KR100208210B1 - 표면파 공진자 - Google Patents

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KR100208210B1 KR1019960006068A KR19960006068A KR100208210B1 KR 100208210 B1 KR100208210 B1 KR 100208210B1 KR 1019960006068 A KR1019960006068 A KR 1019960006068A KR 19960006068 A KR19960006068 A KR 19960006068A KR 100208210 B1 KR100208210 B1 KR 100208210B1
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Abstract

본 발명에 의한 자유단 반사형 표면파 공진자는 압전기판의 두 개의 대향자유단 사이에서 SH형 표면파를 반사시키는 공진자로서, 두 개의 대향 단면을 갖는 압전 기판을 포함하고, 교차폭 웨이팅법이나 전극 시닝법에 의해 교차폭이 웨이팅된 복수개의 전극지를 갖는 인터디지탈 트랜스듀서를 포함한다. 상기 교차폭 웨이팅법은, 웨이팅된 IDT와 동일한 개수의 전극지 쌍을 갖는 정규형 웨이팅되지 않은 IDT의 감쇠극의 주파수 외측에 주요 로브의 감쇠극이 위치하도록 실시되어진다. 결과적으로, 정규형 IDT의 감쇠극에 의해 결정된 공진 특성과 주요 로브에 의해 결정된 공진 특성을 얻을 수 있다.

Description

표면파 공진자
제1도는 텔레비전 수상기의 영상 중간 주파단에서의 감쇠-주파수 특성을 나타낸다.
제2도는 BGS파를 이용한 종래의 자유단 반사형 표면파 공진자의 사시도이다.
제3도는 종래의 자유단 반사형 표면파 공진자의 단면도이다.
제4도는 정규형 IDT의 주파수 스펙트럼을 나타낸다.
제5도는 정규형 IDT와 웨이팅된 IDT의 주파수 스펙트럼이다.
제6도는 본 발명의 바람직한 실시예의 자유단 반사형 표면파 공진자이다.
제7도는 본 발명의 바람직한 실시예의 자유단 반사형 표면파 공진자의 임피던스-주파수 특성을 나타낸다.
제8도는 본 발명의 바람직한 실시예의 자유단 반사형 표면파 공진자에 의해 구성된 트랩 필터의 감쇠-주파수 특성을 나타낸다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
12 : 압전기판 13,14 : 빗형상 전극
11 : 자유단 반사형 표면파 공진자
본 발명은 BGS파, 러브(Love)파 등과 같은 SH형 표면파를 이용한 자유단(free edge)반사형 표면파 공진자에 대한 것이며, 보다 상세하게는, 복수 개의 공진 유니트(resonance unit)가 단일 소자를 구성하는 자유단 반사형 표면파 공진자에 대한 것이다.
텔레비젼 수상기나 비데오 테이프 레코더 및 이와 유사한 장치들의 영상중간 주파수단에서는, 인접 채널간의 장애를 방지하기 위해, 인접 채널 영상 신호 주파수 fap(유럽의 PAL 시스템에서는 31.9)와 인접 채널 음성 신호 주파수 fas(유럽의 PAL 시스템에서는 40.4)에서 신호가 충분히 감쇠하는 것을 필요로 한다. 제1도는 영상 중간 주파수단에서의 감쇠량-주파수 특성을 나타내며, 제1도에 나타난 바와 같이, 인접 채널 영상 신호 주파수 fap와 인접 채널 음성 신호 주파수 fas에서 감쇠량이 크게 유지된다.
상기한 바와 같이, 인접 채널 영상 신호 주파수 fap와 인접 채널 음성 신호 주파수 fas에서 감쇠량을 크게 유지하기 위해, 통상적으로 두 개의 트랩(trap)이 사용되어져 왔다. 즉, 인접 채널 영상 신호 주파수 fap에서 큰 감쇠량을 갖는 하나의 트랩과, 인접 채널 음성 신호 주파수 fas에서 큰 감쇠량을 갖는 또하나의 트랩이 사용되어져 왔으며, 각각의 종래의 트랩은 LC 공진 회로, 압전 공진자 등에 의해 구성되어진다. 상기 목적을 위해 사용되어지는 압전 공진자로서, BGS파 등의 SH형 표면파를 이용한 압전 공진자가 주목되어져 왔다. 제2도는 BGS파를 이용한 자유단 반사형 표면파 공진자를 나타낸 사시도이다.
