JP2006108824A - トリプレクサ - Google Patents

Abstract

【課題】 各信号を適切に分離できる低コスト小サイズのトリプレクサを提供する。
【解決手段】 Ｅ９１１システムに準拠したトリプレクサであって、周波数の最も低い第１の信号Ｃｅｌｌｕｌａｒ、中間の周波数である第２の信号ＧＰＳ、周波数の最も高い第３の信号ＰＣＳに対し、第１の信号を通過させるローパスフィルタ２１と、第２の信号と第３の信号に対しては通過させるハイパスフィルタ２２と、前記ハイパスフィルタを通過した信号から第３の信号を分離するノッチフィルタ２３と、前記ハイパスフィルタを通過した信号から第２の信号を分離するバンドパスフィルタ２５と、を備える。ローパスフィルタ２１及びハイパスフィルタ２２を積層基板に形成し、バンドパスフィルタ２５は、位相シフタ２４とＳＡＷ（表面弾性波）フィルタ２５とから構成され、該積層基板上に載置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、トリプレクサに関し、特に、移動体通信機に使用される周波数８２４−８９４ＭＨｚ帯の信号成分と、１８５０−１９９０ＭＨｚ帯の信号成分と、１５７４−１５７６ＭＨｚ帯の信号成分とを分離するトリプレクサに関する。

移動体通信機の分野において、米国の所謂Ｅ９１１法の施行に伴い、携帯電話等での緊急通報に際して通信事業者に発信位置の特定できるように、周波数８２４−８９４ＭＨｚ帯のＣｅｌｌｕｌａｒ（ＡＭＰＳ：アナログセルラ又はＣＤＭＡ８００）と、１８５０−１９９０ＭＨｚ帯のＰＣＳ（Personal Communication Services），更に、１５７４−１５７６ＭＨｚ帯のＧＰＳ（Global Positioning System）を組み込んだ機器が登場している。
機器のアンテナから上記３つの周波数帯の異なる信号成分を分離する手段としては、半導体スイッチ等を使用してアンテナからの信号を切り換える方式が一般的であったが、半導体スイッチ等を切り換える為のコントロール電源が必要であり、機器に占めるスペースも大きく、また、高価であった。

このような問題に鑑み、省スペース化、低コスト化を狙い、３つの周波数帯の異なる信号を分離するフィルタとして一体化したトリプレクサが使用され始めている。
例えば、特許文献１には、入力信号からローパスフィルタにより第１の信号を分離し、バンドパスフィルタにより第２の信号を分離し、ハイパスフィルタにより第３の信号を分離するトリプレクサや、入力信号からローパスフィルタにより第１の信号を分離し、第２と第３の信号をハイパスフィルタで分離し、ハイパスフィルタを通過した信号からローパスフィルタにより第２の信号を分離し、ハイパスフィルタを通過した信号からさらにハイパスフィルタにより第３の信号を分離するトリプレクサが開示されている。
特開２００３−８３８５号公報

第１の信号の周波数帯域は８２４−８９４ＭＨｚ帯で、他の２つの信号とは周波数が比較的離れているのに対し、第２の信号の周波数帯域は１５７４ＭＨｚ−１５７６ＭＨｚ、第３の信号の周波数帯域は１８５０−１９９０ＭＨｚ帯で、比較的近接しており、第２の信号と第３の信号とを分離するのが困難である。論理的には、急峻な減衰特性を有するハイパスフィルタや、ローパスフィルタ、さらには、バンドパスフィルタも可能であるが、回路構成が大きくなると共にコストが上昇する。

また、これら３つの信号のうち、１５７４−１５７６ＭＨｚのＧＰＳ信号は、ノイズの影響を受け易く、帯域外減衰量が不十分であると、ＧＰＳ回路でこれを利用できないという問題がある。一方、Ｃｅｌｌｕｌａｒ信号、ＰＣＳ信号に関しては、ある程度の信号を復調できれば、実用上の用途には供することができる。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、各信号を適切に分離できるトリプレクサを提供することを目的とする。
また、本発明は、小型で電源を必要とせず、低コストで高特性のトリプレクサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るトリプレクサは
周波数の異なる３つの信号を分離するトリプレクサであって、
周波数の最も低い第１の信号（例えば、Ｃｅｌｌｕｌａｒ、ＡＭＰＳ／ＣＤＭＡ８００）、中間の周波数である第２の信号（例えば、ＧＰＳ）、周波数の最も高い第３の信号（例えば、ＰＣＳ）に対し、
第１の信号を通過させるローパスフィルタと、
第２の信号と第３の信号を通過させるハイパスフィルタと、
前記ハイパスフィルタを通過した信号から第３の信号を分離するノッチフィルタと、
前記ハイパスフィルタを通過した信号から第２の信号を分離するバンドパスフィルタと、
を備え、
前記ローパスフィルタ及びハイパスフィルタを積層基板に形成し、
前記バンドパスフィルタは、ＳＡＷ（表面弾性波）フィルタから構成されている、
ことを特徴とする。

