JP2003133903A - 弾性表面波分波器 - Google Patents
弾性表面波分波器Info
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Abstract
において弾性表面波分波器の送信用フィルタにおける各
共振器印加電力を大幅に変動しないようにした弾性表面
波分波器を提供する。 【解決手段】 Txフィルタ(200)、Rxフィルタ
(300)および分波線路(400)で構成される弾性
表面波分波器において、アンテナ(170)に接続した
Txフィルタ(200)の各共振器に印加する電力を、
アンテナ端(100)を終端接続したときよりアンテナ
端(100)を開放接続したときの方を小さくする可変
手段を設けた。
Description
型移動体通信機器に於いて、弾性表面波共振器を用いた
梯子型構成の帯域通過形フィルタを用いた弾性表面波分
波器に関し、特に、印加電力の高い場合でも使用可能な
分波器に関するものである。
体通信機器端末の開発が急速に進められている。これに
伴い、用いられる部品の小型、高性能化が求められてい
る。これに対応する弾性表面波(SAW)フィルタを用
いたRF(ラジオ周波数)部品が開発され、用いられて
いる。図9はSAW分波器の基本回路構成図である。特
に、図9のSAW分波器はRF部の小型化に、大きく貢
献するデバイスのため、活発に開発が行われ、一部実用
化され、用いられている。
め、通過帯域の更なる低挿入損失化及び減衰帯域の高減
衰量化された高性能SAW分波器が要望されている。こ
のSAW分波器は移動体通信機器端末における信号の分
岐、生成を行うために送信信号と受信信号が干渉しない
ように、図9に示す如く、Txフィルタ(送信用フィル
タ)(200)、Rxフィルタ(受信用フィルタ)(3
00)および分波線路(400)から構成されている。
器の回路構成図である。
ンテナ端(以下、「ANT端」という。)(100)に
おいてはアンテナ(170)に、Tx端(101)にお
いては高電力を出力する送信電力増幅器(180)に、
およびRx端(102)においては受信した小信号を増
幅する低雑音増幅器(190)に接続されている。送信
側は受信側に比べ扱う電力が大きい。このため、Txフ
ィルタ(200)は高電力が印加されることになる。こ
のため、この高電力の印加によっても特性劣化のないS
AWフィルタが必要とされている。この高電力化SAW
フィルタとして、特開平7−74584号公報、特開平
6−29779号公報、特開平9−205343号公
報、および特開平11−251871号公報に示すもの
がある。これらには、図10に示すように、SAW共振
器の交差長、対数を増やして、単位面積当たりの電流値
を減少して高電力化したSAWフィルタが用いられてい
る。図10は、TXフィルタの回路構成図である。
高電力化したSAWフィルタを図9のSAW分波器に用
いて、高電力を入力した場合、分波器特性の劣化が生ず
ることがある。移動体通信機器端末において必然的にア
ンテナ(170)のインピーダンス変化は大きい。この
アンテナ(170)のインピーダンスの変化による移動
体通信機器端末の性能劣化が問題になる。即ち、分波器
からみるとANT端(100)、Rx端(102)を5
0Ω(オーム)で終端した場合とANT端(100)、
Rx端(102)を開放した場合の特性の変化がないこ
とが求められる。しかるに、上記の場合、ANT端(1
00)、Rx端(102)を開放した場合、Txフィル
タ(200)の特性劣化もしくはその直列腕の破壊によ
る信号断が生ずることが知られている。
て、図9及び図6のSAW分波器は1本のアンテナ(1
70)を送信用および受信用に用いる機能と共に次の機
能も求められている。 (1)アンテナ(170)が通常に動作した場合。即
ち、アンテナ(170)の入力インピーダンスが50Ω
(オーム)の場合 (2)アンテナ(170)が開放の場合。即ち、アンテ
ナ(170)の入力インピーダンスが無限大の場合 の各場合において、要求特性を満足することが求められ
ている。
ーダンスの急激な変化のため、まず、SAW分波器に電
力が印加される送信時のSAW分波器特性の変動および
