CN103109458B - 弹性波分波器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种弹性波分波器，抑制IMD(互调失真)，且具有出色的传输特性。弹性波分波器(1)具有天线端子(12)、发送滤波器(15)、接收滤波器(20)、以及串联连接在天线端子(12)与接收滤波器(20)之间的多个弹性波谐振器(41～43)。接收滤波器由具有沿着弹性波传播方向排列的多个IDT电极(24a～29b、24b～29b)的纵耦合谐振型弹性波滤波器(21)构成。多个弹性波谐振器(41～43)的合成电容(C1)比多个IDT电极(24a～29a、24b～29b)中的连接在天线端子侧的IDT电极(24a、27a、24b、27b)的电容(C2)小。

Description

弹性波分波器
技术领域
本发明涉及弹性波分波器。
背景技术
近年来，在便携式电话机等的通信设备中，利用了声表面波和弹性边界波等的弹性波的弹性波分波器正在被广泛地使用。例如，在下述的专利文献1中公开了图8示出的声表面波分波器。
如图8所示，声表面波分波器100具有在天线端子101和发送端子102之间连接的发送滤波器104、以及在天线端子101和接收端子103a、103b之间连接的接收滤波器105。在声表面波分波器100中，接收滤波器105由纵耦合谐振型声表面波滤波器构成。在接收滤波器105与天线端子101之间连接有声表面波谐振器106。通过设置声表面波谐振器106，可调整发送滤波器104和接收滤波器105之间的相位差。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2008-5151号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，声表面波分波器100的接收滤波器105因为具有非线性特性，所以产生IMD(互调失真)。例如，在从天线端子101进入的干扰波信号的频率与由(发送信号的频率×2-接收信号的频率)的数式算出的值一致的情况下，由发送信号和干扰波信号所产生的IMD的频率与接收信号的频率一致。因此，存在接收信号的灵敏度恶化这样的问题。
本发明是鉴于这点而开发的，其目的是提供可抑制IMD的发生、并具有出色的传输特性的弹性波分波器。
用于解决课题的手段
本发明涉及的弹性波分波器具有天线端子、发送滤波器、接收滤波器、以及多个弹性波谐振器。发送滤波器与天线端子连接。接收滤波器与天线端子连接。接收滤波器由具有沿弹性波传播方向排列的多个IDT电极的纵耦合谐振型弹性波滤波器构成。多个弹性波谐振器，在天线端子和接收滤波器之间串联连接。多个弹性波谐振器的合成电容C1比多个IDT电极中与天线端子侧连接的IDT电极的电容C2小。
另外，在多个IDT电极中与天线端子侧连接的IDT电极存在多个的情况下，电容C2成为多个IDT电极中与天线端子侧连接的多个IDT电极的合成电容。
在本发明涉及的弹性波分波器的某个特定的方式中，多个弹性波谐振器中的至少2个弹性波谐振器的频率特性相互不同。
在本发明涉及的弹性波分波器的其他的特定的方式中，至少2个弹性波谐振器的电极指的间距相互不相。
在本发明涉及的弹性波分波器的其他的特定的方式中，至少2个弹性波谐振器的电极指的占空比相互不同。
在本发明涉及的弹性波分波器的其他的特定的方式中，弹性波谐振器被设置3个以上。
在本发明涉及的弹性波分波器的其他的特定的方式中，弹性波分波器是声表面波分波器或者弹性边界波分波器。
发明的效果
在本发明中，多个弹性波谐振器中的至少2个，具有相互不同的反谐振频率。因此，能抑制IMD的产生，从而可实现出色的传输特性。
附图说明
图1是实施了本发明的一个实施方式涉及的声表面波分波器的简图的结构图。
图2是在实施了本发明的一个实施方式的接收滤波器的简图的剖视图。
图3是示出实施例1、2以及比较例中的IMD的图表。
