JP7231007B2 - フィルタ、マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路及び通信装置 - Google Patents

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Description

本発明は、フィルタ、マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路及び通信装置に関する。
従来、いわゆる傾斜型ＩＤＴ電極部、すなわち電極指交差部が弾性波伝搬方向に対して斜めに形成されたＩＤＴ電極部を用いることにより、横モードを抑制することが知られている。
この傾斜型ＩＤＴ電極部は、特に、支持基板上に高音速膜、低音速膜、圧電膜及びＩＤＴ電極をこの順序で積層してなる弾性波装置に適用されると有効である。上記の積層型基板を用いた弾性波装置はＱ値を高めることが可能な一方、周波数特性上、横モードリップルが現れるためである。
一方で、このような傾斜型ＩＤＴ電極部においては、電極指と、対向するバスバーまたはオフセット電極指との間に位置するギャップ部に定在波が発生し、その影響で共振周波数付近にリップルが生じる。そこで、電極指先端部に、弾性波伝搬方向に突出した異型部をさらに設けることで、共振周波数付近のリップルを低減する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。先端部に異型部を設けた電極指を、本明細書では異型フィンガと言う。
国際公開第２０１５／０９８７５６号
傾斜ＩＤＴ電極部における電極指を異型フィンガとした共振子では、共振周波数付近のリップルは抑制できるが、反共振周波数付近に異型フィンガに起因するリップルが生じてしまう。
複数のフィルタを用いて構成されるマルチプレクサでは、一のフィルタが有する共振子の反共振周波数付近のリップルが他のフィルタの通過帯域に位置することがある。その場合、一のフィルタの共振子の反共振周波数付近に生じるリップルが、他のフィルタの通過帯域における特性を損なう要因になり得る。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、共振周波数付近のリップルおよび反共振周波数付近のリップルの双方を抑制できるフィルタ、およびそのようなフィルタを用いたマルチプレクサ、高周波フロントエンド回路及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フィルタは、一対の入出力端子と、前記一対の入出力端子間を結ぶ信号経路上に配置された１以上の直列共振子と、を有し、前記１以上の直列共振子のそれぞれは、圧電体層を有する基板上に形成された一対の櫛歯状電極からなるＩＤＴ電極を有し、前記１以上の直列共振子のそれぞれが有する前記一対の櫛歯状電極のそれぞれは、弾性波伝搬方向の直交方向に延びるように配置された複数の電極指と、前記複数の電極指のそれぞれの一端同士を接続するバスバー電極と、で構成され、前記１以上の直列共振子のそれぞれを構成する前記ＩＤＴ電極は、前記複数の電極指のうち他端における電極指幅が中央部における電極指幅よりも広い第１電極指、および、前記他端における電極指幅が中央部における電極指幅以下である第２電極指、の少なくとも一方で構成されており、前記１以上の直列共振子は、１以上の第１直列共振子を含み、前記１以上の第１直列共振子のそれぞれを構成する前記ＩＤＴ電極において、前記複数の電極指のそれぞれの前記他端同士を結ぶ方向は、前記弾性波伝搬方向と交差しており、前記１以上の第１直列共振子のそれぞれを構成する前記ＩＤＴ電極の前記弾性波伝搬方向での中央に位置する第１部分は、前記第１電極指のみで構成され、前記第１部分の前記弾性波伝搬方向での両側に位置する第２部分および第３部分は、前記第２電極指のみで構成されている。
本発明に係るフィルタによれば、第１直列共振子を構成するＩＤＴ電極において、第１電極指（異型フィンガ）と第２電極指（異型部を有しないフィンガ）とが混在して配置される。そのため、すべての電極指を第１電極指とした場合に増大しやすい反共振周波数付近のリップル、およびすべての電極指を第２電極指とした場合に増大しやすい共振周波数付近のリップルの双方が抑制される。その結果、共振周波数付近のリップルおよび反共振周波数付近のリップルの双方を抑制できるフィルタが得られる。
図１は、実施の形態１に係るクワッドプレクサの構成図である。 図２は、Ｂａｎｄ１及び３に割り当てられた周波数帯域を説明する図である。 図３は、実施の形態１に係るフィルタの回路構成図である。 図４は、実施の形態１に係る共振子を模式的に表す平面図及び断面図である。 図５は、参考例に係るフィルタにおける直列共振子のＩＤＴ電極の平面図である。 図６は、参考例に係るフィルタを用いたクワッドプレクサの通過特性およびアイソレーション特性を示すグラフである。 図７Ａは、参考例に係るフィルタを用いたクワッドプレクサのアイソレーション特性を拡大して示すグラフである。 図７Ｂは、参考例に係るフィルタを用いたクワッドプレクサのエネルギー損失を拡大して示すグラフである。 図８Ａは、実施例に係るフィルタのＩＤＴ電極における第１電極指および第２電極指の配置の一例を示す平面図である。 図８Ｂは、実施例に係るフィルタのＩＤＴ電極における第１電極指および第２電極指の配置の他の一例を示す平面図である。 図８Ｃは、実施例に係るフィルタのＩＤＴ電極における第１電極指および第２電極指の配置の他の一例を示す平面図である。 図９Ａは、実施例に係るフィルタを用いたクワッドプレクサの通過特性を、参考例と比べて示すグラフである。 図９Ｂは、実施例に係るフィルタを用いたクワッドプレクサのアイソレーション特性を、参考例と比べて示すグラフである。 図９Ｃは、実施例に係るフィルタを用いたクワッドプレクサのエネルギー損失を、参考例と比べて示すグラフである。 図１０は、実施の形態１の変形例に係るフィルタの回路構成図である。 図１１は、実施の形態２に係る高周波フロントエンド回路の構成図である。
以下、本発明の実施の形態について、実施例及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、構成要素の配置及び接続形態などは、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。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化する場合がある。また、以下の実施の形態において、「接続される」とは、直接接続される場合だけでなく、他の素子等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１）
本実施の形態では、マルチプレクサとして、クワッドプレクサを例に説明する。
［１．マルチプレクサの基本構成］
図１は、本実施の形態に係るクワッドプレクサ１の構成図である。なお、同図には、クワッドプレクサ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。
クワッドプレクサ１は、通過帯域が互いに異なる複数のフィルタ（ここでは４つのフィルタ１１、１２、２１及び２２）を備え、これら複数のフィルタのアンテナ側の端子が共通端子Ｐｏｒｔ１で束ねられたマルチプレクサ（分波器）である。
