JP2010062816A - 弾性波フィルタ - Google Patents

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Yasumasa Taniguchi
康政 谷口
Katsuto Kuroda
克人 黒田
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Abstract

【課題】通過帯域の挿入損失を低減することができ、トラップ減衰量を改善することができ、複数のトラップ帯域を形成可能である弾性波フィルタを提供する。
【解決手段】(a)入力端子と、(b)出力端子と、(c)グランド端子と、(d)入力端子と出力端子との間に直列に接続されるインダクタンス素子20,21,22と、(e)インダクタンス素子20,21,22とグランド端子との間に接続され、並列接続された少なくとも2つの第1及び第2の並列共振子11,12;13,14;15,16;17,18を含む、少なくとも1つの基本素子回路10p,10q,10r,10sとを備える。基本素子回路10p,10q,10r,10sの第1の並列共振子11,13,15,17の共振周波数と第2の並列共振子12,14,16,18の共振周波数とが異なる。
【選択図】図2

Description

本発明は弾性波フィルタに関し、詳しくは、トラップ帯域の低域側に通過帯域を有する弾性波フィルタに関する。
従来、弾性表面波共振子を用いたフィルタが種々提案されている。
例えば図12の電気回路図に示すラダー型フィルタ100は、入力端子115と出力端子116との間に設けられた直列腕117に2つの弾性表面波共振子120が配置され、この2つの弾性表面波共振子120の間に設けられた3つの並列腕119にそれぞれ弾性表面波共振子121が配置されている。弾性表面波共振子121の基準電位端子118側を相互に接続した接続点Pと基準電位端子118との間には、インダクタンス素子Lが配置されている。このラダー型フィルタ100において、並列腕119に配置された弾性表面波共振子121のうち1つの弾性表面波共振子の共振周波数を、他の弾性表面波共振子の共振周波数よりも高周波数、低周波数、同一にした場合に、通過帯域高域側の阻止帯域の減衰特性が変わるため、高域側の阻止帯域の減衰特性の変更を行うことができる(例えば、特許文献1参照)。
また、図13の電気回路図に示すラダー型フィルタ200は、入力端子203a,203bと出力端子204a,204bとの間に、直列共振子201として複数個の弾性表面波共振子201a,201bが直列に接続され、並列共振子202として複数個の弾性表面波共振子202a,202bが並列に接続されている。このラダー型フィルタ200において、直列共振子201の弾性表面波共振子201a,201bの共振周波数を異ならせることによって、2つの共振周波数と1つの反共振周波数を有するインピーダンス特性が得られる。また、並列共振子202の弾性表面波共振子202a,202bの共振周波数を異ならせることによって、1つの共振周波数と2つの反共振周波数を有するインピーダンス特性が得られる。これを利用して、Δf(反共振周波数と共振周波数の差)を小さくして、通過帯域近傍の減衰量劣化を防止することができる(例えば、特許文献2参照)。
また、図14の電気回路図に示すように、一端が接地された弾性表面波共振子301,302の他端を伝送線304に接続し、伝送線304上にインダクタンス素子303を設けることにより、ローパス型トラップフィルタを構成することができる(例えば、特許文献3参照)。
特開2003−152501号公報 特開平11−312951号公報 特開2004−129238号公報
地上波デジタル放送受信帯を通過させ、携帯電話RF送信帯を減衰させる周波数特性を持つトラップフィルタでは、近年のRF送信周波数マルチバンド化に伴い、広い通過帯(比帯域50%)と複数の減衰帯を形成する必要がある。例えば、800MHz帯と900MHz帯の2つのシステムに使用でき、ワンセグ放送を受信できるマルチバンド携帯電話器を小型化するためには、地上波デジタル帯470MHz〜770MHzを通過帯域とし、800MHz帯と900MHz帯の送信帯をトラップ帯域とする弾性波フィルタが必要になる。
