(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
四ホウ酸リチウム基板と、前記四ホウ酸リチウム基板上に形成された弾性表面波フィルタと、前記弾性表面波フィルタと負荷との間に挿入された整合用素子とを有する弾性表面波装置において、
前記整合用素子と前記負荷とで形成された終端インピーダンスＺ（Ｔ）の温度Ｔに対する変化が次式
0003770977.tif 000007
の範囲内であることを特徴とする弾性表面波装置。
【請求項２】
四ホウ酸リチウム基板と、前記四ホウ酸リチウム基板上に形成された弾性表面波フィルタと、前記弾性表面波フィルタと負荷との間に挿入された整合用素子とを有する弾性表面波装置において、
前記整合用素子がインダクタンスとキャパシタンスにより構成され、
前記キャパシタンスＣの温度係数ＣTが次式
−１２０ｐｐｍ／℃≦ＣT≦１２０ｐｐｍ／℃
の範囲内であり、
前記インダクタンスＬ（Ｔ）の温度Ｔに対する変化が次式
-0.082T+1.222≦{L(T)-L(25℃)}／L(25℃)≦-0.082T+3.153
の範囲内であることを特徴とする弾性表面波装置。
【請求項３】
四ホウ酸リチウム基板と、前記四ホウ酸リチウム基板上に形成された弾性表面波フィルタと、前記弾性表面波フィルタと負荷との間に挿入された整合用素子とを有する弾性表面波装置において、
前記整合用素子がインダクタンスとキャパシタンスにより構成され、
前記インダクタンスＬの温度係数ＬTが次式
−１２０ｐｐｍ／℃≦ＬT≦１２０ｐｐｍ／℃
の範囲内であり、
前記キャパシタンスＣ（Ｔ）の温度Ｔに対する変化が次式
-0.084T+1.244≦{C(T)-C(25℃)}／C(25℃)≦-0.084T+3.244
の範囲内であることを特徴とする弾性表面波装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の弾性表面波装置において、
前記弾性表面波フィルタは、少なくとも２個の櫛形電極と、これら櫛形電極の両側に設けられた反射器とを有するエネルギー閉じ込め型弾性表面波フィルタであることを特徴とする弾性表面波装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体通信機器等の中間周波フィルタ等に使用される、四ホウ酸リチウム基板を用いた弾性表面波フィルタと整合用素子とを有する弾性表面波装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話やコードレス電話等の移動体通信機器は、急速に普及しており、加入者増に対応するため、アナログ方式からデジタル方式への切り替えが盛んに検討されている。アナログ方式の場合、移動体通信機器の中間周波フィルタは、狭帯域であること、すなわち、比帯域幅で０．１％以下の特性が要求されている。これに対し、デジタル方式の場合、その中間周波フィルタは、比帯域幅が０．２％〜０．４％と比較的広帯域で低損失、近傍減衰量が良好なフィルタ特性が要求されている。
【０００３】
このようなデジタル方式に対する要求を満足するためには、アナログ方式用として従来から使用されていた水晶基板ではなく四ホウ酸リチウム基板が有効であることが、本願出願人による特願平７−１０９１４６において提案されている。一方、中間周波フィルタは、周辺のミキサーやＩＣに接続するために、一般的には、整合用素子としてインダクタンスとキャパシタンスを用いて、インピーダンス変換している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、整合用素子の温度特性により、常温では良好な整合状態であっても、低温側又は高温側でインピーダンス整合がずれてリターンロスが劣化し、ミキサーやＩＣの誤動作等を引き起こすおそれがあった。
