JP4717889B2

JP4717889B2 - 分波器とそれを用いた通信装置

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Publication number: JP4717889B2
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Inventors: 幹伊藤
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Description

本発明は、弾性表面波素子で形成された分波器とそれを用いた通信装置に関する。

近年、携帯通信端末の多機能化・マルチバンド化に伴い所謂ＲＦフロントエンド部を構成する部品点数も増加しているが、携帯通信端末自体は小型・軽量に保ちたいという要求があるため、各部品に対し従来に比してよりいっそうの小型・軽量化が求められている。

携帯通信端末の各部品の中で、アンテナの直下で使用される部品に分波器がある。分波器とは、異なる周波数帯の信号を分離する機能を持った装置であり、例えば送信周波数帯と受信周波数帯とを分離する分波器がＣＤＭＡ方式の携帯通信端末等で使用されている。

分波器には従来、誘電体共振器フィルタを用いたものが用いられていたが、小型化の要求から近年では弾性表面波フィルタを用いたものが用いられるようになった。弾性表面波フィルタは、圧電基板上に設けたＩＤＴ（Inter Digital Transducer）によって励振される弾性表面波を用いた素子である（例えば特開平０５−１６７３８８号公報参照）。

分波器は通過周波数帯域の異なる複数のフィルタ装置を接続して構成される。図２は、一般的な例として、分波器Ｄ１の回路構成を概略的に示す図である。分波器Ｄ１においては、第１のフィルタＦ１と第２のフィルタＦ２とが共通電極４０００で接続されており、共通電極４０００にはアンテナ端子１０００が接続されている。例えば第１のフィルタＦ１が送信周波数帯を通すフィルタ（以下ではＴｘフィルタとする。）であり、第２のフィルタＦ２が受信周波数帯を通すフィルタ（以下ではＲｘフィルタとする。）のときには、アンテナ端子１０００で受信された信号は第２のフィルタＦ２（Ｒｘフィルタ）を通って出力端子２０００から図示しない受信回路へと送られ、また、図示しない送信回路からの信号は入力端子２０００から第１のフィルタＦ１（Ｔｘフィルタ）を通ってアンテナ端子１０００から送信される。

しかし、図２の回路構成では例えば送信信号は共通電極４０００からアンテナ端子１０００だけでなく、受信回路側へも漏洩してしまう。そこで、アンテナ端子１０００と各フィルタＦ１、Ｆ２との間には整合回路Ｌ１が設けられてなる。整合回路Ｌ１によって、受信周波数帯ではアンテナ端子１０００から送信回路がほぼ無限大のインピーダンスとなるように、また、送信周波数帯では送信回路から受信回路がほぼ無限大のインピーダンスとなるように作用する。また、送信回路から受信回路へ漏洩する信号の程度を表す数値は一般にアイソレーション特性と呼ばれ、数値が大きいほど漏洩が小さいことを示す。

分波器は送信帯域及び受信帯域で高いアイソレーション特性を有することが要求されている。従来の分波器では、小型化を実現するため、通常は各共振子が相互に近接して配置されている。しかしながら、このような構成の場合、ＴｘフィルタとＲｘフィルタの間において信号が漏洩し、アイソレーション特性の劣化が避けられなかった。

これに関して、特開２００４−４８２４０号公報には、ＤＭＳ型フィルタにおいて、複数組の櫛型電極を、それぞれの弾性波の主伝搬方向同士が互いに重なり合わないように配置することによって、相互の電極間で伝搬波が干渉することを避けて、スプリアスを低減できる構成が記載されている（例えば、請求項１１，図２等）。

ＤＭＳ型フィルタは、一般的に共振子の数が少ないため、上記のように弾性波の主伝搬方向が互いに重なり合わないように櫛形電極を配置することは比較的容易である。しかしながら、耐電力性を要する分波器には、ＤＭＳ型フィルタよりもラダー型フィルタが用いられる傾向にある。ラダー型フィルタは共振子数が多いため、特開２００４−４８２４０号公報に開示された技術をラダー型フィルタに適用して櫛型電極同士の弾性波の伝搬路をずらして配置しようとすると、小型化が難しくなってしまうという問題がある。

本発明の発明者は、ラダー型フィルタを用いた分波器のアイソレーション特性について、低周波側に通過帯域を有するＴｘフィルタと、高周波側に通過帯域を有するＲｘフィルタとをそれぞれ構成する共振子の弾性波伝搬路の延長線に重なりが生じている場合であっても、アイソレーション特性の劣化が少ない場合があるという知見を得た。この知見に基づき、さらに検討を進めたところ、低周波側に通過帯域を有するフィルタ素子の通過帯域高域側の特性を制御する共振子である、直列腕に配置された共振子（これを、直列共振子とも称する）から漏洩する弾性波が、高周波側に通過帯域を有するフィルタ素子の通過帯域低域側の特性を制御する共振子である、並列腕に配置された共振子（これを、並列共振子とも称する）によって受信される場合に、最もアイソレーション特性が劣化することを突きとめた。これらの知見に基づき、さらに試作評価を重ね、以下に示す本発明の構成に到達した。

