KR100438309B1 - 탄성 표면파 장치 및 통신 유닛 - Google Patents

탄성 표면파 장치 및 통신 유닛 Download PDF

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KR100438309B1
KR100438309B1 KR10-2002-0015620A KR20020015620A KR100438309B1 KR 100438309 B1 KR100438309 B1 KR 100438309B1 KR 20020015620 A KR20020015620 A KR 20020015620A KR 100438309 B1 KR100438309 B1 KR 100438309B1
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다카사키히로시
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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

탄성 표면파(SAW) 장치에서, 제 1 탄성 표면파 필터 소자(1) 및 제 2 탄성 표면파 필터 소자(3) 전파 경로가 중첩되도록 압전 기판(10) 위에 배치된다. 제 1 및 제 2 탄성 표면파 필터 소자들(1, 3)의 중심 대 중심 거리가 d1으로 표기되고, 압전 기판(10)의 두께가 t로 표기되는 경우에, 제 1 및 제 2 탄성 표면파 필터 소자들(1, 3) 및 압전 기판(10)이 d1≤ 2.3 × t 또는 d1≥ 2.8 × t의 조건을 만족하도록 배치된다.

Description

탄성 표면파 장치 및 통신 유닛 { Surface acoustic wave apparatus and communication unit }
본 발명은 탄성 표면파(SAW) 필터와 같은 탄성 표면파 장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 평형-불평형 변환 기능을 갖고 탄성 표면파 장치의 입력측 및 출력측에서 다른 임피던스 특성을 갖는 탄성 표면파 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상술한 탄성 표면파 장치를 이용한 통신 유닛에 관한 것이다.
셀룰러 폰과 같은 휴대용 통신 유닛의 크기 및 무게를 줄이는 데 주목할만한 기술적 진보가 있어 왔다. 그와 같은 진보를 이루기 위한 한 가지 수단은 통신 유닛의 개개의 부품들의 크기 및 개수를 줄이기 위한 것이다. 그러므로, 복합 기능들을 갖는 부품들이 개발되고 있다.
이러한 배후의 관점에서, RF 단에서 이용되는 탄성 표면파 필터로서, 평형-불평형 변환 기능(소위 "balun 기능"이라 한다)이 제공되는 평형 필터 또는 다수의 통과 대역들이 제공되는 다중 대역 필터가 이용된다.
예를 들면, 일본 특개평10-117123호는 그 송신 위상 특성들이 서로 180° 벗어난 탄성 표면파 필터들을 결합함으로써 불평형 입력 및 평형 출력을 실행하는 평형 탄성 표면파 필터 유닛을 기술한다. 상술한 공보 내에 기술된 탄성 표면파 필터의 구성은 도 9에 도시되어 있다.
도 9의 탄성 표면파 필터 유닛은 종결합 탄성 표면파 필터들(511, 512)을 갖는다. 종결합 탄성 표면파 필터(511)는 접속 패턴들(520, 521)을 이용함에 의해 2단으로 탄성 표면파 필터 소자들(501a, 501b)을 종속으로 연결함으로써 형성된다. 종결합 탄성 표면파 필터(512)는 접속 패턴(521) 및 접속 패턴(522)을 이용함에 의해 2단으로 그 송신 위상 특성이 실질적으로 서로 180° 벗어난 탄성 표면파 필터 소자(501c) 및 탄성 표면파 필터 소자(502)를 종속으로 연결함으로써 형성된다.
상술한 탄성 표면파 필터 유닛에서, 탄성 표면파 필터 소자들(501a, 501c)의 입력 단자들은 각각 와이어들(530, 531)에 의해 불평형 단자(503)에 접속된다. 탄성 표면파 필터 소자들(501b, 502)은 와이어(505)에 의해 서로 종속으로 접속되고, 또한 각각 와이어들(532, 533)에 의해 출력 평형 단자들(504)에 접속된다. 단자들(506)은 각각 와이어들(534, 535)에 의해 탄성 표면파 필터 소자들(501a, 501c)에 접속되는 접지 단자들이다.
다중 대역 필터의 실시예는 다수의 탄성 표면파 필터 소자들(SAW 필터들)이압전 기판 위에 제공되어 다수의 통과 대역들을 얻는 일본 특개평10-341135호 내에 기술되어 있다.
복합 탄성 표면파 필터 소자들을 갖는 상술한 탄성 표면파 필터들에서, 다수의 탄성 표면파 필터 소자들이 동일한 압전 기판 위에 형성되어 있다. 그러한 탄성 표면파 필터들의 크기를 줄이기 위하여, 2개 또는 그 이상의 탄성 표면파 필터 소자들이 탄성 표면파의 전파 방향으로 나란히 배치될 수 있다.
그러나, 탄성 표면파 필터 소자들의 그러한 배열은 벌크파의 영향에 의한 송신 신호의 통과 대역 내 리플을 야기할 수도 있다.
셀룰러 폰에 이용되는 RF 필터들에서, 통과 대역 내 송신 특성이 평평한 것이 바람직하다. 송신 특성을 평평하게 만들기 위하여 리플의 발생은 방지되어야 한다.
리플의 발생을 방지하는 한가지 수단은 압전 기판의 역 표면을 거칠게 함(모래 분사에 의해 기복을 형성함)으로써 벌크파를 분산시키는 것이다. 그러나 이 방법에 따르면, 공정 중에 웨이퍼에 가해지는 열 또는 응력에 의해 압전 기판이 쉽게 파손되거나 또는 휘어질 수 있다.
