縦結合多重モード弾性表面波フィルター
【課題】一つの素子に複数の弾性表面波共振子を配置して複数の減衰極を形成することを可能とした共振子型の構成をとる多重モード弾性表面波フィルターを提供する。
【解決手段】縦結合二重モードＳＡＷフィルター１は、圧電基板５上に、複数対の正規型ＩＤＴ電極５０、および、その正規型ＩＤＴ電極５０と同じ対数の反射反転型ＩＤＴ電極６０が、弾性表面波の伝搬方向（縦方向）に隣接して並設されたいわゆる縦結合の多重モードＳＡＷフィルターである。圧電基板５上の、隣接して並設された正規型ＩＤＴ電極５０および反射反転型ＩＤＴ電極６０の、さらに弾性表面波の伝搬方向の両側には、正規型ＩＤＴ電極５０の反射反転型ＩＤＴ電極６０とは反対側には、正規型ＩＤＴ電極５０と同じ電極構造の正規型反射器３１Ａが配置され、反射反転型ＩＤＴ電極６０の正規型ＩＤＴ電極５０とは反対側には、反射反転型反射器３２Ａが配置されている。
【解決手段】縦結合二重モードＳＡＷフィルター１は、圧電基板５上に、複数対の正規型ＩＤＴ電極５０、および、その正規型ＩＤＴ電極５０と同じ対数の反射反転型ＩＤＴ電極６０が、弾性表面波の伝搬方向（縦方向）に隣接して並設されたいわゆる縦結合の多重モードＳＡＷフィルターである。圧電基板５上の、隣接して並設された正規型ＩＤＴ電極５０および反射反転型ＩＤＴ電極６０の、さらに弾性表面波の伝搬方向の両側には、正規型ＩＤＴ電極５０の反射反転型ＩＤＴ電極６０とは反対側には、正規型ＩＤＴ電極５０と同じ電極構造の正規型反射器３１Ａが配置され、反射反転型ＩＤＴ電極６０の正規型ＩＤＴ電極５０とは反対側には、反射反転型反射器３２Ａが配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波素子に関し、特に、縦結合多重モード弾性表面波フィルターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高周波デバイスの分野では、圧電基板の表面に形成したＩＤＴ（Interdigital Transducer）電極により圧電体表面に弾性表面波（Surface Acoustic Wave：ＳＡＷ）を励振させたり、弾性表面波を検出したりするように構成された弾性表面波素子が様々な電子機器に用いられている。特に、小型・軽量でかつフィルターとしての急峻遮断性能が高い弾性表面波フィルターは、量産性にも優れていることから、携帯電話など移動体通信分野において多用されるようになってきており、電子機器の小型・軽量化の一翼を担っている。
【０００３】
図１０は、従来の１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルター（以下二重モードＳＡＷフィルターと記す）の電極パターンの一例を模式的に示す平面図である。図１０において、従来の二重モードＳＡＷフィルター２００は、圧電基板２０５上に弾性表面波の伝搬方向に沿って三つのＩＤＴ電極２１２，２１３，２１４が近接配置され、これらのＩＤＴ電極２１２，２１３，２１４の両側に反射器２１５Ａおよび反射器２１５Ｂを配設したものである。ＩＤＴ電極２１２，２１３，２１４は、それぞれ互いに間挿し合う複数の電極指を有する二つの交差指電極により構成され、いずれか一方の交差指電極の電極指２本の間に他方の交差指電極の電極指一本が間挿された態様において、その一方の交差指電極の電極指２本の電極間距離（１ピッチ）を１波長（１λ）とするいわゆる正規型ＩＤＴ電極である。そして、ＩＤＴ電極２１２の一方の交差指電極が入力端子に接続され、他方の交差指電極が接地される。そして、ＩＤＴ電極２１３およびＩＤＴ電極２１４の一方の交差指電極は互いに連結して出力端子に接続され、ＩＤＴ電極２１３およびＩＤＴ電極２１４の他方の交差指電極は互いに接続して接地されている。
【０００４】
このような従来の二重モードＳＡＷフィルター２００の動作は、周知のように、ＩＤＴ電極２１２，２１３，２１４によって励起される弾性表面波が反射器２１５Ａ，２１５Ｂの間に閉じ込められ、ＩＤＴ電極２１２，２１３，２１４の間で音響結合を生ずる結果、１次と３次の縦共振モードが強勢に励振され、これら二つのモードを利用した二重モードＳＡＷフィルター２００として動作する。なお、この二重モードＳＡＷフィルター２００の通過帯域は１次共振モードと３次共振モードとの周波数差に比例することは周知のことである。また、上記二重モードＳＡＷフィルター２００を一つの圧電基板上に複数個併置し、それらを弾性表面波の伝搬方向に沿った方向に縦続接続してＳＡＷフィルターの減衰傾度および保証減衰量を改善することは周知の手段である。
【０００５】
ところで、上記のように、正規型のＩＤＴ電極２１２，２１３，２１４を用いて広帯域の二重モードＳＡＷフィルターを実現しようとすると、そのフィルター特性において、通過帯域近傍の高域側の減衰傾度が、低域側の減衰傾度のように一様に増加せず、減衰量が一旦、劣化してから増加する特性、いわゆるダレ特性を呈することが周知の課題とされている。
【０００６】
このような通過帯域近傍の減衰特性や帯域外減衰量の改善要求に応えるべく、一つの圧電基板上に、ＩＤＴ電極の電極対数を変えることにより形成された周波数の異なる多数のＳＡＷ共振器を接続し、このうち、特に電極対数を多くして形成された共振器をノッチフィルターとして用いる構成とした多重モード弾性表面波フィルター（多電極型弾性表面波フィルター）が、例えば特許文献１に紹介されている。
特許文献１に記載の多重モード弾性表面波フィルターによれば、電極指の重み付けのために劣化した減衰特性が改善される。また、ノッチフィルターとして用いる共振器が多重モード弾性表面波フィルターの通過帯域内において静電容量として動作するため、電極対数を多くしたことにより本来必要となる整合回路の直列容量を不要としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１７７６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の多重モード弾性表面波フィルターでは、通過帯域近傍の減衰特性をより大きくするためには二つのＳＡＷ共振子を用いて減衰極を形成しているため、圧電基板上のＳＡＷフィルターの設計面積が増大してしまいデバイスの小型化には不利であった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【００１０】
〔適用例１〕本適用例にかかる縦結合多重モード弾性表面波フィルターは、圧電基板上に、弾性表面波の伝搬方向に沿って、複数のＩＤＴ電極と、その両側に配置された反射器と、が設けられた縦結合多重モード弾性表面波フィルターと、前記縦結合多重モード弾性表面波フィルターの入力側または出力側の少なくとも一方に直列または並列に接続されたＩＤＴ電極とその両側に反射器を有する１端子対弾性表面波共振子と、を備え、前記１端子対弾性表面波共振子の前記ＩＤＴ電極は、幅員の同じ電極指を等間隔に互いに間挿した正規型ＩＤＴ電極と、幅員Ｗ１の第１の電極指と、その隣に間隙ｇ１をおいて配置した幅員Ｗ２の第２の電極指と、さらにその隣に間隙ｇ２をおいて配置した幅員Ｗ３の第３の電極指と、前記第１の電極指および前記第３の電極指の隣にそれぞれ配置した（ｇ３）／２のスペースからなる単位区間を複数区間繰り返して構成され、前記第１の電極指と前記第３の電極指とを同相とし、それら前記第１の電極指および前記第３の電極指と前記第２の電極指とを逆相とするとともに、前記第１の電極指の幅員Ｗ１と前記第３の電極指の幅員Ｗ３とをＷ１＝Ｗ３とし、前記間隙ｇ１と前記間隙ｇ２とをｇ１＝ｇ２とした前記複数のＩＤＴ電極のうちの他方のＩＤＴ電極としての反射反転型弾性表面波変換器と、が、前記圧電基板の弾性表面波の伝搬方向に沿って隣接して配置されていることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、ワンチップの弾性表面波フィルターにて、フィルター特性の通過帯域の低域側および高域側の両域に渡り複数の減衰極が形成できることを発明者は見出した。これにより、フィルター特性の通過帯域の全域に渡って帯域外減衰量が改善されて十分な減衰量が確保され、フィルター特性における挿入損失を向上させることができ、高精度なワンチップの弾性表面波フィルターを提供することができる。
【００１２】
