(57)【要約】【課題】  位相誤差及び振幅誤差が小さい移相器を半導体基板上に弾性表面波素子で形成し、半導体装置と１チップ化された弾性表面波素子を搭載する小型で、転送効率が高い無線通信装置を提供する。【解決手段】  弾性表面波素子１は、半導体基板１０に形成される弾性表面波素子１であって、半導体基板１０の上面に形成される圧電薄膜４５と、圧電薄膜４５の上面に形成される入力側ＩＤＴと出力側ＩＤＴと、を備え、前記入力側ＩＤＴに対して、出力側ＩＤＴを選択的に（１／８）ｎλ（λは弾性波の波長、ｎは整数）で求められる位置にずらして形成し、入力信号に対して位相差０°と位相差（１／４）ｎπ（ｒａｄ）の二つの信号を出力する移相器を構成する。また、半導体装置と１チップ化された弾性表面波素子を搭載する小型で、転送効率が高い無線通信装置３００を提供する。【選択図】      図３
2006186487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に形成される弾性表面波素子であって、
前記半導体基板の上面に形成される圧電薄膜と、
前記圧電薄膜の上面に形成される入力側ＩＤＴと出力側ＩＤＴと、を備え、
前記入力側ＩＤＴに対して、出力側ＩＤＴを選択的に（１／８）ｎλ（λは弾性波の波長、ｎは整数）で求められる位置にずらして形成し、入力信号に対して位相差０°と、位相差（１／４）ｎπ（ｒａｄ）と、の二つの信号を出力する移相器を構成することを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項２】
請求項１に記載の弾性表面波素子において、
前記出力側ＩＤＴ第１の出力信号を出力する第１のＩＤＴと、第２の出力信号を出力する第２のＩＤＴと、を備え、
前記移相器が、前記第１の出力信号の位相と第２の出力信号の位相との差が所望の位相差を有する移相器であることを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の弾性表面波素子において、
前記入力側ＩＤＴと前記第１のＩＤＴとの間隔が（１／２）ｎλ＋λ、前記入力側ＩＤＴと前記第２ＩＤＴとの間隔が（１／２）ｎλ＋（１／４）λ、に設定され、所望の位相差がπ／２（ｒａｄ）の移相器であることを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の弾性表面波素子において、
前記入力側ＩＤＴと前記第１のＩＤＴとが共通に形成され、前記第１のＩＤＴと前記第２のＩＤＴとの間隔が（１／２）λとなるように形成され、位相差がπ（ｒａｄ）の移相器であることを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の弾性表面波素子において、
前記入力側ＩＤＴと前記第１のＩＤＴとの間隔がｎλ＋（１／８）λに設定され、位相差がπ／４（ｒａｄ）の移相器であることを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載の弾性表面波素子において、
所望の周波数帯域を所定の周波数に分割され、前記所定の周波数に対応して請求項３ないし請求項５のいずれか一項に記載の移相器それぞれが、単独、または複数個、または、それぞれを組み合わせて形成されていることを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項７】
デジタル直交変調／復調方式による無線通信装置であって、
デジタル直交変調／復調のための同相成分信号または直交成分信号を生成する移相器を備え、
前記移相器が、請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の弾性表面波素子からなることを特徴とする無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板上に形成される弾性表面波素子と、この弾性表面波素子を備える無線通信装置に関し、詳しくは、弾性表面波素子によって構成される移相器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の無線通信装置において、主としてデジタル変調方式が採用されているが、このデジタル変調方式の基本技術として直交変調方式があり、Ｉ／Ｑ信号の生成に移相器が用いられている。
【０００３】
従来、発振用の増幅器の出力側及び入力側の帰還回路として、弾性表面波素子と、外部からの制御電圧を入力して発振ループ内の位相を可変させる移相器と、発振ループ内の位相を微調整する位相調整回路と、発振ループ内の電力を等分配して発振ループ内外に出力する等分配器を備え、移相器としては、チップインダクタンスと２個のオープンスタブ、またはチップコンデンサと２個のショートスタブとから構成される電圧制御型発信機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、半導体基板上に、所定の周波数特性を有する弾性表面波素子と、弾性波の伝搬方向に差動増幅器の差動対を構成する２個のトランジスタが形成され、これらのトランジスタの内部で電子またはホールの走行する方向が弾性波の伝搬方向と同じであり、前述のトランジスタのゲートが弾性表面波素子の伝搬方向において、一方のトランジスタは、弾性波の時間０（つまり位相０°）、他方のトランジスタは（１／４）λだけ遅れる（位相９０°遅れる）ように配置し、デジタル通信で必要とされるＩ／Ｑ信号を得る高周波回路素子が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１２４７４４号公報（第７，８頁、図１，３，４）
