JP5441095B2

JP5441095B2 - 弾性波デバイス、デュープレクサ、通信モジュール、および通信装置

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Publication number: JP5441095B2
Application number: JP2008280209A
Authority: JP
Inventors: 政則上田; 基揚原; 将吾井上; 研也橋本; 康智田中; 正恆山口; 達也大森
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2008-10-30
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2028-10-30
Also published as: US20090201104A1; CN101540590A; US8026776B2; CN101540590B; JP2009207116A

Description

本願の開示は、携帯電話端末、無線ＬＡＮ（LAN:Local Area Network）などの移動体通信、高周波無線通信で使用する弾性波共振器を備えた弾性波デバイスに関する。また、そのような弾性波デバイスを備えたデュープレクサに関する。また、そのようなデュープレクサを備えた通信モジュールに関する。また、そのような通信モジュールを備えた通信装置に関する

近年、圧電材料を用いた弾性表面波（SAW:Surface Acoustic Wave）や圧電薄膜の厚み振動波を用いた共振器（FBAR:Film Bulk Acoustic Resonator）を複数組み合わせることにより、特定の周波数帯の電気信号のみを通過させる特徴を持った高周波通信用のフィルタ素子が開発されている。ＳＡＷやＦＢＡＲを利用したフィルタ部品は、他の誘電体フィルタやセラミックフィルタに比して外形サイズが小さく、かつ急峻なロールオフ特性を持つため、小型で、狭い比帯域幅が要求される携帯電話等の移動体通信部品に適している。また、近年カバーエリア拡大等の目的で、一つの携帯端末で複数の周波数帯のシステムを搭載する傾向にあり、そのために複数の周波数に応じたフィルタやデュープレクサが搭載されている。

ＳＡＷ共振器やＦＢＡＲを複数個接続して構成したラダー型フィルタを用いた応用部品として、デュープレクサがある。デュープレクサは、送受信機能を持ち、送信信号と受信信号の周波数が異なる無線装置に用いられる。このようなＳＡＷ共振器やＦＢＡＲを用いたフィルタの構成として、共振器を直列−並列に梯子状に繋ぐラダー型フィルタがある。ラダー型フィルタは、梯子型に組む段数や、直列−並列に配する共振器の容量比を変えるだけで、挿入損失や帯域外抑圧度等を容易に変化させることができ、設計の手順も簡便なため、良く用いられている。ＳＡＷ共振器やＦＢＡＲを用いたフィルタには、共振器を直列−並列に格子状に繋ぐラティス型フィルタもある。また、ラダー型フィルタにキャパシタを接続し、フィルタのスカート特性（通過帯域の高周波側及び低周波側における特性の急峻性のことで、急峻であるほど特性が良好である）を改善する提案もなされている（特許文献１参照）。

図１７は、代表的なラダー型フィルタの構成を示す。図１８及び図１９は、特許文献１に開示されている構成であり、ラダー型フィルタにキャパシタＣを接続した構成である。

フィルタのスカート特性改善技術は、特に送受信周波数間隔の隣接したフィルタやデュープレクサには重要な技術であり、通信端末の性能を大きく左右する。
特開平８−６５０８９号公報

図２０Ａは、ラダー型フィルタにキャパシタＣを接続した構成を示す。図２０Ｂは、図２０Ａに示すラダー型フィルタの周波数特性を示す。図２０Ａに示すラダー型フィルタは、ＡｌＮを使用したＦＢＡＲフィルタを用いた。また、ラダー型フィルタを構成している共振器の各定数は、容量比γ＝１６、共振Ｑ＝８００、共振器Ｓ１〜Ｓ４の共振周波数＝１．００２ＧＨｚ、共振器Ｐ１〜Ｐ３の共振周波数＝０．９６８ＧＨｚ、共振器Ｓ１及びＳ４の容量＝６．４ｐＦ、共振器Ｓ２，Ｓ３，およびＰ１〜Ｐ３の容量＝３．２ｐＦとした。

このような構成のラダー型フィルタに１０ｐＦの容量を持つキャパシタＣを接続して、周波数特性を確認すると、図２０Ｂに示すように、通過帯域の高周波側のスカート特性に変化が見られるが、効果的な結果を得るには２０ｐＦの大容量のキャパシタＣを接続する必要がある。キャパシタＣが大容量化すると、素子サイズが大型化してしまう恐れがある。したがって、素子サイズが大型化することにより、フィルタを備えた通信モジュールや、その通信モジュールを備えた通信装置が大型化してしまう。

また、フィルタ素子に新たにキャパシタを形成するプロセスが必要となり、コストアップにつながってしまう。

本発明の目的は、ラダー型フィルタのスカート特性を改善することができるとともに、フィルタ素子を小型化することができる弾性波デバイス、デュープレクサ、通信モジュール、通信装置を実現することである。

本願に開示する第１の弾性波デバイスは、複数の共振器を接続したラダー型フィルタを備えた弾性波デバイスであって、前記ラダー型フィルタにおける並列椀に共振器が直列接続され、前記並列椀に接続された共振器は、共振周波数が互いに異なるものである。

本願に開示する第２の弾性波デバイスは、複数の共振器を接続したラダー型フィルタを備えた弾性波デバイスであって、前記ラダー型フィルタにおける直列椀に並列接続された補正共振器を備え、前記補正共振器は、並列椀に接続された共振器の共振周波数以上で、前記直列椀に接続された共振器の共振周波数以下の共振周波数を有するものである。

