KR102377662B1 - 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

멀티플렉서(1)의 제1 필터(11)는 복수개의 직렬 공진자(111s~114s) 및 복수개의 병렬 공진자(111p~113p)로 구성되는 래더 필터 구조를 가진다. 각 공진자(111s~114s, 111p~113p)는 한 쌍의 빗살 형상 전극으로 구성되는 IDT 전극을 가지는 탄성파 공진자이다. 직렬 공진자(111s~114s) 중 공통단자에 가장 가까운 직렬 공진자(111s) 및 공통단자에 가장 가까운 병렬 공진자(111p) 중 적어도 한쪽의 반사기가 가지는 반사 전극지 수는 나머지 공진자(112s~114s, 112p, 113p)의 반사기가 가지는 반사 전극지 수보다 적다.

Description

멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치
본 발명은 탄성파 공진자를 포함하는 필터를 포함하는 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 관한 것이다.
최근, 휴대전화단말 등의 통신 장치에 대해, 하나의 단말로 복수개의 주파수 대역 및 복수개의 무선방식, 이른바 멀티밴드화 및 멀티모드화에 대응하기 위해, 고주파 신호를 주파수 대역마다 분리(분파)하는 멀티플렉서가 널리 사용되고 있다. 이와 같은 멀티플렉서에 사용되는 필터는 예를 들면, 탄성파 공진자를 이용하여 구성된다.
탄성파 공진자의 일례로서, 지지 기판 상에 고음속막, 저음속막, 압전막, 및 IDT 전극을 이 순서로 적층하여 이루어지는 탄성파 장치가 제안되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 상기 탄성파 장치는 적층형 기판의 두께방향으로 탄성파 에너지를 가두는 효율이 높고, 고주파화에 대응할 수 있으면서, 높은 Q값이 얻어지기 때문에, 소형이면서 통과 손실이 작은 필터를 구성하기에 적합하다.
국제공개공보 WO2012/086639
탄성파 공진자를 사용한 필터에서는 자신의 통과 대역 밖에서, 스톱 밴드(탄성파가 그레이팅에 갇힘으로써, 탄성파의 파장이 일정한 영역) 리스폰스가 발생하는 것이 알려져 있다. 특히, 특허문헌 1에 기재된 적층 구조의 탄성파 공진자와 같이, 탄성파 에너지 가둠 효율이 높은 탄성파 공진자를 사용한 필터에서는 비교적 큰 스톱 밴드 리스폰스가 발생하기 쉬워진다.
이와 같은 스톱 밴드 리스폰스는 상기 필터 자신의 통과 대역 내의 특성에 있어서는 문제가 되지 않지만, 복수개의 필터를 경유하는 경로가 서로 접속되는 멀티필터에서는 다른 필터의 특성에 영향을 주고, 열화시키는 요인이 될 수 있다. 구체적으로는, 스톱 밴드 리스폰스가 발생한 주파수가 다른 필터의 통과 대역 내에 위치한 경우, 다른 필터의 통과 대역에서의 리플(패스 밴드 리플)의 증대를 초래하는 요인이 된다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 필터의 스톱 밴드 상단에서의 리스폰스를 억제할 수 있는 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 한 양태에 따른 멀티플렉서는 공통단자, 제1 단자, 및 제2 단자와, 상기 공통단자와 상기 제1 단자를 잇는 제1 경로 상에 배치되고, 복수개의 탄성파 공진자를 가지는 제1 필터와, 상기 공통단자와 상기 제2 단자를 잇는 제2 경로 상에 배치되고, 통과 대역의 주파수가 상기 제1 필터보다 높은 제2 필터를 포함하며, 상기 복수개의 탄성파 공진자는 상기 제1 경로 상에 배치된 2개 이상의 직렬 공진자와, 상기 제1 경로 상의 노드와 그라운드를 잇는 경로 상에 배치된 1개 이상의 병렬 공진자를 포함하고, 상기 2개 이상의 직렬 공진자 중 상기 공통단자에 가장 가까운 제1 직렬 공진자는 상기 병렬 공진자를 개재하지 않고 상기 공통단자에 접속되며, 상기 복수개의 탄성파 공진자는 압전성을 가지는 기판과, 상기 기판 상에 형성된 한 쌍의 빗살 형상 전극으로 이루어지는 IDT 전극, 및 1개 이상의 반사 전극지(電極指)를 가지는 반사기를 가지며, 상기 제1 직렬 공진자, 및 상기 1개 이상의 병렬 공진자 중 상기 공통단자에 가장 가까운 제1 병렬 공진자 중 적어도 한쪽의 반사 전극지 수는 나머지 상기 복수개의 탄성파 공진자의 반사 전극지 수보다 적다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 한 양태에 따른 멀티플렉서는 공통단자, 제1 단자, 및 제2 단자와, 상기 공통단자와 상기 제1 단자를 잇는 제1 경로 상에 배치되고, 복수개의 탄성파 공진자를 가지는 제1 필터와, 상기 공통단자와 상기 제2 단자를 잇는 제2 경로 상에 배치되고, 통과 대역의 주파수가 상기 제1 필터보다 높은 제2 필터를 포함하며, 상기 복수개의 탄성파 공진자는 상기 제1 경로 상에 배치된 1개 이상의 직렬 공진자와, 상기 제1 경로와 그라운드를 잇는 경로 상에 배치된 2개 이상의 병렬 공진자를 포함하고, 상기 2개 이상의 병렬 공진자는, 상기 1개 이상의 직렬 공진자 중 상기 공통단자에 가장 가까운 제1 직렬 공진자에서 보아 상기 공통단자 측에 위치하는 제1 병렬 공진자와, 상기 제1 단자 측에 위치하는 병렬 공진자를 포함하고, 상기 복수개의 탄성파 공진자는 압전성을 가지는 기판과, 상기 기판 상에 형성된 한 쌍의 빗살 형상 전극으로 이루어지는 IDT 전극, 및 1개 이상의 반사 전극지를 가지는 반사기를 가지며, 상기 제1 병렬 공진자 및 상기 제1 직렬 공진자 중 적어도 한쪽의 반사 전극지 수는 나머지 상기 복수개의 탄성파 공진자의 반사 전극지 수보다 적다.
이와 같이, 제1 직렬 공진자 및 제1 병렬 공진자 중 적어도 한쪽의 반사 전극지 수를 나머지 복수개의 탄성파 공진자의 반사 전극지 수보다 적게 함으로써, 제2 필터에 큰 영향을 주는 제1 직렬 공진자 및 제1 병렬 공진자 중 상기 한쪽의 스톱 밴드 리스폰스를 억제할 수 있다. 이로써, 제1 필터의 스톱 밴드에 발생하는 리스폰스를 효과적으로 억제할 수 있고, 제2 필터의 통과 대역에서의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
본 발명에 따른 멀티플렉서 등에 따르면, 필터의 스톱 밴드에 발생하는 리스폰스를 억제할 수 있다.
도 1은 실시형태 및 비교예 양쪽에 공통되는 멀티플렉서의 기본 구성도이다.
도 2는 비교예에 따른 멀티플렉서의 제1 필터를 나타내는 회로 구성도이다.
도 3은 비교예에 따른 제1 필터의 스톱 밴드에 발생하는 리스폰스를 나타내는 모식도이다.
도 4는 비교예에서의 제1 필터의 리턴 로스(return loss)를 설명하는 도면이다.
도 5는 실시형태 1에 따른 멀티플렉서의 제1 필터를 나타내는 회로 구성도이다.
도 6은 실시형태 1에 따른 제1 필터의 탄성파 공진자를 모식적으로 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도 7은 탄성파 공진자의 반사 전극지 수와 임피던스의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8a는 탄성파 공진자의 반사 전극지 수와 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8b는 탄성파 공진자의 반사 전극지 수와 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9a는 탄성파 공진자의 반사 전극지 수와 리턴 로스의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9b는 탄성파 공진자의 반사 전극지 수와 리턴 로스의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은 실시형태 1의 변형예 1에 따른 제1 필터의 회로 구성도이다.
도 11은 실시형태 1의 변형예 2에 따른 제1 필터의 회로 구성도이다.
도 12는 실시형태 2에 따른 멀티플렉서의 제1 필터의 회로 구성도이다.
도 13은 실시형태 2의 변형예 1에 따른 제1 필터의 회로 구성도이다.
도 14는 실시형태 3에 따른 고주파 프론트 엔드 회로의 구성도이다.
(본 발명에 이른 경위)
우선, 도 1~도 4를 참조하면서 본 발명에 이른 경위에 대해 설명한다. 도 1은 본 실시형태 및 비교예 양쪽에 공통되는 멀티플렉서(1)의 기본 구성도이다. 한편, 동(同) 도면에는 공통단자(Port1)에 접속되는 안테나 소자(2)도 도시되어 있다.
