JP7151668B2 - マルチプレクサ - Google Patents
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Description
本発明は、マルチプレクサに関する。
近年、１つの端末で複数の周波数帯域（マルチバンド）および複数の無線方式（マルチモード）に対応した通信を行うため、例えば、弾性波共振子からなる送信フィルタおよび受信フィルタをそれぞれ含む２つのデュプレクサを共通端子に接続したクアッドプレクサが提案されている（例えば、特許文献１）。
しかし、特許文献１のように、弾性波フィルタを用いて構成されたクアッドプレクサ等のマルチプレクサにおいては、弾性波フィルタ自身が有する非線形性により、相互変調歪（ＩＭＤ：Ｉｎｔｅｒｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）を生じやすい。
特に、複数の周波数帯域を同時に使用して通信を行うＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ）に適用されるマルチプレクサでは、２つの異なる周波数帯域の送信信号から、受信信号と等しい周波数のＩＭＤが生じることがある。そのようなＩＭＤは、送信信号同士の干渉によって生じるため信号強度が大きく、マルチプレクサの通過特性を劣化させやすい。
そこで、本発明は、上記の課題に鑑み、複数の弾性波フィルタを有するマルチプレクサにおいてＩＭＤの発生を低減し、通過特性に優れたマルチプレクサ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、共通端子と第１端子とを結ぶ第１経路上に配置された第１送信フィルタと、前記共通端子と第２端子とを結ぶ第２経路上に配置された第２送信フィルタと、前記共通端子と第３端子とを結ぶ第３経路上に配置された受信フィルタと、を備え、前記第１送信フィルタの通過帯域に含まれる周波数の第１送信信号と前記第２送信フィルタの通過帯域に含まれる周波数の第２送信信号とから生じる相互変調歪の周波数が前記受信フィルタの通過帯域に含まれ、前記第１送信フィルタは、前記第１経路上に配置された１以上の直列腕共振回路と、前記第１経路上の対応するノードとグランドとを結ぶ経路上に配置された１以上の並列腕共振回路と、を有し、前記第１送信フィルタの前記１以上の直列腕共振回路および前記１以上の並列腕共振回路のうち、前記共通端子に最も近い共振回路のうち少なくとも１つの共振回路は、互いに直列に接続された複数の分割共振子からなる分割共振子群によって構成されている。
また、本発明の一態様に係る他のマルチプレクサは、共通端子と第１端子とを結ぶ第１経路上に配置された第１送信フィルタと、前記共通端子と第２端子とを結ぶ第２経路上に配置された第２送信フィルタと、前記共通端子と第３端子とを結ぶ第３経路上に配置された受信フィルタと、を備え、前記第１送信フィルタの通過帯域に含まれる周波数の第１送信信号と前記第２送信フィルタの通過帯域に含まれる周波数の第２送信信号とから生じる相互変調歪の周波数が前記受信フィルタの通過帯域に含まれ、前記第１送信フィルタは、前記第１経路上に配置された１以上の直列腕共振回路と、前記第１経路上の対応するノードとグランドとを結ぶ経路上に配置された１以上の並列腕共振回路と、を有し、前記第１送信フィルタの前記１以上の直列腕共振回路および前記１以上の並列腕共振回路の各々は、ＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極を有する弾性波共振子で構成され、前記第１送信フィルタの前記１以上の直列腕共振回路および前記１以上の並列腕共振回路のうち前記共通端子に最も近い共振回路のうちの少なくとも１つの共振回路のＩＤＴ電極のデューティーは、前記第１送信フィルタの他のいずれの共振回路のＩＤＴ電極のデューティーより小さい。
このような構成によれば、第１送信フィルタを構成する共振回路のうち、共通端子に最も近い共振回路のうち少なくとも１つの共振回路、つまり、信号の電力が最も集中しやすいためにＩＭＤが最も発生しやすい共振回路が、分割共振子群によって構成されるか、または、ＩＤＴ電極のデューティーが他の共振回路のＩＤＴ電極のデューティーと比べてより小さい共振回路によって構成される。
これにより、当該共振回路の圧電基板に占める面積が大きくなって単位面積あたりの消費電力が減るので、当該共振回路で発生するＩＭＤは低減される。信号の電力が最も集中しやすい共振回路を分割するので、共振回路が大型化するデメリットに対してＩＭＤを低減する効果を最大化できる。
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。なお、以下の実施の形態において、「接続される」とは、配線導体で直接接続される場合だけでなく、他の回路素子を介して電気的に接続される場合も含まれる。
（実施の形態）
実施の形態に係るマルチプレクサについて、クアッドプレクサの例を挙げて説明する。
