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JP4291115B2 - 弾性表面波フィルタ及びそれを用いた無線装置 - Google Patents

弾性表面波フィルタ及びそれを用いた無線装置 Download PDF

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Description

本発明は、圧電体を用いた弾性表面波フィルタに関し、より詳細には、圧電基板上に複数のインタディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）を有する縦結合多重モード型の弾性表面波フィルタ及びそれを用いた無線装置に関する。
弾性表面波フィルタは、携帯電話等に代表される無線装置の高周波回路においてフィルタとして広く用いられている。近年、この無線装置の高周波回路において、平衡動作型の入出力をもつ集積回路素子（ＩＣ）が使われてきている。これに呼応して、弾性表面波フィルタについても入力又は出力が平衡動作することが要求されるようになってきた。従来、平衡動作の実現する一例として、特許文献１に記載されているように、入力側または出力側ＩＤＴの対向する電極をそれぞれ入力または出力端子として使用する方法があった。また、別の例として、特許文献２に記載されているように、入力側または出力側の平衡動作させる側のＩＤＴを２組に分け、一方の組のＩＤＴを位相が他方の組のＩＤＴと１８０°異なる様に設けることによっても、平衡動作を実現できた。
特開平６−２０４７８１号公報 特開平１１−９７９６６号公報
しかしながら、特許文献１及び２に記載の従来技術は、入力側ＩＤＴと出力側ＩＤＴとの間に浮遊容量が形成され、平衡動作信号間の対称性が悪く、弾性表面波フィルタが搭載された無線装置などの電子装置が誤動作するという問題点があった。
本発明は、上記課題を解決し、弾性表面波フィルタの入力側ＩＤＴと出力側ＩＤＴとの間の浮遊容量を小さく抑え、平衡動作信号間の対称性を改善することを目的とする。
本発明は、圧電基板と、該圧電基板上であってかつ弾性表面波の伝搬方向に隣接する入力用インタディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）及び出力用ＩＤＴとを有し、前記入力用ＩＤＴと前記出力用ＩＤＴとの少なくとも一方が平衡動作する縦結合多重モード型の弾性表面波フィルタであって、前記入力ＩＤＴと前記出力ＩＤＴとの間及び／又はこれらに接続される配線間にシールド電極を設け、前記シールド電極は、前記入力ＩＤＴと前記出力ＩＤＴのいずれかに接続されるグランド電位とは異なる電位に接続されており、前記シールド電極は、前記圧電基板上で前記入力ＩＤＴと前記出力ＩＤＴとに接続されていない弾性表面波フィルタである。シールド電極は、入力ＩＤＴと出力ＩＤＴとの間の浮遊容量を小さくするように作用する。これにより、良好な平衡動作の対称性を実現することができる。
上記弾性表面波フィルタにおいて、前記シールド電極は、隣接する前記入力ＩＤＴのバスバーと前記出力ＩＤＴのバスバーとの間に設ける構成とすることができる。
上記弾性表面波フィルタにおいて、前記シールド電極は、前記入力ＩＤＴに接続される入力配線と前記出力ＩＤＴに接続される出力配線との間に設けられた構成とすることができる。
上記弾性表面波フィルタにおいて、前記シールド電極は、隣接する前記入力ＩＤＴの電極指と前記出力ＩＤＴの電極指との間に設けられた電極指を有する構成とすることができる。
上記弾性表面波フィルタにおいて、前記シールド電極は、隣接する前記入力ＩＤＴの電極指と前記出力ＩＤＴの電極指との間に設けられた複数の電極指を有し、当該複数の電極指は互いに接続されている構成とすることができる。
上記弾性表面波フィルタにおいて、前記シールド電極は、前記入力ＩＤＴと前記出力ＩＤＴとの間及びこれらに接続される配線間に設けられている構成とすることができる。
また、本発明は上記弾性表面波フィルタを備えたフィルタ装置を含む。
弾性表面波フィルタの入力側ＩＤＴと出力側ＩＤＴとの間に浮遊容量を小さく抑え、平衡動作信号間の対称性を改善することができ、この弾性表面波フィルタを備えた無線装置のノイズを低減することができる。
