KR100465975B1 - 표면파 장치 및 통신기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압전 기판을 사용한 SH타입의 단면 반사형 표면파 장치에 있어서, 압전 기판의 단면의 최적의 위치를 구함과 동시에, 상기 압전 기판을 사용한 단면 반사형의 표면파 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 구성에 따르면, 비유전율(ε11 T)이 비교적 작은(예를 들면, 비유전율 40이하의) 압전 기판(12)의 주면에 빗살형상 전극(13, 14)을 형성한다. 빗살형상 전극(13, 14) 중, 표면파 전파 방향의 최외측으로부터 세어서 2번째 전극지(13b)의 중심으로부터 압전 기판(12)의 단면(12a, 12b)(표면파를 반사시키기 위한 단면)까지의 거리(L)가
(N+5/8)λs≤L≤(N+7/8)λs
단, λs : 표면파의 파장
N : 0 또는 양의 정수
를 만족하도록 상기 단면(12a, 12b)의 위치를 정한다.

Description

표면파 장치 및 통신기{Surface acoustic wave device and communication device}
본 발명은 표면파 장치 및 통신기에 관한 것으로, 특히, SH타입의 표면파를 이용한 단면 반사형의 표면파 장치에 관한 것이다.
압전 기판을 전파하는 표면파 중, 변위가 표면파 전파 방향과 수직인 방향의 변위를 주체로 하는 SH타입의 표면파로서, BGS파(압전 표면 미끄럼파)나 러브파(love wave) 등이 있다.
SH타입의 표면파(BGS파)를 이용한 단면 반사형의 표면파 장치로서는, 예를들면 쇼화 51년 춘계 일본 음향 학회 강연 논문집(쇼화 51년 5월 발행) P.351∼352에 개시된 것이 있다. 이 표면파 장치는 예를 들면 도 1에 나타내는 바와 같은 구조를 갖고 있다. 도 1에서, 부호 1은 압전 기판을 나타내며, 압전 세라믹스 재료로 형성되어 있다. 압전 기판(1)의 상면에는 빗살형상 전극(Interdigital Transducer)(2, 3)이 형성되어 있으며, 양 빗살형상 전극(2, 3)은 서로 다르게 배치된 복수의 전극지(2a, 2b, 3a, 3b)(빗살형상 전극(2)의 전극지 중, 양단의 것을 전극지(2b)로 하고, 그 이외의 것을 전극지(2a)로 한다. 또한, 빗살형상 전극(3)의 전극지 중, 양단의 것을 전극지(3b)로 하고, 그 이외의 것을 전극지(3a)로 한다)를 갖고 있다. 또한, 화살표 P는 압전 기판(1)의 분극 방향을 나타내고 있다. 이 표면파 장치에서는, 빗살형상 전극(2, 3)으로부터 교류 전압을 인가함으로써, 표면파 전파 방향(A)과 수직인 방향의 변위만, 즉 횡파 성분밖에 갖지 않는 BGS파가 여진된다.
또한, 이 표면파 장치에서는, BGS파가 압전 기판(1)의 자유 단면(1a, 1b) 사이에서 완전히 반사되며, 그에 따라 단면(1a, 1b) 사이에서 트랩된다. 즉, 이 표면파 장치는 단면 반사형의 표면파 공진자로서 동작한다. 레일리파를 이용한 종래의 표면파 공진자에서는, 빗살형상 전극의 측방에 반사기를 형성해 둘 필요가 있었던 것에 반하여, BGS파를 이용한 상기 표면파 장치에서는 이와 같은 반사기를 생략할 수 있다. 따라서, 종래의 레일리파를 이용한 표면파 공진자와 비교하여, 칩사이즈를 1/10정도로 대폭으로 소형화할 수 있다는 큰 이점을 갖고 있다.
도 2는 표면파 전파 방향과 평행한 단면에 있어서의 표면파 장치의 단면도로, 압전 기판(1)의 단면에 접하는 위치에 형성되어 있는 전극지(3b)를 제외한 각 전극지(2a, 2b, 3a)의 폭은 λs/4(λs는 표면파의 파장)가 되고, 각 전극지(2a, 2b)의 중심 사이의 거리와 각 전극지(3a)의 중심 사이의 거리는 모두 파장(λs)으로 동일하게 되어 있다. 단, 압전 기판(1)의 단면에 접하는 위치에 형성되어 있는 단부의 전극지(3b)의 폭은 λs/8로 되어 있다. 따라서, 이 표면파 장치에서는 단부로부터 2번째에 위치하는 전극지(2b)의 중심으로부터 압전 기판(1)의 단면(1a, 1b)까지의 거리(L)는
L=λs/2
가 된다.
상기 문헌에 따르면, 단면 반사형의 표면파 장치에서는, 단부로부터 2번째의 전극지(2b)로부터의 거리(L)가 표면파의 파장(λs)의 반(즉, L=λs/2)인 위치에 압전 기판(1)의 단면(1a, 1b)을 형성하는 것이 가장 적합하다고 되어 있으며, 압전 기판(1)의 단면(1a, 1b)의 위치가 L=λs/2의 위치로부터 어긋나면, 스퓨리어스 진동이 발생하기 쉽다고 서술되어 있다.
또한, 전자 정보 통신 학회 기술보고서(신학기보(信學技報)) 1996년 11월 P.41∼48 "압전 세라믹스를 사용한 BGS파 공진자와 그 응용"에는, 압전 기판의 단면이, 단부로부터 2번째의 전극지로부터 L=λs/2의 거리에 있는 표면파 장치와, 압전 기판의 단면이 그곳으로부터 어긋난 위치에 형성되어 있는 표면파 장치를 비교하여 나타내고 있으며, 압전 기판의 단면이 전자의 최적 위치로부터 어긋난 경우에는, 스퓨리어스 진동이 발생하는 것을 나타내고 있다.
