JP7014308B2 - エクストラクタ - Google Patents

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Description

本発明は、帯域通過フィルタと帯域阻止フィルタとを有するエクストラクタに関する。
無線端末機器は、Ｃｅｌｌｕｌｅｒ方式による通信、ならびに、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）およびＧＰＳ（登録商標）による通信など、異なる無線周波数帯域および異なる無線方式による通信に対して１つのアンテナで対応することが要求される。この要求に応える１つの方法として、無線端末機器のアンテナに、１つの無線搬送周波数を有する高周波信号を通過させる帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）と、当該無線搬送周波数を有する高周波信号を通過させず他の無線搬送周波数を有する高周波信号を通過させる帯域阻止フィルタ（ＢＥＦ）とを組み合わせたエクストラクタが接続される場合がある。
特許文献１では、帯域阻止フィルタおよび帯域通過フィルタが共通のアンテナ端子に接続された構成を有するエクストラクタが開示されている。
国際公開第２０１８／１６８５０３号
しかしながら、帯域通過フィルタと帯域阻止フィルタとを組み合わせたエクストラクタにおいて、帯域通過フィルタを通過する高周波信号の高調波によって、帯域阻止フィルタの阻止帯域よりも高周波側の帯域において、帯域通過フィルタと帯域阻止フィルタとのアイソレーションが悪化する。このため、上記阻止帯域よりも高周波側の帯域における帯域阻止フィルタの挿入損失が劣化するという問題がある。
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、帯域阻止フィルタの挿入損失が低減されたエクストラクタ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エクストラクタは、外部接続端子、共通端子、第１入出力端子、および第２入出力端子と、前記共通端子と前記第１入出力端子との間に接続され、第１周波数帯域を阻止帯域とする帯域阻止フィルタと、前記共通端子と前記第２入出力端子との間に接続され、前記第１周波数帯域の少なくとも一部と重複する第２周波数帯域を通過帯域とする帯域通過フィルタと、前記共通端子と前記外部接続端子とを結ぶ経路に直列または並列に接続された第１インダクタと、を備え、前記帯域阻止フィルタは、弾性波共振子で構成され、前記共通端子と前記第１入出力端子とを結ぶ直列腕に配置された１以上の直列腕共振子と、前記１以上の直列腕共振子のうち最も前記共通端子側に配置された直列腕共振子と前記第１入出力端子との間の前記直列腕に配置された第２インダクタと、を有し、前記第１インダクタと前記第２インダクタとは、誘導結合している。
本発明によれば、帯域阻止フィルタの挿入損失が低減されたエクストラクタを提供することが可能となる。
図１は、実施の形態に係るエクストラクタおよびアンテナのブロック構成図である。 図２は、実施例に係るエクストラクタの回路構成図である。 図３Ａは、実施例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３Ｂは、弾性波共振子の変形例を模式的に表す断面図である。 図４は、実施例に係るエクストラクタの外観斜視図およびエクストラクタが有するインダクタの配置構成の一例を示す基板平面図である。 図５は、実施例および比較例に係る帯域阻止フィルタの通過特性を比較したグラフである。 図６Ａは、実施例に係る帯域阻止フィルタの誘導結合度を変化させた場合の通過特性を比較したグラフである。 図６Ｂは、帯域阻止フィルタの容量結合度を変化させた場合の通過特性を比較したグラフである。
以下、本発明の実施の形態について、必要に応じて図面を参照しながら、実施例、変形例を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施例および変形例は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施例および変形例で示される数値、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。以下の実施例および変形例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。
なお、以下の実施例および変形例において、基板上に実装されたＡ、ＢおよびＣにおいて、「当該基板（または当該基板の主面）を平面視した場合に、ＡとＢとの間にＣが配置されていない」とは、当該基板を平面視した場合、Ａの外周を構成する辺のうちＢと最近接する外辺の任意の点と、Ｂの外周を構成する辺のうちＡと最近接する外辺の任意の点とを結ぶ線に、当該基板を平面視した場合に投影されるＣの領域が重複していないことを指すものと定義される。
