JPWO2018221427A1 - マルチプレクサ、送信装置および受信装置 - Google Patents

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Abstract

マルチプレクサにおいて、4つの弾性波フィルタの入力端子または出力端子は、圧電基板(11a、12a、13a、14a)に配置された複数の端子(11b〜11g、12b〜12g、13b〜13g、14b〜14g)のうち、アンテナ接続端子(60)に接続されるアンテナ端子に接続されており、4つの弾性波フィルタは、第1の弾性波フィルタ(Band25Tx、Band66Rx)と、基板(6)を平面視した場合に第1の弾性波フィルタよりもアンテナ接続端子(60)から遠い位置に配置された第2の弾性波フィルタ(Band25Rx、Band66Tx)とを有し、第2の弾性波フィルタは、複数の端子のうち基板(6)を平面視した場合にアンテナ接続端子(60)に最も近い位置に配置された端子(12b、13b)をアンテナ端子としている。

Description

本発明は、弾性波フィルタを備えるマルチプレクサ、送信装置および受信装置に関する。
近年の携帯電話には、一端末で複数の周波数帯域および複数の無線方式、いわゆるマルチバンド化およびマルチモード化に対応することが要求されている。これに対応すべく、1つのアンテナの直下には、複数の無線搬送周波数を有する高周波信号を分波するマルチプレクサが配置される。マルチプレクサを構成する複数の帯域通過フィルタとしては、通過帯域内における低損失性および通過帯域周辺における通過特性の急峻性を特徴とする弾性波フィルタが用いられる。
特許文献1には、複数の弾性波フィルタが接続された構成を有する弾性波装置(SAWデュプレクサ)が開示されている。具体的には、受信側弾性波フィルタおよび送信側弾性波フィルタが共通に接続された共通接続端子とアンテナ素子との間の接続経路に、アンテナ素子と共通接続端子とのインピーダンス整合をとるためのインダクタンス素子が直列接続されている。このインダクタンス素子により、容量性を有する複数の弾性波フィルタが接続された共通接続端子から弾性波フィルタを見た複素インピーダンスを、特性インピーダンスに近づけることができる。これにより、挿入損失の劣化を防止している。
国際公開第2016/208670号
アンテナ素子と共通接続端子とのインピーダンス整合をとる場合、各フィルタと共通接続端子との間の配線、および、共通接続端子とインダクタンス素子との間の配線と、グランドとの間には容量が生じる。すなわち、アンテナ素子が接続されるアンテナ端子と各弾性波フィルタとを接続する配線とグランドとが容量結合するため、共通接続端子から弾性波フィルタを見た複素インピーダンスを特性インピーダンス(50Ω)に近づけることができず、アンテナ素子と共通接続端子とのインピーダンス整合を取ることが難しくなる。そのため、各弾性波フィルタの挿入損失が劣化するという課題が生じている。特に、共通接続端子に接続される弾性波フィルタの数が多くなるほど、弾性波フィルタと共通接続端子とを接続する配線の数は増加し、長さも長くなる。したがって、これらの配線とグランドとの間に生じる容量は増加するため、アンテナ素子と共通接続端子とのインピーダンス整合がさらに取りにくく、挿入損失が劣化するという課題が生じている。
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、各弾性波フィルタとアンテナ素子が接続されるアンテナ端子との間の配線とグランドとの間に生じる容量を減少し、各弾性波フィルタの通過帯域内の挿入損失を低減することができるマルチプレクサ、送信装置および受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、アンテナ素子を介して複数の高周波信号を送受信するマルチプレクサであって、基板の一方の面に配置され、前記アンテナ素子に接続されるアンテナ接続端子と、前記一方の面と対向する前記基板の他方の面に実装され、互いに異なる通過帯域を有する少なくとも3つの弾性波フィルタと、を備え、前記少なくとも3つの弾性波フィルタは、共通接続端子に接続され、前記アンテナ接続端子と前記共通接続端子との接続経路に第1インダクタンス素子が接続され、前記少なくとも3つの弾性波フィルタのそれぞれは、圧電基板に、入力端子と出力端子との間に接続された直列腕共振子、および、前記入力端子と前記出力端子とを接続する接続経路と基準端子との間に接続された並列腕共振子の少なくとも1つを備え、前記入力端子または前記出力端子は、前記圧電基板に配置された複数の端子のうち、前記アンテナ接続端子に接続されるアンテナ端子に接続されており、前記少なくとも3つの弾性波フィルタは、少なくとも1つの第1の弾性波フィルタと、前記基板を平面視した場合に前記第1の弾性波フィルタよりも前記アンテナ接続端子から遠い位置に配置された少なくとも1つの第2の弾性波フィルタとを有し、前記第2の弾性波フィルタは、前記複数の端子のうち前記基板を平面視した場合に前記アンテナ接続端子に最も近い位置に配置された端子を前記アンテナ端子としている。
上記構成によれば、基板において、マルチプレクサを構成する少なくとも3つの弾性波フィルタのうち、第1の弾性波フィルタよりもアンテナ接続端子から遠い位置に配置された第2の弾性波フィルタのアンテナ端子とアンテナ接続端子とを接続する配線の長さを短くすることができる。これにより、第2の弾性波フィルタのアンテナ端子とアンテナ接続端子とを接続する配線と、グランドとの間に生じる容量を減少することができる。よって、マルチプレクサの挿入損失を低減することができる。
また、前記少なくとも3つの弾性波フィルタは、2以上の前記第2の弾性波フィルタを有し、前記2以上の第2の弾性波フィルタの前記アンテナ端子は、前記基板において接続されてから前記共通接続端子に接続されていてもよい。
これにより、第2の弾性波フィルタが複数ある場合に、複数の第2の弾性波フィルタのアンテナ端子を共通接続しておくことにより、複数の第2の弾性波フィルタのそれぞれのアンテナ端子を別個にアンテナ接続端子に接続する場合と比べて、複数の第2の弾性波フィルタのそれぞれのアンテナ端子とアンテナ接続端子とを接続する配線全体の長さを短くすることができる。これにより、マルチプレクサの挿入損失をより低減することができる。
また、前記基板は、複数の層で形成され、前記少なくとも3つの弾性波フィルタの前記アンテナ端子と前記アンテナ接続端子とを接続する配線は、前記複数の層のうちの1つの層に形成されていてもよい。
これにより、第2の弾性波フィルタのアンテナ端子とアンテナ接続端子とを接続する配線を1つの層に形成することにより、当該配線が複数の層にわたって引き回されるのを抑制することができる。これにより、第2の弾性波フィルタのアンテナ端子とアンテナ接続端子とを接続する配線の長さを短くすることができる。したがって、マルチプレクサの挿入損失をより低減することができる。
また、前記配線は、前記基板の前記他方の面に形成されていてもよい。
これにより、基板において、第2の弾性波フィルタのアンテナ端子が接続される配線を、少なくとも3つの弾性波フィルタが実装される層に形成することにより、第2の弾性波フィルタのアンテナ端子からアンテナ接続端子までの配線全体の長さを短くすることができる。これにより、マルチプレクサの挿入損失をさらに低減することができる。
また、前記少なくとも3つの弾性波フィルタは、それぞれ1つの前記圧電基板で構成されていてもよい。
また、前記圧電基板は、IDT(InterDigital Transducer)電極が一方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。
マルチプレクサにおいて、一の弾性波フィルタの共通接続端子側に第2インダクタンス素子が直列接続された場合など、複数の弾性波フィルタ間でのインピーダンス整合をとるために、インダクタンス素子やキャパシタンス素子などの回路素子が付加される場合がある。この場合、各共振子の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、本圧電基板の積層構造によれば、各共振子のQ値を高い値に維持できる。よって、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。
また、前記マルチプレクサは、前記少なくとも3つの弾性波フィルタとして、第1の通過帯域を有し、前記アンテナ素子へ送信信号を出力する第3の前記弾性波フィルタと、前記第1の通過帯域に隣接する第2の通過帯域を有し、前記アンテナ素子から受信信号を入力する第4の前記弾性波フィルタと、前記第1の通過帯域および前記第2の通過帯域より低周波側にある第3の通過帯域を有し、前記アンテナ素子へ送信信号を出力する第5の前記弾性波フィルタと、前記第1の通過帯域および前記第2の通過帯域より高周波側にある第4の通過帯域を有し、前記アンテナ素子から受信信号を入力する第6の前記弾性波フィルタとを備え、前記第2の前記弾性波フィルタおよび前記第4の前記弾性波フィルタの少なくとも一方と前記共通接続端子との間に、第2インダクタンス素子が接続されていてもよい。
