JP2020123892A - マルチプレクサおよび通信装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】安定したアイソレーション特性を有するマルチプレクサを提供する。【解決手段】マルチプレクサ１は、共通端子に接続された送信フィルタ１０および受信フィルタ４０と、共通端子に接続されたインダクタＬｍと、送信フィルタ１０および受信フィルタ４０を実装し、誘電体層５１〜５６からなる多層基板５０とを備える。送信フィルタ１０は、共通端子と送信端子１１０とを結ぶ経路および並列腕端子に接続された並列腕共振子と、並列腕端子およびグランドに接続されたインダクタＬ２とを有する。インダクタＬｍは、誘電体層５３に形成されたコイルパターンＬｍ３と、誘電体層５４に形成されたコイルパターンＬｍ４と、を含む。インダクタＬ２は、誘電体層５３に形成され、コイルパターンＬｍ３と磁界結合するコイルパターンＬ２３を含む。コイルパターンＬｍ４のインダクタンス値は、コイルパターンＬｍ３のインダクタンス値よりも大きい。【選択図】図２

Description

本発明は、マルチプレクサおよび通信装置に関する。
近年の携帯電話には、一端末で複数の周波数帯域（マルチバンド）に対応することが要求されている。これに対応すべく、１つのアンテナの直下には、複数の周波数帯域の高周波信号を分波および／または合波するマルチプレクサが配置される。このマルチプレクサは、各周波数帯域を通過帯域とする複数のフィルタが共通端子に接続された構成を有する。
特許文献１には、送信フィルタおよび受信フィルタが外部接続端子に共通接続されたマルチプレクサ（高周波モジュール）が開示されている。特許文献１に開示された高周波モジュールでは、ラダー型の弾性波フィルタ（送信フィルタ）の並列腕共振子とグランドとの間に接続された第１のインダクタと、外部接続端子に接続された第２のインダクタとを誘導性結合（磁界結合）させている。第１のインダクタおよび第２のインダクタのそれぞれは、多層基板に形成された複数のコイルパターンで構成されている。第１のインダクタと第２のインダクタとの磁界結合を実現させるため、第１のインダクタを構成するコイルパターンと第２のインダクタを構成するコイルパターンとを近接配置させる。これにより、送信フィルタの減衰特性および送信フィルタと受信フィルタとのアイソレーション特性を改善することが可能となる。
特開２０１５−３３０８０号公報
しかしながら、特許文献１に開示された高周波モジュールのように、多層基板に形成されたコイルパターン同士を近接させてインダクタ同士の磁界結合を実現させる場合、多層基板の製造時の寸法精度および物性値などのばらつきにより、インダクタ同士の磁界結合度がばらついてしまう。この磁界結合度のばらつきに起因して、フィルタ間のアイソレーション特性がばらついてしまうという問題がある。
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、磁界結合度のばらつきが抑制されて安定したアイソレーション特性を有するマルチプレクサおよび通信装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るマルチプレクサは、共通端子、第１端子、および第２端子と、前記共通端子と前記第１端子との間に配置され、第１周波数帯域を通過帯域とする第１フィルタと、前記共通端子と前記第２端子との間に配置され、前記第１周波数帯域と異なる第２周波数帯域を通過帯域とする第２フィルタと、前記共通端子に接続された第１インダクタと、前記第１フィルタおよび前記第２フィルタを実装し、導体パターンが形成された複数の誘電体層の積層体で構成された多層基板と、を備え、前記第１フィルタは、前記共通端子と前記第１端子とを結ぶ第１経路と第１並列腕端子との間に接続された第１並列腕共振子と、前記第１並列腕端子とグランドとの間に接続された第２インダクタと、を有し、前記第１インダクタおよび前記第２インダクタの一方は、前記複数の誘電体層のうちの第１誘電体層に形成された第１コイルパターンと、前記第１誘電体層と異なる第２誘電体層に形成された第２コイルパターンと、を含み、前記第１インダクタおよび前記第２インダクタの他方は、前記第１誘電体層に形成され、前記第１コイルパターンと磁界結合する第３コイルパターンを含み、前記第２コイルパターンのインダクタンス値は、前記第１コイルパターンのインダクタンス値よりも大きい。
本発明によれば、磁界結合度のばらつきが抑制されて安定したアイソレーション特性を有するマルチプレクサおよび通信装置を提供することが可能となる。
実施の形態に係るマルチプレクサの回路構成図である。 実施の形態に係るマルチプレクサの断面構成図である。 実施の形態に係るマルチプレクサの多層基板各層における導体パターンを示す図である。 比較例に係るマルチプレクサの多層基板各層における導体パターンを示す図である。 実施例および比較例に係るマルチプレクサの通過特性およびクロスアイソレーション特性の典型例を示すグラフである。 実施の形態に係るマルチプレクサのクロスアイソレーション特性および減衰特性のばらつきを示すグラフである。 比較例に係るマルチプレクサのクロスアイソレーション特性および減衰特性のばらつきを示すグラフである。 実施の形態２に係る通信装置の回路構成図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施例は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施例で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施例における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面に示される構成要素の大きさまたは大きさの比は、必ずしも厳密ではない。
