JP5848675B2

JP5848675B2 - 分波器

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Publication number: JP5848675B2
Application number: JP2012149728A
Authority: JP
Inventors: 亮森谷
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2012-07-03
Filing date: 2012-07-03
Publication date: 2016-01-27
Anticipated expiration: 2032-07-03
Also published as: JP2014013959A; US9112478B2; US20140009247A1

Description

本発明は、無線端末に使用される分波器に関する。

弾性波素子を用いた分波器は、小型且つ高い急峻性を有することから、携帯電話等の無線端末において広く使用されている。無線端末は、受信信号以外にも、受信信号とは周波数の異なる複数の妨害波信号を受信する。このとき、弾性波素子の共振器が有する非線形効果により、相互変調歪み（ＩＭＤ：Intermoduration Distortion）が発生し、受信感度の劣化が生じることが知られている。上記の非線形特性を軽減するため、例えば分波器における直列共振器を分割して接続した回路構成が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１０−２１９１４号公報

分波器において直列共振器を分割して接続した場合、共振器の配置面積が広くなり、小型化に支障をきたす場合がある。

本発明は上記の課題に鑑みなされたものであり、受信感度の劣化を抑制しつつ、小型化が可能な分波器を提供することを目的とする。

本発明は、共通端子及び送信端子の間に接続された送信フィルタと、前記共通端子及び受信端子の間に接続された受信フィルタと、を備え、前記受信フィルタは、圧電基板上に配置された複数の共振器を含み、前記複数の共振器のうち少なくとも１つの共振器は接地され、当該接地された共振器のうち前記共通端子に最も近い側に配置された共振器は、２分割以上に分割された分割共振器となっており、前記分割共振器の共振周波数ｆｒは、前記送信フィルタの通過周波数をｆ_ＴＬ〜ｆ_ＴＨ、前記受信フィルタの通過周波数をｆ_ＲＬ〜ｆ_ＲＨとした場合に、ｆｒ＝２×（ｆ_ＴＬ〜ｆ_ＴＨ）−（ｆ_ＲＬ〜ｆ_ＲＨ）の範囲であり、前記分割共振器は、弾性表面波共振器、弾性境界波共振器、またはラブ波共振器のいずれかであり、キャパシタを介さず接地されていることを特徴とする分波器である。

上記構成において、前記分割共振器は、弾性波の伝搬方向に分割されている構成とすることができる。

上記構成において、前記分割共振器は、弾性波の伝搬方向に配列された複数組のＩＤＴを含み、前記複数のＩＤＴのうち、隣接するＩＤＴの隣接部分に位置する電極指同士は、同一方向を向いている構成とすることができる。

上記構成において、前記分割共振器は、弾性波の伝搬方向に交差する方向に分割されている構成とすることができる。

本発明によれば、受信感度の劣化を抑制しつつ、小型化が可能な分波器を提供することができる。

実施例１に係る分波器の構成を示す図である。受信信号と妨害波の関係を示すグラフである。比較例に係る分波器の構成を示す図である。実施例１及び比較例に係る分波器のフィルタ特性を示すグラフである。実施例１及び比較例に係る分波器のＩＭＤ抑圧特性を示すグラフである。実施例１及び比較例に係る分波器の広域フィルタ特性を示すグラフである。実施例１及び第１の変形例に係る分割共振器の構成を示す図である。実施例１及び第１の変形例に係る分波器のフィルタ特性を示すグラフである。第２の変形例に係る分波器の構成を示す図である。実施例２に係る分波器の構成を示す図である。実施例３に係る分波器の第１の構成を示す図である。実施例３に係る分波器の第２の構成を示す図である。実施例３に係る分波器の第３の構成を示す図である。実施例３に係る分波器の第４の構成を示す図である。

