JP2016032291A - 高阻止弾性表面波フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】高阻止弾性表面波フィルタを提供する。【解決手段】ＳＡＷ共振器はデュプレクサ回路を形成するために、薄膜導体によって相互接続される。接地導体６２０、６２２、６２４、６２６、６２８の少なくともいくらかのエッジは、複数の歯又はセレーション６３０、６３２、６３４、６３６、６３８に形成される。複数のセレーションは、サイズ又は形状において必ずしも均一であるというわけではない。三角形のセレーションの場合、セレーションの幅ｗ、深さｄ及び内角Θは、変化してもよい。セレーションの幅ｗ及び深さｄは、基板の表面上を広がっている音波の波長と比較して大きくてもよい。【選択図】図６

Description

［著作権およびトレードドレスの通知］
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［関連出願情報］
この特許は、ＨＩＧＨ ＩＳＯＬＡＴＩＯＮ ＤＵＰＬＥＸＥＲと題する２０１４年７月２５日出願の米国仮特許出願番号第６２／０２９，２７９号から優先権を主張する。そしてそれは、参照により完全に含まれる。

［技術分野］
本開示は、弾性表面波（ＳＡＷ）共振器を用いる無線周波フィルタに関する。そして特に、予め定められた周波数帯域において非常に高い阻止または分離を提供するためにＳＡＷ共振器を組み込んでいるフィルタおよびデュプレクサに関する。

［関連技術の説明］
図１に示すように、ＳＡＷ共振器１００は、圧電材料（例えば、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたはランタン・ガリウム・ケイ酸塩）でできた基板１０５の表面上に形成される薄膜導体パターンによって形成されてもよい。第１のインターデジタル変換器（櫛形電極）（ＩＤＴ）１１０は、複数の並行導体を含んでもよい。入力端子ＩＮを経て第１のＩＤＴ１１０に適用される無線周波数またはマイクロ波信号は、基板１０５の表面上に音波を発生させてもよい。図１に示すように、弾性表面波は、左右方向に広がる。第２のＩＤＴ１２０は、出力端子ＯＵＴで音波を無線周波数またはマイクロ波信号に変換してもよい。図示のように、第２のＩＤＴ１２０の導体は、第１のＩＤＴ１１０の導体と交互配置されてもよい。他のＳＡＷ共振器構成（図示せず）において、第２のＩＤＴを形成している導体は、第１のＩＤＴを形成している導体に隣接して、またはそれから離れて、基板１０５の表面上に配置されてもよい。

第１のＩＤＴ１１０と第２のＩＤＴ１２０との間の電気的結合は、周波数依存でもよい。第１のＩＤＴ１１０と第２のＩＤＴ１２０との間の電気的結合は、概して、（第１のＩＤＴと第２のＩＤＴとの間のインピーダンスが非常に高い）共振、および（第１のＩＤＴと第２のＩＤＴとの間のインピーダンスがゼロに近づく）反共振を呈する。共振および反共振の周波数は、指を組むように互いに組み合わされた導体のピッチおよび方向、基板材料の選択、および基板材料の結晶方位によって主に決定される。

音波の大部分のエネルギーを第１のおよび第２のＩＤＴ１１０、１２０によって占められる基板の領域に制限するために、格子状反射器１３０、１３２は、基板上に配置されてもよい。しかしながら、破線の矢印１４０によって表される音波の一部のエネルギーは、漏れるかまたは逃れてもよく、そして基板の表面全体に広がってもよい。基板の表面全体に広がっている音波は、基板のエッジで反射してもよい。加えて、導体によってカバーされる基板の領域とカバーされない基板の領域との間で音波の速度が異なるので、音波の一部のエネルギーは、音波が導体のエッジに出会うたびに反射する。

ＳＡＷ共振器は、帯域阻止フィルタ、帯域通過フィルタ、およびデュプレクサを含む様々な無線周波フィルタにおいて用いられる。デュプレクサは、共通アンテナを使用して、第１の周波数帯域における送信、および（第１の周波数帯域と異なる）第２の周波数帯域における受信を、同時に行うことができる無線周波フィルタ・デバイスである。デュプレクサは、移動電話を含む無線通信装置において通常見つかる。

