弹性波滤波器、使用该弹性波滤波器的双工器及使用该双工器的通信机的制作方法

专利名称：弹性波滤波器、使用该弹性波滤波器的双工器及使用该双工器的通信机的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在移动通信、高频无线通信中使用的设备的弹性波滤波器、使用
该弹性波滤波器的双工器以及使用该双工器的通信机。
背景技术：
随着以便携电话为代表的无线设备的迅速普及，小型且轻质的高频滤波器的需求 增大，形成在单一基板上的弹性波滤波器广泛地被市场接纳。该弹性波滤波器使用薄膜体 声波谐振器(FBAR :Film Acoustic BulkResonator) 、SMR(Solidly Mounted Resonator :固 态装配型谐振器)或SAW (Surface Acoustic Wave :表面声波)等谐振器而形成。
图12是示出普通的梯形弹性波滤波器100的结构的电路图，图13是格形滤波器 110的结构的电路图。图12所示的弹性波滤波器100多级地级联连接n个滤波器103-1 103-n。滤波器103-1由配置在串联臂上的第1谐振器101-1、和配置在接地的并联臂上的第 2谐振器102-1构成。第1谐振器101-1的谐振频率为frs，反谐振频率为fas。第2谐振 器102-1的谐振频率为frp，反谐振频率为fap。滤波器103-2 103_n也与滤波器103-1 同样，分别由配置在串联臂上的第1谐振器101-2 101-n、和配置在并联臂上的第2谐振 器102-2 102-n构成。 此外，在图12中，对第1谐振器101-1 101-n施加阴影线，这是为了易于区别第 1谐振器101-1 101-n和第2谐振器102-1 102-n，不是表示使用了不同种类(例如， FBAR和SAW)(在以下的图中也一样)。 图13所示的格形弹性波滤波器110多级地级联连接n个滤波器113-1 113-n。 滤波器113-1由分别配置在两个串联臂上的第l谐振器lll-l、lll-2，和分别配置在两个并 联臂上的第2谐振器112-l、112-2构成，该并联臂相对于串联臂形成斜交叉。第1谐振器 111-l、lll-2的谐振频率为frs，反谐振频率为fas。第2谐振器112_1、112_2的谐振频率 为frp，反谐振频率为fap。滤波器113-2 113_n也与滤波器113-1同样，分别由分别配 置在两个串联臂上的第1谐振器111-3 111-2n、和分别配置在两个并联臂上的第2谐振 器112-3 112-2n构成。 例如，在如双工器那样使用不同通频带(使信号通过的频带)的信号的情况下，通 过设置不在频带与相邻频带之间使用的频带(防护频带)，来防止干扰。但是，为了有效利 用频带，需要使该防护频带变窄。为了使防护频带变窄，高频滤波器需要有陡峭的截止特 性，而截止特性受构成滤波器的谐振器的Q值限制。 为了实现谐振器Q值的极限以上的陡峭度，提出了以下的弹性波滤波器(例如，参 照专利文献1):使用静电电容在频率比第1谐振器的反谐振频率fas低的一侧生成极点， 或者在频率比第2谐振器的谐振频率frp高的一侧生成极点。 以下，说明在频率比第1谐振器的反谐振频率fas低的一侧具有极点的现有弹性 波滤波器。图14是示出弹性波滤波器200的结构的电路图。弹性波滤波器200在输入输出端子206-l、206-2之间多级连接第1滤波器207和n_l个第2滤波器208-1 208-(n_l)。 第1滤波器207在串联臂上配置有第1谐振器201以及与第1谐振器201并联连接的电容 器205，在并联臂上配置有第2谐振器203。此外，第2滤波器208-l 208-(n-l)分别由配 置在串联臂上的第1谐振器202-1 202-(n-l)、和配置在并联臂上的第2谐振器204-1 204-(n-l)构成。 电容器205并联连接，因此第1谐振器201与第1谐振器202-1相比，反谐振点向 低频侧移动。因此，弹性波滤波器200在第1滤波器207与第2滤波器208-1 208-(n_l) 之间插入损失特性不同，作为整体具有图15所示的插入损失特性210。图15是示出弹性波 滤波器200的频率上的插入损失特性210的曲线图。为了比较，用虚线示出图12所示的弹 性波滤波器100的插入损失特性120。 在通频带的高频侧，弹性波滤波器200的插入损失特性210与弹性波滤波器100 的插入损失特性120中的极点相比，在低频侧具有新的极点211。这是因为，在弹性波滤波 器200中，并联连接有电容器205的第1谐振器201与没有连接电容器205的第1谐振器 202-1之间反谐振点不同。因此，在弹性波滤波器200的插入损失特性210中，在通频带的 高频侧得到陡峭的滤波器特性。
专利文献1 :日本特开2004-343168号公报 但是，上述现有的弹性波滤波器需要电容器，在使用作为外接芯片部件的电容器 的情况下，妨碍小型化。此外，还可以构成为在与弹性波滤波器相同的基板上集成电容器， 但需要在弹性波滤波器的制作工序中增加电容器的制作工序，导致成本增加。

发明内容
