JP2018088675A - 誘導性インピーダンスを有するフィルタモジュールとフィルタアレイ - Google Patents
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Abstract
【課題】弾性表面波共振器のような容量性素子を使用して構成されたフィルタのインピーダンス整合が図れ、挿入損失及び雑音指数が低減されるフィルタモジュールを提供する。【解決手段】フィルタモジュール２００は、所定の通過帯域を有するフィルタ２２０と、当該フィルタ２２０のインピーダンス整合用の整合共振器２１０とを含む。当該フィルタ２２０の通過帯域は、当該整合共振器２１０の共振周波数と反共振周波数との間の範囲にわたる周波数帯域に含まれる。当該フィルタ２２０の通過帯域の中心周波数は、当該整合共振器２１０の共振周波数と反共振周波数との間の範囲にわたる帯域の中心周波数よりも低い。【選択図】図３
Description
関連出願の相互参照
本願は、同時係属する２０１７年４月２８日出願の「誘導性インピーダンスを有するフィルタモジュールとフィルタアレイ」との名称の米国仮出願第６２／４９１，３３０号と、同時係属する２０１６年１１月８日出願の「誘導性インピーダンスを有するフィルタモジュールとフィルタアレイ」との名称の米国仮出願第６２／４１８，９６１号との、米国特許法第１１９条（ｅ）に規定される利益を主張する。これらはそれぞれ、あらゆる目的でその全体がここに参照として組み入れられる。
本願は、同時係属する２０１７年４月２８日出願の「誘導性インピーダンスを有するフィルタモジュールとフィルタアレイ」との名称の米国仮出願第６２／４９１，３３０号と、同時係属する２０１６年１１月８日出願の「誘導性インピーダンスを有するフィルタモジュールとフィルタアレイ」との名称の米国仮出願第６２／４１８，９６１号との、米国特許法第１１９条（ｅ）に規定される利益を主張する。これらはそれぞれ、あらゆる目的でその全体がここに参照として組み入れられる。
従来、携帯電話機のような通信機器において、送信信号と、受信信号のような異なる帯域の他信号とを分離するためのフィルタデバイスが使用されている。フィルタデバイスに対しては、帯域通過フィルタが使用されている。かかる帯域通過フィルタは、すべてがニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウム製の圧電基板上に形成される一以上のインターディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）電極及び反射器を含む弾性表面波（ＳＡＷ）共振器を使用して構成することができる。ＳＡＷ共振器のような容量性素子を備えるように構成されたフィルタは、容量性インピーダンスを有するので、インピーダンス整合を達成するべく誘導性素子が、フィルタと外部端子との間に接続されることがある。
図１Ａは、整合用のインダクタ１１０が帯域通過フィルタ１２０に適用された従来型フィルタモジュール１００の第１例を示す。図１Ａの回路図に示されるように、整合用のインダクタ１１０は、フィルタ１２０に直列かつフィルタ１２０の前に接続される。図１Ｂのスミスチャートを参照すると、第１の従来型フィルタモジュール１００の、フィルタ１２０の通過帯域におけるインピーダンスが実線１３０で示される。インピーダンス１３０は、スミスチャートの上半分に現れ、誘導性である。比較のために、フィルタ１２０単独の又は整合用のインダクタ１１０なしの比較例インピーダンスが破線１３５によって示される。この比較例のインピーダンス１３５は、スミスチャートの下半分に現れ、容量性である。
図２は、整合用のインダクタ１１０が帯域通過フィルタ１２０に適用された従来型フィルタモジュール１００ａの第２例を示す。図２Ａの線図に示されるように、整合用のインダクタ１１０は、フィルタ１２０に並列かつフィルタ１２０の前に接続される。すなわち、インダクタ１１０は、グランドと、入力端子１１５及びフィルタ１２０間を結ぶノード１２５のとの間に接続される。図２Ｂのスミスチャートを参照すると、フィルタ１２０の通過帯域における第２従来型フィルタモジュール１００ａのインピーダンスが実線１４０で示される。インピーダンス１４０は、スミスチャートの上半分に現れ、誘導性である。比較のために、フィルタ１２０単独の又は整合用のインダクタ１１０なしのインピーダンスが、ほとんどがスミスチャートの下半分に現れる破線１４５で示され、容量性である。
側面及び実施形態が、帯域通過フィルタを含むフィルタモジュールに関し、複数の帯域通過フィルタを含むフィルタアレイに関する。
整合を目的として誘導性素子が、ＳＡＷ共振器のような容量性素子を使用して構成されたフィルタに適用されると、当該フィルタは低いＱ値を有することがあり、当該フィルタの挿入損失及び雑音指数が劣化し得る。
上述の問題に鑑みて提案される側面及び実施形態は、ＳＡＷ共振器のような容量性素子を使用して構成された帯域通過フィルタを含むフィルタモジュールを与える。当該フィルタモジュールは、挿入損失及び雑音指数を低減するべくインピーダンスが整合される。さらに、側面及び実施形態が、複数の帯域通過フィルタを含むフィルタアレイを与える。当該フィルタアレイは、挿入損失及び雑音指数を低減するべくインピーダンスが整合される。
所定の実施形態に係るフィルタモジュールは、所定の通過帯域を有するフィルタと、当該フィルタのインピーダンス整合用の整合共振器とを含み、当該フィルタの通過帯域は、インピーダンス整合共振器の共振周波数と反共振周波数との間の範囲にわたる帯域に含まれる。フィルタの通過帯域の中心周波数は、整合共振器の共振周波数と反共振周波数との間の範囲にわたる帯域の中心周波数よりも低くしてよい。
