JP4400788B2 - 弾性表面波分波器 - Google Patents

Description

本発明は移動体通信用機器、特に携帯電話等の無線部に用いられる弾性表面波分波器に関するものである。

従来の弾性表面波（以下「ＳＡＷ」と略す）分波器（例えば特許文献１参照）は２種類あり、一つ目は、二つの異なる圧電基板上に形成した送信ＳＡＷフィルタと受信ＳＡＷフィルタとが、一つの分波器パッケージ内に設けられた二つのキャビティ内に別々に収納されたものであり、二つ目は、一つの圧電基板上に送信ＳＡＷフィルタ及び受信ＳＡＷフィルタの両方が形成され、その両フィルタが形成された圧電基板を分波器パッケージ内に収納したものである。そして、二つ目のＳＡＷ分波器に関して、一つの圧電基板上においては、送信ＳＡＷフィルタの並列腕ＳＡＷ共振器と、受信ＳＡＷフィルタの直列腕ＳＡＷ共振器とが隣接して配置されていた。

図１３は、一つの圧電基板上に送信ＳＡＷフィルタ及び受信ＳＡＷフィルタとを形成した場合のＳＡＷ分波器に関するレイアウトを概略的に示す図である。図１３において、チップの一端から、送信側直列腕ＳＡＷ共振器１１、送信側並列腕ＳＡＷ共振器１２、受信側直列腕ＳＡＷ共振器１３、受信側並列腕ＳＡＷ共振器１４の順に配列されている。
特開２０００−５９１７６号公報

これら従来のＳＡＷ分波器においては、問題となる送信側から受信側系へのアイソレ−ション特性は、送信端→アンテナ端系における周波数特性と、アンテナ端→受信端系における周波数特性の合成特性の影響、送信フィルタ→アンテナ端５０Ω終端→受信側フィルタの間のインピ−ダンス特性の影響、１チップ上における各フィルタのＳＡＷ共振器のチップレイアウトによる干渉（結合）等、多くの状況がト−タルで影響を及ぼしていると考えられる。

Ｊ−ｃｄｍａは送信帯域、受信帯域各々が２つの帯域に帯域分割されているため全帯域を賄うＦｕｌｌ―Ｂａｎｄ構成の分波器を設計するには、使用帯域が３８ＭＨｚとかなりの広帯域であり、互いの送受信帯域の周波数間隔が非常に接近していることから、１チップ上のＳＡＷ共振器同士の干渉は避けられない問題と認識されている。
ＳＡＷフィルタは基本的にパタ−ン形成する圧電基板（ＬｉＴａＯ３）上を表面波が伝搬してモ−ド共振特性によりバンドパスフィルタを構成している。アイソレ−ション特性の周波数帯域は送信帯域（８８７〜９２５ＭＨｚ）であり、この帯域の周波数特性は受信側フィルタにおける直列腕のＳＡＷ共振器が支配的である。２チップ構成時にアイソレ−ション特性が問題とならないことからみて、受信側フィルタにおける直列腕がレイアウト上で隣接している送信側フィルタにおける並列腕のＳＡＷ共振器による干渉の影響を受けていることは明白である。

送信側フィルタの並列腕ＳＡＷ共振器を複数設けることによって、あるいは、受信側フィルタの直列腕ＳＡＷ共振器を複数設けることによって、相手のフィルタの通過帯域における自身の減衰量を増加させているが、送信側フィルタの並列腕ＳＡＷ共振器および受信側フィルタの直列腕ＳＡＷ共振器が互いに近接して配置されると、送信側フィルタの並列腕ＳＡＷ共振器から受信側フィルタの直列腕ＳＡＷ共振器に向かって、圧電基板の表面（送信側フィルタの並列腕ＳＡＷ共振器と受信側フィルタの直列腕ＳＡＷ共振器との間の基板領域）を介して、いくらか弾性表面波（ＳＡＷ）が伝達されてしまい、両フィルタ間のアイソレーション特性の劣化に繋がる（相手のフィルタの通過帯域における自身のフィルタの減衰量が減少してしまう）。