フィルタ回路は、複数のＳＡＷ共振器を通常組み込む。例えば、図２は、Ｘａ〜Ｘｉのラベルづけされた９つのＳＡＷ共振器を組み込んだフィルタ回路２００の概略図を示す。９つのＳＡＷ共振器の使用は、例示的であり、フィルタ回路は、９つよりも多いかまたは少ないＳＡＷ共振器を含んでもよい。フィルタ回路２００は、ＳＡＷ共振器の特性に応じて、例えば、帯域通過フィルタ、帯域阻止フィルタ、または組み合わせ帯域通過／帯域阻止フィルタでもよい。

９つのＳＡＷ共振器Ｘａ〜Ｘｉは、概して共通基板上に近接して製造される。ＳＡＷ共振器が近接しているので、第１の共振器から漏れる音響エネルギーは、直接または、基板のエッジまたは導体パターンのエッジからの反射の後、１つ以上の他の共振器に影響を与えてもよい。漏れた音響エネルギーを受ける１つ以上の他の共振器は、漏れた音響エネルギーの一部または全部を電気信号に変換してもよい。例えば、破線の矢印２１０によって示されるように、ＳＡＷ共振器Ｘａから漏れている音響エネルギーは、ＳＡＷ共振器Ｘｇに影響を与えてもよい。そして、破線の矢印２２０によって示されるように、ＳＡＷ共振器Ｘｂから漏れている音響エネルギーは、ＳＡＷ共振器Ｘｆに影響を与えてもよい。漏れた音響エネルギーは、ＲＦ信号がフィルタ回路の部分をバイパスすることができるスニークパスを効果的に提供してもよい。

図３は、図２に示すフィルタ回路２００と類似の組み合わせ帯域通過／帯域阻止フィルタのシミュレートされてそして測定された性能を比較しているグラフ３００を示す。グラフ３００は、周波数の関数として、│Ｓ（１，２）│（フィルタのポート１とポート２との間の伝達関数のｄＢの大きさ）をプロットする。実線３１０は、フィルタ回路の電磁モデリングに基づく予想されるフィルタ性能である。破線３２０は、原型フィルタの測定された性能である。測定された伝達関数（破線）は、１．７８５ＧＨｚに集中している帯域通過領域にわたってモデル化された性能（実線）に密接に近い。測定された伝達関数（破線）は、１．８０５ＧＨｚから１．８５ＧＨｚまでの周波数帯域にわたってモデル化された性能（実線）から実質的に逸脱する（すなわち１８ｄＢも）。この周波数帯域における実際のフィルタの予想外に低い挿入損失は、少なくとも一部で、電磁モデリングに含まれない音響漏れ経路から生じる結果であってもよい。

本開示は、高阻止弾性表面波フィルタを提供することを目的とする。

上記目的は、請求項に記載のフィルタによって達成される。

図１は、ＳＡＷ共振器の概略的平面図である。 図２は、複数のＳＡＷ共振器を組み込んでいるフィルタの概略図である。 図３は、ＳＡＷ帯域通過／帯域阻止フィルタのモデル化された性能と測定された性能とを比較しているグラフである。 図４は、ＳＡＷ共振器を組み込んでいるデュプレクサフィルタの概略的平面図である。 図５は、図４のデュプレクサフィルタの概略図である。 図６は、ＳＡＷ共振器および鋸歯状の接地電極を組み込んでいるデュプレクサフィルタの概略的平面図である。 図７は、図４のデュプレクサの測定された性能と図６のデュプレクサとを比較しているグラフである。

この説明の全体にわたって、図に現れている要素は、３桁の参照符号を割り当てられる。最上位の数字は、図番であり、２つの下位の数字は、要素に特有である。図に関連して記載されていない要素は、同じ下位の数字を有する参照符号を有する先に述べた要素と同じ特性および機能を有すると推定されてよい。

図４は、圧電基板４１０上に薄膜導体をデポジットすることによって製造されるデュプレクサ４００の非常に拡大された概略的平面図である。Ｘ１〜Ｘ２３のラベルづけされたブロックの各々は、図に示すには細かすぎる互いに組み合わされた導体によって形成されるＳＡＷ共振器を表す。共振および反共振の周波数は、互いに組み合わされた導体のピッチおよび方向、基板材料の選択およびその方位によって主に決定される。周知のように、各ＳＡＷ共振器Ｘ１〜Ｘ２３は、第１の周波数で共振を有してもよく、そして第２の周波数で反共振を有してもよい。