地上波デジタル放送では、1チャンネルを13のセグメントに分割し、チャンネルの中央に配置された1つのセグメントを携帯機器向けテレビ放送に用いる。通話しながら1セグメントの放送受信を同時に行った場合に、携帯電話の送信電波の影響でテレビ映像が乱れないようにするためには、高減衰量のトラップとする必要がある。
特許文献1、2はラダー型フィルタに関する。ラダー型フィルタは、直列共振子の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ことにより通過・減衰特性を得ている。そのため、ラダー型フィルタでは、広い通過帯域と複数の減衰帯を形成できない。
また、特許文献1は、並列共振子を3つ以上並列に接続し、一つの弾性表面波共振子の共振周波数を他の弾性表面波共振子の共振周波数と異ならせて減衰特性を調整するものであるが、一つの弾性表面波共振子の共振周波数が他の弾性表面波共振子の共振周波数と異ならされる量はわずかであり、一つの弾性表面波共振子の共振周波数が他の弾性表面波共振子の反共振周波数よりも大きくならないようにされている。
また、ラダー型フィルタで弾性表面波共振子の周波数をある程度以上異ならせると、共振周波数間の減衰部分にリップルが入る。並列共振子の共振周波数と直列共振子の反共振周波数、又はそのいずれかのみを減衰帯形成に使用するトラップフィルタにおいては、異なる共振周波数を持つ並列共振子を2つ以上並列に接続して使用する場合、上記のとおりリップルが入るため、通常は使用できない。
さらに、特許文献3に図示されているような単純な構造で減衰帯を形成する場合、十分な減衰量を得られない。また、十分な減衰量を有する複数の減衰帯を形成する構造は、特許文献3には開示されていない。
本発明は、かかる実情に鑑み、通過帯域の挿入損失を低減することができ、トラップ減衰量を改善することができ、複数のトラップ帯域を形成可能である弾性波フィルタを提供しようとするものである。
本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した弾性波フィルタを提供する。
弾性波フィルタは、(a)入力端子と、(b)出力端子と、(c)グランド端子と、(d)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インダクタンス素子と、(e)該インダクタンス素子と前記グランド端子との間に接続され、並列接続された少なくとも2つの第1及び第2の並列共振子を含む、少なくとも1つの基本素子回路とを備える。前記基本素子回路の前記第1の並列共振子の共振周波数と前記第2の並列共振子の共振周波数とが異なる。
上記構成によれば、複数の並列共振子を並列接続した基本素子回路を、入力端子と出力端子のとの間に直列に接続されたインダクタンス素子に接続することで、トラップ帯域の低域側に通過帯域を有する弾性波フィルタを形成することができ、通過帯域の挿入損失の低減、トラップ減衰量の改善、複数のトラップ帯域の形成が可能である。
好ましくは、前記基本素子回路の前記第1の並列共振子の反共振周波数が、前記基本素子回路の前記第2の並列共振子の共振周波数よりも小さい。
この場合、第1及び第2の並列共振子により、2つのトラップ帯域を形成することができる。
好ましくは、複数の前記基本素子回路を備える。
この場合、基本素子回路を増やしてフィルタ特性を改善することができる。
好ましくは、前記入力端子と前記出力端子との間に直列に接続される前記インダクタンス素子に並列に接続される共振子をさらに備える。
この場合、入力端子と出力端子との間に直列に接続されるインダクタンス素子の個数を減らすことができる。これによって、弾性波フィルタ及びインダクタンス素子が搭載された回路基板の小型化が可能になる。
好ましくは、前記入力端子と前記出力端子との間に直列に接続される前記インダクタンス素子の両端と前記グランド端子との間にそれぞれ接続される2つの前記基本素子回路を備える。
この場合、インダクタンス素子の両端にそれぞれ基本素子回路を接続することで、トラップ減衰量を改善することができる。
好ましくは、前記入力端子と前記出力端子との間に直列に接続される前記インダクタンス素子に並列に接続される前記共振子の反共振周波数が、前記基本素子回路の少なくとも1つの前記並列共振子の共振周波数と実質的に等しい。
