JPH11150438A - Ｉｄｔ型弾性表面波共振器を用いたバンドリジェクション型フィルタ - Google Patents
Ｉｄｔ型弾性表面波共振器を用いたバンドリジェクション型フィルタInfo
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- JPH11150438A JPH11150438A JP9314791A JP31479197A JPH11150438A JP H11150438 A JPH11150438 A JP H11150438A JP 9314791 A JP9314791 A JP 9314791A JP 31479197 A JP31479197 A JP 31479197A JP H11150438 A JPH11150438 A JP H11150438A
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- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 阻止帯域における減衰量の大きいバンドリジ
ェクション型フィルタを実現する。 【解決手段】 θYX-LT圧電基板とAl電極を用いたIDT型
弾性表面波共振器を１個以上直列接続する。共振器の対
数、電極周期、膜厚及びθを所望の値に設定する。 【効果】 共振器の反共振周波数近傍における弾性表面
波の伝搬損失が無視できる程度に小さくできる。その結
果、36YX-LT圧電基板を用いたバンドリジェクション型
フィルタより、減衰量が4dB改善できる。
ェクション型フィルタを実現する。 【解決手段】 θYX-LT圧電基板とAl電極を用いたIDT型
弾性表面波共振器を１個以上直列接続する。共振器の対
数、電極周期、膜厚及びθを所望の値に設定する。 【効果】 共振器の反共振周波数近傍における弾性表面
波の伝搬損失が無視できる程度に小さくできる。その結
果、36YX-LT圧電基板を用いたバンドリジェクション型
フィルタより、減衰量が4dB改善できる。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、IDT型弾性表面波
共振器の反共振周波数近傍における急峻なインピーダン
ス特性を利用したバンドリジェクション型フィルタに関
する。
共振器の反共振周波数近傍における急峻なインピーダン
ス特性を利用したバンドリジェクション型フィルタに関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、３６度回転ＹカットＸ伝搬タンタ
ル酸リチウム単結晶(36YX-LT)基板を用いたバンドリジ
ェクション型フィルタとして、ＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒｄｉ
ｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）型弾性表面波共振
器（図１）を用いたフィルタが知られている。３６ＹＸ
−ＬＴ基板上に例えば800MHz帯で膜厚100nmのアルミニ
ウム(Al)膜でIDT型共振器を形成し、これを電気的に直
列接続して構成した。IDT型共振器の替りに、図２に示
す反射器型共振器を用いたフィルタも知られている。
ル酸リチウム単結晶(36YX-LT)基板を用いたバンドリジ
ェクション型フィルタとして、ＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒｄｉ
ｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）型弾性表面波共振
器（図１）を用いたフィルタが知られている。３６ＹＸ
−ＬＴ基板上に例えば800MHz帯で膜厚100nmのアルミニ
ウム(Al)膜でIDT型共振器を形成し、これを電気的に直
列接続して構成した。IDT型共振器の替りに、図２に示
す反射器型共振器を用いたフィルタも知られている。
【０００３】図２に示す反射器型共振器は、主にIDT1の
両端に設けられた反射器2によって弾性表面波をIDT及び
反射器内部に閉じ込めるのに対して、図１に示すIDT型
