CN102403976A - 双工器 - Google Patents

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CN102403976A CN2011102726048A CN201110272604A CN102403976A CN 102403976 A CN102403976 A CN 102403976A CN 2011102726048 A CN2011102726048 A CN 2011102726048A CN 201110272604 A CN201110272604 A CN 201110272604A CN 102403976 A CN102403976 A CN 102403976A
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吉元进
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Abstract

本发明提供一种双工器，其通过具有纵模谐振器型滤波器的接收侧滤波器进行平衡输出，并在相对于发送侧滤波器的通频带更低频侧设定接收侧滤波器的通频带，提供在发送侧滤波器的通频带具有良好的衰减特性的接收侧滤波器。在天线端口(1)和一对平衡接收端口(3、3)之间，从天线端口(1)侧依次设置具有分别由SAW谐振器构成的串联臂(22)和并联臂(23)的第一梯型滤波器(24)，和纵模谐振器型滤波器(25)，并且设置包含分别设置于将各平衡接收端口(3、3)和所述纵模谐振器型滤波器(25)连接的信号路(36、36)的由SAW谐振器构成的串联臂(27、27)，和将这些信号路(36、36)间连接的由SAW谐振器构成的并联臂(28)的第二梯型滤波器(26)。

Description

双工器
技术领域
本发明涉及一种通过具有纵模谐振器型滤波器的接收侧滤波器进行平衡输出的双工器(Duplexer)。
背景技术
便携式电话终端或便携式电话的基站所用的双工器，例如图12所示，具有与共通的天线端口100连接的发送(Tx)侧滤波器101和接收(Rx)侧滤波器102。近年来，从接收侧滤波器102对一对接收端口(输出端口)105、105进行差动(平衡)输出的类型成为主流。作为发送侧滤波器101，例如使用将分别由SAW(Surface Acoustic Wave：表面声波)谐振器构成的串联臂103和并联臂104梯型地连接而成的梯型滤波器，另外，作为接收侧滤波器102，使用容易平衡输出的纵模谐振器型滤波器106。而且，为了抑制发送信号和接收信号的串线(混信)，将这些发送侧滤波器101的通频带和接收侧滤波器102的通频带设定在彼此不同的带域，并且设定成不形成无用(不被利用)的频率带域且尽可能接近。图12中，107是发送端口，108是形成双工器的压电基板。另外，为了抑制接收信号绕入到发送侧滤波器101，在双工器设置有未图示的移相器。另外，发送侧滤波器101和接收侧滤波器102在图12中简化表示。
构成接收侧滤波器102的纵模谐振器型滤波器106，例如图13所示，在比通频带更低频侧具有良好的衰减特性(较大的衰减量)，但由于在比通频带更高频侧形成平缓的倾斜状的隆起，所以该高频侧与低频侧相比，衰减特性变差(衰减量减小)。于是，对这样的双工器而言，在比接收侧滤波器102的通频带更低频侧设定发送侧滤波器101的通频带，以使在与发送侧滤波器101的通频带相对应的带域，接收侧滤波器102的衰减量增大。
