JP4845503B2

JP4845503B2 - 分波器および携帯型通信装置

Info

Publication number: JP4845503B2
Application number: JP2005366846A
Authority: JP
Inventors: 毅杉浦; 隆裕佐藤
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-12-20
Filing date: 2005-12-20
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2025-12-20
Also published as: KR20070065779A; KR100803219B1; JP2007174100A

Description

本発明は分波器および携帯型通信装置にかかり，特に，携帯電話などの端末において，送受同時通話を行う通信方式に用いられる分波器（特に，弾性表面波分波器）およびこれを用いた携帯型通信装置に関する。

近年，携帯電話などの移動体通信機器が広く普及する中で，それに用いられる電子機器の小型化・高性能化の要求は益々高くなってきている。その中で，分波器（デュプレクサ）は，送信信号と受信信号とを分離すると同時に，必要な周波数帯域の信号のみを取り出すものであり，アナログやＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式などの送受同時通信を行う方式において必須な部品である。その中でも，弾性表面波フィルタを用いた弾性表面波デュプレクサは，誘電体デュプレクサなどに比べ小型化・高性能化などが容易に実現可能であり，近年，特に注目されている。

弾性表面波デュプレクサは，例えば，弾性表面波フィルタとセラミックパッケージからなる。その基本構成は一般に受信フィルタと送信フィルタを，アンテナ端子を共通端子として並列接続して構成し，また接続点の間に位相整合回路が導入された構成となっている（例えば，特許文献１，２参照。）。送受信の弾性表面波フィルタは，広帯域・低損失が必要なことから，現在一般的にラダー型フィルタが用いられ，また広帯域化・高帯域外抑圧度を実現するために伸張コイルが用いられている。その伸張コイルと位相整合回路は，多層構造を持ったセラミックパッケージ内にマイクロストリップライン（またはストリップライン）にて実現される。

図１０〜図１２は，多層構造からなるセラミックパッケージに形成されたマイクロストリップラインを示す説明図である。図１０は多層構造からなるセラミックパッケージ３００の外観を示す説明図である。このセラミックパッケージ３００は，上層から下層に向かって順に，第１層３１０，第２層３２０，第３層３３０，第４層３４０の４層構造である。

図１１は図１０の層別パターンを示す説明図である。
第１層３１０には，図１１に示したように，入出力ポートである第１ポート３１１および第２ポート３１２が形成されている。

第２層３２０には，図１１に示したように，パターン３２１と，コンタクトホール３２２〜３２４が形成されている。パターン３２１は，メアンダ形状のマイクロストリップラインである。メアンダ形状のマイクロストリップラインは，小さい面積で配置できることから，一平面内に作製される。コンタクトホール３２２は第１層の第２ポート３１２と接続され，コンタクトホール３２４は第１層の第１ポート３１１と接続されている。

第３層３３０には，図１１に示したように，パターン３３１と，コンタクトホール３３２〜３３６が形成されている。パターン２３１は，グランドプレーンであり，マイクロストリップ間のアイソレーション特性を改善させるために形成されている。コンタクトホール３３５は第２層のコンタクトホール３２３と接続され，コンタクトホール３３６は第２層のコンタクトホール３２４と接続されている。

第４層３４０には，図１１に示したように，パターン３４１と，コンタクトホール３４２〜３４７が形成されている。パターン３４１は，メアンダ形状のマイクロストリップラインである。コンタクトホール３４２は第３層のコンタクトホール３３２と接続され，コンタクトホール３４３は第３層のコンタクトホール３３３と接続され，コンタクトホール３４５は第３層のコンタクトホール３３５と接続され，コンタクトホール３４６は第３層のコンタクトホール３３４と接続され，コンタクトホール３４７は第３層のコンタクトホール３３６と接続されている。