したがって、本発明は上記のような問題を改善するべく案出されたものであり、耐電力性に優れたラダー型フィルタを用いた、小型でアイソレーション特性が良い分波器を提供するとともに、それを用いた通信装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、第１の態様に係る分波器は、圧電基板の上に、第１のフィルタ素子と、前記第１のフィルタ素子よりも通過周波数帯域が高い第２のフィルタ素子とが設けられてなる分波器であって、前記第１と第２のフィルタ素子はともに、１対の櫛歯状電極指を有する複数の共振子を直列腕および一または複数の並列腕に配置したラダー型の構造を有し、前記第１と第２のフィルタ素子の前記複数の共振子は全て前記圧電基板の弾性表面波の伝搬方向に沿って長手方向を有するように設けられており、前記第１のフィルタ素子の前記複数の共振子は、該複数の共振子の弾性表面波の伝搬方向が、前記第２のフィルタ素子に向かうようにして配置され、前記第２のフィルタ素子の前記複数の共振子は、該複数の共振子の弾性表面波の伝搬方向が、前記第１のフィルタ素子に向かうようにして配置され、前記第１のフィルタ素子の前記並列腕に設けられている共振子の少なくとも１つが、前記圧電基板の上において、前記第２のフィルタ素子の前記直列腕に設けられている共振子の弾性表面波の伝搬路と重なる位置に配置され、前記第２のフィルタ素子の前記一または複数の並列腕に設けられている一または複数の共振子の少なくとも１つが、前記圧電基板の上において、前記第１のフィルタ素子の前記直列腕に設けられている全ての共振子の弾性波伝搬路から外れた位置に配置されてなるようにした。

第１の態様によれば、第１のフィルタ素子の通過帯域高域側の特性を制御する共振子である直列共振子から漏洩する弾性波が、第２のフィルタ素子の通過帯域低域側の特性を制御する共振子である一または複数の並列共振子によって受信されることが抑制される。これにより、アイソレーション特性の優れた分波器が実現される。

第２の態様に係る分波器は、圧電基板の上に、第１のフィルタ素子と、前記第１のフィルタ素子よりも通過周波数帯域が高い第２のフィルタ素子とが設けられてなる分波器であって、前記第１と第２のフィルタ素子はともに、櫛歯状電極指を有する複数の共振子を直列腕および一または複数の並列腕に配置したラダー型の構造を有し、前記第１と第２のフィルタ素子の前記複数の共振子は全て前記圧電基板の弾性表面波の伝搬方向に沿って長手方向を有するように設けられており、前記第１のフィルタ素子の前記複数の共振子は、該複数の共振子の弾性表面波の伝搬方向が、前記第２のフィルタ素子に向かうようにして配置され、前記第２のフィルタ素子の前記複数の共振子は、該複数の共振子の弾性表面波の伝搬方向が、前記第１のフィルタ素子に向かうようにして配置され、前記第１のフィルタ素子の前記並列腕に設けられている共振子の少なくとも１つが、前記圧電基板の上において、前記第２のフィルタ素子の前記直列腕に設けられている共振子の弾性表面波の伝搬路と重なる位置に配置され、前記第２のフィルタ素子の前記一または複数の並列腕に設けられている一または複数の共振子が、前記圧電基板の上において、前記第１のフィルタ素子の前記直列腕に設けられた、弾性波伝搬路の幅が最大である共振子を含む全ての共振子の当該弾性波伝搬路から外れた位置に配置されてなるようにした。

第２の態様によれば、第１のフィルタ素子の通過帯域高域側の特性を制御する共振子である直列共振子のうち弾性波伝搬路の幅が最大である直列共振子から漏洩する弾性波が、第２のフィルタ素子の通過帯域低域側の特性を制御する共振子である一または複数の並列共振子によって受信されることが効率的に抑制される。これにより、アイソレーション特性の優れた分波器が実現される。

また、第２の態様によれば、第１のフィルタ素子の通過帯域高域側の特性を制御する共振子である直列共振子から漏洩する弾性波が、第２のフィルタ素子の通過帯域低域側の特性を制御する共振子である一または複数の並列共振子によって受信されることが、実用上問題ないレベルにまで抑制される。これにより、アイソレーション特性の優れた分波器が実現される。

また、第１または第２の態様によれば、第１のフィルタ素子の並列共振子と第２のフィルタ素子の直列共振子とを、一方から漏洩する弾性波が他方に受信されるように設けたとしても、係る受信が生じることがアイソレーション特性に与える影響は小さいため、それらの共振子については弾性波伝搬路の重なりを気にせずに配置することができる。

第３の態様に係る分波器は、第１または第２の態様に係る分波器において、前記第２のフィルタ素子の並列腕において再外側に配置されている共振子と当該並列腕においてこれに隣接配置されている共振子のそれぞれの弾性波伝搬路で挟まれる領域内に、前記第１のフィルタ素子の前記直列腕に設けられている共振子のうち、弾性波伝搬路の幅が最大である共振子が配置されてなるようにした。

第３の態様によれば、小型でかつアイソレーション特性の優れた分波器が実現される。

第４の態様に係る分波器は、第１ないし第３のいずれかの態様に係る分波器において、前記圧電基板が正方形若しくは矩形の形状を有してなり、前記弾性表面波の伝搬方向が前記圧電基板のいずれかの辺と平行であるようにした。

第４の態様によれば、圧電基板上のデッドスペースが少なく、かつアイソレーション特性の優れた分波器が実現される。

第５の態様に係る通信装置は、第１ないし第４のいずれかの態様に係る分波器を用いて構成されてなるようにした。

第５の態様によれば、アイソレーション特性に優れた分波器を用いた、小型で通話品質に優れた通信装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る分波器ＤＰの上面図である。一般的な分波器の回路ブロック図である。実施例に係る分波器と比較例に係る分波器のアイソレーション特性を示す線図である。変形例に係る分波器ＤＰ１を示す図である。変形例に係る分波器ＤＰ２を示す図である。変形例に係る分波器ＤＰ３を示す図である。通信装置１００の構成を模式的に示す図である。比較例に係る分波器ＤＰ４を示す図である。