자유단 반사형 표면파 공진자(1)은 실질적으로 평판 형상 직사각형인 압전기판(2)에 의해 구성되어진다. 압전기판(2)는, 티탄산지르코늄산납계 압전 세라믹, LiNbO3압전단결정, LiTaO3단결정 등과 같은 압전 재료로 구성되어진다. 압전기판(2)가 압전 세라믹으로 형성될 때, 제2도의 화살표 P방향으로 분극처리되어진다. 한쌍의 빗형상(comb-shaped) 전극 (3,4)는 압전기판(2)의 상면(2a)에 형성되어져서, 인털디지탈 트랜스듀서(interdigital transducer : 이하, IDT라 칭함)를 형성한다. 각각의 빗형상 전극(3)(4)는 복수개의 전극지(3a3c)(4a4c)를 갖는다.
상기 빗형상 전극(3, 4)를 통해 교류 전압을 인가함으로써, 자유단 반사형 표면파 공진자(1)상에서 BGS파가 여진되고, 여진된 BGS파는 제2도의 화살표 X방향으로 전파하게 된다. BGS파는 압전기판(2)의 자유단(2b)와 (2c)사이에서 반사된다. 자유단 반사형 표면파 공진자(1)은 IDT에 의해 결정된 주파수와 자유단 사이의 디멘젼에 의해 결정된 주파수를 실질적으로 서로 동일하도록 일치시킴으로써, 유효 공진 특성을 얻을 수 있다.
그러나, 상기한 자유단 반사형 표면파 공진자는 LC 공진 회로 및 다른 형태의 압전 공진자와 같이, 단일 공진 특성밖에 얻을 수가 없다. 따라서, 두 개의 주파수 위치(인접 채널 영상 신호 주파수 fap 및 인접 채널 음성 신호 주파수 fas)에서의 트랩 특성을 실현하기 위한 두 개의 표면파 공진자를 준비하여 서로 접속시켜야만 한다.
레일웨이(Rayleigh)파를 이용한 탄성 표면파 공진자가, 또다른 형태의 표면파 공진자로서 알려져 있다. 상기 탄성 표면파 공진자는, 예를 들어 국제전기기보 No.16 pp.17, 1992에 기재된 바와 같이, 단일 공진자를 갖지만 두 개의 공진 특성을 나타낸다. 즉, 레일웨이파를 이용한 표면파 공진자 필터에서, 0차종모드(기본모드) 및 2차 종모드를 이용한 이중 모드 공진자가 공진되어져 있으며, 상기 공진자에 의해 2개의 공진 특성을 얻을 수 있다. 그러나, 상기 2중 모드 공진자는 2개 이상의 IDT와 반사기가 필요하다. 또한, 이중 모드 공진자에서는, 반사기의 반사계수와 주파수 특성에 의해 공진 특성이 결정되어지며, 반사계수가 큰 주파수 영역이 좁다. 따라서, 양호한 공진 특성을 얻을 수 있는 범위는, 두 개의 공진점의 차가 예를 들어 1로 극히 작은 영역이어서, 제1도에 나타난 바와 같은 특성을 가지고 그 사이에 주파수가 큰 간격을 갖는 두 개의 트랩 공진자를 포함하는 이중 모드 공진자를 구성하는 것은 불가능하다.
따라서, 두 개의 IDT들이 압전기판 상에 형성되어져서, 상기한 바와 같은 BGS파를 이용한 자유단 반사형 표면파 공진자를 구성하여서, 두 개의 공진 특성을 얻는 것이 고려되어져 왔다. 그러나, 제3도에 도시된 바와 같이, BGS파 등이 SH형 표면파를 이용한 자유단 반사형 표면파 공진자에서는, IDT의 파장와, 압전기판의 표면파가 반사되는 대향(對向) 두 단면간의 거리 L간에 하기의 관계식이 성립한다 : L=(/2)n(n은 정수)
fap와 fas간의 주파수 차가 크기 때문에, 각 IDT간의 파장들은 서로 매우 다르다. 예를 들어, PZT기판의 음속이 2,400m/s라면, PAL시스템에서는 fap용ap=75.2이고, fas용as=59.4이다. 따라서, 대향자유단 간의 거리 L은 인접 영상 신호 주파수 fap에 공진점을 갖는 공진 유니트와, 인접 음성 신호 주파수 fas에 공진점을 갖는 공진 유니트간의 거리와 다르게 된다. 즉, SH형 표면파를 이용한 자유단 반사형 표면파 공진자에서, 동일 기판상에 다른 공진 주파수를 갖는 두 개의 공진 유니트를 형성하는 것은 매우 어렵다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예는 다른 공진 주파수를 갖는 적어도 두 개의 공진 유니트가 단일 고자로서 구성되어지는, SH형 표면파를 이용한 자유단 반사형 표면파 공진자를 제공한다.
