JPH0629779A - 弾性表面波フィルタ - Google Patents
弾性表面波フィルタInfo
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Abstract
動体無線機のRFのフィルタに使用される梯子型の弾性
表面波フィルタに関し、温度上昇を抑制して耐電力性の
向上を図ることを目的とする。 【構成】 初段に配置される直列共振器S1 のくし形電
極25a,25bを形成するかみ合い状態の電極指24
a,24bの対数を、他段の直列共振器S2 ,S 3 の対
数より多く形成する。
Description
話などの小型移動体無線機のRF(高調波部)のフィル
タに使用される梯子型の弾性表面波フィルタに関する。
等の移動通信端末の開発が急速に進められている。これ
に伴い使用される部品の小型、高性能化が求められてお
り、RF部(高周波部)が小型にできる弾性表面波(S
AW)素子(共振子、フィルタ、分波器)の開発が期待
されている。特にSAW分波器はRF部の小型に大きく
貢献できるデバイスなためにその開発が強く要望されて
いる。
携帯電話等の移動体端末のRF部には無線の送、受信用
等のフィルタに用いられる場合、挿入損失が小さいこ
と、帯域外の抑圧度が大きいこと等の特性が要求されて
いる。特にRF部の最終段の増幅器の後には分波器が必
要であり、この分波器の送信側フィルタには1〜2W程
度の電力負荷がかかるために耐電力性が要求される。
電体分波器が用いられているが、体積が大きくなること
から、体積を小型にできるSAWフィルタがあり、トラ
ンスバーサル型フィルタが一般に用いられる。
ジェクト型SAWフィルタと受信用のトランスバーサル
型SAWフィルタを組み合わせたものが知られている。
してSAW共振器を直列腕と並列腕に梯子型に接続した
バンドパスフィルタ、及びこのバンドパスフィルタを組
み合わせた分波器が本発明者等において出願済である。
タの構成図を示す。図13(A)は記号化したSAWフ
ィルタの回路であり、図13(B)は基板上の配置を示
したもので、図13(A),(B)における梯子型のS
AWフィルタ11は、圧電基板12上に、入出力間で直
列腕のSAW共振器S1 ,S2 ,S3 と並列腕のSAW
共振器P1 ,P2 ,P3 とが梯子状に形成されたもので
ある。
共振器の構成図を示す。図14(A)は、上記直列腕と
並列腕とを構成するSAW共振器(S1 〜S3 ,P1 〜
P3)であり、くし形電極(13a,13b)が互いに
かみ合い状態で整合されたものである。このくし形電極
13a,13bが圧電基板12上に、例えばアルミニウ
ム等の薄膜で形成される。この場合、図中、14は電極
対、15は開口長、16はくし形電極周期である。
すように、抵抗r1 ,コンダクタンスC1 ,リアクタン
スL1 の直列インピーダンスと、コンダクタンスC0 の
インピーダンスとの並列接続されたものと等価となる。
そして、これを記号で表わしたものが図14(C)で表
わされ、図13(A)のように配列される。
14の数を50対、開口長を150 μm とし、直列腕
S1 ,S2 ,S3 の電極対14の数を100 対、開口長を
80μmとし、それぞれのくし形電極13a,13bの
外側にはショート型の反射器(図示せず)が配置され
る。
を説明するための図を示す。図15(A)は、上述の並
列腕P1 ,P2 ,P3 と直列腕S1 ,S2 ,S3 の対
数、開口長、容量比を示したものである。そして、図1
5(B)にフィルタの透過特性が示される。
失化が図られたSAWフィルタが得られるものである。
ける梯子型のSAWフィルタ11は、一般に国内向け自
動車、携帯電話用における送信側に使用されるもので、
図16にその加速寿命試験のグラフを示す。
W,周囲温度85℃の条件で行ったもので、図からも明
らかなように寿命は周波数に依存する。すなわち、低周
波側に電力を印加した場合に総てのSAW共振器(P1
〜P3 ,S1 〜S3 )のくし形電極13a,13bに変
化が見られずにフィルタの挿入損失のみ増大したのに対
し、高周波側における電力印加の場合、初段の直列共振
器S1 のくし形電極13a,13bに溶断を生じ、フィ
ルタの機能を維持し得ない状態となる。
グラフを示す。図17のグラフは、入力電力を3.5 W,
周囲温度を室温として試験を行ったもので、図のように
