KR20190070277A - 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치 - Google Patents

멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치 Download PDF

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KR20190070277A
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Abstract

필터의 저지 영역에 생기는 고차 모드 스퓨리어스를 억제할 수 있는 멀티플렉서 등을 제공한다.
멀티플렉서(1)의 제1 필터(11)는 탄성파 공진자 110인 직렬 공진자(111s∼114s)와 병렬 공진자(111p∼113p)를 가진다. 직렬 공진자(111s~114s) 중 나머지 직렬 공진자보다도 공통 단자(Port1)에 가장 가까운 제1 직렬 공진자(111s)는, 병렬 공진자(111p∼113p)를 사이에 개재하지 않고 공통 단자(Port1)에 접속되어 있다. 탄성파 공진자 110은 압전성을 가지는 기판(320)과, 기판(320) 상에 형성된 IDT 전극(32)과, IDT 전극(32)을 덮도록 기판(320) 상에 마련된 유전체층(326)을 가지고 있다. 제1 직렬 공진자(111s)의 유전체층(326)의 두께(t1)는, 나머지 탄성파 공진자/탄성파 공진자들(112s∼114s, 111p∼113p)의 유전체층/유전체층들(326)의 두께(t2)보다도 얇다.

Description

멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치{MULTIPLEXER, HIGH-FREQUENCY FRONT-END CIRCUIT, AND COMMUNICATION DEVICE}
본 발명은 탄성파 공진자를 포함하는 필터를 포함하는 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 관한 것이다.
최근, 휴대전화단말 등의 통신 장치에 대해, 하나의 단말에서 복수개의 주파수 대역 및 복수개의 무선방식, 이른바 멀티 밴드화 및 멀티 모드화에 대응하기 위해, 고주파 신호를 주파수 대역마다 분리(분파)하는 멀티플렉서가 널리 이용되고 있다. 이와 같은 멀티플렉서에 사용되는 필터로서, 탄성파 공진자를 포함하는 필터가 제안되고 있다. 이 필터의 탄성파 공진자는 압전 기판과, 압전 기판 상에 형성된 IDT(InterDigital Transducer) 전극과, IDT 전극을 덮도록 압전 기판 상에 형성된 유전체층에 의해 구성되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1의 도 13 참조).
국제공개공보 WO2012/063516
그러나, 특허문헌 1에 기재되어 있는 것과 같은, 유전체층이 형성된 탄성파 공진자를 가지는 필터에서는, 자신의 통과 대역보다도 고주파 측의 대역(저지 영역)에서 고차 모드의 스퓨리어스(spurious)가 발생하기 쉬워지게 된다는 문제가 있다.
이와 같은 고차 모드의 스퓨리어스는, 상기 필터 자신의 통과 대역 내의 특성상은 문제가 되지 않지만, 복수개의 필터를 경유하는 경로끼리가 서로 접속되는 멀티 필터에서는, 다른 필터의 특성에 영향을 주고 열화시키는 요인이 될 수 있다. 구체적으로는, 고차 모드 스퓨리어스가 발생하고 있는 주파수가 다른 필터의 통과 대역 내에 위치하고 있는 경우, 다른 필터의 통과 대역에서의 리플(패스밴드 리플)의 증대를 초래하는 요인이 된다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 만들어진 것이고, 필터의 저지 영역에 생기는 고차 모드 스퓨리어스를 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 공통 단자, 제1 단자 및 제2 단자와, 상기 공통 단자와 상기 제1 단자를 잇는 제1 경로 상에 배치되며, 복수개의 탄성파 공진자를 가지는 제1 필터와, 상기 공통 단자와 상기 제2 단자를 잇는 제2 경로 상에 배치되며, 통과 대역의 주파수가 상기 제1 필터보다 높은 제2 필터를 포함하고, 상기 복수개의 탄성파 공진자는 상기 제1 경로 상에 배치된 2 이상의 직렬 공진자와, 상기 제1 경로 상의 노드와 그라운드를 잇는 경로 상에 배치된 1 이상의 병렬 공진자를 포함하며, 상기 2 이상의 직렬 공진자 중 상기 공통 단자에 가장 가까운 제1 직렬 공진자는, 상기 병렬 공진자를 사이에 개재하지 않고 상기 공통 단자에 접속되고, 상기 복수개의 탄성파 공진자는 각각 압전성을 가지는 기판과, 상기 기판 상에 형성된 한 쌍의 빗살형 전극으로 이루어지는 IDT 전극과, 상기 IDT 전극을 덮도록 상기 기판 상에 마련된 유전체층을 가지며, 상기 제1 직렬 공진자 및 상기 1 이상의 병렬 공진자 중 상기 공통 단자에 가장 가까운 제1 병렬 공진자의 적어도 한쪽의 상기 유전체층은, 나머지 상기 복수개의 탄성파 공진자의 상기 유전체층보다도 두께가 얇다.
이와 같이, 공통 단자에 가장 가까운 제1 직렬 공진자의 유전체층의 두께를 나머지 탄성파 공진자의 유전체층의 두께보다도 얇게 함으로써, 제2 필터에 큰 영향을 주는 제1 직렬 공진자의 고차 모드 스퓨리어스를 억제할 수 있다. 이로써, 제1 필터의 저지 영역에 생기는 고차 모드 스퓨리어스를 억제할 수 있고, 제2 필터의 통과 대역에서의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
또한, 상기 제1 직렬 공진자 및 상기 제1 병렬 공진자의 상기 유전체층은 나머지 상기 복수개의 탄성파 공진자의 상기 유전체층보다도 두께가 얇아도 된다.
이와 같이 공통 단자에 가장 가까운 제1 직렬 공진자 및 다음으로 가까운 제1 병렬 공진자의 각각의 유전체층의 두께를, 나머지 탄성파 공진자의 유전체층의 두께보다도 얇게 함으로써, 제1 직렬 공진자 및 제1 병렬 공진자의 각각의 고차 모드 스퓨리어스를 억제할 수 있다. 이로써 제1 필터의 저지 영역에 생기는 고차 모드 스퓨리어스를 억제할 수 있고, 제2 필터의 통과 대역에서의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 한 양태에 따른 멀티플렉서는 공통 단자, 제1 단자 및 제2 단자와, 상기 공통 단자와 상기 제1 단자를 잇는 제1 경로 상에 배치되며, 복수개의 탄성파 공진자를 가지는 제1 필터와, 상기 공통 단자와 상기 제2 단자를 잇는 제2 경로 상에 배치되며, 통과 대역의 주파수가 상기 제1 필터보다 높은 제2 필터를 포함하고, 상기 복수개의 탄성파 공진자는 상기 제1 경로 상에 배치된 1 이상의 직렬 공진자와, 상기 제1 경로 상의 노드와 그라운드를 잇는 경로 상에 배치된 2 이상의 병렬 공진자를 포함하며, 상기 2 이상의 병렬 공진자는, 상기 1 이상의 직렬 공진자 중 상기 공통 단자에 가장 가까운 제1 직렬 공진자에서 보아 상기 공통 단자 측에 위치하는 제1 병렬 공진자와, 상기 제1 단자 측에 위치하는 병렬 공진자를 포함하고, 상기 복수개의 탄성파 공진자는 각각 압전성을 가지는 기판과, 상기 기판 상에 형성된 한 쌍의 빗살형 전극으로 이루어지는 IDT 전극과, 상기 IDT 전극을 덮도록 상기 기판 상에 마련된 유전체층을 가지며, 상기 제1 병렬 공진자 및 상기 제1 직렬 공진자의 적어도 한쪽의 상기 유전체층은, 나머지 상기 복수개의 탄성파 공진자의 상기 유전체층보다도 두께가 얇다.
이와 같이, 공통 단자에 가장 가까운 제1 병렬 공진자의 유전체층의 두께를 나머지 탄성파 공진자의 유전체층의 두께보다도 얇게 함으로써, 제2 필터에 큰 영향을 주는 제1 병렬 공진자의 고차 모드 스퓨리어스를 억제할 수 있다. 이로써, 제1 필터의 저지 영역에 생기는 고차 모드 스퓨리어스를 억제할 수 있고, 제2 필터의 통과 대역에서의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
또한, 상기 제1 병렬 공진자 및 상기 제1 직렬 공진자의 상기 유전체층은 나머지 상기 복수개의 탄성파 공진자의 상기 유전체층보다도 두께가 얇아도 된다.
