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JP5765501B1 - デュプレクサ - Google Patents

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Abstract

送信フィルタの通過帯域におけるアイソレーション特性の改善と、受信フィルタの通過帯域近傍における帯域外減衰量の拡大を図り得るデュプレクサを提供する。ラダー型回路構成を有する送信フィルタ5と、受信フィルタ6とを備え、受信フィルタ6が、アンテナ端子2に接続されている直列トラップ素子7と、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ8とを有し、送信フィルタ5において、インダクタンスL1の並列腕共振子P1,P2側の端部と、受信フィルタ6において直列トラップ素子7と縦結合共振子型弾性表面波フィルタ8とを接続している配線12との間に結合容量11が接続されている、デュプレクサ1。

Description

本発明は、例えば携帯通信端末等に用いられるデュプレクサに関し、より詳細には、複数の弾性波共振子を有するラダー型回路構成の送信フィルタを備えるデュプレクサに関する。
従来携帯通信端末等において、弾性表面波フィルタを用いたデュプレクサが広く用いられている。例えば下記の特許文献1には、デュプレクサの送信フィルタとして、ラダー型回路構成の弾性表面波フィルタが開示されている。特許文献1では、圧電基板上に、アンテナ端子と送信端子と、グラウンド端子とが設けられている。このアンテナ端子と送信端子とアース端子との間に、ラダー型回路構成の送信フィルタが構成されている。ここでは、アース端子と、アンテナ端子との間において、アース端子に接続されている引き回し配線がアンテナ端子に近付けて配置されている。それによって、結合容量Cgが形成されている。この結合容量Cgにより、通過帯域の高域側近傍における減衰量を大きくすることができるとされている。
特開2004−96250号公報
特許文献1に記載のように結合容量を設けることにより、送信フィルタの通過帯域の高域側近傍における減衰量を大きくすることができる。
ところで、デュプレクサの受信フィルタとしては、アンテナ端子に1ポート型弾性波共振子を介して縦結合共振子型弾性波フィルタを接続したフィルタ装置が広く用いられている。特許文献1に記載のような結合容量を送信フィルタに設けると、このような送信フィルタの通過帯域におけるアイソレーション特性が劣化するという問題があった。また、受信フィルタの通過帯域外における減衰量が十分に大きくならないという問題もあった。
本発明の目的は、送信フィルタの通過帯域におけるアイソレーション特性を改善することができ、かつ受信フィルタの通過帯域近傍の帯域外減衰量を十分大きくすることができる、デュプレクサを提供することにある。
本発明は、アンテナ端子と、送信端子と、受信端子とを有するデュプレクサである。本発明に係るデュプレクサは、送信フィルタと受信フィルタとを備える。送信フィルタは、上記アンテナ端子と、上記送信端子との間に接続されている。また、送信フィルタは、複数の弾性波共振子を含むラダー型回路構成を有する。
受信フィルタは、上記アンテナ端子と、上記受信端子との間に接続されている。上記受信フィルタは、縦結合共振子型フィルタ部である帯域フィルタ部と、上記帯域フィルタ部の上記アンテナ端子側に接続されている直列トラップ素子とを有する。
本発明では、上記送信フィルタが、直列腕共振子と、並列腕共振子と、上記並列腕共振子とグラウンド電位との間に接続されているインダクタとを有する。また、本発明では、結合容量または弾性波共振子がさらに備えられている。上記結合容量または上記弾性波共振子は、上記直列トラップ素子の上記帯域フィルタ部側の端部と上記帯域フィルタ部とを接続している配線と、上記インダクタの上記並列腕共振子側の端部との間に接続されている。
本発明に係るデュプレクサの他の特定の局面では、圧電基板がさらに備えられており、上記圧電基板上に、上記ラダー型回路構成を有する上記送信フィルタと、上記受信フィルタと、上記結合容量または上記弾性波共振子とが構成されている。
