KR102011218B1 - 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치 - Google Patents

멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치 Download PDF

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Abstract

하나의 탄성파 필터의 저손실성을 확보하면서, 당해 하나의 탄성파 필터의 불요파에 의해 다른 탄성파 필터의 통과 특성이 열화되는 것을 억제할 수 있는 멀티플렉서를 제공한다. 멀티플렉서(1)는 공통 단자(70)와, Band66의 송신측 필터(13) 및 Band30의 송신측 필터(15)와, 인덕턴스 소자(21)를 구비하고, 송신측 필터(13)는 직렬 암 공진자(301∼304)와, 병렬 암 공진자(351∼354)를 구비하고, 송신측 필터(13)의 불요파 스퓨리어스의 주파수는, 송신측 필터(15)의 통과 대역에 포함되고, 송신 출력 단자(63)는 인덕턴스 소자(21)를 개재하여 공통 단자(70)에 접속되고, 또한, 병렬 암 공진자(351)와 직접 접속되어 있고, 병렬 암 공진자(351)는 병렬 암 공진자(351∼354) 중에서 가장 용량이 크다.

Description

멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치{MULTIPLEXER, HIGH-FREQUENCY FRONT END CIRCUIT, AND COMMUNICATION APPARATUS}
본 발명은 탄성파 필터를 구비하는 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 관한 것이다.
근년의 휴대 전화에는, 하나의 단말기로 복수의 주파수 대역 및 복수의 무선 방식, 소위 멀티 밴드화 및 멀티 모드에 대응하는 것이 요구되고 있다. 이것에 대응하기 위해, 1개의 안테나의 바로 아래에는, 복수의 무선 반송 주파수를 갖는 고주파 신호를 분파하는 멀티플렉서가 배치된다. 멀티플렉서를 구성하는 복수의 밴드 패스 필터로서는, 통과 대역 내에 있어서의 저손실성을 갖는 탄성파 필터가 사용된다.
특허문헌 1에는, 복수의 탄성 표면파 필터가 안테나 단자에 공통으로 접속된 탄성 표면파 장치(SAW 듀플렉서)가 개시되어 있다.
국제 공개 제2016/208670호
탄성파 필터에 있어서, 필터 통과 대역보다도 고주파수측에는, 예를 들어 고차 모드에 기인하는 불요파가 발생하고, 또한, 필터 통과 대역보다도 저주파수측에는, 예를 들어 레일리파에 기인하는 불요파가 발생하는 경우가 있다.
특허문헌 1에 기재된, 복수의 탄성파 필터가 공통 단자에 접속된 멀티플렉서에 있어서, 하나의 탄성파 필터의 불요파의 발생 주파수가, 다른 탄성파 필터의 통과 대역에 포함되는 경우가 상정된다. 이 경우, 상기 불요파에 의해 상기 하나의 탄성파 필터의 반사 특성이 열화됨으로써, 당해 다른 탄성파 필터의 통과 대역 내의 삽입 손실이 증대되어 버린다. 이에 의해, 멀티플렉서 전체의 통과 특성도 열화된다는 과제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 공통 단자에 복수의 탄성파 필터가 접속된 멀티플렉서로서, 하나의 탄성파 필터의 저손실성을 확보하면서, 당해 하나의 탄성파 필터가 발생하는 불요파에 의해 다른 탄성파 필터의 통과 특성이 열화되는 것을 억제할 수 있는 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 양태에 따른 멀티플렉서는, 공통 단자와, 서로 다른 통과 대역을 갖는 제1 탄성파 필터 및 제2 탄성파 필터와, 인덕턴스 소자를 구비하고, 상기 제1 탄성파 필터는, 2개의 입출력 단자와, 상기 2개의 입출력 단자를 연결하는 경로 상에 배치된 1 이상의 직렬 암 공진자와, 상기 경로 및 그라운드 사이에 배치된 2 이상의 병렬 암 공진자를 구비하고, 상기 제1 탄성파 필터가 발생하는 불요파 스퓨리어스의 주파수는, 상기 제2 탄성파 필터의 통과 대역에 포함되고, 상기 제2 탄성파 필터는, 상기 공통 단자에 직접 접속되고, 상기 2개의 입출력 단자 중 상기 공통 단자측의 입출력 단자는, 상기 인덕턴스 소자를 개재하여 상기 공통 단자에 접속되고, 또한, 상기 2 이상의 병렬 암 공진자 중 하나의 병렬 암 공진자와 직접 접속되어 있고, 상기 하나의 병렬 암 공진자는, 상기 2 이상의 병렬 암 공진자 중에서 가장 용량이 크다.
상기 구성에 따르면, 제1 탄성파 필터와 공통 단자 사이에는, 인덕턴스 소자가 직렬 접속되고, 또한, 공통 단자에 최근접의 공진자가 병렬 암 공진자이므로, 공통 단자로부터 제1 탄성파 필터를 본 경우의 제2 탄성파 필터의 통과 대역에 있어서의 반사 손실의 증대를 억제할 수 있다. 이것은, 제1 탄성파 필터의 공통 단자에 가까운 브랜치일수록, 공통 단자로부터 제1 탄성파 필터를 본 반사 특성에의 영향이 큰 것에 기인하는 것이다. 상기 구성에서는, 공통 단자에 가장 가까운 브랜치는 인덕턴스 소자로 된다. 인덕턴스 소자는, 제1 탄성파 필터를 구성하는 각 탄성파 공진자와 달리, 불요파 스퓨리어스를 발생시키지 않고 플랫한 주파수 특성으로 되는 반사 특성을 갖고 있다. 이 때문에, 공통 단자로부터 제1 탄성파 필터를 본 경우의 제2 탄성파 필터의 통과 대역에 있어서의 반사 계수의 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 제1 탄성파 필터가 발생하는 불요파에 의해 제2 탄성파 필터의 통과 특성이 열화되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 공통 단자로부터 제1 탄성파 필터 단체를 본 경우의, 소정의 통과 대역에 있어서의 복소 임피던스와, 공통 단자로부터 상기 제1 탄성파 필터 이외의 탄성파 필터의 합성 회로를 본 경우의, 상기 소정의 통과 대역에 있어서의 복소 임피던스가 복소 공액의 관계에 있음으로써, 멀티플렉서의 임피던스 정합을 최적화할 수 있다. 병렬 암 공진자로부터 시작되는 제1 탄성파 필터의 상기 복소 임피던스와, 상기 합성 회로의 용량성의 복소 임피던스를 복소 공액의 관계로 하기 위해서는, 공통 단자로부터 제1 탄성파 필터 단체를 본 경우의 복소 임피던스를 유도성으로 하기 위해, 직렬 삽입된 상기 인덕턴스 소자의 인덕턴스값이 큰 것이 바람직하다. 그러나, 이 반면, 상기 인덕턴스 소자의 인덕턴스값이 작을수록, 제1 탄성파 필터의 통과 대역 내의 삽입 손실을 저감할 수 있다. 이 관점에서, 상기 인덕턴스 소자의 인덕턴스값을 크게 하는 대신에, 제1 탄성파 필터를 구성하는 병렬 암 공진자 중, 상기 인덕턴스 소자에 직접 접속된 병렬 암 공진자의 용량을 크게 함으로써, 상기 인덕턴스 소자의 인덕턴스값을 크게 하지 않고, 공통 단자로부터 제1 탄성파 필터 단체를 본 경우의 복소 임피던스를 효과적으로 유도성으로 할 수 있다. 한편, 제1 탄성파 필터의 통과 특성을 최적화하기 위해, 인덕턴스 소자에 직접 접속된 병렬 암 공진자 이외의 병렬 암 공진자의 용량값을 상대적으로 작게 설정한다.
이상에 의해, 공통 단자에 복수의 탄성파 필터가 접속된 멀티플렉서에 있어서, 제1 탄성파 필터의 저손실성을 확보하면서, 제1 탄성파 필터가 발생하는 불요파에 의해 제2 탄성파 필터의 통과 특성이 열화되는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 제1 탄성파 필터를 구성하는 압전 기판은, 상기 1 이상의 직렬 암 공진자 및 상기 2 이상의 병렬 암 공진자의 각각을 구성하는 IDT(Inter Digital Transducer) 전극이 한쪽 면 상에 형성된 압전막과, 상기 압전막에서 전파되는 탄성파 음속보다도, 전파되는 벌크파 음속이 고속인 고음속 지지 기판과, 상기 고음속 지지 기판과 상기 압전막 사이에 배치되며, 상기 압전막에서 전파되는 벌크파 음속보다도, 전파되는 벌크파 음속이 저속인 저음속막을 구비해도 된다.
제1 탄성파 필터의 공통 단자측에 인덕턴스 소자가 직렬 접속된 경우 등, 복수의 탄성파 필터간에서의 임피던스 정합을 취하기 위해, 각 탄성파 공진자에는 인덕턴스 소자나 캐패시턴스 소자 등의 회로 소자가 부가된다. 이 경우, 각 탄성파 공진자의 Q값이 등가적으로 작아지는 경우가 상정된다. 그러나, 상기 압전 기판의 적층 구조에 의하면, 각 탄성파 공진자의 Q값을 높은 값으로 유지할 수 있다. 따라서, 대역 내의 저손실성을 갖는 탄성파 필터를 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 제1 탄성파 필터의 통과 대역은, 상기 제2 탄성파 필터의 통과 대역보다도 저주파수측에 위치하고, 상기 제1 탄성파 필터가 발생하는 불요파 스퓨리어스는 고차 모드 기인의 스퓨리어스여도 된다.
이에 의해, 제1 탄성파 필터의 통과 대역보다도 고주파수측에 발생하는, 압전막의 두께 방향으로 에너지가 갇힘으로써 발생하는 고차 모드 스퓨리어스에 의해 제2 탄성파 필터의 통과 특성이 열화되는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 제1 탄성파 필터의 통과 대역은, 상기 제2 탄성파 필터의 통과 대역보다도 고주파수측에 위치하고, 상기 제1 탄성파 필터가 발생하는 불요파 스퓨리어스는 레일리파 기인의 스퓨리어스여도 된다.
이에 의해, 제1 탄성파 필터의 통과 대역보다도 저주파수측에 발생하는 레일리파 스퓨리어스에 의해 제2 탄성파 필터의 통과 특성이 열화되는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 1 이상의 직렬 암 공진자 및 상기 2 이상의 병렬 암 공진자의 각각은, LiNbO3의 압전 단결정 기판과, 상기 압전 단결정 기판 상에 형성된 IDT 전극과, 상기 압전 단결정 기판 상 및 상기 IDT 전극 상에 형성된 유전체막을 포함하고 있어도 된다.
이에 의해, 제1 탄성파 필터는, 양호한 주파수 온도 특성을 갖는 것이 가능해진다.
또한, 상기 제1 탄성파 필터의 통과 대역은, 상기 제2 탄성파 필터의 통과 대역보다도 저주파수측에 위치하고, 상기 제1 탄성파 필터가 발생하는 불요파 스퓨리어스는 고차 모드 기인의 스퓨리어스여도 된다.
이에 의해, 제1 탄성파 필터의 통과 대역보다도 고주파수측에 발생하는, 유전체막 내에 에너지가 갇힘으로써 발생하는 고차 모드 스퓨리어스에 의해 제2 탄성파 필터의 통과 특성이 열화되는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 제2 탄성파 필터는, 2개의 입출력 단자를 연결하는 경로 상에 배치된 1 이상의 직렬 암 공진자와, 상기 경로 및 그라운드 사이에 배치된 1 이상의 병렬 암 공진자를 구비하고, 상기 공통 단자는, 상기 1 이상의 직렬 암 공진자 및 상기 1 이상의 병렬 암 공진자 중 하나의 직렬 암 공진자와만 직접 접속되어 있어도 된다.