이와 같이, 공통 단자에 가장 가까운 제1 병렬 공진자 및 다음으로 가까운 제1 직렬 공진자의 각각의 유전체층의 두께를, 나머지 탄성파 공진자의 유전체층의 두께보다도 얇게 함으로써, 제1 병렬 공진자 및 제1 직렬 공진자의 각각의 고차 모드 스퓨리어스를 억제할 수 있다. 이로써 제1 필터의 저지 영역에 생기는 고차 모드 스퓨리어스를 억제할 수 있고, 제2 필터의 통과 대역에서의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
또한, 상기 유전체층은 상기 유전체층의 표면이 상기 기판의 주면(主面)에 대해 평행이 되도록 마련되어 있어도 된다.
이에 따르면 예를 들면, 기판의 주면 및 IDT 전극의 표면을 따라 요철 형상으로 유전체층을 형성한 경우에 비해, 탄성파 공진자의 공진 특성을 향상할 수 있고, 필터의 전송 특성도 향상할 수 있다.
또한, 상기 기판은 니오브산리튬 기판이어도 된다.
이에 따르면, 주파수 온도 특성이 양호하고 전기 기계 결합 계수가 큰 탄성파 공진자를 형성할 수 있다.
또한, 상기 제1 필터에 의해 발생하는 고차 모드 스퓨리어스의 주파수는 상기 제2 필터의 주파수 통과 대역에 포함되어 있어도 된다.
이에 따르면, 제1 필터의 저지 영역에 생기는 고차 모드 스퓨리어스를 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 저지 영역에 생기는 고차 모드 스퓨리어스를 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 저지 영역에 생기는 고차 모드 스퓨리어스를 억제함과 함께 제2 필터에서의 통과 대역의 삽입 손실을 저감할 수 있는 통신 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 멀티플렉서 등에 의하면, 필터의 저지 영역에 생기는 고차 모드 스퓨리어스를 억제할 수 있다.
도 1은 실시형태 및 비교예의 양쪽에 공통되는 멀티플렉서의 기본 구성도이다.
도 2는 비교예에 따른 멀티플렉서의 제1 필터를 나타내는 회로 구성도이다.
도 3은 비교예에 따른 제1 필터의 저지 영역에 생기는 고차 모드 스퓨리어스를 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 절단면도이다.
도 7은 실시형태 1에 따른 탄성파 공진자의 임피던스의 변화를 나타내는 도면이다.
도 8은 실시형태 1에 따른 탄성파 공진자의 주파수와 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 실시형태 1에 따른 탄성파 공진자의 주파수 온도 특성의 일례를 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 제1 필터의 탄성파 공진자를 모식적으로 나타내는 평면도 및 절단면도이다.
도 15는 실시형태 3에 따른 탄성파 공진자의 임피던스의 변화를 나타내는 도면이다.
도 16은 실시형태 3에 따른 탄성파 공진자의 주파수와 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 17은 실시형태 3에 따른 탄성파 공진자의 주파수 온도 특성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 18은 실시형태 4에 따른 고주파 프론트 엔드 회로의 구성도이다.
(본 발명에 이르는 경위)
우선, 도 1~도 4를 참조하면서 본 발명에 이르는 경위에 대해 설명한다. 도 1은, 본 실시형태 및 비교예의 양쪽에 공통되는 멀티플렉서(1)의 기본 구성도이다. 한편, 같은 도면에는 공통 단자(Port1)에 접속되는 안테나 소자(2)도 도시되어 있다.
멀티플렉서(1)는 공통 단자(Port1)와, 제1 단자(Port11)와, 제2 단자(Port21)와, 제1 필터(11)와, 제2 필터(21)를 포함한다. 제1 필터(11)는 공통 단자(Port1)와 제1 단자(Port11)를 잇는 제1 경로(r1) 상에 배치되어 있다. 제2 필터(21)는 공통 단자(Port1)와 제2 단자(Port21)를 잇는 제2 경로(r2) 상에 배치되어 있다. 제2 필터(21)는 제1 필터(11)보다도 주파수 통과 대역이 높아지도록 설정되어 있다.
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 공통 단자(Port1)로부터 제1 단자(Port11)를 향하여 이 순서대로 배치되어 있다. 병렬 공진자(P1)는 직렬 공진자(S1 및 S2)의 사이에 접속되고, 병렬 공진자(P2)는 직렬 공진자(S2 및 S3)의 사이에 접속되며, 병렬 공진자(P3)는 직렬 공진자(S3 및 S4)의 사이에 접속되고, 병렬 공진자(P4)는 직렬 공진자(S4 및 S5)의 사이에 접속되어 있다. 이하, 직렬 공진자(S1∼S5) 및 병렬 공진자(P1∼P4)의 모두 또는 일부를 가리켜 “공진자”로 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 저지 영역에 생기는 고차 모드 스퓨리어스를 나타내는 모식도이다. 도 3에서의 그래프의 두꺼운 선은 공진 주파수(f1) 및 반(反)공진 주파수(f2)를 가지는 직렬 공진자(S1)의 임피던스 특성을 나타내고 있고, 그래프의 얇은 선은 제1 필터(11) 및 제2 필터(21)의 삽입 손실을 나타내고 있다.
고차 모드 스퓨리어스는 예를 들면, 공진자의 공진점보다도 주파수가 높은 측에서, 잔물결 형상의 임피던스의 흔들림으로 나타난다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 필터(11)의 어느 하나의 공진자에 의한 고차 모드 스퓨리어스가 주파수(f3)에 발생하면, 제1 필터(11)에서 반사되어야 할 주파수(f3)의 신호의 일부가 반사되지 않아 손실이 되고, 제2 필터(21)에서 패스밴드 리플이 나타난다. 이 패스밴드 리플에 의해, 제2 필터(21)의 통과 대역에 삽입 손실이 생긴다. 제2 필터(21)의 삽입 손실을 저감하기 위해서는, 제1 필터(11)의 공진자에 의해 생기는 고차 모드 스퓨리어스를 억제할 필요가 있다.
여기서 제1 필터(11)에 포함되는 복수개의 공진자 중, 어느 공진자의 고차 모드 스퓨리어스가 제2 필터(21)에 보다 크게 영향을 줄 것인지, 즉, 어느 공진자의 고차 모드 스퓨리어스를 억제하면 제2 필터(21)의 삽입 손실의 저감에 효과적일지를 설명한다.
도 4는 비교예에서의 제1 필터(11)의 리턴 로스를 설명하는 도면이다. 도 4는 제1 필터(11)에 공통 단자(Port1) 측으로부터 소정의 주파수 신호를 입력한 경우의 리턴 로스와 비교하여, 제1 필터(11)의 복수개의 공진자 중 하나에 저항을 삽입하고 소정의 주파수 신호를 입력한 경우의 리턴 로스의 증가분을 나타내는 도면이다. 한편, 제1 필터(11)에 입력하는 소정의 주파수 신호는, 제1 필터(11)의 저지 영역이고 또한 제2 필터(21)의 통과 영역의 주파수를 포함하는 신호이다.
공진자에 삽입한 저항은, 상기 공진자에 고차 모드 스퓨리어스가 발생하고 있는 상태를 모의적으로 나타내고 있다. 제1 필터(11)의 리턴 로스는 어느 공진자에 저항을 삽입했는지, 즉 어느 공진자에서 고차 모드 스퓨리어스가 발생하고 있는지에 따라 다른 정도로 증가한다.
