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KR100379601B1 - 통과대역의 편평도를 향상시키는 탄성 표면파 필터 및이의 제조 방법 - Google Patents

통과대역의 편평도를 향상시키는 탄성 표면파 필터 및이의 제조 방법 Download PDF

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KR100379601B1
KR100379601B1 KR10-1999-0051027A KR19990051027A KR100379601B1 KR 100379601 B1 KR100379601 B1 KR 100379601B1 KR 19990051027 A KR19990051027 A KR 19990051027A KR 100379601 B1 KR100379601 B1 KR 100379601B1
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KR
South Korea
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acoustic wave
surface acoustic
comb
gap
wave filter
Prior art date
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KR10-1999-0051027A
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KR20000047665A (ko
Inventor
다니구치노리오
Original Assignee
가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Publication of KR20000047665A publication Critical patent/KR20000047665A/ko
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    • H03H9/6483—Ladder SAW filters

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Abstract

본 발명의 탄성 표면파 필터는 사다리형 회로의 구성에 배치된 복수개의 인터디지탈 트랜스듀서(interdigital transducer)를 구비하고 있으며, 직렬암(series arm)과 적어도 2개의 병렬암을 포함하고 있다. 각 인터디지탈 트랜스듀서는 제 1 빗형상의(comb-shaped) 전극 및 제 2 빗형상의 전극을 가지고 있으며, 이 제 1 및 제 2 빗형상의 전극 각각은 복수개의 전극지 및 이 복수개의 전극지의 제 1 말단에 접속되는 버스바(bus bar)를 가지고 있다. 제 1 및 제 2 빗형상의 전극은 상호 교차하고 있어서, 제 1 빗형상의 전극의 복수개의 전극지의 제 2 말단은 제 2 빗형상의 전극의 버스바를 향하여 연장하고 있다. 병렬암들에 접속되는 탄성 표면파 공진자들을 형성하는 인터디지탈 트랜스듀서들에서 생성되는 갭(gap)에 의해, 리플(ripple)이 발생되며, 이 리플은 탄성 표면파 필터의 통과대역에서 분산된다. 이 리플이 통과대역의 편평도(flatness)를 향상시킨다. 제 1 빗형상 전극의 버스바와 제 2 빗형상 전극의 복수개의 전극지의제 2 말단 사이에 갭이 형성된다. 이 갭의 폭은, 압전 기판에서 여진되는 탄성 표면파의 파장을 λ라고 할때, 약 0.50λ 이상이어야 하고, 바람직하게는 약 1.0λ∼약 5.0λ의 범위에 있어야 한다. 또한, 1개의 병렬암에 접속되는 1-포트 탄성 표면파 공진자의 인터디지탈 트랜스듀서에서의 갭은 다른 병렬암에 접속되는 1-포트 탄성 표면파 공진자의 인터디지탈 트랜스듀서에서 대응하는 갭과 다르다.

Description

통과대역의 편평도를 향상시키는 탄성 표면파 필터 및 이의 제조 방법{Surface Acoustic Wave Filter for Improving Flatness of a Pass Band and a Method of Manufacturing Thereof}
본 발명은 예를 들어 대역필터(band pass filter)를 형성하는 탄성 표면파 필터(surface acoustic wave: SAW)에 관한 것이다. 보다 상세히하면, 본 발명은 복수개의 1-포트(one-port) SAW 공진자가 사다리형 회로를 구성하도록 접속되는 SAW 필터의 구성 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
종래에는, 대역필터로서 SAW 필터가 광범위하게 사용되었다. 예를 들어, 일본 특공개 56-19765호 공보에는, 복수개의 1-포트 SAW 공진자로 사다리형 회로를 구성하는 배열을 가지고 있는 SAW 필터가 개시되어 있다.
사다리형 회로 구성을 가지고 있는 상술한 SAW 필터를 도 13 및 도 14를 참조하여 설명할 것이다. 도 13 및 도 14의 SAW 필터에서는, 입력단과 출력단을 접속시키는 직렬암(series arm), 및 이 직렬암과 기준 전위를 접속시키는 병렬암이 형성되어 있다. 직렬암에는 직렬암 공진자를 구성하는 1-포트 SAW 공진자 S1이 접속되어 있고, 병렬암에는 병렬암 공진자를 구성하는 1-포트 SAW 공진자 P1이 접속되어 있다. 도 13에는 단지 1개의 직렬암 공진자와 병렬암 공진자가 도시되어 있지만, SAW 필터에 포함된 직렬암 공진자 및 병렬암 공진자의 수는 원하는 필터 특성에 따라서 결정된다.
종래의 1-포트 SAW 공진자는, 도 14를 참조하면, 압전 기판(도시되지 않음) 상에서, 인터디지탈 트랜스듀서(interdigital transducer: IDT) 51이 제 1측에는 반사기 52를 제 2측에는 반사기 53을 구비하고 있는 전극 구성을 가지고 있다.
IDT 51은 탄성 표면파가 전파하는 방향을 따라서 연장하고 있는 한 쌍의 버스바 54, 55를 가지고 있다. 버스바 54는 복수개의 전극지 56의 각 한 단에 접속되어 있다. 전극지 56은 탄성 표면파가 전파하는 방향에 직교하는 방향으로, 다시 말해 버스바 54의 반대측에 있는 버스바 55측을 향하는 방향으로 연장하고 있다. 유사하게, 버스바 55는 복수개의 전극지 57의 각 한 단에 접속되어 있다. 복수개의 전극지 57은 버스바 54측을 향하여 연장하고 있다. 전극지 56, 57은 서로 교차하게 배치되어 있다.