本发明的目的在于提供一种陡峭性优异而无需增加外接部件或新的制作工序的 弹性波滤波器。 本发明的第1弹性波滤波器具有第1谐振器，其配置在串联臂上，谐振频率为 frs且反谐振频率为fas ;以及第2谐振器，其配置在并联臂上，谐振频率为frp且反谐振频 率为fap ;所述第1谐振器和所述第2谐振器形成在同一基板上，所述第1谐振器的谐振频 率frs比所述第2谐振器的谐振频率frp高，所述第1谐振器的反谐振频率fas比所述第 2谐振器的反谐振频率fap高。为了解决上述问题，该弹性波滤波器的特征在于，该弹性波 滤波器具有第3谐振器，该第3谐振器在所述串联臂上相对于第1谐振器并联连接，谐振频 率为frp且反谐振频率为f即，所述第3谐振器形成在所述基板上。 该结构的弹性波滤波器在串联臂上并联配置有第1谐振器、和反谐振频率比第1 谐振器低的第3谐振器，在并联臂上配置有第2谐振器。通过并联连接第1谐振器和第3 谐振器，由此第3谐振器的反谐振频率变低。在该弹性波滤波器的频率特性中，在变低的第 3谐振器的反谐振频率上产生新的极点。通过该极点，在弹性波滤波器的通频带的低频侧， 得到陡峭的截止特性。 此外，第3谐振器与第2谐振器的谐振频率和反谐振频率相同，因此可以将压电膜 的厚度、电极的厚度等谐振器的结构设为与第2谐振器相同。因此，可以通过相同的制造工 序来形成第2谐振器和第3谐振器，能够用比图14所示的现有弹性波滤波器低的成本进行 制造。
本发明的第2弹性波滤波器具有第1谐振器，其配置在串联臂上，谐振频率为 frs且反谐振频率为fas ;第2谐振器，其配置在并联臂上，谐振频率为frp且反谐振频率 为fap ;所述第1谐振器和所述第2谐振器形成在同一基板上，所述第1谐振器的谐振频率 frs比所述第2谐振器的谐振频率frp高，所述第1谐振器的反谐振频率fas比所述第2谐 振器的反谐振频率f即高。为了解决上述问题，该弹性波滤波器的特征在于，该弹性波滤波 器具有第4谐振器，该第4谐振器在所述并联臂上相对于第2谐振器串联连接，谐振频率为 frs且反谐振频率为fas，所述第4谐振器形成在所述基板上。 该结构的弹性波滤波器在串联臂上配置有第1谐振器，在并联臂上配置有第2谐 振器、和谐振频率比第2谐振器高的第4谐振器。通过串联连接第2谐振器和第4谐振器， 由此第4谐振器的谐振频率变高。在该弹性波滤波器的频率特性中，在变高的第4谐振器 的谐振频率上产生新的极点。通过该极点，在弹性波滤波器的通频带的高频侧，得到陡峭的 截止特性。 此外，第4谐振器与第1谐振器的谐振频率和反谐振频率相同，因此可以将压电膜 的厚度、电极的厚度等谐振器的结构设为与第2谐振器相同。因此，可以通过相同的制造工 序来形成第2谐振器和第3谐振器，能够用比图14所示的增加电容器的现有弹性波滤波器 低的成本进行制造。 本发明的第3弹性波滤波器在同一基板上具有多个滤波器，该滤波器具有第1谐 振器和第2谐振器，所述第1谐振器配置在串联臂上，谐振频率为frs且反谐振频率为fas， 所述第2谐振器配置在并联臂上，谐振频率为frp且反谐振频率为f即，所述第1谐振器的 谐振频率frs比所述第2谐振器的谐振频率frp高，所述第1谐振器的反谐振频率fas比 所述第2谐振器的反谐振频率fap高，所述滤波器多级连接。为了解决上述问题，该弹性波 滤波器的特征在于，所述多级连接的滤波器中的至少一个滤波器具有第3谐振器，该第3谐 振器的谐振频率为frp且反谐振频率为f即，所述第3谐振器形成在所述基板上，在所述串 联臂上相对于第1谐振器并联连接。 该结构的弹性波滤波器在串联臂上并联配置有第1谐振器、和反谐振频率比第1 谐振器低的第3谐振器，在并联臂上配置有第2谐振器。通过并联连接第1谐振器和第3 谐振器，由此第3谐振器的反谐振频率变低。在该弹性波滤波器的频率特性中，在变低的第 3谐振器的反谐振频率上产生新的极点。通过该极点，在弹性波滤波器的通频带的低频侧， 得到陡峭的截止特性。 此外，第3谐振器与第2谐振器的谐振频率和反谐振频率相同，因此可以将压电膜
的厚度、电极的厚度等谐振器的结构设为与第2谐振器相同。因此，可以通过相同的制造工
序来形成，能够用比图14所示的现有弹性波滤波器低的成本进行制造。 此外，通过将滤波器设为多级，能够在通频带以外的频带中增大损失量。 在本发明的第3弹性波滤波器中，当将所述滤波器中的不具有第3谐振器的滤波
器的第1谐振器的静电电容设为Cs、不具有所述第3谐振器的滤波器的第2谐振器的静电
电容设为Cp、值大于0小于1的参数设为m时，还可以成为以下的结构具有所述第3谐振
器的滤波器的第1谐振器的静电电容Cs'、具有所述第3谐振器的滤波器的第2谐振器的
静电电容Cp'、所述第3谐振器的静电电容C1具有式(1) (3)的关系， Cs' = (1/m) XCs (1)
Cp' =mXCp (2)
