(57)【要約】【課題】挿入損失を低く抑えつつ、小型化が可能な分波器を提供する。【解決手段】アンテナに接続される送受信共通端子と、受信機に接続される第１の端子と、送信機に接続される第２の端子と、前記第１の端子と前記送受信共通端子との間で第１の通過周波数帯域の信号を伝送する第１のフィルタと、前記第２の端子と前記送受信共通端子との間で前記第１の通過周波数帯域とは異なる第２の通過周波数帯域の信号を伝送する第２のフィルタと、を備え、前記第２のフィルタは、前記送受信共通端子と前記第２の端子との間に接続された少なくとも１つの直列共振器と、前記直列共振器の両側の端子と接地との間に電気的に接続されている少なくとも２つの並列共振器と、前記送受信共通端子に最も近く配置された並列共振器に直列接続された伸長コイルとキャパシタとの並列回路と、を含むことを特徴とする分波器が提供される。【選択図】図１
2008294780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナに接続される送受信共通端子と、
受信機に接続される第１の端子と、
送信機に接続される第２の端子と、
前記第１の端子と前記送受信共通端子との間で第１の通過周波数帯域の信号を伝送する第１のフィルタと、
前記第２の端子と前記送受信共通端子との間で前記第１の通過周波数帯域とは異なる第２の通過周波数帯域の信号を伝送する第２のフィルタと、
を備え、
前記第２のフィルタは、前記送受信共通端子と前記第２の端子との間に接続された少なくとも１つの直列共振器と、前記直列共振器の両側の端子と接地との間に電気的に接続されている少なくとも２つの並列共振器と、前記送受信共通端子に最も近く配置された並列共振器に直列接続された伸長コイルとキャパシタとの並列回路と、を含むことを特徴とする分波器。
【請求項２】
前記送受信共通端子と前記第１のフィルタとの間、及び前記送受信共通端子と前記第２のフィルタとの間、の少なくともいずれかに分波線路からなる移相器が配置されたことを特徴とする請求項１記載の分波器。
【請求項３】
第３の端子と、
前記第３の端子と前記送受信共通端子との間で、前記第１及び第２の通過周波数帯域のいずれとも異なる第３の通過周波数帯域の信号を伝送する第３のフィルタと、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の分波器。
【請求項４】
前記直列共振器及び前記並列共振器は、薄膜圧電共振器または櫛形電極を有する弾性表面波共振器であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の分波器。
【請求項５】
前記キャパシタの誘電体材料は、前記薄膜圧電共振器の圧電性薄膜または前記弾性表面波共振器の圧電性基板と同一であることを特徴とする請求項４記載の分波器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分波器に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線電子機器には、送信波と受信波とを分離する分波器が用いられる。分波器は、通過帯域が異なるフィルタ及びフィルタを有し、送受信共通端子とそれぞれのフィルタの間には移相器が配置される。
【０００３】
この送信及びフィルタは通過帯域内で低損失、通過帯域外では高減衰であることが要求され、携帯電子機器の場合にはさらに分波器が小型であることが要求される。
【０００４】
デュアルバンドでの挿入損失特性を向上させたアンテナ回路に関する技術開示例がある（特許文献１）。この技術開示例では、デュプレクサ回路を送信側に設けた場合のインピーダンス不整合を解消し、デュアルバンドの送信周波数帯域で送信時の挿入損失劣化を防いでいる。
【特許文献１】特開２０００−２８６６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、挿入損失を低く抑えつつ、小型化が可能な分波器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、アンテナに接続される送受信共通端子と、受信機に接続される第１の端子と、送信機に接続される第２の端子と、前記第１の端子と前記送受信共通端子との間で第１の通過周波数帯域の信号を伝送する第１のフィルタと、前記第２の端子と前記送受信共通端子との間で前記第１の通過周波数帯域とは異なる第２の通過周波数帯域の信号を伝送する