フィルタ及び電子部品

【課題】通過域において低損失の特性を備えると共に、通過域よりも低域側の複数の減衰域において各々大きな減衰量が得られ、更にこれら複数の減衰域よりも低域側及び高域側において急峻な減衰傾度を得ることのできるフィルタを提供すること。
【解決手段】複数の減衰域に夫々対応する周波数で並列共振を起こす複数のＳＡＷ共振子１を互いに直列に接続して一つの組１０を構成し、このＳＡＷ共振子１の組１０を互いに直列に複数接続すると共に、互いに隣接する組１０、１０同士の間の信号路に位相反転用のインダクタ２１を各々並列に設ける。このようにフィルタを構成すると、複数の減衰域間には減衰極（直列共振点）が形成される一方、複数の組１０のうち一の組１０と他の組１０とにおいて各々形成される零（ゼロ）点（並列共振点）同士の間には減衰極が形成されないので、各々の減衰域では大きな減衰量が得られる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＳＡＷ（surface acoustic wave：弾性表面波）フィルタ、このフィルタを用いた電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の携帯端末（携帯電話端末）には、通話機能やデータ通信機能に加えて、例えば無線ＬＡＮ（データ通信）などの機能が付加されて高機能化が進んでいるが、更なる小型化が求められている。これら通話及びデータ通信（ＵＭＴＳ）と無線ＬＡＮとは、使用される周波数帯域（通過域）が互いに異なる（通話及びデータ通信：１７４９．９ＭＨｚ〜１７８４．９ＭＨｚ及び１９２０ＭＨｚ〜１９８０ＭＨｚ、無線ＬＡＮ：２４００ＭＨｚ〜２４８３．５ＭＨｚ）ことから、一つの共通の携帯端末に夫々専用に設けられたアンテナを用いて電波の送信や受信が各々行われている。
【０００３】
このように、通話及びデータ通信と無線ＬＡＮとの周波数帯域が互いに近接し、また携帯端末の内部において既述の専用のアンテナ同士が互いに近接配置されている。そのため、無線ＬＡＮ用のアンテナと携帯端末の内部との間には、通話及びデータ通信の電波によって無線ＬＡＮの電波が妨害されないようにするためのフィルタが設けられている。
【０００４】
このフィルタとしては、例えばＢＥＦ回路（バンド・エリミネーション・フィルタ回路）が知られており、無線ＬＡＮ用の周波数帯域においては低損失であり（減衰量が小さく）、通話及びデータ通信の周波数帯域においては減衰量が大きく、且つ通話及びデータ通信の周波数帯域の低域側及び高域側において急峻な減衰傾度となる特性を持っていることが求められている。このフィルタは、具体的には例えば図２１に示すように、複数例えば７つのＳＡＷ共振子１００を互いに直列に接続すると共に、これらＳＡＷ共振子１００、１００間にインダクタ１０１を各々並列に接続して構成される。そして、既述の通話及びデータ通信の２つの周波数帯域について、１７４９．９ＭＨｚ〜１７８４．９ＭＨｚを第１の帯域、１９２０ＭＨｚ〜１９８０ＭＨｚを第２の帯域と呼ぶと、これら７つのＳＡＷ共振子１００のうち、例えば３つの共振子１００について第１の帯域で並列共振するものを割り当て、残りの４つについて第２の帯域で並列共振するものを割り当てている。そのため、このフィルタでは、図２２に模式的に示すように、第１の帯域及び第２の帯域が各々阻止域となり、これら帯域よりも高域側が通過域となる。そして、ＳＡＷ共振子１００及びインダクタ１０１の接続数を多くする程、第１の帯域及び第２の帯域における減衰量が大きくなる。尚、インダクタ１０１は、位相を反転させる（９０°ずらす）ためのものである。図２１中１１０は入力ポート、１１１は出力ポートである。
【０００５】
ここで、インダクタ１０１としては、配線パターンにより作成しようとすると大きなパターンを屈曲させかつ膜厚を厚くする必要があるため、導体損失が大きくなってＱ値が低くなることから、現実的には外付けのコイルが用いられる。従って、インダクタ１０１の個数が多くなる程、携帯端末に搭載される部品点数が増大することになる。そのため、例えば後述の図１７に示すように、第１の帯域及び第２の帯域で夫々５０ｄＢ以上の減衰量を得ようとすると、インダクタ１０１の個数が例えば６個以上になってしまうので、携帯端末のサイズが大きくなってしまう。
