JP5994929B2

JP5994929B2 - デュプレクサ

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Publication number: JP5994929B2
Application number: JP2015511075A
Authority: JP
Inventors: 高峰　裕一; 裕一高峰
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2033-12-11
Also published as: JPWO2014167752A1; CN105075118A; KR101689662B1; KR20150143465A; US9966929B2; WO2014167752A1; US20160028366A1; CN105075118B

Description

本発明は、通過帯域の異なる第１及び第２の帯域フィルタを有するデュプレクサに関し、より詳細には第１の帯域フィルタがアンバランス型の弾性表面波フィルタからなるデュプレクサに関する。

従来、弾性表面波フィルタを用いたデュプレクサが種々提案されている。例えば、下記の特許文献１には、送信用フィルタと受信用フィルタとを有するＳＡＷ分波器が開示されている。特許文献１では、受信用フィルタが、縦結合共振子型の弾性表面波フィルタにより構成されている。特許文献１に記載の縦結合共振子型弾性表面波フィルタからなる受信フィルタは、不平衡入力端子と不平衡出力端子とを有する。すなわち、この受信フィルタはアンバランス型の弾性表面波フィルタである。

特開２０００−３４９５９１号公報

従来、デュプレクサの受信フィルタとして用いられている弾性表面波フィルタとしては、上記アンバランス型の弾性表面波フィルタと、バランス出力を取出し得るバランス型の弾性表面波フィルタとが知られている。バランス型の弾性表面波フィルタでは、平衡出力端子間のバランス性により、高調波の減衰量を大きくすることができる。

これに対して、特許文献１に記載のようなアンバランス型の弾性表面波フィルタを用いた場合には、高調波の減衰量を大きくすることが困難であった。高調波の減衰量が小さいと、電圧制御発振器（ＶＣ）から出力されるノイズ信号と高調波とが合成され、不要な信号が発生するおそれがある。そのため、受信感度が劣化するおそれがある。

本発明の目的は、高調波の減衰量を大きくすることができるデュプレクサを提供することにある。

本願の第１の発明は、第１の帯域フィルタと、第１の帯域フィルタよりも通過帯域が低周波数側に位置している第２の帯域フィルタとを有するデュプレクサである。

第１の発明では、第１の帯域フィルタが、不平衡入力−不平衡出力を有するアンバランス型の弾性表面波フィルタからなる。第１の帯域フィルタは、圧電基板と、圧電基板上に構成された電極構造とを備える。前記電極構造は、入力電極パッドと、出力電極パッドと、アース電位に接続されるアース電極パッドと、少なくとも１つのＩＤＴ電極を有する弾性表面波フィルタとして機能する機能電極部と、前記機能電極部と前記入力電極パッドとを接続している第１の信号配線電極と、前記機能電極部内において信号電流が流れる第２の信号配線電極と、前記機能電極部と前記出力電極パッドとを接続している第３の信号配線電極と、前記機能電極部と前記アース電極パッドとを結ぶアース配線電極とを有する。

第１の発明では、前記第１〜第３の信号配線電極の内のいずれかの信号配線電極が、前記アース配線電極と立体交差している立体交差部が設けられている。この立体交差部において、アース配線電極と信号配線電極との間に層間絶縁膜が設けられている。ローパスフィルタ用コンデンサを構成するように、層間絶縁膜を介してアース配線電極と対向している部分の該信号配線電極の幅が、当該立体交差部以外の部分の該信号配線電極の幅よりも太くなるように構成されている。

本願の第２の発明は、第１の帯域フィルタと、第１の帯域フィルタよりも通過帯域が低周波数側に位置している第２の帯域フィルタとを有するデュプレクサである。第２の発明においても、前記第１の帯域フィルタが、不平衡入力−不平衡出力を有するアンバランス型の弾性表面波フィルタからなる。

第２の発明では、前記弾性表面波フィルタが、圧電基板と、前記圧電基板上に構成された電極構造とを備える。第２の発明では、前記電極構造が、入力電極パッドと、出力電極パッドと、アース電位に接続されるアース電極パッドと、少なくとも１つのＩＤＴ電極を有する弾性表面波フィルタとして機能する機能電極部と、前記機能電極部と前記入力電極パッドとを接続している第１の信号配線電極と、前記機能電極部内において信号電流が流れる第２の信号配線電極と、前記機能電極部と前記出力電極パッドとを接続している第３の信号配線電極と、前記機能電極部と前記アース電極パッドとを結ぶアース配線電極とを有する。

