JP4809448B2

JP4809448B2 - デュプレクサ

Info

Publication number: JP4809448B2
Application number: JP2009021839A
Authority: JP
Inventors: 進吉元
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2009-02-02
Filing date: 2009-02-02
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2029-02-02
Also published as: CN101794924B; JP2010178306A; US20100194488A1; EP2214312A3; US8421555B2; EP2214312A2; CN101794924A

Description

本発明は、例えば携帯端末などに適用されるデュプレクサに関する。

近年、受信側出力に平衡出力を有する弾性波デュプレクサの所用が高まっている。その理由は、受信側フィルタの後段に用いられる受信信号の処理回路として、平衡入力を用いるものが多くなってきたからである。この場合、弾性波デュプレクサの回路として、送信側回路に弾性波共振子を直列−並列に数段接続したラダー型フィルタを用い、受信側回路には不平衡−平衡変換機能を持つ縦結合共振器型フィルタを用いることが一般的である。図１３及び図１４は、従来のデュプレクサの一例を示すものであり、５は弾性波共振子、１０は圧電基板、１１はラダー型フィルタ（送信側フィルタ）、１２はバランス接続縦結合共振器型フィルタ１２ａを例えば２つ接続した受信側フィルタ、１３は移相器、１４は入出力ポート、１５は送信入力ポート、１６は平衡出力ポートである。

このようなデュプレクサにおいて、フィルタ１１、１２間のアイソレーション特性を良好に保つためには、フィルタ１１、１２間の物理的距離を離すか、フィルタ１１、１２を個別のチップとして分割するか、または図１５に示すようにフィルタ１１、１２間に金属シールド１００を付加する等の対処が必要であった。しかしながらこれらの方法では、デバイス寸法が大きくなる、フィルタ１１、１２が２分割されることにより制作工数及びコストが大きくなる等の問題点に加えて、これらの対処をしても所望通りのアイソレーション特性が得られないといった欠点があった。後述の図６に示すように、図１４のデュプレクサでは８３０ＭＨｚ付近の送信帯域にフィルタ１１、１２間の電磁結合に起因する膨らみが発生しており、減衰量が実力値として５４ｄＢしか得られておらず、これは近年の携帯端末用デュプレクサとしては性能不足である。
特許文献１には、表面波を用いたＳＡＷフィルタについて記載されているが、上記の課題については何ら検討されていない。

特開２００３−２０９４５６（図１、図８）

本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、縦結合共振器型フィルタにて不平衡−平衡変換機能を実現する受信側フィルタを備えたデュプレクサにおいて、アイソレーション特性を改善することのできるデュプレクサを提供することにある。

本発明のデュプレクサは、
圧電基板上に各々形成された交差指状電極及び反射器を含む縦結合共振器型フィルタと、この縦結合共振器型フィルタの入力側及び出力側に夫々設けられた不平衡入力信号路及び平衡出力ポートと、を備えた受信側フィルタと、
前記圧電基板上にて前記受信側フィルタに隣接して設けられ、弾性波共振子を用いた送信側フィルタと、を備え、
前記受信側フィルタ及び前記送信側フィルタのうち、前記受信側フィルタについてのみ、当該受信側フィルタを囲むように形成されると共に接地電極に接続されたシールド用電極を設けたことを特徴とする。
上述の受信側フィルタは、具体的な態様としては以下のように構成しても良い。
前記シールド用電極は前記不平衡入力信号路が設けられている領域は開口している構成。
前記縦結合共振器型フィルタは、前記不平衡入力信号路が入力側に接続された第１の縦結合共振器型フィルタと、この第１の縦結合共振器型フィルタの出力側にその入力側が接続され、前記平衡出力ポートが出力側に接続された第２の縦結合共振器型フィルタと、を備えている構成。