本発明の目的は、四ホウ酸リチウム基板上に形成された弾性表面波フィルタと整合用素子とを有し、その温度特性、特に、低温側及び高温側でのインピーダンス整合を改善した弾性表面波装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、四ホウ酸リチウム基板と、前記四ホウ酸リチウム基板上に形成された弾性表面波フィルタと、前記弾性表面波フィルタと負荷との間に挿入された整合用素子とを有する弾性表面波装置において、前記整合用素子と前記負荷とで形成された終端インピーダンスＺ（Ｔ）の温度Ｔに対する変化が次式
0003770977.tif 000002
の範囲内であることを特徴とする。これにより、温度に対するリターンロスの劣化を抑圧できる。
【０００６】
本発明は、四ホウ酸リチウム基板と、前記四ホウ酸リチウム基板上に形成された弾性表面波フィルタと、前記弾性表面波フィルタと負荷との間に挿入された整合用素子とを有する弾性表面波装置において、前記整合用素子がインダクタンスとキャパシタンスにより構成され、前記キャパシタンスＣの温度係数ＣTが次式
−１２０ｐｐｍ／℃≦ＣT≦１２０ｐｐｍ／℃
の範囲内であり、前記インダクタンスＬ（Ｔ）の温度Ｔに対する変化が次式
-0.082T+1.222≦{L(T)-L(25℃)}／L(25℃)≦-0.082T+3.153
の範囲内であることを特徴とする。これにより、温度に対するリターンロスの劣化を抑圧できる。
【０００７】
本発明は、四ホウ酸リチウム基板と、前記四ホウ酸リチウム基板上に形成された弾性表面波フィルタと、前記弾性表面波フィルタと負荷との間に挿入された整合用素子とを有する弾性表面波装置において、前記整合用素子がインダクタンスとキャパシタンスにより構成され、前記インダクタンスＬの温度係数ＬTが次式
−１２０ｐｐｍ／℃≦ＬT≦１２０ｐｐｍ／℃
の範囲内であり、前記キャパシタンスＣ（Ｔ）の温度Ｔに対する変化が次式
-0.084T+1.244≦{C(T)-C(25℃)}／C(25℃)≦-0.084T+3.244
の範囲内であることを特徴とする。これにより、温度に対するリターンロスの劣化を抑圧できる。
【０００８】
上述した弾性表面波装置において、前記弾性表面波フィルタは、少なくとも２個の櫛形電極と、これら櫛形電極の両側に設けられた反射器とを有するエネルギー閉じ込め型弾性表面波フィルタであることが望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態による弾性表面波装置について図面を用いて説明する。
本実施形態による弾性表面波装置では、四ほう酸リチウム単結晶の圧電基板上に図１に示すような電極構造を形成する。圧電基板上に電極構造列１０、２０による２つの弾性表面波伝搬トラックを形成する。
【００１０】
第１の電極構造列１０として、圧電基板上に、Ｎ1対の入出力用ＩＤＴ１１を設け、この入出力用ＩＤＴ１１の右側に、入出力用ＩＤＴ１１とほぼ同一周期で対数の異なるＮ2対の接続用ＩＤＴ１２を設け、入出力用ＩＤＴ１１と接続用ＩＤＴ１２の外側に、反射器１３、１４を設けている。
第２の電極構造列２０として、圧電基板上に、Ｎ1対の入出力用ＩＤＴ２１を設け、この入出力用ＩＤＴ２１の左側に、入出力用ＩＤＴ２１とほぼ同一周期で対数の異なるＮ2対の接続用ＩＤＴ２２を設け、接続用ＩＤＴ２２と入出力用ＩＤＴ２１の外側に、反射器２３、２４を設けている。
【００１１】
第１の電極構造列１０の接続用ＩＤＴ１２と第２の電極構造列２０の接続用ＩＤＴ２２とは圧電基板上に形成された配線により接続され、第１の電極構造列１０と第２の電極構造列２０とが縦続接続されている。接続用ＩＤＴ１２と接続用ＩＤＴ２２の他端は接地されている。なお、接続用ＩＤＴ１２と接続用ＩＤＴ２２を圧電基板外の配線により接続してもよい。
【００１２】