具体的には、図１に示すように、クワッドプレクサ１は、共通端子Ｐｏｒｔ１と、４つの個別端子Ｐｏｒｔ１１、１２、２１及び２２と、４つのフィルタ１１、１２、２１及び２２と、を有する。
共通端子Ｐｏｒｔ１は、４つのフィルタ１１、１２、２１及び２２に共通に設けられ、クワッドプレクサ１の内部でこれらフィルタ１１、１２、２１及び２２に接続されている。また、共通端子Ｐｏｒｔ１は、クワッドプレクサ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、クワッドプレクサ１のアンテナ端子でもある。
個別端子Ｐｏｒｔ１１、１２、２１及び２２は、この順に、４つのフィルタ１１、１２、２１及び２２に個別に対応して設けられ、クワッドプレクサ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、１２、２１及び２２は、クワッドプレクサ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、本実施の形態では、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）のＢａｎｄ３における下り周波数帯（受信帯域）を通過帯域とする受信フィルタである。本実施の形態において、フィルタ１１は、共通端子Ｐｏｒｔ１と第２端子（ここでは個別端子Ｐｏｒｔ１１）とを結ぶ第２経路上に配置された第２フィルタに相当する。
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、本実施の形態では、ＬＴＥのＢａｎｄ３における上り周波数帯（送信帯域）を通過帯域とする送信フィルタである。本実施の形態において、フィルタ１２は、共通端子Ｐｏｒｔ１と第１端子（ここでは個別端子Ｐｏｒｔ１２）とを結ぶ第１経路上に配置された第１フィルタに相当する。
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、本実施の形態では、ＬＴＥのＢａｎｄ１における下り周波数帯（受信帯域）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、本実施の形態では、ＬＴＥのＢａｎｄ１における上り周波数帯（送信帯域）を通過帯域とする送信フィルタである。
これらフィルタ１１とフィルタ１２とは、ＬＴＥのＢａｎｄ３を通過帯域とするアンバランス型のデュプレクサ１０を構成する。また、フィルタ２１とフィルタ２２とは、ＬＴＥのＢａｎｄ１を通過帯域とするアンバランス型のデュプレクサ２０を構成する。つまり、本実施の形態に係るクワッドプレクサ１は、ＬＴＥのＢａｎｄ３を通過帯域とするデュプレクサ１０の共通端子（アンテナ端子）とＬＴＥのＢａｎｄ１を通過帯域とするデュプレクサ２０の共通端子（アンテナ端子）とが、共通端子Ｐｏｒｔ１で共通化された構成である。本実施の形態では、デュプレクサ１０を通過する信号経路とデュプレクサ２０を通過する信号経路とは、ノードＮで接続されている。つまり、ノードＮは、これら２つの信号経路を束ねる点である。
ここで、本実施の形態に係るクワッドプレクサ１の通過帯域であるＬＴＥのＢａｎｄ１及び３に割り当てられた周波数帯域について、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及び３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、「ＬＴＥのＢａｎｄ」を単に「Ｂａｎｄ」と記載し、各Ｂａｎｄの受信帯域（Ｒｘ）及び送信帯域（Ｔｘ）を、例えばＢａｎｄ１の受信帯域（Ｒｘ）については「Ｂａｎｄ１Ｒｘ帯」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言とで簡略化して記載する場合がある。
同図に示すように、Ｂａｎｄ１は、送信帯域に１９２０～１９８０ＭＨｚが割り当てられ、受信帯域に２１１０～２１７０ＭＨｚが割り当てられている。Ｂａｎｄ３は、送信帯域に１７１０～１７８５ＭＨｚが割り当てられ、受信帯域に１８０５～１８８０ＭＨｚが割り当てられている。したがって、フィルタ１１、１２、２１及び２２のフィルタ特性としては、同図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。
以上のように、クワッドプレクサ１は、低周波側のフィルタ１２（第１フィルタ）と、通過帯域の周波数がフィルタ１２より高い高周波側のフィルタ１１（第２フィルタ）と、を備える。また、クワッドプレクサ１は、フィルタ１２を含む２つのフィルタ（本実施の形態では、フィルタ１１及び１２）を備えるデュプレクサ１０、及び、フィルタ２２を含む２つのフィルタ（本実施の形態では、フィルタ２１及び２２）を備えるデュプレクサ２０によって構成されている。
なお、２つのデュプレクサ１０及び２０の通過帯域は、Ｂａｎｄ３及び１の組み合わせに限らず、例えば、Ｂａｎｄ２５及び６６の組み合わせ、あるいは、Ｂａｎｄ３及び７の組み合わせなどであってもかまわない。また、クワッドプレクサ１において、各フィルタ１１、１２、２１及び２２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とを結ぶ経路上等に、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。
［２．フィルタの基本構成］
次に、各フィルタ１１、１２、２１及び２１の基本構成について、Ｂａｎｄ３Ｔｘを通過帯域とするフィルタ１２（第１フィルタ）の基本構成を例に説明する。
図３は、フィルタ１２の回路構成図である。同図に示すように、フィルタ１２は、直列共振子Ｓ１～Ｓ４と、並列共振子Ｐ１～Ｐ４と、インダクタＬ１～Ｌ３と、を備える。
直列共振子Ｓ１～Ｓ４は、共通端子Ｐｏｒｔ１と個別端子Ｐｏｒｔ１２とを結ぶ信号経路（直列腕）上に、個別端子Ｐｏｒｔ１２側からこの順に互いに直列に接続されている。また、並列共振子Ｐ１～Ｐ４は、個別端子Ｐｏｒｔ１２および直列共振子Ｓ１～Ｓ４の各接続点と、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。具体的には、並列共振子Ｐ１は、インダクタＬ１を介して基準端子に接続され、並列共振子Ｐ２、Ｐ３は、インダクタＬ２を介して基準端子に接続され、並列共振子Ｐ４は、インダクタＬ３を介して基準端子に接続されている。直列共振子Ｓ１～Ｓ４及び並列共振子Ｐ１～Ｐ４の上記接続構成により、フィルタ１２は、ラダー型のバンドパスフィルタを構成している。
このように、フィルタ１２（第１フィルタ）は、信号経路上に配置された２以上の直列共振子（本実施の形態では４つの直列共振子Ｓ１～Ｓ４）、及び、信号経路と基準端子（グランド）とを結ぶ経路上に配置された１以上の並列共振子（本実施の形態では、４つの並列共振子Ｐ１～Ｐ４）で構成されるラダー型のフィルタ構造を有する。
なお、フィルタ１２の直列共振子及び並列共振子の数は、それぞれ、４個ずつに限定されず、直列共振子が２個以上かつ並列共振子が１個以上あればよい。
また、並列共振子Ｐ１～Ｐ４は、インダクタＬ１～Ｌ３を介さずに、基準端子に直接接続されていてもよい。また、直列腕上あるいは並列腕上に、インダクタ及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、図３では、並列共振子Ｐ２、Ｐ３が接続される基準端子（グランド）が共通化され、並列共振子Ｐ１が接続される基準端子およびＰ４が接続される基準端子が個別化されているが、共通化されている基準端子及び個別化されている基準端子は、これに限らず、例えば、フィルタ１２の実装レイアウトの制約等によって適宜選択され得る。
