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JP3233087B2 - 弾性表面波フィルタ - Google Patents

弾性表面波フィルタ

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JP3233087B2
JP3233087B2 JP35779097A JP35779097A JP3233087B2 JP 3233087 B2 JP3233087 B2 JP 3233087B2 JP 35779097 A JP35779097 A JP 35779097A JP 35779097 A JP35779097 A JP 35779097A JP 3233087 B2 JP3233087 B2 JP 3233087B2
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JP
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saw filter
wave
filter
electrode fingers
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道雄 門田
和彦 諸角
春雄 森井
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＳＨタイプの表面
波を利用した弾性表面波フィルタに関し、特に、横結合
型の弾性表面波（以下、ＳＡＷと略す。）フィルタに関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、レイリー波を利用した横結合型の
二重モードＳＡＷフィルタが知られている。この種の横
結合型のＳＡＷフィルタの一例を、図６を参照して説明
する。
【０００３】図６は、従来の横結合型ＳＡＷフィルタの
電極構成を説明するための模式的平面図である。ＳＡＷ
フィルタ３１は、圧電基板（図示せず）上に、第１，第
２のインターデジタルトランスデューサ（以下、ＩＤＴ
と略す。）３２，３３を配置し、かつＩＤＴ３２，３３
の両側に、それぞれ、グレーティング反射器３４，３
５，３６，３７を配置した構造を有する。
【０００４】ＩＤＴ３２は、それぞれ少なくとも１本の
電極指を有する一対のくし歯電極３２ａ，３２ｂを有す
る。くし歯電極３２ａと、くし歯電極３２ｂとは、互い
の電極指が間挿し合うように配置されている。同様に、
ＩＤＴ３３は、一対のくし歯電極３３ａ，３３ｂを有す
る。
【０００５】ＩＤＴ３２，３３では、隣合う電極指の間
の間隔がλ／４、各電極指の幅がλ／４とされている。
なお、λは、励振される表面波の波長を示す。ＩＤＴ３
２の一方のくし歯電極３２ｂと、ＩＤＴ３３の一方のく
し歯電極３３ａとは、それぞれのバスバーが共通化され
ている。ＳＡＷフィルタ３１では、ＩＤＴ３２のくし歯
電極３２ａが入力端、他方のＩＤＴ３３のくし歯電極３
３ｂが出力端とされている。また、くし歯電極３２ｂ，
３３ａは、アース電位に接続されて用いられる。
【０００６】従って、ＩＤＴ３２に入力電圧が印加され
た場合、ＩＤＴ３２において表面波が励振され、励振さ
れた表面波は電極指の延びる方向と直交する方向に伝搬
し、反射器３４，３５間で反射され、定在波となる。こ
の定在波に基づく出力が、ＩＤＴ３３で取り出される。
【０００７】この場合、上記ＳＡＷフィルタ３１では、
表面波として、図６に実線Ａで示す基本モードと、実線
Ｓで示す反対称モードとが発生され、従って、ＳＡＷフ
ィルタ３１は、横結合型の二重モードＳＡＷフィルタと
して動作する。
【０００８】また、図６に示したＳＡＷフィルタ３１で
は、第１，第２のＩＤＴ３２，３３が表面波伝搬方向と
直交する方向に、すなわち横方向に結合されていたが、
上記第１，第２のＩＤＴ３２，３３を有するＳＡＷフィ
ルタをさらに横方向に複数結合した構成も知られてい
る。図７に示すＳＡＷフィルタ４１では、ＩＤＴ３２，
３３を有する横結合型ＳＡＷフィルタが３段横方向に結
合されている。なお、各ＩＤＴ及び反射器の構成につい
ては、図６に示したＳＡＷフィルタ３１と同様である。
【０００９】ＳＡＷフィルタ４１では、上段のＩＤＴ３
２の一方のくし歯電極３２ａが図示のように入力端とし
て用いられ、最終段のＳＡＷフィルタのＩＤＴ４３の外