これにより、第2インダクタンス素子と一の弾性波フィルタとが直列接続された回路と、当該一の弾性波フィルタ以外の弾性波フィルタが共通接続端子で並列接続された回路とが合成された回路を有するマルチプレクサの共通接続端子から見た複素インピーダンスを、通過帯域内の低損失性を確保しつつ特性インピーダンスと整合させることが可能となる。
また、本発明の一態様に係る送信装置は、互いに異なる搬送周波数帯域を有する複数の高周波信号を入力し、当該複数の高周波信号をフィルタリングして共通のアンテナ素子から無線送信させる送信装置であって、基板の一方の面に配置され、前記アンテナ素子に接続されるアンテナ接続端子と、前記一方の面と対向する前記基板の他方の面に実装され、送信回路から複数の高周波信号を入力し、所定の周波数帯域のみを通過させる少なくとも3つの送信用弾性波フィルタと、を備え、前記少なくとも3つの送信用弾性波フィルタは、共通接続端子に共通接続され、前記アンテナ接続端子と前記共通接続端子との接続経路に第1インダクタンス素子が接続され、前記少なくとも3つの送信用弾性波フィルタのそれぞれは、圧電基板に、入力端子と出力端子との間に接続された直列腕共振子、および、前記入力端子と前記出力端子とを接続する接続経路と基準端子との間に接続された並列腕共振子の少なくとも1つを備え、前記入力端子または前記出力端子は、前記圧電基板に配置された複数の端子のうち、前記アンテナ接続端子に接続されるアンテナ端子に接続されており、前記少なくとも3つの送信用弾性波フィルタは、少なくとも1つの第1の送信用弾性波フィルタと、前記基板を平面視した場合に前記第1の送信用弾性波フィルタよりも前記アンテナ接続端子から遠い位置に配置された少なくとも1つの第2の送信用弾性波フィルタとを有し、前記第2の送信用弾性波フィルタは、前記複数の端子のうち前記基板を平面視した場合に前記アンテナ接続端子に最も近い位置に配置された端子を前記アンテナ端子としている。
また、本発明の一態様に係る受信装置は、互いに異なる搬送周波数帯域を有する複数の高周波信号を、アンテナ素子を介して入力し、当該複数の高周波信号を分波して受信回路へ出力する受信装置であって、基板の一方の面に配置され、前記アンテナ素子に接続されるアンテナ接続端子と、前記一方の面と対向する前記基板の他方の面に実装され、前記アンテナ素子から複数の高周波信号を入力し、所定の周波数帯域のみを通過させる少なくとも3つの受信用弾性波フィルタと、を備え、前記少なくとも3つの受信用弾性波フィルタは、共通接続端子に共通接続され、前記アンテナ接続端子と前記共通接続端子との接続経路に第1インダクタンス素子が接続され、前記少なくとも3つの受信用弾性波フィルタのそれぞれは、圧電基板に、入力端子と出力端子との間に接続された直列腕共振子、および、前記入力端子と前記出力端子とを接続する接続経路と基準端子との間に接続された並列腕共振子の少なくとも1つを備え、前記入力端子または前記出力端子は、前記圧電基板に配置された複数の端子のうち、前記アンテナ接続端子に接続されるアンテナ端子に接続されており、前記少なくとも3つの受信用弾性波フィルタは、少なくとも1つの第1の受信用弾性波フィルタと、前記基板を平面視した場合に前記第1の受信用弾性波フィルタよりも前記アンテナ接続端子から遠い位置に配置された少なくとも1つの第2の受信用弾性波フィルタとを有し、前記第2の受信用弾性波フィルタは、前記複数の端子のうち前記基板を平面視した場合に前記アンテナ接続端子に最も近い位置に配置された端子を前記アンテナ端子としている。
これにより、Q値が低いインダクタンス素子を用いた場合であっても、各フィルタの通過帯域内の挿入損失が低減された低損失の送信装置および受信装置を提供することが可能となる。
本発明に係るマルチプレクサ、送信装置および受信装置によれば、各弾性波フィルタとアンテナ素子が接続されるアンテナ端子との間の配線とグランドとの間に生じる容量を減少し、各弾性波フィルタの通過帯域内の挿入損失を低減することができる。
図1は、実施の形態に係るマルチプレクサの回路構成図である。 図2は、実施の形態に係る弾性表面波フィルタの共振子を模式的に表す平面図および断面図である。 図3Aは、実施の形態に係るマルチプレクサを構成するBand25の送信側フィルタの回路構成図である。 図3Bは、実施の形態に係るマルチプレクサを構成するBand25の受信側フィルタの回路構成図である。 図3Cは、実施の形態に係るマルチプレクサを構成するBand66の送信側フィルタの回路構成図である。 図3Dは、実施の形態に係るマルチプレクサを構成するBand66の受信側フィルタの回路構成図である。 図4は、実施の形態に係る縦結合型の弾性表面波フィルタの電極構成を示す概略平面図である。 図5Aは、実施の形態に係るマルチプレクサの送信側フィルタおよび受信側フィルタの配置の一例を示す平面図である。 図5Bは、実施の形態に係るマルチプレクサの送信側フィルタおよび受信側フィルタの配置の一例を示す断面図である。 図6Aは、実施の形態に係るマルチプレクサの基板の第1層における平面図である。 図6Bは、実施の形態に係るマルチプレクサの基板の第2層における平面図である。 図6Cは、実施の形態に係るマルチプレクサの基板の第3層における平面図である。 図7Aは、比較例に係るマルチプレクサの基板の第1層における平面図である。 図7Bは、比較例に係るマルチプレクサの基板の第2層における平面図である。 図7Cは、比較例に係るマルチプレクサの基板の第3層における平面図である。 図8は、実施の形態に係るマルチプレクサのアンテナ接続端子から見た複素インピーダンスを表すスミスチャートである。 図9Aは、実施の形態および比較例に係るBand25の送信側フィルタの通過特性を比較したグラフである。 図9Bは、実施の形態および比較例に係るBand25の受信側フィルタの通過特性を比較したグラフである。 図9Cは、実施の形態および比較例に係るBand66の送信側フィルタの通過特性を比較したグラフである。 図9Dは、実施の形態および比較例に係るBand66の受信側フィルタの通過特性を比較したグラフである。 図10Aは、実施の形態に係るBand25の送信側フィルタ単体の、アンテナ接続端子から見た複素インピーダンスを表すスミスチャートである。 図10Bは、実施の形態に係るBand25の送信側フィルタ単体の、送信出力端子から見た複素インピーダンスを表すスミスチャートである。 図11Aは、実施の形態に係るBand25の受信側フィルタ単体の、アンテナ接続端子から見た複素インピーダンスを表すスミスチャートである。 図11Bは、実施の形態に係るBand25の受信側フィルタ単体の、受信入力端子から見た複素インピーダンスを表すスミスチャートである。 図12Aは、実施の形態に係るBand66の送信側フィルタ単体の、アンテナ接続端子から見た複素インピーダンスを表すスミスチャートである。 図12Bは、実施の形態に係るBand66の送信側フィルタ単体の、送信出力端子から見た複素インピーダンスを表すスミスチャートである。 図13Aは、実施の形態に係るBand66の受信側フィルタ単体の、アンテナ接続端子から見た複素インピーダンスを表すスミスチャートである。 図13Bは、実施の形態に係るBand66の受信側フィルタ単体の、受信入力端子から見た複素インピーダンスを表すスミスチャートである。 図14Aは、実施の形態の変形例1に係るマルチプレクサの送信側フィルタおよび受信側フィルタの配置の一例を示す平面図である。 図14Bは、実施の形態の変形例2に係るマルチプレクサの送信側フィルタおよび受信側フィルタの配置の一例を示す平面図である。 図15は、実施の形態のその他の変形例に係るマルチプレクサの回路構成図である。
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.マルチプレクサの基本構成]
本実施の形態では、FDD−LTE(Frequency Division Duplex−Long Term Evolution)のBand25(送信通過帯域:1850−1915MHz、受信通過帯域:1930−1995MHz)およびBand66(送信通過帯域:1710−1780MHz、受信通過帯域:2110−2200MHz)に適用されるクワッドプレクサについて例示する。
本実施の形態に係るマルチプレクサ1は、Band25用デュプレクサとBand66用デュプレクサとが共通接続端子50で接続されたクワッドプレクサである。
図1は、実施の形態に係るマルチプレクサ1の回路構成図である。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および13と、受信側フィルタ12および14と、インダクタンス素子21(第2インダクタンス素子)と、共通接続端子50と、アンテナ接続端子60と、送信入力端子10および30と、受信出力端子20および40とを備える。マルチプレクサ1は、アンテナ接続端子60においてアンテナ素子2に接続されている。また、共通接続端子50とアンテナ接続端子60との接続経路には、インダクタンス素子31(第1インダクタンス素子)が直列接続されている。なお、インダクタンス素子31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、送信回路(RFICなど)で生成された送信波を、送信入力端子10を経由して入力し、当該送信波をBand25の送信通過帯域(1850−1915MHz:第1の通過帯域)でフィルタリングして共通接続端子50へ出力する非平衡入力−非平衡出力型の帯域通過フィルタである。
