縦結合共振器型フィルタ
【課題】通過周波数帯域よりも高域側におけるサイドローブの生成を抑えながら、通過周波数帯域におけるピーク位置から３ｄＢ減衰した領域の帯域幅をＢＷ３ｄＢ、この帯域幅ＢＷ３ｄＢにおける中心周波数をｆｎとすると、比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎが０．０１〜０．０２もの狭帯域の縦結合共振器型フィルタを提供すること。
【解決手段】圧電基板１１を伝搬する弾性波の波長に対応する電極指１５の周期単位λ及び電極指１５のの膜厚ｈについて、膜厚比ｈ／λが０．０５〜０．０８５となるように設定すると共に、ＩＤＴ電極１２の合計の電極指１５の対数ＮＴについて、１００≦ＮＴ≦４００に設定する。
【解決手段】圧電基板１１を伝搬する弾性波の波長に対応する電極指１５の周期単位λ及び電極指１５のの膜厚ｈについて、膜厚比ｈ／λが０．０５〜０．０８５となるように設定すると共に、ＩＤＴ電極１２の合計の電極指１５の対数ＮＴについて、１００≦ＮＴ≦４００に設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波を用いた縦結合共振器型フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
通過周波数帯域の広域化が要求される携帯電話などの通信用のフィルタ（バンドパスフィルタ）に対して、ホームセキュリティやスマートグリッドなどの特定小電力用の周波数帯を使用するアプリケーション（例えばエアコンの電源の切り忘れを携帯電話に電子メールなどで通知する機器や、玩具のラジコン（ラジオコントロールカー）などの機器）では、通過周波数帯域の極めて狭い（狭帯域な）フィルタが求められている。即ち、このような特定小電力用の複数の機器に対して一括してある周波数帯域が割り振られており、また例えば室内などの狭い環境で複数の種別の機器が同時に用いられることがあるため、これら機器同士が干渉しないように、各々の機器には互いに通過周波数帯域の異なる狭帯域なフィルタが必要となる。このようなフィルタの各々には、互いの機器同士が干渉しないように、通過周波数帯域よりも低域側及び高域側に各々阻止域が設けられており、この阻止域は、別のフィルタの通過周波数帯域に対してマージンを設けるため、通過周波数帯域の下端（低域側の端部）及び上端（高域側の端部）からある程度離間した位置に設定されている。
【０００３】
そして、近年において、特定小電力用の周波数帯の有効利用を図る（ある周波数帯において使用できる機器の種類をできるだけ多くする）ため、通過周波数帯域と前記阻止域との間の周波数の差であるいわゆるガードバンド幅の狭いフィルタ、即ち通過周波数帯域及び阻止域からなる帯域の狭いフィルタが求められている。具体的には、例えば９００ＭＨｚ帯では、通過周波数帯域及びガードバンド幅が夫々４ＭＨｚ及び±２００ＭＨｚに設定された従来のフィルタに対して、近年では通過周波数帯域及びガードバンド幅が夫々２ＭＨｚ及び±４０ＭＨｚに設定された狭帯域で且つ急峻度の大きなフィルタが要求されている。
【０００４】
一方、既述の通信用のフィルタでは、通過周波数帯域を狭帯域化するためには、例えばＩＤＴ（Inter Digital Transducer）電極の電極指などの電極膜厚を薄くする手法が採られる。しかし、既述のように通過周波数帯域が２ＭＨｚ程度となるまで電極膜厚を薄くすると、当該電極の抵抗値が増大して挿入損失が大きくなってしまうし、また後述の図１１に示すように、例えば通過周波数帯域よりも高域側に不要なサイドローブが形成されてしまう。このサイドローブが形成されると、既述の通過周波数帯域が２ＭＨｚもの狭帯域に設定されたフィルタでは、通過周波数帯域よりも高域側の減衰量が１０〜３０ｄＢ程度しか確保できず、十分な周波数選択性を持たせることが困難になってしまう。
【０００５】
特許文献１には、携帯電話用のフィルタが記載されており、また特許文献２及び特許文献３には、夫々狭帯域のフィルタ及び帯域阻止フィルタ（ノッチフィルタ）が記載されているが、既述の課題については記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１９８３１６
【特許文献２】特開２０１０−１４１７２７
【特許文献３】特開２００２−１３５０８１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、通過周波数帯域よりも高域側におけるサイドローブの生成を抑えながら、通過周波数帯域におけるピーク位置から３ｄＢ減衰した領域の帯域幅をＢＷ３ｄＢ、この帯域幅ＢＷ３ｄＢにおける中心周波数をｆｎとすると、比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎが０．０１〜０．０２もの狭帯域の縦結合共振器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】
【０００８】
本発明の縦結合共振器型フィルタは、
通過周波数帯域におけるピーク位置から３ｄＢ減衰した領域の帯域幅をＢＷ３ｄＢ、この帯域幅ＢＷ３ｄＢにおける中心周波数をｆｎとすると、比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎが０．０１〜０．０２である縦結合共振器型フィルタであって、
タンタル酸リチウムからなる圧電基板と、
この圧電基板上に弾性波の伝搬方向に沿って少なくとも２箇所に設けられ、互いに平行に配置された一対のバスバー及び各々のバスバーから互いに交差するように伸び出す複数の電極指を備えたＩＤＴ電極と、
前記圧電基板上において弾性波の伝搬方向に沿って前記ＩＤＴ電極の並びを挟み込むように設けられ、弾性波を当該並びに反射させるための反射器と、を備え、
前記圧電基板を伝搬する弾性波の波長に対応する前記電極指の周期単位及び前記電極指の膜厚を夫々λ及びｈとすると、膜厚比ｈ／λが０．０５〜０．０８５に設定され、
前記少なくとも２箇所に設けられたＩＤＴ電極の合計の電極指の対数をＮＴとすると、１００≦ＮＴ≦４００に設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、ＩＤＴ電極及び反射器を備えた縦結合共振器型フィルタにおいて、圧電基板を伝搬する弾性波の波長に対応するＩＤＴ電極の電極指の周期単位及び前記電極指の膜厚を夫々λ及びｈとすると、膜厚比ｈ／λを０．０５〜０．０８５に設定すると共に、ＩＤＴ電極の合計の電極指の対数をＮＴとすると、１００≦ＮＴ≦４００に設定している。そのため、通過周波数帯域よりも高域側におけるサイドローブの生成を抑えながら、通過周波数帯域におけるピーク位置から３ｄＢ減衰した領域の帯域幅をＢＷ３ｄＢ、この帯域幅ＢＷ３ｄＢにおける中心周波数をｆｎとすると、比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎが０．０１〜０．０２である縦結合共振器型フィルタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る縦結合共振器型フィルタの一例を示す平面図である。
【図２】前記フィルタを示す縦断面図である。
【図３】前記フィルタにおける比帯域幅を説明するための模式図である。
【図４】前記フィルタの他の例を示す平面図である。
【図５】前記フィルタの他の例を示す平面図である。
【図６】前記フィルタの他の例を示す平面図である。
【図７】本発明の実施例において得られた結果を示す特性図である。
【図８】本発明の実施例において得られた結果を示す特性図である。
【図９】本発明の実施例において得られた結果を示す特性図である。
