JP2007104052A - 弾性表面波フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】不平衡−平衡の入出力、部品点数を少なくして入出力共に低インピーダンス化し、さらに帯域外減衰量特性を改善する。
【解決手段】フィルタ特性を同等にした２組の３ＩＤＴタイプ縦結合共振子型ＳＡＷフィルタ部（３ＩＤＴ−ＬＣＭＲ）１１，１２は互いに入出力位相が１８０度異なる構成とし、両ＳＡＷフィルタ部の中央ＩＤＴ電極１１Ａ、１２Ａの一方の端子を接地して他方の端子を並列接続して不平衡入力ポートとし、両ＳＡＷフィルタ部の４つの外側ＩＤＴ電極１１Ｂ、１１Ｃ、１２Ｂ、１２Ｃのうちの位相が同相になる２つの端子同士を並列接続して平衡出力ポートとする。
外側ＩＤＴ電極１１Ｂ、１１Ｃ、１２Ｂ、１２Ｃの並列接続を不平衡入力ポートとし、中央ＩＤＴ電極１１Ａ、１１Ｂの並列接続を平衡出力ポートとする構成、出力ポートを不平衡、入力ポートを平衡とする構成も含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、携帯電話などの移動体端末に実装されて高周波信号を弁別する弾性表面波（ＳＡＷ）フィルタに係り、特に入出力信号を不平衡−平衡変換し、かつ低インピーダンス化した弾性表面波フィルタに関する。

図５は、移動体端末のフロントエンド部に弾性表面波フィルタを実装した例を示す。本例では、アンテナ１の直下にアンテナスイッチ２が配置され、受信側は圧電基板上に形成された受信ＳＡＷフィルタ部３によってアンテナスイッチ２を通した受信高周波信号を弁別する。送信側は送信ＳＡＷフィルタ部４によって弁別した送信高周波信号をアンテナスイッチ２を通してアンテナ１に出力する。

ＳＡＷフィルタ部３の受信出力は、整合回路５によってインピーダンスマッチングを得て受信アンプ（ＬＮＡ：ローノイズアンプ）６の入力とする。同様に、送信アンプ（ＰＡ：パワーアンプ）７の出力は、整合回路８によってインピーダンスマッチングを得てＳＡＷフィルタ部４の入力とする。

また、アンテナスイッチ２は不平衡入出力の回路構成になるのに対して、受信アンプ６は平衡入力の回路構成（例えば差動増幅回路）になるため、ＳＡＷフィルタ部３は不平衡入力から平衡出力を得る回路構成にされ、送信アンプ７は平衡出力の回路構成（例えば高周波トランス出力）になるため、ＳＡＷフィルタ部４は平衡入力から不平衡出力を得る回路構成にされる。

この不平衡−平衡変換ができる回路方式としては、互いに入力位相が１８０度異なる３ＩＤＴ−ＬＣＭＲ（３ＩＤＴタイプの縦結合共振子型ＳＡＷフィルタ部）同士を電気的に並列接続して入力端子とし、出力は電気的に直列接続して平衡端子出力を構成し、この直列接続点を接地端子とすることで、終端インピーダンスが高い平衡駆動出力を得るものがある（例えば、特許文献１参照）。

なお、３ＩＤＴ−ＬＣＭＲは、図６に示すように、圧電基板上にその弾性表面波伝搬方向に沿って複数本の電極指をもつ３つのＩＤＴ（インター・ディジタル・トランスデューサ）９１〜９３を形成し、さらに最外側に反射器９４、９５を設けたものである。ＩＤＴ９１（９３）については、櫛状電極９１ａ（９３ａ）、９１ｂ（９３ｂ）を互いにかみ合わせるように配置して同様の対を形成し、対をなす一方の櫛状電極９１ａ（９３ａ）を例えば入力ポート９６に接続すると共に、対をなす他方の櫛状電極９１ｂ（９３ｂ）を例えば接地し、またＩＤＴ９２については、櫛状電極９２ａ、９２ｂを互いにかみ合わせるように配置して対を形成し、その一方を接地し、他方を例えば出力ポート９７に接続している。

