(57)【要約】【課題】小型で、広い通過帯域を有する高周波帯フィルタ装置及び携帯型情報端末を提供する。【解決手段】１〜１０ＧＨｚにおける特定の通信帯域に用いられる高周波フィルタ装置５１であって、それぞれ互いに異なる通過帯域を有し、通過帯域の全体が特定の通信帯域をカバーするように選定され、並列配置された複数個の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３，１４と、圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３，１４の出力側にそれぞれ独立して直接接続された低雑音増幅器２１，２２，２３，２４とを備える。【選択図】      図２
2004208221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．８〜１０ＧＨｚにおける特定の通信帯域に用いられる高周波フィルタ装置であって、
それぞれ互いに異なる通過帯域を有し、前記通過帯域の全体が前記特定の通信帯域をカバーするように選定され、並列配置された複数個の圧電薄膜共振子型フィルタと、
前記圧電薄膜共振子型フィルタの出力側にそれぞれ独立して直接接続された低雑音増幅器
とを備えることを特徴とする高周波帯フィルタ装置。
【請求項２】
前記複数の圧電薄膜共振子型フィルタの入力側にそれぞれ接続され、前記複数の圧電薄膜共振子型フィルタのいずれかを選択するスイッチ回路と、
前記スイッチ回路に高周波信号を供給するアンテナ
とを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の高周波帯フィルタ装置。
【請求項３】
前記複数の圧電薄膜共振子型フィルタの入力側にそれぞれ独立して直接接続されたアンテナを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の高周波帯フィルタ装置。
【請求項４】
前記低雑音増幅器の出力側にそれぞれ独立して直接接続されたマッチング回路を更に有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高周波帯フィルタ装置。
【請求項５】
前記圧電薄膜共振子型フィルタは、Ｔ型に接続された３つの薄膜型弾性バルク波共振子を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の高周波帯フィルタ装置。
【請求項６】
前記薄膜型弾性バルク波共振子は、厚さ０．３〜３μｍの圧電薄膜を有することを特徴とする請求項５に記載の高周波帯フィルタ装置。
【請求項７】
前記スイッチ回路は、半導体スイッチであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の高周波帯フィルタ装置。
【請求項８】
前記スイッチ回路は、圧電薄膜アクチュエーター素子であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の高周波帯フィルタ装置。
【請求項９】
通過帯域が互いに異なるように選定された複数個圧電薄膜共振子型フィルタと、前記圧電薄膜共振子型フィルタの出力側にそれぞれ独立して直接接続された低雑音増幅器を有する高周波フロントエンド部と、
前記高周波フロントエンド部に接続された中間周波数処理部と、
前記中間周波数処理部に接続されたベースバンド処理部
とを備え、
０．８〜１０ＧＨｚ帯における特定の通信帯域で通信を行うことを特徴とする携帯型情報端末。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯型情報端末に係り、特に０．８〜１０ＧＨｚ帯のマイクロ波領域で用いられる高周波帯フィルタ装置及びこの高周波帯フィルタ装置を備えた携帯型情報端末に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の無線通信技術はめざましい発展を遂げ、情報の高速伝送を目的とした開発が進められている。ＰＨＳシステムや第３世代携帯通信、無線ＬＡＮ等の導入により、無線通信技術で用いられる周波数領域は２ＧＨｚ前後の周波数帯が利用され、加入者数、端末数等も飛躍的に増大している。搬送波の周波数は更に高周波化が進められ、無線ＬＡＮシステムの５ＧＨｚ帯での商用化も開始された。
【０００３】
このような無線通信技術を利用した高周波通信機器においては小型化、軽量化が要求されている。特に、高周波通信機器を携帯型情報端末に利用する場合は、高周波（ＲＦ）信号を処理するＲＦフロントエンド部が空洞共振器やＬＣ回路の通過帯域特性を用いてフィルタリングしていたため、装置の小型化、薄型化に限界があった。
【０００４】
そこで高周波通信機器を小型化する手段の１つとして、「薄膜型弾性バルク波共振子（Film Bulk Acoustic Resonator：ＦＢＡＲ）」が注目されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。「薄膜型弾性バルク波共振子」は、空気層に接した下部電極、この下部電極に接した圧電薄膜、及びこの圧電薄膜の上部に接した上部電極を備え、圧電薄膜の厚み方向に弾性バルク波を伝播してこの弾性バルク波の周波数の共振を得るものである。この薄膜型弾性バルク波共振子は、半導体基板上に共振子構造を堆積可能であるので、小型化が容易で、既存フィルタでは困難な高さ１ｍｍ以下の寸法を容易に実現できる。また、トランジスタ、ＩＣ、ＬＳＩとの実装も容易である。