상기 1-포트 SAW 공진자를 복수개 배치하여, 도 13에 도시된 바와 같은 사다리형 회로를 구성함으로써, SAW 필터를 형성하게 된다. 이 SAW 필터의 감쇠량-주파수 특성을 도 15에 도시한다.
상기 사다리형 회로 구성을 가지고 있는 SAW 필터가 저손실이고 광범위한 통과대역을 가지고 있으므로, 이 SAW 필터는 휴대 전화기 또는 그 외의 유사한 장치에서 대역필터로서 광범위하게 사용되고 있다.
또한, 일본 특개평 6-232682호 공보에는 압전 기판으로서 LiTaO3기판을 사용하는 1-포트 SAW 공진자가 개시되어 있다. 이 일본 특개평 6-232682호 공보에서는, IDT의 전극지 교차폭(교차틈)과 한쪽의 버스바와 다른쪽의 버스바에 접속되는 전극지의 선단(top end) 사이의 갭의 폭간의 비가 일정값 이상으로 설정되는 경우에는, 공진 주파수와 반공진 주파수 사이에서 발생하는 리플(ripple) 효과를 억제할 수 있다.
일본 특공개 56-19765호 공보에 개시된 바와 같이, 복수개의 1-포트 SAW 공진자를 사용하여 사다리형 회로 구성을 가지고 있는 종래의 SAW 필터가 삽입 손실이 적고 통과대역이 광범위하더라도, 통과대역 내에서 필터 특성의 편평도(flatness)가 불충분하다는 문제가 있다. 보다 상세히하면, 통과대역의 중앙부에서의 삽입 손실이 통과대역의 숄더단(shoulder end)에서의 삽입 손실보다 작다.
또한, 상술한 SAW 필터에 있어서, LiTaO3기판의 사용으로, 공진 주파수와 반공진 주파수 사이에서 발생하는 리플이 바람직하지 않은 필터 특성의 원인이 된다. LiTaO3기판 상에 종래의 1-포트 SAW 공진자를 배열하는 경우에, 1-포트 SAW 공진자의 임피던스-주파수 특성을 나타내는 그래프를 도 16에 도시한다. 도 16에서 화살표 A로 나타낸 바와 같이, 공진 주파수와 반공진 주파수 사이에서 리플이 발생한다. 또한, 종래의 SAW 필터는 복수개의 1-포트 SAW 공진자를 조합시켜, 필터 특성을 제공하기 때문에, 1-포트 SAW 공진자에서 리플이 발생하는 경우에, SAW 필터의 필터 특성으로, 1-포트 SAW 공진자에서 리플의 주파수에 대응하는 리플이 발생한다. 따라서, 상술한 SAW 필터의 감쇠량-주파수 특성을 도 17에 도시하고, 도 17에서 화살표 B로 나타낸 바와 같이, SAW 필터의 통과대역의 저주파 숄더부에 리플이 나타난다. 리플의 효과로 SAW 필터의 통과대역의 저주파측에서 삽입 손실이 증가하여 통과대역의 편평도가 극히 악화되기 때문에, 리플의 출현은 상당히 중요하다.
일본 특공개 56-19765호 공보에 기재된 SAW 필터에 따르면, 통과대역의 중앙부에서의 삽입 손실이 통과대역의 숄더부에서의 삽입 손실에 비해 적기 때문에, 통과대역의 편평도가 상당히 향상될 필요가 있다. LiTaO3기판을 압전 기판으로서 사용하는 경우에, SAW 공진자에 의해 발생되는 리플에 의해, 통과대역의 편평도가 한층 더 악화된다.
상술한 문제점들을 극복하기 위해서, 본 발명의 바람직한 구현예들은 통과대역 내에서 필터 특성의 편평도를 대폭으로 향상시킨 SAW 필터를 제공한다.
도 1a는 본 발명의 한 바람직한 구현예에 따른 탄성 표면파(surface acoustic wave: SAW) 필터의 회로도를 도시한다.
도 1b는 도 1a에 도시된 바람직한 구현예의 SAW 필터에 사용된 1-포트(one-port) SAW 공진자의 전극 구성을 도시하는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 1-포트 SAW 공진자에서 버스바(bus bar)와 전극지의 한 말단 사이의 갭(gap)의 폭 W2와, 공진 주파수와 반공진 주파수 사이의 리플(ripple) 주파수간의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 3은 도 1a에 도시된 바람직한 구현예에서 1-포트 SAW 공진자 P1의 임피던스-주파수 특성을 도시하는 그래프이다.
도 4는 도 1a에 도시된 바람직한 구현예에서 1-포트 SAW 공진자 P2의 임피던스-주파수 특성을 도시하는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 구현예의 제 1 실험예의 SAW 필터의 감쇠량-주파수 특성(실선), 및 본 발명의 바람직한 구현예와의 비교를 위해 제공된 SAW 필터의 감쇠량-주파수 특성(파선)을 도시하는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 구현예의 제 2 실험예에 따른 SAW 필터의 회로도를 도시한다.
도 7은 도 6에 도시된 제 2 실험예의 1-포트 SAW 공진자 P1의 임피던스-주파수 특성을 도시하는 그래프이다.
도 8은 도 6에 도시된 제 2 실험예의 1-포트 SAW 공진자 P2의 임피던스-주파수 특성을 도시하는 그래프이다.
도 9는 도 6에 도시된 제 2 실험예의 1-포트 SAW 공진자 P3의 임피던스-주파수 특성을 도시하는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 구현예의 제 2 실험예의 SAW 필터의 감쇠량-주파수 특성(실선), 및 본 발명의 바람직한 구현예와의 비교를 위해 제공된 SAW 필터의 감쇠량-주파수 특성(파선)을 도시하는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 다른 바람직한 구현예에 따른 듀플렉서를 도시하는 회로도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에 따른 통신 장치를 도시하는 블록 선도이다.
