CN112290906A - 滤波器及多工器 - Google Patents

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Abstract

提供一种滤波器及多工器,通带外的衰减量优异。滤波器具备:梯型滤波器,包括并联臂谐振器(15)及并联臂谐振器(16);谐振器组(17、18),与梯型滤波器串联连接;接地端子(B1),与并联臂谐振器(15)连接;与接地端子(B1)独立地设置的与并联臂谐振器(16)连接的接地端子(B2)及与谐振器组(17、18)连接的接地端子(B3);信号路径(R3),与连结并联臂谐振器(16)与接地端子(B2)的信号路径(R1)上的节点(N1)和连结谐振器组(17、18)与接地端子(B3)的信号路径(R2)上的节点(N2)连接;及电感器,连接在信号路径(R1)上的节点(N1)与接地端子(B2)之间或者信号路径(R2)上的节点(N2)与接地端子(B3)之间。

Description

滤波器及多工器
技术领域
本发明涉及滤波器及多工器。
背景技术
以往,已知有一种带通型滤波器,该带通型滤波器设置在压电基板上,包括第一并联臂谐振器和第二并联臂谐振器的梯型滤波器与纵耦合谐振器型滤波器串联连接(例如专利文献1)。
专利文献1的滤波器具有与第一并联臂谐振器连接的第一接地端子、与第二并联臂谐振器连接的第二接地端子、以及与纵耦合谐振器型滤波器连接的第三接地端子。
第一接地端子与第二接地端子在压电基板上未相互连接,第二接地端子与第三接地端子在压电基板上相互连接。换言之,在压电基板上,第一接地端子与第二接地端子独立,第二接地端子与第三接地端子共同化。
根据专利文献1的滤波器,通过使第一接地端子与第二接地端子独立,降低了寄生电感的影响,因此,能够使通带的低频带端的衰减特性变得急剧。另外,通过将第二接地端子与第三接地端子共同化,从而纵耦合谐振器型滤波器的接地电位稳定化,因此,能够增大通带外的衰减量(例如与其他滤波器一起构成多工器的情况下的隔离度)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2017-85262号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是,在以往的滤波器中,有时通带外的衰减量不充分。
对此,本发明提供一种梯型滤波器与纵耦合谐振器型滤波器串联连接且通带外的衰减量优异的带通型滤波器。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的,本发明的一方面的滤波器具备:梯型滤波器,其包括第一并联臂谐振器及第二并联臂谐振器;纵耦合谐振器型滤波器,其与所述梯型滤波器串联连接;第一接地端子,其与所述第一并联臂谐振器连接;与所述第二并联臂谐振器连接的第二接地端子及与所述纵耦合谐振器型滤波器连接的第三接地端子,所述第二接地端子及所述第三接地端子与所述第一接地端子独立地设置;第三信号路径,其与第一信号路径上的第一节点和第二信号路径上的第二节点连接,所述第一信号路径连结所述第二并联臂谐振器与所述第二接地端子,所述第二信号路径连结所述纵耦合谐振器型滤波器与第三接地端子;以及电感器,其连接在所述第一信号路径上的所述第一节点与所述第二接地端子之间,或者连接在所述第二信号路径上的所述第二节点与所述第三接地端子之间。
另外,本发明的一方面的多工器具备一端彼此相互连接的第一滤波器和第二滤波器,所述第一滤波器是上述的滤波器,所述第一滤波器的通带的中心频率比所述第二滤波器的通带的中心频率高。
发明效果
根据上述的滤波器,第一接地端子与第二接地端子及第三接地端子独立地设置,因此,与以往的滤波器同样地能够使通带的低频带端的衰减特性变得急剧。