【図１０】本発明の実施例において得られた結果を示す特性図である。
【図１１】本発明の実施例において従来のフィルタについて得られた結果を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の縦結合共振器型フィルタの実施の形態の一例について、図１及び図２を参照して説明する。このフィルタは、弾性表面波（弾性波）の伝搬方向に沿って圧電基板１１上に形成された２つのＩＤＴ電極１２、１２と、これらＩＤＴ電極１２、１２の並びを弾性波の伝搬方向に沿って両側から挟み込むように配置された反射器１３、１３とを備えている。従って、反射器１３、１３の間に２つのＩＤＴ電極１２、１２が位置している。この圧電基板１１は、例えば３６°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）（単結晶タンタル酸リチウムを結晶のＹ軸に垂直な面で切断し、Ｘ軸から３６°回転したＸ’軸方向に弾性波が伝搬するように矩形に切り出した基板）により構成されている。
【００１２】
各々のＩＤＴ電極１２は、弾性波の伝搬方向に沿って伸びると共に互いに平行に配置された一対のバスバー１４、１４と、これらバスバー１４、１４の一方から他方に向かって互いに交互に櫛歯状に交差するように配置された複数の電極指１５とを備えている。弾性波の伝搬方向を左右方向と呼ぶと、２つのＩＤＴ電極１２、１２のうち図１中左側のＩＤＴ電極１２において、一方のバスバー１４には例えば入力ポート１６が接続され、他方のバスバー１４は接地されている。また、２つのＩＤＴ電極１２、１２のうち図１中右側のＩＤＴ電極１２において、一方のバスバー１４には例えば出力ポート１７が接続され、他方のバスバー１４は接地されている。
【００１３】
各々のＩＤＴ電極１２、１２において、複数の電極指１５は、圧電基板１１上を伝搬する弾性波の波長に対応するように周期的に配置されており、具体的には例えば互いに交差する２本の電極指１５、１５と、電極指１５、１５間の離間領域とにより、前記波長と同じ長さの周期単位λが繰り返されるように構成されている。互いに交差する電極指１５、１５の組を「電極指１５の対数Ｎ」と呼ぶと、２つのＩＤＴ電極１２、１２の合計の対数ＮＴは、１００〜４００対この例では２１２対となっている。図１中１８及び１９は、夫々グレーティング電極指及びグレーティングバスバーである。
【００１４】
これらＩＤＴ電極１２、１２及び反射器１３、１３は、圧電基板１１上に例えばアルミニウム（Ａｌ）などの金属膜（ベタ膜）及びフォトレジストマスクを下側からこの順番で積層し、続いてフォトレジストマスクをパターニングした後例えばドライエッチングなどにより前記金属膜をエッチングして形成される。従って、これらＩＤＴ電極１２、１２及び反射器１３、１３の膜厚ｈは、図２に示すように揃っており、例えば０．３２μｍ程度となっている。そのため、膜厚比ｈ／λは、０．０５〜０．０８５この例では０．０６９５となっている。
【００１５】
このフィルタにおいて例えば入力ポート１６から電気信号を入力すると、電極指１５、１５間で弾性波が発生し、ＩＤＴ電極１２、１２を介して反射器１３、１３間で反射を繰り返した後、出力ポート１７から電気信号として取り出される。この時、既述のように周期単位λを設定しているので、このフィルタは、例えば９００ＭＨｚ程度に通過周波数帯域の設定されたバンドパスフィルタとなる。また、膜厚比ｈ／λ及び電極指１５の対数ＮＴを既述のように設定しているので、通過周波数帯域が極めて狭帯域で且つ当該通過周波数帯域の低域側及び高域側の急峻度の良好なフィルタとなる。具体的にはこのフィルタの帯域幅は、図３に示すように、例えば通過周波数帯域におけるピーク位置から３ｄＢ減衰した領域の帯域幅をＢＷ３ｄＢ、この帯域幅ＢＷ３ｄＢにおける中心周波数をｆｎとすると、比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎが０．０１〜０．０２程度もの狭帯域となる。この例では、帯域幅ＢＷ３ｄＢ及び中心周波数ｆｎが例えば１０ＭＨｚ及び９００ＭＨｚであり、従って比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎは例えば０．０１１となる。尚、図３は、フィルタにおいて得られる周波数特性を模式的に示している。
【００１６】
ここで、膜厚比ｈ／λ及び電極指１５の対数ＮＴを既述の範囲に設定した理由について、後述のシミュレーション結果に基づいて説明する。尚、詳細なシミュレーション条件については、後で詳述する。
【００１７】
先ず、フィルタの通過周波数帯域を形成する帯域（例えば９００ＭＨｚ程度）を設定する。この通過周波数帯域を設定することにより、電極指１５の周期単位λがある値に定まる。次いで、電極指１５の膜厚ｈ及び電極指１５の対数ＮＴを夫々ある値に設定する。この状態のフィルタにおいて特性のシミュレーションを行うと、例えば後述の図７〜図１１に示すように、通過周波数帯域がどの程度の広さの帯域となるかが分かる。この時、膜厚ｈが薄すぎると、図１１に示すように、通過周波数帯域よりも高域側にサイドローブが生成する場合がある。その場合には、このサイドローブがなくなるまで、あるいは通過周波数帯域よりも高域側の減衰特性が所望のレベル以下となるまで、膜厚ｈを厚くしていく。このように膜厚ｈを厚くしていくと、膜厚比ｈ／λは、既述の範囲内となる。この時、通過周波数帯域は、図７に示すように、膜厚ｈの増加に伴って広がって（広帯域化して）いく。続いて、通過周波数帯域の帯域幅が所望の範囲内となるように、電極指１５の対数ＮＴを少しずつ増やしていく。即ち、電極指１５の対数ＮＴを増やす度に、図８に示すように、通過周波数帯域の帯域幅が狭帯域化していく。こうして既述の比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎが０．０１〜０．０２程度となるように通過周波数帯域を狭帯域化すると、電極指１５の対数ＮＴが既述の範囲内となる。
【００１８】
上述の実施の形態によれば、圧電基板１１を伝搬する弾性波の波長に対応する電極指１５の周期単位λ及び電極指１５のの膜厚ｈについて、膜厚比ｈ／λが０．０５〜０．０８５となるように設定すると共に、ＩＤＴ電極１２の合計の電極指１５の対数ＮＴについて、１００≦ＮＴ≦４００に設定している。そのため、膜厚比ｈ／λを調整することで通過周波数帯域よりも高域側におけるサイドローブの生成を抑えながら、対数ＮＴを通常のフィルタの構成（例えば数十対程度）よりも極めて多くすることにより、比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎが０．０１〜０．０２もの狭帯域の縦結合共振器型フィルタを得ることができる。
【００１９】
ここで、このような狭帯域のフィルタを形成するにあたり、電極指１５の対数ＮＴを従来のフィルタよりも極めて多くしているので、本発明のフィルタは、従来のフィルタよりも例えば弾性波の伝搬方向における圧電基板１１の寸法が大きくなる場合がある。即ち、フィルタを小型化すること（対数ＮＴをできるだけ少なくすること）が大前提の従前の設計手法に対して、本発明では、フィルタの寸法にとらわれることなく、狭帯域で且つサイドローブの生成を抑えるように当該フィルタを設計している。そのため、本発明は、従前の設計手法に対していわば逆の設計手法を採ることにより、狭帯域で且つ急峻な減衰傾度を持つ（サイドローブの生成を抑えた）フィルタを得ることができる。