도 13은 사다리형 회로 구성을 가지고 있는 종래 SAW 필터의 회로도이다.
도 14는 종래의 SAW 필터에 사용된 1-포트 SAW 공진자의 전극 구성을 도시하는 평면도이다.
도 15는 종래 SAW 필터의 감쇠량-주파수 특성을 도시하는 그래프이다.
도 16은 종래 1-포트 SAW 공진자의 임피던스-주파수 특성을 도시하는 그래프이다.
도 17은 종래 SAW 필터의 감쇠량-주파수 특성을 도시하는 그래프이다.
도 18은 종래의 1-포트 SAW 공진자에서 전극지의 교차폭과 갭의 폭간의 관계를 설명하는 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>
1 ... 인터디지탈 트랜스듀서(IDT)
S1, S2 ... 1-포트 SAW 공진자(직렬암 공진자)
P1∼P3 ... 1-포트 SAW 공진자(병렬암 공진자)
2, 3 ... 반사기 4, 5 ... 버스바
6, 7 ... 전극지 W2 ... 갭의 폭
40 ... 듀플렉서 41, 42 ... SAW 필터
50 ... 통신 장치
본 발명의 한 바람직한 구현예에 따르면, SAW 필터는 압전 기판 및 상기 압전 기판 상에 배열되어 복수개의 1-포트 SAW 공진자를 구성하는 복수개의 IDT를 구비하고 있으며, 상기 복수개의 1-포트 SAW 공진자들은 직렬암과 적어도 2개의 병렬암을 가지고 있는 사다리형 회로를 구성하도록 접속된다. 복수개의 1-포트 SAW 공진자 각각은 제 1 및 제 2 빗형상의(comb-shaped) 전극을 가지고 있다. 복수개의 전극지와 이 복수개의 전극지의 제 1 말단에 접속되는 버스바를 각각 가지고 있는 제 1 및 제 2 빗형상의 전극은 상호 교차하고 있어서, 제 1 및 제 2 빗형상의 전극 각각의 복수개의 전극지의 제 2 말단은 제 1 및 제 2 빗형상의 전극의 다른 말단의 버스바를 향하여 연장하고 있어서, 교차지 단자(interdigital terminal)를 형성한다. 제 1 빗형상의 전극의 버스바와, 적어도 2개의 병렬암 중의 하나에 접속되는 1-포트 SAW 공진자의 제 2 빗형상 전극의 버스바에 접속되는 전극지의 제 2 말단 사이의 갭은, 적어도 2개의 병렬암 중의 다른 병렬암에 접속되는 다른 1-포트 SAW 공진자에 대응하는 갭과는 다르다.
이러한 독특한 구성의 결과로, 병렬암 공진자를 형성하는 복수개의 1-포트 SAW 공진자에서, 공진 주파수와 반공진 주파수 사이에서 발생하는 리플의 주파수가 균일하게 분산된다. 따라서. 리플의 주파수는 SAW 필터 자체의 통과대역에서 분산되고, 이에 의해 통과대역의 편평도가 대폭 향상된다.
다른 바람직한 구현예에 있어서, 적어도 2개의 병렬암 중의 하나에 접속되는 1-포트 SAW 공진자의 IDT에서의 갭은, 압전 기판에서 여진되는 탄성 표면파의 파장을 λ라고 할때, 약 0.5λ 이상인 것이 바람직하다. 이 경우에, SAW 필터의 통과대역의 저주파측의 숄더부에서 손실이 거의 발생할 가능성이 없으므로, 통과대역의 저주파측에서의 필터 특성의 경사도(steepness)는 증가한다. 또한, 이 갭이 약 1.0λ∼약 5.0λ의 범위 내에서 바람직하게 설정될 때, 1-포트 SAW 공진자에서 리플의 주파수는 한층 더 높아져서, 리플의 주파수는 통과대역의 중앙부 근방에서 설정된다.
그러므로, 바람직한 구현예들의 SAW 필터에서, 통과대역의 중앙부와 양쪽 숄더부에서의 삽입 손실은 대략 동일하다. 따라서, 통과대역에서 필터 특성의 편평도는 대폭 향상된다. 부가하여, 압전 기판으로서는 LiTaO3기판을 사용하는 경우에, 공진 주파수와 반공진 주파수 사이에서 리플이 나타난다. 따라서, 본 발명의 바람직한 구현예들에서, 본 발명이 리플을 적극적으로 사용하여 통과대역에서 필터 특성의 편평도를 향상시키기 때문에, 압전 기판으로서 LiTaO3기판을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 그 외의 특징 및 이점은 본 발명의 바람직한 구현예들과 첨부된 도면을 참조하여 하기에서 상세하게 설명할 것이다.
도 1a는 본 발명의 한 바람직한 구현예에 따른 SAW 필터의 회로 구성을 도시한다. 도 1b는 본 발명의 바람직한 구현예에 포함된 1-포트 SAW 공진자의 전극 구성을 도시하는 평면도이다.
도 1a를 참조하면, 바람직한 구현예의 SAW 필터는 사다리형 회로의 구성을가지고 있다. 즉, 입력단 1N과 출력단 OUT 사이에 직렬암이 바람직하게 배치되어 있고, 이 직렬암과 기준 전위 사이에 복수개의 병렬암이 바람직하게 배치되어 있다.
