JPWO2019131533A1 - 弾性波フィルタ、マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路および通信装置 - Google Patents

弾性波フィルタ、マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路および通信装置 Download PDF

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Abstract

弾性波フィルタ(10)は、圧電性を有する基板(70)と、基板(70)上に形成された入出力端子(110および120)と、基板(70)上に形成され、互いに分離されたグランド端子(130および140)と、基板(70)上であって入出力端子(110および120)を結ぶ経路上に配置された縦結合共振部(11)とを備え、縦結合共振部(11)が有するIDT電極(51〜55)のそれぞれは、複数の電極指とバスバー電極とで構成された櫛形電極を一対有し、入出力端子(120)に最も近い位置で配置されたIDT電極(51)が有する一対の櫛形電極の他方は、基板(70)上でグランド端子(140)に接続されており、IDT電極(51)を除く全てのIDT電極(52〜55)のそれぞれが有する一対の櫛形電極の他方は、基板(70)上でグランド端子(130)に接続されている。

Description

本発明は、弾性波フィルタ、マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路および通信装置に関する。
従来、携帯電話機などの通信機器には、縦結合共振子型SAW(Surface Acoustic Wave)フィルタやラダー型SAWフィルタ等の弾性波フィルタが用いられている。近年の通信機器のマルチバンド化の進展に伴い、弾性波フィルタには、通信帯域における挿入損失の低減は勿論、通信帯域外における減衰量の向上も強く求められるようになっている。
特許文献1には、デュプレクサの受信側フィルタとして、5つのIDT(InterDigital Transducer)電極で構成された縦結合共振器を有するSAWフィルタの構成が開示されている。上記縦結合共振器を構成する5つのIDT電極が、圧電基板上の1つのアース端子に共通接続することによってグランドを強化するとともに、受信側フィルタと送信側フィルタとの間に結合容量を設けることにより、通過帯域近傍における帯域外減衰量を確保できるとしている。
特許第5765502号公報
特許文献1に開示された受信側フィルタでは、縦結合共振器の共振モードに起因して発生する、通過帯域より高周波側の不要波レスポンスを改善できない。このため、上記受信側フィルタの通過帯域より高周波側においては、減衰量を十分確保できない場合がある。
さらには、上記受信側フィルタと他のフィルタとをマルチプレクサに適用し、当該受信側フィルタの通過帯域より高周波側に位置する他のフィルタの通過帯域に上記不要波レスポンスが発生する場合、当該他のフィルタの通過特性が劣化するという問題がある。
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、通過帯域の高周波側近傍における減衰量が改善された弾性波フィルタ、マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路およ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弾性波フィルタは、圧電性を有する基板と、前記基板上に形成された第1入出力端子および第2入出力端子と、前記基板上に形成され、当該基板上で互いに分離された第1グランド端子および第2グランド端子と、前記基板上であって、前記第1入出力端子と前記第2入出力端子とを結ぶ経路上に配置された縦結合共振部と、を備え、前記縦結合共振部は、前記基板上を所定の弾性波が伝搬する方向に並んで配置された3以上のIDT電極を有し、前記3以上のIDT電極のそれぞれは、前記方向と交差する方向に延びる複数の電極指と当該複数の電極指を構成する電極指の一方端同士を接続するバスバー電極とで構成された櫛形電極を一対有し、前記一対の櫛形電極は、前記複数の電極指が互いに間挿し合うように対向しており、前記一対の櫛形電極の一方は前記経路に接続されており、前記3以上のIDT電極のうち、前記第2入出力端子に最も近い位置で配置されたIDT電極である第1IDT電極が有する前記一対の櫛形電極の他方は、前記基板上で前記第2グランド端子に接続されており、前記3以上のIDT電極のうち前記第1IDT電極を除く全てのIDT電極のそれぞれが有する前記一対の櫛形電極の他方は、前記基板上で前記第1グランド端子に接続されている。
従来の縦結合共振部を有する弾性波フィルタでは、縦結合共振部の共振モードに起因した不要波レスポンスが、通過帯域よりも高周波側に発生する。このため、縦結合共振部を構成する複数のIDT電極のグランドを単純に共通化しただけでは、通過帯域よりも高周波側の減衰量を確保できないといった問題がある。また、特に、入出力端子の近傍で複数のIDT電極のグランドを共通化しようとすると、当該入出力端子に接続される信号配線とグランド配線とが近接および重複することが想定される。このため、信号の低損失および高減衰が確保されない。
これに対して、上記構成によれば、縦結合共振部を構成する複数のIDT電極のうち、第2入出力端子に最近接する第1IDT電極のグランド端子を、その他のIDT電極のグランド端子と分離し、当該その他のIDT電極のグランド端子を共通化している。第1IDT電極のグランド端子を、その他のIDT電極のグランド端子と分離することで、縦結合共振部とグランドとの間のインダクタンス値を効果的に大きくでき、縦結合共振部に起因して発生する通過帯域よりも高周波側の減衰極を低周波側にシフトすることが可能となる。これにより、弾性波フィルタの通過帯域の高周波側近傍における減衰量を改善することが可能となる。
