縦結合型弾性表面波共振子フィルタ
【課題】 通過帯域よりも高域側における不要スプリアスを効果的に抑圧することができる縦結合型弾性表面波共振子フィルタを得る。
【解決手段】 水晶基板２上に第１，第２のＩＤＴ３，４が形成されており、第１，第２のＩＤＴ３，４が設けられている領域の表面波伝搬方向両側に反射器５，６が形成されており、第１，第２のＩＤＴの隣接し合っている電極指３ａ1 ，４ａ1 の中心間距離Ｌ1 が下記の式（１）を満たすように構成されており、反射器５，６の各最も内側の電極指５ａ1 ，６ａ1 と、隣接するＩＤＴ３，４の最外側の電極指３ａ2 ，４ａ2 との間の電極指中心間距離Ｌ2 が下記の式（２）を満たすように構成されている縦結合型弾性表面波共振子フィルタ。
【数１】
【数２】
【解決手段】 水晶基板２上に第１，第２のＩＤＴ３，４が形成されており、第１，第２のＩＤＴ３，４が設けられている領域の表面波伝搬方向両側に反射器５，６が形成されており、第１，第２のＩＤＴの隣接し合っている電極指３ａ1 ，４ａ1 の中心間距離Ｌ1 が下記の式（１）を満たすように構成されており、反射器５，６の各最も内側の電極指５ａ1 ，６ａ1 と、隣接するＩＤＴ３，４の最外側の電極指３ａ2 ，４ａ2 との間の電極指中心間距離Ｌ2 が下記の式（２）を満たすように構成されている縦結合型弾性表面波共振子フィルタ。
【数１】
【数２】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、移動体通信システムにおいて帯域フィルタとして用いられる縦結合型弾性表面波共振子フィルタに関し、特に、水晶基板を用いて構成された縦結合型弾性表面波共振子フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】移動体通信システムの中間周波数段（ＩＦ）のフィルタでは、通信システムのデジタル化に伴って、より広い帯域特性を有することが求められている。さらに、温度に対する安定性及び急峻な帯域外減衰特性に加えて、不要スプリアスが少ないことも求められている。
【０００３】従来、上記ＩＦ用帯域フィルタとして、水晶基板を用いた弾性表面波共振子フィルタが知られている。この種の共振子フィルタとしては、２つの反射器の間に弾性表面波伝搬方向に沿って複数のインターデジタルトランスデューサ（以下、ＩＤＴ）を構成してなる縦結合型弾性表面波共振子フィルタと、表面波伝搬方向と直交する方向に２つのＩＤＴを配置してなる横結合型弾性表面波共振子フィルタとが存在する。
【０００４】縦結合型弾性表面波共振子フィルタは、横結合型弾性表面波共振子フィルタに比べて、広帯域化が容易であるという利点を有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、縦結合型弾性表面波共振子フィルタでは、帯域特性において不要スプリアスが多く発生するという問題があった。
【０００６】図８は、従来の水晶基板を用いて構成された縦結合型弾性表面波共振子のフィルタ特性を示す図である。この弾性表面波共振子フィルタでは、２４６±０．０８ＭＨｚが通過帯域となるが、矢印Ａで示すように、２４９．３ＭＨｚ付近に大きなスプリアスか、また矢印Ｂで示すように、スプリアスＡとは逆に、通過帯域よりも低域側にもスプリアスが表れている。これらのスプリアスＡ，Ｂを抑圧する方法として、従来より、多段縦続接続構造が知られている。すなわち、縦結合型弾性表面波共振子フィルタを複数段用意し、縦続接続することにより、スプリアスＡ，Ｂを抑圧し得ることが知られている。しかしながら、多段縦続接続構造では、■挿入損失が増大すること、■圧電基板のサイズが大きくなること、■素子のインピーダンスが容量性の場合には、段間にインピーダンス調整用コイルが必要となることなどの様々な問題があった。
【０００７】他方、ＩＤＴにおいて重み付けを施し、それによってスプリアスを抑圧する方法も考えられる。ところで、スプリアスＡ，Ｂについて、それぞれの周波数において電極指に流れる有効電流の分布を、図９（ａ），（ｂ）に示す。図９（ｂ）から明らかなように、スプリアスＢについては、１つのＩＤＴ内において電流の極性が逆となる部分が存在する。従って、間引き法などの電極指重み付けにより、１つのＩＤＴ内において流れる電流を相殺し得ることがわかる。
【０００８】しかしながら、図９（ａ）に示すように、スプリアスＡの周波数では、１つのＩＤＴ内で同じ極性の電流しか存在しない。従って、そのスプリアスＡの周波数における上記電流の大きさを、重み付けによって低減することは非常に困難である。すなわち、上記スプリアスＡを、重み付けにより抑制することは困難である。
【０００９】本発明の目的は、良好な温度安定性を有する水晶基板を用いた縦結合型弾性表面波共振子フィルタであって、低損失であり、かつ不要スプリアスを効果的に抑圧し得る弾性表面波共振子フィルタを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に係る縦結合型弾性表面波共振子フィルタは、水晶基板と、前記水晶基板上において弾性表面波を伝搬させる方向に沿って設けられた複数のＩＤＴと、前記複数のＩＤＴが設けられている部分の弾性表面波伝搬方向両側に形成された反射器とを備え、隣り合うＩＤＴの最も近接し合っている電極指間の中心間距離をＬ1 とし、前記反射器の最も内側の電極指の中心と、該反射器に隣接しているインターデジタルトランスデューサの最外側の電極指の中心との間の距離をＬ2 としたときに、
【００１１】
【数３】
【００１２】かつ
【００１３】
【数４】
とされていることを特徴とする。
【００１４】請求項２に記載の発明に係る縦結合型弾性表面波共振子フィルタでは、同一水晶基板上に、特性の異なる請求項１に記載の縦結合型弾性表面波共振子が２組形成されており、２組の弾性表面波共振子フィルタの入出力がそれぞれ電気的に並列に接続されている。