＜分波器の構成＞
以下、本発明の分波器の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に説明する図面において同じ機能を有する箇所には同じ符号を付すものとする。また、各電極の大きさや距離等、あるいは電極指の本数や長さや幅等については、説明のために模式的に図示したものであるので、図示したものに限定されるものではない。

図１は本実施の形態に係る分波器ＤＰの上面図である。分波器ＤＰは第１と第２のフィルタ素子Ｆ１、Ｆ２とを含んで構成されている。そして、第１と第２のフィルタ素子Ｆ１、Ｆ２はいずれもラダー型フィルタとなっている。なお、第１と第２のフィルタ素子Ｆ１、Ｆ２は、第２のフィルタ素子Ｆ２が第１のフィルタ素子Ｆ１よりも高い通過周波数帯域を有するように設計されている。すなわち、分波器ＤＰにおいては、第１のフィルタ素子が低通過帯域フィルタ素子であり、第２のフィルタ素子が、高通過帯域フィルタ素子ということになる。

第１と第２のフィルタ素子Ｆ１、Ｆ２は、圧電基板１の上面（表面）に形成され、それぞれ複数個の共振子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４、これらを接続する信号線Ｓ１、Ｓ２及び接地線Ｇ１、Ｇ２、送信側入出力電極１０及び２０、受信側入出力電極３０及び４０、接地電極５０とを含んで構成されている。共振子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４はいずれも、櫛歯状電極指を有するＩＤＴと反射器とからなる。

第１のフィルタ素子Ｆ１は、電気的に直列の位置に配置されている複数個の共振子Ｒ１（これを直列共振子Ｒ１とも称する）と、電気的に並列の位置に配置されている複数個の共振子Ｒ２（これを並列共振子Ｒ２とも称する）とを備える。より詳細には、直列共振子Ｒ１は、送信側入出力電極１０及び２０を結ぶ信号線Ｓ１上に配置されてなる。また、並列共振子Ｒ２は、信号線Ｓ１と接地電極５０とを接続するそれぞれの接地線Ｇ１上に配置されてなる。

同様に、第２のフィルタ素子Ｆ２は、電気的に直列の位置に配置されている複数個の共振子Ｒ３（これを直列共振子Ｒ３とも称する）と、電気的に並列の位置に配置されている複数個の共振子Ｒ４（これを並列共振子Ｒ４とも称する）とを備える。より詳細には、直列共振子Ｒ３は、受信側入出力電極３０及び４０を結ぶ信号線Ｓ２上に配置されてなる。また、並列共振子Ｒ４は、信号線Ｓ２と接地電極５０とを接続する接地線Ｇ２上に配置されてなる。

本実施の形態に係る分波器ＤＰにおいては、全ての共振子Ｒ１〜Ｒ４が、圧電基板１における弾性表面波の伝搬方向に沿って長手方向を有するように設けられてなる。すなわち、全ての共振子Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれのＩＤＴおよび反射器の櫛歯状電極指が該伝搬方向に対して垂直な方向を向くように配置されてなる。また、それぞれの共振子について、ＩＤＴの櫛歯状電極指の交差部分を弾性表面波の伝搬方向に沿って延長した領域を、該共振子の弾性波伝搬路と定義する。図１においては、図示の簡単のため、直列共振子Ｒ１のうちの１つ、および並列共振子Ｒ４のうちの１つについての弾性波伝搬路Ｐ１およびＰ４のみを例示してなる。２本の一点鎖線で挟まれた幅ｗを有する領域がこれらに該当する。他の共振子についても、弾性波伝搬路は同様に定義される。

また、図１中の白抜き矢印は、直列共振子Ｒ１と並列共振子Ｒ４とから、弾性波が漏洩していく方向を示している。弾性波の漏洩は、それぞれの共振子の弾性波伝搬路に沿って生じる。ただし、漏洩波は、圧電基板１の表面上のみならず、その内部にも伝搬するものと考えられる。なお、分波器ＤＰにおいては、白抜き矢印を図示していない他の共振子においても同様に、弾性波の漏洩は生じ得る。さらに、白抜き矢印方向だけではなく、共振子を挟んで反対の方向にも弾性波の漏洩は起こるが、ここでは省略する。

圧電基板１としては、フィルタ素子を形成する面（上面）が正方形若しくは矩形の形状を有するものを用い、第１と第２のフィルタ素子Ｆ１、Ｆ２に含まれる全ての共振子の弾性波伝搬方向が、圧電基板１のいずれかの辺と平行であるのがより望ましい。係る場合、共振子を圧電基板１の端縁部近傍に配置する構成をとることも可能となるので、圧電基板１上のデッドスペースが低減された分波器が実現される。このことは、分波器製造の低コスト化に寄与する。

＜共振子の配置関係＞
本実施の形態に係る分波器ＤＰにおいては、図１に示すように、第１のフィルタ素子Ｆ１に含まれる直列共振子Ｒ１と、第２のフィルタ素子Ｆ２に含まれる並列共振子Ｒ４とが、互いの弾性波伝搬路が重ならないように配置されている。換言すれば、直列共振子Ｒ１と並列共振子Ｒ４とは、相手の弾性波伝搬路を外れた位置に配置されている。係る共振子の配置関係を「本実施の形態に係る第１共振子配置要件」とも称する。

直列共振子Ｒ１と並列共振子Ｒ４とを本実施の形態に係る共振子配置をみたして配置することにより、直列共振子Ｒ１から漏洩する弾性波が並列共振子Ｒ４によって受信されることが抑制される。これにより、本実施の形態に係る分波器ＤＰにおいては、第１と第２のフィルタ素子Ｆ１、Ｆ２の相互間のアイソレーション特性の向上が実現される。