図１２は，図１０のセラミックパッケージ２００の側面図である。
上述のように，メアンダ形状のマイクロストリップライン３２１，３４１は，小さい面積で配置できることから，一平面内に作製される。従来のセラミックパッケージ２００では，図１２に示したように，マイクロストリップライン３２１，３４１は水平方向に平行に形成されている。

特開平５−９５２５３号公報特開２０００−３０７３８３号公報

ところで，近年のデバイスの小型化・高性能化の要求に対応するためには，パッケージの小型化は必須であり，したがって伸張コイルと位相整合回路のマイクロストリップラインの距離は必然的に小さくしなければならない。それに伴い，両マイクロストリップ間の影響が無視できなくなり，アイソレーション特性が悪化するという問題が発生する。

従来の構造では，図１２に示したように，双方のマイクロストリップラインが平面上に作製されているため，電流方向が平行となっていた。このため，小型化するためにお互いの距離を小さくすると，お互いの電磁界が平行に作用しあうことによる影響から，図１３に示したように，マイクロストリップ間のアイソレーション特性が悪化し，したがってポート間のアイソレーション特性も悪化し，帯域外抑圧度が低下するという問題があった。また，アイソレーション特性を確保するために，お互いの層の間にグランドプレーンなどの追加の層が必要となることで，小型化・低背化が困難な状況であった。

本発明は，従来の分波器が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，小型でしかも帯域外減衰量の特性を良好にすることの可能な，新規かつ改良された分波器および携帯型通信装置を提供することである。

上記課題を解決するため，本発明の第１の観点によれば，送信信号と受信信号とを分離する分波器が提供される。本発明の分波器は，アンテナ端子を共通端子として並列接続された受信信号用のフィルタ（受信フィルタ）および送信信号用のフィルタ（送信フィルタ）と，前記アンテナ端子と，前記受信フィルタまたは前記送信フィルタとの間に，直列または並列に挿入される整合回路（例えば，位相整合回路）と，前記受信フィルタまたは前記送信フィルタに接続される伸張インダクタンスと，を備え，前記整合回路および前記伸張インダクタンスは，多層構造を有するパッケージ内に第１，第２のマイクロストリップラインとして形成され，前記第１のマイクロストリップラインは，前記多層構造のいずれかの層に形成され，前記第２のマイクロストリップラインは，前記多層構造を貫通するように前記第１のマイクロストリップラインと垂直方向に形成されることを特徴とする。

かかる構成によれば，多層セラミックパッケージ内に作製されるメアンダ形状のマイクロストリップラインを水平方向と垂直方向にし，それぞれのメアンダラインに流れる電流の方向を直交とすることで，それぞれに発生する磁界の方向を直交として，お互いに作用する電磁界の影響を小さくし，マイクロストリップライン間のアイソレーション特性を改善する。これにより，ポート間のアイソレーション特性も改善し，帯域外抑圧度が改善できる。このように，互いのマイクロストリップ間を近づけても特性の劣化が非常に少なく，小型で高性能な弾性表面波デュプレクサが実現できる。また追加のグランドプレーン層などの必要が無く，小型化・低背化が容易に可能となる。

本発明の分波器において，前記第１のマイクロストリップラインはメアンダ形状とすることができる。メアンダ形状のマイクロストリップラインは，小さい面積でも配置できることから，多層構造内の一平面内に作成することができる。このため，多層構造のパッケージのいずれかの層に平面的に形成される第１のマイクロストリップを作成するのに最適である。なお，第２のマイクロストリップラインについても同様にメアンダ形状とすることが可能である。

また，パッケージの多層構造は，例えば，第１層，第２層，第３層および第４層からなる４層構造であり，前記第１層には入出力端子が形成され，前記第２層には前記入出力端子と前記第１のマイクロストリップラインとのアイソレーション特性を確保するためのグランドプレーンが形成され，前記第３層には前記第１のマイクロストリップラインが形成され，前記第４層には前記第１のマイクロストリップラインと外部出力端子とのアイソレーション特性を確保するためのグランドプレーンが形成される構成とすることができる。また，一般的にグランドプレーン（グランドプレーン層）は，デバイスのグランドを強化してノイズレベルを下げるために形成される。なお，第２層にのみグランドプレーンを形成し，第４層にはグランドプレーンを形成しない構成とすることも可能である。

