JPH05167385A - 高調波モードセラミックフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】チタン酸鉛系セラミック圧電材料でなるセラミ
ック圧電素体を用いた場合にも、材料に特有の異方性に
起因するスプリアスが少ない高調波セラミックフィルタ
を提供する。 【構成】セラミック圧電材料よりなる素体１を使用し、
選択中心周波数が素体１の有する固有共振周波数の３次
高調波モード以上の次数となるように選定する。振動用
電極２、３は、電極外周縁に沿って電極全体と包囲する
ように仮想された仮想線Ａ１、Ａ２が円形状となってい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高調波モードセラミッ
クフィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】コードレス・テレフォン、デジタル通信
または光通信等においては、選択中心周波数１０ＭＨｚ
以上のフィルタが必要である。従来、この種のフィルタ
は、水晶フィルタまたは表面波デバイスが主流となって
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水晶フ
ィルタや表面波デバイスはコスト高になる。この難点を
克服する手段として、１０．７ＭＨｚセラミックフィル
タ等のように、セラミック圧電素体の表面に振動用電極
を設けた通常タイプのセラミックフィルタを用いること
が考えられる。このようなセラミックフィルタは、例え
ば実公昭６０ー２６６３号公報や、特公昭６０ー１２８
１０号公報等で知られており、セラミック圧電素体の有
する基本固有共振周波数によって定まる基本波を選択中
心周波数として利用するのが基本である。

【０００４】しかし、セラミック圧電素体の有する基本
固有共振周波数は、素体厚みにほぼ反比例するから、選
択中心周波数を高周波化しようとすると、素体厚みをそ
れに対応して薄くしなければならない。具体例として、
選択中心周波数が１６ＭＨｚ〜３５ＭＨｚのセラミック
フィルタを例にとると、セラミック圧電素体の厚みを１
３０〜６０μｍ程度にしなければならない。このような
薄いセラミック圧電素体は機械的強度に難点がある。

【０００５】また、振動用電極を角型としたタイプのセ
ラミックフィルタにおいて、セラミック圧電素体をチタ
ン酸鉛系セラミック材料を用いて構成した場合は特に、
材料特有の強い異方性のために、主振動に対する各種高
調波モードが発生し、不要モードのスプリアスを発生し
易いという問題点があった。

【０００６】更に、通常、セラミックフィルタは、上述
した公知文献例に記載されているように、素体の相対す
る両主面に互いに対向する振動用電極を有し、振動用電
極の一方が入力電極及び出力電極を有し、振動用電極の
他方が入力電極及び出力電極に共通に対向している。か
かる電極構造では、電極パターンの形状に寸法上の制限
があり、インピーダンスの設定範囲や電気特性における
通過帯域幅の値に限界があった。特に、チタン酸鉛系セ
ラミック材料のように、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミ
ック材料と比較して誘電率の低い材料を使用したセラミ
ックフィルタでは、入出力インピーダンスを低く設計す
るのが困難で、フィルタの入出力インピーダンスの範囲
が非常に狭く、外部回路によって調整せざるを得なかっ
た。更に、電極パターン形状に関して、設計によって調
整し得る要素が限定されているため、リップルやスプリ
アスが発生した場合、電極パターン形状によってこれを
回避することがむずかしかった。

【０００７】そこで、本発明の課題は、上述する従来か
らの技術的問題点を解決し、チタン酸鉛系セラミック圧
電材料でなるセラミック圧電素体を用いた場合にも、材
料に特有の異方性に起因するスプリアスを抑制するのに
好適な電極構造を有する高調波モードセラミックフィル
タを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した課題解決のた
め、本発明は、セラミック圧電材料よりなる素体上に振
動用電極を有し、選択中心周波数を前記素体の有する基
本固有共振周波数の３次高調波モード以上の次数となる
ように選定した高調波モードセラミックフィルタであっ
て、前記振動用電極は、電極外周縁に沿い電極全体を包
囲するように仮想された仮想線が円形状または楕円形状
となることを特徴とする。

【０００９】

【作用】セラミック圧電材料よりなる素体を使用したの
で、水晶フィルタまたは表面波デバイスに比較にして、
大幅なコストダウンが達成できる。

【００１０】また、選択中心周波数が素体の有する基本
固有共振周波数の３次高調波モード以上の次数となるよ
うに選定されているので、基本波を用いる場合に比較し
て、セラミック圧電素体の厚みを大きくでき、容易に量
産できるようになる。

