JP3939293B2 - 弾性表面波フィルタおよびデュプレクサ - Google Patents

Description

本発明は、弾性表面波フィルタおよびデュプレクサに係り、特に、ラダー型弾性表面波フィルタにおいて通過帯域外の所望の周波数帯に良好な減衰域を形成するフィルタ構造に関する。

近年、携帯電話機などの移動体通信機器のフィルタやアンテナデュプレクサとして小型軽量化に有利な弾性表面波フィルタ（以下、ＳＡＷフィルタという）が広く用いられている。このうち、ＳＡＷ共振子を直列・並列に梯子型に多段接続したいわゆるラダー型ＳＡＷフィルタは、音響エネルギーと電気エネルギーの変換ロスが少ない設計であり、低挿入損失と広帯域幅を実現できる特徴を有する。

また、ＳＡＷフィルタを開示するものとして下記特許文献がある。

特開平６−１７７６９７号公報 特開２０００−２６１２８８（特許第３４１９３３９号）公報

ところで、帯域通過フィルタは、一般に通過帯域における低い挿入損失とともに、通過帯域外での高い抑圧特性（高減衰量）が求められる。また、送受信の周波数帯域が比較的離れた通信方式（例えば次世代携帯電話の一通信方式として標準化が進められているＷ−ＣＤＭＡ等）では、送受信周波数が近いシステムに較べ、通過帯域から離れた周波数帯域においても十分な減衰量を確保する必要があり、減衰域を広域化する手段の提供が望まれる。

しかしながら、従来提案されているＳＡＷフィルタは、通過帯域外の減衰特性について、通過帯域近傍の特性改善を図るものはあるものの（例えば前記特許文献２）、通過帯域から離れた周波数領域の特性改善を図るものは必ずしも十分なものがなかった。

一方、減衰域に関するこのような要請に応えるため、フィルタにトラップを設けることも考えられる。例えば、共振周波数を順次ずらした複数のＳＡＷ共振子をフィルタに多段に接続し、当該フィルタの減衰域に対し広帯域に減衰を確保するのである。

ところが、このような方法では、フィルタが大型化し、ＳＡＷフィルタが本来有する小型軽量という重要な特長を損なう難がある。なぜなら、トラップとして接続するＳＡＷ共振子は、急峻なインピーダンス特性を有することから、トラップ用共振子の接続に起因してリップルが生じやすく、これを抑制しつつ広帯域に減衰を確保するには共振子の接続段数を増さざるを得ないからである（周波数を少しずつずらした数多くの共振子を接続する必要がある）。

したがって本発明が解決しようとする問題点は、従来のＳＡＷフィルタ構造では、通過帯域から比較的離れた周波数帯において良好な（広くかつ平坦な）減衰特性を得ることが出来ない点にある。

このような課題を解決するため、本発明に係る弾性表面波フィルタは、直列腕に配した弾性表面波共振子、および並列腕に配した弾性表面波共振子を有して所定の通過帯域を形成可能なフィルタ本体部と、該フィルタ本体部の前段および後段のうちの少なくとも一方に接続した弾性表面波共振子とを備える弾性表面波フィルタであって、フィルタ本体部に接続する前記弾性表面波共振子として、互いに異なる共振周波数を有する２以上の弾性表面波共振子を備え、これらフィルタ本体部に接続した弾性表面波共振子は、前記フィルタ本体部の通過帯域から離れた減衰域に反共振点を生じさせるものであり、かつ、これらフィルタ本体部に接続した弾性表面波共振子のうちの１つ以上が、すだれ状電極と反射器とを有して、弾性表面波の波長をλとしたときに、該すだれ状電極と反射器と間の間隔を０．５λ以外の値に設定したものである。

本発明のＳＡＷ（弾性表面波）フィルタでは、通過帯域外の（通過帯域から離れた）減衰特性を改善したい所望の周波数帯に反共振点を有するＳＡＷ共振子を、通過帯域を形成するフィルタ本体部に接続することで当該周波数帯における減衰特性を改善するが、本発明ではさらに、当該フィルタ本体部に接続するＳＡＷ共振子（以下、減衰域用共振子という）として、すだれ状電極（ＩＤＴ／Interdigital Transducer）と反射器との間隔を０．５λ以外の値（０．５λより大きい値または小さい値）としたものを使用する。

