JP5081742B2

JP5081742B2 - アンテナ分波器

Info

Publication number: JP5081742B2
Application number: JP2008161957A
Authority: JP
Inventors: 智寺田; 俊和廣長
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2007-06-29
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2028-06-20
Also published as: US7800461B2; EP2009788A3; JP2009033733A; EP2009788A2; US20090002095A1

Description

本発明は、高域側フィルタと低域側フィルタの二つのフィルタをアンテナポートに接続したアンテナ分波器に係り、特に両フィルタ間の干渉を抑制する移相器に関する。

この種のアンテナ分波器（デュプレクサ）は、携帯電話、ＰＨＳなどの移動体通信端末や、無線ＬＡＮなどの高周波無線通信装置における送受信波の分波手段として使用され、高域側フィルタと低域側フィルタにはＳＡＷ（弾性表面波）フィルタが使用されている。そして高域側フィルタ及び低域側フィルタの一方を送信側に、また他方を受信側に割り当て、両フィルタによってそれぞれ特定の周波数帯の高周波信号のみを通過させ、他の周波数帯の信号を阻止する。また、アンテナ分波器は、通過帯域の異なる複数のＳＡＷフィルタをアンテナに直接接続すると、互いの送受信信号が干渉してしまうため、移相器（位相整合回路）を設ける。

図１３は、移相器をもつアンテナ分波器の従来の回路構成を示す。同図では８００ＭＨｚ帯ＵＳ−ＣＤＭＡ向けのアンテナ分波器を例として示す。一般に、デュプレクサでは、電気ポートにはアンテナポート、高域側フィルタポート、低域側フィルタポートの３つが必要となる。デュプレクサ内部には「高域側フィルタ」と「低域側フィルタ」が１系統ずつ実装され、さらに高域側フィルタのアンテナポート側に移相器が実装されており、それらがアンテナポート直下の”Ａ”点に接続される。

具体的には、高域側フィルタ１１と低域側フィルタ１２は、共に複数のＳＡＷ共振子１０を梯子形（ラダー形）に接続した構成とし、高域側フィルタ１１はアンテナ１３側（Ａ点側）の初段をＴ型の入力とし、低域側フィルタ１２はアンテナ１３側の初段をπ型の入力としている。高域側フィルタ１１とアンテナ１３との間に移相器１４を介挿する。

移相器１４は、インダクタとコンデンサでπ型に構成される。すなわち、高域側フィルタ１１の入出力端とアンテナ１３との間に直列に接続したインダクタ１５と、高域側フィルタ１１の入出力端と対アース間に接続したコンデンサ１６と、アンテナ１３と対アース間に接続したコンデンサ１７からなるフィルタ構成にされる。

これらインダクタ１５とコンデンサ１６，１７はλ／４マイクロストリップ線路、集中定数部品などが用いられる（例えば、特許文献１参照）。また、高域側フィルタ１１の入出力信号とアンテナとの間に直列にコンデンサを配置し、このコンデンサの両端と対アース間に並列にインダクタを配置したハイパスフィルタ構成の移相器もある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−２２８９１１号公報特開２００６−１２９４４５号公報

前記のように、ＳＡＷフィルタを用いたアンテナ分波器では、ＳＡＷフィルタの他に移相器１４を設ける。この移相器１４は高域側フィルタ１１と低域側フィルタ１２の整合をとる事ができる。しかし、図１４（ａ）及び一部を拡大した図１４（ｂ）に示すようにに従来の周波数特性において、所要の帯域外減衰量特性を確保できないという問題、例えば低域側フィルタの中心周波数をｆ_Ｌとすると、この中心周波数の２倍周波数（２×ｆ_Ｌ）付近の減衰量が確保できないという問題があった。この問題について具体的に説明すると、アンテナ分波器は、高域側フィルタ１１及び低域側フィルタ１２に夫々増幅器が接続されており、増幅器は通過帯域の整数倍の周波数においてスプリアスが発生する。特に通過帯域の２倍の周波数に相当する高調波のスプリアスが大きい。例えば低域側フィルタ１２が送信側に設けられている場合には、増幅器により増幅された信号が低域側フィルタ１２を通り、アンテナ１３から出力されるが、２×ｆ_Ｌ付近の減衰量が小さいと、例えば携帯端末に割り当てられた他の周波数域のノイズ信号になってしまう。

