JP2015037272A - 弾性表面波デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 ＳＡＷデュプレクサにおけるアイソレーション特性を改善できる弾性表面波デバイスを提供する。
【解決手段】 基板上に、アンテナポート２０１と、送信ポート２０４と、バランス受信出力ポート２０１，２０３を備えたＳＡＷデュプレクサであって、送信側のアンテナホットの引き回し線に形成された送信ポートのＧＮＤパターン２０５が、送信側のアンテナホットの引き回し線と受信側のアンテナホットの引き回し線２０７との間に配置され、受信側のアンテナホットの引き回し線２０７に形成されたバランス受信ポート２０２のＧＮＤパターン２０８が、ＧＮＤパターン２０５と受信側のアンテナホットの引き回し線２０７とを隔てるように配置されている弾性表面波デバイスである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、弾性表面波（ＳＡＷ: Surface Acoustic Wave）デバイスに係り、特に、ＳＡＷデュプレクサにおけるコモンモード・アイソレーション特性を改善できる弾性表面波デバイスに関する。

［従来の技術］
近年、携帯電話端末等の各種通信機器に用いられる弾性表面波（ＳＡＷ）フィルタ、ＳＡＷデュプレクサがある。
特に、ＳＡＷデバイスの中では、入力ポートがアンバランス入力で、出力ポートがバランス出力となっている製品がある。この場合、出力ポートがバランス出力であるので、２つの出力ポートがプラスとマイナスのペアとなって信号を出力する。

［従来のＳＡＷフィルタ：図４］
従来のＳＡＷフィルタについて図４を参照しながら説明する。図４は、従来のＳＡＷフィルタの構成例を示す図である。
従来のＳＡＷフィルタは、図４に示すように、圧電基板上に、入力ポート１０１と、バランス出力ポート１０２と、バランス出力ポート１０３と、櫛型電極（ＩＤＴ：Inter-Digital Transducer）１０６，１０７，１０８と、反射器１０４，１０５と、グランド（ＧＮＤ）パターン１０９，１１０，１１１とが形成されている。

入力ポート１０１は、ＩＤＴ１０７の一端に接続し、その他端にはＧＮＤパターン１１０が接続している。
バランス出力ポート１０２は、ＩＤＴ１０６の一端に接続し、他端にはＧＮＤパターン１０９が接続している。
バランス出力ポート１０３は、ＩＤＴ１０８の一端に接続し、他端にはＧＮＤパターン１１１が接続している。
反射器１０４は、ＩＤＴ１０６の左外側に形成され、反射器１０５は、ＩＤＴ１０８の右外側に形成されている。

［従来のＳＡＷデュプレクサ：図５］
従来のＳＡＷデュプレクサについて図５を参照しながら説明する。図５は、従来のＳＡＷデュプレクサの構成例を示す図である。
従来のＳＡＷデュプレクサは、図５に示すように、圧電基板上に、アンテナポート３０１と、バランス受信出力ポート３０２と、バランス受信出力ポート３０３と、送信ポート３０４とが形成され、各ポートには共振子のＩＤＴに接続している。各ＩＤＴの両端には反射器が設けられている。

アンテナポート３０１は、送信側（送信フィルタ部分）と受信側（受信フィルタ部分）に分岐する。
受信側は、ＩＤＴの一端に接続し、そのＩＤＴの他端がアンテナホットの引き回し線３０７に接続し、そのアンテナホットの引き回し線３０７の他端はバランス受信出力ポート側のＩＤＴの一端に接続し、そのＩＤＴの他端はＧＮＤパターン３０９に接続している。

バランス受信出力ポート側のＩＤＴに隣接するＩＤＴの一方の一端にバランス受信出力ポート３０２が接続し、そのＩＤＴの他端にＧＮＤパターン３０８が接続し、隣接するＩＤＴの他方の一端にバランス受信出力ポート３０３が接続し、そのＩＤＴの他端にＧＮＤパターンが接続し、これらＩＤＴの両端に反射器が設けられている。

また、アンテナポート３０１が分岐した送信側は、共振子が多段に接続されて、送信ポート３０４に接続している。
共振子の多段接続は、引き回し線が途中で分岐して共振子を介してＧＮＤパターン３０５，３０６に接続している。

