JP3820954B2 - 弾性表面波装置、通信装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平衡型−不平衡型変換機能を有するフィルタ等に用いられる弾性表面波装置及びそれを有する通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話などの通信装置に用いられる高周波回路の高性能化のため、上記高周波回路を平衡化する動きがある。この場合、上記高周波回路の回路部品も平衡回路に対応したものが必要となる。不平衡回路と平衡回路との相互間での変換端子を持つ回路部品としてはバランがあるが、部品点数が増加するため、不平衡型−平衡型変換の付加機能を有する回路部品の開発が進められてきた。不平衡型−平衡型変換機能を有する回路部品には振幅平衡度が０ｄＢ、位相平衡度を示す位相差が１８０度に近似していることが要求される。
【０００３】
上記回路部品としては、高周波回路の取り扱い周波数が高くなるほど、小型化が可能な弾性表面波装置が挙げられる。上記弾性表面波装置は、図示しないが、圧電体基板上に、一つまたは複数のくし型電極部（インターデジタルトランスデューサ、以下、ＩＤＴと略記する）と、ＩＤＴを左右（弾性表面波の伝搬方向に沿った左右）から挟む２つの反射器とを、例えば弾性表面波の伝搬方向に沿って有するものである。
【０００４】
上記ＩＤＴは、アルミニウム等の金属薄膜により形成されており、入力した電気信号（交流）を弾性表面波（弾性エネルギー）に変換して圧電体基板上に伝搬させ、伝搬した弾性表面波を電気信号に変換して出力する弾性表面波変換部として機能するものである。上記反射器は、伝搬してきた弾性表面波を来た方向に反射する機能を有するものである。
【０００５】
このようなＩＤＴでは、各すだれ状電極指の長さや幅、隣り合う各すだれ状電極指の間隔、互いのすだれ状電極指間での入り組んだ状態の対面長さを示す交叉幅を、それぞれ設定することにより信号変換特性や、通過帯域の設定が可能となっている。また、反射器においては、各反射器電極指の幅や間隔を調整することにより反射特性の設定が可能となっている。
【０００６】
このような弾性表面波装置においても、同様に不平衡型−平衡型変換機能を有する弾性表面波装置の開発が進められ、実用化されている。フィルタ特性に通過帯域外での大きな減衰量が要求される場合は、縦結合形の弾性表面波素子を縦続接続した、特開平１０−１１７１２３号公報に記載のような多段構造が用いられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年、バランス性に対する市場要求が強まっており、通過帯域外の減衰量を必要とし、不平衡型−平衡型変換機能を有する弾性表面波装置においてもバランス性のさらなる改善が要求されている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の弾性表面波装置は、以上の課題を解決するために、圧電基板上に弾性表面波の伝搬方向に沿って形成された複数のＩＤＴと上記各ＩＤＴの外側に形成された反射器とを有する弾性表面波素子を４個以上有し、且つ不平衡型−平衡型変換機能を有する弾性表面波装置において、平衡側出力の位相差を略１８０度とするために、入出力間の位相を１８０度シフトさせた前記弾性表面波素子が平衡側に配置されていることを特徴としている。
【０００９】
上記構成によれば、位相を反転させた、つまり入出力間の位相を１８０度シフトさせた前記弾性表面波素子を平衡側に配置することにより、平衡出力もしくは不平衡出力のバランス性を改善できる。
【００１０】
上記弾性表面波装置では、前記弾性表面波素子の縦続接続が平衡接続になっていることが好ましい。上記構成によれば、弾性表面波素子の縦続接続を平衡接続した方が平衡出力または不平衡出力のバランス性をより良好にできる。
【００１１】
上記弾性表面波装置においては、前記弾性表面波素子の少なくとも１個のＩＤＴの電極指が偶数本であることが望ましい。上記構成によれば、少なくとも１個のＩＤＴの電極指を偶数本とすることで、平衡出力あるいは不平衡出力のバランス性をさらに向上できる。
【００１２】
上記弾性表面波装置では、前記弾性表面波素子における他のＩＤＴにより挟まれた中央のＩＤＴの電極指が偶数本であることが好ましい。
