JP5043128B2

JP5043128B2 - フィルタおよび通信装置

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Inventors: 宏行田中; 武宏奥道
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Description

本発明は、たとえば携帯電話等の移動体通信機器に用いられる弾性表面波フィルタ等のフィルタおよびこれを備えた通信装置に関するものである。

従来、携帯電話や自動車電話等の移動体通信機器のＲＦ（無線周波数）段に用いられる周波数選択フィルタ（以下、フィルタともいう）として、弾性表面波（SAW; Surface Acoustic Wave）を利用したＳＡＷフィルタが広く用いられている。一般に、周波数選択フィルタに求められる特性としては、広通過帯域、低損失、高減衰量等の諸特性が挙げられる。

たとえば、ＳＡＷフィルタの通過帯域を広げるために、複数のＩＤＴ（Inter Digital Transducer）電極を弾性表面波の伝搬方向に沿って配置し、ＩＤＴ電極の全体の両側に反射器電極を配置した縦結合共振子型の弾性表面波素子を備えているＳＡＷフィルタが用いられる。

このＳＡＷフィルタの通過帯域内のインピーダンスを整合させるために、特に広通過帯域のＳＡＷフィルタの場合、整合回路がよく用いられる。図１７に、整合回路を有する従来のＳＡＷフィルタ２０ａの理想的な回路構成（従来例１）を示す。ＳＡＷフィルタ２０ａの通過帯域内のインピーダンス整合を行うために、ＳＡＷフィルタ２０ａの入力側の信号端子１２に接続された第１の信号線路９と出力側の信号端子１３に接続された第２の信号線路１０のそれぞれに、弾性表面波素子１に対して直列に第１のコンデンサ３５と第２のコンデンサ３７を設け、弾性表面波素子１に対して並列に第１のインダクタ３６と第２のインダクタ３８を設ける。第１のインダクタ３６と第２のインダクタ３８は接地電極８に接続されている。

図１８に、図１７の回路構成を有するＳＡＷフィルタ２０ａの電気的特性（周波数−透過特性）のシミュレーション結果を示す。帯域幅が１００ＭＨｚ程度の広帯域な通過帯域を有し、インピーダンス整合が取れてリップルも小さい電気的特性となっている。

しかしながら、ＳＡＷフィルタの実使用状態では、図１７のような理想的な回路構成にはならない。ＳＡＷフィルタは、一般に誘電体基板に半田で実装された状態で機能するが、誘電体基板の接地電極は電気的な評価のための接地電極８との間に配線、スルーホール導体等が存在しているために、これらの配線やスルーホール導体によるインダクタンス成分が必然的に生じる。したがって、実使用状態におけるＳＡＷフィルタでは、第１のインダクタ３６と第２のインダクタ３８が、誘電体基板の寄生インダクタを介して接地電極８に接続されることとなる。このような寄生インダクタが存在するため、図１７に示したＳＡＷフィルタ２０ａの電気特性は実際には図２０に示すようになる。図１８に示した理想的な回路構成の電気的特性に比べて、通過帯域外減衰量が劣化している。これは、第１の信号線路９から第１のインダクタ３６に流れた電流の一部が、誘電体基板の寄生インダクタによって接地電極８へ流れずに、第２のインダクタ３８の方に流れ、第２の信号線路１０に漏れてしまうためである。

本発明は、上述した従来の諸問題に鑑みて完成されたものであり、その目的は、通過帯域のインピーダンス整合をとりつつ、通過帯域外減衰量が大きいフィルタ、およびそれを用いた通信装置を提供することにある。

本発明の実施形態にかかるフィルタは、弾性波素子と、上面に前記弾性波素子が実装された配線基板であって、前記弾性波素子と第１の信号線路を介して電気的に接続された入力側信号端子と、前記弾性波素子と第２の信号線路を介して電気的に接続された出力側信号端子と、一端が前記第１の信号線路に接続され、他端が寄生インダクタを介して接地される第１のインダクタと、出力側コンデンサおよび前記出力側コンデンサと直列接続される第２のインダクタを有し、一端が前記第２の信号線路に接続され、他端が前記寄生インダクタを介して接地される直列共振回路とを有する配線基板と、を含むフィルタであって、前記配線基板の下面は、矩形状であり、前記配線基板の下面には、前記第１のインダクタと電気的に接続され、前記配線基板の下面の一辺に沿って配置された第１の基準電位端子と、前記第２のインダクタと電気的に接続されるとともに前記第１の基準電位端子と分離して形成され、前記配線基板の下面の前記一辺と対向する一辺に沿って配置された第２の基準電位端子とが設けられており、前記第１の基準電位端子と前記第２の基準電位端子とが、前記配線基板の下面の中心線に対し線対称に配置され、前記第１のインダクタと前記第１の基準電位端子との接続部分と、前記第２のインダクタと前記第２の基準電位端子との接続部分とが、前記配線基板の下面において対角線上に位置しているものである。