フィルタは、フィルタモジュールの入力接触部から出力接触部へと向かって延びる信号経路に配置される。整合共振器は、入力接触部とフィルタとの間、又はフィルタと出力接触部との間に配置してよい。
整合共振器は、グランドと、入力接触部及びフィルタ間を結ぶノードとの間に、又はフィルタ及び出力接触部間を結ぶノードとの間に並列に接続してよい。フィルタモジュールはさらに、整合共振器に直列に接続される伸長コイルを含んでよい。伸長コイルは、整合共振器のノード側又はグランド側に配置してよい。
整合共振器は、入力接触部とフィルタとの間に直列に、又はフィルタと出力接触部との間に直列に接続してよい。フィルタモジュールはさらに、整合共振器に並列に接続された伸長コイルを含んでよい。
フィルタ及び整合共振器は、弾性表面波共振器、バルク弾性波共振器及び圧電薄膜共振器の少なくとも一つを含んでよい。フィルタは、ラダー型フィルタ又は縦結合型フィルタとしてよい。整合共振器は、例えば、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸リチウム、二酸化テルル又は五酸化タンタル製の基板上に形成された弾性表面波共振器としてよい。整合共振器及びフィルタはそれぞれが、別個の基板上に形成されてよい。代替的に、整合共振器及びフィルタは、同じ単一の基板に形成してよい。
所定の実施形態に係るフィルタアレイは、第１通過帯域を有する第１フィルタと、第２通過帯域を有する第２フィルタと、第１フィルタ及び第２フィルタのための整合共振器と、当該整合共振器を第１フィルタ及び第２フィルタの切り替え先の一方に接続する切り替えスイッチとを含み、第１通過帯域及び第２通過帯域は、当該整合共振器の共振周波数と反共振周波数との間の範囲にわたる帯域に含まれる。第１通過帯域の中心周波数と第２通過帯域の中心周波数とはそれぞれが、整合共振器の共振周波数と反共振周波数との間の範囲にわたる帯域の中心周波数よりも低くてよい。
一定の側面及び実施形態によれば、整合されたインピーダンスを与えることにより、挿入損失及び雑音指数を低減することができる。
少なくとも一つの実施形態の様々な側面が、縮尺どおりであることを意図しない添付図面を参照して以下に説明される。図面は、様々な側面及び実施形態の例示及びさらなる理解を与えるべく含められ、本明細書に組み入れられかつその一部を構成するが、本発明の限界を定めることは意図しない。図面において、様々な図面に例示される同一又はほぼ同一の構成要素はそれぞれが、同じ番号で表される。明確性を目的として、すべての図面においてすべての構成要素が標識されているわけではない。
以下、図面を参照して側面及び実施形態が詳細に説明される。
図３は、所定の実施形態に係るフィルタモジュール２００の一例を示すブロック図である。フィルタモジュール２００は、フィルタ２２０及び整合共振器２１０を含む。一例において、フィルタ２２０は、所定の帯域を通過させる帯域通過フィルタであり、インピーダンスが誘導性となるように整合されている。
図３に示されるように、帯域通過フィルタ２２０は、フィルタモジュール２００の入力接触部２０２からフィルタモジュール２００の出力接触部２０４まで延びる信号経路２０８に沿って配置される。さらに、図３に示されるように、所定の実施形態に係るフィルタモジュール２００は、入力接触部２０２とフィルタ２２０との間に接続された整合共振器２１０を含む。一例において、整合共振器２１０はＳＡＷ共振器である。所定の実施形態によれば、フィルタ２２０は、その通過帯域が、整合共振器２１０の共振周波数と反共振周波数との間の範囲にわたる帯域に含まれるように構成される。
一例において、フィルタ２２０はラダー型フィルタ構成を有し、弾性表面波（ＳＡＷ）共振器を使用して実装することができる。ラダー型フィルタ構成の一例が図４に示される。所定例において、フィルタ２２０を形成するラダー型フィルタは、複数の直列共振器２２２及び並列共振器２２４によって構成される。複数の直列共振器２２２は、フィルタ２２０の入力部２２６と出力接触部２０４との間の信号経路２０８に沿って互いに直列に接続される。複数の並列共振器２２４は、信号経路２０８とグランドとの間に接続される。直列共振器２２２は、共振周波数が配置された通過帯域を有するように構成され、並列共振器２２４は、反共振周波数が配置された通過帯域を有するように構成される。対照的に、整合共振器２１０は、整合共振器の共振周波数と反共振周波数との間の範囲にわたる帯域に含まれた通過帯域を有する。その結果、整合共振器は、ラダー型フィルタを形成する直列共振器２２２及び並列共振器２２４の双方とも異なる周波数特性を有する。
所定の実施形態によれば、フィルタモジュール２００における整合共振器２１０は、フィルタ２２０の通過帯域において誘導性なので、インダクタとして動作する。その結果、所定の実施形態に係るフィルタモジュール２００によれば、（例えば図１及び２に示されるように）従来のように整合用のインダクタ１１０を付加することなく、フィルタモジュールの通過帯域のインピーダンスを誘導性にすることができる。
さらに、所定の実施形態に係る整合共振器２１０は、従来の整合用のインダクタ１１０と比べると誘導性領域のＱ値は高く、Ｑ値は例えば１００よりも大きい。上述のように、従来の整合用のインダクタ１１０に関連付けられる低Ｑ値は、フィルタの挿入損失及び雑音指数を劣化させ得る。対照的に、整合共振器２１０は高Ｑ値を有し得るので、フィルタモジュール２００の性能に対してマイナスの影響を与える可能性が低くなる。
所定の実施形態に係るフィルタモジュール２００は、フィルタ２２０の通過帯域の中心周波数が、整合共振器２１０の共振周波数と反共振周波数との間の範囲にわたる帯域の中心周波数よりも低くなるように設計される。所定の実施形態に係るフィルタモジュール２００は、フィルタ２２０の通過帯域が、整合共振器２１０のインダクタ成分の変化量が小さい領域に配置され得るような周波数特性を有するので、整合が容易になる。
