説明

弾性表面波共振器

【課題】本発明は、櫛型電極の本数が多く容量を大きくした場合においても、スプリアスが抑制された広帯域の弾性表面波共振器を提供する。
【解決手段】本発明の弾性表面波共振器は、圧電基板10と、圧電基板10上に設けられた櫛型電極11を有する第1の弾性表面波共振器20と、圧電基板10上に設けられた櫛型電極12を有する第2の弾性表面波共振器30とを備え、第1の弾性表面波共振器20および第2の弾性表面波共振器30は、アポダイズが施された構成であって、かつ、並列に接続されており、また、第1の弾性表面波共振器におけるアポダイズの重み付けと第2の弾性表面波共振器におけるアポダイズの重み付けとは異なる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、携帯電話などの高周波数帯域の通信機器に用いられる弾性表面波共振器に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、広帯域なフィルタ特性を有する弾性表面波共振器の要望が高まっている。一般に、広帯域なフィルタを実現させるためには、電気機械結合係数の大きな材料からなる基板を選択する必要がある。
【0003】
従来、LiNbO3基板は電気機械結合係数が大きく、SAWフィルタの広帯域化に有効である。しかしながら、一般的には、LiNbO3基板特有の横モードによるスプリアスが発生して帯域内周波数特性を劣化させる。
【0004】
図8は従来の正規型電極を有する弾性表面波共振器の平面図を示す。図8に示すように、櫛型電極1と反射器2とを有する正規型電極3においては、横モードによりスプリアスが発生する。この場合の特性を図9Aおよび図9Bに示す。すなわち、図9Aは、図8の弾性表面波共振器の周波数に対する挿入損失を示す通過帯域特性図を示す。また、図9Bは、図9Aの破線で囲んだ領域9bを拡大した弾性表面波共振器の通過帯域特性図を示す。
【0005】
図9Aおよび図9Bより、共振点9cと反共振点9dとの間に、スプリアスが発生しているのがわかる。この横モードのスプリアスを抑制するために、図10に示すように弾性表面波共振器をアポダイズする技術が一般的に知られている。すなわち、図10は、図8とは異なる他の従来の弾性表面波共振器の平面図を示す。図10に示すように弾性表面波共振器は、所定の周波数特性を得るために2つの櫛型電極1の電極指の交差長を変化させる、いわゆるアポダイズ型に形成されている。
【0006】
なお、この技術に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1、2が知られている。
【0007】
しかしながら、図10に示すように櫛型電極1の本数が少ない場合はアポダイズにより横モードを抑制できるものの、櫛型電極1の本数が多い他の従来の弾性表面波共振器を示す図11のように櫛型電極1の本数が多い場合には、横モードの励振強度も強くなるので、スプリアスを抑制することができない。
【0008】
また、図12Aは、アポダイズを施した櫛型電極本数150本の弾性表面波共振器の通過帯域特性図を示し、図12Bは、図12Aの破線で囲んだ領域12bを拡大した弾性表面波共振器の通過帯域特性図を示す。
【0009】
図12Aおよび図12Bに示すように、図9Aおよび図9Bに比べて横モードのスプリアスが抑制されていることが通過帯域特性からわかる。
【0010】
図13Aは、アポダイズを施した櫛型電極本数300本の弾性表面波共振器の通過帯域特性図を示し、図13Bは、図13Aの破線で囲んだ領域13bを拡大した弾性表面波共振器の通過帯域特性図を示す。
【0011】
図13Aおよび図13Bの通過帯域特性を示す弾性表面波共振器は、LiNbO3基板の上に櫛型電極が形成されたのちに櫛型電極およびLiNbO3基板の表面をシリコン酸化膜(以下、「SiO2」とする)で覆った構成からなるものである。基板のカット角としては、回転Yカット5°の基板を用いている。この構成にすることにより、弾性表面波共振器の広帯域化、温度特性の良好化が実現できるが、櫛型電極が、例えば300本程度に多くなると、横モードのスプリアスが抑制しきれない。したがって、弾性表面波共振器を用いてラダー型フィルタを構成する場合に、設計上、弾性表面波共振器の容量を大きくする必要があるが、容量を大きくするために櫛型電極1の本数を多くするとスプリアスが発生するという問題点を有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【特許文献1】特開平2−11012号公報
【特許文献2】特開平6−85602号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