〔適用例２〕上記適用例にかかる縦結合多重モード弾性表面波フィルターにおいて、前記１端子対弾性表面波共振子の前記反射器は、隣接する前記正規型ＩＤＴ電極または前記反射反転型弾性表面波変換器と同じ電極構造を有して配置されていることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、隣接するＩＤＴ電極と反射器との位相が揃うので、ＩＤＴ電極と反射器とのレイアウト設計において位相を考慮する必要がなくなり、設計が容易になる。
【００１４】
〔適用例３〕上記適用例にかかる縦結合多重モード弾性表面波フィルターにおいて、前記正規型ＩＤＴ電極および前記反射反転型弾性表面波変換器において、それぞれの１波長分の電極指の対数が同じであることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、隣接する正規型ＩＤＴ電極および反射反転型ＩＤＴ電極において、１波長（１λ）分の電極配列が同一周期形成されるので、より安定した周波数特性を有する縦結合多重モード弾性表面波フィルターを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】縦結合多重モード弾性表面波フィルターとしての縦結合二重モードＳＡＷフィルターの一実施形態を模式的に説明する平面図。
【図２】１端子対弾性表面波共振子としての１端子対ＳＡＷ共振子の電極構造の説明図。
【図３】（ａ）は、正規型ＩＤＴ電極を模式的に説明する部分平面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面における周波数特性を示す説明図。
【図４】（ａ）は、正規型ＩＤＴ電極の１波長における４つの反射面を示す側面図、（ｂ）は、４つの反射面の反射ベクトルとその合成ベクトルを示す説明図。
【図５】正規型ＩＤＴ電極が形成するストップバンドの下端における定住波（実線）、上端における定住波（一点鎖線）、駆動力分布（破線）、励振中心（○印）、および反射中心（□印）を示す説明図。
【図６】（ａ）は、反射反転型ＩＤＴ電極を模式的に説明する部分平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面における周波数特性を示す説明図。
【図７】（ａ）は、反射反転型ＩＤＴ電極の１波長に配列した３つの電極指の６個のエッジ面を示す側面図、（ｂ）は、６個のエッジ面における反射ベクトルとその合成ベクトルを示す説明図。
【図８】反射反転型ＩＤＴ電極が形成するストップバンドの下端における定住波（実線）、上端における定住波（一点鎖線）、駆動力分布（破線）、励振中心（○印）、および反射中心（□印）を示す説明図。
【図９】本実施形態の縦結合二重モードＳＡＷフィルターの周波数特性のシミュレーション結果を示す説明図。
【図１０】従来の１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルターの電極パターンの一例を模式的に示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、縦結合多重モード弾性表面波フィルターの一例としての縦結合二重モードＳＡＷフィルターについて図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態の縦結合二重モードＳＡＷフィルターを模式的に説明する平面図である。
図１において、縦結合二重モードＳＡＷフィルター１は、圧電基板のＳＡＷの伝搬方向に沿って近接配置したＩＤＴ電極１、ＩＤＴ電極２、ＩＤＴ電極３、および該ＩＤＴ電極１〜３の両外側に反射器４ａ、４ｂを配置した縦結合二重モードＳＡＷフィルター１０と、ＩＤＴ電極５およびその両外側に反射器６ａ、６ｂを配置した１端子対ＳＡＷ共振子２０とから構成される。ＩＤＴ電極１〜３はそれぞれ互いに間挿し合う複数の電極指を有する二つの交差指電極により構成され、いずれか一方の交差指電極の電極指２本の間に他方の交差指電極の電極指一本が間挿される。ＩＤＴ電極２の一方の交差指電極は入力端子に接続され、他方の交差指電極が接地される。そして、ＩＤＴ電極１およびＩＤＴ電極３の一方の交差指電極は互いに連結して１端子対ＳＡＷ共振子２０の一方の交差指電極に接続され、ＩＤＴ電極１およびＩＤＴ電極３の他方の交差指電極は互いに接続して接地されている。１端子対ＳＡＷ共振子２０の他方の交差指電極は出力端子に接続される。
【００１９】
図２は、１端子対ＳＡＷ共振子２０の電極構造を詳細に示した図であり、ＩＤＴ電極５は少なくとも正規型ＩＤＴ電極５０と反射反転型ＩＤＴ電極６０とを隣接した構造となっており、正規型ＩＤＴ電極５０と反射反転型ＩＤＴ電極６０の両外側に正規型反射器（図１の反射器６ａ）および反射反転型反射器（図１の反射器６ｂ）を配置している。
本発明の特徴は、縦結合二重モードＳＡＷフィルターに直列に接続する１端子対ＳＡＷ共振子のＩＤＴ電極を正規型ＩＤＴ電極と反射反転型ＩＤＴ電極とを隣接して構成する点である。以下、正規型ＩＤＴ電極と反射反転型ＩＤＴ電極の構造、および動作原理について述べる。
【００２０】
〔正規型ＩＤＴ電極〕
まず、本発明の理解を得るために、１端子対ＳＡＷ共振子２０における通常の正規型ＩＤＴ電極およびその動作原理について図面に沿って簡単に説明する。図３は、正規型ＩＤＴ電極の一構成例を模式的に説明するものであり、（ａ）は部分平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面における周波数特性を示す説明図である。
図３（ａ）において、正規型ＩＤＴ電極５０は二つの櫛型の交差指電極を有し、一方の交差指電極のバスバーに連結された複数の連続する電極指（図中、電極指１１，１３の側）と、他方の交差指電極のバスバーに連結された複数の連続する電極指（図中、電極指１２の側）とが、互いに接触しないように等間隔ピッチにて間挿し合って構成されている。
【００２１】
ここで、図中の記号λは、正規型ＩＤＴ電極５０によって励振される弾性表面波の１波長であり、この波長λは、正規型ＩＤＴ電極５０における一方の交差指電極の連続する任意の電極指１１の中央から電極指１３の中央までに相当し、それらの電極指１１と電極指１３との間には、他方の交差指電極の連続する任意の電極指１２が間挿されている。本発明では、波長λに相当する電極指１１，１２，１３を、正規型ＩＤＴ電極５０における１対の電極指と定義する。
【００２２】
図３（ｂ）に示す正規型ＩＤＴ電極５０においては、二つの交差指電極のそれぞれに逆相の高周波電圧を印加して正規型ＩＤＴ電極５０を駆動したときの、ある瞬間の表面電位を破線にて示している。正規型ＩＤＴ電極５０は、幅の等しい電極指がλ／２周期で並んで配置されており、このときの、任意の電極指の中央を基準とした１対（１基本単位を電極指２本で構成）あたりの反射計数（反射ベクトル）について、次に、図４を用いて説明する。図４は（ａ）は、正規型ＩＤＴ電極の１波長における４つの反射面を示す側面図、（ｂ）は４つの反射面の反射ベクトルとその合成ベクトルを示す説明図である。また、図５は、正規型ＩＤＴ電極が形成するストップバンドの下端における定住波（実線）、上端における定住波（一点鎖線）、駆動力分布（破線）、励振中心（○印）、および反射中心（□印）を示す説明図である。
【００２３】
図４（ａ）において、正規型ＩＤＴ電極５０の任意の１波長λ分の反射を考えるにあたって、１波長λ分の１対の電極指１１，１２，１３の各々の圧電基板５に対して垂直なエッジ面をＲ１〜Ｒ４とする（ここで、記号Ｒ１〜Ｒ４はそれぞれエッジ面を表すとともに、そのエッジ面からの反射ベクトルも表すものとする）。この四つのエッジ面Ｒ１〜Ｒ４からの反射ベクトルは、図４（ｂ）に示すように、エッジ面Ｒ１，Ｒ３からの反射ベクトルＲ１，Ｒ３はそれぞれ等しく、すなわち大きさと位相角が同じとなり、エッジ面Ｒ２，Ｒ４からの反射ベクトルＲ２，Ｒ４はそれぞれ等しくなる。したがって、図４（ｂ）に示すように、四つの反射ベクトルＲ１〜Ｒ４を合成した反射ベクトルが、１基本単位（１対）あたりの反射ベクトルΓ１となり、電極指１２の中央を基準としたとき−π／２の位相となっている。
【００２４】