具体的に説明する。
図７は本発明の直列腕ＳＡＷ共振器のシミュレーションによる周波数特性図である。
この図から明らかなように、周波数８６０ＭＨｚのとき、減衰損（Ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ Ｌｏｓｓ）は０．５ｄＢで、周波数８７０ＭＨｚのとき、減衰損は−２ｄＢ、周波数８８０ＭＨｚのとき、減衰損は−４ｄＢ、周波数８９０ＭＨｚのとき、減衰損は−１８ｄＢ、周波数９００ＭＨｚのとき、減衰損は−３ｄＢ、周波数９１０ＭＨｚのとき、減衰損は−２ｄＢ、周波数９２０ＭＨｚのとき、減衰損は−２ｄＢである。

また、周波数８６０ＭＨｚのとき、戻り損（Ｒｅｔｕｒｎ Ｌｏｓｓ）は−２３ｄＢ、周波数８７０ＭＨｚのとき、戻り損は−１１ｄＢ、周波数８８０ＭＨｚのとき、戻り損は−３ｄＢ、周波数８９０ＭＨｚのとき、戻り損は−２ｄＢ、周波数９００ＭＨｚのとき、戻り損は−３ｄＢ、周波数９１０ＭＨｚのとき、戻り損は−６ｄＢ、周波数９２０ＭＨｚのとき、戻り損は−８ｄＢである。

図８は本発明の直列腕ＳＡＷ共振器における反射器のシミュレーションによる反射係数特性図である。
この図から明らかなように、周波数８６０ＭＨｚのとき、反射係数（Ｒｅｆｒｅｃｔｉｏｎ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）は０．６５、周波数８８０ＭＨｚのとき、反射係数は０．９５、周波数９００ＭＨｚのとき、反射係数は０．９５、周波数９２０ＭＨｚのとき、反射係数は０．９５である。

図９は本発明の並列腕ＳＡＷ共振器のシミュレーションによる周波数特性図である。
この図から明らかなように、周波数８６０ＭＨｚでは、減衰損（Ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ Ｌｏｓｓ）は−１３ｄＢで、周波数８７０ＭＨｚのとき、減衰損−２４ｄＢ、周波数８８０ＭＨｚのとき、減衰損は−４ｄＢ、周波数８９０ＭＨｚのとき、減衰損は−２ｄＢ、周波数９００ＭＨｚのとき、減衰損−２ｄＢ、周波数９１０ＭＨｚのとき、減衰損は−２ｄＢ、周波数９２０ＭＨｚのとき、減衰損−２ｄＢである。

また、周波数８６０ＭＨｚのとき、戻り損（Ｒｅｔｕｒｎ Ｌｏｓｓ）は−２ｄＢ、周波数８７０ＭＨｚのとき、戻り損は−２ｄＢ、周波数８８０ＭＨｚのとき、戻り損は−５ｄＢ、周波数８９０ＭＨｚのとき、戻り損は−１７ｄＢ、周波数９００ＭＨｚのとき、戻り損は−１０ｄＢ、周波数９１０ＭＨｚのとき、戻り損は−７、周波数９２０ＭＨｚのとき、戻り損は−６ｄＢである。

図１０は本発明の並列腕ＳＡＷ共振器のシミュレーションによる反射係数特性図である。
図から明らかなように、周波数８６０ＭＨｚのとき、反射係数（Ｒｅｆｒｅｃｔｉｏｎ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）は０．５５、周波数８８０ＭＨｚのとき、反射係数０．８、周波数９００ＭＨｚのとき、反射係数は０．９５、周波数９２０ＭＨｚのとき、反射係数は０．９５である。しかし、周波数８６０〜８４０ＭＨｚ帯域では極端に減少して反射係数が０．２０〜０．４０の値、即ち約３割前後の値をとる。

図７、図８、図９および図１０は、例として交差長１００［μｍ］、対数１００［対］時の直列腕ＳＡＷ共振器１電極のシミュレ−ションによる周波数特性と反射器の反射係数特性の計算結果である。図７および図９の減衰損（Ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ Ｌｏｓｓ）特性は反射器を備えた共振器の特性である。
図１１は送信側及び受信側フィルタの周波数特性図であり、図１２は分波器のアイソレ−ション特性の概略図である。