【特許文献２】特開平１０−２８４９８４号公報（第５，６頁、図５，６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような特許文献１では、移相器としては、一般にハイブリットカプラ方式と呼ばれる構成であり、チップインダクタンスと２個のオープンスタブ、またはチップコンデンサと２個のショートスタブによって構成されており、ＩＣチップにこれらの要素を内蔵することは困難であるとされている。また、ハイブリットカプラ方式は基本構成として、ＬＣＲ（リアクタンス、コンデンサ、抵抗）によって構成されるが、ＬのＱ値が低く、安定した発振には不向きであるとされている。
さらに、このような構成では構成部品数が多くなり、製造工程が増加するなどコスト低減についても不利になることが考えられる。
【０００７】
また、前述した特許文献２では、半導体基板上に弾性表面波素子（ＳＡＷ）を形成した後、トランジスタのゲート電極位置を、弾性表面波素子との距離を（１／４）λ（λは弾性波の波長）にして移相器を形成しているが、弾性表面波素子とトランジスタの製造プロセスが異なるため、正確な距離を管理することが困難であり、位相誤差及び振幅誤差を低減することができない。このことは、この移相器を無線通信機器等に採用した際に、転送効率が低下するというような課題が考えられる。
【０００８】
本発明の目的は、前述した課題を解決することを要旨とし、位相誤差及び振幅誤差が小さい移相器を半導体基板上に弾性表面波素子で形成することができ、また、半導体装置と１チップ化された弾性表面波素子を搭載する小型で、転送効率が高い無線通信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の弾性表面波素子は、半導体基板に形成される弾性表面波素子であって、前記半導体基板の上面に形成される圧電薄膜と、前記圧電薄膜の上面に形成される入力側ＩＤＴと出力側ＩＤＴと、を備え、前記入力側ＩＤＴに対して、前記出力側ＩＤＴを選択的に（１／８）ｎλ（λは弾性波の波長、ｎは整数）で求められる位置にずらして形成し、入力信号に対して位相差０と、位相差（１／４）ｎπ（ｒａｄ）と、の二つの信号を出力する移相器を構成することを特徴とする。
ここで、半導体基板には、例えば、弾性表面波素子の駆動回路や信号処理回路等が含まれる。
【００１０】
本発明では、半導体基板上に圧電薄膜と櫛歯形状のＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒ  ｄｉｇｉｔａｌ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）からなる弾性表面波素子を形成し、この弾性表面波素子が移相器を構成しているため、前述した従来技術に比べ構成部品数が少なく、簡単な構造で、小型の移相器を構成することができる。
また、この弾性表面波素子は、機能回路素子を含む半導体基板に形成するので、１チップＩＣとすることができ、小型で取り扱い易く、コスト低減が可能なデバイスを提供することができる。
【００１１】
また、ＩＤＴの構成を上述のようにすることで、仮に、ｎ＝１の場合にはπ／４（ｒａｄ）つまり４５°の位相差、ｎ＝２の場合にはπ／２（ｒａｄ）つまり９０°の位相差を有する移相器を提供することができ、容易に所望の位相差の移相器を提供することができる。
【００１２】
また、前記出力側ＩＤＴが、第１の出力信号を出力する第１のＩＤＴと、第２の出力信号を出力する第２のＩＤＴと、を備え、前記移相器が、前記第１の出力信号の位相と第２の出力信号の位相の差が所望の位相差を有する移相器であることが好ましい。
【００１３】
このようにすれば、仮に位相差π／２（ｒａｄ）つまり９０°の場合、第１の出力側ＩＤＴの出力信号を０°、第２の出力側ＩＤＴの出力信号を９０°に設定が可能であり、また、第１の出力側ＩＤＴの出力信号を−４５°、第２の出力側ＩＤＴの出力信号を４５°に設定し、位相差９０°を作り出すことができる。
このような位相差をつくる場合においても、ＩＤＴのデザインによって所望の位相差の構成を行うことができる。
【００１４】
また、本発明によれば、前記入力側ＩＤＴと前記第１の出力信号を出力するＩＤＴとの間隔が（１／２）ｎλ＋λ、前記入力側ＩＤＴと前記第２の出力信号を出力するＩＤＴとの間隔が（１／２）ｎλ＋（１／４）λ、に設定され、位相差がπ／２（ｒａｄ）の移相器であることが好ましい。
【００１５】
このようなＩＤＴの構成によれば、簡単なＩＤＴの構成でπ／２（ｒａｄ）つまり９０°の移相器を提供することができる。また、このように形成された移相器は、構成が簡素で、小型化が可能であるために、無線通信機器におけるデジタル直交変調方式に最適なＩ／Ｑ信号を生成する移相器を提供することができる。
【００１６】