フィルタ本体部に接続する減衰域用共振子をこのような構成とすれば、当該減衰域用共振子の反共振点付近に新たな極を形成することができ、この極の形成によって新たな減衰が生じ、該共振子を接続したＳＡＷフィルタの減衰帯域幅を拡大させることが可能となる。尚、この点については、図面を参照して実施形態とともに後にさらに詳しく説明する。

フィルタ本体部に接続する減衰域用共振子の数は、減衰帯域幅をより拡大させる観点からはその数を増やした方が良いが、要求される特性に応じ２個以上の範囲で接続数を適宜決定することが可能である（例えば３〜６個等）。

減衰域用共振子は、互いに異なる共振周波数を有するものとする。減衰帯域幅をより広くするためである。尚、減衰域用共振子の接続位置は、フィルタ本体部の前段としても良いし、後段、あるいは前段と後段の双方に設けることも可能である。

フィルタ本体部は、ＳＡＷ共振子を直列腕と並列腕とに配した従来のラダー型ＳＡＷフィルタと同様の構成とすれば良い。このとき、フィルタ本体部を構成するＳＡＷ共振子の接続段数は特に問わない。例えば直列腕に２個、並列腕に１個の共振子をそれぞれ有するものとしても良いし、さらに多くの共振子を直列腕または並列腕に設けることも可能である。

本発明のＳＡＷフィルタは、例えば弾性表面波装置の一つであるデュプレクサ（アンテナ共用器）に使用することが可能であり、本発明に係るデュプレクサは、互いに異なる通過帯域を有する少なくとも２つの弾性表面波フィルタと、該フィルタが接続されるアンテナ接続用の共通端子と、該フィルタの入出力端子とを有するデュプレクサであって、該弾性表面波フィルタの少なくとも１つが前記本発明の弾性表面波フィルタである。

また、該デュプレクサでは、前記互いに異なる通過帯域を有する弾性表面波フィルタのうちの低域側フィルタの中心周波数をｆ1、高域側フィルタの中心周波数をｆ2としたときに、これら両フィルタの中心周波数差（ｆ2−ｆ1）を両フィルタの中心周波数の平均値（ｆ1＋ｆ2）／２で規格化した値である、（ｆ2−ｆ1）／｛（ｆ1＋ｆ2）／２｝が０．０５以上の場合がある。

このような本発明のデュプレクサでは、従来に較べより少ない共振子の接続段数で広い減衰域を所望の周波数帯に形成することが可能となり、低域側フィルタと高域側フィルタとの周波数帯域が離れている場合にも、相手側フィルタの通過帯域における減衰特性を改善して平坦でかつ十分な減衰量を確保することが出来る。

本発明によれば、通過帯域から離れた周波数帯において良好な（広くかつ平坦な）減衰特性を得ることが出来る。

本発明の他の特徴および利点は、以下の本発明の実施の形態の説明により明らかにする。

以下、添付図面の図１から図７を参照しつつ本発明の実施の形態（以下、本実施形態という）を説明する。

〔ＳＡＷフィルタ〕
図１は、本発明の一実施形態に係るＳＡＷフィルタを示すものである。同図に示すようにこのＳＡＷフィルタ１１は、通過帯域を構成するラダー型ＳＡＷフィルタ１２（フィルタ本体部）の前段および後段に、減衰特性を改善するためのＳＡＷ共振子１３，１４（減衰域用共振子）を接続したものである。減衰域用共振子１３，１４としては、入力端子１５とフィルタ本体部１２との間（フィルタ本体部前段）に４個の共振子１３ａ〜１３ｄを、またフィルタ本体部１２と出力端子１６との間（フィルタ本体部後段）に１個の共振子１４ａをそれぞれ直列に挿入してある。また、フィルタ本体部１２は、直列腕と並列腕にそれぞれ２個ずつＳＡＷ共振子を設けてなる。尚、フィルタ本体部を構成する共振子の数、並びに減衰域用共振子の数は、これらの数に限定されるものではない。

減衰域用共振子１３ａ〜１３ｄ，１４ａは、フィルタ本体部１２を構成する共振子と共振周波数を異にするもので、フィルタ本体部１２によって形成される通過帯域の外に（通過帯域から離れた減衰域に）反共振点を有するものである。また、各減衰域用共振子１３ａ〜１３ｄ，１４ａは、互いに異なる共振周波数を有する。

