JP3228223B2 - 弾性表面波フィルタ - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
- H03H9/46—Filters
- H03H9/64—Filters using surface acoustic waves
- H03H9/6423—Means for obtaining a particular transfer characteristic
- H03H9/6433—Coupled resonator filters
- H03H9/6483—Ladder SAW filters
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Description
波共振子(一端子対SAW共振子)を複数用いて構成さ
れた弾性表面波フィルタに関し、より詳細には、複数の
一端子対SAW共振子を梯子型に接続してなる梯子型回
路構成を有する弾性表面波フィルタに関する。
子対SAW共振子を梯子型に接続してなる梯子型回路構
成を有する弾性表面波フィルタが知られている(例え
ば、特公昭56−19765号公報など)。
にその回路の一部を示すように、入力端51と出力端
(図示せず)との間に直列腕が構成されており、該直列
腕に直列共振子S1が接続されている。また、上記直列
腕と基準電位との間に並列共振子P1が接続されてお
り、それによって並列腕が構成されている。なお、図1
0では、1個の直列共振子S1及び1個の並列共振子P
1のみが示されているが、入力端51から出力端に向か
って、複数の直列共振子及び並列共振子を有する複数の
並列腕が構成されている。
振子P1を構成する一端子対SAW共振子は、通常、図
11に示す電極構造を有する。図11に示すように、一
端子対SAW共振子は、圧電性基板(図示せず)上に、
一対のくし歯電極52a,52bを形成することによ
り、1つのインターデジタルトランスデューサ(ID
T)52を形成した構造を有する。IDT52の表面波
伝搬方向両側には、グレーディング型反射器53,54
が配置されている。
共振子及び並列共振子として用いた梯子型回路構成を有
する弾性表面波の代表的なフィルタ特性を図12に示
す。ところで、帯域フィルタにおいては、通過帯域外の
周波数領域における減衰量を大きくすることが求められ
る。このように、帯域外減衰量を高める方法として、図
13に示す影像接続構造が一般的に用いられている。
列共振子とからなる接続構造と、隣接する1個の直列共
振子及び並列共振子からなる接続構造とが、両者の境界
を境として鏡像となるように接続されている構造をい
う。すなわち、図13に破線Aで示す接続構造は、隣接
する破線Bで囲まれた接続構造と、両者の境界部分を境
として鏡像の関係となるように直列共振子及び並列共振
子が接続されている。同様に、破線Cで囲まれている接
続構造は、破線Bで囲まれている接続構造と、両者の境
界を境として鏡像の関係となるように構成されている。
る接続構造の境界部分の両側に、それぞれ、並列共振子
P1,P2が配置されており、両者の接続部分から離れ
た部分にそれぞれ、直列共振子S1,S2が配置されて
いる。
おいては、反射特性(VSWR)が帯域内において小さ
いことが求められる。そして、この反射特性が、一般的
に必要とされる2.0以下とするために、直列共振子S
1,S2,S3と、並列共振子P1,P2,P3との共
振周波数差を調整すればよいことが知られている(信学
技報US95−25、EMD95−21,33(199
5−07)、第39頁〜第46頁)。
成を有する弾性表面波フィルタにおいて、直列共振子S
1,S2,S3の共振周波数と、並列共振子P1,P
2,P3の共振周波数との差を変えることにより、VS
WRを小さくし得ることが知られている。
術では、直列共振子S1,S2,S3の共振周波数と、
並列共振子P1,P2,P3の共振周波数との共振周波
数差を変化させることにより、VSWRを帯域内におい
て低減することが記載されているが、この先行技術に