図７の直列腕ＳＡＷ共振器において、低域共振周波数である周波数８６０ＭＨｚ中心の直列共振帯域は、減衰損（Ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ Ｌｏｓｓ）が約０．５ｄＢであり、図８に示すように反射係数特性が約６割以上となっているので弾性表面波の漏洩は少なくなり、問題となることはない。
一方、図９の並列腕ＳＡＷ共振器では、低域共振周波数である周波数８６０ＭＨｚ中心の直列共振帯域は、減衰損（Ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ Ｌｏｓｓ）が約１３ｄＢではあるが、図１０に示す反射係数特性が約３割となっているため、弾性表面波の漏洩出力が大きくなる。

この並列腕ＳＡＷ共振器の漏洩出力が直列腕ＳＡＷ共振器の出力にノイズとして現れることになる。
このように、約８６０ＭＨｚ以下の低周波数帯域における反射器の反射特性が約３割前後になっており、このことによって、例えば、送信側フィルタの並列腕ＳＡＷ共振器から受信側フィルタの直列腕ＳＡＷ共振器への信号の漏れが大きくなると、受信側フィルタの直列腕ＳＡＷ共振器によって得られる極（減衰量が非常に大きくなるポイント）が、約８６０ＭＨｚ以上の帯域において発生しにくくなる（減衰量を大きくするための極が現れにくくなる）。その結果、約８６０ＭＨｚ以上の帯域における受信側フィルタの通過周波数特性が劣化してしまう（減衰量が少なくなってしまう）ことにもなる。

以上の漏洩、即ちアイソレーションの問題は弾性表面波の伝搬特性、即ち、電極の距離の問題として捉えることができる。
本発明は、以上の問題点を解消するために、送信側フィルタおよび受信側フィルタを１つのチップ内に形成すると共に、送信帯域のアイソレーションのための減衰量を必要程度確保することができるＳＡＷデバイスを目的とする。

本発明は，上記目的を達成するために、
（１）弾性表面波分波器において、第１辺と前記第１辺に対向する第２辺とを有する主表面を備えた圧電基板と、前記圧電基板の前記主表面に形成されたラダー型送信側フィルタと、前記圧電基板の前記主表面に形成されたラダー型受信側フィルタと、前記圧電基板の前記主表面であって、前記主表面の前記第１辺から前記第２辺へ亘り、前記ラダー型送信側フィルタと前記ラダー型受信側フィルタとの間に形成された溝とを有し、前記ラダー型送信側フィルタの通過帯域は前記ラダー型受信側フィルタの通過帯域よりも高く、前記ラダー型送信側フィルタの並列腕共振器と前記ラダー型受信側フィルタの直列腕共振器との間には、前記ラダー型送信側フィルタを構成する直列腕共振器と前記ラダー型受信側フィルタを構成する並列腕共振器とが前記溝を挟んで隣り合って配置されていることを特徴とする。

（２）上記（１）記載の弾性表面波分波器において、前記溝は、直線状であることを特徴とする。

以上、詳細に説明したように本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
（１）弾性表面波分波器において、圧電基板の送信側フィルタと受信側フィルタの境界に溝を設けること、チップの少なくとも１端に共振周波数の隣接したＳＡＷ共振器電極の一方を隔離して配置することにより、２つ以上のフィルタを１つのチップ内にレイアウトしたときに別々のフィルタ同士の干渉を防ぎアイソレ−ションの減衰量の十分な確保ができる。さらに、チップの両端に共振周波数の隣接したＳＡＷ共振器電極同士を隔離して配置することにより、２つ以上のフィルタを１つのチップ内にレイアウトしたときに別々のフィルタ同士の干渉を防ぎアイソレ−ションの減衰量の十分な確保ができる。