本実施形態の通信装置は、上記のフィルタを有する、受信回路および送信回路の少なくとも一方を備えたものである。

本発明の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
本実施形態のフィルタについて回路構成の１例を示す回路図である。本実施形態のフィルタについて弾性波素子の電極構造の１例を示す平面図である。図１に示すフィルタ回路と配線基板との関係を示す回路図である。プリント基板６０に実装された状態のフィルタ５０ａを示す図である。プリント基板６０に実装された状態のフィルタ５０ａを示す図である。配線基板２３に実装された状態の弾性表面波素子１を示す平面図である。配線基板２３の層構成を示す平面図である。配線基板２３の層構成を示す平面図である。配線基板２３の層構成を示す平面図である。配線基板２３の層構成を示す平面図である。配線基板２３の層構成を示す平面図である。配線基板２３の層構成を示す平面図である。図１に示すフィルタ回路と配線基板との関係を示す回路図である。他の実施形態にかかるフィルタの回路図である。本実施形態のフィルタについて弾性波素子の電極構造の他例を示す平面図である。本実施形態のフィルタについて配線基板に形成された基準電位端子の配置構成の１例を示す斜視図である。配線基板裏面に形成された基準電位端子の配置構成の例を示す平面図である。配線基板裏面に形成された基準電位端子の配置構成の例を示す平面図である。他の実施形態にかかるフィルタの回路図である。本実施形態の通信装置のブロック回路図である。本実施の形態の通信装置のブロック回路図である。実施例１および比較例１のフィルタについて通過帯域近傍の周波数−透過特性を示すグラフである。実施例２および比較例１のフィルタについて通過帯域近傍の周波数−透過特性を示すグラフである。実施例３，４のフィルタについて通過帯域近傍の周波数−透過特性を示すグラフである。従来のＳＡＷフィルタの回路図の１例である。図１７のＳＡＷフィルタについて通過帯域近傍の周波数−透過特性を示すグラフである。比較例のＳＡＷフィルタの回路図である。図１７に示すＳＡＷフィルタの実使用状態における通過帯域近傍の周波数−透過特性を示すグラフである。実施例１のフィルタについて整合回路を構成する素子の容量およびインピーダンスの調整方法を説明するための図である。実施例１のフィルタについて整合回路を構成する素子の容量およびインピーダンスの調整方法を説明するための図である。実施例１のフィルタについて整合回路を構成する素子の容量およびインピーダンスの調整方法を説明するための図である。

以下、本実施形態のフィルタについて図面を参照しつつ詳細に説明する。なお本実施形態におけるフィルタは、弾性波素子として共振器型の弾性表面波素子を用いた弾性表面波フィルタ（以下、ＳＡＷフィルタとも称する）である。各電極の大きさや電極間の距離等、電極指の本数や間隔等については、説明のために模式的に図示している。

図１に本実施形態にかかるフィルタの回路図を示す。また図２は、本実施の形態のフィルタにおける弾性表面波素子の電極構成の平面図である。

図１に示すように、本実施形態のフィルタ５０ａは、弾性表面波素子１と、弾性表面波素子１に接続された入力側の不平衡信号端子１２および出力側の不平衡信号端子１３と、一方の不平衡信号端子１２に接続された第１の信号線路９および他方の不平衡信号端子１３に接続された第２の信号線路１０と、第１および第２の信号線路９，１０間を弾性表面波素子１に対して並列に接続する分流回路４０と、を備えている。またフィルタ５０は、弾性表面波素子１に対して直列となるように第１の信号線路９に設けられた入力側コンデンサ２と、分流回路４０の第１の信号線路９側に設けられた第１のインダクタ３と、分流回路４０の第２の信号線路１０側に設けられた出力側コンデンサ４および第２のインダクタ５を有する直列共振回路１１と、を具備している。

入力側コンデンサ２、第１のインダクタ３、出力側コンデンサ４、並びに第２のインダクタ５の容量およびインダクタンスを調整することによって、フィルタ５０ａの整合回路を構成している。

このように、整合回路として第１、第２のインダクタ３，５を用いるフィルタ回路において、出力側の整合回路を構成する第２のインダクタ５を用いて直列共振回路１１を構成することによって、インピーダンスを広帯域な周波数帯域において整合させつつ、出力側コンデンサ４と第２のインダクタ５による直列共振の共振周波数を、高減衰を必要とする周波数帯付近に合わせることにより、ＳＡＷフィルタの通過帯域外減衰特性を高減衰にすることができる。

また、第１の信号線路９に、弾性表面波素子１に対して直列接続された入力側コンデンサ２が設けられていることから、第１の信号線路９を伝送する信号の直流成分は、入力側コンデンサ２で遮断されて弾性表面波素子１には殆ど流れず、第１のインダクタ３を通って接地に流れる。その結果、弾性表面波素子１に大きな直流電流が流れることによる静電破壊が大幅に抑制され、弾性表面波素子１の静電破壊に対する耐性が向上する。

弾性表面波素子１は、図２に示すように、圧電基板２０上に形成された、圧電基板２０上を伝搬する弾性表面波の伝搬方向に沿って配設された３個のＩＤＴ電極１４，１５，１６と、これらＩＤＴ電極１４〜１６の両側に配置された反射器電極１７と、を有する。ＩＤＴ電極１４〜１６および反射器１７は、弾性表面波の伝搬方向と直交する方向に伸びる複数本の電極指を備えている。

また、弾性表面波素子１のＩＤＴ電極１４〜１６の接地側の電極指は、接地電極端子１８，１９に接続されている。接地電極端子１８，１９は図１に示すように接地用線路６を介して接地電極８に接続されている。

