JP3844725B2

JP3844725B2 - 弾性表面波フィルタ、それを有する弾性表面波分波器

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Publication number: JP3844725B2
Application number: JP2002284867A
Authority: JP
Inventors: 潤堤; 将吾井上; 隆志松田; 政則上田
Original assignee: Fujitsu Ltd; Fujitsu Media Devices Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd; Fujitsu Media Devices Ltd
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2022-09-30
Also published as: KR100701564B1; US6975185B2; CN100596021C; KR20040028583A; JP2004120685A; US20040095206A1; CN1494210A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は弾性表面波フィルタに関し、特に移動通信機器の高周波部に用いられ、高角形なフィルタ特性が要求される弾性表面波フィルタに関する。また、この弾性表面波フィルタを用いた弾性表面波分波器（アンテナ分波器）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の移動通信システムでは、有限な周波数帯域を効率的に利用するために、送信帯域と受信帯域とが接近している。例えば北米のＰＣＳ（Personal Communications Service）では、通過域が１．９ＧＨｚ帯であるにもかかわらず、送信帯域と受信帯域の周波数間隔が２０ＭＨｚしかない。
【０００３】
このため、上記のような移動通信システムにおいて、送信・受信信号を分離するためのアンテナ分波器には、混信を回避するために、通過域から阻止域までの周波数域（遷移域）が極めて狭い通過特性を有することが要求されている。
【０００４】
従来では、このようなアンテナ分波器を開発するために、誘電体フィルタ技術や薄膜バルク弾性波技術（Film Bulk Acoustic Wave Resonator：ＦＢＡＲ）が用いられていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、誘電体フィルタ技術では、アンテナ分波器のサイズが大きくなり、また、ＦＢＡＲではサイズが大きくなるのに加えて、薄膜の厚さを厳密に制御する必要があり、製造歩留まりが悪くコストが高くなるという問題を抱えていた。
【０００６】
このため、アンテナ分波器を、小型・薄型化が可能で、高い歩留りを実現できる弾性表面波技術を用いて開発する動きが活発化している。
【０００７】
しかしながら、誘電体素子やＦＢＡＲを用いたフィルタ素子と比較して、弾性表面波フィルタは一般的に通過特性の角形性が劣る。このため、上記の要求を満足するアンテナ分波器を弾性表面波技術を用いて開発するには、弾性表面波フィルタの通過特性の角形性を向上させることが不可欠である。
【０００８】
また、通過特性の角形性の向上は、アンテナ分波器がアンテナの直前に設置されることからも要求される課題である。即ち、アンテナ分波器は一般的に段間フィルタよりも低損失・高減衰特性を有する必要がある。
【０００９】
これらの理由から、極めて角形性に優れた通過特性を有する弾性表面波フィルタを開発することが必要となっていた。
【００１０】
本発明は、上述のような要求を考慮してなされたものであり、通過特性の角形性が向上された弾性表面波フィルタを提供することを目的とする。また、本発明は、上記の弾性表面波フィルタを用いることで、小型で安価な弾性表面波分波器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明は、請求項１記載のように、圧電基板上に形成されたインターディジタルドランスデューサを有して構成される直列共振器及び並列共振器が梯子型に接続され、前記直列共振器の少なくとも１つが他の直列共振器と異なる静電容量を有する弾性表面波フィルタにおいて、前記梯子型における２段目以降の前記直列共振器の少なくとも１つが、他の直列共振器が有するインターディジタルトランスデューサの電極指周期の平均よりも大きい電極指周期のインターディジタルトランスデューサを有し、かつ前記平均よりも大きい電極指周期のインターディジタルトランスデューサを有する前記直列共振器は、他の直列共振器の静電容量の平均よりも大きい静電容量を有するように構成されている。このように構成することで、フィルタ特性の減衰極が低周波側へシフトするため、通過特性の角形性が向上された弾性表面波フィルタが実現される。より詳細には、弾性表面波フィルタの通過特性において、高周波側の角形を向上することができる。また、各直列共振器と並列共振器とのアドミタンス特性の交点のずれが減少されるため、弾性表面波フィルタの高周波側の通過特性の肩を持ち上げることが可能となり、通過特性の角形をより向上させることができる。
