JP6791403B2 - マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路および通信装置 - Google Patents

マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路および通信装置 Download PDF

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Description

本発明は、弾性波フィルタを備えるマルチプレクサ、高周波フロントエンド回路および通信装置に関する。
マルチバンドの高周波信号を分波または合波するマルチプレクサにおいて、低損失および高減衰という特徴を有する複数の弾性波フィルタが、共通端子に接続された構成が広く用いられている。ただし、弾性波フィルタは、入力信号を大きくしていくと、その非線形性による高調波歪成分を発生する。この高調波歪成分が大きくなると、弾性波フィルタの耐電力性および雑音性能などが劣化する。特許文献１には、ラダー型の送信側弾性波フィルタにおいて、任意の弾性波共振子を、静電容量を変えずに分割する構成が開示されている。これによれば、直列分割された弾性波共振子の単位面積あたりの消費電力が低くなり、耐電力性を向上でき、また、相互変調歪（ＩＭＤ：ＩｎｔｅｒＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）の抑制が可能となる。
特開２００７−０７４６９８号公報
しかしながら、特許文献１のように、弾性波フィルタを、マルチプレクサを構成する一つのフィルタとして適用した場合、共通端子を経由して入力された各フィルタの通過帯域の周波数の和もしくは差の組み合わせに相当する妨害波と、当該弾性波フィルタの送信帯域に対応した非線形高調波歪成分との相互変調により、他のフィルタの受信帯域と等しい周波数のＩＭＤが発生する。このＩＭＤの影響により、当該他のフィルタの受信感度が劣化する。つまり、共通端子に接続された他のフィルタの通過特性の劣化を抑制するという観点では、特許文献１に開示された弾性波フィルタのＩＭＤ抑制は十分ではない。また、弾性波共振子を複数に分割すると弾性波フィルタが大きくなり、マルチプレクサが大型化してしまう。
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、複数のフィルタが共通端子に接続されたマルチプレクサにおいて、一のフィルタにおける相互変調歪の発生を抑制しつつ、当該複数のフィルタの通過特性の劣化が抑制された小型のマルチプレクサ、高周波フロントエンド回路および通信装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るマルチプレクサは、共通端子、第１入出力端子および第２入出力端子と、前記共通端子および前記第１入出力端子に接続された第１フィルタと、前記共通端子および前記第２入出力端子に接続され、前記第１フィルタと異なる通過帯域を有する第２フィルタと、を備え、前記第１フィルタは、前記共通端子と前記第１入出力端子とを結ぶ経路上に配置された１以上の直列腕共振子と、前記経路およびグランドの間に配置された１以上の並列腕共振子と、を備え、前記１以上の直列腕共振子および前記１以上の並列腕共振子のそれぞれは、圧電性を有する基板上に形成されたＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極を有する弾性波共振子であり、前記ＩＤＴ電極は、互いに平行に配置された複数の電極指で構成されており、前記１以上の直列腕共振子のうち前記共通端子に最も近く接続された直列腕共振子である第１直列腕共振子、および、前記１以上の並列腕共振子のうち前記共通端子に最も近く接続された並列腕共振子である第１並列腕共振子の少なくとも一方が有する前記ＩＤＴ電極では、前記複数の電極指の並び方向における中央部の電極指ピッチは、当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最大であり、前記並び方向における端部の電極指ピッチは、当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最小である。
弾性波フィルタである第１フィルタと第２フィルタとが共通端子に接続されたマルチプレクサにおいて、第１フィルタの非線形性により、第１フィルタの通過帯域の信号成分と、共通端子を経由して入力される妨害波成分との非線形応答により、第２フィルタの通過帯域と等しい周波数の相互変調歪成分が第２フィルタを伝搬し、第２フィルタの通過特性が劣化することが想定される。
上記構成においては、共通端子および第２フィルタに近い第１直列腕共振子および第１並列腕共振子の少なくとも一方において、最も大きい歪が発生するＩＤＴ電極の中央部の電極指ピッチを大きくしている。また、中央部の電極指ピッチを大きくした分、端部の電極指ピッチを小さくしている。これにより、上記少なくとも一方の共振子における共振周波数を変化させることなく、かつ、当該共振子を大型化することなく、上記ＩＤＴ電極における歪を緩和して第１フィルタの線形性を向上させることができる。よって、第１フィルタへ入力される高周波信号を増加させても相互変調歪の発生が抑制され、第１フィルタおよび第２フィルタの通過特性の劣化が抑制された小型のマルチプレクサを提供できる。
また、前記１以上の直列腕共振子は、複数の直列腕共振子であり、前記複数の直列腕共振子のうち前記第１直列腕共振子を除く直列腕共振子のＩＤＴ電極の電極指ピッチは、前記並び方向において均一であり、前記１以上の並列腕共振子は、複数の並列腕共振子であり、前記複数の並列腕共振子のうち前記第１並列腕共振子を除く並列腕共振子のＩＤＴ電極の電極指ピッチは、前記並び方向において均一であってもよい。
これにより、共通端子に最も近く接続された弾性波共振子を除く弾性波共振子のＩＤＴ電極の電極指ピッチが均一であるので、当該弾性波共振子の高いＱ値を維持できる。よって、第１フィルタにおける相互変調歪の発生を抑制しつつ、第１フィルタの通過特性の劣化を効果的に抑制できる。
また、前記複数の直列腕共振子は、前記第１直列腕共振子を含む３以上の直列腕共振子で構成され、前記第１直列腕共振子が有する前記ＩＤＴ電極では、前記複数の電極指の並び方向における中央部の電極指ピッチは、当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最大であり、前記並び方向における両端部の電極指ピッチは、当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最小であり、前記第１直列腕共振子のＩＤＴ電極の電極指ピッチの平均値は、前記第１直列腕共振子を除く前記３以上の直列腕共振子がそれぞれ有する電極指ピッチのうちの最小の電極指ピッチ以上であり、かつ、最大の電極指ピッチ以下であってもよい。
これによれば、第１直列腕共振子のＩＤＴ電極の平均ピッチは、他の直列腕共振子の電極指ピッチの範囲内にある。よって、通過帯域および通過帯域近傍の減衰極を規定する共振周波数および反共振周波数が、第１フィルタの通過帯域を劣化させるほどに変動することを回避できるので、第１フィルタの通過特性を維持できる。
また、前記第１直列腕共振子のＩＤＴ電極の最小の電極指ピッチと最大の電極指ピッチとの差は、前記第１直列腕共振子を除く前記３以上の直列腕共振子がそれぞれ有する電極指ピッチのうちの最小の電極指ピッチと最大の電極指ピッチとの差以下であってもよい。
これによれば、第１直列腕共振子のＩＤＴ電極の平均ピッチは、他の直列腕共振子の電極指ピッチの範囲内にあり、さらに、当該ＩＤＴ電極の最小の電極指ピッチと最大の電極指ピッチとの差が、その他の直列腕共振子の最小の電極指ピッチと最大の電極指ピッチとの差以下である。よって、第１直列腕共振子のＱ値の低下を抑制できるので、第１フィルタの通過帯域内の挿入損失を低減できる。
また、前記１以上の並列腕共振子は、前記第１並列腕共振子を含む３以上の並列腕共振子で構成され、前記第１並列腕共振子が有する前記ＩＤＴ電極では、前記複数の電極指の並び方向における中央部の電極指ピッチは、当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最大であり、前記並び方向における両端部の電極指ピッチは、当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最小であり、前記第１並列腕共振子のＩＤＴ電極の電極指ピッチの平均値は、前記第１並列腕共振子を除く前記３以上の並列腕共振子がそれぞれ有する電極指ピッチのうちの最小の電極指ピッチ以上であり、かつ、最大の電極指ピッチ以下であってもよい。
これによれば、第１並列腕共振子のＩＤＴ電極の平均ピッチは、他の並列腕共振子の電極指ピッチの範囲内にある。よって、通過帯域および通過帯域近傍の減衰極を規定する共振周波数および反共振周波数が、第１フィルタの通過帯域を劣化させるほどに変動することを回避できるので、第１フィルタの通過特性を維持できる。
