JP4765396B2 - トランスバーサル型弾性表面波フィルタ - Google Patents

Description

本発明は、弾性表面波デバイスにおいて、挿入損失と帯域内偏差を改善することを目的とした弾性表面波デバイスに関する。

近年、弾性表面波（以下、ＳＡＷと称す）デバイスは通信分野で広く利用され、高性能、小型、量産性等の優れた特徴を有することから特に携帯電話等に多く用いられる。画像等のデータ通信の需要増により、携帯電話に用いられるＩＦフィルタには低損失で帯域内偏差の小さな特性が要求され、このような厳しい仕様を満たすフィルタとしてはトランスバーサルＳＡＷフィルタが適している。

図５は従来のトランスバーサルＳＡＷフィルタの平面図を示している。圧電基板の主表面上にＳＡＷの伝搬方向に沿って入力用のＩＤＴ電極１１と出力用のＩＤＴ電極１２を所定の間隔をあけて配置すると共に、該ＩＤＴ電極１１、１２の間に入出力端子間の直達波を遮蔽するためのシールド電極１３を配置する。前記ＩＤＴ電極１１、１２は正電極指２本、負電極指２本を1対としたスプリット電極により構成されており、ＩＤＴ電極１１の一方のくし形電極を入力端子ＩＮに接続すると共に他方のくし形電極は接地し、ＩＤＴ電極１２の一方のくし形電極を出力端子ＯＵＴに接続すると共に他方のくし形電極を接地することによりトランスバーサルＳＡＷフィルタを形成している。

図６は、前記トランスバーサルＳＡＷフィルタの通過特性を示している。なお、中心周波数を４０ＭＨｚとし、圧電基板にニオブ酸リチウムを用い、ＩＤＴ電極１１の対数を５対、ＩＤＴ電極１２の対数を７対としている。同図に示すように、通過帯域は中心周波数付近で大きく凸となっており、帯域内偏差が著しく劣化しているのが分かる。
特開昭６０−２６３５０５号公報 M.Takeuchi and K.Yamanouchi:" New Type of SAW Reflectors and Resonators Consisting of Reflecting Elements with Positive and Negative Reflection Coefficients", IEEE Trans.Ultrason. Ferroelec. Freq. Contr.,vol.33, No.4, pp.369-374 (1986).

前述のように、従来のトランスバーサルＳＡＷフィルタは帯域内偏差が著しく悪いという問題があった。この問題を解決するためには、図７に示すようにＩＤＴ電極１１、１２の外側に隣り合う電極指同士を電気的に接続した短絡型の反射電極１４を複数対配置して反射効率を高める方法が適している。

図８は、図７のトランスバーサルＳＡＷフィルタの通過特性を示している。なお、中心周波数を４０ＭＨｚとし、圧電基板にニオブ酸リチウムを用い、ＩＤＴ電極１１の対数を５対、ＩＤＴ電極１２の対数を７対としている。そして、反射電極１４を４、６、８対と変化させた時の通過特性を重ね合わせて図示している。同図に示すように、反射電極の対数を増加させると、通過帯域の中心周波数付近の凸部が次第に小さくなり、帯域内偏差が改善されているのが分かる。しかし、その一方で反射電極の対数を増加させると通過特性が単峰となり、挿入損失や帯域幅が劣化してしまう問題が生じる。

以上説明した問題点を解決すべく、本発明では、ＳＡＷデバイスにおいて低損失で帯域内偏差の小さい通過特性を実現することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明に係るＳＡＷデバイスの請求項１に記載の発明は、圧電基板と、該圧電基板上に形成したＩＤＴ電極と、該ＩＤＴ電極の内部及び外側に配置した反射電極とを備えた弾性表面波デバイスにおいて、前記反射電極は弾性表面波の伝搬方向に沿って第１乃至第４の浮き電極を順次配置し第１及び第３の浮き電極同士、或いは第２及び第４の浮き電極同士を短絡した構造であることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記反射電極の少なくとも１つは他の反射電極に対し左右反転した構造であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記圧電基板はニオブ酸リチウムであることを特徴とする。

本発明の請求項１に記載の発明によれば、ＩＤＴ電極の内部及び外側に、弾性表面波の伝搬方向に沿って第１乃至第４の浮き電極を順次配置し第１及び第３の浮き電極同士、或いは第２及び第４の浮き電極同士を短絡した反射電極を配置することにより、低損失で帯域内偏差の小さいＳＡＷデバイスを実現することができる。