【００１３】
また、本発明は、請求項２記載のように、圧電基板上に形成されたインターディジタルトランスデューサを有して構成される直列共振器及び並列共振器が梯子型に接続され、前記直列共振器のうち最終段に位置する直列共振器が他の直列共振器よりも小さい静電容量を有する弾性表面波フィルタにおいて、前記梯子型における２段目以降の前記直列共振器の少なくとも１つが、他の直列共振器が有するインターディジタルトランスデューサの電極指周期の平均よりも大きい電極指周期のインターディジタルトランスデューサをし、かつ前記平均よりも大きい電極指周期のインターディジタルトランスデューサを有する前記直列共振器は、他の直列共振器の静電容量の平均よりも大きい静電容量を有するように構成されている。このように構成することで、フィルタ特性の減衰極が低周波側へシフトするため、通過特性の角形性が向上された弾性表面波フィルタが実現される。より詳細には、弾性表面波フィルタの通過特性において、高周波側の角形を向上することができる。また、各直列共振器と並列共振器とのアドミタンス特性の交点のずれが減少されるため、弾性表面波フィルタの高周波側の通過特性の肩を持ち上げることが可能となり、通過特性の角形をより向上させることができる。
【００１５】
また、請求項１又は２記載の前記弾性表面波フィルタは、好ましくは請求項３記載のように、前記梯子型が４段構成であり、前記梯子型における３段目に位置する直列共振器が有するインターディジタルトランスデューサの電極指周期が、当該梯子型における２段目及び４段目に位置する直列共振器が有するインターディジタルトランスデューサの電極指指周期の平均よりも大きいように構成される。これにより、弾性表面波フィルタの通過特性の肩付近の特性を変化させずに、減衰極を低周波側へシフトさせることが可能となるため、通過特性の角形をより向上させることができる。
【００１６】
また、請求項３記載の前記弾性表面波フィルタは、好ましくは請求項４記載のように、前記３段目に位置する直列共振器の静電容量が、前記梯子型における１段目及び２段目に位置する直列共振器の静電容量の平均よりも大きいように構成される。これにより、これにより、各直列共振器と並列共振器とのアドミタンス特性の交点のずれが減少されるため、弾性表面波フィルタの高周波側の通過特性の肩を持ち上げることが可能となり、且つ、弾性表面波フィルタの通過特性の肩付近の特性を変化させずに、減衰極を低周波側へシフトさせることが可能となるため、弾性表面波フィルタの通過特性の角形をより向上させることができる。
【００１７】
また、請求項３又は４記載の前記弾性表面波フィルタは、例えば請求項５記載のように、前記３段目に位置する直列共振器が有するインターディジタルトランスデューサの電極指周期が、前記梯子型における２段目及び４段目に位置する直列共振器が有するインターディジタルトランスデューサの電極指周期の平均よりも１％以下の範囲で大きいように構成されてもよい。
【００１８】
また、請求項１から５の何れか１項に記載の前記弾性表面波フィルタは、好ましくは請求項６記載のように、前記直列共振器の少なくとも１つが、電極指周期の１５％以上から２２．５％以下の電極指幅で形成されたインターディジタルトランスデューサを有するように構成される。これにより、弾性表面波フィルタの通過特性の角形をより向上させることができる。
【００１９】
また、請求項６記載の前記弾性表面波フィルタは、例えば請求項７記載のように、前記電極指周期の１５％以上から２２．５％以下の電極指幅で形成された前記インターディジタルトランスデューサが、全ての電極指の幅が均一であるように構成されてもよい。
【００２０】
また、請求項６記載の前記弾性表面波フィルタは、例えば請求項８記載のように、前記電極指周期の１５％以上から２２．５％以下の電極指幅で形成された前記インターディジタルトランスデューサが、電極指の幅が不均一であるように構成されてもよい。
【００２１】
また、請求項１から８の何れか１項に記載の前記弾性表面波フィルタは、好ましくは請求項９記載のように、前記直列共振器の少なくとも１つのインターディジタルトランスデューサが、電極指非交差部に配置された、弾性表面波の励起に寄与しないダミー電極を有するように構成される。これにより、弾性表面波の導波モードが形成され、励振された弾性表面波をより強く共振子内に閉じ込めることが可能となるため、弾性表面波フィルタの通過特性の角形をより向上させることが可能となる。
【００２２】
また、請求項９記載の前記弾性表面波フィルタは、好ましくは請求項１０記載のように、前記電極指非交差部が前記インターディジタルトランスデューサの電極指周期の１．５倍以上から４．５倍以下の長さであるように構成される。これにより、弾性表面波をより強く共振子内に閉じ込めることが可能となるため、弾性表面波フィルタの通過特性の角形を更に向上させることが可能となる。
【００２３】
