JP5673818B2 - 分波器 - Google Patents
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Description
本発明は、通過帯域が異なる複数の信号を分波する分波器に関し、より詳細には、アンテナ端子に、ローパスフィルタ及びLCフィルタからなるハイパスフィルタが接続されている分波器に関する。
近年、携帯電話機は複数の移動体通信システムに対応すると同時に、GPS、近距離無線通信、モバイルテレビなどの機能も備えている。このような多機能携帯電話機では、周波数帯が異なる複数の送受信信号を取り扱うが、アンテナは可能な限り共用される。従って、複数の送受信信号を分波し得る分波器が求められている。
例えば、下記の特許文献1には、アンテナ端子にハイパスフィルタと、ローパスフィルタとを並列接続してなるダイプレクサが開示されている。このダイプレクサでは、ハイパスフィルタは、高周波数帯の送受信信号を通過させ、低周波数帯の送受信信号を減衰させる。他方、ローパスフィルタは、低周波数帯の送受信信号を通過させ、高周波数帯の送受信信号を減衰させる。ここでは、ハイパスフィルタ及びローパスフィルタは、いずれも、インダクタとコンデンサとを含むLCフィルタにより構成されている。
他方、下記の特許文献2には、アンテナ回路に以下の分波回路が接続されている。この分波回路は、第1の周波数帯の高周波信号を取り出すローパスフィルタと、第1の周波数帯よりも高い第2の周波数帯の高周波信号を取り出すミッドパスフィルタ回路と、第2の周波数帯よりも高い第3の周波数帯の高周波信号を取り出すハイパスフィルタとを有する。このローパスフィルタ、ミッドフィルタ及びハイパスフィルタは、いずれも、インダクタとコンデンサとからなるLCフィルタにより構成されている。なお、特許文献2では、これらのフィルタに、さらに弾性表面波フィルタからなるデュプレクサを接続した回路構成が開示されている。
また、下記の特許文献3には、アンテナ端子にダイプレクサが接続されており、ダイプレクサにさらに、ノッチフィルタが接続されているマルチバンドアンテナスイッチ回路が開示されている。このマルチバンドアンテナスイッチ回路では、ダイプレクサはローパスフィルタ及びハイパスフィルタを有する。このハイパスフィルタ及びローパスフィルタは、いずれもインダクタとコンデンサからなるLCフィルタにより構成されている。同様にノッチフィルタもLCフィルタにより構成されている。
特許文献1〜3においては、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタが、LCフィルタにより構成されている。また、ノッチフィルタなどもLCフィルタで構成されている。そのため、フィルタ特性の急峻性を高めることが困難であった。
本発明の目的は、ローパスフィルタとハイパスフィルタとを備え、ハイパスフィルタの通過帯域内において、部品点数を増大させることなく、かつ大型化を招くことなく、急峻性に優れた阻止帯域を構成することが可能とされている分波器を提供することにある。
本発明に係る分波器は、アンテナ端子と、 第1受信端子および第2受信端子と、前記アンテナ端子と第1受信端子との間に接続されており、第1の通過帯域を有するローパスフィルタと、前記アンテナ端子と第2受信端子との間に接続されており、前記第1の通過帯域よりも高周波側に位置する第2の通過帯域を有するハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタに直列に接続されており、前記第2の通過帯域内に位置しており、前記第2の通過帯域よりも周波数幅が狭い阻止帯域を有する弾性波トラップフィルタとを備えられている。前記弾性波トラップフィルタが、入力端と出力端とを結ぶ直列腕と、前記直列腕とグラウンド電位との間に接続されている複数の並列腕と、前記複数の並列腕にそれぞれ接続されている弾性表面波共振子からなる複数の並列腕共振子と、前記直列腕において互いに直列に接続されている弾性表面波共振子からなる複数の直列腕共振子と、互いに直列に接続され、前記複数の直列腕共振子に並列に接続されている複数のインダクタとを有するラダー型回路構成であって、前記入力端側の初段の共振子が、前記第1の通過帯域に共振周波数が位置している並列腕共振子であり、前記弾性波トラップフィルタのインピーダンス特性において、前記阻止帯域の周波数範囲内に入力側インピーダンスの実部が50Ωよりも小さく、虚部が0となる点が存在する。