图4是示出实施例1中的接收滤波器的***损耗的图表。
图5是示出实施例3中的接收滤波器的***损耗的图表。
图6是示出实施例1中的声表面波谐振器的***损耗的图表。
图7是第一变形例涉及的弹性边界波分波器的一部分的简图的剖视图。
图8是专利文献1记载的弹性波分波器的简图的俯视图。
具体实施方式
以下，对于实施了本发明的优选的实施方式，以图1示出的、作为弹性波分波器的声表面波双工器1为例进行说明。但是，声表面波双工器1仅为例示。本发明涉及的弹性波分波器完全不限定于声表面波双工器1。本发明涉及的弹性波分波器，例如也可以是弹性波三工器(triplexer)等。
图1是本实施方式涉及的声表面波双工器1简图的结构图。图1示出的声表面波双工器1是与具有平衡-不平衡信号变换功能的UMTS-Band(波段)1对应的双工器。另外，UMTS-波段1的发送频带是1920MHz～1980MHz，接收频带为2110MHz～2170MHz。
声表面波双工器1具有天线端子12、发送端子13、以及第一以及第二接收端子14a、14b。在本实施方式中，天线端子12以及发送端子13的阻抗被设为50Ω，第一以及第二接收端子14a、14b的阻抗被设为100Ω。
在天线端子12和发送端子13之间连接有发送滤波器15。发送滤波器15未被特别限定。发送滤波器15例如可以由纵耦合谐振型声表面波滤波器构成，但优选如图1所示、由耐电力性出色的梯形弹性波滤波器构成。
在天线端子12和接收端子14a、14b之间连接有接收滤波器20。接收滤波器20由具有平衡一不平衡变换功能的纵耦合谐振型声表面波滤波器21构成。纵耦合谐振型声表面波滤波器21具有第一以及第二纵耦合谐振型声表面波滤波部22、23。第一纵耦合谐振型声表面波滤波部22连接在天线端子12和第一接收端子14a之间。另一方面，第二纵耦合谐振型声表面波滤波部23连接在天线端子12与第二接收端子14b之间。
第一以及第二纵耦合谐振型声表面波滤波部22、23分别具有沿声表面波传播方向排列的多个IDT电极。具体地说，第一以及第二纵耦合谐振型声表面波滤波部22、23分别具有沿弹性波传播方向排列的第一～第三IDT电极24a、24b、25a、25b、26a、26b和第四～第六IDT电极27a、27b、28a、28b、29a、29b。在设置有第一～第三IDT电极24a、24b、25a、25b、26a、26b的区域的弹性波传播方向两侧，设置有一对反射器30a、30b、31a、31b。在设置有第四～第六IDT电极27a、27b、28a、28b、29a、29b的区域的弹性波传播方向两侧，设置有一对反射器32a、32b、33a、33b。在第一～第六IDT电极24a、24b、25a、25b、26a、26b、27a、27b、28a、28b、29a、29b中，第一和第四IDT电极24a、24b、27a、27b的一方的梳齿状电极连接在天线端子12侧，另一方的梳齿状电极连接在接地电位。第2、第3、第5以及第6IDT电极25a、25b、26a、26b、28a、28b、29a、29b的一方的梳齿状电极连接在接地电位，另一方的梳齿状电极公共连接在第一或第二接收端子14a、14b。另外，在以下的说明中，将连接在天线端子12侧的第一以及第四IDT电极24a、24b、27a、27b称为输入IDT电极24a、24b、27a、27b。
在天线端子12和接收滤波器20之间串联连接有多个声表面波谐振器。具体地说，在本实施方式中，在天线端子12和接收滤波器20之间，串联连接有3个声表面波谐振器41～43。声表面波谐振器41～43的每一个具有IDT电极44、以及在该IDT电极44的弹性波传播方向的两侧所设置的一对反射器45、46。另外，在发送滤波器15以及接收滤波器20的连接点和接地电位之间连接有感应器(inductor)60。