보다 상세하게는, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 압전기판의 대향자유단 사이에 SH형 표면파를 반사시키는 자유단 반사형 표면파 공진자는, 두 개의 대향 자유단을 갖는 압전기판을 포함하고, 교차폭 웨이팅법(cross width weighting method) 또는 전극 시닝법(electrode thinning method)에 의해 웨이팅(weighting)된 복수개의 전극지를 포함하는 상기 압전기판상에 IDT가 구비되어져 있으며, 상기 웨이팅은, 주요 로브(main lobe)의 감쇠극(attenuation pole)이, 동일한 개수의 전극지쌍을 갖는 정규형 IDT(정규형이란 전극지간에 동일한 교차폭을 갖는 웨이팅되지 않은 IDT를 말한다)의 감쇠극의 주파수 외측에 위치하도록 실시되어지고, 주요 로브에 의해 결정된 공진 특성과 상기 정규형 IDT의 감쇠극에 의해 결정된 공진 특성을 얻을 수 있다.
즉, 본 발명의 바람직한 실시예의 표면파 공진자에서, 본래 압착된 정규형 IDT의 감쇠극을 사용하여, 단일 소자만으로도 2개 이상의 공진 특성을 얻을 수 있다. 본 명세서에서, SH형 표면파는, BGS파를 포함할 뿐만아니라 변위가 표면파의 전파 방향에 실질적으로 수직인 성분을 갖는 러브파와 같은 표면파도 포함한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예의 표면파 공진자는, 바람직하게는 텔레비젼 수상기나 비데오 테이프 레코드의 영상 중간 주파단에서 트랩 회로를 구성하도록 사용될 수 있다. 즉, 상기한 바와 같은 각 감쇠극의 위치는, 복수개의 공진 특성 중 어느 하나가 인접 채널 영상 신호 주파수(fap)로 설정되어지고 고주파수를 갖는 또하나의 공진 특성이 인접 채널 음성 신호 주파수(fas)로 설정되어지도록 설정되어져서, 인접 채널 영상 신호 주파수와 인접 채널 음성 신호 주파수에서 트랩을 갖는 트랩 회로가 단일 소자에 의해 구성되어질 수 있다.
상기한 바와 같이, BGS파를 이용한 자유단 반사형 표면파 공진자의 공진 주파수 fr은 다음과 같이 결정된다 : fr=v/(는 IDT에 의해 여진된 표면파의 파장, v는 압전기판의 음속을 나타낸다).
또한, 압전기판의 두 대향 자유단을 결합시키는 디멘젼 L은 바람직하게는 하기 식을 만족하도록 결정되어진다 : L=(/2)n(n은 정수)
따라서, 영상 중간 주파단에 사용되어지는, 인접 채널 영상 신호 주파수용 트랩을 구성하는 공진자와, 인접 채널 음성 신호 주파수용 트랩을 구성하는 공진자가, 자유단 반사형 표면파 공진자에 의해 구성되어질 때, 상기 두 공진자의 파장이 서로 매우 다르므로, 디멘젼 L값은 상기 두 공진자 간에서 달라진다. 따라서, 동일한 칩이나 기판 상에 두 개의 공진자를 구성하기가 곤란하다고 생각되어져 왔었다.
반면에, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 웨이팅은, 웨이팅된 IDT의 주요 로브의 감쇠극이 동일한 갯수의 전극지 쌍을 갖는 정규형 IDT의 감쇠극의 주파수 위치 외측에 위치하도록 실시되어진다. 따라서, 복수개의 공진 특성이 얻어지며, 상기한 바와 같이 기판 디멘젼 L에 의해 복수개의 공진 특성이 얻어진다. 즉, 정규형 IDT의 감쇠극에 의해 결정된 공진 특성과, 웨이팅된 IDT의 주요 로브에 의해 결정된 공진 특성이 얻어진다. 즉, 후술하는 바와 같이, 웨이팅된 IDT에 의해 결정된 공진 특성과, 기판 디멘젼 L에 의해 결정된 공진 특성을 사용함으로써, 복수개의 공진 특성을 갖는 자유단 반사형 표면파 공진자가, 단일 소자 구조에도 불구하고 구성되어질 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 단일 소자 구조에도 불구하고 복수개의 공진 특성을 실현시키는 자유단 반사형 표면파 공진자가, 상기한 바와 같이 IDT를 웨이팅함으로써 제공되어질 수 있으며, 영상 중간 주파단용 트랩 회로와 같이 두 개의 공진 특성을 필요로 하는 장치에 사용될 수 있는 최적의 표면파 공진자가 제공될 수 있다. 두 개의 공진 특성이 단일 소자에 의해 제공되어지기 때문에, 트랩 회로 및 다른 장치들의 회로 구성을 단순화시킬 수 있으며 여러 회로 소자들의 성가신 접속 작업들이 생략될 수 있다. 또한, 트랩 회로 및 유사 장치들의 크기 또한 효과적으로 축소될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
[실시예]
제4도는 BGS파를 이용한 자유단 반사형 표면파 공진자에서 정규형 IDT의 공진 주파수 스펙트럼을 나타낸다. IDT의 공진 주파수 스펙트럼은 1976년 3월에 발간된 일본음향학회강연논문집 pp351352에 기재되어 있다. 제4도의 횡축은 주파수를 나타내고 횡축상의 2N, 2N-1 등은 2N차 모드, (2N-1)차 모드 등의 공진점을 나타낸다. 종축은 주요 로브의 피크를 0dB로 하였을 때 감쇠량을 나타낸다.