この場合、トラップ減衰量を改善することができる。
また、本発明は、弾性波フィルタを備えたモジュール部品を提供する。
モジュール部品は、(a)上記各構成のいずれか一つの弾性波フィルタと、(b)前記弾性波フィルタの前記入力端子と前記出力端子との間に直列に接続される前記インダクタンス素子と、(c)前記弾性波フィルタが実装される回路基板とを備える。前記インダクタンス素子がチップコイルである。
この場合、回路基板に弾性波フィルタ及びチップコイルを実装するだけでよいため、モジュール部品の作製が容易になる。
また、本発明は、弾性波フィルタを備えた他のモジュール部品を提供する。
モジュール部品は、(a)上記各構成のいずれか一つの弾性波フィルタと、(b)前記弾性波フィルタの前記入力端子と前記出力端子との間に直列に接続される前記インダクタンス素子と、(c)前記弾性波フィルタが実装される回路基板とを備える。前記回路基板の内部に前記インダクタンス素子が形成されている。
この場合、回路基板にインダクタンス素子を実装する必要がないため、実装ばらつきを低減することができる。
本発明の弾性波フィルタは、通過帯域の挿入損失を低減することができ、トラップ減衰量を改善することができ、複数のトラップ帯域を形成可能である。
以下、本発明の実施の形態について、図1〜図11を参照しながら説明する。
<実施例1> 実施例1の弾性波フィルタ10について、図1〜図6を参照しながら説明する。
図1の概観図に示すように、弾性波フィルタ10の端子面10kには、入力端子30と、出力端子31と、グランド端子32〜35と、中間端子36〜39とが形成されている。弾性波フィルタ10にインダクタンス素子20,21,22を接続することにより、帯域阻止型フィルタを構成することができる。
入力端子30は、回路基板側の入力端子10aに接続され、入力信号が入力される。出力端子31は、回路基板側の出力端子10bに接続され、出力信号を出力する。グランド端子32〜35は、回路基板側に接地される。中間端子36〜39は、入力端子30と出力端子31との間に3つのインダクタンス素子20,21,22を直列に接続するために用いられる。
図2の電気回路図に示すように、直列に接続されたインダクタンス素子20,21,22とグランドとの間には、並列共振子11〜18が接続されている。並列共振子11〜18は、55°YカットX伝搬LiNbO基板上に形成された弾性波共振子である。入力端子30、出力端子31及び中間端子36〜39のうちいずれか一つとグランド端子32〜35との間に、並列に接続された2つの並列共振子11,12;13,14;15,16;17,18を含む基本素子回路10p,10q,10r,10sが、それぞれ接続されている。
弾性波フィルタ10は、不図示の回路基板に実装され、インダクタンス素子20,21,22とともに、モジュール部品を構成するようにしてもよい。
この場合、インダクタンス素子20,21,22にチップコイルを用いると、回路基板に弾性波フィルタ10及びチップコイルを実装するだけでよいため、モジュール部品の作製が容易になる。
また、回路基板に多層基板を用いるなどして、回路基板の内部にインダクタンス素子20,21,22が形成されるようにすれば、回路基板にインダクタンス素子20,21,22を実装する必要がないため、実装ばらつきを低減することができる。
図12に示した従来例のラダー型フィルタ100では、通過帯近傍の減衰特性を得るために直列共振子120と並列共振子121が必要であり、直列共振子120の共振周波数と並列共振子121の反共振周波数を略一致させることにより減衰特性を得ている。また、減衰量の調整のために3つ以上の並列共振子121が必要であり、並列共振子が2つの場合には、通過帯ロス劣化が大きくなる。3つ以上の並列共振子121を並列接続し、少なくとも1つの並列共振子の共振周波数を他と異ならせることで減衰量を調整する場合、特許文献2にも記載されているように、減衰部分にはリップルが入る。したがって、減衰特性が重要となるトラップフィルタには、通常、ラダー型の構成は使用できない。
しかし、実施例1の弾性波フィルタ10は、2つの並列共振子11,12;13,14;15,16;17,18を並列接続し、並列接続された一方の並列共振子11,13,15,17の共振周波数と他方の並列共振子12,14,16,18の周波数とを大きく異ならせることによって、ラダー型のトラッブフィルタを実現している。