実施の形態に係るマルチプレクサについて、クアッドプレクサの例を挙げて説明する。
図１は、実施の形態に適用される基本的なクアッドプレクサの機能的な構成の一例を示すブロック図である。なお、図１には、クアッドプレクサ１の共通端子Ｐｏｒｔ１に接続されるアンテナ素子２も図示されている。
クアッドプレクサ１は、一例として、ＬＴＥ（登録商標）（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）に対応し、３ＧＰＰ（登録商標）（Ｔｈｉｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）にて規定された後述するＢａｎｄの高周波信号を通過させる。
図１に示されるように、クアッドプレクサ１は、共通端子Ｐｏｒｔ１と、４つの個別端子Ｐｏｒｔ１１、Ｐｏｒｔ１２、Ｐｏｒｔ２１およびＰｏｒｔ２２と、４つのフィルタ１１、１２、２１および２２と、を有する。
共通端子Ｐｏｒｔ１は、４つのフィルタ１１、１２、２１および２２に共通に設けられ、クアッドプレクサ１の内部でこれらフィルタ１１、１２、２１および２２に接続されている。また、共通端子Ｐｏｒｔ１は、クアッドプレクサ１の外部でアンテナ素子２に接続される。つまり、共通端子Ｐｏｒｔ１は、クアッドプレクサ１のアンテナ端子でもある。
個別端子Ｐｏｒｔ１１、Ｐｏｒｔ１２、Ｐｏｒｔ２１およびＰｏｒｔ２２は、フィルタ１１、１２、２１および２２にそれぞれ対応して設けられ、クアッドプレクサ１の内部で対応するフィルタに接続されている。また、個別端子Ｐｏｒｔ１１、Ｐｏｒｔ１２、Ｐｏｒｔ２１およびＰｏｒｔ２２は、クアッドプレクサ１の外部で、増幅回路等（図示せず）を介してＲＦ信号処理回路（ＲＦＩＣ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ、図示せず）に接続される。
フィルタ１１は、共通端子Ｐｏｒｔ１と個別端子Ｐｏｒｔ１１とを結ぶ経路上に配置され、Ｂａｎｄ３における下り周波数帯を通過帯域とする受信フィルタである。
フィルタ１２は、共通端子Ｐｏｒｔ１と個別端子Ｐｏｒｔ１２とを結ぶ経路上に配置され、Ｂａｎｄ３における上り周波数帯を通過帯域とする送信フィルタである。
フィルタ２１は、共通端子Ｐｏｒｔ１と個別端子Ｐｏｒｔ２１とを結ぶ経路上に配置され、Ｂａｎｄ１における下り周波数帯を通過帯域とする受信フィルタである。
フィルタ２２は、共通端子Ｐｏｒｔ１と個別端子Ｐｏｒｔ２２とを結ぶ経路上に配置され、Ｂａｎｄ１における上り周波数帯を通過帯域とする送信フィルタである。
ここで、個別端子Ｐｏｒｔ２２は第１端子の一例であり、フィルタ２２は、共通端子Ｐｏｒｔ１と第１端子としての個別端子Ｐｏｒｔ２２とを結ぶ第１経路上に配置された第１送信フィルタの一例である。
また、個別端子Ｐｏｒｔ１２は第２端子の一例であり、フィルタ１２は、共通端子Ｐｏｒｔ１と第２端子としての個別端子Ｐｏｒｔ１２とを結ぶ第２経路上に配置された第２送信フィルタの一例である。
また、個別端子Ｐｏｒｔ２１は第３端子の一例であり、フィルタ２１は、共通端子Ｐｏｒｔ１と第３端子としての個別端子Ｐｏｒｔ２１とを結ぶ第３経路上に配置された第２送信フィルタの一例である。
フィルタ１１とフィルタ１２とは、Ｂａｎｄ３の送信信号と受信信号とを分波および合波するデュプレクサ１０を構成する。フィルタ２１とフィルタ２２とは、Ｂａｎｄ１の送信信号と受信信号とを分波および合波するデュプレクサ２０を構成する。
このように、クアッドプレクサ１は、Ｂａｎｄ３用のデュプレクサ１０の共通端子とＢａｎｄ１用のデュプレクサ２０の共通端子とを、ノードＮにおいて互いに接続し、さらに共通端子Ｐｏｒｔ１に接続して構成されている。
なお、クアッドプレクサ１において、各フィルタ１１、１２、２１および２１とノードＮとを結ぶ経路上あるいはノードＮと共通端子Ｐｏｒｔ１とを結ぶ経路上などに、インピーダンス整合用のインダクタ等のインピーダンス素子が接続されていてもかまわない。
ここで、クアッドプレクサ１の通過帯域であるＢａｎｄ１およびＢａｎｄ３に割り当てられた周波数帯域の具体的な範囲について説明する。なお、以下では、周波数帯域の範囲について、Ａ以上Ｂ以下を示す数値範囲をＡ～Ｂのように簡略化して記載する。
図２は、Ｂａｎｄ１およびＢａｎｄ３に割り当てられた周波数帯域を説明する図である。なお、以降、各Ｂａｎｄの下り周波数帯域（受信帯域）および上り周波数帯域（送信帯域）を、例えばＢａｎｄ１の受信帯域については「Ｂａｎｄ１Ｒｘ」のように、バンド名とその末尾に付加された受信帯域または送信帯域を示す文字ＲｘまたはＴｘとで簡略化して記載する場合がある。
図２に示されるように、Ｂａｎｄ１は、送信帯域Ｂａｎｄ１Ｔｘに１９２０～１９８０ＭＨｚが割り当てられ、受信帯域Ｂａｎｄ１Ｒｘに２１１０～２１７０ＭＨｚが割り当てられている。Ｂａｎｄ３は、送信帯域Ｂａｎｄ３Ｔｘに１７１０～１７８５ＭＨｚが割り当てられ、受信帯域Ｂａｎｄ３Ｒｘに１８０５～１８８０ＭＨｚが割り当てられている。したがって、フィルタ１１、１２、２１および２２のフィルタ特性としては、図２の実線で示すような、対応するＢａｎｄの送信帯域または受信帯域を通過させ、他の帯域を減衰させるような特性が求められる。
