JPWO2018003538A1 - 高周波モジュール、マルチプレクサおよびマルチフィルタ - Google Patents
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Abstract
高周波モジュール(1)は、信号の通過帯域の異なるフィルタ(30a、30b、30c)を有し、フィルタ(30a、30b、30c)のそれぞれについて、入出力端子である端子(21a、21b、21d)が設けられているマルチフィルタ部(20)と、送受信端子である端子(11a)とGND端子である端子(11b)とを有し、フィルタ(30b)における端子(21b)の接続先を、端子(11b)または端子(11a)に切り替えるスイッチ部(10)とを備え、フィルタ(30b)において、端子(21b)は、フィルタ(30b)と異なるフィルタ(30a)において基準電位となるべき端子に接続された共通端子であり、スイッチ部(10)は、フィルタ(30a)の端子(21a)を端子(12a)と接続する場合、端子(21b)の接続先を端子(11b)に切り替える。
Description
本発明は、高周波モジュール、マルチプレクサおよびマルチフィルタに関する。
近年、通信用高周波モジュールの小型化およびマルチバンド化のために、一つのチップ上に複数のフィルタ回路を形成した高周波モジュール等が開発されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の分波器では、アンテナ端子と複数のフィルタ回路との接続状態を切り替えることにより、送受信する周波数帯域に応じた任意のフィルタ回路を選択し、組み合わせている。これにより、回路の設計を変更することなく、一つの高周波モジュールで複数の周波数帯域に対応することができる。
しかし、一つのチップ(圧電基板)上に複数のフィルタ回路を形成する場合、十分なGND端子数を得られないことが問題となる。
特許文献1に記載の分波器では、上述したように、スイッチによってフィルタ回路への接続状態を切り替えることにより、使用する系(周波数帯域)を切り替えている。このとき、使用されないフィルタの入力端子は、GNDに接続されておらず、電気的に浮いた状態(いわゆるHOT端子)となっている。したがって、当該分波器では、フィルタ回路の入力端子を束ねる必要がなくなるものの、チップ上に必要なHOT端子の数が増えるといったデメリットがある。
HOT端子が独立している(束ねられていない)フィルタを一つのチップ上に複数形成する場合には、フィルタの数の2倍の数のHOT端子が必要となる(アンバランス型フィルタの場合、バランス型フィルタの場合はフィルタの数の2倍以上の数のHOT端子が必要となる)。また、良好なフィルタ特性を得るには、GND端子の数は各フィルタに十分に割り当てられる数だけ必要である。しかし、チップサイズの制約から、一つのチップ上に配置することができる端子の数は限られるため、HOT端子として割り当てる端子の数が多くなると、GND端子として割り当てる端子の数は少なくなる。例えば、8個の端子(バンプ)を有するチップに三つの独立したアンバランス型フィルタを形成する場合、HOT端子として3×2=6個の端子が割り当てられるため、GND端子は残りの2個(=8−3×2)の端子しか割り当てることができない。そのため、良好なフィルタ特性とチップの小型化とを両立することは困難である。
上記課題に鑑み、本発明は、良好なフィルタ特性と小型化とを両立することができる高周波モジュール、マルチプレクサおよびマルチフィル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、本発明にかかる高周波モジュールの一態様は、信号の通過帯域の異なる複数の回路素子を有し、前記複数の回路素子のそれぞれについて、前記信号を入力または出力する入出力端子が複数設けられているマルチフィルタ部と、前記信号の送受信用の送受信端子とGND端子とを有し、前記複数の回路素子における前記入出力端子の接続先を、前記送受信端子または前記GND端子に切り替えるスイッチ部とを備え、前記複数の回路素子のうちの第1の回路素子において、前記入出力端子の少なくとも一つは、前記複数の回路素子のうちの前記第1の回路素子と異なる第2の回路素子において基準電位となるべき端子に接続された共通端子であり、前記スイッチ部は、前記第2の回路素子の前記入出力端子の一つを前記送受信端子と接続する場合、前記共通端子の接続先を前記GND端子に切り替える。
これにより、第2の回路素子の並列腕共振子の基準電位となるべき端子を、共通端子に接続しているので、当該並列腕共振子の基準電位となるべき端子を、GND端子に接続することができる。これにより、高周波モジュールのフィルタ特性を良好な特性とすることができる。また、第2の回路素子の並列腕共振子の基準電位となるべき端子をGND端子に接続するために新たに端子を設ける必要がないので、1つのチップにおける端子の数を変更することがない。したがって、高周波モジュールが大型になるのを抑制し、小型化を実現することができる。
また、前記スイッチ部は、前記第1の回路素子の前記入出力端子を前記送受信端子に接続する場合、前記第2の回路素子の前記入出力端子を開放状態としてもよい。
これにより、第1の回路素子および第2の回路素子のフィルタ特性を向上することができる。
また、前記スイッチ部は、前記第1の回路素子の前記入出力端子を前記送受信端子に接続する場合、前記第2の回路素子の前記入出力端子を前記GND端子に接続してもよい。
これにより、第1の回路素子および第2の回路素子のフィルタ特性を、さらに向上することができる。
また、前記回路素子は、弾性表面波フィルタであってもよい。
これにより、弾性表面波フィルタを用いた高周波モジュールについて、良好なフィルタ特性と小型化とを両立することができる。
また、前記弾性表面波フィルタは、少なくとも1つの直列腕共振子と少なくとも1つの並列腕共振子とで構成されたラダー型フィルタ回路であり、前記並列腕共振子の少なくとも一つにおいて基準電位となるべき端子は、前記共通端子に接続されていてもよい。
これにより、ラダー型の構成を有する弾性表面波フィルタについて、良好なフィルタ特性を実現することができる。
また、前記複数の回路素子は、同一チップ上に形成されていてもよい。
これにより、同一チップ上に形成された複数の回路素子について、チップ上に形成された端子を共通して使用することができる。したがって、高周波モジュールの小型化を実現することができる。
また、前記マルチフィルタ部は、同一チップ上に、異なる組み合わせの前記第1の回路素子および前記第2の回路素子の組を複数有し、前記複数の異なる組み合わせの前記第1の回路素子および前記第2の回路素子における前記第1の回路素子のそれぞれは、前記共通端子を有してもよい。