第２の発明では、前記アース電極パッドに連ねられており、かつ前記機能電極部に電気的に接続されていないアース電極パッド延長部がさらに設けられている。そして、ローパスフィルタ用コンデンサを構成するように前記アース電極パッド延長部が、層間絶縁膜を介して前記第１〜第３の信号配線電極の内のいずれかの信号配線電極と重なりあっている。

本発明に係るデュプレクサでは、好ましくは、前記ローパスフィルタ用コンデンサが構成されている部分において、前記アース配線電極が前記層間絶縁膜と前記圧電基板との間に配置されている。

本発明に係るデュプレクサでは、好ましくは、前記アンバランス型の弾性表面波フィルタが縦結合共振子型弾性表面波フィルタである。

本発明に係るデュプレクサの他の特定の局面では、前記第１の帯域フィルタが受信フィルタであり、前記第２の帯域フィルタが送信フィルタである。

本発明に係るデュプレクサでは、ローパスフィルタ用コンデンサを構成するように、第１〜第３の信号配線電極のうちのいずれかの信号配線電極が、層間絶縁膜を介してアース配線電極またはアース電極パッド延長部と重なり合っているため、アンバランス出力の弾性表面波フィルタからなる第１の帯域フィルタにおいて、高調波の減衰量を十分に大きくすることが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態におけるデュプレクサにおける受信フィルタを構成する弾性表面波フィルタの平面図である。図２は、本発明の一実施形態に係るデュプレクサの回路図である。図３は、本発明の一実施形態において、受信フィルタに構成されているローパス用コンデンサ部分の略図的正面断面図である。図４は、比較例のデュプレクサで用いられている受信フィルタ用弾性表面波フィルタの平面図である。図５は、本発明の実施形態のデュプレクサの受信フィルタ及び比較例のデュプレクサの受信フィルタの周波数特性を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

図２は、本発明の一実施形態に係るデュプレクサの回路図である。デュプレクサ１は、アンテナ端子２と、送信端子３と、受信端子４とを有する。アンテナ端子２と送信端子３との間に第２の帯域フィルタとしての送信フィルタ５が接続されている。送信フィルタ５は、ラダー型回路構成の弾性表面波フィルタからなる。すなわち、複数の直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ５と、複数の並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ４が、それぞれ、弾性表面波共振子により構成されている。並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ３のグラウンド電位側の端部が共通接続されており、インダクタンスＬ１を介してグラウンド電位に接続されている。並列腕共振子Ｐ４のグラウンド電位側端部が、インダクタンスＬ２を介してアース電位に接続されている。直列腕共振子Ｓ５に並列にインダクタンスＬ３が接続されている。

なお、上記送信フィルタ５の回路構成は、本発明では特に限定されない。

他方、アンテナ端子２と受信端子４との間に、第１の帯域フィルタとしての受信フィルタ６が接続されている。受信フィルタ６の通過帯域すなわち受信帯域は、送信フィルタ５の通過帯域よりも高い。

本実施形態では、受信フィルタ６は、アンバランス型の縦結合共振子型弾性表面波フィルタ７を有する。縦結合共振子型弾性表面波フィルタ７とアンテナ端子２との間には、複数の１ポート型弾性表面波共振子８〜１０が互いに直列に接続されている。また、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ７と受信端子４との間の接続点１１とグラウンド電位との間に１ポート型弾性表面波共振子１２が接続されている。

本実施形態のデュプレクサ１の特徴は、受信フィルタ６において、図２に示すローパスフィルタ用コンデンサＣ１〜Ｃ３が信号電位とグラウンド電位との間に接続されていることにある。ここで、図２では、コンデンサＣ１は、弾性表面波共振子８とアンテナ端子２との間の接続点１３と、グラウンド電位との間に接続されている。コンデンサＣ２は、弾性表面波共振子１０と縦結合共振子型弾性表面波フィルタ７との間の接続点１４と、グラウンド電位との間に接続されている。コンデンサＣ３は、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ７の出力側端部に連なる接続点１５と、グラウンド電位との間に接続されている。