圧電薄膜として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）薄膜を利用すれば、図１４に示すような通過帯域Δｆが約２００ＭＨｚ程度のフィルタも作製できる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２４４７６号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２０００−３０５９４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述した５ＧＨｚ帯の通信帯域を考えてみる。現在日本で使用可能な通過帯域は、５．１５〜５．２５ＧＨｚである。欧州では５．１５〜５．３５ＧＨｚ帯、５．４７〜５．７２５ＧＨｚ帯が使用可能であり、米国では５．７２５〜５．８２５ＧＨｚ帯が使用可能である。このように、５ＧＨｚといえども世界各国において使用可能な通信帯域は広領域に離散している。しかし、上述した薄膜型弾性バルク波共振子を用いたフィルタは、通過帯域が高々２００ＭＨｚ程度と狭いため、世界各国の通信帯域全てに対応できないという不都合がある。そこで、図１３に示すように、薄膜型弾性バルク波共振子を利用した複数のフィルタ１００，１０１を並列に接続して高帯域の帯域通過フィルタを得ることが試みられている。しかし、薄膜型弾性バルク波共振子を用いたフィルタ１００，１０１を複数並列に結合したとしても、フィルタの位相特性が互いに干渉するため、所望の通過帯域特性が得られない問題がある。
【０００８】
本発明は、上記した従来技術の欠点を除くためになされたものであって、その目的とするところは、小型で、広い通過帯域を有する高周波帯フィルタ装置及びこの高周波帯フィルタ装置を備えた携帯型情報端末を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の特徴は、０．８〜１０ＧＨｚにおける特定の通信帯域に用いられる高周波帯フィルタ装置であって、それぞれ互いに異なる通過帯域を有し、通過帯域の全体が特定の通信帯域をカバーするように選定され、並列配置された複数個の圧電薄膜共振子型フィルタと、圧電薄膜共振子型フィルタの出力側にそれぞれ独立して直接接続された低雑音増幅器とを備える高周波帯フィルタ装置であることを要旨とする。本発明の第１の特徴によれば、０．８〜１０ＧＨｚにおける通信帯域内において、それぞれ互いに異なる通過帯域を有し、且つ並列に配置された複数個の圧電薄膜共振子型フィルタが、例えば５ＧＨｚ帯等の特定の通信帯域の全体をカバーするように通過帯域を選定されているので、小型で広い通過帯域を有する高周波帯フィルタ装置が得られる。更に、圧電薄膜共振子型フィルタの出力側には、低雑音増幅器がそれぞれ独立して直接接続されるので高周波信号の劣化を低減した高周波帯フィルタ装置を提供することができる。
【００１０】
本発明の第２の特徴は、通過帯域が互いに異なるように選定された複数個圧電薄膜共振子型フィルタと、圧電薄膜共振子型フィルタの出力側にそれぞれ独立して直接接続された低雑音増幅器を有する高周波フロントエンド部と、高周波フロントエンド部に接続された中間周波数処理部と、中間周波数処理部に接続されたベースバンド処理部とを備え、０．８〜１０ＧＨｚ帯における特定の通信帯域で通信を行う携帯型情報端末であることを要旨とする。本発明の第２の特徴によれば、高周波フロントエンド部に、０．８〜１０ＧＨｚにおける通信帯域内においてそれぞれ互いに異なる通過帯域を有し、且つ特定の通信帯域の全体をカバーするように通過帯域を設定された複数個の圧電薄膜共振子型フィルタが配置される。圧電薄膜共振子型フィルタの出力側には、低雑音増幅器がそれぞれ独立して、直接、直列接続される。したがって、０．８〜１０ＧＨｚ帯の高周波領域において広い通過帯域を有し、信号劣化が少なく、通過特性に優れた小型の携帯型情報端末を提供することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の第１〜第３の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平均寸法の関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１２】
また、以下に示す第１〜第３の実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものではない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
【００１３】
（携帯型情報端末）
本発明の第１〜第３の実施の形態に係る高周波帯フィルタ装置の説明に入る前に、これらの高周波帯フィルタ装置を用いるのに適した０．８〜１０ＧＨｚ帯のスーパーへテロダイン方式の無線信号送受信を行う携帯型情報端末１の全体構成の例を説明する。ここでは、一例として５ＧＨｚ帯の携帯型情報端末１について説明する。
【００１４】
携帯型情報端末１は、例えば図１に示すように、高周波フロントエンド部（ＲＦフロントエンド部）２と、ＲＦフロントエンド部２に接続された中間周波数処理部（ＩＦ部）３と、中間周波数処理部３に接続されたベースバンド処理部（ＢＢ部）４とを備える。
【００１５】
ＲＦフロントエンド部２は、以下の第１〜第３の実施の形態で詳細に説明する高周波帯フィルタ装置５１、高周波帯フィルタ装置５１に接続されたミキサ５３、ミキサ５３接続された局部発振器５２及び増幅器５４を備える。ミキサ５３は、高周波帯フィルタ装置５１の出力するＲＦ信号と局部発振器５２の出力するＲＦ信号とを混合し、例えば２００ＭＨｚ〜５００ＭＨｚ程度の中間周波数（ＩＦ）の信号を生成する。高周波帯フィルタ装置５１は、更に、高周波帯フィルタ装置５１にＲＦ信号を供給するアンテナ７５，７６を含む。図１においては、２本のアンテナ７５，７６が接続されているが、これは例示であり、第１〜第３の実施の形態で詳細に説明するように、アンテナの本数は２本に限定されない。ミキサ５３で混合されたアンテナ７５，７６が受信したＲＦ信号と局部発振器５２の出力するＲＦ信号は、増幅器５４を介して中間周波数（ＩＦ）処理部３に伝達される。