これにより、複数の回路素子を組み合わせて複数の共通端子を設けることにより、チップ上に形成された端子を複数の回路素子で共通して使用することができる。したがって、使用する端子の数を減少することができるので、高周波モジュールの小型化をより効果的に実現することができる。
また、上記目的を達成するために、本発明にかかるマルチプレクサの一態様は、上記特徴を有する高周波モジュールを複数備えている。
これにより、マルチプレクサにおける高周波モジュールのフィルタ特性を向上し、小型を実現することができるので、マルチプレクサ全体についてもフィルタ特性を向上し、小型化することができる。
また、上記目的を達成するために、本発明にかかるマルチフィルタの一態様は、上記特徴を有する高周波モジュールにおいてマルチフィルタ部として使用されるフィルタである。
これにより、マルチフィルタのみについても、フィルタ特性を向上し、小型化を実現することができる。
本発明によれば、良好なフィルタ特性と小型化とを両立することができる高周波モジュール、マルチプレクサおよびマルチフィルタを提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す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、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。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。
(実施の形態1)
以下、実施の形態について、図1A〜図7を用いて説明する。
以下、実施の形態について、図1A〜図7を用いて説明する。
[1.高周波モジュールの構成]
はじめに、本実施の形態にかかる高周波モジュール1の一般的な構成について説明する。図1Aは、本実施の形態にかかる高周波モジュール1の構成を示す概念図である。
はじめに、本実施の形態にかかる高周波モジュール1の一般的な構成について説明する。図1Aは、本実施の形態にかかる高周波モジュール1の構成を示す概念図である。
図1Aに示すように、本実施の形態にかかる高周波モジュール1は、アンテナ2に接続されており、例えばLTE(Long Term Evolution)のBand7、Band30およびBand38等における上り周波数(送信帯域)および下り周波数(受信帯域)を通過帯域とするマルチフィルタである。高周波モジュール1は、スイッチ部10とマルチフィルタ部20とを備えている。
スイッチ部10は、アンテナ2から送信する高周波信号またはアンテナ2により受信した高周波信号を所定の周波数帯域に対応したフィルタに分配するためのスイッチである。
スイッチ部10は、端子11a、11b、12a、12bおよび12cを備えている。端子11aは、アンテナ2に接続されており、アンテナ2との間で信号の受信または送信が行われる端子である。つまり、端子11aは、本発明における送受信端子に相当する。端子11bは、高周波モジュール1の実装基板(図示せず)のGND端子に接続されている。
端子12a、12bおよび12cは、後段のマルチフィルタ部20に信号を出力する出力端子である。スイッチ部10の端子12a、12bおよび12cは、それぞれマルチフィルタ部20の端子21a、21bおよび21dに接続されている。
マルチフィルタ部20は、例えば、Band7(受信帯域:2620〜2690MHz)、Band30(受信帯域:2350〜2360MHz)、Band38(受信帯域:2570〜2620MHz)等に対応する弾性表面波フィルタ(SAWフィルタ)が一つのチップ(圧電基板)上に形成された、3in3outトリプルSAWフィルタである。
マルチフィルタ部20は、図1Aに示すように、対応する周波数帯域の異なるフィルタ30a、30bおよび30cと、端子21a、21b、21c、21d、22a、22b、22cおよび22dとを備えている。
フィルタ30aは、例えば、Band7に対応するSAWフィルタである。フィルタ30aは、後述するように、端子21aと端子22aとの間に少なくとも1つの直列腕共振子32aと少なくとも1つの並列腕共振子34aとを有している。フィルタ30aは、本発明における第2の回路素子に相当する。
フィルタ30bは、例えば、Band30に対応するSAWフィルタである。また、フィルタ30cは、例えばBand38に対応するSAWフィルタである。フィルタ30bは、後述するように、端子21bと端子22cとの間に少なくとも1つの直列腕共振子32bと少なくとも1つの並列腕共振子34bとを有している。フィルタ30bは、本発明における第1の回路素子に相当する。
フィルタ30cは、例えば、Band38に対応するSAWフィルタである。フィルタ30cは、後述するように、端子21dと端子22dとの間に少なくとも1つの直列腕共振子32cと少なくとも1つの並列腕共振子34cとを有している。
直列腕共振子32a、32bおよび32c、並びに、並列腕共振子34a、34bおよび34cの構成は、同一である。以下、並列腕共振子34aの構成について説明する。
図1Bは、並列腕共振子34aの構成を示す概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)に示した一点鎖線における矢視断面図である。
図1Bの(a)および(b)に示すように、並列腕共振子34aは、弾性表面波共振子であり、圧電基板346と、櫛形形状を有するIDT(InterDigital Transducer)電極341aおよび341bとで構成されている。
圧電基板346は、例えば、所定のカット角で切断されたLiTaO3の単結晶からなる。圧電基板346では、所定の方向に弾性表面波が伝搬する。
図1Bの(a)に示すように、圧電基板346の上には、対向する一対のIDT電極341aおよび341bが形成されている。IDT電極341aは、互いに平行な複数の電極指342aと、複数の電極指342aを接続するバスバー電極344aとで構成されている。また、IDT電極341bは、互いに平行な複数の電極指342bと、複数の電極指342bを接続するバスバー電極344bとで構成されている。IDT電極341aとIDT電極341bとは、IDT電極341aとIDT電極341bのうちの一方の複数の電極指342aのそれぞれの間に、他方の複数の電極指342bのそれぞれが配置される構成となっている。
また、IDT電極341aおよびIDT電極341bは、図1Bの(b)に示すように、密着層347と主電極層348とが積層された構造となっている。