従って、後述の実施例に示すように、本発明のフィルタの通過周波数帯域よりも低域側及び高域側に近接させて阻止域を配置することができる。そのため、通過周波数帯域及びガードバンド幅が夫々２ＭＨｚ及び±４０ＭＨｚ程度に設定することを要求される、ホームセキュリティやスマートグリッドなどの特定小電力用の周波数帯を使用するアプリケーション用のフィルタに本発明のフィルタを適用できる。
【００２０】
既述の例では、ＩＤＴ電極１２を２つ配置したが、図４に示すように、３つのＩＤＴ電極１２を配置しても良い。この場合には、既述の対数ＮＴは、これら３つのＩＤＴ電極１２の合計の数量となる。図４では、３つのＩＤＴ電極１２のうち中央のＩＤＴ電極１２について、一方のバスバー１４に入力ポート１６が接続され、他方のバスバー１４は接地されている。また、左右両側のＩＤＴ電極１２、１２は、各々の一方側のバスバー１４に共通の出力ポート１７が接続されると共に、他方のバスバー１４は接地されている。このフィルタにおいても、図１と同様の狭帯域のフィルタが得られる。また、４つ以上のＩＤＴ電極１２を反射器１３、１３間に配置しても良く、この場合でも対数ＮＴはＩＤＴ電極１２の合計の数量となる。
【００２１】
更に、既述の図１あるいは図４に示すフィルタを縦続接続しても良い。図５は、図１のフィルタを縦続接続した例を示している。ここで、２つのＩＤＴ電極１２、１２及び２つの反射器１３、１３からなる構成（図１のフィルタ）をフィルタ部２０と呼ぶと、図５では、フィルタ部２０、２０が弾性波の伝搬方向に直交する方向に配置されている。これらフィルタ部２０、２０のうち一方のフィルタ部２０において、図５中左側のＩＤＴ電極１２のバスバー１４には入力ポート１６が接続されいる。また、フィルタ部２０、２０のうち他方のフィルタ部２０において、図５中右側のＩＤＴ電極１２のバスバー１４には出力ポート１７が接続されている。そして、これらフィルタ部２０、２０において、各ポート１６、１７の接続されていないＩＤＴ電極１２、１２のバスバー１４、１４同士が接続されている。このように２つのフィルタ部２０、２０を縦続接続する場合には、既述の対数ＮＴは、各々のフィルタ部２０毎に設定される。
このようにフィルタ部２０、２０を縦続接続することにより、後述の図９に示す周波数特性が得られる。
【００２２】
また、図６は、既述の図４に示したフィルタ（３つのＩＤＴ電極１２を備えたフィルタ部２０）を縦続接続した例を示している。図６において、２つのフィルタ部２０、２０の各々の中央のＩＤＴ電極１２のバスバー１４、１４には、夫々入力ポート１６及び出力ポート１７が接続されている。また、各フィルタ部２０、２０の図６中左側のＩＤＴ電極１２、１２のバスバー１４、１４同士が互いに接続され、図６中右側のＩＤＴ電極１２、１２のバスバー１４、１４同士が互いに接続されている。
このフィルタでは、後述の図１０に示す周波数特性が得られる。
【００２３】
既述の各例では、通過周波数帯域を９００ＭＨｚ程度に設定したが、例えば８００ＭＨｚや７００ＭＨｚなどに設定しても良い。この場合には、通過周波数帯域に対応して周期単位λが設定され、膜厚比ｈ／λが既述の範囲内となるように、当該周期単位λに応じて膜厚ｈが調整される。また、膜厚ｈを設定するにあたって、既述の例ではＩＤＴ電極１２及び反射器１３について同じ膜厚に設定したが、少なくともＩＤＴ電極１２の電極指１５の膜厚ｈを既述の範囲にすれば良い。従って、反射器１３におけるグレーティング電極指１８、グレーティングバスバー１９及びＩＤＴ電極１２におけるバスバー１４については、ＩＤＴ電極１２の電極指１５の膜厚ｈとは別に独立して膜厚を調整しても良い。具体的には、反射器１３の膜厚をＩＤＴ電極１２の電極指１５の膜厚ｈよりも薄くすることにより、ＩＤＴ電極１２においてサイドローブを抑圧した上で、反射器１３の帯域幅を狭く設計し、既述の例よりも急峻な特性を得るようにしても良い。
【００２４】
電極指１５の対数ＮＴは、後述の図７から分かるように、４００対以上に増やしても周波数通過帯域の狭帯域化にほとんど寄与せず、一方フィルタの寸法が大きくなりすぎるおそれがあることから、４００対以下であることが好ましい。また、膜厚ｈについては、既述のように薄すぎるとサイドローブが生成し、一方厚すぎると目的とする狭帯域化が難しくなるため、例えば周期単位λが４．５μｍの場合には０．２４μｍ〜０．０３８μｍ（膜厚比ｈ／λが０．０５〜０．０８５）であることが好ましい。
また、比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎについては、０．０１よりも小さいと、フィルタの周波数温度変動により、使用温度範囲において帯域幅を満足できないおそれがあり、０．０２よりも大きいと、電極対数を１００対以下に減らす必要があり、この結果サイドローブの抑圧が不完全となるため、０．０１〜０．０２であることが好ましい。
【００２５】
ここで、本発明のフィルタの比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎについて、０．０１〜０．０２の範囲に設定した理由について、始めにこの範囲の下限（０．０１）について説明する。先ず、通過周波数帯域が例えば９００ＭＨｚの場合、実際に製品として用いる時に有効な帯域幅について、本発明では例えば２ＭＨｚ程度もの狭帯域に設定できるようにしている。即ち、通過周波数帯域が９００ＭＨｚの場合、ＢＷ３ｄＢ／ｆｎを０．０１に設定しようとすると、帯域幅が９ＭＨｚとなるが、通常のＲＦフィルタでは使用温度条件が−４０℃〜＋８５℃で規定されることが多い。この温度範囲における周波数変動は、例えば約±２．５ＭＨｚ程度となる場合があり、またフィルタを製造する時のばらつきとして１ＭＨｚ（約１０００ｐｐｍ）を見込むと、実際に保証できる帯域幅は、例えば３ＭＨｚ（＝９−２．５−２．５−１ＭＨｚ）となる。更に、この３ＭＨｚの帯域内でリップルが小さく且つ周波数特性の良好な帯域を現実的なフィルタの帯域として設定しようとすると、当該帯域の幅は約２ＭＨｚ程度となる。この帯域（２ＭＨｚ）は、通過周波数帯域に応じて９００ＭＨｚの場合と同様（帯域＝通過周波数帯域÷９００ＭＨｚ×２ＭＨｚ）に設定される。
【００２６】
一方、比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎの前記範囲の上限（０．０２）について説明すると、電極指１５の対数ＮＴを１００対以下に少なくしていくと、既述のようにサイドローブの抑圧が不十分となる（サイドローブが大きくなっていく）。ここで、通常のフィルタの設計方法であれば、対数ＮＴが少ない分、チップサイズに余裕があるので、前記サイドローブを抑圧するために、共振子を挿入したり（特開平６−２６８７６号公報等）、あるいは入出力電極間にインターデジタル型のキャパシタンス（橋絡容量）を挿入したり（特開平５−５５８５５号公報等）、別の手法が採られる。従って、本発明の前記比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎの上限の０．０２は、いわばフィルタを構成するＩＤＴ電極１２や反射器１３とは別の共振子やキャパシタンスを用いずに通過周波数帯域よりも高域側のサイドローブを抑圧できる値と言える。
【００２７】