本発明は上記問題点を解決し、櫛型電極の本数が多く容量を大きくした場合においても、スプリアスが抑制された広帯域の弾性表面波共振器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明の弾性表面波共振器は、圧電基板と、圧電基板上に設けられた櫛型電極を有する第1の弾性表面波共振器と、圧電基板上に設けられた櫛型電極を有する第2の弾性表面波共振器とを備えている。そして、第1の弾性表面波共振器および第2の弾性表面波共振器はアポダイズが施された構成であって、かつ、第1の弾性表面波共振器と第2の弾性表面波共振器とは並列に接続されている。また、第1の弾性表面波共振器におけるアポダイズの重み付けと第2の弾性表面波共振器におけるアポダイズの重み付けとは異なる。
【0015】
上記構成により、櫛型電極の本数の少ない2つの弾性表面波共振器を用いているので、不要な横モードの共振を抑制してスプリアスを抑制できる。さらに、第1の弾性表面波共振器と第2の弾性表面波共振器とを並列に接続しているので、所定の静電容量を確保できる。
【0016】
したがって、全体として櫛型電極の本数が多くてもスプリアスを抑制しつつ所定の静電容量を有する弾性表面波共振器を得ることができる。
【発明の効果】
【0017】
本発明に係る弾性表面波共振器は、全体として櫛型電極の本数が多くてもスプリアスを抑制し、かつ所定の静電容量を有し、挿入損失も少なく小型化ができる。したがって、周波数フィルタなどをはじめとした電子部品として各種電子機器に用いることができ、各種電子機器の高性能化および小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の実施の形態1における弾性表面波共振器の平面図
【図2A】本発明の実施の形態1における弾性表面波共振器の通過帯域特性図
【図2B】図2Aの破線で囲んだ領域2bを拡大した通過帯域特性図
【図3】本発明の実施の形態1における他の弾性表面波共振器の平面図
【図4】本発明の実施の形態2における他の弾性表面波共振器の平面図
【図5A】本発明の実施の形態2における弾性表面波共振器の通過帯域特性図
【図5B】図5Aの破線で囲んだ領域5bを拡大した通過帯域特性図
【図6】本発明の実施の形態3における他の弾性表面波共振器の平面図
【図7A】本発明の実施の形態3における弾性表面波共振器の通過帯域特性図
【図7B】図7Aの破線で囲んだ領域7bを拡大した通過帯域特性図
【図8】従来の正規型電極を有する弾性表面波共振器の平面図
【図9A】図8の弾性表面波共振器の周波数に対する挿入損失を示す通過帯域特性図
【図9B】図9Aの破線で囲んだ領域9bを拡大した弾性表面波共振器の通過帯域特性図
【図10】他の従来の弾性表面波共振器の平面図
【図11】櫛型電極の本数の多い他の従来の弾性表面波共振器の平面図
【図12A】アポダイズを施した櫛型電極本数150本の弾性表面波共振器の通過帯域特性図
【図12B】図12Aの破線で囲んだ領域12bを拡大した弾性表面波共振器の通過帯域特性図
【図13A】アポダイズを施した櫛型電極本数300本の弾性表面波共振器の通過帯域特性図
【図13B】図13Aの破線で囲んだ領域13bを拡大した弾性表面波共振器の通過帯域特性図
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を用いて説明する。以下の図面においては、構成をわかりやすくするために電極指の本数を実際よりも少なく示している。さらに、同じ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。
【0020】
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における弾性表面波共振器の平面図を示す。
【0021】
図1に示すように本実施の形態1に示す弾性表面波共振器は、圧電基板10と、圧電基板10上に設けられた櫛型電極11を有する第1の弾性表面波共振器20と、圧電基板10上に設けられた櫛型電極12を有する第2の弾性表面波共振器30とを備えている。そして、第1の弾性表面波共振器20および第2の弾性表面波共振器30は、図1に示すようにアポダイズが施された構成であって、かつ、第1の弾性表面波共振器20と第2の弾性表面波共振器30とは並列に接続されている。
【0022】