【００１５】請求項３に記載の発明では、上記複数のＩＤＴが、第１，第２のＩＤＴにより構成されている。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明の縦結合型弾性表面波共振子フィルタをより具体的に説明する。
【００１７】図１は、本発明の第１の実施例に係る縦結合型弾性表面波共振子フィルタの平面図である。縦結合型弾性表面波共振子フィルタ１は、矩形の水晶基板２を用いて構成されている。この弾性表面波共振子フィルタ１では、矩形の水晶基板２の長さ方向に平行に弾性表面波を伝搬させるように構成されている。
【００１８】水晶基板２の上面中央においては、弾性表面波を伝搬させる方向に沿って、第１のＩＤＴ３及び第２のＩＤＴ４が形成されている。ＩＤＴ３，４は、それぞれ、互いに間挿し合う一対のくし歯電極３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂを有する。
【００１９】他方、第１，第２のＩＤＴ３，４が設けられている領域の表面波伝搬方向両側には、反射器５，６が形成されている。反射器５，６は、グレーティング型反射器で構成されており、ここでは複数本の電極指が両端で短絡されている。
【００２０】本実施例の弾性表面波共振子フィルタ１では、入力信号がＩＤＴ３の一方のくし歯電極３ａに与えられる。出力信号は、第２のＩＤＴ４の一方のくし歯電極４ａから取り出される。なお、くし歯電極３ｂ，４ｂはアース電位に接続される。
【００２１】本実施例の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ１の特徴は、第１，第２のＩＤＴ間の距離Ｌ1 が、（０．３５＋ｎ／２）λ〜（０．５５＋ｎ／２）λの範囲にあり、かつＩＤＴ３と反射器５との間の距離Ｌ2 及びＩＤＴ４と反射器６との間の距離Ｌ2 が、（０．１０＋ｍ／２）λ〜（０．４０＋ｍ／２）λの範囲にあることにある。
【００２２】なお、上記式（１）及び式（２）において、ｎ，ｍは、それぞれ、０または整数を示し、λは励振される表面波の波長を示す。また、ＩＤＴ３，４間の距離Ｌ1 とは、ＩＤＴ３，４の互いに近接し合っている電極指３ａ1 ，４ａ1 の中心間距離を示すものとする。同様に、距離Ｌ2 とは、ＩＤＴ３の最外側の電極指３ａ2 と、反射器５の最内側の電極指５ａ1 との中心間距離、あるいは反射器４の最外側の電極指４ａ2 と反射器６の最内側の電極指６ａ1 の中心間距離を示すものとする。
【００２３】本実施例の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ１のフィルタ特性を図２に示す。図２に示した特性は、水晶基板として５．５×１．２×０．４ｍｍの寸法のものを用い、ＩＤＴ３，４として、電極指の対数が１５０対、反射器５，６として電極指が１００本のものを用い、距離Ｌ1 ＝０．３５、距離Ｌ2 ＝０．５５とした場合の特性を示す。
【００２４】図２から明らかなように、通過帯域２４５．９２〜２４６．０８ＭＨｚにおける応答に対し、２４９〜２５０ＭＨｚ帯において表れるスプリアスＡが、図８に示したフィルタ特性の場合に比べてかなり抑圧されることがわかる。
【００２５】上記のように、距離Ｌ1 ，Ｌ2 を設定することにより、スプリアスＡを抑圧することができる理由を説明する。通過帯域を形成する共振モード及びスプリアスの原因となる共振モードのいずれにおいても、各振動モードの応答は、反射器５，６間に振動が閉じ込められることにより発生した定在波に基づくものである。従って、定在波の周期は、ＩＤＴの電極指の周期をλとすると、λ／２に近い値となる。
【００２６】よって、ＩＤＴの電極指や反射器５，６の配置を変更することにより、すなわち、これらの位置を表面波伝搬方向に沿って変更すれば、ＩＤＴに流れる電流も定在波の周期に合わせて変化していくはずである。さらに、定在波の周期は、共振モードによって若干異なるため、ＩＤＴ３，４と反射器５，６との配置によっては、スプリアスＡの原因となる共振モードによる応答だけを低減し得るのではないかと考えられる。
【００２７】図３は、弾性表面波共振子１において、ＩＤＴ３，４間の距離Ｌ1 を変化させた場合に、距離Ｌ2 によりスプリアスＡがどのように変化するかを示している。図３の縦軸は、上記スプリアスＡのピークの最小挿入損失からの減衰量（ｄＢ）を示す。すなわち、この減衰量が大きいほどスプリアスＡが抑圧されていることを意味する。
【００２８】また、図３における◆はＬ2 ＝０．８λである場合を、△はＬ2 ＝０．７λの場合を、▲はＬ2 ＝０．６λの場合を、●はＬ2 ＝０．５λの場合を、−はＬ2＝０．４λの場合をそれぞれ示す。
【００２９】図３から明らかなように、スプリアスＡのレベルは、距離Ｌ1 に依存していることがわかり、距離Ｌ1 が小さいほどスプリアスＡが小さくなることがわかる。また、距離Ｌ1 が０．８５λ以上になるとスプリアスＡが減少してくることがわかる。これは、一般的な弾性表面波素子の性質であり、距離Ｌ1 が０．５λの周期性を持ち、０．５λの周期性でスプリアスＡが小さくなる範囲が出現することを示している。この図３のグラフから距離Ｌ1 が、（０．３５＋ｎ／２）λ＜Ｌ2 ＜（０．５５＋ｎ／２）λの範囲において、スプリアスＡを小さくできることがわかる。
【００３０】同様に、図４は、図３に示す値を距離Ｌ2 の変化に対する距離Ｌ1 のスプリアスＡの変化を表したものである。すなわち、図４は、反射器とＩＤＴとの距離Ｌ2 を変化させた場合に、距離Ｌ1 によりスプリアスＡがどのように変化するかを示している。図４の縦軸は、上記スプリアスＡのピークの最小挿入損失からの減衰量（ｄＢ）を示す。すなわち、この減衰量が大きいほどスプリアスＡが抑圧されていることを示している。
【００３１】また、図４における◆はＬ1 ＝０．４５λである場合を、△はＬ1 ＝０．５５λである場合を、▲はＬ1 ＝０．６５λである場合を、×はＬ1 ＝０．７５λである場合を、●はＬ1 ＝０．８５λである場合をそれぞれ示す。