次に、各フィルタ１１、１２、２１および２２の基本的な構成について、Ｂａｎｄ１Ｔｘを通過帯域とするフィルタ２２（第１送信フィルタ）を例に挙げて説明する。なお、以下で説明するフィルタの構成は、フィルタ２２だけでなく、フィルタ１１、１２および２１に適用されてもよい。
図３は、フィルタ２２の基本的な構成の一例を示す回路図である。図３に示されるように、フィルタ２２は、直列腕共振回路１１１～１１４と並列腕共振回路１２１～１２４とを備える。直列腕共振回路１１１～１１４および並列腕共振回路１２１～１２４の各々は、例えば、弾性表面波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）共振子、つまり、ＩＤＴ電極を有する弾性波共振子で構成される。
直列腕共振回路１１１～１１４は、共通端子Ｐｏｒｔ１と個別端子Ｐｏｒｔ２２とを結ぶ経路（直列腕）上に、共通端子Ｐｏｒｔ１側からこの順に互いに直列に接続されている。また、並列腕共振回路１２１～１２４は、直列腕共振回路１１１～１１４の対応する接続点と、基準端子（グランド）とを結ぶ経路（並列腕）上に互いに並列に接続されている。これにより、フィルタ２２は、４段のラダー構造を有するバンドパスフィルタを構成している。
なお、フィルタ２２が有する直列腕共振回路および並列腕共振回路の数は４個ずつには限定されず、直列腕共振回路が１個以上かつ並列腕共振回路が１個以上あればよい。つまり、フィルタ２２は、１段以上のラダー構造を有するフィルタであればよい。
また、並列腕共振回路１２１～１２４は、図示していないインダクタを介して基準端子（グランド端子）に接続されていてもよい。また、直列腕上または並列腕上もしくはその両方に、インダクタおよびキャパシタ等のインピーダンス素子が挿入または接続されていてもよい。
また、ラダー型のフィルタ構造を構成する直列腕共振回路１１１～１１４のうち、共通端子Ｐｏｒｔ１に最も近い直列腕共振回路１１１の共通端子Ｐｏｒｔ１側のノードに並列腕共振回路が接続されていてもよい。また、個別端子Ｐｏｒｔ２２に最も近い直列腕共振回路１１４の個別端子Ｐｏｒｔ２２側のノードに接続された並列腕共振回路１２４は省略されていてもよい。
次に、フィルタ２２を構成する共振回路に用いられる弾性波共振子の基本的な構造について説明する。
図４は、弾性波共振子の基本的な構造の一例を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。図４の（ｂ）は図４の（ａ）に示した一点鎖線における断面に対応する。図４に示される弾性波共振子３０の構造は、例えば、フィルタ２２を構成する直列腕共振回路１１１～１１４および並列腕共振回路１２１～１２４、およびフィルタ１１、１２、２１を構成する共振回路のいずれの共振回路に含まれる弾性波共振子にも適用される。なお、図４の例示は、弾性波共振子の基本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３０は、圧電体層３９上にＩＤＴ電極３３を形成し、保護層３４で被覆して構成されている。一例として、圧電体層３９は、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムなどを含有する圧電材料で構成され、ＩＤＴ電極３３は、銅、アルミニウムなどの金属またはこれらの合金で構成されてもよい。保護層３４は、二酸化ケイ素などを主成分とする保護材料で構成されてもよい。圧電体層３９は、シリコン基板などで構成された支持基板上に形成されていてもよく、圧電体層３９自体が支持基板であってもよい。
ＩＤＴ電極３３は、互いに対向する１対の櫛歯状電極３０ａ、３０ｂからなる。櫛歯状電極３０ａは、互いに平行な複数の電極指３１ａと、複数の電極指３１ａを接続するバスバー電極３２ａとで構成される。櫛歯状電極３０ｂは、互いに平行な複数の電極指３１ｂと、複数の電極指３１ｂを接続するバスバー電極２３ｂとで構成される。電極指３１ａ、３１ｂは、Ｘ軸方向と直交する方向に沿って形成されている。ＩＤＴ電極３３にて励振される弾性波は、圧電体層３９をＸ軸方向に伝搬する。
ＩＤＴ電極３３の形状および大きさを規定するパラメータを電極パラメータと言う。電極パラメータの一例として、電極指３１ａまたは電極指３１ｂの弾性波の伝搬方向における繰り返し周期である波長λ、弾性波の伝搬方向に見て電極指３１ａ、３１ｂが重複する長さである交叉幅Ｌ、電極指３１ａ、３１ｂのライン幅Ｗ、および隣り合う電極指３１ａ、３１ｂ間のスペース幅Ｓが挙げられる。
電極指３１ａ、３１ｂを合わせた電極指の本数の１／２である対数Ｎ、電極指３１ａ、３１ｂを合わせた電極指の繰り返し周期である電極ピッチ（Ｗ＋Ｓ）、電極ピッチに占めるライン幅Ｗの割合であるデューティーＷ／（Ｗ＋Ｓ）も、電極パラメータの一例である。
