逆に特性が劣化するという問題があった。【解決手段】弾性表面波フィルタ１０は、ランガサイト単結晶基板１８上に入力側斜め電極指１１，１２と、出力側斜め電極指１３，１４と、を有している。入力側斜め電極指１１，１２は、それぞれの幅がλ／４の正電極指及び負電極指をλ／４のエッジ間隔をおいて交互に配置したシングル電極指であり、出力側斜め電極指１３，１４は、それぞれの電極指の幅がλ／８の正電極指及び負電極指を二本づつエッジ間隔がλ／８となるように交互にすだれ状に配置した斜め電極指を形成するダブル電極指である。さらに、入出力の電極指構造の違いにより生じる平均音速の違いをそれぞれの電極指のピッチを変化させて補正する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板の異方性と相まって弾性表面波を一方向に発生させるナチュラル単相型一方向性変換器となるすだれ状の入力電極指と、発生した弾性表面波を信号として取り出す方向性反転変換器となるすだれ状の出力電極指と、を有する弾性表面波フィルタにおいて、
入出力の電極指構造の違いにより生じる平均音速の違いをそれぞれの電極指のピッチを変化させて補正することを特徴とする弾性表面波フィルタ。
【請求項２】
圧電基板の異方性と相まって弾性表面波を一方向に発生させるナチュラル単相型一方向性変換器となるすだれ状の入力電極指と、発生した弾性表面波を信号として取り出す方向性反転変換器となるすだれ状の出力電極指と、を有する弾性表面波フィルタにおいて、
入力電極指は、それぞれの幅がλ／４の正電極指及び負電極指をλ／４のエッジ間隔をおいて交互に配置した斜め電極指を形成するシングル電極指であり、
出力電極指は、それぞれの電極指の幅がλ／８の正電極指及び負電極指を二本づつエッジ間隔がλ／８となるように交互にすだれ状に配置した斜め電極指を形成するダブル電極指であり、
入出力の電極指構造の違いにより生じる平均音速の違いをそれぞれの電極指のピッチを変化させて補正することを特徴とする弾性表面波フィルタ。
【請求項３】
圧電基板の異方性と相まって弾性表面波を一方向に発生させるナチュラル単相型一方向性変換器となるすだれ状の入力電極指と、発生した弾性表面波を信号として取り出す方向性反転変換器となるすだれ状の出力電極指と、を有する弾性表面波フィルタにおいて、
入出力の電極指構造の違いにより生じる平均音速の違いをそれぞれの電極指のメタライズ比を変化させて補正することを特徴とする弾性表面波フィルタ。
【請求項４】
圧電基板の異方性と相まって弾性表面波を一方向に発生させるナチュラル単相型一方向性変換器となるすだれ状の入力電極指と、発生した弾性表面波を信号として取り出す方向性反転変換器となるすだれ状の出力電極指と、を有する弾性表面波フィルタにおいて、
入力電極指は、それぞれの幅がλ／４の正電極指及び負電極指をλ／４のエッジ間隔をおいて交互に配置した斜め電極指を形成するシングル電極指であり、
出力電極指は、それぞれの電極指の幅がλ／８の正電極指及び負電極指を二本づつエッジ間隔がλ／８となるように交互にすだれ状に配置した斜め電極指を形成するダブル電極指であり、
入出力の電極指構造の違いにより生じる平均音速の違いをそれぞれの電極指のメタライズ比を変化させて補正することを特徴とする弾性表面波フィルタ。
【請求項５】
圧電基板の異方性と相まって弾性表面波を一方向に発生させるナチュラル単相型一方向性変換器となるすだれ状の入力電極指と、発生した弾性表面波を信号として取り出す方向性反転変換器となるすだれ状の出力電極指と、を有する弾性表面波フィルタにおいて、
入出力の電極指構造の違いにより生じる平均音速の違いをそれぞれの電極指の膜厚を変化させて補正することを特徴とする弾性表面波フィルタ。
【請求項６】
圧電基板の異方性と相まって弾性表面波を一方向に発生させるナチュラル単相型一方向性変換器となるすだれ状の入力電極指と、発生した弾性表面波を信号として取り出す方向性反転変換器となるすだれ状の出力電極指と、を有する弾性表面波フィルタにおいて、
入力電極指は、それぞれの幅がλ／４の正電極指及び負電極指をλ／４のエッジ間隔をおいて交互に配置した斜め電極指を形成するシングル電極指であり、
出力電極指は、それぞれの電極指の幅がλ／８の正電極指及び負電極指を二本づつエッジ間隔がλ／８となるように交互にすだれ状に配置した斜め電極指を形成するダブル電極指であり、