本発明によれば、圧電基板上に各々形成された交差指状電極及び反射器を含む縦結合共振器型フィルタと、この縦結合共振器型フィルタの入力側及び出力側に夫々設けられた不平衡入力信号路及び平衡出力ポートと、を備え、デュプレクサの受信側に用いられる受信側フィルタにおいて、この受信側フィルタの周囲を囲むように設けられると共に接地電極に接続されたシールド電極を配置しているので、受信側フィルタから外部に漏出する電界や磁界を当該シールド電極によりショートさせることができる。従って、この受信側フィルタを用いたデュプレクサでは、送信入力ポートへの前記電界や磁界の影響を抑えることができるので、良好なアイソレーション特性を得ることができる。

本発明の実施の形態に係るデュプレクサの構成例を示した平面図である。上記のデュプレクサを構成するＩＤＴ電極を概略的に示した平面図である。上記のデュプレクサにおける作用を模式的に示した模式図である。上記のデュプレクサにおける作用を模式的に示した模式図である。上記のデュプレクサにより得られるアイソレーション特性の一例を示す特性図である。従来のデュプレクサにおいて得られるアイソレーション特性を示す特性図である。上記のデュプレクサの他の例を概略的に示した平面図である。上記のデュプレクサの他の例を概略的に示した平面図である。上記のデュプレクサの他の例を概略的に示した平面図である。上記のデュプレクサの他の例を概略的に示した平面図である。上記のデュプレクサの他の例を概略的に示した平面図である。上記のデュプレクサの他の例を概略的に示した平面図である。デュプレクサを概略的に示した概略図である。従来のデュプレクサを示す平面図である。従来のデュプレクサを示す平面図である。

本発明の実施の形態であるデュプレクサ（弾性波共用器）１について、図１を参照して説明する。このデュプレクサ１は、例えばＬｉＴａＯ_３やＬｉＮｂＯ_３あるいは水晶などの圧電体からなる圧電基板１０上に形成されており、既述の図１３にも示すように、信号の送受信を行う共通の入出力ポート１４と、入出力ポート１４に対して信号を送信する送信回路である送信側フィルタ１１と、この入出力ポート１４を介して信号を受信する受信回路である受信側フィルタ１２と、を備えている。そして、信号路３０を介して入出力ポート１４とフィルタ１１、１２とが夫々接続されている。これらのフィルタ１１、１２は、弾性波の伝搬方向（図１中左右方向）において夫々左側及び右側に配置されている。この圧電基板１０は、図示しないモジュール基板上に配置されており、このモジュール基板には、各々のフィルタ１１、１２を接地するための接地電極である接地ポート１７、１８及び入出力ポート１４と接続される図示しないアンテナポートが設けられている。尚、判別しやすいように、フィルタ１１、１２などにはハッチングを付してある。

このデュプレクサ１は、例えば圧電基板１０の全面に例えばアルミニウムからなる金属膜を形成し、次いでフォトリソグラフィーによりフィルタ１１、１２や後述のシールド電極５０の周囲の領域の金属膜を例えばエッチングすることにより形成されている。従って、フィルタ１１、１２やシールド電極５０は、同じ膜厚例えば０．１〜１．０μｍ程度となっている。
上記の送信側フィルタ１１は、例えば中心周波数が８３６．５ＭＨｚの送信信号をフィルタ処理して、装置内の図示しない送信処理部から入出力ポート１４に送信するためのフィルタであり、弾性波共振子５をラダー型に接続したフィルタにより構成されている。具体的には、この送信側フィルタ１１は、各々が弾性波共振子５からなる３つの直列腕３１ａ〜３１ｃが直列信号路３３を介して入出力ポート１４側からこの順番で直列に接続されると共に、直列腕３１ａ、３１ｂ間及び直列腕３１ｂ、３１ｃ間において同様に弾性波共振子５からなる並列腕３２ａ、３２ｂが並列信号路３４を介して夫々並列に接続されて、Ｔ型５段の回路が構成されている。