受信側フィルタ12は、共通接続端子50から入力された受信波を入力し、当該受信波をBand25の受信通過帯域(1930−1995MHz:第2の通過帯域)でフィルタリングして受信出力端子20へ出力する非平衡入力−非平衡出力型の帯域通過フィルタである。また、受信側フィルタ12と共通接続端子50との間には、インダクタンス素子21が直列接続されている。インダクタンス素子21が受信側フィルタ12の共通接続端子50側に接続されることにより、受信側フィルタ12の通過帯域外の帯域を通過帯域とする送信側フィルタ11、13および受信側フィルタ14のインピーダンスは誘導性となる。
送信側フィルタ13は、送信回路(RFICなど)で生成された送信波を、送信入力端子30を経由して入力し、当該送信波をBand66の送信通過帯域(1710−1780MHz:第3の通過帯域)でフィルタリングして共通接続端子50へ出力する非平衡入力−非平衡出力型の帯域通過フィルタである。
受信側フィルタ14は、共通接続端子50から入力された受信波を入力し、当該受信波をBand66の受信通過帯域(2110−2200MHz:第4の通過帯域)でフィルタリングして受信出力端子40へ出力する非平衡入力−非平衡出力型の帯域通過フィルタである。
送信側フィルタ11および13、ならびに、受信側フィルタ14は、共通接続端子50に直接接続されている。
[2.弾性表面波共振子の構造]
ここで、送信側フィルタ11および13ならびに受信側フィルタ12および14を構成する弾性表面波共振子の構造について説明する。
図2は、実施の形態に係る弾性表面波フィルタの共振子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2には、送信側フィルタ11および13ならびに受信側フィルタ12および14を構成する複数の共振子のうち、送信側フィルタ11の直列腕共振子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2に示された直列腕共振子は、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。
送信側フィルタ11および13ならびに受信側フィルタ12および14を構成する共振子100は、圧電基板5と、櫛形形状を有するIDT(InterDigital Transducer)電極101aおよび101bとで構成されている。
図2の(a)に示すように、圧電基板5の上には、互いに対向する一対のIDT電極101aおよび101bが形成されている。IDT電極101a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111aとで構成されている。また、IDT電極101b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111bとで構成されている。複数の電極指110aおよび110bは、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110aおよび110b、ならびに、バスバー電極111aおよび111bで構成されるIDT電極54は、図2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、圧電基板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、IDT電極101aおよび101b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、圧電基板5の積層構造について説明する。
図2の(c)に示すように、圧電基板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、送信側フィルタ13および受信側フィルタ14については、42〜45°YカットX伝搬LiTaO圧電単結晶、または圧電セラミックスからなる圧電膜53が用いられる。
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を伝搬する表面波や境界波の弾性波よりも、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。
圧電基板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。
また、受信側フィルタ12の共通接続端子50側にインピーダンス整合用のインダクタンス素子21が直列接続された場合など、複数の弾性表面波フィルタ間でのインピーダンス整合をとるため、インダクタンス素子やキャパシタンス素子などの回路素子が付加される。これにより、共振子100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、このような場合であっても、圧電基板5の上記積層構造によれば、共振子100のQ値を高い値に維持できる。よって、帯域内の低損失性を有する弾性表面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、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、図2の(a)および(b)において、λはIDT電極101aおよび101bを構成する複数の電極指110aおよび110bの繰り返しピッチ、LはIDT電極101aおよび101bの交叉幅、Wは電極指110aおよび110bの幅、Sは電極指110aと電極指110bとの間の幅、hはIDT電極101aおよび101bの高さを示している。
[3.各フィルタおよびインダクタンス素子の構成]
[3−1.送信側フィルタの回路構成]
以下、図3A〜図4を用いて、各フィルタの回路構成について説明する。
図3Aは、実施の形態に係るマルチプレクサ1を構成するBand25の送信側フィルタ11の回路構成図である。図3Aに示すように、送信側フィルタ11は、直列腕共振子101〜105と、並列腕共振子151〜154と、整合用のインダクタンス素子141、161および162とを備える。
直列腕共振子101〜105は、送信入力端子10と送信出力端子61との間に互いに直列に接続されている。また、並列腕共振子151〜154は、送信入力端子10、送信出力端子61および直列腕共振子101〜105の各接続点と基準端子(グランド)との間に互いに並列に接続されている。直列腕共振子101〜105および並列腕共振子151〜154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。
インダクタンス素子141は、送信入力端子10と直列腕共振子101との間に直列接続されている。送信側フィルタ11は、アンテナ素子2に接続される共通接続端子50とは反対側の送信入力端子10に直列にインダクタンス素子141を有している。なお、インダクタンス素子141は、送信入力端子10と並列、つまり、送信入力端子10と直列腕共振子101との接続経路と基準端子との間に接続されていてもよい。インダクタンス素子141を有することにより、インダクタンス素子141と他のインダクタンス素子161、162との結合を利用することで、送信側フィルタ11のアイソレーションを大きくすることができる。
また、インダクタンス素子161は、並列腕共振子152、153および154の接続点と基準端子との間に接続されている。インダクタンス素子162は、並列腕共振子151と基準端子との間に接続されている。
送信出力端子61は、共通接続端子50(図1参照)に接続されている。また、送信出力端子61は、直列腕共振子105に接続されており、並列腕共振子151〜154のいずれにも直接接続されていない。
図3Cは、実施の形態に係るマルチプレクサ1を構成するBand66の送信側フィルタ13の回路構成図である。図3Cに示すように、送信側フィルタ13は、直列腕共振子301〜304と、並列腕共振子351〜354と、整合用のインダクタンス素子361〜363とを備える。
直列腕共振子301〜304は、送信入力端子30と送信出力端子63との間に互いに直列に接続されている。また、並列腕共振子351〜354は、送信入力端子30、送信出力端子63および直列腕共振子301〜304の各接続点と基準端子(グランド)との間に互いに並列に接続されている。直列腕共振子301〜304および並列腕共振子351〜354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。また、インダクタンス素子361は、並列腕共振子351および352の接続点と基準端子との間に接続されている。インダクタンス素子362は、並列腕共振子353と基準端子との間に接続されている。インダクタンス素子363は、送信入力端子10と直列腕共振子301との間に接続されている。インダクタンス素子363は、送信入力端子30と並列、つまり、送信入力端子30と直列腕共振子301との接続経路と基準端子との間に接続されていてもよい。
送信出力端子63は、共通接続端子50(図1参照)に接続されている。また、送信出力端子63は、直列腕共振子304に接続されており、並列腕共振子351〜354のいずれにも直接接続されていない。
