KR100297856B1 - 탄성 표면파 필터 - Google Patents

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KR100297856B1
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무라타 야스타카
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Abstract

탄성 표면파 필터는 필터 특성을 향상하기 위해 스퓨리어스 성분을 이용함으로써 저지대역에서의 감쇠를 상당히 개선한다. 상기 필터는 공진 주파수와 반공진 주파수를 갖는 직렬 공진자와 탄성 표면파 기판을 포함한다. 상기 직렬 공진자는 입력단자와 출력단자와의 사이에 직렬로 전기적으로 배치되어, 직렬암을 형성한다. 상기 필터는 또한 공진 주파수와, 상기 직렬 공진자의 공진 주파수와 실질적으로 일치하는 반공진 주파수를 갖는 적어도 한 개의 병렬 공진자를 포함한다. 상기 적어도 한 개의 병렬 공진자는 직렬암과 접지단자와의 사이에 전기적으로 배치되어, 제1의 병렬암을 형성한다. 상기 직렬암과 상기 병렬암은, 상기 탄성 표면파 필터가 소정의 통과대역을 갖도록 사다리형 회로를 형성한다. 상기 제1의 병렬 공진자는 상기 제1의 병렬 공진자의 공진 주파수와 상기 탄성 표면파 필터의 통과대역의 저대역 말단과의 사이에 위치된 주파수에서, 또는 상기 직렬 공진자의 반공진 주파수와 상기 탄성 표면파 필터의 통과대역의 고대역 말단과의 사이에 위치된 주파수에서 스퓨리어스 성분을 갖는다.

Description

탄성 표면파 필터{SURFACE ACOUSTIC WAVE FILTER}
본 발명은 복수개의 SAW 공진자를 포함하는 대역 통과형 탄성 표면파 (SAW) 필터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 사다리형 회로로 구성된 복수개의 SAW 공진자를 포함하는 SAW 필터에 관한 것이다.
예를 들어, 공개된 일본 특허 공고번호 56-19765호 공보 및 5-183380호 공보에는, 사다리형 회로를 형성하기 위해 복수개의 SAW 공진자가 배치된 SAW 필터가공개되어 있다. 이 유형의 SAW 필터가 현재 도1을 참조하여 설명되어 있다.
도1에서 대개 참조번호 1로 표시한 SAW 필터는, 복수개의 SAW 공진자들을 형성하기 위해, 직사각형상의 압전기판 2 위에 배치된 다양한 전극들을 포함한다. 특히, 1-포트 SAW 공진자로 각각 형성된 직렬 공진자 3, 4는, 입력단자 IN과 출력단자 OUT과의 사이에 직렬로 접속된다. 두 개의 병렬암들은, 각각 입력단자와 기준전위와의 사이, 및 출력단자와 접지전위와의 사이에 위치된다. 1-포트 SAW 공진자를 각각 포함하는 병렬 공진자들 5, 6은, 병렬암에 위치된다.
공진자들 3, 4, 5, 6은, 인터디지탈 트랜스듀서(IDTs) 3a, 4a, 5a, 6a, 및 SAW 전파방향의 각각의 대향측들에 위치된 격자형 반사기 3b, 3c, 4b, 4c, 5b, 5c, 6b, 6c를 포함한다.
각각의 IDTs 3a~6a는 한 쌍의 인터디지테이티드 전극들(interdigitated electrode)을 포함한다. 상기 IDT 3a의 한 개의 인터디지테이티드 전극은 입력단자 IN에 전기적으로 접속된다. 한편 상기 IDT 3a의 다른 인터디지테이티드 전극은, 접속전극 7에 의해, IDT 5a의 한 개의 인터디지테이티드 전극에 접속되며, 또 IDT 4a의 한 개의 인터디지테이티드 전극에 접속된다. 상기 IDT 4a의 다른 인터디지테이티드 전극은, 접속전극 8에 의해, 출력단자 OUT에 전기적으로 접속되며, 또 IDT 6a의 한 개의 인터디지테이티드 전극에 전기적으로 접속된다.
각각의 IDTs 5a, 6a의 한 개의 인터디지테이티드 전극은 접지전위에 결합된다. 따라서, 탄성 표면파 필터 1에 있어서, 직렬 공진자들 3, 4는, 입력단자 IN과 출력단자 OUT과의 사이에 직렬로 접속되어, 직렬암을 형성한다. 두 개의 병렬암은,직렬암과 접지전위와의 사이에 형성된다. 이들 두 개의 병렬암들 각각에 있어서, 병렬 공진자들 5와 6이 접속되며, 따라서 사다리형 회로를 형성한다.
상기 IDTs 3a~6a 및 상기 격자형 반사기들 3b, 3c, 4b, 4c,5b, 5c, 6b, 6c는, 접속전극 7, 8과 함께, 압전기판 2 위에서 알루미늄 또는 다른 금속으로 형성된다. 상기 SAW 필터 1에 있어서, SAW 공진자들 3, 4의 공진 주파수는, SAW 공진자 5, 6의 반공진 주파수와 동일하도록 설정된다. 그 결과, 전체 SAW 필터 1은 대역 통과 필터 특성을 나타낼 수 있으며, 이것이 도2 및 도3을 참조하여 설명될 것이다.
도2는 도1의 공진자들 3~6을 형성하는데 이용된 것과 유사한 각각의 1-포트 SAW 공진자의 전극 구조를 보여주는 개략 평면도이다. SAW 공진자 9에 있어서, 한 쌍의 인터디지테이디드 전극들 10a, 10b를 포함하는 IDT 10은, 공진자의 중앙부에 위치된다. 전극들 10a, 10b는 서로 맞물려지도록 배치된다. 반사기들 11, 12는 탄성 표면파가 전파하는 SAW 전파 방향의 대향측들에 위치된다. 반사기 11, 12는 SAW 전파 방향과 수직으로 신장하는 복수개의 전극지들을 포함한다. 반사기들 11, 12의 각각의 전극지들의 양단부들은, 이들의 각각의 단부들에서, 다른 전극지들의 단부들에 접속된다.
IDT 10의 인터디지테이티드 전극들 10a와 10b와의 사이에 전압이 인가되는 경우, 탄성 표면파가 여기된다. 여기된 파는 반사기들 11과 12와의 사이에 한정된다. 그러므로, 높은 Q를 갖는 공진자가 실현될 수 있다.
상술한 SAW 공진자 9는 도3a에 나타낸 회로 부호로 표시되며, 도3b에 나타낸임피던스-주파수 특성을 갖는다. 도3b에 나타낸 바와 같이, 임피던스는 공진 주파수 fr부근에서 저조하며, 반공진 주파수 fa에서 매우 높다. 그러므로, SAW공진자 9 및 유사한 SAW 공진자들이, 도1에 나타낸 바와 같이 접속된 SAW 공진자들 3~6과 유사하게 사다리형 회로에서 접속된 경우, 직렬 공진자들의 공진 주파수가 병렬 공진자들의 반공진 주파수와 동일하게 설정된 경우, 입/출력 임피던스가 이 주파수의 근방에서 특성 임피던스와 일치될 수 있다. 그러므로, 통과대역이 형성될 수 있다.
도3c 및 도3d 각각은, SAW 필터 1의 회로도 및 임피던스-주파수 특성을 나타낸다. 도3c를 참조하여, 신호가 입력단자 IN에 입력된 경우, 직렬 공진자들 3, 4의 공진 주파수 frs에서의 신호성분이 직렬 공진자 3, 4를 통과하여 출력단자 OUT에 발송될 수 있다. 이 경우, 병렬 공진자들 5, 6이, 직렬 공진자들 3, 4의 공진 주파수 frs와 동일하도록 설정된 반공진 주파수 fap에서의 고임피던스를 갖기 때문에, 공진 주파수 frs에서의 신호 성분이 접지(ground)에 발송되지 않는다. 한편, 직렬 공진자들 3, 4의 반공진 주파수 fas에서의 신호 성분이 직렬 공진자들 3, 4에 의해 차단된다. 병렬 공진자들 5의 공진 주파수 frp에서의 신호 성분이, 공진 주파수 frp에서의 저임피던스 때문에 접지 전위에 발송된다. 따라서, 신호 성분이 출력단자 OUT에 도달하지 않는다.
따라서, 도3d에 나타낸 임피던스-주파수 특성이 얻어진다. 도3d에 나타낸 바와 같이, 직렬 공진자들의 반공진 주파수 fas와 병렬 공진자들의 공진 주파수 frp근방에 감쇠극들이 형성된다. 주지하는 바와 같이, 통과대역 PB는, 필터의 중심 주파수 또는 최소 삽입 손실에 대하여 감쇠가 3㏈ (또는 6㏈) 이내인 주파수 범위로 한정된다. 저지대역 SB도, 필터의 중심 주파수 또는 최소 삽입 손실에 대하여 감쇠가 20㏈ (또는 40㏈) 이내인 주파수 범위로 한정된다.
종래 장치에 대한 전술한 설명에 따르면, 이런 SAW 필터는 통과대역 근방에서의 저지대역에서 저삽입손실 및 대량의 감쇠를 제공하는 대역-통과 필터 특성을 갖도록 배치된다.
상술한 SAW 필터 1의 대역-통과 필터 특성은 몇년전에 요구되었던 대역-통과 필터에 대한 필터 특성을 제공하기에 충분할 수 있다. 그러나, 최근에는, 예를 들어, 셀룰러 이동 전화 등의 통신기기에 있어서, 송신 주파수와 수신 주파수와의 거리가 매우 가까우므로, 전자파 이용 효과를 향상할 수 있다. 그러므로, SAW 필터 1은 충분한 선택성(selectivity)를 항상 제공하지 못한다. 따라서, 본원 발명자들은, 현재 유용한 장치들과 비교하여 통과대역과 저지대역간의 주파수 응답 또는 가파른 필터링(filtering) 특성 곡선을 갖는 대역 통과 필터에 대한 필요가 있다고 판단하였다.
통과대역과 저지대역간의 주파수 응답(감쇠특성)의 날카로움(sharpness) 또는 가파름(steepness)를 증가하기 위해, 종래에는 공진자 개수를 증가하여 공진자 단차(stage)의 전체개수를 증가시키는 일반적인 방법이 사용되어야 한다고 생각하였다. 공진자 단차는 한 쌍의 직렬 및 병렬 공진자들을 포함한다. 그러나, 단차의개수가 증가되는 경우, 바람직하지 못하게도 전극 저항이 공진자 개수에 비례하여 증가된다. 이것은 필터에 대한 삽입손실의 악화를 초래한다. 게다가, 압전기판상에 증가된 개수의 전극들을 배치하는 과정이 더욱더 복잡해지며, 이것은 차례로 제조공정과 조립공정을 더욱 복잡하게 하며, 또한 압전기판과 전체 필터의 크기를 증가시킨다. 이런 식으로, 단차개수의 증가를 포함하는 필터 설계와 제조공정에 제약이 가해진다. 전술한 이유로, 본원 발명자들은 SAW 필터에 있어서 단차개수를 증가하지 않고서도 통과대역과 저지대역간의 계면에서 가파른 주파수 응답을 달성하는 SAW 필터에 대한 요구가 있다고 판단하였다.
도1은 종래 사다리형 SAW 필터를 보여주는 평면도이다.
도2는 도1에 나타낸 SAW 필터에 사용된 1-포트 SAW 공진자의 전극구조를 보여주는 개략 평면도이다.
도3a는 SAW 공진자를 표시하는데 사용되는 회로기호를 보여주는 도면이다.
