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JP3319393B2 - ラダー型圧電フィルタ - Google Patents

ラダー型圧電フィルタ

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Publication number
JP3319393B2
JP3319393B2 JP17948498A JP17948498A JP3319393B2 JP 3319393 B2 JP3319393 B2 JP 3319393B2 JP 17948498 A JP17948498 A JP 17948498A JP 17948498 A JP17948498 A JP 17948498A JP 3319393 B2 JP3319393 B2 JP 3319393B2
Authority
JP
Japan
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resonator
series
parallel
series resonator
ladder
Prior art date
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Application number
JP17948498A
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English (en)
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JP2000013182A (ja
Inventor
英雄 村
隆司 新村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Priority to JP17948498A priority Critical patent/JP3319393B2/ja
Priority to TW088107824A priority patent/TW425759B/zh
Priority to US09/317,661 priority patent/US6366182B1/en
Priority to CN99108846.8A priority patent/CN1279694C/zh
Publication of JP2000013182A publication Critical patent/JP2000013182A/ja
Priority to US09/908,319 priority patent/US6580340B2/en
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Publication of JP3319393B2 publication Critical patent/JP3319393B2/ja
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03H9/46—Filters
    • H03H9/54—Filters comprising resonators of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/58—Multiple crystal filters
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    • H—ELECTRICITY
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    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
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    • H03H9/02—Details
    • H03H9/05—Holders or supports
    • H03H9/10—Mounting in enclosures
    • H03H9/1007—Mounting in enclosures for bulk acoustic wave [BAW] devices
