KR100482669B1 - 탄성 표면파 필터 및 통신 장치 - Google Patents

탄성 표면파 필터 및 통신 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 각 평형 신호 단자(210, 211)간의 평형도를 개선한 탄성 표면파 필터 및 통신장치를 제공한다.
각 IDT(204, 205, 206)를 탄성 표면파의 전파방향을 따라 형성한다. 플로트 밸런스 타입이 되도록 각 평형 신호단자(210, 211)를 IDT(205)에 각각 접속하여 형성한다. 각 IDT(204, 205, 206)에 있어서의 탄성 표면파의 전파방향의 중앙부이며, 상기 전파 방향에 대하여 수직으로 상정한 가상축(222)에 대하여 좌우 비대칭이 되도록 각 IDT(204, 205, 206)를 설정한다.

Description

탄성 표면파 필터 및 통신 장치{Surface acoustic wave filter and communication apparatus}
본 발명은 필터 특성을 가지는 동시에, 특히 평형-불평형 변환기능을 가지는 탄성 표면파 필터, 및 그것을 이용한 통신장치에 관한 것이다.
종래, 최근의 휴대 전화기의 소형화, 경량화에 대한 기술적 진보는 눈부시다. 이것을 실현하기 위한 수단으로서, 각 구성 부품의 삭감, 소형화는 물론 복수의 기능을 복합한 부품의 개발도 진행되어 왔다. 이러한 상황을 배경으로, 휴대 전화기의 RF단에 사용하는 탄성 표면파 필터에 평형-불평형 변환기능, 소위 발룬(balun)의 기능을 가지는 것도 최근 활발히 연구되어, GSM방식(Global System for Mobile communications)등을 중심으로 사용되고 있다.
발룬이란, 평행 2선식 피더와 같은 평형 선로와 동축 케이블과 같은 불평형 선로를 직접 접속하면, 불평형 전류가 흐름 급전선(피더:feeder)자체가 안테나로서 동작해버려 바람직하지 않으므로, 불평형 전류를 저지하고, 평형 선로와 불평형 선로를 정합하는 회로를 말한다.
이러한 평형-불평형 변환 기능을 갖춘 탄성 표면파 필터에 관한 특허도, 몇 개 출원되어 있다. 입력 임피던스와 출력 임피던스가 실질적으로 동등한 평형-불평형 변환 기능을 갖춘 탄성 표면파 필터로서는 도 19에 나타낸 바와 같은 구성이 널리 알려져 있다.
도 19에 나타낸 탄성 표면파 필터에서는, 압전 기판(100) 상에 빗형 전극부(발형상 전극이라고도 하며, Inter-Digital Transducer, 이하 IDT라고 한다)(101)가 형성되고, 그 IDT(101)의 좌우(탄성 표면파의 전파방향을 따른다)에 각 IDT(102, 103)가 배치되어 있다.
또한, 상기 탄성 표면파 필터에 있어서는, 이들의 각 IDT(101, 102, 103)를 좌우에서 끼우는 것 같이, 탄성 표면파를 반사해서 변환 효율을 향상시키기 위한 각 반사기(104, 105)가 각각 배치되어 있고, 또한, 각 평형 신호단자(106, 107) 및 불평형 신호단자(108)가 형성되어 있다.
이러한 탄성 표면파 필터는 3IDT 타입의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터라고 하며, 각 IDT(101, 102, 103)사이에서의 탄성 표면파를 이용한 변환에 의해 평형-불평형 변환기능을 가지는 것이다.
평형-불평형 변환기능을 가지는 탄성 표면파 필터에서는 불평형 신호단자와 평형 신호단자의 각각의 단자와의 사이의 통과대역 내에서의 전송 특성에 있어서, 진폭 특성이 동등하고, 또한 위상이 180도 반전하고 있는 것이 요구되어, 각각 평형신호단자간의 진폭 평형도 및 위상 평형도라고 부르고 있다.
진폭 평형도 및 위상 평형도는, 상기 평형-불평형 변환기능을 가지는 탄성 표면파 필터를 3포트의 디바이스라고 생각하고, 예를 들어 불평형 입력단자를 제 1 포트, 평형 출력단자의 각각을 제 2 포트, 제 3 포트라고 할 때, 진폭 평형도＝[A], A＝│20log(S21)│-│20log(S31)│, 위상 평형도＝B-180, B＝│∠S21－∠S31│으로 각각 정의된다. S21은 제 1 포트로부터 제 2 포트로의 전달계수를, S31은 제 1 포트로부터 제 3 포트로의 전달계수를 나타내고 있고, 또한, 상기 각 식중의 ││는 절대치를 나타내기 위한 것이다.
이러한 평형 신호단자간의 평형도에 대해서는, 이상적으로는 탄성 표면파 필터의 통과대역 내에서 진폭 평형도가 0㏈, 위상평형도가 0도라고 되어 있다.
그러나, 도 19에 나타낸 종래의 구성에 있어서는, 평형 신호단자간의 평형도가 뒤떨어진다는 문제점이 있었다. 그 이유로 몇 가지를 생각할 수 있는데, 평형 신호단자(106)에 접속되어 있는 전극지와 IDT(102)의 시그널 전극지의 거리(도 19의 109)와, 평형 신호단자(107)에 접속되어 있는 전극지와 IDT(103)의 시그널 전극지의 거리(도 19의 110)가, 전극지의 피치로 결정되는 파장의 0.5배 다른 것을 들 수 있다.