また、前記第１並列腕共振子のＩＤＴ電極の最小の電極指ピッチと最大の電極指ピッチとの差は、前記第１並列腕共振子を除く前記３以上の並列腕共振子がそれぞれ有する電極指ピッチのうちの最小の電極指ピッチと最大の電極指ピッチとの差以下であってもよい。
これによれば、第１並列腕共振子のＩＤＴ電極の平均ピッチは、他の並列腕共振子の電極指ピッチの範囲内にあり、さらに、当該ＩＤＴ電極の最小の電極指ピッチと最大の電極指ピッチとの差が、その他の並列腕共振子の最小の電極指ピッチと最大の電極指ピッチとの差以下である。よって、第１並列腕共振子のＱ値の低下を抑制できるので、第１フィルタの通過帯域内の挿入損失を低減できる。
また、前記少なくとも一方が有する前記ＩＤＴ電極では、前記並び方向における中央部から端部に向けて、電極指ピッチが連続的に小さくなっていてもよい。
上記構成によれば、隣り合う電極指間における電極指ピッチを、並び方向において最小かつ滑らかに変化させることができるので、上記少なくとも一方の弾性波共振子の伝搬損失を最小にすることができる。
また、ＩＤＴ電極は、３本以上の隣り合う電極指で構成された電極指領域を、前記並び方向に複数有し、前記複数の電極指領域のそれぞれにおいて、電極指ピッチは均一であり、前記ＩＤＴ電極の中央部の前記電極指領域から端部の前記電極指領域に向けて電極指ピッチが小さくなっていてもよい。
上記構成によれば、歪の強度分布を最適に緩和する電極指ピッチの分布を実現しているので、第１フィルタの線形性を効果的に向上させることができる。
また、前記第１フィルタは、ラダー型のフィルタ構造を有してもよい。
これにより、第１フィルタに大電力の高周波信号が入力された場合もその低損失性を確保しつつ、第２フィルタの通過特性の劣化を抑制することが可能となる。
また、前記基板は、前記ＩＤＴ電極が一方の面上に形成された圧電膜と、前記圧電膜を伝搬する弾性波音速よりも、伝搬するバルク波音速が高速である高音速支持基板と、前記高音速支持基板と前記圧電膜との間に配置され、前記圧電膜を伝搬するバルク波音速よりも、伝搬するバルク波音速が低速である低音速膜と、を備えてもよい。
これにより、圧電体層を有する基板上に形成されたＩＤＴ電極を含む各弾性波共振子のＱ値を高い値に維持できる。
また、前記第１フィルタは、所定の周波数帯域における一部を送信帯域とする送信側フィルタであり、前記第２フィルタは、前記所定の周波数帯域における他部を受信帯域とする受信側フィルタであってもよい。
これにより、第１フィルタおよび第２フィルタで構成されたデュプレクサを有するマルチプレクサにおいて、送信側フィルタの送信電力が増加しても相互変調歪の発生が抑制され、受信側フィルタの受信感度の劣化が抑制された小型のマルチプレクサを提供できる。
また、本発明の一態様に係る高周波フロントエンド回路は、上記いずれかに記載のマルチプレクサと、前記マルチプレクサに接続された増幅回路と、を備える。
これにより、第１フィルタへ入力される高周波信号を増加させても相互変調歪の発生が抑制され、第１フィルタおよび第２フィルタの通過特性の劣化が抑制された小型の高周波フロントエンド回路を提供できる。
また、本発明の一態様に係る通信装置は、アンテナ素子で送受信される高周波信号を処理するＲＦ信号処理回路と、前記アンテナ素子と前記ＲＦ信号処理回路との間で前記高周波信号を伝達する上記記載の高周波フロントエンド回路と、を備える。
これにより、第１フィルタへ入力される高周波信号を増加させても相互変調歪の発生が抑制され、第１フィルタおよび第２フィルタの通過特性の劣化が抑制された小型の通信装置を提供できる。
本発明によれば、複数のフィルタが共通端子に接続されたマルチプレクサにおいて、一のフィルタにおける相互変調歪の発生を抑制しつつ、当該複数のフィルタの通過特性の劣化が抑制された小型のマルチプレクサ、高周波フロントエンド回路および通信装置を提供することが可能となる。
図１は、実施の形態１に係るマルチプレクサおよびその周辺回路の構成図である。 図２Ａは、実施の形態１に係る弾性波共振子の一例を模式的に表す平面図および断面図である。 図２Ｂは、実施の形態１の変形例１に係る弾性波共振子を模式的に表す断面図である。 図３は、実施例１に係るマルチプレクサを構成する送信側フィルタの回路構成図である。 図４は、実施例１に係る送信側フィルタの初段側弾性波共振子の電極構成を示す概略平面図である。 図５Ａは、実施例１に係る送信側フィルタの初段側弾性波共振子の電極指ピッチの分布を表すグラフである。 図５Ｂは、実施例１および比較例１に係る送信側フィルタの初段側弾性波共振子の３次高調波歪の発生量を比較したグラフである。 図６は、実施の形態１に係る送信側フィルタの初段側弾性波共振子の電極指ピッチの分布の例を表すグラフである。 図７は、実施例２および３に係るマルチプレクサを構成する送信側フィルタの回路構成図である。 図８Ａは、実施例２、実施例３および比較例２に係る送信側フィルタの初段側弾性波共振子の電極指ピッチの分布を表すグラフである。 図８Ｂは、実施例２、実施例３および比較例２に係る送信側フィルタの初段側弾性波共振子の３次高調波歪の発生量を比較したグラフである。 図９は、実施の形態２に係る通信装置の構成図である。
以下、本発明の実施の形態について、実施の形態および図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面に示される構成要素の大きさまたは大きさの比は、必ずしも厳密ではない。
（実施の形態１）
［１．マルチプレクサの基本構成］
図１は、実施の形態１に係るマルチプレクサ１およびその周辺回路の構成図である。同図に示すように、マルチプレクサ１は、送信側フィルタ１１と、受信側フィルタ１２と、共通端子９０と、送信入力端子９１と、受信出力端子９２と、を備える。マルチプレクサ１は、共通端子９０においてアンテナ素子２に接続されている。共通端子９０とアンテナ素子２との接続経路と、基準端子であるグランドとの間には、インピーダンス整合用のインダクタンス素子３０が接続されている。なお、インダクタンス素子３０は共通端子９０とアンテナ素子２との間に直列に接続されてもよい。また、マルチプレクサ１は、インダクタンス素子３０を備えない構成であってもよい。また、インダクタンス素子３０は、マルチプレクサ１に含めた構成としてもよいし、マルチプレクサ１に外付けされた構成であってもよい。
送信側フィルタ１１は、共通端子９０および送信入力端子９１（第１入出力端子）に接続され、送信回路（ＲＦＩＣなど）で生成された送信波を、送信入力端子９１を経由して入力し、当該送信波をＢａｎｄＡの送信通過帯域でフィルタリングして共通端子９０へ出力する第１フィルタである。送信側フィルタ１１は、例えば、弾性波共振子で構成された弾性表面波フィルタであり、共通端子９０と送信入力端子９１とを結ぶ経路上に配置された１以上の直列腕共振子と、当該経路およびグランドの間に配置された１以上の並列腕共振子と、を備える。
受信側フィルタ１２は、共通端子９０および受信出力端子９２に接続され、共通端子９０から入力された受信波を入力し、当該受信波をＢａｎｄＡの受信通過帯域でフィルタリングして受信出力端子９２へ出力する第２フィルタである。受信側フィルタ１２の構成は、特に限定されず、例えば、弾性波フィルタであってもよく、また、インダクタンス素子およびキャパシタンス素子で構成されたＬＣフィルタであってもよい。
なお、共通端子９０と上記各フィルタとの間に、インピーダンス整合用のインダクタンス素子およびキャパシタンス素子の少なくとも一方が接続されていてもよい。
以下、送信側フィルタ１１を構成する弾性波共振子の構造について説明する。
［２．弾性波共振子の構造］
図２Ａは、本実施の形態に係る弾性波共振子の一例を模式的に表す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）および（ｃ）は、（ａ）に示した一点鎖線における断面図である。図２Ａには、送信側フィルタ１１を構成する１以上の直列腕共振子および１以上の並列腕共振子のうち、直列腕共振子１０２の構造を表す平面摸式図および断面模式図が例示されている。なお、図２Ａに示された直列腕共振子１０２は、直列腕共振子１０１〜１０４の典型的な構造を説明するためのものであって、電極を構成する電極指の本数、長さおよび電極指ピッチなどは、図２Ａに限定されない。
直列腕共振子１０２は、圧電性を有する基板５と、櫛歯状電極１２１ａおよび１２１ｂとで構成されている。
図２Ａの（ａ）に示すように、基板５の上には、互いに対向する一対の櫛歯状電極１２１ａおよび１２１ｂが形成されている。櫛歯状電極１２１ａは、互いに平行な複数の電極指１２０ａと、複数の電極指１２０ａを接続するバスバー電極１２２ａとで構成されている。また、櫛歯状電極１２１ｂは、互いに平行な複数の電極指１２０ｂと、複数の電極指１２０ｂを接続するバスバー電極１２２ｂとで構成されている。複数の電極指１２０ａおよび１２０ｂは、弾性波伝搬方向（Ｘ軸方向）と直交する方向に沿って形成されている。