声表面波谐振器41～43以及感应器60被设置为用于进行接收滤波器20和发送滤波器15的相位调整。声表面波谐振器41～43的每一个被构成为谐振频率位于接收滤波器20的通带内，另一方面反谐振频率位于通带高域侧附近的衰减区域。
如图2所示，本实施方式的声表面波双工器1具有压电基板10、以及形成在压电基板10上的电极11。根据该电极11构成上述IDT电极、反射器、配线等。在本实施方式中，压电基板10由40±5°Y切断X传播LiTaO3基板构成。当然，压电基板10也可以由LiNbO3基板、水晶基板等的其他的压电基板构成。
电极11由Al形成。当然，电极11也可以是由A1以外的导电材料构成的电极。电极11例如也可以由Al、Pt、Au、Ag、Cu、Ni、Ti、Cr、Pd等的金属或含有一种以上的这些金属的合金形成。另外，电极11也能够通过由上述的金属或合金构成的多个导电膜的层叠体构成。
另外，例如出于改善频率温度特性的目的、对IDT电极以及反射器等进行保护的目的，也可以在压电基板10上形成二氧化硅膜、氮化硅膜等的电介质膜。
但是，可能产生IMD的部分成为与天线端子12电连接的IDT电极。在本实施方式中，在串联连接在天线端子12和接收滤波器20之间的声表面波谐振器41～43的IDT电极44、以及并联连接在天线端子12和接地电位之间的纵耦合谐振型声表面波滤波器21的输入IDT电极24a、24b、27a、27b，可能产生IMD。此外的纵耦合谐振型声表面波滤波器21的IDT电极25a、25b、26a、26b、28a、28b、29a、29b不过是与天线端子12声学地连接。因此，在IDT电极25a、25b、26a、26b、28a、28b、29a、29b，发送信号和干扰波信号被大幅衰减，几乎不产生IMD。
另外，在哪个IDT电极容易产生IMD，由IDT电极的电容决定。例如，在存在两个产生IMD的IDT电极的情况下，当一方的IDT电极的电容比另一方的IDT电极的电容小时，一方的IDT电极的阻抗相对地变高。因此，由一方的IDT电极承担大的电力，产生较多的IMD。
在本实施方式中，声表面波谐振器41～43的IDT电极44的合成电容C1被设置为比纵耦合谐振型声表面波滤波器21的输入IDT电极24a、24b、27a、27b的合成电容C2小。因此，由声表面波谐振器41～43施加大的电力。但是，声表面波谐振器41～43是将1个声表面波谐振器分割为串联连接的3个声表面波谐振器。通过不改变电容地将声表面波谐振器分割为3个，IDT电极的总面积变为约3倍，所以能减小每单位面积的消耗电力。其结果，能抑制IMD的产生，并能实现出色的传输特性。
以下，基于实施例以及比较例对可提高该传输特性这样的效果进行详细说明。
(实施例1)
作为实施例1，以下列的设计参数制造了与在上述实施方式中说明了的声表面波双工器1具有同样的结构的声表面波分波器。
(实施例1的设计参数)
纵耦合谐振型声表面波滤波部22：
交叉宽度：46μm
IDT电极25a、26a中的电极指的个数：28个(其中，狭间距电极指部中的电极指的个数：8个)
IDT电极24a中的电极指的个数：71个(其中，IDT电极25a侧的狭间距电极指部中的电极指的个数：4个，IDT电极26a侧狭间距电极指部中的电极指的个数：4个)
反射器30a、31a中的电极指的个数：65个
IDT电极24a、25a、26a的占空比(duty ratio)：0.64
电极膜厚度：0.091λI(其中，λI是由IDT电极的电极指的间距决定的声表面波的波长。)
IDT电极27a～29a以及反射器32a、33a的设计参数与IDT电极24a～26a以及反射器30a、31a相同。
纵耦合谐振型声表面波滤波部23：除了IDT电极25b、26b、28b、29b被反转之外，与纵耦合谐振型声表面波滤波部22具有实质上相同的设计。
声表面波谐振器41～43：
声表面波谐振器41中的IDT电极44的电极指的间距：890.0nm