共振器は、IDT1の電極対数を多くし、電極指における弾
性表面波の反射特性を利用して弾性表面波をIDT内部に
閉じ込める。IDTと反射器では、金属部の電位が異なる
ため、弾性表面波の伝搬特性も異なる。このため、反射
器型共振器では、IDTと反射器両方での弾性表面波の伝
搬特性を考慮して、Al膜厚等を最適化する必要がある。
また、一般にその特性の差異に起因するリップルが反共
振周波数近傍に発生する傾向があり、共振器を直列接続
したバンドリジェクション型フィルタとしては、減衰量
が十分に取れない傾向がある。
両端に設けられた反射器2によって弾性表面波をIDT及び
反射器内部に閉じ込めるのに対して、図１に示すIDT型
共振器は、IDT1の電極対数を多くし、電極指における弾
性表面波の反射特性を利用して弾性表面波をIDT内部に
閉じ込める。IDTと反射器では、金属部の電位が異なる
ため、弾性表面波の伝搬特性も異なる。このため、反射
器型共振器では、IDTと反射器両方での弾性表面波の伝
搬特性を考慮して、Al膜厚等を最適化する必要がある。
また、一般にその特性の差異に起因するリップルが反共
振周波数近傍に発生する傾向があり、共振器を直列接続
したバンドリジェクション型フィルタとしては、減衰量
が十分に取れない傾向がある。
【０００４】一方IDT型弾性表面波共振器は、大部分の
弾性表面波をIDT内部に閉じ込めることができるため、I
DTでの弾性表面波の伝搬特性だけを考慮してAl膜厚等を
最適化される。このため、反共振周波数近傍でのQ値が
極めて優れており、減衰量の大きいフィルタを実現する
ことができる。800MHz帯では、一個のIDT型共振器で、
図６から図１０に示すように、電極周期(λ)5μm、電極
対数200対、開口長20λのとき、最大12dBの減衰量が実
現できている。電極周期の異なる複数の上記共振器を直
列接続すると、25MHz帯域幅で、17dB程度の減衰量が実
現できている。
弾性表面波をIDT内部に閉じ込めることができるため、I
DTでの弾性表面波の伝搬特性だけを考慮してAl膜厚等を
最適化される。このため、反共振周波数近傍でのQ値が
極めて優れており、減衰量の大きいフィルタを実現する
ことができる。800MHz帯では、一個のIDT型共振器で、
図６から図１０に示すように、電極周期(λ)5μm、電極
対数200対、開口長20λのとき、最大12dBの減衰量が実
現できている。電極周期の異なる複数の上記共振器を直
列接続すると、25MHz帯域幅で、17dB程度の減衰量が実
現できている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】移動体通信に用いるバ
ンドリジェクション型フィルタでは、より大きい減衰量
が求められている。例えば、代表的な移動体通信方式で
あるGSM方式では、25MHz帯域幅で、減衰量が20dB以上必
要とされている。上記共振器の減衰量を3dB以上改善す
る必要がある。
ンドリジェクション型フィルタでは、より大きい減衰量
が求められている。例えば、代表的な移動体通信方式で
あるGSM方式では、25MHz帯域幅で、減衰量が20dB以上必
要とされている。上記共振器の減衰量を3dB以上改善す
る必要がある。
【０００６】IDT型共振器における減衰量の劣化の原因
には、Al膜の電気的なシート抵抗に起因する劣化と弾性
表面波の伝搬損失に起因する劣化がある。シート抵抗に
起因する劣化は、Al膜を厚くすることで低減することが
できるが、伝搬損失に起因する劣化が急激に増加してし
まう。このため、単にAl膜を厚くしても減衰量を改善す
ることができない。
には、Al膜の電気的なシート抵抗に起因する劣化と弾性
表面波の伝搬損失に起因する劣化がある。シート抵抗に
起因する劣化は、Al膜を厚くすることで低減することが
できるが、伝搬損失に起因する劣化が急激に増加してし
まう。このため、単にAl膜を厚くしても減衰量を改善す
ることができない。
【０００７】そこで本発明の目的は、IDT型弾性表面波
共振器を直列に複数接続したバンドリジェクション型フ
ィルタにおいて、減衰量の優れたバンドリジェクション
型フィルタを提供することである。