すなわち、いわゆる反射中心は反射係数の位相が−π／２となる位置と定義されているため、各電極指の中央に位置することになる。このような正規型ＩＤＴ電極を多数並べた周期構造（ＳＡＷ共振子、ＳＡＷ共振型フィルター等）で、その周期的な反射のためにストップバンドが形成されることがよく知られている。その意味するところは、ストップバンド内の周波数を有する弾性表面波は伝搬することができず、定住波が形成されることであり、この共振状態を利用してＳＡＷ共振子やＳＡＷフィルターを構成する。
【００２５】
「モード結合理論を用いたＩＤＴの特性解析法」（第２１回ＥＭシンポジウム、Ｐ．８７〜９４、１９９２）に示されているように、正規型ＩＤＴ電極によって形成されるストップバンドの下端（下限）および上端（上限）の周波数において、それぞれの定住波の腹（または節）の位置がπ／２ずれている。図５は、正規型ＩＤＴ電極のストップバンドの両端（下端および上端）におけるそれぞれの定住波の分布を示す図であり、図５は、１次〜３次モードＳＡＷフィルターの濾波特性を示す説明図である。図５において、実線で示すストップバンドの下端における定住波は電極指中央位置、すなわち反射中心位置で腹となり、一点鎖線で示すストップバンド上端における定住波は反射中心位置において節となる。なお、一点鎖線で示したストップバンド上端の定住波は、無限周期構造では励振されないが、実際のＩＤＴ構造のように有限構造となると、ストップバンド下端における定住波よりも弱いものの励振されることになる。
一方、弾性表面波（波長λ）を励起する駆動力（くし形電極に印加した電圧により機械的な変位を起こす力）は、周知のように、図３（ｂ）に示した表面電位分布をフーリエ級数展開したときの最低次成分となる。計算して求めた駆動力は波長λの正弦波となり、図５中に破線で示す。この破線で示された正弦波の極値の位置が励振中心になる。なお、図５中に示した□印は反射中心を示し、○印は励振中心を示している。
【００２６】
図５に示すように、励振中心（○印）と反射中心（□印）とが重なると、実線で示したストップバンド下端の定住波は、破線で示した駆動力分布と同相となり、強勢に励振されることになる。このように、正規型ＩＤＴ電極を用いた従来の縦結合多重モードＳＡＷフィルターでは強勢に励振されるストップバンド下端の最低次の共振周波数（ｆ１）と、その縦の高次モードの共振周波数（ｆｎ）とを用いてフィルターを構成している。これら縦の高次モードは、その最低次がストップバンド下端に近く、高次モードになるほど低い周波数において励起されることが既に実験的にもシミュレーションでも確認されている通りである。
【００２７】
〔反射反転型ＩＤＴ電極〕
次に、縦結合二重モードＳＡＷフィルター１において、上記の正規型ＩＤＴ電極５０とともに備わる反射反転型ＩＤＴ電極、およびその動作原理について図面に沿って説明する。図６は、縦結合二重モードＳＡＷフィルターにおける反射反転型ＩＤＴ電極の一構成例を模式的に説明するものであり、（ａ）は部分平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面における周波数特性を示す説明図である。
図６（ａ）において、圧電基板５上に弾性表面波の伝搬方向に沿って正規型ＩＤＴ電極５０に隣接して配置される反射反転型ＩＤＴ電極６０は、二つの櫛型の交差指電極を有し、一方の交差指電極のバスバーに連結された複数の連続する電極指（図中、電極指２２の側）と、他方の交差指電極のバスバーに連結された複数の連続する電極指（図中、電極指２１，２３の側）とが、互いに接触しないように間挿し合って構成されている。
【００２８】
詳細には、反射反転型ＩＤＴ電極６０は、一方の交差指電極の幅員Ｗ２の電極指２２と、その電極指２２の図中左方に間隙ｇ１をおいて配置された他方の交差指電極の幅員Ｗ１の電極指２１と、電極指２２の図中右方に間隙ｇ２をおいて配置された他方の交差指電極の幅員Ｗ３の電極指２３と、電極指２１の図中左方および電極指２３の図中右方のそれぞれの隣接する電極指との間隙ｇ３の半分（（ｇ３）／２）のスペースからなる単位区間、すなわち、１波長λあたり三本の電極指２１，２２，２３で構成される単位区間を圧電基板５上に繰り返し複数区間配列したものである。本発明では、この波長λに相当する電極指２１，２２，２３を、反射反転型ＩＤＴ電極６０における１対の電極指と定義する。すなわち、図３に示した正規型ＩＤＴ電極５０では１波長λあたり正負の電極指が１対であるが、反射反転型ＩＤＴ電極６０においては三つの電極指（１波長λあたり）にて正規型ＩＤＴ電極５０の１対に相当する。
【００２９】
ここで、他方の交差指電極の電極指２１，２３それぞれの幅員Ｗ１，Ｗ３は等しく、また、電極指２１，２３それぞれと一方の交差指電極の電極指２２との間隙ｇ１と間隙ｇ２とは等しい。そして、一方の交差指電極のバスバーに連結された複数の連続する電極指２２と、他方の交差指電極のバスバーに連結された複数の連続する電極指２１，２３とに逆相の高周波電圧を印加して反射反転型ＩＤＴ電極６０を駆動させるものとする。
【００３０】
図６（ａ）のＡ−Ａ線断面を示す図６（ｂ）の反射反転型ＩＤＴ電極６０においては、二つの交差指電極のそれぞれに逆相の高周波電圧を印加して反射反転型ＩＤＴ電極６０を駆動したときの、ある瞬間の表面電位を破線にて示している。
ここで、１波長λあたりの電極指２１，２２，２３の三本とした反射反転型ＩＤＴ電極６０の単位区間あたりの反射ベクトルΓ２を求めると、図７（ａ）に示すように、反射反転型ＩＤＴ電極６０の任意の一区間、すなわち、電極指２１〜２３それぞれの両端の六つのエッジ面Ｅ１〜Ｅ６（Ｅ１〜Ｅ６はエッジ面を示すと同時に、そのエッジからの反射ベクトルも示すものとする）を求めてみると、図７（ｂ）に示すように、六つの反射ベクトルＥ１〜Ｅ６が求まる。この場合、図４と比較するために一方の交差指電極の電極指２２の中央を反射の基準としている。この反射ベクトルＥ１〜Ｅ６の合成ベクトルは、図７（ｂ）に示すように反射ベクトルΓ２となる。
【００３１】
反射ベクトルΓ２は、図４（ｂ）に示した正規型ＩＤＴ電極５０の反射ベクトルΓ１とは異なり、電極指２２の中央においてπ／２の位相を示している。したがって、正規型ＩＤＴ電極５０の位相と反射反転型ＩＤＴ電極６０の位相とはπだけ異なることになる。この位相差による反射中心の空間的位置は、弾性表面波の位相回転は往復が寄与するので、電極指２２の中央から空間的にπ／４だけ離れた位置になる。すなわち、反射反転型ＩＤＴ電極６０では、ストップバンドの上端および下端の周波数におけるそれぞれの定住波分布が図８に示すようになる。図８は、反射反転型ＩＤＴ電極が形成するストップバンドの下端における定住波（実線）、上端における定住波（一点鎖線）、駆動力分布（破線）、励振中心（○印）、および反射中心（□印）を示す説明図である。
図８において、実線はストップバンド下端の周波数における定住波を示し、一点鎖線はストップバンドの上端の周波数における定住波を示している。すなわち、図５に示す正規型ＩＤＴ電極５０の定住波分布と比べると明らかなように、反射中心が励振中心に対してπ／４だけずれたのにともない各定住波分布もそれぞれπ／４だけずれ、結果として駆動分布に対する定住波のそれぞれの腹と節の位置関係が図５のそれとは入れ替わっている。
【００３２】
一方、図６（ｂ）に破線で示す表面電位分布をフーリエ級数展開したときの最低次成分が駆動力となることは前述したとおりであり、これを計算した駆動力分布は図８中に破線で示した正弦波の曲線になる。この図８からも明らかなように、励振中心（○印）は電極指２２の中心に位置し、反射中心（□印）は電極指２２の中央からπ／４離れた位置になる。
【００３３】
したがって、一点鎖線で示すストップバンド上端の周波数における定住波の腹が、励振中心と一致するため、ストップバンド上端の周波数が強勢に励振される。
一方、実線で示すストップバンド下端の周波数における定住波の節が、励振中心と一致し、無限周期構造では励振されないことを示している。
【００３４】
しかし、実際の有限周期構造では、実線で示すストップバンド下端の定住波は、一点鎖線で示すストップバンド上端の定住波に比べて弱いものの励振される。このような電極構成の反射反転型ＩＤＴ電極６０を用いると、ストップバンド上端の定住波は強く励振されることになる。このストップバンド上端の周波数の縦の高次モードは、シミュレーションの結果によると次数が高いほど高い周波数に現れ、最低次モードと高次モードとを複数個用いて縦結合多重モードのＳＡＷ変換器を構成することができる。
【００３５】
〔縦結合二重モードＳＡＷフィルター〕
