JPWO2005088835A1 - 分波器及び弾性表面波フィルタ - Google Patents

Abstract

使用温度範囲において、十分な大きさの減衰量及び帯域幅を得ることを可能とする分波器を提供する。 通過帯域が相対的に低く、かつ第１の温度特性改善薄膜が設けられている第１のフィルタ１１と、通過帯域が相対的に高く、第２の温度特性改善薄膜が設けられている第２のフィルタ１２とを備え、第１のフィルタの周波数温度係数が第２のフィルタの周波数温度係数よりも大きくなるように第１，第２の温度特性改善薄膜の膜厚が異ならされている、分波器１。

Description

本発明は、通過帯域が異なる第１，第２のフィルタを接続してなる分波器及び該分波器に用いられる弾性表面波フィルタに関し、より詳細には、温度特性が改善された構造を備える分波器及び該分波器に用いられる弾性表面波フィルタに関する。

従来、携帯電話機などの通信機において、通過帯域が異なる第１，第２のフィルタを接続してなる分波器が広く用いられている。例えば、下記の特許文献１には、図１７に示す回路構成の分波器が開示されている。

分波器１０１では、入力端子１０２に第１，第２のフィルタ１０３，１０４が接続されている。第１のフィルタ１０３は、直列腕共振子Ｓ_０１と、並列腕共振子Ｐ_０１とを有し、第２のフィルタ１０４は、直列腕共振子Ｓ_０２と、並列腕共振子Ｐ_０２とを有する。ここでは、直列腕共振子Ｓ_０１，Ｓ_０２及び並列腕共振子Ｐ_０１，Ｐ_０２は、いずれも弾性表面波共振子で構成されている。すなわち、２個の弾性表面波共振子を接続してなる弾性表面波フィルタにより、第１のフィルタ１０３及び第２のフィルタ１０４がそれぞれ構成されている。

また、第１のフィルタ１０３の通過帯域は、第２のフィルタ１０４の通過帯域よりも低くされており、送信側フィルタとして用いられている。また、第２のフィルタ１０４は受信側フィルタとして用いられている。

また、特許文献１に記載の分波器では、第１，第２のフィルタ１０３，１０４においてインダクタンス素子や容量素子（図示せず）が接続され、第１，第２のフィルタ１０３，１０４の整合が図られている。

他方、下記の特許文献２には、圧電基板上に電極が形成されている弾性表面波装置において、圧電基板を構成する圧電単結晶と周波数温度特性の極性が逆であるＳｉＯ_２膜を形成することにより温度特性を改善した構成が開示されている。
特開平５−１６７３８８号公報 特開平２−３７８１５号公報

ところで、送信側フィルタの通過帯域と、受信側フィルタの通過帯域の間隔が極端に狭い通信装置に用いられる分波器に、特許文献１に記載の分波器１０１を用いた場合、第１，第２のフィルタ１０３，１０４の温度特性が十分でないため、使用温度範囲で規格特性を満足できないことがあった。ここで、規格特性とは、分波器の第１，第２のフィルタ１０３，１０４における帯域内損失や減衰量などの周波数特性をいうものとする。

また、このような用途では、特許文献２に記載のように、圧電基板上に温度特性を改善するためにＳｉＯ_２膜を形成しただけでは、分波器の上記規格特性を十分に確保することが困難であった。

具体的には、ＳｉＯ_２膜の形成により周波数温度係数を小さくした分波器を用いたとしても、例えばＰＣＳ系通信システムの場合のように、送信側の通過帯域が１８５０〜１９１０ＭＨｚ、受信側の通過帯域が１９３０〜１９９０ＭＨｚであり、かつ相手側の通過帯域における減衰量を４２ｄＢ以上確保しなければならない用途に用いられると、規格特性を満たすことができないという問題があった。

すなわち、周波数温度係数を小さくするために、ＳｉＯ_２膜の厚みを厚くすると、周波数温度係数は０に近づくものの、ＳｉＯ_２膜の膜厚の増大により電気機械結合係数が小さくなり、帯域幅が狭くならざるを得なかった。

また、この種の分波器を構成するフィルタとしては、ラダー型フィルタがよく用いられている。ラダー型フィルタにおいて帯域幅を広げる方法として、ラダー型フィルタを構成している並列腕共振子に直列に付加されるインダクタンス素子のインダクタンス値を大きくし、帯域幅を低域側において広げる方法が知られている。この方法は、分波器の通過帯域の相対的に低い第１のフィルタ１０３において有効な帯域幅拡大方法である。しかしながら、相対的に通過帯域が高い第２のフィルタ１０４側においては通過帯域の低域側における減衰量、すなわち相手方のフィルタ１０３の通過帯域における減衰量が劣化するため、この方法を用いることはできなかった。また、分波器の相対的に通過帯域が高い第２のフィルタ１０４の通過帯域を高域側において広げる方法としては、ラダー型フィルタの直列腕共振子に並列にインダクタンス素子を付加することにより帯域幅を広げる方法が挙げられる。しかしながら、この方法では、ラダー型フィルタの高域側を広げるために付加された上記インダクタンス素子同士が相互誘導を引き起し、十分な減衰特性を確保することが困難であった。

上記のように十分な通過帯域及び減衰特性が要求される分波器では、単に周波数温度係数ＴＣＦを小さくするだけでは、必要な通過帯域幅と減衰量とを使用温度範囲で満足することは困難であった。