第２のフィルタと、を備え、前記第２のフィルタは、前記送受信共通端子と前記第２の端子との間に接続された少なくとも１つの直列共振器と、前記直列共振器の両側の端子と接地との間に電気的に接続されている少なくとも２つの並列共振器と、前記送受信共通端子に最も近く配置された並列共振器に直列接続された伸長コイルとキャパシタとの並列回路と、を含むことを特徴とする分波器が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、挿入損失を低く抑えつつ、小型化が可能な分波器が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。  
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる分波器を表す回路図である。  
分波器８は、送受信共通端子１０を介してアンテナと、第２の端子３０を介して送信器４と、第１の端子５０を介して受信器６とそれぞれ接続され、携帯電話機のような無線電子機器に用いられる。なお、第２の端子３０が受信器６、第１の端子５０が送信器４に接続されていてもよい。
【０００９】
送信器４からの送信信号は、第２の端子３０を経由して、第２のフィルタ１４、移相器１２を通過し、送受信共通端子１０を経由してアンテナへ伝達される。他方アンテナからの受信信号は、送受信共通端子１０を経由して、移相器３２、第１のフィルタ３４を通過し、第１の端子５０を経由して受信器６へ伝達される。
【００１０】
移相器１２は長さＬｔである分波線路、移相器３２は長さＬｒである分波線路によりそれぞれ構成される。分波線路は分布定数線路であり、線路を構成する誘電体の誘電率により等価的な波長が決まり、分波線路長Ｌｔ、Ｌｒに対応する回転位相が決まる。
【００１１】
フィルタ１４は、直列共振器１６、１８と、これらと接地間との間に配置された並列共振器２０、２２、２４と、のラダー型構成である。なお、並列共振器２０、２２、２４と接地との間には、伸張コイル２６、２７、２８がそれぞれに配置されている。さらに移相器１２に最も近い伸張コイル２６には、キャパシタ２９が並列接続されている。
【００１２】
フィルタ３４は、直列共振器３６、３８と、これらと接地間との間に配置された並列共振器４０、４２、４４、とのラダー型構成である。なお、並列共振器４０、４２、４４と接地との間には、伸張コイル４６、４７、４８がそれぞれに配置されている。このフィルタ３４をラダー型構成でなく、例えば複数のすだれ変換子（ＩＤＴ：Interdigital  Transducer)をＳＡＷ伝搬方向に並べ、その両側に反射器を配置したモード結合型ＳＡＷ共振器としてもよい。
【００１３】
後に説明するように、送信帯域と受信帯域は異なるので、フィルタ１４と、フィルタ３４と、を構成する直列共振器、並列共振器、伸長コイルの構造パラメータ、回路パラメータ、特性などはそれぞれ異なる。直列及び並列共振器に薄膜圧電共振器（ＦＢＡＲ：Film Bulk Acoustic Resonator）を用いる場合、例えば、フィルタ１４を一方の基板、フィルタ３４を他方の基板にそれぞれ集積して形成すると小型化が容易となる。この場合、直列共振器及び並列共振器の圧電膜厚、キャビティ形状を変えることにより共振周波数などの特性を制御することが容易にできる。
【００１４】
なお、共振器はＬｉＴａＯ3やＬｉＮｂＯ3などの圧電基板に形成され、櫛形電極を有する弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）共振器であっても良い。
【００１５】
また、キャパシタ２９の誘電体材料を、薄膜圧電共振器の圧電性薄膜及び弾性表面波共振器の圧電性基板と同一材料とすることができる。このようにすると、フィルタを集積化する場合、製造工程が簡略となり、小型化が容易となる。
【００１６】
ここでＩＭＴ−２０００（International Mobile Telecommunications-2000）の２ＧＨｚ帯のＷ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）などに用いられる分波器について、その作用を説明するが、用途はこれに限定されない。この場合、受信帯域を２１４０±３０ＭＨｚ、送信帯域を１９５０±３０ＭＨｚとする。なお、送信帯域が受信帯域よりも高くてもよい。
【００１７】