CI = ((l_m2)/m) XCp (3)。 使用m的式(1) (3)是用于将滤波器的阻抗保持为恒定的式子。通过使用该式， 对于电路设计常数Cs、Cp、Cs' 、Cp'和C1，可以使用Cs、Cp和m这3个参数来进行电路设 计。 本发明的第4弹性波滤波器具有多个滤波器，该滤波器具有形成在基板上的第1 谐振器、和形成在所述基板上的第2谐振器，该弹性波滤波器在同一基板上具有多个滤波 器，该滤波器具有第1谐振器和第2谐振器，所述第1谐振器配置在串联臂上，谐振频率为 frs且反谐振频率为fas，所述第2谐振器配置在并联臂上，谐振频率为frp且反谐振频率 为fap，所述第1谐振器的谐振频率frs比所述第2谐振器的谐振频率frp高，所述第1谐 振器的反谐振频率fas比所述第2谐振器的反谐振频率fap高，所述滤波器多级连接。为 了解决上述问题，该弹性波滤波器的特征在于，所述多级连接的滤波器中的至少一个滤波 器具有第4谐振器，第4谐振器的谐振频率为frs且反谐振频率为fas，所述第4谐振器形 成在所述基板上，在所述并联臂上相对于第2谐振器串联连接。 该结构的弹性波滤波器在串联臂上配置有第1谐振器，在并联臂上串联配置有第 2谐振器、和谐振频率比第2谐振器高的第4谐振器。通过串联连接第2谐振器和第4谐振 器，由此第4谐振器的谐振频率变高。在该弹性波滤波器的频率特性中，在变高的第4谐振 器的谐振频率上产生新的极点。通过该极点，在弹性波滤波器的通频带的高频侧，得到陡峭 的截止特性。 此外，第4谐振器与第1谐振器的谐振频率和反谐振频率相同，因此可以将压电膜 的厚度、电极的厚度等谐振器的结构设为与第2谐振器相同。因此，可以通过相同的制造工 序来形成第2谐振器和第3谐振器，能够用比图14所示的增加电容器的现有弹性波滤波器 低的成本进行制造。 此外，通过将滤波器设为多级，能够在通频带以外的频带中增大损失量。 在本发明的第4弹性波滤波器中，当将所述滤波器中的不具有第4谐振器的滤波
器的第1谐振器的静电电容设为Cs、不具有所述第4谐振器的滤波器的第2谐振器的静电
电容设为Cp、值大于0小于1的参数设为m时，可以设为以下的结构具有所述第4谐振器
的滤波器的第1谐振器的静电电容Cs'、具有所述第4谐振器的滤波器的第2谐振器的静
电电容Cp'、所述第4谐振器的静电电容C2具有式(4) (6)的关系， Cs' = (1/m) XCs (4) Cp' =mXCp (5) C2 = ((l_m2)/m) XCp (6)。 使用m的式(4) (6)是用于将滤波器的阻抗保持为恒定的式子。通过使用该式， 对于电路设计常数Cs、Cp、Cs' 、Cp'和C2，可以使用Cs、Cp和m这3个参数来进行电路设 计。 在本发明的第1和第3弹性波滤波器中，还可以设为以下的结构所述第1谐振 器、所述第2谐振器和所述第3谐振器是弹性表面波谐振器，或压电薄膜谐振器。
在本发明的第2和第4弹性波滤波器中，还可以设为以下的结构所述第1谐振 器、所述第2谐振器和所述第4谐振器是弹性表面波谐振器，或压电薄膜谐振器。
在本发明的第l和第3弹性波滤波器中，还可以设为以下的结构所述基板是铁电 体单晶基板或铁电体压电陶瓷基板，所述第1谐振器、所述第2谐振器和所述第3谐振器是 体波压电谐振器。 此外，在本发明的第2和第4弹性波滤波器中，还可以设为以下的结构所述基板 是铁电体单晶基板或铁电体压电陶瓷基板，所述第1谐振器、所述第2谐振器和所述第4谐 振器是体波压电谐振器。 此外，本发明的双工器具有发送用滤波器；以及接收用滤波器，其通频带与所述 发送用滤波器不同，所述发送用滤波器和所述接收用滤波器使用上述弹性波滤波器来构 成。 在该结构中，上述弹性波滤波器具有陡峭的截止特性，因此即使双工器中的发送 用滤波器和接收用滤波器间的防护频带进一步变窄，也能够进行滤波。因此，能够有效地利 用频带。 此外，本发明的通信机具有天线；与所述天线连接的上述双工器；以及与所述双 工器连接的信号处理部。 根据本发明，能够提供一种陡峭性优异而无需增加外接部件或新的制作工序的弹 性波滤波器。


曲线图。
率特性的
曲线图。
率特性的
图1是示出本发明实施方式1的弹性波滤波器的结构的电路图。
图2是示出构成本发明实施方式1的弹性波滤波器的谐振器的结构的剖面图,
图3A是示出本发明实施方式1的弹性波滤波器的制造工序的剖面图。
图3B是示出图3A的下一工序的咅l 图3C是示出图3B的下一工序的咅l 图3D是示出图3C的下一工序的咅l 图3E是示出图3D的下一工序的咅l 图3F是示出图3E的下一工序的咅l 图3G是示出图3F的下一工序的咅l 图3H是示出图3G的下一工序的咅l
面图, 面图, 面图, 面图, 面图, 面图, 面图,
图4是示出构成本发明实施方式1的弹性波滤波器的谐振器的阻抗的频率特性的
图5是示出构成本发明实施方式1的弹性波滤波器的第1滤波器的插入损失的频 曲线图。
图6是示出本发明实施方式2的弹性波滤波器的结构的电路图。
图7是示出构成本发明实施方式2的弹性波滤波器的谐振器的阻抗的频率特性的
图8是示出构成本发明实施方式2的弹性波滤波器的第1滤波器的插入损失的频 曲线图。
图9是示出本实施方式3的通信机的结构的框图。 图10是示出本实施方式3的双工器的结构的电路图。
图11A是示出本实施方式3的双工器的特性的曲线图。
图11B是图11A的部分放大图。 图12是示出现有的梯形弹性波滤波器的结构的电路图。 图13是示出现有的格形弹性波滤波器的结构的电路图。 图14是示出现有的另一梯形弹性波滤波器的结构的电路图。 图15是示出现有的另一梯形弹性波滤波器的插入损失的频率特性的曲线图。 标号说明 la、lb :弹性波滤波器;2a-l、2a-2、2b-l、2b-2、3a-l、3a-2、3b-l、3b-2 :第1谐振 器；4a-l、4a-2、4b-l、4b-2、5a-l、5a-2、5b-l、5b-2 :第2谐振器；6-l、6-2 :第3谐振器；7-1、 7-2 :第4谐振器；8-l、8-2、9-l、9-2 :合成谐振器；10-l、10-2 :第1滤波器；lla-l、lla-2、 11b-l、llb-2 :第2滤波器；12-l、12-2 :第3滤波器；13a、13a :输入端子；14a、14b :输出端