本発明に係るデュプレクサのさらに別の特定の局面では、上記送信フィルタが、複数の上記並列腕共振子及び複数の上記インダクタを有し、上記結合容量が、上記複数のインダクタのうち、最もアンテナ端子側に近いインダクタと、上記配線との間に接続されている。
本発明に係るデュプレクサのさらに他の特定の局面では、上記直列トラップ素子が弾性波共振子からなる。
本発明に係るデュプレクサのさらに別の特定の局面では、上記結合容量が、上記圧電基板上に設けられたコンデンサ素子からなる。
本発明に係るデュプレクサのさらに別の特定の局面では、上記コンデンサ素子が、上記圧電基板上に設けられた一対のくし歯電極を有する。
本発明に係るデュプレクサによれば、結合容量または弾性波共振子が上記のように接続されているため、送信フィルタの通過帯域の高域側近傍の減衰量を大きくし得るだけでなく、送信フィルタの通過帯域におけるアイソレーション特性の向上と、受信フィルタの通過帯域外減衰量の拡大とを図ることが可能となる。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るデュプレクサの回路図である。 図2は、本発明の第1の実施形態のデュプレクサの略図的平面図である。 図3は、実施例及び比較例1のアイソレーション特性を示す図である。 図4は、実施例及び比較例1の受信フィルタの減衰量周波数特性を示す図である。 図5は、実施例及び比較例1の受信フィルタの減衰量周波数特性を示す図である。 図6は、比較例1のデュプレクサの回路図である。 図7は、比較例1のデュプレクサの略図的平面図である。 図8は、実施例、比較例1及び比較例2のデュプレクサにおける送信フィルタのフィルタ特性を示す図である。 図9は、第2の実施形態に係るデュプレクサの回路図である。 図10は、第1の実施形態に係るデュプレクサの第1の変形例の略図的平面図である。 図11は、第1の実施形態に係るデュプレクサの第2の変形例の回路図である。 図12は、第1の実施形態に係るデュプレクサの第3の変形例の回路図である。
以下、図面を参照しつつ本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るデュプレクサの回路図である。図2は、本実施形態のデュプレクサの略図的平面図である。
デュプレクサ1は、アンテナ端子2と、送信端子3と、受信端子4とを有する。アンテナ端子2と送信端子3との間に送信フィルタ5が接続されている。送信フィルタ5は、ラダー型フィルタからなる。すなわち、送信フィルタ5は、複数の直列腕共振子S1a,S1b〜S4を有する。すなわち、アンテナ端子2と送信端子3とを結ぶ直列腕において、複数の直列腕共振子S1a,S1b〜S4が互いに直列に接続されている。この直列腕とアース電位との間に、第1〜第3の並列腕が接続されている。
第1の並列腕は、並列腕共振子P1を有する。並列腕共振子P1の一端が、直列腕共振子S1bと直列腕共振子S2aとの間の接続点に接続されており、他端がインダクタンスL1を介してアース電位に接続されている。第2の並列腕は、並列腕共振子P2を有する。並列腕共振子P2の一端が、直列腕共振子S2bと直列腕共振子S3aとの間の接続点に接続されている。並列腕共振子P2の他端は、インダクタンスL1を介してアース電位に接続されている。すなわち、並列腕共振子P1及び並列腕共振子P2は共通接続されて、インダクタンスL1に接続されている。第3の並列腕は、並列腕共振子P3を有する。並列腕共振子P3の一端は、直列腕共振子S3bと、直列腕共振子S4との間の接続点に接続されている。並列腕共振子P3の他端はインダクタンスL2を介してアース電位に接続されている。
アンテナ端子2と受信端子4との間には、受信フィルタ6が接続されている。受信フィルタ6は、弾性表面波共振子からなる直列トラップ素子7と、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ8とを有する。この直列トラップ素子7は、その一端がアンテナ端子2に接続されており、その他端が縦結合共振子型弾性表面波フィルタ8に接続されている。この縦結合共振子型弾性表面波フィルタ8は、本発明の帯域フィルタ部を構成している。縦結合共振子型弾性表面波フィルタ8では、第1の縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部8aに、第2,第3の縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部8b,8cが接続されている。縦結合共振子型弾性表面波フィルタ8は、不平衡型のフィルタ装置であるが、本発明においては、平衡−不平衡変換機能を有する縦結合共振子型の弾性波フィルタを用いてもよい。
