JP6098775B1

JP6098775B1 - 高周波モジュール

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Publication number: JP6098775B1
Application number: JP2016566303A
Authority: JP
Inventors: 輝道喜多
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-07-03
Filing date: 2016-06-02
Publication date: 2017-03-22
Anticipated expiration: 2036-06-02
Also published as: US10432171B2; WO2017006663A1; US20180145642A1; CN107710610B; JPWO2017006663A1; CN107710610A

Abstract

増幅器の非線形性により生じるノイズの影響を低減した、小型の高周波モジュールを提供する。一方端が入力端子（６０）に、他方端が出力端子（５０）に接続されたフィルタ（２０）と、一端が出力端子（５０）に、他端がフィルタ（２０）の他方端に接続された増幅器（３０）と、を備え、フィルタ（２０）は、入力端子（６０）と出力端子（５０）を電気的に接続する信号ライン上に設けられた第１フィルタ部（２１）と、信号ラインとグランドとの間に接続された第２フィルタ部（２２）を有し、第１フィルタ部（２１）および第２フィルタ部（２２）は、圧電基板上に形成されたＩＤＴ電極を有する弾性表面波共振子を含み、ＩＤＴ電極は、複数の第１の電極指と、複数の第２の電極指を有し、第２フィルタ部（２２）を構成する弾性表面波共振子において、第１の電極指と第２の電極指の少なくとも一部が導通している。

Description

本発明は、高周波モジュールに関する。

従来の高周波モジュールに備えられている回路としては、たとえば特許文献１に記載の受信回路が知られている。図６は、従来の高周波モジュールの受信回路１の回路図である。図６に示すように、従来の高周波モジュールの受信回路１はＳＡＷフィルタ２と、低雑音増幅器３と、インダクタ９と、入力端子６と、出力端子５と、を備える。ＳＡＷフィルタ２の一方端は入力端子６に接続され、他方端は低雑音増幅器３の一端に接続されている。また、低雑音増幅器３の他端は、出力端子５に接続されている。ＳＡＷフィルタ２と低雑音増幅器３との間には、接地されたインダクタ９が備えられている。

ＳＡＷフィルタ２は、入力端子６と低雑音増幅器３との間において直列に接続された弾性表面波共振子２ａ，２ｂと、弾性表面波共振子２ａと低雑音増幅器３の一端とを結ぶ信号ラインとグランドとの間に接続された弾性表面波共振子２ｃと、弾性表面波共振子２ｂと入力端子６とを結ぶ信号ラインとグランドとの間に接続された弾性表面波共振子２ｄと、により構成されている。

ここで、低雑音増幅器は、ある一定以上の電力が入力された場合、非線形性を示す。そのため、低雑音増幅器３を含む受信回路に、ある一定以上の電力の信号が入力されると、低雑音増幅器３においてノイズが生じる。例えば、図６においてインダクタ９が接続されておらず、ＳＡＷフィルタ２と低雑音増幅器３が直接接続されている高周波モジュールの受信回路１では、低雑音増幅器３によって生じたノイズが、ＳＡＷフィルタ２へ伝播され、ＳＡＷフィルタ２を構成する弾性表面波共振子２ａによって反射され、低雑音増幅器３に入力されてしまう。これによって、高周波モジュールの受信回路１の歪み特性劣化が引き起こされる、という問題があった。ここで、特許文献１に記載の高周波モジュールの受信回路１は、ＳＡＷフィルタ２を構成する弾性表面波共振子２ａと低雑音増幅器３との間に接地されたインダクタ９を設けることによって、ノイズをグランドに落とす、という構造がとられている。この構造により、高周波モジュールの受信回路１の歪み特性劣化を改善することができる。

特開２００７−１４２７１２号公報

高周波モジュールの受信回路１の歪み特性劣化の改善のために、ＳＡＷフィルタ２と低雑音増幅器３との間に接地されたチップ状のインダクタ９を設けると、高周波モジュールが大型化してしまうという問題があった。