なお、所定の実施形態に係るフィルタモジュール２００が、ＳＡＷ共振器により構成されたラダー型フィルタを使用するフィルタ２２０を含むが、他の実施形態はこれに限られない。他の実施形態に係るフィルタ２２０は、例えば、ＳＡＷ共振器に代えて又は加えてバルク弾性波（ＢＡＷ）共振器又は圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）を含んでよい。さらに、いくつかの実施形態においてフィルタ２２０はラダー型フィルタであるが、他の実施形態は、これに限られず、フィルタ２２０は他の構成を有してよい。例えば、フィルタ２２０は縦結合型フィルタとしてよい。
所定の実施形態に係るフィルタモジュール２００が、整合共振器２１０のためにＳＡＷ共振器を使用するにもかかわらず、他の実施形態はこれに限られない。いくつかの実施形態に係る整合共振器２１０は、例えば、バルク弾性波（ＢＡＷ）共振器又は圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）を使用して実装することができる。
図３に示されるフィルタモジュール２００の例において、整合共振器２１０は、フィルタ２２０の入力部に接続されるが、他の実施形態においては、整合共振器２１０は、フィルタ２２０の出力部に、すなわちフィルタ２２０と出力接触部２０４との間に、接続することができる。したがって、以下の実施形態は、説明の便宜上、フィルタ２２０の入力部に配置される整合共振器２１０によって例示されるが、整合共振器は、当該フィルタの出力部に配置してもよい。
上述のように、所定の実施形態に係るフィルタモジュール２００は、フィルタ２２０の通過帯域が、整合共振器２１０の共振周波数と反共振周波数との間の範囲にわたる帯域に配置されるように設計される。フィルタ２２０の通過帯域が比較的狭い場合には、整合共振器２１０の共振周波数と反共振周波数との間の帯域幅をフィルタの通過帯域よりも広くすることが容易となり得る。しかしながら、フィルタ２２０の通過帯域が広い場合であっても、整合共振器２１０は、整合共振器の共振周波数と反共振周波数との間の帯域幅が依然として当該フィルタの通過帯域よりも広くなるように構成することができる。例えば、整合共振器２１０の共振周波数と反共振周波数との間の帯域幅は、当該整合共振器の基板の材料を適切に選択することにより広くすることができる。例えば、整合共振器２１０の基板は、フィルタ２２０の基板の電気機械結合係数（ｋ２）よりも大きな電気機械結合係数を有する材料から形成することができる。
整合共振器２１０の共振周波数と反共振周波数との間の帯域幅は、基板の電気機械結合係数と正の相関がある。これにより、整合共振器２１０の基板に使用される材料の電気機械結合係数を大きく構成することにより、共振周波数と反共振周波数との間の帯域幅を広くすることができる。したがって、フィルタ２２０の通過帯域が比較的広い場合であっても、当該フィルタの通過帯域を、整合共振器２１０の共振周波数と反共振周波数との間の範囲にわたる帯域に配置することができる。
整合共振器２１０のために使用され、かつ、大きな電気機械結合係数を有するこのような基板は、低カット角のニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）又はニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）から作ることができる。さらに、二酸化テルル（ＴｅＯ２）薄膜、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）薄膜等においては、ラブ波を使用することができる。なおもさらに、電気機械結合係数を高めるべくラム波を使用することもできる。加えて、整合共振器２１０とフィルタ２２０との間で異なる電極材料を使用して当該整合共振器の電気機械結合係数を高めることは、ＢＡＷ共振器及びＦＢＡＲにおいて有効である。
このように、フィルタ２２０の通過帯域が比較的広い場合であっても、当該フィルタの通過帯域を、整合共振器２１０の共振周波数と反共振周波数との間の範囲にわたる帯域に、当該整合共振器の基板の材料を適切に選択することによって配置することができる。整合共振器２１０は、広い通過帯域にわたって誘導性インピーダンスを有するので、フィルタモジュール２００の通過帯域のインピーダンスを誘導性に構成することができる。
所定例によれば、フィルタ２２０の通過帯域が比較的広い場合、伸長コイルを整合共振器２１０に接続することにより、フィルタ２２０の通過帯域が整合共振器２１０の共振周波数と反共振周波数との間の範囲にわたる帯域に含まれるようにすることができる。伸長コイルを取り付けることにより、整合共振器２１０の共振周波数又は反共振周波数のいずれかを、当該共振周波数と反共振周波数との間の帯域幅が広くなるようにシフトすることができる。かかる伸長コイルを含むフィルタモジュール２００の構成を、さらに以下に述べる。
図５は、一実施形態に係るフィルタモジュール２００の構成を例示する回路図である。この実施形態において、フィルタモジュール２００は、フィルタ２２０の入力部に配置されかつ並列接続態様により接続された整合共振器２１０を含む。すなわち、整合共振器２１０は、信号経路２０８に沿って、グランドと、入力接触部２０２及びフィルタ２２０間を結ぶノード２０６との間に接続される。
