JP5392255B2 - 弾性波共用器 - Google Patents

Description

本発明は、主として移動体通信機器に使用される弾性波共用器に関するものである。

従来の弾性波共用器は図５に示されるように、アンテナ端子１０１、送信端子１００、受信端子１０２、位相回路２００を備え、圧電基板１上に送信フィルタ２と受信フィルタ３を、共振子４、インダクタ５等によりラダー型で構成した弾性表面波共用器が知られている。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

従来、このような弾性波共用器は、圧電基板１に回転Ｙカットタンタル酸リチウムを用いて作られていた。

近年、携帯電話において多様なシステムが使われるようになった。ＷＣＤＭＡ Ｂａｎｄ１システムなどのように、送信帯１９２０ＭＨｚ〜１９８０ＭＨｚと受信帯２１１０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚの周波数が大きく離れているものについては、電気機械結合係数が十分でないために、デュプレクス帯域の減衰量およびアイソレーションを十分に取ることが難しくなってきている。

特開２００７−１４２５６０号公報

本発明は弾性波共用器の減衰量およびアイソレーションを向上させた弾性波共用器を提供する。

本発明は、圧電基板上に第１のフィルタと第２のフィルタを設けた弾性波共用器である。第１のフィルタの通過帯域は第２のフィルタの通過帯域よりも低くしている。第１のフィルタを直列腕共振子と並列腕共振子とからなるラダー型で構成し、直列腕共振子のうち最もアンテナ端子に近いものを第１の共振子としたとき、第１の共振子のバルク放射周波数が第２のフィルタの通過帯域よりも高くなるように第１の共振子を構成する櫛型電極のピッチを設定する。また直列腕共振子と並列腕共振子とから第１の共振子を除いたものを第２の共振子としたとき、第２の共振子を構成する少なくとも１つの共振子のバルク放射周波数が第２のフィルタの通過帯域よりも低くなるように第２の共振子を構成する櫛型電極のピッチを設定している。

図１は本発明の実施の形態１における弾性波共用器の構成図である。 図２は本発明の実施の形態１における弾性波共用器を説明する図である。 図３は本発明の実施の形態１における圧電基板の特性図である。 図４は本発明の実施の形態３における弾性波共用器の構成図である。 図５は従来の弾性波共用器の構成図である。

以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の一実施の形態におけるＷＣＤＭＡ Ｂａｎｄ１システム用の弾性波共用器を模式的に示した構成図である。その基本的な構造は、圧電基板１１上に第１のフィルタ（送信フィルタ１２）と第２のフィルタ（受信フィルタ１３）とを設けている。以降、簡単のために第１のフィルタ（送信フィルタ１２）を送信フィルタ１２と、第２のフィルタ（受信フィルタ１３）を受信フィルタ１３と記す。

送信フィルタ１２は、直列腕共振子１４、並列腕共振子１５、インダクタ２０からなるラダー型で構成している。ここで直列腕共振子１４のうち最もアンテナ端子１０１に近いものを第１の共振子１６、直列腕共振子１４と並列腕共振子１５とから第１の共振子１６を除いたものを第２の共振子１７とする。それぞれの共振子は、図２のように、櫛形電極１８の両側に反射電極１９を配置した１ポート型の共振子となっている。また、櫛形電極１８のピッチをＰ、線幅をＷとし、Ｗ／Ｐをデューティー比と称する。ここで第１の共振子１６の櫛形電極１８のピッチを０．９２３０μｍ、デューティー比を０．６５とし、第２の共振子１７の櫛形電極１８のピッチを０．９５９９μｍ、デューティー比を０．５０とする。圧電基板１１は、５°ＹカットＸ伝播ニオブ酸リチウムを用いている。圧電基板１１としてニオブ酸リチウムを用いることにより、圧電基板１１上に形成する共振子の電気機械結合係数を大きくすることができるため、広帯域なフィルタを実現することができる。また、（表１）にＷＣＤＭＡの代表的なバンドとその送信周波数帯、受信周波数帯及び各バンドの共用器において望ましい第１の共振子１６の櫛型電極１８のピッチの上限を示す。