그러나, 종래에 있어서는, 단면 반사형의 표면파 장치에 사용되는 압전 기판에서는, 비유전율이 큰 압전 재료, 예를 들면 LiNbO3나 LiTaO3, PZT 등이 사용되고 있으며, 압전 기판의 단면의 최적 위치도 비유전율이 큰 압전 기판을 사용한 최적 위치를 의미하는 것밖에 없었다. 즉, 비유전율이 작은 압전 기판을 사용한 단면 반사형의 표면파 장치에 대해서는, 이제까지 압전 기판의 단면의 최적 위치는 구해지고 있지 않았다.
본 발명은 압전 기판, 특히 비유전율이 비교적 작은 압전 기판을 사용한 단면 반사형의 표면파 장치에 있어서, 압전 기판 단면의 최적의 위치를 구함과 동시에, 상기 압전 기판을 사용한 단면 반사형의 표면파 장치를 제공하는데 있다. 또한, 그 표면파 장치를 사용한 통신기를 제공하는데 있다.
도 1은 종래예의 표면파 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 표면파 전파 방향과 평행한 단면에 있어서의, 도 1의 표면파 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시형태에 따른 표면파 장치의 사시도이다.
도 4는 상술한 표면파 장치의 표면파 전파 방향과 평행한 단면을 나타내는 단면도로, 도 4a 및 도 4b는 최외측으로부터 세어서 2번째 전극지의 중심으로부터 단면까지의 거리가 다른 표면파 장치의 단면도를 나타내고 있다.
도 5는 최외측으로부터 세어서 2번째 전극지의 중심으로부터 표면파 반사용의 단면까지의 거리(L)에 대한 임피던스비의 변화를 측정한 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 비유전율이 비교적 작은 압전 기판을 사용한 표면파 장치에 있어서, 표면파 전파 방향의 최외측으로부터 세어서 2번째 전극지의 중심으로부터 압전 기판의 단면까지의 거리(L)를 3λs/4로 하고, 주파수를 변화시켰을 때의 임피던스의 크기와 위상의 변화를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시형태로, 단면 반사형의 종결합 공진자형 필터의평면도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 표면파 장치의 평면도 및 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 표면파 장치의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 표면파 장치의 평면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 표면파 장치를 사용한 수신 장치의 블록도이다.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>
11 : 표면파 장치 12 : 압전 기판
12a, 12b : 표면파 반사용의 단면 13, 14 : 빗살형상 전극
13a, 13b, 14a, 14b : 전극지 21 : 종결합 공진자형 필터
22 : 표면파 공진자 23 : 표면파 공진자
본 발명에 따른 표면파 장치는, 압전 기판의 주면에 빗살형상 전극을 형성하고, 표면파를 반사시키기 위한 단면을 상기 빗살형상 전극의 외측 영역에 있어서 압전 기판에 형성하며, 압전 기판을 전파하는 표면파 중, 변위가 표면파 전파 방향과 수직인 방향의 변위를 주체로 하는 표면파 장치에 있어서, 상기 빗살형상 전극이 싱글(single) 전극인 경우, 그 전극지 중, 표면파 전파 방향의 최외측으로부터 세어서 2번째 전극지의 중심으로부터 상기 단면까지의 거리(L)가 다음식
(N+5/8)λs≤L≤(N+7/8)λs
단, λs : 표면파의 파장
N : 0 또는 양의 정수
를 만족하도록, 상기 단면을 형성한 것을 특징으로 하고 있다. 여기에서, 싱글 전극이란, 대향하는 빗살형상 전극의 전극지끼리가 1개씩 번갈아 맞물리도록 배열된 것을 말한다.
본 발명에 따른 표면파 장치는, 압전 기판의 주면에 빗살형상 전극을 형성하고, 표면파를 반사시키기 위한 단면을 상기 빗살형상 전극의 외측 영역에 있어서 압전 기판에 형성하며, 압전 기판을 전파하는 표면파 중, 변위가 표면파 전파 방향과 수직인 방향의 변위를 주체로 하는 표면파 장치에 있어서, 상기 빗살형상 전극이 멀티 전극인 경우, 동일 전위인 전극지쌍 중, 표면파 전파 방향의 최외측으로부터 세어서 2번째의 동일 전위 전극지쌍을 구성하는 전극지의 중심 사이의 중앙으로부터 상기 단면까지의 거리(L)가 다음식
(N+5/8)λs≤L≤(N+7/8)λs
단, λs : 표면파의 파장
N : 0 또는 양의 정수
를 만족하도록, 상기 단면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 여기에서, 멀티 전극이란, 대향하는 빗살형상 전극의 전극지끼리가 복수개(2개이상)씩 번갈아 맞물리도록 배열된 것을 말한다.
본 발명에 따른 표면파 장치는, 압전 기판의 주면에 빗살형상 전극을 형성하고, 표면파를 반사시키기 위한 단면을 상기 빗살형상 전극의 외측 영역에 있어서압전 기판에 형성하며, 압전 기판을 전파하는 표면파 중, 변위가 표면파 전파 방향과 수직인 방향의 변위를 주체로 하는 표면파 장치에 있어서, 상기 빗살형상 전극이 전극지의 폭 또는 간격이 일정하지 않은 싱글 전극인 경우, 표면파 전파 방향의 최외측으로부터 세어서 2번째 전극지의 중심이, 표면파의 평균 파장(λa)의 1/2에 가장 가까운 간격으로 나란한 전극지의 중심으로부터 단면 방향으로 (λa/2)×M(단, M은 0 또는 양의 정수) 어긋난 위치에 배치되며, 최외측으로부터 세어서 2번째 전극지의 중심으로부터 상기 단면까지의 거리(L)가 다음식
(N+5/8)λa≤L≤(N+7/8)λa
단, λa : 표면파의 평균 파장
N : 0 또는 양의 정수
를 만족하도록, 상기 단면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 이와 같은 싱글 전극의 표면파 장치에 있어서는, 최외측의 전극지를 제외한 인접하는 전극지끼리의 간격의 평균값이 평균 파장(λa)과 동일하게 되어 있기 때문에, 싱글 전극의 표면파 장치에 있어서는, 표면파 전파 방향의 최외측으로부터 세어서 2번째 전극지의 중심은, 최외측의 전극지를 제외한 전극지의 평균적인 주기(K)(=λa)의 1/2에 가장 가까운 부분의 전극지의 중심 사이의 중앙으로부터 단면 방향으로 (K/2)×M(단. M은 0 또는 양의 정수) 어긋난 위치에 배치되어 있다고 말할 수도 있다.