更に、圧電基板１１を構成する材料としては、３６°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウムを用いたが、この材料に代えて、例えば４２°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウムや４８°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウムなど、漏洩弾性波を用いるＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウムを用いても良い。即ち、圧電基板１１としてタンタル酸リチウムに代えて例えば水晶を用いて、この圧電基板１１上に一方向性電極を使用したトランスバーサルフィルタを配置することにより、既述の狭帯域のフィルタを設計しようとすると、以下の問題が生じるおそれがある。具体的には、トランスバーサルフィルタでは、本発明の縦結合共振器型のフィルタの場合よりも挿入損失（ロス）が３〜６ｄＢ程度と大きくなる場合があり、また外部に整合回路が必要になったり、あるいは電極の微細加工が必要（一方向性電極では電極指の幅寸法が電極周期λの１／８あるいは１／１２程度となるため）になったりすることもある。従って、圧電基板１１としては前記タンタル酸リチウムを用いることが好ましい。また、本発明の縦結合共振器型フィルタは、ＲＦフィルタに適用することが好ましい。
【実施例】
【００２８】
次に、以上の各例で示したフィルタのシミュレーションについて説明する。
（実施例１）
先ず、既述の比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎと、膜厚比ｈ／λ及び電極対数ＮＴとの相関関係を評価するため、電極対数ＮＴを４２〜３８９対、周期単位λを４．７μｍ（固定）、膜厚ｈを０．３２μｍ〜０．５２μｍ（ｈ／λ：０．０６８〜０．１１）の範囲で変えてシミュレーションを行った。尚、通過特性形状を調整するため、夫々のパラメータの組み合わせは下表１、表２としている。
（表１：２電極縦モードのシミュレーション結果）
（表２：３電極縦モードのシミュレーション結果）
表１、２について、比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎと、膜厚比ｈ／λとの相関関係を評価した結果を図７に示す。この結果から、膜厚ｈを薄くしていくと比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎが減少していく（狭帯域化していく）こと、即ち膜厚ｈを厚くすると比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎが大きくなることが分かる。また、ＩＤＴ電極１２を２つ配置した場合（２電極縦モード）及びＩＤＴ電極１２を３つ配置した場合（３電極縦モード）のいずれにおいても、同様の傾向が見られた。
【００２９】
（実施例２）
また、既述の表１、２について、比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎと、電極対数ＮＴとの相関関係を評価した結果を図８に示す。この結果から、対数ＮＴを増やす程、比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎが小さくなって狭帯域化していくことが分かる。また、電極対数ＮＴが大きくなる程、比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎの減少曲線が急峻となっていく（サチュレーションする）ことから、対数ＮＴが４００対以上では狭帯域化にはほとんど寄与せず、一方フィルタが大型化しすぎるおそれのあることが分かる。図８では、ＩＤＴ電極１２が３つの場合よりも２つの場合の方が比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎが小さくなる傾向が確認された。
【００３０】
（実施例３）
続いて、以下の条件のように設計した図５のフィルタについて試作を行った。
（設計条件）
圧電基板１１：３６°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム
周波数ｆｎ：９００ＭＨｚ
膜厚比ｈ／λ：０．０６９５（膜厚ｈ：０．３２μｍ）
対数ＮＴ：２１２対（各ＩＤＴ電極１２の対数：１０６対）
このように設定したフィルタ部２０、２０を２つ縦続接続した。
（試作結果）
以上のように設計したフィルタでは、図９に示すように、通過周波数帯域よりも高域側におけるサイドローブの生成が抑えられ、また比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎが０．０１１もの狭帯域のフィルタが得られた。更に、通過周波数帯域よりも高域側において４０ｄＢの大きな減衰量が得られる周波数は、周波数ｆｎから僅かに１５ＭＨｚ程度離れた９１５ＭＨｚ程度となっており、従って急峻な減衰特性となっている。
【００３１】
（実施例４）
また、以下の条件のように設計した図６のフィルタについて試作を行った。
（設計条件）
圧電基板１１：３６°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム
周波数ｆｎ：９００ＭＨｚ
膜厚比ｈ／λ：０．０５６７（膜厚ｈ：０．２５μｍ）
対数ＮＴ：１５５対（中央のＩＤＴ電極１２の対数：５５対、両側のＩＤＴ電極１２、１２の対数：各々５０対）
このように設定したフィルタ部２０、２０を２つ縦続接続した。
（試作結果）
以上のように設計すると、図１０に示すように、通過周波数帯域よりも高域側におけるサイドローブの生成が抑えられると共に、当該高域側の減衰特性が急峻となっていた。また、比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎが０．０１５もの狭帯域のフィルタが得られた。
【００３２】
（比較例１）
既述の図６のように、３つのＩＤＴ電極及び２つの反射器からなるフィルタ部を２つ縦続接続した従来のフィルタについて、以下の条件において試作を行った。
（設計条件）
圧電基板：３６°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム
周波数ｆｎ：９００ＭＨｚ
膜厚比ｈ／λ：０．０２３３（膜厚ｈ：０．１１μｍ）
対数ＮＴ：８１対（中央のＩＤＴ電極の対数：２９対、両側のＩＤＴ電極の対数：各々２６対）
（試作結果）
この従来のフィルタでは、図１１に示すように通過周波数帯域よりも高域側にサイドローブが生成しており、当該高域側において４０ｄＢの減衰量が得られる周波数は、周波数ｆｎから４０ＭＨｚも大きく離間した９４０ＭＨｚ程度となっていた。従って、このフィルタは、比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎが０．０２以下であったが、通過周波数帯域よりも高域側では求める減衰量が得られないことが分かった。
【符号の説明】
【００３３】
ＢＷ３ｄＢ／ｆｎ 比帯域幅
ｈ／λ 膜厚比
ＮＴ 対数
１１ 圧電基板
１２ ＩＤＴ電極
１３ 反射器
１５ 電極指
１６ 入力ポート
１７ 出力ポート
２０ フィルタ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波を用いた縦結合共振器型フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
通過周波数帯域の広域化が要求される携帯電話などの通信用のフィルタ（バンドパスフィルタ）に対して、ホームセキュリティやスマートグリッドなどの特定小電力用の周波数帯を使用するアプリケーション（例えばエアコンの電源の切り忘れを携帯電話に電子メールなどで通知する機器や、玩具のラジコン（ラジオコントロールカー）などの機器）では、通過周波数帯域の極めて狭い（狭帯域な）フィルタが求められている。即ち、このような特定小電力用の複数の機器に対して一括してある周波数帯域が割り振られており、また例えば室内などの狭い環境で複数の種別の機器が同時に用いられることがあるため、これら機器同士が干渉しないように、各々の機器には互いに通過周波数帯域の異なる狭帯域なフィルタが必要となる。このようなフィルタの各々には、互いの機器同士が干渉しないように、通過周波数帯域よりも低域側及び高域側に各々阻止域が設けられており、この阻止域は、別のフィルタの通過周波数帯域に対してマージンを設けるため、通過周波数帯域の下端（低域側の端部）及び上端（高域側の端部）からある程度離間した位置に設定されている。