도3b는 도2에 나타낸 종래 SAW 공진자의 임피던스-주파수 특성을 보여주는 도면이다.
도3c는 도1에 나타낸 SAW 필터의 회로도를 나타낸다.
도3d는 도1에 나타낸 SAW 필터의 임피던스-주파수 특성을 나타낸다.
도4는 본 발명의 제1구현예에 따른 SAW 필터의 개략 평면도이다.
도5는 도4에 나타낸 SAW 필터의 회로도이다.
도6은 도4에 나타낸 SAW 필터에 사용된 1-포트 SAW 공진자의 전극구조를 보여주는 개략 평면도이다.
도7은 도4에 나타낸 SAW 필터에서 병렬 공진자로서 사용된 SAW 공진자의 임피던스-주파수 특성을 보여주는 도면이다.
도8은 스퓨리어스 성분이 발생된 주파수와, IDT와 반사기간의 거리와의 관계를 보여주는 도면이다.
도9는 도4에 나타낸 SAW 필터의 주파수 응답을 보여주는 도면이다.
도10은 본 발명의 바람직한 구현예들과 비교하기 위한 비교예에 따른 SAW 필터의 주파수 응답을 보여주는 도면이다.
도11은 본 발명의 제2구현예에 따른 SAW 필터의 평면도이다.
도12는 도11에 나타낸 SAW 필터의 회로도이다.
도13은 스퓨리어스 성분이 발생된 주파수와, IDT와 반사기간의 전극지 거리와의 관계를 보여주는 도면이다.
도14는 도11에 나타낸 SAW 필터에서 병렬 공진자의 임피던스-주파수 특성을 보여주는 도면이다.
도15는 도11에 나타낸 SAW 필터의 주파수 응답을 보여주는 도면이다.
도16은 본 발명의 바람직한 구현예들과 비교하기 위한 비교예에 따른 SAW 필터의 주파수 응답을 보여주는 도면이다.
도17은 제3구현예에 따른 SAW 필터에 사용된 병렬 공진자의 전극구조를 보여주는 개략 평면도이다.
도18은 제4구현예에 따른 SAW 필터에 사용된 병렬 공진자의 전극구조를 보여주는 개략 평면도이다.
도19는 제5구현예에 따른 필터에 사용된 병렬 공진자의 전극구조를 보여주는 개략 평면도이다.
도20은 제6구현예에 따른 SAW 필터에 사용된 병렬 공진자의 전극구조를 보여주는 개략 평면도이다.
도21a는 제1구현예~제6구현예에 따른 병렬 공진자들의 임피던스-주파수 특성을 보여주는 도면이다.
도21b는 제1구현예~제6구현예에 따른 병렬 공진자들의 임피던스-주파수 특성을 보여주는 도면이다.
도22a는 제7구현예에 따른 SAW 필터에 사용된 병렬 공진자의 전극구조를 보여주는 개략 평면도이다.
도22b는 제7구현예에 따른 SAW 필터에 사용된 병렬 공진자의 전극구조를 보여주는 개략 평면도이다.
도23a는 도22a에 나타낸 병렬 공진자들의 임피던스-주파수 특성을 보여주는 도면이다.
도23b는 도22b에 나타낸 병렬 공진자들의 임피던스-주파수 특성을 보여주는 도면이다.
도24는 도22a에 나타낸 병렬 공진자의 임피던스-주파수 특성을 보여주는 확대도이다.
도25는 도22a에 나타낸 병렬 공진자와 함께 SAW 필터의 주파수 응답을 보여주는 도면이다.
도26은 도22b에 나타낸 병렬 공진자의 임피던스-주파수 특성을 보여주는 확대도이다.
도27은 도22b에 나타낸 병렬 공진자와 함께 SAW 필터의 주파수 응답을 보여주는 도면이다.
도28은 본 발명의 제8구현예에 따른 SAW 필터의 평면도이다.
도29는 도28에 나타낸 SAW 필터의 주파수 특성을 보여주는 도면이다.
도30은 본 발명의 바람직한 구현예들과 비교하기 위한 비교예에 따른 SAW 필터의 주파수 특성을 보여주는 도면이다.
도31은 본 발명의 바람직한 구현예들과 비교하기 위한 비교예에 따른 SAW 필터 장치의 평면도이다.
도32는 도31에 나타낸 SAW 필터 장치의 주요부의 평면도이다.
도33은 제9구현예에 따른 SAW 필터 장치의 평면도이다.
도34는 본 발명의 바람직한 구현예들과 비교하기 위한 비교예에 따른 SAW 필터 장치의 등가회로도이다.
도35는 제9구현예에 따른 SAW의 등가회로도이다.
도36은 본 발명의 바람직한 구현예들과 비교하기 위한 비교예에 따른 SAW 필터 장치의 주파수 응답을 보여주는 도면이다.
도37은 제9구현예에 따른 SAW 필터 장치의 주파수 응답을 보여주는 도면이다.
도38은 제9구현예의 변경에 따른 SAW 필터 장치의 평면도이다.
도39는 제9구현예의 변경에 따른 SAW의 등가회로도이다.
도40은 제9구현예의 변경에 따른 SAW 필터 장치의 주파수 응답을 보여주는 도면이다.
도41은 제10구현예에 따른 SAW 필터 장치의 단면도이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
21: SAW 필터
22: 탄성 표면파 기판
24, 26: 직렬 공진자
23, 25, 27: 병렬 공진자
23a, 24a, 25a, 26a, 27a: IDT
23b, 23c, 24b, 24c, 25b, 25c, 26b, 26c, 27b, 27c: 격자형 반사기
IN: 입력단자
OUT: 출력단자
28, 30: 접속전극
23~27: SAW 공진자
28~30: 접속전극
상술한 문제점을 극복하기 위해, 본 발명의 바람직한 구현예들은 필터의 저지대역에서 감쇠를 상당히 개선한 탄성 표면파 장치를 제공한다.
더욱이, 본 발명의 바람직한 구현예들은, 증가된 감쇠와 개선된 주파수-응답을 제공하는 탄성 표면파 필터를 제공한다.
게다가, 본 발명의 바람직한 구현예들은, 병렬 공진자의 공진 주파수와 탄성 표면파 필터의 통과대역의 저대역 말단과의 사이에 위치된 특정 주파수에서, 또는 직렬 공진자의 반공진 주파수와 탄성 표면파 필터의 통과대역의 고대역 말단과의 사이에 위치된 주파수에서 스퓨리어스 성분을 발생하도록 배치된 직렬 공진자와 병렬 공진자를 포함하는 탄성 표면파 필터를 제공한다. 이 스퓨리어스 성분의 위치 선정 및 유용한 용도는 주파수 응답의 상당히 증가된 가파름을 발생하며, 또 통과대역에서 감쇠량을 증가한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 탄성 표면파 필터는,
탄성 표면파 기판(surface acoustic wave substrate);
입력단자(input terminal);
출력단자(output terminal);
접지단자(ground terminal);
직렬 공진자(series resonator); 및
제1의 병렬 공진자(a first parallel resonator)
를 포함하며,
상기 탄성 표면파 기판상에 배치된 상기 직렬 공진자가, 공진 주파수와 반공진 주파수를 가지며, 또 상기 직렬 공진자는 상기 입력단자와 상기 출력단자와의 사이에 직렬로 전기적으로 배치되어 직렬암(series arm)을 형성하며,
상기 탄성 표면과 기판상에 배치된 상기 제1의 병렬 공진자가, 공진 주파수와, 상기 직렬 공진자의 상기 공진 주파수와 실질적으로 일치하는 반공진 주파수를 가지며; 상기 제1의 병렬 공진자가 상기 직렬암과 접지단자와의 사이에 전기적으로 배치되어, 제1의 병렬암(parallel arm)을 형성하며; 상기 직렬암과 상기 제1의 병렬암이, 상기 탄성 표면파 필터가 소정의 통과대역을 갖도록 사다리형 회로를 구성하며,
상기 제1의 병렬 공진자가, 상기 제1의 병렬 공진자의 공진 주파수와, 상기 탄성 표면파 필터의 통과대역의 저대역 말단과의 사이에 위치된 주파수에서, 또는 상기 직렬 공진자의 반공진 주파수와 상기 탄성 표면파 필터의 통과대역의 고대역말단과의 사이에 위치된 주파수에서, 스퓨리어스(spurious) 성분을 갖는 것을 특징으로 한다.
특정의 임의의 주파수에서 스퓨리어스 성분의 발생 및 위치선정은, 병렬 공진자의 IDT와 반사기간의 거리 r을 0.5λ 미만 또는 0.5λ 초과로 설정함으로써 얻어질 수 있으며, 여기에서 λ는 상기 탄성 표면파 기판에 발생된 탄성 표면파의 파장이다.
또한, 상기 반사기에 가장 근접한 상기 인터디지탈 트랜스듀서의 전극지 폭을, 상기 병렬 공진자의 반사기 또는 인터디지탈 트랜스듀서의 남은 전극지들의 폭보다 더 작게 함으로써, 상기 주파수 응답의 가파름이 증가될 수 있다.
게다가, 상기 스퓨리어스 성분이 상기 병렬 공진자의 상기 반사기의 저지대역 이외에 위치되도록, 상기 반사기의 전극지들간의 피치(pitch)를 상기 인터디지탈 트랜스듀서의 피치보다 더 작게 함으로써, 주파수 응답이 개선될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예들에 따른 탄성 표면파 필터는, 탄성 표면파 기판을 수용하는 패키지내에 설치될 수 있다. 이런 패키지는 패키지에 배치된 복수개의 전극들 및 복수개의 접속선들을 포함한다. 상기 병렬 공진자의 복수개의 전극지들은 한 쌍의 인터디지테이티드 전극들을 구성하며, 또 상기 인터디지테이티드 전극들 중 한 개가 상기 패키지상의 전극들 중 적어도 한 개에 접속선들에 의해 전기적으로 접속된다.
본 발명을 설명하기 위해, 현재 선호되는 여러가지 형태들을 도면들로 도시하며, 그러나 본 발명이 여기에 나타낸 수단들 및 정교한 배열에 한정되지 않는다.
본 발명의 바람직한 구현예들을 여기에 첨부한 도면들을 참조하여 하기의 단락들에서 상세하게 설명한다.
도4 및 도5는, 각각 본 발명의 제1구현예에 따른 SAW(탄성 표면파; Surface Acoustic Wave) 필터의 개략 평면도 및 등가 회로도이다. 대개 참조번호 21로 표시한 SAW 필터는, 실질적으로 직사각형상의 탄성 표면파 기판 22를 포함한다. 본 구현예에서는, SAW 기판 22가 36°회전된, Y-커트의 LiTaO3로 구성된 압전기판인 것이 바람직하다.
직렬 공진자들 24, 26 및 병렬 공진자들 23, 25, 27은, 기판 22 위에 배치된다. 상기 공진자들 23, 24, 25, 26, 27은, IDTs 23a, 24a, 25a, 26a, 27a 및 격자형 반사기들 23b, 23c, 24b, 24c, 25b, 25c, 26b, 26c, 27b, 27c를 각각 포함한다. 상기 반사기들 23b, 23c, 24b, 24c, 25b, 25c, 26b, 26c, 27b, 27c는, 각각 SAW 전파방향으로 IDTs 23a~27a의 대향측들상에 위치된다.
SAW 필터 21은 입력단자 IN 및 출력단자 OUT에 접속된다. 상기 직렬 공진자들 24, 26은 입력단자 IN과 출력단자 OUT과의 사이에 직렬로 접속되며, 따라서 직렬암을 형성한다. 병렬 공진자들 23, 25, 27은 직렬암과 기준전위와의 사이에 접속되며, 따라서 각각은 병렬암을 형성한다.
