JP2002304178A

JP2002304178A - 非対称なフィルタ応答を備えた帯域通過フィルタ

Info

Publication number: JP2002304178A
Application number: JP2002029507A
Authority: JP
Inventors: Paul Bradley; ポール・ブラッドリー; Richard C Ruby; リチャード・シー・ルビー
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2001-02-14
Filing date: 2002-02-06
Publication date: 2002-10-18
Also published as: EP1233511A3; US6462631B2; EP1233511A2; US20020109563A1

Abstract

(57)【要約】【課題】温度変化による影響を緩和する帯域通過フィル
タとその製造方法の提供【解決手段】帯域通過フィルタにおいて、目標とする周
波数帯域において非対称なフィルタ応答を実現する音響
共振器のアレイを含む。音響発振器は、好ましくは薄膜
バルク音響共振器である。また、該フィルタの最小挿入
損失点が通過帯域の第一の周波数端（１９１０ＭＨｚ）
もしくは該端付近に、該フィルタの最大挿入損失点が通
過帯域の逆の周波数端（１８５０ＭＨｚ）もしくは該端
付近に、それぞれ位置するような挿入損失プロファイル
５６を有するように、当該フィルタを構成する。さら
に、当該フィルタは、送信用として使用する時、薄膜バ
ルク音響共振器アレイの零と極を選択的に配置し、最小
挿入損失点がフィルタ応答の高周波端もしくは該端付近
に位置するように構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には音響共
振器に関し、さらに詳しくは薄膜バルク音響共振器を備
えた帯域通過フィルタに対するフィルタ応答の調整に関
する。

【０００２】

【従来の技術】種々の通信システムにおいて、同じ信号
路が、受信機に対する入力としておよび送信機からの出
力として機能する。例えば、セルラー電話あるいはコー
ドレス電話において、アンテナは、受信機と送信機に接
続される。このような配列において、送受切換スイッチ
が、この共通の通信路を入力と出力に接続するためにし
ばしば使われる。送受切換スイッチの機能は、共通の通
信路における必要な接続を行いながら、送信機から発生
した信号が受信機に入力することを阻止することであ
る。

【０００３】送受切換スイッチの一つのタイプは、「全
送受切換スイッチ」と呼ばれる。全送受切換スイッチ
は、送信信号が受信信号の周波数とは異なる周波数で搬
送されるときのみ適切に作動する。全送受切換スイッチ
は、周波数に応じて送信信号を受信信号から分離する帯
域通過フィルタを用いる。図１は、セルラー電話、パー
ソナル通信システム（ＰＣＳ）装置および他の送受信装
置に使われる従来周知の回路を示している。送信機の電
力増幅器１０は、全送受切換スイッチ１４の送信ポート
１２に接続される。送受切換スイッチは、受信機の低雑
音増幅器（ＬＮＡ）１８に接続される受信ポート１６も
備えている。送信ポートと受信ポートに加えて、送受切
換スイッチは、アンテナ２２に接続されるアンテナポー
ト２０を備えている。

【０００４】送受切換スイッチ１４は、送信帯域通過フ
ィルタ２４、受信帯域通過フィルタ２６および位相シフ
タ２８を含んでいる。二つのフィルタ２４と２６の帯域
は、送信ポート１２からの送信信号と受信機が同調して
いる受信信号の周波数範囲にそれぞれ中心を有してい
る。

【０００５】送受切換スイッチ１４における帯域通過フ
ィルタ２６と２８への要求は、きびしい。帯域通過フィ
ルタは、電力増幅器１０によって発生された強い送信信
号から低雑音増幅器１８に入力するためにアンテナによ
って発生された低強度の受信信号を分離しなければなら
ない。典型的な実施例において、低雑音増幅器の感度
は、−１００ｄＢｍのオーダーであることができるが、
電力増幅器は、約２８ｄＢｍの強度を有している送信信
号を供給できる。送受切換スイッチ１４は、アンテナポ
ート２０と受信ポート１６間で約５０ｄＢだけ送信信号
を減衰させて残留送信信号が受信信号と混合されて低雑
音増幅器１８を過負荷状態にすることを防がねばならな
い。

【０００６】携帯電話へのＰＣＳ装置の使用における一
つの標準は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）標準であ
る。ＣＤＭＡ１９００ＭＨｚ携帯電話は、１８５０ＭＨ
ｚ〜１９１０ＭＨｚの通過帯域を備えた送信フィルタ２
４と１９３０ＭＨｚ〜１９９０ＭＨｚの通過帯域を備え
た受信フィルタ２６を有している。送信フィルタに対す
るフィルタ応答３０が、図２に示されている。フィルタ
応答は、音響共振器の極と０によって定まる。極と０
は、中心周波数３２から等距離にある。理想的な状態に
おいて、１８５０ＭＨｚ〜１９１０ＭＨｚの周波数範囲
内の減衰は、比較的小さい。すなわち、フィルタ応答３
０は、比較的小さな挿入損失を示す。他方、目標とする
通過帯域（以下、目標帯域とも称する）を超えた減衰
は、大きなものである。図２に示されているように、フ
ィルタ応答の高い周波数端と低い周波数端において深い
ロールオフが存在する。高い周波数端における深いロー
ルオフは、送信フィルタの通過帯域をわずか２０ＭＨｚ
だけ超えた受信フィルタ２６の通過帯域からの分離を保
証する。