図５に示すＳＡＷデュプレクサでは、入出力ポート間の直接結合（フィードスルー）による性能劣化を避けるために、入出力ポート間の距離を保ち、浮き若しくはＧＮＤシールドを設け、容量結合や電磁結合を避けていた。
この場合では、ＳＡＷデュプレクサ入出力間でやりとりされるＳＡＷエネルギー（音響エネルギー）でＳＡＷデュプレクサの周波数特性が決定されて減衰の改善ができるものである。

［従来のＳＡＷデュプレクサの特性：図６］
従来のＳＡＷデュプレクサの特性について図６を参照しながら説明する。図６は、従来のＳＡＷデュプレクサの特性を示す図である。図６では、横軸が周波数で、縦軸が送信と受信の干渉の度合いを示しており、アイソレーション特性と呼ばれている。
従来のＳＡＷデュプレクサの特性は、図６に示すように、一番目の矩形の凹部が受信バンドの規格を、二番目の矩形の凹部が送信バンドの規格を示しており、上下する波形が送信と受信の干渉の度合いを示している。
２つの矩形の凹部内に干渉が表れ、規格を満たしていないため、アイソレーション特性は十分とは言えない。

［関連技術］
尚、関連する先行技術として、特開２０１０−２３９６１２号公報「デュプレクサの低域側フィルタ、デュプレクサの高域側フィルタ及びデュプレクサ」（日本電波工業株式会社）［特許文献１］、特開２０１０−１７８３０６号公報「デュプレクサの受信側フィルタ及びデュプレクサ」（日本電波工業株式会社）［特許文献２］がある。

特許文献１には、入出力ポート及び低域側フィルタポートの少なくとも一方に近接する位置まで伸びて接地されるシールド電極を配置することが示されている。
特許文献２には、デュプレクサの受信側フィルタの周囲を囲むように、交差指状電極の接地電極側に接続されたシールド電極を配置することが示されている。

特開２０１０−２３９６１２号公報 特開２０１０−１７８３０６号公報

しかしながら、従来のＳＡＷデュプレクサでは、送信側のアンテナホットの引き回し線と受信側のアンテナホットの引き回し線との間のアイソレーションが十分ではないという問題点があった。
特に、ＳＡＷデュプレクサのコモンモード・アイソレーション（Ｃｏｍ−ＩＳＯ）特性は、減衰との直接相関がなく、確実に改善できる手法が確立されていないものである。

尚、特許文献１では、その図２６で送信のホットラインと受信のホットラインとの間にＧＮＤパターンのシールドが形成されているが、そのＧＮＤパターンだけではシールド効果が十分なものではない。
また、特許文献２でも、送信のホットラインと受信のホットラインとの間におけるシールド効果を十分なものにすることは示されていない。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、ＳＡＷデュプレクサにおけるアイソレーション特性を改善できる弾性表面波デバイスを提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、基板上に、アンテナポートと、送信ポートと、受信ポートを備え、送信ポート又は受信ポートのいずれか一方がバランスポートであり、他方がアンバランスポートである弾性表面波デュプレクサの弾性表面波デバイスであって、バランスポートが、バランスポート用の、共振子、引き回し線、共振子を介してアンテナポートに接続されており、アンバランスポートが、アンバランスポート用の、共振子、引き回し線、共振子を介してアンテナポートに接続されており、アンバランスポート用の引き回し線に第１のグランドパターンが形成され、バランスポート用の引き回し線に第２のグランドパターンが形成され、第１のグランドパターンが、アンバランスポートの引き回し線とバランスポートの引き回し線の間に配置され、第２のグランドパターンが、第１のグランドパターンとバランスポート用の引き回し線とを隔てるように配置されていることを特徴とする。

本発明は、上記弾性表面波デバイスにおいて、第２のグランドパターンが、第１のグランドパターンよりアンテナポート側に延びて形成されていることを特徴とする。

本発明は、上記弾性表面波デバイスにおいて、第１のグランドパターンと第２のグランドパターンの近接する距離を２５マイクロメータ以下とし、第１のグランドパターンと第２のグランドパターンとが接続されないことを特徴とする。

本発明は、上記弾性表面波デバイスにおいて、アンバランスポートとアンテナポートが多段のラダー型フィルタで接続されていることを特徴とする。

本発明は、上記弾性表面波デバイスにおいて、アンバランスポートを送信ポートで構成し、バランスポートを２つのバランス受信出力ポートで構成し、２つのバランス受信出力ポートの内、送信ポート側に形成されたバランス受信出力ポートが共振子を介して接続するグランドパターンを第２のグランドパターンとしたことを特徴とする。

