JP2021164053A - 通信装置、制御装置および制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】通過帯域が可変な通信装置を提供する。【解決手段】通信装置は、出力端子と、入力端子と、入力端子と出力端子との間の経路に設けられた弾性波共振器である直列共振器と、一端が前記経路に接続され、他端が接地された弾性波共振器である並列共振器と、を備え、直列共振器および並列共振器の少なくとも１つの共振器の周波数温度係数は０以外であるフィルタと、第１の通過帯域ＰＢ２にて通信を行うとき、高周波電力を経路に出力し、第１の通過帯域ＰＢ２と異なる第２の通過帯域ＰＢ１にて通信を行うとき、高周波電力を経路に出力しない制御部と、を備える。【選択図】図５
Description
本発明は、通信装置、制御装置および制御方法に関する。
携帯電話等の無線端末の高周波回路用のフィルタおよびマルチプレクサとして、圧電薄膜共振器または弾性表面波共振器等の弾性波共振器が用いられている。圧電薄膜共振器は、圧電膜を挟み下部電極と上部電極が対向する構造を有している。弾性表面波共振器は、圧電基板上に一対の櫛型電極を有している。フィルタとして、直列共振器と並列共振器を有するラダー型フィルタが知られている。
弾性波共振器と可変容量を含むラダー型フィルタの可変容量に直流電圧を印加することでフィルタと通過帯域を変化させることが知られている（例えば非特許文献１）。共振器の消費電力が最大となる周波数付近に一定以上の電力の高周波信号が印加されると周波数が急激にシフトすることが知られている（例えば非特許文献２）。
Proceedings of 2018 Asia-Pacific Microwave Conference, TH3-B2-2 P609-611
IEEE Transactions On Ultrasonics, Ferroelectrics, And Frequency Control, Vol. 56, No.12 December 2009
携帯端末機器のマルチバンド化にともない、フロントエンド回路におけるフィルタ個数の増大により、コスト増大および大型化が課題となっている。非特許文献１のように、通過帯域を可変とすることで、フィルタ個数を削減できる。しかしながら、可変容量を用いると、フィルタの挿入損失が変化してしまう。また、可変容量を制御するため直流電流源を用いることになる。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、通過帯域を可変とすることを目的とする。
本発明は、出力端子と、入力端子と、前記入力端子と前記出力端子との間の経路に設けられた弾性波共振器である直列共振器と、一端が前記経路に接続され、他端が接地された弾性波共振器である並列共振器と、を備え、前記直列共振器および前記並列共振器の少なくとも１つの共振器の周波数温度係数は０以外であるフィルタと、第１の通過帯域を用いて通信を行うとき、高周波電力を前記経路に出力し、前記第１の通過帯域と異なる第２の通過帯域を用いて通信を行うとき、前記高周波電力を前記経路に出力しない制御部と、を備える通信装置である。
上記構成において、前記少なくとも１つの共振器は前記直列共振器の少なくとも１つの直列共振器であり、前記少なくとも１つの直列共振器の周波数温度係数は負の値であり、前記第１の通過帯域の高周波端は前記第２の通過帯域の高周波端より低く、前記高周波電力の周波数は前記第２の通過帯域の高周波端以上である構成とすることができる。
上記構成において、前記高周波電力の周波数は前記少なくとも１つの直列共振器の共振周波数と反共振周波数との間に位置する構成とすることができる。
上記構成において、前記少なくとも１つの共振器は前記直列共振器の少なくとも１つの直列共振器であり、前記少なくとも１つの直列共振器の周波数温度係数は正の値であり、前記第１の通過帯域の高周波端は前記第２の通過帯域の高周波端より高く、前記高周波電力の周波数は前記第１の通過帯域の高周波端以上である構成とすることができる。
上記構成において、前記少なくとも１つの共振器は前記並列共振器の少なくとも１つの並列共振器であり、前記少なくとも１つの並列共振器の周波数温度係数は負の値であり、前記第１の通過帯域の低周波端は前記第２の通過帯域の低周波端より低く、前記高周波電力の周波数は前記第１の通過帯域の低周波端以下である構成とすることができる。
上記構成において、前記少なくとも１つの共振器は前記並列共振器の少なくとも１つの並列共振器であり、前記少なくとも１つの並列共振器の周波数温度係数は正の値であり、前記第１の通過帯域の低周波端は前記第２の通過帯域の低周波端より高く、前記高周波電力の周波数は前記第２の通過帯域の低周波端以下である構成とすることができる。
上記構成において、前記高周波電力の周波数は前記少なくとも１つの並列共振器の共振周波数と反共振周波数との間に位置する構成とすることができる。
上記構成において、前記フィルタと直列接続され、通過帯域は前記高周波電力の周波数を含まない第２のフィルタを備える構成とすることができる。
上記構成において、前記少なくとも１つの共振器は、前記直列共振器の少なくとも１つの直列共振器と前記並列共振器の少なくとも１つの並列共振器とを含み、前記制御部は、前記第１の通過帯域を用いて通信を行うとき、前記高周波電力と、前記高周波電力とは周波数が異なる第２の高周波電力と、を前記経路に出力し、前記第２の通過帯域を用いて通信を行うとき、前記高周波電力を前記経路に出力し、前記第２の高周波電力を前記経路に出力せず、前記第１の通過帯域および前記第２の通過帯域と異なる第３の通過帯域を用いて通信を行うとき、前記第２の高周波電力を前記経路に出力し、前記高周波電力を前記経路に出力せず、前記第１の通過帯域、前記第２の通過帯域および前記第３の通過帯域と異なる第４の通過帯域を用いて通信を行うとき、前記高周波電力および前記第２の高周波電力を前記経路に出力せず、前記高周波電力の周波数は、前記第１の通過帯域、前記第２の通過帯域、前記第３の通過帯域および前記第４の通過帯域の高周波端以上であり、前記第２の高周波電力の周波数は、前記第１の通過帯域、前記第２の通過帯域、前記第３の通過帯域および前記第４の通過帯域の低周波端以下である構成とすることができる。
上記構成において、前記高周波電力は、前記第１の通過帯域を用いて通信を行うときの送信信号の電力以上である構成とすることができる。
本発明は、第１の通過帯域を用いて通信を行うとき、出力端子と、入力端子と、前記入力端子と前記出力端子との間の経路に設けられた弾性波共振器である直列共振器と、一端が前記経路に接続され、他端が接地された弾性波共振器である並列共振器と、を備え、前記直列共振器および前記並列共振器の少なくとも１つの共振器の周波数温度係数は０以外であるフィルタの前記経路に高周波電力を出力し、前記第１の通過帯域と異なる第２の通過帯域を用いて通信を行うとき、前記経路に前記高周波電力を出力しない制御装置である。
本発明は、第１の通過帯域を用いて通信を行うとき、出力端子と、入力端子と、前記入力端子と前記出力端子との間の経路に設けられた弾性波共振器である直列共振器と、一端が前記経路に接続され、他端が接地された弾性波共振器である並列共振器と、を備え、前記直列共振器および前記並列共振器の少なくとも１つの共振器の周波数温度係数は０以外であるフィルタの前記経路に高周波電力を出力し、前記第１の通過帯域と異なる第２の通過帯域を用いて通信を行うとき、前記経路に前記高周波電力を出力しない制御方法である。
本発明によれば、通過帯域を可変とすることができる。
以下、図面を参照し実施例について説明する。なお、以下の実施例において、通信バンドＢ１〜Ｂ４は例えばＬＴＥ（Long Term Evolution）バンドの送信バンドまたは受信バンドである。バンドＢ１〜Ｂ４は特定のＬＴＥバンドには対応していない。
図１（ａ）および図１（ｂ）は、実施例１に係る通信装置を用いるフロントエンド回路の回路図である。図１（ａ）は、フロントエンド回路のうち送信回路の例であり、図１（ｂ）は、受信回路の例である。
図１（ａ）に示すように、実施例１を送信回路に用いる場合、フロントエンド回路は、フィルタ１０、結合器１４、パワーアンプ（ＰＡ）１６、１６ａ、１６ｂおよびＲＦＩＣ（Radio Frequency Integrated Circuit）２０を備えている。
