JP4256682B2 - ２つのピエゾ電気層を持つ装置 - Google Patents
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Description
本発明は、高周波フィルタ用の装置の分野に関する。
フィルタ装置は、例えば、２つのピエゾ電気層及び３つの電極を持つ層状装置を有するフィルタ装置を開示する米国特許第５９１０７５６号から知られている。２つのピエゾ電気層の第１の層は、前記３つの電極のうちの一番目の下の電極と２番目の真中の電極との間に位置する。２つのピエゾ電気層の第２の層は、前記３つの電極のうちの真中の電極と３番目の上の電極との間に位置する。前記真中の電極が、接地されている。このアセンブリは、例えばモバイルの無線電話のフィルタ装置として用いられる従来のピエゾ電気バルク音響波共振器（BAWR）である。この既知のフィルタ装置は常に、斯様なアプリケーションにおいて単一の周波数帯域における受信／送信用に形成されている。したがって、例えばＧＳＭ９００規格(GSM = Global System Mobile) に適用される高周波フィルタが使用される。しかしながら、ＤＣＳ−１８００規格( DCS = Digital Cellular System)のためには他のフィルタ装置が形成される。
幾つかの周波数帯域に使用できるフィルタ装置のためのピエゾ電気層に基づく装置を提供し、当該フィルタ装置を動作する方法を提供することが、本発明の目的である。
本発明によると、この目的は、独立請求項１により達成される。
本発明により達成される従来技術を凌駕する本質的利点は、層状装置において何ら変更することなく幾つかの周波数帯域に対してピエゾ電気層を持つ層状装置の利用の可能性を提供できることである。種々の周波数帯域での受信及び送信を可能にするフィルタ装置のための層状装置を使用することは、簡易で安価な態様で回路手段により可能である。斯様なフィルタの送信／受信装置、例えばモバイル無線電話に組み込むことは、必要とされる電子部品における低減された支出を導く。種々の周波数帯域での使用のために送信／受信装置を構成するために、特定の周波数帯域各々に個別に対応する幾つかのフィルタを使用することがもはや必要ではない。
本発明の有益な他の実施例は、１つのスイッチング状態と他のスイッチング状態との間をスイッチングするための回路手段が能動電子部品を有することを提供する。これらのスイッチング状態間をスイッチングするための信頼性のある可能性は、それにより回路技術に関して低い支出で提供できることである。
電子部品の高度な集積化を達成するために好ましい本発明の実施例は、１つのスイッチング状態と他のスイッチング状態との間をスイッチングするための回路手段が、マイクロ機械スイッチを有することを提供する。
周波数帯域間の簡易な切換えは、２つのピエゾ電気層が高電気機械結合定数を持つ物質から作られるという本発明の有利な他の実施例で達成される。高電気機械結合定数を持つ物質として有利に用いられる物質は、窒化アルミニウム（AlN）、酸化亜鉛（ZnO）、ランタンがドープされたジルコン酸塩−チタン酸塩（チタネイト）(PbLayZrxTi1-xO3) (0＜x＜1; 0＜y＜0.2)、若しくはニオブ酸塩カリウム（KNbO3）、又は高電気機械結合定数を持つ他のピエゾ電気物質若しくは強誘電物質である。
２つの周波数帯域の間をスイッチ可能であって２つの帯域のバルク音響波共振器を有するデュプレクサフィルタが２つのピエゾ電気層と３つの電極とを持つ層状装置に基づいて構成される。Tx及びRxブランチ（branch）は、幾つかの層状装置の好適な相互接続により、異なる周波数帯域（例えば９００ＭＨｚ及び１８００ＭＨｚ）に合わせられる。
本発明は、図及び実施例を参照してより詳細に説明されるだろう。
図１は、ピエゾ電気層２が上部電極３と中間電極４との間に位置された層状装置１を示す。他のピエゾ電気層５は、中間電極４と下部電極６との間にある。
層状装置１は、適切な接続を介して上部電極３及び／又は中間電極４及び／又は下部電極６に接続された回路手段を利用したバルク音響波共振器（bulk acoustic wave resonator, ＢＡＷＲ）として用いることができる。図２によると、図２の層状装置１により形成されるフィルタ装置が第１の共振周波数を持つ前記層状装置の第１の状態を生成することは、上部電極３及び下部電極６を介して高周波信号の導くことにより可能である。第１の共振周波数は、図２の右側で図的に示された粒子的（部分的）たわみにより特徴付けられる。これは、例えば９００ＭＨｚ帯域に対する共振周波数でもよい。
