(57)【要約】  【課題】  広い帯域にわたって大きな減衰量が得られる平衡型弾性表面波フィルタを提供する。  【解決手段】  直列腕の共振子２０１と並列腕の共振子２０２をそれぞれ２個ずつ用いて対称格子型に接続することにより、平衡型弾性表面波フィルタを作製する。直列腕の共振子２０１の反共振周波数と並列腕の共振子２０２の共振周波数をほぼ一致させ、直列腕の共振子２０１の等価並列容量を並列腕の共振子２０２の等価並列容量よりも小さくする。直列腕の共振子２０１の等価並列容量と並列腕の共振子２０２の等価並列容量の相乗平均をＣ、入出力インピーダンスをＺ、通過中心周波数をＦ、補正係数をＫとして、Ｚ・Ｋ＝１／２πＦＣなる関係を満足させ、補正係数Ｋを０．６以上１．８以下に設定する。【選択図】  図６
2005073298.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性表面波共振子を対称格子型に接続した平衡型弾性表面波フィルタであって、この対称格子型回路は第１及び第２の２種類の弾性表面波共振子を備え、前記第１の弾性表面波共振子の反共振周波数と前記第２の弾性表面波共振子の共振周波数はほぼ一致し、前記第１の弾性表面波共振子の等価並列容量は前記第２の弾性表面波共振子の等価並列容量よりも小さく、前記第１の弾性表面波共振子の等価並列容量と前記第２の弾性表面波共振子の等価並列容量の相乗平均をＣ、入出力インピーダンスをＺ、通過中心周波数をＦ、補正係数をＫとした場合に、下記（数１）の関係が成立し、前記補正係数Ｋが０．６以上１．８以下であることを特徴とする平衡型弾性表面波フィルタ。
［数１］
Ｚ・Ｋ＝１／２πＦＣ
【請求項２】
請求項１に記載の平衡型弾性表面波フィルタを少なくとも２つ縦続に接続し、前記第１の弾性表面波共振子の等価並列容量と前記第２の弾性表面波共振子の等価並列容量の比が各段の対称格子型回路ごとに異なる平衡型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、平衡型弾性表面波フィルタに関し、特に、高周波領域で使用される平衡型弾性表面波フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フィルタに使用するために、弾性表面波素子の研究が盛んに行なわれてきた。特に、最近の移動体通信の発達、及び高周波化により、弾性表面波素子、特に弾性表面波フィルタの開発が盛んに行なわれている。従来、弾性表面波素子によって高周波帯、特に数１００ＭＨｚのフィルタを構成する方法として、種々の方法が提案されている。その代表的なものとしては、弾性表面波共振子を複数個使用してフィルタを構成する『ラダー型』といわれるもの（例えば、特許文献１参照）、『多電極型』といわれるもの（例えば、特許文献２参照）、弾性表面波共振器を隣接して配置し、共振子間の結合を利用した、いわゆる『縦モード型』といわれるもの（例えば、特許文献３〜５参照）などがある。これらのフィルタは全て不平衡型の信号を取り扱うものであり、また特性インピーダンスも使用する側からの要求によりそのほとんどが５０Ωに設定されている。一方、平衡型フィルタに関するものも提案されている（例えば、特許文献６参照）。
【特許文献１】特開昭５２−１９０４４号公報
【特許文献２】特開昭５８−１５４９１７号公報
【特許文献３】特開平３−２２２５１２号公報
【特許文献４】特開昭６１−２３０４１９号公報
【特許文献５】特開平１−２３１４１７号公報
【特許文献６】特開平７−２８８４４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
平衡型フィルタの開発は、最近の高周波回路の高性能化のために回路を平衡化しようという動きに対応したものであり、平衡型フィルタには高い特性精度が要求される。
【０００４】
特に、携帯電話等の高周波回路部に使用される平衡型フィルタに要求される特性精度は非常に高い。従来、携帯電話等の高周波回路部における第１中間周波数は７０ＭＨｚ付近と低かったためにイメージ周波数などが比較的通過帯域の近傍にあったので、この周波数帯を減衰する特性が主として要求されていた。しかし、最近では、第１中間周波数が１００〜２００ＭＨｚと高周波化し、イメージ周波数が通過帯域から離れてきたが、送信フィルタであれば受信周波数の関係は変わらず、受信フィルタであれば送信周波数の関係は変わらず、しかも送信周波数と受信周波数は比較的近接して設定されているために、通過帯域の近傍と通過帯域から離れた領域の双方の周波数帯を減衰する特性が要求される場合が多くなっている。図１３に、従来のフィルタの特性例を示す。図１３に示すように、通過帯域近傍の減衰量と通過帯域から離れた領域の減衰量の両方を両立させることは困難である。
