JPH1065489A

JPH1065489A - 弾性表面波素子を用いたフィルタおよび該フィルタを用いたアンテナ分波器

Info

Publication number: JPH1065489A
Application number: JP21358196A
Authority: JP
Inventors: Norio Hosaka; 憲生保坂; Hideo Onuki; 秀男大貫; Kazushi Watanabe; 一志渡辺; Akitsuna Yuhara; 章綱湯原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-08-13
Filing date: 1996-08-13
Publication date: 1998-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】弾性表面波共振子を使用して構成した梯子型
フィルタ構造の弾性表面波フィルタにおいて、通過帯域
の損失を改善し、該弾性表面波装置を使用して構成した
小形軽量で高性能なアンテナ分波器を提供する。【解決手段】直列腕を弾性表面波共振子１ｓと該弾性
表面波共振子に直列に接続したインダクタンス素子２で
構成し、該弾性表面波共振子のインピーダンス特性と該
インダクタンス素子のインダクタンス値で決まる共振周
波数が、通過帯域に位置するように各素子値を設定した
弾性表面波素子を用いたフィルタ５。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、梯子型フィルタ構
造の弾性表面波素子を用いたフィルタならびにこの弾性
表面波フィルタを備えたアンテナ分波器に関する。

【０００２】

【従来の技術】弾性表面波装置は、小形軽量で量産性に
優れていることから、移動体通信機器に高周波フィルタ
として多く利用されている。移動体通信のなかで携帯電
話機に使用される弾性表面波装置は、特に低損失で急峻
な周波数特性が要求されるので、ＩＩＤＴ(Interdigita
ted Interdigital Transducers)型フィルタや弾性表面
波共振子をインピーダンス素子として利用して構成した
装置が使用されている。上記の弾性表面波装置のうち後
者の弾性表面波共振子を使用して構成した弾性表面波装
置の例として、電子情報通信学会技術研究報告 US92-5
2(1992-09)、第９〜１６頁、また、特公昭５６ー１９７
６５号公報に記載の技術がある。この技術は、梯子型フ
ィルタの直列素子および並列素子に弾性表面波共振子を
使用して、帯域通過型フィルタを構成するものである。
同様の技術として、エレクトロニクスレター１９８
５年、２１巻、２５/２６号、第１２１１〜１２１２頁
（ELECTRONICS LETTERS 5th December 1985,Vol.21,No.
25/26,pp.1211-1212）記載の技術がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】弾性表面波共振子を使
用した梯子型フィルタ構造の弾性表面波装置の最も簡単
な構造のものとして、図１０に示す直列腕のインピーダ
ンス素子１ｓと並列腕のインピーダンス素子１ｐにそれ
ぞれ弾性表面波共振子を使用した帯域阻止型のフィルタ
５があり、図２に示すようにその前後に適当な整合回路
４を接続することで低損失なフィルタを実現することが
できる。上記の弾性表面波装置は、携帯電話機のアンテ
ナ分波器に使用される。例えば、図１１に示すように送
信帯域Ｔと受信帯域Ｒが周波数軸上に配置されている場
合、弾性表面波装置は同図に示すように、送信電力が受
信側に回り込まないよう受信帯域で阻止特性を有するよ
うに構成される。アンテナ分波器に使用される送信側フ
ィルタ用の弾性表面波装置は送信信号の損失を小さくす
るため、図１１の曲線Ａに示すように、送信帯域Ｔで特
に低損失であることが必要とされる。しかし、従来の弾
性表面波装置の場合、通過帯域と阻止帯域の間を急俊な
特性とするには、並列に配置された弾性表面波共振子１
ｐを小さくする必要があり、そうすると、図１１の曲線
Ｂに示すように通過帯域Ｔの低周波側において損失が増
加する傾向があった。このように通過帯域の低周波側で
損失が増加することは、送信品質に劣化を引き越すこと
となり好ましくない。

【０００４】

【課題を解決するための手段】弾性表面波共振子に直列
にインダクタンス素子を接続した場合、インピーダンス
の値が最小となる共振周波数は、弾性表面波共振子のイ
ンピーダンス特性が一定の場合、インダクタンスの大き
さに依存して低周波数に移動してゆく。この状態を図９
に示す。図９は、弾性表面波共振しの周波数−インピー
ダンス特性を示し、横軸に周波数を縦軸にインピーダン
スをとっている。２点鎖線で示される曲線Ａは直列にイ
ンダクタンスを接続しない場合のインピーダンスの変化
を示し、実線で示される曲線Ｂは直列にインダクタンス
を挿入した場合のインピーダンスを示す。この図から明
らかなように、直列にインダクタンスを挿入したときに
は、インピーダンスの最低値すなわち共振周波数は低周
波数側に移動する。この特性に注目し上記従来技術の問
題を解決するため、本発明は、弾性表面波共振子を梯子
型フィルタ構造に接続した弾性表面波フィルタの直列腕
の弾性表面波共振子に直列にインダクタンス素子を接続
してフィルタを構成した。そこで、共振周波数が通過帯
域内に位置するように、直列腕の弾性表面波共振子のイ
ンピーダンス特性と接続するインダクタンス素子の大き
さを適当に設定することで、直列腕の素子全体のインピ
ーダンス値が通過帯域で最小となるようにし、通過損失
が低減するよう弾性表面波装置を構成した。