ＩＤＴの周期ＬＬと反射器の周期Ｌは、隣接する電極指間の距離の２倍として定義され、通常、電極指の中心間距離である。ＩＤＴの対数は、組み合わされた電極指が１本ずつで１対と数え、片方の電極指だけの場合は０．５対と数える。ＩＤＴ間の距離Ｌｉは、各ＩＤＴの最も外側の電極指の中心間距離として定義される。ＩＤＴと反射器間の距離Ｌirは、ＩＤＴの最も外側の電極指と反射器の最も近い電極指との中心間距離として定義される。
【００１３】
ＩＤＴ内の弾性表面波伝搬方向での基板上に電極が形成されている比率を示すメタライズレシオは、電極指の幅をＬidtとして、２×Ｌidt／ＬＬで定義される。反射器内の弾性表面波伝搬方向での基板上に電極が形成されている比率を示すメタライズレシオは、電極指の幅をＬrefとして、２×Ｌref／Ｌで定義される。規格化アルミニウム膜厚ｈ／Ｌは、電極の膜厚ｈを反射器周期Ｌで割った値として定義される。開口長は、各ＩＤＴの重なり幅の最大値として定義される。
【００１４】
第１の電極構造列１０の入出力用ＩＤＴ１１には、負荷Ｚｓとインピーダンス整合するために、インダクタンス１５とキャパシタンス１６からなる整合用素子が接続されている。
第２の電極構造列２０の入出力用ＩＤＴ２１には、負荷Ｚｌとインピーダンス整合するために、インダクタンス２５とキャパシタンス２６からなる整合用素子が接続されている。
【００１５】
圧電基板として、４５゜ＸカットＺ伝搬の四ホウ酸リチウム基板を用い、第１の電極構造列１０及び第２の電極構造列２０における入出力用ＩＤＴ１１、２１の対数を３７．５対とし、接続用ＩＤＴ１２、２２を２５．５対とし、ＩＤＴ１１、１２、２１、２２の電極指の幅を０．２４６λとする。第１の電極構造列１０及び第２の電極構造列２０における反射器１３、１４、２３、２４の電極指本数を７０本とし、電極指幅を０．２５λとする。開口長Ｗを６．５λとし、メタライズレシオを０．５とする。なお、λは反射器１３、１４、２３、２４の電極周期である。
【００１６】
このような弾性表面波フィルタにおいて、中心周波数７１．０ＭＨｚにおける影像インピーダンスを測定した。その測定結果を次の表１に示す。
【００１７】
【表１】
0003770977.tif 000003
一般に、弾性表面波フィルタの整合は、共役複素整合を必要とするため、虚数部の符号を変えた値の終端インピーダンスが必要である。この表から明らかなように、四ホウ酸リチウム基板上に形成したエネルギー閉じ込め型弾性表面波フィルタの温度に対するリターンロスの劣化を抑圧するために必要な終端インピーダンスは、その実数部において、−２０℃で２３．３％の増加、７５℃で１８．７％の減少が必要であり、その虚数部は、−２０℃で８．９％の増加、７５℃で８．４％の減少が必要である。
【００１８】
本願発明者が、弾性表面波フィルタの影像インピーダンスが変化している原因を調査した結果、四ホウ酸リチウム基板の電気機械結合係数の温度変化、誘電率の温度変化、弾性表面波の電極指による反射率の温度変化により、影像インピーダンスが温度変化することが判明した。すなわち、四ホウ酸リチウム基板の電気機械結合係数は、温度上昇に伴い減少し、誘電率は温度上昇に伴い増加し、弾性表面波の反射率は温度上昇に伴い減少することを突き止めた。
【００１９】
影像インピーダンスの温度変化に最も強く影響するのは、櫛形電極の駆動点アドミッタンスＹ（ｗ）であり、それは次式に示すように、電気機械結合係数ｋ2及び誘電率εに比例する。
Ｙ（ｗ）〜ｋ2εＮ3Ｗ
ここで、Ｎは櫛形電極の対数、Ｗは開口長である。
【００２０】
また、弾性表面波の反射率が増加すると駆動点アドミッタンスは増加する。そして、影像インピーダンスの温度変化は、駆動点アドミッタンスとの関係を直接的な式で表すことができないが一定の相関があると考えられる。
表１に対応した終端インピーダンスの場合、リターンロスは、１１ｄＢ以上の値を得ることができる。実用上は、リターンロスの値が９．５ｄＢ以上の値であれば、十分であるので、この点を考慮すると、終端インピーダンスＺ（Ｔ）の温度変化の上下限は図２に示すようになる。したがって、整合用素子と負荷Ｚｓ、Ｚｌにより形成された終端インピーダンスＺ（Ｔ）の温度Ｔに対する変化が、次式
