JP2024042195A - マルチプレクサ - Google Patents

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Abstract

【課題】減衰特性が改善されたマルチプレクサを提供する。【解決手段】マルチプレクサ１は、共通端子１００と入出力端子１１０との間に接続され、第１周波数帯域を含む通過帯域を有するフィルタ１０と、共通端子１００と入出力端子１２０との間に接続され、第１周波数帯域よりも高周波側の第２周波数帯域を含む通過帯域を有するフィルタ２０と、共通端子１００と入出力端子１１０とを結ぶ経路と並列に接続された付加回路３０と、を備え、付加回路３０は、複数のＩＤＴ電極を有する縦結合共振器３１を含み、付加回路３０の通過特性において発生するＩＤＴレスポンスのピーク周波数をｆ１とし、共通端子１００からマルチプレクサ１を見たインピーダンス特性において、第２周波数帯域よりも高周波側でインピーダンス最小となる周波数をｆ２とした場合、ｆ２×（１－０．００１２）≦ｆ１≦ｆ２×（１＋０．００１２）を満たす。【選択図】図７

Description

本発明は、マルチプレクサに関する。
特許文献１には、第１周波数帯域を通過帯域とする送信側フィルタ（第１フィルタ）および第２周波数帯域を通過帯域とする受信側フィルタ（第２フィルタ）を備えるマルチプレクサの回路構成が開示されている。第１フィルタの入出力端子には、縦結合共振器を有する付加回路が接続されている。これによれば、第１フィルタの所定の周波数帯域における減衰特性を改善できる。
特開２０１８－７４５３９号公報
しかしながら、特許文献１に記載されたマルチプレクサでは、付加回路により第１フィルタの第２周波数帯域における減衰特性は改善されるが、縦結合共振器のＩＤＴ電極構造に起因したレスポンス（不要波）が発生し、第１フィルタの第２周波数帯域外における減衰特性が劣化するという問題がある。
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、減衰特性が改善されたマルチプレクサを提供することを目的とする。
本発明の一態様に係るマルチプレクサは、共通端子、第１入出力端子および第２入出力端子と、共通端子と第１入出力端子との間に接続され、第１周波数帯域を含む通過帯域を有する第１フィルタ回路と、共通端子と第２入出力端子との間に接続され、第１周波数帯域よりも高周波側の第２周波数帯域を含む通過帯域を有する第２フィルタ回路と、共通端子と第１入出力端子とを結ぶ経路の少なくとも一部と並列に接続された付加回路と、を備え、付加回路は、圧電性を有する基板上に形成された複数のＩＤＴ（InterDigital Transducer）電極を有する共振器を含み、付加回路の通過特性において発生する、ＩＤＴ電極に起因したレスポンスのピーク周波数をｆ１とし、共通端子から第１フィルタ回路、第２フィルタ回路および付加回路を見たインピーダンス特性において、第２周波数帯域よりも高周波側でインピーダンスが最小となる周波数をｆ２とした場合、
ｆ２×（１－０．００１２）≦ｆ１≦ｆ２×（１＋０．００１２）
を満たす。
また、本発明の一態様に係るマルチプレクサは、共通端子、第１入出力端子および第２入出力端子と、共通端子と第１入出力端子との間に接続され、第１周波数帯域を含む通過帯域を有する第１フィルタ回路と、共通端子と第２入出力端子との間に接続され、第１周波数帯域よりも低周波側の第２周波数帯域を含む通過帯域を有する第２フィルタ回路と、共通端子と第１入出力端子とを結ぶ経路の少なくとも一部と並列に接続された付加回路と、を備え、付加回路は、圧電性を有する基板上に形成された複数のＩＤＴ電極を有する共振器を含み、付加回路の通過特性において発生する、ＩＤＴ電極に起因したレスポンスのピーク周波数をｆ１とし、共通端子から第１フィルタ回路、第２フィルタ回路および付加回路を見たインピーダンス特性において、第２周波数帯域よりも低周波側でインピーダンスが最小となる周波数をｆ２とした場合、
ｆ２×（１－０．００１２）≦ｆ１≦ｆ２×（１＋０．００１２）
を満たす。
本発明によれば、減衰特性が改善されたマルチプレクサを提供することが可能となる。
実施の形態に係るマルチプレクサおよびその周辺回路の回路構成図である。 実施例１に係る第１フィルタ回路の回路構成図である。 実施例１に係る第２フィルタ回路の回路構成図である。 実施例１に係る付加回路の通過特性を表すグラフである。 共通端子から実施例１に係るマルチプレクサを見たインピーダンスを示すスミスチャートである。 実施例１および比較例に係る第１フィルタ回路および付加回路の通過特性である。 付加回路のＩＤＴ電極ピッチを変化させた場合の第１フィルタ回路および付加回路の通過特性である。 マルチプレクサの第２周波数帯域よりも高周波側でのインピーダンスが最小となる周波数に対して、ＩＤＴレスポンスのピーク周波数を変化させた場合の減衰量を表すグラフである。 実施例２に係る第１フィルタ回路の回路構成図である。 実施例２に係る第２フィルタ回路の回路構成図である。 実施例２に係る付加回路の通過特性を表すグラフである。 共通端子から実施例２に係るマルチプレクサを見たインピーダンスを示すスミスチャートである。 実施例２および比較例に係る第１フィルタ回路および付加回路の通過特性である。
