JP2017135568A - 共振回路、フィルタ回路および弾性波共振器 - Google Patents

Abstract

【課題】インピーダンス特性の変化を抑制することを目的とする。
【解決手段】本発明は、キャパシタンスが変更可能なキャパシタＣｓおよび／またはＣｐと、前記キャパシタが直列および／または並列に接続され、前記キャパシタＣｓおよび／またはＣｐのキャパシタンスが変更されたときに、入力インピーダンスおよび／または出力インピーダンスの変化が抑制されるようにキャパシタンスが変更可能な弾性波共振器Ｒと、を具備する共振回路である。
【選択図】図４

Description

本発明は、共振回路、フィルタ回路および弾性波共振器に関する。

近年、スマートフォンや携帯電話に代表される移動体通信機器の高性能化が進んでいる。例えば、第３世代システムからＬＴＥ（Long Term Evolution）への対応が急速に進んでいる。ＬＴＥでは、１台の端末でサポートする周波数バンドが急増する。

特許文献１から４には、周波数や帯域幅を変更することが可能なフィルタが開示されている。特許文献５には、ＩＤＴにスイッチが設けられたフィルタが記載されている。

国際公開２０１３／０７３４７２号 国際公開２０１２／１１４９３０号 特表２０１４−５０２８０３号公報 特開２００４−０７２５４９号公報 米国特許第３８３１１６号明細書

特許文献１から４では、共振器に直列または並列に静電容量を付加することにより、フィルタの周波数特性を変更している。しかしながら、静電容量を付加するとインピーダンス特性が変化してしまう。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、インピーダンス特性の変化を抑制することを課題とする。

本発明は、キャパシタンスが変更可能なキャパシタと、前記キャパシタが直列および／または並列に接続され、前記キャパシタのキャパシタンスが変更されたときに、入力インピーダンスおよび／または出力インピーダンスの変化が抑制されるようにキャパシタンスが変更可能な弾性波共振器と、を具備する共振回路である。

上記構成において、前記弾性波共振器は、圧電基板と、前記圧電基板上に設けられた一対の反射器と、前記一対の反射器間の前記圧電基板上に設けられ、第１ノードと第２ノードとの間に並列に電気的に接続された複数のＩＤＴと、を有し、前記複数のＩＤＴのうち少なくとも一部のＩＤＴは前記第１ノードおよび前記第２ノードの少なくとも一方と遮断可能である構成とすることができる。

上記構成において、前記少なくとも一部のＩＤＴを前記第１ノードおよび前記第２ノードとの間に電気的に接続および遮断する第１スイッチを具備し、前記第１スイッチが切り替わることにより、前記弾性波共振器のキャパシタンスが変更される構成とすることができる。

上記構成において、前記弾性波共振器は、第１ノードと第２ノードとの間に並列に電気的に接続された複数の圧電薄膜共振器を有し、前記複数の圧電薄膜共振器のうち少なくとも一部の圧電薄膜共振器は前記第１ノードおよび前記第２ノードの少なくとも一方と遮断可能である構成とすることができる。

上記構成において、前記キャパシタは、基板と、前記基板上に設けられ互いに対向する第１電極および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極を覆う強誘電体膜と、前記強誘電体膜上に設けられ、平面視において前記第１電極および前記第２電極と重なる電圧印加電極と、を有し、前記電圧印加電極に印加される電圧により前記キャパシタのキャパシタンスが変更される構成とすることができる。

上記構成において、前記キャパシタは、第３ノードと第４ノードとの間に並列に接続された複数のキャパシタ素子と、前記複数のキャパシタ素子をそれぞれ前記第３ノードと前記第４ノードとの間に電気的に接続および遮断する複数の第２スイッチと、を有し、前記複数の第２スイッチが切り替わることにより前記キャパシタのキャパシタンスが変更される構成とすることができる。

上記構成において、前記キャパシタのキャパシタンスを変更するときに、前記入力インピーダンスおよび／または出力インピーダンスの変化を抑制するように、前記弾性波共振器のキャパシタンスを変更する制御部を具備する構成とすることができる。

本発明は、入力端子と出力端子との間に直列に接続された１または複数の直列共振器と、前記入力端子と前記出力端子との間に並列に接続された１または複数の並列共振器と、を具備し、前記１または複数の直列共振器のうち少なくとも１つは上記共振回路を含み、前記共振回路の前記キャパシタは前記弾性波共振器に並列に接続されているフィルタ回路である。

上記構成において、前記１または複数の直列共振器は複数の直列共振器であり、前記複数の直列共振器のうち最も反共振周波数が低い直列共振器は、前記共振回路を含み、前記複数の直列共振器のうち他の直列共振器の少なくとも一部は前記共振回路を含まない構成とすることができる。

本発明は、入力端子と出力端子との間に直列に接続された１または複数の直列共振器と、前記入力端子と前記出力端子との間に並列に接続された１または複数の並列共振器と、を具備し、前記１または複数の並列共振器のうち少なくとも１つは上記共振回路を含み、前記共振回路の前記キャパシタは前記弾性波共振器に直列に接続されているフィルタ回路である。

上記構成において、前記１または複数の並列共振器は複数の並列共振器であり、前記複数の並列共振器のうち最も共振周波数が高い並列共振器は、前記共振回路を含み、前記複数の並列共振器のうち他の並列共振器の少なくとも一部は前記共振回路を含まない構成とすることができる。

