JP5805506B2

JP5805506B2 - 分波器

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Publication number: JP5805506B2
Application number: JP2011260303A
Authority: JP
Inventors: 上船　正広; 正広上船; 村上　哲哉; 哲哉村上
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2031-11-29
Also published as: JP2013115626A

Description

本発明は、通信装置等に利用される分波器に関する。

送信経路と受信経路とのアイソレーションを向上させるように構成されたデュプレクサ（分波器）が知られている。例えば、特許文献１のデュプレクサは、基本的な構成として、送信端子に入力された送信信号をフィルタリングしてアンテナ端子へ出力する送信フィルタと、アンテナ端子から入力された受信信号をフィルタリングして受信端子へ出力する受信フィルタとを有している。

そして、特許文献１のデュプレクサでは、受信フィルタは、入力された不平衡信号を平衡信号に変換して２つの受信端子へ出力する平衡−不平衡変換機能を有するものとされている。また、特許文献１の分波器は、送信端子から２つの受信端子へ電力を流すとともに、その電力の２つの受信端子間における位相差を無くすように、電力の位相を調整する静電結合部を有している。

特許文献１では、上記のような構成によって、バランの同相除去の原理を利用し、その結果、送信端子から受信端子へ空間を介して流れる電流の影響を低減することができる（アイソレーションを向上できる）としている。

特開２０１１−１６０２０３号公報

分波器においては、送信端子からアンテナ端子へ向かって送信フィルタを通過した送信信号が、アンテナ端子側から受信フィルタをも通過して受信フィルタの出力側（受信端子）へ漏洩してしまうおそれがある。この場合、漏洩した送信信号が受信信号にノイズとして混入してしまい、通信性能の低下を招く。特許文献１の技術では、このような漏洩信号が受信信号に及ぼす影響を除去することはできない。

本発明の目的は、アンテナ端子側から受信フィルタを経由して受信フィルタの出力側へ漏洩する送信信号を低減できる分波器を提供することにある。

本発明の一態様に係る分波器は、送信フィルタと、共振子若しくはフィルタからなる複数のフィルタ要素を含み、当該複数のフィルタ要素の少なくとも一部が入力側から出力側へ直列に接続されている受信フィルタと、前記送信フィルタの出力側及び前記受信フィルタの入力側に接続されたアンテナ端子と、前記送信フィルタの入力側に接続された送信端子と、前記送信端子から前記送信フィルタの入力側までの接続系から分岐した送信側ラインと、直列に接続された前記複数のフィルタ要素のうち任意の２つの接続系から分岐した受信側ラインと、一端が前記送信側ラインを介して前記送信フィルタの入力側に接続され、他端が前記受信側ラインを介して前記任意の２つの間に接続され、前記一端から前記他端へ流れる信号の位相を調整する調整回路と、を備える。

好適には、前記受信フィルタは、前記複数のフィルタ要素として１以上の並列共振子および複数の直列共振子を含むラダー型受信フィルタであり、前記調整回路の前記他端は、前記複数の直列共振子のうち任意の２つの間に接続されている。

好適には、前記受信フィルタは、前記複数のフィルタ要素として、多重モード型フィルタと、前記多重モード型フィルタの入力側若しくは出力側に直列に接続された補助共振子と、を含み、前記調整回路の前記他端は、前記多重モード型フィルタと前記補助共振子との間に接続されている。

本発明の一態様に係る分波器は、送信フィルタと、共振子若しくはフィルタからなる複数のフィルタ要素を含み、当該複数のフィルタ要素の少なくとも一部が入力側から出力側へ直列に接続されている受信フィルタと、前記送信フィルタの出力側及び前記受信フィルタの入力側に接続されたアンテナ端子と、一端が前記送信フィルタの入力側に接続され、他端が直列に接続された前記複数のフィルタ要素のうち任意の２つの間に接続され、前記一端から前記他端へ流れる信号の位相を調整する調整回路と、を備え、前記調整回路が前記他端へ流す信号と、前記任意の２つのフィルタ要素のうち前記アンテナ端子側のフィルタ要素が出力側へ流す信号との位相差は、１６０°超２００°未満である。