共振器を直列に複数接続したバンドリジェクション型フ
ィルタにおいて、減衰量の優れたバンドリジェクション
型フィルタを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、IDT型弾性表面波共振器を直列に複数接続したバン
ドリジェクション型フィルタにおいて、IDTの電極周期
λ、Al電極の膜厚h、基板のカット角θと減衰量の関係
をシミュレーションと実験により詳細に調べた。その結
果、λ、h、θを所望の関係に設定することにより上記
目的を達成できることを見出し、またIDTを所望の電極
対数とすることによって上記目的を達成できるバンドリ
ジェクション型フィルタを実現した。すなわち請求項１
または請求項２に示すように、θ度回転ＹカットＸ伝搬
タンタル酸リチウム(θYX-LT)圧電基板表面に、Alを主
成分とする膜厚がhの金属膜で作成された電極周期がλ
のIDTを有するIDT型弾性表面波共振器を、少なくとも一
個以上直列接続したバンドリジェクション型フィルタに
おいて、図１４に示すように、θの範囲を 31+(h／λ)×80+(h／λ)×(h／λ)×790<θ<38+(h／λ)
×100+(h／λ)×(h／λ)×500 さらに好ましくは、 33+(h／λ)×140+(h／λ)×(h／λ)×170<θ<35+(h／
λ)×150+(h／λ)×(h／λ)×200 と設定するのが良い。さらに、IDTの電極対数を90対以
上とし、0.12>h／λ>0.05とする。
め、IDT型弾性表面波共振器を直列に複数接続したバン
ドリジェクション型フィルタにおいて、IDTの電極周期
λ、Al電極の膜厚h、基板のカット角θと減衰量の関係
をシミュレーションと実験により詳細に調べた。その結
果、λ、h、θを所望の関係に設定することにより上記
目的を達成できることを見出し、またIDTを所望の電極
対数とすることによって上記目的を達成できるバンドリ
ジェクション型フィルタを実現した。すなわち請求項１
または請求項２に示すように、θ度回転ＹカットＸ伝搬
タンタル酸リチウム(θYX-LT)圧電基板表面に、Alを主
成分とする膜厚がhの金属膜で作成された電極周期がλ
のIDTを有するIDT型弾性表面波共振器を、少なくとも一
個以上直列接続したバンドリジェクション型フィルタに
おいて、図１４に示すように、θの範囲を 31+(h／λ)×80+(h／λ)×(h／λ)×790<θ<38+(h／λ)
×100+(h／λ)×(h／λ)×500 さらに好ましくは、 33+(h／λ)×140+(h／λ)×(h／λ)×170<θ<35+(h／
λ)×150+(h／λ)×(h／λ)×200 と設定するのが良い。さらに、IDTの電極対数を90対以
上とし、0.12>h／λ>0.05とする。
【０００９】以下、本発明の効果を表１を参照しながら
説明する。
説明する。
【００１０】
【表１】
【００１１】表１はθYX-LT圧電基板上にAlのIDT電極を
形成した場合の弾性表面波の反共振周波数における伝搬
損失と、回転角θ及び弾性表面波の波長で換算したAl膜
厚h／λの関係を示した表である。これらは弾性表面波
共振器の解析シミュレータ(１９９４年第１５回超音波
シンポジウム第２７５頁から第２７６頁)から計算され
ている。このシミュレータでは、IDTの電極対数を無限
対で近似している。実際の共振器では、IDTの電極対数
は90対以上のとき、共振器の端部から漏れる弾性表面波
も十分小さく、Ｑ値に与える影響も無視できることが分
かっている。
形成した場合の弾性表面波の反共振周波数における伝搬
損失と、回転角θ及び弾性表面波の波長で換算したAl膜
厚h／λの関係を示した表である。これらは弾性表面波
共振器の解析シミュレータ(１９９４年第１５回超音波
シンポジウム第２７５頁から第２７６頁)から計算され
ている。このシミュレータでは、IDTの電極対数を無限
対で近似している。実際の共振器では、IDTの電極対数
は90対以上のとき、共振器の端部から漏れる弾性表面波
も十分小さく、Ｑ値に与える影響も無視できることが分
かっている。
【００１２】従来、弾性表面波フィルタに用いられてい
る36YX-LT圧電基板では、h／λ>0.05のとき、伝搬損失
