JP2020088846A - フィルタおよびマルチプレクサ - Google Patents

Abstract

【課題】減衰特性に優れたフィルタを提供する。【解決手段】送信フィルタ４１は、送信フィルタ回路１０と付加回路３１とを有する。送信フィルタ回路１０は、第１端子Ｐ１と第２端子Ｐ２との間に設けられている。付加回路３１は、第１端子Ｐ１と第２端子Ｐ２との間で送信フィルタ回路１０の少なくとも一部と並列接続されている。付加回路３１は、弾性波伝搬方向に並置された複数のＩＤＴ電極３４からなるＩＤＴ電極群３９と、ＩＤＴ電極群３９を挟む位置に配置されかつ電極指の対数が互いに異なる２つのリフレクタ３５、３６と、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、付加回路を有するフィルタおよびマルチプレクサに関する。

弾性波フィルタおよび弾性波フィルタを用いたマルチプレクサにおいては、フィルタの減衰特性の向上やフィルタ間のアイソレーション特性の向上が求められている。そのため、従来、キャンセル回路を用いることが知られている（例えば、特許文献１）。キャンセル回路とは、フィルタ回路に並列に接続され、フィルタ回路で伝達される通過帯域外の信号成分に対し逆相のキャンセル信号を生成する付加回路である。特許文献１には、縦結合型弾性波共振子および容量からなるキャンセル回路が開示されている。

特開２０１８−７８４８９号公報

フィルタの広帯域化などを背景に、従来の構成では、対象となる周波数帯域にわたって所望の位相調整を行うことが難しく、十分な減衰特性およびアイソレーション特性を得ることが難しい場合がある。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、付加回路を有するフィルタおよびマルチプレクサにおいて減衰特性および、またはアイソレーション特性の改善を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るフィルタは、第１端子と第２端子との間に設けられたフィルタ回路と、前記フィルタ回路の少なくとも一部と並列接続された付加回路と、を備え、前記付加回路は、弾性波伝搬方向に配置された複数のＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極からなるＩＤＴ電極群と、前記ＩＤＴ電極群を挟む位置に配置されかつ電極指の対数が互いに異なる２つのリフレクタと、を有する。

また、本発明の一態様に係るマルチプレクサは、一端同士が互いに接続された第１フィルタと第２フィルタとを備え、前記第１フィルタおよび前記第２フィルタのうちの少なくとも一方のフィルタが、前述のフィルタである。

本発明に係るフィルタによれば、付加回路に用いるＩＤＴ電極群（一例として、縦結合共振子）が有する２つのリフレクタの電極指の対数を互いに異ならせるので、異なる電極指の対数に対応した異なる反射特性の組み合わせに応じて、付加回路の位相の調整範囲を広げることができる。これにより、付加回路の位相を適正に調整することが容易になり、通過帯域外の信号成分を効果的に減衰させやすくなるので、減衰特性に優れたフィルタが得られる。また、減衰特性に優れた前述のフィルタを用いることにより、アイソレーションに優れたマルチプレクサが得られる。

付加回路を有するマルチプレクサの基本的な構成の一例を示すブロック図である。 縦結合型共振子の基本的な構造の一例を模式的に示す平面図および断面図である。 実施の形態に係るマルチプレクサの構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態に係る送信フィルタの通過特性の一例を示すグラフである。 実施の形態に係るマルチプレクサのアイソレーション特性の一例を示すグラフである。 実施の形態に係る通過特性およびアイソレーション特性とリフレクタの電極指の対数の比との関係の一例を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、実施の形態および図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。なお、以下の実施の形態において、「接続される」とは、配線導体で直接接続される場合だけでなく、他の回路素子を介して電気的に接続される場合も含まれる。

（実施の形態）
実施の形態に係るフィルタおよびマルチプレクサについて、付加回路を有する送信フィルタの例および当該送信フィルタと受信フィルタとを備えるデュプレクサの例を挙げて説明する。

まず、付加回路を有するフィルタおよびマルチプレクサについて、基本的な構成および動作を説明し、その後、実施の形態に係るフィルタおよびマルチプレクサの特徴的な構成および効果を説明する。

図１は、付加回路を有するマルチプレクサの基本的な構成の一例を示すブロック図である。図１に示されるように、マルチプレクサ１は、端子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、送信フィルタ回路１０、受信フィルタ回路２０、および付加回路３０を有する。

