KR100797833B1 - 탄성 표면파 필터 및 그를 이용한 안테나 공용기 - Google Patents
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Abstract
압전 기판(12) 상에 빗살형 전극 및 그레이팅 반사기로 구성된 탄성 표면파 공진자(15 내지 20)를 다수 접속한 구성으로서, 상기 탄성 표면파 공진자(15 내지 20) 중 적어도 1개의 탄성 표면파 공진자의 표면에는 유전체막(14)이 형성되어 있고, 적어도 1개의 탄성 표면파 공진자의 표면에는 유전체막(14)이 형성되어 있지 않은 구성으로 이루어진다. 이로 인해, 대역 내 삽입 손실이 작고 급준성이 양호하며 대역이 넓은 SAW 필터를 얻을 수 있다.
탄성 표면파 공진자, SAW 필터, 삽입 손실, 주파수 온도 특성
Description
본 발명은 전자 기기에 이용되는 탄성 표면파 필터 및 그를 이용한 안테나 공용기에 관한 것이다.
최근 휴대 전화에 사용되는 통신 시스템은 다양화되고 있다. 그 중 하나인 미국의 PCS(Personal Communication Services)는 송신 대역과 수신 대역의 크로스밴드가 20MHz으로 상당히 좁게 설정되어 있다. 이에 따라 통신 대역폭이 넓고, 통과 대역 근방에서의 감쇠량이 큰 밴드 패스 필터가 강하게 요구되고 있다. 이러한 용도로 이용되는 안테나 공용기에 대해서는 적은 삽입 손실과, 상대측 대역에 대한 충분한 억압이 필요로 되고 있다. 즉, 안테나 공용기의 송신 필터에 대해서는, 상대측의 대역은 수신 대역이다. 또한, 마찬가지로, 수신 필터에 대해서는, 상대측의 대역은 송신 대역이다. 따라서, 이 안테나 공용기에는 크로스밴드에서 급준한 주파수 특성을 갖는 필터 특성이 필요하게 된다.
이에 대하여, 탄성 표면파 필터(이하, SAW 필터라 한다)는 급준한 필터 특성을 갖는 필터의 하나로 잘 알려져 있다. 그러나 이 SAW 필터는 사용하는 압전 기판에 따라 서로 다른 주파수 온도 특성을 갖는다. 예를 들면, 일반적으로 사용되는 리튬 탄탈레이트 기판을 이용한 GHz 대역의 SAW 필터의 주파수 온도 특성은 -40ppm/℃ 내지 -35ppm/℃이다. 따라서, PCS와 같은 크로스밴드가 좁은 통신 시스템에 사용하기 위하여, SAW 필터를 이용한 안테나 공용기를 실현하기 위해서는 SAW 필터의 주파수 온도 특성을 더욱 개선하는 것이 요구된다.
이에 대하여, 비교적 양호한 주파수 온도 특성과 광대역 특성을 갖는 탄성 표면파 장치를 얻기 위하여 다음과 같은 구성이 알려져 있다. 즉, 이 구성은 압전 기판 상에 형성한 적어도 하나의 SAW 필터에 대하여, 이 SAW 필터를 구성하는 탄성 표면파 공진자의 표면에 이산화실리콘(SiO2)막을 형성하고, 이 탄성 표면파 공진자를 직렬 접속 및 병렬 접속 중 적어도 하나의 접속 방법으로 접속하여 원하는 탄성 표면파 장치를 실현한 것이다.
또한, 일본 공개특허 2003-60476호 공보에는 압전 기판 상에 구성된 적어도 1개의 탄성 표면파 필터와, 압전 기판 상에 구성되어 있으며 탄성 표면파 필터에 직렬 및 병렬 중 적어도 한 방법으로 접속된 일단자쌍 탄성 표면파 공진자를 구비하고, 압전 기판 상에 있어서 탄성 표면파 필터가 구성되어 있는 영역을 제외하고 상기 탄성 표면파 공진자 중 적어도 1개를 덮도록 양의 주파수 온도 특성을 갖는 막이 형성된 탄성 표면파 장치가 개시되어 있다. 이와 같이 양의 주파수 온도 특성을 갖는 막의 형성에 의해, 주파수 온도 특성의 개선과 대역 내 삽입 손실의 악화 억제 및 광대역화를 도모하고 있다.
그러나 상기 종래 구성의 탄성 표면파 장치에서는, 압전 기판 상에 구성되어 있는 SAW 필터로서 세로 모드 결합형 SAW 필터가 개시되어 있다. 세로 모드 결합형 SAW 필터는, 최근 특성이 대폭 개선되었지만, 탄성 표면파 공진자를 임피던스 소자로서 이용하는 사다리형 SAW 필터와 비교하면 삽입 손실이 크다. 이 때문에 적은 삽입 손실이 요구되는 안테나 공용기에는, 세로 모드 결합형 SAW 필터는 적용되기 어렵다. 또한, 상기 예에서는 이산화실리콘(SiO2)막이 형성된 탄성 표면파 공진자를 접속하고 있기 때문에 그 삽입 손실은 더욱 커진다.