【０００７】送受信切換スイッチを製作するためには、
多くの可能なアプローチがある。容易に入手できるアプ
ローチは、セラミック技術の使用である。すなわち、セ
ラミックによる半波長および１／４波長共振器は、必要
なフィルタ応答を定める極と０を与えるように製作され
て接続される。セラミックフィルタを用いる大きな利点
は、このようなフィルタの温度係数が０に近いことにあ
る。従って、フィルタ応答は、温度変化を原因とした形
状あるいは位置の重大な変化を示さない。

【０００８】セラミック送受信切換スイッチを使うこと
の関心は、フィルタの品質係数「Ｑ」とフィルタの大き
さとの間の関係に向けられる。セラミックフィルタに対
してＱは、フィルタの大きさの減少に対応して小さくな
る。ＣＤＭＡ市場へのアプリケーションにおいて、送信
通過帯域と受信通過帯域と間の保護周波数帯は非常に狭
い（２０ＭＨｚ）。Ｑはフィルタ応答のロールオフの傾
きに影響を与えるので、Ｑは、フィルタ応答のロールオ
フがシステムの要求によって定められた仕様に一致する
ときは設定された範囲内にとどまらねばならない。従っ
て、セラミック技術を用いて製作された送受信切換スイ
ッチは、比較的大きな所定の最小の容積を持っている。
実際のところ、ＣＤＭＡ１９００ＭＨｚ電話における構
成部品に関して、電池のみがセラミック技術による送受
信切換スイッチより大きい。

【０００９】セラミック技術による送受信切換スイッチ
を用いる他のアプローチは、表面音響波（ＳＡＷ）送受
信切換スイッチあるいは薄膜バルク音響共振器（ＦＢＡ
Ｒ）送受信切換スイッチの製作である。これらのタイプ
の送受信切換スイッチは、Ｑに対する制限因子が電気抵
抗ではなくて音波の性質によって影響を受けるので、セ
ラミック送受信切換スイッチよりも非常に小さな容積を
占める。典型的なＳＡＷあるいはＦＢＡＲダイの大きさ
（例えば、シリコンチップサイズ）は、０．２５ｍｍの
オーダーにある。高さは、ダイパッケージの要件によっ
て定まるが、２ｍｍ以下にすることができる。ＳＡＷお
よびＦＢＡＲ送受信切換スイッチの欠点は、両方の技術
が温度変化の結果としての周波数シフトを受けることに
ある。送受信切換スイッチの温度が上昇すると、共振物
質の硬さが低下する。物質の硬さの低下は、音波速度が
硬さによって割られた質量密度の平方根に依存するの
で、音波速度にずれを生じる。温度上昇に伴ってフィル
タ応答の周波数が低くずれる。ＳＡＷ送受信切換スイッ
チは、また電力処理能力と比較的高いＱの達成に問題を
もっている。ＳＡＷ送受信切換スイッチがＣＤＭＡ１９
００ＭＨｚ電話に使用するためのパフォーマンス要求に
適合するかどうかは未だ判っていないない。

【００１０】ＦＢＡＲ技術は、ＳＡＷ技術に対して三つ
の利点を備えている。まず、ＦＢＡＲ送受信切換スイッ
チは、優れた電力処理能力を備えていることを示した。
二番目に、ＦＢＡＲ共振器は、ＳＡＷ共振器に関する刊
行物において示されているＱよりも非常に高いＱを示し
た。ＦＢＡＲ共振器を使うと、ＣＤＭＡＰＣＳ送受信
切換スイッチの送信機部分に対する１０．５ＭＨｚロー
ルオフ（３．３ｄＢ〜４７．５ｄＢ）の達成が可能とな
る。これに比べて、セラミック送受信切換スイッチは、
約２０ＭＨｚロールオフを有している。ＳＡＷ送受信切
換スイッチに対するＦＢＡＲ送受信切換スイッチによる
三番目の利点は、低い温度係数を持つ傾向にあることに
ある。ニオブ酸リチウムから作られたＳＡＷ共振器は、
約９０ｐｐｍ／℃の周波数シフトを生じるのに対して、
タンタル酸リチウムから作られたＳＡＷ共振器は、約３
４ｐｐｍ／℃の周波数シフトを生じる。これに比べて、
ＦＢＡＲ送受信切換スイッチは、２０〜３０ｐｐｍ／℃
の周波数シフトを生じると測定されている。