이에 의해, 공통 단자로부터 제2 탄성파 필터를 본 경우의, 상기 소정의 통과 대역에 있어서의 복소 임피던스는 용량성으로 된다. 따라서, 공통 단자로부터 제1 탄성파 필터를 본 경우의 유도성의 복소 임피던스와, 공통 단자로부터 제2 탄성파 필터를 본 경우의, 용량성의 복소 임피던스를, 고정밀도의 복소 공액의 관계로 하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 제1 탄성파 필터를 포함하는 2개의 필터를 구비하는 제1 듀플렉서, 및, 상기 제2 탄성파 필터를 포함하는 2개의 필터를 구비하는 제2 듀플렉서를 포함하고 있어도 된다.
이에 의해, 복수의 듀플렉서를 구비하는 멀티플렉서에 대하여, 제1 탄성파 필터의 저손실성을 확보하면서, 제1 탄성파 필터가 발생하는 불요파에 의해 제2 탄성파 필터의 통과 특성이 열화되는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 제1 탄성파 필터의 통과 대역은, LTE(Long Term Evolution)의 Band66에 있어서의 상향 주파수대이고, 상기 제2 탄성파 필터의 통과 대역은, 상기 LTE의 Band30에 있어서의 상향 주파수대여도 된다.
제1 탄성파 필터의 통과 대역이 LTE의 Band66에 있어서의 상향 주파수대이고, 제2 탄성파 필터의 통과 대역이 LTE의 Band30에 있어서의 상향 주파수대인 경우, 제1 탄성파 필터의 고차 모드 스퓨리어스의 발생 주파수가, 제2 탄성파 필터의 통과 대역 내에 위치한다. 상기 구성에 의하면, 공통 단자로부터 제1 탄성파 필터를 본 경우의 제2 탄성파 필터의 통과 대역에 있어서의 반사 손실의 증대를 억제할 수 있다. 따라서, 제1 탄성파 필터가 발생하는 고차 모드 스퓨리어스에 의해 제2 탄성파 필터의 통과 특성이 열화되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 고주파 프론트 엔드 회로는, 상기 어느 것에 기재된 멀티플렉서와, 상기 멀티플렉서에 접속된 증폭 회로를 구비한다.
이에 의해, 제1 탄성파 필터의 저손실성을 확보하면서, 제1 탄성파 필터가 발생하는 불요파에 의해 제2 탄성파 필터의 통과 특성이 열화되는 것을 억제할 수 있는 고주파 프론트 엔드 회로를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 통신 장치는, 안테나 소자에 의해 송수신되는 고주파 신호를 처리하는 RF 신호 처리 회로와, 상기 안테나 소자와 상기 RF 신호 처리 회로 사이에서 상기 고주파 신호를 전달하는 청구항 10에 기재된 고주파 프론트 엔드 회로를 구비한다.
이에 의해, 제1 탄성파 필터의 저손실성을 확보하면서, 제1 탄성파 필터가 발생하는 불요파에 의해 제2 탄성파 필터의 통과 특성이 열화되는 것을 억제할 수 있는 통신 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 의하면, 하나의 탄성파 필터의 저손실성을 확보하면서, 당해 하나의 탄성파 필터가 발생하는 불요파에 의해 다른 탄성파 필터의 통과 특성이 열화되는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 실시 형태 1에 따른 멀티플렉서의 회로 구성도.
도 2a는 실시 형태 1에 따른 공진자의 일례를 모식적으로 도시하는 평면도 및 단면도.
도 2b는 실시 형태 1의 변형예에 따른 공진자를 모식적으로 도시하는 단면도.
도 3a는 실시 형태 1에 따른 멀티플렉서를 구성하는 Band25의 송신측 필터의 회로 구성도.
도 3b는 실시 형태 1에 따른 멀티플렉서를 구성하는 Band25의 수신측 필터의 회로 구성도.
도 4a는 실시 형태 1에 따른 멀티플렉서를 구성하는 Band66의 송신측 필터의 회로 구성도.
도 4b는 실시 형태 1에 따른 멀티플렉서를 구성하는 Band66의 수신측 필터의 회로 구성도.
도 5a는 실시 형태 1에 따른 멀티플렉서를 구성하는 Band30의 송신측 필터의 회로 구성도.
도 5b는 실시 형태 1에 따른 멀티플렉서를 구성하는 Band30의 수신측 필터의 회로 구성도.
도 6은 실시 형태 1에 따른 종결합형의 탄성 표면파 필터의 전극 구성을 도시하는 개략 평면도.
도 7은 비교예에 따른 멀티플렉서의 회로 구성도.
도 8a는 비교예에 따른 멀티플렉서를 구성하는 Band25의 수신측 필터의 회로 구성도.
도 8b는 비교예에 따른 멀티플렉서를 구성하는 Band66의 송신측 필터의 회로 구성도.
도 9는 실시 형태 1 및 비교예에 따른 Band30의 송신측 필터의 통과 특성을 비교한 그래프.
도 10a는 비교예에 따른 멀티플렉서를 구성하는 Band66의 송신측 필터의 반사 특성을 나타내는 그래프.
도 10b는 실시 형태 1에 따른 멀티플렉서를 구성하는 Band66의 송신측 필터의 반사 특성을 나타내는 그래프.
도 11은 래더형 탄성파 필터의 브랜치와 반사 특성의 관계를 설명하는 도면.
도 12a는 비교예에 따른 Band66의 송신측 필터의 브랜치를 설명하는 회로 구성도.
도 12b는 실시 형태 1에 따른 Band66의 송신측 필터의 브랜치를 설명하는 회로 구성도.
도 13은 실시 형태 2에 따른 통신 장치의 구성도.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여, 실시 형태 및 도면을 사용하여 상세하게 설명한다. 또한, 이하에서 설명하는 실시 형태는, 모두 포괄적 또는 구체적인 예를 나타내는 것이다. 이하의 실시 형태에서 나타내어지는 수치, 형상, 재료, 구성 요소, 구성 요소의 배치 및 접속 형태 등은 일례이며, 본 발명을 한정한다는 주지는 아니다. 이하의 실시 형태에 있어서의 구성 요소 중, 독립 청구항에 기재되어 있지 않은 구성 요소에 대해서는, 임의의 구성 요소로서 설명된다. 또한, 도면에 도시되는 구성 요소의 크기 또는 크기의 비는, 반드시 엄밀하지는 않다.
(실시 형태 1)
[1. 멀티플렉서의 기본 구성]
본 실시 형태에서는, LTE(Long Term Evolution)의 Band25(송신 통과 대역 : 1850-1915㎒, 수신 통과 대역 : 1930-1995㎒), Band66(송신 통과 대역 : 1710-1780㎒, 수신 통과 대역 : 2010-2200㎒) 및 Band30(송신 통과 대역 : 2305-2315㎒, 수신 통과 대역 : 2350-2360㎒)에 적용되는 헥사플렉서에 대하여 예시한다.
본 실시 형태에 따른 멀티플렉서(1)는 Band25용 듀플렉서와 Band66용 듀플렉서와 Band30용 듀플렉서가 공통 단자(70)로 접속된 헥사플렉서이다.
도 1은 실시 형태 1에 따른 멀티플렉서(1)의 회로 구성도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 멀티플렉서(1)는 송신측 필터(11, 13 및 15)와, 수신측 필터(12, 14 및 16)와, 인덕턴스 소자(21)와, 공통 단자(70)와, 송신 입력 단자(10, 30 및 50)와, 수신 출력 단자(20, 40 및 60)를 구비한다. 송신측 필터(11, 13, 15), 수신측 필터(12, 14, 16)는 탄성 표면파 필터이다. 또한, 멀티플렉서(1)는 공통 단자(70)에 있어서 안테나 소자(2)에 접속되어 있다. 공통 단자(70)와 안테나 소자(2)의 접속 경로와, 기준 단자인 그라운드 사이에는, 인덕턴스 소자(31)가 접속되어 있다. 또한, 인덕턴스 소자(31)는 공통 단자(70)와 안테나 소자(2) 사이에 직렬로 접속되어도 된다. 또한, 멀티플렉서(1)는 인덕턴스 소자(31)를 구비하지 않는 구성이어도 된다. 또한, 인덕턴스 소자(31)는 멀티플렉서(1)에 포함시킨 구성으로 해도 되고, 멀티플렉서(1)에 외장된 구성이어도 된다.
송신측 필터(11)는 송신 회로(RFIC 등)에서 생성된 송신파를, 송신 입력 단자(10)를 경유하여 입력하고, 당해 송신파를 Band25의 송신 통과 대역에서 필터링하여 공통 단자(70)에 출력하는 대역 통과형 필터이다.
수신측 필터(12)는 공통 단자(70)로부터 입력된 수신파를 입력하고, 당해 수신파를 Band25의 수신 통과 대역에서 필터링하여 수신 출력 단자(20)에 출력하는 필터이다.
송신측 필터(13)는 송신 회로(RFIC 등)에서 생성된 송신파를, 송신 입력 단자(30)를 경유하여 입력하고, 당해 송신파를 Band66의 송신 통과 대역에서 필터링하여 공통 단자(70)에 출력하는 제1 탄성파 필터이다. 송신측 필터(13)는 2개의 입출력 단자와, 당해 2개의 입출력 단자를 연결하는 경로 상에 배치된 1 이상의 직렬 암 공진자와, 상기 경로 및 그라운드 사이에 배치된 2 이상의 병렬 암 공진자를 구비한다.
또한, 송신측 필터(13)와 공통 단자(70) 사이에는, 인덕턴스 소자(21)가 직렬 접속되어 있다. 인덕턴스 소자(21)가 송신측 필터(13)의 공통 단자(70)측에 접속됨으로써, 송신측 필터(13)의 복소 임피던스를 유도성의 방향으로 시프트시키는 것이 가능해진다.
송신측 필터(13)(제1 탄성파 필터)가 발생하는 고차 모드에 기인한 불요파의 주파수는, 송신측 필터(15)(제2 탄성파 필터)의 통과 대역 내에 위치한다. 그러나, 본 실시 형태에 따른 멀티플렉서(1)에서는, 공통 단자(70)와 송신측 필터(13) 사이에 인덕턴스 소자(21)가 직렬 접속되어 있음으로써, 송신측 필터(13)가 발생하는 불요파가 송신측 필터(15)에 영향을 주는 것을 억제할 수 있다. 즉, 인덕턴스 소자(21)는 송신측 필터(13)의 복소 임피던스를 유도성의 방향으로 시프트하는 기능과, 송신측 필터(13)가 발생하는 불요파가 송신측 필터(15)의 통과 특성에 미치는 영향을 억제하는 기능을 겸용하고 있다.
수신측 필터(14)는 공통 단자(70)로부터 입력된 수신파를 입력하고, 당해 수신파를 Band66의 수신 통과 대역에서 필터링하여 수신 출력 단자(40)에 출력하는 필터이다.
송신측 필터(15)는 송신 회로(RFIC 등)에서 생성된 송신파를, 송신 입력 단자(50)를 경유하여 입력하고, 당해 송신파를 Band30의 송신 통과 대역에서 필터링하여 공통 단자(70)에 출력하는 제2 탄성파 필터이다.