第１のインダクタ３、接地用線路６および直列共振回路部１１は接地電極８に接続されているが、第１のインダクタ３、接地用線路６および直列共振回路部１１と、接地電極８との間には、寄生インダクタ７が介在されている。寄生インダクタ７のインダクタンス値は、たとえば０.０１ｎＨ〜１ｎＨである。

図３〜図５および図６Ａ〜図６Ｆを用いて図１に示すフィルタ５０ａを配線基板等につくり込んだ場合の一例を説明する。

図３は、図１に示すフィルタ５０ａのうち、配線基板２３に形成される素子を破線で囲ったものである。すなわち、フィルタ５０ａを構成する素子のうち、入力側コンデンサ２、第１のインダクタ３、出力側コンデンサ４、並びに第２のコンデンサ５は配線基板２３に形成されている。

このように整合回路を構成する入力側コンデンサ２、第１のインダクタ３、出力側コンデンサ４、並びに第２のコンデンサ５を配線基板２３に形成することによって、整合回路を構成するために、別途、チップコンデンサやチップインダクタをフィルタの外部に設ける必要がなくフィルタ回路全体としてみたときにその全体構造を小型化することができる。

図４Ａおよび図４Ｂは、プリント基板６０に実装された状態のフィルタ５０ａを示す図である。図４Ａは、斜視図であり、図４Ｂは、図４Ａの切断面線Ａ−Ａにおける断面図である。

プリント基板６０は、樹脂基板６１と、樹脂基板６１の表層に形成された入力信号配線６２と、出力信号配線６３と、接地電極８を構成する接地配線導体６４とを備えている。樹脂基板６１は、ガラス・エポキシ樹脂、紙フェノールなどからなる平板状の絶縁基板である。入力信号線６２、出力信号線６３、および接地配線導体６４は、Ｃｕなどの金属材料からなり所定の形状にパターニングされている。

フィルタ５０ａの入力側の不平衡信号端子１２は入力信号線６２に接続され、出力側の不平衡信号端子１３は出力信号配線６３に接続されている。また図３に示す基準電位端子２５は、樹脂基板６１の表層に配置された接地配線導体６４に接続されている。なお、本実施形態および以下の実施形態において「基準電位」とは、グランド電位のことをいうが必ずしもゼロボルトである必要はない。

配線基板２３側の各種端子とプリント基板６０側の各種配線との接続は、はんだなどの接続導体６５を介して行われる。

また、配線基板２３は、プリント基板６０に対向する面とは反対の面に圧電基板２０を実装している。圧電基板２０は、弾性表面波素子１が形成された面が配線基板２３と向かい合うようにフェイスダウンで実装される。配線基板２３と圧電基板２０上の弾性表面波素子１との接続も、はんだなどの接続導体を介して行われる。配線基板２３上に実装された圧電基板２０は、エポキシ樹脂などからなる保護樹脂７０によってモールドされ、弾性表面波素子１が外部から保護される。

本実施形態にかかるフィルタ５０ａの場合、プリント基板６０の表層および内層に設けられた接地配線導体６４が、寄生インダクタ７を形成することになる。

図５は、配線基板２３に実装された弾性表面波素子１を示す平面図である。図５では、弾性表面波素子１の配線パターンが分かりやすいように、圧電基板２０を裏面側から透過して見たときの平面図を示している。なお、図５に示す例では、第２の信号線路１０における出力側の不平衡信号端子１３への経路と直列共振回路部１１側への経路の分岐は、弾性表面波素子１側の配線パターン２４ａにおいて行われる。

弾性表面波素子１の配線パターンは、圧電基板２０の一表面に形成されるため、異なる種類の信号配線が交差する場合は、一方の配線を圧電基板２０表面に形成したのち、交差部分で一方の配線状に絶縁層２８を設け、絶縁層２８上にさらに他方の配線を形成している。このように異なる信号配線同士を絶縁層２８を介して交差させる構造とすることによって、信号配線を迂回させなくても済むため弾性表面波素子１を小型化することができる。

弾性表面波素子１において、入力信号用パッド１２ａ、出力信号用パッド１３ａ、基準電位用パッド１９および共振回路出力用パッド１３ｂは、圧電基板の各角部に相当する位置にそれぞれ配置されている。また基準電位用環状パッド２９は、他のパッドやＩＤＴ電極などを囲むように環状に形成されている。これらのパッドは配線基板２３表面の対応する各端子に接続される。

配線基板２３は、複数の誘電体層を積層した多層配線構造を成し、弾性表面波素子１の各パッドと接続するための端子を表層に備えるとともに、第１のコンデンサ２、第１のインダクタ３、直列共振回路１１を内蔵している。

各誘電体層は、たとえばガラスセラミックスなどで構成され、各配線パターンは、銀、銅、金、タングステンなどを主成分とする金属材料で構成される。

図６Ａ〜図６Ｆは、配線基板２３の層構成を示す平面図である。図６Ａ〜図６Ｆは、圧電基板２０を実装する実装面２００側から見たときの各層の配線パターンを示している。

図６Ａ〜図６Ｆに示す配線基板２３は、５枚の誘電体層からなる。図６Ａは、第１層２０１の配線パターンを示し、図６Ｂは、第２層２０２の配線パターンを示し、図６Ｃは、第３層２０３の配線パターンを示し、図６Ｄは、第４層２０４の配線パターンを示し、図６Ｅは、第５層２０５の配線パターンを示す。図６Ｆは、第５層２０５の裏面側の配線パターンを示す。

