(57)【要約】【課題】    実装するＩＦ回路のフィルタの前後の回路のインピーダンスダンスの抵抗分に整合すると共に、通過帯域近傍のスプリアスを大幅に抑圧した三重モード水晶フィルタを得る。【解決手段】    ＡＴカット水晶板上にＺ’軸方向に沿って第１、第２、第３の電極を所定の間隙を隔して配置すると共に、第１、第２、第３の電極と対向して第４の電極を配設して構成した三重モード水晶フィルタであって、第１、第２及び第３の電極のＸ軸方向の寸法をそれぞれ互いに異なるように設定して、実装するＩＦ回路のフィルタの前後段の回路のインピーダンスダンスの抵抗分と整合するようにする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＴカット水晶板の第１の主表面上に第１、第２及び第３の電極を所定の間隙を隔して順次配列すると共に、第２の主表面上に第１、第２及び第３の電極と対向するように第４の電極を配設し、第１の電極を入力端子に、第３の電極を出力端子に、第２および第４の電極を接地して構成した三重モード水晶フィルタにおいて、
フィルタの前後段の回路のインピーダンスダンスの抵抗分と整合するように、前記第１、第２及び第３の電極の配列方向と直交する方向の寸法をそれぞれ互いに異なるように設定したことを特徴とする三重モード水晶フィルタ。
【請求項２】
前記第１、第２及び第３の電極の配列方向の寸法を同一とすると共に第２及び第３の電極の配列方向と直交する方向の寸法を同一とし、第１の電極の配列方向と直交する方向の寸法のみを第２及び第３の電極のそれと異ならせたことを特徴とする請求項１に記載の三重モード水晶フィルタ。
【請求項３】
前記第１、第２及び第３の電極の配列方向の寸法を同一とすると共に第１及び第２の電極の配列方向と直交する方向の寸法を同一とし、第３の電極の配列方向と直交する方向の寸法のみを第１及び第２の電極のそれと異ならせたことを特徴とする請求項１に記載の三重モード水晶フィルタ。
【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、特に入出力インピーダンスを互いに異ならせ、実装するＩＦ回路の前段及び後段のインピーダンスの抵抗分に整合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多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フィルタとして用いられている。多重モード圧電フィルタに関しては、例えば「人工水晶とその電気的応用」にその原理が、特開平９−０１８２６６号公報等に周波数調整法等が開示されている。
【０００３】
図５は三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。図５（ａ）の平面図に示すように、ＡＴカット水晶板１１の一方の主表面上のＺ’軸方向に沿って３つの電極１２、１３、１４をそれぞれ間隙ｇ１を隔して配置すると共に、他方の主表面に電極１２、１３、１４と対向して電極１５を配設する。さらに、電極１２、１３、１４、１５からＡＴカット水晶板１１の端部に向けてリード電極１２’、１３’、１４’、１５’を延在し、リード電極１２’を入力端子ＩＮに、リード電極１４’を出力端子ＯＵＴに、リード電極１３’、１５’をそれぞれ接地することにより、三重モード水晶フィルタを構成することができる。
【０００４】
図６に示すフィルタ特性は、図５に示したような従来の対称電極構成を用い、中心周波数ｆ０が１１０ＭＨｚ、３ｄＢ帯域幅が±１８ｋＨｚ、入力出インピーダンスが２ｋΩ／／−１ｐＦ、スプリアスが中心周波数ｆ０＋６０ｋＨｚより高域側で１０ｄＢ以上という要求仕様に基づいて設計した三重モード水晶フィルタのフィルタ特性である。この図から明らかなように、通過域高域側のスプリアスは２２ｄＢ程度と十分に抑圧されている。
【０００５】
周知のように、三重モード水晶フィルタは３つの厚み振動モードＳ０、Ａ０、Ｓ１を利用したフィルタで、その中心周波数は水晶板の厚さと、電極質量による周波数低下量とで決まり、その帯域幅は３つのモードＳ０、Ａ０、Ｓ１間の結合係数に依存する。３つのモードＳ０、Ａ０、Ｓ１間の結合係数は電極間隙ｇ１、周波数低下量等によって変化し、間隙ｇ１を広くすると結合係数は小さく、即ちフィルタの帯域幅としては狭帯域に、間隙ｇ１を狭めると結合係数は大きく、即ち広帯域になる。一方、電極の周波数低下量を大きくすると結合係数は小さく、周波数低下量を小さくすると結合係数は大きくなる。また、水晶のような異方性の圧電材料では切断された水晶板の結晶軸の方位によって弾性定数が異なり、利用する３つのモードＳ０、Ａ０、Ｓ１間の結合係数が異なることになる。ＡＴ板の場合、Ｚ’軸に沿って３つの電極１２、１３、１４を配置して構成した三重モード水晶フィルタの帯域幅は、Ｘ軸に沿って構成した三重モード水晶フィルタに比して狭くなる。
【０００６】