직렬암에 접속되는 직렬암 공진자로서 1-포트 SAW 공진자 S1, S2가 있다. 또한, 각 병렬암에 접속되는 병렬암 공진자로서 1-포트 SAW 공진자 P1, P2가 있다. 부가하여, 도 1a에 도시된 바와 같이, 입력단 1N으로부터 출력단 OUT를 향하여 병렬암 공진자와 직렬암 공진자가 교대로 배열되어 있다. 그러나, 본 발명에서, 직렬암 공진자와 병렬암 공진자의 개수가 도 1a 및 도 1b에 도시된 바람직한 구현예의 개수로만 한정되는 것은 아니고, 직렬암 공진자와 병렬암 공진자의 개수 및 조합은 한정되지 않고 사용될 수 있다. 예를 들어, 직렬암 공진자 1개만을, 또는 3개 이상을 가지고 있는 회로 구성을 사용하여도 된다. 유사하게, 병렬암 공진자도, 회로 구성에서 적어도 2개의 병렬암이 구성되어 있기만 하면, 병렬암 공진자의 개수는 한정되지 않는다.
상기 1-포트 SAW 공진자 S1, S2, P1, P2의 전극 구성을 도 1b를 참조하여 설명할 것이다. 1-포트 SAW 공진자에서, IDT 1의 각 측에는 탄성 표면파가 IDT 1에서 전파하는 방향으로 반사기 2, 3이 바람직하게 위치되어 있다.
IDT 1은 바람직하게 한 쌍의 빗형상의 전극 10, 11을 구비하고 있다. 빗형상의 전극 10은 전극지 6 및 전극지 6의 제 1 말단에 접속되는 버스바 4를 구비하고 있다. 빗형상의 전극 11은 전극지 7 및 전극지 7의 제 1 말단에 접속되는 버스바 5를 구비하고 있다. 빗형상의 전극 10, 11은 바람직하게 상호 교차하여, 빗형상의전극 10 또는 11의 전극지 6 또는 7의 제 2 말단이 빗형상의 전극 11 또는 10의 버스바 5 또는 4를 향하여 연장하고 있다.
부가하여, 반사기 2, 3은 반사기 2, 3에 형성된 복수개의 전극지의 양 말단이 바람직하게 단락되는 그레이팅(grating) 반사기로 구성된다.
1-포트 SAW 공진자에서, 교류 전압을 전극지 6과 7 사이에 인가할 때, IDT 1은 여진되고, 탄성 표면파가 발생한다. 이 탄성 표면파가 반사기 2와 3 사이에 가두어져서, 탄성 표면파를 토대로 하는 공진 특성을 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 사다리형 회로를 형성하는 SAW 필터를 구성하는 1-포트 SAW 공진자의 IDT 1에 있어서, 빗형상의 전극 10 또는 11의 버스바 4 또는 5와 1개의 병렬 1-포트 SAW 공진자의 빗형상의 전극 11 또는 10의 버스바 5 또는 4에 접속되는 전극지 7 또는 6의 제 2 말단 사이의 갭 W2는 다른 병렬암에 접속되는 다른 1-포트 SAW 공진자에서 대응하는 갭 W2와는 다르다. 갭의 폭 W2간의 차이로 인해서, 통과대역의 필터 특성의 편평도가 대폭으로 향상되는 것이 가능하다. 이 원리에 대해서 하기에서 설명할 것이다.
상술한 일본 특개평 6-232682호 공보에는, LiTaO3로 구성된 압전 기판을 사용하는 1-포트 SAW 공진자에서 공진 주파수와 반공진 주파수 사이에 존재하는 리플을 저하시키는 방법이 개시되어 있다. 이 선행 기술에 기술된 1-포트 SAW 공진자의 전극 구성을 도 18에 도시한다. 도 18에서, IDT 51의 한쪽 측에 배치된 반사기 52는 도면에 도시되어 있지만, IDT 51의 다른쪽 측에 배치된 반사기는 도시되어 있지않다는 것을 고려한다.
이 선행 기술에서는, 비 W1/W2가 증가할 때, 공진 주파수와 반공진 주파수 사이에 존재하는 리플의 영향을 저하시킬 수 있는 기술이 인지되어 있다. 다시 말해, 이 선행 기술의 방법은, 갭의 폭 W2가 표면 스키밍 벌크파(surface skimming bulk wave: SSBW)의 발생으로 줄어들 것이기 때문에, 이 갭의 폭 W2를 교차폭 W1 보다 작게 형성하여, 상술한 리플의 영향을 대폭 저하시키는 방법이다.
상기 선행 기술에 기술된 바와 같이, SSBW의 발생은 SAW 공진자의 특성을 악화시키기 때문에, 바람직하지 않은 것으로 간주된다. 그러므로, 선행 기술에서 갭의 폭 W2를 가능한 작게 하는 것이 바람직하다.
이에 반하여, 본 발명의 바람직한 구현예들은 리플을 가능한 많이 사용하여, 필터 특성의 상당한 향상을 이룬다. 다시 말해, 본 발명의 바람직한 구현예들은 리플의 발생을 억제하려는 선행 기술 및 종래 장치에 역으로 적극적인 방법으로 리플을 이용한다. 본 발명은 복수개의 SAW 공진자를 사용하여 복수개의 리플을 발생시킴으로써 SAW 필터의 통과대역에서 리플을 분산시켜 SAW 공진자에 의해 발생되는 리플을 사용한다. 이 방법으로, 본 발명의 바람직한 구현예들은 SAW 필터에서 통과대역의 편평도를 대폭 향상시킨다.
본 발명의 바람직한 구현예들은, 1-포트 SAW 공진자에서 교차폭 W1은 일정하게 하고, 갭의 폭 W2만을 변화시킴으로써, 리플의 주파수를 용이하게 억제한 실험적인 증거를 제공한다.