次に、マルチプレクサにおいて発生するＩＭＤについて、図１のクアッドプレクサ１の構成および図２の周波数帯域の例を用いて説明する。
図５Ａは、Ｂａｎｄ１の送信信号Ｂ１ＴｘとＢａｎｄ３の送信信号Ｂ３Ｔｘとを、クアッドプレクサ１を介して１つのアンテナ素子２から同時に送信する場合に、クアッドプレクサ１において発生するＩＭＤの例を示している。
図５Ｂは、Ｂａｎｄ１の送信信号とＢａｎｄ３の送信信号とを、それぞれクアッドプレクサ１ａ、１ｂを介して２つのアンテナ素子２ａ、２ｂから同時に送信する場合に、クアッドプレクサ１ａ、１ｂにおいて発生するＩＭＤの例を示している。なお、クアッドプレクサ１ａ、１ｂは、いずれもクアッドプレクサ１と同じ構成を有する。
図５Ａおよび図５Ｂのいずれにおいても、実際に送信される程度の強度の送信信号Ｂ１Ｔｘ、Ｂ３Ｔｘが、直接またはアンテナ素子２ａ、２ｂ間の結合を介して、クアッドプレクサ１、１ａ、１ｂの回路部分Ｃ、Ｃａ、Ｃｂ（網掛けで示す）に集中する。そのため、送信信号Ｂ１Ｔｘ、Ｂ３ＴｘのＩＭＤは、回路部分Ｃ、Ｃａ、Ｃｂにおいて発生しやすい。
例えば、送信信号Ｂ１Ｔｘの周波数ｆＢ１Ｔｘの２倍から送信信号Ｂ３Ｔｘの周波数ｆＢ３Ｔｘを減じた周波数２ｆＢ１Ｔｘ－ｆＢ３Ｔｘは、Ｂａｎｄ１の受信信号Ｂ１Ｒｘの周波数ｆＢ１Ｒｘと重複する。送信信号Ｂ１Ｔｘ、Ｂ３ＴｘからＢａｎｄ１Ｒｘに含まれるＩＭＤが発生すると、発生したＩＭＤによって受信信号Ｂ１Ｒｘが妨害され、Ｂａｎｄ１での受信感度が劣化する。
回路部分Ｃ、Ｃａ、ＣｂにおいてＩＭＤを発生させやすい非線形素子は、例えば、フィルタ２２を構成する共振回路のうち共通端子Ｐｏｒｔ１に最も近い共振回路に含まれる弾性波共振子である。図３の例では、フィルタ２２を構成する直列腕共振回路１１１～１１４および並列腕共振回路１２１～１２４のうちで、直列腕共振回路１１１および並列腕共振回路１２１は、共通端子Ｐｏｒｔ１に直接接続されていることから、共通端子Ｐｏｒｔ１に最も近い共振回路である。
共通端子Ｐｏｒｔ１に最も近い共振回路は、複数の信号の電力（例えば、送信信号Ｂ１Ｔｘ、Ｂ３Ｔｘの電力）が集中しやすい。そのため、当該共振回路に含まれる弾性波共振子に非線形の応答が生じるような大きな電力が集中することによって、ＩＭＤは発生する。
そこで、実施の形態では、フィルタ２２における共通端子Ｐｏｒｔ１に最も近い共振回路に含まれる弾性波共振子を、他の共振回路に含まれる弾性波共振子と比べて、圧電基板に占める単位面積あたりの消費電力（以下、単に消費電力と言う）が大きくなりにくい構造とする。なお、共通端子Ｐｏｒｔ１に最も近い共振回路が複数ある場合（例えば、図３の直列腕共振回路１１１および並列腕共振回路１２１）、共通端子Ｐｏｒｔ１に最も近い共振回路のうちの少なくとも１つ（全部でもよい）に含まれる弾性波共振子に、消費電力が大きくなりにくい構造を適用する。
図６は、実施の形態に係るフィルタの構成の一例を示す回路図である。図６に示されるように、フィルタ２２ａは、図３のフィルタ２２と比べて、直列腕共振回路１１１ａおよび並列腕共振回路１２１ａ（太線で示す）の各々が、分割共振子群で構成されている点で相違する。
分割共振子群とは、互いに直列接続された複数の弾性波共振子からなる共振回路であって、当該複数の弾性波共振子間を接続する接続ノードには、当該複数の弾性波共振子以外の回路素子およびグランドは接続されていない構成を有するものと定義される。
直列腕共振回路１１１ａは、互いに直列に接続された複数の分割共振子１１１ａ１、１１１ａ２、１１１ａ３および１１１ａ４からなる分割共振子群で構成される。並列腕共振回路１２１ａは、互いに直列に接続された複数の分割共振子１２１ａ１、１２１ａ２および１２１ａ３からなる分割共振子群で構成される。なお、分割共振子１１１ａ１～１１１ａ４および１２１ａ１～１２１ａ３の各々もＩＤＴ電極を有する弾性波共振子であり、例えば、図４に示される構造を有する。
一般に、互いに直列に接続された複数の分割共振子からなる分割共振子群では、単一の弾性波共振子と同じ容量を得るために、個々の分割共振子に単一の弾性波共振子の容量より大きい容量を持つ弾性波共振子が用いられる。そのため、分割共振子群で構成した共振回路は、単一の弾性波共振子で構成された同じ容量の共振回路と比べて、共振回路の圧電基板に占める面積が大きくなって単位面積あたりの消費電力が減るので、当該共振回路で発生するＩＭＤは低減される。
フィルタ２２ａの例では、分割共振子群で構成された直列腕共振回路１１１ａおよび並列腕共振回路１２１ａは、単一の弾性波共振子で構成された直列腕共振回路１１１および並列腕共振回路１２１と比べて、圧電基板に占める面積が大きくなって単位面積あたりの消費電力が減るので、ＩＭＤは低減される。また、共通端子Ｐｏｒｔ１に最も近く、そのため信号の電力が最も集中しやすい直列腕共振回路１１１ａおよび並列腕共振回路１２１ａを分割共振子群で構成するので、共振回路が大型化するデメリットに対してＩＭＤを低減する効果を最大化できる。