図６は図１の回路のＳＡＷフィルタの周波数特性と共振子のインピーダンス特性との関係を示す図である。図中、実線はＳＡＷフィルタの周波数特性、一点鎖線は通過帯域（フィルタ本体部１２）を構成する共振子のインピーダンス特性、破線は減衰域用共振子のインピーダンス特性をそれぞれ示す。通過帯域を構成する共振子のインピーダンス特性はＳＡＷフィルタの通過帯域から離れた周波数帯域の減衰と関係ないが、減衰域用共振子のインピーダンス特性の極とＳＡＷフィルタの通過帯域から離れた周波数帯域の減衰とが一致しており、減衰域用共振子のインピーダンス特性の極とＳＡＷフィルタの通過帯域から離れた周波数帯域の減衰とが関係を有していることがわかる。

図２は、共振周波数をずらした複数の（図の場合３個）共振子を直列に接続した場合のインピーダンス特性を示すものであるが、共振周波数（反共振点）をずらした複数の共振子を多段に接続することによって各共振子の極が合わさり、広帯域にわたり減衰を確保することができる。尚、各減衰域用共振子の共振周波数をずらすには、例えば各段の共振子について互いにＩＤＴ（すだれ状電極）の電極指のピッチ（間隔）を異ならせることにより行えば良く、これにより所望の周波数に反共振点を得ることが出来る。

本実施形態のフィルタ１１では、かかる減衰域用共振子１３ａ〜１３ｄ，１４ａについてさらに、ＩＤＴと反射器と間の間隔を０．５λ以外の値に設定する。すなわち、本実施形態で使用する減衰域用共振子は、図３（ｂ）に示すようにＩＤＴ２１の両側に反射器２２を有するが、弾性表面波の波長をλとしたときに、ＩＤＴ２１と反射器２２と間の間隔Ｇrefを０．５λ以外の値に設定してある。尚、同図（ａ）は従来の一般的な反射器型のＳＡＷ共振子を示すもので、ＩＤＴ２１と反射器２２と間の間隔Ｇrefは０．５λにされている。

図４は、ＳＡＷ共振子の反共振点付近におけるインピーダンス特性を拡大して示す図であり、同図において実線(1)がＧrefを０．５λ以外の値に設定した場合を、破線(2)がＧrefを０．５λとした従来の共振子をそれぞれ示す。同図から明らかなように、Ｇrefを０．５λ以外の値とすると、反共振点付近に新たな極Ｐ1が発生する。そして、この極Ｐ1の形成によって新たな減衰が生じ、減衰帯域を拡大することが可能となる。

さらに、図５は、前記図１に示した実施形態のＳＡＷフィルタにおいて、Ｇrefを０．５λ以外の値にしたＳＡＷ共振子を接続した場合のＳＡＷフィルタの周波数特性を示すものである。同図（ａ）および図（ａ）中の一点鎖線で囲った部分の拡大図である（ｂ）に示すように、減衰域用共振子（Ｇref＝０．５λ以外の値）を有しない従来のフィルタ（図中細線(1)で示す）に較べ、本発明によるフィルタ（図中太線(2)で示す）は、減衰のピーク値は浅くなるものの、減衰域幅を拡大できることが分かる。

本実施形態によれば、通過帯域の挿入損失の増大を抑えつつ、通過帯域から離れた周波数域において広くかつ十分な減衰を得ることが出来る。したがって、本実施形態（本発明）のフィルタは、送受信の周波数帯が離れた通信方式に使用するデュプレクサを構成するのに好適である。

〔デュプレクサ〕
図７は、本発明に係るデュプレクサの一例を示すものである。図に示すようにこのデュプレクサ３１は、送信用フィルタ３２と受信用フィルタ３３とを備え、これらのフィルタ３２，３３として前記実施形態に係るＳＡＷフィルタを使用する。送信側フィルタ３２および受信側フィルタ３３は、それぞれ送信信号が入力される送信端子Ｔｘと、受信信号が出力される受信端子Ｒｘを有し、両フィルタ３２，３３はアンテナ接続用の共通端子Ｃに接続されている。