（実施の形態）
［１．エクストラクタの構成］
図１は、実施の形態に係るエクストラクタ１およびアンテナ２のブロック構成図である。同図に示すように、エクストラクタ１は、外部接続端子３００と、共通端子３３０と、入出力端子３１０および３２０と、帯域阻止フィルタ１０と、帯域通過フィルタ２０と、インダクタ３１と、を備える。
帯域阻止フィルタ１０は、共通端子３３０と入出力端子３１０（第１入出力端子）との間に接続され、第１周波数帯域を阻止帯域とするフィルタ（ＢＥＦ：Ｂａｎｄ Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ Ｆｉｌｔｅｒ）である。
帯域通過フィルタ２０は、共通端子３３０と入出力端子３２０（第２入出力端子）との間に接続され、第１周波数帯域の少なくとも一部と重複する第２周波数帯域を通過帯域とするフィルタ（ＢＰＦ：Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）である。
インダクタ３１は、共通端子３３０と外部接続端子３００とを結ぶ経路に接続された第１インダクタである。本実施の形態では、インダクタ３１は、一端が共通端子３３０に接続され、他端が外部接続端子３００に接続されている。つまり、インダクタ３１は、上記経路に直列配置されている。なお、上記経路に接続される第１インダクタは、一端が当該経路上のノードに接続され、他端がグランドに接続されていてもよい。
つまり、帯域阻止フィルタ１０および帯域通過フィルタ２０は、共通端子３３０およびインダクタ３１を介して外部接続端子３００に接続されている。
外部接続端子３００は、外部機器とエクストラクタ１とを接続するための端子であり、エクストラクタ１は、図１に示すように、例えばアンテナ２に接続される。
上記構成により、エクストラクタ１は、例えば、Ｃｅｌｌｕｌｅｒ方式による高周波信号、ならびに、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）およびＧＰＳ（登録商標）による高周波信号を、高品質でアンテナ２へ伝送する。また、アンテナ２から受信した上記高周波信号を、フィルタおよび増幅回路などを介してＲＦ信号処理回路（図示せず）へ高品質で伝送する。第１周波数帯域および第２周波数帯域は、例えば、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）による通信に用いられる狭帯域幅を有する周波数帯域であり、また、ＧＰＳ（登録商標）による通信に用いられる狭帯域幅を有する周波数帯域である。また、第１周波数帯域および第２周波数帯域を除く周波数帯域には、例えば、Ｃｅｌｌｕｌｅｒ方式による通信に用いられる広帯域幅を有する周波数帯域が含まれる。
［２．帯域阻止フィルタおよび帯域通過フィルタの回路構成］
図２は、実施例に係るエクストラクタ１Ａの回路構成図である。同図に示すように、エクストラクタ１Ａは、外部接続端子３００と、共通端子３３０と、入出力端子３１０および３２０と、帯域阻止フィルタ１０Ａと、帯域通過フィルタ２０Ａと、インダクタ３１と、を備える。実施例に係るエクストラクタ１Ａは、実施の形態に係るエクストラクタ１の一具体例である。
帯域阻止フィルタ１０Ａは、実施の形態に係る帯域阻止フィルタ１０の一具体例であり、直列腕共振子１０１、１０２および１０３と、インダクタ１１、１２および１３と、を備える。
直列腕共振子１０１～１０３は、共通端子３３０と入出力端子３１０とを結ぶ直列腕に直列配置され、各々が弾性波共振子で構成されている。なお、帯域阻止フィルタ１０Ａにおける直列腕共振子の数は、３つに限定されず、１以上であればよい。
インダクタ１３は、直列腕共振子１０１～１０３と入出力端子３１０とを結ぶ直列腕に配置された第２インダクタである。本実施の形態では、インダクタ１３は、直列腕共振子１０３と入出力端子３１０との間の直列腕に配置され、入出力端子３１０に他の素子を介さず接続されている。なお、上記直列腕に配置されたインダクタ１３（第２インダクタ）は、入出力端子３１０に接続されていなくてもよく、例えば、直列腕共振子１０１と１０２との間の直列腕に配置されていてもよく、また、直列腕共振子１０２と１０３との間の直列腕に配置されていてもよい。つまり、インダクタ１３は、直列腕共振子１０１～１０３のうち最も共通端子３３０側に配置された直列腕共振子１０１と入出力端子３１０との間の直列腕に配置されている。
帯域阻止フィルタ１０Ａは、直列腕上のノードとグランドとを結ぶ並列腕に配置された第３インダクタを有す。インダクタ１１は、直列腕共振子１０１と１０２とを結ぶ直列腕上のノードとグランドとを結ぶ並列腕に配置された第３インダクタである。インダクタ１２は、直列腕共振子１０２と１０３とを結ぶ直列腕上のノードとグランドとを結ぶ並列腕に配置された第３インダクタである。