本発明は、圧電基板と、前記圧電基板上に設けられた一対の反射器と、前記一対の反射器間の前記圧電基板上に設けられ、第１端子と第２端子との間に並列に電気的に接続された複数のＩＤＴと、を具備し、前記複数のＩＤＴのうち少なくとも一部のＩＤＴと前記第１端子および／または前記第２端子との間に電気的に直列にスイッチが接続可能である弾性波共振器である。

上記構成において、前記複数のＩＤＴは、前記スイッチが接続可能でない第１ＩＤＴと、前記第１ＩＤＴと前記一対の反射器の少なくとも一方との間に設けられ、前記スイッチが接続可能な第２ＩＤＴと、を含む構成とすることができる。

上記構成において、前記第２ＩＤＴの対数は前記第１ＩＤＴの対数より小さい構成とすることができる。

本発明によれば、インピーダンス特性の変化を抑制することができる。

図１は、比較例１に係る共振回路の回路図である。 図２（ａ）は、比較例１における可変キャパシタＣｓの作用をシミュレーションした回路図、図２（ｂ）は、アドミタンスの周波数特性を示す図である。 図３（ａ）は、比較例１における可変キャパシタＣｐの作用をシミュレーションした回路図、図３（ｂ）は、アドミタンスの周波数特性の例を示す図である。 図４は、実施例１に係る共振回路の回路図である。 図５（ａ）は、比較例１のアドミタンス特性、図５（ｂ）は、実施例１のアドミタンス特性のシミュレーション結果を示す図である。 図６は、実施例１の変形例１に係る共振回路を示す図である。 図７は、実施例１の変形例１における弾性波共振器のＡ−Ａ断面図である。 図８は、実施例１の変形例２に係る共振回路を示す図である。 図９は、実施例１の変形例３に係る共振回路を示す図である。 図１０は、実施例１の変形例４に係る共振回路を示す図である。 図１１は、実施例１の変形例４における弾性波共振器のＡ−Ａ断面図である。 図１２は、可変キャパシタの第１の例を示す断面図である。 図１３（ａ）は、可変キャパシタの第２の例を示す平面図、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図１４は、可変キャパシタの第３の例を示す回路図である。 図１５は、実施例２に係る共振回路のブロック図である。 図１６は、実施例２における制御部の動作を示すフローチャートである。 図１７（ａ）は、実施例３に係るフィルタ回路の回路図、図１７（ｂ）は、通過特性を示す図である。 図１８（ａ）は、実施例３の変形例１に係るフィルタ回路の回路図、図１８（ｂ）は、通過特性を示す図である。 図１９は、実施例４に係るデュプレクサの回路図である。

まず、共振器にキャパシタを付加した場合の特性について説明する。図１は、比較例１に係る共振回路の回路図である。図１に示すように、端子Ｔ１とＴ２との間に、弾性波共振器Ｒに直列に可変キャパシタＣｓが接続されている。端子Ｔ１とＴ２との間に、弾性波共振器Ｒに並列に可変キャパシタＣｐが接続されている。

可変キャパシタＣｓおよびＣｐの作用について説明する。図２（ａ）は、比較例１における可変キャパシタＣｓの作用をシミュレーションした回路図、図２（ｂ）は、アドミタンス｜Ｙ｜の周波数特性を示す図である。図２（ａ）に示すように、端子Ｔ１およびＴ２の間に弾性波共振器Ｒと可変キャパシタＣｓが直列に接続されている。図２（ｂ）において、点線は可変キャパシタＣｓのキャパシタンスが０のとき、実線は可変キャパシタＣｓのキャパシタンスがＣｓのときのアドミタンス特性である。アドミタンスが最小の周波数が反共振周波数ｆａ、アドミタンスが最大の周波数が共振周波数ｆｒである。キャパシタンスＣｓの付加により反共振周波数ｆａは変化しないが、共振周波数ｆｒが高周波側にシフトする。

図３（ａ）は、比較例１における可変キャパシタＣｐの作用をシミュレーションした回路図、図３（ｂ）は、アドミタンス｜Ｙ｜の周波数特性の例を示す図である。図３（ａ）に示すように、端子Ｔ１およびＴ２の間に弾性波共振器Ｒと可変キャパシタＣｐが並列に接続されている。図３（ｂ）に示すように、キャパシタンスＣｐの付加により共振周波数ｆｒは変化しないが、反共振周波数ｆａが低周波側にシフトする。

以上のように、比較例１では、可変キャパシタＣｓにより共振周波数を調整でき、可変キャパシタＣｐにより反共振周波数を調整できる。このように、可変キャパシタＣｓおよびＣｐを用い共振器の共振特性を調整できる。

しかしながら、キャパシタンスＣｓおよびＣｐを付加するため、入力インピーダンスおよび出力インピーダンス等のインピーダンス特性（すなわちアドミタンス特性）が変化してしまう。これにより、比較例１の共振器をフィルタに用いると、インピーダンス不整合が生じ、挿入損失が増大する。