縦結合共振子型弾性表面波フィルタ8の一端が上記直列トラップ素子7に、他端が受信端子4に接続されている。
本実施形態のデュプレクサ1の特徴は、図1に示す結合容量11が形成されていることにある。この結合容量11は、直列トラップ素子7と、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ8とを接続している配線12と、インダクタンスL1の並列腕共振子P1,P2側の端部との間に接続されている。
図2に示すように、デュプレクサ1は、具体的には、圧電基板13を用いて構成されている。圧電基板13としては、LiNbOやLiTaOなどの圧電単結晶基板を用いることができる。もっとも圧電セラミックス等を用いてもよい。あるいは、圧電基板13として、支持基板上に圧電膜を伝搬する弾性波音速よりも伝搬するバルク波音速が高速である高音速膜が積層されており、この高音速膜上に圧電膜を伝搬するバルク波音速よりも伝搬するバルク波音速が低速である低音速膜が積層されており、この低音速膜上に圧電膜が積層されてなる基板を用いてもよい。
圧電基板13上には、外周縁近傍に設けられた電極ランドにより、アンテナ端子2、送信端子3及び受信端子4が構成されている。さらに、圧電基板13の外周縁近傍に、複数のアース端子14a〜14eが設けられている。
図1に示した直列腕共振子S1a〜S4及び並列腕共振子P1〜P3は1ポート型の弾性表面波共振子からなる。1ポート型の弾性表面波共振子は、周知のように、IDT電極と、IDT電極の表面波伝搬方向両側に配置された反射器とを有する。図2では、Xを矩形の枠で囲んだ記号がIDT電極及び反射器を模式的に示すこととする。
図示のように、直列腕共振子S1a〜S4及び並列腕共振子P1〜P3がアンテナ端子2と、送信端子3とアース端子14a,14b間に接続されている。
インダクタンスL1は、アース端子14bとアース電位との間に接続される。すなわち、図2に示した構造に外付けでインダクタンスL1が接続される。同様に、インダクタンスL2についても、アース端子14aに一端が接続されるように、外付けされる。このインダクタンスL1,L2は、アース端子14a,14bにインダクタンス素子を接続することによりあるいはインダクタンス分を有するボンディングワイヤを接続することにより構成することができる。
他方、受信フィルタ6においても、IDT電極及び反射器が構成されている部分を、同様に、Xを矩形の枠で囲んだ図形で模式的に示すこととする。
図2に示すように、直列トラップ素子7と、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ8とを接続している配線12とアース端子14bとの間に結合容量11が設けられている。
より具体的には、本実施形態の結合容量11は、一対のくし歯電極からなるコンデンサ素子により構成されている。
一対のくし歯電極は、他の配線と同様に薄膜形成法により容易に形成することができる。従って、本実施形態では、上記結合容量11を容易に形成することができる。また、一対のくし歯電極からなるコンデンサ素子では、くし歯電極の数や電極指の幅を異ならせることにより、結合容量の静電容量を容易に調整することができる。
もっとも、本発明において、結合容量11は一対のくし歯電極に限らず、他のコンデンサ素子により構成されてもよい。さらにコンデンサ素子に限らず静電容量を形成し得る様々な構造により結合容量11を構成することができる。
アース端子14bは、前述したように並列腕共振子P1とインダクタンスL1とに接続される部分に相当する。従って、上記結合容量11は、インダクタンスL1の並列腕共振子P1,P2側の端部と、上記配線12との間に接続されていることになる。
上記結合容量11を構成している一対のくし歯電極では、電極指の延びる方向が、圧電基板13上における弾性表面波の伝搬方向に対して、平行とされている。言い換えれば、直列腕共振子S1a〜S4、並列腕共振子P1〜P3、直列トラップ素子7及び縦結合共振子型弾性表面波フィルタ8における各IDT電極の電極指の延びる方向は平行とされている。一対のくし歯電極における電極指の延びる方向は、上記IDT電極における電極指の延びる方向と直交している。
