KR102217438B1 - 필터 장치 및 멀티플렉서 - Google Patents

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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

필터 장치(2)는 단자 간 경로(CH1) 상에 마련된 직렬 공진자(S1~S4), 및 접속 경로(CH2) 상에 마련된 병렬 공진자(P1~P4)를 가지는 래더형의 제1 필터(20)와, 병렬 공진자(P2)에 병렬로 마련된 제1 탄성파 공진자(P21)와, 직렬 공진자(S2)에 병렬로 마련된 제2 탄성파 공진자(P22)를 포함하고 있다. 제1 탄성파 공진자(P21)의 공진점 및 반공진점은 모두 제1 필터(20)의 통과 대역보다도 저영역 측 혹은 고영역 측에 위치하고 있다. 제2 탄성파 공진자(P22)의 공진점 및 반공진점은 모두 제1 필터(20)의 통과 대역보다도 저영역 측 혹은 고영역 측으로서, 제1 필터(20)의 통과 대역에서 보아 제1 탄성파 공진자(P21)의 공진점 및 반공진점이 위치하는 측과 동일한 측에 위치하고 있다.

Description

필터 장치 및 멀티플렉서
본 발명은 래더형의 필터를 가지는 필터 장치, 및 이 필터 장치를 포함하는 멀티플렉서에 관한 것이다.
최근의 휴대 전화에는 하나의 단말에서 복수개의 주파수 대역 및 복수개의 무선 방식, 이른바 멀티 밴드화 및 멀티 모드화에 대응하는 것이 요구되고 있다. 이에 대응하기 위해, 하나의 안테나에 복수개의 무선 반송 주파수를 가지는 고주파 신호를 분파하는 멀티플렉서가 배치된다. 멀티플렉서를 구성하는 필터 장치로서는 다른 통신 기기와 전파 간섭이 일어나지 않도록, 통과 대역 이외의 감쇠 특성을 향상시킬 필요가 있다.
이 종류의 필터 장치의 일례로서, 특허문헌 1에는 복수개의 직렬 공진자 및 병렬 공진자를 가지는 래더형 필터를 포함하는 필터 장치가 개시되고 있다. 이 필터 장치에서는 소정의 직렬 공진자 및 병렬 공진자와 병렬로 커패시터를 접속하고 있다. 또한, 예를 들면, 병렬 공진자에 병렬로 커패시터를 접속함으로써 감쇠극의 조정을 할 수 있는 것이 알려져 있다.
일본 공개특허공보 특개2012-147175호
그러나 특허문헌 1에 개시된 필터 장치에서는 형성 가능한 감쇠극의 수에 제약이 있기 때문에, 통과 대역 이외의 소정의 주파수 대역에서의 감쇠 특성이 충분하지 않고, 다른 통신 기기와 전파 간섭을 일으키는 경우가 있다.
따라서, 본 발명은 통과 대역 이외의 소정의 주파수 대역에서의 감쇠 특성을 향상할 수 있는 필터 장치 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 한 양태에 따른 필터 장치는 제1 단자 및 제2 단자와, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자를 잇는 단자 간 경로 상에 마련된 직렬 공진자, 및 상기 단자 간 경로 상의 소정의 접속점과 그라운드를 잇는 접속 경로 상에 마련된 병렬 공진자를 가지는 래더형의 제1 필터와, 상기 접속 경로 상에서 상기 병렬 공진자에 병렬로 마련된 제1 탄성파 공진자와, 상기 단자 간 경로 상에서 상기 직렬 공진자에 병렬로 마련된 제2 탄성파 공진자를 포함하고, 상기 제1 탄성파 공진자의 공진점 및 반공진점은 모두 상기 제1 필터의 통과 대역보다도 저영역 측 혹은 고영역 측에 위치하며, 상기 제2 탄성파 공진자의 공진점 및 반공진점은 모두 상기 제1 필터의 통과 대역보다도 저영역 측 혹은 고영역 측으로서, 상기 제1 필터의 통과 대역에서 보아 상기 제1 탄성파 공진자의 공진점 및 반공진점이 위치하는 측과 동일한 측에 위치한다.
이에 의하면, 제1 탄성파 공진자 및 제2 탄성파 공진자에 의해, 제1 필터의 통과 대역의 저영역 측 혹은 고영역 측에 감쇠 대역을 형성할 수 있다. 이로써, 상기 감쇠 대역이 제1 필터의 통과 대역 외의 소정의 주파수 대역에 중첩되어 삽입 손실이 커지게 됨으로써, 필터 장치의 소정의 주파수 대역의 감쇠 특성을 향상할 수 있다.
또한, 필터 장치는 상기 접속 경로 상에 마련된 상기 제1 탄성파 공진자 및 상기 단자 간 경로 상에 마련된 상기 제2 탄성파 공진자에 의해 래더형의 제2 필터가 형성되며, 상기 제2 필터의 감쇠극 또는 감쇠 대역에 의해 형성되는 통과 억제 대역이 상기 제1 필터의 통과 대역보다도 저영역 측 혹은 고영역 측에 위치하고 있어도 된다.
이에 의하면, 제1 탄성파 공진자 및 제2 탄성파 공진자에 의해 통과 억제 대역을 형성할 수 있고, 이 통과 억제 대역이 제1 필터의 통과 대역 외의 소정의 주파수 대역에 중첩되어 삽입 손실이 커지게 됨으로써, 소정의 주파수 대역의 감쇠 특성을 향상할 수 있다.
또한, 상기 제2 필터는 대역 통과 필터이고, 상기 통과 억제 대역은 상기 제2 필터의 상기 감쇠극에 의해 형성되어 있어도 된다.