【００１６】
中間周波数処理部３は、中間周波数（ＩＦ）フィルタ５６、ＩＦフィルタ５６に接続された自動ゲイン制御（ＡＧＣ）回路５５、自動ゲイン制御（ＡＧＣ）回路５５に接続されたＩ／Ｑ復調回路５７、Ｉ／Ｑ復調回路５７に接続されたＩＦ局部発振回路５８を備える。ＩＦフィルタ５６により、アンテナ７５，７６が受信したＲＦ信号と局部発振器５２の出力するＲＦ信号との差の周波数が抽出され、自動ゲイン制御（ＡＧＣ）回路５５により、差の周波数であるＩＦ信号が安定化される。このＩＦ信号は、Ｉ／Ｑ復調回路５７により直交位相変調され、互いに９０°位相がずれたＩ信号及びＱ信号が生成される。Ｉ／Ｑ復調回路５７が備えるミキサ８５及びミキサ８６において、ＩＦ局部発振回路５８の信号が混合され、更に低周波、例えば１０ＭＨｚ以下のベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号がそれぞれ生成される。９０°位相が異なるベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号は、それぞれベースバンド処理部（ＢＢ部）４に伝達される。
【００１７】
ベースバンド処理部４は、ベースバンドフィルタ８１，８２，Ａ−Ｄコンバータ８３，８４及びディジタルベースバンドプロセッサ（ＤＢＢＰ）８５を備える。ベースバンドフィルタ８１及びベースバンドフィルタ８２を介してそれぞれ抽出されたベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号は、Ａ−Ｄコンバータ８３及びＡ−Ｄコンバータ８４により、ディジタルのベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号となり、ディジタルベースバンドプロセッサ（ＤＢＢＰ）８５により信号処理される。
【００１８】
なお、図１では受信側のＲＦフロントエンド部２、受信側の中間周波数処理部３及び受信側のベースバンド処理部４のみを便宜上示しているが、携帯型情報端末としては、実際には送信側のＲＦフロントエンド部、送信側の中間周波数処理部及び送信側のベースバンド処理部があることは勿論である。図示を省略した送信側のＲＦフロントエンド部には、多段接続されたマイクロ波用パワートランジスタからなるパワーアンプモジュールが備えられている。マイクロ波用パワートランジスタとしては、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）等の高周波能動素子が利用される。高周波能動素子は、ガリウム砒素系の化合物半導体素子でも良く、ＳｉＧｅなどのＳｉ系化合物半導体素子でも良い。また、Ｓｉを用いたＭＯＳＦＥＴ等の素子でも良い。図示を省略した送信側の中間周波数処理部には、受信側の中間周波数処理部３のＩ／Ｑ復調回路５７と類似な構成のＩ／Ｑ変調回路が備えられている。図示を省略した送信側のベースバンド処理部には、ディジタルベースバンドプロセッサ（ＤＢＢＰ）からのディジタルのベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号をアナログ信号に変換するＤ−Ａコンバータがそれぞれ備えられている。ディジタルベースバンドプロセッサ（ＤＢＢＰ）８５は、送信側のベースバンド処理部と受信側のベースバンド処理部４に共通の装置としても良い。なお、図示を省略しているが、アンテナ７５，７６を送信側と受信側とで共有する場合は、送信と受信とを切り替えるスイッチ回路が設けられる。
【００１９】
以下、第１〜第３の実施の形態において５ＧＨｚ帯に適用可能な高周波帯フィルタ装置５１について説明する。
【００２０】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る高周波帯フィルタ装置５１は、図２に示すように、５ＧＨｚの通信帯域においてそれぞれ異なる通過帯域を有し、通過帯域の全体が５ＧＨｚの通信帯域をカバーするように選定された複数個（４個）の圧電薄膜共振子型フィルタ（第１〜第４の圧電薄膜共振子型フィルタ）１１，１２，１３，１４と、第１〜第４の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３，１４の出力側にそれぞれ独立して直接接続された低雑音増幅器（第１〜第４の低雑音増幅器）２１，２２，２３，２４とを備える。図２においては図示を省略しているが、第１〜第４の低雑音増幅器２１，２２，２３，２４出力側には、更に図１に示すようなミキサ５３が接続され、局部発振器５２の出力信号と混合される。圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３，１４の入力側には、アンテナ７に接続されたスイッチ回路６が接続される。
【００２１】
第１〜第４の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３，１４は、図２に示すように、それぞれ互いに並列に配置されている。例えば、第１の圧電薄膜共振子型フィルタ１１は４．９０〜５．００ＧＨｚ、第２の圧電薄膜共振子型フィルタ１２は５．０３〜５．０９ＧＨｚ、第３の圧電薄膜共振子型フィルタ１３は５．１５〜５．３５ＧＨｚ、第４の圧電薄膜共振子型フィルタ１４は５．７２５〜５．８２５ＧＨｚにそれぞれ調整され、全体として世界各国の５ＧＨｚ帯の通信帯域をカバーしている。第１〜第４の低雑音増幅器２１，２２，２３，２４は、第１から第４の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３，１４から出力された信号をそれぞれ独立して増幅する。