特許 5938522 改善された阻止帯域を有する表面弾性波フィルタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5938522

(24)【登録日】2016年5月20日

(45)【発行日】2016年6月22日

(54)【発明の名称】改善された阻止帯域を有する表面弾性波フィルタ

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/64 20060101AFI20160609BHJP

   H03H 9/25 20060101ALI20160609BHJP

   H03H 9/145 20060101ALI20160609BHJP

【ＦＩ】

   H03H9/64 Z

   H03H9/25 C

   H03H9/145 D

   H03H9/145 Z

   H03H9/145 C

【請求項の数】18

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-515395(P2015-515395)

(86)(22)【出願日】2012年6月5日

(65)【公表番号】特表2015-520586(P2015-520586A)

(43)【公表日】2015年7月16日

(86)【国際出願番号】EP2012060611

(87)【国際公開番号】WO2013182229

(87)【国際公開日】20131212

【審査請求日】2015年1月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】300002160

【氏名又は名称】エプコス アクチエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＥＰＣＯＳ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】100090022

【弁理士】

【氏名又は名称】長門 侃二

(72)【発明者】

【氏名】ダミー， ジャック， アントワヌ

(72)【発明者】

【氏名】ウォーターケイン， クリスティアン

(72)【発明者】

【氏名】エムリッヒ， ホルガー

【審査官】 ▲高▼橋 義昭

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−２０３９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第０１／０３７４２６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−１０２１１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１２２９６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１０３８４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１７１８０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 EL HAKIKI M，VERY LARGE BANDWIDTH IF SAW FILTERS USING LEAKY WAVES ON LINBO3 AND LITAO3，PROCEEDINGS OF 2011 IEEE INTERNATIONAL ULTRASONICS SYMPOSIUM (IUS)，IEEE，２０１１年１０月１８日，P1325-1328

【文献】 SAW COMPONENTS，[ONLINE]，２００７年 ４月 ４日，P1-10，ＵＲＬ，http://www.epcos.com/inf/40/ds/ae/B3773.pdf

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０３Ｈ ９／６４

Ｈ０３Ｈ ９／１４５

Ｈ０３Ｈ ９／２５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面弾性波を用いて作動するフィルタであって、
表面に弾性波トラックが設けられた圧電基材（ＳＵ）と、
前記弾性波トラックに配設されて入力に接続され、前記フィルタの通過帯域の中心周波数に対応した第１平均フィンガ周期（ｐ１）を有する第１トランスデューサ（ＩＤＴ１）と、
前記弾性波トラックに配設されて出力に接続され、前記第１平均フィンガ周期（ｐ１）を有した第２トランスデューサ（ＩＤＴ２）と、
前記第１トランスデューサ（ＩＤＴ１）と前記第２トランスデューサ（ＩＤＴ２）との間に配設され、前記中心周波数とは異なる阻止帯域周波数に対応した第２平均フィンガ周期（ｐ２）を有するリフレクタと
を備え、
前記第１トランスデューサ（ＩＤＴ１）及び第２トランスデューサ（ＩＤＴ２）は、弾性波を所望の方向に伝播させるＳＰＵＤＴセルを備え、
前記第１トランスデューサ（ＩＤＴ１）及び第２トランスデューサ（ＩＤＴ２）は、異なるメタライズ比（η１、η２）を有し、
前記第１トランスデューサ（ＩＤＴ１）の第１メタライズ比（η１）は０．１５〜０．４０の範囲内から選定され、
前記第２トランスデューサ（ＩＤＴ２）の第２メタライズ比（η２）は０．６０〜０．８０の範囲内から選定される
ことを特徴とするフィルタ。

【請求項2】

前記圧電基材（ＳＵ）は、擬似表面弾性波（ＰＳＡＷ）が前記圧電基材（ＳＵ）の表面を伝播するように選択されたカット角で圧電性結晶体からカットして形成されることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。

【請求項3】

前記第１トランスデューサ（ＩＤＴ１）及び第２トランスデューサ（ＩＤＴ２）は、扇形トランスデューサであって、
トランスデューサフィンガの幅及び隣接する前記トランスデューサフィンガの各対における前記トランスデューサフィンガフィンガの間隙は、弾性波の伝播方向を横断する方向である横方向に沿って増大していき、
前記第１トランスデューサ（ＩＤＴ１）及び第２トランスデューサ（ＩＤＴ２）は、少なくとも８％の相対帯域幅が得られるように構成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載のフィルタ。

【請求項4】

前記リフレクタは、フィルタの全開口長にわたって一定のフィンガ周期（ｐ２）を有して設けられた１０〜２０の数のフィンガを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィルタ。

【請求項5】

前記第１トランスデューサ（ＩＤＴ１）及び第２トランスデューサ（ＩＤＴ２）は、波長に対する金属被覆の膜厚比ｈ／λが、０．５〜４％、好ましくは約１％であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のフィルタ。

【請求項6】

前記ＳＰＵＤＴセルは、Ｈａｎｍａ Ｈｕｎｓｉｎｇｅｒタイプのセル、及びＦｅｕｄｔタイプのセルの群から選択されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィルタ。

【請求項7】

前記ＳＰＵＤＴセルは、波長λあたり２つのフィンガを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のフィルタ。

【請求項8】

前記第１トランスデューサ（ＩＤＴ１）と前記第２トランスデューサ（ＩＤＴ２）との間に設けられ、前記第１トランスデューサ（ＩＤＴ１）、前記リフレクタ（ＲＥＦ）、及び前記第２トランスデューサ（ＩＤＴ２）の間の前記圧電基材（ＳＵ）の表面の露出面積を最小限の大きさに減少させる遮蔽機構（ＳＨ）を備え、
前記遮蔽機構（ＳＨ）は、当該遮蔽機構（ＳＨ）が設けられる全領域を覆う金属被覆、または無反射フィンガ格子からなる
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のフィルタ。