【００１１】前述したように、ＣＤＭＡＰＣＳの仕様
内において、送信機通過帯域と受信機通過帯域との間に
は２０ＭＨｚの保護周波数帯がある。送受信切換スイッ
チのねらいは、それぞれの通過帯域を可能な限り多量の
エネルギが通過するとともに通過帯域外のすべてのエネ
ルギをほとんど除去することにある。実際のＦＢＡＲ送
受信切換スイッチが５０ｄＢのロールオフを１０ＭＨｚ
に持っているとき、処理の変化と温度のずれのために１
０ＭＨｚが残される。百分率では、これはわずかに０．
５％を超える（すなわち、１０ＭＨｚ／１９２０ＭＨ
ｚ）。ＦＢＡＲフィルタが３０ｐｐｍ／℃の周波数依存
性シフトを有していて、システムの要求が−２０℃〜６
０℃の温度範囲にわたる仕様に一致するとしたとき、全
体の温度ずれは、４．８ＭＨｚ程度となる。さらに、入
力電力の吸収の結果としてのＦＢＡＲフィルタの加熱
は、潜在的な周波数シフトを６ＭＨｚに到達させる。ロ
ールオフのための１０ＭＨｚと温度要因のずれのための
６ＭＨｚを用いると、製造処理中の処理の変動のために
４ＭＨｚしか残らない。その上、誤差に影響する組み立
ての後端の変動がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】温度変化の悪影響を緩
和できるフィルタとフィルタの製造方法が、必要であ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】フィルタは、周波数の目
標帯域にまたがって非対称なフィルタ応答を設定するよ
うに協働する音響共振器のアレイを備えている。好まし
い実施例において、音響共振器は、電気的に直列に接続
された複数の直列の薄膜バルク音響共振器（ＦＢＡＲ）
と、隣接する直列ＦＢＡＲ間に接続された少なくとも一
つの分流ＦＢＡＲとを備えた複数のＦＢＡＲである。複
数の直列ＦＢＡＲは、目標帯域にまたがるフィルタ応答
の一端における応答特性を決定し、分流ＦＢＡＲあるい
は複数のＦＢＡＲは、他端における応答特性を決定す
る。もっとも好ましい実施例において、フィルタは送受
信切換スイッチの送信機部分であるので、複数の直列Ｆ
ＢＡＲは、高い周波数端における応答特性を決定する。
この実施例において、フィルタの通過帯域は、挿入損失
プロフィルを備え、その際最小の挿入損失が、フィルタ
応答の高い周波数端においてあるいは高い周波数付近に
おいて配置され、および、大きな挿入損失が、低い周波
数端において示される。

【００１４】フィルタの通過帯域は、音響共振器の共振
周波数によって決定される。極と０が、フィルタ応答を
調整するために選択される。好ましい実施例において、
目標帯域にまたがるフィルタ応答の挿入損失プロフィル
は、目標帯域の高い周波数端においてあるいは高い周波
数付近において配置された最小の挿入損失から低い周波
数端においてあるいは低い周波数端付近において配置さ
れた最大の挿入損失に向かって徐々に傾斜する。すなわ
ち、目標帯域内にフィルタ応答傾斜がある。さらに、目
標帯域の高い周波数端に隣接して深いロールオフがあ
り、低い周波数端付近において緩やかなロールオフがあ
ることが好ましい。フィルタ応答の調節が、例えば、Ｆ
ＢＡＲの有効接続係数を選択的に調節することによるあ
るいはＦＢＡＲのインピーダンスを選択的に調節するこ
とによるなどの周知の方法によって達成可能となる。他
のやり方として、補助的なインダクタンスが、共振周波
数をわずかに小さくするように一つあるいはそれ以上の
ＦＢＡＲの直列接続に意図的に採用することができる。
例えば、送信機フィルタにおける分流ＦＢＡＲのすべて
が同じ共振周波数を持つように製作できるが、一つの分
流ＦＢＡＲが、通過帯域の低い周波数端において送信機
フィルタの特性を変化する補助的なインダクタに接続で
きる。

【００１５】フィルタ応答の調節におけるねらいは、フ
ィルタが存在するシステムの作動における「最悪の事
態」シナリオを処理することである。この調節は、電力
増幅部分の弱点を補償するためにシステムにおける送受
信切換部分のパフォーマンスを犠牲にする。この「最悪
の事態」シナリオは、周囲の温度と必要な電力が同時に
高いときに発生する。上昇した温度は、電力増幅の効率
を落とす方向に働く。温度上昇のために電力増幅器の効
率が低下すると、電力増幅器の作動は、ベースステーシ
ョンからの信号によって自動的に調節されて無線周波数
（ｒｆ）電力の損失を補正する。生じた電力上昇は、増
加したｄｃ損失のために発散させられねばならない多量
の熱を必要とする。

【００１６】「最悪の事態」シナリオの他の因子は、Ｆ
ＢＡＲフィルタが温度上昇を開始してフィルタ応答が周
波数を下方にずらすとき、このフィルタによって吸収さ
れる電力が、劇的に上昇することである。これにより、
フィルタの温度が上昇する。高い温度において、使われ
るフィルタは、帯域全体にわたって大きな挿入損失を受
けることになる。挿入損失が高いほど、フィルターにお
いて発散させられねばならない電力が多量となる。これ
らの因子のすべてが、「ポジティブなフィードバック効
果」を与える。アンテナに伝えられる信号は、状態が
「最悪の事態」シナリオに接近するとき迅速に劣化す
る。