【０００３】
そして、近年において、特定小電力用の周波数帯の有効利用を図る（ある周波数帯において使用できる機器の種類をできるだけ多くする）ため、通過周波数帯域と前記阻止域との間の周波数の差であるいわゆるガードバンド幅の狭いフィルタ、即ち通過周波数帯域及び阻止域からなる帯域の狭いフィルタが求められている。具体的には、例えば９００ＭＨｚ帯では、通過周波数帯域及びガードバンド幅が夫々４ＭＨｚ及び±２００ＭＨｚに設定された従来のフィルタに対して、近年では通過周波数帯域及びガードバンド幅が夫々２ＭＨｚ及び±４０ＭＨｚに設定された狭帯域で且つ急峻度の大きなフィルタが要求されている。
【０００４】
一方、既述の通信用のフィルタでは、通過周波数帯域を狭帯域化するためには、例えばＩＤＴ（Inter Digital Transducer）電極の電極指などの電極膜厚を薄くする手法が採られる。しかし、既述のように通過周波数帯域が２ＭＨｚ程度となるまで電極膜厚を薄くすると、当該電極の抵抗値が増大して挿入損失が大きくなってしまうし、また後述の図１１に示すように、例えば通過周波数帯域よりも高域側に不要なサイドローブが形成されてしまう。このサイドローブが形成されると、既述の通過周波数帯域が２ＭＨｚもの狭帯域に設定されたフィルタでは、通過周波数帯域よりも高域側の減衰量が１０〜３０ｄＢ程度しか確保できず、十分な周波数選択性を持たせることが困難になってしまう。
【０００５】
特許文献１には、携帯電話用のフィルタが記載されており、また特許文献２及び特許文献３には、夫々狭帯域のフィルタ及び帯域阻止フィルタ（ノッチフィルタ）が記載されているが、既述の課題については記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１９８３１６
【特許文献２】特開２０１０−１４１７２７
【特許文献３】特開２００２−１３５０８１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、通過周波数帯域よりも高域側におけるサイドローブの生成を抑えながら、通過周波数帯域におけるピーク位置から３ｄＢ減衰した領域の帯域幅をＢＷ３ｄＢ、この帯域幅ＢＷ３ｄＢにおける中心周波数をｆｎとすると、比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎが０．０１〜０．０２もの狭帯域の縦結合共振器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】
【０００８】
本発明の縦結合共振器型フィルタは、
通過周波数帯域におけるピーク位置から３ｄＢ減衰した領域の帯域幅をＢＷ３ｄＢ、この帯域幅ＢＷ３ｄＢにおける中心周波数をｆｎとすると、比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎが０．０１〜０．０２である縦結合共振器型フィルタであって、
タンタル酸リチウムからなる圧電基板と、
この圧電基板上に弾性波の伝搬方向に沿って少なくとも２箇所に設けられ、互いに平行に配置された一対のバスバー及び各々のバスバーから互いに交差するように伸び出す複数の電極指を備えたＩＤＴ電極と、
前記圧電基板上において弾性波の伝搬方向に沿って前記ＩＤＴ電極の並びを挟み込むように設けられ、弾性波を当該並びに反射させるための反射器と、を備え、
前記圧電基板を伝搬する弾性波の波長に対応する前記電極指の周期単位及び前記電極指の膜厚を夫々λ及びｈとすると、膜厚比ｈ／λが０．０５〜０．０８５に設定され、
前記少なくとも２箇所に設けられたＩＤＴ電極の合計の電極指の対数をＮＴとすると、１００≦ＮＴ≦４００に設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、ＩＤＴ電極及び反射器を備えた縦結合共振器型フィルタにおいて、圧電基板を伝搬する弾性波の波長に対応するＩＤＴ電極の電極指の周期単位及び前記電極指の膜厚を夫々λ及びｈとすると、膜厚比ｈ／λを０．０５〜０．０８５に設定すると共に、ＩＤＴ電極の合計の電極指の対数をＮＴとすると、１００≦ＮＴ≦４００に設定している。そのため、通過周波数帯域よりも高域側におけるサイドローブの生成を抑えながら、通過周波数帯域におけるピーク位置から３ｄＢ減衰した領域の帯域幅をＢＷ３ｄＢ、この帯域幅ＢＷ３ｄＢにおける中心周波数をｆｎとすると、比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎが０．０１〜０．０２である縦結合共振器型フィルタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る縦結合共振器型フィルタの一例を示す平面図である。
【図２】前記フィルタを示す縦断面図である。
【図３】前記フィルタにおける比帯域幅を説明するための模式図である。
【図４】前記フィルタの他の例を示す平面図である。
【図５】前記フィルタの他の例を示す平面図である。
【図６】前記フィルタの他の例を示す平面図である。
【図７】本発明の実施例において得られた結果を示す特性図である。
【図８】本発明の実施例において得られた結果を示す特性図である。
【図９】本発明の実施例において得られた結果を示す特性図である。
【図１０】本発明の実施例において得られた結果を示す特性図である。
【図１１】本発明の実施例において従来のフィルタについて得られた結果を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の縦結合共振器型フィルタの実施の形態の一例について、図１及び図２を参照して説明する。このフィルタは、弾性表面波（弾性波）の伝搬方向に沿って圧電基板１１上に形成された２つのＩＤＴ電極１２、１２と、これらＩＤＴ電極１２、１２の並びを弾性波の伝搬方向に沿って両側から挟み込むように配置された反射器１３、１３とを備えている。従って、反射器１３、１３の間に２つのＩＤＴ電極１２、１２が位置している。この圧電基板１１は、例えば３６°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）（単結晶タンタル酸リチウムを結晶のＹ軸に垂直な面で切断し、Ｘ軸から３６°回転したＸ’軸方向に弾性波が伝搬するように矩形に切り出した基板）により構成されている。
【００１２】
各々のＩＤＴ電極１２は、弾性波の伝搬方向に沿って伸びると共に互いに平行に配置された一対のバスバー１４、１４と、これらバスバー１４、１４の一方から他方に向かって互いに交互に櫛歯状に交差するように配置された複数の電極指１５とを備えている。弾性波の伝搬方向を左右方向と呼ぶと、２つのＩＤＴ電極１２、１２のうち図１中左側のＩＤＴ電極１２において、一方のバスバー１４には例えば入力ポート１６が接続され、他方のバスバー１４は接地されている。また、２つのＩＤＴ電極１２、１２のうち図１中右側のＩＤＴ電極１２において、一方のバスバー１４には例えば出力ポート１７が接続され、他方のバスバー１４は接地されている。
【００１３】
