弾性表面波フィルタおよびそれを用いたアンテナ共用器
圧電基板（１２）上に櫛型電極およびグレーティング反射器で構成された弾性表面波共振子（１５〜２０）を複数接続して構成であって、上記弾性表面波共振子（１５〜２０
）のうち、少なくとも１つの弾性表面波共振子の表面には誘電体膜（１４）が形成されており、少なくとも１つの弾性表面波共振子の表面には誘電体膜（１４）が形成されていない構成からなる。これにより、帯域内挿入損失が小さく、また急峻性が良好で、かつ帯域の広いＳＡＷフィルタを得ることができる。
）のうち、少なくとも１つの弾性表面波共振子の表面には誘電体膜（１４）が形成されており、少なくとも１つの弾性表面波共振子の表面には誘電体膜（１４）が形成されていない構成からなる。これにより、帯域内挿入損失が小さく、また急峻性が良好で、かつ帯域の広いＳＡＷフィルタを得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、電子機器に用いる弾性表面波フィルタおよびそれを用いたアンテナ共用器に関する。
【背景技術】
近年、携帯電話に使用される通信システムは多様化している。そのうちの１つである米国のＰＣＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）は送信帯域と受信帯域のクロスバンドが２０ＭＨｚと非常に狭く設定されている。これに伴って、通過帯域幅が広く、かつ通過帯域ごく近傍の減衰量が大きいバンドパスフィルタが強く求められている。このような用途に用いられるアンテナ共用器については、低挿入損失と相手方の帯域における充分な抑圧が必要とされている。なお、アンテナ共用器の送信フィルタに対しては、相手側の帯域は受信帯域である。また、同様に受信フィルタに対しては、相手側の帯域は送信帯域である。従って、このアンテナ共用器には、クロスバンドで急峻な周波数特性を有するフィルタ特性が必要とされる。
これに対して、弾性表面波フィルタ（以下、ＳＡＷフィルタとよぶ）は急峻なフィルタ特性を有するフィルタの一つとしてよく知られている。しかしながら、このＳＡＷフィルタは使用する圧電基板により異なった周波数温度特性を持つ。例えば、一般的なリチウムタンタレート基板を用いたＧＨｚ帯のＳＡＷフィルタの周波数温度特性は−４０ｐｐｍ／℃〜−３５ｐｐｍ／℃である。従って、ＰＣＳのようなクロスバンドが狭い通信システムに使用するために、ＳＡＷフィルタを用いたアンテナ共用器を実現するためには、ＳＡＷフィルタの周波数温度特性をさらに改善することが要求される。
これに対して、比較的良好な周波数温度特性と広帯域特性を有する弾性表面波装置を得るために、以下の構成が知られている。すなわち、この構成は、圧電基板上に形成した少なくとも一つのＳＡＷフィルタに対して、このＳＡＷフィルタを構成する弾性表面波共振子の表面に二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜を形成し、この弾性表面波共振子を直列接続および並列接続の少なくとも一方の接続方法により接続して目的の弾性表面波装置を実現したものである。
また、日本特開２００３−６０４７６号公報には、圧電基板上に構成された少なくとも１つの弾性表面波フィルタと、圧電基板上に構成されており、弾性表面波フィルタに直列および並列の少なくとも一方の方法で接続された一端子対弾性表面波共振子とを備え、そして圧電基板上において、弾性表面波フィルタが構成されている領域を除いて、上記弾性表面波共振子のうち少なくとも１つを覆うように正の周波数温度特性を有する膜が形成された弾性表面波装置が開示されている。このように正の周波数温度特性を有する膜の形成により、周波数温度特性の改善と帯域内挿入損失の悪化の抑制および広帯域化を図っている。
しかしながら、上記従来の構成の弾性表面波装置では、圧電基板上に構成されているＳＡＷフィルタとして、縦モード結合型ＳＡＷフィルタが示されている。縦モード結合型ＳＡＷフィルタは、近年大幅に特性が改善されたが、弾性表面波共振子をインピーダンス素子として用いるラダー型ＳＡＷフィルタと比べると、挿入損失が大きい。このため、低挿入損失が求められるアンテナ共用器には、縦モード結合型ＳＡＷフィルタは適用し難い。しかも、上記開示例においては、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜が形成された弾性表面波共振子を接続しているため、その挿入損失はさらに大きくなる。
また、縦モード結合型ＳＡＷフィルタの場合、一段で構成すると十分な抑圧を得ることが困難であり、一般的には二段以上を接続した構成とすることが多い。しかしながら、二段以上の接続を行うと挿入損失も２倍程度になり、アンテナ共用器への適用はより困難となる。さらに、縦モード結合型ＳＡＷフィルタの場合、通過帯域の高周波側の周波数では、更に抑圧度を大きくすることが困難となる。このため、ＰＣＳの送信側フィルタには、縦モード結合型ＳＡＷフィルタを用いることは困難である。
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、優れた周波数温度特性を有し、非常に良好な帯域内挿入損失を有するＳＡＷフィルタを実現することを目的とする。さらに、このＳＡＷフィルタを用いることで、クロスバンドで急峻な周波数特性と相手側の帯域で大きな抑圧度を有し、相手側の帯域に信号が洩れることがないアンテナ共用器を提供することを目的とする。
【発明の開示】
上記目的を達成するために、本発明のＳＡＷフィルタは、圧電基板上に櫛型電極およびグレーティング反射器で構成された弾性表面波共振子を複数接続して構成であって、上記弾性表面波共振子のうち、少なくとも１つの弾性表面波共振子の表面には誘電本膜が形成されており、少なくとも１つの弾性表面波共振子の表面には誘電体膜が形成されていない構成からなる。
このような構成とすることにより、帯域内挿入損失が小さく、また急峻性が良好で、かつ帯域の広いＳＡＷフィルタを得ることができる。
上記構成において、誘電体膜が形成された弾性表面波共振子の容量比を、誘電体膜が形成されていない弾性表面波共振子の容量比よりも大きくしてもよい。
このような構成とすれば、周波数特性がさらに急峻なフィルタ特性を実現することができる。
さらに、上記構成において、誘電体膜が形成された弾性表面波共振子の共振周波数を、誘電体膜が形成されていない弾性表面波共振子の共振周波数よりも高く設定してもよい。
このような構成とすることにより、フィルタ特性において通過帯域の高周波端側の急峻性を改善できる。
さらに、上記構成において、誘電体膜が形成された弾性表面波共振子の共振周波数を、誘電体膜が形成されていない弾性表面波共振子の共振周波数よりも低く設定してもよい。
このような構成とすることにより、フィルタ特性において通過帯域の低周波端側の急峻性を改善できる。
さらに、上記構成において、弾性表面波共振子は直列接続および並列接続されてラダー型のフィルタ構成を形成し、誘電体膜は直列接続された弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つまたは並列接続された弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つの表面に形成されている構成としてもよい。
このような構成とすることにより、フィルタ特性の通過帯域の高周波端側あるいは低周波端側で急峻性を良好にでき、かつ大きな抑圧を有するフィルタを得ることができる。
さらに、上記構成において、誘電体膜が二酸化シリコン膜であってもよい。これにより、周波数温度特性が改善できるとともに、帯域内挿入損失が小さく、急峻性が良好で、かつ広帯域のＳＡＷフィルタを得ることができる。
また、本発明のアンテナ共用器は、上記記載のＳＡＷフィルタを用いた構成からなる。あるいは、上記記載のラダー型のＳＡＷフィルタを用いた構成としてもよい。このような構成とすることにより、ＰＣＳのように帯域が広く、かつクロスバンドが狭いシステムに対応できるアンテナ共用器を容易に実現できる。
さらに、本発明のアンテナ共用器は、送信側フィルタ、受信側フィルタおよび位相器を含み、送信側フィルタおよび受信側フィルタは、それぞれ弾性表面波共振子が直列接続および並列接続されたラダー型の構成からなり、かつそれぞれの通過帯域で急峻なフィルタ特性が要求される周波数端側に対応して、直列接続された弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つまたは並列接続された弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つの表面に誘電体膜が形成された構成からなる。
このような構成とすることにより、ＰＣＳのように帯域が広く、かつクロスバンドが狭いシステムに対応できるアンテナ共用器を容易に実現できる。
さらに、上記構成において、アンテナ共用器は送信帯域が低周波側で、受信帯域が高周波側にある周波数アロケーションであり、送信側フィルタは直列接続された弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つの表面に誘電体膜が形成された構成からなり、受信側フィルタは並列接続された弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つの表面に誘電体膜が形成された構成からなるようにしてもよい。