また、複数の電極指１２０ａおよび１２０ｂ、ならびに、バスバー電極１２２ａおよび１２２ｂで構成されるＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極５４は、図２Ａの（ｂ）に示すように、密着層５４１と主電極層５４２との積層構造となっている。
密着層５４１は、基板５と主電極層５４２との密着性を向上させるための層であり、材料として、例えば、Ｔｉが用いられる。密着層５４１の膜厚は、例えば、１２ｎｍである。
主電極層５４２は、材料として、例えば、Ｃｕを１％含有したＡｌが用いられる。主電極層５４２の膜厚は、例えば１６２ｎｍである。
保護層５５は、櫛歯状電極１２１ａおよび１２１ｂを覆うように形成されている。保護層５５は、主電極層５４２を外部環境から保護する、周波数温度特性を調整する、および、耐湿性を高めるなどを目的とする層であり、例えば、二酸化ケイ素を主成分とする誘電体膜である。保護層５５の厚さは、例えば２５ｎｍである。
なお、密着層５４１、主電極層５４２および保護層５５を構成する材料は、上述した材料に限定されない。さらに、ＩＤＴ電極５４は、上記積層構造でなくてもよい。ＩＤＴ電極５４は、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄなどの金属又は合金から構成されてもよく、また、上記の金属又は合金から構成される複数の積層体から構成されてもよい。また、保護層５５は、形成されていなくてもよい。
次に、基板５の積層構造について説明する。
図２Ａの（ｃ）に示すように、基板５は、高音速支持基板５１と、低音速膜５２と、圧電膜５３とを備え、高音速支持基板５１、低音速膜５２および圧電膜５３がこの順で積層された構造を有している。
圧電膜５３は、５０°ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ３圧電単結晶または圧電セラミックス（Ｘ軸を中心軸としてＹ軸から５０°回転した軸を法線とする面で切断したタンタル酸リチウム単結晶、またはセラミックスであって、Ｘ軸方向に弾性表面波が伝搬する単結晶またはセラミックス）からなる。圧電膜５３は、例えば、厚みが６００ｎｍである。なお、各フィルタの要求仕様により、圧電膜５３として使用される圧電単結晶の材料およびカット角が適宜選択される。
高音速支持基板５１は、低音速膜５２、圧電膜５３ならびにＩＤＴ電極５４を支持する基板である。高音速支持基板５１は、さらに、圧電膜５３を伝搬する表面波および境界波などの弾性波よりも、高音速支持基板５１中のバルク波の音速が高速となる基板であり、弾性表面波を圧電膜５３および低音速膜５２が積層されている部分に閉じ込め、高音速支持基板５１より下方に漏れないように機能する。高音速支持基板５１は、例えば、シリコン基板であり、厚みは、例えば２００μｍである。
低音速膜５２は、圧電膜５３を伝搬するバルク波よりも、低音速膜５２中のバルク波の音速が低速となる膜であり、圧電膜５３と高音速支持基板５１との間に配置される。この構造と、弾性波が本質的に低音速な媒質にエネルギーが集中するという性質とにより、弾性表面波エネルギーのＩＤＴ電極外への漏れが抑制される。低音速膜５２は、例えば、二酸化ケイ素を主成分とする膜であり、厚みは、例えば６７０ｎｍである。
なお、基板５の上記積層構造によれば、圧電基板を単層で使用している従来の構造と比較して、共振周波数および反共振周波数におけるＱ値を大幅に高めることが可能となる。すなわち、Ｑ値が高い弾性波共振子を構成し得るので、当該弾性波共振子を用いて、挿入損失が小さいフィルタを構成することが可能となる。
また、送信側フィルタ１１の相互変調歪を抑制すべく、後述するように、直列腕共振子１０１の電極指ピッチを変化させると、電極指ピッチが均一である直列腕共振子と比較して、直列腕共振子１０１のＱ値が等価的に小さくなる場合が想定される。しかしながら、上記基板の積層構造によれば、直列腕共振子１０１のＱ値を高い値に維持できる。よって、通過帯域内の低損失性を有する弾性波フィルタを形成することが可能となる。
なお、高音速支持基板５１は、支持基板と、圧電膜５３を伝搬する表面波および境界波などの弾性波よりも伝搬するバルク波の音速が高速となる高音速膜と、が積層された構造を有していてもよい。この場合、支持基板は、リチウムタンタレート、リチウムニオベイト、水晶等の圧電体、アルミナ、マグネシア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、ジルコニア、コージライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライト等の各種セラミック、サファイア、ガラス等の誘電体またはシリコン、窒化ガリウム等の半導体及び樹脂基板等を用いることができる。また、高音速膜は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、ＤＬＣ膜またはダイヤモンド、上記材料を主成分とする媒質、上記材料の混合物を主成分とする媒質等、様々な高音速材料を用いることができる。
また、図２Ｂは、実施の形態１の変形例１に係る弾性波共振子を模式的に表す断面図である。図２Ａに示した直列腕共振子１０２では、ＩＤＴ電極５４が、圧電膜５３を有する基板５上に形成された例を示したが、当該ＩＤＴ電極５４が形成される基板は、図２Ｂに示すように、圧電体層の単層からなる圧電単結晶基板５７であってもよい。圧電単結晶基板５７は、例えば、ＬｉＮｂＯ３の圧電単結晶で構成されている。本変形例に係る直列腕共振子１０２は、ＬｉＮｂＯ３の圧電単結晶基板５７と、ＩＤＴ電極５４と、圧電単結晶基板５７上およびＩＤＴ電極５４上に形成された保護層５５と、で構成されている。
上述した圧電膜５３および圧電単結晶基板５７は、弾性波フィルタ装置の要求通過特性などに応じて、適宜、積層構造、材料、カット角、および、厚みを変更してもよい。上述したカット角以外のカット角を有するＬｉＴａＯ３圧電基板などを用いた直列腕共振子１０２であっても、上述した圧電膜５３を用いた直列腕共振子１０２と同様の効果を奏することができる。
ここで、弾性波共振子を構成するＩＤＴ電極の電極パラメータの一例（実施例）について説明する。
弾性波共振子の波長とは、図２Ａの（ｂ）に示すＩＤＴ電極５４を構成する複数の電極指１２０ａまたは１２０ｂの繰り返し周期である波長λで規定される。また、電極指ピッチは、波長λの１／２であり、櫛歯状電極１２１ａおよび１２１ｂを構成する電極指１２０ａおよび１２０ｂのライン幅をＷとし、隣り合う電極指１２０ａと電極指１２０ｂとの間のスペース幅をＳとした場合、（Ｗ＋Ｓ）で定義される。また、一対の櫛歯状電極１２１ａおよび１２１ｂの交叉幅Ｌは、図２Ａの（ａ）に示すように、電極指１２０ａと電極指１２０ｂとの弾性波伝搬方向（Ｘ軸方向）から見た場合の重複する電極指長さである。また、各弾性波共振子の電極デューティーは、複数の電極指１２０ａおよび１２０ｂのライン幅占有率であり、複数の電極指１２０ａおよび１２０ｂのライン幅とスペース幅との加算値に対する当該ライン幅の割合であり、Ｗ／（Ｗ＋Ｓ）で定義される。また、櫛歯状電極１２１ａおよび１２１ｂの高さ、すなわち膜厚をｈとしている。上述した、波長λ、交叉幅Ｌ、電極デューティー、ＩＤＴ電極５４の膜厚ｈ等、弾性波共振子のＩＤＴ電極の形状および大きさを決定するパラメータを、電極パラメータという。
［３．実施例１に係る送信側フィルタ１１の構成］
以下、図３を用いて、実施例１に係る送信側フィルタ１１の回路構成について説明する。
図３は、実施例１に係るマルチプレクサ１を構成する送信側フィルタ１１の回路構成図である。実施例１に係るマルチプレクサ１は、実施の形態１に係るマルチプレクサ１と同様に、送信側フィルタ１１および受信側フィルタ１２が共通端子９０に接続された構成を有している。また、実施例１に係る送信側フィルタ１１は、実施の形態１に係る送信側フィルタ１１の具体的回路構成例である。
図３に示すように、送信側フィルタ１１は、直列腕共振子１０１、１０２、１０３、および１０４と、並列腕共振子２０１および２０２と、並列腕回路２０３と、を備える。
直列腕共振子１０１〜１０４は、共通端子９０と送信入力端子９１とを結ぶ経路上に配置され、互いに直列接続されている。また、並列腕共振子２０１、２０２および並列腕回路２０３は、上記経路上のノードと基準端子（グランド）との間に配置されている。並列腕回路２０３は、弾性波共振子２０３ａ、２０３ｂおよび２０３ｃを有しており、弾性波共振子２０３ｂおよび２０３ｃが直列接続された回路と、弾性波共振子２０３ａとが並列接続された回路である。なお、並列腕回路２０３のように、複数の弾性波共振子で構成された共振回路であって、上記経路上における同一のノードに接続された回路も、１つの並列腕共振子と等価であるとみなすことができる。また、共通端子９０、送信入力端子９１、グランド、直列腕共振子１０１、１０２、１０３、１０４、並列腕共振子２０１、２０２、および並列腕回路２０３を接続する各接続ノードに、インダクタおよびキャパシタなどの回路素子が接続および挿入されていてもよい。
