JP2004242281A - ラダー型フィルタ、分波器、通信装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】通過帯域等の伝送特性が改善されたラダー型フィルタ、それを用いた分波器およびそれらを搭載した通信装置を提供する。
【解決手段】直列共振子Ｓ１、Ｓ２と、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３とを交互に接続してなるラダー型フィルタ１である。上記直列共振子Ｓ１には、インダクタＬｐが並列に接続されており、直列共振子Ｓ２には、インダクタが接続されていない。また、直列共振子Ｓ１の共振周波数をｆｓｒ１、直列共振子Ｓ２の共振周波数をｆｓｒ２としたとき、ｆｓｒ１＜ｆｓｒ２の関係を満たす。
【選択図】図１
【解決手段】直列共振子Ｓ１、Ｓ２と、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３とを交互に接続してなるラダー型フィルタ１である。上記直列共振子Ｓ１には、インダクタＬｐが並列に接続されており、直列共振子Ｓ２には、インダクタが接続されていない。また、直列共振子Ｓ１の共振周波数をｆｓｒ１、直列共振子Ｓ２の共振周波数をｆｓｒ２としたとき、ｆｓｒ１＜ｆｓｒ２の関係を満たす。
【選択図】図１
Description
本発明は、特に携帯電話等の通信装置に好適に使用されるラダー型フィルタ、分波器および通信装置に関するものである。
従来、近年の携帯電話機等の通信装置の小型化、軽量化に対する技術的進歩は目覚しいものがある。これを実現するための手段として、各構成部品の削減、小型化はもとより、複数の機能を複合した部品の開発も進んできた。特に、弾性表面波フィルタにも同様に高性能化が求められている。
このような弾性表面波フィルタとして、弾性表面波共振子が直列腕と並列腕とに交互に配置されてなるラダー型（梯子型）の弾性表面波フィルタがある。
図２３に示すように、一般的な例のラダー型弾性表面波フィルタ１００としては、２つの直列共振子Ｓ１１１、Ｓ１１２と、３つの並列共振子Ｐ１１１、Ｐ１１２、Ｐ１１３とから構成されている。また、上記ラダー型弾性表面波フィルタ１００では、並列共振子Ｐ１１１、Ｐ１１２、Ｐ１１３の各反共振周波数ｆｐａ１００と直列共振子Ｓ１１１、Ｓ１１２の各共振周波数ｆｓｒ１００とが、略一致するように設定されている。このようなラダー型弾性表面波フィルタ１００では、並列共振子Ｐ１１１、Ｐ１１２、Ｐ１１３の各反共振周波数ｆｐａ１００と直列共振子Ｓ１１１、Ｓ１１２の各共振周波数ｆｓｒ１００とを設定する条件が限られ、通過帯域幅を広くすることは困難であるという問題点がある。
また、ラダー型弾性表面波フィルタの他の例は、特許文献１、特許文献２、特許文献３にも開示されている。
特許文献１に開示されているラダー型弾性表面波フィルタは、上記ラダー型弾性表面波フィルタ１００において、直列共振子の共振周波数ｆｓｒ１００と、並列共振子の反共振周波数ｆｐａ１００とを、ｆｓｒ１００＞ｆｐａ１００の関係に設定している構成である。これにより、直列共振子と並列共振子との間の周波数間隔が広がり、ラダー型弾性表面波フィルタの通過帯域幅を広げる（広帯域化）することができる。
しかしながら、特許文献１の構成では、上記直列共振子と、並列共振子との間の周波数間隔を大きくするにつれて、通過帯域内にリップルが生じると共に、ＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio）が大きくなるために広帯域化するのに限界があるという問題点がある。
特許文献２に開示されているラダー型弾性表面波フィルタは、上記ラダー型弾性表面波フィルタ１００において、２つの直列共振子における共振周波数を互いに異ならせている構成である。これにより、上記ラダー型弾性表面波フィルタにおける耐電力性の向上が図られている。
しかしながら、特許文献２の構成では、２つの直列共振子におけるインピーダンスを合成したときの合成共振周波数と、並列共振子の反共振周波数とを略一致させる必要がある。この構成における通過帯域幅は、並列共振子の共振周波数と、２つの直列共振子における周波数が低い側の反共振周波数との間となる。この構成では、２つの直列共振子における共振周波数の周波数間隔を大きくするにつれて、帯域幅が減少するという問題がある。
