JPH04253414A - 弾性表面波共振器複合形フィルタを用いた分波器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は分波器、更に詳しく言え
ば圧電基板上にインタディジタルな電極指を配して構成
された弾性表面波１開口共振器を複数個組合せてなるバ
ンドパス用あるいはバンドリジェクション用の弾性表面
波フィルタを有して構成された分波器に係り、特にアン
テナ共用器のような複数個のフィルタを並列接続にして
構成する場合に好適な分波器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】分波器は共通の信号伝搬媒体を伝搬する
信号を、信号の波動の性質等によって分離する装置であ
り、例えば、アイイーイーイー　　トランザクション　
　オン　　ウルトラソニックス，フェロエレクトリクス
　　アンド　　フリケンシーコントロール（ＩＥＥＥ　
Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ　ｏｎ　Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ
ｓ，Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ，ａｎｄ　Ｆｒｅｑ
ｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ），Ｖｏｌ．３６，　Ｎｏ
．５，ｐｐ．５３１−５３９，　１９８９　に記載され
たアンテナ共用器では、アンテナを共通の信号伝搬媒体
として、そのアンテナを介して受信信号を得るパスとア
ンテナに送るパスを分離している。上記従来技術では分
波機能を実現するために、通過帯域がそれぞれ異なる送
信用と受信用の弾性表面波フィルタを、分岐点となるア
ンテナ端子より並列に接続して分波器を構成していた。 また、上記分波器において送信系のバンドリジェクショ
ンタイプフィルタとして用いられている弾性表面波共振
器複合形フィルタは、特開平１−２６０９１１　号公報
に記載のように、圧電基板上に形成した複数個の１開口
弾性表面波共振器の組合せにより構成されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の分波器
では、並列接続に伴う吸収損失と、異なる２つの通過帯
域が接近した場合における、弾性表面波共振器複合形フ
ィルタ固有の回折現象の影響に対して考慮がされていな
かった。このため、分波器の損失増大と、通過帯域内リ
ップルの発生が問題となっていた。

【０００４】以下に、従来例の単一アンテナを用いて構
成した分波器について、その問題点を詳述する。分波器
は、第２図に示すように、単一アンテナ１を共通端子と
して、受信用フィルタ２と送信用フィルタ３を並列接続
して構成される。フィルタ２および３の通過帯域ｆｒ　
およびｆｔ　を、第３図のように異なった帯域とするこ
とによって、入力端子１０からの送信信号Ｓｔ　をアン
テナ１を介して送信し、受信信号Ｓｒ　は出力端子９を
介して受信される。このとき、送受信２ケのフィルタを
並列に接続することにより、並列接続損失が生じる。こ
の損失は、通過周波数帯域の異なる複数個のフィルタを
並列接続した場合に、一方のフィルタの通過帯域の信号
が、他方のフィルタの通過帯域外で吸収消散することが
原因となっている。

【０００５】並列接続損失を抑圧するためには、各フィ
ルタの入力インピーダンスが、通過帯域外でリアクティ
ブになっていることが必要である。したがって、このよ
うな分波器に弾性表面波共振器複合形フィルタを用いる
場合は、そのインピーダンス特性が重要となる。例えば
、本例の分波器において、弾性表面波共振器複合形フィ
ルタは低損失性と耐電力性に優れることから、大電力が
通過する送信用フィルタに用いられている。このときイ
ンピーダンス特性は、並列接続の相手側である受信用フ
ィルタの通過帯域ｆｒ　でリアクティブであることが要
求される。

【０００６】第４図は、弾性表面波共振器複合形フィル
タの構成例である。フィルタに用いられる各１開口弾性
表面波共振器は、多数対の互いに挿間した電極指からな
るインターディジタルトランスデューサで構成される。 これらのトランスデューサは、両側に反射器が存在しな
くても、トランスデューサの電極指自身による内部反射
で振動エネルギーがトランスデューサ内に閉じ込められ
、１開口共振器となる。図において、１開口弾性表面波
共振器１６−１〜１６−ｎの共振周波数は、下記の関係
に設定されている。

【０００７】

【数１】

【０００８】このとき、端子１４側および１５側から素
子を見た入力インピーダンス特性を、それぞれ第５図（
ａ），（ｂ）に示す。本図はスミス線図で、ｆｔ１〜ｆ
ｔ２間の領域が送信帯域ｆｔ　、またｆｔ１〜ｆｔ２間
の領域が受信帯域ｆｒ　である。送信用フィルタは受信
帯域において高減衰特性を実現する必要があるため、上
図（ａ）のようにｆｒ１〜ｆｒ２間の領域がスミス線図
の実軸上の右端、すなわちインピーダンスが非常に大き
い位置にあることが望ましい。一般的には、弾性表面波
共振器複合形フィルタのｆｒ１〜ｆｒ２間の領域でのイ
ンピーダンスは、フィルタ単体では必ずしも高インピー
ダンスにならない。