【請求項9】

前記遮蔽機構（ＳＨ）は、設けられる領域が台形状をなしており、弾性波の伝播方向を横断する方向である横方向に沿って前記第１トランスデューサ（ＩＤＴ１）及び第２トランスデューサ（ＩＤＴ２）が幅を増大させていくのとは逆向きの方向に沿って幅を増大させていくことを特徴とする請求項８に記載のフィルタ。

【請求項10】

前記圧電基材（ＳＵ）は、ＬＮ（４１±３０°）ｒｏｔＹカット角を有するニオブ酸リチウム、及びＬＴ（３６±５°）ｒｏｔＸＹカット角を有するタンタル酸リチウムの群から選択されることを特徴とする請求項２〜９のいずれか１項に記載のフィルタ。

【請求項11】

弾性波の伝播方向に沿う方向である縦方向における前記弾性波トラックの両端部分の前記圧電基材（ＳＵ）の表面には、ダンピング機構またはアブソーバ（ＡＢＳ）が配設されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のフィルタ。

【請求項12】

前記第１トランスデューサ（ＩＤＴ１）及び第２トランスデューサ（ＩＤＴ２）のそれぞれは、弾性波の伝播方向に沿う方向である縦方向に延びるｎ個の互いに平行なチャネルを備え、
擬似表面弾性波（ＰＳＡＷ）は、各チャネルにおいて同じ遅延時間を有し、
前記ｎは、５＜ｎ＜５０を満たす整数である
ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のフィルタ。

【請求項13】

前記チャネルのそれぞれは、前記縦方向を横断する方向である横方向に沿って所定の横方向範囲を有し、前記チャネルのそれぞれにおけるフィンガの幅及び隣接するフィンガの間隙は、前記横方向に沿って一定である一方、隣接するチャネルの方が大きくなる
ことを特徴とする請求項１２に記載のフィルタ。

【請求項14】

前記第１トランスデューサ（ＩＤＴ１）及び第２トランスデューサ（ＩＤＴ２）のそれぞれは、それぞれに設けられた分路を介して接地されており、
前記分路のそれぞれには、コンデンサ（Ｃ１、Ｃ２）が設けられる
ことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載のフィルタ。

【請求項15】

前記分路のそれぞれに設けられるコンデンサ（Ｃ１、Ｃ２）の容量は、１〜２０ｐＦの範囲で、それぞれ別個に選定されることを特徴とする請求項１４に記載のフィルタ。

【請求項16】

前記リフレクタ（ＲＥＦ）は、前記阻止帯域周波数の波長λあたり２つのリフレクタフィンガを、一定の間隙で備えることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載のフィルタ。

【請求項17】

前記阻止帯域周波数及び前記中心周波数とは異なる阻止帯域周波数に対応した第３平均フィンガ周期を有するリフレクタ（ＲＥＦ）を更に備えることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載のフィルタ。

【請求項18】

前記リフレクタの１つとトランスデューサ（ＩＤＴ）との間、または２つのリフレクタの間に、遮蔽機構を更に備えることを特徴とする請求項８〜１７のいずれか１項に記載のフィルタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、改善された阻止帯域減衰特性を有する表面弾性波フィルタ（ＳＡＷフィルタ）に関するものであり、特に、携帯電話、ワイヤレス端末、または基地局による移動通信に有用な広帯域ＳＡＷフィルタに関する。

【背景技術】

【0002】

阻止帯域減衰特性を改善するには、特に通過帯域におけるフィルタの伝達特性に影響を及ぼすことが多いような対策を取らなければならない。このため、阻止帯域減衰特性と挿入損失との間には相反関係が生じてしまう。

【0003】

また、例えば８％以上といった極めて大きな相対帯域幅を有したフィルタを提供しようとする試みがなされてきた。低損失の広帯域フィルタとして、例えば、セラミックフィルタが用いられるが、このフィルタは非常に高価である上、ＳＡＷフィルタとしては、伝送帯域のスカート特性が急峻ではない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一般的に使用されているＳＡＷフィルタは、レイリー波で作動するが、この形式の表面弾性波は、小さな結合係数しか得られないため、フィルタの相対帯域幅を２０％以上に増大させると大きな損失が発生するような広帯域フィルタとなってしまう。これは、レイリー波を使用する全てのＳＡＷフィルタについて当てはまることである。一定の結合係数に対し、帯域幅が大きいほど損失が増大し、一定の帯域幅に対し、結合係数が大きいほど損失が減少する。

【0005】

このため、本発明の第１の目的は、フィルタの通過帯域の特性を劣化させることなく、優れた阻止帯域減衰特性を有するフィルタを提供することにある。また、本発明の第２の目的は、セラミックフィルタより安価であって、例えば通過帯域における挿入損失が小さいなど、低損失の特性を示す広帯域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】

【0006】

第１の目的は、請求項１に記載のフィルタによって達成される。このフィルタの様々な態様及び改良は、従属請求項によって示される。

【0007】

フィルタは、入力トランスデューサである第１トランスデューサと、出力トランスデューサである第２トランスデューサとを備えて、圧電基材上に設けられる。第１トランスデューサと第２トランスデューサとの間の弾性波トラックにはリフレクタが設けられる。第１トランスデューサの電極フィンガ及び第２トランスデューサの電極フィンガは、通過帯域の中心周波数に対応した第１フィンガ周期を有している。リフレクタは、フィルタの阻止帯域内にある第２周波数に対応する第２フィンガ周期で設けられたリフレクタフィンガを有する。

【0008】

リフレクタは、阻止帯域内の第２周波数を有して入力トランスデューサから伝播した表面弾性波を反射するので、このような表面弾性波は、出力トランスデューサへの到達が阻止される。従って、第２周波数の表面弾性波が抑制され、通過帯域内での損失をなんら生じることなく、阻止帯域の減衰特性が改善する。

