KR100606702B1 - 도파관 표면탄성파 필터 - Google Patents

도파관 표면탄성파 필터 Download PDF

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KR100606702B1
KR100606702B1 KR1020000000150A KR20000000150A KR100606702B1 KR 100606702 B1 KR100606702 B1 KR 100606702B1 KR 1020000000150 A KR1020000000150 A KR 1020000000150A KR 20000000150 A KR20000000150 A KR 20000000150A KR 100606702 B1 KR100606702 B1 KR 100606702B1
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Abstract

도파관 표면탄성파 필터에 관한 것으로, 일 측면에는 제 1 입력단을 가지고, 다른 측면에는 다수의 IDT(Interdigital transducer) 전극들을 갖는 제 1 공진기와, 제 1 공진기의 IDT 전극들과 마주보는 측면에는 다수의 IDT 전극들을 갖는 제 2 공진기와, 제 1, 제 2 공진기의 양측에 각각 위치하고, 일 측면이 접지되는 제 1, 제 2 반사기와, 제 1, 제 2 공진기 사이에 위치하고, 일 측면에는 제 2 입력단을 가지며, 제 1 공진기의 IDT 전극들과 마주보는 측면에는 다수의 IDT 전극들을 갖는 제 1 결합 패드와, 제 1, 제 2 공진기 사이에 위치하고, 제 1, 제 2 반사기에 전기적으로 연결되며, 제 2 공진기의 IDT 전극들과 마주보는 측면에는 다수의 IDT 전극들을 갖는 제 2 결합 패드와, 제 2 결합 패드를 마주보는 제 1 결합 패드 측면과, 제 1 결합 패드를 마주보는 제 2 결합 패드 측면 중 적어도 어느 한 곳에 연결되는 다수개의 광대역용 IDT 전극을 포함하여 구성될 수 있다.
공진기, 반사기, 광대역 IDT, 결합 패드

Description

도파관 표면탄성파 필터{waveguide Surface Acoustic Wave Filter}
도 1은 단일 입/출력을 갖는 일반적인 도파관 필터를 보여주는 기본구조도
도 2는 도 1의 A부분을 상세히 보여주는 도면
도 3은 밸런스트 입/출력을 갖는 일반적인 도파관 필터를 보여주는 기본구조도
도 4은 도 3의 B부분을 상세히 보여주는 도면
도 5는 단일 입/출력을 갖는 일반적인 광대역 도파관 필터를 보여주는 기본구조도
도 6은 도 5의 C부분을 상세히 보여주는 도면
도 7은 본 발명에 따른 밸런스트 단일 입/출력을 갖는 광대역 도파관 필터를 보여주는 기본구조도
도 8, 도9, 도10은 도 7의 D부분을 상세히 보여주는 도면
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
71,72 : 입력단 73,76 : 접지부
74,75 : 출력단 77,91a,91b,101a,101b : 결합용 패드
81a,81b : IDT 83 : 반사기의 선폭
84 : 반사기의 선간의 간격 85 : 공진기의 선폭
86 : 공진기 선간의 간격 87 : 광대역 IDT의 선폭
88 : 광대역 IDT의 선간의 간격
본 발명은 표면탄성파 필터(Surface Acoustic Wave Filter)에 관한 것으로, 특히 AMPS(Advanced Mobile Phone System)이나 TDMA(Time Division Multiple Access) 시스템과 같이 디지털 이동 전화기 및 기타 통신 시스템의 수신부에 사용되는 도파관 표면탄성파 필터에 관한 것이다.
일반적으로 표면탄성파 필터(Surface Acoustic Wave Filter)는 크게 트랜스버설(transversal) 형태와 레조네이터(resonator) 형태로 나눌 수 있으며, 레조네이터 형태 중에서 협대역 필터 구현에 사용되는 대표적인 필터로 도파관 필터를 들 수 있다.
도 1은 단일 입/출력을 갖는 일반적인 도파관 필터를 보여주는 기본구조도이다.
일반적으로, 도파관 필터는 두 개의 필터를 시리즈(series)로 연결하여 사용하므로 통과 대역 이외의 억제 대역 특성을 극대화할 수 있다.
일반적인 도파관 필터의 기본 구조를 살펴보면, 도 1에 도시된 바와 같이 두 개의 필터(11,15)가 연결되어 있고, 입력단(12), 출력단(16) 및 접지부(13,17)로 구성되어 있다.