入出力の電極指構造の違いにより生じる平均音速の違いをそれぞれの電極指の膜厚を変化させて補正することを特徴とする弾性表面波フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電基板の異方性と相まって弾性表面波を一方向に発生させるナチュラル単相型一方向性変換器を用いた弾性表面波フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
通信装置の高性能化に伴い、弾性表面波フィルタの低損失化、高周波化が求められている。この要求に応えるために、従来から弾性表面波フィルタの挿入損失低下と良好な位相及び周波数特性を実現する一方向性変換器が用いられている。
【０００３】
一方向性変換器にはいくつかの種類があり、すだれ状電極構造の非対称性、質量負荷効果による内部反射を用いたもの、反射バンクを配置したもの、浮き電極による反射を用いたもの、圧電基板の異方性を利用したもの等が知られている。これらの一方向性変換器を用いた弾性表面波フィルタでは、励振波と、反射波との位相差が、前進方向では同位相になり、それと反対の方向では逆位相となることによって方向性を持たせるようにしている。
【０００４】
特に、特許文献１には、ランガサイト単結晶基板の異方性によって電極ピッチや電極幅がλ／４の通常の電極を用いて一方向性を持たせたナチュラル単相型一方向性変換器ＮＳＰＵＤＴ（Natural Single Phase Unidirectional Transducer：以下、一方向性変換器という。）が開示されている。
【０００５】
一般に、圧電基板の単結晶に対して基板表面をどの角度に設定し、弾性表面波を基板表面のどの方向に伝搬させるかによって、例えば、弾性表面波速度（Ｖｓ）、電気機械結合係数（ｋ2）、遅延時間温度係数（ＴＣＤ）、異方性定数（γ）、パワーフロー角（ＰＦＡ）などの圧電性基板の各特性が変化する。
【０００６】
パワーフロー角とは、すだれ電極によって弾性表面波が励振されたときに伝搬する位相速度と群速度の方向の違いを表す角度である。異方性を有する基板では弾性表面波の伝搬する伝搬速度（音速）が不均一となるため、例えば音速の大きな方向に伝搬する弾性表面波は音速の小さい方向に伝搬する弾性表面波に引きずられて弾性表面波の位相速度伝搬方向と弾性表面波のエネルギー伝搬方向である群速度伝搬方向とが異なる現象が発生する。
【０００７】
ここで、ランガサイト単結晶は水晶と同じ三方晶系であり電気機械結合係数が水晶よりも大きく（タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムに比べると小さい）、周波数温度安定性に優れ、すだれ状電極を形成するのに適した表面加工が容易である。例えば、所定のカット角で切り出されたランガサイト単結晶の基板は、弾性表面波が伝搬するときに波が拡がらないという性質（異方性定数γ＝−１）を有しており、パワーフロー角も小さく、位相速度伝搬方向と群速度伝搬方向とが同じ方向にそろえ易いことから弾性表面波フィルタの基板として注目されている。
【０００８】
特許文献２には、例えば指定範囲の中間に近い条件において、オイラー角表示で（０°，１３５°，２８°）で切り出されたランガサイト単結晶基板は好適な結果が得られることが示されており、γ＝−１、パワーフロー角がほぼ０°付近であることも示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１０１３８３号公報
【特許文献２】特表２０００−５０３１８９号公報  図３
【非特許文献１】水戸部他、「金属グレーティングＳＡＷ反射器の等価回路定数の理論的算出」、電子通信学会論文誌８６／７、ＶｏｌＪ６９−Ｃ，Ｎｏ７，ｐｐ８８４−８９１．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
また、携帯型通信装置の小型化に伴い、回路の小型化に寄与する弾性表面波フィルタの低損失化が望まれている。本発明者は挿入損失の低減化の実現方法として、電極指のピッチが伝搬方向と直交する方向で変化する扇型のすだれ状電極指（傾斜型すだれ状電極指）を用いて低損失フィルタを実現している。なお、傾斜型すだれ状電極指（Slanted Finger IDT：SFIT)以下、斜め電極指という。
【００１１】
斜め電極指を有する弾性表面波フィルタにおいて、低損失化の手法の一つとして一方向性電極を用いることがある。
【００１２】