本発明の目的は、移相器の位相整合機能を確保し、かつ高域側および低域側フィルタの通過帯域外の周波数帯域における減衰特性を改善できるアンテナ分波器を提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、移相器を構成するインダクタまたはコンデンサとＬＣ共振する共振用コンデンサまたは共振用インダクタを設け、このＬＣ共振によってフィルタの通過帯域外の任意の帯域に減衰特性を得るようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
（１）高域側フィルタと、低域側フィルタと、インダクタとコンデンサで構成され、前記両フィルタのアンテナポート側に接続されて前記両フィルタの位相整合をとる移相器とを備えたアンテナ分波器において、
前記移相器は、高域側フィルタとアンテナポート間に直列にコンデンサを設け、このコンデンサの両端と対アース間にそれぞれインダクタを設けたフィルタ構成とし、前記アンテナポート側のインダクタに直列に当該インダクタと共振する共振用コンデンサを設け、その共振によって前記両フィルタの通過帯域外の帯域に減衰特性を得ることを特徴とする。
より具体的には、前記高域側フィルタ及び低域側フィルタは、弾性波素子例えば弾性表面波素子を用いて、例えばラダー型に接続して構成される。
更に他の発明は、移相器を構成するコンデンサとＬＣ共振する共振用インダクタを設け、共振周波数をフィルタの通過帯域内に設定することでバンドパスの機能を得、結果としてバンドパスに対応する周波数域の外の減衰量を改善するようにしたものであり、具体的には以下のように構成される。
（２）高域側フィルタと、低域側フィルタと、インダクタとコンデンサで構成され、前記両フィルタのアンテナポート側に接続されて前記両フィルタの位相整合をとる移相器とを備えたアンテナ分波器において、
前記移相器は、高域側フィルタとアンテナポート間に直列にコンデンサを設け、このコンデンサの両端と対アース間にそれぞれインダクタを設けたフィルタ構成とし、
前記コンデンサに直列に、高域側フィルタまたは低域側フィルタの通過帯域にて共振する共振用インダクタを設けたことを特徴とする
（３）高域側フィルタと、低域側フィルタと、インダクタとコンデンサで構成され、前記両フィルタのアンテナポート側に接続されて前記両フィルタの位相整合をとる移相器とを備えたアンテナ分波器において、
前記移相器は、高域側フィルタとアンテナポート間に直列にインダクタを設け、このインダクタの両端と対アース間にそれぞれコンデンサを設けたフィルタ構成とし、
前記アンテナポート側のコンデンサに並列に、高域側フィルタまたは低域側フィルタの通過帯域にて共振する共振用インダクタを設けたことを特徴とする。

以上のとおり、本発明（実施の形態は図１、図５及び図１１に対応する）によれば、移相器を構成するインダクタまたはコンデンサとＬＣ共振する共振用コンデンサまたは共振用インダクタを設け、このＬＣ共振によってフィルタの通過帯域外の任意の帯域に減衰特性を得るようにしたため、移相器の位相整合機能を確保し、かつ高域側および低域側フィルタの通過帯域外の任意の周波数帯域における減衰特性を改善できる効果がある。また他の発明（実施の形態は図７及び図９に対応する）によれば移相器内の信号路にて直列共振させるか、あるいは信号路とアースとの間で並列共振させることにより、フィルタの通過帯域に対してバンドパスの機能を得、結果としてバンドパスに対応する周波数域の外の減衰量を改善することができる。