第１〜第４の低雑音増幅器２１，２２，２３，２４は、ＨＢＴ、ＨＥＭＴ等の高周波能動素子が利用される。高周波能動素子は、ガリウム砒素系の化合物半導体素子でも良く、ＳｉＧｅなどのＳｉ系化合物半導体素子でも良い。また、Ｓｉを用いたＭＯＳＦＥＴ等の素子でも良い。スイッチ回路６は、図１に示すベースバンド処理部４の制御端子５から出力された選択信号ＳＥＬを受信し、第１〜第４の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３，１４のいずれかを選択する。スイッチ回路６は、４つの電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）等の能動素子から構成される半導体スイッチである。即ち、４つの能動素子の制御電極のいずれかに選択信号ＳＥＬが入力され、圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３，１４のいずれかが選択される。アンテナ７で受信された無線（ＲＦ）信号はスイッチ回路６で選択され、それぞれ対応する周波数帯域の第１〜第４の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３，１４のいずれかに送られる。
【００２２】
第１〜第４の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３，１４は、図３（ａ）及び図４に示すように、それぞれＴ型に接続された３つの薄膜型弾性バルク波共振子（ＦＢＡＲ）３０ａ，３０ｂ，３０ｃを有する。即ち、図３（ａ）の４端子回路に示すように、第１入力端子Ｉ1に入力側を接続された第１の薄膜型弾性バルク波共振子３０ａと第１出力端子Ｏ1に出力側が接続された第２の薄膜型弾性バルク波共振子３０ｂとがノードｐ1で互いに直列に接続されている。そして、第３の薄膜型弾性バルク波共振子３０ｃが、ノードｐ1と第２入力端子Ｉ2と第２出力端子間Ｏ2を接続する枝路（ブランチ）の中点であるノードｐ2との間に接続されている。第３の薄膜型弾性バルク波共振子３０ｃは、ノードｐ1とｐ2間に並列インピーダンス素子として挿入されたことと等価である。図３（ｂ）に示すように、第１及び第２の薄膜型弾性バルク波共振子３０ａ，３０ｂによる直列共振の中心周波数と、第３の薄膜型弾性バルク波共振子３０ｃの並列共振の中心周波数はわずかに異なるように設定されている。但し、第１及び第２の薄膜型弾性バルク波共振子３０ａ，３０ｂの直列共振の周波数と、第３の薄膜型弾性バルク波共振子３０ｃの並列共振周波数は一致するように調整されることで、図３（ｂ）に示すように通過帯域Δｆの帯域通過フィルタとなる。
【００２３】
図５に示すように、例えば第１の薄膜型弾性バルク波共振子３０ａは、シリコン基板３１、シリコン基板３１の上に全面に配置されたバッファ層３２、バッファ層３２の上に一部が接触し、その接触部を支点として配置された橋梁型（片持ち梁型）の下部電極３３ａ、バッファ層３２の他の一部及び下部電極３３ａの上に接触し、バッファ層３２に直接接触する左端を一方の固定端、下部電極３３ａがバッファ層に直接接触している部分の真上に位置する右端を他方の固定端、として配置された橋梁型（両持ち梁型）の圧電薄膜３４ａ、圧電薄膜３４ａの上に配置された橋梁型の上部電極３５ａを有する。バッファ層３２と下部電極３３ａとの間には、空洞（エアギャップ）３６ａが設けられている。第１の薄膜型弾性バルク波共振子３０ａは、空洞３６ａに接した下部電極３３ａと上部電極３５ａの間に挿入された圧電薄膜３４ａの厚み方向に弾性バルク波を伝播させることで、この弾性バルク波の共振周波数により通過帯域特性を得る。通過帯域の調整は、下部電極３３ａ、圧電薄膜３４ａ、上部電極３５ａの厚み、特に圧電薄膜３４ａの厚みを調整することにより行われる。例えば、０．８〜１０ＧＨｚ帯の高周波領域の共振器に設定する場合は、下部電極３３ａ、圧電薄膜３４ａ、上部電極３５ａそれぞれの厚みが０．３〜３μｍに選択される。下部電極３３ａ及び上部電極３５ａは、例えばアルミニウム（Ａｌ）膜等の金属薄膜が使用される。圧電薄膜３４ａはＡｌＮ薄膜、チタン酸バリウム（ＴｉＢａＯ3）薄膜、又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜等が使用される。特に、ＡｌＮ薄膜は、配向制御することで良好な特性が得られる。この場合、Ｘ線のロッキングカーブで２°以下にＡｌＮ薄膜の配向制御をするのが好ましい。また、圧電薄膜３４ａは応力制御により橋梁部分を安定化しておくことが好ましい。バッファ層３２は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）、シリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4膜）等が使用可能である。空洞３６ａは、バッファ層３２上にポリシリコン膜等の犠牲層をパターニングし、その上に順に下部電極３３ａ、圧電薄膜３４ａ、上部電極３５ａを堆積した後、犠牲層をエッチングにより除去して形成すれば簡単に実現できる。図示を省略したが、第２及び第３の薄膜型弾性バルク波共振子３０ｂ，３０ｃも第１の薄膜型弾性バルク波共振子３０ａと同様の断面構造である。
【００２４】
