JP2017112525A

JP2017112525A - 分波器

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Publication number: JP2017112525A
Application number: JP2015246203A
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Inventors: 和寛塚本; Kazuhiro Tsukamoto; 博也鈴木; Hiroya Suzuki
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Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2017-06-22
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Abstract

【課題】比較的近い２つの周波数帯域の２つの信号を分離するのに適し、且つ小型化が可能な分波器を実現する。
【解決手段】分波器１は、共通ポート２と第１の信号ポート３との間に設けられたローパスフィルタ１０と、共通ポート２と第２の信号ポート４との間に設けられたハイパスフィルタ２０を備えている。ローパスフィルタ１０は、第１のＬＣ共振回路１１と、第１のＬＣ共振回路１１から第１の信号ポート３に至る経路とグランドとを接続する分路１３に設けられた第１の弾性波共振器１２を含んでいる。ハイパスフィルタ２０は、第２のＬＣ共振回路２１と、第２のＬＣ共振回路２１から第２の信号ポート４に至る経路に設けられた第２の弾性波共振器２２を含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、互いに周波数が異なる複数の信号を分離する分波器に関する。

近年、ＬＴＥ（Long Term Evolution）規格の移動体通信システムが実用化され、ＬＴＥ規格の発展規格であるＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ規格の移動体通信システムの実用化が検討されている。ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ規格における主要技術の一つに、キャリアアグリゲーション（Carrier Aggregation、以下ＣＡとも記す。）がある。ＣＡは、コンポーネントキャリアと呼ばれる複数のキャリアを同時に用いて広帯域伝送を可能にする技術である。

ＣＡに対応した移動体通信機器では、複数の周波数帯域が同時に使用される。そのため、ＣＡに対応した移動体通信機器では、複数の周波数帯域の複数の信号を同時に分離できる分波器が必要になる。

一般的に、互いに周波数帯域が異なる２つの信号を分離する分波器は、共通ポートと、第１の信号ポートと、第２の信号ポートと、共通ポートから第１の信号ポートに至る第１の信号経路に設けられた第１のフィルタと、共通ポートから第２の信号ポートに至る第２の信号経路に設けられた第２のフィルタとを備えている。

第１のフィルタと第２のフィルタとしては、インダクタとキャパシタを用いて構成されたＬＣフィルタや、弾性波共振器を用いて構成された弾性波フィルタが用いられる。弾性波共振器とは、弾性波素子を用いて構成された共振器である。弾性波素子とは、弾性波を利用した素子である。弾性波素子には、弾性表面波を利用する弾性表面波素子や、バルク弾性波を利用するバルク弾性波素子がある。

特許文献１には、アンテナ端子と、受信信号出力端子と、送信信号入力端子と、アンテナ端子と受信信号出力端子との間の送信系統と、アンテナ端子と受信信号出力端子との間の受信系統とを備え、送信系統と受信系統の各々が、アンテナ側から順に縦続接続された誘電体共振器と弾性表面波フィルタとを備えた分波器が記載されている。

特許文献２には、第１ないし第３の端子と、第１の端子に接続された分岐回路と、受信側ＬＣ並列共振型フィルタと、弾性表面波フィルタと、送信側ＬＣ並列共振型フィルタとを備え、分岐回路と第２の端子の間に分岐回路側から順に受信側ＬＣ並列共振型フィルタと弾性表面波フィルタが設けられ、分岐回路と第３の端子の間に送信側ＬＣ並列共振型フィルタが設けられた分波器が記載されている。

特許文献３には、第１端子と、第２端子と、第１端子と第２端子の間において並列に接続された第１フィルタ分岐および第２フィルタ分岐と、第１フィルタ分岐内に配置されたバンドパスフィルタと、第２フィルタ分岐内に配置されたハイパスフィルタと、第２フィルタ分岐とグランドとを接続する経路に設けられた弾性表面波共振器とを備えたバンドストップフィルタが記載されている。

特開平４−１９６８２９号公報特開２００１−３４５６６２号公報特許第５６７９８１２号公報

移動体通信機器では、それに用いられる部品の小型化が求められる。また、移動体通信機器では、比較的近い２つの周波数帯域の２つの信号を分離する分波器が必要になる場合がある。そのような分波器では、遮断周波数に近い周波数領域において急峻に変化する通過減衰特性を有するフィルタが必要になる。

一般的に、ＬＣフィルタは、遮断周波数に近い周波数領域において急峻に変化する通過減衰特性を実現しようとすると、大型化するという問題点を有する。

一方、弾性波フィルタは、遮断周波数に近い周波数領域において急峻に変化する通過減衰特性を実現するのに適しているが、広い通過帯域を実現するには適していないという問題点を有する。

これらのことから、従来は、比較的近い２つの周波数帯域の２つの信号を分離するのに適し、且つ小型化が可能な分波器を実現することが難しいという問題点があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、比較的近い２つの周波数帯域の２つの信号を分離するのに適し、且つ小型化が可能な分波器を提供することにある。

本発明の第１ないし第３の観点の分波器は、共通ポートと、第１の信号ポートと、第２の信号ポートと、ローパスフィルタと、ハイパスフィルタとを備えている。ローパスフィルタは、共通ポートと第１の信号ポートとの間に設けられ、第１の遮断周波数以下の第１の通過帯域内の周波数の信号を選択的に通過させる。ハイパスフィルタは、共通ポートと第２の信号ポートとの間に設けられ、第１の遮断周波数よりも高い第２の遮断周波数以上の第２の通過帯域内の周波数の信号を選択的に通過させる。

本発明の第１の観点の分波器では、ローパスフィルタは、第１のＬＣ共振回路と、第１のＬＣ共振回路から第１の信号ポートに至る経路とグランドとを接続する分路に設けられた第１の弾性波共振器とを含んでいる。第１の弾性波共振器の共振周波数は、第１の遮断周波数よりも高い。