周波数が高くなるにつれて温度が急激に上昇する。すな
わち、SAWフィルタの高周波側での耐電力性の劣化の
主要因としてフィルタの急激な温度上昇であり、特に初
段の直列共振器S1 の温度が最も高くなる。
劣化を説明するための図を示す。図18(A)は、並列
腕と直列腕に共振周波数の異なる弾性表面波共振器
P1 ,S 1 を配置した基本回路であり、図18(B)
は、並列腕共振器のアドミタンスY p (Yp =g+jb
g:コンダクタンス分、b:サセプタンス分)の周波
数特性及び直列腕共振器のインピーダンスZS (ZS =
r+jx,r:抵抗分、x:リアクタンス分)の周波数
特性である。
タンス分b(点線)は、共振周波数frp で最大値をと
り、そこで符号を+から−へ変え、反共振周波数fap で
0(零)となり、fap 以上で符号が再び+になり、少し
づつ増大してゆく。
線)は、同様にfap で最大値をとり、fap を越えると急
激に減少し、徐々に0に近づいていく。尚コンダクタン
ス分gは+の値しかとらない。
アクタンス分x(実線)は、アドミタンスとは逆で共振
周波数frs で0となり、反共振周波数fas で最大値をと
り、さらに+から−へ符号を変え、fas 以上では−側か
ら0へ近づいていく。
き、反共振周波数fas で最大値をとり、それ以上で徐々
に減少していく。rもgと同様に+の値しかとらない。
記並列共振器の反共振周波数fap と直列共振器の共振周
波数frs とは略一致もしくは後者がやや大きいことが条
件である。
ス、アドミタンスの周波数特性に合わせて、フィルタ回
路としての通過特性を示す。同図において、fap ≒frs
近傍で通過帯域をとり、それ以外では減衰領域となる。
また、同図からも明らかなように、通過帯域の特に中心
周波数近傍ではb及びxは0になる。
ィルタ特性の帯域外抑圧や挿入損失と関係が深く、くし
形電極の開口表、対数に大きく依存する。
Wフィルタ11の入力電流をI,各共振器(P1 〜
P3 ,S1 〜S3 )に流れる電流をip1,ip2,ip3,
is1,i s2,is3とする。
振器P1 のサセプタンスjが必ずしも零になっていない
ため、並列共振器P1 に僅かな電流ip1,ip2,i
p3(ip1>ip2>ip3)が流れる。このため直列共振器
S1 に流れる電流はip1>ip2>ip3になるため、初段
の直列共振器S1 の抵抗rによる発熱のため直列共振器
S 1 の温度上昇が最も高くなり、寿命が最短となる。直
列共振器S1 の共振点frs以外では並列共振器P1 に流
れる電流が多くなるため、直列共振器S1 に流れる電流
も少なくなり、且つ弾性表面波があまり励振されないた
め、温度上昇も小さく寿命も長い。
もので、温度上昇を抑制して耐電力性の向上を図る弾性
表面波フィルタを提供することを目的とする。
極指を有するくし形電極が互いにかみ合い状態で整合さ
れた一端子対弾性表面波共振器であって、所定の共振周
波数を有する第1の共振器を並列腕に、該第1の共振器
の反共振周波数に少なくとも略一致する共振周波数をも
つ第2の共振器を直列腕に複数段配置される梯子型の弾
性表面波フィルタにおいて、入力側より初段に配置され
る前記第2の共振器の前記かみ合い状態の電極指の対数
を、他段の前記第2の共振器の対数より多く形成するこ
とにより、又は前記かみ合い状態の重複する電極指長を
他段の重複する電極指長より短く形成することにより解
決される。
み合い状態の電極指の対数を、他段の第2の共振器の対
数より多く形成する。
器のくし形電極における各電極指当たりに流れる電流が
減少し、温度上昇が抑制される。
の重複する電極指長を他段のものより短かく形成する。
これにより、初段の第2の共振器におけるくし形電極全
体の抵抗値が減少し、温度上昇が抑制される。
る電力負荷を減少させ、温度上昇を低減させて耐電力性
を向上させることが可能となる。
す。図1における梯子型の弾性表面波フィルタ(SAW
フィルタ)21A は、例えば国内向け送信フィルタ(送
信帯域925 〜942 MHz)に適用するものとして、圧電
基板(図示せず)に36°Y−X伝播のLiTaO
3 (リチウムタンタレート)を使用し、Al−2%Cu
を膜厚3000Åで、第1の共振器22(並列共振器P1 〜
P3 )を並列腕に、第2の共振器23(直列共振器