【００１３】
上記構成によれば、中央のＩＤＴの電極指を偶数本とすることで、平衡出力や不平衡出力のバランス性をさらに改善できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図１ないし図１３に基づいて説明すれば、以下の通りである。図１、２に本発明の実施の形態を示す。図１は２段４素子構成の不平衡型−平衡型変換機能を有する弾性表面波装置の弾性表面波素子（１〜４）の概略構成図である。図２は上記弾性表面波装置の配置図である。
【００１５】
上記弾性表面波装置では、図１及び図２に示すように、不平衡側の弾性表面波素子１、弾性表面波素子２は不平衡端子６に対し並列に接続されており、平衡側の弾性表面波素子３、弾性表面波素子４は不平衡側の各弾性表面波素子１、２に対して縦続接続されている。
【００１６】
各弾性表面波素子（１，２，３，４）は、弾性表面波の伝播方向に沿って、入出力用ＩＤＴ（１１，２１，３１，４１）とその両側にて挟む縦続用ＩＤＴ（１２，２２，３２，４２）とさらにその外側の両側にて挟む反射器（１３，２３，３３，４３）とをそれぞれ有している。
【００１７】
本実施の形態では弾性表面波素子１〜３を同じ設計とし、弾性表面波素子４はこれらと位相が１８０度異なる設計としている。また、縦続接続線５１と縦続接続線５２とは、及び、縦続接続線５３と縦続接続線５４とはそれぞれ位相が互いに１８０度異なるように設計して、各弾性表面波素子１、２と各弾性表面波素子３、４との間の縦続接続を平衡接続とした。
【００１８】
縦続接続線５１、５２は、互いに対向する位置の各縦続用ＩＤＴ１２、２２をそれぞれ互いに接続するものである。縦続接続線５３、５４は、互いに対向する位置の各縦続用ＩＤＴ３２、４２をそれぞれ互いに接続するものである。
【００１９】
各弾性表面波素子（１，２，３，４）の入出力用ＩＤＴ電極指（１４，２４，３４，４４）の本数は偶数本である。また、縦続用ＩＤＴ（１２，２２，３２，４２）の電極指本数は奇数本である。
【００２０】
本実施の形態の弾性表面波装置に関する設計パラメータ例は、以下の通りである。中心周波数は９００ＭＨｚ、入出力用ＩＤＴ電極指（１４，２４，３４，４４）の本数は１７対（３４本）、縦続用ＩＤＴ（１２，２２，３２，４２）の電極指の本数は１３．５対（２７本）である。
【００２１】
次に、本実施の形態に係る弾性表面波装置の作用・効果について以下に説明する。図１は不平衡型−平衡型変換機能を有する弾性表面波装置を表している。平衡端子７と平衡端子８の出力信号は通過帯域において、振幅平衡度が０ｄＢ、位相平衡度を示す位相差が１８０度になるように設計される。しかし、実際には振幅平衡度が０ｄＢ、位相平衡度を示す位相差が１８０度にはならない。
【００２２】
本実施の形態のような２段４素子構造の場合、弾性表面波素子１〜４のいずれかにおいて位相反転を行う必要があるが、位相反転素子と位相反転しない素子とは位相以外のインピーダンスなどにも差が生じた結果として、平衡出力においてバランス性が悪くなる。
【００２３】
本発明は上記のような多段接続の不平衡−平衡型変換機能を有する弾性表面波装置において、平衡端子７、８間の非対称性を緩和し、上記バランス性の良好な構造を提供するものである。
【００２４】
入出力用ＩＤＴ電極指（１４，２４，３４，４４）の本数を偶数とすると、位相反転してもアース（接地側）とホット（信号側）の電極指数が同じであるため、上記非対称性が緩和される。
【００２５】
さらに、縦続接続線５１と縦続接続線５２とを、及び、縦続接続線５３と縦続接続線５４とをそれぞれ位相が１８０度、互いの間にて異なるように設計し平衡接続することでバランス性はより一層良好となる。
【００２６】
これは図３のように平衡接続しない場合（比較例）は位相反転しない素子のＩＤＴ間におけるアース・ホットの配置９と、位相反転素子のＩＤＴ間におけるアース・ホットの配置１０との間での対称性が悪いのに対し、図４のように平衡接続の場合（本実施の形態）は位相反転しない素子のＩＤＴ間におけるアース・ホットの配置１１と位相反転素子のＩＤＴ間におけるアース・ホットの配置１２との間での対称性が良くなるためである。
【００２７】