前記受信フィルタおよび前記送信フィルタは，例えばラダー型フィルタとすることができる。ラダー型フィルタによれば，送受信信号の広帯域・低損失を実現することが可能である。特に，送信フィルタおよび受信フィルタに弾性表面波フィルタを含む構成とする場合，広帯域・低損失が必要なことから，ラダー型フィルタを用いることが好適である。

上述のように，前記受信フィルタおよび前記送信フィルタは，弾性表面波フィルタ（ＳＡＷフィルタ）を含むことが可能である。かかる弾性表面波フィルタを用いた分波器（弾性表面波分波器または弾性表面波デュプレクサと称される。）は，誘電体デュプレクサなどに比べ小型化・高性能化などが容易に実現可能である。

前記受信フィルタおよび前記送信フィルタは，バルク共振子フィルタを含む構成とすることも可能である。

上記課題を解決するため，本発明の第２の観点によれば，上記本発明の分波器を備えたことを特徴とする，携帯型通信装置が提供される。特に，弾性表面波フィルタで構成される弾性表面波分波器を備えることが可能である。弾性表面波分波器は，誘電体分波器（誘電体デュプレクサ）などに比べて小型化・高性能化などが容易に実現可能であることから，携帯型通信装置に搭載することが好適である。

以上のように，本発明によれば，マイクロストリップライン間のアイソレーション特性が改善することで，各ポート間のアイソレーション特性が良好となり，小型で高性能なデュプレクサとそれを搭載した携帯型通信装置が実現できる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明にかかる分波器および携帯型通信装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお，本明細書および図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は，本実施形態にかかるデュプレクサの構成を示す説明図である。
デュプレクサ１００は，送信信号と受信信号とを分離すると同時に，必要な周波数帯域の信号のみを取り出すものである。デュプレクサ１００は，図１に示したように，アンテナ端子１１０を共通端子として並列接続された受信フィルタ１３０および送信フィルタ１４０と，アンテナ端子１１０と受信フィルタ１３０との間に挿入される位相整合回路１２０と，送信フィルタ１４０に接続される伸張コイル１５０と，を備えて構成される。

位相整合回路１２０は，受信フィルタ１３０に接続され，受信信号の位相整合を図るために用いられる。位相整合回路１２０は，例えば，セラミックパッケージ内においてメアンダ形状からなるマイクロストリップラインとして構成することが可能である。この点については，さらに後述する。

図１に示した一例では，位相整合回路１２０は，アンテナ端子１１０と受信フィルタ１３０との間に挿入されているが，本発明はこれに限定されない。図２に示した例のように，位相整合回路１２０を，アンテナ端子１１０と，受信フィルタ１３０および送信フィルタ１４０との間に挿入する構成としてもよい。

受信フィルタ１３０は受信信号（ＲＸ）用のフィルタである。受信フィルタ１３０は，例えば，図１に示したようなラダー型フィルタとして構成することができる。受信フィルタ１３０は，マイクロストリップライン１２０と受信端子ＲＸとの間に直列接続された１ポートＳＡＷ共振子１３１，１３２，１３３と，これら１ポートＳＡＷ共振子１３１，１３２，１３３に接続され，他方の端子が接地された１ポートＳＡＷ共振子１３４，１３５，１３６とから構成される。１ポートＳＡＷ共振子１３１〜１３６はバルク共振子フィルタを含む構成とすることが可能である。

送信フィルタ１４０は送信信号（ＴＸ）用のフィルタである。送信フィルタ１４０は，例えば，図１に示したようなラダー型フィルタとして構成することができる。送信フィルタ１４０は，アンテナ端子１１０と受信端子ＴＸとの間に直列接続された１ポートＳＡＷ共振子１４１，１４２，１４３と，これら１ポートＳＡＷ共振子１４１，１４２，１４３に接続され，他方の端子がマイクロストリップライン１５０に接続された１ポートＳＡＷ共振子１４４，１４５，１４６とから構成される。

