説明

ラダー型フィルタ

【課題】IDTの電極指の対数が異なる複数の弾性波共振子を直列腕共振子として有するラダー型フィルタにおいて、通過帯域高域側減衰量を大きくすることを可能とするラダー型フィルタを得る。
【解決手段】弾性波共振子S1〜S9からなる複数の直列腕共振子と弾性波共振子P1〜P6を有する複数の並列腕共振子を有するラダー型フィルタであって、少なくとも1つの弾性波共振子S5のIDTの電極指の対数及び電極指ピッチが、残りの少なくとも1つの弾性波共振子S6のIDTの電極指の対数及び電極指ピッチと異なっている、ラダー型フィルタ1。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば、帯域フィルタとして用いられるラダー型フィルタに関し、より詳細には、複数の弾性波共振子からなる複数の直列腕共振子を有するラダー型フィルタに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、弾性表面波共振子や弾性境界波共振子を用いたラダー型フィルタが種々提案されている。下記の特許文献1には、図11に示す回路構成を示すラダー型フィルタが開示されている。ラダー型フィルタ101では、直列腕に複数の直列腕共振子102,103が配置されている。直列腕とグラウンド電位とを結ぶように複数の並列腕が構成されている。複数の並列腕に、それぞれ、並列腕共振子104〜106が配置されている。直列腕共振子102,103及び並列腕共振子104〜106は、弾性表面波共振子により構成されている。より詳細には、弾性表面波共振子は、1ポート型弾性表面波共振子であり、IDTと一対の反射器とを備える。特許文献1では、直列腕共振子102のIDTの電極指の対数と、直列腕共振子103のIDTの電極指の対数とが異ならされている。それによって、ラダー型フィルタ101におけるリップルを改善することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2001−119260号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ラダー型フィルタ101では、直列腕共振子102のIDTの電極指の対数と、直列腕共振子103のIDTの電極指の対数とを異ならせることにより、通過帯域内のマッチングをとっている。しかしながら、電極指の対数を異ならせると、直列腕共振子102の比帯域と、直列腕共振子103の比帯域にずれが生じる。その結果、直列腕共振子102の反共振周波数と、直列腕共振子103の反共振周波数がずれる。そのため、ラダー型フィルタ101の通過帯域高域側の減衰域において大きな減衰量を確保することができないという問題があった。
【0005】
本発明の目的は、弾性波共振子からなる複数の直列腕共振子のIDTの電極指の対数を異ならせた構成において、ラダー型フィルタの通過帯域よりも高域側における減衰量を十分大きくすることを可能とするラダー型フィルタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明に係るラダー型フィルタは、直列腕及び並列腕を有する。直列腕に複数の直列腕共振子が配置されており、並列腕に並列腕共振子が配置されている。本発明では、直列腕共振子が複数の弾性波共振子からなる。本発明においては、上記複数の直列腕共振子を構成している複数の弾性波共振子において、少なくとも1つの弾性波共振子のIDTの電極指の対数及び電極指ピッチが、残りの少なくとも1つの弾性波共振子のIDTの電極指の対数及び電極指ピッチと異ならされており、かつ、反共振周波数が略一致している。すなわち、少なくとも1つの弾性波共振子のIDTの電極指の対数が残りの少なくとも1つの弾性波共振子のIDTの電極指の対数と異なっているだけでなく、電極指ピッチも異なっている。
【0007】
また、本発明のラダー型フィルタのある特定の局面では、少なくとも1つの弾性波共振子のうちの対数の多いほうの弾性波共振子の反共振周波数が、残りの少なくとも1つの弾性波共振子のうち対数の少ないほうの弾性波共振子の反共振周波数に対して−0.17%〜+0.01%の範囲となるようにされている。
【0008】
本発明のラダー型フィルタのある特定の局面では、電極指の対数の多い方の弾性波共振子と、対数の少ない方の上記弾性波共振子とが直列腕において連続している。この場合には、お互いの共振子の配置が近いため、引き回し配線を短くできるため、寄生容量の影響を小さくすることができる。
