CN102422534A

CN102422534A - 天线共用器

Info

Publication number: CN102422534A
Application number: CN2010800207115A
Authority: CN
Inventors: 鹤成哲也; 后藤令; 中村弘幸
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Japan Industrial Co Ltd
Priority date: 2009-05-14
Filing date: 2010-05-10
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2030-05-10
Also published as: US8704612B2; JPWO2010131450A1; CN104601141A; CN104601141B; CN102422534B; WO2010131450A1; US20120062337A1; HK1206157A1

Abstract

一种天线共用器，具备使第一频带的信号通过的第一弹性波滤波器和使比第一频带高的第二频带的信号通过的第二弹性波滤波器，第一弹性波滤波器具有包括第一串联谐振器和具有比第一串联谐振器的反谐振频率高的反谐振频率点的第二串联谐振器的梯式滤波器，第一串联谐振器具有：第一IDT电极；和形成为覆盖第一IDT电极并且在电极指上方还具有第一凸部的第一电介质膜，第二串联谐振器具有：第二IDT电极；和形成为覆盖第二IDT电极并且在电极指上方还具有第二凸部的第二电介质膜，第一串联谐振器的弹性波的励振方向上的第一凸部的截面积比第二串联谐振器的弹性波的励振方向上的第二凸部的截面积大。由此可兼顾天线共用器的交叉频带中的陡峭性与通带中的低损耗化。

Description

天线共用器

技术领域

本发明涉及具有发送滤波器与接收滤波器的天线共用器。

背景技术

一般而言，天线共用器为了对发送频带的信号以及与其发送频带的高频侧相邻的接收频带的信号进行分频而具有两个滤波器，即发送滤波器与接收滤波器。尤其是，作为发送滤波器，采用串联谐振器与并联谐振器连接为梯子状的梯式滤波器。

在此，在W-CDMA标准规格的Band2中，发送频带与接收频带的间隔(交叉频带)为20MHz，非常窄。与这种交叉频带窄的发送接收频带对应的天线共用器为了确保发送信号与接收信号的隔离度(isolation)，要求发送频带与接收频带的交叉频带处的陡峭性。即，要求比发送滤波器的通带靠近高频侧的衰减特性的陡峭性和比接收滤波器的通带靠近低频侧的衰减特性的陡峭性。

作为改善比发送滤波器的通带靠近高频侧的衰减特性的陡峭性的技术，公知对发送滤波器中的谐振器的IDT电极实施加权的技术。

然而，在现有的天线共用器的发送滤波器中，若提高比发送滤波器的通带靠近高频侧的衰减特性的陡峭性，则发送通带的损耗增大。另外，在现有的天线共用器的接收滤波器中，若提高比通带靠近低频侧的衰减特性的陡峭性，则接收通带的损耗也会增大。

因此，在现有的天线共用器中，要求可以兼顾交叉频带处的陡峭性与通带中的低损耗化。

此外，作为与本申请的发明相关的在先技术文献信息，例如公知专利文献1。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2001-500697号公报

发明内容

本发明的天线共用器具备：使第一频带的信号通过的第一弹性波滤波器；和使比第一频带高的第二频带的信号通过的第二弹性波滤波器。第一弹性波滤波器具有包括第一串联谐振器以及第二串联谐振器的梯式滤波器，该第二串联谐振器具有比第一串联谐振器的反谐振频率高的反谐振频率点。第一串联谐振器具有：具有多个电极指的第一IDT电极；以及形成为覆盖第一IDT电极并且在电极指的上方还具有第一凸部的第一电介质膜。第二串联谐振器具有：具有多个电极指的第二IDT电极；以及形成为覆盖第二IDT电极并且在电极指的上方还具有第二凸部的第二电介质膜。而且，第一串联谐振器的弹性波的励振方向上的所述第一凸部的截面积比第二串联谐振器的弹性波的励振方向上的第二凸部的截面积大。

