JPH05251987A - 内部整合形弾性表面波フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、複数の弾性表面波共振器で構
成する弾性表面波共振器複合形フィルタのインピーダン
ス不整合の問題を解消し、低損失で広帯域な特性を有す
る通信用高性能フィルタを提供することにある。 【構成】弾性表面波共振器複合形フィルタの内部におけ
る電気的接続点に、インダクタンス素子を含むインピー
ダンス整合回路を挿入して構成する。挿入する整合回路
の個数あるいは場所は任意に選ぶことができ、フィルタ
の構成あるいは特性と仕様との関係を考慮して最適化を
はかる。内部整合回路を有する弾性表面波共振器複合形
フィルタの実装には、整合回路との接続用端子を付加し
たキャン型あるいは表面実装型等のパッケージを用い
る。この結果、フィルタの内部における整合状態を改善
することができるので、低損失な周波数特性を有する通
信用小形弾性表面波フィルタを実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は弾性表面波フィルタに係
り、更に詳しくは、弾性表面波の伝搬可能な圧電基板上
に多数対の薄膜交差指電極を配して構成された弾性表面
波共振器、および本弾性表面波共振器を複数個組合せて
なり、変換、逆変換に伴う損失がなく、大電力での取扱
いが可能なバンドパス用あるいはバンドリジェクション
用の弾性表面波フィルタに関する。本フィルタは小形の
特長を有し、移動通信端末用高周波フィルタとして好適
である。

【０００２】

【従来の技術】従来の弾性表面波共振器複合形フィルタ
は特開昭63-132515号公報に記載のように、単一圧電基
板上に形成した多数対の薄膜交差指電極からなる１開口
弾性表面波共振器を複数個組合せて構成されており、フ
ィルタの通過特性を改善するために入力および出力電気
端子側にインピーダンス整合用回路を設けていた。ま
た、特願平2-272259号では複数の圧電基板上に弾性表面
波共振器複合形フィルタが形成されており、上記と同様
のインピーダンス整合がなされていた。一方、整合回路
については、特願平3-201658号に記載のような分布定数
素子若しくは集中定数素子を設けたフィルムテープが用
いられていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の弾性表
面波共振器複合形フィルタでは、フィルタ内部における
インピーダンス整合状態を改善して、通過信号の損失を
低減するための考慮がなされていなかった。このため、
従来の外付け整合回路だけでは、フィルタを構成する弾
性表面波共振器の数が増えるとともに整合状態が悪化
し、挿入損失が増大した。移動無線などの通信分野にお
いては、ポータブル化とともに低消費電力性がより重要
となっており、フィルタの損失低減が課題となってい
た。

【０００４】以下に、従来例の弾性表面波共振器複合形
フィルタについて、その問題点を詳述する。なお、本明
細書の符号は、特に指定しないかぎり各図に共通とす
る。

【０００５】従来の弾性表面波共振器複合形フィルタ
は、図１のように複数の弾性表面波共振器を組合せて構
成されていた。本例において共振器複合形フィルタは、
圧電基板１上に共通電極２−１〜６などからなる１開口
弾性表面波共振器４個と、平面電極パターン３−１、３
−２からなるギャップ容量とを設けてバンドパスフィル
タを形成している。また、４−１〜６は弾性表面波を吸
収するための吸音材料、５−１〜４は外部回路との整合
用インダクタンスである。

【０００６】本フィルタは、入力側電気端子６および出
力側電気端子７を介して外部回路に接続される。図の構
成のフィルタはバンドパスタイプの周波数特性を有し、
入出力電気端子と直列に接続した弾性表面波共振器で高
周波側の減衰特性を、また、並列に接続した弾性表面波
共振器で低周波側の減衰特性を形成している。

【０００７】一般に、弾性表面波デバイスの入出力端子
から見たインピーダンスは、弾性表面波を励振するトラ
ンスデューサの電極間容量のため容量性となる。このた
め、図のように外部にインダクティブな外部整合回路を
導入し、容量成分を打ち消して用いた。しかし、このよ
うな外部整合回路のみによる方式では、フィルタ素子内
部の不整合状態を解消するには不十分であった。とくに
多数の弾性表面波共振器で構成したフィルタにおける損
失の増大が問題となった。

【０００８】従来の弾性表面波共振器複合形フィルタの
周波数特性例を図２に示す。図中の斜線部分はフィルタ
仕様の一例であり、通過帯域においては損失限界を表し
ている。本例では通過帯域の全体に渡って良い整合状態
が得られていないために、仕様を満足することができな
かった。したがって、通過帯域における挿入損失の低減
のためには、フィルタ内部における整合状態を改善する
必要があった。