次に、縦結合二重モードＳＡＷフィルターに上述した正規型ＩＤＴ電極５０および反射反転型ＩＤＴ電極６０を隣接して配置した１端子対ＳＡＷ共振子を直列接続した構造について説明する。
図２において、本実施形態の縦結合二重モードＳＡＷフィルターに直列接続される１端子対ＳＡＷ共振子は、圧電基板５上に、上述した複数対の正規型ＩＤＴ電極５０、および、その正規型ＩＤＴ電極５０と同じ対数の反射反転型ＩＤＴ電極６０が、弾性表面波の伝搬方向（縦方向）に隣接して並設されている。本実施形態では各１００対ずつの正規型ＩＤＴ電極５０および反射反転型ＩＤＴ電極６０が設けられている。
【００３６】
また、隣接して並設された正規型ＩＤＴ電極５０および反射反転型ＩＤＴ電極６０の、さらに弾性表面波の伝搬方向の両側には反射器が設けられている。すなわち、圧電基板５の弾性表面波の伝搬方向において、正規型ＩＤＴ電極５０と隣接する反射器は正規型ＩＤＴ電極５０と同じ電極構造の正規型反射器３１Ａが配置されている。また、圧電基板５の弾性表面波の伝搬方向において、反射反転型ＩＤＴ電極６０と隣接する反射器は反射反転型ＩＤＴ電極と同じ電極構造の反射反転型反射器３２Ａが配置されている。そして、隣接して並設された正規型ＩＤＴ電極５０および反射反転型ＩＤＴ電極６０から伝搬された弾性表面波を、正規型反射器３１Ａと、反射反転型反射器３２Ａとで反射させて、圧電基板５の中央部に弾性表面波エネルギーを封じ込める役目を果たしている。
【００３７】
上記構成のように、隣接して並設された正規型ＩＤＴ電極５０および反射反転型ＩＤＴ電極６０の両側に設ける反射器の配置において、正規型ＩＤＴ電極５０または反射反転型ＩＤＴ電極６０のそれぞれと同じ電極構造の正規型反射器３１Ａまたは反射反転型反射器３２Ａを隣接させて配置することにより、設計が容易になるという効果を奏する。すなわち、隣接するＩＤＴ電極と反射器との電極構造が同じなので、あらためてＩＤＴ電極と反射器との位相を考慮して設計する必要がない。
【００３８】
なお、本実施形態では、正規型ＩＤＴ電極５０および反射反転型ＩＤＴ電極６０それぞれには同じ電極構造の反射器を隣接して設けることが望ましく、また、並設された正規型ＩＤＴ電極５０および反射反転型ＩＤＴ電極６０の両側には同数の反射器を配設することが望ましい。
【００３９】
次に、上記構成の縦結合二重モードＳＡＷフィルター１の周波数特性について説明する。図９は、図１に示す本実施形態の縦結合二重モードＳＡＷフィルター１に正規型ＩＤＴ電極と反射反転型ＩＤＴ電極とを隣接させた１端子対ＳＡＷ共振子を直列接続したときの周波数特性のシミュレーション結果を示す説明図である。なお、図９において、本実施形態の縦結合二重モードＳＡＷフィルター１の周波数特性は実線にて示され、破線は比較用の従来の縦結合二重モードＳＡＷフィルターに正規型ＩＤＴ電極のみから構成される１端子対ＳＡＷ共振子を直列接続したときの周波数特性を示している。
【００４０】
図９に示すように、実線に示す本発明のフィルター特性は破線に示す従来のフィルター特性と比較して、通過帯域の高域側の減衰量が改善されていることが分かる。これは縦結合二重モードＳＡＷフィルターに直列接続する１端子対ＳＡＷ共振子を従来のように正規型ＩＤＴ電極のみで形成すると、１端子対ＳＡＷ共振子の反共振点により生じる減衰極は１点しか得られないため、局所的に減衰量を改善することは可能であるが、高域に渡って減衰量を改善することは難しい。一方、本発明のように縦結合二重モードＳＡＷフィルターに直列接続する１端子対ＳＡＷ共振子を正規型ＩＤＴ電極と反射反転型ＩＤＴ電極とを隣接させた構造とすることにより、１端子対ＳＡＷ共振子の反共振点が複数発生し、それにより生じる減衰極が複数生じるため、高域に渡って減衰量を改善することが可能となる。
【００４１】
（変形例）
上記実施形態の縦結合二重モードＳＡＷフィルターでは、圧電基板５上において縦結合二重モードＳＡＷフィルターに１端子対ＳＡＷ共振子を直列に接続した。これに限らず、縦結合二重モードＳＡＷフィルターに１端子対ＳＡＷ共振子を並列接続しても良い。
【００４２】
以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。
【００４３】
例えば、上記実施形態では、圧電基板５上に弾性表面波の伝搬方向に、１００対ずつの正規型ＩＤＴ電極５０および反射反転型ＩＤＴ電極６０が隣接して１周期配置した構成を説明した。これに限らず、各ＩＤＴ電極のそれぞれは任意の対数とすることができ、また、正規型ＩＤＴ電極５０および反射反転型ＩＤＴ電極６０を弾性表面波の伝搬方向に複数周期隣接させて配置する構成としてもよい。
【００４４】
また、上記実施形態の縦結合二重モードＳＡＷフィルターでは、圧電基板５上において縦結合二重モードＳＡＷフィルターに１端子対ＳＡＷ共振子を直列に接続した。これに限らず、縦結合二重モードＳＡＷフィルターに１端子対ＳＡＷ共振子を並列接続しても良い。
【００４５】
また、上記実施形態では、隣接して並設された正規型ＩＤＴ電極５０および反射反転型ＩＤＴ電極６０の両側に設ける反射器の配置において、正規型ＩＤＴ電極５０または反射反転型ＩＤＴ電極６０のそれぞれと同じ電極構造の正規型反射器３１Ａまたは反射反転型反射器３２Ａを隣接させて配置したが、ＩＤＴ電極と反射器との位相を考慮して設計するのであればこの限りでない。
【００４６】
また、上記実施形態で説明した圧電基板５としては、圧電基材として一般的な水晶に限定されず、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ほう酸リチウム（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）などの酸化物基板や、ガラス基板上に窒化アルミニウム、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）などの薄膜圧電材料を積層させて構成された圧電基板を用いることができる。
【００４７】
また、上記実施形態では、弾性表面波素子の一例として、縦結合二重モードＳＡＷフィルター１について説明したが、縦結合多重モードＳＡＷフィルターに適用することも可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１，１０…縦結合多重モード弾性表面波フィルターとしての縦結合二重モードＳＡＷフィルター、４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂ…反射器、５…圧電基板、１１〜１３，２１〜２３…電極指、２０…１端子対弾性表面波共振子としての１端子対ＳＡＷ共振子、３１Ａ…正規型反射器、３２Ａ…反射反転型反射器、５０…正規型ＩＤＴ電極、６０…反射反転型ＩＤＴ電極、２００…従来の二重モード弾性表面波フィルターとしての二重モードＳＡＷフィルター。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波素子に関し、特に、縦結合多重モード弾性表面波フィルターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高周波デバイスの分野では、圧電基板の表面に形成したＩＤＴ（Interdigital Transducer）電極により圧電体表面に弾性表面波（Surface Acoustic Wave：ＳＡＷ）を励振させたり、弾性表面波を検出したりするように構成された弾性表面波素子が様々な電子機器に用いられている。特に、小型・軽量でかつフィルターとしての急峻遮断性能が高い弾性表面波フィルターは、量産性にも優れていることから、携帯電話など移動体通信分野において多用されるようになってきており、電子機器の小型・軽量化の一翼を担っている。
【０００３】
