JP3739858B2

JP3739858B2 - 高周波フィルタ

Info

Publication number: JP3739858B2
Application number: JP15434696A
Authority: JP
Inventors: 豊田口; 和生江田; 関　　俊一; 慶治大西; 徹山田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-06-14
Filing date: 1996-06-14
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2016-06-14
Also published as: EP0813298A3; EP0813298B1; DE69728215T2; DE69728215D1; US5894251A; JPH104332A; EP0813298A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波フィルタに関する。さらに詳細には、弾性表面波フィルタと誘電体フィルタとを縦続に接続した高周波フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、フィルタに使用するために、弾性表面波素子の研究が盛んに行なわれてきた。特に、最近の移動体通信の発達、及び高周波化により、弾性表面波素子、特に弾性表面波フィルタの開発が盛んに行なわれている。従来、高周波帯、特に数１００ＭＨｚのフィルタを弾性表面波素子によって構成する方法として、種々の方法が提案されている。その代表的なものとしては、特開昭５２−１９０４４号公報に示されているような弾性表面波共振子を複数個使用してフィルタを構成する『ラダー型』といわれるもの、特開昭５８−１５４９１７号公報に示されているような『多電極型』といわれるもの、特開平３−２２２５１２号、特開昭６１−２３０４１９号、特開平１−２３１４１７号の各公報に示されているような弾性表面波共振器を隣接して設置し、共振子間の結合を利用した、いわゆる『縦モード型』といわれるものなどがある。一般に、弾性表面波フィルタは、その基板の特性によってフィルタ特性が決定される部分が多い。特に、フィルタの通過帯域幅、温度特性等は基板の特性によって決定される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
最近、移動体通信の発達により、使用周波数帯が準マイクロ波の領域へ上がっている。特に、アメリカ合衆国においては「ＰＣＳ」というシステムが実用化されようとしており、ヨーロッパにおいては「ＰＣＮ」というシステムが実用化されようとしている。これらのシステムにおいては、周波数としてそれぞれ１．８ＧＨｚ帯、１．９ＧＨｚ帯が使用されている。従来の移動体通信システム、例えば日本のアナログシステムにおいては、送信周波数として９１５〜９４０ＭＨｚが使用され、受信周波数として８６０〜８８５ＭＨｚが使用されており、送信−受信周波数間隔は３０ＭＨｚであった。しかし、ＰＣＳ（１．８ＧＨｚ帯）においては、受信周波数として１８０５〜１８８０ＭＨｚが使用され、送信周波数として１７１０〜１７８５ＭＨｚが使用されており、送信−受信周波数間隔は２０ＭＨｚである。このように使用周波数帯が上がったにもかかわらず、送信−受信周波数間隔は従来の移動体通信システムの場合（３０ＭＨｚ）よりも狭くなっている。通信システムは同時送受信ではなく時分割になってはいるが、やはり、送信フィルタであれば受信帯域減衰量を確保する必要があり、受信フィルタであれば送信帯域減衰量を確保する必要がある。このように、フィルタの特性としては非常に厳しいものとなっている。このため、１段のみの弾性表面波フィルタではこれらの減衰量を確保することができず、誘電体フィルタと縦続に接続して減衰量を確保せざるを得ない。
【０００４】
しかし、弾性表面波フィルタに誘電体フィルタを縦続に接続すると、常温時における帯域内の挿入損失が劣化するという問題点があった。
そこで、本発明者等は、鋭意研究を重ね、所定の周波数温度特性を有する弾性表面波フィルタと所定の周波数温度特性を有する誘電体フィルタを縦続に接続することにより、常温時における帯域内の挿入損失の劣化を最小限に抑えることができると考え、本発明をするに至った。