（２）弾性表面波分波器において、通過帯域の異なる送信側フィルタ及び受信側フィルタを一枚の圧電基板上に設け、前記基板の両端に共振周波数の隣接した共振器電極同士を隔離して配置したことにより、フィルタ同士の干渉を防ぎアイソレ−ションの減衰量の十分な確保ができるようになる。
（３）弾性表面波分波器において、基板の両端に配置する共振周波数の隣接した共振器電極を送信側フィルタの並列腕弾性表面波共振器電極および受信側フィルタの直列腕弾性表面波共振器電極としたことにより、フィルタ同士の干渉を防ぎアイソレ−ションの減衰量の十分な確保ができるようになる。

（４）弾性表面波分波器において、通過帯域の異なる送信側フィルタ及び受信側フィルタを一枚の圧電基板上に設け、送信側フィルタの並列腕弾性表面波共振器と受信側フィルタの直列腕弾性表面波共振器との間の圧電基板領域上に、送信側フィルタの直列腕弾性表面波共振器または受信側フィルタの並列腕弾性表面波共振器または前記両者を設けることにより、フィルタ同士の干渉を防ぎアイソレ−ションの減衰量の十分な確保ができるようになる。

（５）弾性表面波分波器において、圧電基板の送信側フィルタと受信側フィルタの境界に溝を設け、前記基板の両端に共振周波数の隣接した共振器電極同士を隔離して配置したことにより、フィルタ同士の干渉を防ぎアイソレ−ションの減衰量の十分な確保ができると共に、２つ以上のフィルタを１つのチップ内にレイアウトしたときに発生していたバルク波等の影響も抑制できる。

以下本発明の実施の形態について図を参照しながら詳細に説明する。

（第１実施例）
図１は本発明の第１実施例を示す送受信フィルタ一体型チップ図である。
図１において、２０は圧電基板、２１は送信側フィルタ、２２は受信側フィルタ、２３は溝である。
本発明は上記目的を達成するための第１の解決手段として、図１に示すように、圧電基板２０の送信側フィルタ２１と受信側フィルタ２２の間に溝２３を設ける手段を採用する。

以下、その採用理由を説明する。
本発明のＳＡＷ電極の測定データは、櫛歯状電極（ＩＤＴ）の両側に反射器を配置した構成のものを原則前提としたものである。
ここで、チップ境界に溝２３を入れたときの、着目する送信側端から受信側端をみた送信帯域におけるアイソレ−ション特性を図２、図３に示す。

図２は本発明の第１実施例の送受信フィルタ一体型チップで境界に深さ３０μｍの溝を入れたときのアイソレーション特性図である。
この図から明らかなように、周波数８６０ＭＨｚでは、減衰損（Ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ Ｌｏｓｓ）は−４６ｄＢで、周波数８８０ＭＨｚのとき、減衰損−２４ｄＢ、周波数９００ＭＨｚのとき、減衰損−５２ｄＢ、周波数９２０ＭＨｚのとき、減衰損−５０ｄＢである。

図３は本発明の第１実施例の送受信フィルタ一体型チップで境界に深さ７０μｍの溝を入れたときのアイソレーション特性図である。
この図から明らかなように、周波数８６０ＭＨｚでは、減衰損（Ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ Ｌｏｓｓ）は−４５ｄＢで、周波数８８０ＭＨｚのとき、減衰損−２５ｄＢ、周波数９００ＭＨｚのとき、減衰損−５３ｄＢ、周波数９２０ＭＨｚのとき、減衰損−５８ｄＢである。

図４は溝の深さを横軸にしたときのアイソレ−ション（減衰量）特性を示す図である。
前記溝を設けたことによるアイソレーション特性は以下のようになる。但し、使用周波数は９０２．５ＭＨｚとする。
この図から明らかなように、溝深さ０μｍのとき、−４９．９ｄＢ、溝深さ３０μｍのとき、−４９．７ｄＢ、溝深さ７０μｍのとき、−５３．０ｄＢ、溝深さ１５０μｍのとき、−５３．８ｄＢ、溝深さ２５０μｍのとき、−５４．６ｄＢ、溝深さ３５０μｍのとき、−５５．４ｄＢである。