図１０は、従来の１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルター（以下二重モードＳＡＷフィルターと記す）の電極パターンの一例を模式的に示す平面図である。図１０において、従来の二重モードＳＡＷフィルター２００は、圧電基板２０５上に弾性表面波の伝搬方向に沿って三つのＩＤＴ電極２１２，２１３，２１４が近接配置され、これらのＩＤＴ電極２１２，２１３，２１４の両側に反射器２１５Ａおよび反射器２１５Ｂを配設したものである。ＩＤＴ電極２１２，２１３，２１４は、それぞれ互いに間挿し合う複数の電極指を有する二つの交差指電極により構成され、いずれか一方の交差指電極の電極指２本の間に他方の交差指電極の電極指一本が間挿された態様において、その一方の交差指電極の電極指２本の電極間距離（１ピッチ）を１波長（１λ）とするいわゆる正規型ＩＤＴ電極である。そして、ＩＤＴ電極２１２の一方の交差指電極が入力端子に接続され、他方の交差指電極が接地される。そして、ＩＤＴ電極２１３およびＩＤＴ電極２１４の一方の交差指電極は互いに連結して出力端子に接続され、ＩＤＴ電極２１３およびＩＤＴ電極２１４の他方の交差指電極は互いに接続して接地されている。
【０００４】
このような従来の二重モードＳＡＷフィルター２００の動作は、周知のように、ＩＤＴ電極２１２，２１３，２１４によって励起される弾性表面波が反射器２１５Ａ，２１５Ｂの間に閉じ込められ、ＩＤＴ電極２１２，２１３，２１４の間で音響結合を生ずる結果、１次と３次の縦共振モードが強勢に励振され、これら二つのモードを利用した二重モードＳＡＷフィルター２００として動作する。なお、この二重モードＳＡＷフィルター２００の通過帯域は１次共振モードと３次共振モードとの周波数差に比例することは周知のことである。また、上記二重モードＳＡＷフィルター２００を一つの圧電基板上に複数個併置し、それらを弾性表面波の伝搬方向に沿った方向に縦続接続してＳＡＷフィルターの減衰傾度および保証減衰量を改善することは周知の手段である。
【０００５】
ところで、上記のように、正規型のＩＤＴ電極２１２，２１３，２１４を用いて広帯域の二重モードＳＡＷフィルターを実現しようとすると、そのフィルター特性において、通過帯域近傍の高域側の減衰傾度が、低域側の減衰傾度のように一様に増加せず、減衰量が一旦、劣化してから増加する特性、いわゆるダレ特性を呈することが周知の課題とされている。
【０００６】
このような通過帯域近傍の減衰特性や帯域外減衰量の改善要求に応えるべく、一つの圧電基板上に、ＩＤＴ電極の電極対数を変えることにより形成された周波数の異なる多数のＳＡＷ共振器を接続し、このうち、特に電極対数を多くして形成された共振器をノッチフィルターとして用いる構成とした多重モード弾性表面波フィルター（多電極型弾性表面波フィルター）が、例えば特許文献１に紹介されている。
特許文献１に記載の多重モード弾性表面波フィルターによれば、電極指の重み付けのために劣化した減衰特性が改善される。また、ノッチフィルターとして用いる共振器が多重モード弾性表面波フィルターの通過帯域内において静電容量として動作するため、電極対数を多くしたことにより本来必要となる整合回路の直列容量を不要としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１７７６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の多重モード弾性表面波フィルターでは、通過帯域近傍の減衰特性をより大きくするためには二つのＳＡＷ共振子を用いて減衰極を形成しているため、圧電基板上のＳＡＷフィルターの設計面積が増大してしまいデバイスの小型化には不利であった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【００１０】
〔適用例１〕本適用例にかかる縦結合多重モード弾性表面波フィルターは、圧電基板上に、弾性表面波の伝搬方向に沿って、複数のＩＤＴ電極と、その両側に配置された反射器と、が設けられた縦結合多重モード弾性表面波フィルターと、前記縦結合多重モード弾性表面波フィルターの入力側または出力側の少なくとも一方に直列または並列に接続されたＩＤＴ電極とその両側に反射器を有する１端子対弾性表面波共振子と、を備え、前記１端子対弾性表面波共振子の前記ＩＤＴ電極は、幅員の同じ電極指を等間隔に互いに間挿した正規型ＩＤＴ電極と、幅員Ｗ１の第１の電極指と、その隣に間隙ｇ１をおいて配置した幅員Ｗ２の第２の電極指と、さらにその隣に間隙ｇ２をおいて配置した幅員Ｗ３の第３の電極指と、前記第１の電極指および前記第３の電極指の隣にそれぞれ配置した（ｇ３）／２のスペースからなる単位区間を複数区間繰り返して構成され、前記第１の電極指と前記第３の電極指とを同相とし、それら前記第１の電極指および前記第３の電極指と前記第２の電極指とを逆相とするとともに、前記第１の電極指の幅員Ｗ１と前記第３の電極指の幅員Ｗ３とをＷ１＝Ｗ３とし、前記間隙ｇ１と前記間隙ｇ２とをｇ１＝ｇ２とした前記複数のＩＤＴ電極のうちの他方のＩＤＴ電極としての反射反転型弾性表面波変換器と、が、前記圧電基板の弾性表面波の伝搬方向に沿って隣接して配置されていることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、ワンチップの弾性表面波フィルターにて、フィルター特性の通過帯域の低域側および高域側の両域に渡り複数の減衰極が形成できることを発明者は見出した。これにより、フィルター特性の通過帯域の全域に渡って帯域外減衰量が改善されて十分な減衰量が確保され、フィルター特性における挿入損失を向上させることができ、高精度なワンチップの弾性表面波フィルターを提供することができる。
【００１２】
〔適用例２〕上記適用例にかかる縦結合多重モード弾性表面波フィルターにおいて、前記１端子対弾性表面波共振子の前記反射器は、隣接する前記正規型ＩＤＴ電極または前記反射反転型弾性表面波変換器と同じ電極構造を有して配置されていることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、隣接するＩＤＴ電極と反射器との位相が揃うので、ＩＤＴ電極と反射器とのレイアウト設計において位相を考慮する必要がなくなり、設計が容易になる。
【００１４】
〔適用例３〕上記適用例にかかる縦結合多重モード弾性表面波フィルターにおいて、前記正規型ＩＤＴ電極および前記反射反転型弾性表面波変換器において、それぞれの１波長分の電極指の対数が同じであることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、隣接する正規型ＩＤＴ電極および反射反転型ＩＤＴ電極において、１波長（１λ）分の電極配列が同一周期形成されるので、より安定した周波数特性を有する縦結合多重モード弾性表面波フィルターを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】縦結合多重モード弾性表面波フィルターとしての縦結合二重モードＳＡＷフィルターの一実施形態を模式的に説明する平面図。
【図２】１端子対弾性表面波共振子としての１端子対ＳＡＷ共振子の電極構造の説明図。
【図３】（ａ）は、正規型ＩＤＴ電極を模式的に説明する部分平面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面における周波数特性を示す説明図。
【図４】（ａ）は、正規型ＩＤＴ電極の１波長における４つの反射面を示す側面図、（ｂ）は、４つの反射面の反射ベクトルとその合成ベクトルを示す説明図。
【図５】正規型ＩＤＴ電極が形成するストップバンドの下端における定住波（実線）、上端における定住波（一点鎖線）、駆動力分布（破線）、励振中心（○印）、および反射中心（□印）を示す説明図。
【図６】（ａ）は、反射反転型ＩＤＴ電極を模式的に説明する部分平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面における周波数特性を示す説明図。
【図７】（ａ）は、反射反転型ＩＤＴ電極の１波長に配列した３つの電極指の６個のエッジ面を示す側面図、（ｂ）は、６個のエッジ面における反射ベクトルとその合成ベクトルを示す説明図。
【図８】反射反転型ＩＤＴ電極が形成するストップバンドの下端における定住波（実線）、上端における定住波（一点鎖線）、駆動力分布（破線）、励振中心（○印）、および反射中心（□印）を示す説明図。
【図９】本実施形態の縦結合二重モードＳＡＷフィルターの周波数特性のシミュレーション結果を示す説明図。
【図１０】従来の１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルターの電極パターンの一例を模式的に示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、縦結合多重モード弾性表面波フィルターの一例としての縦結合二重モードＳＡＷフィルターについて図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態の縦結合二重モードＳＡＷフィルターを模式的に説明する平面図である。