本発明に係る高周波モジュールは、一方端が入力端子に、他方端が出力端子に接続されたフィルタと、一端が出力端子に、他端がフィルタの他方端に接続された増幅器と、を備え、フィルタは、入力端子と出力端子とを電気的に接続する信号ライン上に設けられた第１フィルタ部と、信号ラインとグランドとの間に接続された第２フィルタ部を有し、第１フィルタ部および第２フィルタ部は、それぞれ圧電基板上に形成されたＩＤＴ電極を有する弾性表面波共振子を含み、ＩＤＴ電極は、第１のバスバーと、第１のバスバーと対向するように配置された第２のバスバーと、第１のバスバーから第２のバスバーに向かって、第２のバスバーには至らないように延ばされている複数の第１の電極指と、第２のバスバーから前記第１のバスバーに向かって、第１のバスバーには至らないように延ばされており、かつ第１の電極指と間挿し合うように配置された複数の第２の電極指とを有し、第２フィルタ部を構成する弾性表面波共振子において、第１の電極指と第２の電極指の少なくとも一部が導通している。

この構成では、接地されたインダクタの代わりに、弾性表面共振子を用いて低周波ノイズをグランドへ伝搬させることができる。弾性表面波共振子は、第１フィルタ部と第２フィルタ部の一部として同じ圧電基板を用いて形成されるため、接地されたインダクタを用いるよりも、高周波モジュールを小型化することができる。

本発明に係る高周波モジュールのフィルタは直列腕および並列腕を有するラダー型フィルタであり、第１フィルタ部はラダー型フィルタの直列腕を構成し、第２フィルタ部はラダー型フィルタの並列腕を構成している。

この構成では、第２フィルタ部により構成されるラダー型フィルタの並列腕上に設けられる弾性表面波共振子に導通部を設けるため、製造が容易であり、且つ、高周波モジュールを小型化することができる。

本発明に係る第１の電極指と第２の電極指の少なくとも一部が導通している第２フィルタ部の弾性表面波共振子は、増幅器に最も近い位置に設けられた第１フィルタ部の弾性表面波共振子と、増幅器との間に接続されている。

この構成では、導通部が設けられた第２フィルタ部の弾性表面波共振子が増幅器に最も近い場所に設けられていることで、より効率的に低周波ノイズをグランドへ伝搬させることができる。

本発明に係る高周波モジュールのフィルタは、第１フィルタ部が縦結合共振型フィルタで構成されている。

この構成では、第１フィルタ部と第２フィルタ部が同じ圧電基板上に形成されるため、高周波モジュールを小型化することができる。

本発明によれば、増幅器の非線形性により生じるノイズの影響を低減した、小型の高周波モジュールを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る高周波モジュール１０の回路図である。図１に示した高周波モジュール１０に含まれる弾性表面波共振子２１ａの模式図である。（Ａ）は図１に示した高周波モジュール１０に含まれる弾性表面波共振子２２ａの模式図である。（Ｂ）は（Ａ）に示した弾性表面波共振子２２ａの導通部８０ａの異なる形状である導通部８０ｂの拡大図である。（Ｃ）は（Ａ）に示した弾性表面波共振子２２ａの導通部８０ａの異なる形状である導通部８０ｃの拡大図である。本発明の第２の実施形態に係る高周波モジュール１００の回路図である。本発明の他の実施形態に係る高周波モジュール１１０の他の実施形態の模式図である。従来の高周波モジュールの受信回路１の回路図である。

以下に、本発明の実施形態に係る高周波モジュールについて図面を参照しながら説明する。

≪第１の実施形態≫
図１は、本発明の第１の実施形態に係る高周波モジュール１０の回路図である。ここで、高周波モジュール１０は、受信回路から構成される。図１に示すように、高周波モジュール１０は、一方端が入力端子６０に、他方端が出力端子５０に接続されたフィルタ２０と、一端が出力端子５０に、他端がフィルタ２０の他方端に接続された低雑音増幅器３０と、が備えられている。