1-포트 SAW 공진자에서, 갭의 폭 W2와 공진 주파수와 반공진 주파수 사이에서 발생하는 리플의 주파수간의 관계를 나타내는 그래프를 도 2에 도시한다. 종축에 의해 나타낸 주파수 Δf/f0는 정격화된 주파수값을 나타낸다. 여기에서, Δf는 리플이 발생하는 주파수와 SAW 공진자의 공진 주파수 f0 사이의 차이를 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 갭의 폭 W2의 변화는 리플이 발생하는 주파수를 변화시킨다.
따라서, 사다리형 회로의 구성을 가지고 있는 SAW 필터에서, 복수개의 1-포트 SAW 공진자의 공진 특성들을 조합시킴으로써 원하는 우수한 필터 특성을 이루게 된다. 그러므로, 상기 갭의 폭 W2를 SAW 필터의 각 공진자에서 각각 다르게 설정함으로써, 리플이 발생하는 주파수가 통과대역 내에서 분산되는 것이 가능하다. 예를 들어, 1개의 병렬암에 접속된 1-포트 SAW 공진자에서 갭의 폭 W2가 다른 병렬암에 접속된 1-포트 SAW 공진자에서 대응하는 갭의 폭과 다른 경우에, SAW 필터의 통과대역에서 발생하는 상술한 리플의 주파수가 분산되어 통과대역의 편평도가 대폭으로 향상된다.
부가하여, 갭의 폭 W2가 약 0.5λ 이상일 때, 리플의 주파수는 높아져서, SAW 필터의 통과대역의 저주파측의 숄더부에서의 손실은 억제되고, 통과대역의 저주파측에서의 경사도도 증가한다.
또한, 갭의 폭 W2가 약 1.0λ 이상일 때, 리플의 주파수는 한층 더 높아져서, 통과대역의 중앙부 근방에서 리플이 나타난다. 그러나, 사다리형 회로를 가지고 있는 종래의 SAW 필터에서, 통과대역의 중앙부에서의 삽입 손실은 통과대역의 숄더부에서 보다 낮다. 그러므로, 통과대역의 중앙부 근방으로 리플을 이동시킴으로써, 통과대역의 중앙부 근방에서의 삽입 손실은 증가하여, 본 발명의 바람직한 구현예들은 통과대역에서 필터 특성의 편평도를 대폭 향상시킨다.
병렬암에 접속되는 1-포트 SAW 공진자의 갭의 폭 W2가 과도하게 크면, 리플 주파수로부터 간격을 두고 떨어져 있는 주파수에서의 삽입 손실이 때때로 약화된다. 따라서, 삽입 손실의 증가를 방지하기 위해서, 갭의 폭 W2를 약 5.0λ 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 그러므로, 갭의 폭 W2를 바람직하게 약 0.5λ∼약 5.0λ의 범위 내에서, 보다 바람직하게는 약 1.0λ∼약 5.0λ의 범위 내에서 설정하는 것이다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 구현예들의 SAW 필터의 실험예를 보다 상세하게 설명할 것이다.
1. 제 1 실험예
36。 Y-컷 X-전파의 LiTaO3기판을 압전 기판으로서 사용한다. 이 기판 상에, 각개의 1-포트 SAW 공진자 및 이에 접속되는 전극을 형성한다. 1-포트 SAW 공진자를 형성하고 전극들을 접속시키기 위해서 Al을 사용한다.
직렬암 공진자를 구성하는 1-포트 SAW 공진자 S1, S2 및 병렬암 공진자를 구성하는 1-포트 SAW 공진자 P1, P2는 각각 다음과 같이 형성된다.
(1) 1-포트 SAW 공진자 P1(병렬암 공진자)
전극지쌍의 개수는 40이고, 전극지의 교차폭은 약 80㎛(20λ)이며, IDT에서 갭의 폭 W2는 약 0.25λ이고, 반사기에서 전극지의 개수는 100이다.
(2) 1-포트 SAW 공진자 P2(병렬암 공진자)
전극지쌍의 개수는 40이고, 전극지의 교차폭은 약 160㎛(40λ)이며, 갭의 폭 W2는 약 1.5λ이고, 반사기에서 전극지의 개수는 100이다.
(3) 1-포트 SAW 공진자 S1(직렬암 공진자)
전극지쌍의 개수는 80이고, 전극지의 교차폭은 약 40㎛(10.5λ)이며, 반사기에서 전극지의 개수는 100이다.
(4) 1-포트 SAW 공진자 S2(직렬암 공진자)
전극지쌍의 개수는 80이고, 전극지의 교차폭은 약 80㎛(21λ)이며, 반사기에서 전극지의 개수는 100이다.
상술한 바와 같이 구성된 1-포트 SAW 공진자 P1의 임피던스-주파수 특성을 나타내는 그래프를 도 3에 도시한다. 유사하게, 상술한 바와 같이 구성된 1-포트 SAW 공진자 P2의 임피던스-주파수 특성을 나타내는 그래프를 도 4에 도시한다. 1-포트 SAW 공진자 P1의 리플 A1의 주파수(도 3)는 1-포트 SAW 공진자 P2의 리플 A2의 주파수(도 4)와 다르다. 따라서, SAW 공진자에서 리플의 발생을 조작할 수 있어서, 리플이 SAW 필터의 통과대역 전체에 걸쳐서 분산되는 이점이 있다.