また、ラダー型のフィルタ構造を構成する直列共振子Ｓ１～Ｓ４のうち、最も共通端子Ｐｏｒｔ１に近い直列共振子Ｓ４の共通端子Ｐｏｒｔ１側のノードに、並列共振子が接続されていてもよい。また、最も個別端子Ｐｏｒｔ１２に近い直列共振子Ｓ１の個別端子Ｐｏｒｔ１２側のノードに接続されている並列共振子Ｐ１は、省略されてもよい。
［３．共振子の基本構造］
次に、フィルタ１２（第１フィルタ）を構成する各共振子（直列共振子及び並列共振子）の基本構造について説明する。本実施の形態では、当該共振子は、弾性表面波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）共振子である。
なお、他のフィルタ１１、２１及び２２は、上記の構成に限定されず、要求されるフィルタ特性等に応じて適宜設計され得る。具体的には、フィルタ１１、２１及び２２は、ラダー型のフィルタ構造を有さなくてもよく、例えば縦結合型のフィルタ構造であってもかまわない。また、フィルタ１１、２１及び２２を構成する各共振子は、ＳＡＷ共振子に限らず、例えば、ＢＡＷ（Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）共振子であってもかまわない。さらには、フィルタ１１、２１及び２２は、共振子を用いずに構成されていてもよく、例えば、ＬＣ共振フィルタあるいは誘電体フィルタであってもかまわない。
図４は、本実施の形態に係るフィルタ１２の共振子を模式的に表す平面図及び断面図である。同図には、フィルタ１２を構成する複数の共振子を代表して、直列共振子Ｓ１の構造を表す平面模式図及び断面模式図が例示されている。なお、図４に示された直列共振子Ｓ１は、上記複数の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や長さなどは、これに限定されない。また、図４では示していないが、電極指は、先端部に異型部を有する異型フィンガであってもよい。
図４の平面図に示すように、直列共振子Ｓ１は、互いに対向する一対の櫛歯状電極３２ａ及び３２ｂと、一対の櫛歯状電極３２ａ及び３２ｂに対して弾性波の伝搬方向に配置された反射器３２ｃと、を有する。一対の櫛歯状電極３２ａ及び３２ｂは、ＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極を構成している。なお、実装レイアウトの制約等によって、一対の反射器３２ｃのうち一方が配置されていなくてもよい。
櫛歯状電極３２ａは、櫛歯形状に配置され、互いに平行な複数の電極指３２２ａおよび複数のオフセット電極指３２３ａと、複数の電極指３２２ａのそれぞれの一端同士及び複数のオフセット電極指３２３ａのそれぞれの一端同士を接続するバスバー電極３２１ａとで構成されている。また、櫛歯状電極３２ｂは、櫛歯形状に配置され、互いに平行な複数の電極指３２２ｂおよび複数のオフセット電極指３２３ｂと、複数の電極指３２２ｂのそれぞれの一端同士及び複数のオフセット電極指３２３ｂのそれぞれの一端同士を接続するバスバー電極３２１ｂとで構成されている。複数の電極指３２２ａ及び３２２ｂならびに複数のオフセット電極指３２３ａ及び３２３ｂは、弾性波伝搬方向（Ｘ軸方向）の直交方向に延びるように形成されている。また、電極指３２２ａとオフセット電極指３２３ｂとは、上記直交方向において対向し、電極指３２２ｂとオフセット電極指３２３ａとは、上記直交方向において対向している。
ここで、複数の電極指３２２ａのそれぞれの他端同士（複数の電極指３２２ａのそれぞれのバスバー電極３２１ａと接続されていない端部同士）を結ぶ方向Ｄは、弾性波伝搬方向（Ｘ軸方向）と所定の角度で交差している。また、複数の電極指３２２ｂのそれぞれの他端同士（複数の電極指３２２ｂのそれぞれのバスバー電極３２１ｂと接続されていない端部同士）を結ぶ方向Ｄは、弾性波伝搬方向（Ｘ軸方向）と上記所定の角度で交差している。この形状により、直列共振子Ｓ１～Ｓ４及び並列共振子Ｐ１～Ｐ４を構成する各ＩＤＴ電極は、弾性波伝搬方向と複数の電極指の並び方向とが交差する、いわゆる傾斜ＩＤＴとなっている。
圧電体層を用いて形成された１ポートの弾性表面波を利用した共振子では、共振周波数と反共振周波数との間に、いわゆる横モードリップルが発生し、通過帯域内の伝送特性を劣化させる場合がある。本実施の形態に係るフィルタ１２では、この対策として、各共振子のＩＤＴ電極には傾斜ＩＤＴが採用されている。
一対の反射器３２ｃは、一対の櫛歯状電極３２ａ及び３２ｂに対して上記方向Ｄに配置されている。具体的には、一対の反射器３２ｃは、上記方向Ｄにおいて、一対の櫛歯状電極３２ａ及び３２ｂを挟むように配置されている。各反射器３２ｃは、互いに平行な複数の反射電極指、当該複数の反射電極指を接続する反射器バスバー電極と、で構成されている。一対の反射器３２ｃは、反射器バスバー電極が上記方向Ｄに沿って形成されている。
このように構成された一対の反射器３２ｃは、伝搬される弾性波の定在波を、共振子（ここでは直列共振子Ｓ１）の外部に漏らすことなく閉じ込めることができる。これにより、当該共振子は、一対の櫛歯状電極３２ａ及び３２ｂの電極ピッチ、対数及び交叉幅等で規定される通過帯域の高周波信号を低損失で伝搬し、通過帯域外の高周波信号を高減衰させることが可能となる。
また、複数の電極指３２２ａ及び３２２ｂ、複数のオフセット電極指３２３ａ及び３２３ｂ、ならびに、バスバー電極３２１ａ及び３２１ｂで構成されるＩＤＴ電極は、図４の断面図に示すように、密着層３２４と主電極層３２５との積層構造となっている。また、反射器３２ｃの断面構造は、ＩＤＴ電極の断面構造と同様のため、以下ではその説明を省略する。
密着層３２４は、圧電体層３２７と主電極層３２５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３２４の膜厚は、例えば、１２ｎｍである。
主電極層３２５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３２５の膜厚は、例えば１６２ｎｍである。
保護層３２６は、ＩＤＴ電極を覆うように形成されている。保護層３２６は、主電極層３２５を外部環境から保護する、周波数温度特性を調整する、及び、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膜である。保護層３２６の膜厚は、例えば２５ｎｍである。
なお、密着層３２４、主電極層３２５及び保護層３２６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電極は、上記積層構造でなくてもよい。ＩＤＴ電極は、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３２６は、形成されていなくてもよい。
このようなＩＤＴ電極ならびに反射器３２ｃは、次に説明する基板３２０の主面上に配置されている。以下、基板３２０の積層構造について説明する。
図４の下段に示すように、基板３２０は、高音速支持基板３２９と、低音速膜３２８と、圧電体層３２７とを備え、高音速支持基板３２９、低音速膜３２８及び圧電体層３２７がこの順で積層された構造を有している。