또한 세로 모드 결합형 SAW 필터의 경우, 1단으로 구성하면 충분한 억압을 얻는 것이 곤란하여, 일반적으로는 2단 이상을 접속한 구성으로 하는 경우가 많다. 그러나 2단 이상의 접속을 수행하면 삽입 손실도 2배 정도가 되어 안테나 공용기로의 적용은 더욱 곤란하게 된다. 또한, 세로 모드 결합형 SAW 필터인 경우, 통과 대역의 고주파측의 주파수에서는 더욱 억압도를 크게 하는 것이 곤란하게 된다. 이 때문에, PCS의 송신측 필터에는, 세로 모드 결합형 SAW 필터를 이용하는 것은 곤란하다.
본 발명은 상기 종래의 과제를 해결하기 위한 것으로서, 우수한 주파수 온도 특성을 갖고, 매우 양호한 대역 내 삽입 손실을 갖는 SAW 필터를 실현하는 것을 목적으로 한다. 또한, 이 SAW 필터를 이용함으로써, 크로스밴드에서의 급준한 주파수 특성과 상대측 대역에서의 큰 억압도를 갖고, 상대측 대역으로 신호가 누출되는 일이 없는 안테나 공용기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 SAW 필터는 압전 기판 상에 빗살형 전극 및 그레이팅 반사기로 구성된 탄성 표면파 공진자를 다수 접속하여 구성한 탄성 표면파 필터로서, 상기 탄성 표면파 공진자 중 적어도 1개의 탄성 표면파 공진자의 표면에는 유전체막이 형성되어 있고, 적어도 1개의 탄성 표면파 공진자의 표면에는 유전체막이 형성되어 있지 않은 구성으로 이루어진다.
이러한 구성으로 함으로써, 대역 내 삽입 손실이 작고 급준성이 양호하며 대역이 넓은 SAW 필터를 얻을 수 있다.
상기 구성에 있어서, 유전체막이 형성된 탄성 표면파 공진자의 용량비를 유전체막이 형성되어 있지 않은 탄성 표면파 공진자의 용량비보다도 크게 할 수도 있다. 이러한 구성으로 하면 주파수 특성이 더욱 급준한 필터 특성을 실현할 수 있다.
또한 상기 구성에 있어서, 유전체막이 형성된 탄성 표면파 공진자의 공진 주파수를 유전체막이 형성되어 있지 않은 탄성 표면파 공진자의 공진 주파수보다도 높게 설정할 수도 있다.
이러한 구성으로 함으로써 필터 특성에 있어서 통과 대역의 고주파단측의 급준성을 개선할 수 있다.
또한, 상기 구성에 있어서, 유전체막이 형성된 탄성 표면파 공진자의 공진 주파수를 유전체막이 형성되어 있지 않은 탄성 표면파 공진자의 공진 주파수보다도 낮게 설정할 수도 있다.
이러한 구성으로 함으로써 필터 특성에 있어서 통과 대역의 저주파단측의 급준성을 개선할 수 있다.
또한, 상기 구성에 있어서, 탄성 표면파 공진자는 직렬 접속 및 병렬 접속되어 사다리형의 필터 구성을 형성하고, 유전체막은 직렬 접속된 탄성 표면파 공진자 중 적어도 1개 또는 병렬 접속된 탄성 표면파 공진자 중 적어도 1개의 표면에 형성되어 있는 구성으로 할 수도 있다.
이러한 구성으로 함으로써, 필터 특성의 통과 대역의 고주파단측 혹은 저주파단측에서 급준성을 양호하게 할 수 있음과 동시에 큰 억압을 갖는 필터를 얻을 수 있다.
또한, 상기 구성에 있어서 유전체막은 이산화실리콘막일 수도 있다. 이로 인해 주파수 온도 특성을 개선할 수 있음과 동시에, 대역 내 삽입 손실이 적고 급준성이 양호하며 광대역인 SAW 필터를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 안테나 공용기는 상기 기재한 SAW 필터를 이용한 구성으로 이루어진다. 혹은, 상기 기재한 사다리형 SAW 필터를 이용한 구성으로 할 수도 있다. 이러한 구성으로 함으로써, PCS와 같이 대역이 넓고 크로스밴드가 좁은 시스템에 대응할 수 있는 안테나 공용기를 용이하게 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 안테나 공용기는 송신측 필터, 수신측 필터 및 위상기를 포함하고, 송신측 필터 및 수신측 필터는 각각 탄성 표면파 공진자가 직렬 접속 및 병렬 접속된 사다리형의 구성으로 이루어지고, 또한 각각의 통과 대역에서 급준한 필터 특성이 요구되는 주파수단측에 대응하며, 직렬 접속된 탄성 표면파 공진자 중 적어도 1개 또는 병렬 접속된 탄성 표면파 공진자 중 적어도 1개의 표면에 유전체막이 형성된 구성으로 이루어진다.
이러한 구성으로 함으로써, PCS와 같이 대역이 넓고 크로스밴드가 좁은 시스템에 대응할 수 있는 안테나 공용기를 용이하게 실현할 수 있다.
또한 상기 구성에 있어서, 안테나 공용기는 송신 대역이 저주파측이고 수신 대역이 고주파측인 주파수 할당(alocation)이며, 송신측 필터는 직렬 접속된 탄성 표면파 공진자 중 적어도 1개의 표면에 유전체막이 형성된 구성으로 이루어지고, 수신측 필터는 병렬 접속된 탄성 표면파 공진자 중 적어도 1개의 표면에 유전체막이 형성된 구성으로 이루어지도록 할 수도 있다.
이러한 구성으로 함으로써 PCS 시스템에 대응할 수 있는 안테나 공용기를 용이하게 실현할 수 있다.