図４より、送信側フィルタと受信側フィルタの間に設けた溝の深さの割合が深い程、送信帯域におけるアイソレ−ションの減衰量が大きくなる傾向にあることがわかる。
そこで、受信側フィルタにおける直列腕がレイアウト上で隣接している送信側フィルタにおける並列腕のＳＡＷ共振器による干渉の影響を受けないようにするために、本発明の第１実施例において、溝を両フィルタ間の圧電基板表面部に形成し、各ＳＡＷ共振器からの表面弾性波の漏れによる両フィルタ間の干渉を抑制するようにした。

この実施例での両フィルタは、櫛歯状電極の両側に反射器を配置した構成を備えている。
以上のように第１の実施例によれば、送信側フィルタおよび受信側フィルタ一体型の１チップ構成において、基板の送信側フィルタと受信側フィルタの境にある程度の深さ、例えば３０μｍもしくは７０μｍの溝を設けることにより、送信側フィルタ並列腕のＳＡＷ共振器電極と受信側フィルタ直列腕のＳＡＷ共振器電極同士で影響を及ぼす、圧電基板（ＬｉＴａＯ３）表面を励振するＳＨ（ｓｈｅａｒ−ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｗａｖｅ）波を分離して抑えることができる。

スリット、あるいは貫通孔を設けることによっても、本発明の効果を得ることができる。
（第２実施例）
以下、本発明の第２実施例を図に基づいて説明する。
図５は本発明の第２実施例を示す１チップ構成の送信側と受信側フィルタの相互干渉を防止させた構造を示すチップレイアウト図（概略図）である。

この実施例では、上記目的を達成するための第２の解決手段として、図５に示すように、干渉による影響を及ぼされていると思われる受信側フィルタにおける直列腕ＳＡＷ共振器を、送信側フィルタにおける並列腕ＳＡＷ共振器から、１チップ内でできるだけ遠ざける手段を採用した。
従来の図１３のチップレイアウトと違う点は、送信側フィルタの直列腕ＳＡＷ共振器電極１１と並列腕ＳＡＷ共振器電極１２を入れ換え、同様に受信側フィルタの直列腕ＳＡＷ共振器電極１３と並列腕ＳＡＷ共振器電極１４を入れ換え、相互干渉をおこしていると思われるＳＡＷ共振器電極を各々チップの端に配置した点である。

通常、表面波というものは、波の発生源から近ければ近いほど振幅が大きいが、波の伝搬距離が遠くなるにつれて表面波はだんだん弱まってくるので、隣接してレイアウトしたＳＡＷ共振器電極同士を数ミリ遠ざけたり、間に干渉に影響の無いＳＡＷ共振器電極をレイアウトさせるだけでも、影響を受けにくくなる。
第２実施例の特徴は、このような前提技術の上に立って、前記目的を達成するために前記電極配置手段を採用した点にある。

図１２において、アイソレ−ション特性で干渉を受けている帯域Ａ（斜線部）は受信フィルタの直列腕ＳＡＷ共振器電極の周波数特性が支配的であり、図７、図８、図９および図１０の結果から反射器の反射係数はＳＡＷ共振器の共振周波数の高域側では、ほぼ波を反射可能であるが、共振周波数の低域側では３割程度しか波を反射することができない。
そのため、図９に示す、送信側フィルタの並列腕ＳＡＷ共振器電極における共振周波数の低域側では、反射器が十分に波を反射することができないので、結果的に隣接した受信フィルタの直列腕ＳＡＷ共振器電極に影響を与えアイソレ−ション特性が劣化する。

これを避けるために、図５に示すチップレイアウトにすると、隣接するＳＡＷ共振器同士（送信フィルタの並列腕共振器と受信フィルタの直列腕共振器）は各々の共振周波数が十分離れているため、干渉は起こらずアイソレ−ション特性の劣化は見られなくなる。
この結果、従来、約８６０ＭＨｚ以下の低周波数帯域における反射器の反射特性が約３割前後になっていることによって、例えば、送信側フィルタの並列腕ＳＡＷ共振器から受信側フィルタの直列腕ＳＡＷ共振器への信号の漏れが大きくなると、受信側フィルタの直列腕ＳＡＷ共振器によって得られる極（減衰量が非常に大きくなるポイント）が、８８７ＭＨｚ〜９２５ＭＨｚの帯域において発生しにくくなる（減衰量を大きくするための極が現れ難くなる）現象の発生を抑制し、８８７ＭＨｚ〜９２５ＭＨｚの帯域における受信フィルタの通過周波数特性を改善する（減衰量を大きくする）ことができる。