【0009】

リフレクタのリフレクタフィンガは、全て固定電位に接続されるか接地されているのが好ましい。

【0010】

また、広帯域フィルタへの適用については、擬似表面弾性波（ＰＳＡＷ）の形式の表面弾性波で作動するトランスデューサが有力候補であることが判っている。レイリー波や剪断波といった通常の表面弾性波に比べ、擬似表面弾性波の方が、基材に対して良好な結合特性を有することがその理由である。

【0011】

擬似表面弾性波は、適切に設定されたカット角を有すると共に、一般的に用いられて擬似表面弾性波を生成することが可能なトランスデューサが形成された圧電性結晶体の基材において生成することができる。

【0012】

擬似表面弾性波により得られる大きな結合係数は、波長λあたり２つのリフレクタフィンガとした場合に容易に１０％に達し得るような、高い反射率の要因でもある。従って、本発明によるリフレクタは、１０〜２０個のリフレクタフィンガを有して比較的短く形成することが可能である。例えば、約１％の金属膜厚比で１６個のリフレクタフィンガを用いたリフレクタでは、約８０％の反射率が得られる。これにより、阻止帯域における伝送が約８ｄＢ減衰する。短く形成されたリフレクタは、長く形成されたリフレクタに比べ、通過帯域への影響が少なく、基材上には小さなスペースしか必要としない。

【0013】

一態様において、擬似表面弾性波の形式の弾性波で作動するＳＡＷフィルタが、擬似表面弾性波を伝播させるべく選択された圧電基材を備える。第１トランスデューサ及び第２トランスデューサは、それぞれ電極フィンガを組み合わせた複数のセルを備える。これらのセルは、擬似表面弾性波の伝播方向である長手方向に配列されており、その少なくとも一部は、単相単一指向性トランスデューサのセル（ＳＰＵＤＴセル）である。このため、入力トランスデューサで生成された擬似表面弾性波は、主たる伝播方向が、出力トランスデューサに向かうものとなる。トランスデューサの比較的大きな相対帯域幅は、扇形トランスデューサ、即ち扇状のトランスデューサを用いることによって実現される。このようなトランスデューサは、特定のパターンの電極フィンガを有しており、それぞれ対をなす電極フィンガの中心点間の距離が、擬似表面弾性波の伝播方向を横切る方向に沿って拡大していくと共に、トランスデューサにおける電極フィンガのピッチも拡大し、それに伴って、ピッチに対応する周波数が低下するようになっている。

【0014】

扇形トランスデューサにおいて、トランスデューサの電極フィンガの幅、及び隣り合う電極フィンガのそれぞれの対における電極フィンガの間隙は、同じ延設方向に沿って、いずれも拡大していく。このため、擬似表面弾性波の伝播方向における電極フィンガの形状は、擬似表面弾性波の伝播方向を横切る方向に沿って寸法が増大していくのが好ましい。

【0015】

但し、これらの変数の一方（間隙または幅）を一定に保持しつつ、他方を拡大するようにすることも可能である。即ち、このような寸法の増大は、電極フィンガの間隙のみの変更、または電極フィンガの幅のみの変更によって行うことが可能である。これら変数の両方を不均一に拡大していくことも可能である。電極フィンガの寸法は、トランスデューサの相対帯域幅が、少なくとも８％から５０％までの、またはそれ以上の大きさとなるように選定するのが好ましい。

【0016】

リフレクタにおけるリフレクタフィンガの周期は、特定の阻止帯域周波数に対応しており、扇形トランスデューサにおける電極フィンガの周期の変化に関わらず、ＳＡＷフィルタの全開口長にわたって一定となっている。

【0017】

更なる態様として、第１トランスデューサは第１メタライズ比η１を有し、第２トランスデューサは、第１メタライズ比η１とは異なる第２メタライズ比η２を有する。トランスデューサのメタライズ比や、それ以外の金属被覆面のメタライズ比は、実質的に擬似表面弾性波の伝播速度には影響を及ぼすものではないが、レイリー波の伝播速度に対して大きな影響を及ぼす。２つのトランスデューサにおけるメタライズ比を異ならせることにより、出力トランスデューサにおけるレイリー波の応答を、擬似表面弾性波の応答に比べて２％以上変化させることが可能となる。これにより、レイリー波を約６ｄＢほど減衰させることができる。

【0018】

一態様において、第１メタライズ比η１が０．１５〜０．４０の範囲から選択されると共に、第２メタライズ比η２が０．６０〜０．８０の範囲から選択される。但し、これら２つの値は任意に選択可能であり、好ましい範囲以外の値とすることも可能であるが、両者は相違している必要がある。

【0019】

より具体的な態様において、第１メタライズ比η１は０．３であり、第２メタライズ比η２は０．７である。

【0020】

適切に選択された基材における擬似表面弾性波の大きな結合係数に対応して、比較的薄い金属膜厚を選択することが可能となる。０．５〜４％の金属膜厚比ｈ／λとすることにより、結合係数、電気抵抗、及び反射係数の兼ね合いを十分且つ良好なものとすることができる。好ましい金属膜厚比は約１％であるが、より大きな金属膜厚比とすることも可能である。

【0021】

擬似表面弾性波を生成させる上で好ましい圧電基材は、大きな結合係数を有した圧電材料から選定される。このような目的に対し、異なる圧電材料の２つのカット角が有効であることが判った。１つは４１度回転Ｙカットのニオブ酸リチウム（ＬＮ４１ｒｏｔＹ）であり、もう１つは３６度回転ＸＹカットのタンタル酸リチウム（ＬＴ３６ｒｏｔＸＹ）を主成分とする基材である。２０％未満の狭い帯域幅を所望する場合には、タンタル酸リチウムを主成分とする基材が好ましい。また、ＬＴカット材を用いて構成したフィルタは、優れた温度特性を有する、即ち温度変化に対する特性の依存性が低いのが一般的である。

