JP2001024476A - 送受切換器 - Google Patents

送受切換器

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JP2001024476A JP2000160387A JP2000160387A JP2001024476A JP 2001024476 A JP2001024476 A JP 2001024476A JP 2000160387 A JP2000160387 A JP 2000160387A JP 2000160387 A JP2000160387 A JP 2000160387A JP 2001024476 A JP2001024476 A JP 2001024476A
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ジョン・ディー・ラーソン・サード
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/46—Filters
    • H03H9/54—Filters comprising resonators of piezo-electric or electrostrictive material
    • H03H9/56—Monolithic crystal filters
    • H03H9/566—Electric coupling means therefor
    • H03H9/568—Electric coupling means therefor consisting of a ladder configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/70—Multiple-port networks for connecting several sources or loads, working on different frequencies or frequency bands, to a common load or source
    • H03H9/703—Networks using bulk acoustic wave devices
    • H03H9/706—Duplexers

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １ワットを超える電力レベルによって送受切
換器の信頼性又はフィルタ特性の安定性が損なわれない
十分に急峻なフィルタ特性を備え、個別同調を必要とし
ない小型化された送受切換器を提供する。 【解決手段】 本発明は、第１のポート、第２のポー
ト、第３のポート、第１のポートと第３のポートとの間
に接続された第１の帯域フィルタ及び第２のポートと第
３のポートとの間に接続された直列回路を含むＦＢＡＲ
ベースの送受切換器を提供する。第１の帯域フィルタに
は分路素子及び直列素子を備えた第１の梯子型回路が含
まれている。第１の梯子型回路の素子には、それぞれ薄
膜バルク音波共振器が含まれている。直列回路には、第
２の帯域フィルタと直列をなす９０゜移相器が含まれて
いる。第２の帯域フィルタには分路素子及び直列素子を
備えた第２の梯子型回路が含まれている。第２の梯子型
回路の素子にはそれぞれＦＢＡＲが含まれている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子コンポーネン
トである送受切換器に係り、特に、大電力無線周波回路
に用いられる電子コンポーネントである送受切換器に関
する。
【０００２】
【従来の技術】多くの様々な通信用途において、受信機
の入力及び送信機の出力の両方に対して共用信号経路が
結合されている。例えば、セルラ電話又はコードレス電
話等のトランシーバの場合、受信機の入力及び送信機の
出力に対してアンテナを結合することが可能である。こ
のような構成の場合、送受切換器を用いて、共用信号経
路と受信機の入力及び送信機の出力とが結合される。送
受切換器は、必要な結合を可能にし、同時に、送信機に
よって発生した変調送信信号が、アンテナから受信機の
入力に結合して戻され、受信機に過負荷をかけるのを阻
止する。
【０００３】既に確立された送受切換器の形態は、半二
重送受切換器である。半二重送受切換器については、ニ
ューヨークのアカデミック出版から出版されたサーフェ
イス・アコースティック・ウェーブ・デバイス・フォー
・モバイル・アンド・ワイアレス・コミュニケーション
のＰ２５３−２７２(SURFACE ACOUSTIC WAVE DEVICESFO
R MOBILE AND WIRELESS COMMUNICATION.,pp.253-272,Ac
ademic Press,New York(1988))にシー・ケー・キャンベ
ル(C.K.Campbell)氏による解説がある。半二重送受切換
器では、スイッチを利用して、時分割式に受信機又は送
信機にアンテナを接続する。半二重送受切換器は、優れ
た結合特性及び減衰特性を備えているが、双方が同時に
話す（聞く）ことができないので、電話用途に関しては
許容できない解決手法である。
【０００４】電話用途に関してより許容可能性の高い形
態の送受切換器は、やはり、キャンベル氏による解説に
ある全二重送受切換器である。全二重送受切換器の利用
を可能にするには、送信信号が受信信号と異なる周波数
でなければならない。全二重送受切換器にはスイッチが
なく、信号の周波数に基づいて受信信号から送信信号を
分離する帯域フィルタが組み込まれている。図６は、セ
ルラ電話、パーソナル通信システム（Personal Communi
cation System；以下、ＰＣＳという）又は他の送信装
置／受信装置に用いられる従来のフロント・エンド回路
１０を示すブロック図である。この場合、送信機１４の
電力増幅器１２の出力及び受信機１８の低雑音増幅器
（Low-Noise Amplifier；以下、ＬＮＡという）１６の
入力は全二重送受切換器である送受切換器２０に接続さ
れる。
【０００５】送受切換器２０は、送信ポート２４、受信
ポート２６及びアンテナ・ポート２８を備えた３ポート
装置である。アンテナ・ポート２８は、帯域フィルタ３
０を介して送信ポート２４に接続され、直列構成をなす
９０゜移相器３４及び帯域フィルタ３２を介して受信ポ
ート２６に接続されている。帯域フィルタ３０，３２の
通過帯域はそれぞれ、送信機１４によって生じる送信信
号の周波数範囲及び受信機１８を同調させることが可能
な受信信号の周波数範囲を中心にする。図示の場合、帯
域フィルタは、帯域フィルタ３０の高周波阻止帯域が帯
域フィルタ３２の通過帯域と重なり、帯域フィルタ３２
の低域周波数阻止帯域が帯域フィルタ３０の通過帯域に
重なるように構成されている。
【０００６】送受切換器２０を構成する帯域フィルタ３
０，３２の要件は、極めて厳しい。帯域フィルタは、電
力増幅器１２によって生じる強い送信信号からアンテナ
２２によって生じる極めて弱い受信信号を分離して、こ
の受信信号を低雑音増幅器１６の入力に入力する。一般
に、低雑音増幅器１６の感度は、約−１００ｄＢｍ程度
であり、電力増幅器１２は約２８ｄＢｍの電力量を送受
切換器に入力することが可能である。この場合、送受切
換器は、受信ポートで受信信号と混合された残留送信信
号が低雑音増幅器に過負荷をかけるのを阻止するため、
アンテナ・ポート２８と受信ポート２６の間で送信信号
を約５０ｄＢだけ減衰させなければならない。
【０００７】次第に普及しつつある移動電話の１つのタ
イプが、符号分割多重アクセス（Code Division Multip
le Access；以下、ＣＤＭＡという）を利用するＰＣＳ
（以下、ＣＤＭＡ ＰＣＳという）である。ＣＤＭＡ
ＰＣＳについては、ニュージャージー州・ピスカタウェ
イのＩＥＥＥ出版によるティー・エス・ラポール氏著の
セルラー・ラジオ・アンド・パーソナル・コミュニケー
ション第２集のＰ５０１−５０９(T.S.Rapport,ed.,CEL
LULAR RADIO & PERSONAL COMMUNICATIONS,VOL.2,pp.501
-509,IEEE Press,Piscataway,NJ,(1996)に解説がある。
ＣＤＭＡ ＰＣＳ装置は、約１９００ＭＨｚの周波数帯