【００１７】上述したようにフィルタ応答を調節すると
き、送受信切換スイッチの送信機部分の高い周波数端に
おいて「こぶ」が、形成される。高い周波数端の調整に
よって低い周波数端におけるフィルタパフォーマンスが
低下するが、システム全体としてのパフォーマンスは、
高くなる。周囲温度が上昇して電力増幅器からの電力が
増加するとき（回路板温度の上昇とフィルタにおいて吸
収される追加の電力を経由してのフィルタ温度の局部的
な上昇の両方）、フィルタの全体的な挿入損失はほぼ一
定を維持する。

【００１８】「最悪の事態」シナリオの説明は、送信機
部分におけるフィルタ応答の高い周波数端に限ってのも
のである。本発明は、帯域の低い周波数端において示さ
れる逆効果が重大な意味を持たないことを認識してい
る。周囲温度が室温から−２０℃に低下すると、挿入損
失は、対称なフィルタ応答を有するフィルタが示すであ
ろうものよりも小さい。しかしながら、二つの「ネガテ
ィブなフィードバック」効果を示す軽減因子が存在する
（上述した「ポジティブなフィードバック効果」に逆行
する）。軽減因子の第１のものは、温度が低下すると、
電気的な損失と熱・音響的な発散損失が減少するために
全体的な挿入損失が小さくなるというものである。軽減
因子の第２のものは、電力増幅器がＰＣＳベースステー
ションに対して「従属させられる」というものである。
ベースステーションは、電力増幅器が十分な電力を発生
しないことを知ると、遠隔にあるＰＣＳ装置に電力増幅
器の電力出力を増すように指令する。低い温度において
は、電力増幅器はより効率的となって大量の電力を失う
ことなくベースステーションの要求に応えることができ
る。電力の増加に伴って、フィルタは、直接ＦＢＡＲフ
ィルタにおいて追加の電力による加熱を受けるとともに
電力増幅器から発生された熱の増加によって加熱され
る。

【００１９】非対称なフィルタ応答の設計というやり方
は、設計者による温度上昇時におけるパフォーマンスの
低下という大きな問題の克服を可能にする。このような
設計は、１９００ＭＨｚＰＣＳ帯に関連するような極度
にきびしい許容誤差の管理の必要なアプリケーションに
おいて特に有効である。しかしながら、この非対称のフ
ィルタ応答は、他のアプリケーションにおいても利点を
もたらす。

【００２０】

【発明の実施の形態】図３において、送信フィルタを形
成するように相互に接続されたＦＢＡＲ共振器のアレイ
の実施例が、３^１/_２段はしご回路として示されてい
る。送信フィルタ３４は、三つの直列ＦＢＡＲ３６、３
８および４０と、四つの分流ＦＢＡＲ４２、４４、４６
および４８を有している。しかしながら、二つの直列Ｆ
ＢＡＲと二つの分流ＦＢＡＲを備えた送信フィルタのよ
うな、他のフィルタ構成も可能である。三つの直列ＦＢ
ＡＲは、送信ポート１２とアンテナポート２０間に電気
的に直列に接続されている。図１に示されるように、送
信ポートは、電力増幅器１０に接続されるが、アンテナ
２２に接続しても良い。従来周知のように、送信フィル
タ３４は、選択された周波数を通過させ、他の周波数は
通過させない。

【００２１】ＦＢＡＲ３６−４８のそれぞれは、圧電材
料を挟む一対の電極を備えている。例えば、直列のＦＢ
ＡＲ３８は、窒化アルミニウム層５４の両側に二つのモ
リブデン層５０と５２を備えることができる。ＦＢＡＲ
の共振周波数は、選択された材料、電極と圧電層の選択
された厚さを含む因子の影響を受ける。約１９００ＭＨ
ｚの共振周波数を得るために、それぞれの電極層は、１
１００Åの厚さを備えることができ、窒化アルミニウム
は、２．２ミクロンの厚さを備えることができる。しか
しながら、これらの厚さは、本発明に関して厳密なもの
ではない。

【００２２】ＦＢＡＲ３６、３８および４０の直列接続
は、電極層の接続により行われる。従って、直列ＦＢＡ
Ｒ３６は、アンテナポート２０に接続された一つの電極
層と直列ＦＢＡＲ３８の電極層５２に接続された他の電
極層を備える。同様に、直列ＦＢＡＲ４０は、送信ポー
ト１２に接続された一つの電極層と直列ＦＢＡＲ３８の
電極層５０に接続された他の電極層を備える。