【0022】

また、擬似表面弾性波の大きな結合係数と、低い伝播損失とを最大限に活用したこれらのカット材のほかに、カット角を上述のカット角から変更した別の材料を用いることも可能である。ＬＮカット材の場合には±３０度まで、またＬＴカット材の場合には±５度までカット角を変更しても、擬似表面弾性波の大きな結合係数が得られるだけでなく、低い伝播損失が得られるような、妥当な特性上の兼ね合いが得られる。

【0023】

ＬＴカット材に比べ、ＬＮカット材は、擬似表面弾性波の大きな結合係数と、小さな金属膜厚比の場合の低い伝播損失とに関して最適となるカット角の範囲が広い。

【0024】

扇形トランスデューサを有したフィルタは、ＳＰＵＤＴセルを備えるのが好ましい。本発明の広帯域フィルタを構成する上で好ましいＳＰＵＤＴセルは、Ｈａｎｍａ Ｈｕｎｓｉｎｇｅｒタイプ、及びＦｅｕｄｔタイプの中から選択される。これらのタイプのＳＰＵＤＴセルは、３重通過信号（triple transit signal）を補償するには反射が過多となり得るような、波長あたり２つの電極フィンガを有したセルに比べ、比較的低い反射率を示すので、好ましいものである。これらの好ましいＳＰＵＤＴセルのタイプでは、波長あたり少なくとも４つの電極フィンガの構造を有し、電極フィンガごとの反射率が約１〜２％となっている。これらのセルは、擬似表面弾性波の生成に最適化されると共に、レイリー波の生成及び伝播の影響を最小限とする上で最適化される。波長あたり２つの電極フィンガを有するセルは、約１％の金属膜厚比の電極フィンガごとに、１０％に達する高い反射率を示す。

【0025】

本発明の一態様によれば、トランスデューサは、以下を実現するような金属膜厚比（波長に対する金属膜厚の比）を有する。

【0026】

・伝播損失を最小限とし、
・４電極フィンガセルで例えば１〜３％の反射率が得られ、且つ
・不要なレイリー波を抑制すること。

【0027】

フィルタの基材にＬＮ４１ｒｏｔＹを用いる態様の場合、伝播損失及び反射率の観点で最適となる金属膜厚比は１〜３％である。

【0028】

トランスデューサは、無線周波電気信号と弾性波との間での変換を行う。このようなトランスデューサの相対帯域幅は、高効率、即ち低減衰量で変換が行われる波長範囲によって定まる。擬似表面弾性波の場合に大きな結合係数が得られるようなカット角を有した圧電基材を用い、低反射率のセルタイプ及び金属膜厚比を採用し、伝播損失を抑制するような大きなメタライズ比とすることにより、５０％以上となる相対帯域幅を有したトランスデューサを製造可能である。従って、このようなトランスデューサを採用し、中心周波数に対して約５０％の通過帯域幅を有したフィルタを製造することが可能である。

【0029】

第１トランスデューサ及び第２トランスデューサは、同一の弾性波トラック内に弾性波トラックの長手方向に並べられている。

【0030】

一態様において、リフレクタは、所望の阻止帯域の周波数に基づき、波長λあたり２つのリフレクタフィンガを備える。波長λあたり２つのリフレクタフィンガとすることにより、波長λあたり４つのリフレクタフィンガを有するリフレクタに比べて、強力な反射が得られることが判っている。このようなリフレクタフィンガのピッチに対応しない周波数においては、波長変化に従って波長λあたりのリフレクタフィンガの数が変化する。自然数ではないリフレクタフィンガの数が生じる可能性があるが、波長λあたりのリフレクタフィンガの数が２とは異なる場合、反射率は低下し、波長λあたり４つのリフレクタフィンガでは０に達し得る。このように、通過帯域の周波数が阻止帯域の周波数に合致しなくなるに従い、波長λあたりのリフレクタフィンガの数は２から外れていき、反射率は低くなっていく。フィルタの両トランスデューサは、ＳＰＵＤＴセルを備え、第２トランスデューサの単一指向性の方向は、第１トランスデューサの単一指向性の方向と向かい合わせになっている。

【0031】

一態様において、第２トランスデューサは、第１トランスデューサと同じ帯域幅を有する。好ましい態様において、第２トランスデューサは、第１トランスデューサを裏返したものに相当する構造を有する。

【0032】

２つのトランスデューサの単一指向性により、弾性波トラックの長手方向において、極めてわずかな弾性波だけが弾性波トラックから外れる。このような不要な弾性波は、有害な信号を生じうるものであり、弾性波トラックの両端部にダンピングマスを配置することにより、吸収することが可能である。ダンピングマスは、弾性波トラックの全開口にわたって弾性波トラックの幅方向に、即ち電極フィンガのオーバラップ部分に対応する範囲の全長にわたって延設することが可能である。このダンピング機構は、樹脂で形成するのが好ましいダンピングマスを備えており、この樹脂は、擬似表面弾性波が容易に進入することが可能で、非弾性撓みまたは振動によって吸収されるような適切な吸音性を有する。

【0033】

第１トランスデューサと第２トランスデューサとの間には遮蔽機構が設けられ、この遮蔽機構は、全体が金属で覆われた領域を備えるか、またはトランスデューサと遮蔽機構との間の自由伝播領域を可能な限り小さくすることにより、自由伝播領域に起因して生じる擬似表面弾性波の伝播損失を最小限度に抑えることが可能な無反射格子を備える。