本発明の第１の観点の分波器において、第１のＬＣ共振回路は、共通ポートと第１の信号ポートとの間に並列に設けられた第１のインダクタと第１のキャパシタを含むＬＣ並列共振回路であってもよい。

また、本発明の第１の観点の分波器において、第１の弾性波共振器の反共振周波数は、第２の遮断周波数よりも高くてもよい。

また、本発明の第１の観点の分波器において、第１のＬＣ共振回路の共振周波数は、第１の弾性波共振器の共振周波数よりも高くてもよい。

本発明の第２の観点の分波器では、ハイパスフィルタは、第２のＬＣ共振回路と、第２のＬＣ共振回路から第２の信号ポートに至る経路に設けられた第２の弾性波共振器とを含んでいる。第２の弾性波共振器の反共振周波数は、第２の遮断周波数よりも低い。

本発明の第２の観点の分波器において、第２のＬＣ共振回路は、共通ポートから第２の弾性波共振器に至る経路とグランドとの間に直列に設けられた第２のインダクタと第２のキャパシタを含むＬＣ直列共振回路であってもよい。

また、本発明の第２の観点の分波器において、第２の弾性波共振器の共振周波数は、第１の遮断周波数よりも低くてもよい。

また、本発明の第２の観点の分波器において、第２のＬＣ共振回路の共振周波数は、第２の弾性波共振器の反共振周波数よりも低くてもよい。

本発明の第３の観点の分波器では、ローパスフィルタは、第１のＬＣ共振回路と、第１のＬＣ共振回路から第１の信号ポートに至る経路とグランドとを接続する分路に設けられた第１の弾性波共振器とを含んでいる。第１の弾性波共振器の共振周波数は、第１の遮断周波数よりも高い。また、ハイパスフィルタは、第２のＬＣ共振回路と、第２のＬＣ共振回路から第２の信号ポートに至る経路に設けられた第２の弾性波共振器とを含んでいる。第２の弾性波共振器の反共振周波数は、第２の遮断周波数よりも低い。

本発明の第３の観点の分波器において、第１のＬＣ共振回路は、共通ポートと第１の信号ポートとの間に並列に設けられた第１のインダクタと第１のキャパシタを含むＬＣ並列共振回路であってもよい。また、第２のＬＣ共振回路は、共通ポートから第２の弾性波共振器に至る経路とグランドとの間に直列に設けられた第２のインダクタと第２のキャパシタを含むＬＣ直列共振回路であってもよい。

また、本発明の第３の観点の分波器において、第１の弾性波共振器の反共振周波数は、第２の遮断周波数よりも高くてもよい。また、第２の弾性波共振器の共振周波数は、第１の遮断周波数よりも低くてもよい。

また、本発明の第３の観点の分波器において、第１のＬＣ共振回路の共振周波数は、第１の弾性波共振器の共振周波数よりも高くてもよい。また、第２のＬＣ共振回路の共振周波数は、第２の弾性波共振器の反共振周波数よりも低くてもよい。

本発明の第１の観点の分波器では、ローパスフィルタは第１のＬＣ共振回路と第１の弾性波共振器を含む。これにより、分波器を大型化することなく、第１の遮断周波数に近い周波数領域において急峻に変化するローパスフィルタの通過減衰特性を実現することが可能になる。

本発明の第２の観点の分波器では、ハイパスフィルタは第２のＬＣ共振回路と第２の弾性波共振器を含む。これにより、分波器を大型化することなく、第２の遮断周波数に近い周波数領域において急峻に変化するハイパスフィルタの通過減衰特性を実現することが可能になる。

本発明の第３の観点の分波器では、ローパスフィルタは第１のＬＣ共振回路と第１の弾性波共振器を含み、ハイパスフィルタは第２のＬＣ共振回路と第２の弾性波共振器を含む。これにより、分波器を大型化することなく、第１の遮断周波数に近い周波数領域において急峻に変化するローパスフィルタの通過減衰特性と、第２の遮断周波数に近い周波数領域において急峻に変化するハイパスフィルタの通過減衰特性を実現することが可能になる。

これらのことから、本発明の第１ないし第３の観点によれば、比較的近い２つの周波数帯域の２つの信号を分離するのに適し、且つ小型化が可能な分波器を実現することができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施の形態に係る分波器の構成を示す回路図である。本発明の第１の実施の形態に係る分波器の外観の一例を示す斜視図である。本発明の第１の実施の形態に係る分波器の特性の一例を示す特性図である。図３に示した特性の一部を拡大して示す特性図である。図１に示した分波器のローパスフィルタのインピーダンス特性を示す説明図である。図１に示した分波器のハイパスフィルタのインピーダンス特性を示す説明図である。比較例の分波器の構成を示す回路図である。比較例の分波器の特性の一例を示す特性図である。図８に示した特性の一部を拡大して示す特性図である。図１に示した分波器のハイパスフィルタにおける２つのインダクタの作用を説明するための特性図である。本発明の第２の実施の形態に係る分波器の構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施の形態に係る分波器の特性の一例を示す特性図である。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る分波器の構成について説明する。本実施の形態に係る分波器１は、第１の周波数帯域内の周波数の第１の信号と、第１の周波数帯域よりも高い第２の周波数帯域内の周波数の第２の信号を分離するものである。本実施の形態に係る分波器１は、共通ポート２と、第１の信号ポート３と、第２の信号ポート４と、ローパスフィルタ１０と、ハイパスフィルタ２０とを備えている。

ローパスフィルタ１０は、共通ポート２と第１の信号ポート３との間に設けられ、第１の遮断周波数ｆ_Ｌ以下の第１の通過帯域内の周波数の信号を選択的に通過させる。第１の通過帯域は、前記の第１の周波数帯域と同じである。第１の遮断周波数ｆ_Ｌは、ローパスフィルタ１０の通過減衰特性において、減衰量の最小値に比べて減衰量が３ｄＢだけ大きくなるときの周波数である。