また、特許文献３に開示されているラダー型弾性表面波フィルタ２００は、図２４に示すように、３つの直列共振子Ｓ２１１、Ｓ２１２、Ｓ２１３と、２つの並列共振子Ｐ１１１、Ｐ１１２とから構成されている。また、上記ラダー型弾性表面波フィルタ２００では、直列共振子Ｓ２１１、Ｓ２１２、Ｓ２１３の各共振周波数と直列共振子Ｓ１１１、Ｓ１１２の各反共振周波数とが、等しくなるように設定されている。そして、直列共振子Ｓ２１３に並列にインダクタＬ２１１が付加されている。このインダクタＬ２１１により、直列共振子Ｓ２１３における反共振周波数が高域側にシフトされ、上記ラダー型弾性表面波フィルタの通過帯域における高域側の減衰量を大きくすることができる。
しかしながら、特許文献３の構成では、ラダー型弾性表面波フィルタの帯域幅を広くすることが出来ないという問題点がある。
特開平１０−１２６２１２号公報（公開日：１９９８年５月１５日）
特開平１０−３０３６９８号公報（公開日：１９９８年１１月１３日）
特開平９−１６７９３７号公報（公開日：１９９７年６月２４日）
以上のように、従来の構成では、ラダー型性表面波フィルタにおける通過帯域を広くしようとすると、種々の問題があり実現することが困難である。
なお、上記のような問題は、開口部もしくは凹部を有するＳｉ基板と、該開口部もしくは凹部上に形成されている少なくとも１層以上の圧電薄膜（例えば、ＺｎＯやＡｌＮからなる）の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極を対向させて挟む構造の振動部とを有する圧電薄膜共振子から構成されるラダー型フィルタにおいても同様に発生する。
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、通過帯域を向上されたラダー型フィルタ、それを用いた分波器、およびそれらを搭載した通信装置を提供することにある。
本発明のラダー型フィルタは、上記の課題を解決するために、直列腕共振子と、並列腕共振子とを交互に接続してなるラダー型フィルタであって、上記直列腕共振子は、インダクタが並列に接続されている第１直列腕共振子と、インダクタが接続されていない第２直列腕共振子とからなり、第１直列腕共振子の共振周波数をｆｓｒ１、第２直列腕共振子の共振周波数をｆｓｒ２としたとき、ｆｓｒ１＜ｆｓｒ２の関係を満たすことを特徴としている。
上記の構成によれば、第１直列腕共振子と、第２直列腕共振子とにおける共振周波数を異ならせることにより、共振周波数と反共振周波数との間の間隔を拡大することができるため、ラダー型フィルタにおける帯域幅の広帯域化が可能となる。さらに、第１直列腕共振子にインダクタを付加することにより、通過帯域外の減衰量を改善することができる。また、ラダー型フィルタにおける直列腕共振子の少なくとも１つのみに、並列にインダクタを付加するだけで、広帯域化を実現することができるので、ラダー型フィルタを大型化することなく、小型化、高性能化が可能となる。
また、本発明のラダー型フィルタは、上記の構成に加えて、並列腕共振子の反共振周波数をｆｐａとしたとき、ｆｓｒ１＜ｆｐａ＜ｆｓｒ２の関係を満たすことが好ましい。
さらに、本発明のラダー型フィルタは、上記の構成に加えて、並列腕共振子の反共振周波数をｆｐａとしたとき、ｆｐａ×０．９９５＜（ｆｓｒ１＋ｆｓｒ２）／２＜ｆｐａ×１．０１の関係を満たすことが好ましい。
本発明のラダー型フィルタは、上記の構成に加えて、第１直列腕共振子の、並列に接続されている前記インダクタの働きによりシフトした反共振周波数をｆｓａ１’、第２直列腕共振子の、反共振周波数をｆｓａ２としたとき、ｆｓａ２＜ｆｓａ１’の関係を満たすことが好ましい。
本発明のラダー型フィルタは、上記の構成に加えて、第１直列腕共振子と、第２直列腕共振子とは、ピッチを異ならせることによって、共振周波数が異ならされていることが好ましい。
本発明のラダー型フィルタは、上記の構成に加えて、パッケージを備えており、上記並列に接続されているインダクタは、該パッケージ内に形成されていることが好ましい。これにより、装置を小型化することができる。
本発明のラダー型フィルタでは、上記の構成に加えて、前記共振子は、圧電基板と、前記圧電基板上に形成された複数のくし型電極部からなる一端子対弾性表面波共振子であってもよい。
本発明のラダー型フィルタでは、上記の構成に加えて、前記共振子は、開口部もしくは凹部を有する基板と、該開口部もしくは凹部上に形成されている少なくとも１層の圧電薄膜の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極を対向させて挟む構造の振動部とを有する圧電薄膜共振子であってもよい。
本発明の分波器は、上記の各ラダー型フィルタのいずれかを用いたことを特徴としている。
本発明の通信装置は、上記の各ラダー型フィルタのいずれか、あるいは分波器を搭載したことを特徴としている。