（実施の形態）
［１．マルチプレクサ１の回路構成］
図１は、実施の形態に係るマルチプレクサ１の回路構成図である。同図に示すように、マルチプレクサ１は、共通端子１００、送信端子１１０および１３０と、受信端子１２０および１４０と、送信フィルタ１０および３０と、受信フィルタ２０および４０と、インダクタＬｍと、を備える。
送信フィルタ１０は、送信端子１１０（第１端子）と出力端子１１１との間に配置され、ＢａｎｄＡの送信帯域（第１周波数帯域）を通過帯域とする第１フィルタである。出力端子１１１は、共通端子１００に接続されている。
送信フィルタ１０は、直列腕共振子ｓ１、ｓ２およびｓ３と、並列腕共振子ｐ１、ｐ２およびｐ３と、インダクタＬ１およびＬ２と、を備える。
直列腕共振子ｓ１〜ｓ３は、共通端子１００と送信端子１１０とを結ぶ第１経路上に配置されている。
並列腕共振子ｐ１は、上記第１経路と並列腕端子ｔ１との間に接続されている。並列腕共振子ｐ２は、上記第１経路と並列腕端子ｔ２（第１並列腕端子）との間に接続された第１並列腕共振子である。並列腕共振子ｐ３は、上記第１経路と並列腕端子ｔ２（第１並列腕端子）との間に接続されている。
インダクタＬ１は、一端が並列腕端子ｔ１に接続され、他端がグランドに接続されている。インダクタＬ２は、一端が並列腕端子ｔ２に接続され、他端がグランドに接続された第２インダクタである。
上記構成によれば、送信フィルタ１０は、直列腕共振子および並列腕共振子からなるラダー型のバンドパスフィルタを構成している。インダクタＬ１およびＬ２の配置により、送信フィルタ１０の減衰極の周波数および減衰量、ならびに、通過帯域内の挿入損失およびリップルを調整することが可能となる。
なお、送信フィルタ１０において、インダクタＬ１はなくてもよい。また、インダクタＬ２は、並列腕共振子ｐ２およびｐ３の双方に接続されていなくてもよく、並列腕共振子ｐ２およびｐ３の一方のみに接続されていてもよい。あるいは、インダクタＬ２は、並列腕共振子ｐ１、ｐ２およびｐ３に共通して接続されていてもよい。
なお、送信フィルタ１０は、弾性表面波フィルタ、ＢＡＷ（Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）を用いた弾性波フィルタ、ＬＣ共振フィルタ、および誘電体フィルタのいずれかであってもよい。また、弾性表面波には、例えば、表面波、ラブ波、リーキー波、レイリー波、境界波、漏れＳＡＷ、疑似ＳＡＷ、板波も含まれる。
また、送信フィルタ１０は、少なくとも並列腕共振子ｐ２またはｐ３、および、インダクタＬ２を備えていればよく、直列腕共振子ｓ１〜ｓ３、並列腕共振子ｐ１、およびインダクタＬ１を備えていなくてもよい。
受信フィルタ２０は、入力端子１２１と受信端子１２０との間に配置され、ＢａｎｄＡの受信帯域を通過帯域とするフィルタである。入力端子１２１は、共通端子１００に接続されている。
受信フィルタ２０は、弾性表面波フィルタ、ＢＡＷを用いた弾性波フィルタ、ＬＣ共振フィルタ、および誘電体フィルタのいずれかに限定されず、その他、ＬＣフィルタなどであってもよく、フィルタ構造は任意である。
なお、送信フィルタ１０と受信フィルタ２０とは、ＢａｎｄＡの高周波信号を同時に送受信可能なデュプレクサであってもよい。
送信フィルタ３０は、送信端子１３０と出力端子１３１との間に配置され、ＢａｎｄＢの送信帯域を通過帯域とするフィルタである。出力端子１３１は、共通端子１００に接続されている。
なお、送信フィルタ３０は、弾性表面波フィルタ、ＢＡＷを用いた弾性波フィルタ、ＬＣ共振フィルタ、および誘電体フィルタのいずれかに限定されず、その他、ＬＣフィルタなどであってもよく、フィルタ構造は任意である。
受信フィルタ４０は、入力端子１４１と受信端子１４０（第２端子）との間に配置され、ＢａｎｄＡと異なるＢａｎｄＢの受信帯域（第２周波数帯域）を通過帯域とする第２フィルタである。入力端子１４１は、共通端子１００に接続されている。
受信フィルタ４０は、弾性表面波フィルタ、ＢＡＷを用いた弾性波フィルタ、ＬＣ共振フィルタ、および誘電体フィルタのいずれかに限定されず、その他、ＬＣフィルタなどであってもよく、フィルタ構造は任意である。
なお、送信フィルタ３０と受信フィルタ４０とは、ＢａｎｄＢ（第２周波数帯域）の高周波信号を同時に送受信可能なデュプレクサであってもよい。
インダクタＬｍ（第１インダクタ）は、共通端子１００と、グランドとの間に配置された第１インダクタであり、共通端子１００に接続された外部回路と送信フィルタ１０および３０ならびに受信フィルタ２０および４０とのインピーダンス整合をとる素子である。なお、インダクタＬｍは、共通端子１００と、出力端子１１１および１３１ならびに入力端子１２１および１４１との間に直列配置されていてもよい。
ここで、送信フィルタ１０のインダクタＬ２とインダクタＬｍとは磁界結合している。これによれば、送信フィルタ１０の通過特性は、送信端子１１０、直列腕共振子ｓ３、ｓ２、ｓ１、出力端子１１１、共通端子１００という主経路で高周波信号が伝送される伝送特性と、送信端子１１０、並列腕共振子ｐ２およびｐ３、インダクタＬ２、インダクタＬｍ、共通端子１００という副経路で高周波信号が伝送される伝送特性とが合成された特性となる。このとき、送信フィルタ１０の通過特性において、副経路における上記磁界結合の結合度が調整されることで、所望の周波数帯域に減衰極を形成できる。よって、送信フィルタ１０の減衰特性を改善できる。さらに、上記減衰特性の改善に伴い、送信フィルタ１０と受信フィルタ４０との間のクロスアイソレーション特性、または、送信フィルタ１０と受信フィルタ２０との間のアイソレーション特性を改善できる。