여기서 리턴 로스란, 공통 단자(Port1)에서 본 제1 필터(11)의 반사 손실의 것이고, 리턴 로스가 클수록 제1 필터(11)로부터의 신호의 반사는 작아지게 된다. 즉, 제2 필터(21)의 통과 영역의 주파수 신호가 제1 필터(11)에 흡수되어버려, 제2 필터(21)에서의 삽입 손실이 증대한다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 공통 단자(Port1)에 가장 가까운 직렬 공진자(S1)에 저항을 삽입한 경우의 리턴 로스의 증가분은 최대로 0.7dB이고, 2번째로 가까운 병렬 공진자(P1)에 저항을 삽입한 경우의 리턴 로스의 증가분은 최대로 0.38dB이다. 한편, 3번째로 가까운 직렬 공진자(S2)에 저항을 삽입한 경우의 리턴 로스의 증가분은 최대로 0.05dB이고, 또한 4번째 이후의 각 공진자(P2∼P4, S3∼S5)에 저항을 삽입한 경우의 리턴 로스의 증가분은 약 0dB이며, 리턴 로스는 거의 증가하지 않는다고 간주할 수 있다. 이와 같이, 제1 필터(11)에서의 리턴 로스의 증가는 공통 단자(Port1)의 가까이에 위치하는 공진자, 보다 구체적으로는 공통 단자(Port1) 측 초단(初段)의 직렬 공진자 및 병렬 공진자에서 고차 모드 스퓨리어스가 발생한 경우만큼 크다. 따라서, 제2 필터(21)의 삽입 손실을 저감하기 위해서는, 공통 단자(Port1) 측 초단의 직렬 공진자 및 병렬 공진자에 대해 고차 모드 스퓨리어스를 억제하는 대책을 세우는 것이 효과적이다.
본 실시형태의 멀티플렉서(1)에서는 제1 필터(11)에 포함되는 각 공진자 중, 공통 단자(Port1)의 가까이에 위치하는 공진자가 고차 모드 스퓨리어스를 억제하는 구조를 가지고 있다. 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 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 나타내지는 구성 요소의 크기 또는 크기의 비(比)는 반드시 엄밀하지 않다. 또한, 각 도면에서 실질적으로 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 첨부하고 있고, 중복되는 설명은 생략 또는 간략화하는 경우가 있다. 또한, 이하의 실시형태에서 “접속되는”이란, 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 상술한 비교예에서 중복되는 구성 요소도 있지만, 중복되는 구성 요소를 포함하여 실시형태 1로서 다시 설명한다.
[1-1. 멀티플렉서의 구성]
실시형태 1의 멀티플렉서(1)는 통과 대역이 서로 다른 복수개의 필터를 포함하고 있고, 이들 복수개의 필터의 안테나 측 단자가 공통 단자(Port1)로 묶인 멀티플렉서(분파기)이다. 구체적으로는 도 1에 나타내는 바와 같이, 멀티플렉서(1)는 공통 단자(Port1)와, 제1 단자(Port11)와, 제2 단자(Port21)와, 제1 필터(11)와, 제2 필터(21)를 포함한다.
공통 단자(Port1)는 제1 필터(11) 및 제2 필터(21)에 공통으로 마련되고, 멀티플렉서(1)의 내부에서 제1 필터(11) 및 제2 필터(21)에 접속된다. 또한, 공통 단자(Port1)는 멀티플렉서(1)의 외부에서 안테나 소자(2)에 접속된다. 즉, 공통 단자(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 공통 단자(Port1)와 제1 단자(Port11)를 잇는 제1 경로(r1) 상에 배치된다. 제1 필터(11)는 예를 들면, BandL(로우 밴드)에서의 다운스트림 주파수 대역(수신 대역)을 통과 대역으로 하는 수신 필터이다.
제2 필터(21)는 공통 단자(Port1)와 제2 단자(Port21)를 잇는 제2 경로(r2) 상에 배치된다. 제2 필터(21)는 예를 들면, BandH(하이 밴드)에서의 다운스트림 주파수 대역(수신 대역)을 통과 대역으로 하는 수신 필터이다.
제1 필터(11) 및 제2 필터(21)의 특성으로는, 대응하는 Band의 주파수 대역(수신 대역 또는 송신 대역)을 통과시켜, 다른 대역을 쇠퇴시키는 것과 같은 특성이 요구된다. 본 실시형태에서는 제2 필터(21)는 제1 필터(11)보다도 주파수 통과 대역이 높아지도록 설정되어 있다.
제1 경로(r1)와 제2 경로(r2)는 노드(N)로 접속되어 있다. 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 공통 단자(Port1)를 잇는 경로 상 등에, 임피던스 정합용의 임피던스 소자가 접속되어 있어도 상관없다.
[1-2. 필터의 구성]
다음으로, 제1 필터(11) 및 제2 필터(21)의 구성에 대해, BandL을 통과 대역으로 하는 제1 필터(11)를 예로 들어 설명한다.
도 5는 제1 필터(11)를 나타내는 회로 구성도이다. 같은 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 가리켜 “공진자 110”이라고 부르는 경우가 있다.
직렬 공진자(111s∼114s)는 공통 단자(Port1)와 제1 단자(Port11)를 잇는 제1 경로(직렬암)(r1) 상에, 공통 단자(Port1) 측으로부터 이 순서대로 직렬로 접속되어 있다. 또한, 병렬 공진자(111p∼113p)는 제1 경로(r1) 상에서 서로 이웃하는 직렬 공진자(111s∼114s)의 사이의 각 노드(n1, n2, n3)와 기준 단자(그라운드)를 잇는 경로(병렬암) 상에 서로 병렬로 접속되어 있다. 구체적으로는, 공통 단자(Port1)에 가장 가까운 직렬 공진자(제1 직렬 공진자)(111s)는 병렬 공진자(111p∼113p)를 사이에 개재하지 않고 공통 단자(Port1)에 접속되어 있다. 병렬 공진자(111p∼113p) 중 공통 단자(Port1)에 가장 가까운 병렬 공진자는 병렬 공진자(제1 병렬 공진자)(111p)이다. 각 병렬 공진자(111p∼113p)의 일단(一端)은 노드(n1, n2, n3)의 어느 하나에 접속되고, 타단(他端)은 기준 단자에 접속되어 있다.
이와 같이, 제1 필터(11)는 제1 경로(r1) 상에 배치된 2 이상의 직렬 공진자(본 실시형태에서는 4개의 직렬 공진자), 및 제1 경로(r1)와 기준 단자(그라운드)를 잇는 경로 상에 배치된 1 이상의 병렬 공진자(본 실시형태에서는 3개의 병렬 공진자)에서 구성되는 T형의 래더 필터 구조를 가진다.
한편, 제1 필터(11)의 직렬 공진자 및 병렬 공진자의 수는 각각 4개 및 3개에 한정되지 않고, 직렬 공진자가 2개 이상이고 병렬 공진자가 1개 이상 있으면 된다. 또한, 병렬 공진자는 인덕터를 통해 기준 단자에 접속되어 있어도 된다. 또한, 직렬암 상 혹은 병렬암 상에, 인덕터 및 커패시터 등의 임피던스 소자가 삽입 또는 접속되어 있어도 된다. 또한 도 5에서는 병렬 공진자가 접속되는 기준 단자가 개별화되어 있지만, 기준 단자를 개별화할지 공통화할지는 예를 들면, 제1 필터(11)의 실장 레이아웃의 제약 등에 의해 적절히 선택될 수 있다.
[1-3. 탄성파 공진자의 구조]
다음으로, 제1 필터(11)를 구성하는 공진자 110의 구조에 대해 설명한다. 본 실시형태에서의 공진자 110은 탄성 표면파(SAW: Surface Acoustic Wave) 공진자이다.
한편, 다른 한쪽의 필터인 제2 필터(21)는 상술한 필터의 구성에 한정되지 않고, 요구되는 필터 특성 등에 따라 적절히 설계될 수 있다. 구체적으로는, 제2 필터(21)는 래더형의 필터 구조를 가지지 않아도 되고, 예를 들면 종결합형의 필터 구조이어도 상관없다. 또한, 제2 필터(21)를 구성하는 각 공진자는 SAW 공진자에 한하지 않고, 예를 들면, BAW(Bulk Acoustic Wave) 공진자이어도 상관없다. 게다가 제2 필터(21)는 공진자를 이용하지 않고 구성되어 있어도 되고, 예를 들면 LC 공진 필터 혹은 유전체 필터이어도 상관없다.
도 6은, 제1 필터(11)의 공진자 110을 모식적으로 나타내는 평면도 및 절단면도이다. 한편, 도 6에 나타내진 공진자 110은 상기 공진자 110의 전형적인 구조를 설명하기 위한 것으로서, 전극을 구성하는 전극지(電極指)의 개수나 길이 등은 이에 한정되지 않는다.
도 6의 평면도에 나타내는 바와 같이, 공진자 110은 서로 대향(對向)하는 한 쌍의 빗살형 전극(32a 및 32b)과, 빗살형 전극(32a 및 32b)에 대해 탄성파 전파 방향(D1)에 배치된 한 쌍의 반사기(32c)를 가진다. 한 쌍의 빗살형 전극(32a 및 32b)은 IDT 전극(32)을 구성하고 있다.