このように構成された３ＩＤＴ−ＬＣＭＲは、一方の入力側ＩＤＴ（例えば９１、９３）に入力された電気信号を弾性表面波に変換して他方の出力側ＩＤＴ（例えば９２）に伝搬させ、この出力側ＩＤＴで弾性表面波を電気信号に逆変換して取り出す。このように入力側ＩＤＴの電極配置と、出力側ＩＤＴの電極配置との違いによってその入出力位相を１８０度反転させることができる。また、ＩＤＴの櫛状電極を構成する電極指のピッチ、形状などの違いによって、弾性表面波の伝搬特性、つまりフィルタ周波数特性などを変更できる。

不平衡−平衡変換ができる他の回路方式としては、ＳＡＷフィルタ部の出力側または入力側のＩＤＴの一対の電極間に、直列腕弾性表面波共振子と、並列腕弾性表面波共振子とを対称格子状に接続した平衡型弾性表面波フィルタを接続したものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開平１０−１１７１２３号公報 特開平８−６５０９８号公報

近年、移動体端末の小型化、低価格化が進み、高周波部の部品削減は重要な命題となっている。さらに、ＳＡＷフィルタ部の後段に配置される受信アンプの終端条件は、従来の１００Ω〜数百Ωの高いインピーダンスから、５０Ω以下の低いインピーダンスへの要求も多くなってきている。

例えば、図５の構成において、受信側は、アンテナ１から入力した信号は、スイッチ２によって受信用ＳＡＷフィルタ部３に不平衡駆動で５０Ωの終端インピーダンスにて接続され、また、ＳＡＷフィルタ部３の後段にある受信アンプ６は平衡駆動で、近年は３０Ω〜５０Ω程度の低インピーダンス終端が要望される。したがって、受信アンプ６の前段に配置されるＳＡＷフィルタ部３は、入力が不平衡駆動の５０Ω終端、出力は平衡駆動で３０Ω〜５０Ω程度のものが要求され、この入出力インピーダンスを呈することにより、従来必要であった整合回路５を削減できる。

これら要求される電気的性能に対して、特許文献１のように、終端インピーダンスが高い平衡駆動出力になるＳＡＷフィルタ部を使用した場合、受信アンプ６や送信アンプ７との間に整合回路５，８を必要とし、この整合回路の部品（コンデンサやコイル）の点数が多く必要になるし、必要とする回路スペースも大きくなる。また、整合回路の設計、調整が複雑になる。

この点、特許文献２の方式は、出力インピーダンスを低く抑えることができるが、ＳＡＷフィルタ部として重要な特性である帯域外減衰量特性が不十分なものであった。

本発明の目的は、不平衡−平衡の入出力回路構成になり、部品点数を少なくして入出力共に低インピーダンス化した特性になり、さらに帯域外減衰について良好な特性が得られる弾性表面波フィルタを提供することにある。

前記の課題を解決するための本発明は、以下の構成を特徴とする。

（１）中央ＩＤＴ電極の両側に各々外側ＩＤＴ電極を設けて構成した３ＩＤＴタイプ縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部を２個用い、
一方の弾性表面波フィルタ部の中央ＩＤＴ電極と他方の弾性表面波フィルタ部の中央ＩＤＴ電極とを同じ電極指の配置とすると共に、各中央ＩＤＴ電極の一方の端子を接地し、各中央ＩＤＴ電極の他方の端子を互いに並列接続して不平衡入力ポート又は不平衡出力ポートとし、
一方の弾性表面波フィルタ部の外側ＩＤＴ電極の組の電極指の配置と他方の弾性表面波フィルタ部の外側ＩＤＴ電極の電極指の配置とを互いに逆向きにし、これら外側ＩＤＴ電極の端子のうちの入出力位相が同相になる４つの端子同士を互いに並列接続して平衡出力ポート又は平衡入力ポートとした構成を特徴とする。

