CN101297482A - 双工器以及使用双工器的通信设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种使用梯子形滤波器的双工器，该双工器具有较小的尺寸和较好的隔离特性，并提供了一种使用这种双工器的通信设备。布置第一滤波器元件(F1)中包含的串联谐振器(R1)和第二滤波器元件(F2)中包含的并联谐振器(R4)，从而允许弹性波传播路径彼此重叠。通过以这种方式进行布置，可以防止从串联谐振器(R1)泄漏的、并且对隔离特性最具影响的弹性波由并联谐振器(R4)接收。因此，可以获得具有较好隔离个性的小型化双工器。

Description

双工器以及使用双工器的通信设备
技术领域
本发明涉及一种由弹性表面波元件形成的双工器，以及一种使用这种滤波器的通信设备。
背景技术
近年来，随着具有多频带的多功能便携式通信终端的发展，构成所谓RF前端部分的部件个数也随之增加；然而，由于存在对便携式通信终端自身结构的小型化和轻重量的需求，还需要各个部件相比于传统部件的小型化和轻重量。
在便携式通信终端的各个部件中，存在正好在天线之下使用的双工器。双工器指的是有着分离具有不同频带的信号的功能的设备，例如，在CDMA***的便携式通信终端等中使用将发射频带和接收频带彼此分离的双工器。
传统地，使用利用了介电谐振滤波器的双工器；然而，近年来，由于小型化需求，使用利用了弹性表面波滤波器的双工器。该弹性表面波滤波器是使用了通过位于压电基板上的IDT(叉指换能器)所激励的弹性表面波的元件(例如，参见JP-A NO.05-167388)。
通过将具有不同频率通带的多个双工器彼此连接来构造双工器。图2是示意性示出了作为普通示例的双工器D1的电路结构的图示。在双工器D1中，通过公共电极4000将第一滤波器F1和第二滤波器F2连接，并且天线端1000与公共电极4000连接。例如，当第一滤波器F1用作允许发射频带通过的滤波器(以下称为Tx滤波器)，而第二滤波器F2用作允许接收频带通过的滤波器(以下称为Rx滤波器)时，将天线终端1000所接收的信号从输出端2000通过第二滤波器F2(Rx滤波器)发送至接收电路(未示出)，并将来自发射电路(未示出)的信号从输入端2000通过第一滤波器F1(Tx滤波器)发送至将其发射的天线端1000。
然而，在图2所示的电路结构中，例如不仅将发射信号从公共电极4000发送至天线端1000，而且还泄漏至接收电路侧。因此，匹配电路L1位于天线端1000与各个滤波器F1、F2之间。匹配电路L1起到如下作用，使得允许发射电路针对天线端1000在接收频带中具有实质上无限的阻抗，并使得允许接收电路针对发射电路在发射频带中具有实际上无限的阻抗。这里，通常将表示信号从发射电路泄露到接收电路的程度的数值称为隔离特性，其表示该值越大，泄露越少。
需要双工器在发射带和接收带均具有较高的隔离特性。在传统的双工器中，为了实现小型化，通常彼此靠近地布置各个谐振器。然而，在这种结构中，信号在Tx滤波器和Rx滤波器之间泄露，无法避免隔离特征的恶化。
针对该问题，JP-A No.2004-48240公开了这样的一种结构，其中在DMS型滤波器中，布置多对梳齿电极，使得各个弹性波的主要传播方向彼此不重叠；因而，该专利文献描述了该结构可以避免在电极之间的传播波彼此干扰，因而降低了伪特性(例如，见权利要求11、图2等)。
由于DMS型滤波器通常只具有几个谐振器，所以比较容易布置这些梳齿电极，从而使得各个弹性波的主要传播方向彼此不重叠，如上所述。然而，在需要防功耗属性的双工器的情况下，趋向于使用梯子形滤波器而非梳齿滤波器。这里，梯子形滤波器具有许多谐振器，因而在试图将JP-A No.2004-48240所公开的技术应用于梯子形滤波器、从而相互地布置梳齿电极，相应弹性波的传播路径彼此偏离时，出现了难以实现小型化的问题。
发明内容
本发明的发明人发现，相对于使用梯子形滤波器的双工器的隔离特性，甚至在分别形成了在低频侧具有通带的Tx滤波器和在高频侧具有通带的Rx滤波器的谐振器在弹性波传播路径的延长线上具有重叠部分时，存在隔离特性不太容易恶化的一些结构。基于这些发现，发明人进一步研究并发现了：当从布置在串联臂上、并用作控制在低频侧具有通带的滤波器元件的高通带侧特性的谐振器的谐振器(也称为“串联谐振器”)中泄漏的弹性波被布置在并联臂上、并用作控制在高频侧具有通带的滤波器元件的低通带侧特性的谐振器的谐振器(也称为“并联谐振器”)接收时，隔离特性恶化最为严重。基于这些发现，发明人进一步做出实验和评估，并获得了以下所描述的本发明的结构。
建议本发明解决上述问题，其目的是提供一种双工器，该双工器使用具有较高功率阻抗特性的梯子形滤波器，并具有有着较高隔离特性的小尺寸，还提供了一种使用这种滤波器的通信设备。