図５（ａ）の平面図に示したように、従来の三重モード水晶フィルタの設計法は電極１２、１３、１４の形状をほぼ同じとし、フィルタの入出力インピーダンスを左右対称に設計するのが一般的であった。しかし、近年無線機の小型化、低コスト化等により水晶フィルタの前後に実装するインピーダンス整合トランス、あるいは整合用のコイルの削減が強く要求されるようになってきた。この要求を満たすべく三重モード水晶フィルタの入出力インピーダンスを、実装するＩＦ回路のフィルタの前後の回路のインピーダンスに整合する手段を思考した。その一つの手段として、特開２００２−２１７６７７号公報に開示されているように、電極の大きさを変化させて入出力インピーダンスを異ならせ、フィルタの前後の回路のインピーダンスに整合させる方法である。図７は特開２００２−２１７６７７号公報に示されている図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＱ−Ｑにおける断面図である。図７（ａ）は１つのＡＴカット水晶板上に２つの二重モード水晶フィルタ（ＭＣＦ１、ＭＣＦ２）を縦続接続した構成のフィルタである。その際、ＭＣＦ１（ＭＣＦ２）の電極２２、２３（２５、２６）の大きさを互いに異ならせ、ＭＣＦ１（ＭＣＦ２）の入出力インピーダンスを異ならせることが開示されている。
【０００７】
図８（ａ）に示す概略平面図はＺ’軸方向に沿って３つの並んだ電極３２、３３、３４ａの内、図中左外側の電極３２と中央の電極３３を同じ形状とし、図中右外側の電極３４ａのＺ’軸方向の寸法を違えて、入出力インピーダンスを互いに異ならせ、前後の回路のインピーダンスダンスの抵抗分に整合するように意図した三重モード水晶フィルタである。また、図８（ｂ）はＺ’軸方向に沿って３つの並んだ電極３２、３３ｂ、３４ｂの電極の内、中央の電極３３ｂと図中右外側の電極３４ｂとのＺ’軸方向の寸法を、図中左外側の電極３２と違えて、入出力インピーダンスを互いに異ならせ、前後の回路のインピーダンスダンスの抵抗分に整合するようにるようにした三重モード水晶フィルタである。
【０００８】
図９に示すフィルタ特性は、図８（ｂ）に示したような電極構成を用い、中心周波数ｆ０が１１０ＭＨｚ、３ｄＢ帯域幅が±１８ｋＨｚ、入力インピーダンスの抵抗分が１．２ｋΩ、出力インピーダンスの抵抗分が２．２ｋΩ、スプリアスが中心周波数ｆ０＋６０ｋＨｚより高域側で１０ｄＢ以上という要求仕様に基づいて設計した三重モード水晶フィルタのフィルタ特性である。この図から明らかなように、入出力インピーダンスの抵抗分と通過帯域幅は要求規格を満たすものの、通過域近傍の高域側に５ｄＢ程度の大きなスプリアスが生じて、要求規格を満たしていないことが分かる。
【非特許文献１】滝貞男著  「人工水晶とその電気的応用」  日刊工業新聞社出版  昭和４９年５月３０日発行
【特許文献１】特開平９−０１８２６６号公報
【特許文献２】特開２００２−２１７６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
解決しようとする問題点は、三重モード圧電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回路のフィルタの前段及び後段のインピーダンスの抵抗分に整合するようにすると共に、通過域近傍に生じるスプリアスを１０ｄＢ以上にできない点である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ＡＴカット水晶板の第１の主表面上に第１、第２及び第３の電極を所定の間隙を隔して順次配列すると共に、第２の主表面上に第１、第２及び第３の電極と対向するように第４の電極を配設し、第１の電極を入力端子に、第３の電極を出力端子に、第２および第４の電極を接地して構成した三重モード水晶フィルタにおいて、フィルタの前後段の回路のインピーダンスダンスの抵抗分と整合するように、前記第１、第２及び第３の電極の配列方向と直交する方向の寸法をそれぞれ互いに異なるように設定して三重モード水晶フィルタを構成する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の三重モード水晶フィルタは、入出力の電極の配列方向と直交する方向の寸法を互いに異なるように設定したため、入出力インピーダンスが互いに異なり、実装するＩＦ回路のフィルタの前後段のインピーダンスの抵抗分に整合できると共に、通過域近傍に生じるスプリアスを大幅に抑圧でき、さらに部品点数を削減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】
【００１２】
図１は本発明に係る三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、（ｂ）は断面図である。ＡＴカット水晶板１の主表面上にＺ’軸方向に沿って第１、第２及び第３の電極２、３、４をそれぞれ間隙ｇ１、ｇ２を隔して配列すると共に、第１、第２及び第３の電極２、３、４と対向して第４の電極５を配設する。第１、第２及び第３の電極２、３、４のＸ軸方向（配列方向であるＺ’軸と直交する方向）の寸法をそれぞれ互いに異なるように設定すると共に、第１、第２、第３及び第４の電極２、３、４、５から水晶基板１の端部に向けて、リード電極２’、３’、４’、５’を延在する。そして、リード電極２’を入力端子に、リード電極４’を出力端子に、リード電極３’、５’を接地して三重モード水晶フィルタを構成する。
図１（ａ）に示すような電極構成とすることにより、三重モード水晶フィルタの入出力インピーダンスの抵抗分を、実装するＩＦ回路の前後段の回路のインピーダンスダンスの抵抗分と整合させることができ、且つ通過域近傍の高域側に生じるスプリアスを抑圧することが可能となる。
【００１３】
