JP2001177370A

JP2001177370A - 弾性表面波装置

Info

Publication number: JP2001177370A
Application number: JP2000305399A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Ichikawa; 聡市川; Seiichi Mitobe; 整一水戸部
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-10-04
Filing date: 2000-10-04
Publication date: 2001-06-29

Abstract

(57)【要約】【課題】この発明は、低損失、広帯域で急峻なスカート
特性を要する弾性表面波装置を提供することを目的とし
ている。【解決手段】圧電性基板１０上に、伝搬特性に方向性を
有する一方向性電極構造のＳＰＵＤＴ３，４，７，８，
１１，１２，１４，１５を互いに伝搬方向が逆方向にな
るように対向配置してなるＲＳＰＵＤＴ５，９，１３，
１６によって構成されるトランスデューサを、並列に接
続している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、弾性表面波素子
を並列に接続した弾性表面波装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、周知のように、一般に、
移動体通信用に用いられる弾性表面波装置の弾性表面波
フィルタには、低損失及び急峻な帯域外遮断特性が求め
られている。、特に、ＧＳＭ（Global System for Mobi
le Communication）−ＩＦ（Intermediate Frequency）
フィルタのように、低損失性が重視され、かつ、広帯域
でありながら隣接チャンネルが近接しているために、急
峻なフィルタ特性が求められているシステム用の弾性表
面波素子には、例えば、従属に多段接続した共振子型フ
ィルタが用いられている。

【０００３】ところが、従属に多段接続した共振子型フ
ィルタでは、急峻性を確保するために段数を多くする必
要があり、そのために損失が大きくなる。また、広帯域
にするには、各共振子フィルタの段間をチューニングす
る必要があり、実装するのが困難となる。

【０００４】なお、他の弾性表面波フィルタとしては、
例えば、特開昭６２−４３２０４号公報や特開平９−２
１４２８４号公報等に記載された構成が知られている。
これらは、各段の共振子の多重モードの周波数間隔によ
って、広帯域化を実現している。

【０００５】ところが、これらのフィルタは、多重共振
周波数間隔が主として圧電性基板固有の電気機械結合係
数に依存しているため、広帯域化には限界が生じる。ま
た、モード帯域外での不要な高次モードの位相が、相手
方の共振子型フィルタの位相と逆相になるように設定し
ないと、不要高次モードを抑圧することができない。こ
のため、帯域外特性を制御しながら帯域内特性を設計す
ることが事実上不可能で、使用用途が限られる。

【０００６】さらに、近年では、弾性表面波の伝搬特性
に方向性を持たせるように、一方向性電極構造に形成さ
れた櫛歯状電極でなるＳＰＵＤＴ（Single Phase Uni−
Directional Transducer）を、励振波の主伝搬方向が互
いに逆方向となるように対向させて配置した弾性表面波
素子Ｒ（Resonant）ＳＰＵＤＴを用いた弾性表面波フィ
ルタが、設計の自由度が高く、低損失で小型化が達成さ
れ易いことから、広く利用されてきている。

【０００７】ところが、この種の弾性表面波フィルタで
は、一方向性を得るために電極指の内部反射を積極的に
利用しているため、その帯域幅及びスカート特性がとも
に、正方向の一方向性電極と逆方向の一方向性電極と
の、割合と反射率及び電極指本数に依存しているため、
帯域幅とスカート特性とを独立して設計するには限界が
ある。特に、広い帯域幅と急峻なスカート特性とを両立
することは、困難である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明は上
記事情を考慮してなされたもので、低損失、広帯域で急
峻なスカート特性を要する弾性表面波装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る弾性表面
波装置は、圧電性基板上に形成され、一対の櫛歯状電極
を具備し表面波の伝搬方向が互いに逆の方向性を有する
複数の領域を備えたトランスデューサを二つ以上有し、
これらトランスデューサの少なくとも二つが互いに並列
接続されているようにしたものである。