図３及び４は、層状装置１に対する回路の可能性を示し、結果としてこれにより形成されたバルク音響波共振器は電極３，４及び／又は６を介した適当な信号の導入を通じて異なる周波数帯域、例えば１８００ＭＨｚ周波数帯域での共振周波数により特徴付けられる。
図３では、中間電極４及び下部電極６は、入力されるべき信号の信号源に接続される。層状装置１で生成された定常波が、図３に概略的に示される。上部電極３、中間電極４及び下部電極６が図４に示される態様で入力信号の信号源に接続されるとき、同様な型式の定常波が生じる。
用いられるスイッチの数から独立して、層状装置１は、フィルタとして用いられる層状装置１が図２に従う定常波により特徴付けられる動作状態と、フィルタとして用いられる層状装置１が図３又は４に従う定常波により特徴付けられる他の動作状態との間の切換えにより、スイッチングされてもよい。よって、層状装置１により形成されるフィルタ装置は、１つ又は幾つかのスイッチの動作を専ら通じて、層状装置における如何なる変更もなしに幾つかの周波数帯域に対して使用できる。このために用いられるスイッチは、例えば、シリコン技術に通常基づいたマイクロ機械スイッチでもよい。斯様なスイッチは、またＭＥＭマイクロスイッチとも呼ばれる。
ピエゾ電気層２，５に用いられる高電磁結合定数を持つ、特に好適な物質は、窒化アルミニウム（AlN）、酸化亜鉛（ZnO）、ランタンがドープされたジルコン酸塩−チタン酸塩（チタネイト）(PbLayZrxTi1-xO3) (0＜x＜1; 0＜y＜0.2)、ニオブ酸塩カリウム（KNbO3）、又は高電磁結合定数を持つ他のピエゾ電気物質若しくは強誘電物質である。この物質の高電磁結合定数は、非常に大きな帯域幅がこれにより可能となるようなアプリケーションに対して有利である。ピエゾ電気層は、以下の物質から形成されてもよい。La,Mn,Fe,Sb,Sr,Niのドーパント又はこれらのドーパントの組合せと共に又はなしに、Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3, Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3, Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbTiO3, Pb(Sc1/3Nb2/3)O3-PbTiO3, Pb(Zn1/3Nb2/3)1-x-y(Mn1/2Nb1/2)xTiyO3-(0＜x＜1, 0＜y＜1), Pb(In1/2Nb1/2)O3-PbTiO3, Sr3TaGa3Si2O14, K(Sr1-xBax)2Nb5O15(0＜x＜1), Na(Sr1-xBax)2Nb5O15(0＜x＜1), BaTiO3, (K1-xNax)NbO3(0＜x＜1), (Bi, Na, K, Pb, Ba)TiO3, (Bi, Na)TiO3, Bi7Ti4NbO21, (K1-xNax)NbO3-(Bi, Na, K, Pb, Ba)TiO3(0＜x＜1), a(BixNa1-xTiO3-b(KNbO3-c)1/2(Bi2O3-Sc2O3)(0＜x＜1, a+b+c=1), (BaaSrbCac)TixZr1-xO3(0＜x＜1, a+b+c=1), (BaaSrbLac)Bi4Ti4O15(a+b+c=1), Bi4Ti3O12, LiNbO3, La3Ga5.5Nb0.5O14, La3Ga5SiO14, La3Ga5.5Ta0.5O14, and PbZrxTi1-xO3(0＜x＜1)
図５は、図１による層状装置により各々形成される幾つかの２−帯域バルク音響波共振器１０，１１，１２，１３の組合せを示す。複数の２−帯域バルク音響波共振器１０，１１，１２，１３の各中間電極１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａ及び各他の電極１０ｂ、１１ｂ、１２ｂ、１３ｂは、各スイッチ１４，１５，１６，１７に接続される。複数の２−帯域バルク音響波共振器の装置は、アンテナＡに接続される。フィルタ装置の送信ブランチ（Ｔｘ）及び受信ブランチ（Ｒｘ）が、２−帯域バルク音響波共振器１０，１１，１２，１３（デュプレクサ機能）により形成される。フィルタ装置は、２つの周波数帯域間で切換えられ、すなわち、フィルタ装置はデュプレクサフィルタ機能も持つ。図５によるとある周波数帯域内でフィルタ装置を動作させるために、全スイッチ１４，１５，１６及び１７は、スイッチ位置“１”にあるべきである。スイッチ１４，１５，１６及び１７が異なるスイッチ位置“２”にあるとき、フィルタ装置は異なる周波数帯域で動作される。