図４は、実施例１に係る共振回路の回路図である。図４に示すように、端子Ｔ１とＴ２との間に、弾性波共振器Ｒに直列に可変キャパシタＣｓが接続されている。端子Ｔ１とＴ２との間に、弾性波共振器Ｒに並列に可変キャパシタＣｐが接続されている。可変キャパシタＣｓおよびＣｐは、それぞれキャパシタンスＣｓおよびＣｐを変更可能である。弾性波共振器ＲはキャパシタンスＣ０（静電容量）を変更可能である。制御部７０は、弾性波共振器Ｒ、可変キャパシタＣｓおよびＣｐにそれぞれ制御信号ＣＳ１、ＣＳ２およびＣＳ３を出力する。弾性波共振器Ｒ、可変キャパシタＣｓおよびＣｐは、制御信号ＣＳ１からＣＳ３に基づき、キャパシタンスＣ０、ＣｓおよびＣｐを変更する。制御部７０は、キャパシタンスＣｓおよびＣｐを変更したときに、端子Ｔ１およびＴ２から弾性波共振器Ｒをみたときのインピーダンスの変化が抑制されるように、キャパシタンスＣ０を変更する。

図５（ａ）は、比較例１のアドミタンス特性、図５（ｂ）は、実施例１のアドミタンス特性のシミュレーション結果を示す図である。図５（ａ）では、弾性波共振器Ｒのキャパシタンスを変更せずに、可変キャパシタＣｓおよびＣｐのキャパシタンスＣｓおよびＣｐを変更している。点線はキャパシタンスＣｓおよびＣｐの変更前、実線はキャパシタンスＣｓおよびＣｐを付加後のアドミタンス特性である。キャパシタンスＣｓおよびＣｐを変更することにより、反共振周波数ｆａおよび共振周波数ｆｒが低周波数側にシフトする。さらに、矢印のように、アドミタンスが大きくなる。

図５（ｂ）では、キャパシタンスＣｓおよびＣｐを変更したときに弾性波共振器ＲのキャパシタンスＣ０を変更している。キャパシタンスＣｓおよびＣｐを変更することにより、反共振周波数ｆａおよび共振周波数ｆｒが低周波数側にシフトし、かつアドミタンスはほとんど変化していない。

実施例１によれば、キャパシタンスＣｓおよびＣｐが変更されたときに、共振回路の入力インピーダンスおよび／または出力インピーダンスの変化が抑制されるように、弾性波共振器ＲのキャパシタンスＣ０が変更可能である。これにより、共振回路の共振周波数および／または反共振周波数を変更しときのインピーダンス特性の変化を抑制できる。共振回路は、制御部７０を含んでもよいし、含まなくてもよい。

キャパシタンスＣｓおよびＣｐの変化量をそれぞれΔＣｓおよびΔＣｐとしたとき、キャパシタンスＣ０の変化量ΔＣ０を以下の式１のように変更する。
ΔＣ０＝（ΔＣｓ×ΔＣｐ−Ｃ０^２−ΔＣｐ×Ｃ０）／（Ｃ０−ΔＣｓ） 式１
これにより、キャパシタンスＣｓおよびＣｐを変更したときに、共振回路の入力インピーダンスおよび出力インピーダンス（すなわち端子Ｔ１およびＴ２からみたインピーダンス）の変化が小さくなる。

実施例１では、共振回路は可変キャパシタＣｓとＣｐを有しているが、可変キャパシタＣｓまたはＣｐを有していればよい。また、弾性波共振器Ｒの入力インピーダンスまたは出力インピーダンスが抑制されればよい。

図６は、実施例１の変形例１に係る共振回路を示す図である。図７は、実施例１の変形例１における弾性波共振器のＡ−Ａ断面図である。図６および図７に示すように、圧電基板１０上に複数のＩＤＴ（Interdigital Transducer）１２および１２ａ並びに反射器２０が形成されている。ＩＤＴ１２、１２ａおよび反射器２０は圧電基板１０上に形成された金属膜１５により形成される。ＩＤＴ１２および１２ａは、対向する一対の櫛形電極１８を有している。櫛形電極１８は、複数の電極指１４と電極指１４が接続されるバスバー１６とを有する。一方の櫛形電極１８の電極指１４と他方の櫛形電極１８の電極指１４はほぼ互い違いに配列されている。電極指１４の配列方向がＩＤＴ１２および１２ａが励振する弾性波の伝搬方向である。１対の電極指１４のピッチλは弾性波の波長にほぼ対応する。複数のＩＤＴ１２および１２ａは一対の反射器２０の間において弾性波の伝搬方向に配列されている。複数のＩＤＴ１２および１２ａの電極指１４のピッチλはほぼ同じであり、複数のＩＤＴ１２および１２ａの開口長（電極指１４の交叉する長さ）はほぼ同じである。複数のＩＤＴ１２および１２ａのバスバー１６は互いに分離している。