[3−2.受信側フィルタの回路構成]
図3Bは、実施の形態に係るマルチプレクサ1を構成するBand25の受信側フィルタ12の回路構成図である。図3Bに示すように、受信側フィルタ12は、例えば、縦結合型の弾性表面波フィルタ部を含む。より具体的には、受信側フィルタ12は、縦結合型フィルタ部203と、直列腕共振子201と、並列腕共振子251〜253とを備える。
図4は、実施の形態に係る縦結合型フィルタ部203の電極構成を示す概略平面図である。同図に示すように、縦結合型フィルタ部203は、IDT211〜215と、反射器220および221と、入力ポート230および出力ポート240とを備える。
IDT211〜215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。IDT212および214は、IDT213をX軸方向に挟み込むように配置され、IDT211および215は、IDT212〜214をX軸方向に挟み込むように配置されている。また、IDT211、213および215は、入力ポート230と基準端子(グランド)との間に並列接続され、IDT212および214は、出力ポート240と基準端子との間に並列接続されている。
また、図3Bに示すように、直列腕共振子201、ならびに、並列腕共振子251および252は、ラダー型フィルタ部を構成している。
受信入力端子62は、インダクタンス素子21(図1参照)を介して共通接続端子50(図1参照)に接続されている。また、図3Bに示すように、受信入力端子62は、並列腕共振子251に接続されている。
図3Dは、実施の形態に係るマルチプレクサ1を構成するBand66の受信側フィルタ14の回路構成図である。図3Dに示すように、受信側フィルタ14は、直列腕共振子401〜405と、並列腕共振子451〜454と、整合用のインダクタンス素子461とを備える。
直列腕共振子401〜405は、受信出力端子40と受信入力端子64との間に互いに直列に接続されている。また、並列腕共振子451〜454は、受信出力端子40、受信入力端子64および直列腕共振子401〜405の各接続点と基準端子(グランド)との間に互いに並列に接続されている。直列腕共振子401〜405および並列腕共振子451〜454の上記接続構成により、受信側フィルタ14は、ラダー型のバンドパスフィルタを構成している。また、インダクタンス素子461は、並列腕共振子452、452および453の接続点と基準端子との間に接続されている。
受信入力端子64は、共通接続端子50(図1参照)に接続されている。また、図3Dに示すように、受信入力端子64は、直列腕共振子401に接続されており、並列腕共振子451には直接接続されていない。
なお、本実施の形態に係るマルチプレクサ1が備える弾性表面波フィルタにおける共振子および回路素子の配置構成は、上記実施の形態に係る送信側フィルタ11および13ならびに受信側フィルタ12および14で例示した配置構成に限定されない。上記弾性表面波フィルタにおける共振子および回路素子の配置構成は、各周波数帯域(Band)における通過特性の要求仕様により異なる。上記配置構成とは、例えば、直列腕共振子および並列腕共振子の配置数であり、また、ラダー型および縦結合型などのフィルタ構成の選択である。
ここで、本実施の形態に係るマルチプレクサ1は、(1)少なくとも3つの弾性波フィルタを備え、(2)当該少なくとも3つの弾性波フィルタの入力端子または出力端子は、各フィルタを構成する圧電基板に配置された複数の端子のうち、アンテナ接続端子に接続されるアンテナ端子に接続されており、(3)当該少なくとも3つの弾性波フィルタは、第1の弾性波フィルタと、基板6(図5A参照)を平面視した場合に第1の弾性波フィルタよりもアンテナ接続端子から遠い位置に配置された第2の弾性波フィルタとを有し、(4)第2の弾性波フィルタは、圧電基板に配置された複数の端子のうちアンテナ接続端子に最も近い位置に配置された端子をアンテナ端子としている。
つまり、実施の形態に係るマルチプレクサ1は、以下に説明するように、基板6に実装された送信側フィルタ11および受信側フィルタ14(第1の弾性波フィルタ)と、基板6を平面視した場合に送信側フィルタ11および受信側フィルタ14よりもアンテナ接続端子60から遠い位置に配置された受信側フィルタ12および送信側フィルタ13(第2の弾性波フィルタ)とを有している。そして、受信側フィルタ12および送信側フィルタ13のアンテナ端子は、各フィルタに形成された複数の端子のうち、アンテナ接続端子60に最も近い位置に配置されている。
以下、マルチプレクサ1の、各フィルタの構成ならびにアンテナ接続端子60および各フィルタのアンテナ端子の配置構成について説明する。
[3−3.マルチプレクサの配置構成]
図5Aは、実施の形態に係るマルチプレクサの送信側フィルタ11および13ならびに受信側フィルタ12および14の配置の一例を示す平面図である。図5Bは、実施の形態に係るマルチプレクサ1の送信側フィルタ11および13ならびに受信側フィルタ12および14の配置の一例を示す断面図である。図5Bは、図5AにおけるVB−VB線における断面図である。
送信側フィルタ11および13ならびに受信側フィルタ12および14のうち、基板6の一方の面においてアンテナ接続端子60が形成された一端に対応する、基板の他方の面における一端に近い側には、送信側フィルタ11および受信側フィルタ14が配置されている。また、基板6において、送信側フィルタ11および受信側フィルタ14よりもアンテナ接続端子60から遠い位置には、送信側フィルタ13および受信側フィルタ12が配置されている。送信側フィルタ11および受信側フィルタ14は第1の弾性波フィルタ、送信側フィルタ13および受信側フィルタ12は第2の弾性波フィルタである。
図5Aおよび図5Bに示すように、マルチプレクサ1では、送信側フィルタ11および13のそれぞれを構成する圧電基板11aおよび13aと受信側フィルタ12および14のそれぞれを構成する圧電基板12aおよび14aとが、基板6の上に実装されている。なお、送信側フィルタ11および13ならびに受信側フィルタ12および14は、上述した配置関係に限らず、他の配置関係となるように配置されてもよい。
また、圧電基板11aには、端子11b〜11gが設けられている。同様に、圧電基板12aには、端子12b〜12gが設けられている。圧電基板13aには、端子13b〜13gが設けられている。圧電基板14aには、端子14b〜14gが設けられている。
圧電基板11a、12a、13aおよび14aのうち、基板6のアンテナ接続端子60が形成された一端に近い側に配置された圧電基板11aおよび14aにおいて、アンテナ接続端子60に最も近い位置に配置された端子11bおよび14bは、配線等を介してアンテナ接続端子60に接続されるアンテナ端子である。
また、圧電基板11aおよび14aよりもアンテナ接続端子60から遠い位置に配置された圧電基板13aおよび12aにおいて、アンテナ接続端子60に最も近い位置に配置された端子13bおよび12bは、配線等を介してアンテナ接続端子60に接続されるアンテナ端子である。また、端子11e、12e、13eおよび14eは、それぞれ、送信入力端子10、受信出力端子20、送信入力端子30および受信出力端子40に接続される端子である。
圧電基板11a、12a、13aおよび14aは、図5Bに示すように、基板6の上にはんだ7により実装されている。また、図5Bに示すように、基板6の上には、圧電基板11a、12a、13aおよび14aを覆うように、封止樹脂8が配置されている。封止樹脂8は、例えば熱硬化性または紫外線硬化性の樹脂により構成されている。
また、基板6は、プリント基板が複数層積層された構成を有している。複数層のプリント基板には、配線パターンおよびビアが形成されている。
図6Aは、実施の形態に係るマルチプレクサの基板の第1層における平面図である。図6Bは、実施の形態に係るマルチプレクサの基板の第2層における平面図である。図6Cは、実施の形態に係るマルチプレクサの基板の第3層における平面図である。
基板6は、例えば、図6A〜図6Cに示すように、第1層6a、第2層6bおよび第3層6cを含んでいる。第1層6aは、基板6において、送信側フィルタ11および13ならびに受信側フィルタ12および14が実装される最上層、第3層6cは、基板6において第1層6aが設けられた側と反対側に設けられた最下層、第2層6bは、第1層6aと第3層6cとの間に設けられた複数の層のうちの1つである。
第1層6aには、複数の端子9が形成されている。これらの端子9は、送信側フィルタ11および13ならびに受信側フィルタ12および14が実装される端子である。端子9は、第1層6aおよび第3層6cの間に設けられた複数の層または第3層6cに形成された、配線パターンおよび端子の少なくともいずれかと、ビア(図示せず)で接続されている。