수신측 필터(16)는 공통 단자(70)로부터 입력된 수신파를 입력하고, 당해 수신파를 Band30의 수신 통과 대역에서 필터링하여 수신 출력 단자(60)에 출력하는 필터이다.
송신측 필터(11 및 15), 및 수신측 필터(12, 14 및 16)의 각각은, 2개의 입출력 단자와, 당해 2개의 입출력 단자를 연결하는 경로 상에 배치된 적어도 하나의 직렬 암 공진자와, 상기 경로 및 그라운드 사이에 배치된 적어도 하나의 병렬 암 공진자를 갖고 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 송신측 필터(11, 13 및 15), 및 수신측 필터(12, 14 및 16)를 구성하는 직렬 암 공진자 및 병렬 암 공진자는, 탄성 표면파 공진자이다.
송신측 필터(11 및 15), 및, 수신측 필터(12, 14 및 16)는 공통 단자(70)에, 다른 소자를 개재하지 않고 직접 접속되어 있다. 또한, 송신측 필터(13)는 인덕턴스 소자(21)를 개재하여 공통 단자(70)에 접속되어 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 멀티플렉서(1)에서는, 인덕턴스 소자(21)가 직렬 접속된 필터는 송신측 필터(13)이지만, 이것에 한정되지 않는다. 인덕턴스 소자(21)가 직렬 접속되는 하나의 필터는, 당해 하나의 필터가 발생하는 불요파의 주파수가, 공통 단자(70)에 접속된 다른 필터 중 적어도 어느 것의 통과 대역에 포함되는 관계에 있으면 된다.
[2. 탄성 표면파 공진자의 구조]
여기서, 송신측 필터(11, 13 및 15) 및 수신측 필터(12, 14 및 16)를 구성하는 탄성파 공진자의 구조에 대하여 설명한다.
도 2a는 본 실시 형태에 따른 탄성파 공진자의 일례를 모식적으로 도시하는 개략도이며, (a)는 평면도, (b) 및 (c)는 (a)에 도시한 일점쇄선에 있어서의 단면도이다. 도 2a에는 송신측 필터(11, 13 및 15) 및 수신측 필터(12, 14 및 16)를 구성하는 복수의 직렬 암 공진자 및 병렬 암 공진자 중, 송신측 필터(11)의 직렬 암 공진자(101)를 구성하는 공진자(100)의 구조를 도시하는 평면 모식도 및 단면 모식도가 예시되어 있다. 또한, 도 2a에 도시된 공진자(100)는 상기 복수의 공진자의 전형적인 구조를 설명하기 위한 것으로서, 전극을 구성하는 전극 핑거의 개수 및 길이 등은 이것에 한정되지 않는다.
공진자(100)는 압전 기판(5)과, 빗살 모양 전극(101a 및 101b)을 포함하고 있다.
도 2a의 (a)에 도시한 바와 같이, 압전 기판(5) 상에는, 서로 대향하는 한 쌍의 빗살 모양 전극(101a 및 101b)이 형성되어 있다. 빗살 모양 전극(101a)은 서로 평행한 복수의 전극 핑거(110a)와, 복수의 전극 핑거(110a)를 접속하는 버스 바 전극(111a)을 포함하고 있다. 또한, 빗살 모양 전극(101b)은, 서로 평행한 복수의 전극 핑거(110b)와, 복수의 전극 핑거(110b)를 접속하는 버스 바 전극(111b)을 포함하고 있다. 복수의 전극 핑거(110a 및 110b)는 X축 방향과 직교하는 방향을 따라서 형성되어 있다.
또한, 복수의 전극 핑거(110a 및 110b), 및, 버스 바 전극(111a 및 111b)을 포함하는 IDT(Inter Digital Transducer) 전극(54)은, 도 2a의 (b)에 도시한 바와 같이, 밀착층(541)과 주 전극층(542)의 적층 구조로 되어 있다.
밀착층(541)은 압전 기판(5)과 주 전극층(542)의 밀착성을 향상시키기 위한 층이며, 재료로서, 예를 들어, Ti가 사용된다. 밀착층(541)의 막 두께는, 예를 들어 12㎚이다.
주 전극층(542)은 재료로서, 예를 들어, Cu를 1％ 함유한 Al이 사용된다. 주 전극층(542)의 막 두께는, 예를 들어 162㎚이다.
보호층(55)은 빗살 모양 전극(101a 및 101b)을 덮도록 형성되어 있다. 보호층(55)은 주 전극층(542)을 외부 환경으로부터 보호하고, 주파수 온도 특성을 조정하며, 및, 내습성을 높이는 것 등을 목적으로 하는 층이며, 예를 들어 이산화규소를 주성분으로 하는 유전체막이다. 보호층(55)의 두께는, 예를 들어 25㎚이다.
또한, 밀착층(541), 주 전극층(542) 및 보호층(55)을 구성하는 재료는, 상술한 재료에 한정되지 않는다. 또한, IDT 전극(54)은 상기 적층 구조가 아니어도 된다. IDT 전극(54)은, 예를 들어 Ti, Al, Cu, Pt, Au, Ag, Pd 등의 금속 또는 합금을 포함해도 되고, 또한, 상기의 금속 또는 합금을 포함하는 복수의 적층체를 포함해도 된다. 또한, 보호층(55)은 형성되어 있지 않아도 된다.
다음에, 압전 기판(5)의 적층 구조에 대하여 설명한다.
도 2a의 (c)에 도시한 바와 같이, 압전 기판(5)은 고음속 지지 기판(51)과, 저음속막(52)과, 압전막(53)을 구비하고, 고음속 지지 기판(51), 저음속막(52) 및 압전막(53)이 이 순서로 적층된 구조를 갖고 있다.
압전막(53)은 50° Y 커트 X 전파 LiTaO3 압전 단결정 또는 압전 세라믹스(X축을 중심축으로 하여 Y축으로부터 50° 회전한 축을 법선으로 하는 면에서 절단한 탄탈산리튬 단결정 또는 세라믹스이며, X축 방향으로 탄성 표면파가 전파되는 단결정 또는 세라믹스)를 포함한다. 압전막(53)은, 예를 들어 두께가 600㎚이다. 또한, 각 필터의 요구 사양에 따라, 압전막(53)으로서 사용되는 압전 단결정의 재료 및 커트각이 적절히 선택된다.
고음속 지지 기판(51)은 저음속막(52), 압전막(53) 및 IDT 전극(54)을 지지하는 기판이다. 고음속 지지 기판(51)은, 또한, 압전막(53)에서 전파되는 표면파 및 경계파 등의 탄성파보다도, 고음속 지지 기판(51) 중의 벌크파의 음속이 고속으로 되는 기판이며, 탄성 표면파를 압전막(53) 및 저음속막(52)이 적층되어 있는 부분에 가두어, 고음속 지지 기판(51)보다 하방으로 누설되지 않도록 기능한다. 고음속 지지 기판(51)은, 예를 들어 실리콘 기판이며, 두께는, 예를 들어 200㎛이다.
저음속막(52)은 압전막(53)에서 전파되는 벌크파보다도, 저음속막(52) 중의 벌크파의 음속이 저속으로 되는 막이며, 압전막(53)과 고음속 지지 기판(51) 사이에 배치된다. 이 구조와, 탄성파가 본질적으로 저음속의 매질에 에너지가 집중된다는 성질에 의해, 탄성 표면파 에너지의 IDT 전극 외부로의 누설이 억제된다. 저음속막(52)은, 예를 들어 이산화규소를 주성분으로 하는 막이며, 두께는, 예를 들어 670㎚이다.
또한, 압전 기판(5)의 상기 적층 구조에 의하면, 압전 기판을 단층으로 사용하고 있는 종래의 구조와 비교하여, 공진 주파수 및 반공진 주파수에 있어서의 Q값을 대폭 높이는 것이 가능해진다. 즉, Q값이 높은 탄성파 공진자를 구성할 수 있으므로, 당해 탄성파 공진자를 사용하여, 삽입 손실이 작은 필터를 구성하는 것이 가능해진다.
또한, 송신측 필터(13)의 공통 단자(70)측에 인덕턴스 소자(21)가 직렬 접속된 경우 등, 복수의 필터간에서의 임피던스 정합을 취하기 위해, 인덕턴스 소자 및 캐패시턴스 소자 등의 회로 소자가 부가된다. 이에 의해, 공진자(100)의 Q값이 등가적으로 작아지는 경우가 상정된다. 그러나, 이와 같은 경우에도, 압전 기판(5)의 상기 적층 구조에 의하면, 공진자(100)의 Q값을 높은 값으로 유지할 수 있다.
또한, 고음속 지지 기판(51)은 지지 기판과, 압전막(53)에서 전파되는 표면파 및 경계파 등의 탄성파보다도, 전파되는 벌크파의 음속이 고속으로 되는 고음속막이 적층된 구조를 갖고 있어도 된다. 이 경우, 지지 기판은, 사파이어, 리튬 탄탈레이트, 리튬 니오베이트, 수정 등의 압전체, 알루미나, 마그네시아, 질화규소, 질화알루미늄, 탄화규소, 지르코니아, 코디어라이트, 멀라이트, 스테아타이트, 포르스테라이트 등의 각종 세라믹, 유리 등의 유전체 또는 실리콘, 질화갈륨 등의 반도체 및 수지 기판 등을 사용할 수 있다. 또한, 고음속막은, 질화알루미늄, 산화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 산질화규소, DLC막 또는 다이아몬드, 상기 재료를 주성분으로 하는 매질, 상기 재료의 혼합물을 주성분으로 하는 매질 등, 다양한 고음속 재료를 사용할 수 있다.
또한, 도 2b는 실시 형태 1의 변형예에 따른 공진자(100)를 모식적으로 도시하는 단면도이다. 도 2a에 도시한 공진자(100)에서는, 공진자(100)를 구성하는 IDT 전극(54)이 압전막(53)을 갖는 압전 기판(5) 상에 형성된 예를 나타냈지만, 당해 IDT 전극(54)이 형성되는 기판은, 도 2b에 도시한 바와 같이, 압전체층의 단층을 포함하는 압전 단결정 기판(57)이어도 된다. 압전 단결정 기판(57)은, 예를 들어 LiNbO3의 압전 단결정을 포함하고 있다. 본 변형예에 따른 공진자(100)는 LiNbO3의 압전 단결정 기판(57)과, IDT 전극(54)과, 압전 단결정 기판(57) 상 및 IDT 전극(54) 상에 형성된 보호층(55)을 포함하고 있다.
상술한 압전막(53) 및 압전 단결정 기판(57)은 탄성파 필터 장치의 요구 통과 특성 등에 따라서, 적절히, 적층 구조, 재료, 커트각 및 두께를 변경해도 된다. 상술한 커트각 이외의 커트각을 갖는 LiTaO3 압전 기판 등을 사용한 공진자(100)여도, 상술한 압전막(53)을 사용한 공진자(100)와 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.
여기서, 탄성파 공진자를 구성하는 IDT 전극의 전극 파라미터의 일례(실시예)에 대하여 설명한다.
