KR100489778B1 - 탄성 표면파 장치 - Google Patents

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KR100489778B1
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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

본 발명은 평형－불평형 변환 기능을 가지며, 평형 단자(418, 419) 사이의 평형도를 개선한 탄성 표면파 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 구성에 따르면, 압전 기판(20)상에, 3개의 빗살형 전극부(407, 408, 409)로 이루어지는 종결합 공진자형의 탄성 표면파 소자(401)를 구성하고, 상기 탄성 표면파 소자(401, 402)를 2개 사용하여 평형－불평형 변환이 가능하며, 또한 입출력의 임피던스가 상호간에 약 4배 다르게 형성한다. 상기 탄성 표면파 소자(401, 402)에 있어서의 각 빗살형의 피치를 좌우에서 다르게 하거나, 또는 상기 탄성 표면파 소자의 입출력 중 적어도 한 쪽에, 일단자쌍 탄성 표면파 공진자(403∼406)를 직렬로 접속한 구조인 경우는, 상기 일단자쌍 탄성 표면파 공진자의 피치를 좌우에서 다르게 한다.

Description

탄성 표면파 장치{Surface acoustic wave device}
본 발명은 특히 평형－불평형 변환 기능을 갖는 탄성 표면파 장치에 관한 것이다.
종래, 최근의 휴대 전화기의 소형화 및 경량화에 대한 기술적 진보는 눈부신 것이 있다. 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 변환 기능, 이른바 밸룬(balun)의 기능을 갖는 것도 최근 활발히 연구되어, GSM방식(Global System for Mobile communications) 등을 중심으로 사용되도록 되어 왔다.
밸룬이란, 평행 2선식 피더(feeder)와 같은 평형 선로와 동축 케이블과 같은 불평형 선로를 직접 접속하면, 불평형 전류가 흘러 급전선(피더) 자체가 안테나로서 동작하여 바람직하지 않기 때문에, 불평형 전류를 저지하여 평형 선로와 불평형 선로를 정합하는 회로를 말한다.
평형 신호와 불평형 신호 사이에서의 변환에는 입력 임피던스(예를 들면 75Ω의 불평형 신호)와 출력 임피던스(예를 들면 300Ω의 평형 신호) 사이에 약 4배 다른 것이 있다.
그와 같은 평형－불평형 변환 기능을 구비한 탄성 표면파 장치의 기본적인 구성으로서, 도 14에 나타내는 바와 같은 구성이 널리 사용되고 있다. 도 14의 구성은 종결합 공진자형의 각 탄성 표면파 소자(101, 102)를 갖고 있다.
탄성 표면파 소자(101)는 탄성 표면파의 전파 방향을 따라 3개의 각 빗살형 전극부(인터디지탈 트랜스듀서, 이하, IDT라고 함)(104, 103, 105)를 구비하며, 또한 그것들을 사이에 두도록 리플렉터(reflector)(106, 017)를 갖고 있다.
탄성 표면파 소자(102)는 탄성 표면파의 전파 방향을 따라 3개의 각 IDT(109, 108, 110)를 구비하며, 또한 그것들을 사이에 두도록 리플렉터(111, 112)를 각각 갖고 있다.
또한, 상기 구성에서는 각 탄성 표면파 소자(101, 102)의 한 쪽의 단자를 전기적으로 병렬로 접속한 불평형 단자(113)와, 각 탄성 표면파 소자(101, 102)의 다른 한 쪽(다른 쪽)의 단자를 전기적으로 직렬로 접속한 각 평형 단자(114, 115)가 형성되어 있다.
탄성 표면파 소자(101)와 탄성 표면파 소자(102) 사이에서 다른 점은 IDT(103)와 IDT(108)가 서로 반전하고 있는 것이다. 이에 따라 평형 단자(114)와 평형 단자(115)로부터 출력되는 신호의 위상은 서로 180°다르며, 불평형 단자(113)로부터 입력되는 불평형 신호가 평형 단자(114)와 평형 단자(115)로부터 출력되는 평형 신호로 변환된다.
상기의 구성에서, 출력 임피던스는 입력 임피던스의 약 4배가 되도록 설정되어 있다. 또한, 도 14의 구성에서 입력 단자와 출력 단자를 바꿔 넣으면, 입력 임피던스가 출력 임피던스의 약 4배로, 평형 입력, 불평형 출력 신호를 얻는 탄성 표면파 장치를 얻을 수 있다.
한편으로, 평형－불평형 변환 기능을 구비한 탄성 표면파 장치에 대하여 통과 대역외의 감쇠량이 우수한 특성도 요구되고 있다. 그와 같은 통과 대역외 특성의 개선 방법이 일본국 특허공개공보 평6-177697호에 개시되어 있다. 상기 공보에서는 도 15에 나타내는 바와 같이, 탄성 표면파 소자(201)의 각각 입출력단측에 탄성 표면파 공진자(202, 203)를 직렬로 접속한 구성을 사용하고 있다.
이 구성을 평형－불평형 변환 기능을 구비한 탄성 표면파 장치에도 도입한 예가 도 16이며, 각 탄성 표면파 소자(301, 302)의 입력측에 탄성 표면파 공진자(303, 304)를, 출력측에 탄성 표면파 공진자(305, 306)를 각각 직렬로 접속한 구성으로 함으로써, 고감쇠이며 또한 평형－불평형 변환을 가능하게 하고 있다.