【００２３】それぞれの分流ＦＢＡＲ４２−４８は、接
地に接続された一つの電極層と直列ＦＢＡＲ３６−４０
の直列回路に接続され他の電極層を備える。ＦＢＡＲ３
６−４８の製造と相互接続は、図４に示されるような非
対称（傾斜した）フィルタ応答５６が得られるように選
択される。本発明は、目標帯域が１９００ＭＨｚ電話の
ための送受信切換スイッチにおける送信機部分の通過帯
域であるようなアプリケーションに関して記述される。
しかしながら、本発明は、他のアプリケーションに使う
ことができる。図４に示されるように、フィルタ応答５
６は、目標帯域（すなわち、１８５０ＭＨｚ−１９１０
ＭＨｚ）の高い周波数端付近において最小の挿入損失を
示す。挿入損失は、目標帯域の低い周波数端に近づくに
従って増加する。好ましい実施例において、フィルタ応
答は、高い周波数端において深いロールオフを示すが、
低い周波数端の領域において緩やかなロールオフを示
す。高い周波数端における深いロールオフは、受信信号
から送信機信号を確実に分離する。以下にさらに詳細に
説明するように、低い周波数端以下の緩やかなロールオ
フは、１９００ＭＨｚ電話における特に低温の作動条件
中で基準に合った信号を提供する。

【００２４】図４の非対称な通過帯域５６は、極と０を
適切に選択することによって形成できる。高い周波数端
におけるこぶは、深いロールオフの周りでの極と０とを
適切に「作り上げる」ことによって形成できる。これ
は、従来周知の技術によって達成できる。図３の直列Ｆ
ＢＡＲ３６−４０と分流ＦＢＡＲ４２−４８の共振周波
数の選択は、フィルタ応答の特性を決定する。ＦＢＡＲ
の共振周波数は、ＦＢＡＲを形成する電極・圧電素子ス
タックの「重み付けられた厚さ」の影響を受ける。この
重み付けられた厚さは、電極と圧電素子材料の選択に基
づく調節による層の物理的な厚さである。音速が材料に
よって異なるので、この調節は必要である。一つあるい
はそれ以上の電極の物理的な厚さと材料の変化は、電極
・圧電素子スタックの重み付けられた厚さを変化させ、
従って、このスタックの共振周波数が調節される。

【００２５】フィルタ応答５６の極と０は、ＦＢＡＲ３
６−４８を形成する電極・圧電素子スタックの面積によ
っても決定される。ＦＢＡＲの面積は、ＦＢＡＲのイン
ピーダンスに影響を与える。

【００２６】共振周波数の変化に加えて、電極・圧電素
子スタックの層厚さの変化は、ＦＢＡＲ３６−４８の有
効接続係数（ｋｔ^２）に影響を与える。従来周知の（す
なわち、固有の）有効接続係数は、４．０％〜７．０％
の範囲にあり、５．０％〜６．０％の範囲に入る傾向が
強い。図３の直列ＦＢＡＲ３８に対して、電極層５０と
５２は、それぞれ、１１００Åの厚さを備え、圧電素子
層５４は、厚さ２．２ミクロンを備えているので、５．
６％〜５．８％の範囲の有効接続係数を与えるＣＤＭＡ
に使える送信フィルタに対する共振周波数を得ることが
可能となる。第２の変形例として、それぞれの電極５０
と５２は、２２００Åの厚さを持ち、窒化アルミニウム
層５４は、１．６５ミクロンの厚さを備えることができ
るので、ほぼ同じ周波数を得ることができ、有効接続係
数は、約５．４％となる。第３の変形例として、電極層
は、約４５００Åの厚さを備え、窒化アルミニウム層
は、約８０００Åの厚さを備え、３．１％〜３．２％の
範囲に低下した有効接続係数において仕様の要求する共
振周波数を与えることができる。

【００２７】図３の分流ＦＢＡＲ４２−４８は、図４の
フィルタ応答５６の低い周波数端における帯域特性を決
定し、直列ＦＢＡＲ３６−４０は、高い周波数端におけ
る特性を決定する。従って、ＦＢＡＲにおける物理的お
よび電気的特性を適切に調整することによって、図４の
フィルタ応答５６の両端における特性は、異なるものと
することができる。

【００２８】図４のフィルタ応答５６は、図３の送信フ
ィルタ３４が室温で作動されるときを想定した状態を示
している。しかしながら、目標帯域に対するフィルタ応
答の極と０の位置は、温度の変化に対応して移動する。
周波数移動したフィルタ応答５８が、やはり図４に示さ
れている。目標帯域に対するフィルタ応答の位置は、温
度の上昇とともに下方に移動する。音速の減少の結果と
しての材料の硬さの低下は、図４に示されるフィルタ応
答移動を開始させる一つの因子である。しかしながら、
ＦＢＡＲフィルタのフィルタ応答の位置に影響を与える
温度依存性の因子がその他に存在する。上昇した温度
は、図１の電力増幅器１０のように電力増幅器の効率に
影響する傾向を備えている。電力増幅器の作動は、ＰＣ
Ｓベースステーションに「従属する」ので、ベースステ
ーションは、伝達される無線周波数電力に損失が生じる
ときは電力を増加するように指令を出す。増幅器による
電力の増加は、さらに装置内での熱の発散を生じさせ
る。他の因子は、ＦＢＡＲフィルタが発熱してフィルタ
応答が低い周波数に移動するとき、フィルタにより吸収
される電力が非常に大きくなることである。これは、フ
ィルタの温度をさらに上昇させる。図４には示されてい
ないが、特定のフィルタの温度の上昇は、帯域全体にま
たがる挿入損失を増加させる。挿入損失が大きくなる
と、フィルタ内で失われる電力が大きくなる。これらの
因子のすべてが、温度上昇に関しての「ポジティブなフ
ィードバック」効果に影響を与える。