为了实现上述目的，根据第一方面的双工器具有第一滤波器元件和第二滤波器元件，该第二滤波器元件具有比第一滤波器元件的频率通带更高的频率通带，所述第一滤波器元件和所述第二滤波器元件均位于压电基板上，其中第一和第二滤波器元件中的每个具有梯子形结构，在该梯子形结构中，将具有梳齿电极指状元件的多个谐振器布置在串联臂以及一个或多个并联臂上，在压电基板上放置所述第一和第二滤波器元件，使得它们彼此面对，设置第一和第二滤波器元件的全部多个谐振器，以使其纵向方向沿压电基板的弹性表面波的传播方向延伸，以及将位于第二滤波器元件的一个或多个并联臂上的一个或多个谐振器中的至少一个布置在与位于压电基板上的第一滤波器元件的并联臂上的所有谐振器的弹性波传播路径相偏离的位置上。
根据第一方面，防止了从作为用于控制第一滤波器元件在高通带侧的特性的谐振器的串联谐振器中泄漏的弹性波被用于控制第二滤波器元件在低通带侧的特性的一个或多个并联谐振器接收。因而，可以获得隔离特性较好的双工器。
根据第二方面的双工器具有第一滤波器元件和第二滤波器元件，该第二滤波器元件具有比第一滤波器元件的频率通带更高的频率通带，所述第一滤波器元件和所述第二滤波器元件均位于压电基板上，其中第一和第二滤波器元件中的每个具有梯子形结构，在该梯子形结构中，将具有梳齿电极指状元件的多个谐振器布置在串联臂以及一个或多个并联臂上，在压电基板上放置第一和第二滤波器元件，使得它们彼此面对，设置第一和第二滤波器元件的全部多个谐振器，以使其纵向方向沿压电基板的弹性表面波的传播方向延伸，以及将位于第二滤波器元件的一个或多个并联臂上的一个或多个谐振器布置在与位于压电基板上的第一滤波器元件的串联臂上的谐振器中、具有最大弹性波传播路径宽度的谐振器的弹性波传播路径相偏离的位置上。
根据第二方面，有效地防止了从用于控制第一滤波器元件在高通带侧的特性的串联谐振器中具有最大弹性波传播路径宽度的谐振器中泄漏的弹性波被用于控制第二滤波器元件在低通带侧的特性的一个或多个并联谐振器接收。因而，可以获得隔离特性较好的双工器。
根据第三方面的双工器(与第二方面的双工器相关)具有这样的结构：将位于第二滤波器元件的一个或多个并联臂上的一个或多个谐振器布置在与位于压电基板上的第一滤波器元件的串联臂上的所有谐振器的弹性波传播路径相偏离的位置上。
根据第三方面，将从作为用于控制第一滤波器元件在高通带侧的特性的谐振器的串联谐振器中泄漏的弹性波抑制被用于控制第二滤波器元件在低通带侧的特性的一个或多个并联谐振器接收到这样的程度，所述程度不会在实际使用中引起问题。因而，可以获得隔离特性较好的双工器。
根据第四方面的双工器具有第一滤波器元件和第二滤波器元件，该第二滤波器元件具有比第一滤波器元件的频率通带更高的频率通带，所述第一滤波器元件和所述第二滤波器元件均位于压电基板上，其中第一和第二滤波器元件中的每个具有梯子形结构，在该梯子形结构中，将具有梳齿电极指状元件的多个谐振器布置在串联臂上以及一个或多个并联臂上，在压电基板上放置第一和第二滤波器元件，使得它们彼此面对，设置第一和第二滤波器元件的全部多个谐振器，以使其纵向方向沿压电基板的弹性表面波的传播方向延伸，以及将位于第一滤波器元件的串联臂上的谐振器中的至少一个布置在与位于压电基板上的第二滤波器元件的一个或多个并联臂上的一个或多个谐振器的弹性波传播路径相偏离的位置上。
根据第四方面，防止了从作为用于控制第一滤波器元件在高通带侧的特性的谐振器的串联谐振器的至少一个中泄漏的弹性波被用于控制第二滤波器元件在低通带侧的特性的一个或多个并联谐振器接收。因而，可以获得隔离特性较好的双工器。
根据第五方面的双工器具有第一滤波器元件和第二滤波器元件，该第二滤波器元件具有比第一滤波器元件的频率通带更高的频率通带，所述第一滤波器元件和所述第二滤波器元件均位于压电基板上，其中第一和第二滤波器元件中的每个具有梯子形结构，在该梯子形结构中，将具有梳齿电极指状元件的多个谐振器布置在串联臂上以及一个或多个并联臂上，在压电基板上放置第一和第二滤波器元件，使得它们彼此面对，设置第一和第二滤波器元件的全部多个谐振器，以使其纵向方向沿压电基板的弹性表面波的传播方向延伸，以及将位于第一滤波器元件的串联臂上的谐振器中、具有最大弹性波传播路径的谐振器布置在与位于压电基板上的第二滤波器元件的一个或多个并联臂上的一个或多个谐振器的弹性表面波传播路径相偏离的位置上。
根据第五方面，有效地防止了从用于控制第一滤波器元件在高通带侧的特性的串联谐振器中具有最大弹性波传播路径宽度的谐振器中泄漏的弹性波被用于控制第二滤波器元件在低通带侧的特性的一个或多个并联谐振器接收。因而，可以获得隔离特性较好的双工器。
根据第六方面的双工器(与第五方面的双工器相关)具有这样的结构：将位于第一滤波器的串联臂上的所有谐振器布置在与位于压电基板上第二滤波器元件的一个或多个并联臂上的一个或多个谐振器的弹性波传播路径相偏离的位置上。
根据第六方面，将从作为用于控制第一滤波器元件在高通带侧的特性的谐振器的串联谐振器中泄漏的弹性波抑制被用于控制第二滤波器元件在低通带侧的特性的一个或多个并联谐振器接收到这样的程度，所述程度不会在实际使用中引起问题。因而，可以获得隔离特性较好的双工器。