これらの直列腕３１ａ〜３１ｃ及び並列腕３２ａ、３２ｂは、各々図２に示すように、交差指状電極であるＩＤＴ（インターディジタルトランスデューサ）電極２３と、このＩＤＴ電極２３の両側に配置された２つの反射器２６、２６と、からなる弾性波共振子５により構成されている。このＩＤＴ電極２３は、弾性波の伝搬方向に平行に配置された２本のバスバー２１、２１と、これらのバスバー２１、２１から互いに交差するように櫛歯状に伸びる複数本の電極指２２と、により構成されている。また反射器２６は、同様に弾性波の伝搬方向に平行に配置された２本のグレーティングバスバー２５、２５と、これらのグレーティングバスバー２５、２５を接続するように伸びる複数本のグレーティング電極２４と、により構成されている。そして、上記の直列信号路３３及び並列信号路３４により、各々のＩＤＴ電極２３のバスバー２１、２１同士が接続されている。また、直列腕３１ｃの２つのバスバー２１、２１のうち直列腕３１ｂ（入出力ポート１４）の反対側のバスバー２１は、圧電基板１０の端部領域まで伸び出して、図示しない送信処理部から信号が入力される送信入力ポート１５をなしている。並列腕３２ａ、３２ｂの２つのバスバー２１、２１のうち直列信号路３３とは反対側のバスバー２１は、既述の接地ポート１７に接続されている。尚、図２では電極指２２やグレーティング電極２４の本数を省略して描画している。

次に、本発明の受信側フィルタ１２について説明する。この受信側フィルタ１２と入出力ポート１４との間には、送信側フィルタ１１から入出力ポート１４に向けて送信される信号が受信側フィルタ１２へ回り込まないように、弾性波共振子５からなる移相器１３が介設されている。受信側フィルタ１２は、周波数が例えば８８１．５ＭＨｚの受信信号をフィルタ処理（周波数選択）して装置内の図示しない受信処理部に出力するフィルタであり、２つの縦結合共振器型フィルタ４１、４１により構成されている。これらの縦結合共振器型フィルタ４１、４１は、弾性波の伝搬方向に対して直交するように手前側及び奥側に各々配置されており、各々弾性波の伝搬方向に沿って配置された複数のＩＤＴ電極２３と、これらのＩＤＴ電極２３を両側から挟むように設けられた２つの反射器２６、２６と、により構成されている。

これらの縦結合共振器型フィルタ４１、４１のうちの一方例えば入出力ポート１４に近接する奥側の縦結合共振器型フィルタ４１を第１の縦結合共振器型フィルタ４１ａ、他方の（手前側の）縦結合共振器型フィルタ４１を第２の縦結合共振器型フィルタ４１ｂとすると、第１の縦結合共振器型フィルタ４１ａ及び第２の縦結合共振器型フィルタ４１ｂは、例えば夫々３つ及び４つのＩＤＴ電極２３を備えている。

第１の縦結合共振器型フィルタ４１ａの中央のＩＤＴ電極２３の奥側のバスバー２１には、入出力ポート１４（移相器１３）から伸びる不平衡入力信号路３０ａが接続されており、この信号路３０ａを介して不平衡（アンバランス）信号が第１の縦結合共振器型フィルタ４１ａに入力されることになる。また、両側のＩＤＴ電極２３の手前側のバスバー２１、２１には、第２の縦結合共振器型フィルタ４１ｂに向かって伸びる信号路３０ｂ、３０ｂが各々接続されている。中央のＩＤＴ電極２３の手前側のバスバー２１には、例えばボンディングワイヤなどによりこの圧電基板１０の上方領域を介して既述の接地ポート１８に接続される接地用電極４２が形成されている。また、両側のＩＤＴ電極２３、２３の奥側のバスバー２１、２１には、後述のシールド電極５０が接続されている。