破壊がある。SAW分波器は小形化されたチップを用い
て、通常、50Ω(オーム)終端で設計されているた
め、上記(2)の状態は、(1)の状態からでは大きな
インピーダンス変動が生じ、SAW分波器を構成する共
振器に大きな印加電力が加わり、この電力が原因で急激
な特性変動および破壊が起こり、要求特性を満足できる
ものが得られなかった。
(100)を開放状態および終端状態の両状態において
弾性表面波分波器の送信用フィルタにおける各共振器印
加電力を大幅に変動しないようにした弾性表面波分波器
を提供することを目的とする。
するために以下の手段を採用する。 (1)アンテナに並列に送信用フィルタ、分波線路およ
び受信用フィルタを設け、アンテナに接続した送信用フ
ィルタの各共振器に電力を印加するようにした弾性表面
波分波器において、アンテナ端を開放接続した時の前記
電力をアンテナ端を終端接続した時の前記電力以下とす
る電力可変手段を設けたことを特徴とする。 (2)上記(1)記載の弾性表面波分波器において、前
記電力可変手段を前記分波線路の線路長により可変する
手段としたことを特徴とする。(3)アンテナに並列に
送信用フィルタ、分波線路および受信用フィルタおよび 先端開放線路を設け、アンテナに接続した送信用フィル
タの各共振器に電力を印加するようにした弾性表面波分
波器において、アンテナ端を開放接続した時の前記電力
をアンテナ端を終端接続した時の前記電力以下とする電
力可変手段を設けたことを特徴とする。 (4)上記(3)記載の弾性表面波分波器において、前
記先端開放線路をLC並列共振回路としたことを特徴と
する。
に説明する。
例を示す回路構成図である。
の端末機器は通常電力増幅器(180)の出力端PA端
(103)の出力インピーダンスZPoutは50Ω(オ
ーム)で規定されている。この電力増幅器(180)の
出力電力はSAW分波器のTx端(101)において、
Txの入力インピーダンスZTinと電力増幅器(18
0)の出力インピーダンスZPoutの関係から、SAW
分波器のTx端(101)からTxフィルタ(200)
に入力する電力とSAW分波器のTx端(101)から
電力増幅器(180)のPA端(103)に反射する電
力になることが知られている。
器において、ANT端(100)に接続されるアンテナ
(170)の入力インピーダンスZANTは50Ω(オー
ム)で設計されているが、実際は50Ω(オーム)から
無限大まで、変動することが知られている。前記の如
く、SAW分波器に要求される特性は、アンテナ(17
0)のZANTが50Ω(オーム)から無限大の範囲で、
要求特性を満足することとして規定されている。
構成図である。
に示す如く、3個の直列腕と2個の並列腕で構成された
4段T型梯子型フィルタで、その交差長および対数を表
1に示す。
成図である。
く、3個の直列腕と4個の並列腕で構成された6段π型
フィルタで、その交差長および対数を表2に示す。
数等価回路図である。
数等価回路図である。
等価LC値を表1に示す。
波器の構成は、インピーダンスZAN Tが50Ω(オー
ム)から無限大の範囲で、Txフィルタ(200)に入
力する電力を少なくするものである。即ち、分波線路
(400)の線路長を変えることにより、Txフィルタ
(200)に入力する電力を少なくして、インピーダン
スZANTが50Ω(オーム)から無限大の範囲で、各共
振器に印加される電力を少なくする電力可変手段を設け
ることを特徴とするものである。
常、電力増幅器(180)の出力端(PA端)(10
3)の出力インピーダンスZPoutは50Ωに規定して
いる。この電力増幅器(180)の出力電力は、SAW
分波器のTxフィルタ(200)の入力端(Tx端)
(101)において、Txフィルタ(200)の入力イ
ンピ−ダンスZTinと電力増幅器(180)の出力イン
ピ−ダンスZPoutの関係から、SAW分波器のTxフ
ィルタ(200)のTx端(101)からTxフィルタ
(200)に入力する電力と、SAW分波器のTx端
(101)から電力増幅器(180)のPA端(10
3)に反射する電力になることが知られている。
T端(100)に接続されるインピーダンスZANTは、