なお、本実施の形態に係るマルチプレクサ１において、送信フィルタ３０と、受信フィルタ２０および４０のいずれか一方とは、必須の構成要素ではない。
上記回路構成によれば、マルチプレクサ１は、ＢａｎｄＡの高周波送信信号とＢａｎｄＡの高周波受信信号とを同時に送受信することが可能である。また、ＢａｎｄＢの高周波送信信号とＢａｎｄＢの高周波受信信号とを同時に送受信することが可能である。さらには、ＢａｎｄＡの高周波信号と、ＢａｎｄＢの高周波信号とを、同時に送信、同時に受信、および同時に送受信（ＣＡ：キャリアアグリゲーション）することが可能である。
［２．マルチプレクサ１の構造］
図２は、実施の形態に係るマルチプレクサ１の断面構成図である。同図に示すように、マルチプレクサ１は、さらに、多層基板５０および樹脂部材６０を備える。
多層基板５０は、第１主面および第２主面を有し、導体パターンが形成された複数の誘電体層５１〜５６の積層体で構成されている。多層基板５０の第１主面には、送信フィルタ１０、受信フィルタ２０（図示せず）、送信フィルタ３０（図示せず）、および受信フィルタ４０が実装されている。
多層基板５０としては、例えば、低温同時焼成セラミックス（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ：ＬＴＣＣ）基板、または、プリント基板等が用いられる。
送信フィルタ１０は、例えば、圧電基板と当該圧電基板上に形成されたＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極とで構成された弾性表面波共振子からなる。圧電基板上に形成され、ＩＤＴ電極に接続された接続電極が、多層基板５０の第１主面上に形成された電極１１、１２および１３と、バンプまたははんだなどを介してフェースダウン接続されている。なお、電極１２は、並列腕共振子ｐ２およびｐ３に接続される並列腕端子ｔ２に相当する。
受信フィルタ４０は、例えば、圧電基板と当該圧電基板上に形成されたＩＤＴ電極とで構成された弾性表面波共振子からなる。圧電基板上に形成され、ＩＤＴ電極に接続された接続電極が、多層基板５０の第１主面上に形成された電極４１、４２および４３と、バンプまたははんだなどを介してフェースダウン接続されている。
樹脂部材６０は、多層基板５０の第１主面上に配置され、送信フィルタ１０および３０、ならびに、受信フィルタ２０および４０を覆っており、上記送信フィルタおよび上記受信フィルタの機械強度および耐湿性などの信頼性を確保する機能を有している。なお、樹脂部材６０は、本発明に係るマルチプレクサに必須の構成要素ではない。
多層基板５０の第２主面には、送信端子１１０、受信端子１２０（図示せず）、送信端子１３０（図示せず）、受信端子１４０、およびグランド電極１５０Ｇが形成されている。
また、図２に示すように、インダクタＬｍは、誘電体層５３（第１誘電体層）に形成されたコイルパターンＬｍ３（第１コイルパターン）と、誘電体層５３と異なる誘電体層５４（第２誘電体層）に形成されたコイルパターンＬｍ４（第２コイルパターン）と、を有している。なお、コイルパターンＬｍ３およびＬｍ４は、異なる誘電体層に形成され、誘電体層５１〜５６のいずれかに形成されていればよい。また、インダクタＬｍを構成するコイルパターンが形成される誘電体層は、２層に限定されず３層以上であってもよい。
また、送信フィルタ１０のインダクタＬ２は、多層基板５０に形成されている。インダクタＬ２は、誘電体層５３（第１誘電体層）に形成されたコイルパターンＬ２３（第３コイルパターン）と、誘電体層５３と異なる誘電体層５２に形成されたコイルパターンＬ２２と、を有している。なお、コイルパターンＬ２２およびＬ２３は、異なる誘電体層に形成され、誘電体層５１〜５６のいずれかに形成されていればよい。ただし、コイルパターンＬ２３はコイルパターンＬｍ３と同一の誘電体層に形成されている。インダクタＬ２を構成するコイルパターンのうちコイルパターンＬ２３以外のコイルパターンはなくてもよい。
ここで、コイルパターンＬ２３とコイルパターンＬｍ３とは、同じ誘電体層５３に形成されており、コイルパターンＬ２３とコイルパターンＬｍ３とは磁界結合している。
また、コイルパターンＬｍ４のインダクタンス値は、コイルパターンＬｍ３のインダクタンス値よりも大きい。
インダクタＬｍとインダクタＬ２とを磁界結合させるには、インダクタＬｍとインダクタＬ２とを近接配置する必要がある。この近接配置を実現する手段として、多層基板５０において、インダクタＬｍを構成するコイルパターンとインダクタＬ２を構成するコイルパターンとを同一の誘電体層に形成し、これらの距離を調整することが挙げられる。
しかしながら、複数の誘電体層で構成された多層基板にインダクタを形成する場合、多層基板の製造時の寸法精度および物性値などのばらつきにより、インダクタのインダクタンス値がばらついてしまう。インダクタのインダクタンス値がばらつくと、インダクタＬｍとインダクタＬ２との磁界結合度がばらつく。これに起因して、フィルタの減衰特性、フィルタ間のアイソレーション特性がばらついてしまうという問題がある。
これに対して、本実施の形態に係るマルチプレクサ１の構成によれば、インダクタＬｍとインダクタＬ２とを磁界結合させるにあたり、同じ誘電体層５３に形成されたコイルパターンＬ２３とコイルパターンＬｍ３とを磁界結合させるが、コイルパターンＬｍ４のインダクタンス値を、コイルパターンＬｍ３のインダクタンス値よりも大きく設定している。つまり、インダクタＬｍを構成するコイルパターンＬｍ３およびＬｍ４のうち、インダクタンス値の小さいコイルパターンＬｍ３をインダクタＬ２と磁界結合させている。製造時のインダクタンス値のばらつきは、インダクタンス値の絶対値が大きいほど大きい。つまり、インダクタＬ２と磁界結合させるコイルパターンＬｍ３のインダクタンス値が小さいほど、磁界結合度のばらつきは小さくなる。
