JPH0124369B2 - - Google Patents

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JPH0124369B2
JPH0124369B2 JP56158427A JP15842781A JPH0124369B2 JP H0124369 B2 JPH0124369 B2 JP H0124369B2 JP 56158427 A JP56158427 A JP 56158427A JP 15842781 A JP15842781 A JP 15842781A JP H0124369 B2 JPH0124369 B2 JP H0124369B2
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vibration
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electrodes
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Hiroshi Shimizu
Hiroshi Watanabe
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/46Filters
    • H03H9/54Filters comprising resonators of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/56Monolithic crystal filters
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02007Details of bulk acoustic wave devices
    • H03H9/02062Details relating to the vibration mode
    • H03H9/0207Details relating to the vibration mode the vibration mode being harmonic
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/125Driving means, e.g. electrodes, coils
    • H03H9/13Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials
    • H03H9/132Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials characterized by a particular shape

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は数MHz以上の短波帯に用いられる圧電
フイルタに関するもので、特に圧電ストリツプの
高次幅振動モードを用いたエネルギー閉じ込め型
の圧電フイルタを提供することを目的とする。
従来、圧電フイルタ、いわゆるセラミツクフイ
ルタには、使用される周波数および比帯域幅など
の用途に応じて、各種の振動モードが利用されて
いる。周波数が数MHz以下の場合には、円板ある
いは正方形板の輪郭振動や矩形波の長さ振動など
板全体が振動する振動モードが利用されている。
一方周波数が数MHzから数十MHzの場合には、振
動エネルギーが圧電磁器板の中央部に局部的に集
中されたいわゆるエネルギーとじ込め振動モード
が利用されている。
前者の輪郭振動や長さ振動を用いたフイルタで
は、素子の支持および電気端子の取り出しは、該
小突起の形成された金属端子板を振動の節に圧接
するか、振動の節に細いリード線を半田付する方
法で行なわれており、圧接する方法では圧接部の
電極がはがれたり機械的な振動により接触不良を
起すなど信頼性的に問題があり、半田付する方法
では半田付作業が難しいうえに支持による特性の
ばらつきが大きいという欠点があつた。
これに対し、後者のエネルギーとじ込めを利用
したフイルタでは、リード端子との接続は振動に
ほとんど影響を与えることがない基板の端部で半
田付によつて行われるため、特性のばらつきの少
ない信頼性の高いフイルタが得られる。しかし、