また、本発明による構造では、前記入力側ＩＤＴと前記第１の出力信号を出力するＩＤＴとが共通に形成され、前記第１の出力信号を出力するＩＤＴと前記第２の出力信号を出力するＩＤＴとの間隔が（１／２）λとなるように形成され、位相差がπ（ｒａｄ）の移相器であることが好ましい。
【００１７】
このようなＩＤＴの構成によれば、簡単なＩＤＴの構成で位相差がπ（ｒａｄ）つまり１８０°の移相器を提供することができる。また、このように構成された移相器は、構成が簡素で、小型化が可能であるために、無線通信機器におけるバランとして使用することができる。
【００１８】
また、本発明では、前記入力側ＩＤＴと前記第１の出力信号を出力するＩＤＴとの間隔がｎλ＋（１／８）λに設定され、位相差がπ／４（ｒａｄ）の移相器であることが好ましい。
【００１９】
このようなＩＤＴの構成によれば、簡単なＩＤＴの構成で位相差がπ／４（ｒａｄ）つまり４５°の移相器を提供することができる。また、このようにすれば、±４５°の構成により９０°移相器を容易に構成することができる。
【００２０】
さらに、所望の周波数帯域が所定のチャネルに分割され、前記所定の周波数に対応して前述した移相器それぞれが、単独、または複数個、または、それぞれを組み合わせて形成されていることを特徴とする弾性表面波素子。
ここで、移相器が複数個、または組み合わせ形成するとき、移相器それぞれは、並列に構成されている。
【００２１】
詳しくは後述する実施の形態で説明するが、所望の周波数帯域が広帯域である場合、１個の移相器を使用する場合において、振幅誤差や位相誤差が大きくなることが予想されるが、所望の周波数帯域幅（チャネル）毎に移相器を用いることにより、それらに対応する位相差の複数の移相器を備えることで、位相誤差及び振幅誤差が小さくできる。これにより、移相器を並列接続し、所定の周波数の領域に対応することで、広帯域であっても、位相誤差及び振幅誤差を小さく抑えることができる。
【００２２】
また、本発明の無線通信装置は、デジタル直交変調／復調方式による無線通信装置であって、デジタル直交変調／復調のための同相成分信号または直交成分信号を生成する移相器を備え、前記移相器が、前述の発明のいずれか一つに記載の弾性表面波素子からなることを特徴とする。
【００２３】
このような構成によれば、半導体基板に形成される弾性表面波素子からなる移相器を備え、デジタル直交変調及び復調を行うため、振幅誤差及び位相誤差を小さく抑えることができ転送効率が高い無線通信装置を提供することができる。
また、半導体基板に弾性表面波素子が形成され、１チップ化しているため、小型化やコスト低減にも寄与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図４には、本発明に係る実施形態１の弾性表面波素子が示され、図５，６には、実施形態２、図７，８には実施形態３、図９〜図１２には、実施形態４、図１３には、本発明に係る無線通信装置が示されている。
（実施形態１）
【００２５】
図１には、実施形態１に係る弾性表面波素子の構成を説明する部分断面図が示されている。図１において、弾性表面波素子１は、基本構成として、半導体基板１０上にＳｉ3Ｎ4からなる保護層４０が形成され、この保護層４０の表面にＺｎＯからなる圧電薄膜４５が形成されている。さらに、圧電薄膜４５の表面に櫛歯状電極からなるＩＤＴ５０が形成され構成されている。なお、圧電薄膜４５は、ＺｎＯの他に、ＳｉＯ2、ＰＺＴ等を採用することができる。
【００２６】
半導体基板１０は、ベース基板としてのＳｉ基板２０の表面にＳｉＯ2からなる絶縁層２１が形成され、Ａｌ配線２５、絶縁層２２、Ａｌ配線２６、絶縁層２３．Ａｌ配線２７、絶縁層２４、が図示するように層状に形成されている。これらＡｌ配線２５〜２７は、図示しないＳｉ基板２０内に形成されている弾性表面波素子の駆動回路や信号処理回路等を構成するトランジスタ等の回路素子、及びＩＤＴ５０とを接続するために設けられている。なお、ベース基板としては、Ｓｉの他に、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓ等を採用することができる。また、配線材料は、Ａｌの他にＡｕ，Ｃｕ等を採用することができる。
【００２７】
保護層４０は、絶縁層２４の表面全体にわたって形成され、後述するＩＤＴの端子をＳｉ基板２０内の回路素子に接続するための開口部４１，４２が開設されている。開口部４１の底部には絶縁層２４上に形成されるＡｌ配線２８が露出し、開口部４２の底部には、金属パッド３４が形成され露出している。これらＡｌ配線２８、金属パッド３４は、それぞれＡｌ配線４５，４６によって、入力側ＩＤＴうちのＩＤＴ６０及び出力側ＩＤＴのうちの第１のＩＤＴ７０と接続されている。ＩＤＴ６０及びＩＤＴ７０には端子が設けられてＡｌ配線４５，４６に接続されるが、ＩＤＴの構成及び、これらの端子については、図３において説明する。
【００２８】
Ａｌ配線２８は、図示しない回路素子にＡｌ配線やビアホールを介して接続され、金属パッド３４は、ビアホール３５によって、トランジスタ３０のゲート電極３１に接続され、ドレイン領域３２は、ビアホール３６を介して対応するＡｌ配線に接続されている。なお、ソース領域３３は、グランド（ＧＮＤ）に接地されている。これらの接続のために配線は、本実施形態の一例を示したものである。