例えば、前記ローパスフィルタと前記ハイパスフィルタと前記ノッチフィルタとは、積層基板に形成され、前記ＳＡＷフィルタは、該積層基板上に載置される。

例えば、前記ノッチフィルタは、前記ハイパスフィルタを通過した信号に含まれる信号のうち第２の信号の周波数帯域に減衰域を有する。

さらに、前記ハイパスフィルタを通過した信号の位相を制御して、ＳＡＷフィルタに供給する位相シフタを備えてもよい。
例えば、前記ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、及び、ノッチフィルタは、インダクタとキャパシタから構成される。

例えば、前記ローパスフィルタは、一端に入力信号が供給される第１のインダクタ（Ｌ１）と、前記第１のインダクタ（Ｌ１）の他端に接続された第２のインダクタ（Ｌ２）及び第１のコンデンサ（Ｃ６）の並列回路と、前記第１のインダクタ（Ｌ１）の他端と基準電圧との間に接続された第２のコンデンサ（Ｃ４）と、並列回路の終端と基準電圧との間に接続された第３のコンデンサ（Ｃ５）と、を備え、Ｃｅｌｌｕｌａｒ信号よりも高い周波数の遮断周波数を有し、Ｃｅｌｌｕｌａｒ信号を通過させ、
前記ハイパスフィルタは、直列接続された第４のコンデンサ（Ｃ１）及び第５のコンデンサ（Ｃ２）と、前記第４のコンデンサ（Ｃ１）及び前記第５のコンデンサ（Ｃ２）の接続点と基準電圧との間に直列接続された第３のインダクタ（Ｌ３）及び第６のコンデンサ（Ｃ３）の直列回路から構成され、ＧＰＳ信号及びＰＣＳ信号の周波数よりも低い遮断周波数を有して、ＧＰＳ信号とＰＣＳ信号とを通過させ、
前記ノッチフィルタは、ＧＰＳ信号の周波数域に鋭い減衰特性を有するフィルタであり、一端に前記ハイパスフィルタからの信号が供給される第４のインダクタ（Ｌ５）と、前記第４のインダクタ（Ｌ５）の他端に接続された第５のインダクタ（Ｌ６）及び第７のコンデンサ（Ｃ７）の並列回路とから構成され、前記ハイパスフィルタを通過した信号に含まれているＧＰＳ信号成分を減衰させる。このような構成とすれば、Ｅ９１１システム用として適切なトリプレクサが得られる。

本発明によれば、比較的簡単な構成で、入力信号から目的とする３つの信号を分離することができる。

本発明の実施の形態に係るトリプレクサについて図を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るトリプレクサのブロック図、図２は、本実施の形態に係るトリプレクサの回路図（等価回路図）である。

本発明の実施の形態に係るトリプレクサは、Ｅ９１１システムに準拠した携帯電話などに使用されるものであり、図１及び図２に示すように、アンテナＡＮＴからの信号が供給されるローパスフィルタ（ＬＰＦ）２１と、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２２と、ハイパスフィルタ２２を通過した信号が供給されるノッチフィルタ２３と、ハイパスフィルタ２２を通過した信号が供給される位相シフタ２４と、ＳＡＷ（表面弾性波）フィルタ２５と、から構成される。

アンテナＡＮＴは、携帯端末の受信部等を構成し、必要に応じて、同調回路、増幅回路等を備え、Ｃｅｌｌｕｌａｒ信号、ＧＰＳ信号、ＰＣＳ信号を含む周波数帯域の信号、例えば、８００ＭＨｚ〜１９００ＭＨｚ程度の信号に同調して受信する。

ローパスフィルタ２１は、１０００ＭＨｚ〜１３００ＭＨｚに遮断周波数を有し、遮断周波数より低い周波数の信号、即ち、Ｃｅｌｌｕｌａｒ信号を通過させる。ローパスフィルタ２１は、例えば、図２に示すように、一端にアンテナＡＮＴからの信号が供給されるインダクタＬ１と、インダクタＬ１の他端に接続されたインダクタＬ２とコンデンサＣ６の並列回路と、インダクタＬ１の他端と接地端との間に接続されたコンデンサＣ４と、並列回路の終端と接地端との間に接続されたコンデンサＣ５とを備える。

