JPH08321743A

JPH08321743A - 弾性表面波フィルタ

Info

Publication number: JPH08321743A
Application number: JP12682895A
Authority: JP
Inventors: Kuniyuki Matsui; 邦行松井; Yasuyoshi Hirao; 康容平尾; Taizo Kobayashi; 泰三小林; Kosuke Takeuchi; 孝介竹内; Kenichi Shibata; 賢一柴田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1995-05-25
Filing date: 1995-05-25
Publication date: 1996-12-03

Abstract

(57)【要約】【目的】挿入損失や帯域外抑圧について必要とされる
特性を確保しつつ、高周波減衰域のスプリアスの発生を
抑制し、また、広帯域フィルタ仕様とした場合の通過帯
域内の高周波部分のリップル発生を無くすことができる
弾性表面波フィルタを提供することを目的とする。【構成】圧電基板１上に櫛型電極とグレーティング反
射器２ｂとから成る共振器を２つ備え、一方の共振器を
信号線に電気的に直列に接続し、他方の共振器を信号線
に電気的に並列に接続して成るフィルタ機能単位を一つ
以上備えた複合型の弾性表面波フィルタにおいて、前記
の直列に接続された共振器及び／又は並列に接続された
共振器のグレーティング反射器２ｂのデューティ比を、
４０〜４８％とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高周波デバイスとして
好適な弾性表面波フィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の携帯電話や自動車電話の普及に伴
い、小型・高性能の高周波フィルタの必要性が高まって
いる。高周波フィルタとしては、従来より、誘電体フィ
ルタが知られているが、弾性表面波フィルタの方が小型
・高性能化に適しており、更に、低損失で整合回路が不
要であるという点から、複合型の弾性表面波フィルタが
注目されている。この複合型の弾性表面波フィルタは、
図１０に示すように、圧電基板（LiNbO₃等）１上に櫛型
電極２ａとグレーティング反射器２ｂ，２ｂとから成る
１ポート共振器２を２つ備えたものを一つのフィルタ機
能単位３とするものであり、一方の１ポート共振器２を
信号線４に電気的に直列に接続し（これを直列腕共振器
２Ｓという）、他方の１ポート共振器２を信号線に電気
的に並列に接続している（これを並列腕共振器２Ｐとい
う）。

【０００３】この複合型の弾性表面波フィルタは、前記
の直列腕共振器２Ｓと並列腕共振器２Ｐのインピーダン
スの差を利用してバンドパスフィルタを実現している。
以下、その原理を図１１（ａ）（ｂ）により簡単に述べ
る。直列腕共振器２ＳのインピーダンスをｊＸ_S、並列
腕共振器２ＰのインピーダンスをｊＸ_P、並列腕共振器
２Ｐの反共振周波数をｆ_ap、その共振周波数をｆ_rP、直
列腕共振器２Ｓの反共振周波数をｆ_aS、その共振周波数
をｆ_rSとし、同図（ａ）に示すように、反共振周波数ｆ
_apと共振周波数ｆ_rSとを略一致させることにより、同図
（ｂ）に示すように、その一致点を中心とし、反共振周
波数ｆ_aS及び共振周波数ｆ_rPを極としたフィルタ特性が
得られる。

【０００４】なお、通過帯域となる条件は、｜Ｘ_S｜＜
｜Ｘ_P｜であり、減衰域となる条件は、｜Ｘ_S｜＞｜Ｘ
_P｜である。また、フィルタの帯域幅については、共振
周波数ｆ_rPと反共振周波数ｆ_aSの差により決定されるた
め、仕様に基づく帯域幅を実現するためには、フィルタ
設計に際して共振周波数ｆ_rPと反共振周波数ｆ_aSの差を
適宜調整すればよい。

【０００５】図１２は、１ポート共振器２のグレーティ
ング反射器２ｂ部分を示した縦断面図である。グレーテ
ィング反射器２ｂは、反射エレメント２ｂ₁…を１／２
波長周期で配列したものであり、反射エレメント２ｂ₁
…とスペース部２ｂ₂の比率（デューティ比）は、挿入
損失低減や帯域外抑圧を図る観点から５０％に設定され
ていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のグレーティング反射器２ｂを備える１ポート共振器
２から成る複合型の弾性表面波フィルタでは、図１３
（ｂ）に示すように、高周波減衰域にスプリアス１００
が生じる。また、広帯域フィルタ仕様とした場合は、更
に、通過帯域内の高周波部分にリップル１０１が生じ、
信号の乱れが起こるという欠点を有していた。上記のス
プリアス１００が発生する原因は、直列腕共振器２Ｓの
通過特性が、同図（ａ）に示すように、反共振点の高周
波側にスプリアス１０２を生じているためであり、上記
のリップル１０１が発生する原因は、並列腕共振器２Ｐ
の通過特性が、同図（ａ）に示すように、前記の直列腕
共振器２Ｓの通過帯域において反共振点の高周波側にス
プリアス１０３を生じているためである。