本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、２つの通過帯域間の間隔が狭い通信装置に用いられる分波器においても、使用温度範囲内において十分な大きさの帯域幅及び減衰量を確保することを可能とする分波器、並びに該分波器に用いるのに適した弾性表面波フィルタを提供することにある。

本発明に係る分波器は、通過帯域が相対的に低く、かつ第１の温度特性改善薄膜を有する第１のフィルタと、通過帯域が相対的に高く、かつ第２の温度特性改善薄膜を有する第２のフィルタとを備え、第１のフィルタの周波数温度係数が第２のフィルタの周波数温度係数よりも大きくなるように、第１，第２の温度特性改善薄膜の膜厚が異ならされていることを特徴とする。

本発明に係る分波器のある特定の局面では、前記第１，第２のフィルタが弾性表面波フィルタにより構成されている。

また、本発明に係る分波器の他の特定の局面では、前記第１，第２のフィルタが、圧電薄膜共振子フィルタである。

本発明に係る分波器のさらに別の特定の局面では、前記弾性表面波フィルタが、ＬｉＴａＯ_３基板もしくはＬｉＮｂＯ_３基板からなる圧電基板を用いて構成されており、前記第１，第２の温度特性改善薄膜が前記圧電基板上に形成されたＳｉＯ_２膜により構成されている。

本発明に係る分波器のさらに他の特定の局面では、前記第１のフィルタに設けられているＳｉＯ_２膜の厚みが、前記第２のフィルタにおいて設けられているＳｉＯ_２膜の厚みより厚くされている。

本発明に係る分波器さらに別の特定の局面では、第１のフィルタの波長をλ１としたとき、前記第１のフィルタのＳｉＯ_２膜の膜厚が、０．１８λ１〜０．３８λ１の範囲とされている。

本発明に係る分波器のさらに他の特定の局面では、第２のフィルタの波長をλ２としたときに、前記第２のフィルタに設けられているＳｉＯ_２膜の膜厚が、０．０８λ２〜０．２８λ２の範囲とされている。

本発明に係る分波器のさらに他の特定の局面では、前記第１，第２のフィルタが、直列腕共振子及び並列腕共振子を有するラダー型フィルタである。
本発明に係る分波器のさらに別の特定の局面によれば、前記第１のフィルタを構成しているラダー型フィルタの並列腕共振子に直列に接続されたインダクタンスがさらに備えられる。

本発明に係る分波器のさらに別の特定の局面では、前記第２のフィルタを構成しているラダー型フィルタの直列腕共振子に並列に接続されたインダクタンスがさらに備えられる。

本発明に係る分波器のさらに他の特定の局面では、前記第１，第２のフィルタが、それぞれ、異なる圧電基板上に構成されており、第１，第２のフィルタが、別のチップ部品として構成されている。

本発明に係る分波器のさらに他の特定の局面では、前記第１，第２のフィルタが、同一圧電基板を用いて単一のチップ部品として構成されている。
本発明に係る弾性表面波フィルタは、分波器の送信側フィルタとして用いられる弾性表面波フィルタであって、該弾性表面波フィルタの周波数温度係数が、温度変化に対して正であるように構成されていることを特徴とする。

本発明に係る弾性表面波フィルタのある特定の局面では、ＬｉＴａＯ_３もしくはＬｉＮｂＯ_３基板からなる圧電基板と、該圧電基板上に形成された電極と、前記圧電基板上の電極を覆うように形成されたＳｉＯ_２膜からなる温度特性改善薄膜とを備え、電極周期により決定される波長をλとしたときに、温度変化に対して正の周波数温度係数を有するように前記ＳｉＯ_２膜の膜厚が０．３λ〜０．３８λの範囲とされている。

本発明に係る分波器では、通過帯域が相対的に低い第１のフィルタの周波数温度係数が第２のフィルタの周波数温度係数よりも大きくなるように、第１，第２のフィルタの温度特性改善薄膜の膜厚が異ならされている。そのため、第１，第２のフィルタの通過帯域の周波数間隔が狭い場合、通過帯域が相対的に低い第１のフィルタでは、通過帯域高域側における周波数ばらつきが大きくなり、第２のフィルタ側においては通過帯域の低域側における周波数ばらつきが大きくなり、製造上の歩留まりが悪化するおそれがあるのに対し、本発明によれば、第１のフィルタにおいては、通過帯域高域側における周波数温度特性の変動幅が小さくなり、第２のフィルタにおいては、通過帯域低域側における温度特性の変動幅を小さくすることができる。従って、使用温度範囲にわたり、十分な通過帯域幅及び減衰量を確保することが可能となる。

よって、本発明によれば、受信側周波数と受信側周波数の周波数間隔が狭い用途に用いられる分波器においても、使用温度範囲にわたって、十分な規格特性を満足し得る分波器を提供することが可能となる。

第１，第２のフィルタが弾性表面波フィルタにより構成されている場合には、本発明の分波器の小型化を進めることができる。
同様に、第１，２のフィルタが圧電薄膜共振子フィルタにより構成されている場合にも、分波器の小型化を進めることができる。

弾性表面波フィルタが、ＬｉＴａＯ_３基板もしくはＬｉＮｂＯ_３基板からなる圧電基板を用いて構成されており、第１，第２の温度特性改善薄膜が上記圧電基板上に形成されたＳｉＯ_２膜である場合には、簡単な構成で温度特性を効果的に改善することができる。