図１は、上記デュプレクサ１における受信フィルタ６の平面図である。受信フィルタ６は、圧電基板２１を有する。圧電基板２１は、ＬｉＴｉＯ_３及びＬｉＮｂＯ_３などの圧電単結晶からなる。もっとも、圧電単結晶に代えて圧電セラミックスを用いてもよい。

上記圧電基板２１上に、図示の電極構造が形成されている。この電極構造は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇまたはこれらを主体とする合金などからなる金属材料により構成されている。

上記電極構造は、アンテナ端子に接続される入力電極パッド２２と、受信端子に接続される出力電極パッド２３とを有する。また、圧電基板２１上には、アース電位に接続されるアース電極パッド２４〜２７が設けられている。さらに上記電極構造は、図２に示した１ポート型弾性表面波共振子８〜１０を構成するためのＩＤＴ電極を含む。

図１では、ＩＤＴ電極構成部分は、Ｘを矩形の枠で囲んだブロックにより示すこととする。また、上記縦結合共振子型弾性表面波フィルタ７を構成する部分においても、３ＩＤＴ型の第１及び第２の縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部７Ａ，７Ｂが構成されている。ここでも、ＩＤＴ構成部分は、Ｘを矩形の枠で囲んだブロックで略図的に示すこととする。

さらに、図１に示した１ポート型弾性表面波共振子１２を構成するＩＤＴ電極も圧電基板２１上に形成されている。

上記電極構造のうち、１ポート型弾性表面波共振子８〜１０、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ７及び１ポート型弾性表面波共振子１２を有する部分、すなわち弾性表面波フィルタとして機能する部分を機能電極部とする。

上記電極構造は、さらに、以下の第１〜第３の信号配線電極及びアース配線電極を有する。

第１の信号配線電極３１は、入力電極パッド２２と第１の１ポート型弾性表面波共振子８とを電気的に接続している。第２の信号配線電極３２は、上記機能電極部内において信号電流が流れる配線部分である。第３の信号配線電極３３は、機能電極部と出力電極パッド２３とを接続している。また、アース配線電極３４は機能電極部とアース電極パッド２４，２５，２６または２７とを電気的に接続している配線電極部分である。本実施形態の特徴は、ローパスフィルタ用コンデンサＣ１〜Ｃ３が設けられていることにある。

層間絶縁膜４１は、ポリイミドなどの合成樹脂、あるいはＳｉＯ_２などの誘電体を用いて構成することができる。

この立体交差部においては、ローパスフィルタ用コンデンサを構成するために、第１の信号配線電極３１の部分３１ａの幅が、斜線のハッチングを付して示すように、立体交差部でない第１の信号配線電極３１の部分の幅よりも太くされている。また、図３に示す立体交差部においては、第１の信号配線電極３１と層間絶縁膜４１を介して対向しているアース配線電極３４ａの平面形状は、上方に重なり合っている第１の信号配線電極３１と同じか、これを含む形状とされている。そのため、上記立体交差部において、十分な静電容量を有するローパスフィルタ用コンデンサＣ１が構成されている。

なお、図１に示したローパスフィルタ用コンデンサＣ１〜Ｃ３のうち、ローパスフィルタ用コンデンサＣ１では、アース電極パッド延長部３５上に層間絶縁膜４１を介して第１の信号配線電極３１の部分３１ａが重なり合っている。ここで、アース電極パッド延長部３５とは、アース電極パッド２４に接続されているが、機能電極部には電気的には接続していない部分をいう。すなわち、アース電極パッド延長部３５は、機能電極部をアース電位に接続する機能は有していない。このアース電極パッド延長部３５は、上記ローパスフィルタ用コンデンサＣ１を構成するために、層間絶縁膜４１の下方に設けられている。

図１の矢印で示すように、ローパスフィルタ用コンデンサＣ２，Ｃ３においても、下方に位置しているアース配線電極と、層間絶縁膜４２，４３を介して第２の信号配線電極３２が重なり合っている。圧電基板を平面視する方向においてアース配線電極と重なり合う第２の信号配線電極の部分３２ａの幅Ｗは、アース配線電極と重なり合ってない第２の信号配線電極３２の部分の幅よりも太くされている。このように、上記ローパスフィルタ用コンデンサＣ２，Ｃ３が構成されている部分においても、第２の信号配線電極３２の部分３２ａ，３２ｂの幅は、アース配線電極と重なり合ってない第２の信号配線電極３２の部分の幅よりも太くされている。また、第２の信号配線電極３２と層間絶縁膜４２，４３を介して重なり合っているアース配線電極部分も第２の信号配線電極３２の幅が太くなった部分３２ａ，３２ｂと同一の形状またはこの形状を含む形状とされている。従って、十分な静電容量を有するローパスフィルタ用コンデンサＣ２，Ｃ３が構成されている。