本願に開示する第３の弾性波デバイスは、ラダー型フィルタと電気スイッチを組み合わせたもので、帯域可変が可能なフィルタで構成されている。

また、本願に開示するデュープレクサ、通信モジュール、通信装置は、第１の弾性波デバイスまたは第２の弾性波デバイスを備えたものである。

本願の開示によれば、簡単な構成で、フィルタのスカート特性を改善することができる。また、通信性能を改善することができる。

本願に開示する第１の弾性波デバイスは、複数の共振器を接続したラダー型フィルタを備えた弾性波デバイスであって、前記ラダー型フィルタにおける並列椀に共振器が直列接続され、前記並列椀に接続された共振器は、共振周波数が互いに異なる構成としたものである。

また、本発明の実施形態にかかる弾性波デバイスにおいて、前記並列椀に直列接続された共振器は、当該並列椀に接続された他の共振器及び他の並列椀に接続された共振器の共振周波数よりも高い共振周波数を有する補正共振器を備えた構成とすることができる。

また、本発明の実施形態にかかる弾性波デバイスにおいて、前記補正共振器は、前記ラダー型フィルタにおける直列椀に接続された共振器の共振周波数と同じ、もしくは高い共振周波数を有する構成とすることができる。

また、本発明の実施形態にかかる弾性波デバイスにおいて、前記補正共振器は、他の共振器の容量よりも大きい容量を有する構成とすることができる。

本発明の実施形態にかかる弾性波デバイスにおいて、前記補正共振器は、前記直列椀に橋絡接続されている構成とすることができる。

本発明の実施形態にかかる弾性波デバイスにおいて、前記補正共振器のＯＮ／ＯＦＦを切り替え可能な切り替え手段を備えた構成とすることができる。上記構成の弾性波デバイスを用いることにより、例えば、複数の周波数領域に対応できる帯域可変フィルタを実現する事ができる。

本発明の実施形態にかかる弾性波デバイスにおいて、前記補正共振器は、互いに共振周波数が異なる複数の共振器より構成され、前記複数の共振器のうちいずれか一つの共振器を選択的に導通状態にする切り替え手段を備えた構成とすることができる。

本発明の実施形態にかかる弾性波デバイスにおいて、前記補正共振器の通過帯域を切り替え可能な切り替え手段を備えた構成とすることができる。

本発明の実施形態にかかる弾性波デバイスにおいて、前記切り替え手段は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）スイッチで構成することができる。

本発明の実施形態にかかる弾性波デバイスにおいて、前記共振器及び前記補正共振器は、圧電薄膜共振器で構成することができる。

本発明の実施形態にかかる弾性波デバイスにおいて、前記共振器及び前記補正共振器は、弾性表面波共振器で構成することができる。

本発明の実施形態にかかるデュープレクサは、上記に記載の弾性波デバイスを備えたものである。

本発明の実施形態にかかる通信モジュールは、上記に記載のデュープレクサを備えたものである。

本発明の実施形態にかかる通信装置は、上記に記載の通信モジュールを備えたものである。

（実施の形態）
〔１．弾性波デバイスの構成〕
本実施の形態では、本発明の弾性波デバイスの一例として、通信装置に用いられているバンドパスフィルタなどのフィルタを挙げて説明する。

図１は、実施の形態におけるフィルタの第１の構成を示す。図１に示すフィルタの構成は、従来のラダー型フィルタ（図１７参照）における並列椀共振器Ｐ２に対して、直列に共振器Ｐ４を新たに接続したことを特徴としている。共振器Ｐ４は、共振器Ｐ２の共振周波数とは異なる共振周波数を持つ。また、共振器Ｐ４は、共振器Ｐ２が共振動作している周波数帯では容量として働き、これにより共振器Ｐ２の共振周波数が見かけ上、高周波側にシフトすることになる。また、共振器Ｐ２の反共振周波数では、共振器Ｐ２のインピーダンスが無限大（理想状態）となり、共振器Ｐ４のインピーダンスは特性へはあまり影響しない。なお、図１における共振器Ｐ４は、本発明の補正共振器の一例である。

図２は、実施の形態におけるフィルタの第２の構成を示す。図２に示すフィルタの構成は、直列椀に対して共振器Ｓ５を新たに橋絡接続したことを特徴としている。図２に示すフィルタは、図１に示すフィルタ構造をスターデルタ変換した構造である。共振器Ｓ５は、共振器Ｓ２の共振周波数とは異なる共振周波数を持つ。図２に示す構成においても、フィルタのスカート特性を改善することができる。なお、図２における共振器Ｓ５は、本発明の補正共振器の一例である。

以下、本実施の形態のフィルタの原理説明を行う。

図３Ａは、図１に示すフィルタの原理説明を行うための図であり、共振器の接続構成は図１に示す構成と同様である。図３Ａにおける各共振器は、ＦＢＡＲで構成してもよいし、ＳＡＷ共振器で構成してもよい。なお、図３Ａにおける共振器ｒｅｓ４ａは、本発明の補正共振器の一例である。図３Ａにおける各共振器は、ＡｌＮ圧電薄膜を使用したＦＢＡＲで構成されている。また、２個の共振器ｒｅｓ３ａと共振器ｒｅｓ４ａとは、同じ共振周波数である。また、共振器ｒｅｓ４ａと共振器ｒｅｓ２とは、異なる共振周波数である。