【００３２】図４から明らかなように、スプリアスＡのレベルは、距離Ｌ2 に依存していることがわかる。距離Ｌ2 も一般的な弾性表面波素子の性質である０．５λの周期性を持ち、距離Ｌ2 は、距離Ｌ1 の値に関わらず、０．５λの周期性でスプリアスＡが小さくなる範囲が出現することを示している。この図４のグラフから距離Ｌ2 が、（０．１０＋ｍ／２）λ＜Ｌ2 ＜（０．４０＋ｍ／２）λの範囲において、スプリアスＡを小さくできることがわかる。
【００３３】すなわち、上記図３及び図４の結果から、スプリアスＡの原因となる共振モードの応答だけを抑圧するには、距離Ｌ1 及び距離Ｌ2 を、それぞれ、上述した式（１）及び式（２）を満たすように構成すればよいことがわかる。
【００３４】従って、図２に示したように、本実施例の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ１では、距離Ｌ1 ，Ｌ2 が、それぞれ、式（１），（２）を満たすように構成されているので、図２に示したようにスプリアスＡを効果的に抑圧することが可能とされている。
【００３５】図５は、本発明の第２の実施例に係る縦結合型弾性表面波共振子フィルタを示す平面図である。本実施例の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ１１は、第１の実施例に係る縦結合型弾性表面波共振子フィルタ１を同一の水晶基板１２上において２組形成した構造を有する。もっとも、２組の弾性表面波共振子フィルタの特性は異ならされている。
【００３６】上記２組の縦結合型弾性表面波共振子フィルタを、以下、第１，第２の弾性表面波共振子フィルタ部２１，２２とする。水晶基板１２上においては、第１の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部２１を構成するために、中央領域に第１，第２のＩＤＴ１３，１４が形成されている。第１，第２のＩＤＴ１３，１４の表面波伝搬方向両側には、反射器１５，１６が形成されている。
【００３７】また、第２の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部２２を構成するために、第１の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部２１の側方において、表面波伝搬方向に沿って第１，第２のＩＤＴ２３，２４が形成されている。第２のＩＤＴ２３，２４が設けられている領域の両側には、反射器２５，２６が形成されている。
【００３８】第１，第２の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部２１，２２の入力及び出力側は、それぞれ、電気的に並列接続されている。すなわち、ＩＤＴ１３，２３のくし歯電極１３ｂ，２３ａが共通接続されて、入力端とされている。同様に、ＩＤＴ１４，２４の各一方のくし歯電極１４ｂ，２４ａが共通接続されて出力端とされている。なお、くし歯電極１３ａ，１４ａ，２３ｂ，２４ｂはアース電位に接続されている。
【００３９】上記第１，第２の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部２１，２２は、上記のように、それぞれ、第１の実施例の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ１と同様に構成されている。
【００４０】もっとも、第１の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部２１と第２の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部２２とは、帯域特性が異ならされており、それによって広帯域化が図られる。
【００４１】加えて、第１，第２の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部２１，２２は、それぞれ、第１の実施例と同様に、距離Ｌ1 ，Ｌ2 が式（１）及び式（２）を満たすように構成されているので、不要スプリアスを効果的に低減することができる。これを、図６及び図７を参照して説明する。
【００４２】いま、比較のために、縦結合型弾性表面波共振子フィルタ１１と同様に構成されており、ただし、第１の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部２１における距離Ｌ1 ＝０．９６λ、Ｌ2 ＝０．６２λとし、第２の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部２２における距離Ｌ1 ，Ｌ2 を、それぞれ、Ｌ1 ＝０．６３λ、Ｌ2＝０．８０λとする。この場合、ｎ，ｍ＝０の場合であるため、第１の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部２１では、式（１）及び式（２）が満たされているが、第２の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部２２は式（１）を満たすものとはされていない。
【００４３】上記のようにして用意した縦結合型弾性表面波共振子フィルタのフィルタ特性を図６に示す。図６から明らかなように、矢印Ｃで示すスプリアスが大きく表れていることがわかる。これは、第２の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部が式（１）を満たすものでないため、図８に示したスプリアスＡが２素子並列接続した弾性表面波フィルタにおいても大きく表れることによると考えられる。