直列腕共振子１０１〜１０４、並列腕共振子２０１、２０２、および並列腕回路２０３の上記接続構成により、送信側フィルタ１１は、ラダー型のバンドパスフィルタを構成している。なお、直列腕共振子および並列腕共振子の数は、上記構成に限定されず、１以上の直列腕共振子および１以上並列腕共振子を有する弾性波フィルタであればよい。
［４．実施例１のＩＤＴ電極の構成］
送信側フィルタ１１を有するマルチプレクサ１において、送信側フィルタ１１の非線形性により、送信側フィルタ１１の送信帯域の信号成分と、共通端子９０を経由して入力される妨害波成分との非線形応答により、受信側フィルタ１２の受信帯域と等しい周波数の相互変調歪成分が受信側フィルタ１２に伝搬することが想定される。これにより、受信側フィルタ１２の通過特性である受信感度が劣化する。また、送信側フィルタ１１を構成する全ての弾性波共振子において上記相互変調歪成分は発生し得るが、受信側フィルタ１２に対して最も大きな上記相互変調歪成分を印加するのは、共通端子９０に最も近く接続された直列腕共振子１０１である。
この観点から、本実施例に係る送信側フィルタ１１では、受信側フィルタ１２に伝搬する上記相互変調歪成分を低減すべく、送信側フィルタ１１を構成する弾性波共振子のうち、共通端子９０および受信側フィルタ１２に最も近く接続された直列腕共振子１０１において、ＩＤＴ電極の電極指ピッチを変化させている。
図４は、実施例１に係る送信側フィルタ１１の直列腕共振子１０１の電極構成を示す概略平面図である。図４には、共通端子９０に最も近く接続された直列腕共振子１０１のＩＤＴ電極構造を表す平面摸式図が例示されている。なお、図４に示された直列腕共振子１０１は、共通端子９０に最も近く接続された弾性波共振子（初段弾性波共振子）の典型的な構造を説明するためのものであって、電極を構成する電極指の本数および長さなどは、これに限定されない。
直列腕共振子１０１は、圧電性を有する基板５と、基板５上に形成された櫛歯状電極１１１ａおよび１１１ｂと、反射器１３１とで構成されている。
図４に示すように、櫛歯状電極１１１ａは、互いに平行な複数の電極指１１０ａと、複数の電極指１１０ａを接続するバスバー電極１１２ａとで構成されている。また、櫛歯状電極１１１ｂは、互いに平行な複数の電極指１１０ｂと、複数の電極指１１０ｂを接続するバスバー電極１１２ｂとで構成されている。複数の電極指１１０ａおよび１１０ｂは、弾性波伝搬方向（Ｘ軸方向）と直交する方向に沿って形成されている。櫛歯状電極１１１ａおよび１１１ｂは、複数の電極指１１０ａと１１０ｂとが互いに間挿し合うように対向配置されている。
なお、複数の電極指１１０ａおよび１１０ｂ、ならびに、バスバー電極１１２ａおよび１１２ｂで構成されるＩＤＴ電極は、図２Ａの（ｂ）に示すように、密着層５４１と主電極層５４２との積層構造となっている。
反射器１３１は、互いに平行な複数の電極指と、当該複数の電極指を接続するバスバー電極とで構成され、櫛歯状電極１１１ａおよび１１１ｂの弾性波伝搬方向における両端に配置されている。
なお、櫛歯状電極１１１ａは、複数の電極指１１０ｂの長手方向に対向して配置されたダミー電極を有していてもよい。また、櫛歯状電極１１１ｂは、複数の電極指１１０ａの長手方向に対向して配置されたダミー電極を有していてもよい。また、図４に示されたＩＤＴ電極は、間引き電極を含んでもよく、また、複数の電極指１１０ａの先端同士を結ぶ直線及び複数の電極指１１０ｂの先端同士を結ぶ直線が弾性波伝搬方向に対して傾斜した、いわゆる傾斜型ＩＤＴ電極となっていてもよい。
ここで、直列腕共振子１０１のＩＤＴ電極において、複数の電極指の並び方向（図４のＸ正方向およびＸ負方向）における中央部の電極指ピッチＰＣは、当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最大であり、上記並び方向の端部の電極指ピッチＰＬおよびＰＲは、当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最小である。
弾性波共振子の相互変調歪成分を低減するには、入力信号に対する出力信号の線形性を向上させる必要がある。弾性波共振子の線形性を向上させるには、ＩＤＴ電極の膜厚ｈおよび波長λをパラメータとする規格化膜厚ｈ／λを小さくすることが有効である。つまり、膜厚ｈを小さく、または、波長λを大きくすることで、弾性波共振子の線形性を向上させることが可能である。膜厚ｈを所定の弾性波共振子について小さくするのは、製造プロセスの簡素化の観点から望ましくない。一方、波長λを大きくする手法については、弾性波共振子ごとに対応させることが可能であるが、共振周波数が低くなってしまう。
そこで、本実施例に係る送信側フィルタ１１では、直列腕共振子１０１のＩＤＴ電極において、高周波信号が印加された場合に、電力密度が最大であって基板および電極指の歪が最大となるＩＤＴ電極の中央部の電極指ピッチを大きくし、中央部の電極指ピッチを大きくした分だけ端部の電極指ピッチを小さくしている。これにより、直列腕共振子１０１における共振周波数を変化させることなく、かつ、直列腕共振子１０１を分割などにより大型化することなく、上記ＩＤＴ電極における歪を緩和して送信側フィルタ１１の線形性を向上させることができる。よって、送信側フィルタ１１へ入力される高周波信号を増加させても相互変調歪の発生が抑制され、送信側フィルタ１１および受信側フィルタ１２の通過特性の劣化が抑制された小型のマルチプレクサ１を提供できる。
図５Ａは、実施例１に係る送信側フィルタ１１の直列腕共振子１０１の電極指ピッチの分布を表すグラフである。同図において、横軸には複数の電極指の並び方向における電極指の位置が示され、縦軸には、最大の電極指ピッチで規格化された電極指ピッチが示されている。図５Ａに示された電極指ピッチの分布は、図４に示されたＩＤＴ電極構造に対応している。
すなわち、直列腕共振子１０１のＩＤＴ電極は、上記並び方向に、３本以上の隣り合う電極指で構成された電極指領域ＩＤＴＬ、ＩＤＴＣ、およびＩＤＴＲを有する。電極指領域ＩＤＴＣにおける電極指ピッチＰＣは均一であり、電極指領域ＩＤＴＬにおける電極指ピッチＰＬは均一であり、電極指領域ＩＤＴＲにおける電極指ピッチＰＲは均一である。中央部の電極指領域ＩＤＴＣの電極指ピッチＰＣは最大であり、両端部の電極指領域ＩＤＴＬおよび電極指領域ＩＤＴＲの電極指ピッチは最小である。また、本実施例では、電極指ピッチＰＬおよびＰＲは、電極指ピッチＰＣの０．８８倍となっている。
図５Ｂは、実施例１および比較例１に係る送信側フィルタ１１の直列腕共振子１０１（初段弾性波共振子）の３次高調波歪の発生量を比較したグラフである。同図には、直列腕共振子１０１に、高周波信号（７００−８００ＭＨｚ）を入力した場合に発生する３次高調波歪（２１００−２４００ＭＨｚ）の周波数依存性が示されている。
なお、比較例１に係る弾性波共振子は、実施例１に係る直列腕共振子１０１に対して、ＩＤＴ電極の電極指ピッチを変化させずに均一とした共振子であり、当該弾性波共振子の電極指ピッチは、実施例１に係る直列腕共振子１０１の平均電極指ピッチと同等である。
図５Ｂに示すように、３次高調波の周波数帯全般にわたり、実施例１に係る直列腕共振子１０１の方が、比較例１に係る弾性波共振子よりも、３次高調波歪の発生量が小さい。つまり、実施例１に係る直列腕共振子１０１のように、複数の電極指の並び方向における中央部の電極指ピッチを、当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最大とし、上記並び方向の端部の電極指ピッチを、当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最小とすることにより、相互変調歪の発生量を抑制することが可能となる。
図６は、実施の形態１に係る送信側フィルタ１１の直列腕共振子１０１の電極指ピッチの分布の例を表すグラフである。
図６の（ａ）および（ｂ）では、直列腕共振子１０１のＩＤＴ電極について、上記並び方向における中央部から端部に向けて、電極指ピッチが連続的に小さくなる電極指分布が示されている。図６の（ａ）では、全体の電極指ピッチと、中央部における最大の電極指ピッチとの差をできるだけ小さくした分布となっており、中央部における最大の電極指ピッチを突出させない分布となっている。これに対して、図６の（ｂ）では、中央部においてのみ、電極指ピッチを大きくし、中央部以外での電極指ピッチを極力均一となるようにしている。
一方、図６の（ｃ）は、図４および図５Ａに示された分布に適用されている。すなわち、ＩＤＴ電極は、上記並び方向に、３本以上の隣り合う電極指で構成された電極指領域（ＩＤＴＣ、ＩＤＴＬ１、ＩＤＴＬ２、ＩＤＴＬ３、ＩＤＴＲ１、ＩＤＴＲ２、ＩＤＴＲ３）を有する。１つの電極指領域における電極指ピッチは等しく、ＩＤＴ電極の中央部の電極指領域ＩＤＴＣから端部の電極指領域ＩＤＴＬ３およびＩＤＴＲ３に向けて電極指ピッチが小さくなっている。