図１は、本発明の実施形態を示すアンテナ分波器の回路構成であり、図１３と異なる部分は、ＬＣ共振用インダクタ１８を追加した点にある。このアンテナ分波器は、図１に示すように、ＳＡＷ共振子を梯子形に接続した高域側フィルタ１１および低域側フィルタ１２と、高域側フィルタ１１とアンテナポートの間に、インダクタ１５とコンデンサ１６，１７をπ形に接続した移相器１４からなり、かつ移相器１４にＬＣ共振用インダクタ１８を追加した構成にされる。またこの例では、高域側フィルタ１１は送信側に設けられ、低域側フィルタ１２は受信側に設けられる。ＬＣ共振用インダクタ１８は、移相器１４の入出力端とアンテナ１３の接続点と対アース間に設けられていたコンデンサ１７に直列に介挿され、このコンデンサ１７と直列共振させるためのものである。即ち、ＬＣ共振用インダクタ１８とコンデンサ１７とはＬＣ共振回路を構成する。

図１の構成において、コンデンサ１７とインダクタ１８の素子の直列共振周波数が減衰させようとする周波数付近になるように例えば２×ｆ_Ｌ付近になるように、インダクタ値とコンデンサ容量を設定する。このとき、アンテナ端子側より移相器１４側を見たインピーダンスは、図２の（ｂ）に示すインピーダンス特性にて丸で囲んでいる（左端）ように、２×ｆ_Ｌ付近の周波数で短絡（ＳＨＯＲＴ）に近づく。また移相器＋高域側フィルタがもつ周波数特性は図２の（ａ）に示すように、２×ｆ_Ｌ付近で減衰極が得られ、２×ｆ_Ｌでの減衰量を改善できる。また、図２の（ｂ）に示すように、ｆ_Ｌ付近のインピーダンスが無限大（ＯＰＥＮ）側にあり、移相器としての位相整合機能は確保される。

図３は、従来の移相器＋高域側フィルタ構成における周波数特性（ａ）とインピーダンス特性（ｂ）を示している。２×ｆ_Ｌ付近の周波数では、スミスチャートの中央下部に丸で囲んでいるように、インピーダンスはＳＨＯＲＴ付近になく、５０Ω付近にあり、周波数特性をみても、２×ｆ_Ｌ付近には減衰極もない。図１の構成にしたアンテナ分波器の周波数特性を図４に示す。図４（ｂ）は図４（ａ）の一部を拡大した図である。従来の構成では図１４に示したように、低域側フィルタの２×ｆ_Ｌの減衰量は１６ｄＢ程度であつたが、本実施形態の回路では図４（ａ）に示したように、移相器におけるコンデンサ１７とインダクタ１８の共振特性で得た２×ｆ_Ｌ付近の減衰極のため、低域側フィルタの２×ｆ_Ｌの減衰量は４０ｄＢと減衰量が約２３ｄＢ改善されている。また、低域側フィルタおよび高域側フィルタの挿入損失もほとんど劣化がない。

（他の実施形態）
図１における移相器１４の回路構成および配置は適宜設計変更して、高域側および低域側フィルタの通過帯域外の任意の周波数帯域における減衰特性を改善できる。これらの実施形態を以下に説明する。

図５に示すアンテナ分波器に用いられる移相器１４Ａは、高域フィルタ１１とアンテナポート１３との間に直列に介挿されたインダクタ１５と、このインダクタ１５の両端とアースとの間に夫々介挿された2個のコンデンサ１６及び１７と、
これらコンデンサ１６、１７と対アース間に、コンデンサ１６、１７の並列回路に対して共通に直列に接続したＬＣ共振用インダクタ１９とからなる。この共振用インダクタ１９は、コンデンサ１６、１７の並列回路と共に共振させるためのものであり、コンデンサ１６、１７及びインダクタ１９により共振回路が構成される。そして直列共振周波数が減衰させようとする周波数付近になるように例えば２×ｆ_Ｌ付近になるように、インダクタ１９のインダクタ値とコンデンサ１６、１７のコンデンサ容量を設定する。この移相器構成とする場合のアンテナ分波器の周波数特性は、図６（ａ）及び一部を拡大した図６（ｂ）に示すよう、低域側フィルタの２×ｆ_Ｌにおける減衰量が３８ｄＢであり、従来例（図１４）に比べて２２ｄＢ改善されている。