図１は、実施例１に係る分波器１０の構成を示す図である。図１に示すように、アンテナ端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ１２が、アンテナ端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信フィルタ１４が、それぞれ接続されている。送信フィルタ１２及び受信フィルタ１４は、それぞれ共通端子であるアンテナ端子Ａｎｔを共有している。

送信フィルタ１２は、アンテナ端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に直列に接続された直列共振器Ｓ１１〜Ｓ１３と、各直列共振器Ｓ１１〜Ｓ１３と接地との間に接続された並列共振器Ｐ１１〜Ｐ１３とを含む。直列共振器Ｓ１１〜Ｓ１３及び並列共振器Ｐ１１〜Ｐ１３は、圧電基板上に形成された弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）共振器から構成され、それぞれ対向する１組のＩＤＴ（Interdigital Transducer）２０と、その両端に配置された２つの反射電極２２とを含む。図１では、直列共振器Ｓ１２についてのみＩＤＴ等の符号を付し、その他の共振器においては符号の記載を省略する。

直列共振器Ｓ１１は、直列に接続された共振器Ｓ１１ａ及びＳ１１ｂから構成される。これは、１個の直列共振器１１を直列に分割して２個の直列共振器（Ｓ１１ａ、Ｓ１１ｂ）にしたものである。以下、このように分割された共振器を「分割共振器」と称する。直列共振器Ｓ１３も、Ｓ１１と同様に直列に分割された３つの共振器（Ｓ１３ａ、Ｓ１３ｂ、Ｓ１３ｃ）から構成されている。並列共振器Ｐ１１及びＰ１３も、それぞれ直列に分割された分割共振器（Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂ、Ｐ１３ａ、Ｐ１３ｂ）となっている。並列共振器Ｐ１３の他端は単独で接地され、並列共振器Ｐ１１及びＰ１２の他端は共通化された上で接地されている。

受信フィルタ１４は、アンテナ端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に直列に接続された直列共振器Ｓ２１及びＤＭＳ部５０を含む。直列共振器Ｓ２１は、直列に３分割された分割共振器（Ｓ２１ａ、Ｓ２２ｂ、Ｓ２２ｃ）となっている。ＤＭＳ部５０は、１入力２出力の二重モードＳＡＷ（ＤＭＳ：Double Mode SAW）フィルタであるＤＭＳ１及びＤＭＳ２を含む。また、受信フィルタ１４は、アンテナ端子Ａｎｔと接地との間に接続された並列共振器Ｐ２１を含む。並列共振器Ｐ２１は、直列に３分割された分割共振器（Ｐ２１ａ、Ｐ２２ｂ、Ｐ２２ｃ）となっている。

送信フィルタ１２の場合と同様に、直列共振器Ｓ２１、並列共振器Ｐ２１、及びＤＭＳ部５０は、圧電基板上に形成されたＳＡＷ共振器から構成され、それぞれ対向する１組のＩＤＴと、その両端に配置された２つの反射電極とを含む。分割共振器Ｐ２１ａ〜Ｐ２１ｃは、弾性表面波の伝搬方向に分割されている。

図２（ａ）は、受信信号と妨害波の関係を示すグラフである。アンテナ端子Ａｎｔを介して受信フィルタ１４に入力される妨害波の周波数をｆ１、送信フィルタ１２から受信フィルタ１４に入力される送信信号の周波数をｆ２、３次相互変調歪み発生周波数をＩＭ３でそれぞれ示す。並列共振器Ｐ２１の共振周波数ｆｒは、送信フィルタの通過周波数をｆ_ＴＬ〜ｆ_ＴＨ、受信フィルタの通過周波数をｆ_ＲＬ〜ｆ_ＲＨとした場合に、ｆｒ＝２×（ｆ_ＴＬ〜ｆ_ＴＨ）−（ｆ_ＲＬ〜ｆ_ＲＨ）となるようにすることが好ましい。例えば、バンド５（送信Ｔｘ帯域：８２４〜９４９ＭＨｚ、受信Ｒｘ帯域：８６９〜８９４ＭＨｚ）であれば、ｆｒ＝２×（８２４〜８４９）−（８６９〜８９４）＝７７９〜８０４ＭＨｚに並列共振器Ｐ２１の共振周波数ｆｒを設定することが好ましい。