另一方面，近年来，在分配便携终端所用的频率时，例如UMTSFDD Band13、Band20(Band14)等所示，存在在比接收侧滤波器102的通频带更高频侧设定发送侧滤波器101的通频带的情况。在这种情况下，当使用纵模谐振器型滤波器106作为接收侧滤波器102时，如已述的图13所示，对该接收侧滤波器102而言，在发送侧滤波器101的通频带难以确保例如50dB大小的衰减量。因此，在比接收侧滤波器102的通频带更高频侧设定发送侧滤波器101的通频带时，为了增大比接收侧滤波器102的通频带更高频侧的衰减量，例如与发送侧滤波器101同样地使用不平衡输出的梯型滤波器作为接收侧滤波器102。因此，为了从接收侧滤波器102平衡输出，例如，需要将被称作平衡-不平衡转换器(Balun)等外置部件设置于双工器的外部，使用该外置部件将从一个接收端口105取出的信号进行不平衡-平衡转换，所以导致双工器(详细地说，装载有双工器的电子部件)变得大型化。
在专利文献1中记载有一种滤波器，其在将两个平衡信号端子6、7与IDT81、85分别连接的信号线彼此之间，并联连接有1端口型SAW谐振器，另外，在专利文献2、3中记载有双工器。但是，在这些文献中，没有记载已述的课题。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开2006-254410号公报(段落0048～0052，图12)
专利文献2：(日本)特开2006-157174号公报
专利文献3：国际公开WO2007/040052号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明的目的在于提供一种双工器，其通过具有纵模谐振器型滤波器的接收侧滤波器进行平衡输出，并且在比发送侧滤波器的通频带更低频侧设定接收侧滤波器的通频带，所述双工器具有在发送侧滤波器的通频带能够得到良好的衰减特性的接收侧滤波器。
用于解决课题的方法
本发明提供一种双工器，其具有天线端口、发送端口和由接收平衡信号的平衡信号端子构成的接收端口，所述双工器的特征在于，包括：
发送侧滤波器，其设置在上述天线端口和上述发送端口之间，包含弹性波谐振器和弹性波滤波器的至少一个；和
接收侧滤波器，其设置在上述天线端口和上述接收端口之间，其通频带被设定在比上述发送侧滤波器的通频带更靠低频侧，
该接收侧滤波器包括：
纵模谐振器型滤波器，其具有不平衡-平衡转换功能；
第一梯型滤波器，其设置在上述天线端口和上述纵模谐振器型滤波器之间，且与分别由弹性波谐振器构成的串联臂和并联臂梯型地连接；和
第二梯型滤波器，其具有分别插入设置于将上述纵模谐振器型滤波器的平衡信号端子和上述接收端口的平衡信号端子连接的一对信号路的由弹性波谐振器构成的串联臂，和设置在上述一对信号路之间的由弹性波谐振器构成的并联臂。
发明效果
本发明中，对于接收侧滤波器，在天线端口和由平衡信号端子构成的接收端口之间，从天线端口侧依次设置有将分别由弹性波谐振器构成的串联臂和并联臂梯型地连接的第一梯型滤波器和纵模谐振器型滤波器，并且设置有第二梯型滤波器，该第二梯型滤波器具有分别插入设置于将纵模谐振器型滤波器的平衡信号端子和上述接收端口的平衡信号端子连接的一对信号路的由弹性波谐振器构成的串联臂，和设置于所述一对信号路之间的由弹性波谐振器构成的并联臂。因此，在比接收侧滤波器的通频带更高频侧能够得到良好的衰减特性，所以即使在将所述发送侧滤波器的通频带设定在该高频侧的情况下，也能得到具有优秀的衰减特性的双工器。
附图说明
图1是表示本发明的双工器的一例的俯视图。
图2是将上述双工器的局部放大示意性地表示的俯视图。
图3是表示在上述双工器得到的频率特性的特性图。
图4是表示上述双工器的其它例的俯视图。
图5是表示上述双工器的其它例的俯视图。
图6是表示上述双工器的其它例的俯视图。
图7是表示上述双工器的其它例的俯视图。
图8是表示上述双工器的其它例的俯视图。
图9是表示上述其它例的具体例的纵剖面图。
图10是表示上述双工器的其它例的俯视图。
图11是表示上述双工器的其它例的俯视图。
图12表示现有的双工器的俯视图。
图13是表示现有的双工器得到的频率特性的特性图。