상기 각각의 IDTs 23a~27a는 한 쌍의 인터디지테이티드 전극들을 포함한다. 병렬 공진자 23의 IDT 23a의 한 인터디지테이티드 전극은, 접속전극 28에 의해 직렬 공진자 24의 IDT 24a의 한 인터디지테이티드 전극에 전기적으로 접속된다. 또하나의 접속전극 29는 IDT 24a의 다른 인터디지테이티드 전극을 IDT 25a의 한 인터디지테이티드 전극에 전기적으로 접속시키며, 또 IDT 26a의 한 인터디지테이티드 전극에 전기적으로 접속시킨다. 또 하나의 접속전극 30은, IDT 26a의 다른 인터디지테이티드 전극을 IDT 27a의 한 인터디지테이티드 전극에 전기적으로 접속시킨다.
IDTs 23a, 25a, 27a의 다른 인터디지테이티드 전극들은 접지전위에 접속된다. 그러므로, SAW 필터 21은 도5에 나타낸 사다리형 회로 구성을 갖도록 설계된다.
SAW 공진자들 23~27 및 접속전극들 28~30을 포함하는 전극들은, 상기 기판 22 위에 예를 들어 알루미늄 등의 금속 재료로 적당한 방법에 의해 형성될 수 있다. 예를 들면, 알루미늄이 상기 기판 22 위로 형성될 수 있으며, 또 알루미늄층이 사진 석판술(photolithography technology)에 의해 패턴되어, 도4에 나타낸 전극 구조를 형성할 수 있다. 대안으로, 예를 들어, 알루미늄 등의 도전성 재료가, 마스크(mask)를 사용하여 증발(evaporation), 스퓨터링(sputtering), 또는 다른 방법에 의해 상기 기판 22 위로 형성되어, 전극 구조를 형성할 수 있다.
상기 공진자들 23~27의 전극 구조, 즉, 인터디지탈 전극들의 개수 및 이들의 길이를 도4에 개략적으로만 도시한다. 실제로, SAW 공진자들 23~27은 하기의 표1에 올라있는 파라미터(parameters)를 사용하여 설계되는 것이 바람직하다.
공진자 반사기에서의전극지 개수 IDT 쌍들의개수 중복폭 IDT 파장 IDT-반사기거리
SAW 공진자23, 27 100 50 60 4.303 0.46λ
SAW 공진자24, 26 100 50 50 4.142 0.5λ
SAW 공진자25 50 120 120 4.327 0.43λ
병렬 공진자들 23, 25, 27의 반공진 주파수 frp는, 직렬 공진자들 24, 26의 공진 주파수 frs와 실질적으로 동등하도록 설정되는 것이 바람직하다. 그러므로, 상기 SAW 필터 21은 도5에 나타낸 사다리형 회로 구조를 갖기 때문에, 상기 필터는 대역-통과 필터로서 동작한다.
각각의 공진자들 23~27에 있어서, 각각의 IDT와, 상기 이웃하는 반사기와의 거리가, 표1에 나타낸 특성들에 따라서 설정되는 것이 바람직하다. 더욱 상세하게는, 병렬 공진자들 23, 25, 27에 있어서, 각각의 IDT와, 상기 이웃하는 반사기와의 거리가, 약 0.5λ 미만이 되도록 설정되는 것이 바람직하며, 한편 직렬 공진자들 24, 26에 있어서, 각각의 IDT와, 상기 이웃하는 반사기와의 거리가, 약 0.5λ가 되도록 설정되는 것이 바람직하다.
이 배열은, 병렬 공진자들 23, 25, 27에 있어서, 공진자들 23, 25, 27의 공진 주파수와, SAW 필터 21의 통과대역의 저대역 말단과의 사이에 위치되도록 스퓨리어스 성분을 발생시킨다. 이 스퓨리어스 성분이 상술한 특정 주파수 위치에 위치되는 결과로서, 주파수 응답은 통과대역의 저대역 말단과 저지대역의 말단과의 사이에서 충분하게 가파르게 형성된다.
도6은 본 구현예에서 병렬 공진자로서 사용되는 SAW 공진자들의 일례를 보여주는 개략 평면도이다. 대개 참조번호 31로 표시한 SAW 공진자는, 이것의 중앙부에 위치된 IDT 32를 갖는다. 상기 IDT 32는, 복수개의 전극지들 33a, 34a를 각각 구비하는 한 쌍의 인터디지테이티드 전극들 33, 34를 포함한다. 전극지들 33a, 34a는 서로 맞물려진다. 상기 IDT 32에 있어서, 전극지들 33a, 34a의 중심부들간의 거리(전극지들 33a와 34a의 피치)는 약 0.5λ로 설정되는 것이 바람직하다(단, λ는 SAW 공진자에서 여기된 표면파의 파장이다).
반사기들 35, 36은, 각각 상기 IDT 32의 대향측들상에 실장되며, 또 전극지들 35a, 36a를 포함한다. 전극지들 35a의 양단부들은 공통전극들 35b, 35c에 의해 서로 접속된다. 유사하게, 전극지들 36a의 양단부들은 공통전극들 36b, 36c에 의해 서로 접속된다. 또한, 반사기들 35, 36에 있어서, 전극지들 35a, 36a의 중심부들간의 거리(전극지들 35a, 36a의 피치)는 약 0.5λ로 설정되는 것이 바람직하다.
상기 SAW 필터 21에 있어서 병렬 공진자로서 사용되는 SAW 공진자 31은, 도7에 나타낸 바와 같이, 공진 주파수 frp와 반공진 주파수 fap와의 사이에 주파수 fs를 갖는 상대적으로 강한 스퓨리어스 성분을 나타낸다. 이 강한 스퓨리어스 성분의 중요성을 하기에 더욱 상세하게 설명할 것이다.
종래, 상기 반사기 35 또는 36과 상기 IDT 32간의 거리 r은 약 0.5λ로 설정되었으며, 이것은 종래 장치들에 있어서, 스퓨리어스 성분 X의 방지가 상기 필터 21의 적당한 기능을 위하여 요구된다고 생각되었기 때문이다. 이전에는, 스퓨리어스 성분 X가 이런 SAW 필터의 성능과 특성만을 감소할 것이라고 생각되었다. 그러므로, 종래의 장치에 있어서, 이런 스퓨리어스 성분 X의 발생을 방지하기 위해, 거리 r이 항상 0.5λ로 설정되었다. 종래 장치에 있어서, 이 거리 r은 0.5λ 초과 또는 미만으로 변화되지 않았다. 이는, r값에 있어서 이런 변화가 원하지 않은 스퓨리어스 성분을 발생할 것이라고 알고 있었기 때문이다.
본 상세한 설명에 있어서, 반사기와 IDT간의 거리 r은, 중심으로서, 서로 이웃하고 있는 반사기의 전극지와 IDT의 전극지간의 중심거리로 규정된다. 즉, 상기 거리 r은, IDT에 가장 근접하는 반사기의 전극지의 중심으로부터, 상기 반사기에 가장 근접하는 IDT의 전극지의 중심까지의 거리이다. 예를 들어, 도5는, 거리 r이, 반사기 35의 전극지 35m의 중심과 IDT 32의 전극지 34m의 중심간의 거리로 규정된다는 것을 나타낸다.
본 발명의 바람직한 구현예의 발명자들은, 종래 장치에서와 같이 스퓨리어스 성분 X를 제거하거나 또는 억제하려고 노력하는 대신에, 스퓨리어스 성분 X를 유리하게 이용함으로써, 저지대역에서의 감쇠량이 증가된다는 것을 발견하였다. 여기에 따른 본원 발명자들의 발견 및 분석의 결과로서, 도8에 나타낸 바와 같이, 스퓨리어스 성분의 주파수 fs가 제어될 수 있다는 것을 확인하였고, 또 상기 IDT 32와 상기 반사기 35간의 간격 r이 0.5λ 미만이 됨에 따라서 주파수 fs가 감소한다는 것을 확인하였다. 그러므로, 스퓨리어스 성분 X는 거리 r을 조정함으로써 임의의 주파수에서 발생될 수 있으며, SAW 필터의 필터 특성을 향상하기 위해, 스퓨리어스 성분 X가 효과적으로 사용될 수 있다.
감쇠량을 상당히 증가시키기 위하여 스퓨리어스 성분을 이용하기 위해서, 특정의, 임의의 주파수에서 스퓨리어스 성분 X를 발생할 필요가 있다. 특히, 스퓨리어스 성분의 주파수 fs가 너무 높은 경우, 통과대역 이내에 리플이 발생되며, 이것은 삽입손실의 악화를 초래할 것이다. 반대로, 주파수 fs가 너무 낮은 경우, SAW 공진자 31의 공진 특성에 있어서 스퓨리어스 성분 X가 변화되며, 그러므로 감쇠량이 개선되지 않는다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따른 SAW 필터 21에 의해, 통과대역의 저대역 말단과 저지대역의 말단과의 사이에 주파수 응답의 가파름의 상승을 달성할 수 있다. 본원 발명자들은, 통과대역의 저대역 말단과 저지대역의 말단간에 상승된 가파름을 갖는 주파수 응답이, 스퓨리어스 성분의 주파수 fs를 병렬 공진자들의 공진 주파수 fs보다 더 높게 설정함으로써 달성된다는 것을 발견하였다. 더욱이, 본원 발명자들은, 주파수 fs를 통과대역의 저대역 말단 fpl보다 더 낮게 설정함으로써 삽입손실이 증가되는 것을 방지할 수 있다는 것을 발견하였다. 따라서, 도7에 나타낸 바와 같이, 스퓨리어스 성분의 주파수 fs가 병렬 공진자들의 공진 주파수 frp와 SAW필터 21의 통과대역의 저대역 말단 fpl과의 사이에 설정되는 것이 바람직하다.
전술한 관점에서, 본 구현예에 따른 SAW 필터 21에 있어서, 병렬 공진자 23, 25, 27의 각각의 인터디지탈 트랜스듀서와, 상기 이웃하는 공진자간의 거리 r은 표1에 주어진 바와 같이 설정되는 것이 바람직하다. 특히, 병렬 공진자들 23, 27에 있어서, IDT와 반사기와의 거리 r이 약 0.46λ로 설정되는 것이 바람직하다. 병렬 공진자 25에 있어서, 거리 r이 약 0.43λ로 설정되는 것이 바람직하다. 즉, 양측의 값들이 바람직하게는 약 0.5λ 미만으로 설정된다. 한편, 거리 r이, 직렬로 접속된 직렬 공진자들 24와 26에 있어서 약 0.50λ로 설정되는 것이 바람직하다.
지금까지 설명한 바와 같이 구성된 SAW 필터 21의 필터 특성을 도9에 나타낸다. 비교를 위하여, IDT와 반사기 사이의 거리가 모든 SAW 공진자들 23~27에 대하여 0.50λ로 설정되었다는 점을 제외하고, SAW 필터 21과 유사한 SAW 필터를 구성하였다. 비교를 위해 조립된 이 SAW 필터의 필터 특성들을 도10에 나타낸다.
도9 및 도10의 주파수 특징들을 비교해 보면, 상기 SAW 필터 21의 주파수 응답은 (A로 표시된) 통과대역의 저대역측에서 더욱 갑자기 강하하며, 또 비교용 SAW 필터보다 가파른 경사를 갖는다는 것이 드러난다. 따라서, 주파수 영역 B에서의 저지대역 감쇠가, 비교용 SAW 필터와 비교하여, 약 10㏈ 개선된다.