멀티플렉서(1)는 공통단자(Port1)와 제1 단자(Port11)와 제2 단자(Port21)와 제1 필터(11)와 제2 필터(21)를 포함한다. 제1 필터(11)는 공통단자(Port1)와 제1 단자(Port11)를 잇는 제1 경로(r1) 상에 배치된다. 제2 필터(21)는 공통단자(Port1)와 제2 단자(Port21)를 잇는 제2 경로(r2) 상에 배치된다. 제2 필터(21)는 제1 필터(11)보다 주파수 통과 대역이 높게 설정된다.
도 2는 비교예에 따른 멀티플렉서(1)의 제1 필터(11)를 나타내는 회로 구성도이다.
비교예에 따른 제1 필터(11)는 복수개의 탄성파 공진자를 포함하는 래더형 필터이다. 제1 필터(11)는 제1 경로(r1) 상에 배치된 탄성파 공진자인 직렬 공진자(S1, S2, S3, S4, S5)와, 제1 경로(r1)와 그라운드를 잇는 경로 상에 배치된 탄성파 공진자인 병렬 공진자(P1, P2, P3, P4)를 포함한다. 직렬 공진자(S1~S5)는 공통단자(Port1)로부터 제1 단자(Port11)를 향해 이 순서로 배치된다. 병렬 공진자(P1)는 직렬 공진자(S1 및 S2) 사이에 접속되고, 병렬 공진자(P2)는 직렬 공진자(S2 및 S3) 사이에 접속되며, 병렬 공진자(P3)는 직렬 공진자(S3 및 S4) 사이에 접속되고, 병렬 공진자(P4)는 직렬 공진자(S4 및 S5) 사이에 접속된다. 이하, 직렬 공진자(S1~S5) 및 병렬 공진자(P1~P4) 모두 또는 일부를 가리켜서 "공진자"라고 부르는 경우가 있다.
도 3을 참조하면서, 비교예에 따른 멀티플렉서(1)에 일어날 수 있는 문제점에 대해 설명한다. 도 3은 비교예에 따른 제1 필터(11)의 스톱 밴드에 발생하는 리스폰스를 나타내는 모식도이다. 도 3에서의 그래프의 굵은 선은 공진 주파수(f1) 및 반공진 주파수(f2)를 가지는 직렬 공진자(S1)의 임피던스 특성을 나타내고, 그래프의 가는 선은 제1 필터(11) 및 제2 필터(21)의 삽입 손실을 나타낸다.
스톱 밴드 리스폰스는 공진자의 반사기에 기인하여 발생하는 스퓨리어스(spurious)이며, 예를 들면, 공진자의 반공진점보다 주파수가 높은 측에서 잔물결 형상의 임피던스의 흐트러짐으로 나타난다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 필터(11)의 어느 하나의 공진자에 의한 스톱 밴드 리스폰스가 제2 필터(21)의 통과 대역 내의 주파수(f3)에 발생하면, 제1 필터(11)로 반사되어야 할 주파수(f3)의 신호의 일부가 반사되지 않고 손실이 되고, 제2 필터(21)의 통과 대역에서 삽입 손실에 리플이 발생한다. 제2 필터(21)의 리플을 저감시키기 위해서는 제1 필터(11)의 공진자에 의해 발생하는 스톱 밴드 리스폰스를 억제할 필요가 있다.
전술한 바와 같이, 탄성파 공진자를 사용한 필터에서는 자신의 통과 대역 밖에서 스톱 밴드 리스폰스가 발생한다. 특히, 탄성파 에너지 가둠 효율이 높은 탄성파 공진자를 사용한 경우, 소형이면서 통과 손실이 작은 필터를 구성할 수 있는 반면, 비교적 큰 스톱 밴드 리스폰스가 발생하기 쉬워진다. 따라서, 스톱 밴드 리스폰스를 억제하기 위한 기술이 필요하다.
여기서, 제1 필터(11)에 포함되는 복수개의 공진자 중 어떤 공진자의 스톱 밴드 리스폰스가 제2 필터(21)에 의해 크게 영향을 주는지, 즉, 어떤 공진자의 스톱 밴드 리스폰스를 억제하면 제2 필터(21)의 삽입 손실의 저감에 효과적인지를 설명한다.
도 4는 비교예에서의 제1 필터(11)의 리턴 로스를 설명하는 도면이다. 도 4는 제1 필터(11)에 공통단자(Port1) 측으로부터 소정의 주파수 신호를 입력한 경우의 리턴 로스와 비교하여, 제1 필터(11)의 복수개의 공진자 중 하나에 저항을 삽입하여 소정의 주파수 신호를 입력한 경우의 리턴 로스의 증분(增分)을 나타내는 도면이다. 한편, 제1 필터(11)에 입력하는 소정의 주파수 신호는 제1 필터(11)의 스톱 밴드이면서 제2 필터(21)의 통과 대역의 주파수를 포함하는 신호이다.
공진자에 삽입한 저항은 상기 공진자에 스톱 밴드 리스폰스가 발생한 상태를 모의적으로 나타낸다. 제1 필터(11)의 리턴 로스는 어떤 공진자에 저항을 삽입했는지, 즉 어떤 공진자에서 스톱 밴드 리스폰스가 발생했는지에 따라 다른 정도로 증가한다.
여기서, 리턴 로스란, 공통단자(Port1)에서 본 제1 필터(11)의 반사 손실이며, 리턴 로스가 클수록, 제1 필터(11)로부터의 신호의 반사는 작아진다. 즉, 제2 필터(21)의 통과 대역의 주파수 신호가 제1 필터(11)에 흡수되어 버림으로써, 제2 필터(21)에서의 삽입 손실이 증대된다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 공통단자(Port1)에 가장 가까운 직렬 공진자(S1)에 저항을 삽입한 경우의 리턴 로스의 증분은 최대 0.7㏈이고, 2번째로 가까운 병렬 공진자(P1)에 저항을 삽입한 경우의 리턴 로스의 증분은 최대 0.38㏈이다. 한편, 3번째로 가까운 직렬 공진자(S2)에 저항을 삽입한 경우의 리턴 로스의 증분은 최대 0.05㏈이고, 또한 4번째 이후의 각 공진자(P2~P4, S3~S5)에 저항을 삽입한 경우의 리턴 로스의 증분은 약 0㏈이며, 리턴 로스는 거의 증가하지 않는다고 간주할 수 있다.
이와 같이, 제1 필터(11)에서의 리턴 로스의 증가는 공통단자(Port1)의 근처에 위치하는 공진자, 보다 구체적으로는 공통단자(Port1) 측 초단(初段)의 직렬 공진자 및 병렬 공진자에서 스톱 밴드 리스폰스가 발생된 경우일수록 크다. 따라서, 제2 필터(21)의 삽입 손실을 저감하기 위해서는 공통단자(Port1) 측 초단의 직렬 공진자 및 병렬 공진자에 대하여 스톱 밴드 리스폰스를 억제하는 대책을 시행하는 것이 효과적이다.
본 실시형태의 멀티플렉서(1)에서는 공통단자(Port1)의 근처에 위치하는 공진자가 스톱 밴드 리스폰스를 억제하는 구조를 가진다. 이로써, 제2 필터(21)의 통과 대역에서의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해, 실시예 및 도면을 이용하여 상세하게 설명한다. 한편, 이하에서 설명하는 실시형태는 모두 포괄적 또는 구체적인 예를 나타내는 것이다. 이하의 실시형태에서 나타내지는 수치, 형상, 재료, 구성 요소, 구성 요소의 배치 및 접속 형태 등은 일례이며, 본 발명을 한정하는 주지가 아니다. 또한, 각 도면에서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙였고, 중복되는 설명은 생략 또는 간략화하는 경우가 있다. 또한, 이하의 실시형태에서, "접속된다"란, 직접 접속되는 경우뿐만 아니라, 다른 소자 등을 통해 전기적으로 접속되는 경우도 포함된다.
(실시형태 1)
도 1 및 도 5~도 9를 참조하면서 실시형태 1에 따른 멀티플렉서(1)에 대해 설명한다. 한편, 실시형태 1과 전술한 비교예에서 중복되는 구성 요소도 있는데, 중복되는 구성 요소를 포함시켜 실시형태 1로 하여 다시 설명한다.
[1-1. 멀티플렉서의 구성]
실시형태 1의 멀티플렉서(1)는 통과 대역이 서로 다른 복수개의 필터를 포함하고, 이들 복수개의 필터의 안테나 측의 단자가 공통단자(Port1)에서 묶인 멀티플렉서(분파기)이다. 구체적으로는 도 1에 나타내는 바와 같이, 멀티플렉서(1)는 공통단자(Port1)와 제1 단자(Port11)와 제2 단자(Port21)와 제1 필터(11)와 제2 필터(21)를 포함한다.