が略無視できる条件(<0.003dB／λ)を満足しない。一
方、h／λ>0.05でも、 31+(h／λ)×80+(h／λ)×(h／λ)×790<θ<38+(h／λ)
×100+(h／λ)×(h／λ)×500 さらに好ましくは、 33+(h／λ)×140+(h／λ)×(h／λ)×170<θ<35+(h／
λ)×150+(h／λ)×(h／λ)×２００ のとき、略伝搬損失が無視できるほど小さくできること
が明らかになった。このことから、共振器の反共振周波
数近傍を阻止帯域に用いることにより、減衰量の大きい
バンドリジェクション型フィルタが実現できることが明
らかになった。
る36YX-LT圧電基板では、h／λ>0.05のとき、伝搬損失
が略無視できる条件(<0.003dB／λ)を満足しない。一
方、h／λ>0.05でも、 31+(h／λ)×80+(h／λ)×(h／λ)×790<θ<38+(h／λ)
×100+(h／λ)×(h／λ)×500 さらに好ましくは、 33+(h／λ)×140+(h／λ)×(h／λ)×170<θ<35+(h／
λ)×150+(h／λ)×(h／λ)×２００ のとき、略伝搬損失が無視できるほど小さくできること
が明らかになった。このことから、共振器の反共振周波
数近傍を阻止帯域に用いることにより、減衰量の大きい
バンドリジェクション型フィルタが実現できることが明
らかになった。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明に係る実施の形態を詳細に
説明する。図３は、本発明による弾性表面波共振器の一
実施形態を示す平面図であり、図４は、図３のＡーＡ部
の部分断面図である。本実施形態は一開口共振器であっ
て、電極膜厚、θを除いては従来の構成と同じである。
即ち、θＹＸーＬＴ単結晶５の基板表面に、Ａｌを主成
分とする金属膜でIDT電極１がパターニングされ、櫛形
の電極指が互いに間挿された２つの電極１Ａ、１Ｂ間に
高周波信号が加えられている。個々の電極指は、櫛形電
極の膜厚がｈ、幅がＬ、電極周期がλ（弾性表面波の伝
搬波長と実質同じ）である。隣接する電極指間の幅Ｓの
間隙が設けられている。電極構造は、ｈ＝0.308μｍ、
Ｌ／Ｓ＝1.18、電極指対数200対、開口長20λである。
説明する。図３は、本発明による弾性表面波共振器の一
実施形態を示す平面図であり、図４は、図３のＡーＡ部
の部分断面図である。本実施形態は一開口共振器であっ
て、電極膜厚、θを除いては従来の構成と同じである。
即ち、θＹＸーＬＴ単結晶５の基板表面に、Ａｌを主成
分とする金属膜でIDT電極１がパターニングされ、櫛形
の電極指が互いに間挿された２つの電極１Ａ、１Ｂ間に
高周波信号が加えられている。個々の電極指は、櫛形電
極の膜厚がｈ、幅がＬ、電極周期がλ（弾性表面波の伝
搬波長と実質同じ）である。隣接する電極指間の幅Ｓの
間隙が設けられている。電極構造は、ｈ＝0.308μｍ、
Ｌ／Ｓ＝1.18、電極指対数200対、開口長20λである。
【００１４】図５に示す接続で、図３に示した共振器6
の通過特性を測定した時の反共振周波数における最大減
衰量を図６〜図１０に示す。θ=36、38、40、42、44、4
6、50、52であるθYX-LT圧電基板を用いて、λ=8.33μ
ｍ(h／λ=0.037)、6.25μｍ(h／λ=0.049)、5μｍ(h／
λ=0.062)、4.12μｍ(h／λ=0.075)、3.57μｍ(h／λ=
0.086)の素子で評価を行った。
の通過特性を測定した時の反共振周波数における最大減
衰量を図６〜図１０に示す。θ=36、38、40、42、44、4
6、50、52であるθYX-LT圧電基板を用いて、λ=8.33μ
ｍ(h／λ=0.037)、6.25μｍ(h／λ=0.049)、5μｍ(h／
λ=0.062)、4.12μｍ(h／λ=0.075)、3.57μｍ(h／λ=
0.086)の素子で評価を行った。
【００１５】h／λ≦0.049では、従来の36YX-LT圧電基
板(θ=36)と比較すると、いずれのθに対しても減衰量
は改善されていない。一方、h／λ≧0.062では、減衰量
が改善された。特にh／λ=0.062では44YX-LT、h／λ=0.
