(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の圧電基板上で、少なくとも一対の櫛歯状電極を有する複数の弾性表面波共振子を対称格子状に接続して成る弾性表面波フィルタであって、前記複数の弾性表面波共振子はＴ×Ｋ（Ｔ：櫛歯状電極の電極指の対数、Ｋ：電極指の交差幅）および共振周波数が異なる２種のものからなり、共振周波数の高い方の第１種の弾性表面波共振子をＴ1×Ｋ1、共振周波数の低い方の第２種の弾性表面波共振子をＴ2×Ｋ2とした場合、（Ｔ1×Ｋ1）／（Ｔ2×Ｋ2）≧１．２であることを特徴とする弾性表面波フィルタ。
【請求項２】
請求項１の弾性表面波フィルタを用い、前記弾性表面波フィルタを弾性表面波フィルタＡとし、（Ｔ1×Ｋ1）／（Ｔ2×Ｋ2）＞１のものを弾性表面波フィルタＢとし、弾性表面波フィルタＡと弾性表面波フィルタＢとが多段接続されていることを特徴とする弾性表面波フィルタ。
【請求項３】
圧電基板が３６°Ｙカット−Ｘ伝搬のタンタル酸リチウム単結晶からなり、Ｒ＝（Ｔ1×Ｋ1）／（Ｔ2×Ｋ2）とした場合に前記Ｒは、
Ｒ＝−１．１／｛１００×（ｆL−ｆ0）／ｆ0＋Ａ｝＋Ｂ
Ｒ＝１．４／｛１００×（ｆH−ｆ0）／ｆ0−Ａ｝＋Ｂ
２．８≦Ａ≦５．２
０．９８≦Ｂ＜１．００
（ｆ0：フィルタの中心周波数、ｆL：低周波側の減衰極の周波数、ｆH：高周波側の減衰極の周波数）で決定される請求項１又は２記載の弾性表面波フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体通信機器等に用いられる弾性表面波フィルタであって、複数の弾性表面波共振子を対称格子状に配設した不平衡入力−平衡出力型あるいは平衡入力−不平衡出力型の弾性表面波フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の弾性表面波（Surface Acoustic Wave で、以下、ＳＡＷと略す）共振子の基本構成の平面図を図６に示す。同図において、４は一対の櫛歯状電極（Inter Digital Transducerで、以下、ＩＤＴ電極という）であり、ＩＤＴ電極４のＳＡＷ伝搬路上の両端にはＳＡＷを効率良く共振させるための反射器５が配置される。ＩＤＴ電極４及び反射器５は、例えば３６°Ｙカット−Ｘ伝搬のタンタル酸リチウム単結晶等からなる圧電基板上に、フォトリソグラフィ法、蒸着法等によりＡｌ等のパターンを形成して作製される。尚、ＩＤＴ電極４の電極指の対数は数１０〜数１００対にも及ぶため、同図では簡略化して描いてある。
【０００３】
近年、電波を利用する電子機器用の帯域通過フィルタ等の周波数フィルタ（以下、フィルタという）、遅延線、発振器等用の電子部品として、多くのＳＡＷ共振子やＳＡＷフィルタが用いられている。特に小型・軽量でかつフィルタとしての急峻遮断性能が高いＳＡＷフィルタは、移動体通信分野において、携帯電話等の携帯端末装置のＲＦ（Radio Frequency ：無線周波数あるいは高周波）段及びＩＦ（Intermediate  Frequency ：中間周波数）段のフィルタとして多用されてきており、通過帯域端部近傍を含めた通過帯域外減衰量が大きく通過帯域内で低損失の特性を有するＳＡＷフィルタに対する要望が強い。
【０００４】