図５に示される実施形態に係るフィルタモジュール２００もまた、上述のように、フィルタ２２０の通過帯域が、整合共振器２１０の共振周波数と反共振周波数との間に配置されるように設計される。さらに、フィルタモジュール２００は、フィルタ２２０の通過帯域の中心周波数が、整合共振器２１０の共振周波数と反共振周波数との間の範囲にわたる帯域の中心周波数よりも低くなるように設計される。
図６は、図５の実施形態に係るフィルタモジュール２００の周波数特性を示すグラフである。グラフの横軸は、フィルタ２２０の通過帯域Ｒ１の中心周波数ｆ０によって規格化して得られた規格化周波数ｆ／ｆ０を示す。実線は、フィルタ２２０の損失レベルを示し、グラフの左側の目盛に対応する。破線は、整合共振器２１０のリアクタンスを示し、グラフの右側の目盛に対応する。
上述のように、図５に示される実施形態に係るフィルタモジュール２００は、フィルタ２２０の通過帯域Ｒ１が、整合共振器２１０の共振周波数ｆ１と反共振周波数ｆ２との間の範囲にわたる帯域Ｒ２に含まれるように設計される。さらに、フィルタモジュール２００は、フィルタの通過帯域Ｒ１の中心周波数ｆ０が、整合共振器２１０の共振周波数ｆ１と反共振周波数ｆ２との間の範囲にわたる帯域Ｒ２の中心周波数よりも低くなるように設計される。
図７は、図５の実施形態に係るフィルタモジュール２００のインピーダンス特性を示すスミスチャートである。この実施形態に係るフィルタモジュール２００の通過帯域のインピーダンスは、実線２３０によって示される。インピーダンス２３０は、スミスチャートの上半分に現れ、誘導性である。比較のために、フィルタ２２０のインピーダンスが単独で、破線２３５によって示される。フィルタモジュール２００の通過帯域において、フィルタ２２０のインピーダンスは単独で、スミスチャートの下半分に現れ、容量性である。
図８は、図５に示される実施形態に係るフィルタモジュール２００のさらなる周波数特性を示すグラフである。特に図８は、減衰（縦軸においてｄＢ単位）を規格化周波数の関数として示す。減衰量は、縦軸の頂部（最低の減衰）から縦軸の下方へと増加する。この実施形態に係るフィルタモジュール２００は通過帯域Ｒ１を有し、これは、図６に実線で示されたものと同様である。わかることだが、通過帯域Ｒ１の低周波数側に配置された阻止帯域Ｒ３において減衰量が増加する谷Ｐ１が存在する。谷Ｐ１は、整合共振器２１０の共振周波数に対応する減衰極に相当する。
上述のように、所定の実施形態に係るフィルタモジュール２００は、フィルタ２２０の通過帯域において誘導性である整合共振器２１０を含み、フィルタモジュール２００の通過帯域のインピーダンスを、従来型の整合用インダクタ（図１及び２参照）を付加することなく、誘導性に構成することができる。整合共振器２１０は、誘導性通過帯域において従来型の整合用インダクタよりも高いＱ値を有するので、整合共振器に起因する挿入損失及び雑音指数の劣化を低減することができる。フィルタ２２０の通過帯域は、整合共振器２１０のインダクタ成分の変化量が小さい領域に配置されるので、整合が容易となり得る。
さらに、整合共振器２１０の共振周波数は、上述のように、所定の実施形態に係るフィルタモジュール２００における減衰極となり得る。したがって有利なことに、これにより、図８に示されるようにフィルタ２２０の通過帯域Ｒ１の低周波数側に配置された阻止帯域Ｒ３に、所望したレベルの減衰を確保することができる。
図９は、所定の実施形態に係るフィルタモジュール２００の他の構成を示す回路図である。フィルタモジュール２００は、この例において、フィルタ２２０の入力側に直列接続態様で配置された整合共振器２１０を含む。すなわち、整合共振器２１０は、入力接触部２０２とフィルタ２２０との間に接続される。
図９に示される実施形態に係るフィルタモジュール２００もまた、フィルタ２２０の通過帯域が、整合共振器２１０の共振周波数と反共振周波数との間に含まれるように設計される。フィルタモジュール２００は、フィルタ２２０の通過帯域の中心周波数が、整合共振器２１０の共振周波数と反共振周波数との間の範囲にわたる帯域の中心周波数よりも低くなるように設計される。
図１０は、図９に示される実施形態に係るフィルタモジュール２００の一例の周波数特性を示すグラフである。図８と同様に、図１０も、減衰（縦軸においてｄＢ単位）を規格化周波数の関数として示す。減衰量は、縦軸の頂部（最低の減衰）から縦軸の下方へと増加する。この実施形態のフィルタモジュール２００は、通過帯域Ｒ１を有する。わかるように、通過帯域Ｒ１よりも高域側に配置された阻止帯域Ｒ４において減衰量が増加する谷Ｐ２が存在する。この谷Ｐ２は、整合共振器２１０の反共振周波数に対応する減衰極に相当する。
図９の実施形態に係るフィルタモジュール２００は、フィルタ２２０の通過帯域において誘導性である整合共振器２１０を含み、フィルタモジュール２００の通過帯域のインピーダンスを、従来型の整合用インダクタ（図１及び２を参照）を付加することなく、誘導性に構成することができる。整合共振器２１０は、通過帯域の誘導性領域において従来型の整合用インダクタよりも高いＱ値を有するので、整合共振器に起因する挿入損失及び雑音指数の劣化を低減することができる。フィルタ２２０の通過帯域は、整合共振器２１０のインダクタ成分の変化量が小さい領域に配置されるので、整合が容易となり得る。
さらに、図９の実施形態に係るフィルタモジュールにおいては、整合共振器の反共振周波数が減衰極となり得る。したがって有利なことに、これにより、フィルタ２２０の通過帯域Ｒ１の高域側に配置された阻止帯域Ｒ４に、所望したレベルの減衰を確保することができる。
図１１は、所定の実施形態に係るフィルタモジュール２００の他の例を示す回路図である。この例において、フィルタモジュール２００は、図５に示されるものと同様の構成を有し、さらに、整合共振器２１０に直列に接続される伸長コイル２４０を含む。すなわち、伸長コイル２４０及び整合共振器２１０は、入力接触部２０２とフィルタ２２０との間を結ぶノード２０６からグランドへと順次、当該フィルタの入力部において直列となるように接続される。