ＲＦＩＣ２０は、制御部２２、高周波電力源２４ａ、２４ｂおよび送信部２６を備えている。高周波電力源２４ａおよび２４ｂはそれぞれ高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２を出力する。高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２の周波数は互いに異なる。送信部２６は、所望の通信バンドの送信信号Ｓｔｘを送信する回路である。制御部２２は高周波電力源２４ａおよび２４ｂおよび送信部２６を制御する回路である。制御部２２は、プロセッサのようにソフトウエアとハードウエアとの協働により動作してもよいし、論理回路等のハードウエアにより動作してもよい。
ＰＡ１６、１６ａおよび１６ｂはそれぞれ送信信号Ｓｔｘ、高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２を増幅する。結合器１４は、送信信号Ｓｔｘ、高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２を結合しフィルタ１０に出力する。フィルタ１０は、入力した高周波信号のうち通過帯域の信号を出力し、他の周波数の信号を抑圧する。フィルタ１０を通過した送信信号はアンテナ１２から出力される。フィルタ１０は、入力される高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２により通過帯域が切り替わる。
図１（ｂ）に示すように、実施例１を受信回路に用いる場合、フロントエンド回路は、アイソレータ１５、フィルタ１０、結合器１４、ＰＡ１６ａ、１６ｂ、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）１８およびＲＦＩＣ２０を備えている。ＲＦＩＣ２０は、制御部２２、高周波電力源２４ａ、２４ｂおよび受信部２８を備えている。
アイソレータ１５はアンテナ１２が受信した受信信号Ｓｒｘを結合器１４に通過させる。結合器１４は、受信信号Ｓｒｘ、高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２を結合する。アイソレータ１５は高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２をアンテナ１２に通過させない。フィルタ１０は、入力した高周波信号のうち通過帯域の信号を出力し、他の周波数の信号を抑圧する。ＬＮＡ１８はフィルタ１０から出力された信号を増幅しＲＦＩＣ２０の受信部２８に出力する。ＲＦＩＣ２０の受信部２８は、所望の通信バンドの受信信号Ｓｒｘを受信する回路である。制御部２２は、高周波電力源２４ａ、２４ｂおよび受信部２８を制御する。その他の構成は図１（ａ）と同じである。
図２は、実施例１におけるフィルタの回路図である。フィルタ１０はラダー型フィルタである。入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に直列共振器Ｓ１からＳ４が直列に接続されている。入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に並列共振器Ｐ１からＰ４が並列に接続されている。すなわち、１または複数の直列共振器Ｓ１〜Ｓ４は入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間の直列経路に設けられ、並列共振器Ｐ１からＰ４の一端は直列経路に接続され、他端はグランド端子に接続（接地）されている。直列共振器Ｓ１〜Ｓ４および並列共振器Ｐ１〜Ｐ４は弾性波共振器である。すなわち、直列共振器Ｓ１〜Ｓ４および並列共振器Ｐ１〜Ｐ４は弾性波を励振する弾性波共振器である。直列共振器Ｓ１〜Ｓ４の個数および並列共振器Ｐ１〜Ｐ４の個数は任意に設定できる。
高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２を印加することで、フィルタ１０の通過帯域が変化する原理について説明する。図３（ａ）は、弾性波共振器の通過特性Ｓ２１、図３（ｂ）は、弾性波共振器のモーショナル腕電流密度を示す図、図３（ｃ）および図３（ｄ）は、高周波電力を印加したときの弾性波共振器の通過特性Ｓ２１を示す図である。
図３（ａ）に示すように、弾性波共振器では共振周波数ｆｒより反共振周波数ｆａが高い。図３（ｂ）において、モーショナル腕電流密度は主に弾性波の振動に寄与する電流密度であり、同じ電力の高周波電力が通過した場合の消費電力に対応する。すなわち、モーショナル腕電流密度のピークの周波数は消費電力のピークの周波数に相当する。モーショナル腕電流密度は共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａとの間にピークを有する。高周波電力が弾性波共振器を通過すると、弾性波共振器の温度が上昇する。特に、モーショナル腕電流密度の高い周波数範囲である共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａとの間の周波数を有する高周波電力が弾性波共振器を通過すると、消費電力が大きくなり、弾性波共振器の温度が高くなる。
図３（ｃ）は、弾性波共振器の周波数温度係数（ＴＣＦ：Temperature Coefficient Frequency）が負のときに弾性波共振器に高周波電力ＲＦを印加したときの通過特性の変化を示している。破線は高周波電力ＲＦを印加する前であり、実線は高周波電力の印加中である。高周波電力ＲＦが印加される前の共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａの間の周波数を有する高周波電力ＲＦを弾性波共振器に印加する。高周波電力ＲＦは弾性波共振器で消費され、弾性波共振器の温度が上昇する。ＴＣＦが負のため、高周波電力ＲＦを印加した後の弾性波共振器の共振周波数ｆｒ´および反共振周波数ｆａ´は、高周波電力を印加する前のｆｒおよびｆａより低くなる。
図３（ｄ）は、弾性波共振器のＴＣＦが正のときに弾性波共振器に高周波電力ＲＦを印加したときの通過特性の変化を示している。破線は高周波電力ＲＦを印加する前であり、実線は高周波電力の印加中である。高周波電力ＲＦが印加される前の共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａの間の周波数を有する高周波電力ＲＦを弾性波共振器に印加する。高周波電力ＲＦは弾性波共振器で消費され、弾性波共振器の温度が上昇する。ＴＣＦが正のため、高周波電力ＲＦを印加した後の弾性波共振器の共振周波数ｆｒ´および反共振周波数ｆａ´は、高周波電力を印加する前のｆｒおよびｆａより高くなる。
図３（ｃ）および図３（ｄ）のように、高周波電力がある値以上となると、自己発熱による温度上昇と共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａのシフトとが相互に誘導され、共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａのシフトが急激に生じる。これを非線形シフト現象という。
フィルタ１０では、直列共振器Ｓ１からＳ４は主に通過帯域の高周波端を形成し、並列共振器Ｐ１からＰ４は主に通過帯域の低周波端を形成する。よって、直列共振器Ｓ１からＳ４のＴＣＦを正または負とし、直列共振器Ｓ１からＳ４の共振周波数と反共振周波数との間の周波数を有する高周波電力ＲＦ１をフィルタ１０に印加すると、通過帯域の高周波端が変化する。並列共振器Ｐ１からＰ４のＴＣＦを正または負とし、並列共振器Ｐ１からＰ４の共振周波数と反共振周波数との間の周波数を有する高周波電力ＲＦ２をフィルタ１０に印加すると、通過帯域の低周波端が変化する。
図４は、実施例１における制御部の制御を示すフローチャートである。図４に示すように、制御部２２は通信バンドの情報を取得する（ステップＳ１０）。制御部２２は通信バンドがバンドＢ１またはＢ３か判定する（ステップＳ１２）。Ｙｅｓのとき、制御部２２は高周波電力源２４ａに高周波電力ＲＦ１をフィルタ１０の入力端子Ｔｉｎに出力させない（ステップＳ１４）。Ｎｏのとき、制御部２２は高周波電力源２４ａに高周波電力ＲＦ１をフィルタ１０の入力端子Ｔｉｎに出力させる（ステップＳ１６）。
制御部２２は通信バンドがバンドＢ１またはＢ２か判定する（ステップＳ１８）。Ｙｅｓのとき、制御部２２は高周波電力源２４ｂに高周波電力ＲＦ２をフィルタ１０の入力端子Ｔｉｎに出力させない（ステップＳ２０）。Ｎｏのとき、制御部２２は高周波電力源２４ｂに高周波電力ＲＦ２をフィルタ１０の入力端子Ｔｉｎに出力させる（ステップＳ２２）。ステップＳ１２、Ｓ１４およびＳ１６の処理とステップＳ１８、Ｓ２０およびＳ２２の処理の順番は逆でもよい。
制御部２２は、送信部２６に通信バンドの信号を送信させる。または、制御部２２は、受信部２８に通信バンドの信号を受信させる（ステップＳ２４）。その後終了する。