【０００９】本発明の目的は、弾性表面波共振器複合形
フィルタの内部における不整合状態を解消し、低損失な
特性を有する弾性表面波共振器複合形フィルタを提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、弾性表面波
共振器複合形フィルタの内部における電気的接続点に、
インピーダンス整合回路を挿入した構成とすることによ
り達成される。挿入する整合回路の個数あるいは場所は
任意に選ぶことができ、フィルタの構成あるいは特性と
仕様との関係を考慮して最適化をはかることができる。

【００１１】整合回路は、インダクタンス素子あるいは
キャパシタンス素子あるいは抵抗素子により構成する。

【００１２】内部整合回路を有する弾性表面波共振器複
合形フィルタの実装は、従来より用いられているキャン
型あるいは表面実装型等のパッケージに、整合回路との
接続用端子を付加することにより容易に実現することが
できる。また、フィルムテープ上あるいは圧電基板上に
設けた整合回路を用いることにより、フィルタ素子の実
装密度を高めることができる。

【００１３】

【作用】新たに付加した内部整合回路の効果により、フ
ィルタの内部における整合状態を改善することができる
ので、低損失な周波数特性を有する弾性表面波共振器複
合形フィルタが得られる。また、内部整合回路を高密度
に実装することができるので、従来と同等の小形化が達
成される。

【００１４】上記の作用の結果として、損失仕様が厳し
く、広帯域特性が要求される通信用小形弾性表面波フィ
ルタを実現することができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の内容について、具体的な実施
例によって説明する。

【００１６】図３は、本発明による内部整合回路を付加
した弾性表面波共振器複合形フィルタの一実施例の構成
図である。図１と同様に多数対の交差指電極からなる１
開口弾性表面波共振器で構成されているが、本例ではギ
ャップ容量に相当する部分に内部整合回路８を挿入して
いる。内部整合回路は４個のインダクタンス１０−１〜
４より構成されている。直列インダクタンス１０−１と
並列インダクタンス１０−２により、整合回路の中間部
にある電気的な接続点９から見て入力電気端子６の側に
ある共振器複合回路の整合をとっている。同様に、並列
インダクタンス１０−３と直列インダクタンス１０−４
により、整合回路の中間部にある電気的な接続点９から
見て出力電気端子７の側にある共振器複合回路の整合を
とっている。実際に整合回路を作製する場合には、並列
インダクタンス１０−２および１０−３を一体化した方
が容易に実現できる。

【００１７】前記したように、弾性表面波デバイスのイ
ンピーダンスは一般に容量性である。したがって、イン
ピーダンス表示に用いられる図４のようなスミス線図に
おいては、下部の半円内に位置する。Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３
はインピーダンス例であるが、これらの位置的な差異は
フィルタを構成する弾性表面波共振器の構造、個数、組
合せにより生じる。図３に示した内部整合回路は、Ｐ１
のようなインピーダンス特性を有するデバイスの整合に
適する。この場合においてデバイスのインピーダンス
は、直列インダクタンスと並列インダクタンスの効果に
より、Ｐ１から図中の矢印の示す順に従って線図の中
心、即ちフィルタが使用される回路系の特性インピーダ
ンスに達する。

【００１８】また、Ｐ２のようなインピーダンス特性を
有するデバイスの整合には、図５の整合回路が適する。
図において、１１−１、１１−２はデバイス側電気端
子、１２−１、１２−２は外部電気端子、１３は直列イ
ンダクタンス、１４は並列キャパシタンスである。本デ
バイスのインピーダンスは、同様にＰ２から矢印の順に
従って線図の中心の特性インピーダンスに達する。

【００１９】また、Ｐ３のようなインピーダンス特性を
有するデバイスの整合には、図６の整合回路が適する。
図において、１５は並列インダクタンス、１６は直列キ
ャパシタンスである。本デバイスのインピーダンスもま
た同様に、Ｐ３から矢印の順に従って線図の中心の特性
インピーダンスに達する。このようなインピーダンスを
整合するための経路は幾通りも存在し、それぞれインダ
クタンスとキャパシタンスの組合せにより実現できる。

【００２０】これらの整合回路は、集中定数素子だけで
なく分布定数素子でも実現できる。また、抵抗素子は一
般に高周波回路の整合用として用いられないが、比較的
低い周波数帯域でリアクタンス成分が小さいデバイスで
は有効である。