子；21 27、51 57、91 94 :特性；31 :基板；32 :空隙；33 :下部电极；34 :压电膜；35 : 上部电极；36 :质量负载膜；41 :硅基板；42、44 :金属膜；43 :A1N膜；45 :绝缘膜；61 :天线； 62 :双工器；63 :发送侧信号处理部；64 :接收侧信号处理部；65 :麦克风；66 :扬声器；67 :
发送用滤波器；68 :接收用滤波器；74、75、77、78 :滤波器；76 :移相器；79 82 :滤波器。
具体实施例方式
以下将参照附图来说明本发明实施方式的弹性波滤波器、使用该弹性波滤波器的
双工器以及使用该双工器的通信机。(实施方式1) 图1是示出本发明实施方式1的梯形弹性波滤波器la的结构的电路图。弹性波 滤波器la从输入端子13a观察在输入端子13a与输出端子14a之间，在第1级和第4级上 配置有第1滤波器10-1、10-2，在第2级和第3级上配置有第2滤波器11a-l、lla-2，分别 级联连接。第1滤波器10-1 、10-2和第2滤波器11a-l、lla-2是带通滤波器。
第1滤波器10-1具有配置在串联臂上的合成谐振器8-l、和配置在并联臂上的第 2谐振器4a-l。合成谐振器8-1由第1谐振器2a-l、和与第1谐振器2a_l并联连接的第3 谐振器6-l构成。同样地，第1滤波器10-2具有配置在串联臂上的合成谐振器8-2、和配置 在并联臂上的第2谐振器4a-2。合成谐振器8-2由第1谐振器2a-2、和与第1谐振器2a-2 并联连接的第3谐振器6-2构成。 第2滤波器lla-l具有配置在串联臂上的第1谐振器3a-l、和配置在并联臂上的 第2谐振器5a-l。同样地，第2滤波器11a-2具有配置在串联臂上的第1谐振器3a-2、和 配置在并联臂上的第2谐振器5a-2。 第1谐振器2a-l、2a-2、3a-l、3a-2的谐振频率为frs，反谐振频率为fas。此夕卜， 第2谐振器4a-l、4a-2、5a-l、5a-2和第3谐振器6_1、6_2的谐振频率为frp，反谐振频率为 fap。谐振频率frs比谐振频率frp高，反谐振频率fas比反谐振频率fap高。此外，反谐 振频率fas是与谐振频率frp相同程度的频率。 第1谐振器2a-l、2a-2、3a-l、3a-2，第2谐振器4a-l、4a-2、5a-l、5a-2和第3谐振 器6-l、6-2由FBAR构成。FBAR构成为在两个电极之间配置有压电膜，具有静电电容。第2 滤波器11a-l、lla-2的第1谐振器3a-l、3a-2的静电电容为Cs。第2滤波器11a-l、lla-2的第2谐振器5a-l、5a-2的静电电容为Cp。这些第1谐振器3a-l、3a-2的静电电容Cs以 及第2谐振器5a-l、5a-2的静电电容Cp也可以是与如图12所示的现有滤波器的谐振器相 同的静电电容。 第1滤波器10-1 、10-2的第1谐振器2a-l、2a-2的静电电容为Cs'。第1滤波 器10-1、10-2的第2谐振器4a-l、4a-2的静电电容为Cp'。第1滤波器10-1、 10-2的第 3谐振器6-l、6-2的静电电容为Cl。第l谐振器2a-l、2a-2的静电电容Cs'，第2谐振 器4a-l、4a-2的静电电容Cp'和第3谐振器6_1、6_2的静电电容Cl分别形成为以下的式 (1) (3)成立。 Cs' = (1/m) XCs (式1) Cp' =mXCp (式2)
Cl = ((l_m2)/m) XCp (式3) 这里，m大于0且小于l。此外，在m小于0.5时，容易减小通频带以外的插入损 失，因此优选m为0.5以上。根据该关系式，即使m变化也可以使弹性波滤波器la的阻抗 恒定。即，通过使用该关系式，可以仅将Cs 、 Cp和m作为参数来进行电路设计。
谐振器的静电电容由谐振器的面积(上部电极和下部电极重合区域的面积)确 定。因此，第1谐振器、第2谐振器和第3谐振器的静电电容，使用式(1) (3)，由后述的 图2所示的上部电极34和下部电极33的重合面积来确定。 图2是示出在一个基板上形成有构成弹性波滤波器la的第1滤波器10-1的第1 谐振器2a-l和第2谐振器4a-l的情况的例子的剖面图。作为基板31，使用硅基板或石英 基板。在基板31上，在形成第1谐振器2a-l、第2谐振器4a-l和第3谐振器6_1的区域形 成有空隙32。在基板31上，以覆盖空隙32的方式形成有下部电极33。在下部电极33上， 形成有压电膜34。在压电膜34上形成有上部电极35。在图2中，对于第l谐振器2a-l、第 2谐振器4a-l和第3谐振器6-1，下部电极33和上部电极35对置。通过在下部电极33与 上部电极35之间施加高频电压，作为谐振器而工作。 在第2谐振器4a-l和第3谐振器6_1的上部电极35上形成有质量负载膜36。质 量负载膜36的重量施加到第2谐振器4a-l和第3谐振器6_1的压电膜34上。因此，第2 谐振器4a-l和第3谐振器6-1的施加给压电膜34的压力大于第1谐振器2a_l的施加给压 电膜34的压力。结果，第2谐振器4a-l和第3谐振器6_1的谐振频率比第1谐振器2a-l 低。 