【０００９】しかし、スミス線図の周辺により近い状態
、すなわち、よりリアクティブな状態を実現できれば、
適当な線路を介することによって、必ず上図（ａ）に示
すような実軸上の右端に位置させることができ、非常に
高いインピーダンスとなる。上図（ａ），（ｂ）の両者
を比較すると、ｆｒ１〜ｆｒ２間の領域で大きな差異が
見られる。（ｂ）の端子１５側のインピーダンス特性は
スミス線図の内側に回り込んでおり、リアクティブ性が
劣化している。このインピーダンス特性の差異は、入力
端子と共振器の位置関係、すなわち各周波数における信
号の反射点の相違が原因となって現れている。従来の弾
性表面波共振器複合形フィルタを用いた分波器では、弾
性表面共振器の配列や接続の方向について配慮がなされ
ていなかったため、リアクティブ性の劣化により並列接
続損失が増大した。

【００１０】一方、図３に示された送信帯域ｆｔ　と受
信帯域ｆｒ　の間隙が狭い分波器においては、弾性表面
波共振器複合形フィルタに固有な回折現象の影響を無視
することが出来ない。図６に示すような１開口弾性表面
波共振器１６の回折現象は、開口長Ｗ（電極指の交差幅
）と波長λ（電極指の配列周期）に関係し、同じ波長の
場合は開口長が小さいほど回折現象が顕著である。以下
では、開口長を波長λの倍数値で表示して取扱うことと
とする。

【００１１】図７は、回折現象の影響を受けた１開口弾
性表面波共振器のインピーダンスＩｍ（Ｚ）の周波数特
性例であり、共振周波数ｆｓ　と反共振周波数ｆａ　間
にリップルを生じた。図８は、上記の１開口弾性表面波
共振器を複数個用いて構成した弾性表面波共振器複合形
フィルタの振幅周波数特性の一例であり、立下り部近傍
の通過帯域内にリップルＶｐ　を発生した。リップルの
大きさは主として、立下り特性を形成する共振周波数の
低い１開口弾性表面波共振器のインピーダンス特性で決
定される。

【００１２】従来の弾性表面波共振器複合形フィルタで
は、チップの小サイズ化あるいは通過帯域外の減衰特性
の改善を目的とした高インピーダンス化のために、開口
長は比較的小さく設定されていた。このため、例えば送
受信帯域の間隙が狭い分波器では、立下り部近傍の通過
帯域内に発生したリップルにより損失が増大した。

【００１３】本発明の目的は、並列接続に伴う吸収損失
と、弾性表面波共振器の回折現象により発生する帯域内
リップルの問題を解消し、低損失な分波器を提供するこ
とにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記第一の目的は、分波
器に用いる弾性表面波共振器複合形フィルタの、共通端
子側のインピーダンス特性がリアクティブ性を有するよ
うに、１開口弾性表面波共振器の配列および接続方法を
定めることにより達成される。リアクティブ性は、弾性
表面波共振器複合形フィルタの直列回路、および直列回
路と共通アース間の回路の各々において、共振周波数の
より低い共振器を共通端子側に配置することにより実現
できる。

【００１５】また、第二の目的は、弾性表面波共振器複
合形フィルタを構成する、１開口弾性表面波共振器の開
口長を適正化し、回折現象を抑圧することにより達成で
きる。詳しくは、共通端子側に接続する共振周波数の低
い１開口弾性表面波共振器の開口長を、波長の１０倍以
上に設定することにより、帯域内リップル値を分波器用
フィルタとして実用的なレベルまで小さくできる。

【００１６】

【作用】分波器に用いる弾性表面波共振器複合形フィル
タの、共通端子側のインピーダンス特性がリアクティブ
になるため、並列接続に伴う吸収損失の問題を解消でき
る。また、回折現象のために発生する帯域内リップルを
抑圧することができるため、二つの通過帯域が接近した
場合における立下り部の損失増加の問題を解消できる。 上記の作用の結果として、低損失な分波器を実現するこ
とができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の内容について、具体的な実施
例によって説明する。図１（ａ）は、本発明による移動
通信機などで用いる分波器の一実施例の構成図である。 図２と同様に単一アンテナ１を共通端子として、受信用
フィルタ２と送信用フィルタ３を並列接続して構成され
る。本例において弾性表面波共振器複合形フィルタは、
送信用フィルタとして用いられており、弾性表面波の伝
搬の可能な圧電基板７の上に、電極４−１〜４−６など
からなる１開口弾性表面波共振器４個と、電極パターン
５−１，５−２からなるギャップ容量とを設けて共振器
複合形フィルタを形成している。また、６−１〜６−６
は弾性表面波を吸収するための吸音材料、８−１〜８−
４は外部回路との整合用インダクタンスである。