端子Ｐ１、Ｐ２およびＰ３は、それぞれ、第１端子、第２端子および第３端子の一例である。

端子Ｐ１は、アンテナ３に接続される。

送信フィルタ回路１０は、端子Ｐ１と端子Ｐ２との間に設けられている。送信フィルタ回路１０の一端および他端はそれぞれ端子Ｐ１、Ｐ２に直接接続されてもよく、他の回路素子（図示せず）を介して接続されてもよい。送信フィルタ回路１０は、特には限定されないが、一例として、弾性波共振子を用いた弾性波フィルタであってもよく、インダクタおよびキャパシタを用いたＬＣ共振フィルタであってもよい。

受信フィルタ回路２０は、端子Ｐ１と端子Ｐ３との間に設けられている。受信フィルタ回路２０の一端および他端はそれぞれ端子Ｐ１、Ｐ３に直接接続されてもよく、他の回路素子（図示せず）を介して接続されてもよい。受信フィルタ回路２０は、特には限定されないが、一例として、弾性波共振子を用いた弾性波フィルタであってもよく、インダクタおよびキャパシタを用いたＬＣ共振フィルタであってもよい。

付加回路３０は、端子Ｐ１と端子Ｐ２との間で送信フィルタ回路１０の少なくとも一部と並列接続されている。付加回路３０の一端および他端は、端子Ｐ１と端子Ｐ２との間で送信フィルタ回路１０を含む信号経路上のノードＮ１、Ｎ２にそれぞれ接続される。ノードＮ１、Ｎ２は、送信フィルタ回路１０内にあってもよい。

付加回路３０は、互いに直列に接続された縦結合共振子３２と容量素子３７、３８とを有している。ＩＤＴ電極群３９は、弾性波の伝搬方向（例えば図１での上下方向）に並置された２つのＩＤＴ電極３４からなる。２つのＩＤＴ電極３４のうち、一方のＩＤＴ電極３４の一端は容量素子３７を介してノードＮ１に接続され、他端はグランド電極に接続される。他方のＩＤＴ電極３４の一端は容量素子３８を介してノードＮ２に接続され、他端はグランド電極に接続される。ＩＤＴ電極３４の数は２には限られず、３以上であってもよい（図示せず）。

ＩＤＴ電極群３９と、弾性波の伝搬方向でＩＤＴ電極群３９の両側に配置されたリフレクタ３５とで、弾性波の結合を利用して信号を伝達する縦結合型共振子３２が構成される。ＩＤＴ電極群３９は、縦結合型共振子には限られず、 トランスバーサル型フィルタを構成してもよい。トランスバーサル型フィルタでは、リフレクタ３５に代えて、吸音材が設けられてもよい（図示せず）。

容量素子３７は、縦結合型共振子３２とノードＮ１との間に接続され、容量素子３８は、縦結合型共振子３２とノードＮ２との間に接続されている。

ＩＤＴ電極群３９は、付加回路３０を通過する信号の位相を制御し、容量素子３７、３８は、付加回路３０を通過する信号の振幅を制御する。これにより、付加回路３０は、送信フィルタ回路１０で伝達される信号のうち通過帯域に含まれない目的の周波数帯域の信号成分（つまり、キャンセル対象の信号成分）に対するキャンセル信号を生成する。

キャンセル信号は、キャンセル対象の信号成分と合算されたときに合算結果の振幅がキャンセル対象の信号成分の振幅より小さくなる信号であり、キャンセル対象の信号成分に対し、逆位相でかつ好ましくは同振幅の信号である。

ここで、キャンセル対象の信号成分とキャンセル信号とが逆位相であるとは、−１８０°以上１８０°以下の範囲内で両者の位相差の絶対値が９０°より大きいことをいう。これは、キャンセル対象の信号成分とキャンセル信号とが互いに逆方向の位相成分を有することと等しい。

また、キャンセル信号はキャンセル対象の信号成分と同振幅であることが好ましいが、振幅が異なっていても構わない。キャンセル信号とキャンセル対象の信号成分との位相差に応じて、両者の合算結果の振幅がキャンセル対象の信号成分の振幅よりも小さくなる場合は、減衰特性を向上させることができる。

送信フィルタ回路１０と付加回路３０とは送信フィルタ４０を構成する。受信フィルタ回路２０は受信フィルタ４２を構成する。送信フィルタ４０および受信フィルタ４２は、送信信号と受信信号とを分波および合波するデュプレクサを構成する。