特に限定されないが、このように、くし歯電極の電極指の延びる方向を、IDT電極の電極指の延びる方向と異ならせることが好ましく、本実施形態のように90度異ならせることがより一層好ましい。それによって、一対のくし歯電極による励振された弾性表面波の影響を受け難い。
本実施形態のデュプレクサ1では、結合容量11が上記のように構成されているため、送信帯域におけるアイソレーション特性の向上及び受信フィルタの通過帯域近傍の減衰量を十分大きくすることができる。これを、具体的な実施例により説明する。
デュプレクサ1の実施例を、以下の仕様で製作した。
圧電基板13:LiTaO基板
直列腕共振子S1a,S1b〜S4及び並列腕共振子P1〜P3の仕様
Figure 0005765501
インダクタンスL1,L2としては、それぞれ1.0nH及び0.7nHのインダクタンス素子を接続した。
直列トラップ素子7:以下の表2に示す仕様の1ポート型弾性表面波共振子を構成した。
Figure 0005765501
縦結合共振子型弾性表面波フィルタ8の詳細:
5IDT型の第1の縦結合共振子型弾性波フィルタ部に、図1に示したように、第2,第3の縦結合共振子型弾性波フィルタ部を接続した。各弾性表面波フィルタ部の仕様は以下の通りである。
第1の縦結合共振子型弾性波フィルタ部は5IDT型とし、電極指交叉幅を88μmとした。第3の縦結合共振子型弾性波フィルタ部は、3IDT型の構造を有し、電極指交叉幅を88μmとした。第1の縦結合共振子型弾性波フィルタ部における第1〜第5のIDTの波長及び反射器の波長を下記の表3に示す。
Figure 0005765501
第2,第3の縦結合共振子型弾性波フィルタ部の左側のIDT、右側のIDT及び中央のIDTの波長及び反射器の波長を下記の表4に示す。
Figure 0005765501
第2,第3の縦結合共振子型弾性波フィルタ部における反射器のデューティはいずれも0.63とし、IDTにおけるデューティはいずれも0.68とした。
第1の縦結合共振子型弾性波フィルタ部のIDTの電極指の対数は下記の表5に示す通りとした。第2,第3の縦結合共振子型弾性波フィルタ部のIDTの電極指の対数は、表6に示す通りとした。
Figure 0005765501
Figure 0005765501
また、第2,第3の縦結合共振子型弾性波フィルタ部における各反射器の電極指の本数は全て75本とした。
結合容量11として、0.25pFの静電容量を有する一対のくし歯電極を形成した。電極膜としては、Alを用いた。
比較のために、上記結合容量11に代えて、図6及び図7に示す結合容量102を有する比較例1のデュプレクサ101を形成した。すなわち、上記実施例と同様にして、0.25pFの一対のくし歯電極からなる結合容量102を設けた。もっとも、結合容量102の一端はアンテナ端子に、他端を上記インダクタンスL1の並列腕共振子P1,P2側端部に接続した。その他の構成は上記実施形態の実施例と同様とした。
上記のようにして用意した実施例及び比較例1のデュプレクサのアイソレーション特性を図3に示す。また、図4及び図5に、実施例及び比較例1のデュプレクサにおける受信フィルタの減衰量周波数特性をそれぞれ示す。
なお、本実施例では、Band8のデュプレクサを構成している。従って、送信フィルタの通過帯域は880〜915MHzであり、受信フィルタの通過帯域は、925〜960MHzである。
図3から明らかなように、上記実施例のアイソレーション特性と比較例1のアイソレーション特性を比べると、受信フィルタの通過帯域におけるアイソレーション特性は同等である。しかしながら、送信帯域におけるアイソレーション特性は、実施例によれば比較例1に比べ、大幅に改善し得ることがわかる。
また、図4及び図5の矢印Aで示すように、受信フィルタの通過帯域近傍の減衰域における減衰量を、比較例に比べて大幅に改善し得ることがわかる。すなわち、特許文献1に記載の結合容量による送信帯域の通過帯域近傍の高域側の減衰量を改善し得る効果が得られるだけでなく、送信帯域によりアイソレーション特性を大幅に改善し、さらに受信フィルタの通過帯域近傍の減衰量を改善し得ることがわかる。この理由は、以下の通りであると考えられる。