また、前記第1IDT電極が有する前記一対の櫛形電極の一方は、前記第1入出力端子および前記第2入出力端子のうちの前記第1入出力端子側の経路に接続されており、前記3以上のIDT電極のうち、前記第1IDT電極の次に前記第2入出力端子に近い位置で配置されたIDT電極である第2IDT電極が有する前記一対の櫛形電極の一方と、前記第2入出力端子とを接続する配線は、前記第1IDT電極が有する前記一対の櫛形電極の他方と前記第2グランド端子とを接続する配線、および、前記3以上のIDT電極のうち前記第1IDT電極を除くIDT電極が有する前記一対の櫛形電極の他方と前記第1グランド端子とを接続する配線と重ならなくてもよい。
これによれば、第2IDT電極と第2入出力端子とを接続する配線は、第1IDT電極と第2グランド端子とを接続する配線、および、第1IDT電極以外のIDT電極と第1グランド端子とを接続する配線と、誘電体膜を介した立体配線構造をとる必要がない。よって、第2入出力端子近傍での高周波信号を伝搬する配線の寄生容量を低減できるので、弾性波フィルタの通過帯域における挿入損失を効果的に改善できる。
また、さらに、前記経路上に配置された、1以上の直列腕共振子と、前記経路上のノードとグランドとの間に配置された1以上の並列腕共振子と、を備えてもよい。
これにより、通過帯域外の減衰極を形成するためのトラップ共振子が付加された弾性波フィルタにおいて、縦結合共振部により形成された通過帯域の高周波側近傍における減衰量を改善することが可能となる。
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端子および第2端子と、前記共通端子と前記第1端子との間に接続された第1フィルタと、前記共通端子と前記第2端子との間に接続された第2フィルタと、を備え、前記第1フィルタは、上記いずれかに記載の弾性波フィルタであり、前記第2フィルタの通過帯域は、前記第1フィルタの通過帯域よりも高周波側にある。
第1フィルタの通過帯域よりも高周波側に発生する、縦結合共振部に起因した不要波レスポンスが、第2フィルタの通過帯域内に位置することで、第2フィルタの通過特性が劣化することが想定される。この場合であっても、第1フィルタが上記いずれかの弾性波フィルタであることにより、第1フィルタの通過帯域よりも高周波側の減衰極を低周波側にシフトさせることで、第1フィルタの通過帯域の高周波側近傍における減衰量を改善できる。これにより、第2フィルタの通過特性の劣化、および、第1フィルタと第2フィルタとのアイソレーションの劣化を抑制することが可能となり、マルチプレクサの通過特性を改善できる。
また、前記第2フィルタは、前記基板上に形成された送信側フィルタであり、前記第1フィルタは、受信側フィルタであり、前記共通端子は、前記第1入出力端子であり、前記第1端子は、前記第2入出力端子であってもよい。
一般的に、縦結合共振子で構成された弾性波フィルタは、受信側フィルタとして適用される。縦結合共振子で構成された弾性波フィルタは、通過帯域よりも高周波側に上述したような不要波レスポンスが発生するため、当該高周波側の減衰量を確保することが困難であるが、マルチプレクサを構成する場合、一般的に受信側フィルタの通過帯域は送信側フィルタの通過帯域より高周波側に位置することが多いため、問題にならない。
しかし、マルチプレクサにおいて、送信側フィルタの通過帯域が受信側フィルタの通過帯域より高周波側に位置する場合もある。その場合でも、前記1フィルタは、通過帯域よりも高周波側の減衰量が改善されるため、マルチプレクサを構成する場合、低周波側のフィルタとして適用することが可能となる。
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。
これにより、第1フィルタの通過帯域の高周波側近傍における減衰量を改善でき、第2フィルタの通過特性の劣化を抑制されるため、マルチプレクサの通過特性が改善された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記載の高周波フロントエンド回路と、を備える。
これにより、第1フィルタの通過帯域の高周波側近傍における減衰量を改善でき、第2フィルタの通過特性の劣化を抑制されるため、マルチプレクサの通過特性が改善された通信装置を提供できる。
本発明に係る弾性波フィルタ、マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路および通信装置によれば、弾性波フィルタの通過帯域の高周波側近傍における減衰量を改善することが可能となる。
図1は、実施の形態1に係る弾性波フィルタの回路構成図である。 図2Aは、実施の形態1に係る弾性波共振子の一例を模式的に表す平面図および断面図である。 図2Bは、実施の形態1の変形例1に係る弾性波共振子を模式的に表す断面図である。 図3Aは、実施の形態1に係る弾性波フィルタの縦結合共振部の電極レイアウトを示す平面図である。 図3Bは、実施の形態1に係る弾性波フィルタの入出力端子近傍における断面図である。 図4は、比較例に係る弾性波フィルタの回路構成図である。 図5Aは、比較例に係る弾性波フィルタの縦結合共振部の電極レイアウトを示す平面図である。 図5Bは、比較例に係る弾性波フィルタの入出力端子近傍における断面図である。 図6は、実施の形態2に係るマルチプレクサの回路構成図である。 図7は、実施の形態2および比較例に係る弾性波フィルタの通過特性を比較したグラフである。 図8は、実施の形態2および比較例に係るマルチプレクサのアイソレーション特性を比較したグラフである。 図9は、実施の形態3に係る通信装置の構成図である。