また、請求項９又は１０記載の前記弾性表面波フィルタは、好ましくは請求項１１記載のように、前記ダミー電極が前記インターディジタルトランスデューサの各電極指の先端に対峙するように設けられた構成を有する。これにより、弾性表面波をより強く共振子内に閉じ込めることが可能となるため、弾性表面波フィルタの通過特性の角形を更に向上させることが可能となる。
【００２４】
また、請求項１から１１の何れか１項に記載の前記弾性表面波フィルタは、好ましくは請求項１２記載のように、前記直列共振器が弾性表面波の伝搬方向における前後部に反射器を有するように構成される。これにより、弾性表面波をより強く共振子内に閉じ込めることが可能となるため、弾性表面波フィルタの通過特性の角形を更に向上させることが可能となる。
【００２５】
また、請求項１から１２の何れか１項に記載の前記弾性表面波フィルタは、例えば請求項１３記載のように、前記インターディジタルトランスデューサがシングル電極構造であるように構成してもよい。
【００２６】
また、請求項１から１３の何れか１項に記載の前記弾性表面波フィルタは、好ましくは請求項１４記載のように、前記圧電基板が４２°ＹカットＬｉＴａＯ₃で形成されている。
【００２７】
また、本発明による弾性表面波分波器は、請求項１５記載のように、低周波側フィルタとして請求項１から１４の何れか１項に記載の前記弾性表面波フィルタを有する。これにより、上記のような効果を奏する弾性表面波フィルタを用いることで、小型で安価な弾性表面波分波器が実現される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明を説明するにあたり、まず、角形の定義について述べる。
【００２９】
本発明では、特に通過域から高周波側阻止域にかけての角形を改善することを目的としている。本発明において、角形とは、図１に示すように、本発明では通過域の高周波側−３ｄＢ点から−４０ｄＢ点までの周波数差Δｆとして定義される。従って、この周波数差Δｆが小さいほど通過域から阻止域までの変化が急峻であり、角形が良いことになる。尚、上記の周波数差Δｆは遷移域ともいう。
【００３０】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００３１】
〔第１の実施形態〕
まず、本発明の第１の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００３２】
図２は、本実施形態によるラダー型弾性表面波フィルタ素子１の構成を示す上面図でる。図２に示すように、ラダー型弾性表面波フィルタ素子１は、ラダー構成における直列腕に４個の直列共振器（Ｓ１〜Ｓ４）を有し、また並列腕に２つの並列共振子Ｐ１，Ｐ２を有している。
【００３３】
ここで、ラダー型弾性表面波フィルタの直列共振器の定義について説明する。図２に示したラダー型弾性表面波フィルタ素子１は直列共振器Ｓ１から始まる４段構成であり、直列共振器をＳ、並列共振器をＰとすると、その基本回路構成はＳ−Ｐ−Ｐ−Ｓ−Ｓ−Ｐ−Ｐ−Ｓである。また、この回路構成は図３のようになる。従って、図２に示すラダー型弾性表面波フィルタ素子１は、図３における隣り合う２つの並列共振器（Ｐ０１及びＰ０２／Ｐ０３及びＰ０４）をそれぞれ１つにまとめた構成（並列共振器Ｐ１／Ｐ２）となっている。つまり、４段構成のラダー型弾性表面波フィルタでは、基本的には４つの直列共振器が含まれ、入力側から順にＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４と定義することができる（図２参照）。しかしながら、アンテナ分波器用フィルタにおいては、耐電力を向上させるために、１つの直列共振器を２分割することがある。例えば、図２のラダー型弾性表面波フィルタ素子１において、全ての直列共振器を２分割したときの構成は図４のようになる。この構成において、２つの直列共振器を１組として考えて図４のようにＳ１〜Ｓ４までを定義し、各共振器の電極指周期を２つの直列共振器の電極指周期の平均値で定義する。さらに、直列共振器を３つ以上に分割したときも同様に定義することができる。
【００３４】
また、本実施形態におけるラダー型弾性表面波フィルタ素子１において、それぞれの直列共振器Ｓ１〜Ｓ４及び並列共振器Ｐ１，Ｐ２は、圧電基板１０上にシングル電極構造のインターデジタルドランスデューサ（ＩＤＴ）１１が形成された構成を有している。また、ＩＤＴ１１に関して弾性表面波（ＳＡＷ）の進行方向におけるその前後には、格子状の反射電極１２を有する反射器Ｒ１１，Ｒ１２が設けられている。この反射器Ｒ１１，Ｒ１２は、弾性表面波をより強く共振子Ｓ１，Ｐ１，Ｐ２内に閉じ込めためのものである。従って、反射器Ｒ１１，Ｒ１２を設けることで、ラダー型弾性表面波フィルタの通過特性の角形を更に向上させることが可能となる。
【００３５】
圧電基板１０には、例えば４２°ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ₃（以下、４２°Ｙ−Ｘ：ＬｉＴａＯ₃という）基板が適用される。
【００３６】