第２の縦結合共振器型フィルタ４１ｂの両側のＩＤＴ電極２３の奥側のバスバー２１、２１には、第１の縦結合共振器型フィルタ４１ａから伸びる信号路３０ｂ、３０ｂが接続されており、これらのＩＤＴ電極２３、２３の手前側のバスバー２１、２１には、既述のシールド電極５０が各々接続されている。また、第２の縦結合共振器型フィルタ４１ｂの中央寄りの２つのＩＤＴ電極２３、２３は、奥側のバスバー２１、２１同士が接続されており、手前側のバスバー２１、２１には各々入出力ポート１４に受信される信号を図示しない受信処理部に出力する平衡（バランス）出力ポート１６、１６が夫々接続されている。この受信側フィルタ１２においては、２つの平衡出力ポート１６、１６から各々取り出される信号の振幅がほぼ等しく、且つ位相がほぼ１８０°ずれるように、縦結合共振器型フィルタ４１ａ、４１ｂにおけるＩＤＴ電極２３の電極指２２の本数などが調整されている。

既述のシールド電極５０は、第１の縦結合共振器型フィルタ４１ａの両側のＩＤＴ電極２３、２３の奥側のバスバー２１、２１から、第１の縦結合共振器型フィルタ４１ａと移相器１３との間の信号路３０ａに沿うように奥側に伸びると共に、第１の縦結合共振器型フィルタ４１ａ及び第２の縦結合共振器型フィルタ４１ｂの側方側（受信側フィルタ１２の外側）の領域を回り込んで手前側に伸び出して、第２の縦結合共振器型フィルタ４１ｂの両側のＩＤＴ電極２３、２３の手前側のバスバー２１、２１を介して第２の縦結合共振器型フィルタ４１ｂの手前側において連結されている。そして、この第２の縦結合共振器型フィルタ４１ｂの手前側において、このシールド電極５０は、平衡出力ポート１６、１６に接触しないように、奥側が矩形に窪んで凹部６０をなしている。この凹部６０におけるシールド電極５０の幅寸法Ｌは、例えば１０μｍ〜１００μｍ好ましくは１００μｍ程度以上となっている。シールド電極５０は、幅寸法Ｌが周方向に亘ってこの凹部６０と同じかあるいかそれ以上となるように形成されている。

そのため、フィルタ４１ａ、４１ｂは、信号路３０ａとこの信号路３０ａの両側の領域とを除いて全周に亘ってシールド電極５０により囲まれていることになる。また、このシールド電極５０は、既述の接地ポート１８に接続されており、外形が概略矩形となるように配置されている。この例では、フィルタ４１ａ、４１ｂの夫々の２つの反射器２６、２６のグレーティングバスバー２５、２５にシールド電極５０が接続されており、従ってこれらの反射器２６、２６は、フィルタ４１ａ、４１ｂの両側のＩＤＴ電極２３、２３に近接するシールド電極５０において、複数本のスリットが形成された形状をなしている。

次に、上述の実施の形態の作用について説明する。送信用の信号は、送信入力ポート１５から送信側フィルタ１１を介して入出力ポート１４に送られて、図示しないアンテナから送波される。一方、当該アンテナで受信した信号は、入出力ポート１４及び移相器１３を経て、不平衡入力ポートである信号路３０ａから受信側フィルタ１２に入り、平衡信号として平衡出力ポート１６、１６に出力され、図示しない信号処理部に送られる。この時、例えば受信側フィルタ１２を構成するＩＤＴ電極２３の電極指２２や信号路３０ａ、３０ｂあるいは平衡出力ポート１６、１６から電界や磁界が生じて、この電界や磁界が当該受信側フィルタ１２の外側領域に漏出しようとする。しかし、この受信側フィルタ１１の周囲には、接地ポート１８に接地されたシールド電極５０が形成されており、図３に示すように、この電磁界がシールド電極５０を介して接地ポート１８に流れていくので、受信側フィルタ１２の外部例えば送信側フィルタ１１への電界や磁界の漏出が抑えられる。従って、送信入力ポート１５では受信側フィルタ１２において生じた電界や磁界の影響が小さく抑えられることになり、つまりアイソレーション特性が良好になる。

