Piezoelectric filter
专利汇可以提供Piezoelectric filter专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且PURPOSE: To provide a piezoelectric filter of a double mode structure in which a wide band can be obtained, the temperature change of a frequency can be small, and a spurious characteristic or group delay characteristic can be satisfactory by realizing the double structure using a piezoelectric substrate in a thickness-shear vibration mode constituted of LiTaO
3 single crystal, and applying a dumping material on a vibrating electrode.
CONSTITUTION: In a filter element 1, two double mode resonators of thickness- shear vibration are formed on the piezoelectric substrate constituted of one LiTaO
3 crystal. A terminal electrode for input (or output), the terminal electrode for output (or input), and the vibrating electrode are formed at the tip parts of the surface of the piezoelectric substrate. A recessed part 21 for housing the filter element 1 is formed on the upper face of a case 20, and silicon gel 25 for covering the vibrating part of the filter element 1 is applied in the recessed part 21. The spurious of the LiTaO
3 crystal is large, the thickness-shear vibration mode is used as a vibration mode, and the damping material is applied on the vibrating electrode, so that the spurious can be effectively reduced.
COPYRIGHT: (C)1994,JPO，下面是Piezoelectric filter专利的具体信息内容。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は二重モード構造の圧電フィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、通信機などの市場では、広帯域でかつ周波数の温度変化が小さいＭＨｚ帯のフィルタの要求が高まっている。 従来、ＭＨｚ帯で使用されるフィルタとして、スプリアス特性が良好で製造の容易な二重モードフィルタが知られている。 このフィルタの材料としては、圧電セラミックスあるいは水晶を用いたものがある。 しかしながら、圧電セラミックスを用いた二重モードフィルタでは、実用温度範囲（−２０℃〜８０℃）における周波数の温度変化が大きいため、高精度のフィルタを得にくい欠点がある。 一方、水晶を用いた二重モードフィルタでは、周波数の温度変化を非常に小さくできる反面、帯域幅が狭過ぎ、市場の要求に応えきれない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】そこで、圧電セラミックスに比べて周波数の温度変化が小さく、水晶に比べて結合係数が大きいＬｉＴａＯ 3単結晶（結合係数ｋ 15 ＝
４６，温度係数Ｔ c ＝２ppm/℃) を用いて二重モードフィルタを製作することが考えられる。 この場合には、温度特性に優れ、広帯域のフィルタを得ることが可能である。 しかしながら、ＬｉＴａＯ 3単結晶は圧電セラミックスに比べてＱが大きいため（ＬｉＴａＯ 3単結晶のＱ
＝5000, ＰＺＴのＱ＝1000）、トップ波形がいびつであり群遅延偏差が大きくなる恐れがある。 また、不要振動が励振されやすく、スプリアスが大きくなりやすい。 そこで、本発明の目的は、広帯域でかつ周波数の温度変化が小さく、しかもスプリアス特性や群遅延特性の良好な二重モード構造の圧電フィルタを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明の圧電フィルタは、ＬｉＴａＯ 3単結晶よりなる厚みすべり振動モードの圧電基板を用い、この圧電基板に二重モード構造の振動電極を設けるとともに、少なくとも上記振動電極上にダンピング材を塗布したものである。
【０００５】
【作用】圧電セラミックス（ＰＺＴ）を用いた二重モードフィルタの周波数の温度変化率は約±０．２％であるのに対し、ＬｉＴａＯ 3単結晶を用いた二重モードフィルタの周波数の温度変化率は約±０．０５％であり、約４倍に高精度化できる。 また、水晶を用いた二重モードフィルタの３ｄＢ帯域幅は０．０２〜０．２％であるのに対し、ＬｉＴａＯ 3単結晶を用いた場合は２〜４％であり、１０〜２００倍の広帯域化が可能である。 また、
ＬｉＴａＯ 3単結晶はスプリアスが大きいが、振動モードとして他の振動モードに比べてスプリアスが小さい厚みすべり振動モードを用い、かつ振動電極上にダンピング材を塗布することにより、スプリアスを効果的に低減できる。 また、ダンピング材の塗布により、Ｑを小さくし、トップ波形を丸くでき、かつ群遅延偏差を小さくできる効果もある。
【０００６】圧電単結晶はｄ定数が小さいためダンピングの影響を受けやすく、シリコーンゴムのような公知のダンピング材を用いると、主振動のレスポンスが小さくなり過ぎ、損失が大きくなる。 また、ダンピング材の諸特性（例えば硬さ等）の変化にも敏感に反応するため、