各々のＩＤＴ電極１２、１２において、複数の電極指１５は、圧電基板１１上を伝搬する弾性波の波長に対応するように周期的に配置されており、具体的には例えば互いに交差する２本の電極指１５、１５と、電極指１５、１５間の離間領域とにより、前記波長と同じ長さの周期単位λが繰り返されるように構成されている。互いに交差する電極指１５、１５の組を「電極指１５の対数Ｎ」と呼ぶと、２つのＩＤＴ電極１２、１２の合計の対数ＮＴは、１００〜４００対この例では２１２対となっている。図１中１８及び１９は、夫々グレーティング電極指及びグレーティングバスバーである。
【００１４】
これらＩＤＴ電極１２、１２及び反射器１３、１３は、圧電基板１１上に例えばアルミニウム（Ａｌ）などの金属膜（ベタ膜）及びフォトレジストマスクを下側からこの順番で積層し、続いてフォトレジストマスクをパターニングした後例えばドライエッチングなどにより前記金属膜をエッチングして形成される。従って、これらＩＤＴ電極１２、１２及び反射器１３、１３の膜厚ｈは、図２に示すように揃っており、例えば０．３２μｍ程度となっている。そのため、膜厚比ｈ／λは、０．０５〜０．０８５この例では０．０６９５となっている。
【００１５】
このフィルタにおいて例えば入力ポート１６から電気信号を入力すると、電極指１５、１５間で弾性波が発生し、ＩＤＴ電極１２、１２を介して反射器１３、１３間で反射を繰り返した後、出力ポート１７から電気信号として取り出される。この時、既述のように周期単位λを設定しているので、このフィルタは、例えば９００ＭＨｚ程度に通過周波数帯域の設定されたバンドパスフィルタとなる。また、膜厚比ｈ／λ及び電極指１５の対数ＮＴを既述のように設定しているので、通過周波数帯域が極めて狭帯域で且つ当該通過周波数帯域の低域側及び高域側の急峻度の良好なフィルタとなる。具体的にはこのフィルタの帯域幅は、図３に示すように、例えば通過周波数帯域におけるピーク位置から３ｄＢ減衰した領域の帯域幅をＢＷ３ｄＢ、この帯域幅ＢＷ３ｄＢにおける中心周波数をｆｎとすると、比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎが０．０１〜０．０２程度もの狭帯域となる。この例では、帯域幅ＢＷ３ｄＢ及び中心周波数ｆｎが例えば１０ＭＨｚ及び９００ＭＨｚであり、従って比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎは例えば０．０１１となる。尚、図３は、フィルタにおいて得られる周波数特性を模式的に示している。
【００１６】
ここで、膜厚比ｈ／λ及び電極指１５の対数ＮＴを既述の範囲に設定した理由について、後述のシミュレーション結果に基づいて説明する。尚、詳細なシミュレーション条件については、後で詳述する。
【００１７】
先ず、フィルタの通過周波数帯域を形成する帯域（例えば９００ＭＨｚ程度）を設定する。この通過周波数帯域を設定することにより、電極指１５の周期単位λがある値に定まる。次いで、電極指１５の膜厚ｈ及び電極指１５の対数ＮＴを夫々ある値に設定する。この状態のフィルタにおいて特性のシミュレーションを行うと、例えば後述の図７〜図１１に示すように、通過周波数帯域がどの程度の広さの帯域となるかが分かる。この時、膜厚ｈが薄すぎると、図１１に示すように、通過周波数帯域よりも高域側にサイドローブが生成する場合がある。その場合には、このサイドローブがなくなるまで、あるいは通過周波数帯域よりも高域側の減衰特性が所望のレベル以下となるまで、膜厚ｈを厚くしていく。このように膜厚ｈを厚くしていくと、膜厚比ｈ／λは、既述の範囲内となる。この時、通過周波数帯域は、図７に示すように、膜厚ｈの増加に伴って広がって（広帯域化して）いく。続いて、通過周波数帯域の帯域幅が所望の範囲内となるように、電極指１５の対数ＮＴを少しずつ増やしていく。即ち、電極指１５の対数ＮＴを増やす度に、図８に示すように、通過周波数帯域の帯域幅が狭帯域化していく。こうして既述の比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎが０．０１〜０．０２程度となるように通過周波数帯域を狭帯域化すると、電極指１５の対数ＮＴが既述の範囲内となる。
【００１８】
上述の実施の形態によれば、圧電基板１１を伝搬する弾性波の波長に対応する電極指１５の周期単位λ及び電極指１５のの膜厚ｈについて、膜厚比ｈ／λが０．０５〜０．０８５となるように設定すると共に、ＩＤＴ電極１２の合計の電極指１５の対数ＮＴについて、１００≦ＮＴ≦４００に設定している。そのため、膜厚比ｈ／λを調整することで通過周波数帯域よりも高域側におけるサイドローブの生成を抑えながら、対数ＮＴを通常のフィルタの構成（例えば数十対程度）よりも極めて多くすることにより、比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎが０．０１〜０．０２もの狭帯域の縦結合共振器型フィルタを得ることができる。
【００１９】
ここで、このような狭帯域のフィルタを形成するにあたり、電極指１５の対数ＮＴを従来のフィルタよりも極めて多くしているので、本発明のフィルタは、従来のフィルタよりも例えば弾性波の伝搬方向における圧電基板１１の寸法が大きくなる場合がある。即ち、フィルタを小型化すること（対数ＮＴをできるだけ少なくすること）が大前提の従前の設計手法に対して、本発明では、フィルタの寸法にとらわれることなく、狭帯域で且つサイドローブの生成を抑えるように当該フィルタを設計している。そのため、本発明は、従前の設計手法に対していわば逆の設計手法を採ることにより、狭帯域で且つ急峻な減衰傾度を持つ（サイドローブの生成を抑えた）フィルタを得ることができる。
従って、後述の実施例に示すように、本発明のフィルタの通過周波数帯域よりも低域側及び高域側に近接させて阻止域を配置することができる。そのため、通過周波数帯域及びガードバンド幅が夫々２ＭＨｚ及び±４０ＭＨｚ程度に設定することを要求される、ホームセキュリティやスマートグリッドなどの特定小電力用の周波数帯を使用するアプリケーション用のフィルタに本発明のフィルタを適用できる。
【００２０】
既述の例では、ＩＤＴ電極１２を２つ配置したが、図４に示すように、３つのＩＤＴ電極１２を配置しても良い。この場合には、既述の対数ＮＴは、これら３つのＩＤＴ電極１２の合計の数量となる。図４では、３つのＩＤＴ電極１２のうち中央のＩＤＴ電極１２について、一方のバスバー１４に入力ポート１６が接続され、他方のバスバー１４は接地されている。また、左右両側のＩＤＴ電極１２、１２は、各々の一方側のバスバー１４に共通の出力ポート１７が接続されると共に、他方のバスバー１４は接地されている。このフィルタにおいても、図１と同様の狭帯域のフィルタが得られる。また、４つ以上のＩＤＴ電極１２を反射器１３、１３間に配置しても良く、この場合でも対数ＮＴはＩＤＴ電極１２の合計の数量となる。
【００２１】
更に、既述の図１あるいは図４に示すフィルタを縦続接続しても良い。図５は、図１のフィルタを縦続接続した例を示している。ここで、２つのＩＤＴ電極１２、１２及び２つの反射器１３、１３からなる構成（図１のフィルタ）をフィルタ部２０と呼ぶと、図５では、フィルタ部２０、２０が弾性波の伝搬方向に直交する方向に配置されている。これらフィルタ部２０、２０のうち一方のフィルタ部２０において、図５中左側のＩＤＴ電極１２のバスバー１４には入力ポート１６が接続されいる。また、フィルタ部２０、２０のうち他方のフィルタ部２０において、図５中右側のＩＤＴ電極１２のバスバー１４には出力ポート１７が接続されている。そして、これらフィルタ部２０、２０において、各ポート１６、１７の接続されていないＩＤＴ電極１２、１２のバスバー１４、１４同士が接続されている。このように２つのフィルタ部２０、２０を縦続接続する場合には、既述の対数ＮＴは、各々のフィルタ部２０毎に設定される。