본 발명에 따른 표면파 장치는, 압전 기판의 주면에 빗살형상 전극을 형성하고, 표면파를 반사시키기 위한 단면을 상기 빗살형상 전극의 외측 영역에 있어서압전 기판에 형성하며, 압전 기판을 전파하는 표면파 중, 변위가 표면파 전파 방향과 수직인 방향의 변위를 주체로 하는 표면파 장치에 있어서, 상기 빗살형상 전극이 전극지의 폭 또는 간격이 일정하지 않은 멀티 전극인 경우, 표면파 전파 방향의 최외측으로부터 세어서 2번째의 동일 전위 전극지쌍의 중심이, 표면파의 평균 파장(λa)의 1/2에 가장 가까운 간격으로 나란한 전극지쌍끼리의 중심 사이의 중앙으로부터 단면 방향으로 (λa/2)×M(단, M은 0 또는 양의 정수) 어긋난 위치에 배치되며, 최외측으로부터 세어서 2번째의 동일 전위 전극지쌍의 중심으로부터 상기 단면까지의 거리(L)가 다음식
(N+5/8)λa≤L≤(N+7/8)λa
단, λa : 표면파의 평균 파장
N : 0 또는 양의 정수
를 만족하도록, 상기 단면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 여기에서, 전극지쌍의 중심이란, 동일 전위 전극지쌍을 구성하는 전극지의 중심끼리의 중앙을 말한다. 이와 같은 더블(double) 전극의 표면파 장치에 있어서는, 최외측의 동일 전위 전극지쌍을 제외한 인접하는 전극지쌍의 중심끼리의 간격의 평균값이 평균 파장(λa)과 동일하게 되어 있기 때문에, 더블 전극의 표면파 장치에 있어서는, 표면파 전파 방향의 최외측으로부터 세어서 2번째의 동일 전위 전극지쌍의 중심은, 최외측의 전극지쌍을 제외한 동일 전위 전극지쌍의 중심 사이의 평균적인 주기(K)(=λa)의 1/2에 가장 가까운 부분의 전극지쌍의 중심 사이의 중앙으로부터 단면 방향으로 (K/2)×M(단, M은 0 또는 양의 정수) 어긋난 위치에 배치되어 있다고 말할 수도 있다.
본 발명의 표면파 장치는 압전 기판을 전파하는 표면파 중, 변위가 표면파 전파 방향과 수직인 방향의 변위를 주체로 하는, 특히 BGS파나 러브파 등의 SH타입의 표면파를 사용한 표면파 장치이다. 압전 기판으로서는, 비유전율(ε11 T)이 비교적 작은 압전 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 여기에서, 비유전율(ε11 T)이 비교적 작다는 것은 단면 반사형의 표면파 장치에 있어서 종래부터 압전 기판으로 사용되고 있었던 LiNbO3나 LiTaO3, PZT 등의 압전 재료보다도 비유전율이 작은 것을 의미하고 있다. 특히, 비교적 작은 비유전율(ε11 T)의 압전 기판으로서는, 비유전율(ε11 T)이 40이하인 압전 재료에 의해 형성된 압전 기판이 기준이 된다. 또한, 비유전율(ε11 T)이 비교적 작은 압전 기판으로서는, 구체적으로는 수정(예를 들면, 비유전율(ε11 T)이 4.6) 또는 Ca3Ga2Ge4O14형 구조를 갖는 단결정 또는 삼방정(三方晶) 구조를 갖는 단결정으로 이루어지는 압전 기판을 들 수 있으며, Ca3Ga2Ge4O14형 구조를 갖는 산화물 단결정으로서는, 예를 들면, 란가사이트(Langasite)(La3Ga5SiO14)가 있다. 또한, 압전 기판에 형성되어 있는 표면파 반사를 위한 단면은 압전 기판의 외주면에 의해 형성되어 있어도 되고, 압전 기판의 주면에 형성한 홈에 의해 형성되어 있어도 된다. 또한, 표면파 반사를 위한 단면은 압전 기판의 양측에 형성되어 있어도 되고, 압전 기판의 한쪽측에만 형성되어 있어도 된다.
(작용)
본 발명에 따르면, 압전 기판을 사용한 단면 반사형의 표면파 장치에 있어서는, 표면파 반사용 단면의 최적의 위치는, 싱글 전극인 경우, 빗살형상 전극 중, 표면파 전파 방향의 최외측으로부터 세어서 2번째 전극지의 중심으로부터의 거리(L)가 (N+5/8)λs≤L≤(N+7/8)λs[단, λs는 표면파의 파장, N=0, 1, 2,…]를 만족하는 위치인 것을 알 수 있었다. 그리고, 압전 기판을 사용한 단면 반사형의 표면파 장치에 있어서, 표면파 반사를 위한 단면을 이러한 최적 위치에 형성함으로써, 리플(스퓨리어스 진동)이 없고, 또한, 임피던스비〔공진 주파수에 있어서의 임피던스(Zr)와 반공진 주파수에 있어서의 임피던스(Za)의 비인 산곡비(山谷比)=20Log(Za/Zr)〕가 큰 특성을 얻을 수 있었다.
