JP2006506881A - 送受切換器およびｒｘ帯域とｔｘ帯域とを分離する方法 - Google Patents

Abstract

２つの帯域通過フィルタ（５，６）を有する送受切換器（１）は、送信信号を阻止するための付加的な反共振回路を有するフィルムバルク［film bulk―膜の束―］音響波共振器（ＦＢＡＲ）（８，９，１０，１１，１２，１３）を備える。この送受切換器は、所望の受信信号の通過を許容するための付加的な共振回路を有する。反共振回路は、ＦＢＡＲ１１と並列インダクタ１４を備える。共振回路は、第１のＦＢＡＲ１１と直列インダクタ７を備える。

Description

この発明は、移動通信またはその他の無線規格を可能にする電子装置に関する。このようなシステムにおいては、帯域［band―周波数帯域―］分離ユニットが幾つかの帯域を分離するために幾つかの帯域を分離するために用いられている。その例は、送受切換器、トリプレクサ［triplexer―三方向切換器―］、マルチプレクサ［multiplexer―多重通信切換器―］である。帯域分離ユニットは、種々の送信帯域、または種々の受信帯域、または幾つかの送信および受信帯域を分離するために用いられても良い。明瞭化の理由のために、以下の記載は、受信および送信帯域を分離する送受切換器を中心にするであろう。しかしながら、このことは、限定することを意味していない。

送受切換器は、受信および送信帯域間に必要な分離を提供する。この送受切換器におけるＲｘフィルタがＴｘフィルタの負荷となることを避けるために、９０度位相シフタは、Ｔｘ帯域におけるＲｘフィルタの低インピーダンスを高いインピーダンスへと変換するために用いられる。それゆえに、ＲｘフィルタはこのＴｘ帯域では開回路として動作すると共に、Ｔｘフィルタの動作の負担となったり影響を与えたりすることはない。９０度位相シフタは、一括して取り扱われるインダクタおよびキャパシタまたはλ／４送信ラインとして、実施可能である。周知の実用的な例は、９０度位相シフタがλ／４送信ラインとして実施されている、ＨＰＭＤ−７９０４およびＨＰＭＤ−７９０５送受切換器である。

この発明はまた、異なる帯域がフィルタリングすることにより分離された複数帯域電話機における受信部用に用いられる、初期段階の［front-end―フロントエンド―］モジュールへと適用される。これらの初期段階のモジュールにおいては、異なるＲｘフィルタが互いに負荷となる可能性がある。異なるトポロジー［topology―位相―］がこの負荷をさけるために想像可能である。しかしながら、本質的には、これらは、全てフィルタネットワークとして考慮可能である。

欧州特許出願公開ＥＰ−Ａ２／０９６２９９９は、無線通信装置の共振器構造に関連している。この無線通信装置における少なくとも１つの共振器構造および１つのスイッチ構造は、同一のプロセスの間に同一の基板上に製造される。ブリッジ型のバルク音響波（ＢＡＷ―bulk acoustic wave―）共振器およびマイクロ機械スイッチを用いるときに、ブリッジ構造を生成するために用いられるステップと同一のプロセスステップがこのマイクロ機械スイッチ構造を生成するために使用可能である。同一基板上のスイッチ構造および共振器の集積化は、マルチシステム移動通信手段のために必要とされる、非常に小型のフィルタおよび共振器構造の製造を許容している。欧州特許出願公開ＥＰ−Ａ２／０９６２９９９によれば、ＢＡＷ共振器は、基板上に集積化可能であり、これらの基板は、例えばシリコンやガリウム砒素の表面のような、アクティブ回路構成のために共通して用いられ、ここでは、スイッチは、例えばＭＥＳＦＥＴトランジスタを用いるトランジスタ構造により実現される。

米国特許第６，２６２，６３７Ｂ１は、第１ポート、第２ポート、第３ポート、第１ポートと第３ポートの間に接続された第１帯域通過フィルタ、第２ポートと第３ポートの間に接続された直列配置を備える、ＦＢＡＲ（フィルムバルク音響波共振器）に基づく送受切換器を開示している。第１帯域通過フィルタは、分路［shunt］および直列素子を有するラダー［ladder―ハシゴ―］回路を備える。第１ラダー回路のそれぞれの素子は、フィルムバルク音響共振器（ＦＢＡＲ）を備える。直列配置は、第２帯域通過フィルタに直列の９０度位相シフタを含む。第２帯域通過フィルタは、分路および直列素子を有する第２ラダー回路を備える。第２ラダー回路のそれぞれの素子は、フィルムバルク共振器を備える。分路素子と直列素子を備える帯域通過フィルタにおいては、直列素子および分路素子がラダー回路を構成するために接続され、素子のそれぞれはフィルムバルク共振器（ＦＢＡＲ）を備える。９０度位相シフタは、一括して取り扱われるインダクタおよびキャパシタまたはλ／４送信ラインから構成されても良い。送信ＦＢＡＲ領域および受信ＦＢＡＲ領域としての共通のピエゾ電気層［piezoelectric layer］の上に組み立てられた多数の相互接続されたＦＢＡＲを備える集積化されたＦＢＡＲ領域の使用は、非常に小さな素受信切換器の実施形態の組立を可能にしている。