빗살형 전극(32a)은 빗 형상으로 배치되고, 서로 평행한 복수개의 전극지(322a)와, 복수개의 전극지(322a)의 각각의 일단끼리를 접속하는 버스바(bus bar) 전극(321a)으로 구성되어있다. 또한, 빗살형 전극(32b)은 빗 형상으로 배치되고, 서로 평행한 복수개의 전극지(322b)와, 복수개의 전극지(322b)의 각각의 일단끼리를 접속하는 버스바 전극(321b)으로 구성되어 있다. 복수개의 전극지(322a 및 322b)는 탄성파 전파 방향(D1)의 직교 방향으로 연장되도록 형성되어 있다. 본 실시형태의 IDT 전극(32)에서는, 예를 들면 파장 λ는 4㎛, 듀티는 0.5, 교차폭은 80㎛, 대수는 100이다.
한 쌍의 반사기(32c)는 탄성파 전파 방향(D1)에서 한 쌍의 빗살형 전극(32a 및 32b)을 끼도록 배치되어 있다. 각 반사기(32c)는 서로 평행한 복수개의 반사 전극지와, 상기 복수개의 반사 전극지를 접속하는 반사기 버스바 전극으로 구성되어 있다. 복수개의 반사 전극지는 탄성파 전파 방향(D1)의 직교 방향으로 연장되도록 형성되어 있다.
도 6의 절단면도에 나타내는 바와 같이, 공진자 110은 압전성을 가지는 기판(320)과, IDT 전극(32)을 구성하는 전극층(325)과, IDT 전극(32)을 덮도록 기판(320) 상에 마련된 유전체층(326)에 의해 형성된다. 한편, 반사기(32c)의 절단면 구조는 IDT 전극(32)의 절단면 구조와 동일하기 때문에, 이하에서는 그 설명을 생략한다.
기판(320)은 예를 들면 커트각 127.5°의 LiNbO3 기판(니오브산리튬 기판)이다. 기판(320) 내를 X방향으로 전파하는 탄성파로서 레일리파(Rayleigh wave)가 사용되는 경우, 기판(320)의 커트각은 120°±20° 또는 300°±20°인 것이 바람직하다.
전극층(325)은 복수개의 금속층이 적층된 구조를 가지고 있다. 전극층(325)은 예를 들면, 아래부터 순서대로 Ti층, Al층, Ti층, Pt층, NiCr층이 적층됨으로써 형성되어 있다. 전극층(325)의 두께는 예를 들면 278㎚이다.
유전체층(326)은 예를 들면 이산화규소(SiO2)를 주성분으로 하는 막이다. 유전체층(326)은 공진자 110의 주파수 온도 특성을 조정하는 것, 전극층(325)을 외부 환경으로부터 보호하는 것, 또는 내(耐)습성을 높이는 것 등을 목적으로 하여 마련되어 있다. 유전체층(326)의 두께는 전극층(325)의 두께보다도 두껍다. 유전체층(326)은 예를 들면 반응성 이온 에칭에 의해 표면이 평탄하게 되도록 형성되고, 유전체층(326)의 표면은 기판(320)의 주면에 대해 평행이다.
본 실시형태에서는 직렬 공진자(111s)의 유전체층(326)의 두께(t1)가, 직렬 공진자(111s)보다도 후단(제1 단자(Port11) 측)에 위치하는 공진자(112s∼114s, 111p∼113p)의 유전체층(326)의 두께(t2)보다도 얇아지고 있다. 예를 들면, 직렬 공진자(111s)의 유전체층(326)의 두께(t1)가 1000㎚인 경우에, 직렬 공진자(111s)를 제외하는 나머지 공진자(112s∼114s, 111p∼113p)의 각각의 유전체층(326)의 두께(t2)는 1100㎚이다.
이와 같이, 직렬 공진자(111s)의 유전체층(326)의 두께(t1)가 공진자(112s∼114s, 111p∼113p)의 유전체층(326)의 두께(t2)보다도 얇아지고 있음으로써, 제2 필터(21)에 큰 영향을 주는 직렬 공진자(111s)의 고차 모드 스퓨리어스의 발생을 억제할 수 있다.
한편, 유전체층(326)의 두께(t1 또는 t2)는 기판(320)의 주면에서 유전체층(326)의 표면까지의 거리이다. 공진자(112s∼114s, 111p∼113p)의 각각의 유전체층(326)의 두께(t2)는 서로 같아도 되고 달라도 된다.
[1~4. 효과 등]
도 7은, 실시형태 1에 따른 공진자 110의 임피던스의 변화를 나타내는 도면이다. 구체적으로는, 도 7은 직렬 공진자(111s)의 유전체층의 두께(t1)를 바꾼 경우에서의 주파수와 임피던스의 관계를 나타내는 도면이다. 한편, 도 7은 레일리 모드에서의 공진 특성을 나타내고 있다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 직렬 공진자(111s)에서는 제1 필터(11)의 저지 영역인 주파수 1165㎒ 부근에서 임피던스가 흔들리고, 고차 모드 스퓨리어스가 나타나고 있다. 이를 유전체층(326)의 두께(t1)마다 보면, 두께(t1)=1200㎚인 경우에 임피던스의 흔들림이 크고, 두께(t1)를 1100㎚, 1000㎚, 900㎚로 단계적으로 얇게 함에 따라 임피던스의 흔들림이 작아지고 있다. 예를 들면, 유전체층(326)의 두께(t1)=900㎚인 경우는 제1 필터(11)의 저지 영역에서의 임피던스의 흔들림은 작고, 고차 모드 스퓨리어스가 감소하고 있다.
한편, 도 7에서는, 주파수 960㎒ 부근에서 스톱밴드 리스폰스(stop-band response)가 나타나고 있지만, 이 스톱밴드 리스폰스는 다른 방책에 의해 저감하는 것이 가능하다.
도 8은 공진자 110의 주파수와 위상의 관계를 나타내는 도면으로서, 도 7에 나타내는 임피던스를, S 파라미터를 이용하여 위상으로 변환한 도면이다. 이와 같이 임피던스를 위상으로 변환해 보면, 유전체층(326)의 두께(t1)를 바꾼 경우의 고차 모드 스퓨리어스의 차이가 위상의 차이로서 현저하게 나타난다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 직렬 공진자(111s)에서는 제1 필터(11)의 저지 영역인 주파수 1165㎒ 부근에서 위상이 커지고, 고차 모드 스퓨리어스가 나타나고 있다. 이를 유전체층(326)의 두께(t1)마다 보면, 두께(t1)=1200㎚인 경우에 위상이 크고, 두께(t1)를 단계적으로 얇게 함에 따라 위상이 작아지고 있다. 예를 들면, 유전체층(326)의 두께(t1)=900㎚인 경우는, 제1 필터(11)의 저지 영역에서의 위상은 작고, 고차 모드 스퓨리어스가 감소하고 있다. 또한, 두께(t1)를 단계적으로 얇게 함에 따라, 스퓨리어스의 산의 피크가 고주파 측으로 이동하고 있다. 예를 들면, 제2 필터(21)의 통과 대역이 고차 모드 스퓨리어스보다도 저주파수 측에 존재하는 경우는, 두께(t1)를 얇게 함으로써 고차 모드 스퓨리어스가 발생하는 주파수 대역을 제2 필터(21)의 통과 대역으로부터 떼어 놓을 수 있다.