本実施の形態に係る第１共振子配置要件をみたすことで、アイソレーション特性の向上という効果が得られる理由は、次のように推測される。一般に、ラダー型フィルタにおいて通過周波数帯域の高域側の特性により強く関与する共振子は直列共振子であり、通過周波数帯域の低域側の特性により強く関与する共振子は並列共振子である。よって、通過周波数帯域が異なる２種類のラダー型フィルタを備える分波器では、低通過帯域フィルタ素子の直列共振子（該通過帯域の高域側特性に関与）と、高通過帯域フィルタ素子の並列共振子（該通過帯域の低域側特性に関与）とが、関与する周波数帯域が最も近いもの同士の組み合わせとなる。すなわち、これらの共振子の配置が最もアイソレーション特性に影響を与えることになることになるため、本実施の形態に係る分波器ＤＰのように、直列共振子Ｒ１と並列共振子Ｒ４とを配置することで、前者から漏洩する弾性波が後者によって受信されることが抑止されてなり、アイソレーション特性の向上が実現されてなるものと考えられる。

さらにいえば、ラダー型フィルタにおいては、低通過帯域フィルタ素子の並列共振子（該通過帯域の低域側特性に関与）と、高通過帯域フィルタ素子の直列共振子（該通過帯域の高域側特性に関与）とが、関与する周波数帯域が最も遠いもの同士の組み合わせとなる。よって、これらの共振子から漏洩する弾性波の結合がアイソレーション特性に与える影響は上記に比して小さく、これらの共振子については、弾性波の伝搬路の重なりを気にせずに近接して配置することができる。すなわち、本実施の形態に係る第１共振子配置要件をみたすように、第１のフィルタ素子Ｆ１の直列共振子Ｒ１と第２のフィルタ素子の並列共振子Ｒ４さえ上述のように配置すれば、小型でアイソレーション特性の優れた分波器を実現することができることを意味している。

＜分波器の変形例＞
以上の説明においては、第１と第２のフィルタ素子Ｆ１、Ｆ２のそれぞれの図示しないアンテナ端子とが電気的に分離された場合を前提として説明しているが、本実施の形態に係る分波器ＤＰの態様はこれに限るものではなく、共通に接続したアンテナ端子を有する構成であっても何等問題ない。要求される特性に応じた設計がなされ、いずれかの構成が適宜選択されればよい。

また、第１と第２のフィルタ素子Ｆ１、Ｆ２を構成する直列共振子及び並列共振子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４のＩＤＴの電極指の本数、電極指の交差幅、電極指の配置周期等は、設計に合わせて適宜選択すればよい。すなわち、図１に示したものに限定されない。

図４、図５、および図６は、分波器ＤＰとは異なる共振子配置を有するそれぞれ分波器ＤＰ１、ＤＰ２、およびＤＰ３を示す図である。ただし、各図においては、図示の簡単のため、ＩＤＴや反射器を一体的にハッチングで示している。なお、分波器ＤＰ１、ＤＰ２、およびＤＰ３は、圧電基板１表面の外周部分に環状電極６０を備えている。分波器ＤＰ１、ＤＰ２、およびＤＰ３に用いた共振子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４の設計は全て同じであり、各共振子の配置のみを変更した構成となっている。また、それぞれの分波器において、一部の共振子は、耐電力性を稼ぐために２つに分割されてなる。

図４の分波器ＤＰ１では、第１のフィルタ素子Ｆ１の全ての共振子、すなわち全ての直列共振子Ｒ１および全ての並列共振子Ｒ２の弾性波伝搬路と、第２のフィルタ素子Ｆ２の全ての共振子、すなわち全ての直列共振子Ｒ３および全ての並列共振子Ｒ４の弾性波伝搬路とが互いに外れた位置に配置されている。

これに対して、図５の分波器ＤＰ２では、図１と同様、第１のフィルタ素子Ｆ１の全ての直列共振子Ｒ１の弾性波伝搬路と、第２のフィルタ素子Ｆ２の全ての並列共振子Ｒ４の弾性波伝搬路とが互いに外れた位置に配置されており、第１のフィルタ素子Ｆ１の並列共振子Ｒ２の弾性波伝搬路と、第２のフィルタ素子Ｆ２の直列共振子Ｒ３の弾性波伝搬路とは、重なる位置に配置されている。

また、図６の分波器ＤＰ３では、第１のフィルタ素子Ｆ１の共振子のうち、弾性波伝搬路の幅が最大である直列共振子Ｒ１ｍ（ただし、耐電力性を稼ぐため、直列共振子Ｒ１ａと直列共振子Ｒ１ｂとに分割されてなる）と、第２のフィルタ素子Ｆ２の全ての並列共振子Ｒ４の弾性波伝搬路とが互いに外れた位置に配置されており、直列共振子Ｒ１ｍ以外の直列共振子Ｒ１の弾性波伝搬路と、並列共振子Ｒ４の弾性波伝搬路Ｒ４とは、重なる位置に配置されている。

また、図８は、第１のフィルタ素子Ｆ１の直列共振子Ｒ１と、第２のフィルタ素子Ｆ２の並列共振子Ｒ４の弾性波伝搬路が重なることを気にせずに、できるだけ小型になるよう共振子を配置した分波器ＤＰ４を示す図である。分波器ＤＰ４に備わる共振子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４の設計は、分波器ＤＰ１、ＤＰ２、およびＤＰ３に備わる共振子と同じである。