圧電体層３２７は、ＩＤＴ電極ならびに反射器３２ｃが主面上に配置された圧電膜である。圧電体層３２７は、例えば、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。圧電体層３２７の厚みは、ＩＤＴ電極の電極ピッチで定まる弾性波の波長をλとした場合、３．５λ以下であり、例えば、６００ｎｍである。
高音速支持基板３２９は、低音速膜３２８、圧電体層３２７ならびにＩＤＴ電極を支持する基板である。高音速支持基板３２９は、さらに、圧電体層３２７を伝搬する表面波や境界波の弾性波よりも、高音速支持基板３２９中のバルク波の音速が高速となる基板であり、弾性表面波を圧電体層３２７及び低音速膜３２８が積層されている部分に閉じ込め、高音速支持基板３２９より下方に漏れないように機能する。高音速支持基板３２９は、例えば、シリコン基板であり、厚みは、例えば１２５μｍである。なお、高音速支持基板３２９は、（１）炭化ケイ素、シリコン、リチウムタンタレート、リチウムニオベイト、または水晶等の圧電体、（２）アルミナ、サファイア、ジルコニア、コージライト、ムライト、ステアタイト、またはフォルステライト等の各種セラミック、（３）マグネシア、ダイヤモンド、（４）上記各材料を主成分とする材料、ならびに、（５）上記各材料の混合物を主成分とする材料、のいずれかで構成されていてもよい。
低音速膜３２８は、圧電体層３２７を伝搬するバルク波の音速よりも、低音速膜３２８中のバルク波の音速が低速となる膜であり、圧電体層３２７と高音速支持基板３２９との間に配置される。この構造と、弾性波のエネルギーが本質的に低音速な媒質に集中するという性質とにより、弾性表面波のエネルギーのＩＤＴ電極外への漏れが抑制される。低音速膜３２８は、例えば、二酸化ケイ素を主成分とする膜である。低音速膜３２８の厚みは、ＩＤＴ電極の電極ピッチで定まる弾性波の波長をλとした場合、２λ以下であり、例えば６７０ｎｍである。
基板３２０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、共振周波数及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値が高い弾性表面波共振子を構成し得るので、当該弾性表面波共振子を用いて、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３２９は、支持基板と、圧電体層３２７を伝搬する表面波や境界波の弾性波よりも、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、ガラス、サファイア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。
なお、本実施の形態では、フィルタ１２を構成するＩＤＴ電極は、圧電体層３２７を有する基板３２０上に形成された例を示したが、当該ＩＤＴ電極が形成される基板は、圧電体層３２７の単層からなる圧電基板であってもよい。この場合の圧電基板は、例えば、ＬｉＴａＯ３の圧電単結晶、または、ＬｉＮｂＯ３などの他の圧電単結晶で構成される。
また、フィルタ１２を構成するＩＤＴ電極が形成される基板は、圧電体層を有する限り、全体が圧電体層からなるものの他、支持基板上に圧電体層が積層されている構造を用いてもよい。
また、上記本実施の形態に係る圧電体層３２７は、５０°ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ３単結晶を使用したものであるが、単結晶材料のカット角はこれに限定されない。つまり、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、及び厚みを変更してもよく、上記以外のカット角を有するＬｉＴａＯ３圧電基板またはＬｉＮｂＯ３圧電基板などを用いた弾性表面波フィルタであっても、同様の効果を奏することが可能となる。
ここで、弾性表面波共振子を構成するＩＤＴ電極の電極パラメータについて説明する。
弾性表面波共振子の波長とは、図４の中段に示すＩＤＴ電極を構成する複数の電極指３２２ａまたは３２２ｂ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、櫛歯状電極３２ａ及び３２ｂを構成する電極指３２２ａおよび３２２ｂのライン幅をＷとし、隣り合う電極指３２２ａと電極指３２２ｂ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３２ａ及び３２ｂの交叉幅Ｌは、図４の上段に示すように、電極指３２２ａと電極指３２２ｂとの方向Ｄから見た場合の重複する電極指長さである。また、各共振子の電極デューティーは、複数の電極指３２２ａ及び３２２ｂのライン幅占有率であり、複数の電極指３２２ａ及び３２２ｂ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。
なお、上記では、直列共振子Ｓ１が傾斜ＩＤＴで構成されている例を説明したが、これに限られず、全ての直列共振子および並列共振子が傾斜ＩＤＴで構成されていてもよく、直列共振子のみが傾斜ＩＤＴで構成されていてもよい。
また、上記では、直列共振子Ｓ１がオフセット電極指を有している例を説明したが、これに限られず、全ての直列共振子および並列共振子がオフセット電極指を有していてもよい、オフセット電極指を有していない共振子があってもよい。
［４．参考例に係るフィルタにおける共振子構造］
先述したように、傾斜ＩＤＴ電極部を有する共振子では、共振周波数付近にリップルが生じ、傾斜ＩＤＴ電極部における電極指を異型フィンガとした共振子では、共振周波数付近のリップルは抑制できるが、反共振周波数付近にリップルが生じやすい。
そこで、まず、図３のフィルタ１２の直列共振子Ｓ１～Ｓ４の各々において、オフセット電極指を含むすべての電極指が異型フィンガであるかまたは異型フィンガでないかのいずれかである参考例１～４を設定し、特性を比較した。
図５は、参考例１～４に係るフィルタ１２における直列共振子Ｓ１～Ｓ４のＩＤＴ電極の平面図である。
参考例１～４に係るフィルタ１２では、直列共振子Ｓ１～Ｓ４の各々において、共振子ごとにすべての電極指３２２ａ、３２２ｂおよびオフセット電極指３２３ａ、３２３ｂが異型フィンガでないか（図５の（ａ））異型フィンガであるか（図５の（ｂ））のいずれかである。ここで、異型フィンガとは、複数の電極指のうちバスバー電極と接続されていない端部の電極指幅が電極指中央部の電極指幅よりも広い形状になっている（つまり、異型部を有する）電極指である。
図５の（ａ）に示されるように、すべての電極指が異型フィンガでない共振子では、すべてのオフセット電極指３２３ａ１および電極指３２２ｂ１は、端部の電極指幅が中央部における電極指幅以下である第２電極指となっている。当該共振子では、すべての電極指３２２ａおよびオフセット電極指３２３ｂもまた、第２電極指となっている（図示せず）。
一方、図５の（ｂ）に示されるように、すべての電極指が異型フィンガである共振子では、すべてのオフセット電極指３２３ａ２および電極指３２２ｂ２は、異型部３２３ｄ、３２２ｄをそれぞれ有し、端部の電極指幅が中央部における電極指幅よりも広い第１電極指となっている。当該共振子では、すべての電極指３２２ａおよびオフセット電極指３２３ｂもまた、第１電極指となっている（図示せず）。