또한 상기 구성에 있어서, 안테나 공용기는 송신 대역이 고주파측이고 수신 대역이 저주파측인 주파수 할당이며, 송신측 필터는 병렬 접속된 탄성 표면파 공진자 중 적어도 1개의 표면에 유전체막이 형성된 구성으로 이루어지고, 수신측 필터는 직렬 접속된 탄성 표면파 공진자 중 적어도 1개의 표면에 유전체막이 형성된 구성으로 이루어지도록 할 수도 있다.
이러한 구성으로 함으로써, 송신 대역이 고주파측이고 수신 대역이 저주파측인 주파수 할당을 갖는 시스템의 경우에 대해서도 양호한 특성을 갖는 안테나 공용기를 실현할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 SAW 필터는, 압전 기판 상에 SAW 필터를 구성하는 탄성 표면파 공진자 중 적어도 1개의 표면에 유전체막을 형성함으로써 우수한 주파수 온도 특성을 가지며 양호한 대역 내 삽입 손실을 실현할 수 있다. 이러한 SAW 필터를 이용함으로써 좁은 크로스밴드에서도 급준성이 양호하고 상대측 대역에서 큰 억압을 갖는 안테나 공용기를 실현할 수 있다는 탁월한 효과를 발휘한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 SAW 필터의 평면도.
도 2A 내지 도 2E는 제1 실시예에 따른 SAW 필터에 있어서, 탄성 표면파 공진자 상에 선택적으로 유전체막을 형성하는 방법을 모식적으로 나타내는 단면도.
도 3은 제1 실시예의 SAW 필터 및 비교예 1의 SAW 필터에 대한 필터 특성을 나타내는 도면.
도 4는 제1 실시예의 SAW 필터의 필터 특성을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 SAW 필터의 평면도.
도 6은 제2 실시예의 SAW 필터 및 비교예 2의 SAW 필터에 대한 필터 특성을 나타내는 도면.
도 7은 제2 실시예의 SAW 필터의 필터 특성을 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 안테나 공용기의 회로 구성을 설명하기 위한 회로 블록도.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 이용하여 상세하게 설명한다. 또한 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 설명을 생략하는 경우가 있다. 또한, SAW 필터의 평면도 등에 대해서는 모식적인 것으로서 직렬 공진자 및 병 렬 공진자의 전극 핑거의 개수 등에 대해서는 개략적으로 나타내고 있다.
(제1 실시예)
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 SAW 필터(11)의 평면도이다. 본 실시예에서는 탄성 표면파 공진자를 다수 접속하여 이루어지는 SAW 필터(11)로서 탄성 표면파 공진자를 직렬 및 병렬로 접속한 사다리형 구성을 예로 들어 설명한다.
도 1에 있어서, SAW 필터(11)는 압전 기판(12)으로서 39° Y컷 X전파의 리튬탄탈레이트(LiTaO3) 기판을 이용한 경우에 대하여 설명한다. 이 압전 기판(12) 상에 빗살형 전극 및 그레이팅 반사기로 이루어지는 1포트 탄성 표면파 공진자(15 내지 20)를 형성하고, 이들 중, 탄성 표면파 공진자(15 내지 18)에 대해서는 직렬 접속하고, 탄성 표면파 공진자(19, 20)에 대해서는 병렬 접속함으로써 사다리형 SAW 필터(11)를 형성하였다. 또한, 본 실시예에서는 빗살형 전극 및 그레이팅 반사기를 포함하여 1포트 탄성 표면파 공진자를 형성하는 전극막으로서 알루미늄(Al)을 이용하였다.
또한, 입력 단자(1)는 탄성 표면파 공진자(15)의 한쪽의 빗살형 전극에 접속되고, 출력 단자(2)는 탄성 표면파 공진자(18)의 한쪽의 빗살형 전극에 접속되어 있다. 또한, 접지 단자(3, 4)는 병렬로 접속한 탄성 표면파 공진자(19, 20)의 한쪽의 빗살형 전극과 접속되어 있다. 이들 탄성 표면파 공진자(15 내지 20), 입력 단자(1), 출력 단자(2) 및 접지 단자(3, 4)를 각각 접속하기 위하여 배선 패턴(13)이 형성되어 있다.
또한, 압전 기판(12) 상에 형성된 탄성 표면파 공진자(15 내지 20) 중 직렬로 접속된 탄성 표면파 공진자(15 내지 18)만을 덮도록 유전체막(14)으로서 이산화실리콘(SiO2)막을 형성하였다. 이 SiO2막의 두께는 SAW 필터(11) 파장의 20%로 하였다. 다만, SiO2막의 두께는 요구되는 필터 특성에 따라 최적값이 다르기 때문에 상기 값에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이 유전체막(14)은 상기 SiO2막에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 산화지르코늄(ZrO2), 산화티탄(TiO2), 산화마그네슘(MgO), 질화규소(Si3N4), 오산화탄탈(Ta2O5) 등을 유전체막(14)으로서 이용할 수도 있다. 이들 중에서, 특히 SiO2막을 이용하면 주파수 온도 특성을 대폭 개선할 수 있으므로 더욱 바람직하다.
다음으로, 본 실시예에 따른 SAW 필터(11)의 제조 방법에 대하여, 도 2A 내지 도 2E를 이용하여 설명한다. 또한, 도 2A 내지 도 2E는 SAW 필터(11)에 있어서, 탄성 표면파 공진자 상에 선택적으로 유전체막(14)을 형성하는 방법을 모식적으로 나타낸 단면도이다.