本発明に係るさらに他の特定の局面では、前記弾性波トラップフィルタが、前記分波器のアンテナ端子と前記ハイパスフィルタとの間に接続されている。
本発明の分波器によれば、ハイパスフィルタにより形成される第2の通過帯域内に位置している阻止帯域を有する弾性波トラップフィルタがハイパスフィルタに直列に接続されているため、第2の通過帯域内に狭い阻止帯域を形成することができる。しかも、該阻止帯域が弾性波トラップフィルタにより形成されているので、部品点数の増大及び大型化を招くことなく、急峻性に優れた阻止帯域を形成することが可能となる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
図1は、本発明の一実施形態にかかる分波器の回路図である。
本実施形態の分波器が必要とされる多機能携帯電話として、例えば、ワンセグ用チューナーを搭載した携帯電話機がある。このような携帯電話機は、UHF帯、特に470〜710MHz帯で地上波デジタル放送(ISDB−T)を受信している。もっとも、アナログ放送の停止に伴い、VHF帯、すなわち207.5〜220MHzも携帯電話機などの移動体通信端末向け地上波デジタル放送(ISDB−Tmm)に用いられる予定となっている。ISDB−Tと、ISDB−Tmmとはアンテナが共用される可能性がある。従って、ISDB−T及びISDB−Tmmのように周波数帯が異なる複数の地上波デジタル放送を受信する場合、同一のアンテナから入力される複数の受信帯信号を分波する分波器が必要となる。
また、ワンセグ用チューナーにとって、移動体通信システムの送信帯信号、すなわち830〜845MHzの信号が妨害波となる。従って、ISDB−T及びISDB−Tmmの受信帯信号を分波する分波器において、送信帯信号すなわちTx帯信号を除去する必要がある。
本実施形態の分波器1は、ISDB−Tmmの受信帯信号を通過させ、ISDB−Tの受信帯信号を減衰させるローパスフィルタ2と、ISDB−Tの受信帯信号を通過させ、ISDB−Tmmの受信帯信号を減衰させるハイパスフィルタ3とを備える。すなわち、ローパスフィルタ2は、207.5〜220MHzを通過帯域(第1の通過帯域)とする帯域フィルタであり、ハイパスフィルタ3は、470〜710MHzを通過帯域(第2の通過帯域)とする帯域フィルタである。
アンテナ端子4にローパスフィルタ2の一端が接続されている。ローパスフィルタ2の他端は、第1受信端子5に接続されている。すなわち、ローパスフィルタ2はアンテナ端子4と第1受信端子5との間に接続されている。
ハイパスフィルタ3の一端がアンテナ端子4に接続されている。ハイパスフィルタ3の他端は、弾性波トラップフィルタ6の一端に接続されている。弾性波トラップフィルタ6の他端は、第2受信端子7に接続されている。すなわち、ハイパスフィルタ3と弾性波トラップフィルタ6とはアンテナ端子4と第2受信端子7との間に直列に接続されている。ここで、弾性波トラップフィルタ6は、ハイパスフィルタ3の通過帯域内に位置し、ハイパスフィルタ3の通過帯域よりも帯域幅が狭い移動体通信システムの送信帯すなわちTx帯を阻止帯域とするトラップフィルタである。
ローパスフィルタ2は、アンテナ端子4と第1受信端子5とを結ぶ直列腕において互いに直列に接続された複数のインダクタL1〜L3を有する。インダクタL2とインダクタL3との接続点とグラウンド電位との間にコンデンサC1が接続されている。すなわち、ローパスフィルタ2は、複数のインダクタL1〜L3及びコンデンサC1からなるLCフィルタである。
他方、ハイパスフィルタ3は、アンテナ端子4と弾性波トラップフィルタ6とを結ぶ直列腕に接続されたコンデンサC2と、コンデンサC2のアンテナ端子4とは反対側の端部とグラウンド電位との間に接続されたインダクタL4とを有する。従って、ハイパスフィルタ3もまた、コンデンサC2とインダクタL4とを有するLCフィルタからなる。
本実施形態の特徴は、弾性波トラップフィルタ6によりハイパスフィルタ3の通過帯域内にハイパスフィルタ3の通過帯域よりも周波数幅の狭い阻止帯域が形成されることにある。弾性波トラップフィルタ6の回路構成を図2に示す。