【００１８】上記弾性表面波共振器複合形フィルタの、
電気的等価回路を図１（ｂ）に示す。図のように、各々
の１開口弾性表面波共振器は、等価インダクタンス，等
価容量および静電容量からなっている。アンテナ１と入
力端子１０の間の直列回路には、二つの１開口弾性表面
波共振器が接続されている。本回路のアンテナ１側の共
振器は、等価インダクタンス１１−１，等価容量１２−
１，静電容量１３−１で定まる共振周波数ｆｒ（１）、
反共振周波数ｆａ（１）を有する。また、入力端子１０
側の共振器は、等価インダクタンス１１−４，等価容量
１２−４，静電容量１３−４で定まる共振周波数ｆｒ（
４）、反共振周波数ｆａ（４）を有する。一方、直列回
路の電極と共通アース間の回路においても、二つの１開
口弾性表面波共振器が接続されている。本回路のアンテ
ナ１側の共振器は、等価インダクタンス１１−２，等価
容量１２−２，静電容量１３−２で定まる共振周波数ｆ
ｒ（２），反共振周波数ｆａ（２）を有する。また、入
力端子１０側の共振器は、等価インダクタンス１１−３
，等価容量１２−３，静電容量１３−３で定まる共振周
波数ｆｒ（３）、反共振周波数ｆａ（３）を有する。

【００１９】上記電気的等価回路を用いて、本構成のフ
ィルタの周波数特性を計算機でシミュレ−トした結果を
図９に示す。図において、通過帯域の低域側の阻止域は
、直列回路の電極と共通アース間の共振器により形成さ
れ、共振周波数ｆｒ（２）、ｆｒ（３）がそれらの減衰
極に一致する。また、高域側の阻止域は、直列回路の共
振器により形成され、反共振周波数ｆａ（１），ｆａ（
４）がそれらの減衰極に一致する。上記実施例は、直列
回路に接続された共振器の反共振周波数の関係、および
直列回路の電極と共通アース間に接続された共振器の共
振周波数の関係が、

【００２０】

【数２】

【００２１】

【数３】

【００２２】となるように設定されている。このとき、
共通端子側（アンテナ１側）から見たインピーダンス特
性は、第５図の場合と同様に、送信フィルタの通過帯域
外において、リアクティブ性が実現される。この場合の
リアクティブ性も、入力端子と各共振器の位置関係によ
って決定されている。

【００２３】また、図９のフィルタ特性を実現するため
の、他の構成による弾性表面波共振器複合形フィルタの
実施例を、図１０に電気的等価回路で示した。１開口弾
性表面波共振器の配置は図１と異なっているが、直列回
路の共振器の反共振周波数の関係および直列回路の電極
と共通アース間の共振器の共振周波数の関係が、上記（
２），（３）と同じである。したがって、共通端子側（
アンテナ１側）から見たインピーダンス特性は、リアク
ティブ性が実現されている。

【００２４】弾性表面波共振器複合形フィルタは、１開
口弾性表面波共振器の個数，直列回路および直列回路の
電極と共通アース間の共振器の組合せにより、多種の構
成法が存在するが、いずれの場合も各々の回路において
、共通端子側に共振周波数の低い共振器を配置すること
により、共通端子側のリアクティブ性を実現することが
できる。

【００２５】また、多数の１開口弾性表面波共振器でフ
ィルタを構成した場合には、共振器の共振周波数配列が
一部で不規則になっても、全体の共振器の共振周波数の
平均値よりも低い共振周波数の共振器を、共通端子側に
接続することによりリアクティブ性が実現できる。上記
実施例の、リアクティブ性に優れる弾性表面波共振器複
合形フィルタを用いた分波器は、並列接続損失が小さく
、低損失特性が実現されている。