이에 따라 평형 신호단자(106, 107) 각각에 접속되어 있는 전극지의 총용량이 다르고, 전기와 탄성 표면파의 변환 효율이 다르다는 폐해가 발생하여, 그 결과, 평형도의 악화로 이어졌다. 도 20과 같이 도 19의 평형 신호단자(107)를 접지에 접속해서 평형 신호단자(106)로부터 출력되는 주파수에 대한 진폭 특성과, 도 21과 같이 평형 신호단자(106)를 접지에 접속해서 평형 신호단자(107)로부터 출력되는 진폭 특성의 차이를 도 22에 나타낸다. 2개의 진폭 특성은 크게 달라, 이 차이가 평형도의 악화로 이어진다.
본 발명의 목적은, 평형 신호단자간의 평형도 악화의 원인인 상기 평형 신호단자간의 차이를 시정하여, 평형 신호단자간의 평형도가 양호한 평형-불평형 변환 기능을 가지는 탄성 표면파 필터 및 그것을 이용한 통신장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 탄성 표면파 필터는 이상의 과제를 해결하기 위하여, 압전 기판 상에 입력 전기신호를 탄성 표면파로 변환하여 출력하고, 전파해 오는 탄성 표면파를 출력 전기신호로 변환하여 출력하는 IDT를 탄성 표면파의 전파방향을 따라 복수개 갖는 IDT 세트(set)가 형성되고, IDT 세트에 접속되는 평형 신호단자가 형성되고, IDT 세트는 IDT 세트에 있어서의 탄성 표면파의 전파방향의 중앙부이며, 상기 전파 방향에 대하여 수직이 되는 가상축을 사이에 두고 비대칭인 것을 특징으로 하고 있다. 상기 평형 신호단자는 플로트 밸런스 타입(float balance type: 전기적 중성점을 갖지 않는 타입)이 바람직하다.
상기 탄성 표면파 필터에 있어서는, 상기 IDT 세트는 홀수개의 IDT를 가지고, 상기 가상축은 복수의 IDT 중에서 중앙에 위치하는 IDT의 중심부에 탄성 표면파의 전파방향에 대하여 수직으로 설정되어 있어도 좋다.
상기 탄성 표면파 필터에서는, 상기 IDT 세트의 서로 인접하는 IDT 끼리의 거리가 상기 가상축을 사이에 두고 비대칭인 부위를 가지고 있어도 좋다.
상기 탄성 표면파 필터에 있어서는, 상기 IDT 세트의 피치에 대한 전극지 폭의 비(duty)가 상기 가상축을 사이에 두고 비대칭인 부위를 가지고 있어도 좋다.
상기 탄성 표면파 필터에서는, 상기 IDT 세트의 피치가 상기 가상축을 사이에 두고 비대칭인 부분을 가지고 있어도 좋다.
상기 탄성 표면파 필터에 있어서는, 상기 IDT 세트는 2개의 IDT가 서로 인접하는 부위에 주위의 전극지보다 피치가 작은 전극지를 몇개 형성한 협피치 전극지부를 가지고, 상기 협피치 전극지부의 피치가 상기 가상축을 사이에 두고 비대칭인 부위를 가지고 있어도 좋다.
상기 구성에 따르면, IDT를 탄성 표면파의 전파방향을 따라 복수개 가지는 IDT 세트를 형성하였기 때문에, 특정한 주파수 대역을 통과시키고, 그 이외를 억제하는 필터 기능을 발휘할 수 있다.
또한, 상기 구성에서는, IDT 세트에 접속되는 평형 신호단자를 플로트 밸런스 타입(전기적 중성점을 갖지 않는 타입)으로 형성하였기 때문에, 평형-불평형 변환 기능을 발휘할 수 있는 동시에, IDT 세트에 있어서의 탄성 표면파의 전파방향의 중앙부이며, 또한, 상기 전파 방향에 대하여 수직이 되는 가상축을 비교적 용이하게 설정하는 것이 가능해진다.
그리고, 상기 구성에 있어서는 IDT 세트를 상기 가상축을 사이에 두고 비대칭, 예를 들어 서로 인접하는 IDT 끼리의 거리가 상기 가상축을 사이에 두고 비대칭, 또는 IDT 세트의 duty가 상기 가상축을 사이에 두고 비대칭, 또는 IDT 세트에 형성한 협피치 전극지부를 상기 가상축을 사이에 두고 비대칭으로 설정하여, 평형도, 특히 위상 평형도를 개선할 수 있다.
이에 따라, 상기 구조는 필터 기능을 발휘할 수 있는 동시에, 평형도, 특히 위상 평형도가 개선된 평형-불평형 변환 기능을 발휘할 수 있고, 휴대 전화 등의 통신장치에 적절하게 적용할 수 있다.
상기 탄성 표면파 필터에서는, 상기IDT 세트에 대하여 직렬 및 병렬의 적어도 한 방향으로, 탄성 표면파 공진자가 적어도 1개 접속되어 있는 것이 바람직하다. 상기 구성에 따르면, 탄성 표면파 공진자를 더 접속함으로써, 필터 기능을 향상할 수 있다.
본 발명의 통신장치는 상기 과제를 해결하기 위해서, 상기 중에 기재된 탄성 표면파 필터를 가지는 것을 특징으로 하고 있다. 상기 구성에 따르면, 필터 기능을 발휘할 수 있는 동시에, 평형도, 특히 위상 평형도가 개선된 평형-불평형 변환 기능을 발휘할 수 있는 탄성 표면파 필터를 이용하였기 때문에, 통신기능을 향상할 수 있다.
<발명의 실시의 형태>
본 발명의 각 실시형태에 대하여 도 1∼도 19에 기초하여 설명하면, 이하와 같다.