【０００５】
また、従来は高周波回路部のインピーダンスのほとんどが５０Ωに設定されていたが、最近では平衡型回路の採用に伴ってさまざまな値が要求されるようになってきた。しかし、回路の入出力インピーダンスと平衡型弾性表面波フィルタの入出力インピーダンスが相違する場合には、信号反射や特性劣化等を引き起こすおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明者等は、対称格子型フィルタにおいて上記のような周波数特性を確保する手段について検討を重ねた。対称格子型フィルタの特性、特に減衰特性は、１段のフィルタを構成する第１及び第２の２種類の弾性表面波共振子のうち、第１の弾性表面波共振子の反共振周波数と第２の弾性表面波共振子の共振周波数をほぼ一致させた場合の、第１の弾性表面波共振子の等価並列容量と第２の弾性表面波共振子の等価並列容量の比によって決定される。ここで、等価並列容量とは、弾性表面波共振子を等価回路で表した場合の並列容量である。第１の弾性表面波共振子の等価並列容量と第２の弾性表面波共振子の等価並列容量の比（第１の弾性表面波共振子の等価並列容量／第２の弾性表面波共振子の等価並列容量）の値が１よりも小さく、かつ、１に近い場合、通過帯域から離れた周波数における減衰量は確保できるが、通過帯域近傍の周波数における減衰量はそれほど大きくない。逆に、（第１の弾性表面波共振子の等価並列容量／第２の弾性表面波共振子の等価並列容量）の値が０に近い場合、通過帯域近傍の周波数における減衰量は確保できるが、通過帯域から離れた周波数における減衰量はそれほど大きくない。
【０００７】
以上の検討の結果、本発明者等は、異なった等価並列容量比を有する対称格子型フィルタを縦続に接続すれば、通過帯域近傍の減衰量と通過帯域から離れた領域の減衰量の両方の要求を満たすことができると考え、本発明をするに至った。また、本発明者等は、回路の入出力インピーダンスと平衡型弾性表面波フィルタの入出力インピーダンスが相違する場合にも信号反射や特性劣化等を引き起こすことのない条件を見出し、本発明をするに至った。
【０００８】
本発明は、従来技術における前記課題に鑑みてなされたものであり、平衡化された高周波回路のフィルタとして好適な平衡型弾性表面波フィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明に係る平衡型弾性表面波フィルタの構成は、弾性表面波共振子を対称格子型に接続した平衡型弾性表面波フィルタであって、この対称格子型回路は第１及び第２の２種類の弾性表面波共振子を備え、前記第１の弾性表面波共振子の反共振周波数と前記第２の弾性表面波共振子の共振周波数はほぼ一致し、前記第１の弾性表面波共振子の等価並列容量は前記第２の弾性表面波共振子の等価並列容量よりも小さく、前記第１の弾性表面波共振子の等価並列容量と前記第２の弾性表面波共振子の等価並列容量の相乗平均をＣ、入出力インピーダンスをＺ、通過中心周波数をＦ、補正係数をＫとした場合に、下記（数２）の関係が成立し、前記補正係数Ｋが０．６以上１．８以下であることを特徴とする。
［数２］
Ｚ・Ｋ＝１／２πＦＣ
【００１０】
この平衡型弾性表面波フィルタの構成によれば、通過帯域内リップルを低く抑えることができると共に、回路の入出力インピーダンスと平衡型弾性表面波フィルタの入出力インピーダンスが相違することによる信号反射や特性劣化等を防止することができる。その結果、平衡型回路の採用に伴って平衡型弾性表面波フィルタの入出力インピーダンスを適宜変更することができるので、平衡型高周波回路に好適な平衡型弾性表面波フィルタが得られる。
【００１１】
また、前記本発明の構成の平衡型弾性表面波フィルタを少なくとも２つ縦続に接続し、前記第１の弾性表面波共振子の等価並列容量と前記第２の弾性表面波共振子の等価並列容量の比が各段の対称格子型回路ごとに異なるのが好ましい。この好ましい例によれば、広い周波数範囲にわたって大きな減衰量が得られる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の平衡型弾性表面波フィルタによれば、大きな減衰量を広い帯域にわたって得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、参考例並びに実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
【００１４】
（参考例）
図１は本発明に係る平衡型弾性表面波フィルタの参考例を示す等価回路図である。
【００１５】