제4도에서 명백히 알 수 있는 바와 같이, 정규형 IDT가 사용될 때, 압전기판 표면상에 N쌍의 전극지를 갖는 IDT를 형성함으로써 2N차(N은 정수)의 공진모드를 여진시킬 수 있다. 또한, 다른 고차 모드 중에 홀수차 모드 즉, (2n-1)차, (2N-3)차, (2N+1)차 및 (2N+3)차 모드들은, 전극의 대칭성으로 인해 여진되지 못한다. 짝수차 모드는, 제4도에 명백히 나타난 바와 같이, N쌍의 전극지를 갖는 IDT의 주파수 특성의 감쇠극과 공진 주파수가 일치하기 때문에 여진되지 않는다. 즉, (2N-2)차, (2N-4)차, (2N+2)차 및 (2N+4)차 모드 등은 여진되지 않는다. 따라서, 제2도에 나타난 바와 같이 정규형 IDT가 형성되어져 있는 자유단 반사형 표면파 공진자에서는 2N차 모드만이 여진되고, 따라서, 스퓨리어스(spurious)가 비교적 적은 공진기가 형성될 수 있다. 그러나, 상기한 바와 같이, 제2도에 나타난 표면파 공진자에 의해서는 단일 공진 특성만을 얻을 수 있다.
반면에, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기한 바와 같이 IDT를 웨이팅(weighting)함으로써 복수개의 공진 특성을 얻을 수 있다. 이하, 제5도를 참조로 하여 웨이팅 방법에 대해 설명한다.
제5도에서 실선 A는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, IDT에 대해 교차폭 웨이팅(cross width weighting)법을 실시할 때, IDT의 주파수 스펙트럼을 나타내며, 제5도의 파선 B는, 교차폭 웨이팅된 IDT와 동일한 개수의 전극지 쌍을 갖는 정규형 IDT의 주파수 스펙트럼을 나타낸다. 2N, 2N-1 등은 2N차 모드, 2N-1차 모드 등의 공진점의 위치를 나타낸다. 상기한 바와 같이 교차 폭 웨이팅이 실시되는 IDT의 주요 로브(main lobe)의 감쇠극은 정규형 IDT의 주요 로브의 감쇠극 2N+2, 2N-2로부터 형성되어진다.
교차폭 웨이팅된 주파수 스펙트럼 A에서, (2N-2)차 및 (2N+2)차 모드에서의 감쇠량은 비교적 작으며, 따라서, 상기 모드에서는 여진될 수 있음이 명백하다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 여진된 짝수차 모드에서의 가장 가까운 공진 특성을 사용함으로써, 복수개의 공진 특성을 실현시킬 수 있다.
제6도는 제5도의 실선 A에 의해 표시된 주파수 스펙트럼을 갖는 IDT의 웨이팅의 실시예를 나타낸다. 제6도에 도시된 자유단 반사형 표면파 공진자는, 압전기판(12)상에 형성된 한 쌍의 빗형상 전극(13,14)을 가지고 있다. 상기 빗형상 전극들(13,14)에 의해 IDT가 형성되어진다. 제6도에서 명백히 알 수 있는 바와 같이, IDT 전극에 대하여 교차폭 웨이팅이 실시되어진다. 웨이팅 정도는, 상기한 바와 같이, 제5도의 실선 A로 표시한 주파수 스펙트럼을 제공하도록 선택된다. 그런, 실선 A로 표시한 주파수 스펙트럼을 실현하는 웨이팅법은 제6도의 방법에 한정된 것은 아니다. 즉, 제5도의 실선 A로 표시한 주파수 스펙트럼을 갖는 IDT가 제6도에 나타난 빗형상 전극(13,14)과 다른 형상을 갖는 다른 전극에 의해 형성될 수 있다. 상기 웨이팅은 전극 시닝법(electrode thinning method)에 의해 실시될 수도 있다. 상기 웨이팅법은 이미 공지된 것으로서, 예를 들어, 이누오 시바야마(Inuo shibayama)가 감수한 탄성표면파공학(사단법인 전자정보통신학회) p6668에 기재되어 있다.