また、移動体通信機器等の小型・軽量化及び低コスト化のための使用部品の削減により、ＳＡＷフィルタに新たな機能の付加が要求されてきている。その一つに、ＲＦ段等とＩＦ段等との段間に使用されるＳＡＷフィルタに対して、不平衡入力−平衡出力型あるいは平衡入力−不平衡出力型に構成できるようにとの要求がある。
【０００５】
従来のＳＡＷフィルタは、一般的に不平衡入力−不平衡出力型であるため、ＳＡＷフィルタ後段の回路や電子部品が平衡入力型となっている場合は、ＳＡＷフィルタと後段との間に、バラン回路等の不平衡−平衡変換器を挿入した回路構成を採っていた。同様に、ＳＡＷフィルタ前段の回路や電子部品が平衡出力型となっている場合は、前段とＳＡＷフィルタとの間に平衡−不平衡変換器を挿入した回路構成となっていた。
【０００６】
現在、不平衡−平衡変換器あるいは平衡−不平衡変換器を削除するために、ＳＡＷフィルタに平衡−不平衡変換器機能あるいは不平衡−平衡変換器機能を持たせた、不平衡入力−平衡出力型ＳＡＷフィルタあるいは平衡入力−不平衡出力型ＳＡＷフィルタ（以下、平衡型ＳＡＷフィルタと略す）の実用化が進められている。
【０００７】
また、移動体通信機器用のフィルタは、携帯端末装置の小型化、低電力化のために低損失であるのが望ましい。その上、受信用及び送信用として用いられる共用フィルタには、受信帯域と送信帯域のそれぞれの帯域外に抑止帯域（あるいは阻止帯域）があり、通過帯域端部近傍から広い範囲に渡って高減衰であることが強く要求されている。更に、移動体通信システムによっては局所的に特定の周波数領域のみかなり大きい減衰量が要求される場合がある。
【０００８】
このようななかで、ＳＡＷ共振子からなる４個のインピーダンス素子を対称格子状に配置した格子型ＳＡＷフィルタが期待されており、これは、共振周波数の異なる２種類のＳＡＷ共振子を２個ずつの計４個でブリッジ回路を構成したものであり、平衡型ＳＡＷフィルタを実現できると共に通過帯域内において低損失となる。
【０００９】
上記格子型ＳＡＷフィルタの従来例として、一方のＳＡＷ共振子と他方のＳＡＷ共振子のＩＤＴ電極の容量差を±５％以内に設定することにより、通過帯域外の広い周波数範囲で高い減衰量を得るものが提案されている（特開平８−６５０９９号公報参照）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の格子型ＳＡＷフィルタは、図５のフィルタ特性のグラフに示すように、通過帯域（８００〜８５０ＭＨｚ程度）から離れるに従い高減衰であるが、通過帯域端部近傍の減衰量を大きくとることができず、通過帯域と通過帯域外との遮断特性が悪いという問題がある。また、通過帯域から離れた特定の周波数領域を大きく減衰させることができないという問題もある。
【００１１】
従って、本発明は上記事情に鑑みて完成されたものであり、その目的は通過帯域端部近傍に高減衰域（高減衰極）を有し、また通過帯域端部近傍に高減衰域（高減衰極）を有すると共に所望の周波数領域で大きな減衰量が得られるものとすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のＳＡＷフィルタは、同一の圧電基板上で、少なくとも一対の櫛歯状電極を有する複数の弾性表面波共振子を対称格子状に接続して成る弾性表面波フィルタであって、前記複数の弾性表面波共振子はＴ×Ｋ（Ｔ：櫛歯状電極の電極指の対数、Ｋ：電極指の交差幅）および共振周波数が異なる２種のものからなり、共振周波数の高い方の第１種の弾性表面波共振子をＴ1×Ｋ1、共振周波数の低い方の第２種の弾性表面波共振子をＴ2×Ｋ2とした場合、（Ｔ1×Ｋ1）／（Ｔ2×Ｋ2）≧１．２であることを特徴とし、通過帯域端部近傍に高減衰域（高減衰極）を設定することができる。