域で動作し、送受切換器の性能に対して特に厳格な要件
を課している。送信信号及び受信信号に割り当てられた
スペクトル部分間の保護帯域は、搬送波周波数の約１
％、２０ＭＨｚにすぎない。送信信号及び受信信号に割
り当てられたスペクトル部分の帯域幅は、搬送波周波数
の約３％、すなわち、６０ＭＨｚである。これは、帯域
フィルタ３０，３２が、極めて鋭いロール・オフを備え
る必要があることを表している。図７は、送信帯域及び
受信帯域の基本構成を示す周波数に対する減衰量の特性
図である。帯域フィルタ３０，３２に必要とされる特性
がそれぞれ破線３６及び線３８で示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】セルラ電話及びＰＣＳ
装置は、常に、より小型に、より低コストになるように
製造されている。一般に、いくつかのスタック式プリン
ト回路基板は全パッケージ・サイズ内にＰＣＳ装置の回
路要素を収容するために用いられる。プリント回路基板
に取り付けられるコンポーネントは、小型化しなければ
ならないだけではなく、厳格な高さに関する要件を満た
さなければならない。制限された高さより高いコンポー
ネントは、プリント回路基板の間隔をさらにあけること
が必要になり、このため、実現可能な実装密度が低下す
る。また、高さの高すぎるコンポーネントは、少なくと
も１つの隣接するプリント回路基板にそれら高すぎるコ
ンポーネントを収容するホールをあける必要があり、実
装密度の低下及びアセンブリ・コストの増大の両方をも
たらすことになる。
【０００９】送受切換器２０に関するもう１つの問題
は、その電力処理能力である。送信機１４の電力増幅器
１２は、送受切換器２０の送信ポート２４に対して１ワ
ットまでの電力を供給することが可能である。説明した
小型化が施されると、帯域フィルタ３０，３２は、破壊
されることなく又は使用しているうちにその特性を劣化
させることなく電力を供給できなければならない。
【００１０】現行世代のＰＣＳ装置は、送受切換器２０
としてセラミック・フィルタを利用している。しかし、
このセラミック・フィルタは、約２８×８×５ｍｍとか
さばり、高さの高すぎるコンポーネントであり、高価で
ある。このようなフィルタのサンプルは、個別に同調が
行われてきたことを示し、これがこのような装置のコス
トの要因となっている。
【００１１】表面弾性波（ＳＡＷ）フィルタは、セルラ
電話及びＰＣＳ装置において送受切換器としても利用さ
れてきた。例えば、1998年の日本の仙台におけるＩＥＥ
Ｅ国際超音波シンポジウムでのオー・イケダ，エヌ・ニ
シハラ，ワイ・サトウ，エッチ・フクシマ及びエヌ・ヒ
リサワ氏らによるデザイン・オブ・アンテナ・デュプレ
クサ・ユージング・ラダー・タイプ・ＳＡＷ・フィルタ
(O.Ikata,N.Nishihara,Y.Satoh,H.Fukushima,and N.Hi
risawa,A Design of Antenna Duplexer UsingLadder Ty
pe SAW Filters,PROC.1998 IEEE INTERNATIONAL ULTRAS
ONICS SYMPOSIUM,SENDAI,JAPAN,paper O-1(Oct.1998))
を参照されたい。上記ＣＤＭＡ用途において、十分な電
力処理能力を備えたＳＡＷフィルタのロール・オフは、
不十分な急峻さ(steep)である。その代わり、２つのＳ
ＡＷフィルタと電子スイッチとを利用しなければならな
い。フィルタの一方によって、送信帯域及び受信帯域の
上半分がカバーされ、もう一方のフィルタによって、送
信帯域及び受信帯域の下半分がカバーされる。電子スイ
ッチによって、送信帯域及び受信帯域のＰＣＳ装置が動
作している部分に基づいて、適合するフィルタが選択さ
れる。したがって、ＳＡＷフィルタをベースにした送受
切換器は、許容できないほどかさばり、複雑で、高価で
あり、さらに、送信機出力電力にサージが生じると故障
する可能性がある。
【００１２】本発明は上記事情にかんがみてなされたも
のであり、送信帯域と受信帯域との分離が動作周波数の
わずか約１％にすぎず、１ワットを超える電力レベルに
よって送受切換器の信頼性又はフィルタ特性の長期安定
性が損なわれることのないＣＤＭＡ ＰＣＳ装置等の用
途における利用を可能にするのに十分に急峻なフィルタ
特性を備える送受切換器を提供することを目的とする。
また、本発明のもう１つの目的は、セラミック・フィル
タ又はＳＡＷフィルタをベースにした現行の送受切換器
よりかなり小型であって、製造コストを低く保つことが
できるように個別同調を必要としない送受切換器を提供
することも目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、第１のポー
ト、第２のポート、第３のポート、第１のポートと第３
のポートとの間に接続された第１の帯域フィルタ及び第
２のポートと第３のポートとの間に接続された直列回路
を含むＦＢＡＲベースの送受切換器を提供する。第１の
帯域フィルタには分路素子及び直列素子を備えた第１の
梯子型回路が含まれている。第１の梯子型回路の素子に
は、それぞれ薄膜バルク音波共振器（FilmBulk Acousti
c Resonator；以下、ＦＢＡＲという）が含まれてい
る。直列回路には、第２の帯域フィルタと直列をなす９
０゜移相器が含まれている。第２の帯域フィルタには分
路素子及び直列素子を備えた第２の梯子型回路が含まれ
ている。第２の梯子型回路の素子にはそれぞれＦＢＡＲ
が含まれている。
【００１４】帯域フィルタの少なくとも１つの素子に含
まれるＦＢＡＲは、全体として２つの異なる共振周波数
を備えることが可能である。
【００１５】帯域フィルタの少なくとも１つの素子に含
まれるＦＢＡＲは、全体として３つ以上の異なる共振周
波数を備えることが可能である。
【００１６】帯域フィルタの少なくとも１つの素子に含
まれるＦＢＡＲは、全て、異なる共振周波数を備えるこ
とが可能である。
【００１７】帯域フィルタの素子の少なくとも１つは、
さらに、それに含まれるＦＢＡＲと直列をなす補助イン
ダクタを含むことが可能である。
【００１８】帯域フィルタの少なくとも１つの直列素子
に含まれるＦＢＡＲは、全て、同じ共振周波数を備える
ことが可能であり、帯域フィルタの少なくとも１つの分
路素子に含まれるＦＢＡＲは、全て、直列素子に含まれ
るＦＢＡＲの共振周波数とは異なる、同一の共振周波数
を備えることが可能である。
【００１９】補助インダクタと直列をなすＦＢＡＲに
は、分路キャパシタンスが含まれており、補助インダク
タは、第１の帯域フィルタの帯域上限、第１の帯域フィ
ルタの帯域下限、第２の帯域フィルタの帯域上限又は第
２の帯域フィルタの帯域下限に対応する周波数におい
て、分路キャパシタンスと直列共振を生じるインダクダ
ンスを備えている。
【００２０】送受切換器には、さらに、帯域通過フィル
タの少なくとも１つにおける２つの分路素子に対する共
通接地接続と直列をなす補助インダクタンスを含むこと
が可能である。
【００２１】分路素子の１つに含まれるＦＢＡＲは、直
列をなす第１のＦＢＡＲ及び第２のＦＢＡＲを含むこと
が可能である。
【００２２】本発明によれば、また、分路素子及び直列
素子を含み、直列素子及び分路素子が接続されて梯子型
回路を形成し、素子のそれぞれにＦＢＡＲが含まれてい
る帯域フィルタも得られる。
【００２３】最後に、本発明は、ＦＢＡＲの少なくとも
１つが、他のＦＢＡＲと共振周波数が異なるＦＢＡＲの
集積アレイを提供する。集積アレイには、第２の主表面
と向かい合った第１の主表面を含む圧電層が含まれてい
る。集積アレイには、さらに、圧電層の第１の主表面に
配置された第１の電極と、圧電層の第２の主表面に配置
された第２の電極が含まれている。ＦＢＡＲの１つは、
第２の電極の１つが第１の電極の１つと重なる位置のそ
れぞれにおいて形成される。他のＦＢＡＲと共振周波数
が異なるＦＢＡＲの１つを形成する電極は、他のＦＢＡ
Ｒを形成する他の電極と重み付き厚さ(weighted thickn
ess)が異なっている。
【００２４】
【発明の実施の形態】近年の特許文献には、ＦＢＡＲが
記載がある。例えば、本発明の譲受人に譲渡された米国
特許第５，５８７，６２０号公報（本明細書において援
