圧電フィルタ及びそれを用いた共用器、通信機器
【課題】通過帯域とは独立して減衰帯域を可変とすることが可能な圧電フィルタを提供する。
【解決手段】１つ以上の直列圧電共振器３と２つ以上の並列圧電共振器４ａ、４ｂを具備する圧電フィルタであって、第１の並列圧電共振器４ａと接地間に配置された第１のインダクタ５ａと、第２の並列圧電共振器４ｂと接地間に配置された第２のインダクタ５ｂと、第１の並列圧電共振器と第１のインダクタの接続点および第２の並列圧電共振器と第２のインダクタの接続点の間に配置されたバイパス圧電共振器３６とを備え、バイパス圧電共振器の容量値が可変である。
【解決手段】１つ以上の直列圧電共振器３と２つ以上の並列圧電共振器４ａ、４ｂを具備する圧電フィルタであって、第１の並列圧電共振器４ａと接地間に配置された第１のインダクタ５ａと、第２の並列圧電共振器４ｂと接地間に配置された第２のインダクタ５ｂと、第１の並列圧電共振器と第１のインダクタの接続点および第２の並列圧電共振器と第２のインダクタの接続点の間に配置されたバイパス圧電共振器３６とを備え、バイパス圧電共振器の容量値が可変である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話や無線ＬＡＮ等の移動体通信の無線回路に用いられる、圧電フィルタ、共用器及び通信機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯機器等の電子機器に内蔵される部品は、より小型化及び軽量化されることが要求されている。例えば、携帯機器に使われているフィルタや共用器には、小型であり、かつ周波数特性が精密に調整され、挿入損失が小さいことが要求される。これらの要求を満たすフィルタの１つとして、圧電共振器を用いた圧電フィルタが知られている。
【０００３】
図１７は、従来の圧電共振器を用いた圧電フィルタの等価回路図を示している。この圧電フィルタでは、第１の直列圧電共振器６１ａと並列に第１の並列可変容量６２ａが配置され、第１の直列圧電共振器６１ａと第１の並列可変容量６２ａそれぞれに対し、直列に第２の直列可変容量６３ａが配置されて、これら第１の直列圧電共振器６１ａと第１の並列可変容量６２ａと第１の直列可変容量６３ａにより第１の直列圧電共振器群６４ａが形成される。同様に第２の直列圧電共振器６１ｂと並列に第２の並列可変容量６２ｂが配置され、第２の直列圧電共振器６１ｂと第２の並列可変容量６２ｂそれぞれに対し、直列に第２の直列可変容量６３ｂが配置されて、第２の直列圧電共振器群６４ｂが形成され、第１の直列圧電共振器群６４ａと直列に接続される。
【０００４】
また第１の並列圧電共振器６１ｃと並列に第３の並列可変容量６２ｃが配置され、第１の並列圧電共振器６１ｃと第３の並列可変容量６２ｃそれぞれに対し、直列に第３の直列可変容量６３ｃが配置されて、第１の並列圧電共振器群６４ｃが形成される。同様に第２の並列圧電共振器６１ｄと並列に第４の並列可変容量６２ｄが配置され、第２の並列圧電共振器６１ｄと第４の並列可変容量６２ｄそれぞれに対し、直列に第４の直列可変容量６３ｄが配置されて、第２の並列圧電共振器群６４ｄが形成される。
【０００５】
このように形成された第１の並列圧電共振器群６４ｃと第２の並列圧電共振器群６４ｄの一端は、第２の直列圧電共振器群６４ｂの両端にそれぞれ接続され、他端はグランドに接地される。入力端子６５ａが、第１の直列圧電共振器群６４ａの第２の直列圧電共振器群６４ｂと接続されていない一端に接続され、出力端子６５ｂが、第２の直列圧電共振器群６４ｂの第１の直列圧電共振器群６４ａと接続されていない一端に接続される。以上のようにして、従来の圧電共振器を用いた圧電フィルタ６６が構成される。
【０００６】
以上のように構成された従来の圧電共振器を用いた圧電フィルタについて、その動作を説明する。図１８（ａ）は従来の圧電フィルタを構成する各圧電共振器の単体特性、図１８（ｂ）は圧電フィルタの通過特性である。図１８（ａ）に実線で示された特性ｓ１は、第１の並列圧電共振器群６４ｃまたは第２の並列圧電共振器群６４ｄの単体特性、破線で示された特性ｓ２は、第１の直列圧電共振器群６４ａまたは第２の直列圧電共振器群６４ｂの単体特性である。７０は並列圧電共振器群の共振点、７１は並列圧電共振器群の反共振点である。７２は直列圧電共振器群の共振点、７３は直列圧電共振器群の反共振点である。図１８（ｂ）にフィルタ通過特性ｔが示される。７４は通過帯域、７６は低域側減衰帯域、７８は高域側減衰帯域、７５は低域側減衰極、７７は高域側減衰極である。
【０００７】
並列圧電共振器６１ｃ、６１ｄ、及び直列圧電共振器６１ａ、６１ｂは、理論的にはインピーダンスが０となる共振点７０、７２と無限大になる反共振点７１、７３を有した単体特性を持ち、この共振点の共振周波数と反共振点の反共振周波数の差を示すΔｆは、通常圧電共振器を構成する圧電体の材料により概ね決定される。並列圧電共振器群６４ｃ〜６４ｄの反共振点７１と直列圧電共振器群６４ａ〜６４ｂの共振点７２をほぼ一致させ、それぞれの圧電共振器を梯子型構成として、フィルタ６６が構成される。これにより入力端子６５ａと出力端子６５ｂ間において、図１８（ｂ）に示すように、通過帯域７４の低域側には並列圧電共振器群６４ｃ〜６４ｄの共振点７０に対応する周波数に低域側減衰極７５が形成され、低域側減衰帯域７６が配置される。また、通過帯域７４の高域側には直列圧電共振器群６４ａ〜６４ｂの反共振点７３に対応する周波数に高域側減衰極７７が形成され、高域側減衰帯域７８が配置される。
【０００８】
図１９は、従来の圧電共振器を用いた圧電フィルタの、可変容量を変化させたときのフィルタ通過特性の変化を示す。圧電フィルタ６６を構成するそれぞれの圧電共振器群６４ａ〜６４ｄに配置された並列可変容量６２ａ〜６２ｄ及び直列可変容量６３ａ〜６３ｄを調整することにより、圧電フィルタ６６の通過特性は、７９〜８２と変化し、通過帯域可変フィルタとして動作する（特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００５−２１７８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の構成では、圧電フィルタの通過帯域を並列可変容量６２ａ〜６２ｄ及び直列可変容量６３ａ〜６３ｄにより変化させた場合、通過帯域７４と同時に減衰帯域７５及び７７が変化し、所望の減衰帯域における減衰特性が得られなくなる。
【００１０】
それ故に、本発明は、通過帯域とは独立して減衰帯域を可変とすることが可能な圧電フィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の圧電フィルタは、基本構成として、１つ以上の直列圧電共振器と２つ以上の並列圧電共振器を具備する。
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の第１の構成の圧電フィルタは、第１の前記並列圧電共振器と接地間に配置された第１のインダクタと、第２の前記並列圧電共振器と接地間に配置された第２のインダクタと、前記第１の並列圧電共振器と前記第１のインダクタの接続点および前記第２の並列圧電共振器と前記第２のインダクタの接続点の間に配置されたバイパス圧電共振器とを備え、前記バイパス圧電共振器の容量値が可変である。
【００１３】
本発明の第２の構成の圧電フィルタは、第１の前記並列圧電共振器と接地間に配置された第１のインダクタと、第２の前記並列圧電共振器と接地間に配置された第２のインダクタと、前記第１の並列圧電共振器と前記第１のインダクタの接続点および前記第２の並列圧電共振器と前記第２のインダクタの接続点の間に配置されたバイパス圧電共振器と、前記バイパス圧電共振器に並列に配置された可変容量とを備える。
【００１４】
本発明の第３の構成の圧電フィルタは、第１の前記並列圧電共振器と接地間に配置された第１のインダクタと、第２の前記並列圧電共振器と接地間に配置された第２のインダクタと、前記第１の並列圧電共振器と前記第１のインダクタの接続点および前記第２の並列圧電共振器と前記第２のインダクタの接続点の間に配置されたリアクタンス素子とを備え、前記リアクタンス素子のリアクタンス値が可変である。
【発明の効果】
【００１５】