以下、本発明の実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例１に係る縦結合多重モード型弾性表面波フィルタの平面図である。本実施例の特徴の一つはシールド電極１２にあるが、これを詳述する前に、実施例１の基本構成について説明する。
この弾性表面波フィルタでは、リチウムタンタレートやリチウムナイオベートなどの圧電基板１００上に、３つのＩＤＴ４、５、６が弾性表面波の伝搬方向に隣接して配置されている。この配置は模式的に図示されたもので、実際には、ＩＤＴ４〜６は圧電基板１００のエッジから所定距離をおいて配置されている。図１では、中央のＩＤＴ４の両側にそれぞれＩＤＴ５と６が配置されている。各ＩＤＴ４、５、６はそれぞれ一対のくし型電極で構成されている。各くし型電極は、バスバーとこれから延びる電極指とを有する。バスバーは、電極指を共通に接続する配線部である。例えば、ＩＤＴ４の一対のくし型電極はそれぞれ、バスバー４ａ、４ｂとこれらから延びる電極指とを有する。バスバー４ａから延びる電極指と、バスバー４ｂから延びる電極指とは交互に配置され、隣接する電極指の交差部分が弾性表面波の励振に寄与する。同様に、ＩＤＴ５の一対のくし型電極はそれぞれ、バスバー５ａ、５ｂとこれらから延びる電極指とを有し、ＩＤＴ６の一対のくし型電極はそれぞれ、バスバー６ａ、６ｂとこれらから延びる電極指とを有する。ＩＤＴ５のバスバー５ａとＩＤＴ６のバスバー６ａとは信号配線１５に接続され、他方のバスバー５ｂと６ｂはそれぞれグランド８に接続されている。これに対し、ＩＤＴ４のバスバー４ａ、４ｂはそれぞれ平衡信号端子２ａ、２ｂに接続されている。この平衡信号端子２ａ、２ｂに現れる信号は平衡信号、つまり位相差が１８０°異なる信号である。弾性表面波の伝搬方向に沿って、反射器３がＩＤＴ５に隣接して設けられ、反射器７がＩＤＴ６に隣接して設けられている。
更に、ＩＤＴ１０と、その両側に反射器９、１１が設けられている。ＩＤＴ１０は一対のくし型電極で形成され、一方のくし型電極は信号端子１に接続され、他方の信号端子は配線１５に接続されている。信号配線１５は、ＩＤＴ１０とＩＤＴ５、６とを接続する。信号端子１は例えば入力端子であり、平衡信号端子２ａ、２ｂは出力端子である。逆に、平衡信号端子２ａ、２ｂが入力端子で、信号端子１が出力端子であってもよい。
次に、シールド電極１２について説明する。シールド電極１２は、バスバー４ａと平衡信号端子２ａとこれらを結ぶ配線４ｃと、配線１５との間に介在するとともに、両先端はそれぞれバスバー４ａと５ａとの間、及びバスバー４ａと６ａとの間に位置している。そして、シールド電極１２はアース電位１３に接続されている。信号端子１を入力端子とすれば、シールド電極１２は入力ＩＤＴ５、６と出力ＩＤＴ４との間、及びこれらに接続される配線４ｃと１５との間に設けられている。シールド電極１２は、入出力間の浮遊容量の影響を小さくするように作用する。
浮遊容量の例を図２に示す。図２は、図１の構成から、シールド電極１２とアース電位１３とを取り除いた構成を示す。以下、この構成を比較例という。図２に示すように、近接するバスバー４ａと５ａとの間、及び近接するバスバー４ａと６ａとの間に、浮遊容量Ｃが形成されている。信号端子１に入力電圧が与えられると、信号配線１５を通りＩＤＴ５と６が励振される。このとき、一部の電流（もれ電流）がバスバー５ａ、６ａから浮遊容量Ｃを通り、バスバー４ａに流れる。この電流により、平衡信号端子２ａ、２ｂを介して出力される平衡動作の対称性が劣化する。浮遊容量は上記以外にも存在する。例えば、上記浮遊容量Ｃよりも小さい浮遊容量が、信号配線１５とバスバー４ａとの間、信号配線１５と配線４ｃとの間、信号配線１５と平衡信号端子２ａとの間にも存在する。また、バスバー５ａから延びる電極指とバスバー６ａから延びる電極指との間にも、比較的小さいながらも存在する。
図１に示すシールド電極１２は、上記浮遊容量Ｃ、並びに信号配線１５とバスバー４ａとの間、信号配線１５と配線４ｃとの間、及び信号配線１５と平衡信号端子２ａとの間に形成されている浮遊容量の影響を小さくするように作用する。例えば、バスバー５ａ、６ａから漏れる電流は、バスバー４ａと５ａとの間及びバスバー４ａと６ａとの間に設けたシールド電極１２の先端部に流れ込み、シールド電極１２を通ってアース電位１３に流れ出る。このため、バスバー５ａ、６ａからの上記漏れ電流はＩＤＴ４のバスバー４ａに流れることはない。よって、平衡信号端子２ａ、２ｂで得られる平衡動作の対称性を改善することができる。また、同様に、信号配線１５とバスバー４ａとの間、信号配線１５と配線４ｃとの間、信号配線１５と平衡信号端子２ａとの間の漏れ電流もシールド電極１２に流れ込む。