図７に示すアンテナ分波器に用いられる移相器１４Ｂは、高域側フィルタ１１の入出力信号とアンテナとの間に直列にコンデンサ２０を配置し、このコンデンサ２０の両端と対アース間に並列にインダクタ２１，２２を配置したハイパスフィルタとして構成される。そしてコンデンサ２０に対してＬＣ共振用インダクタ２３を直列に接続し、高域側フィルタ１１または低域側フィルタ１２の通過帯域内にて直列共振するようにこの直列共振回路を構成している。この例ではｆ_Ｌ付近で直列共振するように設定されている。この移相器における周波数特性は、図８（ａ）及び一部を拡大した図８（ｂ）に示すように、低域側フィルタの２×ｆ_Ｌにおける減衰量が２５ｄＢであり、従来例（図１４）に比べて９ｄＢ改善されている。また低域側フィルタ及び高域側フィルタの１００ＭＨｚ以下の減衰量についても、従来例に比べて格段に改善されている。従ってバンドパスフィルタとしては従来のものに比べて優れている。このような作用が得られる理由は、前記直列共振により移相器の機能に加えてバンドパスフィルタの機能が現れ、結果として通過帯域外の減衰量が改善されたと考えられる。

図９に示すアンテナ分波器は、図１３と異なる部分は、ＬＣ共振用インダクタ２４を追加した点にある。即ち、コンデンサ１７に対して並列にＬＣ共振用インダクタ２４を接続した構成の移相器１４Ｃとする。この場合コンデンサ１７とインダクタ２４とにより並列共振回路が構成され、この並列共振回路は、高域側フィルタ１１または低域側フィルタ１２の通過帯域内にて並列共振するようにこの並列共振回路を構成している。この例ではｆ_Ｌ付近で並列共振するように設定されている。この移相器構成とする場合の周波数特性は、図１０（ａ）及び一部を拡大した図１０（ｂ）に示すように、低域側フィルタの２×ｆ_Ｌにおける減衰量は２３ｄＢであり、従来例に比べて９ｄＢ改善されている。また低域側フィルタと高域側フィルタの１００ＭＨｚ以下の減衰量についても、従来例に比べて格段に改善されている。このような作用が得られる理由は、前記並列共振により移相器の機能に加えてバンドパスフィルタの機能が現れたことに起因していると考えられる。

図１１に示すアンテナ分波器に用いられる移相器１４Ｄは、高域側フィルタ１１の入出力信号とアンテナとの間に直列にコンデンサ２０を配置し、このコンデンサ２０の両端と対アース間に並列にインダクタ２１，２２を配置したハイパスフィルタを構成している。更にアンテナ側のインダクタ２２とアースとの間には、２×ｆ_Ｌ付近で当該インダクタ２２と直列共振させるＬＣ共振用コンデンサ２５を設けている。このように移相器を構成する場合の周波数特性は、図１２（ａ）及び一部を拡大した図１２（ｂ）に示すように、高域側フィルタの８００ＭＨｚ以下の減衰量が改善されている。従ってバンドパスフィルタとしては従来のものに比べて優れている。。
このように移相器において、コンデンサ及びインダクタからなる直列共振回路または並列共振回路を設け、その共振周波数を調整することにより、移相器の位相整合機能を確保し、かつ高域側および低域側フィルタの通過帯域外の任意の周波数帯域における減衰特性を改善できる。