ランガサイト単結晶基板は自然一方向性を有しており、基板上に１／４λピッチのシングル電極指を形成することで、容易に一方向の弾性表面波を送信（入力）させることができる。しかし、シングル電極指では同じ方向にしか弾性表面波が進まないため、シングル電極指を用いて弾性表面波を受信（出力）することができない。そこで、受信側の電極指にはダブル電極指、もしくは反転一方向電極指にする必要があり、入力側と出力側とで電極構造指の異なる弾性表面波フィルタが必要となる。
【００１３】
一般的に電極指構造が異なると弾性表面波の伝搬速度（平均音速）が変化する。この原因は、例えば、非特許文献１で示されているエネルギー蓄積効果等が考えられる。このエネルギー蓄積効果により、基板表面上に形成された電極端部からの非放射バルク波が、弾性表面波の平均速度を低下させている。しかし、この平均音速の変化量は数十程度の電極指対数では特性に変化は見られないが、電極指対数を数百程度に増やすと特性劣化が生じるという問題があった。
【００１４】
そこで、本発明では、電極指対数を数百対程度に増やすことを可能とする弾性表面波フィルタを提供することをその目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
以上のような目的を達成するために、本発明に係る弾性表面波フィルタは、圧電基板の異方性と相まって弾性表面波を一方向に発生させるナチュラル単相型一方向性変換器となるすだれ状の入力電極指と、発生した弾性表面波を信号として取り出す方向性反転変換器となるすだれ状の出力電極指と、を有する弾性表面波フィルタにおいて、入出力の電極指構造の違いにより生じる平均音速の違いをそれぞれの電極指のピッチを変化させて補正することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る弾性表面波フィルタは、圧電基板の異方性と相まって弾性表面波を一方向に発生させるナチュラル単相型一方向性変換器となるすだれ状の入力電極指と、発生した弾性表面波を信号として取り出す方向性反転変換器となるすだれ状の出力電極指と、を有する弾性表面波フィルタにおいて、入力電極指は、それぞれの幅がλ／４の正電極指及び負電極指をλ／４のエッジ間隔をおいて交互に配置した斜め電極指を形成するシングル電極指であり、出力電極指は、それぞれの電極指の幅がλ／８の正電極指及び負電極指を二本づつエッジ間隔がλ／８となるように交互にすだれ状に配置した斜め電極指を形成するダブル電極指であり、入出力の電極指構造の違いにより生じる平均音速の違いをそれぞれの電極指のピッチを変化させて補正することを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明に係る弾性表面波フィルタは、圧電基板の異方性と相まって弾性表面波を一方向に発生させるナチュラル単相型一方向性変換器となるすだれ状の入力電極指と、発生した弾性表面波を信号として取り出す方向性反転変換器となるすだれ状の出力電極指と、を有する弾性表面波フィルタにおいて、入出力の電極指構造の違いにより生じる平均音速の違いをそれぞれの電極指のメタライズ比を変化させて補正することを特徴とする。
【００１８】
さらにまた、本発明に係る弾性表面波フィルタは、圧電基板の異方性と相まって弾性表面波を一方向に発生させるナチュラル単相型一方向性変換器となるすだれ状の入力電極指と、発生した弾性表面波を信号として取り出す方向性反転変換器となるすだれ状の出力電極指と、を有する弾性表面波フィルタにおいて、入力電極指は、それぞれの幅がλ／４の正電極指及び負電極指をλ／４のエッジ間隔をおいて交互に配置した斜め電極指を形成するシングル電極指であり、出力電極指は、それぞれの電極指の幅がλ／８の正電極指及び負電極指を二本づつエッジ間隔がλ／８となるように交互にすだれ状に配置した斜め電極指を形成するダブル電極指であり、入出力の電極指構造の違いにより生じる平均音速の違いをそれぞれの電極指のメタライズ比を変化させて補正する。
【００１９】
さらにまた、本発明に係る弾性表面波フィルタは、圧電基板の異方性と相まって弾性表面波を一方向に発生させるナチュラル単相型一方向性変換器となるすだれ状の入力電極指と、発生した弾性表面波を信号として取り出す方向性反転変換器となるすだれ状の出力電極指と、を有する弾性表面波フィルタにおいて、入出力の電極指構造の違いにより生じる平均音速の違いをそれぞれの電極指の膜厚を変化させて補正することを特徴とする。
【００２０】
