JP2014068123A

JP2014068123A - ラダー型フィルタ及び分波器

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Publication number: JP2014068123A
Application number: JP2012210933A
Authority: JP
Inventors: Akio Kaneda; 明雄金田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2014-04-17
Anticipated expiration: 2032-09-25
Also published as: JP5942740B2

Abstract

【課題】阻止域内の特定の周波数帯域において減衰量が大きい減衰域の幅を広げることができるラダー型フィルタを提供する。
【解決手段】直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４と、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂとを有し、複数の並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂが、直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４の共振周波数よりも低く、直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４と共に通過帯域を形成している第１の並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３と、直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４の反共振周波数よりも共振周波数が高い第２の並列腕共振子Ｐ３ａ，Ｐ３ｂとを有し、第２の並列腕共振子Ｐ３ａ，Ｐ３ｂが、１つの並列腕において互いに直列に接続されており、かつ少なくとも１つの第２の並列腕共振子Ｐ３ａの反共振周波数が、残りの第２の並列腕共振子Ｐ３ｂの反共振周波数と異なっている、ラダー型フィルタ。
【選択図】図１

Description

本発明は、直列腕共振子と並列腕共振子とを有するラダー型フィルタ及びラダー型フィルタを用いた分波器に関する。

従来、携帯電話機の分波器などにおいては、送信フィルタとしてラダー型フィルタが広く用いられている。

例えば下記の特許文献１には、送信フィルタと受信フィルタとを有する分波器が開示されている。ここでは、送信フィルタがラダー型フィルタからなる。このラダー型フィルタにおいて、１つの並列腕共振子をノッチフィルタもしくは帯域阻止フィルタとして使用することにより、送信フィルタの副共振周波数帯における副共振応答を抑制する構成が開示されている。

特開２０１０−１０９８９４号公報

特許文献１に記載の構成では、ラダー型フィルタにおける１つの並列腕共振子をノッチフィルタとして用いている。この構成では、通過帯域外において、減衰量が充分に大きい周波数帯域の幅を広げることが困難であった。

また、上記構成では、送信フィルタの通過帯域と受信フィルタの通過帯域とが近接する際に、送信フィルタと受信フィルタとの間のアイソレーション特性が低下することがあった。

本発明の目的は、減衰量を大きく確保したい減衰帯域の幅を効果的に広げることができ、かつ分波器に用いられた場合にフィルタ間のアイソレーション特性を改善し得るラダー型フィルタを提供することにある。

本発明の他の目的は、フィルタ間のアイソレーション特性を改善し得る分波器を提供することにある。

本発明に係るラダー型フィルタは、入力端子と、出力端子とを備える。入力端子と出力端子とを結ぶ直列腕に直列腕共振子が設けられている。直列腕とグラウンド電位との間に複数の並列腕が接続されている。各並列腕には、並列腕共振子が設けられている。従って、本発明のラダー型フィルタは、複数の並列腕共振子を備える。

本発明では、複数の並列腕共振子が、直列腕共振子の共振周波数よりも低く、直列腕共振子と共に通過帯域を形成している第１の並列腕共振子と、前記直列腕共振子の反共振周波数よりも共振周波数が高い第２の並列腕共振子とを有する。そして、第２の並列腕共振子として、１つの並列腕において、互いに直列に接続されておりかつ反共振周波数が異なる複数の第２の並列腕共振子を有する。

本発明に係るラダー型フィルタのある特定の局面では、前記第２の並列腕共振子が、複数本の電極指を有するＩＤＴ電極と、弾性表面波伝搬方向においてＩＤＴ電極の両側に配置された反射器とを有する弾性表面波共振子からなる。

本発明に係るラダー型フィルタの他の特定の局面では、少なくとも１つの第２の並列腕共振子のＩＤＴ電極の電極指ピッチが、残りの第２の並列腕共振子のＩＤＴ電極の電極指ピッチと異なっている。

本発明に係るラダー型フィルタのさらに他の特定の局面では、少なくとも１つの第２の並列腕共振子のＩＤＴ電極のメタライゼーション比が、残りの第２の並列腕共振子のメタライゼーション比と異なっている。

本発明に係るラダー型フィルタのさらに別の特定の局面では、少なくとも１つの第２の並列腕共振子におけるＩＤＴ電極の膜厚が、残りの第２の並列腕共振子のＩＤＴ電極の膜厚と異なっている。

本発明に係るラダー型フィルタのさらに他の特定の局面では、前記第２の並列腕共振子と前記入力端子との間に、少なくとも１つの前記直列腕共振子と、少なくとも１つの第１の並列腕共振子を有する前記並列腕とのうちの少なくとも一方が設けられている。