도 9는 공진자 110의 주파수 온도 특성의 일례를 나타내는 도면이다. 도 9에서는 유전체층(326)이 얇은만큼 주파수 온도 특성이 나빠지는 것이 나타내지고 있다. 예를 들면 고차 모드 스퓨리어스를 작게 하기 위해, 제1 필터(11)의 모든 공진자 110의 유전체층(326)을 얇게 하는 것도 생각할 수 있지만, 그 경우는 도 9에 나타내는 바와 같이 주파수 온도 특성이 악화된다. 그에 대해 본 실시형태에서는 모든 공진자 110의 유전체층(326)을 얇게 하지 않고, 모든 공진자 110 중 제2 필터(21)에 큰 영향을 주는 직렬 공진자(111s)의 유전체층(326)을 얇게 하고 있다. 이로써, 제1 필터(11)의 고차 모드 스퓨리어스를 억제할 수 있고, 제2 필터(21)의 통과 대역에서의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
본 실시형태에 따른 멀티플렉서(1)는 공통 단자(Port1), 제1 단자(Port11) 및 제2 단자(Port21)와, 공통 단자(Port1)와 제1 단자(Port11)를 잇는 제1 경로(r1) 상에 배치되며, 복수개의 탄성파 공진자(111s∼114s, 111p∼113p)를 가지는 제1 필터(11)와, 공통 단자(Port1)와 제2 단자(Port21)를 잇는 제2 경로(r2) 상에 배치되며, 통과 대역의 주파수가 제1 필터(11)보다 높은 제2 필터(21)를 포함한다. 복수개의 탄성파 공진자는, 제1 경로(r1) 상에 배치된 2 이상의 직렬 공진자(예를 들면 직렬 공진자(111s∼114s))와, 제1 경로(r1) 상의 노드와 그라운드를 잇는 경로 상에 배치된 1 이상의 병렬 공진자(예를 들면 병렬 공진자(111p∼113p))를 포함한다. 2 이상의 직렬 공진자(111s∼114s) 중, 공통 단자(Port1)에 가장 가까운 제1 직렬 공진자(111s)는, 병렬 공진자(111p∼113p)를 사이에 개재하지 않고 공통 단자(Port1)에 접속되어 있다. 복수개의 탄성파 공진자는 각각 압전성을 가지는 기판 (320)과, 기판(320) 상에 형성된 한 쌍의 빗살형 전극(32a, 32b)으로 이루어지는 IDT 전극(32)과, IDT 전극(32)을 덮도록 기판(320) 상에 마련된 유전체층(326)을 가지고 있다. 제1 직렬 공진자(111s)의 유전체층(326)은 나머지 복수개의 탄성파 공진자(112s∼114s, 111p∼113p)의 유전체층(326)보다도 두께가 얇다.
이와 같이, 공통 단자(Port1)에 가장 가까운 직렬 공진자(111s)의 유전체층(326)의 두께(t1)를, 후단의 탄성파 공진자(112s∼114s, 111p∼113p)의 유전체층(326)의 두께(t2)보다도 얇게 함으로써, 제2 필터(21)에 큰 영향을 주는 직렬 공진자(111s)의 고차 모드 스퓨리어스의 발생을 억제할 수 있다. 이로써, 제1 필터(11)의 고차 모드 스퓨리어스를 억제할 수 있고, 제2 필터(21)의 통과 대역에서의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
(실시형태 1의 변형예 1)
실시형태 1의 변형예 1에 따른 멀티플렉서(1)에서는, 1 이상의 병렬 공진자 중 공통 단자(Port1)에 가장 가까운 병렬 공진자의 유전체층(326)이, 후단에 위치하는 공진자의 유전체층(326)보다도 얇아지고 있다.
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 포함하고 있다. 병렬 공진자(111a)는 복수개의 병렬 공진자(111a, 112p, 113p) 중, 공통 단자(Port1)에 가장 가까운 위치에 배치되어 있다.
변형예 1에 따른 멀티플렉서(1)에서는, 직렬 공진자(111s)에 더해, 더욱이 병렬 공진자(111a)의 유전체층(326)의 두께(t1)가, 병렬 공진자(111a)보다도 후단(제1 단자(Port11) 측)에 위치하는 공진자(112s∼114s, 112p, 113p)의 유전체층(326)의 두께(t2)보다도 얇아지고 있다. 제1 필터(11)를 구성하는 공진자 110 중, 제2 필터(21)에 영향을 주는 병렬 공진자(111a)가 상기 구성을 가짐으로써, 제1 필터(11)의 저지 영역에서의 고차 모드 스퓨리어스를 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 구성되어 있다.
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 배치된 2개의 직렬 공진자(111b 및 111c)로 구성되어 있다. 직렬 공진자(111b 및 111c) 중, 공통 단자(Port1)에 가장 가까운 직렬 공진자(111b)의 유전체층(326)의 두께는 t1이고, 직렬 공진자(111b)와 노드(n1) 사이에 위치하는 직렬 공진자(111c)의 유전체층(326)의 두께도 t1이다.
변형예 2에 따른 멀티플렉서(1)에서는 공통 단자(Port1)에 가장 가까운 직렬 공진자(111s)를 구성하는 직렬 공진자(111b, 111c)의 유전체층(326)의 두께(t1)가, 노드(n1)보다도 후단(제1 단자(Port11) 측)에 위치하는 공진자(112s∼114s, 111p∼113p)의 유전체층(326)의 두께(t2)보다도 얇아지고 있다. 이로써, 제1 필터(11)의 저지 영역에 생기는 고차 모드 스퓨리어스를 억제할 수 있다.
(실시형태 2)
실시형태 2의 멀티플렉서(1)는 제1 필터(11A)가 π형의 래더 필터 구조를 가지는 점에서, T형의 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. 같은 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 공통 단자(Port1)와 제1 단자(Port11)를 잇는 제1 경로(직렬암)(r1) 상에, 공통 단자(Port1) 측으로부터 이 순서대로 직렬로 접속되어 있다. 병렬 공진자(111d, 111p∼113p)는 직렬 공진자(111s∼114s) 중 공통 단자(Port1)에 가장 가까운 직렬 공진자(제1 직렬 공진자)(111s)에서 보아 공통 단자(Port1) 측에 위치하는 병렬 공진자(제1 병렬 공진자)(111d)와, 제1 단자(Port11) 측에 위치하는 병렬 공진자(111p∼113p)를 포함한다. 병렬 공진자(111d)는 공통 단자(Port1)와 직렬 공진자(111s) 사이의 노드(n0)와 기준 단자(그라운드)를 잇는 경로(병렬암)에 접속되어 있다. 구체적으로는, 공통 단자(Port1)에 가장 가까운 병렬 공진자(111d)는 직렬 공진자(111s∼114s)를 사이에 개재하지 않고 공통 단자(Port1)에 접속되어 있다. 또한, 병렬 공진자(111p∼113p)는 제1 경로(r1) 상에서 서로 이웃하는 직렬 공진자(111s∼114s) 사이의 각 노드(n1, n2, n3)와 기준 단자를 잇는 경로 상에 서로 병렬로 접속되어 있다.
이와 같이, 제1 필터(11A)는 제1 경로(r1) 상에 배치된 1 이상의 직렬 공진자(예를 들면 4개의 직렬 공진자(111s∼114s)) 및 제1 경로(r1)와 기준 단자를 잇는 경로 상에 배치된 2 이상의 병렬 공진자(예를 들면 4개의 병렬 공진자(111d, 111p∼113p))로 구성되는 π형의 래더 필터 구조를 가진다.
본 실시형태에서는, 병렬 공진자(111d)의 유전체층(326)의 두께(t1)가, 병렬 공진자(111d)보다도 후단(제1 단자(Port11) 측)에 위치하는 공진자(111s∼114s, 111p∼113p)의 유전체층(326)의 두께(t2)보다도 얇아지고 있다. 예를 들면, 병렬 공진자(111d)의 유전체층(326)의 두께(t1)가 1000㎚인 경우에, 병렬 공진자(111d)를 제외하는 나머지 공진자(111s∼114s, 111p∼113p)의 각각의 유전체층(326)의 두께(t2)는 1100㎚이다.
이와 같이, 병렬 공진자(111d)의 유전체층(326)의 두께(t1)가, 후단의 공진자(111s∼114s, 111p∼113p)의 유전체층(326)의 두께(t2)보다도 얇아지고 있음으로써, 제2 필터(21)에 큰 영향을 주는 병렬 공진자(111d)의 고차 모드 스퓨리어스의 발생을 억제할 수 있다.
한편, 공진자(111s∼114s, 111p∼113p)의 각각의 유전체층(326)의 두께(t2)는 서로 같아도 되고 달라도 된다.
또한, 상기 실시형태 2에서는, 병렬 공진자(111d)의 유전체층(326)의 두께가 t1인 예를 나타냈지만, 거기에 더해 직렬 공진자(111s)의 유전체층(326)의 두께가 t1이어도 된다.