（２）中央ＩＤＴ電極の両側に各々外側ＩＤＴ電極を設けて構成した３ＩＤＴタイプ縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部を２個用い、
一方の弾性表面波フィルタ部の外側ＩＤＴ電極の組の電極指の配置と他方の弾性表面波フィルタ部の外側ＩＤＴ電極の電極指の配置とを同じ配置とすると共に、これら外側ＩＤＴ電極の端子のうちの入出力位相が同相になる４つの端子同士を互いに並列接続し、他の端子を接地して平衡入力ポート又は平衡出力ポーとし、
一方の弾性表面波フィルタ部の中央ＩＤＴ電極と他方の弾性表面波フィルタ部の中央ＩＤＴ電極とを互いに逆向きにすると共に、これら中央ＩＤＴ電極のうちの入出力位相が同相になる２つの端子同士を互いに並列接続して平衡出力ポート又は平衡入力ポートとした構成を特徴とする。

以上のとおり、本発明のＳＡＷフィルタ部によれば、２組の３ＩＤＴタイプ縦結合共振子型ＳＡＷフィルタ部によって、不平衡−平衡の入出力回路を実現し、部品点数を少なくして入出力共に低インピーダンス化した特性を実現でき、また良好な帯域外減衰量特性が得られる。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態を示すＳＡＷフィルタ部の回路構成図である。圧電基板上には、３つのＩＤＴ部をもつ３ＩＤＴタイプ縦結合共振子型ＳＡＷフィルタ部（３ＩＤＴ−ＬＣＭＲ）を２組形成する。これらＳＡＷフィルタ部１１と１２は、フィルタ特性（中心周波数、入出力インピーダンス、位相特性、ゲイン特性など）を同等にした構成とする。

また、ＳＡＷフィルタ部１１と１２は、入出力位相が互いに１８０度異なる電極構成とする。すなわち、ＳＡＷフィルタ部１１とＳＡＷフィルタ部１２は、信号入力側にする中央ＩＤＴ電極１１Ａ，１２Ａを同じ電極指配置とし、中央ＩＤＴ電極の両側に設けて信号出力側にする。外側ＩＤＴ電極１２Ｂ及び１２Ｃの組の電極指は、外側ＩＤＴ電極１１Ｂ及び１１Ｃの組の電極指の配置を反転した構成としている。なお１１Ｄ、１１Ｅ、１２Ｄ、１２Ｅは反射器である。

ＳＡＷフィルタ部１１の中央ＩＤＴ電極１１ＡとＳＡＷフィルタ部１２の中央ＩＤＴ電極１２Ａは、一方の端子を電気的に並列接続し、他方の端子を接地した不平衡入力回路に構成して不平衡入力ポート１３に接続する。この不平衡入力ポート１３への入力信号の印加に対して、ＳＡＷフィルタ部１１の外側ＩＤＴ電極１１Ｂ、１１Ｃの出力端子ＯＵＴ−Ａ、ＯＵＴ−Ｂは入力信号と同相の出力に、出力端子ＯＵＴ−Ｃ、ＯＵＴ−Ｄは入力信号と逆相（１８０度異なる）の出力になる。

一方、ＳＡＷフィルタ部１２では、外側ＩＤＴ電極１２Ｂ及び１２Ｃの組の電極指の配置を、ＳＡＷフィルタ部１１の外側ＩＤＴ電極１１Ｂ及び１１Ｃの組の電極指の配置に対して、逆の向きとして入出力位相を１８０度異ならせているため、入力信号の印加に対して、ＳＡＷフィルタ部１２の外側ＩＤＴ電極１２Ｂ、１２Ｃの出力端子ＯＵＴ−Ａ、ＯＵＴ−Ｂは入力信号と逆相（１８０度異なる）の出力に、出力端子ＯＵＴ−Ｃ、ＯＵＴ−Ｄは入力信号と同相の出力になる。