好適には、前記位相差は、１７０°以上１９０°以下である。

上記の構成によれば、受信フィルタを通過して受信フィルタの出力側へ漏洩する送信信号を低減できる。

本発明の第１の実施形態に係る分波器の利用例の要部を示すブロック図。本発明の第１の実施形態に係る分波器の構成を示す回路図。図２の分波器が含む共振子の例を示す模式的な平面図。図３（ａ）〜図３（ｃ）は図２の分波器の調整回路の例を示す回路図。本発明の第２の実施形態に係る分波器の構成を示す回路図。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る分波器１の利用例（通信モジュール１０１）の要部を示すブロック図である。通信モジュール１０１は、電波を利用した無線通信を行うものである。分波器１は、通信モジュール１０１において送信周波数の信号と受信周波数の信号とを分波するデュプレクサとして利用されている。

通信モジュール１０１において、送信すべき情報を含む情報信号ＴＩＳは、変調器１０３により変調され、ミキサ１０５により周波数が引き上げられ（搬送波周波数の高周波信号とされ）、バンドパスフィルタ１０７により送信用の通過帯域以外の不要成分が除去され、増幅器１０９により増幅されて分波器１に入力される。そして、分波器１は、入力された信号から送信用の通過帯域以外の不要成分を除去してアンテナ１１１に出力する。アンテナ１１１は、入力された電気信号を無線信号ＴＲＳ（電波）に変換して送信する。

また、通信モジュール１０１において、アンテナ１１１により受信された無線信号ＲＲＳ（電波）は、アンテナ１１１により電気信号に変換されて分波器１に入力される。分波器１は、入力された信号から受信用の通過帯域以外の不要成分を除去して増幅器１１３に出力する。出力された信号は、増幅器１１３により増幅され、バンドパスフィルタ１１５により受信用の通過帯域以外の不要成分が除去され、ミキサ１１７により周波数が引き下げられ、復調器１１９により復調され、受信すべき情報を含む情報信号ＲＩＳとして出力される。

なお、情報信号ＴＩＳ、ＲＩＳは、適宜な情報を含む低周波信号（ベースバンド信号）でよく、例えば、アナログの音声信号若しくはデジタル化された音声信号である。無線信号ＴＲＳ、ＲＲＳの通過帯域は、ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）等の各種の規格に従ったものでよい。変調方式は、位相変調、振幅変調、周波数変調若しくはこれらのいずれか２つ以上の組み合わせのいずれであってもよい。回路方式は、適宜なものとされてよく、例えば、ダイレクトコンバージョン方式若しくはダブルスーパーヘテロダイン方式である。また、図１は、要部のみを模式的に示すものであり、適宜な位置にローパスフィルタやアイソレータ等が追加されてもよいし、また、増幅器等の位置が変更されてもよい。

図２は、分波器１の構成を示す回路図である。

分波器１は、増幅器１０９からの送信用の信号が入力される送信端子３と、送信端子３に入力された信号から送信用の通過帯域以外の不要成分を除去して出力する送信フィルタ５と、送信フィルタ５からの信号が入力されるアンテナ端子７とを有している。アンテナ端子７は、アンテナ１１１に接続される。

また、分波器１は、アンテナ１１１からアンテナ端子７を介して入力された信号から受信用の通過帯域以外の不要成分を除去して出力する受信フィルタ９と、受信フィルタ９からの信号が入力される受信端子１１とを有している。受信端子１１は、増幅器１１３に接続される。

さらに、分波器１は、送信端子３に入力され、送信フィルタ５から出力された信号が、受信フィルタ９を通過して受信端子１１へ漏洩してしまうことを抑制するために、調整回路１３を有している。

送信フィルタ５は、例えば、ラダー型フィルタにより構成されている。すなわち、送信フィルタ５は、その入力側と出力側との間において直列に接続された１以上（本実施形態では３）の直列共振子１５Ａと、その直列のラインと基準電位部との間に設けられた１以上（本実施形態では２）の並列共振子１５Ｂとを有している（以下、単に「共振子１５」といい、これらを区別しないことがある。）。なお、アンテナ端子７から受信フィルタ９に入力される受信信号の受信フィルタ９における信号強度が低下してしまわないように、並列共振子１５Ｂは、少なくとも一つの直列共振子１５Ａよりも送信端子３側に接続されていることが好ましい。