用する）には、ＦＢＡＲの記載がある。図１（ａ）は、
ＦＢＡＲ５０を示す断面図である。
【００２５】ＦＢＡＲ５０は、基板５６に形成されたウ
ェル５４の上に、その周縁で吊られた(suspend)圧電層
５２を備えて構成される。圧電素子のウェルの上に重な
る部分の対向表面には、電極５８，６０が配置されてい
る。電極５８，６０には、それぞれ、端子６６，６８を
介して電気的接続が施される。圧電層５２及び電極５
８，６０は、圧電共振器スタック６２を形成している。
圧電共振器スタックは、電極間に印加される電圧の大き
さ及び方向に応答して、矢印６４で表示される方向に伸
張及び収縮する。
【００２６】圧電層５２と電極５８，６０とを備えて構
成される圧電共振器スタック６２は、その周縁で吊られ
ており、その主表面が両方とも空気、他の周囲ガス又は
真空と接している場合、圧電共振器スタックはＱの高い
音波共振器を形成する。端子６６，６８を介して電極５
８，６０に加えられる交流信号は、圧電共振器スタック
における音速をスタックの重み付き厚さの２倍で割った
値に等しい周波数を備えている。すなわち、ｆr＝ｃ／
２ｔ0（ここで、ｆrは共振周波数であり、ｃはスタック
内における音速であり、ｔ0はスタックの重み付き厚さ
である）の場合、その信号によって、圧電共振器スタッ
クが共振する。圧電共振器スタックの共振周波数は、ス
タックを構成する材料内における音速がそれぞれに異な
るため、物理的厚さではなく、重み付き厚さによって決
まる。
【００２７】約１９００ＭＨｚで共振が生じるＦＢＡＲ
５０の例の場合、基板５６は単結晶シリコンのウェーハ
であり、圧電層５２は厚さが約２μｍの窒化アルミニウ
ム（ＡＩＮ）の層であり、電極５８，６０は厚さが約
０．１μｍのモリブデンの層である。この薄膜におい
て、電極は圧電共振器スタック６２の質量のかなりの部
分を構成するので、モリブデンは電極に関して望ましい
材料である。したがって、電極材料の音響特性は圧電共
振器スタックのＱにかなりの影響を与える。金及びアル
ミニウム等の一般的な電極材料に比べて、モリブデンは
優れた音響特性を備えており、材質がモリブデンの電極
によってＦＢＡＲ５０は他の材料の電極よりも高いＱを
有することが可能になる。ＦＢＡＲの構造及び製作に関
するさらなる詳細については、上記特許公報及び本発明
の譲受人に譲渡された米国特許出願第０９／０８８，９
６４号公報（本明細書において援用する）に開示されて
いる。
【００２８】図１（ｂ）は、ＦＢＡＲ５０の等価回路を
示す回路図である。主リアクタンス成分は、電極５８，
６０及び圧電層５２によって形成されるコンデンサのキ
ャパシタンスである分路キャパシタンスＣｐである。圧
電層は分路コンデンサＣpの誘電体である。抵抗器Ｒ
pは、分路キャパシタンスＣpの直列抵抗を表している。
インダクタンスＬM及びキャパシタンスＣMは、圧電共振
器スタック６２のインダクタンス及びキャパシタンスを
表している。抵抗器ＲMは、圧電共振器スタックの損失
を表している。抵抗器ＲSは、端子６６，６８と圧電共
振器スタック６２との間における接続の直列電気抵抗を
表している。
【００２９】図１（ｃ）は、端子６６と端子６８との間
において測定されるインピーダンス｜Ｚ｜係数と周波数
との関係を示す特性図である。周波数が増加するにつれ
て、インピーダンスは分路キャパシタンスＣpのインピ
ーダンス降下のために漸次降下する。インピーダンス
は、最終的には、機械的インダクタンスＬMと機械的キ
ャパシタンスＣMとの間の直列共振周波数で最低値に到
達する。その後、インピーダンスは急激に上昇し、機械
的インダクタンスＬM及び直列に組み合わせられた機械
的キャパシタンスＣMと分路キャパシタンスＣpとの間の
並列共振周波数で最高値に到達する。分路キャパシタン
スは機械的キャパシタンスの約２０倍であるため、直列
共振と並列共振との周波数差は小さい。周波数が並列共
振周波数を超えると、インピーダンスは急峻な降下を示
す。この開示においてＦＢＡＲの共振周波数に言及する
場合、別段の記述のない限り、ＦＢＡＲの並列共振周波
数について言及したものと解釈すべきである。
【００３０】図２は、本発明の第１の実施形態に係る送
信ＦＢＡＲアレイ１０２及び受信ＦＢＡＲアレイ１０４
を組み込んだ送受切換器を示す回路図である。送受切換
器１００は、ＣＤＭＡ ＰＣＳ装置に用いるのに適した
送信ポート１２４、受信ポート１２６及びアンテナ・ポ
ート１２８を含む３ポート装置である。送受切換器は、
９０゜移相器１３４、送信ＦＢＡＲアレイ１０２を含む
送信帯域フィルタ１３０及び受信ＦＢＡＲアレイ１０４
を含む受信帯域フィルタ１３２を備えて構成されてい
る。送信ポート１２４は、送信帯域フィルタ１３０を介
してアンテナ・ポート１２８に接続されている。アンテ
ナ・ポート１２８は、直列構成をなす９０゜移相器１３
４及び受信帯域フィルタ１３２を介して、受信ポート１
２６に接続されている。
【００３１】ＰＣＳ装置、セルラ電話又は他の送信／受
信装置に用いられる場合、図２に示す回路と同様の回路
構成において、送受切換器１００のアンテナ・ポート１
２８はアンテナ（図示せず）に接続され、送信ポート１
２４は送信機（図示せず）の出力に接続され、受信ポー
ト１２６は受信機（図示せず）の入力に接続される。帯
域フィルタ１３０及び１３２の通過帯域は、それぞれ、
送信機によって生じる送信信号の周波数範囲及び受信機
を同調させることが可能な受信信号の周波数範囲を中心
にする。図示の例の場合、送信及び受信帯域フィルタ１
３０及び１３２は、送信ＦＢＡＲアレイ１０２を含む送
信帯域フィルタ１３０の高周波阻止帯域が、受信ＦＢＡ
Ｒアレイ１０４を含む受信帯域フィルタ１３２の通過帯
域と重なり、受信帯域フィルタ１３２の低域周波数阻止
帯域が、送信帯域フィルタ１３０の通過帯域に重なるよ
うに構成されている。
【００３２】次に、送信帯域フィルタ１３０の構造につ
いて説明する。送信帯域フィルタは、送信ＦＢＡＲアレ
イ１０２を備えて構成されている。送信ＦＢＡＲアレイ
１０２は、梯子型回路を形成するように接続された直列
ＦＢＡＲ１０１，１０３，１０５と分路ＦＢＡＲ１０
７，１０９とを備えて構成されている。直列ＦＢＡＲは
送信ポート１２４とアンテナ・ポート１２８との間に直
列に接続されており、分路ＦＢＡＲ１０７は、アースと
直列ＦＢＡＲ１０３及び直列ＦＢＡＲ１０５の間のノー
ドとの間に接続されている。したがって、図示の例の場
合、ＦＢＡＲ１０１，１０３，１０５，１０７，１０９
は、２1/2段の梯子型回路を形成している。しかし、梯
子型回路における段数は、本発明にとって重要なもので
はない。ＦＢＡＲアレイ１０２において、１つの直列Ｆ
ＢＡＲと１つの分路ＦＢＡＲとでそれぞれ構成される全
段の数及び１つの直列ＦＢＡＲ又は１つの分路ＦＢＡＲ
でそれぞれ構成される半段の数は、送信帯域フィルタ１
３０の所望のフィルタ特性及び送信ＦＢＡＲアレイ１０
２を構成する個々のＦＢＡＲの特性によって決まる。例
えば、好適には、送信帯域フィルタはＦＢＡＲ１０５の
ない２段フィルタである。
【００３３】次に、受信帯域フィルタ１３２の構造につ
いて説明する。受信帯域フィルタ１３２は、受信ＦＢＡ
Ｒアレイ１０４を備えて構成されている。受信ＦＢＡＲ
アレイ１０４は、梯子型回路を形成するように接続され
た直列ＦＢＡＲ１１１，１１３，１１５と分路ＦＢＡＲ
１２１，１２３，１２５，１２７とを備えて構成されて
いる。直列ＦＢＡＲは、アンテナ・ポート１２８から遠
隔の９０゜移相器１３４の端部と受信ポート１２６との
間に直列に接続されている。分路ＦＢＡＲ１２１は、ア
ースと直列ＦＢＡＲ１１１及びアンテナ・ポート１２８
から遠隔の９０゜移相器１３４の端部の間のノードとの
間に接続されている。分路ＦＢＡＲ１２３はアースと直
列ＦＢＡＲ１１１及び直列ＦＢＡＲ１１３間のノードと
の間に接続されており、分路ＦＢＡＲ１２５はアースと
直列ＦＢＡＲ１１３及び直列ＦＢＡＲ１１５間のノード
との間に接続されており、分路ＦＢＡＲ１２７はアース
と直列ＦＢＡＲ１１５及び受信ポート１２６の間のノー
ドとの間に接続されている。したがって、図示の例の場
合、ＦＢＡＲ１１１，１１３，１１５，１２１，１２
３，１２５，１２７は、３1/2段の梯子型回路を形成し
ている。しかし、梯子型回路における段数は本発明にと
って重要なものではない。必要とされる全段の数及び半