(제 1 실시형태)
본 발명에 따른 제 1 실시형태의 탄성 표면파 필터는 도 1에 나타낸 바와 같이, 압전 기판(20) 상에 있어서, 종결합 공진자형의 탄성 표면파 필터부(IDT 세트:201), 상기 탄성 표면파 필터부(201)에 대하여, 직렬 접속된 탄성 표면파 공진자(202) 및 탄성 표면파 공진자(203)가 포토리소그래피법 등에 의해 형성된 알루미늄(Al)전극(박)에 의해 형성되어 있다. 압전 기판(20)의 소재로서는 40±5°YcutX 전파 LiTaO3를 들 수 있다. 이후의 각 실시형태의 탄성 표면파 필터에서는 PCS(Personal Communication System) 수신용의 탄성 표면파 필터를 예로 들어서 설명하고 있다.
탄성 표면파 필터부(201)에서는, IDT(205)를 탄성 표면파의 전파방향을 따라 좌우에서 끼우도록 각 IDT(204, 206)가 형성되고, 그들의 양측에 각 반사기(207, 208)가 형성되어 있다.
IDT는, 띠 형상의 기단부(버스 바), 및 그 기단부의 한쪽의 측부로부터 직교하는 방향으로 연장되는 복수의 서로 평행한 띠 형상의 전극지를 구비한 전극지부를 2개 가지고 있고, 상기 각 전극지부의 전극지의 측부를 서로 대면하도록 서로의 전극지간에 뒤얽힌 상태로 상기 각 전극지부를 가지는 것이다.
따라서, IDT에서는 2개의 전극지부에 대하여 각 기단부(버스 바)를 개재하여 입력 전기신호에 근거하는 전위차가 생기면, 그 부분의 압전 기판(20)의 표면상에 탄성 표면파가 발생하고, 그 탄성 표면파는 각 전극지의 폭 방향(각 전극지의 길이 방향에 대하여 직교하는 방향)의 쌍방향으로 압전 기판(20)의 표면상을 전파한다. 한편, 전기신호가 입력되어 있지 않은 IDT에서는 전파해 온 탄성 표면파에 의해 압전 기판(20)의 표면상에 발생한 전위차를 각 전극지에 의해 검출하고, 출력 전기신호로 변환하여 출력할 수 있다.
이러한 IDT에서는 각 전극지의 길이나 폭, 인접하는 각 전극지의 간격, 서로의 전극지간에서의 뒤얽힌 상태의 대면 길이를 나타내는 교차폭을, 각각 설정함으로써 신호 변환 특성이나 통과대역의 설정이 가능해진다. 상기 각 반사기는 전파해 온 탄성 표면파를 반사하기 위한 것인다.
게다가, 탄성 표면파 필터부(201)에 있어서는 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 서로 인접하는 IDT(204)와 IDT(205)의 대향 부분의 수개의 전극지(협피치 전극지)의 피치를 IDT(204) 및 IDT(205)의 다른 부분의 전극지보다도 작게 하고 있다(도 1의 213의 부위). 마찬가지로, 서로 인접하는 IDT(205)와 IDT(206)의 대향 부분의 수개의 전극지(협피치 전극지)의 피치를 IDT(205) 및 IDT(206)의 다른 부분의 전극지보다도 작게 하고 있다(도 1의 214의 부위). 이에 따라, 탄성 표면파 필터부(201)에서는 삽입 손실을 감소할 수 있다.
또한, 각 평형 신호 단자(210, 211)가 중앙의 IDT(205)의 각 전극지부에 대하여 각각 접속되어 형성되어 있다. 이에 따라, 탄성 표면파 필터부(201)는 접지 전위를 전기적 중성점으로서 갖지 않는 플로트 밸런스 타입이 되어 있다. 불평형 신호단자(209)가 IDT(204)와 IDT(206)의 한 쪽의 전극지부에 대하여 각각 접속되어 형성되어 있다. IDT(204)와 IDT(206)의 다른 쪽의 전극지부는 접지에 접속되어 있다.
이와 같이 각 평형 신호 단자(210, 211) 및 불평형 신호단자(209)를 접속함으로써, 탄성 표면파 필터부(201)에 있어서는 평형-불평형 변환 기능을 구비하는 것이 가능해진다. 즉, 각 평형 신호 단자(210, 211)에 평형 전기신호가 입력되면, 불평형 신호단자(209)로부터 불평형 전기신호가 출력되는 한편, 불평형 신호단자(209)에 불평형 전기신호가 입력되면, 각 평형 신호단자(210, 211)로부터 평형 전기신호가 출력되게 된다.
전술의 탄성 표면파 공진자(202)와 탄성 표면파 공진자(203)는 시그널 라인(212)을 개재하여, 불평형 신호단자(209)와 각 IDT(204, 206)와의 사이에 직렬로 접속되어 있다. 덧붙이자면 도 1에서는 도면을 간결하게 하기 위하여 전극지의 개수를 실제보다 적게 나타내고 있다.
게다가, 접지 라인(221)이 시그널 라인(212)와 평형 신호단자(210)의 사이에, 상기 양자간에 교락(橋絡)적으로 들어가는 용량을 감소하기 위한 실드 패턴으로서 형성되어 있다.
그리고, 제 1 실시형태의 탄성 표면파 필터에서는 탄성 표면파의 전파방향에서 서로 인접하는 IDT(204) 및 IDT(205)의 간격과, 탄성 표면파의 전파방향에서 서로 인접하는 IDT(205) 및 IDT(206)의 간격이 서로 다르도록 각 IDT(204, 205, 206)는 설정되어 있다. 즉, 제 1 실시형태의 탄성 표면파 필터에 있어서는, 탄성 표면파 필터부(201)의 중앙부에 있는 IDT(205)에 있어서의 탄성 표면파의 전파방향의 중심부이며, 또한, 탄성 표면파의 전파방향에 대하여 수직으로 가상축(222)을 상정한 경우, 이 가상축(222)을 사이에 두고 좌우 비대칭인 구조가 되게 된다.