이 구조는 입출력 단자가 단신호 입출력 구조로 되어 있다고 하여 단일 입/출력(single in/out) 구조의 필터라고 말한다.
그리고, 각 필터의 중간에는 접지부(13,17)들과 각각 연결된 결합용 패드(14,18)들을 가지고 있다.
도 1과 같은 단일 입/출력 구조의 경우, 필터 이외의 외부 잡음에 의한 영향으로 필터의 억제 대역 특성 및 통과 대역 특성 저하가 있을 수 있으므로, 이를 저지하기 위하여 최근에는 도파관 필터 대신에 도 3과 같은 밸런스트(balanced) 구조의 필터가 개발되고 있다.
밸런스트 구조는 입력단을 도 3에 도시된 바와 같이 나누어 신호 인가가 이루어지고, 출력단 역시 같은 방식으로 신호를 출력한다.
도 3의 기본 구성도는 양입력단(31)과 음입력단(32), 양출력단(35)과 음출력단(36), 그리고 접지부(33,37)로 구성되어 있으며, 필터의 중간에 결합용 패드(34,38)를 가지고 있다.
도 3의 밸런스트 구조와 도 1의 단일 입/출력 구조와의 차이점은 밸런스트 구조의 경우, 결합용 패드가 밸런스트 구조의 입출력을 만들기 위해 반으로 나누어 하나는 접지부에 연결되어 있고, 다른 하나는 입력 혹은 출력단이 된다는 점이다.
도 4는 도 3에서 결합용 패드를 분리하여 필터 바깥쪽의 입력단(31)으로 연결되는 부분(B)을 확대한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 결합용 패드는 두 개의 패드(42a, 42b)로 나누어지며, 두 패드 사이에는 일정한 간격(42c)을 갖는다.
패드의 폭과 패드간의 간격은 필터의 특성에 따라 결정할 수 있다.
도 4의 패드 42a는 도 3의 도면부호 32와 함께 밸런스트(balanced) 입력단이 되며, 도 4의 패드 42b는 반사기와 연결되어 접지로 연결된다.
도 5는 단일 입/출력을 갖는 광대역 도파관 필터를 보여주는 기본구조도로서, 도 5에 도시된 바와 같이 입력단(51), 출력단(53), 접지부(52,54), 그리고 결합용 패드(55)로 구성된다.
도 6은 결합용 패드인 도 5의 C부분을 상세히 보여주는 도면이다.
도 6에서, 중앙 공진기의 선폭(Wi)(65), 선간의 간격(Gi)(66), 반사기의 선폭(Wr)(63), 선간의 간격(Gr)(64)은 모두 주파수에 따른 특정한 값을 갖게 된다.
결합용 패드 부분의 IDT(Interdigital transducer) 구조에서, 선폭(Wc)(67)과 선간의 간격(Gc)(68)은 결합용 패드 부분의 속도에 따라 선폭이 결정된다.
도 2, 도 4, 도 6을 비교하여 광대역 필터의 기본 원리를 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 결합용 패드인 도 1의 A부분을 상세히 보여주는 도면으로서, 중간의 결합용 패드(22)와 패드의 상하에 위치한 IDT(Interdigital transducer)(21a,21b)로 구성된다.
여기서, 결합용 패드의 경우, 금속으로 채워진 부분의 속도를 Vm이라고 하고, IDT 구조와 같이 금속과 금속이 없는 부분이 교차하도록 되어 있는 곳의 속도를 Vs라고 하자.
이 때, 속도는 Vm ＞ Vs의 관계가 성립하고, 대역폭은 Vm과 Vs간의 차의 함수가 된다.
두 속도간의 차가 줄어들수록 대역폭은 증가하게 된다.
따라서, 도 4의 경우에는 결합용 패드가 도 2와는 달리 두 개의 패드(42a,42b)로 나누어지고, 패드 사이에 금속이 없는 공간(42c)이 존재하여 결합용 패드의 속도는 도 2의 금속 영역에서의 속도보다 작은 값을 가지게 된다.
그 값은 패드의 폭과 패드간의 간격 등에 의해 정해지지만, 큰 값의 차를 보이는 것은 아니다.
즉, 도 4와 같은 구조에서는 도 2의 구조보다 약간 더 넓은 대역폭을 가지게 된다.
도 6의 경우는 결합용 패드 부분을 IDT 구조로 구성하므로, Vm은 도 4의 Vm보다 Vs에 가까운 값을 가지게 되어 광대역 특성을 가지게 된다.