上記の構成によれば、通過帯域が広帯域化され、通過帯域低域側の減衰量が大きいラダー型フィルタを有することで、通過帯域が広帯域で、通過帯域低域側の減衰量が大きい、分波器や通信装置を提供することができる。
第１直列腕共振子が複数存在し、該複数の第１直列腕弾性表面波直列共振子の共振周波数が異なる場合においては、それらの平均値となる周波数もしくはそれらの平均値に近い所望の周波数を、共振周波数ｆｓｒ１とする。なお、第２直列腕共振子の共振周波数、第１直列腕共振子の反共振周波数、第２直列腕共振子の反共振周波数においても同様に考えることとする。
本発明のラダー型フィルタは、以上のように、直列腕共振子と、並列腕共振子とを交互に接続してなるラダー型フィルタであって、上記直列腕共振子は、インダクタが並列に接続されている第１直列腕共振子と、インダクタが接続されていない第２直列腕共振子とからなり、第１直列腕共振子の共振周波数をｆｓｒ１、第２直列腕共振子の共振周波数をｆｓｒ２としたとき、ｆｓｒ１＜ｆｓｒ２の関係を満たす構成である。
上記の構成によれば、帯域幅を広帯域化が可能となると共に、通過帯域外の減衰量を改善することができる。また、ラダー型フィルタにおける直列腕共振子の少なくとも１つのみに、並列にインダクタを付加するだけで、広帯域化を実現することができるので、小型化、高性能化が可能となる。
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について、図１ないし図１６に基づいて説明すれば、以下の通りである。
本発明の実施の一形態について、図１ないし図１６に基づいて説明すれば、以下の通りである。
本実施の形態にかかるラダー型フィルタとしての弾性表面波フィルタ１は、図１の回路図に示すように、２つの直列共振子（第１、第２直列腕共振子）Ｓ１、Ｓ２と、３つの並列共振子（並列腕共振子）Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３とが、ラダー型に圧電基板１０に形成されている構成である。また、上記弾性表面波フィルタ１では、直列共振子Ｓ１に並列にインダクタＬＰが付加されている。さらに、上記弾性表面波フィルタ１では、上記直列共振子Ｓ１の共振周波数をｆｓｒ１、直列共振子Ｓ２の共振周波数をｆｓｒ２とすると、ｆｓｒ１＜ｆｓｒ２の関係が成り立っている。直列共振子Ｓ１、Ｓ２の共振周波数を変える手段としては、例えば、直列共振子Ｓ１とＳ２とでピッチを変更することが挙げられる。
上記弾性表面波フィルタ１の具体的な例としては、図２に示すように、直列共振子Ｓ１、Ｓ２と並列共振子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３とが圧電基板１０上に形成されているチップを、パッケージＰＫＧに搭載した構成である。上記インダクタＬＰは、パッケージＰＫＧに形成されており、上記直列共振子Ｓ１に並列にボンディングワイヤにより接続されている。
また、上記直列共振子Ｓ１、Ｓ２は、それぞれ、パッケージＰＫＧに形成されている信号端子Ｔ１、Ｔ２に接続されている。さらに、上記並列共振子Ｐ１、Ｐ２はパッケージＰＫＧに形成されているアース端子Ｔ３にボンディングワイヤにより接続され、並列共振子Ｐ３はパッケージＰＫＧに形成されているアース端子Ｔ４にボンディングワイヤにより接続されている。
なお、上記直列共振子Ｓ１、Ｓ２および並列共振子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、図２に示すように、くし型電極部と、そのくし型電極部を挟み込んでいる反射器とを備えている弾性表面波共振子である。
一般に、ラダー型の弾性表面波フィルタでは、通過帯域における整合条件がよく一致するように、並列共振子の反共振周波数（ｆｐａ）と、直列共振子の共振周波数（ｆｓｒ）が略一致する条件とされている。
一方、各共振子において共振周波数が異なる場合、二つの異なる共振周波数が合成された共振が発生する。したがって、ラダー型の弾性表面波フィルタでは、各直列共振子における共振周波数が異なる場合、合成後の直列共振子の共振周波数をｆｒ０とすると、このｆｒ０とｆｐａを略一致させることが、通過帯域で整合条件が一致する条件になる。このとき、ラダー型の弾性表面波フィルタの帯域幅は、並列共振子の共振周波数（ｆｐｒ）と直列共振子の反共振周波数（ｆｓａ）との間となる。
そこで、本実施の形態の弾性表面波フィルタ１では、図３（ａ）に示すように、２つの直列共振子Ｓ１、Ｓ２の共振周波数ｆｓｒ１、ｆｓｒ２をｆｓｒ１＜ｆｓｒ２と異ならせている。さらに、直列共振子Ｓ１には、並列にインダクタＬｐを接続しているので、直列共振子Ｓ１の反共振周波数ｆｓａ１を、直列共振子Ｓ２の反共振周波数ｆｓａ２より高域側にｆｓａ１’としてシフトしている。
