JP2004248321A

JP2004248321A - 有極型ｓａｗフィルタ

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Publication number: JP2004248321A
Application number: JP2004126228A
Authority: JP
Inventors: Naganori Ebara; 永典江原; Kazushige Noguchi; 和繁野口; Hajime Shimamura; 一島村; Yoshio Okada; 好生岡田; Tomokazu Komazaki; 友和駒崎
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2004-04-22
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2004-09-02

Abstract

【課題】周波数特性を改善することができる有極型ＳＡＷフィルタを提供する。
【解決手段】少なくとも一つの直列腕ＳＡＷ共振器及び少なくとも一つの並列腕ＳＡＷ共振器とを有する二端子対ＳＡＷ共振器型フィルタ回路と、前記二端子対ＳＡＷ共振器型フィルタ回路に並列に接続され、かつ前記二端子対ＳＡＷ共振器型フィルタ回路の開放インピーダンスと前記ＳＡＷフィルタの短絡インピーダンスとを等しくさせることにより、減衰極を形成するインピーダンスを有する二端子対インピーダンス回路とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、共振器形ＳＡＷフィルタと付加インピーダンスの並列接続により構成された有極型ＳＡＷフィルタに関するものである。

従来、このような分野の技術としては、例えば、特許文献１に開示されるものがあった。

ＳＡＷフィルタはＬＳＩと同様に、量産性に優れていることから、民生機器や通信機器で広範囲に用いられている。特に小形かつ軽量であるという特徴から、ポケットベル、携帯電話機等の移動体通信機器において、高周波（ＲＦ）フィルタとして多用されている。

移動体通信に用いられるＳＡＷフィルタは通過帯域において低挿入損失であり、減衰帯域において広帯域で高減衰量が必要であり、しかも、急峻な周波数特性が要求される。

この場合、図６に示すように、直列腕共振器（ＳＲ１，ＳＲ２，ＳＲ３）６１０，６１１，６１２、及び並列腕共振器（ＰＲ１，ＰＲ２，ＰＲ３，ＰＲ４）６２０，６２１，６２２，６２３に弾性表面波共振子を用いた帯域通過型フィルタが用いられている。
特開平５−１８３３８０号公報

上記したように、最近の携帯電話機等の移動体通信機器の高性能化に伴い、ＳＡＷフィルタの一層の低挿入損失、しかも、広帯域で高減衰量の急峻な周波数特性が要求されている。この要求に対して、上記した図６に示される梯子型ＳＡＷフィルタが主に用いられている。そして、この梯子型ＳＡＷフィルタは、用いる圧電基板の特性に依存しているのが現状である。

具体的には通過帯域の帯域幅、挿入損失、通過帯域と減衰帯域の周波数特性の急峻さ、及び減衰帯域の減衰量に圧電基板の特性が関係している。

この梯子型ＳＡＷフィルタの周波数特性の減衰帯域での広帯域、高減衰の実現は難しいという問題点がある。

このように、梯子型ＳＡＷフィルタにおいて、用いるＳＡＷ共振器の共振周波数（直列共振周波数）、反共振周波数（並列共振周波数）と通過帯域、減衰帯域の関係を利用するものでは、通過帯域と減衰帯域の帯域幅、配置もしくは間隔が制限されるという問題がある。特に、通過帯域と減衰帯域の間隔が狭く、高減衰に必要な減衰帯域が広帯域で、しかも、通過帯域において低挿入損失になるようにするという課題の両立は難しい。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、周波数特性を改善することができる有極型ＳＡＷフィルタを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕有極型ＳＡＷフィルタにおいて、少なくとも一つの直列腕ＳＡＷ共振器及び少なくとも一つの並列腕ＳＡＷ共振器とを有する二端子対ＳＡＷ共振器型フィルタ回路と、この二端子対ＳＡＷ共振器型フィルタ回路に並列に接続され、かつ前記二端子対ＳＡＷ共振器型フィルタ回路の開放インピーダンスと前記二端子対ＳＡＷ共振器型フィルタ回路の短絡インピーダンスとを等しくさせることにより、減衰極を形成するインピーダンスを有する二端子対インピーダンス回路とを有することを特徴とする。