根据该构成，在天线共用器的第一弹性波滤波器中，可以使得第一串联谐振器的机电耦合系数比第二串联谐振器的机电耦合系数小。反谐振频率比第二串联谐振器低的第一串联谐振器较大程度地有助于第一弹性波滤波器的高频侧的衰减特性的陡峭性，因此通过使第一串联谐振器的机电耦合系数比较小，从而可以提高交叉频带(第一弹性波滤波器的高频侧)的陡峭性。再有，反谐振频率比第一串联谐振器高的第二串联谐振器较大程度地有助于第一弹性波滤波器的通带中的低损耗化，因此通过使第二串联谐振器的机电耦合系数比较大，从而可以实现通带中的低损耗化。

另外，本发明的天线共用器具备：使第一频带的信号通过的第一弹性波滤波器；和使比第一频带高的第二频带的信号通过的第二弹性波滤波器。第二弹性波滤波器具有包括第一并联谐振器以及第二并联谐振器的梯式滤波器，该第二并联谐振器具有比第一并联谐振器的谐振频率低的谐振频率点。第一并联谐振器具有：具有多个电极指的第三IDT电极；以及形成为覆盖第三IDT电极并且在所述电极指的上方还具有第三凸部的第三电介质膜。第二并联谐振器具有：具有多个电极指的第四IDT电极；以及形成为覆盖第四IDT电极并且在电极指的上方还具有第四凸部的第四电介质膜。而且，第一并联谐振器的弹性波的励振方向上的第三凸部的截面积比第二并联谐振器的弹性波的励振方向上的第四凸部的截面积大。

根据该构成，在天线共用器的第二弹性波滤波器中，可以使得第一并联谐振器的机电耦合系数比第二并联谐振器的机电耦合系数还小。谐振频率比第二并联谐振器高的第一并联谐振器较大程度地有助于第二弹性波滤波器的低频侧的衰减特性的陡峭性，因此通过使第一并联谐振器的机电耦合系数比较小，从而可以提高交叉频带(第二弹性波滤波器的低频侧)中的陡峭性。再有，谐振频率比第一并联谐振器低的第二并联谐振器较大程度地有助于第二弹性波滤波器的通带中的低损耗化，因此通过使第二并联谐振器的机电耦合系数比较大，从而可以实现通带中的低损耗化。

附图说明

图1是实施方式1的天线共用器的电路示意图。

图2是表示实施方式1中的天线共用器的通过特性的图。

图3是实施方式1中的谐振器的立体图。

图4A是图3的4A-4A线的剖视图。

图4B是图4A中的T部分的放大图。

图5是表示实施方式1中的天线共用器的机电耦合系数的图。

图6A是实施方式1中的谐振器的剖视图。

图6B是实施方式1中的谐振器的剖视图。

图6C是实施方式1中的谐振器的剖视图。

图6D是实施方式1中的谐振器的剖视图。

图7是表示实施方式1中的天线共用器的通过特性的图。

图8是实施方式2中的天线共用器的电路示意图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。其中，本发明并不是通过这些实施方式来限定的。

实施方式1

图1是实施方式1中的天线共用器的电路示意图。更详细的是，图1是实施方式1中的W-CDMA标准规格的Band2用的天线共用器的电路示意图。

在图1中，天线共用器100具备分别与天线端子102连接的作为发送滤波器的第一弹性波滤波器103和作为接收滤波器的第二弹性波滤波器104。

例如，在上述Band2用的天线共用器100中，第一弹性波滤波器103使1.85GHz-1.91GHz的发送频带(以下称为第一频带)的信号通过，第二弹性波滤波器104使比第一频带高的1.93GHz-1.99GHz的接收频带(以下称为第二频带)的信号通过。

以下，对第一弹性波滤波器103和第二弹性波滤波器104进行详细叙述。

第一弹性波滤波器103是多个谐振器配置为梯子状的梯式滤波器。即，第一弹性波滤波器103包括：接收端子105；从该接收端子105到天线端子102顺次串联连接的串联谐振器106、串联谐振器107、串联谐振器108、串联谐振器109。再有，第一弹性波滤波器103还具备：在串联谐振器106与串联谐振器107之间并联地接地连接的并联谐振器110；在串联谐振器107与串联谐振器108之间并联地接地连接的并联谐振器111；以及在串联谐振器108与串联谐振器109之间并联地接地连接的并联谐振器112。

第二弹性波滤波器104具备：与天线端子102连接的串联谐振器114；与该串联谐振器114分支连接的多模式弹性波滤波器115及多模式弹性波滤波器116；和与这些滤波器级联连接的多模式弹性波滤波器117。进而，第二弹性波滤波器104还具备与多模式弹性波滤波器117连接的接收端子118、119。而且，接收信号被从接收端子118、119平衡输出。