【0009】
本発明において、上記弾性波共振子としては、弾性表面波共振子を用いてもよく、弾性境界波共振子を用いてもよい。
【発明の効果】
【0010】
本発明に係るラダー型フィルタによれば、複数の直列腕共振子を構成している複数の弾性波共振子において、少なくとも1つの弾性波共振子のIDTの電極指の対数及び電極指ピッチが、残りの少なくとも1つの弾性波共振子のIDTの電極指の対数及び電極指ピッチと異なっており、かつ反共振周波数が略一致している。このため、ラダー型フィルタの通過帯域高域側におけるリップルを抑圧できその結果、帯域外減衰量を十分に大きくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】(a)は、本発明の一実施形態に係るラダー型フィルタの回路構成を示す図であり、(b)は、弾性波共振子の電極構造を示す模式的平面図である。
【図2】本発明の一実施形態で直列腕共振子として用いられている第1の弾性波共振子のインピーダンス特性及び第2の弾性波共振子の電極指ピッチを変化させた場合のインピーダンス特性の変化を示す図である。
【図3】比較例1として用意したラダー型フィルタの減衰量周波数特性を示す図である。
【図4】比較例2として用意したラダー型フィルタの減衰量周波数特性を示す図である。
【図5】本発明の一実施形態のラダー型フィルタの減衰量周波数特性であり、図2の点線Dで示すインピーダンス特性を有する第2の弾性波共振子を用いた場合のフィルタ特性を示す図である。
【図6】本発明の一実施形態のラダー型フィルタの減衰量周波数特性であり、図2の二点鎖線Eで示すインピーダンス特性を有する第2の弾性波共振子を用いた場合のフィルタ特性を示す図である。
【図7】反共振周波数差が−0.17%である場合のラダー型フィルタのフィルタ特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図8】反共振周波数差が−0.19%である場合のラダー型フィルタのフィルタ特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図9】反共振周波数差が+0.01%である場合のラダー型フィルタのフィルタ特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図10】反共振周波数差が+0.03%である場合のラダー型フィルタのフィルタ特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図11】従来のラダー型フィルタの回路構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【0013】
図1(a)は、本発明の一実施形態に係るラダー型フィルタの回路図である。ラダー型フィルタ1は、入力端子2と出力端子3とを結ぶ直列腕を有する。直列腕に、複数の直列腕共振子を構成する複数の弾性波共振子S1〜S9が配置されている。
【0014】
直列腕とグラウンド電位との間に第1〜第3の並列腕が構成されている。なお、第1の並列腕は、弾性波共振子S3,S4間の接続点とグラウンド電位との間に接続されている。第2の並列腕は、弾性波共振子S6,S7間の接続点とグラウンド電位との間に接続されている。第3の並列腕は、出力端子3とグラウンド電位との間に接続されている。
【0015】
第1の並列腕に、並列腕共振子を構成している複数の弾性波共振子P1,P2が互いに直列に接続されている。第2の並列腕にも、同様に複数の並列腕共振子を構成している複数の弾性波共振子P3,P4が配置されている。第3の並列腕にも、同様に、複数の並列腕共振子を構成している複数の弾性波共振子P5,P6が配置されている。
【0016】
周知のように、ラダー型フィルタでは、直列腕共振子の共振特性と、並列腕共振子の共振特性とにより通過帯域が構成されている。すなわち、通過帯域低域側における減衰が、弾性波共振子P1〜P6の共振周波数により設定され、通過帯域の高域側における減衰が、弾性波共振子S1〜S9の反共振周波数により設定される。
【0017】