図７は、実施の形態に係るフィルタの構成の他の一例を示す回路図である。図７に示されるように、フィルタ２２ｂは、図３のフィルタ２２と比べて、直列腕共振回路１１１ｂおよび並列腕共振回路１２１ｂ（太線で示す）のＩＤＴ電極のデューティーが、直列腕共振回路１１１および並列腕共振回路１２１のＩＤＴ電極のデューティーよりそれぞれ小さく構成されている点で相違する。
一般に、ＩＤＴ電極のデューティーを小さくすると、弾性波共振子の共振特性は高周波側へシフトする。共振特性のこのような変動は、例えば、ＩＤＴ電極の対数および交差幅を一定とした場合、電極指の繰り返し周期を広げることで相殺できる。そのため、ＩＤＴ電極のデューティーを小さくし、かつ共振特性の変動を相殺するために電極指の繰り返し周期を広げた弾性波共振子は、弾性波共振子の圧電基板に占める面積が大きくなって単位面積あたりの消費電力が減るので、当該弾性波共振子で発生するＩＭＤは低減される。
フィルタ２２ｂの例では、直列腕共振回路１１１ｂおよび並列腕共振回路１２１ｂのＩＤＴ電極のデューティーを、他の共振回路のＩＤＴ電極のデューティーより小さく構成する。直列腕共振回路１１１ｂおよび並列腕共振回路１２１ｂによれば、ＩＤＴ電極のデューティーがより大きい他の共振回路と比べて、圧電基板に占める面積が大きくなって単位面積あたりの消費電力が減るので、ＩＭＤは低減される。また、共通端子Ｐｏｒｔ１に最も近く、そのため信号の電力が最も集中しやすい直列腕共振回路１１１ｂおよび並列腕共振回路１２１ｂのＩＤＴ電極のデューティーを小さくするので、共振回路が大型化するデメリットに対してＩＭＤを低減する効果を最大化できる。
なお、上記では、フィルタ２２について、共通端子Ｐｏｒｔ１に最も近い共振回路のうち少なくとも１つの共振回路を、分割共振子群で構成する例（フィルタ２２ａ）およびＩＤＴ電極のデューティーを他の共振回路のＩＤＴ電極のデューティーより小さくする例（フィルタ２２ｂ）を挙げて説明した。同様の構成は、フィルタ２２には限られず、フィルタ１２に適用されてもよいし、フィルタ２２、１２の両方に適用されてもよい。
次に、クアッドプレクサ１において、フィルタ２２に代えてフィルタ２２ａ、２２ｂを用いた場合のＩＭＤの低減効果について、シミュレーションの結果に基づいて説明する。
シミュレーションでは、フィルタ２２（図３）を用いたクアッドプレクサ１（図５Ａ）、および、クアッドプレクサ１のフィルタ２２をフィルタ２２ａ（図６）およびフィルタ２２ｂ（図７）で置き換えたクアッドプレクサ（図示せず）におけるＩＭＤを比較した。以下では、フィルタ２２、２２ａおよび２２ｂを用いたクアッドプレクサを、それぞれ比較例、実施例１および実施例２として参照する。
表１に、比較例、実施例１および実施例２において直列腕共振回路１１１、１１１ａ、１１１ｂに含まれる弾性波共振子および並列腕共振回路１２１、１２１ａ、１２１ｂに含まれる弾性波共振子に設定した電極パラメータを示す。なお、分割共振子群で構成される直列腕共振回路１１１ａおよび並列腕共振回路１２１ａについては、分割共振子群に含まれる分割共振子の個数を分割数として示すとともに、個々の分割共振子に設定した電極パラメータを示している。実施例１および実施例２では、網掛けで強調した電極パラメータが比較例から変更される。
表１に示されていない直列腕共振回路１１２～１１４および並列腕共振回路１２２～１２４の各々に含まれる弾性波共振子の電極パラメータは、比較例、実施例１および実施例２において同一とした。特に、直列腕共振回路１１２～１１４および並列腕共振回路１２２～１２４の各々に含まれる弾性波共振子のデューティーおよび分割数を、比較例、実施例１および実施例２のすべてで、それぞれ０．５および１とした。ここで、分割数が１の弾性波共振子は、分割されていない単一の弾性波共振子を意味する。
このように、実施例１では、フィルタ２２ａを構成する共振回路のうち、直列腕共振回路１１１ａおよび並列腕共振回路１２１ａが分割共振子群によって構成されている。また、実施例２では、フィルタ２２ｂを構成する共振回路のうち、直列腕共振回路１１１ｂおよび並列腕共振回路１２１ｂのＩＤＴ電極のデューティーが他の共振子のＩＤＴ電極のデューティーより小さい。
比較例、実施例１および実施例２について、個別端子Ｐｏｒｔ２１におけるＢａｎｄ１の受信帯域（２１１０～２１７０ＭＨｚ）におけるＩＭＤの強度を計算した。ＩＭＤの強度の計算では、図５Ｂの構成におけるクアッドプレクサ１ａへの適用を想定し、フィルタ２２およびフィルタ１２の出力端におけるＢａｎｄ１およびＢａｎｄ３の送信信号の信号強度をそれぞれ２５ｄＢｍおよび１０ｄＢｍとした。
図８は、ＩＭＤの強度の計算例を示すグラフである。図８に見られるように、実施例１でのＩＭＤの強度は、Ｂａｎｄ１の受信帯域の全域で、また、実施例２でのＩＭＤの強度は、Ｂａｎｄ１の受信帯域のほとんどの部分で、比較例のＩＭＤの強度と比べて低減（改善）している。