S1 ,S2 ,S3 )を直列腕にそれぞれ配置して形成し
たものである。
れは、電極指24a,24bを有するくし形電極25
a,25bが互いにかみ合い状態で整合された一端子対
のものである(図14(A)参照)。この場合、第1の
共振器22(P1 〜P3 )は共振周波数frp (図18参
照)を有し、第2の共振器23(S1 ,S2 ,S3 )は
第1の共振器22の反共振周波数fap に略一致又はより
大きな共振周波数frp (frp1)を有する。そして、並列
共振器P1 と直列共振器S1 とを組み合わせたものを段
として、それぞれ複数段形成される。
振器S1 は、そのかみ合い状態の電極指24a,24b
の対数を、他段の直列共振器S2 ,S3 の対数より多く
形成される。なお、並列共振器P1 〜P3 の対数は総て
一定である。
量比を説明するための図を示す。図2(a)では、並列
共振器P1 〜P3 の対数を50対とし、直列共振器S1
の対数を150 対として他段の直列共振器S2 ,S3 の対
数を100 対としたものである。
態の重複する電極指長がいわゆる開口長であり、並列共
振器P1 〜P3 の開口長(Lp1=Lp2=Lp3)を150 μ
m とし、直列共振器S1 ,S2 ,S3 の開口長(Ls1=
Ls2=Ls3)を80μm としたものである。
P と各直列共振器S1 ,S2 ,S3の容量Cs の容量比
(Cp /Cs )を、開口長と対数との積の比で定義す
る。
性のグラフを示す。すなわち、電極指24a,24bの
対数の設定を上述の図2(a)とした場合の周波数特性
が図3(A)に示される。
なると、容量比(Cp1/Cs1)が他の段(ブロック)の
容量比が小さくなる。すなわち、図15に示すものは容
量比が一定でインピーダンスのマッチングが行われてい
るが、他の段ごとのインピーダンスのマッチングが合わ
なくなると、パスバンドの両肩が狭くなる傾向にある。
る容量比(Cp1/Cs1)と他段の容量比との差が大きく
なってインピーダンスのミスマッチングがされない対数
200対程度まで許容できるものであり、このことは図2
(b),図3(B)に示される。
他の直列共振器S2 ,S3 より多く形成されることで、
初段の直列共振器S1 のくし形電極25a,25bの各
電極指24a,24b当たりに流れる電流が減少して温
度上昇が抑制されるものである。
との差を大きくさせずに対数の増加を行うことから、図
13及び図15に示すSAWフィルタ(11)のフィル
タ特性の劣化を防止することができるものである。
性を損なうことなく、電力印加時の温度上昇を軽減でき
るため耐電力性の向上、特に直列腕に接続される共振器
の共振点付近に電力が印加された時の耐電力性の向上を
図ることができる。
ける開口長等を説明するための図を示し、図5に図4の
フィルタの通過特性のグラフを示す。図4(a)におけ
るSAWフィルタは、直列共振器S1 の電極指の対数を
他段の直列共振器S2 ,S3より多い120 対にすると共
に、次段以降の直列共振器S2 ,S3 の電極指の対数を
順次少なくして、110 対、100 対としたもので、他は図
1と同様である。
1 ,Cp2/Cs2=0.852 ,Cp3/C s3=0.938 となり、
フィルタの通過特性のグラフが図5(A)に示される。
比との差を順次設けることで、結果的に各電極指24
a,24bに流れる電流を減少させ、かつフィルタ特性
を劣化させずに耐電力性の向上が図られるものである。
S3 の対数を順次140 対,120 対、100 対とし、図4
(C)では対数を順次150 対、125 対、100 対としたと
きのフィルタの通過特性のグラフが図5(B),(C)
に示され、図4(C),図5(C)を許容範囲としてイ
ンピーダンスのマッチングが行われる。
成図を示す。図6のSAWフィルタ21B は、並列共振
器P1 〜P3 及び直列共振器S1 〜S3 の電極指24
a,24bの対数を同一にして、直列共振器S1 の開口
長Ls1のみを他の直列共振器S 2 ,S3 の開口長Ls2,
Ls3(Ls2=Ls3)より長く形成したもので、他は図1
と同様である。
ための図を示し、図8に図7のフィルタの通過特性のグ
ラフを示す。図7(a)に示すように、並列共振器P1
〜P 3 の対数を50対、開口長を150 μm (Lp1=Lp2
=Lp3)とし、直列共振器S 2 ,S3 の対数を100 対、