利用图2对第一弹性波滤波器103的通过特性进行说明。图2是表示实施方式1中的天线共用器的通过特性的图。图2示出第一频带的高频侧附近(1.88GHz-1.98GHz)的通过特性(dB)。在图2中，通过特性120表示第一弹性波滤波器103的通过特性。在第一弹性波滤波器103这样的梯式滤波器中，配置为串联臂及并联臂的谐振器中主要配置为串联臂的谐振器的反谐振频率形成比通带120A靠近高频侧的交叉频带120B的衰减特性。

图2是表示实施方式1中的天线共用器的通过特性的图。图2中的121、122、123、124分别是串联谐振器106、107、108、109的通过特性，具有各不相同的反谐振频率121a、122a、123a、124a。这样，交叉频带120B中的第一弹性波滤波器103的通过特性120的衰减特性是通过组合串联谐振器106、107、108、109的通过特性而形成的。

在通过特性120中，将第一弹性波滤波器103的通带120A与交叉频带120B之间的边界部分的倾斜度称为陡峭性。陡峭性越大，交叉频带处的衰减特性就越大，可以确保天线共用器100中的发送接收之间的隔离度。以下，作为表示陡峭性的指标，将通过特性为-3dB的频率和通过特性为-50dB的频率之差设为陡峭度。

在第一弹性波滤波器103的通过特性120中，通过特性为-3dB的频率是1.910GHz，通过特性为-50dB的频率是1.928GHz，因此陡峭度为18MHz。另外，作为表示陡峭性的指标，不限于陡峭度，只要是表示滤波器的通带与阻带(blocking band)之间的倾斜度的大小的指标即可。

根据图2可知，串联谐振器106的通过特性121最有助于第一弹性波滤波器103的通过特性120的高频侧的陡峭度。即，构成第一弹性波滤波器103的串联谐振器中反谐振频率最低的串联谐振器最有助于第一弹性波滤波器103的通过特性120的高频侧的陡峭度。另一方面，构成第一弹性波滤波器103的串联谐振器中反谐振频率最高的串联谐振器最有助于降低第一弹性波滤波器103的通带120A中的损耗。

在此，作为对采用了压电体的谐振器的反谐振频率进行调整的方法，调整谐振器的机电耦合系数的方法是有效的。所谓机电耦合系数指的是在采用了压电体的谐振器中表示电能与机械能的变换效率的指标，是可以根据谐振器的谐振频率与反谐振频率来求取的。在组合采用了压电体的谐振器来构成梯式滤波器的情况下，若提高各谐振器的机电耦合系数，则梯式滤波器的通带变窄，衰减特性变得陡峭。另一方面，若减小各谐振器的机电耦合系数，则梯式滤波器的通带变宽，衰减特性变缓。因此，通过适当地组合机电耦合系数不同的多个谐振器，从而可以兼顾梯式滤波器的陡峭性和通带中的低损耗化。

利用图3-图7，对调整采用了压电体的谐振器的机电耦合系数的方法进行说明。

图3是实施方式1中的谐振器的立体图。谐振器1例如包括：采用了钽酸锂或铌酸锂的压电基板2；形成在压电基板2之上且具有多个电极指3a的IDT(Inter Digital Transducer)电极3。再有，谐振器1还具备：形成在IDT电极3中的弹性波的励振方向(excitation direction)两侧的一对反射器4；信号布线5，其一端与IDT电极3电连接，另一端与其他IDT电极或接收端子等电极电连接。另外，在谐振器1中，压电基板2、IDT电极3、反射器4、信号布线5被电介质膜6(在图3中省略图示)覆盖。

图4A是图3的4A-4A线的剖视图。如图4A所示，压电基板2、IDT电极3、反射器4、信号布线5被电介质膜6覆盖。利用电介质膜6，可以防止异物附着到压电基板2或IDT电极3等上，可以确保谐振器1的谐振特性的可靠性。