【００４４】これに対して、第２の実施例の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ１１として、第１の弾性表面波共振子フィルタ部２１における距離Ｌ1 ，Ｌ2 を、それぞれ、Ｌ1 ＝０．９３λ及びＬ2 ＝０．６３λとし、第２の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部２２においては、距離Ｌ1 ，Ｌ2 を、それぞれ、Ｌ1 ＝０．５１λ及びＬ2 ＝０．８０λとした。すなわち、第１，第２の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部２１，２２は、いずれも式（１）及び式（２）を満たすように構成されている。この第２の実施例の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ１１のフィルタ特性を図７に示す。
【００４５】図７から明らかなように、第１，第２の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ２１，２２を並列接続してなる本実施例の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ１１においては、スプリアスＣが効果的に抑圧されていることがわかる。すなわち、図８に示したスプリアスＡがいずれの縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部２１，２２においても抑圧されているため、スプリアスＣの抑圧が可能とされている。
【００４６】上記実施例では、複数のＩＤＴとして、第１，第２のＩＤＴ３，４，１３，１４，２３，２４が表面波伝搬方向に配置されていたが、３以上のＩＤＴが配置されていてもよい。
【００４７】
【発明の効果】請求項１に記載の発明に係る縦結合型弾性表面波共振子フィルタでは、隣り合うＩＤＴ間の互いに近接し合っている電極指の中心間距離Ｌ1 が式（１）を満たすように、並びに反射器の最内側の電極指と反射器に隣接しているＩＤＴの最外側の電極指との中心間距離Ｌ2 が式（２）を満たすように構成されているので、通過帯域よりも高域側に表れる不要スプリアスを効果的に抑圧することができる。従って、挿入損失をほとんど増加させることなく、温度安定性に優れた水晶基板を用い、かつフィルタ特性が良好な縦結合型弾性表面波共振子フィルタを提供することが可能となる。よって、移動体通信システムのＩＦフィルタに好適であり、通信システムのデジタル化に容易に対応し得る帯域フィルタを提供することが可能となる。
【００４８】請求項２に記載の発明では、同一水晶基板上に、帯域特性が異なる請求項１に記載の発明に係る弾性表面波共振子フィルタが２組配置されており、これらの入出力がそれぞれ電気的に並列に接続されているので、広帯域の帯域フィルタを提供することができる。しかも、２組の縦結合型弾性表面波共振子フィルタが、いずれも式（１）及び式（２）を満たすように構成されているので、それぞれにおいて通過帯域よりも高域側におけるスプリアスが効果的に抑圧されるため、広帯域であり、かつ不要スプリアスが抑圧された、フィルタ特性の良好な帯域フィルタを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る縦結合型弾性表面波共振子フィルタの平面図。
【図２】図１に示した実施例の縦結合型弾性表面波共振子フィルタのフィルタ特性を示す図。
【図３】第１の実施例に縦結合型弾性表面波共振子フィルタにおいて、ＩＤＴ間の距離Ｌ1 及びＩＤＴと反射器との間の距離Ｌ2 と、スプリアスＡのピークの最小挿入損失からの減衰量との関係を示す図。
【図４】ＩＤＴと反射器との間の距離Ｌ2 を変化させた場合の、ＩＤＴ内の距離Ｌ1 によるスプリアスＡのピークの最小挿入損失からの減衰量の変化を示す図。
【図５】本発明の第２の実施例に係る縦結合型弾性表面波共振子フィルタを示す平面図。
【図６】２組の縦結合型弾性表面波共振子フィルタを並列接続してなる弾性表面波共振子フィルタ装置において、一方の縦結合型弾性表面波共振子フィルタが式（１），（２）を満たしていない場合のフィルタ特性を示す図。
【図７】本発明の第２の実施例に係る縦結合型弾性表面波共振子フィルタのフィルタ特性を示す図。
【図８】従来の縦結合型弾性表面波共振子フィルタのフィルタ特性を示す図。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は、図８に示したスプリアスＡ，Ｂの表れる周波数においてＩＤＴに流れる電流分布を示す模式図。
【符号の説明】
１…縦結合型弾性表面波共振子フィルタ
２…水晶基板
３，４…第１，第２のＩＤＴ
５，６…反射器
１１…縦結合型弾性表面波共振子フィルタ
１２…水晶基板
１３，１４…第１，第２のＩＤＴ
１５，１６…反射器
２１…第１の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部
２２…第２の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部
２３，２４…第１，第２のＩＤＴ
２５，２６…反射器
Ｌ1 …隣接するＩＤＴ間の電極指中心間距離
Ｌ2 …反射器の最内側の電極指と、隣接するＩＤＴの最外側の電極指との中心間距離
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、移動体通信システムにおいて帯域フィルタとして用いられる縦結合型弾性表面波共振子フィルタに関し、特に、水晶基板を用いて構成された縦結合型弾性表面波共振子フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】移動体通信システムの中間周波数段（ＩＦ）のフィルタでは、通信システムのデジタル化に伴って、より広い帯域特性を有することが求められている。さらに、温度に対する安定性及び急峻な帯域外減衰特性に加えて、不要スプリアスが少ないことも求められている。
【０００３】従来、上記ＩＦ用帯域フィルタとして、水晶基板を用いた弾性表面波共振子フィルタが知られている。この種の共振子フィルタとしては、２つの反射器の間に弾性表面波伝搬方向に沿って複数のインターデジタルトランスデューサ（以下、ＩＤＴ）を構成してなる縦結合型弾性表面波共振子フィルタと、表面波伝搬方向と直交する方向に２つのＩＤＴを配置してなる横結合型弾性表面波共振子フィルタとが存在する。