附图符号说明
1  天线端口
2  发送端口
3  接收端口
5  压电基板
11 发送侧滤波器
21 接收侧滤波器
24 第一梯型滤波器
25 纵模谐振器型滤波器
26 第二梯型滤波器
具体实施方式
参照图1对本发明的实施方式的双工器进行说明。该双工器具有：与未图示的天线连接的天线端口1；经由该天线端口1将信号从便携式电话终端或便携式电话的基站(以下，称作“便携终端等”)向外部输出信号的发送端口2；和收取在天线1接收的外部信号向便携终端等传递的一对平衡(差动)接收端口(输出端口)3、3，所述双工器配置在形成为大致矩形的例如由钽酸锂(LiTaO3)形成的压电基板5上。在天线端口1和发送端口2之间设置有发送(Tx)侧滤波器11，在天线端口1和接收端口(输出端口)3、3之间设置有接收侧(Rx)侧滤波器21。在天线端口1与这些发送侧滤波器11和接收侧滤波器21之间设置有用于进行相位调整和匹配(matching)的元件80。另外，在将天线端口1设置到压电基板5上的情况下，将外部的未图示的天线与发送侧滤波器11和接收侧滤波器21连接的连接部位(后述的串联信号路31与串联信号路33的连接部位)，成为天线端口1。
压电基板5的结构为，在与该压电基板5的外缘的短边6和长边7之中的长边7平行的方向传播弹性波。另外，已述的天线端口1接近配置于压电基板5的两个长边7、7的一侧的长边7，发送端口2和接收端口3、3分别接近配置于另一侧的长边7。发送端口2相对于便携终端等的阻抗，例如设定为50Ω，接收端口3、3相对于便携终端等的阻抗例如分别设定为100Ω～300Ω，在本例中设定为200Ω。
发送侧滤波器11中，将分别由SAW谐振器构成的串联臂12和并联臂13梯型地组合，构成梯型滤波器。将在压电基板5上形成天线端口1的区域称作里侧，将配置有发送端口2和接收端口3、3的区域称作跟前侧，发送侧滤波器11在本例中，三个串联臂12从里侧向跟前侧配置成一列，通过由从天线端口1延伸的金属膜等形成的串联信号路31将互相邻接的串联臂12、12彼此连接。
该串联信号路31从比此三个串联臂12更靠跟前侧的区域伸出，该区域形成已述的发送端口2。另外，在互相邻接的串联臂12、12彼此之间连接有由金属膜等形成的并联信号路32的一端侧，该并联信号路32的另一端侧经由各个并联臂13与接地端口4连接。这些串联臂12和并联臂13分别具有电极指42梳齿状交错地形成的IDT(InterdigitalTransducer，叉指式换能器)电极41，和配置成在弹性波的传播方向上从两侧夹着该IDT电极41的反射器45、45。另外，从各个并联臂13经由接地端口4接地的导电路，如图2中简化表示该并联臂13所示，含有电感器成分，但图1中省略。后述的并联臂23、28也同样。
这些串联臂12和并联臂13的结构为，在发送侧滤波器11形成的通频带为832MHz～862MHz程度。具体地说，分别设定这些串联臂12和并联臂13的IDT电极41的电极指42和反射器45的光栅电极指46的排列模式(所激励的弹性波的波长的长度)，以使串联臂12的串联共振频率(共振点)和并联臂13的并联共振频率(反共振点)在已述的通频带内的频率例如847MHz一致。图1中，43是IDT电极41的母线(bus bar)，47是反射器45的光栅母线。另外，图1简化示意性地表示IDT电极41和反射器45。
接着，对接收侧滤波器21进行详述。该接收侧滤波器21在从跟前侧向里侧看压电基板5时，相对于已述的发送侧滤波器11配置在左侧。另外，接收侧滤波器21从天线端口1侧向接收端口3、3侧依次连接有：由各个SAW谐振器构成的串联臂22和并联臂23梯型地组合而成的第一梯型滤波器24；具有不平衡-平衡转换功能的纵模谐振器型滤波器25；和由各个SAW谐振器构成的串联臂27和并联臂28梯型地组合而成的第二梯型滤波器26。在本例中，设置有两个纵模谐振器型滤波器25。