図３及び図４を参照して、比較例よりも実施例１の方が優れた平衡動作の対称性を有していることを説明する。平衡動作の対称性の良否は、振幅の対称性と位相の対称性を検証することで判定することができる。図３は実施例１と比較例との平衡出力の振幅対称性を示す図、図４は実施例１と比較例との平衡出力の位相対称性を示す図である。図３及び図４の横軸は周波数（ＭＨｚ）、図３の縦軸は振幅対称性（ｄＢ）、図４の縦軸は位相対称性（度）を示す。各縦軸において、０．０の位置が完全な対称性を示す。図３及び図４から、実施例１の振幅対称性及び位相対称性はいずれも、大幅に改善されていることがわかる。
シールド電極１２は、アース電位１３に接続されている。アース電位１３は、ＩＤＴ５、６が接続されるグランド電位８には接続されていない。つまり、シールド電極１２に接続される電位（アース電位）は、ＩＤＴ５、６のグランド電位とは別系統である。つまり、圧電基板１００上には、シールド電極１２とＩＤＴ４とを接続する配線は存在せず、またシールド電極１２とＩＤＴ５、６とを接続する配線も存在しない。この構成により、シールド電極１２とＩＤＴ５、６とは完全に独立した系統となり、平衡動作の対称性をより一層改善することができる。なお、グランド電位８及びアース電位１３とも、弾性表面波フィルタの外部から供給される。例えば、圧電基板１００が搭載されるパッケージに取り付けられた外部接続端子を介してグランド電位８が供給され、別の外部接続端子を介してアース電位１３が供給される。外部接続端子とシールド電極１２との間は、例えばボンディングワイヤで接続される。この場合には、図５に示すように、シールド電極１２に接続されるパッド１２ａを圧電基板１００上に設けることが好ましい。また、図６に示すように、シールド電極１２を１２Ａと１２Ｂに２分割し、それぞれにパッド１２ａ、１２ｂを設けてもよい。アース電位１３は、電気的にゼロボルトが好ましいが、必ずしもゼロボルトでなくてもよい。
図１に示すように、シールド電極１２の先端部が、隣接するバスバー４ａと５ａとの間、及びバスバー４ａと６ａとの間に介在することが好ましいが、簡略化して、配線４ｃ及び平衡端子２ａと、配線１５との間に配置するだけでも平衡動作の対称性を向上させることができる。
なお、ＩＤＴ１０とその両側の反射器９、１０は省略してもよい。この場合、配線１５は信号端子１に直結される。
図７は、本発明の実施例２に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。図中、前述した構成要素と同一のものには同一の参照番号を付してある。本実施例のシールド電極１２は、アース電位１３に接続された２つのくし型シールド電極１４を含む。一方のくし型シールド電極１４は、ＩＤＴ４とＩＤＴ５との間に配置され、他方のくし型シールド電極１４はＩＤＴ４とＩＤＴ６との間に配置されている。くし型シールド電極１４の電極指の長さは、ＩＤＴ４〜６の長さ（弾性表面波の伝搬方向に垂直な方向）に略等しく、ＩＤＴ４とＩＤＴ５とは直接対向する部分はなく、同様にＩＤＴ４とＩＤＴ６とが直接対向する部分はない。図７の例では、くし型シールド電極１４は左右にそれぞれ２本ずつ電極指を有しているが、電極指は１本でもよく、また３本以上でもよい。また、くし型シールド電極１４は、図７に示すものよりも長くてもよい。
図８は実施例２と図２に示す比較例との平衡出力の振幅対称性を示す図、図９は実施例２と比較例との平衡出力の位相対称性を示す図である。図８及び図９の横軸は周波数（ＭＨｚ）、図８の縦軸は振幅対称性（ｄＢ）、図９の縦軸は位相対称性（度）を示す。各縦軸において、０．０の位置が完全な対称性を示す。図８及び図９から、実施例２の振幅対称性及び位相対称性はいずれも、大幅に改善されていることがわかる。
なお、図５や図６に示すパッド１２ａ、１２ｂを図７に適用することができることは勿論である。この場合の構成を図１０及び図１１に示す。