상술한 주지의 탄성 표면파 필터들에서, 통과 대역 내 리플의 발생은 다수의 탄성 표면파 필터 소자들이 대응하는 탄성 표면파의 전파 방향에 배치되지 않도록 옮김으로써 방지된다. 그러므로, 모래 분사를 수행할 필요 없이 벌크파에 의해 야기되는 리플이 제거될 수 있는 보다 소형의 탄성 표면파 필터(탄성 표면파 장치)에대한 요구가 있었다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 탄성 표면파(SAW) 필터를 개략적으로 도시한 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 SAW 필터 내에서 발생하는 벌크파의 방사상 개념을 도시한 도,
도 3은 도 1에 도시된 SAW 필터 내 중심 대 중심 거리 d1내에서 변화를 고려하여 리플의 양을 도시한 도,
도 4는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 SAW 필터를 개략적으로 도시한 사시도,
도 5는 도 4에 도시된 SAW 필터 내에서 발생하는 리플의 삭제선을 도시한 도,
도 6은 주지의 SAW 필터의 필터링 특성과 비교하여 도 4에 도시된 SAW 필터 내에서 얻어지는 개선된 필터링 특성을 도시한 도,
도 7은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 SAW 필터를 개략적으로 도시한 사시도,
도 8은 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 통신 유닛의 기초 부분을 도시한 블록도, 및
도 9는 주지의 SAW 장치를 개략적으로 도시한 평면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 제 1 탄성 표면파 필터 소자
2 : 제 3 탄성 표면파 필터 소자
3 : 제 2 탄성 표면파 필터 소자
4 : 제 4 탄성 표면파 필터 소자
10 : 압전 기판
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 양상에 따르면, 탄성 표면파가 전파되는 방향을 따라 압전 기판 위에 형성되는 다수의 인터디지털 전극들(인터디지털 트랜스듀서들, 이하 "IDT"라 한다)을 갖는 제 1 탄성 표면파 필터 소자; 및 탄성 표면파가 전파되는 방향을 따라 압전 기판 위에 형성되는 다수의 IDT들을 갖는 제 2 탄성 표면파 필터 소자를 포함하는 탄성 표면파 장치가 제공된다. 제 1 탄성 표면파 필터 소자의 전파 경로는 제 2 탄성 표면파 필터 소자의 전파 경로와 부분적으로 중첩된다. 제 1 탄성 표면파 필터 소자 및 제 2 탄성 표면파 필터 소자 사이의 중심 대 중심 거리가 d1으로 표기되고, 압전 기판의 두께가 t로 표기되는 경우에, 제 1 탄성 표면파 필터 소자, 제 2 탄성 표면파 필터 소자 및 압전 기판이 d1≤ 2.3 × t 또는 d1≥ 2.3 × t의 조건을 만족하도록 설정된다.
이러한 배열에서, 상술한 탄성 표면파 장치는 다수의 탄성 표면파 필터 소자들을 제공함으로써 특정 통과 대역을 갖는 필터링 기능뿐만 아니라 복합 다중 기능이 제공된다.
상술한 구성에서, 제 1 탄성 표면파 필터 소자, 제 2 탄성 표면파 필터 소자 및 압전 기판이 d1≤ 2.3 × t 또는 d1≥ 2.3 × t의 조건을 만족하도록 설정되기 때문에, 여진되는 탄성 표면파에 의해 야기되는 벌크파의 영향이 제 1 및 제 2 탄성 표면파 필터 소자들 사이에서 억제될 수 있다.
그러므로, 탄성 표면파 장치의 다중 기능 및 줄어든 크기를 이루면서도 통과 대역 내 송신 신호 내에서 발생하는 벌크파에 의해 야기되는 리플이 제거될 수 있다.
부연하여, 상술한 구성에 따르면, 벌크파의 영향이 모래 분사(압전 기판의 역 표면을 거칠게 하기 위함)를 수행할 필요 없이 억제될 수 있다. 따라서, 압전 기판을 거칠게 함에 의해 야기될 수 있는 파손 또는 휨이 방지될 수 있고, 그에 따라 제조 공정의 부족한 부분을 줄일 수 있다.
전술한 탄성 표면파 장치에서, 바람직하게는 통과 대역 내 제 1 탄성 표면파 필터 소자의 송신 진폭 특성이 통과 대역 내 제 2 탄성 표면파 필터 소자의 경우와 실질적으로 동일하다. 제 1 탄성 표면파 필터 소자의 송신 위상 특성은 제 2 탄성 표면파 필터 소자의 경우와 180°벗어나는 것이 바람직하다. 입력 단자 및 출력 단자들 중 하나는 불평형 단자이고, 다른 단자들은 평형 단자들이다.
위와 같은 배열에서, 제 1 탄성 표면파 필터 소자의 송신 위상 특성이 제 2 탄성 표면파 필터 소자의 경우와 180° 벗어나기 때문에, balun 기능이 제공될 수 있고, 그에 따라 탄성 표면자 장치용 다중 기능을 제공하는 것이 가능하도록 만들 수 있다.
전술한 탄성 표면파 장치에서, 제 1 탄성 표면파 필터 소자의 중심 주파수는 제 2 탄성 표면파 필터 소자의 경우와 다를 수 있으며, 따라서 탄성 표면파 장치가 다중 대역 필터로서 작동할 수 있다. 이 구성에서, 탄성 표면파 장치는 복합 다중 기능을 갖고 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 탄성 표면파의 전파 방향을 따라 압전 기판 위에 형성된 다수의 IDT들을 각각 포함하는 제 1 내지 제 4 탄성 표면파 필터 소자들을 포함하는 탄성 표면파 장치가 제공된다. 제 1 탄성 표면파 필터 소자 및 제 3 탄성 표면파 필터 소자가 종속으로 연결되고, 제 2 탄성 표면파 필터 소자 및 제 4 탄성 표면파 필터 소자가 종속으로 연결된다. 제 1 탄성 표면파 필터 소자의 전파 경로가 제 2 탄성 표면파 필터 소자의 전파 경로와 부분적으로 중첩되고, 제 3 탄성 표면파 필터 소자의 전파 경로가 제 4 탄성 표면파 필터 소자의 전파 경로와 부분적으로 중첩된다. 제 1 탄성 표면파 필터 소자 및 제 2 탄성 표면파 필터 소자 사이의 중심 대 중심 거리가 d1으로 표기되고, 제 3 탄성 표면파 필터 소자 및 제 4 탄성 표면파 필터 소자 사이의 중심 대 중심 거리가 d2로 표기되고, 여진되는 탄성 표면파의 파장이 λ로 표기되는 경우에, 중심 대 중심 거리 d1이 대략 (2n + 1) × 0.5λ (n = 0, 1, 2, 3, ...)에 등가인 양만큼 중심 대 중심 거리 d2로부터 미분되도록 제 1 내지 제 4 탄성 표면파 필터 소자들이 배치된다.