【００１１】振動用電極は、外周縁に沿い電極全体を包
囲するように仮想された仮想線が円形状となるから、電
極形状が振動中心に対して等方的となり、セラミック圧
電素体を構成する材料特有の異方性に起因する各種高調
波モード及びスプリアスの発生を抑制できる。前記仮想
線が楕円形状である場合も、実質的に等方性を保ち、セ
ラミック圧電素体を構成する材料特有の異方性に起因す
る各種高調波モード及びスプリアスの発生を抑制でき
る。本発明において、仮想線は、数学的方程式によって
表現されるような厳密な円形状及び楕円形状を有するこ
とは必ずしも必要ではなく、近似的、類似的な円形状及
び楕円形状でよい。場合によっては、各種高調波モード
及びスプリアスの発生を抑制できる範囲で、円弧または
楕円弧を部分的に含むようなものであってもよい。

【００１２】本発明に係る高調波モードセラミックフィ
ルタは、３次以上の高調波モードのエネルギー閉じ込め
が起き易いセラミック圧電材料を用いて構成する。具体
例としては、チタン及び鉛を主成分とするチタン酸鉛系
セラミック圧電材料をあげることができる。利用できる
振動モードには、厚み滑り振動、拡がり振動、厚み縦振
動及び長さ振動の各種振動モードが含まれる。セラミッ
ク圧電素体に形成される電極は、３次以上の高調波モー
ドのエネルギー閉じ込めが起き易いパターン、数、面積
または材料であれば、従来より知られている技術または
これから提案されることのある技術を自由に適用でき
る。

【００１３】振動用電極を構成する入力電極及び出力電
極は、少なくとも一方が等電位を保って複数に分割され
た分割片を有し、交互に配列した構成とすることができ
る。このような電極構造を採用した場合は、入出力イン
ピーダンスを低下させることができると共に、入出力の
結合が強くなり、挿入損失が低下する。しかも、入出力
インピーダンス及び入出力結合は、分割片の個数、パタ
ーンまたは相対的な位置関係等によって調整できる。こ
のため、入出力インピーダンス及び通過帯域幅を広い範
囲で設定できるようになると共に、通過帯域内で発生し
易い種々のリップル及びスプリアスを除去し得るように
なる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明に係る高調波モードセラミック
フィルタの１例における平面図、図２は同じくその底面
図、図３は同じくその側面図である。図において、１は
セラミック圧電素体、２及び３はセラミック圧電素体１
の表面側に設けられた振動用電極、４及び５は裏面側に
設けられた振動用電極、６は表面に設けられた結合容量
用電極、７は裏面側に設けられた結合容量用電極、８１
〜８３はリード端子である。

【００１５】セラミック圧電素体１は３次以上の高調波
モードのエネルギー閉じ込めが起き易いセラミック圧電
材料を用いる。使用する高調波モードでのＱが２００以
上で結合係数が５〜５０％のチタン酸鉛系セラミック圧
電材料が特に適している。このセラミック圧電材料を用
いて素体１を構成し、所定の分極処理をする。分極処理
の度合によって通過帯域幅を可変調整することも可能で
ある。セラミック圧電素体１は、選択中心周波数が３次
高調波モードの周波数となるように、厚みｔ及び面積を
選定する。

【００１６】上述のように、選択中心周波数がセラミッ
ク圧電素体１の有する基本固有共振周波数の３次高調波
モード以上の次数となるように選定されているので、基
本波を用いる場合に比較して、セラミック圧電素体１の
厚みｔを大きくできる。具体例として、選択中心周波数
１０ＭＨｚ〜５０ＭＨｚの高調波モードセラミックフィ
ルタを得る場合に、３次高調波モードを利用したとする
と、セラミック圧電素体の厚みは６００μｍ〜１５０μ
ｍ程度になる。このような厚みを有するセラミック圧電
素体は容易に量産できる。

