JPH0777335B2 - 中間周波用フイルタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、圧電基板の拡がり振動を利用した３端子型圧
電フィルタを用いて構成したAMラジオ受信機の中間周波
増幅回路に使用される中間周波用フィルタに関する。

（従来技術） 従来、この種の中間周波用フィルタに使用される３端子
型圧電フィルタは、例えば、第17図（ａ），第17図
（ｂ）及び第17図（ｃ）に示すような構成を有するもの
が知られている。

上記３端子型圧電フィルタは、四角形状の圧電基板１の
一つの主表面に、その周縁部に所定幅を有する四角形状
のリング電極２が形成されるとともに、このリング電極
２と同心に、四角形状のドッド電極３が形成され、上記
圧電基板１のいま一つの主表面には上記リング電極２及
びドッド電極３に対向するアース電極４が形成されてな
るものである。

この３端子型圧電フィルタ５をAMラジオ受信機の中間周
波用フィルタとして使用する場合、第18図に示すよう
に、上記構成を有する２組の３端子型圧電フィルタ5a,5
bが結合コンデンサC₀を介してカスケード接続される。
３端子型圧電フィルタ5aのドッド電極３と３端子型圧電
フィルタ5bのドッド電極３との間に接続される上記結合
コンデンサC₀は、その静電容量値により規定されるこれ
ら３端子型圧電フィルタ5aと３端子型圧電フィルタ5bと
の結合の大きさを低くするためのものである。

即ち、３端子型圧電フィルタを複数個接続して選択度を
上げようとするとき、フィルタ間を直結すると、結合
（カップリング）が強くなってフィルタ特性が双峰特性
となってしまうことがある。このようなとき、例えば
「圧電セラミックスとその応用」と題する文献（監修：
電子材料工業会，発行者：平山秀雄，発行所：電波新聞
社，発行日：昭和49年４月15日）の第270頁第２行から
第５行に記載されているように、結合コンデンサC₀を圧
電フィルタ5aと圧電フィルタ5bとの間に挿入すると、上
記結合コンデンサC₀の静電容量値が適当な値のときに臨
界結合となって、良好なフィルタ特性を得ることができ
る。

ところで、第18図のAMラジオ受信機の中間周波用フィル
タにおいて、部品点数及び外付部品を削減するために
は、上記のような結合コンデンサC₀を使用せずに、３端
子型圧電フィルタ5aのドッド電極３と３端子型圧電フィ
ルタ5bのドッド電極３とを直接、接続することが好まし
い。

このように３端子型圧電フィルタ5aのドッド電極３と３
端子型圧電フィルタ5bのドッド電極３とを直接、接続し
たときに結合度を小さくするためには、３端子型圧電フ
ィルタ5aのドッド電極３及び３端子型圧電フィルタ5bの
ドッド電極３の面積を小さくし、各ドッド電極３とそれ
に対向するアース電極４との間の静電容量を小さくする
とともに、３端子型圧電フィルタ5a及び5bの電気機械変
換効率を小さくするようにすればよい。

しかしながら、上記のように３端子型圧電フィルタ5a及
び5bの各ドッド電極３を小さくすると、フィルタ周波数
の３倍,5倍及び７倍の周波数帯域におけるスプリアス特
性が劣化するという問題がある。

ところで、２端子型圧電共振子を用いた梯子型フィルタ
におけるスプリアスの抑制については、例えば実公昭51
−27736号公報に開示がある。従って、この公報記載の
ものを上記３端子型圧電フィルタ5a及び5bに適用するこ
とにより、上記スプリアス特性の改善を図ることが考え
られる。