帯域阻止フィルタ１０Ａの上記構成によれば、直列腕経路に弾性波共振子で構成された直列腕共振子１０１～１０３が配置されているので、急峻度の高い阻止帯域および低損失な通過帯域を有する帯域阻止フィルタを実現できる。また、並列腕経路にインダクタ１１および１２が配置されているので、広帯域の通過帯域を有する帯域阻止フィルタを実現できる。なお、インダクタ１１および１２は、なくてもよく、または、キャパシタなどの他の種類の受動素子に置き換えてもよい。
帯域通過フィルタ２０Ａは、実施の形態に係る帯域通過フィルタ２０の一具体例であり、直列腕共振子２０１、２０２、２０３および２０４と、並列腕共振子２５１、２５２、２５３および２５４と、インダクタ２１と、を備える。
直列腕共振子２０１～２０４は、共通端子３３０と入出力端子３２０とを結ぶ直列腕に配置され、各々が弾性波共振子で構成されている。
並列腕共振子２５１～２５４は、それぞれ、直列腕上の異なるノードとグランドとを結ぶ並列腕に配置され、弾性波共振子で構成されている。
インダクタ２１は、並列腕共振子２５１～２５４とグランドとを結ぶ経路に配置された第４インダクタである。
帯域通過フィルタ２０Ａの上記構成によれば、直列腕経路に弾性波共振子で構成された直列腕共振子２０１～２０４が配置され、並列腕経路に弾性波共振子で構成された並列腕共振子２５１～２５４が配置されているので、低損失な通過帯域および通過帯域から減衰帯域における遷移帯域の急峻性を有するラダー型の弾性波フィルタを実現できる。また、並列腕経路にインダクタ２１が配置されているので、減衰帯域における減衰極の周波数および減衰量を調整して最適化できる。
なお、帯域通過フィルタ２０Ａにおける直列腕共振子の数は、４つに限定されず、１以上であればよい。また、並列腕に配置された並列腕共振子の数は、４つに限定されず、１以上であればよい。また、並列腕共振子とグランドとの間に接続されるインダクタの数は任意であり、さらにはなくてもよい。
また、帯域阻止フィルタ１０Ａおよび帯域通過フィルタ２０Ａを構成する各弾性波共振子は、弾性表面波共振子、および、ＢＡＷ（Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）を用いた弾性波共振子のいずれかであってもよい。なお、弾性表面波には、例えば、表面波、ラブ波、リーキー波、レイリー波、境界波、漏れＳＡＷ、疑似ＳＡＷ、板波も含まれる。
これにより、より低損失、かつ、より高い急峻度を有する帯域阻止フィルタ１０Ａおよび帯域通過フィルタ２０Ａを実現できる。
なお、帯域通過フィルタ２０Ａは、弾性波共振子で構成されていなくてもよく、ＬＣ共振フィルタ、および誘電体フィルタの他、ＬＣフィルタなどであってもよく、フィルタ構造は任意である。
ここで、インダクタ３１とインダクタ１３とは、誘導結合している。
共通端子に帯域阻止フィルタと帯域通過フィルタとが接続された従来のエクストラクタにおいては、帯域通過フィルタの非線形性により発生する高調波により、帯域阻止フィルタの阻止帯域よりも高周波側における帯域阻止フィルタと帯域通過フィルタとのアイソレーションが悪化する。このため、帯域阻止フィルタの阻止帯域よりも高周波側の帯域における挿入損失が悪化する。
これに対して、本実施例に係るエクストラクタ１Ａの上記構成によれば、インダクタ３１とインダクタ１３とが誘導結合していることにより、直列腕共振子１０１～１０３を経由せずに、外部接続端子３００、インダクタ３１および１３、ならびに入出力端子３１０を経由するバイパス経路において、上記阻止帯域よりも高周波側の帯域における高周波信号を優先的に通過させることが可能となる。よって、帯域阻止フィルタ１０Ａの通過特性において、上記阻止帯域よりも高周波側の帯域における挿入損失の劣化分を、上記誘導結合によるバイパス経路により補償できる。つまり、上記阻止帯域よりも高周波側の帯域の挿入損失を低減できる。
なお、本実施の形態では、インダクタ１３は、入出力端子３１０に接続されている。
これにより、帯域阻止フィルタ１０Ａが有する全ての直列腕共振子１０１～１０３を経由せずに、外部接続端子３００、インダクタ３１および１３、ならびに入出力端子３１０のみを経由するバイパス経路において、上記阻止帯域よりも高周波側の帯域における高周波信号を優先的に通過させる（振幅および位相を調整する）自由度が向上する。よって、帯域阻止フィルタ１０Ａの通過特性において、上記阻止帯域よりも高周波側の帯域における挿入損失の劣化分を、上記誘導結合によるバイパス経路により、最適に補償できる。