第一梯型滤波器24的串联臂22和并联臂23分别由已述的IDT电极41和在弹性波的传播方向上配置在IDT电极41的两侧的反射器45、45构成。串联臂22里侧的母线43经由串联信号路33与天线端口1连接。在串联臂22跟前侧的母线43连接有串联信号路34的一端侧，该串联信号路34的另一端侧分成两路，分别向纵模谐振器型滤波器25、25伸出。在串联臂22和这些纵模谐振器型滤波器25、25之间的串联信号路34，连接有从并联臂23的里侧的母线43伸出的并联信号路35。并联臂23跟前侧的母线43向压电基板5的短边6侧伸出，形成接地端口4。
各个纵模谐振器型滤波器25、25具有沿弹性波的传播方向配置的三个IDT电极41，和配置于这些IDT电极41的并列的一端侧和另一端侧的反射器45、45。在各个纵模谐振器型滤波器25中，三个IDT电极41中的两侧的IDT电极41、41的里侧的母线43分别与已述的串联信号路34连接，这些IDT电极41、41的跟前侧的母线43分别向跟前侧伸出，形成接地端口4。另外，纵模谐振器型滤波器25、25中央的IDT电极41的每个，里侧的母线43形成接地端口4，并且向接收端口3延伸的串联信号路36的一端侧与跟前侧的母线43连接。在纵模谐振器型滤波器25、25中，各个中央的IDT电极41的跟前侧的母线43、43分别形成平衡信号端子。
在各个纵模谐振器型滤波器25和接收端口3的平衡信号端子之间的串联信号路36，插入设置有由各SAW谐振器构成的串联臂27。另外，以将两个纵模谐振器型滤波器25、25中的一个纵模谐振器型滤波器25和串联臂27之间的串联信号路36，与另一个纵模谐振器型滤波器25和串联臂27之间的串联信号路36之间连接的方式，设置有由SAW谐振器构成的并联臂28。该并联臂28经由并联信号路37与这些串联信号路36、36连接。通过这些两个串联臂27、27和一个并联臂28，构成第二梯型滤波器26。各个串联臂27和并联臂28具有已述的IDT电极41和两个反射器45、45。
该接收侧滤波器21将通过接收侧滤波器21传播的弹性波的波长设定成，使该接收侧滤波器21的通频带位于比发送侧滤波器11的通频带更低频侧，例如791MHz～821MHz。即，相对于发送侧滤波器11的通频带，接收侧滤波器21的通频带从低频侧邻接。具体地说，将这些串联臂22、27和并联臂23、28的电极指42和光栅电极指46的排列模式设定成，使各个串联臂22、27的共振点和并联臂23、28的反共振点在接收侧滤波器21的通频带内的频率例如806MHz一致。另外，关于纵模谐振器型滤波器25、25，将电极指42和光栅电极指46的排列模式设定成，使与例如接收侧滤波器21的通频带的中心频率例如806MHz相对应的波长的弹性波传播。各个纵模谐振器型滤波器25、25以在一对接收端口3、3收取的信号彼此的相位改变180°的方式排列各个电极指42。
在该双工器中，从便携终端等经由发送端口2、发送侧滤波器11和天线端口1向外部发送例如832MHz～862MHz的信号。另外，来自外部的例如791MHz～821MHz的信号经由天线端口1、接收侧滤波器21和一对接收端口3、3，被便携终端等收取。此时，作为接收侧滤波器21，除纵模谐振器型滤波器25、25外，还设置有第一梯型滤波器24和第二梯型滤波器26，所以如图3所示，在该接收侧滤波器21，与发送侧滤波器11的通频带相对应的带域的衰减量极大。因此，即使从发送侧滤波器11向天线端口1发送的信号绕入到接收侧滤波器21，接收侧滤波器21也能够使该信号衰减，所以接收侧滤波器21受到该信号的干涉或不良影响极小。