本実施形態のデュプレクサ１では、受信フィルタ６が、アンバランス型の縦結合共振子型弾性表面波フィルタ７を有する。アンバランス型の縦結合共振子型弾性表面波フィルタ７では、高調波の減衰量を大きくすることが困難である。しかしながら、本実施形態では、上記ローパスフィルタ用コンデンサＣ１〜Ｃ３が、信号電位とアース電位との間に接続されている。そのため、高調波を効果的に減衰させることが可能とされている。

なお、本発明においては、受信フィルタ６を構成する弾性表面波フィルタはアンバランス型である限り、縦結合共振子型弾性表面波フィルタに限定されるものではない。例えばラダー型フィルタを用いてもよい。もっとも、ラダー型フィルタの場合には、圧電基板上に大きなスペースを必要とし、上記のような立体交差部分を作ることが困難である。従って、本実施形態のように、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ７を用いることがより望ましい。配線が延びる方向に直角な方向の配線の寸法を幅とする。なお、幅が一定でない場合、圧電基板を平面視してアース配線電極部分と層間絶縁膜を介して重なり合っている信号配線の部分の幅は、アース配線電極部分と重なり合っている信号配線の面積Ａを信号配線長Ｌで除した平均幅Ｗ_ａｖｅを用いればよい。

なお、本実施形態では、ローパスフィルタ用コンデンサＣ１〜Ｃ３が構成されていたが、ローパスフィルタ用コンデンサＣ１〜Ｃ３のうち１つのみ設けられてもよい。すなわち、ローパスフィルタ用コンデンサは、信号電位とアース電位との間に接続される限り、その個数及び接続位置は特に限定されるものではない。

図５は、上記実施形態のデュプレクサ１における受信フィルタ６の周波数特性と、比較例の周波数特性を示す図である。

ここでは、３ＩＤＴ型の第１及び第２の縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部７Ａ，７Ｂを有する縦結合共振子型弾性表面波フィルタ７を用い、Ｂａｎｄ１の受信フィルタを構成した。Ｂａｎｄ１の受信フィルタの通過帯域は２１１０〜２１７０ＭＨｚである。３倍波は６３３０〜６５１０ＭＨｚの周波数を有することとなる。

なお、図４は、比較例の弾性表面波フィルタ１０１の平面図である。図１と同一部分については同一の参照番号を付することとする。本比較例では、上記ローパスフィルタ用コンデンサＣ１〜Ｃ３が構成されていない。すなわち、立体交差部Ｄ１〜Ｄ５で示されているように存在する。しかしながら、単に立体交差しているだけである。具体的には、層間絶縁膜を介して下方のアース配線電極と重なり合わせた信号配線部分の幅が立体交差していない信号配線部分の幅に比べて太い構成を有しない。

図５の破線は、上記ローパスフィルタ用コンデンサＣ１〜Ｃ３が設けられていないことを除いては、上記実施形態と同様にして構成された比較例の受信フィルタの周波数特性を示す。実線が上記実施形態の周波数特性を示す。

比較例では、立体交差部Ｄ１〜Ｄ５は設けられているものの、積極的にローパスフィルタ用コンデンサが構成されているわけではないため、３倍波の減衰量が比較的小さい。これに対して、上記実施形態では、上記ローパスフィルタ用コンデンサＣ１〜Ｃ３が構成されているため、３倍波の減衰量を約８ｄＢ大きくすることが可能とされている。

これは、上記ローパスフィルタ用コンデンサＣ１〜Ｃ３が設けられていることによる。すなわち、信号配線に並列に静電容量が挿入され、この静電容量がローパスフィルタとしての機能を果たしていることによる。

本発明では、上記実施形態のローパスフィルタ用コンデンサＣ１〜Ｃ３のうち、アース配線電極ではなく、アース電極パッド延長部３５を用いて構成されているローパスフィルタ用コンデンサＣ１のみが１以上構成されてもよい。あるいは、上記ローパスフィルタ用コンデンサＣ２や上記ローパスフィルタ用コンデンサＣ３のみが１以上設けられてもよい。ローパスフィルタ用コンデンサＣ２，Ｃ３では、アース電極パッド延長部３５ではなく、アース配線電極が用いられている。