【０００６】
特許文献１には、阻止域よりも低域側を通過域とするローパスフィルタについて記載されているが、ハイパスフィルタについては記載されていない。また、特許文献２には、ローパスフィルタやハイパスフィルタ、あるいはバンドパスフィルタについて記載されているが、既述の課題については触れられていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−３５１３２号公報
【特許文献２】特開２００４−１０４７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、要求される通過域において低損失の特性を備えると共に、通過域よりも低域側の複数の減衰域において各々大きな減衰量が得られ、更にこれら複数の減衰域よりも低域側及び高域側において急峻な減衰傾度を得ることのできるフィルタを提供することにある。本発明の他の目的は、位相反転用のインダクタの使用個数を低減してデバイスの小型化に寄与できるフィルタを提供することにある。更に本発明の他の目的は、前記フィルタを備えた電子部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のフィルタは、
通過域よりも低域側に複数の減衰域を形成するためのフィルタにおいて、
前記複数の減衰域を夫々形成するために、前記複数の減衰域に夫々対応する周波数で並列共振を起こす素子部を互いに直列に接続して素子部の組を形成することと、
この素子部の組を信号路に互いに直列に複数接続したことと、
互いに隣接する素子部の組の間における前記信号路に、並列腕をなす位相反転用のインダクタの一端を接続したことと、を備えたことを特徴とする。
本発明の電子部品は、
既述のフィルタを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、複数の減衰域に夫々対応する周波数で並列共振を起こす複数の素子部を互いに直列に接続して素子部の組を構成し、この素子部の組を互いに直列に複数接続すると共に、互いに隣接する組同士の間の信号路に、並列腕をなす位相反転用のインダクタの一端を接続している。そのため、複数の減衰域間には減衰極（直列共振点）が形成される一方、複数の組のうち一の組と他の組とにおいて各々形成される零（ゼロ）点（並列共振点）同士の間には減衰極が形成されないので、通過域では低損失の特性が得られると共に、通過域よりも低域側の各々の減衰域では大きな減衰量が得られ、更にこれら複数の減衰域よりも低域側及び高域側では急峻な減衰傾度が得られる。また、位相反転用のインダクタの使用個数を低減できるので、デバイスの小型化に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ＳＡＷ共振子の等価回路を示す回路図、及びアドミタンスの周波数特性を示す特性図である。
【図２】ＳＡＷ共振子を１個用いたＳＡＷフィルタを示す回路図である。
【図３】図２のＳＡＷフィルタの伝送特性を示す特性図である。
【図４】２個のＳＡＷ共振子を互いに直列に接続したＳＡＷフィルタの一例を示す回路図である。
【図５】図４のＳＡＷフィルタの伝送特性を示す特性図である。
【図６】並列共振回路を互いに直列に接続し、これか回路間に並列にインダクタを接続したフィルタを示す回路図である。
【図７】図６の回路におけるインピーダンスの周波数特性と伝送特性とを対応付けて示す説明図である。
【図８】並列共振回路を互いに直列に接続したフィルタを示す回路図である。
【図９】図８の回路におけるインピーダンスの周波数特性と伝送特性とを対応付けて示す説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態のＳＡＷフィルタの一例を示す回路図である。