以下、本発明の実施の形態について、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)
[1−1.弾性波フィルタ10の構成]
図1は、実施の形態1に係る弾性波フィルタ10の回路構成図である。同図に示すように、弾性波フィルタ10は、縦結合共振部11と、直列腕共振子s1およびs2と、並列腕共振子p1およびp2と、入出力端子110および120と、を備える。
縦結合共振部11は、入出力端子110(第1入出力端子)と入出力端子120(第2入出力端子)とを結ぶ経路上に配置され、弾性波伝搬方向に隣り合うIDT(InterDigital Transducer)電極51、52、53、54および55と、反射器56Lおよび56Rと、を備える。
IDT電極51〜55のそれぞれは、弾性波伝搬方向と交差する方向に延びる複数の電極指と当該複数の電極指を構成する電極指の一方端同士を接続するバスバー電極とで構成された櫛形電極を一対有している。上記一対の櫛形電極は、複数の電極指が互いに間挿し合うように対向している。
IDT電極51〜55、反射器56Lおよび56Rは、弾性波伝搬方向に、反射器56L、IDT電極51、52、53、54、55、および反射器56Rの順に配置されている。IDT電極51、53および55が有する一対の櫛形電極の一方のバスバー電極と、IDT電極52および54が有する一対の櫛形電極の他方のバスバー電極とは、入出力端子110および120のうち入出力端子110側に配置されている。また、IDT電極51、53および55が有する一対の櫛形電極の他方のバスバー電極と、IDT電極52および54が有する一対の櫛形電極の一方のバスバー電極とは、入出力端子110および120のうち入出力端子120側に配置されている。
IDT電極51〜55のそれぞれにおいて、一対の櫛形電極の一方は、入出力端子110と入出力端子120とを結ぶ経路上の信号配線50H1または50H2に接続され、当該一対の櫛形電極の他方は、グランド配線50GCまたは50GRに接続されている。より詳細には、反射器56L側から奇数番目に配置されたIDT電極51、53および55が有する一対の櫛形電極の一方は、信号配線50H1または50H2のうち、入出力端子110側の信号配線50H1に接続されている。また、反射器56L側から偶数番目に配置されたIDT電極52および54が有する一対の櫛形電極の一方は、信号配線50H1または50H2のうち、入出力端子120側の信号配線50H2に接続されている。また、IDT電極52、53、54および55が有する一対の櫛形電極の他方は、グランド配線50GCに接続されている。また、IDT電極51が有する一対の櫛形電極の他方は、グランド配線50GRに接続されている。
上記構成により、縦結合共振部11は、主として弾性波フィルタ10の通過帯域における挿入損失、および通過帯域近傍の減衰量を規定する。
なお、縦結合共振部11を構成するIDT電極の数は5つであることに限定されず、3つ以上であればよい。
直列腕共振子s1およびs2は、入出力端子110と入出力端子120とを結ぶ経路上に配置された弾性波共振子である。
並列腕共振子p1およびp2は、上記経路上のノードとグランドとの間に配置された弾性波共振子である。
直列腕共振子s1、s2および並列腕共振子p1、p2は、主として弾性波フィルタ10の特定の減衰帯域における減衰量を改善する。
なお、直列腕共振子は、1つでもよく、また、なくてもよい。同様に、並列腕共振子は、1つでもよく、また、なくてもよい。また、直列腕共振子s1、s2および並列腕共振子p1、p2のそれぞれは、縦結合共振部11の入出力端子110側に配置されているが、入出力端子120側に配置されていてもよい。
以下、弾性波フィルタ10を構成する弾性波共振子の構造について説明する。
図2Aは、本実施の形態に係る弾性波フィルタを構成する弾性波共振子の一例を模式的に表す概略図であり、(a)は平面図、(b)および(c)は、(a)に示した一点鎖線における断面図である。図2Aには、弾性波フィルタ10を構成する縦結合共振子、直列腕共振子および並列腕共振子の構造を表す平面模式図および断面模式図が例示されている。なお、図2Aに示された弾性波共振子200は、縦結合共振部11を構成するIDT電極、直列腕共振子s1およびs2を構成するIDT電極、並列腕共振子p1およびp2を構成するIDT電極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、長さおよび電極指ピッチなどは、図2Aに示された構成に限定されない。
弾性波共振子200は、圧電性を有する基板70と、櫛形電極201aおよび201bとで構成されている。
図2Aの(a)に示すように、基板70の上には、互いに対向する一対の櫛形電極201aおよび201bが形成されている。櫛形電極201aは、互いに平行な複数の電極指200aと、複数の電極指200aの一方端同士を接続するバスバー電極202aとで構成されている。また、櫛形電極201bは、互いに平行な複数の電極指200bと、複数の電極指200bの一方端同士を接続するバスバー電極202bとで構成されている。複数の電極指200aおよび200bは、弾性波伝搬方向(X軸方向)と直交する方向に沿って形成されている。
また、複数の電極指200aおよび200b、ならびに、バスバー電極202aおよび202bで構成されるIDT電極250は、図2Aの(b)に示すように、密着層250aと主電極層250bとの積層構造となっている。
密着層250aは、基板70と主電極層250b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250aの膜厚は、例えば、12nmである。
主電極層250b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250bの膜厚は、例えば162nmである。