공통단자(Port1)는 제1 필터(11) 및 제2 필터(21)에 공통적으로 마련되고, 멀티플렉서(1)의 내부에서 제1 필터(11) 및 제2 필터(21)에 접속된다. 또한, 공통단자(Port1)는 멀티플렉서(1)의 외부에서 안테나 소자(2)에 접속된다. 즉, 공통단자(Port1)는 멀티플렉서(1)의 안테나 단자이기도 하다.
제1 단자(Port11)는 멀티플렉서(1)의 내부에서 제1 필터(11)에 접속된다. 제2 단자(Port21)는 멀티플렉서(1)의 내부에서 제2 필터(21)에 접속된다. 또한, 제1 단자(Port11) 및 제2 단자(Port21)는 멀티플렉서(1)의 외부에서, 증폭 회로 등(도시하지 않음)을 통해 RF 신호 처리 회로(RFIC: Radio Frequency Integrated Circuit, 도시하지 않음)에 접속된다.
제1 필터(11)는 공통단자(Port1)와 제1 단자(Port11)를 잇는 제1 경로(r1) 상에 배치된다. 제1 필터(11)는 예를 들면, Band L(로우 밴드)에서의 하향 주파수대(수신 대역)를 통과 대역으로 하는 수신 필터이다.
제2 필터(21)는 공통단자(Port1)와 제2 단자(Port21)를 잇는 제2 경로(r2) 상에 배치된다. 제2 필터(21)는 예를 들면, Band H(하이 밴드)에서의 하향 주파수대(수신 대역)를 통과 대역으로 하는 수신 필터이다.
제1 필터(11) 및 제2 필터(21)의 특성으로는 대응하는 Band의 수신 대역(또는 수신 대역)을 통과시키고, 다른 대역을 감쇠시키는 바와 같은 특성이 요구된다. 본 실시형태에서는 제2 필터(21)는 제1 필터(11)보다 통과 대역 주파수가 높게 설정된다.
제1 경로(r1)와 제2 경로(r2)는 노드(N)에서 접속된다. 즉, 노드(N)는 제1 경로(r1) 및 제2 경로(r2)를 묶는 점이다. 한편, 멀티플렉서(1)에서, 제1 필터(11)와 노드(N)를 잇는 제1 경로(r1) 상, 및 제2 필터(21)와 노드(N)를 잇는 제2 경로(r2) 상, 혹은 노드(N)와 공통단자(Port1)를 잇는 경로 상 등에 임피던스 정합용 인덕터 등의 임피던스 소자가 접속되어도 상관없다.
[1-2. 필터의 구성]
다음으로, 제1 필터(11) 및 제2 필터(21)의 구성에 대해, Band L을 통과 대역으로 하는 제1 필터(11)를 예로 들어 설명한다.
도 5는 제1 필터(11)를 나타내는 회로 구성도이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 제1 필터(11)는 탄성파 공진자인 직렬 공진자(111s, 112s, 113s, 114s) 및 병렬 공진자(111p, 112p, 113p)를 포함한다. 이하, 직렬 공진자(111s~114s) 및 병렬 공진자(111p~113p)의 전부 또는 일부를 가리켜서 "공진자(110)"라고 부르는 경우가 있다.
직렬 공진자(111s~114s)는 공통단자(Port1)와 제1 단자(Port11)를 잇는 제1 경로(직렬암(serial arm))(r1) 상에, 공통단자(Port1) 측으로부터 이 순서로 직렬로 접속된다. 또한, 병렬 공진자(111p~113p)는 제1 경로(r1) 상에서 서로 이웃하는 직렬 공진자(111s~114s) 사이의 각 노드(n1, n2, n3)와 기준단자(그라운드)를 잇는 경로(병렬암(parallel arm)) 상에 서로 병렬로 접속된다. 구체적으로는, 공통단자(Port1)에 가장 가까운 직렬 공진자(111s)는 병렬 공진자(111p~113p)를 사이에 개재하지 않고 공통단자(Port1)에 접속된다. 각 병렬 공진자(111p~113p)의 일단(一端)은 노드(n1, n2, n3) 중 어느 하나에 접속되고, 타단(他端)은 기준단자에 접속된다.
이와 같이, 제1 필터(11)는 제1 경로(r1) 상에 배치된 2개 이상의 직렬 공진자(본 실시형태에서는 4개의 직렬 공진자), 및 제1 경로(r1)와 기준단자(그라운드)를 잇는 경로 상에 배치된 1개 이상의 병렬 공진자(본 실시형태에서는 3개의 병렬 공진자)로 구성되는 T형 래더 필터 구조를 가진다.
한편, 제1 필터(11)의 직렬 공진자 및 병렬 공진자의 수는 각각 4개 및 3개에 한정되지 않고, 직렬 공진자가 2개 이상이면서 병렬 공진자가 1개 이상 있으면 된다. 또한, 병렬 공진자는 인덕터를 개재하여 기준단자에 접속되어도 된다. 또한, 직렬암 상 혹은 병렬암 상에 인덕터 및 커패시터 등의 임피던스 소자가 삽입 또는 접속되어도 된다. 또한, 도 5에서는 병렬 공진자가 접속되는 기준단자가 개별화되어 있는데, 기준단자를 개별화할지 공통화할지는 예를 들면, 제1 필터(11)의 실장 레이아웃의 제약 등에 따라 적절히 선택될 수 있다.
[1-3. 탄성파 공진자의 구조]
다음으로, 제1 필터(11)를 구성하는 공진자(110)의 기본 구조에 대해 설명한다. 본 실시형태에서의 공진자(110)는 탄성표면파(SAW: Surface Acoustic Wave) 공진자이다.
한편, 다른 한쪽의 필터인 제2 필터(21)는 상기의 구성에 한정되지 않고, 요구되는 필터 특성 등에 따라 적절히 설계될 수 있다. 구체적으로는, 제2 필터(21)는 래더형 필터 구조를 가지지 않아도 되고, 예를 들면 종결합형 필터 구조여도 상관없다. 또한, 제2 필터(21)를 구성하는 각 공진자는 SAW 공진자에 한정되지 않고, 예를 들면, BAW(Bulk Acoustic Wave) 공진자여도 상관없다. 나아가서는 제2 필터(21)는 공진자를 사용하지 않고 구성되어도 되고, 예를 들면, LC 공진 필터 혹은 유전체 필터여도 상관없다.
도 6은 제1 필터(11)의 공진자(110)를 모식적으로 나타내는 평면도 및 단면도이다. 한편, 도 6에 나타내진 공진자(110)는 상기 공진자(110)의 전형적인 구조를 설명하기 위한 것으로서, 전극을 구성하는 전극지의 개수나 길이 등은 이에 한정되지 않는다.
도 6의 평면도에 나타내는 바와 같이, 공진자(110)는 서로 대향하는 한 쌍의 빗살 형상 전극(32a 및 32b)과, 한 쌍의 빗살 형상 전극(32a 및 32b)에 대하여 탄성파 전파 방향(X)으로 배치된 반사기(32c)를 가진다. 한 쌍의 빗살 형상 전극(32a 및 32b)은 IDT 전극(32)을 구성한다.
빗살 형상 전극(32a)은 빗살 형상으로 배치되고, 서로 평행한 복수개의 전극지(322a)와, 복수개의 전극지(322a) 각각의 일단끼리를 접속하는 버스바(busbar) 전극(321a)으로 구성된다. 또한, 빗살 형상 전극(32b)은 빗살 형상으로 배치되고, 서로 평행한 복수개의 전극지(322b)와, 복수개의 전극지(322b) 각각의 일단끼리를 접속하는 버스바 전극(321b)으로 구성된다. 복수개의 전극지(322a 및 322b)는 탄성파 전파 방향(X)의 직교방향으로 연장되도록 형성된다.
한 쌍의 반사기(32c)는 한 쌍의 빗살 형상 전극(32a 및 32b)에 대하여 탄성파 전파 방향(X)으로 배치된다. 구체적으로는, 한 쌍의 반사기(32c)는 탄성파 전파 방향(X)에서 한 쌍의 빗살 형상 전극(32a 및 32b)을 사이게 끼도록 배치된다. 각 반사기(32c)는 서로 평행한 M개의 반사 전극지(322c), 상기 복수개의 반사 전극지를 접속하는 반사기 버스바 전극(321c)으로 구성된다. 한 쌍의 반사기(32c)는 반사기 버스바 전극(321c)이 탄성파 전파 방향(X)을 따라 형성된다.
[1-4. 탄성파 공진자의 절단면 구조]
여기서, 다시 도 6을 참조하면서, 공진자(110)의 절단면 구조에 대해 설명한다.
도 6의 단면도에 나타내는 바와 같이, 복수개의 전극지(322a 및 322b), 및 버스바 전극(321a 및 321b)으로 구성되는 IDT 전극(32)은 밀착층(324)과 메인 전극층(325)의 적층 구조로 되어 있다. 또한, 반사기(32c)의 절단면 구조는 IDT 전극(32)의 절단면 구조와 마찬가지이기 때문에 이하에서는 그 설명을 생략한다.