しかしながら、例えば「圧電セラミックスとその応用」
と題する上記文献の第239頁末行から第240頁第４行にも
記載されていることからも明らかように、スプリアスの
抑制に関して、２端子型圧電共振子を３端子型圧電共振
子にすると異なるスプリアスが発生することがある。ま
た、上記公報に記載の２端子型共振子は、基本周波数f₀
の2^1/2倍の周波数において生じる副共振の抑圧を対象と
するものである。さらに、上記公報に記載の２端子型圧
電共振子は梯子型フィルタを構成するものであるから、
第18図の上記３端子型圧電共振子5a及び5bのようにカス
ケード接続することはできない。

従って、２端子型圧電共振子と３端子型フィルタとを同
等に扱い、上記公報に記載の２端子型圧電共振子におけ
るスプリアスの抑圧のための構成を、３端子型フィルタ
におけるスプリアスの抑圧のための構成にそのまま適用
することはできない。

以上のような理由により、３端子型圧電フィルタ5aのド
ット電極３と３端子型圧電フィルタ5bのドット電極３と
を直接、接続した部品点数が少なく、スプリアス特性が
良好で通過帯域特性も良好なAMラジオ受信機の中間周波
用フィルタは実現されていなかった。

（発明の目的） 本発明の目的は、３端子型圧電フィルタ間を結合コンデ
ンサを使用することなく、直接、カスケード接続した部
品点数が少なく、しかもスプリアス特性および通過帯域
特性が良好な中間周波用フィルタを提供することであ
る。

（発明の構成） このため、本発明は、四角形状の圧電基板の一つの主表
面にはその周縁部に所定幅を有する四角形状のリング電
極が形成されるとともに、このリング電極の内側に中心
電極が形成され、上記圧電基板のいま一つの主表面には
上記リング電極及び中心電極に対向するアース電極が形
成されてなる２つの３端子型圧電フィルタをカスケード
接続してなる中間周波用フィルタにおいて、各３端子型
圧電フィルタはその中心電極が圧電基板の上記一つの主
表面の少なくとも一方の対角線方向に伸長して形成され
てなり、かつ２つの３端子型圧電フィルタの各中心電極
どうしが直接、接続されており、一方の３端子型圧電フ
ィルタのリング電極とアース電極とが信号入力側に接続
され、他方の３端子型圧電フィルタのリング電極とアー
ス電極とが信号出力側に接続されていることを特徴とす
る。

本発明のかかる特徴は、本願の発明者による次の考察に
基づいて得られたものである。

本願の発明者は、第17図（ａ）、第17図（ｂ）及び第17
図（ｃ）の３端子型圧電フィルタ５の圧電基板１と同一
の圧電材料を使用し、圧電基板１とほぼ同一の寸法を有
する、4.9mm角、厚さ0.5mmの圧電基板（図示せず。）を
製作し、その両主表面に夫々全面電極を形成して、この
圧電基板のインピーダンス特性を測定したところ、第19
図に示す結果を得た。

一方、コンピュータの発達により、最近、実用化されつ
つある有限要素法解析を用いて上記圧電基板のモデルに
ついて、シュミレーション計算により、インピーダンス
特性を求めたところ、第19図に示すものと良い一致が見
られた。

そこで、コンピュータによる有限要素法解析により、上
記圧電基板のモデルについて、変位及び歪みに対応して
その表面に発生する表面電荷分布を求めたところ、第19
図のインピーダンス特性において、基本振動ａ、それに
対するスプリアスｂないしｌに夫々対応して、第20図
（ａ）ないし（ｌ）に示すような表面電荷分布を得た。

ここで、第19図を見れば明らかなように、スプリアスc,
g,h及びｉは励起しにくいモードであるので、以下の議
論からは除外することにして、第20図（ｂ），（ｄ），
（ｅ），（ｆ），（ｊ），（ｋ）及び（ｌ）の表面電荷
分布のパターンを見れば明らかなように、スプリアスb,
d,e,f,j,k及びｌに対応する圧電基板の表面電荷の分布
は、圧電基板の周縁に沿って符号の異なる異極性の正負
の電荷が分布するとともに、圧電基板の対角線方向にも
符号の異なる異極性の正負の電荷が分布していることが
分かる。

