(57)【要約】【課題】    二重モード圧電フィルタを実装するＩＦ回路において、二重モード水晶フィルタを接続する前後の回路のインピーダンスに応じて、二重モードフィルタの入出力インピーダンスを設計できる手段を得る。【解決手段】    圧電基板の一方の主表面上に第１の電極と第２の電極とを間隙を隔して配し、他方の主表面上に第１及び第２の電極と対向する第３の電極を配設して構成する二重モード圧電フィルタであって、第１の電極と第３の電極とで励振される共振周波数を入力インピーダンスに、第２の電極と第３の電極とで励振される共振周波数を出力インピーダンスに応じて設定するように二重モード圧電フィルタを構成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板の一方の主表面上に第１の電極と第２の電極とを間隙を隔して配し、他方の主表面上に前記第１及び第２の電極と対向する第３の電極を配設し、前記第１の電極を入力端子とし、前記第２の電極を出力端子とし、前記第３の電極を接地端子とした二重モード圧電フィルタにおいて、
入力インピーダンスの抵抗分が前段のインピーダンスの抵抗分と等しくなるように前記第１の電極と前記第３の電極とで励振される共振周波数が設定されており、出力インピーダンスの抵抗分が後段のインピーダンスの抵抗分と等しくなるように前記第２の電極と前記第３の電極とで励振される共振周波数が設定されていることを特徴とする二重モード圧電フィルタ。
【請求項２】
圧電基板の一方の主表面上に第１の電極と第２の電極とを間隙を隔して配し、他方の主表面上に前記第１及び第２の電極と対向する第３の電極を配設し、前記第１の電極を入力端子とし、前記第２の電極を出力端子とし、前記第３の電極を接地端子とした二重モード圧電フィルタ複数個を縦続接続して構成した圧電フィルタであって、
入力端に位置する二重モード圧電フィルタは、その入力インピーダンスの抵抗分が前段のインピーダンスの抵抗分と等しくなるように前記第１の電極と前記第３の電極とで励振される共振周波数が設定されており、
出力端に位置する二重モード圧電フィルタは、その出力インピーダンスの抵抗分が後段のインピーダンスの抵抗分と等しくなるように前記第２の電極と前記第３の電極とで励振される共振周波数が設定されていることを特徴とする圧電フィルタ。
【請求項３】
圧電基板の一方の主表面上に第１の電極と第２の電極と第３の電極とをそれぞれ間隙を隔して配し、他方の主表面上に前記第１、第２及び第３の電極と対向する第４の電極を配設し、前記第１の電極を入力端子とし、前記第３の電極を出力端子とし、前記第２、第４の電極を接地端子とした三重モード圧電フィルタにおいて、
入力インピーダンスの抵抗分が前段のインピーダンスの抵抗分と等しくなるように前記第１の電極と前記第４の電極とで励振される共振周波数が設定されており、出力インピーダンスの抵抗分が後段のインピーダンスの抵抗分と等しくなるように前記第３の電極と前記第４の電極とで励振される共振周波数が設定されていることを特徴とする三重モード圧電フィルタ。
【請求項４】
圧電基板の一方の主表面上に第１の電極と第２の電極と第３の電極とを間隙を隔して配し、他方の主表面上に前記第１、第２及び第３の電極と対向する第４の電極を配設し、前記第１の電極を入力端子とし、前記第３の電極を出力端子とし、前記第２、第４の電極を接地端子とした三重モード圧電フィルタ複数個を縦続接続して構成した圧電フィルタであって、
入力端に位置する三重モード圧電フィルタは、その入力インピーダンスの抵抗分が前段のインピーダンスの抵抗分と等しくなるように前記第１の電極と前記第４の電極とで励振される共振周波数が設定されており、
出力端に位置する三重モード圧電フィルタは、その出力インピーダンスの抵抗分が後段のインピーダンスの抵抗分と等しくなるように前記第３の電極と前記第４の電極とで励振される共振周波数が設定されていることを特徴とする圧電フィルタ。
【請求項５】