【００２９】図４に示されているようにフィルタ応答を
調節することによって、追加の因子による挿入損失への
影響を抑えることが可能となる。図４において、１９１
０ＭＨｚにおける挿入損失は、「通常」作動のフィルタ
応答５６に対するよりも周波数移動したフィルタ応答５
８に対して大きくなるが、その差は、従来周知のフィル
タにおいて示されるような差に比べて非常に小さい。図
５において、図２の「通常」作動の対称なフィルタ応答
３０は、周波数移動した対称な応答６０で示されてい
る。図４と図５とを比較すると、挿入損失の差は、図４
に示される応答調節の結果ほとんど問題が無いことが判
る。その上、二つの周波数移動したフィルタ応答５８と
６０は、「最悪の事態」のシナリオである。二つの温度
によって生じた周波数移動が最悪の場合のシナリオより
も激しく無いとき、図５の従来周知の対称なフィルタ応
答によって示される挿入損失差に対する図４の非対称な
フィルタ応答によって示される挿入損失の差の比は小さ
なものであろう。比較のために、二つの周波数移動した
フィルタ応答５８と６０および二つの通常のフィルタ応
答３０と５６が、図６に示されている。

【００３０】最悪の事態のシナリオの説明は、送信機フ
ィルタのフィルタ応答の低い周波数端には関係しない。
ＣＤＭＡ対応の送受信切換スイッチが低い温度（例え
ば、−２０℃）に曝されるような状況のとき、電力増幅
器に必要な出力は、特に低い。図６から明らかなよう
に、１８５０ＭＨｚにおける挿入損失は、従来周知の対
称フィルタ応答３０よりも非対称フィルタ応答５６に対
する方が大きい。しかしながら、温度が上昇すると、１
８５０ＭＨｚにおける挿入損失は、非対称フィルタ応答
５６に関しては減少する。さらに、周囲温度が低下する
と、挿入損失は、両方のタイプのフィルタにおいて増加
するが、非対称フィルタ応答５６の緩やかな傾斜は、挿
入損失の低下が顕著でないようにする。

【００３１】温度低下に関して「ネガティブフィードバ
ック」効果を発生する二つの軽減因子がある。第１の軽
減因子は、図４−６に示されるように、全体的な挿入損
失が、温度低下に伴って改善されるというものである。
電気的な損失と熱・音響的発散損失は、減少する。第２
の軽減因子は、電力増幅器が上述したようにベースステ
ーションに対して「従属している」ことに関連してい
る。ベースステーションが電力増幅器が十分な出力を提
供しないことを理解すると、ベースステーションは、Ｐ
ＣＳ装置に指令を与えて増幅器の出力を増加させる。低
温において、電力増幅器は、さらに効率的になり、非常
に大きな電力を消費することなくベースステーションの
要求に応えることができる。しかしながら、電力が極度
に多くなると、フィルタはＦＢＡＲフィルタから直接吸
収された熱と電力増幅器から発散している熱の残留増加
の両方によって暖められる。

【００３２】前述したように、非対称フィルタ応答５６
を調節するために使える多数の技術が存在する。少し説
明が必要な一つの技術は、補助インダクタとＦＢＡＲの
ための従来周知の電気的に等価な回路とが協働すること
を含んでいる。従来周知の等価な回路は、変形されたバ
ターワース・バンダイク回路として従来周知であり、図
７に表現されている。主反応性要素が、分流キャパシタ
ンス（Ｃ_Ｐ）６２であって、電極と圧電層の構造によっ
て定められるキャパシタンスである。圧電層は、分流キ
ャパシタンス６２のための誘電体として機能する。プレ
ート抵抗（Ｒ_Ｐ）６４は、分流キャパシタンス６２の直
列抵抗であり、抵抗（Ｒ_Ｓ）６６は、電極・圧電スタッ
クの接点６８と７０間の直列接続の電気抵抗である。接
点６８と７０は、金によって形成すると都合が良い。

【００３３】ＦＢＡＲの圧電特性の結果として共振の運
動的な表現が、インダクタンス（Ｌ _Ｍ）７２、キャパシ
タンス（Ｃ_Ｍ）７４、および、抵抗（Ｒ_Ｍ）７６の直列
接続である。補助的なインダクタとＦＢＡＲの直列接続
は、運動要素７２、７４および７６の直列接続に別の要
素が加わることになる。補助的なインダクタンスは、二
つの効果を備えている。第１の効果は、ＦＢＡＲの共振
周波数をわずかに減少させる。第２の効果は、追加の直
列共振を導くことであり、ＦＢＡＲの並列共振の周波数
に無視できる効果を持つ。図８において、図３の分流Ｆ
ＢＡＲ４２、４４、４６および４８のそれぞれは、補助
的なインダクタ７８、８０、８２および８４に接続され
ているように示されている。また、補助的なインダクタ
８６と８８がそれぞれのポート１２と２０から直列のＦ
ＢＡＲ３６、３８および４０に接続されている。四つの
補助的なインダクタ７８、８０、８２および８４の使用
は、四つのＦＢＡＲが物理的に同一であっても異なる直
列共振を持つ四つの分流ＦＢＡＲを可能にしている。