一方、これら直列共振子Ｓ１、Ｓ２のインピーダンスを合成すると、図３（ｂ）に示すように、直列共振子Ｓ１、Ｓ２の合成共振周波数は、ｆｓｒ０となる。また、上記弾性表面波フィルタ１では、合成共振周波数ｆｓｒ０と、並列共振子の反共振周波数ｆｐａとを略一致させるように構成している。
このため、上記弾性表面波フィルタ１における通過帯域幅は、並列共振子の共振周波数ｆｐｒと、インダクタが接続されていない直列共振子Ｓ２の反共振周波数ｆｓａ２との間となる。その結果、帯域幅を広くすることができる。さらにその上、並列にインダクタＬを付加することにより高域側へシフトした直列共振子Ｓ１の共振周波数（ｆｓａ１’）により、通過帯域高域側の帯域外減衰量を大きくすることができる。
以下、本実施の形態にかかる弾性表面波フィルタ１における、各共振子Ｓ１、Ｓ２、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の具体的なパラメータを変化させた実施例を示す。表１に、上記各共振子Ｓ１、Ｓ２、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の電極指パラメータ（共振周波数、対数、交叉幅）を示す。
また、表２に、直列共振子Ｓ１、Ｓ２における共振周波数と、その差を示す。
なお、本実施例では、直列共振子Ｓ１に対して並列に３．８ｎＨのインダクタＬｐを付加している。また、インダクタＬｐを並列に付加する直列共振子Ｓ１の周波数は、並列にインダクタを付加しない直列共振子Ｓ２に比較して低く設定されている。直列共振子Ｓ１・Ｓ２の間の周波数間隔が１０ＭＨｚ〜１１０ＭＨｚまで表２に示すように条件１〜１１において連続的に変化させている。特に並列にインダクタＬｐを付加しているＳ１の周波数を下げ、インダクタを付加していないＳ２の周波数を上げて直列共振子Ｓ１・Ｓ２の間の周波数間隔を増大させている。本実施の形態にかかる弾性表面波フィルタ１における伝送特性を図４に示す。なお、図４では、表２の条件２、４、６、８の抜粋である。さらに、図５には、本実施の形態にかかる弾性表面波フィルタ１における反射特性（ＶＳＷＲ）とバンド幅とを示す。
ここで、本実施の形態に係る弾性表面波フィルタ１における直列共振子Ｓ１に並列にインダクタＬｐを付加した状態を等価回路で表すと、図６に示すようになる。また、このときのインピーダンスの周波数特性を点線で図７に示す。比較として、インダクタＬｐを付加していないときの直列共振子Ｓ１のインピーダンス特性を実線で図７に示す。インダクタＬｐを直列共振子Ｓ１に並列に付加することで、共振周波数よりも低い周波数ｆｓａ３に反共振が新たに発生し、もともと存在していた反共振ｆｓａ１がｆｓａ１’にシフトする。このとき、共振周波数ｆｓｒ１は変化しない。
一方、上記反共振周波数ｆｓａ３は、上記直列共振子Ｓ１の電極容量と、並列に付加されたインダクタＬｐによって決定される。このとき、反共振周波数ｆｓａ３を、減衰させたい周波数領域に設定することで、より高減衰量なフィルタ特性を得ることができる。特に共振周波数よりも低い周波数に新たな反共振周波数ｆｓａ３が発生するため、通過帯域よりも低域側に減衰域を持つ弾性表面波フィルタにおいて有効に利用することができる。
また、この共振回路では、インダクタを付加していない場合に比較して、広い周波数範囲（ｆｓｒ１とｆｓａ１’との間）の領域において誘導性の性質を持つ。ここで、並列にインダクタを付加した直列共振子Ｓ１の共振周波数をｆｓｒ１、並列にインダクタを付加しない直列共振子Ｓ２の共振周波数をｆｓｒ２とし、これら直列共振子Ｓ１、Ｓ２を直列に接続している場合について考察する。
ここで、ｆｓｒ１＜ｆｓｒ２とすると、図３（ｂ）に示すように、直列共振子Ｓ１、Ｓ２の合成したインピーダンスは、ｆｓｒ１とｆｓｒ２との間に新たな共振周波数ｆｓｒ０を有し、２つの反共振周波数ｆｓａ１’、ｆｓａ２を持つ共振特性となる。弾性表面波フィルタ１における帯域幅は、共振周波数と反共振周波数との間隔によって制限されるため、帯域幅を大幅に拡大することができる。また、ｆｓｒ１とｆｓｒ２との間隔をさらに広げるために、例えば、ｆｓｒ１の周波数を更に低く設定すると、合成された共振周波数ｆｓｒ０の周波数も低くすることができ、一方でｆｓｒ２に変化がないことから、より広帯域な共振特性を得ることができる。