【０００５】
本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、弾性表面波フィルタと誘電体フィルタを縦続に接続しても、帯域内の挿入損失が劣化することがなく、しかも十分な減衰量を確保することのできる高周波フィルタを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明に係る高周波フィルタの構成は、送信周波数帯と受信周波数帯とで使用周波数帯が異なっている無線通信システムで使用される高周波フィルタであって、（１）前記送信周波数帯に通過帯域をもつ弾性表面波フィルタと前記受信周波数帯の前記送信周波数帯に近い側から離れた領域に減衰域をもつ誘電体フィルタとが縦続に接続され、又は（２）前記受信周波数帯に通過帯域をもつ弾性表面波フィルタと前記送信周波数帯の前記受信周波数帯に近い側から離れた領域に減衰域をもつ誘電体フィルタとが縦続に接続され、前記弾性表面波フィルタの周波数温度特性の符号と前記誘電体フィルタの周波数温度特性の符号が異なることを特徴とする。この高周波フィルタの構成によれば、常温時における帯域内の挿入損失の劣化を抑えながら、十分な減衰量を確保することができる。
【０００７】
また、前記本発明の構成においては、前記弾性表面波フィルタが負の周波数温度特性を有し、前記誘電体フィルタが正の周波数温度特性を有するのが好ましい。
また、前記本発明の構成においては、前記弾性表面波フィルタの周波数温度特性の絶対値と前記誘電体フィルタの周波数温度特性の絶対値が実質的に同一であるのが好ましい。この好ましい例によれば、使用時の周囲温度が最も低温になった場合でも、十分な減衰量を確保することができる。
また、前記本発明の構成においては、前記誘電体フィルタは、ノッチフィルタ又はローパスフィルタであり、前記誘電体フィルタの通過帯域は、前記弾性表面波フィルタの通過帯域を含むのが好ましい。
また、前記本発明の構成においては、前記誘電体フィルタの減衰域が、（１）前記弾性表面波フィルタの送信周波数帯が通過帯域の場合、前記受信周波数帯の前記送信周波数帯に近い側から５ＭＨ z 以内で離れた領域、又は（２）前記弾性表面波フィルタの受信周波数帯が通過帯域の場合、前記送信周波数帯の前記受信周波数帯に近い側から５ＭＨ z 以内で離れた領域のいずれかに設定されているのが好ましい。また、この場合には、前記誘電体フィルタの−２５℃近傍での減衰域が、（１）前記弾性表面波フィルタの送信周波数帯が通過帯域の場合、前記受信周波数帯の前記送信周波数帯に近い側から５ＭＨｚ以内で離れた領域、又は（２）前記弾性表面波フィルタの受信周波数帯が通過帯域の場合、前記送信周波数帯の前記受信周波数帯に近い側から５ＭＨ z 以内で離れた領域のいずれかに設定されているのが好ましい。この場合にはさらに、前記弾性表面波フィルタは前記送信周波数帯に通過帯域をもち、前記誘電体フィルタは前記受信周波数帯に通過帯域をもつのが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
図１は本発明に係る高周波フィルタの実施の形態を示す概略構成図である。
【０００９】
圧電基板として３６°回転ＹカットＸ伝搬のタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）基板を使用して弾性表面波フィルタ１０１を構成し、図１に示すように誘電体フィルタ（本実施の形態においては、『ノッチフィルタ』を使用した。）１０２に縦続に接続した。このフィルタは、ＰＣＳの送信フィルタ（１．８ＧＨｚ帯）として使用するものである。図１中、１０３は入力端子であり、１０４は出力端子である。
【００１０】
図２に弾性表面波フィルタ１０１の周波数特性を示し、図３に誘電体フィルタ１０２の周波数特性を示す。また、図４に弾性表面波フィルタ１０１の通過帯域の高周波側、特に受信周波数の最も送信側に近い部分の周波数特性を示す。
【００１１】
本実施の形態で使用した３６°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ₃基板は、ほぼ−３５ｐｐｍ／℃の周波数温度特性を示す。