図１１に示される例によれば、整合共振器２１０の共振周波数は、伸長コイル２４０がない構成よりも低域側にシフトされる。したがって、フィルタの通過帯域が比較的広い場合であっても、整合共振器２１０の共振周波数と反共振周波数との間の帯域幅を、フィルタ２２０の通過帯域が整合共振器２１０の共振周波数と反共振周波数との間の範囲にわたる帯域に含まれるように十分に広くすることができる。したがって、フィルタの通過帯域が広い場合であっても、フィルタモジュール２００のインピーダンスを誘導性に構成することができる。
なお、伸長コイル２４０を含むフィルタモジュール２００の例は、図１１に示されるように伸長コイルがノード２０６と整合共振器２１０との間に接続される構成に限られない。伸長コイル２４０は、例えば、整合共振器２１０とグランドとの間に接続することができる。すなわち、整合共振器２１０及び伸長コイル２４０を、ノード２０６からグランドへと順次、直列に配置することができる。
図１２は、所定の実施形態に係るフィルタモジュール２００の他の例を示す回路図である。この例において、フィルタモジュール２００は、図９に示されるものと同様の構成を有し、さらに、整合共振器２１０に並列に接続される伸長コイル２４０を含む。すなわち、伸長コイル２４０及び整合共振器２１０は、フィルタ２２０の入力部において、入力接触部２０２とフィルタ２２０との間に並列に接続される。
図１２に示されるフィルタモジュール２００の例において、整合共振器２１０の反共振周波数は、伸長コイル２４０によって高い方へとシフトされる。したがって、フィルタ２２０の通過帯域が比較的広い場合であっても、整合共振器２１０の共振周波数と反共振周波数との間の帯域幅を、当該フィルタの通過帯域が共振周波数と反共振周波数との間の範囲にわたる帯域に含まれるように十分に広くすることができる。したがって、フィルタ２２０の通過帯域が広い場合であっても、フィルタモジュール２００のインピーダンスを誘導性に構成することができる。
図１３は、図５に示される構成を有して整合共振器２１０及びフィルタ２２０を別個の基板で構成したフィルタモジュール２００の一例を示す。この例において、フィルタモジュール２００は、整合共振器２１０が形成された第１基板２５２と、フィルタ２２０が形成された第２基板２５４とを含む。フィルタ２２０は、ラダー型構成を有するＳＡＷ共振器を使用して実装される。この例において、整合共振器２１０は、図５を参照して上述したように、フィルタ２２０の入力部に並列接続態様で接続される。
第１基板２５２上に設けられるのは、インターディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）電極２１２、及びＩＤＴ電極の対向側に互いに対向する一対の反射器２１４であり、これらは、ＳＡＷ共振器を形成する。ＩＤＴ電極２１２は、入力接触部２０２及びフィルタ２２０間を結ぶノード２０６とグランドとの間に接続される。フィルタ２２０は、第２基板２５４上に形成されて、入力接触部２０２から出力接触部２０４へと向かう信号経路２０８に沿って直列に接続された複数の直列腕ＳＡＷ共振器２２１、２２３及び２２５を含む。フィルタ２２０はさらに、並列腕ＳＡＷ共振器２２２及び２２４を含む。これらは、グランドと図示のＳＡＷ共振器２２１、２２３、２２５間を結ぶ各ノードとの間に並列に接続される。直列腕ＳＡＷ共振器２２１、２２３、２２５と、並列腕ＳＡＷ共振器２２２、２２４とがラダー型フィルタを形成する。ＳＡＷ共振器２２１、２２２、２２３、２２４、２２５はそれぞれが、図示のＩＤＴ電極及び一対の反射器を含む。
上述のように、図１３に示される例において、フィルタモジュール２００は、第１基板２５２上に形成された整合共振器２１０と、第２基板２５４上に形成されたフィルタ２２０とを有するように構成される。したがって、第１基板２５２及び第２基板２５４それぞれに対して異なる材料を使用することにより、材料の選択肢を増やすことができる。その結果、フィルタモジュール２００の設計自由度を向上させることができる。
図１４は、整合共振器２１０及びフィルタ２２０が共通基板２５６上に形成された図５に示される構成を有するフィルタモジュール２００の他の例を示す。フィルタモジュール２００に含まれる基板２５６上に形成されるのは、入力接触部２０２から出力接触部２０４へと向かう信号経路２０８に沿って直列に接続されたＳＡＷ共振器２２１、２２３、２２５、及び、グランドとＳＡＷ共振器２２１、２２３、２２５間を結ぶ各ノードとの間に並列に接続されたＳＡＷ共振器２２２及び２２４である。図１３の例においてのように、ＳＡＷ共振器２２１、２２３、２２５、及びＳＡＷ共振器２２２、２２４は、ラダー型フィルタを構成してフィルタ２２０を与える。さらに基板２５６上に形成されるのは、整合共振器２１０を形成するＩＤＴ電極２１２及び一対の反射器２１４である。上述のように、この例において、整合共振器２１０は、フィルタ２２０の入力側に並列接続態様で接続される。すなわち、整合用のＳＡＷ共振器２１０のＩＤＴ電極２１２が、ラダー型フィルタの入力端において、グランドと、入力接触部２０２及びＳＡＷ共振器２２１間を結ぶノード２０６との間に接続される。
図１４の例において、フィルタモジュール２００は、共通基板２５６上にフィルタ２２０及び整合共振器２１０を含む。したがって、フィルタモジュール２００を小型化することができる。さらに、基板２５６上には、整合共振器２１０を含む所定の領域２５８を、大きな電気機械結合係数（ｋ２）を有する材料によって形成することができる。例えば、基板２５６の本来の材料とは異なる材料をスパッタリング、ボンディング等することにより、所定の領域２５８に薄膜を形成することができる。このように、整合用のＳＡＷ共振器２１０を含む所定の領域２５８に対して大きな電気機械結合係数を有する材料を選択することにより、フィルタモジュール２００を小型化することができ、当該フィルタモジュールに対する設計自由度を大きくすることが許容される。