密着層347は、圧電基板346と主電極層348との密着性を向上させるための層であり、材料としては、例えば、Tiが用いられる。密着層347の膜厚は、例えば、12nmである。
主電極層348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348は、一種類の膜厚であり、例えば130nmである。これにより、製造工程を簡単化することができるため、低コストを実現できる。
保護層349は、IDT電極341aおよび341bを覆うように形成されている。保護層349は、主電極層348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膜である。保護層349は、一種類の膜厚であってもよい。
なお、密着層347、主電極層348および保護層349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341aおよび341bは、上記積層構造でなくてもよい。IDT電極341aおよび341b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349は、形成されていなくてもよい。
なお、並列腕共振子34aの構造は、図1Bの(a)および(b)に記載された構造に限定されない。例えば、IDT電極341aおよび341bは、金属膜の積層構造ではなく、金属膜の単層であってもよい。また、並列腕共振子34aは、IDT電極341aおよび341bを挟むように、表面波の進行方向のIDT電極341aおよび341bの両側に反射器を有していてもよい。
また、フィルタ30a、30bおよび30cは、少なくとも1つの直列腕共振子と少なくとも1つの並列腕共振子とによりラダー型のフィルタを構成してもよいし、ラダー型のフィルタに限らず、縦結合型のフィルタ35(図1C参照)を含んでいてもよい。
図1Cは、縦結合型のフィルタ35の構成の一例を示す概略平面図である。
縦結合型のフィルタ35は、図1Cに示すように、縦結合型共振子352a〜352eと、反射器354aおよび354bと、入力ポート356および出力ポート358とを備えている。
縦結合型共振子352a〜352eは、それぞれ、互いに対向する一対のIDT電極で構成されている。縦結合型共振子352bおよび352dは、縦結合型共振子352cを挟み込むように配置され、縦結合型共振子352aおよび352eは、縦結合型共振子352b〜352dを挟み込むように配置されている。また、縦結合型共振子352a、352cおよび352eは、入力ポート356と基準端子(グランド)との間に並列接続され、縦結合型共振子352bおよび352dは、出力ポート358と基準端子との間に並列接続されている。
なお、フィルタ30a、30bおよび30cは、SAWフィルタに限らず、他のフィルタであってもよい。また、フィルタに限らず、スイッチ素子などの他の回路素子を用いてもよい。フィルタ30a、30bおよび30cの詳細な構成および相違点については、後述する。
端子21a、21bおよび21dは、スイッチ部10の端子12a、12bおよび12cとの間でそれぞれ信号の入力または出力が行われる端子である。つまり、端子21a、21bおよび21dは、本発明における入出力端子に相当する。端子21a、21bおよび21dは、いわゆるHOT端子である。また、端子21cは、高周波モジュール1の実装基板(図示せず)のGND端子に接続されている。
端子22a、22cおよび22dは、マルチフィルタ部20から後段の回路(図示せず)に接続されている。端子22a、22cおよび22dは、マルチフィルタ部20から後段の回路との間でそれぞれ信号の入力または出力が行われる端子である。また、端子22bは、高周波モジュール1の実装基板のGND端子に接続されている。
ここで、スイッチ部10は、後述する図2A等に示すように、スイッチ40aおよび40bを有している。スイッチ部10は、スイッチ40aにより端子11aと端子12aとの間を接続する。また、スイッチ部10は、スイッチ40bにより端子11bと端子12bとを接続する。また、スイッチ部10は、スイッチ40bにより端子12bの接続先を端子11aに切り替えることにより、端子11aと端子12bとを接続する。つまり、スイッチ40bは、端子12bの接続先を、信号の送受信用の送受信端子である端子11a、または、GND端子である端子11bに切り替える端子である。
図2Aは、本実施の形態にかかる高周波モジュール1において、フィルタ30aを使用する場合のスイッチの接続例を示す図である。図2Bは、本実施の形態にかかる高周波モジュール1において、フィルタ30bを使用する場合のスイッチの接続例を示す図である。
以下においては、フィルタ30a、30bおよび30cをそれぞれBand7、Band30、およびBand38の受信フィルタとした場合を例として説明する。したがって、端子21a、21bおよび21dは信号が入力される入力端子、端子22a、22cおよび22dは、信号が出力される出力端子となる。
図3Aは、本実施の形態にかかる高周波モジュール1において、フィルタ30aを使用する場合の回路構成を示す概略平面図である。図3Bは、本実施の形態にかかる高周波モジュール1において、フィルタ30bを使用する場合の回路構成を示す概略平面図である。つまり、図3Aおよび図3Bは、図2Aおよび図2Bに示す回路の具体的な構成を示している。なお、図3Bにおいては、図面を見やすくするために、主要な直列腕共振子および並列腕共振子についてのみ符号を付し、他の直列腕共振子および並列腕共振子の符号については記載を省略している。
高周波モジュール1においてBand30を使用する場合、図3Aに示すように、スイッチ部10では、スイッチ40aにより端子11aと端子12aとが接続される。また、スイッチ40bにより、端子11bと端子12bとが接続される。これにより、Band30の受信フィルタであるフィルタ30a(図2A参照)の端子21bは、端子12bおよび端子11bを介してGND端子に接続される。
Band7の受信フィルタは、図3Aに示すように、三つの直列腕共振子32a1、32a2、32a3と二つの並列腕共振子34a1、34a2により構成されたラダー型のフィルタと、縦結合型のフィルタ35とを有している。Band7の受信フィルタは、端子21aと端子22aとの間に接続されている。
端子21aは入力端子であり、スイッチ部10の端子12aに接続されている。端子22aは出力端子であり、Band7の受信フィルタより後段の回路に接続される端子である。端子22aは、アンテナ2から受信した信号を後段の回路に伝達する。