このように、弾性表面波素子１は、半導体基板１０と一体化された１チップＩＣとして構成されている。
【００２９】
図２には、この弾性表面波素子１が移相器２としたときの、入力及び出力の構成を示した説明図である。図３も参照して説明する。図２において、入力信号がＩＤＴ６０の入力端子６３に入力されると、移相器２によって、第１のＩＤＴ７０のＩＮ／ＯＵＴ端子７１には位相０°の信号が、第２のＩＤＴ７３のＯＵＴ端子７４には位相９０°の信号が出力される。つまり、１信号入力に対し位相が異なる２出力信号が出力される移相器２が構成されている。
【００３０】
続いて、弾性表面波素子１のＩＤＴの構成について図面を参照して説明する。
図３は、９０°位相差を作り出すためのＩＤＴの一例を示し、実施形態１に係る弾性表面波素子１のＩＤＴの構成を示す平面図である。図３において、入力側ＩＤＴは、ＩＤＴ６０，６２と、ＧＮＤＩＤＴ６１と、から構成されており、それぞれの櫛歯状電極が交互に間挿されて構成されている。ＩＤＴ６０は、入力端子６３に接続され、ＩＤＴ６２は、やはり入力端子６４に接続されている。また、ＧＮＤＩＤＴ６１は、ＧＮＤ端子６５に接続されて、これら入力端子６３，６４及びＧＮＤ端子６５は、前述した図１に示すようにＡｌ配線２８または金属パッド３４、ビアホール３５等に接続されて、Ｓｉ基板２０に内蔵される回路素子（図示せず）に接続されている。
【００３１】
入力側ＩＤＴの弾性波の伝搬方向（図中、矢印で表す）には、入力側ＩＤＴから（１／２）ｎλ（λは弾性波の波長、ｎは整数）の距離を隔てて出力側ＩＤＴが形成されている。出力側ＩＤＴは、入力側ＩＤＴと同様に、第１のＩＤＴ７０と、第２のＩＤＴ７３と、第１のＩＤＴ７０と第２のＩＤＴ７３との間にＧＮＤＩＤＴ７２が、それぞれ櫛歯状電極が間挿するように形成されている。ここで、第１のＩＤＴ７０は、櫛歯状電極の端部電極７５が、入力側ＩＤＴの端部電極から（１／２）ｎλ＋λの距離を有する位置を起点として形成されている。
【００３２】
また、ＧＮＤＩＤＴ７２は、櫛歯状電極の端部電極７６が入力側ＩＤＴから（１／２）ｎλの距離を隔てて櫛歯状電極の起点として形成され、第２のＩＤＴ７３は、櫛歯状電極の端部電極７７が入力側ＩＤＴの端部から（１／２）ｎλ＋（１／４）λの距離を隔てて櫛歯状電極の起点として形成されている。
【００３３】
第１のＩＤＴ７０は、ＩＮ／ＯＵＴ端子７１に接続され、第２のＩＤＴ７３は、ＯＵＴ端子７４に接続され、ＧＮＤＩＤＴ７２は、ＧＮＤ端子６６に接続されている。これらの端子は、前述した入力端子６３，６４、ＧＮＤ端子６５と同様な構造でＳｉ基板２０の回路素子（図示せず）に接続されている。
【００３４】
なお、これまで説明した各ＩＤＴは、櫛歯状電極の幅が（１／８）λ、櫛歯状電極間の空間の距離が（１／８）λで形成されている。
【００３５】
入力側ＩＤＴ及び出力側ＩＤＴの両側には、反射器５１，５２及び反射器５３，５４が形成されている。反射器５１，５２と入力側ＩＤＴとの距離、反射器５３，５４と出力側ＩＤＴとの距離は、入力側ＩＤＴおよび出力側ＩＤＴから伝搬される弾性波が、反射器によって反射された反射波が、入力側と出力側の所定の振動周波数に一致するように設計されている。
【００３６】
また、ＧＮＤＩＤＴ６１は、反射器５１，５２の間を貫通してＧＮＤ端子６５と接続され、同様にＧＮＤＩＤＴ７２は、反射器５３，５４の間を貫通してＧＮＤ端子６６と接続されている。これは、ＧＮＤ端子を設けることによる弾性波の乱れを防止するように配慮したものである。
【００３７】
従って、このようなＩＤＴの構成によれば、ＩＮ／ＯＵＴ端子７１には、位相差０°の信号が、ＯＵＴ端子７４には、位相差π／２（ｒａｄ）つまり９０°の信号が出力される。
なお、ＩＮ／ＯＵＴ端子７１は、第１のＩＤＴ７０にとっては出力端子（ＯＵＴ端子）であり、第２のＩＤＴ７３にとっては、入力端子（ＩＮ端子）である。
このようにして、弾性表面波素子１によって移相器２が形成されている。この移相器によって出力される出力信号を図４に表す。
【００３８】
なお、図３においては、ＧＮＤ電極６１とＧＮＤ端子６５、ＧＮＤ電極７２とＧＮＤ電極６６とを接続するために、反射器を反射器５１と５２、または反射器５３と５４とに分割しているが、ＧＮＤ電極６１，６２それぞれの櫛歯電極の基部の範囲にビアホール等を設けて、ＧＮＤ接地するようにすれば、反射器を２分割する必要はない。
【００３９】
図４は、前述した移相器２により出力される信号波形を表すグラフである。横軸には時間ｔ、縦軸には振幅ｓｔが示されている。図４において、上段にはＩＮ／ＯＵＴ端子７１に出力される信号波形を示している。この信号波形は、入力側ＩＤＴから入力される入力信号と同位相の信号波形である。下段には、ＯＵＴ端子７４から出力される信号波形であり、グラフに示すように、ＯＵＴ端子７４から出力される信号波形は、９０°位相差を有する。
このようにして、入力信号に対して位相差０°、及び位相差９０°の２出力が得られる９０°移相器が形成される。
【００４０】
従って、前述した実施形態１によれば、半導体基板１０上に圧電薄膜４５と入力側ＩＤＴと出力側ＩＤＴからなる弾性表面波素子１を形成し、この弾性表面波素子１が移相器２を構成しているため、簡単な構造で、小型の移相器２を構成することができる。