以下、本開示の実施の形態について、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、各図は、本発明を示すために適宜強調、省略、または比率の調整を行った模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではなく、実際の形状、位置関係、および比率とは異なる場合がある。各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡素化される場合がある。
本開示の回路構成において、「接続される」とは、接続端子および／また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む。「ＡおよびＢの間に接続される」とは、ＡおよびＢの間でＡおよびＢの両方に接続されることを意味する。
また、「平行」および「垂直」などの要素間の関係性を示す用語、「矩形」などの要素の形状を示す用語、ならびに、数値範囲は、厳格な意味のみを表すのではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の誤差をも含むことを意味する。
（実施の形態）
［１．マルチプレクサの回路構成］
図１は、実施の形態に係るマルチプレクサ１およびその周辺回路の回路構成図である。同図には、本実施の形態に係るマルチプレクサ１と、アンテナ２と、インダクタ５とが示されている。
マルチプレクサ１は、フィルタ１０と、フィルタ２０と、付加回路３０と、インダクタ３および４と、共通端子１００と、入出力端子１１０（第１入出力端子）および入出力端子１２０（第２入出力端子）と、を備える。
フィルタ１０は、第１フィルタ回路の一例であり、共通端子１００と入出力端子１１０との間に接続されており、第１周波数帯域を含む通過帯域を有する。
フィルタ２０は、第２フィルタ回路の一例であり、共通端子１００と入出力端子１２０との間に接続されており、第１周波数帯域よりも高周波側の第２周波数帯域を含む通過帯域を有する。
インダクタ３は、入出力端子１１０とグランドとの間に接続されたインピーダンス整合用素子である。インダクタ４は、入出力端子１２０とグランドとの間に接続されたインピーダンス整合用素子である。なお、インダクタ３は、入出力端子１１０とフィルタ１０との間に直列配置されてもよい。また、インダクタ４は、入出力端子１２０とフィルタ２０との間に直列配置されてもよい。また、インダクタ３および４は無くてもよい。
付加回路３０は、共通端子１００と入出力端子１１０とを結ぶ経路の少なくとも一部と並列に接続されている。具体的には、付加回路３０は、一端が共通端子１００および入出力端子１１０を結ぶ経路上のノードＮ１に接続され、他端が上記経路上のノードＮ２に接続されている。
付加回路３０は、縦結合共振器３１と、キャパシタ３２と、を備える。縦結合共振器３１は、弾性波共振子３１ａおよび３１ｂで構成され、一端（弾性波共振子３１ａ）がキャパシタ３２に接続され、他端（弾性波共振子３１ｂ）がノードＮ２に接続されている。キャパシタ３２は、弾性波共振子３１ａとノードＮ１との間に接続されている。
弾性波共振子３１ａおよび３１ｂのそれぞれは、圧電性を有する基板と、当該基板上に形成されたＩＤＴ電極と、を有している。弾性波共振子３１ａのＩＤＴ電極は、互いに対向する２つの櫛形電極で構成されており、一方の櫛形電極はキャパシタ３２に接続され、他方の櫛形電極はグランドに接続されている。弾性波共振子３１ｂのＩＤＴ電極は、互いに対向する２つの櫛形電極で構成されており、一方の櫛形電極はノードＮ２に接続され、他方の櫛形電極はグランドに接続されている。弾性波共振子３１ａのＩＤＴ電極と弾性波共振子３１ｂのＩＤＴ電極とは、弾性波伝搬方向に並置されている。
なお、縦結合共振器３１は、弾性波伝搬方向の両端に、反射器が配置されていてもよい。
また、付加回路３０は、弾性波共振子３１ａおよび３１ｂの代わりに、２以上のＩＤＴ電極間での表面波の伝搬を利用して信号を伝達するトランスバーサル型の弾性波共振子を有していてもよい。
上記構成によれば、付加回路３０は、フィルタ１０を通過する第１周波数帯域よりも高周波側または低周波側における所定の周波数帯域の成分に対して、当該所定の周波数帯域の成分と略同振幅かつ略逆位相の成分を生成する。これにより、フィルタ１０における上記所定の周波数帯域における減衰特性を改善することが可能となる。
なお、付加回路３０が接続されるノードＮ１およびＮ２は、共通端子１００と入出力端子１１０とを結ぶ経路上のノードであればよく、ノードＮ１およびＮ２は、フィルタ１０が有する少なくとも１つの直列腕共振子を介して配置されていればよい。
また、本実施の形態において、ノードＮ１とノードＮ２とは、異なる２つのノードである。異なる２つのノードとは、当該２つのノードがインピーダンス素子（インダクタ、キャパシタ、抵抗または共振子など）を介して接続されていることを意味する。
また、キャパシタ３２は無くてもよく、弾性波共振子３１ａの一端がノードＮ１に直接接続されていてもよい。また、弾性波共振子３１ｂの一端とノードＮ２との間にキャパシタが接続されていてもよい。
［２．実施例１に係るマルチプレクサ１］
次に、実施例１に係るマルチプレクサ１について説明する。実施例１に係るマルチプレクサ１は、図１に示す構成と同様の構成を有し、フィルタ１０と、フィルタ２０と、付加回路３０と、インダクタ３および４と、共通端子１００と、入出力端子１１０（第１入出力端子）および入出力端子１２０（第２入出力端子）と、を備える。
実施例１に係るマルチプレクサ１は、実施の形態に係るマルチプレクサ１に対して、フィルタ１０の通過帯域がフィルタ２０の通過帯域よりも低周波側に位置するという制約が付加されている。