Band7の受信フィルタでは、端子21a側から端子22a側へと、直列腕共振子32a1、並列腕共振子34a1、縦結合型のフィルタ35、直列腕共振子32a2、並列腕共振子34a2、直列腕共振子32a3がこの順に配置されている。最も端子21aに近い位置に配置された並列腕共振子34a1は、直列腕共振子32a1と縦結合型のフィルタ35との間に一端が接続され、後述する端子21bに他端が接続されている。最も端子22aに近い位置に配置された並列腕共振子34a2は、端子22aに最も近い直列腕共振子32a3とこれに直列に接続された他の直列腕共振子32a2との間に一端が接続され、端子22bに他端が接続されている。
ここで、最も端子21aに近い位置に配置された並列腕共振子34a1の他端は、Band7の受信フィルタにおいて基準電位となるべき端子に接続される端子である。同様に、最も端子22aに近い位置に配置された並列腕共振子34a2の他端は、Band7の受信フィルタにおいて基準電位となるべき端子に接続される端子である。基準電位は、例えばGND電位である。なお、端子21bは、本発明における共通端子に相当する。
Band7の受信フィルタは、端子21b、端子12bおよび端子11bを介して、スイッチ部10のGND端子に接続されている。この構成により、Band7の受信フィルタは、Band7の受信信号を透過する。
Band30の受信フィルタであるフィルタ30b(図2A参照)は、図3Aに示すように、六つの直列腕共振子32b1、32b2、32b3、32b4、32b5、32b6と五つの並列腕共振子34b1、34b2、34b3、34b4、34b5とにより構成されたラダー型のフィルタを有している。Band30の受信フィルタは、端子21bと端子22cとの間に接続されている。
Band30の受信フィルタでは、端子21b側から端子22c側へと、六つの直列腕共振子32b1、32b2、32b3、32b4、32b5、32b6のそれぞれの間に、五つの並列腕共振子34b1、34b2、34b3、34b4、34b5が接続されている。最も端子21bに近い位置に配置された並列腕共振子34b1は、端子21bに最も近い直列腕共振子32b1とこれに直列に接続された他の直列腕共振子32b2との間に一端が接続され、端子21cに他端が接続されている。最も端子22cに近い位置に配置された並列腕共振子34b5は、端子22cに最も近い直列腕共振子32b6とこれに直列に接続された他の直列腕共振子32b5との間に一端が接続され、後述するBand30の受信フィルタの端子22bに他端が接続されている。この構成により、Band30の受信フィルタは、Band30の受信信号を透過する。
Band38の受信フィルタであるフィルタ30c(図2A参照)は、図3Aに示すように、五つの直列腕共振子32c1、32c2、32c3、32c4、32c5と四つの並列腕共振子34c1、34c2、34c3、34c4とにより構成されたラダー型のフィルタを有している。Band38の受信フィルタは、端子21dと端子22dとの間に接続されている。
Band38の受信フィルタでは、端子21d側から端子22d側へと、五つの直列腕共振子32c1、32c2、32c3、32c4、32c5のそれぞれの間に、四つの並列腕共振子34c1、34c2、34c3、34c4が接続されている。最も端子21dに近い位置に配置された並列腕共振子34c1は、端子21dに最も近い直列腕共振子32c1とこれに直列に接続された他の直列腕共振子32c2との間に一端が接続され、端子21cに他端が接続されている。最も端子22dに近い位置に配置された並列腕共振子34c4は、端子22dに最も近い直列腕共振子32c5とこれに直列に接続された他の直列腕共振子32c4との間に一端が接続され、端子21cに他端が接続されている。この構成により、Band38の受信フィルタは、Band38の受信信号を透過する。
なお、このとき、高周波モジュール1は、同時にBand38を使用する構成であってもよい。
また、高周波モジュール1においてBand30を使用する場合、図2B及び図3Bに示すように、スイッチ部10は、端子11aと端子12aとを接続せず開放状態とする。また、スイッチ40bにより端子11aと端子12bとを接続する。これにより、Band30の受信フィルタの端子21bには、アンテナ2から端子12bおよび端子11aを介してBand30の信号が入力される。
[2.高周波モジュールの周波数特性]
以下、図3Aおよび図3Bに示した高周波モジュール1の周波数特性について、比較例にかかる高周波モジュールと比較して説明する。
以下、図3Aおよび図3Bに示した高周波モジュール1の周波数特性について、比較例にかかる高周波モジュールと比較して説明する。
図4Aおよび図4Bは、比較例にかかる高周波モジュールの回路構成を示す概略平面図である。比較例にかかる高周波モジュールは、図4Aおよび図4Bに示すように、スイッチ部10と、マルチフィルタ部20aとを備えている。マルチフィルタ部20aは、本実施の形態にかかる高周波モジュール1のマルチフィルタ部20と同様、Band7、Band30、Band38が一つの圧電基板上に形成された、3in3outトリプルSAWフィルタである。
マルチフィルタ部20aでは、図4Aおよび図4Bに破線で示すように、Band7の受信フィルタにおいて端子21aに最も近い位置に配置された並列腕共振子34a1は、Band30の受信フィルタの端子21bに接続されておらず、端子22bに接続されている。これに対し、本実施の形態にかかるマルチフィルタ部20では、図3Aおよび図3Bに示したように、Band7の受信フィルタにおいて端子21aに最も近い位置に配置された並列腕共振子34a1は、Band30の受信フィルタの端子21bに接続されている。
図5は、本実施の形態にかかる高周波モジュール1および比較例にかかる高周波モジュールのBand7に関する通過特性を示す図である。図5において、(a)は周波数2200MHzから2800MHzまで、(b)は周波数30MHzから8000MHzまでの通過特性を示している。図5では、比較例にかかる高周波モジュールの通過特性を実線、本実施の形態にかかる高周波モジュール1の通過特性を実施例1として破線で示している。