종결합 공진자형의 탄성 표면파 필터부(201)의 상세한 설계는 협피치 전극지의 피치로 결정되는 파장을 λI2(도 1의 213, 214의 부위), 그 외의 전극지의 피치로 결정되는 파장을 λI1이라고 하면,
교차폭 W: 60.6λI1
IDT 전극지 개수(204, 205, 206의 순): 29 (4)/(4) 45 (4)/(4) 29개(괄호내는 피치를 작게 한 전극지의 개수)
IDT 파장 λI1: 2.06㎛, λI2: 1.88㎛
반사기 파장 λR: 2.07㎛
반사기 전극지 개수: 100개
IDT-IDT 간격: 0.500λI2(도1의 219), 0.484λI2(도 1의 220)
파장 λI1 과 파장 λI2의 전극지에 끼워진 부위의 간격(도 1의 215, 216, 217, 218): 0.250λI1＋0.250λI2
IDT-반사기 간격: 0.470λR
duty: 0.60(IDT, 반사기 둘다)
전극막 두께: 0.080λI1
탄성 표면파 공진자(202)의 상세한 설계를 이하에 나타낸다.
교차폭 W: 49.1λ
IDT 전극지 개수: 401개
파장 λ(IDT, 반사기 둘다): 2.04㎛
반사기 전극지 개수: 30개
IDT-반사기 간격: 0.50λ
duty: 0.60(IDT, 반사기 둘다)
전극막 두께: 0.080λ
탄성 표면파 공진자(203)의 상세한 설계를 이하에 나타낸다.
교차폭 W: 40.6λ
IDT 전극지 개수: 241개
파장λ(IDT, 반사기 둘다): 1.97㎛
반사기 전극지 개수: 30개
IDT-반사기 간격: 0.50λ
duty: 0.60(IDT, 반사기 둘다)
전극막 두께: 0.084λ
상기의 ‘간격’이란 2개의 전극지의, 폭방향에서의 중심간 거리를 말한다.
도 2에 제 1 실시형태의 구성에서의, 주파수에 대한 평형 신호단자간의 진폭 평형도, 도 3에 위상 평형도의 그래프를 나타낸다. 도 4에 나타낸 비교예로서의 탄성 표면파 필터에서는, IDT(204) 및 IDT(205)의 간격과 IDT(205) 및 IDT(206)의 간격이 동일한 탄성 표면파 필터부(201a)를 이용하였다. 비교예의 구성에서의 진폭 평형도, 위상 평형도도 도 2 및 도 3에 함께 나타내었다.
도 4의 비교예의 구성은 제 1 실시형태에 대하여, IDT(204)과 IDT(205)의 간격과 IDT(205)와 IDT(206)의 간격을 다르게 하지 않은 이외에는, 완전히 동일한 구성이다. 단지, 압전 기판(20)에 대해서는 이용하고 있지만 기재를 생략하고 있다.
PCS 수신용 필터에 있어서의 통과대역의 주파수 범위는 1930㎒∼1990㎒이다. 이　범위에서의 진폭 평형도는 비교예에서는 －0.75∼＋2.30㏈(편차 3.05㏈, 편차가 작을수록 진폭 평형도가 좋다)인데 대하여, 제 1 실시형태에서는 －0.80∼＋2.30㏈(편차 3.10㏈)로 약간 악화되어 있지만, 위상 평형도는 비교예에서는 －7.0∼＋5.5도(편차 12.5도, 편차가 작을수록 위상 평형도가 좋다)인데 대하여, 제 1 실시형태에서는 －4.0∼＋5.5도(편차 9.5도)로, 약 3.0도 위상평형도가 개선되어 있다.
이것은 IDT(204) 및 IDT(205)의 간격과, IDT(205) 및 IDT(206)의 간격을 서로 다르게 하여, 각 평형 신호단자(210, 211)에 연결되어 있는 전극지의 각각의 총용량의 차이 및, 평형 신호단자간의 전기신호와 탄성 표면파의 변환 효율의 차이를 시정한 것에 의한 효과이다. 이 때 전송 특성은 도 6에 나타낸 것과 같이, 통과대역내에 약간의 불필요한 리플(A)이 들어가 있지만, 그 이외는 비교예와 실질적으로 동일한 특성을 얻을 수 있다(도 5는 비교예의 전송 특성, 도 6은 제 1 실시형태의 전송 특성).
IDT-IDT간격을 탄성 표면파 필터부(201)의 좌우에서 서로 다르게 할 경우, 크게 다르게 하면 통과대역내의 불필요한 리플 A가 커진다는 문제가 있기 때문에, 제 1 실시형태의 효과를 얻기 위한 IDT-IDT간격의 조정은 이 불필요한 리플이 커지지 않는, 바람직하게는 통과대역내 편차에 관한 시장 요구인 1.0㏈보다도 커지지 않는 범위에서 행하는 것이 좋다.