上記構成によれば、通過帯域を可変させた場合においても、所望の減衰帯域に必要な減衰特性を有する圧電フィルタを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る圧電共振器を用いた圧電フィルタ８の等価回路図を示す。入力端子１と出力端子２間に、第１の直列圧電共振器３ａ、第２の直列圧電共振器３ｂ、第３の直列圧電共振器３ｃが直列に配置される。第１の直列圧電共振器３ａと第２の直列圧電共振器３ｂ間には、第１の並列圧電共振器４ａの一端が接続され、その他端は、第１の並列インダクタ５ａを介してグランドに接地される。第２の直列圧電共振器３ｂと第３の直列圧電共振器３ｃ間には、第２の並列圧電共振器４ｂの一端が接続され、その他端は、第２の並列インダクタ５ｂを介してグランドに接地される。
【００１８】
第１の並列圧電共振器４ａと第１の並列インダクタ５ａの接続点と、第２の並列圧電共振器４ｂと第２の並列インダクタ５ｂの接続点間には、バイパス圧電共振器６が接続され、バイパス圧電共振器６に並列に可変容量７が配置される。以上のようにして、圧電共振器を用いた圧電フィルタ８が構成される。
【００１９】
図２は、上記構成の圧電フィルタ８の可変容量７を変化させたときの通過特性の変化を示す。フィルタ波形ａ１は基準となる通過特性、ａ２は可変容量７を０．１ｐＦ増加させたとき、ａ３は０．２ｐＦ増加させたとき、ａ４は０．３ｐＦ増加させたとき、ａ５は０．４ｐＦ増加させたとき、およびａ６は０．５ｐＦ増加させたときの通過特性を示す。
【００２０】
図２から判るように、通過帯域９及び通過帯域９の低域側最近接極と通過帯域９の高域側最近接極を大きく変化させることなく、通過帯域９から離れた高域側の極を大きく変化させることにより通過帯域９の高域側減衰帯域を変化させている。つまり、可変容量７を変化させることにより、通過帯域９内の通過特性を劣化させることなく、通過帯域９の高域側減衰特性を可変させることが可能となっている。
【００２１】
本実施形態の圧電共振器を用いた圧電フィルタは、デジタルテレビの受信チューナーで使用されるフィルタなどで用いることが可能となる。すなわち、従来の圧電フィルタの構成では、所望チャンネルに応じて通過帯域を可変させた際、減衰帯域は変化し、他システムの例えば携帯電話の固定周波数帯での減衰量が劣化する。これに対して、本実施形態の圧電フィルタ構成を用いることにより、減衰帯域を所望のとおり独立して調整することができ、チャンネル毎に応じたフィルタ波形を獲得することが可能となる。また様々な無線システムにおいて妨害波や不要信号に応じて、減衰帯域をチューニングすることも可能である。
【００２２】
尚、フィルタ回路８の構成は一例であり、これに限られず、例えば第１の直列圧電共振器３ａ及び第３の直列圧電共振器３ｃを省いた４つの圧電共振器による構成でも同様の効果が得られる。
【００２３】
図３は、図１と同一の回路構成で回路定数を異ならせた圧電フィルタについて、可変容量７の容量値を変化させたときの通過特性の変化を示す。フィルタ波形ｂ１は基準となる通過特性、ｂ２は可変容量７を０．１ｐＦ増加させたとき、ｂ３は０．２ｐＦ増加させたとき、ｂ４は０．３ｐＦ増加させたとき、およびｂ５は０．４ｐＦ増加させたときの圧電フィルタ８の通過特性を示す。
【００２４】
図３から判るように、通過帯域１０及び通過帯域１０の低域側最近接極と通過帯域１０の高域側最近接極を大きく変化させることなく、通過帯域１０から離れた低域側の極を大きく変化させることにより通過帯域１０の低域側減衰帯域を変化させている。つまり、可変容量７を変化させることにより、通過帯域１０内の通過特性を劣化させることなく、通過帯域１０の低域側減衰特性を可変させることが可能となっている。
【００２５】
以上のとおり、減衰帯域の調整は、通過帯域の低域側でも高域側でも同じように可能である。
【００２６】
また圧電共振器として、薄膜弾性波共振器（ＦＢＡＲ；Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）や表面弾性表面波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）など、いかなる圧電共振器を用いた場合であっても、上記の圧電フィルタの構成を適用して同様の効果が得られる。
【００２７】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る圧電共振器を用いた圧電フィルタ１２の等価回路図を示す。図１と同様の構成要素には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００２８】
本実施形態の圧電フィルタ１２においては、第１の並列圧電共振器４ａと第１の並列インダクタ５ａの接続点と、第２の並列圧電共振器４ｂと第２の並列インダクタ５ｂの接続点間に、可変容量１１のみが配置される。尚、同一の構成要素であっても、図１の圧電フィルタ８とは回路定数が異なる。
【００２９】
図５は、上記構成の圧電フィルタ１２の可変容量１１を変化させたときの通過特性の変化を示す。フィルタ波形ｃ１は可変容量１１を１ｐＦ増加させたとき、ｃ２は２ｐＦ増加させたとき、ｃ３は３ｐＦ増加させたとき、ｃ４は４ｐＦ増加させたとき、およびｃ５は５ｐＦ増加させたときの通過特性を示す。
【００３０】
図５から判るように、通過帯域１３及び通過帯域１３の高域側最近接極を大きく変化させることなく、通過帯域１３から離れた低域側の極を大きく変化させることにより通過帯域１３の低域側減衰帯域を変化させている。つまり、可変容量１１を変化させることにより、通過帯域１３内の通過特性を劣化させることなく、通過帯域１３の低域側減衰特性を可変とすることが可能となっている。
【００３１】
尚、第１の実施の形態と同様、フィルタを構成する回路定数を異ならせることにより、減衰帯域の調整は、通過帯域１３の低域側でも高域側でも可能である。
【００３２】
（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係る圧電共振器を用いた圧電フィルタ１５の等価回路図を示す。図１と同様の構成要素には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００３３】
図６の圧電フィルタ１５においては、第１の並列圧電共振器４ａと第１の並列インダクタ５ａの接続点と、第２の並列圧電共振器４ｂと第２の並列インダクタ５ｂの接続点間には、可変インダクタ１４が配置されている。尚、同一の構成要素であっても、図１の圧電フィルタ８とは回路定数は異なる。
【００３４】
図７は、上記構成の圧電フィルタ１５の通過特性を示す。フィルタ波形ｄ１は可変インダクタ１４を２ｎＨ増加させたときの通過特性、ｄ２は４ｎＨ増加させたとき、ｄ３は６ｎＨ増加させたとき、ｄ４は８ｎＨ増加させたとき、ｄ５は１０ｎＨ増加させたときの通過特性を示す。
【００３５】
図７から判るように、通過帯域１６及び通過帯域１６の高域側最近接極を大きく変化させることなく、通過帯域１６から離れた低域側の極を大きく変化させることにより通過帯域１６の低域側減衰帯域を変化させている。つまり、可変インダクタ１４を変化させることにより、通過帯域１６内の通過特性を劣化させることなく、通過帯域１６の高域側減衰特性を可変させることが可能となっている。
【００３６】
尚、第１の実施の形態と同様、フィルタを構成する回路定数を異ならせることにより、減衰帯域の調整は、通過帯域１６の低域側でも高域側でも可能である。
【００３７】
（第４の実施形態）
図８は、本発明の第４の実施形態に係る圧電共振器を用いた圧電フィルタ１７の等価回路図を示す。この圧電フィルタ１７においては、入力端子１と出力端子２間に、直列圧電共振器３が直列に配置される。入力端子１と直列圧電共振器３間には、第１の並列圧電共振器４ａの一端が接続され、その他端は、第１の並列インダクタ５ａを介してグランドに接地される。直列圧電共振器３と出力端子２間には、第２の並列圧電共振器４ｂの一端が接続され、その他端は、第２の並列インダクタ５ｂを介してグランドに接地される。第１の並列圧電共振器４ａと第１の並列インダクタ５ａの接続点と、第２の並列圧電共振器４ｂと第２の並列インダクタ５ｂの接続点間には、バイパス圧電共振器６が接続され、バイパス圧電共振器６に並列に可変容量７が配置される。
【００３８】