먼저, 도 2A에 나타내는 바와 같이, 압전 기판(12) 상에 전극막으로서 알루미늄(Al)을 스퍼터링 혹은 전자빔(EB) 증착으로 형성하고, 포토리소그래피와 에칭 프로세스를 수행하여 빗살형 전극 및 그레이팅 반사기의 전극 패턴(21)을 형성하였다.
다음으로, 도 2B에 나타내는 바와 같이 고주파(RF) 스퍼터링법을 이용하여 전체면에 유전체막(14)으로서 SiO2막을 형성한다.
이후, 도 2C에 나타내는 바와 같이 SAW 필터(11)를 구성하는 탄성 표면파 공진자(15 내지 20) 중, 병렬로 접속된 탄성 표면파 공진자(19, 20)만을 레지스트(24)로 피복한다.
그 후, 도 2D에 나타내는 바와 같이, 레지스트(24)로 피복되어 있지 않은 영역의 유전체막(14)을 건식 에칭에 의해 에칭하여 제거한다.
다음으로, 도 2E에 나타내는 바와 같이, 레지스트(24)를 애싱 등에 의해 제거한다. 이러한 공정에 의해 도 1에 나타난 SAW 필터(11)를 제작할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 유전체막(14)으로서 SiO2막을 RF 스퍼터링에 의해 형성하였으나, 이 방법에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 화학 기상 성장법(CVD), 이온 플레이팅 등의 제작법을 이용할 수도 있다. RF 스퍼터링법은 성막 레이트가 안정되어 있기 때문에 막두께의 제어가 용이하다는 특징을 가지므로 유전체막(14)의 제작에 바람직한 성막법이다.
또한, 본 실시예에서는, 유전체막(14)인 SiO2막을 건식 에칭한 예에 대하여 설명하였으나, 습식 에칭 등에 의해 제거할 수도 있다. 건식 에칭은 건식 프로세스이기 때문에 SiO2막을 에칭할 때에 액체에 전극 패턴(21)의 Al막 등이 휩쓸릴 우려가 없다. 이 때문에, Al막의 부식 등이 잘 일어나지 않아 수율 좋게 SAW 필터(11)를 제작할 수 있다.
이하, 본 실시예에 따른 SAW 필터(11)의 특성을 종래 구성의 SAW 필터와 비 교한 결과에 대하여 설명한다. 일반적으로 사다리형의 SAW 필터는 탄성 표면파 공진자의 특성을 추가함으로써 원하는 특성을 실현하고 있다. 이 때문에, 도 1에 나타낸 구성으로, 탄성 표면파 공진자(15 내지 20)의 표면에 유전체막(14)인 SiO2막을 형성하지 않은 SAW 필터와 본 실시예의 SAW 필터(11)의 특성을 비교하였다.
본 실시예의 SAW 필터(11)는 이하의 구성을 특징으로 한다. 즉, 첫번째는 유전체막(14)인 SiO2막을 탄성 표면파 공진자(15 내지 18)의 표면에 형성하고 있는 것이다. 두번째는 이들 탄성 표면파 공진자(15 내지 18)의 공진 주파수를 유전체막(14)이 형성되어 있지 않은 탄성 표면파 공진자(19, 20)의 공진 주파수보다도 높게 설정하고 있는 것이다.
이하, 본 실시예의 SAW 필터(11)를 제1 실시예의 SAW 필터라 하고 유전체막(14)이 형성되어 있지 않은 종래 구성의 SAW 필터를 비교예 1의 SAW 필터라 한다.
도 3은 제1 실시예의 SAW 필터 및 비교예 1의 SAW 필터에 대한 필터 특성을 나타내는 도면이다. 또한, 도 3에는 제1 실시예의 SAW 필터 및 비교예 1의 SAW 필터의 구성에 있어서, 직렬로 접속되는 탄성 표면파 공진자(15 내지 18) 중 탄성 표면파 공진자(15) 및 병렬로 접속되는 탄성 표면파 공진자(19, 20) 중 탄성 표면파 공진자(19)의 어드미턴스 특성을 각각 나타내고 있다. 제1 실시예의 SAW 필터 및 비교예 1의 SAW 필터는, 직렬로 접속되는 탄성 표면파 공진자(15)에 대해서는 유전체막(14) 유무의 차이가 있지만, 병렬로 접속되는 탄성 표면파 공진자(19)에 대해서는 동일한 구성이다. 또한, 횡축은 주파수이고 종축은 어드미턴스이다.
도 3에 있어서 비교예 1의 SAW 필터는 실선으로 표시되고, 제1 실시예의 SAW 필터는 점선으로 표시되어 있다. 저주파측의 어드미턴스 특성은 병렬로 접속된 탄성 표면파 공진자(19)의 특성이다. 또한, 고주파측의 어드미턴스 특성은 직렬로 접속된 탄성 표면파 공진자(15)의 특성이다. 제1 실시예의 SAW 필터(11)는 직렬로 접속된 탄성 표면파 공진자(15 내지 18)에만 유전체막(14)인 SiO2막이 형성되어 있다. 도 3에서 알 수 있듯이, 제1 실시예의 SAW 필터(11)와 같이 유전체막(14)을 형성함으로써 고주파측의 어드미턴스 특성의 급준성이 개선된다. 이것은 유전체막(14)인 SiO2막이 형성된 탄성 표면파 공진자(15)의 용량비가 유전체막(14)이 형성되어 있지 않은 탄성 표면파 공진자(19)의 용량비보다도 커지기 때문이다. 일반적으로 공진자의 용량비를 γ, 공진 주파수를 fr, 반공진 주파수를 far이라 했을 때, 이들 사이에는 γ = 1/[(far/fr)2-1]의 관계가 있다.