탄성파 공진자의 파장이란, 도 2a의 (b)에 도시한 IDT 전극(54)을 구성하는 복수의 전극 핑거(110a 또는 110b)의 반복 주기인 파장 λ로 규정된다. 또한, 전극 피치는 파장 λ의 1/2이며, 빗살 모양 전극(101a 및 101b)을 구성하는 전극 핑거(110a 및 110b)의 라인폭을 W라 하고, 인접하는 전극 핑거(110a)와 전극 핑거(110b) 사이의 스페이스폭을 S라 한 경우, (W+S)로 정의된다. 또한, 한 쌍의 빗살 모양 전극(101a 및 101b)의 교차폭 L은, 도 2a의 (a)에 도시한 바와 같이, 전극 핑거(110a)와 전극 핑거(110b)의 X축 방향으로부터 본 경우의 중복되는 전극 핑거 길이이다. 또한, 각 공진자의 전극 듀티는, 복수의 전극 핑거(110a 및 110b)의 라인폭 점유율이며, 복수의 전극 핑거(110a 및 110b)의 라인폭과 스페이스폭의 가산값에 대한 당해 라인폭의 비율이며, W/(W+S)로 정의된다. 또한, 빗살 모양 전극(101a 및 101b)의 높이를 h라 하고 있다. 또한, 파장 λ, 교차폭 L, 전극 듀티, IDT 전극(54)의 높이 h 등, 공진자(100)의 형상 및 크기를 결정하는 파라미터를, 공진자 파라미터라 한다.
[3. 실시 형태에 따른 각 탄성파 필터의 구성]
이하, 도 3a∼도 6을 사용하여, 각 탄성파 필터의 회로 구성에 대하여 설명한다.
도 3a는 실시 형태 1에 따른 멀티플렉서(1)를 구성하는 Band25의 송신측 필터(11)의 회로 구성도이다. 도 3a에 도시한 바와 같이, 송신측 필터(11)는 직렬 암 공진자(101, 102, 103, 104 및 105)와, 병렬 암 공진자(151, 152, 153 및 154)와, 인덕턴스 소자(141, 161 및 162)를 구비한다.
직렬 암 공진자(101∼105)는 송신 입력 단자(10)와 송신 출력 단자(61)를 연결하는 경로 상에 배치되며, 서로 직렬 접속되어 있다. 또한, 병렬 암 공진자(151∼154)는 상기 경로와 기준 단자(그라운드) 사이에 배치되며, 서로 병렬로 되도록 접속되어 있다. 직렬 암 공진자(101∼105) 및 병렬 암 공진자(151∼154)의 상기 접속 구성에 의해, 송신측 필터(11)는 래더형의 밴드 패스 필터를 구성하고 있다. 인덕턴스 소자(141)는 송신 입력 단자(10)와 직렬 암 공진자(105) 사이에 직렬 접속되어 있다. 또한, 인덕턴스 소자(141)는 송신 입력 단자(10) 및 직렬 암 공진자(105)의 접속 경로와 기준 단자 사이에 접속되어 있어도 된다. 인덕턴스 소자(141)를 가짐으로써, 인덕턴스 소자(141)와 다른 인덕턴스 소자(161, 162)의 결합을 이용하여, 송신측 필터(11)의 아이솔레이션을 크게 할 수 있다. 또한, 인덕턴스 소자(161)는 병렬 암 공진자(151, 152 및 153)의 접속점과 기준 단자 사이에 접속되어 있다. 인덕턴스 소자(162)는 병렬 암 공진자(154)와 기준 단자 사이에 접속되어 있다.
송신 출력 단자(61)는 공통 단자(70)(도 1 참조)에 접속되어 있다. 또한, 송신 출력 단자(61)는 직렬 암 공진자(101)에 접속되어 있고, 병렬 암 공진자(151∼154) 중 어느 것에도 직접 접속되어 있지 않다.
도 3b는 실시 형태 1에 따른 멀티플렉서(1)를 구성하는 Band25의 수신측 필터(12)의 회로 구성도이다. 도 3b에 도시한 바와 같이, 수신측 필터(12)는, 예를 들어 종결합형의 탄성 표면파 필터부를 포함한다. 보다 구체적으로는, 수신측 필터(12)는 종결합형 필터부(203)와, 직렬 암 공진자(201 및 202)와, 병렬 암 공진자(251 및 252)를 구비한다.
도 6은 실시 형태 1에 따른 종결합형 필터부(203)의 전극 구성을 도시하는 개략 평면도이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 종결합형 필터부(203)는 IDT(211, 212, 213, 214 및 215)와, 반사기(220 및 221)와, 입력 포트(230) 및 출력 포트(240)를 구비한다.
IDT(211∼215)는, 각각, 서로 대향하는 한 쌍의 IDT 전극을 포함하고 있다. IDT(212 및 214)는 IDT(213)를 X축 방향으로 끼워 넣도록 배치되고, IDT(211 및 215)는 IDT(212∼214)를 X축 방향으로 끼워 넣도록 배치되어 있다. 반사기(220 및 221)는 IDT(211∼215)를 X축 방향으로 끼워 넣도록 배치되어 있다. 또한, IDT(211, 213 및 215)는 입력 포트(230)와 기준 단자 사이에 병렬 접속되고, IDT(212 및 214)는 출력 포트(240)와 기준 단자 사이에 병렬 접속되어 있다.
또한, 도 3b에 도시한 바와 같이, 직렬 암 공진자(201 및 202), 및, 병렬 암 공진자(251 및 252)는 래더형 필터부를 구성하고 있다.
수신 입력 단자(62)는 공통 단자(70)(도 1 참조)에 접속되어 있다. 또한, 도 3b에 도시한 바와 같이, 수신 입력 단자(62)는 직렬 암 공진자(201)에 접속되어 있고, 병렬 암 공진자(251 및 252) 중 어느 것에도 직접 접속되어 있지 않다.
도 4a는 실시 형태 1에 따른 멀티플렉서(1)를 구성하는 Band66의 송신측 필터(13)의 회로 구성도이다. 도 4a에 도시한 바와 같이, 송신측 필터(13)는 직렬 암 공진자(301, 302, 303 및 304)와, 병렬 암 공진자(351, 352, 353 및 354)와, 인덕턴스 소자(341, 361 및 362)를 구비한다.
직렬 암 공진자(301∼304)는 송신 입력 단자(30)와 송신 출력 단자(63)를 연결하는 경로 상에 배치되며, 서로 직렬 접속되어 있다. 또한, 병렬 암 공진자(351∼354)는 각각, 상기 경로와 기준 단자(그라운드) 사이에 배치되며, 서로 병렬로 되도록 접속되어 있다. 직렬 암 공진자(301∼304) 및 병렬 암 공진자(351∼354)의 상기 접속 구성에 의해, 송신측 필터(13)는 래더형의 밴드 패스 필터를 구성하고 있다. 인덕턴스 소자(341)는 송신 입력 단자(30)와 직렬 암 공진자(304) 사이에 직렬 접속되어 있다. 또한, 인덕턴스 소자(341)는 송신 입력 단자(30) 및 직렬 암 공진자(304)의 접속 경로와 기준 단자 사이에 접속되어 있어도 된다. 인덕턴스 소자(341)를 가짐으로써, 인덕턴스 소자(341)와 다른 인덕턴스 소자(361, 362)의 결합을 이용하여, 송신측 필터(13)의 아이솔레이션을 크게 할 수 있다. 또한, 인덕턴스 소자(361)는 병렬 암 공진자(352)와 기준 단자 사이에 접속되어 있다. 인덕턴스 소자(362)는 병렬 암 공진자(353 및 354)의 접속점과 기준 단자 사이에 접속되어 있다.
즉, 송신측 필터(13)에서는, 2개의 입출력 단자 중 공통 단자(70)측의 입출력 단자인 송신 출력 단자(63)는, 인덕턴스 소자(21)를 개재하여 공통 단자(70)에 접속되어(도 1 참조) 있다. 또한, 송신 출력 단자(63)는 병렬 암 공진자(351∼354) 중 병렬 암 공진자(351)와 직접 접속되어 있다. 즉, 송신 출력 단자(63)는 직렬 암 공진자(301∼304)를 개재하지 않고, 병렬 암 공진자(351)와 접속되어 있다. 또한, 병렬 암 공진자(351)는 병렬 암 공진자(351∼354) 중에서 가장 용량이 크다.
도 4b는 실시 형태 1에 따른 멀티플렉서(1)를 구성하는 Band66의 수신측 필터(14)의 회로 구성도이다. 도 4b에 도시한 바와 같이, 수신측 필터(14)는 직렬 암 공진자(401, 402, 403, 404 및 405)와, 병렬 암 공진자(451, 452, 453 및 454)와, 인덕턴스 소자(461)를 구비한다.
직렬 암 공진자(401∼405)는 수신 출력 단자(40)와 수신 입력 단자(64)를 연결하는 경로 상에 배치되며, 서로 직렬 접속되어 있다. 또한, 병렬 암 공진자(451∼454)는 상기 경로와 기준 단자(그라운드) 사이에 배치되며, 서로 병렬로 접속되어 있다. 직렬 암 공진자(401∼405) 및 병렬 암 공진자(451∼454)의 상기 접속 구성에 의해, 수신측 필터(14)는 래더형의 밴드 패스 필터를 구성하고 있다. 또한, 인덕턴스 소자(461)는 병렬 암 공진자(452, 453 및 454)의 접속점과 기준 단자 사이에 접속되어 있다.
수신 입력 단자(64)는 공통 단자(70)(도 1 참조)에 접속되어 있다. 또한, 도 4b에 도시한 바와 같이, 수신 입력 단자(64)는 직렬 암 공진자(401)에 접속되어 있고, 병렬 암 공진자(451∼454) 중 어느 것에도 직접 접속되어 있지 않다.
도 5a는 실시 형태 1에 따른 멀티플렉서(1)를 구성하는 Band30의 송신측 필터(15)의 회로 구성도이다. 도 5a에 도시한 바와 같이, 송신측 필터(15)는 직렬 암 공진자(501, 502, 503 및 504)와, 병렬 암 공진자(551, 552 및 553)와, 인덕턴스 소자(561 및 562)를 구비한다.
직렬 암 공진자(501∼504)는 송신 입력 단자(50)와 송신 출력 단자(65)를 연결하는 경로 상에 배치되며, 서로 직렬 접속되어 있다. 또한, 병렬 암 공진자(551∼553)는 상기 경로와 기준 단자(그라운드) 사이에 배치되며, 서로 병렬로 되도록 접속되어 있다. 또한, 직렬 암 공진자(502)는 서로 직렬 접속된 3개의 분할 공진자를 포함하고 있다. 직렬 암 공진자(501∼504) 및 병렬 암 공진자(551∼553)의 상기 접속 구성에 의해, 송신측 필터(15)는 래더형의 밴드 패스 필터를 구성하고 있다. 또한, 인덕턴스 소자(561)는 병렬 암 공진자(552)와 기준 단자 사이에 접속되어 있다. 인덕턴스 소자(562)는 병렬 암 공진자(553)와 기준 단자 사이에 접속되어 있다.
송신 출력 단자(65)는 공통 단자(70)(도 1 참조)에 접속되어 있다. 또한, 송신 출력 단자(65)는 직렬 암 공진자(501)에 접속되어 있고, 병렬 암 공진자(551∼553) 중 어느 것에도 직접 접속되어 있지 않다.
도 5b는 실시 형태 1에 따른 멀티플렉서(1)를 구성하는 Band30의 수신측 필터(16)의 회로 구성도이다. 도 5b에 도시한 바와 같이, 수신측 필터(16)는 직렬 암 공진자(601, 602, 603 및 604)와, 병렬 암 공진자(651, 652 및 653)와, 인덕턴스 소자(661)를 구비한다.
