JP2011146768A - Ladder type elastic wave filter and antenna duplexer using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ラダー型弾性波フィルタと、これを用いたアンテナ共用器に関するものである。 The present invention relates to a ladder-type elastic wave filter and an antenna duplexer using the same.
従来のラダー型弾性波フィルタを図面を用いて説明する。図5は、従来のラダー型弾性波フィルタを搭載したアンテナ共用器の回路ブロック図である。 A conventional ladder type acoustic wave filter will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a circuit block diagram of an antenna duplexer equipped with a conventional ladder type acoustic wave filter.
図5において、従来のアンテナ共用器101は、例えばUMTSシステムのバンド1用のアンテナ共用器で、送信フィルタ102とこの送信フィルタ102の通過帯域(1920MHzから1980MHz)の高域側に通過帯域(2110MHzから2170MHz)を有する受信フィルタ103とを備える。送信フィルタ102は、入力端子104とアンテナ端子105との間に接続され、送信信号を入力端子104から受けてアンテナ端子105から出力する。また、受信フィルタ103は、アンテナ端子105と出力端子106との間に接続された例えば縦モード結合型フィルタ118を備え、受信信号をアンテナ端子105から受けて出力端子106から出力する。また、アンテナ共用器101は、送信フィルタ102と受信フィルタ103との間に接続された移相器107とを備え、この移相器107によって、送受信間で他方の通過域をハイインピーダンスとし互いのアイソレーション向上を図っている。
In FIG. 5, a
送信フィルタ102は、直列共振器108と並列共振器109、110とを梯子状に接続したラダー型弾性波フィルタである。なお、アンテナ端子105に最も近い直列共振器108に並列にキャパシタ113を接続することで、この直列共振器108の反共振周波数を受信フィルタ103の通過帯域より低くコントロールし、所望の特性の受信フィルタ103を実現している。
The
さらに、この送信フィルタ102は、アンテナ端子105側から順に、信号経路とグランドとの間に接続される第1並列共振器109及びこれに直列接続された第1インダクタ111と、信号経路とグランドとの間に接続される第3並列共振器110及びこれに直列接続された第3インダクタ112とを備える。
Further, the
図6に示す様に、第1並列共振器109及びこれに直列接続された第1インダクタ111は、送信フィルタ102の通過帯域の低域側における隣接周波数帯において減衰極114を形成すると共に送信フィルタ102の通過帯域の2倍以上3倍以下の周波数に減衰極115を形成する。
As shown in FIG. 6, the first
また、第3並列共振器110及びこれに直列接続された第3インダクタ112は、送信フィルタ102の通過帯域の低域側における周波数帯において減衰極116を形成すると共に送信フィルタ102の通過帯域の高域側における隣接周波数帯において減衰極117を形成する。尚、図6に示す縦軸はフィルタの挿入損失(単位dB)を示し、横軸は周波数(単位MHz)を示す(以下フィルタ特性図において同じ)。
In addition, the third
尚、この出願に関する先行文献として、例えば特許文献1、特許文献2が知られている。
For example, Patent Literature 1 and
このような従来のアンテナ共用器101において、送信フィルタ102の特性として、送信フィルタ102の通過帯域(1920MHzから1980MHz)の2倍と3倍の周波数帯(3840MHzから3960MHzと5760MHzから5940MHz)における減衰量を確保する必要があった。これは、送信フィルタ102の入力側に接続されるパワーアンプ(図示せず)において、送信信号の周波数の整数倍、特に2倍と3倍の周波数に高調波ノイズが生成されるからである。
In such a
そこで、送信フィルタ102の通過帯域の2倍と3倍の周波数帯における減衰量を確保する為の手段として、第1並列共振器109と第3並列共振器110との間に第1並列共振器109の容量より容量の十分小さい並列共振器(図示せず)を接続することにより、減衰極115を低周波側に移動させる方法が考えられる。この並列共振器の容量を十分小さくする必要があるのは、この並列共振器の容量が大きい場合、送信フィルタ102の挿入損失が増大することに加え、減衰極115が低周波側に大きく移動し過ぎて送信フィルタ102の通過帯域の3倍の周波数帯の減衰量を確保することができなくなる2つのデメリットがあるからである。
Therefore, as means for ensuring attenuation in frequency bands twice and three times the pass band of the
しかしながら、この並列共振器の容量を小さくすべく、並列共振器におけるIDT電極の交差幅を小さくしたり対数を少なくすると、送信フィルタ102の通過帯域内にリップルが生じたり、ロスによるQ値の劣化が生じるという問題が生じ得る。
However, if the crossing width of the IDT electrodes in the parallel resonator is reduced or the logarithm is reduced in order to reduce the capacitance of the parallel resonator, ripples are generated in the pass band of the
そこで本発明は、ラダー型弾性波フィルタのQ値劣化を抑制すると共に、ラダー型弾性波フィルタの通過帯域の2倍と3倍の周波数帯における減衰量を確保することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to suppress the Q value deterioration of a ladder-type elastic wave filter and to secure an attenuation amount in frequency bands twice and three times the pass band of the ladder-type elastic wave filter.