Band7の通過帯域は、受信帯域が2620〜2690MHz、送信帯域が2500〜2570MHzである。高周波モジュール1を受信フィルタとして使用する場合、高周波モジュール1のBand7に関する通過特性は、図5の(a)に示すように、受信帯域内では、比較例にかかる高周波モジュールのBand7に関する通過特性に対して挿入損失の変化は少なく、良好な特性を示している。また、図5の(a)および(b)に示すように、受信帯域外では、高周波モジュール1のBand7に関する通過特性は、比較例にかかる高周波モジュールのBand7に関する通過特性と比較して減衰量が増加している。例えば、図5の(a)においてB7Txで示される送信帯域においては、高周波モジュール1のBand7に関する通過特性は、比較例にかかる高周波モジュールのBand7に関する通過特性と比較して減衰量が9dB程度増加している。すなわち、高周波モジュール1のBand7に関する通過特性は、比較例にかかる高周波モジュールのBand7に関する通過特性と比較して良好な特性が得られている。これは、Band7に対応するフィルタ30aにおいて、端子21bがスイッチ部10の端子12bおよび11bを介してGND端子に接続されたことにより、最も端子21aに近い位置に配置された並列腕共振子34a1のGNDが、同じフィルタ回路の他のGNDとチップ上で分離されることとなり、GND端子に生じるインダクタンス成分が小さくなったためである。したがって、高周波モジュール1の構成とすることにより、マルチフィルタ部20において総端子数を増加することなく、Band7に対応するフィルタ30aの通過特性を向上することができる。
また、図6は、本実施の形態にかかる高周波モジュール1および比較例にかかる高周波モジュールにおいて、図3Bに示すように、端子21aに接続する端子12aを開放状態とし、端子11aと12bを接続した場合のBand30に関する通過特性を示す図である。図6において、(a)は周波数2200MHzから2800MHzまで、(b)は周波数30MHzから8000MHzまでの通過特性を示している。図7は、本実施の形態にかかる高周波モジュール1および比較例にかかる高周波モジュールにおいて、端子21aを開放状態とした場合のBand30に関する反射特性を示す図である。図7において、(a)は入力側の反射特性を、(b)は出力側の反射特性を示している。また、図6および図7では、比較例にかかる高周波モジュールの通過特性および反射特性を実線、本実施の形態にかかる高周波モジュール1の通過特性および反射特性を実施例1として破線で示している。
Band30の通過帯域は、受信帯域が2350〜2360MHz、送信帯域が2305〜2315MHzである。高周波モジュール1を受信フィルタとして使用する場合、高周波モジュール1のBand30に関する通過特性は、図6の(a)に示すように、Band30の受信帯域内では、比較例にかかる高周波モジュールのBand30に関する通過特性に対して、挿入損失が0.1dB程度悪化している。これは入力端のインピーダンスのずれによる。
また、図7の(a)および(b)に示すように、高周波モジュール1のフィルタ30bでは、比較例にかかるフィルタ30bと比較して、入力端のインピーダンスがずれている(変化している)ことがわかる。これは、Band30に対応するフィルタ30bの端子21b側に、フィルタ30aの並列腕共振子34a1および直列腕共振子32a1が、フィルタ30bに対して並列に接続されたため、入力端子となる端子21bのインピーダンスが容量性に変化したことによる。この場合、並列腕共振子34a1と直列腕共振子32a1が並列接続されることを前提にフィルタ30bを設計しておけばよい。あるいは、端子21bが接続されているノードとGNDとの間にインダクタを設けることにより、入力端のインピーダンスのずれを解消することができる。例えば、端子21bとGNDとの間に10nHのインダクタを設ける。これにより、Band30の帯域内の通過特性を回復させることができる。なお、端子21bに代えて、端子21bと接続される端子11aとGNDとの間にインダクタを設けてもよい。
[3.効果等]
以上、本実施の形態にかかる高周波モジュールによると、フィルタ30aの最も端子21aに近い位置に配置された並列腕共振子34a1の基準電位となるべき端子を、共通端子である端子21bに接続している。これにより、フィルタ30aの最も端子21aに近い位置に配置された並列腕共振子34a1の基準電位となるべき端子を、端子21b、端子12bおよび端子11bを介してGND端子に接続することができるため、フィルタ30aのフィルタ特性を良好な特性とすることができる。
以上、本実施の形態にかかる高周波モジュールによると、フィルタ30aの最も端子21aに近い位置に配置された並列腕共振子34a1の基準電位となるべき端子を、共通端子である端子21bに接続している。これにより、フィルタ30aの最も端子21aに近い位置に配置された並列腕共振子34a1の基準電位となるべき端子を、端子21b、端子12bおよび端子11bを介してGND端子に接続することができるため、フィルタ30aのフィルタ特性を良好な特性とすることができる。
また、フィルタ30aの最も端子21aに近い位置に配置された並列腕共振子34a1の基準電位となるべき端子をGND端子に接続するために新たに端子を設ける必要がないので、1つのチップにおける端子の数を変更することがない。したがって、高周波モジュールが大型になるのを抑制し、小型化を実現することができる。
なお、上述した実施の形態では、マルチフィルタ部20の構成として三つのフィルタ30a、30bおよび30cを備えたトリプルフィルタの例を挙げているが、マルチフィルタ部20は、二つのフィルタを備えたデュアルフィルタであってもよいし、四つ以上のフィルタを備えてもよい。また、フィルタ30a、30bおよび30cとしてSAWフィルタの例を挙げたが、BAWフィルタ(バルク弾性波フィルタ)であってもよいし、それ以外のフィルタ構造であってもよい。
(実施の形態2)
次に、実施の形態2について説明する。本実施の形態にかかる高周波モジュールが実施の形態1にかかる高周波モジュール1と異なる点は、Band30を使用するとき、端子21aをGND端子に接続する点である。
次に、実施の形態2について説明する。本実施の形態にかかる高周波モジュールが実施の形態1にかかる高周波モジュール1と異なる点は、Band30を使用するとき、端子21aをGND端子に接続する点である。
図8は、本実施の形態にかかる高周波モジュールにおいて、Band30を使用する場合の回路構成を示す概略平面図である。
図8に示すように、本実施の形態にかかる高周波モジュールにおいて、マルチフィルタ部20の構成は、実施の形態1にかかる高周波モジュール1の構成と同様である。本実施の形態にかかる高周波モジュールでは、Band30を使用するとき、スイッチ部10の端子12bと端子11aとを接続する。これにより、Band30に対応するフィルタであるマルチフィルタ部20のフィルタ30bの端子21bが、アンテナ2からの信号が入力される端子11aに接続される。
また、スイッチ部10は、端子12aを端子11bに接続する。これにより、Band7に対応するフィルタ30aの端子21aが、端子12aおよび端子11bを介してスイッチ部10のGND端子に接続される。また、端子11aと端子12aとは接続していない。
このときの、本実施の形態にかかる高周波モジュールの周波数特性について、比較例にかかる高周波モジュールと比較して説明する。