図４に示すように、第１〜第３の薄膜型弾性バルク波共振子３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、シリコン基板３１の上にモノリシックに集積化されている。また、入力側信号配線３０２とその両側に位置するグランドプレート３３ｃ、及びグランドプレート３３ｄとで５ＧＨｚ帯のコプラナ伝送線路が形成されている。図４に示す平面図においては、入力側信号配線３０２とグランドプレート３３ｃとのギャップ、及び入力側信号配線３０２とグランドプレート３３ｄとのギャップにバッファ層３２が露出している。入力側信号配線３０２は、第１の薄膜型弾性バルク波共振子３０ａの下部電極３３ａに接続されている。下部電極３３ａの上部には圧電薄膜３４ａが配置され、圧電薄膜３４ａの上部には上部電極３５ａが配置されて第１の薄膜型弾性バルク波共振子３０ａが構成されている。この第１の薄膜型弾性バルク波共振子３０ａの上部電極３５ａと、図４の中央に位置する第３の薄膜型弾性バルク波共振子３０ｃの上部電極３５ｃとは、第２接続配線３８を介して接続されている。そして、第３の薄膜型弾性バルク波共振子３０ｃの上部電極３５ｃの下部には圧電薄膜３４ｃが配置され、この圧電薄膜３４ｃの下部には下部電極３３ｃが配置されている。下部電極３３ｃは、コプラナ伝送線路のグランドプレート３３ｃに一体化して接続されている。第３の薄膜型弾性バルク波共振子３０ｃの上部電極３５ｃと図４の最上部に示した第２の薄膜型弾性バルク波共振子３０ｂの上部電極３５ｂとは、第１接続配線３７を介して接続されている。第２の薄膜型弾性バルク波共振子３０ｂの上部電極３５ｂの下部には圧電薄膜３４ｂが配置され、この圧電薄膜３４の下部には下部電極３３ｂが配置されている。この下部電極３３ｂは、出力側信号配線３０３に接続されている。出力側信号配線３０３とグランドプレート３３ｃ，３３ｄとにより、５ＧＨｚ帯のコプラナ伝送線路が形成されている。図３（ａ）、図４及び図５に示すようなＴ型に接続された３つの薄膜型弾性バルク波共振子３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、第１〜第４の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３，１４のそれぞれに対応する。そして、第１〜第４の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３，１４が同一のシリコン基板３１の上にモノリシックに構成され、図６に示すような高周波フィルタチップ６０２が実現される。なお、図４では高周波伝送線路としてコプラナ伝送線路を示したが、マイクロストリップ線路等の他の高周波伝送線路でも良い。
【００２５】
図６に示すように、スイッチ回路を搭載したスイッチ回路チップ６０１、高周波フィルタチップ６０２、低雑音増幅器を搭載した低雑音増幅器チップ６０３が、同一のセラミック基板４１の上にハイブリッドに集積化されている。スイッチ回路チップ６０１、高周波フィルタチップ６０２、低雑音増幅器チップ６０３は、セラミック基板４１の上に形成された高周波伝送線路の信号線（金属配線）４１２〜４１５に、バンプ５０１〜５０６等を介して接続されている。更に、スイッチ回路チップ６０１、高周波フィルタチップ６０２、低雑音増幅器チップ６０３は、樹脂５２１で封止されて半導体パッケージ８を形成している。例えば、図６では、セラミック基板１の下にグランドプレート４１１が形成されている。このグランドプレート４１１、セラミック基板４１、及び信号線（金属配線）４１２〜４１５とで５ＧＨｚ帯のマイクロストリップ線路を構成している。但し、スイッチ回路６、第１〜第４の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３，１４、第１〜第４の低雑音増幅器２１，２２，２３，２４の全てを同一の半導体基板上にモノリシックに集積化しても良い。第１〜第４の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３，１４、第１〜第４の低雑音増幅器２１，２２，２３，２４をそれぞれ独立した半導体チップ上に形成して、それらをセラミック基板４１の上にハイブリッドに実装しても構わない。
【００２６】
このように、本発明の第１の実施の形態に係る高周波帯フィルタ装置５１によれば、図７に示すように、複数の周波数領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄをカバーし、全体としては約１ＧＨｚ程度の広帯域の高周波帯フィルタ装置を得ることができる。更に、スイッチ回路６により第１〜第４の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３，１４が切り替えられ、選択的に動作するので、第１〜第４の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３，１４が互いにそれぞれ隣接して配置されても、第１〜第４の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３，１４の相互干渉、この相互干渉による信号劣化が少ない。
【００２７】
また、図６に示すように、スイッチ回路６、第１〜第４の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３，１４、及び第１〜第４の低雑音増幅器２１，２２，２３，２４は同一セラミック基板４１上に実装することが可能である。したがって、第１〜第４の低雑音増幅器２１，２２，２３，２４に引き回す高周波伝送線路を短くすることができ、パッケージを小型化することができる。高周波伝送線路が短くなることにより、ローカルリークや信号遅延の問題も低減できる。
【００２８】
（第１の実施の形態の変形例）
本発明の第１の実施の形態の変形例に係る高周波帯フィルタ装置５１は、図８に示すように、第１〜第４の低雑音増幅器２１，２２，２３，２４の出力側にそれぞれ独立して直列に接続された第１〜第４マッチング回路２５，２６，２７，２８を更に有する点が、図２に示す高周波帯フィルタ装置と異なる。他は、図２に示す高周波帯フィルタ装置と実質的に同様である。第１〜第４のマッチング回路２５，２６，２７，２８は、出力端子ｑ1を介して図１に示すようなミキサ５３に接続され、局部発振器５２の出力信号と混合される。このマッチング回路２５，２６，２７，２８は、第１〜第４の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３，１４のインピーダンス調整を行うもので、スタブ、又はインダクタとキャパシタとを組み合わせて構成したもの等が使用される。