第2層6bには、インダクタンス素子21、配線22aが形成されている。配線22aは、図5Aに示された端子13bと、ビアを介して接続されている。また、配線22aは、図5Aに示された端子12bと、インダクタンス素子21およびビアを介して接続されている。なお、インダクタンス素子21は、第2層6bと第2層6bに隣接する層(図示せず)とで構成されている。第3層6cには、端子11e、12e、13e、14eおよびその他の配線等を介して送信入力端子10、受信出力端子20、送信入力端子30および受信出力端子40が接続される端子10a、20a、30aおよび40aが形成されている。さらに、第3層6cには、アンテナ接続端子60およびグランドに接続されるグランド端子70が形成されている。アンテナ接続端子60は、第3層6cにおいて、基板6の一端に隣接するように配置されている。グランド端子70は、アンテナ接続端子60と、端子10aおよび30aと、端子20aおよび40aとを隔てるように配置されている。
また、第2層6bにおける配線22aには、第3層6cに配置されたアンテナ接続端子60が、ビアおよびインダクタンス素子31(図示せず)を介して接続されている。なお、インダクタンス素子31は、第2層6bと第3層6cとの間に配置された層(図示せず)に形成されている。つまり、送信側フィルタ13および受信側フィルタ12のアンテナ端子である端子13bおよび12bは、配線22aで共通接続され、アンテナ接続端子60に接続されている。配線22aは、第2層6bのみに形成されている。つまり、アンテナ端子である端子13bおよび12bとアンテナ接続端子60とを接続する配線22aは、1つの層に形成されている。これにより、アンテナ端子である端子13bおよび12bとアンテナ接続端子60とを接続する配線の長さを短くすることができる。
なお、送信側フィルタ13および受信側フィルタ12の端子13bおよび12bは、基板6において接続されてから共通接続端子50(図1に図示)に接続されている。なお、図6Bにおいて、配線22aの形成領域を、送信側フィルタ11および13の並び方向(または受信側フィルタ12および14の並び方向)において、上部配線領域および下部配線領域に分割する。この場合、図1に示された共通接続端子50は、図6Bにおける配線22aの上部配線領域および下部配線領域のうちの、アンテナ接続端子60に近い上部配線領域に相当する。
これにより、第2の弾性波フィルタ(送信側フィルタ13および受信側フィルタ12)が複数ある場合に、複数の第2の弾性波フィルタのアンテナ端子(端子13bおよび12b)を共通接続しておくことにより、複数の第2の弾性波フィルタのそれぞれのアンテナ端子を別個にアンテナ接続端子60に接続する場合と比べて、複数の第2の弾性波フィルタのそれぞれのアンテナ端子とアンテナ接続端子60とを接続する配線全体の長さを短くすることができる。これにより、マルチプレクサ1の挿入損失をより低減することができる。
なお、基板6には、さらに、送信側フィルタ11、13および受信側フィルタ14を構成するインダクタンス素子、その他の配線および端子が内蔵されていてもよい。
図7Aは、比較例に係るマルチプレクサの基板の第1層における平面図である。図7Bは、比較例に係るマルチプレクサの基板の第2層における平面図である。図7Cは、比較例に係るマルチプレクサの基板の第3層における平面図である。
比較例に係るマルチプレクサでは、送信側フィルタ13および受信側フィルタ12を構成する圧電基板13aおよび12aにおいて、図5Aに示した端子13cおよび12cが、アンテナ接続端子60に接続されるアンテナ端子である。比較例に係るマルチプレクサでは、基板6の第1層6aおよび第3層6cは、本実施の形態に係るマルチプレクサの第1層6aおよび第3層6cと同様である。一方、第2層6bは、図7Bに示すように、配線22aよりも長さが長い配線22bを有している。そして、配線22bは、図5Aに示された端子13cと、ビアを介して接続されている。また、配線22bは、図5Aに示された端子12cと、インダクタンス素子21およびビアを介して接続されている。なお、インダクタンス素子21は、第2層6bと第2層6bに隣接する層(図示せず)とで構成されている。
言い換えると、本実施の形態に係るマルチプレクサ1では、アンテナ端子である端子13cおよび12cが接続される配線22aの長さを、比較例に係るマルチプレクサの配線22bよりも短くしている。したがって、配線22aとグランド端子70との間に生じる容量を減少することができる。これにより、送信側フィルタ11および13ならびに受信側フィルタ12および14の通過帯域内の挿入損失を低減することができる。
なお、アンテナ端子である端子13cおよび12cが接続される配線22aは、第2層6bに限らず、送信側フィルタ11および13ならびに受信側フィルタ12および14が実装される第1層6aに形成されてもよい。この場合、配線22aが他の層に形成される場合に比べて、端子13bおよび12bと配線22aとを共通接続する距離を短くすることができるので、端子13bおよび12bからアンテナ接続端子60までの配線全体の長さを短くすることができる。これにより、送信側フィルタ11および13ならびに受信側フィルタ12および14の通過帯域内の挿入損失をより低減することができる。
また、送信側フィルタ11および13ならびに受信側フィルタ12および14は、それぞれ1つのチップで形成されていてもよいし、送信側フィルタ11および13ならびに受信側フィルタ12および14のうちの少なくとも2つのフィルタを1つのチップで実現したものであってもよい。
また、本実施の形態では、第2の弾性波フィルタである送信側フィルタ13および受信側フィルタ12のアンテナ端子13bおよび12bをアンテナ接続端子60に最も近い位置に配置された端子としているだけでなく、第1の弾性波フィルタである送信側フィルタ11および受信側フィルタ14のアンテナ端子11bおよび14bも、アンテナ接続端子60に最も近い位置に配置された端子としている。しかしながら、本発明に係るマルチプレクサは、第2の弾性波フィルタである送信側フィルタ13および受信側フィルタ12のアンテナ端子13bおよび12bをアンテナ接続端子60に最も近い位置に配置された端子とするが、第1の弾性波フィルタである送信側フィルタ11および受信側フィルタ14のアンテナ端子11bおよび14を、アンテナ接続端子60に最も近い位置に配置された端子としなくてもよい。
つまり、アンテナ接続端子60から各フィルタへの配線の合計距離を短くするには、当該合計距離に最も大きく影響している遠い側(第2の弾性波フィルタ)の弾性波フィルタからの配線距離を短くすることで、当該合計距離を、より効果的に短くできる。これにより、第2の弾性波フィルタのアンテナ端子とアンテナ接続端子とを接続する配線と、グランドとの間に生じる容量を減少することができるので、マルチプレクサの挿入損失を低減することができる。
[4.弾性表面波フィルタの動作原理]
ここで、本実施の形態に係るラダー型の弾性表面波フィルタの動作原理について説明する。
例えば、図3Aに示された並列腕共振子151〜154は、それぞれ、共振特性において共振周波数frpおよび反共振周波数fap(>frp)を有している。また、直列腕共振子101〜105は、それぞれ、共振特性において共振周波数frsおよび反共振周波数fas(>frs>frp)を有している。なお、直列腕共振子101〜105の共振周波数frsは、略一致するように設計されるが、必ずしも一致していない。また、直列腕共振子101〜105の反共振周波数fas、並列腕共振子151〜154の共振周波数frp、および、並列腕共振子151〜154の反共振周波数fapについても同様であり、必ずしも一致していない。
ラダー型の共振子によりバンドパスフィルタを構成するにあたり、並列腕共振子151〜154の反共振周波数fapと直列腕共振子101〜105の共振周波数frsとを近接させる。これにより、並列腕共振子151〜154のインピーダンスが0に近づく共振周波数frp近傍は、低域側阻止域となる。また、これより周波数が増加すると、反共振周波数fap近傍で並列腕共振子151〜154のインピーダンスが高くなり、かつ、共振周波数frs近傍で直列腕共振子101〜105のインピーダンスが0に近づく。これにより、反共振周波数fap〜共振周波数frsの近傍では、送信入力端子10から送信出力端子61への信号経路において信号通過域となる。さらに、周波数が高くなり、反共振周波数fas近傍になると、直列腕共振子101〜105のインピーダンスが高くなり、高周波側阻止域となる。つまり、直列腕共振子101〜105の反共振周波数fasを、信号通過域外のどこに設定するかにより、高周波側阻止域における減衰特性の急峻性が大きく影響する。
送信側フィルタ11において、送信入力端子10から高周波信号が入力されると、送信入力端子10と基準端子との間で電位差が生じ、これにより、圧電基板5が歪むことでX方向に伝搬する弾性表面波が発生する。ここで、IDT電極101aおよび101bのピッチλと、通過帯域の波長とを略一致させておくことにより、通過させたい周波数成分を有する高周波信号のみが送信側フィルタ11を通過する。
以下、本実施の形態に係るマルチプレクサ1の高周波伝送特性およびインピーダンス特性について、比較例に係るマルチプレクサと比較しながら説明する。
[5.マルチプレクサの高周波伝送特性およびインピーダンス整合]
以下、本実施の形態に係るマルチプレクサ1の高周波伝送特性を、上述した比較例に係るマルチプレクサの高周波伝送特性と比較しながら説明する。
はじめに、マルチプレクサ1全体のインピーダンス整合について説明する。図8は、実施の形態に係るマルチプレクサ1のアンテナ接続端子60から見た複素インピーダンスを表すスミスチャートである。