0003770977.tif 000004
の範囲内であれば、リターンロスを９．５ｄＢ以上の値に抑圧された弾性表面波装置を得ることができる。
【００２１】
次に、本実施形態による弾性表面波フィルタにおける影像インピーダンスの温度変化に対応した終端インピーダンスを得るために、整合用素子のキャパシタンスが９ｐＦで温度変化しないとした場合に必要な中心周波数７１．０ＭＨｚにおけるインダクタンスの温度変化を求めた。その測定結果を次の表２に示す。
【００２２】
【表２】
0003770977.tif 000005
表２に対応した終端インピーダンスの場合、リターンロスは、１１ｄＢ以上の値を得ることができる。実用上は、９．５ｄＢ以上の値であれば、十分であるので、その場合の終端インピーダンスの温度変化の上下限は図３に示すようになる。したがって、整合用素子のインダクタンスＬ（Ｔ）の温度Ｔに対する変化が次式
-0.082T+1.222≦{L(T)-L(25℃)}／L(25℃)≦-0.082T+3.153
の範囲内であれば、リターンロスを９．５ｄＢ以上の値に抑圧された弾性表面波装置を得ることができる。
【００２３】
なお、製品のバラツキにより、キャパシタンスＣは、その温度係数ＣTが次式
−１２０ｐｐｍ／℃≦ＣT≦１２０ｐｐｍ／℃
の範囲内で変化してもよい。
一方、本実施形態による弾性表面波フィルタにおける影像インピーダンスの温度変化に対応した終端インピーダンスを得るために、整合用素子のインダクタンスが３９０ｎＨで温度変化しないとした場合に必要な中心周波数７１．０ＭＨｚにおけるキャパシタンスの温度変化求めた。その結果を次の表３に示す。
【００２４】
【表３】
0003770977.tif 000006
表３に対応した終端インピーダンスの場合、リターンロスは、１１ｄＢ以上の値を得ることができる。実用上は、９．５ｄＢ以上の値であれば、十分であるので、その場合の終端インピーダンスの温度変化の上下限は図４に示すようになる。したがって、整合用素子のキャパシタンスＣ（Ｔ）の温度Ｔに対する変化が次式
-0.084T+1.244≦{C(T)-C(25℃)}／C(25℃)≦-0.084T+3.244
の範囲内であれば、リターンロスを９．５ｄＢ以上の値に抑圧された弾性表面波装置を得ることができる。
【００２５】
なお、製品のバラツキにより、インダクタンスＬは、その温度係数ＬTが次式
−１２０ｐｐｍ／℃≦ＬT≦１２０ｐｐｍ／℃
の範囲内で変化してもよい。
【００２６】
【実施例】
［実施例１］
図１の構造の弾性表面波装置を用いた。圧電基板として４５゜ＸカットＺ伝搬の四ホウ酸リチウム基板を用い、第１の電極構造列１０及び第２の電極構造列２０における入出力用ＩＤＴ１１、２１の対数を３７．５対とし、接続用ＩＤＴ１２、２２を２５．５対とし、ＩＤＴ１１、１２、２１、２２の電極指の幅を０．２４６λとした。第１の電極構造列１０及び第２の電極構造列２０における反射器１３、１４、２３、２４の電極指本数を７０本とし、電極指幅を０．２５λとする。開口長Ｗを６．５λとし、メタライズレシオを０．５とした。なお、λは反射器１３、１４、２３、２４の電極周期である。
【００２７】
整合用素子であるインダクタンスとして、温度変化が殆どない（約１０ｐｐｍ／℃）ＴＤＫ（株）製ＡＣＬタイプの３９０ｎＨのものを用いた。整合用素子であるキャパシタンスとして、温度係数が０ｐｐｍ／℃のものの中から、２５℃おいて９ｐＦ、−２０℃において＋３．９％、７５℃において−３．９％のものを選別した。
【００２８】
上述した弾性表面波フィルタと整合用素子を用い、中心周波数７１．０ＭＨｚにおけるリターンロスを、−２０℃、２５℃、７５℃について測定した。その測定結果を図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。図中の点線間がこの弾性表面波フィルタの帯域を示す。