受信フィルタ９は、例えば、送信フィルタ５と同様に、ラダー型フィルタにより構成されている。ただし、本実施形態においては、受信フィルタ９は、直列共振子１５Ａを複数有していることが必要である。なお、送信フィルタ５からアンテナ端子７へ出力される送信信号のアンテナ端子７における信号強度が低下してしまわないように、並列共振子１５Ｂは、少なくとも一つの直列共振子１５Ａよりも受信端子１１側に接続されていることが好ましい。

調整回路１３は、一端（送信側ライン１７）が送信フィルタ５の入力側（送信フィルタ５と送信端子３との間）に接続され、他端（受信側ライン１９）が受信フィルタ９の任意の２つの直列共振子１５Ａの間（接続点Ｐｔ１）に接続されている。そして、調整回路１３は、送信端子３に入力された信号の位相を調整して受信フィルタ９に流す。

従って、送信端子３から出力され、調整回路１３を経由した信号によって、送信端子３から出力され、送信フィルタ５及び受信フィルタ９を経由して受信端子１１へ漏洩する信号の少なくとも一部を打ち消し、漏洩信号が受信信号に及ぼす影響を低減することができる。

調整回路１３は、最も好ましくは、アンテナ端子７側から受信フィルタ９の１以上の直列共振子１５Ａを経由して接続点Ｐｔ１に流れる漏洩信号（送信信号）に対して位相差αが１８０°の（逆位相の）信号を接続点Ｐｔ１へ流す。この場合、漏洩信号が概ね完全に除去されることが期待される。

ただし、調整回路１３の誤差等を考慮すると、位相差αは、１７０°以上１９０°以下であってもよい。

また、漏洩信号を正弦波（sinθ）として考え、調整回路１３からの信号を漏洩信号に対して位相差αの正弦波（sin（θ＋α））として考えると、１６０°＜α＜２００°において、両信号の和(sinθ＋sin（θ＋α）)の振幅は０．３５未満であり、漏洩信号は振幅が半分未満に低減されることになる。従って、調整回路は、接続点Ｐｔ１に流れる漏洩信号に対して位相が１６０°超２００°未満で異なる信号を接続点Ｐｔ１へ流すことが好ましい。

なお、送信端子３に入力された送信信号は、送信フィルタ５及び受信フィルタ９の一部を経由する過程において位相がずれていく。その結果、接続点Ｐｔ１へ流れる漏洩信号（送信信号）の位相は、送信端子３に入力された送信信号（入力された直後の送信信号）の位相とは異なるものとなる。

従って、例えば、漏洩信号に、位相差が１８０°である調整回路１３の出力をぶつけたい時、調整回路１３の出力を、単に、送信フィルタ５の入力側に入力された信号から１８０°ずらした位相にするのでなく、送信フィルタ５を通ったことによって、ずれた位相分を考慮しなければならない。

例えば、漏洩信号が、送信フィルタ５の入力側に入力された信号と比較して９０°ずれた場合には、調整回路１３の出力は、送信フィルタ５の入力側に入力された信号と比較して−９０°ずれたものとしなければならない。これにより、漏洩信号と、調整回路１３の出力とは、位相差が１８０°となる。

図３は、共振子１５の構成を示す模式的な平面図である。

共振子１５は、例えば、１ポートＳＡＷ共振子により構成されており、特に図示しないが、圧電基板２１上に形成された１つのＩＤＴ（Interdigital Transducer）２３と、ＩＤＴ２３に対してＳＡＷの伝搬方向の両側に配置された反射器２５とを有している。ＩＤＴ２３は、互いに交差する（噛み合う）ように配置された１対の櫛歯状電極２７を有し、一方は入力側のラインに接続され、他方は出力側のラインに接続される。

なお、図２では、送信フィルタ５の、送信端子３に最も近い直列共振子１５Ａにおいて２３及び２５の符号を付して示すように、ＩＤＴ２３及び反射器２５を記号化して示している。