フィルタ２０は、入力端子６０と出力端子５０とを結ぶ信号ライン上に設けられた第１フィルタ部２１と、信号ラインとグランドとの間に接続された第２フィルタ部２２を有している。すなわち、フィルタ２０とは、第１フィルタ部２１が直列腕を、第２フィルタ部２２が並列腕を構成する、直列腕および並列腕を有するラダー型フィルタである。第１フィルタ部２１は弾性表面波共振子２１ａ，２１ｂ，２１ｃで構成され、出力端子５０から入力端子６０に向かって順に弾性表面波共振子２１ａ，２１ｂ，２１ｃが接続されている。第２フィルタ部２２は弾性表面波共振子２２ａ，２２ｂ，２２ｃを含んで構成されている。弾性表面波共振子２２ａは、弾性表面波共振子２１ａと低雑音増幅器３０とを結ぶ信号ラインとグランドとの間に接続されている。弾性表面波共振子２２ｂは、弾性表面波共振子２１ａと弾性表面波共振子２１ｂとを結ぶ信号ラインとグランドとの間に接続されている。弾性表面波共振子２２ｃは、弾性表面波共振子２１ｂと弾性表面波共振子２１ｃとを結ぶ信号ラインとグランドとの間に接続されている。

ここで、フィルタ２０は圧電基板を用いてチップ状に形成され、低雑音増幅器３０は半導体基板を用いてチップ状に形成される。フィルタ２０と低雑音増幅器３０は、直列に接続されるように、同一の多層基板の一方主面上に実装される。多層基板を構成する材料として、例えば、ポリイミドや液晶ポリマーなどの熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂、あるいはセラミックなどを適用することができる。このようにして、フィルタ２０と低雑音増幅器３０は、一つの高周波モジュールとして形成される。

図２は、本発明の第１の実施形態にかかる弾性表面波共振子２１ａの簡略図である。弾性表面波共振子２１ａは、圧電基板上に形成されたＩＤＴ電極７０と、ＩＤＴ電極７０を挟むように一対の反射器４０を有する。ＩＤＴ電極７０は、第１のバスバー７１ａと、第１のバスバー７１ａと対向するように配置された第２のバスバー７１ｂと、第１のバスバー７１ａから第２のバスバー７１ｂに向かって第２のバスバーには至らないように延ばされている複数の第１の電極指７２ａと、第２のバスバー７１ｂから第１のバスバー７１ａに向かって、第１のバスバー７１ａに至らないように延ばされており、かつ第１の電極指７２ａと間挿し合うように配置された複数の第２の電極指７２ｂを有する。弾性表面波共振子２１ａの第１のバスバー７１ａは弾性表面波共振子２１ｂに、第２のバスバー７１ｂは低雑音増幅器３０に、それぞれ接続されている。弾性表面波共振子２１ｂ，２１ｃについても、弾性表面波共振子２１ａと同じ構造であるため、詳細な説明を省略する。また、弾性表面波共振子２２ｂ，２２ｃについては、第１のバスバー７１ａが第１フィルタ部２１に、第２のバスバー７１ｂがグランドに接続されていることを除いて、弾性表面波共振子２１ａと同じ構造である。