これらの分波器ＤＰ１、ＤＰ２、ＤＰ３、およびＤＰ４のアイソレーション特性を比較すると、アイソレーション特性が最も良いのは分波器ＤＰ１であり、次いで分波器ＤＰ２、分波器ＤＰ３と続き、最も悪いものが分波器ＤＰ４であることが、本発明の発明者によって確認されている。これはすなわち、分波器ＤＰ３のように第２のフィルタ素子Ｆ２の並列共振子Ｒ４の少なくとも１つが、第１のフィルタ素子Ｆ１の直列共振子Ｒ１の弾性波伝搬路から外れた位置に配置されていれば、アイソレーション特性の向上の効果が得られるということを意味する。これは、別の見方をすれば、第１のフィルタ素子Ｆ１の直列共振子Ｒ１の少なくとも１つが、第２のフィルタ素子Ｆ２の並列共振子Ｒ４の弾性波伝搬路から外れた位置に配置されていれば、アイソレーション特性の向上の効果は得られる、ということでもある。係る共振子の配置関係を「本実施の形態に係る第２共振子配置要件」とも称する。

図４に示す分波器ＤＰ１は、全ての共振子の弾性波伝搬路同士が互いに外れた位置に配置された構成を有するため、アイソレーション特性は良いものの、分波器ＤＰ２やＤＰ３に比して小型化という点では不充分である。例えば、図４ないし図６、および図８に図示した分波器ＤＰ１ないしＤＰ４の（より厳密にはその圧電基板１の）図面視上下方向の長さを２．２ｍｍとすると、図４の分波器ＤＰ１ないしＤＰ４の図面視左右方向の長さは、それぞれ、２．１６ｍｍ、１．８６ｍｍ、１．７０ｍｍ、１．７０ｍｍとなる。そして、圧電基板１の表面積はそれぞれ、４．７５ｍｍ²、４．０９ｍｍ²、３．７４ｍｍ²、３．７４ｍｍ²となる。係る場合、図６に示す分波器ＤＰ３および図８に示す分波器ＤＰ４の表面積は、図４に示す分波器ＤＰ１のそれよりも約２２％も小さいことになる。その一方で、分波器ＤＰ４の構成では第１のフィルタ素子Ｆ１の直列共振子から漏洩する弾性波が第２のフィルタ素子Ｆ２の並列共振子で受信されることになるため、良好なアイソレーション特性は得ることができない。これらを鑑みると、本実施の形態に係る第２共振子配置要件をみたす構成とすることにより、小型化を実現しつつアイソレーション特性も良好な分波器を作製することができる。

特に、図６に示す分波器ＤＰ３のように、第２のフィルタ素子Ｆ２の並列共振子Ｒ４が、第１のフィルタ素子Ｆ１の直列共振子Ｒ１のうち、弾性波伝搬路の幅が最大である直列共振子Ｒ１ｍの弾性波伝搬路から外れた位置に配置されてなる構成が、サイズの小型化の効果とアイソレーション特性向上の効果とをより効率的に得ることができるので望ましい。すなわち、係る構成態様は、本実施の形態において求められる第２共振子配置要件を満たしつつ、圧電基板１の表面積を最小にする構成である。なお、図６の分波器ＤＰ３は、第１のフィルタ素子Ｆ１を送信側の回路に用い、第２のフィルタ素子Ｆ２を受信側の回路に用いる態様で通信装置に搭載される場合を想定した構成を有している。すなわち、送信側入力電極１０と、送信側出力電極２０と、受信側出力電極３０と、受信側入力電極４０とを備える。また、このような態様で用いられる分波器は一般に、送信側の直列共振子のうち初段のものの弾性波伝搬路の幅が最大となるよう構成されることがある。これは、分波器では送信フィルタにパワーアンプで増幅されたハイパワーの信号が入力されるため、分波器の耐電力性能を満足するためには初段を直列共振子の直列接続とすることが有効であるためである。図６の分波器ＤＰ３もこれに対応するものであるが、第２のフィルタ素子Ｆ２の並列共振子Ｒ４を、該初段の直列共振子の弾性波伝搬路から外れた位置に配置することで、アイソレーション特性向上の効果がより効率的に得られるよう図られている。これは、別の見方をすれば、第１のフィルタ素子Ｆ１の直列共振子Ｒ１のうち、弾性波伝搬路の幅が最大である共振子Ｒ１ｍが、第２のフィルタ素子Ｆ２の並列共振子Ｒ４の弾性波伝搬路から外れた位置に配置されてなることが、アイソレーション特性向上の効果をより効率的に得ることができるので望ましい、ということでもある。特に、ハイパワーの信号が入力される送信フィルタの初段の直列共振子では漏洩する弾性波の強度も大きいので、図６のような配置をとることは係る漏洩を抑制するうえで非常に有効である。

なお、図６に示した分波器ＤＰ３は、第２のフィルタ素子Ｆ２の並列腕の最外側に配置されている並列共振子Ｒ４ａとこれに隣接する並列共振子Ｒ４ｂのそれぞれの弾性波伝搬路で挟まれる領域内に、第１のフィルタ素子Ｆ１の直列共振子Ｒ１ｍが配置されてなる構成を有するものでもある。

さらに、図６に示した分波器ＤＰ３は、圧電基板１の表面の外周部分に加えて、第１のフィルタ素子Ｆ１と第２のフィルタ素子Ｆ２との間の部分にも環状電極６０が設けられた構成を有している。この場合、該環状電極６０を接地電極（基準電位電極）として用いるようにすると、並列共振子Ｒ４ａの接地電位側電極を該環状電極６０と共有できるため、さらなる小型化に有効である。このように第１と第２のフィルタ素子Ｆ１、Ｆ２の間に環状電極がある場合であっても、本実施の形態に係る第１および第２共振子配置要件をみたしていれば、アイソレーション特性向上という効果を得ることができる。これは、弾性波の漏洩は圧電基板１の深さ方向にも生じ、いわゆるバルク波となって圧電基板１の底面に伝搬し、底面からの反射波が表面へと伝搬するが、上述した共振子配置をとれば、第１のフィルタ素子Ｆ１の直列共振子Ｒ１から漏洩し環状電極６０の下方をくぐるようにして伝搬した弾性波が第２のフィルタ素子の並列共振子によって受信されることが抑制されるからである。