このようなラダー型弾性表面波フィルタ素子１は、全ての直列共振器Ｓ１〜Ｓ４の静電容量を同一でない構成とした場合、全ての直列共振器（Ｓ１〜Ｓ４）の電極指周期を等しくしたときに角形が最も良くなるとは限らず、少なくとも１つの直列共振器（Ｓ３）の電極指周期をずらすことで角形性が向上する。尚、全ての直列共振器Ｓ１〜Ｓ４の静電容量を一致させ、且つ電極指交差幅および対数をほぼ同等とした場合では、全ての直列共振器Ｓ１〜Ｓ４のインターディジタルトランスデューサの電極指周期を等しくすることで、高周波側の角形性を最も良くすることができる。
【００３７】
このことを直列共振器Ｓと並列共振器Ｐのアドミタンス特性を用いて説明する。尚、以下の説明において、任意の直列共振器の符号をＳとし、任意の並列共振器の符号をＰとする。
【００３８】
まず、直列共振器Ｓ及び並列共振器Ｐのアドミタンス特性と、この直列共振器Ｓと並列共振器Ｐとを用いて構成されたラダー型弾性表面波フィルタ（以下、端にラダー型フィルタという）のフィルタ特性（またはフィルタ通過特性ともいう）との関係を、図５に示す１段構成のラダー型フィルタ１００を用いて説明する。図５に示すように、１段構成のラダー型フィルタ１００は、直列腕に１つの直列共振器Ｓを有し、並列腕に１つの並列共振器Ｐを有する。尚、図５において、矢印方向は、電流の流れる方向を示す。
【００３９】
また、図６に図５に示すラダー型フィルタ１００におけるアドミタンス特性（アドミタンスの絶対値ともいう）とフィルタ特性（フィルタ挿入損失ともいう）とを示す。図６におけるフィルタ特性の肩Ｋ近傍に着目すると、直列共振器Ｓに対するアドミタンス特性を示す曲線と並列共振器Ｐのアドミタンス特性を示す曲線との交点Ｃの周波数が、フィルタ特性の肩Ｋ（図６参照）の周波数と一致する。これは、交点Ｃより低周波領域において、並列共振器Ｐよりも直列共振器Ｓの方がアドミタンスの絶対値がいためである。即ち、直列共振器Ｓのアドミタンスの絶対値の方が多い場合、電流の大部分が図５中の直列共振器Ｓの方へ流れる。これに対し、交点Ｃより高周波領域において、並列共振器Ｐのアドミタンスの絶対値の方が直列共振器Ｓのアドミタンスの絶対値よりも大きくなるため、電流の大部分が図５中の並列共振器Ｐの方へ流れる。このため、交点Ｃよりも高周波側では阻止域となり、フィルタ挿入損失が増加する。尚、交点Ｃ（＝フィルタ特性の肩Ｋ）では直列共振器Ｓと並列共振器Ｐとに流れる電流が等しくなり、挿入損失が略−３ｄＢとなる。
【００４０】
また、フィルタ特性の減衰極Ｄの周波数は、直列共振器Ｓの反共振点ＡＲｓの周波数と重なる。従って、フィルタ特性の角形（遷移域）は、直列共振器Ｓと並列共振器Ｐとのアドミタンス特性の交点Ｃから、直列共振器Ｓの反共振点ＡＲｓまでの周波数差Δｆで決定されることになる。
【００４１】
次に、上述した１段構成のラダー型フィルタ１００を複数段構成のラダー型フィルタ（これをラダー型フィルタ２００とする）に置き換えて考える。一般的な複数段構成のラダー型フィルタ２００では、直列共振器Ｓの静電容量が全て等しい場合、全ての直列共振器Ｓのアドミタンスが一致するため、個々の直列共振器Ｓ又は並列共振器Ｐのアドミタンス特性（アドミタンスの絶対値）は図６に示す曲線と同等となる。
【００４２】
これに対し、複数段構成のラダー型フィルタ２００において少なくとも何れか１つの直列共振器の静電容量が他と異なる場合（この直列共振器をＳａとする）、直列共振器Ｓａのアドミタンス特性は図７のようになる。即ち、直列共振器Ｓａの共振点Ｒｓａ及び反共振点ＡＲｓａの周波数（共振周波数，反共振周波数）は、全ての静電容量が等しいラダー型フィルタと比較して変化しないが、直列共振器Ｓ／Ｓａと並列共振器Ｐとのアドミタンス特性の交点が複数となる。この結果、フィルタ特性の肩Ｋが複数存在することになるため、肩Ｋがなまり、結果として角形が劣化してしまう（図７の破線参照）。
【００４３】
このような問題を解決するために、本実施形態では、少なくとも何れか１つの直列共振器（これを直列共振器Ｓｂとする）の共振周波数を、他の直列共振器Ｓの共振周波数よりも僅かに低く構成する。換言すると、何れか１つの直列共振器Ｓｂの電極指周期を他の直列共振器Ｓの電極指周期よりも僅かに大きく構成する。尚、このような構成を有するラダー型フィルタを３００とする。このように直列共振器Ｓｂの共振周波数を低く構成することで、この直列共振器Ｓｂの反共振周波数が低周波側にシフトする。従って、図８に示すように、反共振周波数に対応したフィルタ特性の減衰極Ｄが低周波側に新たに発生し、この結果、角形が改善される。尚、この構成により直列共振器Ｓｂ及び並列共振器Ｐのアドミタンス特性の交点も新たに発生するが、これによるフィルタ特性の肩Ｋのなまりよりも、減衰極Ｄの低周波側へのシフトによる効果の方が大きいため、結果として角形が改善されることになる。
【００４４】
以上のような理由により、全ての直列共振器Ｓの静電容量が一致していない場合、少なくとも１つの直列共振器Ｓの共振周波数を低く（即ち、電極指周期を大きく）することで、角形を改善することができる。
【００４５】