【０００５】上記のインダクタンス素子を直列に接続し
た弾性表面波共振子の共振周波数ｆrは、近似的に下記
（１）式および（２）式で与えられる。

【０００６】

【数１】

【０００７】ここで、Ｌは弾性表面波共振子を集中等価
回路定数で表したときの共振のインダクタンスの値、Ｃ
は弾性表面波共振子を集中等価回路定数で表したときの
容量の値、Ｃdは、弾性表面波共振子を集中等価回路定
数で表したときの制動容量の値、Ｌ₁は直列インダクタ
ンスの値を示す。

【０００８】上式により、所望の共振周波数を得るため
の弾性表面波共振子および直列インダクタンス素子等の
値を、概略設定することはできる。さらに詳細には、シ
ミュレーション、実験等により素子の値は決定される。
実際の装置では要求される周波数特性により、上記の直
列腕と並列腕の構造を何段か縦続接続し、さらに通過帯
域で所望のインピーダンス値が得られるように入出力端
子に整合回路が接続される。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。以下の説明において、弾性表面波共
振子を１、インダクタンス素子を２、パッケージを３、
整合回路を４、本発明にかかる弾性表面波フィルタを
５、弾性表面波素子用圧電性基板を６、インダクタンス
用圧電基板を７、ボンディングワイヤを８、ボンディン
グパッドを９、送信用フィルタを１０、受信用フィルタ
を１１、アンテナ端子を１２、受信端子を１３、送信端
子を１４で現している。図１は、本発明の第１の実施形
態による弾性表面波装置の基本構成を示す回路図であ
る。弾性表面波素子１は、それぞれ直列腕１ｓと並列腕
１ｐに使用され、さらに直列腕にはインダクタンス素子
２が接続されて弾性表面波フィルタ５を構成している。
このような構成の弾性表面波フィルタ５は、図２に示す
ように入出力端子に適当な整合回路４を接続すること
で、帯域通過フィルタあるいは帯域阻止フィルタとして
使用することができる。整合回路４は、弾性表面波フィ
ルタ５の入出力インピーダンスに応じて、インダクタン
ス素子や容量素子を直列また並列に組み合わせることで
構成される。

【００１０】図３に、図１に示した帯域阻止型の弾性表
面波フィルタ５の周波数特性の例を示す。同図で、通過
域をＴで、阻止域をＲで示し、例えば、ＧＳＭ方式の携
帯電話機のアンテナ分波器へ応用した場合には、この弾
性表面波フィルタ５は送信用フィルタとして使用するこ
とができ、それぞれ通過域Ｔを送信帯域として阻止域Ｒ
を受信帯域として使用する。

【００１１】図４に、本発明の第２の実施形態による弾
性表面波フィルタの基本構成を示す図である。本実施形
態は、第１実施形態に示したフィルタを２段接続した構
成となっており、整合回路を接続することで図５に周波
数特性を示すような帯域外抑圧度の良好な、低損失な帯
域通過型フィルタとすることができる。このような帯域
通過型フィルタを送受信機の受信用フィルタに用いれ
ば、送信帯域の信号を阻止し、受信帯域の信号のみを通
過させることができる。

【００１２】図６は、本発明にかかる弾性表面波素子を
用いた弾性表面波フィルタの構成を示す斜視図である。
上記図１および図４では、弾性表面波装置の基本構成と
して回路図のみを示したが、図６では弾性表面波装置を
パッケージに実装した状態をより具体的に示している。
ニオブ酸リチウム単結晶などの圧電性基板６の上に、ア
ルミニウムなどの導電性金属を例えば１０００Åの膜厚
に蒸着等によって成膜した後、フォトリゾグラフィ技術
を用いて弾性表面波共振子１ｓ，１ｐを形成する。ガラ
スエポキシ樹脂などの絶縁性基板７の上に例えば銅を８
０μｍの厚さにメッキし、フォトリソグラフィ技術によ
ってマイクロストリップからなるインダクタンス素子２
を形成する。第１弾性表面波共振子１ｓおよび第２弾性
表面波共振子１ｐを表面に形成した弾性表面波共振子基
板６と、インダクタンス素子２を載置したインダクタン
ス素子基板７を、セラミクス製のパッケージ３の底に接
着固定し、各素子をワイヤ８によってパッケージ３に設
けたボンディングパッド９に接続して、弾性表面波装置
を形成する。ワイヤ８の有するインダクタンスの影響を
小さくするために、ワイヤは１カ所に２本ずつ配線され
ている。