此外，第1谐振器2a-2、3a-l、3a-2与第1谐振器2a-1结构相同。第2谐振器4a-2、 5a-l、5a-2与第2谐振器4a_l结构相同，第3谐振器6_2与第3谐振器6_1结构相同。这 些全部形成在一个基板31上。 接着，对弹性波滤波器la的制造方法进行说明。图3A 图3H是示出弹性波滤波 器la的制造工序的剖面图。首先，如图3A所示，在0. 6 1. 2Pa压力下的Ar气氛中，通过 溅射在硅基板41上形成金属膜42。接着，如图3B所示，使用光刻法对金属膜42进行蚀刻 来形成期望形状的下部电极33。接着，如图3C所示，在大约0. 3Pa的压力下，在Ar/N2混合 气氛中，使用Al靶在下部电极33和硅基板41上溅射形成A1N膜43。接着，如图3D所示， 在0. 6 1. 2Pa压力下的Ar气氛中，在A1N膜43上溅射形成金属膜44，进而在该金属膜 44上溅射形成绝缘膜45。
接着，如图3E所示，对绝缘膜45进行蚀刻(湿蚀刻或干蚀刻)来形成质量负载部 36。接着，如图3F所示，对金属膜44进行蚀刻来形成上部电极35。 接着，如图3G所示，对A1N膜43进行蚀刻来形成压电膜34。接着，通过干蚀刻，从 背面通过蚀刻来除去硅基板41的作为第1谐振器、第2谐振器和第3谐振器的区域，从而 形成形成有如图3H所示的空隙32的基板31。最后，虽未图示，但通过适当连接各谐振器的 上部电极和下部电极，来完成弹性波滤波器la。 接着，对图1所示的弹性波滤波器la的第1滤波器10-1进行详细说明。图4是 示出谐振器的阻抗的频率特性的曲线图。特性21是第l谐振器2a-l单体的特性。特性 22是第2谐振器4a-l单体的特性，第3谐振器6_1单体也是同样的特性。特性23是对第 1谐振器2a-l和第3谐振器6-1进行合成后的合成谐振器8-1的特性。在特性21中，第1 谐振器2a-l的阻抗在谐振频率frs处为最小(谐振)，在反谐振频率fas处为最高(反谐 振)。在特性22中，第2谐振器4a-l的阻抗在谐振频率frp处为最小(谐振)，在反谐振 频率f即处为最高(反谐振)。 在特性23中，合成谐振器8-1的阻抗在第1谐振器2a-l的谐振频率frs、和第3 谐振器6-l的谐振频率frp处为极小(谐振)。此外，合成谐振器8-l的阻抗在比第l谐 振器2a-l的反谐振频率fas低的频率侧的频率fl、和比第3谐振器6_1的反谐振频率f即 低的频率侧的频率f2处，为极大(反谐振)。 合成谐振器8-1的阻抗在频率fl处成为极大，是因为在第1谐振器2a-l的反谐 振频率fas附近的频带上，第1谐振器2a-l作用为谐振器，第3谐振器6_1作用为电容器， 从而反谐振频率变低。同样地，合成谐振器8-1在频率f2处反谐振，是因为在第3谐振器 6-1的反谐振频率f即附近的频带上，第1谐振器2a-l作用为电容器，第3谐振器6-1作用 为谐振器，从而反谐振频率变低。 图5是示出第1滤波器10-1单体的插入损失的频率特性24的曲线图，该第1滤 波器10-1在串联臂上配置有具有这种特性23的合成谐振器8-1，在并联臂上配置有第2谐 振器4a-l。此外，为了比较，在图5中用虚线示出图12所示的现有梯形弹性波滤波器100 的l级的特性25。 特性24除了在频率frp以外在频率f2上具有极点。由于在频率f2上具有极点， 如下所示，在特性24的通频带的低频侧，特性24的滤波器特性比现有的特性25陡峭。如 图4的特性23所示，合成谐振器8-1的阻抗在从作为反谐振频率的频率f2到作为谐振频 率的频率frs的范围，接近特性21所示的第1谐振器2a-l的阻抗。S卩，如图5所示，弹性 波滤波器la的特性24在从频率f2到作为谐振频率的频率frs的范围，接近如图12所示 的现有弹性波滤波器100的特性25，结果，滤波器的截止特性变得陡峭。
利用该结构，第1滤波器10-1即使仅为1级也可以使滤波器的截止特性变得陡 峭。 此外，对于特性24，在特性25中频率fas处具有的极点移动到低频侧的频率fl。
如上所述，本实施方式的弹性波滤波器在通频带的低频侧具有陡峭的截止特性， 而不用增加外接部件或新的制作工序。因此，能够有效利用频带。
(实施方式2) 图6是示出本发明实施方式2的梯形弹性波滤波器lb的结构的电路图。弹性波滤波器lb从输入端子13b观察，在输入端子13b和输出端子14b之间，在第1级和第4级 配置有第3滤波器12-1、12-2，在第2级和第3级配置有第2滤波器llb-l、llb_2，分别级 联连接。第3滤波器12-1、 12-2和第2滤波器llb-l、llb-2为带通滤波器。