周知の装置の主たる不利な点は、フィルタ内のバルク音響波共振器を同調させるために必要とされる素子の寸法である。一般的には、λ／４送信ラインが９０度位相シフタとして用いられる。これらのストリップ［strip―細長い細片―］ラインは、特にフィルタおよび送受切換器の全体の大きさに厳しい制約を配置する非常に長いサイズと、ストップ帯域の動作に対して顕著に貢献する残りの回路構成へのλ／４送信ラインの電磁結合と、を有している。

発明の概要

このようにして、持続する小型化の要求を満足させるため、この発明の１つの目的は、小さくて、高い電力レベルで耐えることが可能で、狭いストップ帯域を生成するのに充分に急峻なフィルタ特性を有する帯域分離ユニットが設けられた電子装置を提供することにある。この発明の他の目的は、Ｒｘ帯域とＴｘ帯域とを分離する方法を提供することにある。

この発明は、第１のポート、第２のポート、アンテナポートが一体となった帯域分離ユニットを備える電子装置を提供する。第１の帯域通過フィルタは、この中で第１ポートおよびアンテナポートに接続されている。直列配置は、第２ポートおよびアンテナポートに接続される。この直列配置は、シャントおよび直列素子と一体となった第２の帯域通過フィルタを備えており、この直列素子の少なくとも第１の素子は、フィルムバルク音響波共振器（ＦＢＡＲ）を備える。この発明の装置はこの中で、前記第２の帯域通過フィルタの前記第１の素子が並列インダクタを有すると共に、前記直列配置が前記アンテナポートと前記第２帯域通過フィルタとの間に周波数同調素子を備えることを特徴としている。

この発明において、第１の帯域をブロックするために第２の帯域の使用がなされる。周波数同調素子は、所望の周波数スペクトルで第２の帯域を開放するために提供される。この中の第１帯域は、第１の帯域通過フィルタを介してアンテナポートと第１ポートとの間の接続を意味するものとして理解される。この中の第２帯域は、アンテナポートと第２ポートとの間の直列配置を意味するものとして理解される。この素子は、バルク音響波フィルタと並列インダクタの接続されたブロックである。これをさらに説明する。

通常のバルク音響波共振器は、共振周波数および反共振周波数の両方を有する。共振器の共振は、最小インピーダンスのその周波数であり、共振器の反共振は、最大インピーダンスのその周波数である。この発明に係る送受切換器の並列インダクタは、そのバルク音響共振器の静電容量と共に、第１帯域、例えば、第１ポートとアンテナとの間に位置されるその帯域における、いわば、特別な反共振回路構成を構成する。このようにして、この回路構成は、分路ＬＣネットワークを構成する。この特別な反共振回路は、第１帯域の中心周波数に一致するのを待つことが好ましく、これによりこの帯域をブロックするための開回路として動作する。

この発明による工夫に富んだ配置の結果として、例えば第２帯域通過フィルタおよびアンテナポートの間のλ／４送信線のような位相シフタを使用する必要がない。周波数同調素子で充分である。

好ましい実施態様において、周波数同調素子は、直列インダクタである。この直列インダクタは、第２帯域通過フィルタにおける第１素子の静電容量と共に、第２帯域の共振回路を構成する。コの共振回路は、第２帯域の中心周波数と一致するのを待つことが好ましい。この直列インダクタは、所望の第２帯域が通過するのを許容するために、第２帯域の共振周波数をバルク音響波共振器に加えている。一般的には、この直列インダクタは好ましいものである。しかしながら、高周波数のために、良好に選択された相互接続が同一の周波数を有するかもしれない。代替的には、２つの帯域よりも多くの帯域分離ユニットのためには特に、例えばハイ−またはロ−パスフィルタのような他のフィルタが直列インダクタの代わりに用いられても良い。