図６は本発明における電極のレイアウトを入れ換えた第２実施例の送受信フィルタ一体型チップの周波数に対するアイソレーション特性図である。図６の第２実施例の特性を示す。
この図から明らかなように、周波数８６０ＭＨｚでは、減衰損（Ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ Ｌｏｓｓ）は−４４ｄＢで、周波数８８０ＭＨｚのとき、減衰損−２５ｄＢ、周波数９００ＭＨｚのとき、減衰損−５５ｄＢ、周波数９２０ＭＨｚのとき、減衰損−６３ｄＢである。

以上のように第２実施例によれば、送信フィルタおよび受信フィルタ一体型の１チップ構成において干渉し合うＳＡＷ共振器電極をチップの両端に離して配置し、中央に共振周波数の差が大きいＳＡＷ共振器電極同士としたレイアウトとしたことにより、ＳＡＷ共振器電極同士の干渉が無くなり、図６に示すようにアイソレ−ション特性の劣化を抑えることができるという効果が得られる。

本発明の圧電基板の送信側フィルタおよび受信側フィルタの境界に溝を設けた第１実施例を示す送受信側フィルタ一体型チップ図である。 本発明の第１実施例の送受信フィルタ一体型チップで境界に深さ３０μｍの溝を入れたときのアイソレーション特性図である。 本発明の第１実施例の送受信フィルタ一体型チップで境界に深さ７０μｍの溝を入れたときのアイソレーション特性図である。 本発明の第１実施例における溝の深さを横軸にしたときのアイソレ−ション（減衰量）特性図である。 本発明の第２実施例を示す１チップ構成の送信側と受信側フィルタの相互干渉を防止させた構造を示すチップレイアウト図（概略図）である。 本発明における電極のレイアウトを入れ換えた第２実施例の送受信フィルタ一体型チップのアイソレーション特性図である。 本発明の直列腕ＳＡＷ共振器のシミュレーションによる周波数特性図である。 本発明の直列腕ＳＡＷ共振器のシミュレーションによる反射係数特性図である。 本発明の並列腕ＳＡＷ共振器のシミュレーションによる周波数特性図である。 本発明の並列腕ＳＡＷ共振器のシミュレーションによる反射係数特性図である。 本発明の送信及び受信側フィルタの周波数特性図である。 本発明の分波器におけるアイソレ−ション特性の概略図である。 従来の送受信フィルタ一体型チップで溝無しのレイアウト図を概略的に示す図である。

１１ 送信直列腕
１２ 送信並列腕
１３ 受信直列腕
１４ 受信並列腕
２０ 基板
２１ 送信側フィルタ
２２ 受信側フィルタ
２３ 溝

Claims (2)

1. 第１辺と前記第１辺に対向する第２辺とを有する主表面を備えた圧電基板と、
   前記圧電基板の前記主表面に形成されたラダー型送信側フィルタと、
   前記圧電基板の前記主表面に形成されたラダー型受信側フィルタと、
   前記圧電基板の前記主表面であって、前記主表面の前記第１辺から前記第２辺へ亘り、前記ラダー型送信側フィルタと前記ラダー型受信側フィルタとの間に形成された溝とを有し、
   前記ラダー型送信側フィルタの通過帯域は前記ラダー型受信側フィルタの通過帯域よりも高く、前記ラダー型送信側フィルタの並列腕共振器と前記ラダー型受信側フィルタの直列腕共振器との間には、前記ラダー型送信側フィルタを構成する直列腕共振器と前記ラダー型受信側フィルタを構成する並列腕共振器とが前記溝を挟んで隣り合って配置されていることを特徴とする弾性表面波分波器。
2. 前記溝は、直線状であることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波分波器。

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