側のくし歯電極が図示のように出力端ＯＵＴとして用い
られる。また、段間には、アース電位に接続される導電
パターン４２，４３が配置されており、導電パターン４
２，４３は、各段のＳＡＷフィルタのアース電位に接続
されるバスバーと接続されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従来のレイリー波を用
いた横結合型ＳＡＷフィルタでは、上記のように、定在
波を発生させるために、ＩＤＴ３１，３２の両側に反射
器３４〜３７を設ける必要があった。この反射器は、多
数の電極指が短絡した構造を有し、従って、反射器３４
〜３７が設けられている分だけ、基板寸法を大きくせざ
るを得なかった。
【００１１】また、従来のＳＡＷフィルタ３１，４１で
は、圧電基板の電気機械結合係数がさほど大きくないた
め、狭い帯域のフィルタしか構成することができないと
いう問題があった。本発明の目的は、全体の寸法を小さ
くすることができ、かつより広い帯域特性を有する横結
合型の二重モードＳＡＷフィルタを提供することにあ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するために成されたものであり、本発明の広い局面に
よれば、対向２端面を有する圧電基板と、前記圧電基板
上に形成されており、かつ電極指が前記端面と平行な方
向に延ばされた複数のインターデジタルトランスデュー
サとを備え、前記複数のインターデジタルトランスデュ
ーサが、圧電基板の前記端面と平行な方向に並設されて
おり、前記対向２端面間でＳＨタイプの表面波が反射さ
れるように構成されており、かつ前記各インターデジタ
ルトランスデューサは、圧電基板の端面に沿う一対の最
外側の電極指と、一対の最外側の電極指間に配置された
電極指とを有し、端面から、最外側の電極指に隣接する
電極指の中心までの距離をＤ´、表面波の波長をλとし
たときに、 λ／２＜Ｄ´≦（λ／２）＋（５λ）／１６ とされ、前記最外側の電極指の幅が、表面波の波長λと
したときに、λ／８より大きく、かつ７λ／１６以下の
範囲内の大きさとされていることを特徴とする、端面反
射型のＳＨタイプの表面波を利用した横結合型の弾性表
面波フィルタが提供される。
【００１３】本発明にかかるＳＡＷフィルタは、ＳＨタ
イプの表面波を利用した横結合型の二重モードＳＡＷフ
ィルタである。本明細書において、ＳＨタイプの表面波
とは、変位が表面波伝搬方向と垂直であり、基板表面と
平行な方向の成分を主成分とする表面波を広く含むもの
とする。このようなＳＨタイプの表面波としては、ＳＨ
タイプのリーキー波、ラブ波、ＢＧＳ波などを例示する
ことができる。
【００１４】本発明では、横結合型の二重モードＳＡＷ
フィルタを構成するために、上記対向２端面を有する圧
電基板上に、複数のＩＤＴが上記端面と平行な方向に並
設されている。また、上記ＳＨタイプの表面波を利用し
た端面反射型の表面波装置として構成されているので、
圧電基板の対向２端面間で表面波が反射され、定在波と
なる。
【００１５】本発明のＳＡＷフィルタは、端面反射型の
表面波装置として構成されているので、各ＩＤＴの外側
に反射器を構成する必要がない。よって、圧電基板のサ
イズを小さくし得るため、小型の横結合型の二重モード
ＳＡＷフィルタを構成し得る。
【００１６】また、反射器を設けた構造の場合には、反
射器における反射特性が周波数に影響し、減衰域が決定
されてしまうため、広帯域のフィルタを構成することが
困難であったのに対し、本発明のＳＡＷフィルタは反射
器を有しないため、反射器による反射特性が周波数に影
響しない。従って、同じ大きさの電気機械結合係数の圧
電基板を用いた場合、従来のＳＡＷフィルタに比べて、
広帯域のＳＡＷフィルタを構成し得る。
【００１７】本発明においては、好ましくは、圧電基板
のＩＤＴが形成されている側とは反対側の面が荒らさ
れ、それによって、圧電基板のＩＤＴが形成されている
側の面と反対側の面で反射されるバルク波の影響を低減
することができる。その結果、不要スプリアスが低減さ
れ得る。より特定的な局面では、圧電基板の上記荒らさ
れている面は、該面に複数本の溝を、例えば、ダイサー
等により形成することにより容易に構成され得る。
【００１８】
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施形態につき説明する。図１は、本発明の一実施形態
にかかるＳＡＷフィルタの平面図を示す。