このように構成した弾性表面波共振子は、所定の周波数に対して弾性表面波を励起、共振するとともに、一定の周波数以上に対してバルク波を放射する。このバルク放射周波数は、Ｖｔ／２Ｐで表される。ここでＶｔは圧電基板１１の遅い横波の伝播速度で、Ｐは図２に示されるピッチである。回転ＹカットＸ伝播ニオブ酸リチウムのように、遅い横波の伝播速度が４０２４ｍ／ｓと比較的遅い基板を用いる場合、バルク放射周波数が共振子の反共振周波数に近づくため、デバイスの特性に影響が出てくる場合がある。

すなわち、共用器形でない通常のフィルタであれば、直列腕共振子の反共振周波数付近にバルク放射周波数が来ても問題になることは無い。しかし図１の共用器の第１の共振子１６のバルク放射周波数が受信フィルタ１３の通過帯域内にきた場合、送信フィルタ１２の特性には影響は無いが、アンテナ端子１０１から入った受信信号の一部は第１の共振子１６でバルク波に変換されるため、エネルギーが消費され、結果として受信フィルタ１３の挿入損失が大きくなる。

これに対し本発明では第１の共振子１６のバルク放射周波数が受信フィルタ１３の通過帯域よりも高くなるように設定するため、受信フィルタ１３の挿入損失の増加を防ぐことができる。但し、単純に周波数を高くするだけでは第１の共振子１６の共振周波数が送信フィルタ１２の通過帯域よりもはるかに高くなり、送信フィルタ１２の挿入損失の増加をまねくことになる。そこで櫛型電極のデューティー比を大きくすることで共振周波数を送信フィルタ１２の通過帯域付近まで下げることにより、挿入損失の増加を防ぐことができる。バルク放射周波数はピッチのみに依存し、デューティー比には依存しないため、バルク放射周波数を高域側に移しながら、所望の通過特性を得ることができる。

図３に回転ＹカットＸ伝播ニオブ酸リチウムの回転角と共振子の電気機械結合係数との関係を示す。回転角が−１０〜＋３０°において、共振子の電気機械結合係数が１４％以上となっている。フィルタを構成する共振子の電気機械結合係数が大きいとフィルタの広帯域化が実現できるため、これらを用いることが望ましい。

本実施の形態においては、第１の共振子１６のバルク放射周波数は２１８０ＭＨｚとなり、受信フィルタ１３の通過帯域２１１０〜２１７０ＭＨｚよりも高くなっている。このように構成することにより、受信フィルタ１３の挿入損失の劣化を防ぐことができる。

なお、第１の共振子１６の櫛型電極のデューティー比は、バルク放射周波数を十分に高域側に移すには、０．６以上とすることが望ましく、逆に０．７を超えてくると共振特性としてのＱ値が下がってくるので、０．６〜０．７とすることが望ましい。

（実施の形態２）
実施の形態２の弾性波共用器の主な構成は、実施の形態１と同様であるので説明を省略し、異なる点を以下に説明する。アンテナ端子１０１から送信端子に向かう信号経路では、受信周波数の信号は第１の共振子１６によって減衰されるため、それ以降の共振子ではバルク放射によって受信フィルタ１３の挿入損失への影響はほとんど現れない。そこで第２の共振子１７を構成する少なくとも１つの直列腕共振子１４のバルク放射周波数が受信フィルタ１３の通過帯域よりも低くなるように第２の共振子１７のうち上記少なくとも一つの直列腕共振子１４のピッチを設定する。これにより、挿入損失の劣化を起こさずに、本来の共振特性による減衰に加えて、バルク変換による損失も増えるため、送信フィルタ１２のデュプレクス帯域即ち受信フィルタ１３の通過帯域での減衰量を向上させるとともに、送信端子から受信端子に抜ける信号即ちアイソレーション特性をも向上させることができる。

本実施の形態においては、第２の共振子１７を構成する少なくとも１つの共振子のバルク放射周波数は２０９６ＭＨｚとなり、受信フィルタ１３の通過帯域２１１０〜２１７０ＭＨｚよりも低くなっている。このように構成することにより、送信端子とアンテナ端子１０１との経路間において、第２の共振子１７により構成される送信フィルタ１２を通過する受信周波数帯の信号の一部はバルク波に変換される。これにより、圧電基板１１内に放射されるため、送信フィルタ１２の減衰量およびアイソレーション特性の向上を図ることができる。