이에 의하면, 대역 통과 필터의 감쇠극에 의해 삽입 손실이 큰 통과 억제 대역을 형성할 수 있다. 이 통과 억제 대역이 제1 필터의 통과 대역 외의 소정의 주파수 대역에 중첩되어 삽입 손실이 커지게 됨으로써, 필터 장치의 소정의 주파수 대역의 감쇠 특성을 향상할 수 있다.
또한, 상기 제2 필터는 대역 저지 필터이고, 상기 통과 억제 대역은 상기 제2 필터의 상기 감쇠 대역에 의해 형성되어 있어도 된다.
이에 의하면, 대역 저지 필터의 감쇠 대역에 의해 삽입 손실의 대역 폭이 넓은 통과 억제 대역을 형성할 수 있다. 이 통과 억제 대역이 제1 필터의 통과 대역 외의 소정의 주파수 대역에 중첩되어 삽입 손실이 커지게 됨으로써, 필터 장치의 소정의 주파수 대역의 감쇠 특성을 향상할 수 있다.
또한, 상기 제1 탄성파 공진자 및 상기 제2 탄성파 공진자의 각각의 공진점 및 반공진점은 상기 제1 필터의 통과 대역보다도 고영역 측에 위치하고 있어도 된다.
이와 같이, 제1 필터의 통과 대역보다도 고영역 측에 공진점 및 반공진점을 위치시킨 경우는 반공진점의 고영역 측에서의 여진 효율이 낮아졌다고 해도 반공진점의 저영역 측에 부여하는 영향을 작게 할 수 있고, 제1 필터의 통과 대역에서의 전력 손실을 억제할 수 있다.
또한, 상기 제1 탄성파 공진자 및 상기 제2 탄성파 공진자의 각각은 공진점 및 반공진점과 다른 주파수 대역에서 소정 용량을 가지는 커패시터로서 기능해도 된다.
이와 같이, 제1 탄성파 공진자 및 제2 탄성파 공진자의 공진점 및 반공진점과 다른 주파수 대역에서 제1 탄성파 공진자 및 제2 탄성파 공진자를 콘덴서로서 각각 기능시킴으로써, 제1 필터의 통과 대역보다도 저영역 측의 감쇠 대역을 넓히고, 또한 통과 대역의 고영역 측의 급준성(急峻性)을 높일 수 있다.
또한, 상기 제1 필터는 복수개의 상기 직렬 공진자와 복수개의 상기 병렬 공진자를 가지며, 상기 제1 탄성파 공진자는 소정의 상기 병렬 공진자에 병렬로 마련되고, 상기 제2 탄성파 공진자는 상기 소정의 병렬 공진자에 상기 접속점을 통해 접속되는 상기 직렬 공진자에 병렬로 마련되어 있어도 된다.
이에 의하면, 소정의 병렬 공진자와 소정의 병렬 공진자에 직접 접속되어 있는 직렬 공진자로 래더형의 필터를 형성할 수 있다. 이로써, 감쇠 대역을 용이하게 형성할 수 있고, 필터 장치의 감쇠 특성을 향상할 수 있다.
또한, 상기 접속 경로 상에서의 상기 병렬 공진자와 상기 그라운드 사이에 인덕터를 가지고 있어도 된다.
이에 의하면, 제1 필터의 통과 대역 폭을 넓히고, 또는 통과 대역의 고영역 측을 고감쇠화할 수 있다.
또한, 본 발명의 한 양태에 따른 멀티플렉서는 상기 필터 장치와, 제3 단자와, 상기 제1 단자와 상기 제3 단자를 잇는 경로 상에 마련된 제3 필터를 포함한다.
이에 의하면, 통과 대역 이외의 소정의 주파수 대역에서의 감쇠 특성을 향상시켜, 다른 통신 기기와의 전파 간섭을 억제한 멀티플렉서를 제공할 수 있다.
본 발명의 필터 장치는 통과 대역 이외의 소정의 주파수 대역에서의 감쇠 특성을 향상할 수 있다. 또한, 이 필터 장치를 포함하는 멀티플렉서는 다른 통신 기기와의 전파 간섭을 억제할 수 있다.
도 1은 실시형태 1에 따른 멀티플렉서 및 필터 장치의 회로 구성도이다.
도 2는 실시형태 1에 따른 필터 장치의 탄성파 공진자의 IDT부를 모식적으로 나타내는 도면이고, (a)는 평면도, (b)는 단면도이다.
도 3은 비교예 1의 필터 장치의 회로 구성도이다.
도 4는 실시형태 1 및 비교예 1의 필터 장치의 주파수 특성, 그리고 제2 필터의 주파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 5는 비교예 2의 필터 장치의 회로 구성도이다.
도 6은 비교예 3의 필터 장치의 회로 구성도이다.
도 7a는 비교예 1~3의 필터 장치의 주파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 7b는 도 7a의 가로축(주파수)을 확대 표시한 도면이다.
도 8a는 실시형태 1 및 비교예 1의 필터 장치의 주파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 8b는 도 8a의 가로축(주파수)을 확대 표시한 도면이다.
도 9는 실시형태 2 및 비교예 1의 필터 장치의 주파수 특성, 그리고 제2 필터의 주파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 10a는 실시형태 2 및 비교예 1의 필터 장치의 주파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 10b는 도 10a의 가로축(주파수)을 확대 표시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 실시형태 및 도면을 이용하여 상세하게 설명한다. 한편, 이하에서 설명하는 실시형태는 모두 포괄적 또는 구체적인 예를 나타내는 것이다. 이하의 실시형태에서 나타나는 수치, 형상, 재료, 구성 요소, 구성 요소의 배치 및 접속 형태 등은 일례이고, 본 발명을 한정하는 주지가 아니다. 이하의 실시형태에서의 구성 요소 중, 독립 청구항에 기재되어 있지 않은 구성 요소에 대해서는 임의의 구성 요소로서 설명된다. 또한, 도면에 나타나는 구성 요소의 크기 또는 크기의 비는 반드시 엄밀하지 않다.