図２は、薄膜圧電共振器を用いた本実施形態の作用を説明するインピーダンス図（スミス図）である。このインピーダンスは、周波数を１００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚまで掃引した場合のフィルタ１４のインピーダンスＺTを表す。なお、フィルタ１４の第１の端子３０は、例えば５０Ωである送信器４などで終端されているものとする。
【００１８】
送信帯域端１．９２ＧＨｚ（ｍ２２）から送信帯域端１．９８ＧＨｚ（ｍ２３）の周波数範囲においてインピーダンスＺTは５０Ω近傍であり、整合状態を保って送信器出力がアンテナへ伝達される。他方、周波数が、受信帯域端２．１１ＧＨｚ（ｍ２４）から受信帯域端２．１７ＧＨｚ（ｍ２５）の周波数範囲においてインピーダンスＺTが十分に大きい破線領域となっている。すなわち、受信帯域において、フィルタ１４のインピーダンスＺTが無限大に近いために受信信号はフィルタ１４に伝達せず、第１の端子３０へ受信信号が伝達されない。
【００１９】
ここで、キャパシタ２９が設けられていない比較例のインピーダンスＺTについて説明する。すなわち、比較例において、移相器１２に最も近い伸張コイル２６には、キャパシタ２９が並列接続されていない。この場合、インピーダンスＺTを、受信帯域端２．１１ＧＨｚでｃ２４、受信帯域端２．１７ＧＨｚでｃ２５、とそれぞれ表す。
【００２０】
ｃ２４とｃ２５との間の周波数軌跡で表されるインピーダンスＺTは、本実施形態であるｍ２４とｍ２５との間の周波数軌跡のような無限大に近いインピーダンスでなく、フィルタ１４及び第１の端子３０側へ受信信号が漏洩する可能性がある。このために、分波線路をスミス図におけるＧｔに相当する長さとしインピーダンスＺTを無限大に近づけることが必要になる。
【００２１】
送信周波数帯域及び受信周波数帯域の間隔が中心周波数の約１０％であるＷ−ＣＤＭＡの場合、Ｇｔは約０．１４波長、すなわち約５０度の位相回転角に相当し、約１０ｍｍと長くなり挿入損失が増加する。
【００２２】
これに対して、本実施形態においては、キャパシタ２９を設けることによりインピーダンスＺTを無限大の近傍にできる。このために分波線路の長さＬｔによる位相回転角を５度以下とし、分波線路の挿入損失を低減できる。また、Ｌｔを短くし、分波器８の小型化が容易となる。
【００２３】
図３は、本実施形態にかかる薄膜圧電共振器の分波器のシミュレーション特性を表すグラフ図である。図３（ａ）において、縦軸は減衰量（ｄＢ）、横軸は周波数（ＧＨｚ）を表す。周波数１．９２ＧＨｚ（ｍ２０）及び１．９８ＧＨｚ（ｍ２１）は送信帯域端であり、周波数２．１１ＧＨｚ（ｍ１８）及び２．１７ＧＨｚ（ｍ１９）は受信帯域端である。なお、薄膜圧電共振器の容量が１〜２ｐＦである場合、キャパシタ２９の容量を約０．４ｐＦとすることが好ましい。
【００２４】
太線Ｔで表す送受信共通端子１０及び第２の端子３０間の減衰量は、受信帯域端のｍ１８で３５．６ｄＢ、ｍ１９で３５．３ｄＢと十分と大きい。また細線Ｒで表す送受信共通端子１０及び第１の端子５０間の減衰量は、送信帯域端のｍ２０で４９．５ｄＢ、ｍ２１で５７．３ｄＢと十分に大きい。このために、送信信号の受信帯域への漏洩、受信信号の送信帯域への漏洩を抑制することができ、送受同時通話可能な分波器８が可能となる。伸長コイル２６、２７、２８、４６、４７、４８を、並列共振器２０、２２、２４、４０、４２、４４と接地との間にそれぞれ配置し、インダクタンスを制御すると、減衰特性を制御することができる。
【００２５】
図３（ｂ）において、太線Ｔで表す送受信共通端子１０及び第２の端子３０間の減衰量は、送信帯域端の周波数１．９２ＧＨｚ（ｍ１）で１．４ｄＢ、１．９８ＧＨｚ（ｍ２）で１．４ｄＢと十分と小さい。また細線Ｒで表す送受信共通端子１０及び第１の端子５０間の減衰量は、受信帯域端の周波数２．１１ＧＨｚ（ｍ３）で２．１ｄＢ、２．１７ＧＨｚ（ｍ４）で２．２ｄＢと十分に小さい。これらの減衰量は、挿入損失とも言う。
【００２６】
ところで、分波線路の長さＧｔが約１０ｍｍである比較例において、送受信共通端子１０及び第２の端子３０間の挿入損失は送信帯域において１．６ｄＢ以上である。
【００２７】
これに対して、本実施形態においては、移相器１２を構成する分波線路の長さＬｔを５度以下の位相回転角となるように短くし、挿入損失を低減できる。図３は、分波線路の長さがＬｔを１ｍｍとした特性であるが、Ｌｔ＝０であってもよい。また、移相器３２の分波線路の長さＬｒは、送信帯域におけるフィルタ３４のインピーダンスＺRを無限大の近傍とするように決めることが好ましく、本実施形態では１８ｍｍとしている。