そして、この目的を達成するために本発明のラダー型弾性波フィルタは、直列共振器と並列共振器とを梯子状に接続したラダー型弾性波フィルタであって、信号経路とグランドとの間に接続されると共に、前記ラダー型弾性波フィルタの通過帯域の2倍以上3倍以下の周波数に減衰極を形成する第1並列共振器及びこれに直列接続されたインダクタと、信号経路とグランドとの間に接続されると共に、前記第1並列共振器より容量の小さい第2並列共振器とを備え、前記第2並列共振器は互いに音響結合される複数の入出力IDT電極対を有すると共に、前記複数の入出力IDT電極対は直列接続された構成である。 In order to achieve this object, the ladder-type elastic wave filter of the present invention is a ladder-type elastic wave filter in which a series resonator and a parallel resonator are connected in a ladder shape, and is provided between a signal path and a ground. A first parallel resonator that is connected and forms an attenuation pole at a frequency that is not less than 2 times and not more than 3 times the passband of the ladder-type acoustic wave filter; an inductor connected in series to the first parallel resonator; and a signal path and a ground And a second parallel resonator having a smaller capacity than the first parallel resonator, the second parallel resonator having a plurality of input / output IDT electrode pairs acoustically coupled to each other, and A plurality of input / output IDT electrode pairs are connected in series.
上記構成により、ラダー型弾性波フィルタの入力側に接続されたパワーアンプにおいて、送信信号の周波数の整数倍、特に2倍と3倍の周波数に強い高調波ノイズが生成されても、ラダー型弾性波フィルタの通過帯域の2倍と3倍の周波数帯における減衰量を確保することができる。また、第2並列共振器の容量が他の並列共振器の容量より十分小さくとも、例えばリップルやQ値劣化による挿入損失増大も抑制し、良好な送信フィルタ特性を得ることができるのである。 Even if strong harmonic noise is generated in the power amplifier connected to the input side of the ladder-type elastic wave filter with an integer multiple of the frequency of the transmission signal, particularly twice and three times the frequency, the ladder-type elasticity It is possible to secure attenuation in frequency bands twice and three times the pass band of the wave filter. Further, even if the capacity of the second parallel resonator is sufficiently smaller than the capacity of other parallel resonators, for example, an increase in insertion loss due to ripple or Q value deterioration can be suppressed, and good transmission filter characteristics can be obtained.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1における弾性波素子について図面を参照しながら説明する。図1は、実施の形態1におけるラダー型弾性波フィルタを搭載したアンテナ共用器1の回路ブロック図である。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit block diagram of an antenna duplexer 1 on which a ladder type acoustic wave filter according to Embodiment 1 is mounted.