【０００７】本発明は、上記の事情の鑑み、挿入損失や
帯域外抑圧について必要とされる特性を確保しつつ、高
周波減衰域のスプリアスの発生を抑制し、また、広帯域
フィルタ仕様とした場合の通過帯域内の高周波部分のリ
ップル発生を無くすことができる弾性表面波フィルタを
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の弾性表面波フィ
ルタは、上記の課題を解決するために、圧電基板上に櫛
型電極とグレーティング反射器とから成る共振器を２つ
備え、一方の共振器を信号線に電気的に直列に接続し、
他方の共振器を信号線に電気的に並列に接続して成るフ
ィルタ機能単位を一つ以上備えた複合型の弾性表面波フ
ィルタにおいて、前記の直列に接続された共振器及び／
又は並列に接続された共振器のグレーティング反射器の
デューティ比を、４０〜４８％としたことを特徴とす
る。

【０００９】

【作用】上記の構成によれば、反射エレメントのデュー
ティ比を５０％とした場合の挿入損失低減の最大効果、
或いは帯域外抑圧向上の最大効果は得られないものの、
直列接続の共振器におけるスプリアス及び／又は並列接
続の共振器におけるリップルは、反射エレメントのデュ
ーティ比を５０％としたときよりも抑制されるので、信
号の乱れが低減される。また、デューティ比の下限値を
４０％としているので、挿入損失や帯域外抑圧の極端な
劣化を招くことはない。

【００１０】

【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図に基づい
て発明する。

【００１１】本発明の特徴は、グレーティング反射器の
反射エレメントのデューティ比にあり、弾性表面波フィ
ルタとしての基本構成は従来例で示した図１０の構成と
変わりはない。このため、基本構成の説明を省略すると
ともに、従来例で示した機能部分と同一機能部分には同
一の符号を付記して簡潔に説明を行う。

【００１２】図１は、本発明の弾性表面波フィルタにお
ける１ポート共振器２のグレーティング反射器２ｂ部分
を示した縦断面図である。グレーティング反射器２ｂ
は、反射エレメント２ｂ₁…を１／２波長周期で配列し
たものであり、反射エレメント２ｂ₁…とスペース部２
ｂ₂の比率（デューティ比）は、４０〜４８％に設定さ
れている。

【００１３】図２（ａ）は、並列腕共振器２Ｐのグレー
ティング反射器２ｂのデューティ比を５０％とし、直列
腕共振器２Ｓのグレーティング反射器２ｂのデューティ
比を４４％とした場合の直列腕共振器２Ｓ及び並列腕共
振器２Ｐの通過特性を各々示している。そして、同図
（ｂ）は、同図（ａ）に示した通過特性を有する直列腕
共振器２Ｓ及び並列腕共振器２Ｐを用いて構成した複合
型の弾性表面波フィルタの通過特性を示している。

【００１４】なお、この弾性表面波フィルタは、中心周
波数が９０２．５ＭＨｚ、帯域幅が２５ＭＨｚの仕様で
ある。従って、直列腕共振器２Ｓのグレーティング反射
器２ｂの反射エレメント（電極部）２ｂ₁幅は１．０５
μｍ、スペース部２ｂ₂の幅１．３３μｍとなる。ま
た、圧電基板１としては、６４°Ｙ−Ｘ（ＹカットＸ軸
伝搬）のLiNbO₃（基板音速＝４４１９ｍ）基板を用い
た。

【００１５】上記の図２から明らかなように、弾性表面
波フィルタのスプリアス１００の原因となる直列腕共振
器２Ｓのスプリアス１０２が低減されたので、弾性表面
波フィルタのスプリアス１００が減少する。また、この
図２の場合は、帯域幅を狭くした仕様であり、並列腕共
振器２Ｐにおけるスプリアス１０３は、フィルタの通過
帯域外に位置するため、リップルは生じない。