【０００４】縦結合型弾性表面波共振子フィルタは、横結合型弾性表面波共振子フィルタに比べて、広帯域化が容易であるという利点を有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、縦結合型弾性表面波共振子フィルタでは、帯域特性において不要スプリアスが多く発生するという問題があった。
【０００６】図８は、従来の水晶基板を用いて構成された縦結合型弾性表面波共振子のフィルタ特性を示す図である。この弾性表面波共振子フィルタでは、２４６±０．０８ＭＨｚが通過帯域となるが、矢印Ａで示すように、２４９．３ＭＨｚ付近に大きなスプリアスか、また矢印Ｂで示すように、スプリアスＡとは逆に、通過帯域よりも低域側にもスプリアスが表れている。これらのスプリアスＡ，Ｂを抑圧する方法として、従来より、多段縦続接続構造が知られている。すなわち、縦結合型弾性表面波共振子フィルタを複数段用意し、縦続接続することにより、スプリアスＡ，Ｂを抑圧し得ることが知られている。しかしながら、多段縦続接続構造では、
【０００７】他方、ＩＤＴにおいて重み付けを施し、それによってスプリアスを抑圧する方法も考えられる。ところで、スプリアスＡ，Ｂについて、それぞれの周波数において電極指に流れる有効電流の分布を、図９（ａ），（ｂ）に示す。図９（ｂ）から明らかなように、スプリアスＢについては、１つのＩＤＴ内において電流の極性が逆となる部分が存在する。従って、間引き法などの電極指重み付けにより、１つのＩＤＴ内において流れる電流を相殺し得ることがわかる。
【０００８】しかしながら、図９（ａ）に示すように、スプリアスＡの周波数では、１つのＩＤＴ内で同じ極性の電流しか存在しない。従って、そのスプリアスＡの周波数における上記電流の大きさを、重み付けによって低減することは非常に困難である。すなわち、上記スプリアスＡを、重み付けにより抑制することは困難である。
【０００９】本発明の目的は、良好な温度安定性を有する水晶基板を用いた縦結合型弾性表面波共振子フィルタであって、低損失であり、かつ不要スプリアスを効果的に抑圧し得る弾性表面波共振子フィルタを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に係る縦結合型弾性表面波共振子フィルタは、水晶基板と、前記水晶基板上において弾性表面波を伝搬させる方向に沿って設けられた複数のＩＤＴと、前記複数のＩＤＴが設けられている部分の弾性表面波伝搬方向両側に形成された反射器とを備え、隣り合うＩＤＴの最も近接し合っている電極指間の中心間距離をＬ1 とし、前記反射器の最も内側の電極指の中心と、該反射器に隣接しているインターデジタルトランスデューサの最外側の電極指の中心との間の距離をＬ2 としたときに、
【００１１】
【数３】
【００１２】かつ
【００１３】
【数４】
とされていることを特徴とする。
【００１４】請求項２に記載の発明に係る縦結合型弾性表面波共振子フィルタでは、同一水晶基板上に、特性の異なる請求項１に記載の縦結合型弾性表面波共振子が２組形成されており、２組の弾性表面波共振子フィルタの入出力がそれぞれ電気的に並列に接続されている。
【００１５】請求項３に記載の発明では、上記複数のＩＤＴが、第１，第２のＩＤＴにより構成されている。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明の縦結合型弾性表面波共振子フィルタをより具体的に説明する。
【００１７】図１は、本発明の第１の実施例に係る縦結合型弾性表面波共振子フィルタの平面図である。縦結合型弾性表面波共振子フィルタ１は、矩形の水晶基板２を用いて構成されている。この弾性表面波共振子フィルタ１では、矩形の水晶基板２の長さ方向に平行に弾性表面波を伝搬させるように構成されている。
【００１８】水晶基板２の上面中央においては、弾性表面波を伝搬させる方向に沿って、第１のＩＤＴ３及び第２のＩＤＴ４が形成されている。ＩＤＴ３，４は、それぞれ、互いに間挿し合う一対のくし歯電極３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂを有する。
【００１９】他方、第１，第２のＩＤＴ３，４が設けられている領域の表面波伝搬方向両側には、反射器５，６が形成されている。反射器５，６は、グレーティング型反射器で構成されており、ここでは複数本の電極指が両端で短絡されている。
【００２０】本実施例の弾性表面波共振子フィルタ１では、入力信号がＩＤＴ３の一方のくし歯電極３ａに与えられる。出力信号は、第２のＩＤＴ４の一方のくし歯電極４ａから取り出される。なお、くし歯電極３ｂ，４ｂはアース電位に接続される。
【００２１】本実施例の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ１の特徴は、第１，第２のＩＤＴ間の距離Ｌ1 が、（０．３５＋ｎ／２）λ〜（０．５５＋ｎ／２）λの範囲にあり、かつＩＤＴ３と反射器５との間の距離Ｌ2 及びＩＤＴ４と反射器６との間の距離Ｌ2 が、（０．１０＋ｍ／２）λ〜（０．４０＋ｍ／２）λの範囲にあることにある。
【００２２】なお、上記式（１）及び式（２）において、ｎ，ｍは、それぞれ、０または整数を示し、λは励振される表面波の波長を示す。また、ＩＤＴ３，４間の距離Ｌ1 とは、ＩＤＴ３，４の互いに近接し合っている電極指３ａ1 ，４ａ1 の中心間距離を示すものとする。同様に、距離Ｌ2 とは、ＩＤＴ３の最外側の電極指３ａ2 と、反射器５の最内側の電極指５ａ1 との中心間距離、あるいは反射器４の最外側の電極指４ａ2 と反射器６の最内側の電極指６ａ1 の中心間距離を示すものとする。