【００１３】
また、本発明のＳＡＷフィルタは、上記弾性表面波フィルタを用い、前記弾性表面波フィルタを弾性表面波フィルタＡとし、（Ｔ1 ×Ｋ1 ）／（Ｔ2 ×Ｋ2 ）＞１のものを弾性表面波フィルタＢとし、弾性表面波フィルタＡと弾性表面波フィルタＢとが多段接続されている特徴とし、これにより、通過帯域端部近傍に高減衰域（高減衰極）を設定できると共に、通過帯域から離れた周波数領域でも大きな減衰量が得られる。
【００１４】
更に、本発明において好ましくは、圧電基板が３６°Ｙカット−Ｘ伝搬のタンタル酸リチウム単結晶からなり、Ｒ＝（Ｔ1×Ｋ1）／（Ｔ2×Ｋ2）とした場合に前記Ｒは、
Ｒ＝−１．１／｛１００×（ｆL−ｆ0）／ｆ0＋Ａ｝＋Ｂ
Ｒ＝１．４／｛１００×（ｆH−ｆ0）／ｆ0−Ａ｝＋Ｂ
２．８≦Ａ≦５．２
０．９８≦Ｂ＜１．００
（ｆ0：フィルタの中心周波数、ｆL：低周波側の減衰極の周波数、ｆH：高周波側の減衰極の周波数）で決定される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明のＳＡＷフィルタＦを図１〜図４に示す。また、以下、簡単のためＴ×Ｋ＝Ｓと表す。図１（ａ）は、一対のＩＤＴ電極を有する４個のＳＡＷ共振子３ａ，３ａ，３ｂ，３ｂを対称格子状に接続して成り、対称位置にある第１種のＳＡＷ共振子３ｂ，３ｂのＳをＳ1 ＝Ｔ1 ×Ｋ1 、同様に対称位置にある第２種のＳＡＷ共振子３ａ，３ａのＳをＳ2 ＝Ｔ2 ×Ｋ2 とした場合、Ｓ1 ／Ｓ2 ≧１．２であるＳＡＷフィルタを２段接続したものである。勿論、同図において、１段のみであってもよい。
【００１６】
また、同図（ｂ）は（ａ）のもののフィルタ特性のグラフであり、通過帯域端部近傍に減衰極が生じる。
【００１７】
図２（ａ）は、４個のＳＡＷ共振子３ａ，３ａ，３ｂ，３ｂを対称格子状に接続して成り、第１種のＳＡＷ共振子３ｂ，３ｂのＳをＳ1 ＝Ｔ1 ×Ｋ1 、第２種のＳＡＷ共振子３ａ，３ａのＳをＳ2 ＝Ｔ2 ×Ｋ2 とした場合、Ｓ1 ／Ｓ2 ≧１．２であるＳＡＷフィルタＡを前段とし、４個のＳＡＷ共振子３ｃ，３ｃ，３ｄ，３ｄを対称格子状に接続して成り、第１種のＳＡＷ共振子３ｄ，３ｄのＳをＳ12＝Ｔ12×Ｋ12（Ｓ1 をＳ12に、Ｔ1 をＴ12に、Ｋ1 をＫ12に置き換える）、第２種のＳＡＷ共振子３ｃ，３ｃのＳをＳ22＝Ｔ22×Ｋ22（Ｓ2 をＳ22に、Ｔ2 をＴ22に、Ｋ2 をＫ22に置き換える）とした場合、Ｓ12／Ｓ22＞１であるＳＡＷフィルタＢを後段として、ＳＡＷフィルタＡとＳＡＷフィルタＢとを２段接続（縦続接続）したものである。勿論、同図において、ＳＡＷフィルタＡとＳＡＷフィルタＢを入れ換えたり、これらのいずれかをより多段接続してもよい。
【００１８】
また、同図（ｂ）は（ａ）のもののフィルタ特性のグラフであり、通過帯域端部近傍と通過帯域から離れた周波数領域に減衰極が設定できる。
【００１９】
更に、同図において、ＳＡＷフィルタＢのＳ12／Ｓ22の値を種々に設定したものを多段接続して、より多くの減衰極を任意の周波数領域に設定することもできる。
【００２０】
またこの場合、１＜Ｓ12／Ｓ22＜１．２とすることにより、ＳＡＷフィルタＢによって生じる減衰極とＳＡＷフィルタＡにより生じる減衰極が重複せずに、ＳＡＷフィルタＡは通過帯域に近い周波数領域に、ＳＡＷフィルタＢは通過帯域にから離れた周波数領域にそれぞれ減衰極を設定できる。