즉, 제1 필터(11A)에서 1 이상의 직렬 공진자(예를 들면 직렬 공진자(111s∼114s)) 중, 공통 단자(Port1)에 가장 가까운 직렬 공진자(111s)의 유전체층(326)의 두께(t1)를, 직렬 공진자(111s)보다도 후단(제1 단자(Port11) 측)에 위치하는 공진자(112s∼114s, 111p∼113p)의 유전체층(326)의 두께(t2)보다 얇아도 된다. 병렬 공진자(111d)에 더해 직렬 공진자(111s)가 상기 구성을 가짐으로써, 제1 필터(11A)의 저지 영역에 생기는 고차 모드 스퓨리어스를 더 억제할 수 있다.
(실시형태 2의 변형예 1)
실시형태 2의 변형예 1에 따른 멀티플렉서(1)는 제1 필터(11A)의 병렬 공진자(111d)가 분할된 공진자로 구성되어 있다.
도 13은, 실시형태 2의 변형예 1에 따른 제1 필터(11A)의 회로 구성도이다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 제1 필터(11A)는 직렬 공진자(111s∼114s) 및 병렬 공진자(111d, 111p∼113p)를 포함한다. 병렬 공진자(111d)는 분할된 병렬 공진자(111e, 111f, 111g, 111h)에 의해 구성되어 있다.
병렬 공진자(111e, 111f)는 서로 직렬 접속되고, 공통 단자(Port1)와 직렬 공진자(111s) 사이의 노드(n0)와 기준 단자를 잇는 경로에 접속되어 있다. 병렬 공진자(111g, 111h)는 서로 직렬 접속되고, 공통 단자(Port1)와 직렬 공진자(111s) 사이의 노드(n0)와 기준 단자를 잇는 경로에 접속되어 있다. 구체적으로는, 공통 단자(Port1)에 가장 가까운 병렬 공진자(111e, 111f)는 직렬 공진자(111s∼114s)를 사이에 개재하지 않고 노드(n0)에 접속되어 있다. 또한, 공통 단자(Port1)에 2번째로 가까운 병렬 공진자(111g, 111h)도, 직렬 공진자(111s∼114s)를 사이에 개재하지 않고 노드(n0)에 접속되어 있다.
이와 같이, 제1 필터(11A)는 제1 경로(r1) 상에 배치된 1 이상의 직렬 공진자 및 제1 경로(r1)와 기준 단자를 잇는 경로 상에 배치된 2 이상의 병렬 공진자(예를 들면 7개의 병렬 공진자(111e∼111h, 111p∼113p))로 구성되는 π형의 래더 필터 구조를 가진다.
변형예 1에서는 병렬 공진자(111e∼111h)의 각각의 유전체층(326)의 두께(t1)가 병렬 공진자(111e∼111h)의 후단(제1 단자(Port11) 측)에 위치하는 공진자(111s∼114s, 111p∼113p)의 유전체층(326)의 두께(t2)보다도 얇아지고 있다. 제1 필터(11A)를 구성하는 공진자 110이 상기 구성을 가짐으로써, 제1 필터(11A)의 저지 영역에 생기는 고차 모드 스퓨리어스를 억제할 수 있다.
(실시형태 3)
실시형태 3에 따른 멀티플렉서(1)는, 탄성파로서 러브파(love wave)가 사용되는 점, 및 기판(320)과 전극층(325) 사이에 이산화규소막이 마련되어 있는 점에서, 실시형태 1과 다르다.
도 14의 절단면도에 나타내는 바와 같이, 공진자 110은 기판(320)과, 전극층(325)과, 유전체층(326)에 의해 형성된다.
기판(320)은 예를 들면 커트각 176°의 LiNbO3 기판(니오브산리튬 기판)이다. 기판(320) 내를 X방향으로 전파하는 탄성파로서 러브파가 사용되는 경우, 기판(320)의 커트각은 0°±20° 또는 180°±20°인 것이 바람직하다.
기판(320)의 주면에는 유전체 재료를 포함하는 이산화규소막(SiO2막)(324)이 형성되어 있다. 이산화규소막(324)은 전기 기계 결합 계수를 조정하기 위한 막이고, 그 두께는 예를 들면 25㎚이다.
전극층(325)은 이산화규소막(324) 상에 형성되어 있다. 전극층(325)은 복수개의 금속층이 적층된 구조를 가지고 예를 들면, 아래부터 순서대로, Ti층, Al층, Ti층, Pt층, NiCr층이 적층됨으로써 형성되어 있다. 전극층(325)의 두께는 예를 들면 310㎚이다.
유전체층(326)은 IDT 전극(32)을 덮도록 기판(320) 상에 마련되어 있다. 구체적으로는, 유전체층(326)은 유전체층(326)의 표면이 기판(320)의 주면에 대해 평행하도록 평탄하게 형성되어 있다.
본 실시형태에서는 직렬 공진자(111s)의 유전체층(326)의 두께(t1)가, 직렬 공진자(111s)보다도 후단(제1 단자(Port11) 측)에 위치하는 공진자(112s∼114s, 111p∼113p)의 유전체층(326)의 두께(t2)보다도 얇아지고 있다. 예를 들면, 직렬 공진자(111s)의 유전체층(326)의 두께(t1)가 1230㎚인 경우에, 직렬 공진자(111s)를 제외하는 나머지 공진자(112s∼114s, 111p∼113p)의 각각의 유전체층(326)의 두께(t2)는 1430㎚이다.
이와 같이, 직렬 공진자(111s)의 유전체층(326)의 두께(t1)가 공진자(112s∼114s, 111p∼113p)의 유전체층(326)의 두께(t2)보다도 얇아지고 있음으로써, 제2 필터(21)에 큰 영향을 주는 직렬 공진자(111s)의 고차 모드 스퓨리어스의 발생을 억제할 수 있다.
한편, 본 실시형태에서의 유전체층(326)의 두께(t1 또는 t2)는 기판(320)의 주면에서 유전체층(326)의 표면까지의 거리이고, 이산화규소막(324)의 두께를 포함한다. 공진자(112s∼114s, 111p∼113p)의 각각의 유전체층(326)의 두께(t2)는, 서로 같아도 되고 달라도 된다.
도 15는 실시형태 3에 따른 공진자 110의 임피던스의 변화를 나타내는 도면이다. 구체적으로는, 도 15는 직렬 공진자(111s)의 유전체층의 두께(t1)를 바꾼 경우에서의 주파수와 임피던스의 관계를 나타내는 도면이다. 한편, 도 15는 러브 모드에서의 공진 특성을 나타내고 있다.
도 15에 나타내는 바와 같이, 직렬 공진자(111s)에서는 제1 필터(11)의 저지 영역인 주파수 1170㎒ 부근에서 임피던스가 흔들리고, 고차 모드 스퓨리어스가 나타나 있다. 이를 유전체층(326)의 두께(t1)마다 보면, 두께(t1)=1430㎚인 경우에 임피던스의 흔들림이 크고, 두께(t1)를 1330㎚, 1230㎚로 단계적으로 얇게 함에 따라 임피던스의 흔들림이 작아지고 있다. 예를 들면, 유전체층(326)의 두께(t1)=1230㎚인 경우는 제1 필터(11)의 저지 영역에서의 임피던스의 흔들림은 작고, 고차 모드 스퓨리어스가 감소하고 있다.
도 16은 공진자 110의 주파수와 위상의 관계를 나타내는 도면으로서, 도 15에 나타내는 임피던스를, S파라미터를 이용하여 위상으로 변환한 도면이다. 이와 같이 임피던스를 위상으로 변환해 보면, 유전체층(326)의 두께(t1)를 바꾼 경우의 고차 모드 스퓨리어스의 차이가 위상의 차이로서 현저하게 나타난다.
도 16에 나타내는 바와 같이, 직렬 공진자(111s)에서는 제1 필터(11)의 저지 영역인 주파수 1170㎒ 부근에서 위상이 커지고, 고차 모드 스퓨리어스가 나타나 있다. 이를 유전체층(326)의 두께(t1)마다 보면, 두께(t1)=1430㎚인 경우에 위상이 크고, 두께(t1)를 단계적으로 얇게 함에 따라 위상이 작아지고 있다. 예를 들면, 유전체층(326)의 두께(t1)=1230㎚인 경우는, 제1 필터(11)의 저지 영역에서의 위상은 작고, 고차 모드 스퓨리어스가 감소하고 있다. 또한, 두께(t1)를 단계적으로 얇게 함에 따라 스퓨리어스의 산의 피크가 고주파 측으로 이동하고 있다. 예를 들면, 제2 필터(21)의 통과 대역이 고차 모드 스퓨리어스보다도 저주파수 측에 존재하는 경우는, 두께(t1)를 얇게 함으로써 고차 모드 스퓨리어스가 발생하는 주파수 대역을 제2 필터(21)의 통과 대역에서 떼어 놓을 수 있다.