【００１６】図３（ａ）は、並列腕共振器２Ｐ及び直列
腕共振器２Ｓのグレーティング反射器２ｂのデューティ
比をそれぞれ４４％とし場合の直列腕共振器２Ｓ及び並
列腕共振器２Ｐの通過特性を各々示している。そして、
同図（ｂ）は、同図（ａ）に示した通過特性を有する直
列腕共振器２Ｓ及び並列腕共振器２Ｐを用いて構成した
複合型の弾性表面波フィルタの通過特性を示している。

【００１７】この弾性表面波フィルタは、中心周波数が
９３３．５ＭＨｚ、帯域幅が３３ＭＨｚの仕様である。
また、圧電基板１は図２の場合と同様、６４°Ｙ−Ｘ
（ＹカットＸ軸伝搬）のLiNbO₃（基板音速＝４４１９
ｍ）基板である。

【００１８】上記の図３から明らかなように、弾性表面
波フィルタのスプリアス１００の原因となる直列腕共振
器２Ｓのスプリアス１０２が低減されているので、弾性
表面波フィルタのスプリアス１００は減少する。一方、
この図３の場合は、帯域幅が３３ＭＨｚと大きいため、
並列腕共振器２Ｐのスプリアス１０３がリップル１０１
の原因となる位置にあるが、リップル１０１の原因とな
る並列腕共振器２Ｐのスプリアス１０３も低減されてい
るので、リップル１０１は殆ど生じない。

【００１９】次に、直列腕共振器２Ｓのグレーティング
反射器２ｂのデューティ比の上限と下限について考察す
る。

【００２０】図４（ａ）は、並列腕共振器２Ｐのグレー
ティング反射器２ｂのデューティ比を５０％とし、直列
腕共振器２Ｓのグレーティング反射器２ｂのデューティ
比を４０％（本発明の下限）とした場合の直列腕共振器
２Ｓ及び並列腕共振器２Ｐの通過特性を各々示してい
る。そして、同図（ｂ）は、同図（ａ）に示した通過特
性を有する直列腕共振器２Ｓ及び並列腕共振器２Ｐを用
いて構成した複合型の弾性表面波フィルタの通過特性を
示している。なお、他の条件は図２の場合と同じであ
る。

【００２１】この図４の場合は、直列腕共振器２Ｓのグ
レーティング反射器２ｂのデューティ比を、図２の直列
腕共振器２Ｓのグレーティング反射器２ｂのデューティ
比（４４％）よりも小さく（４０％）したので、弾性表
面波フィルタのスプリアス１００の原因となる直列腕共
振器２Ｓのスプリアス１０２は図２の場合よりも一層低
減されることになる。しかし、最小挿入損失は図２の場
合が２ｄＢであるのに対し、図４の場合は５ｄＢとな
る。弾性表面波フィルタを高周波フィルタとして使用す
る場合には、最小挿入損失が５ｄＢを下回ると実用的と
はいえなくなる。従って、直列腕共振器２Ｓのグレーテ
ィング反射器２ｂについては、上記挿入損失の観点か
ら、そのデューティ比を４０％以上とした。

【００２２】図５（ａ）は、並列腕共振器２Ｐのグレー
ティング反射器２ｂのデューティ比を５０％とし、直列
腕共振器２Ｓのグレーティング反射器２ｂのデューティ
比を４８％（本発明の上限）とした場合の直列腕共振器
２Ｓ及び並列腕共振器２Ｐの通過特性を各々示してい
る。そして、同図（ｂ）は、同図（ａ）に示した通過特
性を有する直列腕共振器２Ｓ及び並列腕共振器２Ｐを用
いて構成した複合型の弾性表面波フィルタの通過特性を
示している。なお、他の条件は図２の場合と同じであ
る。

【００２３】この図５の場合は、直列腕共振器２Ｓのグ
レーティング反射器２ｂのデューティ比を、図２の場合
の直列腕共振器２Ｓのグレーティング反射器２ｂのデュ
ーティ比（４４％）よりも大きく（４８％）したので、
弾性表面波フィルタのスプリアス１００の原因となる直
列腕共振器２Ｓのスプリアス１０２の低減の程度は図２
の場合に比べて小さく、図２の場合が２０ｄＢであるの
に対し、図５の場合は１５ｄＢとなる。スプリアス１０
２がこれより大きくなると、機器に用いた場合にノイズ
を拾うといった問題を生じるので、直列腕共振器２Ｓの
グレーティング反射器２ｂについては、上記挿入損失の
観点から、そのデューティ比を４８％以下とした。