도 6과 같은 IDT 구조의 결합용 패드는 IDT의 선폭(Wc)(67)과 선간의 간격(Gc)(68)에 의해 Vm이 결정되고, 대역폭이 결정된다.
하지만, 광대역 특성을 갖는 도 6은 단일 입/출력 구조에만 적용되고, 밸런스트 구조에는 적용되지 않는 단점이 있었다.
본 발명의 목적은 외부 잡음에 대한 영향을 개선하기 위한 밸런스트 구조를 갖고, 광대역 필터를 구현할 수 있는 도파관 표면탄성파 필터를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 도파관 표면탄성파 필터는 일 측면에는 제 1 입력단을 가지고, 다른 측면에는 다수의 IDT(Interdigital transducer) 전극들을 갖는 제 1 공진기와, 제 1 공진기의 IDT 전극들과 마주보는 측면에는 다수의 IDT 전극들을 갖는 제 2 공진기와, 제 1, 제 2 공진기의 양측에 각각 위치하고, 일 측면이 접지되는 제 1, 제 2 반사기와, 제 1, 제 2 공진기 사이에 위치하고, 일 측면에는 제 2 입력단을 가지며, 제 1 공진기의 IDT 전극들과 마주보는 측면에는 다수의 IDT 전극들을 갖는 제 1 결합 패드와, 제 1, 제 2 공진기 사이에 위치하고, 제 1, 제 2 반사기에 전기적으로 연결되며, 제 2 공진기의 IDT 전극들과 마주보는 측면에는 다수의 IDT 전극들을 갖는 제 2 결합 패드와, 제 2 결합 패드를 마주보는 제 1 결합 패드 측면과, 제 1 결합 패드를 마주보는 제 2 결합 패드 측면 중 적어도 어느 한 곳에 연결되는 다수개의 광대역용 IDT 전극을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 제 1 결합 패드의 광대역용 IDT 전극과 제 2 결합 패드의 광대역용 IDT 전극은 서로 마주보지 않도록 어긋나게 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 제 1 결합 패드 일 측면에 연결되는 광대역용 IDT 전극은 제 1 결합 패드 반대 측면에 연결되는 IDT 전극과 대응하도록 나란히 배열되고, 제 2 결합 패드 일 측면에 연결되는 광대역용 IDT 전극은 제 2 결합 패드 반대 측면에 연결되는 IDT 전극과 대응하도록 나란히 배열될 수 있다.
또한, 제 1 결합 패드에 연결되는 광대역용 IDT 전극은 제 2 결합 패드에 연결되는 IDT 전극과 대응하도록 나란히 배열되고, 제 2 결합 패드에 연결되는 광대역용 IDT 전극은 제 1 결합 패드에 연결되는 IDT 전극과 대응하도록 나란히 배열될 수 있다.
그리고, 제 1 결합 패드에 연결되는 광대역용 IDT 전극은 제 1, 제 2 결합 패드에 연결되는 IDT 전극들과 대응하도록 나란히 배열되고, 제 2 결합 패드에 연결되는 광대역용 IDT 전극은 제 1, 제 2 결합 패드에 연결되는 IDT 전극들과 대응하도록 나란히 배열될 수 있다.
본 발명은 제 2 공진기에 일 측면이 연결되고, 다른 측면에는 다수의 IDT(Interdigital transducer) 전극들을 갖는 제 3 공진기와, 제 3 공진기의 IDT 전극들과 마주보는 측면에는 다수의 IDT 전극들을 가지고, 다른 측면에는 제 1 출력단을 갖는 제 4 공진기와, 제 3, 제 4 공진기의 양측에 각각 위치하고, 일 측면이 접지되는 제 3, 제 4 반사기와, 제 3, 제 4 공진기 사이에 위치하고, 일 측면에는 제 2 출력단을 가지며, 제 4 공진기의 IDT 전극들과 마주보는 측면에는 다수의 IDT 전극들을 갖는 제 3 결합 패드와, 제 3, 제 4 공진기 사이에 위치하고, 제 3, 제 4 반사기에 전기적으로 연결되며, 제 3 공진기의 IDT 전극들과 마주보는 측면에는 다수의 IDT 전극들을 갖는 제 4 결합 패드와, 제 4 결합 패드를 마주보는 제 3 결합 패드 측면과, 제 3 결합 패드를 마주보는 제 4 결합 패드 측면 중 적어도 어느 한 곳에 연결되는 다수개의 광대역용 IDT 전극을 더 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 제 3 결합 패드에 연결되는 광대역용 IDT 전극은 제 3, 제 4 결합 패드에 연결되는 IDT 전극들 중 적어도 하나의 IDT 전극들과 대응하도록 나란히 배열되고, 제 4 결합 패드에 연결되는 광대역용 IDT 전극은 제 3, 제 4 결합 패드에 연결되는 IDT 전극들 중 적어도 하나의 IDT 전극들과 대응하도록 나란히 배열될 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명은 기존의 광대역 구조가 단일 입/출력 구조에만 적용되었던 것을 밸런스트 구조에도 적용함으로써, 단일 입/출력 구조의 단점인 외부 잡음에 대한 영향을 개선하고, 동시에 광대역 필터 구현이 가능하다.