保護層255は、櫛形電極201aおよび201bを覆うように形成されている。保護層255は、主電極層250bを外部環境から保護する、周波数温度特性を調整する、および、耐湿性を高めるなどを目的とする層であり、例えば、二酸化ケイ素を主成分とする誘電体膜である。保護層255の厚さは、例えば25nmである。
なお、密着層250a、主電極層250bおよび保護層255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250は、上記積層構造でなくてもよい。IDT電極250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255は、形成されていなくてもよい。
次に、基板70の積層構造について説明する。
図2Aの(c)に示すように、基板70は、高音速支持基板251と、低音速膜252と、圧電膜253とを備え、高音速支持基板251、低音速膜252および圧電膜253がこの順で積層された構造を有している。
圧電膜253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253は、例えば、厚みが600nmである。なお、各フィルタの要求仕様により、圧電膜253として使用される圧電単結晶の材料およびカット角が適宜選択される。
高音速支持基板251は、低音速膜252、圧電膜253ならびにIDT電極250を支持する基板である。高音速支持基板251は、さらに、圧電膜253を伝搬する表面波および境界波などの弾性波よりも、高音速支持基板251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253および低音速膜252が積層されている部分に閉じ込め、高音速支持基板251より下方に漏れないように機能する。高音速支持基板251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252は、圧電膜253を伝搬するバルク波よりも、低音速膜252中のバルク波の音速が低速となる膜であり、圧電膜253と高音速支持基板251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252は、例えば、二酸化ケイ素を主成分とする膜であり、厚みは、例えば670nmである。
なお、基板70の上記積層構造によれば、圧電基板を単層で使用している従来の構造と比較して、共振周波数および反共振周波数におけるQ値を大幅に高めることが可能となる。すなわち、Q値が高い弾性波共振子を構成し得るので、当該弾性波共振子を用いて、挿入損失が小さいフィルタを構成することが可能となる。
なお、高音速支持基板251は、支持基板と、圧電膜253を伝搬する表面波および境界波などの弾性波よりも伝搬するバルク波の音速が高速となる高音速膜と、が積層された構造を有していてもよい。この場合、支持基板は、リチウムタンタレート、リチウムニオベイト、水晶等の圧電体、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、サファイア、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。
また、図2Bは、実施の形態1の変形例1に係る弾性波共振子を模式的に表す断面図である。図2Aに示した弾性波共振子200では、IDT電極250が、圧電膜253を有する基板70上に形成された例を示したが、当該IDT電極250が形成される基板は、図2Bに示すように、圧電体層の単層からなる圧電単結晶基板71であってもよい。圧電単結晶基板71は、例えば、LiNbOの圧電単結晶で構成されている。本変形例に係る弾性波共振子200は、LiNbOの圧電単結晶基板71と、IDT電極250と、圧電単結晶基板71上およびIDT電極250上に形成された保護層255と、で構成されている。
上述した圧電膜253および圧電単結晶基板71は、弾性波フィルタ10の要求通過特性などに応じて、適宜、積層構造、材料、カット角、および、厚みを変更してもよい。上述したカット角以外のカット角を有するLiTaO圧電基板などを用いた弾性波共振子200であっても、上述した圧電膜253を用いた弾性波共振子200と同様の効果を奏することができる。
ここで、弾性波共振子を構成するIDT電極の電極パラメータの一例について説明しておく。
弾性波共振子の波長とは、図2Aの(b)に示すIDT電極250を構成する複数の電極指200aまたは200bの繰り返し周期である波長λで規定される。また、電極指ピッチは、波長λの1/2であり、櫛形電極201aおよび201bを構成する電極指200aおよび200bのライン幅をWとし、隣り合う電極指200aと電極指200bとの間のスペース幅をSとした場合、(W+S)で定義される。また、一対の櫛形電極201aおよび201bの交叉幅Lは、図2Aの(a)に示すように、電極指200aと電極指200bとの弾性波伝搬方向(X軸方向)から見た場合の重複する電極指長さである。また、各弾性波共振子の電極デューティーは、複数の電極指200aおよび200bのライン幅占有率であり、複数の電極指200aおよび200bのライン幅とスペース幅との加算値に対する当該ライン幅の割合であり、W/(W+S)で定義される。また、櫛形電極201aおよび201bの高さ、すなわち膜厚をhとしている。上述した、波長λ、交叉幅L、電極デューティー、IDT電極250の膜厚h等、弾性波共振子のIDT電極の形状および大きさを決定するパラメータを、電極パラメータという。
図3Aは、実施の形態1に係る弾性波フィルタ10の縦結合共振部11の電極レイアウトを示す平面図である。また、図3Bは、実施の形態1に係る弾性波フィルタ10の入出力端子120の近傍における断面図である。