また、この弾性表面波素子１は、機能回路素子を含む半導体基板１０に形成するので、１チップＩＣとすることができ、小型で取り扱いやすく、コスト低減が可能なデバイスを提供することができる。
【００４１】
また、第１のＩＤＴ７０、第２のＩＤＴ７３の構成を前述のように構成することで、第１のＩＤＴ７０は位相差０°、第２のＩＤＴ７３は位相差９０°の二つの信号を出力する移相器２を形成することができ、このように形成された移相器は、構成が簡素で、小型化が可能であるために、無線通信機器における直交変調方式に最適な移相器を提供することができる。
（実施形態２）
【００４２】
続いて、本発明に係る実施形態２について図面を参照して説明する。実施形態２は、実施形態１に比べ、弾性表面波素子のＩＤＴの構成を変えて位相差１８０°の移相器を形成するところに特徴を有し、基本構造は実施形態１と同じであるため、説明を省略し、ＩＤＴの構成について説明する。
図５には、本発明の実施形態２に係るＩＤＴの構成が示されている。図５において、この弾性表面波素子のＩＤＴは、反射器１５１と、入力側ＩＤＴとしての入力ＩＤＴ１７０と、出力側ＩＤＴつぃての出力ＩＤＴ１７３と、反射器１５２と、から構成されている。
【００４３】
反射器１５１及び１５２は、入力ＩＤＴ１７０と出力ＩＤＴ１７３の弾性波の伝搬方向両側に配置され、その位置関係は、前述した実施形態１（図３、参照）と同じである。入力ＩＤＴ１７０と出力ＩＤＴ１７３とは、相互に櫛歯状電極が間挿するように設けられ、その相互位置関係を説明すると、入力ＩＤＴ１７０の図中左端の櫛歯電極１７０Ａと出力ＩＤＴ１７３の櫛歯電極１７３Ａとのピッチは、（１／２）λに設定されている。従って、入力ＩＤＴ１７０の隣り合う櫛歯電極１７０Ａと１７０Ｂとのピッチはλに設定されている。また、出力ＩＤＴ１７３の隣り合う櫛歯電極１７３Ａと１７３Ｂのピッチもλに設定されている。他の櫛歯電極も同じ関係に設定されている。
【００４４】
なお、反射器１５１，１５２、入力ＩＤＴ１７０及び出力ＩＤＴ１７３は共に、櫛歯電極の幅が（１／４）λ、隣接する櫛歯電極間の距離が（１／４）λに設定されている。
【００４５】
入力ＩＤＴ１７０には、ＩＮ／ＯＵＴ端子１７１が設けられ、このＩＮ／ＯＵＴ端子１７１には、所定周波数特性の駆動信号が入力されると共に、位相差０°の信号が出力される。また、出力ＩＤＴには、ＯＵＴ端子１７４が設けられ、このＯＵＴ端子１７４からは、位相差π（ｒａｄ）つまり１８０°の信号が出力される。従って、このようにＩＤＴが構成されて位相差１８０°の移相器が形成される。
【００４６】
続いて、前述した実施形態２による移相器から出力される信号波形について説明する。
図６は、ＩＮ／ＯＵＴ端子１７１とＯＵＴ端子１７４から出力される信号波形について説明するグラフである。図６において、横軸には時間ｔ、縦軸には振幅ｓｔが示されている。グラフ上段にはＩＮ／ＯＵＴ端子１７１に出力される信号波形が示されている。この信号波形は、ＩＮ／ＯＵＴ端子１７１に入力される入力信号と同位相の信号波形である。下段には、ＯＵＴ端子１７４から出力される信号波形が示されており、グラフに示すように、ＯＵＴ端子１７４から出力される信号波形は、π（ｒａｄ）つまり１８０°位相差を有する。
このようにして、入力信号に対して位相差０°と位相差１８０°の２出力を有する１８０°移相器が形成される。
【００４７】
１８０°移相器は、バラン（ｂａｌｕｎ：平衡不平衡変成器）として、入力側位相と出力側位相が反転した関係であるために、差動増幅回路に使用することができる。
【００４８】
従って、前述した実施形態２によれば、入力ＩＤＴ１７０と出力ＩＤＴ１７３のＩＤＴデザインによって、簡単な構成で１８０°移相器を提供することができる。このように構成された移相器は、構成が簡素で、小型化が可能であるために、無線通信機器におけるバランとして用いることができる。
（実施形態３）
【００４９】
続いて、本発明に係る実施形態３について図面を参照して説明する。実施形態３は、実施形態１及び実施形態２に比べ、弾性表面波素子のＩＤＴの構成を変えて位相差４５°の移相器を形成するところに特徴を有し、基本構造は実施形態１と同じであるため、説明を省略し、ＩＤＴの構成について説明する。
図７には、本発明の実施形態３に係る弾性表面波素子のＩＤＴの構成が示されている。図７において、上段には、本実施形態３のＩＤＴの構成を分かりやすく説明するために、基準となる所定周波数特性を有する弾性表面波素子の標準ＩＤＴデザインの一例を示し、下段には、本実施形態に係るＩＤＴの構成を示している。
【００５０】
標準ＩＤＴは、入力ＩＤＴ８１と、ＧＮＤＩＤＴ９１と、図示しない反射器とから構成されている。反射器は、前述の実施形態１（図３、参照）と同じ考え方で構成されているため、説明を省略する。入力ＩＤＴ８１は、櫛歯電極の幅が（１／８）λ、隣接する櫛歯電極８２と８３との間のピッチが（１／８）λ、櫛歯電極８３と８４との間のピッチも（１／８）λというように設定され、４本の櫛歯電極が連続し、次の櫛歯電極８５との間に、入力ＩＤＴ８１と同様に形成されたＧＮＤＩＤＴ９１の櫛歯電極４本が間挿されて形成されている。このような入力ＩＤＴ８１とＧＮＤＩＤＴ９１とが、本図面においては、４組形成されている。