〔２〕有極型ＳＡＷフィルタにおいて、直列腕ＳＡＷ共振器及び並列腕ＳＡＷ共振器から構成されるフィルタ回路が複数段縦続接続された二端子対ＳＡＷ共振器型フィルタ回路と、この二端子対ＳＡＷ共振器型フィルタ回路に直列に接続され、かつ、前記二端子対ＳＡＷ共振器型フィルタ回路の開放インピーダンスと前記二端子対ＳＡＷ共振器型フィルタ回路の短絡インピーダンスとを等しくさせることにより周波数特性に減衰極を発生させるインピーダンスを有する二端子対インピーダンス回路とを有することを特徴とする。

〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載の有極型ＳＡＷフィルタは、前記直列腕ＳＡＷ共振器に並列に接続されたキャパシタを有することを特徴とする。

〔４〕上記〔３〕記載の有極型ＳＡＷフィルタは、前記キャパシタに直列に接続されたインダクタを有することを特徴とする。

〔５〕有極型ＳＡＷフィルタにおいて、入力端子及び出力端子と、前記入力端子と前記出力端子との間に直列に接続された第１の直列腕ＳＡＷ共振器、第２の直列腕ＳＡＷ共振器及び第３の直列腕ＳＡＷ共振器と、前記第１及び第２の直列腕ＳＡＷ共振器に接続された第１の並列腕ＳＡＷ共振器と、前記第２及び第３の直列腕ＳＡＷ共振器に接続された第２の並列腕ＳＡＷ共振器と、前記第１及び第２の並列腕ＳＡＷ共振器と接地電位との間に接続されたインピーダンス回路とを備えており、前記インピーダンス回路は、前記有極型ＳＡＷフィルタの開放インピーダンスと前記有極型ＳＡＷフィルタの短絡インピーダンスとを等しくさせることにより減衰極を発生させるインピーダンスを有することを特徴とする。

〔６〕上記〔５〕記載の有極型ＳＡＷフィルタは、前記第１の直列腕ＳＡＷ共振器に並列に接続されたキャパシタを有することを特徴とする。

〔７〕上記〔６〕記載の有極型ＳＡＷフィルタは、前記キャパシタに直列に接続されたインダクタを有することを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果を奏することができる。

（１）二端子対回路の移相回路と直列腕弾性表面波共振器と並列腕弾性表面波共振器を用いた共振器形ＳＡＷフィルタと二端子対回路のインピーダンスの並列接続により、急峻な周波数特性を持つ高性能低挿入損失の有極型ＳＡＷフィルタを構成することができる。

（２）通過帯域の低域側減衰帯域の減衰特性の高減衰化を可能とする。

有極型ＳＡＷフィルタにおいて、少なくとも一つの直列腕ＳＡＷ共振器及び少なくとも一つの並列腕ＳＡＷ共振器とを有する二端子対ＳＡＷ共振器型フィルタ回路と、この二端子対ＳＡＷ共振器型フィルタ回路に並列に接続され、かつ前記二端子対ＳＡＷ共振器型フィルタ回路の開放インピーダンスと前記二端子対ＳＡＷ共振器型フィルタ回路の短絡インピーダンスとを等しくさせることにより、減衰極を形成するインピーダンスを有する二端子対インピーダンス回路とを有する。よって、急峻な周波数特性を持つ高性能低挿入損失の有極型ＳＡＷフィルタを構成することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の第１実施例を示す有極型ＳＡＷフィルタの回路図である。