次に、上記弾性表面波フィルタ１において、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３について考察する。ここで、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３の反共振周波数をｆｐａとし、さらに、ｆｓｒ１＜ｆｐａ＜ｆｓｒ２とする。このインピーダンスの関係を図８に示す。この図８より、並列共振子の反共振周波数ｆｐａでは、並列共振子はオープン、直列共振子Ｓ１は誘導性素子、直列共振子Ｓ２は、容量性素子とみなすことができる。これにより、並列共振子の反共振周波数ｆｐａでは、図９の等価回路のように示すことができる。このとき、２つの直列共振子Ｓ１、Ｓ２は、それぞれ、誘導性素子、容量性素子とみなすことができることから、互いにリアクタンス分を打ち消しあって通過帯域を形成する。
このような構成にしたとき、弾性表面波フィルタ１の通過帯域幅は、ｆｐｒ〜ｆｓａ２となり、広い帯域幅を得ることができる。また、ｆｓａ１’により、通過帯域の高域側の減衰量を改善することができる。特に並列共振子の反共振周波数ｆｐａと、直列共振子Ｓ１、Ｓ２同士のＬＣ共振とが完全に一致すれば、入出力のインピーダンスに完全に整合されることになる。
直列共振子Ｓ１、Ｓ２のインピーダンスが完全に一致する場合は、（ｆｓｒ１＋ｆｓｒ２）／２＝ｆｐａが成り立つ場合である。完全に整合を取る必要がある場合は、並列共振子の反共振周波数ｆｐａと、直列共振子Ｓ１、Ｓ２同士のＬＣ共振とをほぼ一致させる必要があるが、並列共振子の反共振周波数ｆｐａと、直列共振子の共振周波数との間隔はある程度広くしても実用可能な領域がある。特に、ｆｐ×０．９９５＜（ｆ１＋ｆ２）／２＜ｆｐ×１．０１
の範囲内であれば、特性的に許容でき、実用可能である。
の範囲内であれば、特性的に許容でき、実用可能である。
以下、上記弾性表面波フィルタの比較例を参照してより詳細に本発明について説明する。
比較例１、２にかかるラダー型の弾性表面波フィルタ１０は、図１０に示すように、直列共振子Ｓ１１、Ｓ１２と、並列共振子Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３とを備える構成である。この比較例の弾性表面波フィルタ１０は、実施例に対して、並列にインダクタＬｐが付加されていない構成である。この比較例の弾性表面波フィルタ１０における各電極指パラメータ（共振周波数、対数、交叉幅）を表３に示す。
また、直列共振子と並列共振子との周波数差を持たせるために、比較例１では並列共振子Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３の共振周波数を固定し、直列共振子Ｓ１１、Ｓ１２の共振周波数を変えている。この比較例１の条件を表４に示す。また、表４には、直列共振子と並列共振子との間の周波数差も示す。なお、各直列共振子の共振周波数と各並列共振子の反共振周波数とは、条件１のときに、ほぼ一致している。また、比較例２では、直列共振子Ｓ１１、Ｓ１２の共振周波数をそれぞれ変化させ、該直列共振子間の周波数間隔を変えている。この比較例２の条件を表５に示す。
ここで、比較例１のラダー型弾性表面波フィルタにおける各条件での伝送特性を図１１に示す。また、各条件における反射特性およびバンド幅を図１２に示す。なお、ここでは、３．５ｄＢの帯域幅の関係を示している。
図１１の伝送特性を見ると、並列共振子と直列共振子との周波数差を拡大した効果により、全体的な帯域幅は広がっている。しかしながら、周波数差を大きくしていくに従って、帯域内にリップル（落ち込み）が生じていることが確認することができる。また、図１２を見ると、周波数差を広げるに従ってＶＳＷＲは大きくなっている。つまり、特性的には悪くなっている。
また、３．５ｄＢの帯域幅は、途中までは広がるものので、周波数差を６５ＭＨｚ以上広くすると急激に狭くなっている。これは、帯域内に生じたリップルが３．５ｄＢとなったためであり、この比較例１の構成では、広帯域化が困難であることがわかる。
また、比較例２のラダー型弾性表面波フィルタにおける各条件での伝送特性を図１３に示す。この比較例２では、直列共振子にインダクタを付加せず、直列共振子Ｓ１１、Ｓ１２の周波数間隔Δｆを実施例と同様に広げていった場合の特性を示す。また、各条件における反射特性およびバンド幅を図１４に示す。図１３、図１４からわかるように、帯域幅の広帯域化に有効ではないばかりか、帯域幅が減少傾向にあることが確認することができる。
さらに、比較例３として、比較例１の構成において、直列共振子Ｓ１１に並列にインダクタを付加した構成を挙げる。この比較例３の条件は、表２に示す。また、比較例３の伝送特性、ならびに反射特性およびバンド幅をそれぞれ図４、５に示す。図４より、比較例３のラダー型弾性表面波フィルタの帯域幅は狭いことがわかる。
ここで、上記実施例と、各比較例との対比を行う。