(실시형태 1)
[1-1. 멀티플렉서 및 필터 장치의 회로 구성]
본 실시형태에 따른 멀티플렉서 및 필터 장치는 휴대 전화 등의 통신 기기에 이용된다. 본 실시형태에서는 멀티플렉서로서 Band 1(송신 통과 대역: 1920~1980㎒, 수신 통과 대역: 2110~2170㎒)의 듀플렉서를 예로 들어 설명한다.
도 1은 실시형태 1에 따른 멀티플렉서(1) 및 필터 장치(2)의 회로 구성도이다.
멀티플렉서(1)는 안테나 측 단자인 제1 단자(11)와, 송신 측 신호 단자인 제2 단자(12)와, 수신 측 신호 단자인 제3 단자(13a 및 13b)와, 송신 필터인 제1 필터(20)와, 수신 필터인 제3 필터(30)를 포함하고 있다. 제1 필터(20)는 제1 단자(11)와 제2 단자(12)를 잇는 단자 간 경로(CH1) 상에 마련되며, 제3 필터(30)는 제1 단자(11)와 제3 단자(13a, 13b)를 잇는 단자 간 경로(CH3) 상에 마련되어 있다. 단자 간 경로(CH1 및 CH3)는 접속점(15)에서 묶여 있다. 제1 단자(11)는 안테나(50)에 접속되어 있다.
멀티플렉서(1)를 구성하는 필터 장치(2)는 제1 단자(11), 제2 단자(12) 및 제1 필터(20)를 포함한다. 제1 필터(20)는 불평형(不平衡) 신호를 제1 단자(11)에 출력하는 언밸런스형의 필터이고, 구체적으로는 래더형 필터에 의해 구성되어 있다. 제1 필터(20)의 통과 대역은, 예를 들면, 1920㎒~1980㎒이다.
제1 필터(20)는 직렬 공진자(S1, S2, S3 및 S4)를 가지고 있다. 직렬 공진자(S1~S4)의 각각은 제2 단자(12)와 접속점(15) 사이의 단자 간 경로(CH1) 상에 마련된 직렬암(serial arm)(25)에 삽입되어 있다.
제1 필터(20)는 병렬 공진자(P1, P2, P3 및 P4)를 가지고 있다. 병렬 공진자(P1)는 제2 단자(12)와 직렬 공진자(S1) 사이의 접속점(51)에 접속된 병렬암(21)에 삽입되어 있다. 병렬 공진자(P2)는 직렬 공진자(S1, S2) 간의 접속점(52)에 접속된 병렬암(22)에 삽입되어 있다. 병렬 공진자(P3)는 직렬 공진자(S2, S3) 간의 접속점(53)에 접속된 병렬암(23)에 삽입되어 있다. 병렬 공진자(P4)는 직렬 공진자(S3, S4) 간의 접속점(54)에 접속된 병렬암(24)에 삽입되어 있다.
또한, 필터 장치(2)는 제3 단자(13a, 13b) 및 제3 필터(30)를 포함한다. 제3 필터(30)는 종결합 공진자형 탄성파 필터에 의해 구성되어 있다. 제3 필터(30)는 평형-불평형 변환 기능을 가지는 밸런스형의 필터이고, 제3 단자(13a, 13b)에서는 평형 신호가 출력된다.
또한, 멀티플렉서(1)는 인덕터(L1, L2, L3 및 L4)를 가지고 있다. 인덕터(L1~L4)의 각각은 병렬 공진자(P1~P4)의 각각과 그라운드를 잇는 경로에 삽입되어 있다. 한편, 인덕터(L1~L4)의 각각의 일단(一端)을 묶어 그라운드에 접속해도 된다. 또한, 반드시 인덕터(L1~L4)를 마련할 필요는 없다. 예를 들면, 인덕터(L1~L4)의 각각은 병렬 공진자(P1~P4)의 각각이 가지는 인덕터 성분으로 구성되어 있어도 된다.
또한, 멀티플렉서(1)는 임피던스 정합용의 인덕터(L5, L6)를 가지고 있다. 인덕터(L5)는 접속점(15) 및 제1 단자(11) 사이에 위치하는 접속점(16)과, 그라운드 사이에 삽입되어 있다. 인덕터(L6)는 접속점(51) 및 제2 단자(12) 사이에 위치하는 접속점(56)과, 그라운드 사이에 삽입되어 있다.
본 실시형태에서의 필터 장치(2)는 제1 탄성파 공진자(P21)와 제2 탄성파 공진자(P22)를 가지고 있다.
제1 탄성파 공진자(P21)는 병렬암(parallel arm)(22)에 마련된 병렬 공진자(P2)와 병렬로 접속되어 있다. 구체적으로는, 단자 간 경로(CH1) 상의 접속점(52)과 그라운드를 잇는 접속 경로(CH2)에서 병렬암(22)과 병렬로 병렬암(22a)이 마련되며, 이 병렬암(22a)에 제1 탄성파 공진자(P21)가 삽입되어 있다.
제2 탄성파 공진자(P22)는 직렬암(25)에 마련된 직렬 공진자(S2)와 병렬로 접속되어 있다. 구체적으로는 단자 간 경로(CH1) 상의 접속점(52, 53) 사이에서 직렬암(25)과 병렬로 직렬암(25a)이 마련되며, 이 직렬암(25a)에 제2 탄성파 공진자(P22)가 삽입되어 있다.
즉, 제1 탄성파 공진자(P21) 및 제2 탄성파 공진자(P22)는 래더형에 접속되어 있고, 대역 통과 필터가 되는 제2 필터(29)를 형성하고 있다. 제1 탄성파 공진자(P21) 및 제2 탄성파 공진자(P22)를 마련함으로써 얻어지는 효과에 대해서는 후술한다.