請求項１又乃至４に記載の多重モード圧電フィルタの圧電基板に水晶ＡＴ基板を用いたことを特徴とする多重モード圧電フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多重モード圧電フィルタに関し、特にフィルタの入出力インピーダンスを互いに異ならせ、実装するＩＦ段のフィルタの前後の回路にマッチングするように改善した多重モード圧電フィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電基板にＡＴカット水晶基板を用いた二重モード水晶フィルタは、周波数温度特性が良好なこと、小型であること、高減衰量が得られること及び堅牢性を有すること等の理由から、移動体通信機のＩＦフィルタとして広く用いられている。
二重モード水晶フィルタに関しては、例えば特開平８−２８８７８９号公報、特開平９−０４６１７０号公報等に内容が開示されている。
【０００３】
図６（ａ）、（ｂ）は二重モード水晶フィルタの構成を示す概略図であって、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＱ−Ｑにおける断面図である。ＡＴカット水晶基板１１の一方の主表面上に電極１２、１３を間隙ｇを隔して配置すると共に、他方の主表面上に電極１２、１３と対向して電極１４を配設する。そして、電極１２、１３、１４から水晶基板１１の端部に向けてそれぞれリード電極１２ａ、１３ａ、１４ａを延在し、リード電極１２ａは入力端子に、リード電極１３ａは出力端子に、リード電極１４ａはグランドにそれぞれ接続して、二重モード水晶フィルタを構成する。
【０００４】
周知のように、二重モード水晶フィルタの中心周波数は水晶基板１１の厚さに逆比例し、通過帯域幅は電極１２、１３の寸法、電極間間隙ｇ及び周波数低下率に依存する。そして、二重モード水晶フィルタのインピーダンスは、通過帯域幅と二重モード共振子のインダクタンス、即ち水晶基板１１の厚さと電極１２あるいは１３の大きさとに依存する。
【０００５】
図７は二次の二重モード水晶フィルタの設計手法を示す図であって、同図（ａ）は二次のローパスフィルタ（相反回路、反転変換に対し基本マトリクス（Ｆ）が変わらない回路網）である。図７（ｂ）に示す回路は虚ジャイレイタの１つであり、その作用はインピーダンスをアドミッタンスに、アドミッタンスをインピーダンスに変換する機能を有する。図７（ａ）に示すローパスフィルタの中央に虚ジャイレイタＪＫ１を２つ挿入し、１つの虚ジャイレイタＪＫ１を終端抵抗ｒ１の前まで移動すると、図７（ｃ）に示す回路が得られる。このフィルタ回路は中央の一点鎖線αに対し、対称な回路となる。この回路にバンドパス変換を施すと図７（ｄ）の回路が得られ、βで示す結合共振回路を二重モード共振子で置換することにより二重モード水晶フィルタが実現できる。図７（ｄ）に示したように二重モード共振回路のインダクタンスＬ’１、共振周波数Ｆ１を同一に、即ち対称回路になるように設計するのが一般的である。また、図７では二次のローパスを例に設計手法を示したが高次フィルタの設計についても同様である。
【特許文献１】特開平８−２８８７８９号公報
【特許文献２】特開平９−０４６１７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする問題点は、二重モード水晶フィルタを実装する実際のＩＦ回路においては、二重モード水晶フィルタの前後の回路のインピーダンスは、図８に示すように、それぞれＲｆ、Ｒｂと互いに異なる場合が多く、インダクタンスＬ１１（Ｌ２２）と容量Ｃ１１（Ｃ２２）とを並列接続した回路に、直列に容量Ｃ１２（Ｃ２１）を接続したインピーダンス整合回路γ１（γ２）を挿入してインピーダンスを整合しなければならないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、圧電基板の一方の主表面上に第１の電極と第２の電極とを間隙を隔して配し、他方の主表面上に前記第１及び第２の電極と対向する第３の電極を配設してなる二重モード圧電フィルタであって、前記第１の電極と前記第３の電極とで励振される共振周波数を入力インピーダンスに、前記第２の電極と前記第３の電極とで励振される共振周波数を出力インピーダンスに応じて設定して、二重モード圧電フィルタを構成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の多重モード圧電フィルタは、ＩＦ回路に実装する多重モード圧電フィルタの前後の回路のインピーダンスに応じてフィルタを構成するようにしたため、インピーダンス整合回路を簡略化できるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１（ａ）、（ｂ）は本発明に係る二重モード水晶フィルタの実施の形態を示す概略図であって、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＱ−Ｑにおける断面図である。