上記図６の（ａ）〜（ｃ）のいずれの電極指分布であっても、ＩＤＴ電極に高周波信号が印加された場合に、電力密度が最大であって基板および電極指の歪が最大となるＩＤＴ電極の中央部の電極指ピッチを大きくし、中央部の電極指ピッチを大きくした分だけ端部の電極指ピッチを小さくしている。これにより、直列腕共振子１０１における共振周波数を変化させることなく、かつ、直列腕共振子１０１を分割などにより大型化することなく、上記ＩＤＴ電極における歪を緩和して送信側フィルタ１１の線形性を向上させることができる。
なお、実施例１に係る送信側フィルタ１１において、直列腕共振子１０２のＩＤＴ電極の電極指ピッチは上記並び方向において等しく、直列腕共振子１０３のＩＤＴ電極の電極指ピッチは上記並び方向において等しく、直列腕共振子１０４のＩＤＴ電極の電極指ピッチは上記並び方向において等しいことが望ましい。さらに、並列腕共振子２０１の電極指ピッチは上記並び方向において等しく、並列腕共振子２０２の電極指ピッチは上記並び方向において等しく、並列腕回路２０３の各弾性波共振子の電極指ピッチは上記並び方向において等しいことが望ましい。つまり、直列腕共振子１０１を除く共振子のＩＤＴ電極の電極指ピッチは、上記並び方向において等しいことが望ましい。ＩＤＴ電極で構成された弾性波共振子において、電極指ピッチが均一であるほうが当該弾性波共振子のＱ値は高く、電極指ピッチがばらつくほどＱ値は低下する。これにより、共通端子９０に最も近く接続された直列腕共振子１０１を除く共振子のＩＤＴ電極の電極指ピッチが均一であるので、当該共振子の高いＱ値を維持できる。よって、送信側フィルタ１１における相互変調歪の発生を抑制しつつ、送信側フィルタ１１の通過特性である挿入損失の劣化を効果的に抑制できる。
なお、本実施例に係る送信側フィルタ１１は、直列腕共振子１０１および並列腕共振子２０１と、縦結合型共振器とを有する弾性波フィルタであってもよい。この場合、直列腕共振子１０１のＩＤＴ電極において、複数の電極指の並び方向における中央部の電極指ピッチＰＣは、当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最大であり、上記並び方向の端部の電極指ピッチＰＬおよびＰＲは、当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最小である。また、縦結合型共振器を構成する複数のＩＤＴ電極において、電極指ピッチは上記並び方向において均一でなくてもよい。
［５．実施例２および実施例３に係る送信側フィルタ１３の構成］
以下、図７を用いて、実施例２および実施例３に係る送信側フィルタ１１の回路構成について説明する。
図７は、実施例２および実施例３に係るマルチプレクサを構成する送信側フィルタ１３の回路構成図である。実施例２および実施例３に係るマルチプレクサは、送信側フィルタ１３および受信側フィルタ１２が共通端子９０に接続された構成を有している。また、実施例２および実施例３に係る送信側フィルタ１３は、実施の形態１に係る送信側フィルタ１１の具体的回路構成例である。
図７に示すように、送信側フィルタ１３は、直列腕共振子１５１、１５２、１５３、および１５４と、並列腕共振子２５１、２５２、および２５３と、を備える。
直列腕共振子１５１〜１５４は、共通端子９０と送信入力端子９１とを結ぶ経路上に配置され、互いに直列接続されている。また、並列腕共振子２５１〜２５３は、上記経路上のノードと基準端子（グランド）との間に配置されている。並列腕共振子２５２および２５３は共通のグランドに接続されている。なお、共通端子９０、送信入力端子９１、グランド、直列腕共振子１５１、１５２、１５３、１５４、並列腕共振子２５１、２５２、および２５３を接続する各接続ノードに、インダクタおよびキャパシタなどの回路素子が接続および挿入されていてもよい。
直列腕共振子１５１〜１５４、および、並列腕共振子２５１〜２５３の上記接続構成により、送信側フィルタ１３は、ラダー型のバンドパスフィルタを構成している。なお、直列腕共振子および並列腕共振子の数は、上記構成に限定されない。
［６．実施例２および実施例３のＩＤＴ電極の構成］
送信側フィルタ１３を有するマルチプレクサにおいて、送信側フィルタ１３の非線形性による、送信側フィルタ１３の高調波歪成分と、共通端子９０を経由して入力される妨害波成分との非線形応答により、受信側フィルタ１２の受信帯域に含まれる周波数の相互変調歪成分が受信側フィルタ１２に伝搬することが想定される。これにより、受信側フィルタ１２の通過特性である受信感度が劣化する。また、送信側フィルタ１３を構成する全ての弾性波共振子において上記相互変調歪成分は発生し得るが、受信側フィルタ１２に対して最も大きな上記相互変調歪成分を印加するのは、共通端子９０に最も近く接続された直列腕共振子１５１である。
この観点から、本実施例に係る送信側フィルタ１３では、受信側フィルタ１２に伝搬する上記相互変調歪成分を低減すべく、送信側フィルタ１３を構成する弾性波共振子のうち、共通端子９０および受信側フィルタ１２に最も近く接続された直列腕共振子１５１において、ＩＤＴ電極の電極指ピッチを変化させている。
ここで、直列腕共振子１５１のＩＤＴ電極において、複数の電極指の並び方向における中央部の電極指ピッチＰＣは、当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最大であり、上記並び方向の端部の電極指ピッチＰＬおよびＰＲは、当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最小である。
表１に、実施例２、実施例３、および比較例２に係る直列腕共振子１５１の電極指ピッチを示す。
Figure 0006791403
図８Ａは、実施例２、実施例３および比較例２に係る送信側フィルタ１３の直列腕共振子１５１の電極指ピッチの分布を表すグラフである。同図において、横軸には複数の電極指の並び方向における電極指の位置が示され、縦軸には、電極指ピッチが示されている。
実施例２および実施例３に係る送信側フィルタ１３の直列腕共振子１５１のＩＤＴ電極は、上記並び方向に、３本以上の隣り合う電極指で構成された電極指領域ＩＤＴＬ、ＩＤＴＣおよびＩＤＴＲを有する。電極指領域ＩＤＴＣにおける電極指ピッチＰＣは均一であり、電極指領域ＩＤＴＬにおける電極指ピッチＰＬは均一であり、電極指領域ＩＤＴＲにおける電極指ピッチＰＲは均一である。中央部の電極指領域ＩＤＴＣの電極指ピッチＰＣは最大であり、両端部の電極指領域ＩＤＴＬおよび電極指領域ＩＤＴＲの電極指ピッチは最小である。
実施例２では、直列腕共振子１５１のＩＤＴ電極において、中央部の電極指領域ＩＤＴＣの電極指ピッチＰＣは、２．８０３μｍであり、両端部の電極指領域ＩＤＴＬおよびＩＤＴＲの電極指ピッチＰＬおよびＰＲは、２．７４７μｍである。
実施例３では、直列腕共振子１５１のＩＤＴ電極において、中央部の電極指領域ＩＤＴＣの電極指ピッチＰＣは、２．７８８μｍであり、両端部の電極指領域ＩＤＴＬおよびＩＤＴＲの電極指ピッチＰＬおよびＰＲは、２．７６１である。
比較例２では、直列腕共振子１５１のＩＤＴ電極において、電極指ピッチは均一であり２．７７５μｍである。
図８Ｂは、実施例２、実施例３および比較例２に係る送信側フィルタ１３の直列腕共振子１５１の３次高調波歪の発生量を比較したグラフである。同図には、直列腕共振子１５１に、高周波信号（６００−６７０ＭＨｚ）を入力した場合に発生する３次高調波歪（１８００−２０１０ＭＨｚ）の周波数依存性が示されている。
図８Ｂに示すように、３次高調波の周波数帯全般にわたり、実施例２および実施例３に係る直列腕共振子１５１の方が、比較例２に係る弾性波共振子よりも、３次高調波歪の発生量が小さい。つまり、実施例２および実施例３に係る直列腕共振子１５１のように、複数の電極指の並び方向における中央部の電極指ピッチを、当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最大とし、上記並び方向の端部の電極指ピッチを、当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最小とすることにより、相互変調歪の発生量を抑制することが可能となる。
さらに、実施例２に係る直列腕共振子１５１の方が、実施例３に係る直列腕共振子１５１よりも、３次高調波歪の発生量が小さい。つまり、直列腕共振子１５１における電極指ピッチの変化量（最大値および最小値の差）が大きいほうが、相互変調歪の発生量を、より抑制できる。
ここで、実施例２において、直列腕共振子１５１のＩＤＴ電極の電極指ピッチ（２．７４７〜２．８０３μｍ）の平均値は、直列腕共振子１５１を除く３つの直列腕共振子１５２〜１５４がそれぞれ有する電極指ピッチのうちの最小の電極指ピッチ（直列腕共振子１５３の電極指ピッチ：２．７３２μｍ）以上であり、かつ、最大の電極指ピッチ（直列腕共振子１５２の電極指ピッチ：２．８０４μｍ）以下である。また、実施例３において、直列腕共振子１５１のＩＤＴ電極の電極指ピッチ（２．７６１〜２．７８８μｍ）の平均値は、直列腕共振子１５１を除く３つの直列腕共振子１５２〜１５４がそれぞれ有する電極指ピッチのうちの最小の電極指ピッチ（直列腕共振子１５３の電極指ピッチ：２．７３２μｍ）以上であり、かつ、最大の電極指ピッチ（直列腕共振子１５２の電極指ピッチ：２．８０４μｍ）以下である。