【００１０】発明者らは、ＲＳＰＵＤＴ構造の弾性表面
波素子において、トランスデューサ内部の正方向ＳＰＵ
ＤＴ領域と逆方向ＳＰＵＤＴ領域の比率（それぞれのＳ
ＰＵＤＴ領域の電極指本数の比率）をかえると、このト
ランスデューサの周波数特性が変化し、特に共振点間隔
が変化するという知見を得た。

【００１１】すなわち、ＲＳＰＵＤＴ構造のトランスデ
ューサを用いた弾性表面波素子は、旧知のいわゆるトラ
ンスバーサル型フィルタと共振子型フィルタの中間的ふ
るまいをし、トランスデューサ内部の正方向ＳＰＵＤＴ
領域と逆方向ＳＰＵＤＴ領域の境界を端部とした共振キ
ャビティを形成し、多重モード型の共振周波数特性を示
し、周波数−振幅特性上複数のピーク（共振点）を有す
ることとなる。

【００１２】このＲＳＰＵＤＴ構造のフィルタにおい
て、トランスデューサ内部の正方向ＳＰＵＤＴの電極指
本数と逆方向ＳＰＵＤＴの電極指本数の比率を変化させ
ることに伴なって、共振キャビティ長が変化する。その
結果、周波数軸上における共振点の位置も変化する。例
えば、４５°Ｘ−Ｚリチウムテトラボレート（Li2B4O
7：ＬＢＯ）圧電性基板上に形成されたＲＳＰＵＤＴ構
造のトランスデューサの正方向ＳＰＵＤＴ領域の電極指
本数を多くする（正方向ＳＰＵＤＴ領域の比率を高くす
る）と、共振点間隔が広がることがわかった。この点に
ついての詳細は、1999 IEEE ULTRASONICS SYMPOSIUM PR
OCEEDING Vol.１ P351〜356を参照されたい。

【００１３】この現象を利用し、二つ（もしくは二つ以
上）のＲＳＰＵＤＴを逆相並列接続し、双方のＲＳＰＵ
ＤＴの共振点が周波数軸上で望ましくは等間隔に並ぶよ
うにしてフィルタを構成し、出力をインピーダンスマッ
チングさせることにより、二つのＲＳＰＵＤＴの周波数
特性を合成した広帯域の通過特性を実現することができ
る。このとき、通過帯域特性はＲＳＰＵＤＴの共振点間
隔を制御することによって所望の特性を実現でき、共振
点間隔は正方向ＳＰＵＤＴと逆方向ＳＰＵＤＴの電極指
本数の比率を変えるだけで制御可能である。したがっ
て、電極設計上の小変更により、比較的自由に通過帯域
幅をアレンジすることが可能である。

【００１４】また、並列接続されているトランスデュー
サのうちの、一方のトランスデューサの共振周波数をFl
1，Fc1，Fu1とし、他方のトランスデューサの共振周波
数をFl2，Fc2，Fu2とすると、Fl1＜Fl2＜Fc2＜Fc1＜Fu1
＜Fu2の関係を有する。

【００１５】このため、帯域外特性、特にスカート特性
は、共振周波数Fl1近傍の低周波側及び共振周波数Fu2近
傍の高周波側で互いに逆相関係が保持されているので、
一方のトランスデューサ及び他方のトランスデューサの
通過特性は打ち消し合い急峻なスカート特性が実現で
き、急峻性が実現される。

【００１６】また、Fl1の位相とFl2の位相とを逆にし、
Fc1の位相とFc2の位相とを逆にし、Fu1の位相とFu2の位
相とを逆にしているので、広帯域にできる。

【００１７】さらに、共振周波数Fl1，Fc1，Fu1，Fl2，
Fc2，Fu2のうち、少なくとも４つの共振周波数の間隔を
ほぼ等しくしているので、広帯域にできる。

【００１８】また、共振周波数Fl1，Fc1，Fu1，Fl2，Fc
2，Fu2のうち、少なくとも４つの共振周波数の挿入側室
値をほぼ等しくしているので、周波数にかかわらず均一
に広帯域にできる。

【００１９】さらに、一方のトランスデューサと他方の
トランスデューサとが共に同一チップ上に形成されてい
る。

【００２０】また、一方のトランスデューサと他方のト
ランスデューサとが異なるチップ上に形成されている。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して詳細に説明する。すなわち、第１図
において、符号１は弾性表面波装置である。