段の数は受信帯域フィルタ１３２の所望のフィルタ特性
及び受信ＦＢＡＲアレイ１０４を構成する個々のＦＢＡ
Ｒの特性によって決まる。
【００３４】９０゜移相器１３４として用いるのに適し
た回路は当該技術において周知である。例えば、９０゜
移相器１３４は、集中インダクタ及びコンデンサ又はλ
／４伝送ラインを備えて構成することが可能である。
【００３５】それぞれ、送信帯域フィルタ１３０及び受
信帯域フィルタ１３２の所望のフィルタ特性が得られる
ようにＦＢＡＲアレイ１０２及び１０４の設計を行うた
め、発明者は、カリフォルニア州・ウェストレイク・ビ
レッジのＨＰ ＥＥｓｏｆＣｏｒｐ．によって販売され
ているマイクロウェーブ・デザイン・システム（ＭＤ
Ｓ）(Microwave Design System(MDS),release 7.0(199
6))と呼ばれる市販のマイクロ波設計シミュレータを利
用した。各ＦＢＡＲアレイの個々のＦＢＡＲは、図１
（ｂ）に示す修正されたバターワース−バン・ダイク回
路(Butterworth-VanDyke circuit)を用いてモデル化さ
れた。この設計シミュレータは、面積を最適化し、ＦＢ
ＡＲアレイ１０２，１０４のそれぞれにおけるＦＢＡＲ
の必要とされる共振周波数を計算するために利用され
た。発明者は、物理的シミュレータを用いて各ＦＢＡＲ
の圧電共振器スタック（図１（ａ）に符号６２で示す）
をモデル化し、圧電共振器スタックを構成する層の物理
的特性を明らかにし、必要とされる共振周波数を実現す
る、各ＦＢＡＲを構成する圧電共振スタック層の厚さを
計算した。このシミュレータについては、マサチューセ
ッツ州ケンブリッジのマスソフト・インク(Mathsoft,In
c.)によって販売されているマス・キャド８（Ｍａｔｈ
ｃａｄ ８）に記載があり、１９６４年にニューヨーク
州のアカデミック出版から出版された「フィジカル・ア
コースティック・プリンシパル・アンド・メソッド 第
１．１Ａ集」 (PHYSICAL ACOUSTICS PRINCIPLES AND ME
THODS,Vol.1A,pp.239-247,Academic Press,New York(19
64))においてダブリュ・ピー・マソン（Ｗ．Ｐ．Ｍａｓ
ｏｎ）氏によって解説されたモデルをベースにしたもの
である。
【００３６】ＣＤＭＡ ＰＣＳ装置の送受切換器１００
の送信帯域フィルタ１３０の所望のフィルタ特性が得る
ため、送信ＦＢＡＲアレイ１０２を構成する直列ＦＢＡ
Ｒ１０１〜１０５は全て同じ共振周波数を備えることが
可能であり、分路ＦＢＡＲ１０７及び１０９は両方とも
同じ共振周波数を備えることが可能である。しかし、直
列ＦＢＡＲの共振周波数は分路ＦＢＡＲの共振周波数よ
り約３％高い。
【００３７】全ての直列ＦＢＡＲが同じ共振周波数を備
え、全ての分路ＦＢＡＲが直列ＦＢＡＲの共振周波数と
は異なる、同一共振周波数を備えている送信ＦＢＡＲア
レイ１０２によって得られるフィルタ特性とは異なる送
信帯域フィルタ１３０のフィルタ特性が用途によっては
必要になる場合もある。この場合、送信ＦＢＡＲアレイ
は全体として２つ以上の異なる共振周波数を有するＦＢ
ＡＲを備えて構成することが可能である。
【００３８】受信帯域フィルタ１３２に用いられるＦＢ
ＡＲアレイ１０４は、全て同じ共振周波数を備える直列
ＦＢＡＲと、全て直列ＦＢＡＲの共振周波数とは異な
る、同一共振周波数を備える分路ＦＢＡＲとを備えて構
成することも可能である。しかし、ＣＤＭＡ ＰＣＳ装
置の送受切換器１００の場合、受信帯域フィルタ１３２
は、受信ポート１２６における受信信号と混合される残
留送信信号によって、受信ポートに接続された受信機の
高感度で低雑音の増幅器に過負荷が加えられることがな
いほどの低レベルまで、アンテナ・ポート１２８におけ
る送信信号を減衰させることが必要になる。したがっ
て、受信帯域フィルタ１３２の送信信号除波要件は、送
信帯域フィルタ１３０の受信信号除波要件よりもかなり
厳しいものになる。今日のＦＢＡＲ製作技術を利用する
と、直列ＦＢＡＲが全て同じ共振周波数を備え、分路Ｆ
ＢＡＲが全て直列ＦＢＡＲの共振周波数とは異なる同じ
共振周波数を備える受信ＦＢＡＲアレイ１０４の実施態
様に関する除波要件を満たすのは困難である。
【００３９】受信ＦＢＡＲアレイ１０４において、ＣＤ
ＭＡ ＰＳＣ装置の受信帯域フィルタ１３２が所望のフ
ィルタ特性が得られるようにするために、全ての分路Ｆ
ＢＡＲが、同じ共振周波数を備えるわけではないが、直
列ＦＢＡＲは全て同じ共振周波数を備えることが可能で
ある。換言すれば、受信ＦＢＡＲアレイを構成するＦＢ
ＡＲは、全体として３つ以上の異なる共振周波数を備え
ることが望ましい。場合によっては、受信ＦＢＡＲアレ
イを構成するＦＢＡＲが全て異なる共振周波数を備える
ことも可能である。
【００４０】図示の例の場合、受信ＦＢＡＲアレイ１０
４の直列ＦＢＡＲ１１１，１１３，１１５の共振周波数
は、後述するように、送信帯域フィルタ１３０及び受信
帯域フィルタ１３２の特性をインターリーブするため、
送信ＦＢＡＲアレイ１０２の直列ＦＢＡＲ１０１，１０
３，１０５の共振周波数よりも約８０ＭＨｚ高い。
【００４１】最近になって、一般的な圧電層上に製作さ
れたいくつかの相互接続ＦＢＡＲを備える集積ＦＢＡＲ
アレイが製造されている。送信ＦＢＡＲアレイ１０２及
び受信ＦＢＡＲアレイ１０４として、このような集積Ｆ
ＢＡＲアレイを用いることによって、極めて小さい送受
切換器１００の製作が具体化可能になる。図３（ａ）及
び図３（ｂ）は、ＦＢＡＲアレイ１０２及び１０４に必
要とされるような梯子型回路を形成するように相互接続
された６つのＦＢＡＲ７２，７３，７４，７５，７６，
７７を備えて構成されるＦＢＡＲアレイ７０を示す構造
図である。図１（ａ）に示す単一ＦＢＡＲ５０と同様
に、圧電層７８がシリコン基板８２上に形成されたウェ
ル８０の上に、その周縁で吊られている。電極８３，８
４，８５，８６，８７が圧電層表面の基板から遠隔の部
分に配置されている。図３（ａ）に破線で示された電極
８８及び電極８９が、圧電層表面の基板に面した部分に
配置されている。ＦＢＡＲは圧電層の両側表面の電極が
重なるところに形成される。例えば、ＦＢＡＲ７２は電
極８３及び電極８８が重なるところに形成されている。
【００４２】基板８２に形成された単一ウェル８０に対
する好適な代替案として、基板にＦＢＡＲ７２〜７７の
それぞれに１つずつの複数ウェルを形成すると、ＦＢＡ
Ｒはそれぞれ個々のウェルの上に吊られることになる。
ＦＢＡＲのそれぞれに個別のウェルを設けることによっ
て、ＦＢＡＲのＱが高くなり、信頼性が向上する。
【００４３】ＦＢＡＲ７２〜７７のそれぞれの概略が鎖
線で示されている。図３に示すＦＢＡＲの輪郭形状は、
図面を単純化するためにかなり様式化されている。本開
示の譲受人に譲渡され、参考のために本明細書に組み込
まれている米国特許出願第０９／２８２，０８２号公報
に記載されているように、実際のＦＢＡＲは、形状が不
規則であり、長さの異なる非平行側面を備えている。不
規則な形状と、長さの異なる非平行側面のため、別様で
あれば、ＦＢＡＲの周波数応答を劣化させることになる
スプリアス横方向共振の発生が減少する。さらに、ＦＢ
ＡＲアレイ７０を構成するＦＢＡＲは、一般に、面積が
異なっている。
【００４４】約０．８平方ｍｍで、厚さ０．１４ｍｍの
シリコン基板上に製作される集積ＦＢＡＲアレイを用い
て、それぞれ送受切換器１００のＦＢＡＲアレイ１０２
及び１０４を得ることが可能である。
【００４５】ＦＢＡＲアレイ１０２及びＦＢＡＲアレイ
１０４を構成する個別ＦＢＡＲの特性は、圧電層の厚さ
並びにＦＢＡＲの電極の面積及び厚さによって決まる。
例えば、集積ＦＢＡＲアレイ７０の場合、ＦＢＡＲ７２
の特性は、圧電層７８の厚さ、電極８３と電極８８との
間における重なり面積及び電極８３及び電極８８の厚さ
によって決まる。
【００４６】ＦＢＡＲアレイ７０を構成するＦＢＡＲ
は、共通圧電層７８を共用しているので、アレイ内にお
けるＦＢＡＲのそれぞれの共振周波数は、ＦＢＡＲの電
極の少なくとも１つの厚さを決めることによって設定さ
れる。
【００４７】全ての直列ＦＢＡＲが同じ共振周波数を備
えており、そして、全ての分路ＦＢＡＲが同じ共振周波
数を備えかつその共振周波数が直列ＦＢＡＲの共振周波