図１２は、本発明の実施例３に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。実施例３は、２つのフィルタ３０、１３０を並列に接続し、フィルタ３０の端子２ａとフィルタ１３０の端子２ｂの間で平衡動作が行われる構成である。フィルタ３０は図１に示す対応部分と同一構成であり、シールド電極１２を含む。フィルタ１３０はフィルタ３０と逆位相で動作するように、電極指パターンがフィルタ３０とは異なっている。具体的には、フィルタ３０のＩＤＴ４とフィルタ１３０のＩＤＴ４の電極パターンが異なっている。フィルタ１３０にも、図示するようにシールド電極１２が設けられている。フィルタ１３０の電極指パターンに起因して、バスバー４ａと５ａとの間は、フィルタ３０の対応部分に比べ大きい。よって、フィルタ１３０のシールド電極１２の先端部１２ｅは幅広に形成されている。本実施例でも、シールド電極１２の作用により、優れた平衡動作の対称性が得られる。
図１２に示されている２つのアース電位１３は、グランド電位８とは別系統である。また、２つのアース電位１３を圧電基板１００が搭載されるパッケージ上で共通化して、１つのアース電位用外部接続端子に接続することもできる。
図１３は、本発明の実施例４に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。実施例４は、実施例３の構成に、シールド電極１２Ａを追加したものである。各フィルタ３０、１３０にそれぞれ設けられたシールド電極１２Ａはシールド電極１２と反対側に設けられ、ＩＤＴ４とＩＤＴ５、ＩＤＴ４とＩＤＴ６との間をシールドする。シールド電極１２Ａは、アース電位１３Ａに接続されている。このように、ＩＤＴ４〜６の一列配置の両側にそれぞれシールド電極１２、１２Ａを設けることで、平衡動作の対称性を一層向上させることができる。２つのシールド電極１２Ａに接続されているアース電位１３Ａは図中別々に配線されているが、圧電基板１００上で接続された上アース電位に配線されていてもよい。
なお、図１や図５、図６においても図１３と同様に、ＩＤＴ４〜６の一列配置の両側にそれぞれシールド電極１２、１２Ａを設けることもできる。
図１４は、本発明の実施例５に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。実施例５は、図１２に示す２つのシールド電極１２にそれぞれ、図７に示すくし型電極と同様のくし型電極を設けた構成である。
図１５は、本発明の実施例６に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。実施例６は、図１３に示す４つのシールド電極１２にそれぞれ、図７に示すくし型電極と同様のくし型電極を設けた構成である。シールド電極１２の隣り合う電極指はすべて共通に接続されている。このため、フィルタ３０のシールド電極１２、１２Ａは、ＩＤＴ４を取り囲むようにループ状に形成されている。同様に、フィルタ１３０のシールド電極１２、１２Ａは、ＩＤＴ４を取り囲むようにループ状に形成されている。なお、シールド電極１２Ａに接続されているアース電位１３Ａは図中別々に配線されているが、圧電基板１００上で接続された上アース電位に配線されていてもよい。
図１６は、本発明の実施例７に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。このフィルタは、２つのフィルタ４０、１４０を有する。信号端子１を入力端子とした場合、フィルタ４０は平衡信号をフィルタ１４０に出力し、フィルタ１４０は平衡信号端子２ａ、２ｂを介して平衡信号を出力する。フィルタ１４０のＩＤＴ４は、一方のバスバーを共通にする２つのＩＤＴを、弾性表面波の伝搬方向に隣接して配置した構成である。シールド電極１２はフィルタ４０とフィルタ１４０とに共通に設けられている。このシールド電極１２の先端部は、図１と同様に、隣り合うバスバー間に介在するように設けられている。シールド電極１２は、グランド電位８とは別系統のアース電位に接続されている。
図１７は、本発明の実施例８に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。実施例８は、図１６に示す実施例７のシールド電極１２に、図７に示すくし型電極と同様のくし型電極を含めた構成である。