再有，作为电介质膜6，通过采用二氧化硅(SiO₂)，从而可以改善谐振器1的频率温度特性。压电基板2所采用的钽酸锂或铌酸锂等压电材料具有负的频率温度特性。这是因为：作为电介质膜6，如果以适当的膜厚层叠二氧化硅等具有正的频率温度特性的材料，则对于谐振器整体而言可以使频率温度特性接近零。

还有，通过按照在电极指3a的上方具有凸部6a的方式形成电介质膜6，从而可以抑制谐振器1的通带120A中的寄生(spurious)的产生。这是因为：通过控制凸部形状，从而可以使成为寄生的产生原因的瑞利波(Rayleigh wave)的机电耦合系数接近零。

电介质膜6的凸部6a例如可以在形成作为电介质膜的二氧化硅膜时通过一边在基板侧施加偏置电压一边以溅射法进行成膜的方法来形成。

图4B是图4A中的T部分的放大图。以下利用凸部的高度(H)、凸部的宽度(W)、梯形的凸部的倾斜角(K)来说明形成于电极指3a上方的凸部6a的形状。

图5是表示实施方式1中的天线共用器的机电耦合系数的图。更详细而言，是电极指3a的电极宽度与电极指间距之比(以下称为金属化率(metallization ratio))和机电耦合系数的关系图。在图5中，H1、H2及H3表示使电介质膜6的上表面平坦时的金属化率与机电耦合系数的关系。另外，D1、D2及D3表示按照在电极指3a的上方具有凸部6a的方式将电介质膜6形成为梯形时的金属化率与机电耦合系数的关系。在此，凸部6a形成为具有与电极指3a大致相同的宽度，因此凸部6a的宽度与金属化率成比例地增大。

图5的H1、H2及H3各自表示的不同起因于电介质膜6的膜厚(从电极的上部到凸部6a的高度(H))不同。若将第一弹性波滤波器103的通带、即第一频带的中心频率(1.88GHz)的波长设为λ，则H1表示将电介质膜6的膜厚设为λ的20％(0.2λ)的情况。同样，H2及H3表示将电介质膜6的膜厚设为λ的30％及40％的情况。

图5的D1、D2及D3分别表示将电介质膜6的膜厚设为λ的20％、30％及40％的情况。

根据图5可知：在使电介质膜6的上表面平坦的情况下，机电耦合系数按照H1、H2、H3的顺序减小。即，越增大电介质膜6的膜厚，机电耦合系数就越变小。通过利用该关系来调整电介质膜6的膜厚，从而可以调整谐振器1的机电耦合系数，可以调整谐振器1的反谐振频率。在第一弹性波滤波器103中，例如通过使串联谐振器106的膜厚比串联谐振器107的膜厚更大，从而可以使串联谐振器106的反谐振频率比串联谐振器107的反谐振频率更低。

因此，虽然基于电介质膜6的膜厚的调整来调整机电耦合系数的方法是有用的，但是如上所述，若电介质膜6的膜厚变化，则谐振器1的频率温度特性也会变化。

另一方面，使电介质膜6的上表面平坦的H1、H2及H3相对于金属化率而言机电耦合系数的变化量较小，表现出基本平坦的特性。即，基于金属化率的调整来调整机电耦合系数是比较困难的。

即使在按照电极指3a的上方具有凸部6a的方式将电介质膜6形成为梯形的情况下的D1、D2及D3，通过增大电介质膜6，从而可以减小谐振器1的机电耦合系数。进而，在电介质膜6上设置了凸部6a的情况下，通过增大金属化率，从而可以减小电介质膜6的膜厚。因此，该情况下既可以通过调整电介质膜6的膜厚来调整谐振器1的机电耦合系数，也可以通过调整金属化率(即、凸部6a的宽度(W)方向的调整)来调整谐振器1的机电耦合系数。也就是说，在谐振器1的弹性波的励振方向的剖面，通过调整形成于电极指3a上方的电介质膜6的截面积(图6的网格部分)(以下称为凸部的截面积)，从而可以调整谐振器1的机电耦合系数。

其中，虽然凸部6a的高度设为与电极指3a的高度相等，但实际上因为形成电介质膜6的工艺的限制，凸部6a的高度会产生10％左右的偏差。Band2用的天线共用器中采用的谐振器中，因为优选电极指3a的高度为波长λ的8％左右，所以例如约为160nm。此时，凸部的高度约为160nm±10％。