この図に示すように、この実施例の有極型ＳＡＷフィルタ３００は、移相回路１０１、直列腕弾性表面波共振器１１０，１１１と並列腕弾性表面波共振器１２０を用いた共振器形ＳＡＷフィルタ１００と、二端子対回路のインピーダンス（Ｚａ）２００の並列接続により構成される。つまり、二端子対回路のインピーダンス（Ｚａ）２００により減衰極を形成した有極型ＳＡＷフィルタである。なお、１１２は入力側端子、１１３は入力側アース端子、１１４は出力側端子、１１５は出力側アース端子である。

このように、二つの二端子対回路１００，２００を並列接続した有極型ＳＡＷフィルタ３００により、通過帯域と減衰帯域の間隔が狭く、減衰帯域において広帯域に高減衰を持つ周波数特性が得られ、しかも、通過帯域において低損失である高性能特性を持つ有極型ＳＡＷフィルタを実現する。

すなわち、従来の有極型ＳＡＷフィルタの直列腕に移相回路１０１、及び二端子対回路インピーダンス（Ｚａ）２００を付加したことにより、高性能特性を持つ有極型ＳＡＷフィルタを構成することができる。

このような、本発明の第１実施例の回路構成として、一つの二端子対回路として梯子型共振器形ＳＡＷフィルタ１００を構成し、もう一つのインピーダンス（Ｚａ）を有する二端子対回路２００は、インダクタＬｏ（２１０）とキャパシタＣｏ（２２０）で構成する。

以下、図１に示した第１実施例の有極型ＳＡＷフィルタ回路の動作について、説明する。

図１の有極型ＳＡＷフィルタ３００の基本マトリクスを（ＡＢＣＤ）となし、先端開放インピーダンスをＺｏ、先端短絡インピーダンスをＺｓとすると、このＺｏ，Ｚｓはそれぞれ、次の式（１）、及び式（２）で与えられる。

Ｚｏ＝Ａ／Ｃ …（１）
Ｚｓ＝Ｂ／Ｄ …（２）
Ｓ＝ｊω、ここでω＝２πｆ
また、図１の回路の周波数特性α（ω）は上記式（１）及び（２）を用いて、次の式（３）のようになる。

α（ω）＝２０．０×Ｌｏｇ｛ＡＢＳ〔（１＋Ｚｏ）（１＋Ｚｓ）
／（Ｚｏ−Ｚｓ）〕｝（ｄＢ） …（３）
ここで、ＡＢＳ（）は（）内の絶対値を表す。

ここで、周波数特性上の減衰極は、上記式（３）より次の場合である。

(i) Ｚｏ＝∞またはＺｓ＝∞、(ii)Ｚｏ＝Ｚｓ＝０、(iii) Ｚｏ＝Ｚｓ …（４）
図１に示す本発明の第１実施例を示す回路構成において、先端開放インピーダンス〔Ｚｏ（１）〕を図２に、先端短絡インピーダンス〔Ｚｓ（１）〕を図３に示す。

この場合の先端開放インピーダンス〔Ｚｏ（１）〕、及び先端短絡インピーダンス〔Ｚｓ（１）〕はそれぞれ、次の式（５）、（６）で与えられる。

Ｚｏ（１）＝［〔Ｚａ＋Ｚｓ（２）〕〔Ｚｐ＋Ｚｓ（１）〕］
／〔Ｚａ＋Ｚｐ＋Ｚｓ（１）＋Ｚｓ（２）〕＋Ｚｐ（１） …（５）
Ｚｓ（１）＝〔Ｚａ×Ｚｓｓ〕／〔Ｚａ＋Ｚｓｓ〕 …（６）
ここで、Ｚｓｓ＝Ｚｐ（１）＋Ｚｓ（１）＋Ｚｓ（２）×Ｚｐ
／〔Ｚｓ（２）＋Ｚｐ〕
Ｚｓ（１）：第１の直列腕弾性表面波共振器１１０のインピーダンス、
Ｚｓ（２）：第２の直列腕弾性表面波共振器１１１のインピーダンス、
Ｚｐ（１）：並列腕弾性表面波共振器１２０のインピーダンス、
Ｚａ＝ｊωＬｏ＋１／（ｊωＣｏ）
ここで、まず、Ｚａの動作を説明する。