【００５１】
従って、入力ＩＤＴ８１の櫛歯電極８２とＧＮＤＩＤＴ９１の櫛歯電極９２との間のピッチは、（１／２）λ、櫛歯電極８２と８５との間のピッチはλに設定されている。入力ＩＤＴ８１には、ＩＮ端子８９が接続され、ＧＮＤＩＤＴ９１には、ＧＮＤ端子９５が接続され、前述した実施形態１（図１、参照）と同様な構造で、半導体基板１０内の回路素子に接続されている。
【００５２】
このようにＩＤＴが構成された弾性表面波素子は、所定の周期λで弾性波を発振する。このようなＩＤＴの構成を基礎にして、ＩＤＴを分割及び特定の櫛歯電極を削除することによって、位相差４５°を有する移相器を形成する。
【００５３】
図７の下段のＩＤＴの構成図において、この位相差４５°の移相器は、入力ＩＤＴ１６０の左端の櫛歯電極からｎλの位置で２分割された入力側ＩＤＴと出力側ＩＤＴと、図示しない反射器と、から構成されている。入力側ＩＤＴは、入力ＩＤＴ１６０とＧＮＤＩＤＴ１６２とから構成され、出力側ＩＤＴは、出力ＩＤＴ２７０と入力ＩＤＴ２７３とから構成されている。入力側ＩＤＴと出力側ＩＤＴとは、ｎλ＋（１／８）λの間隔を有して形成される。このとき、この間隔は、上段の入力ＩＤＴ８１の櫛歯電極８２からｎλの位置にある櫛歯電極８６が削除されて構成され、ｎλ＋（１／８）λの位置にある櫛歯電極２８７（入力ＩＤＴ８１の櫛歯電極８７に相当する位置）を起点にして出力ＩＤＴ２７０が形成される。
【００５４】
出力ＩＤＴ２７０は、標準ＩＤＴの入力ＩＤＴ８１の４本ある櫛歯電極のうちの先頭の櫛歯電極８６，８８を削除した構成としており、櫛歯電極８８と櫛歯電極２７５との間隔も（１／８）λに設定されている。
【００５５】
また、入力側ＩＤＴにおいては、入力ＩＤＴ１６０は、ＩＮ端子１６３に、ＧＮＤＩＤＴ１６２はＧＮＤ端子１６４に接続され、出力側ＩＤＴにおいては、出力ＩＤＴ２７０はＯＵＴ端子２７１に、入力ＩＤＴ２７３は、ＩＮ／ＯＵＴ端子２７４に接続されている。これらの端子は、前述した実施形態１（図１、参照）と同様に半導体基板１０に内蔵される回路素子（図示せず）に接続されている。
【００５６】
従って、ＯＵＴ端子２７１からは位相差４５°の信号が出力され、ＩＮ／ＯＵＴ端子２７４からは位相差０°の信号が出力され、位相差４５°の移相器が形成される。
なお、ＩＮ／ＯＵＴ端子２７４は、位相差０°の信号を出力する出力端子（ＯＵＴ端子）と、入力側からの入力信号を入力するための入力端子（ＩＮ端子）としての機能を兼備している。
【００５７】
続いて、前述した実施形態３による移相器から出力される信号波形について説明する。
図８は、ＯＵＴ端子２７１とＩＮ／ＯＵＴ端子２７４から出力される信号波形について説明するグラフである。図８において、横軸には時間ｔ、縦軸には振幅ｓｔが示されている。グラフ上段にはＩＮ／ＯＵＴ端子２７４に出力される信号波形が示されている。この信号波形は、入力側ＩＤＴから入力される信号と同位相の位相差０°の信号波形である。下段には、ＯＵＴ端子２７１から出力される信号波形が示されている。このグラフに示すように、ＯＵＴ端子２７１から出力される信号波形は、４５°位相差を有する。
このようにして、入力信号に対して位相差０°、及び位相差４５°の２出力を有する４５°移相器が形成される。
【００５８】
従って、前述した実施形態３によれば、簡単なＩＤＴの構成で４５°移相器を提供することができる。
また、図示しないが、この出力側ＩＤＴを入力側ＩＤＴとし、ＯＵＴ端子２７４をＩＮ端子として、入力ＩＤＴ２７０からさらに（１／８）λだけずらした出力側ＩＤＴを構成して並列して設けた場合、ＯＵＴ端子２７４から出力される信号を位相差０°とするとＩＮ／ＯＵＴ端子２７１からは、−４５°の位相差を有する信号が出力され、また、新たに設けられる出力側ＩＤＴのＯＵＴ端子には、ＯＵＴ端子２７４に対して位相差＋４５°の信号が出力され、このことにより位相差±４５°の移相器を形成することができる。この結果、このようなＩＤＴの構成によっても位相差９０°の移相器を形成することができる。
【００５９】
位相差±４５°移相器では、デジタル直交変調方式における同相成分Ｉ（Ｉｎ  ｐｈａｓｅ）と直交成分Ｑ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ）の直交座標において、座標中心からの距離（振幅）が小さいため、振幅誤差を低減できるという効果がある。
【００６０】
また、このような位相差４５°の移相器を（１／８）λだけ移相をずらして複数設けることにより、４５°〜３１５°までの範囲で４５°毎の移相器を容易に作り出せることになり、所望の位相差を有する移相器を容易に形成することができる。
（実施形態４）
【００６１】
続いて、本発明に係る実施形態４について図面を参照して説明する。実施形態４は、広帯域に対応するために広帯域を狭帯域に分割し、その帯域に対応する前述の実施形態１〜実施形態３のいずれかに記載の移相器を複数個並列に設けたもので、ＩＤＴの構成については、説明を省略し、この実施形態４に係る所望の帯域における周波数と、振幅誤差、位相誤差の関係について説明する。
【００６２】