図４中、実線は弾性表面波フィルタ１０１の常温時における周波数特性を示している。また、製作誤差として少なくとも±２ＭＨｚの余裕が必要であると考えられるため、これを考慮に入れた場合の弾性表面波フィルタ１０１の周波数特性を破線で示している。さらに、使用時の周囲温度が最も低温（例えば、−２５℃）になったときの弾性表面波フィルタ１０１の周波数特性を一点鎖線で示している。このように最悪のケース（一点鎖線）を考えた場合には、受信周波数である１８０５ＭＨｚにおいては５ｄＢ程度の減衰量しか確保することができず、仮に受信帯域減衰量として２０ｄＢ必要であるとすると、誘電体フィルタ１０２の周波数温度特性が実質的に０であれば１５ｄＢ以上の受信帯域減衰量を確保することのできる誘電体フィルタ１０２と縦続に接続する必要がある。しかし、受信周波数である１８０５ＭＨｚにおいて１５ｄＢの減衰量を得ようとすると、誘電体フィルタ１０２の挿入損失は１ｄＢ程度となる。ここで、少なくとも常温においては、製作誤差を考慮に入れても弾性表面波フィルタのみで１２ｄＢ程度の受信帯域減衰量を確保することができると考えられる（図４の破線）。このため、誘電体フィルタ１０２は８ｄＢの減衰量を持っていれば十分である。このときの誘電体フィルタ１０２の挿入損失は０．６ｄＢ程度であり、改善がみられる。この状態で周囲温度を低温にもっていったときに、弾性表面波フィルタ１０２は図４中の一点鎖線の特性（減衰量５ｄＢ程度）まで変化する。この場合には、受信周波数である１８０５ＭＨｚにおいて２０ｄＢの受信帯域減衰量を確保するために、誘電体フィルタ１０２で１５ｄＢの減衰量が必要となる。周囲温度を低温にもっていったときに誘電体フィルタ１０２で１５ｄＢの減衰量を確保するためには、弾性表面波フィルタ１０１の周波数温度特性の符号と逆の符号の周波数温度特性を有する誘電体フィルタ１０２を用いればよい。このように周波数温度特性の符号が逆の弾性表面波フィルタ１０１と誘電体フィルタ１０２を縦続に接続すれば、常温時における帯域内の挿入損失の劣化を抑えながら、十分な受信帯域減衰量を確保することのできる高周波フィルタ（ＰＣＳの送信フィルタ）を実現することができる。
【００１２】
誘電体フィルタ１０２の周波数温度特性は、弾性表面波フィルタ１０１の周波数温度特性と絶対値がほぼ同じで、符号が逆であるのが好ましい。その理由を以下に説明する。
【００１３】
弾性表面波フィルタ１０１の常温時における周波数特性（図４の破線）を考えると、誘電体フィルタ１０２は受信周波数である１８０５ＭＨｚにおいて８ｄＢの減衰量を確保できればよい。一方、弾性表面波フィルタ１０１の最も低温の状態における周波数特性（図４の一点鎖線）を考えると、誘電体フィルタ１０２は受信周波数である１８０５ＭＨｚにおいて１５ｄＢの減衰量を確保する必要がある。また、この最も低温の状態では、弾性表面波フィルタ１０１のみでは１８１０ＭＨｚまで２０ｄＢの減衰量を確保することができないため、誘電体フィルタ１０２は１８１０ＭＨｚまで減衰量をもっている必要がある。誘電体フィルタ（本実施の形態では、ノッチフィルタ）１０２の特性（例えば、図３のような特性）を考えると、図５（ａ）中の実線のような特性が必要とされる。これを常温時に戻した場合には、図５（ａ）中の細い二点鎖線のような特性でよい。このように誘電体フィルタ１０２の減衰域を弾性表面波フィルタ１０１の通過域から離すことにより、誘電体フィルタ１０２の通過損失を減少させることができる。尚、使用時の周囲温度が最も低温になったときの誘電体フィルタ１０２の周波数特性を図５（ｂ）中に長めの破線で示している。このときの誘電体フィルタ１０２の周波数温度特性は、弾性表面波フィルタ１０１の周波数温度特性（−３５ｐｐｍ／℃）と絶対値が実質的に等しく符号が逆である。
【００１４】
尚、本実施の形態においては、弾性表面波フィルタ１０１を構成する圧電基板として３６°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ₃基板を使用しているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）基板や水晶基板を使用した場合でも同様の効果が得られる。
【００１５】
また、本実施の形態においては、弾性表面波フィルタ１０１の構成について特に示していないが、フィルタ特性が得られるものであればよい。例えば、圧電基板上に、電極材料としてアルミニウム（Ａｌ）を使用してすだれ状トランスデューサ（ＩＤＴ）を形成することにより、弾性表面波フィルタとして機能させることができる。