従ってＳＡＷフィルタ部１１の出力端子ＯＵＴ−Ａ、ＯＵＴ−Ｂと、ＳＡＷフィルタ部１２の出力端子ＯＵＴ−Ｃ、ＯＵＴ−Ｄとをワイヤ配線等で電気的に接続して出力ポート（＋）１４とし、同様に、ＳＡＷフィルタ部１２の出力端子ＯＵＴ−Ａ、ＯＵＴ−Ｂと、ＳＡＷフィルタ部１１の出力端子ＯＵＴ−Ｃ、ＯＵＴ−Ｄとをワイヤ配線等で電気的に接続して出力ポート（−）１５とすると、これら出力ポート（＋）１４と出力ポート（−）１５は平衡出力端子となる。

以上のようにしてＳＡＷフィルタ部を構成することにより、入力ポート１３には負荷として２組のＳＡＷフィルタ部が並列接続され、両負荷のインピーダンスがそれぞれ１００Ωとすれば、入力ポート１３からみた入力インピーダンスは５０Ωに半減される。ただし、出力ポート１４、１５に接続される負荷の入力インピーダンスの存在によって多少の変化が生じる。

一方、出力ポート（＋）１４には、ＳＡＷフィルタ部１１の出力端子ＯＵＴ−Ａ、ＯＵＴ−Ｂと、これらと同相のＳＡＷフィルタ部１２の出力端子ＯＵＴ−Ｃ、ＯＵＴＯ−Ｄが並列接続されるため、負荷として４つのＩＤＴ電極が並列接続され、各負荷のインピーダンスがそれぞれ１００Ωとすれば、出力ポート（＋）１４からみた出力インピーダンスが２５Ωになる。同様に、出力ポート（−）１５には、ＳＡＷフィルタ部１２の出力端子ＯＵＴ−Ａ、ＯＵＴ−Ｂと、これらと同相のＳＡＷフィルタ部１１の出力端子ＯＵＴ−Ｃ、ＯＵＴ−Ｄが並列接続されるため、負荷として４つのＩＤＴ電極が並列接続され、各負荷のインピーダンスがそれぞれ１００Ωとすれば、出力ポート（−）１５からみた出力インピーダンスが２５Ωになる。したがって、出力ポート（＋）１４と出力ポート（−）１５の平衡出力には、２５Ωのものを得ることができる。ただし、入力ポート１３に接続される信号源の出力インピーダンスの存在によって多少の変化が生じる。

なお、各ＩＤＴの入出力インピーダンスは、その電極指の配置と構造によって適宜設計変更できるものであり、そのパラメータを調整することにより、例えば、３０〜５０Ωの終端出力を得ることができる。

したがって、本実施形態になるＳＡＷフィルタ部によれば、不平衡入力−平衡出力になり、部品点数としては２組の３ＩＤＴで済み、しかも入出力共に低インピーダンス化した特性を得ることができる。

さらに、本実施形態になるＳＡＷフィルタ部を試作し、その帯域外減衰量特性を計測した試験を行ってみると、従来のＳＡＷフィルタ部に比べて、改善された特性が得られた。図２は本実施形態におけるＳＡＷフィルタ部の４０ＭＨ_Ｚ〜６ＧＨ_Ｚまでの減衰特性例を示し、図３は特許文献２のＳＡＷフィルタ部の減衰特性例を示す。図２と図３の４０ＭＨ_Ｚ〜１．７ＧＨ_Ｚと２ＧＨ_Ｚ〜６ＧＨ_Ｚの減衰特性を比較すると、図２では図３よりも約５ｄＢ程度、減衰量が大きく改善されている。