ノードＮ１とＮ２との間にＩＤＴ１２および１２ａと並列に可変キャパシタＣｐが接続されている。ノードＮ２と端子Ｔ２との間に可変キャパシタＣｓが接続されている。複数のＩＤＴ１２は、圧電基板１０上のノードＮ３およびＮ４間に並列に接続されている。ＩＤＴ１２ａは、ノードＮ１にスイッチ２２ａを介し接続され、ノードＮ２にスイッチ２２ｂを介し接続されている。スイッチ２２ａおよび２２ｂがオンすると、ＩＤＴ１２ａはノードＮ１およびＮ２の間でＩＤＴ１２と並列に接続される。これにより、ＩＤＴ１２ａは弾性波を励振する。ノードＮ１およびＮ２間のキャパシタンスは、ＩＤＴ１２ａ分増加する。スイッチ２２ａおよび２２ｂがオフすると、ＩＤＴ１２ａはフローティングとなる。これによりＩＤＴ１２ａは弾性波を反射する反射器として機能する。ノードＮ１およびＮ２間のキャパシタンスは、ＩＤＴ１２ａ分減少する。

圧電基板１０としては、例えばタンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板を用いることができる。金属膜１５としては、例えばアルミニウム膜または銅膜を用いることができる。スイッチ２２ａおよび２２ｂとして、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を用いることができる。

図８は、実施例１の変形例２に係る共振回路を示す図である。図８に示すように、スイッチ２２ａおよび２２ｂに接続されていないＩＤＴ１２は、共通のバスバー１６を有してもよい。その他の構成は実施例１の変形例１と同じであり説明を省略する。

図９は、実施例１の変形例３に係る共振回路を示す図である。図９に示すように、反射器２０に挟まれるＩＤＴ１２ａは全てスイッチ２２ａおよび２２ｂに接続されていてもよい。その他の構成は実施例１の変形例１と同じであり説明を省略する。

実施例１の変形例１から３によれば、複数のＩＤＴ１２および１２ａが一対の反射器２０間の圧電基板１０上に設けられ、かつノードＮ１およびＮ２（第１ノードおよび第２ノード、または第１端子および第２端子）に並列に電気的に接続されている。複数のＩＤＴのうち少なくとも一部のＩＤＴ１２ａはノードＮ１およびＮ２と遮断可能である。これにより、弾性波共振器Ｒのキャパシタンスを変更できる。

スイッチ２２ａおよび２２ｂ（第１スイッチ）がＩＤＴ１２ａとノードＮ１およびＮ２との間に電気的に直列に接続されている。これにより、スイッチ２２ａおよび２２ｂは、ＩＤＴ１２ａをノードＮ１およびＮ２の間に電気的に接続および遮断する。制御部７０は、スイッチ２２ａおよび２２ｂを切り替える（例えばオンまたはオンする）ことにより、弾性波共振器Ｒのキャパシタンスを変更することができる。スイッチ２２ａおよびスイッチ２２ｂのいずれか一方に設けられていれば弾性波共振器Ｒのキャパシタンスを変更できる。ＩＤＴ１２ａをフローティングとするためには、スイッチ２２ａおよび２２ｂは両方設けられることが好ましい。

スイッチ２２ａおよび２２ｂがオフするとＩＤＴ１２ａは反射器として機能する。ＩＤＴ１２ａが複数のＩＤＴ１２の間に設けられている場合、ＩＤＴ１２はＩＤＴ１２ａにより分離されてしまう。スイッチ２２ａおよび２２ｂがオフすると、反射器として機能するＩＤＴ１２ａが複数のＩＤＴ１２間に位置することになる。これでは、等価的に複数の弾性波共振器が並列に接続されることになり、動作が複雑になる。

そこで、実施例１の変形例１および２のように、スイッチ２２ａおよび２２ｂが接続可能なＩＤＴ１２ａ（第２ＩＤＴ）は、スイッチ２２ａおよび２２ｂが接続可能でないＩＤＴ１２（第１ＩＤＴ）と、反射器２０との間に設ける。また、複数のＩＤＴ１２ａが設けられている場合、反射器２０側のＩＤＴ１２ａに対応するスイッチ２２ａおよび２２ｂからオンし、ＩＤＴ１２側のスイッチ２２ａおよび２２ｂからオフする。これにより、等価的に複数の弾性波共振器が並列に接続されることを抑制できる。ＩＤＴ１２ａは一方の反射器２０とＩＤＴ１２との間に設けられ、他方の反射器２０とＩＤＴ１２との間に設けられていなくてもよい。

複数のＩＤＴ１２および１２ｂの電極指の対数は同じでもよいし異なっていてもよい。ＩＤＴ１２ａの１つ当たりの対数を少なくし、ＩＤＴ１２ａの個数を増やすと、弾性波共振器Ｒのキャパシタンスをより細かく調整できる。ＩＤＴ１２ａの個数は少なくすることにより、スイッチ２２ａおよび２２ｂの個数を減らすことができる。弾性波共振器Ｒのキャパシタンスを微調整するため、ＩＤＴ１２ａの対数はＩＤＴ１２の対数より小さいことが好ましい。

図１０は、実施例１の変形例４に係る共振回路を示す図である。図１１は、実施例１の変形例４における弾性波共振器のＡ−Ａ断面図である。図１０および図１１に示すように、基板３０上に複数の圧電薄膜共振器４０および４０ａが形成されている。圧電薄膜共振器４０および４０ａでは、基板３０上に圧電膜３４が設けられている。圧電膜３４を挟むように下部電極３２および上部電極３６が設けられている。圧電膜３４を挟み下部電極３２と上部電極３６が対向する領域が共振領域４２である。共振領域４２の下部電極３２と基板３０との間に空隙３８が形成されている。空隙３８の代わりに弾性波を反射する音響反射膜が設けられていてもよい。圧電薄膜共振器４０および４０ａのキャパシタンスは共振領域４２の面積に比例する。