根据第七方面的双工器具有第一滤波器元件和第二滤波器元件，该第二滤波器元件具有比第一滤波器元件的频率通带更高的频率通带，所述第一滤波器元件和所述第二滤波器元件均位于压电基板上，其中第一和第二滤波器元件中的每个具有梯子形结构，在该梯子形结构中，将具有梳齿电极指状元件的多个谐振器布置在串联臂上以及一个或多个并联臂上，在压电基板上放置第一和第二滤波器元件，使得它们彼此面对，设置第一和第二滤波器元件的全部多个谐振器，以使其纵向方向沿压电基板的弹性表面波的传播方向延伸，以及将位于第一滤波器元件的串联臂上的谐振器和位于第二滤波器元件的一个或多个并联臂上的谐振器布置在位于压电基板上、彼此弹性波传播路径相偏离的位置上。
根据第七方面，将从作为用于控制第一滤波器元件在高通带侧的特性的谐振器的串联谐振器中泄漏的弹性波抑制被用于控制第二滤波器元件在低通带侧的特性的一个或多个并联谐振器接收到这样的程度，所述程度不会在实际应用中引起问题。因而，可以获得隔离特性较好的双工器。
此外，根据第一至第七方面，甚至在布置第一滤波器元件的并联谐振器和第二滤波器元件的串联谐振器，从而由一个谐振器接收到从这些谐振器中的另一谐振器中泄漏的弹性波时，相应的接收过程的出现仅给出了对于隔离特性的很小影响；因此，可以布置这些谐振器而不必考虑弹性波传播路径的重叠。
根据第八方面的双工器(与第一方面的双工器相关)具有这样的结构，将位于所述第一滤波器元件的所述串联臂上的谐振器中具有最大弹性波传播路径宽度的谐振器布置在由位于所述第二滤波器元件的最外侧并联臂上的谐振器和位于相应并联臂上与之相邻的谐振器的相应弹性波传播路径所相夹的区域内。
根据第八方面的双工器，可以实现具有有着较高隔离特性的小尺寸的双工器。
根据第九方面的双工器(与第一方面的双工器相关)具有这样的结构：其中压电基板具有正方形形状或矩形形状，并且弹性表面波的传播方向与压电基板各条边中的任意一条边平行。
根据第九方面，可以获得减小了压电基板上无效空间(dead space)并具有较好隔离特性的双工器。
通过使用根据第一方面的双工器构成第十方面的通信设备。
根据第十方面，可以提供通过使用具有较好隔离特性的双工器而形成的通信设备，其中该通信设备具有较小尺寸以及较好的通信质量。
附图说明
图1是示出了根据本发明实施例的双工器DP的顶视图。
图2是示出了一般双工器的电路框图。
图3是示出了与示例相关的双工器以及与比较示例相关的双工器的隔离特性的线条画。
图4是示出了与修改示例相关的双工器DP1的图示。
图5是示出了与另一修改示例相关的双工器DP2的图示。
图6是示出了与另一修改示例相关的双工器DP3的图示。
图7是示意性示出了通信设备100的结构的图示。
图8是示出了与比较示例相关的双工器DP4的图示。
具体实施方式
<双工器的结构>
参照附图，以下描述将讨论本发明双工器的实施例。这里，在以下要解释的附图中，通过相同的参考数字来表示那些具有相同功能的组件。此外，为了便于解释，在附图中示意性地示出了各个电极的尺寸、电极之间的距离等、电极指状元件的个数、所述指状元件之间的长度和宽度等；因此，本发明并非倾向于受限于附图中所示。
图1是示出了根据本实施例的双工器DP的顶视图。通过第一和第二滤波器元件F1和F2来构成双工器DP。第一和第二滤光器元件F1和F2二者均为梯子形滤波器。这里，设计第一和第二滤波器元件F1和F2，使得第二滤波器元件F2具有比第一滤波器元件F1更高的频率通带。即，在双工器DP中，第一滤波器元件用作低通带滤波器元件，而第二滤波器元件用作高通带滤波器元件。
在压电基板1的上面(表面)上形成第一和第二滤波器元件F1和F2，第一和第二滤波器元件中的每个通过多个谐振器R1、R2、R3和R4、将它们连接的信号线S1和S2、地线G1和G2、发射侧的输入/输出电极10和20、接收侧的输入/输出电极30和40、以及地电极50构成。谐振器R1、R2、R3和R4中的每个通过具有梳齿电极指状元件的IDT和反射器构成。
第一滤波器元件F1具有位于彼此电串联的位置上的多个谐振器R1(也被称为串联谐振器R1)和位于彼此电并联的位置上的多个谐振器R2(也被称为并联谐振器R2)。更具体地，串联谐振器R1位于信号线S1上，该信号线S1将发射侧的输入/输出电极10和20彼此连接。此外，并联谐振器R2位于地线G1上，该地线G1将信号线S1和地电极50彼此连接。
以相同的方式，第二滤波器元件F2具有位于彼此电串联的位置上的多个谐振器R3(也被称为串联谐振器R3)和位于彼此电并联的位置上的多个谐振器R4(也被称为并联谐振器R4)。更具体地，串联谐振器R3位于信号线S2上，该信号线S2将接收侧的输入/输出电极30和40彼此连接。此外，并联谐振器R4位于地线G2上，该地线G2将信号线S2和地电极50彼此连接。
在根据本实施例的双工器DP中，布置所有谐振器R1至R4，其纵向方向与压电基板1中的弹性表面波的传播方向对齐。即，布置所有谐振器R1至R4，从而允许各个IDT的梳齿电极指状元件和反射器朝向与传播方向垂直的方向。这里，相对于每个谐振器，将通过将IDT的梳齿电极指状元件的相交部分延长至弹性表面波的传播方向所形成的区域定义为谐振器的弹性波传播路径。在图1中，为了简化说明，相对于串联谐振器R1之一和并联谐振器R4之一，仅示出弹性波传播路径P1和P4。被两条交替长短虚线夹在中间的宽度为w的区域与P1和P4中的每个相对应。相对于其他谐振器，以相同的方式定义弹性波传播路径。