ハイパスフィルタ２０は、共通ポート２と第２の信号ポート４との間に設けられ、第１の遮断周波数ｆ_Ｌよりも高い第２の遮断周波数ｆ_Ｈ以上の第２の通過帯域内の周波数の信号を選択的に通過させる。第２の通過帯域は、前記の第２の周波数帯域と同じである。第２の遮断周波数ｆ_Ｈは、ハイパスフィルタ２０の通過減衰特性において、減衰量の最小値に比べて減衰量が３ｄＢだけ大きくなるときの周波数である。

ローパスフィルタ１０は、第１のＬＣ共振回路１１と、第１のＬＣ共振回路１１から第１の信号ポート３に至る経路とグランドとを接続する分路１３に設けられた第１の弾性波共振器１２とを含んでいる。

第１のＬＣ共振回路１１は、インダクタとキャパシタを用いて構成された共振回路である。本実施の形態では特に、第１のＬＣ共振回路１１は、共通ポート２と第１の信号ポート３との間に並列に設けられた第１のインダクタＬ１１と第１のキャパシタＣ１１を含むＬＣ並列共振回路である。第１のＬＣ共振回路１１は、第１の遮断周波数ｆ_Ｌよりも高い共振周波数ｆｃ１を有している。

第１の弾性波共振器１２は、弾性波素子を用いて構成された共振器である。弾性波素子とは、弾性波を利用した素子である。第１の弾性波共振器１２を構成する弾性波素子は、弾性表面波を利用する弾性表面波素子でもよいし、バルク弾性波を利用するバルク弾性波素子でもよい。弾性表面波素子が圧電体の表面を伝播する音波（弾性表面波）を利用しているのに対し、バルク弾性波素子は、圧電体の内部を伝播する音波（バルク弾性波）を利用するものである。

第１の弾性波共振器１２は、共振周波数ｆｒ１と反共振周波数ｆａ１とを有する。共振周波数ｆｒ１は、第１の弾性波共振器１２のインピーダンスが最小（アドミッタンスが最大）になる周波数である。反共振周波数ｆａ１は、第１の弾性波共振器１２のアドミッタンスが最小（インピーダンスが最大）になる周波数である。反共振周波数ｆａ１は、共振周波数ｆｒ１よりも高い。本実施の形態において、共振周波数ｆｒ１は、第１の遮断周波数ｆ_Ｌよりも高い。反共振周波数ｆａ１は、第２の遮断周波数ｆ_Ｈよりも高くてもよい。また、第１のＬＣ共振回路１１の共振周波数ｆｃ１は、共振周波数ｆｒ１よりも高くてもよい。

ローパスフィルタ１０は、更に、インダクタＬ１２と、キャパシタＣ１２，Ｃ１３，Ｃ１４を含んでいる。

インダクタＬ１２は、共通ポート２と第１のＬＣ共振回路１１との間に設けられている。キャパシタＣ１２は、インダクタＬ１２と第１のＬＣ共振回路１１との接続点と、グランドとの間に設けられている。キャパシタＣ１３は、インダクタＬ１２に対して並列に接続されている。なお、ローパスフィルタ１０は、キャパシタＣ１３を含んでいなくてもよい。

キャパシタＣ１４は、分路１３内において、第１のＬＣ共振回路１１から第１の信号ポート３に至る経路と、第１の弾性波共振器１２との間に設けられている。キャパシタＣ１４は、必要に応じて、第１の弾性波共振器１２の共振周波数ｆｒ１および反共振周波数ｆａ１を調整するために設けられる。従って、ローパスフィルタ１０は、キャパシタＣ１４を含んでいなくてもよい。あるいは、ローパスフィルタ１０は、キャパシタＣ１４の代わりに、第１の弾性波共振器１２に対して並列に接続されたキャパシタを含んでいてもよい。

ハイパスフィルタ２０は、第２のＬＣ共振回路２１と、第２のＬＣ共振回路２１から第２の信号ポート４に至る経路に設けられた第２の弾性波共振器２２とを含んでいる。

第２のＬＣ共振回路２１は、インダクタとキャパシタを用いて構成された共振回路である。本実施の形態では特に、第２のＬＣ共振回路２１は、共通ポート２から第２の弾性波共振器２２に至る経路とグランドとの間に直列に設けられた第２のインダクタＬ２１と第２のキャパシタＣ２１を含むＬＣ直列共振回路である。図１には、第２のインダクタＬ２１と第２のキャパシタＣ２１のうち、第２のキャパシタＣ２１の方がグランドにより近い位置に配置された例を示しているが、第２のインダクタＬ２１の方がグランドにより近い位置に配置されていてもよい。第２のＬＣ共振回路２１は、第２の遮断周波数ｆ_Ｈよりも低い共振周波数ｆｃ２を有している。

第２の弾性波共振器２２は、第１の弾性波共振器１２と同様に、弾性波素子を用いて構成された共振器である。第２の弾性波共振器２２を構成する弾性波素子は、弾性表面波素子でもよいしバルク弾性波素子でもよい。

第２の弾性波共振器２２は、共振周波数ｆｒ２と反共振周波数ｆａ２とを有する。共振周波数ｆｒ２は、第２の弾性波共振器２２のインピーダンスが最小（アドミッタンスが最大）になる周波数である。反共振周波数ｆａ２は、第２の弾性波共振器２２のアドミッタンスが最小（インピーダンスが最大）になる周波数である。反共振周波数ｆａ２は、共振周波数ｆｒ２よりも高い。本実施の形態において、反共振周波数ｆａ２は、第２の遮断周波数ｆ_Ｈよりも低い。共振周波数ｆｒ２は、第１の遮断周波数ｆ_Ｌよりも低くてもよい。また、第２のＬＣ共振回路２１の共振周波数ｆｃ２は、反共振周波数ｆａ２よりも低くてもよい。