ハイパスフィルタ２２は、１０００ＭＨｚ〜１３００ＭＨｚに遮断周波数を有し、遮断周波数より高い周波数の信号、即ち、ＧＰＳ信号、ＰＣＳ信号を通過させる。ハイパスフィルタ２２は、図２に示すように、直列接続されたコンデンサＣ１、Ｃ２と、Ｃ１とＣ２の接続点と接地端との間に直列接続されたインダクタＬ３とコンデンサＣ３の直列回路から構成される。

ノッチフィルタ２３は、ＧＰＳ信号の周波数域に鋭い減衰特性を有するフィルタであり、ハイパスフィルタ２２を通過した信号に含まれているＧＰＳ信号成分を減衰させる。減衰域の帯域幅は非常に狭く、例えば、減衰帯域の中心周波数が１５７５．５ＭＨｚで、４ＭＨＺ程度であり、他の周波数帯域については、減衰させることなく通過させる。結果として、ノッチフィルタ２３の出力信号は、ＰＣＳ信号となる。ノッチフィルタ２３は、例えば、図２に示すように、一端にハイパスフィルタ２２からの信号が供給されるインダクタＬ５と、インダクタＬ５の他端に接続されたインダクタＬ６とコンデンサＣ７の並列回路から構成される。

ＳＡＷフィルタ２５は、１５７０ＭＨｚ〜１５８０ＭＨｚ程度の周波数の信号を通過させる帯域通過フィルタであり、通常知られているように、圧電基板の上に２つのＩＤＴ（InterDigital Transducer)を配置した構成を有し、高特性を有する。
位相シフタ２４は、ハイパスフィルタ２２を通過した信号の位相をシフトして、ＳＡＷフィルタ２５とのマッチングを取ってＳＡＷフィルタ２５に供給するためのものであり、このＳＡＷフィルタ２５が減衰しようとする周波数１９００ＭＨｚ付近（ＰＣＳ信号の周波数）をオープンに近い状態に設定するものである。
これにより、ＧＰＳ信号へ漏洩するＰＣＳ信号を除去することが可能となる。
この位相シフタ２４を配置した場合としない場合とのＳＡＷフィルタ２５の特性の差を、図３のスミスチャートに対比して示す。図３（ａ）に示すように、位相シフタ２４を配置しない場合には、ＰＣＳ信号の周波数である１９００ＭＨｚ付近でインピーダンスが低くなっており、ＰＣＳ信号の電流が流入しやすい。一方、図３（ｂ）に示すように、位相シフタ２４を配置した場合には、ＰＣＳ信号の周波数である１９００ＭＨｚ付近でインピーダンスが高くなっており、ＰＣＳ信号の電流が流入しにくい。

上記構成における各フィルタ２１、２２，２３，２５の周波数特性を図４にまとめて示す。
この図から明らかなように、上記構成のトリプレクサによれば、ローパスフィルタ２１によりＣｅｌｌｕｌａｒ信号を周波数軸上で比較的余裕をもって分離することができる。

また、ハイパスフィルタ２２によりＧＰＳ信号とＰＣＳ信号を、Ｃｅｌｌｕｌａｒ信号から周波数軸上で比較的余裕をもって分離することができる。
そして、ハイパスフィルタ２２を通過した、比較的周波数の近いＧＰＳ信号とＰＣＳ信号のうち、ＧＰＳ信号を減衰帯域が狭く特性が急峻なノッチフィルタ２３により減衰することにより、ＰＣＳ信号をあまり減衰させないで分離できる。

また、ノッチフィルタ２３は、ハイパスフィルタやバンドパスフィルタを採用した場合と比較し、少ない素子でＧＰＳ信号を除去することが可能であり、小型化及びコストダウンを図ることができる。また、ノッチフィルタ２３は、本実施の形態のように、特定の周波数の信号（ＧＰＳ信号）を減衰させようとする場合に有効である。

そして、ハイパスフィルタ２２を通過した、比較的周波数の近いＧＰＳ信号とＰＣＳ信号のうち、ＧＰＳ信号を周波数特性が良好なＳＡＷフィルタ２５を使用することにより、分離できる。しかも、位相シフタ２４を使用することにより、ＰＣＳ信号を高い減衰率で減衰することができる。