ところで、既に挙げた「圧電セラミックスとその応用」
と題する上記文献の第239頁第12行から第240頁第５行
に、セラミック共振子の高調波振動を抑圧するために正
負の電荷をいわゆる「相殺」することについて記載され
ていることからも分かるように、圧電基板のある不要振
動モード、即ち、スプリアスを抑圧するためには、その
振動モードにおいて圧電基板表面に発生する表面電荷が
ちょうど相殺されるような電極形状とすればよいことが
知られている。

従って、上記シュミレーションの結果と上記事実とか
ら、圧電基板の周縁に沿うリング電極に加えて圧電基板
の対角線方向に電極が形成されていれば、スプリアス振
動に対応して発生する圧電基板表面の異極性の正負の電
荷が互いに上記電極により相殺され、スプリアス振動が
抑圧されるものと考えられる。

これに対し、第17図（ａ），第17図（ｂ）及び第17図
（ｃ）のように、四角形状のドッド電極３を有する圧電
共振子５において、ドッド電極３の寸法を小さくする
と、圧電基板１の一つの主表面上で相殺される電荷量が
正負アンバランスになる。よって、このような構成を有
する２つの３端子型圧電フィルタ5a,5bを結合コンデン
サなしに直接、カスケード接続したAM受信機用フィルタ
では、スプリアス特性が劣化することが理解される。

本発明は、このような考察に基づいてなされたものであ
る。

（発明の効果） 本発明によれば、中間周波用フィルタを構成する各３端
子型圧電フィルタの圧電基板の対角線方向に発生する不
要振動モードによる異極性の表面電荷が中心電極により
相殺されるとともに、２つの３端子型圧電フィルタの各
中心電極どうしが相互に接続されているので、直接、３
端子型圧電フィルタをカスケード接続しても、スプリア
ス特性が劣化することがなく、しかも通過帯域特性が良
好でシェープファクタが良好なフィルタ特性を有する中
間周波用フィルタを得ることができる。

（実施例） 以下、添付の図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

本発明に係る中間周波用フィルタに使用される３端子型
圧電フィルタの構造の一例を、第１図（ａ）、第１図
（ｂ）及び第１図（ｃ）に示す。

上記３端子型圧電フィルタ11は、第17図（ａ）、第17図
（ｂ）及び第17図（ｃ）の３端子型圧電フィルタ５にお
いて、ドッド電極３に代えて、圧電基板１の一つの主表
面の周縁部に形成された所定幅を有する四角形状のリン
グ電極で取り囲まれた領域に、圧電基板１の上記一つの
主表面の対角線l₁及びl₂の方向に十字状の中心電極3aを
形成するようにしたものである。

なお、第１図（ａ）、第１図（ｂ）及び第１図（ｃ）に
おいて、第17図（ａ）、第17図（ｂ）及び第17図（ｃ）
に対応する部分には対応する符号を付して示し、重複し
た説明は省略する。

本発明に係る中間周波用フィルタの一つの実施例では、
第８図に示すように、結合コンデンサを使用することな
く、直接、３端子型圧電フィルタ11a,11bの中心電極3a,
3aどうしを接続し、３端子型圧電フィルタ11a,11bをカ
スケード接続したものである。このように３端子型圧電
フィルタ11a,11bの中心電極3a,3aどうしを接続するの
は、以下の理由による。

即ち、３端子型圧電フィルタ11aの中心電極3aと３端子
型圧電フィルタ11bのリング電極２との接続または３端
子型圧電フィルタ11aのリング電極２と３端子型圧電フ
ィルタ11bの中心電極3aとの接続では結合が弱く、フィ
ルタ通過域の波形が単峰特性となり、所望の通過帯域幅
またはシェープファクタが得られない。これに対して、
上記のように、３端子型圧電フィルタ11a,11bの中心電
極3a,3aどうしを接続すれば、臨界結合のときに最もシ
ェープファクタが良好なものとなり、良好なフィルタ特
性を得ることができるからである。