즉, 용량비가 커짐으로서 공진 주파수와 반공진 주파수의 주파수 차가 작아지게 되어 급준한 어드미턴스 특성이 얻어진다. 또한, 직렬로 접속된 탄성 표면파 공진자(15 내지 18)에만 유전체막(14)인 SiO2막을 형성하는 경우에는 이들 탄성 표면파 공진자(15 내지 18)의 공진 주파수를 유전체막(14)이 형성되어 있지 않은 탄성 표면파 공진자(19, 20)의 공진 주파수보다도 높게 설정한다. 이와 같이 설정함으로써, 고주파측의 어드미턴스 특성이 급준하게 되고, SAW 필터(11)의 필터 특성에 있어서 통과 대역 내의 고주파측이 급준하게 되도록 제어할 수 있다.
도 4는 제1 실시예의 SAW 필터의 필터 특성을 나타내는 도면이다. 또한, 종축은 삽입 손실이고 횡축은 주파수이다. 도 4에서 알 수 있듯이, 통과 대역 내의 고주파측의 극이 급준하게 되는 것이 발견되었다. 또한, 용량비의 증가에 따라 필터의 대역폭이 협대역화되는 경향을 갖지만, 제1 실시예의 SAW 필터(11)는 65MHz로 충분한 대역을 확보할 수 있다. 이것은 사다리형을 구성하는 탄성 표면파 공진자(15 내지 20) 중에서 직렬로 접속된 탄성 표면파 공진자(15 내지 18)에만 유전체막(14)인 SiO2막을 형성한 것에 따른 것이다.
또한, 제1 실시예의 SAW 필터는 탄성 표면파 공진자(15 내지 20)를 임피던스 소자로서 이용한 필터이기 때문에, 통과 대역 내의 삽입 손실도 2.43dB가 되어 적은 삽입 손실을 실현하고 있다.
또한, 이 제1 실시예의 SAW 필터의 주파수 온도 특성은 -22ppm/℃가 얻어졌다. 한편, 비교예 1의 SAW 필터의 주파수 온도 특성은 -40ppm/℃ 내지 -35ppm/℃였다. 이 결과, 제1 실시예의 SAW 필터에서는 주파수 온도 특성이 크게 개선되는 것이 확인되었다.
또한, 본 실시예에서는 직렬로 접속된 탄성 표면파 공진자(15 내지 18)의 모두에 유전체막(14)인 SiO2막을 형성하고 있지만, 직렬로 접속된 탄성 표면파 공진자(15 내지 18) 중 몇개의 공진자에 유전체막(14)을 형성할 수도 있다. 이와 같이 함으로써 고주파측에 극을 다수 형성할 수 있기 때문에, 상대측 대역에서의 충분한 감쇠량을 용이하게 확보할 수 있다.
또한, 도 1에서는 직렬로 접속한 탄성 표면파 공진자(15 내지 18)가 4개, 병렬로 접속한 탄성 표면파 공진자(19, 20)가 2개인, 합계 6개의 탄성 표면파 공진자(15 내지 20)로 이루어지는 사다리형 SAW 필터(11)를 예로 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 직렬과 병렬로 각각 접속되는 탄성 표면파 공진자의 개수 및 그 구성은 요구되는 필터 특성에 따라 다르지만, 어떠한 경우라도 본 발명의 구성을 적용함으로써 본 실시예의 SAW 필터(11)와 같은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 사다리형의 SAW 필터를 예로 설명하였지만, 모드 결합형의 SAW 필터 등에서도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(제2 실시예)
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 SAW 필터(31)의 평면도이다. 본 실시예의 SAW 필터(31)에서는 제1 실시예와 마찬가지로 탄성 표면파 공진자(35 내지 40)를 직렬 및 병렬로 접속한 사다리형 구성을 예로 하여 설명한다.
본 실시예의 SAW 필터(31)에서는 압전 기판(32)으로서 39°Y컷 X전파의 LiTaO3 기판을 이용하였다. 이 압전 기판(32) 상에 빗살형 전극 및 그레이팅 반사기로 이루어지는 1포트 탄성 표면파 공진자(35 내지 40)를 형성하고, 이들 중 탄성 표면파 공진자(35 내지 38)를 직렬로 접속하고, 탄성 표면파 공진자(39, 40)를 병렬로 접속함으로써 사다리형의 SAW 필터(31)를 형성하였다.
또한, 본 실시예에서는 빗살형 전극 및 그레이팅 반사기를 포함하며, 1포트 탄성 표면파 공진자를 형성하는 전극막으로서 알루미늄(Al)을 이용하였다.
또한, 입력 단자(5)는 탄성 표면파 공진자(35)의 한쪽의 빗살형 전극에 접속되고, 출력 단자(6)는 탄성 표면파 공진자(38)의 한쪽의 빗살형 전극에 접속되어 있다. 또한, 접지 단자(7, 8)는 병렬로 접속한 탄성 표면파 공진자(39, 40)의 한쪽의 빗살형 전극과 접속되어 있다. 이들 탄성 표면파 공진자(35 내지 40), 입력 단자(5), 출력 단자(6) 및 접지 단자(7, 8)를 각각 접속하기 위하여 배선 패턴(33)이 형성되어 있다.