図２Ａは、実施例１に係るフィルタ１０の回路構成図である。
フィルタ１０は、第１フィルタ回路の一例であり、複数の弾性波共振子で構成されたラダー型の弾性波フィルタ回路であり、直列腕共振子１１、１２、１３、１４および１５と、並列腕共振子１６、１７、１８および１９と、を備える。直列腕共振子１１～１５は、端子１１１と端子１１２とを結ぶ直列腕経路に配置されている。並列腕共振子１６～１９のそれぞれは、上記直列腕経路とグランドとの間に接続されている。直列腕共振子１１～１５および並列腕共振子１６～１９のそれぞれは、例えば、ＹカットのＬｉＮｂＯ３圧電基板と、当該圧電基板上に形成されたＩＤＴ電極とで構成された、レイリー波を利用した弾性表面波共振子である。
上記構成により、フィルタ１０は、例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolution）のためのバンドＢ２８または５Ｇ（5th Generation）－ＮＲ（New Radio）のためのバンドｎ２８のアップリンク動作バンド（７０３－７４８ＭＨｚ）を通過帯域（第１周波数帯域）とする。
本実施例では、付加回路３０の一端は、端子１１１と直列腕共振子１１との間のノードＮ１に接続され、付加回路３０の他端は、直列腕共振子１４と直列腕共振子１５との間のノードＮ２に接続されている。
なお、本発明に係る第１フィルタ回路の回路構成は、図２Ａに示されたフィルタ１０の回路構成に限定されるものではない。
図２Ｂは、実施例１に係るフィルタ２０の回路構成図である。
フィルタ２０は、第２フィルタ回路の一例であり、７個の弾性波共振子で構成された縦結合共振器２５を備える弾性波フィルタ回路であり、縦結合共振器２５と、直列腕共振子２１および２２と、並列腕共振子２３および２４と、を備える。
縦結合共振器２５は、弾性波共振子２５１、２５２、２５３、２５４、２５５、２５６および２５７で構成され、一端が直列腕共振子２１を介して端子１２１に接続され、他端が直列腕共振子２２を介して端子１２２に接続されている。
弾性波共振子２５１～２５７のそれぞれは、圧電性を有する基板と、当該基板上に形成されたＩＤＴ電極と、を有している。弾性波共振子２５１～２５７のＩＤＴ電極は、互いに対向する２つの櫛形電極で構成されている。弾性波共振子２５１、２５３、２５５および２５７のそれぞれの一方の櫛形電極は直列腕共振子２１を介して端子１２１に接続され、弾性波共振子２５１、２５３、２５５および２５７のそれぞれの他方の櫛形電極はグランドに接続されている。弾性波共振子２５２、２５４および２５６のそれぞれの一方の櫛形電極は直列腕共振子２２を介して端子１２２に接続され、弾性波共振子２５２、２５４および２５６のそれぞれの他方の櫛形電極はグランドに接続されている。弾性波共振子２５１～２５７は、弾性波共振子２５１、２５２、２５３、２５４、２５５、２５６および２５７の順で、弾性波伝搬方向に配置されている。
直列腕共振子２１および２２は、端子１２１と１２２とを結ぶ直列腕経路に配置されている。並列腕共振子２３および２４のそれぞれは、上記直列腕経路とグランドとの間に接続されている。
弾性波共振子２５１～２５７、直列腕共振子２１～２２および並列腕共振子２３～２４のそれぞれは、例えば、ＹカットのＬｉＮｂＯ３圧電基板と、当該圧電基板上に形成されたＩＤＴ電極とで構成された、レイリー波を利用した弾性表面波共振子である。
上記構成により、フィルタ２０は、例えば、ＬＴＥのためのバンドＢ２８または５Ｇ－ＮＲのためのバンドｎ２８のダウンリンク動作バンド（７５８－８０３ＭＨｚ）を通過帯域（第２周波数帯域）とする。
なお、本発明に係る第２フィルタ回路の回路構成は、図２Ｂに示されたフィルタ２０の回路構成に限定されるものではない。
図３は、実施例１に係る付加回路３０の通過特性を表すグラフである。同図には、付加回路３０のノードＮ２からノードＮ１の通過特性が示されている。なお、同図に示されたバンドＢは第１周波数帯域であり、バンドＡは第２周波数帯域である。付加回路３０では、バンドＡの成分がフィルタ１０にて抑制されるように、バンドＡの成分の振幅レベルおよび位相レベルが設定されている。このとき、バンドＡよりも高周波側に、縦結合共振器３１のＩＤＴ電極に起因したレスポンス（以降、ＩＤＴレスポンスと記す）が発生する。このＩＤＴレスポンスのピーク周波数をｆ１とすると、本実施例ではＩＤＴレスポンスのピーク周波数ｆ１は８１２．７ＭＨｚとなっている。本実施例におけるＩＤＴレスポンスのピーク周波数は、付加回路３０の通過特性において、第２周波数帯域よりも高周波側で挿入損失が極小となる周波数である。
この縦結合共振器３１のＩＤＴ電極に起因したＩＤＴレスポンスは、フィルタ１０のバンドＡよりも高周波側の減衰特性を劣化させてしまう。
これに対して、本実施例に係るマルチプレクサ１では、ＩＤＴレスポンスのピーク周波数ｆ１とマルチプレクサ１の第２周波数よりも高い帯域における低インピーダンス周波数とを略一致させることにより、マルチプレクサ１の減衰特性を改善している。
図４は、共通端子１００から実施例１に係るマルチプレクサ１を見たインピーダンスを示すスミスチャートである。同図のスミスチャートには、共通端子１００からフィルタ１０、２０、および付加回路３０を見たインピーダンスが示されている。同図では、フィルタ１０の通過帯域（バンドＢ）およびフィルタ２０の通過帯域（バンドＡ）におけるインピーダンスは、基準インピーダンス（５０Ω）付近に位置している。一方、同図には、フィルタ２０の通過帯域（バンドＡ：第２周波数帯域）よりも高周波側においてインピーダンスが最小となる周波数ｆ２が示されている。つまり、図４のスミスチャートにおいて、周波数ｆ２のインピーダンスは、低インピーダンス側の実軸上（リアクタンス成分が０）に配置されている。