第１層２０１の実装面２００には、弾性表面波素子１の各パッドと接続するための実装端子２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄおよび環状実装端子２０１ｅが設けられている。実装端子２０１ａは、入力用信号パッド１２ａと接続される端子であり、実装端子２０１ｂは、共振回路出力用パッド１３ｂと接続される端子である。また、実装端子２０１ｃは、出力信号用パッド１３ａと接続される端子であり、実装端子２０１ｄは、基準電位用パッド１９と接続される端子である。環状実装端子２０１ｅは、基準電位用環状パッド２９と接続される端子である。

実装端子２０１ａは、ビアなどの貫通導体によって第２層２０２に形成された第１コンデンサ用導体２０６に接続される。第１コンデンサ用導体２０６は、第２層２０２の誘電体層を挟んで、第３層２０３に形成された第２コンデンサ用導体２０７とともに入力側コンデンサ２を構成する。

第１のコンデンサ２の容量値は、第１コンデンサ用導体２０６および第２コンデンサ用導体２０７の面積、第２層２０２の誘電体層の比誘電率、第１コンデンサ用導体２０６および第２コンデンサ用導体２０７の間隔（第２層２０２の誘電体層の厚み）によって調整可能である。

第２コンデンサ用導体２０７は、貫通導体によって第４層２０４に形成された第１インダクタ用導体２０８に接続される。第１インダクタ用導体２０８は、貫通導体によって第５層２０５に形成された第２インダクタ用導体２０９に接続され、さらに第５層２０５の裏面に設けられた基準電位端子２５ａに接続される。また、第２コンデンサ用導体２０７は、第４層２０４および第５層２０５に設けられた貫通導体を介して第５層２０５の裏面に設けられた入力側の不平衡端子１２と接続される。

直列接続された第１インダクタ用導体２０８と第２インダクタ用導体２０９とによって、第１のインダクタ３が構成される。第１のインダクタ３のインダクタンス値は、近傍の接地電位の配線パターンとの距離や、導体材料の種類、配線幅および配線厚み、配線長さによって決定され、主に配線長さによって調整される。

このようにして、配線基板２３の内部に入力側コンデンサ２および第１のインダクタ３を設けることができる。

実装端子２０１ｂは、貫通導体によって第２層２０２に形成された第３コンデンサ用導体２１２に接続されている。第３コンデンサ用導体２１２は、第２層２０２の誘電体層を挟んで、第３層２０３に形成された第４コンデンサ用導体２１３とともに出力側コンデンサ４を構成する。

出力側コンデンサ４の容量値は、第３コンデンサ用導体２１２および第４コンデンサ用導体２１３の面積、第２層２０２の誘電体層の比誘電率、第３コンデンサ用導体２１２および第４コンデンサ用導体２１３の間隔（第２層２０２の誘電体層の厚み）によって調整可能である。

第４コンデンサ用導体２１３は、貫通導体によって第４層２０４に形成された第３インダクタ用導体２１４に接続される。第３インダクタ用導体２１４は、貫通導体によって第５層２０５に形成された第４インダクタ用導体２１５に接続され、さらに第５層２０５の裏面に設けられた基準電位端子２５ｂに接続される。

直列接続された第３インダクタ用導体２１４と第４インダクタ用導体２１５とによって、第２のインダクタ５が構成される。第２のインダクタ５のインダクタンス値は、近傍の接地電位の配線パターンとの距離や、導体材料の種類、配線幅および配線厚み、配線長さによって決定され、主に配線長さによって調整される。

このようにして、配線基板２３の内部に出力側コンデンサ４および第２のインダクタ５を直列接続した直列共振回路部１１を設けることができる。

実装端子２０１ｃは、貫通導体によって、第１層２０１、第２層２０２、第３層２０３を貫通して、第４層２０４に形成された短い配線パターン２１７に接続される。配線パターン２１７は、さらに貫通導体によって第４層２０４、第５層２０５を貫通して、第５層２０５の裏面に設けられた出力側の不平衡信号端子１３に接続される。

実装端子２０１ｄは、貫通導体によって、第１層２０１〜第５層２０５まで貫通して第５層２０５の裏面の基準電位端子２５ｂに接続される。

また環状実装端子２０１ｅは、第１層２０１〜第５層２０５の各層に設けられた貫通導体を介して第５層２０５の裏面に設けられた２５ａ、２５ｂに接続される。

次に、図５に示すフィルタについて、その作製方法の一例を述べる。まず、３８．７°ＹカットのＸ方向伝搬とするＬｉＴａＯ₃単結晶などからなる圧電基板上に、Ａｌ（９９質量％）−Ｃｕ（１質量％）合金から成る、ＩＤＴ電極１４〜１６および反射器電極１７を形成する。またこのとき同時に各パッド１２ａ、１３ａ、１３ｂ、１９の下地層も形成される。

各電極は、スパッタリング装置により成膜した後、縮小投影露光機（ステッパー）、およびＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置によりフォトリソグラフィを施すことによりパターニングすることで形成される。