なお、第２の共振子１７の櫛型電極のデューティー比は、０．４５より小さくなると電極抵抗の増加により挿入損失が増大する恐れがあるため０．４５以上とすることが望ましい。逆にデューティー比が０．５５より大きくなると、バルク変換に伴う減衰量増加の効果を得にくくなるため、デューティー比は０．４５〜０．５５とすることが望ましい。

（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３における弾性波共用器の構成図であり、第１の共振子１６にキャパシタ３０を並列に接続している。第１の共振子１６のバルク放射周波数を受信周波数帯より高くするために第１の共振子１６の櫛型電極ピッチを狭くした場合、同時に第１の共振子１６の反共振周波数も高くなる。これにより、第１の共振子１６の反共振周波数が受信帯域内となり、受信フィルタ１３の帯域内に不要なノッチが発生し、受信フィルタ１３の挿入損失劣化となる。そこで、キャパシタ３０を第１の共振子１６に対し並列に接続することにより、第１の共振子１６の反共振周波数を受信帯域よりも低くなるようにコントロールし、所望の特性の受信フィルタを実現できる。

これまでの実施の形態は弾性表面波共用器について説明したが、櫛形電極を設けた圧電基板１１上に絶縁膜（図示せず）を形成し、圧電基板１１と絶縁膜の境界に弾性波を伝播させる弾性境界波デバイスにおいても、弾性表面波デバイスと同様のバルク波への変換が発生するため、弾性境界波共用器においても同様の効果が得られる。

また電極の材料に関しては、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｗ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｍｏ、ＮｉＣｒ、Ｃｒ及びＴｉからなる群から選択した１種を主体とする材料、あるいはそれらの合金であれば、本発明の効果が得られる。とりわけＡｌやＴｉなどのような密度の低い金属で、弾性波の音速が早いことにより、遅い横波の音速に近い金属において、本発明の効果が得られる。

本発明に係る弾性波共用器は、受信フィルタの挿入損失の劣化を防止しつつ、送信フィルタのデュプレクス帯域の減衰量およびアイソレーション特性の向上を図ることができ、主として移動体通信機器に用いられる弾性波共用器において有用となるものである。

１１ 圧電基板
１２ 送信フィルタ
１３ 受信フィルタ
１４ 直列腕共振子
１５ 並列腕共振子
１６ 第１の共振子
１７ 第２の共振子
１８ 櫛形電極
３０ キャパシタ

Claims (7)

1. 圧電基板上に第１のフィルタと第２のフィルタを設けた弾性波共用器であって、前記第１のフィルタの通過帯域は前記第２のフィルタの通過帯域よりも低く、前記第１のフィルタを直列腕共振子と並列腕共振子とからなるラダー型で構成し、前記直列腕共振子のうち最もアンテナ端子に近いものを第１の共振子としたとき、前記第１の共振子のバルク放射周波数が前記第２のフィルタの通過帯域よりも高くなるように前記第１の共振子を構成する櫛型電極のピッチを設定すると共に、前記直列腕共振子と前記並列腕共振子とから前記第１の共振子を除いたものを第２の共振子としたとき、前記第２の共振子を構成する少なくとも１つの前記直列腕共振子と少なくとも１つの前記並列腕共振子によって前記第１のフィルタの通過帯域が形成された弾性波共用器。
2. 前記直列腕共振子と前記並列腕共振子とから前記第１の共振子を除いたものを第２の共振子としたとき、前記第２の共振子を構成する少なくとも１つの共振子のバルク放射周波数が前記第２のフィルタの通過帯域よりも低くなるように前記第２の共振子を構成する前記少なくとも１つの共振子の櫛型電極のピッチを設定した請求項１記載の弾性波共用器。
3. 前記第１の共振子にキャパシタを並列に追加した請求項１あるいは２のいずれか１項に記載の弾性波共用器。
4. 前記圧電基板は回転ＹカットＸ伝播ニオブ酸リチウムからなる請求項１あるいは２のいずれか１項に記載の弾性波共用器。
5. 前記圧電基板に、−１０〜＋３０°回転ＹカットＸ伝播ニオブ酸リチウムを用いた請求項４記載の弾性波共用器。
6. 前記第１の共振子を構成する櫛型電極のデューティー比を、０．６〜０．７とした請求項１記載の弾性波共用器。
7. 前記第２の共振子を構成する櫛型電極のデューティー比を、０．４５〜０．５５とした請求項２記載の弾性波共用器。

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