また、本実施の形態に係るエクストラクタ１（実施例に係るエクストラクタ１Ａ）では、インダクタ３１は、外部接続端子３００に接続される外部回路（例えばアンテナ２）のインピーダンスと、帯域阻止フィルタ１０および帯域通過フィルタ２０の合成インピーダンスとを整合させるためのインピーダンス素子である。
これにより、外部回路とのインピーダンス整合をとるためのインダクタ３１を用いて上記バイパス経路を構成するので、帯域阻止フィルタ１０（帯域阻止フィルタ１０Ａ）以外に上記バイパス経路を形成するための回路素子を追加する必要がない。よって、エクストラクタ１（エクストラクタ１Ａ）を小型化しつつ、帯域阻止フィルタ１０（帯域阻止フィルタ１０Ａ）の上記阻止帯域よりも高周波側の帯域の挿入損失を低減できる。
以下、実施例に係るエクストラクタ１Ａが、従来のエクストラクタと比較して、帯域阻止フィルタ１０Ａの挿入損失を低減できる原理および作用について、詳細に説明する。
［３．弾性波共振子の構造］
図３Ａは、実施例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３Ａには、帯域阻止フィルタ１０Ａを構成する直列腕共振子１０１～１０３、ならびに、帯域通過フィルタ２０Ａを構成する直列腕共振子２０１～２０４および並列腕共振子２５１～２５４の基本構造を有する弾性波共振子１００が例示されている。なお、図３Ａに示された弾性波共振子１００は、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。
弾性波共振子１００は、圧電性を有する基板５と、櫛形電極１００ａおよび１００ｂとで構成されている。
図３Ａ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形電極１００ａおよび１００ｂが形成されている。櫛形電極１００ａは、互いに平行な複数の電極指１５０ａと、複数の電極指１５０ａを接続するバスバー電極１６０ａとで構成されている。また、櫛形電極１００ｂは、互いに平行な複数の電極指１５０ｂと、複数の電極指１５０ｂを接続するバスバー電極１６０ｂとで構成されている。複数の電極指１５０ａおよび１５０ｂ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１５０ａおよび１５０ｂ、ならびに、バスバー電極１６０ａおよび１６０ｂで構成されるＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極５４は、図３Ａ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、櫛形電極１００ａおよび１００ｂ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などの金属または合金から構成されてもよく、また、上記の金属また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３Ａ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リチウムタンタレート単結晶、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、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は、各フィルタの要求仕様により適宜選択される。
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、低音速膜５２と高音速支持基板５１の界面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。
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、サファイア、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、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およ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３Ｂは、弾性波共振子の変形例を模式的に表す断面図である。図３Ａに示した弾性波共振子１００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３Ｂ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。本変形例に係る弾性波共振子１００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弾性波共振子１００であっても、上述した圧電膜５３を用いた弾性波共振子１００と同様の効果を奏することができる。