このような構成とすることにより、ＰＣＳシステムに対応できるアンテナ共用器を容易に実現できる。
さらに、上記構成において、アンテナ共用器は送信帯域が高周波側で、受信帯域が低周波側にある周波数アロケーションであり、送信側フィルタは並列接続された弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つの表面に誘電体膜が形成された構成からなり、受信側フィルタは直列接続された弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つの表面に誘電体膜が形成された構成からようにしてもよい。
このような構成とすることにより、送信帯域が高周波側、受信帯域が低周波側にある周波数アロケーションを有するシステムの場合についても、良好な特性を有するアンテナ共用器を実現することができる。
以上のように本発明のＳＡＷフィルタは、圧電基板上にＳＡＷフィルタを構成する弾性表面波共振子のうち少なくとも１つはその表面に誘電体膜を形成することにより、優れた周波数温度特性を有し、かつ良好な帯域内挿入損失を実現できる。このようなＳＡＷフィルタを用いることにより狭いクロスバンドにおいても急峻性が良好で、かつ相手側の帯域において大きな抑圧を有するアンテナ共用器を実現できるという大きな効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかるＳＡＷフィルタの平面図
図２Ａ〜図２Ｅは、同実施の形態にかかるＳＡＷフィルタにおいて、弾性表面波共振子上に選択的に誘電体膜を形成する方法を模式的に示す断面図
図３は、同実施の形態において、実施例１のＳＡＷフィルタおよび比較例１のＳＡＷフィルタについてのフィルタ特性を示す図
図４は、同実施の形態において、実施例１のＳＡＷフィルタのフィルタ特性を示す図
図５は、本発明の第２の実施の形態にかかるＳＡＷフィルタの平面図
図６は、同実施の形態において、実施例２のＳＡＷフィルタおよび比較例２のＳＡＷフィルタについてのフィルタ特性を示す図
図７は、同実施の形態において、この実施例２のＳＡＷフィルタのフィルタ特性を示す図
図８は、本発明の第３の実施の形態にかかるアンテナ共用器の回路構成を説明するための回路ブロック図
参照符号の一覧
１，５ 入力端子
２，６ 出力端子
３，４，７，８ グランド端子
１１，３１ 弾性表面波フィルタ（ＳＡＷフィルタ）
１２，３２ 圧電基板
１３，３３ 配線パターン
１４，３４ 誘電体膜
１５，１６，１７，１８，１９，２０，３５，３６，３７，３８，３９，４０ 弾性表面波共振子
２１ 電極パターン
２４ レジスト
４１ 送信側フィルタ
４２ 受信側フィルタ
４３ 移相器
４４ 送信側端子
４５ 受信側端子
４６ アンテナ端子
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、同じ構成要素については同じ符号を付しているので説明を省略する場合がある。また、ＳＡＷフィルタの平面図等については模式的なものであり、直列共振子および並列共振子の電極指の本数等については概略的に示している。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかるＳＡＷフィルタ１１の平面図である。本実施の形態では、弾性表面波共振子を複数接続してなるＳＡＷフィルタ１１として、弾性表面波共振子を直列および並列に接続したラダー型構成を例にして説明する。
図１において、ＳＡＷフィルタ１１は圧電基板１２として３９°ＹカットＸ伝播のリチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ３）基板を用いた場合について説明する。この圧電基板１２の上に櫛型電極およびグレーティング反射器からなる１ポート弾性表面波共振子１５〜２０を形成し、これらのうち、弾性表面波共振子１５〜１８については直列接続し、弾性表面波共振子１９、２０については並列接続することで、ラダー型のＳＡＷフィルタ１１を形成した。なお、本実施の形態では、櫛型電極およびグレーティング反射器を含め、１ポート弾性表面波共振子を形成する電極膜としてアルミニウム（Ａｌ）を用いた。
また、入力端子１は弾性表面波共振子１５の一方の櫛形電極に接続され、出力端子２は弾性表面波共振子１８の一方の櫛形電極に接続されている。また、グランド端子３、４は並列に接続した弾性表面波共振子１９、２０の一方の櫛型電極と接続されている。これらの弾性表面波共振子１５〜２０、入力端子１、出力端子２およびグランド端子３、４をそれぞれ接続するために配線パターン１３が形成されている。
さらに、圧電基板１２の上に形成された弾性表面波共振子１５〜２０のうち直列に接続された弾性表面波共振子１５〜１８のみを覆うように、誘電体膜１４として二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜を形成した。このＳｉＯ２膜の膜厚は、ＳＡＷフィルタ１１の波長の２０％とした。ただし、ＳｉＯ２膜の膜厚は、要求されるフィルタ特性により最適値が異なるので、上記の値に限定されるものではない。また、この誘電体膜１４は、上記ＳｉＯ２膜に限定されない。例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）等を誘電体膜１４として用いてもよい。これらの中で、特にＳｉＯ２膜を用いれば周波数温度特性を大幅に改善できるので、より望ましい材料である。
次に、本実施の形態にかかるＳＡＷフィルタ１１の製造方法について、図２Ａ〜図２Ｅを用いて説明する。なお、図２Ａ〜図２Ｅは、ＳＡＷフィルタ１１において、弾性表面波共振子上に選択的に誘電体膜１４を形成する方法を模式的に示す断面図である。
初めに、図２Ａに示すように、圧電基板１２の上に電極膜としてアルミニウム（Ａｌ）をスパッタリングもしくは電子ビーム（ＥＢ）蒸着で形成し、フォトリソグラフィとエッチングプロセスを行い、櫛型電極およびグレーティング反射器の電極パターン２１を形成した。
次に、図２Ｂに示すように、高周波（ＲＦ）スパッタリング法を用いて、全面に誘電体膜１４としてＳｉＯ２膜を形成する。
この後、図２Ｃに示すように、ＳＡＷフィルタ１１を構成する弾性表面波共振子１５〜２０のうち、並列に接続された弾性表面波共振子１９、２０のみをレジスト２４で被覆する。
その後、図２Ｄに示すように、レジスト２４で被覆されていない領域の誘電体膜１４をドライエッチングによりエッチングして除去する。
次に、図２Ｅに示すように、レジスト２４をアッシング等により除去する。以上の工程により、図１に示すＳＡＷフィルタ１１を作製することができる。
なお、本実施の形態では、誘電体膜１４としてＳｉＯ２膜をＲＦスパッタリングにより形成したが、この方法に限定されない。例えば、化学気相成長（ＣＶＤ）法、イオンプレーティング等の作製法を用いてもよい。ＲＦスパッタリング法は、成膜レートが安定していることから膜厚の制御が容易である特徴を有し、誘電体膜１４の作製には望ましい成膜法である。
また、本実施の形態では、誘電体膜１４であるＳｉＯ２膜をドライエッチングした例について説明したが、ウェットエッチング等により除去してもよい。ドライエッチングは乾式プロセスであるので、ＳｉＯ２膜をエッチングするときに液体に電極パターン２１のＡｌ膜等が曝されることがない。このため、Ａｌ膜の腐食等が起こり難く、歩留まりよくＳＡＷフィルタ１１を作製することができる。
以下、本実施の形態のＳＡＷフィルタ１１の特性を従来構成のＳＡＷフィルタと比較した結果について説明する。一般にラダー型のＳＡＷフィルタは、弾性表面波共振子の特性を重ね合わせることで所望の特性を実現している。このために、図１に示す構成で、弾性表面波共振子１５〜２０の表面に誘電体膜１４であるＳｉＯ２膜を形成しないＳＡＷフィルタと本実施の形態のＳＡＷフィルタ１１とについて、特性を比較した。
本実施の形態のＳＡＷフィルタ１１は、以下の構成を特徴とする。すなわち、第１は、誘電体膜１４であるＳｉＯ２膜を弾性表面波共振子１５〜１８の表面に形成していることである。第２は、これらの弾性表面波共振子１５〜１８の共振周波数を、誘電体膜１４が形成されていない弾性表面波共振子１９、２０の共振周波数よりも高く設定していることである。
以下、本実施の形態のＳＡＷフィルタ１１を実施例１のＳＡＷフィルタとよび、誘電体膜１４が形成されていない従来構成のＳＡＷフィルタを比較例１のＳＡＷフィルタとよぶ。
図３は、実施例１のＳＡＷフィルタおよび比較例１のＳＡＷフィルタについてのフィルタ特性を示す図である。なお、図３には、実施例１のＳＡＷフィルタおよび比較例１のＳＡＷフィルタの構成において、直列に接続される弾性表面波共振子１５〜１８のうちの弾性表面波共振子１５および並列に接続される弾性表面波共振子１９、２０のうちの弾性表面波共振子１９のアドミタンス特性をそれぞれ示している。実施例１のＳＡＷフィルタおよび比較例１のＳＡＷフィルタは、直列に接続される弾性表面波共振子１９については、誘電体膜１４の有無の差異があるが、並列に接続される弾性表面波共振子１５については、同じ構成である。なお、横軸は周波数で、縦軸はアドミタンスである。