図５は、実施例１におけるフィルタの通過特性を示す図である。通過帯域ＰＢ１、ＰＢ２、ＰＢ３およびＰＢ４はそれぞれバンドＢ１、Ｂ２、Ｂ３およびＢ４に対応する。通過帯域の高周波端Ｈａ、Ｈｂ、低周波端ＬａおよびＬｂは、例えば減衰量が−１０ｄＢとなる周波数である。高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２の周波数は実質的に一定である。すなわち、高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２の周波数は意図的には変化させない。
直列共振器Ｓ１〜Ｓ４のＴＣＦは負であり、並列共振器Ｐ１〜Ｐ４のＴＣＦは正である。バンドＢ１の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２は入力端子Ｔｉｎに入力しない。通過帯域ＰＢ１の高周波端Ｈａは直列共振器Ｓ１〜Ｓ４の共振周波数と反共振周波数の間に位置する。通過帯域ＰＢ１の低周波端Ｌａは並列共振器Ｐ１〜Ｐ４の共振周波数と反共振周波数の間に位置する。フィルタ１０の通過帯域はバンドＢ１に対応する通過帯域ＰＢ１となる。すなわち、通過帯域ＰＢ１の高周波端は通信バンドＢ１の高周波端以上となり、通過帯域ＰＢ１の低周波端は通信バンドＢ１の低周波端以下となる。
バンドＢ２の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、高周波電力ＲＦ１が入力端子Ｔｉｎに入力し、高周波電力ＲＦ２は入力端子Ｔｉｎに入力しない。高周波電力ＲＦ１の周波数は直列共振器Ｓ１〜Ｓ４の共振周波数より高く、直列共振器Ｓ１〜Ｓ４の例えば共振周波数と反共振周波数の間に位置する。高周波電力ＲＦ１が入力すると直列共振器Ｓ１〜Ｓ４の温度が上昇し、直列共振器Ｓ１〜Ｓ４の共振周波数および反共振周波数は低くなる。これにより、通過帯域ＰＢ２の高周波端Ｈｂは高周波端Ｈａより低くなる。高周波電力ＲＦ２は印加されていないため、通過帯域ＰＢ２の低周波端Ｌａはほとんど変化しない。フィルタ１０の通過帯域はバンドＢ２に対応する通過帯域ＰＢ２となる。すなわち、通過帯域ＰＢ２の高周波端は通信バンドＢ２の高周波端以上となり、通過帯域ＰＢ２の低周波端は通信バンドＢ２の低周波端以下となる。
バンドＢ３の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、高周波電力ＲＦ１は入力端子Ｔｉｎに入力せず、高周波電力ＲＦ２は入力端子Ｔｉｎに入力する。高周波電力ＲＦ２の周波数は並列共振器Ｐ１〜Ｐ４の反共振周波数より低く、例えば共振周波数と反共振周波数の間に位置する。高周波電力ＲＦ２が入力すると並列共振器Ｐ１〜Ｐ４の温度が上昇し、並列共振器Ｐ１〜Ｐ４の共振周波数および反共振周波数は高くなる。これにより、通過帯域ＰＢ３の低周波端Ｌｂは低周波端Ｌａより高くなる。高周波電力ＲＦ１は印加されていないため、通過帯域ＰＢ３の高周波端Ｈａはほとんど変化しない。フィルタ１０の通過帯域はバンドＢ３に対応する通過帯域ＰＢ３となる。すなわち、通過帯域ＰＢ３の高周波端は通信バンドＢ３の高周波端以上となり、通過帯域ＰＢ３の低周波端は通信バンドＢ３の低周波端以下となる。
バンドＢ４の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２が入力端子Ｔｉｎに入力する。直列共振器Ｓ１〜Ｓ４の共振周波数および反共振周波数は低くなり、並列共振器Ｐ１〜Ｐ４の共振周波数および反共振周波数は高くなる。これにより、通過帯域ＰＢ４の高周波端ＨｂはＨａより低くなり、低周波端ＬｂはＬａより高くなる。フィルタ１０の通過帯域はバンドＢ４に対応する通過帯域ＰＢ４となる。すなわち、通過帯域ＰＢ４の高周波端は通信バンドＢ４の高周波端以上となり、通過帯域ＰＢ４の低周波端は通信バンドＢ４の低周波端以下となる。
［実施例１の変形例１］
図６は、実施例１の変形例１におけるフィルタの通過特性を示す図である。直列共振器Ｓ１〜Ｓ４のＴＣＦは正であり、並列共振器Ｐ１〜Ｐ４のＴＣＦは負である。バンドＢ１の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２は入力端子Ｔｉｎに入力しない。フィルタ１０の通過帯域はバンドＢ１に対応する通過帯域ＰＢ１となる。
図６は、実施例１の変形例１におけるフィルタの通過特性を示す図である。直列共振器Ｓ１〜Ｓ４のＴＣＦは正であり、並列共振器Ｐ１〜Ｐ４のＴＣＦは負である。バンドＢ１の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２は入力端子Ｔｉｎに入力しない。フィルタ１０の通過帯域はバンドＢ１に対応する通過帯域ＰＢ１となる。
バンドＢ２の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、高周波電力ＲＦ１が入力端子Ｔｉｎに入力し、高周波電力ＲＦ２は入力端子Ｔｉｎに入力しない。高周波電力ＲＦ１が入力すると直列共振器Ｓ１〜Ｓ４の温度が上昇し、直列共振器Ｓ１〜Ｓ４の共振周波数および反共振周波数は高くなる。これにより、通過帯域ＰＢ２の高周波端Ｈｂは高周波端Ｈａより高くなる。高周波電力ＲＦ２は印加されていないため、通過帯域ＰＢ２の低周波端Ｌａはほとんど変化しない。フィルタ１０の通過帯域はバンドＢ２に対応する通過帯域ＰＢ２となる。
バンドＢ３の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、高周波電力ＲＦ１は入力端子Ｔｉｎに入力せず、高周波電力ＲＦ２は入力端子Ｔｉｎに入力する。高周波電力ＲＦ２が入力すると並列共振器Ｐ１〜Ｐ４の温度が上昇し、並列共振器Ｐ１〜Ｐ４の共振周波数および反共振周波数は低くなる。これにより、通過帯域ＰＢ３の低周波端Ｌｂは低周波端Ｌａより低くなる。高周波電力ＲＦ１は印加されていないため、通過帯域ＰＢ３の高周波端Ｈａはほとんど変化しない。フィルタ１０の通過帯域はバンドＢ３に対応する通過帯域ＰＢ３となる。
バンドＢ４の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２が入力端子Ｔｉｎに入力する。直列共振器Ｓ１〜Ｓ４の共振周波数および反共振周波数は高くなり、並列共振器Ｐ１〜Ｐ４の共振周波数および反共振周波数は低くなる。これにより、通過帯域ＰＢ４の高周波端ＨｂはＨａより高くなり、低周波端ＬｂはＬａより低くなる。フィルタ１０の通過帯域はバンドＢ４に対応する通過帯域ＰＢ４となる。
［実施例１の変形例２］
図７は、実施例１の変形例２におけるフィルタの通過特性を示す図である。直列共振器Ｓ１〜Ｓ４のＴＣＦは負であり、並列共振器Ｐ１〜Ｐ４のＴＣＦは負である。バンドＢ１の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２は入力端子Ｔｉｎに入力しない。フィルタ１０の通過帯域はバンドＢ１に対応する通過帯域ＰＢ１となる。
図７は、実施例１の変形例２におけるフィルタの通過特性を示す図である。直列共振器Ｓ１〜Ｓ４のＴＣＦは負であり、並列共振器Ｐ１〜Ｐ４のＴＣＦは負である。バンドＢ１の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２は入力端子Ｔｉｎに入力しない。フィルタ１０の通過帯域はバンドＢ１に対応する通過帯域ＰＢ１となる。
バンドＢ２の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、高周波電力ＲＦ１が入力端子Ｔｉｎに入力し、高周波電力ＲＦ２は入力端子Ｔｉｎに入力しない。高周波電力ＲＦ１が入力すると直列共振器Ｓ１〜Ｓ４の温度が上昇し、直列共振器Ｓ１〜Ｓ４の共振周波数および反共振周波数は低くなる。これにより、通過帯域ＰＢ２の高周波端Ｈｂは高周波端Ｈａより低くなる。高周波電力ＲＦ２は印加されていないため、通過帯域ＰＢ２の低周波端Ｌａはほとんど変化しない。フィルタ１０の通過帯域はバンドＢ２に対応する通過帯域ＰＢ２となる。
バンドＢ３の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、高周波電力ＲＦ１は入力端子Ｔｉｎに入力せず、高周波電力ＲＦ２は入力端子Ｔｉｎに入力する。高周波電力ＲＦ２が入力すると並列共振器Ｐ１〜Ｐ４の温度が上昇し、並列共振器Ｐ１〜Ｐ４の共振周波数および反共振周波数は低くなる。これにより、通過帯域ＰＢ３の低周波端Ｌｂは低周波端Ｌａより低くなる。高周波電力ＲＦ１は印加されていないため、通過帯域ＰＢ３の高周波端Ｈａはほとんど変化しない。フィルタ１０の通過帯域はバンドＢ３に対応する通過帯域ＰＢ３となる。