図３（Ａ）は、本発明の第１の実施形態にかかる弾性表面波共振子２２ａの模式図である。弾性表面波共振子２２ａは、弾性表面波共振子２１ａと同様に、圧電基板上に形成されたＩＤＴ電極７０と、その両側にＩＤＴ電極７０を挟み込むように一対の反射器４０を有する。ＩＤＴ電極７０は、第１のバスバー７１ａと、第１のバスバー７１ａと対向するように配置された第２のバスバー７１ｂと、第１のバスバー７１ａから第２のバスバー７１ｂに向かって第２のバスバーには至らないように延ばされている複数の第１の電極指７２ａと、第２のバスバー７１ｂから第１のバスバー７１ａに向かって、第１のバスバー７１ａに至らないように延ばされており、かつ第１の電極指７２ａと互いに間挿し合うように配置された複数の第２の電極指７２ｂを有する。弾性表面波共振子２２ａの第１のバスバー７１ａは第１フィルタ部２１に、第２のバスバー７１ｂはグランドに、それぞれ接続されている。ここで、複数の第１の電極指７２ａと第２の電極指７２ｂのうち、少なくとも隣り合う一対の第１の電極指７２ａと第２の電極指７２ｂとの間に導通部８０ａが設けられている。導通部８０ａの大きさや形状はノイズをグランドへ落とすことができるものであればよく、特に限定されるものではない。例えば、第１の電極指７２ａと第２の電極指７２ｂが導通する程度に微小であっても良い。また、必要であれば、複数の導通部８０ａが設けられていても良い。導通部８０ａは形状が矩形に限定されるものではなく、例えば図３（Ｂ）に示すように中央部分が細く形成されている鼓形状の導通部８０ｂであってもよい。また、図３（Ｃ）に示すように、導通部８０ｃを構成する二つの三角形が、互いの頂点同士が接するように配置された形状としてもよい。

導通部８０ａ，８０ｂ，８０ｃは、図１および図３（Ａ）における弾性表面波共振子２２ａのように、低雑音増幅器３０に最も近い位置で並列に接地された弾性表面波共振子に設けられていることが好ましい。これにより、より効率的に低周波ノイズをグランドへ伝搬させることができ、高周波モジュール１０の歪み特性劣化を改善することができる。また、低周波ノイズをグランドへ落とすために、ラダー型フィルタを構成するフィルタ２０の一部に導通部８０ａ，８０ｂ，８０ｃを設けるだけでよいため、製造が容易であり、且つ、高周波モジュールを小型化することが可能である。

≪実験例≫
本実施形態における高周波モジュール１０において、以下のように弾性表面波共振子２２ａを作成してＩＩＰ３特性を測定した。

弾性表面波共振子２２ａのＩＤＴ電極７０として、電極指の対数が３０対、電極指の幅が０．４６４μｍ、電極指間ギャップが０．４６４μｍのＩＤＴ電極を形成し、左から1対目の電極指間に０．４６４μｍ×０．０４μｍの導通部８０ａ設けた。

この導通部８０ａが形成されたＩＤＴ電極７０を有する弾性表面波共振子２２ａを備える本実施例の高周波モジュールと、導通部が形成されていないＩＤＴ電極を有する弾性表面波共振子を備える従来の高周波モジュールのＢａｎｄ７帯でのＩＩＰ３特性を測定した。その結果、本実施例の高周波モジュールのＩＩＰ３特性は−２ｄＢｍ、従来の高周波モジュールのＩＩＰ３特性は−６ｄＢｍとなり、本実施例の高周波モジュールにおいてＩＩＰ３特性が改善されていることが確認された。

≪第２の実施形態≫
図４は、本発明の第２の実施形態に係る高周波モジュール１００の回路図である。

図４に示すように、高周波モジュール１００は、一方端が入力端子６００に、他方端が出力端子５００に接続されたフィルタ２００と、一端が出力端子５００に、他端がフィルタ２００の他方端に接続された増幅器である低雑音増幅器３００と、を備えている。

フィルタ２００は、入力端子６００と出力端子５００とを結ぶ信号ライン上に設けられた第１フィルタ部２０１と、信号ラインとグランドとの間に接続された第２フィルタ部２０２を有しており、それぞれ弾性表面波共振子から構成されている。第１フィルタ部２０１は、縦結合共振型フィルタである。第２フィルタ部２０２を構成する弾性表面波共振子は、図３（Ａ）に示した弾性表面波共振子２２ａと同様の構成を備えるものであり、電極指の少なくとも一部に導通部が設けられている。このような第１フィルタ部２０１と第２フィルタ部２０２は、ともに同じ圧電基板上に形成することができるため、高周波モジュールを小型化することができる。