図９Ａは、図８の構成における圧電共振器として薄膜弾性波共振器を用いた場合の圧電フィルタの上面図である。図９Ｂは、図９ＡのＡ−Ａ線に沿った断面図である。図９Ａ、９Ｂにおいて、図８と同様の構成要素には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００３９】
２１は基板、２２は絶緑体層、２３ａ〜２３ｃは第１〜第３の下電極層、２４ａ、２４ｂは圧電体層、２５ａ〜２５ｃは上電極層、２６ａ、２６ｂは周波数調整層、２７ａ、２７ｂは空洞であるキャビティ、２８は強誘電体層である。
【００４０】
基板２１は、シリコンやガラス基板などからなり、二酸化珪素（ＳｉＯ2）、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）などからなる絶縁体層２２が形成される。絶緑体層２２上には、第１のキャビティ２７ａを覆うように、第１の下電極層２３ａ、第１の圧電体層２４ａ、第１の上電極層２５ａ、第１の周波数調整層２６ａが順に形成され、直列圧電共振器３が構成される。
【００４１】
第１の下電極層２３ａは、モリブデン（Ｍｏ）・アルミニウム（Ａ１）・銀（Ａｇ）・タングステン（Ｗ）・白金（Ｐｔ）などからなる。第１の圧電体層２４ａは、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）・窒化亜鉛（ＺｎＯ）・ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）・ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）・タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）・ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ3）などからなる。第１の上電極層２５ａは、モリブデン（Ｍｏ）・アルミニウム（Ａ１）・銀（Ａｇ）・タングステン（Ｗ）・白金（Ｐｔ）などからなる。第１の周波数調整層２６ａは、二酸化珪素（ＳｉＯ2）・窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）・窒化アルミニウム（ＡＩＮ）・窒化亜鉛（ｚｎＯ）などからなる。
【００４２】
上記と同様の材料により、第２のキャビティ２７ｂを覆うように、第２の下電極層２３ｂ、第２の圧電体層２４ｂ、第２の上電極層２５ｂ、第２の周波数調整層２６ｂが順に形成され、バイパス圧電共振器６が構成される。
【００４３】
また、基板２１のキャビティに対応しない箇所の絶緑体層２２上に、第３の下電極層２３ｃ、バリウムストロンチウムチタネート（ＢａxＳｒ1-xＴｉＯ3）などからなる強誘電体層２８、および第３の上電極層２５ｃが形成され、可変容量７が構成される。
【００４４】
入力端子１は、第１の並列圧電共振器４ａの下電極層および直列圧電共振器３の下電極層２３ａと接続される。出力端子２は、直列圧電共振器３の上電極層２５ａおよび第２の並列圧電共振器４ｂの上電極層と接続される。スパイラル状に形成された第１の並列インダクタ５ａは、第１の並列圧電共振器４ａの上電極層、バイパス圧電共振器６の上電極層２５ｂ、および可変容量７の上電極層２５ｃと接続される。第２の並列インダクタ５ｂは、第２の並列圧電共振器４ｂの下電極層、バイパス圧電共振器６の下電極２３ｂ、および可変容量７の下電極２３ｃと接続される。並列インダクタ５ａ及び５ｂはＧＮＤに接地される。
【００４５】
尚、並列インダクタ５ａ、５ｂは、上記構成では基板２１上にスパイラル状に形成されているが、これに限られず、形状はメアンダ形状や他の形状でもよく、また別のチップや基板上、もしくはボンディングワイヤーや配線電極により形成されてもよい。
【００４６】
各圧電共振器はそれぞれ、上電極層と下電極層間に電界をかけることにより、圧電体層が分極し歪んで機械的な共振を発生し、これを電気的に取り出すことにより共振器として動作する。共振器の共振周波数は主に、下電極層２３ａ、２３ｂ、圧電体層２４ａ、２４ｂ、上電極層２５ａ、２５ｂ、および周波数調整層２６ａ、２６ｂにより構成された振動部の、膜厚とそれらの質量負荷効果により決定される。各圧電共振器間において周波数調整層２６ａ、２６ｂの膜厚を異ならせることにより、各圧電共振器の共振周波数は所望の値に調整される。図示しないが、並列圧電共振器４ａ、４ｂも同様である。バイパス圧電共振器６の共振周波数が最も低く、並列圧電共振器４ａ、４ｂの共振周波数が次に高く、直列圧電共振器３の共振周波数が最も高い、３つの異なった共振周波数の圧電共振器を同一基板上に形成することができる。
【００４７】
また可変容量７も同様に、上電極層２５ｃと下電極層２３ｃ間に電界をかけ、その印加電圧を変化させることにより強誘電体層２８の比誘電率が変化し、容量が変化する。なお本実施形態の膜構成は一例であり、電極が複数の材料で構成されていたり、誘電体層が追加されていてもよく、これに限るものではない。また可変容量７は強誘電体を用いているが、可変容量ダイオードなどを用いることもできる。
【００４８】
図１０は、図８の構成における圧電共振器として弾性表面波共振器を用いた場合の圧電フィルタの上面図である。図８と同様の構成要素には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００４９】
弾性表面波共振器は、圧電基板上にインターディジタルトランスデューサ電極と反射器電極とを伝搬方向に対して近接配置することにより構成される。圧電基板２９上に、並列圧電共振器４ａ、４ｂ、直列圧電共撮器３、バイバス圧電共振器６を形成し、圧電基板２９上の配線電極により接続する。また対向する２つの並列圧電共振器４ａと４ｂ間に、バイパス圧電共振器６と並列に電圧可変容量ダイオードからなる可変容量７を形成する。バイパス圧電共振器６の両端には並列インダクタ５ａ及び５ｂが形成され、並列インダクタ５ａ及び５ｂは接地される。ここで、弾性表面波共振器の共振周波数に関しては、電極指ピッチやメタライゼーションレシオ、あるいは電極膜厚等を調整することにより、所望のフィルタ特性を得るために最適に設定される。
【００５０】
以上のように、圧電共振器を薄膜弾性波共振器で構成した場合と表面弾性波共振器で構成した場合の圧電フィルタを示したが、共振・反共振特性を有するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）共振器も同様に、圧電共振器に置き換えてフィルタを構成することができ、同様の効果を得ることができる。
【００５１】
尚、図９Ｂの強誘電体層２８を用いた可変容量７においても、また図１０の電圧可変容量ダイオードを用いた可変容量７においても、ＤＣ（直流）電圧を端子間に印加しなければならない。ところが、図８の構成では両端ともＤＣ的にはＧＮＤに接続され同電位であり、バイアスを印加することができない。したがって、実際の回路では、図１１Ａに示す圧電フィルタ３０の構成のように、バイパス圧電共振器６と第１の並列インダクタ５ａとの接続点間に、低周波数帯域には非接続、高周波数帯域には接続となるように、例えば５ｎＦ以上の大きな容量３１を配置する。容量の接続箇所は、可変容量７のどちらか一方のＧＮＤ間であればよい。あるいは、図１１Ｂの圧電フィルタ３２の構成のように、可変容量７とバイパス圧電共振器６の接続点間に容量３３を配置してもよく、あるいは並列インダクタとＧＮＤ接地までの間でもよい。
【００５２】
以上のように構成された本実施形態における圧電フィルタの通過特性を、図１２に示す。フィルタ波形ｅ１は可変容量７を０．１ｐＦ増加させたとき、ｅ２は０．２ｐＦ増加させたとき、ｅ３は０．３ｐＦ増加させたとき、ｅ４は０．４ｐＦ増加させたとき、ｅ５は０．５ｐＦ増加させたとき、およびｅ６は０．６ｐＦ増加させたときの通過特性を示す。
【００５３】
図１２から判るように、通過帯域３４の高域側減衰帯域を変化させている。つまり、可変容量７を変化させることにより、通過帯域３４内の通過特性を劣化させることなく、通過帯域３４の高域側減衰特性を可変とすることが可能となっている。
【００５４】
以上のとおり、フィルタの段数つまり圧電共振器の個数は、図８の４段や、図１の６段など種々に設定することが可能であり、基本的に必要な構成である図８の４段回路構成が含まれていれば、段数に関わらず所望の効果を得ることができる。