此外，图1中具有白色空白的每个箭头表示从串联谐振器R1和并联谐振器R4中泄漏弹性波的方向。沿每个谐振器的弹性波传播路径发生弹性波的泄漏。然而在这种情况下，认为泄漏波不仅在压电基板1上传播，还在压电基板1内部传播。在双工器DP中，可以以相同的方式，在图1中没有带有白色空白的箭头的其他谐振器中出现弹性波的泄漏。此外，不仅沿具有白色空白的箭头所表示的方向发生弹性波的泄漏，还沿将谐振器放入其间的相反方向发生弹性波的泄漏；然而，省略对其的解释。
将在其上形成滤波器元件的表面(上表面)上具有正方形或矩形的压电基板用作压电基板1，优选地，使第一和第二滤波器元件F1和F2中所包含的所有谐振器的弹性波传播方向与压电基板1的各个侧面中任何一个平行。在这种情况下，由于可以使用在压电基板1的边沿部分附近布置谐振器的结构，因而可以获得可以减小压电基板1上的无效空间的双工器。该结构导致了双工器的生产成本较低。
<谐振器的布局关系>
如图1所示，在与本实施例相关的双工器DP中，布置在第一滤波器元件F1中包含的串联谐振器R1和在第二滤波器元件F2中包含的并联谐振器R4，使得弹性波传播路径彼此不重叠。换言之，串联谐振器R1和并联谐振器R4相互位于对应谐振器的弹性波传播路径之外的位置上。也将谐振器的布局关系称为“与本实施例相关的第一谐振器布局要求”。
通过以满足与本实施例相关的谐振器布局的方式布置串联谐振器R1和并联谐振器R4，可以限制从串联谐振器R1中泄漏的弹性波被并联谐振器R4接收。因而，本实施例的双工器DP可以改进第一和第二滤波器元件F1和F2之间的相互隔离特性。
通过满足与本实施例相关的第一谐振器布局要求，可以改进隔离特性，假设获得改进的原因如下：通常在梯子形滤波器中，串联谐振器对高频带侧的频率通带的特性具有较强影响，而并联谐振器对低频带侧的频率通带的特性具有较强影响。因此，在低通带滤波器元件的串联谐振器(与通带的高频带侧的特性相关)和高通带滤波器元件的并联谐振器(与通带的低频带侧的特性相关)之间的、包括两种类型的梯子形滤波器的双工器的情况下，所述两种类型的梯子形滤波器具有不同频率通带，将相互相关的具有最接近频带的那些谐振器彼此组合。即，这些谐振器的布局倾向于对隔离特性有着最大影响；因而通过如在与本实施例相关的双工器DP中所示布置串联谐振器R1和并联谐振器R4，抑制了从串联谐振器R1泄漏的弹性波被并联谐振器R4接收，从而假设可以改进隔离特性。
此外，在低通带滤波器元件的并联谐振器(与通带的低频带侧上的特性相关)与高通带滤波器元件的串联谐振器(与通带的高频带侧上的特性相关)之间的梯子形滤波器中，将相互相关的具有最远频带的那些谐振器彼此组合。因此，由于从这些谐振器中泄漏的结合的弹性波对隔离特性的影响与上述设置相比较小，因而可以靠近地布置这些谐振器，而不必考虑弹性波的重叠传播路径。即，仅需要如上所述地布置第一滤波器元件F1的串联谐振器R1和第二滤波器元件的并联谐振器R2，以满足与本实施例相关的谐振器布局的第一要求；因而，该结构可以获得具有较小尺寸并且较好隔离特性的双工器。
<双工器的修改示例>
针对第一和第二滤波器元件F1和F2的相应天线端(未示出)彼此电分离的假设而做出上述解释；然而，与本实施例相关的双工器DP的模式并不局限于此，甚至应用具有公共连接的天线端的结构也不会引起任何问题。通过按需地选择任一结构，可以根据所需特性执行设计过程。
此外，可以根据所需设计来选择构成第一和第二滤波器元件F1和F2的串联谐振器和并联谐振器R1、R2、R3和R4的IDT的电极指状元件的个数、电极指状元件的交叉宽度、电极指状元件的布局间隔等。即，这些并不局限于图1中所示。
图4、5和6是分别示出了具有不同于双工器DP的谐振器布局的双工器DP1、DP2和DP3。这里，在各个附图中，为了方便示出，通过阴影部分完整地表示IDT和反射器。这里，双工器DP1、DP2和DP3中的每个在压电基板1表面的***部分均具有环形电极60。用于双工器DP1、DP2和DP3的谐振器R1、R2、R3和R4的所有设计过程是相同的，其中仅改变了各个谐振器的布局。此外，在每个双工器中，将一些谐振器分为两个，从而提高了电压阻抗特性。
在图4的双工器DP1中，将第一滤波器元件F1的所有谐振器(即所有串联谐振器R1和并联谐振器R2)的弹性波传播路径和第二滤波器元件F2的所有谐振器(即所有串联谐振器R3和并联谐振器R4)的弹性波传播路径布置在偏离彼此的位置上。
相反，以与图1中相同的方式，在图5的双工器DP2中，将第一滤波器元件F1的所有串联谐振器R1的弹性波传播路径和第二滤波器元件F2的所有并联谐振器R4的弹性波传播路径布置在偏离彼此的位置上，而将第一滤波器元件F1的并联谐振器R2的弹性波传播路径和第二滤波器元件F2的串联谐振器R3的弹性波传播路径布置在彼此重叠的位置上。
此外，在图6的双工器DP3中，在第一滤波器元件F1的谐振器中，将具有最大弹性波传播路径宽度的串联谐振器R1m(分为串联谐振器R1a和串联谐振器R1b，以改进这种情况下的功率阻抗特性)和第二滤波器元件F2的所有并联谐振器R4的弹性波传播路径布置在彼此相互偏离的位置上，其中将除了串联谐振器R1m之外的串联谐振器R1的弹性波传播路径和并联谐振器R4的弹性波传播路径R4布置在彼此重叠的位置上。