図１８は、本発明の実施例９に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。実施例９は、図１６に示す実施例７の変形例に相当する。実施例９は、実施例７のＩＤＴ４とは異なる電極パターンのＩＤＴ４を有する。実施例９のＩＤＴ４は、一対のくし型電極から構成されており、それぞれに平衡信号端子２ａ、２ｂが接続されている。シールド電極１２の構成は図７と同様である。
図１９は、本発明の実施例１０に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。実施例１０は、図１８に示す実施例７のシールド電極１２に、図７に示すくし型電極と同様のくし型電極を含めた構成である。
以上、本発明の実施例１〜実施例１０を説明した。これらの実施例において、シールド電極１２はＩＤＴ４〜６等と同じ材料（例えば、アルミニウムやアルミニウムと銅との合金）で、かつ同時に形成可能である。また、実施例を適宜組み合わせることができる。例えば、図５や図６に示すように、圧電基板１００上にアース電位用のパッドを設ける構成を実施例５〜実施例１０に適用することができる。更に、他の様々なＩＤＴ構成に対しても同様に、入力ＩＤＴと出力ＩＤＴとの間及び／又はこれらに接続される配線間にシールド電極シールド電極を設けることができる。
図２０は、本発明の実施例１１に係る無線装置の構成を示すブロック図である。この無線装置に、本発明の弾性表面波フィルタが用いられている。図２０は、無線装置の送受信系を示している。無線装置が携帯電話などの場合には、図２０に示す送受信系は音声処理系などに接続される。
無線装置は、ＲＦ（高周波）部１７０、変調器１７１及びＩＦ（中間周波数）部１７２を有する。ＲＦ部はアンテナ１７３、分波器１７４、ローノイズアンプ１８３、段間フィルタ１８４、ミキサ（乗算器）１７５、局部発振器１７６、段間フィルタ１７７、ミキサ（乗算器）１７８、段間フィルタ１７９及びパワーアンプ１８０を有する。音声処理系からの音声信号は変調器１７１で変調され、ＲＦ部１７０のミキサ１７８で局部発振器１７６の発振信号を用いて周波数変換（混合）される。ミキサ１７８の出力は段間フィルタ１７９及びパワーアンプ１８０を通り、分波器１７４に与えられる。分波器１７４は、送信フィルタ１７４１と受信フィルタ１７４２と、図示を省略してある整合回路とを有し、本発明の弾性表面波を有した分波器である。パワーアンプ１８０からの送信信号は、分波器１７４を通りアンテナ１７３に供給される。
アンテナ１７３からの受信信号は分波器１７４の受信フィルタ１７４２を通り、ローノイズアンプ１８３、段間フィルタ１８４を経て、ミキサ１７５に与えられる。ミキサ１７５は、局部発振器１７６の発振周波数を段間フィルタ１７７を介して受け取り、受信信号の周波数を変換して、ＩＦ部１７２に出力する。ＩＦ部１７２は、この信号をＩＦフィルタ１８１を介して受け取り、復調器１８２で復調して図示しない音声処理系に復調した音声信号を出力する。
本発明の弾性表面波フィルタは、上記分波器１７４（送信フィルタ１７４１と受信フィルタ１７４２）、段間フィルタ１７７、１７９、１８４などを構成する。
本発明は上記実施例１〜実施例１１に限定されるものではなく、他の実施例や変形例を含むものである。
本発明の弾性表面波フィルタは、平衡動作型の入出力を持つ集積回路素子（ＩＣ）が使われる無線装置の高周波回路にいて、ノイズによる誤動作などを軽減することができる。
本発明の実施例１に係る弾性表面波フィルタの平面図である。 浮遊容量を説明するための比較例である。 実施例１と比較例との平衡出力の振幅対称性を示す図である。 実施例１と比較例との平衡出力の位相対称性を示す図である。 実施例１において、圧電基板上にアース電位用のパッドを設けた構成例を示す図である。 実施例１において、圧電基板上にアース電位用のパッドを設けた別の構成例を示す図である。 本発明の実施例２に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。 実施例２と比較例との平衡出力の振幅対称性を示す図である。 実施例２と比較例との平衡出力の位相対称性を示す図である。 実施例２において、圧電基板上にアース電位用のパッドを設けた構成例を示す図である。 