【００２０】ＳＡＷフィルタ１は、平面形状が矩形の圧
電基板を用いて構成されている。圧電基板は、例えば、
ＬｉＴａＯ3 圧電単結晶、ＬｉＮｂＯ3 圧電単結晶など
の圧電単結晶やＰＺＴ系圧電セラミックスにより構成さ
れ得る。
【００２１】圧電基板２は、その分極軸が図示の矢印Ｐ
方向となるように構成されている。また、圧電基板２
は、対向し合う一対の端面２ａ，２ｂを有する。圧電基
板２上には、第１，第２のＩＤＴ３，４が形成されてい
る。ＩＤＴ３は、くし歯電極３ａとくし歯電極３ｂとを
有する。くし歯電極３ａ，３ｂは、それぞれ、一本以上
の電極指を有し、くし歯電極３ａの電極指と、くし歯電
極３ｂの電極指とは互いに間挿し合うように配置されて
いる。
【００２２】ＩＤＴ３，４においては、複数の電極指の
電極指間ピッチ、すなわち隣合う電極指の中心間距離Ｄ
は、λ／２とされている。ここで、λは、励振されるＳ
Ｈタイプの表面波の波長を示す。また、端面２ａ，２ｂ
から、該端面２ａ，２ｂに沿うように形成されている最
外側の電極指３ｃ，４ｃに表面波伝搬方向において隣接
する電極指の中心までの距離Ｄ´は、 λ／２＜Ｄ´≦（λ＋２）＋（５λ）／１６…（１） の範囲に入るように設定されている。
【００２３】従って、対向２端面２ａ，２ｂ間の距離Ｌ
は、以下の式（２）で表される。 （λ／２）×ｎ＜Ｌ≦（λ／２）×ｎ＋（１０λ）／１６…（２） なお、式（２）において、ｎは１以上の整数である。
【００２４】また、ＩＤＴ３の表面波伝搬方向において
最も外側の電極指３ｃはその幅が、λ／８より大きく、
かつ７λ／１６以下の範囲となるように形成されてい
る。残りの電極指は、全て、λ／４の幅を有し、かつ隣
合う電極指間の間隔もλ／４とされている。
【００２５】同様に、ＩＤＴ４は、一対のくし歯電極４
ａ，４ｂを有する。くし歯電極４ａ，４ｂは、くし歯電
極３ａ，３ｂと同様に構成されている。また、ＩＤＴ４
においても、表面波伝搬方向において最も外側に位置す
る電極指４ｃの幅は、λ／８より大きく、かつ７λ／１
６以下の間の大きさを有するように構成されている。ま
た、ＩＤＴ３，４は、端面２ａ，２ｂの延びる方向と平
行な方向に沿って並設されている。本実施形態では、く
し歯電極３ｂと、くし歯電極４ａとは、それぞれのバス
バーを共通化するように構成されている。
【００２６】使用に際しては、ＩＤＴ３のくし歯電極３
ａが入力端とされ、ＩＤＴ４のくし歯電極４ｂが出力端
とされ、くし歯電極３ｂ，４ａはアース電位に接続され
る。従って、ＩＤＴ３のくし歯電極３ａに入力電圧を印
加した場合、ＢＧＳ波が励振され、励振されたＢＧＳ波
は端面２ａと端面２ｂとを結ぶ方向に伝搬し、端面２
ａ，２ｂで反射されて、さらに、基本波と高次モードの
波とが結合し、定在波が端面２ａ，２ｂ間に発生する。
【００２７】上記定在波に基づく出力は、ＩＤＴ３の横
方向に設けられたＩＤＴ４のくし歯電極４ａ，４ｂ間で
取り出される。従って、上記のように接続することによ
り、ＢＧＳ波を利用した横結合型の二重モードＳＡＷフ
ィルタとして、ＳＡＷフィルタ１を動作させることがで
きる。
【００２８】本実施形態のＳＡＷフィルタ１では、ＩＤ
Ｔ３，４の外側に反射器を設ける必要がない。従って、
圧電基板２として小型のものを用いることができる。ま
た、反射器を用いないため、反射器の反射特性による減
衰域への影響を避けることができ、従って、広帯域のＳ
ＡＷフィルタを実現し得る。
【００２９】さらに、上述した距離Ｄ´が、式（１）を
満たす範囲となるように設定されているので、通過帯域
内におけるリップルを抑制することができる。この点に
ついては、後述する。
【００３０】なお、本実施形態のＳＡＷフィルタ１にお
いて、表面波伝搬方向外側に位置する電極指３ｃ，４ｃ
の幅を上記の特定の範囲としたのは、後述の具体的な実
施例から明らかなように、上記範囲の幅とすることによ
り、通過帯域内における不要リップルを抑制し得るから
である。
【００３１】また、図２に示すように、ＳＡＷフィルタ
１では、圧電基板２の裏面において、複数の溝５，６が
形成されている。溝５，６を形成することにより、ＩＤ
Ｔ３，４が形成されている側とは反対側の圧電基板面が
荒らされている。このように、ＩＤＴ３，４が形成され
ている側の圧電基板面とは反対側の面を荒らすことによ
り、バルク波に起因するフィルタ特性に現れる不要スプ
リアスを効果的に抑制することができる。