第3滤波器12-1具有配置在串联臂上的第1谐振器2b-l、和配置在并联臂上的 合成谐振器9-1。合成谐振器9-1由第2谐振器4b-l、和与第2谐振器4b-l串联连接的第 4谐振器7-1构成。同样地，第3滤波器12-2具有配置在串联臂上的第1谐振器2b-2、和 配置在并联臂上的合成谐振器9-2。合成谐振器9-2由第2谐振器4b-2、和与第2谐振器 4b-2串联连接的第4谐振器7-2构成。 第2滤波器llb-l具有配置在串联臂上的第1谐振器3b-l、和配置在并联臂上的 第2谐振器5b-l。同样地，第2滤波器11b-2具有配置在串联臂上的第1谐振器3b-2、和 配置在并联臂上的第2谐振器5b-2。 第1谐振器2b-l、2b-2、3b-l、3b-2和第4谐振器7_1、7_2的谐振频率为frs，反谐 振频率为fas。此外，第2谐振器4b-l、4b-2、5b-l、5b-2的谐振频率为frp，反谐振频率为 fap。谐振频率frs比谐振频率frp高，反谐振频率fas比反谐振频率fap高。此外，反谐 振频率fas是与谐振频率frp相同程度的频率。 第1谐振器2b-l、2b-2、3b-l、3b-2，第2谐振器4b-l、4b-2、5b-l、5b-2和第4谐振 器7-l、7-2由FBAR构成。FBAR构成为在两个电极之间配置有压电膜，具有静电电容。第2 滤波器11b-l、llb-2的第1谐振器3b-l、3b-2的静电电容为Cs。第2滤波器11b-l、llb-2 的第2谐振器5b-l、5b-2的静电电容为Cp。第1谐振器3b-l、3b-2的静电电容Cs以及第 2谐振器5b-l、5b-2的静电电容Cp也可以是与如图12所示的现有滤波器的谐振器相同的 静电电容。 第3滤波器12-l、12-2的第l谐振器2b-l、2b-2的静电电容为Cs'。第3滤波 器12-l、12-2的第2谐振器4b-l、4b-2的静电电容为Cp'。第3滤波器12_1、 12_2的第 4谐振器7-l、7-2的静电电容为C2。第l谐振器2b-l、2b-2的静电电容Cs'，第2谐振 器4b-l、4b-2的静电电容Cp'和第4谐振器7-l、7-2的静电电容C2分别形成为以下的式 (4) (6)成立。 Cs' = (1/m) XCs (式4) Cp' =mXCp (式5)
C2 = ((l_m2)/m) XCs (式6) 此处，m大于0且小于l。此外，在m小于0.5时，容易减小通频带以外的插入损
失，因此优选m为0.5以上。根据该关系式，即使m变化也可以使弹性波滤波器lb的阻抗
恒定。即，通过使用该关系式，可以仅将Cs 、 Cp和m作为参数来进行电路设计。第1谐振器2b-l、2b-2、3b-l、3b-2以及第4谐振器7_1、7_2的结构与图2所示的
第1谐振器2a-l相同，第2谐振器4b-l、4b-2、5b-l、5b-2的结构与图2所示的第2谐振器
4a-l相同，省略说明。此外，弹性波滤波器lb的制造方法与弹性波滤波器la的制造方法相
同，因此省略说明。 接下来，对图6所示的弹性波滤波器lb的第3滤波器12-1进行详细说明。图7是 示出谐振器的阻抗的频率特性的曲线图，特性51是第1谐振器2b-l单体的特性，第4谐振 器7-1单体也是同样的特性。特性52是第2谐振器4b-l的特性。特性53是对第2谐振器4b-l和第4谐振器7-1进行合成后的合成谐振器9-1的特性。在特性51中，第1谐振 器2b-l的阻抗在谐振频率frs处为最小(谐振)，在反谐振频率fas处为最高(反谐振)。 在特性52中，第2谐振器4b-l的阻抗在谐振频率frp处为最小(谐振)，在反谐振频率fap 处为最高(反谐振)。 在特性53中，合成谐振器9-1的阻抗在第2谐振器4b-l的反谐振频率fas、和第 4谐振器7-l的反谐振频率f即处为极大(反谐振)。此外，合成谐振器9-l的阻抗在比第 2谐振器4b-l的谐振频率frp高的频率侧的频率f3、和比第4谐振器7-1的谐振频率frs 高的频率侧的频率f4处，成为极小(谐振)。 合成谐振器9-l的阻抗在频率f3处成为极小，是因为在第2谐振器4b-l的谐振 频率frp附近的频带上，第2谐振器4b-l作用为振子，第4谐振器7-1作用为电容器，从而 谐振频率变高。同样地，合成谐振器9-1在频率f4处谐振，是因为在第4谐振器7-1的谐 振频率frs附近的频带上，第2谐振器4b-l作用为电容器，第4谐振器7-1作用为谐振器， 从而谐振频率变高。 图8是示出第3滤波器12-1单体的插入损失的频率特性54的曲线图，第3滤波 器12-1在并联臂上配置有具有这种特性53的合成谐振器9-l，在串联臂上配置有第1谐振 器2b-l。此外，为了比较，在图8中用虚线示出图12所示的现有梯形弹性波滤波器100的 l级的特性55。 特性54除了频率fas以外在频率f4上具有极点。由于在频率f4上具有极点，如 下所示，在特性54的通频带的高频侧，特性54的滤波器特性比现有的特性55陡峭。如图7 的特性53所示，合成谐振器9-1的阻抗在从作为谐振频率的频率f4到作为反谐振频率的 频率fap的范围，接近特性52所示的第2谐振器4b-l的阻抗。S卩，如图8所示，弹性波滤 波器lb的特性54在从频率f4到作为反谐振频率的频率fap的范围，接近图12所示的现 有弹性波滤波器100的特性55，结果，滤波器的截止特性变得陡峭。
此外，对于特性54，特性55在频率frp上具有的极点移动到高频侧的频率f3。
如上所述，本实施方式的弹性波滤波器在通频带的低频侧具有陡峭的截止特性。
此外，在实施方式1和2中，对第1滤波器10-1、10-2，第2滤波器11a-l、lla-2、 11b-l、llb-2以及第3滤波器12-1 、12-2为梯形弹性波滤波器的情况进行了说明，但是不限 于此，例如作为格形弹性波滤波器也可得到同样的效果。 此外，在实施方式1和2中示出了谐振器为FBAR的例子，但例如也可以是SAW或
SMR。此外，也可以是在一个铁电体单晶基板或铁电体压电陶瓷基板上制作的体波压电谐振