本発明に係る分波器は、第１の端子と、第２の端子と、第３の端子とを備える。そして、第１の端子と第２の端子との間に、本発明に従って構成されたラダー型フィルタからなる第１のフィルタが電気的に接続されている。第１のフィルタの通過帯域を第１の通過帯域とする。また、第１の端子と第３の端子との間に、第２のフィルタが電気的に接続されている。第２のフィルタは、第１の通過帯域の高域側に位置している第２の通過帯域を構成している。

本発明に係る分波器のある特定の局面では、前記第２の通過帯域内に、前記第２の並列腕共振子の共振周波数が位置している。

本発明に係るラダー型フィルタによれば、減衰量が大きい減衰帯域の幅を広げることが可能となる。

また、本発明の分波器によれば、第１のフィルタが本発明のラダー型フィルタからなるため、第２の通過帯域内におけるアイソレーション特性を改善することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る分波器の回路図である。本発明の一実施形態に係る分波器の模式的正面断面図である。本発明の一実施形態で用いられている第２の並列腕共振子の電極構造を示す模式的平面図である。第１の比較例の分波器の略図的回路図である。第１の比較例の分波器における送信フィルタの減衰量周波数特性を示す図である。第１の比較例の分波器のＳｄ３２アイソレーション特性を示す図である。第２の比較例の分波器における送信フィルタの減衰量周波数特性を示す図である。第２の比較例の分波器のアイソレーション特性を示す図である。本発明の一実施形態及び第２の比較例の分波器に用いられている第２の並列腕共振子のインピーダンス特性を示す図である。本発明の一実施形態の変形例に係る分波器の回路図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

図１は、本発明の一実施形態に係る分波器の略図的回路図である。本実施形態の分波器は、ＵＭＴＳ−ＢＡＮＤ８に用いられるデュプレクサである。ＵＭＴＳ−ＢＡＮＤ８の送信周波数帯は、８８０ＭＨｚ〜９１５ＭＨｚであり、受信周波数帯は、９２５ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚである。

分波器１は、アンテナ端子２と、送信端子３と、受信端子４とを有する。すなわち、アンテナ端子２が、第１の端子を構成している。送信端子３が第２の端子を、受信端子４が第３の端子を構成している。

アンテナ端子２と送信端子３との間に送信フィルタ５が電気的に接続されている。送信フィルタ５は、後述するように、ラダー型フィルタからなる。

アンテナ端子２と受信端子４との間に受信フィルタ６が電気的に接続されている。送信フィルタ５の送信帯域が、本発明における第１の通過帯域であり、受信フィルタ６の通過帯域である受信帯域が本発明の第２の通過帯域である。

送信フィルタ５は、アンテナ端子２と送信端子３とを結ぶ直列腕を有する。この直列腕において、互いに直列に複数の直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４が接続されている。なお、直列腕共振子は１個のみが用いられてもよい。

直列腕とグラウンド電位とを結ぶように、複数の並列腕８ａ〜８ｃが設けられている。並列腕８ａ，８ｂ、８ｃには、それぞれ、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が設けられている。さらに、並列腕８ｃにおいては、第２の並列腕共振子Ｐ３ａと、第２の並列腕共振子Ｐ３ｂとが互いに直列に接続されている。

上記複数の直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４及び並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂは、本実施形態では弾性表面波共振子により構成されている。

図３に、一例として、第２の並列腕共振子Ｐ３ａの電極構造を模式的に示す。この第２の並列腕共振子Ｐ３ａでは、ＩＤＴ電極１１とＩＤＴ電極１１の表面波伝搬方向両側に配置された反射器１２，１３とが備えられている。圧電基板上にＩＤＴ電極１１及び反射器１２，１３を設けることにより、一ポート型の弾性表面波共振子が構成される。ただし、反射器は省略して、ＩＤＴ電極のみで一ポート型の弾性表面波共振子を構成してもよい。

ＩＤＴ電極１１は、それぞれが複数本の電極指を有する第１，第２の櫛歯電極１１ａ，１１ｂを有する。第１，第２の櫛歯電極１１ａ，１１ｂの複数本の電極指同士が互いに間挿し合っている。

図２は、本実施形態の分波器の模式的正面断面図である。図２に示すように、分波器１では、送信フィルタ５を構成している弾性表面波フィルタチップ５Ａと、受信フィルタ６を構成している弾性表面波フィルタチップ６Ａとが、配置基板１４上にフリップチップボンディング工法により実装されている。そして、弾性表面波フィルタチップ５Ａ，６Ａの周囲が樹脂外装１５により被覆されている。

