JPS5859619A - 高次幅振動を利用した圧電フイルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は数−ＭＨｚ以上の短波帯に用いられる圧電フィ
ルタに関するもので、特に圧電ストリップの高次幅振動
モードを用いたエネルギー閉じ込め型の圧電フィルタを
提供することを目的とする。

従来、圧電フィルタ、いわゆるセラミックフィルタには
、使用される周波数および比帯域幅などの用途に応じて
、各種の振動モードが利用されている。周波数が数ＭＨ
ｚ以下の場合には２円板あるいは正方形板の輪郭振動や
矩形波の長さ振動など板金体が振動する振動ラードが利
用されている。

−刃側波数が数ＭＨｚから数十ＭＨｚの場合には、振動
エネルギーが圧電磁気板の中央部に局部的に集中された
いわゆるエネルギーとじ込め振動モードが利用されてい
る。

前者の輪郭振動や長さ振動を用いたフィルタでは、素子
の支持および電気端子の取り出しは、該小突起の形成さ
れた金属端子板を振動の節に圧接するか、振動の節に細
いリード線を半田付する方法で行なわれておシ、圧接す
る方法では圧接部の電極がはがれたり機械的な振動によ
り接触不良を起すなど信頼性的に問題がアシ、半田付す
る方法では半田付作業が難しいうえに支持による特ｉの
ばら、つきが太きいという欠点があった。

これに対し、後者のエネルギーとじ込めを利用したフィ
ルタでは、リード端子との接続は振動に砥とんど影響を
与えることがない基板の端部で半田付によって行われる
ため、特性のば□らつきの少ない信頼性の高いフィルタ
が得られる。しかし。

従来のエネルギーとじ込め共振子は厚みたてモードある
いは厚みすべりモードを利用しているため。

その共振周波数はセラミック基板の厚さによって定まる
。従って共振周波数を低くしようとすると。

基板の厚さが厚くなり、これにほぼ比例して外形寸法が
大きくなってしまう◎このためエネルギー閉じ込めの適
用周波数は数ＭＨｚ　’以上のＨＦ帯およびＶＨＦ帯に
限られ、数ＭＨｚ　’Ｊｆｉ下の中波帯用のエネルギー
閉じ込め型フィルタの実現は困難とされてきた。

このような問題を解決するものとして１本発明者らは、
特願昭５５−３６９６０号および特願昭５６−３’　６
９６１号で、薄い圧電ストリップの幅振動を利用したフ
ィルタを提案し、これによって小型の中波帯用圧電フィ
ルタが実現できることを示した。

も次数の低い基本幅振動を利用したもので、このため適
用周波数の上限は２〜３　ＦｖＩＨｚ程度であった。

本発明ハ、′さらに高次の幅振動を利用し、数ＦｉｌＩ
Ｈｚ以上の短波帯に適した小型の圧電フィルタを提供す
ることを目的としてなされたものである。

圧電ス）　ＩＪッゾには無限の数の高次幅振動が存在す
る。これらのあまり次数、ρ高いモードは厚み振動と共
振周波数が接近あるいは重畳するようになるので実用的
に有用なものは１次数の低・い２次わ゛ ３次φよび４次のモードであると考えられる。以下に、
これらの次数のモードを利用する本発明のエネルギー閉
じ込め形フィルタとして、単一モードフィルタ及び多重
モードフィルタに゛ついて述べる。

まず８本発明による単一モート９フイルタの構成を第１
図及び第２図に示す。

第１図は圧電縦効果利用の高次幅縦振動及び高次幅すベ
シ振動を用いる場合、第２図は圧電横効果利用の高次幅
縦振動を用いる場合を表わす。

各図において、　（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｅ）は夫
々２次、３次。

４次モード利用の場合の構成を示す。第１図における幅
縦振動の場合には幅方向１幅すべり振動の場合には長さ
方向に分極された圧電磁器ス）　ＩＪツブ１０を用い、
その片面に図示のような電極を設ける。図中の記号、１
１および１３．１５および１７．１９および２１は入・
出力側電極であり。