【００５５】
なお、図８に示した構成の一部を変更して、図１３に示すような圧電フィルタ３５を構成することもできる。この構成においては、図８におけるバイパス圧電共振器６に代えて、容量値が可変である容量可変バイパス圧電共振器３６を用い、可変容量７を削除する。図１４Ａおよび図１４Ｂは、図９Ａおよび図９Ｂに対応する構成を示す。容量可変バイパス圧電共振器３６は、圧電体層３７として、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）やチタン酸ビスマス（ＢＩＴ）など、圧電効果があり、且つＤＣ（直流）電圧により比誘電率が変化する材料を用いることにより、容量値を可変とすることができる。
【００５６】
以上の実施形態では、圧電フィルタ単体について説明したが、各実施形態の構成を有する圧電フィルタは、以下のように、共用器、通信機器等に用いることができる。
【００５７】
図１５は、圧電フィルタを用いた共用器４７のブロック図である。送信端子４１、受信端子４２、アンテナ端子４３を有し、送信端子４１と受信端子４２間に、送信フィルタ４４、移相回路４５、および受信フィルタ４６がこの順に配置される。送信フィルタ４４と移相回路４５間にアンテナ端子４３が接続される。送信フィルタ４４および受信フィルタ４６の少なくとも一方に、上記実施形態におけるいずれかの圧電フィルタが具備される。
【００５８】
図１６は、圧電フィルタを用いた通信機器のブロック図である。送信端子５１から入力された信号はベースバンド部５２を通り、パワーアンプ５３で信号が増幅され、共用器５４を通り送信フィルタでフィルタリングされて、アンテナ５５から電波が送信される。また、アンテナ５５により受信された信号は、共用器５４を通り受信フィルタでフィルタリングされ、ＬＮＡ５６により増幅され、ベースバンド部５２を通り受信端子５７に伝達される。共用器５４に含まれる送信フィルタおよび受信フィルタの少なくとも一方に、上記実施形態におけるいずれかの圧電フィルタが具備される。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の圧電共振器及び圧電フィルタは、小型・低損失特性かつ低コストで実現可能であり、携帯電話や無線ＬＡＮ、デジタルテレビ受信チューナー等の移動体通信端末における無線回路内のフィルタ等として有用である。また、仕様に応じて無線基地局用のフィルタ等の用途にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る圧電フィルタの等価回路図
【図２】本発明の第１の実施形態に係る圧電フィルタの通過特性を示す図
【図３】本発明の第１の実施形態に係る圧電フィルタの通過特性を示す図
【図４】本発明の第２の実施形態に係る圧電フィルタの等価回路図
【図５】本発明の第２の実施形態に係る圧電フィルタの通過特性を示す図
【図６】本発明の第３の実施形態に係る圧電フィルタの等価回路図
【図７】本発明の第３の実施形態に係る圧電フィルタの通過特性を示す図
【図８】本発明の実施形態４に係る圧電フィルタの等価回路図
【図９Ａ】図８の構成における圧電共振器として薄膜弾性波共振器を用いた場合の圧電フィルタの上面図
【図９Ｂ】図９ＡのＡ−Ａ線に沿った断面図
【図１０】図８の構成における圧電共振器として弾性表面波共振器を用いた場合の圧電フィルタの上面図
【図１１Ａ】図８の圧電フィルタの改良例を示す等価回路図
【図１１Ｂ】図８の圧電フィルタの他の改良例を示す等価回路図
【図１２】本発明の第４の実施の形態に係る圧電フィルタの通過特性を示す図
【図１３】図８の圧電フィルタの変形例を示す等価回路図
【図１４Ａ】図１３の構成における圧電共振器として薄膜弾性波共振器を用いた場合の圧電フィルタの上面図
【図１４Ｂ】図１４ＡのＢ−Ｂ線に沿った断面図
【図１５】本発明の実施形態に係る圧電フィルタを用いた共用器のブロック図
【図１６】本発明の実施形態に係る圧電フィルタを用いた通信機器のブロック図
【図１７】従来の圧電共振器を用いた圧電フィルタの等価回路図
【図１８】（ａ）は従来の圧電フィルタを構成する各圧電共振器の単体特性を示す図、（ｂ）は従来の圧電フィルタの通過特性を示す図
【図１９】従来の圧電共振器を用いた圧電フィルタのフィルタ通過特性を示す図
【符号の説明】
【００６１】
１ 入力端子
２ 出力端子
３、３ａ、３ｂ、３ｃ 直列圧電共振器
４ａ、４ｂ 並列圧電共振器
５ａ、５ｂ 並列インダクタ
６ バイパス圧電共振器
７、１１ 可変容量
８、１２、１５、１７、３０、３２、３５ 圧電フィルタ
９、１０、１３、１６、３４ 通過帯域
１４ 可変インダクタ
２１ 基板
２２ 絶縁体層
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ 下電極層
２４ａ、２４ｂ、３７ 圧電体層
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ 上電極層
２６ａ、２６ｂ 周波数調整層
２７ａ、２７ｂ キャビティ
２８ 強誘電体層
２９ 圧電基板
３１、３３ 容量
３６ 容量可変圧電フィルタ
４１、５１ 送信端子
４２、５７ 受信端子
４３ アンテナ端子
４４ 送信フィルタ
４５ 移相回路
４６ 受信フィルタ
４７、５４ 共用器
５２ ベースバンド部
５３ パワーアンプ
５５ アンテナ
５６ ＬＮＡ
６１ａ、６１ｂ 直列圧電共振器
６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ 並列可変容量
６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ 直列可変容量
６４ａ、６４ｂ 直列圧電共振器群
６５ａ 入力端子
６５ｂ 出力端子
６６ 圧電フィルタ
７０ 並列圧電共振器群の共振点
７１ 並列圧電共振器群の反共振点
７２ 直列圧電共振器群の共振点
７３ 直列圧電共振器群の反共振点
７４ 通過帯域
７５ 低域側減衰極
７６ 低域側減衰帯域
７７ 高域側減衰極
７８ 高域側減衰帯域
７９、８０、８１、８２ フィルタ通過特性
ａ１〜ａ６、ｂ１〜ｂ５、ｃ１〜ｃ５、ｄ１〜ｄ１０、ｅ１〜ｅ６ フィルタ波形
ｓ１ 並列圧電共振器群の単体特性
ｓ２ 直列圧電共振器群の単体特性
ｔ フィルタ通過特性
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話や無線ＬＡＮ等の移動体通信の無線回路に用いられる、圧電フィルタ、共用器及び通信機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯機器等の電子機器に内蔵される部品は、より小型化及び軽量化されることが要求されている。例えば、携帯機器に使われているフィルタや共用器には、小型であり、かつ周波数特性が精密に調整され、挿入損失が小さいことが要求される。これらの要求を満たすフィルタの１つとして、圧電共振器を用いた圧電フィルタが知られている。
【０００３】
図１７は、従来の圧電共振器を用いた圧電フィルタの等価回路図を示している。この圧電フィルタでは、第１の直列圧電共振器６１ａと並列に第１の並列可変容量６２ａが配置され、第１の直列圧電共振器６１ａと第１の並列可変容量６２ａそれぞれに対し、直列に第２の直列可変容量６３ａが配置されて、これら第１の直列圧電共振器６１ａと第１の並列可変容量６２ａと第１の直列可変容量６３ａにより第１の直列圧電共振器群６４ａが形成される。同様に第２の直列圧電共振器６１ｂと並列に第２の並列可変容量６２ｂが配置され、第２の直列圧電共振器６１ｂと第２の並列可変容量６２ｂそれぞれに対し、直列に第２の直列可変容量６３ｂが配置されて、第２の直列圧電共振器群６４ｂが形成され、第１の直列圧電共振器群６４ａと直列に接続される。
【０００４】
また第１の並列圧電共振器６１ｃと並列に第３の並列可変容量６２ｃが配置され、第１の並列圧電共振器６１ｃと第３の並列可変容量６２ｃそれぞれに対し、直列に第３の直列可変容量６３ｃが配置されて、第１の並列圧電共振器群６４ｃが形成される。同様に第２の並列圧電共振器６１ｄと並列に第４の並列可変容量６２ｄが配置され、第２の並列圧電共振器６１ｄと第４の並列可変容量６２ｄそれぞれに対し、直列に第４の直列可変容量６３ｄが配置されて、第２の並列圧電共振器群６４ｄが形成される。
【０００５】