평형－불평형 변환 기능을 갖는 탄성 표면파 장치에서는 불평형 신호 단자와 평형 신호 단자의 각각의 단자 사이의 통과 대역내에서의 전송 특성에 있어서, 진폭 특성이 동일하고, 또한 위상이 180도(°) 반전하고 있는 것이 요구되며, 각각 진폭 평형도 및 위상 평형도라고 불리우고 있다.
진폭 평형도 및 위상 평형도는 상기 평형－불평형 변환 기능을 갖는 탄성 표면파 장치를 3포트(port)의 디바이스라고 생각하고, 예를 들면 불평형 입력 단자를 제 1 포트, 평형 출력 단자 각각을 제 2 포트, 제 3 포트라고 했을 때, 진폭 평형도＝〔A〕, A＝〔20log(S21)〕－〔20log(S31)〕, 위상 평형도〔B－180〕, B＝〔∠S21－∠S31〕로 각각 정의된다. 또한, S21은 제 1 포트로부터 제 2 포트에의 전달 계수를, S31은 제 1 포트로부터 제 3 포트에의 전달 계수를 나타내고 있으며, 또한, 상기 각 식중의〔 〕는 절대값을 나타내기 위한 것이다. 이와 같은 평형도는 이상적으로는 탄성 표면파 장치의 통과 대역내에서 진폭 평형도가 OdB, 위상 평형도는 0°로 되어 있다.
그러나, 현실에는 도 16의 구성에 있어서 평형도의 어긋남이 존재하며, 그 값은 실제로 사용하는데 문제가 되는 레벨이었다. 그 이유는 도 16에서의 각 IDT(308, 309)에 서로 이웃하는 IDT(307)의 전극지는 접지 전극지인 것에 반하여, 각 IDT(313, 314)에 서로 이웃하는 IDT(312)의 전극지는 시그널(signal) 전극지가 되는 구성이기 때문이다.
이와 같이 IDT－IDT 간격부에서 시그널 전극과 접지 전극이 서로 이웃하고 있는 경우는, IDT－IDT 간격부에 강도의 피크를 갖는 공진 모드의 전류에의 변환 효율이 좋아지기 때문에, 통과 대역내, 특히 고주파수측의 삽입 손실이 접지 전극, 또는 시그널 전극끼리가 서로 이웃하고 있는 경우에 비하여 작아지고, 또한, 통과 대역 폭이 넓어짐과 동시에, 위상 관계에 어긋남이 발생해 간다. 도 17에, 도 16에 있어서의 각 탄성 표면파 필터(320, 321)의 주파수 특성 및 위상 특성의 차이를 나타낸다(100Ω에서 정합을 취하고 있다. 또한, 특성은 도 16과 같이 구성된 상태에서의 특성이다).
각 탄성 표면파 필터(320, 321)의 주파수 특성은 특히 통과 대역의 고주파수측에서 그 차이가 커지고 있으며, 마찬가지로 위상 특성도 각 탄성 표면파 필터(320, 321) 사이에서 완전히 반전하고 있는 것이 아니라, 다소의 어긋남이 있기 때문에, 이 차이가 각 탄성 표면파 필터(320, 321)를 사용하여 평형－불평형 변환 기능을 갖는 탄성 표면파 장치를 형성하면, 그대로 평형도의 악화로 이어진다.
본 발명의 탄성 표면파 장치는 상기 과제를 해결하기 위하여, 압전 기판 상에 탄성 표면파의 전파 방향을 따라 형성된 3개의 IDT를 각각 갖는 종결합 공진자형의 제 1 및 제 2 탄성 표면파 소자를 가지며, 제 2 탄성 표면파 소자는 제 1 탄성 표면파 소자와 비교하여, 각 IDT 중, 중앙의 IDT와 그것을 사이에 두는 IDT 사이의 위상 관계를 반전시키고 있고, 상기 제 1 및 제 2 탄성 표면파 소자의 각각 한 쪽의 단자를 전기적으로 병렬로 접속한 불평형 단자와, 상기 제 1 및 제 2 탄성 표면파 소자의 각각 다른 한 쪽을 전기적으로 직렬로 접속한 평형 단자를 구비하여 평형－불평형 변환 기능을 갖는 탄성 표면파 장치에 있어서, 상기 제 1 탄성 표면파 소자와 제 2 탄성 표면파 소자의 IDT의 피치를 서로 다르게 한 것을 특징으로 하고 있다.
이 구성에 따르면, 제 1 탄성 표면파 소자와 제 2 탄성 표면파 소자의 IDT의 피치를 서로 다르게 함으로써, 평형 단자 사이의 평형도를 개선할 수 있다.
상기 탄성 표면파 장치에서는 제 1 탄성 표면파 소자의 IDT의 피치를 λis, 제 2 탄성 표면파 소자의 IDT의 피치를 λir이라고 했을 때, λir/λis의 값이 0.9982이상 1미만인 것이 바람직하다.
상기 탄성 표면파 장치에서는 제 1 탄성 표면파 소자의 주파수를 fis라고 하고, 제 2 탄성 표면파 소자의 주파수를 fir이라고 했을 때, fis/fir의 값이 0.9982이상 1미만이어도 된다.