ここで、受信側フィルタ１２が不平衡信号を出力するタイプのものであれば、シールド電極５０を設けた場合には、図４（ｂ）に示すように、入出力ポート１４からシールド電極５０を経由して不平衡出力２００へ直接伝達する信号が発生する場合があるので、アイソレーション特性が悪くなる。一方、受信側フィルタ１２が本発明のように平衡信号を出力するタイプのものであれば、同図（ａ）に示すように平衡出力（平衡出力ポート１６、１６）に信号が直接到達したとしても、ポート１６、１６の差動出力が取られるので、この信号がキャンセルされてアイソレーション特性の劣化は実質起こらない。

このデュプレクサ１において実際に得られたアイソレーション特性を図５に示し、従来の図１４に示すデュプレクサにて得られたアイソレーション特性を図６に示す。これらの図５及び図６から、本発明のデュプレクサ１では、従来よりもアイソレーション特性が改善されていることが分かる。具体的には、８７０ＭＨｚ付近のピーク強度が従来よりも小さくなっており、また８５０ＭＨｚ付近では従来は５４ｄＢ程度であったアイソレーション特性が６０ｄＢ程度まで大きく改善されていることが分かる。

上述の実施の形態によれば、受信側フィルタ１２の周囲を囲むように、接地されたシールド電極５０を配置しているので、受信側フィルタ１２から外部に漏出する不要電界や不要磁界を当該シールド電極５０によりショートさせることができる。従って、この受信側フィルタ１２を用いたデュプレクサ１では、送信入力ポート１５への前記不要放射の影響を抑えることができるので、良好なアイソレーション特性を得ることができる。
そのため、フィルタ１１、１２を近接配置させることができるので、デュプレクサ１の小型化を図ることができる。

上記の例では、既述の接地用電極４２を接地ポート１８に直接接続するようにしたが、シールド電極５０に接続しても良い。また、縦結合共振器型フィルタ４１ａ、４１ｂの夫々における両側のＩＤＴ電極２３では、信号路３０ｂの接続されていないバスバー２１をシールド電極５０に接続したが、シールド電極５０を介さずに例えばボンディングワイヤなどにより接地ポート１８に直接接続しても良いし、接地ポート１８とは別の接地ポートに直接接続しても良い。

上記の例においては、信号路３０ａの両側の領域を除いて受信側フィルタ１２の全周を囲むようにシールド電極５０を設けたが、受信側フィルタ１２にて発生する電界や磁界が送信入力ポート１５へ回り込むことが抑えられる程度に囲めば良く、例えば図７に示すように、シールド電極５０の途中に例えばスリット状の開口部５１を形成しても良い。このような場合においても、送信入力ポート１５へ回り込む電界や磁界の影響を抑えることができる。この開口部５１としては、送信入力ポート１５へ回り込む電界や磁界の影響を抑えるためには、例えば受信側フィルタ１２の周囲の６０％程度以上がシールド電極５０により囲まれるように形成すれば良い。尚、この図７では、接地ポート１７、１８の記載を省略している。以降の図についても同様である。

また、以上の例では、シールド電極５０と移相器１３及び第１の縦結合共振器型フィルタ４１ａを接続する信号路３０ａとの間に隙間を設けたが、図８に示すように、信号路３０ａを奥側と手前側とに間隙５２を介して離間させて配置すると共に、この間隙５２を介して左右のシールド電極５０を接続し、圧電基板１０（間隙５２）の上方領域を介して例えばボンディングワイヤ５３などにより移相器１３と第１の縦結合共振器型フィルタ４１ａとを接続するようにしても良い。このようにシールド電極５０を配置することにより、受信側フィルタ１２は全周に亘ってシールド電極５０により囲まれることになるので、送信入力ポート１５に回り込む電界や磁界を更に小さく抑えることができる。尚、この図８においては移相器１３及び第１の縦結合共振器型フィルタ４１ａを模式的に描画している。