図１において、縦結合二重モードＳＡＷフィルター１は、圧電基板のＳＡＷの伝搬方向に沿って近接配置したＩＤＴ電極１、ＩＤＴ電極２、ＩＤＴ電極３、および該ＩＤＴ電極１〜３の両外側に反射器４ａ、４ｂを配置した縦結合二重モードＳＡＷフィルター１０と、ＩＤＴ電極５およびその両外側に反射器６ａ、６ｂを配置した１端子対ＳＡＷ共振子２０とから構成される。ＩＤＴ電極１〜３はそれぞれ互いに間挿し合う複数の電極指を有する二つの交差指電極により構成され、いずれか一方の交差指電極の電極指２本の間に他方の交差指電極の電極指一本が間挿される。ＩＤＴ電極２の一方の交差指電極は入力端子に接続され、他方の交差指電極が接地される。そして、ＩＤＴ電極１およびＩＤＴ電極３の一方の交差指電極は互いに連結して１端子対ＳＡＷ共振子２０の一方の交差指電極に接続され、ＩＤＴ電極１およびＩＤＴ電極３の他方の交差指電極は互いに接続して接地されている。１端子対ＳＡＷ共振子２０の他方の交差指電極は出力端子に接続される。
【００１９】
図２は、１端子対ＳＡＷ共振子２０の電極構造を詳細に示した図であり、ＩＤＴ電極５は少なくとも正規型ＩＤＴ電極５０と反射反転型ＩＤＴ電極６０とを隣接した構造となっており、正規型ＩＤＴ電極５０と反射反転型ＩＤＴ電極６０の両外側に正規型反射器（図１の反射器６ａ）および反射反転型反射器（図１の反射器６ｂ）を配置している。
本発明の特徴は、縦結合二重モードＳＡＷフィルターに直列に接続する１端子対ＳＡＷ共振子のＩＤＴ電極を正規型ＩＤＴ電極と反射反転型ＩＤＴ電極とを隣接して構成する点である。以下、正規型ＩＤＴ電極と反射反転型ＩＤＴ電極の構造、および動作原理について述べる。
【００２０】
〔正規型ＩＤＴ電極〕
まず、本発明の理解を得るために、１端子対ＳＡＷ共振子２０における通常の正規型ＩＤＴ電極およびその動作原理について図面に沿って簡単に説明する。図３は、正規型ＩＤＴ電極の一構成例を模式的に説明するものであり、（ａ）は部分平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面における周波数特性を示す説明図である。
図３（ａ）において、正規型ＩＤＴ電極５０は二つの櫛型の交差指電極を有し、一方の交差指電極のバスバーに連結された複数の連続する電極指（図中、電極指１１，１３の側）と、他方の交差指電極のバスバーに連結された複数の連続する電極指（図中、電極指１２の側）とが、互いに接触しないように等間隔ピッチにて間挿し合って構成されている。
【００２１】
ここで、図中の記号λは、正規型ＩＤＴ電極５０によって励振される弾性表面波の１波長であり、この波長λは、正規型ＩＤＴ電極５０における一方の交差指電極の連続する任意の電極指１１の中央から電極指１３の中央までに相当し、それらの電極指１１と電極指１３との間には、他方の交差指電極の連続する任意の電極指１２が間挿されている。本発明では、波長λに相当する電極指１１，１２，１３を、正規型ＩＤＴ電極５０における１対の電極指と定義する。
【００２２】
図３（ｂ）に示す正規型ＩＤＴ電極５０においては、二つの交差指電極のそれぞれに逆相の高周波電圧を印加して正規型ＩＤＴ電極５０を駆動したときの、ある瞬間の表面電位を破線にて示している。正規型ＩＤＴ電極５０は、幅の等しい電極指がλ／２周期で並んで配置されており、このときの、任意の電極指の中央を基準とした１対（１基本単位を電極指２本で構成）あたりの反射計数（反射ベクトル）について、次に、図４を用いて説明する。図４は（ａ）は、正規型ＩＤＴ電極の１波長における４つの反射面を示す側面図、（ｂ）は４つの反射面の反射ベクトルとその合成ベクトルを示す説明図である。また、図５は、正規型ＩＤＴ電極が形成するストップバンドの下端における定住波（実線）、上端における定住波（一点鎖線）、駆動力分布（破線）、励振中心（○印）、および反射中心（□印）を示す説明図である。
【００２３】
図４（ａ）において、正規型ＩＤＴ電極５０の任意の１波長λ分の反射を考えるにあたって、１波長λ分の１対の電極指１１，１２，１３の各々の圧電基板５に対して垂直なエッジ面をＲ１〜Ｒ４とする（ここで、記号Ｒ１〜Ｒ４はそれぞれエッジ面を表すとともに、そのエッジ面からの反射ベクトルも表すものとする）。この四つのエッジ面Ｒ１〜Ｒ４からの反射ベクトルは、図４（ｂ）に示すように、エッジ面Ｒ１，Ｒ３からの反射ベクトルＲ１，Ｒ３はそれぞれ等しく、すなわち大きさと位相角が同じとなり、エッジ面Ｒ２，Ｒ４からの反射ベクトルＲ２，Ｒ４はそれぞれ等しくなる。したがって、図４（ｂ）に示すように、四つの反射ベクトルＲ１〜Ｒ４を合成した反射ベクトルが、１基本単位（１対）あたりの反射ベクトルΓ１となり、電極指１２の中央を基準としたとき−π／２の位相となっている。
【００２４】
すなわち、いわゆる反射中心は反射係数の位相が−π／２となる位置と定義されているため、各電極指の中央に位置することになる。このような正規型ＩＤＴ電極を多数並べた周期構造（ＳＡＷ共振子、ＳＡＷ共振型フィルター等）で、その周期的な反射のためにストップバンドが形成されることがよく知られている。その意味するところは、ストップバンド内の周波数を有する弾性表面波は伝搬することができず、定住波が形成されることであり、この共振状態を利用してＳＡＷ共振子やＳＡＷフィルターを構成する。
【００２５】
「モード結合理論を用いたＩＤＴの特性解析法」（第２１回ＥＭシンポジウム、Ｐ．８７〜９４、１９９２）に示されているように、正規型ＩＤＴ電極によって形成されるストップバンドの下端（下限）および上端（上限）の周波数において、それぞれの定住波の腹（または節）の位置がπ／２ずれている。図５は、正規型ＩＤＴ電極のストップバンドの両端（下端および上端）におけるそれぞれの定住波の分布を示す図であり、図５は、１次〜３次モードＳＡＷフィルターの濾波特性を示す説明図である。図５において、実線で示すストップバンドの下端における定住波は電極指中央位置、すなわち反射中心位置で腹となり、一点鎖線で示すストップバンド上端における定住波は反射中心位置において節となる。なお、一点鎖線で示したストップバンド上端の定住波は、無限周期構造では励振されないが、実際のＩＤＴ構造のように有限構造となると、ストップバンド下端における定住波よりも弱いものの励振されることになる。
一方、弾性表面波（波長λ）を励起する駆動力（くし形電極に印加した電圧により機械的な変位を起こす力）は、周知のように、図３（ｂ）に示した表面電位分布をフーリエ級数展開したときの最低次成分となる。計算して求めた駆動力は波長λの正弦波となり、図５中に破線で示す。この破線で示された正弦波の極値の位置が励振中心になる。なお、図５中に示した□印は反射中心を示し、○印は励振中心を示している。
【００２６】
図５に示すように、励振中心（○印）と反射中心（□印）とが重なると、実線で示したストップバンド下端の定住波は、破線で示した駆動力分布と同相となり、強勢に励振されることになる。このように、正規型ＩＤＴ電極を用いた従来の縦結合多重モードＳＡＷフィルターでは強勢に励振されるストップバンド下端の最低次の共振周波数（ｆ１）と、その縦の高次モードの共振周波数（ｆｎ）とを用いてフィルターを構成している。これら縦の高次モードは、その最低次がストップバンド下端に近く、高次モードになるほど低い周波数において励起されることが既に実験的にもシミュレーションでも確認されている通りである。
【００２７】
〔反射反転型ＩＤＴ電極〕
次に、縦結合二重モードＳＡＷフィルター１において、上記の正規型ＩＤＴ電極５０とともに備わる反射反転型ＩＤＴ電極、およびその動作原理について図面に沿って説明する。図６は、縦結合二重モードＳＡＷフィルターにおける反射反転型ＩＤＴ電極の一構成例を模式的に説明するものであり、（ａ）は部分平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面における周波数特性を示す説明図である。