通常50Ω(オーム)から無限大まで変動する。前記の
如く、SAW分波器に要求される特性はインピーダンス
ZANTが50Ω(オーム)から無限大の範囲で、要求特
性を満足することが規定されている。
1)に入力する電力に注目する必要がある。図1から、
このTxフィルタ(200)の入力電力はTxフィルタ
(200)の入力インピーダンスZTinに関係すること
がわかる。即ち、送信時には、負荷はANT端(10
0)に、このアンテナ(170)のインピーダンスZAN
Tと、並列に、分波線路(400)、Rxフィルタ(3
00)からなる受信系のインピーダンスZRLinが接続
された状態になっている。この状態においては、 (1)アンテナ(170)が通常に動作した場合。即
ち、アンテナ(170)の入力インピーダンスが50Ω
(オーム)の場合 (2)アンテナ(170)が開放の場合。即ち、アンテ
ナ(170)の入力インピーダンスが無限大の場合 の二つの状態で、Txフィルタ(200)の入力インピ
ーダンスZTinの変化を可能な限り小さくすることが望
まれる。この条件を満足するためには上記(2)のイン
ピーダンスを変化させる必要があることがわかる。即
ち、電力増幅器(180)からの送信電力が印加される
上記(1)の場合の負荷は、ANT端(100)からの
アンテナ(170)を見たインピーダンスZANTと分波
線路(400)およびRxフィルタ(300)からなる
Rx系の入力インピーダンスZRLinで構成される。ま
た、上記(2)の場合の負荷はインピーダンスZANT=
∞であるため、分波線路(400)およびRxフィルタ
(300)からなるRx系の入力インピーダンスZRL
inのみで構成される。計算上、アンテナ(170)の終
端抵抗と入力インピーダンスZRLinが並列に接続され
ている上記(1)の場合のANT端(100)の合成イ
ンピーダンスが、上記(2)の場合の入力インピーダン
スZRLinのインピーダンスと等しくなる入力インピー
ダンスZRLinが見つかるように、種々の条件が加味さ
れることとなる。
Txフィルタ(200)を構成する各共振器(210、
211、212、220、221)に印加される電力が
高くなることである。各共振器は有限のQによる抵抗分
が発生する。その抵抗分は共振器の櫛歯間に発生し、そ
の抵抗分に電流が流れ、この電流により共振器内に熱が
発生する。この熱により共振器が破壊されるのである。
構成図である。
等価回路図である。
4のSAW共振器の集中定数回路の図5に示すRsであ
り、以下に示すように算出した。
集中定数等価回路から次の様にして求められる。いま、
共振器のQが有限でQoとすると、Qoを含む直列腕共
振器のインピーダンスZ、並列腕共振器のアドミタンス
Yは式(1)で与えられる。 Z=1/Y=Rd+jZ0=1/(Gd+jY0) (1) Gd={ωC0+ωCl(1+ω^2*Ll*Cl)}/{(1−ω^2*Ll *Cl)^2}/Q0 (2) Y0=ω(C0+Cl+ω^2*Ll*Cl*C0)/(1+ω^2*Ll*C l ) (3) 各共振器のQが無限大の場合は直列腕共振器のインピー
ダンスはjZ0、並列腕共振器のアドミタンスはjY0
となる。しかし、各共振器は実際は有限のQのため、直
列腕共振器の微少の抵抗分はRd、並列腕共振器の微小
のコンダクタンス分はGdが存存する。
(300)の抵抗分およびコンダクタンス分を図11、
図12に示す。図11はTxフィルタ(200)の直列
腕共振器のQをQ=800、並列腕共振器のQをQ=2
00とした場合の836(MHz)におけるインピーダ
ンス値を示す図である。図12は、Rxフィルタ(30
0)の直列腕共振器のQをQ=800、並列腕共振器の
QをQ=200とした場合の836(MHz)における
インピーダンス値を示す図である。
て、図11、図12のインピーダンス値を用いて、分波
線路(400)の線路長をパラメータとして、Tx端
(101)からの入力インピーダンスZTinを求め、T
xフィルタ(200)の入力電力の変化を求めた結果を
表3に示す。表4にはTxフィルタ(200)の入力イ
ンピーダンス及び入力電力から、各線路長の場合のTx