図３において、比較例１のＳＡＷフィルタは実線で示し、実施例１のＳＡＷフィルタは点線で示している。低周波側のアドミタンス特性は、並列に接続された弾性表面波共振子１９の特性である。また、高周波側のアドミタンス特性は、直列に接続された弾性表面波共振子１５の特性である。実施例１のＳＡＷフィルタ１１は、直列に接続された弾性表面波共振子１５〜１８のみに誘電体膜１４であるＳｉＯ２膜が形成されている。図３からわかるように、実施例１のＳＡＷフィルタ１１のように誘電体膜１４を形成することにより高周波側のアドミタンス特性の急峻性が改善される。これは、誘電体膜１４であるＳｉＯ２膜が形成された弾性表面波共振子１５の容量比が、誘電体膜１４の形成されていない弾性表面波共振子１９の容量比よりも大きくなるからである。一般的に、共振子の容量比をγ、共振周波数をｆｒ、反共振周波数をｆａｒとしたとき、これらの間にはγ＝１／［（ｆａｒ／ｆｒ）２−１］の関係がある。
すなわち、容量比が大きくなることにより共振周波数と反共振周波数の周波数差が小さくなり、急峻なアドミタンス特性が得られる。また、直列に接続された弾性表面波共振子１５〜１８のみに誘電体膜１４であるＳｉＯ２膜を形成する場合には、これらの弾性表面波共振子１５〜１８の共振周波数を誘電体膜１４が形成されていない弾性表面波共振子１９、２０の共振周波数よりも高く設定する。このように設定することで、高周波側のアドミタンス特性が急峻になり、ＳＡＷフィルタ１１のフィルタ特性において通過帯域内の高周波側を急峻になるように制御することができる。
図４は、実施例１のＳＡＷフィルタのフィルタ特性を示す図である。なお、縦軸は挿入損失で、横軸は周波数である。図４からわかるように、通過帯域内の高周波側の極が急峻になることが見出された。また、容量比の増加に伴い、フィルタの帯域幅が狭帯域化する傾向を有するが、実施例１のＳＡＷフィルタ１１は６５ＭＨｚと十分な帯域を確保することができている。これは、ラダー型を構成する弾性表面波共振子１５〜２０のうち、直列に接続された弾性表面波共振子１５〜１８のみに誘電体膜１４であるＳｉＯ２膜を形成したことによる。
また、実施例１のＳＡＷフィルタは弾性表面波共振子１５〜２０をインピーダンス素子として用いたフィルタであるため、通過帯域内の挿入損失も２．４３ｄＢとなり、低挿入損失を実現している。
また、この実施例１のＳＡＷフィルタの周波数温度特性は、−２２ｐｐｍ／℃が得られた。一方、比較例１のＳＡＷフィルタの周波数温度特性は、−４０ｐｐｍ／℃〜−３５ｐｐｍ／℃であった。この結果、実施例１のＳＡＷフィルタでは、周波数温度特性が大きく改善されることが確認された。
なお、本実施の形態では、直列に接続された弾性表面波共振子１５〜１８のすべてに誘電体膜１４であるＳｉＯ２膜を形成しているが、直列に接続された弾性表面波共振子１５〜１８のうちいくつかの共振子に誘電体膜１４を形成してもよい。このようにすることによって、高周波側に極を複数形成することができるので、相手側の帯域で充分な減衰量を確保することが容易にできる。
また、図１においては、直列に接続した弾性表面波共振子１５〜１８が４つ、並列に接続した弾性表面波共振子１９，２０が２つの合計６つの弾性表面波共振子１５〜２０からなるラダー型のＳＡＷフィルタ１１を例として説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、直列と並列にそれぞれ接続される弾性表面波共振子の数およびその構成は要求されるフィルタ特性により異なるが、いずれの場合においても本発明の構成を適用することで本実施の形態のＳＡＷフィルタ１１と同様な効果を得ることが可能である。
なお、本実施の形態ではラダー型のＳＡＷフィルタを例として説明したが、モード結合型のＳＡＷフィルタ等でも同様な効果を得ることができる。
（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態にかかるＳＡＷフィルタ３１の平面図である。本実施の形態のＳＡＷフィルタ３１では、第１の実施の形態と同様に弾性表面波共振子３５〜４０を直列および並列に接続したラダー型構成を例にして説明する。
本実施の形態のＳＡＷフィルタ３１では、圧電基板３２として３９°ＹカットＸ伝播のＬｉＴａＯ３基板を用いた。この圧電基板３２上に櫛型電極およびグレーティング反射器からなる１ポート弾性表面波共振子３５〜４０を形成し、これらのうち弾性表面波共振子３５〜３８を直列に接続し、弾性表面波共振子３９、４０を並列に接続することで、ラダー型のＳＡＷフィルタ３１を形成した。
なお、本実施の形態では、櫛型電極およびグレーティング反射器を含め、１ポート弾性表面波共振子を形成する電極膜としてアルミニウム（Ａｌ）を用いた。
また、入力端子５は弾性表面波共振子３５の一方の櫛形電極に接続され、出力端子６は弾性表面波共振子３８の一方の櫛形電極に接続されている。また、グランド端子７、８は並列に接続した弾性表面波共振子３９、４０の一方の櫛型電極と接続されている。これらの弾性表面波共振子３５〜４０、入力端子５、出力端子６およびグランド端子７、８をそれぞれ接続するために配線パターン３３が形成されている。
さらに、本実施の形態では、圧電基板３２上に形成された弾性表面波共振子３５〜４０のうち、並列に接続された弾性表面波共振子３９、４０のみを覆うように、誘電体膜３４としてＳｉＯ２膜を形成した。このＳｉＯ２膜の膜厚は、ＳＡＷフィルタの波長の２０％とした。ただし、ＳｉＯ２膜の膜厚は、要求されるフィルタ特性により最適値が異なるので、上記の値に限定されるものではない。なお、この誘電体膜３４は、上記ＳｉＯ２膜に限定されず、第１の実施の形態で説明した材料を用いてもよい。
また、本実施の形態のＳＡＷフィルタ３１は、第１の実施の形態で説明した製造方法と同様の方法で作製することができる。したがって、本実施の形態では、製造方法についての説明を省略する。
以下、本実施の形態のＳＡＷフィルタ３１の特性を従来構成のＳＡＷフィルタと比較した結果について説明する。図５に示す構成で、弾性表面波共振子３５〜４０の表面に誘電体膜３４であるＳｉＯ２膜を形成しないＳＡＷフィルタと、本実施の形態のＳＡＷフィルタ３１とについて、特性を比較した。本実施の形態のＳＡＷフィルタ３１は、誘電体膜３４であるＳｉＯ２膜を弾性表面波共振子３９、４０の表面に形成するとともに、これらの弾性表面波共振子３９、４０の共振周波数を誘電体膜３４が形成されていない弾性表面波共振子３５〜３８の共振周波数よりも低く設定した構成からなる。
以下、本実施の形態のＳＡＷフィルタ３１を実施例２のＳＡＷフィルタとよび、誘電体膜３４が形成されていない従来構成のＳＡＷフィルタを比較例２のＳＡＷフィルタとよぶ。
図６は、実施例２のＳＡＷフィルタ３１および比較例２のＳＡＷフィルタについてのフィルタ特性を示す図である。また、図６には、実施例２のＳＡＷフィルタおよび比較例２のＳＡＷフィルタの構成において、直列に接続される弾性表面波共振子３５〜３８のうちの弾性表面波共振子３５および並列に接続される弾性表面波共振子３９、４０のうちの弾性表面波共振子３９のアドミタンス特性も示している。実施例２のＳＡＷフィルタ３１および比較例２のＳＡＷフィルタは、直列に接続される弾性表面波共振子３５については、同じ構成であるが、並列に接続される弾性表面波共振子１５については、誘電体膜３４の有無による差異がある。なお、横軸は周波数で、縦軸はアドミタンスである。
図６において、比較例２のＳＡＷフィルタは実線で示し、実施例２のＳＡＷフィルタは点線で示している。低周波側のアドミタンス特性は、並列に接続された弾性表面波共振子３９の特性である。また、高周波側のアドミタンス特性は、直列に接続された弾性表面波共振子３５の特性である。
実施例２のＳＡＷフィルタでは、並列に接続された弾性表面波共振子３９、４０のみに誘電体膜３４であるＳｉＯ２膜を形成している。図６からわかるように、誘電体膜３４を形成することで、低周波側のアドミタンス特性の急峻性が改善されることが見出された。これは、誘電体膜３４であるＳｉＯ２膜が形成された弾性表面波共振子３９、４０の容量比が、誘電体膜３４の形成されていない弾性表面波共振子３５〜３８の容量比よりも大きくなるからである。一般的に、共振子の容量比をγ、共振周波数をｆｒ、反共振周波数をｆａｒとしたとき、これらの間にはγ＝１／［（ｆａｒ／ｆｒ）２−１］の関係がある。
すなわち、容量比が大きくなることにより共振周波数と反共振周波数の周波数差が小さくなり、急峻なアドミタンス特性が得られる。また、並列に接続された弾性表面波共振子３９、４０のみに誘電体膜３４であるＳｉＯ２膜を形成した場合には、これらの弾性表面波共振子３９、４０の共振周波数を誘電体膜３４が形成されていない弾性表面波共振子３５〜３８の共振周波数よりも低く設定する。このように設定することで、低周波側のアドミタンス特性が急峻になり、ＳＡＷフィルタ３１のフィルタ特性において通過帯域内の低周波側を急峻になるように制御することができる。図７は、この実施例２のＳＡＷフィルタのフィルタ特性を示す図である。縦軸は挿入損失であり、横軸は周波数である。図７からわかるように、通過帯域内の低周波側の極が急峻になることが見出された。