（変形例）
以上までの実施形態で示すアンテナ分波器において、移相器等の回路構成および回路要素を以下のように変更して、同等の作用効果を得ることができる。
・移相器１４，１４Ａ〜１４Ｄは、高域側フィルタ１１のアンテナポート側に介挿する場合を示すが、アンテナポートに直接接続した回路構成とする。
・移相器はアンテナ分波器に内蔵することとしたが、外付けとすることができる。
・高域側フィルタおよび低域側フィルタの回路構成については、全て梯子形としているが、他の形状とすることができる。
・高域側フィルタおよび低域側フィルタを形成する圧電基板は、ＬｉＴａＯ_３，ＬｉＮｂＯ_３、水晶を始めとする、圧電作用のあるＳＡＷデバイス用ウェハであればよい。
・移相器を構成するインダクタおよびコンデンサは、集中定数部品によるもの、プリント基板やセラミック基板、あるいはＳＡＷチップ上の配線により実現するもの、あるいはその複合構成とすることができる。

本発明の第一の実施形態を示すアンテナ分波器の回路構成図。第一の実施形態における移相器＋高域側フィルタの回路構成と周波数特性およびインピーダンス特性図。従来の周波数特性およびインピーダンス特性図。第一の実施形態によるアンテナ分波器の周波数特性図。本発明の第二の実施形態を示すアンテナ分波器の回路構成図。第二の実施形態によるアンテナ分波器の周波数特性。本発明の第三の実施形態を示すアンテナ分波器の回路構成図。第三の実施形態によるアンテナ分波器の周波数特性。本発明の第四の実施形態を示すアンテナ分波器の回路構成図。第四の実施形態によるアンテナ分波器の周波数特性。本発明の第五の実施形態を示すアンテナ分波器の回路構成図。第五の実施形態によるアンテナ分波器の周波数特性。従来のアンテナ分波器の回路構成図。従来のアンテナ分波器の周波数特性図。

符号の説明

１１高域側フィルタ
１２低域側フィルタ
１３アンテナ
１４、１４Ａ〜１４Ｄ移相器
１５、２１、２２インダクタ
１６、１７、２０コンデンサ
１８、１９、２３、２４ＬＣ共振用インダクタ
２５ＬＣ共振用コンデンサ

Claims

高域側フィルタと、低域側フィルタと、インダクタとコンデンサで構成され、前記両フィルタのアンテナポート側に接続されて前記両フィルタの位相整合をとる移相器とを備えたアンテナ分波器において、
前記移相器は、高域側フィルタとアンテナポート間に直列にコンデンサを設け、このコンデンサの両端と対アース間にそれぞれインダクタを設けたフィルタ構成とし、前記アンテナポート側のインダクタに直列に当該インダクタと共振する共振用コンデンサを設け、その共振によって前記両フィルタの通過帯域外の帯域に減衰特性を得ることを特徴とするアンテナ分波器。
高域側フィルタと、低域側フィルタと、インダクタとコンデンサで構成され、前記両フィルタのアンテナポート側に接続されて前記両フィルタの位相整合をとる移相器とを備えたアンテナ分波器において、
前記移相器は、高域側フィルタとアンテナポート間に直列にコンデンサを設け、このコンデンサの両端と対アース間にそれぞれインダクタを設けたフィルタ構成とし、
前記コンデンサに直列に、高域側フィルタまたは低域側フィルタの通過帯域にて共振する共振用インダクタを設けたことを特徴とするアンテナ分波器。
高域側フィルタと、低域側フィルタと、インダクタとコンデンサで構成され、前記両フィルタのアンテナポート側に接続されて前記両フィルタの位相整合をとる移相器とを備えたアンテナ分波器において、
前記移相器は、高域側フィルタとアンテナポート間に直列にインダクタを設け、このインダクタの両端と対アース間にそれぞれコンデンサを設けたフィルタ構成とし、
前記アンテナポート側のコンデンサに並列に、高域側フィルタまたは低域側フィルタの通過帯域にて共振する共振用インダクタを設けたことを特徴とするアンテナ分波器。