また、これらの動作を行うために、特段の電源回路などは必要なく、回路構成も図２に示すようにシンプルであり、簡単な構成でハードウエア量を抑えて製造することができる。

なお、アンテナＡＮＴからの信号をローパスフィルタ２１と、バンドパスフィルタ２５とハイパスフィルタ２２とに入力し、直接３つの信号に分波させなかったのは、アンテナＡＮＴとバンドパスフィルタ２５（ＳＡＷフィルタ）とを直結すると、ＰＣＳ信号及びＣｅｌｌｕｌａｒ信号がＧＰＳ側に漏洩するため、ＰＣＳ信号及びＣｅｌｌｕｌａｒ信号が減衰してしまうこと、及び、ＧＰＳ側に漏洩したＰＣＳ信号及びＣｅｌｌｕｌａｒ信号はＧＰＳ信号にとってノイズとなることによる。このため、アンテナＡＮＴからの信号をバンドパスフィルタ２５により分波する前に、ＰＣＳ信号及びＣｅｌｌｕｌａｒ信号をある程度除去する回路を設ける必要がある。本発明では、ハイパスフィルタ２２により、Ｃｅｌｌｕｌａｒ信号を減衰させた後、位相シフタ２４によりＰＣＳ信号を減衰させる。これにより、新たに設ける回路を位相シフタ２４のみとすることができる。

図５に上記構成のトリプレクサの外観図を、図６にその模式的な断面図を示す。
図示するように、このトリプレクサは、積層基板内にローパスフィルタ２１，ハイパスフィルタ２２，ノッチフィルタ２３を形成し、積層基板上にＳＡＷフィルタ２５と位相シフタ２４とを載置した構成を有する。
このトリプレクサへの入力信号（アンテナ入力、グランドは、）及び３つの出力信号（ＰＣＳ、Ｃｅｌｌｕｌａｒ、ＧＰＳ）は、積層基板の周縁部に配置した電極に供給される。
また、ＳＡＷフィルタ２５と他の回路とは、積層基板の上面に接続されたバンプ電極等により接続されている。

図７は、積層基板の構成を説明するための平面図であり、積層基板を構成する個々の基板（シート）の構成を示す。各シート内の相対的に同一の位置は、重ね合わせた時（積層後）に重なる（対向する）位置である。

図示するように、この積層基板は、グリーンシート１〜１９を下層からこの順番に積層した構成を有する。なお、図中のコンデンサやインダクタの番号は、図２での番号に対応する。

グリーンシート１９は、マーキングを形成（印刷）したグリーンシートである。
グリーンシート１８は、グリーンシート１９上に積層され、上層にＧＮＤ電極が形成されたグリーンシートである。
グリーンシート１７は、グリーンシート１８のＧＮＤ電極に対向して上層に、コンデンサＣ３，Ｃ４，Ｃ５、コンデンサＣ７の一部となる電極を形成したグリーンシートである。
グリーンシート１６は、グリーンシート１７のコンデンサＣ３，Ｃ４，Ｃ５を構成する電極に対向して上層にＧＮＤ電極、コンデンサＣ７となる電極を形成したグルーンシートである。

グリーンシート１５は、コンデンサＣ３，Ｃ４，Ｃ７の他方の電極を形成したグリーンシートである。
グリーンシート１４は、コンデンサＣ６を形成したグリーンシートである。
グリーンシート１３は、配線を形成したグリーンシートである。
グリーンシート１２は、インダクタＬ３の一部を形成したグリーンシートである。
グリーンシート１１〜９は、インダクタＬ３及び位相シフタ２４を構成するＬ４の一部を形成したグリーンシートである。

グリーンシート８〜６は、インダクタＬ１、Ｌ２、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６の一部を形成したグリーンシートである、グリーンシート５は、インダクタＬ４の一部を形成したグリーンシートである。
グリーンシート４は、コンデンサＣ１の一部を形成したグリーンシートである。
グリーンシート３は、コンデンサＣ１及びコンデンサＣ２の共通の電極を形成したグリーンシートである。
グリーンシート２は、コンデンサＣ２の一部およびＧＮＤを形成するグリーンシートである。
グリーンシート１は、最上層に配置され、ＳＡＷフィルタ２５を搭載するパターンを形成したグリーンシートである。
これらのグリーンシート１〜１９が積層され、グリーンシート１にＳＡＷフィルタ２５を載置することにより、トリプレクサが形成される。

コンデンサを形成するグリーンシートは、比誘電率の高い材料を使用し、インダクタＬを形成するグリーンシートは比誘電率の低い材料を用いて、これらを積層して同時に焼成する。
インダクタＬの配置に関しては、出来るだけ異なるＬが重ならないように配置しＬ間の干渉をおさえることが望ましい。
なお、コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７，インダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６はその定数に応じて積層数、電極形状、シート厚などは任意に設計すればよい。