밀착층(324)은 압전체층(327)과 메인 전극층(325)의 밀착성을 향상시키기 위한 층이며, 재료로서 예를 들면, Ti가 사용된다. 밀착층(324)의 막 두께는 예를 들면, 12㎚이다.
메인 전극층(325)은 재료로서 예를 들면, Cu를 1% 함유한 Al이 사용된다. 메인 전극층(325)의 막 두께는 예를 들면 162㎚이다.
보호층(326)은 IDT 전극(32)을 덮도록 형성된다. 보호층(326)은 메인 전극층(325)을 외부환경으로부터 보호하고, 주파수 온도 특성을 조정하며, 내습성을 높이는 등을 목적으로 하는 층이고, 예를 들면, 이산화규소를 주성분으로 하는 막이다. 보호층(326)의 막 두께는 예를 들면 25㎚이다.
이와 같은 IDT 전극(32) 및 반사기(32c)는 다음에 설명하는 기판(320)의 주면(主面) 상에 배치된다. 이하, 본 실시형태에서의 기판(320)의 적층 구조에 대해 설명한다.
도 6의 하단에 나타내는 바와 같이, 기판(320)은 고음속 지지 기판(329)과 저음속막(328)과 압전체층(327)을 포함하고, 고음속 지지 기판(329), 저음속막(328) 및 압전체층(327)이 이 순서로 적층된 구조를 가진다.
압전체층(327)은 IDT 전극(32) 및 반사기(32c)가 주면 상에 배치된 압전막이다. 압전체층(327)은 예를 들면, 50° Y커트 X전파 LiTaO3 압전 단결정 또는 압전 세라믹스(X축을 중심축으로 하여 Y축으로부터 50° 회전한 축을 법선으로 하는 면으로 절단한 탄탈산리튬 단결정 또는 세라믹스이며, X축 방향으로 탄성표면파가 전파하는 단결정 또는 세라믹스)로 이루어진다. 압전체층(327)의 두께는 IDT 전극(32)의 전극 피치로 정해지는 탄성파의 파장을 λ로 한 경우, 3.5λ 이하이며, 예를 들면, 600㎚이다.
고음속 지지 기판(329)은 저음속막(328), 압전체층(327) 및 IDT 전극(32)을 지지하는 기판이다. 고음속 지지 기판(329)은 더욱이 압전체층(327)을 전파하는 표면파나 경계파의 탄성파보다 고음속 지지 기판(329) 중의 벌크파의 음속이 고속인 기판이며, 탄성표면파를 압전체층(327) 및 저음속막(328)이 적층된 부분에 가두고, 고음속 지지 기판(329)보다 하방으로 누설되지 않도록 기능한다. 고음속 지지 기판(329)은 예를 들면, 실리콘 기판이며, 두께는 예를 들면 125㎛이다.
저음속막(328)은 압전체층(327)을 전파하는 벌크파의 음속보다 저음속막(328) 중의 벌크파의 음속이 저속인 막이며, 압전체층(327)과 고음속 지지 기판(329) 사이에 배치된다. 이 구조와, 탄성파가 본질적으로 저음속인 매질에 에너지가 집중된다는 성질에 의해, 탄성표면파 에너지의 IDT 전극(32) 밖으로의 누설이 억제된다. 저음속막(328)은 예를 들면, 이산화규소를 주성분으로 하는 막이다. 저음속막(328)의 두께는 IDT 전극(32)의 전극 피치로 정해지는 탄성파의 파장을 λ로 한 경우, 2λ 이하이며, 예를 들면 670㎚이다.
본 실시형태에서의 기판(320)의 상기 적층 구조에 따르면, 예를 들면 압전기판을 단층으로 사용하는 종래의 구조와 비교하여, 공진 주파수 및 반공진 주파수에서의 Q값을 대폭으로 높이는 것이 가능해진다. 한편, 상기 적층 구조에 따르면, 기판(320)의 두께방향에서의 탄성파 에너지의 가둠 효율이 높아지므로, 공진자(110)에 의해 발생한 스톱 밴드 리스폰스가 감쇠되기 어려워 남아버린다. 그 때문에 상기 적층 구조를 가지는 본 실시형태의 공진자(110)에서는 한층 더 스톱 밴드 리스폰스를 억제하기 위한 방책이 필요하다.
따라서, 본 실시형태에서는 공통단자(Port1)에 가장 가까운 직렬 공진자(111s) 및 공통단자(Port1)에 가장 가까운 병렬 공진자(111p) 중 적어도 한쪽의 반사기를, 나머지 공진자인 공진자(112s~114s, 112p, 113p)의 반사기와 비교하여, 보다 적은 개수의 반사 전극지(322c)로 구성한다.
[1-5. 효과 등]
도 7은 각 반사기(32c)를 구성하는 반사 전극지(322c)의 개수의 차이에 의한 공진자(110)의 임피던스를 비교하는 도면이다. 구체적으로는, 도 7은 각 반사기(32c)를 구성하는 반사 전극지 수를 각각 0, 41로 한 경우에서의 주파수와 임피던스의 관계를 나타내는 도면이다. 여기서, 반사 전극지 수가 0개라는 것은 공진자(110)가 반사기(32c)를 가지지 않는 것을 의미한다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 반사 전극지 수가 41인 공진자(110)에서는 제1 필터(11)의 스톱 밴드에서의 임피던스의 흐트러짐은 비교적 크고, 제2 필터(21)의 통과 대역인 주파수 2700㎒ 부근에서 명확한 스톱 밴드 리스폰스가 나타나 있다.
이에 반하여, 반사 전극지 수가 0인(즉, 반사기(32c)를 가지지 않는) 공진자(110)에서는 제1 필터(11)의 스톱 밴드에서의 임피던스의 흐트러짐은 작고, 제2 필터(21)의 통과 대역에 스톱 밴드 리스폰스가 거의 나타나 있지 않다.
도 8a는 공진자(110)의 주파수와 위상의 관계를 나타내는 도면으로서, 도 7에 나타내는 임피던스를 S파라미터를 이용하여 위상으로 변환한 도면이다. 도 9a에는 반사 전극지 수가 0 및 41인 경우의 임피던스에 더하여, 반사 전극지 수가 11, 21, 및 31인 경우의 임피던스(도 7에는 나타내지 않음)로부터 각각 변환한 위상이 나타나 있다. 이와 같이 임피던스를 위상으로 변환하여 보면, 반사 전극지 수를 바꾼 경우의 스톱 밴드 리스폰스의 차이가 위상의 차이로서 현저하게 나타난다.
도 8a에 나타내는 바와 같이, 공진자(110)에서는 제1 필터(11)의 스톱 밴드에서 위상이 커지고, 스톱 밴드 리스폰스가 나타나 있다. 이것을 반사 전극지 수별로 보면, 반사 전극지 수가 41인 경우에 위상이 크고, 반사 전극지 수를 단계적으로 적게 함에 따라 위상이 작아진다. 예를 들면, 반사 전극지 수가 11인 경우는 제1 필터(11)의 스톱 밴드에서의 위상은 작고, 스톱 밴드 리스폰스가 거의 나타나지 않았다.
도 8b는 공진자(110)의 반사 전극지 수와 제1 필터(11)의 스톱 밴드에서의 위상의 최대값의 관계를 나타내는 도면이다. 구체적으로는, 도 8b는 도 8a에 나타내는 공진자(110)의 반사 전극지 수를 가로축으로 하고, 위상을 세로축으로 한 그래프에서 반사 전극지 수별로 스톱 밴드에서의 위상의 최대값을 플롯(plot)한 도면이다.
도 8b에 나타내는 바와 같이, 공진자(110)에서는 반사 전극지 수가 41인 경우에 위상이 크고, 반사 전극지 수가 줄어듦에 따라 위상이 작아진다.
도 8a, 도 8b에 나타내는 바와 같이, 공진자(110)의 반사 전극지 수를 11 이하로 함으로써, 임피던스의 흐트러짐 및 위상이 작아지고, 스톱 밴드 리스폰스의 발생을 억제할 수 있다.
도 9a는 제1 필터(11)의 리턴 로스를 나타내는 도면이다. 구체적으로는, 도 11은 직렬 공진자(111s)의 반사 전극지 수를 바꾼 경우에서의 제1 필터(11)의 주파수와 리턴 로스의 관계를 나타내는 도면이다. 한편, 리턴 로스란, 공통단자(Port1)로부터 제1 필터(11)에 입력된 신호의 강도와, 공통단자(Port1)에 출력된 신호의 강도의 비이다. 리턴 로스가 클수록, 신호의 반사가 작고, 제2 필터(21)의 삽입 손실이 증대되는 것을 의미한다. 한편, 직렬 공진자(112s~114s) 및 병렬 공진자(111p~113p)의 반사 전극지 수는 모두 직렬 공진자(111s)의 반사 전극지 수에 의하지 않고 일정 수로 했다.