このように形成された第１の並列圧電共振器群６４ｃと第２の並列圧電共振器群６４ｄの一端は、第２の直列圧電共振器群６４ｂの両端にそれぞれ接続され、他端はグランドに接地される。入力端子６５ａが、第１の直列圧電共振器群６４ａの第２の直列圧電共振器群６４ｂと接続されていない一端に接続され、出力端子６５ｂが、第２の直列圧電共振器群６４ｂの第１の直列圧電共振器群６４ａと接続されていない一端に接続される。以上のようにして、従来の圧電共振器を用いた圧電フィルタ６６が構成される。
【０００６】
以上のように構成された従来の圧電共振器を用いた圧電フィルタについて、その動作を説明する。図１８（ａ）は従来の圧電フィルタを構成する各圧電共振器の単体特性、図１８（ｂ）は圧電フィルタの通過特性である。図１８（ａ）に実線で示された特性ｓ１は、第１の並列圧電共振器群６４ｃまたは第２の並列圧電共振器群６４ｄの単体特性、破線で示された特性ｓ２は、第１の直列圧電共振器群６４ａまたは第２の直列圧電共振器群６４ｂの単体特性である。７０は並列圧電共振器群の共振点、７１は並列圧電共振器群の反共振点である。７２は直列圧電共振器群の共振点、７３は直列圧電共振器群の反共振点である。図１８（ｂ）にフィルタ通過特性ｔが示される。７４は通過帯域、７６は低域側減衰帯域、７８は高域側減衰帯域、７５は低域側減衰極、７７は高域側減衰極である。
【０００７】
並列圧電共振器６１ｃ、６１ｄ、及び直列圧電共振器６１ａ、６１ｂは、理論的にはインピーダンスが０となる共振点７０、７２と無限大になる反共振点７１、７３を有した単体特性を持ち、この共振点の共振周波数と反共振点の反共振周波数の差を示すΔｆは、通常圧電共振器を構成する圧電体の材料により概ね決定される。並列圧電共振器群６４ｃ〜６４ｄの反共振点７１と直列圧電共振器群６４ａ〜６４ｂの共振点７２をほぼ一致させ、それぞれの圧電共振器を梯子型構成として、フィルタ６６が構成される。これにより入力端子６５ａと出力端子６５ｂ間において、図１８（ｂ）に示すように、通過帯域７４の低域側には並列圧電共振器群６４ｃ〜６４ｄの共振点７０に対応する周波数に低域側減衰極７５が形成され、低域側減衰帯域７６が配置される。また、通過帯域７４の高域側には直列圧電共振器群６４ａ〜６４ｂの反共振点７３に対応する周波数に高域側減衰極７７が形成され、高域側減衰帯域７８が配置される。
【０００８】
図１９は、従来の圧電共振器を用いた圧電フィルタの、可変容量を変化させたときのフィルタ通過特性の変化を示す。圧電フィルタ６６を構成するそれぞれの圧電共振器群６４ａ〜６４ｄに配置された並列可変容量６２ａ〜６２ｄ及び直列可変容量６３ａ〜６３ｄを調整することにより、圧電フィルタ６６の通過特性は、７９〜８２と変化し、通過帯域可変フィルタとして動作する（特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００５−２１７８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の構成では、圧電フィルタの通過帯域を並列可変容量６２ａ〜６２ｄ及び直列可変容量６３ａ〜６３ｄにより変化させた場合、通過帯域７４と同時に減衰帯域７５及び７７が変化し、所望の減衰帯域における減衰特性が得られなくなる。
【００１０】
それ故に、本発明は、通過帯域とは独立して減衰帯域を可変とすることが可能な圧電フィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の圧電フィルタは、基本構成として、１つ以上の直列圧電共振器と２つ以上の並列圧電共振器を具備する。
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の第１の構成の圧電フィルタは、第１の前記並列圧電共振器と接地間に配置された第１のインダクタと、第２の前記並列圧電共振器と接地間に配置された第２のインダクタと、前記第１の並列圧電共振器と前記第１のインダクタの接続点および前記第２の並列圧電共振器と前記第２のインダクタの接続点の間に配置されたバイパス圧電共振器とを備え、前記バイパス圧電共振器の容量値が可変である。
【００１３】
本発明の第２の構成の圧電フィルタは、第１の前記並列圧電共振器と接地間に配置された第１のインダクタと、第２の前記並列圧電共振器と接地間に配置された第２のインダクタと、前記第１の並列圧電共振器と前記第１のインダクタの接続点および前記第２の並列圧電共振器と前記第２のインダクタの接続点の間に配置されたバイパス圧電共振器と、前記バイパス圧電共振器に並列に配置された可変容量とを備える。
【００１４】
本発明の第３の構成の圧電フィルタは、第１の前記並列圧電共振器と接地間に配置された第１のインダクタと、第２の前記並列圧電共振器と接地間に配置された第２のインダクタと、前記第１の並列圧電共振器と前記第１のインダクタの接続点および前記第２の並列圧電共振器と前記第２のインダクタの接続点の間に配置されたリアクタンス素子とを備え、前記リアクタンス素子のリアクタンス値が可変である。
【発明の効果】
【００１５】
上記構成によれば、通過帯域を可変させた場合においても、所望の減衰帯域に必要な減衰特性を有する圧電フィルタを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る圧電共振器を用いた圧電フィルタ８の等価回路図を示す。入力端子１と出力端子２間に、第１の直列圧電共振器３ａ、第２の直列圧電共振器３ｂ、第３の直列圧電共振器３ｃが直列に配置される。第１の直列圧電共振器３ａと第２の直列圧電共振器３ｂ間には、第１の並列圧電共振器４ａの一端が接続され、その他端は、第１の並列インダクタ５ａを介してグランドに接地される。第２の直列圧電共振器３ｂと第３の直列圧電共振器３ｃ間には、第２の並列圧電共振器４ｂの一端が接続され、その他端は、第２の並列インダクタ５ｂを介してグランドに接地される。
【００１８】
第１の並列圧電共振器４ａと第１の並列インダクタ５ａの接続点と、第２の並列圧電共振器４ｂと第２の並列インダクタ５ｂの接続点間には、バイパス圧電共振器６が接続され、バイパス圧電共振器６に並列に可変容量７が配置される。以上のようにして、圧電共振器を用いた圧電フィルタ８が構成される。
【００１９】
図２は、上記構成の圧電フィルタ８の可変容量７を変化させたときの通過特性の変化を示す。フィルタ波形ａ１は基準となる通過特性、ａ２は可変容量７を０．１ｐＦ増加させたとき、ａ３は０．２ｐＦ増加させたとき、ａ４は０．３ｐＦ増加させたとき、ａ５は０．４ｐＦ増加させたとき、およびａ６は０．５ｐＦ増加させたときの通過特性を示す。
【００２０】
図２から判るように、通過帯域９及び通過帯域９の低域側最近接極と通過帯域９の高域側最近接極を大きく変化させることなく、通過帯域９から離れた高域側の極を大きく変化させることにより通過帯域９の高域側減衰帯域を変化させている。つまり、可変容量７を変化させることにより、通過帯域９内の通過特性を劣化させることなく、通過帯域９の高域側減衰特性を可変させることが可能となっている。
【００２１】
本実施形態の圧電共振器を用いた圧電フィルタは、デジタルテレビの受信チューナーで使用されるフィルタなどで用いることが可能となる。すなわち、従来の圧電フィルタの構成では、所望チャンネルに応じて通過帯域を可変させた際、減衰帯域は変化し、他システムの例えば携帯電話の固定周波数帯での減衰量が劣化する。これに対して、本実施形態の圧電フィルタ構成を用いることにより、減衰帯域を所望のとおり独立して調整することができ、チャンネル毎に応じたフィルタ波形を獲得することが可能となる。また様々な無線システムにおいて妨害波や不要信号に応じて、減衰帯域をチューニングすることも可能である。
【００２２】
尚、フィルタ回路８の構成は一例であり、これに限られず、例えば第１の直列圧電共振器３ａ及び第３の直列圧電共振器３ｃを省いた４つの圧電共振器による構成でも同様の効果が得られる。
【００２３】
図３は、図１と同一の回路構成で回路定数を異ならせた圧電フィルタについて、可変容量７の容量値を変化させたときの通過特性の変化を示す。フィルタ波形ｂ１は基準となる通過特性、ｂ２は可変容量７を０．１ｐＦ増加させたとき、ｂ３は０．２ｐＦ増加させたとき、ｂ４は０．３ｐＦ増加させたとき、およびｂ５は０．４ｐＦ増加させたときの圧電フィルタ８の通過特性を示す。
【００２４】