また、ＩＤＴ電極５４が形成される基板は、支持基板と、エネルギー閉じ込め層と、圧電膜がこの順で積層された構造を有していてもよい。圧電膜上にＩＤＴ電極５４が形成される。圧電膜は、例えば、ＬｉＴａＯ３圧電単結晶または圧電セラミックスが用いられる。支持基板は、圧電膜、エネルギー閉じ込め層、およびＩＤＴ電極５４を支持する基板である。
エネルギー閉じ込め層は１層または複数の層からなり、その少なくとも１つの層を伝搬する弾性バルク波の音速は、圧電膜近傍を伝搬する弾性波の音速よりも高速である。例えば、低音速層と、高音速層との積層構造となっていてもよい。低音速層は、圧電膜を伝搬するバルク波の音速よりも、低音速層中のバルク波の音速が低速となる膜である。高音速層は、圧電膜を伝搬する弾性波の音速よりも、高音速層中のバルク波の音速が高速となる膜である。なお、支持基板を高音速層としてもよい。
また、エネルギー閉じ込め層は、音響インピーダンスが相対的に低い低音響インピーダンス層と、音響インピーダンスが相対的に高い高音響インピーダンス層とが、交互に積層された構成を有する音響インピーダンス層であってもよい。
ここで、弾性波共振子１００を構成するＩＤＴ電極の電極パラメータの一例について説明する。
弾性波共振子の波長とは、図３Ａの（ｂ）に示すＩＤＴ電極５４を構成する複数の電極指１５０ａまたは１５０ｂの繰り返し周期である波長λで規定される。また、電極ピッチは、波長λの１／２であり、櫛形電極１００ａおよび１００ｂを構成する電極指１５０ａおよび１５０ｂのライン幅をＷとし、隣り合う電極指１５０ａと電極指１５０ｂ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、一対の櫛形電極１００ａおよび１００ｂの交叉幅Ｌは、図３Ａの（ａ）に示すように、電極指１５０ａと電極指１５０ｂ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の長さである。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１５０ａおよび１５０ｂのライン幅占有率であり、複数の電極指１５０ａおよび１５０ｂ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、隣り合う電極指１５０ａと電極指１５０ｂを一対とすると、ＩＤＴ電極５４の対数Ｎは、複数の電極指１５０ａの本数および複数の電極指１５０ｂの本数の平均である。
また、櫛形電極１００ａおよび１００ｂの高さをｈとしている。以降では、波長λ、交叉幅Ｌ、電極デューティー、ＩＤＴ対数、ＩＤＴ電極５４の高さｈ等、弾性波共振子のＩＤＴ電極の形状に関するパラメータを、電極パラメータという。
［４．誘導結合するインダクタの配置構成］
図４は、実施例に係るエクストラクタ１Ａの外観斜視図およびインダクタの配置構成の一例を示す平面図である。図４の（ａ）には、エクストラクタ１Ａの外観斜視図が示されており、図４の（ｂ）には、エクストラクタ１Ａを構成する基板に内蔵されたインダクタの配置構成が示されている。
図４の（ａ）に示すように、エクストラクタ１Ａは、実装基板４０と、圧電性を有する基板６０Ａおよび６０Ｂと、を有している。実装基板４０は、複数の層が積層された多層基板であり、例えば、セラミックス多層基板およびＰＣＢ基板などが挙げられる。
帯域阻止フィルタ１０Ａおよび帯域通過フィルタ２０Ａは、例えば、弾性表面波共振子で構成されている。基板６０Ａ上には、帯域阻止フィルタ１０Ａの直列腕共振子１０１～１０３を構成するＩＤＴ電極が形成されている。基板６０Ｂ上には、帯域通過フィルタ２０Ａの直列腕共振子２０１～２０４および並列腕共振子２５１～２５４を構成するＩＤＴ電極が形成されている。実装基板４０には、インダクタ１１～１３、２１、および３１が形成されている。
基板６０Ａおよび６０Ｂは、実装基板４０上に実装されており、基板６０Ａおよび６０Ｂ上のＩＤＴ電極と実装基板４０のインダクタとは、実装基板４０上に配置された接続電極を介して電気的に接続されている。なお、基板６０Ａおよび６０Ｂは、１枚の基板であってもよい。つまり、帯域阻止フィルタ１０Ａの直列腕共振子１０１～１０３を構成するＩＤＴ電極、ならびに、帯域通過フィルタ２０Ａの直列腕共振子２０１～２０４および並列腕共振子２５１～２５４を構成するＩＤＴ電極が、１枚の基板上に形成されていてもよい。
また、帯域阻止フィルタ１０Ａおよび帯域通過フィルタ２０Ａは、実装基板４０に内蔵されていてもよく、また、各フィルタの一部が実装基板４０に内蔵され、他部が実装基板４０上に実装されていてもよい。
図４の（ｂ）には、実装基板４０を構成する複数の層のうちの一層である層４０ａに形成された平面配線パターンが示されている。インダクタ１３および３１は、それぞれ、層４０ａに形成された平面コイルパターンで構成されている。