상기 구성에 따르면, λir/λis 또는 fis/fir의 값을 0.9982이상 1미만으로 함으로써, 평형 단자 사이의 평형도의 개선을 확실화할 수 있다.
제 1 탄성 표면파 소자의 주파수(fis)는 압전 기판과, 그 위에 형성된 제 1 탄성 표면파 소자의 IDT의 전극 점유율 및 막 두께에 의해 정해지는 음속과, 상기 IDT의 피치로부터 결정되는 것이다.
제 2 탄성 표면파 소자의 주파수(fir)는 압전 기판과, 그 위에 형성된 제 2 탄성 표면파 소자의 IDT의 전극 점유율 및 막 두께에 의해 정해지는 음속과, 상기 IDT의 피치로부터 결정되는 것이다.
또한, 상기에서는 IDT의 피치에 의해 각 주파수(fis, fir)를 서로 다르게 설정하였으나, 다른 구성, 예를 들면, IDT에 있어서의 한쌍분의 피치를 다른 IDT의 피치와 다르게 하는 것과 같은, 탄성 표면파의 전파로 방향을 따른 불균일한 IDT 피치로 하고, 제 1 및 제 2 탄성 표면파 소자의 주파수의 비를 상기의 조건으로 한 원하는 주파수 특성을 얻을 수 있도록 구성하는 것 등에 의해 각 주파수(fis, fir)를 서로 다르게 설정해도 된다.
본 발명의 다른 탄성 표면파 장치는 상기 과제를 해결하기 위하여, 압전 기판 상에 탄성 표면파의 전파 방향을 따라 형성된 복수의 IDT를 각각 갖는 종결합 공진자형의 제 1 및 제 2 탄성 표면파 소자를 가지며, 제 2 탄성 표면파 소자는 제 1 탄성 표면파 소자와 비교하여, 각 IDT 중, 중앙의 IDT와 그것을 사이에 두는 IDT 사이의 위상 관계를 반전시키고 있고, 상기 제 1 및 제 2 탄성 표면파 소자 중 적어도 한 쪽의 단자에, 각각 제 1 및 제 2 일단자쌍 탄성 표면파 공진자를 전기적으로 직렬로 접속한 구성이 되는 제 1 및 제 2 탄성 표면파 필터를 형성하며, 상기 제 1 및 제 2 탄성 표면파 필터의 각각 한 쪽의 단자를 전기적으로 병렬로 접속한 불평형 단자와, 상기 제 1 및 제 2 탄성 표면파 필터의 각각 다른 한 쪽의 단자를 전기적으로 직렬로 접속한 평형 단자를 구비하여 평형－불평형 변환 기능을 갖는 탄성 표면파 장치에 있어서, 상기 제 1 일단자쌍 탄성 표면파 공진자와 제 2 일단자쌍 탄성 표면파 공진자의 피치를 서로 다르게 한 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 따르면, 제 1 일단자쌍 탄성 표면파 공진자와 제 2 일단자쌍 탄성 표면파 공진자의 IDT의 피치를 서로 다르게 함으로써, 평형 단자 사이의 평형도를 개선할 수 있다.
상기 탄성 표면파 장치에서는 제 1 일단자쌍 탄성 표면파 공진자의 IDT의 피치를 λts, 제 2 일단자쌍 탄성 표면파 공진자의 IDT의 피치를 λtr이라고 했을 때, λtr/λts의 값이 0.994이상 1미만인 것이 바람직하다. 또한, 상기 탄성 표면파 장치에서는 제 1 일단자쌍 탄성 표면파 공진자의 주파수를 fts, 제 2 일단자쌍 탄성 표면파 공진자의 주파수를 ftr이라고 했을 때, fts/ftr의 값이 0.994이상 1미만이어도 된다.
상기 구성에 따르면, λtr/λts 또는 fts/ftr의 값을 0.994이상 1미만으로 함으로써, 평형 단자 사이의 평형도의 개선을 확실화할 수 있다.
제 1 일단자쌍 탄성 표면파 공진자의 주파수(fts)는 압전 기판과, 그 위에 형성된 제 1 일단자쌍 탄성 표면파 공진자의 IDT의 전극 점유율 및 막 두께에 의해 정해지는 음속과, 상기 IDT의 피치로부터 결정되는 것이다.
제 2 일단자쌍 탄성 표면파 공진자의 주파수(ftr)는 압전 기판과, 그 위에 형성된 제 2 일단자쌍 탄성 표면파 공진자에 있어서의 IDT의 전극 점유율 및 막 두께에 의해 정해지는 음속과, 상기 IDT의 피치로부터 결정되는 것이다.
또한, 상기에서는, IDT의 피치에 의해 각 주파수(fts, ftr)를 서로 다르게 설정하였으나, 다른 구성, 예를 들면, IDT에 있어서의 한쌍분의 피치를 다른 IDT의 피치와 다르게 하는 것과 같은, 탄성 표면파의 전파로 방향을 따른 불균일한 IDT 피치로 하고, 제 1 및 제 2 일단자쌍 탄성 표면파 공진자에 있어서의 주파수의 비를 상기의 조건으로 한 원하는 주파수 특성을 얻을 수 있도록 구성하는 것 등에 의해 각 주파수(fts, ftr)를 서로 다르게 설정해도 된다.
<발명의 실시형태>
본 발명의 각 실시형태에 대하여 도 1 내지 도 13에 기초하여 설명하면, 이하와 같다.