【００２８】
図４は、第２の実施形態にかかる分波器８の回路図である。  
本実施形態においては、第３のフィルタ５４が送受信共通端子１０と第３の端子７０との間に挿入される。フィルタ５４は、直列共振器５６、５８と、これらと接地間との間に配置された並列共振器６０、６２、６４、とのラダー型構成である。なお、並列共振器６０、６２、６４と接地との間には、伸張コイル６６、６７、６８がそれぞれに配置されている。送受信共通端子１０と第３のフィルタ５４との間には、分波線路からなる移相器５２（長さＬｑ）を配置してもよい。ここで、第２のフィルタ１４において、送受信共通端子１０に最も近く配置された並列共振器２０と接地との間には、伸長コイル２６とキャパシタ２９との並列回路が接続される。
【００２９】
第１のフィルタ３４，第２のフィルタ１４、第３のフィルタ５４のそれぞれの通過周波数帯域はいずれも異なり共通する周波数帯域を含まないようにし、３つの異なる通過周波数帯域の信号を分波することが可能となる。例えば図４において、第１の端子５０において携帯電話器の受信、第２の端子３０において携帯電話器の送信、第３の端子７０においてＧＰＳ（Global  Positioning  System)用電波の受信が可能となる。ＧＰＳの場合、１５７５．４２ＭＨｚ（Ｌ１）または１２２７．６０ＭＨｚ（Ｌ２）などの周波数が用いられ、第３のフィルタ５４の通過周波数帯域をこのいずれかに設定する。
【００３０】
ここで、第２のフィルタ１４の通過周波数帯域を、第１のフィルタ３４の通過周波数帯域よりも高く、第３のフィルタ５４の通過周波数帯域よりも低く設定すると、第２のフィルタ１４に接続される移相器１２の位相回転角をより小さく抑えることが容易となる。
【００３１】
第１及び第２の実施形態では、２つの直列共振器及び３つの並列共振器によるラダー型構成フィルタを用いているが、本発明はこれに限定されない。例えば、直列共振器を１つ、並列共振器を２つとしたπ型構成フィルタとするとより簡素な構成とでき、小型化が容易となる。また、第１及び第３のフィルタ３４、５４は、１つの直列共振器と１つの並列共振器とのラダー型構成であってもよく、こうするとさらに小型となる。他方、より多段のラダー型構成フィルタとすると、帯域及び減衰特性をより自由に制御することができる。また、伸張コイルに並列接続されるキャパシタを有するフィルタは、送信、受信のいずれでもよく、送受信の両方であってもよい。さらに、第１及び第３のフィルタ３４、５４は、モード結合型ＳＡＷ共振器としてもよい。
【００３２】
このようにして、送受信共通端子１０に最も近い伸張コイルにキャパシタを並列接続し、移相器を構成する分波線路の位相回転角を小さくできる。このために分波線路の長さを短くし、挿入損失を低減でき、分波器８の小型化が容易となる。フィルタ１４、３４、５４のいずれにもキャパシタを配置し、分波線路をそれぞれに短くした分波器８とすると一層小型化が容易となる。
【００３３】
以上、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明はこれら実施形態に限定されない。分波器を構成するフィルタ、共振器、伸長コイル、キャパシタ、移相器、分波線路などの材質、形状、サイズ、配置に関して当業者が設計変更を行ったものであっても本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１の実施形態にかかる分波器の回路図
【図２】フィルタの入力インピーダンスを説明するスミス図
【図３】分波器の減衰特性を表すグラフ図
【図４】第２の実施形態にかかる分波器の回路図
【符号の説明】
【００３５】
８  分波器、１０  送受信共通端子、１２  移相器、１４  第２のフィルタ、１６、１８  直列共振器、２０、２２、２４  並列共振器、２６  伸長コイル、２９  キャパシタ、３０  第２の端子、３２  移相器、３４  第１のフィルタ、３６、３８  直列共振器、４０、４２、４４  並列共振器、５０  第１の端子、５４  第３のフィルタ、５６、５８  直列共振器、６０、６２、６４  並列共振器、７０  第３の端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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