또한, 더블 전극인 경우에는, 압전 기판을 사용한 단면 반사형의 표면파 장치에 있어서의 표면파 반사용 단면의 최적의 위치는, 동일 전위인 전극지쌍 중, 표면파 전파 방향의 최외측으로부터 세어서 2번째의 동일 전위 전극지쌍을 구성하는 전극지의 중심 사이의 중앙으로부터의 거리(L)가 (N+5/8)λs≤L≤(N+7/8)λs[단, λs는 표면파의 파장, N=0, 1, 2,…]를 만족하는 위치인 것을 알 수 있었다. 그리고, 압전 기판을 사용한 단면 반사형의 표면파 장치에 있어서, 표면파 반사를 위한 단면을 이러한 최적 위치에 형성함으로써, 리플(스퓨리어스 진동)이 없고, 또한,임피던스비〔공진 주파수에 있어서의 임피던스(Zr)와 반공진 주파수에 있어서의 임피던스(Za)의 비인 산곡비=20Log(Za/Zr)〕가 큰 특성을 얻을 수 있었다.
또한, 전극지의 폭 또는 간격이 일정하지 않은 싱글 전극인 경우에는, 표면파 전파 방향의 최외측으로부터 세어서 2번째 전극지의 중심을, λa/2[단, λa는 표면파의 평균 파장]에 가장 가까운 간격으로 나란한 전극지의 중심 사이의 중앙으로부터 단면 방향으로 (λa/2)×M[단, M=0, 1, 2, …] 어긋난 위치에 배치하며, 게다가, 최외측으로부터 세어서 2번째 전극지의 중심으로부터 상기 단면까지의 거리(L)가 (N+5/8)λa≤L≤(N+7/8)λa[단, N=0, 1, 2,…]를 만족하도록 단면을 형성함으로써, 리플(스퓨리어스 진동)이 없고, 또한, 임피던스비〔공진 주파수에 있어서의 임피던스(Zr)와 반공진 주파수에 있어서의 임피던스(Za)의 비인 산곡비=20Log(Za/Zr)〕가 큰 특성을 얻을 수 있었다.
또한, 전극지의 폭 또는 간격이 일정하지 않은 멀티 전극인 경우에는, 표면파 전파 방향의 최외측으로부터 세어서 2번째의 동일 전위 전극지쌍의 중심을, λa/2[단, λa는 표면파의 평균 파장]에 가장 가까운 간격으로 나란한 전극지쌍끼리의 중심 사이의 중앙으로부터 단면 방향으로 (λa/2)×M[단, M=0, 1, 2, …] 어긋난 위치에 배치하며, 게다가, 최외측으로부터 세어서 2번째의 동일 전위 전극지쌍의 중심으로부터 상기 단면까지의 거리(L)가 (N+5/8)λa≤L≤(N+7/8)λa[단, N=0, 1, 2,…]를 만족하도록 단면을 형성함으로써, 리플(스퓨리어스 진동)이 없고, 또한, 임피던스비〔공진 주파수에 있어서의 임피던스(Zr)와 반공진 주파수에 있어서의 임피던스(Za)의 비인 산곡비=20Log(Za/Zr)〕가 큰 특성을 얻을 수 있었다.
또한, 본 발명에 따른 표면파 장치는 통신기에 사용하는데 적합하다.
<발명의 실시형태>
(제 1 실시형태)
도 3은 본 발명의 한 실시형태에 따른 싱글 전극의 표면파 장치의 사시도이다. 이 단면 반사형 표면파 장치(11)에 있어서는, 압전 기판(12)의 한쪽 주면상에 1쌍의 빗살형상 전극(13, 14)이 형성되어 있다. 양 빗살형상 전극(13, 14)은 증착 등의 방법에 의해 압전 기판(12)의 주면에 형성되어 패터닝(patterning)되어 있으며, 각각 번갈아 맞물린 복수의 전극지(13a, 13b, 14a, 14b)(빗살형상 전극(13)의 전극지 중, 양단의 것을 전극지(13b)로 하고, 그 이외의 것을 전극지(13a)로 한다. 또한, 빗살형상 전극(14)의 전극지 중, 양단의 것을 전극지(14b)로 하고, 그 이외의 것을 전극지(14a)로 한다)를 구비하고 있다. 압전 기판(12)은 비유전율(ε11 T)이 비교적 작은 수정이나 란가사이트에 의해 형성되어 있으며, 표면파를 반사시키기 위한 단면 (12a, 12b)이 형성되어 있다.
이 표면파 장치(11)에 있어서도, 빗살형상 전극(13, 14)으로부터 교류의 입력 전압을 인가하면, SH타입의 표면파가 여진되고, 여진된 SH파가 상기 단면(12a, 12b) 사이를 잇는 방향(표면파 전파 방향(A))으로 전파한다. 이 SH파는 단면(12a, 12b) 사이에서 반사되어 트랩되며, 정재파가 단면(12a, 12b) 사이에 발생함으로써, SH파를 이용한 단면 반사형 공진자로서 동작시킬 수 있다.
이 표면파 장치(11)에 있어서는, 도 4a에 나타내는 바와 같이, 빗살형상 전극(13, 14)의 각 전극지(13a, 13b, 14a, 14b)의 폭은 λs/4(λs는 표면파의 파장)로 되어 있으며, 각 전극지(13a, 13b, 14a, 14b) 사이의 거리도 λs/4로 되어 있다. 또한, 도 4a에 나타내는 바와 같이, 빗살형상 전극(13, 14) 중, 표면파 전파 방향(A)의 최외측으로부터 세어서 2번째 전극지(13b)의 중심으로부터 상기 단면(12a, 12b)까지의 거리(L)는 다음의 (1)식을 만족하고 있다.