は、上記共振周波数差を変更した場合、VSWRは、図
14に示すように変化することが記載されている。
列共振子の共振周波数との差が小さい場合には、矢印C
で示すように、低域側においてVSWRが大きくなるこ
と、また上記周波数差が小さい場合には、矢印Dで示す
ように、逆に高域側においてVSWRが大きくなること
が示されている。
は、低域側におけるVSWRを小さくしようとした場合
には、高域側においてVSWRが大きくなり、劣化する
という問題があった。
列共振子を有するラダー型回路構成を有する弾性表面波
フィルタにおいて、帯域内の広い周波数範囲にわたりV
SWRを小さくすることができ、それによって挿入損失
を低減し得る弾性表面波フィルタを提供することにあ
る。
は、入出力端間で構成された直列腕に直列共振子を有
し、該直列腕と基準電位との間に構成された複数の並列
腕にそれぞれ並列共振子を有するラダー型回路構成を有
する弾性表面波フィルタであって、前記直列共振子及び
並列共振子が一端子対弾性表面波共振子により構成され
ており、入力端から出力端に向かって交互に並列共振子
及び直列共振子が配置されており、入力端側から出力端
側に向かって順に第1〜第3の並列腕が構成されてお
り、前記第2の並列腕に接続されている並列共振子の共
振周波数をf1とし、第1,第3の並列腕に接続されて
いる並列共振子の少なくとも一方の並列共振子の共振周
波数をf2としたとき、 f2>f1>0.99×f2 ・・・式(1) とされている ことを特徴とする。
列腕に接続されている並列共振子の共振周波数が、第1
及び/または第3の並列腕に接続されている並列共振子
の共振周波数と異なるように、第2の並列腕に接続され
ている並列共振子の電極指ピッチが、第1及び/または
第3の並列腕に接続されている並列共振子の電極指ピッ
チと異ならされている。
に接続されている並列共振子の電極指ピッチをL1と
し、第1及び/または第3の並列腕に接続されている並
列共振子の電極指ピッチをL2としたときに、 L2<L1<1.01×L2 ・・・式(2) とされている。
具体的な実施例を説明することにより、本発明を明らか
にする。
実施例に係る弾性表面波フィルタの回路構成を示す回路
図である。弾性表面波フィルタ1では、入力端2と出力
端3との間に直列共振子S1,S2が接続されて直列腕
が構成されている。この直列腕と基準電位との間に、複
数の並列腕が構成されている。すなわち、入力端2と直
列共振子S1との間の接続点4と基準電位との間に第1
の並列共振子P1が接続されて、第1の並列腕が構成さ
れている。また、直列共振子S1,S2間の接続点5と
基準電位との間に第2の並列共振子P2が接続されて、
第2の並列腕が構成されている。さらに、直列共振子S
2と出力端3との間の接続点6と基準電位との間に第3
の並列共振子P3が接続されて、第3の並列腕が構成さ
れている。上記直列共振子S1,S2及び並列共振子P
1〜P3を有するラダー型回路構成自体は、従来のラダ
ー型弾性表面波フィルタと同様である。
は、第2の並列共振子P2の共振周波数が、第1,第3
の並列共振子P1,P3の共振周波数と異なることにあ
り、それによってVSWRが帯域内の広い周波数範囲に
わたり小さくされる。これを、以下において説明する。
共振子の共振周波数差を変更することにより、VSWR
が大きくなる周波数位置が変動することが記載されてい
る。この原因は、直列共振子と並列共振子のインピーダ
ンス関係により、様々な共振が生じ、これらの共振のレ
ベルが、上記周波数差により変動するためであると考え
られる。
直列共振子及び並列共振子を有する複数の接続構造を影
像接続してなる従来の弾性表面波フィルタでは、これら
の様々な共振を全て最適化することは困難であった。す
なわち、図13に示した弾性表面波フィルタでは、影像
接続構造を有するため、全ての直列共振子S1〜S3の
共振周波数は同じとされており、また全ての並列共振子
P1〜P3の共振周波数も同一とされていた。従って、
単に直列共振子S1〜S3と並列共振子P1〜P3の周