弾性表面波フィルタチップ５Ａでは、圧電基板上に、直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４及び並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂを構成するための電極構造及び引き回し配線が形成されている。このような圧電基板としては、ＬｉＴａＯ_３や、ＬｉＮｂＯ_３などの適宜の圧電単結晶や圧電セラミックスを用いることができる。また、上記電極構造を形成する導電性材料としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕなどの適宜の金属もしくは合金を用いることができる。

本実施形態の分波器１の特徴は、上記送信フィルタ５であるラダー型フィルタにおいて、複数の第２の並列腕共振子Ｐ３ａ，Ｐ３ｂが設けられていることにある。それによって、送信フィルタ５のフィルタ特性上において受信帯域における高減衰帯域の幅を広げることができる。高減衰帯域とは、減衰量が近傍の周波数域よりも充分に大きい周波数帯域である。また、受信帯域におけるアイソレーション特性を効果的に改善することができる。これを、以下において詳述する。

送信フィルタ５においては、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の共振周波数よりも、直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４の共振周波数が高くされている。従って、周知のラダー型フィルタと同様に、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の共振周波数を低域側の減衰極とし、直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４の反共振周波数を高域側の減衰極とする、通過帯域が構成される。

他方、第２の並列腕共振子Ｐ３ａ，Ｐ３ｂの共振周波数は、直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４の共振周波数及び並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の共振周波数よりも高く、かつ受信帯域内に設定されている。また、第２の並列腕共振子Ｐ３ａ，Ｐ３ｂの静電容量は、直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４及び並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の静電容量よりも低く、好ましくは５０％以下とされている。ここで静電容量とは、共振子の等価回路におけるスタティック容量（等価容量）を指すものとする。

なお、第２の並列腕共振子Ｐ３ａ，Ｐ３ｂの静電容量を低める方法は特に限定されるものではない。ＩＤＴ電極１１及び反射器１２，１３を有する電極構造の場合、静電容量はＩＤＴ電極における交差幅と電極指の本数との積に比例する。従って、並列腕共振子Ｐ３ａ，Ｐ３ｂの交差幅と電極指の本数との積を、他の共振子の交差幅と電極指の本数との積の平均値よりも小さくすればよい。なお、異なった電位に接続された隣り合う電極指がＩＤＴ電極により励振される弾性表面波の伝搬方向に重なり合っている電極指の延びる方向の長さを交差幅とする。

さらに、本実施形態では、第２の並列腕共振子Ｐ３ａと、第２の並列腕共振子Ｐ３ｂの共振周波数が異なっている。

本実施形態における直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２及び第２の並列腕共振子Ｐ３ａ，Ｐ３ｂの共振周波数ｆｒ及び反共振周波数ｆａの値を示す。

直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４のｆｒ＝９００、ｆａ＝９３０ＭＨｚ。

並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２のｆｒ＝８６５、ｆａ＝９００ＭＨｚ。

並列腕共振子Ｐ３のｆｒ＝９６２、ｆａ＝９９５ＭＨｚ。

第２の並列腕共振子Ｐ３ａのｆｒ＝９６２、ｆａ＝９９５ＭＨｚ。

第２の並列腕共振子Ｐ３ｂのｆｒ＝９６４、ｆａ＝９９７ＭＨｚ。

また、第２の並列腕共振子Ｐ３ａ，Ｐ３ｂの静電容量は、残りの共振子の静電容量の平均値の１０％の値とした。

比較のために図４に略図的回路図で示す第１の比較例を用意した。この比較例は、上記第１の実施形態から第２の並列腕共振子Ｐ３ａ，Ｐ３ｂを除去した構成に相当する。

図５は、第１の比較例の分波器における送信フィルタの減衰量周波数特性を示す。図６は、第１の比較例の分波器におけるアイソレーション特性を示す。

図７は、第２の比較例の分波器の送信フィルタの減衰量周波数特性を示す。図８は第２の比較例の分波器のアイソレーション特性を示す。

また、図９は、図１において破線で囲んだ領域Ａで示した本実施形態及び第１の比較例の並列腕に設けた共振子のインピーダンス特性を示す図である。実線が実施形態を、破線が第１の比較例のインピーダンス特性を示す。