Ｚａは、次の条件関係が成立する場合である。すなわち、Ｚａのインピーダンスが直列腕弾性表面波共振器１１０，１１１、並列腕弾性表面波共振器１２０のインピーダンスに比較して小さい場合であり、この場合、上記式（５）、及び式（６）は次の式（７）、式（８）のようになる。

Ｚｏ（１）＝Ｚｓ（２）〔Ｚｐ＋Ｚｓ（１）〕／〔Ｚｐ＋Ｚｓ（１）
＋Ｚｓ（２）＋Ｚｐ（１）〕 …（７）
Ｚｓ（１）＝（Ｚａ×Ｚｓｓ）／（Ｚａ＋Ｚｓｓ） …（８）
したがって、上記式（７），式（８）より、Ｚａが存在することにより、Ｚｏ（１）は不変であり、Ｚｓ（１）のみ変えることが可能であることが分かる。すなわち、Ｚｏ（１）＝Ｚｓ（１）が成立する周波数を変えることが可能であることが分かる。

次に、移相回路Ｚｐの動作について説明する。

まず、Ｚａ及びＺｐがない場合について考察する。この場合の開放インピーダンスＺｏ（００）及び短絡インピーダンスＺｓ（００）は、それぞれ次の式（９）及び式（１０）で与えられる。

Ｚｏ（００）＝〔Ｚｓ（１）×Ｚｓ（２）〕／〔Ｚｓ（１）＋Ｚｓ（２）〕
＋Ｚｐ（１） …（９）
Ｚｓ（００）＝Ｚｓ（１）＋〔Ｚｓ（２）×Ｚｐ（１）〕
／〔Ｚｓ（２）＋Ｚｐ（１）〕 …（１０）
本発明の第１実施例では、第１の直列腕弾性表面波共振器１１０に対して直列に、インピーダンスＺphase を有する移相回路１０１を付加することになるので、移相回路１０１と第１の直列腕弾性表面波共振器１１０とを併せたインピーダンスをＺs （１）phase とすると、Ｚs （１）phase ＝Ｚs （１）＋Ｚphase となる。

従って、このＺs （１）phase を式（９）及び式（１０）におけるＺs （１）の代わりに用いた場合にＺｏ（００）≒Ｚｓ（００）となるようなＺphase を用いれば、減衰帯域において高減衰特性が得られる。

ここで、まず、図１の本発明の第１の回路構成の実施例として、ＣＤＭＡ方式（ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ符号分割多重アクセス方式：スペクトル拡散技術を使うディジタル自動車・携帯電話の米国基準の一つである）用受信（Ｒｘ）帯域のフィルタについて説明する。

図１の回路構成３００は、３段構成共振器形ＳＡＷフィルタ１００（移相回路１０１、第１の直列腕弾性表面波共振器１１０、第２の直列腕弾性表面波共振器１１１、並列腕弾性表面波共振器１２０）と、インダクタ（Ｌｏ）２１０、キャパシタ（Ｃｏ）２２０により構成される二端子対回路のインピーダンス（Ｚａ）２００の並列接続構成である。

この実施例では第１の直列腕弾性表面波共振器１１０及び第２の直列腕弾性表面波共振器１１１の構成は（対数１００対、交差長５０μｍ）、並列腕弾性表面波共振器１２０の構成は（対数８６対、交差長８６μｍ）である。

また、移相回路１０１はストリップラインを用いており、このストリップラインの線路長が１１ｃｍの場合で、インピーダンスＺａは、インダクタＬｏ＝３．０ｎＨで一定であり、キャパシタＣｏを（０、０．１ｐＦ、０．２ｐＦ、０．５ｐＦ）にした場合の周波数特性を図４に示す。ここで、曲線ａはＣｏ＝０．１ｐＦの場合、曲線ｂはＣｏ＝０．２ｐＦの場合、曲線ｃはＣｏ＝０．５ｐＦの場合、曲線ｄはＣｏ＝０（従来）の場合をそれぞれ示している。