此外，图8是示出了布置谐振器从而使其尺寸尽可能小、而不考虑第一滤波器元件F1的串联谐振器R1和第二滤波器元件F2的并联谐振器R4彼此重叠的双工器DP4。设计双工器DP4所拥有的谐振器R1、R2、R3和R4，使得它们与双工器DP1、DP2和DP3所拥有的谐振器相同。
本发明的发明人确定，当将这些双工器DP1、DP2、DP3和DP4的隔离特性相互比较时，双工器DP1具有最佳隔离特性，双工器DP2和双工器DP3依次具有次佳特性，以及双工器DP4具有最差特性。这意味着，通过将第二滤波器元件F2的并联谐振器R4的至少一个布置在偏离第一滤波器元件F1的串联谐振器R1的弹性波传播路径的位置上(如双工器DP3所示)，可以获得改进隔离特性的效果。换言之，这也意味着，当将第一滤波器元件F1的串联谐振器R1中的至少一个布置在偏离第二滤波器元件F2的并联谐振器R4的弹性波传播路径的位置上时，可以获得改进隔离特性的效果。也将谐振器的这种布局关系称为“与本实施例相关的第二谐振器布局要求”。
图4中示出的双工器DP1具有以下结构：将所有谐振器的弹性波传播路径布置在彼此偏离的位置上；因此，与双工器DP2和DP3相比较，尽管准备了良好的隔离特性，但是从小型化的观点来看这是不够的。例如，假设例如在图4至6和图8中示出的双工器DP1至DP4中的每个的图上(更严格地说，在压电基板1上)纵向方向上的长度是2.2mm，则图4的相应双工器DP1至DP4的图上的横向长度是2.16mm、1.86mm、1.70mm和1.70mm。因而，压电基板1的表面面积分别是4.75mm2、4.09mm2、3.74mm2和3.74mm2。在这种情况下，图6中示出的双工器DP3和图8中示出的双工器DP4中的每个的表面面积比图4中示出的双工器DP1的表面面积小大约22％。相反，在双工器DP4的结构中，由于第二滤波器元件F2的并联谐振器接收到从第一滤波器元件F1的串联谐振器中泄漏的弹性波，因而不可以获得较好的隔离特性。从这些点的角度来看，通过提供满足与本实施例相关的第二谐振器的布局要求的结构，可以提供获得了小尺寸、也具有较好隔离特性的双工器。
具体地，期望使用图6的双工器DP3所示出的结构，在该结构中，将第二滤波器元件F2的并联谐振器R4布置在偏离第一滤波器元件F1的串联谐振器R1中具有最大弹性波传播路径宽度的串联谐振器R1m的弹性波传播路径的位置上，因为可以更加有效地获得将尺寸小型化的效果和用于改进隔离特性的效果。即，相应的结构模式可以满足本发明所需要的第二谐振器的布局要求，也可以将压电基板1的表面面积最小化。这里，图6的双工器DP3具有假设安装在通信设备上的结构，具有如下模式：第一滤波器元件F1用于发射侧电路，第二滤波器元件F2用于接收侧电路。即，该双工器DP3具有发射侧输入电极10、接收侧输出电极20、接收侧输出电极30和接收侧输入电极40。此外，通常设计在该模式中使用的双工器，从而在发射侧的串联谐振器中，使第一级上的串联谐振器的弹性波传播路径的宽度最大。对该结构的原因解释如下：在双工器中，由于通过功率放大器放大的高功率信号输入发射滤波器，因而有效地在第一级上提供了串联连接的串联谐振器，从而满足双工器的功率阻抗性能。图6的双工器DP3也具有相应的结构，通过将第二滤波器元件F2的并联谐振器R4布置在偏离第一级上的串联谐振器的弹性波传播路径的位置上，可以更有效地获得改进隔离特性的效果。从另一观点来看，在第一滤波器元件F1的串联谐振器R1中，通过期望地将具有最大弹性波传播路径度的的谐振器R1m布置在偏离第二滤波器元件F2的并联谐振器R4的弹性波传播路径的位置上，可以更加有效地获得改进隔离特性的效果。具体地，由于将高功率信号输入所至的发射滤波器第一级上的串联谐振器要泄漏较高强度的弹性波，因而图6的布局对于限制泄漏非常有效。
这里，图6所示的双工器DP3具有将第一滤波器元件F1的串联谐振器R1m布置在位于第二滤波器元件F2并联臂的最外侧上的并联谐振器R4a和与之相邻的并联谐振器R4b的相应弹性波传播路径所相夹的区域内。
此外，图6中所示的双工器DP3具有以下结构：其中除压电基板1表面的***部分之外，环形电极60也位于第一滤波器元件F1和第二滤波器元件F2之间的部分上。在将环形电极60用作地电极(基准电势电极)的情况下，由于并联谐振器R4a的地电极侧的电极可以由环形电极60所共享，因而进一步有效地实现了最小化。以这种方式，甚至在第一和第二滤波器元件F1和F2之间存在环形电极的情况下，只要满足本实施例谐振器布局的第一和第二要求，便可以获得进一步改进隔离特性的效果。将此原因解释如下：沿压电基板1的深度方向也发生弹性波的泄漏，这些波在压电基板1的底面上传播，即所谓的体波，导致了反射波从底面向表面传播；然而，谐振器的上述布局防止了从第一滤波器元件F 1的串联谐振器R1中泄漏并以在环形电极60之下通过的方式进行传播的弹性波被第二滤波器元件的并联谐振器接收。
<用于制造双工器的方法>
以下描述将讨论本实施例的双工器的相应组件的材料以及用于制造该双工器的方法。将针对安装图4至6所示的环形电极的假设做出以下说明。