図５と図７とを対比すれば明らかなように、第１の比較例では、上記第１の比較例に比べ、受信帯域において矢印Ｂで示す阻止帯域が設けられていることがわかる。すなわち、第２の並列腕共振子Ｐ３ａ，Ｐ３ｂの共振周波数が通過帯域内にあるため、上記矢印Ｂで示す阻止帯域が形成されている。従って、阻止帯域内における減衰量を大きくしたい部分において減衰量を大きくすることが可能とされている。そのため、図６と図８とを対比すれば明らかなように、受信帯域におけるアイソレーション特性が改善されている。

さらに、図９から明らかなように、本実施形態では、共振周波数が異なる第２の並列腕共振子Ｐ３ａ，Ｐ３ｂが直列に接続されているので、反共振周波数におけるインピーダンスを低めることが可能とされている。本実施形態では、第２の並列腕共振子Ｐ３ａの反共振周波数と、第２の並列腕共振子Ｐ３ｂの反共振周波数とが異なっているため、図９に示すようにピークＸを鈍らせることが可能とされている。それによっても、上記のように阻止帯域の帯域幅を広げかつアイソレーション特性をより一層改善することが可能とされている。

よって、本実施形態によれば、第２の並列腕共振子Ｐ３ａ，Ｐ３ｂが直列に接続されており、両者の共振周波数が異なっているため、第２の並列腕共振子Ｐ３ａ，Ｐ３ｂの共振周波数におけるインピーダンス値による阻止帯域の帯域幅を広げることが可能とされている。特に、本実施形態では、受信帯域に、第２の並列腕共振子Ｐ３ａ，Ｐ３ｂの共振周波数が位置しているため、受信帯域において、帯域幅の広い阻止帯域を形成することが可能とされている。それによって、受信帯域における分波器１のアイソレーション特性が効果的に改善されている。

なお、第２の並列腕共振子Ｐ３ａの反共振周波数と、第２の並列腕共振子Ｐ３ｂの反共振周波数を異ならせるには、様々な手法を用いることができる。例えば、第２の並列腕共振子Ｐ３ａを構成するＩＤＴ電極１１の電極指ピッチと、第２の並列腕共振子Ｐ３ｂを構成するＩＤＴ電極１１の電極指ピッチとを異ならせてもよい。あるいは、第２の並列腕共振子Ｐ３ａを構成するＩＤＴ電極１１のメタライゼーション比と、第２の並列腕共振子Ｐ３ｂを構成するＩＤＴ電極のメタライゼーション比を異ならせてもよい。さらに、第２の並列腕共振子Ｐ３ａと第２の並列腕共振子Ｐ３ｂとで、ＩＤＴ電極の膜厚を異ならせてもよい。さらに、これらの各手法を２種以上併用して、第２の並列腕共振子Ｐ３ａの反共振周波数と、第２の並列腕共振子Ｐ３ｂの反共振周波数とを異ならせてもよい。なお、電極指の幅とは、電極指が延びる方向と直交する方向に沿う電極指の幅寸法である。メタライゼーション比とは、電極指の幅寸法を、電極指の幅寸法と電極指が延びる方向と直交する方向に沿う隣り合う電極指間の隙間寸法との和で除した比率である。電極指ピッチとは、互いに異なる電位を有する隣り合う電極指の周期寸法であって、電極指の幅寸法と電極指間の隙間寸法とが一定の場合は、電極指の幅寸法と電極指間の隙間寸法との和に等しい。

弾性表面波共振子では、ＩＤＴ電極の電極指ピッチ、メタライゼーション比、ＩＤＴ電極の膜厚等は設計及び製造段階で容易に調整することができる。従って、第２の並列腕共振子Ｐ３ａの反共振周波数と、第２の並列腕共振子Ｐ３ｂの反共振周波数を容易に異ならせることができる。

なお、上記第２の並列腕共振子Ｐ３ａ，Ｐ３ｂの反共振点によるピークをさらに鈍らせるには、第２の並列腕共振子Ｐ３ａ，Ｐ３ｂのインピーダンス比を小さくすることが望ましい。インピーダンス比とは、反共振周波数におけるインピーダンスの共振周波数におけるインピーダンスに対する比である。

なお、第２の並列腕共振子Ｐ３ａ，Ｐ３ｂのインピーダンス比を低めるには、様々な方法を用いることができる。例えば、反射器の電極指の本数を、他の並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２における反射器の電極指の本数よりも少なくする方法が挙げられる。また、第２の並列腕共振子Ｐ３ａ，Ｐ３ｂにおけるＩＤＴ電極１１の交差幅を他の並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２の電極指交差幅より小さくする方法を用いてもよい。