（実施形態２）
図４は、本発明の他の実施形態を示す。第１の実施の形態では、外側ＩＤＴ電極１１Ｂ及び１１Ｃの組の電極指の配置に対して、外側ＩＤＴ電極１２Ｂ及び１２Ｃの組の電極指の配置が反転された構成としているのに対し、この例では、外側ＩＤＴ電極１１Ｂ及び１１Ｃの組と外側ＩＤＴ電極１２Ｂ及び１２Ｃの組とは、同じ電極指の配置としている。また第１の実施の形態では、中央ＩＤＴ電極１１Ａ，１２Ａを同じ電極指配置としているが、この例では、中央ＩＤＴ電極１２Ａの電極指の配置は、中央ＩＤＴ電極１１Ａの電極指の配置を反転した構成となっている。
そしてＳＡＷフィルタ部１１の２つの外側ＩＤＴ電極１１Ｂ及び１１Ｃの一端側とＳＡＷフィルタ部１２の２つの外側ＩＤＴ電極１２Ｂ及び１２Ｃの一端側とは、ワイヤ配線等で電気的に並列接続して不平衡入力ポート１３に接続され、また外側ＩＤＴ電極１１Ｂ、１１Ｃ、１２Ｂ及び１２Ｃの他端側は接地される。この不平衡入力ポート１３への入力信号の印加に対して、ＳＡＷフィルタ部１１の１つの中央ＩＤＴ電極１１Ａの出力端子ＯＵＴ−Ａは入力信号と逆相の出力に、出力端子ＯＵＴ−Ｂは入力信号と同相の出力になる。

一方、ＳＡＷフィルタ部１２では、中央ＩＤＴ電極１２ＡをＳＡＷフィルタ部１１の中央ＩＤＴ電極１１Ａとは逆の向きの電極配置とし、入出力位相を１８０度異ならせているため、入力信号の印加に対して、ＳＡＷフィルタ部１２の中央ＩＤＴ電極１２Ａの出力端子ＯＵＴ−Ｃは入力信号と逆相の出力に、出力端子ＯＵＴ−Ｄは入力信号と同相の出力になる。

ＳＡＷフィルタ部１１の出力端子ＯＵＴ−Ａと、ＳＡＷフィルタ部１２の出力端子ＯＵＴ−Ｄとをワイヤ配線等で電気的に接続して出力ポート（＋）１４とする。同様に、ＳＡＷフィルタ部１２の出力端子ＯＵＴ−Ｃと、ＳＡＷフィルタ部１１の出力端子ＯＵＴ−Ｂとをワイヤ配線等で電気的に接続して出力ポート（−）１５とする。こうしてこれら出力ポート（＋）１４と出力ポート（−）１５を平衡出力端子とする。

以上の構成とすれば、ＳＡＷフィルタ部１１の２つの外側電極１１Ｂ及び１１ＣとＳＡＷフィルタ部１２の２つの外側ＩＤＴ電極１２Ｂ及び１２Ｃとは同じ向きに電極指が配置され、各一端側が並列接続されかつ他端側が並列接続され、そこに入力ポート１３から信号が印加されると、出力端子ＯＵＴ−Ａ、ＯＵＴ−Ｄには入力信号と同相の出力が現れ、出力端子ＯＵＴ−Ｂ、ＯＵＴ−Ｃには入力信号と逆相の出力が現れる。

この構成の場合、入力ポート１３からみて４つの外側電極が並列接続されるため、入力インピーダンスを例えば１／４に低減できる。一方、出力ポート１４，１５からみて２つの同相の中央ＩＤＴ電極が並列接続されるため、出力インピーダンスを例えば半減できる。

したがって、ワイヤ配線等で、出力端子ＯＵＴ−Ａ、ＯＵＴ−Ｄを出力ポート（＋）１４と接続し、出力端子ＯＵＴ−Ｂ、ＯＵＴ−Ｃを出力ポート１５と接続すれば、例えば、５０Ωの不平衡入力信号をポート１に印加した場合、ポート１４，１５間では、ＳＡＷフィルタ部１１，１２のパラメータを調整することにより、３０〜５０Ω終端での平衡出力が得られる。