    • H03H9/1014—Mounting in enclosures for bulk acoustic wave [BAW] devices the enclosure being defined by a frame built on a substrate and a cap, the frame having no mechanical contact with the BAW device
    • H03H9/1028—Mounting in enclosures for bulk acoustic wave [BAW] devices the enclosure being defined by a frame built on a substrate and a cap, the frame having no mechanical contact with the BAW device the BAW device being held between spring terminals
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    • H03H9/54—Filters comprising resonators of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/58—Multiple crystal filters
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    • H03H9/605—Electric coupling means therefor consisting of a ladder configuration

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は直列共振子と並列共
振子とを梯子形の回路を形成するよう接続してなるラダ
ー型圧電フィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のラダー型圧電フィルタの場合、直
列共振子と並列共振子には共に拡がり振動モードを利用
した正方形状の圧電素子が用いられ、これら共振子を端
子板を間にして厚み方向に積層した構造のものが一般的
である。
【０００３】ラダー型フィルタは、図１に示すように、
並列共振子の共振周波数Ｆｒのインピーダンス特性と直
列共振子の反共振周波数Ｆａのインピーダンス特性を利
用して所望のフィルタ特性を得ている。
【０００４】ところで、例えば周波数定数が２０００ｋ
Ｈｚ・ｍｍの材料を用い、Δｆ＝２０ｋＨｚ、直列共振
子のＦｒ＝４５５ｋＨｚ、並列共振子のＦｒ＝４３５ｋ
Ｈｚ、つまり中心周波数４５５ｋＨｚ用のラダー型フィ
ルタを構成したとすると、直列，並列の各共振子の寸法
は、 直列共振子：２０００÷４５５＝４．３９６ｍｍ 並列共振子：２０００÷４３５＝４．５９８ｍｍ となり、約０．２ｍｍの寸法差が生じる。
【０００５】これら共振子が収納される樹脂ケースの内
部寸法は一定のものであり、大きい方の並列共振子の大
きさに合わせたケースを作った場合、当然ながら並列共
振子の中心と直列共振子の中心とがずれた状態となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記のように直列，並
列共振子に同じ周波数定数の材料を使用し、正方形の共
振子を作ると、当然、その寸法は異なるものとなり、中
心点を保持できなくなる。正方形の拡がり振動共振子で
は、その中心部を端子板で保持することが必要であり、
中心からずれた状態で保持すると、振動が阻害され、フ
ィルタ波形に歪みを生じることがある。
【０００７】また、正方形の拡がり振動共振子の場合、
ＦａおよびＦｒにおけるメイン波形のほかに、高周波数
領域にスプリアスが生じる。ところが、従来のような正
方形の拡がり振動共振子を直列共振子および並列共振子
に用いると、スプリアス波形が重なることになり、特性
上望ましくない。
【０００８】そこで、本発明の目的は、直列共振子と並
列共振子の外形寸法を同じにしてケースへの収納状態に
おいて素子の中心を保持できるようにし、良好なフィル
タ特性を有するラダー型圧電フィルタを得ることにあ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、直列共振子と並列共振子
とを梯子形に接続してなるラダー型圧電フィルタにおい
て、上記並列共振子として、拡がり振動モードを利用し
た圧電素子であって、正方形状の素子を用い、上記直列
共振子として、拡がり振動モードを利用した圧電素子で
あって、並列共振子と同一の周波数定数を有する材料で
形成され、対向辺間の寸法が並列共振子と同一の略正方