従来のエネルギーとじ込め共振子は厚みたてモー
ドあるいは厚みすべりモードを利用しているた
め、その共振周波数はセラミツク基板の厚さによ
つて定まる。従つて共振周波数を低くしようとす
ると、基板の厚さが厚くなり、これにほぼ比例し
て外形寸法が大きくなつてしまう。このためエネ
ルギー閉じ込めの適用周波数は数MHz以上のHF
帯およびVHF帯に限られ、数MHz以下の中波帯
用のエネルギー閉じ込め型フイルタの実現は困難
とされてきた。
このような問題を解決するものとして、本発明
者らは、特開昭56−134817号および特開昭56−
134818号で、薄い圧電ストリツプの幅振動を利用
したフイルタを提案し、これによつて小型の中波
帯用圧電フイルタが実現できることを示した。
しかし、これらのフイルタは幅振動の中でも最
も次数の低い基本幅振動を利用したもので、この
ため適用周波数の上限は2〜3MHz程度であつた。
本発明は、さらに高次の幅振動を利用し、数M
Hz以上の短波帯に適した小型の圧電フイルタを提
供することを目的としてなされたものである。
即ち、本発明は、矩形状圧電性薄板の長さ方向
の中央部に形成された幅振動利用の複数のストリ
ツプ状電極を設けた幅振動を利用した圧電フイル
タにおいて、該幅振動の高次の振動モードのうち
所定のモードの振動に対しては応力が最大となる
位置および他の高次振動モードと基本振動モード
に対して応力が0となる位置に駆動電界が加わる
ような位置に前記複数のストリツプ状電極を設け
るとともに、これらのストリツプ状電極を入出力
および共通接地用電極として、これらの引出し電
極を該薄板の両側の周辺部に設けたことを特徴す
る単一モード圧電フイルタである。
また、本発明は、矩形状圧電性薄板の長さ方向
の中央部に複数のストリツプ状電極を形成して幅
振動エネルギー閉込め共振子を2個近接して設け
た多重モード圧電フイルタにおいて、上記各共振
子は、該幅振動の高次の振動モードのうち所定の
モードの振動に対しては応力が最大となる位置お
よび他の高次振動モードと基本振動モードに対し
て応力が0となる位置に駆動電界が加わるような
位置に前記複数のストリツプ状電極を設けること
によつて構成されており、しかも、該薄板の長さ
方向両側の共振子の駆動電極であるそれぞれのス
トリツプ状電極からの引出し電極を該薄板の両側
の周辺部に設けたことを特徴する高次幅振動を利
用した多重モード圧電フイルタである。
圧電ストリツプには無限の数の高次幅振動が存
在する。これらのあまり次数の高いモードは厚み
振動と共振周波数が接近あるいは重畳するように
なるので実用的に有用なものは、次数の低い2
次、3次および4次のモードであると考えられ
る。以下に、これらの次数のモードを利用する本
発明のエネルギー閉じ込め形フイルタとして、単
一モードフイルタ及び多重モードフイルタについ
て述べる。
まず、本発明による単一モードフイルタの構成
を第1図及び第2図に示す。
第1図は圧電縦効果利用の高次幅縦振動及び高
次幅すべり振動を用いる場合、第2図は圧電横効
果利用の高次幅縦振動を用いる場合を表わす。
各図において、a,b,cは夫々2次、3次、
4次モード利用の場合の構成を示す。第1図にお
ける幅縦振動の場合には幅方向、幅すべり振動の
場合には長さ方向に分極された圧電磁器ストリツ
プ10を用い、その片面に図示のような電極を設
ける。図中の記号、11および13,15および
17,19および21は入・出力側電極であり、
さらに12と14,16と18,20と22は共
通電極で周辺部に引き出され接続されている。電
極11〜22に対応した周辺の引き出し電極に
夫々ダツシユを付している。1および2は入出力
用リード端子で、3は接地用リード端子を示す。
このフイルタでは、使用モードとは次数Nの異
なる他の幅振動がスプリアスとなるので、実用に
あたつてはこれを抑圧するような電極にする必要
がある。以下ではこのような電極構成の具体例を
述べる。
まず第1図aの2次モード利用の場合には、3
次および4次モードを抑圧するため、電極11と
12とのギヤツプg1の中心を3次モードの応力が
0の位置に一致させる。また電極12と13との
間のギヤツプをg2とし、電極13と14との間の
ギヤツプをg3とすると、ギヤツプg2とg3の中心を
4次モードの応力が0の位置に合わせる。
同b図の3次モード利用の場合には、2次、4