이상 설명한 것과 같이 제 1 실시형태에서는, 평형-불평형 변환기능을 가지는 탄성 표면파 필터에 있어서, 좌우에서 IDT-IDT 간격을 다르게 하여, 탄성 표면파 필터부(201)의 중앙부에 있는 IDT(205)의 중심부이며, 또한, 탄성 표면파의 전파방향에 대하여 수직인 가상축(222)에 대하여 좌우 비대칭인 구조로 함으로써, 비교예의 탄성 표면파 필터보다도 평형 신호단자간의 위상 평형도가 개선된 탄성 표면파 필터를 얻을 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에서는 3개의 각 IDT(204, 205, 206)를 가지는 종결합 공진자형의 탄성 표면파 필터부(201)를 1개 이용하고, 탄성 표면파 필터부(201)에 2개의 탄성 표면파 공진자(202, 203)를 직렬 접속한 구성인, 종결합 공진자형의 탄성 표면파 필터부(201)의 중앙부의 IDT(205)로부터 평형신호를 얻는 구성을 설명하였지만, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않으며, 어떤 구성의 평형 신호단자를 가지는 탄성 표면파 필터에 있어서도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
예를 들어 도 7과 같이 4개의 IDT를 가지는 종결합 공진자형의 탄성 표면파 필터에 있어서도, 서로 인접하는 IDT-IDT의 각 간격(301, 302)을 서로 다르게 하여, 탄성 표면파 필터부의 중앙부이며, 또한 탄성 표면파의 전파방향에 대하여 수직으로 가상축(303)을 형성한 경우, 이 가상축(303)을 사이에 두고 좌우 비대칭인 구조가 되기 때문에, 제 1 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 그 이상의 수의 IDT를 가지는 탄성 표면파 필터에 있어서도, 동일한 효과를 얻을 수 있는 것도 명백하다. 예를 들어, 탄성 표면파 공진자를 탄성 표면파 필터부(201)에 대하여 병렬 접속한 경우나, 도 8과 같이 불평형 신호단자(209)를 종결합 공진자형의 탄성 표면파 필터부의 각 IDT(304, 306)의 각각 서로 반대측에서 입력(출력)한 경우나, 종결합 공진자형의 탄성 표면파 필터부를 2단 종속 접속한 경우라도, 예를 들어 도 8의 가상축(322)을 사이에 두고 좌우 비대칭인 구조로 설정하여, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
제 1 실시형태에서는 40±5°YcutX전파LiTaO3 로 이루어지는 압전 기판(20)을 이용하였지만, 효과를 얻을 수 있는 원리로부터도 알 수 있는 대로, 본 발명은 상기 압전 기판(20)에 한정되지 않고, 64°∼72°YcutX전파LiNbO3, 41°YcutX전파LiNbO3 등 으로 이루어지는 압전 기판에서도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(제 2 실시형태)
도 9에 본 발명에 따른 제 2 실시형태의 구성을 나타낸다. 제 2 실시형태에서는 도 4에 나타낸 비교예의 구성에 대하여, IDT(402)의 불평형 신호단자(409)에 접속되어 있는 측의 전극지의 duty를, 0.60에서 0.50으로 변경한 점만이 다르다. 즉, 탄성 표면파 필터(401)의 중앙부에 있는 IDT(403)의 중심부에 탄성 표면파의 전파방향에 대하여 수직인 가상축(420)을 상정한 경우, 이 가상축(420)에 대하여 좌우 비대칭인 구조가 되게 된다. 그 밖의 구성은 비교예의 구성과 모두 동일하다.
도 10에 제 2 실시형태의 구성에서의, 주파수에 대한 각 평형 신호단자(410, 411)사이의 진폭 평형도, 도 11에 위상 평형도의 그래프를 나타낸다. 비교예로서, 도 4의 비교예의 구성에서의 진폭 평형도, 위상 평형도도 도 10 및 도 11에 함께 나타낸다.
제 2 실시형태에서는 IDT(402)의 불평형 신호단자(409)에 접속되어 있는 측의 전극지의 duty를 변경하고 있으므로, 비교예의 구성보다 통과 주파수 대역이 약1㎒ 높아진다.
도 10 및 도 11에서는 제 2 실시형태와 비교예를 비교하기 쉽도록, 제 2 실시형태의 주파수를 실제보다 1㎒ 낮게 표시하고 있다. PCS 수신용 필터에 있어서의 통과대역의 주파수 범위에 있어서 진폭 평형도는 비교예에서는 －0.75㏈∼＋2.30㏈(편차 3.05㏈)인데 대하여, 제 2 실시형태에서는 －0.75㏈∼＋2.25㏈(편차3.00㏈)로 약 0.05㏈ 개선되어 있다.
또한 위상 평형도는 비교예에서는 －7.0도∼＋5.5도(편차 12.5도)인데 대하여, 제 2 실시형태에서는 －4.5도∼＋5.0도(편차 9.5도)로, 약 3.0도 위상 평형도가 개선되어 있다. 이것은 IDT(402)의 불평형 신호단자(409)에 접속되어 있는 측의 전극지의 duty를 작게 설정함으로써, 각 평형 신호단자(410, 411)에 연결되어 있는 전극지의 총용량이나, 전기와 탄성 표면파의 변환 효율을 시정한 것에 의한 효과이다. 이 때 통과대역내의 전송특성은 비교예와 실질적으로 동일한 특성을 얻을 수 있다(도 5: 비교예의 전송특성, 도 12: 제 2 실시형태의 전송특성).
이상 설명한 바와 같이 제 2 실시형태에서는 평형-불평형 변환기능을 가지는 탄성 표면파 필터에 있어서, IDT(402)의 불평형 신호단자(409)에 접속되어 있는 측의 전극지의 duty를 작게 하여, 탄성 표면파 필터(401)의 중앙부에 있는 IDT(403)의 중심부에 탄성 표면파의 전파방향에 대하여 수직인 가상축(420)에 대하여 좌우 비대칭인 구조로 하여, 비교예의 탄성 표면파 필터보다도 평형 신호단자(410, 411)간의 평형도가 개선된 탄성 표면파 필터를 얻을 수 있다.