【００３４】補助的なインダクタ７８−８８によって導
入された追加の直列共振は、ＦＢＡＲフィルタのフィル
タ応答に追加の０を与える。補助的なインダクタの値
は、適切に０を配置するための追加の共振の周波数を設
定するために選択される。補助的なインダクタ７８−８
８のインダクタンスは、０ｎＨ〜５ｎＨの範囲にあるこ
とが好ましい。これは、通常約８０ｎＨある図７の運動
インダクタンス７２のインダクタンスに比べて小さい。
その結果、補助的インダクタとしての比較的貧弱なイン
ダクタの使用は、ＦＢＡＲの直列共振のＱを致命的に劣
化させることはない。

【００３５】本発明は単一の圧電層を含むＦＢＡＲを参
照して記述されたが、スタックされたＦＢＡＲが、発明
から逸脱すること無く置換できる。すなわち、用語「Ｆ
ＢＡＲ」は、スタックされた薄膜バルク音響共振器を含
むものとして定義される。

【００３６】以上の説明及び添付の図面から、当該技術
者には本発明に対するさまざまな修正が明らかになるで
あろう。従って、本発明は、付属の特許請求の範囲によ
ってのみ制限されるものとする。しかしながら、本発明
の広汎な応用の可能性に鑑み、以下に本発明の実施態様
を幾つか例示する。

【００３７】（実施態様１）フィルタにおいて、高い周
波数端と低い周波数端とを備えた目標帯域周波数を設定
するように働く音響共振器のアレイであって、前記音響
共振器が、前記目標帯域が挿入損失プロフィルを備え、
その際最小挿入損失が前記目標帯域の少なくとも前記高
い周波数端付近に位置させられ、前記最小挿入損失が、
前記目標帯域の前記低い周波数端における挿入損失より
も非常に小さくなるように構成されている音響共振器の
アレイを有するようにしたフィルタ。

【００３８】（実施態様２）前記目標帯域内にある最大
挿入損失が前記目標帯域の少なくとも前記低い周波数端
付近に位置させられるように前記音響共振器が構成され
ている実施態様１に記載のフィルタ。

【００３９】（実施態様３）前記挿入損失プロフィル
が、最小の挿入損失の前記位置から最大の挿入損失の前
記位置まで徐々に傾斜しているように前記音響共振器が
構成されている実施態様２に記載のフィルタ。

【００４０】（実施態様４）前記目標帯域の前記高い周
波数端に隣接して急勾配のロールオフが存在し、前記低
い周波数端に隣接して一般的に緩やかなロールオフが存
在するように前記音響共振器が構成されている実施態様
１に記載のフィルタ。

【００４１】（実施態様５）前記音響共振器が、薄膜バ
ルク音響共振器であって、直列に接続された直列薄膜バ
ルク音響共振器を含むとともに隣接する直列に接続され
たＦＢＡＲ間に接続された分流薄膜バルク音響共振器を
含む形状に相互に接続された薄膜バルク音響共振器であ
るようにした実施態様１に記載のフィルタ。

【００４２】（実施態様６）前記直列薄膜バルク音響共
振器が、前記高い周波数端における帯域特性を定める共
振周波数を備え、および、前記分流薄膜バルク音響共振
器が、前記低い周波数端における帯域特性を定める共振
周波数を備えるようにした実施態様５に記載のフィル
タ。

【００４３】（実施態様７）前記直列薄膜バルク音響共
振器と前記分流薄膜バルク音響共振器の共鳴周波数が、
送受切換スイッチにおける発信機部分として前記アレイ
を使うために選択されるようにした実施態様６に記載の
フィルタ。

【００４４】（実施態様８）前記直列薄膜バルク音響共
振器と前記分流薄膜バルク音響共振器が、前記目標帯域
を設定して約１８５０ＭＨｚから約１９１０ＭＨｚの目
標周波数範囲を備えるようにした実施態様５に記載のフ
ィルタ。

【００４５】

【００４６】（実施態様９）フィルタを形成する方法に
おいて、複数の薄膜バルク音響共振器を製作し、前記薄
膜バルク音響共振器が、少なくとも二つの共振周波数を
備え、および、前記薄膜バルク音響共振器が該当する帯
域にわたって選択されたフィルタ応答を与えるように協
働するように前記薄膜バルク音響共振器を相互に接続
し、製作して相互に接続する前記過程が、該当する前記
帯域の第１の周波数端において低い減衰の領域を形成す
るとともに該当する前記帯域の第２の周波数端において
十分に高い減衰の領域を形成するようにした方法。

【００４７】（実施態様１０）製作して相互に接続する
前記過程が、低い減衰の前記領域から十分に高い減衰の
前記領域に減衰を徐々に増加するように前記選択された
フィルタ応答を設定することを含んでいるようにした実
施態様９に記載の方法。