ハイパスフィルタ２０は、更に、キャパシタＣ２２，Ｃ２３と、インダクタＬ２２，Ｌ２３を含んでいる。

キャパシタＣ２２は、第２の弾性波共振器２２と共通ポート２との間に設けられている。インダクタＬ２２は、共通ポート２とキャパシタＣ２２との間に設けられている。インダクタＬ２３は、第２の弾性波共振器２２と第２の信号ポート４との間に設けられている。なお、ハイパスフィルタ２０は、インダクタＬ２２，Ｌ２３の一方または両方を含んでいなくてもよい。

キャパシタＣ２３は、第２の弾性波共振器２２に対して並列に接続されている。キャパシタＣ２３は、必要に応じて、第２の弾性波共振器２２の共振周波数ｆｒ２および反共振周波数ｆａ２を調整するために設けられる。従って、ハイパスフィルタ２０は、キャパシタＣ２３を含んでいなくてもよい。あるいは、ハイパスフィルタ２０は、キャパシタＣ２３の代わりに、第２の弾性波共振器２２に対して直列に接続されたキャパシタを含んでいてもよい。

ここで、共通ポート２から第１の信号ポート３に至る経路を第１の信号経路と言い、共通ポート２から第２の信号ポート４に至る経路を第２の信号経路と言う。第１の周波数帯域（第１の通過帯域）内の周波数の第１の信号は、第１および第２の信号経路のうち、第１の信号経路を選択的に通過する。第２の周波数帯域（第２の通過帯域）内の周波数の第２の信号は、第１および第２の信号経路のうち、第２の信号経路を選択的に通過する。

図２は、分波器１の外観の一例を示す斜視図である。この例では、分波器１は、積層体３０と第１および第２の弾性波共振器１２，２２を備えている。積層体３０は、外周部を有する直方体形状をなしている。積層体３０の外周部は、上面と、底面と、４つの側面とを含んでいる。

積層体３０は、積層された複数の誘電体層と複数の導体層とを含んでいる。第１および第２の弾性波共振器１２，２２以外の分波器１の構成要素は、積層体３０の複数の誘電体層と複数の導体層を用いて構成されている。第１および第２の弾性波共振器１２，２２は、積層体３０の上面に搭載されている。なお、第１および第２の弾性波共振器１２，２２が１つのパッケージにされて、このパッケージが積層体３０の上面に搭載されていてもよい。

図示しないが、積層体３０の底面には、共通ポート２、第１の信号ポート３および第２の信号ポート４に対応する３つの端子と、グランドに接続される端子が設けられている。

次に、図３および図４を参照して、分波器１の特徴について説明する。図３は、分波器１の特性の一例を示す特性図である。図４は、図３に示した特性の一部を拡大して示す特性図である。図３および図４において、横軸は周波数、縦軸は減衰量である。図３および図４において、符号５１を付した曲線は、ローパスフィルタ１０の通過減衰特性を示している。また、符号５２を付した曲線は、ハイパスフィルタ２０の通過減衰特性を示している。図３および図４に示した特性は、シミュレーションによって求めたものである。

始めに、ローパスフィルタ１０の特徴について説明する。ローパスフィルタ１０の第１のＬＣ共振回路１１は、第１の遮断周波数ｆ_Ｌよりも高い共振周波数ｆｃ１を有している。これにより、図３に示したように、ローパスフィルタ１０の通過減衰特性５１では、ローパスフィルタ１０の通過帯域外の共振周波数ｆｃ１において第１の減衰極が形成される。

ローパスフィルタ１０において、分路１３に設けられた第１の弾性波共振器１２は、共振周波数ｆｒ１においてインピーダンスが最小になる。共振周波数ｆｒ１は、第１の遮断周波数ｆ_Ｌよりも高い。これにより、図３に示したように、ローパスフィルタ１０の通過減衰特性５１では、ローパスフィルタ１０の通過帯域外の共振周波数ｆｒ１において第２の減衰極が形成される。

本実施の形態によれば、第１の弾性波共振器１２の共振周波数ｆｒ１を、第１のＬＣ共振回路１１の共振周波数ｆｃ１よりも低くすることにより、図３に示したように、第１の遮断周波数ｆ_Ｌに近い周波数領域において急峻に変化するローパスフィルタ１０の通過減衰特性を実現することが可能になる。

本実施の形態におけるローパスフィルタ１０は、特に、以下の第１および第２の特徴を有している。第１の特徴は、分路１３に配置された第１の弾性波共振器１２の、共振周波数ｆｒ１における直列共振を利用して第２の減衰極を形成していることである。第２の特徴は、ローパスフィルタ１０が、第１のＬＣ共振回路１１と第１の弾性波共振器１２とを含むことである。以下、この第１および第２の特徴の組み合わせによる効果について、図５を参照して説明する。

図５は、第１の信号ポート３から見たローパスフィルタ１０のインピーダンス特性を示すスミスチャートである。図５において、記号ｆｒ１で示した点は、第１の弾性波共振器１２の共振周波数ｆｒ１における、第１の信号ポート３から見たローパスフィルタ１０のインピーダンスを示している。また、図５において、記号ｆｃ１で示した点は、第１のＬＣ共振回路１１の共振周波数ｆｃ１における、第１の信号ポート３から見たローパスフィルタ１０のインピーダンスを示している。

共振周波数ｆｒ１において第１の弾性波共振器１２のインピーダンスが最小になることにより、図５に示したように、ローパスフィルタ１０の反射係数の絶対値が大きくなる。これにより、ローパスフィルタ１０の通過減衰特性において、共振周波数ｆｒ１の位置に第２の減衰極が形成される。