表１は、参考例１～４において、すべての電極指（オフセット電極指を含む）が異型フィンガである共振子の配置を表している。以下の説明では、異型部を有しない電極指（オフセット電極指を含む）の形状を「異型部が除去されている」という文言で表す。この文言は、異型部を有しない電極指の形状と異型フィンガの形状とを区別するためだけに用いられ、製造の手順を限定しない。つまり、異型部が除去された電極指は、もともと異型部を有しない形状にパターニングされたものであってもよい。
表１では、参考例１～４について、共振子ごとの異型部の除去率を表している。表１において、異型部の除去率が０％であるとは、共振子のすべての電極指（オフセット電極指を含む）が異型フィンガであることを意味し、異型部の除去率が１００％であるとは、共振子のすべての電極指（オフセット電極指を含む）が異型部を有しないことを意味する。
Figure 0007231007000001
［５．参考例に係るフィルタを用いたクワッドプレクサの特性比較］
参考例１～４の各々のフィルタをフィルタ１２として用いたクワッドプレクサ１（以下、単に参考例１～４と言う）における通過特性およびアイソレーション特性について説明する。
まず、参考例１について説明する。
図６は、参考例１における、個別端子Ｐｏｒｔ１２－共通端子Ｐｏｒｔ１間の通過特性、および個別端子Ｐｏｒｔ１２－個別端子Ｐｏｒｔ１１間のアイソレーション特性の一例を示すグラフである。
具体的には、同図には、フィルタ１２（Ｂａｎｄ３Ｔｘ用フィルタ）を経由する経路の通過特性、およびフィルタ１２およびフィルタ１１（Ｂａｎｄ３Ｒｘ用フィルタ）を経由する経路のアイソレーション特性が示されている。より具体的には、個別端子Ｐｏｒｔ１２に入力された信号の強度に対する共通端子Ｐｏｒｔ１から出力された信号の強度比である挿入損失、および個別端子Ｐｏｒｔ１２に入力された信号の強度に対する個別端子Ｐｏｒｔ１１から出力された信号の強度比であるアイソレーションが示されている。
図６に示される通過特性およびアイソレーション特性のいずれにも、Ｂａｎｄ３の受信帯域（Ｂａｎｄ３Ｒｘ）の高域端においてリップルが見られる。当該リップルは、参考例１のフィルタ１２単体での特性において反共振周波数付近で生じるリップル（図示せず）と、周波数で一致していることから、フィルタ１２に起因していることが分かる。
このように、クワッドプレクサ１においてすべての共振子のすべての電極指（オフセット電極指を含む）が異型フィンガであるフィルタ１２を用いることは、他のフィルタ（例えば、フィルタ１１）の通過帯域における特性を損なう要因になり得る。
図７Ａは、参考例１～４における、個別端子Ｐｏｒｔ１２－個別端子Ｐｏｒｔ１１間のアイソレーション特性の一例を拡大して示すグラフである。
図７Ｂは、参考例１、３、４における、個別端子Ｐｏｒｔ１２－共通端子Ｐｏｒｔ１間のエネルギー損失の一例を拡大して示すグラフである。ここで、エネルギー損失とは、通過損失から整合損を除いた経路内での電力消費を言う。
参考例３では、参考例１とは逆に、フィルタ１２において、すべての共振子のすべての電極指（オフセット電極指を含む）で異型部が除去されている。参考例３では、Ｂａｎｄ３Ｒｘの高域端においてアイソレーション特性に生じるリップルが小さい反面、Ｂａｎｄ３Ｔｘ内でのエネルギー損失が大きい。
また、参考例２では、フィルタ１２において、直列共振子Ｓ２のすべての電極指（オフセット電極指を含む）で異型部が除去され、かつ直列共振子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ４のすべての電極指（オフセット電極指を含む）が異型部を有する。参考例２では、Ｂａｎｄ３Ｒｘの高域端においてアイソレーション特性に参考例１と同じ程度のリップルが生じている。
また、参考例４では、フィルタ１２において、直列共振子Ｓ２、Ｓ４のすべての電極指（オフセット電極指を含む）で異型部が除去され、かつ直列共振子Ｓ１、Ｓ３のすべての電極指（オフセット電極指を含む）が異型部を有する。参考例４では、Ｂａｎｄ３Ｒｘの高域端においてアイソレーション特性に生じるリップルは参考例３と同じ程度に小さいが、Ｂａｎｄ３Ｔｘ内でのエネルギー損失が参考例１と比べて大きくなっている。
このように、１つの直列共振子（ここでは直列共振子Ｓ２）のみで異型部の除去率を１００％とした参考例２では参考例１での問題が解決できず、２つの直列共振子（ここでは直列共振子Ｓ２、Ｓ４）で異型部の除去率を１００％とした参考例４では参考例３での問題が生じてしまう。
つまり、異型部の除去率を、共振子ごとに０％（まったく除去しない）および１００％（すべて除去する）のいずれかとする設定では、通過帯域内での損失と反共振周波数付近でのリップルとの双方において優れた特性を得ることができない。
［６．実施例に係るフィルタの構成］
そこで、本発明者らは、異型部の除去率を、直列共振子Ｓ１、Ｓ３において０％より大きく１００％より小さい中間的な値とし（言い換えれば、異型部を間引し）、直列共振子Ｓ２、Ｓ４において０％（まったく除去しない）とした構成について検討した。具体的には、直列共振子Ｓ１、Ｓ３の両方の異型部を除去率３０％、５０％、７５％で間引いたフィルタをそれぞれ実施例１、２、３として設定した。
実施例１、２、３において、直列共振子Ｓ２、Ｓ４は、異型部を有する第１電極指で構成された第２直列共振子の一例であり、直列共振子Ｓ１、Ｓ３は、異型部を有する第１電極指と異型部を有しない第２電極指とで構成された第１直列共振子の一例である。
なお、実施例１、２では、簡明のため、第２直列共振子（直列共振子Ｓ２、Ｓ４）は第１電極指のみで構成されている（除去率が０％である）とするが、この例には限られず、第２直列共振子は、例えば、数本程度の第２電極指を有していてもよい。
図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃは、実施例１、２、３に係るフィルタ１２における直列共振子Ｓ１、Ｓ３のＩＤＴ電極の一例を示す平面図であり、図５に示される構成を、櫛歯状電極３２ａ、３２ｂの全体について、より簡略に示している。図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃには、異型部の除去率がそれぞれ３０％、５０％、７５％となる異型部３２２ｄ、３２３ｄの配置の一例が示されている。ここで、異型部の除去率とは、ＩＤＴ電極を構成するすべての電極指およびオフセット電極指に占める、異型部を有しない電極指およびオフセット電極指の割合を言う。
図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃのいずれの例においても、異型部は、ＩＤＴ電極の弾性波伝搬方向での中央に位置する第１部分Ａ１で除去されず、第１部分Ａ１の弾性波伝搬方向での両側に位置する第２部分Ａ２および第３部分Ａ３で除去されている。つまり、第１部分Ａ１は、第１電極指（異型フィンガ）のみで構成され、第２部分Ａ２および第３部分Ａ３は、第２電極指（異型部を有しないフィンガ）のみで構成されている。第２部分Ａ２および第３部分Ａ３は、第１部分Ａ１と反射器３２ｃとで挟まれたＩＤＴ電極の部分である。
図８Ａの例では、第２部分Ａ２および第３部分Ａ３において各々５本（電極指総数３２本に対し約１５％）の電極指で異型部が除去されていることから、ＩＤＴ電極全体での異型部の除去率は３０％である。図８Ｂでは、第２部分Ａ２および第３部分Ａ３において各々８本（同じく２５％）の電極指で異型部が除去されていることから、ＩＤＴ電極全体での異型部の除去率は５０％である。図８Ｃでは、第２部分Ａ２および第３部分Ａ３において各々１２本（同じく３７．５％）の電極指で異型部が除去されていることから、ＩＤＴ電極全体での異型部の除去率は７５％である。