図9は、本実施の形態にかかる高周波モジュールにおいて、端子21aをGND端子に接続した場合のBand30に関する通過特性を示す図である。図9において、(a)は周波数2200MHzから2800MHzまで、(b)は周波数30MHzから8000MHzまでの通過特性を示している。図10は、本実施の形態にかかる高周波モジュールにおいて、フィルタ30aの端子をGND端子に接続した場合のBand30に関する反射特性を示す図である。図10において、(a)は入力側の反射特性を、(b)は出力側の反射特性を示している。また、図9および図10では、比較例にかかる高周波モジュールの通過特性および反射特性を実線、本実施の形態にかかる高周波モジュールの通過特性および反射特性を実施例2として破線で示している。
フィルタ30aの端子21aをスイッチ部10のGND端子に接続して本実施の形態にかかる高周波モジュールを受信フィルタとして使用する場合、本実施の形態にかかる高周波モジュールのBand30に関する通過特性は、図9の(a)に示すように、Band30の受信帯域内では、比較例にかかる高周波モジュールのBand30に関する通過特性に対して、挿入損失が0.5dB程度悪化している。これは、実施の形態1においてフィルタ30aの端子21aを開放状態とした場合よりも悪化しているともいえる。
しかし、図9の(a)および(b)に示すように、Band30の受信帯域外では新たに減衰極が発生している。例えば、図9の(a)に示すように、Band7の送信帯域内に含まれる2565MHz程度の周波数において減衰極が発生している。このときの減衰量は、実施の形態1においてフィルタ30aの端子21aを開放状態とした場合よりも増加している。したがって、実施の形態1においてフィルタ30aの端子21aを開放状態とした場合よりもBand7の送信帯域における減衰量は増加し、Band30に対応するフィルタ30bの通過特性は向上しているといえる。また、図9の(b)に示すように、本実施の形態にかかる高周波モジュールのBand30に関する通過特性は、フィルタ30aの端子21aを開放状態とした場合よりも、全体的に比較例にかかる高周波モジュールに関する通過特性との差が小さい。したがって、フィルタ30bの受信帯域における通過特性は向上しているといえる。
また、図10の(a)および(b)に示すように、高周波モジュール1のフィルタ30bでは、比較例にかかるフィルタ30bと比較して、入力端のインピーダンスがずれている(変化している)ことがわかる。入力端のインピーダンスのずれの量は、実施の形態1においてフィルタ30aの端子21aを開放状態とした場合よりも大きくなっている。これは、フィルタ30aの端子21aをGND端子に接続したことにより、入力端子となる端子21bのインピーダンスの容量性への変化が大きくなったためである。
この場合、並列腕共振子34a1と直列腕共振子32a1が並列接続され、端子21aがGND端子に接続されることを前提にフィルタ30bを設計しておけばよい。あるいは、端子21bが接続されているノードとGNDとの間にインダクタを設けることにより入力端のインピーダンスのずれを解消することができる。例えば、端子21bとGNDとの間に5nHのインダクタを設ける。これにより、Band30の帯域内の透過特性を回復させることができる。なお、端子21bに代えて、端子21bと接続される端子11aとGNDとの間にインダクタを設けてもよい。
以上、フィルタ30aの端子21aをスイッチ部10のGND端子に接続した場合と、フィルタ30aの端子21aを開放状態とした場合について、フィルタ30bの通過特性を比較すると、以下の特徴がある。
フィルタ30aの端子21aをスイッチ部10のGND端子に接続した場合、フィルタ30aの端子21aを開放状態とした場合と比較して、Band7の送信帯域における通過特性が向上する。また、Band7の受信帯域についても、フィルタ30aの端子21aをスイッチ部10のGND端子に接続した場合、フィルタ30aの端子21aを開放状態とした場合と比較して通過特性の悪化量は小さく、受信帯域における通過特性はさらに向上する。
また、入力端のインピーダンスのずれについては、フィルタ30aの端子21aをスイッチ部10のGND端子に接続した場合、フィルタ30aの端子21aを開放状態とした場合よりも、インピーダンスのずれの量が大きくなっている。しかし、あらかじめこのようなインピーダンスのずれを織り込んでフィルタ30bを設計しておくか、あるいは、入力端のインピーダンスのずれに関しては、端子21bが接続されているノードとGNDとの間にインダクタを設けることにより、フィルタ30bに関しては良好な通過特性が得られる。
したがって、本実施の形態にかかる高周波モジュールによると、Band30の特性を悪化させることなくBand7の特性を向上し、マルチフィルタ部20における端子数を変更せずにフィルタ30aを複数のGND端子に接続することができる。よって、本実施の形態にかかる高周波モジュールの構成は、良好なフィルタ特性と小型化とを両立するのに有用な構成であるといえる。
(変形例)
以下、上述した実施の形態1および2の変形例について説明する。図11は、本変形例にかかる高周波モジュールにおいて、Band7を使用する場合の回路構成を示す概略平面図である。
以下、上述した実施の形態1および2の変形例について説明する。図11は、本変形例にかかる高周波モジュールにおいて、Band7を使用する場合の回路構成を示す概略平面図である。
上述した実施の形態では、スイッチ部10は、Band7、Band30およびBand38の全てに対応する端子11a、11b、12a、12bおよび12cを有する構成であったが、スイッチ部10の構成はこれに限られない。例えば、以下に説明するように、接続先を切り替える必要のないスイッチについては、他のスイッチと同一のチップに形成しなくてもよい。
図11に示すように、本変形例にかかるスイッチ部10aは、端子11aおよび11bと、端子12aおよび12bとを有している。スイッチ部10aは、端子12cを端子11a、11b、12aおよび12bと同一チップ上に含んでいない点が、実施の形態1に示したスイッチ部10と異なっている。
図11に示す高周波モジュールでは、Band38に対応するフィルタ30cの端子21dは、アンテナ2との間で信号の送受信を行う送受信端子とGND端子との切り替えを行わないので、スイッチを切り替える必要がない。したがって、スイッチ部10aには、切り替える必要のあるスイッチ40aおよび40bが接続される端子11a、11b、12aおよび12bのみ設けられている。これにより、スイッチ部10aを小型化することができる。
(実施の形態3)