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본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조 하여 설명하면 다음과 같다.
도 7은 본 발명에 따른 도파관 표면탄성파 필터를 보여주는 도면이다.
본 발명은 도 7에 도시된 바와 같이 기존의 도파관 필터의 밸런스트(balanced) 구조인 도 3과 광대역 구조인 도 5를 결합한 필터로서, 밸런스트 입력단 두 개(71,72)와, 출력단 두 개(74,75)와, 접지부(73,76)와, 그리고 광대역 구조인 IDT(Interdigital transducer) 전극을 가지고 있는 결합용 패드(77)로 구성되어 있다.
도 8, 도 9, 도 10은 결합용 패드인 도 7의 D부분을 상세히 보여주는 도면들이다.
도 8은 두 개의 결합용 패드 중 외부와의 전기적 연결을 위한 입력단 또는 출력단에 연결되는 결합 패드와 접지에 연결되는 결합 패드에 광대역 IDT 전극이 각각 연결된 구조이다.
광대역 IDT 전극들은 두 개의 결합 패드 사이에 형성되는데, 이들은 결합 패드들에 연결되는 공진기의 IDT 전극들에 각각 대응되어 나란히 배열된다.
도파관 필터의 대역폭은 결합용 패드의 속도(Vm)와 공진기의 IDT의 속도(Vs)간의 차로 결정된다.
그러므로, 본 발명에서는 결합용 패드 부분의 속도(Vm)를 IDT와 유사한 구조로 구성하여 Vm과 Vs간의 차를 줄여서 대역폭을 넓힌 것이다.
또한, 중앙 공진기의 결합용 패드 부분을 기존의 광대역 구조인 도 5와는 달리 IDT를 상하로 번갈아 연결함으로써, 두 개의 패드를 갈라서 도 3과 같은 밸런스트 구조로 만든 것이다.
그리고, 도 9는 공진기의 결합용 패드 부분을 둘로 나누고, 두 패드(91a, 91b) 사이에 광대역 IDT 전극을 삽입한 것인데, 여기서의 광대역 IDT 전극을 상하 번갈아 연결하지 않고, 상측의 연결 패드(91a)에만 연결한 것이다.
이 때, 광대역 IDT는 결합 패드에 연결되는 공진기의 IDT에는 연결되고, 결합 패드에 연결되지 않는 공진기의 IDT에는 연결되지 않도록 이루어져 있다.
도 10은 도 9와 반대로 구성된 것으로, 광대역 IDT 전극을 상하 번갈아 연결하지 않고, 하측의 연결 패드(101b)에만 연결한 것이다.
본 발명에 따른 도파관 표면탄성파 필터에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 기존의 광대역 구조가 단일 입/출력 구조에만 적용되었던 것을 밸런스트 구조에도 적용함으로써, 단일 입/출력 구조의 단점인 외부 잡음에 대한 영향을 개선하고, 동시에 광대역 필터 구현이 가능하다.