図４に示すように、Ｃｏを変化させることにより、減衰帯域の減衰極周波数が変わることが分かる。すなわち、通過帯域の高域側減衰域の減衰量は、Ｃｏを増やすことにより減衰極周波数が通過帯域に近くなり、周波数特性の傾斜が急峻になるが減衰量は減少する。Ｃｏを変化させることによる通過帯域の低域側減衰帯域においては、減衰極周波数の変動は大きく、減衰量は注目する周波数点により増加する場合と減少する場合がある。

したがって、本発明の回路構成は主に通過帯域の低域側減衰域の減衰量を改善することができる。

次に、本発明の第２実施例について説明する。

図５は本発明の第２実施例を示す有極型ＳＡＷフィルタの回路図である。

この実施例では、第１実施例の回路構成と同様に、ＣＤＭＡ方式用Ｒｘフィルタについて示している。なお、本発明との比較のため、この種の従来のフィルタの回路構成を図６に示している。

図５において５００は移相回路（ＰＳ１）を、５１０〜５１２は対数が１００対で交差長５０μｍの直列腕弾性表面波共振器（ＳＲ１〜ＳＲ３）を、５２０と５２３は対数が６０対で、交差長６０μｍの並列腕弾性表面波共振器（ＰＲ１とＰＲ４）、及び５２１と５２２は対数が８５対で、交差長８５μｍの並列腕弾性表面波共振器（ＰＲ２とＰＲ３）を示す。

なお、５４１は入力側端子、５４２は入力側アース端子、５４３は出力側端子、５４４は出力側アース端子である。

付加インピーダンス（Ｚａ）２００としては、インダクタ（Ｌｏ）５３１及びキャパシタ（Ｃｏ）５３０で構成し、この場合のインダクタンス値はＬｏ＝３．０ｎＨとした。また、移相回路（ＰＳ１）５００の線路長は１１ｃｍとした。

更に、図７に（Ｌｏ＝３．０ｎＨ、及びＣｏ＝０．１ｐＦ）の場合の周波数特性と、図６の従来の回路構成（Ｌｏ＝∞、Ｃｏ＝０ｐＦ）の場合の周波数特性とを対比して示している。この図において、曲線ａは本発明のＬｏ＝３．０ｎＨ及びＣｏ＝０．１ｐＦの場合、曲線ｂは従来のＣｏ＝０の場合を示している。

図７から明らかなように、図６の従来の回路構成と比較して、本発明の第２実施例の回路構成はフィルタの通過帯域においては変化はなく、通過帯域の低域側減衰帯域の減衰量の高減衰の帯域が広くなっていることが分かる。

この場合の周波数特性は、本発明の第２実施例では、曲線ａ（実線）に示すように、曲線ｂ（従来：点線）に示す特性に比較して大幅に改善され、本発明の第２の回路構成により、図７に示すＣＤＭＡ方式用Ｒｘフィルタの要求規格（８２４ＭＨｚ〜８９４ＭＨｚにおいて、減衰が５０ｄＢ以上）を満足することが分かる。

このように、本発明によれば二端子対回路の移相回路と直列腕弾性表面波共振器と並列腕弾性表面波共振器を用いた共振器形ＳＡＷフィルタと二端子対回路のインピーダンスの並列接続により、急峻な周波数特性を持つ高性能低挿入損失の有極型ＳＡＷフィルタを構成することができる。

また、この回路構成は通過帯域の低域側減衰帯域の減衰特性の高減衰化を可能とする。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の有極型ＳＡＷフィルタは、民生機器や通信機器で広範囲に利用可能である。

本発明の第１実施例を示す有極型ＳＡＷフィルタの回路図である。本発明の第１実施例の回路構成の場合の先端開放インピーダンスを示す図である。本発明の第１実施例の回路構成の場合の先端短絡インピーダンスを示す図である。ＣＤＭＡ方式用Ｒｘフィルタの特性図である。本発明の第２実施例を示す有極型ＳＡＷフィルタの回路図である。従来の６段有極型ＳＡＷフィルタの回路図である。本発明の第２実施例と従来例との周波数特性を示す図である。