另外,第二并联臂谐振器与纵耦合谐振器型滤波器在接地侧经由电感器而相互连接。这里,电感器是连结第一节点与第二节点的信号路径所具有的电感成分的等效表现,也可以小到实质上能够忽略的程度。
由此,产生由将第二并联臂谐振器与纵耦合谐振器型滤波器合起来的合成电容和第二电感器引起的串联谐振。与不设置第二电感器的情况相比,通过该串联谐振而产生的衰减极向低频侧偏移。其结果是,有效地改善了处于通带外的低频侧的目标频带中的衰减。
由于与第二并联臂谐振器及纵耦合谐振器型滤波器共同地连接第二电感器,因此,与在第二并联臂谐振器及纵耦合谐振器型滤波器连接单独的电感器的情况相比,能够实现装置的小型化。
另外,由于将第二电感器连接在第一节点与第二接地端子之间,因此,与将第二电感器连接在第二节点与第三接地端子之间的情况相比,纵耦合谐振器型滤波器的接地电位难以成为不稳定。其结果是,稳定地改善了目标频带中的衰减。
根据上述滤波器,与通带的低频带端的急剧的衰减特性一起改善了处于通带外的低频侧的目标频带中的衰减。因此,通过将上述的滤波器与通带的中心频率更低的其他滤波器组合而构成多工器,得到频带间的隔离度优异的多工器。
附图说明
图1是示出实施方式的多工器的结构的一例的电路图。
图2是示意性示出IDT(InterDigital Transducer,叉指换能器)电极的构造的一例的俯视图及剖视图。
图3是示意性示出实施方式的多工器的压电基板上的电极配置的一例的俯视图。
图4是示意性示出比较例1的多工器的压电基板上的电极配置的一例的俯视图。
图5是示出比较例2的多工器的结构的一例的电路图。
图6是示意性示出比较例2的多工器的压电基板上的电极配置的一例的俯视图。
图7是示出比较例3的多工器的结构的一例的电路图。
图8是示意性示出比较例3的多工器的压电基板上的电极配置的一例的俯视图。
图9是示意性示出变形例的多工器的压电基板上的电极配置的一例的俯视图。
图10是示出多工器的端子Tx、Rx间的隔离度特性的一例的图表。
附图标记说明:
1、2、3、4、5 多工器;
10、11、12 接收滤波器;
13、14 串联臂谐振器;
15、16 并联臂谐振器;
17、18 谐振器组;
19 立体布线;
20 发送滤波器;
21、22、23、24、25 串联臂谐振器;
26、27、28、29 并联臂谐振器;
30 天线元件;
50 IDT电极;
50a、50b 梳齿状电极;
51a、51b 电极指;
52a、52b 汇流条电极;
53 电极层;
54 保护层;
59 压电基板;
N1、N2 节点;
R1、R2、R3 信号路径;
L1、L2、L3、L4 电感器;
Ant、Tx、Rx、B1、B2、B3、B4、B5 端子。
具体实施方式
以下,使用实施方式及附图对本发明的实施方式详细进行说明。需要说明的是,以下说明的实施方式均示出包括性或具体的例子。以下的实施方式所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置及连接方式等是一例,并非意在限定本发明。需要说明的是,在以下的实施方式中,“连接”不仅包括通过布线导体而直接连接的情况,还包括经由其他电路元件而电连接的情况。
关于实施方式的多工器,举出具备发送滤波器和接收滤波器的双工器的例子进行说明。
图1是示出实施方式的多工器1的结构的一例的电路图。如图1所示,多工器1具备端子Ant、Tx、Rx、接收滤波器10及发送滤波器20。端子Ant与天线元件30连接。
接收滤波器10是将规定的接收频带作为通带的滤波器电路,与端子Ant及端子Rx连接。接收滤波器10的一端及另一端可以分别与端子Ant及Rx直接连接,也可以经由未图示的其他电路元件而连接。
在接收滤波器10中,由串联臂谐振器13及14以及并联臂谐振器15及16构成梯型的谐振器滤波器。另外,由相互并联连接的谐振器组17及18构成纵耦合谐振器型滤波器。谐振器组17及18分别具有在弹性波的传播方向上排列设置的五个IDT(InterDigitalTransducer,叉指换能器)电极。梯型的谐振器滤波器与纵耦合谐振器型滤波器串联连接。