【００１７】素体１の表面及び裏面には互いに対向する
対の振動用電極（２、４）及び（３、５）が設けられて
いる。表面側に設けられた振動用電極２、３のうち、振
動用電極２は入力電極２１及び出力電極２２を有し、振
動用電極３も、振動用電極２と同様に、入力電極３１及
び出力電極３２を有している。素体１の裏面側に設けら
れた振動用電極４は振動用電極２の入力電極２１及び出
力電極２２と共通に対向し、振動用電極５は振動用電極
３の入力電極３１及び出力電極３２に共通に対向してい
る。振動用電極２の入力電極２１及び出力電極２２は、
電極外周縁に沿い電極全体を包囲するように仮想された
仮想線Ａ１が円形状となっている。振動用電極３の入力
電極３１及び出力電極３２も、電極外周縁に沿い電極全
体を包囲するように仮想された仮想線Ａ２が円形状とな
っている。振動用電極４、５は電極自体の形状が円形状
となっている。振動用電極４はリード導体９４によって
結合容量用電極７に接続され、振動用電極５はリード導
体９５によって結合容量用電極７に接続されている。完
成品は、よく知られているように、振動部に空洞が生じ
るようにして、全体を絶縁樹脂で被覆した構造となる。

【００１８】上述のように、振動用電極２、３は、電極
外周縁に沿い電極全体を包囲するように仮想された仮想
線Ａ１、Ａ２が円形状となっており、振動用電極４、５
は電極自体の形状が円形状となっているから、振動用電
極２〜５の電極形状が振動中心に対して等方的となり、
セラミック圧電素体１を構成する材料特有の異方性に起
因する各種高調波モード及びスプリアスの発生を抑制で
きる。

【００１９】図４は本発明に係る高調波モードセラミッ
クフィルタの別の実施例を示す平面図、図５は同じくそ
の背面図である。この実施例では、振動用電極２、３
は、電極外周縁に沿い電極全体を包囲するように仮想さ
れた仮想線Ａ！、Ａ２が楕円形状である。振動用電極
４、５は電極自体が楕円形状となっている。この実施例
の場合も、実質的に等方性を保ち、セラミック圧電素体
１を構成する材料特有の異方性に起因する各種高調波モ
ード及びスプリアスの発生を抑制できる。

【００２０】図６は本発明に係る高調波モードセラミッ
クフィルタの別の実施例を示す平面図、図７は同じくそ
の背面図である。この実施例では、表面側に設けられた
振動用電極２、３のうち、振動用電極２の入力電極２１
は、等電位を保って複数に分割された分割片２１１、２
１２を有し、出力電極２２も等電位を保って複数に分割
された分割片２２１、２２２を有している。入力電極２
１の分割片２１１、２１２及び出力電極２２の分割片２
２１、２２２はギャップを隔てて交互に配列されてい
る。振動用電極３も、振動用電極２と同様に、入力電極
３１及び出力電極３２を有しており、入力電極３１及び
出力電極３２のそれぞれは、等電位を保って複数に分割
された分割片（３１１、３１２）、（３２１、３２２）
を有し、入力電極３１の分割片３１１、３１２及び出力
電極３２の分割片３２１、３２２が交互に配列されてい
る。

【００２１】入力電極２１の分割片２１１、２１２及び
出力電極２２の分割片２２１、２２２は、その電極外周
縁に沿い電極全体を包囲するように仮想された仮想線が
円形状となっており、振動用電極３の入力電極３１及び
出力電極３２は、電極外周縁に沿い電極全体を包囲する
ように仮想された仮想線が円形状となっている。したが
って、セラミック圧電素体１を構成する材料特有の異方
性に起因する各種高調波モード及びスプリアスの発生を
抑制できる。

【００２２】入力電極２１の分割片２１１、２１２及び
出力電極２２の分割片２２１、２２２の振動用電極２の
入力電極２１は、リード導体９１を介してリード端子８
１に接続され、振動用電極２の出力電極２２はリード導
体９３を介して振動用電極３の入力電極３１に接続さ
れ、振動用電極３の出力電極３２はリード導体９２を介
してリード端子８２に接続されている。結合容量用電極
６はリード導体９３を介して振動用電極２の出力電極２
２及び振動用電極３の入力電極３１に接続されている。