フィルタ(200)の各共振器にかかる電力が示されて
いる。表4から、分波線路400の線路長を長くする
と、Txフィルタ(200)の入力電流が少なくなり、
Txフィルタ(200)の各共振器に印加される電力が
少なくなることがわかる。
すると、表3に示すように、抵抗値は小さく、その増加
は少ないが、リアクタンスの値は大きく、その増加も大
きいので、インピーダンスの値もリアクタンス分が利い
て、大きくなる。
m)のANT端(100)が開放と終端の場合をみる
と、Txフィルタ(200)の入力インピーダンスは1
1.3Ωと25.4Ωであり、線路長を長くするとTx
フィルタ(200)の入力インピーダンスが増加する傾
向にあることから、更にANT端(100)が開放のと
きの分路回路の線路長を長くすると、ANT端が開放と
終端の時のTxフィルタ(200)の入力インピーダン
スを略同じにすることができることを示している。そこ
で、本発明の第1実施例は、長い線路長の分波線路を用
いて、Txフィルタ(200)の入力電流を少なくする
ことにより、耐電力特性の向上したSAW分波器を構成
する。
T端(100)は開放の状態で、分波線路の線路長が4
1.7(mm)から29.2(mm)に短くした場合、
Txフィルタ(200)の入力電流が0.17(A)か
ら0.266(A)に増加することが表4からわかる。
態では、Txフィルタ(200)の入力電流は0.18
(A)である。このことは、ANT端(100)は開放
状態のため、このANT端(100)に並列に付加され
る負荷インピーダンス(受信系のインピーダンス)によ
る入力インピーダンスの変化に依存していることにな
る。第1実施例は、表4に示す如く、分波線路の線路長
を41.7(mm)にすれば、Txフィルタ(200)
の入力電流は0.17(A)に減少することになり、T
xフィルタ(200)の各共振器に印加される電力が減
少し、SAW分波器の耐電力特性が向上する。
例のSAW分波器の回路構成図である。第2実施例は、
図1および図6のSAW分波器の回路構成と同一で、第
1実施例との相違点はANT端(100)に先端開放の
線路(110)を付加した構成にある。第2実施例の電
力増幅器(180)から供給される送信電力にとって、
負荷はANT端(100)からのアンテナ(170)を
見たインピーダンスZANTと分波線路(400)および
Rxフィルタ(300)からなるRx系の入力インピー
ダンスZRLinと先端開放線路(110)のインピーダ
ンスZopenで構成される。
10)のインピーダンスZopenにより、ANT端(10
0)終端時のTxフィルタ(200)の入力インピーダ
ンスZTinにより決まるTxフィルタ(200)の入力
電流を、ANT端(100)開放時のTxフィルタ(2
00)の入力インピーダンスZTinにより決まるTxフ
ィルタ(200)の入力電流より大きくして、ANT端
(100)開放時のTxフィルタ(200)の各共振器
の印加電力が小さいかまたは等しくなる様にする電力可
変手段によって、耐電力特性が向上したSAW分波器を
構成する。
電力の負荷はANT端(100)からのアンテナ(17
0)を見たインピーダンスZANTと分波線路(400)
およびRxフィルタ(300)からなるRx系の入力イ
ンピーダンスZRLinと先端開放線路(110)のイン
ピーダンスZopenで構成される。この先端開放線路(1
10)のインピーダンス特性Zopenは式(4)で与えら
れる。
の場合の線路長とインピーダンスの関係を示す。表5か
らもわかるように、このZopenは線路長が(λ/4=3
7.75(mm))より短い場合、インピーダンスZ
openは負の値となる。本実施例は(λ/4=37.75
(mm))より短い線路長で、負の値になることを用い
る。
(mm)、先端開放線路(110)の線路長を31(m
m)を用いた場合の第2実施例を表6に示す。
いて、ANT端(100)を開放した場合のTxフィル
タ(200)に入力する電流をANT端(100)を5
0Ω(オーム)で終端した場合のTxフィルタ(20
0)に入力する電流に等しくする様に先端開放線路(1
10)の線路長を調整した場合である。表6に示した如
く、両方の電流を等しくすることにより、Txフィルタ