직렬 암 공진자(601∼604)는 수신 출력 단자(60)와 수신 입력 단자(66)를 연결하는 경로 상에 배치되며, 서로 직렬 접속되어 있다. 또한, 병렬 암 공진자(651∼653)는 상기 경로와 기준 단자(그라운드) 사이에 배치되며, 서로 병렬로 접속되어 있다. 또한, 직렬 암 공진자(602)는 서로 직렬 접속된 3개의 분할 공진자를 포함하고 있다. 직렬 암 공진자(601∼404) 및 병렬 암 공진자(651∼653)의 상기 접속 구성에 의해, 수신측 필터(16)는 래더형의 밴드 패스 필터를 구성하고 있다. 또한, 인덕턴스 소자(661)는 병렬 암 공진자(653)와 기준 단자 사이에 접속되어 있다.
수신 입력 단자(66)는 공통 단자(70)(도 1 참조)에 접속되어 있다. 또한, 도 5b에 도시한 바와 같이, 수신 입력 단자(66)는 직렬 암 공진자(601)에 접속되어 있고, 병렬 암 공진자(651∼653) 중 어느 것에도 직접 접속되어 있지 않다.
또한, 본 실시 형태에 따른 멀티플렉서(1)가 구비하는 각 탄성파 필터에 있어서의 공진자 및 회로 소자의 배치 구성은, 상기에 나타낸 송신측 필터(11, 13 및 15) 및 수신측 필터(12, 14 및 16)에서 예시한 배치 구성에 한정되지 않는다. 상기 탄성파 필터에 있어서의 공진자 및 회로 소자의 배치 구성은, 각 주파수 대역(Band)에 있어서의 통과 특성의 요구 사양에 따라 상이하다. 상기 배치 구성이란, 예를 들어 직렬 암 공진자 및 병렬 암 공진자의 배치수이며, 또한, 래더형 및 종결합형 등의 필터 구성의 선택이다.
[4. 탄성 표면파 필터의 동작 원리]
여기서, 본 실시 형태에 따른 래더형의 탄성파 필터의 동작 원리에 대하여 설명한다.
예를 들어, 도 3a에 도시된 병렬 암 공진자(151∼154)는, 각각, 공진 특성에 있어서 공진 주파수 frp 및 반공진 주파수 fap(>frp)를 갖고 있다. 또한, 직렬 암 공진자(101∼105)는, 각각, 공진 특성에 있어서 공진 주파수 frs 및 반공진 주파수 fas(>frs>frp)를 갖고 있다. 또한, 직렬 암 공진자(101∼105)의 공진 주파수 frs는, 대략 일치하도록 설계되지만, 반드시 일치하고 있지는 않다. 또한, 직렬 암 공진자(101∼105)의 반공진 주파수 fas, 병렬 암 공진자(151∼154)의 공진 주파수 frp, 및, 병렬 암 공진자(151∼154)의 반공진 주파수 fap에 대해서도 마찬가지이며, 반드시 일치하고 있지는 않다.
래더형의 공진자에 의해 밴드 패스 필터를 구성할 때, 병렬 암 공진자(151∼154)의 반공진 주파수 fap와 직렬 암 공진자(101∼105)의 공진 주파수 frs를 근접시킨다. 이에 의해, 병렬 암 공진자(151∼154)의 임피던스가 0에 근접하는 공진 주파수 frp 근방은 저역측 저지 영역으로 된다. 또한, 이것보다 주파수가 증가하면, 반공진 주파수 fap 근방에서 병렬 암 공진자(151∼154)의 임피던스가 높아지고, 또한, 공진 주파수 frs 근방에서 직렬 암 공진자(101∼105)의 임피던스가 0에 근접한다. 이에 의해, 반공진 주파수 fap∼공진 주파수 frs의 근방에서는, 송신 입력 단자(10)로부터 송신 출력 단자(61)로의 신호 경로에 있어서 신호 통과 대역으로 된다. 또한, 주파수가 높아지고, 반공진 주파수 fas 근방으로 되면, 직렬 암 공진자(101∼105)의 임피던스가 높아져, 고주파측 저지 영역으로 된다. 즉, 직렬 암 공진자(101∼105)의 반공진 주파수 fas를, 신호 통과 대역 외의 어디에 설정하는지에 따라, 고주파측 저지 영역에 있어서의 감쇠 특성의 급준성이 크게 영향을 미친다.
송신측 필터(11)에 있어서, 송신 입력 단자(10)로부터 고주파 신호가 입력되면, 송신 입력 단자(10)와 기준 단자 사이에서 전위차가 발생하고, 이에 의해, 압전 기판(5)이 왜곡됨으로써 X 방향으로 전파되는 탄성 표면파가 발생한다. 여기서, 빗살 모양 전극(101a 및 101b)의 파장 λ와, 통과 대역의 파장을 대략 일치시켜 둠으로써, 통과시키고 싶은 주파수 성분을 갖는 고주파 신호만이 송신측 필터(11)를 통과한다.
이하에서는, 본 실시 형태에 따른 멀티플렉서(1)의 특징적인 구성 및 효과를, 비교예에 따른 멀티플렉서(500)와 비교하면서 설명한다.
[5. 비교예에 따른 각 탄성파 필터의 구성]
도 7은 비교예에 따른 멀티플렉서(500)의 회로 구성도이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 멀티플렉서(500)는 송신측 필터(511, 513 및 515)와, 수신측 필터(512, 514 및 516)와, 인덕턴스 소자(521)와, 공통 단자(70)와, 송신 입력 단자(10, 30 및 50)와, 수신 출력 단자(20, 40 및 60)를 구비한다. 도 7에 도시된 멀티플렉서(500)는 실시 형태 1에 따른 멀티플렉서(1)와 비교하여, 멀티플렉서를 구성하는 6개의 필터 중, Band25의 수신측 필터(512) 및 Band66의 송신측 필터(513)의 회로 구성이 상이하다. 이하, 비교예에 따른 멀티플렉서(500)에 대하여, 실시 형태 1에 따른 멀티플렉서(1)와 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략하고, 상이한 구성을 중심으로 설명한다.
수신측 필터(512)와 공통 단자(70) 사이에는, 인덕턴스 소자(521)가 직렬 접속되어 있다. 인덕턴스 소자(521)가 수신측 필터(512)의 공통 단자(70)측에 접속됨으로써, 수신측 필터(512)의 복소 임피던스를 유도성의 방향으로 시프트시키는 것이 가능해진다.
또한, 송신측 필터(513)는 인덕턴스 소자를 개재하지 않고 공통 단자(70)와 접속되어 있다.
멀티플렉서(500)의 송신측 필터(511)는 멀티플렉서(1)의 송신측 필터(11)와 동일한 회로 구성이다. 멀티플렉서(500)의 수신측 필터(514)는 멀티플렉서(1)의 수신측 필터(14)와 동일한 회로 구성이다. 멀티플렉서(500)의 송신측 필터(515)는 멀티플렉서(1)의 송신측 필터(15)와 동일한 회로 구성이다. 멀티플렉서(500)의 수신측 필터(516)는 멀티플렉서(1)의 수신측 필터(16)와 동일한 회로 구성이다.
도 8a는 비교예에 따른 멀티플렉서(500)를 구성하는 Band25의 수신측 필터(512)의 회로 구성도이다. 도 8a에 도시한 바와 같이, 수신측 필터(512)는 종결합형 필터부(206)와, 직렬 암 공진자(205)와, 병렬 암 공진자(255∼257)를 구비한다.
또한, 종결합형 필터부(206)의 전극 구성은, 수신측 필터(12)를 구성하는 종결합형 필터부(203)의 전극 구성과 마찬가지이다. 직렬 암 공진자(205) 및 병렬 암 공진자(255∼257)는 래더형 필터부를 구성하고 있다.
여기서, 수신 입력 단자(62)는 병렬 암 공진자(255)와 접속되어 있다. 또한, 병렬 암 공진자(255)는 병렬 암 공진자(255∼257) 중에서 가장 용량이 크다. 이에 의해, 인덕턴스 소자(521)의 인덕턴스값을 크게 하지 않더라도, 병렬 암 공진자(255)의 용량값이 병렬 암 공진자(255∼257) 중에서 최대이므로, 공통 단자(70)로부터 수신 출력 단자(20)로의 전송 로스를 저감하면서, 수신측 필터(512)의 복소 임피던스를 유도성의 방향으로 시프트할 수 있다.
도 8b는 비교예에 따른 멀티플렉서(500)를 구성하는 Band66의 송신측 필터(513)의 회로 구성도이다. 도 8b에 도시한 바와 같이, 송신측 필터(513)는 직렬 암 공진자(305∼308)와, 병렬 암 공진자(355∼357)와, 인덕턴스 소자(345, 365 및 366)를 구비한다.
직렬 암 공진자(305∼308)는 송신 입력 단자(30)와 송신 출력 단자(63)를 연결하는 경로 상에 배치되며, 서로 직렬 접속되어 있다. 또한, 병렬 암 공진자(355∼357)는 각각, 상기 경로와 기준 단자(그라운드) 사이에 배치되며, 서로 병렬로 되도록 접속되어 있다. 직렬 암 공진자(305∼308) 및 병렬 암 공진자(355∼357)의 상기 접속 구성에 의해, 송신측 필터(513)는 래더형의 밴드 패스 필터를 구성하고 있다. 인덕턴스 소자(345)는 송신 입력 단자(30)와 직렬 암 공진자(308) 사이에 직렬 접속되어 있다. 또한, 인덕턴스 소자(365)는 병렬 암 공진자(356)와 기준 단자 사이에 접속되어 있다. 인덕턴스 소자(366)는 병렬 암 공진자(357)와 기준 단자 사이에 접속되어 있다.
여기서, 송신측 필터(513)가 발생하는 고차 모드에 기인한 불요파의 주파수는, 송신측 필터(515)의 통과 대역 내에 위치한다.
송신 출력 단자(63)는 공통 단자(70)(도 1 참조)에 접속되어 있다. 또한, 도 8b에 도시한 바와 같이, 송신 출력 단자(63)는 직렬 암 공진자(305)에 접속되어 있고, 병렬 암 공진자(355∼357) 중 어느 것에도 직접 접속되어 있지 않다.
[6. 실시 형태 및 비교예에 따른 멀티플렉서의 특성 비교]
도 9는 실시 형태 1 및 비교예에 따른 Band30의 송신측 필터의 통과 특성을 비교한 그래프이다. 도 9에는, 실시 형태 1에 따른 멀티플렉서(1)를 구성하는 송신측 필터(15)의 통과 특성과, 비교예에 따른 멀티플렉서(500)를 구성하는 송신측 필터(515)의 통과 특성이 도시되어 있다.
여기서, 실시 형태 1에 따른 멀티플렉서(1)와 비교예에 따른 멀티플렉서(500)의 구성의 차이에 대하여 설명해 둔다.
어느 멀티플렉서에 있어서도, Band66의 송신측 필터의 고차 모드에 기인하는 불요파의 발생 주파수가, Band30의 송신측 필터의 통과 대역 내에 위치한다는 과제를 갖고 있다.
이에 반해, 멀티플렉서(1)의 Band66의 송신측 필터(13)와 공통 단자(70) 사이에는 인덕턴스 소자(21)가 직렬 삽입되고, 병렬 암 공진자(351)가 공통 단자(70)에 최근접하고 있으며, 병렬 암 공진자(351)의 용량값은 병렬 암 공진자(351∼354) 중에서 가장 크다. 또한, Band25의 수신측 필터(12)와 공통 단자(70) 사이에는 인덕턴스 소자는 재재되어 있지 않고, 직렬 암 공진자(201)가 공통 단자(70)에 최근접하고 있다.