(N+5/8)λs≤L≤(N+7/8)λs…(1)
여기에서, λs는 표면파의 파장이고, N=0, 1, 2, …(음의 정수가 아님)이다. 또한, 단부의 전극지(14b)와 단면(12a, 12b) 사이에는 전극이 없으며, 압전 기판(12)의 노출된 영역(15)이 형성되어 있다. 또한, 좌우의 2번째 전극지(13b)로부터 단면(12a, 12b)까지의 거리는 동일하지 않아도 된다(즉, 동일한 N의 값을 취하지 않아도 된다).
도 4b는 거리(L)=λs인 경우를 나타내고 있으며, 단부의 전극지(14b)와 단면(12a, 12b) 사이에는 전극이 없는 영역(15)이 매우 넓게 형성되어 있다. 이에 반하여, 도 4a는 거리(L)가 λs/2보다도 약간 큰 경우를 나타내고 있다.
도 5는 단부로부터 2번째 전극지의 중심으로부터 표면파 반사용 단면까지의 거리(L)에 대한 임피던스비〔공진점의 임피던스(Zr)와 반공진점의 임피던스(Za)의 비 20log(Za/Zr)〕의 변화를 측정한 결과를 나타내는 도면으로, 실선은 비유전율이 비교적 작은 압전 기판을 사용한 본 발명의 경우를 나타내고, 파선은 비유전율이 비교적 큰 종래예의 경우를 나타내고 있다. 종래예의 경우에는, 거리(L)가 λs/2일 때에 최대값이 되고 있는 것에 반하여, 본 발명의 표면파 장치(11)의 경우에는 다음의 (2)식에 나타내는 범위에서, 임피던스비가 최대값을 갖고 있다.
(5/8)λs≤L≤(7/8)λs…(2)
압전 기판(12)의 단면(12a, 12b)이 표면파의 파장(λs)만큼 어긋난 위치라 하더라도 진동의 위상이나 진동 상태는 동일하기 때문에, 상기 (2)식은 상기 (1)식과 같이 일반화할 수 있다(그 일부는 도 5에서 확인할 수 있다).
또한, 도 6은 비유전율이 비교적 작은 압전 기판(12)을 사용한 표면파 장치에 있어서, 표면파 전파 방향(A)의 최외측으로부터 세어서 2번째 전극지(13b)의 중심으로부터 압전 기판(12)의 단면(12a, 12b)까지의 거리(L)를 (3/4)λs로 하고, 주파수(도 6의 횡축에서는 공진 주파수가 1이 되도록 정규화하고 있다)를 변화시켰을 때의 임피던스의 크기와 위상을 나타내고 있다. 이 압전 기판(12)에서는, 종래예에 있는 최적 단면 위치(L)=λs/2로부터 크게 어긋난 위치에 단면(12a, 12b)을 형성하고 있음에도 불구하고, 리플이나 스퓨리어스 진동이 없고, 또한 임피던스비〔20Log(Za/Zr)〕가 큰 특성이 얻어지고 있다.
또한, 수정과 마찬가지로 비유전율이 작은 압전 기판으로서, 란가사이트를 사용한 경우에도, 도 5 및 도 6과 동일한 효과를 얻을 수 있었다.
따라서, 비유전율(ε11 T)이 비교적 작은 압전 기판을 사용한 싱글 전극의 표면파 장치에서는, 전극지 중, 표면파 전파 방향의 최외측으로부터 세어서 2번째 전극지의 중심으로부터 압전 기판의 단면까지의 거리(L)를,
(N+5/8)λs≤L≤(N+7/8)λs
가 만족되도록 정함으로써, 리플(스퓨리어스 진동)이 없고, 또한, 종래의 단면의 거리로 얻을 수 있는 임피던스비의 최대값보다도 큰 임피던스비를 갖는 특성을 얻을 수 있다. 이 결과, 응답 레벨이 크고, 안정된 발진 상태를 실현할 수 있는 양호한 SH파를 이용한 단면 반사형의 표면파 공진자를 실현할 수 있다.
(제 2 실시형태)
도 7은 본 발명의 다른 실시형태로서, 단면 반사형의 종결합 공진자형 필터(표면파 장치)(21)의 평면도를 나타내고 있다. 이 단면 반사형의 종결합 공진자형 필터(21)의 예를 도 7에 나타낸다. 이 단면 반사형의 종결합 공진자형 필터(21)에 있어서는, 2개의 빗살형상 전극(13, 14)을 조합한 표면파 공진자(22, 23)가 1세트, 압전 기판(12)의 한쪽 주면상에 횡렬로 배치되어 있다. 압전 기판(12)의, 표면파 전파 방향(A)에 위치하는 양측 단면은 표면파를 반사시키기 위한 단면(12a, 12b)이 되고 있다.
이 종결합 공진자형 필터(21)에 있어서는, 한쪽의 표면파 공진자(22)의 빗살형상 전극(13, 14) 사이에 입력 전압을 인가하면, SH타입의 표면파가 여진되고, 여진된 SH파가 상기 단면(12a, 12b) 사이를 잇는 방향으로 전파한다. 이 표면파는 단면(12a, 12b) 사이에서 반사되고, 또한 표면파의 기본파와 고차 모드의 파가 결합하여 정재파가 단면(12a, 12b) 사이에 발생한다. 이 정재파에 기초하는 출력은 다른쪽 표면파 공진자(23)의 빗살형상 전극(13, 14) 사이로부터 꺼내져서, SH파를 이용한 종결합 공진자형 필터(21)로서 동작시킬 수 있다.