＜分波器の製造方法＞
次に、本実施の形態に係る分波器における各部位の材質、および、分波器の製造方法について、説明する。以下においては、図４ないし図６に示す、環状電極を有する場合を想定して説明する。

圧電基板１としては、３６°±１０°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ₃単結晶，６４°±１０°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＮｂＯ₃単結晶，４５°±１０°Ｘカット−Ｚ伝搬のＬｉ₂Ｂ₄Ｏ₇単結晶等を用いるのが好ましい。電気機械結合係数が大きく、かつ群遅延時間温度係数が小さいためである。特に、電気機械結合係数の大きな３６°±１０°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ₃単結晶を用いるのがよい。また、結晶Ｙ軸方向におけるカット角は３６°±１０°の範囲内であればよい。それにより十分な圧電特性が得られる。

圧電基板１の厚みは０．１〜０．５ｍｍ程度がよい。０．１ｍｍ未満の厚みでは圧電基板１が脆くなり、０．５ｍｍを超える厚みは、材料コストが大きくなるので好ましくない。また、焦電効果による電極破壊を防ぐために、還元処理を施した圧電基板１を使用してもよい。また、焦電効果による電極破壊を防ぐために、Ｆｅ元素が添加された圧電基板１を使用してもよい。

直列共振子及び並列共振子Ｒ１〜Ｒ４のＩＤＴは、１対の櫛歯状電極指を互いに噛み合わせて構成される。電極指の材質としては、ＡｌまたはＡｌ−Ｃｕ系，Ａｌ−Ｔｉ系，Ａｌ−Ｍｇ系，Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系等のＡｌ合金を用いることができる。またはＡｌ−Ｃｕ／Ｃｕ／Ａｌ−Ｃｕ，Ｔｉ／Ａｌ−Ｃｕ，Ｔｉ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ等の積層膜でＩＤＴを構成してもよい。また、それぞれの共振子の反射器も、同様の材質にて形成される。

また、共振子は、蒸着法，スパッタリング法又はＣＶＤ法等の薄膜形成法により上記材質からなる金属膜を形成し、その後、フォトリソグラフィやＲＩＥ等の周知の方法により所定形状にエッチングを行うことによって形成される。各共振子のＩＤＴおよび反射器は、櫛歯状電極指の対数が５０〜３００程度、電極指の線幅が０．１〜１０μｍ程度、電極指のピッチが０．１〜１０μｍ程度、電極指の開口幅（交差幅）が１０〜２００μｍ程度、電極指の厚みが０．１〜０．５μｍ程度であるのが、共振子の所期の特性を得る上で好適である。

なお、信号線、接地線、パッド電極、環状電極なども、上述した共振子の形成方法と同様の方法によって形成することができる。なお、信号線とは、送信側入出力電極１０及び２０，受信側入出力電極３０及び４０に加えて、共振子間を接続する信号電位の配線電極を指す。さらに、接地線とは、接地電極５０に加えて並列共振子から接地電極５０に至る接地電位（基準電位）の配線電極を指す。

さらに、分波器ＤＰには、図示しない整合回路を、例えば、信号線Ｓ１などに接続した導体層として、圧電基板１上に形成してもよい。その場合、導体層の幅と線路長、厚み等を調整することによって、所望のインダクタンス値を有する整合回路を実現できる。あるいは、整合回路を外部回路として接続したり、インダクター素子を搭載することで整合回路を設けるようにしてもよい。なお、実装用の回路基板、例えばＬＴＣＣ（低温同時焼成セラミックス；Low Temperature Co-fired Ceramics）基板に整合回路を内蔵させ、該回路基板に対して、分波器ＤＰが形成された圧電基板１を実装することによって、整合回路と分波器ＤＰとを接続するようにしてもよい。その際、上述したパッド電極の部分に半田バンプを形成し、相手側の回路基板にも対応する形状の電極パターンを設けておけば、相互にフリップチップ接続することができる。

共振子、信号線、接地線、パッド電極、環状電極等の上には、例えばＳｉＯ₂等からなる保護層を形成することが望ましい。保護層は、周知のＣＶＤ法やスパッタリング法等を用いてＳｉＯ₂膜などを形成した後、係る膜をフォトリソグラフィ、ＲＩＥ等により所定形状に加工することで形成できる。なお、保護層の厚さは、例えば、約０．０２μｍ程度とすればよい。

＜通信装置への適用＞
以上、説明を行ったように、本実施の形態に係る分波器は、小型でアイソレーション特性に優れたものとなる。そして、本実施の形態に係る分波器を通信装置に適用することができる。

図７は、係る通信装置の一例としての通信装置１００の構成を模式的に示す図である。通信装置１００は、主に送受信機３００、アンテナ４００、制御部２００、操作部６００、マイクロフォンＭＰ、及びスピーカＳＰを備えている。

制御部２００は、通信装置１００の各種動作を統括制御する部位である。この制御部２００は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、及びＲＯＭ等を備え、ＲＯＭ内等に格納されたプログラムをＣＰＵが読み込んで実行することで、通信装置１００の各種制御や機能が実現される。