【００３２】なお、本実施形態では、複数本の溝５，６
を形成することにより圧電基板２の裏面を荒らしていた
が、溝の本数は図示の例に限定されるものではなく、か
つ荒らす方法についても、溝の形成のほか、圧電基板２
の裏面にランダムな凹部を形成したり、圧電基板２の裏
面を研磨剤や研磨装置を用いて研磨することにより行っ
てもよい。
【００３３】また、本実施形態では、ＩＤＴ３，４を有
する１段のＳＡＷフィルタ１を構成したが、複数段のＳ
ＡＷフィルタ１を同一基板上に構成し、多段接続型のＳ
ＡＷフィルタとしてもよい。例えば、図３に３段のＳＡ
Ｗフィルタ１１の電極構造を略図的に示すように、横結
合型のＳＡＷフィルタ１を複数段接続してもよい。な
お、図３においては、３段のＳＡＷフィルタ１が、圧電
基板の前述した対向２端面に平行な方向に並設されてお
り、各段のＳＡＷフィルタ１間には、アース電位に接続
される導電パターン１２，１３が配置されている。導電
パターン１２，１３は、圧電基板上に形成される接続導
電部（図示せず）により、ＩＤＴ３，４のアース電位に
接続されるくし歯電極３ｂ，４ａと電気的に接続されて
いてもよく、あるいはこれらとは別個にアース電位に接
続されていてもよい。段間のホット電極３ａ，４ｂは、
基板上で電気的に接続されているが、ワイヤで接続され
てもよい。
【００３４】また、ＳＡＷフィルタ１では、圧電基板２
として、上記のような圧電単結晶や圧電セラミックスか
らなるものを用いることができるが、圧電基板として
は、絶縁基板上にＺｎＯなどの圧電薄膜を形成したもの
を用いてもよく、さらに、圧電薄膜と絶縁基板との間に
ＳｉＯ2 膜などの他の層を介在させたものであってもよ
い。さらに、利用する表面波についても、ＢＧＳ波以外
のラブ波や漏洩弾性波などの他のＳＨタイプの表面波を
利用してもよい。
【００３５】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例につき説明す
る。図１に示したＳＡＷフィルタ１の実施例として、以
下の使用のものを作製した。
【００３６】実施例１ 圧電基板２…チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックス
からなり、２．２×１．８×厚み０．５ｍｍの寸法のも
のを用いた。
【００３７】ＩＤＴ３，４…アルミニウムを圧電基板２
上に全面に蒸着し、マスクを用いてエッチングすること
により形成した。なお、ＩＤＴ３，４における電極指の
対数は、何れも３４とし、各電極指は、電極指３ｃ，４
ｃを除いて幅を９．８μｍ（すなわちλ／４）、電極指
間の中心間距離Ｄを１９．６μｍ（λ／２）とし、上記
距離Ｄ´を１９．６２μｍとし、最外側の電極指３ｃ，
４ｃの幅を４．９２μｍ（２．０１λ／１６）とし、３
段のフィルタとした。
【００３８】実施例１のＳＡＷフィルタの挿入損失−周
波数特性を図４に示す。図４から明らかなように、実施
例１のＳＡＷフィルタでは、通過帯域が６４．７７〜６
５．４３ＭＨｚである帯域フィルタを構成し得ることが
わかる。
【００３９】また、図４に示した特性を拡大して観察し
たところ、通過帯域内における挿入損失は４ｄＢであ
り、３ｄＢ帯域幅（挿入損失が３ｄＢまでの範囲となる
帯域幅）は、フィルタの中心周波数に対して１％とする
ことが確かめられた。また、６４．２ＭＨｚにおける減
衰量が４６ｄＢ、６６．４ＭＨｚにおける減衰量が２５
ｄＢの減衰量を有するフィルタ特性を得られることが確
かめられた。また、図４に示した特性から明らかなよう
に、通過帯域内においてリップルがほとんど認められな
かった。
【００４０】比較例 表面波伝搬方向両端に位置する電極指３ｃ，４ｃの幅を
２．４５μｍ、すなわち、λ／１６とし、Ｄ´＝１７．
１５μｍとしたことを除いては、実施例１のＳＡＷフィ
ルタと同様にして比較例のＳＡＷフィルタを作製した。
比較例のＳＡＷフィルタの減衰量−周波数を測定したと
ころ、図５に示す結果が得られた。
【００４１】図５から明らかなように、通過帯域は６
４．８７〜６５．４３ＭＨｚであった。しかしながら、
比較例のＳＡＷフィルタでは、通過帯域内において、矢
印Ｙで示すリップルが幾らか発生していた。
【００４２】本願発明者の実験によれば、上記距離Ｄ´
を、λ／２以下とした場合には、通過帯域内において、
かなりのリップルの発生することが認められた。逆に、
上記距離Ｄ´が（λ／２）＋（５λ）／１６より大きい
場合には、ＳＡＷフィルタの減衰量が減衰することが確