すなわち、本実施の形態1に示す弾性表面波共振器は、例えばLiNbO3などの材料からなる圧電基板10上に、櫛型電極11、12と反射器13、14、15、16とにより構成されている。図1に示すように櫛型電極11の両側には反射器13、14が近接配置され、第1の弾性表面波共振器20が構成されている。同様に櫛型電極12の両側には反射器15、16が近接配置され、第2の弾性表面波共振器30が構成されている。さらに、本実施の形態1に示す弾性表面波共振器は、第1の弾性表面波共振器20と第2の弾性表面波共振器30とを並列に接続した構成としている。なお、櫛型電極11、12には、中央で電極指の交差幅が大きく、端部に進むにしたがい徐々に交差幅が小さくなり、共振器端部で交差幅が0になるアポダイズを施している。ここで、アポダイズとは電極指の交差長を変化させることにより、弾性表面波共振器において所定の周波数特性を得ることができる設計的な手法である。なお、弾性表面波共振器において、広帯域なフィルタ特性を得るためには、圧電基板10にLiTaO3よりも大きな電気機械結合係数が得られるLiNbO3を使用することが好ましい。このような構成とすることにより、弾性表面波共振器は広帯域、かつ低スプリアスの特性を実現することができる。
【0023】
図2Aは、このようにして製作した弾性表面波共振器の通過帯域特性図を示し、図2Bは、図2Aの破線で囲んだ領域2bを拡大した通過帯域特性図を示す。
【0024】
ここで、圧電基板10としては、例えば回転Yカット5°の基板を用いており、櫛型電極11、12は、例えば表面がSiO2などのシリコン酸化膜で覆われたLiNbO3基板の上のSiO2膜の下に形成した構成としている。すなわち、櫛型電極の上にシリコン酸化膜などの誘電体層が形成されている構成としている。このような構成とすることにより、共振器の広帯域化、温度特性の良好化が実現できる。なお、ここで圧電基板は、回転Yカット5°の基板を用いたが、−5°から+30°の回転Yカット基板のLiNbO3を用いて弾性表面波共振器を構成してもよい。このように角度範囲を指定した回転Yカットを行うことにより、電気機械結合係数の高い圧電基板を使用することができ、弾性表面波共振器を広帯域のフィルタとして構成することができる。さらに、回転Yカットを−5°から+30°までの範囲とすることにより、特に電気機械結合係数の高い圧電基板が使用できるため、このような圧電基板を使用することが好ましい。
【0025】
また、櫛型電極11、12の本数は150本とし、弾性表面波共振器全体として、図10に示した従来の櫛型電極本数300本の弾性表面波共振器と静電容量の値を一致させている。
【0026】
図2Aおよび図2Bからわかるように、挿入損失を劣化させることなく、共振点付近に見られたスプリアスを抑制できていることがわかる。これは電極本数が少ない櫛型電極11、12を有する第1の弾性表面波共振器20および第2の弾性表面波共振器30を用いることにより、不要な横モードの共振を抑制しているからである。それとともに、このような第1の弾性表面波共振器20と第2の弾性表面波共振器30とを並列に接続することにより、弾性表面波共振器全体として、静電容量を大きくしているからである。
【0027】
以上の構成とすることにより、スプリアスが抑制され、かつ容量の大きい弾性表面波共振器を実現することができる。これにより、ラダー型フィルタの設計の自由度が向上するという効果が期待できる。
【0028】
図3は、実施の形態1における他の弾性表面波共振器の平面図を示す。この弾性表面波共振器は、図1と同様に第1の弾性表面波共振器21と第2の弾性表面波共振器22とが並列に接続されて構成されている。なお、第1の弾性表面波共振器21は、櫛型電極21aとこれを挟む反射器21b、21cとから構成されている。また、第2の弾性表面波共振器22は、櫛型電極22aとこれを挟む反射器22b、22cとから構成されている。
【0029】
図3に示すように第1の弾性表面波共振器21および第2の弾性表面波共振器22における櫛型電極21a、22aの交差幅L1、L2の関係をL1>L2と異なるようにすることにより、以下の作用が得られる。
【0030】
ここで、横モードスプリアスとは弾性波伝搬方向Xと直交する方向に定在波が立ち、通過帯域内に生じるスプリアスである。したがって、横モードスプリアスの発生周波数は第1の弾性表面波共振器21および第2の弾性表面波共振器22における櫛型電極21a、22aの交差幅L1、L2に依存する。ここで交差幅L1、L2の関係をL1>L2とすることにより、第1の弾性表面波共振器21と第2の弾性表面波共振器22とにおいて横モードスプリアスの発生周波数が異なるようにして、横モードスプリアスを分散させる。このことにより、ある特定の周波数帯域に大きなスプリアスが発生することを抑制することが可能となる。この交差幅を異ならせてスプリアスの発生を抑制することとアポダイズを用いた設計による横モードスプリアス抑制とを組み合わせて弾性表面波共振器を製作することにより、より挿入損失が低減された良好な共振器特性をもつ弾性表面波共振器を実現することができる。