複数の圧電薄膜共振器４０および４０ａがノードＮ１とＮ２との間に並列に接続されている。圧電薄膜共振器４０ａは、ノードＮ１にスイッチ２２ａを介し接続され、ノードＮ２にスイッチ２２ｂを介し接続されている。スイッチ２２ａおよび２２ｂがオンすると、圧電薄膜共振器４０ａはノードＮ１およびＮ２の間で圧電薄膜共振器４０と並列に接続される。ノードＮ１およびＮ２間のキャパシタンスは、圧電薄膜共振器４０ａ分増加する。スイッチ２２ａおよび２２ｂがオフすると、圧電薄膜共振器４０ａはフローティングとなり、ノードＮ１およびＮ２間のキャパシタンスは、圧電薄膜共振器４０ａ分減少する。

基板３０としては、例えばシリコン基板等の半導体基板または絶縁基板を用いることができる。下部電極３２および上部電極３６としては、ルテニウム膜等の音響インピーダンスの大きい金属膜を用いることができる。圧電膜３４としては窒化アルミニウム膜等を用いることができる。共振領域４２が楕円形状を有する例を説明したが、共振領域４２は多角形状でもよい。その他の構成は、実施例１の変形例１と同じであり説明を省略する。

実施例１の変形例４によれば、複数の圧電薄膜共振器４０および４０ａがノードＮ１とＮ２との間に並列に電気的に接続されている。少なくとも一部の圧電薄膜共振器４０ａはノードＮ１およびＮ２の少なくとも一方と遮断可能である。これにより、弾性波共振器Ｒのキャパシタンスを変更できる。

スイッチ２２ａおよび２２ｂが圧電薄膜共振器４０ａとノードＮ１およびＮ２との間に電気的に直列に接続されている。これにより、圧電薄膜共振器４０ａとノードＮ１およびＮ２との間を電気的に接続または遮断できる。よって、制御部７０は、スイッチ２２ａおよび２２ｂをオンまたはオフすることにより、弾性波共振器Ｒのキャパシタンスを変更することができる。スイッチ２２ａおよびスイッチ２２ｂのいずれか一方に設けられていれば弾性波共振器Ｒのキャパシタンスを変更できる。ＩＤＴ１２ａをフローティングとするためには、スイッチ２２ａおよび２２ｂは両方設けられることが好ましい。

複数の圧電薄膜共振器４０および４０ｂの共振領域４２の面積は同じでもよいし異なっていてもよい。弾性波共振器Ｒのキャパシタンスを微調整するため、圧電薄膜共振器４０ａの共振領域４２の面積は圧電薄膜共振器４０より小さいことが好ましい。圧電薄膜共振器４０が１つの例を説明したが圧電薄膜共振器４０は複数でもよい。

実施例１およびその変形例に用いられる可変キャパシタの第１の例を説明する。図１２は、可変キャパシタの第１の例を示す断面図である。基板６０上に下部電極６２が設けられている。下部電極６２上に強誘電体膜６４が設けられている。強誘電体膜６４上に上部電極６６が形成されている。強誘電体膜６４としては、例えばバリウムストロンチウムチタレート（ＢａＳｒＴｉＯ_３：ＢＳＴ）膜を用いることができる。下部電極６２および上部電極６６としては、金属膜を用いることができる。基板６０としては、実施例１の変形例１から３の圧電基板１０または変形例４の基板３０とすることができる。これにより、ＩＤＴまたは圧電薄膜共振器と可変キャパシタを同一基板上に設けることができる。強誘電体膜６４は、直流電圧を印加すると誘電率が変化する。下部電極６２と上部電極６６との間に直流電圧を印加することで、下部電極６２と上部電極６６との間のキャパシタンスを変化させることができる。

図１３（ａ）は、可変キャパシタの第２の例を示す平面図、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、基板５０上に複数の電極５２が設けられている。電極５２は例えば櫛形電極である。基板５０上に電極５２を覆うように強誘電体膜５４が設けられている。強誘電体膜５４上に電極５６が設けられている。電極５６は平面視において電極５２に重なるように設けられている。強誘電体膜５４としては、例えばバリウムストロンチウムチタレート膜を用いることができる。電極５２および５６としては、金属膜を用いることができる。基板５０としては、実施例１の変形例１から３の圧電基板１０または変形例４の基板３０とすることができる。これにより、ＩＤＴまたは圧電薄膜共振器と可変キャパシタを同一基板上に設けることができる。電極５６に電圧を印加することにより強誘電体膜５４の誘電率が変化し、電極５２間のキャパシタンスを変化させることができる。

可変キャパシタの第２の例によれば、複数の電極５２（第１電極、第２電極）が基板５０上に互いに対向するように設けられている。強誘電体膜５４が電極５２を覆う。電圧印加電極５６は平面視において電極５２と重なるように強誘電体膜５４上に設けられている。電圧印加電極５６に印加される電圧（例えば直流電圧）により強誘電体膜５４の誘電率が変化する。よって、電極５２間のキャパシタンスが変化する。このように、可変キャパシタのキャパシタンスを変更できる。