【００２９】
図８に示す高周波帯フィルタ装置５１によれば、第１〜第４の低雑音増幅器２１，２２，２３，２４の出力側に第１〜第４マッチング回路２５，２６，２７，２８が独立して直接接続されるので、第１〜第４の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３，１４の位相調整を行うことができる。このため、信号劣化の少ない高周波帯フィルタ装置を得ることができる。第１〜第４の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３，１４の選択は、ベースバンド処理部４からの選択信号ＳＥＬで制御され、スイッチ回路６を構成するトランジスタのゲートに入力され、切り替えられるので、図７に示すような広帯域の高周波帯フィルタ装置を得ることができる。更に、スイッチ回路６により第１〜第４の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３，１４のいずれか１つが選択されるので、第１〜第４の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３，１４の相互干渉が少ない。したがって、本発明の第１の実施の形態の変形例に係る高周波帯フィルタ装置５１によれば、信号劣化が少なく、通過帯域特性に優れた高周波帯フィルタ装置を得ることができる。
【００３０】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る高周波帯フィルタ装置５１は、図９に示すように、図２に示したスイッチ回路６を第１〜第３の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３の入力側に有さない点が、第１の実施の形態に係る高周波帯フィルタ装置と異なる。第１〜第３の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３は、第１〜第３のアンテナ７１，７２，７３にそれぞれ独立して直接接続されている。他は、図２に示す高周波帯フィルタ装置と同様である。
【００３１】
第１〜第３アンテナ７１，７２，７３は、外部からのＲＦ信号を受信し、第１〜第３の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３のそれぞれに直接ＲＦ信号を送信する。第１〜第３の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３から出力されたＲＦ信号は、出力端子ｑ２を介して図１に示すミキサ５３に入力され、局部発信器５２の出力信号と混合される。第１〜第３アンテナ７１，７２，７３は、小型のパッチアンテナもしくは誘電体セラミックアンテナが用いられる。
【００３２】
本発明の第２の実施の形態に係る高周波帯フィルタ装置５１によれば、第１〜第３の圧電薄膜共振子型フィルタ１１、１２，１３に第１〜第３アンテナ７１，７２，７３が１対１の関係でそれぞれ直接接続されるので、図２に示すようなスイッチ回路６を削減できる。この結果、スイッチ回路６における信号の損失を低減できる。また、第１〜第３の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３の種類を選択するためのスイッチ回路６を制御する回路が不要となるので、より小型化が可能となる。第１〜第３のアンテナ７１，７２，７３として小型のパッチアンテナ等を採用することにより、図９に示す高周波帯フィルタ装置を更に小型化できる。
【００３３】
また、第１〜第３の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３は、それぞれ異なる周波数領域を有しているので、図１０に示すように、複数の周波数帯Ａ，Ｂ，Ｃをカバーし、全体としては約１ＧＨｚ程度の広帯域の高周波帯フィルタ装置を得ることができる。
【００３４】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る高周波帯フィルタ装置５１は、図１１に示すように、トップフィルタとしての第１の圧電薄膜共振子型フィルタ１１と、段間フィルタとしての第５の圧電薄膜共振子型フィルタ１５との間に、第１の低雑音増幅器２１が直接接続され、独立した第１の直列回路を構成している。トップフィルタとしての第２の圧電薄膜共振子型フィルタ１２と、段間フィルタとしての第６の圧電薄膜共振子型フィルタ１６との間に、第２の低雑音増幅器２２が直接接続され、独立した第２の直列回路を構成している。トップフィルタとしての第３の圧電薄膜共振子型フィルタ１３と、段間フィルタとしての第７の圧電薄膜共振子型フィルタ１７との間に、第３の低雑音増幅器２３が直接接続され、独立した第３の直列回路を構成している。第１の圧電薄膜共振子型フィルタ１１と第５の圧電薄膜共振子型フィルタ１５とは同一の通過帯域を有する。第２の圧電薄膜共振子型フィルタ１２と第６の圧電薄膜共振子型フィルタ１６とは同一の通過帯域を有する。第３の圧電薄膜共振子型フィルタ１３と第７の圧電薄膜共振子型フィルタ１７とは同一の通過帯域を有する。第１、第２及び第３の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３は、それぞれ並列に配置されている。他は図２に示す高周波帯フィルタ装置と実質的に同様である。
【００３５】