バンドＢ４の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２が入力端子Ｔｉｎに入力する。直列共振器Ｓ１〜Ｓ４の共振周波数および反共振周波数は低くなり、並列共振器Ｐ１〜Ｐ４の共振周波数および反共振周波数は低くなる。これにより、通過帯域ＰＢ４の高周波端ＨｂはＨａより低くなり、低周波端ＬｂはＬａより低くなる。フィルタ１０の通過帯域はバンドＢ４に対応する通過帯域ＰＢ４となる。
［実施例１の変形例３］
図８は、実施例１の変形例３におけるフィルタの通過特性を示す図である。直列共振器Ｓ１〜Ｓ４のＴＣＦは正であり、並列共振器Ｐ１〜Ｐ４のＴＣＦは正である。バンドＢ１の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２は入力端子Ｔｉｎに入力しない。フィルタ１０の通過帯域はバンドＢ１に対応する通過帯域ＰＢ１となる。
図８は、実施例１の変形例３におけるフィルタの通過特性を示す図である。直列共振器Ｓ１〜Ｓ４のＴＣＦは正であり、並列共振器Ｐ１〜Ｐ４のＴＣＦは正である。バンドＢ１の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２は入力端子Ｔｉｎに入力しない。フィルタ１０の通過帯域はバンドＢ１に対応する通過帯域ＰＢ１となる。
バンドＢ２の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、高周波電力ＲＦ１が入力端子Ｔｉｎに入力し、高周波電力ＲＦ２は入力端子Ｔｉｎに入力しない。高周波電力ＲＦ１が入力すると直列共振器Ｓ１〜Ｓ４の温度が上昇し、直列共振器Ｓ１〜Ｓ４の共振周波数および反共振周波数は高くなる。これにより、通過帯域ＰＢ２の高周波端Ｈｂは高周波端Ｈａより高くなる。高周波電力ＲＦ２は印加されていないため、通過帯域ＰＢ２の低周波端Ｌａはほとんど変化しない。フィルタ１０の通過帯域はバンドＢ２に対応する通過帯域ＰＢ２となる。
バンドＢ３の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、高周波電力ＲＦ１は入力端子Ｔｉｎに入力せず、高周波電力ＲＦ２は入力端子Ｔｉｎに入力する。高周波電力ＲＦ２が入力すると並列共振器Ｐ１〜Ｐ４の温度が上昇し、並列共振器Ｐ１〜Ｐ４の共振周波数および反共振周波数は高くなる。これにより、通過帯域ＰＢ３の低周波端Ｌｂは低周波端Ｌａより高くなる。高周波電力ＲＦ１は印加されていないため、通過帯域ＰＢ３の高周波端Ｈａはほとんど変化しない。フィルタ１０の通過帯域はバンドＢ３に対応する通過帯域ＰＢ３となる。
バンドＢ４の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２が入力端子Ｔｉｎに入力する。直列共振器Ｓ１〜Ｓ４の共振周波数および反共振周波数は高くなり、並列共振器Ｐ１〜Ｐ４の共振周波数および反共振周波数は高くなる。これにより、通過帯域ＰＢ４の高周波端ＨｂはＨａより高くなり、低周波端ＬｂはＬａより高くなる。フィルタ１０の通過帯域はバンドＢ４に対応する通過帯域ＰＢ４となる。
以上のように、実施例１およびその変形例では、制御装置である制御部２２が高周波電力源２４ａおよび２４ｂを制御することで、フィルタ１０の通過帯域をＰＢ１〜ＰＢ４の４つに変更することができる。フィルタ１０は、図１（ａ）のように送信フィルタとして用いてもよいし、図１（ｂ）のように受信フィルタとして用いてもよい。
実施例１およびその変形例によれば、フィルタ１０の直列共振器Ｓ１〜Ｓ４および並列共振器Ｐ１〜Ｐ４の少なくとも１つの共振器のＴＣＦを０以外とする。高周波電力源２４ａは、バンドＢ２の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき（すなわち第１の通過帯域ＰＢ２を用いて通信を行うとき）、高周波電力ＲＦ１（高周波電力）を入力端子Ｔｉｎに出力する。高周波電力源２４ｂは、バンドＢ１の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき（すなわち第２の通過帯域ＰＢ１を用いて通信を行うとき）、高周波電力ＲＦ１を入力端子Ｔｉｎに出力しない。これにより、フィルタ１０の入力端子Ｔｉｎに、バンドＢ１信号が入力するとき、フィルタ１０の通過帯域はバンドＢ１に相当する通過帯域ＰＢ１となり、バンドＢ２の信号が入力するとき、通過帯域はバンドＢ２に相当する通過帯域ＰＢ２となる。このように。通過帯域を可変とすることで、フィルタ個数を削減できる。また、非特許文献１のように、可変容量を用いないため、フィルタ１０の挿入損失を抑制できる。また、可変容量を制御するための直流電圧源を用いなくてもよい。なお、高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２の周波数は３００ＭＨｚ以上かつ３０ＧＨｚ以下である。
実施例１およびその変形例２の図５および図７のように、直列共振器Ｓ１〜Ｓ４のＴＣＦが負の値のとき、バンドＢ２および通過帯域ＰＢ２の高周波端ＨｂはバンドＢ１および通過帯域ＰＢ１の高周波端Ｈａより低くなる。このとき、高周波電力ＲＦ１の周波数をバンドＢ１の高周波端Ｈａ以上とする。これにより、フィルタ１０がいずれの通過帯域ＰＢ１〜ＰＢ４となったときでもフィルタ１０は高周波電力ＲＦ１を抑圧できる。
このとき、高周波電力ＲＦ１の周波数を、高周波電力ＲＦ１を印加する前の直列共振器Ｓ１〜Ｓ４の共振周波数と反共振周波数との間の周波数とする。これにより、高周波電力ＲＦ１の周波数はモーショナル腕電流密度が大きい周波数となる。直列共振器Ｓ１〜Ｓ４の温度を効率的に上昇させることができる。よって、高周波端ＨｂとＨａとの差を大きくできる。
実施例１の変形例１および３の図６および図８のように、直列共振器Ｓ１〜Ｓ４のＴＣＦが正の値のとき、バンドＢ２および通過帯域ＰＢ２の高周波端ＨｂはバンドＢ１および通過帯域ＰＢ１の高周波端Ｈａより高くなる。このとき、高周波電力ＲＦ１の周波数をバンドＢ２の高周波端Ｈｂ以上とする。これにより、フィルタ１０がいずれの通過帯域ＰＢ１〜ＰＢ４となったときでもフィルタ１０は高周波電力ＲＦ１を抑圧できる。高周波電力ＲＦ１の周波数は、高周波電力ＲＦ１を印加したときのＴＣＦが正の直列共振器の共振周波数と反共振周波数との間の周波数であることが好ましい。
実施例１の変形例１および２の図６および図７のように、並列共振器Ｐ１〜Ｐ４のＴＣＦが負の値のとき、バンドＢ３および通過帯域ＰＢ３の低周波端ＬｂはバンドＢ１および通過帯域ＰＢ１の低周波端Ｌａより低くなる。このとき、高周波電力ＲＦ２の周波数をバンドＢ３の低周波端Ｌｂ以下とする。これにより、フィルタ１０がいずれの通過帯域ＰＢ１〜ＰＢ４となったときでもフィルタ１０は高周波電力ＲＦ１を抑圧できる。高周波電力ＲＦ２の周波数は、高周波電力ＲＦ２を印加したときのＴＣＦが負の並列共振器の共振周波数と反共振周波数との間の周波数であることが好ましい。
また、実施例１およびその変形例３の図５および図８のように、並列共振器Ｐ１〜Ｐ４のＴＣＦが正の値のとき、バンドＢ３および通過帯域ＰＢ３の低周波端ＬｂはバンドＢ１および通過帯域ＰＢ１の低周波端Ｌａより高くなる。このとき、高周波電力ＲＦ２の周波数をバンドＢ１の低周波端Ｌａ以下とする。これにより、フィルタ１０がいずれの通過帯域ＰＢ１〜ＰＢ４となったときでもフィルタ１０は高周波電力ＲＦ１を抑圧できる。
このとき、高周波電力ＲＦ２の周波数を、高周波電力ＲＦ２を印加する前の並列共振器Ｐ１〜Ｐ４の共振周波数と反共振周波数との間の周波数とする。これにより、高周波電力ＲＦ２の周波数はモーショナル腕電流密度が大きい周波数となる。並列共振器Ｐ１〜Ｐ４の温度を効率的に上昇させることができる。よって、低周波端ＬｂとＬａとの差を大きくできる。
高周波電力源２４ａおよび２４ｂは、バンドＢ４の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき（第１の通過帯域ＰＢ４を用いて通信を行うとき）、高周波電力ＲＦ１（高周波電力）と高周波電力ＲＦ２（第２の高周波電力）を入力端子Ｔｉｎに出力する。高周波電力源２４ａおよび２４ｂは、バンドＢ２の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき（第２の通過帯域ＰＢ２を用いて通信を行うとき）、高周波電力ＲＦ１を入力端子Ｔｉｎに出力し、高周波電力ＲＦ２を入力端子Ｔｉｎに出力しない。高周波電力源２４ａおよび２４ｂは、バンドＢ３の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき（第３の通過帯域ＰＢ３を用いて通信を行うとき）、高周波電力ＲＦ２を入力端子Ｔｉｎに出力し、高周波電力ＲＦ１を入力端子Ｔｉｎに出力しない。高周波電力源２４ａおよび２４ｂは、バンドＢ１の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき（第４の通過帯域ＰＢ１を用いて通信を行うとき）、高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２を入力端子Ｔｉｎに出力しない。このような制御により、フィルタ１０は４つの通過帯域を切り替えることができる。