【００２３】本実施例の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ１のフィルタ特性を図２に示す。図２に示した特性は、水晶基板として５．５×１．２×０．４ｍｍの寸法のものを用い、ＩＤＴ３，４として、電極指の対数が１５０対、反射器５，６として電極指が１００本のものを用い、距離Ｌ1 ＝０．３５、距離Ｌ2 ＝０．５５とした場合の特性を示す。
【００２４】図２から明らかなように、通過帯域２４５．９２〜２４６．０８ＭＨｚにおける応答に対し、２４９〜２５０ＭＨｚ帯において表れるスプリアスＡが、図８に示したフィルタ特性の場合に比べてかなり抑圧されることがわかる。
【００２５】上記のように、距離Ｌ1 ，Ｌ2 を設定することにより、スプリアスＡを抑圧することができる理由を説明する。通過帯域を形成する共振モード及びスプリアスの原因となる共振モードのいずれにおいても、各振動モードの応答は、反射器５，６間に振動が閉じ込められることにより発生した定在波に基づくものである。従って、定在波の周期は、ＩＤＴの電極指の周期をλとすると、λ／２に近い値となる。
【００２６】よって、ＩＤＴの電極指や反射器５，６の配置を変更することにより、すなわち、これらの位置を表面波伝搬方向に沿って変更すれば、ＩＤＴに流れる電流も定在波の周期に合わせて変化していくはずである。さらに、定在波の周期は、共振モードによって若干異なるため、ＩＤＴ３，４と反射器５，６との配置によっては、スプリアスＡの原因となる共振モードによる応答だけを低減し得るのではないかと考えられる。
【００２７】図３は、弾性表面波共振子１において、ＩＤＴ３，４間の距離Ｌ1 を変化させた場合に、距離Ｌ2 によりスプリアスＡがどのように変化するかを示している。図３の縦軸は、上記スプリアスＡのピークの最小挿入損失からの減衰量（ｄＢ）を示す。すなわち、この減衰量が大きいほどスプリアスＡが抑圧されていることを意味する。
【００２８】また、図３における◆はＬ2 ＝０．８λである場合を、△はＬ2 ＝０．７λの場合を、▲はＬ2 ＝０．６λの場合を、●はＬ2 ＝０．５λの場合を、−はＬ2＝０．４λの場合をそれぞれ示す。
【００２９】図３から明らかなように、スプリアスＡのレベルは、距離Ｌ1 に依存していることがわかり、距離Ｌ1 が小さいほどスプリアスＡが小さくなることがわかる。また、距離Ｌ1 が０．８５λ以上になるとスプリアスＡが減少してくることがわかる。これは、一般的な弾性表面波素子の性質であり、距離Ｌ1 が０．５λの周期性を持ち、０．５λの周期性でスプリアスＡが小さくなる範囲が出現することを示している。この図３のグラフから距離Ｌ1 が、（０．３５＋ｎ／２）λ＜Ｌ2 ＜（０．５５＋ｎ／２）λの範囲において、スプリアスＡを小さくできることがわかる。
【００３０】同様に、図４は、図３に示す値を距離Ｌ2 の変化に対する距離Ｌ1 のスプリアスＡの変化を表したものである。すなわち、図４は、反射器とＩＤＴとの距離Ｌ2 を変化させた場合に、距離Ｌ1 によりスプリアスＡがどのように変化するかを示している。図４の縦軸は、上記スプリアスＡのピークの最小挿入損失からの減衰量（ｄＢ）を示す。すなわち、この減衰量が大きいほどスプリアスＡが抑圧されていることを示している。
【００３１】また、図４における◆はＬ1 ＝０．４５λである場合を、△はＬ1 ＝０．５５λである場合を、▲はＬ1 ＝０．６５λである場合を、×はＬ1 ＝０．７５λである場合を、●はＬ1 ＝０．８５λである場合をそれぞれ示す。
【００３２】図４から明らかなように、スプリアスＡのレベルは、距離Ｌ2 に依存していることがわかる。距離Ｌ2 も一般的な弾性表面波素子の性質である０．５λの周期性を持ち、距離Ｌ2 は、距離Ｌ1 の値に関わらず、０．５λの周期性でスプリアスＡが小さくなる範囲が出現することを示している。この図４のグラフから距離Ｌ2 が、（０．１０＋ｍ／２）λ＜Ｌ2 ＜（０．４０＋ｍ／２）λの範囲において、スプリアスＡを小さくできることがわかる。
【００３３】すなわち、上記図３及び図４の結果から、スプリアスＡの原因となる共振モードの応答だけを抑圧するには、距離Ｌ1 及び距離Ｌ2 を、それぞれ、上述した式（１）及び式（２）を満たすように構成すればよいことがわかる。
【００３４】従って、図２に示したように、本実施例の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ１では、距離Ｌ1 ，Ｌ2 が、それぞれ、式（１），（２）を満たすように構成されているので、図２に示したようにスプリアスＡを効果的に抑圧することが可能とされている。
【００３５】図５は、本発明の第２の実施例に係る縦結合型弾性表面波共振子フィルタを示す平面図である。本実施例の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ１１は、第１の実施例に係る縦結合型弾性表面波共振子フィルタ１を同一の水晶基板１２上において２組形成した構造を有する。もっとも、２組の弾性表面波共振子フィルタの特性は異ならされている。
【００３６】上記２組の縦結合型弾性表面波共振子フィルタを、以下、第１，第２の弾性表面波共振子フィルタ部２１，２２とする。水晶基板１２上においては、第１の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部２１を構成するために、中央領域に第１，第２のＩＤＴ１３，１４が形成されている。第１，第２のＩＤＴ１３，１４の表面波伝搬方向両側には、反射器１５，１６が形成されている。
【００３７】また、第２の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部２２を構成するために、第１の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部２１の側方において、表面波伝搬方向に沿って第１，第２のＩＤＴ２３，２４が形成されている。第２のＩＤＴ２３，２４が設けられている領域の両側には、反射器２５，２６が形成されている。