第１のフィルタに設けられているＳｉＯ_２膜の厚みが、第２のフィルタにおいて設けられているＳｉＯ_２膜の厚みより厚くされている場合には、ＳｉＯ_２膜の厚みを変更するだけで、第１，２のフィルタの温度特性を容易に調整することができる。

第１のフィルタのＳｉＯ_２膜の膜厚が、０．１８λ１〜０．３８λ１の範囲とされている場合には、第１のフィルタの周波数温度特性を効果的に改善することができる。
また、第２のフィルタに設けられているＳｉＯ_２膜の厚みが、０．０８λ２〜０．２８λ２の範囲とされている場合には、第２のフィルタの周波数温度係数を効果的に改善することができる。

第１，第２のフィルタが、直列腕共振子及び並列腕共振子を有するラダー型フィルタにより構成されている場合には、この種の帯域フィルタとして凡用されているラダー型フィルタを用いて、本発明の分波器を構成することができる。

第１のフィルタを構成しているラダー型フィルタの並列腕共振子に直列に接続されたインダクタンスをさらに備える場合には、第１のフィルタを第２のフィルタに整合させることができる。

同様に、第２のフィルタを構成しているラダー型フィルタの直列腕共振子に並列にインダクタンスが接続されている場合には、第２のフィルタを容易に第１のフィルタに整合させることができる。

第１，第２のフィルタが、それぞれ、異なる圧電基板上に構成されており、第１，第２のフィルタが、別のチップ部品として構成されている場合には、第１，第２のフィルタの構成を容易に最適化することができる。
また、第１，第２のフィルタが、同一圧電基板を用いて単一のチップ部品として構成されている場合には、本発明に係る分波器の小型化を図ることができる。

本発明に係る弾性表面波フィルタは、分波器の送信側フィルタとして用いられるものであり、周波数温度係数が温度変化に対して正であるように構成されているため、通過帯域の高域側に電力が投入された場合であっても、挿入損失の劣化が生じ難い。従って、分波器の送信側フィルタとして最適な弾性表面波フィルタを提供することができる。

特に、上記弾性表面波フィルタが、ＬｉＴａＯ_３基板もしくはＬｉＮｂＯ_３基板からなる圧電基板と、該圧電基板上に形成された電極と、圧電基板上の電極を覆うように形成されたＳｉＯ_２膜からなる温度特性改善薄膜とを備え、電極周期により決定される波長をλとしたときに、温度変化に対して正の周波数温度係数を有するようにＳｉＯ_２膜の膜厚が、０．３λ〜０．３８λの範囲とされている場合には、弾性表面波フィルタの周波数温度係数ＴＣＦを正とすることができ、分波器全体の周波数温度係数の低減を進めることができる。

［図１］図１は本発明の一実施形態に係る分波器の回路構成を示す回路図である。
［図２］図２は分波器の第２のフィルタにおける周波数特性の温度による変化を説明するための図である。
［図３］図３は分波器の第１，第２のフィルタの周波数特性を説明するための図である。
［図４］図４（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態の分波器で用いられている第１及び第２のフィルタの構造を略図的に示す各模式的正面断面図である。
［図５］図５はＳｉＯ_２膜の膜厚を変化させた場合の弾性表面波フィルタの＋側の温度依存性の変化を示す図である。
［図６］図６は第１の実施形態で用いられている弾性表面波フィルタを構成している弾性表面波共振子の電極構造を示す平面図である。
［図７］図７は実施例１で抑制された第１のフィルタの周波数特性の温度による変化を示す図である。
［図８］図８は実施例１で抑制された第２のフィルタの周波数特性の温度による変化を示す図である。
［図９］図９は弾性表面波フィルタにおいてＳｉＯ_２膜の膜厚を変化させた場合の電気機械結合係数の変化を示す図である。
［図１０］図１０は実施例２で作製された第１のフィルタの周波数特性の温度変化による変化を示す図である。
［図１１］図１１は実施例２で作製された第２のフィルタの周波数特性の温度変化による変化を示す図である。
［図１２］図１２は本発明の実験例の弾性表面波分波器に用いられるラダー型フィルタを説明するための模式的平面図である。
［図１３］図１３は図１２に示したラダー型フィルタの回路構成を示す図である。
［図１４］図１４は図１２に示したラダー型フィルタの一部を構成している圧電薄膜共振子を説明するための表面断面図である。
［図１５］図１５は圧電薄膜共振子の他の例を示す模式的正面断面図である。
［図１６］図１６は圧電薄膜共振子のさらに他の例を説明するための模式的正面断面図である。
［図１７］図１７は従来の分波器の一例を説明するための回路図である。