また、容量比の増加に伴い、ＳＡＷフィルタの帯域幅が狭帯域化する傾向を有するが、実施例２のＳＡＷフィルタは６０ＭＨｚと十分な帯域を確保することができている。また、実施例２のＳＡＷフィルタは弾性表面波共振子３５〜４０をインピーダンス素子として用いたフィルタであるため、通過帯域内の挿入損失も３．４３ｄＢと低挿入損失を実現できた。
また、この実施例２のＳＡＷフィルタの周波数温度特性を測定したところ、−２２ｐｐｍ／℃であった。一方、比較例２のＳＡＷフィルタでは、周波数温度特性は−４０ｐｐｍ／℃〜−３５ｐｐｍ／℃であった。この結果、実施例２のＳＡＷフィルタでは、周波数温度特性が大きく改善されることが確認された。
また、本実施の形態では、並列に接続された２つの弾性表面波共振子３９、４０の両方ともに誘電体膜３４であるＳｉＯ２膜が形成されている。しかし、並列に接続された弾性表面波共振子３９、４０のうち一方のみに誘電体膜３４を形成してもよい。このようにすることによって、低周波側に極を複数形成することができるので、相手側の帯域で充分な減衰量を確保することが容易にできる。
さらに、並列に接続する弾性表面波共振子の数は２つに限定されることはなく、さらに多く設けてもよい。この場合、並列に設けられた複数の弾性表面波共振子のうち１つ以上の弾性表面波共振子の表面に誘電体膜３４を設けてもよい。
なお、本実施の形態においては、直列に接続した弾性表面波共振子が４つ、並列に接続した弾性表面波共振子が２つで、合計６つの弾性表面波共振子からなるラダー型のＳＡＷフィルタを例として説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、直列と並列にそれぞれ接続される弾性表面波共振子の数およびその構成は要求されるフィルタ特性により異なるが、いずれの場合においても本発明の構成を適用することで本実施の形態のＳＡＷフィルタ３１と同様な効果を得ることが可能である。
（第３の実施の形態）
図８は、本発明の第３の実施の形態にかかるアンテナ共用器の回路構成を説明するための回路ブロック図である。このアンテナ共用器の基本構成は、送信側フィルタ４１、受信側フィルタ４２および位相器４３からなり、さらに送信側フィルタ４１に送信側端子４４が接続され、受信側フィルタ４２に受信側端子４５が接続されており、送信側フィルタ４１と受信側フィルタ４５との間にアンテナ端子４６が設けられている。
このようなアンテナ共用器を実現するためには、クロスバンドで周波数特性を急峻にする必要がある。例えば、ＰＣＳ等のように、送信帯域が低周波側で、受信帯域が高周波側にある周波数アロケーションの場合には、送信側フィルタ４１には高周波側が急峻なフィルタ特性が要求される。一方、受信側フィルタ４２には、低周波側が急峻なフィルタ特性が要求される。したがって、送信側フィルタ４１には、第１の実施の形態にかかるＳＡＷフィルタを用い、受信側フィルタ４２には第２の実施の形態にかかるＳＡＷフィルタを用いれば、このような要求を満たすことができる。
このような構成とすることにより、図４から分かるように送信側フィルタ４１として用いるＳＡＷフィルタ１１の挿入損失は２．４３ｄＢと小さく、かつ高周波側の減衰量は約５０ｄＢであり、相手側の帯域において大きな抑圧を実現できる。この結果、アンテナ共用器の送信側フィルタ４１として充分な特性を有している。また、図７から分かるように受信側フィルタとして用いるＳＡＷフィルタ３１の挿入損失は３．４３ｄＢと小さく、かつ低周波側の減衰量は５０ｄＢであり、相手側の帯域において大きな抑圧を実現できる。この結果、アンテナ共用器の受信側フィルタ４２として充分な特性を有している。
以上のように、第１の実施の形態および第２の実施の形態のＳＡＷフィルタを用いることで、クロスバンドが狭い場合でも良好な特性を有するアンテナ共用器を実現することができる。
なお、本実施の形態においては、特にＰＣＳなどのように、送信帯域が低周波側、受信帯域が高周波側にある周波数アロケーションの場合について説明した。しかし、送信帯域が高周波側、受信帯域が低周波側にある周波数アロケーションを有するシステムの場合についても、送信側フィルタ４１には低周波側が急峻なフィルタ特性が要求され、受信側フィルタ４２には高周波側が急峻なフィルタ特性が求められる。このようなシステムに対しては、送信側フィルタ４１には、第２の実施の形態のＳＡＷフィルタを用い、受信側フィルタ４２には第１の実施の形態のＳＡＷフィルタを用いれば、良好な特性を有するアンテナ共用器を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
本発明のＳＡＷフィルタおよびそれを用いたアンテナ共用器は、優れた周波数温度特性を有し、かつ良好な帯域内挿入損失を有することから、このＳＡＷフィルタを用いることにより狭いクロスバンドにおいても急峻かつ相手側の帯域において大きな抑圧を有する高性能なアンテナ共用器を実現することもでき、携帯電話等の移動体通信分野に有用である。
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【技術分野】
本発明は、電子機器に用いる弾性表面波フィルタおよびそれを用いたアンテナ共用器に関する。
【背景技術】
近年、携帯電話に使用される通信システムは多様化している。そのうちの１つである米国のＰＣＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）は送信帯域と受信帯域のクロスバンドが２０ＭＨｚと非常に狭く設定されている。これに伴って、通過帯域幅が広く、かつ通過帯域ごく近傍の減衰量が大きいバンドパスフィルタが強く求められている。このような用途に用いられるアンテナ共用器については、低挿入損失と相手方の帯域における充分な抑圧が必要とされている。なお、アンテナ共用器の送信フィルタに対しては、相手側の帯域は受信帯域である。また、同様に受信フィルタに対しては、相手側の帯域は送信帯域である。従って、このアンテナ共用器には、クロスバンドで急峻な周波数特性を有するフィルタ特性が必要とされる。
これに対して、弾性表面波フィルタ（以下、ＳＡＷフィルタとよぶ）は急峻なフィルタ特性を有するフィルタの一つとしてよく知られている。しかしながら、このＳＡＷフィルタは使用する圧電基板により異なった周波数温度特性を持つ。例えば、一般的なリチウムタンタレート基板を用いたＧＨｚ帯のＳＡＷフィルタの周波数温度特性は−４０ｐｐｍ／℃〜−３５ｐｐｍ／℃である。従って、ＰＣＳのようなクロスバンドが狭い通信システムに使用するために、ＳＡＷフィルタを用いたアンテナ共用器を実現するためには、ＳＡＷフィルタの周波数温度特性をさらに改善することが要求される。
これに対して、比較的良好な周波数温度特性と広帯域特性を有する弾性表面波装置を得るために、以下の構成が知られている。すなわち、この構成は、圧電基板上に形成した少なくとも一つのＳＡＷフィルタに対して、このＳＡＷフィルタを構成する弾性表面波共振子の表面に二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜を形成し、この弾性表面波共振子を直列接続および並列接続の少なくとも一方の接続方法により接続して目的の弾性表面波装置を実現したものである。
また、日本特開２００３−６０４７６号公報には、圧電基板上に構成された少なくとも１つの弾性表面波フィルタと、圧電基板上に構成されており、弾性表面波フィルタに直列および並列の少なくとも一方の方法で接続された一端子対弾性表面波共振子とを備え、そして圧電基板上において、弾性表面波フィルタが構成されている領域を除いて、上記弾性表面波共振子のうち少なくとも１つを覆うように正の周波数温度特性を有する膜が形成された弾性表面波装置が開示されている。このように正の周波数温度特性を有する膜の形成により、周波数温度特性の改善と帯域内挿入損失の悪化の抑制および広帯域化を図っている。
しかしながら、上記従来の構成の弾性表面波装置では、圧電基板上に構成されているＳＡＷフィルタとして、縦モード結合型ＳＡＷフィルタが示されている。縦モード結合型ＳＡＷフィルタは、近年大幅に特性が改善されたが、弾性表面波共振子をインピーダンス素子として用いるラダー型ＳＡＷフィルタと比べると、挿入損失が大きい。このため、低挿入損失が求められるアンテナ共用器には、縦モード結合型ＳＡＷフィルタは適用し難い。しかも、上記開示例においては、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜が形成された弾性表面波共振子を接続しているため、その挿入損失はさらに大きくなる。
また、縦モード結合型ＳＡＷフィルタの場合、一段で構成すると十分な抑圧を得ることが困難であり、一般的には二段以上を接続した構成とすることが多い。しかしながら、二段以上の接続を行うと挿入損失も２倍程度になり、アンテナ共用器への適用はより困難となる。さらに、縦モード結合型ＳＡＷフィルタの場合、通過帯域の高周波側の周波数では、更に抑圧度を大きくすることが困難となる。このため、ＰＣＳの送信側フィルタには、縦モード結合型ＳＡＷフィルタを用いることは困難である。