また、高周波側フィルタ（例えば受信用フィルタ）の通過帯域におけるインピーダンスを無限大に近づけるために、複数段構成における最終段の直列共振器（これをＳｎとする）の静電容量を小さくした場合でも、上記と同様の理由により、少なくとも何れか１つの直列共振器Ｓｂの共振周波数を小さく（即ち、電極指周期を大きく）構成することで、角形を改善することが可能である。尚、最終段の直列共振器Ｓｎの静電容量を小さくした構成は、弾性表面波フィルタを用いたアンテナ分波器の低周波側フィルタ（例えば送信用フィルタ）に頻繁に用いられる構成である。
【００４６】
次に、複数段構成のラダー型フィルタ３００において、何れの直列共振器（Ｓｂ）の共振周波数（電極指周期）を変更するかについて述べる。本実施形態では、例えばｎ段構成とした場合、初段の直列共振器（これをＳ１とする）ではなく、第２段目以降の直列共振器（これをＳ２〜Ｓｎとする）の共振周波数（電極指周期）を変更する。これは、アンテナ分波器を実現する際に、高い角形に加えて耐電力性を確保しなければならないためである。ここで、ラダー型フィルタの耐電力性は、入力に最も近いＳ１の耐電力性によってほぼ決定される。このため、直列共振器Ｓ１の電極指周期を変更した場合、Ｓ１で消費される電力が大きく変化してしまい、その結果、アンテナ分波器自体の耐電力が劣化する可能性があるからである。これに対し、２段目以降の直列共振器（Ｓ２〜Ｓｎ）の共振周波数（電極指周期）変更した場合、Ｓ２〜Ｓｎの消費電力は変化するが、入力から離れているためにそれほど耐電力性を劣化させない。そこで本実施形態では、消費電力が比較的小さい２段目以降の直列共振器（Ｓ２〜Ｓｎ）の何れかの電極指周期を変更することで、耐電力性を劣化させることなく、角形だけが向上されるように構成する。
【００４７】
また、本実施形態では、図８に示したように、直列共振器Ｓｂの共振周波数を変更するだけでも、フィルタ特性の角形を改善することが可能である。しかしながら、何れかの直列共振器Ｓｂの共振周波数を変更した場合、並列共振器Ｐのアドミタンス特性との交点が複数発生する。そこで、本実施形態では、共振周波数を変更した直列共振器Ｓｂの静電容量を、他の直列共振器Ｓの静電容量の平均値よりも大きく構成する。この際の各直列共振器Ｓ，Ｓａ，Ｓｂ及び並列共振器Ｐのアドミタンス特性及びフィルタ特性を図９に示す。図９を参照すると明らかなように、直列共振器Ｓｂの静電容量を増加させた前と後とで共振周波数及び反共振周波数は変化しないものの、アドミタンス特性の交点は共振周波数を変更する前と同様となっている。即ち、アドミタンス特性の交点の数が見かけ上、減少している。従って、共振周波数を変更した直列共振器Ｓｂの静電容量を増加させることで、フィルタ特性の肩が持ち上がり（膨らみ）、角形が改善されたことが分かる。
【００４８】
次に、本実施形態によるラダー型フィルタの具体的構成に対して行ったシミュレーション結果を説明する。尚、この際、シミュレーションモデルには図２に示す４段構成のラダー型弾性表面波フィルタ素子１を使用した。尚、図２に示すラダー型弾性表面波フィルタ素子１について更に言及すると、４つの直列共振器Ｓ１〜Ｓ４のうち、隣接する２つの直列共振器（Ｓ１及びＳ２／Ｓ３及びＳ４）に対する並列共振器Ｐ１，Ｐ２は、それぞれ２つの並列共振器（Ｐ０１及びＰ０２／Ｐ０３及びＰ０４）が共通化された構成となっている（図３参照）。従って、図２に示す構成では、２つの並列共振器Ｐ１，Ｐ２を有している。このような４段構成のラダー型弾性表面波フィルタ素子１はアンテナ分波器として使用し易い構成である。表１に、ラダー型弾性表面波フィルタ素子１における各直列共振器Ｓ１〜Ｓ４及び各並列共振器Ｐ１，Ｐ２の設計パラメータを示す。尚、表１に示す設計パラメータでは、直列共振器Ｓ１の静電容量及び電極指周期（初期値）を基準とし、これで他の共振器の値を規格化している。
【表１】

【００４９】
表１を参照すると明らかなように、ラダー型弾性表面波フィルタ素子１は、４段構成の最終段に位置する直列共振器Ｓ４の静電容量が他の直列共振器Ｓ１〜Ｓ３の静電容量の平均値よりも小さい構成を有している。
【００５０】
また、表１に示す設計パラメータを用い、且つ４段構成の３段目に位置する直列共振器Ｓ３の電極指周期を０．３％小さく又は大きく（共振周波数を大きく又は小さく）変更した場合のフィルタ特性を図１０に示す。図１０を参照すると明らかなように、直列共振器Ｓ３の電極指周期を０．３％大きくした場合に、ラダー型弾性表面波フィルタ素子１のフィルタ特性における−３ｄＢから−４０ｄＢまでの遷移域が狭くなっている。即ち、この場合の角形が改善されていることが分かる。これは、上述したように、フィルタ特性の−３ｄＢ付近の肩Ｋが殆ど変化なく、減衰極Ｄだけが低周波側にシフトしたためである。尚、これとは反対に、直列共振器Ｓ３の電極指周期を０．３％小さくした場合、フィルタ特性の角形は殆ど変化しないことが分かる。
【００５１】
以上のように、４段構成のラダー型弾性表面波フィルタ素子１における最終段の直列共振器Ｓ４の静電容量を他の直列共振器Ｓ１〜Ｓ３の静電容量の平均値よりも小さくし、且つ、３段目の直列共振器（Ｓ３）の電極指周期を大きくした構成を有することで、本実施形態では、フィルタ特性の角形がより改善することができる。