損失の温度変化が大きくなる欠点がある。 そこで、ダンピング材としてシリコーンゲルを用いると、ダンピング効果が小さいため損失が少なくなり、また損失の温度変化も小さくなる。
【０００７】
【実施例】図１，図２は本発明にかかる圧電フィルタの一例を示す。 この圧電フィルタは、フィルタ素子１と、
フィルタ素子１を収容したケース１０と、ケース２０の開口部を閉鎖するカバー３０とで構成されている。
【０００８】フィルタ素子１は、図３に示されるように、１枚の圧電基板２に厚みすべり振動の二重モード共振子を２個形成したものであり、圧電基板２としてはＬ
ｉＴａＯ 3単結晶のＸ板をＹ軸から−５７°±０．５°
の角度で切り出したものを用いている。 圧電基板２の表面の両端部には入力用（または出力用）の端子電極３と出力用（または入力用）の端子電極４とが形成され、表面の中央部寄りの位置には端子電極３，４と導通する振動電極５，６が夫々形成されている。 また、振動電極５，６の近傍には、夫々対をなす振動電極７，８が隣接して形成され、これら振動電極７，８は互いに導通している。 圧電基板２の裏面には、振動電極５，６と対向する幅広な振動電極９と、振動電極６，８と対向する幅広な振動電極１０とが形成され、これら振動電極９，１０
はアース用の端子電極１１を介して導通している。
【０００９】ケース２０はアルミナ磁器のようなセラミックス材料よりなり、その上面にはフィルタ素子１を収容する凹所２１が形成されている。 ケース２０の両端部および中央部の外周面および凹所２１の内面には、引出電極２２，２３，２４が幅方向に形成されている。 フィルタ素子１はケース２０の凹所２１に収容されるとともに、導電性接着剤（図示せず）で固定される。 この時、
フィルタ素子１の入力用（または出力用）端子電極３、
出力用（または入力用）の端子電極４、アース用の端子電極１１は、夫々ケース２０の引出電極２２，２３，２
４と接続される。 上記凹所２１内には、図２に示すようにフィルタ素子１の少なくとも振動部を覆うようにシリコーンゲル２５が塗布されている。
【００１０】次表は、圧電セラミックス（ＰＺＴ）、水晶およびＬｉＴａＯ 3単結晶のＸ板（Ｙ−５７°）を用いた二重モードフィルタの、３ｄＢ帯域幅と周波数偏差（−２０℃〜６０℃）とを示したものである。
【表１】
上表から明らかなように、ＬｉＴａＯ3のＸ板は３ｄＢ
帯域幅では最も広帯域であり、周波数の温度変化では水晶にはやや劣るものの、圧電セラミックスに比べて４倍高安定である。
【００１１】図４（Ａ）はシリコーンゲルの塗布前のフィルタ素子１のフィルタ特性を示し、図４（Ｂ）はシリコーンゲルの塗布後のフィルタ特性を示す。 図からわかるように、シリコーンゲルを塗布することによりスプリアスが抑圧され、良好なフィルタ特性が得られていることが分かる。 図５（Ａ）はシリコーンゲルの塗布前のフィルタ素子１のトップ波形と群遅延特性とを示し、図５
（Ｂ）はシリコーンゲルの塗布後のトップ波形と群遅延特性とを示す。 図からわかるように、シリコーンゲルを塗布することにより、トップ波形が丸くなり、良好なロールオフ特性が得られるとともに、群遅延特性の偏差も小さくなっていることがわかる。
【００１２】次に、ダンピング材としてシリコーンゴムを用いた場合とシリコーンゲルを用いた場合とを比較する。 図６（Ａ）はダンピング材としてシリコーンゴム（硬さ：１５ＪＩＳＡ）を用いた場合におけるフィルタ素子１の損失の温度変化を示す。 図６（Ｂ），（Ｃ）はダンピング材としてシリコーンゲル（針入度：５０および１５０）を用いた場合におけるフィルタ素子１の損失の温度変化を示す。 図から明らかなように、シリコーンゴムを用いた場合には損失の温度変化が大きいのに対し、シリコーンゲルを用いた場合には、針入度が大きくなる（軟らかくなる）程損失の温度変化が小さくなっていることが分かる。 なお、シリコーンゲルの針入度が大きくなると、損失の温度特性が良くなる反面、群遅延特性は劣化する。
【００１３】図７は、ＬｉＴａＯ 3単結晶のＸ板（Ｙ−
５７°）よりなるフィルタ素子１の素子厚みとシリコーンゲルの針入度との関係を示し、図中斜線範囲が実用範囲である。 図から分かるように、素子の厚みが薄くなると、それだけシリコーンゲルの針入度を大きくする（軟らかくする）必要があることが分かる。
【００１４】上記実施例では、圧電基板としてＬｉＴａ
Ｏ 3単結晶のＸ板のＹ軸から−５７°±０．５°の角度で切り出したものを用いたが、これに限るものではなく、例えばＹ軸から−５０°や−５８°の角度で切り出したものなど、他のカット角のものを用いても同様なフィルタ特性を得ることが可能である。 また、本発明の二重モードフィルタの電極形状は、図３に示されるものに限らず、図８あるいは図９のような形状としてもよい。
さらに、本発明は上記のような２素子形の二重モードフィルタに限らず、１素子形あるいは３素子以上の二重モードフィルタであってもよい。
【００１５】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の圧電フィルタは、ＬｉＴａＯ 3単結晶よりなる厚みすべり振動モードの圧電基板を用いた二重モード構造としたので、圧電セラミックスや水晶を用いたフィルタに比べて帯域幅が広く、高精度のフィルタを得ることができる。 また、振動電極上にダンピング材を塗布することにより、Ｑが大きいＬｉＴａＯ 3単結晶のスプリアスを抑圧でき、群遅延特性の偏差を小さくできる。
【図１】本発明にかかる圧電フィルタの一例の斜視図である。
【図２】図１の圧電フィルタの断面図である。
【図３】フィルタ素子の正面図および背面図である。
【図４】シリコーンゲルの塗布前と塗布後のフィルタ特性図である。
【図５】シリコーンゲルの塗布前と塗布後のトップ波形図および群遅延特性図である。
【図６】ダンピング材としてシリコーンゴムおよびシリコーンゲルを用いた場合におけるフィルタの損失の温度特性図である。
【図７】ＬｉＴａＯ 3単結晶よりなるフィルタ素子の素子厚みとシリコーンゲルの針入度との関係を示す図である。
【図８】フィルタ素子の他の例の正面図および背面図である。
【図９】フィルタ素子のさらに他の例の正面図および背面図である。
１ フィルタ素子 ２ 圧電基板 ２５ シリコーンゲル
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