075では44〜46YX-LT、h／λ=0.086では46YX-LTで最も減
衰量が改善された。
板(θ=36)と比較すると、いずれのθに対しても減衰量
は改善されていない。一方、h／λ≧0.062では、減衰量
が改善された。特にh／λ=0.062では44YX-LT、h／λ=0.
075では44〜46YX-LT、h／λ=0.086では46YX-LTで最も減
衰量が改善された。
【００１６】図１１は上記共振器を用いて作製したバン
ドリジェクション型フィルタの通過特性図である。46YX
-LT基板上に、Al金属膜でパターニングされたIDT型弾性
表面波共振器を形製している。櫛形電極１の膜厚hは308
nm、また電極構造は、電極指幅L=l／4(l=3.57mm)、電極
指対数200本、開口長20lである。図１１によれば、最大
減衰量が15.8dBと従来のものより約4dB大きいバンドリ
ジェクション型フィルタが実現できている。
ドリジェクション型フィルタの通過特性図である。46YX
-LT基板上に、Al金属膜でパターニングされたIDT型弾性
表面波共振器を形製している。櫛形電極１の膜厚hは308
nm、また電極構造は、電極指幅L=l／4(l=3.57mm)、電極
指対数200本、開口長20lである。図１１によれば、最大
減衰量が15.8dBと従来のものより約4dB大きいバンドリ
ジェクション型フィルタが実現できている。
【００１７】図１２と図１３はlの値の異なる共振器6
を、電気的に複数直列続することにより作製したバンド
リジェクション型フィルタの回路図及び平面図である。
図１１によれば、通過帯域の損失特性に影響を与えず
に、従来のものより減衰量が４dB改善されたバンドリジ
ェクション型フィルタが実現できる。
を、電気的に複数直列続することにより作製したバンド
リジェクション型フィルタの回路図及び平面図である。
図１１によれば、通過帯域の損失特性に影響を与えず
に、従来のものより減衰量が４dB改善されたバンドリジ
ェクション型フィルタが実現できる。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
θ度回転YカットX伝搬タンタル酸リチウム圧電基板を用
い、所望のIDT型弾性表面波共振器を形成することによ
り、減衰量の大きいバンドリジェクション型フィルタを
作製する事ができる。例えば、800MHz帯では、25MHz帯
域幅で21dBの減衰量を有するバンドリジェクション型フ
ィルタを提供する事ができる。
θ度回転YカットX伝搬タンタル酸リチウム圧電基板を用
い、所望のIDT型弾性表面波共振器を形成することによ
り、減衰量の大きいバンドリジェクション型フィルタを
作製する事ができる。例えば、800MHz帯では、25MHz帯
域幅で21dBの減衰量を有するバンドリジェクション型フ
ィルタを提供する事ができる。
【図１】IDT型弾性表面波共振器の電極構造を示した
図。
図。
【図２】反射器型弾性表面波共振器の電極構造を示した
図。
図。
【図３】本発明が施されるIDT型弾性表面波共振器を用
いたバンドリジェクション型フィルタを示した平面図。
いたバンドリジェクション型フィルタを示した平面図。
【図４】図３のＡーＡ部分の断面図。
【図５】IDT型弾性表面波共振器を用いたバンドリジェ
クション型フィルタの回路図。
クション型フィルタの回路図。
【図６】電極周期換算Al膜厚が0.037であるバンドリジ
ェクション型フィルタの通過特性における減衰量のカッ
ト角θ依存性を示した図。
ェクション型フィルタの通過特性における減衰量のカッ
ト角θ依存性を示した図。
【図７】電極周期換算Al膜厚が0.049であるバンドリジ
ェクション型フィルタの通過特性における減衰量のカッ
ト角θ依存性を示した図。
ェクション型フィルタの通過特性における減衰量のカッ
ト角θ依存性を示した図。
【図８】本発明が施される電極周期換算Al膜厚が0.062
であるバンドリジェクション型フィルタの通過特性にお
ける減衰量のカット角θ依存性を示した図。
であるバンドリジェクション型フィルタの通過特性にお
ける減衰量のカット角θ依存性を示した図。
【図９】本発明が施される電極周期換算Al膜厚が0.075
であるバンドリジェクション型フィルタの通過特性にお
ける減衰量のカット角θ依存性を示した図。
であるバンドリジェクション型フィルタの通過特性にお
ける減衰量のカット角θ依存性を示した図。