【００３８】第１，第２の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部２１，２２の入力及び出力側は、それぞれ、電気的に並列接続されている。すなわち、ＩＤＴ１３，２３のくし歯電極１３ｂ，２３ａが共通接続されて、入力端とされている。同様に、ＩＤＴ１４，２４の各一方のくし歯電極１４ｂ，２４ａが共通接続されて出力端とされている。なお、くし歯電極１３ａ，１４ａ，２３ｂ，２４ｂはアース電位に接続されている。
【００３９】上記第１，第２の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部２１，２２は、上記のように、それぞれ、第１の実施例の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ１と同様に構成されている。
【００４０】もっとも、第１の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部２１と第２の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部２２とは、帯域特性が異ならされており、それによって広帯域化が図られる。
【００４１】加えて、第１，第２の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部２１，２２は、それぞれ、第１の実施例と同様に、距離Ｌ1 ，Ｌ2 が式（１）及び式（２）を満たすように構成されているので、不要スプリアスを効果的に低減することができる。これを、図６及び図７を参照して説明する。
【００４２】いま、比較のために、縦結合型弾性表面波共振子フィルタ１１と同様に構成されており、ただし、第１の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部２１における距離Ｌ1 ＝０．９６λ、Ｌ2 ＝０．６２λとし、第２の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部２２における距離Ｌ1 ，Ｌ2 を、それぞれ、Ｌ1 ＝０．６３λ、Ｌ2＝０．８０λとする。この場合、ｎ，ｍ＝０の場合であるため、第１の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部２１では、式（１）及び式（２）が満たされているが、第２の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部２２は式（１）を満たすものとはされていない。
【００４３】上記のようにして用意した縦結合型弾性表面波共振子フィルタのフィルタ特性を図６に示す。図６から明らかなように、矢印Ｃで示すスプリアスが大きく表れていることがわかる。これは、第２の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部が式（１）を満たすものでないため、図８に示したスプリアスＡが２素子並列接続した弾性表面波フィルタにおいても大きく表れることによると考えられる。
【００４４】これに対して、第２の実施例の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ１１として、第１の弾性表面波共振子フィルタ部２１における距離Ｌ1 ，Ｌ2 を、それぞれ、Ｌ1 ＝０．９３λ及びＬ2 ＝０．６３λとし、第２の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部２２においては、距離Ｌ1 ，Ｌ2 を、それぞれ、Ｌ1 ＝０．５１λ及びＬ2 ＝０．８０λとした。すなわち、第１，第２の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部２１，２２は、いずれも式（１）及び式（２）を満たすように構成されている。この第２の実施例の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ１１のフィルタ特性を図７に示す。
【００４５】図７から明らかなように、第１，第２の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ２１，２２を並列接続してなる本実施例の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ１１においては、スプリアスＣが効果的に抑圧されていることがわかる。すなわち、図８に示したスプリアスＡがいずれの縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部２１，２２においても抑圧されているため、スプリアスＣの抑圧が可能とされている。
【００４６】上記実施例では、複数のＩＤＴとして、第１，第２のＩＤＴ３，４，１３，１４，２３，２４が表面波伝搬方向に配置されていたが、３以上のＩＤＴが配置されていてもよい。
【００４７】
【発明の効果】請求項１に記載の発明に係る縦結合型弾性表面波共振子フィルタでは、隣り合うＩＤＴ間の互いに近接し合っている電極指の中心間距離Ｌ1 が式（１）を満たすように、並びに反射器の最内側の電極指と反射器に隣接しているＩＤＴの最外側の電極指との中心間距離Ｌ2 が式（２）を満たすように構成されているので、通過帯域よりも高域側に表れる不要スプリアスを効果的に抑圧することができる。従って、挿入損失をほとんど増加させることなく、温度安定性に優れた水晶基板を用い、かつフィルタ特性が良好な縦結合型弾性表面波共振子フィルタを提供することが可能となる。よって、移動体通信システムのＩＦフィルタに好適であり、通信システムのデジタル化に容易に対応し得る帯域フィルタを提供することが可能となる。