次及び5次モードを抑圧するため、同様に図に示
すように、ギヤツプg1の中心を2次及び4次モー
ドの応力が0になる板幅の中心に一致させ、ギヤ
ツプg2とg3の中心を5次モードの応力が0の位置
に合わせる。さらに第1図a,bでは、g2とg3
大きさを1次(基本)モードに対する駆動力が打
ち消し合うように調節して構成し、1次モードを
抑圧するようにする。
また第1図cの4次モード利用の場合には、3
次、5次及び6次モードを抑圧するため、ギヤツ
プg1の中心を3次及び6次モードの応力が0の位
置に一致させ、ギヤツプg2とg3の中心を5次モー
ドの応力が0の位置に合わせるように電極を形成
する。さらに又、g2とg3の大きさを調節し、2次
モードに対する駆動力が打ち消し合うようにして
そのモードの抑圧を図る。
以上のような電極構成を採ることにより、スプ
リアスの少ない良好な特性を実現することができ
る。
第2図の圧電横効果利用の幅縦振動の場合には
励振電界を板厚方向に印加するので、ストリツプ
電極を第1図のギヤツプg1,g2,g3に相当する部
分に設けたもので、その幅をb1,b2,b3としてい
る。この構成においてやはり、この幅振動のスプ
リアスが抑圧され良好なフイルタ特性が実現され
る。
次ぎに、圧電横効果利用の高次幅たて振動を用
いた多重モードフイルタの具体例として2重モー
ドの場合の構成を第3図に示した。図中のa,
b,cは、夫々2次、3次および4次モード利用
の場合を示す。この多重モードフイルタにおいて
は、図示の如く、厚さ方向に分極された幅2Hの
圧電磁器ストリツプの中央部長さ方向で2l+2l′の
長さの領域に左右対称に近接して2個のエネルギ
ー閉じ込め形共振子を設け、これらを中央の
2l′の長さ領域で弾性的に結合させることによつ
て構成する。即ち、第2図aで、一方の共振子
は、電極111と共通電極113で、他方の共振
子は電極112と共通電極で、それぞれ構成され
る。130,131は裏面電極である。この場
合、各ストリツプ電極の幅方向の中心を、利用モ
ードの応力が最大の位置に合わせる。かくして利
用モードのみが最も強く励振される。第2図b,
cでは、各共振子を構成する電極を分割してそれ
ぞれ、3次および4次モードのストレス最大の点
に電極ストリツプの中心が位置するようにしたも
のである。第2図bで、115,118が共通電
極で、電極116と一方の共振子を、電極117
とで他方の共振子を構成する。第2図cでは、電
極122,125が共通電極で、電極120,1
23と一方の共振子を構成し、電極121,12
4とで他方の共振子を構成する。なお、各ストリ
ツプ電極の幅を全て等しくすれば第3図a,cで
は5次以下、同図bでは4次以下の幅振動のスプ
リアスが抑圧され、広い周波数範囲に亘つてスプ
リアスの少ない良好なフイルタ特性が実現され
る。
本発明の実施例として、3次幅縦振動を用いた
第1図b及び第3図bの試作フイルタについて詳
細に説明する。
実施例 1 第1図bに示すような電極構成をもつて、幅方
向に分極されたPbTiO3圧電磁器ストリツプの3
次幅縦振動を利用した、4.5MHzの単一モードフ
イルタを試作し、第4図aのように2個縦続接続
し、その場合の特性を同図bに示した。ただし、
このフイルタの素子の寸法は、長さl0=10mm、幅
2H=1.4mm、厚さ2t=0.1mmであり、電極の長さ2l
=2mmである。第3図bの特性を見ると、1次、
2次、4次、及び5次の幅振動のスプリアスが生
じているが、前述の電極構成により、−20dB程度
まで抑圧されていることが明らかである。
実施例 2 第3図bに示すような電極構成をもつて厚さ方
向に分極されたPb(Zr、Ti)O3圧電磁器ストリ
ツプの3次幅縦振動を用いて、10.7MHzの2重モ
ードフイルタを試作した。これを第5図aに示
す。そのフイルタ特性を第5図bに示す。このフ
イルタの3dB比帯域幅は1.5%、通過域損失は2dB
であつた。高域側に4次と5次の幅縦振動
(WE4及びWE5)また、厚みすべり振動(TS)
のスプリアスが生じているが、広い周波数範囲に
亘り、20dB以上の減衰量が確保されている。こ
のフイルタの素子寸法はl0=4mm、2H=0.5mm、
2t=45μm、l=0.3mm、2l′=0.2mmである。
従来の板の厚み縦振動を用いた10.7MHzエネル
ギー閉込め形フイルタは一辺が約5mmで厚さが