제 2 실시형태에서는 시그널 전극의 duty만을 변경하였지만, 이것은 시그널 전극, 접지 전극에 관계없이 duty를 변경해서 좌우 비대칭인 구조로 하여, 제 2 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한 제 2 실시형태에서는 duty를 작게 변경하였지만, 예를 들어 IDT(404)의 duty를 변경하는 경우, 반대로 duty를 커지도록 변경하는 것이 평형도가 개선된다. 이와 같이 duty의 변경은 변경하는 IDT에 의해 커지거나 작아지는 경우가 있다.
(제 3 실시형태)
다음으로, 본 발명에 따른 제 3 실시형태의 구성을 설명한다. 제 3 실시형태의 구성은 도 4의 비교예의 구성에 대하여 도 13에 나타낸 바와 같이, 도 4의 IDT(204)의 피치를 0.01㎛ 만큼 작게 한 IDT(204a)를 가지는 탄성 표면파 필터부(20lb)를 이용한 이외에는 동일하다. 즉, 탄성 표면파 필터부(20lb)는 그 중앙부에 있는 IDT(205)의 중심부에 탄성 표면파의 전파방향에 대하여 수직으로 가상축을 상정한 경우, 이 가상축에 대하여 좌우 비대칭인 구조가 되게 된다.
도 14에 제 3 실시형태의 구성에서의, 주파수에 대한 평형 신호단자간의 진폭 평형도, 도 15에 위상 평형도의 그래프를 나타낸다. 비교로서 도 4의 비교예의 구성에서의 진폭 평형도, 위상 평형도도 도 14 및 도 15에 함께 나타낸다.
제 3 실시형태에서는 IDT(204)의 피치를, 0.01㎛ 만큼 작게 한 IDT(204a)를 이용하고 있기 때문에, 비교예의 구성보다 주파수가 약 1㎒ 높아진다. 도 14 및 도 15에서는 제 3 실시형태와 비교예를 비교하기 쉽도록, 제 3 실시형태의 주파수를 실제보다 1㎒ 낮게 표시하고 있다.
PCS 수신용의 탄성 표면파 필터에 있어서의 통과대역의 주파수 범위에 있어서, 진폭 평형도는 비교예에서는 －0.75㏈∼＋2.30㏈(편차 3.05㏈)인데 대하여, 제 3 실시형태에서는 －0.75㏈∼＋2.40㏈(편차 3.15㏈)로 약간 악화되어 있지만, 위상 평형도는 비교예에서는 －7.0도∼＋5.5도(편차 12.5도)인데 대하여, 제 3 실시형태에서는 －3.5도∼＋6.0도(편차 9.5도)로 약 3.0도 위상 평형도가 개선되어 있다.
이것은 IDT(204)의 피치를 작게 한 IDT(204a)를 이용함으로써, 각 평형 신호단자(210, 211)에 연결되어 있는 전극지의 총용량이나, 전기와 탄성 표면파의 변환효율을 시정한 것에 의한 효과이다.
이 때, 통과대역내의 전송특성은 약간 통과대역폭이 비교예보다 좁아져 있지만, 실질적으로 비교예와 동일한 특성을 얻을 수 있다(도 5: 비교예의 전송특성, 도 16: 제 3 실시형태의 전송특성).
이상 설명한 바와 같이 제 3 실시형태에서는, 평형-불평형 변환기능을 가지는 탄성 표면파 필터에 있어서, IDT(204)의 피치를 작게 한 IDT(204a)를 이용하여, 탄성 표면파 필터부(20lb)의 중앙부에 있는 IDT(205)의 중심부에 탄성 표면파의 전파방향에 대하여 수직인 가상축에 대하여 좌우 비대칭인 구조로 함으로써, 비교예의 탄성 표면파 필터보다도 평형 신호단자(210, 211)간의 위상 평형도가 개선된 탄성 표면파 필터를 얻을 수 있다.
제 3 실시형태에서는 피치를 작게 변경하였지만, 예를 들어 IDT(206)의 피치를 변경하는 경우, 반대로 피치를 크게 변경하는 쪽이 평형도가 개선된다. 이와 같이 피치의 변경은 변경하는 IDT에 의해 커지거나 작아지는 경우가 있다.
또한, 도 17에 나타낸 바와 같이 협피치 전극지부의 피치를 IDT(204)와 IDT(205)가 인접하는 부위와 IDT(205)와 IDT(206)가 인접하는 부위에서 서로 다르게 해도 좋다. 예를 들어, 도 17에 있어서는 도 4에 나타낸 IDT(204)의 협피치 전극지부의 피치를 작게 설정한 IDT(204b)와, 도 4에 나타낸 IDT(205)에 있어서의 IDT(204b)측의 협피치 전극지부의 피치를 작게 설정한 IDT(205a)를 가지는 탄성 표면파 필터부(201c)를 이용한 이외에는 도 4와 동일한 구성으로 한다.
그러므로, 상기 구성에서는 IDT(205a)가 인접하는 부위의 피치를, 탄성 표면파 필터부(201c)의 중앙부에 있는 IDT(205a)의 중심부에서, 탄성 표면파의 전파방향에 대하여 수직으로 상정한 가상축에 대하여 좌우 비대칭인 구조가 되어 있다. 상기 구조로 하여도, 비교예의 탄성 표면파 필터보다도 평형 신호단자(210, 211)간의 평형도가 개선된 탄성 표면파 필터가 마찬가지로 얻어진다.