一方、反共振周波数ｆａ１では、第１の弾性波共振器１２のアドミッタンスが最小になる。もし、ローパスフィルタ１０が第１のＬＣ共振回路１１を含んでいない場合には、ローパスフィルタ１０の反射係数の絶対値は、反共振周波数ｆａ１において局所的に小さくなる。これにより、ハイパスフィルタ２０の通過減衰特性では、反共振周波数ｆａ１において減衰量が局所的に大きくなる。その結果、ハイパスフィルタ２０の通過減衰特性が悪化するという問題が発生する。この問題は、特に、図３に示したように、反共振周波数ｆａ１が第２の遮断周波数ｆ_Ｈよりも高い場合すなわち反共振周波数ｆａ１がハイパスフィルタ２０の通過帯域内にある場合に顕著になる。

これに対し、本実施の形態では、ローパスフィルタ１０が第１のＬＣ共振回路１１を含んでいるため、図５に示したように、第１のＬＣ共振回路１１の共振周波数ｆｃ１においてローパスフィルタ１０の反射係数の絶対値を大きくすることができる。図３に示したように、第１のＬＣ共振回路１１の共振周波数ｆｃ１は、第１の弾性波共振器１２の共振周波数ｆｒ１よりも高い。第１の弾性波共振器１２の反共振周波数ｆａ１も、共振周波数ｆｒ１よりも高い。そのため、第１のＬＣ共振回路１１の共振周波数ｆｃ１と、第１の弾性波共振器１２の反共振周波数ｆａ１は、互いに比較的近い。これにより、反共振周波数ｆａ１に起因してハイパスフィルタ２０の通過減衰特性が悪化するこという前述の問題の発生を防止することができる。

次に、ハイパスフィルタ２０の特徴について説明する。ハイパスフィルタ２０の第２のＬＣ共振回路２１は、第２の遮断周波数ｆ_Ｈよりも低い共振周波数ｆｃ２を有している。これにより、図３に示したように、ハイパスフィルタ２０の通過減衰特性５２では、ハイパスフィルタ２０の通過帯域外の共振周波数ｆｃ２において第３の減衰極が形成される。

ハイパスフィルタ２０において、第２のＬＣ共振回路２１から第２の信号ポート４に至る経路に設けられた第２の弾性波共振器２２は、反共振周波数ｆａ２においてアドミッタンスが最小になる。反共振周波数ｆａ２は、第２の遮断周波数ｆ_Ｈよりも低い。これにより、図３に示したように、ハイパスフィルタ２０の通過減衰特性５２では、ハイパスフィルタ２０の通過帯域外の反共振周波数ｆａ２において第４の減衰極が形成される。

本実施の形態によれば、第２の弾性波共振器２２の反共振周波数ｆａ２を、第２のＬＣ共振回路２１の共振周波数ｆｃ２よりも高くすることにより、図３に示したように、第２の遮断周波数ｆ_Ｈに近い周波数領域において急峻に変化するハイパスフィルタ２０の通過減衰特性を実現することが可能になる。

本実施の形態におけるハイパスフィルタ２０は、特に、以下の第３および第４の特徴を有している。第３の特徴は、第２のＬＣ共振回路２１から第２の信号ポート４に至る経路に設けられた第２の弾性波共振器２２の、反共振周波数ｆａ２における並列共振を利用して第４の減衰極を形成していることである。第４の特徴は、ハイパスフィルタ２０が、第２のＬＣ共振回路２１と第２の弾性波共振器２２とを含むことである。以下、この第３および第４の特徴の組み合わせによる効果について、図６を参照して説明する。

図６は、第２の信号ポート４から見たハイパスフィルタ２０のインピーダンス特性を示すスミスチャートである。図６において、記号ｆａ２で示した点は、第２の弾性波共振器２２の反共振周波数ｆａ２における、第２の信号ポート４から見たハイパスフィルタ２０のインピーダンスを示している。また、図６において、記号ｆｃ２で示した点は、第２のＬＣ共振回路２１の共振周波数ｆｃ２における、第２の信号ポート４から見たハイパスフィルタ２０のインピーダンスを示している。

反共振周波数ｆａ２において第２の弾性波共振器２２のアドミッタンスが最小になることにより、図６に示したように、ハイパスフィルタ２０の反射係数の絶対値が大きくなる。これにより、ハイパスフィルタ２０の通過減衰特性において、反共振周波数ｆａ２の位置に第４の減衰極が形成される。

一方、共振周波数ｆｒ２では、第２の弾性波共振器２２のインピーダンスが最小になる。もし、ハイパスフィルタ２０が第２のＬＣ共振回路２１を含んでいない場合には、ハイパスフィルタ２０の反射係数の絶対値は、共振周波数ｆｒ２において局所的に小さくなる。これにより、ローパスフィルタ１０の通過減衰特性では、共振周波数ｆｒ２において減衰量が局所的に大きくなる。その結果、ローパスフィルタ１０の通過減衰特性が悪化するという問題が発生する。この問題は、特に、図３に示したように、共振周波数ｆｒ２が第１の遮断周波数ｆ_Ｌよりも低い場合すなわち共振周波数ｆｒ２がローパスフィルタ１０の通過帯域内にある場合に顕著になる。

これに対し、本実施の形態では、ハイパスフィルタ２０が第２のＬＣ共振回路２１を含んでいるため、図６に示したように、第２のＬＣ共振回路２１の共振周波数ｆｃ２においてハイパスフィルタ２０の反射係数の絶対値を大きくすることができる。図３に示したように、第２のＬＣ共振回路２１の共振周波数ｆｃ２は、第２の弾性波共振器２２の反共振周波数ｆａ２よりも低い。第２の弾性波共振器２２の共振周波数ｆｒ２も、反共振周波数ｆａ２よりも低い。そのため、第２のＬＣ共振回路２１の共振周波数ｆｃ２と、第２の弾性波共振器２２の共振周波数ｆｒ２は、互いに比較的近い。これにより、共振周波数ｆｒ２に起因してローパスフィルタ１０の通過減衰特性が悪化するこという前述の問題の発生を防止することができる。