도 17은 공진자 110의 주파수 온도 특성의 일례를 나타내는 도면이다. 도 17에서는 유전체층(326)이 얇은 만큼 주파수 온도 특성이 나빠지는 것이 나타내지고 있다. 예를 들면 고차 모드 스퓨리어스를 작게 하기 위해, 제1 필터(11)의 모든 공진자 110의 유전체층(326)을 얇게 하는 것도 생각할 수 있지만, 그 경우는 도 17에 나타내는 바와 같이 주파수 온도 특성이 악화된다. 그에 대해 본 실시형태에서는 모든 공진자 110의 유전체층(326)을 얇게 하지 않고, 모든 공진자 110 중 제2 필터(21)에 큰 영향을 주는 직렬 공진자(111s)의 유전체층(326)을 얇게 하고 있다. 이로써, 제1 필터(11)의 고차 모드 스퓨리어스를 억제할 수 있고, 제2 필터(21)의 통과 대역에서의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
실시형태 3에 따른 멀티플렉서(1)에서는, 실시형태 1과 동일하게, 제1 직렬 공진자(111s)의 유전체층(326)의 두께(t1)가, 복수개의 탄성파 공진자(112s∼114s, 111p∼113p)의 유전체층(326)의 두께(t2)보다도 얇아지고 있다.
실시형태 3과 같이, 탄성파로서 러브파가 사용되고, 기판(320)과 전극층(325) 사이에 이산화규소막(324)이 마련되어 있는 형태이어도, 상기 두께(t1)를 상기 두께(t2)보다도 얇게 함으로써, 직렬 공진자(111s)의 고차 모드 스퓨리어스의 발생을 억제할 수 있다. 이로써, 제1 필터(11)의 고차 모드 스퓨리어스를 억제할 수 있고, 제2 필터(21)의 통과 대역에서의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
(실시형태 4)
상기 실시형태 1, 2, 3 및 그 변형예에 따른 멀티플렉서는 고주파 프론트 엔드 회로, 나아가 상기 고주파 프론트 엔드 회로를 포함하는 통신 장치에 적용하는 것도 할 수 있다. 따라서 본 실시형태에서는 이와 같은 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 대해 설명한다.
도 18은, 실시형태 4에 따른 고주파 프론트 엔드 회로(30)의 구성도이다. 한편, 같은 도면에는 고주파 프론트 엔드 회로(30)와 접속되는 안테나 소자(2), RF 신호 처리 회로(RFIC)(3) 및 베이스 밴드 신호 처리 회로(BBIC)(4)에 대해서도 함께 도시되어 있다. 고주파 프론트 엔드 회로(30)와, RF 신호 처리 회로(3)와, 베이스 밴드 신호 처리 회로(4)는 통신 장치(40)를 구성하고 있다.
고주파 프론트 엔드 회로(30)는 실시형태 1에 따른 멀티플렉서(1)와, 수신 측 스위치(13) 및 송신 측 스위치(23)와, 로우 노이즈 앰프 회로(14)와, 파워 앰프 회로(24)를 포함한다.
멀티플렉서(1)는 4개의 필터를 포함하고 있다. 구체적으로는, 멀티플렉서(1)는 제1 필터(11) 및 제2 필터(21)의 이외에도 필터(12) 및 필터(22)를 포함한다. 필터(12)는 업스트림 주파수 대역(송신 대역)을 통과 대역으로 하는 송신 필터이고, 공통 단자(Port1)와 개별 단자(Port12)를 잇는 경로 상에 배치되어 있다. 필터(22)는 업스트림 주파수 대역(송신 대역)을 통과 대역으로 하는 송신 필터이고, 공통 단자(Port1)와 개별 단자(Port22)를 잇는 경로 상에 배치되어 있다.
수신 측 스위치(13)는 멀티플렉서(1)의 출력 단자인 제1 단자(Port11) 및 제2 단자(Port21)에 개별로 접속된 2개의 선택 단자, 그리고 로우 노이즈 앰프 회로(14)에 접속된 공통 단자를 가지는 스위치 회로이다.
송신 측 스위치(23)는 멀티플렉서(1)의 입력 단자인 개별 단자(Port12 및 Port22)에 개별로 접속된 2개의 선택 단자, 그리고 파워 앰프 회로(24)에 접속된 공통 단자를 가지는 스위치 회로이다.
이들 수신 측 스위치(13) 및 송신 측 스위치(23)는, 각각 제어부(도시하지 않음)로부터의 제어 신호에 따라 공통 단자와 소정의 밴드에 대응하는 신호 경로를 접속하고, 예를 들면, SPDT(Single Pole Double Throw)형의 스위치에 의해 구성된다. 한편, 공통 단자와 접속되는 선택 단자는 하나에 한하지 않고, 복수개이어도 상관없다. 즉, 고주파 프론트 엔드 회로(30)는 캐리어 어그리게이션에 대응해도 상관없다.
로우 노이즈 앰프 회로(14)는 안테나 소자(2), 멀티플렉서(1) 및 수신 측 스위치(13)를 경유한 고주파 신호(여기서는 고주파 수신 신호)를 증폭하고, RF 신호 처리 회로(3)로 출력하는 수신 증폭 회로이다.
파워 앰프 회로(24)는, RF 신호 처리 회로(3)로부터 출력된 고주파 신호(여기서는 고주파 송신 신호)를 증폭하고, 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(down-conversion) 등에 의해 신호 처리하고, 상기 신호 처리하여 생성된 수신 신호를 베이스 밴드 신호 처리 회로(4)로 출력한다. 또한, RF 신호 처리 회로(3)는 베이스 밴드 신호 처리 회로(4)로부터 입력된 송신 신호를 업 컨버전(up-conversion) 등에 의해 신호 처리하고, 상기 신호 처리하여 생성된 고주파 송신 신호를 파워 앰프 회로(24)로 출력한다. RF 신호 처리 회로(3)는 예를 들면 RFIC이다.
베이스 밴드 신호 처리 회로(4)에서 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 요소의 사이에, 다른 회로 소자를 포함하고 있어도 된다.
이상과 같이 구성된 고주파 프론트 엔드 회로(30) 및 통신 장치(40)에 의하면, 상기 실시형태(1)에 따른 멀티플렉서(1)를 포함함으로써, 제1 필터(11)의 통과 대역 외에서 생기는 고차 모드 스퓨리어스를 억제할 수 있고, 제2 필터(21)의 통과 대역에서의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
한편, 고주파 프론트 엔드 회로(30)는 실시형태 1에 따른 멀티플렉서(1)의 제1 필터(11)를 대신하고, 실시형태 1의 변형예 1의 제1 필터(11), 실시형태(2)의 제1 필터(11), 그리고 실시형태 3 및 실시형태 3의 변형예 1에 따른 제1 필터(11A)를 포함해도 상관없다.
또한, 통신 장치(40)는 고주파 신호 처리 방식에 따라, 베이스 밴드 신호 처리 회로(4)를 포함하고 있지 않아도 된다.
(그 외의 실시형태)
이상, 본 발명의 실시형태에 따른 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 대해, 실시형태 및 그 변형예를 들어 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태 및 변형예에서의 임의의 구성 요소를 조합시켜 실현되는 다른 실시형태나, 상기 실시형태에 대해 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 당업자가 생각해내는 각종 변형을 행하고 얻어지는 변형예나, 본 발명에 따른 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치를 내장한 각종 기기도 본 발명에 포함된다.
예를 들면, 상기 실시형태 4에서는 4개의 필터를 포함하는 멀티플렉서를 예로 설명했지만, 본 발명은 예를 들면, 3개의 필터의 안테나 단자가 공통화된 트리플렉서나 6개의 필터의 안테나 단자가 공통화된 헥사플렉서에 대해서도 적용할 수 있다. 즉, 멀티플렉서는 2 이상의 필터를 포함하고 있으면 된다.