【0031】
なお、本実施の形態1において、例として第1の弾性表面波共振器および第2の弾性表面波共振器の櫛型電極の電極本数がそれぞれ150本のものを用いた。しかしながら、これらの櫛型電極のうちの少なくともいずれかの電極本数が150本以下のものを用いれば、第1の弾性表面波共振器と第2の弾性表面波共振器とを並列に接続することにより、横モードのスプリアス抑制の効果を同様に得ることができる。
【0032】
(実施の形態2)
図4は、本発明の実施の形態2における弾性表面波共振器の平面図を示す。
【0033】
本発明の弾性表面波共振器においては、図1に示す櫛型電極11、12の間の反射器14または反射器15を取り除き、櫛型電極11、12の間の反射器15を共通化する構成としている。すなわち、第1の弾性表面波共振器21および第2の弾性表面波共振器22には共用化する反射器15が設けられている。このような構成とすることにより、実施の形態1の図1に示した弾性表面波共振器をより小型化することができる。
【0034】
図5Aは、この弾性表面波共振器の通過帯域特性図を示し、図5Bは、図5Aの破線で囲んだ領域5bを拡大した通過帯域特性図を示す。
【0035】
図5Aおよび図5Bからわかるように、実施の形態1と同様に本実施の形態2の図4に示す弾性表面波共振器においても、横モードのスプリアスが抑制されている。
【0036】
(実施の形態3)
図6は、本発明の実施の形態3における弾性表面波共振器の平面図を示す。
【0037】
本発明の弾性表面波共振器においては、図1に示す櫛型電極11、12の間の反射器14、15を全て取り除き、櫛型電極11、12を近接配置する構成としている。すなわち、第1の弾性表面波共振器21および第2の弾性表面波共振器22において、近接配置された櫛型電極11と櫛型電極12とを挟んだ反射器13および反射器16が共用化された構成としている。このような構成とすることにより、実施の形態1および実施の形態2において示した弾性表面波共振器をさらに小型化することができる。
【0038】
図7Aは、この弾性表面波共振器の通過帯域特性図を示し、図7Bは、図7Aの破線で囲んだ領域7bを拡大した通過帯域特性図を示す。
【0039】
図7Aおよび図7Bからわかるように、実施の形態1および実施の形態2と同様に本実施の形態3の図6に示す弾性表面波共振器においても、横モードのスプリアスが抑制されていることがわかる。
【0040】
なお、本実施の形態1から3において、櫛型電極11、12の本数はこれに限るものではなく、アポダイズの重み付けが施された第1の弾性表面波共振器21と第2の弾性表面波共振器22とが並列となるように接続された構成であれば同様の効果が得られる。
【0041】
また、アポダイズの重み付けに関しては、中央で電極指の交差幅が大きく、端部に進むにしたがい徐々に交差幅が小さくなり、共振器端部で交差幅が0になるアポダイズを施しているが、これに限るものではない。横モードのスプリアスの大きさを考慮して、重み付けの強度を変えることにより、より最適な弾性表面波共振器が得られるものである。
【0042】
また、本実施の形態1から3においては、第1の弾性表面波共振器21と第2の弾性表面波共振器22とが2つ並列に接続されているが、これは2つに限るわけではなく2つ以上並列に接続されている構成であればかまわない。
【0043】
また、第1の弾性表面波共振器21および第2の弾性表面波共振器22の構成を等しくしているが、櫛型電極11、12の本数や櫛型電極11、12の構成、重み付けの構成が互いに異なるものであってもかまわない。
【産業上の利用可能性】
【0044】
本発明に係る弾性表面波共振器は、全体として櫛型電極の本数が多くてもスプリアスを抑制し、かつ所定の静電容量を有し、挿入損失も少なく小型化ができる。したがって、周波数フィルタなどをはじめとした電子部品として各種電子機器に用いることができ、各種電子機器の高性能化および小型化を図ることができる。
【符号の説明】
【0045】
10 圧電基板
11,12,21a,22a 櫛型電極
13,14,15,16,21b,21c,22b,22c 反射器
20,21 第1の弾性表面波共振器
22,30 第2の弾性表面波共振器

【特許請求の範囲】
【請求項1】
圧電基板と、前記圧電基板上に設けられた櫛型電極を有する第1の弾性表面波共振器と、前記圧電基板上に設けられた櫛型電極を有する第2の弾性表面波共振器とを備え、
前記第1の弾性表面波共振器および前記第2の弾性表面波共振器はアポダイズが施された構成であって、かつ、前記第1の弾性表面波共振器と前記第2の弾性表面波共振器とは並列に接続され、