図8に示すように、マルチプレクサ1のアンテナ接続端子60側から見た複素インピーダンスは、比較例に係るマルチプレクサの場合と比較して、全体的にスミスチャートの右方向に移動し、スミスチャートの中心に近づいている。すなわち、マルチプレクサ1のアンテナ接続端子60側から見た複素インピーダンスは、比較例に係るマルチプレクサの場合と比較して、スミスチャートにおける実軸に沿って正方向に移行し、50Ωに近づいている。したがって、マルチプレクサ1のインピーダンス整合の精度が向上していることが解る。
また、各フィルタの挿入損失について説明する。図9Aは、実施の形態および比較例に係るBand25の送信側フィルタ11の通過特性を比較したグラフである。図9Bは、実施の形態および比較例に係るBand25の受信側フィルタ12の通過特性を比較したグラフである。図9Cは、実施の形態および比較例に係るBand66の送信側フィルタ13の通過特性を比較したグラフである。図9Dは、実施の形態および比較例に係るBand66の受信側フィルタ14の通過特性を比較したグラフである。
図9Aおよび図9Cに示すように、Band25の送信側フィルタ11およびBand66の送信側フィルタ13のそれぞれからアンテナ接続端子60を見たときの各フィルタの通過帯域における挿入損失は、比較例に係るマルチプレクサの場合と比較していずれも低減している。同様に、図9Bおよび図9Bに示すように、アンテナ接続端子60からBand25の受信側フィルタ12、およびBand66の受信側フィルタ14のそれぞれを見たときの各フィルタの通過帯域における挿入損失も、比較例に係るマルチプレクサの場合と比較していずれも低減している。したがって、マルチプレクサ1全体について、挿入損失が低減し、高周波伝送特性が向上していることが解る。
ここで、各フィルタのインピーダンス整合について説明する。図10Aは、実施の形態に係るBand25の送信側フィルタ11単体のアンテナ接続端子60から見た複素インピーダンスを表すスミスチャートである。図10Bは、実施の形態に係るBand25の送信側フィルタ11単体の送信出力端子61から見た複素インピーダンスを表すスミスチャートである。図11Aは、実施の形態に係るBand25の受信側フィルタ12単体のアンテナ接続端子60から見た複素インピーダンスを表すスミスチャートである。図11Bは、実施の形態に係るBand25の受信側フィルタ12単体の受信入力端子62から見た複素インピーダンスを表すスミスチャートである。図12Aは、実施の形態に係るBand66の送信側フィルタ13単体のアンテナ接続端子60から見た複素インピーダンスを表すスミスチャートである。図12Bは、実施の形態に係るBand66の送信側フィルタ13単体の送信出力端子63から見た複素インピーダンスを表すスミスチャートである。図13Aは、実施の形態に係るBand66の受信側フィルタ14単体のアンテナ接続端子60から見た複素インピーダンスを表すスミスチャートである。図13Bは、実施の形態に係るBand66の受信側フィルタ14単体の受信入力端子64から見た複素インピーダンスを表すスミスチャートである。
図10Aに示すように、アンテナ接続端子60から見た送信側フィルタ11の複素インピーダンスは、スミスチャートにおける実軸に沿って正方向に移行し、50Ωに近づいている。また、送信出力端子61から見た送信側フィルタ11の複素インピーダンスは、図10Bに示すように、インピーダンスの変化が小さく、通過帯域内で周波数を変化させても安定してインピーダンス整合が取れているといえる。したがって、送信側フィルタ11において、インピーダンス整合の精度が向上していることが解る。
同様に、アンテナ接続端子60から見た受信側フィルタ12、送信側フィルタ13および受信側フィルタ14の複素インピーダンスは、図11A、12Aおよび13Aにそれぞれ示すように、スミスチャートにおける実軸に沿って正方向に移行し、50Ωに近づいている。また、受信入力端子62、送信出力端子63および受信入力端子64からそれぞれ見た受信側フィルタ12、送信側フィルタ13および受信側フィルタ14の複素インピーダンスは、図11B、12Bおよび13Bに示すように、インピーダンスの変化が小さく、通過帯域内で周波数を変化させても安定してインピーダンス整合が取れているといえる。
したがって、受信側フィルタ12、送信側フィルタ13および受信側フィルタ14についても、インピーダンス整合の精度が向上していることが解る。
[6.まとめ]
以上、実施の形態に係るマルチプレクサ1は、(1)少なくとも3つの弾性波フィルタを備え、(2)当該少なくとも3つの弾性波フィルタの入力端子または出力端子は、各フィルタを構成する圧電基板に配置された複数の端子のうち、アンテナ接続端子に接続されるアンテナ端子に接続されており、(3)当該少なくとも3つの弾性波フィルタは、第1の弾性波フィルタと、基板6を平面視した場合に第1の弾性波フィルタよりもアンテナ接続端子から遠い位置に配置された第2の弾性波フィルタとを有し、(4)第2の弾性波フィルタは、圧電基板に配置された複数の端子のうちアンテナ接続端子に最も近い位置に配置された端子をアンテナ端子としている。
これによれば、基板6において、マルチプレクサ1を構成する送信側フィルタ11および13ならびに受信側フィルタ12および14のうち、送信側フィルタ11および受信側フィルタ14よりもアンテナ接続端子60から遠い位置に配置された、送信側フィルタ13および受信側フィルタ12それぞれのアンテナ端子である端子13bおよび12bが接続される配線22aの長さを、端子13cおよび12cをアンテナ端子とする場合に比べて短くすることができる。したがって、送信側フィルタ13および受信側フィルタ12とアンテナ接続端子60とを接続する配線の長さを短くすることができる。これにより、送信側フィルタ13および受信側フィルタ12とアンテナ接続端子60とを接続する配線とグランドとの間に生じる容量を減少することができる。よって、マルチプレクサ1の挿入損失を低減することができる。
また、アンテナ端子である端子13bおよび12bとアンテナ接続端子60とを接続する配線22aを1つの層に形成することにより、複数の層にわたって配線が引き回されるのを抑制することができる。したがって、送信側フィルタ13および受信側フィルタ12とアンテナ接続端子60とを接続する配線の長さを短くすることができる。これにより、マルチプレクサ1の挿入損失をより低減することができる。
また、アンテナ端子である端子13bおよび12bが接続される配線22aを、アンテナ接続端子60が設けられた第3層6cに近接する層に形成するのではなく、端子13bおよび12bに近接する層である第2層6bに設けている。これにより、アンテナ接続端子60と端子13bとを接続する配線、および、アンテナ接続端子60と端子12bとを接続する配線を、1つの配線で共用できる割合を高くでき、送信側フィルタ13および受信側フィルタ12からアンテナ接続端子60までの配線の全体の長さを短くすることができる。これにより、マルチプレクサ1の挿入損失をさらに低減することができる。
(変形例1)
なお、本発明に係るマルチプレクサは、上述したように、基板6上に、送信側フィルタ11および13ならびに受信側フィルタ12および14の4つのフィルタが実装された構成に限らない。
図14Aは、変形例1に係るマルチプレクサの送信側フィルタおよび受信側フィルタの配置の一例を示す平面図である。
図14Aに示すマルチプレクサは、3つの弾性波フィルタを備えている。各弾性波フィルタを構成する圧電基板16、17および18は、基板6上に実装されている。圧電基板16には、端子16b〜16gが設けられている。圧電基板17には、端子17b〜17gが設けられている。圧電基板18には、端子18b〜18gが設けられている。なお、本変形例において、圧電基板16および17を有する弾性波フィルタは第1の弾性波フィルタ、圧電基板18を有する弾性波フィルタは第2の弾性波フィルタである。
基板6のアンテナ接続端子60が形成された一端に近い側に配置された圧電基板16および17において、アンテナ接続端子60に最も近い位置に配置された端子16bおよび17bは、アンテナ端子である。また、アンテナ接続端子60から最も遠い位置に配置された圧電基板18において、アンテナ接続端子60に最も近い位置に配置された端子18bは、アンテナ端子である。
アンテナ端子である端子18bをアンテナ接続端子60に最も近い位置に配置することにより、他の端子をアンテナ端子とする場合と比べて、端子18bとアンテナ接続端子60とを接続する配線の長さを短くすることができる。これにより、各フィルタのアンテナ端子とアンテナ接続端子60とを接続する配線の全体の長さを短くすることができる。
(変形例2)
また、本発明に係るマルチプレクサは、上述したように、基板6上に、同じ大きさで同一の向きに実装された構成に限らない。各フィルタの大きさ、形状、端子の位置、実装の向き等は異なっていてもよい。
図14Bは、実施の形態の変形例2に係るマルチプレクサの送信側フィルタおよび受信側フィルタの配置の一例を示す平面図である。