【００２１】上記の実施例では挿入する内部整合回路が
１個であるが、多数の弾性表面波共振器を用いる場合等
においては、整合回路の数をさらに増加してフィルタの
特性をより低損失化することができる。図７に本発明に
よる弾性表面波共振器複合形フィルタの周波数特性例を
示す。図におけるフィルタ仕様は図２と同じであるが、
本発明の効果により低損失な特性が実現され仕様を満足
している。

【００２２】図８に本発明の別の実施例を示す。本例で
は、複数の圧電基板で構成した弾性表面波共振器複合形
フィルタに整合回路を付加している。図において１７、
１８は圧電基板、１９は付加した内部整合回路である。
この場合、二つの圧電基板が同種あるいは異種に拘ら
ず、同等の効果を得ることができる。内部整合回路は、
前記の実施例と同様に、共振器複合回路のインピーダン
スに応じて任意の電気的接続点に、任意の構成で実現す
ることができる。実装の効率を考慮すると、複数の基板
を用いた本フィルタでは、基板間の接続端子部に内部整
合回路を挿入する構成が望ましい。基板の数がさらに増
えた場合にも、上記と同様に内部整合回路を任意に実現
することができる。本実施例によるフィルタの周波数特
性は図７と同様であり、要求される仕様を満足すること
ができる。

【００２３】以上に述べたように、本発明による内部整
合回路の効果により、低損失な周波数特性を有する弾性
表面波共振器複合形フィルタが得られるので、損失仕様
の厳しい通信用小形フィルタを実現することができる。

【００２４】内部整合回路を付加した弾性表面波共振器
複合形フィルタの実装は、従来と同様のキャン型あるい
は表面実装型等のパッケージに、外付けの整合回路との
接続用端子を設けることにより容易に実現できる。図９
は、フィルタ内部に接続される整合回路が一つの場合
の、表面実装型パッケージの実施例を示す。図におい
て、２０はパッケージ、２１、２２はフィルタチップ、
２３は入力側電気端子、２４は出力側電気端子、２５、
２６は内部整合回路との接続用電気端子、２７はアース
電極である。電気端子２３〜２６およびアース電極２７
は、スルーホールを介してパッケージ下面の外部回路へ
の取出し用電気端子に導通している。

【００２５】図１０は本発明の表面実装型パッケージと
内部整合回路を、配線基板上に実装した実施例を示す。
本図のパッケージ２０は、カバー２８を用いて封止して
いる。図において、２９は配線基板、３０は入力側導
体、３１は出力側導体、３２−１〜３は内部整合用導
体、３３−１〜２はアース電極、３４−１〜３は内部整
合用インダクタンスである。パッケージのアース電極
は、直下の配線基板のアース電極と接続されている。通
信装置等では、他の回路部品と共にマザーボード上に実
装されることが多いが、この場合も同様に実現すること
ができる。

【００２６】一方、本発明の内部整合回路をフィルムテ
ープ面上に作製することにより、フィルタチップと同一
パッケージ内に実装することが可能となる。この結果、
内部整合回路を付加した本発明によるフィルタを、従来
フィルタと同等の実装容積で実現することができる。

【００２７】図１１に、整合回路を形成したフィルムテ
ープの実施例を示す。本例では図３の構成についてパタ
ーン化しており、内部整合回路だけでなく、外部回路と
の整合回路も同時に形成している。図において、３５は
薄膜導体パターンによる整合回路を設けたポリイミド等
のフィルムテープ、３６、３７は内部整合回路の直列イ
ンダクタンス、３８は同並列インダクタンス、３９は入
力側整合回路の直列インダクタンス、４０は同並列イン
ダクタンス、４１は出力側整合回路の直列インダクタン
ス、４２は同並列インダクタンスである。フィルムテー
プ中央の穴空き部４３において、フィルタの内部電気端
子と接続する。図中の矢印は、入力側電気端子６から出
力側電気端子７にいたる電気信号の伝わる方向を示して
いる。本実施例のインダクタンスは、スパイラルあるい
はメアンダ形状の薄膜導体パターンにより形成されてい
る。薄膜導体パターンは任意に作成できるので、所望の
インダクタンス値が得られる。スパイラルパターンの交
差部の電気的な絶縁には、半導体プロセスによる空隙の
形成、あるいは誘電体薄膜との積層化等の技術が用いら
れている。また、同様の半導体プロセスによりキャパシ
タンス素子も形成することができ、図５、あるいは図６
のような整合回路も実現することができる。