図１４は、可変キャパシタの第３の例を示す回路図である。図１４に示すように、可変キャパシタはスイッチドキャパシタである。端子Ｔ３とＴ４の間に、複数のキャパシタ素子６９が並列に接続されている。キャパシタ素子６９に直列にスイッチ６８が接続されている。スイッチ６８がオンすると、キャパシタ素子６９が端子Ｔ３とＴ４との間に接続される。スイッチ６８のオンオフにより、端子Ｔ３とＴ４との間のキャパシタンスを変更できる。

可変キャパシタの第３の例によれば、端子Ｔ３（第３ノード）と端子Ｔ４(第４ノード)との間にキャパシタ素子６９が並列に接続されている。複数のスイッチ６８（第２スイッチ）は、複数のキャパシタ素子６９をそれぞれノードＮ３とＮ４との間に電気的に接続および遮断する。複数のスイッチ６８が切り替えられる（オンおよびオフする）ことにより、可変キャパシタのキャパシタンスを変更できる。

図１５は、実施例２に係る共振回路のブロック図である。弾性波共振器Ｒとして、実施例１の変形例２の弾性波共振器を用いる。例えば、圧電基板１０として、４２°回転Ｙカットタンタル酸リチウム基板を用い、ＩＤＴ１２の総対数を１００対、開口長を１００μｍとする。反射器２０の電極指本数を２０本とする。タンタル酸リチウムの誘電率をε１１＝４２．６およびε３３＝４２．７とすると、電極指一対あたりのキャパシタンスは０．０３８ｐＦとなる。ＩＤＴ１２ａ１つあたりの対数を２対、ＩＤＴ１２ａを４個とすると、キャパシタンスＣ０を調整できる最大値は０．３０８ｐＦとなる。式１のΔＣ０＝０．３０８ｐＦとすると、キャパシタンスＣｓとして４６ｐＦ以上、キャパシタンスＣｐとして０．３０８ｐＦ以下の場合、インピーダンスを調整できる。

可変キャパシタＣｓおよびＣｐとして、図１４の可変キャパシタを用いる。可変キャパシタは、例えばＳＯＩ（Semiconductor on Insulator）基板に形成されている。制御部７０は、例えば移動体端末のプロセッサ、または専用のＩＣ（Integrated Circuit）等である。制御部７０には電源７２から電力が供給されている。制御部７０は、スイッチ２２ａおよび２２ｂに制御信号ＣＳ１を出力する。スイッチ２２ａおよび２２ｂは例えば２個ずつ集積化されている。制御信号ＣＳ１はそれぞれ２ビットである。制御部７０は、可変キャパシタＣｓおよびＣｐのスイッチ６８にそれぞれ制御信号ＣＳ２およびＣＳ３を出力する。制御信号ＣＳ２およびＣＳ３は各４ビットである。

図１６は、実施例２における制御部７０の動作を示すフローチャートである。図１６に示すように、制御部７０は、周波数特性の指示を取得する（ステップＳ１０）。例えば、制御部７０は、実施例２に係る共振回路が含まれるフィルタ回路の通過帯域を取得する。また、例えば制御部７０は、共振回路が含まれるフィルタ回路を用いるＬＴＥバンドを取得する。制御部７０は、所望の周波数特性に応じたキャパシタンスＣｓおよび／またはＣｐの変化量ΔＣｓおよび／またはΔＣｐを算出する（ステップＳ１２）。制御部７０は、ΔＣｓおよび／またはΔＣｐに基づき弾性波共振器ＲのキャパシタンスＣ０の変化量ΔＣ０を算出する（ステップＳ１４）。例えば制御部７０は式１を用いΔＣ０を算出する。制御部７０は、ΔＣｓ、ΔＣｐおよびΔＣ０に対応した制御信号ＣＳ１からＣＳ３を出力する（ステップＳ１６）。キャパシタンスＣｓ、ＣｐおよびＣ０がそれぞれΔＣｓ、ΔＣｐおよびΔＣ０変化する。以上により、共振回路の入力インピーダンスおよび／または出力インピーダンスの変化を抑制し、かつ共振回路の共振周波数および／または反共振周波数を変更できる。

制御部７０は、ステップＳ１０に取得した指示（例えばＬＴＥバンド）に応じた制御信号ＣＳ１からＣＳ３のテーブルを有し、テーブルに応じ制御信号ＣＳ１からＣＳ３を出力してもよい。

図１７（ａ）は、実施例３に係るフィルタ回路の回路図、図１７（ｂ）は、通過特性を示す図である。図１７（ａ）に示すように、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４が直列に接続されている。入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ３が並列に接続されている。直列共振器Ｓ１からＳ４のうち最も反共振周波数の低い直列共振器Ｓ２に実施例１およびその変形例の共振回路を用いる。共振回路では、弾性波共振器Ｒと可変キャパシタＣｐとが並列に接続されている。

ラダー型フィルタの通過帯域の高周波側の減衰域は直列共振器の反共振周波数により形成される。通過帯域の高周波側の急峻性は直列共振器のうち最も低い反共振周波数が主に影響する。そこで、最も反共振周波数の低い直列共振器Ｓ２の可変キャパシタＣｐのキャパシタンスを変更することにより反共振周波数を変更する。図１７（ｂ）に示すように、キャパシタンスＣｐを付加する前の通過帯域Ｐａｓｓ０に比べ、キャパシタンスＣｐを付加したときの通過帯域Ｐａｓｓ１は狭くなる。また、通過帯域Ｐａｓｓ１の高周波側のスカート特性が急峻となる。