ここで、本実施例では、上記ＩＤＴレスポンスのピーク周波数ｆ１を、上記インピーダンスが最小となる周波数ｆ２に略一致させる。具体的には、例えば、付加回路３０を構成する縦結合共振器３１のＩＤＴ電極のピッチを調整することで、上記ピーク周波数ｆ１を上記周波数ｆ２に略一致させることが可能となる。
なお、ＩＤＴ電極のピッチとは、ＩＤＴ電極の波長λの１／２である。ＩＤＴ電極の波長λとは、ＩＤＴ電極を構成する一対の櫛形電極が有する複数の電極指の繰り返し周期である。
図５は、実施例１および比較例に係るフィルタ１０および付加回路３０の通過特性である。同図には、実施例１および比較例に係るマルチプレクサの入出力端子１１０から共通端子１００の通過特性が示されている。
なお、比較例に係るマルチプレクサは、図１、図２Ａおよび図２Ｂに示された回路構成を有するが、上記ピーク周波数ｆ１が上記周波数ｆ２に対して２．２ＭＨｚ離れているものである。
図５に示すように、実施例１に係るマルチプレクサ１は、比較例に係るマルチプレクサと比較して、フィルタ１０および付加回路３０の通過特性において、バンドＡ（第２周波数帯域）よりも高周波側に発生する減衰量が改善（レスポンスピークが低減）されている（図５の破線丸内）ことが解る。
これは、共通端子１００からレスポンスのピーク周波数ｆ１付近の信号が入力された場合、ピーク周波数ｆ１が周波数ｆ２と略一致することでピーク周波数ｆ１におけるフィルタ２０または１０のインピーダンスが小さくなり、フィルタ２０側にピーク周波数ｆ１付近の信号が流れてフィルタ１０にはピーク周波数ｆ１付近の信号が流れない、または、フィルタ１０内でピーク周波数ｆ１付近の信号が消費されて入出力端子１１０へはピーク周波数ｆ１付近の信号が流れない、ことによるものと解される。
つまり、ＩＤＴレスポンスのピーク周波数ｆ１とマルチプレクサ１のインピーダンスが最小となる周波数ｆ２とを略一致させることにより、フィルタ１０（および付加回路３０）におけるバンドＡ（第２周波数帯域）よりも高周波側に発生するＩＤＴレスポンスを抑制でき、減衰量を改善できる。
［３．周波数ｆ１と周波数ｆ２との一致度］
次に、ＩＤＴレスポンスのピーク周波数ｆ１とマルチプレクサ１のインピーダンスが最小となる周波数ｆ２との一致度について説明する。
図６は、付加回路３０のＩＤＴ電極ピッチを変化させた場合のフィルタ１０および付加回路３０の通過特性である。同図の（ａ）および（ｂ）には、周波数ｆ２に対してピーク周波数ｆ１を段階的に変化させた場合の入出力端子１１０から共通端子１００の通過特性が示されている。特に、同図の（ｂ）には、バンドＡ（第２周波数帯域）よりも高周波側の領域における通過特性が拡大表示されている。なお、周波数ｆ１を変化させるにあたり、縦結合共振器３１のＩＤＴ電極のピッチを、０．０６μｍ（－０．０３μｍ～＋０．０３μｍ）の範囲で変化させている。
図６の（ｂ）に示すように、縦結合共振器３１のＩＤＴ電極のピッチを変化させることでピーク周波数ｆ１が変化し、当該変化に伴って周波数ｆ２（８１２．７ＭＨｚ）とピーク周波数ｆ１との周波数差が変化し、当該周波数差の変化に起因してＩＤＴレスポンスのピーク値が増減している。
図７は、マルチプレクサ１のバンドＡ（第２周波数帯域）よりも高周波側でのインピーダンスが最小となる周波数ｆ２（８１２．７ＭＨｚ）に対して、ＩＤＴレスポンスのピーク周波数ｆ１を変化させた場合の減衰量を表すグラフである。横軸は周波数ｆ１を示し、縦軸はフィルタ１０および付加回路３０のバンドＡよりも高周波側における減衰量（ワースト値）を示す。
図７に示すように、ピーク周波数ｆ１を変化させることで減衰量は変化するが、ピーク周波数ｆ１が周波数ｆ２と略一致した場合に上記減衰量は最大値（約４０ｄＢ）を有する。
ここで、上記減衰量の要求値が３０ｄＢである場合、
８１１．７ＭＨｚ≦ｆ１≦８１３．７ＭＨｚ （式１）
を満たすことが必要となる。つまり、ｆ２＝８１２．７ＭＨｚに対して、ｆ１はｆ２±１ＭＨｚの範囲にあることが条件となる。
式１を、周波数ｆ２を基準として表すと式２となり、結果的に式３で表すことができる。
ｆ２×（１－１ＭＨｚ／８１２．７ＭＨｚ）≦ｆ１≦ｆ２×（１＋１ＭＨｚ／８１３．７ＭＨｚ） （式２）
ｆ２×（１－０．００１２）≦ｆ１≦ｆ２×（１＋０．００１２） （式３）
これによれば、ＩＤＴレスポンスのピーク周波数ｆ１とマルチプレクサ１のインピーダンスが最小となる周波数ｆ２とを、式３に示されるように略一致させることにより、フィルタ１０（および付加回路３０）におけるバンドＡ（第２周波数帯域）よりも高周波側に発生するＩＤＴレスポンスを抑制できる。その結果、上記減衰量を改善でき、３０ｄＢを確保できる。
なお、上記減衰量の要求値（３０ｄＢ）は、携帯電話などの移動体通信端末の無線通信用フロントエンド回路を構成するフィルタに必要とされる通過帯域外減衰量である。
なお、上記減衰量の要求値が３５ｄＢである場合、
８１２．２５ＭＨｚ≦ｆ１≦８１３．１５ＭＨｚ （式４）
を満たすことが必要となる。つまり、ｆ２＝８１２．７ＭＨｚに対して、ｆ１はｆ２±０．４５ＭＨｚの範囲にあることが条件となる。
式４を、周波数ｆ２を基準として表すと式５となり、結果的に式６で表すことができる。
ｆ２×（１－０．４５ＭＨｚ／８１２．７ＭＨｚ）≦ｆ１≦ｆ２×（１＋０．４５ＭＨｚ／８１３．７ＭＨｚ） （式５）