위와 같은 구성에서, 제 1 내지 제 4 탄성 표면파 필터 소자들을 제공함으로써, 특정 통과 대역에서 제공되는 필터링 기능이 실행될 수 있고, 복합 다중 기능이 얻어질 수 있다.
상술한 구성에서, 중심 대 중심 거리 d1이 대략 (2n + 1) × 0.5λ (n = 0, 1, 2, 3, ...), 예컨대, 실질적으로 탄성 표면파의 반-파장에 홀수 곱에 등가인 양만큼 중심 대 중심 거리 d2로부터 미분된다. 그러므로 탄성 표면파 장치의 소형화를 위하여 제 1 및 제 2 탄성 표면파 필터 소자들이 제 3 및 제 4 탄성 표면파 필터 소자들에 근접하여 위치되는 경우일지라도, 벌크파에 의해 제 1 및 제 2 탄성 표면파 필터 소자들 그리고 제 3 및 제 4 탄성 표면파 필터 소자들 사이에서 발생하는 리플이 줄어들 수 있다.
따라서, 다중 기능이 제공되는 작은 탄성 표면파 장치를 이루는 동안에도 필터링 기능이 제공될 수 있을 뿐만 아니라 리플이 줄어들 수 있다. 그러므로, 평평한 필터링 특성이 얻어질 수 있고, 그에 따라 통과 대역 내 송신 특성이 개선된다.
전술한 탄성 표면파 장치에서, 통과 대역 내 제 1 내지 제 4 탄성 표면파 필터 소자들의 송신 진폭 특성이 실질적으로 동일할 수 있다. 제 1 내지 제 4 탄성 표면파 필터 소자들 중 3개는 실질적으로 동일한 송신 위상 특성을 가질 수 있고, 잔여 탄성 표면파 필터 소자의 송신 위상 특성은 다른 탄성 표면파 필터 소자들의 경우와 180° 벗어날 수 있다. 입력 단자 및 출력 단자들 중 하나는 불평형 단자이고, 다른 단자들은 평형 단자들이다.
이 구성에 의하면, 탄성 표면파 필터 소자들 중 하나가 다른 3개의 탄성 표면파 필터 소자들과 위상을 벗어나게 함으로써, balun 기능이 제공될 수 있고, 그에 따라 다중 기능이 이루어질 수 있다.
전술한 탄성 표면파 장치에서, 압전 기판의 두께가 t로 표기되는 경우에, 제 1 내지 제 4 탄성 표면파 필터 소자들 및 상기 압전 기판이 d1≤ 2.3 × t 또는 d1≥ 2.8 × t 그리고 d2≤ 2.3 × t 또는 d2≥ 2.8 × t의 조건을 만족하도록 설정될 수 있다.
이러한 구성에서, 중심 대 중심 거리들(d1, d2)을 상술한 것처럼 설정함으로써, 리플의 발생이 억제될 수 있고, 그에 따라 송신 특성을 개선할 수 있다.
전술한 탄성 표면파 장치에서, 압전 기판은 36°내지 44° Y-절단 X-전파 LiTaO3기판이 될 수 있다. 그 경우에는, 높은 압전 특성에 의해 삽입 손실이 줄어들 수 있고, 환경 온도의 영향이 우수한 온도 특성에 의해 억제될 수 있다.
본 발명의 통신 유닛은 전술한 탄성 표면파 장치들 중 하나를 이용한다.
이 구성에 따르면, 우수한 통신 특성을 나타내는 소형이면서 다중 기능의 탄성 표면파 장치가 이용되기 때문에, 통신 유닛은 좋은 송/수신 기능을 나타내면서 소형화될 수 있다.
본 발명의 위의 그리고 다른 양상들, 특징들 및 이점들이 첨부된 도면을 참조하여 뒤따르는 바람직한 실시형태들의 상세한 기술로부터 명확해질 것이다. 본 발명은 도 1 내지 도 8을 참조하여 바람직한 실시형태들의 도시를 통하여 상세하게 기술된다.
( 본 발명의 바람직한 실시형태들 )
제 1 실시형태
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 탄성 표면파 장치로써 제공되는 탄성 표면파 필터의 구조를 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 1에 도시된 탄성 표면파 필터에서, 그 송신 위상 특성이 서로 180° 벗어난 제 1 탄성 표면파 필터 소자(1) 및 제 2 탄성 표면파 필터 소자(3)가 압전 기판(10) 위에 형성된다.
압전 기판(10)은 예를 들어 39° Y-절단 X-전파 LiTaO3으로 형성되고, 그 두께(t)는 예를 들어 285 ㎛이다. 압전 기판(10)은 상술한 물질로 제한되지 않으며, 다른 종류의 압전 특성을 나타내는 또 다른 물질, 예를 들어 석영 또는 LiNbO3로 형성될 수도 있다.
제 1 및 제 2 탄성 표면파 필터 소자들(1, 3)의 기본적 구성은 동일하며, 예컨대 그들의 중심 주파수는 842.5 ㎒이다. 그러나 제 2 탄성 표면파 필터 소자(3)의 송신 위상 특성이 제 1 탄성 표면파 필터 소자(1)의 경우와 180° 벗어난다. 이러한 구성에서, 필터링 기능 뿐만 아니라 balun 기능이 구비된 탄성 표면파 필터가 제공된다.