器。在使用SAW的情况下，静电电容由梳状电极的梳齿的数目等确定。 此外，在实施方式1和2中，示出了弹性波滤波器la、 lb由4级滤波器构成的例子，
但如果包含第1滤波器或第3滤波器，则无论是几级都能得到改善滤波器的截止特性的效
果。此外，第1滤波器或第3滤波器也可以多级连接。(实施方式3) 图9是示出本发明实施方式3的通信机60的结构图。通信机60具有天线61、双 工器62、发送侧信号处理部63、接收侧信号处理部64、麦克风65和扬声器66。双工器62 具有使用实施方式1或2的弹性波滤波器形成的发送用滤波器67和接收用滤波器68。接 收用滤波器68具有与发送用滤波器67的通频带不同的通频带(接收频带)。
14
麦克风65将声音转换成声音信号，将声音信号输入到发送侧信号处理部63。发送 侧信号处理部63生成对声音信号进行调制后的发送信号。双工器62将由发送侧信号处理 部63生成的发送信号输入到天线61。 天线61将发送信号转换成电波进行输出。此外，天线61将电波转换成作为电信 号的接收信号，将接收信号输入到双工器62。在双工器62中，接收用滤波器68使接收频 带的接收信号通过，输入到接收侧信号处理部64中。另一方面，发送用滤波器67由于通频 带与接收频带不同，因此不使接收信号通过。因此，接收信号不会输入到发送侧信号处理部
63。 接收侧信号处理部64对接收信号进行检波、放大等处理，生成声音信号。扬声器66将
声音信号转换成声音进行输出。 图10是示出本发明的双工器62的结构的电路图。天线接口 73与发送接口 71和 接收接口72连接。天线接口 73可连接到图9所示的天线61。发送接口71可连接到图9 所示的发送侧信号处理部63。此外，接收接口 72可连接到图9所示的接收侧信号处理部64。 在发送接口 71和天线接口 73之间，配置有发送用滤波器67。发送用滤波器67通 过连接滤波器74、滤波器75来构成。滤波器74具有实施方式2所示的第3滤波器12_1、 和连接在并联臂上的线圈79。滤波器75具有多级连接的第2滤波器11b-l、和连接在并联 臂上的线圈80。 此外，静电电容为0. 5Cs的谐振器是串联连接了两个静电电容为Cs的谐振器的情 况，静电电容为2Cp的谐振器是并联连接了两个静电电容为Cp的谐振器的情况。因此，滤 波器75是第2滤波器llb-l三级连接的结构。接收用滤波器67是第3滤波器12-1、和第 2滤波器llb-l多级连接的实施方式2所示的梯形弹性波滤波器lb。此外，配置在并联臂 上的线圈79和80是封装的电感成分。 在天线接口 73与接收接口 72之间，配置有发送用滤波器67和移相器76。移相 器76对从天线接口 73输入的信号的相位进行移动。接收用滤波器68通过连接滤波器77、 滤波器78来构成。滤波器77具有实施方式1所示的第1滤波器10-1、和连接在并联臂上 的线圈81。滤波器78具有5级连接的第2滤波器lla-l、和线圈82。即，接收用滤波器68 是第1滤波器10-1和第2滤波器lla-l多级连接的实施方式1所示的梯形弹性波滤波器 la。此外，配置在并联臂上的线圈81和82是封装的电感成分。 接收用滤波器68具有与发送用滤波器67不同的通频带。图11A是示出发送用滤 波器67和接收用滤波器68各自的插入损失的频率特性91、92的曲线图。为了比较，用虚 线示出使用图12所示的现有滤波器形成的发送用滤波器和接收用滤波器各自的插入损失 的频率特性93、94。图11B是对图11A的频率1. 9GHz至1. 94GHz放大后的曲线图。
发送用滤波器67的通频带与接收用滤波器68的通频带相比，位于低频侧。通过 用弹性波滤波器lb构成发送用滤波器67，由此在通频带的高频侧，特性91的截止特性变陡 峭。此外，通过用弹性波滤波器la构成接收用滤波器68，由此在通频带的低频侧，特性92 的截止特性变陡峭。 因此，即使发送用滤波器67的通频带和接收用滤波器68的通频带接近，例如，发 送信号也不会进入图9所示的接收侧信号处理部64。因此，通过使发送用滤波器67的通频 带和接收用滤波器68的通频带接近，可以使所使用的频带变窄，能够有效地利用频带。
产业上的可利用性 本发明的弹性波滤波器具有滤波器的截止特性陡峭的效果，可以用于弹性波滤波 器、双工器和通信机等。
权利要求
一种弹性波滤波器，该弹性波滤波器具有第1谐振器，其配置在串联臂上，谐振频率为frs且反谐振频率为fas；以及第2谐振器，其配置在并联臂上，谐振频率为frp且反谐振频率为fap；所述第1谐振器和所述第2谐振器形成在同一基板上，所述第1谐振器的谐振频率frs比所述第2谐振器的谐振频率frp高，所述第1谐振器的反谐振频率fas比所述第2谐振器的反谐振频率fap高，该弹性波滤波器的特征在于，该弹性波滤波器具有第3谐振器，该第3谐振器在所述串联臂上相对于第1谐振器并联连接，谐振频率为frp且反谐振频率为fap，所述第3谐振器形成在所述基板上。
2. —种弹性波滤波器，该弹性波滤波器具有第1谐振器，其配置在串联臂上，谐振频率为frs且反谐振频率为fas ;第2谐振器，其配置在并联臂上，谐振频率为frp且反谐振频率为fap ;所述第1谐振器和所述第2谐振器形成在同一基板上，所述第1谐振器的谐振频率frs比所述第2谐振器的谐振频率frp高，所述第1谐振器的反谐振频率fas比所述第2谐振器的反谐振频率f即高，该弹性波滤波器的特征在于，该弹性波滤波器具有第4谐振器，该第4谐振器在所述并联臂上相对于第2谐振器串 联连接，谐振频率为frs且反谐振频率为fas， 所述第4谐振器形成在所述基板上。