図３から判るように、通過帯域１０及び通過帯域１０の低域側最近接極と通過帯域１０の高域側最近接極を大きく変化させることなく、通過帯域１０から離れた低域側の極を大きく変化させることにより通過帯域１０の低域側減衰帯域を変化させている。つまり、可変容量７を変化させることにより、通過帯域１０内の通過特性を劣化させることなく、通過帯域１０の低域側減衰特性を可変させることが可能となっている。
【００２５】
以上のとおり、減衰帯域の調整は、通過帯域の低域側でも高域側でも同じように可能である。
【００２６】
また圧電共振器として、薄膜弾性波共振器（ＦＢＡＲ；Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）や表面弾性表面波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）など、いかなる圧電共振器を用いた場合であっても、上記の圧電フィルタの構成を適用して同様の効果が得られる。
【００２７】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る圧電共振器を用いた圧電フィルタ１２の等価回路図を示す。図１と同様の構成要素には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００２８】
本実施形態の圧電フィルタ１２においては、第１の並列圧電共振器４ａと第１の並列インダクタ５ａの接続点と、第２の並列圧電共振器４ｂと第２の並列インダクタ５ｂの接続点間に、可変容量１１のみが配置される。尚、同一の構成要素であっても、図１の圧電フィルタ８とは回路定数が異なる。
【００２９】
図５は、上記構成の圧電フィルタ１２の可変容量１１を変化させたときの通過特性の変化を示す。フィルタ波形ｃ１は可変容量１１を１ｐＦ増加させたとき、ｃ２は２ｐＦ増加させたとき、ｃ３は３ｐＦ増加させたとき、ｃ４は４ｐＦ増加させたとき、およびｃ５は５ｐＦ増加させたときの通過特性を示す。
【００３０】
図５から判るように、通過帯域１３及び通過帯域１３の高域側最近接極を大きく変化させることなく、通過帯域１３から離れた低域側の極を大きく変化させることにより通過帯域１３の低域側減衰帯域を変化させている。つまり、可変容量１１を変化させることにより、通過帯域１３内の通過特性を劣化させることなく、通過帯域１３の低域側減衰特性を可変とすることが可能となっている。
【００３１】
尚、第１の実施の形態と同様、フィルタを構成する回路定数を異ならせることにより、減衰帯域の調整は、通過帯域１３の低域側でも高域側でも可能である。
【００３２】
（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係る圧電共振器を用いた圧電フィルタ１５の等価回路図を示す。図１と同様の構成要素には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００３３】
図６の圧電フィルタ１５においては、第１の並列圧電共振器４ａと第１の並列インダクタ５ａの接続点と、第２の並列圧電共振器４ｂと第２の並列インダクタ５ｂの接続点間には、可変インダクタ１４が配置されている。尚、同一の構成要素であっても、図１の圧電フィルタ８とは回路定数は異なる。
【００３４】
図７は、上記構成の圧電フィルタ１５の通過特性を示す。フィルタ波形ｄ１は可変インダクタ１４を２ｎＨ増加させたときの通過特性、ｄ２は４ｎＨ増加させたとき、ｄ３は６ｎＨ増加させたとき、ｄ４は８ｎＨ増加させたとき、ｄ５は１０ｎＨ増加させたときの通過特性を示す。
【００３５】
図７から判るように、通過帯域１６及び通過帯域１６の高域側最近接極を大きく変化させることなく、通過帯域１６から離れた低域側の極を大きく変化させることにより通過帯域１６の低域側減衰帯域を変化させている。つまり、可変インダクタ１４を変化させることにより、通過帯域１６内の通過特性を劣化させることなく、通過帯域１６の高域側減衰特性を可変させることが可能となっている。
【００３６】
尚、第１の実施の形態と同様、フィルタを構成する回路定数を異ならせることにより、減衰帯域の調整は、通過帯域１６の低域側でも高域側でも可能である。
【００３７】
（第４の実施形態）
図８は、本発明の第４の実施形態に係る圧電共振器を用いた圧電フィルタ１７の等価回路図を示す。この圧電フィルタ１７においては、入力端子１と出力端子２間に、直列圧電共振器３が直列に配置される。入力端子１と直列圧電共振器３間には、第１の並列圧電共振器４ａの一端が接続され、その他端は、第１の並列インダクタ５ａを介してグランドに接地される。直列圧電共振器３と出力端子２間には、第２の並列圧電共振器４ｂの一端が接続され、その他端は、第２の並列インダクタ５ｂを介してグランドに接地される。第１の並列圧電共振器４ａと第１の並列インダクタ５ａの接続点と、第２の並列圧電共振器４ｂと第２の並列インダクタ５ｂの接続点間には、バイパス圧電共振器６が接続され、バイパス圧電共振器６に並列に可変容量７が配置される。
【００３８】
図９Ａは、図８の構成における圧電共振器として薄膜弾性波共振器を用いた場合の圧電フィルタの上面図である。図９Ｂは、図９ＡのＡ−Ａ線に沿った断面図である。図９Ａ、９Ｂにおいて、図８と同様の構成要素には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００３９】
２１は基板、２２は絶緑体層、２３ａ〜２３ｃは第１〜第３の下電極層、２４ａ、２４ｂは圧電体層、２５ａ〜２５ｃは上電極層、２６ａ、２６ｂは周波数調整層、２７ａ、２７ｂは空洞であるキャビティ、２８は強誘電体層である。
【００４０】
基板２１は、シリコンやガラス基板などからなり、二酸化珪素（ＳｉＯ2）、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）などからなる絶縁体層２２が形成される。絶緑体層２２上には、第１のキャビティ２７ａを覆うように、第１の下電極層２３ａ、第１の圧電体層２４ａ、第１の上電極層２５ａ、第１の周波数調整層２６ａが順に形成され、直列圧電共振器３が構成される。
【００４１】
第１の下電極層２３ａは、モリブデン（Ｍｏ）・アルミニウム（Ａ１）・銀（Ａｇ）・タングステン（Ｗ）・白金（Ｐｔ）などからなる。第１の圧電体層２４ａは、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）・窒化亜鉛（ＺｎＯ）・ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）・ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）・タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）・ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ3）などからなる。第１の上電極層２５ａは、モリブデン（Ｍｏ）・アルミニウム（Ａ１）・銀（Ａｇ）・タングステン（Ｗ）・白金（Ｐｔ）などからなる。第１の周波数調整層２６ａは、二酸化珪素（ＳｉＯ2）・窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）・窒化アルミニウム（ＡＩＮ）・窒化亜鉛（ｚｎＯ）などからなる。
【００４２】
上記と同様の材料により、第２のキャビティ２７ｂを覆うように、第２の下電極層２３ｂ、第２の圧電体層２４ｂ、第２の上電極層２５ｂ、第２の周波数調整層２６ｂが順に形成され、バイパス圧電共振器６が構成される。
【００４３】
また、基板２１のキャビティに対応しない箇所の絶緑体層２２上に、第３の下電極層２３ｃ、バリウムストロンチウムチタネート（ＢａxＳｒ1-xＴｉＯ3）などからなる強誘電体層２８、および第３の上電極層２５ｃが形成され、可変容量７が構成される。
【００４４】
入力端子１は、第１の並列圧電共振器４ａの下電極層および直列圧電共振器３の下電極層２３ａと接続される。出力端子２は、直列圧電共振器３の上電極層２５ａおよび第２の並列圧電共振器４ｂの上電極層と接続される。スパイラル状に形成された第１の並列インダクタ５ａは、第１の並列圧電共振器４ａの上電極層、バイパス圧電共振器６の上電極層２５ｂ、および可変容量７の上電極層２５ｃと接続される。第２の並列インダクタ５ｂは、第２の並列圧電共振器４ｂの下電極層、バイパス圧電共振器６の下電極２３ｂ、および可変容量７の下電極２３ｃと接続される。並列インダクタ５ａ及び５ｂはＧＮＤに接地される。