【００２２】この弾性表面波装置１は、同一チップ上
に、第１の弾性表面波素子である弾性表面波フィルタＡ
と、第２の弾性表面波素子である弾性表面波フィルタＢ
とが、並列に接続される構成となっている。

【００２３】これら弾性表面波フィルタＡ，Ｂは、とも
に弾性表面波の主伝搬方向上に配置された二つのＲＳＰ
ＵＤＴ５，９，１３，１６により構成される。それぞれ
のＲＳＰＵＤＴは、便宜上弾性表面波（ＳＡＷ）進行方
向を図中右方向を正方向、左方向を逆方向とすると、正
方向にＳＡＷを伝達する正ＳＰＵＤＴ３，８，１１，１
５と、逆方向にＳＡＷを伝達する逆ＳＰＵＤＴ４，７，
１２，１４により構成される。

【００２４】第２図は、ＳＰＵＤＴ電極構造の一例を示
す。すなわち、圧電性基板１０上に形成された一対のバ
スバーのうち一方に接続されたλ／８幅（λは表面波波
長）の電極指３ａと、他方のバスバーに接続された３λ
／８幅の電極指３ｂ及びλ／８幅の電極指３ｃが交互に
組み合わされた櫛歯電極構造を有する。

【００２５】この櫛歯電極構造において、励振波と電極
端部で発生する内部反射波との位相関係は、図中右方向
と左方向で異なったものとなる。この励振波と内部反射
波との位相関係により、励振された弾性表面波は一方向
に強められ、逆方向には弱められ、その結果一方向性が
得られる。

【００２６】そして、この実施の形態においては、この
櫛歯電極構造を丁度折り返した線対称構造の櫛歯電極構
造同士を並べて一つのトランスデューサを構成すること
により、ＲＳＰＵＤＴ構造を得ている。

【００２７】すなわち、第１図に示す正ＳＰＵＤＴと逆
ＳＰＵＤＴは、互いに共通のバスバーに接続された櫛歯
状電極を有する一つのトランスデューサとして構成され
ており、その境界を挟んで電極配置が線対称構造になっ
ている。

【００２８】なお、ここで、線対称構造とは、完全な線
対称を指すものではない。例えば、正ＳＰＵＤＴと逆Ｓ
ＰＵＤＴの電極指本数は必ずしも一致するものではな
く、後述の如く要求特性に応じてそれぞれの電極指本数
比率は変えられる。

【００２９】また、一つのトランスデューサが必ずしも
一対の正ＳＰＵＤＴ領域と逆ＳＰＵＤＴ領域で構成され
る必要はなく、一つのトランスデューサ内部にいくつか
の正ＳＰＵＤＴ領域と逆ＳＰＵＤＴ領域が並ぶように構
成しても良い。

【００３０】実際にフィルタを構成するにあたっては、
例えばこの方向性を利用して重み付けを行ない所望のフ
ィルタ特性を実現するため、正ＳＰＵＤＴと逆ＳＰＵＤ
Ｔの配列はより複雑なもとされる場合が多いが、特に第
１図に示すＲＳＰＵＤＴ構造に限らず、このような複雑
な構造のＲＳＰＵＤＴ構造を用いることももちろん可能
である。

【００３１】フィルタＡ及びＢは、この正ＳＰＵＤＴと
逆ＳＰＵＤＴとの境界を端とする共振キャビティを有し
ており、トランスバーサル型フィルタと共振子型フィル
タとの中間的な動作をする。この構成において、トラン
スデューサ内部の正ＳＰＵＤＴを構成する電極指と逆Ｓ
ＰＵＤＴを構成する電極指の比率を変えると、共振キャ
ビティ長も変化する。その結果、これらのフィルタの共
振モード間隔も変化する。

【００３２】ここで、上記弾性表面波フィルタＡ及び弾
性表面波フィルタＢは、それぞれ、３重モード型の共振
周波数を有している。この場合、弾性表面波フィルタＡ
の共振周波数をFl1，Fc1，Fu1とし、弾性表面波フィル
タＢの共振周波数をFl2，Fc2，Fu2とすると、Fl1＜Fl2
＜Fc2＜Fc1＜Fu1＜Fu2なる関係を有している。