【００１３】図７は、本発明にかかる弾性表面波装置の
他の実相携帯の具体的構成を示す斜視図である。この例
では、配線ワイヤ８の有するインダクタンスを積極的に
利用し、第１弾性表面波共振子１ｓと第２弾性表面波共
振子１ｐとの間を接続する直列腕のワイヤ８を長くなる
ように基板６を配置し、かつワイヤ８を１本としてワイ
ヤ８自体がインダクタンス素子として効果的に機能する
ように構成した。この実施形態によれば、占有面積が大
きなインダクタンス素子を使用する必要がないので、弾
性表面波装置の小形化に大きな効果がある。

【００１４】図８は、本発明にかかる弾性表面波フィル
タを使用したアンテナ分波器の実施形態を示す概念図で
ある。パッケージに納めた本発明による弾性表面波フィ
ルタと、インダクタンス素子および容量素子からなる整
合回路４により、送信用フィルタ１０および受信用フィ
ルタ１１を構成し、さらにこれらフィルタを一つの回路
基板１５上に集積することで、アンテナ分波器が構成さ
れている。送信用フィルタ１０は、アンテナ端子１２と
送信信号用端子１４に接続され、受信用フィルタ１１
は、アンテナ端子１２と受信信号端子１３に接続され
る。

【００１５】

【発明の効果】本発明が問題にしている弾性表面波フィ
ルタに関して、該弾性表面波フィルタの周波数特性を決
める最も重要な要素は、弾性表面波共振子のインピーダ
ンス特性であり、使用する圧電性基板およびすだれ状電
極の設計条件等に依存する。これら圧電性基板およびす
だれ状電極等は、所望の周波数特性および、温度特性等
を考慮して選定、設計されるが、様々な条件を同時に満
足することは難しく、フィルタの設計が制約を受けるこ
とは言うまでもない。たとえば、上記アンテナ分波器へ
の応用例において、図１０に示す従来の弾性表面波フィ
ルタの場合、阻止帯域の抑圧度を所望量だけ確保するた
め、図１１の特性Ｂに示すように通過帯域の低周波数側
の損失を、ある程度犠牲にしなければならなかった。

【００１６】これに対し、本発明の弾性表面波フィルタ
の場合、インダクタンス素子を使用しているので設計の
自由度が増し、弾性表面波共振子のインピーダンス特性
およびインダクタンス素子値を適当に設定することで図
１１の特性Ａに示すように、従来に比べ通過帯域の損失
を改善できる。また、本発明による弾性表面波装置を使
用してアンテナ分波器を構成した場合、小形軽量化およ
び低損失化による性能を向上させる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる弾性表面波フィルタの第１実施
形態の基本構成を示す回路図。

【図２】整合回路を接続した弾性表面波フィルタの構成
を示す概念図。

【図３】第１実施形態の弾性表面波フィルタに整合回路
を接続し、帯域阻止フィルタとしたときの装置の周波数
特性を説明する特性図。

【図４】本発明にかかる弾性表面波フィルタの第２実施
形態の基本構成を示す回路図。

【図５】整合回路を接続して帯域通過フィルタとしたと
きのフィルタの周波数特性を説明する特性図。

【図６】本発明にかかる弾性表面波フィルタの具体的構
成を示す斜視図。

【図７】本発明にかかる弾性表面波フィルタの他の具体
的構成を示す斜視図。

【図８】本発明にかかる弾性表面波フィルタを使用して
構成したアンテナ分波器の概念図。

【図９】弾性表面波フィルタの周波数−インピーダンス
特性図。

【図１０】従来の弾性表面波フィルタの基本構成を示す
回路図。

【図１１】本発明による弾性表面波フィルタの周波数特
性と従来の弾性表面波フィルタの周波数特性を比較する
図。

【符号の説明】

１弾性表面波共振子２インダクタンス素子３パッケージ４整合回路５弾性表面波フィルタ６弾性表面波共振子用基板７インダクタンス用基板８ボンディングワイヤ９ボンディングパッド１０送信用フィルタ１１受信用フィルタ１２アンテナ端子１３受信端子１４送信端子１５回路基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡辺一志神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所マルチメディアシステム開発本部内 (72)発明者湯原章綱神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所マルチメディアシステム開発本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電基板上にすだれ状電極が形成されて
なる弾性表面波共振子を使用して、直列腕と並列腕が構
成された梯子型フィルタ構造の弾性表面波素子を用いた
フィルタにおいて、直列腕が弾性表面波共振子と該弾性
表面波共振子に直列に接続されたインダクタンス素子と
からなることを特徴とする弾性表面波素子を用いたフィ
ルタ。
【請求項２】直列腕の弾性表面波共振子と該弾性表面
波共振子に接続されたインダクタンス素子によって決ま
る共振周波数が、前記弾性表面波フィルタの通過帯域内
に位置するように、該弾性表面波共振子および該インダ
クタンス素子の素子値が設定されている弾性表面波素子
を用いたフィルタ。
【請求項３】梯子型フィルタを構成する弾性表面波共
振子とインダクタンス素子が、単一のパッケージに納め
られている請求項１または請求項２に記載の弾性表面波
素子を用いたフィルタ。
【請求項４】弾性表面波素子を用いたフィルタを複数
使用したアンテナ分波器。