数とは異なる、ＦＢＡＲアレイ１０２及び１０４の実施
態様として用いられる集積ＦＢＡＲアレイ７０の実施態
様では、少なくとも１つの電極が分路ＦＢＡＲの対応す
る電極よりも厚くなるように分路ＦＢＡＲを製作するこ
とによって、分路ＦＢＡＲの共振周波数が直列ＦＢＡＲ
の共振周波数に対して低下する。全ての直列ＦＢＡＲが
同じ共振周波数を備え、そして、全ての分路ＦＢＡＲが
同じ共振周波数を備えかつその共振周波数が直列ＦＢＡ
Ｒの共振周波数とは異なる、集積ＦＢＡＲアレイの製作
に必要とされるプロセスは、全てのＦＢＡＲが同じ共振
周波数を備える集積ＦＢＡＲアレイの製作に必要とされ
るプロセスよりもほんの少し複雑である。
【００４８】ＦＢＡＲが、全体として、ＣＤＭＡ ＰＣ
Ｓ装置の送受切換器に用いられる受信ＦＢＡＲアレイ１
０４の実施態様のように、３つ以上の共振周波数を備え
るＦＢＡＲアレイ１０２及び１０４の実施態様に用いら
れるＦＢＡＲアレイ７０の実施態様では、ＦＢＡＲの電
極は異なる共振周波数の数に対応する数の異なる厚さを
備えている。今日の集積ＦＢＡＲアレイ製作技術を用い
て、電極が全体として３つ以上の異なる厚さを備え、ア
レイにおけるＦＢＡＲの数に対応する数の厚さを備える
ことが可能な、ＣＤＭＡ ＰＣＳ装置の送受切換器にお
ける受信ＦＢＡＲアレイ１０４として用いられる集積Ｆ
ＢＡＲアレイの実施態様を製作することは困難である。
しかし、このようにして受信ＦＢＡＲアレイを製作する
と、送受切換器１００は、２つのＦＢＡＲアレイ１０２
及び１０４と９０゜移相器１３４だけから構成されるの
で、送受切換器１００のサイズが最小限に抑えられる。
図４は、本発明の第２の実施形態に係る送受切換器を示
す回路図である。本実施形態は、図２に示す実施形態に
比較すると、幾分大きいが、その受信ＦＢＡＲアレイ２
０４は、今日の集積ＦＢＡＲアレイ製作技術を用いて製
作するのが容易であり、コストも低い。送受切換器２０
０は、ＣＤＭＡ ＰＣＳ装置の送受切換器としての利用
に適したものにするフィルタ特性を備えているが、送信
ＦＢＡＲアレイ２０２及び受信ＦＢＡＲアレイ２０４
は、両方とも、全てが同じ共振周波数を備える直列ＦＢ
ＡＲと、全てが、直列ＦＢＡＲの共振周波数とは異な
る、同じ共振周波数を備える分路ＦＢＡＲとを備えてそ
れぞれ構成されている。これによって、ＦＢＡＲが全体
として２つの共振周波数だけしか備えていない集積ＦＢ
ＡＲを、ＦＢＡＲアレイ２０２及び２０４のそれぞれと
して用いることが可能になる。こうした集積ＦＢＡＲア
レイは、ＦＢＡＲの全てが同じ共振周波数を備えている
ＦＢＡＲアレイを製作するためのプロセスと比べて、複
雑さがほとんど変わらないプロセスによって製作するこ
とが可能である。図２及び図４と重複する部分には同一
の符号を付して説明を省略する。
【００４９】送受切換器２００は、送信ポート１２４、
受信ポート１２６及びアンテナ・ポート１２８を備えた
３ポート装置であり、９０゜移相器１３４、送信ＦＢＡ
Ｒアレイ２０２を有する送信帯域フィルタ２３０及び受
信ＦＢＡＲアレイ２０４を含む受信帯域フィルタ２３２
を備えて構成されている。送信ポート１２４は、送信帯
域フィルタを介してアンテナ・ポート１２８に接続され
ている。アンテナ・ポート１２８は、直列構成をなす９
０゜移相器及び受信帯域フィルタを介して受信ポート１
２６に接続されている。
【００５０】ＰＣＳ装置、セルラ電話又は他の送信／受
信装置に用いられる場合、図２に示すものと同様の回路
構成において、送受切換器２００のアンテナ・ポート１
２８はアンテナ（図示せず）に接続され、送信ポート１
２４は送信機（図示せず）の出力に接続され、受信ポー
ト１２６は、受信機（図示せず）の入力に接続される。
帯域フィルタ２３０及び２３２の通過帯域は、それぞ
れ、送信機によって生じる送信信号の周波数範囲及び受
信機を同調させることが可能な受信信号の周波数範囲を
中心にする。図示の例の場合、帯域フィルタ２３０及び
２３２は、送信帯域フィルタ２３０の高周波阻止帯域
が、受信帯域フィルタ２３２の通過帯域と重なり、受信
帯域フィルタの低周波阻止帯域が、送信帯域フィルタの
通過帯域と重なるように構成されている。
【００５１】次に、受信帯域フィルタ２３２について説
明する。受信帯域フィルタは、受信ＦＢＡＲアレイ２０
４、直列補助インダクタ２４１，２４３及び分路補助イ
ンダクタ２３１，２３３，２３５，２３７を備えて構成
されている。受信ＦＢＡＲアレイは、梯子型回路を形成
するように接続された直列ＦＢＡＲ２１１，２１３，２
１５と、分路ＦＢＡＲ２２１，２２３，２２５，２２７
とを備えて構成されている。直列補助インダクタ２４
１、直列ＦＢＡＲ２１１，２１３，２１５及び直列補助
インダクタ２４３は、アンテナ・ポート１２８から遠隔
の９０゜移相器１３４の端部と受信ポート１２６との間
に直列に接続されている。分路ＦＢＡＲ２２１及び分路
補助インダクタ２３１は、アースと直列補助インダクタ
１４１及び直列ＦＢＡＲ２１１間のノードとの間に直列
に接続されている。分路ＦＢＡＲ２２３及び分路補助イ
ンダクタ２３３は、アースと直列ＦＢＡＲ２１１及び２
１３間のノードとの間に直列に接続されている。分路Ｆ
ＢＡＲ２２５及び分路補助インダクタ２３５は、アース
と直列ＦＢＡＲ２１３及び２１５間のノードとの間に直
列に接続されている。分路ＦＢＡＲ２２７及び分路補助
インダクタ２３７は、アースと直列ＦＢＡＲ２１５及び
直列補助インダクタ２４３間のノードとの間に直列に接
続されている。したがって、図４の場合、ＦＢＡＲ及び
補助インダクタは、３1/2段梯子型回路をなすように接
続されている。しかし、梯子型回路の段数は、本発明に
とって重要ではない。必要とされる全段の数及び半段の
数は、受信帯域フィルタ２３２の所望のフィルタ特性、
受信ＦＢＡＲアレイ２０４を構成する個別ＦＢＡＲの特
性及び補助インダクタの特性によって決まる。
【００５２】ＦＢＡＲアレイ２０４の場合、直列ＦＢＡ
Ｒ２１１，２１３，２１５は、全て同じ共振周波数を備
え、分路ＦＢＡＲ２２１，２２３，２２５，２２７は、
全て同じ共振周波数を備えている。図４の場合、直列Ｆ
ＢＡＲの共振周波数は、分路ＦＢＡＲの共振周波数より
約３％高い。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す集積ＦＢ
ＡＲアレイ７０と同様の集積ＦＢＡＲアレイが、ＦＢＡ
Ｒ２０４として用いられる場合、共振周波数の差は、そ
れらの質量を増加させるために分路ＦＢＡＲの電極だけ
に追加金属を堆積させる追加ステップによって得られ
る。
【００５３】ＦＢＡＲアレイ２０４で示すように、直列
ＦＢＡＲ２１１，２１３，２１５の１つに接続されない
分路ＦＢＡＲ２２１，２２３，２２５，２２７の電極
は、まとめて共通端子に接続されるのではなく、独立し
た端子に接続される。独立した端子によって、分路補助
インダクタ２３１，２３３，２３５，２３７は、それぞ
れ、分路ＦＢＡＲ２２１，２２３，２２５，２２７と直
列に接続することが可能になる。
【００５４】図１（ｂ）に示すＦＢＡＲの修正されたバ
ターワース−バン・ダイク等価回路を検査することによ
って分かるように、補助インダクタをＦＢＡＲの端子の
１つに直列に接続することによって、補助インダクタは
ＦＢＡＲの機械的インダクタンスＬM及び分路キャパシ
タンスＣpの両方に対して直列になる。各補助インダク
タンスには２つの主たる効果、すなわち、ＦＢＡＲの直
列共振周波数をわずかに低下させる効果と、追加直列共
振を生じさせる効果がある。補助インダクタンスはＦＢ
ＡＲの並列共振周波数に対してごくわずかな影響しか及
ぼさない。
【００５５】補助インダクタ２３１，２３３，２３５，
２３７を用いて、受信帯域フィルタ２３２を構成するＦ
ＢＡＲ２２１，２２３，２２５，２２７の直列共振周波
数を異なる量ずつ低下させると、ＦＢＡＲアレイ２０４
における全ての直列ＦＢＡＲが、同じ共振周波数を備
え、ＦＢＡＲアレイにおける全ての分路ＦＢＡＲが、同
じ共振周波数を備えるという制約条件にもかかわらず、
理想の周波数特性を備えた受信帯域フィルタが得られ
る。
【００５６】追加直列共振は、補助インダクタンスと分
路キャパシタンスＣpとの間に生じる。各追加直列共振
によって、受信帯域フィルタの周波数応答にゼロが追加