この観点から、本実施の形態に係るマルチプレクサ１のように、コイルパターンＬｍ３のインダクタンス値を、コイルパターンＬｍ４のインダクタンス値よりも小さくすることにより、インダクタＬｍとインダクタＬ２との磁界結合度のばらつきを抑制できる。よって、安定した送信フィルタ１０の減衰特性、および、安定した送信フィルタ１０と受信フィルタ４０とのクロスアイソレーション特性または安定した送信フィルタ１０と受信フィルタ２０とのアイソレーション特性を実現できる。
なお、本実施の形態では、磁界結合させるインダクタＬｍおよびインダクタＬ２のうち、インダクタＬｍを構成するコイルパターンのインダクタンス値の大きさを規定したが、インダクタＬ２を構成するコイルパターンのインダクタンス値の大きさを規定してもよい。
つまり、図２において、インダクタＬｍは、誘電体層５３に形成されたコイルパターンＬｍ３（第３コイルパターン）と、誘電体層５４に形成されたコイルパターンＬｍ４と、を有している。インダクタＬ２は、誘電体層５３（第１誘電体層）に形成されたコイルパターンＬ２３（第１コイルパターン）と、誘電体層５３と異なる誘電体層５２（第２誘電体層）に形成されたコイルパターンＬ２２（第２コイルパターン）と、を有している。
ここで、コイルパターンＬ２３とコイルパターンＬｍ３とは、同じ誘電体層５３に形成されており、コイルパターンＬ２３とコイルパターンＬｍ３とは磁界結合している。このとき、コイルパターンＬｍ４のインダクタンス値をコイルパターンＬｍ３のインダクタンス値よりも大きく設定する代わりに、コイルパターンＬ２２のインダクタンス値を、コイルパターンＬ２３のインダクタンス値よりも大きく設定してもよい。
これによれば、コイルパターンＬ２３のインダクタンス値を、コイルパターンＬ２２のインダクタンス値よりも小さくすることにより、インダクタＬｍとインダクタＬ２との磁界結合度のばらつきを抑制できる。よって、安定した送信フィルタ１０の減衰特性、および、安定した送信フィルタ１０と受信フィルタ４０とのクロスアイソレーション特性または安定した送信フィルタ１０と受信フィルタ２０とのアイソレーション特性を実現できる。
なお、上記構成の場合、コイルパターンＬ２２およびＬ２３は、異なる誘電体層に形成され、誘電体層５１〜５６のいずれかに形成されていればよい。また、インダクタＬ２を構成するコイルパターンが形成される誘電体層は、２層に限定されず３層以上であってもよい。また、コイルパターンＬｍ３およびＬｍ４は、異なる誘電体層に形成され、誘電体層５１〜５６のいずれかに形成されていればよい。ただし、コイルパターンＬｍ３はコイルパターンＬ２３と同一の誘電体層に形成されている。インダクタＬｍを構成するコイルパターンのうちコイルパターンＬｍ３以外のコイルパターンはなくてもよい。
また、本実施の形態では、磁界結合させるインダクタＬｍおよびインダクタＬ２のうち、インダクタＬｍを構成するコイルパターンのインダクタンス値の大きさを規定したが、さらに、インダクタＬ２を構成するコイルパターンのインダクタンス値の大きさも規定してもよい。
つまり、図２において、インダクタＬｍは、誘電体層５３に形成されたコイルパターンＬｍ３と、誘電体層５４に形成されたコイルパターンＬｍ４と、を有している。インダクタＬ２は、誘電体層５３に形成されたコイルパターンＬ２３と、誘電体層５３と異なる誘電体層５２に形成されたコイルパターンＬ２２と、を有している。
ここで、コイルパターンＬ２３とコイルパターンＬｍ３とは、同じ誘電体層５３に形成されており、コイルパターンＬ２３とコイルパターンＬｍ３とは磁界結合している。このとき、コイルパターンＬｍ４のインダクタンス値はコイルパターンＬｍ３のインダクタンス値よりも大きく、かつ、コイルパターンＬ２２のインダクタンス値はコイルパターンＬ２３のインダクタンス値よりも大きい。
これによれば、コイルパターンＬ２３のインダクタンス値を、コイルパターンＬ２２のインダクタンス値よりも小さくし、かつ、コイルパターンＬｍ３のインダクタンス値を、コイルパターンＬｍ４のインダクタンス値よりも小さすることにより、インダクタＬｍとインダクタＬ２との磁界結合度のばらつきを、さらに抑制できる。よって、より安定した送信フィルタ１０の減衰特性、および、より安定した送信フィルタ１０と受信フィルタ４０とのクロスアイソレーション特性またはより安定した送信フィルタ１０と受信フィルタ２０とのアイソレーション特性を実現できる。
［３．実施例および比較例に係るマルチプレクサの比較］
図３Ａは、実施の形態に係るマルチプレクサ１の多層基板５０の各層における導体パターンを示す図である。図３Ｂは、比較例に係るマルチプレクサの多層基板５０の各層における導体パターンを示す図である。図２の断面構成図は、図３ＡのＩＩ−ＩＩ線の断面図であり、図３Ａには、図２に示された多層基板５０の誘電体層５１〜５６のうち、誘電体層５１〜５４および５６を第１主面側から平面視した場合の導体パターンのレイアウトが示されている。実施の形態に係るマルチプレクサ１と比較例に係るマルチプレクサとは、図１に示された同じ回路構成を有するが、インダクタＬｍを構成するコイルパターンの配置構成が異なる。
なお、図３Ａおよび図３Ｂの誘電体層５２〜５４および５６の導体パターンのレイアウトでは、各層の導体パターンを接続するビア導体パターンおよびグランド導体パターンを省略している場合がある。