図２は第２の実施の形態の構成を示す図であって、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＱ−Ｑにおける断面図である。図１と異なるところは電極間間隙ｇ１、ｇ２を同一の間隙とすると共に、第１、第２及び第３の電極２、３ａ、４ａのＺ’軸方向の寸法Ｗ１を全て同一とする。さらに、第１の電極２のＸ軸方向の寸法をＬ１とし、第２、第３の電極３ａ、４ａのＸ軸方向の寸法を同くＬ２として、Ｌ１とＬ２の寸法と互いに異ならせるようして三重モード水晶フィルタを構成する。
このような電極構成とすることにより、三重モード水晶フィルタの入出力インピーダンスの抵抗分を、実装するＩＦ回路の前後段の回路のインピーダンスダンスの抵抗分と整合させることができ、且つ通過域近傍の高域側に生じるスプリアスを抑圧することが可能となる。
【００１４】
図３に示すフィルタ特性は、図２（ａ）に示すような電極構成を用い、中心周波数ｆ０が１１０ＭＨｚ、３ｄＢ帯域幅が±１８ｋＨｚ、入力インピーダンスの抵抗分が１．２ｋΩ、出力インピーダンスの抵抗分が２．２ｋΩになるように設計した三重モード水晶フィルタのフィルタ特性である。このフィルタ特性から通過帯域幅と入出力インピーダンスの抵抗分は要求仕様を十分に満たしている。さらに、スプリアスの値も２０ｄＢと改善され、中心周波数ｆ０＋６０ｋＨｚ以上で１０ｄＢ以上というスプリアス規格を十分に満たしていることが分かる。
【００１５】
図４は第３の実施の形態の構成を示す図であって、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＱ−Ｑにおける断面図である。図１と異なるところは電極間間隙ｇ１、ｇ２を同一の間隙とすると共に、第１、第２及び第３の電極２、３ｂ、４ｂのＺ’軸方向の寸法Ｗ１を全て同一とする。さらに、第１、第２の電極２、３ｂのＸ軸方向の寸法をＬ１とし、第３の電極４ｂのＸ軸方向の寸法をＬ２として、Ｌ１とＬ２の寸法と互いに異ならせるようして三重モード水晶フィルタを構成する。
このような電極構成とすることにより、三重モード水晶フィルタの入出力インピーダンスの抵抗分を、実装するＩＦ回路の前後段の回路のインピーダンスダンスの抵抗分と整合するようにすることができ、且つ通過域近傍の高域側に生じるスプリアスを抑圧することが可能となる。
【００１６】
以上の実施例ではＡＴカット水晶板１のＺ’軸方向に沿って３つの電極を配列した三重モード水晶フィルタについて説明したが、水晶板１のＸ軸方向に沿って３つの電極を配置して構成した三重モード水晶フィルタにも本発明が適用できることは説明するまでもない。
また、三重モード水晶フィルタの第４の電極５について一枚の電極として説明したが、第１、第２及び第３の電極同様に３分割して構成した三重モード水晶フィルタについても本発明は適用できることは言うまでもない。さらに、第４の電極５の形状については対向する第１、第２、第３の電極の大きさより小さくないように設定すればよい。
また、以上の実施例では不平衡型の三重モード水晶フィルタについて説明したが、リード電極５’を接地せずに構成すれば平衡型の三重モード水晶フィルタを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る三重モード水晶フィルタの構造を示した概略構成図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図ある。
【図２】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あって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図ある。
【図３】第２の実施例の電極構成に基づいて試作した三重モード水晶フィルタのフィルタ特性である。
【図４】第３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あって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図ある。
【図５】従来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あって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図ある。
【図６】図５に示した電極構成を用いて試作した三重モード水晶フィルタのフィルタ特性である。
【図７】従来の縦続接続型二重モード水晶フィルタの構造を示した概略構成図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図ある。
【図８】（ａ）、（ｂ）は従来の例に倣って試作した三重モード水晶フィルタの構造を示した平面図である。
【図９】図８（ｂ）の電極構成を用いて試作した三重モード水晶フィルタのフィルタ特性である。
【符号の説明】
【００１８】
１  水晶板
２、３、３ａ、３ｂ、４、４ａ、４ｂ、５  電極
２’、３’、４’、５’  リード電極
ｇ１、ｇ２  電極間間隙
【図１】
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【図２】
2005167577.tif 000004
【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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