図２（ｂ）は、妨害周波数の具体例を示すグラフである。例えば、Ｂａｎｄ５のデュプレクサでは、Ｂａｎｄ１３（送信Ｔｘ帯域：７７７〜７８７ＭＨｚ、受信Ｒｘ帯域：７４６〜７５６ＭＨｚ）の送信信号と、Ｂａｎｄ５の送信信号の相互変調信号の周波数が、Ｂａｎｄ５の受信帯域に重なる。このとき、分割共振器である並列共振器Ｐ２１の共振周波数は、Ｂａｎｄ１３の送信帯域の一部（７７９〜８０４ＭＨｚ）とすることが好ましい。これにより、相互変調歪みを低減することができる。

図３は、比較例に係る分波器の構成を示す図である。実施例１（図１）と異なり、受信フィルタ１４側に並列共振器Ｐ２１が設けられていないが、その他の構成は図１と同一である。以下、実施例１（図１）と比較例（図３）の比較について記述する。

図４は、実施例１及び比較例に係る分波器のフィルタ特性を示すグラフであり、図５は、受信フィルタ１４における両者のＩＭＤ抑圧特性を示すグラフである。図４に示すように、通過帯域（Ｔｘ、Ｒｘ）においては、両者のフィルタ特性（挿入損失及び帯域幅）にほとんど差はない。しかし、図５に示すように、相互変調歪み（ＩＭＤ）の周波数帯域においては、実施例１の方が比較例に比べて抑圧特性が良好となっている。

図６は、実施例１及び比較例に係る分波器の広域フィルタ特性を示すグラフである。妨害周波数をｆ１、送信周波数をｆ２、相互変調歪み周波数をＩＭ３でそれぞれグラフ中に示す。また、Ｐ２１は並列共振器Ｐ２１の共振特性を示す線である。

実施例１に係る分波器によれば、受信フィルタ１４においてアンテナ端子Ａｎｔと接地との間に並列共振器Ｐ２１を配置することにより、相互変調歪みを低減することができる。このとき、並列共振器Ｐ２１を分割共振器（Ｐ２１ａ〜Ｐ１２ｃ）とすることにより、１つの電極に妨害波が集中することを抑制することができるため、フィルタ特性を損なわずに相互変調歪みを低減することができる。

実施例１では、分割共振器Ｐ２１ａ〜Ｐ２１ｃを構成するＩＤＴのうち、隣り合うＩＤＴの隣接部分に位置する電極指同士が、同じ方向を向いた構成となっている。以下、この点について詳細に説明する。

図７は、実施例１及び変形例に係る分割共振器の構成を示す図である。図７（ａ）は実施例１、図７（ｂ）は第１の変形例にそれぞれ対応するものである。図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、分割共振器Ｐ２１ａ〜Ｐ２１ｃは、それぞれ対向する１組のＩＤＴ３０〜３５と、その両端に配置された２つの反射電極４０を含む。ＩＤＴ３１及び３２、ＩＤＴ３３及び３４は、互いに基部において接続され一体となっている。

図７（ａ）に示すように、実施例１では、隣接するＩＤＴ（ＩＤＴ３０及び３３、ＩＤＴ３２及び３５）の隣接部分の電極指同士（ハッチで表示）が、同じ方向を向いている。これに対し、図７（ｂ）に示すように、第１の変形例では、隣接するＩＤＴ（ＩＤＴ３０及び３２、ＩＤＴ３３及び３５）の隣接部分の電極指同士（ハッチで表示）が、異なる（逆の）方向を向いている。