本実施形態においても、不平衡入力−平衡出力になり、部品点数としては２組の３ＩＤＴで済み、しかも入出力共に低インピーダンス化した特性を得ることができる。さらに、帯域外減衰量特性の改善が期待できる。

なお、以上までの実施形態において、２組の３ＩＤＴの互いの電極構成（入力ポートに対する同相と逆相の違い、および出力ポートに対する同相と逆相の違い）とそれらの電極間のワイヤ接続構造は適宜設計変更して同等の作用効果を得ることができる。

また、実施形態では不平衡入力−平衡出力のＳＡＷフィルタ部とする場合を示すが、図５におけるＳＡＷフィルタ部４のように、平衡入力−不平衡出力を必要とし、入出力共に低インピーダンス化が要求されるフィルタとしても適用できる。

本発明の実施形態１を示すＳＡＷフィルタ部の回路構成図である。 実施形態１におけるＳＡＷフィルタ部の減衰特性例を示す特性図である。 従来のＳＡＷフィルタ部の減衰特性例を示す特性図である。 本発明の実施形態２を示すＳＡＷフィルタ部の回路構成図である。。 移動体端末のフロントエンド部の構成例である。 ３ＩＤＴタイプ縦結合共振子型ＳＡＷフィルタ部（３ＩＤＴ−ＬＣＭＲ）の例を示す構成図である。

符号の説明

１ アンテナ
２ スイッチ
３、４ ＳＡＷフィルタ部
５、８ 整合回路
６ ローノイズアンプ
７ パワーアンプ
１１、１２ ３ＩＤＴタイプ縦結合共振子型ＳＡＷフィルタ部（３ＩＤＴ−ＬＣＭＲ）
１３ 入力ポート
１４ 出力ポート（＋）
１５ 出力ポート（−）

Claims (2)

1. 中央ＩＤＴ電極の両側に各々外側ＩＤＴ電極を設けて構成した３ＩＤＴタイプ縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部を２個用い、
   一方の弾性表面波フィルタ部の中央ＩＤＴ電極と他方の弾性表面波フィルタ部の中央ＩＤＴ電極とを同じ電極指の配置とすると共に、各中央ＩＤＴ電極の一方の端子を接地し、各中央ＩＤＴ電極の他方の端子を互いに並列接続して不平衡入力ポート又は不平衡出力ポートとし、
   一方の弾性表面波フィルタ部の外側ＩＤＴ電極の組の電極指の配置と他方の弾性表面波フィルタ部の外側ＩＤＴ電極の電極指の配置とを互いに逆向きにし、これら外側ＩＤＴ電極の端子のうちの入出力位相が同相になる４つの端子同士を互いに並列接続して平衡出力ポート又は平衡入力ポートとした構成を特徴とする弾性表面波フィルタ。
2. 中央ＩＤＴ電極の両側に各々外側ＩＤＴ電極を設けて構成した３ＩＤＴタイプ縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部を２個用い、
   一方の弾性表面波フィルタ部の外側ＩＤＴ電極の組の電極指の配置と他方の弾性表面波フィルタ部の外側ＩＤＴ電極の電極指の配置とを同じ配置とすると共に、これら外側ＩＤＴ電極の端子のうちの入出力位相が同相になる４つの端子同士を互いに並列接続し、他の端子を接地して平衡入力ポート又は平衡出力ポーとし、
   一方の弾性表面波フィルタ部の中央ＩＤＴ電極と他方の弾性表面波フィルタ部の中央ＩＤＴ電極とを互いに逆向きにすると共に、これら中央ＩＤＴ電極のうちの入出力位相が同相になる２つの端子同士を互いに並列接続して平衡出力ポート又は平衡入力ポートとした構成を特徴とする弾性表面波フィルタ。
   

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