形状を有し、かつ４つのコーナにコーナカット部を有す
る素子を用い、上記直列共振子の共振周波数と並列共振
子の反共振周波数とが一致するように、上記コーナカッ
ト部が加工されていることを特徴とするラダー型圧電フ
ィルタを提供する。
【００１０】同じ周波数定数の材料で正方形の直列共振
子と並列共振子を作ると、寸法が異なることになるが、
例えば請求項１のように正方形の共振子を並列共振子と
し、コーナカット部を有する正方形の共振子を直列共振
子として用いれば、対向辺間の寸法が同一の正方形状で
あっても、両者の共振周波数を変えることができ、目的
とするラダー型フィルタを得ることができる。
【００１１】同様に、請求項２のように、正方形の共振
子を直列共振子とし、ノードカット部を有する共振子を
並列共振子とした組み合わせでもよいし、請求項３のよ
うに、コーナカット部を有する共振子を直列共振子と
し、ノードカット部を有する共振子を並列共振子とした
組み合わせでもよい。このように対向辺間の寸法が同一
の２種類の共振子を組み合わせてラダー型フィルタを構
成すれば、ケースに収納した状態で並列共振子の中心と
直列共振子の中心とを一致させることができ、振動が阻
害されたり、フィルタ波形に歪みを生じることがない。
【００１２】また、図２に示すように、正方形の拡がり
振動モード共振子は、メイン波形より高周波側にスプリ
アスが生じる。ノードカット部を有する共振子の場合に
は、このスプリアスは正方形の共振子に比べて高周波側
へ移行し、コーナカット部を有する共振子の場合には低
周波側へ移行する。したがって、請求項１〜３のように
形状の異なる共振子を直列共振子と並列共振子とに用い
ることで、スプリアス波形が重なるのを防止でき、スプ
リアス特性が向上する。
【００１３】また、請求項４のように、コーナカット部
のカット幅の異なる２種の素子を用い、カット幅の大き
な素子を直列共振子とし、カット幅の小さな素子を並列
共振子としてもよい。この場合には、請求項１と同様
に、ケースに収納した状態で並列共振子の中心と直列共
振子の中心とを一致させることができ、かつスプリアス
波形が重なるのを防止できる。なお、カット幅の大きな
素子はカット幅の小さな素子より周波数が高いので、カ
ット幅の大きな素子を直列共振子とし、カット幅の小さ
な素子を並列共振子としている。
【００１４】さらに、請求項５のように、ノードカット
部のカット溝深さの異なる２種の素子を用い、カット溝
深さの小さな素子を直列共振子とし、カット溝深さの大
きな素子を並列共振子としても、請求項１と同様の作用
効果を奏する。この場合には、カット溝深さの小さな素
子の方がカット溝深さの大きな素子より周波数が高いの
で、カット溝深さの小さな素子を直列共振子とし、カッ
ト溝深さの大きな素子を並列共振子としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】図３，図４は本発明にかかるラダ
ー型圧電フィルタの一例を示す。この実施例は４素子の
ラダー型フィルタであり、図５に示すような梯子形の回
路を構成している。箱形のケース１内には、２個の直列
セラミック共振子２，３、２個の並列セラミック共振子
４，５、入力端子６、アース端子７、出力端子８、接続
端子９およびスプリング板１０が収容され、ケース１の
開口部にシート１１を嵌合した上、このシート１１と開
口部とで構成される凹所に樹脂１２を注入することによ
り、開口部が封止されている。
【００１６】入力端子６の片面には直列共振子２の中心
部に圧接する突起部６ａが突設され、アース端子７の両
面には２個の並列共振子４，５の中心部に圧接する突起
部７ａ，７ｂが突設され、さらに出力端子８の両面には
並列共振子５および直列共振子３の中心部に圧接する突
起部８ａ，８ｂが突設されている。接続端子９は直列共
振子２と並列共振子４との間に挿入される部分９ａと、
直列共振子３の端面側に配置される部分９ｂとを有し、
両部分を連結部９ｃで連結してある。部分９ａには直列
共振子２と並列共振子４の中心部に圧接する突起部９ａ
1 ，９ａ2 が表裏面に突設され、部分９ｂには直列共振
子３の中心部に圧接する突起部９ｂ1 が突設されてい
る。スプリング板１０は部分９ｂとケース１の内側面と
の間に介装され、各端子６〜９と共振子２〜５とを互い
に圧接させ、電気的に接続している。
【００１７】入力端子６、アース端子７および出力端子
８には、それぞれ外部接続用のリード部６ｂ，７ｃ，８
ｃが突設されており、これらリード部６ｂ，７ｃ，８ｃ
はケース１の開口部から外部へ突出している。