ＡＴカット水晶基板１の一方の主表面上に第１の電極２、第２の電極３を間隙ｇを隔して配置すると共に、他方の主表面上に第１及び第２の電極２、３と対向して第３の電極４を配設する。そして、第１、第２、第３の電極２、３、４から水晶基板１の端部に向けてそれぞれリード電極２ａ、３ａ、４ａを延在し、リード電極２ａは入力端子に、リード電極３ａは出力端子に、リード電極４ａはグランドにそれぞれ接続する。さらに、第１の電極２と第３の電極４と間で励起される共振周波数を入力インピーダンスに、第２の電極３と第３の電極４との間で励起される共振周波数を出力インピーダンスに応じて設定して、二重モード水晶フィルタを構成する。
【００１０】
本発明の特徴は二重モード水晶フィルタの第１の電極２と第２の電極３との面積を同一に保ちながら、二重モード水晶フィルタの入出力インピーダンスを互いに異ならせ、二重モード水晶フィルタを実装するＩＦ回路の前後の回路のインピーダンスに整合するようにしたところである。このため、中心周波数の近傍に生じるスプリアスも比較的小さく抑圧することができる。
【００１１】
本発明の二重モード水晶フィルタの設計を、図２を用いて詳細に説明する。図２（ａ）は二次のローパスであり、該ローパスフィルタの中央に２つの虚ジャイレータＪＫ１を挿入し、その中の１つを終端抵抗ｒ１の前まで移動すると、図２（ｂ）の中央（一点鎖線α）に対して対称な回路が得られる。つまり、インダクタンスＬ１も終端抵抗も同一となる。ここで、虚ジャイレータＪＫ１は図７（ｂ）に示したＴ型回路を選び、同図（ｃ）に示すように虚ジャイレータＪＫ１のシリーズアームのそれぞれにインピーダンスｊＫ２、ｊＫ３を付加し、フィルタ回路のシリーズアームのそれぞれに逆符号のインピーダンス、−ｊＫ２、−ｊＫ３を付加すれば、フィルタ回路としては図７のものと等価となる。
【００１２】
図２（ｃ）の回路にバンドパス変換、インピーダンスダンス変換を施し、Ｅ１、Ｅ２で示す終端部分を同図（ｄ）に示すように図中左側のシリーズインピーダンスから、図中右側のパラレルインピーダンスに変換すると、同図（ｅ）に示すフィルタ回路が得られる。δで示す結合共振回路と並列の容量Ｃｅ１、Ｃｅ２の一部とを図１で示した二重モード水晶フィルタで置換することにより、入出力インピーダンスが互いに異なり、入力インピーダンスの抵抗分がＩＦ回路における前段のインピーダンスの抵抗分と等しくなるように、第１の電極２と第３の電極４とで励振される共振周波数が設定されており、出力インピーダンスの抵抗分が後段のインピーダンスの抵抗分と等しくなるように、第２の電極３と第３の電極４とで励振される共振周波数が設定されている二重モード水晶フィルタが得られる。
ここで、虚ジャイレータＪＫ１のシリーズアームに付加するインピーダンスＪＫ２（ＪＫ３）の値は、入力（出力）インピーダンスの抵抗分が前段（後段）のインピーダンスの抵抗分と等しくなるように設定すればよい。即ち、入力インピーダンスＲ１は
Ｒ１＝（ｒ２＋ｋ２）／ｒ
と表されるので、付加するジャイレータＪＫ２の値によって左右される。言い換えると、入力インピーダンスが前段のインピーダンスの抵抗分と等しくなるようにジャイレータＪＫ２を決定すればよい。出力インピーダンスについても同様である。
【００１３】
図２（ｅ）に二重モード水晶フィルタの等価回路に示す。二重モード共振回路の直列共振周波数ｆ１は、図２（ｃ）から明らかなように、ＪＫ２を含んでいるので、Ｋ２の値、即ち入力インピーダンスによって変化することになる。直列共振周波数ｆ２についても同様に、Ｋ３の値、即ち出力インピーダンスによって変化することになる。図３は上記のように設計した二重モード共振子の一方の端子を第３の電極４と接続し、他方の端子からみた共振周波数特性で、２つのモードの共振時の振幅の大きさが互いに異なることを示している。つまり、入力側（電極２−電極４）からみたときはモードＭ１の振幅の方がモードＭ２のそれより大きく、出力側（電極３−電極４）からみたときにはモードＭ２の振幅の方がモードＭ１のそれより大きくなっていることが分かる。