【００４５】
尚、並列インダクタ５ａ、５ｂは、上記構成では基板２１上にスパイラル状に形成されているが、これに限られず、形状はメアンダ形状や他の形状でもよく、また別のチップや基板上、もしくはボンディングワイヤーや配線電極により形成されてもよい。
【００４６】
各圧電共振器はそれぞれ、上電極層と下電極層間に電界をかけることにより、圧電体層が分極し歪んで機械的な共振を発生し、これを電気的に取り出すことにより共振器として動作する。共振器の共振周波数は主に、下電極層２３ａ、２３ｂ、圧電体層２４ａ、２４ｂ、上電極層２５ａ、２５ｂ、および周波数調整層２６ａ、２６ｂにより構成された振動部の、膜厚とそれらの質量負荷効果により決定される。各圧電共振器間において周波数調整層２６ａ、２６ｂの膜厚を異ならせることにより、各圧電共振器の共振周波数は所望の値に調整される。図示しないが、並列圧電共振器４ａ、４ｂも同様である。バイパス圧電共振器６の共振周波数が最も低く、並列圧電共振器４ａ、４ｂの共振周波数が次に高く、直列圧電共振器３の共振周波数が最も高い、３つの異なった共振周波数の圧電共振器を同一基板上に形成することができる。
【００４７】
また可変容量７も同様に、上電極層２５ｃと下電極層２３ｃ間に電界をかけ、その印加電圧を変化させることにより強誘電体層２８の比誘電率が変化し、容量が変化する。なお本実施形態の膜構成は一例であり、電極が複数の材料で構成されていたり、誘電体層が追加されていてもよく、これに限るものではない。また可変容量７は強誘電体を用いているが、可変容量ダイオードなどを用いることもできる。
【００４８】
図１０は、図８の構成における圧電共振器として弾性表面波共振器を用いた場合の圧電フィルタの上面図である。図８と同様の構成要素には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００４９】
弾性表面波共振器は、圧電基板上にインターディジタルトランスデューサ電極と反射器電極とを伝搬方向に対して近接配置することにより構成される。圧電基板２９上に、並列圧電共振器４ａ、４ｂ、直列圧電共撮器３、バイバス圧電共振器６を形成し、圧電基板２９上の配線電極により接続する。また対向する２つの並列圧電共振器４ａと４ｂ間に、バイパス圧電共振器６と並列に電圧可変容量ダイオードからなる可変容量７を形成する。バイパス圧電共振器６の両端には並列インダクタ５ａ及び５ｂが形成され、並列インダクタ５ａ及び５ｂは接地される。ここで、弾性表面波共振器の共振周波数に関しては、電極指ピッチやメタライゼーションレシオ、あるいは電極膜厚等を調整することにより、所望のフィルタ特性を得るために最適に設定される。
【００５０】
以上のように、圧電共振器を薄膜弾性波共振器で構成した場合と表面弾性波共振器で構成した場合の圧電フィルタを示したが、共振・反共振特性を有するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）共振器も同様に、圧電共振器に置き換えてフィルタを構成することができ、同様の効果を得ることができる。
【００５１】
尚、図９Ｂの強誘電体層２８を用いた可変容量７においても、また図１０の電圧可変容量ダイオードを用いた可変容量７においても、ＤＣ（直流）電圧を端子間に印加しなければならない。ところが、図８の構成では両端ともＤＣ的にはＧＮＤに接続され同電位であり、バイアスを印加することができない。したがって、実際の回路では、図１１Ａに示す圧電フィルタ３０の構成のように、バイパス圧電共振器６と第１の並列インダクタ５ａとの接続点間に、低周波数帯域には非接続、高周波数帯域には接続となるように、例えば５ｎＦ以上の大きな容量３１を配置する。容量の接続箇所は、可変容量７のどちらか一方のＧＮＤ間であればよい。あるいは、図１１Ｂの圧電フィルタ３２の構成のように、可変容量７とバイパス圧電共振器６の接続点間に容量３３を配置してもよく、あるいは並列インダクタとＧＮＤ接地までの間でもよい。
【００５２】
以上のように構成された本実施形態における圧電フィルタの通過特性を、図１２に示す。フィルタ波形ｅ１は可変容量７を０．１ｐＦ増加させたとき、ｅ２は０．２ｐＦ増加させたとき、ｅ３は０．３ｐＦ増加させたとき、ｅ４は０．４ｐＦ増加させたとき、ｅ５は０．５ｐＦ増加させたとき、およびｅ６は０．６ｐＦ増加させたときの通過特性を示す。
【００５３】
図１２から判るように、通過帯域３４の高域側減衰帯域を変化させている。つまり、可変容量７を変化させることにより、通過帯域３４内の通過特性を劣化させることなく、通過帯域３４の高域側減衰特性を可変とすることが可能となっている。
【００５４】
以上のとおり、フィルタの段数つまり圧電共振器の個数は、図８の４段や、図１の６段など種々に設定することが可能であり、基本的に必要な構成である図８の４段回路構成が含まれていれば、段数に関わらず所望の効果を得ることができる。
【００５５】
なお、図８に示した構成の一部を変更して、図１３に示すような圧電フィルタ３５を構成することもできる。この構成においては、図８におけるバイパス圧電共振器６に代えて、容量値が可変である容量可変バイパス圧電共振器３６を用い、可変容量７を削除する。図１４Ａおよび図１４Ｂは、図９Ａおよび図９Ｂに対応する構成を示す。容量可変バイパス圧電共振器３６は、圧電体層３７として、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）やチタン酸ビスマス（ＢＩＴ）など、圧電効果があり、且つＤＣ（直流）電圧により比誘電率が変化する材料を用いることにより、容量値を可変とすることができる。
【００５６】
以上の実施形態では、圧電フィルタ単体について説明したが、各実施形態の構成を有する圧電フィルタは、以下のように、共用器、通信機器等に用いることができる。
【００５７】
図１５は、圧電フィルタを用いた共用器４７のブロック図である。送信端子４１、受信端子４２、アンテナ端子４３を有し、送信端子４１と受信端子４２間に、送信フィルタ４４、移相回路４５、および受信フィルタ４６がこの順に配置される。送信フィルタ４４と移相回路４５間にアンテナ端子４３が接続される。送信フィルタ４４および受信フィルタ４６の少なくとも一方に、上記実施形態におけるいずれかの圧電フィルタが具備される。
【００５８】
図１６は、圧電フィルタを用いた通信機器のブロック図である。送信端子５１から入力された信号はベースバンド部５２を通り、パワーアンプ５３で信号が増幅され、共用器５４を通り送信フィルタでフィルタリングされて、アンテナ５５から電波が送信される。また、アンテナ５５により受信された信号は、共用器５４を通り受信フィルタでフィルタリングされ、ＬＮＡ５６により増幅され、ベースバンド部５２を通り受信端子５７に伝達される。共用器５４に含まれる送信フィルタおよび受信フィルタの少なくとも一方に、上記実施形態におけるいずれかの圧電フィルタが具備される。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の圧電共振器及び圧電フィルタは、小型・低損失特性かつ低コストで実現可能であり、携帯電話や無線ＬＡＮ、デジタルテレビ受信チューナー等の移動体通信端末における無線回路内のフィルタ等として有用である。また、仕様に応じて無線基地局用のフィルタ等の用途にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る圧電フィルタの等価回路図
【図２】本発明の第１の実施形態に係る圧電フィルタの通過特性を示す図
【図３】本発明の第１の実施形態に係る圧電フィルタの通過特性を示す図
【図４】本発明の第２の実施形態に係る圧電フィルタの等価回路図
【図５】本発明の第２の実施形態に係る圧電フィルタの通過特性を示す図
【図６】本発明の第３の実施形態に係る圧電フィルタの等価回路図
【図７】本発明の第３の実施形態に係る圧電フィルタの通過特性を示す図
【図８】本発明の実施形態４に係る圧電フィルタの等価回路図
【図９Ａ】図８の構成における圧電共振器として薄膜弾性波共振器を用いた場合の圧電フィルタの上面図