実施の形態および比較例に係るマルチプレクサの双方において、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、送信フィルタ１０および３０、ならびに、受信フィルタ２０および４０は、誘電体層５１に形成された電極と接続されている。送信フィルタ１０の出力端子１１１、受信フィルタ２０の入力端子１２１、送信フィルタ３０の出力端子１３１、および受信フィルタ４０の入力端子１４１は、誘電体層５２に形成された共通電極１０１と接続されている。
また、誘電体層５２に形成された共通電極１０１は、誘電体層５３に形成されたインダクタＬｍのコイルパターンＬｍ３と接続されている。また、誘電体層５３に形成されたコイルパターンＬｍ３は、誘電体層５４に形成されたインダクタＬｍのコイルパターンＬｍ４と接続されている。誘電体層５４に形成されたコイルパターンＬｍ４は、ビア導体を介して誘電体層５６に形成されたグランド電極１５０Ｇと接続されている。
また、誘電体層５１に形成された電極１２は、誘電体層５２に形成されたインダクタＬ２のコイルパターンＬ２２と接続されている。また、誘電体層５２に形成されたコイルパターンＬ２２は、誘電体層５３に形成されたインダクタＬ２のコイルパターンＬ２３と接続されている。また、誘電体層５３に形成されたコイルパターンＬ２３は、ビア導体を介して誘電体層５６に形成されたグランド電極１５０Ｇと接続されている。
ここで、図３Ｂに示すように、比較例に係るマルチプレクサでは、コイルパターンＬｍ４の巻き数は、コイルパターンＬｍ３の巻き数よりも少ない。この構成により、コイルパターンＬｍ４のインダクタンス値は、コイルパターンＬｍ３のインダクタンス値よりも小さい。このため、インダクタＬ２と磁界結合するコイルパターンＬｍ３のインダクタンス値が相対的に大きく設定されるので、インダクタＬｍとインダクタＬ２との磁界結合度のばらつきは大きくなる。
これに対して、図３Ａに示すように、実施の形態に係るマルチプレクサ１では、コイルパターンＬｍ４の巻き数は、コイルパターンＬｍ３の巻き数よりも多い。この構成により、コイルパターンＬｍ４のインダクタンス値は、コイルパターンＬｍ３のインダクタンス値よりも大きくなる。つまり、インダクタＬ２と磁界結合するコイルパターンＬｍ３のインダクタンス値が相対的に小さく設定されるので、比較例に係るマルチプレクサと比較して、インダクタＬｍとインダクタＬ２との磁界結合度のばらつきは小さくなる。よって、安定した送信フィルタ１０の減衰特性、および、安定した送信フィルタ１０と受信フィルタ４０とのクロスアイソレーション特性または安定した送信フィルタ１０と受信フィルタ２０とのアイソレーション特性を実現できる。
なお、コイルパターンＬｍ４の線幅は、コイルパターンＬｍ３の線幅よりも細くてもよい。これにより、コイルパターンＬｍ４のインダクタンス値を、コイルパターンＬｍ３のインダクタンス値よりも大きく設定できる。
また、コイルパターンＬｍ４の最大巻き径は、コイルパターンＬｍ３の最大巻き径よりも大きくてよい。これにより、コイルパターンＬｍ４のインダクタンス値を、コイルパターンＬｍ３のインダクタンス値よりも大きく設定できる。
図４は、実施の形態および比較例に係るマルチプレクサの通過特性およびクロスアイソレーション特性の典型例を示すグラフである。図４の（ａ）には、実施の形態および比較例に係る各フィルタの通過特性の典型例が示され、図４の（ｂ）には、実施の形態および比較例に係る送信フィルタ１０と受信フィルタ４０のクロスアイソレーション特性の典型例が示されている。
なお、本実施の形態および比較例に係るマルチプレクサにおいて、ＢａｎｄＡとしてＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）のＢａｎｄ１（送信帯域：１９２０−１９８０ＭＨｚ、受信帯域：２１１０−２１７０ＭＨｚ）が適用される。また、ＢａｎｄＢとしてＬＴＥのＢａｎｄ３（送信帯域：１７１０−１７８５ＭＨｚ、受信帯域：１８０５−１８８０ＭＨｚ）が適用される。
図４の（ａ）に示すように、送信フィルタ１０の通過特性（送信端子１１０−共通端子１００間）、受信フィルタ２０の通過特性（共通端子１００−受信端子１２０間）、送信フィルタ３０の通過特性（送信端子１３０−共通端子１００間）、および受信フィルタ４０の通過特性（共通端子１００−受信端子１４０間）において、いずれも通過帯域内の低損失性が確保されている。
また、図４の（ｂ）に示すように、送信フィルタ１０と受信フィルタ４０との間のクロスアイソレーション特性（送信端子１１０−受信端子１４０間）では、インダクタＬｍとインダクタＬ２との磁界結合により、Ｂａｎｄ３の受信帯域（１８０５−１８８０ＭＨｚ）およびＢａｎｄ１の送信帯域（１９２０−１９８０ＭＨｚ）において、５５ｄＢ以上のアイソレーションが確保されている。
図５Ａは、実施の形態に係るマルチプレクサ１のクロスアイソレーション特性および減衰特性のばらつきを示すグラフである。また、図５Ｂは、比較例に係るマルチプレクサのクロスアイソレーション特性および減衰特性のばらつきを示すグラフである。
図５Ａの（ａ）には、実施の形態に係るマルチプレクサ１の３つのサンプルにおける送信フィルタ１０と受信フィルタ４０との間のクロスアイソレーション特性が示されている。また、図５Ａの（ｂ）には、実施の形態に係るマルチプレクサ１の上記３つのサンプルにおける送信フィルタ１０の通過特性が示されている。なお、実施の形態に係るマルチプレクサ１の上記３つのサンプルは、同一の製造ロットにおいて、送信フィルタ１０の通過特性における減衰極（図５Ａの（ｂ）の破線枠内の減衰極）の周波数が最高のサンプル、当該減衰極の周波数が中央のサンプル、当該減衰極の周波数が最低のサンプルを抽出している。なお、上記減衰極は、インダクタＬｍとインダクタＬ２との磁界結合により形成されるものである。