また、高周波電力ＲＦ１の周波数を、バンドＢ１〜Ｂ４の高周波端以上とし、高周波電力ＲＦ２の周波数を、バンドＢ１〜Ｂ４の低周波端以下とする。これにより、高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２がフィルタ１０から出力されることを抑制できる。
通過帯域の高周波端は直列共振器Ｓ１〜Ｓ４のうち少なくとも１つの直列共振器により主に形成され、低周波端は並列共振器Ｐ１〜Ｐ４のうち少なくとも１つの並列共振器により主に形成されていることがある。このように場合には、主に高周波端を形成する直列共振器のＴＣＦを０以外とすればよい。主に低周波端を形成する並列共振器のＴＣＦを０以外とすればよい。主に高周波端を形成する直列共振器は、例えば直列共振器Ｓ１〜Ｓ４のうち最も反共振周波数が低い直列共振器である。主に低周波端を形成する並列共振器は、例えば並列共振器Ｐ１〜Ｐ４のうち最も共振周波数が高い並列共振器である。
共振器のＴＣＦは共振周波数のＴＣＦでもよいし、反共振周波数のＴＣＦでもよい。通過帯域を大きく変化させるため、ＴＣＦが負の共振器のＴＣＦは−１ｐｐｍ／Ｋ以下が好ましく、−５ｐｐｍ／Ｋ以下がより好ましく、−１０ｐｐｍ／Ｋ以下がさらに好ましい。ＴＣＦが正の共振器のＴＣＦは＋１ｐｐｍ／Ｋ以上が好ましく、＋５ｐｐｍ／Ｋ以上がより好ましく、＋１０ｐｐｍ／Ｋ以上がさらに好ましい。ＴＣＦの絶対値を大きくすると弾性波共振器の特性が劣化する。このため、ＴＣＦの絶対値は１００ｐｐｍ／Ｋ以下が好ましい。
高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２の電力値は、通信バンドＢ１〜Ｂ４を用い送信する送信信号の電力以上であることが好ましい。このように、大電力の高周波電力ＰＦ１およびＰＦ２を印加することにより、通過帯域を大きく変化させることができる。
図９（ａ）および図９（ｂ）は、実施例２に係る通信装置を用いるフロントエンド回路の回路図である。図９（ａ）はフロントエンド回路のうち送信回路の例であり、図９（ｂ）は、受信回路の例である。
図９（ａ）に示すように、実施例２のフロントエンド回路の送信回路では、アンテナ１２とフィルタ１０との間にフィルタ１１が接続されている。図９（ｂ）に示すように、実施例２のフロントエンド回路の受信回路では、フィルタ１０とＬＮＡ１８との間にフィルタ１１が接続されている。フィルタ１１は通過帯域が固定されたバンドパスフィルタであり、通過帯域は意図的には変化しない。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
図１０は、実施例２におけるフィルタの通過特性を示す図である。直列共振器Ｓ１〜Ｓ４のＴＣＦは負であり、並列共振器Ｐ１〜Ｐ４のＴＣＦは正である。
図１０に示すように、フィルタ１１の通過帯域ＰＢｃの高周波端Ｈｃは通過帯域ＰＢ１およびＰＢ３の高周波端Ｈａと通過帯域ＰＢ２およびＰＢ４の高周波端Ｈｂとの間に位置している。フィルタ１１の通過帯域ＰＢｃの低周波端Ｌｃは通過帯域ＰＢ１およびＰＢ２の低周波端Ｌａと通過帯域ＰＢ３およびＰＢ４の低周波端Ｌｂとの間に位置している。通過帯域ＰＢ１〜ＰＢ４は実施例１の図５と同じである。
バンドＢ１の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、フィルタ１０と１１を合わせた通過帯域ＰＢ１´はフィルタ１１の通過帯域ＰＢｃとなる。バンドＢ２の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、フィルタ１０と１１を合わせた通過帯域ＰＢ２´の高周波端はＨｂとなり低周波端はＬｃとなる。バンドＢ３の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、フィルタ１０と１１を合わせた通過帯域ＰＢ３´の高周波端はＨｃとなり低周波端はＬｂとなる。バンドＢ４の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、フィルタ１０と１１を合わせた通過帯域ＰＢ４´はフィルタ１０の通過帯域ＰＢ４となる。フィルタ１１を設けることで、高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２をより抑圧することができる。
［実施例２の変形例１］
図１１は、実施例２の変形例１におけるフィルタの通過特性を示す図である。直列共振器Ｓ１〜Ｓ４のＴＣＦは正であり、並列共振器Ｐ１〜Ｐ４のＴＣＦは負である。図１１に示すように、通過帯域ＰＢ１〜ＰＢ４は実施例１の変形例１の図６と同じである。
図１１は、実施例２の変形例１におけるフィルタの通過特性を示す図である。直列共振器Ｓ１〜Ｓ４のＴＣＦは正であり、並列共振器Ｐ１〜Ｐ４のＴＣＦは負である。図１１に示すように、通過帯域ＰＢ１〜ＰＢ４は実施例１の変形例１の図６と同じである。
バンドＢ１の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、フィルタ１０と１１を合わせた通過帯域ＰＢ１´はフィルタ１０の通過帯域ＰＢ１となる。バンドＢ２の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、フィルタ１０と１１を合わせた通過帯域ＰＢ２´の高周波端はＨｃとなり低周波端はＬａとなる。バンドＢ３の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、フィルタ１０と１１を合わせた通過帯域ＰＢ３´の高周波端はＨａとなり低周波端はＬｃとなる。バンドＢ４の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、フィルタ１０と１１を合わせた通過帯域ＰＢ４´はフィルタ１１の通過帯域ＰＢｃとなる。フィルタ１１を設けることで、高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２をより抑圧することができる。
［実施例２の変形例２］
図１２は、実施例２の変形例２におけるフィルタの通過特性を示す図である。直列共振器Ｓ１〜Ｓ４のＴＣＦは負であり、並列共振器Ｐ１〜Ｐ４のＴＣＦは負である。図１２に示すように、通過帯域ＰＢ１〜ＰＢ４は実施例１の変形例２の図７と同じである。
図１２は、実施例２の変形例２におけるフィルタの通過特性を示す図である。直列共振器Ｓ１〜Ｓ４のＴＣＦは負であり、並列共振器Ｐ１〜Ｐ４のＴＣＦは負である。図１２に示すように、通過帯域ＰＢ１〜ＰＢ４は実施例１の変形例２の図７と同じである。
バンドＢ１の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、フィルタ１０と１１を合わせた通過帯域ＰＢ１´の高周波端はＨｃとなり低周波端はＬａとなる。バンドＢ２の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、フィルタ１０と１１を合わせた通過帯域ＰＢ２´はフィルタ１０の通過帯域ＰＢ２となる。バンドＢ３の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、フィルタ１０と１１を合わせた通過帯域ＰＢ３´はフィルタ１１の通過帯域ＰＢｃとなる。バンドＢ４の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、フィルタ１０と１１を合わせた通過帯域ＰＢ４´の高周波端はＨｂとなり低周波端はＬｃとなる。フィルタ１１を設けることで、高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２をより抑圧することができる。
［実施例２の変形例３］
図１３は、実施例２の変形例３におけるフィルタの通過特性を示す図である。直列共振器Ｓ１〜Ｓ４のＴＣＦは正であり、並列共振器Ｐ１〜Ｐ４のＴＣＦは正である。図１３に示すように、通過帯域ＰＢ１〜ＰＢ４は実施例１の変形例３の図８と同じである。
図１３は、実施例２の変形例３におけるフィルタの通過特性を示す図である。直列共振器Ｓ１〜Ｓ４のＴＣＦは正であり、並列共振器Ｐ１〜Ｐ４のＴＣＦは正である。図１３に示すように、通過帯域ＰＢ１〜ＰＢ４は実施例１の変形例３の図８と同じである。