【0034】

遮蔽機構は台形状の領域に展開されており、その幅は、トランスデューサの電極フィンガの幅が増大していく方向とは逆の方向に沿って増大している。

【0035】

遮蔽機構は、電極フィンガの幅及び間隙の変化に起因して生じる様々な遅延時間を補償する上で有用である。最も好ましい遮蔽機構の構成は、遮蔽機構の内部で比較的大きな遅延時間を設けることにより、２つのトランスデューサのそれぞれにおける比較的小さな遅延時間を補償する。全体が金属膜で覆われるか、もしくは金属膜格子を有するようにすることが可能な金属被覆領域を備えた弾性波伝播経路における遅延時間は、弾性波の伝播速度を支配するメタライズ比に依存する。メタライズ比が増大するにつれて、弾性波の伝播速度は低下する。金属膜格子で遮蔽機構を形成する場合、遮蔽機構の各フィンガは、弾性波の励起、または当該弾性波のアウトカップリングを防止するため、電気的に短絡されている。

【0036】

扇形トランスデューサは、複数の並列チャネルを備えることから、広い帯域幅を有しており、これら並列チャネルは、それぞれがいずれも異なる中央周波数を有している。チャネル内では、全ての電極フィンガにおいて幅及び間隙の少なくとも一方が一定となっていてもよい。このような態様において、扇形トランスデューサはステップ状構造を有する。ｎ個の異なるチャネルを有したステップ状構造の場合、ｎとして５＜ｎ＜５０の整数を選択することが可能である。

【0037】

但し、別々のチャネルへの断片化を仮想的にしか行わないような連続的な構造を、扇形トランスデューサが有することも可能である。このような仮想的なチャネルは、定められたチャネルの帯域幅によって規定することが可能である。チャネルの所望の帯域幅は、弾性波トラックの幅方向で区画を選定することにより選択され、この区画内の電極フィンガの幅の変化量に応じて規定される。

【0038】

一態様として、入力トランスデューサ及び出力トランスデューサの少なくとも一方は、分路を介して接地されている。この分路にはコンデンサが設けられる。

【0039】

コンデンサのキャパシタンスは、フィルタの入出力間の有効結合を抑制することによって、フィルタのＱ値を増大させる。もともとフィルタのキャパシタンスは高く、フィルタのキャパシタンスをインダクタンスで相殺する（整合する）のが一般的であり、フィルタにコンデンサを設けることは、このようなフィルタのキャパシタンスを増大させることになるため、極めて異例のことである。しかしながら、擬似表面弾性波の結合係数が大きいことから、増大したフィルタの全キャパシタンスにより、通過帯域に対して目に見える悪影響を及ぼすことなく、通過帯域外の遮断特性が改善される。キャパシタンスを適切に選定することにより、５ｄＢほど改善された遮断特性が阻止帯域周辺で得られる。コンデンサの適切なキャパシタンスは、１〜２０ｐＦとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0040】

【図1】第１実施形態の電極パターンの一部を示す図である。

【図2】弾性波トラック内の、第１トランスデューサ、リフレクタ、及び２つの遮蔽機構の配置を示すフィルタの概略図である。

【図3A】フィンガ格子を有した遮蔽機構を示す図である。

【図3B】全域が金属被覆された遮蔽機構を示す図である。

【図4】電極パターンの一形態を部分的に示す図である。

【図5】更に２つのアブソーバを有した図２のフィルタを示す図である。

【図6】整合用能動部品を更に備えると共に、電気端子を有した図５のフィルタを示す図である。

【図7A】２つのインダクタンスと並列に接続されたフィルタのアドミタンスを示す図である。

【図7B】更に２つのコンデンサと並列に接続されたフィルタのアドミタンスを示す図である。

【図8】フィルタの通過帯域周辺領域における、フィルタの伝達特性を示す図である。

【図9】互いに異なるメタライズ比を有した第１トランスデューサ及び第２トランスデューサを示す図である。

【図10】メタライズ比に応じた弾性波の伝播速度の変化を示す図である。

【図11】もう１つの実施形態に係るフィルタの伝達特性を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0041】

本発明の詳細な説明は、添付図面によって例示された実施形態に基づいて行われる。図面は概要のみを示すものであり、正確に縮尺されたものではない。理解をより一層深めるため、特定の部分については詳細を拡大して示することがある。

【0042】

図１は、第１実施形態に係るフィルタの電極パターンの一部を概略的に示す図である。圧電基材ＳＵの表面の弾性波トラック内にあるリフレクタＲＥＦのそれぞれの側方には、第１トランスデューサＩＤＴ１及び第２トランスデューサＩＤＴ２が配置されている。これらのトランスデューサは、全ての電極フィンガが同じ幅を有すると共に同じ間隙を有することにより、トランスデューサの波長及び中心周波数に対応する第１フィンガ周期ｐ１が規定された標準型（通常型）フィンガ構造とすることができる。両トランスデューサが同じフィンガ周期ｐ１を有するようにすることが可能である。リフレクタＲＥＦは、第１フィンガ周期ｐ１とは異なる第２フィンガ周期ｐ２のフィンガ格子を備える。第２フィンガ周期ｐ２は、フィルタの阻止帯域内の周波数に対応したものとするのが好ましい。トランスデューサは、標準型フィンガ構造とせずに、所望の方向に弾性波を放出するＳＰＵＤＴトランスデューサとするのが好ましい。

【0043】

フィルタが作動する際には、本実施形態において入力トランスデューサとなる第１トランスデューサＩＤＴ１によって、表面弾性波ＳＡＷ１が生成される。表面弾性波ＳＡＷ１は、第２トランスデューサＩＤＴ２に向けて伝播する。表面弾性波ＳＡＷ１がリフレクタＲＥＦのフィンガ格子に進入すると、第２フィンガ周期ｐ２に対応する周波数の成分が反射される一方、当該周波数以外の周波数の成分は、反射されることなくリフレクタを通過することができる。反射された弾性波は、符号ＳＡＷ２で示されており、入力トランスデューサＩＤＴ１に向けて戻っていき、最終的には第１トランスデューサＩＤＴ１を越えて弾性波トラックから離脱していく。表面弾性波ＳＡＷ１の反射されなかった成分は、第２トランスデューサＩＤＴ２（出力トランスデューサ）に達し、電気信号に再変換することが可能となる。この結果得られるフィルタの伝達特性は、第２フィンガ周期ｐ２に対応する周波数において減衰したものとなる。第１フィンガ周期ｐ１及び第２フィンガ周期ｐ２を適切に選定することにより、阻止帯域内のどの位置においても、フィルタの特定の減衰機能を得ることが可能である。この位置は、通過帯域より低周波数側だけでなく、高周波数側に選定することも可能である。