图6是实施方式1中的谐振器的剖视图。图6示出电极指3a上方的电介质膜6的凸部的截面积(网格部分)的调整方法。图6A-图6D表示图4A的虚线部分T的部分。

在图6A中，金属化率为η1＝w1/(w1+w2)，凸部的高度为(h2+h3)。此时，凸部的截面积S1以下面的(式1)来表示。

S1＝w1×h2+(w1+w3)×h3/2 (式1)

图6B是将凸部的高度设为比(h2+h3)还大的(h4+h3)的情况。该情况下，凸部的截面积S2比S1大，与图6A相比机电耦合系数变小。

图6C是增大金属化率并设为η2＝w4/(w4+w5)(＞η1)的情况。该情况下，凸部的截面积S3比S1大，与图6A相比，机电耦合系数变小。

图6D是缩小了凸部的倾斜角(K)的情况。该情况下，凸部的截面积S4比S1还小，与图6A相比，机电耦合系数增大。

如上所述，可以根据电介质膜6的凸部的截面积来调整谐振器1的机电耦合系数。在第一弹性波滤波器103中，例如通过使串联谐振器106的电介质膜的凸部的截面积比串联谐振器107的电介质膜的凸部的截面积更大，从而可以使串联谐振器106的反谐振频率比串联谐振器107的反谐振频率还低。

这样，在按照电极指3a的上方具有凸部的方式将电介质膜6形成为梯形的情况下，可以抑制瑞利波实现低损耗化，并且通过调整电介质膜6的凸部的截面积，从而能够调整谐振器1的机电耦合系数。尤其是，在根据金属化率或电介质膜6的凸部的倾斜角K来调整电介质膜6的凸部的截面积的情况下，因为无需改变电介质膜6的膜厚，所以不会对谐振器的频率温度特性造成影响。

图7是表示实施方式1中的天线共用器的通过特性的图。图7示出本实施方式涉及的第一弹性波滤波器103的通过特性130和串联谐振器107-109的凸部的截面积相等的现有的弹性波滤波器的通过特性131。在现有的弹性波滤波器的通过特性131中，通过特性为-3dB的频率是1.911GHz，通过特性为-50dB的频率是1.931GHz，陡峭度为20MHz。另一方面，本实施方式涉及的第一弹性波滤波器103的陡峭度如上所述为18MHz，陡峭度有所改善。再有，通带中的损耗相同。这样，通过采取本实施方式的构成，从而可以实现不会使通带中的损耗劣化而改善了交叉频带中的陡峭性的天线共用器。

实施方式2

针对实施方式2的特征部分，以与实施方式1的不同点为中心进行说明。

图8是实施方式2中的天线共用器的电路示意图。在图8中，作为发送滤波器，天线共用器200使用梯式滤波器、即第一弹性波滤波器103，作为接收滤波器，天线共用器200使用梯式滤波器、即第二弹性波滤波器201。

第二弹性波滤波器201具备从天线端子102到接收端子209为止按照顺序串联连接的串联谐振器202、串联谐振器203、串联谐振器204、串联谐振器205。再有，第二弹性波滤波器201还包括：在串联谐振器202与串联谐振器203之间并联地接地连接的并联谐振器206；在串联谐振器203与串联谐振器204之间并联地接地连接的并联谐振器207；以及在串联谐振器204与串联谐振器205之间并联地接地连接的并联谐振器208。

第二弹性波滤波器201的通带、即第二频带是比第一弹性波滤波器103的通带、即第一频带还高的频带，因此为了确保天线共用器200中的发送接收之间的隔离度，需要增大第二弹性波滤波器201的通带靠近低频侧的陡峭性。

通过使构成第二弹性波滤波器201的并联谐振器206、并联谐振器207、并联谐振器208中的任一并联谐振器的谐振频率接近通带，从而可以增大第二弹性波滤波器201的通带靠低频侧的陡峭性。

通过增大图5所示的并联谐振器206、并联谐振器207、并联谐振器208中的任意一个谐振器中的电介质膜6的凸部的截面积，从而可以减小机电耦合系数，结果可以使谐振频率接近通带。

作为增大并联谐振器中的电介质膜6的凸部的截面积的方法，可以采用图6A-图6D所示的增大凸部的高度的方法、通过增大金属化率而增大凸部的宽度的方法以及增大凸部的倾斜度K的方法等。