図４（ａ）〜図４（ｃ）は、調整回路１３の例を示す回路図である。

図４（ａ）の例では、調整回路１３は、送信側ライン１７及び受信側ライン１９の間に直列に設けられたキャパシタ３１（キャパシタンス：Ｃ）により構成されている。また、送信側ライン１７及び受信側ライン１９は、インダクタ（インダクタンス：Ｌ）若しくは抵抗（抵抗値：Ｒ）として機能し得る。

従って、調整回路１３を流れる電流の調整回路１３に印加される電圧（角速度：ω）に対する位相差をβとすると、tanβ＝（ωＬ−１／ωＣ）／Ｒである。そして、キャパシタンスＣを適宜な値とすることにより、接続点Ｐｔ１に出力される信号の位相を調整することができる。

ただし、一般には、インダクタンスＬ及び抵抗値Ｒは比較的小さく、図４（ａ）の例は、９０°程度の位相差βでの位相の調整に利用されることになる。そして、キャパシタンスＣを適宜な大きさとすることによりインピーダンスを調整し、ひいては、調整回路１３から出力される信号の大きさを、漏洩信号を過不足なく打ち消すことができる大きさとすることができる。

図４（ｂ）の例では、調整回路１３は、図４（ａ）の構成に加えて、キャパシタ３１に対して直列に接続されたインダクタ３３を含んで構成されている。従って、図４（ａ）の例と同様の原理により、キャパシタンスＣ及び／又はインダクタンスＬを適宜な値とすることにより、位相を調整することができる。図４（ｂ）の例は、キャパシタンスＣだけでなく、インダクタンスＬも設定できることから、図４（ａ）の例よりも幅広い範囲で位相を調整することができる。なお、図４（ｂ）のインダクタ３３は、配線パターンによる伝送線路にて形成されるものであってもよい。

図４（ｃ）の例では、調整回路１３は、図４（ｂ）の構成に加えて、送信側ライン１７から受信側ライン１９への直列なラインと基準電位部との間に設けられた抵抗３５を含んで構成されている。図４（ｃ）の例では、抵抗３５の抵抗値Ｒを適宜に設定することにより、接続点Ｐｔ１に流れる信号の大きさを容易に調整することができる。

なお、分波器１において、送信フィルタ５及び受信フィルタ９は、例えば、一の圧電基板２１上に共に形成される。さらには、送信端子３、アンテナ端子７、受信端子１１及びこれらを接続する配線も、送信フィルタ５及び受信フィルタ９と共に圧電基板２１上に形成されてよい。

調整回路１３は、上記のような圧電基板２１を含む部品とは別部品として構成され、適宜な回路基板を介して送信フィルタ５及び受信フィルタ９等と接続されてもよいし、送信フィルタ５及び受信フィルタ９等が形成される圧電基板２１にキャパシタ３１等を構成する電極が形成されることにより構成され、圧電基板２１上の配線を介して送信フィルタ５及び受信フィルタ９等と接続されてもよい。

以上のとおり、本実施形態では、分波器１は、送信フィルタ５と、入力側から出力側へ直列に接続された複数の直列共振子１５Ａを含む受信フィルタ９と、送信フィルタ５の出力側及び受信フィルタ９の入力側に接続されるアンテナ端子７と、一端が送信フィルタ５の入力側に接続され、他端が受信フィルタ９の複数の直列共振子１５Ａのうち任意の２つの間に接続され、一端から他端へ流れる信号の位相を調整する調整回路１３とを有する。

従って、上述のように、調整回路１３を経由した信号によって受信フィルタ９を通過しようとする漏洩信号を打ち消し、漏洩信号の影響を低減することができる。

ここで、調整回路１３の信号が受信フィルタ９の出力側（受信端子１１）に流される場合においては、漏洩信号は受信フィルタ９によって減衰されていることから、当該信号を除去するための調整回路１３からの信号は微小な大きさにおいて調整されなければならず、その結果、調整が困難になる。例えば、図４（ａ）の例において、キャパシタンスＣは、微小な大きさにおいて調整されなければならず、キャパシタ３１の製造には高い精度が要求される。