更なる実施態様において、周波数分離ユニットは送受切換器であり、この中で第１ポートは送信ポートであり第２ポートは受信ポートである。結果としての送受切換器は、小さくて、λ／４送信線の回路構成の残りの部分への電磁結合の短所を有していない。それに加えて、小さな保護帯域のみにより切り離されている帯域は、さらに良好に分離可能である。これについての重要な例は、ＵＳＰＣＭ・ＣＤＭＡ・１９００ＭＨｚシステムであり、これは、１８５０〜１９１０ＭＨｚの送信帯域と、１９３０〜１９９０ＭＨｚの受信帯域を備えている。

さらに他の実施態様において、帯域分離ユニットは、トリプレクサ［triplexer］であり、この装置はさらに、アンテナポート（４）と第３ポートの間の第３帯域通過フィルタと一体となって提供され、この第３帯域通過フィルタは、分路と直列素子と一体となったラダー（はしご）回路を含み、この直列素子の少なくとも第１素子は、フィルムバルク音響波共振器（ＦＢＡＲ）を備え、並列インダクタと一体となって提供され、この構成において、更なる周波数同調素子はアンテナポート（４）と第３帯域通過フィルタの間に設けられている。この発明に係る構成がこのようなトリプレクサ内に同様に首尾良く設けることができるというテストが示されている。このトリプレクサは、例えば、ＧＳＭ標準システム内の３つ帯域を分離するために用いられる。この中で、大きさおよび機能性に関して同一の制約が見られる。

第１および第２帯域通過フィルタは好ましくは、分路および直列素子と一体となったラダーフィルタを備えている。これらを１つの帯域分離ユニットに統合（集積化）させることができるために、全ての分路および直列素子のために、フィルムバルク音響波共振器が用いられることが好ましい。しかしながら、必ずしも必要であるとは限らないが、分離されたバルク音響波共振器または分離された表面音響波共振器が代替的に適用されることも可能である。ＢＡＷ（バルク音響波）は、より小さくてますます複雑となった携帯用のユニット内の増幅および位相変調の両方を行なうシステムのための変調器として用いることが可能であると共に、高出力レベルでの良好な許容誤差で復調可能である。幾つかの異なる標準および遠隔通信システムの所望の支持は、幾つかの組のフィルタおよびその他の無線周波数（ＲＦ）構成要素を必要とする。表面音響波（ＳＡＷ）共振器はサイズでは非常に小さいが、ＢＡＷと同様に高い電力レベルに抵抗することができない。その上、ＢＡＷ共振器を用いることができる周波数範囲は、過度に高い周波数（２〜３ＧＨｚではなくて１０〜１００ＧＨｚ）にまで拡大している。

しかしながら、この発明はラティス［lattice―格子―］フィルタにも同様に適用可能である。この場合、第２帯域通過フィルタのラダー回路は、第１素子、その並列インダクタおよび１つの分路素子を備えている。ラティスフィルタは、このように、このラダー回路と第２ポートの間の直列配置内に設けられている。

バルク音響波共振器は好ましくはシリコン技術にしたがって製造される。これらのシリコンのダイス（送受切換器のために２つのダイス、多帯域電話機のために３つのダイス）が基板担体の上に設けられ、これらのダイスは、ワイヤで留められ、またはフリップチップされる。これは通常は、ＦＲ４のようなコストの安い技術、または、例えば、ＬＴＣＣ（Low temperature Coefficient Ceramics―低温共同作業セラミックス―）やその他の多層積層技術である。インダクタは、基板担体上に集積化される。

並列インダクタにとって、バルク音響波共振器内に集積化されることはまた、実現可能なことである。

基板担体が更なる電気素子を備えること、および、特に基板担体が少なくとも１つの増幅器を備えるフロントエンド（初期段階）モジュールを構成することは、有利である。フロントエンドモジュールは、電話機製造業者への完全な基礎的要素［building block］として販売可能であるが、しかしまた、ＲＦの知識を有していないがそれでもなお、ＲＦ技術を例えば自動車のような装置へと統合化することを希望する消費者にとっても販売可能である。一般的には、このようなフロントエンドモジュールは、電力増幅器、および／または、低雑音増幅器、および、１つまたはそれ以上のインピーダンス・マッチング・ネットワークを備える。さらに好みにより、より多くの電力増幅器および低雑音増幅器が、例えば各帯域の増幅器のために用いられる。これより先に、アンテナおよび電圧制御発振器のみならずトランシーバＩＣがその一部に用いられても良い。