される(additional null)。補助インダクタンスの値
は、追加共振周波数を設定し、下記の周波数領域の１つ
にゼロを追加するように企図されている：送信帯域の低
周波数端、送信帯域と受信帯域のクロスオーバ領域及び
受信帯域の高周波数端。受信帯域フィルタの周波数応答
にゼロを追加することによって、実際の実施態様は、送
信周波数範囲において部分的に５０ｄＢを超える減衰を
生じさせることが可能になる。この減衰量は、これま
で、本発明による帯域フィルタと同等のサイズを備えた
帯域フィルタを用いて実現されることはなかった。
【００５７】上記のモデル化ツールは、送受切換器２０
０をモデル化し、ＦＢＡＲアレイ２０４を構成するＦＢ
ＡＲが、２つの異なる共振周波数だけしか備えていない
にもかかわらず、受信帯域フィルタ２３２にその所望の
フィルタ特性を提供する補助インダクタ２３１，２３
３，２３５，２３７，２４１，２４３の値を決定するた
めに利用される。図４の場合、補助インダクタのインダ
クタンスは、２〜５ｎＨの範囲内である。これは、約８
０ｎＨであるＦＢＡＲの機械的インダクタンスＬ Mに比
べて小さい。したがって、補助インダクタとして比較的
質の劣るインダクタを利用しても、ＦＢＡＲの直列共振
のＱが大幅に劣化することはない。
【００５８】好適には、各分路補助インダクタ２３１，
２３３，２３５，２３７のそれぞれのインダクタンス
は、ＦＢＡＲアレイ２０４のパッケージのそれぞれのボ
ンディング・ワイヤのインダクタンス、個別チップ・イ
ンダクタのインダクタンス及びＦＢＡＲアレイ２０２及
びＦＢＡＲアレイ２０４が送受切換器２００を形成する
ように取り付けられたプリント回路基板の導電性トレー
スのインダクタンスとを直列に組み合わせることによっ
て得られた。導電性トレースは、パッケージのピンを個
別インダクタに接続し、個別インダクタをアースに接続
するトレースであった。さらに、ＦＢＡＲアレイ２０４
のパッケージのボンディング・ワイヤに関するインダク
タンスは、直列補助インダクタンス２４１及び２４３の
少なくとも一部において得られた。
【００５９】上記のように、図４の場合、受信ＦＢＡＲ
アレイ２０４の直列ＦＢＡＲ２１１，２１３，２１５の
共振周波数は、上記の送信帯域フィルタ１３０及び受信
帯域フィルタ１３２の特性をインターリーブするため、
送信ＦＢＡＲアレイ１０２の直列ＦＢＡＲ１０１，１０
３，１０５の共振周波数より約８０ＭＨｚ高い。
【００６０】全ての用途において、受信帯域フィルタ２
３２に、補助インダクタ２３１，２３３，２３５，２３
７，２４１，２４３の全てが含まれている必要はない。
こうした用途の場合、図２に示す第１の実施形態のよう
に、分路ＦＢＡＲの少なくとも１つが直接アースに接続
される構成によって、許容可能なフィルタ特性を得るこ
とが可能である。
【００６１】次に、送信帯域フィルタ２３０について説
明する。送信帯域フィルタの所望のフィルタ特性を満た
すのに十分な高さのＱを備えたＦＢＡＲが利用可能であ
れば、送信帯域フィルタ２３０として、図２に示す送信
帯域フィルタ１３０と同じ帯域フィルタを利用すること
が可能になる。十分な高さのＱを備えたＦＢＡＲが利用
できない場合、あるいは、送信帯域フィルタのフィルタ
特性に関してより大きい安全余裕度が必要とされる場
合、送信帯域フィルタとして、図４に示すような分路補
助インダクタを含む構成を利用することが可能である。
送信ＦＢＡＲアレイは、梯子型回路を形成するように接
続された直列ＦＢＡＲ２０１，２０３，２０５と分路Ｆ
ＢＡＲ２０７，２０９とを備えて構成されている。直列
ＦＢＡＲ２０１，２０３，２０５は、送信ポート１２４
とアンテナ・ポート１２８との間に直列に接続される。
分路ＦＢＡＲ２０７及び分路補助インダクタ２４１は、
アースと直列ＦＢＡＲ２０１及び２０３間のノードとの
間に直列に接続される。分路ＦＢＡＲ２０９及び分路補
助インダクタ２４３は、アースと直列ＦＢＡＲ２０３及
び２０５間のノードとの間に直列に接続される。したが
って、図４の場合、ＦＢＡＲ及び補助インダクタを接続
することによって、２1/2段梯子型回路が得られる。
【００６２】送信帯域フィルタ２３０の梯子型回路にお
ける段数は、本発明にとって重要ではない。必要とされ
る全段の数及び半段の数は、送信帯域フィルタの所望の
フィルタ特性、受信ＦＢＡＲアレイ２０２を構成する個
々のＦＢＡＲの特性及び補助インダクタの特性によって
決まる。好適には、送信フィルタは直列ＦＢＡＲ２０５
のない２段梯子型回路を備えて構成される。
【００６３】送信帯域フィルタ２３０のフィルタ特性に
対する補助インダクタの影響は、送信アレイのフィルタ
特性に対する補助インダクタの上記の影響に相当するた
め、詳細な説明は控えることにする。
【００６４】補助インダクタと送信帯域フィルタ２３０
の分路ＦＢＡＲ２０７及び２０９のそれぞれとの直列接
続の代替案として、単一補助インダクタンスと分路ＦＢ
ＡＲ１０７及び１０９の共通アース経路２４５を直列に
することも可能である。説明した単一補助インダクタン
スを接続することによって、送信帯域フィルタの帯域よ
り高い成分の除波が向上し、帯域より低い成分の除波が
劣化する。図４に示すように、補助インダクタと両方の
分路ＦＢＡＲが直列に接続されると、帯域より高い成分
と帯域より低い成分の除波が両方とも向上する。
【００６５】図４に示す送受切換器２００のプロトタイ
プの実施態様では、送信ポート１２４とアンテナ・ポー
ト１２８との間の挿入損失が、送信帯域の大部分にわた
って３ｄＢ未満であった。送信ポート１２４から受信ポ
ート１２６までの分離は、送信帯域の大部分にわたって
５０ｄＢを超え、受信帯域にわたって４６ｄＢを超え
た。
【００６６】送受切換器２００を構成する帯域通過フィ
ルタ２３０及び２３２は、送信帯域にわたって２ワット
Ｃ．Ｗ．の電力処理能力を一貫して備えている。
【００６７】本発明によるプロトタイプのＦＢＡＲをベ
ースにした送受切換器は、(A Miniaturized Dielectric
Monoblock Duplexer for 1.9 GHz Band PCS Tlelephon
e System,96 IEICE,no.349(CPMG 960103),pp55-60(199
6))において、ティー・オカダ氏，ティー・ツジグチ氏
及びエッチ・マツモト氏(T.Okada,T.Tsujiguchi,and H.
Matumoto)によって解説されたＣＤＭＡ ＰＣＳ の１９
００ＭＨｚセラミック共振器による送受切換器の仕様の
多くに合致するか、又は、それを超える。プロトタイプ
のＦＢＡＲをベースにした送受切換器のパッケージ寸法
は、約８ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍであり、したがって、プ
ロトタイプのＦＢＡＲをベースにした送受切換器の体積
は、上記セラミック送受切換器の約１／１４になる。よ
り重要なことは、プロトタイプのＦＢＡＲをベースにし
た送受切換器の高さが、セラミック送受切換器の約１／
３になるので、ＦＢＡＲをベースにした送受切換器は、
もはやプリント回路基板において最も高さの高いコンポ
ーネントではないという点である。これは、ＰＣＳ装
置、セルラ電話又はコードレス電話の送受器のような薄
い形状係数の用途において有利である。
【００６８】ＳＡＷ送受切換器は、本発明によるプロト
タイプのＦＢＡＲをベースにした送受切換器とほぼ同じ
サイズを備えているが、ＳＡＷ技術では、まだ、ＣＤＭ
ＡＰＣＳの２０ＭＨｚ保護帯域のロール・オフ要件を満
たすのに必要な電力処理能力及び高いＱが実現されてい
ない。したがって、上記のように、必要な特性を得るた
めには、２つ以上のＳＡＷフィルタを利用しなければな
らない。このため、送受切換器の体積がそれに比例して
増大せざるを得なくなる。
【００６９】本発明によるＦＢＡＲベースの送受切換器
では、それぞれのＦＢＡＲアレイを構成するＦＢＡＲの
面積によって、送受切換器の特性インピーダンスが決ま
る。送受切換器の特性インピーダンスは、アンテナの特
性インピーダンスと整合しなければならない。アンテナ
の特性インピーダンスは、一般に５０Ωである。５０Ω
の特性インピーダンスに合わせて受信ＦＢＡＲアレイ２
０４を設計することによって、受信ポート１２６に隣接
した分路ＦＢＡＲ２２７のサイズが、分路ＦＢＡＲ２２