［７．実施例に係るフィルタを用いたクワッドプレクサの特性比較］
以下、実施例１、２、３に係るフィルタをフィルタ１２として用いたクワッドプレクサ１（以下、単に実施例１、２、３と言う）における通過特性およびアイソレーション特性について説明する。
図９Ａは、実施例１、２、３における、個別端子Ｐｏｒｔ１２－共通端子Ｐｏｒｔ１間の通過特性の一例を、参考例１、４と対比して示すグラフである。具体的には、同図には、フィルタ１２（Ｂａｎｄ３Ｔｘ用フィルタ）を経由する経路の通過特性が示されている。より具体的には、個別端子Ｐｏｒｔ１２に入力された信号の強度に対する共通端子Ｐｏｒｔ１から出力された信号の強度比である挿入損失が示されている。
図９Ｂは、実施例１、２、３における、個別端子Ｐｏｒｔ１２－個別端子Ｐｏｒｔ１１間のアイソレーション特性の一例を、参考例１、４と対比して示すグラフである。具体的には、同図には、フィルタ１２およびフィルタ１１（Ｂａｎｄ３Ｒｘ用フィルタ）を経由する経路のアイソレーション特性が示されている。より具体的には、個別端子Ｐｏｒｔ１２に入力された信号の強度に対する個別端子Ｐｏｒｔ１１から出力された信号の強度比であるアイソレーションが示されている。
図９Ｃは、実施例１、２、３における、個別端子Ｐｏｒｔ１２－共通端子Ｐｏｒｔ１間のエネルギー損失の一例を、参考例１、４と対比して示すグラフである。具体的には、同図には、フィルタ１２（Ｂａｎｄ３Ｔｘ用フィルタ）を経由する経路の通過特性が示されている。より具体的には、個別端子Ｐｏｒｔ１２に入力された信号の強度に対する共通端子Ｐｏｒｔ１から出力された信号の強度比である挿入損失から整合損を除いた経路内での電力消費が示されている。
図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃに見られるように、参考例１ではＢａｎｄ３Ｒｘ帯域の高域端においてアイソレーション特性に大きなリップルが生じており、参考例４ではＢａｎｄ３Ｔｘ帯域において挿入損失が増大している。参考例４でのＢａｎｄ３Ｔｘ帯域における挿入損失の増大は直列共振子Ｓ１、Ｓ３に起因している。
Ｂａｎｄ３Ｒｘ帯域の高域端においてアイソレーション特性に生じるリップルは、参考例１で最も大きく（最も悪く）、実施例１、実施例２、実施例３、参考例４の順により小さく（より良好に）なっている。また、Ｂａｎｄ３Ｔｘ帯域における挿入損失およびエネルギー損失は、いずれも参考例４で最も大きく（最も悪く）、実施例３、実施例２、実施例１、参考例１の順により小さく（より良好に）なっている。
この結果を、参考例４でのアイソレーション特性に生じるリップルおよび参考例１での挿入損失をそれぞれリップルおよび挿入損失のリファレンスとして、表２に総括する。
表２に総括されるように、参考例１ではアイソレーション特性に生じるリップルが大きく、参考例４では挿入損失が大きく、いずれもアイソレーション特性と挿入損失の両方に優れた特性を得ることができない。これに対し、実施例１、２、３では、参考例１と比べて小さいリップルと、参考例４と比べて小さい挿入損失とにより、アイソレーション特性と挿入損失の両方に優れた特性を得ることができる。
Figure 0007231007000002
この結果から、フィルタを構成する複数の直列共振子のうちの１以上の直列共振子において、ＩＤＴ電極の弾性波伝搬方向での中央に位置する第１部分を第１電極指のみで構成しかつ両側の第２部分および第３部分を第２電極指のみで構成することにより、リップルと挿入損失の両方が小さいフィルタが得られる。
ＩＤＴ電極の第１部分を第１電極指のみで構成し第２部分および第３部分を第２電極指のみで構成する直列共振子は、フィルタを構成する複数の直列共振子のうち、反共振周波数が最も低い直列共振子（つまり、フィルタの通過域端部の急峻性を形成する共振子）以外の直列共振子としてもよい。これにより、フィルタの通過特性の急峻性を損なわずに、反共振周波数付近のリップルと挿入損失の両方に優れたフィルタを得ることができる。
［８．変形例に係るフィルタの構成］
上記実施の形態１では、第１フィルタ（実施の形態１ではフィルタ１２）について、ラダー型のフィルタ構造のみを有する構成を例に説明した。しかし、第１フィルタは、ラダー型のフィルタ構造に加え、さらに縦結合型のフィルタ構造を有してもかまわない。そこで、本変形例では、このようなフィルタ構造を有する第１フィルタを備えるクワッドプレクサについて説明する。なお、クワッドプレクサが備える複数のフィルタのうち、第１フィルタ以外のフィルタについては、実施の形態１と同様の構成を有するため、説明を省略する。
図１０は、実施の形態１の変形例に係るフィルタ１２Ａ（第１フィルタ）の回路構成図である。
同図に示すように、フィルタ１２Ａは、直列共振子Ｓ６及びＳ７と、並列共振子Ｐ５及びＰ６と、縦結合共振器Ｓ５と、を備える。つまり、フィルタ１２Ａは、ラダー型のフィルタ構造に縦結合共振器Ｓ５が付加されたフィルタである。
縦結合共振器Ｓ５は、共通端子Ｐｏｒｔ１と個別端子Ｐｏｒｔ１２との間に配置された縦結合型のフィルタ構造を有する。本実施の形態では、縦結合共振器Ｓ５は、直列共振子Ｓ６の個別端子Ｐｏｒｔ１２側に配置されており、９つのＩＤＴとその両端に配置された反射器とで構成されている。なお、縦結合共振器Ｓ５が配置される位置は、これに限定されず、例えば、直列共振子Ｓ７と直列共振子Ｓ６との間、あるいは、直列共振子Ｓ７の共通端子Ｐｏｒｔ１側であってもかまわない。
以上のように構成された第１フィルタ（本変形例ではフィルタ１２Ａ）を備えるクワッドプレクサであっても、実施の形態１と同様に、直列共振子Ｓ６、Ｓ７のうち少なくとも一方の共振子において、ＩＤＴ電極の第１部分と第２部分とで、第１電極指と第２電極指とを同じ並び順で配置することにより、反共振周波数付近のリップルと挿入損失の両方に優れたフィルタを得ることができる。
ＩＤＴ電極の第１部分と第２部分とで、第１電極指と第２電極指とを同じ並び順で配置する直列共振子は、直列共振子Ｓ６、Ｓ７のうち、反共振周波数が最も低い直列共振子（つまり、フィルタの通過域の端部を形成する共振子）以外の直列共振子としてもよい。これにより、フィルタの通過特性の急峻性を損なわずに、反共振周波数付近のリップルと挿入損失の両方に優れたフィルタを得ることができる。
また、本実施の形態に係るフィルタ１２Ａによれば、縦結合型のフィルタ構造を有することにより、減衰強化等の要求されるフィルタ特性に適応することが可能となる。
（実施の形態２）
上記実施の形態１及びその変形例に係るクワッドプレクサは、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及び通信装置について説明する。
図１１は、実施の形態２に係る高周波フロントエンド回路３０の構成図である。なお、同図には、高周波フロントエンド回路３０と接続される各構成要素（アンテナ素子２、ＲＦ信号処理回路（ＲＦＩＣ）３、及び、ベースバンド信号処理回路（ＢＢＩＣ）４）についても併せて図示されている。高周波フロントエンド回路３０と、ＲＦ信号処理回路３と、ベースバンド信号処理回路４とは、通信装置４０を構成している。