또한, 본 실시예에서는, 압전 기판(32) 상에 형성된 탄성 표면파 공진자(35 내지 40) 중, 병렬로 접속된 탄성 표면파 공진자(39, 40)만을 덮도록 유전체막(34)으로서 SiO2막을 형성하였다. 이 SiO2막의 두께는 SAW 필터 파장의 20%로 하였다. 단, SiO2막의 두께는 요구되는 필터 특성에 따라 최적값이 다르기 때문에 상기 값에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이 유전체막(34)은 상기 SiO2막에 한정되는 것이 아니라, 제1 실시예에서 설명한 재료를 이용할 수도 있다.
또한, 본 실시예의 SAW 필터(31)는 제1 실시예에서 설명한 제조 방법과 동일한 방법으로 제작할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 제조 방법에 대한 설명을 생략한다.
이하, 본 실시예의 SAW 필터(31)의 특성을 종래 구성의 SAW 필터와 비교한 결과에 대하여 설명한다. 도 5에 나타낸 구성으로, 탄성 표면파 공진자(35 내지 40)의 표면에 유전체막(34)인 SiO2막을 형성하지 않은 SAW 필터와 본 실시예의 SAW 필터(31)와의 특성을 비교하였다. 본 실시예의 SAW 필터(31)는 유전체막(34)인 SiO2막을 탄성 표면파 공진자(39, 40)의 표면에 형성함과 동시에, 이들 탄성 표면파 공진자(39, 40)의 공진 주파수를 유전체막(34)이 형성되어 있지 않은 탄성 표면파 공진자(35 내지 38)의 공진 주파수보다도 낮게 설정한 구성으로 이루어진다.
이하, 본 실시예의 SAW 필터(31)를 제2 실시예의 SAW 필터라 하고, 유전체막(34)이 형성되어 있지 않은 종래 구성의 SAW 필터를 비교예 2의 SAW 필터라 한다.
도 6은 제2 실시예의 SAW 필터(31) 및 비교예 2의 SAW 필터에 대한 필터 특성을 나타내는 도면이다. 또한, 도 6에는 제2 실시예의 SAW 필터 및 비교예 2의 SAW 필터의 구성에 있어서, 직렬로 접속되는 탄성 표면파 공진자(35 내지 38) 중 탄성 표면파 공진자(35) 및 병렬로 접속되는 탄성 표면파 공진자(39, 40) 중 탄성 표면파 공진자(39)의 어드미턴스 특성도 나타내고 있다. 제2 실시예의 SAW 필터(31) 및 비교예 2의 SAW 필터는, 직렬로 접속되는 탄성 표면파 공진자(35)에 대해서는 동일한 구성이지만, 병렬로 접속되는 탄성 표면파 공진자(39)에 대해서는 유전체막(34)의 유무에 따른 차이가 있다. 또한, 횡축은 주파수이고, 종축은 어드미턴스이다.
도 6에 있어서, 비교예 2의 SAW 필터는 실선으로 나타내고, 제2 실시예의 SAW 필터는 점선으로 나타내고 있다. 저주파측의 어드미턴스 특성은 병렬로 접속된 탄성 표면파 공진자(39)의 특성이다. 또한, 고주파측의 어드미턴스 특성은 직렬로 접속된 탄성 표면파 공진자(35)의 특성이다.
제2 실시예의 SAW 필터에서는 병렬로 접속된 탄성 표면파 공진자(39, 40)에만 유전체막(34)인 SiO2막을 형성하고 있다. 도 6에서 알 수 있듯이, 유전체막(34)을 형성함으로써, 저주파측의 어드미턴스 특성의 급준성이 개선되는 것이 발견되었다. 이것은 유전체막(34)인 SiO2막이 형성된 탄성 표면파 공진자(39, 40)의 용량비가 유전체막(34)이 형성되어 있지 않은 탄성 표면파 공진자(35 내지 38)의 용량비보다도 커지기 때문이다. 일반적으로, 공진자의 용량비를 γ, 공진 주파수를 fr, 반공진 주파수를 far이라 했을 때, 이들 사이에는 γ = 1/[(far/fr)2-1]의 관계가 있다.
즉, 용량비가 커짐으로써 공진 주파수와 반공진 주파수의 주파수 차가 작아지게 되고 급준한 어드미턴스 특성이 얻어진다. 또한, 병렬로 접속된 탄성 표면파 공진자(39, 40)에만 유전체막(34)인 SiO2막을 형성한 경우에는 이들 탄성 표면파 공진자(39, 40)의 공진 주파수를 유전체막(34)이 형성되어 있지 않은 탄성 표면파 공진자(35 내지 38)의 공진 주파수보다도 낮게 설정한다. 이와 같이 설정함으로써 저주파측의 어드미턴스 특성이 급준하게 되어, SAW 필터(31)의 필터 특성에 있어서 통과 대역 내의 저주파측을 급준하게 되도록 제어할 수 있다. 도 7은 이 제2 실시예의 SAW 필터의 필터 특성을 나타내는 도면이다. 종축은 삽입 손실이고 횡축은 주파수이다. 도 7에서 알 수 있듯이, 통과 대역 내의 저주파측의 극이 급준하게 되는 것이 발견되었다.