バンドＢ１の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、フィルタ１０と１１を合わせた通過帯域ＰＢ１´の高周波端はＨａとなり低周波端はＬｃとなる。バンドＢ２の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、フィルタ１０と１１を合わせた通過帯域ＰＢ２´はフィルタ１１の通過帯域ＰＢｃとなる。バンドＢ３の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、フィルタ１０と１１を合わせた通過帯域ＰＢ３´はフィルタ１０の通過帯域ＰＢ３となる。バンドＢ４の信号が入力端子Ｔｉｎに入力するとき、フィルタ１０と１１を合わせた通過帯域ＰＢ４´の高周波端はＨｃとなり低周波端はＬｂとなる。フィルタ１１を設けることで、高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２をより抑圧することができる。
実施例２およびその変形例によれば、フィルタ１１（第２のフィルタ）はフィルタ１０と直列接続され、通過帯域ＰＢｃは高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２の周波数を含まない。これにより、図９（ａ）においては、高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２がアンテナ１２に出力されることが抑制できる。図９（ｂ）においては、高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２がＬＮＡ１８に出力されることを抑制できる。
実施例２およびその変形例において、フィルタ１１は、バンドパスフィルタでなく、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタまたはバンドストップフィルタでもよい。また、フィルタ１０と１１を別のフィルタとして説明したが、フィルタ１１をフィルタ１０の一部とみなすこともできる。高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２をフィルタ１０の入力端子Ｔｉｎを介し入力端子Ｔｉｎと出力端子ｔｏｕｔとの間の経路に出力する例を説明したが、高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２は、この経路のいずれかの箇所に出力されていればよい。
実施例３は、実施例１、２およびその変形例に用いる弾性波共振器として圧電薄膜共振器を用いる例である。
図１４（ａ）は実施例３における圧電薄膜共振器の平面図、図１４（ｂ）は、共振領域内の温度補償膜の平面図、図１４（ｃ）および図１４（ｄ）は、それぞれ弾性波共振器Ｒ１およびＲ２における図１４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１４（ｃ）の弾性波共振器Ｒ１は、ＴＣＦが正の弾性波共振器に対応し、図１４（ｄ）の弾性波共振器Ｒ２はＴＣＦが負の弾性波共振器に対応する。
図１４（ａ）および図１４（ｃ）を参照し、弾性波共振器Ｒ１について説明する。基板３０および空隙４８上に、下部電極３２が設けられている。基板３０は例えばシリコン（Ｓｉ）基板であり、下部電極３２は例えばルテニウム（Ｒｕ）膜である。下部電極３２上に、圧電膜３４が設けられている。圧電膜３４は例えばＣ軸方向を主軸とする窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とする。圧電膜３４は下部圧電膜３４ａと下部圧電膜３４ａ上に設けられた上部圧電膜３４ｂとを備えている。
下部圧電膜３４ａと上部圧電膜３４ｂとの間に温度補償膜４６が設けられている。温度補償膜４６は例えば酸化シリコン膜である。圧電膜３４上に上部電極３６が設けられている。上部電極３６は例えばルテニウム膜である。積層膜３８は、下部電極３２、圧電膜３４、上部電極３６および温度補償膜４６を含む。
共振領域５０は、圧電膜３４の少なくとも一部を挟み下部電極３２と上部電極３６が平面視において重なる領域で規定される。下部電極３２と上部電極３６は弾性波を励振する電極である。共振領域５０の平面形状は略楕円形である。共振領域５０は、厚み縦振動モードまたは厚みすべり振動モード等の弾性波が共振する領域である。
図１４（ｂ）に示すように、温度補償膜４６（クロスハッチングの領域）は、共振領域５０内に設けられている。温度補償膜４６は共振領域５０の少なくとも一部に設けられていればよいが、温度補償効果を高めるため、共振領域５０の略全面に設けられていることが好ましく、例えば共振領域５０内の温度補償膜４６の面積は共振領域５０の面積の５０％以上が好ましく、８０％以上がより好ましい。
共振領域５０における、下部圧電膜３４ａ、上部圧電膜３４ｂおよび温度補償膜４６の厚さをそれぞれ、Ｔ１１、Ｔ１２およびＴ２とする。
図１４（ｄ）に示すように、弾性波共振器Ｒ２には温度補償膜４６は設けられてない。その他の構成は弾性波共振器Ｒ１と同じであり、説明を省略する。
基板３０としては、シリコン基板以外に、サファイア基板、スピネル基板、アルミナ基板、石英基板、ガラス基板、セラミック基板またはＧａＡｓ基板等を用いることができる。下部電極３２および上部電極３６としては、Ｒｕ以外にもクロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）またはイリジウム（Ｉｒ）等の単層膜またはこれらの積層膜を用いることができる。
圧電膜３４は、窒化アルミニウム以外にも、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）等を用いることができる。また、例えば、圧電膜３４は、窒化アルミニウムを主成分とし、共振特性の向上または圧電性の向上のため他の元素を含んでもよい。例えば、添加元素として、Ｓｃ（スカンジウム）、２族元素と４族元素との２つの元素、または２族元素と５族元素との２つの元素を用いることにより、圧電膜３４の圧電性が向上する。このため、圧電薄膜共振器の実効的電気機械結合係数を向上できる。２族元素は、例えばＣａ（カルシウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）またはＺｎ（亜鉛）である。４族元素は、例えばＴｉ、Ｚｒ（ジルコニウム）またはＨｆ（ハフニウム）である。５族元素は、例えばＴａ、Ｎｂ（ニオブ）またはＶ（バナジウム）である。さらに、圧電膜３４は、窒化アルミニウムを主成分とし、Ｂ（ボロン）を含んでもよい。
温度補償膜４６の弾性率の温度係数の符号は、圧電膜３４の弾性率の温度係数の符号と反対である。温度補償膜４６に用いる酸化シリコン膜は意図的に不純物を含まなくてもよいし、意図的に不純物を含んでもよい。例えば酸化シリコン膜に弗素等の元素を添加することで、温度補償効果をより向上させることができる。
温度補償膜４６は、共振領域５０における積層膜３８内に設けられていればよい。すなわち、温度補償膜４６は、下部電極３２内、下部電極３２と圧電膜３４との間、圧電膜３４内、圧電膜３４と上部電極３６との間および上部電極３６内の少なくとも一部に設けられていればよい。
図１４（ｃ）のように、空隙４８に共振領域５０の積層膜３８が設けられる構造では、共振領域５０内の積層膜３８で発生した熱が基板３０等に放出しにくい。図１４（ｃ）のように、圧電膜３４の端面をテラス状にすると放熱性が向上する。しかし、圧電膜３４の端面をテラス状としただけでは大幅な放熱性は期待できない。このため、共振領域５０内の積層膜３８の温度が上昇し易い。
２．５ＧＨｚ帯および３．５ＧＨｚ帯のフィルタに用いられる圧電薄膜共振器を作製し、温度補償膜４６の厚さを変え周波数温度係数を測定した。サンプルの作製条件は以下である。
２．５ＧＨｚ帯用圧電薄膜共振器
下部電極３２：厚さが１４５ｎｍのルテニウム膜
圧電膜３４：厚さ（Ｔ１１＋Ｔ１２）が８１０ｎｍの窒化アルミニウム膜
上部電極３６：厚さが１３０ｎｍのルテニウム膜
温度補償膜４６：厚さがＴ２の酸化シリコン膜
３．５ＧＨｚ帯用圧電薄膜共振器
下部電極３２：厚さが１００ｎｍのルテニウム膜
圧電膜３４：厚さ（Ｔ１１＋Ｔ１２）が５２０ｎｍの窒化アルミニウム膜
上部電極３６：厚さが１００ｎｍがルテニウム膜
温度補償膜４６：厚さがＴ２の酸化シリコン膜
２．５ＧＨｚ帯用圧電薄膜共振器
下部電極３２：厚さが１４５ｎｍのルテニウム膜
圧電膜３４：厚さ（Ｔ１１＋Ｔ１２）が８１０ｎｍの窒化アルミニウム膜
上部電極３６：厚さが１３０ｎｍのルテニウム膜
温度補償膜４６：厚さがＴ２の酸化シリコン膜