제 1 탄성 표면파 필터 소자(1)에서, IDT들(12, 13)이 각각 탄성 표면파의 전파 방향으로 중앙 IDT(11)의 왼쪽 오른쪽에 배치된다. 반사기들(14, 15)이 IDT(12), 중앙 IDT(11) 및 IDT(13)의 측면에 위치하도록 왼쪽 및 오른쪽 측면에 배치된다. 또한, 제 2 탄성 표면파 필터 소자(3)에서, IDT(32), 중앙 IDT(31), IDT(33) 그리고 반사기들(34, 35)이 제 1 탄성 표면파 필터 소자(1)와 유사한 방식으로 배치된다. 그러므로, 제 1 탄성 표면파 필터 소자들(1, 3)은 확장 결합 공진기 모드 소자들이다.
IDT들 각각은 스트립형 기본 부분(버스 바)과 다수의 스트립형 전극지들이 구비된 두 전극 부분들을 갖는다. 전극지들은 그들이 서로 평행하도록 기본 부분의 한 측면으로부터 직각으로 뻗는다. 전극지들은 또한 동일한 틈새으로 서로 깍지 끼워지며 따라서 그 측면들이 서로 면한다.
상술한 IDT들에서, 신호 변환 특성 및 통과 대역이 각 전극지들의 폭과 길이, 인접한 전극지들 사이의 틈새 및 깍지끼워진 전극지들이 서로 면하는 길이(이하, "인터디지털 길이"라 한다)를 설정함에 의해 결정될 수 있다.
IDT들의 개개의 전극지들 및 버스 바들 및 반사기들은 예를 들면, 사진석판술(photolithography) 기술에 따라 압전 기판(10) 위에 예를 들어, 알루미늄(Al) 전극들(foil)로 형성된다.
불평형 단자(5)는 제 1 탄성 표면파 필터 소자(1)의 중앙 IDT(11) 및 제 2 탄성 표면파 필터 소자(3)의 중앙 IDT(31)에 접속된다. 하나의 평형 단자(6)가 제 1 탄성 표면파 필터 소자(1)의 IDT들(12, 13)에 접속되고, 반면 다른 평형 단자(7)가 제 2 탄성 표면파 필터 소자(3)의 IDT들(32, 33)에 접속된다.
제 1 및 제 2 탄성 표면파 필터 소자들(1, 3)은 탄성 표면파의 전파 방향에서 서로 인접하여 배치되고, 중심 대 중심 거리(d1)는 예를 들면, 620.0 ㎛로 설정된다. 제 1 탄성 표면파 필터 소자(1)의 중심은 반사기들(14, 15)을 제외한 IDT들(12, 11, 13)의 양 끝단 사이의 거리의 중심을 의미하고, 더욱 구체적으로는반사기(14)에 인접한 IDT(12)의 전극지의 끝에서 반사기(15)에 인접한 IDT(13)의 전극지의 끝까지의 거리의 중심을 의미한다. 마찬가지로, 제 2 탄성 표면파 필터 소자(3)의 중심은 반사기들(34, 35)을 제외한 IDT들(32, 31, 33)의 양 끝단 사이의 거리의 중심을 의미하고, 더욱 구체적으로는 반사기(34)에 인접한 IDT(32)의 전극지의 끝에서 반사기(35)에 인접한 IDT(33)의 전극지의 끝까지의 거리의 중심을 의미한다.
상술한 것처럼, 제 1 탄성 표면파 필터 소자(1) 및 제 2 탄성 표면파 필터 소자(3)는 탄성 표면파의 전파 방향에서 서로 인접하여 배치되고, 더욱 바람직하게는 제 1 탄성 표면파 필터 소자(1)의 전파 방향의 중심선이 실질적으로 제 2 탄성 표면파 필터 소자(3)의 경우와 정렬된다. 이러한 구성에서, 압전 기판(10)의 크기가 줄어들 수 있고, 그 결과의 탄성 표면파 필터가 다중 기능을 구비한 탄성 표면파 필터를 달성하면서도 또한 소형화될 수 있다.
각 탄성 표면파 필터 소자의 단지 몇 쌍의 전극지들과 각 반사기의 몇 쌍의 전극지들이 도 1에 도시되어 있으며, 이는 그들 모두를 도시할 수 없기 때문이다.
상술한 탄성 표면파 필터에서, 전기 신호는 입력 측에서 IDT들(11, 31)에 의해 탄성 표면파로 변환되고, 그 탄성 표면파는 출력 측에서 IDT들(12, 13, 32, 33)에 의해 전기 신호로 재 변환되어, 주파수가 선택될 수 있다. 따라서, 탄성 표면파 필터가 필터로서 제공된다.
상술한 탄성 표면파 필터에서, IDT들에 의해 여진되는 탄성 표면파가 압전 기판(10)의 표면 위로 전파되고, 리플을 야기하는 벌크파(bulk waves)가 또한 압전기판(10) 내에서 전파된다.
벌크파는 방향에 강하게 의존하며, 방사각은 임의의 범위로 제한된다. 도 2에 도시된 것처럼, 제 1 탄성 표면파 필터 소자(1)로부터 방사된 벌크파(8)는 압전 기판(10)의 바닥면(10a)에서 반사되고 임의의 각에서 표면(10b)으로 회귀한다. 이러한 경우에, 만일 벌프파(8)가 제 2 탄성 표면파 필터 소자(3)에 가까운 부분으로 회귀한다면, 제 2 탄성 표면파 필터 소자(3)에 의해 강하게 영향을 받게 되고, 그에 의해 통과 대역 내 송신 특성에서 원치 않는 리플을 야기할 것이다.
벌크파(8)의 역의 영향을 회피함으로써 통과 대역 내 송신 특성이 평평하게 되는 필터링 특성을 이루기 위하여 다양한 연구를 수행함으로써, 우리는 다음의 특징을 발견하였다. 제 1 탄성 표면파 필터 소자(1)에 인접한 제 2 탄성 표면파 필터 소자(3)의 중앙 IDT(31)는 제 1 탄성 표면파 필터 소자(1)로부터 방사되고 바닥면(10a)로부터 회귀되는 벌크파(8)와 간섭하지 않는 표면(10b)의 부분에 배치디어야 한다.