図３Ｂは、図３Ａにおける各共振器をＬｉＮｂＯ₃（ニオブ酸リチウム）基板を使用したＳＡＷ共振器で構成した時の、フィルタ及び共振器の周波数特性を示す。図３Ｂにおける実線は、図３Ａに示すフィルタの周波数特性を示す。また、図３Ｂには、共振器ｒｅｓ２と共振器ｒｅｓ４ａの周波数特性もプロットした。なお、同じ符号を付した共振器については、互いに同じ共振周波数及び容量を有するものとする。

図３Ａに示すフィルタにおいて、共振器ｒｅｓ２と共振器ｒｅｓ４ａの共振周波数及び容量を変化させることで、共振器ｒｅｓ２と共振器ｒｅｓ４ａのリアクタンスの和がゼロになる時（以下、零点と称する）の周波数を任意に変化させることができる。

図４Ａは、図２に示すフィルタの原理説明を行うための図であり、追加する共振器を直列椀に橋絡接続する点では図２に示す接続構成と同様であるが、具体的な接続形態が異な
る。図４Ａにおける各共振器は、ＦＢＡＲで構成してもよいし、ＳＡＷ共振器で構成してもよい。なお、図４Ａにおける共振器ｒｅｓ４ｂは、本発明の補正共振器の一例である。図４Ａに示すフィルタの構成は、直列椀に対して２個の共振器ｒｅｓ４ｂを新たに橋絡接続したことを特徴としている。図４Ａにおいて、共振器ｒｅｓ２と共振器ｒｅｓ４ｂとは、同じ共振周波数を持つ。また、共振器ｒｅｓ２と共振器ｒｅｓ３ｂとは、異なる共振周波数を持つ。また、共振器ｒｅｓ３ｂと共振器ｒｅｓ４ｂとは、異なる共振周波数を持つ。

図４Ｂは、図４Ａにおける各共振器をＬｉＮｂＯ₃（ニオブ酸リチウム）基板を使用したＳＡＷ共振器で構成した時の、フィルタ及び共振器の周波数特性を示す。図４Ｂにおける実線は、図４Ａに示すフィルタの周波数特性を示す。また、図４Ｂには、共振器ｒｅｓ３ｂと共振器ｒｅｓ４ｂの周波数特性もプロットした。図４Ａに示すフィルタにおいて、共振器ｒｅｓ３ｂと共振器ｒｅｓ４ｂの共振周波数及び容量を変化させることで、リアクタンスの和がゼロになる零点の周波数を任意に変化させることができる。

（実施例１）
図５Ａは、図１に示す第１の構成を有するフィルタにおいて共振器Ｐ４の共振周波数を変化させた時の周波数特性と、従来のフィルタの周波数特性を比較したものである。

本実施例における共振器は、ＡｌＮ圧電薄膜を使用したＦＢＡＲで構成した。また、各共振器の定数としては、容量比γ＝１６、クオリティファクタＱ＝８００、共振器Ｓ１〜Ｓ４の共振周波数＝１．００２ＧＨｚ、共振器Ｐ１〜Ｐ３の共振周波数＝０．９６８ＧＨｚ、共振器Ｓ１及びＳ４の容量＝６．４ｐＦ、共振器Ｓ２，Ｓ３，Ｐ１〜Ｐ３の容量＝３．２ｐＦ、共振器Ｐ４の容量＝１０ｐＦとした。また、共振器Ｐ４の共振周波数を、１．０００ＧＨｚ，１．００２ＧＨｚ，１．０１０ＧＨｚ，１．０２０ＧＨｚに変化させて周波数特性を測定した。

図５Ａに示すように、共振器Ｐ４の共振周波数が他の直列椀共振器の共振周波数（１．００２ＧＨｚ）より低い場合（共振器Ｐ４の共振周波数が１ＧＨｚの場合）には、通過帯域の高周波側で帯域の欠けが顕著になる。共振器Ｐ４の共振周波数としては、直列椀共振器の共振周波数と同等かそれ以上に設定することがより効果的である。また、共振器Ｐ４の容量は、共振器Ｐ２より大きいと効果的である。

図５Ｂは、図５ＡにおけるＹ部の拡大図である。図５Ｃは、図５ＡにおけるＺ部の拡大図である。図５Ｂ及び図５Ｃの矢印で指示する部分に示すように、フィルタに共振器Ｐ４を追加することで、従来構成（共振器Ｐ４が接続されていない構成）に比べて周波数特性の急峻性を改善できることがわかる。

また、共振器Ｐ４の共振周波数を変えることで、図３Ａ及び図３Ｂを参照して前述したように零点の周波数を変えることができるので、フィルタの周波数特性における急峻性を変化させることができる。特に、共振器Ｐ４の共振周波数を１．００２ＧＨｚとすることで、最もスカート特性が優れたフィルタを実現することができることがわかる。また、共振器Ｐ４の共振周波数を１．００２ＧＨｚ以上、つまり直列椀共振器の共振周波数よりも高くすることで、通過帯域の高周波側の帯域をほぼ確保しつつ、通過帯域の低周波側のスカート特性を改善できることがわかる。

（実施例２）
図６は、共振器における電極面積比を変化させた時の周波数特性を示す。図６に示す特性は、図４Ａに示すフィルタにおいて、１５°Ｙ板のＬＮ基板を用いた共振器ｒｅｓ４ｂの容量を、０ｐＦ，１ｐＦ，２ｐＦ，３ｐＦに変化させた時の周波数特性を示す。

図６に示すように、共振器ｒｅｓ４ｂの容量が小さいほどフィルタの通過帯域幅が広くなり、共振器ｒｅｓ４ｂの容量が大きいほどフィルタの通過帯域幅が狭くなる。したがって、フィルタの通過帯域幅を狭くするためには、共振器ｒｅｓ４ｂの容量を大きくすればよい。