符号の説明

１…分波器
２…アンテナ端子
３…入力端子
１１…第１のフィルタ
１２…第２のフィルタ
１２ａ…入力端子
Ｓ１１〜Ｓ１３…直列腕共振子
Ｐ１１，Ｐ１２…並列腕共振子
Ｌ１１，Ｌ１２…インダクタンス素子
Ｃ１１…コンデンサ素子
Ｓ２１〜Ｓ２３…直列腕共振子
Ｐ２１〜Ｐ２４…並列腕共振子
Ｌ２１…インダクタンス素子
Ｌ２２…インダクタンス素子
Ｃ２１，Ｃ２２…コンデンサ素子
３１…圧電基板
３２…電極
３３…第１の温度特性改善薄膜
４１…圧電基板
４２…電極
４３…第２の温度特性改善薄膜
５１…圧電薄膜共振子
５２…基板
５２ａ…凹部
５３…絶縁膜
５４…下部電極
５５…圧電薄膜
５６…上部電極
６１…ラダー型フィルタ
６２…ダイヤフラム
６３，６５…並列腕共振子
６４，６６…直列腕共振子
６７…上部電極
６８…下部電極
６９…上部電極
７０…上部電極
７１…圧電薄膜共振子
７２…基板
７２ａ…貫通孔
８１…共通電極

図１は、本発明の第１の実施形態に係る分波器の回路構成を示す図である。
本実施形態の分波器１は、アンテナ２に属される入力端子３を有する。入力端子３に、第１のフィルタ１１と、第２のフィルタ１２とが接続されている。第１のフィルタ１１は、通過帯域が相対的に低く、第２のフィルタ１２の通過帯域が相対的に高くされている。すなわち、分波器１では、第１のフィルタ１１が送信側帯域フィルタを、第２のフィルタ１２が受信側帯域フィルタを構成している。

そして、本実施形態では、第１のフィルタ１１は、直列腕共振子Ｓ１１〜Ｓ１３と、並列腕共振子Ｐ１１，Ｐ１２とを有するラダー型フィルタにより構成されている。さらに、並列腕共振子Ｐ１１，Ｐ１２とアース電位との間に、それぞれ、インダクタンス素子Ｌ１１，Ｌ１２が接続されている。

なお、入力端子３と直列腕共振子Ｓ１１との間には、コンデンサＣ１１が接続されている。
第２のフィルタ１２は、第１のフィルタ１１と同様にラダー型回路構成を有する。すなわち、第２のフィルタ１２は、複数の直列腕共振子Ｓ２１〜Ｓ２３と、並列腕共振子Ｐ２１〜Ｐ２４とを有する。また、直列腕共振子Ｓ２３に並列にインダクタンス素子Ｌ２２が接続されている。

入力端子３と、第２のフィルタ１２の入力端子１２ａとの間に、インダクタンス素子Ｌ２１が接続されている。入力端子３と、インダクタンス素子Ｌ２１との間の接続点とアース電位との間にコンデンサ素子Ｃ２１が接続されている。インダクタンス素子Ｌ２１と入力端子１２ａとの間の接続点とアース電位との間にコンデンサ素子Ｃ２２が接続されている。

なお、第１のフィルタ１１に接続されているコンデンサ素子Ｃ１１は、整合素子である。また、上記インダクタンス素子Ｌ２１及びコンデンサ素子Ｃ２１及びＣ２２は、第２のフィルタ１２を第１のフィルタ１１に対し整合させるために設けられている。すなわち、インダクタンス素子Ｌ２１及びコンデンサ素子Ｃ２１，Ｃ２２は、整合回路を構成している。

本実施形態の分波器１の特徴は、第１，第２のフィルタ１１，１２が、それぞれ、第１，第２の温度特性改善薄膜を有し、第１のフィルタ１１の周波数温度係数ＴＣＦが第２のフィルタ１２の周波数温度係数ＴＣＦよりも大きくなるように、第１，第２の温度特性改善薄膜の膜厚が異ならされていることにある。そして、このような構成により、使用温度範囲における規格特性が十分な大きさとされ得る。これを、以下において具体的に説明する。

弾性表面波フィルタや圧電薄膜共振子フィルタでは、微細な電極や非常に薄い電極膜が形成されるので、電気抵抗が比較的大きい。従って、環境温度が上昇すると、抵抗率が変化し、フィルタの損失が大きくなるという問題がある。このようなフィルタにおける温度変化における特性の変化を、図２を参照して説明する。

図２は、一般的なこの種のフィルタの周波数特性を示す。図２の実線Ａは、周波数特性を、実線Ａ１〜Ａ３は、それぞれ、周波数特性Ａが温度変化が生じた場合に変動する状態を縦軸の挿入損失のスケールを拡大して示す図である。実線Ａ１は−３０℃、実線Ａ２は２５℃、実線Ａ３は＋８５℃の場合の通過帯域の特性を拡大して示している。

温度変化にともなう中心周波数のシフトが全く存在しないとすると、温度上昇による損失の劣化は、図２に矢印Ｂ１で示されているように、通過帯域の低域側では、周波数が高域側にシフトするのと等価な変動であり、通過帯域の高域側では、周波数が矢印Ｂ２で示すように低域側にシフトするのと等価な変動である。

さらに、通過帯域の相対的に低い第１のフィルタと、通過帯域が相対的に高い第２のフィルタとを組み合わせてなる分波器において、お互いの周波数間隔が極端に狭い場合には、図３に分波器の特性を示すように、第１のフィルタの通過帯域高域側（矢印Ｃで示す部分）の周波数温度依存性を小さくし、第２のフィルタにとっては、通過帯域低域側（矢印Ｄで示す部分）の周波数温度依存性を小さくすればよい。このように構成することにより、分波器全体として見た場合の周波数の製造によるばらつきを小さくすることができる。