図５Ｂの（ａ）には、比較例に係るマルチプレクサの３つのサンプルにおける送信フィルタ１０と受信フィルタ４０との間のクロスアイソレーション特性が示されている。また、図５Ｂの（ｂ）には、比較例に係るマルチプレクサの上記３つのサンプルにおける送信フィルタ１０の通過特性が示されている。なお、比較例に係るマルチプレクサの上記３つのサンプル（サンプル１、サンプル２、サンプル３）は、同一の製造ロットにおいて、無作為に抽出したものである。なお、図５Ｂの（ｂ）の破線枠内の減衰極は、インダクタＬｍとインダクタＬ２との磁界結合により形成されるものである。
図５Ｂの（ｂ）に示すように、インダクタＬｍとインダクタＬ２との磁界結合により形成される減衰極の周波数は、３つのサンプル間でばらついている。これに起因して、図５Ｂの（ａ）に示すように、送信フィルタ１０と受信フィルタ４０との間のクロスアイソレーション特性において、Ｂａｎｄ３の受信帯域（１８０５−１８８０ＭＨｚ）の高周波端部の挿入損失がばらついている。つまり、図５Ｂの（ｂ）に示された減衰極の周波数が高周波側にシフトしているサンプル２および３において、図５Ｂの（ａ）に示されたＢａｎｄ３の受信帯域の高周波端部の挿入損失が小さくなっている。このため、Ｂａｎｄ３の受信帯域（１８０５−１８８０ＭＨｚ）におけるクロスアイソレーションが５５ｄＢ以下となっている。つまり、比較例に係るマルチプレクサでは、インダクタＬｍとインダクタＬ２との磁界結合のばらつきに起因して、クロスアイソレーション特性が劣化する。
これに対して、本実施の形態に係るマルチプレクサ１では、同一の製造ロットのうち、減衰極の周波数のばらつきが最大となるように３つのサンプルを抽出しても、図５Ａの（ｂ）に示された減衰極の周波数ばらつきが相対的に小さい。これに起因して、図５Ａの（ａ）に示すように、送信フィルタ１０の減衰特性および送信フィルタ１０と受信フィルタ４０とのクロスアイソレーション特性のばらつきも小さく、Ｂａｎｄ３の受信帯域におけるクロスアイソレーションは５５ｄＢ以上を確保している。
図５Ａおよび図５Ｂの特性比較から、本実施の形態に係るマルチプレクサ１のように、コイルパターンＬｍ３のインダクタンス値を、コイルパターンＬｍ４のインダクタンス値よりも小さくすることにより、インダクタＬｍとインダクタＬ２との磁界結合度のばらつきを抑制できる。よって、安定した送信フィルタ１０の減衰特性、および、安定した送信フィルタ１０と受信フィルタ４０とのクロスアイソレーション特性を実現できる。
なお、本実施の形態では、送信フィルタ１０と受信フィルタ４０との間のクロスアイソレーション特性のばらつきを改善する構成を示したが、本実施の形態に係るマルチプレクサ１は、送信フィルタ１０と受信フィルタ２０との間のアイソレーション特性のばらつきを改善する場合にも適用可能である。この場合には、送信フィルタ１０が第１フィルタに相当し、受信フィルタ２０が第２フィルタに相当し、第１周波数帯域がＢａｎｄＡの送信帯域に相当し、第２周波数帯域がＢａｎｄＡの受信帯域に相当する。
なお、本実施の形態に係るマルチプレクサ１は、ＢａｎｄＡとしてＬＴＥのＢａｎｄ２５（送信帯域：１８５０−１９１５ＭＨｚ、受信帯域：１９３０−１９９５ＭＨｚ）が適用されてもよい。また、ＢａｎｄＢとしてＬＴＥのＢａｎｄ６６（送信帯域：１７１０−１７８０ＭＨｚ、受信帯域：２１１０−２２００ＭＨｚ）が適用されてもよい。この場合、例えば、Ｂａｎｄ６６の受信帯域（２１１０−２２００ＭＨｚ）およびＢａｎｄ２５の送信帯域（１８５０−１９１５ＭＨｚ）において、良好なクロスアイソレーション特性を実現できる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１に係るマルチプレクサ１に対して、さらに、ＣＡを実行する周波数帯域の組み合わせを選択するためのスイッチ回路が付加されたマルチプレクサ１Ａ、および、マルチプレクサ１Ａを含む通信装置６について示す。
図６は、実施の形態２に係る通信装置６の回路構成図である。同図に示すように、通信装置６は、マルチプレクサ１Ａと、送信増幅回路３Ｔと、受信増幅回路３Ｒと、ＲＦ信号処理回路（ＲＦＩＣ）４と、ベースバンド信号処理回路（ＢＢＩＣ）５と、を備える。
マルチプレクサ１Ａは、実施の形態１に係るマルチプレクサ１の構成要素に加えて、さらに、送信フィルタ１５と、受信フィルタ２５と、送受信フィルタ１６および３５と、スイッチ回路７０と、スイッチ７３および７４と、ダイプレクサ８０と、を備える。インダクタＬｍは、共通端子１００とダイプレクサ８０との間に直列配置されていてもよい。
送信フィルタ１０は、送信増幅回路３Ｔとスイッチ回路７０との間に配置され、ＢａｎｄＡの送信帯域（第１周波数帯域）を通過帯域とする第１フィルタである。
受信フィルタ２０は、スイッチ回路７０と受信増幅回路３Ｒとの間に配置され、ＢａｎｄＡの受信帯域を通過帯域とするフィルタである。
送信フィルタ３０は、送信増幅回路３Ｔとスイッチ回路７０との間に配置され、ＢａｎｄＢの送信帯域を通過帯域とするフィルタである。
受信フィルタ４０は、スイッチ回路７０と受信増幅回路３Ｒとの間に配置され、ＢａｎｄＢの受信帯域（第２周波数帯域）を通過帯域とするフィルタである。
送信フィルタ１５は、送信増幅回路３Ｔとスイッチ回路７０との間に配置され、ＢａｎｄＤの送信帯域を通過帯域とするフィルタである。
受信フィルタ２５は、スイッチ回路７０と受信増幅回路３Ｒとの間に配置され、ＢａｎｄＤの受信帯域を通過帯域とするフィルタである。
送受信フィルタ１６は、スイッチ回路７０とスイッチ７４との間に配置され、ＢａｎｄＥの送受信帯域を通過帯域とするフィルタである。
送受信フィルタ３５は、スイッチ回路７０とスイッチ７３との間に配置され、ＢａｎｄＣの送受信帯域を通過帯域とするフィルタである。