（実施例３）
図７Ａは、図２に示す第２の構成を有するフィルタの具体構成を示す。図７Ａに示すフィルタは、共振器の接続構成は図２と同様であるが、共振器ｒｅｓ３ｃの共振周波数と共振器ｒｅｓ４ｃの共振周波数とを異なる値とし、共振器ｒｅｓ４ｃの共振周波数と共振器ｒｅｓ２の共振周波数とを同じ値とした。なお、図７Ａにおける共振器ｒｅｓ４ｃは、本発明の補正共振器の一例である。図７Ｂは、図７Ａに示すフィルタの周波数特性を示す。図７Ｂにおける特性Ａは、共振器ｒｅｓ４ｃが接続されておらず、並列椀に接続された共振器ｒｅｓ２の容量（Ｃｐ）の１／２と直列椀に接続された共振器ｒｅｓ１の容量（Ｃｓ）との容量比Ｃｐ／Ｃｓ＝０．５のフィルタの周波数特性である。特性Ｂは、図７Ａに示すように直列椀に共振器ｒｅｓ４ｃが接続され、容量比Ｃｐ／Ｃｓ＝０．５のフィルタの周波数特性である。特性Ｃは、共振器ｒｅｓ４ｃが接続されておらず、容量比Ｃｐ／Ｃｓ＝２のフィルタの周波数特性である。

特性Ａは、スカート特性は良好であるが、通過帯域が広帯域であり、狭帯域用途には向かない。また、特性Ｃは、通過帯域が狭く良好であるが、スカート特性が劣化している。これらに対して特性Ｂは、スカート特性が良好であるとともに、通過帯域が狭いため、最も好ましい仕様である。以上のように、フィルタの直列椀に共振器ｒｅｓ４ｃを橋絡接続することで、スカート特性を劣化させず、狭帯域化が可能なフィルタを実現することができる。

（実施例４）
図８Ａは、図２に示すフィルタにおける共振器Ｓ５の共振周波数を０．９５ＧＨｚに設定した時の周波数特性を示す。図８Ｂは、同様に共振器Ｓ５の共振周波数を０．９６８ＧＨｚに設定した時の周波数特性を示す。図８Ｃは、同様に共振器Ｓ５の共振周波数を１．００２ＧＨｚに設定した時の周波数特性を示す。図８Ｄは、図８ＣにおけるＶ部の拡大図である。また、図８Ａ〜図８Ｄにおいて実線で示す特性は、本実施例における特性であり、破線で示す特性は、従来構成（図１７に示すフィルタ）における特性である。

図８Ａに示すように、共振器Ｓ５の共振周波数を０．９５ＧＨｚに設定した場合は、従来の特性と大差がなく、スカート特性及び帯域幅のいずれも大きく改善されていない。また、図８Ｂに示すように、共振周波数が０．９６８ＧＨｚの共振器Ｓ５を接続した場合は、Ｗ部に示すように通過帯域の下限側周波数における角型特性を改善することができる。また、図８Ｃ及び図８Ｄに示すように、共振周波数が１．００２ＧＨｚの共振器Ｓ５を接続した場合は、Ｕ部及びＶ部に示すように通過帯域の高周波側及び低周波側におけるスカート特性を改善することができる。

以上のように、共振周波数が１．００２ＧＨｚの共振器を、フィルタの直列椀に橋絡接続することで、スカート特性が良好なフィルタを実現することができる。また、１．００２ＧＨｚ（直列椀共振器の共振周波数）を越える周波数では、帯域内にリップルが発生してしまい、特性上問題となる。

なお、本実施例では、一組の並列椀のみ接続する構成としたが、複数椀に適用しても良い。

上記では、フィルタの特性について説明したが、本実施の形態及び本実施例の弾性波デバイスをデュープレクサに採用することで、同様な効果が得られる。更に、これら弾性波デバイスを使用した携帯電話等の端末に使用することで、機器の性能改善、例えば受信感度向上が望める。以下、本実施の形態及び本実施例に示す弾性波デバイスを採用した例について説明する。

〔２．帯域可変フィルタの構成〕
本実施の形態の弾性波デバイスでは、互いに異なる通過帯域を有する共振器を切り替え手段で切り替える構成とすることができる。以下、その具体的な実施例について説明する。

（実施例１）
図９Ａは、帯域可変フィルタの第１の実施例の構成を示す。図９Ａに示すように本実施例のフィルタは、ラダー型フィルタの構成となっており、共振器ｒｅｓ４ｃと直列にスイッチＳＷ１が接続されている。図９に示す構成は、図７Ａに示す構成に対して、スイッチＳＷ１が追加された構成である。スイッチＳＷ１がＯＮ状態の時とＯＦＦ状態の時における計算結果を図９Ｂに示す。ここではスイッチＳＷ１がＯＮ状態の時に共振器ｒｅｓ４ｃが共振器として動作する状態、ＯＦＦ状態の時に共振器ｒｅｓ４ｃが完全オープン状態として計算されている。図９Ｂに示す特性Ｖ１は、スイッチＳＷ１がＯＦＦ状態で共振器ｒｅｓ４ｃがオープン状態となっており、並列椀に接続された共振器ｒｅｓ２の容量（Ｃｐ）の１／２と直列椀に接続された共振器ｒｅｓ１の容量（Ｃｓ）との容量比Ｃｐ／Ｃｓ＝０．５のフィルタの周波数特性である。特性Ｖ２は、スイッチＳＷ１がＯＮ状態で共振器ｒｅｓ４ｃが動作状態となっており、容量比Ｃｐ／Ｃｓ＝０．５のフィルタの周波数特性である。このように、スイッチＳＷ１をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替えることで、フィルタの通過帯域を狭帯域化することができる。