図６（ａ）において、圧電基板５上に弾性表面波の伝搬方向に沿って正規型ＩＤＴ電極５０に隣接して配置される反射反転型ＩＤＴ電極６０は、二つの櫛型の交差指電極を有し、一方の交差指電極のバスバーに連結された複数の連続する電極指（図中、電極指２２の側）と、他方の交差指電極のバスバーに連結された複数の連続する電極指（図中、電極指２１，２３の側）とが、互いに接触しないように間挿し合って構成されている。
【００２８】
詳細には、反射反転型ＩＤＴ電極６０は、一方の交差指電極の幅員Ｗ２の電極指２２と、その電極指２２の図中左方に間隙ｇ１をおいて配置された他方の交差指電極の幅員Ｗ１の電極指２１と、電極指２２の図中右方に間隙ｇ２をおいて配置された他方の交差指電極の幅員Ｗ３の電極指２３と、電極指２１の図中左方および電極指２３の図中右方のそれぞれの隣接する電極指との間隙ｇ３の半分（（ｇ３）／２）のスペースからなる単位区間、すなわち、１波長λあたり三本の電極指２１，２２，２３で構成される単位区間を圧電基板５上に繰り返し複数区間配列したものである。本発明では、この波長λに相当する電極指２１，２２，２３を、反射反転型ＩＤＴ電極６０における１対の電極指と定義する。すなわち、図３に示した正規型ＩＤＴ電極５０では１波長λあたり正負の電極指が１対であるが、反射反転型ＩＤＴ電極６０においては三つの電極指（１波長λあたり）にて正規型ＩＤＴ電極５０の１対に相当する。
【００２９】
ここで、他方の交差指電極の電極指２１，２３それぞれの幅員Ｗ１，Ｗ３は等しく、また、電極指２１，２３それぞれと一方の交差指電極の電極指２２との間隙ｇ１と間隙ｇ２とは等しい。そして、一方の交差指電極のバスバーに連結された複数の連続する電極指２２と、他方の交差指電極のバスバーに連結された複数の連続する電極指２１，２３とに逆相の高周波電圧を印加して反射反転型ＩＤＴ電極６０を駆動させるものとする。
【００３０】
図６（ａ）のＡ−Ａ線断面を示す図６（ｂ）の反射反転型ＩＤＴ電極６０においては、二つの交差指電極のそれぞれに逆相の高周波電圧を印加して反射反転型ＩＤＴ電極６０を駆動したときの、ある瞬間の表面電位を破線にて示している。
ここで、１波長λあたりの電極指２１，２２，２３の三本とした反射反転型ＩＤＴ電極６０の単位区間あたりの反射ベクトルΓ２を求めると、図７（ａ）に示すように、反射反転型ＩＤＴ電極６０の任意の一区間、すなわち、電極指２１〜２３それぞれの両端の六つのエッジ面Ｅ１〜Ｅ６（Ｅ１〜Ｅ６はエッジ面を示すと同時に、そのエッジからの反射ベクトルも示すものとする）を求めてみると、図７（ｂ）に示すように、六つの反射ベクトルＥ１〜Ｅ６が求まる。この場合、図４と比較するために一方の交差指電極の電極指２２の中央を反射の基準としている。この反射ベクトルＥ１〜Ｅ６の合成ベクトルは、図７（ｂ）に示すように反射ベクトルΓ２となる。
【００３１】
反射ベクトルΓ２は、図４（ｂ）に示した正規型ＩＤＴ電極５０の反射ベクトルΓ１とは異なり、電極指２２の中央においてπ／２の位相を示している。したがって、正規型ＩＤＴ電極５０の位相と反射反転型ＩＤＴ電極６０の位相とはπだけ異なることになる。この位相差による反射中心の空間的位置は、弾性表面波の位相回転は往復が寄与するので、電極指２２の中央から空間的にπ／４だけ離れた位置になる。すなわち、反射反転型ＩＤＴ電極６０では、ストップバンドの上端および下端の周波数におけるそれぞれの定住波分布が図８に示すようになる。図８は、反射反転型ＩＤＴ電極が形成するストップバンドの下端における定住波（実線）、上端における定住波（一点鎖線）、駆動力分布（破線）、励振中心（○印）、および反射中心（□印）を示す説明図である。
図８において、実線はストップバンド下端の周波数における定住波を示し、一点鎖線はストップバンドの上端の周波数における定住波を示している。すなわち、図５に示す正規型ＩＤＴ電極５０の定住波分布と比べると明らかなように、反射中心が励振中心に対してπ／４だけずれたのにともない各定住波分布もそれぞれπ／４だけずれ、結果として駆動分布に対する定住波のそれぞれの腹と節の位置関係が図５のそれとは入れ替わっている。
【００３２】
一方、図６（ｂ）に破線で示す表面電位分布をフーリエ級数展開したときの最低次成分が駆動力となることは前述したとおりであり、これを計算した駆動力分布は図８中に破線で示した正弦波の曲線になる。この図８からも明らかなように、励振中心（○印）は電極指２２の中心に位置し、反射中心（□印）は電極指２２の中央からπ／４離れた位置になる。
【００３３】
したがって、一点鎖線で示すストップバンド上端の周波数における定住波の腹が、励振中心と一致するため、ストップバンド上端の周波数が強勢に励振される。
一方、実線で示すストップバンド下端の周波数における定住波の節が、励振中心と一致し、無限周期構造では励振されないことを示している。
【００３４】
しかし、実際の有限周期構造では、実線で示すストップバンド下端の定住波は、一点鎖線で示すストップバンド上端の定住波に比べて弱いものの励振される。このような電極構成の反射反転型ＩＤＴ電極６０を用いると、ストップバンド上端の定住波は強く励振されることになる。このストップバンド上端の周波数の縦の高次モードは、シミュレーションの結果によると次数が高いほど高い周波数に現れ、最低次モードと高次モードとを複数個用いて縦結合多重モードのＳＡＷ変換器を構成することができる。
【００３５】
〔縦結合二重モードＳＡＷフィルター〕
次に、縦結合二重モードＳＡＷフィルターに上述した正規型ＩＤＴ電極５０および反射反転型ＩＤＴ電極６０を隣接して配置した１端子対ＳＡＷ共振子を直列接続した構造について説明する。
図２において、本実施形態の縦結合二重モードＳＡＷフィルターに直列接続される１端子対ＳＡＷ共振子は、圧電基板５上に、上述した複数対の正規型ＩＤＴ電極５０、および、その正規型ＩＤＴ電極５０と同じ対数の反射反転型ＩＤＴ電極６０が、弾性表面波の伝搬方向（縦方向）に隣接して並設されている。本実施形態では各１００対ずつの正規型ＩＤＴ電極５０および反射反転型ＩＤＴ電極６０が設けられている。
【００３６】
また、隣接して並設された正規型ＩＤＴ電極５０および反射反転型ＩＤＴ電極６０の、さらに弾性表面波の伝搬方向の両側には反射器が設けられている。すなわち、圧電基板５の弾性表面波の伝搬方向において、正規型ＩＤＴ電極５０と隣接する反射器は正規型ＩＤＴ電極５０と同じ電極構造の正規型反射器３１Ａが配置されている。また、圧電基板５の弾性表面波の伝搬方向において、反射反転型ＩＤＴ電極６０と隣接する反射器は反射反転型ＩＤＴ電極と同じ電極構造の反射反転型反射器３２Ａが配置されている。そして、隣接して並設された正規型ＩＤＴ電極５０および反射反転型ＩＤＴ電極６０から伝搬された弾性表面波を、正規型反射器３１Ａと、反射反転型反射器３２Ａとで反射させて、圧電基板５の中央部に弾性表面波エネルギーを封じ込める役目を果たしている。
【００３７】
上記構成のように、隣接して並設された正規型ＩＤＴ電極５０および反射反転型ＩＤＴ電極６０の両側に設ける反射器の配置において、正規型ＩＤＴ電極５０または反射反転型ＩＤＴ電極６０のそれぞれと同じ電極構造の正規型反射器３１Ａまたは反射反転型反射器３２Ａを隣接させて配置することにより、設計が容易になるという効果を奏する。すなわち、隣接するＩＤＴ電極と反射器との電極構造が同じなので、あらためてＩＤＴ電極と反射器との位相を考慮して設計する必要がない。
【００３８】
なお、本実施形態では、正規型ＩＤＴ電極５０および反射反転型ＩＤＴ電極６０それぞれには同じ電極構造の反射器を隣接して設けることが望ましく、また、並設された正規型ＩＤＴ電極５０および反射反転型ＩＤＴ電極６０の両側には同数の反射器を配設することが望ましい。
【００３９】
次に、上記構成の縦結合二重モードＳＡＷフィルター１の周波数特性について説明する。図９は、図１に示す本実施形態の縦結合二重モードＳＡＷフィルター１に正規型ＩＤＴ電極と反射反転型ＩＤＴ電極とを隣接させた１端子対ＳＡＷ共振子を直列接続したときの周波数特性のシミュレーション結果を示す説明図である。なお、図９において、本実施形態の縦結合二重モードＳＡＷフィルター１の周波数特性は実線にて示され、破線は比較用の従来の縦結合二重モードＳＡＷフィルターに正規型ＩＤＴ電極のみから構成される１端子対ＳＡＷ共振子を直列接続したときの周波数特性を示している。
【００４０】