【図１１】図１０に示すＳＡＷフィルタの伝送特性を示す特性図である。
【図１２】本発明の他の実施の形態のＳＡＷフィルタを示す回路図である。
【図１３】従来のフィルタを示す回路図である。
【図１４】従来のフィルタを示す回路図である。
【図１５】図１２及び図１３のＳＡＷフィルタの伝送特性を示す特性図である。
【図１６】図１２及び図１３のＳＡＷフィルタの伝送特性を示す特性図である。
【図１７】図１２及び図１４のＳＡＷフィルタの伝送特性を示す特性図である。
【図１８】図１２及び図１４のＳＡＷフィルタの伝送特性を示す特性図である。
【図１９】本発明の更に他の実施の形態のＳＡＷフィルタを示す回路図である。
【図２０】図１９に示すＳＡＷフィルタの伝送特性を示す特性図である。
【図２１】従来のフィルタを示す回路図である。
【図２２】ハイパスフィルタにおいて求められる伝送特性を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態のフィルタの説明に先立って、本発明の構成に至った背景及び本発明のフィルタにおいて既述の要請に見合った伝送特性（周波数特性）が得られる理由などについて述べておく。図１（ａ）は、弾性波共振子であるＳＡＷ共振子（素子部）１の等価回路を示しており、図１（ｂ）はＳＡＷ共振子１の周波数に対するアドミタンス特性を示している。Ｒｓは直列抵抗（動抵抗）、Ｌｓは直列インダクタンス（動インダクタンス）、Ｃｓは直列容量（動容量）、Ｃｄは電極容量（制動容量）、Ｒ０は外部抵抗である。ＳＡＷ共振子１はこのようなアドミタンス特性を有するため、図２に示すように各々終端インピーダンスが５０Ωである入力ポート４と出力ポート５との間に、ＳＡＷ共振子１を直列に接続してフィルタを構成すると、図３に模式的に示す伝送特性が得られる。
【００１３】
図３中、Ｐ１は通過特性、Ｐ２は反射特性であり、ＳＡＷ共振子１が短絡する周波数即ち直列共振周波数（共振点）において通過特性が最も落ち込んで極が形成され、またＳＡＷ共振子１がオープンになる周波数即ち並列共振周波数（反共振点）において反射特性が最も落ち込んで零点が形成される。図４は、互いに近接する２つの周波数帯域（１７４９．９ＭＨｚ〜１７８４．９ＭＨｚ及びび１９２０ＭＨｚ〜１９８０ＭＨｚ）に夫々減衰域が形成されるように、これら２つの帯域の一方及び他方に対応する周波数に反共振点が夫々設定された２個のＳＡＷ共振子１、２を信号路に互いに直列に接続したＳＡＷフィルタである。図５は図４のＳＡＷフィルタにおいて得られる伝送特性を模式的に示しており、目的とする２つの減衰域において各々反射特性の零点が存在すると共に、これら２つの零点の間に通過特性の極が存在することが分かる。即ちこの伝送特性は、２つの減衰域の間に極めて低損失な領域が存在する。尚、図５では、実際のフィルタの特性とは零点をずらしてシミュレーションを行った。以降の図７及び図９についても同様である。
【００１４】
この理由について、ＳＡＷ共振子１、２の代わりに並列共振回路を用いて考察する。図６は並列共振回路１１、１２を互いに直列に配置したフィルタであり、これら並列共振回路１１、１２の間の信号路には、位相を反転させるためのインダクタ２１が並列に接続されている。並列共振回路１１、１２の共振周波数は、夫々ｆ１（１７４９．９ＭＨｚ〜１７８４．９ＭＨｚ）及びｆ２（１９２０ＭＨｚ〜１９８０ＭＨｚ）に調整されている。この場合、各並列共振回路１１、１２の周波数に対するインピーダンス特性は、図７の上段に示すように夫々Ｙ１、Ｙ２として表されるが、これら並列共振回路１１、１２間にインダクタ２１が介在している。そのため、インピーダンス特性Ｙ２がインピーダンス特性Ｙ１に対して左右反転している（左右対称となっている）ので、フィルタ回路全体のインピーダンス特性はＹ０のように表される。従って、図７の下段に示すように、伝送特性においては周波数ｆ１とｆ２との間の帯域が減衰しており、ｆ１〜ｆ２に亘る帯域阻止フィルタが形成されることになる。