図3Aには、弾性波フィルタ10を構成する縦結合共振部11の電極レイアウトが示されている。同図に示すように、弾性波フィルタ10は、圧電性を有する基板70と、基板70上に形成された、縦結合共振部11、直列腕共振子s1およびs2(図3Aには図示せず)、並列腕共振子p1およびp2(図3Aには図示せず)、入出力端子110(図3Aには図示せず)および120、ならびに、グランド端子130および140と、で構成されている。グランド端子130(第1グランド端子)とグランド端子140(第2グランド端子)とは、基板70上で互いに分離されている。
入出力端子110(図3Aには図示せず)および120、ならびに、グランド端子130および140は、基板70上の外周領域に形成され、例えば、縦結合共振部11、直列腕共振子s1およびs2、ならびに並列腕共振子p1およびp2を構成するIDT電極と同じ電極材料で形成されている。
信号配線50H1は、縦結合共振部11のIDT電極51、53および55が有する一対の櫛形電極の一方と、直列腕共振子s2(図3AではノードN1)とを接続している。信号配線50H2は、縦結合共振部11のIDT電極52および54が有する一対の櫛形電極の一方と、入出力端子120とを接続している。
グランド配線50GRは、IDT電極51〜55のうち入出力端子120に最も近い位置で配置されたIDT電極51(第1IDT電極)が有する一対の櫛形電極の他方および反射器56Lと、グランド端子140とを接続している。つまり、IDT電極51が有する一対の櫛形電極の他方は、基板70上でグランド端子140に接続されている。
グランド配線50GCは、IDT電極51〜55のうち入出力端子120に最も近い位置で配置されたIDT電極51(第1IDT電極)を除く全てのIDT電極52〜55のそれぞれが有する一対の櫛形電極の他方および反射器56Rと、グランド端子130とを接続している。つまり、IDT電極52〜55が有する一対の櫛形電極の他方は、基板70上でグランド端子130に接続されている。
従来の縦結合共振部を有する弾性波フィルタでは、縦結合共振部の共振モードに起因した不要波レスポンスが、通過帯域よりも高周波側に発生する。このため、通過帯域よりも高周波側の減衰量を確保できないといった問題がある。
これに対して、本実施の形態に係る弾性波フィルタ10の構成によれば、縦結合共振部11を構成する複数のIDT電極51〜55のうち、入出力端子120に最近接するIDT電極51に接続されるグランド端子140を、その他のIDT電極52〜55に接続されるグランド端子130と分離し、その他のIDT電極52〜55に接続されるグランド端子130を共通化している。IDT電極51に接続されるグランド端子140を、その他のIDT電極52〜55のグランド端子130と分離することで、縦結合共振部11とグランドとの間のインダクタンス値を大きくでき、縦結合共振部11に起因して発生する通過帯域よりも高周波側の減衰極を低周波側にシフトすることが可能となる。これにより、弾性波フィルタ10の通過帯域の高周波側近傍における減衰量を改善することが可能となる。
なお、グランド端子130および140のうち、入出力端子120に最も近いIDT電極51が接続されたグランド端子140のほうが、入出力端子120に近いほうが望ましい。これにより、グランド配線50GRを短く形成できるので、縦結合共振部11とグランドとの間のインダクタンス値をより大きくできる。
なお、図3Aに示ように、信号配線50H1および50H2と、グランド配線50GCとが重なっている領域があるが、当該領域では、信号配線50H1および50H2とグランド配線50GCとが、誘電体層を挟んで積層されている。また、図3Aでは、上記領域において、(1)基板70、(2)信号配線50H1および50H2、(3)誘電体層、(4)グランド配線50GC、の順で積層されている構成を示したが、(1)基板70、(2)グランド配線50GC、(3)誘電体層、(4)信号配線50H1および50H2の順で積層されていてもよい。
また、図3Bに示すように、入出力端子120の近傍において、信号配線50H2とグランド配線50GRとは、基板70上で、交差していない。つまり、IDT電極51が有する一対の櫛形電極の一方は、入出力端子110側の信号配線50H1に接続されており、IDT電極51の次に入出力端子120に近い位置で配置されたIDT電極52(第2IDT電極)が有する一対の櫛形電極の一方と入出力端子120との間の信号配線50H2は、入出力端子120の近傍において、グランド配線50GRおよび50GCと重ならない。
これによれば、信号配線50H2と、グランド配線50GRおよび50GCとを、誘電体層を介した立体配線構造とする必要がない。よって、高周波信号を伝搬する配線の寄生容量を低減できるので、弾性波フィルタ10の通過帯域における挿入損失を改善できる。
[1−2.比較例に係る弾性波フィルタ510の構成]
ここで、従来の弾性波フィルタの構成およびその問題点について示しておく。
図4は、比較例に係る弾性波フィルタ510の回路構成図である。同図に示すように、弾性波フィルタ510は、縦結合共振部511と、直列腕共振子s1およびs2と、並列腕共振子p1およびp2と、入出力端子110および120と、を備える。比較例に係る弾性波フィルタ510は、実施の形態1に係る弾性波フィルタ10と比較して、縦結合共振部511が有するIDT電極のグランド接続の構成のみが異なる。以下、比較例に係る弾性波フィルタ510について、実施の形態1に係る弾性波フィルタ10と異なる点を中心に説明する。