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、優れた周波数温度特性を有し、非常に良好な帯域内挿入損失を有するＳＡＷフィルタを実現することを目的とする。さらに、このＳＡＷフィルタを用いることで、クロスバンドで急峻な周波数特性と相手側の帯域で大きな抑圧度を有し、相手側の帯域に信号が洩れることがないアンテナ共用器を提供することを目的とする。
【発明の開示】
上記目的を達成するために、本発明のＳＡＷフィルタは、圧電基板上に櫛型電極およびグレーティング反射器で構成された弾性表面波共振子を複数接続して構成であって、上記弾性表面波共振子のうち、少なくとも１つの弾性表面波共振子の表面には誘電本膜が形成されており、少なくとも１つの弾性表面波共振子の表面には誘電体膜が形成されていない構成からなる。
このような構成とすることにより、帯域内挿入損失が小さく、また急峻性が良好で、かつ帯域の広いＳＡＷフィルタを得ることができる。
上記構成において、誘電体膜が形成された弾性表面波共振子の容量比を、誘電体膜が形成されていない弾性表面波共振子の容量比よりも大きくしてもよい。
このような構成とすれば、周波数特性がさらに急峻なフィルタ特性を実現することができる。
さらに、上記構成において、誘電体膜が形成された弾性表面波共振子の共振周波数を、誘電体膜が形成されていない弾性表面波共振子の共振周波数よりも高く設定してもよい。
このような構成とすることにより、フィルタ特性において通過帯域の高周波端側の急峻性を改善できる。
さらに、上記構成において、誘電体膜が形成された弾性表面波共振子の共振周波数を、誘電体膜が形成されていない弾性表面波共振子の共振周波数よりも低く設定してもよい。
このような構成とすることにより、フィルタ特性において通過帯域の低周波端側の急峻性を改善できる。
さらに、上記構成において、弾性表面波共振子は直列接続および並列接続されてラダー型のフィルタ構成を形成し、誘電体膜は直列接続された弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つまたは並列接続された弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つの表面に形成されている構成としてもよい。
このような構成とすることにより、フィルタ特性の通過帯域の高周波端側あるいは低周波端側で急峻性を良好にでき、かつ大きな抑圧を有するフィルタを得ることができる。
さらに、上記構成において、誘電体膜が二酸化シリコン膜であってもよい。これにより、周波数温度特性が改善できるとともに、帯域内挿入損失が小さく、急峻性が良好で、かつ広帯域のＳＡＷフィルタを得ることができる。
また、本発明のアンテナ共用器は、上記記載のＳＡＷフィルタを用いた構成からなる。あるいは、上記記載のラダー型のＳＡＷフィルタを用いた構成としてもよい。このような構成とすることにより、ＰＣＳのように帯域が広く、かつクロスバンドが狭いシステムに対応できるアンテナ共用器を容易に実現できる。
さらに、本発明のアンテナ共用器は、送信側フィルタ、受信側フィルタおよび位相器を含み、送信側フィルタおよび受信側フィルタは、それぞれ弾性表面波共振子が直列接続および並列接続されたラダー型の構成からなり、かつそれぞれの通過帯域で急峻なフィルタ特性が要求される周波数端側に対応して、直列接続された弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つまたは並列接続された弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つの表面に誘電体膜が形成された構成からなる。
このような構成とすることにより、ＰＣＳのように帯域が広く、かつクロスバンドが狭いシステムに対応できるアンテナ共用器を容易に実現できる。
さらに、上記構成において、アンテナ共用器は送信帯域が低周波側で、受信帯域が高周波側にある周波数アロケーションであり、送信側フィルタは直列接続された弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つの表面に誘電体膜が形成された構成からなり、受信側フィルタは並列接続された弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つの表面に誘電体膜が形成された構成からなるようにしてもよい。
このような構成とすることにより、ＰＣＳシステムに対応できるアンテナ共用器を容易に実現できる。
さらに、上記構成において、アンテナ共用器は送信帯域が高周波側で、受信帯域が低周波側にある周波数アロケーションであり、送信側フィルタは並列接続された弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つの表面に誘電体膜が形成された構成からなり、受信側フィルタは直列接続された弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つの表面に誘電体膜が形成された構成からようにしてもよい。
このような構成とすることにより、送信帯域が高周波側、受信帯域が低周波側にある周波数アロケーションを有するシステムの場合についても、良好な特性を有するアンテナ共用器を実現することができる。
以上のように本発明のＳＡＷフィルタは、圧電基板上にＳＡＷフィルタを構成する弾性表面波共振子のうち少なくとも１つはその表面に誘電体膜を形成することにより、優れた周波数温度特性を有し、かつ良好な帯域内挿入損失を実現できる。このようなＳＡＷフィルタを用いることにより狭いクロスバンドにおいても急峻性が良好で、かつ相手側の帯域において大きな抑圧を有するアンテナ共用器を実現できるという大きな効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかるＳＡＷフィルタの平面図
図２Ａ〜図２Ｅは、同実施の形態にかかるＳＡＷフィルタにおいて、弾性表面波共振子上に選択的に誘電体膜を形成する方法を模式的に示す断面図
図３は、同実施の形態において、実施例１のＳＡＷフィルタおよび比較例１のＳＡＷフィルタについてのフィルタ特性を示す図
図４は、同実施の形態において、実施例１のＳＡＷフィルタのフィルタ特性を示す図
図５は、本発明の第２の実施の形態にかかるＳＡＷフィルタの平面図
図６は、同実施の形態において、実施例２のＳＡＷフィルタおよび比較例２のＳＡＷフィルタについてのフィルタ特性を示す図
図７は、同実施の形態において、この実施例２のＳＡＷフィルタのフィルタ特性を示す図
図８は、本発明の第３の実施の形態にかかるアンテナ共用器の回路構成を説明するための回路ブロック図
参照符号の一覧
１，５ 入力端子
２，６ 出力端子
３，４，７，８ グランド端子
１１，３１ 弾性表面波フィルタ（ＳＡＷフィルタ）
１２，３２ 圧電基板
１３，３３ 配線パターン
１４，３４ 誘電体膜
１５，１６，１７，１８，１９，２０，３５，３６，３７，３８，３９，４０ 弾性表面波共振子
２１ 電極パターン
２４ レジスト
４１ 送信側フィルタ
４２ 受信側フィルタ
４３ 移相器
４４ 送信側端子
４５ 受信側端子
４６ アンテナ端子
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、同じ構成要素については同じ符号を付しているので説明を省略する場合がある。また、ＳＡＷフィルタの平面図等については模式的なものであり、直列共振子および並列共振子の電極指の本数等については概略的に示している。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかるＳＡＷフィルタ１１の平面図である。本実施の形態では、弾性表面波共振子を複数接続してなるＳＡＷフィルタ１１として、弾性表面波共振子を直列および並列に接続したラダー型構成を例にして説明する。
図１において、ＳＡＷフィルタ１１は圧電基板１２として３９°ＹカットＸ伝播のリチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ３）基板を用いた場合について説明する。この圧電基板１２の上に櫛型電極およびグレーティング反射器からなる１ポート弾性表面波共振子１５〜２０を形成し、これらのうち、弾性表面波共振子１５〜１８については直列接続し、弾性表面波共振子１９、２０については並列接続することで、ラダー型のＳＡＷフィルタ１１を形成した。なお、本実施の形態では、櫛型電極およびグレーティング反射器を含め、１ポート弾性表面波共振子を形成する電極膜としてアルミニウム（Ａｌ）を用いた。
また、入力端子１は弾性表面波共振子１５の一方の櫛形電極に接続され、出力端子２は弾性表面波共振子１８の一方の櫛形電極に接続されている。また、グランド端子３、４は並列に接続した弾性表面波共振子１９、２０の一方の櫛型電極と接続されている。これらの弾性表面波共振子１５〜２０、入力端子１、出力端子２およびグランド端子３、４をそれぞれ接続するために配線パターン１３が形成されている。