한편, 멀티플렉서(500)의 Band66의 송신측 필터(513)와 공통 단자(70) 사이에는 인덕턴스 소자가 개재되어 있지 않고, 직렬 암 공진자(305)가 공통 단자(70)에 최근접하고 있다. 또한, 멀티플렉서(500)의 Band25의 수신측 필터(512)와 공통 단자(70) 사이에는 인덕턴스 소자(521)가 직렬 삽입되고, 병렬 암 공진자(255)가 공통 단자(70)에 최근접하고 있으며, 병렬 암 공진자(255)의 용량값은 병렬 암 공진자(255∼257) 중에서 가장 크다.
도 9에 도시된 바와 같이, 비교예에 따른 Band30의 송신측 필터(515)에 대하여, 실시 형태에 따른 Band30의 송신측 필터(15)는 통과 대역(2305-2315㎒) 내의 삽입 손실이 대폭 개선되어 있다. 보다 구체적으로는, 비교예에 따른 송신측 필터(515)에서는, 통과 대역 내의 최대 삽입 손실이 3.2dB인 것에 비해, 실시 형태에 따른 송신측 필터(15)에서는, 통과 대역 내의 최대 삽입 손실이 2.2dB로 되어, 1.0dB 개선되어 있다.
이하, 상기 개선 효과의 요인에 대하여 설명한다.
도 10a는 비교예에 따른 멀티플렉서(500)를 구성하는 Band66의 송신측 필터(513)의 반사 특성을 나타내는 그래프이다. 보다 구체적으로는, 도 10a에는, Band66의 송신측 필터(513) 단체(다른 필터와 공통 단자(70)로 공통 접속되어 있지 않은 Band66의 송신측 필터(513))를, 공통 단자(70)측으로부터 본 경우의 반사 특성이 도시되어 있다. 또한, 도 10b는, 실시 형태 1에 따른 멀티플렉서(1)를 구성하는 Band66의 송신측 필터(13)의 반사 특성을 나타내는 그래프이다. 보다 구체적으로는, 도 10b에는, 인덕터(21)와 Band66의 송신측 필터(13)의 직렬 접속 회로 단체(다른 필터와 공통 단자(70)로 공통 접속되어 있지 않은 직렬 접속 회로)를, 공통 단자(70)측으로부터 본 경우의 반사 특성이 도시되어 있다. 즉, 도 10b에 있어서, 실시 형태 1에 따른 송신측 필터(13)의 특성은, 인덕턴스 소자(21)를 포함한 반사 특성이다.
도 10a에 도시한 바와 같이, 비교예에 따른 송신측 필터(513)에서는, 통과 대역보다도 고주파수측이며, Band30Tx의 통과 대역(2305-2315㎒)에 상당하는 영역(도 10a의 파선부)에, 반사 손실의 극대점(불요파 리스펀스)이 발생하고 있는 것을 알 수 있다. 이 불요파 리스펀스는, 예를 들어 도 2a에 도시한 적층 구조를 갖는 압전성의 기판을 사용한 탄성파 필터에 있어서, 압전막 및 저음속막에 에너지가 갇힘으로써 발생하는 고차 모드 기인의 스퓨리어스이다. 또한, 이 불요파 리스펀스는, 고차 모드 기인의 스퓨리어스뿐만 아니라, 레일리파 기인의 스퓨리어스로서도 발생하고, 이 경우에는, 당해 스퓨리어스는 통과 대역보다도 저주파수측에 발생한다.
이에 반해, 도 10b에 도시한 바와 같이, 실시 형태에 따른 송신측 필터(13)에서는, 통과 대역보다도 고주파수측이며, Band30Tx의 통과 대역(2305-2315㎒)에 상당하는 영역(도 10b의 파선부)에, 반사 손실의 극대점(불요파 리스펀스)이 발생하지만, 반사 손실의 극대값은, 비교예와 비교하여 대폭 저감되어 있다.
도 11은 래더형 탄성파 필터의 브랜치와 반사 특성의 관계를 설명하는 도면이다. 도 11에는 5개의 직렬 암 공진자 s1∼s5와, 4개의 병렬 암 공진자 p1∼p4를 포함한 래더형의 탄성파 필터가 도시되어 있다. 여기서, 공통 단자로부터 본 반사 특성을 평가한 경우, 공통 단자로부터 본 반사 손실에는, 공통 단자에 가장 가까운 브랜치(도 11에서는 직렬 암 공진자 s1) 자체의 반사 손실은 거의 그대로 영향을 미치고, 2번째로 가까운 브랜치(도 11에서는 병렬 암 공진자 p1)의 반사 손실은, 약 1/6만 영향을 미치고, 3번째로 가까운 브랜치(도 11에서는 직렬 암 공진자 s2)의 반사 손실은, 거의 영향을 미치지 않는다.
또한, 본 명세서에 기재된 「브랜치」란, 래더형 필터를 구성하는 직렬 암 소자 또는 병렬 암 소자의 1단위를 나타내는 것으로서 사용된다. 또한, 복수의 직렬 암 소자가 연속하여 접속된 경우, 당해 복수의 직렬 암 소자의 사이에 병렬 암 소자가 개재되지 않는 경우에는, 당해 복수의 직렬 암 소자가 1개의 브랜치로 정의된다. 또한, 복수의 병렬 암 소자가 연속하여 접속된 경우, 당해 복수의 병렬 암 소자의 사이에 직렬 암 소자가 개재되지 않는 경우에는, 당해 복수의 병렬 암 소자가 1개의 브랜치로 정의된다.
도 12a는 비교예에 따른 Band66의 송신측 필터(513)의 브랜치를 설명하는 회로 구성도이다. 또한, 도 12b는 실시 형태 1에 따른 Band66의 송신측 필터(13)의 브랜치를 설명하는 회로 구성도이다.
도 12a에 도시한 바와 같이, 비교예에 따른 송신측 필터(513)에서는, 공통 단자(70)로부터 보아, 공통 단자(70)에 가장 가까운 브랜치 1에는, 직렬 암 공진자(305)가 포함된다. 이 경우, 공통 단자(70)로부터 송신측 필터(513)를 본 반사 손실에는, 직렬 암 공진자(305) 자체의 반사 손실이 거의 그대로 영향을 미치고, 직렬 암 공진자(305)의 고차 모드 기인의 불요파 리스펀스가 크게 영향을 미친다. 또한, 도 12a에 도시한 바와 같이, 공통 단자(70)와 송신 출력 단자(63) 사이에 인덕턴스 소자(521)가 직렬 삽입된 경우에는, 인덕턴스 소자(521) 및 직렬 암 공진자(305)가 공통 단자(70)에 가장 가까운 브랜치 1로 된다. 이 경우에도, 공통 단자(70)로부터 송신측 필터(513)를 본 반사 손실에는, 직렬 암 공진자(305) 자체의 반사 손실이 거의 그대로 영향을 미치고, 직렬 암 공진자(305)의 고차 모드 기인의 불요파 리스펀스가 크게 영향을 미친다.
이에 반해, 도 12b에 도시한 바와 같이, 실시 형태 1에 따른 송신측 필터(13)에서는, 공통 단자(70)로부터 보아, 공통 단자(70)에 가장 가까운 브랜치 1에는, 인덕턴스 소자(21)만이 포함된다. 이 경우, 공통 단자(70)로부터 송신측 필터(13)를 본 반사 손실에는, 거의 플랫한 주파수 특성의 반사 손실이 거의 그대로 영향을 미치지만, 브랜치 2의 병렬 암 공진자(351)가 발생하는 고차 모드 기인의 불요파에 대해서는 약 1/6만 영향을 미친다.
상기 결과로부터, 송신측 필터(13)와 공통 단자(70) 사이에 인덕턴스 소자를 직렬 접속함으로써 불요파에 의한 반사 손실의 증대를 억제하기 위해서는, 실시 형태 1에 따른 멀티플렉서(1)와 같이, 공통 단자(70)에 가장 가까운 공진자는 병렬 암 공진자로 할 필요가 있다.
또한, 인덕턴스 소자(21)를 직렬 접속하고, 공통 단자(70)에 가장 가까운 공진자를 병렬 암 공진자로 한 경우, 송신측 필터(13)의 복소 임피던스(자기 대역 및 공통 단자에 접속된 다른 필터의 통과 대역 모두)를 유도성으로 하고, 송신측 필터(13) 이외의 필터가 공통 단자(70)에 접속된 합성 회로의 복소 임피던스를 용량성으로 하고, 이들을 복소 공액에 의한 임피던스 정합을 취할 필요가 있다. 이 경우, 송신측 필터(13)의 통과 대역 삽입 손실을 악화시키지 않기 위해, 공통 단자(70)에 가장 가까운 병렬 암 공진자(351)의 용량값을, 다른 필터 특성에 영향을 주지 않는 범위에서 가능한 한 크게 하고, 인덕턴스 소자(21)의 인덕턴스값을 가능한 한 작게 하여, 송신측 필터(13)의 복소 임피던스의 유도성을 확보한다. 또한, 병렬 암 공진자(351)의 용량값을 크게 한 만큼, 감쇠 특성 및 통과 특성의 밸런스를 고려하여, 다른 병렬 암 공진자(352∼354)의 용량값을 작게 할 필요가 있다.
표 1에, 실시 형태 1에 따른 송신측 필터(13)의 전극 파라미터를 나타낸다. 또한, 표 2에, 비교예에 따른 송신측 필터(513)의 전극 파라미터를 나타낸다.
Figure 112018070474724-pat00001
Figure 112018070474724-pat00002
표 1의 전극 파라미터로부터, 용량값은 쌍수×교차폭으로서 산출할 수 있다. 구체적으로는, 실시 형태 1에 따른 송신측 필터(13)의 병렬 암 공진자(351)의 용량값을 1로 규격화한 경우, 병렬 암 공진자(352)의 규격화 용량값은 0.212, 병렬 암 공진자(353)의 규격화 용량값은 0.871, 병렬 암 공진자(354)의 규격화 용량값은 0.607로 되어 있다. 이에 의해, 송신측 필터(13)의 통과 대역 삽입 손실의 열화가 억제된다.
또한, 고차 모드 기인의 불요파 스퓨리어스는, 공진자의 용량이 커짐에 따라 작아지므로, 병렬 암 공진자(351)의 용량값을 다른 병렬 암 공진자(352∼354)의 용량값보다도 크게 함으로써, Band30의 송신측 필터(15)의 통과 대역 삽입 손실의 열화를, 더욱 억제할 수 있다는 부차적 효과도 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 멀티플렉서(1)를 도 2a에 도시된 적층 구조를 갖는 기판으로 제작하고, 그때에 발생하는 고차 모드 기인의 불요파 리스펀스에 대응하는 구성을 도시하였다. 그러나, 본 발명에 따른 멀티플렉서는, 기판의 종류나 불요파의 종류에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 상기 적층 구조를 갖는 기판으로 제작한 하나의 탄성파 필터에는, 레일리파 기인의 스퓨리어스(주모드 발생 주파수의 0.7∼0.8배의 주파수)도 발생하지만, 당해 하나의 탄성파 필터와 함께 공통 단자에 접속되며, 통과 대역이 하나의 탄성파 필터보다도 저주파수측에 위치하는 다른 필터의 통과 대역 삽입 손실을 개선하는 것이 가능하다.