スイッチ回路７０は、スイッチ７１および７２で構成されている。スイッチ７１は、送信フィルタ３０および受信フィルタ４０とダイプレクサ８０との接続、および、送受信フィルタ３５とダイプレクサ８０との接続を排他的に切り替える。スイッチ７１は、例えば、ＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｔｈｒｏｗ）型のスイッチである。スイッチ７２は、送信フィルタ１０および受信フィルタ２０とダイプレクサ８０との接続、送信フィルタ１５および受信フィルタ２５とダイプレクサ８０との接続、および、送受信フィルタ１６とダイプレクサ８０との接続を排他的に切り替える。スイッチ７２は、例えば、ＳＰ３Ｔ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌｅ ３ Ｔｈｒｏｗ）型のスイッチである。
スイッチ７３は、送受信フィルタ３５と送信増幅回路３Ｔとの接続、および、送受信フィルタ３５と受信増幅回路３Ｒとの接続を、排他的に切り替える。スイッチ７３は、例えば、ＳＰＤＴ型のスイッチである。スイッチ７４は、送受信フィルタ１６と送信増幅回路３Ｔとの接続、および、送受信フィルタ１６と受信増幅回路３Ｒとの接続を、排他的に切り替える。スイッチ７４は、例えば、ＳＰＤＴ型のスイッチである。
スイッチ回路７０の上記構成によれば、マルチプレクサ１Ａは、ＢａｎｄＢおよびＢａｎｄＣのいずれかの高周波信号と、ＢａｎｄＡ、ＢａｎｄＤおよびＢａｎｄＥのいずれかの高周波信号とを、同時送信、同時受信、または同時送受信することが可能である。
なお、スイッチ回路７０は、２つのスイッチ７１および７２で構成されていることに限定されず、２以上の経路を同時に接続できる回路であればよく、例えば、複数個のＳＰＳＴ（Ｓｉｇｌｅ Ｐｏｌｅ Ｓｉｎｇｌｅ Ｔｈｒｏｗ）型スイッチが並列配置されている構成であってもよい。
ダイプレクサ８０は、共通端子１００とスイッチ回路７０との間に配置され、ローパスフィルタとハイパスフィルタとを有している。ローパスフィルタは、共通端子１００およびスイッチ７１に接続され、ＢａｎｄＢおよびＢａｎｄＣを含む低周波側帯域群の高周波信号を通過させる。ハイパスフィルタは、共通端子１００およびスイッチ７２に接続され、ＢａｎｄＡ、ＢａｎｄＤおよびＢａｎｄＥを含む高周波側帯域群の高周波信号を通過させる。この構成により、ダイプレクサ８０は、低周波側帯域群の高周波信号と高周波側帯域群の高周波信号とを分波および合波する。
なお、ダイプレクサ８０は、マルチプレクサ１Ａに必須の構成要素ではない。また、ダイプレクサ８０は、本実施の形態のように２つの周波数帯域群の高周波信号を分波および合波するほか、３つ以上の周波数帯域群を分波および合波するマルチプレクサであってもよい。
また、本実施の形態に係るマルチプレクサ１Ａが伝送する周波数帯域の数は、ＢａｎｄＡ〜ＢａｎｄＥの５つに限定されず、２以上の周波数帯域であればよい。
本実施の形態に係るマルチプレクサ１Ａは、実施の形態１に係るマルチプレクサ１と同様に、インダクタＬｍと送信フィルタ１０のインダクタＬ２とを磁界結合させるにあたり、同じ誘電体層５３に形成されたコイルパターンＬ２３とコイルパターンＬｍ３とを磁界結合させるが、コイルパターンＬｍ４のインダクタンス値を、コイルパターンＬｍ３のインダクタンス値よりも大きく設定している。つまり、インダクタＬｍを構成するコイルパターンＬｍ３およびＬｍ４のうち、インダクタンス値の小さいコイルパターンＬｍ３をインダクタＬ２と磁界結合させている。
これにより、インダクタＬｍとインダクタＬ２との磁界結合度のばらつきを抑制できる。よって、安定した送信フィルタ１０の減衰特性、および、安定した送信フィルタ１０と受信フィルタ４０とのクロスアイソレーション特性または安定した送信フィルタ１０と受信フィルタ２０とのアイソレーション特性を実現できる。
送信増幅回路３Ｔは、ＲＦＩＣ４から出力された高周波送信信号を増幅し、当該増幅された高周波送信信号をマルチプレクサ１Ａへ出力する。受信増幅回路３Ｒは、アンテナ素子２で受信され、マルチプレクサ１Ａを通過した高周波受信信号を増幅し、当該増幅された高周波受信信号をＲＦＩＣ４へ出力する。
ＲＦＩＣ４は、高周波信号を処理して送信増幅回路３Ｔへ出力し、受信増幅回路３Ｒから出力された高周波信号を処理するＲＦ信号処理回路である。具体的には、ＲＦＩＣ４は、アンテナ素子２からマルチプレクサ１Ａおよび受信増幅回路３Ｒを介して入力された高周波受信信号を、ダウンコンバートなどにより信号処理し、当該信号処理して生成された高周波受信信号をＢＢＩＣ５へ出力する。また、ＲＦＩＣ４は、ＢＢＩＣ５から入力した送信信号をアップコンバートなどにより信号処理し、当該信号処理して生成された高周波送信信号を、送信増幅回路３Ｔおよびマルチプレクサ１Ａへ出力する。
また、本実施の形態では、ＲＦＩＣ４は、使用されるバンド（周波数帯域）に基づいて、マルチプレクサ１Ａが有するスイッチ７１〜７４の接続を制御する制御部としての機能も有する。具体的には、ＲＦＩＣ４は、制御信号（図示せず）によって、スイッチ７１〜７４の接続を切り替える。なお、制御部は、ＲＦＩＣ４の外部に設けられていてもよく、例えば、マルチプレクサ１ＡまたはＢＢＩＣ５に設けられていてもよい。
上記構成によれば、マルチプレクサ１Ａを構成する各フィルタの減衰特性を確保しつつ、異なる周波数帯域の高周波信号を通過させるフィルタ間のクロスアイソレーションが向上した通信装置６を提供できる。
（その他の実施の形態）