【図１０】本発明が施される電極周期換算Al膜厚が0.08
6であるバンドリジェクション型フィルタの通過特性に
おける減衰量のカット角θ依存性を示した図。
6であるバンドリジェクション型フィルタの通過特性に
おける減衰量のカット角θ依存性を示した図。
【図１１】本発明が施される電極周期換算Al膜厚が0.08
6で、カット角θが46度であるバンドリジェクション型
フィルタの通過特性図。
6で、カット角θが46度であるバンドリジェクション型
フィルタの通過特性図。
【図１２】本発明が施される複数のIDT型弾性表面波共
振器を電気的に直列接続したバンドリジェクション型フ
ィルタの回路図。
振器を電気的に直列接続したバンドリジェクション型フ
ィルタの回路図。
【図１３】図１２の平面図。
【図１４】本発明の請求項１及び請求項２で記述されて
いるθとh／λの範囲を示した図。
いるθとh／λの範囲を示した図。
１…IDT電極、２…反射器、３…入力端子、４…出力端
子、５…所望のカット角で切り出されたθYX-LT圧電基
板、６…IDT型弾性表面波共振器、７…請求項１で記述
されているθとh／λの範囲、８…請求項２で記述され
ているθとh／λの範囲。
子、５…所望のカット角で切り出されたθYX-LT圧電基
板、６…IDT型弾性表面波共振器、７…請求項１で記述
されているθとh／λの範囲、８…請求項２で記述され
ているθとh／λの範囲。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅井 健吾 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】θ度回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウ
ム圧電基板表面に、アルミニウムを主成分とする膜厚が
hの金属膜で作成された電極周期がλのIDT型弾性表面波
共振器を少なくとも一個以上直列接続した通過周波数帯
域より高い周波数帯域に減衰帯域を持つバンドリジェク
ション型弾性表面波フィルタにおいて、 31+(h／λ)×80+(h／λ)×(h／λ)×790<θ<38+(h／λ)
×100+(h／λ)×(h／λ)×500 とし、かつ0.12>h／λ>0.05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記載の弾性表面波フィルタにおい
て、 33+(h／λ)×140+(h／λ)×(h／λ)×170<θ<35+(h／
λ)×150+(h／λ)×(h／λ)×200 であることを特徴とする弾性表面波フィルタ。 - 【請求項３】請求項２記載の弾性表面波フィルタにおい
て、IDTの電極対数を90対以上としたことを特徴とする
弾性表面波フィルタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9314791A JPH11150438A (ja) | 1997-11-17 | 1997-11-17 | Ｉｄｔ型弾性表面波共振器を用いたバンドリジェクション型フィルタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9314791A JPH11150438A (ja) | 1997-11-17 | 1997-11-17 | Ｉｄｔ型弾性表面波共振器を用いたバンドリジェクション型フィルタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11150438A true JPH11150438A (ja) | 1999-06-02 |
Family
ID=18057646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9314791A Pending JPH11150438A (ja) | 1997-11-17 | 1997-11-17 | Ｉｄｔ型弾性表面波共振器を用いたバンドリジェクション型フィルタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11150438A (ja) |
-
1997
- 1997-11-17 JP JP9314791A patent/JPH11150438A/ja active Pending
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