上記のような構成を有する３端子型圧電フィルタ11にお
いて、第19図に示すスプリアスd,e,f,j,k及びｌにおけ
る圧電基板１の上記一つの主表面の正負の表面電荷が中
心電極3aにより相殺される。即ち、スプリアスｄでは、
第20図（ｄ）のように、圧電基板１の上記一つの主表面
の中心からその対角線方向に、正電荷−負電荷のように
分布しており、スプリアスｅでは、第20図（ｅ）のよう
に、圧電基板１の上記一つの主表面の中心からその対角
線方向に、負電荷−正電荷−負電荷のように分布してい
る。さらに、スプリアスf,j,k及びｌでは夫々、第20図
（ｆ），（ｊ），（ｋ）及び（ｌ）のように、正電荷−
負電荷−正電荷，正電荷−負電荷−正電荷，負電荷−正
電荷−負電荷及び負電荷−正電荷−負電荷のように分布
している。従って、これら正負の上記表面電荷は上記中
心電極3aにより相殺され、上記スプリアスd,e,f,j,k及
びｌに対して上記中心電極3aは抑圧効果を有する。

また、リング電極２は、圧電基板１の一つの主表面の周
辺部に設けてあり、スプリアスb,d,e,f,j,k及びｌでは
ともに、圧電基板１の上記周辺部に正負の電荷が分布し
ていることから、これら正負の電荷は上記リング電極２
により相殺され、上記スプリアスb,d,e,f,j,k及びｌに
対して抑圧効果がある。特に、スプリアスb,e,fについ
ては、圧電基板１の上記の一つの主表面の上記リング電
極２の形成部分における正負の電荷がほぼ同じであり、
スプリアス抑圧効果が大きい。従って、スプリアスe,f
はリング電極２と中心電極3aの両方により相殺される。

なお、上記したことから、スプリアスｂはリング電極２
により抑圧されるのであるからスプリアスｂの抑圧には
中心電極3aが不要であり、スプリアスj,k及びｌは中心
電極3aにより抑圧されるのであるからリング電極２が不
要であるようにみえる。しかしながら、上記第１図
（ａ）、第１図（ｂ）及び第１図（ｃ）に示す中間周波
用フィルタに使用される３端子型圧電フィルタ11は、一
般に、広い周波数帯の信号からａの振動モードに対応す
る中心周波数を有する信号を通過させる帯域通過フィル
タであるから、上記スプリアスb,j,k及びｌに加えて、
スプリアスd,e及びｆを抑圧するためには、中心電極3a
及びリング電極２は必須である。

上記実施例において、中心電極3aの幅を変えることによ
り、第８図に示すように、２組の３端子型圧電フィルタ
11a,11bをカスケード接続した場合の結合度を自由に調
整することができる。

上記実施例において、中間周波用フィルタの３端子型圧
電フィルタ11としては、第２図ないし第６図に示すよう
なものを使用することもできる。

第２図の３端子型圧電フィルタ12は、上記３端子型圧電
フィルタ11の圧電基板１に代えて、平行四辺形状の圧電
基板１′を使用したものである。また、第３図の３端子
型圧電フィルタ13は、上記３端子型圧電フィルタ11の中
心電極3aに代えて、対角線l₁方向の直線状の中心電極3b
を使用したものである。さらに、第４図の３端子型圧電
フィルタ14は、第３図の３端子型圧電フィルタ13の圧電
基板１に代えて、第２図の３端子型圧電フィルタ12の圧
電基板１′を使用したものである。