図４の（ｂ）に示すように、層４０ａを平面視した場合、インダクタ１３の平面コイルパターンおよびインダクタ３１の平面コイルパターンにおいて、電流の流れは、ともに時計周りとなっており、磁束方向が同じとなっている。なお、本実施の形態において、２つの磁束方向が同じであるとは、当該２つの磁束方向ベクトルのなす角度が０度以上かつ４５度以下であると定義される。
これにより、インダクタ１３とインダクタ３１とは、磁束方向が同じであることから誘導結合（磁界結合）し、かつ、当該誘導結合度の調整幅を大きく確保できるので、エクストラクタ１Ａを小型化しつつ、上記バイパス経路により第１周波数帯域（帯域阻止フィルタ１０Ａの阻止帯域）よりも高周波側の帯域における高周波信号の優先通過を高精度に調整することが可能となる。
さらに、インダクタ１３を構成する平面コイルパターンの巻回軸方向とインダクタ３１を構成する平面コイルパターンの巻回軸方向とは、同じである。なお、本実施の形態において、２つの巻回軸方向が同じであるとは、当該２つの巻回軸のなす角度が０度以上かつ４５度以下であると定義される。
また、図４の（ｂ）に示すように、インダクタ１３とインダクタ３１との間には、導電部材が配置されていない。これにより、インダクタ１３とインダクタ３１との誘導結合度を高く確保することが可能となる。ただし、インダクタ１３とインダクタ３１との間に、導電部材が配置されていてもよい。
なお、インダクタ１３および３１は、実装基板４０の平面コイルパターンで構成されていなくてもよく、実装基板４０上に実装されたチップ状のインダクタであってもよい。この実装構成においても、インダクタ１３および３１の磁束方向が同じであるように配置されることで、上記バイパス経路により、第１周波数帯域（帯域阻止フィルタ１０Ａの阻止帯域）よりも高周波側の帯域における高周波信号の優先通過を高精度に調整できる。
さらに、インダクタ１３および３１のそれぞれは、実装基板４０を構成する複数の層に形成された複数の平面コイルパターンで構成されていてもよい。
［５．実施例および比較例に係るエクストラクタの比較］
図５は、実施例および比較例に係る帯域阻止フィルタの通過特性を比較したグラフである。実施例に係る帯域阻止フィルタ１０Ａは、図２に示された回路構成を有しており、比較例に係る帯域阻止フィルタは、図２に示された回路構成のうちインダクタ１３と３１とが誘導結合していない回路構成を有している。
表１に、実施例に係るエクストラクタの電極パラメータおよびインダクタのインダクタンス値を示す。なお、比較例に係るエクストラクタの各パラメータは、インダクタ１３および３１が誘導結合していないことを除いて、実施例に係るエクストラクタ１Ａと同じである。
Figure 0007014308000001
また、表１には示されていないが、実施例に係るエクストラクタ１Ａにおいて、インダクタ１３とインダクタ３１との結合係数は、＋０．２である。一方、比較例に係るエクストラクタにおいて、インダクタ１３とインダクタ３１との結合係数は、０である。つまり、実施例に係るエクストラクタ１Ａにおいて、インダクタ１３とインダクタ３１とは誘導結合しており、比較例に係るエクストラクタにおいて、インダクタ１３とインダクタ３１とは誘導結合していない。
図５に示すように、帯域阻止フィルタ１０Ａは、ＧＰＳ（登録商標）（中心周波数：１５７５．４２ＭＨｚ）帯域を阻止帯域とするＢＥＦである。図５に示された帯域阻止フィルタの通過特性では、阻止帯域、当該阻止帯域よりも低周波側の通過帯域、および当該阻止帯域近傍の高周波側の通過帯域においては、実施例に係る帯域阻止フィルタ１０Ａと比較例に係る帯域阻止フィルタとの間で挿入損失の有意的な差異は見られない。これに対して、３ＧＨｚより高周波側の挿入損失は、実施例に係る帯域阻止フィルタ１０Ａのほうが、比較例に係る帯域阻止フィルタよりも小さくなって（改善されて）いる。
比較例に係るエクストラクタにおいては、帯域通過フィルタの非線形性により発生するＧＰＳ（登録商標）帯域の高周波信号の（２倍）高調波により、帯域阻止フィルタの阻止帯域よりも高周波側の帯域（３ＧＨｚ以上の帯域）において、帯域阻止フィルタと帯域通過フィルタとのアイソレーションが悪化する。このため、帯域阻止フィルタの阻止帯域よりも高周波側の帯域（３ＧＨｚ以上の帯域）における挿入損失が悪化する。
これに対して、実施例に係るエクストラクタ１Ａでは、インダクタ１３とインダクタ３１とが、結合係数０．２で誘導結合していることにより、直列腕共振子１０１～１０３を経由せずに、外部接続端子３００、インダクタ３１および１３、ならびに入出力端子３１０を経由するバイパス経路が形成される。このバイパス経路は、上記誘導結合により、帯域阻止フィルタ１０Ａの阻止帯域（第１周波数帯域）よりも高周波側の帯域の高周波信号を通過させるような通過特性を有している。