図５から明らかなように、−２０℃、２５℃、７５℃の各温度において、１１ｄＢ以上のリターンロスがあった。
［実施例２］
実施例１と同じ弾性表面波フィルタを用い、整合用素子であるインダクタンスとして、温度変化が殆どない（約１０ｐｐｍ／℃）太陽誘電（株）製ＬＥＭ４５２３タイプの３９０ｎＨのものを用いた。整合用素子であるキャパシタンスとして、温度係数が−７５０ｐｐｍ／℃のものの中から、２５℃において９ｐＦのものを使用した。
【００２９】
上述した弾性表面波フィルタと整合用素子を用い、中心周波数７１．０ＭＨｚにおけるリターンロスを、−２０℃、２５℃、７５℃について測定した。その結果、図６から明らかなように、−２０℃、２５℃、７５℃の各温度において、１０ｄＢ以上のリターンロスがあった。
［比較例］
実施例１と同じ弾性表面波フィルタを用い、整合用素子として、（株）村田製作所製ＧＲＭ４０タイプで温度係数が殆ど零（約１０ｐｐｍ／℃）の９ｐＦのチップキャパシタンスと、ＴＤＫ（株）製ＮＬ３２５２２タイプで温度係数が正の３９０ｎＨのチップインダクタンスの中から、常温において整合する値のものを選択した。
【００３０】
この弾性表面波フィルタと整合用素子を用い、中心周波数７１．０ＭＨｚにおけるリターンロスを、−２０℃、２５℃、７５℃について測定した。その結果、図７（ｂ）に示すように、２５℃では十分にリターンロスが抑圧されているものの、図７（ａ）、（ｃ）に示すように、−２０℃、７５℃の各温度においてはリターンロスが十分に抑圧されず、実用上要求される９．５ｄＢ以下となった。
【００３１】
その結果、常温では、整合状態が良くても、低温側及び高温側でインピーダンス整合がずれ、リターンロスが劣化し、ミキサやＩＣの誤動作等、実用上問題があった。
【００３２】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、四ホウ酸リチウム基板の電気機械結合係数、誘電率、弾性表面波の反射率の温度変化に起因した影像インピーダンスの温度変化に対応した終端インピーダンスを使用することで、温度に対する弾性表面波のリターンロスの劣化を実用上十分な値まで抑圧することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による弾性表面波装置の電極構造を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による弾性表面波装置の、中心周波数における最適な終端インピーダンスを示すグラフである。
【図３】弾性表面波装置において最適な終端インピーダンスを得るためのインダクタンスの値を示すグラフである。
【図４】弾性表面波装置において最適な終端インピーダンスを得るためのキャパシタンスの値を示すグラフである。
【図５】実施例１による弾性表面波装置のリターンロスを示すグラフである。
【図６】実施例２による弾性表面波装置のリターンロスを示すグラフである。
【図７】比較例による弾性表面波装置のリターンロスを示すグラフである。
【符号の説明】
１０…第１の電極構造列
１１…入出力用ＩＤＴ
１２…接続用ＩＤＴ
１３、１４…反射器
１５…インダクタンス
１６…キャパシタンス
２０…第１の電極構造列
２１…入出力用ＩＤＴ
２２…接続用ＩＤＴ
２３、２４…反射器
【図１】
0003770977.tif 000008
【図２】
0003770977.tif 000009
【図３】
0003770977.tif 000010
【図４】
0003770977.tif 000011
【図５】
0003770977.tif 000012
【図６】
0003770977.tif 000013
【図７】
0003770977.tif 000014