図１５は、所定の実施形態に係るフィルタモジュール２００が適用されたフィルタアレイ３００の一例を示す回路図である。図示の例において、フィルタアレイ３００は、各フィルタの後段に配置された整合共振器３１２、３１４を含む。他例において、整合共振器は、例えば図５を参照して上述したように、フィルタの前段に配置することもできる。
フィルタアレイ３００は、フィルタバンク３２０を含む。これは、３つの帯域通過フィルタ、すなわち第１狭帯域フィルタ３２１、第２狭帯域フィルタ３２２及び第３広帯域フィルタ３２３を含む。第１狭帯域フィルタ３２１、第２狭帯域フィルタ３２２及び第３広帯域フィルタ３２３のそれぞれには、入力接触部３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃそれぞれを介して個別の信号が入力される。第１狭帯域フィルタ３２１及び第２狭帯域フィルタ３２２から出力される信号は、切り替えスイッチ３３０によって切り替えられ、選択された信号が、整合共振器バンク３１０を介して低雑音増幅器３４０に入力される。広帯域フィルタ３２３から出力された信号もまた、整合共振器バンク３１０を介して低雑音増幅器３４０に入力される。
整合共振器バンク３１０において、第１整合共振器３１２が、グランドと切り替えスイッチ３３０及び低雑音増幅器３４０間を結ぶノードとの間に配置される。さらに、第２整合共振器３１４が、グランドと広帯域フィルタ３２３及び低雑音増幅器３４０間を結ぶノードとの間に配置される。
整合共振器バンク３１０において、第１狭帯域フィルタ３２１及び第２狭帯域フィルタ３２２の通過帯域はそれぞれが、第１整合共振器３１２の共振周波数と反共振周波数との間の範囲にわたる帯域に含まれるように構成される。さらに、第１狭帯域フィルタ３２１及び第２狭帯域フィルタ３２２の通過帯域の中心周波数はそれぞれが、第１整合共振器３１２の共振周波数と反共振周波数との間の範囲にわたる帯域の中心周波数よりも低くなるように構成される。
第１整合共振器３１２は、低カット角を有するニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）から作られた基板上に形成されたＳＡＷ共振器としてよい。そのような大きな電気機械結合係数（ｋ２）を有する材料によって、共振周波数と反共振周波数との間の帯域幅を増加させることができる。したがって、第１狭帯域フィルタ３２１及び第２狭帯域フィルタ３２２双方の通過帯域を、第１整合共振器３１２の共振周波数と反共振周波数との間の範囲にわたる帯域に含めることができる。
広帯域フィルタ３２３の通過帯域は、第２整合共振器３１４の共振周波数と反共振周波数との間の範囲にわたる帯域に含まれるように構成される。さらに、広帯域フィルタ３２３の通過帯域の中心周波数は、第２整合共振器３１４の共振周波数と反共振周波数との間の範囲にわたる帯域の中心周波数よりも低くなるように構成される。
整合共振器バンク３１０において、第１狭帯域フィルタ３２１及び第２狭帯域フィルタ３２２は共通第１整合共振器３１２を使用する。したがって、回路構成は、フィルタアレイ３００が小型化されるように小さくすることができる。
第１整合共振器３１２は、第１狭帯域フィルタ３２１及び第２狭帯域フィルタ３２２の通過帯域において誘導性となるように構成することができ、第２整合共振器３１４は、広帯域フィルタ３２３の通過帯域において誘導性となるように構成することができる。したがって、フィルタバンク３２０に含まれる第１狭帯域フィルタ３２１、第２狭帯域フィルタ３２２及び広帯域フィルタ３２３の通過帯域のインピーダンスは、従来型の整合用インダクタ（図１及び２参照）を付加することなく誘導性に構成することができる。
整合共振器バンク３１０に含まれる第１整合共振器３１２及び第２整合共振器３１４はそれぞれが、各誘導性領域のＱ値が高く、挿入損失及び雑音指数の劣化が低減され得る。さらに、フィルタバンク３２０に含まれた第１狭帯域フィルタ３２１、第２狭帯域フィルタ３２２及び広帯域フィルタ３２３の通過帯域はそれぞれが、整合共振器バンク３１０に含まれる第１整合共振器３１２及び第２整合共振器３１４のインダクタ成分の変化量が小さい領域に配置され、整合が容易である。
フィルタバンク３２０に含まれる第１狭帯域フィルタ３２１、第２狭帯域フィルタ３２２及び広帯域フィルタ３２３の通過帯域において、整合共振器バンク３１０に含まれる第１整合共振器３１２及び第２整合共振器３１４の共振周波数が減衰極となり得る。したがって有利なことに、これにより、フィルタバンク３２０に含まれる第１狭帯域フィルタ３２１、第２狭帯域フィルタ３２２及び広帯域フィルタ３２３の通過帯域よりも低周波数側に配置された阻止帯域に、減衰量を確保することができる。
フィルタモジュール２００及びフィルタアレイ３００の例は、多様な電子機器において使用することができる。例えば、フィルタモジュール２００又はフィルタアレイ３００は、アンテナデュプレクサにおいて使用することができる。アンテナデュプレクサは、これ自身を、ＲＦフロントエンドモジュール及び通信機器のような様々な電子機器に組み入れることができる。