さらにまた、本発明に係る弾性表面波フィルタは、圧電基板の異方性と相まって弾性表面波を一方向に発生させるナチュラル単相型一方向性変換器となるすだれ状の入力電極指と、発生した弾性表面波を信号として取り出す方向性反転変換器となるすだれ状の出力電極指と、を有する弾性表面波フィルタにおいて、入力電極指は、それぞれの幅がλ／４の正電極指及び負電極指をλ／４のエッジ間隔をおいて交互に配置した斜め電極指を形成するシングル電極指であり、出力電極指は、それぞれの電極指の幅がλ／８の正電極指及び負電極指を二本づつエッジ間隔がλ／８となるように交互にすだれ状に配置した斜め電極指を形成するダブル電極指であり、入出力の電極指構造の違いにより生じる平均音速の違いをそれぞれの電極指の膜厚を変化させて補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明を用いると、電極指対数を数百対程度に増やすと特性が劣化するという従来の弾性表面波フィルタの問題を解決することができ、電極指対数を増やした場合においても、特性の劣化を防止することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００２３】
図１には、第一の実施形態に係る弾性表面波フィルタ１０の概略構成が示されている。弾性表面波フィルタ１０は、ランガサイト単結晶基板１８上に入力側斜め電極指１１，１２と、出力側斜め電極指１３，１４と、を有している。
【００２４】
入力側斜め電極指１１，１２は、それぞれの電極指の幅がλ／４の正電極指及び負電極指をλ／４のエッジ間隔をおいて交互に配置したシングル電極指である。さらに、出力側斜め電極指１３，１４は、それぞれの電極指の幅がλ／８の正電極指及び負電極指を二本づつエッジ間隔がλ／８となるように交互にすだれ状に配置した斜め電極指を形成するダブル電極指である。なお、斜め電極指１１，１３は入出力となる正電極指であり、斜め電極指１２，１４は接地された負電極指である。
【００２５】
また、図１に示すように、入力側斜め電極指１１，１２と出力側斜め電極指１３，１４とは、隣り合う電極指同士（１１と１２，１３と１４）の中心間隔が弾性表面波の伝搬方向（図中Ｘ軸方向）に直交する方向（図中Ｙ軸方向）に変化するよう形成されており、入力信号により励振される弾性表面波は、入力信号の周波数に応じて異なる領域（ΔＹ１，ΔＹ２，・・ΔＹＳ）を伝搬する。
【００２６】
図２には、弾性表面波の伝搬方向と平行な複数のチャンネルにより構成される横軸周波数、縦軸振幅を示す各フィルタ特性図が示されている。図の縦方向には、１−ｃｈ，ｉ−ｃｈ，・・・，Ｓ−ｃｈまでの各フィルタ特性図が示され、横方向には、入力側斜め電極指１１，１２と出力側斜め電極指１３，１４及び各斜め電極指によって得られたサブフィルタと、サブフィルタの総和が右下のＳＦＩＴに示されている。本実施形態における弾性表面波フィルタ（ＳＦＩＴ）の特性は、サブフィルタの総和で示される特性となり、周波数ｆ1〜ｆSはフィルタ特性の通過帯域を示している。
【００２７】
次に、斜め電極指対数の違いによるフィルタ特性の変化を図３と図４を用いて示す。図中上段のグラフはフィルタの全特性を示すために、挿入損失のスケールを大きくとり、下段のグラフは、挿入損失のスケールを拡大している。また、図中の実線は入力側斜め電極指を通過する弾性表面波の平均音速と出力側斜め電極指を通過する弾性表面波の平均音速が等しい場合を示し、破線は入力側斜め電極指を通過する弾性表面波の平均音速と出力側斜め電極指を通過する弾性表面波の平均音速が０．５％ずれた場合のフィルタ特性を示している。
【００２８】
図３には、入力側斜め電極指の対数が２００、出力側斜め電極指の対数が１８０の“少電極指対数”フィルタ特性が示されている。また、図４には、電極指対数を増やし、入力側斜め電極指の対数が９００、出力側斜め電極指の対数が７００の場合の“多電極指対数”フィルタ特性が示されている。図３，図４とも中心周波数は３８０ＭＨｚを示し、各フィルタの特性を表１に示す。なお、平均音速と中心周波数との関係は平均波長λ＝平均音速（ｖ）／中心周波数（ｆ）によって求めることができる。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
ダイナミックレンジを９０ｄＢとすると、図３の少電極指対数では中心周波数に対して通過周波数帯域幅が±８ＭＨｚとなるが、図４の多電極指対数では、挿入損失は少し劣るものの中心周波数に対する通過周波数帯域幅が±４ＭＨｚと狭くなり、フィルタの肩特性が向上している。
【００３１】