圧電基板上に電極を形成した後、保護膜を形成する。保護膜は、たとえば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置により、各電極を覆うＳｉＯ_２膜を成膜することによって形成される。なお、配線基板２３の端子と接続される各パッド部分は保護膜から露出させておく。

次に保護膜から露出する各パッドの下地層の上にＣｒ層、Ｎｉ層、Ａｕ層を積層してパッド１２ａ、１３ａ、１３ｂ、１９、２９を形成する。その後、印刷法およびリフロー炉を用いて、弾性表面波素子１を配線基板２３にフリップチップ実装するための半田バンプをパッド上に形成する。

次に、弾性表面波素子が形成された圧電基板をフリップチップ実装装置によってパッドの形成面を下面にして、配線基板に実装することによって、図３に示すフィルタ５０ａが完成する。

図７は、図１に示すフィルタ５０ａを配線基板等につくり込んだ場合の他の例である。図３と同様に配線基板２３の部分を破線で示している。

図７に示す例では、配線基板２３には弾性表面波素子１のみ実装され、それ以外のフィルタ５０ａを構成する素子は、すべて配線基板２３の外部に形成されている。すなわち、入力側コンデンサ２、第１のインダクタ３、出力側コンデンサ４、および第２のインダクタ５は、配線基板２３が実装されるプリント基板６０側に設けられている。入力側コンデンサ２、第１のインダクタ３、出力側コンデンサ４、および第２のインダクタ５は、たとえば、チップコンデンサやチップインダクタなどからなる。この場合、整合回路を構成する入力側コンデンサ２、第１のインダクタ３、出力側コンデンサ４、および第２のインダクタ５を、フィルタの整合に適したものに後から調整できるという利点がある。

図８に別の実施形態にかかるフィルタ５０ｂの回路図を示す。図９は、図８のフィルタ５０ｂにおける弾性表面波素子１の電極構造の平面図である。

図８に示すフィルタ５０ｂは、入力側コンデンサ２，出力側コンデンサ４がそれぞれ、圧電基板２０上に形成された弾性表面波共振子３０，３１により構成されている。

図９に示すように本実施形態に使用される圧電基板２０には、弾性表面波素子１の他に弾性表面波共振子３０、３１が設けられている。弾性表面波共振子３０は弾性表面波素子１と入力用接地パッド１２ａとの間に配置され、弾性表面波共振子３１は弾性表面波素子１と共振回路出力用パッド１３ｂとの間に配置されている。

このように入力側コンデンサ２，出力側コンデンサ４を弾性表面波共振子３０，３１によって形成することで、配線基板２３内にコンデンサ用導体を形成する場合に比べ、配線基板２３を小型化することができ、ひいてはフィルタの全体構造を小型化することができる。また、弾性表面波共振子３０，３１は、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等の薄膜形成法により形成されるので、入力側コンデンサ２，出力側コンデンサ４を配線基板内にコンデンサ用導体によって形成する場合に比べ、製造ばらつきが少なく、静電容量の大きさのばらつきを小さくすることができる。また、弾性表面波共振子３０，３１の共振周波数を、高減衰を必要とする周波数帯付近に合わせることにより、ＳＡＷフィルタの通過帯域外減衰特性を高減衰にすることができる。

次に、配線基板２３の下面に形成される基準電位端子２５の好適な配置場所および形状について、図１０Ａ〜図１０Ｃを用いて説明する。図１０Ａは、圧電基板２０を配線基板２３に実装した状態における透過斜視図であり、図では第１、第２のインダクタ３，５および第１、第２の基準電位端子２５ａ、２５ｂのみ示している。

図１０Ｂは第１、第２の基準電位端子２５ａ、２５ｂを、入力側の不平衡信号端子１２，出力側の不平衡信号端子１３を間に挟むようにして、配線基板２３の裏面の両側に分離して配置した場合の例である。同図に示すように、第１の基準電位端子２５ａと第２の基準電位端子２５ｂとは、中心線３４に対し線対称の位置に配置されている。

一方、図１０Ｃは、入力側の不平衡信号端子１２，出力側の不平衡信号端子１３を間に挟むようにして第１、第２の基準電位端子２５ａ、２５ｂを配置している点は図１０Ｂに示すものと同じであるが、図１０Ｃに示す例では、第１の基準電位端子２５ａと第２の基準電位端子２５ｂとが互いに接続されている。第１の基準電位端子２５ａと第２の基準電位端子２５ｂとを接続する部分は、入力側の不平衡信号端子１２と出力側の不平衡信号端子１３との間に配置されている。第１の基準電位端子２５ａと第２の基準電位端子２５ｂとは、接続部分も含めて中心線３４に対し線対称の位置に配置されている。

図１０Ａ〜図１０Ｃに示すような形状および配置関係によって第１、第２の基準電位端子２５ａ、２５ｂを形成することによって、一方の信号線路９から、他方の信号線路１０への信号の漏れが少なくなり、ＳＡＷフィルタの通過帯域外減衰特性をさらに高減衰にすることができる。

図１１は、他の実施形態に係るフィルタの回路図である。
図１１に示すフィルタ５０ｃは、図１に示したフィルタ５０ａと類似の構成を有しており、弾性表面波素子１からの出力が、不平衡信号ではなく、平衡信号であることが異なっている。出力信号が平衡信号であることから、偶数個の出力端子が必要で、本実施形態では、弾性表面波素子１が、平衡信号端子１３ｃと平衡信号端子１３ｄの２つの出力端子を備える。平衡信号端子１３ｃから出力される平衡信号と、平衡信号端子１３ｄから出力される平衡信号とは位相を反転させている。