根据上述的实施方式，在天线端口1和一对接收端口3、3之间，从天线端口1开始依次设置有第一梯型滤波器24、纵模谐振器型滤波器25和第二梯型滤波器26，所以在比接收侧滤波器21的通频带更高频侧能够得到极大的衰减量(得到良好的衰减特性)。因此，即使将这些通频带设定成在相对于接收侧滤波器21的通频带，发送侧滤波器11的通频带从高频侧邻接的情况下，接收侧滤波器21在与该发送侧滤波器11的通频带相对应的带域，也能够得到50dB大小的衰减量。因此，通过在使用纵模谐振器型滤波器25向一对接收端口3、3进行平衡输出并且在比接收侧滤波器21的通频带更高频侧设定发送侧滤波器11的通频带的类型的双工器应用本发明的接收侧滤波器21，能够得到衰减特性优秀的双工器。
另外，对一对发送端口3、3进行平衡输出时，作为接收侧滤波器21不使用梯型滤波器，而使用纵模谐振器型滤波器25，所以例如不在双工器的外部设置用于不平衡-平衡转换的零件亦可。因此，能够抑制双工器或装载有该双工器的电子部件的大型化，并进行平衡输出。
而且，对于接收端口3、3的便携终端等的输出阻抗，如上所述，设定得比在发送端口2相对于便携终端等的阻抗高。因此，不将梯型滤波器24、26设置在发送侧滤波器11侧，而是设置在接收侧滤波器21侧，由此这些梯型滤波器24、26也能够使阻抗与接收侧端口3、3的阻抗匹配。因此，能够将这些梯型滤波器24、26的尺寸抑制得较小，所以能够得到小型且衰减特性优秀的双工器。
而且，由于将第一梯型滤波器24配置在比纵模谐振器型滤波器25、25更靠天线端口1侧，所以该第一梯型滤波器24也起到所谓的移相器的作用，所以能够抑制从发送侧滤波器11侧向接收侧滤波器21侧的信号的绕入。
另外，由于在纵模谐振器型滤波器25、25的前段侧(天线端口1侧)和后段侧(接收端口3、3侧)的双方配置有梯型滤波器24(26)，所以能够容易地调整输入输出终端阻抗(相对于接收侧滤波器21的天线端口1的阻抗和相对于接收侧滤波器21的接收端口3、3的阻抗)。另外，当将SAW谐振器作为串联臂配置时，对ESD(Electric staticdischarge：静电释放)的耐性变强，所以通过在纵模谐振器型滤波器25的前段侧和后段侧配置串联臂22、27，能够得到ESD耐性优秀的双工器。
而且，即使例如从一对接收端口3、3对便携终端等输出的信号中的一个的相位发生偏差，由于在两个串联信号路36、36间并联设置有并联臂28，所以这些接收端口3、3的相位的偏差从某种意义上说被中和，能够调整一对接收端口3、3间相位的平衡。
在已述的例子中，在接收侧滤波器21中设置有两个纵模谐振器型滤波器25、25，该纵模谐振器型滤波器25将不平衡信号转换成平衡信号，因此只要一个即可。图4表示只配置一个纵模谐振器型滤波器25的例子。纵模谐振器型滤波器25具有沿弹性波的传播方向配置的五个IDT电极41，和设置于这些IDT电极41的并列的一端侧和另一端侧的反射器45、45。
在这五个IDT电极41中的两侧的IDT电极41、41和中央的IDT电极41的里侧的母线43，分别连接有串联信号路34，这些IDT电极41的跟前侧的母线43形成接地端口4。而且，在配置于在这些串联信号路34连接有里侧的母线43的IDT电极41、41之间的IDT电极41的各个中，里侧的母线43形成接地端口4，与跟前侧的母线43连接的串联信号路36分别向接收端口3伸出。在本例中，如上所述，在比接收侧滤波器21的通频带更高频侧也得到大的衰减量。像这样，对于纵模谐振器型滤波器25的IDT电极41的数量和该纵模谐振器型滤波器25的数量而言，只要以能够从一对接收端口3、3进行平衡输出的方式构成即可。
另外，有关第二梯型滤波器26，如图5所示，也可以配置两个与接收端口3、3和纵模谐振器型滤波器25之间的两个串联信号路36、36并联连接的并联臂28。在这种情况下，在比接收侧滤波器21的通频带更高频侧能够得到更大的衰减量。
而且，如图6所示，也可以在天线端口1和发送侧滤波器11之间以及天线端口1和接收侧滤波器21之间设置用于进行相位调整或匹配的传送线路或由电感器或电容器构成的移相器60、60。