【0044】

図２は、擬似表面弾性波が伝播可能な圧電基材上の弾性波トラック内に配置された、扇形の第１トランスデューサＩＤＴ１及び第２トランスデューサＩＤＴ２を有したフィルタの構成を示している。２つのトランスデューサの間には、第１遮蔽機構ＳＨ１及び第２遮蔽機構ＳＨ２が配置されている。２つの遮蔽機構の間には、リフレクタＲＥＦが配置されている。第１トランスデューサＩＤＴ１をフィルタの入力トランスデューサとし、第２トランスデューサＩＤＴ２をフィルタの出力トランスデューサとすることができる。これらのトランスデューサは、同じフィンガパターンを有するようにすることも可能であるが、フィンガの並びが、互いに鏡像の関係となっている。それぞれのトランスデューサは、ｙ方向に沿って寸法が増大していくようになっており、台形形状をなしている。第１遮蔽機構ＳＨ１及び第２遮蔽機構ＳＨ２も台形形状をなしているが、寸法はｙ方向に沿って減少していくようになっている。本実施形態において、これらの遮蔽機構は、隣接する要素の間において、基材表面の大部分を覆っている。これらの遮蔽機構は、適切なメタライズ比とすることによって弾性波の伝播速度を調整すると共に、入力トランスデューサを出力トランスデューサから遮蔽するように機能する。第１トランスデューサＩＤＴ１及び第２トランスデューサＩＤＴ２は、扇形をなしてＳＰＵＤＴフィンガを有している。

【0045】

リフレクタＲＥＦは、短絡されたリフレクタフィンガを備えた反射格子を有しており、これらリフレクタフィンガの周期は、弾性波の伝播方向に直行する方向である幅方向に沿って一定であって、フィルタの阻止帯域において反射率が最大となるように選定される。

【0046】

ＬＮ（４１±３０°）ｒｏｔＹカット角を有するニオブ酸リチウム、またはＬＴ（３６±５°）ｒｏｔＸＹカット角を有するタンタル酸リチウムといった、擬似表面弾性波の生成が可能な基材のように、大きな結合係数を有した基材を用いる場合、リフレクタフィンガの数を少なくしたままで、高い反射率を得ることが可能となる。一例として、第２フィンガ周期ｐ２に対応した周波数において、１６個程度のリフレクタフィンガにより、約８０％の反射率を達成することができる。この周波数の場合に、リフレクタＲＥＦは、波長λあたり２つのフィンガを有することになる。フィルタの通過帯域内における、これ以外の周波数については、これとは異なるの数のリフレクタフィンガが対応することになる。第１フィンガ周期ｐ１＜第２フィンガ周期ｐ２の場合にはリフレクタフィンガの数が減る一方、第２フィンガ周期ｐ２＜第１フィンガ周期ｐ１の場合にはリフレクタフィンガの数が増える。更なる効果として、リフレクタの反射率は、厳密に波長あたり２個のフィンガで最善となる。フィンガの数が波長あたり３個に近くなるような周波数の場合には、ほとんど反射が生じなくなる。従って、第１フィンガ周期ｐ１及び第２フィンガ周期ｐ２を適切に選定することにより、リフレクタに高い周波数選択性が得られる。

【0047】

図３Ａは、無反射フィンガ格子を有した遮蔽機構の例を概略的に示す図である。

【0048】

図３Ｂは、全域が金属被覆された遮蔽機構を概略的に示す図である。

【0049】

所望の最適化された遮蔽機構として、扇形の構成によって生じるフィルタの個々のチャネルにおける異なる遅延時間を補償する上で必要となるメタライズ比が得られるような遮蔽機構が選定される。遮蔽機構ＳＨのフィンガ格子を、図３Ａに示すように増大させるようにしてもよい。遅延時間の相違に対して良好な補償を行うため、図３Ｂに示すように、遮蔽機構を全域が金属被覆された状態とし、遅延時間がチャネル毎の金属被覆領域の長さのみに依存するようにしてもよい。このようにして、遮蔽機構ＳＨの金属被覆領域の形状が、傾斜角をもって変化していくようにしてもよい。

【0050】

更に、遮蔽機構は、当該遮蔽機構がないことで大きな伝播損失が予測されるような金属被覆のない領域の場合の伝播損失を可能な限り低減するために形成される。一実施形態において、遮蔽機構とトランスデューサとの間隙は、当該トランスデューサにおいて互いに隣り合う電極フィンガの間隙とほぼ同じになっている。