【００２３】上述のように、振動用電極２を構成する入
力電極２１及び出力電極２２のそれぞれは、等電位を保
って複数に分割された分割片（２１１、２１２）、（２
２１、２２２）を有し、入力電極２１の分割片２１１、
２１２及び出力電極２２の分割片２２１、２２２が交互
に配列されているから、入出力インピーダンスを低下さ
せることができると共に、入出力の結合が強くなり、挿
入損失が低下する。しかも、入出力インピーダンス及び
入出力結合は、分割片（２１１、２１２）、（２２１、
２２２）の個数、パターンまたは相対的な位置関係等に
よって調整できる。このため、入出力インピーダンス及
び通過帯域幅を広い範囲で設定でき、通過帯域内で発生
し易い種々のリップル及びスプリアスを除去し得る。図
示では、２素子型とし、振動用電極３も振動用電極２と
同様の構成になっているから、振動用電極３側でも、同
様の作用効果が得られる。

【００２４】素体１の裏面側に設けられた振動用電極
４、５は、図７に示すように、等電位を保って複数に分
割された分割片（４１、４２）、（５１、５２）を有し
ている。分割片（４１、４２）、（５１、５２）は電極
外周縁に沿い電極全体を包囲するように仮想された仮想
線が円形状となっている。したがって、セラミック圧電
素体１を構成する材料特有の異方性に起因する各種高調
波モード及びスプリアスの発生を抑制できる。

【００２５】振動用電極４の分割片４１、４２は振動用
電極２の入力電極２１及び出力電極２２の分割片（２１
１、２１２）、（２２１、２２２）の分割方向と交差す
る方向に分割されている。振動用電極５の分割片５１、
５２は振動用電極３の入力電極３１及び出力電極３２の
分割片（３１１、３１２）、（３２１、３２２）の分割
方向と交差する方向に分割されている。このため入出力
インピーダンス及び入出力結合を、分割片（４１、４
２）、（５１、５２）の個数、パターンまたは相対的な
位置関係等によって調整することが可能になり、通過帯
域内で発生し易い種々のリップル及びスプリアスをより
効果的に除去し得る。

【００２６】図８は振動用電極２を構成する入力電極２
１及び出力電極２２及び振動用電極３の入力電極３１及
び出力電極３２の分割数を増やした例を示している。図
８において、振動用電極２は分割片（２１１〜２１
６）、（２２１〜２２６）を有している。振動用電極３
も分割片（３１１〜３１６）、（３２１〜３２６）を有
している。入出力インピーダンス及び入出力結合は、分
割片（２１１〜２１６）、（３２１〜３２６）の個数に
応じて調整される。このため、入出力インピーダンス及
び通過帯域幅を広い範囲で設定できるようになると共
に、通過帯域内で発生し易い種々のリップル及びスプリ
アスを除去し得る。図示は省略したが、より多くの分割
片を備えることもできるし、入力電極２１または出力電
極２２のいずれか一方が分割片を持たない単数電極であ
ってもよい。

【００２７】振動用電極２の分割片（２１１〜２１
６）、（２２１〜２２６）及び振動用電極３の分割片
（３１１〜３１６）、（３２１〜３２６）は、電極外周
縁に沿い電極全体を包囲するように仮想された仮想線が
円形状となっている。したがって、セラミック圧電素体
１を構成する材料特有の異方性に起因する各種高調波モ
ード及びスプリアスの発生を抑制できる。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る高調波
モードセラミックフィルタは、セラミック圧電材料より
なる素体を用い、選択中心周波数を素体の有する基本固
有共振周波数の３次高調波モード以上の次数となるよう
に選定した高調波モードセラミックフィルタであって振
動用電極は、振動用電極は、電極外周縁に沿い電極全体
を包囲するように仮想された仮想線が円形状または楕円
形状となっているから、チタン酸鉛系セラミック圧電材
料でなるセラミック圧電素体を用いた場合にも、材料に
特有の異方性に起因するスプリアスの発生を抑制し得る
高調波モードセラミックフィルタを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高調波モードセラミックフィルタ
の一実施例における平面図である。