言い換えると、本実施の形態では、平衡側の各弾性表面波素子３、４において、中央の各入出力用ＩＤＴ３１、４１間における弾性表面波の伝播方向に沿った中心を通り、かつ上記伝播方向に対して直交する仮想対称線に対して、互いに隣り合う各ＩＤＴ（ＩＤＴ３１と各ＩＤＴ２２、ＩＤＴ４１と各ＩＤＴ４２）の対面する部分（最外電極指と、少なくとも最外電極指の内側の電極指）の各電極指間でのアース・ホットの配置が、対称性を確保するようにそれぞれ設けられていることが好ましい。
【００２８】
しかし、構造上の非対称性が完全になくなったわけではなく素子の配置方法によってもバランス性が変化する。そこで位相反転を行う弾性表面波素子を図１の弾性表面波素子３または弾性表面波素子４のような平衡端子側の段に配置することでバランス性を良好にすることを実験で確認することができた。
【００２９】
位相反転素子を不平衡側に配置する場合と平衡側に配置する場合とでは位相反転しない素子との接続のされ方が異なり、不平衡側では並列接続され、平衡側では直列接続されることになる。位相反転素子を不平衡側よりも平衡側に配置することでバランス性が改善されるのは、位相や振幅など各素子の特性の違いは並列接続するより直列接続した時の方が影響は小さくなるためである。
【００３０】
本実施の形態の場合は、前述のとおり、多段接続の不平衡−平衡型変換機能を有する弾性表面波装置において、平衡端子７、８間の非対称性を緩和しバランス性の良好な構成方法を提供できるものである。
【００３１】
図５ないし図１０は通過帯域近傍のバランス特性を示している。図１の弾性表面波素子２を位相反転素子とした比較例における、振幅平衡度を図５に、位相平衡度を図６に示す。また、弾性表面波素子４を位相反転素子とした本実施の形態における、振幅平衡度を図７に、位相平衡度を図８に示す。さらに、比較し易いように、図５と図７とを合わせて表記したものを図９（図５を破線、図７を実線）に示し、図６と図８とを合わせて表記したものを図１０（図６を破線、図８を実線）に示す。
【００３２】
弾性表面波装置の平衡出力における通過帯域内でのバランス性は、通常、理想値からの最大変位値の絶対値で判断され、図５ないし図１０から明らかなように、位相反転素子を平衡側に設けることで、比較例の振幅平衡度が０．２４ｄＢ（図５）及び位相平衡度を示す位相差が３．１度（図６）、本実施の形態の振幅平衡度が０．２２ｄＢ（図７）及び位相平衡度を示す位相差が２．４度（図８）というように、上記バランス性、特に位相平衡度が改善されていることがわかる。
【００３３】
なお、本実施の形態では、位相反転素子を平衡側の弾性表面波素子４に設けた例を挙げたが、特に上記に限定されるものではなく、位相反転素子を平衡側の他方の弾性表面波素子３に設けてもよい。
【００３４】
平衡側の弾性表面波素子３を位相反転素子とした本実施の形態の変形例においても、図１１（振幅平衡度）及び図１２（位相平衡度）に示すように、位相反転素子を平衡側に設けることで、前記バランス性、特に位相平衡度が改善されていることがわかる。
【００３５】
また、上記では、不平衡端子６を入力側、各平衡端子７、８を出力側とした例を挙げたが、逆に各平衡端子７、８を入力側、不平衡端子６を出力側としても、平衡→不平衡変換でのバランス性と不平衡→平衡変換でのバランス性とは互いに等しいと考えられるので、同様に本発明の効果は得られる。
【００３６】
以下に、図１３を参照しながら、本実施の形態に記載の弾性表面波装置を搭載した通信装置１００について説明する。
【００３７】
上記通信装置１００は、受信を行うレシーバ側（Ｒｘ側）として、アンテナ１０１、アンテナ共用部／ＲＦＴｏｐフィルタ１０２、アンプ１０３、Ｒｘ段間フィルタ１０４、ミキサ１０５、１ｓｔＩＦフィルタ１０６、ミキサ１０７、２ｎｄＩＦフィルタ１０８、１ｓｔ＋２ｎｄローカルシンセサイザ１１１、ＴＣＸＯ（temperature compensated crystal oscillator（温度補償型水晶発振器））１１２、デバイダ１１３、ローカルフィルタ１１４を備えて構成されている。Ｒｘ段間フィルタ１０４からミキサ１０５へは、図１３に二本線で示したように、バランス性を確保するために各平衡信号にて送信することが好ましい。
【００３８】
また、上記通信装置１００は、送信を行うトランシーバ側（Ｔｘ側）として、上記アンテナ１０１および上記アンテナ共用部／ＲＦＴｏｐフィルタ１０２を共用するとともに、ＴｘＩＦフィルタ１２１、ミキサ１２２、Ｔｘ段間フィルタ１２３、アンプ１２４、カプラ１２５、アイソレータ１２６、ＡＰＣ（automatic power control （自動出力制御））１２７を備えて構成されている。