【００５２】
また、図２に示すようなラダー型弾性表面波フィルタ素子１は、少なくとも１つの直列共振器（これを以下Ｓｃとする）のＩＤＴ１１を以下の式１を満足する構成とすることで、共振器内での伝搬歩行に対して横方向の漏れ損失が減少するために、フィルタ特性の角形をより向上させることができる。尚、式１において、ＷはＩＤＴ１１を構成する全ての電極指の幅を合計した合計幅であり、ＬはＩＤＴ１１のＳＡＷ伝搬方向における長さである。
Ｗ／Ｌ≦２５（％） …（式１）
【００５３】
換言すると、ＩＤＴ１１における１本の電極指の幅をｗとし、電極指周期の１周期をｐｉとした場合、１周期ｐｉに対する２本の電極指の合計幅の割合（これを以下パターン幅という）ｗａが以下の式２を満足するように、直列共振器Ｓｃを構成することで、ラダー型弾性表面波フィルタ素子１のフィルタ特性をより改善することができる。
ｗａ≦２５（％）（式２）
（但し、ｗａ＝２ｗ／ｐｉ×１００（％））
【００５４】
但し、パターン幅ｗａを１５％よりも細くした場合、直列共振器Ｓｃにおける電極指抵抗が増大し、挿入損失が増加するため、パターン幅ｗａ（若しくはＷ／Ｌ）は１５％以上であることが好ましい。また、上記ではパターン幅ｗａの上限を２５％としたが、より好ましくは２２．５％とするとよい。このような構成を有する直列共振器Ｓｃの一例を図１２に示す。
【００５５】
このように、ある１つの直列共振器ＳｃにおけるＩＤＴ１１のパターン幅ｗａが１５％以上で２５％以下の条件を満たして構成されることで、共振器内での伝搬方向に対して横方向の漏れ損失が小さくなり、結果としてフィルタ特性の角形が改善される。尚、この際、ＩＤＴ１１における全ての電極指が上記の条件（式２参照）を満足するような同一幅で構成されても良いし、全ての電極指の幅の合計値が上記の条件（式１参照）を満たすように構成されても良い。但し、後者の場合、各電極指の幅は不均一である。また、この構成を上述した構成と組み合わせることで、フィルタ特性の角形をより改善することができる。この結果、送信・受信帯域が接近したシステムにおいてもアンテナ分波器を構成することが可能となる。
【００５６】
また、実施形態では、少なくとも１つの直列共振器（これを以下Ｓｄとする）におけるＩＤＴ（これを１１ａとする）の電極指非交差部に、励起に寄与しないダミー電極１３を配置することでも高周波側におけるフィルタ特性の角形を向上させることが可能である。これは、ダミー電極１３を設けることで、弾性表面波の導波モードが形成され、励振された弾性表面波をより強く共振子内に閉じ込められるためである。尚、ＩＤＴ１１ａにおける電極指非交差部の長さは、電極指周期の１．５倍以上から４．５倍以下とするとよい。更に、各ダミー電極１３は、ＩＤＴ１１ａにおける各電極指の先端と対峙する位置に設けられるとよい。
【００５７】
このような直列共振器Ｓｄの構成を図１２に示す。また、このようなダミー電極１３を有する直列共振器Ｓｄを上述した構成と組み合わせることで、フィルタ特性を極めて良好な角形とすることができる。この結果、送信・受信帯域が接近したシステムにおいてもアンテナ分波器を構成することが可能となる。また、これを小型で安価に実現することができる。
【００５８】
次に、上述したラダー型弾性表面波フィルタ素子１の具体的構成について言及する。図２に示すラダー型弾性表面波フィルタ素子１において、本実施形態では、直列共振器Ｓ１，Ｓ２，Ｓ４の電極指周期を全て２．１２μｍとし、直列共振器Ｓ３の電極指周期のみを２．１３μｍとする。また、直列共振器Ｓ１の静電容量を１としたときの直列共振器Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の相対的な静電容量を、それぞれ１，１，０．７５とする。尚、並列共振器Ｐ１，Ｐ２の電極指周期は２．１６μｍとし、相対的な静電容量は０．８とする。
【００５９】
上記の構成を有するラダー型弾性表面波フィルタ素子１のフィルタ特性を図１３に示す。尚、比較のために、直列共振器Ｓ１〜Ｓ４の電極指周期を全て２．１２μｍとした場合のフィルタ特性（従来）も破線により図１３中に示す。また、図１３において、（ｂ）は（ａ）における注目すべき領域を拡大した図である。図１３（ａ），（ｂ）を参照すると明らかなように、直列共振器Ｓ１〜Ｓ４におけるある１つの直列共振器（Ｓ３）の電極指周期を大きくすることで、通過域の高周波側−３ｄＢ点から−４０ｄＢ点までの周波数差Δｆが小さくなった、即ち、角形が向上したことが分かる。
【００６０】
〔第２の実施形態〕
次に、第１の実施形態で示したラダー型弾性表面波フィルタ素子（１）の他の具体的構成例（ラダー型弾性表面波フィルタ素子２）について、以下に第２の実施形態として図面を用いて詳細に説明する。
【００６１】
本実施形態によるラダー型弾性表面波フィルタ素子２は、図２に示す構成と同様である。また、圧電基板１０には第１の実施形態と同様に、例えば４２°ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ₃（以下、４２°Ｙ−Ｘ：ＬｉＴａＯ₃という）基板が適用される。
【００６２】