【００１８】直列共振子２，３および並列共振子４，５
は共に拡がり振動モードを利用した圧電共振子であり、
同じ周波数定数のセラミック材料で形成されている。図
６に示すように、直列共振子２，３の表裏両面には部分
電極２ａ，３ａが形成されており、並列共振子４，５の
表裏両面には全面電極４ａ，５ａが形成されている。直
列共振子２，３は並列共振子４，５より厚みが厚く、直
列共振子２，３の対向辺間の寸法Ｌは並列共振子４，５
の対向辺間の寸法Ｌと同一に設定されている。
【００１９】上記のように、直列共振子２，３の厚みを
並列共振子４，５より厚くし、かつ直列共振子２，３の
電極面積を並列共振子４，５の電極面積より小さくする
ことで、所望の容量比を得ている。並列共振子４，５の
容量と直列共振子２，３の容量との比によって、所望の
通過帯域外減衰量が得られる。
【００２０】直列共振子２，３の４つのコーナには、コ
ーナカット部２ｂ，３ｂが研磨によって形成されてお
り、これによって並列共振子４，５との間に所定の周波
数差が生じるように、周波数が調整されている。例えば
周波数定数が２０００ｋＨｚ・ｍｍの材料を用い、Δｆ
＝２０ｋＨｚ、Ｆｒ＝４３５ｋＨｚの並列共振子を作る
と、その対向辺寸法は、 Ｌ＝２０００÷４３５＝４．５９８ｍｍ となる。直列共振子も同じ寸法Ｌで作ると、当然ながら
Ｆｒ＝４３５ｋＨｚとなってしまうので、Ｆｒ＝４５５
ｋＨｚに調整するために、２０ｋＨｚ分をコーナカット
によって加工している。
【００２１】上記のような構成のラダー型フィルタにお
いて、直列共振子２，３と並列共振子４，５はその対向
辺間の距離Ｌが同一であるため、ケース１に収納したと
き、直列共振子２，３の中心位置と並列共振子４，５の
中心位置とを一致させることができる。そのため、入力
端子６、アース端子７、出力端子８および接続端子９の
各突起部が直列共振子２，３と並列共振子４，５の中心
部に圧接でき、振動が阻害されたり、フィルタ波形に歪
みを生じるといった不具合を解消できる。また、直列共
振子２，３および並列共振子４，５のメイン波形の高周
波域にはスプリアスが生じるが、直列共振子２，３と並
列共振子４，５の形状が異なるため、スプリアスの発生
周波数が異なり、両者のスプリアス波形が重なることが
ない。したがって、ラダー型フィルタに構成した時にス
プリアス特性が良好となる。
【００２２】図７は本発明の第２実施例のラダー型フィ
ルタに適用される直列共振子と並列共振子を示す。この
実施例では、直列共振子２０として正方形状の素子を用
い、並列共振子２１として４辺の中央部にノードカット
部２１ａを有する素子を用いている。直列共振子２０お
よび並列共振子２１は共に拡がり振動モードを利用した
圧電共振子であり、直列共振子２０の表裏両面には部分
電極２０ａが形成され、並列共振子２１の表裏面には全
面電極２１ｂが形成されている。直列共振子２０と並列
共振子２１は共に同じ周波数定数のセラミック材料で形
成されており、直列共振子２０の対向辺間の寸法Ｌと並
列共振子２１の対向辺間の寸法Ｌは互いに等しいが、厚
みは直列共振子２０の方が並列共振子２１より厚い。
【００２３】この場合には、並列共振子２１のノードカ
ット部２１ａの溝深さを調整することにより、直列共振
子２０と並列共振子２１との間に所定の周波数差が生じ
るように、周波数が調整されている。上記のように構成
することで、第１実施例と同様の作用効果を奏する。
【００２４】図８は本発明の第３実施例のラダー型フィ
ルタに適用される直列共振子と並列共振子を示す。この
実施例では、直列共振子３０としてコーナカット部３０
ａを有する素子を用い、並列共振子３１としてノードカ
ット部３１ａを有する素子を用いている。直列共振子３
０および並列共振子３１は共に拡がり振動モードを利用
した略正方形の圧電共振子であり、直列共振子３０の表
裏両面には部分電極３０ｂが形成され、並列共振子３１
の表裏面には全面電極３１ｂが形成されている。直列共
振子３０と並列共振子３１は共に同じ周波数定数のセラ
ミック材料で形成されており、直列共振子３０の対向辺
間の寸法Ｌと並列共振子３１の対向辺間の寸法Ｌは互い
に等しいが、厚みは直列共振子３０の方が並列共振子３
１より厚い。
【００２５】この場合には、直列共振子３０のコーナカ
ット部３０ａの幅寸法、あるいは並列共振子３１のノー
ドカット部３１ａの溝深さを調整することにより、直列
共振子３０と並列共振子３１との間に所定の周波数差が
生じるように、周波数が調整されている。上記のように
構成することで、第１実施例と同様の作用効果を奏す
る。