また、図１０は、本実施形態にかかる帯域可変フィルタの変形例を示す。図１０に示すラダー型フィルタにおいて、並列椀に接続された共振器Ｐ４に対して、並列にスイッチＳＷ２が接続されている。図１０に示す構成は、図１に示す構成に対してスイッチＳＷ２が追加された構成である。この構成において、スイッチＳＷ２がＯＮ状態の時、共振器Ｐ４は短絡状態となり、スイッチＳ２がＯＦＦ状態の時、共振器Ｐ４は動作状態となる。したがって、スイッチＳＷ２がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わることで、フィルタの通過帯域を狭帯域化することができる。図１０に示す帯域可変フィルタの周波数特性は、図９Ｂに示す周波数特性とほぼ同等である。

なお、本実施例において、共振器ｒｅｓ４ｃ（図９Ａ），および共振器Ｐ４（図１０）は、本発明における補正共振器の一例である。また、本実施例において、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、本発明における切り替え手段の一例である。

（実施例２）
図１１Ａ及び図１１Ｂは、帯域可変フィルタの第２の実施例の構成を示す。図１１Ａに示す帯域可変フィルタと図１１Ｂに示す帯域可変フィルタとは、共振器Ｓ４ａ，Ｓ４ｂ、スイッチＳＷ３〜ＳＷ６の接続構成が異なるのみであり、得られる効果は同様である。図１１Ａ及び図１１Ｂにおいて、直列椀に接続された共振器Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４ａは、互いに同じ共振周波数を有する。また、共振器Ｓ４ｂは、共振器Ｓ４ａの共振周波数よりも低い共振周波数を有する。

図１１ＡにおいてスイッチＳＷ３及びＳＷ４は、いずれか一方がＯＮになった時に他方がＯＦＦになるように切り替え制御されるスイッチで構成されている。スイッチＳＷ３がＯＮ状態でスイッチＳＷ４がＯＦＦ状態の時は、共振器Ｓ４ａが動作状態となり、共振器Ｓ４ｂがオープン状態となる。また、スイッチＳＷ３がＯＦＦ状態でスイッチＳＷ４がＯＮ状態の時は、共振器Ｓ４ａがオープン状態となり、共振器Ｓ４ｂが動作状態となる。

また、図１１Ｂに示す帯域可変フィルタにおいて、スイッチＳＷ５及びＳＷ６は、いずれか一方がＯＮになった時に他方がＯＦＦになるように切り替え制御されるスイッチで構成されている。スイッチＳＷ５がＯＮ状態でスイッチＳＷ６がＯＦＦ状態の時は、共振器Ｓ４ａが短絡状態となり、共振器Ｓ４ｂが動作状態となる。また、スイッチＳＷ５がＯＦＦ状態でスイッチＳＷ６がＯＮ状態の時は、共振器Ｓ４ａが動作状態となり、共振器Ｓ４ｂが短絡状態となる。

図１１Ｃは、図１１Ａ及び図１１Ｂに示す帯域可変フィルタにおいて得られた計算結果を示す。図１１Ｃに示す計算結果は、帯域可変フィルタにおいて、共振器Ｓ１〜Ｓ４ｂ，Ｐ１〜Ｐ３に、ＬｉＮｂＯ₃（ニオブ酸リチウム）基板を使用したＳＡＷ共振器を用いた場合の計算結果である。図１１Ａ及び図１１Ｂに示す帯域可変フィルタにおいて、共振器Ｓ４ａが非動作状態（図１１Ａオープン状態、図１１Ｂ短絡状態）で共振器Ｓ４ｂが動作状態の時は、図１１Ｃにおける特性Ｖ１１に示すように高帯域側が狭帯域化した通過帯域となる。また、共振器Ｓ４ａが動作状態で共振器Ｓ４ｂが非動作状態の時は、図１１Ｃにおける特性Ｖ１２に示すように高帯域側が広帯域化した通過帯域となる。このように、図１１Ａに示すスイッチＳＷ３及びＳＷ４、図１１Ｂに示すスイッチＳＷ５及びＳＷ６のＯＮ／ＯＦＦ状態により、フィルタの通過帯域の高周波側の帯域幅を変化させることができる。

なお、スイッチＳＷ３〜ＳＷ６は、本実施例では半導体スイッチを用いたが、ＭＥＭＳスイッチで構成しても本実施例と同様の効果を得ることができる。

また、本実施例では帯域可変フィルタについて説明したが、デュープレクサに応用することも可能である。

また、本実施例において共振器Ｓ１〜Ｓ４ｂ，Ｐ１〜Ｐ３はＳＡＷ共振器で構成したが、ＦＢＡＲで構成としても同様な効果が得られる。

また、本実施例では、スイッチＳＷ３とスイッチＳＷ４はいずれか一方がＯＮとなった時に他方がＯＦＦとなる切り替え動作をする構成としたが、両方が同時にＯＮになる動作モードが含まれていても、本実施例と同様の効果が得られる。

また、本実施例において、共振器Ｓ４ａ，Ｓ４ｂは、本発明における補正共振器の一例である。また、本実施例において、スイッチＳＷ３〜ＳＷ６は、本発明における切り替え手段の一例である。