伸張コイル１５０は，送信フィルタ１４０に接続され，送信信号の広帯域化・高帯域外抑圧度を実現するために用いられる。伸張コイル１５０は，例えば，セラミックパッケージ内においてメアンダ形状からなるマイクロストリップラインとして構成することが可能である。この点については，さらに後述する。

上述のように，位相整合回路１２０および伸張コイル１５０は，例えばセラミックからなる多層構造を有するパッケージ（以下，セラミックパッケージという。）内にマイクロストリップラインとして一体に形成することが可能である。以下，図３〜図５を参照しながら説明する。

図３は，位相整合回路１２０および伸張コイル１５０を形成するためのセラミックパッケージの一例を示す斜視図である。本実施形態では一例として，セラミックパッケージ２００を４層構造とし，説明の便宜上，上層から下層に向かって順に，第１層（最上層）２１０，第２層２２０，第３層２３０，第４層（最下層）２４０とする。以下では，セラミックパターン２００の層別パターンについて，図４を参照しながら説明する。また，セラミックパターン２００の側面から見た状態については，図５，図６を参照しながら説明する。

図４は，図３のセラミックパッケージ２００の層別パターンを示す説明図である。
第１層２１０には，図４に示したように，入出力ポートである第１ポート２１１および第２ポート２１２が形成されている。

第２層２２０には，図４に示したように，パターン２２１，２２２と，コンタクトホール（ビア（Ｖｉａ）ホール，スルーホールとも称される。）２２３〜２２７が形成されている。パターン２２１は，第３層のパターン２３１および第４層のパターン２４１とともに，マイクロストリップライン２５０を形成する。マイクロストリップライン２５０については，図５，図６を参照しながらさらに後述する。パターン２２２は，デバイスのグランドを強化してノイズレベルを下げるためのグランドプレーンとして機能する。ここでは，パターン２２２は，第１層に形成された入出力端子である第１，第２ポート２１１，２１２と，第３層に形成されたマイクロストリップライン（パターン２３２）とのアイソレーション特性を確保するために形成される。コンタクトホール２２３は第１層の第２ポート２１２と接続され，コンタクトホール２２６は第１層の第１ポート２１１と接続されている。

第３層２３０には，図４に示したように，パターン２３１，２３２と，コンタクトホール２３３〜２３７が形成されている。パターン２３１は，第２層のパターン２２１および第４層のパターン２４１とともに，マイクロストリップライン２５０（図５，図６）を形成する。パターン２３２は，メアンダ形状のマイクロストリップラインである。メアンダ形状のマイクロストリップラインは，小さい面積で配置できることから，一平面内に作製される。コンタクトホール２３４は第２層のコンタクトホール２２４と接続され，コンタクトホール２３６は第２層のコンタクトホール２２５と接続され，コンタクトホール２３７は第２層のコンタクトホール２２６と接続され，コンタクトホール２３８は第２層のコンタクトホール２２７と接続されている。

第４層２４０には，図４に示したように，パターン２４１，２４２と，コンタクトホール２４３〜２４７が形成されている。パターン２４１は，第２層のパターン２２１および第３層のパターン２３１とともに，マイクロストリップライン２５０（図５，図６）を形成する。パターン２４２は，デバイスのグランドを強化してノイズレベルを下げるためのグランドプレーンとして機能する。ここでは，パターン２４２は，第３層に形成されたマイクロストリップライン（パターン２３２）と，グランドとのアイソレーション特性を確保するために形成される。コンタクトホール２４３は第３層のコンタクトホール２３３と接続され，コンタクトホール２４５は第３層のコンタクトホール２３５と接続され，コンタクトホール２４６は第３層のコンタクトホール２３６と接続され，コンタクトホール２４７は第３層のコンタクトホール２３８と接続されている。