또한, 도 2b에 도시한 바와 같이, LiNbO3의 단결정 기판 상에 IDT 전극을 형성하고, 당해 단결정 기판 상 및 IDT 전극 상에 유전체막(예를 들어 SiO2)이 형성된 구성을 갖는 탄성파 필터에 있어서, 유전체막에 에너지가 갇힘으로써 고차 모드 기인의 스퓨리어스가 발생한다. 이 경우에 있어서도, 상기 실시 형태와 마찬가지의 특징적인 구성을 사용함으로써, 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 본 실시 형태에서는, Band25+Band66+Band30의 헥사플렉서의 예를 나타냈지만, 본 발명은 이 조합에 한하지 않고, 예를 들어 Band25+Band66의 쿼드플렉서, Band1+Band3의 쿼드플렉서, Band1+Band3+Band7의 헥사플렉서 등에도 적용된다.
[7. 실시 형태 1의 정리]
실시 형태 1에 따른 멀티플렉서(1)는 공통 단자(70)와, 서로 다른 통과 대역을 갖는 송신측 필터(13)(제1 탄성파 필터) 및 송신측 필터(15)(제2 탄성파 필터)와, 인덕턴스 소자(21)를 구비한다. 송신측 필터(13)는 송신 입력 단자(30) 및 송신 출력 단자(63)와, 직렬 암 공진자(301∼304)와, 병렬 암 공진자(351∼354)를 구비한다. 또한, 송신측 필터(13)가 발생하는 불요파 스퓨리어스의 주파수는, 송신측 필터(15)의 통과 대역에 포함된다. 또한, 송신측 필터(15)는 공통 단자(70)에 직접 접속되고, 송신 출력 단자(63)는 인덕턴스 소자(21)를 개재하여 공통 단자(70)에 접속된다. 여기서, 송신 출력 단자(63)는 병렬 암 공진자(351∼354) 중 병렬 암 공진자(351)와 직접 접속되어 있고, 병렬 암 공진자(351)는 병렬 암 공진자(351∼354) 중에서 가장 용량이 크다.
멀티플렉서(1)에 있어서, 송신측 필터(13)의 불요파 스퓨리어스의 주파수가 송신측 필터(15)의 통과 대역에 포함되면, 공통 단자(70)로부터 송신측 필터(13)를 본 경우의 송신측 필터의 통과 대역에 있어서의 반사 계수가 저하됨으로써, 송신측 필터(15)의 통과 대역 삽입 손실이 증대될 것이 염려된다.
이에 반해, 상기 구성에 의하면, 송신측 필터(13)와 공통 단자(70) 사이에는, 인덕턴스 소자(21)가 직렬 접속되어 있고, 또한, 공통 단자(70)에 최근접의 공진자가 병렬 암 공진자(351)이므로, 공통 단자(70)로부터 송신측 필터(13)를 본 경우의 송신측 필터의 통과 대역에 있어서의 반사 손실의 증대를 억제할 수 있다. 이것은, 송신측 필터(13)의 공통 단자(70)에 가까운 브랜치일수록, 공통 단자(70)로부터 송신측 필터(13)를 본 반사 특성에의 영향이 큰 것에 기인하는 것이다. 즉, 상기 구성에서는, 송신측 필터(13)와 공통 단자(70) 사이에는, 공통 단자(70)에 가장 가까운 브랜치로서 인덕턴스 소자(21)가 배치되어 있다. 인덕턴스 소자(21)는 송신측 필터(13)를 구성하는 각 탄성파 공진자와 달리, 불요파 스퓨리어스를 발생시키지 않고 플랫한 주파수 특성으로 되는 반사 특성을 갖고 있다. 이 때문에, 공통 단자(70)로부터 송신측 필터(13)를 본 경우의 송신측 필터(15)의 통과 대역에 있어서의 반사 손실의 증대를 억제할 수 있다. 따라서, 송신측 필터(13)가 발생하는 불요파에 의해 송신측 필터(15)의 통과 특성이 열화되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 공통 단자(70)로부터 송신측 필터 단체를 본 경우의, 소정의 통과 대역에 있어서의 복소 임피던스와, 공통 단자(70)로부터 송신측 필터(13) 이외의 탄성파 필터의 합성 회로를 본 경우의, 상기 소정의 통과 대역에 있어서의 복소 임피던스가 복소 공액의 관계에 있음으로써, 멀티플렉서(1)의 임피던스 정합을 최적화할 수 있다. 병렬 암 공진자(351)로부터 시작되는 송신측 필터(13)의 상기 복소 임피던스와, 송신측 필터(13) 이외의 용량성의 복소 임피던스를 갖는 탄성파 필터의 합성 회로의 복소 임피던스를 복소 공액의 관계로 하기 위해서는, 공통 단자(70)로부터 송신측 필터(13) 단체를 본 경우의 복소 임피던스를 유도성으로 하기 위해, 직렬 삽입된 인덕턴스 소자(21)의 인덕턴스값이 큰 것이 바람직하다. 그러나, 이 반면, 인덕턴스 소자(21)의 인덕턴스값이 작을수록, 송신측 필터의 통과 대역 삽입 손실을 저감할 수 있다. 이 관점에서, 인덕턴스 소자(21)의 인덕턴스값을 크게 하는 것 대신에, 송신측 필터(13)를 구성하는 병렬 암 공진자(351∼354) 중, 인덕턴스 소자(21)에 직접 접속된 병렬 암 공진자(351)의 용량값을 크게 함으로써, 인덕턴스 소자(21)의 인덕턴스값을 크게 하지 않고, 공통 단자(70)로부터 송신측 필터(13) 단체를 본 경우의 복소 임피던스를 효과적으로 유도성으로 할 수 있다. 한편, 송신측 필터(13)의 통과 특성을 최적화하기 위해, 인덕턴스 소자(21)에 직접 접속된 병렬 암 공진자(351) 이외의 병렬 암 공진자(352∼354)의 용량값을 상대적으로 작게 설정한다.
이상에 의해, 공통 단자(70)에 복수의 탄성파 필터가 접속된 멀티플렉서(1)에 있어서, 송신측 필터(13)의 저손실성을 확보하면서, 송신측 필터(13)가 발생하는 불요파에 의해 송신측 필터(15)의 통과 특성이 열화되는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 송신측 필터(13)를 구성하는 압전 기판(5)은, 직렬 암 공진자(301∼304) 및 병렬 암 공진자(351∼354)의 각각을 구성하는 IDT 전극(54)이 한쪽 면 상에 형성된 압전막(53)과, 압전막(53)에서 전파되는 탄성파 음속보다도, 전파되는 벌크파 음속이 고속인 고음속 지지 기판(51)과, 고음속 지지 기판(51)과 압전막(53) 사이에 배치되며, 압전막(53)에서 전파되는 벌크파 음속보다도, 전파되는 벌크파 음속이 저속인 저음속막(52)을 구비해도 된다.
송신측 필터(13)의 공통 단자(70)측에 인덕턴스 소자(21)가 직렬 접속된 경우 등, 복수의 탄성파 필터간에서의 임피던스 정합을 취하기 위해, 각 탄성파 공진자에는 인덕턴스 소자나 캐패시턴스 소자 등의 회로 소자가 부가된다. 이 경우, 각 탄성파 공진자의 Q값이 등가적으로 작아지는 경우가 상정된다. 그러나, 압전 기판(5)의 적층 구조에 의하면, 각 탄성파 공진자의 Q값을 높은 값으로 유지할 수 있다. 따라서, 대역 내의 저손실성을 갖는 탄성파 필터를 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 송신측 필터(13)의 통과 대역은, 송신측 필터(15)의 통과 대역보다도 저주파수측에 위치하고, 송신측 필터(13)가 발생하는 불요파 스퓨리어스는, 고차 모드 기인의 스퓨리어스여도 된다.
이에 의해, 송신측 필터의 통과 대역보다도 고주파수측에 발생하는, 압전막의 두께 방향으로 에너지가 갇힘으로써 발생하는 고차 모드 스퓨리어스에 의해 송신측 필터(15)의 통과 특성이 열화되는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 하나의 탄성파 필터의 통과 대역은, 다른 탄성파 필터의 통과 대역보다도 고주파수측에 위치하고, 당해 하나의 탄성파 필터가 발생하는 불요파 스퓨리어스는 레일리파 기인의 스퓨리어스여도 된다.
이에 의해, 상기 하나의 탄성파 필터의 통과 대역보다도 저주파수측에 발생하는 레일리파 스퓨리어스에 의해 상기 다른 탄성파 필터의 통과 특성이 열화되는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 제1 탄성파 필터를 구성하는 1 이상의 직렬 암 공진자 및 2 이상의 병렬 암 공진자의 각각은, LiNbO3의 압전 단결정 기판(57)과, 압전 단결정 기판(57) 상에 형성된 IDT 전극(54)과, 압전 단결정 기판(57) 상 및 IDT 전극(54) 상에 형성된 보호층(55)을 포함하고 있어도 된다.
이에 의해, 제1 탄성파 필터는, 양호한 주파수 온도 특성을 갖는 것이 가능해진다.
또한, 상기 압전 단결정 기판(57)을 포함한 멀티플렉서에 있어서, 하나의 탄성파 필터의 통과 대역은, 다른 탄성파 필터의 통과 대역보다도 저주파수측에 위치하고, 상기 하나의 탄성파 필터가 발생하는 불요파 스퓨리어스는, 고차 모드 기인의 스퓨리어스여도 된다.
이에 의해, 상기 하나의 탄성파 필터의 통과 대역보다도 고주파수측에 발생하는, 보호층(55) 내에 에너지가 갇힘으로써 발생하는 고차 모드 스퓨리어스에 의해 상기 다른 탄성파 필터의 통과 특성이 열화되는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 송신측 필터(13) 이외의 필터는, 2개의 입출력 단자를 연결하는 경로 상에 배치된 1 이상의 직렬 암 공진자와, 당해 경로 및 그라운드 사이에 배치된 1 이상의 병렬 암 공진자를 구비하고, 공통 단자(70)는 상기 1 이상의 직렬 암 공진자 및 상기 1 이상의 병렬 암 공진자 중 하나의 직렬 암 공진자와만 직접 접속되어 있어도 된다.
이에 의해, 공통 단자(70)로부터 송신측 필터(13) 이외의 필터가 공통 단자(70)에 접속된 합성 회로를 본 경우의, 상기 소정의 통과 대역에 있어서의 복소 임피던스는 용량성으로 된다. 따라서, 공통 단자(70)로부터 송신측 필터(13)를 본 경우의 유도성의 복소 임피던스와, 공통 단자(70)로부터 상기 합성 회로를 본 경우의 용량성의 복소 임피던스를, 고정밀도의 복소 공액의 관계로 하는 것이 가능해진다.
(실시 형태 2)
상술한 실시 형태 1에 따른 멀티플렉서(1)는 고주파 프론트 엔드 회로, 나아가 당해 고주파 프론트 엔드 회로를 구비하는 통신 장치에 적용할 수도 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 이와 같은 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 대하여 설명한다.
도 13은 실시 형태 2에 따른 통신 장치(90)의 구성도이다. 통신 장치(90)는 고주파 프론트 엔드 회로(80)와, RF 신호 처리 회로(3)와, 베이스 밴드 신호 처리 회로(4)를 구비한다. 또한, 도 13에는 통신 장치(90)와 접속되는 안테나 소자(2)도 도시되어 있다.
고주파 프론트 엔드 회로(80), 실시 형태 1에 따른 멀티플렉서(1)와, 인덕턴스 소자(31)와, 수신측 스위치(27) 및 송신측 스위치(26)와, 로우 노이즈 앰프 회로(29)와, 파워 앰프 회로(28)를 구비한다.
송신측 스위치(26)는 멀티플렉서(1)의 송신 입력 단자(10, 30 및 50)에 개별로 접속된 3개의 선택 단자, 및, 파워 앰프 회로(28)에 접속된 공통 단자를 갖는 스위치 회로이다.