본 발명에 따른 제 1 실시형태는 도 1에 나타내는 바와 같이, 소자 구성은 도 16에 나타내는 비교예에 유사하지만, 비교예의 각 소자의 파장의 관계식이 하기식 (1), 본 발명의 제 1 실시형태에서의 각 소자의 파장의 관계식이 하기식 (2),
λI1＝λI2, λi1＝λi2, λr1＝λr2, λti1＝λti2, λto1＝λto2…(1)
λI1≠λI2, λi1≠λi2, λr1≠λr2,
(λr1/λI1＝λr2/λI2, λi1/λI1＝λi2/λI2)
λti1＝λti2, λto1＝λto2…(2)
로 서로 다르다. 또한, 이후의 각 실시형태에서는 DCS 수신용 필터를 예로 들어 설명해 간다.
제 1 실시형태에서는 40±5°Ycut X전파 LiTaO3로 이루어지는 압전 기판(20)상에 탄성 표면파 장치의 각 IDT나 리플렉터가 알루미늄(Al) 전극에 의해 포토리소그래피법 등에 의해 형성되어 있다.
IDT는 띠형상의 기단부(버스바(bus bar))와, 그 기단부의 한 쪽의 측부(側部)로부터 직교하는 방향으로 연장되는 복수의 서로 평행한 전극지를 구비한 전극지부를 2개 구비하고 있으며, 상기 각 전극지부의 전극지의 측부를 서로 대면하도록 서로의 전극지 사이에 뒤얽힌 상태로 상기 각 전극지부를 갖는 것이다.
이와 같은 IDT에서는 각 전극지의 길이나 폭, 서로 이웃하는 각 전극지의 간격, 서로의 전극지 사이에서의 뒤얽힌 상태의 대면 길이를 나타내는 교차 폭을 각각 설정함으로써 신호 변환 특성이나 통과 대역의 설정이 가능해지고 있다. 상기 IDT에서는 전기 신호(교류)가 한 쪽의 전극지에 입력되면, 상기 전극지의 폭 방향의 양방향에 탄성 표면파가 발생하여 압전 기판(20)상에 전파하게 된다.
제 1 실시형태의 구성을 상세하게 설명하면, IDT(407)의 좌우(탄성 표면파의 전파 방향을 따라)에 각 IDT(408, 409)를 배치하고, 이들 IDT(408, 407, 409)를 사이에 두도록, 리플렉터(410, 411)를 배치하여 종결합 공진자형의 탄성 표면파 소자(401)가 형성되어 있다.
상기 각 리플렉터(410, 411)는 전파해 온 탄성 표면파를 그 전파 방향을 따라 반사하기 위한 것이다. 또한, 여기에서, 각 IDT(407, 408, 409)에서는 422, 424, 425, 427의 부위의 전극지의 피치는 상기 각 IDT의 다른 부위의 피치보다 작게 되어 있다(협피치 전극지). 이에 따라, 삽입 손실을 저감할 수 있다.
마찬가지로 탄성 표면파 소자(402)가 탄성 표면파 소자(401)에 대하여 출력 신호의 위상 관계가 180°다르게 형성되는 것 이외에는 동일하게 형성되어 있다. 각 탄성 표면파 소자(401, 402)에는 각각 각 일단자쌍 탄성 표면파 공진자(403, 404) 및 각 일단자쌍 탄성 표면파 공진자(405, 406)가 접속되어 있다. 이에 따라, 각 탄성 표면파 필터(420, 421)가 형성되어 있다.
덧붙여서 말하면, 도 1에서는 도면을 간소하게 하기 위하여 전극지의 갯수를 적게 나타내고 있다. 평형 신호용의 각 평형 단자(418, 419)가 각 일단자쌍 탄성 표면파 공진자(405, 406)를 각각 개재하여 IDT(407, 412)에 접속되어 형성되어 있다. 불평형 신호용의 불평형 단자(417)가 각 일단자쌍 탄성 표면파 공진자(403, 404)를 개재하여 각 IDT(408, 409, 413, 414)에 접속되어 형성되어 있다.
각 탄성 표면파 소자(401, 402)의 상세한 설계는 협피치 전극지의 피치로 정해지는 파장을 각각 λi1 및 λi2, 그 외의 전극지의 피치로 정해지는 파장을 각각 λI1 및 λI2, 리플렉터의 파장을 각각 λR1 및 λR2라고 하면,
교차 폭 : 75㎛
IDT 갯수(408, 407, 409의 순서) : 20(3)/(3)29(3)/(3)20개(괄호안은 협피치 전극지의 갯수, 413, 412, 414도 동일함)
IDT 파장(λI1) : 2.142㎛, λI2 : 2.141㎛
협피치 IDT 파장(λi1) : 1.936㎛, λi2 : 1.935㎛
리플렉터 파장(λR1) : 2.177㎛, λR2 : 2.176㎛
리플렉터 갯수 : 150개
IDT－IDT 간격 :
파장(λI1)과 파장(λi1)의 전극지 사이에 끼워진 부위(도 1의 422, 424, 425, 427) : 0.25λI1＋0.25λi1
파장(λI2)과 파장(λi2)의 전극지 사이에 끼워진 부위(도 1의 428, 430, 431, 433) : 0.25λI2＋0.25λi2
파장(λi1)의 전극지 사이에 끼워진 부위(도 1의 423, 426) : 0.50λi1
파장(λi2)의 전극지 사이에 끼워진 부위(도 1의 429, 432) : 0.50λi2
IDT－리플렉터 간격 : 0.50λR
IDT 듀티(duty) : 0.63, 리플렉터 듀티 : 0.57
전극막 두께 : 0.096λI
이다.