【００２１】
尚、図１，図２において、１ａ，１ｂは２つの入力端子、２ａ，２ｂは２つの出力端子である。
【００２２】
ここで、上記ＴはＩＤＴ電極の電極指の対数、Ｋは電極指の交差幅であり、Ｓ＝Ｔ×ＫはＳＡＷ共振子の等価電気容量に比例するものである。前記等価電気容量は、図４に示すＳＡＷ共振子の等価回路のＣ0 に相当する。また、等価電気容量Ｃ0 は圧電基板の誘電率にもよるが、同一の圧電基板においてはＴ，Ｋによって決定される。更に、Ｓの値が大きい方が等価電気容量が大きく、また電極指のピッチを小さくすることにより共振周波数を高くしている。
【００２３】
一般に、一つのＳＡＷ共振子は、インピーダンスが極小値となる共振周波数とインピーダンスが極大値となる反共振周波数を有する。そして、本発明は基本的に、共振周波数の異なる２種類のＳＡＷ共振子を各２個ずつの計４個を、２つの入力端子と２つの出力端子との間に対称格子状（ブリッジ型）に配設してなる構造を有する。
【００２４】
この構成において、図３に示すように、原理的にはＳ1 ／Ｓ2 ＝１のとき低周波側の減衰極は０Ｈｚで高周波側の減衰極は無限大の周波数位置に発生する。そして、Ｓ1 ／Ｓ2 が１より大きくなるに従い、低周波側の減衰極は高周波側に移動し、共振周波数が低い方のＳＡＷ共振子の共振周波数に近づいていく。同時に、高周波側の減衰極は低周波側に移動し、共振周波数が高い方のＳＡＷ共振子の反共振周波数に近づいていく。
【００２５】
図３（ａ）は、圧電基板が３６°Ｙカット−Ｘ伝搬のタンタル酸リチウム単結晶の場合に、Ｓ1 ／Ｓ2 （横軸）と（ｆL −ｆ0 ）／ｆ0 ×１００（縦軸）との関係を表したグラフで、Ｓ1 ／Ｓ2 ＞１で１の近傍のときに（ｆL −ｆ0 ）／ｆ0 ×１００＝−４０．０、ｆ0 ＝８００ＭＨｚとして、ｆL ≒４４０ＭＨｚとなり、Ｓ1 ／Ｓ2 ≧１．２とすると通過帯域端部近傍に減衰極を設定できることが判る。
【００２６】
同様に、（ｂ）は圧電基板が３６°Ｙカット−Ｘ伝搬のタンタル酸リチウム単結晶の場合に、Ｓ1 ／Ｓ2 （横軸）と（ｆH −ｆ0 ）／ｆ0 ×１００（縦軸）との関係を表したグラフで、Ｓ1 ／Ｓ2 ＞１で１の近傍のときに（ｆH −ｆ0 ）／ｆ0 ×１００＝５０．０、ｆ0 ＝８００ＭＨｚでｆH ≒１２００ＭＨｚとなり、Ｓ1 ／Ｓ2 ≧１．２とすると通過帯域端部近傍に減衰極を設定できることが判る。
【００２７】
また、Ｓ1 ／Ｓ2 ≧１．２とすることにより、低周波側の減衰極及び高周波側の減衰極を、中心周波数からそれぞれ約１０％以内離れたところに設けることができ、移動体通信用として要求される急峻な遮断特性を得ることができる。また、Ｓ1 ／Ｓ2 ≧１．２の領域では、Ｓ1 ／Ｓ2 ＝１．２を変曲点としてＳ1 ／Ｓ2 の変化に対し減衰極位置の変化が緩やかになるため、減衰極位置の制御がし易く、その結果所望の周波数で減衰極を有するフィルタを安定的に製造することができるという効果もある。
【００２８】
同図におけるＳ1／Ｓ2のグラフは実験的に得られたものであり、Ｒ＝Ｓ1／Ｓ2とすると、（ａ）において、Ｒ＝−１．１／｛１００×（ｆL−ｆ0）／ｆ0＋４｝＋０．９８（Ａ＝４，Ｂ＝０．９８）と表され、（ｂ）において、Ｒ＝１．４／｛１００×（ｆH−ｆ0）／ｆ0−４｝＋０．９８（Ａ＝４，Ｂ＝０．９８）と表される。