図１６は、フィルタモジュール２００を含む無線デバイス４００の一例のブロック図である。無線デバイス４００は、音声又はデータ通信のために構成されたセルラー電話機、スマートフォン、タブレット、モデム、通信ネットワーク、又は任意の他のポータブル若しくは非ポータブルデバイスであってよい。無線デバイス４００は、アンテナ４１０から信号を送受信することができる。アンテナ４１０は、例えば送信モードと受信モードとの間の、又は、例えば送信モード又は受信モード内の異なる周波数帯域間のスイッチングを可能にし得るアンテナスイッチモジュール（ＡＳＭ）４２０に結合される。無線デバイス４００はさらに、送信用の信号を生成し、及び／又は受信された信号を処理するように構成された送受信器４３０を含む。送信用に生成された信号は、送受信器４３０からの生成信号を増幅する電力増幅器（ＰＡ）４４０によって受信される。受信された信号は、低雑音増幅器（ＬＮＡ）４４５によって増幅された後、送受信器４３０へと与えられる。図１６にも示されるように、アンテナ４１０は、アンテナスイッチモジュール４２０及びＬＮＡ４４５を介して送受信器４３０へと与えられる信号を受信することと、送受信器４３０、ＰＡ４４６及びアンテナスイッチモジュール４２０を介して無線デバイス４００から信号を送信することとの双方を行う。しかしながら、他の例において、マルチアンテナを使用することもできる。
電力増幅器４４０は、多様なＲＦ又は他の周波数帯域の送信信号を増幅するべく使用してよい。例えば、電力増幅器４４０は、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）信号又は任意の他の適切なパルス信号を送信する補助となるように、電力増幅器の出力をパルス化するべく使用可能なイネーブル信号を受信することができる。電力増幅器４４０は、例えば、ＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ）（登録商標）信号、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）信号、広帯域符号分割多元接続（Ｗ−ＣＤＭＡ）信号、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）信号又はＥＤＧＥ信号を含む様々なタイプの信号のいずれかを増幅するように構成することができる。所定の実施形態において、スイッチ等を含む電力増幅器４４０及び関連構成要素は、例えば、ｐＨＥＭＴ若しくはＢｉＦＥＴトランジスタを使用してＧａＡｓ基板上に、又はＣＭＯＳトランジスタを使用してシリコン基板上に作製することができる。
図１６に示される例において、フィルタモジュール２００は、電力増幅器４４０とアンテナスイッチモジュール４２０との間に配置された送信経路にあるように示される。しかしながら、様々な他の構成を実装することもできる。例えば、無線デバイス４００は、送信経路又は受信経路に一以上のフィルタモジュール２００を含み得る。さらに、フィルタモジュールは、いずれかの経路における増幅器又はスイッチの前又は後に配置することができる。加えて、無線デバイス４００は、フィルタモジュール２００の代わりに又はこれに加えて、フィルタアレイ３００の一以上の例を含み得る。図１７は、例えば、送信経路において接続されたフィルタモジュール２００、及び受信経路において接続されたフィルタアレイ３００を含む無線デバイス４００の一例を示す。一以上のフィルタモジュール２００及びフィルタアレイ３００が随意的に、フィルタリング及びスイッチングアセンブリ４５０において、アンテナスイッチモジュール４２０と組み合わせられる。
図１６及び１７の無線デバイス４００はさらに、送受信器４３０に接続されて無線デバイス４００の動作のための電力を管理する電力管理サブシステム４６０を含む。電力管理システム４６０はまた、ベース帯域サブシステム４７０、及び無線デバイス４００の様々な他の構成要素の動作を制御することができる。電力管理システム４６０は、無線デバイス４００の様々な構成要素のために電力を供給する電池（図示せず）を含み又は当該電池に接続されてよい。
所定の実施形態において、ベース帯域サブシステム４７０は、ユーザとの間でやりとりされる音声又はデータの様々な入力及び出力を容易にするべくユーザインタフェイス９４０に接続される。ベース帯域サブシステム４７０はまた、無線デバイスの動作を容易にし及び／又は命令を記憶するべく、データ及び／又は命令を記憶するべく構成されたメモリ４９０に接続することができる。
少なくとも一つの実施形態のいくつかの側面を上述したが、様々な改変、修正及び改善が当業者にとって容易に想起されることを理解されたい。かかる改変、修正及び改善は、本開示の一部となることが意図され、かつ、本発明の範囲内にあることが意図される。なお、ここに開示の実施形態はその適用を、上記説明に記載の構造の詳細及び構成要素の配列に限定するものではない。ここに開示された概念及び技術は、他の実施形態において実装が可能であり、様々な態様で実施又は実行が可能である。特定の実装例は、例示のみを目的としてここに与えられ、限定されることを意図しない。また、ここで使用される表現及び用語は、説明目的であって、限定としてみなすべきではない。ここでの「含む」、「備える」、「有する」、「包含する」及びこれらの変形の使用は、以降に列挙される項目及びその均等物並びに付加項目の包括を意味する。「又は（若しくは）」の言及は、「又は（若しくは）」を使用して記載される任意の用語が、当該記載の用語の一つの、一を超える、及びすべてのものを示すように解釈され得る。ここに開示される複数の実施形態は、ここに開示の複数の原理の少なくとも一つに整合する任意の態様で他の実施形態と組み合わせることができる。「一実施形態」、「いくつかの実施形態」、「代替実施形態」、「様々な実施形態」、「一つの実施形態」等の言及は、必ずしも互いに排他的というわけではなく、記載される特定の特徴、構造又は特性が少なくとも一つの実施形態に含まれ得ることを示すことが意図される。ここでのそのような用語の登場は、からなずしもすべてが同じ実施形態を言及するわけではない。したがって、上記説明は例示にすぎず、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲の適切な構成及びその均等物から決定されるべきである。