前記第1の弾性表面波共振器におけるアポダイズの重み付けと前記第2の弾性表面波共振器におけるアポダイズの重み付けとは異なることを特徴とする弾性表面波共振器。
【請求項2】
前記圧電基板がLiNbO3により構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共振器。
【請求項3】
前記圧電基板が−5°から+30°の回転Yカット基板のLiNbO3により構成され、
前記櫛型電極の上に誘電体層が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共振器。
【請求項4】
前記第1の弾性表面波共振器および前記第2の弾性表面波共振器は少なくとも1つの反射器を共用することを特徴とする請求項1に記載の弾性表面波共振器。
【請求項5】
並列に接続される前記第1の弾性表面波共振器および前記第2の弾性表面波共振器の前記櫛型電極のうちの少なくともいずれかの電極本数が150本以下である請求項1に記載の弾性表面波共振器。
【請求項6】
前記第1の弾性表面波共振器における櫛型電極の本数と前記第2の弾性表面波共振器における櫛型電極の本数とは異なることを特徴とする請求項1に記載の弾性表面波共振器。
【請求項7】
前記第1の弾性表面波共振器における櫛型電極の最大交差幅と前記第2の弾性表面波共振器における櫛型電極の最大交差幅とは異なる請求項1に記載の弾性表面波共振器。

【図1】
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【図2A】
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【図2B】
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【図3】
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【図4】
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【図5A】
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【図5B】
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【図6】
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【図7A】
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【図7B】
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【図8】
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【図9A】
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【図9B】
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【図10】
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【図11】
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【図12A】
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【図12B】
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【図13A】
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【図13B】
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【公開番号】特開2011−160488(P2011−160488A)
【公開日】平成23年8月18日(2011.8.18)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−115485(P2011−115485)
【出願日】平成23年5月24日(2011.5.24)
【分割の表示】特願2011−46211(P2011−46211)の分割
【原出願日】平成19年11月7日(2007.11.7)
【出願人】(000005821)パナソニック株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】