ｆ２×（１－０．０００５５）≦ｆ１≦ｆ２×（１＋０．０００５５） （式６）
これによれば、ＩＤＴレスポンスのピーク周波数ｆ１とマルチプレクサ１のインピーダンスが最小となる周波数ｆ２とを式６に示されるように略一致させることにより、フィルタ１０（および付加回路３０）におけるバンドＡ（第２周波数帯域）よりも高周波側に発生するＩＤＴレスポンスを抑制できる。その結果、上記減衰量を改善でき、３５ｄＢを確保できる。
なお、本実施例に係るマルチプレクサ１において、フィルタ１０の通過帯域はフィルタ２０の通過帯域よりも低周波側にあることが条件であるが、フィルタ１０および２０に適用されるバンドは、ＬＴＥのバンドＢ２８または５Ｇ－ＮＲのためのバンドｎ２８には限定されない。
フィルタ１０および２０に適用されるバンドは、例えば、ＬＴＥのためのバンドＢ２または５Ｇ－ＮＲのためのバンドｎ２であってもよい。つまり、フィルタ１０は、バンドＢ２またはバンドｎ２のアップリンク動作バンド（１８５０－１９１０ＭＨｚ）を通過帯域（第１周波数帯域）とするフィルタに適用され、フィルタ２０は、バンドＢ２またはバンドｎ２のダウンリンク動作バンド（２１１０－２１７０ＭＨｚ）を通過帯域（第２周波数帯域）とするフィルタに適用される。この場合であっても、式３を満たすことにより、第２周波数帯域よりも高周波側に発生するＩＤＴレスポンスが抑制されて、第２周波数帯域よりも高周波側の減衰量を３０ｄＢ確保することが可能となる。また、式６を満たすことにより、第２周波数帯域よりも高周波側に発生するＩＤＴレスポンスが抑制されて、第２周波数帯域よりも高周波側の減衰量を３５ｄＢ確保することが可能となる。
また、フィルタ１０および２０に適用されるバンドは、例えば、ＬＴＥのためのバンドＢ７または５Ｇ－ＮＲのためのバンドｎ７であってもよい。つまり、フィルタ１０は、バンドＢ７またはバンドｎ７のアップリンク動作バンド（２５００－２５７０ＭＨｚ）を通過帯域（第１周波数帯域）とするフィルタに適用され、フィルタ２０は、バンドＢ７またはバンドｎ７のダウンリンク動作バンド（２６２０－２６９０ＭＨｚ）を通過帯域（第２周波数帯域）とするフィルタに適用される。この場合であっても、式３を満たすことにより、第２周波数帯域よりも高周波側に発生するＩＤＴレスポンスが抑制されて、第２周波数帯域よりも高周波側の減衰量を３０ｄＢ確保することが可能となる。また、式６を満たすことにより、第２周波数帯域よりも高周波側に発生するＩＤＴレスポンスが抑制されて、第２周波数帯域よりも高周波側の減衰量を３５ｄＢ確保することが可能となる。
また、フィルタ１０および２０が弾性表面波フィルタである場合、圧電性を有する基板はＹカットのＬｉＮｂＯ３圧電基板でありレイリー波を利用するものでなくてもよい。圧電性の基板は、例えばＬｉＴａＯ３圧電基板でありリーキー波を利用するものであってもよい。
また、圧電性を有する基板は、高音速支持基板、低音速膜および圧電膜がこの順で積層された構造を有していてもよく、また、支持基板、エネルギー閉じ込め層および圧電膜がこの順で積層された構造を有していてもよい。
また、本実施例において、フィルタ１０はラダー型の弾性表面波フィルタであることに限定されず、ラダー型以外の構造であってもよく、また、バルク弾性波フィルタであってもよい。さらに、フィルタ１０は、インダクタおよびキャパシタで構成されたＬＣフィルタであってもよい。また、フィルタ２０は、縦結合型の弾性表面波フィルタであることに限定されず、縦結合型以外の構造であってもよく、また、バルク弾性波フィルタであってもよい。さらに、フィルタ２０は、インダクタおよびキャパシタで構成されたＬＣフィルタであってもよい。
また、付加回路３０の縦結合共振器３１を構成する弾性波共振子の数は３つ以上であってもよい。
［４．実施例２に係るマルチプレクサ１Ａ］
次に、実施例２に係るマルチプレクサ１Ａについて説明する。実施例２に係るマルチプレクサ１Ａは、図１に示す構成と同様の構成を有し、フィルタ１０Ａと、フィルタ２０Ａと、付加回路３０と、インダクタ３および４と、共通端子１００と、入出力端子１１０（第１入出力端子）および入出力端子１２０（第２入出力端子）と、を備える。
実施例２に係るマルチプレクサ１Ａは、実施の形態に係るマルチプレクサ１に対して、フィルタ１０の通過帯域がフィルタ２０の通過帯域よりも高周波側に位置するという制約が付加されている。
図８Ａは、実施例２に係るフィルタ１０Ａの回路構成図である。
フィルタ１０Ａは、第１フィルタ回路の一例であり、複数の弾性波共振子で構成されたラダー型の弾性波フィルタ回路であり、直列腕共振子１１、１２、１３および１４と、並列腕共振子１６、１７、１８および１９と、を備える。直列腕共振子１１～１４は、端子１１１と端子１１２とを結ぶ直列腕経路に配置されている。並列腕共振子１６～１９のそれぞれは、上記直列腕経路とグランドとの間に接続されている。直列腕共振子１１～１４および並列腕共振子１６～１９のそれぞれは、例えば、ＹカットのＬｉＮｂＯ３圧電基板と、当該圧電基板上に形成されたＩＤＴ電極とで構成された、レイリー波を利用した弾性表面波共振子である。
上記構成により、フィルタ１０Ａは、例えば、ＬＴＥのためのバンドＢ７１または５Ｇ－ＮＲのためのバンドｎ７１のアップリンク動作バンド（６６３－６９８ＭＨｚ）を通過帯域（第１周波数帯域）とする。
本実施例では、付加回路３０の一端は、端子１１１と直列腕共振子１１との間のノードＮ１に接続され、付加回路３０の他端は、直列腕共振子１３と直列腕共振子１４との間のノードＮ２に接続されている。