[1-2. 탄성파 공진자의 구조]
제1 탄성파 공진자(P21) 및 제2 탄성파 공진자(P22)의 각각은 IDT(InterDigital Transducer)에 의해 형성된다.
도 2는 탄성파 공진자(P21, P22)의 IDT부(520)를 모식적으로 나타내는 도면이고, (a)는 평면도, (b)는 단면도이다. 한편, IDT부(520)는 탄성파 필터의 전형적인 구조를 설명하기 위한 것으로서, 전극을 구성하는 전극지(電極指)의 개수나 길이 등은 이에 한정되지 않는다.
IDT부(520)는 빗형(comb-like) 형상을 가지는 IDT 전극(520a 및 520b)으로 구성되어 있다. 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 압전 기판(526)의 위에는 서로 대향하는 한 세트의 IDT 전극(520a 및 520b)이 형성되어 있다. IDT 전극(520a)은 서로 평행한 복수개의 전극지(522a)와, 복수개의 전극지(522a)를 접속하는 버스바(bus bar) 전극(521a)으로 구성되어 있다. IDT 전극(520b)은 서로 평행한 복수개의 전극지(522b)와, 복수개의 전극지(522b)를 접속하는 버스바 전극(521b)으로 구성되어 있다. 복수개의 전극지(522a, 522b)는 탄성파의 전파 방향과 직교하는 방향을 따라 형성되어 있다. 즉, 전극지(522a, 522b)는 탄성파의 전파 방향으로 나란히 형성되어 있다.
또한, 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이, IDT 전극(520a, 520b)은 밀착층(523)과 주 전극층(524)의 적층 구조로 되어 있다. 예를 들면, 밀착층(523)으로서는 Ti가 이용되며, 주 전극층(524)으로서는 Cu를 1% 함유한 Al이 이용된다. 보호층(525)은, 예를 들면, 이산화규소를 주성분으로 하는 막이고, IDT 전극(520a, 520b)을 덮도록 형성된다. 압전 기판(526)은, 예를 들면, 소정의 커팅각(Cut-Angles)을 가지는 LiTaO3 압전단결정, LiNbO3 압전단결정, 또는 압전세라믹스로 이루어진다.
여기서 복수개의 전극지(522a, 522b)의 반복 피치를 λ로 하고, 전극지(522a)와 전극지(522b)를 탄성파의 전파 방향에서 본 경우의 중복되는 전극지 길이를 교차 폭(L)으로 하며, 전극지(522a, 522b)의 높이를 h로 하고, 전극지(522a, 522b)의 쌍 수를 n으로 한다. 또한, 전극지(522a, 522b)의 라인 폭을 W로 하고, 서로 이웃하는 전극지(522a)와 전극지(522b) 사이의 스페이스 폭을 S로 한 경우의 W/(W+S)를 듀티비(D)로 한다. 이 경우, 탄성파 공진자(P21, P22)의 각각의 공진점(공진 주파수) 및 반공진점(반공진 주파수)은 피치(λ) 및 듀티비(D)에 의해 결정된다.
또한, 탄성파 공진자(P21, P22)의 각각의 용량은 교차 폭(L), 높이(h), 쌍 수(n), 피치(λ) 및 듀티비(D)에 의해 결정된다. 한편, 상기 용량은 탄성파 공진자(P21, P22)가 공진점 이외 및 반공진점 이외의 주파수 대역에서 커패시터로서 기능하는 경우의 용량이다. 탄성파 공진자(P21, P22)가 커패시터로서 기능하는 경우의 효과에 대해서는 후술한다.
[1-3. 효과 등]
이하, 실시형태 1에 따른 필터 장치(2)에 의해 얻어지는 효과를 비교예 1의 필터 장치(102)와 비교하여 설명한다.
도 3은 비교예 1의 필터 장치(102)의 회로 구성도이다. 한편, 제3 필터(30)는 필터 장치(2)와 동일하여 설명을 생략한다.
비교예 1의 필터 장치(102)(및 멀티플렉서(101))는 필터 장치(2)의 제1 탄성파 공진자(P21)가 콘덴서(C1)로 치환되고, 또한 제2 탄성파 공진자(P22)가 콘덴서(C2)로 치환된 회로 구성이 되고 있다. 즉, 필터 장치(102)에서 콘덴서(C1)는 병렬 공진자(P2)와 병렬로 브리지 연결 접속(브리지)되며, 콘덴서(C2)는 직렬 공진자(S2)와 병렬로 브리지 연결 접속되어 있다.
도 4는 실시형태 1 및 비교예 1의 필터 장치(2, 102)의 주파수 특성, 그리고 제2 필터(29)의 주파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 비교예 1의 필터 장치(102)에서는, 예를 들면 1.7㎓ 대역 부근에서의 삽입 손실이 약 36㏈이고, 충분한 감쇠 특성이 얻어지고 있지 않다. 그에 반해, 실시형태 1의 필터 장치(2)에서는 1.7㎓ 대역 부근에 제2 필터(29)의 통과 억제 대역(G)이 존재하고, 삽입 손실이 약 56㏈로 되고 있다.
이하, 제2 필터(29)의 통과 억제 대역(G)에 의해, 제1 필터(20)의 통과 대역 외의 감쇠 특성이 향상되는 메커니즘에 대해 설명한다.
실시형태 1의 필터 장치(2)에서는 제1 탄성파 공진자(P21)의 공진점(fr1) 및 반공진점(fa1)은 모두 제1 필터(20)의 통과 대역보다도 저영역 측에 위치하고 있다. 제1 탄성파 공진자(P21)의 공진점(fr1)은 반공진점(fa1)보다도 주파수가 낮아지고 있다. 또한, 제2 탄성파 공진자(P22)의 공진점(fr2) 및 반공진점(fa2)은 모두 제1 필터(20)의 통과 대역보다도 저영역 측에 위치하고 있다. 제2 탄성파 공진자(P22)의 공진점(fr2)은 반공진점(fa2)보다도 주파수가 낮아지고 있다.