図1において、本発明のラダー型弾性波フィルタである送信フィルタ2を搭載したアンテナ共用器1は、例えばUMTSシステムのバンド1用のアンテナ共用器で、送信フィルタ2とこの送信フィルタ2の通過帯域(1920MHzから1980MHz)の高域側に通過帯域(2110MHzから2170MHz)を有する受信フィルタ3とを備える。送信フィルタ2は、入力端子4とアンテナ端子5との間に接続され、送信信号を入力端子4から受けてアンテナ端子5から出力する。また、受信フィルタ3は、アンテナ端子5と出力端子6との間に接続された例えば縦モード結合型フィルタ18を備え、受信信号をアンテナ端子5から受けて出力端子6から出力する。尚、受信フィルタ3は、出力端子6を2つ有し、これらを用いて受信信号をバランス出力しても良い。さらに、受信フィルタ3はアンテナ端側もしくは受信端側、あるいは両方に信号経路に直列接続された共振器を有しても良い。また、アンテナ共用器1は、送信フィルタ2と受信フィルタ3との間に接続された移相器7とを備え、この移相器7によって、送受信間で他方の通過域をハイインピーダンスとし互いのアイソレーション向上を図っている。
In FIG. 1, an antenna duplexer 1 equipped with a
送信フィルタ2は、直列共振器8と並列共振器9、10、19とを梯子状に接続したラダー型弾性波フィルタである。なお、アンテナ端子5に最も近い直列共振器8に並列にキャパシタ13を接続することで、この直列共振器8の反共振周波数を受信フィルタ3の通過帯域より低くコントロールし、所望の特性の受信フィルタ3を実現している。
The
さらに、この送信フィルタ2は、アンテナ端子5側から順に、信号経路とグランドとの間に接続される第1並列共振器9(2.96pF)及びこれに直列接続された第1インダクタ11(1.5nH)と、信号経路とグランドとの間に接続される第2並列共振器19(0.0747pF)及びこれに直列接続された第2インダクタ20(1.4nH)と、信号経路とグランドとの間に接続される第3並列共振器10(0.6pF)及びこれに直列接続された第3インダクタ12(1.8nH)とを備える。
Further, the
尚、送信フィルタ2において、直列共振器8、第1並列共振器9、第3並列共振器10、及びキャパシタ13は、圧電基板の上に形成されている。また、第1インダクタ11及び第3インダクタ12は、この圧電基板を搭載する積層フィルタに形成されていても良いし、圧電基板に積層された誘電体層上に形成されていても良い。この圧電基板は、例えばニオブ酸リチウム(LiNbO3)系、又はタンタル酸リチウム(LiTaO3)系の圧電単結晶基板であり、誘電体層が圧電基板上に形成される場合は、この誘電体層は、例えば酸化ケイ素(SiO2)、窒化ケイ素(SiN)、窒化アルミニウム(AlN)、若しくはこれらの積層構造である。
In the
また、直列共振器8、第1並列共振器9、及び第3並列共振器10を構成する櫛形電極は、例えば、アルミニウム、銅、銀、金、チタン、タングステン、モリブデン、白金、又はクロムからなる単体金属、若しくはこれらを主成分とする合金、またはこれらの積層構造である。尚、この櫛形電極は、主要波として、例えばSH(Shear Horizontal)波やレイリー等の弾性表面波を励振する電極であっても良いし、ラム波等のバルク波を励振させる電極であっても良い。
Further, the comb-shaped electrodes constituting the
図2に示す様に、第1並列共振器9及び第1インダクタ11は、送信フィルタ2の通過帯域の低域側におけるDCS(Digital Cellular System)の周波数帯(1710MHzから1880MHz)で減衰量を確保するために減衰極14を形成すると共に送信フィルタ2の通過帯域の2倍(1920MHzから1980MHz)と3倍(3840MHzから3960MHz)の周波数で減衰量を確保するために2倍以上3倍以下の周波数に減衰極15を形成する。
As shown in FIG. 2, the first parallel resonator 9 and the first inductor 11 ensure attenuation in a DCS (Digital Cellular System) frequency band (1710 MHz to 1880 MHz) on the low frequency side of the pass band of the
また、第2並列共振器19及び第2インダクタ20は、上記DCSの周波数帯での減衰量を更に確保するために、上記減衰極14の少し低域側に減衰極21を形成すると共に送信フィルタ2の通過帯域の3倍以上の周波数に減衰極(図示せず)を形成する。また、第1並列共振器9より容量の十分小さい第2並列共振器19により、減衰極15を低周波側に移動させ、送信フィルタ2の通過帯域の2倍と3倍の周波数帯における減衰量を20dB以上と十分に確保することができる。減衰極15が低周波側に移動するのは、第1並列共振器9と第2並列共振器19がインダクタ11及びインダクタ20を介し、グランドを経由して互いに電気的に接続される経路ができるためであると考えられる。
In addition, the second