さらに、圧電基板１２の上に形成された弾性表面波共振子１５〜２０のうち直列に接続された弾性表面波共振子１５〜１８のみを覆うように、誘電体膜１４として二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜を形成した。このＳｉＯ２膜の膜厚は、ＳＡＷフィルタ１１の波長の２０％とした。ただし、ＳｉＯ２膜の膜厚は、要求されるフィルタ特性により最適値が異なるので、上記の値に限定されるものではない。また、この誘電体膜１４は、上記ＳｉＯ２膜に限定されない。例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）等を誘電体膜１４として用いてもよい。これらの中で、特にＳｉＯ２膜を用いれば周波数温度特性を大幅に改善できるので、より望ましい材料である。
次に、本実施の形態にかかるＳＡＷフィルタ１１の製造方法について、図２Ａ〜図２Ｅを用いて説明する。なお、図２Ａ〜図２Ｅは、ＳＡＷフィルタ１１において、弾性表面波共振子上に選択的に誘電体膜１４を形成する方法を模式的に示す断面図である。
初めに、図２Ａに示すように、圧電基板１２の上に電極膜としてアルミニウム（Ａｌ）をスパッタリングもしくは電子ビーム（ＥＢ）蒸着で形成し、フォトリソグラフィとエッチングプロセスを行い、櫛型電極およびグレーティング反射器の電極パターン２１を形成した。
次に、図２Ｂに示すように、高周波（ＲＦ）スパッタリング法を用いて、全面に誘電体膜１４としてＳｉＯ２膜を形成する。
この後、図２Ｃに示すように、ＳＡＷフィルタ１１を構成する弾性表面波共振子１５〜２０のうち、並列に接続された弾性表面波共振子１９、２０のみをレジスト２４で被覆する。
その後、図２Ｄに示すように、レジスト２４で被覆されていない領域の誘電体膜１４をドライエッチングによりエッチングして除去する。
次に、図２Ｅに示すように、レジスト２４をアッシング等により除去する。以上の工程により、図１に示すＳＡＷフィルタ１１を作製することができる。
なお、本実施の形態では、誘電体膜１４としてＳｉＯ２膜をＲＦスパッタリングにより形成したが、この方法に限定されない。例えば、化学気相成長（ＣＶＤ）法、イオンプレーティング等の作製法を用いてもよい。ＲＦスパッタリング法は、成膜レートが安定していることから膜厚の制御が容易である特徴を有し、誘電体膜１４の作製には望ましい成膜法である。
また、本実施の形態では、誘電体膜１４であるＳｉＯ２膜をドライエッチングした例について説明したが、ウェットエッチング等により除去してもよい。ドライエッチングは乾式プロセスであるので、ＳｉＯ２膜をエッチングするときに液体に電極パターン２１のＡｌ膜等が曝されることがない。このため、Ａｌ膜の腐食等が起こり難く、歩留まりよくＳＡＷフィルタ１１を作製することができる。
以下、本実施の形態のＳＡＷフィルタ１１の特性を従来構成のＳＡＷフィルタと比較した結果について説明する。一般にラダー型のＳＡＷフィルタは、弾性表面波共振子の特性を重ね合わせることで所望の特性を実現している。このために、図１に示す構成で、弾性表面波共振子１５〜２０の表面に誘電体膜１４であるＳｉＯ２膜を形成しないＳＡＷフィルタと本実施の形態のＳＡＷフィルタ１１とについて、特性を比較した。
本実施の形態のＳＡＷフィルタ１１は、以下の構成を特徴とする。すなわち、第１は、誘電体膜１４であるＳｉＯ２膜を弾性表面波共振子１５〜１８の表面に形成していることである。第２は、これらの弾性表面波共振子１５〜１８の共振周波数を、誘電体膜１４が形成されていない弾性表面波共振子１９、２０の共振周波数よりも高く設定していることである。
以下、本実施の形態のＳＡＷフィルタ１１を実施例１のＳＡＷフィルタとよび、誘電体膜１４が形成されていない従来構成のＳＡＷフィルタを比較例１のＳＡＷフィルタとよぶ。
図３は、実施例１のＳＡＷフィルタおよび比較例１のＳＡＷフィルタについてのフィルタ特性を示す図である。なお、図３には、実施例１のＳＡＷフィルタおよび比較例１のＳＡＷフィルタの構成において、直列に接続される弾性表面波共振子１５〜１８のうちの弾性表面波共振子１５および並列に接続される弾性表面波共振子１９、２０のうちの弾性表面波共振子１９のアドミタンス特性をそれぞれ示している。実施例１のＳＡＷフィルタおよび比較例１のＳＡＷフィルタは、直列に接続される弾性表面波共振子１９については、誘電体膜１４の有無の差異があるが、並列に接続される弾性表面波共振子１５については、同じ構成である。なお、横軸は周波数で、縦軸はアドミタンスである。
図３において、比較例１のＳＡＷフィルタは実線で示し、実施例１のＳＡＷフィルタは点線で示している。低周波側のアドミタンス特性は、並列に接続された弾性表面波共振子１９の特性である。また、高周波側のアドミタンス特性は、直列に接続された弾性表面波共振子１５の特性である。実施例１のＳＡＷフィルタ１１は、直列に接続された弾性表面波共振子１５〜１８のみに誘電体膜１４であるＳｉＯ２膜が形成されている。図３からわかるように、実施例１のＳＡＷフィルタ１１のように誘電体膜１４を形成することにより高周波側のアドミタンス特性の急峻性が改善される。これは、誘電体膜１４であるＳｉＯ２膜が形成された弾性表面波共振子１５の容量比が、誘電体膜１４の形成されていない弾性表面波共振子１９の容量比よりも大きくなるからである。一般的に、共振子の容量比をγ、共振周波数をｆｒ、反共振周波数をｆａｒとしたとき、これらの間にはγ＝１／［（ｆａｒ／ｆｒ）２−１］の関係がある。
すなわち、容量比が大きくなることにより共振周波数と反共振周波数の周波数差が小さくなり、急峻なアドミタンス特性が得られる。また、直列に接続された弾性表面波共振子１５〜１８のみに誘電体膜１４であるＳｉＯ２膜を形成する場合には、これらの弾性表面波共振子１５〜１８の共振周波数を誘電体膜１４が形成されていない弾性表面波共振子１９、２０の共振周波数よりも高く設定する。このように設定することで、高周波側のアドミタンス特性が急峻になり、ＳＡＷフィルタ１１のフィルタ特性において通過帯域内の高周波側を急峻になるように制御することができる。
図４は、実施例１のＳＡＷフィルタのフィルタ特性を示す図である。なお、縦軸は挿入損失で、横軸は周波数である。図４からわかるように、通過帯域内の高周波側の極が急峻になることが見出された。また、容量比の増加に伴い、フィルタの帯域幅が狭帯域化する傾向を有するが、実施例１のＳＡＷフィルタ１１は６５ＭＨｚと十分な帯域を確保することができている。これは、ラダー型を構成する弾性表面波共振子１５〜２０のうち、直列に接続された弾性表面波共振子１５〜１８のみに誘電体膜１４であるＳｉＯ２膜を形成したことによる。
また、実施例１のＳＡＷフィルタは弾性表面波共振子１５〜２０をインピーダンス素子として用いたフィルタであるため、通過帯域内の挿入損失も２．４３ｄＢとなり、低挿入損失を実現している。
また、この実施例１のＳＡＷフィルタの周波数温度特性は、−２２ｐｐｍ／℃が得られた。一方、比較例１のＳＡＷフィルタの周波数温度特性は、−４０ｐｐｍ／℃〜−３５ｐｐｍ／℃であった。この結果、実施例１のＳＡＷフィルタでは、周波数温度特性が大きく改善されることが確認された。
なお、本実施の形態では、直列に接続された弾性表面波共振子１５〜１８のすべてに誘電体膜１４であるＳｉＯ２膜を形成しているが、直列に接続された弾性表面波共振子１５〜１８のうちいくつかの共振子に誘電体膜１４を形成してもよい。このようにすることによって、高周波側に極を複数形成することができるので、相手側の帯域で充分な減衰量を確保することが容易にできる。
また、図１においては、直列に接続した弾性表面波共振子１５〜１８が４つ、並列に接続した弾性表面波共振子１９，２０が２つの合計６つの弾性表面波共振子１５〜２０からなるラダー型のＳＡＷフィルタ１１を例として説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、直列と並列にそれぞれ接続される弾性表面波共振子の数およびその構成は要求されるフィルタ特性により異なるが、いずれの場合においても本発明の構成を適用することで本実施の形態のＳＡＷフィルタ１１と同様な効果を得ることが可能である。
なお、本実施の形態ではラダー型のＳＡＷフィルタを例として説明したが、モード結合型のＳＡＷフィルタ等でも同様な効果を得ることができる。
（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態にかかるＳＡＷフィルタ３１の平面図である。本実施の形態のＳＡＷフィルタ３１では、第１の実施の形態と同様に弾性表面波共振子３５〜４０を直列および並列に接続したラダー型構成を例にして説明する。
本実施の形態のＳＡＷフィルタ３１では、圧電基板３２として３９°ＹカットＸ伝播のＬｉＴａＯ３基板を用いた。この圧電基板３２上に櫛型電極およびグレーティング反射器からなる１ポート弾性表面波共振子３５〜４０を形成し、これらのうち弾性表面波共振子３５〜３８を直列に接続し、弾性表面波共振子３９、４０を並列に接続することで、ラダー型のＳＡＷフィルタ３１を形成した。
なお、本実施の形態では、櫛型電極およびグレーティング反射器を含め、１ポート弾性表面波共振子を形成する電極膜としてアルミニウム（Ａｌ）を用いた。
また、入力端子５は弾性表面波共振子３５の一方の櫛形電極に接続され、出力端子６は弾性表面波共振子３８の一方の櫛形電極に接続されている。また、グランド端子７、８は並列に接続した弾性表面波共振子３９、４０の一方の櫛型電極と接続されている。これらの弾性表面波共振子３５〜４０、入力端子５、出力端子６およびグランド端子７、８をそれぞれ接続するために配線パターン３３が形成されている。