제 1 실험예의 SAW 필터의 감쇠량-주파수의 특성을 도 5에 실선으로 도시한다. 비교하기 위해서, 도 5에서, 1-포트 SAW 공진자 P1, P2에서 갭의 폭 W2를 각각 약 1.0λ로 설정한다는 것을 제외하고는, 상술한 제 1 실험예와 동일한 방법으로 구성된 SAW 필터의 필터 특성을 파선으로 나타낸다.
도 5로부터, 1-포트 SAW 공진자 P2의 갭의 폭 W2를 적어도 약 1.0λ로 설정하고 1-포트 SAW 공진자 P1, P2의 갭의 폭 W2를 서로 다르게 설정하는 경우에, 통과대역 내에서의 편평도는 대폭 향상되고, 통과대역의 저주파측의 숄더부에서 필터 특성의 경사도는 대폭 향상된다는 것을 확실하게 알 수 있다. LiTaO3기판이 36。 Y-컷 이외의 절단각을 가지고 있더라도, 동일한 이점을 얻을 수 있다.
2. 제 2 실험예
1-포트 SAW 공진자 S1, S2는 직렬암 공진자를 형성하고 1-포트 SAW 공진자 P1∼P3는 병렬암 공진자를 형성하는 사다리형 회로를 가지고 있는 SAW 필터의 형성을 도 6에 도시한다. 제 2 실험예의 SAW 필터는 각 36。 Y-컷 X-전파 LiTaO3기판을 사용하여, 상기 제 1 실험예와 동일한 방법으로 제작된다. 그러나, 제 2 실험예의 SAW 공진자의 구성은 다음과 같다.
(1) 1-포트 SAW 공진자 P1(병렬암 공진자)
전극지쌍의 개수는 40이고, 전극지의 교차폭은 약 80㎛(20λ)이며, 갭의 폭 W2는 약 1.0λ이고, 반사기에서 전극지의 개수는 100이다.
(2) 1-포트 SAW 공진자 P2(병렬암 공진자)
전극지쌍의 개수는 80이고, 전극지의 교차폭은 약 200㎛(50λ)이며, 갭의 폭 W2는 약 1.5λ이고, 반사기에서 전극지의 개수는 100이다.
(3) 1-포트 SAW 공진자 P3(병렬암 공진자)
전극지쌍의 개수는 40이고, 전극지의 교차폭은 약 80㎛(20λ)이며, 갭의 폭 W2는 약 2.0λ이고, 반사기에서 전극지의 개수는 100이다.
(4) 1-포트 SAW 공진자 S1, S2(직렬암 공진자)
전극지쌍의 개수는 80이고, 전극지의 교차폭은 약 40㎛(10.5λ)이며, 반사기에서 전극지의 개수는 100이다.
제 2 실험예에 따른 1-포트 SAW 공진자 P1∼P3 각각의 임피던스-주파수 특성을 나타내는 그래프를 도 7 내지 도 9에 도시한다. 도 7 내지 도 9로부터, 1-포트 SAW 공진자 P1∼P3의 공진 주파수와 반공진 주파수 사이에서 발생하는 리플 A3∼A5의 주파수가 모두 다르다는 것을 알 수 있다. 따라서, 리플의 발생 위치가 SAW 필터의 통과대역 전체에 걸쳐서 분산된다.
제 2 실험예에 따른 SAW 필터의 임피던스-주파수 특성을 도 10에 실선으로 도시한다. 상기 제 2 실험예와 비교하기 위해서, 도 10에서, SAW 필터의 임피던스-주파수 특성을 파선으로 나타낸다. 도 10으로부터, 제 2 실험예의 SAW 필터의 필터 특성이 통과대역 영역에서 편평도를 대폭 향상시킨다는 것을 알 수 있다. 1-포트SAW 공진자 P1∼P3의 갭의 폭 W2 모두를 서로 다르게 구성하여, SAW 공진자 P1∼P3에 의해 발생되는 리플이 SAW 필터의 통과대역에서 분산되기 때문에, 편평도가 향상된다. 또한, 제 2 실험예에서, 갭의 폭 W2는 제 1 실험예보다 커서, 통과대역에서 필터 특성의 편평도를 한층 더 향상시킨다.
36。 Y-컷 이외의 절단각으로 절단된 LiTaO3기판을 사용하더라도, 상기 실험예들과 동일한 이점을 얻을 수 있다. 부가하여, 본 발명의 다른 바람직한 구현예들에서, 그 외의 압전 재료로 구성된 기판을 사용할 수 있다. 보다 상세히하면, 다른 바람직한 구현예들은 LiNbO3기판 등의 압전 단결정 기판으로 구성된 압전 기판 또는 납지르코네이트 또는 납 티타네이트 등의 압전 세라믹 재료로 구성된 압전 기판을 사용할 수 있다. 또한, 절연 기판 상에 압전 박막을 도포하여 구성된 압전 기판을 사용하여도 된다. 그러나, 압전 기판으로서 LiTaO3기판을 사용하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 리플에 의한 필터 특성의 편평도의 악화를 보다 우수하게 방지할 수 있기 때문이다.
본 발명은 탄성 표면파 필터를 이용하는 각종 전기 부품 또는 장치에 적절하게 적용될 수 있고, 듀플렉서(duplexer) 및 이 듀플렉서를 가지고 있는 통신 장치에 본 발명의 독특한 특징을 성공적으로 이용하여 적용하는 것이 가능하다.