例えば、ＬＴＥバンド２の送信帯域および受信帯域はそれぞれ１８５０ＭＨｚから１９１０ＭＨｚおよび１９３０ＭＨｚから１９９０ＭＨｚであり、ＬＴＥバンド２５の送信帯域および受信帯域はそれぞれ１８５０ＭＨｚから１９１５ＭＨｚおよび１９３０ＭＨｚから１９９５ＭＨｚである。このように、ＬＴＥバンド２の送信帯域および受信帯域の低周波端は、ＬＴＥバンド２５と同じであり、ＬＴＥバンド２の送信帯域および受信帯域の高周波端は、ＬＴＥバンド２５より低い。

そこで、フィルタ回路をＬＴＥバンド２５の送信フィルタまたは受信フィルタとして用いる場合、キャパシタンスＣｐを付加しない。これにより、通過帯域を広くしＬＴＥバンド２５の送信帯域または受信帯域にできる。フィルタ回路をＬＴＥバンド２の送信フィルタまたは受信フィルタとして用いる場合、キャパシタンスＣｐを付加する。これにより、通過帯域を狭くしＬＴＥバンド２の送信帯域または受信帯域にでき、かつ高周波側のスカート特性を急峻にできる。

実施例３によれば、ラダー型フィルタにおいて、直列共振器Ｓ１からＳ４のうち少なくとも１つは可変キャパシタＣｐが並列に接続されている。これにより、通過帯域の高周波側のスカート特性を調整できる。また、可変キャパシタＣｐのキャパシタンスが変化しても、共振回路のインピーダンスの変化を抑制できる。これにより、インピーダンス不整合に起因した通過帯域の損失を抑制できる。

また、最も反共振周波数が低い直列共振器Ｓ２は、可変キャパシタＣｐを含む実施例１およびその変形例の共振回路であり、他の直列共振器の少なくとも一部は実施例１およびその変形例の共振回路を含まない。これにより、通過帯域の高周波端を効率的に調整できる。

図１８（ａ）は、実施例３の変形例１に係るフィルタ回路の回路図、図１８（ｂ）は、通過特性を示す図である。図１８（ａ）に示すように、並列共振器Ｐ１からＰ３のうち最も共振周波数の高い並列共振器Ｐ１に実施例１およびその変形例の共振回路を用いる。共振回路では、弾性波共振器Ｒと可変キャパシタＣｓとが直列に接続されている。

ラダー型フィルタの通過帯域の低周波側の減衰域は並列共振器の共振周波数により形成される。通過帯域の低周波側の急峻性は並列共振器のうち最も高い共振周波数が主に影響する。そこで、最も共振周波数の高い並列共振器Ｐ１の可変キャパシタＣｓのキャパシタンスを変更することにより共振周波数を変更する。図１８（ｂ）に示すように、キャパシタンスＣｓを付加する前の通過帯域Ｐａｓｓ０に比べ、キャパシタンスＣｓを付加したときの通過帯域Ｐａｓｓ２は広くなる。また、通過帯域Ｐａｓｓ０の低周波側のスカート特性は急峻となる。

実施例３の変形例１によれば、ラダー型フィルタにおいて、並列共振器Ｐ１からＰ３のうち少なくとも１つは可変キャパシタＣｓが直列に接続されている。これにより、通過帯域の低周波側のスカート特性を調整できる。

また、最も共振周波数が高い並列共振器Ｐ１は、可変キャパシタＣｓを含む実施例１およびその変形例の共振回路であり、他の並列共振器の少なくとも一部は実施例１およびその変形例の共振回路を含まない。これにより、通過帯域の低周波端を効率的に調整できる。

直列共振器Ｓ１からＳ４の少なくとも一部と、並列共振器Ｐ１からＰ３の少なくとも一部と、がともに実施例１およびその変形例の共振回路を含んでもよい。直列共振器Ｓ１からＳ４の少なくとも一部に含まれる共振回路は可変キャパシタＣｐを含んでもよい。並列共振器Ｐ１からＰ３の少なくとも一部に含まれる共振回路は可変キャパシタＣｓを含んでもよい。直列共振器の共振周波数および／または並列共振器の反共振周波数を調整することで、通過帯域の通過特性を調整できる。直列共振器および並列共振器の個数は適宜設定できる。ラダー型フィルタ以外のフィルタに実施例１およびその変形例の共振回路を用いてもよい。

図１９は、実施例４に係るデュプレクサの回路図である。図１９に示すように、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ７４が接続されている。共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信フィルタ７６が接続されている。送信フィルタ７４は、送信端子Ｔｘから入力された信号のうち送信帯域の信号を送信信号として共通端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ７６は、共通端子Ａｎｔから入力された信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。送信フィルタ７４および受信フィルタ７６の少なくとも一方を実施例３のフィルタとすることができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 圧電基板
１２、１２ａ ＩＤＴ
２０ 反射器
２２ａ、２２ｂ スイッチ
３０、５０、６０ 基板
３２ 下部電極
３４ 圧電膜
３６ 上部電極
３８ 空隙
５２、５６、６２、６６ 電極
５４、６４ 強誘電体膜
６８ スイッチ
６９ キャパシタ素子
７０ 制御部