【００２８】図１２は、上記のフィルムテープを２個の
フィルタチップの上部に設け、表面実装型パッケージに
実装した実施例である。図において４４はパッケージ、
４５はパッケージのカバー、４６−１〜２は外部取出し
電極、４７は整合回路を設けたフィルムテープ、４８、
４９はフィルタチップである。図に示したように、内部
整合回路を付加した構成においても、従来と同等の容積
で実装することができる。

【００２９】図１３に薄膜導体パターンによる整合回路
を付加した別の実施例を示す。図において５０は薄膜導
体によるメアンダ形状のインダクタンスで、圧電基板５
１の面上に形成されている。本構成によれば基板面積は
増えるが、弾性表面波共振器の電極と同時に形成するこ
とができ、実装工程も従来と同じでよい。前記の実施例
と同様に、スパイラル形状のインダクタンスあるいは積
層キャパシタンスも基板面上に実現することができる。

【００３０】本発明の内部整合回路を付加した弾性表面
波共振器複合形フィルタは、図１４に示したような分波
器を構成するフィルタに適する。分波器は図に示したよ
うに、単一アンテナ５２を共通端子として、受信用フィ
ルタ５３と送信用フィルタ５４を並列接続して構成され
る。フィルタ５３および５４の通過帯域ｆrおよびｆt
を、図１５のように異なった帯域とすることによって、
入力端子５６からの送信信号Ｓtをアンテナ５２を介し
て送信し、受信信号Ｓrは出力端子５５を介して受信さ
れる。本発明の弾性表面波共振器複合形フィルタを、受
信用フィルタあるいは送信用フィルタとして用いること
により、帯域間隔が狭く設定されたシステム仕様にも対
応することができる。弾性表面波共振器複合形フィルタ
は、面積が約10（ｍｍ²）の微小チップで、ワットオー
ダの出力電力に耐えることができ、出力 0.1Ｗ以上が
要求される場合において特に有利である。したがって、
本発明の弾性表面波共振器複合形フィルタを用いた分波
器は、ワットオーダの出力電力と小形、軽量化が要求さ
れるポータブル電話等の移動無線端末のアンテナ共用器
に適する。

【００３１】図１６は、図１４に示したような本発明に
よる分波器５９を用いて構成した、ポータブル電話器５
７のブロック図である。話者の音声はマイクロホン６３
により電気信号に変換され、送信部６２に入力される。
ここでは入力信号を送信信号に変調、増幅する。その出
力は分波器５９を介して、アンテナ５８より外部に送信
される。また、アンテナ５８で受信した信号は、分波器
５９で漏波された後に受信部６０に入力され、スピーカ
ー６１において音声に再生するために増幅、復調され
る。ロジック部６４は、セルラ無線の基地局からの信号
に従って、セル内でのチャネルの設定を行う。上記実施
例のように、本発明による分波器を移動無線端末に用い
ることにより、端末の小形軽量化、高性能化が実現され
る。

【００３２】

【発明の効果】本発明の内部整合回路を用いて、弾性表
面波共振器複合形フィルタを構成することにより、低損
失で広帯域な周波数特性が要求されるフィルタ仕様にも
対応することができる。この結果、大電力での取扱いが
可能なバンドパス用あるいはバンドリジェクション用フ
ィルタが実現される。実装上の課題は、内部整合回路と
の接続用電気端子を有する本発明のパッケージにより解
決することができる。

【００３３】また、内部整合回路をフィルムテープ上あ
るいは圧電基板上に形成することにより、従来と同等容
積の小形通信用高周波フィルタを実現することができ
る。上記の弾性表面波共振器複合形フィルタを用いて構
成した分波器は、送信フィルタからアンテナを介する大
電力の送信信号と、アンテナから受信フィルタを介する
微弱電力の受信信号を、それぞれ減衰させること無く伝
搬できる。したがって、送受信機の品質の改善および装
置の低消費電力化を実現できる。

【００３４】上記分波器は、送受信で単一アンテナを共
用する場合だけでなく、他の局部発振フィルタと受信フ
ィルタを並列接続して混合器(ミキサ)を構成する分波器
等に適用することによっても、同様の効果を得ることが
できる。

【００３５】本発明による弾性表面波共振器複合形フィ
ルタを移動無線端末、あるいは民生用、衛星用などの通
信装置に用いることにより、端末あるいは装置を小形軽
量化、低消費電力化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の弾性表面波共振器複合形フィルタの構造
を示す平面図