ところで、本発明では、通過帯域が相対的に低い第１のフィルタに対し、通過帯域が相対的に高い第２のフィルタの中心周波数における温度変化による周波数変動量を小さくすることにより、分波器全体としての周波数ばらつきの低減が図られている。

なお、本明細書において、周波数温度係数が小さい方向とは、例えば−１０ｐｐｍに対して、−２０ｐｐｍが小さい方向であり、＋５ｐｐｍに対して、−５ｐｐｍが小さい方向である。すなわち、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値ではなく、−方向に数値が向かうにつれて、周波数温度係数が小さいと表現していることを指摘しておく。従って、周波数温度係数がより大きいとは、周波数温度係数ＴＣＦがより＋側にあることを意味している。

図４（ａ）及び（ｂ）は、上記実施形態の分波器１で用いられる第１のフィルタ１１及び第２のフィルタ１２の模式的正面断面図である。
図４（ａ）に示す第１のフィルタ１１は、通過帯域が相対的に低い側のフィルタであり、本実施形態では、弾性表面波フィルタにより構成されている。ここでは、第１のフィルタ１１は、圧電基板３１上にＩＤＴ電極などの電極３２を形成した構造を有する。そして、電極３２を覆うように第１の温度特性改善薄膜３３が形成されている。

なお、本実施形態では、圧電基板３１は、ＬｉＴａＯ_３基板により構成されている。また、電極３２は、Ｃｕを主成分とする電極により構成されており、第１の温度特性改善薄膜３３は、ＳｉＯ_２により構成されている。

図４（ｂ）に示す第２のフィルタ１２は、第２の圧電基板４１上に、ＩＤＴ電極などからなる電極４２を形成した構造を有する。電極４２を覆うように第２の温度特性改善薄膜４３が形成されている。第２のフィルタ１２においても、圧電基板４１は、ＬｉＴａＯ_３からなり、電極４２は、Ｃｕを主成分とし、第２の温度特性改善薄膜４３はＳｉＯ_２により構成されている。

本実施形態では、周波数温度係数が−であるＬｉＴａＯ_３に対し、温度特性を改善する温度特性改善薄膜３３，４３は、周波数温度係数が＋であるＳｉＯ_２により構成されている。そして、本実施形態では、図４（ａ）及び（ｂ）から明らかなように、通過帯域が相対的に低い第１のフィルタに向けられる第１の温度特性改善薄膜３３の厚みが、通過帯域が相対的に高いフィルタ１２において設けられる第２の温度特性改善薄膜４３の厚みよりも厚くされている。

図５は、ＳｉＯ_２膜を弾性表面波フィルタにおいて電極を覆うように形成した場合のＳｉＯ_２膜の膜厚と、周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。
図５から明らかなように、ＳｉＯ_２膜の厚みが厚くなるほど、周波数温度係数ＴＣＦは＋側にシフトする。すなわち、周波数温度係数が大きくなる。

図４（ａ）及び（ｂ）に示したように、本実施形態では、通過帯域が相対的に低い第１のフィルタ１１の第１の温度特性改善薄膜３３の厚みが相対的に厚くなっており、通過帯域が相対的に高い第２のフィルタ１２における第２の温度特性改善薄膜４３を構成しているＳｉＯ_２膜の厚みが相対的に薄くされている。従って、第１のフィルタ１１における周波数温度係数が大きくされ、第２のフィルタ１２の通過帯域における周波数温度係数が小さくされている。従って、分波器全体として見た場合の周波数温度依存性が抑制され、周波数ばらつきを低減することができる。言い換えれば、使用温度範囲における規格特性を十分に確保することができる。これを、具体的な実験例につき説明する。

図１に示した実施形態の分波器１を以下の要領で作製した。なお、第１のフィルタ１１が送信側フィルタ、第２のフィルタ１２が受信側フィルタである。送信側のフィルタ帯域は１８５０〜１９１０ＭＨｚであり、受信側フィルタの通過帯域は１９３０〜１９９０ＭＺｚであるシステムに用いられるものである。

上記システムでは、送信側帯域フィルタの通過帯域と、受信側帯域フィルタの通過帯域の周波数間隔は２０ＭＨｚと非常に狭い。従って、第１のフィルタ１１及び第２のフィルタ１２のいずれにおいても急峻なフィルタ特性が要求されるとともに、良好な周波数温度依存性が必要である。

特に、送信側フィルタとなる第１のフィルタ１１は、受信側のフィルタ１２の通過帯域を減衰域とする必要があるため、第１のフィルタ１１の通過帯域の高域側における急峻性を高め、かつ通過帯域の高域側の温度依存性を改善することが強く求められる。

他方、受信側フィルタである第２のフィルタ１２については、第１のフィルタ１１の通過帯域を減衰期とする必要があるので、第２のフィルタ１２の通過帯域の低域側における急峻性を高めるとともに、通過帯域の低域側の温度依存性を改善することが求められる。なお、第１，第２のフィルタ１１，１２を構成している直列腕共振子及び並列腕共振子としては、図６に示す電極構造を有する弾性表面波共振子を用いた。図６に示す電極構造５１は、ＩＤＴ電極５２と、ＩＤＴ電極５２の両側に配置された反射器５３，５４とを有する。圧電基板上にこの電極構造５１が形成され、１つの弾性表面波共振子が構成される。図１に示したように、第１のフィルタ１１は、直列腕共振子Ｓ１１〜Ｓ１３及び並列腕共振子Ｐ１１，Ｐ１２を、第２のフィルタ１２は、直列腕共振子Ｓ２１〜Ｓ２３及び並列腕共振子Ｐ２１〜Ｐ２４を有する。これらの直列腕共振子Ｓ１１〜Ｓ１３，Ｓ２１〜Ｓ２３及び並列腕共振子Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ２１〜Ｐ２４が、上記弾性表面波共振子によりそれぞれ構成されている。