여기서 탄성파 공진자(P21, P22)를 fa1≒fr2이며, 또한 fr1<fa2가 되도록 설정함으로써(예를 들면 fr1=1693.84㎒, fa1=1750.39㎒, fr2=1753.33㎒, fa2=1811.96㎒), 탄성파 공진자(P21, P22)로 형성되는 제2 필터(29)는 도 4의 세선(細線)으로 나타내는 바와 같은 대역 통과 필터가 된다. 이 제2 필터(29)의 감쇠극에 의해 형성되는 대역이 상술한 통과 억제 대역(G)이 된다.
그리고, 제2 필터(29)의 2개의 감쇠극 중, 저영역 측에 위치하는 통과 억제 대역(G)이 소정의 주파수 대역에 중첩됨으로써, 소정의 주파수 대역에서의 삽입 손실이 커지게 된다. 예를 들면, 도 4에 나타내는 바와 같이, 1.7㎓ 대역에 상기 통과 억제 대역(G)이 중첩됨으로써 1.7㎓ 대역 부근에서의 삽입 손실이 커지게 되고, 감쇠 특성을 향상시킨다.
본 실시형태에서는 이와 같이 탄성파 공진자(P21, P22)에 의해 형성되는 제2 필터(29)의 통과 억제 대역(G)이 삽입 손실을 크게 시키고 싶은 주파수 대역에 중첩됨으로써, 소정의 주파수 대역의 감쇠 특성을 향상할 수 있다.
한편, 도 4에서는 제2 필터(29)의 2개의 감쇠극 중, 저영역 측에 위치하는 통과 억제 대역(G)이 소정의 주파수 대역에 중첩되어 있지만 그것에 한정되지 않고, 고영역 측의 감쇠극에 위치하는 통과 억제 대역이 소정의 주파수 대역에 중첩되어도 된다.
또한, 감쇠 특성을 향상시키고 싶은 주파수 대역이 제1 필터(20)보다도 고영역 측에 존재하고 있는 경우는, 예를 들면, 공진점(fr1), 반공진점(fa1), 및 공진점(fr2), 반공진점(fa2)을 모두, 제1 필터(20)의 통과 대역보다도 고영역 측에 위치시켜 고영역 측에 제2 필터(29)를 형성한다. 그리고, 고영역 측에 형성된 제2 필터(29)의 통과 억제 대역(G)이 삽입 손실을 크게 하고 싶은 대역에 중첩됨으로써, 소정의 주파수 대역의 감쇠 특성을 향상할 수 있다.
또한, 이와 같이 제1 필터(20)의 통과 대역보다도 고영역 측에 공진점(fr1, fr2) 및 반공진점(fa1, fa2)을 위치시킨 경우는, 반공진점의 고영역 측에서 여진 효율이 낮아졌다고 해도, 반공진점의 저영역 측에 부여하는 영향을 작게 할 수 있기 때문에 제1 필터(20)의 통과 대역에서의 전력 손실(전력 소비)을 억제할 수 있다.
[1-4. 정리]
본 실시형태에 따른 필터 장치(2)는 제1 단자(11) 및 제2 단자(12)와, 제1 단자(11)와 제2 단자(12)를 잇는 단자 간 경로(CH1) 상에 마련된 직렬 공진자(S1~S4), 및 단자 간 경로(CH1) 상의 소정의 접속점(51~54)과 그라운드를 잇는 접속 경로(CH2) 상에 마련된 병렬 공진자(P1~P4)를 가지는 래더형의 제1 필터(20)와, 접속 경로(CH2) 상에서 병렬 공진자(P2)에 병렬로 마련된 제1 탄성파 공진자(P21)와, 단자 간 경로(CH1) 상에서 직렬 공진자(S2)에 병렬로 마련된 제2 탄성파 공진자(P22)를 포함하고 있다. 제1 탄성파 공진자(P21)의 공진점(fr1) 및 반공진점(fa1)은 모두 제1 필터(20)의 통과 대역보다도 저영역 측 혹은 고영역 측에 위치하고 있다. 또한, 제2 탄성파 공진자(P22)의 공진점(fr2) 및 반공진점(fa2)은 모두 제1 필터(20)의 통과 대역보다도 저영역 측 혹은 고영역 측으로서, 제1 필터(20)의 통과 대역에서 보아 제1 탄성파 공진자(P21)의 공진점(fr1) 및 반공진점(fa1)이 위치하는 측과 동일한 측에 위치하고 있다.
이에 의하면, 탄성파 공진자(P21, P22)에 의해, 제1 필터(20)의 통과 대역의 저영역 측 혹은 고영역 측에 감쇠 대역을 형성할 수 있다. 그 때문에, 상기 감쇠 대역이 제1 필터(20)의 통과 대역 외의 소정의 주파수 대역에 중첩되어 삽입 손실이 커지게 됨으로써, 소정의 주파수 대역의 감쇠 특성을 향상할 수 있다.
한편, 본 실시형태에서는 제1 탄성파 공진자(P21)는 소정의 병렬 공진자(P2)에 병렬로 마련되고, 제2 탄성파 공진자(P22)는 소정의 병렬 공진자(P2)에 접속점(52)을 통해 접속되는 직렬 공진자(S2)에 병렬로 마련되어 있다. 그러나, 본 실시형태는 그것에 한정되지 않고 제1 탄성파 공진자(P21)는 병렬 공진자(P1, P3 또는 P4)와 병렬로 접속되어도 된다. 제2 탄성파 공진자(P22)는 직렬 공진자(S1, S3 또는 S4)와 병렬로 접속되어도 된다. 이 경우여도 상기와 동일하게 제1 필터(20)의 통과 대역 외의 감쇠 특성을 향상할 수 있다.