図2から明らかなように、弾性波トラップフィルタ6は、ラダー型の回路構成を有する。より具体的には、入力端6aと出力端6bとを結ぶ直列腕において、複数のインダクタL5〜L7が互いに直列に接続されている。入力端6aとグラウンド電位との間に弾性波共振子P1が接続されている。インダクタL5とインダクタL6との接続点とグラウンド電位との間に弾性波共振子P2が接続されている。インダクタL6とインダクタL7との接続点とグラウンド電位との間に弾性波共振子P3が接続されている。出力端6bとグラウンド電位との間に弾性波共振子P4が接続されている。
弾性波トラップフィルタ6は、ラダー型回路構成を有し、複数の並列腕がそれぞれ弾性波共振子P1〜P4を有するように構成されている。従って、LCフィルタに比べてトラップ特性の急峻性において優れている。よって、弾性波トラップフィルタ6が直列に接続されているハイパスフィルタ3の通過帯域内において、フィルタ特性の急峻な阻止帯域すなわちトラップ帯域を形成することができる。
下記の表1に示す仕様に従って、IDT(インターディジタルトランスデューサ)とその両側に配置されている2つの反射器とを有する弾性表面波共振子である弾性波共振子P1〜P4を形成した。これにより、弾性波共振子P1〜P3の共振周波数が、移動体通信システムのTx帯(830〜845MHz)に位置している。
また、インダクタL1のインダクタンスは12nH、インダクタL2のインダクタンスは16nH、インダクタL3のインダクタンスは19nHとした。
図3は上記仕様に従って作製した本実施形態の分波器1における第1受信端子5における通過特性、すなわちローパスフィルタ2の通過特性を示す図である。他方、図4は、分波器1における第2受信端子7の通過特性を示す。図4において、ISDB−Tが使用する周波数帯域をハッチングを付したAで示す。ハイパスフィルタ3は、このISDB−Tの周波数帯域Aにおいて挿入損失が非常に小さい。
また、ハイパスフィルタ3自体は、約330MHz以下の信号を減衰させ、約330MHzより高い信号を通過させる。もっとも、本実施形態では、弾性波トラップフィルタ6が、ハイパスフィルタ3の通過帯域内に阻止帯域を形成する。すなわち、弾性波トラップフィルタ6は、837MHz付近に減衰量が大きな減衰極を有するトラップ特性を有する。図3及び図4において、移動体通信システムのTx帯(830〜845MHz)をBで示すこととする。図4から明らかなように、ISDB−Tの周波数帯域Aにおいて挿入損失が小さく、Tx帯Bにおいて減衰量が大きなフィルタ特性が得られている。具体的には、710MHz付近の減衰量1.5dBであるのに対し、830MHzでは51dBと大幅に減衰量が高められている。このように、弾性波トラップフィルタ6は、Tx帯Bにおいて第2受信端子7側における減衰量を確保するために設けられている。
LCフィルタに比べ、上記弾性波トラップフィルタ6はトラップ特性の急峻性に優れている。従って、図4に示すように、第2受信端子7において、Tx帯Bの信号を選択的に減衰させることができる。よって、Tx帯Bの信号が妨害波とならないため、ISDB−Tの周波数帯域Aの信号を良好に受信することができる。
また、本実施形態では、ハイパスフィルタ3側に弾性波トラップフィルタ6を接続しているため、ローパスフィルタ2側においては、通過帯域内における挿入損失はほとんど生じない。すなわち、図3に示すように、ローパスフィルタ2は、400MHz以上の信号を大きく減衰させる。加えて、ローパスフィルタ2の信号を取り出す第1受信端子5から取り出せる信号には、矢印Cで示す減衰極が現れている。従って、第1受信端子5においても、Tx帯Bにおける減衰量を増大させることができる。これは、弾性波トラップフィルタ6の回路構成によるものである。本実施形態では、弾性波トラップフィルタ6において、入力端6a側の初段が、Tx帯Bに共振周波数を位置している並列腕共振子とされている。従って、Tx帯B付近の弾性波トラップフィルタ6の入力側インピーダンスを容易に小さくすることができる。これを、図5に示す。図5は、弾性波トラップフィルタ6のS11反射特性を示すインピーダンススミスチャートである。図5から明らかなように、阻止帯域の周波数範囲内(830〜845MHz)にインピーダンススミスチャートにおける実部が50Ωよりも小さく、虚部が0となる点Dが存在する。そのため、入力側インピーダンスを小さくすることができる。従って、Tx帯Bの信号は、弾性波トラップフィルタ6が接続されていないローパスフィルタ2側には流れ難くなる。それによって、ローパスフィルタ2側に、図3に示した矢印Cの減衰極が現れている。