第１〜第３の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１２，１３は、図１１に示すように、入力側がそれぞれスイッチ回路６ａに接続され、出力側が独立して第１〜第３の低雑音増幅器２１，２２，２３にそれぞれ接続されている。第５〜第７の圧電薄膜共振子型フィルタ１５，１６，１７は、入力側が独立して第１〜第３の低雑音増幅器２１，２２，２３にそれぞれ接続され、出力側がスイッチ回路６ｂにそれぞれ接続されている。スイッチ回路６ｂは、制御端子５及びミキサ５３に接続されている。例えば５ＧＨｚ帯の通信帯域においては、第１及び第５の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１５が４．９０〜５．００ＧＨｚ、第２及び第６の圧電薄膜共振子型フィルタ１２，１６が５．１５〜５．３５ＧＨｚ、第３及び第７の圧電薄膜共振子型フィルタ１３，１７が５．７２５〜５．８２５ＧＨｚに調整される。第１〜第３の圧電薄膜共振子型フィルタ１１〜１３，第５〜第７の１５〜１７の周波数の調整は、第１の実施の形態において説明したように、薄膜型弾性バルク波共振子３０の圧電薄膜３４、下部電極３３、上部電極３５の厚み、特に圧電薄膜３４の厚みを調整することにより行われる。第１〜第３の低雑音増幅器２１，２２，２３は、既に第１の実施の形態で説明したように、ＨＢＴ、ＨＥＭＴ等の高周波能動素子が用いられる。スイッチ回路６ａ，６ｂは、第１の実施の形態と同様にＦＥＴ等の半導体能動素子から構成される半導体スイッチを用いても良い。例えば図１２に示すような圧電薄膜アクチュエーター素子６０を用いても良い。
【００３６】
図１２に示すように、圧電薄膜アクチュエーター素子６０は、シリコン基板６１、シリコン基板６１の全面に配置された金属薄膜からなるグランドプレート６１０，グランドプレート６１０の上に配置されたバッファ層６２、バッファ層６２の上に一部接触し、その接触部（固定端）を支点として配置された橋梁型（片持ち梁型）の下部電極６３、下部電極６３の上に配置された橋梁型の圧電薄膜６４ａ、及びバッファ層６２に接触し下部電極６３の自由端の直下に配置されたスイッチ用電極６７ａを有する。バッファ層６２と下部電極６３との間には、空洞（エアギャップ）６６が設けられている。圧電薄膜アクチュエーター素子６０は、エアギャップ６６を介して対向した下部電極６３の自由端とスイッチ電極６７ａとの間を圧電歪力により接触させ、下部電極６３とスイッチ用電極６７ａとを導通させる。下部電極６３とスイッチ電極６７ａ間の印加電圧を解除すれば、圧電歪力がなくなり、圧電薄膜６４ａの弾性で下部電極６３の自由端とスイッチ電極６７ａとの間の導通が遮断される。下部電極６３及びスイッチ電極６７ａはＡｌ薄膜、Ｃｕ薄膜、Ａｕ薄膜等の金属薄膜が使用される。Ｃｕ薄膜の上にＮｉメッキやＡｕメッキをしても良い。圧電薄膜６４ａはＡｌＮ薄膜等が使用可能である。バッファ層６２は、ＳｉＯ2膜、Ｓｉ3Ｎ4膜等が使用可能である。エアギャップ６６は、バッファ層６２及びスイッチ電極６７ａの上にポリシリコン等の犠牲層をパターニングし、その上に順に下部電極６３、圧電薄膜６４ａを堆積した後、犠牲層をエッチングにより除去して形成される。このように、図１２に示す圧電薄膜アクチュエーター素子６０をスイッチ６ａ，６ｂの構成単位として、所望のスイッチ回路を構成していくことができる。例えば、下部電極６３にＭＩＭキャパシタ等を備えた信号線を接続し、バッファ層６２を誘電体層として、信号線とグランドプレート６１０との間に薄膜マイクロストリップ線路を構成することができる。薄膜マイクロストリップ線路の他に、コプラナ伝送線路等の他の高周波伝送線路で構成してもよい。
【００３７】
本発明の第３の実施の形態に係る高周波帯フィルタ装置５１においては、０．８〜１０ＧＨｚ帯においてそれぞれ異なる通過帯域を有する第１及び第５の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１５と、第２及び第６の圧電薄膜共振子型フィルタ１２，１６と、第３及び第７の圧電薄膜共振子型フィルタ１３，１７の動作が、制御端子５からの選択信号ＳＥＬで選択的に制御される。したがって、相互干渉の少ない高周波帯フィルタ装置を得ることができる。また、図１２に示すように、スイッチ回路６を構成する下部電極６３及びスイッチ用電極６７ａに電圧が入力され、機械的に切り替えられるので、複数の周波数領域を有する高周波フィルタ回路を選択的に動作させることができる。更に、ＦＥＴ等の半導体能動素子を用いた半導体スイッチでは、チャンネル抵抗やオーミック損失に起因した導通損失や高周波損失が発生する。図１２に示す圧電薄膜アクチュエーター素子６０をスイッチ回路として用いることによりＲＦ信号の損失が増大するＦＥＴ等に比べて、ＲＦ信号の損失を低く抑えることができる。なお、図６において説明したように、スイッチ回路６ａ，６ｂと、第１及び第５の圧電薄膜共振子型フィルタ１１，１５、第２及び第６の圧電薄膜共振子型フィルタ１２，１６、第３及び第７の圧電薄膜共振子型フィルタ１３，１７と低雑音増幅器２１，２２，２３とを同一パッケージ内に実装することで、第１〜第３の低雑音増幅器２１，２２，２３に引き回す高周波伝送線路を短くできる。高周波伝送線路が短くなることにより、ローカルリークや信号遅延の問題も低減できる。図１２に示すスイッチ用電極６７ａにＲＦ信号のアイソレーションを確保する設計を行えば、圧電薄膜共振子型フィルタ同士の干渉を更に低減させることもできる。
【００３８】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１〜第３の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００３９】