３及び２２５よりかなり小さくなり、９０゜位相器１３
４に隣接した分路ＦＢＡＲ２２１のサイズが、分路２２
３及び２２５より小さくなる。分路ＦＢＡＲ２２７は、
そのサイズが小さくなることによって、Ｑが残りのＦＢ
ＡＲよりもかなり低くなる。ＦＢＡＲ２２７のＱが低下
すると、受信帯域フィルタ２３２のフィルタ特性が劣化
する。
【００７０】図５は、本発明の第３の実施形態に係る送
受切換器３００を示す回路図である。本実施形態の場
合、受信帯域フィルタ３３２は、５０Ωの特性インピー
ダンスを備えているが、受信ＦＢＡＲアレイ３０４の分
路ＦＢＡＲ３３７は、サイズ及びＱが分路ＦＢＡＲ２３
３及び２３５と同等の構成要素を備えて構成されてい
る。図３及び図４に示す送受切換器の構成要素に対応す
る図５に示す送受切換器３００の構成要素は、同じ参照
番号を用いて表示されており、ここでは再度の説明を省
略する。
【００７１】送受切換器３００の場合、分路インピーダ
ンスは、ＦＢＡＲ２２７とほぼ同じに保たれ、Ｑは、単
一ＦＢＡＲの約２倍の面積を備える２つのＦＢＡＲ３５
１及び３５３の直列構成を利用して改善されている。し
たがって、ＦＢＡＲ３５１及び３５３は、面積がＦＢＡ
Ｒ２２３及び２２５の２倍であり、Ｑはもっと高くな
る。結果として、第３の実施形態である５０Ωの特性イ
ンピーダンスを備えた送受切換器３００は、第２の実施
形態である５０Ωの特性インピーダンスを備えた送受切
換器２００よりも優れたフィルタ特性を備える。また、
ＦＢＡＲ３５１及び３５３の直列構成は、単一ＦＢＡＲ
２２７の４倍の電力に耐える。
【００７２】送受切換器３００のフィルタ特性のさらな
る改善は、単一小面積ＦＢＡＲではなく、直列構成をな
す２つのＦＢＡＲ３５５及び３５７をＦＢＡＲ３２１と
して用いることによって達成するのが望ましい。
【００７３】直列に接続されたＦＢＡＲ３５１及び３５
３とＦＢＡＲ３５５及び３５７とは、上記のように面積
が等しいが、これは、本発明にとって重要ではない。直
列に接続されたＦＢＡＲによって必要なインピーダンス
が得られる場合には、ＦＢＡＲ３５１及び３５３は、異
なる面積にすることが可能である。しかし、ＦＢＡＲの
面積が等しい場合、最高のＱが得られる。さらに、それ
ぞれ直列に接続された３つのＦＢＡＲによって置き換え
られる単一ＦＢＡＲのほぼ３倍の面積を備える、直列に
接続された３つのＦＢＡＲを用いることによって、Ｑを
さらに高めることが可能である。
【００７４】ＦＢＡＲアレイが、ＦＢＡＲの電極の一方
又は両方の物理的厚さを決めることによって、個別ＦＢ
ＡＲ又はＦＢＡＲグループの共振周波数が設定される集
積ＦＢＡＲアレイによって実施される実施形態につい
て、本発明の説明を行ってきたが、これは本発明にとっ
て重要ではない。上記のように、ＦＢＡＲの共振周波数
は、その圧電共振器スタックの重み付き厚さによって決
まる。スタックの異なる材料によって音速がそれぞれ異
なるため、圧電共振器スタックの重み付き厚さは、スタ
ックの物理的厚さとは異なる。圧電共振器スタックの重
み付き厚さと同様の概念の重み付き厚さをＦＢＡＲの電
極に割り当てることが可能である。電極材料における音
速を考慮に入れるため、電極の重み付き厚さは電極の物
理的厚さとは異なる。ＦＢＡＲの電極の一方又は両方の
重み付き厚さを変更すると、ＦＢＡＲの圧電共振器スタ
ックの重み付き厚さ、したがって、ＦＢＡＲの共振周波
数が変化する。上記のように、電極の物理的厚さを変更
するか、電極材料を音速の異なる材料に変更するか、又
は電極の厚さ及び電極材料の両方を変更することによっ
て電極の重み付き厚さを変更することが可能である。し
たがって、例えば、ＦＢＡＲアレイ２０２の分路ＦＢＡ
Ｒを構成する集積ＦＢＡＲアレイ７０のＦＢＡＲは、全
て同じ厚さを備えることが可能であり、ＦＢＡＲアレイ
２０２の分路ＦＢＡＲを構成する集積ＦＢＡＲアレイ７
０のＦＢＡＲの電極は、全て、直列ＦＢＡＲの厚さを超
える厚さでありかつ同じ厚さを備えることが可能であ
る。代替として、ＦＢＡＲアレイ２０２の直列ＦＢＡＲ
を構成する集積ＦＢＡＲ７０のＦＢＡＲの電極及びＦＢ
ＡＲアレイ２０２の分路ＦＢＡＲを構成する集積ＦＢＡ
Ｒ７０のＦＢＡＲの電極を、同様の厚さの異なる電極材
料から製作することによって、同様の結果を得ることが
可能である。直列ＦＢＡＲの電極の電極材料における音
速は、分路ＦＢＡＲの電極の電極材料における音速より
も低くなるであろう。
【００７５】この開示によって、本発明の例証となる実
施形態が明らかにされたが、本発明は、開示された実施
形態に制限されるものではなく、付属の請求項において
定義された本発明の範囲内においてさまざまな修正を施
すことが可能である。
【００７６】以下に、本発明の実施の形態を要約する。
【００７７】１． 第１のポート、第２のポート及び第
３のポートと、前記第１のポートと前記第３のポートと
の間に接続され、分路素子及び直列素子を備えた第１の
梯子型回路を含んでおり、前記素子のそれぞれに薄膜バ
ルク音波共振器（ＦＢＡＲ）が含まれている第１の帯域
フィルタと、前記第２のポートと前記第３のポートとの
間に接続され、第２の帯域フィルタと直列をなす９０゜
移相器を備える直列回路と、を備え、前記第２の帯域フ
ィルタは、分路素子及び直列素子を備え、前記素子のそ
れぞれが薄膜バルク音波共振器（ＦＢＡＲ）を有する第
２の梯子型回路を備える送受切換器。
【００７８】２． 前記ＦＢＡＲがそれぞれ共振周波数
を備え、前記第１の帯域フィルタの前記直列素子に含ま
れる前記ＦＢＡＲが、全て、同じ共振周波数を備え、前
記第１の帯域フィルタの前記分路素子に含まれる前記Ｆ
ＢＡＲが、全て、前記直列素子に含まれる前記ＦＢＡＲ
の前記共振周波数とは異なる、同じ共振周波数を備える
上記１記載の送受切換器。
【００７９】３． 前記第２の帯域フィルタの前記素子
に含まれる前記ＦＢＡＲが、全体として、２つの異なる
共振周波数を備える上記２記載の送受切換器。
【００８０】４． 前記第２の帯域フィルタの前記素子
に含まれる前記ＦＢＡＲが、全体として、３つ以上の異
なる共振周波数を備える上記２記載の送受切換器。
【００８１】５． 前記第２の帯域フィルタの前記素子
に含まれる前記ＦＢＡＲが、全て、異なる共振周波数を
備える上記２記載の送受切換器。
【００８２】６． 前記帯域フィルタの前記素子の少な
くとも１つに、さらにＦＢＡＲと直列をなす補助インダ
クタが含まれる上記２記載の送受切換器。
【００８３】７． 前記第２の帯域フィルタの前記直列
素子に含まれる前記ＦＢＡＲが、全て、同じ共振周波数
を備え、前記第２の帯域フィルタの前記分路素子に含ま
れる前記ＦＢＡＲが、全て、前記第２の帯域フィルタの
前記直列素子に含まれる前記ＦＢＡＲの前記共振周波数
とは異なる、同じ共振周波数を備える上記６記載の送受
切換器。
【００８４】８． 前記第１の帯域フィルタ及び前記第
２の帯域フィルタが、それぞれ、帯域上限と帯域下限と
を備えており、前記第１の帯域フィルタの前記帯域上限
及び前記帯域下限の一方が、前記第２の帯域フィルタの
前記帯域上限及び前記帯域下限のもう一方に重なり、前
記ＦＢＡＲが分路キャパシタンスを備え、前記補助イン
ダクタが、前記第１の帯域フィルタの前記帯域上限及び
前記帯域下限並びに前記第２の帯域フィルタの前記帯域
上限及び帯域下限の１つに対応する周波数で、前記分路
キャパシタンスと直列共振を生じるインダクタンスを備
える上記６記載の送受切換器。
【００８５】９． 前記分路素子の１つに含まれる前記
ＦＢＡＲが、第１のＦＢＡＲと、前記第１のＦＢＡＲと
直列をなす第２のＦＢＡＲと、を備える上記２記載の送
受切換器。
【００８６】１０． 前記ＦＢＡＲが、それぞれ、共振
周波数を備え、前記帯域フィルタの少なくとも１つの前
記素子に含まれる前記ＦＢＡＲが、全体として、２つの
異なる共振周波数を備える上記１記載の送受切換器。
【００８７】１１． 前記ＦＢＡＲが、それぞれ、共振
周波数を備え、前記帯域フィルタの少なくとも１つの前
記素子に含まれる前記ＦＢＡＲが、全体として、３つ以
上の異なる共振周波数を備える上記１記載の送受切換
器。
【００８８】１２． 前記ＦＢＡＲが、それぞれ、共振
周波数を備え、前記帯域フィルタの少なくとも１つの前
記素子に含まれる前記ＦＢＡＲが、全て、異なる共振周
波数を備える上記１記載の送受切換器。