さらに１２と１４．１６と１８．２０と２２は共通電極
で周辺部に引き出され接続されている。電極１１〜２２
に対応した周辺の引き出し電極に夫々ダッシュを付して
いる。１および２は入出力用リード端子で、３は接地用
リード端子をボす。

このフィルタでは、使用モードとは次数Ｎの異なる他の
幅振動がスプリアスとなるので、実用にあたってはこれ
を抑圧するような電極にする必要が鼠゛る。以下ではこ
のような電゛極構成の具体例を述べる。

まず第１図（ａ）の２次モード利用の場合には、３次お
よび４次モードを抑圧するため、電極１１と１２とのギ
ャップｇｌの中心を３次モードの応力がＯの位置に一致
させる。また電極１２と１３との間のギャップをｇ２と
し、電極１３と１４との間のギャップをｇ３とすると、
ギャップｇ２とｇ３の中心を４次モードの応力がＯの位
置に合わせる。

同（ｂ）図の３次モード利用の場合には、２次、４次及
び５次モードを抑圧するため、同様に図に示すように、
ギャップｇ１の中心を２次及び４次モードの応力が０に
なる板幅の中心に一致させ、ギャップｇ２とｇ３の中心
を５次モードの応力が０の位置に合わせる。さらに第１
図（ａ）　、　（ｂ）では。

ｇ２とｇ３の大きさを１次（基本）モードに対する駆動
力が打ち消し合うように調節して構成し。

１次モードを抑圧するようにする。

また第１図（ｃ）の４次モード利用の場合には、３次、
５次及び６次モードを抑圧するため、ギャップｇ１の中
心を３次及び６次モードの応力が０の位置に一致させ、
ギャップｇ２とｇ３の中心を５次モードの応力が０の位
置に合わせるように゛電極を形成する。さらに又＋ｇｚ
とｇ３の大きさを調節し、２次モードに対する駆動力が
打ち消し合うようにしてそのモードの抑圧を図る。

以上のような電極構成を採ることにより、スプリアスの
少ない良好な特性を実現することができる。

第２図の圧電横効果利用の幅縦振動の場合には励振電界
を板厚方向に印加するので、ス）　ＩＪツノ電極を第１
図のギャップｇｔ　　＋ｇ２　　＋ｇａに相当する部分
に設けたもので、その幅をｂｌｅｂ２　ｒｂ３としてい
る。この構成においてやはり、この幅振動のスプリアス
が抑圧され良好なフィルタ特性が実現される。

次ぎに、圧電横効果利用の高次幅たて振動を用いた多重
モードフィルタの具体例として２重モードの場合の構成
を第３図に示した。図中の（ａ）　、　（ｂ）　。

（Ｃ）は、夫々２次、３次および４次モード利用の場合
を示す。この多重モードフィルタにおいては。

図示の如く、厚さ方向に分極された幅２Ｈの圧電磁器ス
トリップの中央部長さ方向で２１＋２１’の長さの領域
に左右対称に近接して２個のエネルギの長さ領域で弾性
的に結合させることによって構成する。即ち、第２図（
、）で、一方の共振子は、電極１１１と共通電極１１３
で、他方の共振子は電極１１２と共通電極で、それぞれ
構成される。

１３０・１３１は裏面電極である。この場合、各ストリ
ノゾ電極の幅方向の中心を、利用モードの応力が最大の
位置に合わせる。かくして利用モードのみが最も強く励
振される。第２図（ｂ）　、　（ｃ）では。

各共振子を構成する電極を分割してそれぞれ、３次およ
び４次モードのストレス最大の点に電極ストリップの中
心Ｚ°位置するようにしたものである。

第２図（ｂ）で、１１５，１１８が共通電極で、電極１
１６と一方の共振子を、電極１１７とで他方の共振子を
構成する。第２図（Ｃ）では、電極１２２゜１２５が共
通電極で、電極１２０．１２３と一方の共振子を構成し
、電極１２１，１２４とで他方の共振子を構成する。な
お、各ス）　ＩＪッゾ電極の幅を全て等しくすれば第３
図（、）　、　（Ｃ）では５次以下。