図９に示すように、実線に示す本発明のフィルター特性は破線に示す従来のフィルター特性と比較して、通過帯域の高域側の減衰量が改善されていることが分かる。これは縦結合二重モードＳＡＷフィルターに直列接続する１端子対ＳＡＷ共振子を従来のように正規型ＩＤＴ電極のみで形成すると、１端子対ＳＡＷ共振子の反共振点により生じる減衰極は１点しか得られないため、局所的に減衰量を改善することは可能であるが、高域に渡って減衰量を改善することは難しい。一方、本発明のように縦結合二重モードＳＡＷフィルターに直列接続する１端子対ＳＡＷ共振子を正規型ＩＤＴ電極と反射反転型ＩＤＴ電極とを隣接させた構造とすることにより、１端子対ＳＡＷ共振子の反共振点が複数発生し、それにより生じる減衰極が複数生じるため、高域に渡って減衰量を改善することが可能となる。
【００４１】
（変形例）
上記実施形態の縦結合二重モードＳＡＷフィルターでは、圧電基板５上において縦結合二重モードＳＡＷフィルターに１端子対ＳＡＷ共振子を直列に接続した。これに限らず、縦結合二重モードＳＡＷフィルターに１端子対ＳＡＷ共振子を並列接続しても良い。
【００４２】
以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。
【００４３】
例えば、上記実施形態では、圧電基板５上に弾性表面波の伝搬方向に、１００対ずつの正規型ＩＤＴ電極５０および反射反転型ＩＤＴ電極６０が隣接して１周期配置した構成を説明した。これに限らず、各ＩＤＴ電極のそれぞれは任意の対数とすることができ、また、正規型ＩＤＴ電極５０および反射反転型ＩＤＴ電極６０を弾性表面波の伝搬方向に複数周期隣接させて配置する構成としてもよい。
【００４４】
また、上記実施形態の縦結合二重モードＳＡＷフィルターでは、圧電基板５上において縦結合二重モードＳＡＷフィルターに１端子対ＳＡＷ共振子を直列に接続した。これに限らず、縦結合二重モードＳＡＷフィルターに１端子対ＳＡＷ共振子を並列接続しても良い。
【００４５】
また、上記実施形態では、隣接して並設された正規型ＩＤＴ電極５０および反射反転型ＩＤＴ電極６０の両側に設ける反射器の配置において、正規型ＩＤＴ電極５０または反射反転型ＩＤＴ電極６０のそれぞれと同じ電極構造の正規型反射器３１Ａまたは反射反転型反射器３２Ａを隣接させて配置したが、ＩＤＴ電極と反射器との位相を考慮して設計するのであればこの限りでない。
【００４６】
また、上記実施形態で説明した圧電基板５としては、圧電基材として一般的な水晶に限定されず、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ほう酸リチウム（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）などの酸化物基板や、ガラス基板上に窒化アルミニウム、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）などの薄膜圧電材料を積層させて構成された圧電基板を用いることができる。
【００４７】
また、上記実施形態では、弾性表面波素子の一例として、縦結合二重モードＳＡＷフィルター１について説明したが、縦結合多重モードＳＡＷフィルターに適用することも可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１，１０…縦結合多重モード弾性表面波フィルターとしての縦結合二重モードＳＡＷフィルター、４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂ…反射器、５…圧電基板、１１〜１３，２１〜２３…電極指、２０…１端子対弾性表面波共振子としての１端子対ＳＡＷ共振子、３１Ａ…正規型反射器、３２Ａ…反射反転型反射器、５０…正規型ＩＤＴ電極、６０…反射反転型ＩＤＴ電極、２００…従来の二重モード弾性表面波フィルターとしての二重モードＳＡＷフィルター。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板上に、弾性表面波の伝搬方向に沿って、複数のＩＤＴ電極と、その両側に配置された反射器と、が設けられた縦結合多重モード弾性表面波フィルターと、前記縦結合多重モード弾性表面波フィルターの入力側または出力側の少なくとも一方に直列または並列に接続されたＩＤＴ電極とその両側に反射器を有する１端子対弾性表面波共振子と、を備え、
前記１端子対弾性表面波共振子の前記ＩＤＴ電極は、幅員の同じ電極指を等間隔に互いに間挿した正規型ＩＤＴ電極と、
幅員Ｗ１の第１の電極指と、その隣に間隙ｇ１をおいて配置した幅員Ｗ２の第２の電極指と、さらにその隣に間隙ｇ２をおいて配置した幅員Ｗ３の第３の電極指と、前記第１の電極指および前記第３の電極指の隣にそれぞれ配置した（ｇ３）／２のスペースからなる単位区間を複数区間繰り返して構成され、前記第１の電極指と前記第３の電極指とを同相とし、それら前記第１の電極指および前記第３の電極指と前記第２の電極指とを逆相とするとともに、前記第１の電極指の幅員Ｗ１と前記第３の電極指の幅員Ｗ３とをＷ１＝Ｗ３とし、前記間隙ｇ１と前記間隙ｇ２とをｇ１＝ｇ２とした前記複数のＩＤＴ電極のうちの他方のＩＤＴ電極としての反射反転型弾性表面波変換器と、が、
前記圧電基板の弾性表面波の伝搬方向に沿って隣接して配置されていることを特徴とする縦結合多重モード弾性表面波フィルター。
【請求項２】
請求項１に記載の縦結合多重モード弾性表面波フィルターにおいて、
前記１端子対弾性表面波共振子の前記反射器は、隣接する前記正規型ＩＤＴ電極または前記反射反転型弾性表面波変換器と同じ電極構造を有して配置されていることを特徴とする縦結合多重モード弾性表面波フィルター。
【請求項３】
請求項１または２に記載の縦結合多重モード弾性表面波フィルターにおいて、
前記正規型ＩＤＴ電極および前記反射反転型弾性表面波変換器において、それぞれの１波長分の電極指の対数が同じであることを特徴とする縦結合多重モード弾性表面波フィルター。
【請求項１】
圧電基板上に、弾性表面波の伝搬方向に沿って、複数のＩＤＴ電極と、その両側に配置された反射器と、が設けられた縦結合多重モード弾性表面波フィルターと、前記縦結合多重モード弾性表面波フィルターの入力側または出力側の少なくとも一方に直列または並列に接続されたＩＤＴ電極とその両側に反射器を有する１端子対弾性表面波共振子と、を備え、
前記１端子対弾性表面波共振子の前記ＩＤＴ電極は、幅員の同じ電極指を等間隔に互いに間挿した正規型ＩＤＴ電極と、
幅員Ｗ１の第１の電極指と、その隣に間隙ｇ１をおいて配置した幅員Ｗ２の第２の電極指と、さらにその隣に間隙ｇ２をおいて配置した幅員Ｗ３の第３の電極指と、前記第１の電極指および前記第３の電極指の隣にそれぞれ配置した（ｇ３）／２のスペースからなる単位区間を複数区間繰り返して構成され、前記第１の電極指と前記第３の電極指とを同相とし、それら前記第１の電極指および前記第３の電極指と前記第２の電極指とを逆相とするとともに、前記第１の電極指の幅員Ｗ１と前記第３の電極指の幅員Ｗ３とをＷ１＝Ｗ３とし、前記間隙ｇ１と前記間隙ｇ２とをｇ１＝ｇ２とした前記複数のＩＤＴ電極のうちの他方のＩＤＴ電極としての反射反転型弾性表面波変換器と、が、
前記圧電基板の弾性表面波の伝搬方向に沿って隣接して配置されていることを特徴とする縦結合多重モード弾性表面波フィルター。
【請求項２】
請求項１に記載の縦結合多重モード弾性表面波フィルターにおいて、
前記１端子対弾性表面波共振子の前記反射器は、隣接する前記正規型ＩＤＴ電極または前記反射反転型弾性表面波変換器と同じ電極構造を有して配置されていることを特徴とする縦結合多重モード弾性表面波フィルター。
【請求項３】
請求項１または２に記載の縦結合多重モード弾性表面波フィルターにおいて、
前記正規型ＩＤＴ電極および前記反射反転型弾性表面波変換器において、それぞれの１波長分の電極指の対数が同じであることを特徴とする縦結合多重モード弾性表面波フィルター。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２４５６６２（Ｐ２０１０−２４５６６２Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８９７９７（Ｐ２００９−８９７９７）
【出願日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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