【００２６】図９は本発明の第４実施例のラダー型フィ
ルタに適用される直列共振子と並列共振子を示す。この
実施例では、直列共振子４０および並列共振子４１が共
にコーナカット部４０ａ，４１ａを有する拡がり振動モ
ード素子であり、直列共振子４０のコーナカット部４０
ａの幅ｗ1 は並列共振子４１のコーナカット部４１ａの
幅Ｗ2 より大きい。
【００２７】直列共振子４０の表裏両面には部分電極４
０ｂが形成され、並列共振子４１の表裏面には全面電極
４１ｂが形成されている。直列共振子４０と並列共振子
４１は共に同じ周波数定数のセラミック材料で形成され
ており、直列共振子４０の対向辺間の寸法Ｌと並列共振
子４１の対向辺間の寸法Ｌは互いに等しいが、厚みは直
列共振子４０の方が並列共振子４１より厚い。
【００２８】この場合には、直列共振子４０と並列共振
子４１との間に所定の周波数差が生じるように、コーナ
カット部４０ａ，４１ａの幅寸法ｗ1 ，ｗ2 が調整され
ている。上記のように構成することで、第１実施例と同
様の作用効果を奏する。
【００２９】図１０は本発明の第５実施例のラダー型フ
ィルタに適用される直列共振子と並列共振子を示す。こ
の実施例では、直列共振子５０および並列共振子５１が
共にノードカット部５０ａ，５１ａを有する拡がり振動
モード素子であり、直列共振子５０のノードカット部５
０ａの溝深さｄ1 は並列共振子５１のノードカット部５
１ａの溝深さｄ 2 より浅い。
【００３０】直列共振子５０の表裏両面には部分電極５
０ｂが形成され、並列共振子５１の表裏面には全面電極
５１ｂが形成されている。直列共振子５０と並列共振子
５１は共に同じ周波数定数のセラミック材料で形成され
ており、直列共振子５０の対向辺間の寸法Ｌと並列共振
子５１の対向辺間の寸法Ｌは互いに等しいが、厚みは直
列共振子５０の方が並列共振子５１より厚い。
【００３１】この場合には、直列共振子５０と並列共振
子５１との間に所定の周波数差が生じるように、ノード
カット部５０ａ，５１ａの溝深さｄ1 ，ｄ2 が調整され
ている。上記のように構成することで、第１実施例と同
様の作用効果を奏する。
【００３２】図３，図４では４素子のラダー型フィルタ
について説明したが、素子数は任意に変更可能である。
また、各端子の形状や配置は図３，図４に限られるもの
ではない。所望のばね圧を付与するためのスプリング板
１０をケース１内に収納したが、これに代えて、何れか
の端子をばね端子とし、スプリング板１０を省略しても
よい。
【００３３】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、請求項１
〜３に記載の発明によれば、正方形状の素子、コーナカ
ット部を有する素子、およびノードカット部を有する素
子のうち２種類の素子を用い、これらを所定の組み合わ
せで直列共振子および並列共振子としたので、直列共振
子と並列共振子の外形寸法を同じにし、かつ同一の周波
数定数の材料を用いながら所望の周波数差を得ることが
でき、ケースへの収納状態において素子の中心を保持で
きるようになる。そのため、振動が阻害されたり、フィ
ルタ波形に歪みを生じることがなく、かつスプリアス波
形が重ならず、良好なスプリアス特性を得ることができ
る。また、請求項４，５に記載の発明のように、コーナ
カット部を有する素子およびノードカット部を有する素
子のうち、同種の素子を用いて直列共振子および並列共
振子とすることにより、上記と同様の作用効果を得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】直列共振子と並列共振子のインピーダンス特性
およびラダー型フィルタのフィルタ特性を示す図であ
る。
【図２】形状の違いによる拡がり振動モード素子のイン
ピーダンス特性の比較図である。
【図３】本発明にかかるラダー型圧電フィルタの一例の
断面図である。
【図４】図３に示すラダー型圧電フィルタの分解斜視図
である。
【図５】図３に示すラダー型圧電フィルタの回路図であ
る。
【図６】図３に示すラダー型圧電フィルタに用いられる
直列共振子および並列共振子の正面図である。
【図７】本発明の第２実施例のラダー型フィルタに用い
られる直列共振子および並列共振子の正面図である。
【図８】本発明の第３実施例のラダー型フィルタに用い
られる直列共振子および並列共振子の正面図である。
【図９】本発明の第４実施例のラダー型フィルタに用い
られる直列共振子および並列共振子の正面図である。
【図１０】本発明の第５実施例のラダー型フィルタに用
いられる直列共振子および並列共振子の正面図である。
【符号の説明】