図14Bに示すマルチプレクサは、3つの弾性波フィルタを備えている。各弾性波フィルタを構成する圧電基板16、17および19は、基板6上に実装されている。圧電基板16には、端子16b〜16gが設けられている。圧電基板17aには、端子17b〜17gが設けられている。圧電基板19aには、端子19b〜19gが設けられている。なお、本変形例において、圧電基板19を有する弾性波フィルタは第1の弾性波フィルタ、圧電基板16および17を有する弾性波フィルタは第2の弾性波フィルタである。
基板6のアンテナ接続端子60が形成された一端に近い側に配置された圧電基板19において、アンテナ接続端子60に最も近い位置に配置された端子19bは、アンテナ端子である。また、圧電基板19よりもアンテナ接続端子60から遠い位置に配置された圧電基板16および17において、アンテナ接続端子60に最も近い位置に配置された端子16bおよび17bは、アンテナ端子である。
アンテナ端子である端子16bおよび17bをアンテナ接続端子60に最も近い位置に配置することにより、他の端子をアンテナ端子とする場合と比べて、端子16bおよび17bとアンテナ接続端子60とを接続する配線の長さを短くすることができる。これにより、各フィルタのアンテナ端子とアンテナ接続端子60とを接続する配線の全体の長さを短くすることができる。
(その他の変形例など)
以上、本発明の実施の形態に係るマルチプレクサついて、クワッドプレクサの実施の形態を挙げて説明したが、本発明は、上記実施の形態には限定されない。例えば、上記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、本発明に係るマルチプレクサは、実施の形態のようなBand25+Band66のクワッドプレクサに限られない。図15は、実施の形態のその他の変形例に係るマルチプレクサ1001の回路構成図である。例えば、本発明に係るマルチプレクサは、図15に示すように、送信帯域および受信帯域を有するBand1の送信側フィルタ1011および受信側フィルタ1012ならびにBand3の送信側フィルタ1013および受信側フィルタ1014を組み合わせたシステム構成に適用される、4つの周波数帯域を有するクワッドプレクサ1001であってもよい。この場合、例えば、Band1の受信側フィルタの受信入力端子1020bと共通接続端子1050との間にインダクタンス素子が直列接続されてもよい。なお、図15において、送信出力端子1010bおよび1030b、受信入力端子1020bおよび1040b、送信入力端子1010aおよび1030a、受信出力端子1020aおよび1040a、共通接続端子1050、アンテナ接続端子1060は、マルチプレクサ1における送信出力端子61および63、受信入力端子62および64、送信入力端子10および30、受信出力端子20および40、共通接続端子50、アンテナ接続端子60に相当する。
また、本発明に係るマルチプレクサ1において、共通接続端子50とアンテナ接続端子60との間に接続されたインダクタンス素子31は、共通接続端子50とアンテナ接続端子60との間に直列に接続されていることに限らない。図15に示すインダクタンス素子1031のように、共通接続端子1050とアンテナ接続端子1060との接続経路と基準端子との間にインダクタンス素子1031が接続された構成であってもよい。
また、本発明に係るマルチプレクサ1は、高周波基板上に、上述した特徴を有する複数の弾性波フィルタと、チップ上のインダクタンス素子21および31とが実装された構成を有していてもよい。また、インダクタンス素子21および31は、例えば、高周波基板の導体パターンにより形成されたものであってもよく、また、チップインダクタであってもよい。
また、実施の形態に係る圧電基板5の圧電膜53は、50°YカットX伝搬LiTaO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、LiTaO基板を圧電基板として用いて、実施の形態に係るマルチプレクサを構成する弾性表面波フィルタの圧電基板のカット角は、50°Yであることに限定されない。上記以外のカット角を有するLiTaO圧電基板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。
また、本発明に係るマルチプレクサは、送信帯域および受信帯域を有するBand25、Band66およびBand30を組み合わせたシステム構成に適用される、6つの周波数帯域を有するヘキサプレクサであってもよい。本発明に係るマルチプレクサでは、構成要素である弾性波フィルタの数が多いほど、従来の整合方法により構成されたマルチプレクサと比較して、通過帯域内の挿入損失を低減することができる。
さらに、本発明に係るマルチプレクサは、送受信を行うデュプレクサを複数有する構成でなくてもよい。例えば、複数の送信周波数帯域を有する送信装置として適用できる。つまり、互いに異なる搬送周波数帯域を有する複数の高周波信号を入力し、当該複数の高周波信号をフィルタリングして共通のアンテナ素子から無線送信させる送信装置であって、基板の一方の面に配置され、アンテナ素子に接続されるアンテナ接続端子と、基板の一方の面と対向する基板の他方の面に実装され、送信回路から複数の高周波信号を入力し、所定の周波数帯域のみを通過させる少なくとも3つの送信用弾性波フィルタと、を備え、少なくとも3つの送信用弾性波フィルタは、共通接続端子に共通接続され、アンテナ接続端子と共通接続端子との接続経路に第1インダクタンス素子が接続され、少なくとも3つの送信用弾性波フィルタのそれぞれは、圧電基板に、入力端子と出力端子との間に接続された直列腕共振子、および、入力端子と出力端子とを接続する接続経路と基準端子との間に接続された並列腕共振子の少なくとも1つを備え、入力端子または出力端子は、圧電基板に配置された複数の端子のうち、アンテナ接続端子に接続されるアンテナ端子に接続されており、少なくとも3つの送信用弾性波フィルタは、少なくとも1つの第1の送信用弾性波フィルタと、基板を平面視した場合に第1の送信用弾性波フィルタよりもアンテナ接続端子から遠い位置に配置された少なくとも1つの第2の送信用弾性波フィルタとを有し、第2の送信用弾性波フィルタは、複数の端子のうち基板を平面視した場合にアンテナ接続端子に最も近い位置に配置された端子をアンテナ端子としている。
さらに、本発明に係るマルチプレクサは、例えば、複数の受信周波数帯域を有する受信装置として適用できる。つまり、互いに異なる搬送周波数帯域を有する複数の高周波信号を、アンテナ素子を介して入力し、当該複数の高周波信号を分波して受信回路へ出力する受信装置であって、基板の一方の面に配置され、アンテナ素子に接続されるアンテナ接続端子と、基板の一方の面と対向する基板の他方の面に実装され、アンテナ素子から複数の高周波信号を入力し、所定の周波数帯域のみを通過させる少なくとも3つの受信用弾性波フィルタと、を備え、少なくとも3つの受信用弾性波フィルタは、共通接続端子に共通接続され、アンテナ接続端子と共通接続端子との接続経路に第1インダクタンス素子が接続され、少なくとも3つの受信用弾性波フィルタのそれぞれは、圧電基板に、入力端子と出力端子との間に接続された直列腕共振子、および、入力端子と出力端子とを接続する接続経路と基準端子との間に接続された並列腕共振子の少なくとも1つを備え、入力端子または出力端子は、圧電基板に配置された複数の端子のうち、アンテナ接続端子に接続されるアンテナ端子に接続されており、少なくとも3つの受信用弾性波フィルタは、少なくとも1つの第1の受信用弾性波フィルタと、基板を平面視した場合に第1の受信用弾性波フィルタよりもアンテナ接続端子から遠い位置に配置された少なくとも1つの第2の受信用弾性波フィルタとを有し、第2の受信用弾性波フィルタは、複数の端子のうち基板を平面視した場合にアンテナ接続端子に最も近い位置に配置された端子をアンテナ端子としている。
上記のような構成を有する送信装置または受信装置であっても、本実施の形態に係るマルチプレクサ1と同様の効果が奏される。
また、上記実施の形態では、マルチプレクサ、クワッドプレクサ、送信装置および受信装置を構成する送信側フィルタおよび受信側フィルタとして、IDT電極を有する弾性表面波フィルタを例示した。しかしながら、本発明に係るマルチプレクサ、クワッドプレクサ、送信装置および受信装置を構成する各フィルタは、直列腕共振子および並列腕共振子で構成される弾性境界波やBAW(Bulk Acoustic Wave)を用いた弾性波フィルタであってもよい。これによっても、上記実施の形態に係るマルチプレクサ、クワッドプレクサ、送信装置および受信装置が有する効果と同様の効果が奏される。
また、上記実施の形態に係るマルチプレクサ1では、受信側フィルタ12にインダクタンス素子21が直列接続された構成を例示したが、送信側フィルタ11および13、または、受信側フィルタ14にインダクタンス素子21が直列接続された構成も本発明に含まれる。つまり、本発明に係るマルチプレクサは、互いに異なる通過帯域を有する複数の弾性波フィルタと、アンテナ素子との接続経路に第1インダクタンス素子が直列接続される共通接続端子と、第2インダクタンス素子とを備え、複数の弾性波フィルタのうち、送信側フィルタの出力端子は、当該出力端子および共通接続端子に接続された第2インダクタンス素子を介して共通接続端子に接続され、かつ、並列腕共振子と接続され、上記送信側フィルタ以外の弾性波フィルタの入力端子および出力端子のうちアンテナ素子側の端子は、共通接続端子に接続され、かつ、直列腕共振子および並列腕共振子のうち直列腕共振子と接続されている構成を有していてもよい。これによっても、対応すべきバンド数およびモード数が増加しても、低損失のマルチプレクサを提供することが可能となる。