図1(b)は、直列腕共振子及び並列腕共振子を構成している弾性波共振子の電極構造を模式的に示す平面図である。ここでは、代表例として、直列腕共振子を構成している弾性波共振子S5の電極構造を示す。弾性波共振子S5は、IDT11とIDT11の弾性波伝搬方向両側に配置された反射器12,13とを有する。本実施形態の特徴は、直列腕共振子を構成している複数の弾性波共振子S1〜S9において、少なくとも1つの弾性波共振子の反共振周波数が、残りの少なくとも1つの弾性波共振子の反共振周波数と略一致するように、少なくとも1つの弾性波共振子の電極指の対数及び電極指ピッチが、残りの少なくとも1つの弾性波共振子のIDTの電極指の対数及び電極指ピッチと異ならされていることにある。それによって、上記少なくとも1つの弾性波共振子の反共振周波数と、残りの少なくとも1つの弾性波共振子の反共振周波数の差が小さくなり、ラダー型フィルタ1では、通過帯域高域側における帯域外減衰量を拡大することができる。これを、具体的な実験例に基づき説明する。
【0018】
上記弾性波共振子S1〜S9を以下の要領で作製した。各弾性波共振子を形成するために、圧電基板として25°YカットX伝搬のLiNbOを用いた。圧電基板上に、図1(a)に示した電極構造を形成し、さらにSiOからなる誘電体層を積層し、各弾性境界波共振子を形成した。弾性波共振子S1〜S9の具体的な仕様は以下の通りとして、比較例1、比較例2、実施例1及び2のラダー型フィルタを作製した。
【0019】
電極材料としては、Al膜とPt膜との積層金属膜を用いた。直列腕の設計パラメータは以下のとおりである。弾性波共振子S1〜S3のピッチ=2.0178μm、共振周波数=1744.79MHz、反共振周波数=1815.00MHz、最大交叉幅=72.94μm、対数=164対。弾性波共振子S4のピッチ=1.9953μm、共振周波数=1766.56MHz、反共振周波数=1831.08MHz、最大交叉幅=61.02μm、対数=139対。弾性波共振子S6のピッチ=2.0303μm、共振周波数=1734.14MHz、反共振周波数=1804.90MHz、最大交叉幅=124.33μm、対数=168対。弾性波共振子S7〜S9のピッチ=2.0183μm、共振周波数=1743.83MHz、反共振周波数=1812.93MHz、最大交叉幅=71.76μm、対数=162対。
【0020】
(比較例1)
弾性波共振子S5:IDTの電極指の対数=278対、最大交叉幅=75.10μm、電極指ピッチ=2.0303μm、設定共振周波数=1687.51MHz、設定反共振周波数=1807.74MHz
【0021】
比較例1のラダー型フィルタでは、弾性波共振子S1〜S4,また弾性波共振子S7〜S9は、それぞれ、上記の通りとした。なお、比較例では、弾性波共振子S6において、電極指ピッチは弾性波共振子S5と同じく2.0303μmである。
【0022】
また、並列腕共振子としての弾性波共振子P1〜P6は以下の通りとした。
【0023】
弾性波共振子P1〜P6:P1,P2のピッチ=2.1379μm、共振周波数=1655.14MHz、反共振周波数=1739.07MHz、最大交叉幅=107.91μm、対数=133対。弾性波共振子P3,P4のピッチ=2.1247μm、共振周波数=1665.14MHz、反共振周波数=1747.00MHz、最大交叉幅=101.76μm、対数=126対。弾性波共振子P5,P6のピッチ=2.1121μm、共振周波数=1683.20MHz、反共振周波数=1746.38MHz、最大交叉幅=55.33μm、対数=69対。
【0024】
(比較例2)
上記比較例1のラダー型フィルタと同様にして、但し、直列腕を構成している弾性波共振子S5の電極指ピッチを以下のように異ならせ、比較例2のラダー型フィルタを得た。なお、弾性波共振子S5以外の共振子の設計パラメータは比較例1と同じである。
【0025】
弾性波共振子S5:IDTの電極指の対数=278対、電極指ピッチ=2.0323μm、共振周波数=1686.96MHz、反共振周波数=1805.33MHz。
【0026】
なお、比較例2における弾性波共振子P1〜P6は、上記比較例1と同様とした。
【0027】
(実施例1)
上記比較例2のラダー型フィルタと同様にして、但し、直列腕を構成している弾性波共振子S5の電極指ピッチを以下のように異ならせ、実施例1のラダー型フィルタを得た。なお、弾性波共振子S5以外の弾性波共振子の設計パラメータは比較例2と同じである。
【0028】
弾性波共振子S5:IDTの電極指の対数=278対、電極指ピッチ=2.0333μm、共振周波数=1685.49MHz、反共振周波数=1805.06MHz。