그 후, 우리는 제 1 및 제 2 탄성 표면파 필터 소자들(1, 3) 사이의 중심 대 중심 거리(d1) 및 중심 대 중심 거리(d1)를 변경함으로써 통과 대역 내에서 발생되는 리플의 양 사이의 관계를 조사하였다. 중심 대 중심 거리(d1) 및 리플의 양 사이의 관계를 조사하기 위하여 압전 기판(10)의 두께(t)가 또한 변경되었다. 그 결과가 도 3에 도시되어 있다.
도 3은 중심 대 중심 거리(d1)가 2.3t ＜ d1＜ 2.8t의 범위 내인 경우에 통과 대역 내 리플의 양이 예컨대 0.15 dB 또는 그 이상으로 증가됨을 보여준다.
그러므로, 제 1 및 제 2 탄성 표면파 필터 소자들(1, 3)은 중심 대 중심 거리(d1)가 상술한 범위의 바깥이 되도록 배치되어야 하고, 그에 의해 리플의 양을 줄이는 것이 가능하도록 만든다.
중심 대 중심 거리(d1)가 2.3t 이하(d1≤ 2.3 × t) 또는 2.8t 이상(d1≥ 2.8 × t)인 경우에, 본 발명의 이점이 성취될 수 있다. 그러나 더욱 바람직하게는, 중심 대 중심 거리(d1)가 1.6t ≤ d1≤ 2.3t 또는 2.8t ≤ d1≤ 3.5t의 범위이고, 더 더욱 바람직하게는, 중심 대 중심 거리(d1)가 1.5t ≤ d1≤ 2.3t 또는 2.8t ≤ d1≤ 3.3t의 범위이다. 만일 d1이 3.5t를 초과한다면, 탄성 표면파 필터의 소형화가 어렵게 된다. 만일 d1이 1.6t보다 작다면, 반사기의 전극지들의 개수가 줄어들고, 따라서 통과 대역 외측의 스퓨리어스 응답이 증가할 것이다.
제 2 실시형태
도 4는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 탄성 표면파 장치로써 제공되는 탄성 표면파 필터의 구조를 개략적으로 도시한 사시도이다. 제 2 실시형태에서, 제 1 실시형태의 탄성 표면파 필터의 것들과 유사한 기능을 갖는 부품들은 유사한 참조 번호에 의해 표시되고, 그 설명은 생략된다.
도 4에 도시된 탄성 표면파 필터는 압전 기판(10) 위에 제 1 및 제 2 탄성표면파 필터 소자들(1, 3) 뿐만 아니라 (942.5 ㎒의 중심 주파수를 갖는) 제 3 및 제 4 탄성 표면파 필터 소자들(2, 4)이 구비된 2단 확장 결합 공진기 모드 탄성 표면파 필터이다.
제 2 탄성 표면파 필터 소자(3)의 송신 위상 특성이 제 1, 제 3 및 제 4 탄성 표면파 필터 소자들(1, 2, 4)의 경우와 180° 벗어난다. 이러한 구성에서, 상술한 탄성 표면파 필터는 필터링 기능 뿐만 아니라 balun 기능이 제공된다.
제 2 실시형태에서, 제 2 탄성 표면파 필터 소자(3)의 송신 위상 특성이 다른 탄성 표면파 필터 소자들과 180° 벗어난다. 그러나, 반드시 제 2 탄성 표면파 필터 소자(3)여야 하는 것은 아니고, 제 2 실시형태에서 제공하는 것에 유사한 이점이 나타나는 경우라면, 탄성 표면파 필터 소자(탄성 표면파 필터 소자들(1, 2, 4) 중 어느 것이라도 다른 탄성 표면파 소자들과 위상이 180° 벗어나도록 설정될 수 있다.
제 1 및 제 3 탄성 표면파 필터 소자들(1, 2)은 서로 종속으로 접속되고, 제 2 및 제 4 탄성 표면파 필터 소자들(3, 4)이 서로 종속으로 연결된다. 제 1 내지 제 4 탄성 표면파 소자들(1 내지 4)은 탄성 표면파 소자들(1, 3)의 전파 방향이 탄성 표면파 소자들(2, 4)의 경우에 실질적으로 평행하도록 배치된다. 이러한 구성에서, 그 결과의 탄성 표면파 필터의 크기는 다중 기능을 이루면서 줄어들 수 있다.
불평형 단자(5)는 제 1 탄성 표면파 필터 소자(1)의 중앙 IDT(11) 및 제 2 탄성 표면파 필터 소자(3)의 중앙 IDT(31)에 접속된다. 하나의 평형 단자(6)가 제3 탄성 표면파 필터 소자(2)의 중앙 IDT(21)에 접속되고, 반면 다른 평형 단자(7)가 제 4 탄성 표면파 필터 소자(4)의 중앙 IDT(41)에 접속된다.
제 1 및 제 2 탄성 표면파 필터 소자들(1, 3)은 탄성 표면파의 전파 방향에서 서로 인접하여 배치되고, 제 1 및 제 2 탄성 표면파 필터 소자들(1, 3) 사이의 중심 대 중심 거리(d1)는 예를 들면, 620.0 ㎛로 설정된다. 제 1 탄성 표면파 필터 소자(1)의 중심은 반사기들(14, 15)을 제외한 IDT들(12, 11, 13)의 양 끝단 사이의 거리의 중심을 의미하고, 더욱 구체적으로는 반사기(14)에 인접한 IDT(12)의 전극지의 끝에서 반사기(15)에 인접한 IDT(13)의 전극지의 끝까지의 거리의 중심을 의미한다. 제 2 탄성 표면파 필터 소자(3)의 중심은 제 1 탄성 표면파 필터 소자(1)와 마찬가지 방식으로 계산될 수 있다.
제 3 및 제 4 탄성 표면파 필터 소자들(2, 4)은 탄성 표면파의 전파 방향에서 서로 인접하여 배치되고, 중심 대 중심 거리(d1)에 대응되는 제 3 및 제 4 탄성 표면파 필터 소자들(2, 4) 사이의 중심 대 중심 거리(d2)는 예를 들면, 522.1 ㎛로 설정된다. 단지 탄성 표면파 필터 소자들의 몇 쌍 전극지들과 반사기들의 몇 쌍의 전극지들이 도 4에 도시되어 있으며, 이는 전극지들 모두가 도시될 수 없기 때문이다.