この発明に係る送受切換器は例えば、ＵＳＰＣＳ・ＣＤＭＡ・１９００ＭＨｚシステム、２Ｇ，２．５Ｇまたは３Ｇシステム、または、例えばＷ−Ｌａｎまたはブルートゥース帯域を含む、多帯域電話機に用いられても良い。

この発明はまた、請求項７に記載された方法を提供する。符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ―Code Division Multiple Access―）を用いるパーソナル通信システム（ＰＣＳ―Personal Communication System―）は約１９００ＭＨｚの周波数帯域で動作する。送信信号に割り当てられたスペクトルの位置と受信信号に割り当てられたスペクトルの位置との間の保護周波数帯［guard band―保護帯域―］は、搬送波周波数の約１％のみ、すなわち２０ＭＨｚと等しくなる。送信信号および受信信号に割り当てられたスペクトルの帯域幅の部分は、搬送波周波数の約３％、すなわち６０ＭＨｚと等しくなる。これは、Ｒｘ帯域とＴｘ帯域の中心周波数は、搬送波周波数の上下の４０ＭＨｚであることを意味する。

この発明のこれらおよびその他のアスペクトは以下に説明される実施形態より明白となり、また、解明されるであろう。

図１は、この発明の送受切換器１の構成を示すブロック図であり、これは、送信ポート２、受信ポート３およびアンテナポート４、送信ポート２とアンテナポート４を接続する第１帯域通過フィルタ５、および受信ポート３とアンテナポート４を接続する直列配置を備え、この直列配置は、第２帯域通過フィルタ６と直列インダクタ７とを備えている。送信ポート２は送信装置（図示されず）の出力に接続されていても良く、受信ポート３は受信装置（図示されず）の出力に接続されていても良い、アンテナポート４はアンテナ（図示されず）に接続されていても良い。送信／受信装置およびアンテナは、例えばセルラ電話機のような通信手段、または、２つのフィルタと一体となった送受切換器を用いるその他の手段、の一部分であっても良い。第１ラダー回路を含む第１帯域通過フィルタ５は、分路１０および直列素子８，９を有し、第２ラダー回路を含む第２帯域通過フィルタ６もまた、分路１３および直列素子１１，１２を有し、２つの第１および第２帯域通過フィルタ５，６のこれらの素子８，９，１０，１１，１２および１３は、フィルムバルク音響波共振器（ＦＢＡＲ）を備える。直列インダクタ７に接続された第２ラダー回路共振器１１は、並列インダクタ１４を有する。反共振回路は、第２帯域通過フィルタ６の第１ＦＢＡＲ１１より構成され、Ｔｘフィルタ内のＲｘフィルタ内で開回路を構成する。このようにして、事実上、開回路はＴｘフィルタに対して、Ｔｘ帯域においてはＲｘフィルタを見えないようにさせている。分路内で必要とされる多数の素子は、設計に依存する。３〜５の分路が好ましい。

図２は、受信ポート３とアンテナポート４を接続する送受切換器直列配置の帯域通過フィルタ６の％でのインピーダンスを示すグラフである。インダクタ１４と一体となった第１共振器１１に関するインピーダンスの方向は、容量性インピーダンス−高インピーダンス（Ｔｘ帯域における疑似特別反共振）−低インピーダンス（Ｒｘ帯域における直列共振周波数）−高インピーダンス（反共振周波数拒絶帯域Ｒｘ）−容量性インピーダンスとなる。このグラフは、
１． 送信帯域、すなわち拒絶帯域の、中心周波数ｆ_Ｔｘで約１００％の第１ピークＡ、
２． 受信帯域、すなわち直列共振の共振器１１の周波数でもある通過帯域の、中心周波数ｆ_Ｒｘで約０％の第１最小値Ｂ、
３． 並列共振の共振器１１の周波数での約１００％の第２ピークＣ、
の３つの特徴的な点を示している。

最大インピーダンスＡは帯域通過フィルタ６の直列配置が送信帯域の中心周波数ｆ_Ｔｘに一致するように切り換えられたとき、すなわち、送受切換器直列配置が開回路として動作するときに、達成される。このピークＡは主に、並列インダクタ１４と共に共振器１１の容量から由来する。インダクタ１４の値は、開回路が送信帯域の中心周波数ｆ_Ｔｘで生じることを確実にするために、注意深く選択されなくてはならない。

最小値Ｂは、共振回路受信帯域の中心周波数ｆ_Ｒｘに一致するように切り換えられたとき、達成される。最小のインピーダンスＢは共振器１１の特性から由来し、直列共振のその周波数である。第２最大インピーダンスＣは、共振器１１の特性から由来し、並列共振ｆ_ｐのその周波数である。