このような構成において、本実施形態では、直列共振器Ｓ１，Ｓ２，Ｓ４の電極指周期を全て２．１２μｍとし、直列共振器Ｓ３の電極指周期のみを変化させた。また、直列共振器Ｓ１の静電容量を１としたときの直列共振器Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の相対的な静電容量を、それぞれ１，１，０．７５とする。尚、並列共振器Ｐ１，Ｐ２の電極指周期は２．１６μｍとし、相対的な静電容量は０．８とする。
【００６３】
このような構成を有するラダー型弾性表面波フィルタ素子２に関し、直列共振器Ｓ３の電極指周期の変化率に対するフィルタ特性の高周波側遷移域の周波数幅（−３ｄＢ通過帯域端から−４０ｄＢまでの周波数幅）の相対的な変化を図１４に示す。直列共振器Ｓ２とＳ４との電極指周期の平均に対して０〜１%の範囲で直列共振器Ｓ３の電極指周期を大きくすることで高周波側の角形が改善されている。また、他の構成は、第１の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００６４】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。本実施形態では、低周波側フィルタ（ＬＰＦ１ａ）として第１の実施形態に示したラダー型弾性表面波フィルタ素子１を用い、高周波側フィルタ（ＨＰＦ１ｂ）には縦結合型弾性表面波共振器フィルタを用い、それぞれのフィルタを１つのパッケージに搭載することで、１．９ＧＨｚ帯のアンテナ分波器１Ａを構成した。図１５に本実施形態によるアンテナ分波器１Ａの構成を示す。
【００６５】
このように構成したアンテナ分波器１Ａのフィルタ特性を図１６に示す。図１６を参照すると明らかなように、ＬＰＦ１ａの高周波側の角形が優れているため、送信帯域と受信帯域との周波数間隔が２０ＭＨｚしかないにも関わらず、本実施形態によるアンテナ分波器１Ａは、受信帯域での抑圧度を−４０ｄＢ以上に確保されている。この結果、本実施形態によれば、上記した第１の実施形態によるラダー型弾性表面波フィルタ素子１を用いて、小型で安価なアンテナ分波器を実現できる。また、他の構成は、第１の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。尚、第２の実施形態に関しても、同様に準用できる。
【００６６】
〔他の実施形態〕
以上、説明した実施形態は本発明の好適な一実施形態にすぎず、本発明はその趣旨を逸脱しない限り種々変形して実施可能である。
【００６７】
【発明の効果】
以上のように、本発明を用いれば、弾性表面波フィルタの通過特性において、高周波側の角形を向上することができる。また、本発明を施した弾性表面波フィルタは、アンテナ分波器の低周波側フィルタとして用いることができ、弾性表面波技術を用いて小型で安価なアンテナ分波器を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】角形の定義を説明するための図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるラダー型弾性表面波フィルタ素子１の構成を示す上面図である。
【図３】図２に示すラダー型弾性表面波フィルタ素子１の回路構成を示す図である。
【図４】図２に示すラダー型弾性表面波フィルタ素子１の他の回路構成を示す図である。
【図５】１段構成のラダー型フィルタ１００の構成を模式的に示す図である。
【図６】ラダー型フィルタ１００におけるアドミタンス特性とフィルタ特性とを示すグラフである。
【図７】ラダー型フィルタ２００におけるアドミタンス特性とフィルタ特性とを示すグラフである。
【図８】ラダー型フィルタ３００におけるアドミタンス特性とフィルタ特性とを示すグラフである。
【図９】直列共振器Ｓｂの静電容量を増加させた場合のラダー型フィルタ３００のアドミタンス特性とフィルタ特性とを示すグラフである。
【図１０】図２に示すラダー型弾性表面波フィルタ素子１を表１に示す設計パラメータに基づいて作成した場合のアドミタンス特性とフィルタ特性とを示すグラフである。
【図１１】ＩＤＴ１１の２つの電極指の合計幅２ｗを電極指周期ｐｉの１５％以上２５％以下とした場合の直列共振器Ｓの構成を示す上面図である。
【図１２】ＩＤＴ１１にダミー電極１３を設けた場合の直列共振器Ｓｄの構成を示す上面図である。
【図１３】図２に示すラダー型弾性表面波フィルタ素子１の具体的構成例に関するアドミタンス特性とフィルタ特性とを示すグラフである。
【図１４】本発明の第２の実施形態においてラダー型弾性表面波フィルタ素子２を構成する直列共振器Ｓ３の電極指周期の変化率に対するフィルタ特性の高周波側遷移域の周波数幅（−３ｄＢ通過帯域端から−４０ｄＢまでの周波数幅）の相対的な変化を示すグラフである。
【図１５】本発明の第３の実施形態によるアンテナ分波器１Ａの構成を示すブロック図である。
【図１６】図１５に示すアンテナ分波器１Ａを構成するＬＰＦ１ａとＨＰＦ１ｂとのフィルタ特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１ラダー型弾性表面波フィルタ素子