本発明は、第１および第２の実施形態の記載に限定されるものではない。例えば増幅器を、低雑音増幅器からパワーアンプに変更することで、受信回路だけでなく送信回路に使用することも可能である。また、高周波モジュールは、受信回路や送信回路以外の構成を含んでいても良い。

図５に示すように、フィルタ２１０と増幅器３１０の間に、両者のインピーダンスを整合させるための整合回路９１０を配置しても構わない。フィルタは、ＣＳＰ（チップサイズパッケージ）であっても、ＷＬＰ（ウェハレベルパッケージ）であっても良い。また、多層基板に実装されたフィルタと増幅器などのチップ部品が、エポキシ樹脂などによって被覆されていても良い。これによって、チップ部品が保護され、そのために信頼性を向上させることができる。また、エポキシ樹脂などによる被覆の上に、シールド電極を形成してもよい。これによって、高周波モジュールへの外部ノイズの侵入を防止することができ、また、高周波モジュール内部から放射されるノイズの拡散を防止することも可能である。

１０，１００，１１０…高周波モジュール、２２０，２００，２１０…フィルタ、２１，２０１…第１フィルタ部、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…第１フィルタ部の弾性表面波共振子、２２，２０２…第２フィルタ部、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ…第２フィルタ部の弾性表面波共振子、３０，３００，３１０…低雑音増幅器、４０…反射器、５０，５００，５１０…出力端子、６０，６００，６１０…入力端子、７０…ＩＤＴ電極、７１ａ…第１のバスバー、７１ｂ…第２のバスバー、７２…電極指、７２ａ…第１の電極指、７２ｂ…第２の電極指、８０ａ，８０ｂ，８０ｃ…導通部、９１０…整合回路。

Claims

一方端が入力端子に、他方端が出力端子に接続されたフィルタと、
一端が前記出力端子に、他端が前記フィルタの他方端に接続された増幅器と、を備え、
前記フィルタは、前記入力端子と前記出力端子とを電気的に接続する信号ライン上に設けられた第１フィルタ部と、前記信号ラインとグランドとの間に接続された第２フィルタ部を有し、
前記第１フィルタ部および前記第２フィルタ部は、それぞれ圧電基板上に形成されたＩＤＴ電極を有する弾性表面波共振子を含み、
前記ＩＤＴ電極は、第１のバスバーと、前記第１のバスバーと対向するように配置された第２のバスバーと、前記第１のバスバーから前記第２のバスバーに向かって、前記第２のバスバーには至らないように延ばされている複数の第１の電極指と、前記第２のバスバーから前記第１のバスバーに向かって、前記第１のバスバーには至らないように延ばされており、かつ前記第１の電極指と間挿し合うように配置された複数の第２の電極指とを有し、
前記第２フィルタ部を構成する前記弾性表面波共振子において、前記第１の電極指と前記第２の電極指の少なくとも一部が導通していること、を特徴とする高周波モジュール。
前記フィルタは直列腕および並列腕を有するラダー型フィルタであり、
前記第１フィルタ部は前記ラダー型フィルタの前記直列腕を構成し、前記第２フィルタ部は前記ラダー型フィルタの前記並列腕を構成している、請求項１に記載の高周波モジュール。
前記第１の電極指と前記第２の電極指の少なくとも一部が導通している前記第２フィルタ部の前記弾性表面波共振子は、
前記増幅器に最も近い位置に設けられた前記第１フィルタ部の前記弾性表面波共振子と、前記増幅器との間に接続されていること、を特徴とする、請求項２に記載の高周波モジュール。
前記フィルタは、前記第１フィルタ部が縦結合共振型フィルタで構成されている、請求項１に記載の高周波モジュール。