일단자쌍 탄성 표면파 공진자(403, 404)의 상세한 설계는 전극지의 피치로 정해지는 파장을 각각 λti1, λti2라고 하면, 본 제 1 실시형태에서는 λti1＝λti2로, 모든 파장을 λti라고 하면,
교차 폭 : 75㎛
IDT 갯수 : 241개
IDT 파장(λti) : 2.050㎛
전극막 두께 : 0.10λti
이다.
일단자쌍 탄성 표면파 공진자(405, 406)의 상세한 설계는 전극지의 피치로 정해지는 파장을 각각 λto1, λto2라고 하고, 본 제 1 실시형태에서는 λto1＝λto2로, 모든 파장을 λto라고 하면,
교차 폭 : 40㎛
IDT 갯수 : 100개
IDT 파장(λto) : 2.110㎛
전극막 두께 : 0.097λto
이다.
다음으로, 도 2에 제 1 실시형태의 구성에서의 주파수에 대한 진폭 평형도, 도 3에 위상 평형도의 그래프를 나타낸다. 비교로서, 상술의 식 (1)의 파장 관계를 갖는 비교예의 구성에서의 진폭, 위상 평형도의 특성도 나타낸다. DCS 수신용 필터에 있어서의 통과 대역의 주파수 범위는 1805MHz∼1880MHz이다. 이 범위에서 최대의 위상 평형도는 비교예에서는 9°인 것에 반하여, 제 1 실시형태에서는 6.5°로, 2.5°위상 평형도가 개선되어 있다. 다음으로, 진폭 평형도는 비교예, 제 1 실시형태 모두 0.8dB로 변화는 없다.
제 1 실시형태의 효과가 얻어진 이유를 설명한다. 종래의 설명에서도 있었지만, 각 IDT(408, 409)에 서로 이웃하는 IDT(407)의 전극지는 접지 전극인 것에 반하여, 각 IDT(413, 414)에 서로 이웃하는 IDT(412)의 전극지는 시그널 전극인 것이 도 1의 구성에서 평형도를 나쁘게 하고 있는 원인의 하나가 되고 있다. 이에 따라, 하기의 보정을 설정하지 않을 때, 각 탄성 표면파 필터(420, 421) 사이에서, 주파수 특성 및 위상 특성이 서로 어긋나고, 그 결과, 평형도가 나빠진다.
제 1 실시형태에서는 탄성 표면파 소자(402)의 소자 내에 있어서의 각 리플렉터(415, 416) 및 각 IDT(413, 412, 414)의 피치비를 일정하게 하고, 각 IDT(413, 412, 414)의 피치를 탄성 표면파 소자(401)의 각 IDT(408, 407, 409)의 피치에 대하여 작게 설정함으로써, 각 탄성 표면파 필터(420, 421) 사이에 있어서의 상호간에서의 주파수 특성 및 위상 특성의 어긋남을 보정하여 평형도가 개선되고 있다.
도 4 및 도 5에, 탄성 표면파 소자(402)의 소자 내에 있어서의 리플렉터 및 IDT의 피치비는 일정하고, 상기 IDT의 피치만 변화시켰을 때의 필요 주파수 범위내에서 최대의 진폭 평형도 및 위상 평형도의 변화를 조사한 결과를 나타낸다. 여기에서, 횡축은 탄성 표면파 소자(401)의 IDT의 피치로 정해지는 파장과의 비로 하였다.
또한, 탄성 표면파 소자(401)의 IDT의 피치와 음속에 의해 결정되는 주파수(fI1(fis))와, 탄성 표면파 소자(402)의 IDT의 피치와 음속에 의해 결정되는 주파수(fI2(fir))의 비(fI1/fI2)를 횡축으로 하여 플롯(plot)한 경우도, 진폭 평형도 및 위상 평형도는 도 4 및 도 5와 동일한 변화를 나타낸다.
진폭 평형도는 각 탄성 표면파 소자(401, 402)에 있어서의 각 IDT의 피치비(λI2/λI1), 또는 그 피치 및 음속으로 정해지는 주파수의 비(fI1/fI2)가 약 0.9982이상 1미만의 범위이고, 보다 바람직하게는 0.9985이상 0.9995이하의 범위이며, 동일 파장(동일 피치) 또는 동일 주파수로 했을 때보다 개선되어 있다.
마찬가지로, 위상 평형도는 0.999부근에서 최소가 되며, 0.9982이상 1미만의 범위이고, 보다 바람직하게는 0.9986이상 0.9996이하의 범위이며, 동일 파장(동일 피치) 또는 동일 주파수로 했을 때보다 개선되어 있다.
이상 설명한 예는 도 1에서, 중앙 IDT의 좌우 IDT와 서로 이웃하는 전극지가 시그널 전극, 좌우 IDT의 중앙 IDT와 서로 이웃하는 전극지가 접지 전극인 탄성 표면파 소자(402)의 IDT의 피치를 탄성 표면파 소자(401)에 대하여 작게 설정시킨 경우의 예이다.