３．５ＧＨｚ帯用圧電薄膜共振器
下部電極３２：厚さが１００ｎｍのルテニウム膜
圧電膜３４：厚さ（Ｔ１１＋Ｔ１２）が５２０ｎｍの窒化アルミニウム膜
上部電極３６：厚さが１００ｎｍがルテニウム膜
温度補償膜４６：厚さがＴ２の酸化シリコン膜
図１５は、実施例３におけるＴ２／（Ｔ１１＋Ｔ１２）に対する周波数温度係数を示す図である。図１５に示すように、２．５ＧＨｚおよび３．５ＧＨｚ用の圧電薄膜共振器は、いずれも圧電膜３４の合計の厚さに対する温度補償膜４６の厚さ（Ｔ２／（Ｔ１１＋Ｔ１２））が大きくなると、周波数温度係数ＴＣＦが大きくなる。Ｔ２／（Ｔ１１＋Ｔ１２）が約８％において周波数温度係数はほぼ０となる。
実施例１、２およびその変形例では、弾性波共振器Ｒ１においてＴ２／（Ｔ１１＋Ｔ１２）を８％以上とし、例えば１２％以下とする。２．５ＧＨｚ用および３．５ＧＨｚ用の圧電薄膜共振器では例えばＴ２をそれぞれ８０ｎｍおよび６５ｎｍとする。これにより、弾性波共振器Ｒ１の周波数温度係数を正にできる。弾性波共振器Ｒ２では、例えば下部電極３２、圧電膜３４および上部電極３６の厚さおよび材料を上記作製条件と同じとし、温度補償膜４６を設けない。これにより、周波数温度係数を負にできる。周波数温度係数が負の弾性波共振器Ｒ１においてはＴ２／（Ｔ１１＋Ｔ１２）を８％より小さく、例えば５％以下としてもよい。
弾性波共振器Ｒ２に高周波電力を印加したときの弾性波共振器Ｒ２の通過特性を測定した。弾性波共振器Ｒ２の構造は２．５ＧＨｚ帯用圧電薄膜共振器であり、周波数温度係数は−２７．５ｐｐｍ／Ｋである。高周波電力ＲＦとして、帯域幅１．４ＭＨｚのＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）変調信号とした。弾性波共振器Ｒ２に０．３ｆＦのキャパシタを直列接続し、６．２ｎＨのインダクタを並列接続した。
図１６は、実施例３における高周波電力を印加したときの弾性波共振器Ｒ２の通過特性を示す図である。図１６に示すように、高周波電力の周波数は２９１０ＭＨｚであり、電力は２８．１ｄＢｍである。高周波電力ＲＦを印加すると、反共振周波数はｆａからｆａ´に低くなり、共振周波数はｆｒからｆｒ´に低くなる。高周波電力ＲＦの電力を変化させ、共振周波数および反共振周波数のシフト量を測定した。電力を１３、２６、２７および２８ｄＢｍと変化させると、周波数のシフト量は０、−５．２、−６．２および−７．７ＭＨｚと変化した。以上のように、高周波電力ＲＦを印加することで、弾性波共振器Ｒ２の共振周波数および反共振周波数をシフトさせることができる。シフト量は高周波電力ＲＦの電力値を変化させることで微調整できる。
［実施例３の変形例１］
図１７（ａ）および図１７（ｂ）は、実施例３の変形例１における弾性波共振器Ｒ１およびＲ２の断面図である。図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示すように、実施例３の変形例１の弾性波共振器Ｒ１およびＲ２では、基板３０の上面は略平坦であり、基板３０と下部電極３２との間にドーム状の空隙４８が設けられている。その他の構成は実施例３と同じであり説明を省略する。
図１７（ａ）および図１７（ｂ）は、実施例３の変形例１における弾性波共振器Ｒ１およびＲ２の断面図である。図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示すように、実施例３の変形例１の弾性波共振器Ｒ１およびＲ２では、基板３０の上面は略平坦であり、基板３０と下部電極３２との間にドーム状の空隙４８が設けられている。その他の構成は実施例３と同じであり説明を省略する。
実施例３の変形例１のように、空隙４８は基板３０と下部電極３２との間に設けられていてもよい。基板３０の上面に空隙４８となる凹部が設けられ、下部電極３２の下面は略平坦でもよい。
［実施例３の変形例２］
図１８（ａ）および図１８（ｂ）は、実施例３の変形例２における弾性波共振器Ｒ１およびＲ２の断面図である。図１８（ａ）および図１８（ｂ）に示すように、実施例３の変形例２の弾性波共振器Ｒ１およびＲ２では、共振領域５０の下部電極３２下に音響反射膜４９が形成されている。音響反射膜４９は、音響インピーダンスの低い膜４９ａと音響インピーダンスの高い膜４９ｂとが交互に設けられている。膜４９ａおよび４９ｂの膜厚は例えばそれぞれほぼλ／４（λは弾性波の波長）である。膜４９ａと膜４９ｂの積層数は任意に設定できる。音響反射膜４９は、音響特性の異なる少なくとも２種類の層が間隔をあけて積層されていればよい。また、基板３０が音響反射膜４９の音響特性の異なる少なくとも２種類の層のうちの１層であってもよい。例えば、音響反射膜４９は、基板３０中に音響インピーダンスの異なる膜が一層設けられている構成でもよい。その他の構成は、実施例３と同じであり説明を省略する。
図１８（ａ）および図１８（ｂ）は、実施例３の変形例２における弾性波共振器Ｒ１およびＲ２の断面図である。図１８（ａ）および図１８（ｂ）に示すように、実施例３の変形例２の弾性波共振器Ｒ１およびＲ２では、共振領域５０の下部電極３２下に音響反射膜４９が形成されている。音響反射膜４９は、音響インピーダンスの低い膜４９ａと音響インピーダンスの高い膜４９ｂとが交互に設けられている。膜４９ａおよび４９ｂの膜厚は例えばそれぞれほぼλ／４（λは弾性波の波長）である。膜４９ａと膜４９ｂの積層数は任意に設定できる。音響反射膜４９は、音響特性の異なる少なくとも２種類の層が間隔をあけて積層されていればよい。また、基板３０が音響反射膜４９の音響特性の異なる少なくとも２種類の層のうちの１層であってもよい。例えば、音響反射膜４９は、基板３０中に音響インピーダンスの異なる膜が一層設けられている構成でもよい。その他の構成は、実施例３と同じであり説明を省略する。
実施例３およびその変形例１のように、弾性波共振器Ｒ１およびＲ２は、共振領域５０において空隙４８が基板３０と下部電極３２との間に形成されているＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）でもよい。また、実施例３の変形例２のように、弾性波共振器Ｒ１およびＲ２は、共振領域５０において下部電極３２下に圧電膜３４を伝搬する弾性波を反射する音響反射膜４９を備えるＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）でもよい。共振領域５０を含む音響反射層は、空隙４８または音響反射膜４９を含めばよい。
音響反射層が空隙４８のとき、共振領域５０の積層膜３８において発生した熱は放出されにくい。よって、高周波電力ＲＦ１およびＲＦ２の印加により共振周波数および反共振周波数が変化しやすい。すなわち非線形シフト現象が生じやすい。よって、音響反射層は空隙４８であることが好ましい。共振領域５０の平面形状が楕円形状の例を説明したが、共振領域５０の平面形状は、多角形状等任意に選択できる。
実施例４は、実施例１、２およびその変形例に用いる弾性波共振器として弾性表面波共振器または弾性境界波共振器を用いる例である。
図１９（ａ）は、実施例４における弾性波共振器の平面図、図１９（ｂ）および図１９（ｃ）は、弾性波共振器Ｒ１およびＲ２における図１９（ａ）のＡ−Ａ断面図である。電極指の配列方向をＸ方向、電極指の延伸方向をＹ方向、支持基板および圧電基板の積層方向をＺ方向とする。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、圧電基板の結晶方位のＸ軸方向およびＹ軸方向とは必ずしも対応しない。圧電基板が回転ＹカットＸ伝搬基板の場合、Ｘ方向は結晶方位のＸ軸方向となる。
図１９（ａ）から図１９（ｃ）に示すように、弾性波共振器Ｒ１およびＲ２では、圧電基板５２上に弾性波共振器６０が設けられている。弾性波共振器６０はＩＤＴ（Inter Digital Transducer）６２および反射器６４を有する。反射器６４はＩＤＴ６２のＸ方向の両側に設けられている。ＩＤＴ６２および反射器６４は、圧電基板５２上の金属膜５３により形成される。
ＩＤＴ６２は、対向する一対の櫛型電極５８を備える。櫛型電極５８は、複数の電極指５６と、複数の電極指５６が接続されたバスバー５７と、を備える。一対の櫛型電極５８の電極指５６が交差する領域が交差領域である。交差領域のＹ方向の長さが開口長である。一対の櫛型電極５８は、交差領域の少なくとも一部において電極指５６がほぼ互い違いとなるように、対向して設けられている。交差領域において複数の電極指５６が励振する弾性波は、主にＸ方向に伝搬する。一対の櫛型電極５８のうち一方の櫛型電極５８の電極指５６のピッチがほぼ弾性波の波長λとなる。反射器６４は、ＩＤＴ６２の電極指５６が励振した弾性波（弾性表面波）を反射する。これにより弾性波はＩＤＴ６２の交差領域内に閉じ込められる。