同図（ｂ）では４次以下の幅振動のスプリアスが抑圧さ
れ、広い周波数範囲に亘ってスプリアスの少ない良好な
フィルタ特性が実現される。

本発明の実施例として、３次幅縦振動を用いた第１図（
ｂ）及び第３図（ｂ）の試作フィルタについて詳細に説
明する。

実施例−１ 第１図（ｂ）に示すような電極構成をもって１幅方向に
分極されたＰｂＴ　ｉＯｓ圧電磁器ストリップの３次幅
縦振動を利用した。　４．５　ＭＨｚの単一モードフィ
ルタを試作し、第４図（、）のように２個縦続接続し。

その場合の特性を図（ｂ）に示した。ただし、このフィ
ルタの素子の寸法は、長さｔ６＝１０ｍｍｎ幅２　Ｈ＝
　１．４　ｗｍ　、厚さ２　ｔ　＝　０．１　ｗｎであ
り、電極の長さ２　Ｌ　＝　２．　ｍである。第３図（
ｂ）の特性を見ると。

１次、２次、４次、及び５次の幅振動のスプリアスが生
じているが、前述の電極構成により、−２０ｄＢ程度ま
で抑圧されていることが明らかである。

実施例−２ 第３図（ｂ）に示すような電極構成をもって厚さ方向に
分極されたＰｂ　（Ｚ　＋　、Ｔ　ｓ　）Ｃｏ　３　　
圧電磁器ストリッジの３次幅縦振動を用いて、１０．７
　ＭＨｚの２重モードフィルタを試作した。これを第５
図（、）に示す。

そのフィルタ特性を第５図（ｂ）に示す。このフィルり
の３　ｄＢ比帯域幅は１．５％、通過域損失は２　ｄＢ
であった。高域側に４次と５次の幅縦振動（ＷＢ２及び
冗５）また、厚みすべり振動（ＴＳ　）のスプリアスが
生じているが、広い周波数範囲に亘り・２０　ｄＢＢ１
０減衰量が確保されている０このフィルタの素子寸法は
Ｌ　ｏ　＝　４　ｍｍ　、　２　Ｈ＝　０．５　ｗｎ　
。

２　ｔ　＝４５　ｆｉｒｎ　、ｔ＝０．３　ｍｍ　＋　
２１’　＝０．２　ｔａｎである。

従来の板の厚み縦振動を用いた１　０．７　ＭＨｚエネ
ルギー閉込め形フィルタは一辺が約５ｍｍで厚さが０、
２　ｒａｎの圧電磁器角板で構成されているが、これに
比べると本フィルタは非常に小さく、素子寸法の著しい
小形化が実現されている。