并联臂谐振器15的一端与接地B1连接。连结并联臂谐振器16与接地B2的信号路径R1上的节点N1和连结谐振器组17及18与接地B3的信号路径R2上的节点N2通过信号路径R3而连接。
在信号路径R1上的节点N1与接地B2之间配置有电感器L1,在信号路径R2上的节点N2与接地B3之间配置有电感器L2。谐振器组17及18所包含的全部的IDT电极的接地侧的端部经由电感器L2而与接地B3连接。接地B1、B2及B3是外部连接用的端子,具有寄生电感。
电感器L1及L2可以是对应的布线所具有的等效的电感成分,也可以是基于分立部件的电感成分。电感器L1的电感比电感器L2的电感大。电感器L2的电感也可以小到实质能够忽略的程度。需要说明的是,在其他布线也存在电感成分,但由于不是本发明的主要部分,因此省略图示。
发送滤波器20是由串联臂谐振器21、22、23、24及25以及并联臂谐振器26、27、28及29构成的梯型的谐振器滤波器。并联臂谐振器26的接地侧的端部与接地B4连接,并联臂谐振器27、28及29的接地侧的端部与接地B5连接。接地B4及B5是外部连接用的端子,具有寄生电感成分。
接着,对IDT电极的基本构造进行说明。
图2是示意性示出IDT电极50的基本构造的一例的俯视图及剖视图。图2所示的IDT电极50的构造应用于构成接收滤波器10中的串联臂谐振器13及14、并联臂谐振器15及16、以及谐振器组17及18的各IDT电极。需要说明的是,图2的例子用于说明IDT电极50的基本构造,构成电极的电极指的根数及长度等不限于图2的例子。
IDT电极50由相互对置的一对梳齿状电极50a、50b构成。梳齿状电极50a由相互平行的多个电极指51a和连接多个电极指51a的汇流条电极52a构成。梳齿状电极50b由相互平行的多个电极指51b和连接多个电极指51b的汇流条电极52b构成。电极指51a及51b形成为在与弹性波的传播方向即X轴方向正交的方向上延伸,且配置为相互交错插入。
将规定IDT电极50的形状及大小的参数称为电极参数。作为电极参数的一例,举出电极指51a或电极指51b的X轴方向上的重复周期即波长λ、沿X轴方向观察时电极指51a、51b重复的长度即交叉宽度L、电极指51a、51b的线宽W、以及相邻的电极指51a、51b之间的空间宽度S。
将电极指51a、51b合起来的电极指的根数的1/2即对数、将电极指51a、51b合起来的电极指的重复周期即间距(W+S)、间距占据的线宽的比例即占空比W/(W+S)也是电极参数的一例。
电极指51a、51b及汇流条电极52a、52b由形成在压电基板59上的电极层53构成。
作为一例,电极层53也可以由铜、铝等金属或它们的合金构成,压电基板59也可以由含有钽酸锂或铌酸锂等的压电体层构成。电极层53也可以夹设未图示的紧贴层而形成在压电基板59上。电极层53也可以被保护层54覆盖。
压电基板59可以由压电体层一层构成,也可以为至少一部分具有压电性的层叠型基板。至少一部分具有压电性的层叠型基板也可以为层叠体,该层叠体由支承基板、高声速膜、低声速膜以及压电薄膜构成,该高声速膜形成在支承基板上,在该高声速膜传播的体波声速比在压电薄膜传播的弹性波声速高,该低声速膜层叠在高声速膜上,在该低声速膜传播的体波声速比在压电薄膜传播的弹性体波声速低,该压电薄膜层叠在低声速膜上。另外,支承基板也可以是兼作高声速膜和支承基板的硅基板等高声速支承基板。
接着,对形成在压电基板上的多工器1的电极配置的一例进行说明。
图3是示意性示出多工器1的压电基板59上的电极配置的一例的俯视图。如图3所示,多工器1的各谐振器由形成在压电基板59上的标注了对应的标记的区域的IDT电极构成。另外,在压电基板59上,形成有作为外部连接用的电极构造的端子Ant、Tx、Rx、B1、B2、B3、B4及B5、以及作为连接谐振器彼此的布线及连接谐振器与端子的布线而发挥功能的电极。