【００１６】
また、本実施の形態においては、誘電体フィルタ１０２としてノッチフィルタを例に挙げて説明しているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えばローパスフィルタ等の他の形式のフィルタであってもよい。
【００１７】
また、本実施の形態においては、入力端子１０３側に弾性表面波フィルタ１０１を配置し、出力端子１０４側に誘電体フィルタ１０２を配置した場合を例に挙げて説明しているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、誘電体フィルタ１０２を入力端子１０３側に配置し、弾性表面波フィルタ１０１を出力端子１０４側に配置してもよい。
【００１８】
また、本実施の形態においては、１．８ＧＨｚ帯のフィルタを例に挙げて説明しているが、必ずしもこの周波数帯のフィルタに限定されるものではない。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、常温時における帯域内の挿入損失の劣化を抑えながら、十分な減衰量を確保することのできる高周波フィルタを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高周波フィルタの実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態で用いた弾性表面波フィルタの周波数特性図である。
【図３】本発明の実施の形態で用いた誘電体フィルタの周波数特性図である。
【図４】本発明の実施の形態で用いた弾性表面波フィルタの通過帯域の高周波側における周波数特性図である。
【図５】本発明の実施の形態で用いた誘電体フィルタのうち最も好ましい誘電体フィルタの周波数特性図である。
【符号の説明】
１０１、弾性表面波フィルタ
１０２、誘電体フィルタ
１０３、入力端子
１０４、出力端子

Claims

送信周波数帯と受信周波数帯とで使用周波数帯が異なっている無線通信システムで使用される高周波フィルタであって、（１）前記送信周波数帯に通過帯域をもつ弾性表面波フィルタと前記受信周波数帯の前記送信周波数帯に近い側から離れた領域に減衰域をもつ誘電体フィルタとが縦続に接続され、又は（２）前記受信周波数帯に通過帯域をもつ弾性表面波フィルタと前記送信周波数帯の前記受信周波数帯に近い側から離れた領域に減衰域をもつ誘電体フィルタとが縦続に接続され、前記弾性表面波フィルタの周波数温度特性の符号と前記誘電体フィルタの周波数温度特性の符号が異なることを特徴とする高周波フィルタ。
前記弾性表面波フィルタが負の周波数温度特性を有し、前記誘電体フィルタが正の周波数温度特性を有する請求項１に記載の高周波フィルタ。
前記弾性表面波フィルタの周波数温度特性の絶対値と前記誘電体フィルタの周波数温度特性の絶対値が実質的に同一である請求項１に記載の高周波フィルタ。
前記誘電体フィルタは、ノッチフィルタ又はローパスフィルタであり、前記誘電体フィルタの通過帯域は、前記弾性表面波フィルタの通過帯域を含む請求項１〜３のいずれかに記載の高周波フィルタ。
前記誘電体フィルタの減衰域が、（１）前記弾性表面波フィルタの送信周波数帯が通過帯域の場合、前記受信周波数帯の前記送信周波数帯に近い側から５ＭＨ z 以内で離れた領域、又は（２）前記弾性表面波フィルタの受信周波数帯が通過帯域の場合、前記送信周波数帯の前記受信周波数帯に近い側から５ＭＨ z 以内で離れた領域のいずれかに設定された請求項１〜４のいずれかに記載の高周波フィルタ。
前記誘電体フィルタの−２５℃近傍での減衰域が、（１）前記弾性表面波フィルタの送信周波数帯が通過帯域の場合、前記受信周波数帯の前記送信周波数帯に近い側から５ＭＨｚ以内で離れた領域、又は（２）前記弾性表面波フィルタの受信周波数帯が通過帯域の場合、前記送信周波数帯の前記受信周波数帯に近い側から５ＭＨ z 以内で離れた領域のいずれかに設定された請求項５に記載の高周波フィルタ。
前記弾性表面波フィルタは前記送信周波数帯に通過帯域をもち、前記誘電体フィルタは前記受信周波数帯に通過帯域をもつ請求項６に記載の高周波フィルタ。