かめられた。
【００４３】従って、距離Ｄ´を、式（１）に示す範囲
を満たすように構成することにより、通過帯域内のリッ
プルを抑圧することができ、かつ帯域外減衰量を確保し
得ることがわかる。
【００４４】
【発明の効果】本発明によれば、ＳＨタイプの表面波を
利用し、しかも端面反射型の表面波装置として、横結合
型二重モードＳＡＷフィルタが構成されているため、Ｉ
ＤＴの両側に反射器を設ける必要がない。従って、ＳＡ
Ｗフィルタのサイズを効果的に小さくすることができ
る。
【００４５】加えて、反射器を用いないため、反射器に
よる減衰域への影響がないので広帯域化を図ることがで
き、挿入損失の増大を避けることができる。よって、従
来の横結合型のＳＡＷフィルタに比べて、挿入損失が小
さく、広帯域のＳＡＷフィルタを実現することが可能と
なる。
【００４６】さらに、上記距離Ｄ´が式（１）を満たす
ように設定されているので、帯域外減衰量を確保しつ
つ、通過帯域内リップルを効果的に抑圧し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるＳＡＷフィルタを
説明するための平面図。
【図２】図１に示したＳＡＷフィルタの圧電基板の底面
図。
【図３】本発明の横結合型ＳＡＷフィルタにおいて、３
段のＳＡＷフィルタを接続した場合の電極構造を説明す
るための模式的平面図。
【図４】実施例１のＳＡＷフィルタの挿入損失−周波数
特性を示す図。
【図５】比較例のＳＡＷフィルタの挿入損失−周波数特
性を示す図。
【図６】従来の横結合型二重モードＳＡＷフィルタの一
例を説明するための模式的平面図。
【図７】従来の横結合型二重モードＳＡＷフィルタの他
の例を説明するための模式的平面図。
【符号の説明】
１…ＳＡＷフィルタ ２…圧電基板 ２ａ，２ｂ…端面 ３，４…ＩＤＴ ３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ…くし歯電極 ３ｃ，４ｃ…表面波伝搬方向外側端の電極指 ５，６…溝 １１…ＳＡＷフィルタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−26211（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−35657（ＪＰ，Ａ) 電子通信学会技術研究報告Ｖｏｌ. 84，Ｎｏ．58（ＵＳ84−16）、1984年６ 月21日、ｐ．79〜85 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H03H 9/64 H03H 9/145 H03H 9/25

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 対向２端面を有する圧電基板と、 前記圧電基板上に形成されており、かつ電極指が前記端
    面と平行な方向に延ばされた複数のインターデジタルト
    ランスデューサとを備え、 前記複数のインターデジタルトランスデューサが、圧電
    基板の前記端面と平行な方向に並設されており、 前記対向２端面間でＳＨタイプの表面波が反射されるよ
    うに構成されており、かつ前記各インターデジタルトラ
    ンスデューサは、圧電基板の端面に沿う一対の最外側の
    電極指と、一対の最外側の電極指間に配置された電極指
    とを有し、端面から、最外側の電極指に隣接する電極指
    の中心までの距離をＤ´、表面波の波長をλとしたとき
    に、 λ／２＜Ｄ´≦（λ／２）＋（５λ）／１６ とされ、前記最外側の電極指の幅が、表面波の波長λとしたとき
    に、λ／８より大きく、かつ７λ／１６以下の範囲内の
    大きさとされ ていることを特徴とする、端面反射型のＳ
    Ｈタイプの表面波を利用した横結合型の弾性表面波フィ
    ルタ。
  2. 【請求項２】 前記圧電基板の複数のインターデジタル
    トランスデューサが形成されている面と反対側の面が荒
    らされていることを特徴とする、請求項１に記載の弾性
    表面波フィルタ。
  3. 【請求項３】 前記圧電基板の荒らされている面が、該
    面に溝を形成することにより構成されている、請求項２
    に記載の弾性表面波フィルタ。
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