제 2 실시형태에서, balun 기능이 구비된 탄성 표면파 필터가 2단 종속으로 접속된 탄성 표면파 필터 소자들(1 내지 4)을 이용함으로써 구성된다.
이 탄성 표면파 필터에서, 전기 신호는 입력 측에서 IDT들(11, 31)을 이용함에 의해 탄성 표면파로 변환되고, 탄성 표면파 신호는 출력 측에서 IDT들(21, 41)에 의해 전기 신호로 재 변환되어 주파수가 선택될 수 있다. 따라서, 탄성 표면파 필터가 필터로서 제공된다.
위에서 기술된 것처럼, 제 2 실시형태에서, 1단 탄성 표면파 필터 소자들(1, 3) 사이의 중심 대 중심 거리(d1)는 2단 탄성 표면파 필터 소자들(2, 4) 사이의 중심 대 중심 거리(d2)와 다르다. 이는 이하에서 상세히 기술된다.
1단 탄성 표면파 필터 소자들(1, 3)의 중심 대 중심 거리(d1)는 2단 탄성 표면파 필터 소자들(2, 4)의 중심 대 중심 거리(d2)보다 탄성 표면파 파장에 (2n + 1)/2 배수(n = 0, 1, 2, 3, ...)에 등가인 양만큼 다르며, 그에 따라 벌크파에 의해 야기되는 통과 대역 내 리플의 양을 더욱 줄일 수 있다.
제 1 실시형태에서 기술된 벌크파에 의해 야기되는 리플은 탄성 표면파 필터 소자들에 의해 여진되는 탄성 표면파 및 벌크파 사이의 위상 관계에 의존하여 발생한다.
더욱 구체적으로는, 탄성 표면파 및 벌크파가 같은 위상인 경우에, 두 개의 파들은 서로 강화시킨다. 반대로, 탄성 표면파가 벌크파와 위상이 180°벗어난 경우에, 두 개의 파들은 서로 약화시킨다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 1단 탄성 표면파 필터 소자들(1, 3)의 필터링 특성(송신 특성)에서 실선으로 표시된 것처럼 파동(리플)이 발생한다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 2단 탄성 표면파 필터 소자들 (2, 4)의 필터링 특성에서 실선으로 표시된 것처럼 파동(리플)이 발생한다. 도 5a및 도 5b의 파선은 벌크파에 의해 영향을 받지 않는 필터링 특성을 가리킨다.
만일 도 5a에 도시된 송신 특성의 파동이 도 5b에 도시된 경우와 거꾸로 된다면, 그들은 전체의 2단 종속 접속된 필터 내에서 서로 상쇄되고, 결과적으로 리플이 없는 필터링 특성이 된다. 파동은 탄성 표면파 및 벌크파 사이의 반전된 위상 관계를 실현함으로써 상쇄될 수 있다. 이는 1단 탄성 표면파 필터 소자들의 중심 대 중심 거리를 여진되는 탄성 표면파 파장의 (2n + 1) / 2 배수(n = 0, 1, 2, 3, ...)만큼 2단 탄성 표면파 필터 소자들의 경우로부터 이동시킴으로써 달성될 수 있다.
탄성 표면파의 위상 특성은 탄성 표면파 필터 소자들(1 내지 4)의 배열보다는 각 탄성 표면파 필터 소자(1, 2, 3 또는 4)의 전극지들의 구조에 의해 결정된다. 반대로, 벌크파에 있어서는, 전파 경로 길이가 탄성 표면파 필터 소자들(1 내지 4)의 배열에 따라 변경되고, 벌크파의 위상 특성이 그에 따라 변경된다.
탄성 표면파 필터 소자 내에서 여진되는 탄성 표면파 및 방사되는 벌크파 사이에 어떤 관계가 있다. 그러므로, 만약 탄성 표면파 필터 소자들 사이의 중심 대 중심 거리가 하나의 파장에 등가인 양만큼 변경된다면, 벌크파의 전파 경로 길이 또한 한 파장에 등가인 양만큼 변경될 수 있다.
그러므로, 1단 탄성 표면파 필터 소자들(1, 3)의 중심 대 중심 거리(d1)는 탄성 표면파 파장의 (2n + 1) / 2 배수(n = 0, 1, 2, 3, ...)만큼 2단 탄성 표면파 필터 소자들(2, 4)의 중심 대 중심 거리(d2)로부터 미분된다. 그 후, 1단 탄성 표면파 필터 소자들(1, 3)에서 벌크파에 의해 발생되는 파동이 2단 탄성 표면파 필터 소자들(2, 4)의 경우에 대하여 반전되고, 전체 2단 종속 접속된 필터 내에서 서로 상쇄된다. 그 결과로서, 도 5c에 도시된 것처럼 리플이 없는 필터링 특성이 얻어질 수 있다.
도 6은 주지의 탄성 표면파 필터의 필터링 특성과 비교하여 제 2 실시형태에서 얻어진 개선된 필터링 특성을 도시한다. 주지의 탄성 표면파 필터(비교예)에서, 탄성 표면파 필터 소자들의 중심 대 중심 거리 및 압전 기판의 두께는 다음과 같이 정의된다: d1= d2= 620 ㎛ 및 t = 285 ㎛. 도 6은 제 2 실시형태에서 얻어진 필터링 특성이 비교예와 비교하여 리플이 없는 우수한 특성을 나타냄을 보여준다.
제 1 실시형태에서와 같이, 제 2 실시형태에서, 중심 대 중심 거리들(d1, d2)은 압전 기판(10)의 두께(t)에 상대적으로 설정될 수 있고, 그에 따라 보다 우수한 송신 특성이 달성된다.