【００８９】１３． 前記帯域フィルタの前記素子の少
なくとも１つに、さらに、それに含まれる前記ＦＢＡＲ
と直列をなす補助インダクタが含まる上記１記載の送受
切換器。
【００９０】１４． 前記第２の帯域フィルタの前記直
列素子に含まれる前記ＦＢＡＲが、全て、同じ共振周波
数を備え、前記第２の帯域フィルタの前記分路素子に含
まれる前記ＦＢＡＲが、全て、前記第２の帯域フィルタ
の前記直列素子に含まれる前記ＦＢＡＲの前記共振周波
数とは異なる、同じ共振周波数を備える上記１３記載の
送受切換器。
【００９１】１５． 前記第１の帯域フィルタ及び前記
第２の帯域フィルタが、それぞれ、帯域上限と帯域下限
を備えており、前記第１の帯域フィルタの前記帯域上限
及び前記帯域下限の一方が、前記第２の帯域フィルタの
前記帯域上限及び前記帯域下限のもう一方に重なり、前
記ＦＢＡＲが分路キャパシタンスを備え、前記補助イン
ダクタが、前記第１の帯域フィルタの前記帯域上限及び
前記帯域下限並びに前記第２の帯域フィルタの前記帯域
上限及び帯域下限の１つに対応する周波数で、前記分路
キャパシタンスと直列共振を生じるインダクタンスを備
える上記１３記載の送受切換器。
【００９２】１６． 前記補助インダクタが、前記分路
素子の１つに含まれる前記ＦＢＡＲと直列をなしている
上記１３記載の送受切換器。
【００９３】１７． 前記分路素子の１つが、前記第２
の帯域フィルタの前記分路素子の１つである上記１６記
載の送受切換器。
【００９４】１８． 前記分路素子の１つに含まれる前
記ＦＢＡＲが、第１のＦＢＡＲと、前記第１のＦＢＡＲ
と直列をなす第２のＦＢＡＲと、を備える上記１記載の
送受切換器。
【００９５】１９． さらに、前記帯域フィルタの少な
くとも１つにおける前記分路素子の２つに対する共通接
地接続と直列をなす補助インダクタをさらに備える上記
１記載の送受切換器。
【００９６】２０． 帯域フィルタが、分路素子と、直
列素子と、を備え、前記直列素子及び前記分路素子が、
梯子型回路を形成するように接続され、前記素子のそれ
ぞれが薄膜バルク音波共振器（ＦＢＡＲ）を含む送受切
換器。
【００９７】２１． 前記ＦＢＡＲが、全体として、２
つの異なる共振周波数を備える上記２０記載の送受切換
器。
【００９８】２２． 前記ＦＢＡＲが、全体として、３
つ以上の異なる共振周波数を備える上記２０記載の送受
切換器。
【００９９】２３． 前記ＦＢＡＲが、全て、異なる共
振周波数を備える上記２０記載の送受切換器。
【０１００】２４． 前記素子の少なくとも１つが、さ
らに、それに含まれるＦＢＡＲと直列をなす補助インダ
クタを備える上記２０記載の送受切換器。
【０１０１】２５． 前記ＦＢＡＲが、それぞれ、共振
周波数を備え、前記直列素子に含まれる前記ＦＢＡＲ
が、全て、同じ共振周波数を備え、前記分路素子に含ま
れる前記ＦＢＡＲが、全て、前記直列素子に含まれる前
記ＦＢＡＲの前記共振周波数とは異なる、同じ共振周波
数を備える上記２４記載の送受切換器。
【０１０２】２６． 薄膜バルク音波共振器（ＦＢＡ
Ｒ）の少なくとも１つが、他のＦＢＡＲと共振周波数が
異なっている、ＦＢＡＲの集積アレイであって、第２の
主表面と向かい合った第１の主表面を含む圧電層と、前
記圧電層の前記第１の主表面に配置された第１の電極
と、前記圧電層の前記第２の主表面に配置された第２の
電極と、を備え、前記第２の電極の１つが前記第１の電
極の１つと重なる位置に、前記ＦＢＡＲの１つが形成さ
れ、前記他のＦＢＡＲと共振周波数が異なる前記ＦＢＡ
Ｒの１つを形成する前記電極が、前記他のＦＢＡＲを形
成する前記他の電極と重み付き厚さが異なるＦＢＡＲ集
積アレイ。
【０１０３】２７． 前記他のＦＢＡＲと共振周波数が
異なる前記ＦＢＡＲの１つを形成する前記電極が、前記
他の電極と物理的厚さが異なる上記２６記載の集積アレ
イ。
【０１０４】２８． 前記ＦＢＡＲが、梯子型回路の直
列素子及び分路素子を構成し、前記直列素子を構成する
前記ＦＢＡＲの前記電極が、ほぼ同じ重み付き厚さを備
え、前記分路素子を構成する前記ＦＢＡＲの前記電極
が、前記直列素子を構成する前記ＦＢＡＲの前記電極の
前記重み付き厚さとは異なる、ほぼ同じ重み付き厚さを
備える上記２６記載の集積アレイ。
【０１０５】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、１ワットを超える電力レベルによって送受切換
器の信頼性又はフィルタ特性の安定性が損なわれない十
分に急峻なフィルタ特性を備える送受切換器を提供する
ことができる。また、セラミック・フィルタ又はＳＡＷ
フィルタをベースにした送受切換器よりかなり小型にで
き、さらに、個別同調を必要としないため製造コストを
低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、薄膜バルク音波共振器（ＦＢＡＲ）
の断面図であり、（ｂ）は、ＦＢＡＲの等価回路を示す
回路図であり、（ｃ）は、ＦＢＡＲのインピーダンス｜
Ｚ｜係数と周波数との関係を示す特性図である。
【図２】第１の実施形態に係る送受切換器を示す回路図
である。
【図３】（ａ）は、本発明による送受切換器及び帯域フ
ィルタの一部として用いることが可能なＦＢＡＲアレイ
を示す平面図であり、（ｂ）は、本発明による送受切換
器及び帯域フィルタの一部として用いることが可能なＦ
ＢＡＲアレイを示す断面図である。
【図４】第２の実施形態に係る送受切換器を示す回路図
である。
【図５】第３の実施形態に係る送受切換器を示す回路図
である。
【図６】セルラ電話、ＰＣＳ装置又は他の送信装置／受
信装置に用いられる従来のフロント・エンド回路を示す
ブロック図である。
【図７】送信帯域及び受信帯域の基本構成を示す、周波
数に対する減衰量の特性図である。
【符号の説明】
５２ 圧電層 ５４ ウェル ５６ 基板 ５８，６０ 電極 ６６，６８ 端子 １００ 送受切換器 １０１，１０３，１０５ 直列ＦＢＡＲ １０２ 送信ＦＢＡＲアレイ １０４ 受信ＦＢＡＲアレイ １０７，１０９ 分路ＦＢＡＲ １１１，１１３，１１５ 直列ＦＢＡＲ １２１，１２３，１２５，１２７ 分路ＦＢＡＲ １２４ 送信ポート １２６ 受信ポート １２８ アンテナ・ポート １３４ ９０゜移相器 １４５ 共通接地 ２００ 送受切換器 ２０１，２０３，２０５ 直列ＦＢＡＲ ２０２ 送信ＦＢＡＲアレイ ２０４ 受信ＦＢＡＲアレイ ２０７，２０９ 分路ＦＢＡＲ ２１１，２１３，２１５ 直列ＦＢＡＲ ２２１，２２３，２２５，２２７ 分路ＦＢＡＲ ２４１，２４３ 直列補助インダクタ ２３１，２２３，２２５，２２７ 分路補助インダクタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 399117121 395 Ｐａｇｅ Ｍｉｌｌ Ｒｏａｄ Ｐ ａｌｏ Ａｌｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ジョン・ディー・ラーソン・サード アメリカ合衆国 カリフォルニア州，パ ロ・アルト （番地なし) (72)発明者 リチャード・シー・ルビー アメリカ合衆国 カリフォルニア州，メン ロ・パーク （番地なし)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１のポート、第２のポート及び第３のポ
    ートと、 前記第１のポートと前記第３のポートとの間に接続さ
    れ、分路素子及び直列素子を備えた第１の梯子型回路を
    含んでおり、前記素子のそれぞれに薄膜バルク音波共振
    器（ＦＢＡＲ）が含まれている第１の帯域フィルタと、 前記第２のポートと前記第３のポートとの間に接続さ
    れ、第２の帯域フィルタと直列をなす９０゜移相器を備
    える直列回路と、を備え、 前記第２の帯域フィルタが、分路素子及び直列素子を備
    え、前記素子のそれぞれが薄膜バルク音波共振器（ＦＢ
    ＡＲ）を有する第２の梯子型回路を備えることを特徴と
    する送受切換器。
JP2000160387A 1999-06-02 2000-05-30 送受切換器 Pending JP2001024476A (ja)

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