第２の信号線路１０には、出力側コンデンサ４および第２のインダクタ５を有する直列共振回路部１１が設けられる。第２の信号線路１０ａには、出力側コンデンサ４ａおよび第２のインダクタ５ａを有する直列共振回路部１１ａが設けられる。

これにより、出力信号が平衡信号であっても、インピーダンスを広帯域な周波数帯域において整合させて、ＳＡＷフィルタの通過帯域を広帯域で低損失とし、また、出力側コンデンサ４と第２のインダクタ５による直列共振の共振周波数および出力側コンデンサ４ａと第２のインダクタ５ａによる直列共振の共振周波数を、高減衰を必要とする周波数帯付近に合わせることにより、ＳＡＷフィルタのコモンモードの通過帯域外減衰特性を高減衰にすることができる。

また、本発明のフィルタを通信装置に適用することができる。すなわち、少なくとも受信回路または送信回路の一方を備え、これらの回路に含まれるバンドパスフィルタとして用いる。たとえば、送信回路から出力された送信信号をミキサでキャリア周波数にのせて、不要信号をバンドパスフィルタで減衰させ、その後、パワーアンプで送信信号を増幅して、デュプレクサを通ってアンテナより送信することができる送信回路を備えた通信装置、または、受信信号をアンテナで受信し、デュプレクサを通った受信信号をローノイズアンプで増幅し、その後、バンドパスフィルタで不要信号を減衰して、ミキサでキャリア周波数から信号を分離し、この信号を取り出す受信回路へ伝送するような受信回路を備えた通信装置に適用可能である。

図１２は、本発明の通信装置の一実施形態の通信装置を示すブロック図である。図１２において、アンテナ１４０に送信回路Ｔｘと受信回路Ｒｘが分波器１５０を介して接続されている。送信される高周波信号は、フィルタ２４０によりその不要信号が除去され、パワーアンプ２２０で増幅された後、アイソレータ２３０と分波器１５０をとおり、アンテナ１４０から放射される。また、アンテナ１４０で受信された高周波信号は、分波器１５０をとおりローノイズアンプ１６０で増幅されフィルタ１７０でその不要信号を除去された後、アンプ１８０で再増幅されミキサ１９０で低周波信号に変換される。

したがって、本実施形態のフィルタを採用すれば、感度が格段に良好な優れた通信装置を提供できる。

図１３は、他の実施形態の通信装置を示すブロック図である。本実施形態における通信装置は、たとえば無線ＬＡＮ用通信モジュールである。本実施形態では、上述したいずれかの実施形態におけるフィルタをバンドパスフィルタ２５０として用いる。送信時のモジュールの動作としては、まず高周波集積回路（ＲＦ−ＩＣ）２６０の送信回路部から出力される送信信号を、パワーアンプ（ＰＡ）２７０で増幅し、送信側に切り替えられたスイッチ２８０を通ってバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２５０に入力される。本発明のフィルタを採用したバンドパスフィルタ２５０では、送信信号に含まれる不要信号を減衰させてアンテナ２９０から高周波信号を放射する。

送信時のモジュールの動作としては、アンテナ２９０で高周波信号を受信し、本発明のフィルタを採用したバンドパスフィルタ２５０で、受信信号に含まれる不要信号を減衰させ、受信側に切り替えられたスイッチ２８０を通って、平衡−不平衡変換器３００で変換を行い、高周波集積回路２６０の受信回路部に入力される。平衡−不平衡変換器３００は、さらに本発明のフィルタを採用したバンドパスフィルタで置き換えてもよい。

したがって、本実施形態のフィルタを採用すれば、感度が格段に良好な優れた無線ＬＡＮ用通信モジュールを提供できる。

また、本実施形態のフィルタを用いて、デュプレクサを使用しない周波数フィルタを構成することができる。すなわち、本実施形態のフィルタを通信装置のアンテナ側の信号線路に挿入することが好ましい。たとえば、図１のフィルタの第１のインダクタ３が接続されている第１の信号線路９をアンテナに最も近い側として、通信装置のアンテナ側の信号線路に挿入する。この場合、アンテナで受信した受信信号の直流成分は、入力側コンデンサ２で遮断されて弾性表面波素子１には流れず、第１のインダクタ３を通って接地電極８に流れる。その結果、弾性表面波素子１に大きな直流電流が流れることによる静電破壊が大幅に抑制され、弾性表面波素子１の静電破壊に対する耐性が向上する。

次に本発明のフィルタの実施例について以下に説明する。
（実施例１）
実施例１として、図２に示す電極構造を有する弾性表面波素子１を用いて図３に示す回路構成からなるフィルタ５０ａを作製した。また比較例１として図２に示す電極構造を有する弾性表面波素子を用いて図１９に示す回路構成からなるフィルタ２０ｂを作製した。実施例１、比較例１それぞれの電気的特性をコンピュータシミュレーションによって求めた。フィルタの動作周波数は１５００〜３０００ＭＨｚであり、通過帯域周波数は、２４１０〜２５１０ＭＨｚである。