よって、特に限定されるわけではないが、本実施形態のように、弾性波トラップフィルタ6においては、並列腕共振子が入力側端部の共振子、すなわち入力端子に並列腕共振子が接続されていることが望ましい。
なお、このような好ましい弾性波トラップフィルタの回路構成は、図2に示したものに限定されるものではない。図6は、弾性波トラップフィルタの好ましい変形例の一例を示す回路図である。
図6に示す弾性波トラップフィルタ11では、入力端12と出力端13とを結ぶ直列腕において、複数の直列腕共振子S1〜S4が互いに直列に接続されている。直列腕共振子S1〜S4は弾性表面波共振子からなる。
入力端12とグラウンド電位との間に第1の並列腕共振子P11が接続されている。直列腕共振子S1,S2間の接続点とグラウンド電位との間に第2の並列腕共振子P12が接続されている。直列腕共振子S2,S3間の接続点とグラウンド電位との間に第3の並列腕共振子P13が接続されている。直列腕共振子S3,S4間の接続点とグラウンド電位との間に第4の並列腕共振子P14が接続されている。また、出力端13とグラウンド電位との間に第5の並列腕共振子P15が接続されている。第1〜第5の並列腕共振子P11〜P15は弾性表面波共振子からなる。
他方、入力端12と直列腕共振子S2,S3間の接続点との間にインダクタL11が接続されている。すなわち、インダクタL11は、直列腕共振子S1,S2に並列に接続されている。同様に、直列腕共振子S2,S3間の接続点と出力端13との間にインダクタL12が接続されている。すなわち、インダクタL12は、直列腕共振子S3,S4に並列に接続されるとともに、インダクタL11と直列に接続されている。
本変形例の弾性波トラップフィルタ11においても、入力端12側の初段の共振子は、Tx帯に共振周波数が位置している第1の並列腕共振子P11である。従って、上記実施形態と同様に、Tx帯付近における入力側インピーダンスを小さくすることができる。本変形例では、直列腕共振子S1〜S4及び第1〜第5の並列腕共振子P11〜P15においては以下の表2に示すように設計した。またインダクタL11,L12については、それぞれ、10nHの値とした。
図7は、上記仕様の弾性波トラップフィルタ11のS11反射特性インピーダンススミスチャートを示す図である。弾性波トラップフィルタ11においても、前述した弾性波トラップフィルタ6と同様に、阻止帯域の周波数範囲内(830〜845MHz)に実部が50Ωよりも小さく、虚部が0となる点Eが存在する。従って、入力側インピーダンスを小さくすることができる。
図8及び図9は、本変形例の弾性波トラップフィルタ11を用いたことを除いては、上記実施形態と同様にして構成された分波器における第1受信端子及び第2受信端子の通過特性をそれぞれ示す図である。
図9から明らかなように、本変形例の分波器においても、図9に示すように、ISDB−Tの周波数帯域Aにおいて挿入損失が非常に小さい。これに対して、Tx帯Bでは、減衰極が835MHz付近に現れているため、大きな減衰量を得ることが可能とされている。
他方、図8から明らかなように、ローパスフィルタ側では、400MHz以上の信号を減衰させることができ、ISDB−Tmmの通過帯域帯207.5〜220MHzでは挿入損失を小さくすることが可能とされている。加えて、上記弾性波トラップフィルタ11の入力側インピーダンスが低いため、ローパスフィルタ側に、830〜845MHzの信号が流れ難い。そのため、図8に示すように、この帯域において、減衰極Cが現れている。従って、第1受信端子側においても、Tx帯Bの受信による妨害を効果的に抑制することが可能とされている。
もっとも、図2に示した弾性波トラップフィルタ6では、直列腕共振子を必要としないため、弾性波トラップフィルタ11に比べて弾性波トラップフィルタ6では、小型化を進めることができる。