実施例２および実施例３に係る送信側フィルタ１３によれば、直列腕共振子１５１のＩＤＴ電極の平均ピッチは、他の直列腕共振子１５２〜１５４の電極指ピッチの範囲内にある。よって、送信側フィルタ１３の通過帯域および通過帯域近傍の減衰極を規定する直列腕共振子１５１の共振周波数および反共振周波数が、送信側フィルタ１３の通過帯域を劣化させるほどに変動することを回避できるので、送信側フィルタ１３の通過特性を維持できる。
また、実施例２において、直列腕共振子１５１のＩＤＴ電極の最小の電極指ピッチ（２．７４７μｍ）と最大の電極指ピッチ（２．８０３μｍ）との差（０．０５６μｍ）は、直列腕共振子１５１を除く３つの直列腕共振子１５２〜１５４がそれぞれ有する電極指ピッチのうちの最小の電極指ピッチ（直列腕共振子１５３の電極指ピッチ：２．７３２μｍ）と最大の電極指ピッチ（直列腕共振子１５２の電極指ピッチ：２．８０４μｍ）との差（０．０７２μｍ）以下である。また、実施例３において、直列腕共振子１５１のＩＤＴ電極の最小の電極指ピッチ（２．７６１μｍ）と最大の電極指ピッチ（２．７８８μｍ）との差（０．０２７μｍ）は、直列腕共振子１５１を除く３つの直列腕共振子１５２〜１５４がそれぞれ有する電極指ピッチのうちの最小の電極指ピッチ（直列腕共振子１５３の電極指ピッチ：２．７３２μｍ）と最大の電極指ピッチ（直列腕共振子１５２の電極指ピッチ：２．８０４μｍ）との差（０．０７２μｍ）以下である。
実施例２および実施例３に係る送信側フィルタ１３によれば、直列腕共振子１５１のＩＤＴ電極の平均ピッチは、他の直列腕共振子１５２〜１５４の電極指ピッチの範囲内にあり、さらに、当該ＩＤＴ電極の最小の電極指ピッチと最大の電極指ピッチとの差が、その他の直列腕共振子の最小の電極指ピッチと最大の電極指ピッチとの差以下である。ＩＤＴ電極で構成された弾性波共振子において、電極指ピッチが均一であるほうが当該弾性波共振子のＱ値は高く、電極指ピッチがばらつくほどＱ値は低下する。実施例２および実施例３の上記構成によれば、直列腕共振子１５１のＱ値の低下を抑制できるので、送信側フィルタ１３の通過帯域内の挿入損失を低減できる。
なお、実施例２および実施例３に係る送信側フィルタ１３において、直列腕共振子１５２のＩＤＴ電極の電極指ピッチは上記並び方向において等しく、直列腕共振子１５３のＩＤＴ電極の電極指ピッチは上記並び方向において等しく、直列腕共振子１５４のＩＤＴ電極の電極指ピッチは上記並び方向において等しいことが望ましい。さらに、並列腕共振子２５１の電極指ピッチは上記並び方向において等しく、並列腕共振子２５２の電極指ピッチは上記並び方向において等しく、並列腕共振子２５３の各弾性波共振子の電極指ピッチは上記並び方向において等しいことが望ましい。つまり、直列腕共振子１５１を除く共振子のＩＤＴ電極の電極指ピッチは、上記並び方向において等しいことが望ましい。これにより、共通端子９０に最も近く接続された直列腕共振子１５１を除く弾性波共振子のＩＤＴ電極の電極指ピッチが均一であるので、当該弾性波共振子の高いＱ値を維持できる。よって、送信側フィルタ１３における相互変調歪の発生を抑制しつつ、送信側フィルタ１３の通過特性である挿入損失の増加を効果的に抑制できる。
なお、実施例２および実施例３に係る送信側フィルタ１３は、直列腕共振子１５１および並列腕共振子２５１と、縦結合型共振器とを有する弾性波フィルタであってもよい。この場合、直列腕共振子１５１のＩＤＴ電極において、複数の電極指の並び方向における中央部の電極指ピッチＰＣは、当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最大であり、上記並び方向の端部の電極指ピッチＰＬおよびＰＲは、当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最小である。また、縦結合型共振器を構成する複数のＩＤＴ電極において、電極指ピッチは上記並び方向において均一でなくてもよい。
なお、本実施の形態では、第１フィルタにおいて、相互変調歪の発生の原因となる共振子は、共通端子９０に最も近く接続された直列腕共振子１０１または１５１であるとした。しかしながら、共通端子９０および受信側フィルタ１２に最も近く接続された並列腕共振子２０１または２５１も、相互変調歪の発生の原因となる。したがって、本発明に係るマルチプレクサは、第１フィルタを構成する複数の並列腕共振子のうち、共通端子９０に最も近く接続された並列腕共振子２０１（実施例１）および２５１（実施例２および実施例３）について、複数の電極指の並び方向における中央部の電極指ピッチが当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最大であり、当該並び方向の端部の電極指ピッチが当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最小である、という構成を有していてもよい。
また、本発明に係るマルチプレクサは、第１フィルタにおいて共通端子９０に最も近く接続された共振子が並列腕共振子である場合、第１フィルタを構成する並列腕共振子のうち共通端子に最も近く接続された並列腕共振子（第１並列腕共振子）、および、第１フィルタを構成する直列腕共振子のうち共通端子に最も近く接続された直列腕共振子（第１直列腕共振子）、の少なくとも一方について、複数の電極指の並び方向における中央部の電極指ピッチが当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最大であり、当該並び方向の端部の電極指ピッチが当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最小である、という構成を有していてもよい。
上記構成においては、共通端子および第２フィルタに近い第１直列腕共振子および第１並列腕共振子の少なくとも一方において、最も大きい歪が発生するＩＤＴ電極の中央部の電極指ピッチを大きくする。また、中央部の電極指ピッチを大きくした分だけ端部の電極指ピッチを小さくする。これにより、上記少なくとも一方の弾性波共振子における共振周波数を変化させることなく、かつ、当該弾性波共振子を大型化することなく、上記ＩＤＴ電極における歪を緩和して第１フィルタの線形性を向上させることができる。よって、第１フィルタへ入力される高周波信号を増加させても相互変調歪の発生が抑制され、第１フィルタおよび第２フィルタの通過特性の劣化が抑制された小型のマルチプレクサを提供できる。
また、上記のように、第１フィルタを構成する複数の並列腕共振子のうち共通端子に最も近く接続された並列腕共振子（第１並列腕共振子）について、複数の電極指の並び方向における中央部の電極指ピッチが当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最大であり、当該並び方向の端部の電極指ピッチが当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最小である、という構成を有するマルチプレクサにおいて、第１並列腕共振子のＩＤＴ電極の電極指ピッチの平均値は、第１並列腕共振子を除く複数の並列腕共振子がそれぞれ有する電極指ピッチのうちの最小の電極指ピッチ以上であり、かつ、最大の電極指ピッチ以下であってもよい。
これによれば、第１並列腕共振子のＩＤＴ電極の平均ピッチは、他の並列腕共振子の電極指ピッチの範囲内となる。よって、第１フィルタの通過帯域および通過帯域近傍の減衰極を規定する第１並列腕共振子の共振周波数および反共振周波数が、第１フィルタの通過帯域を劣化させるほどに変動することを回避できるので、第１フィルタの通過特性を維持できる。
さらに、第１並列腕共振子のＩＤＴ電極の最小の電極指ピッチと最大の電極指ピッチとの差は、第１並列腕共振子を除く複数の並列腕共振子がそれぞれ有する電極指ピッチのうちの最小の電極指ピッチと最大の電極指ピッチとの差以下であってもよい。
これによれば、第１並列腕共振子のＩＤＴ電極の平均ピッチは、他の並列腕共振子の電極指ピッチの範囲内にあり、さらに、当該ＩＤＴ電極の最小の電極指ピッチと最大の電極指ピッチとの差が、その他の並列腕共振子の最小の電極指ピッチと最大の電極指ピッチとの差以下である。よって、第１並列腕共振子のＱ値の低下を抑制できるので、第１フィルタの通過帯域内の挿入損失を低減できる。
（実施の形態２）
実施の形態１に係るマルチプレクサ１は、高周波フロントエンド回路、さらには当該高周波フロントエンド回路を備える通信装置に適用することもできる。そこで、本実施の形態では、このような高周波フロントエンド回路および通信装置について説明する。