(200)の各共振器に印加される電力も等しくなる。
この状態で、ANT端(100)を開放の場合に、分波
線路(400)の線路長をパラメータとして、Txフィ
ルタ(200)の各共振器に印加される電力を表7に示
す。
場合、Txフィルタ(200)の各共振器に印加される
電力が小さいことがわかる。したがって、ANT端(1
00)を開放の場合のTxフィルタ(200)の各共振
器に印加される電力に比較して、ANT端(100)を
終端の場合のTxフィルタ(200)の各共振器に印加
される電力を大きくできることである。この状態は携帯
電話機等の移動体通信用端末機器の好ましい状態であ
る。
電話機等の移動体通信用端末機器において、ANT端
(100)を開放状態にした場合のTxフィルタ(20
0)の各共振器に印加される電力に比較して、ANT端
(100)を終端状態にした場合のTxフィルタ(20
0)の各共振器に印加される電力を大きくできる。この
状態は携帯電話機等の移動体通信用端末機器の好ましい
場合である。
ンピーダンスが開放の場合でも、アンテナ(170)が
正常でそのインピーダンスが50Ω(オーム)で終端さ
れた場合においても、SAW分波器に要求される特性が
維持されることが可能である。したがって、携帯電話機
等の移動体通信用端末機器において、アンテナ(17
0)が異常で開放になった場合でもSAW分波器は正常
の動作ができる。
機等の移動体通信用端末機器において、送信時にSAW
分波器のTxフィルタ(200)の各共振器に印加され
ている場合に、異常状態でインピーダンスが開放の場合
の電力が正常動作で、50Ω(オーム)で終端された場
合の電力より、等しいか小さい値を設定できることを示
している。
信用端末機器の性能向上に対して多大である。
異常で開放の場合のTxフィルタ(200)の各共振器
の印加電力を、ANT端(100)が50Ωで終端され
ている場合のTxフィルタ(200)の各共振器の印加
電力に比較して、分波線路400の線路長を変えること
により、それ以下にすることができる。これにより、A
NT端(100)におけるインピーダンスが開放状態の
場合であっても、分波器特性の劣化を抑制することがで
きる。 (2)本発明は、ANT端(100)に並列に先端開放
線路(110)を設けることにより、ANT端(10
0)が異常で開放の場合のTxフィルタ(200)の各
共振器の印加電力をANT端(100)が50Ωで終端
されている場合のTxフィルタ(200)の各共振器の
印加電力に略等しくすることができる。これにより、A
NT端(100)におけるインピーダンスが開放状態の
場合であっても、分波器特性の劣化を抑制することがで
きる。
図である。
る。
ある。
成図である。
(MHz)におけるインピーダンス値を示す図である。
(MHz)におけるインピーダンス値を示す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】アンテナに並列に送信用フィルタ、分波線
路および受信用フィルタを設け、アンテナに接続した送
信用フィルタの各共振器に電力を印加するようにした弾
性表面波分波器において、アンテナ端を開放接続した時
の前記電力をアンテナ端を終端接続した時の前記電力以
下とする電力可変手段を設けたことを特徴とする弾性表
面波分波器。 - 【請求項2】請求項1記載の弾性表面波分波器におい
て、前記電力可変手段を前記分波線路の線路長により可
変する手段としたことを特徴とする弾性表面波分波器。 - 【請求項3】アンテナに並列に送信用フィルタ、分波線
路および受信用フィルタおよび先端開放線路を設け、ア
ンテナに接続した送信用フィルタの各共振器に電力を印
加するようにした弾性表面波分波器において、アンテナ
端を開放接続した時の電力をアンテナ端を終端接続した
時の電力以下とする電力可変手段を設けたことを特徴と
する弾性表面波分波器。 - 【請求項4】請求項3記載の弾性表面波分波器におい
て、前記先端開放線路をLC並列共振回路としたことを
特徴とする弾性表面波分波器。
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