对于压电基板1，优选使用诸如36°±10°Y-切-X传播(Y-cut-X-Propagation)的LiTaO3单晶、64°±10°Y-切-X-传播的LiNbO3单晶和45°±10°X-切-Z传播的Li2B4O7单晶。其原因在于，这些材料具有较高的机电耦合系数和较小的群时延时间温度系数。具体地，期望使用36°±10°Y-切-X传播的LiTaO3单晶，它具有高机电耦合系数。此外，优选将Y轴晶体方向的切割角设置在36°±10°的范围内。因此，可以获得足够的压电特性。
可以将压电基板1的厚度设置在0.1至0.5mm的范围内。小于0.1mm厚度会不令人期望地使压电基板1变得脆，而大于0.5mm的厚度会不令人期望地使材料成本更高。此外，为了防止由于热电效应而毁坏电极，可以使用受到还原处理的压电基板1。此外，为了防止由于热电效应而毁坏电极，可以使用添加了铁元素的压电基板1。
串联谐振器和并联谐振器R1至R4的IDT中的每个均通过将梳齿电极指状元件对彼此啮合(engage)而形成。对于电极指状元件的材料，可以使用铝或铝合金(如铝铜合金、铝钛合金、铝镁合金和铝铜镁合金)。可选地，铝铜/铜/铝铜、钛/铝铜、钛/铝铜/钛等层压薄膜也可以构成IDT。这里，可以通过使用相同的材料形成每个谐振器的反射器。
此外，通过其中使用薄膜形成方法(如气相沉积方法、溅镀方法或CVD方法)形成由上述材料制成的金属薄膜、然后通过使用传统已知方法(如光刻和RIE)来将金属薄膜蚀刻成预定形状的工艺来形成谐振器。如期望地形成每个谐振器的IDT和反射器，梳齿电极指状元件对的个数在50至300的范围内，电极指状元件的线宽度为约0.1至约10μm，电极指状元件的间距为约0.1至约10μm，电极指状元件的开口宽度(交叉宽度)为约10至约200μm，每个电极指状元件的厚度为约0.1至约0.5μm，从而获得了谐振器的所需特性。
这里，也可以通过使用与上述谐振器相同的方法形成信号线、地线、焊盘电极、环形电极等。这里，信号线不仅指的是发射侧输入/输出电极10和20及接收侧输入/输出电极30和40，还指的是信号电势的布线电极(将谐振器彼此连接)。此外，地线不仅指的是地电极50，还指的是从并联谐振器到地电极变动的地电势(基准电势)的布线电极。
此外，对于双工器DP，例如可以在压电基板1上形成匹配电路(未示出)作为与信号线S1等连接的导体层。在这种情况下，通过调整导体层的宽度、线通路长度、以及厚度等，可以实现具有所需电感值的匹配电路。可选地，可以通过连接匹配电路作为外部电路或通过安装电感元件来准备匹配电路。这里，将匹配电路结合在组装电路基板中，例如LTCC(低温共烧陶瓷)基板，并且通过将压电基板1与在其上形成的双工器DP组装为电路基板，匹配电路和双工器DP可以彼此连接。此时，在上述焊盘电极的一部分上形成焊料块，还通过在相对的电路基板上提供具有相应形状的电极图案，可以进行彼此之间的倒装芯片(flip chip)连接。
例如，按照期望地在每个谐振器、信号线、地线、焊盘电极、环形电极等上形成由SiO2构成的保护薄膜。可以通过使用传统已知的CVD方法、溅射方法等形成SiO2薄膜等之后，通过光刻、RIE等将所产生的薄膜处理为预定形状的工艺而形成保护层。这里，例如将保护层的厚度设置为约0.02μm。
<通信设备应用>
如上所述，根据本实施例的双工器具有小尺寸和较好的隔离特性。因此，本实施例的双工器适于应用于通信设备。
图7是示意性示出了作为相应通信设备的示例的通信设备100的结构的图示。通信设备100主要具有发射机-接收机300、天线400、控制单元200、操作单元600、麦克风MP和扬声器SP。
控制单元200是用于在***地控制通信设备100的各种操作的单元。控制单元200具有CPU、RAM、ROM等，通过读取在ROM上存储的程序并执行该程序，CPU在通信设备100上执行各种控制和各种功能。
在该发射机/接收机300中，在通过控制单元200从麦克风MP输入的模拟语音信号在DSP(数字信号处理器)301中进行了A/D转换(从模拟信号转换为数字信号)之后，所产生的信号通过调制器302进行调制，并通过使用本地振荡器320的振荡信号在混频器303中进行频率转换。将混频器303的输出通过发射带通滤波器304和功率放大器305，经双工器306发送至天线400以作为发射信号。
此外，将从天线400接收的信号经双工器306，通过低噪放大器307和接收带通放大器308输入混频器309。混频器309通过使用本地振荡器320的振荡信号，将所接收的信号的频率进行转换，继而通过低通滤波器，由解调器311对所转换的信号进行解调，并在DSP301中进行了进一步的D/A转换(将数字信号转换为模拟信号)之后，将所产生的信号作为模拟语音信号输出至扬声器SP。
例如，操作单元600(作为用于由用户接收通信设备100的各种输入的单元)由各个按钮构成。