【図２】従来の弾性表面波共振器複合形フィルタの特性
例のグラフ図

【図３】本発明による内部整合回路を有する弾性表面波
共振器複合形フィルタの一実施例の平面図

【図４】スミス線図を用いたインピーダンス整合例の概
念図

【図５】本発明に用いる整合回路の回路図

【図６】本発明に用いる整合回路の一例の回路図

【図７】本発明による弾性表面波共振器複合形フィルタ
の特性例のグラフ図

【図８】本発明の別の実施例で、複数基板により構成し
た場合のフィルタ構造を示す平面図

【図９】本発明による内部整合回路との接続用電気端子
を有するパッケージの実施例を示す平面図

【図１０】本発明によるパッケージの配線基板への実装
例を示す平面図

【図１１】本発明による内部整合回路を形成したフィル
ムテープの一実施例の平面図

【図１２】パッケージへの実装例を示す断面図

【図１３】本発明による内部整合回路を圧電基板上に形
成した場合の一実施例の平面図

【図１４】分波器の構成例を示すブロック図

【図１５】分波器の各フィルタの周波数特性例を示すグ
ラフ図

【図１６】本発明による分波器を用いた移動無線端末の
構成例を示すブロック図

【符号の説明】

１，１７，１８，５１…圧電基板、２−１〜６…１開口
弾性表面波共振器の共通電極、３−１〜２…ギャップ容
量、４−１〜６…吸音材料、５−１〜４…整合用インダ
クタンス、６…入力側電気端子、７…出力側電気端子、
８，１９…内部整合回路、１０−１〜４，３４−１〜３
…内部整合用インダクタンス、１１−１〜２…デバイス
側電気端子、１２−１〜２…外部電気端子、１３，１５
…整合用インダクタンス、１４，１６…整合用キャパシ
タンス、２０，４４…表面実装型パッケージ、２１，２
２，４８，４９…フィルタチップ、２３…入力側電気端
子、２４…出力側電気端子、２５，２６…内部整合用電
気端子、２７…パッケージのアース電極、２８，４５…
カバー、２９…配線基板、３０…入力側導体、３１…出
力側導体、３２−１〜３…内部整合用導体、３３−１〜
２…配線基板のアース電極、３５，４７…薄膜整合回路
を設けたフィルムテープ、３６〜４２…薄膜インダクタ
ンス、４３…フィルムテープの穴空き部、４６−１〜２
…外部取出し電極、５０…メアンダ状インダクタンス、
５２，５８…アンテナ、５３…受信フィルタ、５４…送
信フィルタ、５５…出力端子、５６…入力端子、５７…
ポータブル電話器、５９…分波器、６０…受信部、６１
…スピーカー、６２…送信部、６３…マイクロホン、６
４…ロジック部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴垣 信彦 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 赤木 貴俊 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立画像情報システム内 (72)発明者 若森 聡 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所横浜工場内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電基板上に形成した少なくとも２個以上
   の１開口弾性表面波共振器を電気信号端子に直列接続し
   た直列回路あるいは上記直列回路の電極と共通アースと
   の間に接続した並列回路により構成してなる弾性表面波
   共振器複合形フィルタにおいて、当該フィルタ回路の共
   振器間の少なくとも１つ以上の接続点にインダクタンス
   素子を含むインピーダンス整合回路を挿入して構成した
   ことを特徴とする弾性表面波共振器複合形フィルタ。
2. 【請求項２】請求項１に記載の弾性表面波共振器複合形
   フィルタにおいて、前記圧電基板は同種あるいは異種の
   複数基板であることを特徴とする弾性表面波共振器複合
   形フィルタ。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載の弾性表面波共振
   器複合形フィルタを実装するキャン型あるいは表面実装
   型等のパッケージにおいて、前記インピーダンス整合回
   路との電気的接続に供する端子を付加したことを特徴と
   する弾性表面波フィルタ用パッケージ。
4. 【請求項４】請求項１または２に記載の弾性表面波共振
   器複合形フィルタにおいて、前記インピーダンス整合回
   路は分布定数素子あるいは集中定数素子を設けたフィル
   ムテープであることを特徴とする弾性表面波共振器複合
   形フィルタ。
5. 【請求項５】請求項１または２に記載の弾性表面波共振
   器複合形フィルタにおいて、前記インピーダンス整合回
   路は圧電基板面上に形成された薄膜回路であることを特
   徴とする弾性表面波共振器複合形フィルタ。