しかし、本実施形態においては、調整回路１３の信号は、受信フィルタ９の出力側ではなく、受信フィルタ９の中途に流される。すなわち、漏洩信号に対して受信フィルタ９のフィルタ機能が完全に作用する前に、調整回路１３からの信号によって漏洩信号を打ち消す。従って、調整回路１３の製造条件を緩和しつつ、漏洩信号の影響を好適に低減することができる。

＜第２の実施形態＞
図５は、第２の実施形態に係る分波器２０１を示す回路図である。分波器２０１は、第１の実施形態の分波器１と同様に、通信モジュール等において利用されるものである。

なお、分波器２０１において、第１の実施形態の分波器１と同様の構成については、第１の実施形態と同様の符号を付し、説明を省略する。

第２の実施形態は、受信フィルタ２０９の構成が第１の実施形態と相違し、また、受信端子１１が２つ設けられている点が第１の実施形態と相違する。他の構成は、第１の実施形態と同様である。

受信フィルタ２０９は、多重モード型フィルタ２１５と、その入力側に直列に接続された補助共振子１５Ｃとを有している。なお、本実施形態において、多重モードは、２重モードを含むものとする。

多重モード型フィルタ２１５は、例えば、縦結合型のものであり、ＳＡＷの伝搬方向において配列された複数（本実施形態では３つ）のＩＤＴ２３と、その両側に配置された反射器２５とを有している。

また、多重モード型フィルタ２１５は、例えば、入力された不平衡信号を平衡信号に変換して出力する不平衡入力−平衡出力型のものである。なお、不平衡信号は、基準電位（０Ｖに限定されない）に対する電位を信号レベルとする信号であり、平衡信号は、２つの信号からなり、２つの信号の電位差を信号レベルとする信号である。具体的には、２つの受信端子１１には、位相が１８０°相違し、振幅が互いに同一の信号が出力される。

補助共振子１５Ｃは、第１の実施形態の共振子１５と同様に、例えば、１ポートＳＡＷ共振子により構成され、多重モード型フィルタ２１５の帯域外に減衰極を形成するように共振周波数及び反共振周波数が設定されている。

調整回路１３は、一端が送信フィルタ５の入力側に接続され、他端が補助共振子１５Ｃと多重モード型フィルタ２１５との間に接続されている。そして、第１の実施形態と同様に、一端から他端へ流れる信号の位相を調整する。

従って、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果が奏される。すなわち、調整回路１３を経由した信号によって受信フィルタ２０９を通過しようとする漏洩信号を打ち消し、漏洩信号の影響を低減することができ、また、そのための調整回路１３の製造条件は緩和される。

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。

分波器は、無線通信に利用されるものに限定されず、例えば、電線若しくは光伝送路を介した有線通信に利用されるものであってもよい。また、分波器は、１つの送信フィルタ及び１つの受信フィルタに加えて、他の送信用若しくは受信用のフィルタを有するものであってもよい。

送信フィルタ及び受信フィルタは、弾性波を利用するものに限定されず、例えば、キャパシタ、インダクタ及び抵抗から構成された直列共振回路若しくは二重共振回路であってもよい。

また、弾性波を利用するフィルタは、ＳＡＷフィルタに限定されず、例えば、圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ：Film Bulk Acoustic Resonator）若しくは弾性境界波フィルタ（ただし、広義のＳＡＷフィルタに含まれる。)であってもよい。

また、ＳＡＷフィルタは、共振子型のものに限定されず、例えば、トランスバーサル型のものであってもよい。共振子型のＳＡＷフィルタは、ラダー型及び多重モード型のものに限定されず、例えば、ラチス型のものであってもよい。多重モード型のＳＡＷフィルタは、縦結合型に限定されず、共振子がＳＡＷの伝搬方向に直交する方向に配列された形の横結合型であってもよい。ＳＡＷ共振子は、１ポート共振子に限定されず、例えば、２ポート共振子であってもよい。

なお、ラダー型フィルタは、弾性波を利用する共振子以外の共振子によっても構成可能であり、また、多重モード型フィルタは、弾性境界波を利用するＩＤＴによっても構成可能である。