【００４８】請求項２に記載の発明では、同一水晶基板上に、帯域特性が異なる請求項１に記載の発明に係る弾性表面波共振子フィルタが２組配置されており、これらの入出力がそれぞれ電気的に並列に接続されているので、広帯域の帯域フィルタを提供することができる。しかも、２組の縦結合型弾性表面波共振子フィルタが、いずれも式（１）及び式（２）を満たすように構成されているので、それぞれにおいて通過帯域よりも高域側におけるスプリアスが効果的に抑圧されるため、広帯域であり、かつ不要スプリアスが抑圧された、フィルタ特性の良好な帯域フィルタを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る縦結合型弾性表面波共振子フィルタの平面図。
【図２】図１に示した実施例の縦結合型弾性表面波共振子フィルタのフィルタ特性を示す図。
【図３】第１の実施例に縦結合型弾性表面波共振子フィルタにおいて、ＩＤＴ間の距離Ｌ1 及びＩＤＴと反射器との間の距離Ｌ2 と、スプリアスＡのピークの最小挿入損失からの減衰量との関係を示す図。
【図４】ＩＤＴと反射器との間の距離Ｌ2 を変化させた場合の、ＩＤＴ内の距離Ｌ1 によるスプリアスＡのピークの最小挿入損失からの減衰量の変化を示す図。
【図５】本発明の第２の実施例に係る縦結合型弾性表面波共振子フィルタを示す平面図。
【図６】２組の縦結合型弾性表面波共振子フィルタを並列接続してなる弾性表面波共振子フィルタ装置において、一方の縦結合型弾性表面波共振子フィルタが式（１），（２）を満たしていない場合のフィルタ特性を示す図。
【図７】本発明の第２の実施例に係る縦結合型弾性表面波共振子フィルタのフィルタ特性を示す図。
【図８】従来の縦結合型弾性表面波共振子フィルタのフィルタ特性を示す図。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は、図８に示したスプリアスＡ，Ｂの表れる周波数においてＩＤＴに流れる電流分布を示す模式図。
【符号の説明】
１…縦結合型弾性表面波共振子フィルタ
２…水晶基板
３，４…第１，第２のＩＤＴ
５，６…反射器
１１…縦結合型弾性表面波共振子フィルタ
１２…水晶基板
１３，１４…第１，第２のＩＤＴ
１５，１６…反射器
２１…第１の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部
２２…第２の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ部
２３，２４…第１，第２のＩＤＴ
２５，２６…反射器
Ｌ1 …隣接するＩＤＴ間の電極指中心間距離
Ｌ2 …反射器の最内側の電極指と、隣接するＩＤＴの最外側の電極指との中心間距離
【特許請求の範囲】
【請求項１】 水晶基板と、前記水晶基板上において弾性表面波を伝搬させる方向に沿って設けられた複数のインターデジタルトランスデューサと、前記インターデジタルトランスデューサが設けられている部分の弾性表面波伝搬方向両側に形成された反射器とを備え、隣り合うインターデジタルトランスデューサの最も近接し合っている電極指間の中心間距離をＬ1 とし、前記反射器の最も内側の電極指の中心と、該反射器に隣接しているインターデジタルトランスデューサの最外側の電極指の中心との間の距離をＬ2 としたときに、
【数１】
かつ
【数２】
とされていることを特徴とする、縦結合型弾性表面波共振子フィルタ。
【請求項２】 同一水晶基板上に、特性の異なる請求項１に記載の縦結合型弾性表面波共振子が２組形成されており、２組の弾性表面波共振子フィルタの入出力がそれぞれ電気的に並列に接続されていることを特徴とする、縦結合型弾性表面波共振子フィルタ。
【請求項３】 複数のインターデジタルトランスデューサが、第１，第２のインターデジタルトランスデューサである、請求項１または２に記載の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ。
【請求項１】 水晶基板と、前記水晶基板上において弾性表面波を伝搬させる方向に沿って設けられた複数のインターデジタルトランスデューサと、前記インターデジタルトランスデューサが設けられている部分の弾性表面波伝搬方向両側に形成された反射器とを備え、隣り合うインターデジタルトランスデューサの最も近接し合っている電極指間の中心間距離をＬ1 とし、前記反射器の最も内側の電極指の中心と、該反射器に隣接しているインターデジタルトランスデューサの最外側の電極指の中心との間の距離をＬ2 としたときに、
【数１】
かつ
【数２】
とされていることを特徴とする、縦結合型弾性表面波共振子フィルタ。
【請求項２】 同一水晶基板上に、特性の異なる請求項１に記載の縦結合型弾性表面波共振子が２組形成されており、２組の弾性表面波共振子フィルタの入出力がそれぞれ電気的に並列に接続されていることを特徴とする、縦結合型弾性表面波共振子フィルタ。
【請求項３】 複数のインターデジタルトランスデューサが、第１，第２のインターデジタルトランスデューサである、請求項１または２に記載の縦結合型弾性表面波共振子フィルタ。
【図１】
【図２】
【図９】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図９】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００３−１３３８８９（Ｐ２００３−１３３８８９Ａ）
【公開日】平成１５年５月９日（２００３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００１−３２７７５５（Ｐ２００１−３２７７５５）
【出願日】平成１３年１０月２５日（２００１．１０．２５）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１５年５月９日（２００３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１３年１０月２５日（２００１．１０．２５）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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