つまり、インダクタ１３とインダクタ３１とは、上記バイパス経路が、インダクタ１３および３１の誘導結合により帯域阻止フィルタ１０Ａの阻止帯域よりも高周波側の帯域の高周波信号を通過させるよう、配置されている。
これにより、上記バイパス経路において、上記阻止帯域の高周波信号を通過させずに、上記阻止帯域よりも高周波側の帯域における高周波信号を優先的に通過させることが可能となる。よって、帯域阻止フィルタ１０Ａの通過特性における、上記阻止帯域よりも高周波側の帯域における挿入損失の劣化分を、上記誘導結合によるバイパス経路により補償でき、上記阻止帯域よりも高周波側の帯域の挿入損失を低減できる。
図６Ａは、実施例に係る帯域阻止フィルタ１０Ａにおいて、インダクタ１３および３１の誘導結合度を変化させた場合の通過特性を比較したグラフである。より具体的には、図６Ａには、実施例に係る帯域阻止フィルタ１０Ａにおいてインダクタ１３および３１の誘導結合度（結合係数）を＋０．２～＋１．０まで変化させた場合の通過特性と、比較例に係る帯域阻止フィルタの通過特性（結合係数が０）とが示されている。
図６Ａに示すように、インダクタ１３および３１の結合係数を０から＋１．０へと増加させるにつれ、帯域阻止フィルタ１０Ａの阻止帯域よりも高周波側の帯域（３．０ＧＨｚ以上の帯域）における挿入損失が改善されている。
これにより、インダクタ１３とインダクタ３１との結合係数は、０より大きく、かつ、＋１．０以下であることが望ましい。言い換えれば、インダクタ１３とインダクタ３１とは、誘導結合していればよい。
なお、インダクタ１３および３１の結合係数をより大きくする構成としては、（１）インダクタ１３とインダクタ３１との距離を小さくする、（２）インダクタ１３の磁束方向とインダクタ３１の磁束方向とを、より平行にする（２つの磁束方向のなす角度を０度に近づける）、（３）インダクタ１３とインダクタ３１との間に、導電部材が配置されていない構成とする、などが挙げられる。なお、インダクタ３１は、外部回路とのインピーダンス整合をとる機能を有し、インダクタ１３は、帯域阻止フィルタ１０Ａの直列腕共振子１０１～１０３を経由した通過特性を最適化する機能を有するため、これらの機能は維持したままで上記結合係数を大きくする方策として、インダクタ１３および３１のインダクタンス値を変化させないことが望ましい。
図６Ｂは、比較例に係る帯域阻止フィルタの容量結合度を変化させた場合の通過特性を比較したグラフである。より具体的には、図６Ｂには、比較例に係る帯域阻止フィルタにおいてインダクタ１３および３１の容量結合度（結合係数）を０～－１．０まで変化させた場合の通過特性が示されている。
図６Ｂに示すように、インダクタ１３および３１の結合係数を０から－１．０へと減少させるにつれ、つまり、容量結合が大きくなるにつれ、帯域阻止フィルタの阻止帯域よりも高周波側の帯域における挿入損失が悪化している。これにより、インダクタ１３とインダクタ３１とは、容量結合していないほうが望ましい。
つまり、本実施例に係るエクストラクタ１Ａにおいて、インダクタ１３とインダクタ３１とは、容量結合せず、誘導結合している。
（その他の変形例など）
以上、本発明の実施の形態および実施例に係るエクストラクタについて説明したが、本発明は、上記実施の形態および実施例には限定されない。例えば、上記実施の形態および実施例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、上記実施例では、帯域阻止フィルタの阻止帯域および帯域通過フィルタの通過帯域としてＧＰＳ（登録商標）帯域を例示したが、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）（２．４ＧＨｚまたは５ＧＨｚ帯）、および、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）のＢａｎｄ３２（通過帯域：１４５２－１４９６ＭＨｚ）のいずれかを、上記阻止帯域および上記通過帯域としてもよい。
また、上記実施例において、上記阻止帯域よりも高周波側の帯域として、５ＧＮＲのｎ７７を含んでもよく、または、４Ｇ（ＬＴＥ）の通信バンドであってもよい。
また、上述したエクストラクタ１および１Ａは、共通端子３３０と反対側の入出力端子３１０および３２０に、他の帯域通過フィルタが接続された構成を有していてもよい。また、上述したエクストラクタ１および１Ａは、共通端子３３０と反対側の入出力端子３１０および３２０に、ＰＡ（パワーアンプ）、ＬＮＡ（ノイズ除去アンプ）等が接続された構成を有していてもよい。
また、本実施の形態に係るエクストラクタ１および本実施例に係るエクストラクタ１Ａにおいて、図面に開示された各回路素子および信号経路を接続する経路の間に、別の回路素子および配線などが挿入されていてもよい。