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のマルチプレクサ、送信装置、および受信装置として、携帯電話などの通信機器に広く利用できる。
1、1001 マルチプレクサ
2 アンテナ素子
5 圧電基板
6 基板
6a 第1層(基板)
6b 第2層(基板)
6c 第3層(基板)
7 はんだ
8 封止樹脂
9、10a、11b〜11g、12b〜12g、13b〜13g、14b〜14g、16b〜16g、17b〜17g、18b〜18g、19b〜19g、20a、30a、40a 端子
10、30、1010a、1030a 送信入力端子
11、13、1011、1013 送信側フィルタ
11a、12a、13a、14a、16、17、18、19 圧電基板
12、14、1012、1014 受信側フィルタ
20、40、1020a、1040a 受信出力端子
21 インダクタンス素子(第2インダクタンス素子)
22a、22b 配線
31、1031 インダクタンス素子(第1インダクタンス素子)
50、1050 共通接続端子
51 高音速支持基板
52 低音速膜
53 圧電膜
54、101a、101b IDT電極
55 保護層
60、1060 アンテナ接続端子
61、63、1010b、1030b 送信出力端子
62、64、1020b、1040b 受信入力端子
70 グランド端子
100 共振子
101、102、103、104、105、201、301、302、303、304、401、402、403、404、405 直列腕共振子
110a、110b 電極指
111a、111b バスバー電極
141、161、162、361、362、363、461 インダクタンス素子
151、152、153、154、251、252、253、351、352、353、354、451、452、453、454 並列腕共振子
203 縦結合型フィルタ部
211、212、213、214、215 IDT
220、221 反射器
230 入力ポート
240 出力ポート
541 密着層
542 主電極層

Claims (9)

  1. アンテナ素子を介して複数の高周波信号を送受信するマルチプレクサであって、
    基板の一方の面に配置され、前記アンテナ素子に接続されるアンテナ接続端子と、
    前記一方の面と対向する前記基板の他方の面に実装され、互いに異なる通過帯域を有する少なくとも3つの弾性波フィルタと、を備え、
    前記少なくとも3つの弾性波フィルタは、共通接続端子に接続され、
    前記アンテナ接続端子と前記共通接続端子との接続経路に第1インダクタンス素子が接続され、
    前記少なくとも3つの弾性波フィルタのそれぞれは、圧電基板に、入力端子と出力端子との間に接続された直列腕共振子、および、前記入力端子と前記出力端子とを接続する接続経路と基準端子との間に接続された並列腕共振子の少なくとも1つを備え、
    前記入力端子または前記出力端子は、前記圧電基板に配置された複数の端子のうち、前記アンテナ接続端子に接続されるアンテナ端子に接続されており、
    前記少なくとも3つの弾性波フィルタは、少なくとも1つの第1の弾性波フィルタと、前記基板を平面視した場合に前記第1の弾性波フィルタよりも前記アンテナ接続端子から遠い位置に配置された少なくとも1つの第2の弾性波フィルタとを有し、
    前記第2の弾性波フィルタは、前記複数の端子のうち前記基板を平面視した場合に前記アンテナ接続端子に最も近い位置に配置された端子を前記アンテナ端子としている、
    マルチプレクサ。
  2. 前記少なくとも3つの弾性波フィルタは、2以上の前記第2の弾性波フィルタを有し、
    前記2以上の第2の弾性波フィルタの前記アンテナ端子は、前記基板において接続されてから前記共通接続端子に接続されている、
    請求項1に記載のマルチプレクサ。
  3. 前記基板は、複数の層で形成され、
    前記2以上の第2の弾性波フィルタの前記アンテナ端子と前記アンテナ接続端子とを接続する配線は、前記複数の層のうちの1つの層に形成されている、
    請求項2に記載のマルチプレクサ。
  4. 前記配線は、前記基板の前記他方の面に形成されている、
    請求項3に記載のマルチプレクサ。
  5. 前記少なくとも3つの弾性波フィルタは、それぞれ1つの前記圧電基板で構成されている、
    請求項1〜4のいずれか1項に記載のマルチプレクサ。
  6. 前記圧電基板は、
    IDT(InterDigital Transducer)電極が一方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1〜5のいずれか1項に記載のマルチプレクサ。
  7. 前記マルチプレクサは、前記少なくとも3つの弾性波フィルタとして、
    第1の通過帯域を有し、前記アンテナ素子へ送信信号を出力する第3の前記弾性波フィルタと、
    前記第1の通過帯域に隣接する第2の通過帯域を有し、前記アンテナ素子から受信信号を入力する第4の前記弾性波フィルタと、
    前記第1の通過帯域および前記第2の通過帯域より低周波側にある第3の通過帯域を有し、前記アンテナ素子へ送信信号を出力する第5の前記弾性波フィルタと、
    前記第1の通過帯域および前記第2の通過帯域より高周波側にある第4の通過帯域を有し、前記アンテナ素子から受信信号を入力する第6の前記弾性波フィルタとを備え、
    前記第2の前記弾性波フィルタおよび前記第4の前記弾性波フィルタの少なくとも一方と前記共通接続端子との間に、第2インダクタンス素子が接続されている、
    請求項1〜6のいずれか1項に記載のマルチプレクサ。
  8. 互いに異なる搬送周波数帯域を有する複数の高周波信号を入力し、当該複数の高周波信号をフィルタリングして共通のアンテナ素子から無線送信させる送信装置であって、
    基板の一方の面に配置され、前記アンテナ素子に接続されるアンテナ接続端子と、
    前記一方の面と対向する前記基板の他方の面に実装され、送信回路から複数の高周波信号を入力し、所定の周波数帯域のみを通過させる少なくとも3つの送信用弾性波フィルタと、を備え、
    前記少なくとも3つの送信用弾性波フィルタは、共通接続端子に共通接続され、
    前記アンテナ接続端子と前記共通接続端子との接続経路に第1インダクタンス素子が接続され、
    前記少なくとも3つの送信用弾性波フィルタのそれぞれは、圧電基板に、入力端子と出力端子との間に接続された直列腕共振子、および、前記入力端子と前記出力端子とを接続する接続経路と基準端子との間に接続された並列腕共振子の少なくとも1つを備え、
    前記入力端子または前記出力端子は、前記圧電基板に配置された複数の端子のうち、前記アンテナ接続端子に接続されるアンテナ端子に接続されており、
    前記少なくとも3つの送信用弾性波フィルタは、少なくとも1つの第1の送信用弾性波フィルタと、前記基板を平面視した場合に前記第1の送信用弾性波フィルタよりも前記アンテナ接続端子から遠い位置に配置された少なくとも1つの第2の送信用弾性波フィルタとを有し、
    前記第2の送信用弾性波フィルタは、前記複数の端子のうち前記基板を平面視した場合に前記アンテナ接続端子に最も近い位置に配置された端子を前記アンテナ端子としている、
    送信装置。
  9. 互いに異なる搬送周波数帯域を有する複数の高周波信号を、アンテナ素子を介して入力し、当該複数の高周波信号を分波して受信回路へ出力する受信装置であって、
    基板の一方の面に配置され、前記アンテナ素子に接続されるアンテナ接続端子と、
    前記一方の面と対向する前記基板の他方の面に実装され、前記アンテナ素子から複数の高周波信号を入力し、所定の周波数帯域のみを通過させる少なくとも3つの受信用弾性波フィルタと、を備え、
    前記少なくとも3つの受信用弾性波フィルタは、共通接続端子に共通接続され、
    前記アンテナ接続端子と前記共通接続端子との接続経路に第1インダクタンス素子が接続され、
    前記少なくとも3つの受信用弾性波フィルタのそれぞれは、圧電基板に、入力端子と出力端子との間に接続された直列腕共振子、および、前記入力端子と前記出力端子とを接続する接続経路と基準端子との間に接続された並列腕共振子の少なくとも1つを備え、
    前記入力端子または前記出力端子は、前記圧電基板に配置された複数の端子のうち、前記アンテナ接続端子に接続されるアンテナ端子に接続されており、
    前記少なくとも3つの受信用弾性波フィルタは、少なくとも1つの第1の受信用弾性波フィルタと、前記基板を平面視した場合に前記第1の受信用弾性波フィルタよりも前記アンテナ接続端子から遠い位置に配置された少なくとも1つの第2の受信用弾性波フィルタとを有し、
    前記第2の受信用弾性波フィルタは、前記複数の端子のうち前記基板を平面視した場合に前記アンテナ接続端子に最も近い位置に配置された端子を前記アンテナ端子としている、
    受信装置。
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