受信フィルタにおける、入力側から出力側へ直列に接続され、その間に調整回路が接続される２つのフィルタ要素は、共振子−共振子（第１の実施形態）、共振子−フィルタ（第２の実施形態）の組み合わせに限定されない。例えば、２つのフィルタ要素は、多重モード型フィルタ及びその出力側に設けられた共振子（フィルタ−共振子）であってもよいし、２段縦続接続（カスケード接続）された２つの多重モード型フィルタ（フィルタ−フィルタ）であってもよい。

また、受信フィルタにおける、入力側から出力側へ直列に接続され、その間に調整回路が接続される２つのフィルタ要素を接続するラインは、１本に限定されず、２本以上であってもよい。例えば、上述した２段縦続接続された２つの多重モード型フィルタは、２本のラインによって互いに接続されていてよい。なお、２本のラインは、互いに同一の信号が流れるものであってもよいし、互いに異なる信号（平衡信号）が流れるものであってもよい。

このような複数のラインがある場合において、調整回路は、複数のラインのうち、一部のみに接続されていてもよいし、全てに接続されていてもよい。例えば、調整回路の出力側は、２つに分岐して、互いに同一の信号が流れる２本のラインに接続されてもよい。また、例えば、調整回路の出力側は、２つに分岐して、その一方を流れる信号は他方を流れる信号に対して位相が１８０°変換され、平衡信号が流れる２本のラインに接続されてもよい。

調整回路は、図４に例示した構成以外にも、適宜に構成されてよい。例えば、上述のように、信号は、ＳＡＷ共振子を通過する際にも位相がずれていくから、ＳＡＷ共振子を含んで調整回路を構成してもよい。

また、調整回路は、位相を調整するだけでなく、送信フィルタの入力側から受信フィルタの中途へ流す信号をフィルタリングする機能を有していてもよい。例えば、調整回路は、送信フィルタの通過帯域外における信号を減衰させる機能を有していてもよい。

１…分波器、５…送信フィルタ、７…アンテナ端子、９…受信フィルタ、１５Ａ…直列共振子（フィルタ要素）、１３…調整回路。

Claims

送信フィルタと、
共振子若しくはフィルタからなる複数のフィルタ要素を含み、当該複数のフィルタ要素の少なくとも一部が入力側から出力側へ直列に接続されている受信フィルタと、
前記送信フィルタの出力側及び前記受信フィルタの入力側に接続されたアンテナ端子と、
前記送信フィルタの入力側に接続された送信端子と、
前記送信端子から前記送信フィルタの入力側までの接続系から分岐した送信側ラインと、
直列に接続された前記複数のフィルタ要素のうち任意の２つの接続系から分岐した受信側ラインと、
一端が前記送信側ラインを介して前記送信フィルタの入力側に接続され、他端が前記受信側ラインを介して前記任意の２つの間に接続され、前記一端から前記他端へ流れる信号の位相を調整する調整回路と、
を備えた分波器。
前記受信フィルタは、前記複数のフィルタ要素として１以上の並列共振子および複数の直列共振子を含むラダー型受信フィルタであり、
前記調整回路の前記他端は、前記複数の直列共振子のうち任意の２つの間に接続されている
請求項１に記載の分波器。
前記受信フィルタは、前記複数のフィルタ要素として、
多重モード型フィルタと、
前記多重モード型フィルタの入力側若しくは出力側に直列に接続された補助共振子と、
を含み、
前記調整回路の前記他端は、前記多重モード型フィルタと前記補助共振子との間に接続されている
請求項１に記載の分波器。
送信フィルタと、
共振子若しくはフィルタからなる複数のフィルタ要素を含み、当該複数のフィルタ要素の少なくとも一部が入力側から出力側へ直列に接続されている受信フィルタと、
前記送信フィルタの出力側及び前記受信フィルタの入力側に接続されたアンテナ端子と、
一端が前記送信フィルタの入力側に接続され、他端が直列に接続された前記複数のフィルタ要素のうち任意の２つの間に接続され、前記一端から前記他端へ流れる信号の位相を調整する調整回路と、
を備え、
前記調整回路が前記他端へ流す信号と、前記任意の２つのフィルタ要素のうち前記アンテナ端子側のフィルタ要素が出力側へ流す信号との位相差は、１６０°超２００°未満である
分波器。
前記位相差は、１７０°以上１９０°以下である
請求項４に記載の分波器。