[1-5. 실시형태 1의 다른 효과 등]
다음으로, 실시형태 1에 따른 필터 장치 2의 다른 효과에 대해 비교예 1, 2, 3을 참조하여 설명한다.
비교예 1의 필터 장치(102)에서는 상술한 도 3과 같이, 콘덴서(C1)가 병렬 공진자(P2)와 병렬로 브리지 연결 접속되며 콘덴서(C2)가 직렬 공진자(S2)와 병렬로 브리지 연결 접속되어 있다.
도 5는 비교예 2의 필터 장치(202)의 회로 구성도이다. 도 6은 비교예 3의 필터 장치(302)의 회로 구성도이다.
비교예 2의 필터 장치(202)(및 멀티플렉서(201))는 도 5에 나타내는 바와 같이, 비교예 1의 필터 장치(102)에서 콘덴서(C2)를 제거한 회로 구성을 하고 있다. 즉, 필터 장치(202)는 콘덴서(C2)를 가지고 있지 않고, 콘덴서(C1)만이 병렬 공진자(P2)와 병렬로 브리지 연결 접속되어 있다.
비교예 3의 필터 장치(302)(및 멀티플렉서(301))는 도 6에 나타내는 바와 같이, 비교예 1의 필터 장치(102)에서 콘덴서(C1) 및 콘덴서(C2)를 제거한 회로 구성을 하고 있다. 즉, 필터 장치(302)는 콘덴서(C1, C2)를 가지고 있지 않다.
여기서 도 7a 및 도 7b를 참조하면서, 필터 장치(2)에서의 콘덴서(C1, C2)의 효과에 대해 설명한다. 도 7a는 비교예 1~3의 필터 장치(102, 202, 302)의 주파수 특성을 나타내는 도면이다. 도 7b는 도 7a의 가로축(주파수)을 확대 표시한 도면이다.
우선, 비교예 2, 3을 참조하면서 콘덴서(C1)의 효과에 대해 설명한다.
비교예 2에서는 비교예 3의 병렬 공진자(P2)에 콘덴서(C1)를 브리지 연결 접속한 구성이 되고 있다. 그 때문에 비교예 3보다도 인덕터(L2)에 접속되는 용량이 늘어나고, 통과 대역보다도 고영역 측에 위치하는 부(副)공진점(고주파에 의해 공진이 일어나는 주파수)이 주파수가 낮아지는 방향으로 이동한다(도 7a의 화살표(A1)). 이로써 제1 필터(20)의 통과 대역 외(고영역 측)의 삽입 손실이 커져 감쇠 특성이 향상된다.
또한, 비교예 2에서는 비교예 3보다도 인덕터(L2)에 접속되는 용량이 늘어나므로, 인덕터(L2)에 접속되어 있는 병렬 공진자(P2)의 공진점이 주파수가 낮아지는 방향으로 이동한다(도 7b의 화살표(A2)). 이로써, 제1 필터(20)의 통과 대역 외(저영역 측)에서의 삽입 손실이 큰 대역이 넓어져 감쇠 특성이 향상된다.
다음으로, 비교예 1, 2를 참조하면서 콘덴서(C2)의 효과에 대해 설명한다.
비교예 1에서는 비교예 2의 직렬 공진자(S2)에 콘덴서(C2)를 브리지 연결 접속한 구성이 되고 있다. 그 때문에 비교예 2보다도 직렬 공진자(S2)에 접속되는 용량이 늘어나고, 직렬 공진자(S2)의 반공진점이 주파수가 낮아지는 방향으로 이동한다. 이로써, 제1 필터(20)의 통과 대역의 고영역 측의 급준성이 높아져(도 7b의 화살표(A3)) 감쇠 특성이 향상된다. 예를 들면, 주파수 1995㎒와 2007㎒ 사이에서 비교예 2의 삽입 손실의 증대량이 6.86㏈인 것에 반해, 비교예 1의 삽입 손실의 증대량은 8.85㏈이 되고 있으며 급준성이 높아지고 있다.
다음으로, 실시형태 1과 비교예 1을 참조하면서 필터 장치(2)의 효과에 대해 설명한다.
도 8a는 실시형태 1 및 비교예 1의 필터 장치(2, 102)의 주파수 특성을 나타내는 도면이다. 도 8b는 도 8a의 가로축(주파수)을 확대 표시한 도면이다.
필터 장치(2)는 상술한 바와 같이 제1 탄성파 공진자(P21) 및 제2 탄성파 공진자(P22)를 가지고 있다. 탄성파 공진자(P21, P22)의 각각은, 공진점 및 반공짐점과 다른 주파수 대역에서 소정 용량을 가지는 커패시터로서 기능한다. 구체적으로는, 본 실시형태에서는 탄성파 공진자(P21)는 자신의 공진점보다도 작고, 반공진점보다도 큰 주파수 대역에서 콘덴서(C1)와 동일한 용량을 가지도록 설계되어 있다. 또한, 탄성파 공진자(P22)는 자신의 공진점보다도 작고, 반공진점보다도 큰 주파수 대역에서 콘덴서(C2)와 동일한 용량을 가지도록 설계되어 있다. 그 때문에, 탄성파 공진자(P21, P22)의 각각은 자신의 공진점 및 반공진점과는 다른 제1 필터(20)의 통과 대역에서 콘덴서(C1, C2)로서 기능한다. 이로써, 필터 장치(2)는 상술한 화살표(A1, A2, A3)의 대역에서 비교예 1과 동일한 특성을 나타낸다.