以下、実施の形態3について説明する。図12は、本実施の形態にかかる高周波モジュールにおいて、Band38を使用する場合の回路構成を示す概略平面図である。図13は、本実施の形態にかかる高周波モジュールにおいて、Band30を使用する場合の回路構成を示す概略平面図である。
以下、実施の形態3について説明する。図12は、本実施の形態にかかる高周波モジュールにおいて、Band38を使用する場合の回路構成を示す概略平面図である。図13は、本実施の形態にかかる高周波モジュールにおいて、Band30を使用する場合の回路構成を示す概略平面図である。
上述した実施の形態では、マルチフィルタ部20は、共通端子として端子21bのみを有する構成であったが、これに限らず、マルチフィルタ部20は、複数の共通端子を有する構成であってもよい。
本実施の形態にかかる高周波モジュールは、図12に示すように、スイッチ部10と、マルチフィルタ部20bと、スイッチ部50とを備えている。
マルチフィルタ部20bは、実施の形態1に示した高周波モジュール1と同様、フィルタ30a、30bおよび30cを有している。端子11aと端子12cとは、スイッチ40cにより接続されている。フィルタ30aおよびフィルタ30bは、それぞれ本発明における第2の回路素子および第1の回路素子に相当する。また、端子21bは、共通端子に相当する。また、マルチフィルタ部20bにおいて、端子22a、22c、22dは、本発明の入出力端子に相当する。端子22a、22cおよび22dは、いわゆるHOT端子である。
また、図12に破線で示すように、フィルタ30cの並列腕共振子34c4および34c3の基準電位となるべき端子が端子22cに接続されている。つまり、端子22cは、本発明における共通端子に相当する。この場合、フィルタ30cは、本発明における第2の回路素子に相当する。したがって、マルチフィルタ部20bは、フィルタ30aとフィルタ30b、フィルタ30bとフィルタ30c、という異なる組み合わせのフィルタで構成されるフィルタの組を、二つ有している。また、本発明の第1の回路素子に相当するフィルタ30bは、共通端子として端子21bと端子22cとを有している。
スイッチ部50は、端子51a、51b、51c、52aおよび52bを備えている。端子51a、51bおよび51cは、マルチフィルタ部20bの端子22a、22cおよび22dに接続されており、マルチフィルタ部20bと後段の回路(図示せず)との間で信号の受信または送信が行われる端子である。つまり、端子51a、51bおよび51cは、本発明における送受信端子に相当する。
端子52aおよび52bは、マルチフィルタ部20bの後段の回路(図示せず)に接続されており、後段の回路に信号を出力する出力端子である。また、端子52bは、高周波モジュールの実装基板(図示せず)GND端子に接続されている。
また、スイッチ部50は、スイッチ60a、60bを有している。スイッチ部50は、スイッチ60aにより端子51cと端子52aとの間を接続する。また、スイッチ部50は、スイッチ60bにより端子51bと端子52aとを接続する。また、スイッチ部50は、スイッチ60bにより端子51bの接続先を端子52bに切り替えることにより、端子51bと端子52bとを接続する。つまり、スイッチ60bは、端子51bの接続先を、端子52aまたはGND端子である端子52bに切り替える端子である。
この構成により、本実施の形態にかかる高周波モジュールでは、スイッチ部50の切り替えにより、Band30とBand38とを切り替えて使用することができる。
Band38の通過帯域は、受信帯域および送信帯域共に2570〜2620MHzである。Band38を使用する場合、図12に示すように、スイッチ部50では、スイッチ60aにより端子51cと端子52aとが接続される。また、スイッチ60bにより、端子51bと端子52bとが接続される。これにより、フィルタ30cの端子22cは、端子51bおよび端子52bを介してGND端子に接続される。この構成により、フィルタ30cは、Band38の送受信信号を透過する。なお、Band38に対応するフィルタ30cは、本発明における第2の回路素子に相当する。
また、Band30を使用する場合、図13に示すように、スイッチ部50は、端子51cと端子52bとを接続せず開放状態とする。また、スイッチ60bにより端子51bと端子52aとを接続する。これにより、フィルタ30bの端子22cから後段の回路へ、端子51bおよび端子52aを介してBand30の信号が出力される。なお、Band30に対応するフィルタ30bは、本発明における第1の回路素子に相当する。
なお、Band30を使用する場合、スイッチ部50は、図12に示したスイッチ(図示せず)により端子51cを端子52bに接続してもよい。これにより、フィルタ30cの並列腕共振子34c4および直列腕共振子32c5をGND端子に接続することができる。この構成によれば、本実施の形態にかかる高周波モジュールは、実施の形態2にかかる高周波モジュールと同様、Band30の特性を悪化させずにBand38の特性を向上し、マルチフィルタ部20bにおける端子数を変更せずにフィルタ30cを複数のGND端子に接続することができる。よって、より良好なフィルタ特性と小型化とを両立することができる。
なお、本実施の形態にかかる高周波モジュールでは、マルチフィルタ部20bの入力側および出力側の両方にスイッチ部10または50が設けられていたが、スイッチ部の配置はこれに限らず、アンテナ2と反対側のマルチフィルタ部20bの入出力端子(端子22a、22b、22cおよび22d)のみにスイッチ部50を配置してもよい。
(その他の実施の形態)
なお、本発明は、上述した実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、例えば以下に示す変形例のように、適宜変更を加えてもよい。
なお、本発明は、上述した実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、例えば以下に示す変形例のように、適宜変更を加えてもよい。
例えば、上述した実施の形態では、フィルタ30a、30bおよび30cは、それぞれBand7、Band30およびBand38に対応するフィルタとしたが、これに限らず、フィルタ30a、30bおよび30cはその他の周波数帯域に対応するフィルタであってもよい。
また、上述した実施の形態では、マルチフィルタ部20の構成として三つのフィルタ30a、30bおよび30cを備えたトリプルフィルタの例を挙げているが、マルチフィルタ部20は、二つのフィルタを備えたデュアルフィルタであってもよいし、四つ以上のフィルタであってもよい。