図５は，図３のセラミックパッケージ２００を（１）方向から見た側面図である。図中の「Ｖｉａ」はコンタクトホールを示す。上述のように，第２層のパターン２２１，第３層のパターン２３１，および第４層のパターン２４１によって，マイクロストリップライン２５０が形成されている。このマイクロストリップライン２５０は，多層構造を貫通するように，他方のマイクロストリップライン２３２と直交する方向（垂直方向）に形成されている。

図６は，図３のセラミックパッケージ２００を（２）方向から見た側面図である。マイクロストリップライン２５０は，図６に示したように，第２層のパターン２２１，第３層のパターン２３１，および第４層のパターン２４１によって，メアンダ形状が形成されている。

図７は，図３のセラミックパッケージ２００におけるポート間のアイソレーション特性を示す説明図である。図７に示したように，本実施形態にかかるセラミックパッケージ２００によれば，従来のアイソレーション特性（図１３）と比較して，アイソレーション特性が改善されたことが分かる。これは，多層セラミックパッケージ内に作製されるメアンダ形状のマイクロストリップラインを水平方向と垂直方向にし（図５），それぞれのメアンダラインに流れる電流の方向を直交とすることで，それぞれに発生する磁界の方向が直交し，お互いに作用する電磁界の影響が小さくなり，マイクロストリップライン間のアイソレーション特性が改善されたためである。

以上，位相整合回路１２０および伸張コイル１５０を形成するための，多層構造を有するセラミックパッケージ２００について説明した。図１に示した受信フィルタ１３０および送信フィルタ１４０は，例えば，図８に示したように，セラミックパッケージ２００上にフリップチップ（Flip-Chip）接合することが可能である。この状態で上部にキャップ１６０等がされ，製品としてのデュプレクサ１００が完成する。かかるデュプレクサ１００は，小型化・低背化が容易に可能であるため，例えば，携帯電話等の携帯型通信装置に搭載することが好適である。

（本実施形態の効果）
以上説明したように，本実施形態によれば，多層構造からなるセラミックパッケージ２００内に作製されるメアンダ形状のマイクロストリップラインを水平方向と垂直方向にし，それぞれのメアンダラインに流れる電流の方向を直交とすることで，それぞれに発生する磁界の方向を直交として，お互いに作用する電磁界の影響を小さくし，マイクロストリップライン間のアイソレーション特性を改善することが可能である。これにより，ポート間のアイソレーション特性も改善し，帯域外抑圧度が改善できる。このように，互いのマイクロストリップ間を近づけても特性の劣化が非常に少なく，小型で高性能な弾性表面波デュプレクサが実現できる。また追加のグランドプレーン層などの必要が無く，小型化・低背化が容易に可能となる。

また，本実施形態で説明した弾性表面波分波器は，誘電体分波器（誘電体デュプレクサ）などに比べて小型化・高性能化などが容易に実現可能であることから，携帯型通信装置に搭載することが好適である。

以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる分波器および携帯型通信装置の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば，上記実施形態のパッケージ構造においては，第４層２４０にグランドプレーンの機能を有するパターン２４２を形成した場合について説明したが（図４〜図６），本発明はかかる構成に限定されず，第２層にのみグランドプレーンを形成し，第４層にはグランドプレーンを形成しない構成とすることも可能である。

また，上記実施形態では，伸張インダクタンスの一例として伸張コイル１５０について説明したが，本発明はこれに限定されず，他の要素でインダクタンスを構成してもよい。また，上記実施形態では，伸張コイル１５０が送信フィルタ１４０に接続される構成について説明したが，本発明はこれに限定されない。送信コイル１５０は，送信フィルタ１４０に代えて受信フィルタ１３０に接続される構成としてもよく，または，送信フィルタ１４０および受信フィルタ１３０に接続される構成としてもよい。