図８は、実施例１及び第１の変形例に係る分波器のフィルタ特性を示すグラフである。図８（ａ）は送信フィルタ１２の通過帯域部分におけるフィルタ特性を、図８（ｂ）は受信フィルタ１４の通過帯域部分におけるフィルタ特性を、それぞれ示す。図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、実施例１の方が、第１の変形例に比べ、送信フィルタ１２及び受信フィルタ１４の双方において、挿入損失が低減されている。従って、分割共振器Ｐ２１ａ〜Ｐ２１ｃにおいて、隣接するＩＤＴの隣接部分に位置する電極指の向きは、同じとすることが好ましい。

実施例１では、受信フィルタ１４の並列共振器Ｐ２１を３分割としたが、分割の数はこれ以外であってもよい。

図９は、第２の変形例に係る分波器の構成を示す図である。実施例１（図１）と異なり、並列共振器Ｐ２１が２分割の共振器となっている。その他の構成は実施例１と同様である。本構成においても、実施例１と同様に、並列共振器Ｐ２１を分割共振器とすることで、フィルタ特性を損なわずに相互変調歪みを低減することができる。なお、並列共振器Ｐ２１の分割数は、４以上とすることも可能である。

実施例２は、分割共振器の分割方向を変更した例である。

図１０は、実施例２に係る分波器の構成を示す図である。受信フィルタ１４におて、並列共振器Ｐ２１の分割方向が、実施例１（図１）と異なっている。その他の構成は実施例１と同様であり、詳細な説明を省略する。

実施例２では、並列共振器Ｐ２１は、弾性表面波（ＳＡＷ）の伝搬方向に対し交差する方向（例えば、伝搬方向に対して垂直方向）に分割され、３つの並列共振器Ｐ２１ａ〜Ｐ２１ｃとなっている。本構成においても、実施例１と同様に、並列共振器Ｐ２１を分割共振器とすることで、フィルタ特性を損なわずに相互変調歪みを低減することができる。ただし、実施例１の分割方法によれば、両端の反射電極を３つの分割共振器（Ｐ２１ａ〜Ｐ２１ｃ）で共有する構成となるため、装置をより小型化することが可能である。

実施例３は、受信フィルタの構成を様々に変更した例である。各図の説明においては、実施例１（図１）との相違点を中心に説明する。図１１〜図１４に共通する構成として、実施例３に係る分波器の受信フィルタ１４は、直列共振器Ｓ２１を備えていない。

図１１は、実施例３に係る分波器の第１の構成を示す図である。図１のＤＭＳ部５０では、ＤＭＳ１及びＤＭＳ２を直列に結合（縦結合）した構成を採用していたが、図１１では代わりにＤＭＳ３が単体で配置されている。ＤＭＳ３は、弾性表面波の伝搬方向に配置された３つのＩＤＴと、その両端に配置された反射電極とを含む。３つのＩＤＴのうち、中央のＩＤＴがアンテナ端子Ａｎｔに接続され、その他のＩＤＴは、受信端子Ｒｘの平衡出力端子のそれぞれに接続されている。

図１２は、実施例３に係る分波器の第２の構成を示す図である。ＤＭＳ部５０の前段において、導波路が２つに分岐し、一方が直列接続されたＤＭＳ４及びＤＭＳ５に、他方が直列接続されたＤＭＳ６及びＤＭＳ７に、それぞれ接続されている。ＤＭＳ５〜ＤＭＳ７は、それぞれ３つのＩＤＴが弾性表面波の伝搬方向に配置された構成を有する。ＤＭＳ４及びＤＭＳ６の中央のＩＤＴは、アンテナ端子Ａｎｔに接続され、ＤＭＳ５及びＤＭＳ７の中央のＩＤＴは、受信端子Ｒｘの平衡出力端子のそれぞれに接続されている。ＤＭＳ４及びＤＭＳ５の両端のＩＤＴ同士、ＤＭＳ６及びＤＭＳ７の両端のＩＤＴ同士は、互いに接続されている。