次に、縦結合型共振子の基本的な構造について説明する。付加回路３０に含まれる縦結合型共振子３２は、一例として、２つのＩＤＴ電極３４と２つのリフレクタ３５とで構成されている。ＩＤＴ電極３４は弾性波の伝搬方向に並べて配置され、リフレクタ３５はＩＤＴ電極３４を弾性波の伝搬方向に挟む位置に配置される。縦結合型共振子３２は、３以上のＩＤＴ電極（図示せず）を含んでもよい。

図２は、縦結合型共振子３２の基本的な構造の一例を模式的に表す平面図及び断面図である。なお、図２の例は、縦結合型共振子３２の基本的な構造を説明するためのものであって、電極を構成する電極指の本数および長さなどは、図２の例には限定されない。

ＩＤＴ電極３４は、互いに対向する一対の櫛歯状電極３４ａ、３４ｂからなる。櫛歯状電極３４ａは、互いに平行な複数の電極指５１ａと、複数の電極指５１ａのそれぞれの一端同士を接続するバスバー電極５２ａとで構成されている。櫛歯状電極３４ｂは、互いに平行な複数の電極指５１ｂと、複数の電極指５１ｂのそれぞれの一端同士を接続するバスバー電極５２ｂとで構成されている。

複数の電極指５１ａおよび５１ｂは、弾性波の伝搬方向Ｘと直交する方向に延びるように形成されており、互いに間挿し合うように配置されている。互いに隣接する１本の電極指５１ａと１本の電極指５１ｂとの組を一対と数える。したがって、ＩＤＴ電極３４の電極指の対数は、電極指５１ａの本数および電極指５１ｂの本数の平均値で表される。

なお、図２の縦結合型共振子３２の例では、２つのＩＤＴ電極３４の電極指の対数はいずれも２．５で互いに等しいが、この例には限られず、電極指の対数はＩＤＴ電極３４ごとに異なっていてもよい。また、電極指の対数に限らず、電極指の交差幅、ピッチ、デューティー比などの各種の電極パラメータがＩＤＴ電極３４ごとに異なっていてもよい。

リフレクタ３５は、互いに平行な複数の電極指５１ｃと、複数の電極指５１ｃのそれぞれの一端同士および他端同士を接続するバスバー電極５２ｃとで構成されている。複数の電極指５１ｃは、弾性波の伝搬方向Ｘと直交する方向に延びるように形成されている。

リフレクタ３５を構成する電極指の対数についても、ＩＤＴ電極３４の電極指の対数と同様、弾性波の伝搬方向に隣接する２本の電極指５１ｃの組を一対と数える。図２の縦結合型共振子３２の例では、２つのリフレクタ３５の電極指の対数はいずれも２であり、互いに等しい。

電極指５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、およびバスバー電極５２ａ、５２ｂ、５２ｃは、圧電体層５９上に形成された電極層５３で構成されている。

一例として、電極層５３は、銅、アルミニウムなどの金属またはこれらの合金で構成され、圧電体層５９は、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムなどを含有する圧電材料で構成されていてもよい。電極層５３は、図示していない密着層を介在して圧電体層５９上に形成されていてもよい。圧電体層５９は、シリコン基板などの支持基板上に形成されていてもよく、圧電体層５９自体が支持基板であってもよい。圧電体層５９は、弾性波の伝搬速度が異なる２種類の圧電体層の積層構造を有していてもよい。

送信フィルタ４０において、送信フィルタ回路１０に供給される信号は、分岐して付加回路３０にも供給される。付加回路３０に供給された信号は、縦結合型共振子３２によって位相を回転されるとともに、容量素子３７、３８によって振幅を調整され、送信フィルタ回路１０を通過するキャンセル対象の信号に対して逆位相かつ好ましくは同振幅のキャンセル信号として出力される。

キャンセル対象信号とキャンセル信号との合算結果の振幅が、キャンセル対象信号の振幅よりも減少することで、送信フィルタ４０の全体としての減衰特性およびアイソレーション特性が改善される。つまり、送信フィルタ４０における通過帯域外の信号成分の減衰量を、送信フィルタ回路１０単体での減衰量に比べて、大きくすることができる。また、マルチプレクサ１においては、減衰量に加えてアイソレーション特性を大きく確保することが可能となる。

しかしながら、前述したように、フィルタの広帯域化などを背景に、マルチプレクサ１の構成では、対象となる周波数帯域にわたって所望の位相調整を行うことが難しく、十分な減衰特性およびアイソレーション特性を得ることが難しい場合がある。