この送受信機３００では、マイクロフォンＭＰから制御部２００を介して入力されたアナログ音声信号がＤＳＰ（Digital Signal Processor）３０１でＡ／Ｄ変換（アナログ信号からデジタル信号へ変換）された後、変調器３０２で変調され、更に局部発振器３２０の発振信号を用いてミキサ３０３で周波数変換される。ミキサ３０３の出力は送信用バンドパスフィルタ３０４およびパワーアンプ３０５を通り、分波器３０６を通ってアンテナ４００に対して送信信号として出力される。

また、アンテナ４００からの受信信号は分波器３０６を通ってローノイズアンプ３０７、受信用バンドパスフィルタ３０８を経てミキサ３０９へ入力される。ミキサ３０９は局部発振器３２０の発振信号を用いて受信信号の周波数を変換し、当該変換された信号はローパスフィルタ３１０を通って復調器３１１で復調され、更にＤＳＰ３０１でＤ／Ａ変換（デジタル信号からアナログ信号へ変換）された後、制御部２００を介してスピーカＳＰに対してアナログ音声信号として出力される。

操作部６００は、ユーザーによる通信装置１００への各種入力を受け付ける部位であり、例えば、各種ボタン等によって構成される。

係る通信装置１００の分波器３０６として、本実施の形態に係る分波器ＤＰあるいはＤＰ１ないしＤＰ３を用いることができる。例えば、第１のフィルタ素子Ｆ１を送信側の回路に用い、第２のフィルタ素子を受信側の回路に用いれば、相互の回路間における信号の漏洩が抑えられて、高い通話品質が得られることになる。これにより、小型で通話品質に優れた通信装置を提供することができる。なお、第２のフィルタ素子を送信側の回路に用い、第１のフィルタ素子を受信側の回路に用いるようにしてもかまわない。

なお、本発明に係る分波器の実施形態は上述の態様に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることは何ら差し支えない。

例えば、櫛歯状電極指の対数や交差幅等が、共振子ごとに異なる態様であってもよい。櫛歯状電極指の対数や交差幅等を適宜に定めることによる寄生容量の調整及び弾性表面波の制御が可能となるので、さらに低損失で高アイソレーションな特性を得ることができる。

次に、上述の実施の形態に係る分波器の実施例を以下に示す。なお、以下に示す実施例はあくまで本発明の実施の形態の一例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、本実施例においては、送信周波数帯域が８２４〜８４９ＭＨｚ、受信周波数帯域が８６９〜８９４ＭＨｚであり、第１のフィルタ素子Ｆ１が送信回路に、第２のフィルタ素子Ｆ２が受信回路に用いられるように、分波器ＤＰを設計している。

まず、ＬｉＴａＯ₃からなる圧電基板を用意し、その主面上に、厚みが６ｎｍのＴｉ薄膜層を形成し、その上に厚みが１３０ｎｍのＡｌ−Ｃｕ薄膜層を形成した。それぞれの層を交互に計３層ずつ積層し、合計６つの薄膜層からなるＴｉ／Ａｌ−Ｃｕ積層膜を形成した。

次に、レジスト塗布装置により、該Ｔｉ／Ａｌ−Ｃｕ積層膜の上にフォトレジストを約０．５μｍの厚みに塗布した。そして、縮小投影露光装置（ステッパー）により、図６に示す配置位置を有するように、共振子や信号線、接地線、パッド電極等となるフォトレジストパターンを形成した。その後、現像装置により、不要部分のフォトレジストをアルカリ現像液で溶解させた。

次に、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置により、必要な箇所を残して残りをエッチングで除去し、図６に示す電極パターンを形成した。

なお、より厳密に言えば、係る電極パターンの形成は、多数個取り用の母基板の状態である圧電基板上に、所望の電極パターンを２次元的に繰り返し配置することで行っている。

次に、電極パターンの所定領域上に保護膜を作製した。すなわち、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置により、電極パターン及び圧電基板の主面上にＳｉＯ₂膜を約０．０２μｍの厚みに形成した。そして、フォトリソグラフィによってフォトレジストのパターニングを行ない、ＲＩＥ装置等でフリップチップ用電極部（入出力電極、接地電極などのパッド電極部分、および環状電極の部分）のＳｉＯ₂膜のエッチングを行なった。

次に、スパッタリング装置を使用し、ＳｉＯ₂膜を除去した部分に、Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｕよりなる積層電極を成膜した。このときの電極膜厚は約１μｍ（Ｃｒ０．０２μｍ、Ｎｉ１μｍ、Ａｕ０．１μｍ）とした。そして、フォトレジスト及び不要箇所の積層電極をリフトオフ法により同時に除去し、積層電極が形成された部分を、フリップチップ用バンプを接続するためのフリップチップ用電極部とした。

その後、圧電基板に設けられたダイシング線に沿ってダイシング加工を施し、圧電基板１条に電極パターンが形成された状態の多数のチップを得た。

次に、あらかじめ用意しておいたセラミックからなる回路基板上に形成されている、銀からなるパターン電極、入出力導体、接地導体、及び環状導体の上に、導電材を印刷した。導電材としては半田を使用した。そして、フリップチップ実装装置によって、各チップを、電極形成面を下面にして該セラミック回路基板上に仮接着した。仮接着はＮ₂雰囲気中で行った。さらに、Ｎ₂雰囲気中でベークを行ない、半田を溶融することにより、チップとセラミック回路基板とを接着した。チップに形成された環状電極と回路基板に形成された環状導体とにおいて半田が溶融し、接着することで、チップ表面の電極パターンが気密封止された。