２３個のＳＡＷ共振器は、デュプレクサ回路を形成するために、薄膜導体によって相互接続される。デュプレクサ４００は、デュプレクサへ／からＲＦ信号を送るためにボンドワイヤ接続のための（それぞれ「Ｉｎ」、「Ａｎｔ」、「Ｏｕｔ」のラベルづけされた）入力パッド、アンテナ・パッド、および出力パッドを含む。デュプレクサが移動電話のようなデバイスに組み込まれるときに、送信器は、入力パッドに接続されてもよく、アンテナは、アンテナ・パッドに接続されてもよく、そして受信器は、出力パッドに接続されてもよい。デュプレクサ４００はまた、デュプレクサを外部の接地面に接続するためにボンドワイヤ接続のための（「ＧＮＤ１」〜「ＧＮＤ５」のラベルづけされた）５つの接地パッドを含む。

図５は、図４に示すデュプレクサ４００の概略的回路図である。寄生インダクタＬｂは、デュプレクサに対して接地接続と直列のボンドワイヤである。デュプレクサ４００は、ＳＡＷ共振器Ｘ１〜Ｘ１３によって形成される送信側フィルタ、およびＳＡＷ共振器Ｘ１４〜Ｘ２３によって形成される受信側フィルタを含む。送信側フィルタは、デュプレクサの入力パッドに接続している送信器からアンテナ・パッドに接続しているアンテナまで、送信周波数帯域の範囲内のＲＦ信号を伝達するように設計される。その一方で、他の周波数帯域のＲＦ信号を遮断する。受信側フィルタは、アンテナ・パッドに接続しているアンテナから出力パッドに接続している受信器まで、受信周波数帯域の範囲内のＲＦ信号を伝達するように設計される。その一方で、他の周波数帯域のＲＦ信号を遮断する。

送信器から入力パッドに導入されるＲＦ信号は、アンテナからアンテナ・パッドに導入される受信信号よりも実質的に高い電力でもよい。出力パッドに接続している受信器の入力への送信信号のリークを防止するために、デュプレクサ４００は、特に受信周波数帯域のための、しかし送信周波数帯域のためにも、入力パッドと出力パッドとの間に非常に高い分離を提供するように設計されてもよい。

図６は、改良されたデュプレクサ６００の非常に拡大された概略的平面図である。改良されたデュプレクサは、図４のデュプレクサ４００のそれらに同様に配置される２３個のＳＡＷ共振器を有する。デュプレクサ６００の電気回路図は、図５に示すものと本質的に同じである。図６のデュプレクサにおいて、接地導体６２０、６２２、６２４、６２６、６２８は、圧電基板の未使用の表曲領域の多くにわたって延びる。接地導体６２０、６２２、６２４、６２６、６２８の少なくともいくらかのエッジは、鋸歯状である。とりもなおさず、接地導体の少なくともいくらかのエッジは、複数の歯またはセレーション（例えば、セレーション６３０、６３２、６３４、６３６、６３８）に形成される。接地導体の鋸歯状の歯先は、ＳＡＷ共振器の１つ以上に面していてもよい。接地導体の鋸歯状の歯先の全てまたは部分は、ＳＡＷ共振器を相互接続している信号導体に面していてもよい。

図６に示すように、接地導体のエッジに沿ったセレーションは、三角でもよい。セレーションの一部または全部は、凸曲線形状部分、凹曲線形状部分、または直線部分、凸曲線部分および／または凹曲線部分の組み合わせであってもよく、またはそれを含んでもよい。曲線部分は、円形であってもよく、放物線状であってもよく、サイン波であってもよく、または他の形状であってもよい。

接地導体の少なくともいくらかのエッジに沿った複数のセレーションは、サイズまたは形状において必ずしも均一であるというわけではない。三角形のセレーションの場合、セレーションの幅ｗ、深さｄ、および内角Θは、変化してもよい。セレーションの幅ｗおよび深さｄは、基板の表面上を広がっている音波の波長と比較して大きくてもよい。例えば、各セレーションの幅ｗおよび深さｄは、１０ミクロンと１００ミクロンとの間にあってもよい。各セレーションの内角Θは、４５°から１３５°まであってもよい。ＳＡＷ共振器の間の望ましくない音響カップリングを減らすために、セレーション（例えば、セレーション６３０、６３２、６３４、６３６、６３８）は、音波を拡散させてもよい。９０度に近い内角Θを有する三角形セレーションは、入射音波の少なくとも一部を逆反射するように機能してもよい。

図７は、図４の従来のデュプレクサ（破線の曲線）、および図６の改良されたデュプレクサ（実線の曲線）のための│Ｓ（１，３）│パラメータを比較しているグラフ７００を示す。│Ｓ（１，３）│パラメータは、デュプレクサの入力パッドと出力パッドとの間の結合の大きさである。図６の改良されたデュプレクサは、１．８０５から１．８８ＧＨｚまでの周波数範囲にわたってポート１とポート３との間に約１０ｄＢ〜１５ｄＢのより低い結合（すなわち１０ｄＢ〜１５ｄＢのより大きい分離）を提供する。