本発明は、異なる無線周波数帯域および異なる無線方式による通信に対応することができるエクストラクタを備えるフロントエンド回路、送信装置および受信装置等を用いた、携帯電話等の通信機器に広く利用できる。
１、１Ａ エクストラクタ
２ アンテナ
５、６０Ａ、６０Ｂ 基板
１０、１０Ａ 帯域阻止フィルタ
１１、１２、１３、２１、３１ インダクタ
２０、２０Ａ 帯域通過フィルタ
４０ 実装基板
４０ａ 層
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
１００ 弾性波共振子
１００ａ、１００ｂ 櫛形電極
１０１、１０２、１０３、２０１、２０２、２０３、２０４ 直列腕共振子
１５０ａ、１５０ｂ 電極指
１６０ａ、１６０ｂ バスバー電極
２５１、２５２、２５３、２５４ 並列腕共振子
３００ 外部接続端子
３３０ 共通端子
３１０、３２０ 入出力端子
５４１ 密着層
５４２ 主電極層

Claims (10)

  1. 外部接続端子、共通端子、第１入出力端子、および第２入出力端子と、
    前記共通端子と前記第１入出力端子との間に接続され、第１周波数帯域を阻止帯域とする帯域阻止フィルタと、
    前記共通端子と前記第２入出力端子との間に接続され、前記第１周波数帯域の少なくとも一部と重複する第２周波数帯域を通過帯域とする帯域通過フィルタと、
    前記共通端子と前記外部接続端子とを結ぶ経路に直列または並列に接続された第１インダクタと、を備え、
    前記帯域阻止フィルタは、
    弾性波共振子で構成され、前記共通端子と前記第１入出力端子とを結ぶ直列腕に配置された１以上の直列腕共振子と、
    前記１以上の直列腕共振子のうち最も前記共通端子側に配置された直列腕共振子と前記第１入出力端子との間の前記直列腕に配置された第２インダクタと、を有し、
    前記第１インダクタと前記第２インダクタとは、誘導結合している、
    エクストラクタ。
  2. 前記第２インダクタは、前記第１入出力端子に他の素子を介さず接続されている、
    請求項１に記載のエクストラクタ。
  3. 前記第１インダクタは、前記外部接続端子に接続される外部機器のインピーダンスと、前記帯域阻止フィルタおよび前記帯域通過フィルタの合成インピーダンスとを整合させるためのインピーダンス素子である、
    請求項１または２に記載のエクストラクタ。
  4. 前記帯域阻止フィルタは、前記直列腕上のノードとグランドとを結ぶ並列腕に配置された第３インダクタを有する、
    請求項１～３のいずれか１項に記載のエクストラクタ。
  5. 前記第１インダクタの磁束方向と前記第２インダクタの磁束方向とは、同じである、
    請求項１～４のいずれか１項に記載のエクストラクタ。
  6. 前記エクストラクタは、
    前記帯域阻止フィルタおよび前記帯域通過フィルタの内蔵および実装の少なくとも一方が実施された実装基板を備え、
    前記第１インダクタおよび前記第２インダクタは、それぞれ、前記実装基板に形成された平面コイルパターンで構成されており、
    前記第１インダクタを構成する平面コイルパターンの巻回軸方向と前記第２インダクタを構成する平面コイルパターンの巻回軸方向とは、同じである、
    請求項５に記載のエクストラクタ。
  7. 前記第１インダクタと前記第２インダクタとの間には、導電部材が配置されていない、
    請求項５または６に記載のエクストラクタ。
  8. 前記第１インダクタと前記第２インダクタとは、
    前記１以上の直列腕共振子を経由せずに、前記外部接続端子、前記第１インダクタ、前記第２インダクタ、前記第１入出力端子を経由するバイパス経路が、前記誘導結合により前記第１周波数帯域よりも高周波側の帯域の高周波信号を通過させるように、配置されている、
    請求項１～７のいずれか１項に記載のエクストラクタ。
  9. 前記帯域通過フィルタは、
    弾性波共振子で構成され、前記共通端子と前記第２入出力端子とを結ぶ直列腕に配置された１以上の直列腕共振子と、
    弾性波共振子で構成され、前記共通端子と前記第２入出力端子とを結ぶ直列腕上のノードとグランドとを結ぶ並列腕上に配置された１以上の並列腕共振子と、
    前記１以上の並列腕共振子とグランドとの間に接続された第４インダクタと、を有する、
    請求項１～８のいずれか１項に記載のエクストラクタ。
  10. 前記帯域阻止フィルタが有する前記弾性波共振子は、弾性表面波共振子、および、ＢＡＷ（Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）のいずれかを用いた弾性波共振子である、
    請求項１～９のいずれか１項に記載のエクストラクタ。
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