また、上記実施形態では、第２の並列腕共振子Ｐ３ａ，Ｐ３ｂは弾性表面波共振子により構成されたが、弾性境界波を用いた弾性共感波共振子により構成されてもよい。他の並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２及び直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４についても、弾性境界波共振子により構成されてもよい。

上記実施形態では、第２の並列腕共振子Ｐ３ａと第２の並列腕共振子Ｐ３ｂとが用いられていたが、本発明においては３以上の第２の並列腕共振子が用いられてもよい。その場合においても、少なくとも１つの第２の並列腕共振子が反共振周波数を、残りの第２の並列腕共振子の反共振周波数と異ならせればよい。それによって、上記実施形態と同様に、阻止帯域の帯域幅を広げることができる。

また、図１０に示す、本発明の実施形態の変形例である、第２の並列腕共振子Ｐ３ａ，Ｐ３ｂが並列腕８ｃに設けられている。すなわち、複数の第２の並列腕共振子Ｐ３ａ，Ｐ３ｂを直列接続されている構成を用いてもよい。

また、本発明の分波器は、上述したデュプレクサに限らず、トリプレクサなどの様々なマルチプレクサにも適用することができる。

また、上記実施形態では、分波器１の送信フィルタ５に本発明のラダー型フィルタが用いられていたが、本発明のラダー型フィルタは他の用途に用いることもできる。

１…分波器
２…アンテナ端子
３…送信端子
４…受信端子
５…送信フィルタ
５Ａ…弾性表面波フィルタチップ
６…受信フィルタ
６Ａ…弾性表面波フィルタチップ
８ａ〜８ｃ…並列腕
１１…ＩＤＴ電極
１１ａ，１１ｂ…第１，第２の櫛歯電極
１２，１３…反射器
１４…配線基板
１５…樹脂外装
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…並列腕共振子
Ｐ３ａ，Ｐ３ｂ…第２の並列腕共振子
Ｓ１〜Ｓ４…直列腕共振子

Claims

入力端子と、
出力端子と、
前記入力端子と前記出力端子とを結ぶ直列腕に設けられた直列腕共振子と、
前記直列腕とグラウンド電位との間に接続される複数の並列腕を有し、複数の並列腕にそれぞれ設けられた複数の並列腕共振子とを備え、
前記複数の並列腕共振子の共振周波数が、前記直列腕共振子の共振周波数よりも低く、前記直列腕共振子と共に通過帯域を形成している第１の並列腕共振子と、前記直列腕共振子の反共振周波数よりも共振周波数が高い第２の並列腕共振子とを有し、
前記第２の並列腕共振子として、１つの並列腕において、互いに直列に接続されており、かつ反共振周波数が異なる複数の第２の並列腕共振子を有する、ラダー型フィルタ。
前記第２の並列腕共振子が、複数本の電極指を有するＩＤＴ電極と、弾性表面波伝搬方向において該ＩＤＴ電極の両側に配置された反射器とを有する弾性表面波共振子からなる、請求項１に記載のラダー型フィルタ。
少なくとも１つの第２の並列腕共振子のＩＤＴ電極の電極指ピッチが、残りの第２の並列腕共振子のＩＤＴ電極の電極指ピッチと異なっている、請求項１に記載のラダー型フィルタ。
少なくとも１つの第２の並列腕共振子のＩＤＴ電極のメタライゼーション比が、残りの第２の並列腕共振子のメタライゼーション比と異なっている、請求項２または３に記載のラダー型フィルタ。
少なくとも１つの第２の並列腕共振子におけるＩＤＴ電極の膜厚が、残りの第２の並列腕共振子のＩＤＴ電極の膜厚と異なっている、請求項２〜４のいずれか１項に記載のラダー型フィルタ。
前記第２の並列腕共振子と前記入力端子との間に、少なくとも１つの前記直列腕共振子、及び少なくとも１つの第１の並列腕共振子を有する前記並列腕のうち少なくとも一方が設けられている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のラダー型フィルタ。
第１の端子と、第２の端子と、第３の端子と、
前記第１の端子と前記第２の端子との間に電気的に接続されており、かつ請求項１〜６のいずれか１項に記載のラダー型フィルタからなる第１のフィルタと、
前記第１の端子と前記第３の端子との間に電気的に接続されており、前記第１のフィルタの通過帯域である第１の通過帯域よりも高域側に位置している第２の通過帯域を構成している第２のフィルタとを備える、分波器。
前記第２の通過帯域内に、前記第２の並列腕共振子の共振周波数が位置している、請求項７に記載の分波器。