図６および図７の実施例がデュプレクサの改良された分離のために鋸歯状の接地導体の効果を示すとはいえ、鋸歯状の接地導体は、帯域阻止フィルタにおける阻止を増加させるためにＳＡＷ共振器の間の望ましくない音響カップリングを減らすために利用されてもよい。

Claims (20)

1. フィルタであって、
   基板の表面上に形成される２つ以上の弾性表面波共振器、および、
   前記基板の前記表面上に形成される少なくとも１つの接地導体であって、前記接地導体のエッジの少なくとも一部は、複数のセレーションとして形成される、接地導体、
   を備える、フィルタ。
2. 前記複数のセレーションは、前記２つ以上の弾性表面波共振器のうちの少なくともいくつかの間の音響カップリングを減らすために、入射弾性表面波を拡散させるように構成される、請求項１に記載のフィルタ。
3. 前記複数のセレーションのうちの１つ以上は三角である、請求項１に記載のフィルタ。
4. 各三角形セレーションは、深さ、幅、および刃先角を有する、請求項３に記載のフィルタ。
5. 前記三角形セレーションの少なくともいくつかは、前記１つ以上の弾性表面波共振器によって発生される弾性表面波の波長と比較して大きいそれぞれの深さおよび幅を有する、請求項４に記載のフィルタ。
6. 前記三角形セレーションの少なくともいくつかは、１０ミクロンと１００ミクロンとの間のそれぞれの深さおよび幅を有する、請求項４に記載のフィルタ。
7. 前記三角形セレーションの少なくともいくつかは、４５°と１３５°との間のそれぞれの内角を有する、請求項４に記載のフィルタ。
8. 前記フィルタは、帯域阻止フィルタである、請求項１に記載のフィルタ。
9. 前記フィルタは、デュプレクサである、請求項１に記載のフィルタ。
10. フィルタであって、
    表面を有する基板、
    前記表面上に形成される入力パッド、出力パッド、および少なくとも１つの接地パッド、
    前記入力パッドと前記出力パッドとの間に結合されるフィルタ回路であって、前記フィルタ回路は、前記表面上に形成される２つ以上の弾性表面波共振器を含む、フィルタ回路、および、
    前記基板の前記表面上に形成されて、前記少なくとも１つの接地パッドと結合される少なくとも１つの接地導体であって、前記接地導体のエッジの少なくとも一部は、複数のセレーションとして形成される、少なくとも１つの接地導体、
    を備える、フィルタ。
11. 前記複数のセレーションは、前記２つ以上の弾性表面波共振器のうちの少なくともいくつかの間の音響カップリングを減らすために、入射弾性表面波を拡散させるように構成される、請求項１０に記載のフィルタ。
12. 前記複数のセレーションは、予め定められた周波数帯域にわたって前記入力パッドと前記出力パッドとの間の挿入損失を増加させるように構成される、請求項１０に記載のフィルタ。
13. 前記複数のセレーションのうちの１つ以上は三角である、請求項１０に記載のフィルタ。
14. 各三角形セレーションは、深さ、幅、および刃先角を有する、請求項１３に記載のフィルタ。
15. 前記三角形セレーションの少なくともいくつかは、前記１つ以上の弾性表面波共振器によって発生される弾性表面波の波長と比較して大きいそれぞれの深さおよび幅を有する、請求項１４に記載のフィルタ。
16. 前記三角形セレーションの少なくともいくつかは、１０ミクロンと１００ミクロンとの間のそれぞれの深さおよび幅を有する、請求項１４に記載のフィルタ。
17. 前記三角形セレーションの少なくともいくつかは、４５°と１３５°との間のそれぞれの内角を有する、請求項１４に記載のフィルタ。
18. 前記フィルタは、帯域阻止フィルタである、請求項１０に記載のフィルタ。
19. アンテナ・パッドをさらに備え、
    前記フィルタ回路は、前記入力パッドと前記アンテナ・パッドとの間に結合される受信フィルタ回路、および前記アンテナ・パッドと前記出力パッドの間に結合される送信フィルタ回路を備える、
    請求項１０に記載のフィルタ。
20. 前記フィルタは、デュプレクサである、請求項１９に記載のフィルタ。
    
    

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