（実施例３）
図１２Ａ及び図１２Ｂは、帯域可変フィルタの第３の実施例の構成を示す。図１２Ａ及び図１２Ｂに示す帯域可変フィルタは、スイッチＳＷ７〜ＳＷ９と共振器Ｐ１ａ，Ｐ１ｂの接続方法が異なるが、得られる効果は同様である。図１２Ａ及び図１２Ｂにおいて、共振器Ｐ１ａ，Ｐ２，Ｐ３は、互いに同じ共振周波数を有する。また、共振器Ｐ１ｂは、Ｐ１ａより高い共振周波数を有する。また、図１２Ａに示すスイッチＳＷ７は、端子ａと端子ｂに選択的に切り替え接続される。また、図１２Ｂに示すスイッチＳＷ８及びＳＷ９は、いずれか一方がＯＮになった時に他方がＯＦＦになるように切り替え制御されるスイッチで構成されている。

図１２Ａにおいて、スイッチＳＷ７が端子ａ側に接続されている時は、共振器Ｐ１ａが動作状態となり、共振器Ｐ１ｂがオープン状態となる。また、スイッチＳＷ７が端子ｂ側に接続されている時は、共振器Ｐ１ａがオープン状態となり、共振器Ｐ１ｂが動作状態となる。

また、図１２Ｂにおいて、スイッチＳＷ８がＯＮ状態でスイッチＳＷ９がＯＦＦ状態の時は、共振器Ｐ１ａが短絡状態となり、共振器Ｐ１ｂが動作状態となる。また、スイッチＳＷ８がＯＦＦ状態でスイッチＳＷ９がＯＮ状態の時は、共振器Ｐ１ａが動作状態となり、共振器Ｐ１ｂが短絡状態となる。

図１２Ｃは、図１２Ａ及び図１２Ｂに示す帯域可変フィルタにおいて得られた計算結果を示す。図１２Ｃに示す計算結果は、帯域可変フィルタにおいて、共振器Ｓ１〜Ｓ４，Ｐ１ａ〜Ｐ３に、ＬｉＮｂＯ₃（ニオブ酸リチウム）基板を使用したＳＡＷ共振器を用いた場合の計算結果である。図１２Ａに示す共振器Ｐ１ａが動作状態で共振器Ｐ１ｂがオープン状態の時、あるいは図１２Ｂに示す共振器Ｐ１ａが動作状態で共振器Ｐ１ｂが短絡状態の時は、図１２Ｃにおける特性Ｖ２１に示すように低周波側の帯域幅を広げることができる。また、図１２Ａに示す共振器Ｐ１ａがオープン状態で共振器Ｐ１ｂが動作状態の時、あるいは図１２Ｂに示す共振器Ｐ１ａが短絡状態で共振器Ｐ１ｂが動作状態の時は、図１２Ｃにおける特性Ｖ２２に示すように低周波側の帯域幅を狭めることができる。このように、図１２Ａに示すスイッチＳＷ７の接続状態、図１２Ｂに示すスイッチＳＷ８及びＳＷ９のＯＮ／ＯＦＦ状態により、フィルタの通過帯域の低周波側の帯域幅を変化させることができる。

なお、本実施例ではスイッチＳＷ７〜ＳＷ９は、本実施例では半導体スイッチで構成したが、ＭＥＭＳスイッチで構成しても本実施例と同様の効果が得られる。

また、本実施例ではフィルタについて説明したが、デュープレクサに応用することも可能である。

また、本実施例では、共振器Ｓ１〜Ｓ４，Ｐ１ａ〜Ｐ３はＳＡＷ共振器を使用したが、ＦＢＡＲで構成しても同様な効果が得られる。

また、本実施例では、スイッチＳＷ８とスイッチＳＷ９はいずれか一方がＯＮとなった時に他方がＯＦＦとなる切り替え動作をする構成としたが、両方が同時にＯＮになる動作モードが含まれていても、本実施例と同様の効果が得られる。

また、本実施例において、共振器Ｐ１ａ，Ｐ１ｂは、本発明における補正共振器の一例である。また、本実施例において、スイッチＳＷ７〜ＳＷ９は、本発明における切り替え手段の一例である。

（実施例４）
図１３は、上記実施例２及び３で説明した２種類の周波数領域を有する共振器を備えた通信モジュールの構成を示す。図１３において、低域デュープレクサ４３には実施例３に示す共振器を備え、高域デュープレクサ４４には実施例２に示す共振器を備えている。低域デュープレクサ４３は、Ｌｏｗ−ｂａｎｄ（０．７〜１ＧＨｚ近傍）の信号を通過させるフィルタである。高域デュープレクサ４４は、Ｈｉｇｈ−ｂａｎｄ（１．７〜２．１ＧＨｚ近傍）の信号を通過させるフィルタである。スイッチ４２は、低域デュープレクサ４３と高域デュープレクサ４４とを切り替えてアンテナ４１に接続するものである。

このような構成とすることで、マルチバンド対応の通信モジュールもしくは通信装置の実現が可能である。

〔３．デュープレクサの構成〕
携帯電話端末、ＰＨＳ（Personal Handy-phone System）端末、無線ＬＡＮシステムなどの移動体通信（高周波無線通信）には、デュープレクサが搭載されている。デュープレクサは、通信電波などの送信機能及び受信機能を持ち、送信信号と受信信号の周波数が異なる無線装置において用いられる。