또한, 본 발명은 광대역 필터를 사용하는 GSM(Global System for Mobile Communication)과 같은 디지털 이동 전화기 및 기타 통신 시스템의 수신부의 IF 필터로 사용되는 밸런스트 구조의 도파관 필터에 적용할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (7)

  1. 일 측면에는 제 1 입력단을 가지고, 다른 측면에는 다수의 IDT(Interdigital transducer) 전극들을 갖는 제 1 공진기;
    상기 제 1 공진기의 IDT 전극들과 마주보는 측면에는 다수의 IDT 전극들을 갖는 제 2 공진기;
    상기 제 1, 제 2 공진기의 양측에 각각 위치하고, 일 측면이 접지되는 제 1, 제 2 반사기;
    상기 제 1, 제 2 공진기 사이에 위치하고, 일 측면에는 제 2 입력단을 가지며, 상기 제 1 공진기의 IDT 전극들과 마주보는 측면에는 다수의 IDT 전극들을 갖는 제 1 결합 패드;
    상기 제 1, 제 2 공진기 사이에 위치하고, 상기 제 1, 제 2 반사기에 전기적으로 연결되며, 상기 제 2 공진기의 IDT 전극들과 마주보는 측면에는 다수의 IDT 전극들을 갖는 제 2 결합 패드; 그리고,
    상기 제 2 결합 패드를 마주보는 상기 제 1 결합 패드 측면과, 상기 제 1 결합 패드를 마주보는 상기 제 2 결합 패드 측면 중 적어도 어느 한 곳에 연결되는 다수개의 광대역용 IDT 전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 도파관 표면탄성파 필터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 결합 패드의 광대역용 IDT 전극과 제 2 결합 패드의 광대역용 IDT 전극은 서로 마주보지 않도록 어긋나게 형성되는 것을 특징으로 하는 도파관 표면탄성파 필터.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 결합 패드 일 측면에 연결되는 광대역용 IDT 전극은 상기 제 1 결합 패드 반대 측면에 연결되는 IDT 전극과 대응하도록 나란히 배열되고, 상기 제 2 결합 패드 일 측면에 연결되는 광대역용 IDT 전극은 상기 제 2 결합 패드 반대 측면에 연결되는 IDT 전극과 대응하도록 나란히 배열되는 것을 특징으로 하는 도파관 표면탄성파 필터.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 결합 패드에 연결되는 광대역용 IDT 전극은 상기 제 2 결합 패드에 연결되는 IDT 전극과 대응하도록 나란히 배열되고, 상기 제 2 결합 패드에 연결되는 광대역용 IDT 전극은 상기 제 1 결합 패드에 연결되는 IDT 전극과 대응하도록 나란히 배열되는 것을 특징으로 하는 도파관 표면탄성파 필터.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 결합 패드에 연결되는 광대역용 IDT 전극은 상기 제 1, 제 2 결합 패드에 연결되는 IDT 전극들과 대응하도록 나란히 배열되고, 상기 제 2 결합 패드에 연결되는 광대역용 IDT 전극은 상기 제 1, 제 2 결합 패드에 연결되는 IDT 전극들과 대응하도록 나란히 배열되는 것을 특징으로 하는 도파관 표면탄성파 필터.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 공진기에 일 측면이 연결되고, 다른 측면에는 다수의 IDT(Interdigital transducer) 전극들을 갖는 제 3 공진기;
    상기 제 3 공진기의 IDT 전극들과 마주보는 측면에는 다수의 IDT 전극들을 가지고, 다른 측면에는 제 1 출력단을 갖는 제 4 공진기;
    상기 제 3, 제 4 공진기의 양측에 각각 위치하고, 일 측면이 접지되는 제 3, 제 4 반사기;
    상기 제 3, 제 4 공진기 사이에 위치하고, 일 측면에는 제 2 출력단을 가지며, 상기 제 4 공진기의 IDT 전극들과 마주보는 측면에는 다수의 IDT 전극들을 갖는 제 3 결합 패드;
    상기 제 3, 제 4 공진기 사이에 위치하고, 상기 제 3, 제 4 반사기에 전기적으로 연결되며, 상기 제 3 공진기의 IDT 전극들과 마주보는 측면에는 다수의 IDT 전극들을 갖는 제 4 결합 패드; 그리고,
    상기 제 4 결합 패드를 마주보는 상기 제 3 결합 패드 측면과, 상기 제 3 결합 패드를 마주보는 상기 제 4 결합 패드 측면 중 적어도 어느 한 곳에 연결되는 다수개의 광대역용 IDT 전극을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 도파관 표면탄성파 필터.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 3 결합 패드에 연결되는 광대역용 IDT 전극은 상기 제 3, 제 4 결합 패드에 연결되는 IDT 전극들 중 적어도 하나의 IDT 전극들과 대응하도록 나란히 배열되고, 상기 제 4 결합 패드에 연결되는 광대역용 IDT 전극은 상기 제 3, 제 4 결합 패드에 연결되는 IDT 전극들 중 적어도 하나의 IDT 전극들과 대응하도록 나란히 배열되는 것을 특징으로 하는 도파관 표면탄성파 필터.
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