波数差を調整しただけでは、上述した様々な共振現象を
全て最適化することは非常に困難であった。
振子P1〜P3の共振周波数を異ならせることにより、
上述した帯域内に存在する様々な共振のレベルを最適化
し、それによって帯域内の広い周波数範囲にわたりVS
WRを小さくすることが可能とされている。
列共振子P1〜P3を有する弾性表面波フィルタ1で
は、入力端から出力端に向かって第1〜第3の順に配置
された第1〜第3の並列共振子P1〜P3のうち、中央
に配置された第2の並列共振子P2の共振周波数をf1
とし、第1,第3の並列共振子P1,P3の共振周波数
をf2としたとき、f2>f1とすれば、より好ましく
は、f2>f1>0.99×f2とすれば、特に帯域の
低域側におけるVSWRを十分に小さくすることがで
き、それによって挿入損失を改善することができる。
と同じ接続構造の弾性表面波フィルタとして、圧電性基
板上に、下記の仕様で直列共振子S1,S2及び並列共
振子P1〜P3を形成した構造において、そのVSWR
を測定した。
0μm、対数:100対、リフレクタ本数:100本 並列共振子P1,P3の仕様…開口長:40μm、対
数:90対、リフレクタ本数:100本 並列共振子P2の仕様…開口長:40μm、対数:18
0対、リフレクタ本数:100本 なお、VSWRは、弾性表面波フィルタ1の入力側また
は出力側の反射量を表す指標であり、通過帯域内におい
て小さい程、良好な特性となる。特に、携帯電話用の帯
域フィルタとして用いられる場合、VSWRは通過帯域
において2以下となることが望ましい。
び高域側に、VSWRの極大点E,Fが存在しているこ
とがわかる。これは、上述した先行技術における直列共
振子と並列共振子との共振周波数差と、VSWRとの関
係に関する記載からも明らかなように、一般的な現象で
あり、帯域内における複数の共振現象により生じるもの
である。
の極大点Fが、本実施例及び従来例において、どのよう
に変化するかを比較した。まず、従来例として、全ての
並列共振子P1〜P3の共振周波数を同一とし、この並
列共振子P1〜P3を同時に変化させた場合のVSWR
の変化を図3に示す。
比であり、縦軸はVSWRを示す。なお、従来の設計手
法で最適と思われる基準となる並列共振子の共振周波数
をf 0 とし、これに対して、作製した並列共振子の共振
周波数をf1 とし、f1 /f 0 を周波数比とした。
ける極大点Fに相当する高域側VSWR特性を、破線は
極大点Eに相当する低域側VSWR特性を示す。図3か
ら明らかなように、周波数比が小さくなるにつれ、すな
わち、並列共振子の共振周波数が低くなるにつれ、低域
側VSWRの極大点が小さくなり、すなわち特性が向上
することがわかる。しかしながら、高域側のVSWRの
極大点Fについては、共振周波数が低くなるに従って悪
くなることがわかる。すなわち、低域側のVSWRがわ
ずか0.1〜0.2程度改善された周波数比では、高域
側のVSWRは、許容範囲である2を超えることがわか
る。
1における第2の並列共振子P2の周波数のみを低くし
た場合の結果を示す。横軸は、並列共振子の周波数比で
あり、この場合、(第2の並列共振子P2の共振周波
数)/(第1,第3の並列共振子P1,P3の共振周波
数)を周波数比とする。ここで、第1,第3の並列共振
子P1,P3の共振周波数は固定しておき、図3に示し
た従来例における上記基準周波数と同様の値とした。
子の共振周波数を低くするに従って、低域側のVSWR
の極大点が十分に小さくなることがわかる(破線参
照)。他方、高域側のVSWR特性は、実線で示されて
いるように、第2の並列共振子P2の共振周波数が低く
なるに従って徐々に大きくなっている。しかしながら、
図3に示した従来例の場合に比べて、高域側のVSWR
特性の変化は非常に小さい。
列共振子P1,P3の共振周波数の比を0.990まで
変化させると、高域側におけるVSWRは2.0近くま
で大きくなるが、低域側のVSWRの極大点は0.5も
改善されることがわかる。
を、上述した式(1)の範囲に設定することにより、高