また、実施例１の入力側コンデンサ２は４.３ｐＦ、出力側コンデンサ４は１.７ｐＦ、第１のインダクタ３は３.５ｎＨ、第２のインダクタ５は４.１ｎＨとした。比較例１の入力側コンデンサ３５と出力側コンデンサ３７はそれぞれ４.０ｐＦ、第１のインダクタ３６と第２のインダクタ３８はそれぞれ１.６ｎＨとした。

入力側コンデンサ２および出力側コンデンサ４の容量、第１のインダクタ３および第２のインダクタ５のインダクタンスの設定は次のように行った。

図２１Ａ〜図２１Ｃは、実施例１のフィルタについて整合回路を構成する素子の容量およびインピーダンスの調整方法を説明するための図である。

まず、整合する前の弾性表面波素子１の通過帯域のインピーダンスを計算し、スミスチャート上にプロットする。実施例１の場合、整合前のインピーダンスの軌跡の位置は図２１Ａの斜線で示す領域内にあった。このような領域内にある場合、インピーダンス整合は、入力側コンデンサ２と第１のインダクタ３の回路構成で行うことができる。

次に通過帯域外である１９００ＭＨｚに出力側コンデンサ４と第２のインダクタ５からなる直列共振回路部１１の共振周波数を合わせる。共振周波数の調整は、ｆ＝1/（2π√（ＬＣ））を満たすように出力側コンデンサ４の容量Ｃと第２のインダクタ５のインダクタンスＬを組み合わせればよいが、スミスチャート上で見て、通過帯域内のインピーダンスの軌跡の広がりが最も小さくなるように出力側コンデンサ４と第２のインダクタ５の値を選択する（図２１Ｂ）。

そして、広がりが小さくなった通過帯域内のインピーダンスの軌跡がスミスチャートの中央部に移動するように、入力側コンデンサ２と第１のインダクタ３の値を設定する（図２１Ｃ）。

これにより入力側コンデンサ２、第１のインダクタ３、出力側コンデンサ４、および第２のインダクタ５によって、弾性表面波素子１のインピーダンス整合を行いながら、通過帯域外に共振周波数を形成して通過帯域外減衰量を大きくすることができる。

図２の弾性表面波素子１のＩＤＴ電極１４，１５，１６の、ＩＤＴ電極１５の入力信号用パッド１２ａに接続されていない側の電極指に繋がる基準電位端子１８と、ＩＤＴ電極１４，１６の出力信号用パッド１３ａに接続されていない側の電極指に繋がる基準電位電極端子１９は、圧電基板２０上、もしくは、圧電基板２０上および圧電基板２０が搭載される配線基板内において、電気的に分離されて形成されていることが、ＳＡＷフィルタの通過帯域外減衰特性を高減衰とするために好ましく、実施例１では、圧電基板２０上および圧電基板２０が搭載される配線基板内において電気的に分離された構成とした。また、下記の実施例２，３，４ならびに比較例についても、同様の構成とした。

実施例１、比較例１の通過帯域近傍を含めた周波数−透過特性のグラフを図１４に示す。図１４は、ＳＡＷフィルタの信号の伝送特性を表す透過特性の周波数依存性を示すグラフである。実線は実施例１のフィルタ５０ａのフィルタ特性を示し、破線は比較例１のフィルタ２０ｂのフィルタ特性を示している。実施例１のフィルタ５０ａの通過帯域外減衰量は、約１９００ＭＨｚに出力側コンデンサ４と第２のインダクタ５からなる直列共振回路部１１の共振周波数を合わせている。これにより実施例１のフィルタ５０は、比較例１のフィルタ２０に比べて、広帯域で低損失な通過帯域を維持しながら、帯域外の減衰量を大きくすることができた。

（実施例２）
実施例２として、図２に示す電極構造を有する弾性表面波素子１を用いて図７に示す回路構成からなるフィルタ５０ａを作製した。実施例２と比較例１のフィルタについて、それぞれの電気的特性をコンピュータシミュレーションによって求めた。フィルタの動作周波数は１５００〜３０００ＭＨｚである。

実施例２における入力側コンデンサ２は４.５ｐＦ、出力側コンデンサ４は１.５ｐＦ、第１のインダクタ３は２.３ｎＨ、第２のインダクタ５は４.２ｎＨとし、また、比較例１の入力側コンデンサ３５と出力側コンデンサ３７はそれぞれ４.０ｐＦ、第１のインダクタ３６と第２のインダクタ３８はそれぞれ１.６ｎＨとした。

実施例２、比較例１の通過帯域近傍を含めた周波数−透過特性のグラフを図１５に示す。実線は実施例２のフィルタ５０ａのフィルタ特性を示し、破線は比較例１のフィルタ２０ｂのフィルタ特性を示している。実施例２のフィルタ５０ａは、約２０００ＭＨｚに出力側コンデンサ４と第２のインダクタ５からなる内部直列共振回路部１１の共振周波数を合わせている。これにより、実施例２のフィルタ５０ａは、比較例１のフィルタ２０ｂに比べて、広帯域で低損失な通過帯域を維持しながら、帯域外減衰量を大きくすることができた。