既に述べた第１〜第３の実施の形態においては、５ＧＨｚ帯の高周波帯フィルタ装置について説明したが、これは例示であり、１．５ＧＨｚ、２．１ＧＨｚ、２．５ＧＨｚ帯等の０．８〜１０ＧＨｚ帯における他の通信帯域に用いられる高周波帯フィルタ装置に適用できることは勿論である。
【００４０】
第１の実施の形態においては、第１〜第４の低雑音増幅器２１，２２，２３，２４の出力側に、更にスイッチ回路６が配置されていても良い。
【００４１】
第３の実施の形態において示した圧電薄膜アクチュエーター素子６０の構成は、第１及び第２の実施の形態に係るスイッチ回路６，６ａ，６ｂにも使用可能であることは勿論である。また、第１の実施の形態においては半導体スイッチとしてＦＥＴを用いた場合を説明したが、バイポーラトランジスタ（ＢＪＴ）、接合型電界トランジスタ（ＪＦＥＴ）、ショットキーバリア型電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）、静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）、ＨＥＭＴ等の様々なトランジスタを用いても良い。
【００４２】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、小型で、広い通過帯域を有する高周波帯フィルタ装置及び携帯型情報端末を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る携帯型情報端末の全体構成の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る高周波帯フィルタ装置を示すブロック図である。
【図３】図３（ａ）は、図２に示す圧電薄膜共振子型フィルタのフィルタ構成を示し、図３（ｂ）は、圧電薄膜共振子型フィルタの特性を示す図である。
【図４】図２に示す圧電薄膜共振子型フィルタの一例を示す平面図である。
【図５】図４に示す圧電薄膜共振子型フィルタのＡ−Ａ断面を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る高周波帯フィルタ装置を集積化した半導体集積装置の一例を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る高周波帯フィルタ装置のフィルタ通過特性を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態の変形例に係る高周波帯フィルタ装置を示すブロック図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る高周波帯フィルタ装置を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る高周波帯フィルタ装置のフィルタ通過特性を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る高周波帯フィルタ装置を示すブロック図である。
【図１２】図１１に示すスイッチ回路の一例を示す断面図である。
【図１３】従来のフィルタ構成を示す回路図である。
【図１４】従来のフィルタ特性を示す図である。
【符号の説明】
１…携帯型情報端末
２…ＲＦフロントエンド部
３…中間周波数処理部
４…ベースバンド処理部
５…制御端子
６，６ａ，６ｂ…スイッチ回路
７…アンテナ
８…半導体パッケージ
１１〜１４，１５〜１７…圧電薄膜共振子型フィルタ
２１，２２，２３，２４…低雑音増幅器
２５，２６，２７，２８…マッチング回路
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ…薄膜型弾性バルク波共振子
３１…シリコン基板
３２…バッファ層
３３，３３ａ，３３ｂ…下部電極
３３ｃ，３３ｄ…グランドプレート
３４，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ…圧電薄膜
３５ａ，３５ｂ，３５ｃ…上部電極
３６ａ…空洞（エアギャップ）
３７…第１接続配線
３８…第２接続配線
４１…セラミック基板
５１…高周波帯フィルタ装置
５２…局部発振器
５３…ミキサ
５４…増幅器
５５…自動ゲイン制御（ＡＧＣ）回路
５６…ＩＦフィルタ
５７…Ｉ／Ｑ復調回路
５８…ＩＦ局部発振器
６０…圧電薄膜アクチュエーター素子
６１…シリコン基板
６２…バッファ層
６３…下部電極
６４ａ…圧電薄膜
６６…空洞（エアギャップ）
６７ａ…スイッチ用電極
７１、７２，７３，７５，７６…アンテナ
８１，８２…ベースバンドフィルタ
８３，８４…Ａ−Ｄコンバータ
８５，８６…ミキサ
１００，１０１…フィルタ
３０２…入力側信号配線
３０３…出力側信号配線
４１１…グランドプレート
５０１〜５０６…バンプ
５２１…樹脂
６０１…スイッチ回路チップ
６０２…高周波フィルタチップ
６０３…低雑音増幅器チップ
６１０…グランドプレート
【図１】
2004208221.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004208221.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004208221.tif 000009
【図８】
2004208221.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2004208221.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2004208221.tif 000015
【図１４】
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