域側のVSWRを2以下としつつ、低域側におけるVS
WR特性を大幅に改善させ、それによって広い周波数範
囲にわたり挿入損失を低減し得ることがわかる。
フィルタ1のより具体的な実験例につき説明する。図5
に平面図で示すように、弾性表面波フィルタ1として、
LiTaO3 基板11上に、一端子対SAW共振子から
なる直列共振子S1,S2及び並列共振子P1〜P3を
形成した。ここで、並列共振子P1〜P3のIDTの電
極指ピッチについては、下記の表1に示すように設定し
た。すなわち、第2の並列共振子P2の電極指ピッチを
2.110μmとし、第1,第3の並列共振子P1,P
3の電極指ピッチ=2.100μmよりも大きくした。
周波数は、下記の表1に示す通りとなる。すなわち、第
2の並列共振子P2の共振周波数は1938MHzであ
り、第1,第3の並列共振子P1,P3の共振周波数=
1948MHzよりも低くされている。すなわち、並列
共振子の上述した周波数比は、0.9952とされてい
る。
P1〜P3のIDTの電極指ピッチを全て2.100μ
mとしたことを除いては、上記実施例と同様にして弾性
表面波フィルタを作製した。
タについてのVSWR特性を下記の図6(a)に、挿入
損失−周波数特性を図6(b)に示す。図6(a)及び
(b)において、実線は実施例の特性を、破線は従来例
の特性を示す。
に、実施例の弾性表面波フィルタ1では、従来例の弾性
表面波フィルタに比べて、帯域内VSWR特性が改善さ
れることがわかる。特に、低域側において、VSWRが
効果的に低減されており、それによって低域側において
損失が0.5dB低減されている。
IDTの電極指ピッチを、第1,第3の並列共振子にお
ける電極指ピッチよりも長くすることにより、低域側に
おけるインピーダンス関係が最適化され、反射特性が改
善される。
実施例に係る弾性表面波フィルタを説明するための回路
図である。本実施例の弾性表面波フィルタ21は、直列
腕に3個の直列共振子S1〜S3が配置されているこ
と、すなわち第1の実施例の弾性表面波フィルタ1に比
べて、直列共振子が1個追加されたことを除いては、第
1の実施例の弾性表面波フィルタ1と同様に構成されて
いる。
してLiTaO3 基板を用い、該LiTaO3 基板上
に、第1の実施例と同様にして、直列共振子S1〜S3
及び並列共振子P1〜P3を構成するための一端子対S
AW共振子を形成した。
におけるIDTの電極指ピッチを、下記の表2に示す。
また、この並列共振子P1〜P3の共振周波数を下記の
表2に併せて示す。
P1〜P3のIDTの電極指ピッチを全て下記の表2に
示すように2.100μmとしたことを除いては、第2
の実施例と同様にして構成された弾性表面波フィルタを
作製した。この従来例の弾性表面波フィルタにおける並
列共振子P1〜P3の共振周波数を下記の表2に併せて
示す。
弾性表面波フィルタ21と従来例の表面波フィルタのV
SWR特性を図8に、挿入損失−周波数特性を図9に示
す。なお、図8及び図9において、実線は第2の実施例
の弾性表面波フィルタの特性を、破線は従来例の特性を
示す。
実施例においても、対応する従来例に比べて、低域側に
おけるVSWRの特性を効果的に改善することができ、
従って図9から明らかなように、帯域内において広い周
波数範囲にわたり、特に低域側において損失を低減する
ことができる。
2の並列共振子P2の共振周波数を、第1,第3の並列
共振子P1,P3の共振周波数に変更するにあたって
は、電極指のピッチを変更したが、電極指ピッチを変更
する方法以外に、例えば、電極指の幅を変更したり、I
DTを構成しているくし歯電極上に音速を変化させるよ
うな薄膜を付着させる方法など、様々な共振周波数を変
化させ得る方法を適宜用いてもよい。すなわち、第2の
並列共振子P2の共振周波数を、第1,第3の並列共振
子P1,P3の共振周波数に対して異ならせる方法につ
いては、特に限定されない。
列共振子を有する梯子型弾性表面波フィルタにつき説明
したが、本発明はこれに限定されるものでなく、4以上