도11 및 도12는, 각각 본 발명의 제2구현예에 따른 SAW(탄성 표면파; Surface Acoustic Wave) 필터의 개략 평면도 및 회로도이다. 대개 참조번호 41로 표시한 SAW 필터는, 실질적으로 직사각형상의 압전기판 42를 포함한다. 이 기판 42는, 36°회전된, Y-커트의 LiTaO3로 구성된 압전기판인 것이 바람직하다.
1-포트 SAW 공진자 및 접속전극들 48, 49를 각각 포함하는, 직렬 공진자들 43, 45, 47 및 병렬 공진자들 44, 46이, 기판 42 위에 배치된다. 각각의 1-포트 SAW 공진자들 43~47은, 도4 및 도5를 참조하여 제1구현예에 상세하게 설명한 바와 같이, IDT와, 이 IDT를 사이에 끼운 한 쌍의 반사기들을 포함한다.
본 구현예에 있어서, 상기 직렬 공진자들 43, 45, 47은 입력단자 IN과 출력단자 OUT과의 사이에 직렬로 접속된다. 병렬 공진자들 44, 46은, 상기 공진자들 43, 45, 47의 직렬암과 기준전위와의 사이에 병렬로 접속된다. 따라서, 도12에 나타낸 바와 같이, 2.5단 사다리형 회로(2.5 stage-ladder circuit)가 구성되며, 또 세 개의 직렬 공진자들 및 두 개의 병렬 공진자들을 포함한다. 병렬로 접속된 병렬 공진자들 44, 46의 반공진 주파수 fap가, 직렬로 접속된 직렬 공진자들 43, 45, 47의 공진 주파수 frs와 동등하도록 설정되는 것이 바람직하다.
본 구현예에 따른 SAW 필터 41에 있어서, 상기 SAW 공진자들 43~47은 바람직하게는 하기의 표2에 주어진 파라미터들을 사용하여 구성된다.
공진자 반사기에서의전극지 개수 IDT 쌍들의개수 중복폭 IDT 파장 IDT-반사기거리
SAW 공진자43, 47 100 120 100 4.422 0.50λ
SAW 공진자44, 46 80 80 120 4.591 0.60λ
SAW 공진자45 100 100 70 4.403 0.50λ
직렬 공진자들 43, 45, 47에 대하여, IDT에 가장 근접한 반사기의 전극지의 중심으로부터, 반사기에 가장 근접한 IDT의 전극지의 중심까지의 거리 r이, 약 0.5λ로 설정되는 것이 바람직하다.
병렬 공진자들 44, 46에 대하여는, 상기 거리 r이, 0.5λ보다 더 큰 약 0.6λ로 설정되는 것이 바람직하다. 그러므로, 통과대역의 고대역 말단과 저지대역의 말단간의 감쇠량이 개선될 수 있다. 이것을 도13 및 도14를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도13은, 스퓨리어스 성분이 발생된 주파수와, 상기 IDT와 상기 반사기간의 거리 r과의 관계를 나타낸다. 도13에 나타낸 바와 같이, 거리 r이 약 0.5λ보다 더 큰 경우, 상기 SAW 공진자의 반공진 주파수 fa보다 더 높은 주파수 fs에서 스퓨리어스 성분이 발생된다. 또한, 상기 거리 r이 변화되는 경우, 스퓨리어스 성분의 주파수 fs가 변화한다는 것을 나타낸다. 따라서, 스퓨리어스 성분을 또한 이용하여, 통과대역의 고대역 말단과 저지대역의 말단과의 사이에 더욱 가파른 주파수 응답을 형성할 수 있다는 것은 물론이다.
도15는 병렬 공진자들 44, 46의 임피던스-주파수 특성을 나타낸다. 통과대역의 고대역 말단과 저지대역의 말단간의 주파수 응답이 직렬 공진자(도3d를 참조한다)의 반공진 주파수 fas와 관련이 있기 때문에, 본원 발명자들은, 스퓨리어스 성분 Y의 주파수 fs가 직렬 공진자들의 반공진 주파수 fas보다 더 낮게 설정되어야 한다고 결정하였다. 더욱이, 본원 발명자들은, 삽입손실이 증가하는 것을 방지하기 위해, 주파수 fs가 통과대역의 고대역 말단 fph보다 더 높아야 한다고 결정하였다. 그 결과로서, 스퓨리어스 성분의 주파수 fs가, 직렬 공진자들의 반공진 주파수 fas와 SAW 필터 41의 통과대역의 고대역 말단 fph와의 사이에 설정된다.
전술한 관점에서, 본 구현예에 따른 SAW 필터 41에 있어서, 병렬 공진자들 44, 46의 각각의 IDT와, 상기 이웃하는 공진자간의 거리 r이 표2에 주어진 바와 같이 설정되는 것이 바람직하다. 더욱 상세하게는, 각각의 병렬 공진자들 44, 46에 있어서, 상기 IDT와 상기 이웃하는 반사기와의 거리가 약 0.6λ로 설정되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2구현예에 따른 상기 SAW 필터 41의 필터링(filtering) 특성을 도15에 나타낸다. 비교를 위하여, 병렬로 접속된 각각의 공진자들 44와 46에 있어서, 상기 인터디지탈 트랜스듀서와 상기 이웃하는 반사기와의 거리가 0.5λ로 설정된다는 점을 제외하고는, 상술한 표면파 필터 41과 구조면에서 유사하였던 SAW 필터를 구성하였다. 비교를 위하여 사용된 이 SAW 필터의 필터링 특성들을 도16에 나타낸다.
도15 및 도16의 주파수 특성들을 비교해 보면, 상기 SAW 필터 41의 주파수 응답은 (A로 표시된) 통과대역의 고대역측에서 갑자기 강하하며, 또 비교용 SAW 필터보다 가파른 경사를 갖는다는 것이 드러난다. 따라서, 주파수 영역 C에서의 저지대역 감쇠가, 비교용 SAW 필터와 비교하여, 약 10㏈ 개선된다.
IDT와 반사기와의 거리를 약 0.5λ보다 더 작게 하는 것 대신에, 세 개의 병렬 공진자들이 도6에 나타낸 SAW 공진자들과 다른 전극 구조를 갖는다는 점을 제외하고는, 본 발명의 제3구현예에 따른 SAW 필터는 제1구현예에 따른 SAW 필터와 동일한 구조를 갖는다.
제3구현예에 따른 SAW 필터에 있어서, 병렬 공진자들은 도17에 나타낸 전극 구조를 갖는다. 대개 참조번호 51로 표시된 SAW 공진자는, IDT 51a 및 반사기 51b, 51c를 포함한다. 상기 IDT 51a는 반사기 51b와 반사기 51c와의 사이에 삽입되며, 또한 한 쌍의 인터디지테이티드 전극들 54, 57을 구비한다. 상기 인터디지테이티드 전극 54는 복수개의 전극지들 52와, 상기 전극지들 52에 접속된 버스바(bus bar) 53을 포함한다. 또 인터디지테이티드 전극 57은 복수개의 전극지들 55와 상기 전극지들 52에 접속된 버스바 56을 포함한다. 이에 의해, 상기 인터디지테이티드 전극들 54, 57은 서로 맞물려지는 것을 특징으로 한다. 버스바 56이 반사기들 51b, 51c에 접속되지만, 상기 버스바 56은 상기 반사기들 51b, 51c로부터 분리될 수 있다.
상기 SAW 공진자 51에 있어서, 반사기들 51c, 51b와 이웃하는 최외각 전극지들 55e 각각은 다른 전극지들 52, 55의 폭 w1보다 더 작은 폭 w2를 가지며, 한편 상기 IDT 51a와 반사기 51b 또는 51c간의 거리가 약 0.5λ로 설정되는 것이 바람직하다. 이 구조에 의해, 통과대역의 저대역 말단과 저지대역의 말단간의 주파수 응답의 측면이 가파르게 된다. 이것을 하기에서 더욱 상세하게 설명한다.
상기 SAW 공진자의 주파수 응답에서 발생된 스퓨리어스 성분은, 보통 상기 IDT와 상기 반사기와의 사이의 불연속성에 의해 발생된다. 보통, IDT와 반사기는, 복수개의 전극지들을 설치하여서 탄성 표면파를 반사하는 유사한 구조를 갖는다. 그러므로, 다른 폭을 갖는 전극지가 IDT에 설치되어 있는 경우에 있어서, 전극지에 의한 탄성 표면파의 반사가 탄성 표면파의 위상을 교란하며, 이에 의해 스퓨리어스 성분을 발생한다.
상기 SAW 공진자 51에 있어서 최외각 전극지들 55e의 폭이 다른 전극지들 52, 55의 폭보다 더 작게 형성되는 경우, 상기 반사파의 위상차가 작게 되며, 이에 의해 IDT와 반사기간의 거리가 감소되는 경우에 있어서와 동일한 효과를 얻는다. 즉, 스퓨리어스 성분은 병렬 공진자의 공진 주파수와 반공진 주파수와의 사이에 위치될 수 있다. 또한, 스퓨리어스 성분의 주파수가 최외각 전극지들의 폭을 변경함으로써 이동될 수 있다. 따라서, IDT의 최외각 전극지들의 폭을 다른 전극지들의 폭보다 더 작게 만듦으로써, 병렬 공진자의 공진 주파수와, SAW 필터의 통과대역의 저대역 말단과의 사이에 스퓨리어스 성분이 위치될 수 있다. 이에 의해, 통과대역의 저대역 말단과 저지대역의 말단간의 주파수 응답이 종래의 장치와 비교하여 상당히 가파르게 형성될 수 있다.
본 발명의 제4구현예에 따른 SAW 필터는, 최외각 전극지들이 폭이 다른 전극지들보다 더 크다는 점을 제외하고는, 제3구현예에 따른 SAW 필터와 동일한 구조를 갖는다.
더욱 상세하게는, 제4구현예에 따른 SAW 필터에 있어서, 병렬 공진자들은 도18에 나타낸 전극 구조를 갖는다. 상기 SAW 공진자 61은 IDT 61a 및 반사기들 61b, 61c를 포함한다. 상기 SAW 공진자 61에 있어서, 상기 반사기들 61c, 61b와 각각 이웃하는 최외각 전극지들 65e는, 다른 전극지들 62, 65의 폭 w1보다 더 큰 폭 w3를 갖는다.
제3구현예의 설명으로부터 알 수 있듯이, 최외각 전극지들 65e의 폭 w3가 다른 전극지들 62, 65의 폭보다도 더 크게 형성되는 경우, 반사파의 위상 변화가 커지게 되며, 이에 의해 IDT와 반사기간의 거리가 더 크게 형성되는 경우에서와 동일한 효과를 얻는다. 그러므로, 병렬 공진자의 반공진 주파수의 고대역측상에 스퓨리어스 성분이 위치될 수 있다. 스퓨리어스 성분의 주파수는 또한 최외각 전극지들의 폭을 변경함으로써 이동될 수 있다. 따라서, IDT의 최외각 전극지들의 폭을 다른 전극지들의 폭보다 더 크게 함으로써, 직렬 공진자의 반공진 주파수와 SAW 필터의 통과대역의 고대역 말단과의 사이에 스퓨리어스 성분이 위치될 수 있다. 이에 의해, 통과대역의 고대역 말단과 저지대역의 말단간의 주파수 응답이 종래 필터들 보다 상당히 가파르게 형성될 수 있다.
전술한 제3구현예 및 제4구현예에서, 병렬 공진자들에 있어서 IDT의 최외각전극지들의 폭이 다른 전극지들의 폭과는 다르게 형성되지만, 반사기들의 전극구조가 변경될 수 있다.