构成谐振器组17、18的IDT电极的接地侧的汇流条电极与接地端子B3经由立体布线19而连接。接地端子B1与接地端子B2、B3独立地设置。
电感器L1及L2是对应的布线的电感成分。具体而言,电感器L1是连结节点N1与接地端子B2的布线的电感成分。电感器L2是连结节点N2与接地端子B3的布线的电感成分。
电感器L1的电感成分比电感器L2的电感成分大。具体而言,连结节点N1与接地端子B2的布线由有意地蜿蜒拉绕的布线构成,因此,电感器L1的电感成分较大。与此相对,连结节点N2与接地端子B3的布线由具有不包括蜿蜒部的平面状图案的布线构成,因此,电感器L2的电感成分小到能够忽略的程度。
作为一例,并联臂谐振器15及16的电极参数如下那样设定。并联臂谐振器15及16的对数分别为63对、67对,交叉宽度分别为71μm、91μm。
谐振器的静电电容主要与对数和交叉宽度之积成比例。并联臂谐振器15及16的静电电容分别为2.1pF、2.8pF,并联臂谐振器16的静电电容比并联臂谐振器15的静电电容大。
根据如上述那样构成的多工器1,接地端子B1与接地端子B2及B3独立地设置,由此,与以往的滤波器同样地能够使通带的低频带端的衰减特性变得急剧。
另外,并联臂谐振器16与谐振器组17、18在接地侧经由信号路径R3而相互连接。
由此,产生由将并联臂谐振器16与谐振器组17、18合起来的合成电容和电感器L1引起的串联谐振。通过串联谐振而产生的衰减极与未设置电感器L1的情况相比,向低频侧偏移。其结果是,有效地改善了处于通带外的低频侧的发送频带中的衰减。
由于与并联臂谐振器16及谐振器组17、18共同地连接电感器L1,与在并联臂谐振器16和谐振器组17、18连接单独的电感器的情况相比,能够实现装置的小型化。
另外,由于使用连接在节点N1与接地端子B2之间的电感器L1使衰减极偏移,因此,无需增大连接在节点N2与接地端子B3之间的电感器L2的电感。由于不增大电感器L2的电感,因此,谐振器组17、18的接地电位难以变得不稳定。其结果是,稳定地改善了发送频带中的衰减。
另外,由于谐振器组17、18的全部的IDT电极的接地侧的端部被共同化,因此,谐振器组17、18的接地电位更加稳定化,寄生电感成分减少,由此,发送频带中的衰减的改善效果提高。
另外,并联臂谐振器16的静电电容在并联臂谐振器15、16的静电电容中最大。由此,将并联臂谐振器16与谐振器组17、18合起来的合成电容变大,能够减小用于使衰减极向低频侧偏移的所需电感成分。其结果是,能够有助于芯片的小型化。
根据接收滤波器10,与通带的低频带端的急剧的衰减特性一起改善了发送频带中的衰减。因此,通过组合接收滤波器10和发送滤波器20而构成多工器1,从而得到收发间的隔离度优异的多工器1。
与比较例对比地说明上述多工器1及变形例的效果。
图4是示意性示出比较例1的多工器2的压电基板59上的电极配置的一例的俯视图。
多工器2与多工器1相比,在电路结构中相同,在电感器L1的电感成分更小这一点不同。
如图4所示,在多工器2中,连结节点N1与接地端子B2的布线由具有平面状图案的电极构成,因此,电感器L1的电感成分与电感器L2的电感成分大致相同,小到能够忽略的程度。
图5是示出比较例2的多工器3的结构的一例的电路图。
图6是示意性示出多工器3的压电基板59上的电极配置的一例的俯视图。
多工器3与多工器1相比,在并联臂谐振器16与节点N1之间具有电感器L3这一点不同。
如图5及图6所示,在多工器3的接收滤波器11中,在并联臂谐振器16与节点N1之间设置有由有意地蜿蜒拉绕的布线构成的电感器L3。与电感器L1对应的布线的长度实质上为0,与电感器L2对应的布线由具有平面状图案的电极构成,因此,电感器L1及L2的电感成分均小到能够忽略的程度。