符号の説明

１００共振器形ＳＡＷフィルタ（３段構成共振器型ＳＡＷフィルタ）
１０１，５００移相回路
１１０，１１１，５１０〜５１２直列腕弾性表面波共振器
１１２，５４１入力側端子
１１３，５４２入力側アース端子
１１４，５４３出力側端子
１１５，５４４出力側アース端子
１２０，５２０〜５２３並列腕弾性表面波共振器
２００二端子対回路のインピーダンス（Ｚａ）
２１０，５３１インダクタ（Ｌ₀）
２２０，５３０二端子対回路のキャパシタ（Ｃｏ）
３００有極型ＳＡＷフィルタ
Ｚｏ先端開放インピーダンス
Ｚｓ先端短絡インピーダンス

Claims

少なくとも一つの直列腕ＳＡＷ共振器及び少なくとも一つの並列腕ＳＡＷ共振器とを有する二端子対ＳＡＷ共振器型フィルタ回路と、
該二端子対ＳＡＷ共振器型フィルタ回路に並列に接続され、かつ前記二端子対ＳＡＷ共振器型フィルタ回路の開放インピーダンスと前記二端子対ＳＡＷ共振器型フィルタ回路の短絡インピーダンスとを等しくさせることにより、減衰極を形成するインピーダンスを有する二端子対インピーダンス回路とを有することを特徴とする有極型ＳＡＷフィルタ。
直列腕ＳＡＷ共振器及び並列腕ＳＡＷ共振器から構成されるフィルタ回路が複数段縦続接続された二端子対ＳＡＷ共振器型フィルタ回路と、
該二端子対ＳＡＷ共振器型フィルタ回路に直列に接続され、かつ、前記二端子対ＳＡＷ共振器型フィルタ回路の開放インピーダンスと前記二端子対ＳＡＷ共振器型フィルタ回路の短絡インピーダンスとを等しくさせることにより周波数特性に減衰極を発生させるインピーダンスを有する二端子対インピーダンス回路とを有することを特徴とする有極型ＳＡＷフィルタ。
請求項１又は２記載の有極型ＳＡＷフィルタは、
前記直列腕ＳＡＷ共振器に並列に接続されたキャパシタを有することを特徴とする有極型ＳＡＷフィルタ。
請求項３記載の有極型ＳＡＷフィルタは、
前記キャパシタに直列に接続されたインダクタを有することを特徴とする有極型ＳＡＷフィルタ。
有極型ＳＡＷフィルタにおいて、
入力端子及び出力端子と、
前記入力端子と前記出力端子との間に直列に接続された第１の直列腕ＳＡＷ共振器、第２の直列腕ＳＡＷ共振器及び第３の直列腕ＳＡＷ共振器と、
前記第１及び第２の直列腕ＳＡＷ共振器に接続された第１の並列腕ＳＡＷ共振器と、
前記第２及び第３の直列腕ＳＡＷ共振器に接続された第２の並列腕ＳＡＷ共振器と、
前記第１及び第２の並列腕ＳＡＷ共振器と接地電位との間に接続されたインピーダンス回路とを備えており、
前記インピーダンス回路は、前記有極型ＳＡＷフィルタの開放インピーダンスと前記有極型ＳＡＷフィルタの短絡インピーダンスとを等しくさせることにより減衰極を発生させるインピーダンスを有することを特徴とする有極型ＳＡＷフィルタ。
請求項５記載の有極型ＳＡＷフィルタは、
前記第１の直列腕ＳＡＷ共振器に並列に接続されたキャパシタを有することを特徴とする有極型ＳＡＷフィルタ。
請求項６記載の有極型ＳＡＷフィルタは、
前記キャパシタに直列に接続されたインダクタを有することを特徴とする有極型ＳＡＷフィルタ。