도 9a에 나타내는 바와 같이, 제1 필터(11)에서는 스톱 밴드인 주파수 2700㎒ 부근에서 리턴 로스가 커진다. 이를 반사 전극지 수별로 보면, 반사 전극지 수가 41인 경우에 리턴 로스가 크고, 반사 전극지 수를 단계적으로 적게 함에 따라 리턴 로스가 작아진다. 예를 들면, 반사 전극지 수가 11인 경우는 제1 필터(11)의 스톱 밴드인 주파수 2700㎒ 부근에서 리턴 로스가 거의 나타나지 않았다.
도 9b는 직렬 공진자(111s)의 반사 전극지 수와 제1 필터(11)의 스톱 밴드에서의 리턴 로스의 최대값의 관계를 나타내는 도면이다. 구체적으로는 도 9b는 도 9a에 나타내는 직렬 공진자(111s)의 반사 전극지 수를 가로축으로 하고, 리턴 로스를 세로축으로 한 그래프에서, 반사 전극지 수별로 스톱 밴드에서의 리턴 로스의 최대값을 플롯한 도면이다.
도 9b에 나타내는 바와 같이, 제1 필터(11)에서는 직렬 공진자(110)의 반사 전극지 수가 41인 경우에 리턴 로스가 크고, 반사 전극지가 줄어듦에 따라 리턴 로스가 작아졌다.
도 9a, 도 9b에 나타내는 바와 같이, 직렬 공진자(112s~114s) 및 병렬 공진자(111p~113p)의 반사 전극지 수를 일정 수로 한 조건 하에, 제1 필터(11)를 구성하는 직렬 공진자(111s)의 반사 전극지 수를 11 이하로 함으로써, 제1 필터(11)의 리턴 로스를 저감할 수 있다.
이로부터, 반사 전극지 수가 적은 공진자(110)를 사용함으로써, 반사 전극지 수가 보다 많은 공진자(110)를 사용하는 경우와 비교하여, 스톱 밴드 리스폰스를 저감할 수 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 직렬 공진자(111s) 및 병렬 공진자(111p) 중 적어도 한쪽의 반사 전극지를 공진자(112s~114s, 112p, 113p)의 반사 전극지보다 적게 함으로써, 제1 필터(11)의 스톱 밴드 리스폰스를 저감하고, 제2 필터(21)의 삽입 손실을 효과적으로 저감할 수 있다.
본 실시형태에 따른 멀티플렉서(1)는 공통단자(Port1), 제1 단자(Port11), 및 제2 단자(Port21)와, 공통단자(Port1)와 제1 단자(Port11)를 잇는 제1 경로(r1) 상에 배치된 제1 필터(11)와, 공통단자(Port1)와 제2 단자(Port21)를 잇는 제2 경로(r2) 상에 배치되고, 통과 대역의 주파수가 제1 필터(11)보다 높은 제2 필터(21)를 포함한다.
제1 필터(11)는 제1 경로(r1) 상에 배치된 2개 이상의 직렬 공진자(예를 들면 직렬 공진자(111s~114s))와, 제1 경로(r1) 상에서 서로 이웃하는 직렬 공진자(111s~114s) 사이의 노드(n1~n3)와 그라운드를 잇는 경로 상에 배치된 1개 이상의 병렬 공진자(예를 들면 병렬 공진자(111p~113p))를 가지며, 2개 이상의 직렬 공진자(111s~114s) 중 공통단자(Port1)에 가장 가까운 직렬 공진자(111s)는 병렬 공진자(111p~113p)를 사이에 개재하지 않고 공통단자(Port1)에 접속된다.
2개 이상의 직렬 공진자(111s~114s) 및 1개 이상의 병렬 공진자(111p~113p)의 각 공진자는 압전성을 가지는 기판(320) 상에 형성된 한 쌍의 빗살 형상 전극(32a, 32b)으로 이루어지는 IDT 전극(32), 및 1개 이상의 반사 전극지를 가지는 반사기(32c)를 가진다.
직렬 공진자(111s) 및 병렬 공진자(111p) 중 적어도 한쪽의 반사 전극지 수는 공진자(112s~114s, 112p, 113p)의 반사 전극지 수보다 적다. 여기서, 직렬 공진자(111s)가 제1 직렬 공진자의 일례이고, 병렬 공진자(111p)가 제1 병렬 공진자의 일례이며, 공진자(112s~114s, 112p, 113p)가 나머지 복수개의 탄성파 공진자의 일례이다.
이와 같이, 공통단자(Port1)에 가장 가까운 직렬 공진자(111s) 및 공통단자(Port1)에 가장 가까운 병렬 공진자(111p) 중 적어도 한쪽의 반사 전극지 수를, 나머지 공진자(112s~114s, 112p, 113p)의 어느 반사 전극지 수보다도 적게 함으로써, 제2 필터(21)에 큰 영향을 주는 직렬 공진자(111s) 및 병렬 공진자(111p) 중 상기 한쪽의 스톱 밴드 리스폰스의 발생을 억제할 수 있다. 이로써, 제1 필터(11)의 스톱 밴드 리스폰스를 억제할 수 있고, 제2 필터(21)의 통과 대역에서의 삽입 손실을 효율적으로 저감할 수 있다.
(실시형태 1의 변형예 1)
실시형태 1의 변형예 1에 따른 멀티플렉서(1)에서는 직렬 공진자(111s) 및 병렬 공진자(111p) 양쪽의 반사 전극지를 나머지 공진자(112s~114s, 112p, 113p)의 어느 반사 전극지보다도 적게 구성한다.
도 10은 실시형태 1의 변형예 1에 따른 제1 필터(11)의 회로 구성도이다. 변형예 1에 따른 제1 필터(11)는 실시형태 1에 나타낸 병렬 공진자(111p) 대신에 병렬 공진자(111a)를 포함한다. 병렬 공진자(111a)는 복수개의 병렬 공진자(111a, 112p, 113p) 중 공통단자(Port1)에 가장 가까운 위치에 배치된 제1 병렬 공진자의 일례이다.
변형예 1의 제1 필터(11)에서는 직렬 공진자(111s) 및 병렬 공진자(111a) 양쪽의 반사 전극지 수가 나머지 공진자(112s~114s, 112p, 113p)의 어느 반사 전극지 수보다도 적다. 직렬 공진자(111s)의 반사 전극지 수와 병렬 공진자(111a)의 반사 전극지 수는 동일해도 되고 달라도 된다.
제1 필터(11)를 구성하는 직렬 공진자(111s~114s) 및 병렬 공진자(111a, 112p, 113p) 중 제2 필터(21)에 영향을 주는 직렬 공진자(111s) 및 병렬 공진자(111a) 양쪽이 상기 구성을 가짐으로써, 제1 필터(11)의 스톱 밴드에서의 리스폰스를 더 억제할 수 있다.
(실시형태 1의 변형예 2)
실시형태 1의 변형예 2에 따른 멀티플렉서(1)는 제1 필터(11)의 직렬 공진자(111s)가 분할된 공진자로 구성된다.
도 11은 실시형태 1의 변형예 2에 따른 제1 필터(11)의 회로 구성도이다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 변형예 2에 따른 멀티플렉서(1)는 제1 필터(11)의 직렬 공진자(111s)가 직렬 접속된 2개의 직렬 공진자(111b 및 111c)로 구성된다.
실시형태 1의 변형예 2에 따른 멀티플렉서(1)에서는 직렬 공진자(111b 및 111c)의 어느 반사 전극지 수도 공진자(112s~114s, 112p, 113p)의 어느 반사 전극지 수보다도 적다. 직렬 공진자(111b)의 반사 전극지 수와 직렬 공진자(111c)의 반사 전극지 수는 동일해도 되고 달라도 된다.
이로써, 제1 필터(11)의 스톱 밴드에 발생하는 리스폰스를 효과적으로 억제할 수 있다.
(실시형태 2)
실시형태 2의 멀티플렉서(1)는 제1 필터(11A)가 π형 래더 필터 구조를 가지는 점에서, T형 래더 필터 구조를 가지는 실시형태 1의 제1 필터(11)와 다르다.
도 12는 실시형태 2에 따른 멀티플렉서(1)의 제1 필터(11A)의 회로 구성도이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 제1 필터(11A)는 직렬 공진자(111s~114s) 및 병렬 공진자(111d, 111p~113p)를 포함한다.
직렬 공진자(111s~114s)는 공통단자(Port1)와 제1 단자(Port11)를 잇는 제1 경로(직렬암)(r1) 상에 공통단자(Port1) 측으로부터 이 순서로 직렬로 접속된다. 병렬 공진자(111d)는 공통단자(Port1)와 직렬 공진자(111s) 사이의 노드(n0)와 기준단자(그라운드)를 잇는 경로(병렬암)에 접속된다. 구체적으로는, 공통단자(Port1)에 가장 가까운 병렬 공진자(111d)는 직렬 공진자(111s~114s)를 사이에 개재하지 않고 공통단자(Port1)에 접속된다. 또한, 병렬 공진자(111p~113p)는 제1 경로(r1) 상에서 서로 이웃하는 직렬 공진자(111s~114s) 사이의 각 노드(n1, n2, n3)와 기준단자를 잇는 경로 상에 서로 병렬로 접속된다.