图7是示出比较例3的多工器4的结构的一例的电路图。
图8是示意性示出多工器4的压电基板59上的电极配置的一例的俯视图。
多工器4与多工器1相比,在不具有连接节点N1与节点N2的信号路径这一点不同。
如图7及图8所示,在多工器4的接收滤波器12中,接地端子B1、B2及B3全部独立地设置。另外,在并联臂谐振器16与接地端子B2之间设置有由有意地蜿蜒拉绕的布线构成的电感器L4。
图9是示意性示出变形例的多工器5的压电基板59上的电极配置的一例的俯视图。
多工器5与图1的多工器1相比,在电路结构中相同,在构成为电感器L1的电感成分更小且电感器L2的电感成分更大这一点不同。
如图9所示,在多工器5中,节点N2与接地端子B3之间的布线由有意地蜿蜒拉绕的布线构成,因此,电感器L2的电感成分较大。另外,连结节点N1与接地端子B2的布线由具有平面状图案的电极构成,因此,电感器L1的电感成分小到能够忽略的程度。由此,在多工器5中,电感器L2的电感成分大于电感器L1的电感成分。
将多工器1作为实施例,针对实施例、比较例1、2及3、以及变形例的多工器1、2、3、4及5,求出端子Tx→Rx间的隔离度特性。将LTE(注册商标)(Long Term Evolution,长期演进)的Band26的上行频带(814MHz以上且849MHz以下)设为发送滤波器20的通带(以下为发送频带),将下行频带(859MHz以上且894MHz以下)设为接收滤波器10、11及12的通带(以下为接收频带)。
图10是示出多工器的端子Tx→Rx之间的隔离度特性的一例的图表。
如图10所示,发送频带内的插入损耗的最小值(隔离度的最差值)在实施例中为60.7dB,在变形例中为58.6dB,在比较例1中为57.2dB,在比较例2中为56.3dB,在比较例3中为53.8dB。
在实施例中,通过连接节点N1与节点N2,使衰减极从接收频带的附近向低频侧偏移,该衰减极是通过由将并联臂谐振器16与谐振器组17、18合起来的合成电容和电感器L1引起的串联谐振而产生的。通过利用合成电容使衰减极向低频侧偏移,能够在减小需要的电感成分的同时,在发送频带的整个频带中实现良好的隔离度。
在比较例1中,虽然节点N1与节点N2被连接,但由于电感器L1由具有平面状图案的电极实现,电感成分小到实质上能够忽略的程度,因此,无法使衰减极向低频侧充分地偏移。因此,与实施例相比,发送频带的中频带到高频带(831.5MHz以上且849MHz以下)中的隔离度变差。
在比较例2中,在并联臂谐振器16与节点N1之间设置电感器L3,是通过并联臂谐振器16与电感器L3的串联谐振而产生的衰减极从接收频带的附近向低频侧偏移,由此,实现发送频带的衰减的改善。
在比较例2中,与实施例相比,为了使衰减极偏移,需要的电感成分与不使用谐振器组17、18的电容相应地变大。因此,成为装置的小型化的障碍。另外,在接收频带的低频带端,衰减特性的急剧性变差,因此,发送频带的高频带端附近(849MHz)的隔离度变差。
在比较例3中,未使并联臂谐振器16的接地与谐振器组17、18的接地共同化,在并联臂谐振器16与接地端子B2之间设置电感器L4,使通过并联臂谐振器16与电感器L4的串联谐振而产生的衰减极从接收频带的附近向低频侧偏移,由此,实现发送频带的衰减的改善。
在比较例3中,谐振器组17、18的接地侧的端部未与接地端子B2连接,因此,在谐振器组17、18的接地产生的寄生电感成分变大。通常,谐振器组17、18的接地电位越稳定,发送频带中的衰减越大,在比较例3中,由于寄生电感成分变大而使接地电位难以稳定,因此,发送频带的整个频带中的隔离度变差。
在变形例中,通过连接节点N1与节点N2,使衰减极从接收频带的附近向低频侧偏移,该衰减极是通过由将并联臂谐振器16与谐振器组17、18合起来的合成电容和电感器L2引起的串联谐振而产生的。在变形例中,与实施例同样地,通过利用合成电容使衰减极向低频侧偏移,能够减小需要的电感成分。