また、この第2並列共振器19の容量を十分小さくする必要があるのは、第2並列共振器19の容量が大きい場合、送信フィルタ2の低周波数側の挿入損失が増大するデメリットに加え、減衰極15が低周波側に大きく移動し過ぎて送信フィルタ2の通過帯域の3倍の周波数帯の減衰量を確保することができなくなるからである。
In addition, the capacity of the second
そして、第3並列共振器10及び第3インダクタ12は、送信フィルタ2の通過帯域の低域側におけるGPS(Global Positioning System)の周波数帯(1575.42MHz)で減衰量を確保するために減衰極16を形成すると共に送信フィルタ2の通過帯域の高域側における受信フィルタ3の通過帯域で減衰量を確保するために減衰極17を形成する。
The third
上記第2並列共振器19により、送信フィルタ2の入力側に接続されるパワーアンプにおいて、送信信号の周波数の整数倍、特に2倍と3倍の周波数に強い高調波ノイズが生成されても、送信フィルタ2の通過帯域の2倍と3倍の周波数帯における減衰量を確保することができる。
In the power amplifier connected to the input side of the
図3に、本実施の形態のラダー型弾性波フィルタにおける第2並列共振器19の上面模式図を示す。図3において、第2並列共振器19は、入力部23と出力部24との間に直列接続されると共に互いに音響結合される3つの入出力IDT電極対25、26、27を有する。これら入出力IDT電極対25、26、27は主要弾性波の伝搬方向に並んで配置され、これら入出力IDT電極対25、26、27の両端にグレーティング反射器22が配置される。
FIG. 3 shows a schematic top view of the second
第2並列共振器19のように極端に静電容量が小さな共振器を作成したときに、従来の共振器の構造では、IDTの対数を極端に少なくするか、交差幅を小さくする必要があった。しかしながら、IDTの対数を極端に少なくする場合は、電極指の抵抗損によりQ値が低下したり、対数が少ないことによるリップルが生じたりする問題があった。また、交差幅を極端に小さくした場合には、主要弾性波の漏れによるQ値低下やニオブ酸リチウムなど横モードスプリアスが生じ易い圧電基板材料においては横モードリップルが生じるという問題があった。本発明のように、第2並列共振器19が直列接続されると共に互いに音響結合される複数の入出力IDT電極対25、26、27を有する構成であることにより、1つのIDT電極対を2つの反射器で挟んだ従来の共振器と比較して、同じ静電容量の共振器を作成した場合一つあたりのIDT電極対が大きくなるため、Q値低下やリップルの問題を抑制した共振器が得られる。これにより、送信フィルタ2の通過帯域内におけるリップルを抑制すると共に、ロスによるQ値の劣化を抑制することができる。また、この構成により、第2並列共振器19の容量を他の第1、第3並列共振器9、10の容量より十分小さくしても、第2並列共振器19の耐電力性の劣化を抑制することができるのである。
When a resonator having an extremely small capacitance, such as the second
また、図3に示す様に、第2並列共振器19は互いに音響結合される少なくとも3つの入出力IDT電極対25、26、27を有すると共に、これら少なくとも3つの入出力IDT電極対25、26、27は直列接続された構成であることが望ましい。少なくとも3つの入出力IDT電極対25、26、27を直列接続させることで、第2並列共振器19の容量を他の第1、第3並列共振器9、10の容量より十分小さくすることができるのである。
As shown in FIG. 3, the second
さらに、図1に示す様に、第2並列共振器19は、第2並列共振器19より容量の大きい第1並列共振器9と第3並列共振器10との間に接続されていることが望ましい。これにより、容量の小さな第2並列共振器19が、入力端子4からの入力波やアンテナ端からの出力波の反射波によって劣化することを抑制することができる。
Further, as shown in FIG. 1, the second
さらに、図4に示す様に、第2並列共振器19は、互いに音響結合される複数の入出力IDT電極対25、26、27を複数有すると共にそれらが直列接続されて構成された構成であることが望ましい。これにより、第2並列共振器19の容量を更に小さくすることができるのである。また、従来の共振器でも多段化することで容量を小さくすることができるが、図4に示した構成の方がはるかに小さな面積で所望の容量の共振器を実現できるというメリットがある。
Further, as shown in FIG. 4, the second
図3、図4に示した第2並列共振器19を構成する入出力IDT電極対25、26、27のピッチは必ずしも一定である必要はなく、例えばいずれかの入出力IDT電極対25、26、27の端部に位置する入出力IDT電極対25、27のピッチを他の入出力IDT電極対26のピッチより小さくすることで第2並列共振器19の共振周波数におけるQ値をあげることもできる。
The pitches of the input / output IDT electrode pairs 25, 26, 27 constituting the second