IDT와 반사기간의 거리를 약 0.5λ보다 더 작게 하는 것 대신에, 세 개의 병렬 공진자들이 도6에 나타낸 SAW 공진자들과는 다른 전극 구조를 갖는다는 점을 제외하고는, 본 발명의 제5구현예에 따른 SAW 필터는 제1구현예에 따른 SAW 필터와 동일한 구조를 갖는다.
제5구현예에 따른 SAW 필터에 있어서, 병렬 공진자들은 도19에 나타낸 전극구조를 갖는다. SAW 공진자 71은, IDT 71a 및 반사기들 71b, 71c를 포함한다. 상기 IDT 71a는, 상기 반사기들 71b와 71c와의 사이에 삽입된다. 상기 반사기들 71b는, 복수개의 전극지들 72와, 상기 전극지들 72의 양단부들에서 접속되어 있는 버스바들 73, 74를 각각 포함한다. 상기 반사기들 71c는 또한 복수개의 전극지들 75, 및 상기 전극지들 75의 양단부들에서 접속되어 있는 버스바들 76, 77을 각각 포함한다.
상기 공진자들 71b, 71c에 있어서, 상기 IDT 71a와 이웃하는 전극지들 72e, 75e는, 다른 전극지들 72, 74의 폭 w5보다 더 작은 폭 w4를 갖는다. 이 구조에 의해, 반사기가 반사파의 위상 변화를 작게 하기 때문에, 통과대역의 저대역 말단과 저지대역의 말단간의 주파수 응답의 측면이 가파르게 되어, IDT와 반사기간의 거리가 감소되는 경우에 달성된 효과와 동일한 효과를 얻는다.
따라서, IDT와 이웃하는 반사기의 전극지들의 폭을 다른 전극지들의 폭보다 더 작게 함으로써, 병렬 공진자의 공진 주파수와, SAW 필터의 통과대역의 저대역말단과의 사이에 스퓨리어스 성분이 위치될 수 있다. 이에 의해, 통과대역의 저대역 말단과 저지대역의 말단간의 주파수 응답이 종래의 필터들보다 상다히 가파르게 형성될 수 있다.
본 발명의 제6구현예에 따른 SAW 필터는, IDT와 이웃하는 반사기들의 전극지의 폭이 다른 전극지들보다 더 크다는 점을 제외하고는, 제1구현예에 '따른 SAW 필터와 동일한 구조를 갖는다.
제6구현예에 다른 SAW 필터에 있어서, 병렬 공진자들은 도20에 나타낸 전극구조를 갖는다. SAW 공진자 78은, IDT 78a 및 반사기들 78b, 78c를 포함한다. 상기 IDT 78a는, 상기 반사기들 78b와 78c와의 사이에 삽입된다. 상기 반사기 78b는, 복수개의 전극지들 79와, 상기 전극지들 79의 양단부들에서 접속되어 있는 버스바들 73, 74를 각각 포함한다. 상기 반사기들 78c는 또한 복수개의 전극지들 80, 및 상기 전극지들 76의 양단부들에서 접속되어 있는 버스바들 76, 77을 각각 포함한다.
상기 공진자들 78b, 78c에 있어서, 상기 IDT 78a와 이웃하는 전극지들 79e, 80e는, 다른 전극지들 79, 80의 폭 w5보다 더 작은 폭 w6를 갖는다. 이 구조에 의해, 반사기가 반사파의 위상 변화의 크기를 증가하기 때문에, 통과대역의 고대역 말단과 저지대역의 말단간의 주파수 응답의 측면이 가파르게 되어, IDT와 반사기간의 거리가 증가되는 경우에 달성된 효과와 동일한 효과를 얻는다.
따라서, IDT와 이웃하는 반사기의 전극지들 중 한 개의 폭을 다른 전극지들의 폭보다 더 작게 함으로써, 직렬 공진자의 반공진 주파수와, SAW 필터의 통과대역의 고대역 말단과의 사이에 스퓨리어스 성분이 위치될 수 있다. 이에 의해, 통과대역의 고대역 말단과 저지대역의 말단간의 주파수 응답이 종래의 필터들보다 상당히 가파르게 형성될 수 있다.
전술한 제1구현예~제6구현예에 있어서, 직렬 공진자들과 함께 사다리형 회로를 갖는 SAW 필터를 형성하는 병렬 공진자들의 스퓨리어스 성분이, 도21a에 나타낸 바와 같이, 병렬 공진자의 공진 주파수 frp와, SAW 필터의 통과대역의 저대역 말단 fpl과의 사이에 위치되거나, 또는 도21b에 나타낸 바와 같이, 직렬 공진자의 반공진 주파수와 SAW 필터의 통과대역의 고대역 말단 fph와의 사이에 위치되는 것이 바람직하다. 비록 이들 구조가 통과대역의 저대역 또는 고대역 말단 근방에서 주파수 응답의 가파름을 성공적으로 개선할 수 있지만, 이들 구조들은, 도21a 및 도21b에 나타낸 바와 같이 고임피던스점 A 또는 B를 발생하는 병렬 공진자에 있어서 주공진(main resonance)과 스퓨리어스 성분의 복합 임피던스에 의해, 스퓨리어스 성분의 근방에서 병렬 공진을 발생할 수 있다. 그 결과, 고임피던스점 A 또는 B는, 주파수 응답의 저지대역내에 스파이크(spike) 형상으로 불리하게도 리플을 발생할 수 있다.
하기에 설명된 본 구현예는, 저지대역 내에 나타나는 리플을 억제하는 구조를 제공하며, 또 제1구현예~제6구현예 중 어느 하나에 따른 SAW 필터에 결합될 수 있다.
도22a는 제7구현예에 따른 SAW 필터에 있어서 병렬 공진자의 평면도를 나타낸다. 병렬 공진자 81은, 제1구현예에 따른 구조를 포함하는 어느 구조 및 저지대역 내에 나타날 수 있는 리플을 억제하는 어느 구조를 갖는다. 도22a에 나타낸 바와 같이, 병렬 공진자 81은 IDT 81a 및 한 쌍의 반사기들 81b, 81c를 포함한다. 상기 IDT 81a는 복수개의 전극지들 82를 갖는 한 쌍의 인터디지테이티드 전극들을 포함하며, 상기 한 쌍의 인터디지테이티드 전극들은 서로 맞물려진다. 상기 IDT 81a는, 상기 반사기 81b와 상기 반사기 81c와의 사이에 삽입된다. 상기 반사기들 81b, 81c는, 각각 복수개의 전극지들 83을 포함한다.
상기 병렬 공진자 81에 있어서, 상기 IDT 81a에 가장 근접한 반사기 81b 또는 81c의 전극지 83e의 중심으로부터, 상기 반사기 81b 또는 81c에 가장 근접한 상기 IDT의 전극지 82e의 중심까지의 거리 r이, 약 0.5λ 미만으로 설정되는 것이 바람직하다(단, λ는 제1구현예에 상세하게 설명된 바와 같이, 병렬 공진자 81에서 여기된 탄성 표면파의 파장이다).
게다가, 반사기들 81b, 81c의 전극지들 83간의 피치 p2가, IDT 81a의 전극지들 82 사이의 피치 p1 미만인 것이 바람직하다. 이 특정 구현예에 있어서, 비율 p1/p2가 약 1.02와 동등하도록 설정되는 것이 바람직하다. 이 구조에 의해, 병렬 공진자 81의 반사기의 저지대역의 저대역 말단보다 더 낮은 주파수에서 스퓨리어스 성분의 위치결정이 달성되며, 이에 의해 사다리형 회로에 병렬 공진자 81를 포함하는 SAW 필터의 저지대역의 감쇠를 개선한다. 이하, 이것을 더욱 상세하게 설명한다.
커비티(cavity-type)형의 1-포트 SAW 공진자는, 일반적으로, 반사기에 의해, 탄성 표면파 에너지를 공진자 내에 한정함으로써, 높은 Q값을 얻을 수 있다. 공진자들의 반사력은, 실제적인 전반사(total reflection) 때문에 저지대역 내에서 매우 크며, 그러므로 반사기의 저지대역은, 탄성 표면파가 전반사되는 주파수 범위로 한정된다. 그러나, 저지대역 이외에서는 반사력이 매우 낮으며, 이것은 저한정율(a low confinement efficiency)을 초래한다. 따라서, 스퓨리어스 성분에 의해 발생된 임피던스 피크가 저지대역 이외에 위치되도록, 또 반공진 주파수가 저지대역 내에 있도록 전술한 저지대역을 조정함으로써, 삽입손실을 증가하지 않고서도, 스퓨리어스 성분의 임피던스 피크를 억제할 수 있다.
저지대역의 중심 주파수는 반사기에서 전극지들의 피치에 의해 결정된다. 반사기에서 저지대역의 대역폭은, 반사력과 전극지들의 폭에 의해 결정된다. IDT에서 상기 공진 주파수와 반공진 주파수는, 전극지들의 피치에 의해 결정된다. 따라서, 반사기들의 전극지들의 피치와, IDT의 전극지들의 피치간의 비율을 조정함으로써, 병렬 공진자의 스퓨리어스 성분에 의해 발생된 공진 주파수, 반공진 주파수 및 임피던스 피크는, 병렬 공진자의 반사기의 저지대역에 대하여 원하는 위치에서 설정될 수 있다.
도23a는 도22a에 나타낸 병렬 공진자 81의 임피던스-주파수 특성을 보여주는 도면이다. 도23a에 나타낸 바와 같이, 반사기의 저지대역은, 스퓨리어스 성분에 의해 발생된 임피던스 피크 A가 저지대역 이외에 위치되도록 이동되며, 이에 의해 임피던스 피크 A를 억제한다.
도24는 병렬 공진자 81에서 발생된 스퓨리어스 성분 근방에서 임피던스-주파수 특성을 더욱 상세하게 보여주는 도면이다. 도24에서, 곡선 C는, 본 구현예에 따라서 바람직하게도 IDT와 반사기간의 거리가 약 0.33λ로 설정되며, 또 피치비(pitch ratio)가 약 1.02인 경우에 있어서의 임피던스-주파수 특성을 나타낸다. 곡선 D는, 비교예로서, IDT와 반사기간의 거리가 0.4λ로 설정되며, 또 피치비가 1.00인 경우에 있어서이다. 곡선 E는, 비교예로서, IDT와 반사기간의 거리가 0.5λ로 설정되며, 또 피치비가 1.00인 경우(즉, 스퓨리어스 성분이 발생되지 않는다)에 있어서이다.
도24에서 알 수 있듯이, 곡선 C에 있어서, 스퓨리어스 성분에 의해 발생된 임피던스 피크는, 공진 주파수와 반공진 주파수간의 임피던스-주파수 곡선의 임의의 가파름을 떨어뜨리지 않고서도 성공적으로 억제된다.
도25는 본 구현예에 따른 병렬 공진자 81을 포함하는 사다리형 회로를 포함하는 SAW 필터에 따른 주파수 응답을 보여주는 도면이다. 도25는 또한 제1구현예에 따른 SAW 필터에 의해 얻어진 주파수 응답을 나타낸다. 도25로부터 알 수 있듯이, 제1구현예의 SAW 필터에 따른 주파수 응답의 저지대역 내에 나타나는 리플 H가, 본 구현예의 SAW 필터에서 억제된다. 그 결과, 저지대역에서의 감쇠가, 제1구현예에 따른 SAW 필터와 비교하여, 약 3㏈ 향상된다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 구현예에 따른 공진자들의 특징은, 다른 구현예들에 따른 구조에 결합될 수 있다.