Claims (14)

1. キャパシタンスが変更可能なキャパシタと、
   前記キャパシタが直列および／または並列に接続され、前記キャパシタのキャパシタンスが変更されたときに、入力インピーダンスおよび／または出力インピーダンスの変化が抑制されるようにキャパシタンスが変更可能な弾性波共振器と、
   を具備する共振回路。
2. 前記弾性波共振器は、
   圧電基板と、
   前記圧電基板上に設けられた一対の反射器と、
   前記一対の反射器間の前記圧電基板上に設けられ、第１ノードと第２ノードとの間に並列に電気的に接続された複数のＩＤＴと、
   を有し、
   前記複数のＩＤＴのうち少なくとも一部のＩＤＴは前記第１ノードおよび前記第２ノードの少なくとも一方と遮断可能である請求項１記載の共振回路。
3. 前記少なくとも一部のＩＤＴを前記第１ノードおよび前記第２ノードとの間に電気的に接続および遮断する第１スイッチを具備し、
   前記第１スイッチが切り替わることにより、前記弾性波共振器のキャパシタンスが変更される請求項２記載の共振回路。
4. 前記弾性波共振器は、第１ノードと第２ノードとの間に並列に電気的に接続された複数の圧電薄膜共振器を有し、
   前記複数の圧電薄膜共振器のうち少なくとも一部の圧電薄膜共振器は前記第１ノードおよび前記第２ノードの少なくとも一方と遮断可能である請求項１記載の共振回路。
5. 前記キャパシタは、
   基板と、
   前記基板上に設けられ互いに対向する第１電極および第２電極と、
   前記第１電極および前記第２電極を覆う強誘電体膜と、
   前記強誘電体膜上に設けられ、平面視において前記第１電極および前記第２電極と重なる電圧印加電極と、
   を有し、
   前記電圧印加電極に印加される電圧により前記キャパシタのキャパシタンスが変更される請求項１から４のいずれか一項記載の共振回路。
6. 前記キャパシタは、第３ノードと第４ノードとの間に並列に接続された複数のキャパシタ素子と、前記複数のキャパシタ素子をそれぞれ前記第３ノードと前記第４ノードとの間に電気的に接続および遮断する複数の第２スイッチと、を有し、
   前記複数の第２スイッチが切り替わることにより前記キャパシタのキャパシタンスが変更される請求項１から５のいずれか一項記載の共振回路。
7. 前記キャパシタのキャパシタンスを変更するときに、前記入力インピーダンスおよび／または出力インピーダンスの変化を抑制するように、前記弾性波共振器のキャパシタンスを変更する制御部を具備する請求項１から６のいずれか一項記載の共振回路。
8. 入力端子と出力端子との間に直列に接続された１または複数の直列共振器と、
   前記入力端子と前記出力端子との間に並列に接続された１または複数の並列共振器と、
   を具備し、
   前記１または複数の直列共振器のうち少なくとも１つは請求項１から７のいずれか一項記載の共振回路を含み、
   前記共振回路の前記キャパシタは前記弾性波共振器に並列に接続されているフィルタ回路。
9. 前記１または複数の直列共振器は複数の直列共振器であり、
   前記複数の直列共振器のうち最も反共振周波数が低い直列共振器は、前記共振回路を含み、
   前記複数の直列共振器のうち他の直列共振器の少なくとも一部は前記共振回路を含まない請求項８記載のフィルタ回路。
10. 入力端子と出力端子との間に直列に接続された１または複数の直列共振器と、
    前記入力端子と前記出力端子との間に並列に接続された１または複数の並列共振器と、
    を具備し、
    前記１または複数の並列共振器のうち少なくとも１つは請求項１から７のいずれか一項記載の共振回路を含み、
    前記共振回路の前記キャパシタは前記弾性波共振器に直列に接続されているフィルタ回路。
11. 前記１または複数の並列共振器は複数の並列共振器であり、
    前記複数の並列共振器のうち最も共振周波数が高い並列共振器は、前記共振回路を含み、
    前記複数の並列共振器のうち他の並列共振器の少なくとも一部は前記共振回路を含まない請求項１０記載のフィルタ回路。
12. 圧電基板と、
    前記圧電基板上に設けられた一対の反射器と、
    前記一対の反射器間の前記圧電基板上に設けられ、第１端子と第２端子との間に並列に電気的に接続された複数のＩＤＴと、
    を具備し、
    前記複数のＩＤＴのうち少なくとも一部のＩＤＴと前記第１端子および／または前記第２端子との間に電気的に直列にスイッチが接続可能である弾性波共振器。
13. 前記複数のＩＤＴは、前記スイッチが接続可能でない第１ＩＤＴと、前記第１ＩＤＴと前記一対の反射器の少なくとも一方との間に設けられ、前記スイッチが接続可能な第２ＩＤＴと、を含む請求項１２記載の弾性波共振器。
14. 前記第２ＩＤＴの対数は前記第１ＩＤＴの対数より小さい請求項１３記載の弾性波共振器。

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