구체적으로는 필터 장치(2)에서는 도 8a에 나타내는 바와 같이, 통과 대역보다도 고영역 측에 위치하는 부공진점이 주파수가 낮아지는 방향으로 이동하고(도 8a의 화살표(A1)), 제1 필터(20)의 통과 대역 외(고영역 측)의 삽입 손실이 커져 감쇠 특성이 향상된다. 또한, 도 8b에 나타내는 바와 같이, 병렬 공진자(P2)의 공진점이 주파수가 낮아지는 방향으로 이동하고(도 8b의 화살표(A2)), 제1 필터(20)의 통과 대역 외(저영역 측)에서의 삽입 손실이 큰 대역이 넓어져 감쇠 특성이 향상된다. 또한, 도 8b에 나타내는 바와 같이, 직렬 공진자(S2)의 반공진점이 주파수가 낮아지는 방향으로 이동하고, 제1 필터(20)의 통과 대역의 고영역 측의 급준성이 높아진다(도 8b의 화살표(A3)). 예를 들면, 주파수 1995㎒와 2007㎒ 사이에서 삽입 손실의 증대량이 9.00㏈이 되고, 비교예 1과 동일하게 급준성이 높아진다.
즉, 본 실시형태에 따른 필터 장치(2)는 탄성파 공진자(P21, P22)의 공진점 및 반공짐점과 다른 주파수 대역에서 비교예 1에 나타낸 효과와 동일한 효과를 가지면서, 제1 필터(20)의 통과 대역 외에서는 소정의 주파수 대역의 삽입 손실이 커지게 되어 감쇠 특성을 향상할 수 있다.
(실시형태 2)
이하, 실시형태 2의 필터 장치(2)에 대해 설명한다. 필터 장치(2)는 제2 필터(29)가 대역 저지 필터가 되고 있다. 실시형태 2의 필터 장치(2)의 회로 구성은 실시형태 1과 동일한 회로 구성이고, 자세한 설명을 생략한다.
도 9는 실시형태 2 및 비교예 1의 필터 장치(2, 102)의 주파수 특성, 그리고 제2 필터(29)의 주파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 9에 나타내는 바와 같이 비교예 1의 필터 장치(102)에서는, 예를 들면 1.55㎓ 이상 1.65㎓ 이하에서의 삽입 손실이 약 35㏈이고, 충분한 감쇠 특성이 얻어지고 있지 않다. 그에 반해, 실시형태 2의 필터 장치(2)에서는 1.55㎓ 이상 1.65㎓ 이하에 제2 필터(29)의 통과 억제 대역(G)이 존재하고 삽입 손실이 약 60㏈이 되고 있다.
실시형태 2의 필터 장치(2)에서는 제1 탄성파 공진자(P21)의 공진점(fr1) 및 반공진점(fa1)은 모두 제1 필터(20)의 통과 대역보다도 저영역 측에 위치하고 있다. 제1 탄성파 공진자(P21)의 공진점(fr1)은 반공진점(fa1)보다도 주파수가 낮아지고 있다. 또한, 제2 탄성파 공진자(P22)의 공진점(fr2) 및 반공진점(fa2)은 모두 제1 필터(20)의 통과 대역보다도 저영역 측에 위치하고 있다. 제2 탄성파 공진자(P22)의 공진점(fr2)은 반공진점(fa2)보다도 주파수가 낮아지고 있다.
여기서 탄성파 공진자(P21, P22)를 fa2<fr1가 되도록 설정함으로써(예를 들면 fr1=1501.5㎒, fa1=1548.3㎒, fr2=1627.6㎒, fa2=1681.5㎒), 탄성파 공진자(P21, P22)로 형성되는 제2 필터(29)는 도 9의 세선으로 나타내는 바와 같은 대역 저지 필터가 된다. 이 제2 필터(29)의 감쇠 대역에 의해 형성되는 대역이 상술한 통과 억제 대역(G)이 된다.
그리고, 제2 필터(29)의 통과 억제 대역(G)이 소정의 주파수 대역에 중첩됨으로써 소정의 주파수 대역에서의 삽입 손실이 커지게 된다. 예를 들면, 도 9에 나타내는 바와 같이, 1.55㎓~1.65㎓에서 상기 통과 억제 대역(G)이 중첩됨으로써, 1.55㎓~1.65㎓에서의 삽입 손실이 커지게 되어 감쇠 특성을 향상시킨다.
실시형태 2에서는 이와 같이 탄성파 공진자(P21, P22)에 의해 형성되는 제2 필터(29)의 통과 억제 대역(G)이 삽입 손실을 크게 시키고 싶은 주파수 대역에 중첩됨으로써, 소정의 주파수 대역의 감쇠 특성을 향상할 수 있다.
도 10a는 실시형태 2 및 비교예 1의 필터 장치(2, 102)의 주파수 특성을 나타내는 도면이다. 도 10b는 도 10a의 가로축(주파수)을 확대 표시한 도면이다.
이 필터 장치(2)에서도 탄성파 공진자(P21, P22)의 각각이 자신의 공진점 및 반공진점과는 다른 제1 필터(20)의 통과 대역에서 콘덴서(C1, C2)로서 기능하고, 비교예 1과 동일한 특성을 나타내고 있다.
즉, 실시형태 2에 따른 필터 장치(2)는 탄성파 공진자(P21, P22)의 공진점 및 반공진점과 다른 주파수 대역에서 비교예 1에 나타낸 효과와 동일한 효과를 가지면서, 제1 필터(20)의 통과 대역 외에서는 소정의 주파수 대역의 삽입 손실이 커지게 되어 감쇠 특성을 향상할 수 있다.
(그 밖의 형태 등)
이상, 본 발명의 실시형태에 따른 필터 장치(2) 및 멀티플렉서(1)에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에는 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 실시형태에 다음과 같은 변형을 실시한 양태도 본 발명에 포함될 수 있다.