の並列共振子を有する弾性表面波フィルタにも適用する
ことができる。
フィルタでは、直列共振子及び並列共振子を有する梯子
型回路構成を有する弾性表面波フィルタにおいて、少な
くとも1つの並列共振子の共振周波数が他の並列共振子
の共振周波数と異なるため、並列共振子の共振周波数の
異ならせ方により、帯域内における様々な共振のレベル
を調整することができ、それによって帯域内におけるV
SWRを小さくすることができ、帯域内の広い周波数範
囲にわたり挿入損失を改善することができる。
共振子の共振周波数f1と、第1,第3の並列腕に接続
されている並列共振子の共振周波数f2とが、f2>f
1>0.99×f2とされているため、通過帯域の低域
側におけるVSWRを大幅に改善することができ、それ
によって通過帯域内の広い周波数範囲にわたり損失の小
さい弾性表面波フィルタをより確実に提供することがで
きる。
並列腕に接続されている並列共振子を有する弾性表面波
フィルタにおいて、上記第2の並列腕に接続されている
並列共振子の電極指ピッチが、第1及び/または第3の
並列腕に接続されている並列共振子の電極指ピッチと異
なるように形成されており、それによって第2の並列腕
に接続されている並列共振子の共振周波数が、第1及び
第3の並列腕に接続されている並列共振子の共振周波数
と異ならされている。従って、電極指ピッチを変更する
だけで、容易にVSWR特性が改善された弾性表面波フ
ィルタを提供することができる。
列腕に接続されている並列共振子の電極指ピッチを、L
1とし、第1及び第3の並列腕に接続されている並列共
振子の電極指ピッチをL2としたときに、L2<L1<
1.01×L2とされており、それによって、f2>f
1>0.99×f2とされている。従って、電極指ピッ
チを変更するだけで、容易に低域側におけるVSWR特
性が改善された弾性表面波フィルタを提供することが可
能となる。
タの回路図。
性を示す図。
の周波数比とVSWRとの関係を示す図。
列共振子間の周波数比とVSWRとの関係を示す図。
タの平面図。
び従来例の弾性表面波フィルタのVSWR特性と挿入損
失−周波数特性を示す図。
するための回路図。
のVSWR特性を示す図。
の挿入損失−周波数特性を示す図。
ィルタを説明するための回路図。
図。
性の一例を示す図。
するための回路図。
特性を説明するための図。
Claims (3)
- 【請求項1】 入出力端間で構成された直列腕に直列共
振子を有し、該直列腕と基準電位との間に構成された複
数の並列腕にそれぞれ並列共振子を有するラダー型回路
構成を有する弾性表面波フィルタであって、 前記直列共振子及び並列共振子が一端子対弾性表面波共
振子により構成されており、 入力端から出力端に向かって交互に並列共振子及び直列
共振子が配置されており、入力端側から出力端側に向かって順に第1〜第3の並列
腕が構成されており、前記第2の並列腕に接続されてい
る並列共振子の共振周波数をf1とし、第1,第3の並
列腕に接続されている並列共振子の少なくとも一方の並
列共振子の共振周波数をf2としたとき、 f2>f1>0.99×f2 ・・・式(1) とされている ことを特徴とする、弾性表面波フィルタ。 - 【請求項2】 前記第2の並列腕に接続されている並列
共振子の共振周波数が、第1及び/または第3の並列腕
に接続されている並列共振子の共振周波数と異なるよう
に、第2の並列腕に接続されている並列共振子の電極指
ピッチが、第1及び/または第3の並列腕に接続されて
いる並列共振子の電極指ピッチと異ならされている、請
求項1に記載の弾性表面波フィルタ。 - 【請求項3】 第2の並列腕に接続されている並列共振
子の電極指ピッチをL1とし、第1及び/または第3の
並列腕に接続されている並列共振子の電極指ピッチをL
2としたときに、 L2<L1<1.01×L2 ・・・式(2) とされていることを特徴とする、請求項2に記載の弾性
表面波フィルタ。
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