【0029】
実施例1においても、弾性波共振子P1〜P6は、上記比較例1と同様とした。
【0030】
(実施例2)
上記比較例2ラダー型フィルタと同様にして、但し、直列腕を構成している弾性波共振子S5の電極指ピッチを以下のように異ならせ、実施例2のラダー型フィルタを得た。なお、弾性波共振子S5以外の共振子の設計パラメータは比較例2と同じとした。
【0031】
弾性波共振子S5:IDTの電極指の対数=278対、電極指ピッチ=2.0344μm、共振周波数=1685.16MHz、反共振周波数=1803.44MHz。
【0032】
実施例2においても、弾性波共振子P1〜P6は、上記比較例1と同様とした。
【0033】
図2において、上記弾性波共振子S6のインピーダンス特性を実線Aで示す。また、上記比較例1、比較例2、実施例1及び実施例2で用いた弾性波共振子S5のインピーダンス特性を、それぞれ、破線B、一点鎖線C、点線D及び二点鎖線Eで示す。
【0034】
図2では、実線Aで示す弾性波共振子S6の反共振周波数は1804.90MHzである。破線Bで示す弾性波共振子S5の反共振周波数は1807.74MHzにある。一点鎖線Cで示す弾性波共振子S5の反共振周波数は1805.33MHz付近である。点線Dで示す弾性波共振子S5の反共振周波数は1805.06MHzである。二点鎖線Eで示す弾性波共振子S5の反共振周波数は1803.44MHz付近にある。
【0035】
図2の実線Aと破線Bを比較すれば明らかなように、電極指の対数が異なる弾性波共振子S6と比較例1で用意した弾性波共振子S5とでは、反共振周波数が大きくずれていることがわかる。これは、電極指の対数を異ならせたことにより、比帯域がシフトしたことによる。
【0036】
これに対して、実施例1及び2で用いた弾性波共振子S5では、点線D及び二点鎖線Eから明らかなように、弾性波共振子S6と反共振周波数がさほど異ならないことがわかる。すなわち、電極指ピッチを変化させることより、弾性波共振子S5の反共振周波数を弾性波共振子S6の反共振周波数と略一致させ得ることがわかる。
【0037】
なお、本明細書において反共振周波数を略一致させるとは、対数が少ない方の弾性波共振子(実施例では弾性波共振子S6に相当)の反共振周波数に対する、対数が多い方の弾性波共振子(実施例では弾性波共振子S5に相当)との反共振周波数の差が−0.17%〜+0.01%の範囲内であることを意味する。反共振周波数差が上記の範囲内であれば、後述するラダー型フィルタの減衰量周波数特性上において、通過帯域高域側付近におけるリップルを抑制し、帯域外減衰量を十分大きくすることができる。
【0038】
上記比較例1,2及び実施例1,2における弾性波共振子S5及び弾性波共振子S6の反共振周波数及び反共振周波数差を下記の表1にまとめて示す。
【0039】
【表1】

【0040】
図3は、上記比較例1のラダー型フィルタの減衰量周波数特性を示す。図3から明らかなように、矢印Fで示すように、通過帯域高域側の端部において、リップルが大きく表れている。そのため、通過帯域高域側における通過帯域近傍の帯域外減衰量が小さくなっている。
【0041】
図4は、比較例2のラダー型フィルタの減衰量周波数特性を示す。比較例2では、弾性波共振子S5の反共振周波数が弾性波共振子S6の反共振周波数に比較例1よりも近づいている。しかしながら、上記反共振周波数差が+0.024%と比較的大きい。そのため、図4に示すリップルGが発生している。
【0042】
図5及び図6は、上記実施例1及び実施例2のラダー型フィルタの減衰量周波数特性を示す。図5及び図6を図3及び図4と対比すれば明らかなように、上記リップルを抑圧することができ、通過帯域高域側端部における帯域外減衰量を十分大きくし得ることがわかる。
【0043】
また、前述の通り、上記反共振周波数差は−0.17%〜+0.01%の範囲となることが必要である。これを、図7〜図10を参照して説明する。図7〜図10は、実施例1、実施例2及び比較例1、比較例2と同様にして、ただし、反共振周波数差を異ならせた場合のラダー型フィルタのシミュレーションによるフィルタ特性を示す。図7〜図10では、それぞれ、上記反共振周波数差を−0.17%、−0.19%、+0.01%及び+0.03%とした。
【0044】