圧電基板として３６°回転ＹカットＸ伝搬のタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3 ）基板を使用し、電極材料としてアルミニウム（Ａｌ）を使用して弾性表面波共振子１０１、１０２、１０３、１０４を形成した。図１に示すように、直列腕の共振子１０１と並列腕の共振子１０２をそれぞれ２個ずつ用いて対称格子型に接続することにより、第１段目の弾性表面波フィルタを作製した。また、直列腕の共振子１０３と並列腕の共振子１０４をそれぞれ２個ずつ用いて対称格子型に接続することにより、第２段目の弾性表面波フィルタを作製した。そして、第１段目の弾性表面波フィルタと第２段目の弾性表面波フィルタを縦続に接続した。図１中、１０５、１０６は入力端子であり、１０７、１０８は出力端子である。また、１０９はそれぞれの弾性表面波共振子を接続している接続ラインを等価的にインダクタで表したものである。ここで、第１段目の弾性表面波フィルタにおいて、直列腕の共振子１０１の反共振周波数と並列腕の共振子１０２の共振周波数はほぼ一致している。また、第２段目の弾性表面波フィルタにおいて、直列腕の共振子１０３の反共振周波数と並列腕の共振子１０４の共振周波数はほぼ一致している。
【００１６】
図２に、弾性表面波共振子のインピーダンスの周波数特性の虚数部を示す。ここでは、第１段目の弾性表面波フィルタを例に挙げて説明するが、第２段目の弾性表面波フィルタについても同様である。図２に示すように、直列腕の共振子１０１の反共振周波数と並列腕の共振子１０２の共振周波数はほぼ一致している。すなわち、直列腕の共振子１０１の共振周波数は並列腕の共振子１０２の共振周波数よりも低く設定されている。また、直列腕の共振子１０１のインピーダンスと並列腕の共振子１０２のインピーダンスが同じになる周波数（図２中黒丸の点の周波数）において、フィルタの伝送特性は図３に示すように減衰極を有する。このようにフィルタの伝送特性が減衰極を有するのは、次の理由による。すなわち、対称格子型は回路的にはホイートストーンブリッジであり、直列腕の共振子１０１のインピーダンスの自乗と並列腕の共振子１０２のインピーダンスの自乗が等しくなる周波数、つまり直列腕の共振子１０１のインピーダンスと並列腕の共振子１０２のインピーダンスが等しくなる周波数において出力が出なくなるからである。
【００１７】
図２から分かるように、フィルタの伝送特性が減衰極を有するのは、直列腕の共振子１０１の等価並列容量が並列腕の共振子１０２の等価並列容量よりも小さい場合に限られる。その理由を以下に述べる。
【００１８】
直列腕の共振子１０１のインピーダンスをＩｍａｇ（Ｚ101 ）、並列腕の共振子１０２のインピーダンスをＩｍａｇ（Ｚ102 ）で表すと、フィルタの伝送特性が減衰極を有する条件、すなわち直列腕の共振子１０１のインピーダンスと並列腕の共振子１０２のインピーダンスが等しくなる条件は、共振周波数、反共振周波数の近傍以外でＩｍａｇ（Ｚ101 ）＜Ｉｍａｇ（Ｚ102 ）を満足することである。なぜなら、共振子１０１、１０２のインピーダンスＩｍａｇ（Ｚ）は、その共振周波数まで単調に増加し、直列腕の共振子１０１の共振周波数は並列腕の共振子１０２の共振周波数よりも低く設定されているので、Ｉｍａｇ（Ｚ101 ）＜Ｉｍａｇ（Ｚ102 ）であれば、確実にＩｍａｇ（Ｚ101 ）とＩｍａｇ（Ｚ102 ）が同じ値をとる周波数があるからである。ここで、Ｚ＝１／ｊωＣであるから、Ｉｍａｇ（Ｚ）＝−１／ωＣとなるので、Ｉｍａｇ（Ｚ101 ）＜Ｉｍａｇ（Ｚ102 ）を満足するためにはＣ101 ＜Ｃ102 （Ｃ101  、Ｃ102 はそれぞれ直列腕の共振子１０１の等価並列容量、並列腕の共振子１０２の等価並列容量である。）となる。
【００１９】
この場合、直列腕の共振子１０１の等価並列容量と並列腕の共振子１０２の等価並列容量の比（直列腕の共振子の等価並列容量／並列腕の共振子の等価並列容量）が１に近ければ、図３に示すように通過帯域（９００ＭＨｚ帯）から離れた領域に減衰極が現れ、（直列腕の共振子の等価並列容量／並列腕の共振子の等価並列容量）が０に近ければ、図４に示すように通過帯域（９００ＭＨｚ帯）の近傍に減衰極が現れる。
【００２０】
上記のような異なった等価並列容量比を有する２つの対称格子型弾性表面波フィルタを縦続に接続したところ、図５に示すように、通過帯域（９００ＭＨｚ帯）の近傍と通過帯域から離れた領域の双方に減衰極が現れた。従って、本参考例によれば、通過帯域の近傍と通過帯域から離れた領域の双方の周波数帯を減衰する特性が要求される平衡型高周波回路に好適な平衡型弾性表面波フィルタが得られる。
【００２１】