なお、本発明に係る第１フィルタ回路の回路構成は、図８Ａに示されたフィルタ１０Ａの回路構成に限定されるものではない。
図８Ｂは、実施例２に係るフィルタ２０Ａの回路構成図である。
フィルタ２０Ａは、第２フィルタ回路の一例であり、７個の弾性波共振子で構成された縦結合共振器２５を備える弾性波フィルタ回路であり、縦結合共振器２５と、直列腕共振子２１、２２および２６と、並列腕共振子２３および２４と、を備える。
縦結合共振器２５は、弾性波共振子２５１、２５２、２５３、２５４、２５５、２５６および２５７で構成され、一端が直列腕共振子２１および２２を介して端子１２１に接続され、他端が直列腕共振子２６を介して端子１２２に接続されている。
弾性波共振子２５１～２５７のそれぞれは、圧電性を有する基板と、当該基板上に形成されたＩＤＴ電極と、を有している。弾性波共振子２５１～２５７のＩＤＴ電極は、互いに対向する２つの櫛形電極で構成されている。弾性波共振子２５１、２５３、２５５および２５７のそれぞれの一方の櫛形電極は直列腕共振子２１および２２を介して端子１２１に接続され、弾性波共振子２５１、２５３、２５５および２５７のそれぞれの他方の櫛形電極はグランドに接続されている。弾性波共振子２５２、２５４および２５６のそれぞれの一方の櫛形電極は直列腕共振子２６を介して端子１２２に接続され、弾性波共振子２５２、２５４および２５４のそれぞれの他方の櫛形電極はグランドに接続されている。弾性波共振子２５１～２５７は、弾性波共振子２５１、２５２、２５３、２５４、２５５、２５６および２５７の順で、弾性波伝搬方向に配置されている。
直列腕共振子２１、２２および２６は、端子１２１と１２２とを結ぶ直列腕経路に配置されている。並列腕共振子２３および２４のそれぞれは、上記直列腕経路とグランドとの間に接続されている。
弾性波共振子２５１～２５７、直列腕共振子２１、２２、２６および並列腕共振子２３～２４のそれぞれは、例えば、ＹカットのＬｉＮｂＯ３圧電基板と、当該圧電基板上に形成されたＩＤＴ電極とで構成された、レイリー波を利用した弾性表面波共振子である。
上記構成により、フィルタ２０Ａは、例えば、ＬＴＥのためのバンドＢ７１または５Ｇ－ＮＲのためのバンドｎ７１のダウンリンク動作バンド（６１７－６５２ＭＨｚ）を通過帯域（第２周波数帯域）とする。
図９は、実施例２に係る付加回路３０の通過特性を表すグラフである。同図には、付加回路３０のノードＮ２からノードＮ１の通過特性が示されている。なお、同図に示されたバンドＢは第１周波数帯域であり、バンドＡは第２周波数帯域である。付加回路３０では、バンドＡの成分がフィルタ１０Ａにて抑制されるように、バンドＡの成分の振幅レベルおよび位相レベルが設定されている。このとき、バンドＡよりも低周波側に、縦結合共振器３１のＩＤＴ電極に起因したＩＤＴレスポンスが発生する。このＩＤＴレスポンスのピーク周波数をｆ１とすると、本実施例ではＩＤＴレスポンスのピーク周波数ｆ１は６１０ＭＨｚとなっている。本実施例におけるＩＤＴレスポンスのピーク周波数は、付加回路３０の通過特性において、第２周波数帯域よりも低周波側で挿入損失が極小となる周波数である。
この縦結合共振器３１のＩＤＴ電極に起因したＩＤＴレスポンスは、フィルタ１０ＡのバンドＡよりも低周波側の減衰特性を劣化させてしまう。
これに対して、本実施例に係るマルチプレクサ１Ａでは、ＩＤＴレスポンスのピーク周波数ｆ１とマルチプレクサ１Ａの第２周波数よりも低い帯域における低インピーダンス周波数とを略一致させることにより、マルチプレクサ１Ａの減衰特性を改善している。
図１０は、共通端子１００から実施例２に係るマルチプレクサ１Ａを見たインピーダンスを示すスミスチャートである。同図のスミスチャートには、共通端子１００からフィルタ１０Ａ、２０Ａ、および付加回路３０を見たインピーダンスが示されている。同図では、フィルタ１０Ａの通過帯域（バンドＢ）およびフィルタ２０Ａの通過帯域（バンドＡ）におけるインピーダンスは、基準インピーダンス（５０Ω）付近に位置している。一方、同図には、フィルタ２０Ａの通過帯域（バンドＡ：第２周波数帯域）よりも低周波側においてインピーダンスが最小となる周波数ｆ２が示されている。つまり、図１０のスミスチャートにおいて、周波数ｆ２のインピーダンスは、低インピーダンス側の実軸上（リアクタンス成分が０）に配置されている。
ここで、本実施例では、上記ＩＤＴレスポンスのピーク周波数ｆ１を、上記インピーダンスが最小となる周波数ｆ２に略一致させる。具体的には、例えば、付加回路３０を構成する縦結合共振器３１のＩＤＴ電極のピッチを調整することで、上記ピーク周波数ｆ１を上記周波数ｆ２に略一致させることが可能となる。
図１１は、実施例２および比較例に係るフィルタ１０Ａおよび付加回路３０の通過特性である。同図には、実施例２および比較例に係るマルチプレクサの入出力端子１１０から共通端子１００の通過特性が示されている。
なお、比較例に係るマルチプレクサは、図１、図８Ａおよび図８Ｂに示された回路構成を有するが、上記ピーク周波数ｆ１が上記周波数ｆ２に対して３．２ＭＨｚ離れているものである。
図１１に示すように、実施例２に係るマルチプレクサ１Ａは、比較例に係るマルチプレクサと比較して、フィルタ１０Ａおよび付加回路３０の通過特性において、バンドＡ（第２周波数帯域）よりも低周波側に発生する減衰量が改善（レスポンスピークが低減）されている（図１１の破線丸内）ことが解る。