【図２】図１に示した高調波モードセラミックフィルタ
の底面図である。

【図３】図１に示した高調波モードセラミックフィルタ
の側面図である。

【図４】本発明に係る高調波モードセラミックフィルタ
の他の実施例における平面図である。

【図５】図４に示した高調波モードセラミックフィルタ
の底面図である。

【図６】本発明に係る高調波モードセラミックフィルタ
の他の実施例における平面図である。

【図７】図６に示した高調波モードセラミックフィルタ
の底面図である。

【図８】本発明に係る高調波モードセラミックフィルタ
の他の実施例における平面図である。

【符号の説明】

１ セラミック圧電素体 ２〜５ 振動用電極 ２１、２２、３１、３２ 入出力電極

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年３月２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した課題解決のた
め、本発明は、セラミック圧電材料よりなる素体上に振
動用電極を有し、選択中心周波数を前記素体の有する基
本固有共振周波数の３次高調波モード以上の次数となる
ように選定した高調波モードセラミックフィルタであっ
て、前記振動用電極は、電極外周縁に沿い電極全体を包
囲するように仮想された仮想線が円形状、楕円形状また
は角部に丸みを持った角形状となることを特徴とする。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】振動用電極は、外周縁に沿い電極全体を包
囲するように仮想された仮想線が円形状となるから、電
極形状が振動中心に対して等方的となり、セラミック圧
電素体を構成する材料特有の異方性に起因する各種高調
波モード及びスプリアスの発生を抑制できる。前記仮想
線が楕円形状である場合も、実質的に等方性を保ち、セ
ラミック圧電素体を構成する材料特有の異方性に起因す
る各種高調波モード及びスプリアスの発生を抑制でき
る。本発明において、仮想線は、数学的方程式によって
表現されるような厳密な円形状及び楕円形状を有するこ
とは必ずしも必要ではなく、近似的、類似的な円形状及
び楕円形状でよい。場合によっては、各種高調波モード
及びスプリアスの発生を抑制できる範囲で、円弧または
楕円弧を部分的に含むようなものであってもよいし、角
部に丸みを持った角形状であってもよい。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】図４は本発明に係る高調波モードセラミッ
クフィルタの別の実施例を示す平面図、図５は同じくそ
の背面図である。この実施例では、振動用電極２、３
は、電極外周縁に沿い電極全体を包囲するように仮想さ
れた仮想線Ａ１、Ａ２が楕円形状である。振動用電極
４、５は電極自体が楕円形状となっている。この実施例
の場合も、実質的に等方性を保ち、セラミック圧電素体
１を構成する材料特有の異方性に起因する各種高調波モ
ード及びスプリアスの発生を抑制できる。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る高調波
モードセラミックフィルタは、セラミック圧電材料より
なる素体を用い、選択中心周波数を素体の有する基本固
有共振周波数の３次高調波モード以上の次数となるよう
に選定した高調波モードセラミックフィルタであって振
動用電極は、振動用電極は、電極外周縁に沿い電極全体
を包囲するように仮想された仮想線が円形状、楕円形状
または角部に丸みを持った角形状となっているから、チ
タン酸鉛系セラミック圧電材料でなるセラミック圧電素
体を用いた場合にも、材料に特有の異方性に起因するス
プリアスの発生を抑制し得る高調波モードセラミックフ
ィルタを提供することができる。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック圧電材料よりなる素体上に振
   動用電極を有し、選択中心周波数を前記素体の有する基
   本固有共振周波数の３次高調波モード以上の次数となる
   ように選定した高調波モードセラミックフィルタであっ
   て、 前記振動用電極は、電極外周縁に沿い電極全体を包囲す
   るように仮想された仮想線が円形状または楕円形状とな
   ることを特徴とする高調波モードセラミックフィルタ。
2. 【請求項２】 前記選択中心周波数は、１０ＭＨｚ以上
   に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の高
   調波モードセラミックフィルタ。
3. 【請求項３】 前記セラミック圧電材料は、チタン及び
   鉛を主成分とすることを特徴とする請求項１または２に
   記載の高調波モードセラミックフィルタ。
4. 【請求項４】 前記振動用電極は、前記素体の表面及び
   裏面に互いに対向するように設けられ、前記振動用電極
   の一方が入力電極及び出力電極を有しており、 前記入力電極及び前記出力電極は、少なくとも一方が等
   電位を保って複数に分割された分割片を有し、交互に配
   列されていることを特徴とする請求項１、２または３に
   記載の高調波モードセラミックフィルタ。
5. 【請求項５】 前記振動用電極の他方は、等電位を保っ
   て複数に分割された分割片を有しており、 前記分割片は、前記入力電極及び出力電極の前記分割片
   の分割方向と交差する方向に分割されていることを特徴
   とする請求項４に記載の高調波モードセラミックフィル
   タ。