直列インダクタ７は、フィルタのロールオフに影響を与え、これを改善する。

この発明は、帯域分離ユニットとして要約されても良く、好ましくは、送信信号をブロックするために、特別な反共振回路と一体となったフィルムバルク音響波共振器（ＦＢＡＲ）８，９，１０，１１，１２，１３よりなる２つの帯域通過フィルタ５，６を含む送受切換器１であっても良い。これは、所望の受信信号を通過させるのを許容するために、特別な共振回路を有する。反共振回路は、第１ＦＢＡＲ１１および並列インダクタ１４を備える。共振回路は好ましくは、第１ＦＢＡＲ１１および直列インダクタ７を備える。

この発明の送受切換器の構成を示すブロック図である。 送受切換器の直列配置のインピーダンスを示すグラフである。

Claims (12)

1. 第１ポート、第２ポート、およびアンテナポートを備える帯域分離ユニットと、前記第１ポートおよび前記アンテナポートを接続する第１帯域通過フィルタと、前記第２ポートと前記アンテナポートを接続する直列配置とを備え、前記直列配置は、分路と直列素子と一体となったラダー回路を含む第２帯域通過フィルタを備え、前記直列素子の少なくとも第１素子はフィルムバルク音響波共振器（ＦＢＡＲ）を備える電子装置において、
   前記第２帯域通過フィルタの前記第１素子は並列インダクタを備えると共に、前記直列配置は前記アンテナポートと前記第２帯域通過フィルタの間の周波数同調素子を備えることを特徴とする電子装置。
2. 前記周波数同調素子は、直列インダクタであることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
3. 前記帯域分離ユニットは、送受切換器であり、前記第１ポートは送信ポートであると共に第２ポートは受信ポートであることを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載の電子装置
4. 前記並列インダクタは前記第２帯域通過フィルタの前記第１素子の静電容量と共に、Ｔｘ帯域における反共振回路を構成することを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
5. 前記反共振回路は、Ｔｘ帯域の中心周波数に一致するように同調されることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
6. 前記直列インダクタは前記第２帯域通過フィルタの前記第１素子の静電容量と共に、Ｒｘ帯域における共振回路を構成することを特徴とする請求項２ないし請求項５の何れかに記載の電子装置。
7. 前記共振回路は、Ｒｘ帯域の中心周波数に一致するように同調されることを特徴とする請求項６に記載の電子装置。
8. 前記インダクタは、前記バルク音響波共振器のシリコンダイスもまた備え付けられた基板キャリア上に集積化されていることを特徴とする請求項１または請求項３の何れかに記載の電子装置。
9. 前記帯域分離ユニットはトリプレクサであり、前記装置はさらに、前記アンテナポートと第３ポートとの間に第３帯域通過フィルタを備え、前記第３帯域通過フィルタは、分路と直列素子と一体となったラダー回路を含み、前記直列素子の少なくとも第１素子はフィルムバルク音響波共振器（ＦＢＡＲ）を備えると共に並列インダクタを備え、さらなる周波数同調素子が前記アンテナポートと前記第３帯域通過フィルタとの間にあることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
10. 前記並列インダクタは前記バルク音響波共振器内に集積化されていることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
11. ２Ｇ、２．５Ｇ、３Ｇシステムまたはマルチバンド（複数波長域）電話機内の、ＵＳＰＣＳ・ＣＤＭＡ１９００ＭＨｚシステム内の請求項２ないし請求項９の何れかに記載された送受切換器の使用。
12. 送信ポートと、受信ポートと、アンテナポートを備える送受切換器であって、第１帯域通過フィルタが前記送信ポートと前記受信ポートを接続し、前記第１帯域通過フィルタは分路と直列素子と一体となった第１ラダー回路を備え、直列配置は前記受信ポートと前記アンテナポートを接続し、前記直列配置は分路と直列素子と一体となった第２ラダー回路を含む第２帯域通過フィルタを備え、前記第１および第２帯域通過フィルタの両方の素子はフィルムバルク音響波共振器を備える送受切換器におけるＲｘ帯域とＴｘ帯域を分離する方法において、
    反共振回路は、前記第２帯域通過フィルタの入口で、その反共振周波数が送信帯域の中心周波数に一致するように、送信帯域を阻止し、
    共振回路は、その共振周波数が受信帯域の中心周波数に一致するように、受信周波数の通過を許容する方法。

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