開口長を80μm (Ls2=Ls3)としたもので、直列共
振器S1 の対数を100 対、開口長Ls1を60μm とした
ものである。この場合のフィルタの通過特性が図8
(A)に示される。
1 の開口長Ls1を40μm としたもので、フィルタの通
過特性が図8(B)に示される。
s1を短かくすることで、くし形電極25a,25b全体
の抵抗値が減少して温度上昇が抑制され耐電力性を向上
させることができる。
μm の場合、容量比が他段の直列共振器S2 ,S3 の容
量比との差が大きくなって、挿入損失がやや劣化し、帯
域幅も狭くなる。従って、インピーダンスのマッチング
を考慮すると開口長Ls1が60μm まで許容される。
おける開口長等を説明するための図を示し、図10に図
9のフィルタの通過特性のグラフを示す。
の実施例における直列共振器S1 の開口長Ls1を他段の
直列共振器S2 ,S3 よりも短かく形成すると共に、該
直列共振器S2 ,S3 の開口長Ls2,Ls3を順次長く形
成したもので、耐電力性の向上は第3の実施例と同様で
ある。
振器P1 〜P3 の対数を50対、開口長を150 μm (L
p1=Lp2=Lp3)とする。また、直列共振器S1 〜S3
の対数を100 対とし、開口長を順次、Ls1=70μm ,
Ls2=75μm ,Ls3=80μm と長くして形成したも
ので、このときのフィルタの通過特性が図10(A)に
示される。
0μm ,Ls2=70μm ,Ls3=80μm とし、図9
(c)では開口長をLs1=50μm ,Ls2=65μm ,
Ls3=80μm とし、図9(d)では開口長をLs1=4
0μm ,Ls2=60μm ,Ls3=80μm としたもの
で、それぞれのフィルタの通過特性が図10(B)〜
(D)に示される。
が順次増大し、3段目の容量比0.938 を従来のSAWフ
ィルタとすると、その差が大きくなるほど、帯域幅が狭
くなり、挿入損失が大きくなる。この場合、図9(b)
までは特性の劣化がない。
説明するための図を示す。図11に示す本発明の第5の
実施例は、初段の直列共振器S1 の対数を他段の直列共
振器S2 ,S3 よりも多く形成すると共に、開口長Ls1
を短く形成したものである。
25a,25b全体の抵抗値を減少させ、かつ各電極指
24a,24bに流れる電流を減少させて、温度上昇を
抑制し、耐電力性を向上させることができるものであ
る。
共振器P1 〜P3 の対数を50対、開口長を150 μm
(Lp1=Lp2=Lp3)とし、直列共振器S2 ,S3 の対
数を100 対、開口長を80μm (Ls2=Ls3)としたも
ので、直列共振器S1 の対数を150 対、開口長Ls1を5
0μm としたものである。この場合のフィルタの通過特
性が図11(B)に示される。
と同じであり、特性劣化が防止されているが、差が許容
される範囲で開口長及び対数を変化させてもよい。
説明するための図を示す。図12に示す本発明の第6の
実施例は、初段の直列共振器S1 〜S3 の開口長を順次
長く形成すると共に、対数を順次少なくしたもので、こ
れによる耐電力性向上の原理は第5の実施例と同様であ
る。
共振器P1 〜P3 の対数を50対、開口長を150 μm
(Lp1=Lp2=Lp3)とする。また、直列共振器S1 〜
S3 の対数を順次150 対、115 対、100 対と短く形成
し、開口長を順次、Ls1=70μm ,Ls2=75μm ,
Ls3=80μm と長くして形成したもので、このときの
フィルタの通過特性が図12(B)に示される。
と同じであり、特性劣化が防止されているが、差が許容
される範囲で開口長及び対数を変化させてもよい。
1 の開口長Ls1を他段の直列共振器S2 ,S3 の開口長
Ls2,Ls3(Ls2=Ls3)よりも短かく形成すると共
に、直列共振器S1 〜S3 の対数を順次少なく形成して
も同様の効果を有する。また、逆に直列共振器S1 の対
数を他段の直列共振器S2 ,S3 の対数(S2 ,S3 の
対数は同じ)より多く形成すると共に、開口長Ls1〜L
s3を順次長く形成しても同様の効果を有するものであ
る。
2の共振器の対数を他段の第1の共振器よりも多く形成
し、又は開口長を短かく形成することにより、くし形電
極の各電極指に流れる電流が減少し、またくし形電極全
体の抵抗値が減少され、温度上昇が抑制されて耐電力性