実施例２において、圧電基板上にアース電位用のパッドを設けた別の構成例を示す図である。 本発明の実施例３に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。 本発明の実施例４に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。 本発明の実施例５に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。 本発明の実施例６に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。 本発明の実施例７に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。 本発明の実施例８に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。 本発明の実施例９に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。 本発明の実施例１０に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。 本発明の実施例１１に係る無線装置を示すブロック図である。
符号の説明
１ 信号端子
２ａ、２ｂ 平衡信号端子
３、７、９、１１ 反射器
４、５、６、１０、３０、１３０、４０、１４０ ＩＤＴ
４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ バスバー
４ｃ 信号配線
８ グランド電位
１２ シールド電極
１２ａ、１２ｂ パッド
１２ｅ 先端部
１３、１３Ａ アース電位
１４ くし型シールド電極

Claims (7)

  1. 圧電基板と、該圧電基板上であってかつ弾性表面波の伝搬方向に隣接する入力用インタディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）及び出力用ＩＤＴとを有し、前記入力用ＩＤＴと前記出力用ＩＤＴとの少なくとも一方が平衡動作する縦結合多重モード型の弾性表面波フィルタであって、
    前記入力ＩＤＴと前記出力ＩＤＴとの間及び／又はこれらに接続される配線間にシールド電極を設け、
    前記シールド電極は、前記入力ＩＤＴと前記出力ＩＤＴのいずれかに接続されるグランド電位とは異なる電位に接続されており、
    前記シールド電極は、前記圧電基板上で前記入力ＩＤＴと前記出力ＩＤＴとに接続されていないことを特徴とする弾性表面波フィルタ。
  2. 前記シールド電極は、隣接する前記入力ＩＤＴのバスバーと前記出力ＩＤＴのバスバーとの間に設けられていることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波フィルタ。
  3. 前記シールド電極は、前記入力ＩＤＴに接続される入力配線と前記出力ＩＤＴに接続される出力配線との間に設けられていることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波フィルタ。
  4. 前記シールド電極は、対向する前記入力ＩＤＴの電極指と前記出力ＩＤＴの電極指との間に設けられた電極指を有することを特徴とする請求項１記載の弾性表面波フィルタ。
  5. 前記シールド電極は、対向する前記入力ＩＤＴの電極指と前記出力ＩＤＴの電極指との間に設けられた複数の電極指を有し、当該複数の電極指は互いに接続されていることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波フィルタ。
  6. 前記シールド電極は、前記入力ＩＤＴと前記出力ＩＤＴとの間及びこれらに接続される配線間に設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の弾性表面波フィルタ。
  7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の弾性表面波フィルタを用いた無線装置。
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