이 종결합 공진자형 필터(21)에 대해서는, 표면파 전파 방향의 최외측으로부터 세어서 2번째 전극지(13b)의 중심으로부터 표면파 반사용 단면(12a, 12b)까지의 거리(L)가
(N+5/8)λs≤L≤(N+7/8)λs
의 조건을 만족하도록, 상기 단면(12a, 12b)의 위치를 설계하고 있다. 이 결과, 공진 주파수에서의 임피던스가 작아지며, 리플이 없어지기 때문에, 종결합 공진자형 필터(21)의 삽입 손실이 저감되고, 통과대역내 특성의 평탄성이 향상된다. 또한, 통과대역의 끊어짐도 양호해진다.
또한, 본 실시형태에서는, 단면 반사형의 표면파 장치로서, 종결합 공진자형 필터를 설명하였으나, 이것에 한하는 것이 아니며, 횡결합 공진자형 필터, 래더형(ladder-type) 필터 등이어도 된다.
또한, 상기 각 실시형태에서는, 각 전극지의 폭을 λs/4로 하여 설명하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 최외측의 전극지의 폭에 대해서도 λs/4 로 하여 설명하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니다.
(제 3 실시형태)
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 표면파 장치의 평면도 및 단면도이다. 이 표면파 장치는 멀티 전극(도 8에서는 더블 전극으로 되어 있다)의 빗살형상 전극을 갖는 것으로, 멀티 전극이란, 동일 빗살형상 전극에 있어서 인접하는 복수개의 전극지에 의해 전극지쌍을 구성하고, 대향하는 빗살형상 전극의 전극지쌍 끼리가 번갈아 맞물리도록 배열된 것이다. 이 단면 반사형 표면파 장치(24)에 있어서는, 압전 기판(12)의 한쪽 주면상에 1쌍의 빗살형상 전극(13,14)이 형성되어 있으며, 빗살형상 전극(13)에 있어서는 인접하는 복수개(도 8에서는 2개)의 전극지(13a, 13b)가 동일 전위의 전극지쌍을 구성하고(멀티 전극인 경우에는, 빗살형상 전극(13)의 전극지 중, 양단의 전극지쌍을 구성하는 것을 전극지(13b)로 하고, 그 이외의 전극지쌍을 구성하는 것을 전극지(13a)로 한다), 빗살형상 전극(14)에 있어서는 인접하는 복수개(도 8에서는 2개)의 전극지(14a, 14b)가 동일 전위의 전극지쌍을 구성하고 있으며(멀티 전극인 경우에는, 빗살형상 전극(14)의 전극지 중, 양단의 전극지쌍을 구성하는 것을 전극지(14b)로 하고, 그 이외의 전극지쌍을 구성하는 것을 전극지(14a)로 한다), 빗살형상 전극(13)의 전극지쌍을 구성하는 복수의 전극지(13a, 13b)와 빗살형상 전극(14)의 전극지쌍을 구성하는 복수의 전극지(14a, 14b)가 번갈아 배열되어 있다. 이 경우도 압전 기판(12)은 비유전율(ε11 T)이 비교적 작은 수정이나 란가사이트에 의해 형성되어 있으며, 표면파를 반사시키기 위한 단면(12a, 12b)이 형성되어 있다.
이 표면파 장치(24)에 있어서는, 도 8a 및 도 8b에 나타내는 바와 같이, 빗살형상 전극(13, 14)의 각 전극지(13a, 13b, 14a, 14b)의 폭은 λs/4(λs는 표면파의 파장)보다도 짧게 되어 있으며, 빗살형상 전극(13)의 서로 이웃하는 전극지쌍의 중심 사이의 거리나 빗살형상 전극(14)의 서로 이웃하는 전극지쌍의 중심 사이의 거리는 모두 λs로 되어 있다. 또한, 도 8a 및 도 8b에 나타내는 바와 같이, 빗살형상 전극(13, 14)의 전극지쌍 중, 표면파 전파 방향(A)의 최외측으로부터 세어서 2번째의 전극지쌍을 구성하는 전극지(13b, 13b)의 중심 사이의 중앙으로부터 상기단면(12a, 12b)까지의 거리(L)는 다음식을 만족하고 있다.
(N+5/8)λs≤L≤(N+7/8)λs
여기에서, λs는 표면파의 파장이고, N=0, 1, 2, …(음의 정수가 아님)이다.
따라서, 비유전율(ε11 T)이 비교적 작은 압전 기판을 사용한 멀티 전극의 표면파 장치에서는, 동일 전위인 전극지쌍 중, 표면파 전파 방향의 최외측으로부터 세어서 2번째의 동일 전위 전극지쌍을 구성하는 전극지의 중심 사이의 중앙으로부터 상기 단면까지의 거리(L)를,
(N+5/8)λs≤L≤(N+7/8)λs
가 만족되도록 정함으로써, 리플(스퓨리어스 진동)이 없고, 또한, 종래의 단면의 거리로 얻을 수 있는 임피던스비의 최대값보다도 큰 임피던스비를 갖는 특성을 얻을 수 있다. 이 결과, 응답 레벨이 크고, 안정된 발진 상태를 실현할 수 있는 양호한 SH파를 이용한 단면 반사형의 표면파 공진자를 실현할 수 있다.
(제 4 실시형태)
도 9는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 표면파 장치(25)를 나타내는 평면도이다. 본 실시형태는 전극지의 폭 또는 간격이 일정하지 않은 싱글 전극으로 이루어지는 빗살형상 전극(13, 14)을 구비한 것이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 빗살형상 전극(14)에 있어서의, 최외측의 전극지(14b)를 제외한 전극지(14a)의 중심 사이의 거리를 λ11, λ12, …λ1i라고 하고, 빗살형상 전극(13)에 있어서의 전극지(13a, 13b, 13c)의 중심 사이의 거리를 λ21, λ22, …, λ2j라고 할 때, 이들 전극지간 거리의 평균값(λa)은 다음의 (3)식으로 표시된다. 이러한 타입의 표면파 장치(25)에 있어서는, 이 전극지간 거리의 평균값(λa)은 일반적으로 그 표면파의 평균 파장과 동일하게 되도록 설계되어 있다.