尚、本参考例においては、弾性表面波フィルタを２段に縦続接続した場合を例に挙げて説明したが、弾性表面波フィルタを３段以上に縦続接続した場合にも同様の効果が得られた。
【００２２】
（第１の実施の形態）
本実施の形態では、対称格子型を使用した平衡型弾性表面波フィルタの入出力インピーダンスを制御して、平衡型弾性表面波フィルタの通過損失の周波数特性を改善する場合について説明する。図６は本発明に係る平衡型弾性表面波フィルタの第１の実施の形態を示す等価回路図である。
【００２３】
上記参考例と同様に、圧電基板として３６°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ3 基板を使用し、電極材料としてＡｌを使用して弾性表面波共振子２０１、２０２を形成した。図６に示すように、直列腕の共振子２０１と並列腕の共振子２０２をそれぞれ２個ずつ用いて対称格子型に接続することにより、平衡型弾性表面波フィルタを作製した。図６中、２０３、２０４は入力端子であり、２０５、２０６は出力端子である。また、２０７はそれぞれの弾性表面波共振子を接続している接続ラインを等価的にインダクタで表したものである。ここで、直列腕の共振子２０１の反共振周波数と並列腕の共振子２０２の共振周波数はほぼ一致している。また、直列腕の共振子２０１の等価並列容量は並列腕の共振子１０２の等価並列容量よりも小さい。
【００２４】
直列腕の共振子２０１の等価並列容量と並列腕の共振子２０２の等価並列容量の相乗平均をＣ、平衡型弾性表面波フィルタの入出力インピーダンスをＺ、平衡型弾性表面波フィルタの通過中心周波数をＦ、補正係数をＫとした場合に、下記（数３）の関係が成立するとする。
［数３］
Ｚ・Ｋ＝１／２πＦＣ
【００２５】
図７に、補正係数Ｋを１とした場合の上記平衡型弾性表面波フィルタの通過損失の周波数特性を示す。図７に示すように、補正係数Ｋを１とした場合の上記平衡型弾性表面波フィルタの通過損失は非常にきれいな周波数特性を示している。また、図８に、補正係数Ｋを０．６とした場合の上記平衡型弾性表面波フィルタの通過損失の周波数特性を示し、図９に、補正係数Ｋを１．８とした場合の上記平衡型弾性表面波フィルタの通過損失の周波数特性を示す。また、図１０に、補正係数Ｋを０．５とした場合の上記平衡型弾性表面波フィルタの通過損失の周波数特性を示し、図１１に、補正係数Ｋを２．２とした場合の上記平衡型弾性表面波フィルタの通過損失の周波数特性を示す。ここでは、９００ＭＨｚ帯の平衡型弾性表面波フィルタを用いた。図８、図１０に示すように、補正係数Ｋが０．６以下になると、通過帯域内リップルが大きくなり、通過帯域よりも低い周波数側に大きなリップルが現われる。また、図９、図１１に示すように、補正係数Ｋが１．８以上になると、通過帯域内リップルが大きくなり、通過帯域よりも高い周波数側に大きなリップルが現われる。従って、補正係数Ｋが０．６以上１．８以下であれば、通過帯域内リップルを低く抑えることができる。
【００２６】
補正係数Ｋを導入し、この補正係数Ｋを制御して平衡型弾性表面波フィルタの入出力インピーダンスを制御することにより、平衡型弾性表面波フィルタの通過損失の周波数特性を改善するようにしたのは、平衡型弾性表面波フィルタの入出力インピーダンスＺは必ずしも回路の入出力インピーダンスと一致している必要はないからである。極端な例を挙げれば、入出力インピーダンスＺが４０Ωに設定された平衡型弾性表面波フィルタを、入出力インピーダンスが５０Ωに設定された回路に接続した場合でも、要求される特性を満足させることは可能である。しかし、回路の入出力インピーダンスと平衡型弾性表面波フィルタの入出力インピーダンスＺが相違することによる信号反射や特性劣化等を考慮した場合、補正係数Ｋはある範囲に収まっている必要がある。補正係数Ｋが、上記したように、０．６以上１．８以下の範囲にあれば、回路の入出力インピーダンスと平衡型弾性表面波フィルタの入出力インピーダンスＺが相違することによる信号反射や特性劣化等を防止することができ、使用に十分耐え得る平衡型弾性表面波フィルタが得られる。
【００２７】
以上のように、本実施の形態によれば、通過帯域内リップルを低く抑えることができると共に、回路の入出力インピーダンスと平衡型弾性表面波フィルタの入出力インピーダンスが相違することによる信号反射や特性劣化等を防止することができる。その結果、平衡型回路の採用に伴って平衡型弾性表面波フィルタの入出力インピーダンスＺを適宜変更することができるので、平衡型高周波回路に好適な平衡型弾性表面波フィルタが得られる。
【００２８】
（第２の実施の形態）