声表面波谐振器42中的IDT电极44的电极指的间距：892.5nm
声表面波谐振器43中的IDT电极44的电极指的间距：895.0nm
IDT电极44的交叉宽度：27μm
IDT电极44的电极指的个数：213个
反射器45、46的电极指的个数：18个
IDT电极44的电极指的占空比：0.55
电极膜厚度：0.095λII(其中，λII是由声表面波谐振器42的IDT电极44的电极指的间距决定的声表面波的波长。)
另外，IDT电极的电容与交叉宽度、对数(相当于从个数中减1后除以2所得的数值)、以及占空比的积成比例。在本实施例中，声表面波谐振器41～43的合成电容C1为：交叉宽度(27μm)×对数(106对)×占空比(0.55)÷3≈524.7。输入IDT电极24a、24b、27a、27b的合成电容C2为：交叉宽度(46μm)×对数(35对)×占空比(0.64)×4≈4121.6。由此，在本实施例中，C1＜C2。因此，在声表面波谐振器41～43一方，施加比输入IDT电极24a、24b、27a、27b大的电力。
(实施例2)
将在天线端子12和接收滤波器20之间串联连接的声表面波谐振器的数量设置为两个，以这2个声表面波谐振器的合成电容与实施例1中的声表面波谐振器41～43的合成电容C1相同的方式，设定电极指的交叉宽度以及对数。具体地说，除了以下的设计参数以外，与上述实施例1相同。
第一、第二声表面波谐振器：
IDT电极的交叉宽度：21.2μm
IDT电极的电极指的个数：201个
(比较例1)
将在天线端子12和接收滤波器20之间串联连接的声表面波谐振器的数量设置为一个，以该声表面波谐振器的电容与实施例1中的声表面波谐振器41～43的合成电容C1相同的方式，设定电极指的交叉宽度以及对数。具体地说，除了以下的设计参数以外，与上述实施例1相同。
声表面波谐振器：
IDT电极的交叉宽度：15.9μm
IDT电极的电极指的个数：121个
在图3中，示出在以下的条件下的实施例1、2以及比较例中的IMD。
发送信号的频率(Tx)··1950MHz
接收信号的频率(Rx)··2140MHz
干扰波信号的频率(2Tx-Rx)··1760MHz
发送信号的功率(在天线端子)··+21dBm
干扰波信号的功率(在天线端子)··-15dBm
※Rx端1、2连接平衡-不平衡转换器(バラン)，测量由Rx端输出的IMD
根据图3示出的结果可知，通过增多在天线端子12和接收滤波器20之间串联连接的声表面波谐振器的数量，可降低产生的IMD的电平。作为该理由，可以考虑通过增多声表面波谐振器的数量，从而能够降低IDT电极的每单位面积的消耗功率。
在图4中，示出上述实施例1中的接收滤波器20的***损耗。另外，将声表面波谐振器41～43的电极指的间距全部设为892.5nm，除了将声表面波谐振器41～43的频率特性设为相等以外，在图5示出具有与实施例1同样的结构的实施例3的接收滤波器的***损耗。
如图5所示，可知在将声表面波谐振器41～43的频率特性设置为相等的实施例3中，在通带内产生多个脉动。与此相对，如图4所示，可知在声表面波谐振器41～43使频率特性互相不同的实施例1中可抑制通带内的脉动。
在像这样将在天线端子和接收滤波器之间串联连接的声表面波谐振器设为多个情况下，可知通过在多个声表面波谐振器使频率特性不同从而能抑制通带内的脉动。
另外，之所以能够抑制通带内的脉动考虑因如下的理由。即，如图6所示，声表面波谐振器的每一个在接收滤波器的通带内具有脉动。在天线端子和接收滤波器之间串联连接的多个声表面波谐振器的频率特性相同的情况下，上述脉动在相同的位置产生，互相增强成为大的脉动。其结果，认为不能得到出色的传输特性。与此相对，如实施例1所示、在天线端子和接收滤波器之间串联连接的多个声表面波谐振器的频率特性互不相同的情况下，可认为因为上述脉动的频率位置不同，所以不产生大的脉动而能得到出色的传输特性。