図１４は、本実施の形態の弾性波デバイスを備えたデュープレクサの構成を示す。デュープレクサ５２は、位相整合回路５３、受信フィルタ５４、および送信フィルタ５５を備えている。位相整合回路５３は、送信フィルタ５５から出力される送信信号が受信フィルタ５４側に流れ込むのを防ぐために、受信フィルタ５４のインピーダンスの位相を調整するための素子である。また、位相整合回路５３には、アンテナ５１が接続されている。受信フィルタ５４は、アンテナ５１を介して入力される受信信号のうち、所定の周波数帯域のみを通過させる帯域通過フィルタで構成されている。また、受信フィルタ５４には、出力端子５６が接続されている。送信フィルタ５５は、入力端子５７を介して入力される送信信号のうち、所定の周波数帯域のみを通過させる帯域通過フィルタで構成されている。また、送信フィルタ５５には、入力端子５７が接続されている。ここで、受信フィルタ５４及び送信フィルタ５５には、本実施の形態における弾性波デバイスが含まれている。

以上のように、本実施の形態の弾性波デバイスを受信フィルタ５４及び送信フィルタ５５に備えることで、スカート特性が良好で通信性能を向上させることができるデュープレクサを実現することができる。

〔４．通信モジュールの構成〕
図１５は、本実施の形態の弾性波デバイスまたはデュープレクサを備えた通信モジュールの一例を示す。図１５に示すように、デュープレクサ６２は、受信フィルタ６２ａと送信フィルタ６２ｂとを備えている。また、受信フィルタ６２ａには、例えばバランス出力に対応した受信端子６３ａ及び６３ｂが接続されている。また、送信フィルタ６２ｂは、パワーアンプ６４を介して送信端子６５に接続している。ここで、受信フィルタ６２ａ及び送信フィルタ６２ｂには、本実施の形態における弾性波デバイスが含まれている。

受信動作を行う際、受信フィルタ６２ａは、アンテナ端子６１を介して入力される受信信号のうち、所定の周波数帯域の信号のみを通過させ、受信端子６３ａ及び６３ｂから外部へ出力する。また、送信動作を行う際、送信フィルタ６２ｂは、送信端子６５から入力されてパワーアンプ６４で増幅された送信信号のうち、所定の周波数帯域の信号のみを通過させ、アンテナ端子６１から外部へ出力する。

以上のように本実施の形態の弾性波デバイスまたはデュープレクサを、通信モジュールの受信フィルタ６２ａ及び送信フィルタ６２ｂに備えることで、通信性能を改善することができる。特に、受信感度を向上させることができる。また、小型かつ簡単な構成の通信モジュールを実現することができる。

なお、図１５に示す通信モジュールの構成は一例であり、他の形態の通信モジュールに本発明のフィルタを搭載しても、同様の効果が得られる。

〔５．通信装置の構成〕
図１６は、本実施の形態の弾性波デバイスを備えた通信装置の一例として、携帯電話端末のＲＦブロックを示す。また、図１６に示す構成は、ＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）通信方式及びＷ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Divition Multiple Access）通信方式に対応した携帯電話端末の構成を示す。また、本実施の形態におけるＧＳＭ通信方式は、８５０ＭＨｚ帯、９５０ＭＨｚ帯、１．８ＧＨｚ帯、１．９ＧＨｚ帯に対応している。また、携帯電話端末は、図１６に示す構成以外にマイクロホン、スピーカー、液晶ディスプレイなどを備えているが、本実施の形態における説明では不要であるため図示を省略した。ここで、受信フィルタ７３ａ，７７，７８，７９，８０、および送信フィルタ７３ｂには、本実施の形態におけるフィルタが含まれている。

まず、アンテナ７１を介して入力される受信信号は、その通信方式がＷ−ＣＤＭＡかＧＳＭかによってアンテナスイッチ回路７２で、動作の対象とするＬＳＩを選択する。入力される受信信号がＷ−ＣＤＭＡ通信方式に対応している場合は、受信信号をデュープレクサ７３に出力するように切り換える。デュープレクサ７３に入力される受信信号は、受信フィルタ７３ａで所定の周波数帯域に制限されて、バランス型の受信信号がＬＮＡ７４に出力される。ＬＮＡ７４は、入力される受信信号を増幅し、ＬＳＩ７６に出力する。ＬＳＩ７６では、入力される受信信号に基づいて音声信号への復調処理を行ったり、携帯電話端末内の各部を動作制御する。

一方、信号を送信する場合は、ＬＳＩ７６は送信信号を生成する。生成された送信信号は、パワーアンプ７５で増幅されて送信フィルタ７３ｂに入力される。送信フィルタ７３ｂは、入力される送信信号のうち所定の周波数帯域の信号のみを通過させる。送信フィルタ７３ｂから出力される送信信号は、アンテナスイッチ回路７２を介してアンテナ７１から外部に出力される。

また、入力される受信信号がＧＳＭ通信方式に対応した信号である場合は、アンテナスイッチ回路７２は、周波数帯域に応じて受信フィルタ７７〜８０のうちいずれか一つを選択し、受信信号を出力する。受信フィルタ７７〜８０のうちいずれか一つで帯域制限された受信信号は、ＬＳＩ８３に入力される。ＬＳＩ８３は、入力される受信信号に基づいて音声信号への復調処理を行ったり、携帯電話端末内の各部を動作制御する。一方、信号を送信する場合は、ＬＳＩ８３は送信信号を生成する。生成された送信信号は、パワーアンプ８１または８２で増幅されて、アンテナスイッチ回路７２を介してアンテナ７１から外部に出力される。

以上のように、本実施の形態の弾性波デバイスまたはその弾性波デバイスを備えた通信モジュールを通信装置に備えることで、通信性能を改善することができる。特に、受信感度を向上させることができる。また、小型かつ簡単な構成の通信装置を実現することができる。