図４に示すように、実施例のラダー型弾性表面波フィルタでは、比較例１で見られたような帯域内のリップルの発生はほとんどないことが確認することができる。また、図５より、実施例のラダー型弾性表面波フィルタでは、ＶＳＷＲは少しずつ劣化しているものの、周波数差が１０ＭＨｚ〜８０ＭＨｚ程度まではほぼ一定であり、３．５ｄＢの帯域幅も周波数差が９０ＭＨｚ程度までは線形に近い状態で広がっている。つまり、直列共振子に並列にインダクタを付加する効果を確認することができる。
また、実施例の弾性表面波フィルタ１では、比較例２と比較して、全く異なる特性を有していることがわかる。
また、実施例のラダー型弾性表面波フィルタでは、比較例３と比較して、帯域幅を広帯域化することができることがわかる。
また、図１５に、実施例の弾性表面波フィルタ１と、通常のラダー型の弾性表面波フィルタ、比較例２のラダー型の弾性表面波フィルタ、および比較例３のラダー型の弾性表面波フィルタにおける直列共振子におけるインピーダンスの合成について示す。この図１５からわかるように、実施例の弾性表面波フィルタ１では、共振周波数と反共振周波数との間の間隔を拡大することができ、帯域幅の広帯域化に効果があることがわかる。
さらに、比較例４として、実施例における条件４と全く同じ回路パラメータで、インダクタＬｐを付加しない構成を挙げる。図１６に、実施例と、比較例４との伝送特性のグラフを示す。この図１６より、本実施例の弾性表面波フィルタ１における低域側の減衰量が改善されていることわかる。つまり、インダクタを付加することにより低域側の減衰量も改善することがわかる。
以上のように、実施例の構成では、反射特性や帯域内のリップルの発生とトレードオフの関係になることなく、任意に帯域幅を広帯域化することができる。また、ラダー型の弾性表面波フィルタにおける複数の直列共振子の少なくとも１つの直列共振子のみに、並列にインダクタを付加するだけで、広帯域化を実現することができるので、ラダー型の弾性表面波フィルタの大型化をさけ、小型化、高性能化が可能となる。
インダクタＬｐを並列に付加した直列共振子が複数存在し、該複数のインダクタＬｐを並列に付加した直列共振子の共振周波数が異なる場合においては、それらの平均値となる周波数もしくはそれらの平均値に近い所望の周波数を、共振周波数とする。なお、インダクタＬｐを並列に付加しない直列共振子の共振周波数、インダクタＬｐを並列に付加した直列共振子の反共振周波数、インダクタＬｐを並列に付加しない直列共振子の反共振周波数においても同様に考えることとする。
（実施の第二形態）
なお、上記実施の形態、実施例では、ラダー型フィルタとして、弾性表面波共振子を用いた例を挙げたが、上記に限定されるものではなく、圧電薄膜共振子を用いても、上記実施の形態、実施例に記載と同様の効果を発揮できる、本発明の実施の第二形態に係るラダー型フィルタを得ることができる。
なお、上記実施の形態、実施例では、ラダー型フィルタとして、弾性表面波共振子を用いた例を挙げたが、上記に限定されるものではなく、圧電薄膜共振子を用いても、上記実施の形態、実施例に記載と同様の効果を発揮できる、本発明の実施の第二形態に係るラダー型フィルタを得ることができる。
そのようなラダー型フィルタにおいて、ラダー型にそれぞれ配置される圧電薄膜共振子としては、図１７（ａ）に示すものが一例として挙げられる。図１７（ａ）に示すように、上記圧電薄膜共振子は、シリコンからなる支持基板６０の開口部６１上に絶縁膜６２を備え、その絶縁膜６２上における開口部６１に面する位置に圧電薄膜６４をその上下（圧電薄膜６４の厚さ）方向からそれぞれ挟むように下部電極６３および上部電極６５を形成して有するものである。
よって、上記圧電薄膜共振子では、下部電極６３および上部電極６５にて挟まれた位置の圧電薄膜６４、絶縁膜６２により振動部が構成されるダイヤフラム構造を形成できる。開口部６１は支持基板６０をその厚さ方向に貫通するように形成されている。絶縁膜６２は、二酸化珪素（ＳｉＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）またはそれらの多層構造からなるものである。圧電薄膜６４は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などからなるものである。
なお、上記開口部６１に代えて、図１７（ｂ）に示すように、ダイヤフラム構造に面した位置に開口し、支持基板６０をその厚さ方向に貫通しない凹部６６を支持基板６０に形成した圧電薄膜共振子であってもよい。
本発明に係るラダー型フィルタは、図１８に示すように、図１７（ａ）や図１７（ｂ）に示す圧電薄膜共振子７１〜７４を、例えばＬ型２段のラダー型に配置し、少なくとも１つの直列腕の圧電薄膜共振子７２に対してインダクタンスＬｐを並列に接続したものでもよい。上記ラダー型の配置としては、他にパイ型やＴ型でもよい。