도 11에 도시된 바와 같이, 듀플렉서 40은 통과대역의 중심 주파수가 서로 다른 SAW 필터 41 및 SAW 필터 42를 구비하고 있다. 도 11에 도시된 SAW 필터 41, 42는 도 6에 도시된 SAW 필터와 동일하지만, 본 발명에 따른 또 다른 SAW 필터를이용하여도 된다. 듀플렉서 40에서, SAW 필터 41의 입력 단자 43과 SAW 필터 42의 입력 단자 44는 듀플렉서 40의 제 1 입출력 단자 45에 전기적으로 접속된다. SAW 필터 41, 42의 접지 단자는 접지되도록 공용으로 접속된다. SAW 필터 41의 출력 단자 46과 SAW 필터 42의 출력 단자 47은 각각 듀플렉서 40의 제 2 입출력 단자 48과 제 3 입출력 단자 49에 접속된다.
듀플렉서 40은, SAW 필터 41, 42가 통과대역의 높은 말단에서 경사도를 가지고 있음에 따라서 우수한 신호 감도를 가지고 있다. 부가하여, 커패시터 등의 다른 구성성분들이 필요하지 않으므로, 듀플렉서 40을 소형으로 구성할 수 있다.
도 12는 듀플렉서 40을 가지고 있는 통신 장치 50의 블록 선도이다. 통신 장치 50은 예를 들어 휴대용 전화기에 이용하는 것이 가능하다. 휴대용 전화기는 통상적으로 협소한 통신 대역 및 소형화를 요구하여 듀플렉서 40의 상술한 이점을 이용하기에 적합하다. 통신 장치 50은 듀플렉서 40의 제 1, 제 2 및 제 3 입출력 단자에 접속되는 안테나 51, 수신기 52 및 송신기 53을 포함하고 있다. 듀플렉서 40의 SAW 필터 41, 42의 통과대역은, 안테나 51을 통해 수신된 신호가 SAW 필터 41을 관통하고 SAW 필터 42에 의해 차단되며, 송신기 53으로부터 송신되는 신호는 SAW 필터 42를 관통하도록 선택된다.
이제까지 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 SAW 필터를 상술한 바와 같이 구성함으로써, 병렬암 공진자를 형성하는 복수개의 1-포트 SAW 공진자에서, 공진 주파수와 반공진 주파수 사이에서 발생하는 리플의 주파수가 균일하게 분산된다.따라서. 리플의 주파수는 SAW 필터 자체의 통과대역에서 분산되고, 이에 의해 통과대역의 편평도가 대폭으로 향상된다.
또한, 본 발명에 따른 SAW 필터에 있어서, 1-포트 SAW 공진자의 IDT에서의 갭을 약 0.5λ 이상으로 설정하는 경우에, SAW 필터의 통과대역의 저주파측의 숄더부에서 손실이 거의 발생할 가능성이 없으므로, 통과대역의 저주파측에서의 필터 특성의 경사도는 증가한다. 아울러, 이 갭이 약 1.0λ∼약 5.0λ의 범위 내에서 설정될 때, 1-포트 SAW 공진자에서 리플의 주파수는 한층 더 높아져서, 리플의 주파수는 통과대역의 중앙부 근방에서 설정된다. 그러므로, 본 발명의 SAW 필터에서, 통과대역의 중앙부와 양쪽 숄더부에서의 삽입 손실은 대략 동일하다. 따라서, 통과대역에서 필터 특성의 편평도는 대폭 향상된다.
부가하여, 압전 기판으로서는 LiTaO3기판을 사용하는 경우에, 공진 주파수와 반공진 주파수 사이에서 리플이 나타난다. 따라서, 본 발명은 리플을 적극적으로 사용하여 통과대역에서 필터 특성의 편평도를 향상시키기 때문에, 압전 기판으로서 LiTaO3기판을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명을 본 명세서에 기술된 바람직한 구현예만을 참조하여 특정하게 도시하고 기술하였지만, 당업계에 있는 사람들은 본 발명이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 변화가 가능하다는 것이 이해될 것이다.

Claims (22)

  1. 압전 기판; 및
    상기 압전 기판 상에 배열되어 복수개의 1-포트(one-port) 탄성 표면파(surface acoustic wave: SAW) 공진자를 구성하는 복수개의 인터디지탈 트랜스듀서(interdigital transducer)를 포함하고 있는 탄성 표면파 필터로서,
    상기 복수개의 1-포트 SAW 공진자들은 직렬암(series arm) 및 적어도 제 1 병렬암과 제 2 병렬암을 가지고 있는 사다리형 회로를 구성하도록 접속되며;
    상기 복수개의 인터디지탈 트랜스듀서 각각은, 복수개의 전극지 및 상기 복수개의 전극지의 제 1 말단에 접속되는 버스바(bus bar)를 각각 가지고 있는 제 1 및 제 2 빗형상의(comb-shaped) 전극을 가지고 있고;
    상기 제 1 및 제 2 빗형상의 전극은 상호 교차하여, 상기 제 1 빗형상의 전극의 상기 복수개의 전극지의 제 2 말단이 상기 제 2 빗형상의 전극의 버스바를 향하여 연장하고 있으며, 이에 의해 각각 상기 인터디지탈 트랜스듀서를 형성하며;
    상기 제 1 병렬암에 접속되는 상기 1-포트 SAW 공진자의 상기 인터디지탈 트랜스듀서는, 상기 제 1 빗형상의 전극의 상기 버스바와 상기 제 2 빗형상 전극의 상기 버스바에 접속되는 상기 전극지의 제 2 말단 사이의 갭이 상기 제 2 병렬암에 접속되는 상기 1-포트 SAW 공진자의 인터디지탈 트랜스듀서에서 대응하는 갭과 다르도록 배열되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 병렬암에 접속되는 상기 인터디지탈 트랜스듀서에서의 갭은, 압전 기판에서 여진되는 탄성 표면파의 파장을 λ라고 할때, 약 0.5λ 이상이 되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 병렬암에 접속되는 상기 1-포트 SAW 공진자의 상기 인터디지탈 트랜스듀서에서의 갭은, 압전 기판에서 여진되는 탄성 표면파의 파장을 λ라고 할때, 약 1.0λ∼약 5.0λ의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 병렬암 각각에 접속되는 상기 각 1-포트 SAW 공진자 각각의 상기 인터디지탈 트랜스듀서에서의 갭은 모두 각기 다르며; 상기 병렬암 각각에 접속되는 상기 각 1-포트 SAW 공진자 각각의 갭은, 압전 기판에서 여진되는 탄성 표면파의 파장을 λ라고 할때, 약 1.0λ∼약 5.0λ의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 병렬암 각각에 접속되는 상기 각 1-포트 SAW 공진자 각각의 상기 인터디지탈 트랜스듀서에서의 갭은 모두 각기 다르며; 상기 병렬암 각각에 접속되는 상기 각 1-포트 SAW 공진자 각각의 갭은, 압전 기판에서 여진되는 탄성 표면파의 파장을 λ라고 할때, 약 0.5λ 보다 크게 설정되는 것을 특징으로하는 탄성 표면파 필터.