図8に、上記実施例及び比較例1のデュプレクサにおける送信フィルタの特性と、結合容量11が接続されていないことを除いては、上記実施例と同様にして構成された比較例2のデュプレクサにおける送信フィルタのフィルタ特性とを示す。
図8から明らかなように、結合容量が接続されていることにより実施例及び比較例1では、並列腕共振子とインダクタンスL1により生じる減衰極が低周波数側にシフトしていることがわかる。上記結合容量11を接続すると、この結合容量11を介して、信号が伝達される。従って、送信フィルタの減衰極のシフトが、受信フィルタの特性と相互作用する。この相互作用により、送信帯域におけるアイソレーション特性の向上及び受信フィルタの通過帯域外の減衰量の増大が図られていると考えられる。
また、前述したように、比較例1に比べ、実施例によれば、送信帯域におけるアイソレーションを大幅に改善することができ、かつ受信フィルタの通過帯域近傍の減衰量も大幅に大きくすることが可能とされている。すなわち、上記結合容量11は、上記インダクタンスL1の並列腕共振子P1,P2側の端部と、上記直列トラップ素子7と縦結合共振子型弾性表面波フィルタ8とを接続している配線12との間に接続することにより初めて、本発明の効果が得られるのである。
図9は、本発明の第2の実施形態に係るデュプレクサ21の回路図である。
第2の実施形態のデュプレクサ21は、上記結合容量11に代えて、弾性波共振子22を用いたことによる。弾性波共振子22は、1ポート型弾性表面波共振子により構成されているが、弾性境界波共振子により構成されてもよい。その他の構成は、第2の実施形態は第1の実施形態と同様である。従って、同一の部分については、同一の参照番号を付することにより、その説明を省略する。
本実施形態のように、結合容量11に代えて、弾性波共振子22をインダクタンスL1の並列腕共振子P1,P2側の端部と、配線12との間に接続してもよい。その場合においても、弾性波共振子22が容量性として作用するように接続されておれば、上記第1の実施形態と同様に、送信帯域のアイソレーションの向上と、受信フィルタの通過帯域側減衰量の拡大とを図ることができる。また、送信帯域の高域側の減衰量の拡大も図り得る。
図10は本発明の第1の実施形態の第1の変形例に係るデュプレクサ31の略図的平面図である。本変形例では、結合容量11が、一対のくし歯電極ではなく、配線12に接続されている容量形成電極部12aと、容量形成電極部12aとギャップを隔てて対向している容量形成電極部23とにより構成されている。容量形成電極部23はアース端子14bに連ねられている配線17に連ねられている。このように、一対のくし歯電極ではなく、ギャップを隔てて対向している電極パターンによって結合容量11が構成されてもよい。静電容量が小さい場合には、このような容量形成電極部12a,23により結合容量11を形成してもよい。
図11は、第1の実施形態の第2の変形例を示す回路図である。本変形例のデュプレクサ41では、結合容量11が、インダクタンスL1ではなく、インダクタンスL2の並列腕共振子P3側の端部と配線12との間に接続されている。このように、結合容量11は、インダクタンスL1ではなく、インダクタンスL2の並列腕共振子P3側の端部に接続してもよい。すなわち、結合容量が接続される端部のインダクタンスは、並列腕共振子とアース電位と間に接続されている限り、特に限定されない。
もっとも、結合容量11は、アンテナ端子に最も近いインダクタンスL1に接続されていることがより好ましい。それによって、アイソレーション特性をより一層高め得る。
図12は、第1の実施形態のデュプレクサの第3の変形例を示す回路図である。本変形例のデュプレクサ51では、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ8に代えて、第1〜第4の縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部52a〜52dを有する縦結合共振子型弾性表面波フィルタ52が用いられている。縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部52a〜52dは、いずれも3IDT型の縦結合共振子型弾性フィルタ部である。なお、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部は、2つの反射器に挟まれた2つ以上のIDTが弾性表面波の伝搬方向に並んでいる構造を有する限り、特に限定されない。例えば5つのIDTを含む縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部であってもよい。