【００２９】
上記式において、２．８≦Ａ≦５．２（４．０±１．２）であり、この範囲外では減衰極の位置が中心値の４．０％から１．２％（ｆ0 ＝８３６ＭＨｚでは１０ＭＨｚ程度に相当）以上ずれることになり、遮断特性が劣化したり通過帯域が狭くなりすぎる。好ましくは、３．８≦Ａ≦４．２（４．０±０．２）である。また、０．９８≦Ｂ＜１．００（０．９９±０．０１）であり、１．００以上では低周波側の減衰極は０Ｈｚ、高周波側の減衰極は無限大の周波数位置に発生することになり、０．９８未満では中心値の０．９９に対して圧電基板材料及びＩＤＴ電極等のパターン作製バラツキ等によるＲのバラツキへの影響が大きくなり、その結果遮断特性が劣化する等の問題が生ずる。
【００３０】
本発明のＳＡＷフィルタＦが主に使用される移動体通信機器における、ＲＦフィルタの通過帯域幅は中心周波数（８００〜９００ＭＨｚ）の１％〜５％（比帯域幅）である。これを実現するための圧電基板は、２％以上の電気機械結合係数を有することが望ましい。具体的には、３６°Ｙカット−Ｘ伝搬タンタル酸リチウム単結晶，６４°Ｙカット−Ｘ伝搬ニオブ酸リチウム単結晶，４１°Ｙカット−Ｘ伝搬ニオブ酸リチウム単結晶等を挙げることができる。特に３６°Ｙカット−Ｘ伝搬タンタル酸リチウム単結晶は温度特性等が良好であり有用である。
【００３１】
本発明において、一つのＳＡＷフィルタＦに使用されるＳＡＷ共振子は４個に限定されず、５個以上設けても構わない。この場合、ブリッジの対称位置において同数とするのがよい。
【００３２】
かくして、本発明は、通過帯域端部近傍に高減衰極を有し、また通過帯域端部近傍に高減衰極を有すると共に所望の周波数領域で大きな減衰量が得られるという作用効果を有する。
【００３３】
尚、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更は何ら差し支えない。
【００３４】
【実施例】
本発明の実施例を以下に説明する。
【００３５】
（実施例１）
図１のＳＡＷフィルタＦを以下のように構成した。共振周波数の高い方のＳＡＷ共振子３ｂ，３ｂの共振周波数を、共振周波数の低い方のＳＡＷ共振子３ａ，３ａの反共振周波数にほぼ一致させることにより、平坦な通過帯域特性が得られる。本実施例では、第１種のＳＡＷ共振子３ｂ，３ｂ同士、又は第２種のＳＡＷ共振子３ａ，３ａ同士ではそれぞれ同じものを用いたが、所望の特性により、第１種又は第２種の各々のグループにおいて、個々の共振周波数を微妙にずらすことも可能である。
【００３６】
そして、ＳＡＷ共振子３ｂ，３ｂにおいて、Ｔ1 ＝９４対、Ｋ1 ＝８０μｍ、Ｓ1 ＝７５２０、（等価電気容量）＝３．００ｐＦとし、ＳＡＷ共振子３ａ，３ａにおいて、Ｔ2 ＝９４対、Ｋ2 ＝６０μｍ、Ｓ2 ＝５６４０、（等価電気容量）＝２．２６ｐＦとし、Ｓ1 ／Ｓ2 ＝１．３３とした。
【００３７】
上記構成により、図１（ｂ）に示すような良好な通過帯域端部近傍の遮断特性が得られ、通過帯域の中心周波数約８１５ＭＨｚ、比帯域幅約４％、通過帯域における損失約２ｄＢ、減衰極での減衰量約５０ｄＢが得られた。
【００３８】
また、ＳＡＷフィルタＦの作製方法について以下に説明する。
【００３９】