このようなラダー型フィルタの具体例としては、図１９および図２０に示すものが挙げられる。上記ラダー型フィルタでは、４個の圧電薄膜共振子７１〜７４をラダー型に配置する際に、入力側の各圧電薄膜共振子７１、７２の上部電極８７及び下部電極８５の一部を共通化することにより、引き回し配線を低減して小型化できるものとなっている。
代表としての圧電薄膜共振子７２、７４は、図２０に示すように、シリコンからなる支持基板８２の開口部８４上に絶縁膜８３を備え、その絶縁膜８３上における開口部８４に面する位置に圧電薄膜８６をその上下（圧電薄膜８６の厚さ）方向からそれぞれ挟むように下部電極８５および上部電極８７を形成して有するものである。
よって、上記圧電共振子７２、７４では、下部電極８５および上部電極８７にて挟まれた位置の圧電薄膜８６、絶縁膜８３により振動部が構成されるダイヤフラム構造８８を形成できる。開口部８４は支持基板８２をその厚さ方向に貫通するように形成されている。絶縁膜８３は、二酸化珪素（ＳｉＯ2）８３ａ、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）８３ｂまたはそれらの多層構造からなるものである。圧電薄膜８６は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などからなるものである。
（実施の第三形態）
続いて、本発明に係る分波器について図２１に基づき説明する。上記分波器では、送信用端子（Ｔｘ）９５に接続された送信用フィルタ９３と、受信用端子（Ｒｘ）９６に接続された受信用フィルタ９４とが設けられている。送信用フィルタ９３は、上記の実施の各形態に示したラダー型フィルタであり、送信帯域を通過帯域として有するものである。受信用フィルタ９４は、上記の実施の各形態に示したラダー型フィルタであり、前記送信帯域より通過帯域が高い受信帯域を通過帯域として有するものである。
続いて、本発明に係る分波器について図２１に基づき説明する。上記分波器では、送信用端子（Ｔｘ）９５に接続された送信用フィルタ９３と、受信用端子（Ｒｘ）９６に接続された受信用フィルタ９４とが設けられている。送信用フィルタ９３は、上記の実施の各形態に示したラダー型フィルタであり、送信帯域を通過帯域として有するものである。受信用フィルタ９４は、上記の実施の各形態に示したラダー型フィルタであり、前記送信帯域より通過帯域が高い受信帯域を通過帯域として有するものである。
さらに、上記分波器においては、アンテナ端子９１側に、各キャパシタンス素子およびインダクタンス素子を有する整合回路９２が設けられている。なお、整合回路９２の構成は特に限定されない。
本発明のラダー型フィルタを、特に受信用フィルタ９４に用いた、本発明の分波器は、通過帯域外の、通過帯域近傍における減衰特性も良好で、特に通過帯域低域側の減衰量が大きく、通過帯域が広いという優れた特性を有する。
（実施の第四形態）
次に、上記実施の各形態に記載のラダー型フィルタ、もしくは上記分波器を搭載した通信装置について図２２に基づき説明する。上記通信装置６００は、受信を行うレシーバ側（Ｒｘ側）として、アンテナ６０１、アンテナ共用部／ＲＦＴｏｐフィルタ６０２、アンプ６０３、Ｒｘ段間フィルタ６０４、ミキサ６０５、１ｓｔＩＦフィルタ６０６、ミキサ６０７、２ｎｄＩＦフィルタ６０８、１ｓｔ＋２ｎｄローカルシンセサイザ６１１、ＴＣＸＯ（temperature compensated crystal oscillator（温度補償型水晶発振器））６１２、デバイダ６１３、ローカルフィルタ６１４を備えて構成されている。
次に、上記実施の各形態に記載のラダー型フィルタ、もしくは上記分波器を搭載した通信装置について図２２に基づき説明する。上記通信装置６００は、受信を行うレシーバ側（Ｒｘ側）として、アンテナ６０１、アンテナ共用部／ＲＦＴｏｐフィルタ６０２、アンプ６０３、Ｒｘ段間フィルタ６０４、ミキサ６０５、１ｓｔＩＦフィルタ６０６、ミキサ６０７、２ｎｄＩＦフィルタ６０８、１ｓｔ＋２ｎｄローカルシンセサイザ６１１、ＴＣＸＯ（temperature compensated crystal oscillator（温度補償型水晶発振器））６１２、デバイダ６１３、ローカルフィルタ６１４を備えて構成されている。
Ｒｘ段間フィルタ６０４からミキサ６０５へは、図２２に二本線で示したように、バランス性を確保するために各平衡信号にて送信することが好ましい。