이와 같이, 제1 필터(11A)는 제1 경로(r1) 상에 배치된 1개 이상의 직렬 공진자(예를 들면 4개의 직렬 공진자(111s~114s)), 및 제1 경로(r1)와 기준단자를 잇는 경로 상에 배치된 2개 이상의 병렬 공진자(예를 들면 4개의 병렬 공진자(111d, 111p~113p))로 구성되는 π형 래더 필터 구조를 가진다.
제1 필터(11A)에서, 병렬 공진자(111d) 및 직렬 공진자(111s) 중 적어도 한쪽의 반사 전극지 수는 공진자(112s~114s, 111p~113p)의 반사 전극지 수보다 적다. 여기서, 직렬 공진자(111s)가 제1 직렬 공진자의 일례이고, 병렬 공진자(111d)가 제1 병렬 공진자의 일례이며, 공진자(112s~114s, 111p~113p)가 나머지 공진자의 일례이다.
제1 필터(11A)를 구성하는 직렬 공진자(111s~114s) 및 병렬 공진자(111d, 111p~113p) 중, 제2 필터(21)에 의해 큰 영향을 주는 병렬 공진자(111d) 및 직렬 공진자(111s) 중 적어도 한쪽이 상기 구성을 가짐으로써, 제1 필터(11A)의 스톱 밴드에 발생하는 리스폰스를 억제할 수 있다.
또한, 제1 필터(11A)에서, 병렬 공진자(111d) 및 직렬 공진자(111s) 양쪽의 반사 전극지 수가 나머지 공진자(112s~114s, 111p~113p)의 어느 반사 전극지 수보다 적어도 된다. 병렬 공진자(111d)의 반사 전극지 수와 직렬 공진자(111s)의 반사 전극지 수는 동일해도 되고 달라도 된다.
제1 필터(11A)를 구성하는 직렬 공진자(111s~114s) 및 병렬 공진자(111d, 111p~113p) 중 제2 필터(21)에 영향을 주는 병렬 공진자(111d) 및 직렬 공진자(111s) 양쪽이 상기 구성을 가짐으로써, 제1 필터(11)의 스톱 밴드에서의 리스폰스를 더 억제할 수 있다.
(실시형태 2의 변형예 1)
실시형태 2의 변형예 1에 따른 멀티플렉서(1)에서는 제1 필터(11A)의 병렬 공진자(111d)가 분할된 공진자로 구성된다.
도 13은 실시형태 2의 변형예 1에 따른 제1 필터(11A)의 회로 구성도이다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 제1 필터(11A)에서는 직렬 접속된 공진자(111e, 111f)와 직렬 접속된 공진자(111g, 111h)가 서로 병렬로 접속되어서 병렬 공진자(111d)가 구성된다.
실시형태 2의 변형예 1에 따른 멀티플렉서(1)에서는 병렬 공진자(111d)를 구성하는 공진자(111e~111h)의 어느 반사 전극지 수도 공진자(112s~114s, 111p~113p)의 어느 반사 전극지 수보다도 적다. 공진자(111e~111h) 각각의 반사 전극지 수는 서로 동일해도 되고 달라도 된다.
이로써, 제1 필터(11A)의 스톱 밴드에 발생하는 리스폰스를 효과적으로 억제할 수 있다.
(실시형태 3)
상기 실시형태 1, 2 및 그 변형예에 따른 멀티플렉서는 고주파 프론트 엔드 회로, 나아가서는 상기 고주파 프론트 엔드 회로를 포함하는 통신 장치에 적용할 수도 있다. 따라서, 본 실시형태에서는 이와 같은 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 대해 설명한다.
도 14는 실시형태 3에 따른 고주파 프론트 엔드 회로(30)의 구성도이다. 한편, 동 도면에는 고주파 프론트 엔드 회로(30)와 접속되는 안테나 소자(2), RF 신호 처리 회로(RFIC)(3), 및 베이스밴드 신호 처리 회로(BBIC)(4)에 대해서도 함께 도시되어 있다. 고주파 프론트 엔드 회로(30)와 RF 신호 처리 회로(3)와 베이스밴드 신호 처리 회로(4)는 통신 장치(40)를 구성한다.
고주파 프론트 엔드 회로(30)는 실시형태 1에 따른 멀티플렉서(1)와 수신 측 스위치(13) 및 송신 측 스위치(23)와 로우노이즈 앰프 회로(14)와 파워 앰프 회로(24)를 포함한다.
멀티플렉서(1)는 4개의 필터를 포함한다. 구체적으로는, 멀티플렉서(1)는 제1 필터(11) 및 제2 필터(21) 외에도 필터(12) 및 필터(22)를 포함한다. 필터(12)는 상향 주파수대(송신 대역)를 통과 대역으로 하는 송신 필터이며, 공통단자(Port1)와 개별단자(Port12)를 잇는 경로 상에 배치된다. 필터(22)는 상향 주파수대(송신 대역)를 통과 대역으로 하는 송신 필터이며, 공통단자(Port1)와 개별단자(Port22)를 잇는 경로 상에 배치된다.
수신 측 스위치(13)는 멀티플렉서(1)의 출력 단자인 제1 단자(Port11) 및 제2 단자(Port21)에 개별적으로 접속된 2개의 선택단자, 그리고 로우노이즈 앰프 회로(14)에 접속된 공통단자를 가지는 스위치 회로이다.
송신 측 스위치(23)는 멀티플렉서(1)의 입력 단자인 개별단자(Port12 및 Port22)에 개별적으로 접속된 2개의 선택단자, 및 파워 앰프 회로(24)에 접속된 공통단자를 가지는 스위치 회로이다.
이들 수신 측 스위치(13) 및 송신 측 스위치(23)는 각각, 제어부(도시하지 않음)로부터의 제어 신호에 따라, 공통단자와 소정의 밴드에 대응하는 신호 경로를 접속하고, 예를 들면, SPDT(Single Pole Double Throw)형 스위치에 의해 구성된다. 한편, 공통단자와 접속되는 선택단자는 하나에 한정되지 않고, 복수개여도 상관없다. 즉, 고주파 프론트 엔드 회로(30)는 캐리어 어그리게이션에 대응해도 상관없다.
로우노이즈 앰프 회로(14)는 안테나 소자(2), 멀티플렉서(1) 및 수신 측 스위치(13)를 경유한 고주파 신호(여기서는 고주파 수신 신호)를 증폭시키고, RF 신호 처리 회로(3)에 출력하는 수신 증폭 회로이다.
파워 앰프 회로(24)는 RF 신호 처리 회로(3)로부터 출력된 고주파 신호(여기서는 고주파 송신 신호)를 증폭시키고, 송신 측 스위치(23) 및 멀티플렉서(1)를 경유하여 안테나 소자(2)에 출력하는 송신 증폭 회로이다.
RF 신호 처리 회로(3)는 안테나 소자(2)로부터 수신 신호 경로를 통해 입력된 고주파 수신 신호를 다운 컨버전 등에 의해 신호 처리하고, 상기 신호 처리하여 생성된 수신 신호를 베이스밴드 신호 처리 회로(4)에 출력한다. 또한, RF 신호 처리 회로(3)는 베이스밴드 신호 처리 회로(4)로부터 입력된 송신 신호를 업 컨버전 등에 의해 신호 처리하고, 상기 신호 처리하여 생성된 고주파 송신 신호를 파워 앰프 회로(24)에 출력한다. RF 신호 처리 회로(3)는 예를 들면, RFIC이다.
베이스밴드 신호 처리 회로(4)로 처리된 신호는 예를 들면, 화상 신호로서 화상 표시를 위해, 또는 음성 신호로서 통화를 위해 사용된다.
한편, 고주파 프론트 엔드 회로(30)는 상술한 각 구성 요소 사이에 다른 회로 소자를 포함해도 된다.
이상과 같이 구성된 고주파 프론트 엔드 회로(30) 및 통신 장치(40)에 따르면, 상기 실시형태 1에 따른 멀티플렉서(1)를 포함함으로써, 제1 필터(11)의 통과 대역 밖에서 발생하는 스톱 밴드 리스폰스를 억제할 수 있고, 제2 필터(21)의 통과 대역 내에서 발생하는 삽입 손실을 저감할 수 있다.
한편, 고주파 프론트 엔드 회로(30)는 실시형태 1에 따른 멀티플렉서(1)의 제1 필터(11) 대신에 실시형태 1의 변형예 1의 제1 필터(11), 그리고 실시형태 2 및 실시형태 2의 변형예 1에 따른 제1 필터(11A)를 포함해도 상관없다.
또한, 통신 장치(40)는 고주파 신호의 처리 방식에 따라, 베이스밴드 신호 처리 회로(4)를 포함하지 않아도 된다.