高周波フロントエンド回路３０は、実施の形態１に係るクワッドプレクサ１と、受信側スイッチ１３及び送信側スイッチ２３と、ローノイズアンプ回路１４と、パワーアンプ回路２４と、を備える。
受信側スイッチ１３は、クワッドプレクサ１の受信端子である個別端子Ｐｏｒｔ１１及びＰｏｒｔ２１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１４に接続された共通端子を有するスイッチ回路である。
送信側スイッチ２３は、クワッドプレクサ１の送信端子である個別端子Ｐｏｒｔ１２及びＰｏｒｔ２２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２４に接続された共通端子を有するスイッチ回路である。
これら受信側スイッチ１３及び送信側スイッチ２３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３０は、キャリアアグリゲーションに対応してもかまわない。
ローノイズアンプ回路１４は、アンテナ素子２、クワッドプレクサ１及び受信側スイッチ１３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。
パワーアンプ回路２４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２３及びクワッドプレクサ１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。
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２４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３０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３０及び通信装置４０によれば、上記実施の形態１に係るクワッドプレクサ１を備えることにより、アイソレーション特性に生じるリップルと通過損失の両方に優れた特性が得られる。
なお、高周波フロントエンド回路３０は、実施の形態１に係るクワッドプレクサ１に代わり、実施の形態１の変形例に係るクワッドプレクサを備えてもかまわない。
また、通信装置４０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。
（その他の実施の形態）
以上、本発明の実施の形態に係るフィルタ、マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路及び通信装置について、実施の形態及びその変形例を挙げて説明したが、本発明は、上記実施の形態及び変形例における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、上記実施の形態に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本発明に係る高周波フロントエンド回路及び通信装置を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
例えば、上記説明では、マルチプレクサとして、クワッドプレクサを例に説明したが、本発明は、例えば、３つのフィルタのアンテナ端子が共通化されたトリプレクサや、６つのフィルタのアンテナ端子が共通化されたヘキサプレクサ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。
さらには、マルチプレクサは、送信フィルタ及び受信フィルタの双方を備える構成に限らず、送信フィルタのみ、または、受信フィルタのみを備える構成であってもかまわない。
また、上記実施の形態１では、フィルタ１２が第１フィルタに相当し、フィルタ１１が第２フィルタに相当するとして説明した。つまり、第１及び第２フィルタは、上記実施の形態１ではそれぞれ送信フィルタおよび受信フィルタであった。しかし、本発明は、第１フィルタのストップバンドリップルが第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及び第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。このため、第１及び第２フィルタは、双方が送信フィルタであってもよい。
（まとめ）
以上説明したように、本発明の一態様に係るフィルタは、一対の入出力端子と、前記一対の入出力端子間を結ぶ信号経路上に配置された１以上の直列共振子と、を有し、前記１以上の直列共振子のそれぞれは、圧電体層を有する基板上に形成された一対の櫛歯状電極からなるＩＤＴ電極を有し、前記１以上の直列共振子のそれぞれが有する前記一対の櫛歯状電極のそれぞれは、弾性波伝搬方向の直交方向に延びるように配置された複数の電極指と、前記複数の電極指のそれぞれの一端同士を接続するバスバー電極と、で構成され、前記１以上の直列共振子のそれぞれを構成する前記ＩＤＴ電極は、前記複数の電極指のうち前記他端における電極指幅が中央部における電極指幅よりも広い第１電極指、および、前記他端における電極指幅が中央部における電極指幅以下である第２電極指、の少なくとも一方で構成されており、前記１以上の直列共振子は、１以上の第１直列共振子を含み、前記１以上の第１直列共振子のそれぞれを構成する前記ＩＤＴ電極において、前記複数の電極指のそれぞれの他端同士を結ぶ方向は、前記弾性波伝搬方向と交差しており、前記１以上の第１直列共振子のそれぞれを構成する前記ＩＤＴ電極の前記弾性波伝搬方向での中央に位置する第１部分は、前記第１電極指のみで構成され、前記第１部分の前記弾性波伝搬方向での両側に位置する第２部分および第３部分は、前記第２電極指のみで構成されている。
これにより、フィルタの第１直列共振子を構成するＩＤＴ電極において、第１電極指（異型フィンガ）と第２電極指（異型部を有しない電極指）とが混在して配置される。そのため、すべての電極指を第１電極指とした場合に増大しやすい反共振周波数付近のリップル、およびすべての電極指を第２電極指とした場合に増大しやすい共振周波数付近のリップルの双方が抑制される。その結果、共振周波数付近のリップルおよび反共振周波数付近のリップルの双方を抑制できるフィルタが得られる。
また、前記１以上の直列共振子は、前記一対の入出力端子間を結ぶ信号経路上に配置された１以上の第２直列共振子を、さらに含み、前記１以上の第２直列共振子のそれぞれを構成する前記ＩＤＴ電極は、前記第１電極指で構成されているとしてもよい。
また、前記１以上の第１直列共振子のそれぞれは、反共振周波数が最も低い直列共振子以外の直列共振子であるとしてもよい。
これにより、反共振周波数が最も低い直列共振子、すなわちフィルタの通過域端部の急峻性を形成するための直列共振子以外の直列共振子において、第１電極指と第２電極指とを混在させる。その結果、フィルタの通過特性の急峻性を損なわずに、反共振周波数付近のリップルと挿入損失の両方に優れたフィルタを得ることができる。
また、前記フィルタは、前記信号経路とグランドとを結ぶ経路上に配置された１以上の並列共振子をさらに有し、ラダー型のフィルタ構造を有していてもよい。
これにより、低損失性等の要求されるフィルタ特性に適応することが可能となる。
また、前記信号経路上に配置された縦結合型のフィルタ構造を有していてもよい。
これにより、減衰強化等の要求されるフィルタ特性に適応することが可能となる。