第５図及び第６図に示す３端子型圧電フィルタ15及び16
は、いずれも中心電極3cが圧電基板１及び１′の対角線
l₁の中点の両側及び対角線l₂の中点の片側に伸長した形
状を有するもので、図５の３端子型圧電フィルタ15の圧
電基板１及び図６の３端子型圧電フィルタ16の圧電基板
１′は、第３図の３端子型圧電フィルタ13の圧電基板１
及び第２図の３端子型圧電フィルタ12の圧電基板１′と
夫々同じ形状を有するものである。

上記第２図ないし第６図の３端子型圧電フィルタについ
ても、中心電極3a,3b,3cが圧電基板１及び１′の一つの
主表面の対角線方向に発生する正負の電荷を相殺し、ス
プリアスを抑制する作用を有することは、第１図
（ａ），第１図（ｂ）及び第１図（ｃ）にて説明した実
施例と同様である。第３図及び第４図のものではいずれ
も、中心電極3bによる対角線l₁に沿う正負の電荷の相殺
が行われるので、スプリアス抑圧効果を有している。同
様に、第５図及び第６図の３端子型圧電フィルタについ
ても、中心電極3cによる正負の電荷の相殺が圧電基板１
及び１′の対角線l₁の中点の両側及び対角線l₂の中点の
片側で行われるので、スプリアス抑圧効果を有してい
る。

第３図ないし第６図の電極構造を有する３端子型圧電フ
ィルタ13ないし16では、その中心電極3b及び3cの電極面
積が第２図の３端子型圧電フィルタ12の中心電極3aの電
極面積よりも小さい。従って、第２図の３端子型圧電フ
ィルタ12をカスケード接続する場合の結合度よりも小さ
くすることが必要な場合、第３図ないし第６図の３端子
型圧電フィルタ13ないし16のいずれかを用いることがで
きる。

なお、上記中心電極3a,3b及び3cの各先端部はその先端
に向かって幅が狭くなるような形状を有しているが、第
７図（ａ）、第７図（ｂ）及び第７図（ｃ）に夫々示す
ように、半円状、四角形状及びコーナ部にアールの付い
た形状のもの等にすることもできる。

また、中心電極は大略上記の形状になればよく、例えば
部分的に幅が変わったり、凸部や凹部があってもよい。
直線的に延在していなくてもよい。第４図において中心
電極3bは対角線l₁方向ではなく対角線l₂方向に配置して
あってもよい。第５図において対角線l₂の左上方向に延
びている中心電極3c部分を逆に対角線l₂の右下方向に延
ばしてもよい。第６図において中心電極3cが圧電基板
１′の対角線l₂の中点の両側及び対角線l₁の中点の片
側、即ち右上方あるいは左下方のいずれか一方へ伸長し
た配置も考えられる。

次に、第１図（ａ），第１図（ｂ）及び第１図（ｃ）に
おいて説明した３端子型圧電フィルタ11を２組、第８図
に示すように、直接、カスケード接続したAMラジオ受信
機の中間周波用フィルタの前段の３端子型圧電フィルタ
11aに標準信号発生装置21より、445KHzないし465KHz及
びDC〜10MHzの信号を入力し、後段の３端子型圧電フィ
ルタ11bから出力する信号電圧を高周波電圧計22にて測
定したところ、第11図、第12図及び次の第１表に示すよ
うな通過特性、スプリアス特性及びフィルタ定数を得
た。

なお、第８図において、Rg＋R₁＝R₂＝3000オームであ
り、C₁＝50pFであった。

第８図の中間周波用フィルタの前段に、中間周波トラン
スT₁を接続した第９図に示す中間周波用フィルタの上記
と同様のフィルタ特性の測定結果を第13図、第14図及び
次の第２表に示す。

なお、第９図において、R₁₁＝300キロオーム、R₁₂＝２
キロオーム、C₁₀＝7pF、C₁₁＝50pFであった。

一方、第18図の従来の３端子型圧電フィルタ5a,5bを使
用した中間周波用フィルタの前段に、中間周波トランス
T₁を接続した第10図に示す中間周波用フィルタの上記と
同様のフィルタ特性の測定結果を第15図、第16図及び次
の第３表に示す。