수신측 스위치(27)는 멀티플렉서(1)의 수신 출력 단자(20, 40 및 60)에 개별로 접속된 3개의 선택 단자, 및, 로우 노이즈 앰프 회로(29)에 접속된 공통 단자를 갖는 스위치 회로이다.
이들 송신측 스위치(26) 및 수신측 스위치(27)는, 각각, 제어부(도시하지 않음)로부터의 제어 신호에 따라서, 공통 단자와 소정의 밴드에 대응하는 신호 경로를 접속하고, 예를 들어 SP3T(Single Pole 3 Throw)형의 스위치를 포함한다. 또한, 공통 단자와 접속되는 선택 단자는 1개에 한정되지 않고, 복수여도 상관없다. 즉, 고주파 프론트 엔드 회로(80)는 캐리어 애그리게이션에 대응해도 상관없다.
파워 앰프 회로(28)는 RF 신호 처리 회로(3)로부터 출력된 고주파 신호(여기서는 고주파 송신 신호)를 증폭하고, 송신측 스위치(26) 및 멀티플렉서(1)를 경유하여 안테나 소자(2)에 출력하는 송신 증폭 회로이다.
로우 노이즈 앰프 회로(29)는 안테나 소자(2), 멀티플렉서(1) 및 수신측 스위치(27)를 경유한 고주파 신호(여기서는 고주파 수신 신호)를 증폭하여, RF 신호 처리 회로(3)에 출력하는 수신 증폭 회로이다.
RF 신호 처리 회로(3)는 안테나 소자(2)로부터 수신 신호 경로를 통해 입력된 고주파 수신 신호를, 다운 컨버트 등에 의해 신호 처리하고, 당해 신호 처리하여 생성된 수신 신호를 베이스 밴드 신호 처리 회로(4)에 출력한다. 또한, RF 신호 처리 회로(3)는 베이스 밴드 신호 처리 회로(4)로부터 입력된 송신 신호를 업 컨버트 등에 의해 신호 처리하고, 당해 신호 처리하여 생성된 고주파 송신 신호를 파워 앰프 회로(28)에 출력한다. RF 신호 처리 회로(3)는, 예를 들어 RFIC이다.
베이스 밴드 신호 처리 회로(4)에서 처리된 신호는, 예를 들어 화상 신호로서 화상 표시를 위해, 또는, 음성 신호로서 통화를 위해 사용된다.
또한, 고주파 프론트 엔드 회로(80)는, 상술한 각 구성 요소의 사이에, 다른 회로 소자를 구비하고 있어도 된다.
이상과 같이 구성된 고주파 프론트 엔드 회로(80) 및 통신 장치(90)에 의하면, 상술한 실시 형태 1에 따른 멀티플렉서(1)를 구비함으로써, 송신측 필터(13)의 저손실성을 확보하면서, 송신측 필터(13)가 발생하는 불요파에 의해 송신측 필터(15)의 통과 특성이 열화되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 통신 장치(90)는 고주파 신호의 처리 방식에 따라서, 베이스 밴드 신호 처리 회로(BBIC)(4)를 구비하고 있지 않아도 된다.
(그 밖의 변형예 등)
이상, 실시 형태 1에 따른 멀티플렉서(1) 및 실시 형태 2에 따른 고주파 프론트 엔드 회로(80) 및 통신 장치(90)에 대하여, 실시 형태를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 상술한 실시 형태에 다음과 같은 변형을 실시한 양태도, 본 발명에 포함될 수 있다.
예를 들어, 상기 설명에서는, 멀티플렉서(1)로서, 헥사플렉서를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은, 예를 들어 3개의 필터의 안테나 접속 단자가 공통화된 트리플렉서나, 2개의 듀플렉서가 공통 단자로 공통 접속된 쿼드플렉서에 대해서도 적용할 수 있다. 즉, 멀티플렉서는 2 이상의 필터를 구비하고 있으면 된다.
또한, 본 발명에 따른 멀티플렉서는, 송신측 필터 및 수신측 필터의 양쪽을 구비하는 구성에 한하지 않고, 복수의 송신측 필터만, 또는, 복수의 수신측 필터만을 구비하는 구성이어도 된다.
또한, 실시 형태 1에서는, 송신측 필터(13)가 제1 탄성파 필터에 상당하고, 송신측 필터(15)가 제2 탄성파 필터에 상당하는 것으로서 설명하였다. 즉, 실시 형태 1에서는, 제1 탄성파 필터 및 제2 탄성파 필터의 양쪽이 송신 필터였다. 그러나, 본 발명은 제1 탄성파 필터가 발생하는 불요파의 주파수가 제2 탄성파 필터의 통과 대역 내에 위치하는 멀티플렉서이면, 제1 탄성파 필터 및 제2 탄성파 필터의 용도 등에 한정되지 않고, 적용할 수 있다.
본 발명은 멀티 밴드화 및 멀티 모드화된 주파수 규격에 적용할 수 있는 저손실의 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 또는 통신 장치 등으로서, 휴대 전화 등의 통신 기기에 널리 이용할 수 있다.
1, 500 : 멀티플렉서
2 : 안테나 소자
3 : RF 신호 처리 회로
4 : 베이스 밴드 신호 처리 회로
5 : 압전 기판
10, 30, 50 : 송신 입력 단자
11, 13, 15, 511, 513, 515 : 송신측 필터
12, 14, 16, 512, 514, 516 : 수신측 필터
20, 40, 60 : 수신 출력 단자
21, 31, 141, 161, 162, 341, 345, 361, 362, 365, 366, 461, 521, 531, 561, 562, 661 : 인덕턴스 소자
26 : 송신측 스위치
27 : 수신측 스위치
28 : 파워 앰프 회로
29 : 로우 노이즈 앰프 회로
51 : 고음속 지지 기판
52 : 저음속막
53 : 압전막
54 : IDT 전극
55 : 보호층
57 : 압전 단결정 기판
61, 63, 65 : 송신 출력 단자
62, 64, 66 : 수신 입력 단자
70 : 공통 단자
80 : 고주파 프론트 엔드 회로
90 : 통신 장치
100 : 공진자
101, 102, 103, 104, 105, 201, 202, 205, 301, 302, 303, 304, 305, 306, 307, 308, 401, 402, 403, 404, 405, 501, 502, 503, 504, 601, 602, 603, 604 : 직렬 암 공진자
101a, 101b : 빗살 모양 전극
110a, 110b : 전극 핑거
111a, 111b : 버스 바 전극
151, 152, 153, 154, 251, 252, 255, 256, 257, 351, 352, 353, 354, 355, 356, 357, 451, 452, 453, 454, 551, 552, 553, 651, 652, 653 : 병렬 암 공진자
203, 206 : 종결합형 필터부
211, 212, 213, 214, 215 : IDT
220, 221 : 반사기
230 : 입력 포트
240 : 출력 포트
541 : 밀착층
542 : 주 전극층

Claims (11)

  1. 공통 단자와,
    서로 다른 통과 대역을 갖는 제1 탄성파 필터 및 제2 탄성파 필터와,
    인덕턴스 소자를 구비하고,
    상기 제1 탄성파 필터는,
    2개의 입출력 단자와,
    상기 2개의 입출력 단자를 연결하는 경로 상에 배치된 1 이상의 직렬 암 공진자와,
    상기 경로 및 그라운드 사이에 배치된 2 이상의 병렬 암 공진자를 구비하고,
    상기 제1 탄성파 필터가 발생하는 불요파 스퓨리어스의 주파수는, 상기 제2 탄성파 필터의 통과 대역에 포함되고,
    상기 제2 탄성파 필터는, 상기 공통 단자에 직접 접속되고,
    상기 2개의 입출력 단자 중 상기 공통 단자측의 입출력 단자는, 상기 인덕턴스 소자를 개재하여 상기 공통 단자에 접속되고, 또한, 상기 2 이상의 병렬 암 공진자 중 하나의 병렬 암 공진자와 직접 접속되어 있고,
    상기 하나의 병렬 암 공진자는, 상기 2 이상의 병렬 암 공진자 중에서 가장 용량이 큰 멀티플렉서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 탄성파 필터를 구성하는 압전 기판은,
    상기 1 이상의 직렬 암 공진자 및 상기 2 이상의 병렬 암 공진자의 각각을 구성하는 IDT(Inter Digital Transducer) 전극이 한쪽 면 상에 형성된 압전막과,
    상기 압전막에서 전파되는 탄성파 음속보다도, 전파되는 벌크파 음속이 고속인 고음속 지지 기판과,
    상기 고음속 지지 기판과 상기 압전막 사이에 배치되며, 상기 압전막에서 전파되는 벌크파 음속보다도, 전파되는 벌크파 음속이 저속인 저음속막을 구비하는 멀티플렉서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 탄성파 필터의 통과 대역은, 상기 제2 탄성파 필터의 통과 대역보다도 저주파수측에 위치하고,
    상기 제1 탄성파 필터가 발생하는 불요파 스퓨리어스는, 고차 모드 기인의 스퓨리어스인 멀티플렉서.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 탄성파 필터의 통과 대역은, 상기 제2 탄성파 필터의 통과 대역보다도 고주파수측에 위치하고,
    상기 제1 탄성파 필터가 발생하는 불요파 스퓨리어스는, 레일리파 기인의 스퓨리어스인 멀티플렉서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 1 이상의 직렬 암 공진자 및 상기 2 이상의 병렬 암 공진자의 각각은,
    LiNbO3의 압전 단결정 기판과,
    상기 압전 단결정 기판 상에 형성된 IDT 전극과,
    상기 압전 단결정 기판 상 및 상기 IDT 전극 상에 형성된 유전체막을 포함하고 있는 멀티플렉서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 탄성파 필터의 통과 대역은, 상기 제2 탄성파 필터의 통과 대역보다도 저주파수측에 위치하고,
    상기 제1 탄성파 필터가 발생하는 불요파 스퓨리어스는, 고차 모드 기인의 스퓨리어스인 멀티플렉서.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 탄성파 필터는, 2개의 입출력 단자를 연결하는 경로 상에 배치된 1 이상의 직렬 암 공진자와, 상기 경로 및 그라운드 사이에 배치된 1 이상의 병렬 암 공진자를 구비하고,
    상기 공통 단자는, 상기 1 이상의 직렬 암 공진자 및 상기 1 이상의 병렬 암 공진자 중 하나의 직렬 암 공진자와만 직접 접속되어 있는 멀티플렉서.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 탄성파 필터를 포함하는 2개의 필터를 구비하는 제1 듀플렉서, 및, 상기 제2 탄성파 필터를 포함하는 2개의 필터를 구비하는 제2 듀플렉서를 포함하고 있는 멀티플렉서.
  9. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1 탄성파 필터의 통과 대역은, LTE(Long Term Evolution)의 Band66에 있어서의 상향 주파수대이고,
    상기 제2 탄성파 필터의 통과 대역은, 상기 LTE의 Band30에 있어서의 상향 주파수대인 멀티플렉서.
  10. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 멀티플렉서와,
    상기 멀티플렉서에 접속된 증폭 회로를 구비하는 고주파 프론트 엔드 회로.
  11. 안테나 소자에 의해 송수신되는 고주파 신호를 처리하는 RF 신호 처리 회로와,
    상기 안테나 소자와 상기 RF 신호 처리 회로 사이에서 상기 고주파 신호를 전달하는 제10항에 기재된 고주파 프론트 엔드 회로를 구비하는 통신 장치.
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