次に、平均音速のずれによる影響を考察すると、図３の少電極指対数では挿入損失における実線と破線の差がほとんど無い（０．５ｄＢ程度）状態であるが、図４の多電極指対数では、平均音速のずれにより挿入損失が実線より３．５ｄＢ低い値を示している。このずれは、パワーフロー角の補正を行っても発生することから、従来の特性低下要因とは異なっていると考えられる。
【００３２】
そこで、本発明者は、弾性表面波の平均波長を構成する電極指間のピッチを入力側斜め電極指と出力側斜め電極指とでそれぞれ異らせ、弾性表面波の伝搬速度が０．２５％〜０．７５％ずれるのを補正する構造とすることで、図４に示される挿入損失の低下を防止した。これは、平均波長の微妙な音速のずれが、弾性表面波フィルタの特性に影響するためである。
【００３３】
図５には、第二の実施形態に係る弾性表面波フィルタ１０の概略構成が示されている。弾性表面波フィルタ１０は、ランガサイト単結晶基板１８上に入力側斜め電極指１１，１２と、方向性反転電極で構成される出力側斜め電極指１５，１６、浮き電極１７と、を有している。ここで、両斜め電極指１２，１６は接地されている。方向性反転電極の電極幅と間隔の関係は、図５の出力側斜め電極指（１５，１６，１７）に示しているように、左からλ／１０，λ／１０，λ／５，λ／１０，λ／１０，λ／１０，λ／５，λ／１０とし、かつ、弾性表面波の平均波長を構成する電極指間のピッチを入力側斜め電極指と出力側斜め電極指とでそれぞれ異らせ、弾性表面波の伝搬速度が０．２５％〜０．７５％ずれるのを補正する構造とした。また、一般的に弾性表面波の伝搬速度は、０．５％程度ずれている。
【００３４】
以上、上述したように本実施形態を用いることにより、電極指対数を数百対程度に増やすと特性が劣化するという従来の弾性表面波フィルタの問題を解決することができ、電極対数を増やした場合においても、特性の劣化を防止することができる。また、斜め電極指のメタライズ比あるいは膜厚（高さ）をエッチング加工やレーザ加工により変化させることにより、弾性表面波の平均音速を入力側と出力側で変化させて補正することも可能である。レーザ加工を用いる場合には、電極指に用いる材質はレーザ光の吸収率が良好でレーザ光による熱伝導が大きい材質（Ｃｒ，Ｎｉ，Ｔａ，Ｆｒ，Ｃｕ等）が良く、使用するレーザとしては短時間で大きなパワーが得られるＡｒＦマキシマレーザやＹＡＧレーザ等が好適である。
【００３５】
なお、本実施形態においては、弾性表面波の平均波長を構成する電極指間のピッチを入力側斜め電極指と出力側斜め電極指とで平均音速が一致するようにそれぞれ異らせたが、これに限定するものではなく、入力側すだれ電極指又は出力側すだれ電極指のピッチを固定して他方のピッチを増減してそれぞれの平均音速を補正してもよいし、電極の厚みを変えることで対応してもよい。また、変化量もこの値に限定するものではなく、弾性表面波フィルタ毎に適正な値を設定してもよい。
【００３６】
さらにまた、本実施形態では、ランガサイト基板を用いたシングル電極指、ダブル電極指、方向性反転電極指等を用いて説明したが、これに限定するものではなく、その他の基板やアポタイズ電極指等を用いても好適的に実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る弾性表面波フィルタの概略構成を示す平面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る弾性表面波フィルタにおいて、弾性表面波の伝搬方向と平行な複数のチャンネルにより構成されるフィルタ特性を説明する説明図である。
【図３】入力側の斜め電極指対数２００，出力側の斜め電極指対数が１８０の場合における平均音速の変化による挿入損失特性の変化を示す特性図である。
【図４】入力側の斜め電極指対数９００，出力側の斜め電極指対数が７００の場合における平均音速の変化による挿入損失特性の変化を示す特性図である。
【図５】本発明の第二の実施形態に係る弾性表面波フィルタの概略構成を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  弾性表面波フィルタ、１１，１２  入力側斜め電極指、１３，１４，１５，１６  出力側斜め電極指、１７  浮き電極、１８  ランガサイト単結晶基板。
【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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