３６°Ｙカット−Ｘ伝搬タンタル酸リチウム単結晶からなる圧電基板の一主面に、Ａｌ，Ａｌ合金の金属薄膜を蒸着法、スパッタリング法等の薄膜形成法を用いて成膜する。その後、フォトレジストを金属薄膜上に塗布し、ＩＤＴ電極等のパターンを形成するためのフォトマスクを用いて紫外光等により露光を行う。次に、圧電基板を現像液に浸漬しフォトレジストのパターニングを行い、フォトレジストをマスクとしてウエットエッチング法又ドライエッチング法により金属薄膜をパターニングし、ＳＡＷフィルタＦを作製する。尚、本実施例は金属薄膜のエッチングによる電極形成法であるが、リフトオフ法によっても同様に作製できる。
【００４０】
（実施例２）
図２のものを以下のように構成した。ＳＡＷフィルタＡは図１のものと同じであり、ＳＡＷフィルタＢについて、ＳＡＷ共振子３ｄ，３ｄにおいて、Ｔ12＝９４対、Ｋ12＝８０μｍ、Ｓ12＝７５２０、（等価電気容量）＝３．００ｐＦとし、ＳＡＷ共振子３ｃ，３ｃにおいて、Ｔ22＝９４対、Ｋ22＝７９μｍ、Ｓ22＝７４２６、（等価電気容量）＝２．９７ｐＦとし、Ｓ12／Ｓ22＝１．０１とした。
【００４１】
上記構成により、図２（ｂ）に示すように、通過帯域端部近傍の良好な遮断特性と、通過帯域から離れた低周波側及び高周波側での更なる減衰極とが得られ、特に高周波側の１．２〜１．３ＧＨｚで良好な減衰特性（減衰量５０ｄＢ以上）となった。また、通過帯域の中心周波数約８１５ＭＨｚ、比帯域幅約４％、通過帯域における損失約２ｄＢであった。
【００４２】
本発明は、共振周波数の高い方の第１種のＳＡＷ共振子のＳをＳ1＝Ｔ1×Ｋ1、共振周波数の低い方の第２種のＳＡＷ共振子のＳをＳ2＝Ｔ2×Ｋ2とした場合、Ｓ1／Ｓ2≧１．２とする、又は、Ｓ1／Ｓ2≧１．２のＳＡＷフィルタＡとＳ1／Ｓ2＞１のＳＡＷフィルタＢとを多段接続することにより、通過帯域端部近傍に高減衰極を有し、また通過帯域端部近傍に高減衰極を有すると共に所望の周波数領域で大きな減衰量が得られるという作用効果を有する。
【００４３】
また、本発明は、通過帯域内で低挿入損失なものとなり、更に不平衡入力−平衡出力又は平衡入力−不平衡出力が可能となるので、移動体通信機器用の携帯端末装置の小型軽量化、低電力化が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＳＡＷフィルタＦの第１の実施例を示し、（ａ）はそのブロック回路図、（ｂ）はフィルタ特性のグラフである。
【図２】本発明のＳＡＷフィルタＦの第２の実施例を示し、（ａ）はそのブロック回路図、（ｂ）はフィルタ特性のグラフである。
【図３】図３（ａ）は、圧電基板が３６°Ｙカット−Ｘ伝搬のタンタル酸リチウム単結晶の場合の、Ｓ1 ／Ｓ2 と（ｆL −ｆ0 ）／ｆ0 ×１００との関係を表したグラフ、（ｂ）は圧電基板が３６°Ｙカット−Ｘ伝搬のタンタル酸リチウム単結晶の場合の、Ｓ1 ／Ｓ2 と（ｆH −ｆ0 ）／ｆ0 ×１００との関係を表したグラフである。
【図４】ＳＡＷ共振子の等価回路図である。
【図５】従来の平衡型ＳＡＷフィルタのフィルタ特性のグラフである。
【図６】従来のＳＡＷ共振子の基本構成の平面図である。
【符号の説明】
１ａ：入力端子
１ｂ：入力端子
２ａ：出力端子
２ｂ：出力端子
３ａ：第２種のＳＡＷ共振子
３ｂ：第１種のＳＡＷ共振子
３ｃ：第２種のＳＡＷ共振子
３ｄ：第１種のＳＡＷ共振子
４：ＩＤＴ電極
５：反射器
【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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