또한, 상기 실시형태 1에서는 제1 필터 및 제2 필터의 쌍방이 수신 필터인 예를 나타냈다. 그러나, 본 발명은 제1 필터의 고차 모드 스퓨리어스가 제2 필터의 통과 대역 내에 위치하는 멀티플렉서이면, 제1 및 제2 필터의 용도 등에 한정되지 않고 적용할 수 있다. 이 때문에, 제1 및 제2 필터는 단지 한쪽이 수신 필터이어도 된다. 멀티플렉서는 송신 필터 및 수신 필터의 양쪽을 포함하는 구성에 한하지 않고, 송신 필터만 또는 수신 필터만을 포함하는 구성이어도 상관없다.
또한, 상기 실시형태 1에서는 공진자 110이 오프셋 전극지(전극지에 대향(對向)하여 상대 측의 버스바 전극에서 돌출하는 전극)를 가지고 있지 않은 예를 나타냈지만, 이에 한정되지 않고, 각 공진자는 오프셋 전극지를 가지고 있어도 된다.
또한, IDT 전극(32) 및 반사기(32c)의 전극층(325) 및 유전체층(326)을 구성하는 재료는, 상술한 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, 제2 필터(21)를 래더형의 필터 구조로 형성한 경우는, 제1 필터(11)의 탄성파 공진자 110의 유전체층의 두께의 평균값을, 제2 필터(21)의 탄성파 공진자의 유전체층의 두께의 평균값보다도 작게 해도 된다. 이로써, 제1 필터(11)에서 발생하는 고차 모드 스퓨리어스의 수준을 작게 할 수 있다.
또한, 실시형태 1에서는 기판(320)으로서 압전성을 가지는 기판을 나타냈지만, 상기 기판은 압전체층의 단층으로 이루어지는 압전 기판이어도 된다. 이 경우의 압전 기판은, 예를 들면, LiTaO3의 압전 단결정, 또는 LiNbO3 등 외의 압전 단결정으로 구성된다. 또한, IDT 전극(32)이 형성되는 기판(320)은 압전성을 가지는 한, 전체가 압전체층으로 이루어지는 것 외에, 지지 기판 상에 압전체층이 적층되어 있는 구조를 이용해도 된다.
또한, 상기 실시형태 1에 따른 기판(320)의 커트각은 한정되지 않는다. 즉, 탄성파 필터의 요구 통과 특성 등에 따라 적절히 적층 구조, 재료 및 두께를 변경해도 되고, 상기 실시형태 1에 나타내는 커트각 이외의 커트각을 가지는 LiTaO3 압전 기판 또는 LiNbO3 압전 기판 등을 이용한 탄성 표면파 필터이어도, 동일한 효과를 발휘하는 것이 가능해진다.
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: 베이스 밴드 신호 처리 회로(BBIC)
11, 11A: 제1 필터
12, 22: 필터
13: 수신 측 스위치
14: 로우 노이즈 앰프 회로
21: 제2 필터
23: 송신 측 스위치
24: 파워 앰프 회로
30: 고주파 프론트 엔드 회로
32: IDT 전극
32a, 32b: 빗살형 전극
32c: 반사기
40: 통신 장치
110: 탄성파 공진자(공진자)
111s, 112s, 113s, 114s: 직렬 공진자
111b, 111c: 직렬 공진자
111p, 112p, 113p: 병렬 공진자
111a, 111d, 111e, 111f, 111g, 111h: 병렬 공진자
320: 기판
321a, 321b: 버스바 전극
322a, 322b: 전극지
325: 전극층
326: 유전체층
D1: 탄성파 전파 방향
N, n0, n1, n2, n3, n4: 노드
Port1: 공통 단자
Port11: 제1 단자
Port21: 제2 단자
Port12, Port22: 개별 단자
r1: 제1 경로
r2: 제2 경로
t1, t2: 유전체층의 두께

Claims (9)

  1. 공통 단자, 제1 단자 및 제2 단자와,
    상기 공통 단자와 상기 제1 단자를 잇는 제1 경로 상에 배치되며, 복수개의 탄성파 공진자를 가지는 제1 필터와,
    상기 공통 단자와 상기 제2 단자를 잇는 제2 경로 상에 배치되며, 통과 대역의 주파수가 상기 제1 필터보다 높은 제2 필터를 포함하고,
    상기 복수개의 탄성파 공진자는,
    상기 제1 경로 상에 배치된 2 이상의 직렬 공진자와,
    상기 제1 경로 상의 노드와 그라운드를 잇는 경로 상에 배치된 1 이상의 병렬 공진자를 포함하며,
    상기 2 이상의 직렬 공진자 중 상기 공통 단자에 가장 가까운 제1 직렬 공진자는, 상기 병렬 공진자를 사이에 개재하지 않고 상기 공통 단자에 접속되고,
    상기 복수개의 탄성파 공진자는 각각 압전성을 가지는 기판과, 상기 기판 상에 형성된 한 쌍의 빗살형 전극으로 이루어지는 IDT 전극과, 상기 IDT 전극을 덮도록 상기 기판 상에 마련된 유전체층을 가지며,
    상기 제1 직렬 공진자 및 상기 1 이상의 병렬 공진자 중 상기 공통 단자에 가장 가까운 제1 병렬 공진자의 적어도 한쪽의 상기 유전체층은, 나머지 상기 복수개의 탄성파 공진자의 상기 유전체층보다도 두께가 얇은 멀티플렉서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 직렬 공진자 및 상기 제1 병렬 공진자의 상기 유전체층은, 나머지 상기 복수개의 탄성파 공진자의 상기 유전체층보다도 두께가 얇은 멀티플렉서.
  3. 공통 단자, 제1 단자 및 제2 단자와,
    상기 공통 단자와 상기 제1 단자를 잇는 제1 경로 상에 배치되며, 복수개의 탄성파 공진자를 가지는 제1 필터와,
    상기 공통 단자와 상기 제2 단자를 잇는 제2 경로 상에 배치되며, 통과 대역의 주파수가 상기 제1 필터보다 높은 제2 필터를 포함하고,
    상기 복수개의 탄성파 공진자는,
    상기 제1 경로 상에 배치된 1 이상의 직렬 공진자와,
    상기 제1 경로 상의 노드와 그라운드를 잇는 경로 상에 배치된 2 이상의 병렬 공진자를 포함하며,
    상기 2 이상의 병렬 공진자는, 상기 1 이상의 직렬 공진자 중 상기 공통 단자에 가장 가까운 제1 직렬 공진자에서 보아 상기 공통 단자 측에 위치하는 제1 병렬 공진자와, 상기 제1 단자 측에 위치하는 병렬 공진자를 포함하고,
    상기 복수개의 탄성파 공진자는 각각 압전성을 가지는 기판과, 상기 기판 상에 형성된 한 쌍의 빗살형 전극으로 이루어지는 IDT 전극과, 상기 IDT 전극을 덮도록 상기 기판 상에 마련된 유전체층을 가지며,
    상기 제1 병렬 공진자 및 상기 제1 직렬 공진자의 적어도 한쪽의 상기 유전체층은, 나머지 상기 복수개의 탄성파 공진자의 상기 유전체층보다도 두께가 얇은 멀티플렉서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 병렬 공진자 및 상기 제1 직렬 공진자의 상기 유전체층은, 나머지 상기 복수개의 탄성파 공진자의 상기 유전체층보다도 두께가 얇은 멀티플렉서.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체층은 상기 유전체층의 표면이 상기 기판의 주면(主面)에 대해 평행이 되도록 마련되어 있는 멀티플렉서.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 니오브산리튬 기판인 멀티플렉서.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 필터에 의해 발생하는 고차 모드 스퓨리어스의 주파수는, 상기 제2 필터의 주파수 통과 대역에 포함되는 멀티플렉서.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 멀티플렉서와,
    상기 멀티플렉서에 접속된 증폭 회로를 포함하는 고주파 프론트 엔드 회로.
  9. 안테나 소자로 송수신되는 고주파 신호를 처리하는 RF 신호 처리 회로와,
    상기 안테나 소자와 상기 RF 신호 처리 회로 사이에서 상기 고주파 신호를 전달하는 제8항에 기재된 고주파 프론트 엔드 회로를 포함하는 통신 장치.
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