【0051】

図４は、第１実施形態のフィルタにおいて第１トランスデューサ及び第２トランスデューサとして使用可能な扇形トランスデューサの電極フィンガのパターンの一区画を示す図である。図４には、バスバーＢＢの近傍におけるトランスデューサ領域の一区画が示されている。トランスデューサは多くのセルを有しており、セルの数は、所望の伝達特性に応じ、２５〜１５０に選定される。これらのセルは、ｘ軸に沿う弾性波トラックの長手方向において、例えば１波長λ分の長さを有しており、この長さは全てのセルにおいて同じであるのが好ましい。これらのセルは、４つのフィンガを有したスプリットフィンガセル、Ｈａｎｍａ Ｈｕｎｓｉｎｇｅｒタイプの少なくとも４つのフィンガを有したＳＰＵＤＴセル、Ｆｅｕｄｔタイプの少なくとも４つのフィンガを有したＳＰＵＤＴセル、及び弾性波を反射も励起もしないセルの群から選択される。本実施形態においては、４つのＳＰＵＤＴフィンガＵＴＦを有したＨａｎｍａ ＨｕｎｓｉｎｇｅｒタイプのＳＰＵＤＴセルＵＴＣが、セルあたり４つのスプリットフィンガを有した２つのスプリットフィンガセルＳＦＣの間に配置されている。個々のセルの数及び並び順は、通過帯域及び阻止帯域の特性の点で最善の性能が得られるように最適化される。

【0052】

トランスデューサは、フィンガの幅及びフィンガの間隙の少なくとも一方が、ｙ軸に沿う弾性波トラックの幅方向に沿って増大していくような扇形をなしている。点線は、図示された区域から更にトランスデューサが延設されていることを示している。幅方向に沿って寸法を増大させていくことにより、励起される表面弾性波（擬似表面弾性波）の波長も同様に長くなっていく。トランスデューサＩＤＴを幅方向で分割して、特定の帯域及び中間周波数のチャネルとすることにより、トランスデューサＩＤＴ全体は、最短波長となる最初のチャネルの中間周波数から、最長波長となる最後のチャネルの中間周波数までの帯域幅を有したものとなる。

【0053】

具体的なフィルタの実施形態として、図１に示すフィンガパターンと同様のセルタイプの構成を有するだけでなく、ＦｅｕｄｔタイプのＳＰＵＤＴセルも有したフィルタが製造される。ＬＴ３６ｒｏｔＹＸのカット角を有するタンタル酸リチウム基材が選択され、主としてＡｌからなる金属被覆が１％の金属膜厚比ｈ／λで設けられる。このフィルタは、７ｍｍ×５ｍｍといった小さな寸法のパッケージ内に装着することが可能である。

【0054】

ＬＴ３６ｒｏｔＹＸ基材に対する擬似表面弾性波の中位の結合係数（５％）にも関わらず、このフィルタは、低損失特性を示すと共に、１０％の相対帯域幅を有するような通過帯域と、レイリー波の場合に高い結合係数を有するＬＮＹＺ基材に形成したフィルタに比べて１／３となる周波数温度係数（ＴＣＦ；temperature coefficient of frequency）とを有する。

【0055】

これにより、通過帯域と阻止帯域との間での遷移特性を、より柔軟にすることが可能となる。

【0056】

図５は、更に２つのアブソーバＡＢＳ１及びＡＢＳ２を、弾性波トラックの両端部分に有した、図２のフィルタを概略的に示す図である。これらアブソーバＡＢＳ１及びＡＢＳ２は、トランスデューサにおける最も外側の電極フィンガを越えて弾性波トラックから離脱していく弾性波を吸収し減衰させる。仮に、このような弾性波を吸収しなかった場合には、基材や金属被覆の縁部などで反射され、弾性波トラックに再び入り込んで、必要な信号に対して干渉する不要な信号を生成する可能性がある。

【0057】

上述したＬＮＲ４１基材のような高い結合係数の基材上に形成された、図４に示すような扇形トランスデューサを備え、図２のように配置することで、扇形トランスデューサの最も外側のチャネルによるフィンガ周期の最大の差異に応じた相対帯域幅として、５５％の相対帯域幅のフィルタを得ることが可能である。

【0058】

高い結合係数のＬＮ基材やＬＴ基材などに構成されるフィルタに適用可能ではあるが、上述の実施形態のみならず、後述する実施形態も、明確に相反することを述べない限り、ＬＮ基材に構成されるフィルタに着目している。

【0059】

フィルタの更なる改善は、図６に示すような整合回路を設けるものである。図２に示すようなフィルタの入力端子Ｔ１及び出力端子Ｔ２のそれぞれが、第１分路及び第２分路を介して接地されている。第１分路の一方にはインダクタンスコイルＬ１が設けられ、また第１分路の他方にはインダクタンスコイルＬ２が設けられており、表面弾性波のトランスデューサの静電容量を相殺している。第２分岐路の一方にはコンデンサＣ１が設けられ、また第２分岐路の他方にはコンデンサＣ２が設けられている。このような構成は極めて異例であるが、フィルタの全体的な改善結果は驚くべきものとなる。即ち、図６のフィルタでは、ＳＡＷフィルタの一般的な整合のための並列インダクタンスコイルのみを有したフィルタの例えば２倍の静電容量を有している場合に、擬似表面弾性波に対して高い結合係数を示す基材と広い帯域幅とによって、通過帯域の外側に大きな減衰量が得られる。基材に対し、最大限の結合係数から大きく外れるようなカット角を選定した場合、本実施形態で提案しているような付加的なコンデンサによって通過帯域が目に見えて変形してしまうことはなく、通過帯域の周辺領域において５ｄＢにも及ぶ減衰量の増大が得られる。

【0060】

フィルタを５０Ωに整合させるには、インダクタンスコイルＬ１及びＬ２をｎＨ単位の大きさ、例えば１０ｎＨ〜７０ｎＨに設定することができる。これに併せ、コンデンサＣ１及びＣ２を１〜５０ｐＦ、例えば１５ｐＦに設定する。

【0061】

図７Ａは、付加的なコンデンサがない場合の例について、フィルタのアドミタンスの実数部（上の曲線）と虚数部とを示す図である。

【0062】

図７Ｂは、付加的なコンデンサ（Ｃ１＝１ｐＦ、Ｃ２＝１５ｐＦ）を有している場合の同様の例について、フィルタのアドミタンスの実数部（上の曲線）と虚数部とを示す図である。領域アドミタンスの虚数部は、実数部よりも大きくなる通過領域の上縁部分において、容量性が増していることが判る。