また、第１のフィルタ１１及び第２のフィルタ１２は、図１に示した回路構成を有する。ここで、第１，第２のフィルタにおける各共振子の電極パラメーターを下記の表１及び表２に示す。

なお、第１のフィルタ１１におけるコンデンサ素子Ｃ１１の静電容量は５ｐＦとした。さらに、インダクタンスＬ１１，Ｌ１２のインダクタンス値は、それぞれ、３ｎＨ及び３ｎＨとした。さらに、第２のフィルタ１２におけるインダクタンスＬ２１の大きさは３ｎＨ、インダクタンスＬ２２の大きさは３ｎＨ、コンデンサＣ２１の容量は２ｐＦ、コンデンサＣ２２の容量は２．５ｐＦとした。

なお、本実施例において、第１，第２のフィルタ１１，１２は、同一の３６度Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ_３基板を用いて、単一のチップ部品として構成されている。すなわち、１つのＬｉＴａＯ_３基板上に、第１の回路構成が設けられている。従って、単一のチップ部品として構成されているため、分波器１の小型化を図ることが可能とされている。

なお、各電極はＣｕを主成分とする電極で形成されており、かつ前述したように、第１のフィルタ１１では、ＳｉＯ_２からなる第１の温度特性改善薄膜３３が、第２のフィルタ１２においては、ＳｉＯ_２からなる第２の温度特性改善薄膜４３が形成されている（図４（ａ），（ｂ）参照）。ＳｉＯ_２膜の形成は、スパッタリングにより行った。また、第１のフィルタ１１における第１の温度特性改善薄膜３３としてのＳｉＯ_２膜の膜厚は、第１のフィルタの平均波長をλ１としたときに、０．３５λ１、すなわち７１５ｎｍとした。なお、平均波長とは、並列腕共振子の波長と直列腕共振子の波長の平均値である。

他方、第２のフィルタ１２においては、第２の温度特性改善薄膜４３としてのＳｉＯ_２膜の膜厚は、平均波長をλ２としたときに、０．２５λ２、すなわち４８３ｎｍとした。

上記のようにして作製された分波器１における第１のフィルタ１１及び第２のフィルタ１２の各周波数温度特性を、図７及び図８に示す。
なお、図７及び図８において、下方に示す特性は、上方に示されている特性の要部を縦軸のスケールを拡大して示す特性である。また、図７及び図８においては、温度が−３０℃、２５℃及び８５℃のときの各周波数特性が示されている。

第２のフィルタ１２は受信側フィルタであるため、通過帯域の低域側にある第１のフィルタ１１の通過帯域における減衰量を確保しなければならない。従って、図８に示されている第２のフィルタ１２の周波数特性においては、通過帯域低域側の周波数温度依存性を良好とする必要がある。

他方、温度上昇にともなう損失の増大分は、通過帯域低域側では周波数が高域側にシフトするのと等価な変動である（図２参照）。従って、第２のフィルタ１２の中心周波数の温度係数ＴＣＦを−７ｐｐｍ／℃程度とすれば、第２のフィルタ１２の低域側における温度変化にともなう周波数シフト量をほぼ０とすることができる。

他方、図７に示すように、第１のフィルタ１１は送信側フィルタであり、その通過帯域高域側における受信側フィルタの通過帯域において減衰量を十分な大きさとしなければならず、特に、周波数高域側の周波数温度依存性を良好とする必要がある。図２に示したように、温度上昇にともなう損失の増大分は、通過帯域の高域側では、周波数が低域側にシフトするのと等価な変動となる。従って、第１のフィルタ１１においては、中心周波数の温度依存性を＋７ｐｐｍ／℃程度と選択すれば、高域側における周波数シフト量をほぼ０とすることができる。

他方、図９は、ＳｉＯ_２膜の膜厚を変化させた場合のこの種の弾性表面波フィルタにおける電気機械結合係数の変化を示す。ＳｉＯ_２膜の膜厚が、厚くなると、質量付加により電気機械結合係数が小さくなる。従って、フィルタの帯域幅を十分な大きさとすることが困難となる。そのため、本実施例では、第１のフィルタ１１の並列腕共振子Ｐ１１，Ｐ１２に直列にインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ１２が接続され、それによって帯域幅の拡大が図られている。

他方、第２のフィルタ１２の直列腕共振子Ｓ２３に並列にインダクタンス素子Ｌ２２が接続されており、それによって受信側フィルタ１２の帯域幅も拡大されている。

よって、本実施例の分波器１では、上記のように、分波器全体としての周波数温度係数がほぼ０とされており、使用温度範囲における周波数特性のばらつきが生じ難く、しかも、各フィルタ１１，１２における帯域幅も十分な大きさとされる。従って、使用温度域において規格特性を十分に満たすことができる。