IDT電極51〜55のそれぞれにおいて、一対の櫛形電極の一方は、入出力端子110と入出力端子120とを結ぶ経路上の信号配線60H1または60H2に接続され、当該一対の櫛形電極の他方は、グランド配線60GCに接続されている。より詳細には、反射器56L側から奇数番目に配置されたIDT電極51、53および55が有する一対の櫛形電極の一方は、入出力端子110側の信号配線60H1に接続されている。また、反射器56L側から偶数番目に配置されたIDT電極52および54が有する一対の櫛形電極の一方は、入出力端子120側の信号配線60H2に接続されている。また、IDT電極51〜55が有する一対の櫛形電極の他方は、グランド配線60GCに接続されている。
上記構成により、縦結合共振部511は、主として弾性波フィルタ510の通過帯域における挿入損失、および通過帯域近傍の減衰量を規定する。
図5Aは、比較例に係る弾性波フィルタ510の縦結合共振部511の電極レイアウトを示す平面図である。また、図5Bは、比較例に係る弾性波フィルタ510の入出力端子120の近傍における断面図である。
図5Aには、弾性波フィルタ510を構成する縦結合共振部511の電極レイアウトが示されている。同図に示すように、弾性波フィルタ510は、圧電性を有する基板70と、基板70上に形成された、縦結合共振部511、直列腕共振子s1およびs2(図5Aには図示せず)、並列腕共振子p1およびp2(図5Aには図示せず)、入出力端子110(図5Aには図示せず)および120、ならびに、グランド端子150と、で構成されている。
入出力端子110(図5Aには図示せず)および120、ならびに、グランド端子150は、基板70上の外周領域に形成されている。
信号配線60H1は、縦結合共振部511のIDT電極51、53および55が有する一対の櫛形電極の一方と、直列腕共振子s2(図5AではノードN1)とを接続している。信号配線60H2は、縦結合共振部511のIDT電極52および54が有する一対の櫛形電極の一方と、入出力端子120とを接続している。
グランド配線60GCは、IDT電極51〜55のそれぞれが有する一対の櫛形電極の他方、反射器56Rおよび56Lと、グランド端子150とを接続している。つまり、基板70を平面視した場合、IDT電極51〜55が有する一対の櫛形電極の他方は、グランド端子150に接続されている。
比較例に係る縦結合共振部511を有する弾性波フィルタ510では、縦結合共振部511の共振モードに起因した不要波レスポンスが、通過帯域よりも高周波側に発生する。このため、通過帯域よりも高周波側の減衰量を確保できないといった問題がある。また、比較例に係る弾性波フィルタ510では、小型化およびグランド強化のため、IDT電極51〜55のグランドを基板70上で共通化しているが、図5Bに示すように、IDT電極51〜55のグランドを共通化する場合、入出力端子120の近傍で、信号配線60H2とグランド配線60GCとが誘電体層80を挟んで積層される構成となり、不要な容量成分および抵抗成分が発生する。特に、入出力端子の近傍で不要な容量成分および抵抗成分が発生すると、弾性波フィルタの通過特性および減衰特性の劣化が顕著となる。
これに対して、本実施の形態に係る弾性波フィルタ10の構成によれば、縦結合共振部11を構成する複数のIDT電極51〜55のうち、入出力端子120に最近接するIDT電極51に接続されるグランド端子140を、その他のIDT電極52〜55に接続されるグランド端子130と分離し、その他のIDT電極52〜55に接続されるグランド端子130を共通化している。IDT電極51に接続されるグランド端子140を、その他のIDT電極52〜55のグランド端子130と分離することで、縦結合共振部11とグランドとの間のインダクタンス値を大きくでき、縦結合共振部11に起因して発生する通過帯域よりも高周波側の減衰極を低周波側にシフトすることが可能となる。これにより、弾性波フィルタ10の通過帯域の高周波側近傍における減衰量を改善することが可能となる。
(実施の形態2)
[2−1.マルチプレクサ1の構成]
本実施の形態では、実施の形態1に係る弾性波フィルタ10を有するマルチプレクサ1について示す。
図6は、実施の形態2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、受信側フィルタ10Aと、送信側フィルタ20Aと、共通端子170と、入出力端子120および160と、インダクタ30と、を備える。マルチプレクサ1は、アンテナ端子100において、例えばアンテナ素子に接続される。アンテナ端子100と共通端子170とを結ぶ経路と、基準端子であるグランドとの間には、インピーダンス整合用のインダクタ30が接続されている。なお、インダクタ30は上記経路に直列に接続されてもよい。また、マルチプレクサ1は、インダクタ30を備えない構成であってもよい。また、インダクタ30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。
受信側フィルタ10Aは、実施の形態1に係る弾性波フィルタ10であり、共通端子170と入出力端子120(第1端子)との間に接続され、共通端子170から入力された受信波を入力し、当該受信波をBandAの受信通過帯域でフィルタリングして入出力端子120へ出力する第1フィルタである。
送信側フィルタ20Aは、共通端子170と入出力端子160(第2端子)との間に接続され、送信回路(RFICなど)で生成された送信波を、入出力端子160を経由して入力し、当該送信波をBandAの送信通過帯域でフィルタリングして共通端子170へ出力する第2フィルタである。送信側フィルタ20Aの構成は、特に限定されず、例えば、弾性波フィルタであってもよく、また、インダクタおよびキャパシタで構成されたLCフィルタであってもよい。
なお、本実施の形態に係るマルチプレクサ1では、送信側フィルタ20Aの送信通過帯域は、受信側フィルタ10Aの受信通過帯域よりも高周波側にある。
なお、共通端子170と上記各フィルタとの間に、インピーダンス整合用のインダクタンス素子およびキャパシタンス素子の少なくとも一方が接続されていてもよい。