圧電基板５２上にＩＤＴ６２および反射器６４を覆うように温度補償膜５４が設けられている。温度補償膜５４は例えば酸化シリコン膜である。温度補償膜５４の弾性率の温度係数の符号は圧電基板５２の弾性率の温度係数の符号と反対である。これにより、弾性波共振器Ｒ１およびＲ２の周波数温度係数を小さくできる。
圧電基板５２は、単結晶基板であり、例えばタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）基板またはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）基板であり、例えば回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板または回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム基板である。圧電基板５２は、例えばサファイア基板、スピネル基板、シリコン基板またはアルミナ基板等の支持基板上に接合されていてもよい。
金属膜５３は、例えばＡｌ（アルミニウム）またはＣｕ（銅）を主成分とする膜である。電極指５６と圧電基板５２との間にＴｉ（チタン）膜またはＣｒ（クロム）膜等の密着膜が設けられていてもよい。密着膜は電極指５６より薄い。
圧電基板５２を（０°，９０°，０°）のタンタル酸リチウム基板とし、金属膜５３を白金膜とする。このとき、弾性波共振器Ｒ１の金属膜５３の厚さＴ３を０．０５λ（λは弾性境界波の波長）以下とすると周波数温度係数が０または正となる。弾性波共振器Ｒ２の金属膜５３の厚さＴ３´を０．０５λより大きくすると周波数温度係数が負となる。このように、金属膜５３の厚さを変えることで周波数温度係数を変化させることができる。周波数温度係数は、温度補償膜５４の厚さにより設定することもできる。また、弾性波共振器Ｒ２は温度補償膜５４を備えていなくてもよい。
このように、弾性波共振器として弾性表面波共振器、弾性境界波共振器またはラム波共振器を用いることができる。
図２０は、実施例５に係るデュプレクサの回路図である。図２０に示すように、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ７０が接続されている。共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信フィルタ７２が接続されている。送信フィルタ７０は、送信端子Ｔｘから入力された信号のうち送信帯域の信号を送信信号として共通端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ７２は、共通端子Ａｎｔから入力された信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。送信フィルタ７０および受信フィルタ７２の少なくとも一方を実施例１、２およびその変形例のフィルタ１０とすることができる
マルチプレクサとしてデュプレクサを例に説明したがトリプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１０、１１ フィルタ
１２ アンテナ
１４ 結合器
１５ アイソレータ
１６、１６ａ、１６ｂ パワーアンプ
１８ ローノイズアンプ
２０ ＲＦＩＣ
２２ 制御部
２４ａ、２４ｂ 高周波電力源
２６ 送信部
２８ 受信部
１２ アンテナ
１４ 結合器
１５ アイソレータ
１６、１６ａ、１６ｂ パワーアンプ
１８ ローノイズアンプ
２０ ＲＦＩＣ
２２ 制御部
２４ａ、２４ｂ 高周波電力源
２６ 送信部
２８ 受信部
Claims (12)
- 出力端子と、入力端子と、前記入力端子と前記出力端子との間の経路に設けられた弾性波共振器である直列共振器と、一端が前記経路に接続され、他端が接地された弾性波共振器である並列共振器と、を備え、前記直列共振器および前記並列共振器の少なくとも１つの共振器の周波数温度係数は０以外であるフィルタと、
第１の通過帯域を用いて通信を行うとき、高周波電力を前記経路に出力し、前記第１の通過帯域と異なる第２の通過帯域を用いて通信を行うとき、前記高周波電力を前記経路に出力しない制御部と、
を備える通信装置。 - 前記少なくとも１つの共振器は前記直列共振器の少なくとも１つの直列共振器であり、
前記少なくとも１つの直列共振器の周波数温度係数は負の値であり、前記第１の通過帯域の高周波端は前記第２の通過帯域の高周波端より低く、
前記高周波電力の周波数は前記第２の通過帯域の高周波端以上である請求項１に記載の通信装置。 - 前記高周波電力の周波数は前記少なくとも１つの直列共振器の共振周波数と反共振周波数との間に位置する請求項２に記載の通信装置。
- 前記少なくとも１つの共振器は前記直列共振器の少なくとも１つの直列共振器であり、
前記少なくとも１つの直列共振器の周波数温度係数は正の値であり、前記第１の通過帯域の高周波端は前記第２の通過帯域の高周波端より高く、
前記高周波電力の周波数は前記第１の通過帯域の高周波端以上である請求項１に記載の通信装置。 - 前記少なくとも１つの共振器は前記並列共振器の少なくとも１つの並列共振器であり、
前記少なくとも１つの並列共振器の周波数温度係数は負の値であり、前記第１の通過帯域の低周波端は前記第２の通過帯域の低周波端より低く、
前記高周波電力の周波数は前記第１の通過帯域の低周波端以下である請求項１に記載の通信装置。 - 前記少なくとも１つの共振器は前記並列共振器の少なくとも１つの並列共振器であり、
前記少なくとも１つの並列共振器の周波数温度係数は正の値であり、前記第１の通過帯域の低周波端は前記第２の通過帯域の低周波端より高く、
前記高周波電力の周波数は前記第２の通過帯域の低周波端以下である請求項１に記載の通信装置。 - 前記高周波電力の周波数は前記少なくとも１つの並列共振器の共振周波数と反共振周波数との間に位置する請求項６に記載の通信装置。
- 前記フィルタと直列接続され、通過帯域は前記高周波電力の周波数を含まない第２のフィルタを備える請求項１から７のいずれか一項に記載の通信装置。
- 前記少なくとも１つの共振器は、前記直列共振器の少なくとも１つの直列共振器と前記並列共振器の少なくとも１つの並列共振器とを含み、
前記制御部は、
前記第１の通過帯域を用いて通信を行うとき、前記高周波電力と、前記高周波電力とは周波数が異なる第２の高周波電力と、を前記経路に出力し、
前記第２の通過帯域を用いて通信を行うとき、前記高周波電力を前記経路に出力し、前記第２の高周波電力を前記経路に出力せず、
前記第１の通過帯域および前記第２の通過帯域と異なる第３の通過帯域を用いて通信を行うとき、前記第２の高周波電力を前記経路に出力し、前記高周波電力を前記経路に出力せず、
前記第１の通過帯域、前記第２の通過帯域および前記第３の通過帯域と異なる第４の通過帯域を用いて通信を行うとき、前記高周波電力および前記第２の高周波電力を前記経路に出力せず、
前記高周波電力の周波数は、前記第１の通過帯域、前記第２の通過帯域、前記第３の通過帯域および前記第４の通過帯域の高周波端以上であり、
前記第２の高周波電力の周波数は、前記第１の通過帯域、前記第２の通過帯域、前記第３の通過帯域および前記第４の通過帯域の低周波端以下である請求項１に記載の通信装置。 - 前記高周波電力は、前記第１の通過帯域を用いて通信を行うときの送信信号の電力以上である請求項１から９のいずれか一項に記載の通信装置。
- 第１の通過帯域を用いて通信を行うとき、出力端子と、入力端子と、前記入力端子と前記出力端子との間の経路に設けられた弾性波共振器である直列共振器と、一端が前記経路に接続され、他端が接地された弾性波共振器である並列共振器と、を備え、前記直列共振器および前記並列共振器の少なくとも１つの共振器の周波数温度係数は０以外であるフィルタの前記経路に高周波電力を出力し、前記第１の通過帯域と異なる第２の通過帯域を用いて通信を行うとき、前記経路に前記高周波電力を出力しない制御装置。
- 第１の通過帯域を用いて通信を行うとき、出力端子と、入力端子と、前記入力端子と前記出力端子との間の経路に設けられた弾性波共振器である直列共振器と、一端が前記経路に接続され、他端が接地された弾性波共振器である並列共振器と、を備え、前記直列共振器および前記並列共振器の少なくとも１つの共振器の周波数温度係数は０以外であるフィルタの前記経路に高周波電力を出力し、前記第１の通過帯域と異なる第２の通過帯域を用いて通信を行うとき、前記経路に前記高周波電力を出力しない制御方法。
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