Claims (20)
- フィルタモジュールであって、
入力接触部及び出力接触部と、
第１通過帯域を有するフィルタであって、前記入力接触部から前記出力接触部へと延びる信号経路に沿って配置されたフィルタと、
前記フィルタのインピーダンス整合のために構成されて前記フィルタに結合された整合共振器と
を含み、
前記フィルタの第１通過帯域は、前記整合共振器の共振周波数と前記整合共振器の反共振周波数との間の範囲にわたる周波数帯域に含まれるフィルタモジュール。 - 前記フィルタの第１通過帯域の第１中心周波数は、前記整合共振器の共振周波数と前記整合共振器の反共振周波数との間の範囲にわたる周波数帯域の第２中心周波数よりも低い請求項１のフィルタモジュール。
- 前記整合共振器は、前記フィルタと、前記入力接触部及び前記出力接触部の一方との間に直列に接続される請求項１のフィルタモジュール。
- 前記整合共振器に並列に接続された伸長コイルをさらに含む請求項３のフィルタモジュール。
- 前記整合共振器は、グランドと、前記入力接触部及び前記フィルタ間を結ぶ前記信号経路に沿った第１ノード、並びに前記出力接触部及び前記フィルタ間を結ぶ前記信号経路に沿った第２ノードの一方との間に接続される請求項１のフィルタモジュール。
- 前記整合共振器に直列に接続された伸長コイルをさらに含む請求項５のフィルタモジュール。
- 前記フィルタ及び前記整合共振器はそれぞれが、弾性表面波共振器、バルク弾性波共振器及び圧電薄膜共振器の少なくとも一つを含む請求項１のフィルタモジュール。
- 前記フィルタは、
前記信号経路に沿って直列に接続された複数の直列腕共振器と、
前記信号経路とグランドとの間に接続された複数の並列腕共振器と
を含むラダー型フィルタである請求項１のフィルタモジュール。 - 前記整合共振器は弾性表面波共振器である請求項８のフィルタモジュール。
- 前記フィルタの複数の直列腕共振器及び複数の並列腕共振器は第１基板上に形成され、
前記整合共振器は第２基板上に形成され、
前記第１基板及び第２基板は異なる材料から形成される請求項９のフィルタモジュール。 - 前記フィルタの複数の直列腕共振器、前記フィルタの複数の並列腕共振器、及び前記整合共振器が、共通基板上に形成される請求項９のフィルタモジュール。
- 前記フィルタの複数の直列腕共振器及び複数の並列腕共振器は前記基板の第１領域に形成され、
前記整合共振器は前記基板の第２領域に形成され、
前記基板は第１材料から作られ、
前記第２領域は、前記第１材料よりも電気機械結合係数が高い第２材料の薄膜を含む請求項１１のフィルタモジュール。 - フィルタアレイであって、
第１通過帯域を有する第１フィルタ、及び前記第１通過帯域とは異なる第２通過帯域を有する第２フィルタを含むフィルタバンクと、
第１整合共振器を含む整合共振器バンクと、
前記第１フィルタ及び第２フィルタの一方を前記第１整合共振器に選択的に接続するように動作可能なスイッチと
を含み、
前記第１通過帯域及び第２通過帯域は双方とも、前記第１整合共振器の共振周波数と前記第１整合共振器の反共振周波数との間の範囲にわたる第１周波数帯域に含まれるフィルタアレイ。 - 前記第１通過帯域の中心周波数及び前記第２通過帯域の中心周波数はそれぞれが、前記第１整合用フィルタの共振周波数と前記第１整合共振器の反共振周波数との間の範囲にわたる第１周波数帯域の中心周波数よりも低い請求項１３のフィルタアレイ。
- 前記スイッチは、前記第１フィルタ及び第２フィルタの出力と前記第１整合共振器との間に接続される請求項１５のフィルタアレイ。
- 前記フィルタバンクはさらに、前記第１通過帯域及び第２通過帯域とは異なる第３通過帯域を有する第３フィルタを含み、
前記整合共振器バンクはさらに、前記第３フィルタに接続された第２整合共振器を含み、
前記第３過帯域は、前記第２整合共振器の共振周波数と前記第２整合共振器の反共振周波数との間の範囲にわたる第２周波数帯域に含まれる請求項１３のフィルタアレイ。 - 前記第２整合共振器は前記第３フィルタの出力部に接続される請求項１６のフィルタアレイ。
- 前記第３フィルタの出力部に接続され、かつ前記スイッチに接続された低雑音増幅器をさらに含む請求項１７のフィルタアレイ。
- 無線デバイスであって、
送信用の送信信号を生成するように構成された送受信器と、
前記送受信器に接続されて前記送信信号を増幅させるように構成された電力増幅器と、
前記送信信号を前記電力増幅器から受信するように構成されたフィルタモジュールと
を含み、
前記フィルタモジュールは、
前記電力増幅器に接続された入力接触部と、
出力接触部と、
第１通過帯域を有するフィルタであって、前記入力接触部から前記出力接触部へと延びる信号経路に沿って配置されたフィルタと、
前記フィルタに結合されて前記フィルタのインピーダンス整合のために構成された整合共振器と
を含み、
前記フィルタの第１通過帯域は、前記整合共振器の共振周波数と前記整合共振器の反共振周波数との間の範囲にわたる周波数帯域に含まれる無線デバイス。 - 前記送信信号を送信するように構成されたアンテナと、
前記フィルタモジュールの出力接触部と前記アンテナとの間に接続されたアンテナスイッチモジュールと
をさらに含む請求項１９の無線デバイス。
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