【００３３】また、位相関係は、第３図及び第４図に示
すように、共振周波数Fl1の位相が共振周波数Fl2の位相
と逆符号であり、共振周波数Fc1の位相が共振周波数Fc2
の位相と逆符号であり、共振周波数Fu1の位相が共振周
波数Fu2の位相と逆符号である。

【００３４】さらに、共振周波数Fl1，Fc1，Fu1，Fl2，
Fc2，Fu2のうち、少なくとも４個の共振周波数の間隔が
ほぼ等しく、少なくとも４個の共振周波数の挿入損失値
がほぼ等しくなるように設定されている。

【００３５】そして、弾性表面波フィルタＡの３つの共
振モードと、弾性表面波フィルタＢの３つの共振モード
との、合計６つの共振モードは、全て結合され、第５図
に示すように、１つの大きな帯域を形成することができ
る。

【００３６】また、この帯域外では、弾性表面波フィル
タＡと弾性表面波フィルタＢとが、帯域近傍でも逆符号
関係を保っているので、減衰量は互いに打ち消し合い、
スカート特性の急峻性が弾性表面波フィルタＡ及び弾性
表面波フィルタＢの単体に比べて増加する。なお、この
状態にて、フィルタＡとフィルタＢの挿入損失レベルが
等しければ、帯域近傍の減衰量は無限大になる。

【００３７】ここで、第６図は、共振子型フィルタを逆
相並列に接続してなる弾性表面波装置２１を、第１図に
示した弾性表面波装置１の比較例として示している。

【００３８】すなわち、弾性表面波装置２１は、同一チ
ップ上に、第１の弾性表面波素子である弾性表面波フィ
ルタＡと、第２の弾性表面波素子である弾性表面波フィ
ルタＢとが、並列に接続される構成となっている。

【００３９】このうち、弾性表面波フィルタＡは、圧電
性基板２０上に形成された入力端子２２に接続されるＩ
ＤＴ（Inter Digital Transducer）２５と、圧電基板２
０上に形成された出力端子２６に接続されるＩＤＴ２９
とからなっている。

【００４０】そして、ＩＤＴ２５は、櫛歯状電極２３と
櫛歯状電極２４とを互いに交差させた構成となってい
る。また、ＩＤＴ２９は、櫛歯状電極２７と櫛歯状電極
２８とを互いに交差させた構成となっている。

【００４１】一方、上記弾性表面波フィルタＢは、圧電
性基板２０上に形成された入力端子２２に接続されるＩ
ＤＴ３３と、圧電基板２０上に形成された出力端子２６
に接続されるＩＤＴ３６とからなっている。

【００４２】そして、ＩＤＴ３３は、櫛歯状電極３１と
櫛歯状電極３２とを互いに交差させた構成となってい
る。また、ＩＤＴ３６は、櫛歯状電極３４と櫛歯状電極
３５とを互いに交差させた構成となっている。

【００４３】なお、上記弾性表面波フィルタＡと弾性表
面波フィルタＢとは、それぞれ、その両側に、反射器３
７を有している。

【００４４】そして、上記弾性表面波フィルタＡと弾性
表面波フィルタＢとは、それぞれ、２重モード型の共振
周波数特性を有している。この場合、弾性表面波フィル
タＡの共振周波数をFl1，Fu1とし、弾性表面波フィルタ
Ｂの共振周波数をFl2，Fu2としても、その周波数特性は
基板の結合定数と反射率のみに依存し、第７図または第
８図に示すように、第１図に示した弾性表面波装置１と
は異なり、広帯域化を図ることは難しい。

【００４５】なお、上記した実施の形態では、弾性表面
波フィルタＡと弾性表面波フィルタＢとを、同一チップ
上に形成したが、これらは、異なるチップ上に形成して
も同様の効果を得ることができる。