제 3 실시형태
도 7은 본 발명의 제 3 실시형태에 따라 다중 기능 탄성 표면파 장치로서 제공되는 다중 대역 탄성 표면파 필터를 개략적으로 도시한 사시도이다. 제 1 및 제 2 실시형태의 탄성 표면파 필터들의 경우와 유사한 기능을 갖는 부품들은 유사한 참조 번호에 의해 표시되고, 따라서 그에 대한 설명은 생략된다.
도 7에 도시된 탄성 표면파 필터에서, 두개의 통과 대역을 제공하기 위하여, 895.5 ㎒의 중심 주파수를 갖는 탄성 표면파 필터 소자(301) 및 942.5 ㎒의 중심 주파수를 갖는 탄성 표면파 필터 소자 (302)가 압전 기판(10) 위에 형성된다.
탄성 표면파 필터 소자들(301, 302)은 탄성 표면파 필터 소자들(301, 302)의 중심 주파수가 서로 다른 것을 제외하고는 제 1 또는 제 2 실시형태의 탄성 표면파 필터 소자(1)와 유사하게 구성된다.
단지 각 탄성 표면파 필터 소자(301, 302)의 몇 쌍의 전극지들과 반사기들의 몇 쌍의 전극지들이 도 7에 도시되어 있고, 이는 그들 모두가 도시될 수 없기 때문이다. 탄성 표면파 필터 소자들(301, 302)의 중심 대 중심 거리(d1)는 탄성 표면파 전파 방향에서 예를 들어 620 ㎛로 설정된다.
제 1 실시영태와 달리, 제 3 실시형태에서는, 탄성 표면파 필터 소자들(301, 302)은 다른 중심 주파수들을 갖고, 서로 인접하게 배치된다. 그러나, 비록 중심 주파수들이 다를지라도 벌크파(8)의 방사 각은 변하지 않는다.
그러므로, 탄성 표면파 필터 소자들(301, 302)의 중심 대 중심 거리(d1)가 2.3t ＜ d1＜ 2.8t의 범위 내로 설정되는 경우에, 제 1 실시형태에서 논의된 것과 같은 이유로 통과 대역 내 송신 신호에서 리플이 발생한다.
그러므로, 탄성 표면파 필터 소자들(301, 302)은 중심 대 중심 거리(d1)가 상술한 범위를 벗어나도록 배치된다. 그러면, 통과 대역 내 송신 신호에서 발생하는 리플이 줄어들 수 있다. 제 3 실시형태의 특징은 제 3 실시형태에 의해 나타나는 경우와 유사한 이점이 얻어지는 경우의 제 2 실시형태에 응용할 수 있다.
제 4 실시형태
도 8을 참조하여, 제 1 내지 제 3 실시형태들의 탄성 표면파 필터들 중 하나가 장착된 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 통신 유닛(100)에 대한 기술이 이제 주어진다. 도 8에 도시된 것처럼 통신 유닛(100)에서, 수신기(Rx)는 안테나(101), 안테나 공유부/RF 탑 필터(102), 증폭기(103), 수신부 필터(104), 혼합기(105) 제 1 IF 필터(106), 혼합기(107), 제 2 IF 필터(108), 제 1 및 제 2 신호 지역 신시사이저(111), 온도 보상 크리스탈 발진기(TCXO; 112), 분할기(113) 및 지역 필터 (114)를 포함한다.
도 8에 도시된 수신부 필터(104) 및 혼합기(105) 사이의 두 선에 의해 지시된 것처럼, 평형 특성을 유지하기 위하여 두 평형 신호들이 수신부 필터(104)로부터 혼합기(105)로 송신되는 것이 바람직하다.
통신 유닛(100)에서, 송신기(Tx)는 안테나(101), 안테나 공유부/RF 탑 필터 (102), 송신 IF 필터(121), 혼합기(122), 송신부 필터(123), 증폭기(124), 결합기(125), 절연기(126) 및 자동 전원 제어(APC) 소자(127)를 포함한다. 안테나 (101) 및 안테나 공유부/RF 탑 필터(102)는 수신기(Rx) 및 송신기(Tx)에 의해 공유된다.
제 1 내지 제 3 실시형태들의 탄성 표면파 필터들 중 어느 것이라도 수신부 필터(104), 제 1 IF 필터(106), 송신 IF 필터(121) 및 송신부 필터(123) 중 어느것에 이용되기에 적합하다.
그러므로, 상술한 통신 유닛(100)에서 우수한 송신 특성을 나타내는 소형의 그리고 다중 기능의 탄성 표면파 필터가 이용되기 때문에, 특히 ㎓ 대역 이상에서, 통신 유닛(100)은 또한 우수한 송/수신 기능이 제공될 수 있고 그리고 소형화될 수 있다.
본 발명에 따른 탄성 표면파 장치 및 통신 유닛은 예를 들어, 제 1 및 제 2 탄성 표면파 필터 소자들(1, 3)이 전파 경로가 중첩되도록 압전 기판(10) 위에 배치되는 구조를 제공한다. 특히 본 발명의 특징에 따라 제 1 및 제 2 탄성 표면파 필터 소자들(1, 3)의 중심 대 중심 거리가 d1으로 표기되고, 압전 기판(10)의 두께가 t로 표기되는 경우에, 제 1 및 제 2 탄성 표면파 필터 소자들(1, 3) 및 압전 기판(10)이 d1≤ 2.3 × t 또는 d1≥ 2.8 × t의 조건을 만족하도록 배치된다. 이에 따라 리플의 발생이 억제되고 소형화될 수 있는 탄성 표면파 장치 및 그를 포함하는 통신 유닛이 제공될 수 있다.