对于通信设备100的双工器306，可以使用根据本发明的双工器DP或DP1至DP3中的任何一个。例如，当第一滤波器元件F1用于发射侧的电路、而第二滤波器元件用于接收侧的电路时，可以限制双向通话电路(mutual circuit)之间的信号泄漏，因而获得了较高的通信质量。因此，可以提供一种具有较小尺寸和较好通信质量的通信设备。这里，可以将第二滤波器元件用于发射侧的电路，第一滤波器元件用于接收侧的电路。
这里，本发明的双工器实施例并不限于上述模式，可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改。
例如，梳齿电极指状元件的对个数、交叉宽度(intersection width)等在对于每个谐振器的模式中可以是不同的。由于可以通过适合地确定梳齿电极指状元件的对个数、交叉宽度等来调整寄生电容并控制表面波，因而可以获得具有较少损失的较高隔离特性。
示例
以下描述将讨论根据上述实施例的双工器的示例。这里，以下示例仅是本发明实施例的示例，但本发明并不限于此。这里，在本示例中，设计双工器DP具有从824至849MHz的发射频带，以及从869至894MHz的接收频带，从而将第一滤波器元件F1用于发射电路，将第二滤波器元件F2用于接收电路。
首先，准备由LiTaO3制成的压电基板，在其主表面上形成厚度为6nm的钛薄膜层，并在其上形成厚度为130nm的铝铜薄膜层。将这些相应层的总共三层交替层压，从而形成了由总共六个薄膜层构成的钛/铝-铜层压薄膜。
接下来，通过使用抗蚀剂涂敷设备，将光致抗蚀剂涂敷于厚度约为0.5μm的钛/铝-铜迭层薄膜上。此外，在其上形成定义了谐振器、信号线、地线、焊盘电极等的光致抗蚀剂图案，从而通过减小投影曝光机(步进器)提供了如6所示的布局位置。之后，通过显影设备，在碱性显影溶液中使不必要的部分上的光致抗蚀剂溶解。
接下来，通过RIE(反应离子蚀刻)设备执行蚀刻过程，从而去除了不必要的部分，保留了必要的部分，使得形成如图6所示的电极图案。
更严格地说，通过在作为母基板的压电基板上二维地重复布置所需电极图案来执行电极图案的形成，以获得多片。
接下来，在电极图案的预定区域上形成保护薄膜。即，通过CVD(化学气相沉积)设备在电极图案及压电基板的主表面上形成厚度大约为0.02μm的SiO2薄膜。然后，通过光刻法使光致蚀刻剂形成图案，从而通过RIE设备对与用于倒装芯片的电极部分(焊盘电极部分，如输入/输出电极和地电极、以及环形电极部分)相对应的SiO2薄膜进行蚀刻。
接下来，通过溅射设备，在与所去除的SiO2薄膜相对应的部分上形成由铬、镍和铜构成的层压电极膜。此时，将电极的膜厚度设置为大约1μm(铬：0.02μm，Ni：1μm，铜：0.1μm)。然后，通过剥离方法(lift off)同时去除光致抗蚀剂和不必要部分的层压电极，从而将在其上形成层压电极的部分用作倒装芯片的电极部分，其用于连接倒装芯片的块。
之后，沿位于压电基板上的每条划线执行切割过程，从而获得了压电基板1上形成的电极图案的多个芯片。
接下来，在由陶瓷材料制成的电路基板上形成的由银制成的图案电极、输入/输出导体、地导体和环形导体上印刷导体材料，该电路基板是预先准备好的。将焊料用作导体材料。然后，将相应芯片通过倒装芯片组装设备临时结合在陶瓷电路基板上，电极形成表面朝下。在N2环境中执行临时结合过程。此外，在N2环境中执行烘烤过程，因而溶化了焊料，从而将芯片结合至陶瓷电路基板。在芯片上形成的环形电极上、以及在电路基板上形成的环形电极上溶化焊料，以进行结合，从而以气密的方式密封芯片表面上的电极图案。
此外，将芯片结合所至的陶瓷电路基板涂敷了树脂，并在N2环境中进行烘烤，从而使芯片被树脂密封。
最后，沿陶瓷电路基板上的划线执行切割过程，并将基板分为各个片；因而，获得了在电路基板上组装的、根据本示例的每个双工器A。这里，被分为多片的每个陶瓷电路基板具有2.5*2.0mm的平面大小和层压结构。
此外，作为比较示例，通过相同的方法制造具有不同谐振器布局的双工器B(但是具有与该示例相同的膜结构)。如图8所示，在双工器B中，在弹性波传播路径彼此重叠的位置上布置第一滤波器元件的串联谐振器和第二滤波器元件的并联谐振器。
通过网络分析器测量这些双工器A和B的电特性。示出了结果的图3是表示在双工器A和B的通带附近的隔离特性的图示。在图3中，横轴表示频率(单位：MHz)，纵轴表示隔离(单位：dB)。实线所表示的特性曲线示出了双工器A的结果，虚线所表示的特征曲线示出了双工器B的结果。
如图3所示，与示例相关的双工器A具有如下结果：在发射频带中将隔离特性设为62dB、在接收频带中将隔离特性设为51dB、通过允许从谐振器中泄漏的弹性波由另一谐振器接收而导致的波动变得非常小。相反，与比较示例相关的双工器B具有如下结果：在发射频带中将隔离特性设为60dB、在接收频带中将隔离特性设为47dB、并且形成了大波动。
因此，通过布置包含在第一滤波器元件F1中的串联谐振器R1和包含在第二滤波器元件F2中的并联谐振器R4，使得它们的弹性波传播路径不相互重叠，即，使得在彼此相互偏离的位置上布置相互的弹性波传播路径；因此，可以防止了从串联谐振器R1泄漏的弹性波被并联谐振器R4接收，因而改进了隔离特性，从而可以确定获得较好的电特性。

Claims (10)

1、一种双工器，包括：