そこで、実施の形態では、電極指の対数が互いに異なる２つのリフレクタでＩＤＴ電極を挟んだ縦結合型共振子を用いて付加回路を構成する。

図３は、実施の形態に係るマルチプレクサの構成の一例を示すブロック図である。図３のマルチプレクサ２は、図１のマルチプレクサ１と比べて、付加回路３１における縦結合型共振子３３のリフレクタ３５、３６を、電極指の対数が互いに異なるリフレクタで構成した点で相違する。図３では、一例として、リフレクタ３５の電極指の対数をリフレクタ３６の対数の半数（比で０．５）としている。

送信フィルタ回路１０と付加回路３１とは、送信フィルタ４１を構成する。

このような構成によれば、付加回路３１に用いる縦結合型共振子３２の２つのリフレクタ３５、３６の電極指の対数を互いに異ならせるので、異なる電極指の対数に対応した異なる反射特性の組み合わせに応じて、付加回路３１の位相の調整範囲を広げることができる。

これにより、付加回路３１の位相を適正に調整することが容易になり、通過帯域外の信号成分を効果的に減衰させやすくなるので、減衰特性に優れた送信フィルタ４１が得られる。また、減衰特性に優れた送信フィルタ４１を用いることにより、送受信間でのアイソレーションに優れたマルチプレクサ２が得られる。

以下では、付加回路３１を用いた送信フィルタ４１およびマルチプレクサ２の効果を示すシミュレーションの結果を、付加回路３０を用いた送信フィルタ４０およびマルチプレクサ１との対比に基づいて説明する。

シミュレーションでは、付加回路３１における縦結合型共振子３３のリフレクタ３５の電極指の対数をリフレクタ３６の電極指の対数の半数（比で０．５）とし、付加回路３０における縦結合型共振子３２の２つのリフレクタ３５の電極指の対数を同数（比で１．０）とした。

また、送信フィルタ４０、４１の通過帯域（送信帯域）を７０３ＭＨｚ−７３３ＭＨｚとし、受信フィルタ４２の通過帯域（受信帯域）を７５８ＭＨｚ−７８８ＭＨｚとした。このとき、送信フィルタ４０、４１においてキャンセル対象となる信号成分の周波数帯域は、受信帯域と等しい７５８ＭＨｚ−７８８ＭＨｚである。

図４は、送信フィルタ４１、４０の端子Ｐ１−Ｐ２間での通過特性の一例を示すグラフである。

図４に見られるように、受信帯域内での減衰量の最小値は、送信フィルタ４１では約３８ｄＢであり、送信フィルタ４０では約３６ｄＢである。すなわち、キャンセル帯域内での送信フィルタ４１の減衰特性は、送信フィルタ４０と比べて優れている。

図５は、マルチプレクサ１、２の端子Ｐ３−Ｐ２間でのアイソレーション特性の一例を示すグラフである。

図５に見られるように、受信帯域内での送受信間のアイソレーションの最小値は、マルチプレクサ２では約３８ｄＢであり、マルチプレクサ１では約３７ｄＢである。すなわち、キャンセル帯域内でのマルチプレクサ２のアイソレーション特性は、マルチプレクサ１と比べて優れている。

このように、付加回路を構成する縦結合型共振子の２つのリフレクタの電極指の対数を異ならせることにより、電極指の対数を同一とした場合と比べて、受信帯域内でのフィルタの減衰量およびマルチプレクサのアイソレーションを向上できることが分かった。

シミュレーションでは、さらに、リフレクタの電極指の対数の比について、フィルタの減衰量およびマルチプレクサのアイソレーションを向上するために有効な範囲を調べた。

図６は、端子Ｐ１−Ｐ２間での通過特性および端子Ｐ３−Ｐ２間でのアイソレーション特性とリフレクタの電極指の対数の比との関係の一例を示すグラフである。図６では、縦結合型共振子を用いた付加回路を備えたフィルタの減衰量、およびマルチプレクサのアイソレーションについて、当該縦結合型共振子リフレクタの電極指の対数の比を異ならせた場合の受信帯域内での最小値をプロットしている。また、減衰量およびアイソレーションの受信帯域内での最小値についてプロットにあてはめた近似曲線を示している。

図６に見られるように、減衰量およびアイソレーションともに、リフレクタの電極指の対数の比が０．２５以上０．９２以下の範囲にある場合に、リフレクタの電極指の対数が等しい場合と比べて、より大きい（改善された）値が得られた。図６より、リフレクタの電極指の対数の比を、一例として、０．２５以上０．９２以下とすることが、減衰特性およびアイソレーション特性を向上するために有効と言える。