(기타 실시형태)
이상, 본 발명의 실시형태에 따른 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 대해 실시형태 및 그 변형예를 들어 설명했는데, 본 발명은 상기 실시형태 및 변형예에서의 임의의 구성 요소를 조합하여 실현되는 다른 실시형태나, 상기 실시형태에 대하여 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 당업자가 생각해내는 각종 변형을 가하여 얻어지는 변형예나, 본 발명에 따른 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치를 내장한 각종 기기도 본 발명에 포함된다.
예를 들면, 상기 실시형태 3에서는 4개의 필터를 포함하는 멀티플렉서를 예로 설명했는데, 본 발명은 예를 들면, 3개의 필터의 안테나 단자가 공통화된 트리플렉서나, 6개의 필터의 안테나 단자가 공통화된 헥사플렉서에 대해서도 적용할 수 있다. 즉, 멀티플렉서는 2개 이상의 필터를 포함하면 된다.
또한, 상기 실시형태 1에서는 제1 필터 및 제2 필터 쌍방이 수신 필터인 예를 나타냈다. 그러나 본 발명은 제1 필터의 스톱 밴드 리스폰스가 제2 필터의 통과 대역 내에 위치하는 멀티플렉서이면, 제1 및 제2 필터의 용도 등에 한정되지 않고, 적용할 수 있다. 이 때문에, 제1 및 제2 필터는 적어도 한쪽이 수신 필터여도 된다. 멀티플렉서는 송신 필터 및 수신 필터 쌍방을 포함하는 구성에 한정되지 않고, 송신 필터만 또는 수신 필터만 포함하는 구성이어도 상관없다.
또한, 상기 실시형태 1에서는 공진자(110)가 오프셋 전극지(전극지에 대향하여 상대 측의 버스바 전극으로부터 돌출되는 전극)를 가지지 않은 예를 나타냈는데, 이에 한정되지 않고, 각 공진자는 오프셋 전극지를 가져도 된다.
또한, IDT 전극(32) 및 반사기(32c)의 밀착층(324), 메인 전극층(325) 및 보호층(326)을 구성하는 재료는 전술한 재료에 한정되지 않는다. 더욱이, IDT 전극(32)은 상기 적층 구조가 아니어도 된다. IDT 전극(32)은 예를 들면, Ti, Al, Cu, Pt, Au, Ag, Pd 등의 금속 또는 합금으로 구성되어도 되고, 또한 상기의 금속 또는 합금으로 구성되는 복수개의 적층체로 구성되어도 된다. 또한, 보호층(326)은 형성되지 않아도 된다.
또한, 실시형태 1의 공진자(110)에서의 기판(320)에서, 고음속 지지 기판(329)은 지지 기판과, 압전체층(327)을 전파하는 표면파나 경계파의 탄성파보다도 전파하는 벌크파의 음속이 고속인 고음속막이 적층된 구조를 가져도 된다.
또한, 실시형태 1에서는 제1 필터(11)를 구성하는 IDT 전극(32)은 압전체층(327)을 가지는 기판(320) 상에 형성된 예를 나타냈는데, IDT 전극(32)이 형성되는 기판은 압전체층(327)의 단층으로 이루어지는 압전 기판이어도 된다. 이 경우의 압전 기판은 예를 들면, LiTaO3의 압전 단결정, 또는 LiNbO3 등의 다른 압전 단결정으로 구성된다. 또한, IDT 전극(32)이 형성되는 기판(320)은 압전성을 가지는 한, 전체가 압전체층으로 이루어지는 것 외에 지지 기판 상에 압전체층이 적층된 구조를 이용해도 된다.
또한, 상기 실시형태 1에 따른 압전체층(327)은 50° Y커트 X전파 LiTaO3 단결정을 사용한 것인데, 단결정 재료의 커트 각은 이에 한정되지 않는다. 즉, 탄성파 필터 장치의 요구 통과 특성 등에 따라, 적절히 적층 구조, 재료, 및 두께를 변경해도 되고, 상기 이외의 커트 각을 가지는 LiTaO3 압전 기판 또는 LiNbO3 압전 기판 등을 사용한 탄성표면파 필터여도 동일한 효과를 발휘하는 것이 가능해진다.
(정리)
본 발명의 한 양태에 따른 멀티플렉서는 공통단자, 제1 단자, 및 제2 단자와, 상기 공통단자와 상기 제1 단자를 잇는 제1 경로 상에 배치되고, 복수개의 탄성파 공진자를 가지는 제1 필터와, 상기 공통단자와 상기 제2 단자를 잇는 제2 경로 상에 배치되고, 통과 대역의 주파수가 상기 제1 필터보다 높은 제2 필터를 포함하며, 상기 복수개의 탄성파 공진자는 상기 제1 경로 상에 배치된 2개 이상의 직렬 공진자와, 상기 제1 경로 상의 노드와 그라운드를 잇는 경로 상에 배치된 1개 이상의 병렬 공진자를 포함하고, 상기 2개 이상의 직렬 공진자 중 상기 공통단자에 가장 가까운 제1 직렬 공진자는 상기 병렬 공진자를 사이에 개재하지 않고 상기 공통단자에 접속되며, 상기 복수개의 탄성파 공진자는 압전성을 가지는 기판과, 상기 기판 상에 형성된 한 쌍의 빗살 형상 전극으로 이루어지는 IDT 전극, 및 1개 이상의 반사 전극지를 가지는 반사기를 가지며, 상기 제1 직렬 공진자 및 상기 1개 이상의 병렬 공진자 중 상기 공통단자에 가장 가까운 제1 병렬 공진자 중 적어도 한쪽의 반사 전극지 수는 나머지 상기 복수개의 탄성파 공진자의 반사 전극지 수보다 적다.
이와 같이, 제1 직렬 공진자 및 제1 병렬 공진자 중 적어도 한쪽의 반사 전극지 수를 나머지 복수개의 탄성파 공진자의 반사 전극지 수보다 적게 함으로써, 제2 필터에 큰 영향을 주는 제1 직렬 공진자 및 제1 병렬 공진자 중 상기 한쪽의 스톱 밴드 리스폰스를 억제할 수 있다. 이로써, 제1 필터의 스톱 밴드에 발생하는 리스폰스를 효과적으로 억제할 수 있고, 제2 필터의 통과 대역에서의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
또한, 상기 제1 직렬 공진자 및 상기 제1 병렬 공진자의 반사 전극지 수는 나머지 상기 복수개의 탄성파 공진자의 반사 전극지 수보다 적어도 된다.
이와 같이, 제1 직렬 공진자 및 제1 병렬 공진자 양쪽의 반사 전극지 수를 나머지 탄성파 공진자의 반사 전극지 수보다 적게 함으로써, 제2 필터에 영향을 주는 제1 직렬 공진자 및 제1 병렬 공진자 양쪽의 스톱 밴드 리스폰스를 억제할 수 있다. 이로써, 제1 필터의 스톱 밴드에 발생하는 리스폰스를 효과적으로 억제할 수 있고, 제2 필터의 통과 대역에서의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 한 양태에 따른 멀티플렉서는 공통단자, 제1 단자, 및 제2 단자와, 상기 공통단자와 상기 제1 단자를 잇는 제1 경로 상에 배치되고, 복수개의 탄성파 공진자를 가지는 제1 필터와, 상기 공통단자와 상기 제2 단자를 잇는 제2 경로 상에 배치되고, 통과 대역의 주파수가 상기 제1 필터보다 높은 제2 필터를 포함하며, 상기 복수개의 탄성파 공진자는 상기 제1 경로 상에 배치된 1개 이상의 직렬 공진자와, 상기 제1 경로와 그라운드를 잇는 경로 상에 배치된 2개 이상의 병렬 공진자를 포함하며, 상기 2개 이상의 병렬 공진자는 상기 1개 이상의 직렬 공진자 중 상기 공통단자에 가장 가까운 제1 직렬 공진자로부터 보아 상기 공통단자 측에 위치하는 제1 병렬 공진자와, 상기 제1 단자 측에 위치하는 병렬 공진자를 포함하고, 상기 복수개의 탄성파 공진자는 압전성을 가지는 기판과, 상기 기판 상에 형성된 한 쌍의 빗살 형상 전극으로 이루어지는 IDT 전극, 및 1개 이상의 반사 전극지를 가지는 반사기를 가지며, 상기 제1 병렬 공진자 및 상기 제1 직렬 공진자 중 적어도 한쪽의 반사 전극지 수는 나머지 상기 복수개의 탄성파 공진자의 반사 전극지 수보다 적다.