또한, 빗살형상 전극(13)의 전극지(13a, 13b, 13c) 사이의 각 거리와 빗살형상 전극(14)의 전극지(14a) 사이의 각 거리 중에서, 평균값(λa)에 가장 가까운 거리를 사이에 두고 있는 1세트의 전극지를, 예를 들면 도 9에 나타내는 바와 같이 전극지(13c, 13c)로 한다.
이 표면파 장치(25)에 있어서는, 최외측으로부터 2번째에 위치하는 좌우의 전극지(13b, 13b)의 중심으로부터 평균 거리에 가까운 전극지(13c, 13c)의 중심 사이의 중앙까지의 거리가 각각
λa/2×M1(M1=0, 1, 2, …)
λa/2×M2(M2=0, 1, 2, …)
가 되도록, 2번째 전극지(13b, 13b)의 중심의 위치를 정하고 있다.
또한, 최외측으로부터 세어서 2번째에 위치하는 좌우의 전극지(13b, 13b)의 중심으로부터 압전 기판(12)의 단면(12a, 12b)까지의 거리(L)가 모두
(N+5/8)λa≤L≤(N+7/8)λa
를 만족하도록, 단면(12a, 12b)의 위치를 정하고 있다. 단, 상기와 같이, 좌우의전극지(13b)의 중심과 단면(12a, 12b)의 거리에서, N의 값은 동일하지 않아도 된다.
이와 같은 조건에 의해, 공진 주파수에서의 임피던스가 작아지고, 리플이 없어지기 때문에, 랜덤(random)한 칫수의 싱글 전극을 갖는 표면파 장치에 있어서의 삽입 손실을 저감시킬 수 있으며, 통과대역내 특성의 평탄성이 향상된다. 또한, 통과대역의 끊어짐도 양호해진다.
(제 5 실시형태)
도 10은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 표면파 장치(26)를 나타내는 평면도이다. 본 실시형태는 전극지의 폭 또는 간격이 일정하지 않은 멀티 전극(도 10에서는 더블 전극인 경우를 나타내고 있다)으로 이루어지는 빗살형상 전극(13, 14)을 구비한 것이다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 빗살형상 전극(14)에 있어서의, 최외측의 전극지쌍(14b)을 제외한 전극지쌍(14a, 14c)의 중심(각 전극지쌍을 구성하는 전극지(14a, 14c)의 중심 사이의 중앙) 사이의 거리를 λ11, λ12, …,λ1i라고 하고, 빗살형상 전극(13)에 있어서의 전극지쌍(13a, 13b, 13c)의 중심(각 전극지쌍을 구성하는 전극지(13a, 13b, 13c)의 중심 사이의 중앙) 사이의 거리를 λ21, λ22, …, λ2j라고 할 때, 이들 전극지쌍간 거리의 평균값(λa)은 다음의 (4)식으로 표시된다. 이러한 타입의 표면파 장치(26)에 있어서는, 이 전극지쌍간 거리의 평균값(λa)은 일반적으로 그 표면파의 평균 파장과 동일하게 되도록 설계되어 있다.
또한, 빗살형상 전극(13)의 전극지쌍(13a, 13b, 13c) 사이의 각 거리와 빗살형상 전극(14)의 전극지쌍(14a, 14c) 사이의 각 거리 중에서, 평균값(λa)에 가장 가까운 거리를 사이에 두고 있는 1세트의 전극지쌍을, 예를 들면 도 10에 나타내는 바와 같이 전극지(14c, 14c)로 한다.
이 표면파 장치(26)에 있어서는, 최외측으로부터 2번째에 위치하는 좌우의 전극지쌍(13b, 13b)의 중심으로부터 평균 거리에 가까운 전극지(14c, 14c)의 중심 사이의 중앙까지의 거리가 각각
λa/2×M1(M1=0, 1, 2, …)
λa/2×M2(M2=0, 1, 2, …)
가 되도록, 2번째 전극지쌍(13b, 13b)의 중심의 위치를 정하고 있다.
또한, 최외측으로부터 세어서 2번째에 위치하는 좌우의 전극지쌍(13b, 13b)의 중심으로부터 압전 기판(12)의 단면(12a, 12b)까지의 거리(L)가 모두
(N+5/8)λa≤L≤(N+7/8)λa
를 만족하도록, 단면(12a, 12b)의 위치를 정하고 있다. 이 경우도, 좌우의 전극지쌍(13b)의 중심과 단면(12a, 12b)의 거리에서, N의 값은 동일하지 않아도 된다.
이와 같은 조건에 의해, 공진 주파수에서의 임피던스가 작아지고, 리플이 없어지기 때문에, 랜덤한 칫수의 멀티 전극을 갖는 표면파 장치에 있어서의 삽입 손실을 저감시킬 수 있으며, 통과대역내 특성의 평탄성이 향상된다. 또한, 통과대역의 끊어짐도 양호해진다.
(제 6 실시형태)
본 발명의 표면파 장치는 휴대전화나 무선통신기 등의 수신 장치(수신단)로서 사용할 수 있다. 예를 들면, 도 11은 본 발명에 따른 표면파 장치를 RF단용 필터(33) 및 IF단용 필터(35)로서 사용한 수신 장치의 블록도이다. 이 수신 장치(31)에서는 수신용 안테나(32)에 RF단용 필터(33), 믹서(34), IF단용 필터(35), 믹서(36) 및 증폭기(IC)(37)를 접속하고, 믹서(34, 36)에 각각 VCO(전압 제어 발진기)(38, 39)를 접속하여 구성되어 있다.