另外，在上述实施例1中，通过使3个IDT电极44的电极指的间距相互不同从而使声表面波谐振器41～43的频率特性不同。但是，本发明不限于此。例如，也可以通过使3个IDT电极44的电极指的占空比相互不同而使频率特性不同。也可以通过使3个IDT电极44的电极指的间距以及占空比的双方相互不同从而使频率特性不同。
另外，在上述实施方式中，对在天线端子12和接收滤波器20之间将3个声表面波谐振器41～43进行串联连接的例子进行了说明。但是本发明不限定于该结构。在本发明中，可以将在天线端子和接收滤波器之间串联连接的弹性波谐振器的个数设置为2个，也可以设置为4个以上。另外，在声表面波谐振器为3个以上的情况下，只要能抑制脉动，则不一定需要在全部的声表面波谐振器使频率特性相互不同。例如，在声表面波谐振器是3个的情况下，即使仅在其中2个声表面波谐振器使频率特性不同，也能抑制脉动。
(第一变形例)
图7是第一变形例所涉及的弹性边界波分波器的一部分的简图的剖视图。
在上述实施方式中，对于实施本发明的优选实施方式，以具有由利用了声表面波的纵耦合谐振型声表面波滤波器21所构成的接收滤波器20的声表面波双工器1为例进行了说明。但是，本发明涉及的弹性波分波器不限于声表面波分波器。例如，本发明涉及的弹性波分波器也可以如图7所示，是以在压电基板10上覆盖电极11的方式形成有第一以及第二电介质层50、51的、利用了弹性边界波的弹性边界波分波器。另外，在第一以及第二电介质层50、51中，也可以仅设置第一电介质层50。另外，第一以及第二电介质层50、51的材质是能激励弹性边界波的材质即可，不做特别限定。例如，可由二氧化硅形成第一电介质层50，由氮化硅形成第二电介质层51。
符号说明
1...声表面波双工器
10...压电基板
11...电极
12...天线端子
13...发送端子
14a...第一接收端子
14b...第二接收端子
15...发送滤波器
20...接收滤波器
21...纵耦合谐振型声表面波滤波器
22...第一纵耦合谐振型声表面波滤波部
23...第二纵耦合谐振型声表面波滤波部
24a～29a、24b～29b...IDT电极
24a、24b、27a、27b...输入IDT电极
30a～33a、30b～33b...反射器
41～43...声表面波谐振器
44...IDT电极
45、46...反射器
50...第一电介质层
51...第二电介质层
60...感应器

Claims (8)

1.一种弹性波分波器，其特征在于，具有：
天线端子；
发送滤波器，其与天线端子连接；
接收滤波器，其与所述天线端子连接，并且由具有沿弹性波传播方向排列的多个IDT电极的纵耦合谐振器型弹性波滤波器构成；以及
多个弹性波谐振器，其串联连接在所述天线端子与所述接收滤波器之间，
所述多个弹性波谐振器的合成电容C1比所述多个IDT电极中的连接在所述天线端子侧的IDT电极的电容C2小。
2.如权利要求1所述的弹性波分波器，其特征在于，
所述多个弹性波谐振器中的至少2个弹性波谐振器的频率特性相互不同。
3.如权利要求2所述的弹性波分波器，其特征在于，
所述至少2个弹性波谐振器的电极指的间距相互不同。
4.如权利要求2所述的弹性波分波器，其特征在于，
所述至少2个弹性波谐振器的电极指的占空比相互不同。
5.如权利要求3所述的弹性波分波器，其特征在于，
所述至少2个弹性波谐振器的电极指的占空比相互不同。
6.如权利要求1～5中任一项所述的弹性波分波器，其特征在于，
所述弹性波谐振器设置为3个以上。
7.如权利要求1～5中任一项所述的弹性波分波器，其特征在于，
所述弹性波分波器是声表面波分波器或者弹性边界波分波器。
8.如权利要求6所述的弹性波分波器，其特征在于，
所述弹性波分波器是声表面波分波器或者弹性边界波分波器。
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