具体的には、図3の電気回路図に示すように、第1及び第2の並列共振子1,2が並列接続された基本素子回路10xにおいて、第1の並列共振子1の共振周波数をfr、反共振周波数をfa、第2の並列共振子2の共振周波数をfr、反共振周波数をfaとすると、
fa<fr ・・・(式1)
としている。
この場合の第1及び第2の並列共振子1,2のインピーダンス波形の模式図を図5に示す。
本実施例の場合、frを800MHz付近、frを900MHz付近とし、第1の並列共振子1の共振周波数frと第2の並列共振子2の共振周波数frとを大きく異ならせている。すなわち、上記の(式1)を満足している。
このような関係を満足する基本素子回路10xに、図4の電気回路図に示すように、インダクタンス素子3を接続する構成を基本単位とし、これを3段接続し、さらに開放されているインダクタンス素子3の一端に図3の基本素子回路を接続することにより、図2に示した電気回路を構成することができる。
このように構成して得られた周波数特性のグラフを、図6(a)に示す。800MHzのトラップ帯域40と、900MHzのトラップ帯域42とが形成されている。この場合、図6(b)の電気回路図に示すように、鎖線を付した一方の並列共振子11,13,15,17により800MHzのトラップ帯域40を形成し、破線を付した他方の並列共振子12,14,16,18により900MHzのトラップ帯域40を形成するように、並列共振子11〜18の共振周波数及び反共振周波数を選択した。
なお、図6(a)において符号1を付した△で示すポイントは、周波数が470MHzであり、S21のロスが0.856dBである。また、符号2を付した△で示すポイントは、周波数が710MHzであり、S21のロスが1.76dBである。
このように基本素子回路10p,10q,10r,10sにおいて並列に接続された並列共振子11〜18の共振周波数を異ならせることで、特許文献2に示されるような減衰帯のリップルを発生させることなく、複数の減衰帯を形成することができる。
近年、携帯電話各キャリアでは、RF送信周波数のマルチバンド化が進んでおり、800MHz帯、900MHz帯のそれぞれに送信帯を持つ。地上波デジタル放送受信チューナーを内蔵する携帯電話ではデジタル放送受信帯とRF送信帯が近接するため、送信妨害波を除去するトラップフィルタが必要となる。これまで複数送信帯を減衰させるため、メーカーで各送信帯を減衰させる図12のようなトラップフィルタを2個接続するなどしてきたが、通過帯ロスが大きくなる、部品点数が増える等の問題があった。
しかし、図3の構成において第1及び第2の並列共振子1,2の共振周波数fr,frのうち、一方のfrを800MHz帯、他方のfrを900MHz帯とすることにより、1チップで2つの減衰帯を確保できる。これにより、コスト、部品点数、占有面積などが削減できる。
図3の構成では、一つの基本素子回路中の並列共振子を2個としたが、さらに多くの減衰帯を確保するために、一つの基本素子回路中の並列共振子は3個以上であってもよい。3個以上の場合、少なくとも上記の(式1)の関係を満足する2つの並列共振子を含んでいればよい。また、圧電基板もLiNbOとしたが、種類は問わない。
<変形例> 実施例1では、fa<frの関係を満足する2つの並列共振子を並列接続した基本素子回路を、インダクタンス素子を介して多段接続したが、多段接続した基本素子回路の一部に、fa>fr(fr≒fr)となる基本素子回路が含まれていてもよい。
図7に一例を示すように、全てがfa>fr(fr≒fr)となっていない限り、この場合においても所望の周波数特性が得られる。
すなわち、図7(a)のグラフに示すように、800MHzのトラップ帯域44と、900MHzのトラップ帯域46とが形成されている。この場合、図7(b)の電気回路図に示すように、鎖線を付した並列共振子11,13,17により800MHzのトラップ帯域44を形成し、破線を付した並列共振子12,14,15,16,18により900MHzのトラップ帯域46を形成するように、並列共振子11〜18の共振周波数及び反共振周波数を選択した。