この結果から、共通端子に最も近く、信号の電力が集中しやすいためにＩＭＤが発生しやすい共振回路を分割共振子群にて構成するか、または当該共振回路のＩＤＴ電極のデューティーを他の共振回路のＩＤＴ電極のデューティーと比べて小さくすることが、ＩＭＤの低減に有効であることが確かめられた。
（まとめ）
本発明の一態様に係るマルチプレクサは、共通端子と第１端子とを結ぶ第１経路上に配置された第１送信フィルタと、前記共通端子と第２端子とを結ぶ第２経路上に配置された第２送信フィルタと、前記共通端子と第３端子とを結ぶ第３経路上に配置された受信フィルタと、を備え、前記第１送信フィルタの通過帯域に含まれる周波数の第１送信信号と前記第２送信フィルタの通過帯域に含まれる周波数の第２送信信号とから生じる相互変調歪の周波数が前記受信フィルタの通過帯域に含まれ、前記第１送信フィルタは、前記第１経路上に配置された１以上の直列腕共振回路と、前記第１経路上の対応するノードとグランドとを結ぶ経路上に配置された１以上の並列腕共振回路と、を有し、前記第１送信フィルタの前記１以上の直列腕共振回路および前記１以上の並列腕共振回路のうち、前記共通端子に最も近い共振回路のうち少なくとも１つの共振回路は、互いに直列に接続された複数の分割共振子からなる分割共振子群によって構成されている。
本発明の一態様に係るマルチプレクサは、共通端子と第１端子とを結ぶ第１経路上に配置された第１送信フィルタと、前記共通端子と第２端子とを結ぶ第２経路上に配置された第２送信フィルタと、前記共通端子と第３端子とを結ぶ第３経路上に配置された受信フィルタと、を備え、前記第１送信フィルタの通過帯域に含まれる周波数の第１送信信号と前記第２送信フィルタの通過帯域に含まれる周波数の第２送信信号とから生じる相互変調歪の周波数が前記受信フィルタの通過帯域に含まれ、前記第１送信フィルタは、前記第１経路上に配置された１以上の直列腕共振回路と、前記第１経路上の対応するノードとグランドとを結ぶ経路上に配置された１以上の並列腕共振回路と、を有し、前記第１送信フィルタの前記１以上の直列腕共振回路および前記１以上の並列腕共振回路のうち、前記共通端子に最も近い共振回路のうち少なくとも１つの共振回路は、互いに直列に接続された複数の分割共振子からなる分割共振子群によって構成されている。
このような構成によれば、第１送信フィルタにおいて共通端子に最も近い共振回路のうち少なくとも１つの共振回路、つまり、信号の電力が集中しやすいためにＩＭＤが発生しやすい共振回路が、分割共振子群によって構成されている。これにより、当該共振回路を単一の弾性波共振子で構成する場合と比べて、当該共振回路の圧電基板に占める面積が大きくなる。その結果、単位面積あたりの消費電力が減ることにより、当該共振回路で発生するＩＭＤは低減される。信号の電力が最も集中しやすい共振回路を分割共振子群によって構成するので、共振回路が大型化するデメリットに対してＩＭＤを低減する効果を最大化できる。
また、ＩＭＤの周波数が、第１送信信号の周波数の２倍から第２送信信号の周波数を減じた周波数であるとしてもよい。
一例として、第１送信信号および第２送信信号がＬＴＥ（登録商標）におけるＢａｎｄ１およびＢａｎｄ３のそれぞれの送信信号である場合、ＩＭＤのそのような周波数は、Ｂａｎｄ１の受信帯域の周波数と重複する。よって、そのような周波数のＩＭＤが低減されることで、Ｂａｎｄ１の受信感度の劣化が抑制される。
また、前記第２送信フィルタは、前記第２経路上に配置された１以上の直列腕共振回路と、前記第２経路上の対応するノードとグランドとを結ぶ経路上に配置された１以上の並列腕共振回路と、を有し、前記第２送信フィルタの前記１以上の直列腕共振回路および前記１以上の並列腕共振回路のうち、前記共通端子に最も近い共振回路のうち少なくとも１つの共振回路は、互いに直列に接続された複数の分割共振子からなる分割共振子群によって構成されていてもよい。
このような構成によれば、第１送信フィルタについて説明したＩＭＤの低減効果と同様の効果を、第２送信フィルタにおいても得ることができる。
また、本発明の一態様に係るマルチプレクサは、共通端子と第１端子とを結ぶ第１経路上に配置された第１送信フィルタと、前記共通端子と第２端子とを結ぶ第２経路上に配置された第２送信フィルタと、前記共通端子と第３端子とを結ぶ第３経路上に配置された受信フィルタと、を備え、前記第１送信フィルタの通過帯域に含まれる周波数の第１送信信号と前記第２送信フィルタの通過帯域に含まれる周波数の第２送信信号とから生じる相互変調歪の周波数が前記受信フィルタの通過帯域に含まれ、前記第１送信フィルタは、前記第１経路上に配置された１以上の直列腕共振回路と、前記第１経路上の対応するノードとグランドとを結ぶ経路上に配置された１以上の並列腕共振回路と、を有し、前記第１送信フィルタの前記１以上の直列腕共振回路および前記１以上の並列腕共振回路の各々は、ＩＤＴ電極を有する弾性波共振子で構成され、前記第１送信フィルタの前記１以上の直列腕共振回路および前記１以上の並列腕共振回路のうち前記共通端子に最も近い共振回路のうち少なくとも１つの共振回路のＩＤＴ電極のデューティーは、前記第１送信フィルタの他のいずれの共振回路のＩＤＴ電極のデューティーより小さい。