図１３は、実施例３に係る分波器の第３の構成を示す図である。ＤＭＳ部５０の前段において、導波路が２つに分岐し、一方がＤＭＳ８に、他方がＤＭＳ９に、それぞれ接続されている。ＤＭＳ８及びＤＭＳ９は、共に３つのＩＤＴが弾性表面波の伝搬方向に配置された構成を有する。ＤＭＳ８及びＤＭＳ９の中央のＩＤＴは、アンテナ端子Ａｎｔに接続され、その他のＩＤＴは、受信端子Ｒｘの平衡出力端子のそれぞれに共通に接続されている。

図１４は、実施例３に係る分波器の第４の構成を示す図である。ＤＭＳ部５０は、４つのＩＤＴが弾性表面波の伝搬方向に配置されたＤＭＳ１０を含む。ＤＭＳ部５０の前段において、導波路が２つに分岐し、それぞれ４つのＩＤＴのうち両端に位置するＩＤＴと接続されている。ＤＭＳ１０における中央の２つのＩＤＴは、受信端子Ｒｘの平衡出力端子のそれぞれに接続されている。ＭＳ１０における中央の２つのＩＤＴは、互いに基部において接続され一体となっている。

以上、実施例３（図１１〜図１４）に係る分波器においても、実施例１と同様に、アンテナ端子Ａｎｔに最も近い並列共振器Ｐ２１を分割共振器とすることで、フィルタ特性を損なわずに相互変調歪みを低減することができる。なお、実施例２のように、並列共振器Ｐ２１を弾性表面波の伝搬方向と異なる方向に分割する構成としてもよい。また、並列共振器Ｐ２１の分割数も、２以上であれば任意の数とすることができる。なお、実施例３に係る受信フィルタ１４をラダー型で構成する場合には、ＤＭＳの出力を不平衡出力で構成してもよい。

以上のように、実施例１〜３に係る分波器は、複数の共振器を含み、そのうち少なくとも１つの共振器は接地されている。そして、当該接地された共振器のうち、共通端子（アンテナ端子）に最も近い側に配置された共振器は、２分割以上に分割された分割共振器となっている。すなわち、上記の「最も近い側」とは、ラダー型フィルタの並列腕の中で最も共通端子に近い並列腕を意味し、並列腕が１つしかない場合には、当該並列腕を意味する。従って、接地された分割共振器よりも共通端子に近い側（分割共振器と共通端子の間の直列腕）に、他の接地されていない共振器（直列共振器）が配置された構成も、上述の分波器の構成に含まれるものである。ただし、妨害波の集中を避ける観点からは、上記の接地された分割共振器を、直列共振器を含むすべての共振器の中で、最もアンテナ端子に近い側に配置することが好ましい。

実施例１〜３では、並列共振器Ｐ２１を直列に分割する例について説明したが、並列共振器Ｐ２１を並列に分割する構成としてもよい。すなわち、２つの並列共振器Ｐ２１ａ及びＰ２１ｂの一方がアンテナ端子Ａｎｔに接続され、他方がそれぞれ単独で接地される構成としてもよい。この場合も、１つの電極に妨害波が集中することを抑制することができるため、フィルタ特性を損なわずに相互変調歪みを低減することができる。

また、実施例１〜３では、共振器及びＤＭＳを構成する弾性波デバイスとして、弾性表面波（ＳＡＷ）を用いる弾性波デバイスを例に説明を行ったが、他にも圧電基板上にＩＤＴが形成された形態の弾性波デバイスとして、ラブ波・弾性境界波等を用いる弾性波デバイスを採用することができる。なお、圧電基板には、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）基板またはタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）基板を用いることができる。また、ＩＤＴ等の配線パターン（図１、図３、図９〜図１４における黒塗り部分）を形成するための金属には、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）を用いることができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０分波器
１２送信フィルタ
１４受信フィルタ
２０、３０〜３５ＩＤＴ
２２、４０反射電極
５０ＤＭＳ部
Ｓ１１〜Ｓ２１直列共振器
Ｐ１１〜Ｐ２１並列共振器
ＤＭＳ１〜ＤＭＳ１０二重モードＳＡＷフィルタ
Ａｎｔアンテナ端子
Ｔｘ送信端子
Ｒｘ受信端子