【００２４】図８は、上記の図４及び図５と同様、直列
腕共振器２Ｓのグレーティング反射器２ｂのデューティ
比に着目したグラフであり、当該デューティ比の適切な
範囲を見い出すために作成したものである。このグラフ
は、横軸にデューティ比を、左縦軸に挿入損失を、右縦
軸にスプリアスをとっている。このグラフから分かるよ
うに、デューティ比を４８％以下とすることにより、ス
プリアスを１５ｄＢ以下に押さえることができる。その
一方、デューティ比を４０％以上とすることにより、挿
入損失を５ｄＢ以下に押さえることができる。従って、
直列腕共振器２Ｓにおいてデューティ比を４０〜４８％
とした範囲であれば、挿入損失とスプリアスの両者にお
いて所定の基準を同時に満足させることができる。

【００２５】次に、並列腕共振器２Ｐのグレーティング
反射器２ｂのデューティ比の上限と下限について考察す
る。

【００２６】図６（ａ）は、並列腕共振器２Ｐのグレー
ティング反射器２ｂのデューティ比を４０％とし、直列
腕共振器２Ｓのグレーティング反射器２ｂのデューティ
比を４４％とした場合の直列腕共振器２Ｓ及び並列腕共
振器２Ｐの通過特性を各々示している。そして、同図
（ｂ）は、同図（ａ）に示した通過特性を有する直列腕
共振器２Ｓ及び並列腕共振器２Ｐを用いて構成した複合
型の弾性表面波フィルタの通過特性を示している。な
お、他の条件は図３の場合と同じである（帯域幅９３
３．５ＭＨｚ）。

【００２７】この図６の場合は、並列腕共振器２Ｐのグ
レーティング反射器２ｂのデューティ比を、図３の場合
の並列腕共振器２Ｐのグレーティング反射器２ｂのデュ
ーティ比（４４％）よりも小さく（４０％）したので、
弾性表面波フィルタのリップル１０１の低減の程度はよ
り良くなるものの、図３の場合よりも帯域外抑圧の性能
は悪くなる。弾性表面波フィルタを高周波フィルタとす
る場合には、２０ｄＢという帯域外抑圧は最低限確保さ
れる必要があるから、並列腕共振器２Ｐのグレーティン
グ反射器２ｂについては、そのデューティ比を４０％以
上とした。

【００２８】図７（ａ）は、並列腕共振器２Ｐのグレー
ティング反射器２ｂのデューティ比を４８％とし、直列
腕共振器２Ｓのグレーティング反射器２ｂのデューティ
比を４４％とした場合の直列腕共振器２Ｓ及び並列腕共
振器２Ｐの通過特性を各々示している。そして、同図
（ｂ）は、同図（ａ）に示した通過特性を有する直列腕
共振器２Ｓ及び並列腕共振器２Ｐを用いて構成した複合
型の弾性表面波フィルタの通過特性を示している。な
お、他の条件は図３の場合と同じである（帯域幅９３
３．５ＭＨｚ）。

【００２９】この図７の場合は、並列腕共振器２Ｐのグ
レーティング反射器２ｂのデューティ比を、図３の場合
の並列腕共振器２Ｐのグレーティング反射器２ｂのデュ
ーティ比（４４％）よりも大きく（４８％）したので、
帯域外抑圧の性能は確保されるものの、弾性表面波フィ
ルタのリップル１０１の低減の程度は悪くなる。リップ
ル１０１は１．０ｄＢ以下とするのが望ましいので、並
列腕共振器２Ｐのグレーティング反射器２ｂについて
は、そのデューティ比を４８％以下とした。

【００３０】図９は、上記の図６及び図７と同様、並列
腕共振器２Ｐのグレーティング反射器２ｂのデューティ
比に着目したグラフであり、当該デューティ比の適切な
範囲を見い出すために作成したものである。このグラフ
は、横軸にデューティ比を、左縦軸に帯域外抑圧を、右
縦軸にリップルをとっている。このグラフから分かるよ
うに、デューティ比を４８％以下とすることにより、リ
ップルを１．０ｄＢ以下に押さえることができる。その
一方、デューティ比を４０％以上とすることにより、帯
域外抑圧を２０ｄＢ以上とすることができる。従って、
並列腕共振器２Ｐにおいてデューティ比を４０〜４８％
とした範囲であれば、帯域外抑圧とリップルの両者にお
いて所定の基準を同時に満足させることができる。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明であれば、挿入損
失や帯域外抑圧の極端な劣化を招くことなく、直列腕共
振器におけるスプリアス及び／又は並列腕共振器におけ
るリップルを抑制して信号の乱れを低減し、弾性表面波
フィルタのトータル的な性能を向上させることができる
という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の弾性表面波フィルタのグレーティング
反射器を拡大して示す縦断面図である。