このようにフィルタ部２０、２０を縦続接続することにより、後述の図９に示す周波数特性が得られる。
【００２２】
また、図６は、既述の図４に示したフィルタ（３つのＩＤＴ電極１２を備えたフィルタ部２０）を縦続接続した例を示している。図６において、２つのフィルタ部２０、２０の各々の中央のＩＤＴ電極１２のバスバー１４、１４には、夫々入力ポート１６及び出力ポート１７が接続されている。また、各フィルタ部２０、２０の図６中左側のＩＤＴ電極１２、１２のバスバー１４、１４同士が互いに接続され、図６中右側のＩＤＴ電極１２、１２のバスバー１４、１４同士が互いに接続されている。
このフィルタでは、後述の図１０に示す周波数特性が得られる。
【００２３】
既述の各例では、通過周波数帯域を９００ＭＨｚ程度に設定したが、例えば８００ＭＨｚや７００ＭＨｚなどに設定しても良い。この場合には、通過周波数帯域に対応して周期単位λが設定され、膜厚比ｈ／λが既述の範囲内となるように、当該周期単位λに応じて膜厚ｈが調整される。また、膜厚ｈを設定するにあたって、既述の例ではＩＤＴ電極１２及び反射器１３について同じ膜厚に設定したが、少なくともＩＤＴ電極１２の電極指１５の膜厚ｈを既述の範囲にすれば良い。従って、反射器１３におけるグレーティング電極指１８、グレーティングバスバー１９及びＩＤＴ電極１２におけるバスバー１４については、ＩＤＴ電極１２の電極指１５の膜厚ｈとは別に独立して膜厚を調整しても良い。具体的には、反射器１３の膜厚をＩＤＴ電極１２の電極指１５の膜厚ｈよりも薄くすることにより、ＩＤＴ電極１２においてサイドローブを抑圧した上で、反射器１３の帯域幅を狭く設計し、既述の例よりも急峻な特性を得るようにしても良い。
【００２４】
電極指１５の対数ＮＴは、後述の図７から分かるように、４００対以上に増やしても周波数通過帯域の狭帯域化にほとんど寄与せず、一方フィルタの寸法が大きくなりすぎるおそれがあることから、４００対以下であることが好ましい。また、膜厚ｈについては、既述のように薄すぎるとサイドローブが生成し、一方厚すぎると目的とする狭帯域化が難しくなるため、例えば周期単位λが４．５μｍの場合には０．２４μｍ〜０．０３８μｍ（膜厚比ｈ／λが０．０５〜０．０８５）であることが好ましい。
また、比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎについては、０．０１よりも小さいと、フィルタの周波数温度変動により、使用温度範囲において帯域幅を満足できないおそれがあり、０．０２よりも大きいと、電極対数を１００対以下に減らす必要があり、この結果サイドローブの抑圧が不完全となるため、０．０１〜０．０２であることが好ましい。
【００２５】
ここで、本発明のフィルタの比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎについて、０．０１〜０．０２の範囲に設定した理由について、始めにこの範囲の下限（０．０１）について説明する。先ず、通過周波数帯域が例えば９００ＭＨｚの場合、実際に製品として用いる時に有効な帯域幅について、本発明では例えば２ＭＨｚ程度もの狭帯域に設定できるようにしている。即ち、通過周波数帯域が９００ＭＨｚの場合、ＢＷ３ｄＢ／ｆｎを０．０１に設定しようとすると、帯域幅が９ＭＨｚとなるが、通常のＲＦフィルタでは使用温度条件が−４０℃〜＋８５℃で規定されることが多い。この温度範囲における周波数変動は、例えば約±２．５ＭＨｚ程度となる場合があり、またフィルタを製造する時のばらつきとして１ＭＨｚ（約１０００ｐｐｍ）を見込むと、実際に保証できる帯域幅は、例えば３ＭＨｚ（＝９−２．５−２．５−１ＭＨｚ）となる。更に、この３ＭＨｚの帯域内でリップルが小さく且つ周波数特性の良好な帯域を現実的なフィルタの帯域として設定しようとすると、当該帯域の幅は約２ＭＨｚ程度となる。この帯域（２ＭＨｚ）は、通過周波数帯域に応じて９００ＭＨｚの場合と同様（帯域＝通過周波数帯域÷９００ＭＨｚ×２ＭＨｚ）に設定される。
【００２６】
一方、比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎの前記範囲の上限（０．０２）について説明すると、電極指１５の対数ＮＴを１００対以下に少なくしていくと、既述のようにサイドローブの抑圧が不十分となる（サイドローブが大きくなっていく）。ここで、通常のフィルタの設計方法であれば、対数ＮＴが少ない分、チップサイズに余裕があるので、前記サイドローブを抑圧するために、共振子を挿入したり（特開平６−２６８７６号公報等）、あるいは入出力電極間にインターデジタル型のキャパシタンス（橋絡容量）を挿入したり（特開平５−５５８５５号公報等）、別の手法が採られる。従って、本発明の前記比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎの上限の０．０２は、いわばフィルタを構成するＩＤＴ電極１２や反射器１３とは別の共振子やキャパシタンスを用いずに通過周波数帯域よりも高域側のサイドローブを抑圧できる値と言える。
【００２７】
更に、圧電基板１１を構成する材料としては、３６°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウムを用いたが、この材料に代えて、例えば４２°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウムや４８°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウムなど、漏洩弾性波を用いるＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウムを用いても良い。即ち、圧電基板１１としてタンタル酸リチウムに代えて例えば水晶を用いて、この圧電基板１１上に一方向性電極を使用したトランスバーサルフィルタを配置することにより、既述の狭帯域のフィルタを設計しようとすると、以下の問題が生じるおそれがある。具体的には、トランスバーサルフィルタでは、本発明の縦結合共振器型のフィルタの場合よりも挿入損失（ロス）が３〜６ｄＢ程度と大きくなる場合があり、また外部に整合回路が必要になったり、あるいは電極の微細加工が必要（一方向性電極では電極指の幅寸法が電極周期λの１／８あるいは１／１２程度となるため）になったりすることもある。従って、圧電基板１１としては前記タンタル酸リチウムを用いることが好ましい。また、本発明の縦結合共振器型フィルタは、ＲＦフィルタに適用することが好ましい。
【実施例】
【００２８】
次に、以上の各例で示したフィルタのシミュレーションについて説明する。
（実施例１）
先ず、既述の比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎと、膜厚比ｈ／λ及び電極対数ＮＴとの相関関係を評価するため、電極対数ＮＴを４２〜３８９対、周期単位λを４．７μｍ（固定）、膜厚ｈを０．３２μｍ〜０．５２μｍ（ｈ／λ：０．０６８〜０．１１）の範囲で変えてシミュレーションを行った。尚、通過特性形状を調整するため、夫々のパラメータの組み合わせは下表１、表２としている。
（表１：２電極縦モードのシミュレーション結果）
（表２：３電極縦モードのシミュレーション結果）