제6도의 자유단 반사형 표면파 공진자(11)은, IDT가 상기한 바와 같이 웨이팅되는 것을 제외하고는, 제2도에 도시된 자유단 반사형 표면파 공진자와 유사한 구조를 갖는다. 따라서, 제2도와 동일하거나 이에 대응하는 소자에 대하여 동일한 설명이 적용되며, 따라서, 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.
제7도는 제5도의 실선 A에 의해 표시된 교차폭 웨이팅된 IDT를 사용한 자유단 반사형 표면파 공진자(11)의 임피던스-주파수 특성을 나타낸다.
제7도에 명백히 나타난 바와 같이, FR1, FR2 및 FR3로 표시되는 세 개의 공진 특성이 얻어진다. FR1은 상기한 바와 같이 기판 디멘젼에 의해 결정된 정규형 IDT의 주파수 스펙트럼에서 (2N-2)차 모드에 대응하는 스퓨리어스(spurious)로 인한 공진점을 나타내며, FR2는 교차폭 웨이팅된 IDT의 주요 로브의 2N차 모드의 공진 특성의 공진점을 나타내고, FR3은 (2N+2)차 모드의 공진특성의 공진점을 나타낸다. 제7도에 명백히 나타난 바와 같이, 세 개의 공진 특성이 얻어질 수 있다. 두 개의 공진점, 예를 들어 공진점 FR1과 FR2를 사용함으로써 두 개의 트랩을 구성할 수 있다.
예를 들어, 자유단 반사형 표면파 공진자(11)은, FR1이 영상 중간단에서의 인접 채널 영상 신호 주파수에 대응하고, FR2가 영상 중간단에서의 인접 채널 음성 신호 주파수에 대응하도록 구성되어지며, 제8도에 나타난 감쇠-주파수 특성을 얻을 수 있다.
즉, IDT의 파장은 인접 채널 음성 신호 주파수에 따라 결정되어지며, 전극지 쌍의 개수는 인접 채널 영상 신호 주파수에 따라 결정되어진다. 또한, 동일한 개수의 전극지쌍을 갖는 정규형 IDT의 감쇠극 외측에 감쇠극이 위치하도록 IDT가 웨이팅되어져서, 단일 소자상에 두 개의 공진 특성을 갖는 공진자를 구성할 수 있다.
이상에서, 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 특허청구의 범위에 의해서만 한정되어진다.

Claims (2)

  1. 압전기판의 두 대향(對向) 자유단 사이에서 SH형 표면파를 반사시키는 자유단 반사형 표면파 공진자에 있어서, 두 개의 대향 자유단을 갖는 압전기판 및; 상기 압전기판 상에 형성되어져 있으며, 복수개의 교차폭 웨이팅된 인터디지탈 전극지를 갖는 인터디지탈 트랜스듀서를 포함하며, 상기 복수개의 인터디지탈 전극지들은, 상기 인터디지탈 트랜스듀서와 동일한 개수의 전극지 쌍을 갖거나 동일한 기판간(inter-substrate) 디멘젼을 갖는 웨이팅되지 않은 인터디지탈 트랜스듀서의 주요 로브의 두 개의 감쇠극들 사이에 삽입되어 있는 주파수 영역의 외측에 주요 로브의 감쇠극이 위치하도록 웨이팅되어지며, 상기 웨이팅되지 않는 인터디지탈 트랜스듀서의 감쇠극의 공진 특성과 주요 로브의 공진 특성이 얻어질 수 있도록 상기 전극지의 교차폭이 웨이팅됨으로 특징으로 하는 공진자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 표면파 공진자는, 텔레비전 수상기의 영상 중간 주파단의 트랩 회로를 구성하는 공진자를 포함하며, 복수개의 공진 특성 중 어느 하나가 인접 채널 영상 신호 주파수에 해당하고, 복수개의 공진 특성 중, 상기 하나의 공진 특성보다 고주파수를 갖는 다른 하나의 공진 특성은 인접 채널 음성 신호 주파수에 해당함을 특징으로 하는 공진자.
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