【００４６】また、ＲＳＰＵＤＴ構造を用いているの
で、帯域外特性もＩＤＴの励振あるいは反射分布を重み
付け関数で制御することにより、自在に設計することが
できるため、設計の自由度は共振子フィルタを逆相並列
に接続した弾性表面波装置２１に比べて大幅に向上させ
ることができる。

【００４７】すなわち、単体よりも広帯域化が実現で
き、急峻なスカート特性を得るとともに、帯域特性と帯
域外特性とを自在に設計でき、かつ、小型化が達成でき
る。

【００４８】次に、圧電性基板としてＬＢＯ基板を用い
て、２１０ＭＨｚ帯のＰＣＳ（Personal Communication
s System）−ＩＦフィルタを形成し、同一の圧電性基板
上に、アルミニウム（Ａｌ）膜で形成した２つのＲＳＰ
ＵＤＴ構造の弾性表面波フィルタＡ，Ｂについて実験し
た結果について述べる。

【００４９】第９図は、弾性表面波フィルタＡの５０Ω
系の周波数特性を示し、第１０図は、弾性表面波フィル
タＢの５０Ω系の周波数特性を示している。

【００５０】また、第１１図は、第９図に示した周波数
特性の弾性表面波フィルタＡと、第１０図に示した周波
数特性の弾性表面波フィルタＢとを並列接続したときの
合成波形の周波数特性を示している。

【００５１】次に、第１２図は、弾性表面波装置１の入
力側に、抵抗Ｒ１，コンデンサＣ１及びインダクタＬ１
よりなる外部回路を接続し、弾性表面波装置１の出力側
に、抵抗Ｒ２，コンデンサＣ２及びインダクタＬ２より
なる外部回路を接続して、これらの外部回路によりマッ
チングを取るようにした状態を示している。

【００５２】この第１２図に示すように、マッチングを
取ると、弾性表面波装置１のシミュレーションは、第１
３図に示すようになり、第１１図に示す場合と同様の周
波数特性を得ることが可能となる。

【００５３】さらに、実際の結果は、第１４図に示すよ
うな周波数特性となり、第１３図に示すシミュレーショ
ンと同様の結果を得ることができる。

【００５４】なお、上記した実施の形態では、圧電性基
板にＬＢＯを用いたが、他の圧電性基板でも同様の効果
を得ることができる。

【００５５】また、上記した実施の形態では、外部回路
にてチューニングを必要とするＩＦフィルタに関して実
験したが、純５０Ω駆動のＲＦ（Radio Frequency）フ
ィルタでも同様の効果を得ることができる。

【００５６】なお、この発明は上記した実施の形態に限
定されるものではなく、この外その要旨を逸脱しない範
囲で種々変形して実施することができる。

【００５７】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
まず、帯域特性は、伝搬特性に方向性を有するように、
一方向性電極構造となされた一対のＳＰＵＤＴを、互い
に伝搬方向が逆方向となるように対向して配置したＲＳ
ＰＵＤＴの周波数特性によって形成される。

【００５８】また、帯域幅は、ＲＳＰＵＤＴのうち、正
方向の伝搬特性を有するＳＰＵＤＴの櫛歯状電極と、逆
方向の伝搬特性を有するＳＰＵＤＴの櫛歯状電極との比
率、つまり、共振キャビティを変えることにより、櫛歯
状電極の対数によって規定されるトラップ内であれば、
自在に制御することができ、低損失、広帯域で急峻なス
カート特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る弾性表面波装置の実施の形態を
説明するために示す図。