また、フィルタ30a、30bおよび30cの構成は、上述した構成に限らず、並列腕共振子と直列腕共振子の個数、組み合わせはどのようなものであってもよい。例えば、並列腕共振子と直列腕共振子とを少なくとも一つずつ組み合わせたラダー型のフィルタであってもよいし、ラダー型のフィルタと縦結合型のフィルタとを組み合わせてもよい。
また、フィルタ30a、30bおよび30cとしてSAWフィルタの例を挙げたが、BAWであってもよいし、それ以外のフィルタ構造であってもよい。また、フィルタ構造に限らず、スイッチ素子などの他の回路素子を用いてもよい。
また、上述した実施の形態では、スイッチ部10は、Band7、Band30およびBand38の全てに対応する端子11a、11b、12a、12bおよび12cが同一のチップ上に配置された構成としたが、スイッチ部10の構成はこれに限られない。例えば、接続先を切り替える必要のないスイッチについては、他のスイッチと同一のチップに形成しなくてもよい。
その他、上述の実施の形態及び変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、又は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で上述の実施の形態及び変形例における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
本発明は、複数のフィルタを備えた高周波モジュールを利用したマルチプレクサ、マルチフィルタ、送信装置、受信装置等の通信機器等に利用することができる。
1 高周波モジュール
2 アンテナ
10、10a、50 スイッチ部
11a、52a、52b 端子(送受信端子)
11b、12a、12b、12c、51a、51b、51c 端子
20、20a、20b マルチフィルタ部(マルチフィルタ)
21a、21c、21d、22a、22b、22d 端子(入出力端子)
21b、22c 端子(共通端子)
30a フィルタ(第2の回路素子)
30b フィルタ(第1の回路素子)
30c フィルタ(第2の回路素子)
32a、32a1、32a2、32a3、32b、32b1、32b2、32b3、32b4、32b5、32b6、32c、32c1、32c2、32c3、32c4、32c5 直列腕共振子
34a、34a1、34a2、34b、34b1、34b2、34b3、34b4、34b5、34c、34c1、34c2、34c3、34c4 並列腕共振子
35 縦結合型のフィルタ
40a、40b、40c、60a、60b スイッチ
341a、341b IDT電極
342a、342b 電極指
344a、344b バスバー電極
346 圧電基板
347 密着層
348 主電極層
349 保護層
352a、352b、352c、352d、352e 縦結合型共振子
356 入力ポート
358 出力ポート
2 アンテナ
10、10a、50 スイッチ部
11a、52a、52b 端子(送受信端子)
11b、12a、12b、12c、51a、51b、51c 端子
20、20a、20b マルチフィルタ部(マルチフィルタ)
21a、21c、21d、22a、22b、22d 端子(入出力端子)
21b、22c 端子(共通端子)
30a フィルタ(第2の回路素子)
30b フィルタ(第1の回路素子)
30c フィルタ(第2の回路素子)
32a、32a1、32a2、32a3、32b、32b1、32b2、32b3、32b4、32b5、32b6、32c、32c1、32c2、32c3、32c4、32c5 直列腕共振子
34a、34a1、34a2、34b、34b1、34b2、34b3、34b4、34b5、34c、34c1、34c2、34c3、34c4 並列腕共振子
35 縦結合型のフィルタ
40a、40b、40c、60a、60b スイッチ
341a、341b IDT電極
342a、342b 電極指
344a、344b バスバー電極
346 圧電基板
347 密着層
348 主電極層
349 保護層
352a、352b、352c、352d、352e 縦結合型共振子
356 入力ポート
358 出力ポート
Claims (9)
- 信号の通過帯域の異なる複数の回路素子を有し、前記複数の回路素子のそれぞれについて、前記信号を入力または出力する入出力端子が複数設けられているマルチフィルタ部と、
前記信号の送受信用の送受信端子とGND端子とを有し、前記複数の回路素子における前記入出力端子の接続先を、前記送受信端子または前記GND端子に切り替えるスイッチ部とを備え、
前記複数の回路素子のうちの第1の回路素子において、前記入出力端子の少なくとも一つは、前記複数の回路素子のうちの前記第1の回路素子と異なる第2の回路素子において基準電位となるべき端子に接続された共通端子であり、
前記スイッチ部は、前記第2の回路素子の前記入出力端子の一つを前記送受信端子と接続する場合、前記共通端子の接続先を前記GND端子に切り替える
高周波モジュール。 - 前記スイッチ部は、前記第1の回路素子の前記入出力端子を前記送受信端子に接続する場合、前記第2の回路素子の前記入出力端子を開放状態とする
請求項1に記載の高周波モジュール。 - 前記スイッチ部は、前記第1の回路素子の前記入出力端子を前記送受信端子に接続する場合、前記第2の回路素子の前記入出力端子を前記GND端子に接続する
請求項1に記載の高周波モジュール。 - 前記回路素子は、弾性表面波フィルタである
請求項1〜3のいずれか1項に記載の高周波モジュール。 - 前記弾性表面波フィルタは、少なくとも1つの直列腕共振子と少なくとも1つの並列腕共振子とで構成されたラダー型フィルタ回路であり、
前記並列腕共振子の少なくとも一つにおいて基準電位となるべき端子は、前記共通端子に接続されている
請求項4に記載の高周波モジュール。 - 前記複数の回路素子は、同一チップ上に形成されている
請求項1〜5のいずれか1項に記載の高周波モジュール。 - 前記マルチフィルタ部は、同一チップ上に、異なる組み合わせの前記第1の回路素子および前記第2の回路素子の組を複数有し、前記複数の異なる組み合わせの前記第1の回路素子および前記第2の回路素子における前記第1の回路素子のそれぞれは、前記共通端子を有する
請求項1〜6のいずれか1項に記載の高周波モジュール。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の高周波モジュールを複数備えた
マルチプレクサ。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の高周波モジュールにおいてマルチフィルタ部として使用される
マルチフィルタ。
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