請求項２に記載の発明によれば、前記反射電極の少なくとも１つを他の反射電極に対し左右反転した構造にすることにより、請求項１に記載のＳＡＷデバイスよりも挿入損失を更に改善することができる。

請求項３に記載の発明によれば、圧電基板にニオブ酸リチウムを用いることにより広帯域な通過特性を実現することができる。

以下、本発明を図面に図示した実施の形態例に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係るＳＡＷデバイスを示している。圧電基板の主表面上にＳＡＷの伝搬方向に沿って入力用のＩＤＴ電極１と出力用のＩＤＴ電極２を所定の間隔をあけて配置すると共に、ＩＤＴ電極１、２の間に入出力端子間の直達波を遮蔽するためのシールド電極３を配置する。前記ＩＤＴ電極１、２は正電極指２本、負電極指２本を1対としたスプリット電極により構成しており、ＩＤＴ電極１の一方のくし形電極を入力端子ＩＮに接続すると共に他方のくし形電極は接地し、ＩＤＴ電極２の一方のくし形電極を出力端子ＯＵＴに接続すると共に他方のくし形電極を接地している。なお、励振電極をスプリット電極としたのは、励振電極間の反射が重畳するのを防止し、対称な伝達応答を得るためである。そして、ＩＤＴ電極１、２の外側とＩＤＴ電極２の内部に反射電極４を配置する。図１（ｂ）は反射電極４の拡大図を示しており、反射電極４は４本の浮き電極から構成され、浮き電極Ｏ１、Ｏ２を開放型グレーティングとして機能させ、浮き電極Ｓ１、Ｓ２を互いに電気的に短絡することにより短絡グレーティングとして機能させている。

前記反射電極は、特許文献１及び非特許文献１にて開示されているＰＮＲ（Positive and Nagative Reflectivity：正負反射型反射エレメント）と同じである。特許文献１及び非特許文献１によれば、ＰＮＲをＳＡＷ共振子のＩＤＴ電極の外側に配置することで、従来の開放型又は短絡型の反射電極と比較してバルク波へのモード変換を小さくでき、反射効率を高めることができると開示されている。これに対し本発明では、ＩＤＴ電極の外側とＩＤＴ電極の内部の両方にＰＮＲを配置することにより反射効率を高め、挿入損失と帯域内偏差の改善を図った。

図２は本発明のトランスバーサルＳＡＷフィルタの通過特性を示しており、中心周波数を４０ＭＨｚとし、圧電基板にニオブ酸リチウムを用い、ＩＤＴ電極１の対数を５対、ＩＤＴ電極２の対数を７対とし、ＩＤＴ電極１、２の外側に反射電極４を５対配置し、ＩＤＴ電極２の内部に反射電極４を１個配置している。なお、比較のために、同図の従来１に示す特性は図６の通過特性を、従来２に示す特性はＩＤＴ電極の外側にのみ反射電極を５対配置し、ＩＤＴ電極の内部には反射電極を配置しない時のトランスバーサルＳＡＷフィルタの通過特性を示している。

図２より、本発明のトランスバーサルＳＡＷフィルタの通過特性は従来１の特性と比較して、通過帯域の中心周波数付近の凸部が小さくなっており帯域内偏差が大幅に改善されていることが分かる。また、通過帯域の形状は角形で、低損失、広帯域な特性が得られている。具体的には、本発明のトランスバーサルＳＡＷフィルタでは、挿入損失が１０．４（ｄＢ）、帯域内偏差が０．７（ｄＢ）の特性が得られた。また、本発明と従来２の特性とを比較すると、従来２の特性は挿入損失が１１．０（ｄＢ）、帯域内偏差が１．１（ｄＢ）であり、本発明のトランスバーサル型フィルタの方が挿入損失及び帯域内偏差が良好であった。これにより、反射電極をＩＤＴ電極の外側と内部に分散して配置した方が挿入損失及び帯域内偏差を改善できることが確認された。