以上、本発明の実施の形態に係るフィルタおよびマルチプレクサについて説明したが、本発明は、個々の実施の形態には限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

例えば、実施の形態ではデュプレクサにおける送信フィルタへの適用例を挙げて説明したが、本発明は、デュプレクサにおける受信フィルタや単体のフィルタにも同様に適用できる。また、本発明は、単に周波数帯域が異なる複数の信号を分波および合波するダイプレクサ、トリプレクサ、クアッドプレクサなどにおけるフィルタに適用されてもよい。

（まとめ）
本発明の一態様に係るフィルタは、第１端子と第２端子との間に設けられたフィルタ回路と、前記フィルタ回路の少なくとも一部と並列接続された付加回路と、を備え、前記付加回路は、弾性波伝搬方向に配置された複数のＩＤＴ電極からなるＩＤＴ電極群と、前記ＩＤＴ電極群を挟む位置に配置されかつ電極指の対数が互いに異なる２つのリフレクタと、を有する。

このような構成によれば、付加回路に用いる２つのリフレクタの電極指の対数を互いに異ならせるので、異なる電極指の対数に対応した異なる反射特性の組み合わせに基づいて、付加回路の位相の調整範囲を広げることができる。これにより、付加回路の位相を適正に調整することが容易になり、通過帯域外の信号成分を効果的に減衰させるキャンセル信号を得やすくなるので、減衰特性に優れたフィルタが得られる。

また、前記ＩＤＴ電極群と前記２つのリフレクタとは縦結合型共振子を構成していてもよい。

このような構成によれば、付加回路に用いる縦結合型共振子の２つのリフレクタの電極指の対数が同数である場合と比べて、位相の調整範囲がより広い縦結合型共振子を構成できるので、当該縦結合型共振子を用いて通過帯域外の減衰特性に優れたフィルタを、より確実に得ることができる。

また、前記２つのリフレクタのうち、電極指の対数がより少ないリフレクタの電極指の対数をＭ、電極指の対数がより多いリフレクタの電極指の対数をＮと表記するとき、０．２５≦Ｍ／Ｎ≦０．９２であるとしてもよい。

このような構成によれば、付加回路に用いる２つのリフレクタの電極指の対数が同数である場合と比べて、通過帯域外の減衰特性に優れたフィルタを、より確実に得ることができる。

本発明の一態様に係るマルチプレクサは、一端同士が互いに接続された第１フィルタと第２フィルタとを備え、前記第１フィルタおよび前記第２フィルタのうちの少なくとも一方のフィルタが、前述のフィルタである。

このような構成によれば、減衰特性に優れた前述のフィルタを用いることにより、アイソレーションに優れたマルチプレクサが得られる。

本発明は、付加回路を有するフィルタおよびマルチプレクサとして、携帯電話機などの通信機器に広く利用できる。

１、２ マルチプレクサ
１０ 送信フィルタ回路
２０ 受信フィルタ回路
３０、３１ 付加回路
３２、３３ 縦結合型共振子
３４ ＩＤＴ電極
３４ａ、３４ｂ 櫛歯状電極
３５、３６ リフレクタ
３７、３８ 容量素子
３９ 共振子群
４０、４１ 送信フィルタ
４２ 受信フィルタ
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ 電極指
５２ａ、５２ｂ、５２ｃ バスバー電極
５３ 電極層
５９ 圧電体層
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３ 端子
Ｎ１、Ｎ２ ノード

Claims (4)

1. 第１端子と第２端子との間に設けられたフィルタ回路と、
   前記フィルタ回路の少なくとも一部と並列接続された付加回路と、を備え、
   前記付加回路は、弾性波伝搬方向に配置された複数のＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極からなるＩＤＴ電極群と、
   前記ＩＤＴ電極群を挟む位置に配置されかつ電極指の対数が互いに異なる２つのリフレクタと、を有する、
   フィルタ。
2. 前記ＩＤＴ電極群と前記２つのリフレクタとは縦結合型共振子を構成している、請求項１に記載のフィルタ。
3. 前記２つのリフレクタのうち、電極指の対数がより少ないリフレクタの電極指対数をＭ、電極指の対数がより多いリフレクタの対数をＮと表記するとき、０．２５≦Ｍ／Ｎ≦０．９２である、
   請求項１または２に記載のフィルタ。
4. 一端同士が互いに接続された第１フィルタと第２フィルタとを備え、
   前記第１フィルタおよび前記第２フィルタのうちの少なくとも一方のフィルタが、請求項１から３のいずれか１項に記載のフィルタである、
   マルチプレクサ。

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