次に、比較例の分波器と比較しながら、本実施の形態に係る分波器１の効果について更に説明する。初めに、図７を参照して、比較例の分波器１０１の構成について説明する。分波器１０１は、本実施の形態に係る分波器１におけるローパスフィルタ１０とハイパスフィルタ２０の代わりに、ローパスフィルタ１１０とハイパスフィルタ１２０とを備えている。

ローパスフィルタ１１０は、共通ポート２と第１の信号ポート３との間に、共通ポート２側から順に直列に設けられたインダクタＬ１１１とインダクタＬ１１２を含んでいる。ローパスフィルタ１１０は、更に、インダクタＬ１１１に対して並列に接続されたキャパシタＣ１１１と、インダクタＬ１１２に対して並列に接続されたキャパシタＣ１１２を含んでいる。ローパスフィルタ１１０は、更に、インダクタＬ１１１とインダクタＬ１１２との接続点と、グランドとの間に設けられたキャパシタＣ１１３と、第１の信号ポート３とグランドとの間に設けられたキャパシタＣ１１４を含んでいる。

ハイパスフィルタ１２０は、共通ポート２と第２の信号ポート４との間に、共通ポート２側から順に直列に設けられたインダクタＬ１２１とキャパシタＣ１２１とキャパシタＣ１２２とインダクタＬ１２２を含んでいる。ハイパスフィルタ１２０は、更に、キャパシタＣ１２１とキャパシタＣ１２２との接続点と、グランドとの間に、接続点側から順に直列に設けられたインダクタＬ１２３とキャパシタＣ１２３を含んでいる。

図８は、比較例の分波器１０１の特性の一例を示す特性図である。図９は、図８に示した特性の一部を拡大して示す特性図である。図８および図９において、横軸は周波数、縦軸は減衰量である。図８および図９において、符号１５１を付した曲線は、ローパスフィルタ１１０の通過減衰特性を示している。また、符号１５２を付した曲線は、ハイパスフィルタ１２０の通過減衰特性を示している。図８および図９に示した特性は、シミュレーションによって求めたものである。

図８および図９に示した通過減衰特性１５１に比べて、図３および図４に示した通過減衰特性５１は、第１の遮断周波数ｆ_Ｌに近い周波数領域において急峻に変化している。これにより、ローパスフィルタ１０では、第１の通過帯域内の周波数であって第１の遮断周波数ｆ_Ｌに近い周波数における減衰量が、同じ周波数におけるローパスフィルタ１１０の減衰量よりも小さくなっている。例えば、２．２ＧＨｚにおけるローパスフィルタ１１０の減衰量が１．７５４ｄＢであるのに対し、２．２ＧＨｚにおけるローパスフィルタ１０の減衰量は１．２７２ｄＢである。

また、図８および図９に示した通過減衰特性１５２に比べて、図３および図４に示した通過減衰特性５２は、第２の遮断周波数ｆ_Ｈに近い周波数領域において急峻に変化している。これにより、ハイパスフィルタ２０では、第２の通過帯域内の周波数であって第２の遮断周波数ｆ_Ｈに近い周波数における減衰量が、同じ周波数におけるハイパスフィルタ１２０の減衰量よりも小さくなっている。例えば、２．３ＧＨｚにおけるハイパスフィルタ１２０の減衰量が１．５４４ｄＢであるのに対し、２．３ＧＨｚにおけるハイパスフィルタ２０の減衰量は１．２４８ｄＢである。

以上説明したように、本実施の形態によれば、第１の遮断周波数ｆ_Ｌに近い周波数領域において急峻に変化するローパスフィルタ１０の通過減衰特性と、第２の遮断周波数ｆ_Ｈに近い周波数領域において急峻に変化するハイパスフィルタ２０の通過減衰特性を実現することが可能になる。

もし、それぞれＬＣフィルタによって構成されたローパスフィルタとハイパスフィルタにおいて、遮断周波数に近い周波数領域において急峻に変化する通過減衰特性を実現しようとすると、大きなＱ値を得るためにインダクタを大きくしたり、段数を多くしたりする必要が生じる。その場合、ローパスフィルタとハイパスフィルタが大型化してしまう。

本実施の形態では、ローパスフィルタ１０は第１の弾性波共振器１２を含み、ハイパスフィルタ２０は第２の弾性波共振器２２を含んでいる。一般的に、弾性波共振器では、ＬＣ共振器に比べて大きなＱ値を実現することができる。具体的には、一般的なＬＣ共振器のＱ値は５０〜１００の範囲内であるのに対し、弾性波共振器では２００以上のＱ値を実現することができる。第１および第２の弾性波共振器１２，２２のＱ値は、２００以上であり、例えば６００〜１０００の範囲内である。従って、本実施の形態によれば、インダクタを大きくしたり段数を多くしたりすることなく、上記のローパスフィルタ１０の通過減衰特性とハイパスフィルタ２０の通過減衰特性を実現することができる。

以上のことから、本実施の形態によれば、比較的近い２つの周波数帯域の２つの信号を分離するのに適し、且つ小型化が可能な分波器１を実現することができる。

ここで、図１０を参照して、ハイパスフィルタ２０におけるインダクタＬ２２，Ｌ２３の作用について説明する。図１０は、図３に示した周波数範囲よりも広い周波数範囲におけるローパスフィルタ１０の通過減衰特性５１とハイパスフィルタ２０の通過減衰特性５２を示している。図１０において、横軸は周波数、縦軸は減衰量である。