以上２本発明について説明したが、高次幅振動を利用す
ることにより非常に小型で、特性的にも良好な圧電フィ
ルタの提供が可能になった。本発明のフィルタは数ＭＨ
ｚ〜士数ＭＨｚの短波帯での圧電フィルタとして極めて
有用であり、産業上に与える効果は極めて大であると言
える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における圧電縦効果利用の高次幅たて振
動及び高次幅すべり振動を用いた単一モードフィルタの
構成を示す表面側の電極構造と各次数のモードの応力分
布との関係とを示したもので、（ａ）図は二次モード利
用の場合、（ｂ）図は３次モ゛−ド利用の場合、（Ｃ）
図は４次モード利用の場合をそれぞれ示す。 第２図は横効果型単一モードフィルタの構成を示す図で
平面図、低面図及び各次数モードの応力分布との関係を
示す。 第３図は本発明の他の実施例の構成を示すもので、圧電
横効果の高次幅たて振動を用いた２重モードフィルタの
構成を示す表面および裏面の電極構造と、各次数のモー
ドの応力分布との関係を示したもので、（ａ）図は２次
モード利用の場合、（ｂ）図は３次モード利用の場合、
（Ｃ）図け４次モード利用の場合をそれぞれ示す。 第４図は本発明による圧電縦効果利用３次幅た性を示す
図で、（ａ）図はその回路構成図で、（ｂ）図はそのフ
ィルタ特性である。 第５図は本発明による圧電横効果利用３次幅たて振動を
用いた１　０．７　ＭＨｚ帯の２重モードフィルタの特
性を示す図で、（ａ）図はその回路構成図で。 （ｂ）図はそのフィルタ特性を示す。 図中、１・・・入力リード端子、２・・・出力リード端
子、３・・・共通接地リード端子、１０・・・矩形状圧
電性薄板、１１．１３，１５，１７，１９，２１　。 １１１．１１２・・・入出力電極、　１１’、　１３’
、　１５’。 １７’、　ｌ　９’、　２１’・・・同上引き出し電極
、１２゜１４．１６，１８．２０．２２・・・共通接地
電極。 １２’、１４’、１６’、１８’、２０’、２２’、１
１５゜１１８．１２２．１２５・・・同上引き出し電極
。 第１図 （ｂ） 手続補正書（自発） 昭和θ年λ月／２日 特許庁長官　島　１）春　樹　殿 １、事件の表示 昭和５６年特許願第１５８４２７号 ２、発明の名称 高次幅振動を利用した圧電フィルタ ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　宮城県仙台市用内無番地 氏名　清　水　　洋 ４、代理人　〒１０５ 住　所　東京都港区西新橋１丁目４番１０号５、補正の
対象 １）明細書の特許請求の範囲の欄 ２）明細書の発明の詳細な説明の欄 ６）明細書の図面の簡単な説明の欄、 ６、補正の内容 １）別紙のとおり ２）　（１）第２頁９行目の１圧電磁気板」を１圧電磁
器板」と補正する。 （２）第５頁１６行目の「使用モードとは」を１１史用
モードと」と補正する。 （６）第９頁１１行目の「図（ｂ）」の前に１回」を挿
入する。 （４）第９頁最下行「Ｐｂ’（Ｚｒ　、　Ｔｉ）ＣＯ３
ｊを「Ｐｂ（Ｚｒ　、　Ｔｉ　）０３　Ｊと訂正する。 ３）第１１頁１１行目の「低面図」を１底面図」と訂正
する。 （別紙） 特許請求の範囲 １、矩形状圧電性薄板の長さ方向の中央部に形成された
高次幅振動励振用の複数のストリップ状電極を入出力お
よび共通接地用電極として用い、さらにこれらの電極か
らの引き出し電極を両側の周辺部に設けたことを特徴と
する高次幅振動を利用した単一モード圧電フィルタ。 ２、矩形状圧電性薄板の長さ方向の中央部に高次幅振動
エネルギー閉じ込め共振子を近接して２個以上形成する
とともに、長さ方向両端の共振子の駆動電極からの引き
出し電極を周辺部分に設けるように構成したことを特徴
とする高次幅振動を利用した多重モード圧電フィルタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、′矩形状圧電性薄板の長さ方向の中央部に形成され
   た高次幅振動励振用の複数のストリップ状電極を入出力
   および共通接地用電極として用い。 さらにこれらの電極からの引き出し電極を両側の周辺部
   に設けたことを特徴とする高次幅振動を利、用した単一
   モード圧電フィルタ。 ２、矩形状圧電性薄板の長さ方向の中央部に高次幅振動
   エネルギー閉じ込め共振子を近接して２個以上形成する
   とともに、長さ方向両側の共振子の駆動電極からの引き
   出し電極を周辺部分に設けるように構成したことを特徴
   とする高次幅振動を利用した多重モード圧電フィルタ０