さらに、本実施の形態では、圧電基板３２上に形成された弾性表面波共振子３５〜４０のうち、並列に接続された弾性表面波共振子３９、４０のみを覆うように、誘電体膜３４としてＳｉＯ２膜を形成した。このＳｉＯ２膜の膜厚は、ＳＡＷフィルタの波長の２０％とした。ただし、ＳｉＯ２膜の膜厚は、要求されるフィルタ特性により最適値が異なるので、上記の値に限定されるものではない。なお、この誘電体膜３４は、上記ＳｉＯ２膜に限定されず、第１の実施の形態で説明した材料を用いてもよい。
また、本実施の形態のＳＡＷフィルタ３１は、第１の実施の形態で説明した製造方法と同様の方法で作製することができる。したがって、本実施の形態では、製造方法についての説明を省略する。
以下、本実施の形態のＳＡＷフィルタ３１の特性を従来構成のＳＡＷフィルタと比較した結果について説明する。図５に示す構成で、弾性表面波共振子３５〜４０の表面に誘電体膜３４であるＳｉＯ２膜を形成しないＳＡＷフィルタと、本実施の形態のＳＡＷフィルタ３１とについて、特性を比較した。本実施の形態のＳＡＷフィルタ３１は、誘電体膜３４であるＳｉＯ２膜を弾性表面波共振子３９、４０の表面に形成するとともに、これらの弾性表面波共振子３９、４０の共振周波数を誘電体膜３４が形成されていない弾性表面波共振子３５〜３８の共振周波数よりも低く設定した構成からなる。
以下、本実施の形態のＳＡＷフィルタ３１を実施例２のＳＡＷフィルタとよび、誘電体膜３４が形成されていない従来構成のＳＡＷフィルタを比較例２のＳＡＷフィルタとよぶ。
図６は、実施例２のＳＡＷフィルタ３１および比較例２のＳＡＷフィルタについてのフィルタ特性を示す図である。また、図６には、実施例２のＳＡＷフィルタおよび比較例２のＳＡＷフィルタの構成において、直列に接続される弾性表面波共振子３５〜３８のうちの弾性表面波共振子３５および並列に接続される弾性表面波共振子３９、４０のうちの弾性表面波共振子３９のアドミタンス特性も示している。実施例２のＳＡＷフィルタ３１および比較例２のＳＡＷフィルタは、直列に接続される弾性表面波共振子３５については、同じ構成であるが、並列に接続される弾性表面波共振子１５については、誘電体膜３４の有無による差異がある。なお、横軸は周波数で、縦軸はアドミタンスである。
図６において、比較例２のＳＡＷフィルタは実線で示し、実施例２のＳＡＷフィルタは点線で示している。低周波側のアドミタンス特性は、並列に接続された弾性表面波共振子３９の特性である。また、高周波側のアドミタンス特性は、直列に接続された弾性表面波共振子３５の特性である。
実施例２のＳＡＷフィルタでは、並列に接続された弾性表面波共振子３９、４０のみに誘電体膜３４であるＳｉＯ２膜を形成している。図６からわかるように、誘電体膜３４を形成することで、低周波側のアドミタンス特性の急峻性が改善されることが見出された。これは、誘電体膜３４であるＳｉＯ２膜が形成された弾性表面波共振子３９、４０の容量比が、誘電体膜３４の形成されていない弾性表面波共振子３５〜３８の容量比よりも大きくなるからである。一般的に、共振子の容量比をγ、共振周波数をｆｒ、反共振周波数をｆａｒとしたとき、これらの間にはγ＝１／［（ｆａｒ／ｆｒ）２−１］の関係がある。
すなわち、容量比が大きくなることにより共振周波数と反共振周波数の周波数差が小さくなり、急峻なアドミタンス特性が得られる。また、並列に接続された弾性表面波共振子３９、４０のみに誘電体膜３４であるＳｉＯ２膜を形成した場合には、これらの弾性表面波共振子３９、４０の共振周波数を誘電体膜３４が形成されていない弾性表面波共振子３５〜３８の共振周波数よりも低く設定する。このように設定することで、低周波側のアドミタンス特性が急峻になり、ＳＡＷフィルタ３１のフィルタ特性において通過帯域内の低周波側を急峻になるように制御することができる。図７は、この実施例２のＳＡＷフィルタのフィルタ特性を示す図である。縦軸は挿入損失であり、横軸は周波数である。図７からわかるように、通過帯域内の低周波側の極が急峻になることが見出された。
また、容量比の増加に伴い、ＳＡＷフィルタの帯域幅が狭帯域化する傾向を有するが、実施例２のＳＡＷフィルタは６０ＭＨｚと十分な帯域を確保することができている。また、実施例２のＳＡＷフィルタは弾性表面波共振子３５〜４０をインピーダンス素子として用いたフィルタであるため、通過帯域内の挿入損失も３．４３ｄＢと低挿入損失を実現できた。
また、この実施例２のＳＡＷフィルタの周波数温度特性を測定したところ、−２２ｐｐｍ／℃であった。一方、比較例２のＳＡＷフィルタでは、周波数温度特性は−４０ｐｐｍ／℃〜−３５ｐｐｍ／℃であった。この結果、実施例２のＳＡＷフィルタでは、周波数温度特性が大きく改善されることが確認された。
また、本実施の形態では、並列に接続された２つの弾性表面波共振子３９、４０の両方ともに誘電体膜３４であるＳｉＯ２膜が形成されている。しかし、並列に接続された弾性表面波共振子３９、４０のうち一方のみに誘電体膜３４を形成してもよい。このようにすることによって、低周波側に極を複数形成することができるので、相手側の帯域で充分な減衰量を確保することが容易にできる。
さらに、並列に接続する弾性表面波共振子の数は２つに限定されることはなく、さらに多く設けてもよい。この場合、並列に設けられた複数の弾性表面波共振子のうち１つ以上の弾性表面波共振子の表面に誘電体膜３４を設けてもよい。
なお、本実施の形態においては、直列に接続した弾性表面波共振子が４つ、並列に接続した弾性表面波共振子が２つで、合計６つの弾性表面波共振子からなるラダー型のＳＡＷフィルタを例として説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、直列と並列にそれぞれ接続される弾性表面波共振子の数およびその構成は要求されるフィルタ特性により異なるが、いずれの場合においても本発明の構成を適用することで本実施の形態のＳＡＷフィルタ３１と同様な効果を得ることが可能である。
（第３の実施の形態）
図８は、本発明の第３の実施の形態にかかるアンテナ共用器の回路構成を説明するための回路ブロック図である。このアンテナ共用器の基本構成は、送信側フィルタ４１、受信側フィルタ４２および位相器４３からなり、さらに送信側フィルタ４１に送信側端子４４が接続され、受信側フィルタ４２に受信側端子４５が接続されており、送信側フィルタ４１と受信側フィルタ４５との間にアンテナ端子４６が設けられている。
このようなアンテナ共用器を実現するためには、クロスバンドで周波数特性を急峻にする必要がある。例えば、ＰＣＳ等のように、送信帯域が低周波側で、受信帯域が高周波側にある周波数アロケーションの場合には、送信側フィルタ４１には高周波側が急峻なフィルタ特性が要求される。一方、受信側フィルタ４２には、低周波側が急峻なフィルタ特性が要求される。したがって、送信側フィルタ４１には、第１の実施の形態にかかるＳＡＷフィルタを用い、受信側フィルタ４２には第２の実施の形態にかかるＳＡＷフィルタを用いれば、このような要求を満たすことができる。
このような構成とすることにより、図４から分かるように送信側フィルタ４１として用いるＳＡＷフィルタ１１の挿入損失は２．４３ｄＢと小さく、かつ高周波側の減衰量は約５０ｄＢであり、相手側の帯域において大きな抑圧を実現できる。この結果、アンテナ共用器の送信側フィルタ４１として充分な特性を有している。また、図７から分かるように受信側フィルタとして用いるＳＡＷフィルタ３１の挿入損失は３．４３ｄＢと小さく、かつ低周波側の減衰量は５０ｄＢであり、相手側の帯域において大きな抑圧を実現できる。この結果、アンテナ共用器の受信側フィルタ４２として充分な特性を有している。
以上のように、第１の実施の形態および第２の実施の形態のＳＡＷフィルタを用いることで、クロスバンドが狭い場合でも良好な特性を有するアンテナ共用器を実現することができる。
なお、本実施の形態においては、特にＰＣＳなどのように、送信帯域が低周波側、受信帯域が高周波側にある周波数アロケーションの場合について説明した。しかし、送信帯域が高周波側、受信帯域が低周波側にある周波数アロケーションを有するシステムの場合についても、送信側フィルタ４１には低周波側が急峻なフィルタ特性が要求され、受信側フィルタ４２には高周波側が急峻なフィルタ特性が求められる。このようなシステムに対しては、送信側フィルタ４１には、第２の実施の形態のＳＡＷフィルタを用い、受信側フィルタ４２には第１の実施の形態のＳＡＷフィルタを用いれば、良好な特性を有するアンテナ共用器を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
本発明のＳＡＷフィルタおよびそれを用いたアンテナ共用器は、優れた周波数温度特性を有し、かつ良好な帯域内挿入損失を有することから、このＳＡＷフィルタを用いることにより狭いクロスバンドにおいても急峻かつ相手側の帯域において大きな抑圧を有する高性能なアンテナ共用器を実現することもでき、携帯電話等の移動体通信分野に有用である。