なお、本実施例では、圧電基板として、３６度ＬｉＴａＯ_３基板が用いられたが、例えば、４２度ＬｉＴａＯ_３基板などの他のカット角のＬｉＴａＯ_３基板が用いられてもよい。さらに、ＬｉＴａＯ_３基板と同様の効果が得られるとして知られているＬｉＮｂＯ_３基板などが用いられてもよい。

さらに、電極材料としてＣｕを主成分とするものに限定されず、Ａｌなどの他の金属材料を主成分とするものが用いられてもよい。
加えて、第１，第２の温度特性改善薄膜として、ＳｉＯ_２膜が用いられているが、温度特性改善薄膜は他の材料により構成されてもよい。さらに、第１の温度特性改善薄膜と、第２の温度特性改善薄膜とは異なる材料で構成されていてもよい。

実施例１と同様にして分波器を構成した。但し、実施例２では、第１のフィルタ１１における第１の温度特性改善薄膜３３としてのＳｉＯ_２膜の膜厚を、０．２５λ１、すなわち５１５ｎｍとし、第２のフィルタ１２に設けられているＳｉＯ_２膜の膜厚を、０．１５λ２、すなわち２９０ｎｍとした。その他の構成については実施例１と同様にした。

図１０は、実施例２における第１のフィルタ１１の周波数特性の温度による変化を示す図であり、図１１は、第２のフィルタ１２の周波数特性の温度による変化を示す図である。

第１のフィルタ１１の中心周波数は−７ｐｐｍ／℃程度変化し、第２のフィルタ１２の中心周波数は−２０ｐｐｍ／℃程度変化することがわかる。
通過帯域の高域側は、温度上昇にともなう損失変動分が−方向に作用するため、第１のフィルタ１１の通過帯域高域側では−１４ｐｐｍ／℃程度の周波数温度依存性を示すことがわかる。

逆に、通過帯域低域側では、温度上昇にともなう変動分は周波数が高い側にシフトすることと等価であるため、周波数特性の温度依存性は小さくなり、第１のフィルタ１１の場合と同様に、−１４ｐｐｍ／℃となる。

従って、ＳｉＯ_２膜の膜厚を、第１のフィルタ１１側において相対的に厚くすることにより、第１のフィルタの通過帯域の高域側、第２のフィルタの通過帯域低域側における温度依存性をほぼ同レベルとし得ることがわかる。実施例２では、実施例１に比べて、周波数温度係数はやや大きくなるものの、第１のフィルタ１１及び第２のフィルタ１２のいずれにおいても同レベルに抑制された温度依存性を得ることができる。従って、製造に際して、同レベルの温度依存性を有する送信側フィルタ及び受信側フィルタを容易に組み合わせて所望とする分波器を提供することができる。

また、周波数温度係数を小さくするために、ＳｉＯ_２膜の膜厚を厚くし過ぎると、図９に示したように電気機械結合係数が小さくなるという問題が生じる。実施例２では、適度な温度特性改善効果と電気機械結合係数が得られるため、常温での周波数特性がより一層良好な分波器を提供することができる。特に、実施例２において第２のフィルタ側の第２の温度特性改善薄膜としてのＳｉＯ_２膜の膜厚を、０．０８λ２〜０．２８λ２の範囲とすることにより、第２のフィルタの低域側の周波数温度依存性を良好とすることができる。また、第１のフィルタ側における第１の温度特性改善薄膜としてのＳｉＯ_２膜の膜厚を０．１８λ１〜０．３８λ１の範囲に選択することにより、送信側フィルタである第１のフィルタの通過帯域高域側の周波数温度依存性を良好とすることかできる。

なお、上述した実施形態では、第１，第２のフィルタ１１，１２は、それぞれ弾性表面波フィルタで構成されていたが、本発明における第１，第２のフィルタは、弾性表面波フィルタに限定されず、他のフィルタにより構成されてもよい。すなわち、温度特性改善薄膜が形成される適宜のフィルタを第１，第２のフィルタとして用いることができる。このような他のフィルタとしては、例えば、圧電薄膜共振子フィルタが挙げられる。

図１２は、圧電薄膜共振子フィルタを複数用いて構成されたラダー型フィルタを示す模式的平面図であり、このラダー型フィルタの回路構成を図１３に示す。
また、図１４は、ラダー型フィルタを構成している１つの圧電薄膜共振子を示す正面断面図である。

図１４に示すように、圧電薄膜共振子５１は、上面に開いた凹部５２ａを有する基板５２を用いて構成されている。この凹部５２ａを覆うように、絶縁膜５３が積層されている。
そして、絶縁膜５３上に、下部電極５４、圧電薄膜５５及び上部電極５６が積層され、ダイヤフラムを構成している。圧電薄膜５５は、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックス、ＺｎＯ、ＡｌＮなどの適宜の圧電材料により構成されている。電極５４，５６は、Ａｌ、Ａｇなどの適宜の金属もしくは合金により構成される。圧電薄膜５５は、厚み方向に分極軸が揃っている。従って、電極５４，５６から電圧を印加することにより、圧電薄膜５５を振動させることができる。ここで、基板５２の凹部５２ａ上に上記積層構造が配置されているため、圧電薄膜５５による振動が妨げられず、高周波数域で利用し得る共振特性を得ることができる。なお、基板５２は、Ｓｉ基板などの適宜の絶縁体もしくは半導体を用いて構成することができる。また、絶縁膜５３についても、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２またはＡｌＮなどの絶縁材料により構成することができる。