詳細な説明、図面及び請求項で説明されて開示された本発明の特徴は、個別的に重要であり、種々の実施例における本発明の実施のためにどのような組合せにおいても重要である。
Claims (5)
- 受信ブランチ (Rx) および送信ブランチ (Tx) を有するモバイル通信に使用されるフィルタ装置であって、
前記フィルタ装置はモバイル無線信号を受信するためのアンテナに連結され、前記受信ブランチ (Rx) および前記送信ブランチ (Tx) は少なくとも二つのバルク音響波共振器 (10 、 11 、 12 、 13) を各々具え、各バルク音響波共振器は二つのピエゾ電気層 (2 、 5) 、第 1 電極 (6) 、第 2 電極 (3) および中間電極 (4) を含み、前記第 1 ピエゾ電気層 (2) は前記第 2 電極 (3) と前記中間電極 (4) との間に位置し、前記第 2 ピエゾ電気層 (5) は前記第 1 電極 (6) と前記中間電極 (4) との間に位置し、さらに、二つのスイッチング手段 (14 、 15 、 16 、 17) が各ブランチに配置され、
前記受信ブランチ (Rx) および前記送信ブランチ (Tx) の各々に配置された第 1 バルク音響波共振器 (11 、 13) が信号パスと接地電位との間に接続されるように、前記第 2 電極 (3) を前記信号パスに接続させ、前記第 1 バルク音響波共振器 (11 、 13) を、一方が前記接地電位に接続されると共に、他方がスイッチ位置に基づいて前記第 1 電極 (6) 又は前記中間電極 (4) へスイッチ可能な第 1 スイッチ (14 、 16) に連結させ、
前記受信ブランチ (Rx) および前記送信ブランチ (Tx) の各々に配置された第 2 バルク音響波共振器 (10 、 12) が前記信号パスに直列に接続されるように、前記第 2 電極 (3) を前記信号パスに接続させ、前記第 2 バルク音響波共振器 (10 、 12) を、スイッチ位置に基づいて前記第 1 電極 (6) または前記中間電極 (4) を前記フィルタ装置の出力へスイッチングする第 2 スイッチ (15 、 17) に連結させ、
前記フィルタ装置は前記スイッチング手段 (14 、 15 、 16 、 17) の前記スイッチ位置により、ゼロではない異なる周波数で動作することを特徴とするフィルタ装置。 - 前記スイッチング手段 (14 、 15 、 16 、 17) が第 1 スイッチ位置にあるとき、前記バルク音響波共振器 (10 、 11 、 12 、 13) は少なくとも一つの共振周波数を持ち、前記スイッチング手段 (14 、 15 、 16 、 17) が第 2 スイッチ位置にあるとき、前記バルク音響波共振器 (10 、 11 、 12 、 13) は異なる共振周波数を持つことを特徴とする請求項１に記載のフィルタ装置。
- 前記一つのスイッチ位置と前記他のスイッチ位置との間をスイッチングする前記スイッチング手段が、能動電子素子を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のフィルタ装置。
- 前記一つのスイッチ位置と前記他のスイッチ位置との間をスイッチングする前記スイッチング手段が、マイクロ機械スイッチを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のフィルタ装置。
- 前記２つのピエゾ電気層（ 2 、 5 ）が、AlN, ZnO, KNbO3, 又はランタンがドープされたジルコン酸塩−チタン酸塩（チタネイト）(PbLayZrxTi1-xO3) (0＜x＜1; 0＜y＜0.2)から作られることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ装置。
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