なお、図7(a)において符号1を付した△で示すポイントは、周波数が470MHzであり、S21のロスが0.761dBである。また、符号2を付した△で示すポイントは、周波数が710MHzであり、S21のロスが1.488dBである。
<実施例2> 実施例2の弾性波フィルタ50について、図8〜図11を参照しながら説明する。
実施例2の弾性波フィルタ50は、実施例1の弾性波フィルタ10と略同様に構成される。
すなわち、図8の概観図に示すように、弾性波フィルタ50の端子面50kには、入力端子70と、出力端子71と、グランド端子72〜77と、中間端子78,79とが形成されている。弾性波フィルタ50の入力端子70と出力端子71との間には、2つのインダクタンス素子60,61が直列に接続されるようになっている。弾性波フィルタ50は、不図示の回路基板に実装され、インダクタンス素子60,61とともに、モジュール部品を構成する。
入力端子70は、回路基板側の入力端子50aに接続され、入力信号が入力される。出力端子71は、回路基板側の出力端子50bに接続され、出力信号を出力する。グランド端子72〜77は、回路基板側に接地される。
入力端子70、出力端子71及び中間端子78,79には、2つのインダクタンス素子60,61が接続される。図9に示すように、インダクタンス素子60,61は、弾性波フィルタ50の入力端子70と出力端子71との間に直列に接続される。
実施例2の弾性波フィルタ50は、実施例1の弾性波フィルタ10と異なり、入力端子70と出力端子71との間に直列に接続されるインダクタンス素子60,61のそれぞれと並列に、直列共振子57,58が接続されている。
並列共振子51〜56は、YカットX伝搬LiNbO基板上に形成されている。直列共振子57,58は、並列共振子51〜56と別の圧電基板上に形成しても構わないが、並列共振子51〜56と同一の圧電基板上に形成すると小型化することができ、好ましい。
弾性波フィルタ50は、図10の電気回路図に示すように、共振周波数fr、fr反共振周波数fa、faを持つ2つの並列共振子4,5が並列接続された基本素子回路に、インダクタンス素子7と直列共振子6が接続された回路を基本単位とする。一方の並列共振子4の反共振周波数faと他方の並列共振子5の共振周波数frとの関係は、実施例1と同様、fa<frであり、一方の並列共振子4の共振周波数frと他方の並列共振子5の共振周波数frとは、大きく異ならされている。
また、直列共振子6の反共振周波数をfsとすると、fs≒fr又はfs≒frとなっている。
弾性波フィルタ50がこれらの条件を満たすようにすることで、図11(a)のグラフに示す周波数特性が得られる。
すなわち、図11(a)に示すように、800MHzのトラップ帯域80と、900MHzのトラップ帯域82とが形成される。この場合、図11(b)の電気回路図に示すように、鎖線を付した並列共振子51,53,55及び直列共振子57により800MHzのトラップ帯域80を形成し、破線を付した並列共振子52,54,56及び直列共振子58により900MHzのトラップ帯域40を形成するように、並列共振子51〜56及び直列共振子57,58の共振周波数の共振周波数及び反共振周波数を選択した。
なお、図11(a)において符号1を付した△で示すポイントは、周波数が470MHzであり、S21のロスが0.581dBである。また、符号2を付した△のポイントは、周波数が770MHzであり、S21のロスが4.102dBである。
本実施例では、fs≒fr又はfs≒frとしたが、fs≠fr又はfs≠frであってもよい。
実施例2は、直列・並列を合わせた共振子数を実施例1と同じとし、外付けのインダクタンス素子は、実施例1の3個から2個に減らすことができる。したがって、実施例1よりもさらにコスト、部品点数、占有面積を削減することができる。
<まとめ> 以上のように、複数の並列共振子を並列接続した基本素子回路をインダクタンス素子で接続する構成において、基本素子回路中のある並列共振子の共振周波数frと他の並列共振子の反共振周波数faとの関係が、fa<frとすることで、2つのトラップ帯域を形成することができる。
異なる共振周波数を持つ並列共振子を並列接続した基本素子回路をインダクタンス素子で接続することにより、通過帯ロス劣化や減衰帯のリップルを発生させることなく、複数の減衰帯を形成できる。