本実施の形態では、直列腕の共振子２０１の等価並列容量と並列腕の共振子２０２の等価並列容量の比が異なる上記第１の実施の形態の弾性表面波フィルタを２個用意し、これらを縦続に接続した。
【００２９】
図１２に、上記のような構成を備えた弾性表面波フィルタの通過損失の周波数特性を示す。図１２に示すように、この平衡型弾性表面波フィルタにおいては、広い周波数範囲にわたって大きな減衰量が得られた。
【００３０】
尚、本実施の形態においては、弾性表面波フィルタを２段に縦続接続した場合を例に挙げて説明したが、弾性表面波フィルタを３段以上に縦続接続した場合にも同様の効果が得られた。
【００３１】
また、上記参考例並びに第１及び第２の実施の形態においては、弾性表面波共振子を形成する圧電基板として３６°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ3 基板を使用したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）基板や水晶基板を使用しても同様の効果が得られる。
【００３２】
また、上記参考例並びに第１及び第２の実施の形態においては、弾性表面波共振子の構成について特に示していないが、電気的に共振特性が得られるものであればよい。
【００３３】
また、上記参考例並びに第１及び第２の実施の形態においては、９００ＭＨｚ帯の弾性表面波フィルタを用いた場合を例に挙げて説明したが、必ずしもこの周波数帯の弾性表面波フィルタに限定されるものではない。
【００３４】
また、上記参考例並びに第１及び第２の実施の形態においては、図１、図６に示すように、第１の弾性表面波共振子として１０１、１０３、２０１のように接続し、第２の弾性表面波共振子として１０２、１０４、２０２のように接続した場合を例に挙げて説明したが、回路の対称性を考えると、第１の弾性表面波共振子として１０２、１０４、２０２のように接続し、第２の弾性表面波共振子として１０１、１０３、２０１のように接続してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係る平衡型弾性表面波フィルタは、広い帯域にわたって大きな減衰量が得られ、携帯電話等の移動体通信機器に用いられる高周波回路部としての用途にも応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る平衡型弾性表面波フィルタの参考例を示す等価回路図
【図２】本発明の参考例に用いた弾性表面波共振子の周波数特性図
【図３】本発明の参考例における等価並列容量比が１に近い場合の周波数特性図
【図４】本発明の参考例における等価並列容量比が０に近い場合の周波数特性図
【図５】本発明の参考例における２段に縦接接続した平衡型弾性表面波フィルタの周波数特性図
【図６】本発明に係る平衡型弾性表面波フィルタの第１の実施の形態を示す等価回路図
【図７】本発明の第１の実施の形態において補正係数を１とした場合の周波数特性図
【図８】本発明の第１の実施の形態において補正係数を０．６とした場合の周波数特性図
【図９】本発明の第１の実施の形態において補正係数を１．８とした場合の周波数特性図
【図１０】本発明の第１の実施の形態において補正係数を０．５とした場合の周波数特性図
【図１１】本発明の第１の実施の形態において補正係数を２．２とした場合の周波数特性図
【図１２】本発明に係る平衡型弾性表面波フィルタの第２の実施の形態における周波数特性図
【図１３】従来技術の平衡型弾性表面波フィルタにおける周波数特性図
【符号の説明】
【００３７】
１０１、１０３  直列腕の弾性表面波共振子
１０２、１０４  並列腕の弾性表面波共振子
１０５、１０６  入力端子
１０７、１０８  出力端子
１０９  インダクタ
【図１】
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【図２】
2005073298.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005073298.tif 000006
【図５】
2005073298.tif 000007
【図６】
2005073298.tif 000008
【図７】
2005073298.tif 000009
【図８】
2005073298.tif 000010
【図９】
2005073298.tif 000011
【図１０】
2005073298.tif 000012
【図１１】
2005073298.tif 000013
【図１２】
2005073298.tif 000014
【図１３】
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