また、図１０には、ハイパスフィルタ２０がインダクタＬ２２，Ｌ２３を含まない場合におけるローパスフィルタ１０の通過減衰特性とハイパスフィルタ２０の通過減衰特性を、それぞれ符号６１，６２を付した破線で示している。

ハイパスフィルタ２０がインダクタＬ２２，Ｌ２３を含む場合には、ハイパスフィルタ２０がインダクタＬ２２，Ｌ２３を含まない場合に比べて、キャパシタＣ２２のキャパシタンスとキャパシタＣ２３のキャパシタンスを小さくすることができる。これにより、図１０に示したように、ローパスフィルタ１０では、第１の減衰極が形成される周波数ｆｃ１（図３参照）よりも高い周波数領域における減衰量を大きくすることができ、ハイパスフィルタ２０では、第３の減衰極が形成される周波数ｆｃ２（図３参照）よりも低い周波数領域における減衰量を大きくすることができる。

なお、本実施の形態において、ローパスフィルタ１０の構成は、図１に示した構成に限られない。第１のＬＣ共振回路１１および第１の弾性波共振器１２以外のローパスフィルタ１０の構成要素は、第１のＬＣ共振回路１１および第１の弾性波共振器１２に対して、共通ポート２により近い位置に設けてもよいし、第１の信号ポート３により近い位置に設けてもよい。

同様に、ハイパスフィルタ２０の構成は、図１に示した構成に限られない。第２のＬＣ共振回路２１および第２の弾性波共振器２２以外のハイパスフィルタ２０の構成要素は、第２のＬＣ共振回路２１および第２の弾性波共振器２２に対して、共通ポート２により近い位置に設けてもよいし、第２の信号ポート４により近い位置に設けてもよい。

また、本発明の分波器は、第１のＬＣ共振回路１１および第１の弾性波共振器１２を含む構成のローパスフィルタ１０と、任意の構成のハイパスフィルタを備えたものであってもよい。この場合の分波器によれば、少なくとも、分波器を大型化することなく、第１の遮断周波数ｆ_Ｌに近い周波数領域において急峻に変化するローパスフィルタ１０の通過減衰特性を実現することができるという効果が得られる。

また、本発明の分波器は、第２のＬＣ共振回路２１および第２の弾性波共振器２２を含む構成のハイパスフィルタ２０と、任意の構成のローパスフィルタを備えたものであってもよい。この場合の分波器によれば、少なくとも、分波器を大型化することなく、第２の遮断周波数ｆ_Ｈに近い周波数領域において急峻に変化するハイパスフィルタ２０の通過減衰特性を実現することができるという効果が得られる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る分波器について説明する。図１１は、本実施の形態に係る分波器の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る分波器２０１は、互いに異なる３つの周波数帯域内の周波数の３つの信号を分離するものである。以下、互いに異なる３つの周波数帯域を、低い方から順に、低帯域、中間帯域、高帯域と言う。

本実施の形態に係る分波器２０１は、共通ポート２０２と、３つの信号ポート２０３，２０４，２０５を備えている。分波器２０１は、更に、ローパスフィルタ２１０と、ハイパスフィルタ２２０と、ローパスフィルタ２２１と、ハイパスフィルタ２２２とを備えている。以下、ローパスフィルタ２１０、ハイパスフィルタ２２０、ローパスフィルタ２２１、ハイパスフィルタ２２２を、それぞれ、ＬＰＦ２１０、ＨＰＦ２２０、ＬＰＦ２２１、ＨＰＦ２２２と記す。

ＬＰＦ２１０は、共通ポート２０２と信号ポート２０３との間に設けられている。ＨＰＦ２２０は、それぞれ信号の入力または出力を行う第１ポートと第２ポートを有している。ＨＰＦ２２０の第１ポートは、共通ポート２０２に接続されている。ＬＰＦ２２１は、ＨＰＦ２２０の第２ポートと信号ポート２０４との間に設けられている。ＨＰＦ２２２は、ＨＰＦ２２０の第２ポートと信号ポート２０５との間に設けられている。

ＬＰＦ２１０は、低帯域内の周波数の信号を選択的に通過させる。ＨＰＦ２２０は、中間帯域内の周波数の信号および高帯域内の周波数の信号を選択的に通過させる。ＬＰＦ２２１は、中間帯域内の周波数の信号を選択的に通過させる。ＨＰＦ２２２は、高帯域内の周波数の信号を選択的に通過させる。

ここで、共通ポート２０２からＬＰＦ２１０を経由して信号ポート２０３に至る経路を、低帯域経路と言う。また、共通ポート２０２からＨＰＦ２２０およびＬＰＦ２２１を経由して信号ポート２０４に至る経路を、中間帯域経路と言う。また、共通ポート２０２からＨＰＦ２２０およびＨＰＦ２２２を経由して信号ポート２０５に至る経路を、高帯域経路と言う。低帯域内の周波数の信号は、低帯域経路を選択的に通過する。中間帯域内の周波数の信号は、中間帯域経路を選択的に通過する。高帯域内の周波数の信号は、高帯域経路を選択的に通過する。

本実施の形態では、例えば、ＬＰＦ２２１が第１の実施の形態におけるローパスフィルタ１０と同じ構成であり、ＨＰＦ２２２が第１の実施の形態におけるハイパスフィルタ２０と同じ構成である。この場合、ＨＰＦ２２０の第２ポートが本発明における共通ポートに対応し、信号ポート２０４，２０５がそれぞれ本発明における第１の信号ポート、第２の信号ポートに対応する。

図１２は、分波器２０１の特性の一例を示す特性図である。図１２において、横軸は周波数、縦軸は減衰量である。図１２において、符号２５１を付した曲線は、低帯域経路の通過減衰特性を示している。また、符号２５２を付した曲線は、中間帯域経路の通過減衰特性を示している。また、符号２５３を付した曲線は、高帯域経路の通過減衰特性を示している。図１２に示した特性は、シミュレーションによって求めたものである。