このように、受信フィルタを構成する縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部の構成は特に限定されない。また、前述したように、受信フィルタは平行−不平衡変換機能を有する縦結合共振子型弾性波フィルタを用いて構成されてもよい。その場合には、第1,第2の平衡端子が受信端子を構成することとなる。
また、本発明のデュプレクサにおける送信フィルタを構成しているラダー型フィルタの構成についても上述した実施形態及び変形例の構成に限定されるものではない。すなわち、任意の段数のラダー型フィルタを用いることができる。もっとも、並列腕共振子とアース電位との間にインダクタンスが接続されている構成を有するラダー型フィルタを用いることが必要である。そして、このインダクタンスの一端と上記配線12との間に結合容量や弾性波共振子を接続すればよい。
1…デュプレクサ
2…アンテナ端子
3…送信端子
4…受信端子
5…送信フィルタ
6…受信フィルタ
7…直列トラップ素子
8…縦結合共振子型弾性表面波フィルタ
8a〜8c…第1〜第3の縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部
11…結合容量
12…配線
12a…容量形成電極部
13…圧電基板
14a〜14e…アース端子
17…配線
21…デュプレクサ
22…弾性波共振子
23…容量形成電極部
31,41,51…デュプレクサ
52…縦結合共振子型弾性表面波フィルタ
52a〜52d…第1〜第4の縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部
L1,L2…インダクタンス
P1〜P3…並列腕共振子
S1a〜S4…直列腕共振子

Claims (6)

  1. アンテナ端子と、送信端子と、受信端子とを有するデュプレクサであって、
    前記アンテナ端子と、前記送信端子との間に接続されており、複数の弾性波共振子を有するラダー型回路構成を有する送信フィルタと、
    前記アンテナ端子と、前記受信端子との間に接続されており、縦結合共振子型フィルタ部である帯域フィルタ部と、前記帯域フィルタ部の前記アンテナ端子側に接続されている直列トラップ素子とを有する受信フィルタとを備え、
    前記送信フィルタが、直列腕共振子と、並列腕共振子と、前記並列腕共振子とグラウンド電位との間で接続されているインダクタとを有し、
    前記直列トラップ素子の前記帯域フィルタ部側の端部と、前記帯域フィルタ部とを接続している配線と、前記インダクタの前記並列腕共振子側の端部との間に接続されている結合容量または弾性波共振子をさらに備える、デュプレクサ。
  2. 圧電基板をさらに備え、
    前記圧電基板上に、前記ラダー型回路構成を有する前記送信フィルタと、前記受信フィルタと、前記結合容量または前記弾性波共振子とが構成されている、請求項1に記載のデュプレクサ。
  3. 前記送信フィルタが、複数の前記並列腕共振子及び複数の前記インダクタを有し、前記結合容量または前記弾性波共振子が、前記複数のインダクタのうち、最もアンテナ端子側に近いインダクタと、前記配線との間に接続されている、請求項1または2に記載のデュプレクサ。
  4. 前記直列トラップ素子が弾性波共振子からなる、請求項1〜3のいずれか1項に記載のデュプレクサ。
  5. 前記直列トラップ素子の前記帯域フィルタ部側の端部と、前記帯域フィルタ部とを接続している配線と、前記インダクタの前記並列腕共振子側の端部との間には、前記結合容量が接続されており、前記結合容量が、前記圧電基板上に設けられたコンデンサ素子からなる、請求項1〜4のいずれか1項に記載のデュプレクサ。
  6. 前記コンデンサ素子が、前記圧電基板上に設けられた一対のくし歯電極を有する、請求項5に記載のデュプレクサ。
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