즉, 이 경우는 좌우의 IDT의 피치비를 변화시킴으로써, 탄성 표면파 필터(421)의 위상 특성 및 진폭 특성을 탄성 표면파 필터(420)의 위상 특성 및 진폭 특성에 대하여 이상적으로 반전하는 주파수로 시프트하게 된다.
본 제 1 실시형태에서는 소자 내에 있어서의 리플렉터 및 IDT의 피치비는 일정하고, IDT의 피치만 변화시켰을 때에 대해서만 설명하였으나, 피치비를 일정하게 하지 않는 경우에도 특성이 크게 변화하지 않는 범위내이면, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 제 1 실시형태에서는 각 탄성 표면파 소자(401, 402)의 IDT의 피치를 균일한 것으로 하여 탄성 표면파 장치를 구성하고 있으나, 예를 들면 IDT에 있어서의 한쌍분의 피치를 다른 IDT의 피치와 다르게 하는 것과 같은 불균일한 IDT 피치로 하고, 각 탄성 표면파 소자(401, 402)의 주파수의 비를 상기의 조건으로 한 경우에도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 제 1 실시형태에서는 일단자쌍 탄성 표면파 공진자(403∼406)에 리플렉터를 형성하고 있지 않으나, 리플렉터를 형성함으로써 Q값이 높은 특성의 탄성 표면파 공진자로 하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
제 1 실시형태의 다른 예를 도 6∼도 8에 나타낸다. 이상 설명한 바와 같이 제 1 실시형태에서는 2개의 탄성 표면파 소자를 사용하여 평형－불평형 변환을 행하는 탄성 표면파 장치에 있어서, 제 1 탄성 표면파 소자와 제 2 탄성 표면파 소자의 IDT의 피치를 서로 다르게 함으로써, 평형 단자 사이의 진폭 평형도 및 위상 평형도를 개선한 탄성 표면파 장치를 얻을 수 있다.
제 1 실시형태에서는 40±5°Ycut X전파 LiTaO3로 이루어지는 압전 기판(20)을 사용하였으나, 효과가 얻어지는 원리로부터도 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 이 압전 기판(20)에 한하지 않으며, 64∼72°Ycut X전파 LiNbO3, 41°Ycut X전파 LiNbO3 등의 압전 기판으로도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이하에, 본 발명의 제 2 실시형태에 대하여 설명한다. 제 2 실시형태의 기본 구성은 도 1과 동일하지만, 각 소자의 파장의 관계식은
λI1＝λI2, λi1＝λi2, λr1＝λr2,
λti1＝λti2, λto1≠λto2…(3)
상기의 식 (3)과 같이 된다.
제 1 실시형태와 다른 점은 제 1 실시형태에서는 탄성 표면파 소자(401)의 피치를 탄성 표면파 소자(402)와 다르게 하고 있었으나, 제 2 실시형태에서는 일단자쌍 탄성 표면파 공진자(405)의 피치를 일단자쌍 탄성 표면파 공진자(406)와 다르게 하고 있다.
이하에 설계의 상세한 것에 대하여 제 1 실시형태와 다른 점만을 기재하면,
IDT 파장(λI1)(λI2) : 2.142㎛
협피치 IDT 파장(λi1)(λi2) : 1.936㎛
리플렉터 파장(λR) : 2.177㎛
IDT 파장(λto1) : 2.110㎛, λto2 : 2.103㎛
가 된다.
이하에, 본 제 2 실시형태에 관한 작용 및 효과에 대하여 설명한다. 도 9에 제 2 실시형태의 구성에서의 주파수에 대한 진폭 평형도, 도 10에 위상 평형도의 그래프를 나타낸다. 비교로서, 상기 식 (1)의 파장 관계의 구성에서의 진폭 및 위상 평형도의 특성도 나타낸다. DCS 수신용 필터에 있어서의 통과 대역의 주파수 범위는 1805MHz∼1880MHz이다. 이 범위에서 최대의 위상 평형도는 비교예에서는 9°인 것에 반하여, 제 2 실시형태에서는 7.5°로, 1.5°위상 평형도가 개선되어 있다. 다음으로 진폭 평형도는 비교예가 0.8dB인 것에 반하여, 제 2 실시형태에서는 1.0dB로 0.2dB 악화되어 있다.
여기에서, 도 11에 일단자쌍 탄성 표면파 공진자(406)의 피치를 일단자쌍 탄성 표면파 공진자(405)에 대하여 변화시키고 있었을 때의 DCS 수신용 필터의 사용 주파수 범위(통과 대역) 내에서 최대의 진폭 평형도의 변화, 도 12에 위상 평형도의 변화를 나타낸다. 횡축은 일단자쌍 탄성 표면파 공진자(406)의 피치로 정해지는 파장과 일단자쌍 탄성 표면파 공진자(405)의 피치로 정해지는 파장의 비를 나타내고 있다.
또한, 일단자쌍 탄성 표면파 공진자(405)의 피치와 음속에 의해 정해지는 주파수(fto1(fts))와, 일단자쌍 탄성 표면파 공진자(406)의 피치와 음속에 의해 정해지는 주파수(fto2(ftr))의 주파수의 비(fto1/fto2)를 횡축으로 하여 플롯한 경우도, 진폭 평형도 및 위상 평형도는 도 11 및 도 12와 동일한 변화를 나타낸다.