（実施例３，４）
実施例３として、図９に示す電極構造を有する弾性表面波素子１を用いて図８に示す回路構成からなるフィルタ５０ｂを作製した。実施例４として、図２に示す電極構造を有する弾性表面波素子１を用いて図３に示す回路構成からなるフィルタ５０ａを作製した。実施例３，４について、それぞれの電気的特性をコンピュータシミュレーションによって求めた。フィルタの動作周波数は１５００〜３０００ＭＨｚである。

また、実施例３の入力側コンデンサ（弾性表面波共振子３０）は４.３ｐＦ、出力側のコンデンサ（弾性表面波共振子３１）は１.７ｐＦ、第１のインダクタ３は３.２ｎＨ、第２のインダクタ５は３．７ｎＨとし、また、実施例４の入力側コンデンサ２は４.３ｐＦ、出力側コンデンサ４は１.７ｐＦ、第１のインダクタ３は３.５ｎＨ、第２のインダクタ５は４.１ｎＨとした。

実施例３，４における第１のインダクタ３と第２のインダクタ５は、図１０Ｂに示す中心線３４によって左右に分離された第１および第２の基準電位端子２５ａ，２５ｂに、それぞれ接続されている。

実施例３，４のフィルタの通過帯域近傍の周波数−透過特性のグラフを図１６に示す。図１６において、実線は実施例３のフィルタ５０ｂ，破線は実施例４のフィルタ５０ａを示している。実施例３，４のフィルタ特性はともに良好であり、特にフィルタ５０ｂのフィルタ特性は非常に良好であった。実施例３のフィルタ５０ｂは、約２０００ＭＨｚに出力側コンデンサ４と第２のインダクタ５からなる直列共振回路部１１の共振周波数を、また、約２６５０ＭＨｚに弾性表面波共振子３０の共振周波数を合わせている。これによって実施例３のフィルタ５０ｂでは、広帯域で低損失な通過帯域を維持しながら、低周波側の帯域外減衰量のみならず、高周波側における帯域外減衰量を大きく改善することができた。

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
たとえば、上述した実施形態では弾性波素子として弾性表面波素子を用いた場合を説明したが、弾性波素子として圧電薄膜を励振電極で挟み込んだ圧電薄膜共振器を用いてもよい。

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。

Claims

弾性波素子と、
上面に前記弾性波素子が実装された配線基板であって、
前記弾性波素子と第１の信号線路を介して電気的に接続された入力側信号端子と、
前記弾性波素子と第２の信号線路を介して電気的に接続された出力側信号端子と、
一端が前記第１の信号線路に接続され、他端が寄生インダクタを介して接地される第１のインダクタと、
出力側コンデンサおよび前記出力側コンデンサと直列接続される第２のインダクタを有し、一端が前記第２の信号線路に接続され、他端が前記寄生インダクタを介して接地される直列共振回路とを有する配線基板と、を含むフィルタであって、
前記配線基板の下面は、矩形状であり、前記配線基板の下面には、前記第１のインダクタと電気的に接続され、前記配線基板の下面の一辺に沿って配置された第１の基準電位端子と、前記第２のインダクタと電気的に接続されるとともに前記第１の基準電位端子と分離して形成され、前記配線基板の下面の前記一辺と対向する一辺に沿って配置された第２の基準電位端子とが設けられており、
前記第１の基準電位端子と前記第２の基準電位端子とが、前記配線基板の下面の中心線に対し線対称に配置され、
前記第１のインダクタと前記第１の基準電位端子との接続部分と、前記第２のインダクタと前記第２の基準電位端子との接続部分とが、前記配線基板の下面において対角線上に位置しているフィルタ。
前記第１の信号線路には、前記弾性波素子に対して直列接続された入力側コンデンサが設けられている請求項１に記載のフィルタ。
前記弾性波素子は、圧電基板上に形成された、前記圧電基板上を伝搬する弾性表面波の伝搬方向に沿って配置された複数個のＩＤＴ電極を有し、
前記入力側コンデンサまたは前記出力側コンデンサの少なくともいずれか一方は、前記圧電基板上に形成された弾性表面波共振子から成る請求項２に記載のフィルタ。
前記弾性波素子は、圧電基板上に形成された、前記圧電基板上を伝搬する弾性表面波の伝搬方向に沿って配置された複数個のＩＤＴ電極および前記複数個のＩＤＴ電極の両端に配置された反射器電極から成る請求項１に記載のフィルタ。
前記入力側信号端子および前記出力側信号端子が不平衡信号端子である請求項１に記載のフィルタ。
前記出力側コンデンサは、前記配線基板に形成されたコンデンサ用導体からなり、
前記第１のインダクタおよび前記第２のインダクタは、前記配線基板に形成されたインダクタ用導体からなる請求項１に記載のフィルタ。
前記直列共振回路の共振周波数は通過帯域外に位置している請求項１に記載のフィルタ。
前記弾性波素子は、前記複数個のＩＤＴ電極のうちの１つに接続された第１の基準電位パッドと、前記複数個のＩＤＴ電極のうちの前記第１の基準電位用パッドが接続されたＩＤＴ電極とは別のＩＤＴ電極に接続された第２の基準電位用パッドとを有し、
前記第１の基準電位用パッドと前記第２の基準電位用パッドとは、前記圧電基板および前記配線基板内において電気的に分離されている請求項４に記載のフィルタ。
請求項１に記載のフィルタを有する、受信回路および送信回路の少なくとも一方を備えた通信装置。