另外，如图7所示，也可以将发送侧滤波器11和接收侧滤波器21分别配置在不同的压电基板5a、5b上。在这种情况下，压电基板5a、5b，例如分别配置在由氧化铝等形成的未图示的基板上，并且从这些滤波器11、21分别伸出的串联信号路31、33例如经由电线61等分别与设置于该基板的天线端口1连接。另外，将这些发送侧滤波器11和接收侧滤波器21收纳于各自的封包(package)内并进行密封，也可以将这些滤波器11、21装载于一个便携终端等并与共通的天线连接。
另外，作为各滤波器11、21的串联臂12、22、27和并联臂13、23、28，在已述的例子中，配置有利用弹性表面波的SAW谐振器，但作为SAW谐振器可以是1端口谐振器或2端口谐振器等，也可以如图8所示，利用在压电基板5的内部区域传播的弹性波的弹性波谐振器70，例如FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator：薄膜体声波谐振器)、SMR(Solid Mounted Resonator：固态装配型谐振器)，或者BAWR(BulkAcoustic Wave Resonator：体声波谐振器)等。即，弹性波谐振器含有SAW谐振器。因此，本发明的接收侧滤波器21只要是对于用于对一对接收端口3、3进行平衡输出的纵模谐振器型滤波器25利用弹性表面的结构即可。在使用SAW谐振器以外的弹性波谐振器70例如FBAR的情况下，如已述所示，在设定通频带时，如图9所示，可以对该弹性波谐振器70所用的压电薄膜71的膜厚t2进行调制，也可以替代该膜厚t2，或者与膜厚t2一起分别调整下部电极72和上部电极73各自的膜厚t1、t3的至少一个。另外，关于发送侧滤波器11，除将已述的谐振器梯型地连接的SAW滤波器外，也可以是替代谐振器，或者与谐振器一起使用弹性波滤波器(elastic wave filter：纵模谐振器型滤波器、SAW滤波器、FBAR滤波器、电介质滤波器)的结构。另外，在图8中，简化表示弹性波谐振器70和信号路。另外，图9中，74为由硅(Si)等形成的基板，75是形成于该基板74的凹部(空隙)。
在此，参照图10和图11对第二梯型滤波器26的其它结构进行说明。在已述的例子中，在串联臂27、27和纵模谐振器型滤波器25之间连接有并联臂28，但也可以如图10所示，将插入设置有该并联臂28的并联信号路37的一端侧与串联臂27和接收端口3之间连接。另外，如图11所示，并联信号路37的一端侧和另一端侧，也可以分别与两个串联臂27中的一侧的串联臂27和接收端口3之间以及另一个串联臂27和接收端口3之间连接。
另外，作为压电基板5，也可以替代已叙述的钽酸锂而使用水晶、铌酸锂(LiNbO3)等具有压电作用的基板，也可以使用在具有压电性的基板或者没有压电性基板上形成一层以上具有这些压电作用的薄膜的基板。

Claims (1)

1.一种双工器，其具有天线端口、发送端口和由接收平衡信号的平衡信号端子构成的接收端口，所述双工器的特征在于，包括：
发送侧滤波器，其设置在所述天线端口和所述发送端口之间，包含弹性波谐振器和弹性波滤波器的至少一个；和
接收侧滤波器，其设置在所述天线端口和所述接收端口之间，其通频带被设定在比所述发送侧滤波器的通频带更靠低频侧，
该接收侧滤波器包括：
纵模谐振器型滤波器，其具有不平衡-平衡转换功能；
第一梯型滤波器，其设置在所述天线端口和所述纵模谐振器型滤波器之间，且与分别由弹性波谐振器构成的串联臂和并联臂梯型地连接；和
第二梯型滤波器，其具有分别插入设置于将所述纵模谐振器型滤波器的平衡信号端子和所述接收端口的平衡信号端子连接的一对信号路的由弹性波谐振器构成的串联臂，和设置在所述一对信号路之间的由弹性波谐振器构成的并联臂。
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