また，上記実施形態で示したメアンダ形状はあくまで一例に過ぎず，本発明はこれに限定されない。例えば，図４（ｃ）に示した３層のパターン２３２のメアンダ形状を，図９に示したパターン２３２’のようなメアンダ形状の方向とすることも可能である。

本発明は分波器および携帯型通信装置に利用可能であり，特に，携帯電話などの端末において，送受同時通話を行う通信方式に用いられる分波器（特に，弾性表面波分波器）およびこれを用いた携帯型通信装置に利用可能である。

本発明の一実施形態にかかるデュプレクサの基本構成を示す説明図である。本発明の一実施形態にかかるデュプレクサの基本構成を示す説明図である。セラミックパッケージの外観を示す斜視図である。図３のセラミックパッケージの層別パターンを示す説明図である。図３のセラミックパッケージを（１）方向から見た側面図である。図３のセラミックパッケージを（２）方向から見た側面図である。アイソレーション特性を示す説明図である。本発明の一実施形態にかかるデュプレクサの外観を示す説明図である。メアンダ形状の応用例を示す説明図である。従来のセラミックパッケージの外観を示す斜視図である。図１０のセラミックパッケージの層別パターンを示す説明図である。図１０のセラミックパッケージの側面図である。アイソレーション特性を示す説明図である。

符号の説明

１００デュプレクサ
１１０アンテナ端子
１２０位相整合回路（マイクロストリップライン）
１３０受信フィルタ（ラダー型フィルタ）
１４０送信フィルタ（ラダー型フィルタ）
１５０伸張コイル（マイクロストリップライン）
２００セラミックパッケージ
２１０第１層（最上層）
２１１第１ポート
２１２第２ポート
２２０第２層
２２１パターン
２３０第３層
２３１パターン
２３２パターン（マイクロストリップライン）
２４０第４層（最下層）
２４１パターン
２５０マイクロストリップライン

Claims

送信信号と受信信号とを分離する分波器であって，
アンテナ端子を共通端子として並列接続された受信フィルタおよび送信フィルタと，
前記アンテナ端子と，前記受信フィルタまたは前記送信フィルタとの間に，直列または並列に挿入される整合回路と，
前記受信フィルタまたは前記送信フィルタに接続される伸張インダクタンスと，
を備え，
前記整合回路および前記伸張インダクタンスは，多層構造を有するパッケージ内に第１，第２のマイクロストリップラインとして形成され，
前記第１のマイクロストリップラインは，前記多層構造のいずれかの層に形成され，
前記第２のマイクロストリップラインは，前記多層構造を貫通するように形成し、前記多層構造にそれぞれ形成される前記第２のマイクロストリップラインの電流方向は前記第１のマイクロストリップラインに流れる電流方向と垂直方向であることを特徴とする，分波器。
前記第１のマイクロストリップラインはメアンダ形状であることを特徴とする，請求項１に記載の分波器。
前記多層構造は第１層，第２層，第３層および第４層からなる４層構造であり，
前記第１層には入出力端子が形成され，
前記第２層には前記入出力端子と前記第１のマイクロストリップラインとのアイソレーション特性を確保するためのグランドプレーンが形成され，
前記第３層には前記第１のマイクロストリップラインが形成され，
前記第４層には前記第１のマイクロストリップラインと外部出力端子とのアイソレーション特性を確保するためのグランドプレーンが形成されることを特徴とする，請求項１または２に記載の分波器。
前記受信フィルタおよび前記送信フィルタは，ラダー型フィルタであることを特徴とする，請求項１〜３のいずれかに記載の分波器。
前記受信フィルタおよび前記送信フィルタは，弾性表面波フィルタを含むことを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載の分波器。
前記受信フィルタおよび前記送信フィルタは，バルク共振子フィルタを含むことを特徴とする，請求項１〜５のいずれかに記載の分波器。
請求項１〜６のいずれかに記載の分波器を備えたことを特徴とする，携帯型通信装置。