いずれにしても、本実施形態の分波器では、弾性波トラップフィルタ6または弾性波トラップフィルタ11により阻止帯域を形成するものであるため、LCフィルタを用いた場合に比べてTx帯の阻止帯域における急峻性を効果的に高めることができる。もちろん、LCフィルタのインダクタやコンデンサの数を増やせば、弾性波トラップフィルタの特性に近づけることはできるが、その場合、LCフィルタの大型化や部品点数の増加を招くことになる。それに対して、本実施形態の分波器は、大型化や部品点数の増加をあまり招くことなく、急峻な阻止帯域をハイパスフィルタの通過帯域内に形成することが可能となる。
なお、本実施形態では、弾性波トラップフィルタに弾性表面波共振子を用いたが、弾性境界波共振子や圧電薄膜共振子などの様々な弾性波共振子を用いることができる。
なお、本実施形態では、第1受信端子においてISDB−Tmm帯の信号を通過させ、第2受信端子においてISDB−T帯の信号を通過させ、Tx帯の信号を阻止する分波器につき説明した。しかしながら、発明における第1,第2の通過帯域は、上記特定の周波数帯域に限定されるものではない。例えば、本発明に係る分波器は、800〜900MHz帯を使用する通信システムと、2GHz帯を使用する通信システムと、2.5GHz帯のWLANとを備えた携帯電話機にも好適に用いることができる。その場合には、ハイパスフィルタは1GHz以下の信号を減衰させればよく、ローパスフィルタは1.8GHz以上の信号を減衰させればよく、トラップフィルタは2.5GHz帯の信号を減衰させればよい。
なお、本発明においては、相対的に周波数域が高い第2の通過帯域内に形成される阻止帯域についても、上記実施形態におけるTx帯に限らず、他の周波数帯域であってもよい。
なお、本発明においては、相対的に周波数域が高い第2の通過帯域内に形成される阻止帯域についても、上記実施形態におけるTx帯に限らず、他の周波数帯域であってもよい。
1…分波器
2…ローパスフィルタ
3…ハイパスフィルタ
4…アンテナ端子
5…第1受信端子
6…弾性波トラップフィルタ
6a…入力端
6b…出力端
7…第2受信端子
11…弾性波トラップフィルタ
12…入力端
13…出力端
L1〜L3,L5〜L7,L11,L12…インダクタ
P1〜P4…弾性波共振子
P11〜P15…第1〜第5の並列腕共振子
S1〜S4…直列腕共振子
2…ローパスフィルタ
3…ハイパスフィルタ
4…アンテナ端子
5…第1受信端子
6…弾性波トラップフィルタ
6a…入力端
6b…出力端
7…第2受信端子
11…弾性波トラップフィルタ
12…入力端
13…出力端
L1〜L3,L5〜L7,L11,L12…インダクタ
P1〜P4…弾性波共振子
P11〜P15…第1〜第5の並列腕共振子
S1〜S4…直列腕共振子
Claims (2)
- アンテナ端子と、
第1受信端子および第2受信端子と、
前記アンテナ端子と第1受信端子との間に接続されており、第1の通過帯域を有するローパスフィルタと、
前記アンテナ端子と第2受信端子との間に接続されており、前記第1の通過帯域よりも高周波側に位置する第2の通過帯域を有するハイパスフィルタと、
前記ハイパスフィルタに直列に接続されており、前記第2の通過帯域内に位置しており、前記第2の通過帯域よりも周波数幅が狭い阻止帯域を有する弾性波トラップフィルタとを備え、
前記弾性波トラップフィルタが、入力端と出力端とを結ぶ直列腕と、前記直列腕とグラウンド電位との間に接続されている複数の並列腕と、前記複数の並列腕にそれぞれ接続されている弾性表面波共振子からなる複数の並列腕共振子と、前記直列腕において互いに直列に接続されている弾性表面波共振子からなる複数の直列腕共振子と、互いに直列に接続され、前記複数の直列腕共振子に並列に接続されている複数のインダクタとを有するラダー型回路構成であって、
前記入力端側の初段の共振子が、前記第1の通過帯域に共振周波数が位置している並列腕共振子であり、
前記弾性波トラップフィルタのインピーダンス特性において、前記阻止帯域の周波数範囲内に入力側インピーダンスの実部が50Ωよりも小さく、虚部が0となる点が存在する、分波器。 - 前記弾性波トラップフィルタが、前記分波器のアンテナ端子と前記ハイパスフィルタとの間に接続されている、請求項1に記載の分波器。
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