도22b는, 제2구현예에 따른 구조가, 저지대역 내에 나타나는 리플을 억제하는 구조에 결합되는 병렬 공진자 91의 평면도를 나타낸다. 도22b에 나타낸 바와 같이, 병렬 공진자 91은 IDT 91a 및 한 쌍의 반사기들 91b, 91c를 포함한다. 상기IDT 91a는 서로 맞물려진 복수개의 전극지들 92를 갖는 한 쌍의 인터디지테이티드 전극들을 포함한다. 상기 IDT 91a는, 반사기 91b와 반사기 91c와의 사이에 삽입된다. 상기 반사기들 91b, 91c는, 각각 복수개의 전극지들 93을 포함한다.
병렬 공진자 91에 있어서, 상기 IDT 91a에 가장 근접한 반사기 91b 또는 91c의 전극지 93e의 중심으로부터, 상기 반사기 91b 또는 91c에 가장 근접한 IDT의 전극지 92e의 중심까지의 거리 r이, 약 0.5λ보다 더 큰 것이 바람직하다(단, λ는 제2구현예에 상세하게 설명된 바와 같이, 병렬 공진자 91에서 여기된 탄성 표면파의 파장이다).
게다가, 반사기들 91b, 91c의 전극지들 93간의 피치 p3가, IDT 91a의 전극지들 92 사이의 피치 p1보다 더 크다. 이 특정 구현예에 있어서, 비율 p1/p3가 약 0.98인 것이 바람직하다. 이 구조에 의해, 병렬 공진자 91의 반사기의 저지대역의 고대역 말단보다 더 높은 주파수에서 스퓨리어스 성분의 위치결정이 달성되며, 이에 의해 사다리형 회로에 병렬 공진자 91를 포함하는 SAW 필터의 저지대역의 감쇠를 개선한다.
도23b는 도22b에 나타낸 병렬 공진자 91의 임피던스-주파수 특성을 보여주는 도면이다. 도23b에 나타낸 바와 같이, 저지대역은, 스퓨리어스 성분에 의해 발생된 임피던스 피크 B가 저지대역 이외에 있도록 이동되며, 이에 의해 임피던스 피크 B를 억제한다.
도26은, 병렬 공진자 91에서 발생된 스퓨리어스 성분들 근방에서 임피던스-주파수 특성을 더욱 상세하게 보여주는 도면이다. 도26에서, 곡선 F는, 바람직하게도 IDT와 반사기간의 거리가 약 60λ로 설정되며, 또 바람직하게도 피치비 p1/p3가 약 0.98로 설정된 경우에 있어서의 임피던스-주파수 특성을 나타낸다. 곡선 G는, IDT와 반사기간의 거리가 0.65λ로 설정되며, 또 피치비가 1.00인 경우에 있어서의 비교예이다. 곡선 H는, IDT와 반사기간의 거리가 0.5λ로 설정되며, 또 피치비가 1.00인 경우(즉, 스퓨리어스 성분이 발생되지 않는다)에 있어서의 비교예이다.
도26에서 알 수 있듯이, 곡선 F에 있어서, 스퓨리어스 성분에 의해 발생된 임피던스 피크는, 공진 주파수와 반공진 주파수간의 임피던스-주파수 곡선의 원하는 가파름을 떨어뜨리지 않고서도 성공적으로 억제된다.
도27은 본 발명의 구현예에 따른 병렬 공진자 91을 포함하는 사다리형 회로를 포함하는 SAW 필터에 따른 주파수 응답을 보여주는 도면이다. 도27은 또한 제2구현예에 따른 SAW 필터에 의해 얻어진 주파수 응답을 나타낸다. 도27로부터 알 수 있듯이, 제2구현예의 SAW 필터에 따른 주파수 응답의 저지대역 내에 나타나는 리플 J가, 본 구현예의 SAW 필터에서 억제된다. 그 결과, 저지대역에서의 감쇠가, 제2구현예에 따른 SAW 필터와 비교하여, 약 3㏈ 향상된다.
상술한 바와 같이, 본 구현예는, 여기에 설명된 다른 구현예들에 따른 SAW 필터에 결합될 수 있다. 더욱 상세하게는, 반사기들의 전극지들의 피치는, 제3구현예 또는 제5구현예에 사용된 병렬 공진자에서 IDT의 전극지들의 피치보다 더 작게 될 수 있으며, 또 반사기들의 전극지들의 피치는 제4구현예 또는 제6구현예에서 사용된 병렬 공진자에서 IDT의 전극지들의 피치보다 더 크게 형성될 수 있다.
도28은, 본 발명의 제8구현예에 따른 SAW 필터의 평면도이다. 대개 참조번호101로 표시한 이 SAW 필터는, 병렬 공진자들 105, 107, 109 및 직렬 공진자들 104, 106이 배치되어 있는 표면파 기판 102를 포함한다. 이 SAW 필터 101은, 바람직하게도 본 발명의 제1구현예와 제2구현예 양자(兩者)의 특징들을 겸비한다.
보다 명확하게 말하면, 직렬 공진자들 104, 106은, 입력단자 IN과 출력단자 OUT과의 사이에 직렬로 접속된다. 병렬 공진자들 103, 105, 107은, 상기 공진자들 104, 106의 직렬암과 접지전위와의 사이에 병렬로 접속된다. 접속전극 108, 109, 110은, 상기 공진자들 104~107을 접속하기 위해 설치된다.
본 바람직한 구현예에 있어서, 상기 공진자들 103~107은 하기의 표3에 주어진 파라미터들을 이용하여 설계되는 것이 바람직하다.
공진자 반사기에서의전극지 개수 IDT 쌍들의개수 중복폭 IDT 파장 IDT-반사기거리
SAW 공진자103, 107 100 50 60 4.303 0.62λ
SAW 공진자104, 106 100 95 50 4.142 0.50λ
SAW 공진자105 50 120 120 4.327 0.43λ
표3으로부터 알 수 있듯이, 직렬 공진자들 104, 106에 대하여, IDT에 가장 근접한 반사기의 전극지의 중심으로부터, 반사기에 가장 근접한 IDT의 전극지의 중심까지의 거리 r이 0.5λ로 설정된다. 한편, 병렬 공진자들 103, 107에 대하여, 상기 거리 r이 0.62λ로 설정되는 것이 바람직하다. 병렬 공진자 105에 대하여, 거리 r이 0.43λ로 설정되는 것이 바람직하다.
더욱 상세하게는, 병렬로 접속된 공진자들 103, 105, 107 중 공진자 105는, 제1구현예의 제2공진자에 대응한다. 병렬 공진자들 103, 107은 제2구현예의 제2공진자들에 대응한다.
본 구현예에 따른 SAW 필터 101의 필터링 특성을 도20에 도시한다. 비교를 위하여, 각각의 인터디지탈 트랜스듀서와 상기 이웃하는 반사기간의 거리 r이, 모든 SAW 공진자들 103~107에 대하여 약 0.5λ로 설정되는 것이 바람직하며, 또 얻은 SAW 필터 특성들을 도30에 나타낸다.
도29와 도30을 비교함으로써 알 수 있듯이, 본 발명의 바람직한 구현예에 따라서, 도29에서의 주파수 응답은, 매우 가파른 기울기를 가지면서 저지대역과 통과대역과의 사이에 가파른 측면을 갖도록 대단히 개선된다. 그 결과, 저지대역에서 영역 B, C에서의 감쇠량이 약 5㏈ 개선된다. 그러므로, 통과대역의 양측상에서 주파수 응답의 가파름이 대단히 향상된다. 그 결과, 우수한 선택성을 갖는 대역통과 필터가 얻어진다.
본 발명의 제9구현예는, 제1구현예~제8구현예에 따른 SAW 필터가 패키지내에 수용된 SAW 필터 장치에 관한 것이다.
도31은, 본 발명의 구현예들과의 비교를 위하여 만들어진 비교예에 따른 SAW 필터 장치 121을 보여주는 평면도이다. SAW 필터 장치 121은, 도32에 나타낸 SAW 필터 131이 패키지 122에 수용되며, 또 패키지 122의 바닥면 122a상에 실장된 구조를 갖는다. 상기 패키지 122에 있어서, 단차부들 122b, 122c는 바닥면 122a의 양측들상에 형성된다. 전극들 123a~123c 및 124a~124c는, 각각 단차부들 122b, 122c상에 형성된다. 전극들 123a~123c 및 124a~124c는, 패키지 122의 외측상에 외부전극들(도시하지 않았음)에 전기적으로 접속된다.
SAW 필터 131의 병렬 공진자 133에 속하는, IDT 133a의 한 쌍의 인터디지테이티드 전극들 중 한개가, 접지될 전극 123a에 접속선 125a에 의해 전기적으로 접속된다. 접속전극 138은, 접속선 125b에 의해 전극 123b에 전기적으로 접속된다. 병렬 공진자 135의 IDT에 속하는, 한 쌍의 인터디지테이티드 전극들 중 한 개는, 접지될 전극 124a에 접속선 125c에 의해 전기적으로 접속된다.
유사하게도, 접속전극 140은 접속선 125d에 의해 전극 124b에 전기적으로 접속된다. 병렬 공진자 137의 IDT에 속하는 한 쌍의 인터디지테이티드 전극들 중 한 개가, 접지될 전극 124c에 접속선 125e에 의해 전기적으로 접속된다. 전극 123b는 입력단자에 접속되어야 하고, 전극 124b는 출력단자에 접속되어야 한다. 요약하면, SAW 필터 131은 전극들 123a, 123b, 124a~124c에 접속선들 125a~125e에 의해 전기적으로 접속된다.
반대로, 도33은 본 구현예에 따른 SAW 필터 장치 141을 보여주는 평면도이다. 본 구현예에 따른 SAW 필터 장치 141에 있어서, 제1구현예에 따른 SAW 필터 21은 패키지 142에 수용된다. 패키지 142는, 패키지 122와 동일한 구조를 갖는다. 즉, 수평면(level)상에 있어서 바닥면 142a보다 더 높이 있는 단차부 142b와 단차부 142c와의 사이에, 바닥면 142a가 설치된다. 전극들 143a~143c 및 144a~144c는,각각 단차부들 142b, 142c상에 형성된다.
SAW 필터 1의 병렬 공진자 23에 속하는 IDT의 한 쌍의 인터디지테이티드 전극들 중 한 개는, 각각 접속선들 145a, 145b에 의해 전극들 143a, 143c에 전기적으로 접속된다. 즉, 접지될 인터디지테이티드 전극은, 개별적으로 접지될 전극들 143a, 143c에, 두 개의 접속선들 145a, 145b에 의해 전기적으로 접속된다.
한편, 접속전극 28은 입력전극으로서 사용된 전극 143b에 접속선 145c에 의해 접속된다. 병렬 공진자 25의 IDT에 속하면서, 또 접지될 인터디지테이티드 전극은, 개별적으로, 접지될 전극들 144a, 144c에 접속선들 145d, 145e에 의해 전기적으로 접속된다.
접속전극 30은 패키지 142상에 출력전극으로서 사용된 전극 144b에 접속선 145f에 의해 접속된다. 게다가, 병렬 공진자 27의 IDT에 속하는 한 쌍의 인터디지테이티드 전극들 중 한 개는, 접지될 전극 144c에 접속선 145g에 의해 접속된다.