【００２６】一方、帯域内リップルの抑圧のためには、
回折現象と１開口弾性表面波共振器の開口長との関係を
明らかにする必要がある。図１１は、弾性表面波共振器
複合形フィルタの帯域内リップルＶｐ　と開口長Ｗの関
係の測定例である。図の開口長は、波長λの倍数で表さ
れている。図より明らかに、フィルタの帯域内リップル
の抑圧には、開口長が大きい１開口弾性表面波共振器で
構成することが必要である。分波器の実用的レベルを考
慮すると、帯域内リップルの許容限界値は０．３ｄＢと
推定される。したがって、共通端子側に用いる共振周波
数の低い１開口弾性表面波共振器の開口長を波長λの１
０倍以上に設定することにより、分波器用の弾性表面波
共振器複合形フィルタの特性を実現できる。更に、より
望ましい開口長は、帯域内リップルが約０．１ｄＢ　以
下となる波長λの２０倍以上である。以上に述べた本発
明の弾性表面波共振器複合形フィルタは、トランスバー
サル形フィルタに比較して耐電力特性に優れる。複数の
基板からなるチップ全体の面積が約１０（ｍｍ２）の微
小チップで、ワットオーダの出力電力に耐えることがで
き、出力０．１Ｗ　以上が要求される場合において特に
有利である。したがって、本発明の弾性表面波共振器複
合形フィルタを用いた分波器は、ワットオーダの出力電
力と小形，軽量化が要求されるポータブル電話等の移動
無線端末のアンテナ共用器に適する。図１２は、図１に
示したような本発明の分波器１２２を用いて構成した、
ポータブル電話器１２０のブロック図である。話者の音
声はマイクロホン１２６により電気信号に変換され、送
信部１２５に入力される。ここでは入力信号を送信信号
に変調，増幅する。その出力は分波器１２２を介して、
アンテナ１２１より外部に送信される。また、アンテナ
１２１で受信した信号は、分波器１２２で漏波された後
に受信部１２３に入力され、スピーカー１２４において
音声に再生するために増幅，復調される。ロジックパー
ト１２７は、セルラ無線の基地局からの信号に従って、
セル内でのチャネルの設定を行う。上記実施例のように
、本発明の分波器を移動無線端末に用いることにより、
端末の小形軽量化，低消費電力化が実現される。

【００２７】本発明の弾性表面波共振器複合形フィルタ
を、図１の実施例に示したような分波器に用いることに
より、通過帯域の立下り部の損失を低減することができ
る。

【００２８】

【発明の効果】本発明の分波器を用いることにより、送
信フィルタからアンテナを介する大電力の送信信号と、
アンテナから受信フィルタを介する微弱電力の受信信号
を、それぞれ減衰させること無く伝搬できる。この結果
、送受信機の品質の改善および装置の低消費電力化を実
現できる。

【００２９】上記分波器は、送受信で単一アンテナを共
用する場合だけでなく、他の局部発振フィルタと受信フ
ィルタを並列接続して混合器（ミキサ）を構成する分波
器等に適用することによっても、同様の効果を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による弾性表面波共振器複合形フィルタ
を用いた分波器の一実施例と、フィルタの電気的等価回
路の図。

【図２】分波器の構成例を示す図。

【図３】分波器の各フィルタの周波数特性例を示す図。

【図４】従来の弾性表面波共振器複合形フィルタの構成
例の図。

【図５】図４に示したフィルタの二つの端子から見たイ
ンピーダンス特性例の図。

【図６】１開口弾性表面波共振器の構造を示す図。

【図７】従来の１開口弾性表面波共振器のインピーダン
ス特性例の図。

【図８】従来の弾性表面波共振器複合形フィルタの特性
例の図。

【図９】図１の実施例用いられている弾性表面波共振器
複合形フィルタの特性例の図。

【図１０】本発明による他の実施例の電気的等価回路を
示す図。

【図１１】弾性表面波共振器複合形フィルタを構成する
１開口弾性表面波共振器の開口長と帯域内リップルの関
係を示す図。

【図１２】本発明の分波器を用いた移動無線端末の構成
例を示す図。

【符号の説明】

１…アンテナ、２…受信フィルタ、３…送信フィルタ、
４−１〜４−６…共振器電極、５−１，５−２…ギャッ
プ容量電極、７…圧電基板、９…受信フィルタ端子、１
０…送信フィルタ端子、１６…１開口弾性表面波共振器
。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】通過帯域の異なる複数個のフィルタを分岐
   点より並列に接続してなる分波回路の、上記分岐点に接
   続される２つのフィルタの少なくとも一つが、圧電基板
   上に容量素子、弾性表面波共振器を含む複数の回路素子
   を直列接続した直列回路と上記回路素子の電極と共通ア
   −スとの間に第２の容量素子、弾性表面波共振器を形成
   してなる弾性表面波共振器複合形フィルタである分波器
   において、上記弾性表面波フィルタの直列回路素子また
   は上記第２の回路素子の各々で、分岐点側にフィルタを
   構成する全ての共振器の共振周波数の平均値より低い共
   振周波数の弾性表面波共振器を接続して構成されている
   ことを特徴とする分波器。
2. 【請求項２】請求項１に記載の分波器において、上記弾
   性表面波フィルタの直列回路素子または上記第２の回路
   素子の各々で、分岐点側から順番により低い共振周波数
   の弾性表面波共振器を接続して構成されていることを特
   徴とする分波器。
3. 【請求項３】請求項１，２に記載の分波器において、分
   岐点側に接続する低い共振周波数の弾性表面波共振器の
   開口長が交差指電極の配列周期の１０倍以上である弾性
   表面波共振器複合形フィルタを用いて構成したことを特
   徴とする分波器。