１Ａアンテナ分波器
１ａＬＰＦ
１ｂＨＰＦ
１０圧電基板
１１、１１ａＩＤＴ
１２反射電極
１００、２００、３００ラダー型フィルタ
Ｒ１１，Ｒ１２反射器
Ｓ、Ｓ１〜Ｓ４、Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ直列共振器
Ｐ、Ｐ１，Ｐ２、Ｐ０１〜Ｐ０４並列共振器

Claims

圧電基板上に形成されたインターディジタルトランスデューサを有して構成される直列共振器及び並列共振器が梯子型に接続され、前記直列共振器の少なくとも１つが他の直列共振器と異なる静電容量を有する弾性表面波フィルタにおいて、
前記梯子型における２段目以降の前記直列共振器の少なくとも１つが、他の直列共振器が有するインターディジタルトランスデューサの電極指周期の平均よりも大きい電極指周期のインターディジタルトランスデューサを有し、かつ前記平均よりも大きい電極指周期のインターディジタルトランスデューサを有する前記直列共振器は、他の直列共振器の静電容量の平均よりも大きい静電容量を有することを特徴とする弾性表面波フィルタ。
圧電基板上に形成されたインターディジタルトランスデューサを有して構成される直列共振器及び並列共振器が梯子型に接続され、前記直列共振器のうち最終段に位置する直列共振器が他の直列共振器よりも小さい静電容量を有する弾性表面波フィルタにおいて、
前記梯子型における２段目以降の前記直列共振器の少なくとも１つが、他の直列共振器が有するインターディジタルトランスデューサの電極指周期の平均よりも大きい電極指周期のインターディジタルトランスデューサを有し、かつ前記平均よりも大きい電極指周期のインターディジタルトランスデューサを有する前記直列共振器は、他の直列共振器の静電容量の平均よりも大きい静電容量を有することを特徴とする弾性表面波フィルタ。
請求項２記載の前記弾性表面波フィルタにおいて、
前記梯子型は４段構成であり、
前記梯子型における３段目に位置する直列共振器が有するインターディジタルトランスデューサの電極指周期が、当該梯子型における２段目及び４段目に位置する直列共振器が有するインターディジタルトランスデューサの電極指指周期の平均よりも大きいことを特徴とする弾性表面波フィルタ。
請求項３記載の前記弾性表面波フィルタにおいて、
前記３段目に位置する直列共振器の静電容量が、前記梯子型における１段目及び２段目に位置する直列共振器の静電容量の平均よりも大きいことを特徴とする弾性表面波フィルタ。
請求項３又は４記載の前記弾性表面波フィルタにおいて、
前記３段目に位置する直列共振器が有するインターディジタルトランスデューサの電極指周期が、前記梯子型における２段目及び４段目に位置する直列共振器が有するインターディジタルトランスデューサの電極指周期の平均よりも１％以下の範囲で大きいことを特徴とする弾性表面波フィルタ。
請求項１から５の何れか１項に記載の前記弾性表面波フィルタにおいて、
前記直列共振器の少なくとも１つが、電極指周期の１５％以上から２２．５％以下の電極指幅で形成されたインターディジタルトランスデューサを有することを特徴とする弾性表面波フィルタ。
請求項６記載の前記弾性表面波フィルタにおいて、
前記電極指周期の１５％以上から２２．５％以下の電極指幅で形成された前記インターディジタルトランスデューサは、全ての電極指の幅が均一であることを特徴とする弾性表面波フィルタ。
請求項６記載の前記弾性表面波フィルタにおいて、
前記電極指周期の１５％以上から２２．５％以下の電極指幅で形成された前記インターディジタルトランスデューサは、電極指の幅が不均一であることを特徴とする弾性表面波フィルタ。
請求項１から８の何れか１項に記載の前記弾性表面波フィルタにおいて、
前記直列共振器の少なくとも１つのインターディジタルトランスデューサは、電極指非交差部に配置された、弾性表面波の励起に寄与しないダミー電極を有することを特徴とする弾性表面波フィルタ。
請求項９記載の前記弾性表面波フィルタにおいて、
前記電極指非交差部は、前記インターディジタルトランスデューサの電極指周期の１．５倍以上から４．５倍以下の長さであることを特徴とする弾性表面波フィルタ。
請求項９又は１０記載の前記弾性表面波フィルタにおいて、
前記ダミー電極は前記インターディジタルトランスデューサの各電極指の先端に対峙するように設けられていることを特徴とする弾性表面波フィルタ。
請求項１から１１の何れか１項に記載の前記弾性表面波フィルタにおいて、
前記直列共振器は弾性表面波の伝搬方向における前後部に反射器を有することを特徴とする弾性表面波フィルタ。
請求項１から１２の何れか１項に記載の前記弾性表面波フィルタにおいて、
前記インターディジタルトランスデューサはシングル電極構造であることを特徴とする弾性表面波フィルタ。
請求項１から１３の何れか１項に記載の前記弾性表面波フィルタにおいて、
前記圧電基板は、４２°ＹカットＬｉＴａＯ₃で形成されていることを特徴とする弾性表面波フィルタ。
低周波側フィルタとして請求項１から１４の何れか１項に記載の前記弾性表面波フィルタを有することを特徴とする弾性表面波分波器。