또한, 용량비의 증가에 따라 SAW 필터의 대역폭이 협대역화되는 경향을 갖지만, 제2 실시예의 SAW 필터는 60MHz로 충분한 대역을 확보할 수 있다. 또한, 제2 실시예의 SAW 필터는 탄성 표면파 공진자(35 내지 40)를 임피던스 소자로서 이용한 필터이기 때문에, 통과 대역 내의 삽입 손실도 3.43dB로 적은 삽입 손실을 실현할 수 있다.
또한, 이 제2 실시예의 SAW 필터의 주파수 온도 특성을 측정한 결과, -22ppm/℃였다. 한편, 비교예 2의 SAW 필터에서는 주파수 온도 특성은 -40ppm/℃ 내지 -35ppm/℃였다. 이 결과, 제2 실시예의 SAW 필터에서는 주파수 온도 특성이 크게 개선되는 것이 확인되었다.
또한, 본 실시예에서는 병렬로 접속된 2개의 탄성 표면파 공진자(39, 40)의 양쪽 모두에 유전체막(34)인 SiO2막이 형성되어 있다. 그러나 병렬로 접속된 탄성 표면파 공진자(39, 40) 중 한쪽에만 유전체막(34)을 형성할 수도 있다. 이와 같이 함으로써 저주파측에 극을 다수 형성할 수 있기 때문에, 상대측 대역에서의 충분한 감쇠량을 용이하게 확보할 수 있다.
또한, 병렬로 접속하는 탄성 표면파 공진자의 개수는 2개로 한정되는 것이 아니며, 더 많이 설치할 수도 있다. 이 경우, 병렬로 설치된 다수의 탄성 표면파 공진자 중 1개 이상의 탄성 표면파 공진자의 표면에 유전체막(34)을 설치할 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는 직렬로 접속한 탄성 표면파 공진자가 4개, 병렬로 접 속한 탄성 표면파 공진자가 2개, 합계 6개의 탄성 표면파 공진자로 이루어지는 사다리형 SAW 필터를 예로 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 직렬과 병렬로 각각 접속되는 탄성 표면파 공진자의 개수 및 그 구성은 요구되는 필터 특성에 따라 다르지만, 어떠한 경우라도 본 발명의 구성을 적용함으로써 본 실시예의 SAW 필터(31)와 같은 효과를 얻을 수 있다.
(제3 실시예)
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 안테나 공용기의 회로 구성을 설명하기 위한 회로 블록도이다. 이 안테나 공용기의 기본 구성은 송신측 필터(41), 수신측 필터(42) 및 위상기(43)로 이루어지며, 송신측 필터(41)에 송신측 단자(44)가 접속되고 수신측 필터(42)에 수신측 단자(45)가 접속되어 있으며, 송신측 필터(41)와 수신측 필터(42) 사이에 안테나 단자(46)가 설치되어 있다.
이러한 안테나 공용기를 실현하기 위해서는 크로스밴드에서 주파수 특성을 급준하게 할 필요가 있다. 예를 들면, PCS 등과 같이 송신 대역이 저주파측이고 수신 대역이 고주파측인 주파수 할당인 경우에는, 송신측 필터(41)에는 고주파측이 급준한 필터 특성이 요구된다. 한편, 수신측 필터(42)에는 저주파측이 급준한 필터 특성이 요구된다. 따라서, 송신측 필터(41)에는 제1 실시예에 따른 SAW 필터를 이용하고, 수신측 필터(42)에는 제2 실시예에 따른 SAW 필터를 이용하면 이러한 요구를 만족시킬 수 있다.
이러한 구성으로 함으로써, 도 4에서 알 수 있듯이, 송신측 필터(41)로서 이용하는 SAW 필터(11)의 삽입 손실은 2.43dB로 작아지는 동시에 고주파측의 감쇠량 은 약 50dB이므로 상대측 대역에 있어서의 큰 억압을 실현할 수 있다. 이 결과, 안테나 공용기의 송신측 필터(41)로서의 충분한 특성을 갖게 된다. 또한, 도 7에서 알 수 있듯이, 수신측 필터로서 이용하는 SAW 필터(31)의 삽입 손실은 3.43dB로 작아지는 동시에 저주파측의 감쇠량은 50dB이므로 상대측 대역에 있어서의 큰 억압을 실현할 수 있다. 이 결과, 안테나 공용기의 수신측 필터(42)로서의 충분한 특성을 갖게 된다.
이상과 같이 제1 실시예 및 제2 실시예의 SAW 필터를 이용함으로써, 크로스밴드가 좁은 경우에도 양호한 특성을 갖는 안테나 공용기를 실현할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 특히 PCS 등과 같이 송신 대역이 저주파측이고 수신 대역이 고주파측인 주파수 할당의 경우에 대하여 설명하였다. 그러나 송신 대역이 고주파측이고 수신 대역이 저주파측인 주파수 할당을 갖는 시스템의 경우에 대해서도, 송신측 필터(41)에는 저주파측이 급준한 필터 특성이 요구되고, 수신측 필터(42)에는 고주파측이 급준한 필터 특성이 요구된다. 이러한 시스템에 대해서는, 송신측 필터(41)에는 제2 실시예의 SAW 필터를 이용하고 수신측 필터(42)에는 제1 실시예의 SAW 필터를 이용하면, 양호한 특성을 갖는 안테나 공용기를 실현할 수 있다.