さらに、チップが接着されたセラミック回路基板に樹脂を塗布し、Ｎ₂雰囲気中でベークを行ない、チップを樹脂封止した。

最後に、セラミック回路基板にダイシング線に沿ってダイシング加工を施して個片に分割することで、回路基板上に実装された状態の、実施例に係る分波器Ａが得られた。なお、個片に分割された状態のセラミック回路基板は、平面サイズが２．５×２．０ｍｍであり、積層構造を有してなる。

また、比較例として、実施例と同じ膜構成を有するが、共振子の配置が異なる分波器Ｂを全く同じ方法によって作製した。分波器Ｂにおいては、図８に示したように、第１のフィルタ素子の直列共振子と、第２のフィルタ素子の並列共振子とを、互いの弾性波伝搬路と重なる位置に配置した。

これらの分波器Ａ及びＢの電気特性をネットワークアナライザ装置により測定した。図３はその結果を示す、分波器Ａ及びＢの通過帯域近傍のアイソレーション特性を示す線図である。図３において、横軸は周波数（単位：ＭＨｚ）を、縦軸はアイソレーション（単位：ｄＢ）を表わしている。実線の特性曲線が分波器Ａの結果を、破線の特性曲線が分波器Ｂの結果を示している。

図３に示すように、実施例に係る分波器Ａでは、送信帯域のアイソレーション特性が６２ｄＢ、受信帯域のアイソレーション特性が５１ｄＢであり、しかも共振子から漏洩した弾性波を別の共振子が受信することにより生じるリップルがごく小さいという結果が得られた。これに対し、比較例に係る分波器Ｂでは、送信帯域のアイソレーションが６０ｄＢ、受信帯域のアイソレーションが４７ｄＢであり、リップルが大きい特性となっていた。

これにより、第１のフィルタ素子Ｆ１に含まれる直列共振子Ｒ１と、第２のフィルタ素子Ｆ２に含まれる並列共振子Ｒ４とを、互いの弾性波伝搬路が重ならないように配置することで、換言すれば、相手の弾性波伝搬路を外れた位置に配置することで、前者から漏洩する弾性波が後者によって受信されることを抑制することができ、アイソレーション特性が改善され、良好な電気特性を有することが確認できた。

Claims

圧電基板の上に、第１のフィルタ素子と、前記第１のフィルタ素子よりも通過周波数帯域が高い第２のフィルタ素子とが設けられてなる分波器であって、
前記第１と第２のフィルタ素子はともに、１対の櫛歯状電極指を有する複数の共振子を直列腕および一または複数の並列腕に配置したラダー型の構造を有し、
前記第１と第２のフィルタ素子の前記複数の共振子は全て前記圧電基板の弾性表面波の伝搬方向に沿って長手方向を有するように設けられており、
前記第１のフィルタ素子の前記複数の共振子は、該複数の共振子の弾性表面波の伝搬方向が、前記第２のフィルタ素子に向かうようにして配置され、
前記第２のフィルタ素子の前記複数の共振子は、該複数の共振子の弾性表面波の伝搬方向が、前記第１のフィルタ素子に向かうようにして配置され、
前記第１のフィルタ素子の前記並列腕に設けられている共振子の少なくとも１つが、前記圧電基板の上において、前記第２のフィルタ素子の前記直列腕に設けられている共振子の弾性表面波の伝搬路と重なる位置に配置され、
前記第２のフィルタ素子の前記一または複数の並列腕に設けられている一または複数の共振子の少なくとも１つが、前記圧電基板の上において、前記第１のフィルタ素子の前記直列腕に設けられている全ての共振子の弾性波伝搬路から外れた位置に配置されてなる、
ことを特徴とする分波器。
圧電基板の上に、第１のフィルタ素子と、前記第１のフィルタ素子よりも通過周波数帯域が高い第２のフィルタ素子とが設けられてなる分波器であって、
前記第１と第２のフィルタ素子はともに、１対の櫛歯状電極指を有する複数の共振子を直列腕および一または複数の並列腕に配置したラダー型の構造を有し、
前記第１と第２のフィルタ素子の前記複数の共振子は全て前記圧電基板の弾性表面波の伝搬方向に沿って長手方向を有するように設けられており、
前記第１のフィルタ素子の前記複数の共振子は、該複数の共振子の弾性表面波の伝搬方向が、前記第２のフィルタ素子に向かうようにして配置され、
前記第２のフィルタ素子の前記複数の共振子は、該複数の共振子の弾性表面波の伝搬方向が、前記第１のフィルタ素子に向かうようにして配置され、
前記第１のフィルタ素子の前記並列腕に設けられている共振子の少なくとも１つが、前記圧電基板の上において、前記第２のフィルタ素子の前記直列腕に設けられている共振子の弾性表面波の伝搬路と重なる位置に配置され、
前記第２のフィルタ素子の前記一または複数の並列腕に設けられている一または複数の共振子が、前記圧電基板の上において、前記第１のフィルタ素子の前記直列腕に設けられた、弾性波伝搬路の幅が最大である共振子を含む全ての共振子の当該弾性波伝搬路から外れた位置に配置されてなる、
ことを特徴とする分波器。
請求項１または請求項２に記載の分波器であって、
前記第２のフィルタ素子の並列腕において最外側に配置されている共振子と当該並列腕においてこれに隣接配置されている共振子のそれぞれの弾性波伝搬路で挟まれる領域内に、前記第１のフィルタ素子の前記直列腕に設けられている共振子のうち、弾性波伝搬路の幅が最大である共振子が配置されてなる、
ことを特徴とする分波器。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の分波器であって、
前記圧電基板が正方形若しくは矩形の形状を有してなり、
前記弾性表面波の伝搬方向が前記圧電基板のいずれかの辺と平行である、
ことを特徴とする分波器。
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の分波器を用いて構成されてなる通信装置。