本発明は、上記弾性表面波デバイスにおいて、アンテナポートとバランスポート用の引き回し線との間に形成される共振子を直列に接続して多重化したことを特徴とする。

本発明は、上記弾性表面波デバイスにおいて、基板を圧電基板としたことを特徴とする。

本発明は、上記弾性表面波デバイスにおいて、基板を非圧電基板とし、当該基板上に圧電性の材料を積層したことを特徴とする。

本発明によれば、基板上に、アンテナポートと、送信ポートと、受信ポートを備え、送信ポート又は受信ポートのいずれか一方がバランスポートであり、他方がアンバランスポートである弾性表面波デュプレクサであって、バランスポートが、バランスポート用の、共振子、引き回し線、共振子を介してアンテナポートに接続されており、アンバランスポートが、アンバランスポート用の、共振子、引き回し線、共振子を介してアンテナポートに接続されており、アンバランスポート用の引き回し線に第１のグランドパターンが形成され、バランスポート用の引き回し線に第２のグランドパターンが形成され、第１のグランドパターンが、アンバランスポートの引き回し線とバランスポートの引き回し線の間に配置され、第２のグランドパターンが、第１のグランドパターンとバランスポート用の引き回し線とを隔てるように配置されている弾性表面波デバイスとしているので、バランスポート用の引き回し線とアンバランスポート用の引き回し線とのアイソレーション特性を改善でき、十分なシールド効果を得ることができる効果がある。

本発明の実施の形態に係る弾性表面波デバイスのＳＡＷデュプレクサの構成例を示す図である。 本デュプレクサの特性を示す図である。 応用例のＳＡＷデュプレクサの構成例を示す図である。 従来のＳＡＷフィルタの構成例を示す図である。 従来のＳＡＷデュプレクサの構成例を示す図である。 従来のＳＡＷデュプレクサの特性を示す図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る弾性表面波デバイスは、基板上に、アンテナポートと、送信ポートと、受信ポートを備え、送信ポート又は受信ポートのいずれか一方がバランスポートであり、他方がアンバランスポートである弾性表面波デュプレクサであって、バランスポートが、バランスポート用の、共振子、引き回し線、共振子を介してアンテナポートに接続され、アンバランスポートが、アンバランスポート用の、共振子、引き回し線、共振子を介してアンテナポートに接続され、アンバランスポート用の引き回し線に形成された第１のグランドパターンが、アンバランスポートの引き回し線とバランスポートの引き回し線の間に配置され、バランスポート用の引き回し線に形成された第２のグランドパターンが、第１のグランドパターンとバランスポート用の引き回し線とを隔てるように配置されているものであり、バランスポート用の引き回し線とアンバランスポート用の引き回し線とのアイソレーション特性を改善でき、十分なシールド効果を得ることができる。

［本デュプレクサ：図１］
本発明の実施の形態に係る弾性表面波デバイス（本デバイス）について図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る弾性表面波デバイスのＳＡＷデュプレクサの構成例を示す図である。
図１に示すＳＡＷデュプレクサ（本デュプレクサ）は、圧電基板上に、アンテナポート２０１と、バランス受信出力ポート２０２と、バランス受信出力ポート２０３と、送信ポート２０４とが形成され、各ポートには共振子（ＳＡＷ共振子）のＩＤＴに接続している。

また、各ＩＤＴの両端には反射器が設けられている。
尚、アンテナポート２０１と送信ポート２０４は、アンバランスポートである。
図１では、受信ポートをバランスポートとし、送信ポートをアンバランスポートとしたが、送信ポートをバランスポートとし、受信ポートをアンバランスポートとしてもよい。

アンテナポート２０１は、送信側（送信フィルタ部分）と受信側（受信フィルタ部分）に分岐する。
受信側は、アンテナポート側で受信用（バランスポート用）のＩＤＴの一端に接続し、そのＩＤＴの他端がアンテナホットの引き回し線（バランスポート用のアンテナホットの引き回し線）２０７に接続し、そのアンテナホットの引き回し線２０７の他端はバランス受信出力ポート側（バランスポート用）のＩＤＴの一端に接続し、そのＩＤＴの他端はＧＮＤパターン２０９に接続している。