이와 같이, 제1 병렬 공진자 및 제1 직렬 공진자 중 적어도 한쪽의 반사 전극지 수를 나머지 상기 탄성파 공진자의 반사 전극지 수보다 적게 함으로써, 제2 필터에 큰 영향을 주는 제1 병렬 공진자 및 제1 직렬 공진자 중 상기 한쪽의 스톱 밴드 리스폰스를 억제할 수 있다. 이로써, 제1 필터의 스톱 밴드에 발생하는 리스폰스를 효과적으로 억제할 수 있고, 제2 필터의 통과 대역에서의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
또한, 상기 제1 병렬 공진자 및 상기 제1 직렬 공진자의 반사 전극지 수는 나머지 상기 복수개의 공진자의 반사 전극지 수보다 적어도 된다.
이와 같이, 제1 병렬 공진자 및 제1 직렬 공진자 양쪽의 반사 전극지 수를 나머지 상기 복수개의 탄성파 공진자의 반사 전극지 수보다 적게 함으로써 제2 필터에 영향을 주는 제1 병렬 공진자 및 제1 직렬 공진자 양쪽의 스톱 밴드 리스폰스를 억제할 수 있다. 이로써, 제1 필터의 스톱 밴드에 발생하는 리스폰스를 효과적으로 억제할 수 있고, 제2 필터의 통과 대역에서의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
또한, 상기 기판은 상기 IDT 전극이 한쪽의 주면 상에 형성된 압전체층과, 상기 압전체층을 전파하는 탄성파 음속보다도 전파하는 벌크파 음속이 고속인 고음속 지지 기판과, 상기 고음속 지지 기판과 상기 압전체층 사이에 배치되고, 상기 압전체층을 전파하는 탄성파 음속보다도 전파하는 벌크파 음속이 저속인 저음속막을 포함해도 된다.
이로써, 압전체층을 가지는 기판 상에 형성된 IDT 전극을 포함하는 각 공진자의 Q값을 높은 값으로 유지할 수 있다.
또한, 상기 제1 필터에 의해 발생하는 스톱 밴드 리스폰스의 주파수는 상기 제2 필터의 주파수 통과 대역에 포함되어도 된다.
이에 따르면, 제1 필터의 스톱 밴드에 발생하는 리스폰스를 억제함과 함께, 제2 필터의 통과 대역에서의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
또한, 본 발명의 한 양태에 따른 고주파 프론트 엔드 회로는 상기 어느 하나의 멀티플렉서와 상기 멀티플렉서에 접속된 증폭 회로를 포함한다.
이로써, 제1 필터의 스톱 밴드에 발생하는 리스폰스를 억제함과 함께 제2 필터에서의 통과 대역의 삽입 손실을 저감할 수 있는 고주파 프론트 엔드 회로를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 한 양태에 따른 통신 장치는 안테나 소자로 송수신되는 고주파 신호를 처리하는 RF 신호 처리 회로와, 상기 안테나 소자와 상기 RF 신호 처리 회로 사이에서 상기 고주파 신호를 전달하는 상기 고주파 프론트 엔드 회로를 포함한다.
이로써, 제1 필터의 스톱 밴드에 발생하는 리스폰스를 억제함과 함께 제2 필터에서의 통과 대역의 삽입 손실을 저감할 수 있는 통신 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 멀티밴드 시스템에 적용할 수 있는 멀티플렉서, 프론트 엔드 회로 및 통신 장치로서, 휴대전화 등의 통신기기에 널리 이용할 수 있다.
1: 멀티플렉서
2: 안테나 소자
3: RF 신호 처리 회로(RFIC)
4: 베이스밴드 신호 처리 회로(BBIC)
11, 11A: 제1 필터
12, 22: 필터
13: 수신 측 스위치
14: 로우노이즈 앰프 회로
21: 제2 필터
23: 송신 측 스위치
24: 파워 앰프 회로
30: 고주파 프론트 엔드 회로
32: IDT 전극
32a, 32b: 빗살 형상 전극
32c: 반사기
40: 통신 장치
110: 공진자
111a, 111d~111h, 111p~113p: 병렬 공진자
111b, 111c, 111s~114s: 직렬 공진자
320: 기판
321a, 321b: 버스바 전극
321c: 반사기 버스바 전극
322a, 322b: 전극지
322c: 반사 전극지
324: 밀착층
325: 메인 전극층
326: 보호층
327: 압전체층
328: 저음속막
329: 고음속 지지 기판
N, n0, n1, n2, n3, n4: 노드
Port1: 공통단자
Port11: 제1 단자
Port21: 제2 단자
Port12, Port22: 개별단자
r1: 제1 경로
r2: 제2 경로

Claims (8)

  1. 공통단자, 제1 단자, 및 제2 단자와,
    상기 공통단자와 상기 제1 단자를 잇는 제1 경로 상에 배치되고, 복수개의 탄성파 공진자를 가지는 제1 필터와,
    상기 공통단자와 상기 제2 단자를 잇는 제2 경로 상에 배치되고, 통과 대역의 주파수가 상기 제1 필터보다 높은 제2 필터를 포함하며,
    상기 복수개의 탄성파 공진자는,
    상기 제1 경로 상에 배치된 2개 이상의 직렬 공진자와,
    상기 제1 경로 상의 노드와 그라운드를 잇는 경로 상에 배치된 1개 이상의 병렬 공진자를 포함하고,
    상기 2개 이상의 직렬 공진자 중 상기 공통단자에 가장 가까운 제1 직렬 공진자는 상기 병렬 공진자를 개재하지 않고 상기 공통단자에 접속되며,
    상기 복수개의 탄성파 공진자는 압전성을 가지는 기판과, 상기 기판 상에 형성된 한 쌍의 빗살 형상 전극으로 이루어지는 IDT 전극, 및 1개 이상의 반사 전극지를 가지는 반사기를 가지며,
    상기 제1 직렬 공진자, 및 상기 1개 이상의 병렬 공진자 중 상기 공통단자에 가장 가까운 제1 병렬 공진자 중 적어도 한쪽의 반사 전극지 수는 나머지 상기 복수개의 탄성파 공진자의 반사 전극지 수보다 적은, 멀티플렉서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 직렬 공진자 및 상기 제1 병렬 공진자의 반사 전극지 수는 나머지 상기 복수개의 탄성파 공진자의 반사 전극지 수보다 적은, 멀티플렉서.
  3. 공통단자, 제1 단자, 및 제2 단자와,
    상기 공통단자와 상기 제1 단자를 잇는 제1 경로 상에 배치되고, 복수개의 탄성파 공진자를 가지는 제1 필터와,
    상기 공통단자와 상기 제2 단자를 잇는 제2 경로 상에 배치되고, 통과 대역의 주파수가 상기 제1 필터보다 높은 제2 필터를 포함하며,
    상기 복수개의 탄성파 공진자는,
    상기 제1 경로 상에 배치된 1개 이상의 직렬 공진자와,
    상기 제1 경로와 그라운드를 잇는 경로 상에 배치된 2개 이상의 병렬 공진자를 포함하고,
    상기 2개 이상의 병렬 공진자는 상기 1개 이상의 직렬 공진자 중 상기 공통단자에 가장 가까운 제1 직렬 공진자로부터 보아 상기 공통단자 측에 위치하는 제1 병렬 공진자와, 상기 제1 단자 측에 위치하는 병렬 공진자를 포함하고,
    상기 복수개의 탄성파 공진자는 압전성을 가지는 기판과, 상기 기판 상에 형성된 한 쌍의 빗살 형상 전극으로 이루어지는 IDT 전극, 및 1개 이상의 반사 전극지를 가지는 반사기를 가지며,
    상기 제1 병렬 공진자 및 상기 제1 직렬 공진자 중 적어도 한쪽의 반사 전극지 수는 나머지 상기 복수개의 탄성파 공진자의 반사 전극지 수보다 적은, 멀티플렉서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 병렬 공진자 및 상기 제1 직렬 공진자의 반사 전극지 수는 나머지 상기 복수개의 탄성파 공진자의 반사 전극지 수보다 적은, 멀티플렉서.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은,
    상기 IDT 전극이 한쪽의 주면(主面) 상에 형성된 압전체층과,
    상기 압전체층을 전파하는 탄성파 음속보다도 전파하는 벌크파 음속이 고속인 고음속 지지 기판과,
    상기 고음속 지지 기판과 상기 압전체층 사이에 배치되고, 상기 압전체층을 전파하는 탄성파 음속보다도 전파하는 벌크파 음속이 저속인 저음속막을 포함하는, 멀티플렉서.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 필터에 의해 발생하는 스톱 밴드 리스폰스의 주파수는 상기 제2 필터의 주파수 통과 대역에 포함되는, 멀티플렉서.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 멀티플렉서와,
    상기 멀티플렉서에 접속된 증폭 회로를 포함하는, 고주파 프론트 엔드 회로.
  8. 안테나 소자로 송수신되는 고주파 신호를 처리하는 RF 신호 처리 회로와,
    상기 안테나 소자와 상기 RF 신호 처리 회로 사이에서 상기 고주파 신호를 전달하는 제7항에 기재된 고주파 프론트 엔드 회로를 포함하는, 통신 장치.
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