また、下記表１は、携帯電話システムの代表的な通信方式における送受信周波数と、送受信の中心周波数差を送受信の中心周波数の平均値で規格化した値を示すものである。本実施形態に係るフィルタを使用した前記デュプレクサによれば、送受信周波数差の規格化値、（ｆr−ｆt）／｛（ｆt＋ｆr）／２｝が０．０５以上のこれらいずれの通信方式においても、従来のデュプレクサに較べ相手側フィルタの減衰域において良好な減衰特性を実現することができ、特に送受信の周波数差の大きい通信方式（例えばＷ−ＣＤＭＡ等）では大きなメリットを得ることが出来る。尚、表に示す以外の通信方式に対しても適用可能なことは勿論である。

以上、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で種々の変更を行うことができることは当業者に明らかである。

例えば、前記実施形態では、通過帯域を構成するフィルタ本体部の前段および後段に合計５個の共振子を接続したが、２個から４個、あるいは６個以上の共振子を接続しても良い。また、ＩＤＴと反射器と間の間隔Ｇrefを０．５λ以外の値とするのは、必ずしも減衰域用共振子のすべてについてでなくても良い。さらに、本発明のＳＡＷフィルタおよびデュプレクサは、携帯電話機の送受信部に使用して好適なものであるが、これに限定されるものではなく、ＰＨＳや通信機能を備えたＰＤＡ、無線ＬＡＮカードその他、様々な電子通信機器に適用することが可能である。

本発明の一実施形態に係るＳＡＷフィルタを示す回路図である。 共振周波数をずらした複数のＳＡＷ共振子を接続した場合のインピーダンス特性を示す線図である。 （ａ）は従来の反射器型ＳＡＷ共振子を示す図である。（ｂ）は前記実施形態で使用する減衰域用共振子を示す図である。 ＳＡＷ共振子の反共振点付近におけるインピーダンス特性を拡大して示す線図である。 （ａ）は本発明に基づいてＧrefを０．５λ以外の値にしたＳＡＷ共振子を接続した場合のＳＡＷフィルタの周波数特性を示す線図である。（ｂ）は図（ａ）中の一点鎖線で囲った部分を拡大して示す図である。 前記実施形態に係るＳＡＷフィルタの周波数特性を示す線図である。 本発明の一実施形態に係るデュプレクサを示すブロック図である。

符号の説明

１１ ＳＡＷフィルタ
１２ フィルタ本体部
１３，１４ 減衰域用共振子
１５ 入力端子
１６ 出力端子
２１ ＩＤＴ（すだれ状電極）
２２ 反射器
３１ デュプレクサ

Claims (3)

1. 直列腕に配した弾性表面波共振子、および並列腕に配した弾性表面波共振子を有して所定の通過帯域を形成可能なフィルタ本体部と、
   該フィルタ本体部の前段および後段のうちの少なくとも一方に接続した弾性表面波共振子と、
   を備える弾性表面波フィルタであって、
   フィルタ本体部に接続する前記弾性表面波共振子として、互いに異なる共振周波数を有する２以上の弾性表面波共振子を備え、
   これらフィルタ本体部に接続した弾性表面波共振子は、
   前記フィルタ本体部の通過帯域から離れた減衰域に反共振点を生じさせるものであり、かつ
   これらフィルタ本体部に接続した弾性表面波共振子のうちの１つ以上が、すだれ状電極と反射器とを有して、弾性表面波の波長をλとしたときに、該すだれ状電極と反射器と間の間隔を０．５λ以外の値に設定したものである
   ことを特徴とする弾性表面波フィルタ。
2. 互いに異なる通過帯域を有する少なくとも２つの弾性表面波フィルタと、
   該フィルタが接続されるアンテナ接続用の共通端子と、
   該フィルタの入出力端子と、
   を有するデュプレクサであって、
   前記弾性表面波フィルタの少なくとも１つが請求項１に記載の弾性表面波フィルタである
   ことを特徴とするデュプレクサ。
3. 前記互いに異なる通過帯域を有する弾性表面波フィルタのうちの低域側フィルタの中心周波数をｆ1、高域側フィルタの中心周波数をｆ2としたときに、これら両フィルタの中心周波数差（ｆ2−ｆ1）を両フィルタの中心周波数の平均値（ｆ1＋ｆ2）／２で規格化した値である、
   （ｆ2−ｆ1）／｛（ｆ1＋ｆ2）／２｝
   が０．０５以上である
   ことを特徴とする請求項２に記載のデュプレクサ。