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。
弾性波フィルタの概観図である。(実施例1) 弾性波フィルタの電気回路図である。(実施例1) 並列共振子の説明図である。(実施例1) 基本構成の説明図である。(実施例1) インピーダンス波形を示すグラフである。(実施例1) (a)減衰特性を示すグラフ、(b)電気回路図である。(実施例1) (a)減衰特性を示すグラフ、(b)電気回路図である。(変形例) 弾性波フィルタの端子構成図である。(実施例2) 弾性波フィルタの電気回路図である。(実施例2) 基本構成の説明図である。(実施例2) (a)減衰特性を示すグラフ、(b)電気回路図である。(実施例2) ラダー型フィルタの電気回路図である。(従来例1) ラダー型フィルタの電気回路図である。(従来例2) ローパス型トラップフィルタの電気回路図である。(従来例3)
符号の説明
1 第1の並列共振子
2 第2の並列共振子
3 インダクタンス素子
4 第1の並列共振子
5 第2の並列共振子
6 共振子
7 インダクタンス素子
4a,4b トラップ帯域
10 弾性波フィルタ
11〜18 並列共振子
20,21,22 インダクタンス素子
30 入力端子
31 出力端子
32〜35 グランド端子
36〜39 中間端子
40,42,44,46 トラップ帯域
50 弾性波フィルタ
51〜56 並列共振子
57,58 直列共振子
60,61 インダクタンス素子
70 入力端子
71 出力端子
72〜77 グランド端子
78,79 中間端子
80,82 トラップ帯域

Claims (8)

  1. 入力端子と、
    出力端子と、
    グランド端子と、
    前記入力端子と前記出力端子との間に直列に接続されるインダクタンス素子と、
    該インダクタンス素子と前記グランド端子との間に接続され、並列接続された少なくとも2つの第1及び第2の並列共振子を含む、少なくとも1つの基本素子回路と、
    を備え、
    前記基本素子回路の前記第1の並列共振子の共振周波数と前記第2の並列共振子の共振周波数とが異なることを特徴とする、弾性波フィルタ。
  2. 前記基本素子回路の前記第1の並列共振子の反共振周波数が、前記基本素子回路の前記第2の並列共振子の共振周波数よりも小さいことを特徴とする、請求項1に記載の弾性波フィルタ。
  3. 複数の前記基本素子回路を備えたことを特徴とする、請求項1又は2に記載の弾性波フィルタ。
  4. 前記入力端子と前記出力端子との間に直列に接続される前記インダクタンス素子に並列に接続される共振子をさらに備えたことを特徴とする、請求項1、2又は3に記載の弾性波フィルタ。
  5. 前記入力端子と前記出力端子との間に直列に接続される前記インダクタンス素子の両端と前記グランド端子との間にそれぞれ接続される2つの前記基本素子回路を備えたことを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一つに記載の弾性波フィルタ。
  6. 前記入力端子と前記出力端子との間に直列に接続される前記インダクタンス素子に並列に接続される前記共振子の反共振周波数が、前記基本素子回路の少なくとも1つの前記並列共振子の共振周波数と実質的に等しいことを特徴とする、請求項4又は5に記載の弾性波フィルタ。
  7. 請求項1乃至6のいずれか一つに記載の弾性波フィルタと、
    前記弾性波フィルタの前記入力端子と前記出力端子との間に直列に接続される前記インダクタンス素子と、
    前記弾性波フィルタが実装される回路基板と、
    を備えたモジュール部品であって、
    前記インダクタンス素子がチップコイルであることを特徴とする、モジュール部品。
  8. 請求項1乃至6のいずれか一つに記載の弾性波フィルタと、
    前記弾性波フィルタの前記入力端子と前記出力端子との間に直列に接続される前記インダクタンス素子と、
    前記弾性波フィルタが実装される回路基板と、
    を備えたモジュール部品であって、
    前記回路基板の内部に前記インダクタンス素子が形成されていることを特徴とする、モジュール部品。
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