【００１４】
なお、図２（ｄ）のδで示す結合共振回路を図１に示した二重モード水晶フィルタで置換する際に、フィルタの帯域幅等により負性の容量が終端抵抗に並列に残る場合がある。このような場合には図４に示すように二重モード水晶フィルタとＩＦ回路の接続部にインダクタンスＬｆ、Ｌｂと容量Ｃｆ、Ｃｂとからなる並列回路をそれぞれ挿入すればよい。一方、狭帯域の二重モード水晶フィルタの場合にはインダクタンスＬｆ、Ｌｂが不要になる場合がある。また、ＩＦ回路の入出力部が容量性を呈する場合にはインダクタンスあるいはインダクタンスと容量との並列回路が必要になる場合がある。
【００１５】
図５は本発明に係る第２の実施の形態を示す概略図であって、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＱ−Ｑにおける断面図である。ＡＴカット水晶基板１の一方の主表面上に第１の電極６、第２の電極７、第３の電極８をそれぞれ所定の間隙を隔して配置すると共に、他方の主表面上に第１、第２、第３の電極６、７、８と対向して第４の電極９を配設する。そして、第１、第２、第３、第４の電極電極６、７、８、９から水晶基板１の端部に向けてそれぞれリード電極６ａ、７ａ、８ａ、９ａを延在し、リード電極６ａは入力端子に、リード電極８ａは出力端子に、リード電極７ａ、９ａはグランドにそれぞれ接続する。そして、第１の電極６と第４の電極９と間で励振される共振周波数を入力インピーダンスに、第３の電極８と第４の電極９との間で励振される共振周波数を出力インピーダンスに応じて設定して、三重モード圧電フィルタを構成する。
本実施例の特徴は第１、第２、第３の電極６、７、８の大きさを全て同一に保持したまま、入力インピーダンスの抵抗分がＩＦ回路における前段のインピーダンスの抵抗分と等しくなるように、第１の電極６と第４の電極９とで励振される共振周波数が設定されており、出力インピーダンスの抵抗分が後段のインピーダンスの抵抗分と等しくなるように、第３の電極８と第４の電極９とで励振される共振周波数が設定されている三重モード水晶フィルタを構成する。
【００１６】
以上では、二重モード水晶フィルタ（２次ローパスフィルタから変換したバンドパスフィルタ）のみを示したが、高次の二重モード水晶フィルタの場合には入力段あるいは出力段に、あるいは入出力回路に図１に示した本発明に係る二重モード水晶フィルタを用い、中間段には通常の対称二重モード水晶フィルタを用いて構成すればよい。同様に高次の三重モード水晶フィルタの場合にもこの手法が適用できる。
また、本発明は３次オーバートン等の高次オーバートンの二重モード水晶フィルタにも適用できることは説明するまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る二重モード水晶フィルタの構造を示した概略構成図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】本発明の二重モード水晶フィルタの設計手順を示す図である。
【図３】本発明の二重モード水晶フィルタの共振特性を示す図である。
【図４】本発明の二重モード水晶フィルタの終端を示す図である。
【図５】第２の実施例の三重モード水晶フィルタの構造を示した概略構成図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図６】従来の二重モード水晶フィルタの構成を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図７】従来の二重モード水晶フィルタの設計手順を示した図である。
【図８】従来の二重モード水晶フィルタの終端を示した図である。
【符号の説明】
【００１８】
１  圧電基板
２、３、４、６、７、８、９  電極
２ａ、３ａ、４ａ、６ａ、７ａ、８ａ  リード電極  
ｇ  電極間間隙
【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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