また、前記基板は、前記ＩＤＴ電極が一方の主面上に形成された圧電体層と、前記圧電体層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体層との間に配置され、前記圧電体層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電極を含む各共振子のＱ値を高い値に維持できる。
また、本発明の一態様に係るマルチプレクサは、共通端子、第１端子及び第２端子と、前記共通端子と前記第１端子とを結ぶ第１経路上に配置された第１フィルタと、前記共通端子と前記第２端子とを結ぶ第２経路上に配置され、通過帯域の周波数が前記第１フィルタの通過帯域より高い第２フィルタと、を備え、前記第１フィルタが前述したフィルタである。
これにより、第２経路における挿入損失および第１端子と第２端子との間のアイソレーションの双方に優れたマルチプレクサが得られる。
また、前記第１フィルタの通過帯域は、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）のＢａｎｄ３における上り周波数帯であり、前記第２フィルタの通過帯域は、前記ＬＴＥのＢａｎｄ１における上り周波数帯であってもよい。
第１フィルタの通過帯域がＬＴＥのＢａｎｄ３における上り周波数帯であり、第２フィルタの通過帯域がＬＴＥのＢａｎｄ１における上り周波数帯である場合、第２フィルタの通過帯域内のリップルが増大しやすい。このため、第１フィルタの共通端子に最も近い直列共振子を、上述した条件を満たすように構成することにより、当該リップルの増大を効果的に抑制することができる。
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、通過帯域内のリップルを抑制することができる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高周波フロントエンド回路と、を備える。
これにより、通過帯域内のリップルを抑制することができる通信装置を提供できる。
本発明は、マルチバンドシステムに適用できるフィルタ、マルチプレクサ、フロントエンド回路及び通信装置として、携帯電話などの通信機器に広く利用できる。
１ クワッドプレクサ
２ アンテナ素子
３ ＲＦ信号処理回路（ＲＦＩＣ）
４ ベースバンド信号処理回路（ＢＢＩＣ）
１０、２０ デュプレクサ
１１、１２、１２Ａ、２１、２２ フィルタ
１３ 受信側スイッチ
１４ ローノイズアンプ回路
２３ 送信側スイッチ
２４ パワーアンプ回路
３０ 高周波フロントエンド回路
３２ａ、３２ｂ 櫛歯状電極
３２ｃ 反射器
４０ 通信装置
３２０ 基板
３２１ａ、３２１ｂ バスバー電極
３２２ａ、３２２ｂ、３２２ｂ１、３２２ｂ２ 電極指
３２２ｄ、３２３ｄ 異型部
３２３ａ、３２３ａ１、３２３ａ２、３２３ｂ オフセット電極指
３２４ 密着層
３２５ 主電極層
３２６ 保護層
３２７ 圧電体層
３２８ 低音速膜
３２９ 高音速支持基板
Ｐｏｒｔ１ 共通端子
Ｐｏｒｔ１１、Ｐｏｒｔ１２、Ｐｏｒｔ２１、Ｐｏｒｔ２２ 個別端子
Ｐ１～Ｐ６ 並列共振子
Ｓ１～Ｓ４、Ｓ６、Ｓ７ 直列共振子
Ｓ５ 縦結合共振器

Claims (9)

  1. 一対の入出力端子と、
    前記一対の入出力端子間を結ぶ信号経路上に配置された１以上の直列共振子と、を有し、
    前記１以上の直列共振子のそれぞれは、圧電体層を有する基板上に形成された一対の櫛歯状電極からなるＩＤＴ電極を有し、
    前記１以上の直列共振子のそれぞれが有する前記一対の櫛歯状電極のそれぞれは、
    弾性波伝搬方向の直交方向に延びるように配置された複数の電極指と、
    前記複数の電極指のそれぞれの一端同士を接続するバスバー電極と、で構成され、
    前記基板は、
    前記ＩＤＴ電極が一方の主面上に形成された圧電体層と、
    前記圧電体層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体層との間に配置され、前記圧電体層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、
    前記１以上の直列共振子のそれぞれを構成する前記ＩＤＴ電極は、前記複数の電極指のうち他端における電極指幅が中央部における電極指幅よりも広い第１電極指、および、前記他端における電極指幅が中央部における電極指幅以下である第２電極指、の少なくとも一方で構成されており、
    前記１以上の直列共振子は、１以上の第１直列共振子を含み、
    前記１以上の第１直列共振子のそれぞれを構成する前記ＩＤＴ電極において、前記複数の電極指のそれぞれの前記他端同士を結ぶ方向は、前記弾性波伝搬方向と交差しており、
    前記１以上の第１直列共振子のそれぞれを構成する前記ＩＤＴ電極の前記弾性波伝搬方向での中央に位置する第１部分は、前記第１電極指のみで構成され、前記第１部分の前記弾性波伝搬方向での両側に位置する第２部分および第３部分は、前記第２電極指のみで構成されており、
    前記１以上の第１直列共振子のそれぞれを構成する前記ＩＤＴ電極の電極指本数に対する、前記第２部分および前記第３部分を合わせた部分の電極指本数の割合は、３０％以上かつ７５％以下である、
    フィルタ。
  2. 前記１以上の直列共振子は、前記一対の入出力端子間を結ぶ信号経路上に配置された１以上の第２直列共振子を、さらに含み、
    前記１以上の第２直列共振子のそれぞれを構成する前記ＩＤＴ電極は、前記第１電極指で構成されている、
    請求項１に記載のフィルタ。
  3. 前記１以上の第１直列共振子のそれぞれは、反共振周波数が最も低い直列共振子以外の直列共振子である、
    請求項１または２に記載のフィルタ。
  4. 前記フィルタは、前記信号経路とグランドとを結ぶ経路上に配置された１以上の並列共振子をさらに有し、ラダー型のフィルタ構造を有する、
    請求項１から３のいずれか１項に記載のフィルタ。
  5. 前記フィルタは、前記信号経路上に配置された縦結合型のフィルタ構造を有する、
    請求項１から４のいずれか１項に記載のフィルタ。
  6. 共通端子、第１端子及び第２端子と、
    前記共通端子と前記第１端子とを結ぶ第１経路上に配置された第１フィルタと、
    前記共通端子と前記第２端子とを結ぶ第２経路上に配置され、通過帯域の周波数が前記第１フィルタの通過帯域より高い第２フィルタと、を備え、
    前記第１フィルタが請求項１から５のいずれか１項に記載のフィルタである、
    マルチプレクサ。
  7. 前記第１フィルタの通過帯域は、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）のＢａｎｄ３における上り周波数帯であり、
    前記第２フィルタの通過帯域は、前記ＬＴＥのＢａｎｄ３における下り周波数帯である、
    請求項６に記載のマルチプレクサ。
  8. 請求項６または７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。
  9. 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８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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