이상과 같이, 본 발명의 탄성 표면파 필터에서는 압전 기판 상에 탄성 표면파의 전파방향을 따라 복수의 IDT를 가지고, 평형신호 입력단자 또는 평형신호 출력단자를 가지는 탄성 표면파 필터이며, 상기 탄성 표면파 필터는 전기적 중성점을 갖지 않고(플로트 밸런스 타입), 상기 탄성 표면파 필터에 있어서의 각 IDT의 중앙부에 탄성 표면파의 전파방향에 대하여 수직으로 가상축을 상정한 경우, 이 가상축에 대하여 상기 탄성 표면파 필터가 좌우 비대칭인 것을 특징으로 하여, 평형 신호단자간의 평형도(특히 위상 평형도)를 개선한 탄성 표면파 필터를 얻을 수 있다.
이 때, 상기 탄성 표면파 필터는 홀수개의 IDT를 가지고, 상기 복수의 IDT 중에서 중앙에 위치하는 IDT의 중심부에 탄성 표면파의 전파방향에 대하여 수직으로 가상축을 상정한 경우, 이 가상축에 대하여 좌우 비대칭인 구조를 가지는 것이 바람직하다.
좌우 비대칭인 구조를 가지도록 하는 수단으로서는, (1)상기 탄성 표면파 필터가 인접하는 IDT끼리의 거리가, 상기 탄성 표면파의 전파방향에 대하여 수직으로 형성한 가상축에 대하여 좌우 비대칭인 부위를 가지는, (2)상기 탄성 표면파 필터의 복수의 IDT의 duty가, 상기 탄성 표면파의 전파방향에 대하여 수직으로 형성한 가상축에 대하여 좌우 비대칭인 부위를 가지는, (3)상기 탄성 표면파 필터의 복수의 IDT의 피치가, 상기 탄성 표면파의 전파방향에 대하여 수직으로 형성한 가상축에 대하여 좌우 비대칭인 부위를 가지는, (4)상기 탄성 표면파 필터는 2개의 IDT가 인접하는 부위에 주위의 전극지보다 피치가 작은 전극지를 수개 형성한 협피치 전극지부를 가지고, 상기 탄성 표면파 필터의 협피치 전극지부의 피치가, 상기 탄성 표면파의 전파방향에 대하여 수직으로 형성한 가상축에 대하여 좌우 비대칭인 부위를 가지는 등의 구성, 방법이 유효하다.
또한, 본 발명의 탄성 표면파 필터에서는 통과대역외의 감쇠량을 크게 한 후에는, 직렬 내지 병렬, 또는 그 양쪽에, 탄성 표면파 공진자를 적어도 1개 이상 접속하는 것이 바람직하다.
게다가, 상기에서는 제 1∼제 3 실시형태에 기재된 특징을 각각에 형성한 예를 들었지만, 그것들을 어떻게 조합시켜서 이용하여도, 동일한 효과를 발휘할 수 있다는 것은 명백하다.
다음으로, 상기 제 1∼제 3 실시형태의 어느 하나에 기재된 탄성 표면파 필터를 이용한 통신장치에 대하여 도 18에 근거하여 설명하면, 상기 통신장치(600)는 수신을 행하는 리시버(receiver)측(Rx측)으로서, 안테나(601), 안테나 공용부/RF Top 필터(602), 증폭기(603), Rx 단간 필터(604), 믹서(605), 제 1 IF필터(606), 믹서(607), 제 2 IF필터(608), 제 1＋제 2 로컬 신시사이저(611), TCXO(temperature compensated crystal oscillator(온도 보상형 수정 발진기)) (612), 디바이더(613), 로컬 필터(614)를 포함하여 구성되어 있다.
Rx 단간 필터(604)로부터 믹서(605)로는 도 18에 2중선으로 나타낸 바와 같이, 밸런스성을 확보하기 위하여 각 평형신호로 송신하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 통신장치(600)는 송신을 행하는 트랜스미터측(Tx측)으로서, 상기 안테나(601) 및 상기 안테나 공용부/RF Top 필터(602)를 공용하는 동시에, TxIF필터(621), 믹서(622), Tx 단간 필터(623), 증폭기(624), 커플러(625), 아이솔레이터(626), APC(automatic power control(자동출력제어))(627)를 포함하여 구성되어 있다.
그리고, 상기의 Rx 단간 필터(604), 제 1 IF필터(606), TxIF필터(621), Tx 단간 필터(623)에는 상술한 제 1∼제 3 실시형태에 기재된 탄성 표면파 필터를 적절하게 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 탄성 표면파 필터는 필터 기능과 함께 불평형-평형 변환기능을 구비하고, 게다가, 각 평형신호간의 위상 특성이 이상에 보다 가깝다는 뛰어난 특성을 가지는 것이다. 따라서, 상기 탄성 표면파 필터를 가지는 본 발명의 통신장치는 전송특성을 향상할 수 있는 것으로 되어 있다.
본 발명의 탄성 표면파 필터는 이상과 같이, 압전 기판 상에 탄성 표면파의 전파방향을 따라 복수의 IDT를 가지는 IDT 세트가 형성되고, IDT 세트에 접속되는 평형 신호단자가 형성되고, IDT 세트는 IDT 세트에 있어서의 탄성 표면파의 전파방향의 중앙부이며, 상기 전파 방향에 대하여 수직이 되는 가상축을 사이에 두고 비대칭인 구성이다.
그러므로, 상기 구조는 IDT 세트를 상기 가상축을 사이에 두고 비대칭으로 설정함으로써, 평형도, 특히 위상 평형도를 개선할 수 있기 때문에, 필터 기능을 발휘할 수 있는 동시에, 평형도, 특히 위상 평형도가 개선된 평형-불평형 변환기능을 발휘할 수 있고, 휴대전화 등의 통신장치에 적절하게 적용할 수 있다는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 제 1 실시형태의 탄성 표면파 필터의 개략 구성도이다.