なお、第10図において、R₁₁＝300キロオーム、R₁₂＝２
キロオーム、C₀＝47pF、C₁₀＝7pF、C₁₁＝50pFであっ
た。

以上の測定データを比較すれば明らかなように、第８図
の中間周波用フィルタを用いた第９図の中間周波用フィ
ルタは、結合コンデンサC₀を使用した第10図の中間周波
用フィルタとほぼ同じ特性を有しており、０〜3MHzの周
波数帯において、スプリアスは8dB程度改善されてい
る。また、5.5MHz〜7MHzの周波数帯に存在する圧電基板
１（３端子型圧電フィルタ5aと5b,3端子型圧電フィルタ
11aと11bとでは厚みに差をつけてある。）の厚み振動ス
プリアスも約10dB程度改善されている。これは、圧電基
板１の厚み振動の表面電荷も、その主表面の中心に近い
ほど多く分布するため、この部分の電極面積が小さくな
ったことによる駆動効率の低下による効果である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び第１図（ｂ）は夫々本発明に係る中間
周波用フィルタに使用される３端子型圧電フィルタの構
造の一例を示す平面図及び底面図、 第１図（ｃ）は第１図（ａ）のIV−IV線に沿う断面図、 第２図，第３図，第４図，第５図及び第６図は夫々上記
３端子型圧電フィルタとは異なる構造を有する３端子型
圧電フィルタの平面図、 第７図（ａ），第７図（ｂ）及び第７図（ｃ）は夫々中
心電極の先端部の形状の説明図である。 第８図は本発明に係る中間周波用フィルタの一実施例の
特性測定回路図、 第９図は第８図の中間周波用フィルタと中間周波トラン
スとを組み合わせた中間周波用フィルタの特性測定回路
図、 第10図は従来の中間周波用フィルタの特性測定回路図で
ある。 第11図及び第12図は夫々第８図の中間周波用フィルタの
通過特性図及びスプリアス特性図、 第13図及び第14図は夫々第９図の中間周波用フィルタの
通過特性図及びスプリアス特性図、 第15図及び第16図は夫々第10図の中間周波用フィルタの
通過特性図及びスプリアス特性図である。 第17図（ａ）及び第17図（ｂ）は夫々従来の中間周波用
フィルタに使用される３端子型圧電フィルタの平面図及
び底面図、 第17図（ｃ）は第17図（ａ）のII−II線に沿う断面図、 第18図は従来の中間周波用フィルタの回路図、 第19図は従来の中間周波用フィルタの３端子型圧電フィ
ルタの圧電基板のインピーダンス特性図、 第20図（ａ）ないし第20図（ｌ）は夫々圧電基板の主表
面に発生する表面電荷のパターンの説明図である。 1,1′…圧電基板、２…リング電極、3a,3b,3c…中心電
極、４…全面電極、11〜16…３端子型圧電フィルタ、
l₁，l₂…対角線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】四角形状の圧電基板の一つの主表面にはそ
   の周縁部に所定幅を有する四角形状のリング電極が形成
   されるとともに、このリング電極の内側に中心電極が形
   成され、上記圧電基板のいま一つの主表面には上記リン
   グ電極及び中心電極に対向するアース電極が形成されて
   なる２つの３端子型圧電フィルタをカスケード接続して
   なる中間周波用フィルタにおいて、 各３端子型圧電フィルタはその中心電極が圧電基板の上
   記一つの主表面の少なくとも一方の対角線方向に伸長し
   て形成されてなり、かつ２つの３端子型圧電フィルタの
   各中心電極どうしが直接、接続されており、一方の３端
   子型圧電フィルタのリング電極とアース電極とが信号入
   力側に接続され、他方の３端子型圧電フィルタのリング
   電極とアース電極とが信号出力側に接続されていること
   を特徴とする中間周波用フィルタ。