[2−2.マルチプレクサ1の高周波伝搬特性]
図7は、実施の形態2および比較例に係るマルチプレクサの受信側フィルタの通過特性を比較したグラフである。また、図8は、実施の形態2および比較例に係るマルチプレクサのアイソレーション特性を比較したグラフである。
なお、比較例に係るマルチプレクサは、図6に示されたマルチプレクサの構成において、受信側フィルタとして、比較例に係る弾性波フィルタ510を適用した構成を有している。
図7において、マルチプレクサを構成する受信側フィルタの通過帯域内の挿入損失は、実施の形態2と比較例とで差異は殆ど見られない。
これに対して、受信側フィルタの通過帯域の高周波側近傍の減衰帯域において、実施の形態2の受信側フィルタ10Aのほうが、比較例の受信側フィルタよりも、減衰量が改善されている。このため、上記減衰帯域が、送信側フィルタの送信通過帯域に含まれる場合、実施の形態2の送信側フィルタ20Aのほうが、比較例の送信側フィルタよりも、挿入損失が改善される。
なお、実施の形態1に係る弾性波フィルタ10、および、比較例に係る弾性波フィルタ510を、それぞれ、単体で通過特性を測定した場合でも、図7と同様の測定結果が得られる。つまり、弾性波フィルタ10の通過帯域の高周波側近傍の減衰帯域において、実施の形態1に係る弾性波フィルタ10のほうが、比較例に係る弾性波フィルタ510よりも、減衰量が改善される。
さらに、図8に示すように、受信側フィルタ10Aの上記減衰帯域における減衰量が改善されたことにより、受信側フィルタ10Aおよび送信側フィルタ20Aの間の上記減衰帯域におけるアイソレーションが改善される。
本実施の形態に係るマルチプレクサ1の構成によれば、受信側フィルタ10Aの縦結合共振部11を構成する複数のIDT電極51〜55のうち、入出力端子120に最近接するIDT電極51に接続されるグランド端子140を、その他のIDT電極52〜55に接続されるグランド端子130と分離し、その他のIDT電極52〜55に接続されるグランド端子130を共通化している。IDT電極51に接続されるグランド端子140を、その他のIDT電極52〜55に接続されるグランド端子130と分離することで、縦結合共振部11とグランドとの間のインダクタンス値を大きくでき、縦結合共振部11に起因して発生する上記減衰帯域での減衰極を低周波側にシフトさせることが可能となる(図7中の矢印)。これにより、受信側フィルタ10Aの受信通過帯域の高周波側近傍における減衰量を改善でき、かつ、送信側フィルタ20Aの挿入損失を改善できる。さらには、マルチプレクサ1の送信側フィルタ20Aの通過帯域におけるアイソレーション特性を改善できる。
なお、送信側フィルタ20Aは、受信側フィルタ10Aが形成された基板70に形成されていてもよい。これにより、マルチプレクサ1を1枚の基板で形成できるので、マルチプレクサ1を小型化することができる。
なお、本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10Aおよび送信側フィルタ20Aを共通端子に接続したデュプレクサを例示したが、本発明に係るマルチプレクサは、送信側フィルタおよび受信側フィルタの双方を備える構成に限らず、複数の送信側フィルタのみ、または、複数の受信側フィルタのみを備える構成であってもよい。
また、本発明に係るマルチプレクサは、例えば、3つのフィルタが共通端子に接続されたトリプレクサや、2つのデュプレクサが共通端子で共通接続されたクワッドプレクサなどについても適用することができる。つまり、本発明に係るマルチプレクサは、2以上のフィルタを備えていればよい。
(実施の形態3)
実施の形態2に係るマルチプレクサ1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および通信装置について説明する。
図9は、実施の形態3に係る通信装置6の構成図である。通信装置6は、高周波フロントエンド回路5と、RF信号処理回路3と、ベースバンド信号処理回路4と、を備える。なお、同図には、通信装置6と接続されるアンテナ素子2も図示されている。
高周波フロントエンド回路5は、マルチプレクサ1と、パワーアンプ回路41およびローノイズアンプ回路42と、を備える。
マルチプレクサ1は、実施の形態2に係るマルチプレクサが適用される。
パワーアンプ回路41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、マルチプレクサ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。
ローノイズアンプ回路42は、アンテナ素子2、マルチプレクサ1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。
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41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5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。
上記構成によれば、マルチプレクサ1を備えることにより、受信側フィルタ10Aの通過帯域の高周波側近傍における減衰量を改善でき、送信側フィルタ20Aの挿入損失の劣化を抑制されるため、マルチプレクサ1の通過特性が改善された高周波フロントエンド回路5および通信装置6を提供できる。
なお、通信装置6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。
また、高周波フロントエンド回路5が有するマルチプレクサ1は、3以上のフィルタを備えたトリプレクサ、クワッドプレクサ、または、ヘキサプレクサなどであってもよい。その場合には、マルチプレクサとパワーアンプ回路41およびローノイズアンプ回路42との間に、適宜、スイッチ回路が配置される。