２，３，２０，３０，４０，５０ 直列共振子 ２ｂ，３ｂ，３０ａ，４０ａ，４１ａ コーナカット部 ４，５，２１，３１，４１，５１ 並列共振子 ２１ａ，３１ａ，５０ａ，５１ａ ノードカット部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H03H 9/58 H03H 9/02

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】直列共振子と並列共振子とを梯子形に接続
    してなるラダー型圧電フィルタにおいて、 上記並列共振子として、 拡がり振動モードを利用した圧
    電素子であって、正方形状の素子を用い、 上記直列共振子として、 拡がり振動モードを利用した圧
    電素子であって、並列共振子と同一の周波数定数を有す
    る材料で形成され、対向辺間の寸法が並列共振子と同一
    の略正方形状を有し、かつ４つのコーナにコーナカット
    部を有する素子を用い、 上記直列共振子の共振周波数と並列共振子の反共振周波
    数とが一致するように、上記コーナカット部が加工され
    ていること を特徴とするラダー型圧電フィルタ。
  2. 【請求項２】直列共振子と並列共振子とを梯子形に接続
    してなるラダー型圧電フィルタにおいて、 上記直列共振子として、 拡がり振動モードを利用した圧
    電素子であって、正方形状の素子を用い、 上記並列共振子として、 拡がり振動モードを利用した圧
    電素子であって、直列共振子と同一の周波数定数を有す
    る材料で形成され、対向辺間の寸法が直列共振子と同一
    の略正方形状を有し、かつ４辺の中央部にノードカット
    部を有する素子を用い、上記直列共振子の共振周波数と並列共振子の反共振周波
    数とが一致するように、上記ノードカット部が加工され
    ていること を特徴とするラダー型圧電フィルタ。
  3. 【請求項３】直列共振子と並列共振子とを梯子形に接続
    してなるラダー型圧電フィルタにおいて、 上記直列共振子として、 拡がり振動モードを利用した圧
    電素子であって、略正方形状を有し、４つのコーナにコ
    ーナカット部を有する素子を用い、上記並列共振子として、 拡がり振動モードを利用した圧
    電素子であって、直列共振子と同一の周波数定数を有す
    る材料で形成され、対向辺間の寸法が直列共振子と同一
    の略正方形状を有し、かつ４辺の中央部にノードカット
    部を有する素子を用い、上記直列共振子の共振周波数と並列共振子の反共振周波
    数とが一致するように、上記ノードカット部およびコー
    ナカット部が加工されていること を特徴とするラダー型
    圧電フィルタ。
  4. 【請求項４】直列共振子と並列共振子とを梯子形に接続
    してなるラダー型圧電フィルタにおいて、 上記直列共振子として、 拡がり振動モードを利用した圧
    電素子であって、略正方形状を有し、４つのコーナにコ
    ーナカット部を有する素子を用い、上記並列共振子として、 拡がり振動モードを利用した圧
    電素子であって、直列共振子と同一の周波数定数を有す
    る材料で形成され、対向辺間の寸法が直列共振子と同一
    の略正方形状を有し、かつ４つのコーナに直列共振子よ
    りカット幅の小さなコーナカット部を有する素子を用
    い、上記直列共振子の共振周波数と並列共振子の反共振周波
    数とが一致するように、上記コーナカット部が加工され
    ていること を特徴とするラダー型圧電フィルタ。
  5. 【請求項５】直列共振子と並列共振子とを梯子形に接続
    してなるラダー型圧電フィルタにおいて、 上記直列共振子として、 拡がり振動モードを利用した圧
    電素子であって、略正方形状を有し、４辺の中央部にノ
    ードカット部を有する素子を用い、上記並列共振子として、 拡がり振動モードを利用した圧
    電素子であって、直列共振子と同一の周波数定数を有す
    る材料で形成され、対向辺間の寸法が直列共振子と同一
    の略正方形状を有し、かつ４辺の中央部に直列共振子よ
    りカット溝深さの深いノードカット部を有する素子を用
    い、上記直列共振子の共振周波数と並列共振子の反共振周波
    数とが一致するように、上記ノードカット部が加工され
    ていること を特徴とするラダー型圧電フィルタ。
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