본 발명의 단면 반사형의 표면파 장치에 따르면, 압전 기판을 사용한 단면 반사형의 표면파 장치에 있어서, 리플(스퓨리어스 진동)이 없고, 또한, 임피던스비가 큰 특성을 얻을 수 있다. 이 결과, 응답 레벨이 크고, 안정된 진동 상태를 실현할 수 있는 양호한 단면 반사형의 표면파 장치나, 삽입 손실이 작고, 통과대역의 평탄성이 양호한 단면 반사형의 표면파 장치를 얻을 수 있다.

Claims (7)

  1. 압전 기판의 주면에 빗살형상 전극을 형성하고, 표면파를 반사시키기 위한 단면을 상기 빗살형상 전극의 외측 영역에 있어서 압전 기판에 형성하며, 압전 기판을 전파하는 표면파 중, 변위가 표면파 전파 방향과 수직인 방향의 변위를 주체로 하는 표면파 장치로서,
    상기 빗살형상 전극이 싱글(single) 전극인 경우, 그 전극지 중, 표면파 전파 방향의 최외측으로부터 세어서 2번째 전극지의 중심으로부터 상기 단면까지의 거리(L)가 다음식
    (N+5/8)λs≤L≤(N+7/8)λs
    단, λs : 표면파의 파장
    N : 0 또는 양의 정수
    를 만족하도록, 상기 단면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 표면파 장치.
  2. 압전 기판의 주면에 빗살형상 전극을 형성하고, 표면파를 반사시키기 위한 단면을 상기 빗살형상 전극의 외측 영역에 있어서 압전 기판에 형성하며, 압전 기판을 전파하는 표면파 중, 변위가 표면파 전파 방향과 수직인 방향의 변위를 주체로 하는 표면파 장치로서,
    상기 빗살형상 전극이 멀티 전극인 경우, 동일 전위인 전극지쌍 중, 표면파 전파 방향의 최외측으로부터 세어서 2번째의 동일 전위 전극지쌍을 구성하는 전극지의 중심 사이의 중앙으로부터 상기 단면까지의 거리(L)가 다음식
    (N+5/8)λs≤L≤(N+7/8)λs
    단, λs : 표면파의 파장
    N : 0 또는 양의 정수
    를 만족하도록, 상기 단면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 표면파 장치.
  3. 압전 기판의 주면에 빗살형상 전극을 형성하고, 표면파를 반사시키기 위한 단면을 상기 빗살형상 전극의 외측 영역에 있어서 압전 기판에 형성하며, 압전 기판을 전파하는 표면파 중, 변위가 표면파 전파 방향과 수직인 방향의 변위를 주체로 하는 표면파 장치로서,
    상기 빗살형상 전극이 전극지의 폭 또는 간격이 일정하지 않은 싱글 전극인 경우, 표면파 전파 방향의 최외측으로부터 세어서 2번째 전극지의 중심이, 표면파의 평균 파장(λa)의 1/2에 가장 가까운 간격으로 나란한 전극지의 중심으로부터 단면 방향으로 (λa/2)×M(단, M은 0 또는 양의 정수) 어긋난 위치에 배치되며, 최외측으로부터 세어서 2번째 전극지의 중심으로부터 상기 단면까지의 거리(L)가 다음식
    (N+5/8)λa≤L≤(N+7/8)λa
    단, λa : 표면파의 평균 파장
    N : 0 또는 양의 정수
    를 만족하도록, 상기 단면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 표면파 장치.
  4. 압전 기판의 주면에 빗살형상 전극을 형성하고, 표면파를 반사시키기 위한 단면을 상기 빗살형상 전극의 외측 영역에 있어서 압전 기판에 형성하며, 압전 기판을 전파하는 표면파 중, 변위가 표면파 전파 방향과 수직인 방향의 변위를 주체로 하는 표면파 장치로서,
    상기 빗살형상 전극이 전극지의 폭 또는 간격이 일정하지 않은 멀티 전극인 경우, 표면파 전파 방향의 최외측으로부터 세어서 2번째의 동일 전위 전극지쌍의 중심이, 표면파의 평균 파장(λa)의 1/2에 가장 가까운 간격으로 나란한 전극지쌍끼리의 중심 사이의 중앙으로부터 단면 방향으로 (λa/2)×M(단, M은 0 또는 양의 정수) 어긋난 위치에 배치되며, 최외측으로부터 세어서 2번째의 동일 전위 전극지쌍의 중심으로부터 상기 단면까지의 거리(L)가 다음식
    (N+5/8)λa≤L≤(N+7/8)λa
    단, λa : 표면파의 평균 파장
    N : 0 또는 양의 정수
    를 만족하도록, 상기 단면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 표면파 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 압전 기판은 비유전율(ε11 T)이 40이하인 압전 재료에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 표면파 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 압전 기판은 수정 또는 Ca3Ga2Ge4O14형 구조를 갖는 단결정 또는 삼방정(三方晶) 구조를 갖는 단결정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면파 장치.
  7. 수신용 안테나;
    상기 수신용 안테나에 입력단이 접속된 RF단용 필터;
    상기 RF단용 필터의 출력단 및 RF단용 VCO의 출력단이 각 입력단에 접속된 RF단용 믹서;
    상기 RF단용 믹서의 출력단이 입력단에 접속된 IF단용 필터;
    상기 IF단용 필터의 출력단 및 IF단용 VCO의 출력단이 각 입력단에 연결된 IF단용 믹서; 및
    상기 IF단용 믹서의 출력단과 연결된 증폭기(IC);를 포함하는 통신기에 있어서,
    상기 필터들 중 적어도 하나는 제1항에 따른 표면파 장치인 것을 특징으로 하는 통신기.
KR10-2002-0058728A 2001-09-28 2002-09-27 표면파 장치 및 통신기 KR100465975B1 (ko)

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