(その他の変形例など)
以上、実施の形態1に係る弾性波フィルタ10、実施の形態2に係るマルチプレクサ1、ならびに実施の形態3に係る高周波フロントエンド回路5および通信装置6について、実施の形態を挙げて説明したが、本発明は、上述した実施の形態には限定されない。例えば、上述した実施の形態に変形を施した態様も、本発明に含まれ得る。
例えば、実施の形態2では、受信側フィルタ10A(第1フィルタ)の受信通過帯域が低周波側であり、送信側フィルタ20A(第2フィルタ)の送信通過帯域が高周波側である構成を説明したが、第1フィルタおよび第2フィルタの通過帯域の高低は逆であってもよい。この場合であっても、第1フィルタの通過帯域の高周波側近傍の減衰帯域の減衰量を改善することが可能である。
本発明は、通過帯域内の低損失および通過帯域外の高減衰が要求される無線通信端末のフロントエンドに使用される送受信フィルタおよびマルチプレクサとして広く利用できる。
1 マルチプレクサ
2 アンテナ素子
3 RF信号処理回路
4 ベースバンド信号処理回路
5 高周波フロントエンド回路
6 通信装置
10、510 弾性波フィルタ
10A 受信側フィルタ
11、511 縦結合共振部
20A 送信側フィルタ
30 インダクタ
41 パワーアンプ回路
42 ローノイズアンプ回路
50H1、50H2、60H1、60H2 信号配線
50GC、50GR、60GC グランド配線
51、52、53、54、55 IDT電極
56L、56R 反射器
70 基板
71 圧電単結晶基板
80 誘電体層
100 アンテナ端子
110、120、160 入出力端子
130、140、150 グランド端子
170 共通端子
200 弾性波共振子
200a、200b 電極指
201a、201b 櫛形電極
202a、202b バスバー電極
250 IDT電極
250a 密着層
250b 主電極層
251 高音速支持基板
252 低音速膜
253 圧電膜
255 保護層
p1、p2 並列腕共振子
s1、s2 直列腕共振子

Claims (7)

  1. 圧電性を有する基板と、
    前記基板上に形成された第1入出力端子および第2入出力端子と、
    前記基板上に形成され、当該基板上で互いに分離された第1グランド端子および第2グランド端子と、
    前記基板上であって、前記第1入出力端子と前記第2入出力端子とを結ぶ経路上に配置された縦結合共振部と、を備え、
    前記縦結合共振部は、前記基板上を所定の弾性波が伝搬する方向に並んで配置された3以上のIDT電極を有し、
    前記3以上のIDT電極のそれぞれは、前記方向と交差する方向に延びる複数の電極指と当該複数の電極指を構成する電極指の一方端同士を接続するバスバー電極とで構成された櫛形電極を一対有し、
    前記一対の櫛形電極は、前記複数の電極指が互いに間挿し合うように対向しており、前記一対の櫛形電極の一方は前記経路に接続されており、
    前記3以上のIDT電極のうち、前記第2入出力端子に最も近い位置で配置されたIDT電極である第1IDT電極が有する前記一対の櫛形電極の他方は、前記基板上で前記第2グランド端子に接続されており、
    前記3以上のIDT電極のうち前記第1IDT電極を除く全てのIDT電極のそれぞれが有する前記一対の櫛形電極の他方は、前記基板上で前記第1グランド端子に接続されている、
    弾性波フィルタ。
  2. 前記第1IDT電極が有する前記一対の櫛形電極の一方は、前記第1入出力端子および前記第2入出力端子のうちの前記第1入出力端子側の経路に接続されており、
    前記3以上のIDT電極のうち、前記第1IDT電極の次に前記第2入出力端子に近い位置で配置されたIDT電極である第2IDT電極が有する前記一対の櫛形電極の一方と、前記第2入出力端子とを接続する配線は、前記第1IDT電極が有する前記一対の櫛形電極の他方と前記第2グランド端子とを接続する配線、および、前記3以上のIDT電極のうち前記第1IDT電極を除くIDT電極が有する前記一対の櫛形電極の他方と前記第1グランド端子とを接続する配線と重ならない、
    請求項1に記載の弾性波フィルタ。
  3. さらに、
    前記経路上に配置された、1以上の直列腕共振子と、
    前記経路上のノードとグランドとの間に配置された1以上の並列腕共振子と、を備える、
    請求項1または2に記載の弾性波フィルタ。
  4. 共通端子、第1端子および第2端子と、
    前記共通端子と前記第1端子との間に接続された第1フィルタと、
    前記共通端子と前記第2端子との間に接続された第2フィルタと、を備え、
    前記第1フィルタは、請求項1〜3のいずれか1項に記載の弾性波フィルタであり、
    前記第2フィルタの通過帯域は、前記第1フィルタの通過帯域よりも高周波側にある、
    マルチプレクサ。
  5. 前記第2フィルタは、前記基板上に形成された送信側フィルタであり、
    前記第1フィルタは、受信側フィルタであり、
    前記共通端子は、前記第1入出力端子であり、
    前記第1端子は、前記第2入出力端子である、
    請求項4に記載のマルチプレクサ。
  6. 請求項4または5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。
  7. 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6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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