これは、共通端子１００からレスポンスのピーク周波数ｆ１付近の信号が入力された場合、ピーク周波数ｆ１が周波数ｆ２と略一致することでピーク周波数ｆ１におけるフィルタ２０Ａまたは１０Ａのインピーダンスが小さくなり、フィルタ２０Ａ側にピーク周波数ｆ１付近の信号が流れてフィルタ１０Ａにはピーク周波数ｆ１付近の信号が流れない、または、フィルタ１０Ａ内でピーク周波数ｆ１付近の信号が消費されて入出力端子１１０へはピーク周波数ｆ１付近の信号が流れない、ことによるものと解される。
つまり、ＩＤＴレスポンスのピーク周波数ｆ１とマルチプレクサ１Ａのインピーダンスが最小となる周波数ｆ２とを略一致させることにより、フィルタ１０Ａ（および付加回路３０）におけるバンドＡ（第２周波数帯域）よりも低周波側に発生するＩＤＴレスポンスを抑制でき、減衰量を改善できる。
本実施例に係るマルチプレクサ１Ａにおいても、図７に示されたピーク周波数ｆ１と周波数ｆ２との関係と同様の関係が成立する。
すなわち、フィルタ１０Ａおよび付加回路３０のバンドＡよりも低周波側における減衰量の要求値が３０ｄＢである場合、式３を満たすことが条件となる。
これによれば、ＩＤＴレスポンスのピーク周波数ｆ１とマルチプレクサ１Ａのインピーダンスが最小となる周波数ｆ２とを式３に示されるように略一致させることにより、フィルタ１０Ａ（および付加回路３０）におけるバンドＡ（第２周波数帯域）よりも低周波側に発生するＩＤＴレスポンスを抑制できる。その結果、上記減衰量を改善でき、３０ｄＢを確保できる。
なお、上記減衰量の要求値が３５ｄＢである場合、式６を満たすことが条件となる。
これによれば、ＩＤＴレスポンスのピーク周波数ｆ１とマルチプレクサ１Ａのインピーダンスが最小となる周波数ｆ２とを式６に示されるように略一致させることにより、フィルタ１０Ａ（および付加回路３０）におけるバンドＡ（第２周波数帯域）よりも低周波側に発生するＩＤＴレスポンスを抑制できる。その結果、上記減衰量を改善でき、３５ｄＢを確保できる。
なお、本実施例に係るマルチプレクサ１Ａにおいて、フィルタ１０Ａの通過帯域はフィルタ２０Ａの通過帯域よりも高周波側にあることが条件であるが、フィルタ１０Ａおよび２０Ａに適用されるバンドは、ＬＴＥのバンドＢ７１には限定されない。
また、フィルタ１０Ａおよび２０Ａが弾性表面波フィルタである場合、圧電性を有する基板はＹカットのＬｉＮｂＯ３圧電基板でありレイリー波を利用するものでなくてもよい。圧電性の基板は、例えばＬｉＴａＯ３圧電基板でありリーキー波を利用するものであってもよい。
また、圧電性を有する基板は、高音速支持基板、低音速膜および圧電膜がこの順で積層された構造を有していてもよく、また、支持基板、エネルギー閉じ込め層および圧電膜がこの順で積層された構造を有していてもよい。
なお、本実施例において、フィルタ１０Ａはラダー型の弾性表面波フィルタであることに限定されず、ラダー型以外の構造であってもよく、また、バルク弾性波フィルタであってもよい。さらに、フィルタ１０Ａは、インダクタおよびキャパシタで構成されたＬＣフィルタであってもよい。また、フィルタ２０Ａは、縦結合型の弾性表面波フィルタであることに限定されず、縦結合型以外の構造であってもよく、また、バルク弾性波フィルタであってもよい。さらに、フィルタ２０Ａは、インダクタおよびキャパシタで構成されたＬＣフィルタであってもよい。
また、付加回路３０の縦結合共振器３１を構成する弾性波共振子の数は３つ以上であってもよい。
［５．効果など］
以上のように、実施例１に係るマルチプレクサ１は、共通端子１００、入出力端子１１０および１２０と、共通端子１００と入出力端子１１０との間に接続され、第１周波数帯域を含む通過帯域を有するフィルタ１０と、共通端子１００と入出力端子１２０との間に接続され、第１周波数帯域よりも高周波側の第２周波数帯域を含む通過帯域を有するフィルタ２０と、共通端子１００と入出力端子１１０とを結ぶ経路の少なくとも一部と並列に接続された付加回路３０と、を備え、付加回路３０は、圧電性を有する基板上に形成された複数のＩＤＴ電極を有する縦結合共振器３１を含み、付加回路３０の通過特性において発生する、ＩＤＴ電極に起因したレスポンスのピーク周波数をｆ１とし、共通端子１００からフィルタ１０および２０、ならびに付加回路３０を見たインピーダンス特性において、第２周波数帯域よりも高周波側でインピーダンスが最小となる周波数をｆ２とした場合、ｆ２×（１－０．００１２）≦ｆ１≦ｆ２×（１＋０．００１２）を満たす。
これによれば、ＩＤＴレスポンスのピーク周波数ｆ１とマルチプレクサ１のインピーダンスが最小となる周波数ｆ２とを上式に示されるように略一致させることにより、フィルタ１０（および付加回路３０）における第２周波数帯域よりも高周波側に発生するＩＤＴレスポンスを抑制でき、減衰特性を改善できる。
また例えば、マルチプレクサ１において、
ｆ２×（１－０．０００５５）≦ｆ１≦ｆ２×（１＋０．０００５５）を満たしてもよい。
これによれば、ピーク周波数ｆ１と周波数ｆ２とを上式に示されるように略一致させることにより、フィルタ１０（および付加回路３０）における第２周波数帯域よりも高周波側に発生するＩＤＴレスポンスを抑制でき、減衰量を３５ｄＢ以上に確保できる。