在变形例中,由于利用连接在节点N2与接地端子B3之间的电感器L2使衰减极向低频侧偏移,因此,与实施例相比,在谐振器组17、18的接地产生的寄生电感成分变大。因此,与实施例相比,发送频带的中频带(831.5MHz)附近的隔离度变差。
需要说明的是,在实施例、比较例1、2及3以及变形例的多工器1、2、3、4及5中,接地端子B1均与接地端子B2及B3独立。当使接地端子B1与接地端子B2及B3共同化时,由并联臂谐振器15产生的衰减极也向低频带侧偏移,可能产生损害接收频带的低频带侧的衰减特性的急剧性的不利情况。根据多工器1、2、3、4及5,能够避免这样的不利情况。
以上,对本发明的实施方式的滤波器及多工器进行了说明,但本发明不限于各个实施方式。在不脱离本发明的主旨的范围内,对本实施方式实施了本领域技术人员想到的各种变形而得到的方式、将不同的实施方式中的构成要素组合而构筑的方式也可以包含在本发明的一个或多个方面的范围内。
例如,在实施方式中举出双工器的例子进行了说明,但本发明不限于双工器,例如,也可以应用于仅对频带不同的多个信号进行分波及合波的同向双工器、三工器、四工器等。
例如,在实施方式中,示出如下例子:第二并联臂谐振器与纵耦合谐振器型滤波器在接地侧经由电感器而相互连接,该电感器是处于第一信号路径R1上的节点N1与接地端子B2之间的电感器L1,但不限于此。上述电感器也可以是处于信号路径R2上的节点N2与接地端子B3之间的电感器L2。通过电感器L2,也能够与电感器L1同样地增大通带外的衰减量。
产业上的可利用性
本发明作为滤波器及多工器,能够广泛用于便携电话机等通信设备。

Claims (6)

1.一种滤波器,具备:
梯型滤波器,其包括第一并联臂谐振器及第二并联臂谐振器;
纵耦合谐振器型滤波器,其与所述梯型滤波器串联连接;
第一接地端子,其与所述第一并联臂谐振器连接;
与所述第二并联臂谐振器连接的第二接地端子及与所述纵耦合谐振器型滤波器连接的第三接地端子,所述第二接地端子及所述第三接地端子与所述第一接地端子独立地设置;
第三信号路径,其与第一信号路径上的第一节点和第二信号路径上的第二节点连接,所述第一信号路径连结所述第二并联臂谐振器与所述第二接地端子,所述第二信号路径连结所述纵耦合谐振器型滤波器与第三接地端子;以及
电感器,其连接在所述第一信号路径上的所述第一节点与所述第二接地端子之间,或者连接在所述第二信号路径上的所述第二节点与所述第三接地端子之间。
2.根据权利要求1所述的滤波器,其中,
所述电感器是配置在所述第一信号路径上且连接在所述第一节点与所述第二接地端子之间的第一电感器。
3.根据权利要求2所述的滤波器,其中,
所述滤波器具备连接在所述第二节点与所述第三接地端子之间的第二电感器,
所述第一电感器的电感比所述第二电感器的电感大。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的滤波器,其中,
所述纵耦合谐振器型滤波器具备在弹性波的传播方向上排列设置的多个叉指换能器电极即IDT电极,所述多个IDT电极的全部的一端与所述第三接地端子连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的滤波器,其中,
所述第二并联臂谐振器的静电电容在所述梯型滤波器所包含的全部并联臂谐振器的静电电容中最大。
6.一种多工器,具备一端彼此相互连接的第一滤波器和第二滤波器,
所述第一滤波器是权利要求1至5中任一项所述的滤波器,
所述第一滤波器的通带的中心频率比所述第二滤波器的通带的中心频率高。
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