更に、シールド電極５０と反射器２６とを接続するようにしたが、図９に示すように、シールド電極５０と反射器２６との間に隙間を設けて、反射器２６をいわばフロート状態に配置しても良い。また、受信側フィルタ１２としては、２つの縦結合共振器型フィルタ４１、４１を配置する例以外にも、図１０に示すように、１つだけを配置しても良いし、または３つ（３段）以上接続しても良い。更にまた、図１１に示すように、例えば受信側フィルタ１２の回路の一部として、例えば弾性波共振子５などからなる補助用弾性波共振子５５を配置しても良い。この場合には、補助用弾性波共振子５５の２つのバスバー２１、２１のうち一方のバスバー２１をシールド電極５０に接続してもよい。この補助用弾性波共振子５５は、例えばフィルタの帯域外減衰量を改善するためのものである。尚、この図１１中５６は、信号路３０ａから補助用弾性波共振子５５に分岐される並列配線である。このように、シールド電極５０を補助用弾性波共振子５５の接地ポートとして用いることで、別途アース用の配線を引き回す必要がなくなるのでデュプレクサ１の小型化を図ることができる。

また、上記の各例においては、フィルタ１１、１２を１つの圧電基板１０上に形成したが、図１２に示すように、各々圧電基板１０ａ、１０ｂ上に個別に形成しても良い。この場合には、例えば図示しないモジュール基板上あるいは電子部品上にフィルタ１１、１２（圧電基板１０ａ、１０ｂ）が各々配置されてデュプレクサ１が構成されることになる。更に、送信側フィルタ１１として弾性表面波を利用した弾性波共振子５を用いたが、例えばＦＢＡＲ（ＦｉｌｍＢｕｌｋＡｃｏｕｓｔｉｃＲｅｓｏｎａｔｏｒ）やＳＭＲ（ＳｏｌｉｄＭｏｕｎｔｅｄＲｅｓｏｎａｔｏｒ）などの薄膜バルク波を用いた弾性波共振子を使用しても良い。また、圧電基板１０としては、圧電作用を持つ基板であれば良く、例えば圧電性を持つ基板あるいは圧電性を持たない基板上に圧電薄膜を形成したものを用いても良いし、圧電薄膜を複数積層した積層基板やこの積層基板に非圧電薄膜を介在させた複合薄膜基板などであっても良い。

１デュプレクサ
５弾性波共振子
１０圧電基板
１１送信側フィルタ
１２受信側フィルタ
１４入出力ポート
１５送信入力ポート
１６平衡出力ポート
１８接地ポート
３０信号路
４１縦結合共振器型フィルタ
５０シールド電極

Claims

圧電基板上に各々形成された交差指状電極及び反射器を含む縦結合共振器型フィルタと、この縦結合共振器型フィルタの入力側及び出力側に夫々設けられた不平衡入力信号路及び平衡出力ポートと、を備えた受信側フィルタと、
前記圧電基板上にて前記受信側フィルタに隣接して設けられ、弾性波共振子を用いた送信側フィルタと、を備え、
前記受信側フィルタ及び前記送信側フィルタのうち、前記受信側フィルタについてのみ、当該受信側フィルタを囲むように形成されると共に接地電極に接続されたシールド用電極を設けたことを特徴とするデュプレクサ。
前記シールド用電極は、前記不平衡入力信号路が設けられている領域は開口していることを特徴とする請求項１に記載のデュプレクサ。
前記縦結合共振器型フィルタは、前記不平衡入力信号路が入力側に接続された第１の縦結合共振器型フィルタと、この第１の縦結合共振器型フィルタの出力側にその入力側が接続され、前記平衡出力ポートが出力側に接続された第２の縦結合共振器型フィルタと、を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のデュプレクサ。