また、実施例２に係るマルチプレクサ１Ａは、共通端子１００、入出力端子１１０および１２０と、共通端子１００と入出力端子１１０との間に接続され、第１周波数帯域を含む通過帯域を有するフィルタ１０Ａと、共通端子１００と入出力端子１２０との間に接続され、第１周波数帯域よりも低周波側の第２周波数帯域を含む通過帯域を有するフィルタ２０Ａと、共通端子１００と入出力端子１１０とを結ぶ経路の少なくとも一部と並列に接続された付加回路３０と、を備え、付加回路３０は、圧電性を有する基板上に形成された複数のＩＤＴ電極を有する縦結合共振器３１を含み、付加回路３０の通過特性において発生する、ＩＤＴ電極に起因したレスポンスのピーク周波数をｆ１とし、共通端子１００からフィルタ１０および２０、ならびに付加回路３０を見たインピーダンス特性において、第２周波数帯域よりも高周波側でインピーダンスが最小となる周波数をｆ２とした場合、ｆ２×（１－０．００１２）≦ｆ１≦ｆ２×（１＋０．００１２）を満たす。
これによれば、ＩＤＴレスポンスのピーク周波数ｆ１とマルチプレクサ１のインピーダンスが最小となる周波数ｆ２とを上式に示されるように略一致させることにより、フィルタ１０Ａ（および付加回路３０）における第２周波数帯域よりも低周波側に発生するＩＤＴレスポンスを抑制でき、減衰特性を改善できる。
また例えば、マルチプレクサ１Ａにおいて、
ｆ２×（１－０．０００５５）≦ｆ１≦ｆ２×（１＋０．０００５５）を満たしてもよい。
これによれば、ピーク周波数ｆ１と周波数ｆ２とを上式に示されるように略一致させることにより、フィルタ１０Ａ（および付加回路３０）における第２周波数帯域よりも低周波側に発生するＩＤＴレスポンスを抑制でき、減衰量を３５ｄＢ以上に確保できる。
（その他の変形例など）
以上、マルチプレクサについて、実施の形態を挙げて説明したが、本発明の弾性波フィルタは、上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、上記実施の形態に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、上記実施の形態に係るマルチプレクサを内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
また、例えば、マルチプレクサにおいて、各構成要素の間に、インダクタやキャパシタが接続されていてもかまわない。なお、当該インダクタには、各構成要素間を繋ぐ配線による配線インダクタが含まれてもよい。
本発明は、マルチバンド化およびマルチモード化された周波数規格に適用できる、低損失および高減衰のマルチプレクサとして、携帯電話などの通信機器に広く利用できる。
１、１Ａ マルチプレクサ
２ アンテナ
３、４、５ インダクタ
１０、１０Ａ、２０、２０Ａ フィルタ
１１、１２、１３、１４、１５、２１、２２、２６ 直列腕共振子
１６、１７、１８、１９、２３、２４ 並列腕共振子
２５、３１ 縦結合共振器
３０ 付加回路
３１ａ、３１ｂ、２５１、２５２、２５３、２５４、２５５、２５６、２５７ 弾性波共振子
３２ キャパシタ
１００ 共通端子
１１０、１２０ 入出力端子
１１１、１１２、１２１、１２２ 端子
Ｎ１、Ｎ２ ノード

Claims (4)

  1. 共通端子、第１入出力端子および第２入出力端子と、
    前記共通端子と前記第１入出力端子との間に接続され、第１周波数帯域を含む通過帯域を有する第１フィルタ回路と、
    前記共通端子と前記第２入出力端子との間に接続され、前記第１周波数帯域よりも高周波側の第２周波数帯域を含む通過帯域を有する第２フィルタ回路と、
    前記共通端子と前記第１入出力端子とを結ぶ経路の少なくとも一部と並列に接続された付加回路と、を備え、
    前記付加回路は、圧電性を有する基板上に形成された複数のＩＤＴ（InterDigital Transducer）電極を有する共振器を含み、
    前記付加回路の通過特性において発生する、前記ＩＤＴ電極に起因したレスポンスのピーク周波数をｆ１とし、
    前記共通端子から前記第１フィルタ回路、前記第２フィルタ回路および前記付加回路を見たインピーダンス特性において、前記第２周波数帯域よりも高周波側でインピーダンスが最小となる周波数をｆ２とした場合、
    ｆ２×（１－０．００１２）≦ｆ１≦ｆ２×（１＋０．００１２）
    を満たす、
    マルチプレクサ。
  2. ｆ２×（１－０．０００５５）≦ｆ１≦ｆ２×（１＋０．０００５５）
    を満たす、
    請求項１に記載のマルチプレクサ。
  3. 共通端子、第１入出力端子および第２入出力端子と、
    前記共通端子と前記第１入出力端子との間に接続され、第１周波数帯域を含む通過帯域を有する第１フィルタ回路と、
    前記共通端子と前記第２入出力端子との間に接続され、前記第１周波数帯域よりも低周波側の第２周波数帯域を含む通過帯域を有する第２フィルタ回路と、
    前記共通端子と前記第１入出力端子とを結ぶ経路の少なくとも一部と並列に接続された付加回路と、を備え、
    前記付加回路は、圧電性を有する基板上に形成された複数のＩＤＴ電極を有する共振器を含み、
    前記付加回路の通過特性において発生する、前記ＩＤＴ電極に起因したレスポンスのピーク周波数をｆ１とし、
    前記共通端子から前記第１フィルタ回路、前記第２フィルタ回路および前記付加回路を見たインピーダンス特性において、前記第２周波数帯域よりも低周波側でインピーダンスが最小となる周波数をｆ２とした場合、
    ｆ２×（１－０．００１２）≦ｆ１≦ｆ２×（１＋０．００１２）
    を満たす、
    マルチプレクサ。
  4. ｆ２×（１－０．０００５５）≦ｆ１≦ｆ２×（１＋０．０００５５）
    を満たす、
    請求項３に記載のマルチプレクサ。
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