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 압전 기판은 LiTaO3기판이 되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 압전 기판은 LiNbO3기판이 되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 압전 기판은 압전 세라믹재로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 압전 기판은 절연 기판 상에 압전 박막을 포함함을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 1-포트 SAW 공진자 중의 적어도 하나는 상기 압전 기판 상에 배치된 제 1 및 제 2 반사기를 더 포함하고 있고; 상기 제 1 반사기는 상기 인터디지탈 트랜스듀서의 한 측에서 상기 인터디지탈 트랜스듀서에 인접해 있으며, 상기 제 2 반사기는 상기 인터디지탈 트랜스듀서의 다른 측에서 상기 인터디지탈 트랜스듀서에 인접해 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 사다리형 회로는 교대로 위치되는 복수개의 직렬암 및 복수개의 병렬암을 가지고 있음을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  12. 압전 기판을 제공하는 단계;
    상기 압전 기판 상에 배열되어 복수개의 1-포트 SAW 공진자를 구성하는 복수개의 인터디지탈 트랜스듀서를 형성하는 단계; 및
    상기 복수개의 1-포트 SAW 공진자들은 직렬암 및 적어도 제 1 병렬암과 제 2 병렬암을 가지고 있는 사다리형 회로를 구성하도록 접속되며,
    상기 복수개의 인터디지탈 트랜스듀서 각각은, 복수개의 전극지 및 상기 복수개의 전극지의 제 1 말단에 접속되는 버스바를 각각 가지고 있는 제 1 및 제 2 빗형상의 전극을 가지고 있고,
    상기 제 1 및 제 2 빗형상의 전극은 상호 교차하여, 상기 제 1 빗형상의 전극의 상기 복수개의 전극지의 제 2 말단이 상기 제 2 빗형상의 전극의 버스바를 향하여 연장하고 있으며, 이에 의해 각각 교차지 트랜스듀서를 형성하며,
    상기 복수개의 인터디지탈 트랜스듀서 중의 적어도 하나에서, 상기 제 1 빗형상의 전극의 상기 버스바와 상기 제 2 빗형상 전극의 상기 버스바에 접속되는 전극지의 제 2 말단 사이에 존재하는 갭을, 상기 제 1 병렬암에 접속되는 상기 SAW 공진자의 인터디지탈 트랜스듀서에서의 상기 갭과 상기 제 2 병렬암에 접속되는 상기 SAW 공진자의 상기 인터디지탈 트랜스듀서에서 대응하는 갭이 다르도록, 생성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터의 제조 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 압전 기판은 LiTaO3기판이 되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터의 제조방법.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 병렬암에 접속되는 상기 인터디지탈 트랜스듀서에서의 갭은, 압전 기판에서 여진되는 탄성 표면파의 파장을 λ라고 할때, 약 1.0λ∼약 5.0λ의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터의 제조방법.
  15. 제 12항에 있어서, 상기 병렬암에 접속되는 상기 인터디지탈 트랜스듀서에서의 갭은, 압전 기판에서 여진되는 탄성 표면파의 파장을 λ라고 할때, 약 0.5λ 보다 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터의 제조방법.
  16. 제 12항에 있어서, 상기 압전 기판은 LiNbO3기판이 되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터의 제조방법.
  17. 제 12항에 있어서, 상기 압전 기판은 압전 세라믹재로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터의 제조방법.
  18. 제 12항에 있어서, 상기 각 병렬암에 접속되는 상기 복수개의 SAW 공진자 각각이 탄성 표면파 필터의 통과대역에서 분산되는 리플(ripple)을 발생시킴을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터의 제조방법.
  19. 제 12항에 있어서, 상기 1-포트 SAW 공진자 중의 적어도 하나는 상기 압전 기판 상에 배치된 제 1 및 제 2 반사기를 더 포함하고 있고; 상기 제 1 반사기는 상기 인터디지탈 트랜스듀서의 한 측에서 상기 인터디지탈 트랜스듀서에 인접해 있으며, 상기 제 2 반사기는 상기 인터디지탈 트랜스듀서의 다른 측에서 상기 인터디지탈 트랜스듀서에 인접해 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터의 제조방법.
  20. 제 12항에 있어서, 상기 사다리형 회로는 교대로 위치되는 복수개의 직렬암 및 복수개의 병렬암을 가지고 있음을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터의 제조방법.
  21. 제 1항 내지 제 11항 중의 어느 한 항에 기재된 한 쌍의 탄성 표면파 필터를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 듀플렉서(duplexer).
  22. 제 21항에 기재된 듀플렉서를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
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