以上説明したように、本発明のトランスバーサルＳＡＷフィルタは、電極の外側及び内部にＰＮＲ型の反射電極を配置することにより、従来のＳＡＷデバイスと比較して低損失で帯域内偏差の小さい通過特性を実現した。また、圧電基板にニオブ酸リチウムを用いているので広帯域な特性が得られた。なお、図１ではＩＤＴ電極２の内部にのみ反射電極４を配置しているが、ＩＤＴ電極１、２の両方の内部に反射電極４を配置しても良い。

図３は本発明に係るＳＡＷデバイスの変形例を示しており、図１と異なる点は、ＩＤＴ電極２の内部に配置したＰＮＲ型の反射電極５を、ＩＤＴ電極１、２の外側に配置したＰＮＲ型の反射電極４に対し左右反転して配置した点であり、それ以外の構造は図１と同等である。

図４は図３のトランスバーサルＳＡＷフィルタの通過特性を示しており、中心周波数を４０ＭＨｚとし、圧電基板にニオブ酸リチウムを用い、ＩＤＴ電極１の対数を５対、ＩＤＴ電極２の対数を７対とし、ＩＤＴ電極１、２の外側に反射電極４を５対配置し、ＩＤＴ電極２の内部に左右反転させた反射電極５を１個配置している。なお、比較のために、同図の破線に示す特性は図１のトランスバーサルＳＡＷフィルタの通過特性を示している。同図より、実線に示す図３のトランスバーサルＳＡＷフィルタは挿入損失は１０．０（ｄＢ）、帯域内偏差は０．８（ｄＢ）であり、図１のトランスバーサルＳＡＷフィルタと比較してほぼ同等の帯域内偏差を保ちつつ、挿入損失を更に改善できることが確認された。

なお、図３ではＩＤＴ電極の内部に左右反転させたＰＮＲ型の反射電極を配置した例について説明したが、ＩＤＴ電極の外側に配置した反射電極を左右反転させても挿入損失の改善に効果があることを実験により確認した。

以上では、圧電基板に広帯域な特性を実現できるニオブ酸リチウムを用いた例について説明したが本発明はこれに限定されるものではなく、圧電基板に水晶、タンタル酸リチウム、四硼酸リチウム、ランガサイト等に用いた場合にも適用できることは言うまでもない。また、トランスバーサルＳＡＷフィルタ以外の共振器型やモード結合型フィルタ等においても本発明が適用できることは言うまでもない。

本発明に係るトランスバーサルＳＡＷフィルタを説明する図であり、（ａ）に平面図を、（ｂ）にＰＮＲ型の反射電極を示す。 本発明と従来のトランスバーサルＳＡＷフィルタの通過特性の比較を示す。 本発明に係るトランスバーサルＳＡＷフィルタの変形例を示す。 本発明に係るトランスバーサルＳＡＷフィルタの変形例の通過特性を示す。 従来のトランスバーサルＳＡＷフィルタの平面図を示す。 従来のトランスバーサルＳＡＷフィルタの通過特性を示す。 従来の短絡型の反射電極を配置したトランスバーサルＳＡＷフィルタの平面図を示す。 従来の短絡型の反射電極を配置したトランスバーサルＳＡＷフィルタの反射電極の対数を変化させた時の通過特性を示す。

符号の説明

１、２：ＩＤＴ電極
３：シールド電極
４、５：反射電極
Ｏ１、Ｏ２：開放型浮き電極
Ｓ１、Ｓ２：短絡型浮き電極

Claims (3)

1. 圧電基板と、該圧電基板上に形成したＩＤＴ電極と、該ＩＤＴ電極の内部及び外側に配置した反射電極とを備えたトランスバーサル型弾性表面波フィルタにおいて、
   前記反射電極のそれぞれは、弾性表面波の伝搬方向に沿って第１乃至第４の浮き電極を順次配置し、第１及び第３の浮き電極同士を短絡し、第２及び第４の浮き電極を開放した構造、或いは、第１及び第３の浮き電極を開放し、第２及び第４の浮き電極同士を短絡した構造のいずれか一方であることを特徴としたトランスバーサル型弾性表面波フィルタ。
2. 前記反射電極の少なくとも１つは、他の反射電極に対し左右反転した構造であることを特徴とした請求項１に記載のトランスバーサル型弾性表面波フィルタ。
3. 前記圧電基板は、ニオブ酸リチウムであることを特徴とした請求項１又は２に記載のトランスバーサル型弾性表面波フィルタ。

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