【図２】同図（ａ）は本発明の直列腕共振器（デューテ
ィ比）及び並列腕共振器（デューティ比）の通過特性を
各々示すグラフであり、同図（ｂ）は、同図（ａ）に示
した通過特性を有する直列腕共振器及び並列腕共振器を
用いて構成した複合型の弾性表面波フィルタの通過特性
を示すグラフである。

【図３】同図（ａ）は本発明の直列腕共振器（デューテ
ィ比）及び並列腕共振器（デューティ比）の通過特性を
各々示すグラフであり、同図（ｂ）は、同図（ａ）に示
した通過特性を有する直列腕共振器及び並列腕共振器を
用いて構成した複合型の弾性表面波フィルタの通過特性
を示すグラフである。

【図４】同図（ａ）は本発明の直列腕共振器（デューテ
ィ比）及び並列腕共振器（デューティ比）の通過特性を
各々示すグラフであり、同図（ｂ）は、同図（ａ）に示
した通過特性を有する直列腕共振器及び並列腕共振器を
用いて構成した複合型の弾性表面波フィルタの通過特性
を示すグラフである。

【図５】同図（ａ）は本発明の直列腕共振器（デューテ
ィ比）及び並列腕共振器（デューティ比）の通過特性を
各々示すグラフであり、同図（ｂ）は、同図（ａ）に示
した通過特性を有する直列腕共振器及び並列腕共振器を
用いて構成した複合型の弾性表面波フィルタの通過特性
を示すグラフである。

【図６】同図（ａ）は本発明の直列腕共振器（デューテ
ィ比）及び並列腕共振器（デューティ比）の通過特性を
各々示すグラフであり、同図（ｂ）は、同図（ａ）に示
した通過特性を有する直列腕共振器及び並列腕共振器を
用いて構成した複合型の弾性表面波フィルタの通過特性
を示すグラフである。

【図７】同図（ａ）は本発明の直列腕共振器（デューテ
ィ比）及び並列腕共振器（デューティ比）の通過特性を
各々示すグラフであり、同図（ｂ）は、同図（ａ）に示
した通過特性を有する直列腕共振器及び並列腕共振器を
用いて構成した複合型の弾性表面波フィルタの通過特性
を示すグラフである。

【図８】本発明の直列腕共振器におけるグレーティング
反射器のデューティ比の適切な範囲を見い出すために作
成したグラフである。

【図９】本発明の並列腕共振器におけるグレーティング
反射器のデューティ比の適切な範囲を見い出すために作
成したグラフである。

【図１０】フィルタ機能単位を３段に配置した複合型の
弾性表面波フィルタの一般的構造を示す模式的平面図で
ある。

【図１１】複合型の弾性表面波フィルタのフィルタ作用
を説明するグラフである。

【図１２】従来の弾性表面波フィルタのグレーティング
反射器を拡大して示す縦断面図である。

【図１３】同図（ａ）は従来の直列腕共振器（デューテ
ィ比５０％）及び並列腕共振器（デューティ比５０％）
の通過特性を各々示すグラフであり、同図（ｂ）は、同
図（ａ）に示した通過特性を有する直列腕共振器及び並
列腕共振器を用いて構成した複合型の弾性表面波フィル
タの通過特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１圧電基板２１ポート共振器２ａ櫛型電極２ｂグレーティング反射器３フィルタ機能単位４信号線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹内孝介大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者柴田賢一大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電基板上に櫛型電極とグレーティング
反射器とから成る共振器を２つ備え、一方の共振器を信
号線に電気的に直列に接続し、他方の共振器を信号線に
電気的に並列に接続して成るフィルタ機能単位を一つ以
上備えた複合型の弾性表面波フィルタにおいて、前記の
直列に接続された共振器及び／又は並列に接続された共
振器のグレーティング反射器のデューティ比を、４０〜
４８％としたことを特徴とする。