表１、２について、比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎと、膜厚比ｈ／λとの相関関係を評価した結果を図７に示す。この結果から、膜厚ｈを薄くしていくと比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎが減少していく（狭帯域化していく）こと、即ち膜厚ｈを厚くすると比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎが大きくなることが分かる。また、ＩＤＴ電極１２を２つ配置した場合（２電極縦モード）及びＩＤＴ電極１２を３つ配置した場合（３電極縦モード）のいずれにおいても、同様の傾向が見られた。
【００２９】
（実施例２）
また、既述の表１、２について、比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎと、電極対数ＮＴとの相関関係を評価した結果を図８に示す。この結果から、対数ＮＴを増やす程、比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎが小さくなって狭帯域化していくことが分かる。また、電極対数ＮＴが大きくなる程、比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎの減少曲線が急峻となっていく（サチュレーションする）ことから、対数ＮＴが４００対以上では狭帯域化にはほとんど寄与せず、一方フィルタが大型化しすぎるおそれのあることが分かる。図８では、ＩＤＴ電極１２が３つの場合よりも２つの場合の方が比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎが小さくなる傾向が確認された。
【００３０】
（実施例３）
続いて、以下の条件のように設計した図５のフィルタについて試作を行った。
（設計条件）
圧電基板１１：３６°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム
周波数ｆｎ：９００ＭＨｚ
膜厚比ｈ／λ：０．０６９５（膜厚ｈ：０．３２μｍ）
対数ＮＴ：２１２対（各ＩＤＴ電極１２の対数：１０６対）
このように設定したフィルタ部２０、２０を２つ縦続接続した。
（試作結果）
以上のように設計したフィルタでは、図９に示すように、通過周波数帯域よりも高域側におけるサイドローブの生成が抑えられ、また比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎが０．０１１もの狭帯域のフィルタが得られた。更に、通過周波数帯域よりも高域側において４０ｄＢの大きな減衰量が得られる周波数は、周波数ｆｎから僅かに１５ＭＨｚ程度離れた９１５ＭＨｚ程度となっており、従って急峻な減衰特性となっている。
【００３１】
（実施例４）
また、以下の条件のように設計した図６のフィルタについて試作を行った。
（設計条件）
圧電基板１１：３６°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム
周波数ｆｎ：９００ＭＨｚ
膜厚比ｈ／λ：０．０５６７（膜厚ｈ：０．２５μｍ）
対数ＮＴ：１５５対（中央のＩＤＴ電極１２の対数：５５対、両側のＩＤＴ電極１２、１２の対数：各々５０対）
このように設定したフィルタ部２０、２０を２つ縦続接続した。
（試作結果）
以上のように設計すると、図１０に示すように、通過周波数帯域よりも高域側におけるサイドローブの生成が抑えられると共に、当該高域側の減衰特性が急峻となっていた。また、比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎが０．０１５もの狭帯域のフィルタが得られた。
【００３２】
（比較例１）
既述の図６のように、３つのＩＤＴ電極及び２つの反射器からなるフィルタ部を２つ縦続接続した従来のフィルタについて、以下の条件において試作を行った。
（設計条件）
圧電基板：３６°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム
周波数ｆｎ：９００ＭＨｚ
膜厚比ｈ／λ：０．０２３３（膜厚ｈ：０．１１μｍ）
対数ＮＴ：８１対（中央のＩＤＴ電極の対数：２９対、両側のＩＤＴ電極の対数：各々２６対）
（試作結果）
この従来のフィルタでは、図１１に示すように通過周波数帯域よりも高域側にサイドローブが生成しており、当該高域側において４０ｄＢの減衰量が得られる周波数は、周波数ｆｎから４０ＭＨｚも大きく離間した９４０ＭＨｚ程度となっていた。従って、このフィルタは、比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎが０．０２以下であったが、通過周波数帯域よりも高域側では求める減衰量が得られないことが分かった。
【符号の説明】
【００３３】
ＢＷ３ｄＢ／ｆｎ 比帯域幅
ｈ／λ 膜厚比
ＮＴ 対数
１１ 圧電基板
１２ ＩＤＴ電極
１３ 反射器
１５ 電極指
１６ 入力ポート
１７ 出力ポート
２０ フィルタ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通過周波数帯域におけるピーク位置から３ｄＢ減衰した領域の帯域幅をＢＷ３ｄＢ、この帯域幅ＢＷ３ｄＢにおける中心周波数をｆｎとすると、比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎが０．０１〜０．０２である縦結合共振器型フィルタであって、
タンタル酸リチウムからなる圧電基板と、
この圧電基板上に弾性波の伝搬方向に沿って少なくとも２箇所に設けられ、互いに平行に配置された一対のバスバー及び各々のバスバーから互いに交差するように伸び出す複数の電極指を備えたＩＤＴ電極と、
前記圧電基板上において弾性波の伝搬方向に沿って前記ＩＤＴ電極の並びを挟み込むように設けられ、弾性波を当該並びに反射させるための反射器と、を備え、
前記圧電基板を伝搬する弾性波の波長に対応する前記電極指の周期単位及び前記電極指の膜厚を夫々λ及びｈとすると、膜厚比ｈ／λが０．０５〜０．０８５に設定され、
前記少なくとも２箇所に設けられたＩＤＴ電極の合計の電極指の対数をＮＴとすると、１００≦ＮＴ≦４００に設定されていることを特徴とする縦結合共振器型フィルタ。
【請求項１】
通過周波数帯域におけるピーク位置から３ｄＢ減衰した領域の帯域幅をＢＷ３ｄＢ、この帯域幅ＢＷ３ｄＢにおける中心周波数をｆｎとすると、比帯域幅ＢＷ３ｄＢ／ｆｎが０．０１〜０．０２である縦結合共振器型フィルタであって、
タンタル酸リチウムからなる圧電基板と、
この圧電基板上に弾性波の伝搬方向に沿って少なくとも２箇所に設けられ、互いに平行に配置された一対のバスバー及び各々のバスバーから互いに交差するように伸び出す複数の電極指を備えたＩＤＴ電極と、
前記圧電基板上において弾性波の伝搬方向に沿って前記ＩＤＴ電極の並びを挟み込むように設けられ、弾性波を当該並びに反射させるための反射器と、を備え、
前記圧電基板を伝搬する弾性波の波長に対応する前記電極指の周期単位及び前記電極指の膜厚を夫々λ及びｈとすると、膜厚比ｈ／λが０．０５〜０．０８５に設定され、
前記少なくとも２箇所に設けられたＩＤＴ電極の合計の電極指の対数をＮＴとすると、１００≦ＮＴ≦４００に設定されていることを特徴とする縦結合共振器型フィルタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１４２７３５（Ｐ２０１２−１４２７３５Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９３１６４（Ｐ２０１０−２９３１６４）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
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