【００１５】
これに対して、図８に示すように、ｆ１、ｆ２に共振周波数が夫々調整された並列共振回路１１、１２を互いに直列に接続し、インダクタ２１を設けない場合には、インピーダンス特性Ｙ１、Ｙ２は、図９の上段に示すように表される。即ち、並列共振回路１１、１２間にインダクタ２１が介在していないので、インピーダンス特性Ｙ２が反転していない。そして、フィルタ回路全体におけるインピーダンス特性Ｙ０は、図９の中段に示すように表される。このため、周波数ｆ１、ｆ２の間にインピーダンスがゼロになる周波数（極）が存在するので、伝送特性は図９の下段に示すように表される。即ち通過特性は、周波数ｆ１、ｆ２において各々急峻に落ち込むが、これら周波数ｆ１、ｆ２間に通過域が存在し、このため周波数ｆ１〜ｆ２に亘る帯域阻止フィルタとしては不都合がある。
【００１６】
一方、既述の図２２に示したように、無線ＬＡＮの帯域を通過域とし、通信事業者が使用する通話やデータ通信の送信帯域を減衰域とするためのフィルタにおいては、図９の伝送特性はむしろ都合がよいといえる。即ち、各々狭い帯域である複数の減衰域が形成されたフィルタとしては、各減衰域に対応する複数のＳＡＷ共振子１を信号路に互いに直列に接続することにより、目的とする伝送特性を得ることができると共に、既述の図２１のように各々のＳＡＷ共振子１００、１００間にインダクタ１０１を並列に接続する場合に比べて、インダクタ２１の使用個数を低減できる。例えば通過域の低域側に設けられる２つの狭い減衰域において大きな減衰量が要求される場合、並列共振周波数が夫々前記２つの減衰域内に調整されている２つのＳＡＷ共振子１、２が用いられる。
【００１７】
しかしながら図４及び図５に示すように、２つのＳＡＷ共振子１、２からなる組が一組だけの場合には、減衰域において十分な減衰量を確保することが困難である。そこで本発明では、図１０に示すように、互いに直列に接続した２個のＳＡＷ共振子１、２を一つの組１０と呼ぶと、２つの組１０、１０を互いに直列に接続し、これら組１０、１０間に、例えばコイルからなるインダクタ２１を並列腕として並列に接続している。図１０において、ＳＡＷ共振子１、１はいずれも第１の減衰域（１７４９．９ＭＨｚ〜１７８４．９ＭＨｚ）において大きな減衰量を確保するためのものであり、ＳＡＷ共振子２、２はいずれも第２の減衰域（１９２０ＭＨｚ〜１９８０ＭＨｚ）において大きな減衰量を確保するためのものである。従って、ＳＡＷ共振子１、１の各並列共振周波数及びＳＡＷ共振子２、２の各並列共振周波数は、第１の減衰域に対応する周波数及び第２の減衰域に対応する周波数に夫々設定されている。ここで、ＳＡＷ共振子１、１の各並列共振周波数は、第１の減衰域内に調整されているが、第１の減衰域から少し外れていてもよい。また、ＳＡＷ共振子２、２の各並列共振周波数は、第２の減衰域内に調整されているが、第２の減衰域から少し外れていてもよい。
【００１８】
また、この場合において、第１の減衰域及び第２の減衰域について、夫々ある程度広い帯域幅が確保されるようにしている。具体的には、ＳＡＷ共振子１、１の各並列共振周波数は、第１の減衰域内において互いに異なる周波数に設定されている。また、ＳＡＷ共振子２、２の各並列共振周波数についても、第２の減衰域内において互いに異なる周波数に設定されている。このようにＳＡＷ共振子１、２の並列共振周波数を設定することにより、図１１に示す伝送特性が得られる。ここで、２つの組１０、１０について、入力ポート４側の組１０のＳＡＷ共振子１、２に夫々符号「３１」、「３２」を付し、出力ポート５側の組１０のＳＡＷ共振子１、２に夫々符号「４１」、「４２」を付すと、これらＳＡＷ共振子３１、３２、４１、４２は、図１１に括弧内に示した数字のように、第１の減衰域及び第２の減衰域に反共振点（減衰曲線のピーク）が形成されている。尚、第１の減衰域及び第２の減衰域について、各々ある程度の帯域幅を確保できるのであれば、ＳＡＷ共振子１、１（３１、４１）の並列共振周波数が互いに同じであっても良く、またＳＡＷ共振子２、２（３２、４２）の並列共振周波数が互いに同じであっても良い。