を向上させることができるものである。
図である。
するための図である。
するための図である。
ある。
ある。
る。
ある。
図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 所定数の電極指(24a,24b)を有
するくし形電極(25a,25b)が互いにかみ合い状
態で整合された一端子対弾性表面波共振器であって、所
定の共振周波数(frp )を有する第1の共振器(22)
を並列腕に、該第1の共振器の反共振周波数(fap )に
少なくとも略一致する共振周波数(frs )をもつ第2の
共振器(23)を直列腕に複数段配置される梯子型の弾
性表面波フィルタにおいて、 入力側より初段に配置される前記第2の共振器(S1 )
の前記かみ合い状態の電極指(24a,24b)の対数
を、他段の前記第2の共振器(S2 ,S3 )の対数より
多く形成することを特徴とする弾性表面波フィルタ。 - 【請求項2】 前記初段の第2の共振器(S1 )の次段
以降における前記第2の共振器(S2 ,S3 )の前記か
み合い状態の電極指(24a,24b)の対数を、順次
少なく形成することを特徴とする請求項1記載の弾性表
面波フィルタ。 - 【請求項3】 所定数の電極指(24a,24b)を有
するくし形電極(25a,25b)が互いにかみ合い状
態で整合された一端子対弾性表面波共振器であって、所
定数の共振周波数(frp )を有する第1の共振器(2
2)を並列腕に、該第1の共振器の反共振周波数(fap
)に少なくとも略一致する共振周波数(frs )をもつ
第2の共振器(23)を直列腕に複数段配置される梯子
型の弾性表面波フィルタにおいて、 入力側より初段に配置される前記第2の共振器(S1 )
における前記かみ合い状態の重複する電極指(24a,
24b)長を、他段の前記第2の共振器(S2,S3 )
の該重複する電極指(24a,24b)長より短く形成
することを特徴とする弾性表面波フィルタ。 - 【請求項4】 前記初段の第2の共振器(S1 )の次段
以降における前記第2の共振器(S2 ,S3 )の前記か
み合い状態の重複する電極指(24a,24b)長を、
順次長く形成することを特徴とする請求項3記載の弾性
表面波フィルタ。 - 【請求項5】 前記初段の第2の共振器(S1 )におけ
る前記かみ合い状態の電極指(24a,24b)の対数
を、他段の前記第2の共振器(S2 ,S3 )の対数より
多く形成することを特徴とする請求項3又は4記載の弾
性表面波フィルタ。 - 【請求項6】 前記初段の第2の共振器(S1 )の次段
以降における前記かみ合い状態の電極指(24a,24
b)の対数を、順次少なく形成することを特徴とする請
求項5記載の弾性表面波フィルタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18518192A JP3194540B2 (ja) | 1992-07-13 | 1992-07-13 | 弾性表面波フィルタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18518192A JP3194540B2 (ja) | 1992-07-13 | 1992-07-13 | 弾性表面波フィルタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0629779A true JPH0629779A (ja) | 1994-02-04 |
| JP3194540B2 JP3194540B2 (ja) | 2001-07-30 |
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ID=16166263
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18518192A Expired - Lifetime JP3194540B2 (ja) | 1992-07-13 | 1992-07-13 | 弾性表面波フィルタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3194540B2 (ja) |
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