図９は、実施の形態２に係る通信装置６０の構成図である。通信装置６０は、高周波フロントエンド回路５０と、ＲＦ信号処理回路３と、ベースバンド信号処理回路４と、を備える。なお、同図には、通信装置６０と接続されるアンテナ素子２も図示されている。
高周波フロントエンド回路５０は、マルチプレクサ１Ａと、インダクタンス素子３０と、送信側スイッチ２１および受信側スイッチ２２と、パワーアンプ回路４１およびローノイズアンプ回路４２と、を備える。
マルチプレクサ１Ａは、送信側フィルタ１１および１４と、受信側フィルタ１２および１５と、共通端子９０と、送信入力端子９１および９３と、受信出力端子９２および９４と、を備える。共通端子９０とアンテナ素子２との接続経路と、基準端子であるグランドとの間には、インピーダンス整合用のインダクタンス素子３０が接続されている。なお、インダクタンス素子３０は共通端子９０とアンテナ素子２との間に直列に接続されてもよい。また、マルチプレクサ１Ａが、インダクタンス素子３０を備えた構成であってもよい。
送信側フィルタ１１は、実施の形態１に係る送信側フィルタ１１であり、共通端子９０および送信入力端子９１（第１入出力端子）に接続され、送信回路（ＲＦＩＣなど）で生成された送信波を、送信入力端子９１を経由して入力し、当該送信波をＢａｎｄＡの送信通過帯域でフィルタリングして共通端子９０へ出力する第１フィルタである。
受信側フィルタ１２は、実施の形態１に係る受信側フィルタ１２であり、共通端子９０および受信出力端子９２に接続され、共通端子９０から入力された受信波を入力し、当該受信波をＢａｎｄＡの受信通過帯域でフィルタリングして受信出力端子９２へ出力する第２フィルタである。
送信側フィルタ１４は、共通端子９０および送信入力端子９３に接続され、送信回路（ＲＦＩＣなど）で生成された送信波を、送信入力端子９３を経由して入力し、当該送信波をＢａｎｄＢの送信通過帯域でフィルタリングして共通端子９０へ出力するフィルタである。
受信側フィルタ１５は、共通端子９０および受信出力端子９４に接続され、共通端子９０から入力された受信波を入力し、当該受信波をＢａｎｄＢの受信通過帯域でフィルタリングして受信出力端子９４へ出力するフィルタである。
なお、送信側フィルタ１４および受信側フィルタ１５の構成は、特に限定されず、例えば、弾性波フィルタであってもよく、また、インダクタンス素子およびキャパシタンス素子で構成されたＬＣフィルタであってもよい。
また、共通端子９０と上記各フィルタとの間に、インピーダンス整合用のインダクタンス素子およびキャパシタンス素子の少なくとも一方が接続されていてもよい。
本実施の形態に係るマルチプレクサ１Ａによれば、直列腕共振子１０１における共振周波数を変化させることなく、かつ、当該弾性波共振子を分割などにより大型化することなく、上記ＩＤＴ電極における歪を緩和して送信側フィルタ１１の線形性を向上させることができる。よって、送信側フィルタ１１へ入力される高周波信号を増加させても相互変調歪の発生が抑制され、送信側フィルタ１１および１４ならびに受信側フィルタ１２および１５の通過特性の劣化が抑制された小型のマルチプレクサ１Ａを提供できる。
送信側スイッチ２１は、マルチプレクサ１Ａの送信入力端子９１および９３に個別に接続された２つの選択端子、ならびに、パワーアンプ回路４１に接続された共通端子を有するスイッチ回路である。
受信側スイッチ２２は、マルチプレクサ１Ａの受信出力端子９２および９４に個別に接続された２つの選択端子、ならびに、ローノイズアンプ回路４２に接続された共通端子を有するスイッチ回路である。
これら送信側スイッチ２１および受信側スイッチ２２は、それぞれ、制御部（図示せず）からの制御信号にしたがって、共通端子と所定のバンドに対応する信号経路とを接続し、例えば、ＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｔｈｒｏｗ）型のスイッチによって構成される。なお、共通端子と接続される選択端子は１つに限らず、複数であってもかまわない。つまり、高周波フロントエンド回路５０は、キャリアアグリゲーションに対応してもかまわない。
パワーアンプ回路４１は、ＲＦ信号処理回路３から出力された高周波信号（ここでは高周波送信信号）を増幅し、送信側スイッチ２１およびマルチプレクサ１Ａを経由してアンテナ素子２に出力する送信増幅回路である。
ローノイズアンプ回路４２は、アンテナ素子２、マルチプレクサ１Ａおよび受信側スイッチ２２を経由した高周波信号（ここでは高周波受信信号）を増幅し、ＲＦ信号処理回路３へ出力する受信増幅回路である。
なお、パワーアンプ回路は、ＢａｎｄＡおよびＢａｎｄＢのそれぞれに個別に対応した増幅素子を有していてもよい。その場合には、送信側スイッチ２１はなくてもよい。また、ローノイズアンプ回路は、ＢａｎｄＡおよびＢａｎｄＢのそれぞれに個別に対応した増幅素子を有していてもよい。その場合には、受信側スイッチ２２はなくてもよい。
ＲＦ信号処理回路３は、アンテナ素子２から受信信号経路を介して入力された高周波受信信号を、ダウンコンバートなどにより信号処理し、当該信号処理して生成された受信信号をベースバンド信号処理回路４へ出力する。また、ＲＦ信号処理回路３は、ベースバンド信号処理回路４から入力された送信信号をアップコンバートなどにより信号処理し、当該信号処理して生成された高周波送信信号をパワーアンプ回路４１へ出力する。ＲＦ信号処理回路３は、例えば、ＲＦＩＣである。
ベースバンド信号処理回路４で処理された信号は、例えば、画像信号として画像表示のために、または、音声信号として通話のために使用される。
なお、高周波フロントエンド回路５０は、上述した各構成要素の間に、他の回路素子を備えていてもよい。
以上のように構成された高周波フロントエンド回路５０および通信装置６０によれば、マルチプレクサ１Ａを備えることにより、送信側フィルタ１１へ入力される高周波信号を増加させても相互変調歪の発生が抑制され、マルチプレクサ１Ａを構成する各フィルタの通過特性の劣化が抑制された小型の高周波フロントエンド回路５０および通信装置６０を提供できる。
なお、通信装置６０は、高周波信号の処理方式に応じて、ベースバンド信号処理回路（ＢＢＩＣ）４を備えていなくてもよい。
（その他の変形例など）
以上、実施の形態１に係るマルチプレクサ１および実施の形態２に係る高周波フロントエンド回路５０および通信装置６０について、実施の形態を挙げて説明したが、本発明は、上述した実施の形態には限定されない。例えば、上述した実施の形態に次のような変形を施した態様も、本発明に含まれ得る。
例えば、上記説明では、実施の形態１に係るマルチプレクサ１として、ＢａｎｄＡに適用されるデュプレクサを例示し、実施の形態２に係るマルチプレクサ１Ａとして、ＢａｎｄＡおよびＢａｎｄＢに適用されるクワッドプレクサを例示したが、本発明は、例えば、３つのフィルタのアンテナ接続端子が共通化されたトリプレクサや、３つのデュプレクサが共通端子で共通接続されたヘキサプレクサなどについても適用することができる。つまり、マルチプレクサは、２以上のフィルタを備えていればよい。
また、本発明に係るマルチプレクサは、送信側フィルタおよび受信側フィルタの双方を備える構成に限らず、複数の送信側フィルタのみ、または、複数の受信側フィルタのみを備える構成であってもよい。
また、実施の形態１では、ＢａｎｄＡに適用される送信側フィルタ１１が第１フィルタに相当し、ＢａｎｄＡに適用される受信側フィルタ１２が第２フィルタに相当するとして説明した。しかし、本発明は、第１フィルタに起因して発生する相互変調歪成分の周波数が第２フィルタの通過帯域内に位置するマルチプレクサであれば、第１フィルタおよび第２フィルタの用途等に限定されず、適用することができる。
本発明は、マルチバンド化およびマルチモード化された周波数規格に適用できる低損失かつ小型のマルチプレクサ、高周波フロントエンド回路または通信装置等として、携帯電話などの通信機器に広く利用できる。
１、１Ａ マルチプレクサ
２ アンテナ素子
３ ＲＦ信号処理回路
４ ベースバンド信号処理回路
５ 基板
１１、１３、１４ 送信側フィルタ
１２、１５ 受信側フィルタ
２１ 送信側スイッチ
２２ 受信側スイッチ
３０ インダクタンス素子
４１ パワーアンプ回路
４２ ローノイズアンプ回路
５０ 高周波フロントエンド回路
５１ 高音速支持基板
５２ 低音速膜
５３ 圧電膜
５４ ＩＤＴ電極
５５ 保護層
５７ 圧電単結晶基板
６０ 通信装置
９０ 共通端子
９１、９３ 送信入力端子
９２、９４ 受信出力端子
１０１、１０２、１０３、１０４、１５１、１５２、１５３、１５４ 直列腕共振子
１１０ａ、１１０ｂ、１２０ａ、１２０ｂ 電極指
１１１ａ、１１１ｂ、１２１ａ、１２１ｂ 櫛歯状電極
１１２ａ、１１２ｂ、１２２ａ、１２２ｂ バスバー電極
１３１ 反射器
２０１、２０２、２５１、２５２、２５３ 並列腕共振子
２０３ 並列腕回路
２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ 弾性波共振子
５４１ 密着層
５４２ 主電極層

Claims (12)