また、本実施の形態1のラダー型弾性波フィルタを、このフィルタに接続された半導体集積回路素子(図示せず)と、この半導体集積回路素子(図示せず)に接続された再生装置とを備えた電子機器に搭載しても良い。これにより、電子機器における通信品質を向上することができるのである。 The ladder-type acoustic wave filter according to the first embodiment includes a semiconductor integrated circuit element (not shown) connected to the filter and a reproducing device connected to the semiconductor integrated circuit element (not shown). You may mount in the provided electronic device. Thereby, the communication quality in an electronic device can be improved.
本発明にかかるラダー型弾性波フィルタは、Q値劣化を抑制するという特徴を有し、携帯電話等の電子機器に適用可能である。 The ladder-type elastic wave filter according to the present invention has a feature of suppressing the Q value deterioration, and can be applied to an electronic device such as a mobile phone.
1 アンテナ共用器
2 送信フィルタ
3 受信フィルタ
4 入力端子
5 アンテナ端子
6 出力端子
7 移相器
8 直列共振器
9 第1並列共振器
10 第3並列共振器
11、12、20 インダクタ
13 キャパシタ
18 縦モード結合型フィルタ
19 第2並列共振器
1
Claims (5)
信号経路とグランドとの間に接続されると共に、前記ラダー型弾性波フィルタの通過帯域の2倍以上3倍以下の周波数に減衰極を形成する第1並列共振器及びこれに直列接続されたインダクタと、
信号経路とグランドとの間に接続されると共に、前記第1並列共振器の容量より容量の小さい第2並列共振器とを備え、
前記第2並列共振器は互いに音響結合される複数の入出力IDT電極対を有すると共に、前記複数の入出力IDT電極対は直列接続された構成であるラダー型弾性波フィルタ。 A ladder-type acoustic wave filter in which a series resonator and a parallel resonator are connected in a ladder shape,
A first parallel resonator connected between the signal path and the ground, and forming an attenuation pole at a frequency not less than twice and not more than three times the pass band of the ladder-type acoustic wave filter, and an inductor connected in series to the first parallel resonator When,
A second parallel resonator connected between the signal path and the ground and having a capacity smaller than that of the first parallel resonator;
The second parallel resonator includes a plurality of input / output IDT electrode pairs acoustically coupled to each other, and the plurality of input / output IDT electrode pairs are connected in series.
前記送信フィルタは、請求項1に記載のラダー型弾性波フィルタを備えたアンテナ共用器。 An antenna duplexer comprising a transmission filter and a reception filter having a pass band on the high side of the pass band of the transmission filter,
The said transmission filter is an antenna sharing device provided with the ladder type | mold elastic wave filter of Claim 1.
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