【００１９】
図１１の伝送特性から分かるように、図１０の回路では、図４に示す１組の場合の伝送特性（図５参照）に比べて、第１の減衰域及び第２の減衰域において各々大きな減衰量を確保できる。また、これら減衰極よりも低域側及び高域側において、急峻な減衰傾度となっていることが分かる。尚、信号路における各組１０、１０の間（ＳＡＷ共振子３１、３２及びＳＡＷ共振子４１、４２の間）には、インダクタ２１が設けられているが、このインダクタ２１を設けないとＳＡＷ共振子３１、４１（あるいは３２、４２）により形成される各零点の間に極が形成されてしまう。従って、インダクタ２１は、位相を反転させるためのものであり、更にまた第１の減衰域よりも低域側の信号レベルを減衰させる役割をも果たすものである。
【００２０】
既述の例では、ＳＡＷ共振子１、２からなる組１０を２つ直列に接続し、これら組１０、１０の間にインダクタ２１を並列に接続したが、この組１０の数量としては３つ以上であっても良く、その場合には第１の減衰域及び第２の減衰域において更に大きな減衰量が得られる。図１２には、ＳＡＷ共振子１、２の組１０を直列に４つ接続し、互いに隣接する組１０、１０間にインダクタ２１を各々並列に設けた例を示している。この例では、４つのＳＡＷ共振子１における各反共振周波数は、第１の減衰域内において互いに異なる周波数に夫々設定されている。また、４つのＳＡＷ共振子２における各反共振周波数は、第２の減衰域内において互いに異なる周波数に設定されている。
【００２１】
ここで、本発明のフィルタ例えば図１２のフィルタと、従来の手法（既述の図２１と同じ手法）を用いて得られるフィルタとについて、周波数特性及びインダクタ２１（１０１）の個数について比較した結果を説明する。図１３は、図１２と同じ数量（３つ）だけインダクタ１０１を配置した場合に、従来の手法によって得られるフィルタを示している。このフィルタにおいて、ＳＡＷ共振子１００が互いに直列に４つ設けられ、互いに隣接するＳＡＷ共振子１００、１００間に各々インダクタ１０１が並列に接続されている。また、図１４は、従来の手法において、ＳＡＷ共振子１００を例えば７つ直列に接続すると共に、各ＳＡＷ共振子１００、１００間に各々インダクタ１０１を並列に接続したフィルタを示している。図１４では、インダクタ１０１の個数は例えば６つとなる。
【００２２】
図１５及び図１６には、本発明のフィルタ（図１２）と従来のフィルタ（図１３）とにおける周波数特性を比較した特性図を示している。図１６は、図１５における２つの減衰域付近を拡大した図である。第１の減衰域及び第２の減衰域において、図１２のフィルタと図１３のフィルタとでは、以下の表１に示す減衰量となっていた。
（表１）

【００２３】
そのため、本発明のフィルタでは、従来のフィルタとインダクタ２１（１０１）の個数が同じ（３つ）であっても、即ちデバイス（携帯端末等の電子部品）の大きさがほとんど同じであっても、図１３の特性と比べて、第１の減衰域及び第２の減衰域において大きな減衰量の得られることが分かった。図１６から、既述のように４つのＳＡＷ共振子１（２）において各反共振周波数をずらすことにより、第１の減衰域及び第２の減衰域には、これらＳＡＷ共振子１（２）の各反共振周波数に対応するように、夫々４つのピークが形成されていることが分かる。
【００２４】
また、図１７及び図１８には、本発明のフィルタ（図１２）と従来のフィルタ（図１４）とにおける周波数特性を比較した特性図を示している。図１８は、図１７における２つの減衰域付近を拡大した図である。本発明のフィルタでは、第１の減衰域及び第２の減衰域における減衰量は、以下の表２に示すように、従来の図１４のフィルタと比べて僅かに大きくなっている。
（表２）

従って、本発明では、従来のフィルタと同等の周波数特性を持ちながら、インダクタ２１（１０１）の個数を半分程度（６個→３個）まで減らすことができ、そのため従来のフィルタよりもデバイスの寸法を小さくすることができる。