さらに、上記実施形態のように、アース電極パッド延長部３５を用いたローパスフィルタ用コンデンサＣ１と、アース配線電極を有するローパスフィルタ用コンデンサＣ２，Ｃ３とが併用されてもよい。

上記実施形態では、受信フィルタ６は、３ＩＤＴ型の第１，第２の弾性表面波フィルタ部を有する縦結合共振子型弾性表面波フィルタを有していた。もっとも、本発明においては、上記のように、受信フィルタを構成する弾性表面波フィルタとしての機能電極部の構成は上記実施形態の構造に限定されるものではない。

なお、上記実施形態のデュプレクサ１では、第１の帯域フィルタが受信フィルタであり、第２の帯域フィルタが送信フィルタであった。本発明は、このように受信フィルタ及び送信フィルタに限らず、通過帯域が異なる第１及び第２の帯域フィルタを有するデュプレクサに広く適用することができる。

１…デュプレクサ
２…アンテナ端子
３…送信端子
４…受信端子
５…送信フィルタ
６…受信フィルタ
７…縦結合共振子型弾性表面波フィルタ
７Ａ，７Ｂ…第１，第２の縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部
８〜１０…１ポート型弾性表面波共振子
１１…接続点
１２…１ポート型弾性表面波共振子
１３〜１５…接続点
２１…圧電基板
２２…入力電極パッド
２３…出力電極パッド
２４〜２７…アース電極パッド
３１…第１の信号配線電極
３２…第２の信号配線電極
３３…第３の信号配線電極
３４…アース配線電極
３５…アース電極パッド延長部
４１〜４３…層間絶縁膜
Ｃ１〜Ｃ３…ローパスフィルタ用コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ５…立体交差部
Ｌ１〜Ｌ３…インダクタンス
Ｐ１〜Ｐ４…並列腕共振子
Ｓ１〜Ｓ５…直列腕共振子

Claims

第１の帯域フィルタと、該第１の帯域フィルタよりも通過帯域が低周波数側に位置している第２の帯域フィルタとを有するデュプレクサであって、
前記第１の帯域フィルタが、不平衡入力−不平衡出力を有するアンバランス型の弾性表面波フィルタからなり、
前記第１の帯域フィルタが、圧電基板と、前記圧電基板上に構成された電極構造とを備え、
前記電極構造が、入力電極パッドと、出力電極パッドと、アース電位に接続されるアース電極パッドと、少なくとも１つのＩＤＴ電極を有する弾性表面波フィルタとして機能する機能電極部と、前記機能電極部と前記入力電極パッドとを接続している第１の信号配線電極と、前記機能電極部内において信号電流が流れる第２の信号配線電極と、前記機能電極部と前記出力電極パッドとを接続している第３の信号配線電極と、前記機能電極部と前記アース電極パッドとを結ぶアース配線電極とを有し、
前記第１〜第３の信号配線電極の内のいずれかの信号配線電極が、前記アース配線電極と立体交差している立体交差部が設けられており、該立体交差部において、該アース配線電極と該信号配線電極との間に層間絶縁膜が設けられており、ローパスフィルタ用コンデンサを構成するように、該層間絶縁膜を介して該アース配線電極と対向している部分の該信号配線電極の幅が、当該立体交差部以外の部分の該信号配線電極の幅よりも太くなるように構成されており、
前記立体交差部において、前記信号配線電極と前記層間絶縁膜を介して対向している前記アース配線電極の平面形状が、重なり合っている前記信号配線電極と同一形状または重なり合っている前記信号配線電極を含む形状とされている、デュプレクサ。
前記ローパスフィルタ用コンデンサが構成されている部分において、前記アース配線電極が前記層間絶縁膜と前記圧電基板との間に配置されている、請求項１に記載のデュプレクサ。
前記アンバランス型の弾性表面波フィルタが縦結合共振子型弾性表面波フィルタである、請求項１または２に記載のデュプレクサ。
前記第１の帯域フィルタが受信フィルタであり、前記第２の帯域フィルタが送信フィルタである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のデュプレクサ。