Claims (8)

  1. 탄성 표면파가 전파되는 방향을 따라 압전 기판(10) 위에 형성된 다수의 인터디지털 전극들(11, 12, 13)을 포함하는 제 1 탄성 표면파 필터 소자(1); 및
    탄성 표면파가 전파되는 방향을 따라 상기 압전 기판(10) 위에 형성된 다수의 인터디지털 전극들(31, 32, 33)을 포함하는 제 2 탄성 표면파 필터 소자(3)를 포함하고, 상기 제 1 탄성 표면파 필터 소자(1)의 전파 경로가 상기 제 2 탄성 표면파 필터 소자(3)의 전파 경로와 부분적으로 중첩되며,
    상기 제 1 탄성 표면파 필터 소자(1) 및 상기 제 2 탄성 표면파 필터 소자(3) 사이의 중심 대 중심 거리가 d1으로 표기되고, 상기 압전 기판(10)의 두께가 t로 표기되는 경우에, 상기 제 1 탄성 표면파 필터 소자(1), 상기 제 2 탄성 표면파 필터 소자(3) 및 상기 압전 기판(10)이 d1≤ 2.3 × t 또는 d1≥ 2.8 × t의 조건을 만족하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 통과 대역 내 상기 제 1 탄성 표면파 필터 소자(1)의 송신 진폭 특성이 통과 대역 내 상기 제 2 탄성 표면파 필터 소자(3)의 송신 진폭 특성과 실질적으로 동일하고, 상기 제 1 탄성 표면파 필터 소자(1)의 송신 위상 특성이 상기 제 2 탄성 표면파 필터 소자(3)의 송신 위상 특성에 실질적으로 180°벗어나며, 그리고
    입력 단자(5) 및 출력 단자들(6, 7) 중 하나가 불평형 단자이고, 다른 단자들이 평형 단자들인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 탄성 표면파 필터 소자(1)의 중심 주파수가 상기 제 2 탄성 표면파 필터 소자(3)의 중심 주파수와 달라 상기 탄성 표면파 장치가 다중 대역 필터로서 작동 가능한 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  4. 탄성 표면파의 전파 방향을 따라 압전 기판(10) 위에 형성된 다수의 인터디지털 전극들을 포함하는 제 1 탄성 표면파 필터 소자(1);
    탄성 표면파의 전파 방향을 따라 상기 압전 기판(10) 위에 형성된 다수의 인터디지털 전극들을 포함하는 제 2 탄성 표면파 필터 소자(3);
    탄성 표면파의 전파 방향을 따라 상기 압전 기판(10) 위에 형성된 다수의 인터디지털 전극들을 포함하는 제 3 탄성 표면파 필터 소자(2); 및
    탄성 표면파의 전파 방향을 따라 상기 압전 기판(10) 위에 형성된 다수의 인터디지털 전극들을 포함하는 제 4 탄성 표면파 필터 소자(4)를 포함하고, 상기 제 1 탄성 표면파 필터 소자(1) 및 상기 제 3 탄성 표면파 필터 소자(2)가 종속으로 연결되고, 상기 제 2 탄성 표면파 필터 소자(3) 및 상기 제 4 탄성 표면파 필터 소자(4)가 종속으로 연결되며, 상기 제 1 탄성 표면파 필터 소자(1)의 전파 경로가 상기 제 2 탄성 표면파 필터 소자(3)의 전파 경로와 부분적으로 중첩되고, 상기 제3 탄성 표면파 필터 소자(2)의 전파 경로가 상기 제 4 탄성 표면파 필터 소자(4)의 전파 경로와 부분적으로 중첩되며,
    상기 제 1 탄성 표면파 필터 소자(1) 및 상기 제 2 탄성 표면파 필터 소자(3) 사이의 중심 대 중심 거리가 d1으로 표기되고, 상기 제 3 탄성 표면파 필터 소자(2) 및 상기 제 4 탄성 표면파 필터 소자(4) 사이의 중심 대 중심 거리가 d2로 표기되고, 여진되는 탄성 표면파의 파장이 λ로 표기되는 경우에, 중심 대 중심 거리 d1이 대략 (2n + 1) × 0.5λ (n = 0, 1, 2, 3, ...)에 등가인 양만큼 중심 대 중심 거리 d2로부터 미분되도록 상기 제 1 내지 제 4 탄성 표면파 필터 소자들(1, 3, 2, 4)이 배치되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 통과 대역 내 상기 제 1 내지 제 4 탄성 표면파 필터 소자들(1, 3, 2, 4)의 송신 진폭 특성이 실질적으로 동일하고, 상기 제 1 내지 제 4 탄성 표면파 필터 소자들(1, 3, 2, 4) 중 세 개는 실질적으로 동일한 송신 위상 특성을 갖고 있으며 나머지 탄성 표면파 필터 소자의 송신 위상 특성이 다른 탄성 표면파 필터 소자들의 송신 위상 특성에 실질적으로 180° 벗어나며, 그리고
    입력 단자(5) 및 출력 단자들(6, 7) 중 하나가 불평형 단자이고, 다른 단자들이 평형 단자들인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 압전 기판(10)의 두께가 t로 표기되는경우에, 상기 제 1 내지 제 4 탄성 표면파 필터 소자들(1, 3, 2, 4) 및 상기 압전 기판(10)이 d1≤ 2.3 × t 또는 d1≥ 2.8 × t 그리고 d2≤ 2.3 × t 또는 d2≥ 2.8 × t의 조건을 만족하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  7. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전 기판(10)은 36°내지 44° Y-절단 X-전파 LiTaO3기판인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  8. 안테나;
    상기 안테나에 접속된 안테나 공유부/RF 탑 필터;
    상기 안테나 공유부/RF 탑 필터의 일단에 접속되며, 증폭기, 수신부 필터, 혼합기, 제 1 IF 필터, 혼합기, 제 2 IF 필터, 제1/제2 지역 신시사이저, 온도보상 크리스탈 발진기, 분할기 및 지역 필터를 포함하는 수신기; 및
    상기 안테나 공유부/RF 탑 필터의 타단에 접속되며, 송신 IF 필터, 혼합기, 송신부 필터, 증폭기, 결합기, 절연기 및 자동전원제어 소자를 포함하는 송신기를 포함하는 통신 유닛에 있어서,
    상기 수신부 필터, 제 1 IF 필터, 송신 IF 필터 및 송신부 필터 중 적어도 하나는 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 설명된 탄성 표면파 장치를 이용하는 것을 특징으로 하는 통신 유닛.
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