【００２５】
既述の例では、２つの減衰域を形成するフィルタについて説明したが、例えば３つの減衰域を形成しても良い。図１９は、３つの減衰域を形成するためのフィルタの一例を示しており、ＳＡＷ共振子１、２、３が互いに直列に接続されて一つの組１０をなすと共に、この組１０が互いに直列に２つ接続され、これら組１０、１０間にインダクタ２１が並列に接続されている。これら３つの減衰域を第１の減衰域、第２の減衰域及び第３の減衰域と夫々呼ぶと、ＳＡＷ共振子１、１は、各々第１の減衰域内において互いに異なる反共振周波数に設定されている。また、ＳＡＷ共振子２、２は、各々第２の減衰域内において互いに異なる反共振周波数に設定され、ＳＡＷ共振子３、３は、各々第３の減衰域内において互いに異なる反共振周波数に設定されている。図２０には、図１９のフィルタにより得られる周波数特性を示しており、第１の減衰域、第２の減衰域及び第３の減衰域の３つの減衰域が形成されると共に、これら減衰域の各々において、２つのＳＡＷ共振子１、１（２、２）（３、３）に対応して、２つの極が各々形成されていることがわかる。
【００２６】
以上のように本発明の実施の形態によれば、従来のフィルタと同じ個数のインダクタ２１を設けた場合には、従来のフィルタに比べて、各々の減衰域において大きな減衰量を確保できる。また、従来のフィルタと同程度の減衰特性を得ようとする場合には、インダクタ２１の個数を減らすことができる。言い換えると、本発明では、インダクタ２１の個数を少なくしながら、目的とする伝送特性、即ち通過域の低域側に設定されている複数の減衰域にて急峻で大きな減衰量を確保できると言える。既述のように、インダクタ２１が現実的には外付け部品であるコイルにより構成されるので、インダクタ２１の個数を低減することによって、デバイスの小型化に寄与できる。従って、本発明のフィルタは、例えば携帯端末に組み込む弾性波フィルタとしては極めて好適である。
【００２７】
以上において、ＳＡＷ共振子１は、弾性表面波を利用した共振子に代えて、圧電基板の内部を伝播する弾性波を利用した共振子であっても良い。
更に、並列共振を起こす素子部としては、ＳＡＷ共振子１に代えて、水晶共振子、圧電薄膜共振子、ＭＥＭＳ共振子、誘電体を用いても良い。圧電薄膜共振子としては、例えばＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）やＳＭＲ（Solid Mounted Resonator）などが挙げられる。誘電体を素子部として用いる場合には、マイクロストリップラインの両側に誘電体を設けた構成となる。更に前記素子部としては、コイルとコンデンサとを並列に接続した共振回路（ＬＣ共振回路）も含まれる。ＬＣ共振回路を用いる場合であっても、ＬＣ共振回路を用いて従来のフィルタを構成する場合と比べて位相反転用のインダクタ２１の数量を減らすことができるので、部品点数を少なくできるという効果がある。
また、本発明の電子部品としては、例えばＳＡＷＢＥＦに上述の実施の形態の弾性表面波フィルタを適用した無線ＬＡＮモジュールを挙げることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１、２、３１、３２、４１、４２ＳＡＷ共振子
４入力ポート
５出力ポート
１０組
１１、１２並列共振回路
２１インダクタ
Ｙ０、Ｙ１、Ｙ２特性
ｆ１、ｆ２周波数

【特許請求の範囲】
【請求項１】
通過域よりも低域側に複数の減衰域を形成するためのフィルタにおいて、
前記複数の減衰域を夫々形成するために、前記複数の減衰域に夫々対応する周波数で並列共振を起こす素子部を互いに直列に接続して素子部の組を形成することと、
この素子部の組を信号路に互いに直列に複数接続したことと、
互いに隣接する素子部の組の間における前記信号路に、並列腕をなす位相反転用のインダクタの一端を接続したことと、を備えたことを特徴とするフィルタ。
【請求項２】
請求項１に記載のフィルタを備えたことを特徴とする電子部品。

【図１】