0.2mmの圧電磁器角板で構成されているが、これ
に比べると本フイルタは非常に小さく、素子寸法
の著しい小形化が実現されている。
以上、本発明について説明したが、高次幅振動
を利用することにより非常に小型で、特性的にも
良好な圧電フイルタの提供が可能になつた。本発
明のフイルタは数MHz〜+数MHzの短波帯での圧
電フイルタとして極めて有用であり、産業上に与
える効果は極めて大であると言える。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明における圧電縦効果利用の高次
幅たて振動及び高次幅すべり振動を用いた単一モ
ードフイルタの構成を示す表面側の電極構造と各
次数のモードの応力分布との関係とを示したもの
で、a図は二次モード利用の場合、b図は3次モ
ード利用の場合、c図は4次モード利用の場合を
それぞれ示す。第2図は横効果型単一モードフイ
ルタの構成を示す図で平面図、底面図及び各次数
モードの応力分布との関係を示す。第3図は本発
明の他の実施例の構成を示すもので、圧電横効果
の高次幅たて振動を用いた2重モードフイルタの
構成を示す表面および裏面の電極構造と、各次数
のモードの応力分布との関係を示したもので、a
図は2次モード利用の場合、b図は3次モード利
用の場合、c図は4次モード利用の場合をそれぞ
れ示す。第4図は本発明による圧電縦効果利用3
次幅たて振動を用いた4.5MHz単一モードフイル
タの特性を示す図で、a図はその回路構成図で、
b図はそのフイルタ特性である。第5図は本発明
による圧電横効果利用3次幅たて振動を用いた
10.7MHz帯の2重モードフイルタの特性を示す図
で、a図はその回路構成図で、b図はそのフイル
タ特性を示す。 図中、1……入力リード端子、2……出力リー
ド端子、3……共通接地リード端子、10……矩
形状圧電性薄板、11,13,15,17,1
9,21,111,112……入出力電極、1
1′,13′,15′,17′,19′,21′……同
上引き出し電極、12,14,16,18,2
0,22……共通接地電極、12′,14′,1
6′,18′,20′,22′,115,118,1
22,125……同上引き出し電極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 矩形状圧電性薄板の長さ方向の中央部に形成
    された幅振動利用の複数のストリツプ状電極を設
    けた幅振動を利用した圧電フイルタにおいて、該
    幅振動の高次の振動モードのうち所定のモードの
    振動に対しては応力が最大となる位置および他の
    高次振動モードと基本振動モードに対して応力が
    0となる位置に駆動電界が加わるような位置に前
    記複数のストリツプ状電極を設けるとともに、こ
    れらのストリツプ状電極を入出力および共通接地
    用電極として、これらの引出し電極を該薄板の両
    側の周辺部に設けたことを特徴する単一モード圧
    電フイルタ。 2 矩形状圧電性薄板の長さ方向の中央部に複数
    のストリツプ状電極を形成して幅振動エネルギー
    閉込め共振子を2個近接して設けた多重モード圧
    電フイルタにおいて、上記各共振子は、該幅振動
    の高次の振動モードのうち所定のモードの振動に
    対しては応力が最大となる位置および他の高次振
    動モードと基本振動モードに対して応力が0とな
    る位置に駆動電界が加わるような位置に前記複数
    のストリツプ状電極を設けることによつて構成さ
    れており、しかも、該薄板の長さ方向両側の共振
    子の駆動電極であるそれぞれのストリツプ状電極
    からの引出し電極を該薄板の両側の周辺部に設け
    たことを特徴する高次幅振動を利用した多重モー
    ド圧電フイルタ。
JP15842781A 1981-10-05 1981-10-05 高次幅振動を利用した圧電フイルタ Granted JPS5859619A (ja)

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JPS5859619A JPS5859619A (ja) 1983-04-08
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