図９，１０には、広帯域の所望帯域において、位相差９０°の移相器を単独で設けた場合の周波数と振幅誤差、位相誤差の関係のグラフが示されている。図９において、横軸には周波数、縦軸には振幅が示され、所望の周波数の帯域において、振幅が、周波数が高くなるに従い徐々に小さくなって、振幅誤差が大きくなることが示されている。
【００６３】
また、図１０においては、横軸に周波数、縦軸に位相差が表され、図９で説明したときと同様の条件における周波数と位相誤差との関係が示されている。周波数に対して、位相差が負の傾きを有する直線で表され、周波数の値によって位相誤差が大きくなることが示されている。図９，１０で示すように、広帯域の周波数に対して１個の移相器を用いる場合、振幅誤差または位相誤差が大きくなる。このことは、このように広帯域において一つの移相器を無線通信装置に使用する際、誤りビット率が高まり、転送効率が低減することを意味している。
【００６４】
そこで、所定の帯域（チャネル）において、移相器を分割して構成することが考えられ、このような広帯域において、複数の移相器を備えたときの周波数と、振幅誤差、位相誤差との関係を図１１，１２を参照して説明する。
図１１において、横軸には周波数、縦軸には振幅が示され、所望の周波数帯域を、位相差９０°の移相器を複数備え、それらで所望の周波数帯域をＣＨ１〜ＣＨｎまでを分割している。
【００６５】
ここで、ＣＨ１を例にして説明すると、ＣＨ１における周波数帯域において、振幅は、図９で示す振幅と同じ傾向を示しているが、ＣＨ１の周波数の帯域が狭いために、振幅誤差が図９で示す１個対応の場合よりも小さくなっている。これは、ＣＨ２、ＣＨ３でも同じ傾向を示し、広帯域であっても振幅誤差が小さいことを示している。
【００６６】
図１２には、周波数と位相誤差との関係が示されている。図１２において、横軸には周波数が、縦軸には位相差が示されている。ここでも、ＣＨ１における周波数帯域において、位相差は、図１０に示す位相差と同じ傾向を示しているが、やはりＣＨ１の周波数の帯域が狭いために、位相誤差が図１０に示す１個対応の場合よりも小さくなっている。他のチャネルにおいても同様であり、広帯域であっても位相誤差が小さいことを示している。
【００６７】
このように、所望の帯域の範囲で、広帯域を狭帯域に分割し、この狭帯域の主低周波数に対応して複数の移相器を備え、所望の周波数帯域を変更するときには、チャネルをＣＨ１からＣＨ２、ＣＨ３というように切り替えてゆくことで広帯域に対応することができる。
【００６８】
従って、前述の実施形態４によれば、所望の周波数帯域を狭帯域に分割することで、位相誤差及び振幅誤差が小さくできるため、同じ狭帯域に対応する複数の移相器を並列接続し、所定の周波数の帯域に対応することで、広帯域に対応できる他、広帯域であっても、位相誤差及び振幅誤差を小さく抑えることができる。
【００６９】
また、従来のハイブリットカプラ方式のように、ＬＣＲ等の回路素子を複数備える構成に比べ、半導体基板上に弾性表面波素子のＩＤＴの構成だけで実現できるため、小型化が可能で、小型化によりコストの低減が可能である。
（無線通信装置）
【００７０】
続いて、前述した実施形態に記載の弾性表面波素子からなる移相器を搭載した無線通信装置について図面を参照して説明する。
図１３には、本発明に係る無線通信装置３００の構成を示すブロック図が示され、特に本発明の要旨である移相器に係る部位の構成を示している。図１３において、まず受信側からの信号の流れに沿って説明すると、アンテナ３０１（ＡＴＮ）で受信されたデジタル信号は、送受切換器３０２（Ｄｕｐｌｅｘｅｒ）から低雑音増幅器３０３（ＬＮＡ：Ｌｏｗ  ｎｏｉｓｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）で増幅され、帯域通過フィルタ３０４（ＢＰＦ：Ｂａｎｄ  ｐａｓｓ  ｆｉｌｌｔｅｒ）で所定周波数領域の信号のみが通過されてミキサ３０５，３０６（Ｍｉｘｅｒ）に入力される。
【００７１】
ミキサ３０５には、電圧制御発信器３１０（ＶＣＯ：Ｖｏｌｔａｇｅ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｏｓｃｉｌａｔｏｒ）からの所定の周波数の基準信号が入力され、演算処理される。ミキサ３０５から出力される信号は同相成分Ｉであり、差動増幅器３０９を経て帯域通過フィルタ３０７を経てベースバンド（Ｂａｓｅ  ｂａｎｄ）信号が出力される。
【００７２】
一方、ミキサ３０６には、移相器２（Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔｅｒ）によって基準信号からつくられた位相９０°の信号が入力され、演算処理される。ミキサ３０６から出力される信号は直交成分Ｑであり、差動増幅器３０９を経て帯域通過フィルタ３０８を経てベースバンド（Ｂａｓｅ  ｂａｎｄ）信号に出力される。
このように、入力信号の位相に直交変調をかけて、図示しない信号処理回路によって音声等に変換される。
【００７３】