積層基板は、このような構成のグリーンシートを形成し、これを積層し、不要部分の切断等を行った後、これを焼成し、さらに、外部電極を形成し、形成される。その後、ＳＡＷフィルタ２５を配置することにより図５に記載のトリプレクサが形成される。
なお、このような所謂シート法によらず、例えば、誘電体の印刷と導体パターンの印刷とを繰り返して、その後、切断、焼成、外部（端部）電極形成等を行い、更に、ＳＡＷフィルタ２５を搭載して、製品とする方法等でもよい。

以上説明したように、本実施の形態によれば、簡単な構成で目的とする３つの信号を適切に分離することができるトリプレクサを提供できる。

本発明の実施の形態に係るトリプレクサのブロック図である。 本発明の実施の形態に係るトリプレクサの回路図である。 位相シフタの有無によるＳＡＷフィルタの特性の変化を説明するためのスミスチャートである。 トリプレクサを構成する４つのフィルタの周波数特性を示す図である。 本発明の実施の形態に係るトリプレクサの外観図である。 本発明の実施の形態に係るトリプレクサの断面図である。 本発明の実施の形態に係るトリプレクサを構成する積層基板の分解平面図である。

符号の説明

１〜１９ グリーンシート
２１ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
２２ ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）
２３ ノッチフィルタ
２４ 位相シフタ
２５ ＳＡＷフィルタ

Claims (6)

1. 周波数の異なる３つの信号を分離するトリプレクサであって、
   周波数の最も低い第１の信号、中間の周波数である第２の信号、周波数の最も高い第３の信号に対し、
   第１の信号を通過させるローパスフィルタと、
   第２の信号と第３の信号に対しては通過させるハイパスフィルタと、
   前記ハイパスフィルタを通過した信号から第３の信号を分離するノッチフィルタと、
   前記ハイパスフィルタを通過した信号から第２の信号を分離するバンドパスフィルタと、
   を備え、
   前記ローパスフィルタ及びハイパスフィルタを積層基板に形成し、
   前記バンドパスフィルタは、ＳＡＷ（表面弾性波）フィルタから構成されている、
   ことを特徴とするトリプレクサ。
2. 前記ローパスフィルタと前記ハイパスフィルタと前記ノッチフィルタとは、積層基板に形成され、
   前記ＳＡＷフィルタは、該積層基板上に載置される、
   ことを特徴とする請求項１に記載のトリプレクサ。
3. 前記ノッチフィルタは、前記ハイパスフィルタを通過した信号に含まれる信号のうち第２の信号の信号成分を減衰するための回路である、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のトリプレクサ。
4. 前記ハイパスフィルタを通過した信号の位相を制御して、ＳＡＷフィルタに供給する位相シフタを備える、ことを特徴とする請求項１、２又は３に記載のトリプレクサ。
5. 前記ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、及び、ノッチフィルタは、インダクタとキャパシタから構成される、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のトリプレクサ。
6. 前記ローパスフィルタは、一端に入力信号が供給される第１のインダクタ（Ｌ１）と、前記第１のインダクタ（Ｌ１）の他端に接続された第２のインダクタ（Ｌ２）及び第１のコンデンサ（Ｃ６）の並列回路と、前記第１のインダクタ（Ｌ１）の他端と基準電圧との間に接続された第２のコンデンサ（Ｃ４）と、並列回路の終端と基準電圧との間に接続された第３のコンデンサ（Ｃ５）と、を備え、Ｃｅｌｌｕｌａｒ信号よりも高い周波数の遮断周波数を有し、Ｃｅｌｌｕｌａｒ信号を通過させ、
   前記ハイパスフィルタは、直列接続された第４のコンデンサ（Ｃ１）及び第５のコンデンサ（Ｃ２）と、前記第４のコンデンサ（Ｃ１）及び前記第５のコンデンサ（Ｃ２）の接続点と基準電圧との間に直列接続された第３のインダクタ（Ｌ３）及び第６のコンデンサ（Ｃ３）の直列回路から構成され、ＧＰＳ信号及びＰＣＳ信号の周波数よりも低い遮断周波数を有して、ＧＰＳ信号とＰＣＳ信号とを通過させ、
   前記ノッチフィルタは、ＧＰＳ信号の周波数域に鋭い減衰特性を有するフィルタであり、一端に前記ハイパスフィルタからの信号が供給される第４のインダクタ（Ｌ５）と、前記第４のインダクタ（Ｌ５）の他端に接続された第５のインダクタ（Ｌ６）及び第７のコンデンサ（Ｃ７）の並列回路とから構成され、前記ハイパスフィルタを通過した信号に含まれているＧＰＳ信号成分を減衰させる、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の、Ｅ９１１システム用であることを特徴とするトリプレクサ。

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