3. —种弹性波滤波器，该弹性波滤波器在同一基板上具有多个滤波器，该滤波器具有 第1谐振器和第2谐振器，所述第1谐振器配置在串联臂上，谐振频率为frs且反谐振频率 为fas，所述第2谐振器配置在并联臂上，谐振频率为frp且反谐振频率为f即，所述第1谐振器的谐振频率frs比所述第2谐振器的谐振频率frp高， 所述第1谐振器的反谐振频率fas比所述第2谐振器的反谐振频率f即高， 所述滤波器多级连接， 该弹性波滤波器的特征在于，所述多级连接的滤波器中的至少一个滤波器具有第3谐振器，该第3谐振器的谐振频 率为frp且反谐振频率为f即，所述第3谐振器形成在所述基板上，在所述串联臂上相对于第1谐振器并联连接。
4. 根据权利要求3所述的弹性波滤波器，其中，当将所述滤波器中的不具有第3谐振器的滤波器的第1谐振器的静电电容设为Cs、 不具有所述第3谐振器的滤波器的第2谐振器的静电电容设为Cp、 值大于O小于l的参数设为m时，具有所述第3谐振器的滤波器的第1谐振器的静电电容Cs'、 具有所述第3谐振器的滤波器的第2谐振器的静电电容Cp'、 和所述第3谐振器的静电电容C1具有式(1) (3)的关系， Cs' = (1/m) XCs (1) Cp' =mXCp (2)<formula>formula see original document page 3</formula>
5. —种弹性波滤波器，该弹性波滤波器具有多个滤波器，该滤波器具有形成在基板上 的第1谐振器和形成在所述基板上的第2谐振器，该弹性波滤波器在同一基板上具有多个滤波器，该滤波器具有第1谐振器和第2谐振 器，所述第1谐振器配置在串联臂上，谐振频率为frs且反谐振频率为fas，所述第2谐振器 配置在并联臂上，谐振频率为frp且反谐振频率为f即，所述第1谐振器的谐振频率frs比所述第2谐振器的谐振频率frp高，所述第1谐振器的反谐振频率fas比所述第2谐振器的反谐振频率f即高，所述滤波器多级连接，该弹性波滤波器的特征在于，所述多级连接的滤波器中的至少一个滤波器具有第4谐振器，该第4谐振器的谐振频 率为frs且反谐振频率为fas，所述第4谐振器形成在所述基板上，在所述并联臂上相对于第2谐振器串联连接。
6. 根据权利要求5所述的弹性波滤波器，其中，当将所述滤波器中的不具有第4谐振器的滤波器的第1谐振器的静电电容设为Cs、 不具有所述第4谐振器的滤波器的第2谐振器的静电电容设为Cp、 值大于O小于l的参数设为m时，具有所述第4谐振器的滤波器的第1谐振器的静电电容Cs'、 具有所述第4谐振器的滤波器的第2谐振器的静电电容Cp'、 和所述第4谐振器的静电电容C2具有式(4) (6)的关系， Cs' = (1/m) XCs (4) Cp' =mXCp (5) C2 = ((l-m2)/m) XCp(6)。
7. 根据权利要求1、3或4的任意一项所述的弹性波滤波器，其中，所述第1谐振器、所 述第2谐振器和所述第3谐振器是弹性表面波谐振器，或压电薄膜谐振器。
8. 根据权利要求2、5或6的任意一项所述的弹性波滤波器，其中，所述第1谐振器、所 述第2谐振器和所述第4谐振器是弹性表面波谐振器，或压电薄膜谐振器。
9. 根据权利要求1、3或4的任意一项所述的弹性波滤波器，其中， 所述基板是铁电体单晶基板或铁电体压电陶瓷基板，所述第1谐振器、所述第2谐振器和所述第3谐振器是体波压电谐振器。
10. 根据权利要求2、5或6的任意一项所述的弹性波滤波器，其中， 所述基板是铁电体单晶基板或铁电体压电陶瓷基板，所述第1谐振器、所述第2谐振器和所述第4谐振器是体波压电谐振器。
11. 一种双工器，其中，该双工器具有 发送用滤波器；以及接收用滤波器，其通频带与所述发送用滤波器不同，所述发送用滤波器和所述接收用滤波器使用权利要求1 10中任意一项所述的弹性 波滤波器来构成。
12. —种通信机，其中，该通信机具有天线；与所述天线连接的权利要求11所述的双工器；以及 与所述双工器连接的信号处理部。
全文摘要
本发明提供陡峭性优异而无须增加外接部件或新的制作工序的弹性波滤波器。在同一基板上具有多个滤波器(10-1)，该滤波器(10-1)具有第1谐振器(2a-1)和第2谐振器(4a-1)，该第1谐振器(2a-1)配置在串联臂上，谐振频率为frs且反谐振频率为fas，该第2谐振器(4a-1)配置在并联臂上，谐振频率为frp且反谐振频率为fap，第1谐振器的谐振频率frs比第2谐振器的谐振频率frp高，第1谐振器的反谐振频率fas比第2谐振器的反谐振频率fap高，滤波器(10-1)多级连接。多级连接的滤波器中的至少一个滤波器(10-1)具有谐振频率为frp且反谐振频率为fap的第3谐振器(6-1)，第3谐振器(6-1)形成在基板上，在串联臂上相对于第1谐振器(2a-1)并联连接。
文档编号H03H9/72GK101785184SQ200780100318
公开日2010年7月21日 申请日期2007年8月23日 优先权日2007年8月23日
发明者上田政则, 原基扬, 坂下武, 岩城匡郁, 横山刚, 西原时弘, 谷口真司 申请人:富士通株式会社