  1. 共通端子、第１入出力端子および第２入出力端子と、
    前記共通端子および前記第１入出力端子に接続された第１フィルタと、
    前記共通端子および前記第２入出力端子に接続され、前記第１フィルタと異なる通過帯域を有する第２フィルタと、を備え、
    前記第１フィルタは、
    前記共通端子と前記第１入出力端子とを結ぶ経路上に配置された複数の直列腕共振子と、
    前記経路およびグランドの間に配置された複数の並列腕共振子と、を備え、
    前記複数の直列腕共振子および前記複数の並列腕共振子のそれぞれは、圧電性を有する基板上に形成されたＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極を有する弾性波共振子であり、前記ＩＤＴ電極は、互いに平行に配置された複数の電極指で構成されており、
    前記複数の直列腕共振子のうち前記共通端子に最も近く接続された直列腕共振子である第１直列腕共振子、および、前記複数の並列腕共振子のうち前記共通端子に最も近く接続された並列腕共振子である第１並列腕共振子の少なくとも一方が有する前記ＩＤＴ電極では、前記複数の電極指の並び方向における中央部の電極指ピッチは、当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最大であり、前記並び方向における両端部の電極指ピッチは、当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最小であり、
    前記複数の直列腕共振子のうち前記第１直列腕共振子を除く直列腕共振子のＩＤＴ電極の電極指ピッチは、前記並び方向において均一であり、
    前記複数の並列腕共振子のうち前記第１並列腕共振子を除く並列腕共振子のＩＤＴ電極の電極指ピッチは、前記並び方向において均一である、
    マルチプレクサ。
  2. 共通端子、第１入出力端子および第２入出力端子と、
    前記共通端子および前記第１入出力端子に接続された第１フィルタと、
    前記共通端子および前記第２入出力端子に接続され、前記第１フィルタと異なる通過帯域を有する第２フィルタと、を備え、
    前記第１フィルタは、
    前記共通端子と前記第１入出力端子とを結ぶ経路上に配置された複数の直列腕共振子と、
    前記経路およびグランドの間に配置された複数の並列腕共振子と、を備え、
    前記複数の直列腕共振子および前記複数の並列腕共振子のそれぞれは、圧電性を有する基板上に形成されたＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極を有する弾性波共振子であり、前記ＩＤＴ電極は、互いに平行に配置された複数の電極指で構成されており、
    前記複数の直列腕共振子のうち前記共通端子に最も近く接続された直列腕共振子である第１直列腕共振子、および、前記複数の並列腕共振子のうち前記共通端子に最も近く接続された並列腕共振子である第１並列腕共振子が有する前記ＩＤＴ電極では、前記複数の電極指の並び方向における中央部の電極指ピッチは、当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最大であり、前記並び方向における両端部の電極指ピッチは、当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最小であり、
    前記複数の直列腕共振子は、前記第１直列腕共振子を含む３以上の直列腕共振子で構成され、
    前記第１直列腕共振子のＩＤＴ電極の電極指ピッチの平均値は、前記第１直列腕共振子を除く前記３以上の直列腕共振子がそれぞれ有する電極指ピッチのうちの最小の電極指ピッチ以上であり、かつ、最大の電極指ピッチ以下である、
    マルチプレクサ。
  3. 前記第１直列腕共振子のＩＤＴ電極の最小の電極指ピッチと最大の電極指ピッチとの差は、前記第１直列腕共振子を除く前記３以上の直列腕共振子がそれぞれ有する電極指ピッチのうちの最小の電極指ピッチと最大の電極指ピッチとの差以下である、
    請求項２に記載のマルチプレクサ。
  4. 前記複数の並列腕共振子は、前記第１並列腕共振子を含む３以上の並列腕共振子で構成され、
    前記第１並列腕共振子が有する前記ＩＤＴ電極では、前記複数の電極指の並び方向における中央部の電極指ピッチは、当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最大であり、前記並び方向における両端部の電極指ピッチは、当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最小であり、
    前記第１並列腕共振子のＩＤＴ電極の電極指ピッチの平均値は、前記第１並列腕共振子を除く前記３以上の並列腕共振子がそれぞれ有する電極指ピッチのうちの最小の電極指ピッチ以上であり、かつ、最大の電極指ピッチ以下である、
    請求項１〜３のいずれか１項に記載のマルチプレクサ。
  5. 前記第１並列腕共振子のＩＤＴ電極の最小の電極指ピッチと最大の電極指ピッチとの差は、前記第１並列腕共振子を除く前記３以上の並列腕共振子がそれぞれ有する電極指ピッチのうちの最小の電極指ピッチと最大の電極指ピッチとの差以下である、
    請求項４に記載のマルチプレクサ。
  6. 前記少なくとも一方が有する前記ＩＤＴ電極では、前記並び方向における中央部から端部に向けて、電極指ピッチが連続的に小さくなっている、
    請求項１〜５のいずれか１項に記載のマルチプレクサ。
  7. 共通端子、第１入出力端子および第２入出力端子と、
    前記共通端子および前記第１入出力端子に接続された第１フィルタと、
    前記共通端子および前記第２入出力端子に接続され、前記第１フィルタと異なる通過帯域を有する第２フィルタと、を備え、
    前記第１フィルタは、
    前記共通端子と前記第１入出力端子とを結ぶ経路上に配置された１以上の直列腕共振子と、
    前記経路およびグランドの間に配置された１以上の並列腕共振子と、を備え、
    前記１以上の直列腕共振子および前記１以上の並列腕共振子のそれぞれは、圧電性を有する基板上に形成されたＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極を有する弾性波共振子であり、前記ＩＤＴ電極は、互いに平行に配置された複数の電極指で構成されており、
    前記１以上の直列腕共振子のうち前記共通端子に最も近く接続された直列腕共振子である第１直列腕共振子、および、前記１以上の並列腕共振子のうち前記共通端子に最も近く接続された並列腕共振子である第１並列腕共振子の少なくとも一方が有する前記ＩＤＴ電極では、前記複数の電極指の並び方向における中央部の電極指ピッチは、当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最大であり、前記並び方向における両端部の電極指ピッチは、当該ＩＤＴ電極の電極指ピッチのなかで最小であり、
    ＩＤＴ電極は、３本以上の隣り合う電極指で構成された電極指領域を、前記並び方向に複数有し、
    前記複数の電極指領域のそれぞれにおいて、電極指ピッチは均一であり、
    前記ＩＤＴ電極の中央部の前記電極指領域から端部の前記電極指領域に向けて電極指ピッチが小さくなっている、
    マルチプレクサ。
  8. 前記第１フィルタは、ラダー型のフィルタ構造を有する、
    請求項１〜７のいずれか１項に記載のマルチプレクサ。
  9. 前記基板は、
    前記ＩＤＴ電極が一方の面上に形成された圧電膜と、
    前記圧電膜を伝搬する弾性波音速よりも、伝搬するバルク波音速が高速である高音速支持基板と、
    前記高音速支持基板と前記圧電膜との間に配置され、前記圧電膜を伝搬するバルク波音速よりも、伝搬するバルク波音速が低速である低音速膜と、を備える、
    請求項１〜８のいずれか１項に記載のマルチプレクサ。
  10. 前記第１フィルタは、所定の周波数帯域における一部を送信帯域とする送信側フィルタであり、
    前記第２フィルタは、前記所定の周波数帯域における他部を受信帯域とする受信側フィルタである、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載のマルチプレクサ。
  11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載のマルチプレクサと、
    前記マルチプレクサに接続された増幅回路と、を備える、
    高周波フロントエンド回路。
  12. アンテナ素子で送受信される高周波信号を処理するＲＦ信号処理回路と、
    前記アンテナ素子と前記ＲＦ信号処理回路との間で前記高周波信号を伝達する請求項１１に記載の高周波フロントエンド回路と、を備える、
    通信装置。
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