次に、送信側からの信号の流れに沿って説明すると、直交変調されたベースバンド信号のうち同相成分Ｉは、ミキサ３１２に入力される。また、直交成分Ｑは、ミキサ３１１に入力される。ミキサ３１２では、移相器２からの位相９０°の信号と同相成分Ｉとを演算処理し、ミキサ３１１では、電圧制御発信器からの基準信号と直交成分Ｑとを演算処理し、それぞれの信号が合成（直交復調）され、帯域通過フィルタ３１３において不要な周波数成分が除去されて、電力増幅器３１４（ＰＡ：ｐｏｗｅｒ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）で増幅されてアンテナ３０１から送信される。
【００７４】
この無線通信装置３００を構成する回路素子のうち、アンテナ３０１と送受切換器３０２以外は、弾性表面波素子からなる移相器２を含め、半導体基板１０内部に内蔵されており１チップの半導体装置（ＩＣ）として構成されている。
【００７５】
従って、このような無線通信装置３００によれば、半導体基板１０に形成される前述したような弾性表面波素子からなる移相器２を備え、デジタル直交変調及び復調を行うため、振幅誤差及び位相誤差を小さく抑えることができ転送効率が高い無線通信装置３００を提供することができる。
【００７６】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前述の実施形態３では、位相差４５°を得るＩＤＴを複数組み合わせて４５°毎の位相差をつくりだすことを例示しているが、実施形態１による位相差９０°と実施形態３による位相差４５°のＩＤＴとを組み合わせて、位相差１３５°、位相差２２５°というような４５°毎の位相差を有する移相器を提供することができる。
【００７７】
このようにすれば、４５°毎の位相差をＩＤＴの組み合わせ数を少なくして実現することができる。また、実施形態１と実施形態２との組み合わせ、実施形態２と実施形態３との組み合わせによる移相器を提供することができる。
【００７８】
また、前述の実施形態４では、所望の周波数の帯域において、実施形態１による位相差９０°の移相器を複数個備えているが、実施形態２または実施形態３による位相差１８０°、位相差４５°の移相器を複数備えることができる。
【００７９】
さらに、所望の周波数の帯域の範囲において、例えば、所望周波数帯域の中心部の出現頻度が多い場合には、その中心部の周波数帯域を細かく分割し、出現頻度が少ない低周波領域や高周波領域などは周波数帯域の分割を荒くするようにＩＤＴの構成をデザインすることができる。
【００８０】
このようにすれば、所望の周波数帯域において、出現頻度の高い領域においては、周波数帯域の分割を細かくすることで、振幅誤差及び位相誤差を低減することができ、組み合わせる移相器の数をへらしながら、実使用上において支障がない範囲で移相器の構成を簡略化することができる。
【００８１】
また、前述の実施形態１ないし実施形態３において説明したＩＤＴの構成は、本発明の実施形態の一例を例示したものであって、前述したような入力側ＩＤＴと出力側ＩＤＴの考え方において、様々に組み合わせて構成されるＩＤＴデザインも、本発明の範疇に含まれるものである。
【００８２】
従って、前述の実施形態１〜実施形態４によれば、位相誤差及び振幅誤差が小さい移相器を半導体基板上に弾性表面波素子で形成することができ、半導体装置と１チップ化された弾性表面波素子を搭載する小型で、転送効率が高い無線通信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施形態１に係る弾性表面波素の構成を示す部分断面図。
【図２】本発明の実施形態１に係る移相器の入出力の構成を示す説明図。
【図３】本発明の実施形態１に係る弾性表面波素子のＩＤＴの構成を示す平面図。
【図４】本発明の実施形態１に係る移相器により出力される信号波形を表すグラフ。
【図５】本発明の実施形態２に係るＩＤＴの構成構成を示す平面図。
【図６】本発明の実施形態２に係る移相器により出力される信号波形を表すグラフ。
【図７】本発明の実施形態３に係る弾性表面波素子のＩＤＴの構成を示す平面図。
【図８】本発明の実施形態３に係る移相器により出力される信号波形を表すグラフ。
【図９】本発明の実施形態１に係る移相器を単独で設けた場合の周波数帯域と振幅誤差との関係を示すグラフ。
【図１０】本発明の実施形態１に係る移相器を単独で設けた場合の周波数帯域と位相誤差との関係を示すグラフ図。
【図１１】本発明の実施形態４に係る周波数帯域と振幅誤差との関係を示すグラフ。
【図１２】本発明の実施形態４に係る周波数帯域と位相誤差との関係を示すグラフ。
【図１３】本発明に係る無線通信装置の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００８４】
１…弾性表面波素子、２…移相器、１０…半導体基板、４５…圧電薄膜、７０…第１のＩＤＴ、７３…第２のＩＤＴ。
【図１】
2006186487.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2006186487.tif 000011
【図１０】
2006186487.tif 000012
【図１１】
2006186487.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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