도 2는 상기 제 1 실시형태와 비교예에서의 진폭 평형도의 차이를 나타내는 그래프이다.
도 3은 상기 제 1 실시형태와 비교예에서의 위상 평형도의 차이를 나타내는 그래프이다.
도 4는 상기 비교예로서의 탄성 표면파 필터의 개략 구성도이다.
도 5는 상기 비교예의 주파수-전송특성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 상기 제 1 실시형태의 주파수-전송특성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 상기 제 1 실시형태의 하나의 변형예를 나타내는 개략 구성도이다.
도 8은 상기 제 1 실시형태의 다른 변형예를 나타내는 개략 구성도이다.
도 9는 본 발명에 따른 제 2 실시형태의 탄성 표면파 필터의 개략 구성도이다.
도 10은 상기 제 2 실시형태와 비교예에서의 진폭 평형도의 차이를 나타내는 그래프이다.
도 11은 상기 제 2 실시형태와 비교예에서의 위상 평형도의 차이를 나타내는 그래프이다.
도 12는 상기 제 2 실시형태의 주파수-전송특성을 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명에 따른 제 3 실시형태의 탄성 표면파 필터의 개략 구성도이다.
도 14는 상기 제 3 실시형태와 비교예에서의 진폭 평형도의 차이를 나타내는 그래프이다.
도 15는 상기 제 3 실시형태와 비교예에서의 위상 평형도의 차이를 나타내는 그래프이다.
도 16은 상기 제 3 실시형태의 주파수-전송특성을 나타내는 그래프이다.
도 17은 상기 제 3 실시형태의 하나의 변형예를 나타내는 개략구성도이다.
도 18은 본 발명의 통신장치의 주요부 블록도이다.
도 19는 평형-불평형 변환기능을 가지는, 종래의 탄성 표면파 필터의 개략 구성도이다.
도 20은 상기 종래의 탄성 표면파 필터에 있어서의 평형 신호단자의 한 방향을 접지에 접속한 개략구성도이다.
도 21은 상기 종래의 탄성 표면파 필터에 있어서의 평형 신호단자의 다른 방면을 접지에 접속한 개략구성도이다.
도 22는 상기 도20과 도21의 구성의 주파수-진폭특성의 차이를 나타내는 그래프이다.
<도면의 주요부호에 대한 간단한 설명>
20 압전 기판 204, 205, 206 IDT(빗형 전극부)
210, 211 평형 신호단자 222 가상축

Claims (8)

  1. 압전 기판;
    상기 압전 기판상에 배치되는 빗형 전극부 세트(set)로서, 탄성 표면파의 전파방향을 따라, 입력 전기신호를 탄성 표면파로 변환하고 상기 탄성 표면파를 출력하며, 전파해 오는 탄성 표면파를 출력 전기신호로 변환하고 상기 출력 전기신호를 출력하는 복수의 빗형 전극부를 가지는 빗형 전극부 세트(set); 및
    상기 빗형 전극부 세트에 접속되는 평형 신호단자;를 포함하는 탄성 표면파 필터로서,
    상기 빗형 전극부 세트는, 상기 탄성 표면파 전파 방향에 있어서 상기 빗형 전극부 세트의 중앙부에 위치하며 상기 탄성 표면파 전파 방향에 대하여 수직이 되는 가상축에 대하여 비대칭인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 빗형 전극부 세트는 홀수개의 빗형 전극부를 가지고,
    상기 가상축은 복수의 빗형 전극부 중에서 중앙에 위치하는 빗형 전극부의 중심부에 탄성 표면파의 전파방향에 대하여 수직으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 빗형 전극부 세트의 서로 인접하는 빗형 전극부끼리의 거리를 다르게 하여, 상기 빗형 전극부 세트가 상기 가상축을 사이에 두고 비대칭으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 빗형 전극부 세트의 피치에 대한 전극지폭의 비를 다르게 하여, 상기 빗형 전극부 세트가 상기 가상축을 사이에 두고 비대칭으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 빗형 전극부 세트의 피치를 다르게 하여, 상기 빗형 전극부 세트가 상기 가상축을 사이에 두고 비대칭으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 빗형 전극부 세트는 2개의 빗형 전극부가 서로 인접하는 부위에 주위의 전극지보다 피치가 작은 전극지를 수개 형성한 협피치 전극지부를 가지고,
    상기 협피치 전극지부의 피치를 다르게 하여, 상기 빗형 전극부 세트가 상기 가상축을 사이에 두고 비대칭으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 빗형 전극부 세트에 대하여, 직렬 및 병렬의 적어도 한 방향으로 탄성 표면파 공진자가 적어도 1개 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  8. 안테나;
    상기 안테나에 접속하는 안테나 공용부/RF Top 필터;
    상기 안테나 공용부/RF Top 필터의 일단에 접속하고, 수신측 단간 필터, 수신측 증폭기, 수신측 믹서, 수신측 제1 IF 필터, 및 수신측 제2 IF 필터를 포함하는 수신부; 및
    상기 안테나 공용부/RF Top 필터의 다른 일단에 접속하고, 송신측 단간 필터, 송신측 증폭기, 송신측 믹서, 및 송신측 IF 필터를 포함하는 송신부;를 포함하는 통신장치로,
    상기 수신측 단간 필터, 상기 수신측 제1 IF 필터, 및 상기 송신측 단간 필터는 제1항 또는 제 2항에 기재된 탄성 표면파 필터인 것을 특징으로 하는 통신장치.
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