【００４８】（実施態様１１）製作して相互に接続する
前記過程が、前記第１の周波数端において該当する前記
帯域に隣接して急勾配のロールオフを与えるとともに前
記第２の周波数端に隣接して緩やかなロールオフを与え
ることを含み、前記第１の周波数端が、前記帯域におけ
る高い周波数端であるようにした実施態様１０に記載の
方法。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来周知のセルラー電話あるいは同様の電話に
おける先端部分回路のブロック図である。

【図２】１９００ＭＨｚのセルラー電話における従来周
知の送信機フィルタのフィルタ応答特性を示す図であ
る。

【図３】本発明に従って製作された送信機フィルタのブ
ロック図である。

【図４】通常の状態と上昇した温度がフィルタ応答を周
波数を下げた状態とを示す図３の送信機フィルタのフィ
ルタ応答特性を示す図である。

【図５】その通常の状態と上昇した温度がフィルタ応答
を周波数を下げた状態とにおける図２のフィルタ応答特
性を示す図である。

【図６】図４と図５のフィルタ応答の組み合わせを示
す。

【図７】従来周知のＦＢＡＲの電気的に等価な回路の概
略図である。

【図８】電気的に等価な回路にインダクタンスを与える
ための補助的なインダクタンスを備えた送信機フィルタ
のブロック図である。

【符号の説明】

３４フィルタ３６、３８、４０、４２、４４、４６音響共振器５６挿入損失プロフィル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ポール・ブラッドリーアメリカ合衆国カリフォルニア州マウンテン・ビューファイヤット・ドライブナンバー120 2680 (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・パークナインス・アベニュー567

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フィルタにおいて、高い周波数端と低い周波数端とを備えた目標帯域周波数
を設定するように働く音響共振器のアレイであって、前
記音響共振器が、前記目標帯域が挿入損失プロフィルを
備え、その際最小挿入損失が前記目標帯域の少なくとも
前記高い周波数端付近に位置させられ、前記最小挿入損
失が、前記目標帯域の前記低い周波数端における挿入損
失よりも非常に小さくなるように構成されている音響共
振器のアレイを有するようにしたフィルタ。
【請求項２】前記目標帯域内にある最大挿入損失が前記
目標帯域の少なくとも前記低い周波数端付近に位置させ
られるように前記音響共振器が構成されている請求項１
に記載のフィルタ。
【請求項３】前記挿入損失プロフィルが、最小の挿入損
失の前記位置から最大の挿入損失の前記位置まで徐々に
傾斜しているように前記音響共振器が構成されている請
求項２に記載のフィルタ。
【請求項４】前記目標帯域の前記高い周波数端に隣接し
て急勾配のロールオフが存在し、前記低い周波数端に隣
接して一般的に緩やかなロールオフが存在するように前
記音響共振器が構成されている請求項１に記載のフィル
タ。
【請求項５】前記音響共振器が、薄膜バルク音響共振器
であって、直列に接続された直列薄膜バルク音響共振器
を含むとともに隣接する直列に接続されたＦＢＡＲ間に
接続された分流薄膜バルク音響共振器を含む形状に相互
に接続された薄膜バルク音響共振器であるようにした請
求項１に記載のフィルタ。
【請求項６】前記直列薄膜バルク音響共振器が、前記高
い周波数端における帯域特性を定める共振周波数を備
え、および、前記分流薄膜バルク音響共振器が、前記低
い周波数端における帯域特性を定める共振周波数を備え
るようにした請求項５に記載のフィルタ。
【請求項７】前記直列薄膜バルク音響共振器と前記分流
薄膜バルク音響共振器の共鳴周波数が、送受切換スイッ
チにおける発信機部分として前記アレイを使うために選
択されるようにした請求項６に記載のフィルタ。
【請求項８】前記直列薄膜バルク音響共振器と前記分流
薄膜バルク音響共振器が、前記目標帯域を設定して約１
８５０ＭＨｚから約１９１０ＭＨｚの目標周波数範囲を
備えるようにした請求項５に記載のフィルタ。
【請求項９】フィルタを形成する方法において、複数の薄膜バルク音響共振器を製作し、前記薄膜バルク
音響共振器が、少なくとも二つの共振周波数を備え、お
よび、前記薄膜バルク音響共振器が該当する帯域にわたって選
択されたフィルタ応答を与えるように協働するように前
記薄膜バルク音響共振器を相互に接続し、製作して相互に接続する前記過程が、該当する前記帯域
の第１の周波数端において低い減衰の領域を形成すると
ともに該当する前記帯域の第２の周波数端において十分
に高い減衰の領域を形成するようにした方法。
【請求項１０】製作して相互に接続する前記過程が、低
い減衰の前記領域から十分に高い減衰の前記領域に減衰
を徐々に増加するように前記選択されたフィルタ応答を
設定することを含んでいるようにした請求項９に記載の
方法。
【請求項１１】製作して相互に接続する前記過程が、前
記第１の周波数端において該当する前記帯域に隣接して
急勾配のロールオフを与えるとともに前記第２の周波数
端に隣接して緩やかなロールオフを与えることを含み、
前記第１の周波数端が、前記帯域における高い周波数端
であるようにした請求項１０に記載の方法。