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板上に櫛型電極およびグレーティング反射器で構成された弾性表面波共振子を複数接続して構成した弾性表面波フィルタであって、前記弾性表面波共振子のうち、少なくとも１つの前記弾性表面波共振子の表面には誘電体膜が形成されており、少なくとも１つの前記弾性表面波共振子の表面には前記誘電体膜が形成されていないことを特徴とする弾性表面波フィルタ。
【請求項２】
前記誘電体膜が形成された前記弾性表面波共振子の容量比を、前記誘電体膜が形成されていない前記弾性表面波共振子の容量比よりも大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波フィルタ。
【請求項３】
前記誘電体膜が形成された前記弾性表面波共振子の共振周波数を、前記誘電体膜が形成されていない前記弾性表面波共振子の共振周波数よりも高く設定したことを特徴とする請求項１または２に記載の弾性表面波フィルタ。
【請求項４】
前記誘電体膜が形成された前記弾性表面波共振子の共振周波数を、前記誘電体膜が形成されていない前記弾性表面波共振子の共振周波数よりも低く設定したことを特徴とする請求項１または２に記載の弾性表面波フィルタ。
【請求項５】
前記弾性表面波共振子は直列接続および並列接続されてラダー型のフィルタ構成を形成し、前記誘電体膜は直列接続された前記弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つまたは並列接続された前記弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つの表面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波フィルタ
【請求項６】
前記誘電体膜が、二酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波フィルタ。
【請求項７】
請求項１に記載の弾性表面波フィルタを用いたアンテナ共用器。
【請求項８】
請求項５に記載のラダー型弾性表面波フィルタを用いたアンテナ共用器。
【請求項９】
送信側フィルタ、受信側フィルタおよび位相器を含むアンテナ共用器であって、前記送信側フィルタおよび前記受信側フィルタは、それぞれ弾性表面波共振子が直列接続および並列接続されたラダー型の構成からなり、かつそれぞれの通過帯域で急峻なフィルタ特性が要求される周波数端側に対応して、直列接続された前記弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つまたは並列接続された前記弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つの表面に誘電体膜が形成されていることを特徴とするアンテナ共用器。
【請求項１０】
前記アンテナ共用器は送信帯域が低周波側で、受信帯域が高周波側にある周波数アロケーションであり、前記送信側フィルタは直列接続された前記弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つの表面に前記誘電体膜が形成された構成からなり、前記受信側フィルタは並列接続された前記弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つの表面に前記誘電体膜が形成された構成からなることを特徴とする請求項９に記載のアンテナ共用器。
【請求項１１】
前記アンテナ共用器は送信帯域が高周波側で、受信帯域が低周波側にある周波数アロケーションであり、前記送信側フィルタは並列接続された前記弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つの表面に前記誘電体膜が形成された構成からなり、前記受信側フィルタは直列接続された前記弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つの表面に前記誘電体膜が形成された構成からなることを特徴とする請求項９に記載のアンテナ共用器。
【請求項１】
圧電基板上に櫛型電極およびグレーティング反射器で構成された弾性表面波共振子を複数接続して構成した弾性表面波フィルタであって、前記弾性表面波共振子のうち、少なくとも１つの前記弾性表面波共振子の表面には誘電体膜が形成されており、少なくとも１つの前記弾性表面波共振子の表面には前記誘電体膜が形成されていないことを特徴とする弾性表面波フィルタ。
【請求項２】
前記誘電体膜が形成された前記弾性表面波共振子の容量比を、前記誘電体膜が形成されていない前記弾性表面波共振子の容量比よりも大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波フィルタ。
【請求項３】
前記誘電体膜が形成された前記弾性表面波共振子の共振周波数を、前記誘電体膜が形成されていない前記弾性表面波共振子の共振周波数よりも高く設定したことを特徴とする請求項１または２に記載の弾性表面波フィルタ。
【請求項４】
前記誘電体膜が形成された前記弾性表面波共振子の共振周波数を、前記誘電体膜が形成されていない前記弾性表面波共振子の共振周波数よりも低く設定したことを特徴とする請求項１または２に記載の弾性表面波フィルタ。
【請求項５】
前記弾性表面波共振子は直列接続および並列接続されてラダー型のフィルタ構成を形成し、前記誘電体膜は直列接続された前記弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つまたは並列接続された前記弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つの表面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波フィルタ
【請求項６】
前記誘電体膜が、二酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波フィルタ。
【請求項７】
請求項１に記載の弾性表面波フィルタを用いたアンテナ共用器。
【請求項８】
請求項５に記載のラダー型弾性表面波フィルタを用いたアンテナ共用器。
【請求項９】
送信側フィルタ、受信側フィルタおよび位相器を含むアンテナ共用器であって、前記送信側フィルタおよび前記受信側フィルタは、それぞれ弾性表面波共振子が直列接続および並列接続されたラダー型の構成からなり、かつそれぞれの通過帯域で急峻なフィルタ特性が要求される周波数端側に対応して、直列接続された前記弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つまたは並列接続された前記弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つの表面に誘電体膜が形成されていることを特徴とするアンテナ共用器。
【請求項１０】
前記アンテナ共用器は送信帯域が低周波側で、受信帯域が高周波側にある周波数アロケーションであり、前記送信側フィルタは直列接続された前記弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つの表面に前記誘電体膜が形成された構成からなり、前記受信側フィルタは並列接続された前記弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つの表面に前記誘電体膜が形成された構成からなることを特徴とする請求項９に記載のアンテナ共用器。
【請求項１１】
前記アンテナ共用器は送信帯域が高周波側で、受信帯域が低周波側にある周波数アロケーションであり、前記送信側フィルタは並列接続された前記弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つの表面に前記誘電体膜が形成された構成からなり、前記受信側フィルタは直列接続された前記弾性表面波共振子のうちの少なくとも１つの表面に前記誘電体膜が形成された構成からなることを特徴とする請求項９に記載のアンテナ共用器。
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０７６４７３
【国際公開日】平成１７年８月１８日（２００５．８．１８）
【発行日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５１７７９４（Ｐ２００５−５１７７９４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００５／００１８５９
【国際出願日】平成１７年２月２日（２００５．２．２）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１７年８月１８日（２００５．８．１８）
【発行日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００５／００１８５９
【国際出願日】平成１７年２月２日（２００５．２．２）
【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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