Claims

共通端子及び送信端子の間に接続された送信フィルタと、
前記共通端子及び受信端子の間に接続された受信フィルタと、を備え、
前記受信フィルタは、圧電基板上に配置された複数の共振器を含み、
前記複数の共振器のうち少なくとも１つの共振器は接地され、当該接地された共振器のうち前記共通端子に最も近い側に配置された共振器は、２分割以上に分割された分割共振器となっており、
前記分割共振器の共振周波数ｆｒは、前記送信フィルタの通過周波数をｆ_ＴＬ〜ｆ_ＴＨ、前記受信フィルタの通過周波数をｆ_ＲＬ〜ｆ_ＲＨとした場合に、
ｆｒ＝２×（ｆ_ＴＬ〜ｆ_ＴＨ）−（ｆ_ＲＬ〜ｆ_ＲＨ）
の範囲であり、
前記分割共振器は、弾性表面波共振器、弾性境界波共振器、またはラブ波共振器のいずれかであり、キャパシタを介さず接地されていることを特徴とする分波器。
共通端子及び送信端子の間に接続された送信フィルタと、
前記共通端子及び受信端子の間に接続された受信フィルタと、を備え、
前記受信フィルタは、圧電基板上に配置された複数の共振器を含み、
前記複数の共振器のうち少なくとも１つの共振器は接地され、当該接地された共振器のうち前記共通端子に最も近い側に配置された共振器は、２分割以上に直列に弾性波の伝搬方向に分割された分割共振器となっており、
前記分割共振器の共振周波数ｆｒは、前記送信フィルタの通過周波数をｆ _ＴＬ〜ｆ _ＴＨ、前記受信フィルタの通過周波数をｆ _ＲＬ〜ｆ _ＲＨとした場合に、
ｆｒ＝２×（ｆ _ＴＬ〜ｆ _ＴＨ）−（ｆ _ＲＬ〜ｆ _ＲＨ）
の範囲であり、
前記分割共振器は、弾性表面波共振器、弾性境界波共振器、またはラブ波共振器のいずれかであることを特徴とする分波器。
前記分割共振器は、弾性波の伝搬方向に配列された複数組のＩＤＴを含み、
前記複数組のＩＤＴのうち、隣接するＩＤＴの隣接部分に位置する電極指同士は、同一方向を向いていることを特徴とする請求項２に記載の分波器。
共通端子及び送信端子の間に接続された送信フィルタと、
前記共通端子及び受信端子の間に接続された受信フィルタと、を備え、
前記受信フィルタは、圧電基板上に配置された複数の共振器を含み、
前記複数の共振器のうち少なくとも１つの共振器は接地され、当該接地された共振器のうち前記共通端子に最も近い側に配置された共振器は、２分割以上に直列に弾性波の伝搬方向に交差する方向に分割された分割共振器となっており、
前記分割共振器の共振周波数ｆｒは、前記送信フィルタの通過周波数をｆ _ＴＬ〜ｆ _ＴＨ、前記受信フィルタの通過周波数をｆ _ＲＬ〜ｆ _ＲＨとした場合に、
ｆｒ＝２×（ｆ _ＴＬ〜ｆ _ＴＨ）−（ｆ _ＲＬ〜ｆ _ＲＨ）
の範囲であり、
前記分割共振器は、弾性表面波共振器、弾性境界波共振器、またはラブ波共振器のいずれかであることを特徴とする分波器。