도 11을 보면, 일단자쌍 탄성 표면파 공진자(406)의 피치를 일단자쌍 탄성 표면파 공진자(405)의 피치보다 작게 설정함으로써, 진폭 평형도가 개선되고 있다. 또한, 도 12를 보면, 일단자쌍 탄성 표면파 공진자(406)의 피치를 일단자쌍 탄성 표면파 공진자(405)의 피치보다 크게 설정함으로써, 위상 평형도가 개선되고 있다.
본 제 2 실시형태에서는 상술한 각 탄성 표면파 소자(401, 402)의 피치를 서로 다르게 한 경우와 같이, 진폭 평형도 및 위상 평형도의 양쪽이 개선되는 것은 아니지만, 진폭 평형도와 위상 평형도 중 어느 한 쪽을 약간 악화시키더라도 어느 한 쪽을 개선시키고자 하는 경우에 유효하다. 단, 일단자쌍 탄성 표면파 공진자(406)와 일단자쌍 탄성 표면파 공진자(405)의 피치비(λto2/λto1) 또는 그 피치 및 음속으로 정해지는 주파수의 비(fto1/fto2)가 0.994보다 작아진 곳에서, 급속하게 평형도가 악화되기 때문에, 그 비의 값은 0.994이상인 것이 바람직하다.
또한, 제 2 실시형태에서는 각 평형 단자(418, 419)측에 접속된 각 일단자쌍 탄성 표면파 공진자(405, 406)의 피치를 서로 다르게 한 구성으로 하였으나, 불평형 단자(417)측에 접속된 각 일단자쌍 탄성 표면파 공진자(403, 404)의 피치를 서로 다르게 한 경우에도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 제 2 실시형태에서는 2개의 탄성 표면파 소자를 사용하고, 상기 2개의 탄성 표면파 소자의 입출력측 중 적어도 한 쪽에, 일단자쌍 탄성 표면파 공진자를 직렬로 접속한 구조의 탄성 표면파 장치에 있어서, 상기 일단자쌍 탄성 표면파 공진자의 피치를 좌우에서 다르게 함으로써, 평형 단자 사이의 진폭 평형도 및 위상 평형도 중 적어도 한 쪽을 개선한 탄성 표면파 장치를 얻을 수 있다. 제 2 실시형태의 다른 예를 도 13에 나타낸다.
본 발명의 탄성 표면파 장치는 이상과 같이, 압전 기판 상에 3개의 IDT로 이루어지는 종결합 공진자형 탄성 표면파 소자를 구성하고, 상기 탄성 표면파 소자를 2개 사용하여 평형－불평형 변환 가능한 탄성 표면파 장치에 있어서, 좌우에서 상기 탄성 표면파 소자에 있어서의 IDT의 피치를 다르게 하거나, 또는 상기 탄성 표면파 소자의 입출력측 중 적어도 한 쪽에 일단자쌍 탄성 표면파 공진자를 직렬로 접속한 구조인 경우는, 좌우에서 상기 일단자쌍 탄성 표면파 공진자의 피치를 다르게 함으로써, 평형 단자 사이의 평형도를 개선한 탄성 표면파 장치를 얻을 수 있다는 효과를 이룬다.
도 1은 본 발명에 따른 제 1 실시형태에 관한 탄성 표면파 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 상기 제 1 실시형태와 비교예의 진폭 평형도를 각각 나타내는 그래프이다.
도 3은 상기 제 1 실시형태와 비교예의 위상 평형도를 각각 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 1에 기재된 탄성 표면파 소자(402)의 소자 내에 있어서의 리플렉터(reflector) 및 IDT의 피치비(pitch ratio)는 일정하고, 상기 IDT의 피치만 변화시켰을 때의 진폭 평형도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 1에 기재된 탄성 표면파 소자(402)의 소자 내에 있어서의 리플렉터 및 IDT의 피치비는 일정하고, 상기 IDT의 피치만 변화시켰을 때의 위상 평형도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 상기 제 1 실시형태의 한 변형예를 나타내는 탄성 표면파 장치의 개략 구성도이다.
도 7은 상기 제 1 실시형태에 있어서의 다른 변형예를 나타내는 탄성 표면파 장치의 개략 구성도이다.
도 8은 상기 제 1 실시형태의 또 다른 변형예를 나타내는 탄성 표면파 장치의 개략 구성도이다.
도 9는 본 발명에 따른 제 2 실시형태에 관한 탄성 표면파 장치와 비교예의 진폭 평형도를 각각 나타내는 그래프이다.
도 10은 상기 제 2 실시형태와 비교예의 위상 평형도를 각각 나타내는 그래프이다.
도 11은 도 1에 있어서의 일단자쌍 탄성 표면파 공진자(406)의 피치를 일단자쌍 탄성 표면파 공진자(405)에 대하여 변화시켰을 때의 진폭 평형도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 12는 도 1에 기재된 일단자쌍 탄성 표면파 공진자(406)의 피치를 일단자쌍 탄성 표면파 공진자(405)에 대하여 변화시키고 있었을 때의 위상 평형도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 13은 상기 제 2 실시형태의 한 변형예를 나타내는 탄성 표면파 장치의 개략 구성도이다.
도 14는 평형－불평형 변환 기능을 가지며, 입출력 사이에서 임피던스가 약 4배 다른 탄성 표면파 장치의 개략 구성도이다.