本実施の形態によれば、ＬＰＦ２２１において第１の実施の形態におけるローパスフィルタ１０と同じ効果が得られ、ＨＰＦ２２２において第１の実施の形態におけるハイパスフィルタ２０と同じ効果が得られる。

本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。

なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、本発明におけるローパスフィルタの特性とハイパスフィルタの特性は、各実施の形態に示したものに限定されず、特許請求の範囲を満たす限り任意である。

１…分波器、２…共通ポート、３…第１の信号ポート、４…第２の信号ポート、１０…ローパスフィルタ、１１…第１のＬＣ共振回路、１２…第１の弾性波共振器、２０…ハイパスフィルタ、２１…第２のＬＣ共振回路、２２…第２の弾性波共振器。

Claims

共通ポートと、
第１の信号ポートと、
第２の信号ポートと、
前記共通ポートと前記第１の信号ポートとの間に設けられ、第１の遮断周波数以下の第１の通過帯域内の周波数の信号を選択的に通過させるローパスフィルタと、
前記共通ポートと前記第２の信号ポートとの間に設けられ、前記第１の遮断周波数よりも高い第２の遮断周波数以上の第２の通過帯域内の周波数の信号を選択的に通過させるハイパスフィルタとを備えた分波器であって、
前記ローパスフィルタは、第１のＬＣ共振回路と、前記第１のＬＣ共振回路から前記第１の信号ポートに至る経路とグランドとを接続する分路に設けられた第１の弾性波共振器とを含み、
前記第１の弾性波共振器の共振周波数は、前記第１の遮断周波数よりも高いことを特徴とする分波器。
前記第１のＬＣ共振回路は、前記共通ポートと前記第１の信号ポートとの間に並列に設けられた第１のインダクタと第１のキャパシタを含むＬＣ並列共振回路であることを特徴とする請求項１記載の分波器。
前記第１の弾性波共振器の反共振周波数は、前記第２の遮断周波数よりも高いことを特徴とする請求項１または２記載の分波器。
前記第１のＬＣ共振回路の共振周波数は、前記第１の弾性波共振器の共振周波数よりも高いことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の分波器。
共通ポートと、
第１の信号ポートと、
第２の信号ポートと、
前記共通ポートと前記第１の信号ポートとの間に設けられ、第１の遮断周波数以下の第１の通過帯域内の周波数の信号を選択的に通過させるローパスフィルタと、
前記共通ポートと前記第２の信号ポートとの間に設けられ、前記第１の遮断周波数よりも高い第２の遮断周波数以上の第２の通過帯域内の周波数の信号を選択的に通過させるハイパスフィルタとを備えた分波器であって、
前記ハイパスフィルタは、第２のＬＣ共振回路と、前記第２のＬＣ共振回路から前記第２の信号ポートに至る経路に設けられた第２の弾性波共振器とを含み、
前記第２の弾性波共振器の反共振周波数は、前記第２の遮断周波数よりも低いことを特徴とする分波器。
前記第２のＬＣ共振回路は、前記共通ポートから前記第２の弾性波共振器に至る経路とグランドとの間に直列に設けられた第２のインダクタと第２のキャパシタを含むＬＣ直列共振回路であることを特徴とする請求項５記載の分波器。
前記第２の弾性波共振器の共振周波数は、前記第１の遮断周波数よりも低いことを特徴とする請求項５または６記載の分波器。
前記第２のＬＣ共振回路の共振周波数は、前記第２の弾性波共振器の反共振周波数よりも低いことを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の分波器。
共通ポートと、
第１の信号ポートと、
第２の信号ポートと、
前記共通ポートと前記第１の信号ポートとの間に設けられ、第１の遮断周波数以下の第１の通過帯域内の周波数の信号を選択的に通過させるローパスフィルタと、
前記共通ポートと前記第２の信号ポートとの間に設けられ、前記第１の遮断周波数よりも高い第２の遮断周波数以上の第２の通過帯域内の周波数の信号を選択的に通過させるハイパスフィルタとを備えた分波器であって、
前記ローパスフィルタは、第１のＬＣ共振回路と、前記第１のＬＣ共振回路から前記第１の信号ポートに至る経路とグランドとを接続する分路に設けられた第１の弾性波共振器とを含み、
前記第１の弾性波共振器の共振周波数は、前記第１の遮断周波数よりも高く、
前記ハイパスフィルタは、第２のＬＣ共振回路と、前記第２のＬＣ共振回路から前記第２の信号ポートに至る経路に設けられた第２の弾性波共振器とを含み、
前記第２の弾性波共振器の反共振周波数は、前記第２の遮断周波数よりも低いことを特徴とする分波器。
前記第１のＬＣ共振回路は、前記共通ポートと前記第１の信号ポートとの間に並列に設けられた第１のインダクタと第１のキャパシタを含むＬＣ並列共振回路であり、
前記第２のＬＣ共振回路は、前記共通ポートから前記第２の弾性波共振器に至る経路とグランドとの間に直列に設けられた第２のインダクタと第２のキャパシタを含むＬＣ直列共振回路であることを特徴とする請求項９記載の分波器。
前記第１の弾性波共振器の反共振周波数は、前記第２の遮断周波数よりも高く、
前記第２の弾性波共振器の共振周波数は、前記第１の遮断周波数よりも低いことを特徴とする請求項９または１０記載の分波器。
前記第１のＬＣ共振回路の共振周波数は、前記第１の弾性波共振器の共振周波数よりも高く、
前記第２のＬＣ共振回路の共振周波数は、前記第２の弾性波共振器の反共振周波数よりも低いことを特徴とする請求項９ないし１１のいずれかに記載の分波器。