このような構成によれば、第１送信フィルタにおいて共通端子に最も近い共振回路のうち少なくとも１つの共振回路、つまり、信号の電力が集中しやすいためにＩＭＤが発生しやすい共振回路のＩＤＴ電極のデューティーが、他の共振回路のＩＤＴ電極のデューティーより小さく構成されている。これにより、当該共振回路を他の共振回路と同じＩＤＴ電極のデューティーで構成する場合と比べて、当該共振回路の電極指の繰り返し周期を大きくできるので、当該共振回路の圧電基板に占める面積が大きくなる。その結果、単位面積あたりの消費電力が減ることにより、当該共振回路で発生するＩＭＤは低減される。信号の電力が最も集中しやすい共振回路のＩＤＴ電極のデューティーを小さくするので、共振回路が大型化するデメリットに対してＩＭＤを低減する効果を最大化できる。
また、ＩＭＤの周波数が、第１送信信号の周波数の２倍から第２送信信号の周波数を減じた周波数であるとしてもよい。
一例として、第１送信信号および第２送信信号がＬＴＥ（登録商標）におけるＢａｎｄ１およびＢａｎｄ３のそれぞれの送信信号である場合、ＩＭＤのそのような周波数は、Ｂａｎｄ１の受信帯域の周波数と重複する。よって、そのような周波数のＩＭＤが低減されることで、Ｂａｎｄ１の受信感度の劣化が抑制される。
また、前記第２送信フィルタは、前記第２経路上に配置された１以上の直列腕共振回路と、前記第２経路上の対応するノードとグランドとを結ぶ経路上に配置された１以上の並列腕共振回路と、を有し、前記第２送信フィルタの前記１以上の直列腕共振回路および前記１以上の並列腕共振回路の各々は、ＩＤＴ電極を有する弾性波共振子で構成され、前記第２送信フィルタの前記１以上の直列腕共振回路および前記１以上の並列腕共振回路のうち前記共通端子に最も近い共振回路のうち少なくとも１つの共振回路のＩＤＴ電極のデューティーは、前記第２送信フィルタの他のいずれの共振回路のＩＤＴ電極のデューティーより小さくてもよい。
このような構成によれば、第１送信フィルタについて説明したＩＭＤの低減効果と同様の効果を、第２送信フィルタにおいても得ることができる。
また、前記第１送信フィルタおよび前記第２送信フィルタのうち、一方のフィルタの通過帯域は１９２０ＭＨｚ以上１９８０ＭＨｚ以下であり、他方のフィルタの通過帯域は１７１０ＭＨｚ以上１７８５ＭＨｚ以下であり、前記受信フィルタの通過帯域は、２１１０ＭＨｚ以上２２００ＭＨｚ以下であってもよい。
このような構成によれば、第１フィルタの通過帯域および第２フィルタの通過帯域は、Ｂａｎｄ１の送信帯域Ｂａｎｄ１ＴｘおよびＢａｎｄ３の送信帯域Ｂａｎｄ３Ｔｘの一方および他方である。また、受信フィルタの通過帯域は、Ｂａｎｄ１の受信帯域Ｂａｎｄ１Ｒｘである。つまり、第１送信フィルタおよび第２送信フィルタはＢａｎｄ１の送信フィルタおよびＢａｎｄ３の送信フィルタの一方および他方として用いられ、受信フィルタはＢａｎｄ１の受信フィルタとして用いられる。
ここで、Ｂａｎｄ１の送信信号の周波数の２倍からＢａｎｄ３の送信信号の周波数を減じた周波数は、Ｂａｎｄ１の受信信号の周波数と重複する。そのため、Ｂａｎｄ１の送信信号とＢａｎｄ３の送信信号とを同時に送信する場合、Ｂａｎｄ１の送信信号とＢａｎｄ３の送信信号とが互いに妨害波となって高いレベルのＩＭＤがＢａｎｄ１の受信帯域Ｂａｎｄ１Ｒｘ内に発生する。
そこで、第１送信フィルタまたは第１送信フィルタおよび第２送信フィルタの両方にＩＭＤを低減する対策を施したフィルタを用いる。これにより、Ｂａｎｄ１の受信帯域Ｂａｎｄ１Ｒｘ内に生じるＩＭＤを低減し、例えば、Ｂａｎｄ１の受信感度の劣化を抑制することができる。
以上、本発明の実施の形態に係るマルチプレクサについて説明したが、本発明は、個々の実施の形態には限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
本発明は、低雑音性に優れたマルチプレクサとして、携帯電話などの通信機器に広く利用できる。
１、１ａ、１ｂ クアッドプレクサ
２、２ａ、２ｂ アンテナ素子
１０、２０ デュプレクサ
１１ フィルタ
１２ フィルタ（第２送信フィルタ）
２１ フィルタ（受信フィルタ）
２２、２２ａ、２２ｂ フィルタ（第１送信フィルタ）
３０ 弾性波共振子
３０ａ、３０ｂ 櫛歯状電極
３１ａ、３１ｂ 電極指
３２ａ、３２ｂ バスバー電極
３３ ＩＤＴ電極
３４ 保護層
３９ 圧電体層
１１１、１１１ａ、１１１ｂ、１１２～１１４ 直列腕共振回路
１１１ａ１～１１１ａ４、１２１ａ１～１２１ａ３ 分割共振子
１２１、１２１ａ、１２１ｂ、１２２～１２４ 並列腕共振回路
２、２ａ、２ｂ アンテナ素子
１０、２０ デュプレクサ
１１ フィルタ
１２ フィルタ（第２送信フィルタ）
２１ フィルタ（受信フィルタ）
