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LiTaO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、LiNbO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、LiNbO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LiTaO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P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PおよびP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IDT、IDT、およびIDTを有する。電極指領域IDTにおける電極指ピッチPは均一であり、電極指領域IDTにおける電極指ピッチPは均一であり、電極指領域IDTにおける電極指ピッチPは均一である。中央部の電極指領域IDTの電極指ピッチPは最大であり、両端部の電極指領域IDTおよび電極指領域IDT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PおよびPは、電極指ピッチP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(IDT、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IDT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P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PおよびP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P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PおよびP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IDT、IDTおよびIDTを有する。電極指領域IDTにおける電極指ピッチPは均一であり、電極指領域IDTにおける電極指ピッチPは均一であり、電極指領域IDTにおける電極指ピッチPは均一である。中央部の電極指領域IDTの電極指ピッチPは最大であり、両端部の電極指領域IDTおよび電極指領域IDT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IDTの電極指ピッチPは、2.803μmであり、両端部の電極指領域IDTおよびIDTの電極指ピッチPおよびP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IDTの電極指ピッチPは、2.788μmであり、両端部の電極指領域IDTおよびIDTの電極指ピッチPおよびP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P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PおよびP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〜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
    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〜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〜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〜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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