また、上記通信装置６００は、送信を行うトランスミッタ側（Ｔｘ側）として、上記アンテナ６０１及び上記アンテナ共用部／ＲＦＴｏｐフィルタ６０２を共用するとともに、ＴｘＩＦフィルタ６２１、ミキサ６２２、Ｔｘ段間フィルタ６２３、アンプ６２４、カプラ６２５、アイソレータ６２６、ＡＰＣ（automatic power control （自動出力制御））６２７を備えて構成されている。
そして、上記のＲｘ段間フィルタ６０４、１ｓｔＩＦフィルタ６０６、ＴｘＩＦフィルタ６２１、Ｔｘ段間フィルタ６２３には、上述した本実施の各形態に記載のラダー型フィルタが好適に利用でき、アンテナ共用部／ＲＦＴｏｐフィルタ６０２には、上述した本実施の形態に記載の分波器が好適に利用できる。
本発明にかかるラダー型フィルタは、フィルタ機能を備えることができ、その上、通過帯域外の、通過帯域近傍における減衰特性も良好で、特に通過帯域低域側の減衰量が大きく、通過帯域が広いという優れた特性を有するものである。よって、上記ラダー型フィルタ、およびそれを用いた分波器を搭載する本発明の通信装置は、伝送特性を向上できるものとなっている。
本発明のラダー型フィルタ、それを用いた分波器、およびそれらを搭載する通信装置は、通過帯域外の、通過帯域近傍における減衰特性も良好で、特に通過帯域低域側の減衰量が大きく、通過帯域が広いという優れた特性を有するので、通信装置の伝送特性を向上できて、通信分野に好適に利用できる。
１ 弾性表面波フィルタ（ラダー型フィルタ）
Ｓ１ 直列共振子（第１直列腕共振子）
Ｓ２ 直列共振子（第２直列腕共振子）
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３ 並列共振子（並列腕共振子）
Ｌｐ インダクタ
Ｓ１ 直列共振子（第１直列腕共振子）
Ｓ２ 直列共振子（第２直列腕共振子）
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３ 並列共振子（並列腕共振子）
Ｌｐ インダクタ
Claims (10)
- 直列腕共振子と、並列腕共振子とを交互に接続してなるラダー型フィルタであって、
上記直列腕共振子は、インダクタが並列に接続されている第１直列腕共振子と、インダクタが接続されていない第２直列腕共振子とからなり、
第１直列腕共振子の共振周波数をｆｓｒ１、
第２直列腕共振子の共振周波数をｆｓｒ２としたとき、
ｆｓｒ１＜ｆｓｒ２
の関係を満たすことを特徴とする、ラダー型フィルタ。 - 並列腕共振子の反共振周波数をｆｐａとしたとき、
ｆｓｒ１＜ｆｐａ＜ｆｓｒ２
の関係を満たすことを特徴とする、請求項１に記載のラダー型フィルタ。 - 第１直列腕共振子の、並列に接続されている前記インダクタの働きによりシフトした反共振周波数をｆｓａ１’、
第２直列腕共振子の、反共振周波数をｆｓａ２としたとき、
ｆｓａ２＜ｆｓａ１’
の関係を満たすことを特徴とする、請求項１または２に記載のラダー型フィルタ。 - 並列腕共振子の反共振周波数をｆｐａとしたとき、
ｆｐａ×０．９９５＜（ｆｓｒ１＋ｆｓｒ２）／２＜ｆｐａ×１．０１
の関係を満たすことを特徴とする、請求項１に記載のラダー型フィルタ。 - 第１直列腕共振子と、第２直列腕共振子とは、ピッチを異ならせることによって、共振周波数が異ならされていることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のラダー型フィルタ。
- パッケージを備えており、上記並列に接続されているインダクタは、該パッケージ内に形成されていることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のラダー型フィルタ。
- 前記共振子は、圧電基板と、前記圧電基板上に形成された複数のくし型電極部からなる一端子対弾性表面波共振子であることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか１項に記載のラダー型フィルタ。
- 前記共振子は、開口部もしくは凹部を有する基板と、該開口部もしくは凹部上に形成されている少なくとも１層の圧電薄膜の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極を対向させて挟む構造の振動部とを有する圧電薄膜共振子であることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか１項に記載のラダー型フィルタ。
- 請求項１ないし６のいずれか１項に記載のラダー型フィルタを用いたことを特徴とする、分波器。
- 請求項１ないし８のいずれか１項に記載のラダー型フィルタ、もしくは請求項９記載の分波器を搭載したことを特徴とする、通信装置。
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