２２、２２ａ、２２ｂ フィルタ（第１送信フィルタ）
３０ 弾性波共振子
３０ａ、３０ｂ 櫛歯状電極
３１ａ、３１ｂ 電極指
３２ａ、３２ｂ バスバー電極
３３ ＩＤＴ電極
３４ 保護層
３９ 圧電体層
１１１、１１１ａ、１１１ｂ、１１２～１１４ 直列腕共振回路
１１１ａ１～１１１ａ４、１２１ａ１～１２１ａ３ 分割共振子
１２１、１２１ａ、１２１ｂ、１２２～１２４ 並列腕共振回路
Claims (7)
- 共通端子と第１端子とを結ぶ第１経路上に配置された第１送信フィルタと、
前記共通端子と第２端子とを結ぶ第２経路上に配置された第２送信フィルタと、
前記共通端子と第３端子とを結ぶ第３経路上に配置された受信フィルタと、を備え、
前記第１送信フィルタの通過帯域に含まれる周波数の第１送信信号と前記第２送信フィルタの通過帯域に含まれる周波数の第２送信信号とから生じる相互変調歪の周波数が前記受信フィルタの通過帯域に含まれ、
前記第１送信フィルタは、前記第１経路上に配置された１以上の直列腕共振回路と、前記第１経路上の対応するノードとグランドとを結ぶ経路上に配置された１以上の並列腕共振回路と、を有し、
前記第１送信フィルタの前記１以上の直列腕共振回路および前記１以上の並列腕共振回路のうち、前記共通端子に最も近い共振回路は、第１の直列腕共振回路であり、
前記第１の直列腕共振回路と、前記第１の直列腕共振回路に接続された第１の並列腕共振回路とは、互いに直列に接続された複数の分割共振子からなる分割共振子群によって構成されている、
マルチプレクサ。 - 前記相互変調歪の周波数が、前記第１送信信号の周波数の２倍から前記第２送信信号の周波数を減じた周波数である、
請求項１に記載のマルチプレクサ。 - 前記第２送信フィルタは、前記第２経路上に配置された１以上の直列腕共振回路と、前記第２経路上の対応するノードとグランドとを結ぶ経路上に配置された１以上の並列腕共振回路と、を有し、
前記第２送信フィルタの前記１以上の直列腕共振回路および前記１以上の並列腕共振回路のうち、前記共通端子に最も近い共振回路のうち少なくとも１つの共振回路は、互いに直列に接続された複数の分割共振子からなる分割共振子群によって構成されている、
請求項１または２に記載のマルチプレクサ。 - 共通端子と第１端子とを結ぶ第１経路上に配置された第１送信フィルタと、
前記共通端子と第２端子とを結ぶ第２経路上に配置された第２送信フィルタと、
前記共通端子と第３端子とを結ぶ第３経路上に配置された受信フィルタと、を備え、
前記第１送信フィルタの通過帯域に含まれる周波数の第１送信信号と前記第２送信フィルタの通過帯域に含まれる周波数の第２送信信号とから生じる相互変調歪の周波数が前記受信フィルタの通過帯域に含まれ、
前記第１送信フィルタは、前記第１経路上に配置された１以上の直列腕共振回路と、前記第１経路上の対応するノードとグランドとを結ぶ経路上に配置された１以上の並列腕共振回路と、を有し、
前記第１送信フィルタの前記１以上の直列腕共振回路および前記１以上の並列腕共振回路の各々は、ＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極を有する弾性波共振子で構成され、
前記第１送信フィルタの前記１以上の直列腕共振回路および前記１以上の並列腕共振回路のうち前記共通端子に最も近い共振回路は、第１の直列腕共振回路であり、
前記第１の直列腕共振回路、および、前記第１の直列腕共振回路に接続された第１の並列腕共振回路のＩＤＴ電極のデューティーは、前記第１送信フィルタの他のいずれの共振回路のＩＤＴ電極のデューティーより小さい、
マルチプレクサ。 - 前記相互変調歪の周波数が、前記第１送信信号の周波数の２倍から前記第２送信信号の周波数を減じた周波数である、
請求項４に記載のマルチプレクサ。 - 前記第２送信フィルタは、前記第２経路上に配置された１以上の直列腕共振回路と、前記第２経路上の対応するノードとグランドとを結ぶ経路上に配置された１以上の並列腕共振回路と、を有し、
前記第２送信フィルタの前記１以上の直列腕共振回路および前記１以上の並列腕共振回路の各々は、ＩＤＴ電極を有する弾性波共振子で構成され、
前記第２送信フィルタの前記１以上の直列腕共振回路および前記１以上の並列腕共振回路のうち前記共通端子に最も近い共振回路のうちの少なくとも１つの共振回路のＩＤＴ電極のデューティーは、前記第２送信フィルタの他のいずれの共振回路のＩＤＴ電極のデューティーより小さい、
請求項４または５に記載のマルチプレクサ。 - 前記第１送信フィルタおよび前記第２送信フィルタのうち、一方のフィルタの通過帯域は１９２０ＭＨｚ以上１９８０ＭＨｚ以下であり、他方のフィルタの通過帯域は１７１０ＭＨｚ以上１７８５ＭＨｚ以下であり、
前記受信フィルタの通過帯域は、２１１０ＭＨｚ以上２２００ＭＨｚ以下である、
請求項１から６のいずれか１項に記載のマルチプレクサ。
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