バランス受信出力ポート側のＩＤＴに隣接して横方向に配置された２つのＩＤＴの内、一方のＩＤＴの一端にバランス受信出力ポート２０２が接続し、そのＩＤＴの他端に本実施の形態の特徴部分である受信ポートのＧＮＤパターン（バランス受信ポートのＧＮＤ引き回しパターン）２０８が接続している。
また、バランス受信出力ポート側のＩＤＴに隣接して横方向に配置された２つのＩＤＴの内、他方のＩＤＴの一端にバランス受信出力ポート２０３が接続し、そのＩＤＴの他端にＧＮＤパターンが接続している。
そして、これら横方向に配列されたＩＤＴの両端に反射器が設けられている。

また、アンテナポート２０１が分岐した送信側は、共振子が多段に接続されて、送信ポート２０４に接続している。
共振子の多段接続は、送信側（アンバランスポート用）のアンテナホットの引き回し線が途中で分岐して、共振子を介して送信ポートのＧＮＤパターン２０５，２０６に接続する多段のラダー型フィルタとなっている。
送信ポートのＧＮＤパターン２０５は、送信側のアンテナホットの引き回し線と受信側のアンテナホットの引き回し線２０７との間（内側）に形成され、送信ポートのＧＮＤパターン２０６は、送信ポートのアンテナホットの引き回し線に対してＧＮＤパターン２０５とは反対側（外側）に形成されている。
また、多段接続された共振子の両端には、反射器が設けられている。

［バランス受信ポートのＧＮＤ引き回しパターン］
本デュプレクサにおいて、バランス受信ポートのＧＮＤ引き回しパターン（受信ポートのＧＮＤパターン）２０８は、アンテナホットの引き回し線２０７と送信ポートのＧＮＤパターン２０５とを隔てるように形成（配置）されている。
具体的には、ＧＮＤパターン２０８は、アンテナホットの引き回し線２０７に沿って（平行に）、送信ポートのＧＮＤパターン２０５の端部よりアンテナポート２０１側まで延びて形成されている。

受信側のアンテナホットの引き回し線２０７に近い方に配置された、送信ポートのＧＮＤパターン２０５と受信ポートのＧＮＤパターン２０８との最短の距離ａは、シールド効果を得るためには、２５μｍ（マイクロメータ）以下であって、送信ポートのＧＮＤパターン２０５と受信ポートのＧＮＤパターン２０８が接続していない（非接続［距離ａ＝０を含まない］）ことが望ましい。
尚、請求項では、送信ポートのＧＮＤパターン２０５は、第１のグランドパターンであり、受信ポートのＧＮＤパターン２０８が第２のグランドパターンである。

［本デュプレクサの特性：図２］
本デュプレクサの特性について図２を参照しながら説明する。図２は、本デュプレクサの特性を示す図である。図２では、横軸が周波数で、縦軸がアイソレーション特性である。
本デュプレクサの特性は、図２に示すように、一番目の矩形の凹部が受信バンドを、二番目の矩形の凹部が送信バンドを示しており、上下する波形が送信と受信の干渉の度合いを示している。
図６と比較すると、周波数１９２０〜１９８０ＭＨｚと２１１０〜２１７０ＭＨｚ付近のコモンモード・アイソレーションが約６ｄＢ改善している。
そして、２つの矩形の凹部内に干渉が表れず、規格を満たしているため、アイソレーション特性は改善されている。

［本デュプレクサの効果］
本デュプレクサによれば、受信側のアンテナホットの引き回し線２０７と送信側のアンテナホットの引き回し線との間に、送信ポートのＧＮＤパターン２０５と受信ポートのＧＮＤパターン２０８の２つのＧＮＤパターンが形成されているので、送信側のアンテナホットの引き回し線と受信側のアンテナホットの引き回し線２０７との間のアイソレーションを十分なものにすることができ、ＳＡＷデバイスの高性能化が実現できる効果がある。

本デュプレクサでは、送信ポート、受信ポートの内、どちらか片方のみがバランス出力となって、もう片方はアンバランス出力であり、アンバランス出力ポートのＧＮＤパターンからバランス出力ポートのホットの引き回し線にＧＮＤシールド（バランス受信ポートのＧＮＤ引き回しパターン）を設けている。この構成により、ＳＡＷデュプレクサのＣｏｍ−ＩＳＯを改善できる。