【図９Ｂ】図９ＡのＡ−Ａ線に沿った断面図
【図１０】図８の構成における圧電共振器として弾性表面波共振器を用いた場合の圧電フィルタの上面図
【図１１Ａ】図８の圧電フィルタの改良例を示す等価回路図
【図１１Ｂ】図８の圧電フィルタの他の改良例を示す等価回路図
【図１２】本発明の第４の実施の形態に係る圧電フィルタの通過特性を示す図
【図１３】図８の圧電フィルタの変形例を示す等価回路図
【図１４Ａ】図１３の構成における圧電共振器として薄膜弾性波共振器を用いた場合の圧電フィルタの上面図
【図１４Ｂ】図１４ＡのＢ−Ｂ線に沿った断面図
【図１５】本発明の実施形態に係る圧電フィルタを用いた共用器のブロック図
【図１６】本発明の実施形態に係る圧電フィルタを用いた通信機器のブロック図
【図１７】従来の圧電共振器を用いた圧電フィルタの等価回路図
【図１８】（ａ）は従来の圧電フィルタを構成する各圧電共振器の単体特性を示す図、（ｂ）は従来の圧電フィルタの通過特性を示す図
【図１９】従来の圧電共振器を用いた圧電フィルタのフィルタ通過特性を示す図
【符号の説明】
【００６１】
１ 入力端子
２ 出力端子
３、３ａ、３ｂ、３ｃ 直列圧電共振器
４ａ、４ｂ 並列圧電共振器
５ａ、５ｂ 並列インダクタ
６ バイパス圧電共振器
７、１１ 可変容量
８、１２、１５、１７、３０、３２、３５ 圧電フィルタ
９、１０、１３、１６、３４ 通過帯域
１４ 可変インダクタ
２１ 基板
２２ 絶縁体層
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ 下電極層
２４ａ、２４ｂ、３７ 圧電体層
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ 上電極層
２６ａ、２６ｂ 周波数調整層
２７ａ、２７ｂ キャビティ
２８ 強誘電体層
２９ 圧電基板
３１、３３ 容量
３６ 容量可変圧電フィルタ
４１、５１ 送信端子
４２、５７ 受信端子
４３ アンテナ端子
４４ 送信フィルタ
４５ 移相回路
４６ 受信フィルタ
４７、５４ 共用器
５２ ベースバンド部
５３ パワーアンプ
５５ アンテナ
５６ ＬＮＡ
６１ａ、６１ｂ 直列圧電共振器
６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ 並列可変容量
６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ 直列可変容量
６４ａ、６４ｂ 直列圧電共振器群
６５ａ 入力端子
６５ｂ 出力端子
６６ 圧電フィルタ
７０ 並列圧電共振器群の共振点
７１ 並列圧電共振器群の反共振点
７２ 直列圧電共振器群の共振点
７３ 直列圧電共振器群の反共振点
７４ 通過帯域
７５ 低域側減衰極
７６ 低域側減衰帯域
７７ 高域側減衰極
７８ 高域側減衰帯域
７９、８０、８１、８２ フィルタ通過特性
ａ１〜ａ６、ｂ１〜ｂ５、ｃ１〜ｃ５、ｄ１〜ｄ１０、ｅ１〜ｅ６ フィルタ波形
ｓ１ 並列圧電共振器群の単体特性
ｓ２ 直列圧電共振器群の単体特性
ｔ フィルタ通過特性
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の直列圧電共振器と２つ以上の並列圧電共振器を具備した圧電フィルタにおいて、
第１の前記並列圧電共振器と接地間に配置された第１のインダクタと、
第２の前記並列圧電共振器と接地間に配置された第２のインダクタと、
前記第１の並列圧電共振器と前記第１のインダクタの接続点および前記第２の並列圧電共振器と前記第２のインダクタの接続点の間に配置されたバイパス圧電共振器とを備え、
前記バイパス圧電共振器の容量値が可変であることを特徴とする圧電フィルタ。
【請求項２】
１つ以上の直列圧電共振器と２つ以上の並列圧電共振器を具備した圧電フィルタにおいて、
第１の前記並列圧電共振器と接地間に配置された第１のインダクタと、
第２の前記並列圧電共振器と接地間に配置された第２のインダクタと、
前記第１の並列圧電共振器と前記第１のインダクタの接続点および前記第２の並列圧電共振器と前記第２のインダクタの接続点の間に配置されたバイパス圧電共振器と、
前記バイパス圧電共振器に並列に配置された可変容量とを備えたことを特徴とする圧電フィルタ。
【請求項３】
１つ以上の直列圧電共振器と２つ以上の並列圧電共振器を具備した圧電フィルタにおいて、
第１の前記並列圧電共振器と接地間に配置された第１のインダクタと、
第２の前記並列圧電共振器と接地間に配置された第２のインダクタと、
前記第１の並列圧電共振器と前記第１のインダクタの接続点および前記第２の並列圧電共振器と前記第２のインダクタの接続点の間に配置されたリアクタンス素子とを備え、
前記リアクタンス素子のリアクタンス値が可変であることを特徴とする圧電フィルタ。
【請求項４】
送信端子および受信端子と、
前記送信端子と前記受信端子間に接続されたアンテナ端子と、
前記送信端子と前記アンテナ端子間に配置された送信フィルタと、
前記受信端子と前記アンテナ端子間に配置された受信フィルタとを備え、
前記送信フィルタ及び前記受信フィルタの少なくとも一方に請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電フィルタが用いられた共用器。
【請求項５】
アンテナと、
送信装置と、
受信装置と、
前記アンテナと前記送信装置及び前記受信装置との接続部分に配置された請求項４に記載の共用器とを備えた通信機器。
【請求項１】
１つ以上の直列圧電共振器と２つ以上の並列圧電共振器を具備した圧電フィルタにおいて、
第１の前記並列圧電共振器と接地間に配置された第１のインダクタと、
第２の前記並列圧電共振器と接地間に配置された第２のインダクタと、
前記第１の並列圧電共振器と前記第１のインダクタの接続点および前記第２の並列圧電共振器と前記第２のインダクタの接続点の間に配置されたバイパス圧電共振器とを備え、
前記バイパス圧電共振器の容量値が可変であることを特徴とする圧電フィルタ。
【請求項２】
１つ以上の直列圧電共振器と２つ以上の並列圧電共振器を具備した圧電フィルタにおいて、
第１の前記並列圧電共振器と接地間に配置された第１のインダクタと、
第２の前記並列圧電共振器と接地間に配置された第２のインダクタと、
前記第１の並列圧電共振器と前記第１のインダクタの接続点および前記第２の並列圧電共振器と前記第２のインダクタの接続点の間に配置されたバイパス圧電共振器と、
前記バイパス圧電共振器に並列に配置された可変容量とを備えたことを特徴とする圧電フィルタ。
【請求項３】
１つ以上の直列圧電共振器と２つ以上の並列圧電共振器を具備した圧電フィルタにおいて、
第１の前記並列圧電共振器と接地間に配置された第１のインダクタと、
第２の前記並列圧電共振器と接地間に配置された第２のインダクタと、
前記第１の並列圧電共振器と前記第１のインダクタの接続点および前記第２の並列圧電共振器と前記第２のインダクタの接続点の間に配置されたリアクタンス素子とを備え、
前記リアクタンス素子のリアクタンス値が可変であることを特徴とする圧電フィルタ。
【請求項４】
送信端子および受信端子と、
前記送信端子と前記受信端子間に接続されたアンテナ端子と、
前記送信端子と前記アンテナ端子間に配置された送信フィルタと、
前記受信端子と前記アンテナ端子間に配置された受信フィルタとを備え、
前記送信フィルタ及び前記受信フィルタの少なくとも一方に請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電フィルタが用いられた共用器。
【請求項５】
アンテナと、
送信装置と、
受信装置と、
前記アンテナと前記送信装置及び前記受信装置との接続部分に配置された請求項４に記載の共用器とを備えた通信機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００８−５４０４６（Ｐ２００８−５４０４６Ａ）
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２２８１１１（Ｐ２００６−２２８１１１）
【出願日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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