【図２】同実施の形態におけるＳＰＵＤＴの櫛歯状電極
構造の一例を説明するために示す平面図。

【図３】同実施の形態における２つの弾性表面波フィル
タの共振周波数の位相関係を説明するために示す図。

【図４】同実施の形態における２つの弾性表面波フィル
タの共振周波数の他の位相関係を説明するために示す
図。

【図５】同実施の形態における弾性表面波装置の周波数
特性を説明するために示す図。

【図６】同実施の形態における弾性表面波装置の比較例
となる弾性表面波装置を説明するために示す図。

【図７】同比較例の弾性表面波装置の周波数特性を説明
するために示す図。

【図８】同比較例の弾性表面波装置の他の周波数特性を
説明するために示す図。

【図９】同実施の形態における弾性表面波装置の一方の
弾性表面波フィルタの周波数特性を説明するために示す
図。

【図１０】同実施の形態における弾性表面波装置の他方
の弾性表面波フィルタの周波数特性を説明するために示
す図。

【図１１】同実施の形態における弾性表面波装置の２つ
の弾性表面波フィルタを合成した周波数特性を説明する
ために示す図。

【図１２】同実施の形態における弾性表面波装置に外部
回路を接続した状態を説明するために示すブロック構成
図。

【図１３】同実施の形態における外部回路が接続された
弾性表面波装置の周波数特性をシミュレーションした状
態を説明するために示す図。

【図１４】同実施の形態における外部回路が接続された
弾性表面波装置の実際の周波数特性を説明するために示
す図。

【符号の説明】

１…弾性表面波装置、２…入力端子、３…正ＳＰＵＤＴ、４…逆ＳＰＵＤＴ、５…ＲＳＰＵＤＴ、６…出力端子、７…逆ＳＰＵＤＴ、８…正ＳＰＵＤＴ、９…ＲＳＰＵＤＴ、１０…圧電性基板、１１…正ＳＰＵＤＴ、１２…逆ＳＰＵＤＴ、１３…ＲＳＰＵＤＴ、１４…逆ＳＰＵＤＴ、１５…正ＳＰＵＤＴ、１６…ＲＳＰＵＤＴ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電性基板上に形成され、一対の櫛歯状
電極を具備し表面波の伝搬方向が互いに逆の方向性を有
する複数の領域を備えたトランスデューサを二つ以上有
し、これらトランスデューサの少なくとも二つが互いに並列
接続されていることを特徴とする弾性表面波装置。
【請求項２】前記トランスデューサは、それぞれ３重
モード型の共振周波数特性を有していることを特徴とす
る請求項１記載の弾性表面波装置。
【請求項３】並列接続されている前記トランスデュー
サのうちの、一方のトランスデューサの共振周波数をFl
1，Fc1，Fu1とし、他方のトランスデューサの共振周波
数をFl2，Fc2，Fu2とすると、Fl1＜Fl2＜Fc2＜Fc1＜Fu1
＜Fu2の関係を有することを特徴とする請求項２記載の
弾性表面波装置。
【請求項４】並列接続されている前記トランスデュー
サのうちの、一方のトランスデューサの共振周波数をFl
1，Fc1，Fu1とし、他方のトランスデューサの共振周波
数をFl2，Fc2，Fu2とすると、Fl1の位相とFl2の位相と
が逆であり、Fc1の位相とFc2の位相とが逆であり、Fu1
の位相とFu2の位相とが逆であることを特徴とする請求
項２記載の弾性表面波装置。
【請求項５】並列接続されている前記トランスデュー
サのうちの、一方のトランスデューサの共振周波数をFl
1，Fc1，Fu1とし、他方のトランスデューサの共振周波
数をFl2，Fc2，Fu2とすると、６つの共振周波数Fl1，Fc
1，Fu1，Fl2，Fc2，Fu2のうち、少なくとも４つの共振
周波数の間隔がほぼ等しいことを特徴とする請求項２記
載の弾性表面波装置。
【請求項６】並列接続されている前記トランスデュー
サのうちの、一方のトランスデューサの共振周波数をFl
1，Fc1，Fu1とし、他方のトランスデューサの共振周波
数をFl2，Fc2，Fu2とすると、６つの共振周波数Fl1，Fc
1，Fu1，Fl2，Fc2，Fu2のうち、少なくとも４つの共振
周波数の挿入損失値がほぼ等しいことを特徴とする請求
項２記載の弾性表面波装置。
【請求項７】並列接続されている前記トランスデュー
サのうちの、一方のトランスデューサと他方のトランス
デューサとが共に同一チップ上に形成されていることを
特徴とする請求項１記載の弾性表面波装置。
【請求項８】並列接続されている前記トランスデュー
サのうちの、一方のトランスデューサと他方のトランス
デューサとがそれぞれ異なるチップ上に形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の弾性表面波装置。