제8구현예에서 설명된 바와 같이, 스퓨리어스 성분은 주파수 응답에서 임피던스 피크를 발생한다. 임피던스 피크는, 스퓨리어스 성분의 주파수에서 감쇠가 작아지는 경우에 크며, 또 스퓨리어스 성분의 주파수에서 감쇠가 큰 경우에 작다. 그러므로, 스퓨리어스 성분에 결합된 임피던스 피크를 억제하기 위해, 스퓨리어스 성분이 감쇠가 큰 병렬 공진자의 공진 주파수에 근접하여 위치되는 것이 바람직하다.
스퓨리어스 성분을 낮춤으로써 병렬 공진자의 공진 주파수에 근접한 주파수에서 스퓨리어스 성분을 배치할 수 있지만, 이것은 불리하게도 스퓨리어스 성분을 너무 낮게 하여, 주파수 응답의 가파름을 개선하기 위하여 스퓨리어스 성분을 이용할 수 없다. 그러므로, 병렬 공진자의 공진 주파수만을 증가할 필요가 있다.
도33에 나타낸 SAW 필터 장치 141에 있어서, 접속선 등에 결합된 인덕턴스 성분들이 감소되어, 병렬 공진자들 3, 5, 7의 공진 주파수를 증가한다. 이하, 상기 이유를 더욱 상세하게 설명한다.
도34는 도31에 나타낸 종래의 SAW 필터의 등가회로를 나타낸다. 상기 회로는 접속선 등에 결합된 인덕턴스 성분을 포함한다. 보다 구체적으로는, 상기 회로는 접속선의 인덕턴스 L1과, 패키지 132의 잔여 인덕턴스 L2 및 접지될 전극들의 잔여 인덕턴스 L3를 포함한다. 그러므로, 병렬 공진자들에 기여하는 전체 인덕턴스 La는 다음과 같이 표시된다.
La=L1+L2+L3
도35는 도33에 나타낸 SAW 필터 141의 등가회로도를 나타낸다. 상기 SAW 필터 141에 있어서, 병렬 공진자들 3, 5는, 각각 접속선들 145a, 145b, 145d, 145e에 의해 개별적으로 접지된다. 그러므로, 접속선들에 의해 발생된 추가 인덕턴스 L1과, 패키지의 잔여 인덕턴스 L2는, 상기 존재하는 인덕턴스 L1, L2에 병렬로 삽입된다. 병렬 공진자들 3, 5에 기여하는 전체 인덕턴스 Lb는 다음과 같이 표시된다.
Lb=(L1+L2)/2+L3
상기 수학식1 및 수학식2로부터 명백한 바와 같이, 도33에 나타낸 SAW 필터 141의 병렬 공진자들에서 인덕턴스가 감소된다.
도36은, 도31에 나타낸 종래 SAW 필터 장치의 주파수 응답을 나타낸다. 도37은, 본 구현예에 따른, 도33에 나타낸 SAW 필터 장치의 주파수 응답을 나타낸다. 도36에 나타낸 바와 같이, 주파수 응답은 가파른 측면을 발생하지만, 임피던스 피크 Q가 발생한다. 그 결과, 저지대역에서의 감쇠가 약 16㏈로 제한된다.
한편, 도37에 나타낸 바와 같이, 병렬 공진자들의 공진 주파수를 증가함으로써 주파수 응답에 있어서 임피던스 피크가 감소된다. 그러므로, 저지대역에서의 감쇠가 약 6㏈ 개선된다.
도38은, 본 구현예의 변경에 따른 SAW 필터 장치 151의 평면도이다. 상기 SAW 필터 151에 있어서, 제1구현예에 따른 SAW 필터 21은 패키지 142의 바닥면 142a 위에 실장된다. 병렬 공진자 23의 IDT에 속하는 한 쌍의 인터디지테이티드 전극들 중 한 개는, 각각 접지될 전극들 143a, 144a에 접속선들 155a, 155b에 의해 전기적으로 접속된다. 병렬 공진자 5의 IDT에 속하는 한 쌍의 인터디지테이티드 전극들 중 한 개는, 접지될 전극들 143c, 144a에 접속선들 155c, 155d에 의해 전기적으로 접속된다. 더욱이, 병렬 공진자 27의 IDT에 속하는 한 쌍의 인터디지테이티드 전극들 중 한 개는, 접지될 전극들 143c, 144c에 접속선들 155e, 155f에 의해 전기적으로 접속된다.
상기 SAW 필터 장치 151에 있어서, 병렬 공진자들 23, 25, 27의 인터디지테이티드 전극들은, 접지될 전극들에, 접속선들 155a, 155b, 155c, 155d, 155e, 155f에 의해 개별적으로 접속된다.
도39는 SAW 필터 장치 151의 등가회로도이다. 도39에 나타낸 바와 같이, 각각의 병렬 공진자들 23, 25, 27은, 직렬 인덕턴스 L1+L2+L3의 두 개의 병렬 경로(paths)에 의해 접지된다. 그러므로, 각각의 병렬 공진자에 기여하는 인덕턴스 Lc는 Lc=(L1+L2+L3)/2에 의해 표시되며, 인덕턴스는 도31에 나타낸 SAW 필터 장치 121의 약 절반으로 감소될 수 있다.
도40에 나타낸 바와 같이, 병렬 공진자들의 공진 주파수를 증가함으로써, 주파수 응답에 있어서 임피던스 피크가 한층 감소된다. 그러므로, 저지대역에서의 감쇠가 SAW 필터 장치 121과 비교하여 약 10㏈ 향상된다.
본 구현예에 따른 SAW 필터 장치가 제1구현예에서 설명된 SAW 필터에 근거되지만, 제3구현예, 제5구현예, 제6구현예, 제7구현예, 제8구현예에 따른 SAW 필터가 본 구현예에 결합될 수 있다는 것은 물론이다.
도41은 본 발명의 제10구현예에 따른 SAW 필터 장치를 보여주는 단면도이다. 상기 SAW 필터 장치 161은, 제1구현예에 따른 SAW 필터 21과 패키지 기판 162 및 캡(cap) 163을 포함하며, 또 SAW 필터 21은 패키지 기판 162 및 캡 163에 의해 형성된 내부공간 164에 놓여져서, 이에 의해 SAW 필터 21은 페이스 다운법(face down method)에 의해 패키지 기판 162상에 실장된다. 더욱 구체적으로는, 땜납 등에 의해 구성된 범프 165a, 165b가, SAW 필터 21에 형성된 전극 패드(pads) 167a, 167b에 설치되어, 이에 의해 외부전극 등에 전기적으로 접속된다.
범프들 165a, 165b가 아랫쪽을 향하도록 SAW 필터가 놓여진 상태로, 전극들166a, 166b와 접촉하여 땜납 범프들 165a, 165b를 형성함으로써, SAW 필터 21은 패키지 기판 162에 전기적으로 접속된다. 주지하는 바와 같이, 전극 패드들 167a, 167b는 외부에 접속될 전극들이며, 접지될 접속전극들 또는 인터디지테이티드 전극들일 수 있다. 도25는 SAW 필터 21을 포함하는 SAW 필터 장치를 나타내지만, 그러나 본 구현예에 따른 SAW 필터 장치는 제3구현예, 제5구현예, 제6구현예, 제7구현예, 제8구현예 중 어느 하나에 따른 SAW 필터를 포함할 수 있다.
SAW 필터 장치 161에 따르면, SAW 필터 21이 접속선에 의해서가 아니라 페이스 다운법에 의해 접속된 범프들 165a, 165b에 의해서 패키지 기판 162에 전기적으로 접속되기 때문에, 병렬 공진자의 접지측에 기여하는 인덕턴스가 감소된다. 그러므로, 제9구현예에 설명한 바와 같이, 저지대역에 나타나는 것 이외의 임피던스 피크가 감소되며, 또 효과적으로 억제된다.
제1구현예~제10구현예에 있어서, 두 개 또는 세 개의 병렬 공진자들, 및 두 개 또는 세 개의 직렬 공진자들은, 사다리형 회로를 갖는 SAW 필터를 형성하는데 이용된다. 그러나, 적어도 한 개의 병렬 공진자가 본 발명의 구현예들에 따른 SAW 필터에 결합되는 경우, 주파수 응답이 제1구현예~제10구현예에서 설명된 바와 같이 향상될 수 있으며, 또 사다리형 회로가 적어도 한 개의 병렬 공진자 및 한 개의 직렬 공진자에 의해 형성될 수 있다는 것은 물론이다. 사다리형 회로에서 단차(stages)의 개수를 증가시키지 않고서도 본 발명의 목적이 양호한 특성을 갖는 SAW 필터를 제공하려는 것이지만, 본 발명의 구현예들에 따른 SAW 필터가, 두 개 또는 세 개보다 많은 병렬 공진자, 및 두 개 또는 세 개보다 많은 직렬 공진자들에의해 형성될수 있다는 것은 물론이다.
상술한 문제점을 극복하기 위해, 본 발명의 바람직한 구현예들은 필터의 저지대역에서 감쇠를 상당히 개선한 탄성 표면파 장치를 제공한다.
더욱이, 본 발명의 바람직한 구현예들은, 증가된 감쇠와 개선된 주파수-응답을 제공하는 탄성 표면파 필터를 제공한다.
게다가, 본 발명의 바람직한 구현예들은, 병렬 공진자의 공진 주파수와 탄성 표면파 필터의 통과대역의 저대역 말단과의 사이에 위치된 특정 주파수에서, 또는 직렬 공진자의 반공진 주파수와 탄성 표면파 필터의 통과대역의 고대역 말단과의 사이에 위치된 주파수에서 스퓨리어스 성분을 발생하도록 배치된 직렬 공진자와 병렬 공진자를 포함하는 탄성 표면파 필터를 제공한다. 이 스퓨리어스 성분의 위치 선정 및 유용한 용도는 주파수 응답의 상당히 증가된 가파름을 발생하며, 또 통과대역에서 감쇠량을 증가한다.
특정의 임의의 주파수에서 스퓨리어스 성분의 발생 및 위치선정은, 병렬 공진자의 IDT와 반사기간의 거리 r을 0.5λ 미만 또는 0.5λ 초과로 설정함으로써 얻어질 수 있으며, 여기에서 λ는 상기 탄성 표면파 기판에 발생된 탄성 표면파의 파장이다.
또한, 상기 반사기에 가장 근접한 상기 인터디지탈 트랜스듀서의 전극지 폭을, 상기 병렬 공진자의 반사기 또는 인터디지탈 트랜스듀서의 남은 전극지들의 폭보다 더 작게 함으로써, 상기 주파수 응답의 가파름이 증가될 수 있다.
게다가, 상기 스퓨리어스 성분이 상기 병렬 공진자의 상기 반사기의 저지대역 이외에 위치되도록, 상기 반사기의 전극지들간의 피치(pitch)를 상기 인터디지탈 트랜스듀서의 피치보다 더 작게 함으로써, 주파수 응답이 개선될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예들에 따른 탄성 표면파 필터는, 탄성 표면파 기판을 수용하는 패키지내에 설치될 수 있다. 이런 패키지는 패키지에 배치된 복수개의 전극들 및 복수개의 접속선들을 포함한다. 상기 병렬 공진자의 복수개의 전극지들은 한 쌍의 인터디지테이티드 전극들을 구성하며, 또 상기 인터디지테이티드 전극들 중 한 개가 상기 패키지상의 전극들 중 적어도 한 개에 접속선들에 의해 전기적으로 접속된다.
본 발명의 바람직한 구현예들을 기재하였지만, 여기에 기재된 원리를 수행하는 다양한 방식들이 하기의 청구항들의 범위내에서 고려된다. 그러므로, 본 발명의 범위가 청구항에서 설명하는 것에 한정되지 않는다.