［応用例：図３］
次に、本デュプレクサの応用例について図３を参照しながら説明する。図３は、応用例のＳＡＷデュプレクサの構成例を示す図である。
応用例のＳＡＷデュプレクサは、図３に示すように、アンテナポート２０１とバランス受信出力ポート２０２，２０３との間にあるＳＡＷ共振子を多重化した例である。
その他の構成は、図１に示した構成と同様である。

具体的には、受信フィルタ部分において、アンテナポート２０１と受信側のアンテナホットの引き回し線２０７と間に、共振子２１０と共振子２１１とを直列に接続（縦接続）して多重化したものである。
尚、共振子２１０及び共振子２１１の各々の両端には反射器が設けられている。
図３の例では、多重化した共振子が２つの場合を示したが、３つ以上であってもよい。
このように、共振子を多重化することで、耐電力性を高めることができる効果がある。

［その他］
本デュプレクサ及び応用例において、圧電基板は、水晶、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）等で形成されている。
また、非圧電性基板の上に、水晶、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）等の圧電性を有する材料が１層以上の薄膜又は厚膜により形成（積層）されている基板を用いてもよい。

本デュプレクサ及び応用例を一部に含むモジュールに用いてもよい。
この場合、本デュプレクサ及び応用例のデュプレクサの前後にＳＡＷ共振子や、圧電薄膜（ＦＢＡＲ：Film Bulk Acoustic Resonator）共振子、ＬＣフィルタ等の各種付加回路等を設けるようにしてもよい。

本発明は、ＳＡＷデュプレクサにおけるアイソレーション特性を改善できる弾性表面波デバイスに好適である。

１０１...入力ポート、 １０２，１０３...バランス出力ポート、 １０４，１０５...反射器、 １０６，１０７，１０８...ＩＤＴ、 ２０１，３０１...アンテナポート、 ２０２，２０３，３０２，３０３...バランス受信出力ポート、 ２０４，３０４...送信ポート、 ２０５，２０６，２０５，３０６...送信ポートのＧＮＤパターン、２０７...アンテナホットの引き回し線、 ２０８...バランス受信ポートのＧＮＤ引き回しパターン（受信ポートのＧＮＤパターン）、 ２０９，３０８，３０９...ＧＮＤパターン

Claims (8)

1. 基板上に、アンテナポートと、送信ポートと、受信ポートを備え、前記送信ポート又は前記受信ポートのいずれか一方がバランスポートであり、他方がアンバランスポートである弾性表面波デュプレクサであって、
   前記バランスポートが、バランスポート用の、共振子、引き回し線、共振子を介して前記アンテナポートに接続されており、
   前記アンバランスポートが、アンバランスポート用の、共振子、引き回し線、共振子を介して前記アンテナポートに接続されており、
   前記アンバランスポート用の引き回し線に第１のグランドパターンが形成され、
   前記バランスポート用の引き回し線に第２のグランドパターンが形成され、
   前記第１のグランドパターンが、前記アンバランスポート用の引き回し線と前記バランスポート用の引き回し線の間に配置され、
   前記第２のグランドパターンが、前記第１のグランドパターンと前記バランスポート用の引き回し線と間を隔てるように配置されていることを特徴とする弾性表面波デバイス。
2. 第２のグランドパターンが、第１のグランドパターンよりアンテナポート側に延びて形成されていることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波デバイス。
3. 第１のグランドパターンと第２のグランドパターンの近接する距離を２５マイクロメータ以下とし、前記第１のグランドパターンと前記第２のグランドパターンとが接続されないことを特徴とする請求項１又は２記載の弾性表面波デバイス。
4. アンバランスポートとアンテナポートが多段のラダー型フィルタで接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の弾性表面波デバイス。
5. アンバランスポートを送信ポートで構成し、
   バランスポートを２つのバランス受信出力ポートで構成し、
   前記２つのバランス受信出力ポートの内、送信ポート側に形成されたバランス受信出力ポートが共振子を介して接続するグランドパターンを第２のグランドパターンとしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の弾性表面波デバイス。
6. アンテナポートとバランスポート用の引き回し線との間に形成される共振子を直列に接続して多重化したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の弾性表面波デバイス。
7. 基板を圧電基板としたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載の弾性表面波デバイス。
8. 基板を非圧電基板とし、当該基板上に圧電性の材料を積層したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載の弾性表面波デバイス。

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