【0063】

図８は、図７Ａ及び図７Ｂの実施形態における、フィルタの全体的な伝達特性を示す図である。点線は、付加的なコンデンサを有していないフィルタのものであり、実線は図７Ｂに例示するフィルタのものである。これにより、阻止帯域周辺の減衰特性が改善されていることは明らかである。

【0064】

図９は、小さな第１メタライズ比η１と大きな第２メタライズ比η２とを説明するために、トランスデューサの一部を示す図である。電極フィンガの周期が同じである一方で、第１トランスデューサＩＤＴ１の方が、第２トランスデューサＩＤＴ２よりもフィンガの幅が減少しており、より小さな第１メタライズ比η１を有している。

【0065】

図１０は、選定するメタライズ比に応じたレイリー波及び擬似表面弾性波の伝播速度を示す図である。これにより、両者の伝播速度が大幅に異なっており、擬似表面弾性波の伝播速度ＶＰＳＡＷの方が、レイリー波の伝播速度ＶＲａｙｌよりも約２０％速いことが判る。また、擬似表面弾性波の伝播速度ＶＰＳＡＷはメタライズ比に応じて変化する一方、レイリー波の伝播速度ＶＲａｙｌはメタライズ比に依存しない。メタライズ比を、第１トランスデューサＩＤＴ１の約０．３％から第２トランスデューサＩＤＴ２の０．７％まで変化させると、擬似表面弾性波には明確な影響が現れるが、レイリー波には影響が生じない。このような影響は、両トランスデューサにおいて擬似表面弾性波に対する周波数応答が同じになるようにフィンガ周期を変更することによって補償される。従って、擬似表面弾性波に対するトランスデューサの応答を、相互に近付くように約２％変化させることができるので、レイリー波の不要な関与を排除することができる。擬似表面弾性波の伝播速度ＶＰＳＡＷとレイリー波の伝播速度ＶＲａｙｌとの差異に応じ、フィルタの中心周波数の入力信号によって、必要な擬似表面弾性波が多くを占めている中心周波数から大きく外れたレイリー波がわずかに生成され、低周波数側の阻止帯域に信号が生じる。

【0066】

図１１は、図２に示すフィルタの伝達特性（下側の曲線）を、リフレクタＲＥＦを省略したフィルタの伝達特性（上側の曲線）と比較して示す図である。この例では、リフレクタＲＥＦの第２フィンガ周期ｐ２が、高周波数側の阻止帯域の下限近傍の周波数に一致している。従って、図１１には、高周波数側の阻止帯域の下限近傍において改善された減衰特性が示されている。

【0067】

適切に選択した擬似表面弾性波用の基材に、適切に選定した金属被覆を設けることにより、擬似表面弾性波に対する結合係数は１１％に達する。従って、このフィルタにより、５５％の極めて広い相対帯域幅が得られ、これはＳＡＷフィルタにおいてこれまでにない数値である。また、挿入損失は約−１３ｄＢである。それにも関わらず、通過帯域のスカート特性は十分に急峻であって、低周波数側の阻止帯域では４０ｄＢ以上の減衰量が得られ、高周波数側の阻止帯域では減衰量が３５ｄＢに達する。

【0068】

更に、ＬＮ４１ｒｏｔＹ基材の温度係数は、レイリー波用のＬＮＹＺ基材の場合（−８７ｐｐｍ／℃）よりわずかな−６４ｐｐｍ／℃しかなく、変化に対してより一層の余裕がある。

【0069】

この新規なフィルタは、挿入損失が改善されると共に、リフレクタによって特性が改善された阻止帯域が得られる。

【0070】

ＬＮ４１ＲＹ基材上に形成されたフィルタと、当該フィルタとほぼ同じ相対帯域幅を有してＬＮＹＺ基材上に形成されたフィルタとで、Ｓ２１パラメータの計測結果を比較すると、ＬＮ４１ＲＹ基材上に形成したフィルタの方が、低い挿入損失及び急峻なスカート特性を示す。

【0071】

下表１は、これらのフィルタの計測結果を示している。

【0072】

【表1】

新規なＬＮ４１ＲＹ基材の周波数温度係数（ＴＣＦ）の方が、レイリー波を用いるＬＮＹＺ基材の周波数温度係数（ＴＣＦ）よりも小さいことは、最も理にかなうものである。これにより、通過帯域と阻止帯域との間の遷移特性を、より一層容易かつ柔軟に規定することが可能となる。

【0073】

本発明は、特定の実施形態及び当該実施形態に対応する図に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲及びこれまでに行った説明によってのみ規定されるものである。

【符号の説明】

【0074】

ＩＤＴ１ 第１トランスデューサ（表面弾性波用）
ＩＤＴ２ 第２トランスデューサ（表面弾性波用）
ＲＥＦ リフレクタ
ＳＡＷ１ 生成された表面弾性波
ＳＡＷ２ 反射された表面弾性波
ｐ１ 第１フィンガ周期
ｐ２ 第２フィンガ周期
ＳＵ 基材
ＳＨ、ＳＨ１、ＳＨ２、ＳＨ’ 遮蔽機構
ＢＢ バスバー
ＳＦ スプリットフィンガ
ＳＦＣ スプリットフィンガセル
ＵＴＣ Ｈａｎｍａ ＨｕｎｓｉｎｇｅｒタイプのＳＰＵＤＴセル
ＵＴＦ Ｈａｎｍａ ＨｕｎｓｉｎｇｅｒタイプのＳＰＵＤＴセルフィンガ
ＡＢＳ１、ＡＢＳ２ アブソーバ
Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ
Ｌ１、Ｌ２ インダクタンスコイル
Ｔ１ 入力端子
Ｔ２ 出力端子
η１ 第１メタライズ比
η２ 第２メタライズ比

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】