【００３９】
そして、上記のＲｘ段間フィルタ１０４、１ｓｔＩＦフィルタ１０６、ＴｘＩＦフィルタ１２１、Ｔｘ段間フィルタ１２３には、上述した本実施の形態に記載の弾性表面波装置が好適に利用できる。
【００４０】
よって、上記通信装置は、用いた弾性表面波装置が、従来と比べて、平衡出力や不平衡出力のバランス性を改善できるので、高性能化、特にＧＨｚ帯域以上の通過（使用）帯域を備えた通信装置において小型化、高性能化を図れるものとなっている。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の弾性表面波装置は、以上のように、弾性表面波素子を４個以上有し、且つ不平衡型−平衡型変換機能を有する弾性表面波装置において、平衡側出力の位相差を略１８０度とするために、入出力間の位相を１８０度シフトさせた前記弾性表面波素子が平衡側に配置されている構成である。
【００４２】
それゆえ、上記構成は、位相を反転させた、つまり入出力間の位相を１８０度シフトさせた前記弾性表面波素子を平衡側に配置することにより、平衡出力や不平衡出力のバランス性を改善できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る弾性表面波装置の概略構成図である。
【図２】上記弾性表面波装置の各弾性表面波素子の配置を示す説明図である。
【図３】比較例の弾性表面波装置における、対称性が悪いことを示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る弾性表面波装置の対称性が良いことを示す説明図である。
【図５】上記比較例の弾性表面波装置の振幅平衡度を示すグラフである。
【図６】上記比較例の弾性表面波装置の位相平衡度を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態に係る弾性表面波装置の振幅平衡度を示すグラフである。
【図８】上記弾性表面波装置の位相平衡度を示すグラフである。
【図９】上記図５と図７とを合わせた各弾性表面波装置の振幅平衡度を示すグラフである。
【図１０】上記図６と図８とを合わせた各弾性表面波装置の位相平衡度を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施の形態における変形例の弾性表面波装置の振幅平衡度を示すグラフである。
【図１２】上記弾性表面波装置の位相平衡度を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施の形態に係る弾性表面波装置を有する通信装置の要部ブロック図である。
【符号の説明】
１、２、３、４ 弾性表面波素子
６ 不平衡端子
７、８ 平衡端子

Claims (4)

1. 圧電基板上に弾性表面波の伝搬方向に沿って形成された複数のくし型電極部と上記各くし型電極部の外側に形成された反射器とを有する弾性表面波素子を４個以上有し、且つ不平衡型−平衡型変換機能を有する弾性表面波装置において、
   平衡端子側出力の位相差を略１８０度とするために、入出力間の位相を１８０度シフトさせた前記弾性表面波素子が平衡端子側に配置され、
   上記各弾性表面波素子には縦続用くし型電極部を有し、
   かつ不平衡端子側に配置された各縦続用くし型電極部と平衡端子側に配置された各縦続用くし型電極部とをそれぞれ２本の縦続接続線によって縦続接続すると共に該各縦続接続が互いに位相を１８０度異ならせる平衡接続になっていることを特徴とする弾性表面波装置。
2. 請求項１記載の弾性表面波装置において、
   前記弾性表面波素子の少なくとも１個のくし型電極部の電極指が偶数本であることを特徴とする弾性表面波装置。
3. 請求項１記載の弾性表面波装置において、
   前記弾性表面波素子における他のくし型電極部により挟まれた中央のくし型電極部の電極指が偶数本であることを特徴とする弾性表面波装置。
4. 請求項１ないし３の何れか１項に記載の弾性表面波装置を有することを特徴とする通信装置。

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