第一滤波器元件和第二滤波器元件，所述第二滤波器元件具有比所述第一滤波器元件的频率通带更高的频率通带，所述第一滤波器元件和所述第二滤波器元件均位于压电基板上，其中
所述第一和第二滤波器元件中的每个具有梯子形结构，在该梯子形结构中，将具有梳齿电极指状元件对的多个谐振器布置在串联臂以及一个或多个并联臂上，
在所述压电基板上放置所述第一和第二滤波器元件，使得它们彼此面对，
设置所述第一和第二滤波器元件的全部所述多个谐振器，以使其纵向方向沿所述压电基板的弹性表面波的传播方向延伸，以及
将位于所述第二滤波器元件的所述一个或多个并联臂上的一个或多个谐振器中的至少一个布置在与位于所述压电基板上的所述第一滤波器元件的所述并联臂上的所有谐振器的弹性波传播路径相偏离的位置上。
2、一种双工器，包括：
第一滤波器元件和第二滤波器元件，所述第二滤波器元件具有比所述第一滤波器元件的频率通带更高的频率通带，所述第一滤波器元件和所述第二滤波器元件均位于压电基板上，其中
所述第一和第二滤波器元件中的每个具有梯子形结构，在该梯子形结构中，将具有梳齿电极指状元件对的多个谐振器布置在串联臂以及一个或多个并联臂上，
在所述压电基板上放置所述第一和第二滤波器元件，使得它们彼此面对，
设置所述第一和第二滤波器元件的全部所述多个谐振器，以使其纵向方向沿所述压电基板的弹性表面波的传播方向延伸，以及
将位于所述第二滤波器元件的所述一个或多个并联臂上的一个或多个谐振器布置在与位于所述压电基板上的所述第一滤波器元件的所述串联臂上的谐振器中、具有最大弹性波传播路径宽度的谐振器的弹性波传播路径相偏离的位置上。
3、如权利要求2所述的双工器，其中，将位于所述第二滤波器元件的所述一个或多个并联臂上的一个或多个谐振器布置在与位于所述压电基板上的所述第一滤波器元件的串联臂上的所有谐振器的弹性波传播路径相偏离的位置上。
4、一种双工器，包括：
第一滤波器元件和第二滤波器元件，所述第二滤波器元件具有比所述第一滤波器元件的频率通带更高的频率通带，所述第一滤波器元件和所述第二滤波器元件均位于压电基板上，其中
所述第一和第二滤波器元件中的每个具有梯子形结构，在该梯子形结构中，将具有梳齿电极指状元件对的多个谐振器布置在串联臂上以及一个或多个并联臂上，
在所述压电基板上放置所述第一和第二滤波器元件，使得它们彼此面对，
设置所述第一和第二滤波器元件的全部所述多个谐振器，以使其纵向方向沿所述压电基板的弹性表面波的传播方向延伸，以及
将位于所述第一滤波器元件的串联臂上的所述谐振器中的至少一个布置在与位于所述压电基板上的所述第二滤波器元件的所述一个或多个并联臂上的一个或多个谐振器的弹性波传播路径相偏离的位置上。
5、一种双工器，包括：
第一滤波器元件和第二滤波器元件，所述第二滤波器元件具有比所述第一滤波器元件的频率通带更高的频率通带，所述第一滤波器元件和所述第二滤波器元件均位于压电基板上，其中
所述第一和第二滤波器元件中的每个具有梯子形结构，在该梯子形结构中，将具有梳齿电极指状元件对的多个谐振器布置在串联臂上以及一个或多个并联臂上，
在所述压电基板上放置所述第一和第二滤波器元件，使得它们彼此面对，
设置所述第一和第二滤波器元件的全部所述多个谐振器，以使其纵向方向沿所述压电基板的弹性表面波的传播方向延伸，以及
将位于所述第一滤波器元件的所述串联臂上的谐振器中、具有最大弹性波传播路径宽度的谐振器布置在与位于所述第二滤波器元件的所述一个或多个并联臂上的一个或多个谐振器的弹性表面波传播路径相偏离的位置上。
6、如权利要求5所述的双工器，其中将位于所述第一滤波器的串联臂上的所有谐振器布置在与位于所述压电基板上的所述第二滤波器元件的所述一个或多个并联臂上的一个或多个谐振器的弹性波传播路径相偏离的位置上。
7、一种双工器，包括：
第一滤波器元件和第二滤波器元件，所述第二滤波器元件具有比所述第一滤波器元件的频率通带更高的频率通带，所述第一滤波器元件和所述第二滤波器元件均位于压电基板上，其中
所述第一和第二滤波器元件中的每个具有梯子形结构，在该梯子形结构中，将具有梳齿电极指状元件对的多个谐振器布置在串联臂上以及一个或多个并联臂上，
在所述压电基板上放置所述第一和第二滤波器元件，使得它们彼此面对，
设置所述第一和第二滤波器元件的全部所述多个谐振器，以使其纵向方向沿所述压电基板的弹性表面波的传播方向延伸，以及
将位于所述第一滤波器元件的所述串联臂上的谐振器和位于所述第二滤波器元件的所述一个或多个并联臂上的谐振器布置在所述压电基板上、彼此弹性波传播路径相偏离的位置上。
8、如权利要求1所述的双工器，其中将位于所述第一滤波器元件的所述串联臂上的谐振器中具有最大弹性波传播路径宽度的谐振器布置在由位于所述第二滤波器元件的最外侧并联臂上的谐振器和位于相应并联臂上与之相邻的谐振器的相应弹性波传播路径所相夹的区域内。
9、如权利要求1所述的双工器，其中所述压电基板具有正方形形状或矩形形状，并且所述弹性表面波的传播方向与所述压电基板各条边中的任意一条边平行。
10、一种通过使用如权利要求1所述的双工器而构成的通信设备。
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