Claims (20)

  1. 탄성 표면파 기판(surface acoustic wave substrate);
    입력단자(input terminal);
    출력단자(output terminal);
    접지단자(ground terminal);
    직렬 공진자(series resonator); 및
    제1의 병렬 공진자(a first parallel resonator)
    를 포함하는 탄성 표면파 필터(filter)로서,
    상기 탄성 표면파 기판상에 배치된 상기 직렬 공진자가, 공진 주파수와 반공진 주파수를 가지며, 또 상기 직렬 공진자는 상기 입력단자와 상기 출력단자와의 사이에 직렬로 전기적으로 배치되어 직렬암(series arm)을 형성하며,
    상기 탄성 표면과 기판상에 배치된 상기 제1의 병렬 공진자가, 공진 주파수와, 상기 직렬 공진자의 상기 공진 주파수와 실질적으로 일치하는 반공진 주파수를 가지며; 상기 제1의 병렬 공진자가 상기 직렬암과 접지단자와의 사이에 전기적으로 배치되어, 제1의 병렬암(parallel arm)을 형성하며; 상기 직렬암과 상기 제1의 병렬암이, 상기 탄성 표면파 필터가 소정의 통과대역을 갖도록 사다리형 회로를 구성하며,
    상기 제1의 병렬 공진자가, 상기 제1의 병렬 공진자의 공진 주파수와, 상기 탄성 표면파 필터의 통과대역의 저대역 말단과의 사이에 위치된 주파수에서, 또는상기 직렬 공진자의 반공진 주파수와 상기 탄성 표면파 필터의 통과대역의 고대역 말단과의 사이에 위치된 주파수에서, 스퓨리어스(spurious) 성분을 갖는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1의 병렬 공진자가 1-포트형 탄성 표면파 공진자를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1의 병렬 공진자가 인터디지탈 트랜스듀서(interdigital transducer) 및 한 쌍의 반사기들을 포함하는 탄성 표면파 필터로서,
    상기 탄성 표면파 기판상에 배치된 상기 인터디지탈 트랜스듀서가 복수개의 전극지들을 구비하며,
    상기 인터디지탈 트랜스듀서가 상기 한 쌍의 반사기들 사이에 삽입되도록, 상기 한 쌍의 반사기들이 상기 탄성 표면파 기판상에 배치되며, 또 각각의 반사기들이 복수개의 전극지들을 구비하며, 또
    상기 제1의 병렬 공진자가 상기 제1의 병렬 공진자의 공진 주파수와 상기 탄성 표면파 필터의 통과대역의 저대역 말단과의 사이에 위치된 주파수에서 스퓨리어스 성분을 갖도록, 상기 인터디지탈 트랜스듀서들 중 한 개와, 상기 한 쌍의 반사기들이 배치되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 인터디지탈 트랜스듀서에 가장 근접한 상기 반사기의 전극지 중심으로부터, 상기 반사기에 가장 근접한 상기 인터디지탈 트랜스듀서의 전극지 중심까지의 거리가 0.5λ(단, λ는 탄성 표면파 기판상에서 여기(勵起)될 탄성 표면파의 파장이다) 미만인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  5. 제3항에 있어서, 상기 반사기에 가장 근접한 상기 인터디지탈 트랜스듀서의 전극지 폭이, 상기 인터디지탈 트랜스듀서의 남은 전극지들의 폭보다 더 작은 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  6. 제3항에 있어서, 상기 인터디지탈 트랜스듀서에 가장 근접한 상기 반사기의 전극지 폭이, 상기 반사기의 남은 전극지들의 폭보다 더 작은 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  7. 제3항에 있어서, 상기 스퓨리어스 성분이 상기 병렬 공진자의 상기 반사기의 저지대역 이외에 위치되도록, 상기 반사기의 전극지들간의 피치(pitch)가 상기 인터디지탈 트랜스듀서의 피치보다 더 작은 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  8. 제1항에 있어서, 공진 주파수와, 상기 직렬 공진자의 공진 주파수와 실질적으로 일치하는 반공진 주파수를 갖는 상기 탄성 표면파 기판상에 배치된 제2의 병렬 공진자를 더 포함하는 탄성 표면파 필터로서,
    상기 제2의 병렬 공진자가 상기 직렬암과 상기 접지단자와의 사이에 전기적으로 배치됨으로써, 제2의 병렬암을 형성하고, 상기 직렬암과 상기 제1 및 제2의 병렬암들이 상기 사다리형 회로의 사다리를 구성하며,
    상기 제2의 병렬 공진자가 직렬 공진자의 반공진 주파수와 상기 탄성 표면파 필터의 통과대역의 고대역 말단과의 사이에 위치된 주파수에서 스퓨리어스 성분을 갖는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1의 병렬 공진자가 인터디지탈 트랜스듀서 및 한 쌍의 반사기들을 포함하는 탄성 표면파 필터로서,
    상기 탄성 표면파 기판상에 배치된 상기 인터디지탈 트랜스듀서가 복수개의 전극지들을 구비하며,
    상기 인터디지탈 트랜스듀서가 상기 한 쌍의 반사기들 사이에 삽입되도록, 상기 한 쌍의 반사기들이 상기 탄성 표면파 기판상에 배치되며, 또 각각의 반사기들이 복수개의 전극지들을 구비하며, 또
    상기 제1의 병렬 공진자가 상기 직렬 공진자의 반공진 주파수와 상기 탄성 표면파 필터의 통과대역의 고대역 말단과의 사이의 주파수에서 스퓨리어스 성분을 갖도록, 상기 인터디지탈 트랜스듀서들 중 한 개와, 상기 한 쌍의 반사기들이 배치되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  10. 제9항에 있어서, 상기 인터디지탈 트랜스듀서에 가장 근접한 상기 반사기의전극지 중심으로부터, 상기 반사기에 가장 근접한 상기 인터디지탈 트랜스듀서의 전극지 중심까지의 거리가 0.5λ(단, λ는 탄성 표면파 기판상에서 여기(勵起)될 탄성 표면파의 파장이다)보다 더 큰 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  11. 제9항에 있어서, 상기 반사기에 가장 근접한 상기 인터디지탈 트랜스듀서의 전극지 폭이, 상기 인터디지탈 트랜스듀서의 남은 전극지들의 폭보다 더 큰 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  12. 제9항에 있어서, 상기 인터디지탈 트랜스듀서에 가장 근접한 상기 반사기의 전극지 폭이, 상기 반사기의 남은 전극지들의 폭보다 더 큰 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  13. 제9항에 있어서, 상기 스퓨리어스 성분이 상기 병렬 공진자의 상기 반사기의 저지대역 이외에 위치하도록, 상기 반사기의 전극지들간의 피치(pitch)가 상기 인터디지탈 트랜스듀서의 피치보다 더 큰 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  14. 제3항에 있어서, 상기 탄성 표면파 기판을 수용하는 패키지(package);
    상기 패키지상에 배치된 복수개의 전극들; 및
    복수개의 접속선들
    을 더 포함하는 탄성 표면파 필터로서,
    상기 제1의 병렬 공진자의 복수개의 전극지들이 한 쌍의 인터디지테이티드 전극들을 구성하며, 또 상기 인터디지테이티드 전극들 중 한 개가 상기 패키지상의 전극들 중 적어도 한 개에 접속선들에 의해 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  15. 제14항에 있어서, 상기 접속선들이, 각각 상기 패키지상의 전극들 중 다른 것들에 접속되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  16. 제3항에 있어서, 상기 탄성 표면파 기판을 수용하는 패키지; 및
    상기 패키지 내부에 배치된 복수개의 전극들
    을 더 포함하는 탄성 표면파 필터로서,
    상기 제1의 병렬 공진자는 상기 인터디지탈 트랜스듀서상에 배치된 복수개의 범프들을 포함하며, 또 상기 범프들이 상기 패키지 내부에 배치된 상기 전극들과 접촉하도록, 상기 탄성 표면파 기판이 상기 패키지내에 수용되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  17. 탄성 표면파 기판;
    직렬 공진자; 및
    적어도 한 개의 병렬 공진자
    를 포함하는 탄성 표면파 필터로서,
    상기 탄성 표면파 기판상에 배치된 상기 직렬 공진자가, 공진 주파수와 반공진 주파수를 가지며, 또 상기 직렬 공진자가 직렬암을 형성하도록 배치되며,
    상기 탄성 표면파 기판상에 배치된 상기 적어도 한 개의 병렬 공진자가, 공진 주파수와, 상기 직렬 공진자의 상기 공진 주파수와 실질적으로 일치하는 반공진 주파수를 가지며; 상기 적어도 한 개의 병렬 공진자가 병렬암을 형성하도록 배치되며; 상기 직렬암과 상기 병렬암이, 상기 탄성 표면파 필터가 소정의 통과대역을 갖도록 사다리형 회로를 구성하며,
    상기 적어도 한 개의 병렬 공진자가, 상기 적어도 한 개의 병렬 공진자의 공진 주파수와, 상기 탄성 표면파 필터의 통과대역의 저대역 말단과의 사이에 위치된 주파수에서, 또는 상기 직렬 공진자의 반공진 주파수와 상기 탄성 표면파 필터의 통과대역의 고대역 말단과의 사이에 위치된 주파수에서, 스퓨리어스 성분을 갖는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  18. 제17항에 있어서, 상기 적어도 한 개의 병렬 공진자가 1-포트형 탄성 표면파 공진자를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  19. 제17항에 있어서, 상기 적어도 한 개의 병렬 공진자가 인터디지탈 트랜스듀서 및 한 쌍의 반사기들을 포함하는 탄성 표면파 필터로서,
    상기 탄성 표면파 기판상에 배치된 상기 인터디지탈 트랜스듀서가 복수개의 전극지들을 구비하며,
    상기 인터디지탈 트랜스듀서가 상기 한 쌍의 반사기들 사이에 삽입되도록, 상기 한 쌍의 반사기들이 상기 탄성 표면파 기판상에 배치되며, 또 각각의 반사기들이 복수개의 전극지들을 구비하며, 또
    상기 적어도 한 개의 병렬 공진자가 상기 적어도 한 개의 병렬 공진자의 공진 주파수와 상기 탄성 표면파 필터의 통과대역의 저대역 말단과의 사이에 위치된 주파수에서 스퓨리어스 성분을 갖도록, 상기 인터디지탈 트랜스듀서들 중 한 개와, 상기 한 쌍의 반사기들이 배치되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  20. 탄성 표면파 기판;
    직렬 공진자; 및
    적어도 한 개의 병렬 공진자
    를 포함하는 사다리형 필터로서,
    상기 탄성 표면파 기판상에 배치된 상기 직렬 공진자가 직렬암을 형성하도록 배치되며,
    상기 탄성 표면파 기판상에 배치된 상기 적어도 한 개의 병렬 공진자가, 병렬암을 형성하도록 배치되며, 상기 탄성 표면파 필터가 소정의 통과대역을 갖도록 상기 직렬암 및 상기 병렬암이 사다리형 회로를 구성하며,
    상기 적어도 한 개의 병렬 공진자가, 상기 적어도 한 개의 병렬 공진자의 공진 주파수와, 상기 탄성 표면파 필터의 통과대역의 저대역 말단과의 사이에 위치된 주파수에서, 또는 상기 직렬 공진자의 반공진 주파수와 상기 탄성 표면파 필터의통과대역의 고대역 말단과의 사이에 위치된 주파수에서, 스퓨리어스 성분을 갖는 것을 특징으로 하는 사다리형 필터.
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