도 15는 대역외 특성이 양호해지는 탄성 표면파 장치의 개략 구성도이다.
도 16은 대역외 특성이 양호하며, 또한 입출력에서 임피던스가 약 4배 다른 탄성 표면파 장치의 개략 구성도이다.
도 17은 도 16에 있어서의 각 탄성 표면파 필터(320, 321)의 주파수 특성차(실선은 탄성 표면파 필터(320)의 주파수 특성 및 위상 특성, 파선은 탄성 표면파 필터(321)의 주파수 특성 및 위상 특성)를 나타내는 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>
20 : 압전 기판
403, 404, 405, 406 : 일단자쌍 탄성 표면파 공진자
407, 408, 409, 412, 413, 414 : IDT(빗살형 전극부)
410, 411, 415, 416 : 리플렉터(reflector)
417 : 불평형 단자
418, 419 : 평형 단자

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 압전 기판 상에 탄성 표면파의 전파 방향을 따라 형성된 3개의 빗살형 전극부를 각각 갖는 종결합 공진자형의 제 1 및 제 2 탄성 표면파 소자를 가지며,
    제 2 탄성 표면파 소자는 제 1 탄성 표면파 소자와 비교하여, 각 빗살형 전극부 중, 중앙의 빗살형 전극부와 그것을 사이에 두는 빗살형 전극부 사이의 위상 관계를 반전시키고 있고,
    상기 제 1 및 제 2 탄성 표면파 소자의 각각 한 쪽의 단자를 전기적으로 병렬로 접속한 불평형 단자와, 상기 제 1 및 제 2 탄성 표면파 소자의 각각 다른 한 쪽을 전기적으로 직렬로 접속한 평형 단자를 구비하여 평형－불형평 변환 기능을 갖는 탄성 표면파 장치로서,
    상기 제 1 탄성 표면파 소자의 빗살형 전극부의 피치를 λis, 제 2 탄성 표면파 소자의 빗살형 전극부의 피치를 λir이라고 했을 때, λir/λis의 값이 0.9982이상 1미만인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  3. 압전 기판 상에 탄성 표면파의 전파 방향을 따라 형성된 3개의 빗살형 전극부를 각각 갖는 종결합 공진자형의 제 1 및 제 2 탄성 표면파 소자를 가지며,
    제 2 탄성 표면파 소자는 제 1 탄성 표면파 소자와 비교하여, 각 빗살형 전극부 중, 중앙의 빗살형 전극부와 그것을 사이에 두는 빗살형 전극부 사이의 위상 관계를 반전시키고 있고,
    상기 제 1 및 제 2 탄성 표면파 소자의 각각 한 쪽의 단자를 전기적으로 병렬로 접속한 불평형 단자와, 상기 제 1 및 제 2 탄성 표면파 소자의 각각 다른 한 쪽을 전기적으로 직렬로 접속한 평형 단자를 구비하여 평형－불형평 변환 기능을 갖는 탄성 표면파 장치로서,
    상기 제 1 탄성 표면파 소자와 제 2 탄성 표면파 소자의 빗살형 전극부의 피치를 서로 다르게 하고, 상기 제 1 탄성 표면파 소자의 주파수를 fis라고 하고, 상기 제 2 탄성 표면파 소자의 주파수를 fir이라고 했을 때, fis/fir의 값이 0.9982이상 1미만인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  4. 압전 기판 상에 탄성 표면파의 전파 방향을 따라 형성된 복수의 빗살형 전극부를 각각 갖는 종결합 공진자형의 제 1 및 제 2 탄성 표면파 소자를 가지며,
    제 2 탄성 표면파 소자는 제 1 탄성 표면파 소자와 비교하여, 각 빗살형 전극부 중, 중앙의 빗살형 전극부와 그것을 사이에 두는 빗살형 전극부 사이의 위상 관계를 반전시키고 있고,
    상기 제 1 및 제 2 탄성 표면파 소자 중 적어도 한 쪽의 단자에, 각각 제 1 및 제 2 일단자쌍 탄성 표면파 공진자를 전기적으로 직렬로 접속한 구성이 되는 제 1 및 제 2 탄성 표면파 필터를 형성하며,
    상기 제 1 및 제 2 탄성 표면파 필터의 각각 한 쪽의 단자를 전기적으로 병렬로 접속한 불평형 단자와, 상기 제 1 및 제 2 탄성 표면파 필터의 각각 다른 한 쪽의 단자를 전기적으로 직렬로 접속한 평형 단자를 구비하여 평형－불평형 변환 기능을 갖는 탄성 표면파 장치로서,
    상기 제 1 일단자쌍 탄성 표면파 공진자와 제 2 일단자쌍 탄성 표면파 공진자의 피치를 서로 다르게 한 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 제 1 일단자쌍 탄성 표면파 공진자의 빗살형 전극부의 피치를 λts라고 하고, 제 2 일단자쌍 탄성 표면파 공진자의 빗살형 전극부의 피치를 λtr이라고 했을 때, λtr/λts의 값이 0.994이상 1미만인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 제 1 일단자쌍 탄성 표면파 공진자의 주파수를 fts, 제 2 일단자쌍 탄성 표면파 공진자의 주파수를 ftr이라고 했을 때, fts/ftr의 값이 0.994이상 1미만인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
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