본 발명의 SAW 필터 및 그를 이용한 안테나 공용기는 우수한 주파수 온도 특성을 가지는 동시에 양호한 대역 내 삽입 손실을 갖기 때문에, 이 SAW 필터를 이용함으로써 좁은 크로스밴드에 있어서도 급준하며 상대측 대역에서 큰 억압을 갖는 고성능의 안테나 공용기를 실현할 수 있어, 휴대 전화 등의 이동통신 분야에 유용하다.
Claims (13)
- 압전 기판 상에 빗살형 전극 및 그레이팅 반사기로 구성된 탄성 표면파 공진자를 복수 접속하여 구성한 탄성 표면파 필터로서, 상기 탄성 표면파 공진자는 직렬 접속 및 병렬 접속된 사다리형의 필터 구성을 형성하고, 상기 탄성 표면파 공진자 중 직렬 접속된 상기 탄성 표면파 공진자의 표면에는 동일한 두께의 유전체막이 형성되어 있고, 병렬 접속된 상기 탄성 표면파 공진자의 표면에는 상기 유전체막이 형성되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
- 압전 기판 상에 빗살형 전극 및 그레이팅 반사기로 구성된 탄성 표면파 공진자를 복수 접속하여 구성한 탄성 표면파 필터로서, 상기 탄성 표면파 공진자 중 적어도 하나의 상기 탄성 표면파 공진자의 표면에는 유전체막이 형성되어 있고, 적어도 하나의 상기 탄성 표면파 공진자의 표면에는 상기 유전체막이 형성되어 있지 않으며, 상기 유전체막이 형성된 상기 탄성 표면파 공진자의 용량비를 상기 유전체막이 형성되어 있지 않은 상기 탄성 표면파 공진자의 용량비보다 크게 한 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
- 제1항 또는 2항에 있어서,상기 유전체막이 형성된 상기 탄성 표면파 공진자의 공진 주파수를 상기 유전체막이 형성되어 있지 않은 상기 탄성 표면파 공진자의 공진 주파수보다 높게 설정한 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
- 제1항 또는 2항에 있어서,상기 유전체막이 형성된 상기 탄성 표면파 공진자의 공진 주파수를 상기 유 전체막이 형성되어 있지 않은 상기 탄성 표면파 공진자의 공진 주파수보다 낮게 설정한 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
- 제2항에 있어서,상기 탄성 표면파 공진자는 직렬 접속 및 병렬 접속되어 사다리형의 필터 구성을 형성하고, 상기 유전체막은 직렬 접속된 상기 탄성 표면파 공진자 중 적어도 하나 또는 병렬 접속된 상기 탄성 표면파 공진자 중 적어도 하나의 표면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
- 제1항 또는 2항에 있어서,상기 유전체막은 이산화실리콘막인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
- 제1항 또는 2항에 기재된 탄성 표면파 필터를 이용한 안테나 공용기.
- 제1항 또는 5항에 기재된 사다리형 탄성 표면파 필터를 이용한 안테나 공용기.
- 송신측 필터, 수신측 필터 및 위상기를 포함하는 안테나 공용기로서, 상기 송신측 필터 및 상기 수신측 필터는 각각 탄성 표면파 공진자가 직렬 접속 및 병렬 접속된 사다리형의 구성으로 이루어진 동시에 각각의 통과 대역에서 급준한 필터 특성이 요구되는 주파수단측에 대응하여, 직렬 접속된 상기 탄성 표면파 공진자 중 적어도 하나의 표면에 유전체막이 형성되어 있고, 병렬 접속된 상기 탄성 표면파 공진자의 표면에는 상기 유전체막이 형성되어 있지 않거나, 병렬 접속된 상기 탄성 표면파 공진자 중 적어도 하나의 표면에 유전체막이 형성되어 있고, 직렬 접속된 상기 탄성 표면파 공진자의 표면에는 유전체막이 형성되어 있지 않는 것을 특징으로 하는 안테나 공용기.
- 제 9항에 있어서,상기 안테나 공용기는 송신 대역이 저주파측이고 수신 대역이 고주파측에 있는 주파수 할당이며, 상기 송신측 필터는 직렬 접속된 상기 탄성 표면파 공진자 중 적어도 하나의 표면에 상기 유전체막이 형성된 구성으로 이루어지고, 상기 수신측 필터는 병렬 접속된 상기 탄성 표면파 공진자 중 적어도 하나의 표면에 상기 유전체막이 형성된 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 안테나 공용기.
- 제 9항에 있어서,상기 안테나 공용기는 송신 대역이 고주파측이고 수신 대역이 저주파측인 주파수 할당이며, 상기 송신측 필터는 병렬 접속된 상기 탄성 표면파 공진자 중 적어도 하나의 표면에 상기 유전체막이 형성된 구성으로 이루어지고, 상기 수신측 필터는 직렬 접속된 상기 탄성 표면파 공진자 중 적어도 하나의 표면에 상기 유전체막이 형성된 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 안테나 공용기.
- 제 2항에 있어서,상기 표면파 공진자의 표면에 형성된 유전체막의 두께가 동일한 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
- 제 9항에 있어서,상기 표면파 공진자의 표면에 형성된 유전체막의 두께가 동일한 것을 특징으로 하는 안테나 공용기.
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