図１２は、上記圧電薄膜共振子を複数用いて構成された２段構成のラダー型フィルタの模式的平面図である。なお、図１２では、圧電薄膜は省略されている。ラダー型フィルタ６１では、破線で囲まれた部分がダイヤフラム６２を構成している。すなわち、ダイヤフラム６２は、圧電薄膜共振子５１の凹部５２ａの上方部分、すなわち振動部分をいう。このダイヤフラム６２において、２個の並列腕共振子６３，６５と、２個の直列腕共振子６４，６６が構成されている。より具体的には、ラダー型フィルタ６１では、下部電極６８がグラウンド電位に接続されるように構成されている。また、上部電極６７は入力端子に接続される。そして、上部電極６９がグラウンド電位に接続される。また上部電極７０が出力端子に接続される。従って、図１３に示す２段構成のラダー型フィルタが構成される。

図１４に示した圧電薄膜共振子５１では、基板５２において、上部に開いた凹部５２ａを設けたが、図１５に示すように、下方にいくに連れて径が拡がる貫通孔７２ａを有する基板７２を用いた圧電薄膜共振子７１を用いてもよい。ここでは、貫通孔７２ａの上方開口部分を覆うように絶縁膜５３が積層されている。そして、絶縁膜５３上に、下部電極５４、圧電薄膜５４及び上部電極５６が積層されて、ダイヤフラムが構成されている。

さらに、図１６に示すように、絶縁膜５３の下方に共通電極８１を形成し、共通電極８１が絶縁膜５３を介して一対の下部電極５４，５４と対抗するように配置されていてもよい。この場合には、上記電極５６に、一対の下部電極５４，５４が対抗されて、一対の共振子部分が構成さている。また、共通電極８１と下部電極５４，５４との間でそれぞれコンデンサを構成することができる。このように、共通電極８１及び一対の下部電極５４，５４により構成されるコンデンサが内蔵された圧電薄膜共振子を、上記ラダー型フィルタを構成するのに用いてもよい。

Claims (14)

1. 通過帯域が相対的に低く、かつ第１の温度特性改善薄膜を有する第１のフィルタと、
   通過帯域が相対的に高く、かつ第２の温度特性改善薄膜を有する第２のフィルタとを備え、
   第１のフィルタの周波数温度係数が第２のフィルタの周波数温度係数よりも大きくなるように、第１，第２の温度特性改善薄膜の膜厚が異ならされていることを特徴とする、分波器。
2. 前記第１，第２のフィルタが弾性表面波フィルタにより構成されている、請求項１に記載の分波器。
3. 前記第１，第２のフィルタが、圧電薄膜共振子フィルタである、請求項１に記載の分波器。
4. 前記弾性表面波フィルタが、ＬｉＴａＯ_３基板もしくはＬｉＮｂＯ_３基板からなる圧電基板を用いて構成されており、前記第１，第２の温度特性改善薄膜が前記圧電基板上に形成されたＳｉＯ_２膜である、請求項２に記載の分波器。
5. 前記第１のフィルタに設けられているＳｉＯ_２膜の厚みが、前記第２のフィルタにおいて設けられているＳｉＯ_２膜の厚みより厚くされている、請求項４に記載の分波器。
6. 前記第１のフィルタの波長をλ１としたとき、第１のフィルタのＳｉＯ_２膜の膜厚が、０．１８λ１〜０．３８λ１の範囲とされていることを特徴とする、請求項５に記載の分波器。
7. 前記第２のフィルタの波長をλ２としたときに、前記第２のフィルタに設けられているＳｉＯ_２膜の膜厚が、０．０８λ２〜０．２８λ２の範囲とされていることを特徴とする、請求項５または６に記載の分波器。
8. 前記第１，第２のフィルタが、複数の直列腕共振子及び並列腕共振子を有するラダー型フィルタである、請求項１〜７のいずれか１項に記載の分波器。
9. 前記第１のフィルタを構成しているラダー型フィルタの並列腕共振子に直列に接続されたインダクタンスをさらに備える、請求項８に記載の分波器。
10. 前記第２のフィルタを構成しているラダー型フィルタの直列腕共振子に並列に接続されたインダクタンスをさらに備える、請求項８に記載の分波器。
11. 前記第１，第２のフィルタが、それぞれ、異なる圧電基板上に構成されており、第１，第２のフィルタが、別のチップ部品として構成されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の分波器。
12. 前記第１，第２のフィルタが、同一圧電基板を用いて単一のチップ部品として構成されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の分波器。
13. 分波器の送信側フィルタとして用いられる弾性表面波フィルタであって、該弾性表面波フィルタの周波数温度係数が、温度変化に対して正であるように構成されていることを特徴とする、弾性表面波フィルタ。
14. ＬｉＴａＯ_３もしくはＬｉＮｂＯ_３基板からなる圧電基板と、該圧電基板上に形成された電極と、前記圧電基板上の電極を覆うように形成されたＳｉＯ_２膜からなる温度特性改善薄膜とを備え、
    電極周期により決定される波長をλとしたときに、温度変化に対して正の周波数温度係数を有するように前記ＳｉＯ_２膜の膜厚が０．３λ〜０．３８λの範囲とされていることを特徴とする、請求項１３に記載の弾性表面波フィルタ。

Images