예를 들면, 감쇠 특성을 얻고 싶은 주파수 대역으로서 실시형태 1에서는 1.7㎓ 대역 부근을, 실시형태 2에서는 1.55㎓ 이상 1.65㎓ 이하를 예로 들어 설명했지만 그것에 한정되지 않는다. 감쇠 특성을 얻고 싶은 주파수 대역이 1.5㎓대의 주파수 대역으로 이루어지는 GPS(Global positioning system) 대역에 본 실시형태를 적용해도 된다.
예를 들면, 본 실시형태에서는 제1 탄성파 공진자(P21)를 병렬 공진자(P2)와 병렬로 브리지 연결 접속하고 있는 예를 나타냈지만 그것에 한정되지 않고, 제1 탄성파 공진자(P21)를 병렬 공진자(P2) 및 인덕터(L2)와 병렬로 브리지 연결 접속해도 된다.
예를 들면, 제3 필터(30)를 래더형 필터로 구성한 경우는 제3 필터(30)에 본 실시형태를 적용해도 된다.
예를 들면, 탄성파 공진자는 탄성 표면파 공진자에 한정되지 않고 탄성 경계파 공진자여도 된다.
예를 들면, 본 실시형태에서는 멀티플렉서로서 듀플렉서를 예로 들어 설명했지만, 멀티플렉서는 송신 필터를 복수개 묶은 멀티플렉서여도 되고, 수신 필터를 복수개 묶은 멀티플렉서여도 된다.
본 발명은 멀티 밴드화 및 멀티 모드화된 주파수 규격에 적용할 수 있는 필터 장치 및 멀티플렉서로서 휴대 전화 등의 통신 기기에 널리 이용될 수 있다.
1: 멀티플렉서 2: 필터 장치
11: 제1 단자 12: 제2 단자
13a, 13b: 제3 단자 15, 16, 51, 52, 53, 54, 56: 접속점
20: 제1 필터 21, 22, 22a, 23, 24, 26: 병렬암
25, 25a: 직렬암 29: 제2 필터
30: 제3 필터 520: IDT부
520a, 520b: IDT 전극 521a, 521b: 버스바 전극
522a, 522b: 전극지 523: 밀착층
524: 주 전극층 525: 보호층
526: 압전 기판 CH1, CH3: 단자 간 경로
CH2: 접속 경로 G: 통과 억제 대역
L1, L2, L3, L4, L5, L6: 인덕터 P1, P2, P3, P4: 병렬 공진자
P21: 제1 탄성파 공진자 P22: 제2 탄성파 공진자
S1, S2, S3, S4: 직렬 공진자

Claims (9)

  1. 제1 단자 및 제2 단자와,
    상기 제1 단자와 상기 제2 단자를 잇는 단자 간 경로 상에 마련된 직렬 공진자, 및 상기 단자 간 경로 상의 소정의 접속점과 그라운드를 잇는 접속 경로 상에 마련된 병렬 공진자를 가지는 래더형의 제1 필터와,
    상기 접속 경로 상에서 상기 병렬 공진자에 병렬로 마련된 제1 탄성파 공진자와,
    상기 단자 간 경로 상에서 상기 직렬 공진자에 병렬로 마련된 제2 탄성파 공진자를 포함하고,
    상기 제1 탄성파 공진자의 공진점 및 반공진점은 모두 상기 제1 필터의 통과 대역보다도 저영역 측 혹은 고영역 측에 위치하며,
    상기 제2 탄성파 공진자의 공진점 및 반공진점은 모두 상기 제1 필터의 통과 대역보다도 저영역 측 혹은 고영역 측으로서, 상기 제1 필터의 통과 대역에서 보아 상기 제1 탄성파 공진자의 공진점 및 반공진점이 위치하는 측과 동일한 측에 위치하는 필터 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접속 경로 상에 마련된 상기 제1 탄성파 공진자 및 상기 단자 간 경로 상에 마련된 상기 제2 탄성파 공진자에 의해 래더형의 제2 필터가 형성되며,
    상기 제2 필터의 감쇠극 또는 감쇠 대역에 의해 형성되는 통과 억제 대역이 상기 제1 필터의 통과 대역보다도 저영역 측 혹은 고영역 측에 위치하는 필터 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 필터는 대역 통과 필터이고,
    상기 통과 억제 대역은 상기 제2 필터의 상기 감쇠극에 의해 형성되는 필터 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 필터는 대역 저지 필터이고,
    상기 통과 억제 대역은 상기 제2 필터의 상기 감쇠 대역에 의해 형성되는 필터 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 탄성파 공진자 및 상기 제2 탄성파 공진자의 각각의 공진점 및 반공진점은 상기 제1 필터의 통과 대역보다도 고영역 측에 위치하는 필터 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 탄성파 공진자 및 상기 제2 탄성파 공진자의 각각은 공진점 및 반공진점과 다른 주파수 대역에서 소정 용량을 가지는 커패시터로서 기능하는 필터 장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 필터는 복수개의 상기 직렬 공진자와, 복수개의 상기 병렬 공진자를 가지며,
    상기 제1 탄성파 공진자는 소정의 상기 병렬 공진자에 병렬로 마련되고,
    상기 제2 탄성파 공진자는 상기 소정의 병렬 공진자에 상기 접속점을 통해 접속되는 상기 직렬 공진자에 병렬로 마련되는 필터 장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접속 경로 상에서의 상기 병렬 공진자와 상기 그라운드 사이에 인덕터를 가지고 있는 필터 장치.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 필터 장치와,
    제3 단자와,
    상기 제1 단자와 상기 제3 단자를 잇는 경로 상에 마련된 제3 필터를 포함하는 멀티플렉서.

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