以上、本発明に係るマルチプレクサおよび通信装置について、実施の形態１および２を挙げて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、上記実施の形態に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本発明に係るマルチプレクサおよび通信装置を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
また、例えば、実施の形態１および２に係るマルチプレクサおよび通信装置において、各構成要素の間に、インダクタおよびキャパシタなどの整合素子、ならびにスイッチ回路が接続されていてもかまわない。なお、インダクタには、各構成要素間を繋ぐ配線による配線インダクタが含まれてもよい。
本発明は、ＣＡモードの実行が可能なるマルチバンドシステムに適用できるマルチプレクサおよび通信装置として、携帯電話などの通信機器に広く利用できる。
１、１Ａ マルチプレクサ
２ アンテナ素子
３Ｒ 受信増幅回路
３Ｔ 送信増幅回路
４ ＲＦ信号処理回路（ＲＦＩＣ）
５ ベースバンド信号処理回路（ＢＢＩＣ）
６ 通信装置
１０、１５、３０ 送信フィルタ
１１、１２、１３、４１、４２、４３ 電極
１６、３５ 送受信フィルタ
２０、２５、４０ 受信フィルタ
５０ 多層基板
５１、５２、５３、５４、５５、５６ 誘電体層
６０ 樹脂部材
７０ スイッチ回路
７１、７２、７３、７４ スイッチ
８０ ダイプレクサ
１００ 共通端子
１０１ 共通電極
１１０、１３０ 送信端子
１１１、１３１ 出力端子
１２０、１４０ 受信端子
１２１、１４１ 入力端子
１５０Ｇ グランド電極
Ｌ１、Ｌ２、Ｌｍ インダクタ
Ｌ２２、Ｌ２３、Ｌｍ３、Ｌｍ４ コイルパターン
ｐ１、ｐ２、ｐ３ 並列腕共振子
ｓ１、ｓ２、ｓ３ 直列腕共振子
ｔ１、ｔ２ 並列腕端子

Claims (9)

  1. 共通端子、第１端子、および第２端子と、
    前記共通端子と前記第１端子との間に配置され、第１周波数帯域を通過帯域とする第１フィルタと、
    前記共通端子と前記第２端子との間に配置され、前記第１周波数帯域と異なる第２周波数帯域を通過帯域とする第２フィルタと、
    前記共通端子に接続された第１インダクタと、
    前記第１フィルタおよび前記第２フィルタを実装し、導体パターンが形成された複数の誘電体層の積層体で構成された多層基板と、を備え、
    前記第１フィルタは、
    前記共通端子と前記第１端子とを結ぶ第１経路と第１並列腕端子との間に接続された第１並列腕共振子と、
    前記第１並列腕端子とグランドとの間に接続された第２インダクタと、を有し、
    前記第１インダクタおよび前記第２インダクタの一方は、
    前記複数の誘電体層のうちの第１誘電体層に形成された第１コイルパターンと、
    前記第１誘電体層と異なる第２誘電体層に形成された第２コイルパターンと、を含み、
    前記第１インダクタおよび前記第２インダクタの他方は、
    前記第１誘電体層に形成され、前記第１コイルパターンと磁界結合する第３コイルパターンを含み、
    前記第２コイルパターンのインダクタンス値は、前記第１コイルパターンのインダクタンス値よりも大きい、
    マルチプレクサ。
  2. 前記第１インダクタは、
    前記第１コイルパターンと、
    前記第２コイルパターンと、を含み、
    前記第２インダクタは、
    前記第３コイルパターンを含む、
    請求項１に記載のマルチプレクサ。
  3. 前記第２コイルパターンの巻き数は、前記第１コイルパターンの巻き数よりも多い、
    請求項１または２に記載のマルチプレクサ。
  4. 前記第２コイルパターンの線幅は、前記第１コイルパターンの線幅よりも細い、
    請求項１〜３のいずれか１項に記載のマルチプレクサ。
  5. 前記第２コイルパターンの最大巻き径は、前記第１コイルパターンの最大巻き径よりも大きい、
    請求項１〜４のいずれか１項に記載のマルチプレクサ。
  6. 前記第１周波数帯域は、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）のＢａｎｄ１に含まれ、
    前記第２周波数帯域は、ＬＴＥのＢａｎｄ３に含まれ、
    前記第１フィルタは、Ｂａｎｄ１の送信帯域を通過帯域とする送信フィルタであり、
    前記第２フィルタは、Ｂａｎｄ３の受信帯域を通過帯域とする受信フィルタである、
    請求項１〜５のいずれか１項に記載のマルチプレクサ。
  7. 前記第１周波数帯域は、ＬＴＥのＢａｎｄ２５に含まれ、
    前記第２周波数帯域は、ＬＴＥのＢａｎｄ６６に含まれ、
    前記第１フィルタは、Ｂａｎｄ２５の送信帯域を通過帯域とする送信フィルタであり、
    前記第２フィルタは、Ｂａｎｄ６６の受信帯域を通過帯域とする受信フィルタである、
    請求項１〜５のいずれか１項に記載のマルチプレクサ。
  8. さらに、
    前記共通端子と、前記第１フィルタおよび前記第２フィルタとの間に配置され、前記共通端子と前記第１フィルタとの接続、および、前記共通端子と前記第２フィルタとの接続を同時に実行することが可能なスイッチ回路を備える、
    請求項１〜７のいずれか１項に記載のマルチプレクサ。
  9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のマルチプレクサと、
    前記第１端子および前記第２端子に接続された増幅回路と、
    高周波信号を処理して前記増幅回路へ出力し、前記増幅回路から出力された高周波信号を処理するＲＦ信号処理回路と、を備える
    通信装置。
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