図7では、通過帯域高域側にリップルが見られないのに対し、図8では、矢印Hで示すように通過帯域高域側の減衰部分においてリップルが認められる。また、図9では、反共振周波数差が+0.01%であり、通過帯域高域側において上記のようなリップルが認められない。これに対して、図10では、反共振周波数差が0.03%であるため、矢印Iで示すように、通過帯域高域側の減衰量が大きく変化する部分においてリップルIから見られる。従って、上記反共振周波数差は−0.17%〜+0.01%の範囲内にすることにより、上記リップルを抑制し得ることがわかる。
【0045】
また、特許文献1に記載のように、直列腕を構成している複数の弾性波共振子において、IDTの電極指の対数を異ならせることにより、通過帯域内におけるリップルを抑圧することができる。従って、IDTの電極指の対数を異ならせ、通過帯域内リップルを抑制し得るだけでなく、上記実施例1,2から明らかなように、本実施形態によれば、通過帯域高域側端部における帯域外減衰量を十分大きくすることができる。従って、フィルタ特性を大幅に改善することが可能となる。特に、引き回しなどによる寄生容量等の反共振周波数への影響を小さくできるため、対数の多いほうの弾性波共振子と、対数の少ないほうの弾性波共振子が連続して、すなわち直列腕において隣り合っていることが好ましい。
【0046】
なお、上記実施形態では、複数の直列腕共振子として弾性波共振子S1〜S9を用いたが、本発明におけるラダー型フィルタにおいては、直列腕に構成される複数の弾性波共振子の数及び配置は特に限定されるものではない。また、図1(a)に示した3段構成のラダー型フィルタに限らず、ラダー型フィルタにおけるフィルタの段数についても特に限定されるものではない。
【0047】
また、複数の弾性波共振子P1〜P6についても特に限定されず、各並列腕に1つの並列腕共振子が配置されていてもよい。
【0048】
上記実施形態では、弾性波共振子S1〜S9及び弾性波共振子P1〜P6を弾性境界波共振子で構成したが、弾性表面波共振子を用いてもよい。
【符号の説明】
【0049】
1…ラダー型フィルタ
2…入力端子
3…出力端子
11…IDT
12,13…反射器
P1〜P6…弾性波共振子
S1〜S9…弾性波共振子

【特許請求の範囲】
【請求項1】
直列腕と、直列腕とグラウンド電位に接続された並列腕とを有するラダー型フィルタであって、
前記直列腕に配置された複数の直列腕共振子と、
前記並列腕に配置された並列腕共振子とを備え、
前記複数の直列腕共振子が複数の弾性波共振子からなり、該複数の弾性波共振子において、少なくとも1つの弾性波共振子のIDTの電極指の対数及び電極指ピッチが、前記残りの少なくとも1つの弾性波共振子のIDTの電極指の対数及び電極指ピッチと異なっており、かつ反共振周波数が略一致している、ラダー型フィルタ。
【請求項2】
前記少なくとも1つの弾性波共振子のうち、対数の多いほうの弾性波共振子の反共振周波数が、残りの少なくとも1つの弾性波共振子のうち対数の少ないほうの弾性波共振子の反共振周波数に対して、−0.17%〜+0.01%の範囲とされている、請求項1に記載のラダー型フィルタ。
【請求項3】
前記少なくとも1つの弾性波共振子のうちの対数の多いほうの弾性波共振子と、前記残りの少なくとも1つの弾性波共振子のうち対数の少ないほうの弾性波共振子が直列腕において連続して構成されている、請求項1または2に記載のラダー型フィルタ。
【請求項4】
前記弾性波共振子が、弾性表面波共振子である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のラダー型フィルタ。
【請求項5】
前記弾性波共振子が弾性境界波共振子である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のラダー型フィルタ。


【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【公開番号】特開2013−77880(P2013−77880A)
【公開日】平成25年4月25日(2013.4.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−215030(P2011−215030)
【出願日】平成23年9月29日(2011.9.29)
【出願人】(000006231)株式会社村田製作所 (3,635)
【Fターム(参考)】