〔６．実施の形態の効果、他〕
本実施の形態によれば、スカート特性を改善することができる弾性波デバイスを実現することができる。また、このような弾性波デバイスをデュープレクサ、通信モジュール、通信装置に採用することで、通信性能を向上させることができる。特に、受信感度を改善することができる。

また、従来のようにキャパシタを接続するのではなく、共振器を追加接続する構成であるため、フィルタ素子を小型化することができ、これに伴いフィルタ素子を備えた通信モジュール、通信装置を小型化することができる。

また、フィルタ素子を製造する際、従来構成では共振器とは別にキャパシタを実装する工程が必要であったが、本実施の形態では追加接続する共振器は、他の共振器と同時に実装することができるので、工程を増やすことがなく、製造コストを削減することができる。

また、スイッチＳＷ１〜ＳＷ９を備え、通過帯域が互いに異なる複数の共振器を切り替える構成としたことにより、複数の周波数帯域に対応することができるため、マルチバンド対応の通信機器を実現することができる。また、通過帯域毎にフィルタを製造する必要がないため、コストダウンを図ることができる。

本発明の弾性波デバイスは、所定周波数の信号を受信または送信することができる機器に有用であるとともに、複数の周波数帯に対応可能なデバイスとして有効である。

実施の形態における弾性波デバイスの構成を示す回路図実施の形態における弾性波デバイスの構成を示す回路図実施の形態の原理説明をするための弾性波デバイスの回路図図３Ａに示す弾性波デバイスの周波数特性を示す特性図実施の形態の原理説明をするための弾性波デバイスの回路図図４Ａに示す弾性波デバイスの周波数特性を示す特性図実施例１における周波数特性を示す特性図図５ＡにおけるＹ部の拡大図図５ＡにおけるＺ部の拡大図実施例２における周波数特性を示す特性図実施例３の原理説明をするための弾性波デバイスの回路図図７Ａに示す弾性波デバイスの周波数特性を示す特性図実施例４における周波数特性を示す特性図実施例４における周波数特性を示す特性図実施例４における周波数特性を示す特性図図８ＣにおけるＶ部の拡大図本実施の形態の帯域可変フィルタにおける実施例１の構成を示す回路図実施例１における周波数特性を示す特性図本実施の形態の帯域可変フィルタにおける実施例１の構成を示す回路図本実施の形態の帯域可変フィルタにおける実施例２の構成を示す回路図本実施の形態の帯域可変フィルタにおける実施例２の構成を示す回路図実施例２における周波数特性を示す特性図本実施の形態の帯域可変フィルタにおける実施例３の構成を示す回路図本実施の形態の帯域可変フィルタにおける実施例３の構成を示す回路図実施例３における周波数特性を示す特性図帯域可変フィルタを用いたデュープレクサの構成を示すブロック図実施の形態におけるデュープレクサのブロック図実施の形態における通信モジュールのブロック図実施の形態における通信装置のブロック図従来のラダー型フィルタの回路図従来のラダー型フィルタにキャパシタを追加した回路図従来の共振器にキャパシタを接続した回路図従来のラダー型フィルタにキャパシタを追加した回路図図１５Ａに示すラダー型フィルタの周波数特性を示す特性図

符号の説明

ｒｅｓ４ａ、ｒｅｓ４ｂ、ｒｅｓ４ｃ共振器
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ６，ＳＷ７，ＳＷ８，ＳＷ９スイッチ

Claims

直列腕に接続された複数の直列腕共振器と、並列腕に接続された複数の並列腕共振器を有するラダー型フィルタを備えた弾性波デバイスであって、
前記ラダー型フィルタにおける並列腕に補正共振器が直列接続され、
前記複数の直列腕共振器の共振周波数はいずれも、前記複数の並列腕共振器の共振周波数より高く、
前記補正共振器の共振周波数は、前記直列腕共振器の共振周波数と同じ、もしくはより高い、弾性波デバイス。
前記並列腕に直列接続された補正共振器は、当該並列腕に接続された他の共振器及び他の並列腕に接続された共振器の共振周波数よりも高い共振周波数を有する、請求項１に記載の弾性波デバイス。
前記補正共振器は、前記ラダー型フィルタにおける直列腕に接続された共振器の共振周波数と同じ、もしくは高い共振周波数を有する、請求項１又は２に記載の弾性波デバイス。
前記補正共振器は、他の共振器の容量よりも大きい容量を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
前記補正共振器の動作のＯＮ／ＯＦＦを切り替え可能な切り替え手段を備えた、請求項１〜４のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
前記補正共振器は、互いに共振周波数が異なる複数の補正共振器より構成され、
前記複数の補正共振器のうちいずれか一つの共振器を選択的に動作状態にする切り替え手段を備えた、請求項１〜５のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
前記補正共振器の通過帯域を切り替え可能な切り替え手段を備えた、請求項１〜６のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
前記切り替え手段は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）スイッチで構成
されている、請求項５〜８のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
前記共振器及び前記補正共振器は、圧電薄膜共振器で構成されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
前記共振器及び前記補正共振器は、弾性表面波共振器で構成されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の弾性波デバイスを備えた、デュープレクサ。
請求項１１に記載のデュープレクサを備えた、通信モジュール。
通過帯域の異なる低周波側デュープレクサと高周波側デュープレクサとを備えた、請求項１２に記載の通信モジュール。
請求項１２または１３に記載の通信モジュールを備えた、通信装置。