(工业上的可利用性)

本发明涉及的天线共用器具有可以兼顾交叉频带中的陡峭性和发送通带中的低损耗化的效果，能够适用于移动电话等的电子设备。

符号说明：1-谐振器，2-压电基板，3-IDT电极，3a-电极指，4-反射器，5-信号布线，6-电介质膜，6a-凸部，100、200-天线共用器，102-天线端子，103-第一弹性波滤波器，104、201-第二弹性波滤波器，105、118、119、209-接收端子，106、107、108、109、114-串联谐振器，110、111、112-并联谐振器，115、116、117-多模式弹性波滤波器，120、121、122、123、124、130、131-通过特性，120A-通带，120B-交叉频带，121a、122a、123a、124a-反谐振频率，202、203、204、205-串联谐振器，206、207、208-并联谐振器。

Claims

1.一种天线共用器，其包括：

使第一频带的信号通过的第一弹性波滤波器；和

使比所述第一频带高的第二频带的信号通过的第二弹性波滤波器，

所述第一弹性波滤波器具有包括第一串联谐振器以及第二串联谐振器的梯式滤波器，该第二串联谐振器具有比所述第一串联谐振器的反谐振频率高的反谐振频率点，

所述第一串联谐振器具有：具有多个电极指的第一IDT电极；以及形成为覆盖所述第一IDT电极并且在所述电极指的上方还具有第一凸部的第一电介质膜，

所述第二串联谐振器具有：具有多个电极指的第二IDT电极；以及形成为覆盖所述第二IDT电极并且在所述电极指的上方还具有第二凸部的第二电介质膜，

所述第一串联谐振器的弹性波的励振方向上的所述第一凸部的截面积比所述第二串联谐振器的弹性波的励振方向上的所述第二凸部的截面积大。

2.根据权利要求1所述的天线共用器，其中，

所述第一串联谐振器的弹性波的励振方向上的所述第一凸部的宽度比所述第二串联谐振器的弹性波的励振方向上的所述第二凸部的宽度大。

3.根据权利要求1所述的天线共用器，其中，

所述第一串联谐振器的弹性波的励振方向上的所述第一凸部的高度比所述第二串联谐振器的弹性波的励振方向上的所述第二凸部的高度大。

4.根据权利要求1所述的天线共用器，其中，

所述第一串联谐振器的弹性波的励振方向上的所述第一凸部的梯形的倾斜角比所述第二串联谐振器的弹性波的励振方向上的所述第二凸部的梯形的倾斜角大。

5.一种天线共用器，其具备：

使第一频带的信号通过的第一弹性波滤波器；和

所述第二弹性波滤波器具有包括第一并联谐振器以及第二并联谐振器的梯式滤波器，该第二并联谐振器具有比所述第一并联谐振器的谐振频率低的谐振频率点，

所述第一并联谐振器具有：具有多个电极指的第三IDT电极；以及形成为覆盖所述第三IDT电极并且在所述电极指的上方还具有第三凸部的第三电介质膜，

所述第二并联谐振器具有：具有多个电极指的第四IDT电极；以及形成为覆盖所述第四IDT电极并且在所述电极指的上方还具有第四凸部的第四电介质膜，

所述第一并联谐振器的弹性波的励振方向上的所述第三凸部的截面积比所述第二并联谐振器的弹性波的励振方向上的所述第四凸部的截面积大。

6.根据权利要求5所述的天线共用器，其中，

所述第一并联谐振器的弹性波的励振方向上的剖面中的所述第三凸部的宽度比所述第二并联谐振器的弹性波的励振方向上的剖面中的所述第四凸部的宽度大。

7.根据权利要求5所述的天线共用器，其中，

所述第一并联谐振器的弹性波的励振方向上的剖面中的所述第三凸部的高度比所述第二并联谐振器的弹性波的励振方向上的剖面中的所述第四凸部的高度大。

8.根据权利要求5所述的天线共用器，其中，

所述第一并联谐振器的弹性波的励振方向上的所述第三凸部的梯形的倾斜角比所述第二并联谐振器的弹性波的励振方向上的所述第四凸部的梯形的倾斜角大。